JPH06101505A - 排気切替弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ディーゼル機関の排気切替弁に関し、アクチ
ュエータの駆動力余力を利用して、回転弁体と弁座部と
の間の密閉を向上し、かつ回転弁体と弁座部間等の間隙
による異音発生を抑制する。 【構成】 アクチュエータ５１の出力シャフト１３と弁
軸との間に、往復運動を回転運動に変換する機構が連結
し、出力シャフトの軸線から所定距離はなれた位置を中
心にして回動する単数又は複数のレバー１，２を配設
し、出力シャフトの軸線上に同軸に連結した係合部材を
配設し、出力シャフトのストローク端近傍において係合
部材がレバーに接触し、これによりレバーの端部が弁軸
に押付力を作用するように構成する。アクチュエータの
作動により、アクチュエータの出力シャフトが移動する
と、これに応じて弁軸が回動する。出力シャフトがスト
ローク端近傍に達すると係合部材がレバーに接触し、レ
バーが揺動してレバーの端部が弁軸に接触して押付力を
作用させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジンか
ら排出されるパティキュレート（黒煙、煤など）を、除
去するためのパティキュレートトラップシステム用の排
気切替弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５〜図８は、本出願人の先願（特願平
４−２０３１６９号・未公知）の発明にシャフトエンド
ストッパー機構を付加した、パティキュレートトラップ
システム用の排気切替弁を示す。ディーゼルエンジンの
排気孔に連通する排気流入管は、排気切替弁30の第１入
口34（大径）に連結され、空気（熱風を含む。）源に連
通するバイパス管は、排気切替弁30の第２入口35（小
径）に連結される。排気切替弁30の第１出口36（大径）
は連結管を介して第１トラップの流入部に連結され、排
気切替弁30の第２出口37（大径）は連結管を介して第２
トラップの流入部に連結される。

【０００３】従来の排気切替弁30について、図５〜図８
に示された配置を前提として説明する。即ち、排気切替
弁30の設置状態を変えると、上下、左右の関係が以下の
説明と異なることとなる。排気切替弁30の弁ボデー33に
は、前記の第１入口34，第１出口36，第２出口37が、弁
軸48の中心線から同一平面上の外方に向けて相互に略等
角度（略１２０°）の間隔をおいて形成され、弁ボデー
33の上側の開口に弁蓋58がガスケット53を介して気密状
態に嵌合される。なお、弁ボデー33の上側の開口と弁蓋
58は、後記回転弁体38を弁ボデー33内に装着するために
必要である。弁ボデー33の下側にフランジ61付の円筒部
60が、また上側の弁蓋58の略中央に円筒部59がそれぞれ
形成され、円筒部59及び円筒部60の中心線は弁軸48の中
心線（前記同一平面に対して垂直）と一致する。排気切
替弁30の回転弁体38は、円筒体の一部を縦に切り取った
形状（図５に示されるように断面が円弧形状）の外方部
（弁端面）39を、弁軸48の回りに回転させるように構成
されている。

【０００４】外方部39の上端部は扇状の上部連結部40を
介して弁軸48に連結され、外方部39の下方部は断面略Ｌ
字状の中空下部連結部42を介して中空回転弁軸45に連結
され、かつ中空下部連結部42の下端には扇状の下部連結
部63が一体的に形成され、中空下部連結部42の屈曲部に
弁軸48が結合される。弁軸48の上方部は上部軸受49を介
して円筒部59の内面に回転自在に支持され、上部軸受49
の上側にストッパー54が配設される。中空回転弁軸45は
下部軸受52を介して円筒部60の内面に回転自在に支持さ
れ、下部軸受52の下側にストッパー57が配設される。

【０００５】弁ボデー33の内部には第１入口34と第１出
口36又は（及び）第２出口37とを連通させる排気ガス用
流路43（流路断面積大）が形成され、回転弁体38の中空
下部連結部42及び中空回転弁軸45に空気用流路44（流路
断面積小）が形成され、空気用流路44の入口は中空回転
弁軸45の下側の第２入口35に連通され、空気用流路44の
出口は外方部39（回転弁体38の側面）に形成された開口
である。

【０００６】弁ボデー33上部の複数の突出部11の上部に
操作盤10が載置され、ボルト12により固定される。弁軸
48の上端部が操作盤10の孔を挿通されて、操作盤10の上
方に至り、また操作盤10の端部にアクチュエータ51が固
定され、アクチュエータ51の出力シャフト13が操作盤10
の上方を往復動する。出力シャフト13の先端にシャフト
エンド14が固定され、シャフトエンド14は垂直に垂下す
る柱状係合部15と、水平に延びる板状支持部16を有す
る。板状支持部16の孔に上側からピン17が挿通され、ピ
ン17に操作リンク18の先端部の長溝23が回転自在に係合
され、ピン17の下端に止め具が取りつけられる。操作リ
ンク18の基端部は弁軸48の上端に固定され、アクチュエ
ータ51の作動により、シャフトエンド14が往復動する
と、弁軸48が回動される。操作盤10の上部で、出力シャ
フト13及びシャフトエンド14の下方に、第１支持柱19及
び第２支持柱20が所定の間隔をおいて配置され、第１支
持柱19及び第２支持柱20の上部に第１ストッパーボルト
21及び第２ストッパーボルト22がそれぞれ固定される。
第１ストッパーボルト21及び第２ストッパーボルト22の
円板状のストッパー部が対向位置に配置され、各ストッ
パー部がシャフトエンド14の柱状係合部15の端面に当接
し、シャフトエンド14のストロークを規定する。

【０００７】アクチュエータ51の作動により回転弁体38
が、弁軸48及び中空回転弁軸45の中心線の回りに回転さ
れる。回転弁体38の外方部39は、弁軸48を中心軸とする
円筒の一部分であり、弁ボデー33の第１弁座部46及び第
２弁座部47と交互に又は同時に接触する。第１弁座部46
及び第２弁座部47は弁軸48を中心軸とする円周上にあ
り、第１出口36及び第２出口37の内方部外周に位置し、
外方部39の表面外周は第１弁座部46及び第２弁座部47の
環状の表面と接触しつつ、すり動く。通常、回転弁体38
はパターン１、パターン２及び中立の３位置をとり、図
７〜８に示すパターン１のとき、外方部39は第２弁座部
47の全面と接触して第１入口34と第２出口37との間を遮
断し、多量の排気ガスは大径の第１入口34から流路断面
積大の排気ガス用流路43を通って大径の第１出口36に流
れ、比較的少量の空気は小径の第２入口35から流路断面
積小の空気用流路44を通って第２出口37に流れる。図５
〜図６に示すパターン２のとき、外方部39は第１弁座部
46の全面と接触して第１入口34と第１出口36との間を遮
断し、排気ガスは第１入口34から排気ガス用流路43を通
って第２出口37に流れ、空気は第２入口35から空気用流
路44を通って第１出口36に流れる。回転弁体38が中立位
置にあるときには、回転弁体38はパターン１とパターン
２との中間の位置（図７のパターン１位置から時計方向
に約60°回転し、又は図５のパターン２位置から反時計
方向に約60°回転した位置。）にあり、空気用流路44の
出口が第１弁座部46及び第２弁座部47の共通部分に接触
して封じられ、第１出口36及び第２出口37は外方部39に
よって半開状態とされる。

【０００８】アクチュエータ51を作動させて出力シャフ
ト13を前進させると、ピン17の右方向移動によって操作
リンク18が弁軸48まわりに時計方向に回動し、回転弁体
38も時計方向に回動する。シャフトエンド14が図５〜図
６に示す位置に到達すると、回転弁体38がパターン２位
置に移動し、シャフトエンド14の柱状係合部15の右側端
面が、第１ストッパーボルト21のストッパー部に当接
し、弁振動音（異音）を発生する。このときアクチュエ
ータ駆動力余力Ｆ₁ がシャフトエンド14を介して第１ス
トッパーボルト21に作用するが、回転弁体38には伝わら
ない。回転弁体38は弁ボデー33に対してフリーな状態に
あって、回転弁体38の表面と第１弁座部46の接触面との
間には微小な隙間があり（弁密閉度不良）、アクチュエ
ータ駆動力余力Ｆ₁ は回転弁体38と第１弁座部46との間
の密閉には役立っていない。アクチュエータ51を作動さ
せて出力シャフト13を後退させると、ピン17の左方向移
動によって操作リンク18が弁軸48まわりに反時計方向に
回動し、回転弁体38も反時計方向に回動する。シャフト
エンド14が図７〜図８に示す位置に到達すると、回転弁
体38がパターン１位置に移動し、シャフトエンド14の柱
状係合部15の左側端面が、第２ストッパーボルト22のス
トッパー部に当接し、弁振動音（異音）を発生する。こ
のときアクチュエータ駆動力余力Ｆ₂ がシャフトエンド
14を介して第２ストッパーボルト22に作用するが、回転
弁体38には伝わらない。回転弁体38は弁ボデー33に対し
てフリーな状態にあって、回転弁体38の表面と第２弁座
部47の接触面との間には微小な隙間があり（弁密閉度不
良）、アクチュエータ駆動力余力Ｆ₂ は回転弁体38と第
２弁座部47との間の密閉には役立っていない。

【０００９】パターン１及びパターン２のとき、排気ガ
ス用流路43に排気ガスが流入されると、外方部39の内側
に作用する排気ガスの圧力と、外方部39の外側に作用す
る空気の圧力との圧力差によって、回転弁体38の外方部
39が第１弁座部46又は第２弁座部47に小さい押付力Ｐ₀
で押付けられて、弱密閉の状態が得られる。しかし、排
気脈動の存在のため押付力Ｐ₀ は一定にはならず、また
エンジン振動も加わるため、回転弁体38の表面と第１・
第２弁座部46・47の接触面とを常に密着させることは困
難である。そして、弁軸48の表面と上部軸受49との微小
間隙、中空回転弁軸45の表面と下部軸受52との間の微小
間隙、及び回転弁体38の表面と第１・第２弁座部46・47
の接触面との間の微小間隙が、弁振動音（ガタ打音）を
発生させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、排気切替弁
において、アクチュエータの出力シャフトのストローク
端におけるアクチュエータ駆動力余力を利用して、回転
弁体と弁座部との間の密閉を向上させ、かつ回転弁体と
弁座部との間等の隙間の存在により発生する異音発生を
抑制することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、排気切替弁に
おいて、アクチュエータの出力シャフトと弁軸との間
に、往復運動を回転運動に変換する機構が連結され、出
力シャフトの軸線から所定距離はなれた位置を中心にし
て回動する単数又は複数のレバーが配設され、出力シャ
フトの軸線上に出力シャフトに連結された係合部材が配
設され、出力シャフトのストローク端近傍において前記
係合部材が前記レバーに接触し、これによりレバーの端
部が弁軸に押付力を作用させるように構成されたもので
ある。

【００１２】

【作用】アクチュエータの作動により、アクチュエータ
の出力シャフトが移動すると、出力シャフトの移動に応
じて弁軸が回動する。出力シャフトがストローク端近傍
に達すると係合部材がレバーに接触し、レバーが揺動し
てレバーの端部が弁軸に接触して押付力を作用させる。

【００１３】

【実施例】図１〜４に基づいて本発明の実施例について
説明をする。実施例のうち図５〜図８に示す従来技術と
共通の構成については、共通の符号を付し、その説明は
原則として省略する。操作盤10の上部で、出力シャフト
13の水平位置よりも低い位置に、出力シャフト13の軸線
から所定距離はなれた位置を中心にして回動する、屈曲
レバー１及び平レバー２が配設される。屈曲レバー１に
ついては、略中心部分には回動用の孔が形成され、かつ
基端（図１で上端）に垂直方向のピン３が形成され、平
レバー２については、基端（図１で右上端）に回動用の
孔が形成され、かつ中央よりやや先端寄りの箇所に垂直
方向のピン４が形成される。図１・図３において、操作
盤10には弁軸48より所定距離だけ左方の位置に屈曲レバ
ー１支持用の孔が形成され、また弁軸48より所定距離だ
け右上の位置に平レバー２支持用の孔が形成される。屈
曲レバー１支持用の孔にはボルト５・ナット６・座金に
より屈曲レバー１が回動自在に連結され、平レバー２支
持用の孔にはボルト７・ナット８・座金により平レバー
２が回動自在に連結される。弁軸48外表面であって、操
作盤10より所定距離上部の箇所に、環状輪９が固定さ
れ、環状輪９と屈曲レバー１と平レバー２とは同一平面
上にあり、環状輪９は屈曲レバー１及び平レバー２と係
合可能である。出力シャフト13が図３に示す左端位置に
あるとき、屈曲レバー１のピン３にシャフトエンド14の
柱状係合部15の左側端面が当接し、屈曲レバー１の先端
は環状輪９に押し付けられる。出力シャフト13が図１に
示す右端位置にあるとき、平レバー２のピン４にシャフ
トエンド14の柱状係合部15の右側端面が当接し、平レバ
ー２の先端は環状輪９に押し付けられる。屈曲レバー１
の先端は環状輪９に押し付けられるとき、図３におい
て、屈曲レバー１の先端面が、弁軸48の中心と第２弁座
部47の中心とを結ぶ線に対して直交するように配置され
る。平レバー２の先端が環状輪９に押し付けられると
き、図１において、平レバー２の中心線が、弁軸48の中
心と第１弁座部46の中心とを結ぶ線に対して直交するよ
うに配置される。屈曲レバー１のピン３及び平レバー２
のピン４がシャフトエンド14の柱状係合部15と確実に当
接するようにするため、屈曲レバー１の先端及び平レバ
ー２の先端が常に環状輪９に当接するよう、屈曲レバー
１及び平レバー２にそれぞれスプリング（図示せず）の
弾発力により反時計方向に軽く付勢する。

【００１４】アクチュエータ51を作動させて出力シャフ
ト13を前進させると、ピン17の右方向移動によって操作
リンク18が弁軸48まわりに時計方向に回動され、回転弁
体38も時計方向に回動される。シャフトエンド14が図１
〜図２に示す右端位置に到達すると、回転弁体38がパタ
ーン２位置に移動し、シャフトエンド14の柱状係合部15
の右側端面が、平レバー２のピン４に当接する。このと
きアクチュエータ駆動力余力Ｆ₁ がシャフトエンド14を
介してピン４に作用し、アクチュエータ駆動力余力Ｆ₁
が弁軸押付力Ｎ₁ に変換されて、平レバー２の先端から
環状輪９に作用する。弁軸押付力Ｎ₁ は弁軸48・上部連
結部40・下部連結部63等を介して回転弁体38の外方部39
に伝えられ、外方部39を第１弁座部46に向けて弁座押付
力Ｐ₁ で押し付ける。弁軸押付力Ｎ₁ 及び弁座押付力Ｐ
₁ は第１弁座部46に垂直の方向に働くので、回転弁体38
の表面と第１弁座部46の接触面とを、全周均一に隙間な
く密着させることができ、弁密閉性が向上する。

【００１５】アクチュエータ51を作動させて出力シャフ
ト13を後退させると、ピン17の左方向移動によって操作
リンク18が弁軸48まわりに反時計方向に回動され、回転
弁体38も反時計方向に回動される。シャフトエンド14が
図３〜図４に示す位置に到達すると、回転弁体38がパタ
ーン１位置に移動し、シャフトエンド14の柱状係合部15
の左側端面が、屈曲レバー１のピン３に当接する。この
ときアクチュエータ駆動力余力Ｆ₂ がシャフトエンド14
を介してピン３に作用し、アクチュエータ駆動力余力Ｆ
₂ が弁軸押付力Ｎ₂ に変換されて、屈曲レバー１の先端
から環状輪９に作用する。弁軸押付力Ｎ₂ は弁軸48・上
部連結部40・下部連結部63等を介して回転弁体38の外方
部39に伝えられ、外方部39を第２弁座部47に向けて弁座
押付力Ｐ₂ で押し付ける。弁軸押付力Ｎ₂ 及び弁座押付
力Ｐ₂ は第２弁座部47に垂直の方向に働くので、回転弁
体38の表面と第２弁座部47の接触面とを、全周均一に隙
間なく密着させることができ、弁密閉性が向上する。

【００１６】アクチュエータ51の出力シャフト13が前進
端にあるとき（図１のパターン２のとき）には、弁座押
付力Ｐ₁ により外方部39が第１弁座部46に押し付けら
れ、アクチュエータ51の出力シャフト13が後退端にある
とき（図３のパターン１のとき）には、弁座押付力Ｐ₂
により外方部39が第２弁座部47に押し付けられ、そのと
きのみ弁密閉性が向上する。従って、アクチュエータ51
の出力シャフト13が前進端又は後退端には位置しないと
き、即ち回転弁体38のスライド時には、弁座押付力Ｐ₁
又は弁座押付力Ｐ₂ が作用しないので、回転弁体38の表
面と第１弁座部46・第２弁座部47の接触面との間の摩耗
及び滑り摩擦が少なく、良好な弁作動性が得られる。ま
た、屈曲レバー１及び平レバー２はストッパー機能を持
ち合わせているので、先願技術のごときストッパーボル
ト等を配設する必要はない。アクチュエータ51の出力シ
ャフト13が前進端又は後退端に位置するとき、弁座押付
力Ｐ₁ 又は弁座押付力Ｐ₂ が作用するので、回転弁体38
の表面と第１弁座部46・第２弁座部47の接触面との間が
密着される。また、弁座押付力Ｐ₁ 又は弁座押付力Ｐ₂
により弁軸48・中空回転弁軸45が上部軸受49・下部軸受
52に対してそれぞれ偏心し、一方に当接している。従っ
て、回転弁体38の表面と第１・第２弁座部46・47の接触
面との間の間隙、及び弁軸48の表面と上部軸受49との間
隙、中空回転弁軸45の表面と下部軸受52との間の間隙に
おいて、弁振動音（ガタ打音）が抑制される。

【００１７】本発明の実施例の排気切替弁30をパティキ
ュレートトラップシステムに適用した場合の作用につい
て説明する。ディーゼルエンジンが作動中でパターン１
のとき、排気切替弁30の回転弁体38は図３〜４に示す位
置にあり、ディーゼルエンジンからの排気ガスは排気流
入管、排気切替弁30の第１入口34・排気ガス用流路43・
第１出口36、連結管を通って第１トラップに流入し、空
気（熱風を含む。）がバイパス管、排気切替弁30の第２
入口35・空気用流路44・第２出口37、連結管を通って第
２トラップに流入する。このとき、排気ガス用流路43と
空気用流路44とは分離され、排気ガスと空気とが混合さ
れることはない。（パターン２のときも同じである。）
第１トラップのセラミック製第１トラップフィルター
は、パティキュレートを捕集し、排気ガスを浄化する。
そして、時間の経過とともに、パティキュレートがセラ
ミック製第１トラップフィルターの細孔を塞いで目詰ま
りを起こし、エンジン出力の低下、燃費の悪化をもたら
す。（実際には、エンジン出力の低下、燃費の悪化をも
たらすまえに、パターン２に切り替える。）第２トラッ
プにおいては、セラミック製の第２トラップフィルター
所定の温度範囲にあるときには空気が流入され（第２ト
ラップフィルターが所定の温度範囲以下のときには、熱
風が流入される。）、第２トラップフィルターに捕集さ
れたパティキュレートが燃焼し、第２トラップフィルタ
ーの目詰まりが防止され、トラップフィルターの再生が
行われる。なお、トラップフィルターの再生が行われた
後には、空気（熱風を含む。）を供給する必要はない。

【００１８】ＥＣＵからの信号により、アクチュエータ
51が作動され、回転弁体38が図３で時計方向に約１２０
°回転されると、排気ガス用流路43と空気用流路44とが
同時に切り替えられてパターン２（図１の状態）とな
り、回転弁体38の外方部39が第１弁座部46の全面と接触
する。ディーゼルエンジンからの排気ガスは排気流入
管、排気切替弁30の第１入口34・排気ガス用流路43・第
２出口37、連結管を通って第２トラップに流入し、空気
（熱風を含む。）がバイパス管、排気切替弁30の第２入
口35・空気用流路44・第１出口36、連結管31を通って第
１トラップに流入する。第２トラップのセラミック製第
２トラップフィルターは、パターン１のときの第１トラ
ップフィルターと同様に、パティキュレートを捕集し、
排気ガスを浄化する。そして、第１トラップにおいて
は、パターン１のときの第２トラップフィルターと同様
に、第１トラップフィルターに捕集されたパティキュレ
ートが燃焼し、第１トラップフィルターの目詰まりが防
止され、トラップフィルターの再生が行われる。

【００１９】例えば坂道を走行するときには、特に多量
のパティキュレートが発生する。このとき、回転弁体38
をパターン１とパターン２との中間の中立位置におく
と、ディーゼルエンジンからの排気ガスは排気流入管、
排気切替弁30の第１入口34・排気ガス用流路43・第１出
口36・第２出口37、連結管を通って第１トラップ及び第
２トラップの両方に流入し、空気が排気切替弁30の空気
用流路44と第１弁座部46・第２弁座部47との共用部分に
よって遮断される。このとき、第１トラップのセラミッ
ク製第１トラップフィルター及び第２トラップ２のセラ
ミック製第２トラップフィルターの両方のトラップフィ
ルターによりパティキュレートが捕集されるので、パテ
ィキュレートが特に多量に発生しても、トラップフィル
ターが目詰まりし難い。

【００２０】

【発明の効果】本発明においては、出力シャフトがスト
ローク端近傍に達すると係合部材がレバーに当接してア
クチュエータ駆動力余力がレバーに作用する。次にレバ
ーが揺動してレバーの端部が弁軸に当接し、アクチュエ
ータ駆動力余力が弁軸押付力に変換されて弁軸に作用す
る。レバーを適宜選択することにより、弁軸押付力が弁
座押付力となって、回転弁体と弁座部との間の弁密閉性
が向上し、回転弁体と弁座部との間の隙間等の存在によ
り発生する弁振動音（ガタ打音）が抑制される。また、
本発明においては、アクチュエータ駆動力余力がレバー
に作用して、アクチュエータが停止するので、ストッパ
ー機構を必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の排気切替弁の一部横断平面図
（出力シャフト前進時）である。

【図２】図１の概ねＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】本発明の実施例の排気切替弁の一部横断平面図
（出力シャフト後退時）である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【図５】先願の排気切替弁の一部横断平面図（出力シャ
フト前進時）である。

【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

【図７】先願の排気切替弁の一部横断平面図（出力シャ
フト後退時）である。

【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

１ 屈曲レバー ２ 平レバー 13 出力シャフト 15 柱上係合部 18 操作リンク 48 弁軸 51 アクチュエータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクチュエータの出力シャフトと弁軸と
   の間に、往復運動を回転運動に変換する機構が連結さ
   れ、出力シャフトの軸線から所定距離はなれた位置を中
   心にして回動する単数又は複数のレバーが配設され、出
   力シャフトの軸線上に出力シャフトに連結された係合部
   材が配設され、出力シャフトのストローク端近傍におい
   て前記係合部材が前記レバーに接触し、これによりレバ
   ーの端部が弁軸に押付力を作用させるように構成された
   排気切替弁。