(57)【要約】【課題】  簡易な構造でありながらも、気密性が高く、排気ガス流量の制御が容易な内燃機関の排圧調整弁を提供する。【解決手段】  排気管２０の横断方向に貫通して設けられる弁軸１２と、排気管の内側で弁軸に結合され、弁軸と共に弁軸の軸回りに回動自在な弁体１１と、排気管の内径周方向に沿って取り付けられ、排気管の管路方向に弾性を有するシール部材２９，３０と、を有し、排気管の全閉時には、シール部材が弁体の平面部に密着し、シール部材が弁体と排気管との間の隙間を塞ぐ内燃機関の排圧調整弁１０とする。【選択図】      図１
2014181649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の横断方向に貫通して設けられる弁軸と、
前記排気管の内側で前記弁軸に結合され、前記弁軸と共に弁軸の軸回りに回動自在な弁体と、
前記排気管の内径周方向に沿って取り付けられ、排気管の管路方向に弾性を有するシール部材と、を有し、
前記排気管の全閉時には、前記シール部材が前記弁体の平面部に密着し、前記シール部材が前記弁体と前記排気管との間の隙間を塞ぐことを特徴とする内燃機関の排圧調整弁。
【請求項２】
前記シール部材が前記排気管の内径の２カ所に設けられ、前記排気管の全閉時には、各々の前記シール部材が前記弁体の相対するそれぞれの平面部に密着することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排圧調整弁。
【請求項３】
前記シール部材の弾性が、シール部材ごとに異なるばね定数を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排圧調整弁。
【請求項４】
前記シール部材の弾性が複数のばねからなり、前記複数のばねの配置が前記排気管の内径周方向に不均等であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排圧調整弁。
【請求項５】
前記シール部材の弾性が複数のばねからなり、前記複数のばねのばね定数が不均一であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排圧調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、簡易な構造でありながら、気密性が高い内燃機関の排圧調整弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質の排出低減、排気ブレーキの効果的制動力確保、暖機運転の早期完了などの目的を達成するために、排気管内に設けられた内燃機関の排圧調整弁を閉じ、排気ガスの流出を抑制して排気圧力を所定値に制御することがある。
【０００３】
このとき従来は、排気管の内径と弁体の外径とを精度よく製作し、排圧調整弁の全閉時に排気管と弁体との間にできる隙間をできるだけ小さくすることで、気密性を高め、排気ガスの流出を抑制していた。しかしこの方法では、高い寸法精度が要求されることになるため、切削加工等の実施によって、製造コストが増加するという不利益を招いていた。また、排気ガスはかなりの高温なので、熱影響により排気管や弁体がそれぞれ変形し、これが隙間を拡大し、所定の値に制御できなくなるという不利益も生じていた。
【０００４】
そこで特許文献１では、全閉時に弁体の平面部が着座する弁座を設けた例が開示されている。これにより、排気管の内径に対し、外径の小さい弁体を用いることが可能になるので、径については高い寸法精度は要求されない。しかし、弁座を設けただけだと、熱履歴による形状の経年変化等により、２カ所ある弁座に対し、一方の弁体が着座しても他方は着座しないということが起こり得るため、高い気密性を保つのは困難であった。
【０００５】
そこで特許文献２では、さらに弁体と弁座との間にシール材を配置することで、気密性を高めた発明が開示されている。図５は、特許文献２に示された弁座５０及びシール材５１を用いた従来の内燃機関の排圧調整弁１００の断面図である。弁体１１は排気管２０の横断方向に貫通した弁軸１２に結合され、その弁体１１が弁軸１２と共に回動して、排気ガスの排気流量を調整する。そして、排圧調整弁１００の全閉時には、弁体１１の平面部と弁座５０に設けられたシール材５１が接触する構造になっている。
【０００６】
図５では、弁座５０は、弁体１１に対し排気ガス排出方向の上流側と下流側の両方に設けられているので、それぞれの弁体１１とシール材５１が完全に密着すれば、気密性は高くなる。しかし、このような構成の排圧調整弁１００に使用されているシール材５１は、特許文献２に記載されているように、銅系の合金等の軟らかい金属であることから、弾性変形程度はそれほど大きくない。したがって、２カ所の弁体１１とシール材５１とを同時に密着させるためには、結局精度の高い管理が必要となり、排気ガスの流出を完全に抑えることは難しいと考えられる。さらに、開度と排気ガス流量との関係を考えると、シール材５１の弾性変形程度が小さければ、全閉状態から弁体１１とシール材５１との間に隙間が開く瞬間の流量変化は急激になると考えられるので、流量特性は不連続になり、排気ガス流量の制御は不安定になる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６０−６９３３９号公報
【特許文献２】実開平３−２８６１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
斯かる事情に鑑み、本発明は、簡易な構造でありながらも、気密性が高く、排気ガス流量の制御が容易な内燃機関の排圧調整弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の内燃機関の排圧調整弁は、排気管の横断方向に貫通して設けられる弁軸と、排気管の内側で弁軸に結合され、弁軸と共に弁軸の軸回りに回動自在な弁体と、排気管の内径周方向に沿って取り付けられ、排気管の管路方向に弾性を有するシール部材と、を有し、排気管の全閉時には、シール部材が弁体の平面部に密着し、シール部材が弁体と排気管との間の隙間を塞ぐことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、シール部材が排気管の内径の２カ所に設けられ、排気管の全閉時には、各々のシール部材が弁体の相対するそれぞれの平面部に密着することにしてもよい。また、シール部材の弾性が、シール部材ごとに異なるばね定数を有することにしてもよく、さらに、シール部材の弾性が複数のばねからなり、その複数のばねの配置が排気管の内径周方向に不均等であることにしたり、複数のばねのばね定数が不均一であることにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関の排圧調整弁を用いると、排気管の管路方向に弾性を有するシール部材を用いることで、簡易な構造でありながら、気密性を高めることができるという効果を奏する。
【００１２】
また、シール部材に複数のばねを用いて、その配置や個々のばね定数を設計することで、弁体とシール部材の隙間の形成が弁体開度に対して任意に設定でき、弁体開度と流体流量特性をシール部材の弾性の許す範囲で自由に変更することができる。
【００１３】
さらに、本発明の内燃機関の排圧調整弁は、構造が簡易であるため、シール部材や排気管の製造が容易であり、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の排圧調整弁の断面図であって、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれシール部材の形状が異なる例を模式的に示したものである。
【図２】排気管内部の排圧調整弁の動きを示す図であって、（ａ）から（ｄ）に向かって開度が大きくなる様子を示したものである。
【図３】本発明に係るシール部材の全体図であって、（ａ）はばねを均等に配した例、（ｂ）はばねを不均等に配した例である。
【図４】開度と排気ガス流量との関係を示した流量特性のグラフである。
【図５】弁座及びシール材を用いた従来の内燃機関の排圧調整弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の排圧調整弁の断面図であって、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれシール部材の形状が異なる例を模式的に示したものである。
【００１７】
弁体１１は、排気管２０を横断方向に貫通する弁軸１２と一体的に結合され、弁軸１２と共に弁軸１２の軸回りに回動自在で、排気管２０の断面を開閉して流路面積を調整するために用いられる。なお、弁軸１２の回動は、電子制御される。
【００１８】
シール部材２９，３０は、排気管２０の断面を全閉したときに弁体１１の平面部に接触する排気管の内面に沿った形状のシール部３１と、排気管２０に溶接等で取り付けられる取付部３３と、排気管２０の管路方向に弾性を有する弾性部３２とからなる。なお、シール部材２９，３０の材質は、排気ガスの高温に耐えられるよう、耐熱スプリング用ステンレス（ＳＵＳ３０４−ＣＳＰ）等を用いるとよい。
【００１９】
シール部３１は、全閉時に排気管２０と弁体１１とに接触している必要がある。これは、弁体１１と排気管２０との間の隙間が排気ガスの流路となるので、全閉時には排気ガスが通過できないように、完全に閉鎖するためである。そして、シール部３１が排気管２０や弁体１１と接触する位置では、かじりが生じないように曲面になっているのがよい。
【００２０】
また、全閉時にも排気流量を確保したいような場合には、本発明ではシール部３１の弁体１１に対向する周方向長さを変えることで、全閉時の流体通路面積を変更することができる。このことにより、従来ではシール材の弾性変形量が小さいため全閉時の流量調整を弁体開度を調整しながら実施していたが、本発明ではそのような工程を省略できる。
【００２１】
図１（ａ）に示すシール部材２９は、シール部３１と弾性部３２が一体となった実施例である。つまり、弁体１１に接触する部分の曲面が、シール部３１と弾性部３２を兼ねた構造になっている。また、図１（ｂ）に示すシール部材３０は、弾性部３２をシール部３１と取付部３３の間に設けることで、弾性変形程度の自由度を高めた実施例である。つまり、図１（ｂ）の実施例では、弾性部３２のばね定数を位置ごとに決定することが可能である。
【００２２】
また、図１（ｂ）の弾性部３２は原則としてばねであるが、これは模式的に示した図であるので、弾性部（ばね）３２の形状は、図１（ｂ）のような形状に限定するものではない。なお、図１（ｂ）のようなシール部材３０であれば、弾性部３２が排気管２０の内面に接触しない形状にすることができるので、弾性部３２には摩擦による余計な抵抗が作用しないという利点がある。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）では、弁体１１に対して上流側と下流側の相対する２カ所にシール部材２９，３０を設けているが、排気ガスの流量設計によっては、１カ所で十分な場合もある。１カ所だけ設けるときは、弁体１１の上流側に設けることもあるし、下流側に設けることもある。なお、図１（ａ），（ｂ）のように２カ所設けると、気密性を高めることができる。
【００２４】
排圧調整弁１０は、弁体１１が水平状態のときを全開とし、弁体１１の平面部とシール部３１の周方向の全体が接触した状態を全閉とする。弁体１１の開度は、全閉からの弁体１１の回転角αで表す。なお、図１では、弁体１１が斜めの状態で全閉になっているので、全閉から全開までの開度の最大値は９０度未満であるが、開度の最大値が９０度になるように、つまり、全閉時に弁体１１の平面部が排気管２０の管路方向を向くように、弁体１１やシール部材２９，３０を設けてもよい。
【００２５】
図１（ａ），（ｂ）において、排気ガスの流れは図の左側を上流側としている。つまり、左側から来た排気ガスは、弁体１１と排気管２０との隙間を通って、弁体１１の右側へ流れる。このとき、弁体１１の下流側に設けられたシール部材２９，３０は、弁体１１と排気管２０との隙間を通った排気ガスの圧力によってシール部３１が下流側に押されるため、弾性部３２には圧縮力が作用する。一方、弁体１１の上流側に設けられたシール部材２９，３０は、排気ガスの圧力によってシール部３１が下流側に押されるため、弾性部３２には引張力が作用する。つまり、弁体１１の下流側に設けられたシール部材２９,３０は、弁体１１から離れる方向に力を受け、弁体１１の上流側に設けられたシール部材２９，３０は、弁体１１に押し付けられる方向に力を受ける。
【００２６】
そうすると、下流側のシール部材２９，３０は、ばね定数を小さくし過ぎると、排気ガスの圧力により容易に弁体１１との接触が解かれ、隙間が生じ易くなる。一方、上流側のシール部材２９，３０は、ばね定数を小さくすると、弁体１１に接触し易くなる。これらを考慮して、２カ所にシール部材２９，３０を設ける場合には、それぞれのシール部材毎にばね定数を異なる値にしたりして、排気流量の設計をする必要がある。
【００２７】
図２は、排気管の内部を示す図であって、（ａ）から（ｄ）に向かって開度が大きくなる様子を示したものである。図２（ａ）は全閉時を示していて、このときは、シール部３１と弁体１１は密着しており、弾性部（ばね）３２には圧縮力が作用している状態である。そこから、図２（ｂ）,（ｃ）,（ｄ）のように、弁体１１（弁軸１２）を回転させると弁体１１の弁軸１２から遠い位置（図では上側）から、徐々に弁体１１とシール部３１の間に隙間が生じる。
【００２８】
ここで、全閉時に弾性部３２には圧縮力が作用していることから、弁体１１の開度を大きくしていくと、シール部３１が弁体１１に追従するように動くので、急激に隙間が大きくなることはなく、少しずつ隙間が生じることになる。なお、追従の仕方としては、排気管２０の管路方向に動くだけでなく、弁体１１の回転方向にも追従する。つまり、弁体１１が回転すると、弾性部３２に作用していた圧縮力は、弁軸１２から遠い位置から解放されていくので、原則として、弁軸１２に近い位置よりも遠い位置の方が、若干前に進んで追従する。
【００２９】
図３は、本発明に係るシール部材の全体図であって、（ａ）はばねを均等に配した例、（ｂ）はばねを不均等に配した例である。このように、弾性部としてのばね３２の配置を変更することで、流量特性に影響を与えることができる。
【００３０】
図３（ａ）のように周方向に均等に複数のばね３２を配置した場合は、均等に圧縮力が作用していることから、弁軸から遠い位置に最初に隙間が生じ、そこから開度を大きくするにしたがって、弁軸に向かって隙間が生じる。一方、図３（ｂ）のように、気密性が損なわれない程度にばね３２の配置を不均等にすると、ばね３２が密な箇所（ばね定数が大きい箇所）は、全閉時に作用している圧縮力が大きいことになるので、隙間に対して追従する力も大きくなる。そうすると、ばね３２の配置によって、ある位置での隙間の発生を早めたり、遅らせたりすることができる。なお、複数のばね３２の配置が均等であっても、ばね定数を不均一にすることで、ばね３２の配置を不均等にしたのと同様の効果を得ることができる。
【００３１】
そして、ばねの配置（ばね定数）の設計をすることで、隙間の変化を設計することになり、排気ガスの流量を制御することが可能となる。また、ばね定数の設計次第では、弁軸から遠い位置以外から隙間が生じるような構造にすることも可能である。
【００３２】
なお、シール部材３０を弁体の下流側に設けた場合は、弁軸から遠い位置のばね３２の密度を高く（ばね定数を大きく）し、弁軸に近い位置のばね３２の密度を低く（ばね定数を小さく）すると、隙間が生じ難い構成になる。逆にシール部材３０を弁体の上流側に設けた場合は、弁軸から遠い位置のばね３２の密度を低く（ばね定数を小さく）し、弁軸に近い位置のばね３２の密度を高く（ばね定数を大きく）すると、隙間が生じ難い構成になる。
【００３３】
図４は、開度と排気ガス流量との関係を示した流量特性のグラフである。Ａ地点からＢ地点は、弁体とシール部が密着した状態であり、Ｂ地点からＣ地点は、弁体とシール部との間に隙間が生じているが、少なくとも一部分は接触している状態、Ｃ地点からＤ地点は、弁体とシール部とが接触していない状態である。
【００３４】
従来の排圧調整弁ではシール材の剛性が高く、弁体とシール材が離れた瞬間に急激に流量が変化していたが、上述したとおり本発明に係る排圧調整弁では、弁体とシール部との隙間（流路面積）の生じ方を調整できるので、グラフに示すように、滑らかな流量特性を得ることができる。そして、本発明では、ばねの配置等によって、Ｂ地点からＣ地点までの曲線形状を設定することができる。そして、このような連続的な流量特性であれば、排気ガスの流量制御が容易になる。
【００３５】
以上のような本発明の内燃機関の排圧調整弁は、シール部材や排気管が簡易な構造であるため、プレス成形等による容易な製造方法を採用でき、それによって製造コストを低減することができる。また、排気管の内径加工が不要なので、素材を鋳物から板金プレスに変えることができ、大幅な軽量化が可能である。
【００３６】
また、弾性部の配置やばね定数の設定によって、流量特性が所望の曲線になるように変化させることが可能で、排気ガス流量の制御を容易にすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０            排圧調整弁
１１            弁体
１２            弁軸
２０            排気管
２９，３０      シール部材
３１            シール部
３２            弾性部（ばね）
３３            取付部
【図１】
2014181649.tif 000003
【図２】
2014181649.tif 000004
【図３】
2014181649.tif 000005
【図４】
2014181649.tif 000006
【図５】
2014181649.tif 000007