(57)【要約】【課題】過給機のタービンをバイパスするバイパス流路に設けられる排気バイパスバルブにおいて、高温の排気ガスからの熱伝導によるダイヤフラムの熱害を防止できる排気バイパスバルブを提供する。【解決手段】エンジンからの排気ガスを流通する排気ガス流路２１を有するハウジング２２と、排気ガス流路２１を開閉する弁体２４と、弁体２４に弁軸２６を介して接続され弁体２４の開度を調節するためのダイヤフラム３３を有するアクチュエータ３１とを備えた排気バイパスバルブにおいて、ハウジング２２とアクチュエータ３１との間に、弁軸２６を冷却すべく冷却媒体を流通する冷却室３９を有する冷却ケーシング３８を介設し、冷却ケーシング３８に、冷却ケーシング３８の軸貫通部をシールするパッキン部材４２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスを流通する排気ガス流路を有するハウジングと、上記排気ガス流路を開閉する弁体と、該弁体に弁軸を介して接続され上記弁体の開度を調節するためのダイヤフラムを有するアクチュエータとを備えた排気バイパスバルブにおいて、上記ハウジングと上記アクチュエータとの間に、上記弁軸を冷却すべく冷却媒体を流通する冷却室を有する冷却ケーシングを介設し、該冷却ケーシングに、上記冷却ケーシングの軸貫通部をシールするパッキン部材を設けたことを特徴とする排気バイパスバルブ。
【請求項２】
上記弁軸に、上記冷却室内に位置させて、冷却用の孔が上記弁軸の径方向に貫通させて設けられる請求項１に記載の排気バイパスバルブ。
【請求項３】
上記パッキン部材は、上記弁軸の外周に装着され四ふっ化エチレン樹脂からなる環状部材と、該環状部材の外周に装着されふっ素系ゴムからなるＯリングとを有する請求項１又は２に記載の排気バイパスバルブ。
【請求項４】
上記パッキン部材は、上記弁軸を上記冷却室内に露出させるための切欠部を有するパッキンガイドを介して、上記弁軸の長手方向に間隔を隔てて複数設けられる請求項１から３のいずれかに記載の排気バイパスバルブ。
【請求項５】
上記冷却室への上記冷却媒体の出入口は、入口が出口よりも上側に設けられる請求項１から４のいずれかに記載の排気バイパスバルブ。
【請求項６】
上記冷却媒体が冷却油である請求項１から５のいずれかに記載の排気バイパスバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機のタービンをバイパスするバイパス流路に設けられる排気バイパスバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びスモークの低減を同時に可能にする予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＩ燃焼）の研究が活発に行われている。ＰＣＩ燃焼は均一且つ希薄な混合気をピストンの圧縮上死点よりも早期に生成しその後燃焼させるものである。エンジン負荷が増すと過早着火が発生し着火時期の制御が困難となるため、ＰＣＩ燃焼を行うことができる運転領域が低負荷域に限定されるという問題がある。
【０００３】
ＰＣＩ燃焼を行う運転領域を拡大する手法としては、高ＥＧＲ（排気再循環）化して混合気中の酸素濃度を低下させて燃焼の着火時期を制御し、高Ａ／Ｆ（空燃比）を確保することが効果的であることが知られている。具体的対応策のひとつとして、二段過給装置を用い、高圧段の小型過給機により低速低負荷域から高ブーストを得て高ＥＧＲ及び高Ａ／Ｆを確保することが考えられる。
【０００４】
また、二段過給装置の使用は、高圧段の小型過給機による市街地走行（低中速低中負荷）における燃費の低減と、低圧段の大型過給機による出力点における高出力化とを両立させる手段として有効である。
【０００５】
上記二段過給装置において、高圧段過給機及び低圧段過給機をエンジンに直列に接続して用いた場合には所定の運転領域において使用する過給機を切り替える必要がある。この過給機の切替には吸気系、排気系共にバイパスバルブが必要となり、一般に、排気系のバイパスバルブとして、ダイヤフラム・アクチュエータを有するバタフライ式バルブが用いられる。
【０００６】
なお、特許文献１から３には、ダイヤフラム・アクチュエータを有し、ＥＧＲバルブとして用いられるポペット式バルブが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−６８１０８号公報
【特許文献２】特開平１１−２２５６２号公報
【特許文献３】特開平８−１４５２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、高圧段過給機のみを作動させる場合に、バタフライ式バルブでは流路の切替はできても、機構上バルブ部において高いガスシール性を確保することは困難である。バルブ部においてガスリークが生じると高圧段過給機を効率よく作動できないことが懸念される。
【０００９】
そこで、排気系のバイパスバルブとしては、セルフシール性を有し、既にＥＧＲバルブに用いられているポペット式バルブが適していると考えられる。
【００１０】
しかし、排気系のバイパスバルブとしてダイヤフラム・アクチュエータを有するポペット式バルブを用いた場合、バルブの軸部にアクチュエータのダイヤフラムが接続されているため、エンジンが高負荷運転された際には高温の排気ガスからの熱伝導により、ゴム等の比較的耐熱性に劣る弾性体からなるダイヤフラムの熱害が問題となる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、過給機のタービンをバイパスするバイパス流路に設けられる排気バイパスバルブにおいて、高温の排気ガスからの熱伝導によるダイヤフラムの熱害を防止できる排気バイパスバルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンからの排気ガスを流通する排気ガス流路を有するハウジングと、上記排気ガス流路を開閉する弁体と、該弁体に弁軸を介して接続され上記弁体の開度を調節するためのダイヤフラムを有するアクチュエータとを備えた排気バイパスバルブにおいて、上記ハウジングと上記アクチュエータとの間に、上記弁軸を冷却すべく冷却媒体を流通する冷却室を有する冷却ケーシングを介設し、該冷却ケーシングに、上記冷却ケーシングの軸貫通部をシールするパッキン部材を設けたものである。
【００１３】
ここで、上記弁軸に、上記冷却室内に位置させて、冷却用の孔が上記弁軸の径方向に貫通させて設けられても良い。
【００１４】
また、上記パッキン部材は、上記弁軸の外周に装着され四ふっ化エチレン樹脂からなる環状部材と、該環状部材の外周に装着されふっ素系ゴムからなるＯリングとを有しても良い。
【００１５】
また、上記パッキン部材は、上記弁軸を上記冷却室内に露出させるための切欠部を有するパッキンガイドを介して、上記弁軸の長手方向に間隔を隔てて複数設けられても良い。
【００１６】
また、上記冷却室への上記冷却媒体の出入口は、入口が出口よりも上側に設けられても良い。
【００１７】
また、上記冷却媒体が冷却油であっても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、過給機のタービンをバイパスするバイパス流路に設けられる排気バイパスバルブにおいて、高温の排気ガスからの熱伝導によるダイヤフラムの熱害を防止できる排気バイパスバルブを提供することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
まず、二段過給装置を図５を用いて説明する。
【００２１】
図５は、二段過給装置を適用したエンジンの概略図である。
【００２２】
図５中、符号１がエンジン本体（ディーゼルエンジン）、２が吸気マニフォールド、３が吸気管、４が排気マニフォールド、５が排気管、６がＥＧＲ管、７がＥＧＲバルブ、８がＥＧＲクーラである。
【００２３】
エンジン本体１には、小容量の高圧段過給機ＨＴＣ及び大容量の低圧段過給機ＬＴＣがエンジン本体１に近い方から直列に接続されている。
【００２４】
エンジン本体１に接続された排気管５には、高圧段過給機ＨＴＣの高圧段タービンＨＴ及び低圧段過給機ＬＴＣの低圧段タービンＬＴがエンジン本体１に近い方から直列に接続される。高圧段タービンＨＴは、排気管５に接続され、高圧段タービンＨＴをバイパスする排気バイパス流路としての排気バイパス管９と、排気バイパス管９に設けられ、排気バイパス管９を開閉可能な排気バイパスバルブ１０とを有している。
【００２５】
一方、エンジン本体１に接続された吸気管３には、高圧段過給機ＨＴＣの高圧段コンプレッサＨＣ及び低圧段過給機ＬＴＣの低圧段コンプレッサＬＣがエンジン本体１に近い方から直列に接続されている。高圧段コンプレッサＨＣは、吸気管３に接続され、高圧段コンプレッサＨＣをバイパスする吸気バイパス流路としての吸気バイパス管１１と、吸気バイパス管１１に設けられ、吸気バイパス管１１を開閉可能な吸気バイパスバルブ１２とを有している。
【００２６】
吸気管３には、高圧段コンプレッサＨＣ及び低圧段コンプレッサＬＣにより昇圧した吸気を冷却するインタクーラ１３が設けられている。
【００２７】
係る二段過給装置においては、エンジンの低中速低中負荷域では、排気バイパスバルブ１０により排気バイパス管９を閉じて、エンジン本体１からの排気ガスを高圧段タービンＨＴへと供給して、高圧段過給機ＨＴＣを主に作動させるようになっている。このようにすることで、エンジンの低中速低中負荷域では、高圧段タービンＨＴが主に作動され、高圧段コンプレッサＨＣにより過給が行われる。
【００２８】
一方、エンジンの高速高負荷域では、排気バイパスバルブ１０により排気バイパス管９を開いて、エンジン本体１からの排気ガスをバイパスすると共に低圧段タービンＬＴへと供給して、低圧段過給機ＬＴＣを作動させるようになっている。このようにすることで、エンジンの高速高負荷域では、低圧段タービンＬＴが作動され、低圧段コンプレッサＬＣにより過給が行われる。
【００２９】
また、エンジンの低中速低中負荷域及び高速高負荷域を相互に遷移する遷移域では、排気バイパスバルブ１０の開度を調節することで、高圧段過給機ＨＴＣ及び低圧段過給機ＬＴＣを作動させるようになっている。このようにすることで、遷移域では、高圧段タービンＨＴ及び低圧段タービンＬＴが作動され、高圧段コンプレッサＨＣ及び低圧段コンプレッサＬＣにより過給が行われる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る排気バイパスバルブ１０を図１を用いて説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る排気バイパスバルブの縦断面図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施形態に係る排気バイパスバルブ１０は、排気バイパス管９（図５参照）の途中に配設され、排気ガスを流通する排気ガス流路２１を有するハウジング２２と、ハウジング２２に昇降自在に支持されるポペットバルブ２３とを備えている。
【００３３】
ポペットバルブ２３は、ハウジング２２内の排気ガス流路２１を開閉する弁体２４と、一端部（下端部）に弁体２４が設けられ他端部（上端部）に鍔部２５が設けられた弁軸２６とを有している。弁軸２６は、ハウジング２２に装着されたブッシュ２７に昇降自在に且つ回転不能に支持される。また、弁軸２６は、ブッシュ２７に軸シールをなしつつ挿入される。鍔部２５と後述するアクチュエータハウジング２８との間にはポペットバルブ２３（弁軸２６）を閉方向（Ｘ方向）に付勢するための付勢手段としてのリターンスプリング２９が圧縮状態で配設される。ポペットバルブ２３の全閉時には、弁体２４がハウジング２２に装着されたバルブシート３０に着座するようになっている。
【００３４】
ハウジング２２の上部には、ポペットバルブ２３を駆動するための駆動手段としてのダイヤフラム・アクチュエータ（アクチュエータ）３１が設けられる。ダイヤフラム・アクチュエータ３１は、ハウジング２２の上部に設けられ、内部にダイヤフラム収容室３２が形成されたアクチュエータハウジング２８を有している。アクチュエータハウジング２８内に形成されたダイヤフラム収容室３２には、ポペットバルブ２３（弁体２４）の開度を調節するためのダイヤフラム３３が張設されており、ダイヤフラム３３によりダイヤフラム収容室３２が負圧室３４と大気圧室３５とに区画される。ダイヤフラム３３はゴム等の弾性材料からなる。ダイヤフラム３３は弁軸２６の端部に設けられた鍔部２５に接続される。負圧室３４には上記リターンスプリング２９が収容され、負圧室３４は吸引管３６を介して真空ポンプ（図示せず）に接続される。大気圧室３５は大気に開放される。
【００３５】
アクチュエータハウジング２８は、ボルト３７等を用いてハウジング２２に固着される。アクチュエータハウジング２８とハウジング２２との間には、後述する冷却ケーシング３８が介設される。本実施形態では、アクチュエータハウジング２８は、弁軸２６の長手方向軸廻りに等間隔で複数箇所（例えば、１２０°間隔で３カ所）がハウジング２２に対して固着される。
【００３６】
ハウジング２２とアクチュエータハウジング２８との間には、弁軸２６の長手方向中間部を冷却すべく冷却媒体を流通する冷却室３９を有する冷却ケーシング３８が介設されている。本実施形態では冷却媒体として冷却油を用いており、冷却室３９への冷却媒体（冷却油）の出入口は、入口（冷却油入口）をなす入口管４０が出口（冷却油出口）をなす出口管４１よりも上側に設けられる。冷却室３９は、入口管４０及び出口管４１を介してオイルポンプやオイルタンク等（図示せず）に接続される。冷却油は、オイルポンプによって入口管４０を介して冷却室３９に適宜導入され、出口管４１を介して冷却室３９から適宜排出される。
【００３７】
冷却ケーシング３８内には、冷却ケーシング３８の軸貫通部をシールして冷却室３９を気密に保つべく弁軸２６に装着されたパッキン部材（組合せパッキン）４２が配設されている。本実施形態に係るパッキン部材４２は、弁軸２６の外周に装着され、耐熱性材料（例えば、四ふっ化エチレン樹脂）からなる環状部材４３と、環状部材４３の外周に装着され、耐熱性材料（ふっ素系ゴム）からなるＯリング４４とから構成されている。これら環状部材４３及びＯリング４４は、弁軸２６を冷却室３９内に露出させるための切欠部４５を有する筒状のパッキンガイド４６（図２参照）を介して、弁軸２６の長手方向に間隔を隔てて上下に設けられる。図１中、符号４７及び４８はそれぞれ、負圧室３４及び冷却室３９を気密に保つべく弁軸２６に装着されたシールラバーである。
【００３８】
弁軸２６の外周とパッキンガイド４６の内周との間には冷却油路をなす所定隙間４９が形成されており、その所定隙間４９を冷却油が通過し得るようになっている。また、弁軸２６の長手方向中間部には、冷却室３９内に位置させて、冷却油路をなす冷却用の孔５０（図３参照）が弁軸２６の径方向に貫通させて設けられており、その孔５０を冷却油が通過し得るようになっている。
【００３９】
本実施形態では、冷却油への熱流路は、弁軸２６の外周部、弁軸２６の孔５０、ハウジング２２と冷却ケーシング３８との接触部である。すなわち、本実施形態では、高温の排気ガスからダイヤフラム・アクチュエータ３１に伝わる熱を、弁軸２６の外周部、弁軸２６の孔５０、ハウジング２２と冷却ケーシング３８との接触部において冷却油により除去するようにしている。
【００４０】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４１】
図示しない真空ポンプにより負圧室３４内の空気を吸引して、負圧室３４内の圧力を所定の負圧とすると、ダイヤフラム３３がリターンスプリング２９の付勢力に抗して負圧室３４側に変形する。これにより、弁軸２６及び弁体２４が開方向（Ｙ方向）に移動され、ポペットバルブ２３が開方向（Ｙ方向）にリフトされる。
【００４２】
ここで、本実施形態では、内部に排気ガス流路２１を形成したハウジング２２と内部にダイヤフラム収容室３２を形成したアクチュエータハウジング２８との間に、冷却媒体を流通する冷却室３９を有する冷却ハウジング２８が設けられるので、排気ガス流路２１を流れる高温の排気ガスから弁軸２６を介してダイヤフラム・アクチュエータ３１（ダイヤフラム３３）に伝わる熱を、ハウジング２２及びアクチュエータハウジング２８間の狭小空間において積極的に冷却油により除去し、ダイヤフラム・アクチュエータ３１（ダイヤフラム３３）を低温に保持することができる。よって、排気ガス流路２１を流れる高温の排気ガスの熱が弁軸２６を介して弁軸２６の端部に接続されたダイヤフラム３３に伝わることを抑制して、高温の排気ガスからの熱伝導によるダイヤフラム３３の熱害を防止できる。
【００４３】
また、冷却ケーシング３８の軸貫通部にパッキン部材４２が配設されるので、冷却ケーシング３８の軸貫通部（弁軸２６）からの排気ガスをシールして、冷却室３９を気密に保つことができる。また、冷却ケーシング３８内に形成された冷却室３９を流通する冷却油が冷却ケーシング３８の軸貫通部を通じて冷却室３９外に漏れることが防止され、冷却室３９を気密に保つことができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００４５】
例えば、図４に示すように、上記弁軸２６に、冷却用の孔５０を交差させて複数設けても良い。
【００４６】
また、上記実施形態では上記冷却媒体が冷却油であるとしたが、これには限定はされず、上記冷却媒体が冷却水であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気バイパスバルブの縦断面図である。
【図２】パッキンガイドの斜視図である。
【図３】弁軸の横断面図である。
【図４】変形例に係る弁軸の横断面図である。
【図５】二段過給装置を適用したエンジンの概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  排気バイパスバルブ
２１  排気ガス流路
２２  ハウジング
２４  弁体
２６  弁軸
３１  ダイヤフラム・アクチュエータ（アクチュエータ）
３３  ダイヤフラム
３８  冷却ケーシング
３９  冷却室
４２  パッキン部材
４３  環状部材
４４  Ｏリング
４５  切欠部
４６  パッキンガイド
５０  孔
【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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