JPH06502704A - 排気圧力調整弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 班気圧力閏聚升 本発明は、排気圧力調整弁、特に、ディーゼルエンジン車両の排気系統に用いら れる弁に関する。

「排気ブレーキ」として知られる装置は、車両の排気系統に取りつけることがで き、背圧を発生することにより車両の制動を補助することができる。　「ウオー ムアツプ」弁と称する同様の装置もまた、エンジンが通常の動作温度に到達する のに要する時間を減少することによって、暖房および不燃炭化水素の排出の減少 に役立つ。

概して、排気ブレーキによって発生する背圧が高ければ高いほど、ブレーキ効果 はより効果的になる。しか獣発生する背圧のレベル（一般的には２〜８バール） はエンジンの最高設計背圧を超えてはならず、これｉｉ、たとえ（！、エンジン 排気弁スプリングの負荷によって制限される。

背圧を制限するために檄通常は蝶形弁もしくはすべりゲートである排気ブレーキ は、排気ガスの一部を縁部から逃がせるように、はとんど閉じているが完全には 閉じていない位置にロックされねばならないか、あるし＝＋３蝶形弁もしくはす べりゲート、またはその周辺に一つ又はそれ以上の流出通路を形成しなければな らない。実際に１戯−個もしくは複数の孔を開けて、蝶形弁もしくはすべりゲー トを完全に閉じるのが一般的である。漏出速度は流出通路の大きさや数によって 決定さ汰エンジンを最高速度で運転し排気ブレーキを通過する排気ガスの流れが 最大になる場合の最高許容背圧によって規定される。直径１００工の蝶形弁に対 して、蝶形弁の総面積の約２．５％にあたる総計２０００２の流出通路が通常設 けられる。

結果として、エンジンがより低速の場合、特に標準運転の範囲では、流出孔の口 径はそのような低速において最高背圧に到達するために必要な口径よりも大きい ことになる。したがって、適度のガス流量において鷹発生する背圧は最高許容値 よりかなり低いので、このような排気ブレーキはむしろむだである。

ウオームアツプ弁１戯エンジンが動作温度に到達する時間をかなり短縮するとい う理由で望ましく、通常、８０分から４０分に短縮でき、このことは不燃炭化水 素の排出を相当減少し燃費をかなり改善することになる。

エンジンが通常の温度に到達するのに要する時間を短縮するためにウオームアツ プ弁が使用される時のその設計要件（戴　しかしながら、排気ブレーキに適用さ れる要件とは同じではない。一般的Ｅ、直径１００．の蝶形弁に対して、直径５ １Ｉｓ以下の非常に小さい流出通路のみが必要とさね、その理由として、エンジ ンがアイドリング速度で作動し車両が静止した状態にあるからである。発生する 背圧はエンジンの用途によって約０５〜２０バールの範囲にある。通常の用途に おいて１戴　ウオームアツプ弁によって発生する背圧は排気ブレーキの作動中に 発生する最高背圧の約２５％に過ぎないであろう。したがって、従来の排気ブレ ーキはエンジンのウオームアツプに要する時間を短縮する助けとしては役に立っ てはおらず、その理由として、このような低いエンジン速度とガス流量において 、かなりの背圧を発生するには流出口径が大きすぎるからである。

ウオームアツプ弁番戴　キャブヒーターが始動するまでの時間を最小にするため 番ミ運転者が操作することもできるしまたｔｉ、エンジンが暖まる間に排出され る不燃炭化水素の量を減少させるため番へ排出制御装置に応動して自動的に動作 させることも可能である。　ウオームアツプ弁に特有の危険として、運転者がウ オームアツプ弁を閉じたまま発進する可能性があり、これにより、流出通路が非 常に小さいため、発生する背圧はすぐにエンジンの設計限界を越え、エンジンの 損傷を引き起こすことがある。

本発明（戴排気ブレーキとウオームアツプ弁の機能を兼ね備え、排気路を閉じる ための一個の蝶形弁を有する排気圧力調整弁を提供することを目的とする。

本発明による排気圧力調整弁鷹入口、出口、及びこれら入口および出口の間の通 路を有する本体と、前記入口および前記出口の連通を閉鎖するために前記本体内 に回動可能に設けられた蝶形弁とを備え、前記蝶形弁はスピンドルを有しこのス ピンドルのピボット軸鷹前記入口における圧力増加に応じて発生する合成トルク が前記蝶形弁を開く向きに働くように前記通路の対称軸からすらさね一前記排気 圧力調整弁屯さ引ミ前記蝶形弁を閉じるための、および、前記入口における予め 定められた圧力において発生する前記合成トルクと同じ大きさの閉トルクを前記 スピンドル軸に加えることのできる作動手段と、前記螺形弁の一側から他側への 流出手段とを備え、前記流出手段１戴使用時に前記螺形弁が閉じられ前記排気圧 力調整弁を通過するガス流が前記排気圧力調整弁を通過し得る最大ガス流よりも かなり小さい場合にかなりの背圧を印加することのできる大きさを持つように構 成されていることを特徴とする。

このような弁は、入口の圧力に反応する螺形弁を有し　この螺形弁は予め定めら れた入口の圧力を超えたとき開く。予め定められた入口の圧力＋ｉ、エンジンの 最高設計背圧もしくは最高設計背圧よりごくわずか低い圧力に設定さぺ過度の背 圧が発生した場合に螺形弁が確実に開くことを保証している。

通常、前記の予め定められた圧力（戴用途に応じて２〜８バールの範囲内であり 、流出手段（戴　アイドリング速度で作動するエンジンに対応する流量において 、最高背圧の約２５％の背圧すなわち約０５〜２０バールを印加することのでき る大きさとされる。

好ましく鷹前記流出手段１転前記蝶形弁の面積の０．２５％以下の総面積を有す る。したがって、流出手段の大きさは従来の排気ブレーキのバイパス口径よりも 小さい。

螺形弁の面積が７８５ｏ１１．２である好ましい実施例において（戴エンジンの アイドリング状態において約０５バールの背圧を印加するに）戴　１２．５１２ の面積を有する一個の流出開口が適当であることが判明した。エンジンの最高速 度における最高許容背圧は約４バールであった。

螺形弁は過度の背圧に反応するので、　「ウオームアツプ」モードで使用される 場合には排気圧力調整弁は安全である。前記流出手段の面積鷹蝶形弁の反応動作 に重大な影響を及ぼすには小さすぎ、いずれにしても、予め定められた入口の圧 力ＩＬ排気ガスのわずかな流出量の影響を補償するレベルに設定することができ る。このような排気圧力調整弁は、−個の螺形弁を用いて３つの機能を提供し加 えて中速のエンジン速度においで排気ブレーキの効果をかなり向上させる。

好ましくは、前記流出手段は一個の流出開口からなり、その好ましい実施懇様と して螺形弁に一個の孔が設けられている。好ましい実施例において、この孔は前 記対称軸に対し前記オフセント軸の反対側に位置している。

この配置において、流出開口は入口の圧力に対し最小の面積をさらしな状態で螺 形弁の片側に位置し　したがって、螺形弁を開かせるような回転運動が減少され ることはない。

通常、螺形弁のピボット軸のずれ鷹円形の排気路を有し且つ直径が１００〜１５ ０゜の弁に対し　２〜４ｕの範囲である。

一実施例において、螺形弁のスピンドルは戻りばねによる負荷を受け、制動ばね を介してアクチュエータ手段に作動的に接続さね、これにより螺形弁を閉じよう とする合成トルクは、予め定められた背圧レベルにおいて発生する開トルクとの 均衡を保つよう＆ミたとえばばねの一方もしくは両方を適切に選択することによ って、設定することができる。

これ＋Ｌ蝶形弁が開くように予め設定したレベルにおいて、螺形弁が背圧の非常 に小さい変化に感応するという理由により、弁に作用するトルクを均衡させる構 成鷹特に重要である。したがって、弁開閉負荷におけるヒステリシスも最小とな る。

前記弁閉鎖トルク（戴調整可能であることが望ましい。弁にピボット状態に備え られたトルクアームを押したり引いたりするように設けられたアクチュエータの 場合、加えられるトルクの調整６戴トルクアームの長さを変化させることによっ て達成される。この構成ミアクチュエータが機械的電気的番戴　または空気圧で 、または油圧で、駆動される場合に適している。

空気圧アクチュエータ１戯通常、内部の戻りばねに対して作用する管路圧力を与 える圧縮空気供給管に接続される。本発明の好ましい実施例において、このよう な空気圧もしくは油圧アクチュエータ＋４圧力制御弁を経て流体供給源に接続さ ね、この圧力制御弁（戯アクチュエータのシリンダーに受容される流体の圧力を 制御できるようへ調整可能であることが望ましく、これにより、合成力（弁を閉 じる向きの）を、最高許容背圧との均衡を保つのにふされしく変化させることが できる。

螺形弁の駆動鷹たとえば排気ブレーキモードまたは暖房モードにおいて、運転者 の動作に応答して行なってもよく、あるい（戴たとえば排気放出を制御するため に自動制御のもとで行なってもよい。

螺形弁が反応して開くように予め設定された圧力１戯エンジン管理システムその 他の特別な動作要件に適合するシステムにしたがい、制御手段によって変化させ ることもできる。

ここで本発明の実施例を添付の図面を参照して例示として説明する。

図１は、従来の排気ブレーキと本発明によるＥＰＭ弁即ち排気圧力調整弁とを比 較する図である。

図２は、手動操作可能なＥＰＭ弁の平面図である。

図３は、螺形弁が開いた状態で入口側から図２の排気圧力調整弁を見た端面図で ある。

図４＋４蝶形弁が閉じた状態を表わす、図３と同様な図である図５は、空気圧で 作動するＥＰＭ弁の平面図である。

図６は、図５に示されたＥＰＭ弁の側面図である。

図７は、図５のＥＰＭ弁を出口側から見た図である。

図１（戴従来の排気ブレーキと、応動的排気ブレーキの差異を表している。

破線代エンジンガス流（Ｆ）の増加（ガス流はエンジン速度の上昇と共に増加す るのはもちろんである）にともなう背圧（Ｐ）に関して、従来の排気ブレーキの 効果を表している。

従来の排気ブレーキで１戴蝶形弁に一つ又はそれ以上の比較的大きい孔を設け、 最大ガス流（最高エンジン速度）において、排気ブレーキによって形成される背 圧がエンジンの最高設計背圧を超えないようにされており、これは点Ｃ１で示さ れている。

したがって、ガス流量が少ない場合、螺形弁の孔１戴有効な背圧を発生するには 大きすぎ、そして、エンジンの標準的動作範囲において（戴点Ｃ２と０３で示さ れるよう！二発生する背圧は許容最大値の２０〜５０％に過ぎない。

対照的く図１の実線法本発明による応動的排気ブレーキの動作カーブを表してい る。螺形弁は比較的小さい開口（通常、従来の排気ブレーキ蝶形弁における孔の 総面積の１０分の１以下）しか有しておらず、これによって使用時に（戴排気ブ レーキはエンジンの通常の動作範囲の全体にわたってほぼ最高背圧を発生する。

図２〜４に示す排気ブレーキ＋４　円筒形の弁体１０を含み、この弁体１０（戴 フランジ１１によって排気路に接続さね、その内部には蝶形の弁１２がスピンド ル１４によって、予め定められた距離ｄ（通常、５インチ径までの弁に対して３ 、、）だけ、弁体１０の直径からずれた軸の回りを回動できるように取りつけら れている。ガス流の方向は矢印りによって示されている。弁体１０の外部で螺形 弁のスピンドル１４に固定的に取り付けられているのはダブルエンドレバー１６ であり、その一端１８服取付はプレート１９の固定支承部２１に係留された復帰 スプリング２ｏに接続されている。レバー１６の他端２２（戴運転者に操作させ るため＆ミ車両の運転室（図示せず）に通じるコントロールケーブル２６＆−オ ーバーライドばね２４を介して接続されている。取付はプレートはケーブル被覆 部２８のための支承部２７を有している。

図示された位置において、レバー１６は復帰スプリング２ｏによってストッパ２ ８に当接した状態に保たれており、弁１２は完全に開いた位置にあり、コントロ ールケーブル２６は弛緩している。

ケーブル２６を支承部２７の方向に引くことによって弁１２を閉じる動作におい て、ケーブルばね２４は伸び、復帰スプリング２０のトルクと排気ガス背圧によ ってスピンドル１４上に発生するトルクとに対抗するトルクを発生する。この後 者のトルク１戴スピンドル軸が弁体１０の中心線からずれていることから生じた ものである。

排気ガス背圧が許容最大レベルに到達すると、排気圧力によるスピンドルトル列 戴　ケーブルばね２４の復帰スプリング２０に対する過剰トルク分を相殺する点 まで増加する。この点において、弁は正味ゼロのトルクによって均衡を保ち、排 気圧力がさらに増加すると、弁１２が開くことになる。

弁１２はこのように反応し所定の背圧において開き、エンジンの損傷を防ぐとと もくエンジンの通常の動作範囲全体にわたって、弁が排気ブレーキとしての十分 な効果を有することを保証する。

復帰スプリング２０１ｉ、閉止力が取り除かれたとき、この場合にはケーブル２ ６が弛緩したとき、規定の背圧に逆らって弁１２を再び開くことができる。弁の スピンドル１４のずれによって、ガスの圧力が背圧に比例した開）・ルクを発生 させることが６丁能となる。

弁１２はまた、図４に示されるように、孔２９、すなわち年休１０の壁を通過す るバイパスを含み、これによりエンジンを動作温度まで上昇させるために、弁を ウオームアツプ弁として使用することが可能となる。このモードにおいて、弁１ ２は、エンジンが冷えた状態からまさに始動し始めた時に閉じられる。弁は、エ ンジンが低速（約８００ｒｐｍ）で作動し、流出孔２９が少量の排気ガスを流出 させると言う理由から、比較的低い背圧（通常１バール）をエンジンに印加する 。この低い背圧は、エンジンが通常の動作１１度に到達するまでの時間を著しく 、通常、８０分から４０分に短縮する。エンジン速度が上昇する場合、たとえば もしＷ両の運転者がケーブル２６を解放することなく発進すると、弁は上述した ように応動的排気ブレーキとして作動する。こうして、ウオームアツプ弁として 使用される時のエンジンの損傷が防止される。

升は、エンジンの毎分回転数（ＲＰＭ）およびそれに伴うガス流が過度の背圧を 発生するほど大きいときにもし螺形弁が閉じられた場合、または、エンジンの毎 分回転数が過度の背圧を発生する以上に上昇する一方で弁が閉じたままである場 合、規定のレベル以上の背圧が発生しないように設計される。

同様の構成＋４　弁が、空気圧、電気真空、液圧、その他の￥Ｆ段によって閉じ られる場合に使用することができる。

空気圧によって作動する螺形弁の場合、復帰スプリングを空気圧アクチュエータ 自体の内部で使用することが可能である。このような実施例の１つが図５〜図７ に示されている。螺形弁３２と、フランジ３！を備えた円筒形井体３０とは、図 ２〜図４に示したものと実質的に同様に配置されている。この実施例において、 一端フランジ３］ａはターボチャージャーの出口に直接取り付けることができる 。

レバー３６の一端３４は、空気圧アクチュエータ４０のｍｕ可能なピストンロッ ド３８にＩＩＭさ帳　この空気圧アクチュエータは、アクチュエータ復帰スプリ ングによりストッパ４２に吋して螺形弁３２が完全に開いた位置にある状態を保 持している。スピンドルのずれはｒｄＪによって、ガス流は矢印りによって示さ れている。

螺形弁３２は、圧縮空気の供給＃Ｓに接続された圧力制御弁４４によりアクチュ エータ４０に供給される圧縮空気によって閉じらね、供給された空気は、アクチ ュエータ復帰スプリングに作用して螺形弁３２に閉トルクを発生させ、弁が閉じ るように付勢する。

アクチュエータに供給される空気の圧力は、アクチュエータ復帰スプリングと規 定の鏝高背圧レベルで排気ガスによって発生するトルクとに逆らって弁を閉じた 状思に保つように設定された弁４４によりｗｌＩ御される。

増加した排気ガス流の作用の下で、背圧が上昇し始めたならば、不均衡が生じ、 アクチュエータ復帰スプリングトルクと組合わされて生じたトルクが空気圧アク チュエータトルクより打ち勝つため、弁が開いて背圧を規定のレベルまで戻す。

必要とされる背圧のレベルは、螺形弁のずれと、レバーの長さと、アクチュエー タ復帰スプリングと、アクチェエータに供給される空気の圧力との組合わせよっ て得られる。

過当なアクチュエータ負荷を与える他の方法は、圧力制御弁を省いて、１つまた は［ｆｉのアクチュエータ復帰スプリングを変化させることである。１つまたは 複数のスプリングは、アクチュエータにおいて、ｉｑｅ′５Ｔｉであり、また個 々の用途に適した予め定められた負荷を印加できるように選択可能である。

Ｌ −−罰一 平成５年５月１３日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．排気圧力調整弁において、入口、出口、及び前記入口と前記出口との間の通 路を有する本体と、前記入口および前記出口の連通を閉鎖するために前記本体内 に回動可能に設けられた蝶形弁とからなり、前記蝶形弁はスピンドルを有し、こ のスピンドルのピボット軸は前記入口における圧力増加に応じて発生する合成ト ルクが前記蝶形弁を開く向きに働くように前記通路の対称軸からずらされ、前記 排気圧力調整弁は、さらに、前記蝶形弁を閉じるための、および、前記入口にお ける予め定められた圧力において発生する前記合成トルクと同じ大きさの閉トル クを前記スピンドル軸に加えることのできる作動手段と、前記蝶形弁の一側から 他側への流出手段とを備え、前記流出手段は、使用時に前記蝶形弁が閉じられ前 記排気圧力調整弁を通過するガス流が前記排気圧力調整弁を通過し得る最大ガス 流よりもかなり小さい場合にかなりの背圧を印加することのできる大きさである ように構成されたことを特徴とする排気圧力調整弁。
2. ２．前記流出手段は、前記蝶形井上にある一個の開口からなることを特徴とする 請求項１に記載された弁。
3. ３．前記流出開口は、前記対称軸に対して前記ピボット軸の反対側に位置するこ とを特徴とする請求項２に記載された弁。
4. ４．前記流出手段の断面積は前記蝶形弁の断面積の０．２５％より少ないことを 特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載された弁。
5. ５．前記作動手段は、前記スピンドルに取りつけられた前記本体外側のレバーか らなり、駆動手段が前記レバーに取りつけられ且つ前記スピンドルに閉トルクを 加えるようにしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載された弁。
6. ６．前記レバーの一側は、復帰スプリングに接続されて前記スピンドルに開トル クを与え、他側は制御スプリングによってアクチュエータに連続的に接続されて いることを特徴とする請求項５に記載された弁。
7. ７．前記レバーは両端を使用する形式のものであり、そのレバーの一端は前記復 帰スプリングに接続され、他端は前記制御スプリングに接続されていることを特 徴とする請求項６に記載された弁。
8. ８．前記復帰スプリングと前記制御スプリングとは引張りばねであることを特徴 とする請求項６および７のいずれかに記載された弁。
9. ９．前記駆動手段は内部復帰スプリングを有する流体アクチュエータからなるこ とを特徴とする請求項５に記載された弁。
10. １０．前記アクチュエータに受容される流体の圧力を変化させるように動作可能 な流体圧力調整制御弁をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載された弁。