(57)【要約】【課題】排気ガス漏出の主要因となる特有の排気ガスの流れを効果的に阻止する。【解決手段】排気制御弁は、排気ガスが流通する流路穴２を有するバルブ本体３と、流路穴内に回動可能に配置された弁体４と、弁体に固定され、弁体から突出されると共に、弁体の回動中心Ｘを規定する弁軸５と、バルブ本体に形成され、弁軸が挿通される弁軸穴８と、弁軸および弁軸穴の間の隙間１８をシールするためのシール部材２２とを備える。シール部材は、ラビリンスシールを形成するよう隙間内に配置された小径シール部材２３と大径シール部材２４を備える。小径シール部材２３は、弁軸に締まり嵌めにより固定される。【選択図】図２
2018053807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する流路穴を有するバルブ本体と、
前記流路穴内に回動可能に配置された弁体と、
前記弁体に固定され、前記弁体から突出されると共に、前記弁体の回動中心を規定する弁軸と、
前記バルブ本体に形成され、前記弁軸が挿通される弁軸穴と、
前記弁軸および前記弁軸穴の間の隙間をシールするためのシール部材と、
を備え、
前記シール部材が、ラビリンスシールを形成するよう前記隙間内に配置された小径シール部材と大径シール部材を備え、
前記小径シール部材が、前記弁軸に締まり嵌めにより固定される
ことを特徴とする排気制御弁。
【請求項２】
前記シール部材が、少なくとも二つの小径シール部材と少なくとも一つの大径シール部材とを備え、前記小径シール部材と前記大径シール部材が軸方向に交互に配置され、
少なくとも二つの小径シール部材のうち、少なくとも前記流路穴に最も近い小径シール部材が、前記弁軸に締まり嵌めにより固定される
ことを特徴とする請求項１に記載の排気制御弁。
【請求項３】
前記小径シール部材が、前記弁軸に圧入または焼嵌めにより固定される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気制御弁。
【請求項４】
前記小径シール部材が小径シールワッシャからなり、前記大径シール部材が大径シールワッシャからなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路を流れる排気ガスの流量を制御するための排気制御弁に係り、特に、車両制動時に排気通路を閉止してエンジンブレーキ力を増加させる排気ブレーキバルブへの適用に好適な排気制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラック等の大型車両においては車両制動時のエンジンブレーキ力を増加する目的で排気ブレーキバルブが装備されている。この排気ブレーキバルブは、典型的に回動可能な弁体を備え、弁軸を介して弁体を閉弁操作することでエンジンの排気通路を閉止し、エンジンブレーキ力を増強する構成となっている。
【０００３】
弁軸は、バルブ本体に形成された弁軸穴内に挿通され、弁軸穴内で回動可能に支持される。つまり弁軸穴内には弁軸を回動可能に支持する軸受が設けられている。これに加え、弁軸穴内には、弁軸と弁軸穴の間の隙間をシールするためのシール部材が設けられている。
【０００４】
シール部材として、ラビリンスシールを形成するよう配置された小径シール部材と大径シール部材を備えたものが公知である（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１９４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる排気ブレーキバルブにおいては、弁体を閉止したときにその上流側の排気圧力が高圧となり、弁軸と弁軸穴の間の隙間を通じて排気ガスが外部に漏出することが懸念される。この漏出をできるだけ抑制する目的で、前記シール部材が装備される。
【０００７】
一方、本発明者らは、鋭意研究の結果、排気ガス漏出の主要因となる特有の排気ガスの流れが存在することを新たに見出した。従来のシール部材では、こうした特有の排気ガスの流れを効果的に阻止することはできず、結果、十分なシール性能を得ることは困難である。
【０００８】
そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、排気ガス漏出の主要因となる特有の排気ガスの流れを効果的に阻止することができる排気制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の態様によれば、
排気ガスが流通する流路穴を有するバルブ本体と、
前記流路穴内に回動可能に配置された弁体と、
前記弁体に固定され、前記弁体から突出されると共に、前記弁体の回動中心を規定する弁軸と、
前記バルブ本体に形成され、前記弁軸が挿通される弁軸穴と、
前記弁軸および前記弁軸穴の間の隙間をシールするためのシール部材と、
を備え、
前記シール部材が、ラビリンスシールを形成するよう前記隙間内に配置された小径シール部材と大径シール部材を備え、
前記小径シール部材が、前記弁軸に締まり嵌めにより固定される
ことを特徴とする排気制御弁が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記シール部材が、少なくとも二つの小径シール部材と少なくとも一つの大径シール部材とを備え、前記小径シール部材と前記大径シール部材が軸方向に交互に配置され、
少なくとも二つの小径シール部材のうち、少なくとも前記流路穴に最も近い小径シール部材が、前記弁軸に締まり嵌めにより固定される。
【００１１】
好ましくは、前記小径シール部材が、前記弁軸に圧入または焼嵌めにより固定される。
【００１２】
好ましくは、前記小径シール部材が小径シールワッシャからなり、前記大径シール部材が大径シールワッシャからなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気ガス漏出の主要因となる特有の排気ガスの流れを効果的に阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る排気ブレーキバルブの全体構成を示す部分断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
本発明は、エンジン（内燃機関）の排気通路を流れる排気ガスの流量を制御するための排気制御弁に関する。以下に述べる本実施形態は、本発明を排気ブレーキバルブに適用した例である。排気ブレーキバルブとは周知のように、車両制動時に排気通路を閉止して排気ガスの流れを止め、エンジンブレーキ力を増加させるバルブ装置である。しかしながら本発明は、排気ブレーキバルブに限らず、広く、排気通路に設置される弁として適用可能である。なお排気ブレーキバルブが装備される車両は、主としてトラックやバス等の大型車両であり、排気ブレーキバルブが適用されるエンジンは主としてディーゼルエンジンである。但し車両およびエンジンの種類は任意である。
【００１７】
図１に、本実施形態に係る排気ブレーキバルブ１の全体構成を示す。排気ブレーキバルブ１は、排気ガスが流通する流路穴２を有するバルブ本体３と、流路穴２内に回動可能に配置された弁体４と、弁体４に固定され、弁体４から突出されると共に、弁体４の回動中心Ｘを規定する弁軸５，６とを備える。
【００１８】
回動中心Ｘ上に流路穴２の穴中心Ｏがあり、穴中心Ｏで回動中心Ｘに直交する直交軸Ｙを規定する。直交軸Ｙに対し図示左側を左、図示右側を右とする。また回動中心Ｘの長手方向を軸方向という。回動中心Ｘを基準とした半径方向を単に半径方向ということがある。軸方向において、穴中心Ｏに近づく方向を内側、穴中心Ｏから遠ざかる方向を外側とする。なお、こうした表現は理解容易のため図示の配置において便宜上定められたものに過ぎない点に留意すべきである。排気ブレーキバルブ１は概ね左右対称の構成を有する。流路穴２内の排気ガスの流れ方向は、回動中心Ｘおよび直交軸Ｙに直交する方向、すなわち紙面表裏方向である。
【００１９】
バルブ本体３は、概ね四角形の外形と、円形の流路穴２とを有し、流路穴２内には排気ガスが上述の方向に流通されるようになっている。穴中心Ｏを基準とした流路穴２の半径方向外側には、図示しないエンジンの排気管の途中にフランジ接続されるための複数（本実施形態では４つ）のボルト挿通孔７が設けられる。排気管およびバルブ本体３は同軸接続され、排気管およびバルブ本体３によりエンジンの排気通路が画成される。
【００２０】
弁体４は、流路穴２に適合した円形のバタフライ弁形式の弁体であり、板状部材（特に金属板）からなる。弁体４は穴中心Ｏと同軸に配置される。
【００２１】
弁体４の左右の側部に弁軸５，６が固定される。本実施形態の場合、弁軸５，６の軸方向内側の端部に半割状のスリットが設けられ、このスリットに弁体４が差し込まれ、溶接により固定されている。もっともこうした固定方法は任意であり、例えばボルト止め等により固定してもよい。本実施形態の場合、弁軸は左右に分割された２本の弁軸５，６からなるが、１本の弁軸からなってもよい。左右の弁軸５，６はそれぞれ弁体４から軸方向外側すなわち左右側に突出されている。
【００２２】
弁軸５，６のこれら突出部分が、バルブ本体３に形成された弁軸穴８，９に挿通される。バルブ本体３の左右の側部には軸方向外側に突出する凸部１０，１１が一体形成される。弁軸穴８，９は、凸部１０，１１の軸方向外側の端面から流路穴２まで、回動中心Ｘと同軸に、軸方向に貫通して延びている。弁軸穴８，９の内径は弁軸５，６の外径より大径とされ、弁軸穴８，９と弁軸５，６の間には比較的大きな隙間１８，１９が形成されている。
【００２３】
凸部１０，１１には、弁軸穴８，９を閉止する蓋板１２，１３が複数のボルト１４，１５により取り付けられている。左側の蓋板１２の中心部には挿通穴１６が設けられ、この挿通穴１６を通じて左側の弁軸５が外部に突出される。この突出端部に操作レバー１７が固設される。操作レバー１７が図示しないアクチュエータにより回動中心Ｘ周りに回動操作されることで、弁軸５，６と弁体４が一体となって回動中心Ｘ周りを回動され、すなわち開閉動作される。
【００２４】
このように左側の弁軸５は回動のための駆動力が付与される駆動側の弁軸である。これに対し、右側の弁軸６は、弁体４の回動に伴って受動的に回動される従動側の弁軸である。それ故、右側の弁軸６は外部に突出されておらず、右側の蓋板１３には挿通穴１６が設けられていない。
【００２５】
左右の隙間１８，１９および弁軸穴８，９内の構成は、左右対称である点を除き同様である。よって以下、左側の構成について主に説明し、右側の構成については基本的に説明を省略する。
【００２６】
図２にも拡大して示すように、隙間１８内には、軸方向内側から外側に向かって順にリテーナ２０と軸受２１とシール部材２２とが回動中心Ｘに対し同軸に配置されている。
【００２７】
軸受２１は、本実施形態の場合すべり軸受からなり、特に金属製の管状ブッシュからなる。軸受２１は、弁軸５および弁軸穴８に対しスライド可能に嵌合されて、弁軸５を回動可能に支持する。
【００２８】
リテーナ２０も管状の部材であるが、その用途は軸受２１と異なり、主に弁軸穴８内の軸方向の隙間を埋めたり、弁軸５を補助的に支持したりする目的で使用される。リテーナ２０は、比較的精度が低い部品であり、弁軸５および弁軸穴８に対し比較的緩く嵌合されている。なおリテーナ２０は省略してもよい。
【００２９】
シール部材２２は、ラビリンスシールを形成するよう隙間１８内に配置された小径シール部材と大径シール部材を備える。本実施形態において、小径シール部材は小径シールワッシャ２３からなり、大径シール部材は大径シールワッシャ２４からなる。両シールワッシャ２３，２４は薄板からなる円環状の部材とされる。小径シールワッシャ２３は大径シールワッシャ２４より内外径ともに小さい。
【００３０】
本実施形態の場合、シール部材２２は、少なくとも二つの小径シールワッシャ２３と少なくとも一つの大径シールワッシャ２４を備える。具体的にはシール部材２２は、二つの小径シールワッシャ２３と二つの大径シールワッシャ２４を備える。これら小径シールワッシャ２３と大径シールワッシャ２４は軸方向に交互に一つずつ配置される。本実施形態の場合、軸方向内側から外側に向かって順に小径シールワッシャ２３（２３Ａ）、大径シールワッシャ２４、小径シールワッシャ２３（２３Ｂ）、大径シールワッシャ２４という順番で配置されている。
【００３１】
図２において、各部材間の隙間の大きさおよび有無は誇張して描かれている。軸方向については、弁軸５，６および弁体４の回動動作を可能にするのに必要最小限の隙間が形成されている。この軸方向の隙間の大きさは本実施形態ではあまり重要ではない。軸方向の隙間は、弁軸５，６および弁体４の軸方向のガタつきを最小限にし、かつ、弁軸５，６および弁体４のスムーズな回動動作を許容するよう形成されている。なおこうした最適な軸方向隙間を達成するよう、リテーナ２０の軸方向長さが定められている。
【００３２】
次に半径方向の隙間に関して説明する。リテーナ２０については、これが高精度である必要がないことから、リテーナ２０と弁軸５の間、およびリテーナ２０と弁軸穴８の間に比較的大きな隙間が形成される。リテーナ２０は弁軸５および弁軸穴８に対して比較的緩いすき間嵌め状態にある。
【００３３】
軸受２１については、これが弁軸５をできるだけ少ない軸ズレでスムーズに回動できるよう支持する必要がある。このため軸受２１は、弁軸穴８に対しては比較的きついすき間嵌め状態にある。軸受２１と弁軸穴８の間の隙間は、軸受２１がスライド可能なぎりぎりの大きさ、あるいは比較的上質の嵌め合いを達成する大きさとされる（図示上は隙間なしとして表現されている）。他方、軸受２１に対する弁軸５のスムーズなスライド回動動作を許容するため、軸受２１は、弁軸５に対しては、弁軸穴８に対してよりも緩いすき間嵌め状態にある。軸受２１と弁軸５の間の隙間は、軸受２１と弁軸穴８の間の隙間より大きいものとされている。
【００３４】
大径シールワッシャ２４と弁軸穴８の間の隙間は、組立時に大径シールワッシャ２４が弁軸穴８に対してスライド可能となるようなぎりぎりの大きさ、あるいは比較的上質の嵌め合いを達成するような大きさとされる（図示上は隙間なしとして表現されている）。大径シールワッシャ２４は、弁軸穴８に対しては比較的きついすき間嵌め状態にある。他方、大径シールワッシャ２４と弁軸５の間の隙間は、漏出しようとする排気ガスに対する蛇行通路の一部を画成するため、大径シールワッシャ２４と弁軸穴８の間の隙間よりも大きくされている。大径シールワッシャ２４の内径は弁軸５の外径より大きく、大径シールワッシャ２４は弁軸５に対して緩いすき間嵌め状態にある。なお蛇行通路を排気ガスが流れる様子を仮想線ａで示す。
【００３５】
小径シールワッシャ２３と弁軸穴８の間の隙間も、漏出しようとする排気ガスに対する蛇行通路の一部を画成するため、大径シールワッシャ２４と弁軸５の間の隙間と同等の大きさに設定されている。小径シールワッシャ２３の外径は弁軸穴８の内径より小さく、小径シールワッシャ２３は弁軸穴８に対して緩いすき間嵌め状態にある。
【００３６】
他方、特徴的であるが、小径シールワッシャ２３と弁軸５の間の隙間は存在しない。小径シールワッシャ２３が弁軸５に締まり嵌めにより固定されるからである。本実施形態では、二つの小径シールワッシャ２３（２３Ａ，２３Ｂ）がともに締まり嵌めにより弁軸５に固定されている。例えば小径シールワッシャ２３は、圧入または焼嵌めにより弁軸５に固定される。他の締まり嵌め方法として冷し嵌め等も考えられる。
【００３７】
少なくとも二つの小径シールワッシャ２３が設けられる場合、後述する理由で、少なくとも流路穴８に最も近い小径シールワッシャ２３（２３Ａ）、すなわち最も軸方向内側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ａ）が、弁軸５に締まり嵌めにより固定されるのが好ましい。本実施形態はそのようになっており、最も軸方向内側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ａ）に加え、これより軸方向外側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ｂ）も締まり嵌めにより固定されている。但し、軸方向外側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ｂ）については、これを締まり嵌めとせず、すき間嵌めとする変形例も可能である。これにより両方の小径シールワッシャ２３間で嵌め合い度合いに差を持たせることができる。
【００３８】
上記の如きラビリンスシールを形成するシール部材２２を設けることにより、弁軸穴８および弁軸５を押圧することによりシールを行う通常のシール部材（例えばＯリング等を利用したもの）に比べ、シール性とバルブ動作の両立を容易に行うことができる。
【００３９】
シール部材２２の軸方向外側には、弁軸５と挿通穴１６の間の隙間が存在する。この隙間は前述した各部材間の隙間に比べて大きいものである。
【００４０】
さて、かかる排気ブレーキバルブ１の作動時には、図１に示す如く流路穴２を僅かな開口を残して閉止するよう、弁体４が閉弁（全閉）される。このとき、弁体４の上流側の排気圧力が高圧となり、弁軸５，６と弁軸穴８，９の間の隙間１８，１９を通じて排気ガスが外部に漏出しようとする。右側の隙間１９については弁軸穴９が蓋板１３により閉止されているので排気ガス漏出の虞はない。しかし左側の隙間１８については、蓋板１２の挿通穴１６と弁軸５の間に隙間があるので、ここから排気ガスが漏出する虞がある。
【００４１】
一方、本発明者らは、鋭意研究の結果、排気ガス漏出の主要因となる特有の排気ガスの流れが存在することを新たに見出した。この特有の排気ガスの流れとは、図２に仮想線ｂで示すような、弁軸５の外周面に沿って軸方向外側に向かう直線状の流れである。この流れｂは、隙間１８の中心部を軸方向外側に向かって流れる流れとも言える。流れｂは、リテーナ２０と弁軸５の間の隙間、および軸受２１と弁軸５の間の隙間を順に通じて、最も軸方向内側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ａ）に向かう。
【００４２】
従来のラビリンスシールでは、小径シールワッシャと弁軸の間に少なからず隙間が存在する。このため、この隙間を通じて排気ガスが外部に漏出する虞がある。従来のラビリンスシールにおける小径シールワッシャと弁軸の間の隙間は、大径シールワッシャと弁軸穴の間の隙間と同等の大きさを有する。よって小径シールワッシャに至った直線状の流れｂは、小径シールワッシャおよび弁軸の間の隙間と、大径シールワッシャおよび弁軸の間の隙間と、弁軸および挿通穴の間の隙間とをそのまま直線状に通過して、外部に漏出する可能性がある。
【００４３】
しかしながら、本実施形態では、小径シールワッシャ２３を弁軸５に締まり嵌めにより固定し、小径シールワッシャ２３と弁軸５の間の隙間を無くしている。従って、上記の直線状の流れｂを阻止し、ラビリンスシールにより形成される蛇行状通路に流れｂを導くことができる。従って、排気ガス漏出の主要因となる特有の排気ガスの流れを効果的に阻止し、十分なシール性能を安定的に得ることが可能となる。
【００４４】
上記の如きラビリンスシールでは、小径シールワッシャ２３と大径シールワッシャ２４の数を増すほど蛇行状通路における屈曲回数が増え、シール性能向上に有利である。本実施形態では、少なくとも二つ（具体的には二つ）の小径シールワッシャ２３と少なくとも一つ（具体的には二つ）の大径シールワッシャ２４を設けるため、両者を各一つずつとする場合に比べ、シール性能を向上できる。
【００４５】
また本実施形態では、少なくとも最も軸方向内側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ａ）を、弁軸５に締まり嵌めにより固定するので、上記の直線状の流れｂを、蛇行状通路の最も上流側の位置で阻止し、流れｂを効果的に遮ることができる。
【００４６】
また本実施形態では、それ以外の小径シールワッシャ２３（２３Ｂ）も弁軸５に締まり嵌めにより固定し、特に、全ての小径シールワッシャ２３を弁軸５に締まり嵌めにより固定する。よって締まり嵌めとされた全ての小径シールワッシャ２３について、弁軸５との間の隙間を無くし、この隙間をガスが流れることを阻止できる。そしてガスを蛇行状通路に確実に導いてシール性能を向上できる。
【００４７】
ここで、小径シールワッシャ２３と大径シールワッシャ２４の配列については、最も初期の段階で直線状流れｂを阻止するのが効果的であることから、本実施形態のように、軸方向内側から数えて最初の小径シールワッシャ２３を最初の大径シールワッシャ２４より軸方向内側に配置するのが好ましい。
【００４８】
本実施形態では、小径シール部材および大径シール部材を、シンプルな構造の小径シールワッシャ２３および大径シールワッシャ２４から形成したので、各シール部材を低コストで製造できる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は上述のものに限られず、例えば以下のような他の実施形態も可能である。
【００５０】
（１）上記実施形態では複数の小径シールワッシャ２３を全て締まり嵌めとしたが、締まり嵌めとする小径シールワッシャ２３の種類および数は任意である。上述したように、最も軸方向内側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ａ）を締まり嵌めとするのが好ましいが、必ずしもそうでなくてもよい。最も軸方向内側に位置する小径シールワッシャ２３（２３Ａ）を締まり嵌めとせず、すなわちすき間嵌めとし、それより軸方向外側に位置する他の小径シールワッシャ２３（２３Ｂ）を締まり嵌めとしてもよい。
【００５１】
（２）小径シール部材および大径シール部材は、小径シールワッシャ２３および大径シールワッシャ２４に限らず、他の構成を有するシール部材で形成してもよい。また小径シール部材および大径シール部材の数も変更可能である。
【００５２】
（３）弁体は、必ずしもバタフライ弁形式の弁体でなくてもよく、例えばボール弁形式の弁体であってもよい。
【００５３】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１  排気ブレーキバルブ
２  流路穴
３  バルブ本体
４  弁体
５  弁軸
８  弁軸穴
１８  隙間
２２  シール部材
２３  小径シールワッシャ
２４  大径シールワッシャ
Ｘ  回動中心
【図１】
2018053807.tif 000003
【図２】
2018053807.tif 000004