JPWO2016067465A1 - 流体制御バルブ - Google Patents

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Abstract

バルブ側ハウジング31とアクチュエータ側ハウジング21とは、互いの対向面部31A,21Aおよび当該対向面部31A,21Aの外側端部に接続部31d,21c−1,21c−2をそれぞれ有し、当該接続部31d,21c−1,21c−2を介して互いの対向面部31A,21Aが空間Bを隔てて接続されており、バルブ側ハウジング31の対向面部31Aは、アクチュエータ側ハウジング21の対向面部21Aから離れる方向に凹んだ肉盗み部31dを有する。

Description

この発明は、高温の流体が流れる管路に配置される流体制御バルブに関する。
流体制御バルブには、例えば、排気ガスを吸気側に循環させる排気ガス再循環バルブがある。また、排気ガス再循環バルブで800℃程度に達する高温の排気ガスを扱う場合、バルブを駆動させるアクチュエータ部の耐熱温度の低い部品に排気ガスの熱ができるだけ伝わらないように構成する必要がある。
例えば、特許文献1に記載の排気ガス再循環バルブでは、高温の排気ガスの熱からアクチュエータ部を保護するために、バルブ本体を構成するハウジングを、排気ガス通路を設けた第1のハウジングと冷却通路を設けた第2のハウジングとに分けている。
そして、第1のハウジングを第2のハウジングの材質よりも熱に対する剛性または強度が高い金属材料で形成し、第2のハウジングの冷却通路にエンジンの冷却水を循環させて冷却する。さらに、第1のハウジングと第2のハウジングとの接触面積を極力減らして、その間に空気の断熱層を設けている。
また、特許文献2には、アクチュエータ部の出力軸とバルブ軸をギアで直接噛合させた一体化構造の排気ガス再循環バルブが記載されている。このバルブには、排気ガス通路に筒状のハウジング保護部品が圧入固定されている。
ハウジング保護部品は、排気ガスの熱からハウジングを保護する部品であり、ハウジング保護部品の一部と排気ガス通路の壁面との間には、熱伝導を抑えるための断熱層が形成されている。
さらに、特許文献3に記載の流体制御バルブは、流体通路を有するバルブ側ハウジングと、アクチュエータ部が取り付けられて、回転駆動力をバルブ軸に伝えるギアボックスとなるアクチュエータ側ハウジングとを備えている。
アクチュエータ側ハウジングとバルブ側ハウジングとは空間を隔てて連結されており、この空間が空気断熱層として機能する。この空気断熱層によってバルブ側ハウジングからの輻射熱の影響が軽減される。
またアクチュエータ側ハウジングには冷却通路が形成されており、冷却通路の冷却効果によってギア機構およびアクチュエータ部への伝熱を抑制している。
特開2008−196437号公報 特開2007−285311号公報 国際公開第2012/001737号
特許文献1,2に記載されるバルブは、排気ガスの流量が小さければ、高温での排気ガスであってもトータルの熱量が小さければ使用可能であると推定する。
しかしながら、特許文献1,2のバルブを、バルブ径を大きくして大流量用の流体制御バルブにするとアクチュエータ部への伝熱および輻射熱の熱量が大きくなるので、断熱性を十分に確保できない可能性がある。特に、特許文献1のバルブは、アクチュエータ部が第2のハウジングに収容され、かつ第1のハウジングの横側に配置されているため、熱量の大きくなった伝熱および輻射熱の影響を受けやすい。
また、特許文献2に記載のバルブでは、断熱層がハウジング保護部品の一部と排気ガス通路の壁面との間のみに形成されているので、大流量となりトータルの熱量が大きくなった流体用としては耐熱性が不十分である。
これに対して、特許文献3に記載のバルブでは、アクチュエータ部がアクチュエータ側ハウジングとは別体で設けられ、アクチュエータ部とバルブ側ハウジングとの間にアクチュエータ側ハウジングが配置される。そして、アクチュエータ側ハウジングの冷却通路で冷却が行われるので、大流量かつ高温の流体用としてもギア機構およびアクチュエータ部の耐熱温度を超えることはない。
しかしながら、特許文献3に記載のバルブは、冷却通路に冷却水が循環して通常の冷却効果が得られることを前提とした構成であるので、冷却通路の冷却効果が低下した場合、使用環境によってはアクチュエータ側ハウジングの熱に対する耐性が不十分になる可能性がある。
例えば、特許文献3に記載のバルブを排気ガス再循環バルブに適用した場合に、車両の運転状態からエンジンが停止されると、高温の排気ガスの循環が停止して排気ガスからの熱の入力は止まるが、冷却通路の冷却水の循環も停止して冷却効果は低下する。
このとき、特許文献3に記載のバルブにおいては、特に流通ガス温度、および雰囲気温度が高い環境下では、バルブ側ハウジングの余熱が下がり難く、その余熱でアクチュエータ側ハウジングの温度が上昇して、ギア機構およびアクチュエータ部の耐熱温度を超えてしまう可能性がある。
この発明は上記のような課題を解決するものであり、ハウジングの余熱に対する耐性を向上させた流体制御バルブを得ることを目的とする。
この発明に係る流体制御バルブは、流体通路を有する第1のハウジングと、第1のハウジングに設けられ、流体通路を開閉するバルブと、バルブを開閉させる駆動力を発生するアクチュエータ部と、アクチュエータ部が取り付けられ、冷却用流体が循環される冷却通路を有する第2のハウジングとを備える。
この流体制御バルブにおいて、第1のハウジングと第2のハウジングとは、互いの対向面部および当該対向面部の外側端部に接続部をそれぞれ有し、当該接続部を介して互いの対向面部が空間を隔てて接続されており、第1のハウジングの対向面部は、第2のハウジングの対向面部から離れる方向に凹んだ肉盗み部を有する。
この発明によれば、高温流体によって加熱されたハウジングの余熱に対する耐性が向上するという効果がある。
この発明の実施の形態1に係る流体制御バルブを示す図である。 図1のA部分の断面拡大図である。 バルブ側ハウジングを示す図である。 アクチュエータ側ハウジングを示す図である。 断熱プレートを示す図である。 実施の形態1に係る流体制御バルブにおける、流体の熱による影響を示す模式図である。
以下、この発明をより詳細に説明するため、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る流体制御バルブを示す図であり、実施の形態1に係る流体制御バルブを、エンジン排気ガスを吸気通路に循環させる排気ガス再循環バルブ(以下、EGRバルブと記載する)に具体化した場合を示している。図1に示すEGRバルブは、バタフライ式と呼ばれるバルブであって、バルブ33がバルブ軸32と一体に回転して排気ガス通路34を開閉する。その構成として、アクチュエータ部10、駆動力伝達部20およびバルブ部30を備える。
アクチュエータ部10は、モータ11を備えて、バルブ33を開閉させる回転駆動力を発生する。モータ11の出力軸は、駆動力伝達部20の内部に配置されたギア機構に取り付けられる。
駆動力伝達部20は、上記ギア機構およびこれを収容するアクチュエータ側ハウジング21を備えて構成される。モータ11の出力軸とバルブ軸32は、このギア機構を介して連結され、モータ11の回転駆動力がギア機構を介してバルブ軸32に伝達される。
例えば、モータ11の出力軸に取り付けられたピニオンギアとバルブ軸32に取り付けたギアとを噛合させて、モータ11の回転駆動力を直接的にバルブ軸32へ伝達する。
アクチュエータ側ハウジング21は、本発明における第2のハウジングを具体化したものであり、図1に示すようにアクチュエータ部10が取り付けられ、延長壁21aが形成されている。また、アクチュエータ側ハウジング21は、例えば、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属鋳物で構成されており、バルブ側ハウジング31からの放射熱の影響を軽減するため、バルブ側ハウジング31の上部に連結される。
バルブ部30は、高温の排気ガスが流れる管路に連結され、バルブ33を開閉して排気ガスの流量を制御する。このバルブ部30を構成するバルブ側ハウジング31は、本発明における第1のハウジングを具体化したものであり、鋳鉄、ステンレス鋼などの耐熱鋼で形成され、排気ガス通路34が設けられる。
また、バルブ側ハウジング31には、ハウジング外部と排気ガス通路34とを連通する貫通穴31aが形成されており、この貫通穴31aにバルブ軸32が挿入される。バルブ33は、バルブ軸32と一体に回転して排気ガス通路34を開閉する。
アクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31とは、断熱プレート40を介してボルト22により接続される。なお、以降では、両ハウジング21,31を、断熱プレート40を介して接続した構造について説明するが、本発明は、断熱プレート40を介さずに接続した構造であってもよい。
図2は図1のA部分の断面拡大図であり、A部分を軸方向に切った断面を示している。図3は、バルブ側ハウジング31を示す図であり、アクチュエータ側ハウジング21との対向面部側から見た構成を示している。図4は、アクチュエータ側ハウジング21を示す図であり、バルブ側ハウジング31との対向面部側から見た構成を示している。また図5は、断熱プレート40を示す図であり、図5(a)は断熱プレート40の上面図、図5(b)は断熱プレート40の斜視図である。
アクチュエータ側ハウジング21には、バルブ部30の側に抜ける貫通穴21bが形成されており、この貫通穴21bにバルブ軸32が挿入される。
また、延長壁21aは、アクチュエータ側ハウジング21の対向面部21Aの外周縁部からバルブ部30の側に延設された壁部であり、バルブ側ハウジング31の上端部を覆っている。この延長壁21aは、バルブ側ハウジング31からアクチュエータ側ハウジング21へ伝わった熱の一部を放熱するヒートシンクとして機能する。
アクチュエータ側ハウジング21には、バルブ側ハウジング31との対向面部21Aに接続部21c−1,21c−2が設けられる。接続部21c−1,21c−2は、図2に示すように、対向面部21Aからバルブ部30の側に突出しており、ボルト22を挿入するボルト穴21dが形成されている。
バルブ側ハウジング31には、アクチュエータ側ハウジング21との対向面部31Aの外側端部に接続部31dが設けられる。また、接続部31dには、ボルト22を締結する雌ねじ穴31eが形成されている。
バルブ側ハウジング31は、図2に示すように、アクチュエータ側ハウジング21と空間Bを隔てて接続部31dを介して接続される。すなわち、アクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31は、接続部21c−1,21c−2と接続部31dとを重ね合わせてボルト締結した接続部位のみで連結されている。以下、この接続部位を、接続部31dを介した接続部位と記載する。
また、図3に示すように、接続部31dは、アクチュエータ側ハウジング21との対向面部31Aの外側端部に設けられている。これにより、接続部31dを介した接続部位は、バルブ側ハウジング31の側方で外部に面した位置となるので、この外部に面した部分で放熱することができる。
さらに、接続部31dが対向面部31Aの外側端部にあるので、アクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31を接続したときに、接続部31dを介した接続部位が延長壁21aに隣接した位置となる。これにより、延長壁21aは、上記接続部位からの熱を効率よく放熱することができる。
なお、図4は、接続部21c−2の周りに延長壁21aがない場合を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、延長壁21aは、接続部21c−2の周りにも設けて、バルブ側ハウジング31の上端部の全周を覆う構造にしてもよい。
また、接続部31dを介した接続部位に断熱プレート40を介在させてもよい。
断熱プレート40は、図5に示すようなボルト穴40aが形成された板状部材であり、ステンレスなどの熱伝導率の低い金属材料で構成されている。
アクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31は、接続部21c−1,21c−2と接続部31dとの間に断熱プレート40を配置した状態で、ボルト22で固定される。断熱プレート40を介在させることによって、接続部31dを介した接続部位における熱の伝達抵抗が増加するので、アクチュエータ側ハウジング21への伝熱を抑制できる。
さらに、バルブ側ハウジング31の対向面部31Aには肉盗み部31cが形成される。肉盗み部31cは、アクチュエータ側ハウジング21の対向面部21Aから離れる方向に凹ませて構成されるので、アクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31との間隔が大きくなる。
両者の間隔が大きくなるとその分の空気断熱層が形成されて、熱の伝達抵抗が増加するので、バルブ側ハウジング31からの輻射熱の伝熱を減少させることができる。
例えば、肉盗み部31cを接続部31dよりも深く凹めて構成すると、対向面部21Aとの間で十分な空気断熱層が形成されるので効果的である。
また、アクチュエータ側ハウジング21の接続部21c−1,21c−2は、接続部31dまたは断熱プレート40と接触する部分の一部を切り欠いて形成してもよい。
例えば、図4に示すように、切り欠き部21e−1,21e−2を設けることにより、接続部21c−1,21c−2は、接続部31dまたは断熱プレート40との接触面積が狭くなり、熱の伝達抵抗が増加する。これにより、アクチュエータ側ハウジング21への伝熱を抑制できる。
さらに、断熱プレート40についても、接続部21c−1,21c−2および接続部31dと接触する部分の一部を切り欠いて形成してもよい。
例えば、図5に示すように、切り欠き部40bを設けることで、断熱プレート40は、接続部21c−1,21c−2および接続部31dとの接触面積が狭くなり、熱の伝達抵抗を増加させることができる。
接続部21c−1,21c−2または断熱プレート40の一部を切り欠くことにより、熱の伝達抵抗は増加するが、接続部31dを介した接続部位での保持面積も狭くなる。
一方、実際のEGRバルブの使用環境では、上記接続部位にある部品の熱膨張係数の差などに起因してボルト締結力が低下する場合があり、上記接続部位での保持力を十分に確保しておく必要がある。
そこで、本発明は、EGRバルブの使用環境を考慮したときに必要な保持面積で最小の面積となるように接続部21c−1,21c−2または断熱プレート40を切り欠く。
これにより、接続部31dを介した接続部位での保持力を確保しつつ、熱の伝達抵抗を増加させることができる。
アクチュエータ側ハウジング21には、図2に示すように、冷却水を循環する冷却通路23が形成されている。なお、アクチュエータ側ハウジング21は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属材料で構成されており冷却効果が高められている。これにより、排気ガス通路34に大流量でかつ高温(〜800℃)の排気ガスが流れてバルブ部30が加熱されても、ギア機構およびアクチュエータ部10へ熱が伝わるまでに効率的に冷却することができる。
冷却通路23には、車両のエンジン起動に伴って電動ポンプが駆動して冷却水が循環される。例えば、冷却水は、図4に示す通路口23aの一方から冷却通路23に流れ込み、もう一方の通路口23aから排出され、ラジエータで冷却された後に再び冷却通路23に送られる。なお車両のエンジンが停止されると電動ポンプも停止するので、冷却通路23における冷却水の循環は止まる。
図6は、実施の形態1に係る流体制御バルブにおける、流体の熱による影響を示す模式図であり、実施の形態1に係る流体制御バルブを図1のEGRバルブで具体化した場合を示している。排気ガス通路34に高温(〜800℃)の排気ガスが循環していると、この排気ガスからの熱入力でバルブ部30が加熱される。このとき、バルブ側ハウジング31では、対向面部31Aからの輻射熱および接続部31dを介した伝熱が発生する。
アクチュエータ側ハウジング21は、バルブ側ハウジング31との間に空間Bを隔てて連結されているので、対向面部31Aからの輻射熱は、空間Bの空気断熱層により伝熱が減少している。対向面部31Aからの熱放射、空間Bの空気および接続部31dを介した伝熱によって、アクチュエータ側ハウジング21の対向面部21A側の部分が加熱されても、冷却通路23を循環する冷却水によって冷却される。
ここでエンジンが停止されると、排気ガス通路34における排気ガスの循環が停止して排気ガスからバルブ部30への熱の入力も停止する。また、冷却通路23における冷却水の循環も停止するので、冷却通路23の冷却効果は低下する。
一方、エンジンを停止した直後は、高温排気ガスに加熱されたバルブ側ハウジング31の余熱があり、対向面部31Aからの輻射熱および接続部31dを介した伝熱は継続する。このため、アクチュエータ側ハウジング21の対向面部21A側の部分は加熱されるが、冷却通路23の冷却効果が低下しているので、特に流通ガス温度、および雰囲気温度が高い環境下では、アクチュエータ側ハウジング21においてギア機構およびアクチュエータ部10の耐熱温度を超える可能性がある。
そこで、本発明では、対向面部31Aに肉盗み部31cを形成し、対向面部21A,31Aの外側端部に接続部21c−1,21c−2,31dを設けている。また、アクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31とを、対向面部21A,31Aが空間Bを隔てて接続部21c−1,21c−2,31dを介して接続している。これにより、バルブ側ハウジング31の余熱がアクチュエータ側ハウジング21へ伝わることが抑制され、バルブ側ハウジング31の余熱に対する耐性が向上する。
詳細に説明すると、バルブ側ハウジング31には、接続部31dが対向面部31Aの外側端部に設けられているので、接続部31dを介した接続部位がバルブ側ハウジング31の側方で外部に面した位置となる。これにより、接続部31dを介した接続部位は、外部に面した部分から熱を大気へ放熱することが可能である。
また、アクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31を接続したときに、接続部31dを介した接続部位は、延長壁21aに隣接した位置となる。このとき、延長壁21aは、図6に示すように、上記接続部位を覆った状態となり、ヒートシンクとして機能する。すなわち、延長壁21aは、対向面部31Aの外側端部からの輻射熱bおよび接続部31dを介した伝熱cを、放射熱dとして大気へ放射する。
また、対向面部31Aには、肉盗み部31cが形成されているので、空間Bのみの場合よりもアクチュエータ側ハウジング21とバルブ側ハウジング31の間隔がさらに大きくなっている。これにより、アクチュエータ側ハウジング21の対向面部21Aとの間隔分の空間が空気断熱層となって熱の伝達抵抗が増加するので、アクチュエータ側ハウジング21に達する輻射熱aの熱伝導量は、空間Bのみの場合よりも減少する。
さらに、接続部31dを介した接続部位に断熱プレート40を介在させれば、熱の伝達抵抗が増加するので、接続部31dを介した伝熱cを抑制することができる。
また、アクチュエータ側ハウジング21の接続部21c−1,21c−2および断熱プレート40のうちの少なくとも一方の一部を切り欠いて形成することでも、熱の伝達抵抗を増加させることができる。
なお、断熱プレート40の介在と上記切り欠きの形成とを組み合わせた構成にすることで、接続部31dを介した接続部位における熱の伝達抵抗はさらに増加する。
これまでの説明では、本発明に係る流体制御バルブが大流量でかつ高温の流体用である場合を示したが、小流量、低温の流体用であってもよく、流体の温度、流量を問わず、様々なバルブに適用可能である。例えば、特許文献3の構成に適用してもよい。
以上のように、この実施の形態1によれば、バルブ側ハウジング31とアクチュエータ側ハウジング21とは、互いの対向面部31A,21Aおよび当該対向面部31A,21Aの外側端部に接続部31d,21c−1,21c−2をそれぞれ有し、当該接続部31d,21c−1,21c−2を介して互いの対向面部31A,21Aが空間Bを隔てて接続されており、バルブ側ハウジング31の対向面部31Aは、アクチュエータ側ハウジング21の対向面部21Aから離れる方向に凹んだ肉盗み部31dを有する。
肉盗み部31cによって、アクチュエータ側ハウジング21との間における熱の伝達抵抗が増加し、アクチュエータ側ハウジング21へ伝わる熱量自体を低減できる。これにより、バルブ側ハウジング31の余熱に対する耐性が向上する。
また、この実施の形態1によれば、EGRバルブは、接続部31dを介した接続部位に介在させる断熱プレート40を備える。断熱プレート40によって上記接続部位における熱の伝達抵抗が増加するので、アクチュエータ側ハウジング21への伝熱を抑制することができる。
さらに、この実施の形態1によれば、アクチュエータ側ハウジング21は、バルブ側ハウジング31との対向面部21Aの外周縁部から延設されてバルブ側ハウジング31の上端部を覆う延長壁21aを備える。この延長壁21aは、バルブ側ハウジング31の熱を放熱するヒートシンクとして機能するので、バルブ側ハウジング31の余熱に対する耐性が向上する。
さらに、この実施の形態1によれば、接続部21c−1,21c−2は一部が切り欠かれている。切り欠きにより接続部21c−1,21c−2の接触面積が狭くなるので、上記接続部位における熱の伝達抵抗が増加し、アクチュエータ側ハウジング21への伝熱を抑制することができる。
さらに、この実施の形態1によれば、断熱プレート40は、接続部31dとの接触する一部が切り欠かれている。切り欠きにより断熱プレート40の接触面積が狭くなるので、上記接続部位における熱の伝達抵抗が増加し、アクチュエータ側ハウジング21への伝熱を抑制することができる。
実施の形態1では、本発明に係る流体制御バルブをバタフライ式のバルブで具体化した場合を示したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明はバルブ軸が直動してバルブを開閉するポペット式のバルブであっても適用することが可能である。
なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係る流体制御バルブは、高温の流体によって加熱されたハウジングの余熱に対する耐性を向上させることができるので、例えば、高温の排気ガスを扱う排気ガス再循環バルブに好適である。
10 アクチュエータ部、11 モータ、20 駆動力伝達部、21 アクチュエータ側ハウジング、21A,31A 対向面部、21a 延長壁、21b,31a 貫通穴、21c−1,21c−2,31d 接続部、21d,40a ボルト穴、21e−1,21e−2,40b 切り欠き部、22 ボルト、23 冷却通路、23a 通路口、33 バルブ部、31 バルブ側ハウジング、31b 軸周り部分、31c 肉盗み部、31e 雌ねじ穴、32 バルブ軸、33 バルブ、40 断熱プレート。
この発明に係る流体制御バルブは、流体通路を有する第1のハウジングと、第1のハウジングに設けられ、流体通路を開閉するバルブと、バルブを開閉させる駆動力を発生するアクチュエータ部と、アクチュエータ部が取り付けられ、冷却用流体が循環される冷却通路を有する第2のハウジングとを備える。
この流体制御バルブにおいて、第1のハウジングと第2のハウジングとは、互いの対向面部当該対向面部の外側端部に接続部をそれぞれ有し、当該接続部と断熱部材とを介在させて互いの対向面部が空間を隔てて接続されており、第1のハウジングの対向面部は、第2のハウジングの対向面部から離れる方向に凹んだ肉盗み部を有し、断熱部材は、接続部と接触する一部が凹状である

Claims (5)

  1. 流体通路を有する第1のハウジングと、前記第1のハウジングに設けられ、前記流体通路を開閉するバルブと、前記バルブを開閉させる駆動力を発生するアクチュエータ部と、前記アクチュエータ部が取り付けられ、冷却用流体が循環される冷却通路を有する第2のハウジングとを備えた流体制御バルブにおいて、
    前記第1のハウジングと前記第2のハウジングとは、互いの対向面部および当該対向面部の外側端部に接続部をそれぞれ有し、当該接続部を介して互いの前記対向面部が空間を隔てて接続されており、
    前記第1のハウジングの前記対向面部は、前記第2のハウジングの前記対向面部から離れる方向に凹んだ肉盗み部を有することを特徴とする流体制御バルブ。
  2. 前記接続部は、断熱部材を介在させて接続されていることを特徴とする請求項1記載の流体制御バルブ。
  3. 前記第2のハウジングは、
    前記第1のハウジングとの対向面部の外周縁部から延設されて前記第1のハウジングの上端部を覆う延長壁を備えることを特徴とする請求項1記載の流体制御バルブ。
  4. 前記第2のハウジングの前記接続部は、一部が切り欠かれていることを特徴とする請求項1記載の流体制御バルブ。
  5. 前記断熱部材は、前記接続部との接触する一部が切り欠かれていることを特徴とする請求項2記載の流体制御バルブ。
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