JP2020063675A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングを貫通するシャフトのシール部位から蒸発燃料が外部へ漏れ出すことを効率的に抑制することが可能な流量制御弁を提供する。【解決手段】流量制御弁（１）は、ハウジング（２１）と、バルブ部材（２２）と、モータ（２４）と、モータシャフト（２５）と、シール部（４０）とを備える。バルブ部材は、ハウジング内に設けられる。モータは、ハウジング外に設けられ、バルブ部材を駆動する。モータシャフトは、ハウジングを貫通して設けられ、モータとバルブ部材とを動力伝達可能に連結する。シール部は、ハウジングからの蒸発燃料漏れを抑制するようにモータシャフトの貫通部位をシールする。シール部は、第１シール部材（４１）と、第１シール部材とは材質が異なる第２シール部材（４２）と、を含み、第１シール部材は耐燃料透過性を有する有機材料で形成され、第２シール部材は耐低温性を有する有機材料で形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、蒸発燃料処理装置に設けられる流量制御弁に関する。

従来、燃料タンクの蒸発燃料（以下、ベーパとも言う）を回収し内燃機関の吸気系に供給可能な蒸発燃料処理装置が知られている。こうした蒸発燃料処理装置は、燃料タンクと、キャニスタと、燃料タンクとキャニスタとをつなぐベーパ通路に設けられる流量制御弁等を有している。流量制御弁は、車両の駐車中はベーパ通路を閉じ、給油中はベーパ通路を開ける等の動作をする。

例えば、特許文献１に記載の流量制御弁は、ベーパの排出通路を有するハウジングと、ハウジング内に設けられるバルブと、駆動用のモータとを有している。モータはハウジングの外方に配置されている。モータのシャフトは、ハウジングを貫通してバルブに連結している。そして、ハウジングの外側には、シャフトシールが設けられている。

特表２０１４−５１２４９３号公報

ところで、特許文献１において、上記シャフトシールの材質については特に示されていないが、ハウジングのシャフト貫通部位からの蒸発燃料漏れを抑制するためには、その構造や材質が重要である。例えば、蒸発燃料の外部漏れを抑えるために燃料透過性の低いフッ素ゴム等を用いると、フッ素ゴムは一般的に低温性が悪いため低温時に硬くなり、圧力漏れが発生する虞れがある。なお、一部低温性に優れたフッ素ゴムもあるが、非常に高価である。

一方、低温性に着目してフロロシリコーンゴム等を用いると、燃料透過性が高いため蒸発燃料が外部へ透過してしまう虞れがある。すなわち、ハウジングのシャフト貫通部位において、シャフトシールの材質や構造によってはシールが不十分となり、蒸発燃料が外部へ漏れ出してしまうという問題が生じていた。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ハウジングを貫通するシャフトのシール部位から蒸発燃料が外部へ漏れ出すことを効率的に抑制することが可能な流量制御弁を提供することにある。

本発明の流量制御弁は、燃料タンク（１１）と、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ（１２）とを備える蒸発燃料処理装置（１０１）において、キャニスタと燃料タンクとをつなぐべーパ通路（１６）に設けられる。

流量制御弁は、ハウジング（２１）と、バルブ部材（２２）と、駆動部（２４）と、動力伝達軸（２５）と、シール部（４０，５０，６０）と、を備える。ハウジングは、燃料タンク側流路（２６）からキャニスタ側流路（２７）へと蒸発燃料が流れる流路を有する。バルブ部材は、ハウジング内に設けられ、キャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過しないように燃料タンク側流路とキャニスタ側流路とを遮断する、またはキャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過するように燃料タンク側流路とキャニスタ側流路とを連通させる。

駆動部は、ハウジング外に設けられ、バルブ部材を駆動する。動力伝達軸は、ハウジングを貫通して設けられ、駆動部とバルブ部材とを動力伝達可能に連結する。シール部は、ハウジングからの蒸発燃料漏れを抑制するように動力伝達軸の貫通部位をシールする。シール部は、第１シール部材（４１，５１，６１）と、第１シール部材とは材質が異なる第２シール部材（４２，５２，６２）と、を含み、第１シール部材は耐燃料透過性を有する有機材料で形成され、第２シール部材は耐低温性を有する有機材料で形成されている。

本発明の構成によれば、ハウジングを貫通する動力伝達軸をシールするシール部は、材質及び特性の異なる第１シール部材と第２シール部材による二重シール構造となっている。第１シール部材と第２シール部材とは、それぞれ耐燃料透過性と耐低温性という異なるシール特性をもつため、シール部として背反する２つの特性に対応することができる。すなわち、ハウジングの動力伝達軸が貫通するシール部位において、より確実なシール機能を発揮することができ、蒸発燃料が外部へ漏れ出すことを効率的に抑制することができる。

蒸発燃料処理装置の構成の概略を示す図である。 第１実施形態による流量制御弁を模式的に示す断面図である。 シール部を模式的に示す断面図である。 第２実施形態による流量制御弁のシール部を模式的に示す断面図である。 第３実施形態による流量制御弁のシール部を模式的に示す断面図である。 第４実施形態による流量制御弁を模式的に示す断面図である。

以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
〈第１実施形態〉
［構成］
第１実施形態の構成について、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１に示すように、蒸発燃料処理装置１０１は、流量制御弁１、燃料タンク１１、キャニスタ１２、パージ弁１３、及びＥＣＵ１４などを備えている。

燃料タンク１１は、車両に搭載され、内燃機関１８に供給される燃料を貯留する。キャニスタ１２は、燃料タンク１１内で発生する蒸発燃料を回収する不図示の吸着材を有する。キャニスタ１２は、大気通路１５を介して取り入れた空気を、ベーパ通路１６を通ってキャニスタ１２の吸着材に吸着された蒸発燃料と共に、パージ通路１７を介して内燃機関１８の吸気通路１９へと送るパージ処理を行う。ベーパ通路１６は、燃料タンク１１とキャニスタ１２をつなぐ通路であり、このベーパ通路１６に流量制御弁１が設けられている。また、パージ通路１７にはパージ弁１３が設けられている。パージ弁１３の開度に応じて、キャニスタ１２から吸気通路１９にパージされる蒸発燃料の量が調整される。

ここで、例えば車両の駐車中では、流量制御弁１は、閉弁状態が維持されるため、燃料タンク１１の蒸発燃料がキャニスタ１２内に流入することはない。また、例えばタンクキャップが開けられ、燃料タンク１１への給油が開始され、給油が終了するまでの間は、流量制御弁１は、開弁状態が維持される。このため、給油の際に、燃料タンク１１内の蒸発燃料がベーパ通路１６を通ってキャニスタ１２内の吸着材に吸着される。このように、流量制御弁１は、燃料タンク１１とキャニスタ１２とを連通させるかどうかを制御するものである。ＥＣＵ１４は、流量制御弁１やパージ弁１３と電気的に接続しており、各弁１，１３の開閉動作を制御する。

次に、流量制御弁１の構成について、図２を参照しつつ説明する。図２中の矢印付きの曲線は、蒸発燃料の移動経路の一例を示している。図２において、後述するバルブ部材２２が開状態から閉状態へと移動する方向を符号Ｆとして図示している。流量制御弁１は、ハウジング２１、バルブ部材２２、スプリング２３、モータ２４、モータシャフト２５、シール部４０等を備えている。ハウジング２１は、略円筒状の形状をなし、燃料タンク側流路２６からキャニスタ側流路２７へと蒸発燃料が流れる流路を有している。ハウジング２１において、燃料タンク側流路口の縁部から、バルブ部材２２の移動方向と直交する方向に延びる平面は、弁座２８という。

バルブ部材２２は、キャニスタ側流路２７へ蒸発燃料が通過しないように燃料タンク側流路２６とキャニスタ側流路２７とを遮断する、またはキャニスタ側流路２７へ蒸発燃料が通過するように燃料タンク側流路２６とキャニスタ側流路２７とを連通させるための部材である。

バルブ部材２２は、有底の小径円筒部材３１と、有底の大径円筒部材３２とを有している。小径円筒部材３１と大径円筒部材３２とは、中心軸を共通の中心軸としている。小径円筒部材３１は、大径円筒部材３２に対してモータ側に位置しており、一体に設けられている。小径円筒部材３１の底部と、大径円筒部材３２の底部との間には、スプリング２３が設けられている。大径円筒部材３２の底部には、ゴムシール２９が円環状に配置されている。なお、図２は、バルブ部材２２が弁座２８に対して最も離間している開状態を示している。

小径円筒部材３１の内周には、ねじ溝３３が形成されている。小径円筒部材３１内には、モータシャフト２５が挿入されており、モータシャフト２５の外周に形成されたねじ部と小径円筒部材３１のねじ溝３３とがねじ結合している。

ハウジング２１の底壁部３４には、モータシャフト２５の挿入孔３０を形成する円筒状の回転防止凸部３５が、ハウジング２１内部側へ突出して形成されている。回転防止凸部３５のバルブ部材２２側からは、小径円筒部材３１の一部が挿入されている。回転防止凸部３５の内周面と小径円筒部材３１の外周面との間には所定の隙間が形成される。回転防止凸部３５のモータ側からは、モータシャフト２５が挿入されている。すなわち、モータシャフト２５は、ハウジング２１を貫通して設けられている。モータシャフト２５は、モータ２４の回転力をバルブ部材２２に動力伝達可能にモータ２４とバルブ部材２２とを連結する。モータ２４は、「駆動部」に相当し、モータシャフト２５は、「動力伝達軸」に相当する。

モータ２４は、ハウジング２１の底壁部３４に接した状態で、ハウジング２１の外側に設けられている。モータ駆動により、モータシャフト２５が特定の方向に回転することで、バルブ部材２２が符号Ｆで示す方向とは逆の開方向、または符号Ｆで示す閉方向に動く。このようなバルブ部材２２の動きによって、バルブ部材２２のゴムシール２９が、弁座２８に当接または離間するように往復移動可能とされている。

回転防止凸部３５内には、円環状をなすシール部材用受部３６が、径内方向へ突出して形成されている。シール部４０は、モータ２４とシール部材用受部３６との間に設けられており、ハウジング２１から蒸発燃料が漏れないようにモータシャフト２５の貫通部位をシールする。

次に、シール部４０の詳細について説明する。図２、図３に示すように、シール部４０は、バルブ部材２２側に設けられる第１シール部材４１と、モータ２４側に設けられる第２シール部材４２とを有している。各シール部材４１，４２は、回転防止凸部３５の内周面に密着するように圧入装着されている。第１シール部材４１は、シール部材用受部３６に当接している、第１シール部材４１は、耐燃料透過性を有する有機材料で形成されている。具体的な材料としては、フッ素ゴム（ＦＫＭ）またはパーフロロポリエーテル（ＦＯ）である。

第２シール部材４２は、モータ２４の底部に当接している。第２シール部材４２は、耐低温性を有する有機材料で形成されている。具体的な材料としては、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、及びエピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）などである。第１シール部材４１と第２シール部材４２は、共にＯリングであり、上記のようにその材質が異なっている。第１シール部材４１は、第２シール部材４２と比較して耐燃料透過性が高い。第２シール部材４２は、第１シール部材４１と比較して耐低温性が高い。

［効果］
上記第１実施形態では、材質の異なるＯリングで形成される二つのシール部材４１，４２による二重シール構造となっている。第１シール部材４１と第２シール部材４２とは、それぞれ耐燃料透過性と耐低温性という異なるシール特性をもつため、シール部４０として背反する２つの特性に対応することができる。

また、第１実施形態では、バルブ部材２２側に耐燃料透過性を有する第１シール部材４１を配置し、モータ２４側に耐低温性を有する第２シール部材４２を配置している。例えば、各シール部材４１，４２の配置が逆である場合、ハウジング２１内に流入した蒸発燃料は、バルブ部材２２側に設けられる耐燃料透過性に劣るシール部材を通過してしまい、モータ２４側に設けられるシール部材でシールされることになる。しかし、低温になると、耐低温性に劣るモータ２４側に設けられるシール部材は硬化し、蒸発燃料がハウジング２１からモータ２４側へ放出される虞がある。

その点、本実施形態によれば、耐燃料透過性に優れた第１シール部材４１でまずは確実に蒸発燃料の漏れ出しを抑制できる。そして、仮に微量の蒸発燃料が第１シール部材４１を透過したとして、その後低温になったとしても、耐低温性に優れた第２シール部材４２は硬化することがないため、蒸発燃料をシール部材間に溜めておくことができる。ひいては、モータ２４側へ漏れ出すことを抑制することができる。

すなわち、蒸発燃料流れに近い方であるハウジング２１内部側に、耐燃料透過性を有する第１シール部材４１を配置し、第１シール部材４１の外側に耐低温性を有する第２シール部材４２を配置することで、シール部４０全体としてのシール性能をさらに向上させることができる。

また、第１シール部材４１と第２シール部材４２とは、共にＯリングであり、コストも低く好適に実施することができる。

〈第２実施形態〉
次に、第２実施形態の流量制御弁について、図４を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第２実施形態では、第１実施形態の流量制御弁に対し、シール部の構成のみが異なる。

図４に示すように、第２実施形態の流量制御弁では、シール部５０が有する第１シール部材５１と第２シール部材５２は、共にオイルシールである。なお、二つのシール部材５１，５２は、材質は異なるものの形状については同一であるため、第１シール部材５１を例に説明する。第１シール部材５１は、シールリップ部５３、取付部５４、連結部５５、リングスプリング５６を有している。

シールリップ部５３は、環状をなし、Ｏリング部材のように軸方向断面が円形状ではなく、モータシャフト２４側に尖った略三角形状をなしている。シールリップ部５３は、リングスプリング５６の付勢力により径内側である尖端をモータシャフト２４に摺動可能に当接している。なお、「軸方向」とは、モータシャフト２４の延びる方向である。取付部５４は、円筒形状をなし、挿入孔３０に当接する。連結部５５は、環状をなし径内方向に延びて形成され、シールリップ部５３の軸方向端部と取付部５４の軸方向端部とを連結する。

第１シール部材５１は、上記第１実施形態の第１シール部材４１と同様であって、耐燃料透過性を有している。第２シール部材５２は、上記第１実施形態の第２シール部材４２と同様であって、耐低温性を有している。よって、第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の効果を奏し、さらにシール部材５１，５２をオイルシールで構成することで、シール性をより向上させることができる。

〈第３実施形態〉
次に、第３実施形態の流量制御弁について、図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第３実施形態では、第１実施形態の流量制御弁に対し、シール部の構成のみが異なる。

図５に示すように、第３実施形態の流量制御弁では、シール部６０が有する第１シール部材６１はＯリングであり、第２シール部材６３はオイルシールである。第１シール部材６１の形状及び材質は、上記第１実施形態の第１シール部材４１と同様である。第２シール部材６２の形状及び材質は、上記第２実施形態の第２シール部材５２と同様である。なお、各シール部材６１，６２が挿入される回転防止凸部３５の挿入孔３は、各シール部材６１，６２の外径形状に対応した段付き形状となっている。

第３実施形態においても、シール部６０は、耐燃料透過性と耐低温性という異なるシール特性をもつため、シール性能が向上し、ハウジング２１からの蒸発燃料漏れを好適に抑制することができる。

〈第４実施形態〉
次に、第４実施形態の流量制御弁１０について、図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。第４実施形態では、第１実施形態の流量制御弁１に対し、モータ周辺の構成のみが異なる。

第４実施形態の流量制御弁１０は、図６に示すように、モータ２４の駆動力をバルブ部材２２に伝達するウォームギア機構３７とシャフト３８を備えている。シャフト３８は、ウォームギア機構３７に接続し、ハウジング２１を貫通して設けられており、モータ２４とバルブ部材２２とを動力伝達可能に連結する。シャフト３８は、「動力伝達軸」に相当する。シャフト３８のハウジング貫通部位に対応するハウジング２１の底壁部３４の外方には、シール部材４１，４２の抜け防止用のキャップ３９が設けられている。

シール部４０の構成については上記第１実施形態と同様である。第４実施形態においても、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、第４実施形態に示すようにモータ２４の駆動力を、ウォームギア機構３７を介して伝達する構成において、上記第２、第３実施形態のシール部５０，６０の構成を適宜採用しても良い。

〈他の実施形態〉
上記各実施形態では、バルブ部材２２側に配置される第１シール部材４１，５１，６１を、耐燃料透過性を有する材質とし、モータ２４側に配置される第２シール部材４２，５２，６２を、耐低温性を有する材質としたが、各シール部材の配置順は逆でも良い。一方のシール部材が耐燃料透過性を有し、他方のシール部材が耐低温性を有していれば良く、このように特性の異なる２種類のシール部材を設けることで、シール性を向上できる。

上記第３実施形態において、第１シール部材６１をＯリングとし、第２シール部材６２をオイルシールとしたが、逆に、第１シール部材６１をオイルシールとし、第２シール部材６２をＯリングとして構成しても良い。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・流量制御弁
１１ ・・・燃料タンク
１２ ・・・キャニスタ
１６ ・・・べーパ通路
２１ ・・・ハウジング
２２ ・・・バルブ部材
２４ ・・・モータ（駆動部）
２５ ・・・モータシャフト（動力伝達軸）
２６ ・・・燃料タンク側流路
２７ ・・・キャニスタ側流路
４０ ・・・シール部
４１ ・・・第１シール部材
４２ ・・・第２シール部材
１０１ ・・・蒸発燃料処理装置

Claims (6)

1. 燃料タンク（１１）と、前記燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタ（１２）とを備える蒸発燃料処理装置（１０１）において、前記キャニスタと前記燃料タンクとをつなぐべーパ通路（１６）に設けられる流量制御弁であって、
   燃料タンク側流路（２６）からキャニスタ側流路（２７）へと蒸発燃料が流れる流路を有するハウジング（２１）と、
   前記ハウジング内に設けられ、前記キャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過しないように前記燃料タンク側流路と前記キャニスタ側流路とを遮断する、または前記キャニスタ側流路へ蒸発燃料が通過するように前記燃料タンク側流路と前記キャニスタ側流路とを連通させるバルブ部材（２２）と、
   前記ハウジング外に設けられ、前記バルブ部材を駆動する駆動部（２４）と、
   前記ハウジングを貫通して設けられ、前記駆動部と前記バルブ部材とを動力伝達可能に連結する動力伝達軸（２５）と、
   前記ハウジングからの蒸発燃料漏れを抑制するように前記動力伝達軸の貫通部位をシールするシール部（４０，５０，６０）と、
   を備え、前記シール部は、
   第１シール部材（４１，５１，６１）と、前記第１シール部材とは材質が異なる第２シール部材（４２，５２，６２）と、を含み、前記第１シール部材は耐燃料透過性を有する有機材料で形成され、前記第２シール部材は耐低温性を有する有機材料で形成されている流量制御弁。
2. 前記第１シール部材は、前記バルブ部材側に設けられ、前記第２シール部材は、前記駆動部側に設けられている請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記第１シール部材の材質は、フッ素ゴムまたはパーフロロポリエーテルであり、
   前記第２シール部材の材質は、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム、及びエピクロルヒドリンゴムのいずれかである請求項１または請求項２に記載の流量制御弁。
4. 前記第１シール部材（４１）及び前記第２シール部材（４２）は、Ｏリングである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の流量制御弁。
5. 前記第１シール部材（５１）及び前記第２シール部材（５２）は、前記動力伝達軸に摺動可能に当接する環状のシールリップ部（５３）と、前記ハウジングに当接する円筒形状の取付部（５４）と、を有するオイルシールである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の流量制御弁。
6. 前記第１シール部材（６１）と前記第２シール部材（６２）のうち、一方はＯリングであり、他方は、前記動力伝達軸に摺動可能に当接する環状のシールリップ部と、前記ハウジングに当接する円筒形状の取付部と、を有するオイルシールである請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の流量制御弁。

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