JP6025006B1 - エアバイパスバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンがストロークする際のピストンの摺動性能の低下を防止し、同時にピストンがストロークする際にピストンが芯ずれすることを防止するエアバイパスバルブを提供する。【解決手段】内部にコイル２５が収容されたコイルケーシング１２と、コイル２５内に挿入されている可動鉄心２７を有してコイルケーシング１２に覆われているパイロット弁部１３と、孔３５を備えるピストン１６を有してコイルケーシング１２内にはめ込まれているピストン部１４と、から形成されたエアバイパスバルブ１０において、ピストン部１４を構成しているピストンケーシング１５の穴部の縁に突起を設けるエアバイパスバルブ１０とする。【選択図】図１

Description

本発明はエアバイパスバルブ、詳細には自動車の内燃機関用ターボチャージャ（過給装置）に設置されて排気ガスを逃がす弁体（バルブ）に関するものである。

従来、自動車の内燃機関用の過給装置に設けられているエアバイパスバルブとしては特許文献１および２に開示されているように過給装置の吸気側の通路１４（特許文献１に記載されている符号を示す。以下、同じ）と排気側の通路１２との間のバイパス通路８内に配置されている。また、この種のエアバイパスバルブ１は、電磁弁４と、ニューマチック式に操作可能な弁閉鎖体１０を有するバイパス弁２と、制御圧室２４とを有している。そして、エアバイパスバルブ１は、電磁弁４への通電によってバイパス弁２の開放過程中に過給装置の排気側の通路１２と吸気側の通路１４との間に制御圧室２４を介して流体の接続が形成できることが特許文献１および２に説明されている。

国際公開第ＷＯ２０１１／１５７４５７号パンフレット 国際公開第ＷＯ２０１１／１５７５２１号パンフレット

しかしながら、特許文献１においては、その弁閉鎖体１０（以下、ピストンという）の長さが所定長さ以上の場合には、ピストンが繰り返して摺動することでピストンの軸方向における軸ずれ（芯ずれ）が発生する場合がある。その結果、ピストンが特許文献１および２に示す過給装置の排気側の通路１２を完全に閉塞できず、パッキンなどのシール部材によるシール不良が発生する問題があった。

そのようなピストンの軸方向における芯ずれを防止するには、そのピストンの長さに応じてピストンの周囲をガイドする部品を設けることができる。具体的には、そのピストンをガイドする部品（以下、ピストンケーシングという）を、そのピストンの周囲全体に渡って、かつそのピストンの長さに応じた長さ分だけ設ける。

しかし、ピストンがストロークする際にそのピストンとピストンケーシングとの間の摩擦によって、（ピストンがストロークする時の）摺動抵抗が発生し、ピストンの摺動性能が低下するという問題が発生していた。

そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明はピストンがストロークする際のピストンの摺動性能の低下を防止し、同時にピストンがストロークする際にピストンが芯ずれすることを防止するエアバイパスバルブを提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明のエアバイパスバルブは、内部にコイルが収容されたコイルケーシングと、コイル内に挿入されている可動鉄心を有してコイルケーシングに覆われているパイロット弁部と、孔を備えるピストンを有してコイルケーシング内にはめ込まれているピストン部と、から主に構成するバルブとした。その上で、ピストン部は、ピストンと、ピストン内に収容されている第１のバネと、ピストンの外周を覆い、穴部を有するピストンケーシングと、を有している。

また、パイロット弁部は、中空円筒状のボビンに銅線が巻かれたコイルと、コイルの内径部の一端側に挿入された固定鉄心と、コイルの内径部の他端側に挿入されて両端部に凹部を有する可動鉄心と、コイルの内径部と可動鉄心との隙間に挿入されているヨークと、可動鉄心の一端側の凹部に収容された第２のバネと、可動鉄心の他端側の凹部に収容された鋼球と、可動鉄心の他端側に向かい合うように配置されている弁座と、貫通穴を有し、弁座および鋼球を内部に収容するシートホルダと、を有している。そして、前述のピストンケーシングの穴部の縁には突起を設ける。

前述のシートホルダとピストンケーシングとの隙間は、シール部材を用いてシーリングされている。このシール部材が樹脂製である場合、その線膨張係数は通常ピストンケーシングよりも大きい。そのため、エアバイパスバルブの周辺温度が例えば２２０℃のような比較的に高温の雰囲気になると、ピストンケーシングは膨張し、シール部材はそれ以上に膨らもうとする。この時、シール部材はピストンケーシングの形状にしたがう（ならう）ことでシール性能を保持する。しかし、高温の雰囲気下においてシール部材の外径はピストンケーシングの形状に合わせてクリープ変形が進む。

そのため、エアバイパスバルブの周辺温度が高温から常温に戻った時、ピストンケーシングとシール部材の互いの線膨張係数の違いにより、シール部材の収縮量とピストンケーシングの収縮量の間に差が発生する。その結果、ピストンケーシングとシール部材とのはめ合い部分には、当初存在しなかった隙間が発生する。その隙間によりピストンケーシングとシール部材との間からガスの漏れが発生し、ひいてはバルブボディに対するエアバイパスバルブのシール性能が低下する場合がある。

そこで、本発明のエアバイパスバルブは、ピストンとピストンケーシングとの間にシール部材を設けて、シートホルダによりそのシール部材を固定する。

また、エアバイパスバルブが過給装置に設置される環境下では、エアバイパスバルブ内外を出入りするガス中に油分が含まれる場合が多い。そのため、ガス中に含まれる油分がピストンに付着すると、その油分がピストンの底部を伝わる。その結果、ピストンの底部に設けられた孔が油分によって目詰りし、ピストンの動作不良を起こす場合がある。そこで、本発明のエアバイパスバルブは、ピストン底部に設ける孔の周辺を突起状に形成する（ふくらみを設ける）こともできる。

本発明のエアバイパスバルブは、前述したようにピストンケーシングの底部の穴の縁に複数の突起を設けて、かつピストンとピストンケーシングとの間にシール部材を設けて、シートホルダによりシール部材を固定する構造とした。この構造により、ピストンがストロークする際にそれらの突起はその長さ分だけピストンをガイドする役割を果たす。そのため、ピストンがストロークする際にピストンの摺動性能の低下を防止する。同時に、それらの突起がピストンの周囲をガイドする役割を果たすので、ピストンがストロークする際にピストンが芯ずれすることを防止する。その結果、ピストンが下死点まで下降する際のピストンと過給装置の一部品であるバルブボディとのシール（密閉）機能も維持できる。

また、この構造により、エアバイパスバルブ周辺の温度が比較的に高温になってもシートホルダとシール部材との嵌め合い部分のシール機能が維持できる。そのため、シール部材やピストンケーシングが互いに熱膨張や熱収縮を起してもシール部材の外側からガスが出入りすることを防ぐことができる。

さらに、本発明のエアバイパスバルブは、ピストンの底部に設けた孔の周辺を外側に向けて突起状に形成する構造により、その孔からピストン室内へ向けて油や異物（コンタミ）が浸入することを防ぐ。その結果、油や異物によってピストンの孔が詰まることはなく、その孔を出入りするガスの流通が確保できるのでピストンがストロークする応答性能を維持できる。

本発明の実施の形態に係るエアバイパスバルブ１０の概略構造を示す縦断面図である。 図１に示すＡ部分の拡大詳細図である。 図１に示すエアバイパスバルブ１０のピストン１６側から見た場合の斜視図である。 図１および図３に示すピストン１６を上方から見た全体斜視図である。 図４に示すピストン１６とは異なる別形態のピストン１６Ａの下方から見た全体斜視図である。

以下、本発明の実施の形態に係るエアバイパスバルブについて、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るエアバイパスバルブ１０の概略構造を示す縦断面図である。図１に示すように、エアバイパスバルブ１０は、内部にコイル２５を収容したコイルケーシング１２と、その円筒状のコイル２５内に挿入されている可動鉄心（プランジャ）２７を備えたパイロット弁部１３と、孔３５を有する有底状のピストン１６を備えて前述のコイルケーシング１２内にはめ込まれているピストン部１４を主たる部品として構成される。

まず、パイロット弁部１３の構成について説明する。パイロット弁部１３は、コイルケーシング１２に覆われており、コイル２５を中心にして形成されている。コイル２５は、両端につばを有する中空円筒状のボビン２４に銅線が巻かれた部品である。このコイル２５の内径部、すなわちボビン２４の内径部の一端側には固定鉄心２３の一部が挿入されている。そして、ボビン２４の内径部の他端側には可動鉄心２７の一部が挿入されている。固定鉄心２３は、つばを有し、断面がほぼＵ字形状である。また、可動鉄心２７は両端に凹部を備えた形状である。そして、ボビン２４の内径部と可動鉄心２７との隙間にはヨーク２６が挿入されている。

可動鉄心２７の一端側にある凹部には第２のバネ２８が収容されており、第２のバネ２８は固定鉄心２３の端部で押さえ付けられている。また、可動鉄心２７の他端側（第２のバネ２８が収容されている凹部とは反対側）にも、前述したように別の凹部３６が設けられている。その別の凹部３６と対向する位置には貫通穴３８を有する弁座３０が配置されている。そして、可動鉄心２７の他端側に設けられた凹部３６と弁座３０の貫通穴３８とにより鋼球３１をその両側から挟みこんでいる。

弁座３０には、後述するシートホルダ２９に形成された貫通穴３７に接続する貫通穴３８が前述したように設けられている。鋼球３１は、パイロット弁部１３のシール部材として機能する。このため、鋼球３１は可動鉄心２７の一端側に形成された凹部３６に挿入後、可動鉄心２７に圧入またはカシメで一体化されて、鋼球３１が抜け落ちない構造となっている。弁座３０のシール形状は断面が円錐形または半球状に形成されていて、鋼球３１の球面と弁座３０の内周面との接触部分が線状になる。そのため、鋼球３１と弁座３０との接触部分はシール性能が良く、異物の侵入に対しても効果がある。

また、弁座３０、鋼球３１および可動鉄心２７の一部は、凹部を備えたシートホルダ２９に収容されている。このシートホルダ２９には、その凹部から分岐する形で第１のドレンポート１８が設けられており、その第１のドレンポート１８はさらに第２のドレンポート２２に接続し、最終的にはエアバイパスバルブ１０外へつながっている。なお、鋼球３１の直径に対する弁座３０に形成された貫通穴３８の穴径の比は、０．５〜０．７５の範囲に設定することが好ましい。

次に、ピストン部１４の構成について説明する。ピストン部１４は、孔３５を有する有底状のピストン１６を中心に形成されている。そのピストン１６の外周を覆うピストンケーシング１５と前述のシートホルダ２９とが結合し、一体化した状態でコイルケーシング１２の内周面にはめ込まれている。また、ピストン１６の内部であるピストン室３９内には、第１のバネ１９が収容されている。これにより、シートホルダ２９の貫通穴３７と、ピストン室３９と、ピストン１６の孔３５とが互いに空間的につながっている。

図２は、図１に示すＡ部分の拡大詳細図である。ピストンケーシング１５とピストン１６とシートホルダ２９との嵌め合い部分は、図２に示すように断面形状がＬ字状のシール部材５２が設置されている。シール部材５２の軸方向の内側はピストン１６の外周面に接触しており、シール部材５２の上下面の一部をシートホルダ２９およびピストンケーシング１５により挟み込んでいる。この構成により、エアバイパスバルブ１０の周囲温度が変化してもシール部材５２とピストンケーシング１５との熱収縮性の違いによってシール部材５２の外部からガスの出入りを防ぐことができる。

図３は、図１に示すエアバイパスバルブ１０のピストン１６側から見た場合の斜視図である。ピストン１６は、図３に示すようにピストンケーシング１５の内側にはめ込まれており、図３に示す両端矢印の方向にピストンケーシング１５に沿って自在に摺動できる。ピストン１６は、このピストンケーシング１５の穴部の縁に形成された突起２１によりガイドされている。

この突起２１は、図３に示すようにピストンケーシング１５の穴部の縁の円周方向に複数個、少なくとも３個以上設ける。この構造により、ピストン１６の摺動不良や芯ズレを防止して、バルブとしての応答性能を維持できる。なお、突起２１の内側はピストン１６側と接触する内径側の摺動抵抗を低減するためにＲ形状に形成することもできる。

また、図１および図３に示すように、ピストン１６の孔３５は軸方向の片側周辺（特に外側）を突起状に形成する（膨らみをもたせる）。そのことでピストン１６の外側から伝わる油分が孔３５内に浸入しがたい構造となり、孔３５における目詰まりを防ぐことができる。

また、図１および図３に示すピストン１６を上方（先端部側）から見た全体斜視図を図４に示す。ピストン１６の先端部（図４の紙面上で上部）の縁には、図４に示すようにピストン１６の径方向に切欠き１６ｄを複数箇所に設けることもできる。この構造により、エアバイパスバルブ１０のピストン１６がストロークエンドした時（図１に示すピストン１６が最も上方位置まで移動した状態）においても、切欠き１６ｄを介してピストン室３９の内外でガスが出入りできるので、バルブとしての応答性能の遅れを防止できる。

図４に示すようにピストン１６の径方向に切欠き１６ｄを所定の距離（間隔）を空けて２箇所設けることで、２箇所の切欠き１６ｄ、１６ｄの間に爪部１６ｃを形成することもできる。この爪部１６ｃをピストン１６の先端部の縁に形成することにより、ピストン１６をワンタッチ（一工程）でピストンケーシング１５内に嵌め込むことができるので、エアバイパスバルブ１０の組立工程が簡易になる。

さらに、図４に示すピストン１６とは別形態のピストン１６Ａを下方側から見た斜視図を図５に示す。ピストン１６Ａが図４に示すピストン１６と異なる点は、図５に示すようにピストン１６Ａの底部の縁に段差１６ｂを設けた点である。この段差１６ｂをピストン１６Ａに設けることにより、エアバイパスバルブ１０の外部から異物が進入することを防止する役割がある。

すなわち、図４に示すピストン１６では図１に示すようにバルブボディ１１と接触した時にピストン１６の底面とバルブボディ１１内の通路とが互いに接触する。接触する形態が面同士の場合、その面に異物を挟み込むリスクが高くなり、もし異物がその接触面に挟み込まれると、ピストン１６とバルブボディ１１との間のシール性能が低減する。

そこで、図５に示すピストン１６Ａではその底部の縁形状を段差形状にすることで、ピストン１６Ａとバルブケース１１とが接触する場合には、その接触形態が線接触になる。その結果、それらの接触部分で異物を挟み込むリスクが低減し、上記のシール性能を維持できる。

本実施の形態に係るエアバイパスバルブ１０は基本的には以上のように構成される。次に、エアバイパスバルブ１０の動作について説明する。外部電源からエアバイパスバルブ１０のパイロット弁部１３に通電されると、可動鉄心（プランジャ）２７はコイル２５に発生する電磁力によって図１の紙面上で上方へ移動する。可動鉄心２７が上方へ移動すると、可動鉄心２７の凹部３６にはめ込まれて一体となった鋼球３１が弁座３０から離れる。その結果、ピストン室３９とシートホルダ２９の貫通穴３７と第１のドレンポート１８が互いに接続される。

ピストン室３９内の圧力はバルブボディ１１の吸気通路３３内の圧力よりも高く、ピストン室３９内のガスは第１のドレンポート１８および第２のドレンポート２２を経由してバルブボディ１１の吸気通路３３へ排出される。このとき、ピストン室３９内へはピストン１６の孔３５を通過してバルブボディ１１の排気通路３４のガスが流入する。

本発明のエアバイパスバルブ１０はピストン１６の孔３５の断面積よりも、可動鉄心２７のストロークと弁座３０の貫通穴３８によって定まるパイロット弁部１３が開口している面積の方が広くなる設計となっている。そのため、バルブボディ１１の排気通路３４側からピストン室３９内にその孔３５を通って流入するガスの量よりも、ピストン室３９内からバルブボディ１１の吸気通路３３側へ流出するガスの量の方が多くなる。

したがって、ピストン室３９内の圧力は低下し、ピストン室３９内とバルブボディ１１の排気通路３４内の圧力差によってピストン１６の上方への力が発生する。このため、ピストン１６はバルブボディ１１より離れることで、バルブボディ１１の排気通路３４と吸気通路３３とが空間的に接続される。

これに対して、パイロット弁部１３が非通電の場合には、パイロット弁部１３の電磁力は無くなり（消失し）、第２のばね２８の弾性力によって可動鉄心２７は図１で示すように下方側に移動し、可動鉄心２７と一体化された鋼球３１が弁座３０と接触する。これによって、ピストン室３９と第１のドレンポート１８は遮断される。

その結果、バルブボディ１１の排気通路３４内のガスが、ピストン１６の孔３５を通ってピストン室３９内に流入し、排気通路３４の圧力とピストン室３９内の圧力は同じになる。その結果、第１のばね１９の弾性力によりピストン１６は図１で示すように下方に移動し、ピストン１６の底面はバルブケース１１と接触する。

なお、図５に示すピストン１６Ａの下面や弁座３０とシートホルダ２９の凹面との間には、異物の侵入を防止するためにフィルタを装着することもできる。そのフィルタを図５に示すピストン１６Ａに装着する際には、超音波溶着により固定することができる。

また、そのフィルタを弁座３０と一体化する場合には、カシメやインサート成形により固定できる。もしくは、そのフィルタを弁座３０と分離して、超音波溶着を用いてシートホルダ２９の底面にそのフィルタを固定することもできる。

１０ エアバイパスバルブ
１１ バルブボディ
１２ コイルケーシング
１３ パイロット弁部
１４ ピストン部
１５ ピストンケーシング
１６、１６Ａ ピストン
１６ｂ ピストン１６Ａの段差
１６ｄ ピストン１６、１６Ａの切欠き
１８ 第１のドレンポート
１９ 第１のバネ
２１ 突起
２２ 第２のドレンポート
２３ 固定鉄心
２４ ボビン
２５ コイル
２６ ヨーク
２７ 可動鉄心（プランジャ）
２８ 第２のバネ
２９ シートホルダ
３０ 弁座
３１ 鋼球
３３ バルブボディ１１の吸気通路
３４ バルブボディ１１の排気通路
３５ ピストン１６、１６Ａの孔
３６ 可動鉄心２７の凹部
３７ シートホルダ２９の貫通穴
３８ 弁座３０の貫通穴
３９ ピストン室
５２ シール部材

Claims (2)

1. 内部にコイルが収容されたコイルケーシングと、
   前記コイル内に挿入されている可動鉄心を有して前記コイルケーシングに覆われているパイロット弁部と、
   底部に孔を備えるピストンを有して前記コイルケーシング内にはめ込まれているピストン部と、
   から形成されたエアバイパスバルブであって、
   前記ピストン部は、
   前記ピストンと、
   前記ピストン内に収容されている第１のバネと、
   前記ピストンの外周を覆う穴部を有するピストンケーシングと、
   を有しており、
   前記パイロット弁部は、
   中空円筒状のボビンに銅線が巻かれた前記コイルと、
   前記コイルの内径部の一端側に挿入された固定鉄心と、
   前記コイルの内径部の他端側に挿入されて両端部に凹部を有する前記可動鉄心と、
   前記コイルの内径部と前記可動鉄心との隙間に挿入されているヨークと、
   前記可動鉄心の一端側の凹部に収容された第２のバネと、
   前記可動鉄心の他端側の凹部に収容された鋼球と、
   前記可動鉄心の他端側に向かい合うように配置されている弁座と、
   貫通穴を有し前記弁座および前記鋼球を内部に収容するシートホルダと、
   を有しており、
   前記ピストンケーシングの穴部の縁には突起が設けられて、かつ前記ピストンと前記ピストンケーシングとの間にはシール部材が設けられており、前記シール部材は前記シートホルダにより固定されていることを特徴とするエアバイパスバルブ。
2. 内部にコイルが収容されたコイルケーシングと、
   前記コイル内に挿入されている可動鉄心を有して前記コイルケーシングに覆われているパイロット弁部と、
   底部に孔を備えるピストンを有して前記コイルケーシング内にはめ込まれているピストン部と、
   から形成されたエアバイパスバルブであって、
   前記ピストン部は、
   前記ピストンと、
   前記ピストン内に収容されている第１のバネと、
   前記ピストンの外周を覆う穴部を有するピストンケーシングと、
   を有しており、
   前記パイロット弁部は、
   中空円筒状のボビンに銅線が巻かれた前記コイルと、
   前記コイルの内径部の一端側に挿入された固定鉄心と、
   前記コイルの内径部の他端側に挿入されて両端部に凹部を有する前記可動鉄心と、
   前記コイルの内径部と前記可動鉄心との隙間に挿入されているヨークと、
   前記可動鉄心の一端側の凹部に収容された第２のバネと、
   前記可動鉄心の他端側の凹部に収容された鋼球と、
   前記可動鉄心の他端側に向かい合うように配置されている弁座と、
   貫通穴を有し前記弁座および前記鋼球を内部に収容するシートホルダと、
   を有しており、
   前記ピストンケーシングの穴部の縁には突起が設けられて、かつ
   前記ピストンの前記孔の周辺が突起状に形成されていることを特徴とするエアバイパスバルブ。

Images