JP5710081B2

JP5710081B2 - バルブ

Info

Publication number: JP5710081B2
Application number: JP2014550826A
Authority: JP
Inventors: 隼山▲さき▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: JPWO2014087478A1; CN205013805U; WO2014087478A1

Description

この発明は、ターボチャージャ（過給機）付エンジンの吸気系に設けられるエアバイパスバルブ等に使用するバルブに関する。

従来、弁軸と軸受の摺動部間の漏れを低減するために、軸受の外周側にＯリング等の弾性部材を設置して、弾性力により軸受を弁軸に密着させていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２９６４４８号公報

しかしながら、弾性部材の捻れおよび脱落を防止するために、この弾性部材を保持する専用の部品が必要になるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、専用の部品を使用せずにシール部材の脱落を防止することを目的とする。

この発明のバルブは、内部に弁体駆動部を収容し、外部の流体通路の弁座に対向する位置に開口部が形成されたケースと、弁体駆動部に駆動されてケースの開口部から流体通路側へ往復可動し、弁座と当接および離間する弁体と、ケースの内周面に全周にわたって突設され、弁体駆動部側を向く面がシール面になる突出部と、弁体の外周面に装着され、弁体が弁座に当接する位置で突出部のシール面に当接してケースと弁体の隙間を塞ぐ、ケースの内径より小さく突出部の内径より大きい外径を有する環状の弾性変形可能なシール部材とを備え、シール部材は、弁体が弁座に当接する位置を越えて外部へ移動しようとした場合に、弾性変形した状態で突出部に引っ掛かって当該移動を規制するようにしたものである。

この発明によれば、弁体をケース開口部から外部へ引き抜こうとしても、シール部材が弾性変形してケース突出部に引っ掛かり、シール部材と弁体の脱落を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係るバルブの構成を示す断面図である。実施の形態１に係るバルブを適用したターボチャージャ付エンジンの構成を示す図であり、アクセルＯＮ時の状態を示す。実施の形態１に係るバルブを適用したターボチャージャ付エンジンの構成を示す図であり、アクセルＯＦＦ時の状態を示す。実施の形態１に係るバルブの作動方法を説明する図であり、図４（ａ）は閉弁状態、図４（ｂ）は開弁状態を示す。実施の形態１の弁体を説明する図であり、図５（ａ）は断面図、図５（ｂ）はＡ矢視図である。図４（ａ）に破線で囲った部分を拡大した図である。実施の形態１に係るバルブの各部の大小関係を説明する図である。実施の形態１の理解を助けるための参考例であり、シール部材と弁体がケースから脱落する様子を説明する図である。実施の形態１の理解を助けるための参考例であり、シール部材が過給圧を受けてたわむ様子を説明する図である。実施の形態１の理解を助けるための参考例であり、組立て時にシール部材が弁体から脱落する様子を説明する図である。実施の形態１に係るバルブの各部の大小関係を説明する図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に示すバルブ１００は、筒状のケース１の外周面にブラケット２が溶接で取り付けられている。また、このケース１の一方の開口部から内部へ、プレート３、Ｏリング４、コイルＡＳＳＹ５、Ｏリング６、およびコア７がこの順で挿入され、この開口部がコーキングされている。これにより、内部部品がケース１に保持され、ケース１の一方の開口部が閉じた状態となる。また、ケース１のもう一方の開口部１ａの内周面には、突出部１ｂが突設されている。

コイルＡＳＳＹ５は、ボビン８にコイル９を巻回した後、コイル９とターミナル１０とをヒュージングにより接続し、これらボビン８、コイル９およびターミナル１０を外装樹脂１１で被覆し、成形することにより構成されている。また、外装樹脂１１を成形することにより、車両側と接続するコネクタ１１ａが形成されている。

ケース１をコーキングした後、このケース１の開口部１ａから内部へ、パイプ１２、スプリング１３、およびバルブＡＳＳＹ１４がこの順で挿入される。バルブＡＳＳＹ１４は、プランジャ１５の一端部に筒状の弁体１６およびワッシャ１７をこの順で挿入し、コーキングにより弁体１６の仕切板１６ａとワッシャ１７とをプランジャ１５に保持させ、その後、弁体１６の外周面に形成された円周溝１６ｂに、環状のシール部材１８を装着することにより形成されている。

その後、ケース１の外周に、車両側との気密性を確保するＯリング１９を装着し、電制式のバルブ１００の完成となる。全ての部品の組み立てが完了したバルブ１００は、ブラケット２のネジ孔２ａに通した後記のネジで車両側へ取り付けられる。また、Ｏリング１９により、バルブ１００と車両側との気密性を確保する。また、車両側のコネクタとバルブ１００のコネクタ１１ａとを接続する。

これにより、円筒状のケース１の一方の開口部が、コイルＡＳＳＹ５およびコア７等の弁体駆動部により閉鎖され、内部空間２１が形成される。ケース１の内部空間２１と外部空間２２を仕切る弁体１６の仕切板１６ａには、内部空間２１と外部空間２２とを連通するための圧力バランス孔１６ｃが形成されている。

次に、図２および図３を参照して、バルブ１００の使用例を説明する。
図２および図３に示すターボチャージャ付エンジンにおいて、ターボチャージャ１０１のコンプレッサ１０１ａの上流側と下流側を接続するエアバイパス通路（流体通路）１０８に、電制式のバルブ１００を取り付け、このバルブ１００をエアバイパスバルブとして使用する。以下では、バルブ１００をエアバイパスバルブ１００と称す。

図２に示すアクセルＯＮ時は、吸気通路１０３のスロットルバルブ１０４が開いており、ターボチャージャ１０１のコンプレッサ１０１ａで圧縮された空気（以下、過給気）がインタクーラ１０５を流れてエンジン１０２に運ばれる。この際、エアバイパスバルブ１００は閉弁されている。
このコンプレッサ１０１ａの同軸上にタービン１０１ｂが取り付けられており、エンジン１０２の排気ガスが排気通路１０６を流れてタービン１０１ｂを回転させることにより、コンプレッサ１０１ａも回転する。また、排気通路１０６には、排気ガスの圧力を調整するウェイストゲートバルブ１０７が設置されている。

図３に示すアクセルＯＦＦ時は、スロットルバルブ１０４が閉じ、過給気が吸気通路１０３に溜まる。過給気が溜まると、ターボチャージャ１０１、エンジン１０２、および吸気通路１０３の配管などの破損の可能性があるため、エアバイパスバルブ１００を開弁してエアバイパス通路１０８を連通し、過給気をコンプレッサ１０１ａの下流側から上流側へ逃がす。

次に、図４を参照して、エアバイパスバルブ１００の作動方法を説明する。
図４に示すように、エアバイパスバルブ１００は、車両側のエアバイパス通路１０８の配管に、ネジ２０で取り付けられている。また、エアバイパスバルブ１００のコネクタ１１ａに車両側の電源１０９が接続されている。他方、エアバイパス通路１０８は、配管内面の一部が弁座１０８ａになっている。

このエアバイパスバルブ１００は電磁弁の原理を用いており、図４（ｂ）に示すように、電源１０９のＯＮ時にターミナル１０を通じてコイル９に電流が流れ、コイルＡＳＳＹ５内が電磁石となり、プランジャ１５がコア７側へ吸引される。パイプ１２に案内されながらプランジャ１５がコア７側へ移動することで、このプランジャ１５に取り付けられているバルブＡＳＳＹ１４が作動し、弁体１６が弁座１０８ａから離間して過給気を吸気側へ逃がす。
電源１０９のＯＦＦ時は、図４（ａ）に示すように、バルブＡＳＳＹ１４がスプリング１３に付勢されて弁体１６が弁座１０８ａに押し付けられた状態に保持され、エアバイパス通路１０８が閉鎖される。

ここで、図５（ａ）に弁体１６の断面図、図５（ｂ）はＡ矢視図を示す。
エアバイパス通路１０８の過給圧が高くなった際、弁体１６が過給圧によって押し上げられて自動開弁しないようスプリング１３の付勢力を強くすると、開弁させるためにはこの付勢力を上回る大きな電磁吸引力が必要となり、コイル９のサイズを大きくしなければならない。

本実施の形態１ではコイル９のサイズ拡大を防止するため、図５に示すように弁体１６に過給圧を導入する圧力バランス孔１６ｃを形成し、外部空間２２の過給圧を内部空間２１に送り込み、弁体１６の前後の圧力を同等にしている。

図６は、図４（ａ）に破線で囲った部分を拡大した図であり、アクセルＯＮ時にバルブＡＳＳＹ１４が閉弁した状態を示す。
図４（ａ）に示すように、アクセルＯＮ時は、過給圧が弁体１６の下面へ印加される。その際、図４（ａ）および図６に示すように、外部空間２２の過給気が圧力バランス孔１６ｃを通って内部空間２１へ流れ、シール部材１８を押圧することにより、押圧されたシール部材１８が突出部１ｂのシール面１ｃに全周にわたって密着し、ケース１と弁体１６の隙間を塞ぎ、この隙間からの漏れ量を低減する。これにより、内部空間２１に導入された過給気がケース１外へ漏れず、外部空間２２と内部空間２１の圧力バランスが崩壊することがない。

ここで、図７（ａ）に、エアバイパスバルブ１００の各部の大小関係を示す。図７（ａ）に示すように、ケース１の突出部１ｂの内径Ｄ１より、弁体１６の円周溝１６ｂの内壁の外径Ｄ２，Ｄ３を小さくして、弁体１６がケース１の開口部１ａからエアバイパス通路１０８側へ往復可動できるようにする。また、突出部１ｂの内径Ｄ１より、シール部材１８の外径Ｄ４を大きくして、閉弁時にシール部材１８とシール面１ｃが全周にわたって当接し、ケース１と弁体１６の隙間を塞ぐようにする。さらに、シール部材１８の外径Ｄ４より、ケース１の内径Ｄ５を大きくして、弁体１６の作動時にシール部材１８がケース１に擦れないようにして摺動摩擦の発生を防ぎ、応答性を向上させると共にシール部材１８の磨耗を抑制する。

上述したようにスプリング１３の付勢力を強くすることで、図８に示すように、シール部材１８がスプリング１３の付勢力を受けて折れ曲がり、弁体１６がケース１から脱落する可能性がある。なお、図８ならびに後述する図９および図１０は、本実施の形態１の理解を助けるための参考例であり、下記の寸法関係が成立していない場合を説明するための図である。

そこで、弁体１６が弁座１０８ａに当接する閉弁位置（図７（ａ）に示す状態の位置）を越えて、外部のエアバイパス通路１０８へ移動しようとした場合に、図７（ｂ）に示すようにシール部材１８が弾性変形した状態で突出部１ｂに引っ掛かるように構成する。シール部材１８が突出部１ｂに引っ掛かって弁体１６の移動を規制することで、シール部材１８自身と弁体１６の脱落を防止する。

具体的には、円周溝１６ｂの両側壁のうちのシール部材１８よりコイルＡＳＳＹ５側の側壁の外径Ｄ２と、シール部材１８の厚みＬと、突出部１ｂの内径Ｄ１とがＤ２＋２×Ｌ＞Ｄ１の関係になるよう各部の寸法を設定する。このような寸法関係にすることで、図７（ｂ）に示すように、シール部材１８が折れ曲がりつつ円周溝１６ｂの側壁の外径Ｄ２と突出部１ｂの内径Ｄ１との間の隙間に引っ掛かるようになり、シール部材１８と弁体１６の脱落を防ぐ。従って、エアバイパスバルブ１００の輸送時等、車両のエアバイパス通路１０８に装着されるまでの間、図８に示すような弁体１６の脱落を防止することができる。

また、図９に示すように内部空間２１の過給圧を受けてシール部材１８がたわんだり、図１０に示すようにバルブＡＳＳＹ１４をケース１に挿入する際にシール部材１８が円周溝１６ｂから脱落したりする可能性があるため、ケース１と弁体１６の隙間はできるだけ小さい方が望ましい。その一方で、この隙間を小さくし過ぎると、シール部材１８が突出部１ｂに引っ掛かってしまい、バルブＡＳＳＹ１４をケース１に挿入できない。

そこで、円周溝１６ｂの両側壁のうちのシール部材１８よりエアバイパス通路１０８側の側壁の外径Ｄ３と、シール部材１８の厚みＬと、突出部１ｂの内径Ｄ１とがＤ３＋２×Ｌ＜Ｄ１の関係になるよう各部の寸法を設定する。図１１（ａ）に、Ｄ２＋２×Ｌ＞Ｄ１、かつ、Ｄ３＋２×Ｌ＜Ｄ１の寸法関係を有するエアバイパスバルブ１００の一例を示す。このような寸法関係にすることで、図１１（ｂ）に示すように、シール部材１８が折れ曲がりつつ円周溝１６ｂの側壁の外径Ｄ３と突出部１ｂの内径Ｄ１との間の隙間を通過するようになり、図１０に示すようなシール部材１８の脱落を防止しつつバルブＡＳＳＹ１４をケース１に挿入することができる。また、円周溝１６ｂの側壁の外径Ｄ３と突出部１ｂの内径Ｄ１との間の隙間が小さいので、図９に示すようなシール部材１８のたわみを防止することができ、シール性が向上する。

以上より、実施の形態１によれば、エアバイパスバルブ１００は、内部にコア７およびコイルＡＳＳＹ５等の弁体駆動部を収容し、外部のエアバイパス通路１０８の弁座１０８ａに対向する位置に開口部１ａが形成されたケース１と、ケース１の開口部１ａからエアバイパス通路１０８側へ往復可動して、弁座１０８ａと当接および離間する弁体１６と、ケース１の内周面に全周にわたって突設され、ケース１の弁体駆動部側を向く面がシール面１ｃになる突出部１ｂと、弁体１６の外周面に装着されて一体的に往復可動し、弁体１６が弁座１０８ａに当接する位置で突出部１ｂのシール面１ｃに当接してケース１と弁体１６の隙間を塞ぐ、ケース１の内径Ｄ５より小さく突出部１ｂの内径Ｄ１より大きいシール径Ｄ４を有する弾性変形可能な環状のシール部材１８とを備えるように構成し、シール部材１８は、弁体１６が弁座１０８ａに当接する閉弁位置を越えて外部へ移動しようとした場合に、弾性変形した状態で突出部１ｂに引っ掛かって当該移動を規制するようにした。より具体的には、弁体１６の外周面に形成された円周溝１６ｂの両側壁のうちのシール部材１８より弁体駆動部側の側壁の外径Ｄ２と、シール部材１８の厚みＬと、突出部１ｂの内径Ｄ１とがＤ２＋２×Ｌ＞Ｄ１の関係を有するように構成する。このように各部の寸法関係を適切に設定することにより、弁体１６をケース１の開口部１ａからエアバイパス通路１０８側へ引き抜こうとした場合、およびスプリング１３が弁体１６をエアバイパス通路１０８側へ付勢した場合等に、シール部材１８が弾性変形してケース１と弁体１６の間に引っ掛かり、専用の部品を使用せずにシール部材１８と弁体１６の脱落を防止することができる。

また、実施の形態１によれば、円周溝１６ｂの両側壁のうちのシール部材１８よりエアバイパス通路１０８側の側壁の外径Ｄ３と、シール部材１８の厚みＬと、突出部１ｂの内径Ｄ１とがＤ３＋２×Ｌ＜Ｄ１の関係を有するように構成した。このため、組立て時にバルブＡＳＳＹ１４をケース１に挿入することができる。また、動作時はケース１と弁体１６の隙間が小さいのでシール部材１８のたわみを防止することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係るバルブは、相手側に装着されるまでの間スプリングの付勢力により弁体がケースから脱落しないように、ケースと弁体とシール部材の寸法関係を適切に設定するようにしたので、車両に搭載されたターボチャージャ付エンジンのエアバイパス通路に装着されるエアバイパスバルブなどに用いるのに適している。

１ケース、１ａ開口部、１ｂ突出部、１ｃシール面、２ブラケット、２ａネジ孔、３プレート、４Ｏリング、５コイルＡＳＳＹ（弁体駆動部）、６リング、７コア（弁体駆動部）、８ボビン、９コイル、１０ターミナル、１外装樹脂、１１ａコネクタ、１２パイプ、１３スプリング、１４バルブＡＳＳＹ、１５プランジャ、１６弁体、１６ａ仕切板、１６ｂ円周溝、１６ｃ圧力バランス孔、１６ｄ突出部、１６ｅシール面、１７ワッシャ、１８シール部材、１９Ｏリング、２０ネジ、２１内部空間、２２外部空間、３０シール部材、３０ａシールリップ、１０１ターボチャージャ、１０１ａコンプレッサ、１０１ｂタービン、１０２エンジン、１０３吸気通路、１０４スロットルバルブ、１０５インタクーラ、１０６排気通路、１０７ウェイストゲートバルブ、１０８エアバイパス通路、１０８ａ弁座、１０９電源。

Claims

内部に弁体駆動部を収容し、外部の流体通路の弁座に対向する位置に開口部が形成されたケースと、
前記弁体駆動部に駆動されて前記ケースの前記開口部から前記流体通路側へ往復可動し、前記弁座と当接および離間する弁体と、
前記ケースの内周面に全周にわたって突設され、前記弁体駆動部側を向く面がシール面になる突出部と、
前記弁体の外周面に装着され、前記弁体が前記弁座に当接する位置で前記突出部の前記シール面に当接して前記ケースと前記弁体の隙間を塞ぐ、前記ケースの内径より小さく前記突出部の内径より大きい外径を有する環状の弾性変形可能なシール部材とを備え、
前記シール部材は、前記弁体が前記弁座に当接する位置を越えて前記外部へ移動しようとした場合に、弾性変形した状態で前記突出部に引っ掛かって当該移動を規制することを特徴とするバルブ。
前記弁体は、前記外周面に全周にわたって形成された円周溝を有し、
前記シール部材は、前記円周溝に装着されており、
前記円周溝の両側壁のうちの前記シール部材より前記弁体駆動部側の側壁の外径Ｄ２と、前記シール部材の厚みＬと、前記突出部の内径Ｄ１とがＤ２＋２×Ｌ＞Ｄ１の関係を有することを特徴とする請求項１記載のバルブ。
前記弁体は、前記外周面に全周にわたって形成された円周溝を有し、
前記シール部材は、前記円周溝に装着されており、
前記円周溝の両側壁のうちの前記シール部材より前記流体通路側の側壁の外径Ｄ３と、前記シール部材の厚みＬと、前記突出部の内径Ｄ１とがＤ３＋２×Ｌ＜Ｄ１の関係を有することを特徴とする請求項１記載のバルブ。