CN108474482B - 偏心阀 - Google Patents

Abstract

本发明的一技术方案为一种偏心阀，该偏心阀具有驱动机构、驱动力接受部、支承旋转轴的轴承以及产生复位弹簧力的复位弹簧，在所述驱动机构的非驱动时，产生反阀座方向作用力，该反阀座方向作用力是起因于所述复位弹簧力而产生的力，且使所述旋转轴以所述轴承为支点倾斜，对阀芯向远离阀座的方向施力，在所述阀芯和所述阀座中的任一者设有密封构件，该密封构件在所述驱动机构的非驱动时将所述阀芯与所述阀座之间密封。

Description

偏心阀

技术领域

本发明涉及一种为作为流量控制阀使用的阀，且是阀芯的旋转中心(旋转轴)自阀座的阀孔的中心偏心地配置、阀芯的密封面自旋转轴偏心地配置的偏心阀(双重偏心阀)。

背景技术

关于流量控制阀，在专利文献1中公开一种流量开闭阀：通过阀芯旋转并与可动座(日文：可動シート)接触而成为阀关闭状态，通过阀芯旋转并离开可动座而成为阀打开状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012－72793号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，对于专利文献1的流量开闭阀，在驱动源未驱动的阀关闭状态下，阀芯只不过是与可动座相接触。因此，在阀关闭状态下，可能无法确保阀芯与可动座之间的密封性(不能发挥密封功能)。

于是，本发明即是为了解决上述的问题点而做成的，其目的在于提供一种能够在闭阀状态下确保密封性的偏心阀。

用于解决问题的方案

为了解决上述课题而做成的本发明的一技术方案是一种偏心阀，该偏心阀具有：阀座，其包括阀孔和形成于所述阀孔的缘部的座面；阀芯，在其外周形成有与所述座面相对应的密封面；以及旋转轴，所述阀芯一体地设于所述旋转轴，所述旋转轴使所述阀芯旋转，所述旋转轴的中心轴线与所述阀芯的径向平行地延伸，所述旋转轴的中心轴线自所述阀孔的中心向所述阀孔的径向偏心地配置，并且，所述密封面自所述旋转轴的中心轴线向所述阀芯的中心轴线延伸的方向偏心地配置，该偏心阀的特征在于，该偏心阀具有：驱动机构，其产生使所述旋转轴向开阀方向旋转的驱动力；驱动力接受部，其与所述旋转轴一体地设置，接受所述驱动力；轴承，其在所述旋转轴的中心轴线方向上配置在所述阀芯与所述驱动力接受部之间的位置，用于支承所述旋转轴；以及复位弹簧，其产生使所述旋转轴向闭阀方向旋转的复位弹簧力，在所述驱动机构的非驱动时，产生反阀座方向作用力，该反阀座方向作用力是起因于所述复位弹簧力而产生的力，并且是作用在与所述轴承的中心轴线垂直的方向上的力，该反阀座方向作用力使所述旋转轴以所述轴承为支点倾斜，对所述阀芯向远离所述阀座的方向施力，在所述阀芯和所述阀座中的任一者设有密封构件，该密封构件在所述驱动机构非驱动时将所述阀芯与所述阀座之间密封。

根据该技术方案，在驱动机构的非驱动时，阀座与阀芯之间利用密封构件密封。由此，能够在闭阀状态下确保密封性。

优选的是，在所述技术方案中，所述密封构件包括变形部，在所述驱动机构的非驱动时，该变形部的顶端与所述阀芯或所述阀座接触，在所述驱动机构的驱动时，该变形部的顶端被所述阀芯或所述阀座推压而变形，所述驱动机构的驱动时的所述变形部的变形量少于所述变形部进行塑性变形时的变形量。

根据该技术方案，由于密封构件的变形部不会被阀芯过度推压，因此，能够降低密封构件的磨损。

优选的是，在所述技术方案中，在将所述驱动机构从驱动状态向非驱动状态切换时，在相对于所述阀芯的所述阀座侧的压力达到了规定负压之后，将所述驱动机构向非驱动状态切换。

根据该技术方案，使驱动机构驱动，直到相对于阀芯的阀座侧的压力达到规定负压，在相对于阀芯的阀座侧的压力达到了规定负压之后，将驱动机构设为非驱动并利用相对于阀芯的在阀座侧产生的负压使阀芯朝向阀座方向，因此，能够确保阀座与阀芯之间的密封性。

优选的是，在所述技术方案中，作为所述驱动机构的驱动时进行的控制模式，具有控制所述阀孔的开口面积的调压控制模式和在所述阀芯的全闭位置附近控制所述阀芯的旋转的密封控制模式。

根据该技术方案，由于阀芯的全闭位置附近处的阀芯的旋转仅在密封控制模式下进行，因此，能够抑制阀芯与密封构件之间的滑动次数。由此，能够降低密封构件的磨损。

优选的是，在所述技术方案中，所述密封控制模式下的所述阀芯的旋转速度慢于所述调压控制模式下的所述阀芯的旋转速度。

根据该技术方案，在密封控制模式下能够抑制阀芯相对于密封构件的滑动的强度。由此，能够降低密封构件的磨损。

优选的是，在所述技术方案中，在所述调压控制模式下，所述阀芯与所述密封构件为非接触状态。

根据该技术方案，由于在以较高的频率进行的调压控制模式下阀芯与密封构件未接触，因此，能够将阀芯与密封构件之间的滑动次数抑制到最小限度。由此，能够降低密封构件的磨损。

优选的是，在所述技术方案中，所述偏心阀设于燃料电池系统中的供空气流动的通路，在产生了再生制动要求的情况下，于在所述燃料电池系统中使调整所述空气的流量的空气泵驱动时，所述阀芯的开度被保持成所述密封控制模式时的开度范围内的中途的开度。

根据该技术方案，能够抑制阀芯与密封构件之间的滑动频率。因而，能够一边抑制密封构件的磨损，一边利用空气泵的驱动消耗在再生制动要求时产生的剩余电力。

发明的效果

采用本发明的偏心阀，能够在闭阀状态下确保密封性。

附图说明

图1是燃料电池系统的概略结构图。

图2是本实施方式的集成阀(日文：統合弁)的主视图。

图3是本实施方式的集成阀的俯视图。

图4是局部剖切地表示阀芯与阀座接触的闭阀状态(全闭状态)的阀部的立体图。

图5是局部剖切地表示阀芯最大程度地离开阀座的全开状态的阀部的立体图。

图6是表示流量控制阀为闭阀状态时的阀座、阀芯以及旋转轴的侧视图。

图7是图6的A－A剖视图。

图8是图2的B－B剖视图。

图9是图2的C－C剖视图。

图10是表示从阀壳体拆除了端框的状态的主视图。

图11是在马达非驱动时主齿轮、复位弹簧以及中间齿轮的周边的放大图(局部剖视图)。

图12是表示在马达非驱动时作用于主齿轮的力的示意图，是从旋转轴的中心轴线方向的主齿轮侧看到的图。

图13是与图12的D－D剖视图相当的图，是表示阀座、阀芯、旋转轴、轴承以及主齿轮的示意图。

图14是表示在马达驱动时作用于主齿轮的力的示意图，是从旋转轴的中心轴线方向的主齿轮侧看到的图。

图15是与图14的E－E剖视图相当的图，是表示阀座、阀芯、旋转轴、轴承以及主齿轮的示意图。

图16是与图15相对应的图，是表示与图15时相比增大了马达驱动力时的图。

图17是在马达驱动时阀开度为α时的主齿轮、复位弹簧以及中间齿轮的周边的放大图(局部剖视图)。

图18是与图16相对应的图，是表示与图16时相比增大了马达驱动力时的图。

图19是在马达驱动时阀开度为β时的主齿轮、复位弹簧以及中间齿轮的周边的放大图(局部剖视图)。

图20是阀开度与开口面积的关系图。

图21是表示橡胶座的图。

图22是表示变形例的橡胶座的图。

图23是表示变形例的橡胶座的图。

图24是阀芯的开度为角度A时的阀座和阀芯的周边的剖视图。

图25是阀芯的开度为角度B时的阀座和阀芯的周边的剖视图。

图26是表示第2实施方式的控制流程图的图。

图27是表示第2实施方式的控制时间图的图。

图28是表示第3实施方式的控制流程图的图。

图29是表示第3实施方式的控制时间图的图。

图30是表示第4实施方式的控制流程图的图。

图31是表示第4实施方式的控制时间图的图。

具体实施方式

[第1实施方式]

本发明的偏心阀例如能够应用于燃料电池系统中的空气系统的集成阀。因此，首先在说明了燃料电池系统的基础上，说明应用本发明的偏心阀的集成阀。

＜燃料电池系统的说明＞

燃料电池系统101搭载于电动汽车，被使用为用于向该电动汽车的驱动用马达(省略图示)供给电力。如图1所示，燃料电池系统101具有燃料电池(FC堆)111、氢系统112以及空气系统113。

燃料电池111接受燃料气体的供给和氧化剂气体的供给并进行发电。在本实施方式中，燃料气体为氢气，氧化剂气体为空气。即，燃料电池111接受来自氢系统112的氢气的供给和来自空气系统113的空气的供给并进行发电。然后，由燃料电池111发电产生的电力经由变换器(省略图示)被供给到驱动用马达(省略图示)。

氢系统112设于燃料电池111的阳极侧。该氢系统112具有氢供给通路121、氢排出通路122、填充通路123。氢供给通路121为用于自氢罐131向燃料电池111供给氢气的通路。氢排出通路122为用于将自燃料电池111排出的氢气(以下，适当地称作“氢废气(日文：水素オフガス)”。)排出的通路。填充通路123为用于自填充口151向氢罐131填充氢气的通路。

氢系统112在氢供给通路121上从氢罐131侧依次具有主截止阀132、高压调节器133、中压溢流阀134、压力传感器135、喷射器部136、低压溢流阀137、压力传感器138。主截止阀132为对自氢罐131向氢供给通路121的氢气的供给和切断进行切换的阀。高压调节器133为用于对氢气进行减压的压力调整阀。中压溢流阀134为在氢供给通路121中的高压调节器133与喷射器部136之间的压力成为规定压力以上时开阀并将压力调整成小于规定压力的阀。压力传感器135为检测氢供给通路121中的高压调节器133与喷射器部136之间的压力的传感器。喷射器部136为调节氢气的流量的机构。低压溢流阀137为在氢供给通路121中的喷射器部136与燃料电池111之间的压力成为规定压力以上时开阀并将压力调整成小于规定压力的阀。压力传感器138为检测氢供给通路121中的喷射器部136与燃料电池111之间的压力的传感器。

而且，氢系统112在氢排出通路122上从燃料电池111侧依次配置气液分离器141、排气排水阀142。气液分离器141为分离氢废气内的水分的设备。排气排水阀142为对自气液分离器141向空气系统113的稀释器182的氢废气、水分的排出和切断进行切换的阀。

空气系统113设于燃料电池111的阴极侧。该空气系统113具有空气供给通路161、空气排出通路162、旁路通路163。空气供给通路161为用于自燃料电池系统101的外部向燃料电池111供给空气的通路。空气排出通路162为用于将自燃料电池111排出的空气(以下，适当地称作“空气废气”。)排出的通路。旁路通路163为用于使空气自空气供给通路161不经由燃料电池111而向空气排出通路162流动的通路。

空气系统113在空气供给通路161上从空气净化器171侧依次具有空气泵172、中间冷却器173、密封阀174。空气净化器171为对从燃料电池系统101的外部吸入的空气进行净化的设备。空气泵172为调整空气的流量的设备。中间冷却器173为冷却空气的设备。密封阀174为对向燃料电池111的空气的供给和切断进行切换的阀。

而且，空气系统113在空气排出通路162上从燃料电池111侧依次配置集成阀181、稀释器182。

集成阀181为对来自燃料电池111的空气废气的排出和切断进行切换的阀(具有空气的密封功能的阀)，并且，为控制来自燃料电池111的空气废气的排出量的阀(具有流量的控制功能的阀)。而且，在本实施方式中，作为集成阀181，使用本发明的偏心阀。

稀释器182为利用空气废气和在旁路通路163中流动的空气对自氢排出通路122排出的氢废气进行稀释的设备。

而且，空气系统113在旁路通路163上具有旁通阀191。旁通阀191为控制旁路通路163中的空气的流量的阀。

而且，燃料电池系统101具有对系统的控制进行管理的控制器201。控制器201控制燃料电池系统101所具备的各个设备。另外，燃料电池系统101除此以外还具有进行燃料电池111的冷却的冷却系统(未图示)。另外，在本实施方式中，控制器201例如为ECU。

在以上这样结构的燃料电池系统101中，自氢供给通路121供给到燃料电池111的氢气在燃料电池111被用于发电之后，自燃料电池111作为氢废气经由氢排出通路122和稀释器182被向燃料电池系统101的外部排出。而且，自空气供给通路161供给到燃料电池111的空气在燃料电池111被用于发电之后，自燃料电池111作为空气废气经由空气排出通路162和稀释器182被向燃料电池系统101的外部排出。

＜集成阀的说明＞

接着，说明应用本发明的偏心阀的集成阀181。

如图2和图3所示，集成阀181包括阀部2和驱动机构部3。阀部2包括管部12(参照图8)，该管部12在内部具有供空气(air)流动的流路11，在流路11中配置有阀座13、阀芯14以及旋转轴15。自驱动机构部3向旋转轴15传递驱动力(转动力)。驱动机构部3包括马达32和减速机构33(参照图8、图9)。

如图4和图5所示，在流路11形成有台阶部10，在该台阶部10组装有阀座13。阀座13呈圆环状，并在中央具有阀孔16。在阀孔16的缘部形成有环状的座面(日文：シート面)17。阀芯14具有圆板状的部分，在其外周形成有与座面17相对应的环状的密封面18。阀芯14一体地设于旋转轴15，与旋转轴15一体地旋转。

在本实施方式中，在阀座13设有橡胶座(日文：ゴムシート)21。而且，在橡胶座21形成有所述的座面17。另外，后述详细说明该橡胶座21。

在本实施方式中，在图4和图5中，相对于阀座13形成在阀芯14、旋转轴15的相反侧的流路11配置于燃料电池111侧(空气的流动的上游侧)，相对于阀座13形成在阀芯14、旋转轴15侧的流路11配置于稀释器182侧(空气的流动的下游侧)。即，在本实施方式中，空气在流路11内自阀座13侧朝向阀芯14(旋转轴15)侧流动。

如图6和图7所示，旋转轴15的中心轴线Ls与阀芯14的径向(详细而言，阀芯14的圆板状的部分的径向)平行地延伸，自阀孔16的中心轴线P1向阀孔16的径向偏心地配置，并且，阀芯14的密封面18自旋转轴15的中心轴线Ls向阀芯14的中心轴线Lv延伸的方向偏心地配置。

而且，使阀芯14以旋转轴15的中心轴线Ls为中心旋转，由此，阀芯14的密封面18能够在与座面17面接触的闭阀位置(参照图4)和自座面17最大程度地离开的全开位置(参照图5)之间移动。

如图8和图9所示，金属制或合成树脂制的阀壳体35包括流路11和管部12。而且，金属制或合成树脂制的端框36封闭阀壳体35的开口端。阀芯14和旋转轴15设于阀壳体35内。旋转轴15在其顶端部具有销15a。这样，销15a设于旋转轴15的中心轴线Ls方向上的一侧(阀芯14侧)的端部。销15a的直径小于旋转轴15中的除销15a以外的部分的直径。另外，在旋转轴15的中心轴线Ls方向上的另一侧(主齿轮41侧)的端部设有基端部15b。

旋转轴15以具有销15a的顶端侧为自由端，其顶端部插入配置于管部12的流路11。而且，旋转轴15借助彼此分开配置的两个轴承即第1轴承37和第2轴承38以能够旋转的方式悬臂支承于阀壳体35。第1轴承37和第2轴承38均由滚珠轴承构成。第1轴承37和第2轴承38在旋转轴15的中心轴线Ls方向上配置在阀芯14与主齿轮41之间的位置，将旋转轴15支承为能够旋转。在本实施方式中，第1轴承37相对于第2轴承38配置于靠主齿轮41侧的位置。阀芯14通过焊接固定于在旋转轴15的顶端部形成的销15a，并配置于流路11内。

端框36利用多个夹紧件39(参照图2和图3)固定于阀壳体35。如图8和图9所示，在旋转轴15的基端部15b固定有包括扇形齿轮的主齿轮41。在阀壳体35与主齿轮41之间设有产生复位弹簧力Fs1(参照图12)的复位弹簧40。复位弹簧力Fs1是使旋转轴15向闭阀方向旋转的力，且是对阀芯14向关闭方向(后述的阀开度θ为“0”的方向)施加的力。

复位弹簧40是将线材呈螺旋状卷绕而形成的弹性体。如图11所示，复位弹簧40在该线材的两端部具有进深侧钩40a和跟前侧钩40b。进深侧钩40a和跟前侧钩40b配置于在复位弹簧40的周向上分开了大约180°的位置。进深侧钩40a配置于阀壳体35侧(图11的纸面进深侧)，与阀壳体35的弹簧钩部35c(参照图19)相接触。另一方面，跟前侧钩40b配置于主齿轮41侧(图11的纸面跟前侧)，与主齿轮41的弹簧钩部41c相接触。

另外，如图8～图11所示，主齿轮41包括全闭止挡部41a、齿轮部41b、弹簧钩部41c、弹簧引导部41d等。并且，在主齿轮41的周向(图11的逆时针方向)上依次形成有全闭止挡部41a、齿轮部41b、弹簧钩部41c。主齿轮41与旋转轴15设为一体，接受马达32产生的驱动力。全闭止挡部41a是在阀开度θ为“0”时与阀壳体35的全闭止挡部35b接触的部分。另外，主齿轮41是本发明中的“驱动力接受部”的一例子。

另外，阀开度θ是旋转轴15以中心轴线Ls为中心旋转时的旋转轴15的旋转角度，相当于主齿轮41的旋转角度、阀芯14的开度。而且，阀开度θ为“0”时换言之是旋转轴15的旋转角度为旋转轴15的旋转范围内的最小角度时。图8～图11表示阀开度θ为“0”时。

如图11所示，齿轮部41b与中间齿轮42的小径齿轮42b相啮合。弹簧钩部41c与复位弹簧40的跟前侧钩40b相接触，自跟前侧钩40b被施加复位弹簧力Fs1(参照图12)。

如图9所示，弹簧引导部41d配置于螺旋状的复位弹簧40的内部，对复位弹簧40进行支承。另外，弹簧引导部41d在旋转轴15的靠基端部15b侧的部分与旋转轴15一体地设置。

如图9所示，主齿轮41具有凹部41e，在该凹部41e收纳有呈大致圆板形状的磁体46。因此，通过使主齿轮41与阀芯14及旋转轴15一体地旋转，从而磁体46旋转，磁体46的磁场发生变化。于是，通过利用旋转角度传感器(未图示)检测该磁体46的磁场的变化，能够将主齿轮41的旋转角度作为阀芯14的开度来检测。

如图8所示，马达32收纳固定于在阀壳体35形成的收纳凹部35a。马达32产生使旋转轴15向开阀方向及闭阀方向旋转的驱动力。马达32为了对阀芯14进行开闭驱动而以向旋转轴15传递驱动力的方式经由减速机构33与旋转轴15连结。即、在马达32的输出轴32a(参照图10)固定有马达齿轮43。该马达齿轮43以向主齿轮41传递驱动力的方式经由中间齿轮42与主齿轮41连结。

中间齿轮42是具有大径齿轮42a和小径齿轮42b的二级齿轮，借助销轴44以能够旋转的方式支承于阀壳体35。大径齿轮42a的直径大于小径齿轮42b的直径。在大径齿轮42a驱动连结有马达齿轮43，在小径齿轮42b驱动连结有主齿轮41。在本实施方式中，构成减速机构33的主齿轮41、中间齿轮42以及马达齿轮43由树脂形成。由此，在本实施方式中，谋求了轻量化。

另外，马达32为本发明的“驱动机构”的一例子。而且，中间齿轮42(驱动传递部)向旋转轴15传递马达32的驱动力。

详细后述说明，对于这样结构的集成阀181，在从图4所示的闭阀状态(阀芯14的密封面18的整周与阀座13的座面17的整周相接触的状态)、向马达32通电时，向主齿轮41施加推动齿轮齿的力(马达驱动力Fm1(参照图14))，利用杠杆原理使阀芯14向朝向阀座13的方向移动(参照图15)。然后，在向马达32施加的驱动电压(电流)逐渐增大时，输出轴32a与马达齿轮43向正方向(使阀芯14开阀的方向)旋转，该旋转被中间齿轮42减速而向主齿轮41传递。然后，克服由复位弹簧40产生的力即向闭阀方向施加的复位弹簧力Fs1，阀芯14开阀，流路11打开(参照图16和图18)。之后，若在阀芯14的开阀中途将向马达32施加的驱动电压维持为恒定，则在此时的阀芯14的开度下，马达驱动力Fm1与复位弹簧力Fs1均衡，阀芯14被保持在规定开度。

进而，对本实施方式的集成阀181的作用详细地进行说明。首先，在没有向马达32通电的马达32非驱动时(马达32停止时)，为阀开度θ为“0”的状态、即集成阀181为闭阀状态。并且，此时，如图11所示，主齿轮41的全闭止挡部41a与阀壳体35的全闭止挡部35b相接触。

此时，若考虑旋转轴15的周向上的力关系，则如图12所示，自复位弹簧40的跟前侧钩40b向主齿轮41的弹簧钩部41c施加有复位弹簧力Fs1。另外，如图12所示，以旋转轴15的中心轴线Ls为原点、以x轴为水平方向、以y轴为铅垂方向的正交坐标系中，将+x方向且是+y方向设为第1象限，将－x方向且是+y方向设为第2象限，将－x方向且是－y方向设为第3象限，将+x方向且是－y方向设为第4象限。此时，进深侧钩40a以及全闭止挡部41a被配置为位于第1象限，跟前侧钩40b以及弹簧钩部41c被配置为位于第3象限。

在此，在杠杆的原理中，支点设定于全闭止挡部41a，力点设定于弹簧钩部41c，作用点设定于全闭止挡部41a与弹簧钩部41c之间的中央部。于是，在施加于弹簧钩部41c的复位弹簧力Fs1的作用下，在全闭止挡部41a与弹簧钩部41c之间的中央部作用有力Fs2。其中，(力Fs2)＝2×(复位弹簧力Fs1)。另外，在图12中，将全闭止挡部41a与弹簧钩部41c之间的距离设为“2R”。

此时，若考虑沿旋转轴15的中心轴线Ls方向的剖面上的力关系，则如图13所示，力Fs2的+y方向上的分量为分力Fs3。其中，+y方向是与第1轴承37、第2轴承38的中心轴线Lj方向(x方向)垂直的方向，且是相对于阀芯14的阀座13方向(图12、图13中的上方)。另外，(分力Fs3)＝(力Fs2)×(sinθ1)。其中，如图12所示，角度θ1是全闭止挡部41a与弹簧钩部41c的排列方向相对于x方向所成的角度。

于是，在该分力Fs3的作用下，在弹簧引导部41d的位置，向+y方向作用有力Fs4(反阀座方向作用力)。其中，(力Fs4)＝(分力Fs3)×Lb/La。这样，力Fs4是起因于复位弹簧力Fs1而产生的力，并且是作用在与第1轴承37和第2轴承38的中心轴线Lj垂直的方向上的力。另外，距离La是在x方向上从第1轴承37的配置位置到力Fs4的作用位置的距离。另外，距离Lb是在x方向上从第1轴承37的配置位置到分力Fs3的作用位置的距离。

像这样，在弹簧引导部41d的位置，力Fs4作用于+y方向，从而与弹簧引导部41d一体的旋转轴15以第1轴承37为支点向图13中的顺时针方向旋转倾斜。由此，基于杠杆的原理，设于旋转轴15的基端部15b的主齿轮41向+y方向移动，另一方面，设于旋转轴15的销15a的阀芯14向－y方向移动。因此，阀芯14向离开阀座13的方向(反阀座方向)移动。由此，在马达32非驱动时、且是在集成阀181为闭阀状态时，阀芯14在力Fs4的作用下向离开阀座13的方向移动。另外，此时，旋转轴15被第2轴承38制止。

在本实施方式中，此时，如图13所示，阀芯14与设于阀座13的橡胶座21(密封构件)相接触。详细而言，如图21所示，阀芯14与橡胶座21所具有的变形部21a(加强肋部)的顶端相接触。另外，此时，阀芯14在整周上与变形部21a的顶端相接触，变形部21a的压溃量较微小。由此，阀座13与阀芯14之间利用橡胶座21密封(seal)，集成阀181利用简单的结构确保密封性。在此，在搭载了燃料电池系统101的车辆停止时，为了不使空气向燃料电池111吸入，对于集成阀181要求密封功能。于是，在本实施方式中，为了得到这样要求的集成阀181的密封功能，利用橡胶座21将阀座13与阀芯14之间密封。

另外，此时，在表示阀开度θ与开口面积S之间的关系的图20中，存在于点P1a的位置。在此，“集成阀181为闭阀状态时”是指阀开度θ(阀芯14的开度)为“0”时，换言之，是指旋转轴15的旋转角度为全闭时的角度(旋转轴15的旋转范围内的最小角度)时。

之后，在向马达32通电的马达32驱动时，自中间齿轮42的小径齿轮42b(参照图11)对主齿轮41的齿轮部41b(参照图11)作用有使该主齿轮41旋转的马达驱动力Fm1。此时，若考虑旋转轴15的周向上的力关系，则如图14所示，马达驱动力Fm1作用于－y方向。另外，－y方向是指与第1轴承37、第2轴承38的中心轴线Lj方向(x方向)垂直的方向，且是阀芯14相对于阀座13的配置方向(图12、图13的下方)。

于是，在马达驱动力Fm1的作用下，在旋转轴15的中心轴线Ls的位置，力Fm2作用于－y方向。而且，若考虑沿着旋转轴15的中心轴线Ls方向的剖面上的力关系，则如图15所示，在弹簧引导部41d的位置，力Fm3(阀座方向作用力)作用于－y方向。另外，(力Fm3)＝(力Fm2)×Lb/La。这样，在马达32驱动时，产生力Fm3。该力Fm3是起因于马达驱动力Fm1而产生的力，且是作用于与第1轴承37和第2轴承38的中心轴线Lj垂直的方向的力。于是，力Fm3使旋转轴15以第1轴承37为支点旋转倾斜，对阀芯14向朝向阀座13的方向施力。

于是，如图15所示，在力Fm3大于所述的力Fs4时，与主齿轮41的弹簧引导部41d一体的旋转轴15以第1轴承37为支点向图15中的逆时针方向旋转倾斜。由此，基于杠杆原理，主齿轮41向－y方向移动，另一方面，阀芯14向+y方向移动。这样一来，阀芯14在力Fm3的作用下向朝向阀座13的方向(阀座方向)移动。

在本实施方式中，此时，橡胶座21的变形部21a被阀芯14推压而变形，但变形部21a的变形量小于变形部21a塑性变形时的变形量。即，变形部21a进行弹性变形，而不进行塑性变形。

另外，此时，在表示阀开度θ与开口面积S之间的关系的图20中，存在于点P1b的位置。

然后，在施加于马达32的驱动电压增大而马达驱动力Fm1增大时，旋转轴15以第1轴承37为支点向图16的逆时针方向进一步旋转倾斜。由此，主齿轮41向－y方向进一步移动，另一方面，阀芯14向+y方向进一步移动。此时，旋转轴15以中心轴线Ls为中心旋转，阀开度θ(旋转轴15的旋转角度)变为“α”(参照图17)，开口面积S增加。于是，此时，如图17所示，主齿轮41的全闭止挡部41a离开阀壳体35的全闭止挡部35b。另外，如图16所示，旋转轴15被第2轴承38制止。而且，此时，在表示阀开度θ与开口面积S之间的关系的图20中，存在于点P1c的位置。

然后，在马达驱动力Fm1进一步增大时，旋转轴15以中心轴线Ls为中心进一步旋转，如图18所示，阀芯14进一步离开阀座13，开口面积S进一步增加。此时，阀开度θ变为“β”(参照图19)。而且，此时，在表示阀开度θ与开口面积S之间的关系的图20中，存在于点P1d的位置。如以上这样地，利用马达驱动力Fm1进行集成阀181的开阀动作。

另外，在本实施方式中，集成阀181具有第1轴承37和第2轴承38这两个轴承，但也可以代替第1轴承37和第2轴承38而具有一个轴承，而且，还可以具有三个以上的轴承。

而且，作为变形例，考虑使用图22、图23所示的橡胶座21的情况。如图22所示，橡胶座21为唇形密封规格，变形部21a形成为唇形状(被阀芯14按压而能够挠曲的突起形状)。另外，如图23所示，橡胶座21是组合了唇形密封和加强肋的规格，变形部21a形成为唇形状、且在变形部21a设有加强肋21b(能够与阀芯14密合的突起部)。而且，橡胶座21可以不设于阀座13，而设于阀芯14。

以上这样的本实施方式的集成阀181在马达32非驱动时产生力Fs4。在此，力Fs4是起因于复位弹簧力Fs1而产生的力，且是作用在与第1轴承37和第2轴承38的中心轴线Lj垂直的方向上的力，该力使旋转轴15以第1轴承37为支点倾斜，对阀芯14向远离阀座13的方向施力。而且，在阀芯14和阀座13中的任一者还设有在马达32非驱动时将阀芯14与阀座13之间密封的橡胶座21。

由此，在马达32非驱动时，阀座13与阀芯14之间利用橡胶座21密封。因此，集成阀181能够以简单的结构在闭阀状态下确保密封性。

另外，在本实施方式中，橡胶座21具有变形部21a，该变形部21a在马达32非驱动时顶端与阀芯14接触，在马达32驱动时被阀芯14推压而变形。而且，马达32驱动时的变形部21a的变形量少于变形部21a塑性变形时的变形量。由此，由于橡胶座21的变形部21a不会被阀芯14过度推压，因此，能够降低橡胶座21的磨损。另外，在橡胶座21设于阀芯14的情况下，变形部21a在马达32非驱动时顶端与阀座13接触，在马达32驱动时被阀座13推压而变形。

另外，本发明的偏心阀在燃料电池系统101中还能够应用于空气系统113中的密封阀174、旁通阀191。

[第2实施方式]

接着，说明第2实施方式，对于与第1实施例相同的结构要素，标注相同的附图标记并省略说明，以不同点为中心进行说明。

在本实施方式中，在燃料电池111的发电停止之后，将集成阀181闭阀，但并不是立即将马达32设为非驱动，而是首先使马达32继续驱动并使阀芯14与橡胶座21抵靠而密封，之后，将马达32设为非驱动并密封。

于是，控制器201执行基于图26所示的控制流程图的控制(FC空气集成阀控制)。首先，判断FC堆发电停止要求的有无(步骤S1)。在此，“FC堆发电停止要求”是指燃料电池111的发电停止的要求。然后，在有FC堆发电停止要求的情况(步骤S1：是)下，读取堆压(日文：スタック圧)STP(步骤S2)，进行密封阀闭阀控制(步骤S3)，断开密封阀174的通电，即停止向密封阀174的驱动机构的通电(步骤S4)，进行集成阀闭阀控制(步骤S5)。在此，“堆压STP”为燃料电池111内的压力。另外，“密封阀闭阀控制”为使密封阀174闭阀的控制。另外，“集成阀闭阀控制”为使集成阀181闭阀的控制。

接着，判断堆压STP是否为规定压力a(规定负压)以下(步骤S6)。然后，在堆压STP为规定压力a以下的情况(步骤S6：是)下，断开集成阀181的通电，即停止向集成阀181的马达32的通电而将马达32从驱动状态切换到非驱动状态(步骤S7)，断开ECU(密封功能控制ECU)的电源(步骤S8)。在此，规定压力a为负压、即低于大气压的压力。

由此，在堆压STP下降并成为了规定压力a以下时，停止向集成阀181的马达32的通电，并将马达32从驱动状态切换到非驱动状态。即，在将马达32从驱动状态切换到非驱动状态时，首先，在燃料电池111内的压力高于规定压力a时，保持向马达32的通电，并使阀芯14抵靠于橡胶座21而密封。接着，在燃料电池111内的压力成为了规定压力a以下时，停止向马达32的通电，并在燃料电池111内的负压的作用下使阀芯14与橡胶座21接触而密封。

另外，在步骤S6中，在堆压STP高于规定压力a的情况(步骤S6：否)下，将集成阀181的通电继续接通，即，继续向集成阀181的马达32通电而继续马达32的驱动状态(步骤S9)，使ECU的电源继续接通(步骤S10)。

另外，在步骤S1中，在无FC堆发电停止要求的情况(步骤S1：是)下，对密封阀174、集成阀181以及旁通阀191进行与发电要求相对应的控制(步骤S11)。

通过执行以上的基于控制流程图的控制，例如，执行由图27所示的控制时间图表示的控制。如图27所示，在时间T1，在产生了FC堆发电停止要求之后，在时间T2，在堆压STP成为了规定压力a以下时，停止向集成阀181的马达32的通电。

根据本实施方式，在将马达32从驱动状态向非驱动状态切换时，在相对于阀芯14的阀座13侧的压力、即堆压STP达到了规定压力a之后，将马达32向非驱动状态切换。由此，使马达32驱动，直到堆压STP达到规定压力a为止，在堆压STP达到了规定压力a之后，将马达32设为非驱动并利用在燃料电池111内产生的负压使阀芯14朝向阀座13方向，因此，即使在橡胶座21产生了磨损的情况下，也能够确保闭阀时的阀座13与阀芯14之间的密封性。而且，在燃料电池111的发电停止时，即使集成阀181的马达32成为非驱动状态，利用在燃料电池111内产生的负压，也能够使阀芯14朝向阀座13方向。因此，在马达32非驱动时，能够进一步确保闭阀时的阀座13与阀芯14之间的密封性。

[第3实施方式]

接着，说明第3实施方式，对与第1实施例、第2实施例相同的结构要素标注相同的附图标记并省略说明，并以不同点为中心进行说明。

在本实施方式中，在马达32驱动时，进行对密封控制模式和调压控制模式的控制。在此，密封控制模式是阀芯14的开度处于全闭的位置附近并控制阀芯14的旋转的模式。该密封控制模式例如是在搭载燃料电池系统101的车辆停止时进行的模式。调压控制模式是控制阀孔16的开口面积S而控制空气的流量的模式，是在阀芯14的开度大于密封控制模式时的阀芯14的开度的状态下控制阀芯14的开度的模式。该调压控制模式例如是在搭载燃料电池系统101的车辆运转时进行的模式。

于是，控制器201执行基于图28所示的控制流程图的控制(FC空气集成阀控制)。首先，获得堆供给目标空气量TSTGa(步骤S101)，将空气泵172的喷出量控制成与堆供给目标空气量TSTGa相对应的量(步骤S102)，获得堆压STP(步骤S103)，获得实际集成阀开度ata、即现在的集成阀181的阀芯14的开度(步骤S104)。

接着，判断集成阀调压要求的有无(步骤S105)。然后，在有集成阀调压要求的情况(步骤S105：是)下，判断XACVC标志是否为“0”(步骤S106)。另外，XACVC标志是角度A的判断标志。

然后，在XACVC标志为“0”的情况(步骤S106：是)下，判断实际集成阀开度ata是否为角度A以上(步骤S107)。在此，如图24所示，实际集成阀开度ata为角度A时是指集成阀181的阀芯14的开度、即阀开度θ(旋转轴15的旋转角度、主齿轮41的旋转角度)为角度A时。此时，如图24所示，阀芯14与橡胶座21未接触。

然后，在实际集成阀开度ata为角度A以上的情况(步骤S107：是)、即阀芯14与橡胶座21未接触的调压控制模式的情况下，将XACVC标志设为“1”(步骤S108)。接着，为了将堆供给空气量STGa控制成堆供给目标空气量TSTGa，求得目标集成阀开度tpcta、目标旁通阀开度tbta(步骤S109)。

接着，判断目标集成阀开度tpcta是否为角度A以上(步骤S110)。然后，在目标集成阀开度tpcta为角度A以上的情况(步骤S110：是)下，以较高的响应性将集成阀181的阀芯14的开度控制成目标集成阀开度tpcta，即加快集成阀181的阀芯14的旋转速度并将阀芯14的开度控制成目标集成阀开度tpcta，以较高的响应性将旁通阀191控制成目标旁通阀开度tbta(步骤S111)。由此，调压控制模式能够在阀芯14与橡胶座21为非接触状态时进行。

另外，在步骤S105中，在无集成阀调压要求的情况(步骤S105：否)下，判断XACVC标志是否为“1”(步骤S112)。然后，在XACVC标志为“1”的情况(步骤S112：是)下，判断实际集成阀开度ata是否小于角度A(步骤S113)。然后，在实际集成阀开度ata小于角度A的情况(步骤S113：是)下，将XACVC标志设为“0”(步骤S114)，利用集成阀缓闭阀控制将集成阀181控制成全闭(步骤S115)。即，在实际集成阀开度ata小于角度A(阀芯14的开度在全闭位置附近)的密封控制模式下，一边减缓阀芯14的旋转速度，一边使集成阀181全闭。由此，使密封控制模式下的阀芯14的旋转速度慢于调压控制模式下的阀芯14的旋转速度。

另外，在步骤S106中，在XACVC标志不为“0”的情况(步骤S106：否)下，进行步骤S109的处理。

另外，在步骤S107中，在实际集成阀开度ata小于角度A的情况(步骤S107：否)下，进行集成阀缓开阀控制，即一边减慢阀芯14的旋转速度一边进行开阀控制(步骤S116)，进行步骤S106的处理。即，在实际集成阀开度ata小于角度A(阀芯14的开度在全闭位置附近)的密封控制模式下，一边减慢阀芯14的旋转速度，一边将集成阀181开阀。

另外，在步骤S110中，在目标集成阀开度tpcta小于角度A的情况(步骤S110：否)下，将目标集成阀开度tpcta设为角度A(步骤S117)，进行步骤S111的处理。

另外，在步骤S112中，在XACVC标志不为“1”的情况(步骤S112：否)下，进行步骤S115的处理。

另外，在步骤S113中，在实际集成阀开度ata为角度A以上的情况(步骤S113：否)下，进行集成阀急闭阀控制，即加快阀芯14的旋转速度并进行闭阀控制(步骤S118)，进行步骤S112的处理。

通过执行以上的基于控制流程图的控制，例如，能够执行由图29所示的控制时间图表示的控制。如图29所示，在时间T11和时间T15，进行密封缓变控制。即，在时间T11进行集成阀缓开阀控制，在时间T15进行集成阀缓闭阀控制。另外，在时间T12和时间T14，进行调压高响应控制，即以较高的响应性控制集成阀181的阀芯14的开度。另外，在时间T11和时间T14，进行旁通高响应控制，即以较高的响应性控制旁通阀191的阀芯的开度。

根据本实施方式，作为在马达32驱动时进行的控制模式，具有调压控制模式和密封控制模式。而且，在调压控制模式下，阀芯14和橡胶座21为非接触状态。这样，在以较高频率进行的调压控制模式下，阀芯14与橡胶座21未接触，因此，能够将阀芯14与橡胶座21之间的滑动次数抑制到最小限度。由此，能够降低橡胶座21的磨损。

另外，密封控制模式下的阀芯14的旋转速度慢于调压控制模式下的阀芯14的旋转速度。由此，在密封控制模式下能够抑制阀芯14相对于橡胶座21的滑动的强度。由此，能够降低橡胶座21的磨损。

[第4实施方式]

接着，说明第4实施方式，对与第1实施例～第3实施例相同的结构要素标注相同的附图标记并省略说明，以不同点为中心进行说明。

在本实施方式中，在搭载了燃料电池系统101的车辆中，在电池(未图示)为满充电状态时，在产生了再生制动要求、并停止了燃料电池111的发电时，将由于残留在燃料电池111内的氢气和氧气反应而产生的剩余的电力消耗于空气泵172的驱动。此时，使集成阀181闭阀，但集成阀181的空气的泄漏量可以不为0。因此，在这样的再生制动要求时，不将集成阀181控制成全闭，而控制成阀芯14与橡胶座21开始接触的位置(例如，所述的图15所示的位置)，从而减弱阀芯14相对于橡胶座21的抵靠。即，将阀芯14的开度设为大于全闭时的角度、且小于所述角度A的角度B。

于是，控制器201执行基于图30所示的控制流程图的控制(FC空气控制)。首先，在点火开关IG为接通的情况(步骤S201：是)下，判断发电要求的有无(步骤S202)。然后，在有发电要求的情况(步骤S202：是)下，判断再生制动要求的有无(步骤S203)。然后，在有再生制动要求的情况(步骤S203：是)下，将集成阀181的阀芯14的开度控制成角度B(步骤S204)，将旁通阀191控制成全闭(步骤S205)，将空气泵172控制成再生模式转速(步骤S206)，将XEB标志设为“1”(步骤S207)。

由此，在产生再生制动要求并使空气泵172驱动时，阀芯14的开度以角度B被保持。另外，角度B为密封控制模式时的开度范围内的中途的开度，大于全闭时的角度、且小于角度A。另外，XEB标志为再生制动控制标志，在未实施再生制动时设定为“0”，在再生制动的执行过程中设定为“1”。

另外，在步骤S202中，在无发电要求的情况(步骤S202：否)下，停止空气泵172(步骤S208)，对密封阀、集成阀以及旁通阀进行全闭控制(步骤S209～211)，将XEB标志设为“0”(步骤S212)。

此外，在步骤S203中，在无再生制动要求的情况(步骤S203：否)下，判断XEB标志是否为“1”(步骤S213)。然后，在XEB标志为“1”的情况、即有恢复要求的情况(步骤S213：是)下，对旁通阀191瞬时地进行全闭控制，进行开阀控制，进行闭阀控制(步骤S214)，将XEB标志设为“0”(步骤S215)，进行步骤S213的处理。

另外，在步骤S213中，在XEB标志不为“1”的情况、即有行驶发电要求的情况(步骤S213：否)下，获得输出要求(步骤S216)，进行密封阀全开控制(步骤S217)，并控制成与输出要求相对应的集成阀开度、旁通阀开度、空气泵转速(步骤S218)。

通过执行以上的基于控制流程图的控制，例如能够执行由图31所示的控制时间图表示的控制。如图31所示，在时间T25，进行再生控制。即，在时间T25，将集成阀181的阀芯14的开度控制成角度B。

根据本实施方式，在产生了再生制动要求的情况下，在使空气泵172驱动时，阀芯14的开度被保持为角度B。由此，集成阀181的全闭控制不在要求频率较大的再生制动要求时执行，而仅在车辆完全停止时执行。因此，能够抑制阀芯14与橡胶座21之间的滑动频率。因而，能够一边抑制橡胶座21的磨损，一边利用空气泵172的驱动消耗在再生制动要求时产生的剩余电力。

另外，上述的实施方式仅是单一的例示，并不限定本发明，当然，在不偏离其主旨的范围内能够进行各种改良、变形。例如，旋转轴15还可以被第1轴承37和在阀芯14的相反侧单独设置的轴承(未图示)双支承。

附图标记说明

2、阀部；3、驱动机构部；11、流路；13、阀座；14、阀芯；15、旋转轴；15a、销；15b、基端部；16、阀孔；17、座面；18、密封面；21、橡胶座；21a、变形部；21b、加强肋；32、马达；35b、全闭止挡部；35c、弹簧钩部；37、第1轴承；38、第2轴承；40、复位弹簧；40a、进深侧钩；40b、跟前侧钩；41、主齿轮；41a、全闭止挡部；41b、齿轮部；41c、弹簧钩部；41d、弹簧引导部；101、燃料电池系统；111、燃料电池；112、氢系统；113、空气系统；162、空气排出通路；174、密封阀；181、集成阀；191、旁通阀；Ls、(旋转轴的)中心轴线；Lv、(阀芯的)中心轴线；Lj、(轴承的)中心轴线；Fs1、复位弹簧力；Fs4、力(反阀座方向作用力)；Fm1、马达驱动力；Fm3、力(阀座方向作用力)；θ、阀开度。

Claims (7)

1.一种偏心阀，该偏心阀具有：

阀座，其包括阀孔和形成于所述阀孔的缘部的座面；

阀芯，在其外周形成有与所述座面相对应的密封面；以及

旋转轴，所述阀芯一体地设于所述旋转轴，所述旋转轴使所述阀芯旋转，

所述旋转轴的中心轴线与所述阀芯的径向平行地延伸，所述旋转轴的中心轴线自所述阀孔的中心向所述阀孔的径向偏心地配置，并且，所述密封面自所述旋转轴的中心轴线向所述阀芯的中心轴线延伸的方向偏心地配置，该偏心阀的特征在于，

该偏心阀具有：

驱动机构，其产生使所述旋转轴向开阀方向旋转的驱动力；

驱动力接受部，其与所述旋转轴一体地设置，接受所述驱动力；

轴承，其在所述旋转轴的中心轴线方向上配置于所述阀芯与所述驱动力接受部之间的位置，用于支承所述旋转轴；以及

复位弹簧，其产生使所述旋转轴向闭阀方向旋转的复位弹簧力，

在所述驱动机构的非驱动时，产生反阀座方向作用力，该反阀座方向作用力是起因于所述复位弹簧力而产生的力，并且是作用在与所述轴承的中心轴线垂直的方向上的力，该反阀座方向作用力使所述旋转轴以所述轴承为支点倾斜，对所述阀芯向远离所述阀座的方向施力，

在所述阀芯和所述阀座中的任一者设有密封构件，该密封构件在所述驱动机构的非驱动时将所述阀芯与所述阀座之间密封。

2.根据权利要求1所述的偏心阀，其特征在于，

所述密封构件包括变形部，在所述驱动机构的非驱动时，该变形部的顶端与所述阀芯或所述阀座接触，在所述驱动机构的驱动时，该变形部的顶端被所述阀芯或所述阀座推压而变形，

所述驱动机构的驱动时的所述变形部的变形量少于所述变形部进行塑性变形时的变形量。

3.根据权利要求1或2所述的偏心阀，其特征在于，

在将所述驱动机构从驱动状态向非驱动状态切换时，在相对于所述阀芯的所述阀座侧的压力达到了规定负压之后，将所述驱动机构向非驱动状态切换。

4.根据权利要求1或2所述的偏心阀，其特征在于，

作为在所述驱动机构的驱动时进行的控制模式，该偏心阀具有控制所述阀孔的开口面积的调压控制模式和在所述阀芯的全闭位置附近控制所述阀芯的旋转的密封控制模式。

5.根据权利要求4所述的偏心阀，其特征在于，

所述密封控制模式下的所述阀芯的旋转速度慢于所述调压控制模式下的所述阀芯的旋转速度。

6.根据权利要求4所述的偏心阀，其特征在于，

在所述调压控制模式下，所述阀芯与所述密封构件为非接触状态。

7.根据权利要求4所述的偏心阀，其特征在于，

所述偏心阀设于燃料电池系统中的供空气流动的通路，

在产生了再生制动要求的情况下，于在所述燃料电池系统中使调整所述空气的流量的空气泵驱动时，所述阀芯的开度被保持成所述密封控制模式时的开度范围内的中途的开度。