WO2014068765A1

WO2014068765A1 - バルブ

Info

Publication number: WO2014068765A1
Application number: PCT/JP2012/078482
Authority: WO
Inventors: 義典伊藤; 清隆西野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2012-11-02
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2015-05-02

Abstract

　ケース１の内周面に全周にわたって突出部１ｂを突設する。弁体１６の外周面に環状のシール部材１８を装着し、閉弁時にシール部材１８が突出部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。弁体１６の作動時、弁体１６と一体に可動するシール部材１８がケース１に擦れないので摺動抵抗が生じず、磨耗もしない。

Description

バルブ

　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。

　従来のバルブにおいては、全閉時の隙間からの流体漏れを低減するために、弁体と弁座が摺動する摺動部にシール部材を設置していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－４０４８８号公報

　従来のバルブは以上のように構成されているので、弁体の作動時にシール部材と摺動部が擦れ、摺動抵抗となる。それにより、弁体が作動する際の応答性が劣化するという課題があった。

　また、従来のバルブは、弁体の作動時にシール部材と摺動部が擦れるため、シール部材の磨耗が懸念される。シール部材が磨耗することによりシール面が減少するため、シール部材の磨耗に伴い流体漏れが増加す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、全閉時の流体漏れ量を低減しつつ、応答性の向上およびシール部材の磨耗量の低減を実現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シール部材とを備えるものである。

　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、弁体の外周面に全周にわたって突設され、ケースの開口部側を向く面がシール面になる突出部と、ケースの内周面に装着され、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、弁体の外径より大きく突出部の外径より小さい内径を有する環状のシール部材とを備えるものである。

　この発明によれば、弁体の外周面に装着される環状のシール部材を、ケースの内径より小さく突出部の内径より大きい外径にすることにより、閉弁時はシール部材が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ので、流体の漏れ量を低減できる。また、弁体の作動時はシール部材がケースに接触せず擦れないため、応答性を向上できると共にシール部材の磨耗が低減できる。

　この発明によれば、ケースの内周面に装着される環状のシール部材を、弁体の外径より大きく突出部の外径より小さい内径にすることにより、閉弁時はシール部材が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ので、流体の漏れ量を低減できる。また、弁体の作動時はシール部材が弁体に接触せず擦れないため、応答性を向上できると共にシール部材の磨耗が低減できる。

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。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。本実施の形態１の理解を助けるための参考例であり、リップシールを有するシール部材を使用したバルブの構成を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係るバルブの構成を示し、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は拡大図である。この発明の実施の形態３に係るバルブの構成を示し、図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は拡大図である。実施の形態３に係るバルブの変形例を示し、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は拡大図である。実施の形態３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３に係るバルブの変形例を示す拡大図である。

　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。

　図５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５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。

　ここで、図６に、エアバイパスバルブ１００の各部の大小関係を示す。図６に示すように、エアバイパス通路１０８を流れる過給気の過給圧を受圧する外部空間２２側の弁体１６の端面の外径を弁体下部径Ａとし、内部空間２１に流れ込んだ過給気の過給圧を受圧する内部空間２１側の弁体１６の端面の外径を弁体上部径Ｂとし、内部空間２１に流れ込んだ過給気の過給圧を受圧するシール部材１８の外径をシール径Ｃとする。

　シール部材１８が硬度の高い剛体（樹脂など）で構成されている場合、弁体下部径Ａ＜シール径Ｃの関係に設定することにより、過給圧が弁体１６を下側から押し上げる力に比べて、過給圧が弁体１６とシール部材１８を上側から押し付ける力の方が大きくなるので、エアバイパス通路１０８の過給圧を受けた弁体１６がスプリング１３の付勢力に抗して開弁しない。
　また、シール部材１８が内部空間２１の過給圧を受けてシール面１ｃに押圧されるので、シール部材１８とシール面１ｃの隙間からの漏れ量を低減できる。

　一方、シール部材１８が硬度の低い弾性体（シリコンゴムなど）で構成されている場合、弁体下部径Ａ＜弁体上部径Ｂの関係に設定することにより、過給圧が弁体１６を下側から押し上げる力に比べて、過給圧が弁体１６を上側から押し付ける力の方が大きくなるので、エアバイパス通路１０８の過給圧を受けた弁体１６がスプリング１３の付勢力に抗して開弁しない。
　また、上記同様に、シール部材１８が内部空間２１の過給圧を受けてシール面１ｃに押圧されるので、シール部材１８とシール面１ｃの隙間からの漏れ量を低減できる。

　ここで、本実施の形態１に係るエアバイパスバルブ１００の効果を、図７に示す参考例と比較して説明する。
　図７（ａ）は、バルブＡＳＳＹ１４の閉弁状態と開弁状態を示す部分断面図であり、図７（ｂ）は、破線で囲った部分を拡大した図である。なお、図７において図１～図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。この参考例では、ケース１の内周面に突設した突出部１ｂに、シール部材３０を取り付けている。このシール部材３０は、径方向内側へ突き出て弁体１６の外周面に当接した状態のシールリップ３０ａを有する。アクセルＯＮ時、圧力バランス孔１６ｃを通って弁体１６およびケース１で囲まれた内部空間２１へ流れ込んだ過給気が、このシールリップ３０ａを押圧して弁体１６の外周面に密着させることにより、シール性を確保している。

　図７の参考例の場合、圧力バランス孔１６ｃから流れ込んだ過給気がシールリップ３０ａを弁体１６の外周面に押し付けているため、弁体１６の作動時（アクセルＯＦＦ時）にシールリップ３０ａが弁体１６と擦れて摺動抵抗となり、応答性が劣化する。
　また、シールリップ３０ａと弁体１６が擦れるため、シールリップ３０ａの磨耗が懸念される。シールリップ３０ａが磨耗すると、シール面が減少し、シールリップ３０ａと弁体１６の間からの漏れ量が増加する。

　一方、本実施の形態１の場合、シール部材１８が可動する弁体１６に直接取り付けられているため、弁体１６の作動時（アクセルＯＦＦ時）にシール部材１８と弁体１６が擦れることがない。また、図６に示すように、シール部材１８の外径であるシール径Ｃを、ケース１の内径Ｄより小さくしたので、弁体１６の作動時にシール部材１８がケース１に擦れることもない。従って、弁体１６の作動時に摺動摩擦が生じず、応答性が向上する。また、シール部材１８が磨耗せず、シール部材１８と弁体１６の間からの漏れ量が安定する。
　また、シール部材１８のシール径Ｃを、突出部１ｂの内径Ｅより大きくしたので、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。

　さらに、参考例のシール部材３０はシールリップ３０ａのための軸方向に長い設置スペースが必要となるが、本実施の形態１のシール部材１８は軸方向の設置スペースを小さくできるため、エアバイパスバルブ１００の軸方向の小型化が可能となる。

　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Ｄより小さく突出部１ｂの内径Ｅより大きいシール径Ｃを有する環状のシール部材１８とを備えるように構成した。このため、開弁時はシール部材１８が突出部１ｂのシール面１ｃに当接してケース１と弁体１６の隙間を塞ぐことで、過給気の漏れ量を低減できる。また、弁体１６の作動時はシール部材１８がケース１に擦れないため、応答性を向上でき、シール部材１８の磨耗も低減できる。

　また、実施の形態１によれば、弁体１６は、弁体１６で仕切られたケース１の内部空間２１と外部空間２２とを連通し、外部空間２２から内部空間２１へ過給気を導入する圧力バランス孔１６ｃを有し、シール部材１８は、内部空間２１へ導入された過給気の圧力を受けてシール面１ｃに押圧されるように構成した。このため、シール部材１８とシール面１ｃの隙間を密閉し、漏れ量を低減することができる。

　また、実施の形態１によれば、シール部材１８を剛体で構成した場合に、弁体下部径Ｂをシール径Ｃより小さくするようにしたので、エアバイパス通路１０８の過給圧を受けた弁体１６がスプリング１３の付勢力に抗して開弁することを防止できる。

　また、実施の形態１によれば、シール部材１８を弾性体で構成した場合に、弁体下部径Ｂを弁体上部径Ａより小さくするようにしたので、エアバイパス通路１０８の過給圧を受けた弁体１６がスプリング１３の付勢力に抗して開弁することを防止できる。

実施の形態２．
　図８（ａ）は、本実施の形態２に係るエアバイパスバルブ１００のシール部材１８を説明する断面図であり、図８（ｂ）は、破線で囲った部分を拡大した図である。なお、図８において図１～図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
　図８に示すように、弁体１６の外周面に装着するシール部材１８は、シール面１ｃに当接する部分にリブ１８ａを有する。上記実施の形態１では、シール部材１８とシール面１ｃとが全周にわたって面接触したが、本実施の形態２では、リブ１８ａとシール面１ｃとが全周にわたって線接触するためシール性が向上する。

　以上より、実施の形態２によれば、シール部材１８はリブ１８ａを有する構成にしたので、シール性が向上し、過給気の漏れ量をさらに低減することができる。
　なお、リブ１８ａを、シール部材１８ではなく、ケース１のシール面１ｃに形成してもよい。

実施の形態３．
　図９（ａ）は、本実施の形態３に係るエアバイパスバルブ１００のシール部材１８を説明する断面図であり、図９（ｂ）は、破線で囲った部分を拡大した図である。また、図１０（ａ）は、本実施の形態３に係るエアバイパスバルブ１００のシール部材１８の変形例を説明する断面図であり、図１０（ｂ）は、破線で囲った部分を拡大した図である。図１１は、本実施の形態３に係るエアバイパスバルブ１００の各部の大小関係を説明する図である。なお、図９～図１１において、図１～図６と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。

　図９または図１０に示すシール部材１８は、ケース１の内周面に装着されて、突出部１ｂに掛止されている。一方、弁体１６の外周面には全周にわたって突出部１６ｄが突設され、この突出部１６ｄの開口部１ａ側を向く面がシール面１６ｅになっている。閉弁時、弁体１６のシール面１６ｅがシール部材１８に密着することにより、ケース１と弁体１６の隙間からの漏れ量を低減する。

　また、図１１に示すように、シール部材１８の内径Ｆを、弁体１６の外径Ｈより大きく、かつ、突出部１６ｄの外径Ｇより小さくしたので、閉弁時はシール部材１８がシール面１６ｅに当接してケース１と弁体１６との隙間を塞ぐことができる一方、弁体１６の作動時には、シール部材１８と弁体１６が擦れないため、応答性が向上すると共にシール部材１８が磨耗しない。

　なお、図９および図１０に示すシール部材１８を、ケース１の内周面または突出部１ｂに、焼き付け等により固定してもよい。
　また、図１２に示すように、シール部材１８にリブ１８ａを形成してもよい。あるいは、リブ１８ａを、弁体１６のシール面１６ｅに形成してもよい。

　以上より、実施の形態３によれば、エアバイパスバルブ１００は、内部にコイルＡＳＳＹ７およびコア７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、弁体１６の外周面に全周にわたって突設され、ケース１の開口部１ａ側を向く面がシール面１６ｅになる突出部１６ｄと、ケース１の内周面に装着され、弁体１６が弁座１０８ａに当接する位置で突出部１６ｄのシール面１６ｅに当接してケース１と弁体１６の隙間を塞ぐ、弁体１６の外径より大きく突出部１６ｄの外径より小さい内径を有する環状のシール部材１８とを備えるように構成した。このため、開弁時はシール部材１８が突出部１６ｄのシール面１６ｅに当接してケース１と弁体１６の隙間を塞ぐことで、過給気の漏れ量を低減できる。また、弁体１６の作動時はシール部材１８が弁体１６に擦れないため、応答性を向上でき、シール部材１８の磨耗も低減できる。

　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、ケースおよび直動する弁体のうちのいずれか一方にシール部材を設置し、もう一方にシール面を形成して、閉弁時にシール部材とシール面を当接させてケースと弁体の隙間を塞ぐようにしたので、ターボチャージャ付エンジンの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、４　Ｏリング、５　コイルＡＳＳＹ（弁体駆動部）、６　Ｏ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、１１　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、１９　Ｏ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シール部材とを備えるバルブ。
　前記弁体は、前記弁体で仕切られた前記ケースの内部空間と外部空間とを連通し、当該外部空間から当該内部空間へ流体を導入する圧力バランス孔を有し、
　前記シール部材は、前記内部空間へ導入された前記流体の圧力を受けて前記シール面に押圧されることを特徴とする請求項１記載のバルブ。
　前記シール部材は剛体で構成され、
　前記弁体の前記外部空間側の端面の外径は、前記シール部材の外径より小さいことを特徴とする請求項２記載のバルブ。
　前記シール部材は弾性体で構成され、
　前記弁体の前記外部空間側の端面の外径は、前記内部空間側の端面の外径より小さいことを特徴とする請求項２記載のバルブ。
　前記シール部材および前記シール面のうちのいずれか一方にリブを有することを特徴とする請求項１記載のバルブ。
　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、
　前記弁体の外周面に全周にわたって突設され、前記ケースの前記開口部側を向く面がシール面になる突出部と、
　前記ケースの内周面に装着され、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、前記弁体の外径より大きく前記突出部の外径より小さい内径を有する環状のシール部材とを備えるバルブ。
　前記シール部材は、前記ケースの内周面に焼き付けられていることを特徴とする請求項６記載のバルブ。