JP6354613B2

JP6354613B2 - ２段切替弁

Info

Publication number: JP6354613B2
Application number: JP2015027725A
Authority: JP
Inventors: 公雄内田; 浩史小野寺
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: US20160237956A1; US9720420B2; JP2016151189A

Description

本発明は、流体の流量を大開度状態と小開度状態の２段階で切り替える２段切替弁に関する。

従来から、例えば、車両に搭載された蒸発燃料処理装置では、２段切替弁を含んで構成されるタンク密閉弁が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
ここで、蒸発燃料処理装置とは、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに吸着保持させ、さらに、キャニスタが保持する蒸発燃料を内燃機関の吸気通路に導くものである。

また、タンク密閉弁とは、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに導くための蒸発燃料通路を開閉するものである。ここで、タンク密閉弁は、蒸発燃料通路を開閉する電磁弁、および、蒸発燃料通路が開いているときに、燃料タンクからキャニスタに向う流体の流量を大開度状態と小開度状態の２段階で切り替える２段切替弁を備える（なお、特許文献１では、第２弁部材７０が２段切替弁の弁体に相当する。）。
しかし、特許文献１の２段切替弁によれば、第２弁部材７０は、移動する方向に関してガイドされておらず、第２弁座１７に対する着座部位が変動する。このため、第２弁部材７０のシール性能が経時的に変動する可能性がある。

特開２００５−２９１２４１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、２段切替弁において、弁体の弁座に対する着座部位の変動を抑制することにある。

本願の第１発明によれば、２段切替弁は、次の弁座、弁体およびバネを備える。まず、弁座は、流路壁から内周側に突き出るものであって環状である。また、弁体は、弁座の上流側で流れの方向に移動自在に配置され、自身よりも上流側の流体圧により下流側に付勢される。さらに、バネは、弁体を上流側に付勢する。

また、弁体は、弁座に着座した状態でも自身の上流側と下流側との間で流体の通過を可能とする貫通穴を有し、次の大開度状態と小開度状態とを切り替える。すなわち、大開度状態とは、弁体が弁座から離座した状態であって弁体の外周側および貫通穴の両方を流体が通過する状態であり、小開度状態とは、弁体が弁座に着座した状態であって貫通穴のみを流体が通過する状態である。さらに、弁体は、流路壁に設けたガイド面に外周縁で摺接しながら移動自在に支持されている。
これにより、弁体を移動する方向に関してガイドすることができるので、２段切替弁において、弁体の弁座に対する着座部位の変動を抑制することができる。

さらに、２段切替弁は、以下のような切り欠きを備える。すなわち、切り欠きは、ガイド面に設けられて外周側に窪む溝と、弁座に設けられて下流側に窪む穴とを連続させたものである。
これにより、流体は、小開度状態でも、切り欠きの存在によって弁体の外周側を通って弁体の下流側に回り込むことができる。このため、弁体の下流側には、弁座に着座する前後において、流体圧が上流側に向って作用し続けるので、弁座に着座する時の弁体の速度を低減することができる。この結果、２段切替弁において、弁体が弁座に着座するときの衝撃を緩和することができる。

本願の第２発明によれば、バネは、弁体が下流側に移動するほどバネ定数が大きくなる。
これにより、弁体が弁座に近付くほど、バネの付勢力が大きくなるので、弁座に着座する時の弁体の速度を低減することができる。このため、２段切替弁において、弁体が弁座に着座するときの衝撃を緩和することができる。

本願の第３発明によれば、弁体の内、弁座に着座する着座部はゴム製である。
これにより、弁体が弁座に着座するときの衝撃を着座部により吸収することができる。このため、弁体が弁座に着座するときの衝撃を、更に緩和することができる。

蒸発燃料処理装置の構成図である。タンク密閉弁の内部構成を示す断面図である。２段切替弁の弁体の斜視図である。２段切替弁における小開度状態と大開度状態とを示す説明図である。２段切替弁の要部を示す説明図である。図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。（ａ）はバネの斜視図であり、（ｂ）はバネのバネ定数を示す特性図である。

以下、発明を実施するための形態を、実施例を用いて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

〔実施例の構成〕
実施例の２段切替弁１の構成を、図１〜図４を用いて説明する。
２段切替弁１は、流体の流量を大開度状態と小開度状態の２段階で切り替えるものであり、例えば、車両に搭載されるタンク密閉弁２の１構成要素をなす。ここで、タンク密閉弁２とは、燃料タンク３内で発生した蒸発燃料をキャニスタ４に導くための蒸発燃料通路５を開閉するものであり、車両に設けられる蒸発燃料処理装置６の１構成要素をなす。

ここで、蒸発燃料処理装置６について先に説明する。
蒸発燃料処理装置６は、例えば、図１に示すように、燃料タンク３の蒸発燃料をキャニスタ４に吸着保持させ、内燃機関７の運転中に、キャニスタ４が保持する蒸発燃料を内燃機関７の吸気通路８に導いてパージするものである。
また、蒸発燃料処理装置６に用いられる各種の電気機能部品は、内燃機関７の制御を行う制御装置（以下、ＥＣＵ９と呼ぶことがある。）により動作を制御される。

ここで、燃料タンク３は、ガソリン等の液体燃料を蓄えるものであり、燃料タンク３内の上部空間は気相を形成して蒸発燃料を含んでいる。なお、燃料タンク３には、上部空間の圧力を検出するタンク圧センサ１０が設けられており、検出した圧力のセンサ値が、ＥＣＵ９へ出力されて上記の電気機能部品の制御に利用される。

キャニスタ４は、蒸発燃料を吸着して保持する吸着物質（例えば、活性炭等）を収容する容器である。そして、キャニスタ４は、蒸発燃料通路５を介して燃料タンク３の上部空間に接続されるとともに、パージ通路１１を介して吸気通路８の負圧発生範囲（具体的には、スロットルバルブの吸気下流側）に接続される。なお、パージ通路１１には、パージ通路１１の開閉および開度調整を行うパージ弁１２が設けられている。また、キャニスタ４には、大気導入通路１３を介して大気が導入可能に設けられ、大気導入通路１３には、図示しない大気導入弁が設けられている。

また、キャニスタ４と燃料タンク３との間には、タンク密閉弁２をバイパスする２つのバイパス路１４、１５が設けられ、一方のバイパス路１４には、燃料タンク３からキャニスタ４への流体の流れを許容する正圧用リリーフ弁１６が設けられ、他方のバイパス路１５には、キャニスタ４から燃料タンク３への流体の流れを許容する負圧用リリーフ弁１７が設けられている。

次に、タンク密閉弁２について説明する。
タンク密閉弁２は、蒸発燃料通路５の開閉を行う電磁弁２０と、上記の２段切替弁１とを組み合わせて一体に設けたものである。なお、実施例では、具体的な一例として、図２に示すように、電磁弁２０と２段切替弁１とを同軸上に配置する例を示す。

電磁弁２０は、閉弁することで燃料タンク３を密閉する閉鎖バルブであり、通電時に開弁するノーマリクローズ型である。
また、電磁弁２０は、蒸発燃料通路５の内、流体がＬ字状に曲がって流れる部分（以下、Ｌ字通路２１と呼ぶ。）を開閉する筒状の弁体２２と、通電により生じる磁気吸引力により弁体２２を開弁側へ駆動する電磁アクチュエータ２３と、電磁アクチュエータ２３のアーマチャ２４および弁体２２を閉弁側へ付勢するリターンスプリング２５とを備えて構成される。

ここで、Ｌ字通路２１を構成する流路形成体２７は、燃料タンク３側の配管が接続されるインレットパイプ２８と、キャニスタ４側の配管が接続されるアウトレットパイプ２９とを備え、アウトレットパイプ２９と同軸上に電磁弁２０の弁体２２および２段切替弁１の弁体３０を収容する。

すなわち、流路形成体２７では、電磁弁２０の弁体および２段切替弁１の弁体３０を収容するとともに蒸発燃料通路５の流路壁の一部をなすバルブ収容筒３１がアウトレットパイプ２９と同軸に設けられている。また、インレットパイプ２８は、バルブ収容筒３１の側面に開口している。
以下の説明では、バルブ収容筒３１の中心軸が延びる方向を「軸方向」と呼ぶ。なお、軸方向は、蒸発燃料を含む流れの方向に一致している。

バルブ収容筒３１の内部には、筒状の挿入体３３が挿入配置されている。挿入体３３は、バルブ収容筒３１の端部外周に形成された環状突起３４が、電磁アクチュエータ２３のハウジング３５と、バルブ収容筒３１の端との間に挟まれて支持されるものである。また、挿入体３３の外周面には、バルブ収容筒３１と挿入体３３との間をシールするＯリング３６が配置されている。

ここで、挿入体３３とハウジング３５との間には、ゴム製のダイヤフラム３７の外周縁が挟持されている。ダイヤフラム３７は、Ｌ字通路２１内に導かれた蒸発燃料が電磁アクチュエータ２３側へ侵入するのを阻止するリング状の仕切部品であり、ダイヤフラム３７の内周縁は弁体２２とアーマチャ２４との間に挟まれて支持される。

挿入体３３の側面には、インレットパイプ２８から供給される蒸発燃料を挿入体３３の内側に導く開口部３９が形成されている。また、挿入体３３には、弁体２２が着座するバルブシート４０、および、２段切替弁１の弁体３０を摺動自在に支持するガイド面４１が設けられている。ここで、２段切替弁１の弁体３０は、軸方向に関して上流側、下流側の２つのガイド面４１、４２により２箇所に分かれて摺動自在に支持されており、下流側のガイド面４２は、バルブ収容筒３１に設けられている。

バルブシート４０の中央部には、弁体２２によって開閉される開口穴（軸方向へ貫通する穴）が形成され、挿入体３３においてバルブシート４０の下流側の内周壁は、蒸発燃料通路５の流路壁をなす。そして、電磁アクチュエータ２３への通電がオフされて弁体２２がバルブシート４０に着座することでバルブシート４０の開口穴が閉じられ、電磁弁２０が閉弁する。また、電磁アクチュエータ２３への通電がオンされて弁体２２がバルブシート４０から離座することでバルブシート４０の開口穴が開かれ、電磁弁２０が開弁する。

次に、２段切替弁１について説明する。
２段切替弁１は、弁体３０が２つのガイド面４１、４２により摺動自在に支持されながら軸方向に移動することで、後記する大開度状態と小開度状態とを切り替えるものであり、以下の弁座４４、弁体３０およびバネ４５を備える。
まず、弁座４４は、バルブ収容筒３１においてガイド面４２の下流端で円環状に設けられており、段状に内周側に突き出ている。

次に、弁体３０は、弁座４４の上流側で流体の流れの方向（軸方向）に移動自在に支持され、自身よりも上流側の流体圧により下流側に付勢され、バネ４５は、弁体３０を上流側に付勢する。
以下、弁体３０およびバネ４５について詳述する。
弁体３０は、弁座４４に着座した状態でも自身の上流側と下流側との間で流体の通過を可能とする貫通穴４７を有し、ガイド面４２に外周縁で摺接しながら移動自在に支持されており、以下の弁部４８、小径筒４９、上流ガイド５０、複数の脚部５１を有する（図３参照。）。

まず、弁部４８は、蒸発燃料通路５を開閉する部分であり、上流側の流体圧およびバネ４５の付勢力を受ける。ここで、弁部４８の上流側の部分は、下流側ほど径大になる円錐形状のテーパをなし、主に上流側の面で、流体圧を上流側から受ける。また、小径筒４９は、弁部４８の下流側の中央の根元から軸方向に設けられており、貫通穴４７は、弁部４８の中央を貫通して小径筒４９の内周に至るように設けられる。なお、貫通穴４７はラバールノズル形状に設けてもよい（図４参照。）。

ここで、バネ４５は、略円錐状に巻かれた圧縮コイルバネであり、弁座４４よりも下流側の流路壁に形成されたバネ座５２ａと、弁体３０に設けられたバネ座５２ｂとの間に圧縮された状態で組付けられる。なお、バネ座５２ｂは、小径筒４９の根元（すなわち、弁部４８と小径筒４９との接続により形成される角部）に設けられる。

また、弁部４８の下流側の部分は円筒形状であり、外周面がガイド面４２に摺接する。ガイド面４２は、バルブ収容筒３１において挿入体３３の下流端と弁座４４との間に設けられている。具体的には、ガイド面４２は、バルブ収容筒３１の内周壁から内周側に向かって突出した複数のリブ５３の内周端面に設けられている。そして、周方向に隣り合うリブ５３同士の間に形成される空間は、弁体３０が上流側へ移動したときに、流体が弁部４８の周囲を迂回して流れる通路になる。
さらに、上流ガイド５０は、弁部４８の上流側で円筒状に設けられ、ガイド面４１により摺動自在に支持される。そして、弁部４８と上流ガイド５０とは複数の脚部５１によって結合されている。

以上の構成を有する弁体３０は、以下に説明する大開度状態と小開度状態とを切り替える（図４参照。）。
すなわち、大開度状態とは、弁部４８が弁座４４から離座した状態であって弁部４８の外周側および貫通穴４７の両方を流体が通過する状態であり、小開度状態とは、弁部４８が弁座４４に着座した状態であって貫通穴４７のみを流体が通過する状態である。

そして、電磁弁２０が開弁したときに燃料タンク３内の圧力が高く、上流側から弁部４８に作用する流体圧が高い場合、弁部４８が弁座４４に着座して小開度状態となり、逆に、燃料タンク３内の圧力が低く、上流側から弁部４８に作用する流体圧が低い場合、弁部４８が弁座４４から離座して大開度状態となる。

また、２段切替弁１は、以下のような切り欠き５５を備える（図５および図６参照。）。すなわち、切り欠き５５は、ガイド面４２に設けられて外周側に窪む溝５６と、弁座４４に設けられて下流側に窪む穴５７とを連続させたものであり、周方向に離れて、複数、設けられている。そして、切り欠き５５により、小開度状態でも、流体が弁部４８の外周側を通って弁部４８の下流側に回り込む。

ここで、ガイド面４２は、弁座４４の上流側近傍において弁部４８の外周縁の全周に摺接する。すなわち、バルブ収容筒３１の内周壁は、弁座４４から上流側の所定範囲において、内周側に膨らんでテーパ状になっている。つまり、バルブ収容筒３１の内周壁は、弁座４４から上流側の所定範囲において、下流側ほど径小になっており、弁座４４の上流側近傍では、リブ５３の内周端面と同一の直径になってガイド面４２として機能する。そして、溝５６は、弁座４４の上流側近傍で内周側に膨らんだ内周壁に設けられて穴５７と連続している。

また、バネ４５は、弁体３０が下流側に移動するほどバネ定数が大きくなる。すなわち、バネ４５は、圧縮量が大きくなるほどバネ定数が大きくなるものであり、例えば、図７に示すように、圧縮量が所定の閾値よりも小さいときに小さいばね定数を示し、圧縮量が所定の閾値よりも大きいときに大きいバネ定数を示す２段特性を有する。

さらに、弁体３０の内、弁座４４に着座する着座部はゴム製である。すなわち、弁体３０において弁部４８、小径筒４９、上流ガイド５０および脚部５１は、樹脂材料等により一体成形され、弁部４８の下流側の端面には、リング状のゴムストッパ５８が設けられ、ゴムストッパ５８が着座部として弁座４４に着座する。なお、上流ガイド５０の上流側の端面にも、リング状のゴムストッパ５９が設けられている。

〔実施例の効果〕
実施例の２段切替弁１によれば、弁体３０はガイド面４１、４２に外周縁で摺接しながら移動自在に支持されている。
これにより、弁体３０を移動する方向に関してガイドすることができるので、２段切替弁１において、弁部４８の弁座４４に対する着座部位の変動を抑制することができる。

また、２段切替弁１は、次のような切り欠き５５を備える。すなわち、切り欠き５５は、ガイド面４２に設けられて外周側に窪む溝５６と、弁座４４に設けられて下流側に窪む穴５７とを連続させたものである。そして、切り欠き５５により、小開度状態でも、流体が弁体３０の外周側を通って弁部４８の下流側に回り込む。

これにより、弁部４８の下流側には、弁座４４に着座する前後において、流体圧が上流側に向って作用し続けるので、弁座４４に着座する時の弁体３０の速度を低減することができる。このため、２段切替弁１において、弁部４８が弁座４４に着座するときの衝撃を緩和することができる。

また、バネ４５は、弁体３０が下流側に移動するほどバネ定数が大きくなる。
これにより、弁部４８が弁座４４に近付くほど、バネ４５の付勢力が大きくなるので、弁座４４に着座する時の弁部４８の速度を低減することができる。このため、弁部４８が弁座４４に着座するときの衝撃を更に緩和することができる。

さらに、弁体３０の内、弁座４４に着座する着座部はゴム製である。
これにより、弁部４８が弁座４４に着座するときの衝撃を着座部により吸収することができる。このため、弁部４８が弁座４４に着座するときの衝撃を、更に緩和することができる。

〔変形例〕
２段切替弁１の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、実施例の２段切替弁１によれば、弁体３０は、ガイド面４１、４２により上、下流側の２箇所に分かれてガイドされていたが、ガイド面４２により弁部４８のみをガイドしてもよい。

また、実施例の２段切替弁１によれば、ガイド面４２は、主に複数のリブ５３の内周端面であり、弁座４４の上流側近傍においてのみ、弁部４８の外周縁の全周に摺接していたが、ガイド面４２の態様は、このようなものに限定されない。例えば、ガイド面４２にリブ５３の内周端面を含めず、弁部４８の全移動範囲において弁部４８の外周縁全周に摺接するようにガイド面４２を設けてもよい。また、弁部４８の全移動範囲において、リブ５３の内周端面のみによりガイド面４２を設けてもよい。

１２段切替弁３０弁体４２ガイド面４４弁座４５バネ４７貫通穴５５切り欠き５６溝５７穴

Claims

流路壁から内周側に突き出る環状の弁座（４４）と、
この弁座（４４）の上流側で流れの方向に移動自在に配置され、自身よりも上流側の流体圧により下流側に付勢される弁体（３０）と、
この弁体（３０）を上流側に付勢するバネ（４５）とを備え、
前記弁体（３０）は、
前記弁座（４４）に着座した状態でも自身の上流側と下流側との間で流体の通過を可能とする貫通穴（４７）を有し、
前記弁座（４４）から離座した状態であって自身の外周側および前記貫通穴（４７）の両方を流体が通過する大開度状態と、前記弁座（４４）に着座した状態であって前記貫通穴（４７）のみを流体が通過する小開度状態とを切り替え、
さらに、前記流路壁に設けたガイド面（４２）に外周縁で摺接しながら移動自在に支持され、
さらに、前記ガイド面（４２）に設けられて外周側に窪む溝（５６）と、前記弁座（４４）に設けられて下流側に窪む穴（５７）とを連続させた切り欠き（５５）を備えることを特徴とする２段切替弁（１）。
請求項１に記載の２段切替弁（１）において、
前記バネ（４５）は、前記弁体（３０）が下流側に移動するほどバネ定数が大きくなることを特徴とする２段切替弁（１）。
請求項１または請求項２に記載の２段切替弁（１）において、
前記弁体（３０）の内、前記弁座（４４）に着座する着座部（５８）はゴム製であることを特徴とする２段切替弁（１）。