CN100351510C - 流体阀装置 - Google Patents

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Abstract

一种流体装置，其具有：配置在流路内的可变位的阀部件；配置在流路外面的驱动装置；设置在流路和驱动装置之间的壳体；装备在壳体内的轴承部；一端连接阀部件，另一端贯通轴承部的孔并连接驱动装置的连接部件；密封部件，在壳体内、在轴承部和驱动装置之间，相对壳体的壁部和连接部件保持气密水密关系，且由挠性材料形成，以在驱动所述阀部件时不妨碍阀部件的变位，密封部件上设有贯通连接部件的孔，密封部件的外周端缘部与壳体的内周结合，密封部件的内周端缘部与连接部件的外周结合，在各结合部中都通过夹持部件从两面液密或气密地夹持密封部件，在支撑着连接部件的轴承部和密封部件之间的壳体的壁部上形成有连接壳体的内部和外部的连通孔。

Description

流体阀装置
技术领域
本发明涉及用于调节流体流量等的流体阀装置，涉及在阀部件和驱动阀部件的驱动装置之间，具有设在阀部件的防止流路内的流体进入驱动装置侧的密封结构的流体阀装置，特别涉及适合用于使从汽车等的内燃机排出的排气回流到进气侧的排气气体的再循环***的阀门装置的流体阀装置。
背景技术
在调节流体流量的流体阀装置中具有驱动阀部件的驱动装置，但也有以阀部件与支撑阀部件的流路的孔的滑动部为边界，在流路外部设置驱动阀部件的驱动装置，以保护该驱动装置不受流体或流体中的异物的影响。在这种流体阀装置中，例如有排气再循环控制阀(以下略称为EGR(Exhaust Gas Recirculation)阀)。
该EGR阀用于汽车等的内燃机的排气的再循环***中，根据汽车等的行驶状态，使适量的排气回流到进气侧，从而控制排气中产生有害成分。
该EGR阀不限于汽油发动机，对降低柴油发动机的排气中的NOx(氮氧化物)也有效，但在柴油发动机情况下，如果排气再循环量(以下称为EGR气体量)过剩，将导致排气中的PM(particulate matter)颗粒物质含量增大，而如果EGR量过少，则不能充分降低排气中的NOx。
因此，需要高精度地进行EGR气体量的控制(以下称为EGR流量控制)。该EGR流量控制通常通过调整EGR阀的开度来进行。作为EGR阀一般采用使用气动式(pneumatic type)正压或负压的压力差动式EGR阀，但是，近年来从提高控制精度的角度考虑，开发了电机驱动式EGR阀。
该电机驱动式EGR阀虽然控制精度高，可以适当控制EGR流量，但是，如果排气中的硫磺成分、未燃烧成分、煤烟成分等进入电机内部，有可能产生电机腐蚀或固着等不利影响，最坏的情况是将导致电机停止。
即，由于EGR阀配置在排气流路中，所以构成EGR阀的提升阀(poppetvalve)或蝶阀(butterfly valve)等将曝露于排气中。由于驱动EGR阀的电机连接这种提升阀或蝶阀等，所以造成排气容易进入电机内部的环境。特别是由于EGR气体是高于大气压的高压，并且温度也高，从这方面讲排气也容易进入电机内部。
因此，需要形成排气不易进入电机内部的结构。
在电机驱动式EGR阀中，作为阻止排气等进入电机侧的普通结构，有例如图5所示的结构。
如图5所示，该EGR阀具有：形成排气回流通道的一部分的排气流路11；安装在排气流路11的中途并作为阀部件的阀主体12；通过阀主体12的轴部14对阀主体12进行轴方向驱动的作为驱动装置的电动机13；支撑阀主体12的轴部14的轴承15；收容轴承15和轴部14的壳体16，使电动机13旋转，通过把该旋转变换为轴方向移动的变换机构(省略图示)，在轴方向驱动阀主体12，可以开闭排气流路11或调整其开度。
并且，在壳体16的内周面和轴部14的外周面之间安装树脂制成的密封隔膜17。该密封隔膜17具有大致漏斗型的形状，外周部分密封固定在壳体16的内周面上，内周部分滑动接触轴部14的外周面。在EGR气体的压力高于大气压的条件下，如图5所示，该密封隔膜17凭借EGR气体压力如风筝般地张开，提高其内周部分与轴部14的外周面之间的滑动接触部的密封性。
并且，特开平5-187328号公报公开了非电机驱动式而是压力差动式的在EGR阀设置防止异物进入装置的技术。
该EGR阀如图6所示，具有：排气流路101；安装在排气流路101的中途的阀主体102；连接阀主体102的隔膜103；和隔膜103一起驱动阀主体102的负压室104，通过将负压室104减压，阀主体102如图6中所示向上方移动并从阀座105离开，排气流路101开通，通过解除对负压室104的减压，阀主体102通过复位弹簧106如图6中所示向下方移动并紧密接触阀座105，排气流路101关闭。
在作为可动部件的阀主体102的轴部107设置遮蔽板108，在该轴部107与作为滑动部的导向部件109之间安装异物阻止部件110。
遮蔽板108被固定在轴部107的大致中央并与导向部件109相对。该遮蔽板108的外径形成为大致小于空心孔111的内径的小径，阻止通过排气流路101的排气进入导向部件109侧的同时可以降低排气的热辐射。
异物阻止部件110的剖面大致为U字状，富有伸缩性，并且内外表面成形为波形状以便容易挠曲变形。作为该异物阻止部件110，使用耐热性和挠性良好的具有耐磨性的挠性氟树脂。并且，在该异物阻止部件110的上端周缘一体地形成凸缘部110a，在下端部110b设置开口部110c。该异物阻止部件110使凸缘部110a嵌入空心孔111的嵌合槽111a中，使上表面紧密接触导向部件109，另一方面，使下端部110b接近遮蔽板108，把开口部110c固定在轴部107的周面上。
这样，异物阻止部件110安装在导向部件109和遮蔽板108之间，即使在阀主体102闭阀时也能遮蔽包含轴孔109a与轴部107的滑动面的导向部件109，即，在遮蔽状态保持覆盖气密性，阻止排气中的碳(carbon)等进入导向部件109侧。
但是，在上述现有技术中具有以下问题。
图5所示的第1现有技术，由于在密封隔膜17的内周部分和轴部14的外周面之间存在滑动接触部，所以在使用过程中，密封隔膜17会在该滑动接触部分产生磨损，从而降低密封性。
因此，从轴部14中与轴承15的滑动接触部分进入的排气(参照箭头A1、A2)，从密封隔膜17的内周部分和轴部14的外周面之间的滑动接触部进入电动机13侧(参照箭头A3)。在使用时间增加时，密封隔膜17的磨损量也增大，最终密封性消失，有可能导致电动机13受损。即使密封隔膜17使用例如被称为特氟隆(Teflon)(注册商标)的聚四氟乙烯等耐磨损材料，也难以抑制密封性的降低。
图6所示的第2现有技术，虽然异物阻止部件110的内周、外周均没有滑动接触部，但异物阻止部件110的内周的下端部110b的开口部110c固定在轴部107的周面上，所以通过高压高温的EGR气体，异物阻止部件110的内周有可能从轴部107的周面上剥离，如果产生这种剥离，密封性消失，有可能导致电机受损。
这种问题不限于EGR阀，各种类型的阀只要在可动部件的附近存在用于保护的驱动部件(相当于EGR阀驱动用电机的部件)，使其不受流体或流体内异物等的影响，就都有可能产生这种问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种流体阀装置，可动部件周围采用不易导致密封性降低的密封结构，可以长期地阻止异物进入作为保护对象的驱动部件。
本发明之一的流体阀装置具有：配置在流体通过的流路11内并可以变位的阀部件14a；配置在所述流路11外面的驱动装置13；设置在所述流路11和上述驱动装置13之间的壳体16；装备在所述壳体16内的轴承部15；装备在所述壳体16内，一端连接所述阀部件14a，另一端贯通所述轴承部15的孔15a并连接所述驱动装置13的连接部件14；以及密封部件21，被设置成在所述壳体16内、在所述轴承部15和所述驱动装置13之间，相对所述壳体16的壁部和所述连接部件14保持气密水密关系，并且由挠性材料形成，以便在通过所述驱动装置13驱动所述阀部件14a时不妨碍该阀部件14a的变位，所述密封部件21上设有贯通所述连接部件14的孔，所述密封部件21的外周端缘部21a与所述壳体16的内周结合，所述密封部件21的内周端缘部21b与所述连接部件的外周结合，在所述各结合部中，都通过夹持部件22、23、24、25、27、29a、31、32，从两面液密或气密地夹持密封部件21，在支撑着所述连接部件14的轴承部15和所述密封部件21之间的所述壳体16的壁部上，形成有连接所述壳体16的内部和外部的连通孔33。
这样，在连接部件伴随被驱动装置驱动的阀部件的变位而变位时，虽然流体或流体中的异物从连接部件的一端侧(阀部件侧)漏出到另一端侧(驱动装置侧)，但这些异物等通过密封部件进入驱动装置侧的移动被阻止，该密封部件由挠性材料形成，并且设置成相对流路的壁和连接部件保持气密水密关系。因此，可以保护驱动装置不受流体及流体中的异物的影响。
本发明之二是根据本发明之一的流体阀装置，所述流路11是使内燃机的排气回流到进气侧的排气回流通道，所述阀部件14a是可以调整所述排气回流通道内的排气流量的排气回流阀，所述驱动装置13是使排气回流阀变位的电动机。
本发明之三是根据本发明之一的流体阀装置，夹持所述密封部件21的夹持部件是设在所述壳体16内周的扩径部28的阶梯部27和嵌入所述扩径部的嵌入部件29的端面29a。
本发明之四是根据本发明之一的流体阀装置，夹持所述密封部件21的夹持部件是通过嵌合在形成于所述壳体16内周的环状槽30中的环状部件31、32。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的带防止异物进入结构的EGR阀装置(流体阀装置)的剖面示意图。
图2是说明本发明的一实施方式的EGR***的汽车用发动机的结构示意图。
图3是表示作为本发明的一实施方式的第1变形例的带防止异物进入结构的EGR阀装置(流体阀装置)的主要部分的剖面示意图。
图4是表示作为本发明的一实施方式的第2变形例的带防止异物进入结构的EGR阀装置(流体阀装置)的主要部分的剖面示意图。
图5是表示第1现有技术的带防止异物进入结构的EGR阀装置(流体阀装置)的剖面示意图。
图6是表示第1现有技术的带防止异物进入结构的EGR阀装置(流体阀装置)的剖面示意图。
符号说明
1发动机(内燃机)；2排气通道；3进气通道；4EGR流路(排气回流通道)；5EGR阀(排气回流阀)；6作为控制器的ECU(电子控制单元)；7排气歧管(manifold)；8进气歧管(manifold)；11排气流路；12阀主体；13电动机；14轴部；14a阀部；14b滑动接触部；15轴承；16壳体；21密封部件(防止流体进入部件)；22、23筒状部件(夹持部件)；24、25凸缘(flange)部(夹持部件)；27阶梯部(夹持部件)；28扩径部；29筒状部件(嵌入部件)；29a筒状部件29的端面(夹持部件)；31、32C型环状部件(夹持部件)；33连通孔。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式，图1～图4表示作为本发明的一实施方式的带防止异物进入结构的EGR阀装置(流体阀装置)，图1是其剖面示意图，图2是说明该EGR***的汽车用发动机的结构示意图，图3、图4是其变形例的主要部分的剖面示意图。
在本实施方式中，以EGR阀装置为例说明流阀装置。
例如，如图2所示，在汽车用发动机等中具有排气再循环控制***(以下略称为EGR(Exhaust Gas Recirculation)***)。该EGR具有：设在发动机(内燃机)1的排气通道2和进气通道3之间的EGR流路(排气回流通道)4；安装在EGR流路4的中途的EGR阀(排气回流阀)5；调整EGR阀5的开度的作为控制器的ECU(电子控制单元)6。这样，在发动机1的各个燃烧室中燃烧的排气从排气连接管7排出到排气通道2，其中一部分根据EGR阀5的开度，通过EGR流路4回流到进气通道3，从进气歧管8再次被输送到各个燃烧室。EGR阀5从提高控制精度的角度考虑采用电动机驱动式方案。
EGR阀5如图1所示，具有：形成排气回流通道4的一部分的排气流路11；安装在排气流路11的中途，由阀部(阀部件)14a和轴部14构成的阀主体12；连接阀主体12的轴部14并对阀主体12进行轴方向驱动的作为驱动装置的电动机13；支撑阀主体12的轴部14的轴承15；收容轴承15和轴部14的壳体16。另外，轴部14相当于连接阀体(阀部件)12a和电动机13的连接部件，形成为贯通轴承15的孔(轴孔)15a。
排气流路11隔着通过阀主体12而开闭的开闭部11c，由上游部11a和下游部11b构成。
阀主体12在轴部14的一端(图1中为下端)具有作为作用部的蘑菇型阀部14a，轴部14的中间部由轴承15支撑着，构成滑动接触轴承15的滑动接触部14b，电动机13连接轴部14的另一端(图1中为上端)。
电动机13是公知电机，在电动机壳体13a内，在外周部设置线圈13b，在内周部设置转子13c。在转子13c的中心部加工阴螺纹，在轴部14的另一端部或与该另一端部同轴连接的轴部件加工阳螺纹，转子13c侧的阴螺纹和轴部14侧的阳螺纹旋合，形成在转子13c旋转时轴部14在轴方向移动的变换机构。因此，通过向线圈13b进行所需要的通电，转子13c在所需要的方向仅旋转必要量，可以把轴部14调整到必要的轴方向位置。
一端侧从阀部14a和轴部14的滑动接触部14b面对排气流路11，排气流路11内的排气成为高于大气压的高压，所以在轴部14的滑动接触部14b，如箭头a1、a2所示，虽然有时排气从轴部14的一端侧(排气流路11侧)漏出到另一端侧(电动机13侧)，但由于在壳体(流路11的壁部)16内的轴承15和电动机13之间有具有挠性的大致呈圆板状的密封部件(起到防止流体进入部件的作用)21，所以可以阻止在滑动接触部14b漏出的排气进入电动机13中。
该密封部件21具有挠性，形成为在中心部设有贯通轴部14的孔的大致呈圆板状(圆形板状)，使其外周端缘部21a接合在壳体16的内周上，使其内周端缘部21b接合在轴部14的外周上。特别是在这些各个接合部，密封部件21通过夹持部件22、23、24、25从两面均以液密或气密状态被夹持。
即，在轴部14的外周外嵌着具有必要厚度的两个筒状部件(夹持部件)22、23，密封部件21的内周端缘部21b被这两个筒状部件22、23夹持着接合成液密或气密状态。并且，在壳体16的内周，朝向内方突起设置作为夹持部件的第1凸缘部24，在第1凸缘部24上方的内径扩大的部位，内嵌着筒状部件26，该筒状部件上突起设置朝向内方的作为夹持部件的第2凸缘部25，密封部件21的外周端缘部21a被这两个凸缘部24、25夹持着并以液密或气密状态进行接合。
另外，如图3所示，也可以构成为省略所述第1、第2凸缘部24、25，在壳体16的内周形成隔着阶梯部27的扩径部28，利用该阶梯部(夹持部件)27和嵌入扩径部28的没有凸缘部的筒状部件(夹持部件)29的端面(夹持部件)29a，把密封部件21的外周端缘部21a以密或气密状态进行夹持。
或者，如图4所示，在壳体16的内周形成环状槽30，使通过弹性变形可以缩径的两个C型环状部件(夹持部件)31、32夹持着密封部件21的外周端缘部21a嵌入该环状槽30内，也可以确保液密性或气密性。
并且，如图1、图3、图4所示，在壳体16内的轴承15和密封部件21之间的部分形成连通壳体16内外的连通孔33。因此，排气从轴部14中与轴承15的滑动接触部14b进入壳体16内的轴承15和密封部件21之间的空间34，该空间34的内压升高，空间34内的排气从该连通孔33自动排出到外部，可以避免排气滞留在空间34内形成高压。
作为本发明的一实施方式的带防止异物进入结构的EGR阀装置(流体阀装置)形成为如上所述的结构，所以在发动机1动作时，可以一面调整EGR阀5的合适开度，一面调整EGR流量，进行排气净化。
此时，排气有时从滑动接触部14b进入壳体16内的轴承15和密封部件21之间的空间34，但该空间34相对电动机13侧的空间35通过密封部件21被密封着，所以排气不会进入电动机13侧。
特别是，通过筒状部件，将密封部件21的外周端缘部21a和内周端缘部21b夹持在壳体16的内周或轴部14的外周上，并以液密或气密地接合，从而密封部件21没有滑动接触部，并且不可能产生因单纯的固定接合而引起的剥离现象，因此容易长期确保接合部的密封性(液密性或气密性)。从而，如图1所示，即使排气从轴部14的滑动接触部14b进入空间34内(参照箭头a1、a2)，该排气也被密封部件21阻止，因此能够可靠地确保作为保护对象的电动机13不受排气及排气中的异物影响。
另外，要求密封部件21随着阀主体12的轴部14的轴方向移动而弹性变形，但由于密封部件21没有滑动接触部，不可能有磨损，所以不必使用耐磨性好的高级滑动部件(例如特氟隆等)，只要是具有某种程度的耐热性和耐油性的材料、不给轴部14的移动带来阻力的具有柔软性的材料即可，例如可以采用气动式EGR阀使用的类似隔膜材料的普通橡胶(例如氟硅橡胶)等。
并且，在壳体16内的轴承15和密封部件21之间形成连通壳体16内外的连通孔33，因此即使排气从滑动接触部14b进入壳体16内的轴承15和密封部件21之间的空间34，该空间34的内压升高，同时空间34内的排气从该连通孔33自动排出到外部，所以排气不会滞留在空间34内形成高压。
因此，在壳体16内，隔着密封部件21，滑动接触部14b侧的空间34不会成为比电动机13侧空间35高出很多的高压，排气不会因压力差而从密封部件21的外周端缘部21a和内周端缘部21b的紧密接触部等进入空间35。从这一点讲，能够可靠地确保电动机13不受排气或排气中的异物的影响。
并且，使密封部件(防止流体进入部件)21形成为大致圆板状(圆形板状)且在平面上极其简单的形状，所以也具有容易进行密封部件21的制造及装配和管理的优点。
以上说明了本发明的实施方式，但本发明不限于这种实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种变形。
例如，密封部件(防止流体进入部件)21的形状不限于上述实施方式的形状，可以将骨架模部分设计成更容易追随轴部14的移动的更加立体化的形状。
并且，在上述实施方式中，同时形成为利用夹持部件夹持密封部件(防止流体进入部件)21的外周端缘部21a和内周端缘部21b的结构(第1结构)、和设置排出空间34内的排气的连通孔33的结构(第2结构)，但即使具有其中任一方结构也能获得一定效果。
并且，在上述实施方式中，以EGR阀为例进行了说明，但本发明不限于此，只要是气体用或液体用的各种类型的阀，通过适用于在可动部件附近存在用于保护驱动部件(相当于EGR阀驱动用电机的部件)使其不受流体或流体中的异物等影响的流体阀装置，可以获得与上述实施方式相同的效果。
只要是以EGR阀为代表的流体用阀类，可以广泛适用于在阀的附近近存在用于保护的驱动部件(相当于EGR阀驱动用电机的部件)的阀，使其不受流体或流体中的异物等影响，能够可靠地保护驱动部件不受流体或流体中的异物等影响。

Claims (4)

1.一种流体阀装置，具有：
配置在流体通过的流路(11)内的可以变位的阀部件(14a)；
配置在所述流路(11)外面的驱动装置(13)；
设置在所述流路(11)和上述驱动装置(13)之间的壳体(16)；
装备在所述壳体(16)内的轴承部(15)；
装备在所述壳体(16)内，一端连接所述阀部件(14a)，另一端贯通所述轴承部(15)的孔(15a)并连接所述驱动装置(13)的连接部件(14)；
密封部件(21)，被设置成在所述壳体(16)内、在所述轴承部(15)和所述驱动装置(13)之间，相对所述壳体(16)的壁部和所述连接部件(14)保持气密水密关系，并且由挠性材料形成，以便在通过所述驱动装置(13)驱动所述阀部件(14a)时不妨碍该阀部件(14a)的变位，
所述密封部件(21)上设有贯通所述连接部件(14)的孔，所述密封部件(21)的外周端缘部(21a)与所述壳体(16)的内周结合，所述密封部件(21)的内周端缘部(21b)与所述连接部件的外周结合，
在所述各结合部中，都通过夹持部件(22、23、24、25、27、29a、31、32)，从两面液密或气密地夹持密封部件(21)，
在支撑着所述连接部件(14)的轴承部(15)和所述密封部件(21)之间的所述壳体(16)的壁部上，形成有连接所述壳体(16)的内部和外部的连通孔(33)。
2.根据权利要求1所述的流体阀装置，所述流路(11)是使内燃机的排气回流到进气侧的排气回流流路，所述阀部件(14a)是可以调整所述排气回流流路内的排气流量的排气回流阀，所述驱动装置(13)是使排气回流阀变位的电动机。
3.根据权利要求1所述的流体阀装置，夹持所述密封部件(21)的夹持部件是设在所述壳体(16)内周的扩径部(28)的阶梯部(27)和嵌入所述扩径部的嵌入部件(29)的端面(29a)。
4.根据权利要求1所述的流体阀装置，夹持所述密封部件(21)的夹持部件是嵌合在形成于所述壳体(16)内周的环状槽(30)中的环状部件(31、32)。
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