(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関が作動している際の温度上昇や高温の排気ガスがバルブ内を流れても、バルブ表面の付着性が乏しく、処理膜の耐熱性、密着性、膜厚の均一性、耐摩耗性、及び低コストの処理膜を施した排気バルブを提供する。【解決手段】内燃機関の排気ガスが流通する排気流路に装着される排気バルブ２６を、排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディ２６１と、連通路に設けられた弁体２６２と、弁体２６２に連結され、バルブ本体２６１に形成されたシャフト穴３１１，３１２に挿設されるとともに、シャフト穴３１１，３１２内に設置された軸受部を介してバルブ本体に支持され、回転駆動されるシャフト部材２６３と、を備え、バルブボディ２６１全面にセラミクスコーティング処理が施し構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスが流通する排気流路に装着される排気バルブであって、
前記排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディと、
前記連通路に設けられた弁体と、
前記弁体に連結され、前記バルブ本体に形成されたシャフト穴に挿設されるとともに、当該シャフト穴内に設置された軸受部を介して前記バルブ本体に支持され、回転駆動されるシャフト部材と、
を備え、
前記バルブボディ全面にセラミクスコーティング処理が施されていることを特徴とする排気バルブ。
【請求項２】
前記弁体に前記セラミックスコーティングが施されていることを特徴とする請求項１に記載の排気バルブ。
【請求項３】
前記弁体を回転駆動する前記シャフト部材の外周部に前記セラミックスコーティングが施されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載の排気バルブ。
【請求項４】
前記弁体を回転駆動する前記シャフト部材の摺動部分に耐熱性及び固体潤滑性のある金属又は金属化合物をコーティングしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の排気バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスの排気系統に装着されるエギゾーストバルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のエンジンから排出される排気ガスが流通する排気流路に、流路切替用や流量調整用の排気流路バルブが設置された構成が知られている。例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘ排出量を低減させるべく設置されたＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）において、当該排気ガスの還流通路に流路切替バルブを備える構成が公知である。
【０００３】
特許文献１には、排気ガスが流通する排気流路に設置される排気流路バルブにおいて、排気ガス中の組成成分もしくは固形物によって生成される付着物（燃焼生成物ともいう）の付着防止性能を高め、バルブ作動性を向上させるのに有効な技術を提供することを目的とした排気流路バルブが開示されている。
【０００４】
この特許文献１では、課題を解決するため排気流路バルブを以下のように構成している。バルブ本体はアルミニウム材料とし、そのバルブ本体に収納されている弁体をステンレス材料としている。このバルブ本体の内部のうち排気ガス流れが及ぶ部位及び前記弁体の外周部に、排気流路内を流れる排気ガス中の付着物の付着を防止し、且つ前記バルブ本体と前記弁体との接触部位の摺動抵抗を低減させるためにポリテトラフルオロエチレンからなる撥油性のコーティング処理が施されている。
【０００５】
特許文献１では課題解決のために上述のフッ素コーティング処理膜が採用されているが以下のような問題がある。
【０００６】
１）内燃機関が作動している際の温度上昇に対して耐熱性が劣る。
２）処理膜の表面に排気ガス中に含まれる炭化物等が処理面に付着しやすい。
３）処理膜の密着性が劣り剥がれ易い。
４）膜厚が不均一になりやすい。
５）処理膜の表面硬度が低く処理表面が傷つきやすく摩耗しやすい。
６）処理コストが高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許４７６７２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関が作動している際の温度上昇や高温の排気ガスがバルブ内を流れても、バルブ表面に付着物の付着性が乏しく、処理膜の耐熱性、密着性、膜厚の均一性、耐摩耗性、及び低コストの処理膜を施した排気バルブ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】
上記目的を達成するための第１発明の排気バルブは、内燃機関の排気ガスが流通する排気流路に装着される排気バルブであって、前記排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディと、前記連通路に設けられた弁体と、前記弁体に連結され、前記バルブ本体に形成されたシャフト穴に挿設されるとともに、当該シャフト穴内に設置された軸受部を介して前記バルブ本体に支持され、回転駆動されるシャフト部材と、を備え、前記バルブボディ全面にセラミクスコーティング処理が施されていることを特徴とする。
【００１０】
第１発明によれば、排気バルブのバルブボディ全面にセラミックスコーティングが施されているので、排気バルブの排気ガス流路の耐食性が向上する。また燃焼生成物（付着物）が、排気バルブの排気ガス流路に付着することを防止することができる。またこのセラミックコーティングは、フッ素コーティングに比べ安価であり、本発明の排気バルブは低コストとすることができる。
【００１１】
第２発明の排気バルブは、第１発明において、前記弁体に前記セラミックスコーティングが施されていることを特徴とする。
【００１２】
第２発明によれば、排気バルブ内の弁体にこのセラミックコーティングを施しているので、弁体の耐熱性が向上するだけでなく、弁体に燃焼生成物の付着を防止することができる。
【００１３】
第３発明の排気バルブは、第１発明或いは第２発明において、前記弁体を回転駆動する前記シャフト部材の外周部に前記セラミックスコーティングが施されていることを特徴とする。
【００１４】
第３発明によれば、排気バルブ内の弁体を回転駆動するシャフト部材の外周面にこのセラミックコーティングを施しているので、シャフト部材の耐熱性が向上するだけでなく、シャフト部材に燃焼生成物の付着を防止することができる。
【００１５】
第４発明の排気バルブは、第１発明から３発明のいずれかにおいて、前記弁体を回転駆動する前記シャフト部材の摺動部分に耐熱性及び固体潤滑性のある金属又は金属化合物をコーティングしたことを特徴とする。
【００１６】
第４発明によれば、排気バルブ内の弁体を回転駆動する前記シャフト部材の回転摺動部分に固体潤滑性のある金属をコーティングしているので、摺動時の摩擦を低減させることができ、弁体の駆動部品であるシャフト部材の摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態のディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】図１中の排気バルブ（ＥＧＲクーラー切替バルブ）の外観を示す図である。
【図３】図２中の排気バルブの主要部品を表示した説明図である。
【図４】図２中の排気バルブの作動モードの説明図である。
【図５】本発明の排気バルブに使用するセラミックスコーティングの処理工程の説明図である。
【図６】本発明の排気バルブに使用するセラミックスコーティングの熱的挙動の説明図である。
【図７】現状のフッ素コーティング処理工程及びセラミックスコーティング処理工程の説明図である。
【図８】実施例３及び実例４の排気バルブの説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施する為の最良の形態を、図を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
＜１＞内燃機関の構成
以下、本発明の実施例１の排気バルブを図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１を用いて、本発明における「内燃機関」の一実施の形態であるディーゼルエンジン１００の構成を説明する。
【００２０】
図１に示すディーゼルエンジン１００は、自動車、船舶、作業用機械などに搭載されるディーゼルエンジン（内燃機関）である。このディーゼルエンジン１００は、図１に示すように、エンジン本体１１、吸気通路１２、排気通路１１５、ターボチャージャー１４、ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）２０等を備えている。
【００２１】
吸気通路１２は、エンジン本体１１へ吸気される吸気ガスが流通する通路であり、吸気管１２ａ、吸気管１２ｂ、吸気マニホールド１２ｃの順で吸気（新気）が流れるように構成されている。ターボチャージャー１４を構成するコンプレッサ１７ａによって、吸気管１２ａ内に吸気（新気）が流入し、コンプレッサ１５ａを経由して吸気管１２ｂ内へと流れる。このコンプレッサ１７ａは、タービン１７ｂによって駆動されるようになっている。吸気管１２ｂ内を流通した吸気（新気）は、後述するＥＧＲ管２０ａ及び２０ｄを流通した排気ガスと合流して吸気マニホールド１２ｃへと流入し、新気と排気ガスが合流した当該ガスは、エンジン本体１１の各気筒へ吸気されることとなる。
【００２２】
排気通路１５は、エンジン本体１１から排気された排気ガスが流通する通路であり、排気マニホールド１５ａ、排気管１５ｂ、排気管１５ｃの順で排気ガスが流れるように構成されている。エンジン本体１１の各気筒から排気マニホールド１５ａへ流入した排気ガスは、そのほとんどが排気管１５ｂを通じてタービン１７ｂ側へと流れ、タービン１７ｂを回転させたのち、排気管１５ｃを通じて排気ガス浄化装置（図示省略）へと流入する。一方、排気マニホールド１５ａへ流入した排気ガスは、その一部がＥＧＲ装置２０のＥＧＲ通路２１側へと分岐して流れる。
【００２３】
ＥＧＲ装置２０は、排気ガスをディーゼルエンジン１００の吸気系に再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気ガス再循環）機能を有する装置であり、ＥＧＲ通路２１、ＥＧＲクーラー２３、制御部（コントローラ）２５、排気バルブ２６等を備えている。このＥＧＲ装置２０の切替バルブ２６が本発明である。この「排気バルブ」が「ＥＧＲクーラー切替バルブ」である。
【００２４】
＜２＞排気バルブの構成
次に、上記排気バルブ（ＥＧＲクーラー切替バルブ）２６の詳細な構成及び動作を図２〜図８を用いて説明する。
【００２５】
まず、図２〜図４を参照しながら、排気バルブ２６の全体的な構成を説明する。図２は、図１中の排気バルブ２６の外観説明図であり、図３は、図２中の排気バルブ２６の主要部品を表示した説明図である。また、図４は、図２中の排気バルブ内の弁体２６２の動作部分の構造を示しており、排気バルブの作動モードの説明図である。
【００２６】
図２及び図３に示すように、排気バルブ２６は、空冷用の空冷フィン２６７を備えるバルブ本体（ボデー）２６１の内部に、弁体（バルブ）２６２が設けられている。バルブ本体２６１は、例えばアルミニウム材料を使用することも出来るし、排気ガス温度が高い場合は鋳鉄等の鉄系材料を使用することができる。排気ガスの温度に応じて必要とされる耐熱性を発揮できる材料を使用すれば良い。
【００２７】
弁体２６２は、シャフト部材２６３を介してバルブ本体２６１側に支持されており、このシャフト部材２６３は、レバー２６４及びロッド２６５を介してアクチュエータ２６６に接続されている。この弁体２６２は、例えばフェライト系やオーステナイト系のステンレス材料を使用することができるが、これに限定されるものでは無い。
【００２８】
アクチュエータ２６６の内部構造は、図示しないが、内部にダイヤフラムを設けたダイヤフラム室を有し、当該ダイヤフラム室に負圧管を通じて負圧が付与される構成になっている。このアクチュエータ２６６に負圧が付与されると、ロッド２６５が図３中の矢印Ｐ方向に駆動され、また負圧をパージし大気圧のときは当該ロッド２６５が矢印Ｑ方向に駆動され、これによりシャフト部材２６３は図３中の矢印Ｘ方向あるいは矢印Ｙ方向に回転駆動されることとなる。なお、シャフト部材２６３を駆動するアクチュエータとしては、本実施の形態のような負圧式のアクチュエータ２６６以外に、電動機や電磁ソレノイドなどの電動式のアクチュエータを用いることもできる。
【００２９】
＜３＞排気バルブの作用
ここで、本発明の排気バルブの作用について図４により説明する。図４は、排気バルブの作動モードの説明図である。バルブ本体２６１の内部の弁体２６２の作動状態により「ＥＧＲクーラー使用モード」（以下、「使用モード」と略称する）と「ＥＧＲクーラー未使用モード」（以下、「未使用モード」と略称する）の二つのモードで作動する。弁体２６２は、略Ｌ字状に成形されシャフト部材２６３にボルト等により固定接続されている。この弁体は、上記のアクチュエータ２６６を介して回転駆動される。これにより排気バルブは、使用モードと未使用モードに切替動作される。
【００３０】
図４（ａ）は、使用モードであり、排気ガスを冷却回路を通して冷却した排気ガスを吸気系統に送り出しモードである。一方、図４（ｂ）は、排気ガスを冷却せず直に吸気系統に送り出すモードである。
【００３１】
このように排気バルブのバルブボディの本体２６１の排気ガスが流通する内面および弁体２６２の外周表面は、高温の排気ガスや、燃焼生成物にさらされる。従ってバルブボディ２６１の内面や弁体２６２は、熱的な損傷を受けやすくしかも燃焼生成物がその表面に付着する。燃焼生成物の付着は、弁体の作動及び排気バルブそのものの機能に悪影響を及ぼす。従来このような燃焼生成物の付着防止を目的として排気バルブの内面等には、フッ素コーティングが採用されている。しかし「背景技術」でも述べたように多くの問題点がある。
【００３２】
本発明では、排気バルブの内面等にセラミックスコーティングを採用した。以下そのセラミックスコーティングについて説明する。
【００３３】
＜４＞セラミックスコーティング
本発明の排気バルブに採用したセラミックスコーティングは、プラズマ電解酸化法を使用したセラミックスコーティング処理である。図５に示す処理方法により、水溶液中に処理部品と電極を浸漬させ、両者の間でプラズマ放電させることにより処理部品の表面にプラズマ陽極酸化膜をコーティング処理するものである。酸化皮膜として酸化アルミや酸化ジルコニウムなどのセラミックスの薄膜を均等な厚さで処理することができる。
【００３４】
このセラミックスコーティングの熱的挙動を評価した結果を図６に示す。図６に示したとおりＴＧ（重量変化）およびＤＴＡ（発熱・吸熱挙動）において６００℃まで変化は無いという結果が得られている。通常の内燃機関の排気ガスは、約３００℃程度であり、まったく問題ない。本セラミックスコーティングは、従来のフッ素コーティングよりも優れた効果を発現する。
【００３５】
図７は、本発明の排気バルブに使用するセラミックスコーティング処理の工程と従来排気バルブに使用されているフッ素コーティングとを比較した図である。図７に示すように、セラミックスコーティングは、脱脂⇒水洗⇒プラズマ酸化処理⇒水洗⇒乾燥という工程で処理される。一方フッ素コーティングは、図７に示すように非常に多くの工程を経て処理される。従って本セラミミックスコーティングは、フッ素コーティングと比較して格段に低コストである。
【００３６】
このようなセラミックスコーティングを排気バルブに採用することにより、耐熱性、耐食性が向上し、更に燃焼生成物の排気バルブ内面等への付着を防止することができる。従って排気バルブの機能を維持することができる。
【００３７】
また、このようなセラミックスコーティングを排気バルブに使用する場合は、処理工程の都合上、排気バルブ全面に処理することとなる。従って排気バルブの外周面にもセラミックスコーティング処理されているので、排気バルブを鉄系の材料で製造する場合に防錆効果も期待できる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１では、排気バルブのバルブボディ２６１の全面にセラミックスコーティングを施していた。本実施例では、弁体２６２の外周表面にも実施例１と同様のセラミックスコーティングを施している。これにより弁体の耐熱性が向上し、しかも燃焼生成物の付着を防止できる。従って弁体が確実に動作し、排気バルブの機能を維持することができる。
【実施例３】
【００３９】
本実施例を図８に従って説明する。図８は、図３のＭ部がバルブボディ２６１内に収納された状態を示している。シャフト部材２６３は、バルブボディ２６１に設けられたシャフト穴３１１と３１２に、軸受３１３と３１４を嵌合させ、その軸受にシャフト部材を回転可能に挿入している。シャフト部材２６３に弁体２６２のを取付する部分は、高温の排気ガスに曝される。また燃焼生成物が付着しやすい状態である。本実施例では、弁体２６２の外周表面に実施例１のセラミックスコーティングを施している。これによりシャフト部材の耐熱性、耐食性が向上し燃焼生成物の付着を防止することができる。従って弁体が確実に動作し、排気バルブの機能を維持することができる。
本実施例では、シャフト穴３１１と３１２に内周表面にも実施例１と同様のセラミックスコーティングを施している。これによりシャフト穴の耐摩耗性が向上する。従って軸受３１３と３１４を廃止した場合においても、シャフト部材が確実に回転し、排気バルブの機能を維持することができる。
【実施例４】
【００４０】
本実施例では、弁体２６２を回転駆動する部材であるシャフト部材２６３の表面に回転摺動部分の摺動抵抗を軽減する表面処理を施している。表面処理としては、耐熱性及び固体潤滑性のある金属や金属化合物のコーティングを施している。シャフト部材の本体表面に、金属皮膜としては、モリブデン等の金属材料を容射したり、金属化合物としては二硫化モリブデン皮膜を処理したものを使用することができる。これによりシャフト部材の耐摩耗性が向上し、シャフト部材が回転摺動する際のメカロスを低減することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ：ディーゼルエンジン
１１    ：エンジン本体
１２    ：吸気通路
１２ａ、１２ｂ：吸気管
１２ｃ  ：吸気マニホールド
１４    ：ターボチャージャー
１５    ：排気通路
１５ａ  ：排気マニホールド
１５ｂ，１５ｃ：排気管
１７ａ  ：コンプレッサ
１７ｂ  ：タービン
２０    ：ＥＧＲ装置
２０ａ，２０ｄ  ：ＥＧＲ管
２１    ：ＥＧＲ通路
２３    ：ＥＧＲクーラー
２５    ：コントローラ
２６    ：排気バル（ＥＧＲ切替バルブ）
２６１  ：バルブボディ
２６２  ：弁体
２６３  ：シャフト部材
２６４  ：レバー
２６５  ：ロッド
２６６  ：アクチュエータ
２６７  ：フィン
３１１、３１２  ：シャフト穴
３１３、３１４  ：軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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