JP2017223292A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】リップシールの耐久性を向上させてハウジングと弁軸との間のシール性を維持できる流量制御弁を提供する。【解決手段】流路を備えるハウジングと、流路に設けられる弁座と、弁座に着座可能に設けられる弁体と、弁体が一端部に設けられた弁軸と、弁体を弁座に対して移動させるために弁軸を駆動させるアクチュエータと、ハウジングと弁軸との間を封止してアクチュエータを流路から封止させるリップシール１３と、を有するＥＧＲバルブにおいて、リップシール１３は、筒状の金属により形成される金環２１と、金環２１に保持されるゴム材により形成されるゴム部２２と、を備え、金環２１の内外を連通させる連通穴５１が、金環２１の外側筒状部３１と内側筒状部３３における全面に亘って均等に、複数配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、流体の流量を制御する流量制御弁であって、例えば、ＥＧＲガス（排気還流ガス）の流量を制御する流量制御弁に関するものである。

従来より、エンジンにおいて、ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）が使用されている。このＥＧＲ装置は、エンジンから排出される排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気還流ガス）として吸気系へ再循環させ、外気と混合させて燃焼室へ吸入させる。これにより、燃焼室での可燃混合気の燃焼温度を下げ、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量を少なくすることができる。

ここで、ＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの流量を制御する流量制御弁の一例として、特許文献１には、排気還流バルブが開示されている。この排気還流バルブは、ハウジングに備わる流路に設けられた弁座に着座可能な弁体が一端部に設けられた弁軸と、弁体を弁座に対して移動させるために弁軸を駆動させるアクチュエータと、ハウジングと弁軸との間を封止（シール）するリップシールを有する。

特開２０１５−９４３２８号公報

特許文献１の排気還流バルブに使用されるような従来のリップシールにおいては、筒状の金属により形成される金環（金属環）に対して加硫接着ゴム材を接着して保持させている。そして、このように金環に保持されるゴム材には、その成形性や材料物性（接着性）を向上させるための配合剤が多量に配合されている。配合される配合剤はゴム材より劣化し易いため、リップシールのへたりが生じ易くなるおそれがある。そうすると、リップシールの耐久性が低下して、ハウジングと弁軸との間のシール性を維持できないおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、リップシールの耐久性を向上させてハウジングと弁軸との間のシール性を維持できる流量制御弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一形態は、流路を備えるハウジングと、前記流路に設けられる弁座と、前記弁座に着座可能に設けられる弁体と、前記弁体が一端部に設けられた弁軸と、前記弁体を前記弁座に対して移動させるために前記弁軸を駆動させるアクチュエータと、前記ハウジングと前記弁軸との間を封止して前記アクチュエータを前記流路から封止させるリップシールと、を有する流量制御弁において、前記リップシールは、筒状の金属により形成される金環と、前記金環に保持されるゴム材により形成されるゴム部と、を備え、前記金環の内外を連通させる連通穴が、前記金環の側面部における全面に亘って均等に、複数配置されていること、を特徴とする。

この態様によれば、リップシールの成形時において、金環の連通穴へゴム材が入り込むので、金環にゴム材を保持させることができる。そして、このように金環にゴム材の保持機能が備えられるので、接着性の確保と成形性の向上のためにゴム材に配合剤を配合する必要性が低くなる。そのため、配合剤を廃止または減量させることができる。したがって、リップシールの耐久性を向上させて、ハウジングと弁軸との間のシール性（封止性）を維持できる。

上記の態様においては、前記金環は、当該金環の軸方向の端部に形成される天部を備え、前記天部には前記連通穴が配置されていないこと、が好ましい。

この態様によれば、リップシールをハウジングに圧入するときの金環の強度を確保できる。そのため、安定してリップシールをハウジングに圧入して固定させることができる。

上記の態様においては、前記流路は、排気還流ガスが流れる流路であること、が好ましい。

この態様によれば、排気還流ガスに対するリップシールの耐久性を向上させることができる。そのため、排気還流バルブにおいて、ハウジングと弁軸との間のシール性を維持できる。

本発明の流量制御弁によれば、リップシールの耐久性を向上させてハウジングと弁軸との間のシール性を維持できる。

本実施形態のＥＧＲバルブの断面図である。 リップシールの断面図である。 金環の外観斜視図である。

まず、本実施形態の流量制御弁の一例であるＥＧＲバルブ１（排気還流バルブ）の全体的な構成と作用について説明する。

ＥＧＲバルブ１は、エンジン（不図示）から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気還流ガス）として吸気通路（不図示）へ戻すＥＧＲ通路（不図示）に設けられ、ＥＧＲガスの流量を制御するために使用される。

図１に示すように、ＥＧＲバルブ１は、ポペット弁構造をなし、ＥＧＲガスが流れる流路２を備え、金属材料により形成されるハウジング３と、流路２の中間に設けられた弁座４と、弁座４に着座可能な弁体５と、弁体５が一端部に設けられた弁軸６と、弁体５を弁座４に対して近づく方向および離れる方向に移動させるために、弁軸６と共に弁体５を駆動するためのアクチュエータ７とを備える。アクチュエータ７は、ＤＣモータより構成され、弁軸６と共に弁体５を軸方向へ往復運動（ストローク運動）させるように構成される。

このＥＧＲバルブ１は、弁体５を弁座４に対して移動させて弁座４と弁体５との間の開口面積を変化させることにより、弁体５の開度を変化させて流路２におけるＥＧＲガスの流量を制御するようになっている。この実施形態では、アクチュエータ７の構成の詳しい説明は省略する。

流路２は、ひとつの例として、ハウジング３にて全体が略鉤形に直角に屈曲するように形成される。流路２の両端は、エンジンの排気通路（不図示）からＥＧＲガスが導入される入口２ａと、吸気通路（図示略）へＥＧＲガスが導出される出口２ｂとなっている。弁座４は、ハウジング３とは別体に製造され、流路２の途中に組み付けられる。

図１において、弁軸６は、アクチュエータ７と弁体５との間に設けられ、ハウジング３を垂直に貫通して配置される。弁体５は、弁軸６の下端部に固定され、弁座４に対して当接又は離間するようになっている。ハウジング３と弁軸６との間には、弁軸６をストローク運動可能に支持するために直列に配置された第１スラスト軸受１１と第２スラスト軸受１２が設けられる。各スラスト軸受１１，１２は、略筒形をなし、ハウジング３の中心に形成された組付孔３ａに嵌合されて固定される。

ハウジング３と弁軸６との間には、ハウジング３と弁軸６との間を封止してアクチュエータ７を流路２から封止させるための略円筒状をなすリップシール１３が、第２スラスト軸受１２に隣接して設けられる。リップシール１３はハウジング３に形成された組付孔３ａに直接圧入されており、リップシール１３の中心を弁軸６が貫通している。リップシール１３の下側には、デポガードプラグ１４が設けられる。リップシール１３とデポガードプラグ１４は、組付孔３ａに圧入されて固定される。なお、リップシール１３の詳細は後述する。

図１に示すように、弁体５は、略傘形状をなし、最小外径部５ａと最大外径部５ｂを備えている。最大外径部５ｂは最小外径部５ａよりも流路２の上流側に位置する。弁体５の外周面は、最小外径部５ａから最大外径部５ｂへ向けて外径が徐々に拡大するように傾斜するテーパ部５ｃを有し、最大外径部５ｂは円筒状をなしている。テーパ部５ｃと最大外径部５ｂとの間は段状をなしている。

図１に示すように、弁座４は、その中心に弁孔４ａを備え、弁孔４ａは内周面４ｂを備えている。内周面４ｂは、その軸線方向（図１における上下方向）において上流側内周縁４ｃと下流側内周縁４ｄを含む。また、内周面４ｂは、下流側内周縁４ｄへ向けて内径が徐々に拡大するように傾斜するテーパ状に形成される。

この実施形態で、弁体５は弁孔４ａの内側に配置され、図１に実線で示すように、最大外径部５ｂの付近が弁孔４ａの上流側内周縁４ｃに当接する全閉位置と、図１に２点鎖線で示すように、最大外径部５ｂが上流側内周縁４ｃから最も離間する全開位置との間で弁軸６と共に弁座４の軸線方向へストローク運動可能に設けられる。そして、このＥＧＲバルブ１は、弁体５の低開度域では高分解能（精密）の流量特性を有し、高開度域では大流量の流量特性を有するように設定されている。

次に、リップシール１３について説明する。図２に示すように、リップシール１３は、金環２１とゴム部２２を備えている。

図２と図３に示すように、金環２１は、筒状（略円筒状）の金属により形成されている。詳しくは、金環２１は、外側筒状部３１と天部３２と内側筒状部３３と突出部３４などを備えている。外側筒状部３１は、金環２１の側面部に相当し、内側筒状部３３よりも金環２１の径方向（図２の左右方向）の外側の位置において、円筒状に形成されている。外側筒状部３１は、金環２１の外周面を構成している。そして、本実施形態では、後述するように、この金環２１の外側筒状部３１に、複数の連通穴５１が配置されている。

天部３２は、金環２１の軸方向（図２の上下方向）の端部において、円環状に形成されている。また、内側筒状部３３は、金環２１の側面部に相当し、外側筒状部３１よりも金環２１の径方向の内側の位置において、円筒状に形成されている。突出部３４は、内側筒状部３３から金環２１の径方向の内側に向かって突出して形成されている。そして、本実施形態では、後述するように、この金環２１の内側筒状部３３においても、複数の連通穴５１が配置されている。

ゴム部２２は、ゴム材により形成されている。ゴム部２２は、ゴム材が金環２１に保持されるようにして、筒状（略円筒状）に形成されている。ゴム部２２は、二重筒構造に形成され、リップ部４１と筒状部４２（圧入部）を備えている。リップ部４１は、ゴム部２２における径方向（図２の左右方向）の内側の部分に形成されるシール部であり、弁軸６に接触している（図１参照）。また、筒状部４２は、ゴム部２２における径方向の外側の部分に形成され、ハウジング３の組付孔３ａに圧入されている（図１参照）。

そこで、本実施形態では、リップシール１３のゴム部２２を形成するゴム材に配合する配合剤の廃止や減量を達成するため、金環２１の形状を工夫して金環２１に対するゴム材の接着性を向上させている。具体的には、図２に示すように、リップシール１３において、連通穴５１が、金環２１の外側筒状部３１と内側筒状部３３における全面に亘って均等に、複数配置されている。連通穴５１は、金環２１の内外を連通させる穴であり、詳しくは、外側筒状部３１の内周面と外周面との間を貫通する穴であり、また、内側筒状部３３の内周面と外周面との間を貫通する穴である。そして、隣り合う連通穴５１同士は、例えば金環２１の軸方向および周方向について、一定の間隔を空けながら配置されている。なお、図２に示す例においては、連通穴５１の外形は円形に形成されている。また、外側筒状部３１と内側筒状部３３において、連通穴５１が配置される領域が占める割合は、４割以下とすることが望ましい。

本実施形態では、金環２１の外側筒状部３１において、金環２１の周方向に等間隔を空けて配置される複数の連通穴５１により構成される一列の連通穴群が、金環２１の軸方向について複数列（図３に示す例では、３列）配置されている。そして、金環２１の軸方向に沿って、複数（図３に示す例では、３個）の連通穴５１が配列されている。

そして、このように金環２１に連通穴５１が形成されていることにより、リップシール１３をインサート成形により成形する時において、金環２１の連通穴５１へゴム材が入り込む。そのため、金環２１にゴム材を保持させてゴム部２２を形成することができる。したがって、金環２１に対するゴム材の接着性が向上する。また、金環２１へのゴム材の回り込みも良くなるので、金環２１の全体にゴム材が行き渡り易くなる。そのため、ゴム材の成形性が向上して、ゴム部２２を所望の形状に形成し易くなる。そして、金環２１においてこのようなゴム材の保持機能が備えられるので、接着性の確保と成形性の向上のためにリップシール１３のゴム部２２を形成するゴム材に対して配合剤を配合する必要性が低くなる。

そのため、リップシール１３の配合剤を廃止または減量させることができるので、凝縮水によるゴム部２２の劣化を軽減できる。したがって、流路２を流れるＥＧＲガスから発生する凝縮水に対するリップシール１３のゴム部２２の耐久性（耐酸性や耐アルカリ性）を向上させることができるので、ゴム部２２におけるへたりの発生を抑制できる。ゆえに、リップシール１３の耐久性を向上させて、ハウジング３と弁軸６との間のシール性を維持できる。そして、このようにして、アクチュエータ７を流路２から封止させることができる。

また、天部３２には連通穴５１が配置されていない。すなわち、円環状に形成される天部３２は、全面に亘って金属により形成されている。これにより、リップシール１３をハウジング３の組付孔３ａに圧入するときの金環２１の強度を確保できる。そのため、安定してリップシール１３をハウジング３の組付孔３ａに圧入して固定させることができる。

なお、上記においては、金環２１の外側筒状部３１において、複数の連通穴５１が金環２１の軸方向に沿って配列されていると説明したが、これに限定されず、複数の連通穴５１が金環２１の軸方向に対して傾いた方向に沿って配列されていてもよい。

また、連通穴５１の外形は、円形に形成されることに限定されず、楕円形や多角形（三角形や四角形や五角形など）などに形成されていてもよい。

また、本実施形態の流量制御弁は、ＥＧＲバルブ１以外の弁（例えば、吸気系において吸気の流量を制御するスロットルバルブなど）にも適用可能である。また、金環２１は、メッシュ状に形成されていてもよい。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ ＥＧＲバルブ
２ 流路
３ ハウジング
４ 弁座
４ａ 弁孔
５ 弁体
６ 弁軸
７ アクチュエータ
１３ リップシール
２１ 金環
２２ ゴム部
３１ 外側筒状部
３２ 天部
３３ 内側筒状部
３４ 突出部
４１ リップ部
４２ 筒状部
５１ 連通穴

Claims (3)

1. 流路を備えるハウジングと、
   前記流路に設けられる弁座と、
   前記弁座に着座可能に設けられる弁体と、
   前記弁体が一端部に設けられた弁軸と、
   前記弁体を前記弁座に対して移動させるために前記弁軸を駆動させるアクチュエータと、
   前記ハウジングと前記弁軸との間を封止して前記アクチュエータを前記流路から封止させるリップシールと、を有する流量制御弁において、
   前記リップシールは、筒状の金属により形成される金環と、前記金環に保持されるゴム材により形成されるゴム部と、を備え、
   前記金環の内外を連通させる連通穴が、前記金環の側面部における全面に亘って均等に、複数配置されていること、
   を特徴とする流量制御弁。
2. 請求項１の流量制御弁において、
   前記金環は、当該金環の軸方向の端部に形成される天部を備え、
   前記天部には前記連通穴が配置されていないこと、
   を特徴とする流量制御弁。
3. 請求項１または２の流量制御弁において、
   前記流路は、排気還流ガスが流れる流路であること、
   を特徴とする流量制御弁。

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