JP6277908B2

JP6277908B2 - バルブ装置

Info

Publication number: JP6277908B2
Application number: JP2014160741A
Authority: JP
Inventors: 岳大菅原; 考司橋本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2034-08-06
Also published as: JP2016037886A; DE102015112185B4; DE102015112185A1

Description

本発明は、流体通路を成す通路壁面に水が付着する可能性のあるバタフライ型のバルブ装置に関する。

流体通路を成す通路壁面に水が付着する可能性のあるバタフライ型のバルブ装置の一例として、吸気通路（流体通路の一例）に配置される吸気絞り弁やスロットルバルブなどが知られている。
吸気通路では、吸気中の水蒸気が通路壁面で凝縮して通路壁面に凝縮水として付着する場合がある。
また、吸気通路へＥＧＲガス（排気ガスの一部）が戻されると、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気（燃焼により生じた水分）が通路壁面で凝縮して通路壁面に凝縮水として付着する場合がある。

このように通路壁面に付着した凝縮水は、重力により吸気通路の下側へ向かうとともに、吸気通路を通過する吸気の流れによって下流側へ流される。

（問題点）
吸気通路内で開口するシャフト穴開口部（ハウジングに設けられるシャフトの挿通穴のうち、流体通路に開口する箇所）が、車両搭載状態（使用状態）において、吸気通路の水平中心より地側に配置される場合がある。
すると、吸気通路の下側を通過する凝縮水が、シャフト穴開口部へ入る可能性が高まる。

シャフトの挿通穴の内部には、シャフトと挿通穴の隙間を塞ぐゴム製のオイルシールが配置されている。このため、凝縮水が高い頻度でシャフト穴開口部から挿通穴へ浸入すると、オイルシールの劣化を招き易くなり、シール不良を発生して気密漏れが生じる懸念がある。

（参考技術）
「先行技術文献の図４」には、凝縮水の氷結によりバルブが固着するのを防ぐ目的で、吸気通路の下部に傾斜溝を設ける技術が開示されている。
この技術は、シャフト穴開口部の上流側と下流側の両方に、独立した傾斜溝を設けるものであり、シャフト穴開口部が設けられる箇所には、２つの傾斜溝を分断する分断壁が設けられる。

上記先行技術文献の技術は、吸気の流れや車両の傾斜等により、上流側の傾斜溝と分断壁の角部に凝縮水が溜まる。そして、「溜まった凝縮水がある量を超えた場合」や「車両の振動」等を受けると、角部の凝縮水が分断壁を乗り越える。すると、分断壁を乗り越えた凝縮水が挿通穴へ浸入してしまい、オイルシールの劣化を招いて、気密漏れが生じる懸念がある。

特開２０１１−２３１６４６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、「流体通路内で発生した液体」や「流体通路内に浸入した液体」が流体通路の下側にて開口するシャフト穴開口部から挿通穴へ浸入するのを阻止できるバルブ装置の提供にある。

本発明のバルブ装置は、通路壁面の下側に、シャフト穴開口部の上流側（流体通路を通過する流体の流れ方向の上流側）から下流側（流体通路を通過する流体の流れ方向の下流側）に向かって連続する１つまたは複数の溝（流体の流れ方向に沿う溝）を設けて、この溝により「流体通路内で発生した液体」や「流体通路内に浸入した液体」をシャフト穴開口部の上流側から下流側へ流す。これにより、液体が挿通穴へ浸入するのを阻止することができるため、シャフトの挿通穴に設けられるオイルシール等の劣化を防ぐことができ、バルブ装置の信頼性を高めることができる。

（ａ）車両搭載時における低圧ＥＧＲバルブユニットの説明図、（ｂ）本発明を適用していない吸気絞り弁の要部断面図、（ｃ）本発明を適用していない吸気絞り弁の要部断面図である（実施例１）。図１（ｃ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である（実施例１）。図１（ｃ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である（実施例１）。シャフト穴開口部の周辺箇所における通路壁面の説明図である（実施例１）。シャフト穴開口部の周辺箇所における通路壁面の説明図である（実施例２）。シャフト穴開口部の周辺箇所における通路壁面の説明図である（実施例３）。

発明を実施するための形態を以下の実施例において説明する。

本発明を低圧ＥＧＲ装置の吸気絞り弁に適用した具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１〜図４を参照して実施例１を説明する。
この実施例１は、本発明をエンジン吸排気システムにおける低圧ＥＧＲ装置の吸気絞り弁１に適用したものであり、エンジン吸排気システムには、低圧ＥＧＲ装置とは別に、高圧ＥＧＲ装置が設けられる。

高圧ＥＧＲ装置は、高排気圧範囲（ＤＰＦや触媒の排気上流側など、高い排気圧が発生する範囲）の排気通路の内部と、高吸気負圧発生範囲（スロットルバルブの吸気下流側など、高い吸気負圧が発生する範囲）の吸気通路２の内部とを接続して、多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。

一方、低圧ＥＧＲ装置は、低排気圧範囲（ＤＰＦや触媒の排気下流側など、低い排気圧が発生する範囲）の排気通路の内部と、低吸気負圧発生範囲（スロットルバルブの吸気上流側で、低い吸気負圧が発生する範囲）の吸気通路２の内部とを接続して、少量のＥＧＲガスをエンジンに戻すことを得意とする排気ガス再循環装置である。

低圧ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路２の吸気上流側に戻す低圧ＥＧＲ流路３を備えている。この低圧ＥＧＲ流路３には、低圧ＥＧＲ流路３の開度を調整することでＥＧＲガスの流量調整を行なう低圧ＥＧＲ調整弁４の他に、吸気側に戻されるＥＧＲガスの冷却を行なう低圧ＥＧＲクーラが設けられている。

低圧ＥＧＲ装置は、低排気圧範囲のＥＧＲガスを、低吸気負圧発生範囲に戻すものであるため、少量のＥＧＲガスをエンジンに戻すことを得意とする。しかるに、低圧ＥＧＲ装置を用いて多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻したい運転領域が存在しても、低吸気負圧発生範囲にＥＧＲガスを戻す構造の低圧ＥＧＲ装置では多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻すことが困難である。
そこで、低圧ＥＧＲ装置は、吸気通路２のうち、ＥＧＲガスを戻す箇所（低圧ＥＧＲ流路３の合流箇所）に吸気負圧を発生させるための吸気絞り弁１を設けており、低圧ＥＧＲ装置において大きなＥＧＲ量を得たい運転領域では、吸気絞り弁１を閉じる方向（吸気負圧が発生する方向）に開度制御し、低圧ＥＧＲ装置において多量のＥＧＲガスを吸気通路２へ導くことを可能にしている。

吸気絞り弁１は、吸気通路２と低圧ＥＧＲ流路３の合流部に吸気負圧を発生させるものであり、吸気通路２を最大に絞った状態（最小開度時）であっても、弁体５と吸気通路２を成す通路壁面６との間に所定の隙間が許容されて、吸気通路２の一部を開放するように設けられる。具体的な使用例は、吸気絞り弁１が吸気通路２を最大に絞った状態であっても、吸気通路２の例えば１０％ほどを開放するように設けられる。
このことを更に具体的に説明すると、吸気絞り弁１は、設計上の最小開度と、使用上の最小開度が異なるものであり、設計上の最小開度は、使用上の最小開度（例えば、１０％等）より小さく設けられる。

この実施例の吸気絞り弁１は、低圧ＥＧＲ調整弁４と一体化して設けられる。
低圧ＥＧＲ調整弁４と吸気絞り弁１を一体化した低圧ＥＧＲバルブユニットには、低圧ＥＧＲ調整弁４を駆動する１つの電動アクチュエータと、この電動アクチュエータの出力特性を変化させて吸気絞り弁１を駆動するリンク装置とを備えるものであり、リンク装置を介して伝達された電動アクチュエータの出力によって吸気絞り弁１を駆動するように設けられている。

なお、リンク装置には、電動アクチュエータの出力特性を変化させて吸気絞り弁１へ伝達する特性変換部（カム溝等）が設けられており、低圧ＥＧＲ調整弁４が所定開度より大きくなってから低圧ＥＧＲ調整弁４の開度アップに連動させて吸気絞り弁１の開度を小さくするように設けられている。

吸気絞り弁１（バルブ装置の一例）は、
・吸気通路２（流体通路の一例）が形成されるハウジング７と、
・このハウジング７に対して回動自在に支持されるシャフト８と、
・このシャフト８に設けられて吸気通路２の絞り開度調整を行う弁体５と、
を備えて構成される。
弁体５は、吸気通路２内においてシャフト８にネジやカシメ等で固定されるバタフライバルブであり、シャフト８と一体に回動する。

また、低圧ＥＧＲバルブユニットには、低圧ＥＧＲ調整弁４を全閉位置へ戻し、吸気絞り弁１を全開位置へ戻すリターンスプリングが設けられるとともに、吸気絞り弁１の弁体５を最大開度で停止させるストッパ部材が設けられている。これにより、電動アクチュエータの通電停止時（電動モータの通電停止時）に、低圧ＥＧＲ調整弁４が最小開度位置に戻されるとともに、吸気絞り弁１が全開位置に戻される。
なお、電動アクチュエータは、通電により回転出力を発生する電動モータ（例えば、ＤＣモータ）と、この電動モータの回転を減速してシャフト８の駆動トルクを増大させる減速装置（例えば、歯車減速機）とを組み合わせたものである。

この実施例に示す吸気絞り弁１は、シャフト８がハウジング７に対して片持ち支持される。具体的にシャフト８は、ハウジング７に形成された挿通穴９の内側で回転自在に支持されるものであり、挿通穴９とシャフト８の間には、シャフト８のフラツキを防いでシャフト８を回転自在にするベアリング（例えば、２つのベアリングを組み合わせたダブルベアリング等）が配置されるとともに、ハウジング７とシャフト８の隙間を塞ぐゴム製のオイルシール１０が配置される。もちろん、オイルシール１０は、ベアリングより吸気通路２に近い側に配置される。

なお、図２に示す符合１１は、低圧ＥＧＲ流路３の内部に配置される低圧ＥＧＲ調整弁４の低圧ＥＧＲ弁体であり、符合１２は、低圧ＥＧＲ弁体１１と一体に回動する低圧ＥＧＲシャフトである。
低圧ＥＧＲ調整弁４の具体的な一例を開示すると、低圧ＥＧＲ調整弁４は、上述した吸気絞り弁１と同様、低圧ＥＧＲシャフト１２がハウジング７に対して片持ち支持されるものであり、ハウジング７に対して低圧ＥＧＲシャフト１２がベアリング（例えば、ダブルベアリング等）を介して支持されるとともに、ハウジング７と低圧ＥＧＲシャフト１２の隙間がゴム製のオイルシール１３によってシールされる構造を採用する。

吸気絞り弁１は、上述したように、吸気通路２を最大に絞った状態（設計上の最小開度時）であっても、図１（ａ）に示すように、弁体５とハウジング７（吸気通路２の通路壁面６）の間に隙間が設けられる。

吸気通路２は、大気中の空気を取り込んでエンジンへ導くものであるため、吸気（気体の流体の一例）に含まれる水蒸気が吸気通路２の通路壁面６に触れて結露して凝縮水になる場合がある。
また、吸気通路２へ戻されるＥＧＲガスに含まれる水蒸気が吸気通路２の通路壁面６に触れて結露して凝縮水になる場合がある。
このように生じた凝縮水は、図１中の矢印に示すように、重力により吸気通路２の下部へ向かうとともに、吸気通路２を通過する吸気の流れによって下流側へ流される。

ここで、ハウジング７に設けられるシャフト８の挿通穴９のうち、吸気通路２に開口する箇所をシャフト穴開口部９ａと称する。
このシャフト穴開口部９ａが、図１（ａ）に示すように、吸気通路２の水平中心（通路中心を通る水平線）より地側に存在する状態で車両に搭載される場合（使用される場合の一例）がある。
すると、図１（ｂ）に示すように、吸気通路２の下部を下流へ向かって流れる凝縮水が、シャフト穴開口部９ａへ入る可能性が高まる。

そこで、この実施例では、「通路壁面６の下側に、シャフト穴開口部９ａの上流側から下流側に向かって連続する溝１４を設けて、この溝１４により吸気通路２内で発生した水（液体の一例）や吸気通路２内に浸入した水をシャフト穴開口部９ａの上流側から下流側へ導くことで水が挿通穴９へ浸入するのを阻止する」という本発明の技術思想を採用する。

具体的な一例として、この実施例では、図１（ｃ）に示すように、通路壁面６に形成した流体の流れ方向に沿う溝１４内にシャフト穴開口部９ａを設ける手段を採用する。
溝１４の幅（吸気の流れ方向に対して垂直方向の寸法）、溝１４の長さ（吸気の流れ方向の寸法）、溝１４の断面形状（吸気の流れ方向に対して垂直方向の断面形状）などは特に限定するものでないが、理解補助の目的で具体的な一例を開示すると、溝１４の幅は、後述する環状リブ１５の外径寸法より大きく設けられ、溝１４の上流端は全開時における弁体１４の上流端より上側に設けられ、溝１４の下流端は全開時における弁体１４の下流端より下流側に設けられ、溝１４の断面形状は矩形溝または円弧等の曲面溝などに設けられる。

溝１４の上流端の断面形状（吸気の流れ方向に沿う断面形状）は、どのような形状であっても良く、例えば、段差であっても良いし、緩やかな傾斜であっても良い。
溝１４の下流端の断面形状（吸気の流れ方向に沿う断面形状）は、溝１４内の水が吸気の流れによって速やかに下流側へ流れ排出されるように、緩やかな傾斜に設けることが望ましい。
溝１４の断面積（吸気の流れ方向に対して垂直方向の断面積）は、吸気絞り弁１の設計上の最小開度面積以下に設けられるものであり、吸気絞り弁１の設計上の最小開度面積は、溝１４の断面積を考慮して決定される。

ここで、溝１４は、ハウジング７を成形する成形型により形成されるものであるが、もちろん限定するものではなく、切削加工等により成型後の吸気通路２の通路壁面６に溝１４を施すものであっても良い。

さらに、この実施例では、図４に示すように、シャフト穴開口部９ａの周囲に環状リブ１５を設けており、この環状リブ１５によって溝１４を通過する水がシャフト穴開口部９ａに浸入するのを阻止している。
この環状リブ１５は、溝１４の底面より吸気通路２内に向かって立ち上がる短い円筒体であり、ハウジング７の一部によって設けられる。

（実施例１の効果１）
この実施例１の吸気絞り弁１は、上述したように、吸気通路２を成す通路壁面６の下側に、シャフト穴開口部９ａの上流側から下流側に向かって連続する溝１４を設けて、この溝１４内にシャフト穴開口部９ａを設ける構造を採用する。
これにより、「吸気通路２内で発生した水」や「吸気通路２内に浸入した水」を溝１４によってシャフト穴開口部９ａの上流側から下流側へ導いて、水が挿通穴９へ浸入するのを阻止することができる。このため、シャフト８の挿通穴９に設けられるオイルシール１０等の劣化を防ぐことができ、長期に亘って気密漏れが生じる不具合を回避することができる。即ち、吸気吸気絞り弁１の信頼性を高めることができ、低圧ＥＧＲ装置の信頼性を高めることができる。

（実施例１の効果２）
この実施例では、図１に示すように、シャフト８が少量傾いて車両に搭載される。この場合、シャフト穴開口部９ａは、吸気通路２の真下から少しズレた位置に設けられる。すると、溝１４内に浸入した水は、重力により溝１４の下縁に沿って流れるため、溝１４を通過する水がシャフト穴開口部９ａへ浸入する可能性が低い。
しかし、溝１４内に設けられるシャフト穴開口部９ａの周囲に何ら対策を施さない場合は、溝１４を通過する水がシャフト穴開口部９ａへ浸入する可能性が低いだけで、水がシャフト穴開口部９ａへ浸入する可能性がある。

そこで、この実施例１では、上述したように、シャフト穴開口部９ａの周囲に環状リブ１５を設け、溝１４を通過する水がシャフト穴開口部９ａに浸入するのを環状リブ１５によって阻止する。これにより、溝１４を通過する水がシャフト穴開口部９ａへ浸入する可能性を無くすことができ、挿通穴９に設けられるオイルシール１０等の劣化を、より確実に防ぐことができる。

［実施例２］
図５を参照して実施例２を説明する。なお、以下の実施例において上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。
この実施例２は、上記実施例１に示した環状リブ１５を廃止したものである。
このように、環状リブ１５を廃止しても、溝１４に入った水は、溝１４幅の縁部（溝底の角部）に沿って流れるため、溝１４を設けない従来技術に比較して、水がシャフト穴開口部９ａへ浸入する可能性を低くすることができる。

なお、この実施例２に示すように、環状リブ１５を廃止する場合、図５とは異なるが、溝１４幅の両縁の溝底を、溝幅の中間部より深く設けて、溝底を通過する水が確実に溝幅の縁部に沿って流れるように設けても良い。

［実施例３］
図６を参照して実施例３を説明する。
上記実施例１、２では、溝１４内にシャフト穴開口部９ａを設ける例を示した。
これに対し、この実施例３は、吸気通路２の下側に、吸気の流れ方向に沿う複数（２本以上）の溝１４を設け、溝１４と溝１４の間にシャフト穴開口部９ａを設けるものである。言い方を代えると、シャフト穴開口部９ａの両側に吸気の流れ方向に沿う溝１４を設けるものである。

このように設けることにより、シャフト穴開口部９ａより右側の通路壁面６から落下した水は、シャフト穴開口部９ａの右側の溝１４に捕らえられて下流側へ流れる。また、シャフト穴開口部９ａより左側の通路壁面６から落下した水は、シャフト穴開口部９ａの左側の溝１４に捕らえられて下流側へ流れる。
このように、溝１４と溝１４の間にシャフト穴開口部９ａを設ける場合であっても、溝１４を設けない従来技術に比較して、水がシャフト穴開口部９ａへ浸入する可能性を低くすることができる。

上記の実施例では、シャフト８がハウジング７に片持ち支持される例を示したが、限定するものではなく、シャフト８がハウジング７に両持ち支持されるものであても良い。その場合、流体通路（上記実施例では吸気通路２）の下側（地側）に溝１４を設けて、下側のシャフト穴開口部９への液体（水等）の浸入を防ぐものである。

上記の実施例では、吸気絞り弁１に本発明を適用する例を示したが、本発明は吸気絞り弁１に限定するものではなく、最小開度時に弁体５と通路壁面６の間に所定の隙間が許容されるバタフライタイプのバルブ装置に本発明を適用可能なものである。

１吸気絞り弁（バルブ装置）
２吸気通路（流体通路）
５弁体
６通路壁面
７ハウジング
８シャフト
９シャフトの挿通穴
９ａシャフト穴開口部
１４溝

Claims

気体の流体が通過可能な流体通路（２）が形成されるハウジング（７）と、このハウジング（７）に対して回動自在に支持されるシャフト（８）と、このシャフト（８）と一体に回動して前記流体通路（２）の開度調整を行う弁体（５）とを具備し、
前記流体通路（２）を成す通路壁面（６）に液体が付着する可能性があり、最小開度時に前記弁体（５）と前記通路壁面（６）の間に所定の隙間が許容されるバルブ装置（１）において、
前記ハウジング（７）に設けられる前記シャフト（８）の挿通穴（９）のうち、前記流体通路（２）に開口する箇所をシャフト穴開口部（９ａ）とし、
このシャフト穴開口部（９ａ）が前記流体通路（２）の水平中心より地側に存在する状態で使用される場合、
前記通路壁面（６）の下側に、前記シャフト穴開口部（９ａ）の上流側から下流側に向かって連続する１つまたは複数の溝（１４）を設けて、この溝（１４）により前記流体通路（２）内で発生した液体や前記流体通路（２）内に浸入した液体を前記シャフト穴開口部（９ａ）の上流側から下流側へ導くことで液体が前記挿通穴（９）へ浸入するのを阻止することを特徴とするバルブ装置（１）。
請求項１に記載のバルブ装置（１）において、
前記シャフト穴開口部（９ａ）は、前記通路壁面（６）に形成された流体の流れ方向に沿う前記溝（１４）内に設けられることを特徴とするバルブ装置（１）。
請求項２に記載のバルブ装置（１）において、
前記シャフト穴開口部（９ａ）の周囲には、前記溝（１４）を通過する液体が前記シャフト穴開口部（９ａ）に浸入するのを阻止する環状リブ（１５）が設けられることを特徴とするバルブ装置（１）。
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のバルブ装置（１）において、
このバルブ装置（１）は、吸気が通過する吸気通路（２）と、この吸気通路（２）にＥＧＲガスを導く低圧ＥＧＲ流路（３）との合流部に吸気負圧を発生させる吸気絞り弁（１）であることを特徴とするバルブ装置（１）。