CN110242763B

CN110242763B - 流体控制阀

Info

Publication number: CN110242763B
Application number: CN201910175450.7A
Authority: CN
Inventors: 舛屋洋平; 山嵜裕弥
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2021-03-30
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: JP2019157932A; CN110242763A; DE102019203023A1

Abstract

本发明涉及一种流体控制阀，在这种流体控制阀中，设置在本体(12)的接收腔室(24)中的密封元件(40)具有邻接可旋转的阀本体(14)的外周表面的密封表面(46)和在径向方向上形成在密封表面(46)外侧并且沿着阀本体(14)的旋转方向延伸的一对平台部分(48a，48b)。平台部分(48a，48b)形成为与密封表面(46)相似的弧形横截面形状，从密封表面(46)起在圆周方向上向外延伸，并且从密封主要本体(42)的内壁表面起与密封表面(46)突出相同的高度。

Description

流体控制阀

技术领域

本发明涉及一种流体控制阀，该流体控制阀设置在流体沿其流动的流动通道上，用于控制流体的流量。

背景技术

在这之前，已知有一种流动控制阀，该流动控制阀用在冷却水回路中用于冷却车辆的内燃发动机，并且控制诸如冷却水等流体的流量。例如，如日本公开专利公开号2003-232454中所公开的，在流动控制阀中，大致柱形的阀本体以可旋转的方式设置在阀壳体中的阀接收腔室内，并且阀本体形成有沿径向方向延伸的流动控制孔。此外，入口侧管和出口侧管分别连接到阀壳体的两个端部部分，并且与阀本体可滑动地接触的密封填料设置在阀接收腔室内，与出口侧管相邻。

然后，使阀本体旋转，同时使它本身保持与填料滑动接触，并且当流动控制孔与入口侧管和出口侧管对齐时，入口侧管和出口侧管彼此连通，使得来自入口侧管的流体穿过流动控制孔流到出口侧管。

发明内容

在上述日本公开专利公开号2003-232454的流动控制阀中，当入口侧管和出口侧管之间的连通状态通过阀本体的旋转运动切换时，阀本体在总是与填料滑动接触的状态下运行。例如，由于阀本体和填料的制造误差、组装误差等，可能存在阀本体和填料相对于各自的预定的或设计的位置稍微偏离的情况。在这种情况下，在阀本体的打开和关闭操作的过程中，当作为阀本体的外周表面和流动控制孔的端部部分之间的边界的角落部分开始邻接填料的密封表面时，填料的密封表面被角落部分刮擦。这引起密封表面的磨损继续进行，并且，同时还引起密封性降低。

本发明的一般目的是提供一种能够确保密封元件的密封性并实现在耐久性上的提高的流体控制阀。

根据本发明，提供了一种流体控制阀，该流体控制阀包括：本体，该本体具有用于引入流体的入口端口和用于排放流体的出口端口；阀本体，该阀本体以可旋转的方式设置在所述本体的阀腔室中；以及密封元件，该密封元件设置在所述阀腔室中并且与所述阀本体的外周表面接触，其中，所述阀本体具有在与该阀体体的旋转中心正交的方向上延伸的阀孔，并且所述入口端口和所述出口端口之间经由所述阀孔的连通状态通过所述阀本体的旋转动作切换，

其中，所述密封元件由弹性材料形成并且具有：位于面向所述阀本体的内壁表面上的密封表面，该密封表面环状地以弧形横截面形状形成并且与所述阀本体的所述外周表面滑动接触；以及平台部分，所述平台部分形成在所述密封表面的外侧并且沿所述阀本体的旋转方向延伸，并且

其中，所述平台部分形成为与所述密封表面相同的横截面形状，并且所述密封表面和所述平台部分相对于所述内壁表面而言朝向所述阀本体突出。

根据本发明，在本体的阀腔室中设置有被构造成邻接阀本体的密封元件，该密封元件由弹性材料形成，并且阀本体的外周表面被构造成与环状地以弧形横截面形状形成的密封表面可滑动地接触。此外，在密封表面的外侧设置有沿阀本体的旋转方向延伸的平台部分，该平台部分与密封表面形成为相同的横截面形状，并且密封表面和平台部分形成为相对于密封元件的面向阀本体的内壁表面而言朝向阀本体突出。

因此，在使阀本体旋转以从阀关闭状态切换到阀打开状态的旋转过程中，当阀孔的端部部分开始与密封元件接触时，可以使端部部分在与密封表面接触之前与平台部分接触。因此，即使在例如阀本体和密封元件之间的位置关系由于制造误差等而变化的情况下，与阀本体在整个内壁表面上滑动的情况相比，也可以防止由边缘的端部部分在密封表面上引起的磨损，并且可以减小滑动阻力。

结果，即使在阀本体在密封元件的密封表面上滑动的同时旋转的情况下，与现有技术的流体控制阀相比，也可以防止密封表面因与阀孔的端部部分接触而磨损，从而可以提高耐久性，使得可以长时间地确保密封表面和阀本体之间的密封性。

本发明的上述和其它目的、特征和优点将从结合附图的以下描述中变得更加明显，其中通过说明性的实施例示出了本发明的优选实施方式。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的流动控制阀的整体纵向剖视图；

图2是在阀关闭状态下图1所示的流动控制阀的阀本体周围的放大剖视图；

图3是示出了图1所示的流动控制阀的密封元件的立体图；

图4A是从引入部分侧观察的密封元件和阀本体在阀关闭状态下的示意性正视图；以及

图4B是示出了从图4A所示的阀关闭状态开始打开阀本体的过程中的状态的另一示意性正视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，根据本实施方式的流体控制阀10包括本体12、相对于本体12以可旋转的方式设置的阀本体14和设置在本体12上用于旋转地驱动阀本体14的驱动单元16。顺便地，以下描述将说明流体控制阀10应用到用于内燃发动机等的冷却水回路的情况。

本体12例如由树脂材料形成，并且包括将阀本体14容纳在其中的主要本体部分18、从主要本体部分18突出并被供给流体的引入部分(入口端口)20、以及在与引入部分20突出的方向相反的方向上从主要本体部分18突出且用于排放流体的排放部分(出口端口)22。

主要本体部分18例如形成为矩形形状的横截面，并且在其中央部分形成有将阀本体14接收在其中的接收腔室(阀腔室)24。盖元件28附接到开口部分并关闭该开口部分，该开口部分在接收腔室24的下侧(沿图1中的箭头A的方向)敞口。此外，主要本体部分18在接收腔室24的上部分形成有沿轴向方向(箭头B的方向)延伸的轴孔30。轴孔30内部具有环形凹槽，在环形凹槽中分别设置有填料32和防尘密封件34。

此外，主要本体部分18的内壁表面形成有在上游侧(箭头C的方向那一侧)上敞口并与稍后详细描述的引入部分20连通的第一开口(入口端口)36和在下游侧(箭头D的方向那一侧)上敞口并与稍后详细描述的排放部分22连通的第二开口(出口端口)38。第一开口36和第二开口38在与主要本体部分18的轴线方向正交的方向(箭头C-D的方向)上以圆形横截面敞口并且形成为在水平方向上与被置于其间的接收腔室24对齐。

此外，在接收腔室24内，在成为第一开口36在其上敞口的上游侧的内壁表面上设置有密封元件40。

如图1至图3所示，密封元件40具有由诸如橡胶等的弹性材料形成并且呈矩形横截面形状的密封主要本体42、形成在密封主要本体42的中央部分并沿厚度方向(箭头C-D的方向)延伸且横截面为圆形形状的通孔44、以及形成通孔44的外周侧并形成在面向接收腔室24那一侧的端部表面上的环形密封表面46。

密封主要本体42在面向接收腔室24的内壁表面处形成有朝向远离接收腔室24的方向凹陷的弧形横截面形状并且形成有从内壁表面以恒定的高度突出的环形密封表面46。密封表面46形成为沿本体12的轴向方向观察时为弧形横截面形状，密封表面46形成为沿通孔44的径向方向具有几乎恒定的宽度，并且密封表面46形成为邻接阀本体14的外周表面。

此外，密封表面46形成为相对于密封主要本体42的内壁表面而言朝向阀本体14(箭头D的方向)突出预定的高度。

此外，密封主要本体42具有一对平台部分48a、48b，这对平台部分在径向上设置在密封表面46的外侧并且沿着阀本体14的旋转方向延伸。

如同密封表面46一样，平台部分48a、48b为弧形横截面形状，平台部分48a、48b形成为从密封表面46的外圆周向外延伸，并且平台部分48a、48b形成为相对于密封主要本体42的内壁表面而言朝向阀本体14(箭头D的方向)以与密封表面46相同的高度突出。

即，平台部分48a、48b一体地形成为与密封表面46具有几乎相同的曲率，并且一侧上的平台部分48a和另一侧上的平台部分48b沿着阀本体14的旋转方向设置，而通孔44被置于其间。换句话说，密封表面46的部分形成为沿着阀本体14的旋转方向延伸以构成平台部分48a、48b。

另外，如图4A所示，平台部分48a、48b的宽度尺寸H形成为预定的宽度，该预定的宽度被设定为至少大于阀本体14中的阀孔62的直径E(H＞E)，并且相对于密封主要本体42的高度中心对称。

然后，如图2所示，密封元件40在第一开口36在其上敞口的内壁表面处邻接本体12，并且在形成于两个侧壁上的突起50处被插入到与内壁表面正交的两个侧壁上的凹槽部分52中。因此，密封元件40被附接成使得第一开口36和通孔44变为同轴。

如图1和图2所示，引入部分20形成为例如管形状，并且从主要本体部分18的一个侧部分起在水平方向(箭头C的方向)上突出预定的长度。更具体地，入口流动通道54形成在引入部分20内，并且与主要本体部分18的第一开口36连通，使得引入部分20与接收腔室24连通。然后，将管道(未示出)连接到引入部分20的端部部分，并且将流体从流体供应源(未示出)供应到入口流动通道54。

如同引入部分20一样，排放部分22形成为管形状，并且从主要本体部分18的另一侧部分起在水平方向(箭头D的方向)上朝向与引入部分20的延伸方向相反的方向突出预定的长度。即，引入部分20和排放部分22与置于其间的主要本体部分18对齐。

此外，在排放部分22内，出口流动通道56形成为从端部部分笔直地延伸到接收腔室24，并且与主要本体部分18的第二开口38连通，使得排放部分22与接收腔室24连通。然后，管道(未示出)连接到排放部分22的端部部分，并且从引入部分20流到接收腔室24的流体通过排放部分22的出口流动通道56排放到内燃发动机等的冷却水回路(两者均未示出)。

阀本体14具有例如容纳在接收腔室24中的阀部分58和从阀部分58的上端部部分的中央沿轴向方向(图1中的箭头B的方向)延伸的轴部分(旋转轴)60。

如图2所示，例如，阀部分58包括沿轴部分60的轴向方向观察时形成为圆形横截面形状的圆柱形本体。阀部分58具有沿与轴部分60的轴向方向正交的方向延伸的阀孔62，并且阀孔62形成为圆形横截面形状以延伸穿过阀部分58的外周表面。然后，阀部分58在其外周表面与设置在本体12中的密封元件40的密封表面46邻接并滑动接触的情况下旋转地运行。

此外，当阀部分58在接收腔室24中旋转时，阀孔62的开口62a沿旋转方向移动以面向密封元件40的平台部分48a(48b)。

轴部分60插入到本体12的轴孔30中，并且在其外周表面保持与填料32和防尘密封件34滑动接触的情况下相对于轴孔30被以可旋转的方式支撑。轴部分60的上端部部分穿过轴孔30突出到主要本体部分18外侧。

此外，填料32防止流体穿过轴孔30和轴部分60之间的间隙从接收腔室24泄漏，并且防尘密封件34防止灰尘等从外侧进入到接收腔室24那一侧。

驱动单元16由诸如DC电机、步进电机等的旋转驱动源构造成，并且响应于来自控制器(未示出)的控制信号沿预定的方向旋转经过预定的角度。然后，驱动单元16设置在本体12的主要本体部分18的上部分上，并且连接到轴部分60的上端部部分。因此，当通电时，驱动单元16经由接收腔室24中的轴部分60使阀本体14沿预定的方向旋转预定的角度。

根据本发明的实施方式的流体控制阀10基本上如上所述地构造。接下来，将描述流体控制阀10的运行和有利效果。

首先，在流体控制阀10中，当阀本体14的阀孔62定位成与入口流动通道54和出口流动通道56正交时，流体控制阀10进入到阀关闭状态，即，入口流动通道54和出口流动通道56之间的连通被阀本体14切断。因此，从流体供应源(未示出)供应到引入部分20的入口流动通道54的流体不穿过本体12的接收腔室24流到排放部分22的出口流动通道56(参照图4A)。

然后，当驱动单元16响应于来自控制器(未示出)的控制信号而被驱动时，阀本体14的阀部分58与轴部分60一起开始沿逆时针方向(图2中的箭头F的方向)旋转。当如图4B所示旋转到面向密封元件40的平台部分48a的位置时，阀孔62的开口62a开始与平台部分48a的沿圆周方向的端部部分接触。

此时，由于阀本体14、本体12和密封元件40的制造偏差、组装偏差等，可能存在阀本体14、本体12和密封元件40定位成相对于预定的位置稍微偏离的情况。在这种情况下，当作为阀部分58的外周表面与阀孔62的开口62a之间的边界的边缘部分64与平台部分48a接触时，边缘部分64可在平台部分48a的端部部分(边缘部分64在该端部部分处开始与平台部分48a接触)的附近引起磨损。然而，即使在这种情况下，在与密封表面46接触之前，阀本体14的边缘部分64与沿圆周方向设置在密封表面46外侧的平台部分48a接触，从而避免了密封表面46上的磨损。

具体地，即使当阀本体14的边缘部分64与平台部分48a接触并引起磨损时，阀本体14进一步旋转以使外周表面与平台部分48a接触，使得阀本体14进入预定的位置并沿旋转方向被引导。因此，可以防止密封表面46被边缘部分64磨损。

然后，阀本体14进一步从阀关闭状态旋转至大约90度的位置，使得阀本体14的阀孔62的两个端部部分分别面向接收腔室24的第一开口36和第二开口38，以达到阀孔62与入口流动通道54和出口流动通道56对齐的阀打开状态。因此，被供应到入口流动通道54的流体穿过阀本体14的阀孔62流到下游侧(箭头D的方向)上的出口流动通道56，并且被排放到内燃发动机的冷却水回路(两者均未示出)。

顺便地，例如，当阀本体14用于在本体12中从阀关闭状态沿与前述方向相反的方向(顺时针)旋转时，设置在与前述在一侧上的平台部分48a相对侧上的另一平台部分48b在密封表面46之前邻接抵靠边缘部分64，另一平台部分48b防止密封表面46磨损。

在此如上所述，在本实施方式中，本体12在密封元件40与阀本体14滑动接触的情况下设置在接收腔室24中，并且密封元件40由弹性材料形成并且具有与阀本体14滑动接触的环形密封表面46和沿着阀本体14的旋转方向形成在密封表面46外侧的平台部分48a、48b，以便在横截面上与密封表面46具有相同的曲率。利用这种构造，当阀本体14从阀关闭状态或阀打开状态旋转时，可以防止密封表面46受到边缘部分64的磨损。这是因为，即使当形成在阀孔62的端部部分处的边缘部分64在旋转的过程中与密封元件40接触时，边缘部分64在与密封表面46接触之前与平台部分48a(48b)接触。

结果，即使当与密封元件40的密封表面46保持滑动接触的阀本体14旋转时，与根据现有技术的流体控制阀相比，也能够确保阀本体14和密封元件40之间的密封性，并且由于防止了密封表面46的磨损而提高了耐久性。

此外，由于密封元件40设置有在作为阀本体14的旋转方向的圆周方向上延伸的平台部分48a、48b，因此能够增加阀本体14的边缘部分64开始与其接触的部分的刚性。因此，能够进一步防止密封表面46的磨损，从而实现耐久性的进一步提高。

此外，由于平台部分48a、48b的宽度尺寸H形成为大于阀本体14中的阀孔62的直径E，因此能够在阀孔62的边缘部分64与密封表面46接触之前可靠地使边缘部分64与平台部分48a(48b)接触，从而能够可靠地避免对密封表面46的损坏。

密封元件40被构造成使得密封表面46和平台部分48a、48b从密封主要本体42的内壁表面起朝向阀本体14突出。利用这种构造，与例如阀本体14在保持与密封元件40的整个内壁表面滑动接触的同时旋转的情况相比，能够减小当阀本体14旋转时施加的滑动阻力。因此，能够缩小用于旋转地驱动阀本体14的驱动单元16的尺寸，并且能够降低功率消耗。

此外，流体控制阀10不限于应用到内燃发动机等的冷却水回路。例如，流体控制阀10可以用在冷却水回路中用于冷却电机或用在冷却水回路中用于冷却电池，并且可以用于控制气体的流动而不是诸如冷却水等的流体的流动。

显然，根据本发明的流体控制阀不限于前述实施方式，并且可以在不脱离本发明的要旨的情况下采用各种构造。

Claims

1.一种流体控制阀(10)，该流体控制阀包括：

本体(12)，该本体(12)具有用于引入流体的入口端口(20)和用于排放流体的出口端口(22)；

阀本体(14)，该阀本体(14)以可旋转的方式设置在所述本体(12)的阀腔室(24)中；以及

密封元件(40)，该密封元件(40)设置在所述阀腔室(24)中并且与所述阀本体(14)的外周表面接触，

其中，所述阀本体(14)具有在与旋转中心正交的方向上延伸的阀孔(62)，并且所述入口端口(20)和所述出口端口(22)之间经由所述阀孔(62)的连通状态通过所述阀本体(14)的旋转动作切换，

其中，所述密封元件(40)由弹性材料形成并且具有：位于面向所述阀本体(14)的内壁表面上的密封表面(46)，该密封表面环状地以弧形横截面形状形成并且与所述阀本体(14)的所述外周表面滑动接触；以及平台部分(48a，48b)，所述平台部分(48a，48b)形成在所述密封表面(46)的外侧并且沿所述阀本体(14)的旋转方向延伸，并且

其中，所述平台部分(48a，48b)形成为与所述密封表面(46)相同的横截面形状，并且所述密封表面(46)和所述平台部分(48a，48b)相对于所述内壁表面而言朝向所述阀本体(14)以相同的高度突出。

2.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，所述平台部分(48a，48b)形成为在所述阀本体(14)的旋转轴线方向上大于所述阀孔(62)的直径。

3.根据权利要求1或2所述的流体控制阀，其中，一对所述平台部分(48a，48b)设置在所述密封表面(46)沿所述阀本体(14)的所述旋转方向的两侧上。

4.根据权利要求1所述的流体控制阀，其中，当所述阀本体(14)旋转时，所述阀孔(62)的边缘部分(64)在与所述密封元件(40)接触之前与所述平台部分(48a，48b)接触。