JP2005344803A - Ball valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バルブボディに形成した環状の第1シール面とシートリングに形成した環状の第2シール面とを摺動可能かつ着座可能に球面接触させたボールバルブに関する。 The present invention relates to a ball valve in which an annular first seal surface formed on a valve body and an annular second seal surface formed on a seat ring are in spherical contact with each other so as to be slidable and seatable.
流体通路中に配置した一対のシートリング60,70間に貫通孔を有する球状のバルブボディ40を回転自在に支持し、シートリング60,70およびバルブボディ40を摺動自在に球面接触させたボールバルブが、下記特許文献1により公知である。このボールバルブは、バルブボディ40の貫通孔が上流側および下流側の流体通路を連通させたときに開弁し、その状態から90°回転したバルブボディ40が上流側および下流側の流体通路の連通を遮断したときに閉弁する。
ところで上記従来のボールバルブは、球状のバルブボディ40が開弁位置および閉弁位置の何れにある場合でも、環状のシートリング60,70の全周にバルブボディ40が接触しているため、バルブボディ40からシートリング60,70に偏荷重が作用することはなく、従って偏荷重によってシートリング60,70が傾く虞はない。このように、環状のシートリング60,70の全周にバルブボディ40が接触するのは、バルブボディ40が概ね完全な球状をなしており、そのシートリング60,70に接触可能な表面積が大きいからである。 By the way, in the conventional ball valve described above, the valve body 40 is in contact with the entire circumference of the annular seat rings 60 and 70 regardless of whether the spherical valve body 40 is in the valve opening position or the valve closing position. The uneven load does not act on the seat rings 60 and 70 from the body 40, and therefore there is no possibility that the seat rings 60 and 70 are inclined due to the uneven load. As described above, the valve body 40 is in contact with the entire circumference of the annular seat rings 60 and 70 because the valve body 40 has a substantially perfect spherical shape, and the surface area that can contact the seat rings 60 and 70 is large. Because.
しかしながら、アクチュエータでバルブボディを高速往復回転させるような場合にはバルブボディの慣性モーメントをできるだけ小さくする必要があり、そのためにバルブボディの球面部を環状の狭い範囲に限定し、閉弁時にのみバルブボディの球面部をシートリングの全周に着座させることが考えられる。このような場合には、ボールバルブの開弁時にシートリングの一部にだけバルブボディが接触するため、シートリングがバルブボディから偏荷重を受けて傾く可能性がある。 However, when the valve body is rotated back and forth at high speed with an actuator, the moment of inertia of the valve body needs to be as small as possible. For this reason, the spherical surface of the valve body is limited to a narrow annular range, and only when the valve is closed. It is conceivable to seat the spherical surface of the body all around the seat ring. In such a case, since the valve body contacts only a part of the seat ring when the ball valve is opened, there is a possibility that the seat ring receives an offset load from the valve body and tilts.
特に、バルブボディおよびシートリング間のコジリを防止するために該シートリングをバルブハウジングにフローティング支持したような場合には、前記偏荷重によってシートリングが大きく傾いてしまい、バルブボディとの間のシール性が損なわれてしまう可能性がある。 In particular, when the seat ring is floatingly supported on the valve housing in order to prevent galling between the valve body and the seat ring, the seat ring is largely inclined due to the uneven load, and the seal between the valve body and the valve body is prevented. May be impaired.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ボールバルブのバルブボディおよびシートリング間のシール性を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve the sealing performance between the valve body and the seat ring of the ball valve.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、球面の一部で構成された環状の第1シール面を有して回転軸によりバルブハウジングに回転自在に支持されたバルブボディと、バルブボディの第1シール面が摺動および着座可能な環状の第2シール面および該第2シール面の中央を貫通する開口を有してバルブハウジングにフローティング支持されたシートリングと、バルブボディを回転軸まわりに往復回転させるアクチュエータとを備え、第1シール面が第2シール面に着座したときにバルブハウジング41がシートリングの開口を閉塞するボールバルブであって、シートリングがバルブボディ側に移動するのを規制する規制部材をバルブハウジングに設けたことを特徴とするボールバルブが提案される。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an annular first seal surface formed of a part of a spherical surface is provided and is rotatably supported by a valve housing by a rotary shaft. A valve body, an annular second seal surface on which the first seal surface of the valve body is slidable and seatable, and a seat ring floatingly supported on the valve housing with an opening penetrating the center of the second seal surface A ball valve in which the
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、シートリングをバルブボディに向けて付勢する付勢部材を備えたことを特徴とするボールバルブが提案される。 Further, according to the invention described in claim 2, in addition to the configuration of claim 1, a ball valve characterized by including a biasing member that biases the seat ring toward the valve body is proposed. .
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、バルブハウジングに対向するシートリングの外周面に該シートリングよりも低摩擦係数の保持リングを配置したことを特徴とするボールバルブが提案される。
According to the invention described in
また請求項4に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、バルブボディがシートリングの開口を開放したとき、バルブボディの第1シール面およびシートリングの第2シール面は1点で当接することを特徴とするボールバルブが提案される。 According to the invention described in claim 4, in addition to the structure of claim 1, when the valve body opens the opening of the seat ring, the first seal surface of the valve body and the second seal surface of the seat ring are A ball valve characterized by abutting at one point is proposed.
請求項1の構成によれば、シートリングをバルブハウジングにフローティング支持したので、バルブボディをアクチュエータで回転軸まわりに回転させたときに、バルブボディの第1シール面とシートリングの第2シール面との間にコジリが発生するのを防止することができる。またボールバルブの開弁時にバルブボディの環状の第1シール面の一部がシートリングの環状の第2シール面の一部に接触し、その接触部に加わる偏荷重でシートリングが傾こうとしても、バルブハウジングに設けた規制部材でシートリングがバルブボディ側に移動するのを規制することで、シートリングの傾きを阻止して前記コジリの発生やシール性の低下を一層効果的に防止することができる。 According to the configuration of the first aspect, since the seat ring is floatingly supported on the valve housing, the first seal surface of the valve body and the second seal surface of the seat ring are rotated when the valve body is rotated around the rotation axis by the actuator. Can be prevented from occurring between the two. Further, when the ball valve is opened, a part of the annular first seal surface of the valve body comes into contact with a part of the annular second seal surface of the seat ring, and the seat ring tends to tilt due to an offset load applied to the contact portion. In addition, by restricting the seat ring from moving toward the valve body with a restricting member provided in the valve housing, the tilt of the seat ring is prevented, and the occurrence of the scouring and the deterioration of the sealing performance are more effectively prevented. be able to.
請求項2の構成によれば、付勢部材でシートリングをバルブボディに向けて付勢したので、シートリングの第2シール面をバルブボディの第1シール面に密着させて第1、第2シール面間のシール性を高めることができる。 According to the configuration of the second aspect, since the seat ring is urged toward the valve body by the urging member, the first and second second seal surfaces of the seat ring are brought into close contact with the first seal surface of the valve body. The sealing performance between the sealing surfaces can be enhanced.
請求項3の構成によれば、シートリングの外周面に配置した低摩擦係数の保持リングをバルブハウジングに当接させたので、付勢部材でシートリングをスムーズに付勢して第1、第2シール面間のシール性を更に高めることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the low friction coefficient holding ring disposed on the outer peripheral surface of the seat ring is brought into contact with the valve housing, the first and first seat rings are smoothly biased by the biasing member. The sealing performance between the two sealing surfaces can be further enhanced.
請求項4の構成によれば、バルブボディがシートリングの開口を開放したときに第1、第2シール面が1点で接触すると、シートリングはバルブボディから大きな偏荷重を受けで最も傾き易くなるが、規制部材の作用で前記偏荷重によるシートリングの傾きを確実に阻止することができる。 According to the configuration of claim 4, when the valve body opens the opening of the seat ring and the first and second sealing surfaces come into contact with each other at one point, the seat ring is most easily inclined by receiving a large offset load from the valve body. However, it is possible to reliably prevent the seat ring from tilting due to the uneven load by the action of the regulating member.
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
図1〜図5は本発明の一実施例を示すもので、図1はエンジンのシリンダヘッド部およびボールバルブの断面図、図2は図1の要部拡大図、図3は図2の3部拡大図、図4はバルブボディの斜視図、図5はボールバルブの作用説明図である。 1 to 5 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a sectional view of a cylinder head portion and a ball valve of an engine, FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a perspective view of the valve body, and FIG. 5 is an explanatory view of the operation of the ball valve.
図1に示すように、エンジンEのシリンダブロック11に設けたシリンダスリーブ12にピストン13が摺動自在に嵌合しており、シリンダブロック11のデッキ面に結合されたシリンダヘッド14とピストン13の頂面との間に燃焼室15が区画される。シリンダヘッド14には燃焼室15に連なる吸気ポート16および排気ポート17が形成されており、吸気ポート16が燃焼室15に開口する吸気バルブ孔が吸気バルブ18により開閉され、排気ポート16が燃焼室15に開口する排気バルブ孔が排気バルブ19により開閉される。吸気バルブ18および排気バルブ19はそれぞれバルブスプリング20,21で閉弁方向に付勢される。
As shown in FIG. 1, a
シリンダヘッド14の上面に結合されたヘッドカバー22の内部に吸気カムシャフト23および吸気ロッカーアームシャフト24が設けられており、吸気カムシャフト23に設けた吸気カム25により、吸気ロッカーアームシャフト24に枢支した吸気ロッカーアーム26を介して吸気バルブ18が開閉駆動される。またヘッドカバー22の内部に排気カムシャフト27および排気ロッカーアームシャフト28が設けられており、排気カムシャフト27に設けた排気カム29により、排気ロッカーアームシャフト28に枢支した排気ロッカーアーム30を介して排気バルブ19が開閉駆動される。
An
シリンダヘッド14には吸気ポート16に連なる吸気通路部材31と、ボールバルブよりなる吸気制御バルブ32と、吸気管33とが接続されており、吸気管33の上流に図示せぬサージタンクおよびスロットルバルブが配置される。吸気通路部材31には吸気ポート16に燃料を噴射する燃料噴射バルブ34が設けられる。
An
次に、図1〜図4に基づいて吸気制御バルブ32の構造を説明する。
Next, the structure of the
吸気制御バルブ32は吸気通路部材31および吸気管33に挟まれたバルブハウジング41を備えており、吸気管33に形成された第1吸気通路33aと、バルブハウジング41に形成された第2吸気通路41aと、吸気通路部材31に形成された第3吸気通路31aが軸線L1方向に直列に接続される。
The
バルブハウジング41の内部に収納されるバルブボディ42は、短い円筒状の円筒部43と、円筒部43から相互に離反する方向に延びる一対の回転軸44,45と、円筒部43に一体に設けられた薄い円板状の円板部46とを備える。円筒部43には円形断面の開口43aが貫通しており、また円板部46の外周には球面の一部を構成する環状の第1シール面46aが形成される。
The
一対の回転軸44,45は第1〜第3吸気通路33a,41a,31aの軸線L1に直交する軸線L2上に配置されており、一方の回転軸44はバルブハウジング41にボールベアリング47を介して回転自在に支持され、また他方の回転軸45はバルブハウジング41にボールベアリング48およびシール部材49を介して回転自在に支持されるとともに、バルブハウジング41に固定したアクチュエータ50に接続される。
The pair of rotating
アクチュエータ50は、例えばロータリソレノイドやステップモータで構成されており、バルブボディ42を90°の回転角で往復回転させる。バルブボディ42が一方の回転端にあるとき、第1〜第3吸気通路33a,41a,31aの軸線L1に対して円板部46の軸線L3が一致し、円筒部43の軸線L4が直交する(図5(A)参照)。またバルブボディ42が他方の回転端にあるとき、第1〜第3吸気通路33a,41a,31aの軸線L1に対して円板部46の軸線L3が直交し、円筒部43の軸線L4が一致する(図5(C)参照)。
The
吸気通路部材31の上流端に結合されるバルブハウジング41の下流端に形成した段部41bに、環状のシートリング51が装着される。シートリング51は、バルブボディ42の第1シール面46aが摺動および着座可能な部分球面状かつ環状の第2シール面51aと、その第2シール面51aの内周を貫通する円形断面の開口51bとを備える。またバルブハウジング41にはシートリング51の上流側の端面に当接可能な環状の規制部材41cが一体に形成される。
An
図3から明らかなように、吸気通路部材31の上流端と規制部材41cとの距離Dはシートリング51の厚さTよりも僅かに大きくなっており、従ってシートリング51は軸線L1方向に移動可能にフローティング支持される。このとき、吸気通路部材31の上流端に第3吸気通路31aを囲むように形成された環状溝31bにNBRやフッ素ゴム製のOリングよりなる付勢部材52が圧縮状態で装着されており、この付勢部材52の付勢力でシートリング51がバルブボディ42に向けて付勢される。
As apparent from FIG. 3, the distance D between the upstream end of the
バルブハウジング41の段部41bの直径R1はシートリング51の直径R2よりも僅かに大きくなっており、従ってシートリング51は軸線L1を中心とする径方向に移動可能にフローティング支持される。このとき、シートリング51の外周に形成した環状溝51cにPTFE(フッ素樹脂)製の保持リング53が装着されており、シートリング51は保持リング53を介してバルブハウジング41の段部41bに摺動自在に当接する。PTFE製の保持リング53はシートリング51よりも小さい摩擦係数を有している。
The diameter R1 of the stepped
次に、上記構成を備えた実施例の作用について説明する。 Next, the operation of the embodiment having the above configuration will be described.
吸気管33の上流に設けた図示せぬスロットルバルブが閉弁状態にあるエンジンEのアイドリング時に、アクチュエータ50で吸気制御バルブ32を周期的に開閉駆動することで、アイドリング運転の安定性を高めるとともに、排気が排気ポート17側から吸気ポート16側に吹き返す、いわゆる吹き返し現象を抑制する。
During idling of the engine E in which the throttle valve (not shown) provided upstream of the
即ち、エンジンEのアイドリング時に、排気バルブ19の開弁期間の末期と吸気バルブ18の開弁期間の初期とがオーバーラップするバルブオーバーラップ期間の経過後に吸気制御バルブ32を開弁し、それから所定時間が経過して吸気バルブ18が閉弁した後に吸気制御バルブ32を閉弁する。これにより吸気バルブ18の開弁期間の末期だけに燃焼室15に吸気が吸入されることになり、吸気の吸入量を制限して所定の回転速度でのアイドリング運転を行うことができる。
That is, when the engine E is idling, the
また吸気バルブ18が閉弁してからしばらく吸気制御バルブ32が開弁しているので、その間に吸気通路の圧力を略大気圧まで復帰させることができ、次のサイクルのバルブオーバーラップ期間に吸気バルブ18および排気バルブ19の両方が開弁しても、排気ポート17側から吸気ポート16側に排気が吹き返すのを防止することができる。
Further, since the
アクチュエータ50によって吸気制御バルブ32のバルブボディ42は非常な高速で往復回転するため、球面の一部で構成されるバルブボディ42の第1シール面46aは必要最小限の面積に抑えられており、これによりバルブボディ42の贅肉をそぎ落として回転軸44,45回りの慣性モーメントを最小限に抑え、小型で小出力のアクチュエータ50でバルブボディ42を応答性良く往復回転駆動することができる。
Since the
図5(A)に示すように、吸気制御バルブ32の閉弁時、つまり軸線L1,L3が一直線上にあって円板部46の第1シール面46aの全周がシートリング51の第2シール面51aに密着してシートリング51の開口51bを閉塞している状態では、バルブハウジング41の段部41bにフローティング支持されたシートリング51が付勢部材52の弾発力でバルブボディ42に向けて付勢されるため、第1、第2シール面46a,51a間にコジリが発生するのを防止してシール性を高めることができる。
As shown in FIG. 5A, when the
このとき、シートリング51の外周面に装着された低摩擦係数の保持リング53がバルブハウジング41の段部41bに摺接するため、バルブハウジング41に対してシートリングを軸線L1方向にスムーズ摺動させることができ、かつ保持リング53のシール機能で吸気の漏れを防止することができる。
At this time, the retaining
図5(B)に示すように、バルブボディ42が開弁位置に向かって回転する中間位置では、第1シール面46aの2か所でシートリング51の第2シール面51aに摺接するが、その2か所がシートリング51の第2シール面51aの直径方向両端からずれているため、付勢部材42で付勢されたシートリング51は反時計方向に傾くような偏荷重を受ける。
As shown in FIG. 5B, at the intermediate position where the
図5(C)に示すように、バルブボディ42が90°回転した吸気制御バルブ32の開弁時、つまり軸線L1,L4が一直線上にあって円筒部43の開口43aがシートリング51の開口51bに完全に連通したとき、円板部46の第1シール面46aはシートリング51の第2シール面51aに1点で接触するため、シートリング51は最大の偏荷重を受ける。しかしながら、前記偏荷重でシートリング51が反時計方向に傾こうとしても、バルブハウジング41に設けた規制部材41cがシートリング51に当接して傾きを規制するため、第1、第2シール面46a,51a間にコジリが発生するのを防止するとともにシール性が損なわれるのを防止することができる。
As shown in FIG. 5C, when the
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、実施例では付勢部材52としてOリングを採用しているが、皿ばね等の他の任意の付勢部材を採用することができる。
For example, in the embodiment, an O-ring is employed as the biasing
また実施例では保持リング53の材質としてPTFEを採用しているが、シートリング51よりも摩擦係数の小さいものであれば任意の材質を採用することができる。
In the embodiment, PTFE is used as the material of the retaining
また本発明のボールバルブはエンジンEの吸気制御バルブ32以外の任意の用途に適用することができる。
The ball valve of the present invention can be applied to any use other than the
また実施例では規制部材41cをバルブハウジング41に一体に形成しているが、別部材で構成してバルブハウジング41に固定しても良く、しかも規制部材41cは環状である必要はなく、円周上の複数個所に設けられていれば良い。
In the embodiment, the restricting
41 バルブハウジング
41c 規制部材
42 バルブボディ
44 回転軸
45 回転軸
46a 第1シール面
50 アクチュエータ
51 シートリング
51a 第2シール面
51b 開口
52 付勢部材
53 保持リング
41
Claims (4)
バルブボディ(42)の第1シール面(46a)が摺動および着座可能な環状の第2シール面(51a)および該第2シール面(51a)の中央を貫通する開口(51b)を有してバルブハウジング(41)にフローティング支持されたシートリング(51)と、
バルブボディ(42)を回転軸(44,45)まわりに往復回転させるアクチュエータ(50)と、
を備え、第1シール面(46a)が第2シール面(51a)に着座したときにバルブハウジング(41)がシートリング(51)の開口(51b)を閉塞するボールバルブであって、
シートリング(51)がバルブボディ(42)側に移動するのを規制する規制部材(41c)をバルブハウジング(41)に設けたことを特徴とするボールバルブ。 A valve body (42) having an annular first seal surface (46a) formed of a part of a spherical surface and rotatably supported on the valve housing (41) by a rotation shaft (44, 45);
The first seal surface (46a) of the valve body (42) has an annular second seal surface (51a) capable of sliding and seating and an opening (51b) penetrating the center of the second seal surface (51a). A seat ring (51) floatingly supported by the valve housing (41),
An actuator (50) for reciprocatingly rotating the valve body (42) about the rotation axis (44, 45);
The valve housing (41) closes the opening (51b) of the seat ring (51) when the first seal surface (46a) is seated on the second seal surface (51a),
A ball valve characterized in that a regulating member (41c) for regulating movement of the seat ring (51) toward the valve body (42) is provided in the valve housing (41).
When the valve body (42) opens the opening (51b) of the seat ring (51), the first seal surface (46a) of the valve body (42) and the second seal surface (51a) of the seat ring (51) are 1. The ball valve according to claim 1, wherein the ball valve abuts at a point.
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