JP5359324B2 - 内燃機関の排気絞り弁 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気絞り弁に関し、詳しくはガスの流通するガス通路の形成されたハウジングと、上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁に関する。

従来、ガスの流通するガス通路および該ガス通路と交差する方向に穿設された貫通孔の形成されたハウジングと、上記貫通孔に回転自在に軸支された弁軸と、該弁軸に連結されて上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁が知られている。
このような排気絞り弁として、ガス通路を開閉する第１弁体に連通孔を穿設するとともに、該連通孔を覆うように金属製の板ばねからなる第２弁体を設けて、ガス通路のガスの圧力が所定以上の圧力となると該第２弁体が変形して連通孔が開放されるようにしたものが知られている（特許文献１）。
また他の排気圧力制御装置として、上記ハウジングにガス通路から分岐するバイパス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを設け、ガス通路に設けた弁体と上記バイパスバルブとの開閉をそれぞれ制御するものも知られている（特許文献２）。

特開平１０−２２０２５３号公報 特開２００７−２４７４８８号公報

しかしながら、上記特許文献１における排気絞り弁の場合、第２弁体は金属製で第１弁体に一体的に設けられているため、ガス通路内を流通するガスの温度変化によってバネ性も変化してしまう。このため、第２弁体の開放されるタイミングが変化してしまい、性能にばらつきが生じてしまうという問題がある。
また上記特許文献２における排気圧力制御装置の場合、新たにバイパス通路およびバイパスバルブを設けなければならないため、排気圧力制御装置が大型化するとともに高コストであるという問題がある。
このような問題に鑑み、本発明は構成が容易でガスの温度差に左右されない内燃機関の排気絞り弁を提供するものである。

すなわち、本発明にかかる内燃機関の排気絞り弁は、ガスの流通するガス通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに回転自在に軸支された弁軸と、該弁軸に連結されて上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁において、
上記弁軸は、同一軸線上に設けられるとともに相対的に回転可能な第１弁軸および第２弁軸から構成され、
上記弁体は、上記第１弁軸に連結されるとともにガス通路と略同径に形成された大弁体と、該大弁体に穿設された連通孔と、上記第２弁軸に連結されるとともに上記大弁体に対してガス通路の下流側から当接して上記連通孔を閉鎖する小弁体とから構成され、
上記小弁体が上記大弁体に対してガス通路の下流側から当接した状態を維持するように上記第２弁軸を付勢する付勢手段をガス通路の外部に設け、
上記大弁体がガス通路を閉鎖した状態において、ガス通路内のガスの圧力が上昇すると、上記付勢手段による付勢力に抗して上記小弁体が大弁体から離れ、上記連通孔が開放されることを特徴としている。

上記発明によれば、付勢手段はガス通路の外部に設けられていることから、ガス通路内を流通するガスの温度差に基づく小弁体の開放されるタイミングの変化を可及的に抑えることができ、安定した排気圧力制御機能を得ることができる。
また上記特許文献２のようにバイパス通路やバイパスバルブは不要であり、構成を容易にすることができ、小型化も可能である。

本実施例にかかる排気絞り弁の断面図。 図１におけるＩＩ―ＩＩ部の断面であって、排気絞り弁の動作を示す断面図。

以下図示実施例について説明すると、図１、図２は内燃機関としてのディーゼルエンジンの排気管に設けた排気絞り弁１を示しており、図１において排気ガスは紙面の手前から奥に向けて流通し、図２（ｂ）は図１のＩＩ―ＩＩ部の断面図を示している。
内燃機関の排気絞り弁１は、上記排気ガスの流通するガス通路２ａの形成されたハウジング２と、該ハウジング２に回転自在に軸支された第１弁軸３および第２弁軸４と、上記第１弁軸３に連結されるとともにガス通路２ａと略同径に形成された大弁体５と、上記第２弁軸４に連結された小弁体６とから構成されている。
上記ハウジング２のガス通路２ａは略円形に形成され、該ガス通路２ａを挟むように図示左方に第１貫通孔２ｂ、図示右方に第２貫通孔２ｃがそれぞれ同一軸線上に穿設されている。そして第１貫通孔２ｂには上記第１弁軸３が、第２貫通孔２ｃには上記第２弁軸４がそれぞれ軸受７を介して回転可能に保持されている。

上記第１、第２弁軸３、４は上記第１、第２貫通孔２ｂ，２ｃに軸支されることで同一軸線上で回転するようになっており、本実施例では第１弁軸３の先端と第２弁軸４の先端とはガス通路２ａの中心に対して図１の図示左方の位置で相互に接近している。
上記第１弁軸３は図１の図示左端に設けられたアーム８を介して図示しないアクチエータにより回転駆動され、大弁体５を図２（ａ）に示す開放状態と、図２（ｂ）（ｃ）に示す閉鎖状態とに切り替えるようになっている。
またガス通路２ａの外部には、第１弁軸３を囲繞するように第１ねじりコイルスプリング９が設けられており、該第１ねじりコイルスプリング９を第１弁軸３とハウジング２との間に弾装することで、第１弁軸３を図２の各図に示す反時計方向に付勢するようになっている。
このような構成により、図２（ａ）に示す排気絞り弁１の非作動状態では、アクチエータによって大弁体５が開放状態に保持されるとともに、上記第１ねじりコイルスプリング９の付勢力によって大弁体５が開放状態を維持するようになっている。
そして、図２（ｂ）（ｃ）に示す排気絞り弁１の作動状態では、アクチエータは上記第１ねじりコイルスプリング９の付勢力に抗して第１弁軸３を時計方向に回転させ、大弁体５を閉鎖状態とするようになっている。

ガス通路２ａの外部には、上記第２弁軸４を囲繞するように付勢手段としての第２ねじりコイルスプリング１０が設けられており、該第２ねじりコイルスプリング１０を第２弁軸４とハウジング２との間に弾装することで、第２弁軸４を図２の各図に示す反時計方向に付勢するようになっている。
このような構成により、図２（ａ）（ｂ）に示す状態では、上記第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力によって小弁体６が大弁体５に当接するようになっており、図２（ｃ）に示すように小弁体６に第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力を越える圧力が作用すると、小弁体６が大弁体５に対して回転するようになっている。

上記大弁体５は、第１貫通孔２ｂ側に形成されて第１弁軸３が挿入可能な管状の第１弁軸保持部１１と、第２貫通孔２ｃ側に形成されて第２弁軸４を回転可能に保持する管状の第２弁軸貫通部１２と、これら第１弁軸保持部１１および第２弁軸貫通部１２から突出する略半円状の第１フラップ１３と、第１フラップ１３の反対側に突出する略半円状の第２フラップ１４とから構成されている。
上記第１弁軸３は上記第１弁軸保持部１１に挿入されてボルトにより連結固定され、上記第２弁軸４は上記第２弁軸貫通部１２に挿入された軸受７を介して第２弁軸貫通部１２に回転可能に軸支されている。
上記小弁体６は、上記大弁体５の第１弁軸保持部１１と第２弁軸貫通部１２との間に位置するとともに上記第２弁軸４が挿入可能な管状の第２弁軸保持部１５と、該第２弁軸保持部１５から突出する端部が略半円状に形成された第３フラップ１６とから構成されている。
上記大弁体５の第２弁軸貫通部１２を貫通した第２弁軸４は上記第２弁軸保持部１５に挿入されてボルトにより連結固定されている。
上記第３フラップ１６は、図２の各図に示すように第２弁軸４の中心から偏心した位置に設けられており、大弁体５と小弁体６とが閉鎖した状態では、第１フラップ１３と第３フラップ１６とが相互に密着するようになっている。

上記大弁体５の第１フラップ１３には、上記小弁体６の第３フラップ１６よりも一回り小さい形状の連通孔１７が形成されている。
具体的には、連通孔１７の幅は第１フラップ１３の基部において第３フラップ１６と同じ幅に形成され、段差部を介して第３フラップ１６の幅よりも狭くなるように形成されている。また、連通孔１７の外周側の端部の形状は、上記第３フラップ１６の外周側の略半円状の形状に対して若干小径の略半円状に形成されている。また、連通孔１７の形状は、矩形でも長円でもどのような形状でもかまわない。
連通孔１７をこのような形状とすることで、第３フラップ１６が第１フラップ１３に当接すると、第３フラップ１６の外周部分が連通孔１７の外周部分を覆うようにして第１フラップ１３に当接し、これにより連通孔１７は小弁体６によって閉鎖されるようになっている。
さらに小弁体６の第２弁軸保持部１５の外周にはストッパ手段としての突起１８が形成されており、図２（ｃ）に示すように小弁体６が大弁体５に対して所定開度まで開くと、上記突起１８が大弁体５の第２フラップ１４に当接して小弁体６と大弁体５との開度を保持するようになっている。

上記構成を有する排気絞り弁１の動作について説明すると、まず図２（ａ）に示す排気絞り弁１の非作動時には、大弁体５は上記アクチエータによって開放状態に保持され、ガス通路２ａを流通する排気ガスは阻止されずに流通するようになっている。
このとき、上記第２ねじりコイルスプリング１０が第２弁軸４を付勢することで、小弁体６の第３フラップ１６が大弁体５の第１フラップ１３に当接するようになっており、上記連通孔１７は第３フラップ１６によって閉鎖された状態となっている。

次に図２（ｂ）は、大弁体５が上記アクチエータによって閉鎖状態とされ、ガス通路２ａを流通する排気ガスが大弁体５および小弁体６によって阻止された排気絞り弁１の作動状態を示している。
このとき、アクチエータが第１弁軸３を時計方向に回転させると、第１フラップ１３が小弁体６の第３フラップ１６を時計方向に押圧して、大弁体５と小弁体６とは閉鎖した状態を維持したままガス通路２ａが閉鎖状態となるようになっている。
このとき、第２弁軸４は第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力に抗して時計方向に回転するため、小弁体６の第３フラップ１６は大弁体５の第１フラップ１３に対してガス通路２ａにおける下流側から当接した状態を維持するようになっている。
その結果、大弁体５の連通孔１７は小弁体６の第３フラップ１６によって閉鎖された状態を維持し、排気ガスは閉鎖状態となった大弁体５および小弁体６によって遮断されることとなる。

次に、図２（ｃ）は図２（ｂ）の状態に対し、排気ガスの一部を連通孔１７を介して流通させることで、ガス通路２ａの内部の圧力を調整している状態を示している。
図２（ｂ）のようにガス通路２ａが遮断されると、大弁体５および小弁体６の上流側で排気ガスの圧力が上昇し、これにより小弁体６の第３フラップ１６に作用する排気ガスの圧力が上記第２弁軸４を付勢する第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力を上回るようになる。
すると、第２ねじりコイルスプリング１０による付勢力に抗して第２弁軸４が回転し、小弁体６の第３フラップ１６が大弁体５の第１フラップ１３より離れ上記連通孔１７が開放されることとなる。
連通孔１７が開放されて排気ガスが該連通孔１７を通過することで、上記大弁体５および小弁体６によって遮断されていた排気ガスの圧力が降下し、ガス通路２ａ内の排気ガスの圧力が調整される。
なお、上記第３フラップ１６が第１フラップ１３から離脱して連通孔１７が開放されるタイミングは、第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力を調整することで任意に設定することが可能である。
その後、第３フラップ１６が第１フラップ１３に対して所定角度開くと、小弁体６に設けた突起１８が大弁体５の第２フラップ１４に当接し、小弁体６が大弁体５に対して過度に開いてしまうのを阻止するようになっている。
その後、排気ガスの圧力が減少したり、排気絞り弁１を非作動状態とすることで、小弁体６の第３フラップ１６に作用する排気ガスの圧力が減少することから、第２ねじりコイルスプリング１０による付勢力によって第３フラップ１６が第１フラップ１３に当接して連通孔１７が閉鎖されるようになっている。

上記排気絞り弁１によれば、大弁体５が閉鎖状態の場合にガス通路２ａ内の排気ガスの圧力が上昇すると、上記小弁体６が開いて大弁体５に形成した連通孔１７が開放されるため、排気ガスの圧力を調整することができる。
また、小弁体６の連結された第２弁軸４をハウジング２の外部に設けた上記第２ねじりコイルスプリング１０によって付勢するため、ガス通路２ａ内のガスの温度変化によって第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力に変化が生じにくく、安定した動作を得ることができる。

なお上記実施例に代えて、例えば上記ハウジング２の第２貫通孔２ｃを省略し、第２弁軸４を第１弁軸３の内部に回転可能に設けるとともに、これら第１、第２弁軸３、４にそれぞれ大弁体５および小弁体６を設けるようにしてもよい。
その際、上記第１弁軸３と第２弁軸４との間に第２ねじりコイルスプリング１０を弾装して、該第２ねじりコイルスプリング１０により大弁体５と小弁体６とが閉鎖するように付勢する構成とすることも可能である。
また、上記第１、第２ねじりコイルスプリング１０については、これを圧縮コイルばねとすることも可能である。

１ 排気絞り弁 ２ ハウジング
２ａ ガス通路 ３ 第１弁軸
４ 第２弁軸 ５ 大弁体
６ 小弁体 １７ 連通孔

Claims (5)

1. ガスの流通するガス通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに回転自在に軸支された弁軸と、該弁軸に連結されて上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁において、
   上記弁軸は、同一軸線上に設けられるとともに相対的に回転可能な第１弁軸および第２弁軸から構成され、
   上記弁体は、上記第１弁軸に連結されるとともにガス通路と略同径に形成された大弁体と、該大弁体に穿設された連通孔と、上記第２弁軸に連結されるとともに上記大弁体に対してガス通路の下流側から当接して上記連通孔を閉鎖する小弁体とから構成され、
   上記小弁体が上記大弁体に対してガス通路の下流側から当接した状態を維持するように上記第２弁軸を付勢する付勢手段をガス通路の外部に設け、
   上記大弁体がガス通路を閉鎖した状態において、ガス通路内のガスの圧力が上昇すると、上記付勢手段による付勢力に抗して上記小弁体が大弁体から離れ、上記連通孔が開放されることを特徴とする内燃機関の排気絞り弁。
2. 上記付勢手段は、上記第２弁軸を囲繞するとともに該第２弁軸とハウジングとの間に弾装されたねじりコイルスプリングであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気絞り弁。
3. 上記ハウジングに、ガス通路を挟んで対向するように第１貫通孔および第２貫通孔を穿設し、第１貫通孔に上記第１弁軸を設けるとともに第２貫通孔に上記第２弁軸を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の内燃機関の排気絞り弁。
4. 上記大弁体は、第１貫通孔側に形成されて第１弁軸が連結される第１弁軸保持部と、第２貫通孔側に形成されて第２弁軸を回転可能に保持する第２弁軸貫通部と、これら第１弁軸保持部および第２弁軸貫通部から突出する第１フラップと、第１フラップの反対側に突出する第２フラップとから構成され、
   上記小弁体は、上記大弁体の第１弁軸保持部と第２弁軸貫通部との間に位置するとともに上記第２弁軸貫通部を貫通した第２弁軸が連結される第２弁軸保持部と、該第２弁軸保持部から突出する第３フラップとから構成され、
   上記第１フラップに上記第３フラップよりも小さい開口部を有する連通孔を形成して、上記大弁体がガス通路を閉鎖した状態において、上記付勢手段は第２弁軸を介して第３フラップを第１フラップに対してガス通路の下流側から当接するように付勢することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気絞り弁。
5. 上記小弁体が大弁体より離れた際に、小弁体と大弁体とを所定開度に保持するストッパ手段を設けることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の内燃機関の排気絞り弁。

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