(57)【要約】【課題】２００℃を超える高温下で、排ガス中に高濃度の硫黄酸化物が含まれていても腐食や破損のないＥＧＲ装置用リードバルブ及びその製造方法を提供する。【解決手段】ＥＧＲ管２１に、弁座ハウジング３１とその弁座ハウジング３１を開閉するリード弁体３２とからなるリードバルブ２４を接続したＥＧＲ装置用リードバルブにおいて、弁座ハウジング３１とリード弁体３２に、ポリアミドイミド樹脂中に、フッ素樹脂粉末と無機粉末を分散させた皮膜を形成したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ管に、弁座ハウジングとその弁座ハウジングを開閉するリード弁体とからなるリードバルブを接続したＥＧＲ装置用リードバルブにおいて、弁座ハウジングとリード弁体に、ポリアミドイミド樹脂中に、フッ素樹脂粉末と無機粉末を分散させた皮膜を形成したことを特徴とするＥＧＲ装置用リードバルブ。
【請求項２】
弁座ハウジングとその弁座ハウジングを開閉するリード弁体とからなるＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法において、ポリアミドイミド樹脂を６５〜７５質量部、フッ素樹脂粉末を１０〜２０質量部  、無機粉末を１０〜３０質量部とし、これに溶剤を加えて弁座ハウジングとリード弁体に塗布した後乾燥させ、これを数回繰り返し、皮膜厚さを３０±１０μｍにした後、これを焼成して皮膜を形成したことを特徴とするＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法。
【請求項３】
弁座ハウジングとリード弁体の表面をサンドブラストにより粗面化した後、皮膜を形成する請求項２記載のＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法。
【請求項４】
フッ素樹脂粉末と無機粉末の平均粒径が１〜２μｍである請求項３記載のＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法。
【請求項５】
フッ素樹脂粉末がＦＥＰであり、無機粉末として、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の双方をそれぞれ５〜１５質量部を用いる請求項２記載のＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのＥＧＲ装置に係り、特にＥＧＲ装置にリード式ワンウエイバルブを用いたＥＧＲ装置用リードバルブ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排ガス中のＮＯｘを低減するために、エンジンに排気ガスを再循環するＥＧＲ（排気ガス再循環）装置が広く使用されている。
【０００３】
このＥＧＲ環装置においては、排ガスを吸気側に再循環するため、吸気側平均圧力が、排気側平均圧力より高いエンジン（高過給エンジンなど）では、排気ガス再循環（ＥＧＲ）が作動できない。
【０００４】
このような場合でも、エンジンの爆発時には、短時間ではあるものの、吸気側より排気圧力が高い部分があるため、リード式ワンウエイバルブを使用することで、ＥＧＲを作動させることが知られている（特許文献１，２）。
【０００５】
このリード式ワンウエイバルブは、特許文献１，２に示されるように、アルミ合金からなる断面三角形状の弁座ハウジングに、その弁座を開閉するリード弁体とそのリード弁体の開放位置を保持するストッパーを重ねてボルトで固定して構成され、エンジンの爆発直後に排気された排ガス圧で、リード弁体を開いて吸気側に再循環できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４９００４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、現在使用されているバルブが破損するおそれがあり、その破壊原因として次のようなものが考えられる。
【０００８】
先ず、リードバルブのリード弁体は、頻繁に開閉を繰り返し、その度に弁座をリード弁体のバネ力と吸気圧で弁座に衝突して叩かれると共に摺動摩擦も生じる。リード弁体はＳＵＳ製で、弁座ハウジングはアルミニウム製であるため、リード弁体の衝突で弁座面に欠損が生じたりリード弁体が破損しやすくなる。
【０００９】
またリードバルブを、低質燃料（高硫黄燃料）を用いた際に排出される排ガスがＥＧＲガスとして流れる環境で使用した場合、リード弁体及びアルミニウム合金からなる弁座が、燃焼中に生成される硫黄酸化物を含む排ガスと排ガス中の水分が反応して発生する硫酸分と主に反応する酸により腐食される。
【００１０】
さらにＨＳＧ（ハウジング）側に腐食によりできた欠損部分がバルブ作動時にリードに高い応力集中を発生させるため早期に先端割れを発生させ製品寿命を著しく低下させる。
【００１１】
不具合の対応としてリードバルブ表面にフッ素樹脂をコーティングする技術が開発され実用に供されているが、実用耐熱温度が約２００℃程度であり、排ガスの冷却装置（ＥＧＲクーラ）の経年劣化等によりリードバルブ入口温度が上昇した場合には耐力不足で、リードバルブが破損することが知られている。
【００１２】
また、同部位の耐衝撃力アップとして、ゴムコートが知られているが、耐熱温度が１８０℃であり、２００℃を超える温度では採用できない。
【００１３】
また弁座ハウジングの材質を、アルミニウムから腐食耐力のあるＳＵＳ系金属を採用することも考えられるが、大幅なコストアップおよび重量増加が避けられない。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、２００℃を超える高温下で、排ガス中に高濃度の硫黄酸化物が含まれていても腐食や破損のないＥＧＲ装置用リードバルブ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、ＥＧＲ管に、弁座ハウジングとその弁座ハウジングを開閉するリード弁体とからなるリードバルブを接続したＥＧＲ装置用リードバルブにおいて、弁座ハウジングとリード弁体に、ポリアミドイミド樹脂中に、フッ素樹脂粉末と無機粉末を分散させた皮膜を形成したことを特徴とするＥＧＲ装置用リードバルブである。
【００１６】
請求項２の発明は、弁座ハウジングとその弁座ハウジングを開閉するリード弁体とからなるＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法において、ポリアミドイミド樹脂を６５〜７５質量部、フッ素樹脂粉末を１０〜２０質量部  、無機粉末を１０〜３０質量部とし、これに溶剤を加えて弁座ハウジングとリード弁体に塗布した後乾燥させ、これを数回繰り返し、皮膜厚さを３０±１０μｍにした後、これを焼成して皮膜を形成したことを特徴とするＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法である。
【００１７】
請求項３の発明は、弁座ハウジングとリード弁体の表面をサンドブラストにより粗面化した後、皮膜を形成する請求項２記載のＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法である。
【００１８】
請求項４の発明は、フッ素樹脂粉末と無機粉末の平均粒径が１〜２μｍである請求項３記載のＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法である。
【００１９】
請求項５の発明は、フッ素樹脂粉末がＦＥＰであり、無機粉末として、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3の双方をそれぞれ５〜１５質量部を用いる請求項２記載のＥＧＲ装置用リードバルブの製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、弁座ハウジングとリード弁体に、ポリアミドイミド樹脂中に、フッ素樹脂粉末と無機粉末を分散させた皮膜を形成することで、耐腐食性、耐摩耗性、耐衝撃性を向上できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のＥＧＲ装置用リードバルブの要部を示す図である。
【図２】図１におけるリード弁体、弁座と皮膜の拡大断面図である。
【図３】本発明における皮膜と従来例の耐摩耗性評価試験結果を示す図である。
【図４】本発明における皮膜と従来例の燃焼生成物（煤）に対する耐摩耗性評価試験結果を示す図である。
【図５】本発明における皮膜と従来例の耐衝撃（叩かれ）性確認試験結果を示す図である。
【図６】本発明のＥＧＲ装置用リードバルブの全体斜視図である。
【図７】本発明のＥＧＲ装置用リードバルブをＥＧＲ管に組み込んだ状態を示す図である。
【図８】本発明のＥＧＲ装置用リードバルブが適用される過給機付きディーゼルエンジンの吸排気装置とＥＧＲ装置の全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２３】
先ず図８により、本発明のＥＧＲ装置用リードバルブが適用される過給機付きディーゼルエンジンの吸排気装置とＥＧＲ装置を説明する。
【００２４】
図８において、ディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１１と排気マニホールド１２は、過給機１３のコンプレッサ１４とタービン１５にそれぞれ連結される。エアクリーナ１７より上流側吸気管１６ａに吸引された空気は、コンプレッサ１４で昇圧され、下流側吸気管１６ｂのインタークーラ１８を通って冷却され、吸気スロットルバルブ１９を介して吸気マニホールド１１からディーゼルエンジン１０に供給される。ディーゼルエンジン１０からの排気ガスは、排気マニホールド１２に排出され、タービン１５を駆動した後、排気ブレーキ装置２３を介して排気管２０に排気される。
【００２５】
排気マニホールド１２と下流側吸気管１６ｂには排気ガスの一部をエンジン１０の吸気系である吸気マニホールド１１側に戻してＮＯｘを低減するためのＥＧＲ管２１が接続され、そのＥＧＲ管２１に、排ガスをエンジン冷却水で冷却するＥＧＲクーラ２２が接続される、ＥＧＲクーラ２２の下流側には、ＥＧＲバルブ２３と、本発明のＥＧＲ装置用リードバルブ２４が接続される。
【００２６】
ＥＧＲ装置用リードバルブ２４は、図６、図７に示すように、ＥＧＲ管２１に接続する断面三角形状の弁座ハウジング３１に、その弁座を開閉するリード弁体３２，３２とそのリード弁体３２，３２の開放位置を保持するストッパー３３，３３を重ねてボルト３４，３４で固定して構成される。この弁座ハウジング３１は、アルミニウム合金のダイキャスト鋳造で製造され、リード弁体３２，３２は、耐熱性がありバネ性のあるＳＵＳ材（日立金属製、ＧＩＮ６）などで形成される。
【００２７】
弁座ハウジング３１は、対向した三角形状板３５の両側に弁座板３６が設けられ、その三角形状板３５と弁座板３６の周囲に、ＥＧＲ管２１に接続するフランジ３７が設けられて形成される。両側の弁座板３６には、それぞれ３つの弁座３８（図７、図１（ｂ））が形成される。
【００２８】
リード弁体３２は、これら弁座３８を閉じるように３枚のリード部３２ａが基部で一体に連結されて形成される（図１（ａ））。ストッパー３３は、３枚のリード部３２ａが開いたときの開放位置を規制するように、その先端部３３ａが弁座板３６から離れるように形成されると共に、リード部３２ａを閉じる方向に吸気圧力を作用させるための長円状の穴３９が形成される。
【００２９】
このＥＧＲ装置用リードバルブ２４は、図７に示すように弁座ハウジング３１の先端が吸気マニホールド１１に凸となるようにＥＧＲ管２１に設けられ、吸気圧より排気圧が高いとき、すなわちエンジン１０の爆発時にリード弁体３２のリード部３２ａが開いて、弁座３８を通して、排気ガスが吸気マニホールド１１側に流すように、また、吸気圧力が高くなれば、リード弁体３２の各リード部３２ａが弁座３８を閉じるようになっている。
【００３０】
さて、本発明は、図１に示すように、リード弁体３２の表裏面及び弁座ハウジング３１の表裏面に耐食性及び耐摩耗性を有する皮膜２５を形成したＥＧＲ装置用リードバルブ２４及びその製造方法である。
【００３１】
この皮膜２５の成分は、
（Ａ）ポリアミドイミド樹脂      ６５〜７５質量部
（Ｂ）フッ素樹脂粉末            １０〜２０質量部
（Ｃ）無機粉末                  １０〜３０質量部
からなる。
【００３２】
（Ａ）ポリアミドイミド樹脂としては、耐熱温度２６０℃以上の耐熱性があるもので、乾燥ないし焼成前の数平均分子量が、２０００〜８０００であるものを用いる。
【００３３】
（Ｂ）フッ素樹脂粉末としては、特にＦＥＰ（テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共同合体したフッ素樹脂）を用いるのが好ましく、平均粒径は１〜２μｍのものを用いる。
【００３４】
（Ｃ）無機粉末としては、平均粒径が１〜２μｍのものを用い、成分としてはＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3をそれぞれ５〜１５質量部添加するのが好ましいが、ＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3を単独で使用してもよい、またＳｉＯ2とＡｌ2Ｏ3を他に、グラファイトや２硫化モリブデンなどを用いてもよい。
【００３５】
この（Ａ）〜（Ｃ）の成分に溶剤（Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ））を加えて皮膜形成樹脂前駆体とする。
【００３６】
他方、リード弁体３２と弁座ハウジング３１は、皮膜形成樹脂前駆体をコーティングする前に、アルミナ粒子（＃２２０メッシュ）でサンドブラスト処理を行い、その表面荒さをＲａで１〜１．５μｍ程度に粗面化しておく。
【００３７】
この粗面化したリード弁体３２と弁座ハウジング３１に皮膜形成樹脂前駆体をスプレー塗装等にてコーティング膜を形成した後、７０〜９０℃で２０分以上加熱乾燥する。このスプレー塗装と乾燥を３〜５回繰り返し、最終的に３０±１０μμｍ、好ましくは３０μｍ厚さのコーティング膜を形成した後、２３０℃±１０℃で４５±５分焼き付けてコーティング膜を焼成することで皮膜２５を形成する。
【００３８】
弁座ハウジング３１への皮膜２５の形成は、弁座ハウジング３１の全面に形成するが、排ガスと接触する面すなわち、三角形状板３５の内面と弁座板３６の内外面に形成するようにしてもよい。
【００３９】
この皮膜２５の特性は
摩擦係数        ０．０８〜０．１（往復摩擦試験機で測定）
鉛筆硬度        ５Ｈ（ＪＩＳ  Ｋ  ５４００）
碁盤目テスト    １００／１００（ＪＩＳ  Ｋ  ５４００）
折り曲げテスト    合格  ３ｍｍ（ＪＩＳ  Ｋ  ５４００）
耐食性          ５００時間以上（ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１  ５％塩水噴霧）
耐溶剤性        合格  （トルエン２４時間浸漬後、折曲げ）
最高使用温度    ２５０℃程度
であった。
【００４０】
図２は、リード弁体３２と弁座ハウジング３１に形成した皮膜２５の断面を拡大した模式図を示し、ポリアミドイミド樹脂２６Ａ中に、フッ素樹脂粉末２６Ｂと無機粉末２６Ｃが分散した状態の皮膜２５となる。
【００４１】
このように皮膜２５中に無機粉末２６Ｃを含むことで、リード弁体３２が弁座ハウジング３１の弁座面に頻繁に衝突しても、無機粉末２６Ｃは、ポリアミドイミド樹脂２６Ａより硬度が高いため、耐衝撃性を発揮し、またフッ素樹脂粉末２６Ｂは、両者の接触摩擦に対して潤滑性があるため、耐摺動摩擦性に優れたものとなる。
【００４２】
このように、リード弁体３２と弁座ハウジング３１の面に従来のフッ素樹脂より耐熱性に優れた、ポリアミドイミド系樹脂をベースとし、これにフッ素樹脂粉末と無機粉末を分散させることで、皮膜２５は耐熱性、耐衝撃性、着座時の衝撃緩和、潤滑性を併せ持つことが可能となり、着座衝撃に対する耐久性でおよそ１０００倍の耐力を実現することができる。
【００４３】
次に、本発明の皮膜の試験結果を図３〜図５により説明する。
【００４４】
図３は、リード弁体と弁座ハウジングの双方に皮膜を施した本発明と、リード弁体又は弁座ハウジングの片方に皮膜を施した比較例と、皮膜をフッ素樹脂コートした従来例の耐摩耗性評価試験の結果を示したものである。
【００４５】
耐摩耗性評価試験は、室温、大気雰囲気中で、試験片に荷重１ｋｇｆをかけ、１０ｍｍのストロークで往復摺動（往復速度；１０往復まで９ｃｐｍ、１０往復以降２４０ｃｐｍ）したときの往復回数と試験片の摩耗深さを測定したものである。
【００４６】
図３より従来例では、１００回程度で、摩耗深さが２０μｍとなり、比較例では、ある程度の耐摩耗性を発揮したが４０００回で、摩耗深さが２０μｍとなった。
【００４７】
これに対して、本発明では１２０００回でも摩耗深さが１０μｍであり、耐摩耗性が従来例より１２０倍向上していることが確認された。
【００４８】
図４は、燃焼生成物（煤）に対する耐摩耗性評価結果を示したもので、試験片に室温下で、煤を模擬して劣化オイルを滴下し、図３と同様に、荷重１ｋｇｆをかけ、１０ｍｍのストロークで往復摺動したときの往復回数と試験片の摩耗深さを測定したものである。
【００４９】
図４より、従来例では、２００回程度で、摩耗深さが１８μｍとなったが、本発明では１６０００回でも摩耗深さが３μｍであり、煤に対して８０倍以上の耐摩耗性を有することが確認された。
【００５０】
図５は、フッ素樹脂コートした従来例と本発明の皮膜の耐衝撃（叩かれ）性確認試験結果を示したものである。
【００５１】
叩き試験は、試験片にアルミ球（Ａ１０５０）を、クランク回転数３００ｒｐｍで叩いたときの叩き回数と摩耗深さを測定したもので、試験雰囲気温度を、大気中で３５０℃と２００℃で行った。
【００５２】
この結果、従来例１（３５０℃）は１００回で摩耗深さが３５μｍ、従来例２（２００℃）は、１００回で摩耗深さが３０μｍとなるのに対し、本発明１（３５０℃）及び本発明２（２００℃）では、共に１０００００回でも摩耗深さが５μｍであり、耐衝撃（叩かれ）性は、従来例より１０００倍以上に向上することが確認できた。
【００５３】
また、耐食性について、リード弁体の人工排気結露水を用いた試験を行った結果、フッ素系樹脂では、皮膜の部分的な剥離が見られた。これに対して本発明の皮膜では、変色は見られただけで皮膜の浮き上がり等は発生しないことが確認できた。
【００５４】
さらに耐腐食性については、ベースのアルミダイキャストの素地のままのものに対して、本発明の皮膜を形成したものでは、同一試験時間で全く母材への腐食は発生していないことが確認できた。
【００５５】
以上より、本発明は、弁座ハウジングをＳＵＳ製にすることなく、アルミニウム合金をベースとし、ほとんど重量増加することなく、低コストで、叩かれ寿命の大幅な増加が可能となる。
【００５６】
また高硫黄燃料使用時の耐力も大幅に向上することが可能となったため、通常５０ｐｐｍ程度が実用限界であるものを、２０００ｐｐｍ以上の高濃度燃料の使用時にも実用性を確保することが可能となった。
【００５７】
従って、本発明により、２５０〜３５０℃程度までのＥＧＲガス温度での使用にも耐えることが可能となり、ロバストネスの高いバルブの提供が可能となる。
【符号の説明】
【００５８】
２１  ＥＧＲ管
２４  ＥＧＲ装置用リードバルブ
２５  皮膜
３１  弁座ハウジング
３２  リード弁体
【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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