JP2012052637A

JP2012052637A - 流体制御弁

Info

Publication number: JP2012052637A
Application number: JP2010197547A
Authority: JP
Inventors: Masahito Arai; 雅人新井; Katsuya Torii; 勝也鳥居; Yusuke Niwa; 雄祐丹羽
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】流体制御弁において、シールリング１４の摩耗を少なくするとともに、耐久後の弁漏れ量を低減する。
【解決手段】シールリング１４は、拡径方向への付勢力のない自然状態でノズル８の内周壁１３に当接して、弁体３とノズル８との間をシールする。これによれば、付勢力によってシールリング１４の外周面がノズル８の内周壁１３に押しつけられることはないため、弁体３の開閉動作によるシールリング１４の摩耗は少なくなる。また、シールリング１４は、外周面が摩耗したとしても拡径しないため、弁体３の開閉動作の作動回数が所定以上となる耐久後においても、シールリング１４の合口寸法に変化がなく、合口２０からの弁漏れ量が多くなることはない。すなわち、耐久後の弁漏れ量を従来と比較して低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、バタフライバルブの外周に、流路壁面との間をシールするシールリングが装着された流体制御弁（例えば、排気ガスの一部を吸気管内に再循環させるための排気ガス再循環バルブ）に関する。

排気ガス再循環バルブは、内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関への吸入空気に混入させる排気ガス再循環装置に適用され、吸入空気に混入させる排気ガスの流量を調整するものである。

従来より、排気ガス再循環バルブとして、内部に還流路を形成するノズル１０１と、ノズル１０１に回動自在に収容されて還流路を開閉するバタフライバルブ（弁体１０２）と、弁体１０２の外周に形成された環状溝１０３に装着されてノズル１０１の内周壁１０４との環状隙間をシールするとともに、周方向の１箇所に合口１０５を有する金属製のシールリング１０６とを備えるものがある（図６（ｂ）参照）。

従来のシールリング１０６は、自然状態でノズル１０１の内径よりも大きい外径を有しており、弁体１０２とノズル１０１との間に組みつける際に、シールリング１０６を縮径させるように弾性変形させて嵌める（図６（ａ）、（ｂ）参照）。
このため、弁体１０２とノズル１０１との間に嵌め込まれたシールリング１０６は、張力（自然状態に復元しようとする拡径方向への付勢力）を生じ、その張力によってシールリング１０６の外周面がノズル１０１の内周壁１０４に密着する。

しかし、このシールリング１０６は、外周面が張力によって内周壁１０４に密着しているため、外周面が摩耗しやすい。そして、外周面が摩耗するにつれて、シールリング１０６は摩耗した分だけ拡径し、張力によってノズル１０１の内周壁１０４に密着し続ける。

すなわち、このシールリング１０６は、摩耗するにつれて拡径する。シールリング１０６が拡径すると、合口１０５における隙間の周方向の長さ（合口寸法Ｌ）が大きくなってしまう（図６（ｂ）、（ｃ）参照）。つまり、弁体１０２の作動回数が大きくなる（シールリング１０６が摩耗する）につれて、合口寸法Ｌが大きくなる（図４（ａ）破線参照）。

そして、弁体１０２が還流路を閉じた状態でも合口１０５から流体が漏れ出るため、合口寸法Ｌが大きくなると、弁漏れ量（弁体１０２が還流路を閉じた状態で弁体１０２の上流から下流へ流体が漏れ出る量）が大きくなってしまう。つまり、弁体１０２の作動回数が大きくなるにつれて、弁漏れ量が大きくなってしまう（図４（ｂ）破線参照）。

特開２００７−６４２７７号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、流体制御弁において、シールリングの摩耗を少なくするとともに、耐久後の弁漏れ量を低減することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の流体制御弁は、内部に流体流路を形成するノズルと、ノズル内に収容されて、流体流路を開閉あるいは流体流路の流路面積を可変させるとともに、外周に環状溝が形成されたバタフライバルブと、環状溝に装着されてノズルの内周壁との環状隙間をシールするとともに、周方向の１箇所に合口を有する金属製のシールリングとを備える。

そして、シールリングは、拡径方向への付勢力を生じない自然状態で、ノズルの内周壁と当接するように、ノズルの内周壁とバタフライバルブとの間に組み付けられている。

これによれば、付勢力によってシールリングの外周面がノズルの内周壁に押しつけられることはないため、従来と比較してバタフライバルブの開閉動作によるシールリングの摩耗は少なくなる。
また、このシールリングは、外周面が摩耗したとしても拡径しないため、バタフライバルブの開閉動作の作動回数が所定以上となる耐久後においても、シールリングの合口寸法に変化がなく、合口からの弁漏れ量が多くなることはない。すなわち、耐久後の弁漏れ量を従来と比較して低減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の流体制御弁は、シールリングが、ノズルの内径と同じ内径の治具に嵌められた状態で、熱処理することにより形成される。

これによれば、拡径方向への付勢力がなくても、シールリングの外径形状の部品精度によって、シールリングの密閉性を確保することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の流体制御弁は、合口をなすシールリングの両端が、径方向に重なるとともに、板厚方向に重なっている。
これによれば、耐久後の弁漏れ量だけではなく、合口からの初期の弁漏れ量も低減することができる。

排気ガス再循環バルブの全体構成図である（実施例１）。図１の要部拡大図である（実施例１）。（ａ）はシールリングの正面図であり、（ｂ）は弁体とノズルとの間にシールリングを装着した状態を示す正面図である（実施例１）。（ａ）は合口寸法と弁体の作動回数との相関を示す相関図であり、（ｂ）は弁漏れ量と弁体の作動回数との相関を示す相関図である（実施例１）。（ａ）はシールリングの両端部の形状を説明する図であり、（ｂ）はシールリングの合口を示す図である（実施例２）。（ａ）はシールリングの正面図であり、（ｂ）は弁体とノズルとの間にシールリングを装着した状態を示す正面図であり、（ｃ）は（ｂ）の状態からシールリングが摩耗した状態を示す正面図である（従来例）。

本発明を実施するための形態の流路制御弁は、内部に流体流路を形成するノズルと、ノズル内に収容されて、流体流路を開閉あるいは流体流路の流路面積を可変させるとともに、外周に環状溝が形成されたバタフライバルブと、環状溝に装着されてノズルの内周壁との環状隙間をシールするとともに、周方向の１箇所に合口を有する金属製のシールリングとを備える。

〔実施例１の構成〕
実施例１の流路制御弁の構成を、図１〜図４を用いて説明する。
実施例１の流路制御弁は、内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関への吸入空気に混入させる排気ガス再循環装置に適用され、吸入空気に混入させる排気ガスの流量を調整する排気ガス再循環バルブ１である。

排気ガス再循環装置は、内燃機関からの排気ガスを排出するための排気管と、内燃機関へ吸入空気を供給するための吸気管とを接続する還流管を有し、排気ガス再循環バルブ１は還流管の途中に配設されている。

排気ガス再循環バルブ１は、還流管の途中に接続されるハウジング２と、ハウジング２に収容される弁体３と、弁体３を支持するシャフト４と、シャフト４を駆動する電動アクチュエータ（図示せず）とを備える。

ハウジング２は、内部に還流路７を形成しており、ハウジング２の内壁には円筒状のノズル８が固定されている。そして、ノズル８の内周壁が、還流路７の流路壁面の一部をなす。なお、ハウジング２は、アルミニウム合金のダイカストにより所定の形状に形成されており、ノズル８は、高温に強い耐熱材料（例えば、ステンレス鋼）によって形成されている。

弁体３は、円板状を呈したバタフライ型バルブであり、シャフト４の回動に伴って回動する。弁体３の回動に応じて、還流路７の開口面積が可変し、還流路７の開口面積が可変することで吸気管の吸入空気に混入させる排気ガスの流量の調整がなされる（なお、図１は、弁体３が還流路７を閉じた状態（閉弁時）を示している）。

シャフト４は、ノズル８の内部に弁体３を支持し、弁体３に電動アクチュエータからの駆動力を伝達する。なお、本実施例では、シャフト４の回動中心軸が、ノズル８の軸線方向に対して傾斜して設けられている。そして、シャフト４の反弁体側は、ブッシング９またはボールベアリング等の軸受部材、および、ゴムシール等のオイルシール１０またはパッキンを介して、ハウジング２に回転可能に保持されている。

電動アクチュエータは、例えば、通電により回転動力を発生する電動モータと、この電動モータの回転トルクを増幅して弁軸に伝達する減速装置と、弁体３を初期開度（例えば閉弁位置）へ戻すリターンスプリングとを有する。

〔実施例１の特徴〕
実施例１の排気ガス再循環バルブ１は、弁体３の外周とノズル８の内周壁１３との間の環状隙間を閉塞するシールリング１４を備えている。
弁体３の外周に、外周全周に亘る溝（環状溝１５）が形成されており、シールリング１４は、この環状溝１５の内部に嵌め込まれる。なお、シールリング１４と環状溝１５との間には、径方向の隙間１６及び板厚方向の隙間１７が形成されている。
そして、弁体３をシールリング１４とともに、ノズル８内に組み付けることにより、弁体３の外周とノズル８の内周壁１３との間にシールリング１４が組み付けられる。

シールリング１４は、ステンレス等の金属材料によって形成された断面が四角形状の線材を円環状に設けたものであり、周方向の１箇所に切り欠き（合口２０）が設けられている。
すなわち、シールリング１４は、合口２０により周方向に分離されている。合口２０をなすシールリングの両端（端部２１、端部２２）は、それぞれ径方向に略平行な平面を有しており、端部２１と端部２２との間に周方向の隙間が形成され、全体としてＣ字状を呈している。

シールリング１４は、ノズル８の内径と同じ内径の治具に嵌めた状態で、熱処理をして応力除去することによって、ノズル８の内径と略同じ外径時には、張力（拡径方向への付勢力）を生じない自然状態となるように形成されている（図３（ａ）参照）。

このため、シールリング１４の外周面がノズル８の内周壁１３に当接している状態（弁体３が還流路７を閉じている状態（閉弁時））においても、シールリング１４は縮径することなく、張力のない状態となる（図３（ｂ）参照）。
すなわち、シールリング１４は張力のない状態でノズル８の内周壁１３に当接して、弁体３とノズル８との間をシールする。

〔実施例１の作用効果〕
実施例１の排気ガス再循環バルブ１は、シールリング１４が張力のない状態でノズル８の内周壁１３に当接して、弁体３とノズル８との間をシールする。
これによれば、張力によってシールリング１４の外周面がノズル８の内周壁１３に押しつけられることはないため、従来と比較して弁体３の開閉動作によるシールリング１４の摩耗は少なくなる。

なお、シールリング１４が摩耗していない状態での弁漏れ量を初期の弁漏れ量とすると、金属製のシールリング１４の場合、張力と初期の弁漏れ量には有意な相関関係がないことが実験で明らかとなっている。従って、本実施例のシールリング１４は、張力のない状態でノズル８の内周壁１３に当接するからといって、初期の弁漏れ量が従来のシールリング１０６よりも大きくなるわけではない。なお、弁漏れ量とは、閉弁時に弁体３の上流から弁体３の下流へ流体が漏れ出る量である。

また、このシールリング１４は、外周面が摩耗したとしても拡径しないため、弁体３の開閉動作の作動回数が所定以上となる耐久後においても、シールリング１４の合口寸法Ｌに変化がない（図４（ａ）実線参照）。すなわち、耐久後においても、合口寸法Ｌは変わらず、組み付け時（図３（ｂ）参照）とほぼ同じ状態を保つ。

しかし、従来の張力のあるシールリング１０６の場合、作動回数が増えると、合口寸法Ｌが増加する（図４（ａ）破線参照）。このため、従来のシールリング１０６の場合、作動回数が増えると、弁漏れ量が増加する（図４（ｂ）破線参照）。

一方、本実施例のシールリング１４は、作動回数が増えても、合口寸法Ｌが変化しないため、合口２０からの弁漏れ量が増加せず、全体としての弁漏れ量も従来のシールリング１０６のように急増することはなく、耐久後の弁漏れ量を従来と比較して低減することができる（図４（ｂ）実線参照）。

また、本実施例のシールリング１４は、ノズル８の内径と同じ内径の治具に嵌めた状態で、熱処理することにより形成される。
これによれば、拡径方向への張力がなくても、シールリング１４の外径形状の部品精度によって、シールリング１４の密閉性を確保することができる。

〔実施例２の構成〕
実施例２の排気ガス再循環バルブ１の構成を、実施例１とは異なる点を中心に、図５を用いて説明する。
実施例２の排気ガス再循環バルブ１は、合口２０をなすシールリングの両端（端部２１、端部２２）が、径方向に重なるとともに、板厚方向に重なっている。

すなわち、端部２１は、断面四角形状の線材を四角断面の対角線に沿ってカットされたカット面２５を有して、断面三角形状を呈している（図５（ａ）参照）。また、端部２２は、端部２１のカット面に対向する位置にカット面２６が生じるように、四角断面の対角線に沿ってカットされた、断面三角形状を呈している。
そして、カット面２５とカット面２６とを重ね合わせるとともに、端部２１の周方向の先端面２７と端部２２の根元側の端面２８との間、及び、端部２２の周方向の先端面２９と端部２１の根元側の端面３０との間に隙間を生じさせることによって、シールリング１４の合口２０が形成されている（図５（ｂ）参照）。

ここで、板厚方向とは、閉弁時にノズル８の軸方向（還流路７の流路方向）となる方向である（図１参照）。
このため、径方向且つ板厚方向に端部２１と端部２２が重なることにより、シールリング１４が摩耗していない状態においても、閉弁時に合口２０が還流路７の流路方向に対して開口しなくなるため、合口２０からの初期の弁漏れ量を低減できる。
また、実施例１と同様に、シールリング１４は張力のない状態でノズル８の内周壁１３に当接して、弁体３とノズル８との間をシールするため、耐久後の弁漏れ量も低減できる。

〔変形例〕
本発明の実施態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例１のシールリング１４は、ノズル８の内径と同じ内径の治具に嵌めた状態で、熱処理することにより形成されていたが、シールリング１４を外径研磨により形成することもできる。これにより、張力がなくても、シールリング１４の外径形状の部品精度によって、シールリング１４の密閉性を確保することができる。なお、実施例１のような熱処理による方法の方が、低コスト且つ簡易な工程によりシールリング１４を高精度に形成できるため好ましい。

また、実施例１、２の流体制御弁は排気ガス再循環バルブ１であったが、バタフライ型の弁体を用いた様々な流体制御弁に本発明を適用することができる。

１排気ガス再循環バルブ
２ハウジング
３弁体（バタフライバルブ）
７還流路（流体流路）
８ノズル
１３ノズルの内周壁
１４シールリング
１５環状溝
２０合口

Claims

内部に流体流路を形成するノズルと、
前記ノズル内に収容されて、前記流体流路を開閉あるいは前記流体流路の流路面積を可変させるとともに、外周に環状溝が形成されたバタフライバルブと、
前記環状溝に装着されて前記ノズルの内周壁との環状隙間をシールするとともに、周方向の１箇所に合口を有する金属製のシールリングと
を備える流体制御弁であって、
前記シールリングは、拡径方向への付勢力を生じない自然状態で、前記内周壁と当接するように、前記内周壁と前記バタフライバルブとの間に組み付けられていることを特徴とする流体制御弁。
請求項１に記載の流体制御弁において、
前記シールリングは、前記ノズルの内径と同じ内径の治具に嵌めた状態で、熱処理することにより形成されることを特徴とする流体制御弁。
請求項１または２に記載の流体制御弁において、
前記合口をなす前記シールリングの両端は、径方向に重なるとともに、板厚方向に重なっていることを特徴とする流体制御弁。