JP6530487B2 - 改良されたシーリング部材を備えたチェックバルブ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関などのエンジンシステムにおいて使用されるチェックバルブに関し、より詳細には、改良されたシーリング部材を備えたチェックバルブに関する。

エンジン、例えば車両エンジンは、長い間、アスピレーターおよび／またはチェックバルブを備えている。典型的には、アスピレーターは、エンジン空気の一部をベンチュリーを通って移動させることによって、エンジンマニホールドの真空よりも低い真空を生成するために使用される。アスピレーターは、内部にチェックバルブを含むことができ、あるいはシステムは、別個のチェックバルブを含むことができる。チェックバルブが分離しているとき、それらは、通常、真空源と真空を使用するデバイスとの間で下流に設けられる。

ブレーキブーストシステムを含むエンジンでは、チェックバルブが効果的にシールすることを困難にし得る状況が存在する。特に、チェックバルブにおけるシーリングは、低温および／または低シーリング圧力差において望まれるよりも劣ることがある。さらに、エンジンシステムは、チェックバルブの重量制限を要求するか、あるいは製造業者がそれを指定することがある。重量に対処する一つの方法は、チェックバルブ内の可動シーリング部材の重量を減らすことである。しかしながら、重量を減らすことは、シーリングの問題、特に大きなシーリング圧力差に耐えるその能力を悪化させる可能性がある。

現在利用可能なチェックバルブは、ディスクがシーリング面の製造のばらつきに適合するように、コンプライアント材料から作られたチェックバルブディスクを備えたチェックバルブアセンブリを有する。良好なシーリングは、ディスクを跨ぐ圧力差が小さい場合でさえ必要とされる。圧力差が大きくなると、シーリング面を持ち上げるようにディスクが十分に変形しない限りシーリングは保証される。加えて、大きな圧力差の結果として生じる力のためにコンプライアントディスク内に大きな応力が誘起されることがある。

剛体ディスク材料は軽い荷重が加えられたときには効果的に密封しない。だが、それは非剛体ディスクよりも大きな負荷に耐える。システムの動作中のある時点での各条件の下で、より効率的なシーリングを提供する必要がある。

ある態様では、いずれもそれと流体連通状態の第１のポートおよび第２のポートを有する内部キャビティを画定すると共に、第１の弾性Ｖリングシールによって画定される第１のシートと第２のシートとを有するハウジングと、内部キャビティ内のチェックバルブプレートであって、圧力差に応答して、ハウジングの内部キャビティ内で、第１のシートに当接する閉位置と第２のシートに当接する開位置との間で並進移動可能であるチェックバルブプレートとを備えるチェックバルブが開示される。第１の弾性Ｖリングシールは、ハウジングによって画定された環状チャネルに対する締まり嵌めを有する本体と、内部キャビティ内への弾性Ｖリングシールを通る流れから離れると共にそれに対して直交する方向に開口する、断面で見て略Ｖ字形ボイドを画定する方向に本体から延びるリップとを含む。

第１の弾性Ｖリングシールは、主面の外周に近接してチェックバルブプレートの主面と係合するようにハウジング内に配置され、そして、内部キャビティと第１のポートとの間の流体連通のために、ハウジングによって画定される開口を取り囲むように配置されてもよい。チェックバルブ内にただ一つの弾性Ｖリングシールが存在する場合（第１の弾性Ｖリングシール）、チェックバルブプレートは連続プレートである。第１の弾性Ｖリングシールの半径方向内側に配置された第２の弾性Ｖリングが存在してもよい。チェックバルブの全ての実施形態において、第２のシートは、内部キャビティ内へ延びる複数の半径方向に離間したフィンガーである。

実施形態のいずれかにおけるハウジングは、閉位置と開位置との間でそれが並進移動するときチェックバルブプレートを案内するよう配置された内部キャビティ内に延びる一つ以上のアライメント部材を備えてもよい。一つ以上のアライメント部材が存在する場合、一つ以上のアライメント部材は略中央アライメント部材であってもよい。ここで、チェックバルブプレートはそれを貫通するボアを有し、略中央アライメント部材はチェックバルブプレートのボアに収容される。第２の弾性Ｖリングシールはここに存在し、第２の弾性Ｖリングシールの本体およびリップによって形成された略Ｖ字形ボイドの開口が略中央アライメント部材に面する状態で略中央アライメント部材の周囲であってかつその近傍に配置される。

チェックバルブの任意の態様では、複数のアライメント部材は内部キャビティ内に配置される。一実施形態では、チェックバルブプレートはコグ付き周縁を有し、各コグは複数のアライメント部材の連続するアライメント部材間にある。別の実施形態では、複数のアライメント部材は内部キャビティの内壁から内側に突出し、かつ、チェックバルブプレートは均一な外径を有する。

チェックバルブの一実施形態の長手方向断面図である。 図１のチェックバルブの内部キャビティ内への平面図である。 図１のチェックバルブの内部チャンバーの拡大された長手方向断面図である。 図１のチェックバルブの第１および第２の弾性Ｖリングシールの拡大長手方向断面図である。 第１および第２の弾性Ｖリングシールの第２実施形態の拡大長手方向断面図である。 第１および第２の弾性Ｖリングシールの第３実施形態の拡大長手方向断面図である。 チェックバルブの内部チャンバーに関する別な実施形態の拡大長手方向断面図である。 連続チェックバルブプレートと第１の弾性Ｖリングシールのみを有するチェックバルブの分解正面斜視図である。 図８のチェックバルブの内部チャンバーの拡大長手方向断面図である。

以下の詳細な説明は、本発明の一般的な原理を説明するものであり、その例を添付図面にさらに例示する。図面において同様の参照数字は同一または機能的に類似の要素を示す。

本明細書で使用される場合、「流体」は、液体、懸濁液、コロイド、気体、プラズマ、またはそれらの組み合わせを意味する。

図１ないし図３は、その上にチェックバルブプレート２０が着座させられる、その内部のピン１８を有する内部キャビティ１６を画定すると共に、内部キャビティ１６と流体連通する第１のポート２２および内部キャビティ１６と流体連通する第２のポート２４を画定するハウジング１４を含むチェックバルブ１０を開示している。ハウジング１４は、部品が気密シールによって相互に接続されたマルチピースハウジングであってもよい。内部キャビティ１６は、通常は、第１のポート２２および第２のポート２４よりも大きな寸法を有し、特に、長手方向縦断で見た場合にはより大きな幅を、あるいは大きな直径を有する。図示された実施形態では、第１のポート２２および第２のポート２４は、チェックバルブプレート２０が存在しない場合には、チェックバルブ１０を通る略線形流路（Ｆ_Ｐ）を画定するように互いに対向して配置されるが、この構成に限定されない。別の実施形態では、第１および第２の流体ポート２２，２４は、１８０°未満の角度で互いに配置することができる。

内部キャビティ１６を画定するハウジング１４の部分は、チェックバルブが「閉鎖」されているときに、その上にチェックバルブプレート２０が着座する内部の第１のシート２６と、チェックバルブが「開放」されているときに、その上にシーリング部材が着座する第２のシート２８とを含む。図３および図７において、第１のシート２６は、少なくとも第１の弾性Ｖリングシール３２によって画定され、そして図１および図３に示すように、それはまた第２の弾性Ｖリングシール３４を含むこともできる。第１の弾性Ｖリングシール３２および第２の弾性Ｖリングシール３４の両方は、ハウジング１４によって画定されるそれぞれの第１の環状チャネル４２および第２の環状チャネル４４との締まり嵌めを有するその一部（本体部分５２，５２’（図４））を有していてもよい。第１の弾性Ｖリングシール３２および／または第２の弾性Ｖリングシール３４は、第１のポートから離れるように概して半径方向外側に向けられたリップ部分５３，５３’（図４）といった主面の外周近傍で、チェックバルブプレート２０の主面２５と係合するようにハウジング１４内に配置されている。さらに、第１の弾性Ｖリングシール３２は、内部キャビティ１６と第１のポート２２との間の流体連通のためにハウジングによって画定される導管３８を取り囲むように配置される。第２のシート２８は、第２のポート２４のより近くにある内部キャビティ１６の内面から内部キャビティ１６内に延びる複数の半径方向に離間されたフィンガー３０によって画定される。

再び図３および図７を参照すると、ハウジング１４は、それが閉位置と開位置との間を並進移動するときにチェックバルブプレート２０を案内するように配置された内部キャビティ１６内に延びる一つ以上のアライメント部材４０を有する。図２に示す実施形態では、ハウジング１４は、一つのアライメント部材、略中央に配置されたアライメント部材１８を有し、そしてチェックバルブプレート２０は、アライメント部材１８がその中に受け入れられた、それを貫通するボア２１を有する。複数のアーム３６がピン１８から半径方向外側に延びており、チェックバルブプレート２０が開位置にあるときチェックバルブプレート２０の周縁の周りで、かつ、チェックバルブプレート２０のボア２１とアライメント部材１８との間で、流体の流れを導くために、内部キャビティ１６内につながる流路（Ｆ_Ｐ）を複数の導管３８へと細分する。この実施形態は、リップ部分５３’がアライメント部材１８に向って概して半径方向内向きに方向付けられた状態で、中央アライメント部材１８の周りにそれに近接して配置された第２の弾性Ｖリングシール３４を含む。

図７の実施形態において、ハウジング１４は、チェックバルブプレート２０の外周２３の周りに配置された複数のアライメント部材４０を有する。ここで、チェックバルブプレート２０はコグ付き外周を有する。各コグは、複数のアライメント部材の連続するアライメント部材間に配置され、チェックバルブプレート２０が開位置と閉位置との間で並進移動する際に、それを整列状態で維持する。あるいは、アライメント部材４０は、アーム３６またはフィンガー３０のいずれかと、またはその両方と整列させられてもよい。

ここで、図４ないし図６を参照すると、第１の弾性Ｖリングシール３２，３２’，３２”は、それぞれ、ハウジング１４によって画定される環状チャネル４２に対する締まり嵌めを有する本体５２，５６，６２と、内部キャビティ１６内へと弾性Ｖリングシール３２，３２’，３２”を通る流れから離れると共にそれに対して概して直交する方向にかつチェックバルブプレート２０の周りで半径方向内側および／または外側に流れを転向させる方向に開口する、長手方向断面で見たとき略Ｖ字形のボイド５４，５８，６４を画定する方向に本体から延びるリップ５３，５７，６３とを有する。図１および図３ないし図７において、略Ｖ字形ボイド５４，５８，６４の開口は概して半径方向外側に面している。第２の弾性Ｖリングシール３４，３４’，３４”は、それぞれ、ハウジング１４によって画定される環状チャネル４２に対する締まり嵌めを有する本体５２’，５６’，６２’と、内部キャビティ１６内へと弾性Ｖリングシール３４，３４’，３４”を通る流れから離れると共にそれに対して概して直交する方向にかつチェックバルブプレート２０の周りで半径方向内側および／または外側に流れを転向させる方向に開口する、長手方向断面で見たとき略Ｖ字形のボイド５４’，５８’，６４’を画定する方向に本体から延びるリップ５３’，５７’，６３’とを有する。図１および図３ないし図６において、略Ｖ字形ボイド５４’，５８’，６４’の開口は概して半径方向内側に面している。

図４ないし図６は、第１および第２弾性Ｖリングシール３２，３２’，３２”および３４，３４’，３４”の本体部分５２，５６，６２および５２’，５６’，６２’が、長手方向断面で見たとき、さまざまな形状を有し得ることを示している。図４の実施形態では、本体５２，５２’は長手方向断面において略円形であり、そしてリップ５３，５３’を考慮したとき、Ｖリングシール３２，３４は全体として略コンマ形状である。これに対して、図５の本体５６，５６’は略Ｖ字形であり、そしてリップ５７，５７’を考慮したとき、Ｖリングシール３２’，３４’は全体として略Ｙ字形である。図６のＶリングシール３２”，３４”は全体として略Ｔ字形である。Ｖリングシールの本体の断面形状には一般的な制限はないが、典型的には、それは、ハウジング１４の環状チャネル４２と締り嵌めを形成し、そして環状チャネル４２内に嵌合するときチェックバルブプレートと係合するために環状チャネルから延びるリップに最小限の応力しか加えない形状である。

ここで第２の弾性Ｖリングシール３４，３４’，３４”に戻るが、存在する場合、それれは、図１および図３ないし図６に示すように、第１の弾性Ｖリングシール３２，３２’，３２”の半径方向内側に配置されるのが典型的である。第２の弾性Ｖリングシールは、図１ないし図３に示すように、締まり嵌めを伴って環状チャネル４４内に着座する。しかしながら、ここでは、本体５２’，５６’，６２’およびリップ５３’，５７’，６３’によって形成される略Ｖ字形ボイド５４’，５８’，６４’の開口は中央アライメント部材１８に概ね面している。

ＯリングシールおよびＸリングシールのようなその他の弾性シールが本明細書に開示されたチェックバルブにおいて使用されてもよい。これらその他の弾性シールに関して、それらは、チェックバルブプレートのための第１のシートを画定するために、その中にシールが着座する環状チャネルを越えて延びる必要がある。さらに、弾性シール、Ｖリングまたはその他のもののいずれかをチェックバルブ内で組み合わせ適合させてもよいが、第１および第２の弾性シールが同じ形状である必要はない。

第１および第２の弾性Ｖリングシールは、温度、温度変化およびチェックバルブが内燃機関などのシステム内で曝されるその他の条件に適したゴムからなるか、またはそれを含むことができる。適切なゴムとしては、ニトリルゴムおよびVitron（登録商標）フルオロエラストマーが挙げられる。弾性Ｖリングシールのリップ５３は、典型的には、リップ５３に着座し、それに対する気密シールを形成するとき、チェックバルブプレート２０の不完全部と係合する材料から形成されるか、あるいはそれを含む。

チェックバルブプレートは、典型的には、適切な剛性の材料で形成されるか、またはそれを含む剛体部材である。好適な例としては、金属プレート、充填剤（典型的には３０体積％のガラス、ミネラルなど）を含むかまたは含まないナイロンまたはアセチルなどのプラスチックまたは炭素繊維材料が挙げられるが、これらに限定されない。本明細書で使用される場合、「金属」とは、純粋な金属、金属合金、金属複合体、および適切な剛性を有するその組み合わせであってもよい全ての材料を表すために一般的に使用される。

ここで、図８および図９を参照すると、内部キャビティ１１６を画定すると共に内部キャビティ１１６と流体連通する第１のポート１２２および内部キャビティ１１６と流体連絡する第２の流体ポート１２４を画定する上側部分１１４ａおよび下側部分１１４ｂを有するハウジングを含むチェックバルブ１００が示されている。ハウジング１１４は、上側部分１１４ａと下側部分１１４ｂとが気密シールを用いて互いに接続されたマルチピースハウジングとして示されている。内部キャビティ１１６は、典型的には、第１のポート１２２および第２のポート１２４よりも大きな寸法を有し、特に、長手方向断面で見たときにより大きな幅、あるいはより大きな直径を有する。図示された実施形態では、第１のポート１２２と第２のポート１２４とは、チェックバルブプレート１２０が存在しない場合に、チェックバルブ１００を通る概ね直線状の流路（Ｆ_Ｐ）を画定するように互いに対向して配置されるが、この構成には限定されない。別の実施形態では、第１および第２の流体ポート１２２，１２４は、互いに１８０°未満の角度で配置されてもよい。

内部キャビティ１１６は、チェックバルブが「閉鎖」されたとき（図７に示す）、その上にチェックバルブプレート２０が着座する内部の第１のシート１２６と、チェックバルブが「開放」されているとき（図９）、その上にシーリング部材が着座する第２のシート１２８とを含む。図９において、第１のシート１２６は、本明細書に開示された弾性シールのいずれかおよびその等価物であってもよい、ただ一つの弾性シール１３２によって画定される。ただ一つの弾性シールの場合、チェックバルブプレートは、典型的には剛性材料の連続プレートである。弾性シール１３２、特に環状チャネル１４２から突出する部分、例えば図６のリップ部分６３と、チェックバルブプレート１２０とは、典型的には、チェックバルブプレートの第１の主面１２５の外周１２３の近傍で互いに係合する。弾性シール１３２は、環状チャネル１４２との締まり嵌めを有する、その部分（本体部分６２（図６））を有する。リップ部分６３（図６）は、第１のポートから離れるように概して半径方向外側に向けられる。弾性シール１３２は、内部キャビティ１１６と第１のポート１２２との間の流体連通のためにハウジングによって画定される導管１３８を取り囲むように配置される。第２のシート１２８は、第２のポート１２４により近接している内部キャビティ１１６の内面から内部キャビティ１１内へと延びる複数の半径方向に離間したフィンガー１３０によって画定される。

さらに図８および図９を参照すると、ハウジング１１４は、それが閉位置と開位置との間を並進移動するときに内部キャビティ内でチェックバルブプレート１２０の整列を案内および／または維持するように配置された内部キャビティ１１６内に延びる一つ以上のアライメント部材１４０を有する。この実施形態では、複数のアライメント部材１４０は内部キャビティの内壁から内側に突出し、そしてチェックバルブプレートは均一な外径を有する。これらのアライメント部材１４０はフルーティングと呼ばれることがある。

第１のシートとしての弾性Ｖリングシールの存在は、チェックバルブプレートは軽量で、低差圧で効果的に密閉しながら高圧差に抗するか耐えることができ、チェックバルブの圧力降下を最小限に抑え、効果的に密閉できる、という利点を提供する。さらに、この軽量チェックバルブは、電気的インターフェースを必要とせずに、ターボチャージを含むエンジンシステムなどのシステムにおけるサージ現象の悪影響を低減するように動作することができる。

１０ チェックバルブ
１１ 内部キャビティ
１４ ハウジング
１６ 内部キャビティ
１８ 中央アライメント部材（ピン）
２０ チェックバルブプレート
２１ ボア
２２ 第１の流体ポート
２３ 外周
２４ 第２の流体ポート
２５ 主面
２６ 第１のシート
２８ 第２のシート
３０ フィンガー
３２ 第１の弾性Ｖリングシール
３２’ 第１の弾性Ｖリングシール
３２” 第１の弾性Ｖリングシール
３４ 第２の弾性Ｖリングシール
３４’ 第２の弾性Ｖリングシール
３４” 第２の弾性Ｖリングシール
３６ アーム
３８ 導管
４０ アライメント部材
４２ 第１の環状チャネル
４４ 第２の環状チャネル
５２ 本体部分
５２’ 本体部分
５３ リップ部分
５３’ リップ部分
５４ 略Ｖ字形ボイド
５４’ 略Ｖ字形ボイド
５６ 本体部分
５６’ 本体部分
５７ リップ
５７’ リップ
５８ 略Ｖ字形ボイド
５８’ 略Ｖ字形ボイド
６２ 本体部分
６２’ 本体部分
６３ リップ部分
６３’ リップ部分
６４ 略Ｖ字形ボイド
６４’ 略Ｖ字形ボイド
１００ チェックバルブ
１１４ ハウジング
１１４ａ 上側部分
１１４ｂ 下側部分
１１６ 内部キャビティ
１２０ チェックバルブプレート
１２２ 第１の流体ポート
１２３ 外周
１２４ 第２の流体ポート
１２５ 第１の主面
１２６ 第１のシート
１２８ 第２のシート
１３０ フィンガー
１３２ 弾性シール
１３８ 導管
１４０ アライメント部材
１４２ 環状チャネル

Claims (11)

1. チェックバルブであって、
   いずれもそれと流体連通状態の第１のポートおよび第２のポートを有する内部キャビティを画定すると共に、第１の弾性Ｖリングシールによって画定される第１のシートと、第２のシートと、を有するハウジングと、
   前記第１の弾性Ｖリングシールの半径方向内側に配置された第２の弾性Ｖリングシールと、
   前記内部キャビティ内のチェックバルブプレートであって、前記チェックバルブプレートは、圧力差に応答して、ハウジングの内部キャビティ内で、前記第１のシートに当接する閉位置と前記第２のシートに当接する開位置との間で並進移動可能であるチェックバルブプレートと、を備え、
   前記第１の弾性Ｖリングシールは、前記内部キャビティと前記第１のポートとの間の流体連通のために、前記ハウジングによって画定される開口を取り囲むように配置される、チェックバルブ。
2. 前記第１の弾性Ｖリングシールは、前記ハウジングによって画定された環状チャネルに対する締まり嵌めを有する本体と、前記内部キャビティ内への前記弾性Ｖリングシールを通る流れから離れると共にそれに対して直交する方向に開口する、断面で見て略Ｖ字形ボイドを画定する方向に前記本体から延びるリップと、を含む、請求項１に記載のチェックバルブ。
3. 前記第１の弾性Ｖリングシールは、前記チェックバルブプレートの主面と、この主面の外周近傍で係合するように前記ハウジング内に配置される、請求項１に記載のチェックバルブ。
4. 前記チェックバルブプレートは連続プレートである、請求項１に記載のチェックバルブ。
5. 前記ハウジングは、前記閉位置と開位置との間でそれが並進移動するとき前記チェックバルブプレートを案内するよう配置された前記内部キャビティ内へと延びる一つ以上のアライメント部材をさらに備える、請求項１に記載のチェックバルブ。
6. 前記ハウジングは略中央アライメント部材を有し、前記チェックバルブプレートはそれを貫通するボアを有し、前記略中央アライメント部材は前記チェックバルブプレートの前記ボアに収容される、請求項５に記載のチェックバルブ。
7. 前記第２の弾性Ｖリングシールの本体およびリップによって形成された略Ｖ字形ボイドの開口が前記略中央アライメント部材に面する状態で、前記第２の弾性Ｖリングシールは、前記略中央アライメント部材の周囲であってかつその近傍に配置される、請求項６に記載のチェックバルブ。
8. 前記第２のシートは、前記内部キャビティ内へと延びる、複数の半径方向に離間したフィンガーである、請求項１に記載のチェックバルブ。
9. 前記チェックバルブプレートは剛性材料からなる、請求項１に記載のチェックバルブ。
10. チェックバルブであって、
    いずれもそれと流体連通状態の第１のポートおよび第２のポートを有する内部キャビティを画定し、前記内部キャビティ内に配置された複数のアライメント部材を有し、第１の弾性Ｖリングシールによって画定される第１のシートおよび第２のシートを有するハウジングと、
    前記内部キャビティ内のチェックバルブプレートであって、前記チェックバルブプレートは、圧力差に応答して、ハウジングの内部キャビティ内で、前記第１のシートに当接する閉位置と前記第２のシートに当接する開位置との間で並進移動可能であるチェックバルブプレートと、を備え、
    前記第１の弾性Ｖリングシールは、前記内部キャビティと前記第１のポートとの間の流体連通のために、前記ハウジングによって画定される開口を取り囲むように配置され、
    前記チェックバルブプレートはコグ付き周縁を有し、各コグは前記複数のアライメント部材の連続するアライメント部材間に存在する、チェックバルブ。
11. 前記複数のアライメント部材は前記内部キャビティの内壁から内側に突出し、かつ、前記チェックバルブプレートは均一な外径を有する、請求項１０に記載のチェックバルブ。