JP2006077901A - 開閉弁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高温の流体が流通した場合であっても、弁シャフトを支持するブッシュが耐熱限度を上回る高温に曝されることのない開閉弁構造を提供する。
【解決手段】開閉弁構造１は、高温流体が流通する管体２に設置される。このような開閉弁構造１は、弁シャフト４を備えた弁体３と、管体２の側方に配置されて弁シャフト４を支持するブッシュ８とを有している。管体２とブッシュ８との間には冷媒通路１２が形成されている。管体２とブッシュ８との間には遮蔽部材１０を設置する。また、冷媒通路１２を流通する冷却媒体として、走行風、エンジン冷却水を利用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温流体が流通する管体に設置され、高温流体の流通を制御する開閉弁構造に関する。

従来、エンジンの排気系の触媒は、エンジンの排気マニホールド直後の排気経路に配置されることがある。ところが、エンジンを高速高負荷状態で運転したとき等は、排気マニホールド直後の排気経路には非常に高温の排気ガスが流通することとなる。このように非常に高温の排気ガスを触媒に供給すると、熱により触媒を劣化させることがある。 そこで、従来、触媒バイパス経路を形成し、エンジンを高速高負荷状態で運転しているとき等、非常に高温の排気ガスが排出されているときは、このような高温の排気ガスを触媒バイパス経路にバイパスさせ、熱による触媒の劣化を防止する措置が採られている。

図１は、このような触媒バイパス経路を有する排気システム５０の概略構成を示す説明図である。排気システム５０は、エンジン側から排出される排気ガスが流通する排気管５１に触媒５２を備えている。また、この排気管５１をバイパスする触媒バイパス管５３を備えている。この触媒バイパス管５３には、弁体５４が組み込まれている。開閉弁５４はＣＰＵ５６により制御されたアクチュエータ５５により駆動される。ＣＰＵ５６は、エンジンの回転数や、負荷の状態、エンジンの排気温等を参照し、エンジンから排出される排気ガスの温度が所定値以上になると判断されるときは、弁体５４を開放し、高温の排気ガスを触媒バイパス管５３内に流入させ、排気管５１には流入しないように制御する。

すなわち、このような排気システム５０では、エンジンが低速軽負荷等の場合であって、排気ガスの温度がそれ程高くないときには弁体５４を閉鎖し、排気ガスを排気管５１内に流入させて触媒５２に作用させ、その後、排気下流側へ流通させる。一方、エンジンが高速高負荷等の場合であって、排気ガスの温度が高温であるときには弁体５４を開放して排気ガスを触媒バイパス管５３内に流入させ、その後、排気下流側へ流通させる。ここで、このような弁体５４は、弁シャフトを備えており、この弁シャフトを支点として開閉動作を行う。このような弁シャフトは、軸受けに内蔵されたブッシュにより回動自在に支持されている。ここで、このブッシュの材質は、ＳＵＳ材に膨張黒鉛を配合したものが用いられることが多い。このような素材を用いれば、弁シャフトは膨張黒鉛が温度上昇に伴って膨張することにより強固に支持され、良好な回動性を得ることができる。
以上説明した排気システム５０と同様のシステムは、特許文献１にも開示されている。

特開平５−４４４４９号公報

しかしながら、従来の排気システム５０では、弁体５４に関する以下の問題があった。すなわち、弁体５４は前記のようにブッシュで支持されているが、このブッシュを構成する膨張黒鉛の耐熱温度は最高でも７００℃程度である。これに対し、エンジンから排出される高温の排気ガスの温度は９００℃前後に達する。従って、エンジンが高速高負荷状態で運転され、触媒バイパス管５３に高温の排気ガスが流入し、排気ガスが有する熱がブッシュに伝わると、ブッシュを構成する膨張黒鉛が耐熱限度を超え、ブッシュが破損することがあり問題であった。

そこで、本発明は、高温の流体が流通した場合であっても、弁シャフトを支持するブッシュが耐熱限度を上回る高温に曝されることのない開閉弁構造を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するための本発明の開閉弁構造は、高温流体が流通する管体に設置される開閉弁構造であって、弁シャフトを備えた弁体と、前記管体の側方に配置されて前記弁シャフトを支持するブッシュとを有し、前記管体と前記ブッシュとの間に冷媒通路を形成したことを特徴とする。

このような開閉弁構造において、前記冷媒通路は上流側から前記弁シャフトに向かうにつれて断面積が縮小し、スロート部が形成された構成とすることが望ましい。また、前記管体と前記ブッシュとの間に遮蔽部材を設置した構成とすることができる。さらに、このような開閉弁構造では、前記管体と連通し前記弁シャフトの軸受けを形成するケーシングを備え、当該ケーシング内に前記ブッシュを内蔵すると共に、前記管体と前記ブッシュとの間に遮蔽部材を設置した構成とすることもできる。また、前記冷媒として、走行風を利用したり、エンジン冷却水を利用したりすることができる。

以上のような構成の開閉弁構造は、高温の流体が流通する管体であればどのような管体にも用いることができるが、例えば、内燃機関における触媒バイパス用の排気管に用いることができる。

本発明によれば、高温の流体が流通する管体と弁シャフトを支持するブッシュとの間に冷媒を流通させるようにしたので、管体内を流通する流体が有する熱によりブッシュが破損されることがない。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図２は、高温流体が流通する管体２に設置される開閉弁構造１の構成を示す説明図である。管体２は、エンジンの排気マニホールド直後の排気経路に配置される排気管中に設置した触媒をバイパスする触媒バイパス管である。この管体２には、弁体３が供える弁シャフト４を貫通させるための軸孔２ａが設けられている。さらに管体２にはこの軸孔２ａを穿設した部分に筒体２ｂが連設されており、この筒体２ｂの先端側には軸受け６、７を構成するケーシング６ａ、７ａがそれぞれ設けられている。すなわち、これらのケーシング６ａ、７ａは管体２と連通している。このようなケーシング６ａ、７ａにはＳＵＳ材に膨張黒鉛を混合した素材からなるブッシュ８が内蔵されている。

弁体３は、弁シャフト４を軸孔２ａ、筒体２ｂに通し、さらにケーシング６ａ、７ａに内蔵されたブッシュ８によって軸支されて管体２に装着されている。ここで、一方のケーシング６ａは密閉された形状となっているが、他方のケーシング７ａは開口７ａ１を有しており、この開口７ａ１から弁シャフト４の一端側４ａがケーシング７ａの外部へ導出されている。このようにケーシング７ａの外部へ導出された弁シャフト４の一端側４ａには、弁体３を開閉するためのクランク９が接続されている。クランク９は、図示しないアクチュエータにより、同じく図示しないＣＰＵからの指令に基づいて弁体３を開閉させる。

ケーシング６ａ、７ａの内部には、それぞれ図に示すように筒体２ｂに近い側に遮蔽部材１０が装着されている。この遮蔽部材１０は、断熱性の高い板体からなるもので弁シャフト４に固着されている。また、ケーシング６ａ、７ａには、管体２の側壁と並列するようにフィン１１が取り付けられている。このフィン１１は、図に示すように上流側から冷媒通路１２の上流側から弁シャフト４に向かうにつれて断面積が縮小し、弁シャフト４付近にスロート部１２ａが形成されている。

開閉弁構造１は以上のような構成とすることにより、管体１とケーシング６ａ、７ａとの間、すなわち、管体１とブッシュ８との間に冷媒通路１２を形成している。ここで、本実施例では、車両が走行した際に生じる走行風を冷媒として冷媒通路１２へ導入するようにしている。このため、開閉弁構造１は、車速風を導入し易いように車両の底面に近い位置に配置している。

以上のように構成した開閉弁構造１は、エンジンが高速高負荷状態で運転されているときに、図示しないＣＰＵからの指示に基づき、同じく図示しないアクチュエータ、クランク９を介して開閉弁３が開放される。これにより、触媒側への流入を回避した高温の排気ガスが触媒バイパス管である管体２内に流入する。

ここで、管体２とブッシュ８との間には筒体２ｂが介在しており、管体２とブッシュ８とは、少なくとも筒体２ｂの高さに相当する分の距離は隔てられている。このため、管体２内を流通する高温の排気ガスの有する熱の影響を緩和することができる。また、管体２とブッシュ８との間には管体２側からの熱を遮断する遮蔽部材１０が介在しているので、これによってもブッシュ８に対する熱の影響が緩和されている。

さらに、車両が走行することにより冷媒通路１２には矢示１３のように走行風が導入される。ここで、冷媒通路１２は、フィン１１により上流側から弁シャフト４に向かうにつれて断面積が縮小し、弁シャフト４付近にスロート部１２ａが形成されているので、弁シャフト４付近で風速が速まり、大量の空気が流通するので、冷却効果が高められている。

以上、説明したように、開閉弁構造１には管体２内を流通する高温の排気ガスの有する熱の影響を緩和し、又は、冷却する措置が施されているので、ブッシュ８が熱の影響を受けて破損するおそれを軽減することができる。

次に、本発明の実施例２について、図３を参照しつつ説明する。実施例２の開閉弁構造２０が、実施例１の開閉弁構造１と異なる点は、実施例２の開閉弁構造２０には実施例１の開閉弁構造１が備えていないエンジン冷却水循環系２４を構成する導入側パイプ２１、排出側パイプ２２、冷却水タンク２３が備えられている点である。
なお、実施例２の開閉弁構造２０において実施例１の開閉弁構造１と同様の構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

導入側パイプ２１、排出側パイプ２２、冷却水タンク２３を備えるエンジン冷却水循環系２４は、ラジエータ等を含むエンジンの冷却系に組み込まれている。すなわち、ドーナツ状の冷却水タンク２３を筒体２ｂの周囲に装着し、エンジンの冷却水が流通するラインに導入側パイプ２１を接続してエンジン冷却水を冷却水タンク２３内へ引き込む。さらに、冷却水タンク２３に接続された排出側パイプ２２を通じて再びエンジンの冷却水が流通するラインへ冷却水を回帰させる。

このような構成としたことにより、管体２内を流通する高温の排気ガスの熱をブッシュ８へ伝えない効果をより高めることができる。
なお、エンジン冷却水を冷却水タンク２３へ引き込むようにした場合、エンジン本体の冷却効率を低下させないように熱容量の大きいラジエータに換装する等の措置を採ることが望ましい。また、本実施例では実施例１の開閉弁構造１と同様にフィン１１を装着し、走行風による冷却を併用した構成としているが、フィン１１を取り外した構成とすることもできる。このような構成であっても、管体２とブッシュ８とは距離を隔てて配置され、また、遮蔽部材１０が配置されており、エンジン冷却水循環系２４を備えていることにより、ブッシュ８の熱による破損を回避することができる。

次に本発明の実施例３について、図４を参照しつつ説明する。実施例３の開閉弁構造３０が実施例１の開閉弁構造１と異なる点は、実施例３の開閉弁構造３０には実施例１の開閉弁構造１が備えていないケーシング７ａ内のスプリング３１が備えられている点である。
なお、実施例３の開閉弁構造３０において実施例１の開閉弁構造１と同様の構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

スプリング３１は、図４に示すようにケーシング７ａ内に遮蔽部材１０を筒体２ｂ側へ付勢するように内蔵されている。このように構成することにより、遮蔽部材１０をケーシング７ａの筒体２ｂ側の内壁に密着させることができる。このように遮蔽部材１０をケーシング７ａの筒体２ｂ側の内壁に密着させるのは以下の理由による。

ケーシング７ａは、前記のように筒体２ｂを介して管体２と連通している。このため、管体２内に流入してきた高温の排気ガスが軸孔２ａから筒体２ｂを通じてケーシング７ａ内に流入する。ここで、ケーシング７ａは、弁シャフト４をクランク９と接続すべく弁シャフト４の一端側４ａをケーシング７ａの外部へ導出するための開口７ａ１が設けられている。このため、ケーシング７ａ内に流入した排気ガスが開口７ａ１から外部へ漏れるおそれがある。

そこで、本実施例では、ケーシング７ａ内に排気ガスが流入することを防止すべく、遮蔽部材１０により、筒体２ｂとケーシング７ａとの連通を遮断することとした。すなわち、遮断部材１０をブッシュ８に対する熱の遮断に用いるのみでなく、排気ガスの管体２からの流出を遮断するために用いている。
なお、ケーシング６ａ側は、ケーシング７ａとは異なり、開口７ａ１に相当する開口は設けられておらず、ケーシング６ａ自体が密閉構造となっているので、スプリングを装着する等の措置は特には不要である。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、前記実施例では弁体の形式をバタフライ弁形式としているが、スイング弁等、弁シャフトを軸として開閉動作を行う弁であれば、どのような形式の弁であっても採用することができる。また、弁シャフト４の周囲に断熱性の高い素材を配置してブッシュ８への熱の影響を緩和するような構成とすることもできる。

触媒バイパス経路を有する排気システムの概略構成を示す説明図である。 実施例１の開閉弁構造の構成を示す説明図である。 実施例２の開閉弁構造の構成を示す説明図である。 実施例３の開閉弁構造の構成を示す説明図である。

符号の説明

１、２０、３０ 開閉弁構造
２ 管体
２ａ 軸孔
２ｂ 筒体
３ 弁体
４ 弁シャフト
６、７ 軸受け
６ａ、７ａ ケーシング
７ａ１ 開口
８ ブッシュ
９ クランク
１０ 遮蔽部材
１１ フィン
１２ 冷却通路
１２ａ スロート部
２１ 導入側パイプ
２２ 排出側パイプ
２３ 冷却水タンク
２４ エンジン冷却水循環系

Claims (7)

1. 高温流体が流通する管体に設置される開閉弁構造であって、
   弁シャフトを備えた弁体と、前記管体の側方に配置されて前記弁シャフトを支持するブッシュとを有し、
   前記管体と前記ブッシュとの間に冷媒通路を形成したことを特徴とする開閉弁構造。
2. 前記冷媒通路は上流側から前記弁シャフトに向かうにつれて断面積が縮小し、スロート部が形成されたことを特徴とする請求項１記載の開閉弁構造。
3. 前記管体と前記ブッシュとの間に遮蔽部材を設置したことを特徴とする請求項１又は２記載の開閉弁構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の開閉弁構造において、
   前記管体と連通し前記弁シャフトの軸受けを形成するケーシングを備え、当該ケーシング内に前記ブッシュを内蔵すると共に、前記管体と前記ブッシュとの間に遮蔽部材を設置したことを特徴とする開閉弁構造。
5. 前記冷媒は走行風であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の開閉弁構造。
6. 前記冷媒はエンジン冷却水であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の開閉弁構造。
7. 前記管体は内燃機関における触媒バイパス用の排気管であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の開閉弁構造。

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