JP4081946B2

JP4081946B2 - 流量調整弁

Info

Publication number: JP4081946B2
Application number: JP34060099A
Authority: JP
Inventors: 宏已太田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: EP1156243A4; WO2001040687A1; EP1156243B1; JP2001159471A; DE60036860T2; DE60036860D1; EP1156243A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用暖房装置の温水回路に設けられ、温水の流路を切替える流量調整弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用暖房装置の温水回路に設けられ、温水の流量を調整する流量調整弁としては、図１２に示すような流量制御弁５０が知られている。弁ハウジング５１には温水入口パイプ５２と温水出口パイプ５３が形成されており、その内部には弁体５４が納められている。この弁体５４を回動させ、温水回路を開閉することによって、温水出口パイプ５３を介して暖房用熱交換器（ヒータコア）へと送られる温水量を調節する。
【０００３】
温水出口パイプ５３の上流端には弁体５４とのシールを行うためのパッキン５５が設けられており、パッキン５５は板バネ５６で付勢され、弁体５４とは密着されている。弁体５４の当たり面には２本のリブ５７が形成されており、弁体５４と弁ハウジング５１との間には隙間５８が形成される。このように、弁体５４と弁ハウジング５１の間に隙間５８を設けることによって、温水中に含まれる異物（エンジン製造時に生じる鋳砂など）のかみ込みを防止するとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造の流量調整弁であると、温水出口パイプ５３が全閉（図１２（ｂ）における位置から約９０°弁体が回動した位置）となると、弁ハウジング５１内に温水が滞留し、弁ハウジング５１内部に異物が残留しやすい状態となる。このような状態において、弁体５４を回動させ、流量調整を繰り返して行う間に、弁ハウジング５１と弁体５４との間に異物がかみ込み、弁体５４のロータ面が傷つく可能性があった。弁体５４のロータ面が傷つくと、弁体５４と弁ハウジング５１との間に隙間ができ、シール性が低下してしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて案出されたもので、温水回路に設けられた流量制御弁において、弁ハウジング内部に流入した異物を排出し、弁体と弁ハウジングとのシール性を維持することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明によれば、前記バイパス側出口流路の開度最小時、前記制御流路と前記バイパス側出口流路を連通させる連通路を介して、前記入口流路から流入した温水の一部を前記バイパス側出口流路に流入させるので、温水中に含まれる異物が弁ハウジング内部に流入したとしても、常に前記バイパス側出口流路へと排出させることができる。その結果、異物による弁体のロータ面の傷の発生を抑制でき、弁体と弁ハウジングとのシール性を維持することができる。
【０００７】
さらに、請求項２の発明によれば、前記連通路となる前記シート面と前記弁体との間隙は、前記弁体と前記弁ハウジングとの間隙よりも小さな間隔であるので、連通路には温水が流入しにくい。そのため、暖房用熱交換器に流入する温水量の低減を抑制でき、暖房用熱交換器の暖房能力の低下を抑制できる。
【０００８】
また、請求項３の発明によれば、前記連通路の間隔を、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることにより、最大暖房時におけるバイパス回路側への温水流入による暖房用熱交換器の暖房能力の低下を１０％以内とすることができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の望ましい実施形態を図に基づいて説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１〜図１０を用いて、本発明を自動車用空調装置の温水式暖房装置に適用した実施の形態について述べる。
【００１１】
図２において、１は自動車走行用の水冷式エンジン（温水源）、２はエンジン１により駆動されるウオータポンプで、エンジン１の冷却水回路（温水回路）に水を循環させるものである。３はエンジン１から供給される温水と送風空気とを熱交換して、送風空気を加熱する暖房用熱交換器（ヒータコア）、４は本発明である流路切替弁で、温水出入口を３つ有する三方弁タイプの弁構造を有するものである。冷却水回路には、暖房用熱交換器３と並列にバイパス回路５が設けられており、暖房用熱交換器３をバイパスして温水が還流可能となっている。
【００１２】
続いて、本発明である流路切替弁４について詳細に述べる。
【００１３】
６はナイロンなどの耐熱性および成形性に優れた樹脂材料にて円柱状形状に成形された弁体である。この弁体６は、耐熱性および成形性に優れた樹脂からなる略中空筒状の弁ハウジング７内に回動可能に配置され、収納されている。
【００１４】
弁ハウジング７の下面には、エンジン１からの温水が流入する温水入口パイプ８（入口側流路）が樹脂にて一体成形されている。また、弁ハウジング７の周壁面には温水入口パイプ８から流入した温水を熱交換器３に向けて流出させる第１の温水出口パイプ９（熱交換器側出口流路）、温水入口パイプ８から流入した温水をバイパス回路５に向けて流出させる第２の温水出口パイプ１０（バイパス側出口流路）が樹脂にて一体成形されている。なお、第１の温水出口パイプ９の上流側部位は弁体６側に突出した形状を有している。また、第２の温水入口パイプ１０上流端となる開口部１１は、第１の温水出口パイプ８の軸中心から偏位した位置に形成されている。
【００１５】
円柱状の弁体６には、上記各パイプ９、１０の開口面積を所定の相関関係を持って調整する制御流路１２ａ、１２ｂ（図７、８参照）が形成されている。１３は弁体６を回動操作するためのシャフトで、弁体６に一体に結合されている。このシャフト１３は弁ハウジング７の上蓋１４の上部に形成された貫通孔１５に嵌合され、上蓋１４から突出するようになっている。シャフト１３の突出端は図示しないレバーを介してモータなどのアクチュエータに連結され、回動操作されるように構成されている。ここで、シャフト１３の回転駆動は、手動操作にて行ってもよい。貫通孔１５の内周面に沿ってリング状に形成された溝１５ａにはＯリング１６が配置されており、シールしている。
【００１６】
１７は、ニトロブタジエンゴムなどの耐熱性に優れたゴム材料からなる略中空筒状のシール部材であり、その一端１７１は第１の温水出口パイプ９の弁体６側に突出した部位の外周部に密着、嵌合し、シールを行っている。また、シール部材１７の上記嵌合部分の外周部はワイヤによって締め付け固定されている。
【００１７】
一方、シール部材１７の他端１７２はシール部材１７の一端１７１よりも径方向に広がっている。シール部材１７の他端１７２には、内周面からリング状に突出した凸部が形成されており、弁体の制御流路１２ａ周囲に沿って密着している。さらに、シール部材１７の他端１７２の先端部は、弁体の制御流路１２ａ周囲のうち、弁体６の軸方向のみに沿って密着している。
【００１８】
また、図に示すように、板バネ１８は、ステンレス等の耐食性金属バネ材料からなる矩形状部材の長手方向両端を曲げ加工したもので、その中央部には孔部（図示しない）が形成されている。そして、図１において、板バネ１８の両端曲げ部は弁ハウジング７に形成された段部７ｂに支持され、板バネ１８の孔部にシール部材１７を嵌合して図１のように弁体６を配置することにより、板バネ１８の弾性力をシール部材１７の他端１７２側へ加えて、シール部材１７の他端１７２を弁体６に密着させている。
【００１９】
一方、第１の温水出口パイプ９側では、弁体６はシール部材１７に密着しており、回動可能に固定されている。なお、板バネ１８は、シール部材１７の他端１７２と弁体６を圧着した状態を維持できる範囲内で、極力小さい弾性力を有しており、これにより、弁体６は軽快に回動することができる。
【００２０】
弁ハウジング７の内壁面７ａのうち、開口部１１の周辺部には、所定の高さｈ１（例えば、０．８ｍｍ）を有するシート面１９が形成されている。このシート面１９にはリブ２０，２１が形成されている。また、弁ハウジング７の内壁面７ａにおいて、第２の温水出口パイプ９の軸中心に対して、リブ２１と対称となる位置にはリブ２２が形成されており、板バネ１８によって付勢された弁体６の荷重がリブ２１、２２に均一に加わるようになっている。
【００２１】
これらのリブ２０〜２２は弁ハウジング７の内壁面７ａに対して高さｈ２を有しており、弁ハウジング７の内壁面７ａとの間には間隙Ａが設けられた状態で弁体６が支持されている。
【００２２】
なお、リブ２０は弁体６の軸方向において一部しか形成されていない。そのため、このリブ２０が形成されていない部分は、弁ハウジング７の内壁面７ａに対してシート面１９の高さｈ１だけしか有していない。そのため、このリブ２０が形成されていない部分と弁体６との間には間隙Ｂが形成されており、この間隙Ｂは第２の温水出口パイプ１０と、間隙Ａおよび制御流路１２ｂとを連通させる連通路となっている。なお、この間隙Ｂの間隔はリブ２０の高さｈ２とシート面１９の高さとの差であるｈ３となっている。
【００２３】
続いて、本実施の形態の作動について述べる。
【００２４】
流量制御弁４は、シャフト１３を中心に弁体６を回動させることにより制御流路１２ａ，１２ｂを開閉し、熱交換器３への温水の流入量を調節し、車両用暖房装置の暖房能力を調節している。
【００２５】
具体的には、非暖房時（自動車用空調装置に冷房用の蒸発器が装備され、冷凍サイクルが運転されている場合には、最大冷房時）には、弁体６は図８に示す位置となるよう回動され、制御流路１２ｂは全開となる。この際、制御流路１２ａは全閉となり、温水入口パイプ１０を介して流入した温水はすべて第２の温水出口パイプ１０へと流出する。その結果、温水は全てバイパス回路５へと流出し、熱交換器３への温水の流れは遮断される。
【００２６】
一方、最大暖房能力時には、弁体６は図７に示す位置となるよう回動され、制御流路１２ａが全開となり、温水入口パイプ８からの温水は第１の出口パイプ９へと流出する。一方、制御流路１２ｂは弁ハウジング７の内壁面７ａと対向する位置となっており、全閉（開度が最小）の状態となっている。
【００２７】
本実施の形態によれば、リブ２０は、弁体６の軸方向において一部にしか形成されていないため、最大暖房時、第２の温水出口パイプ１０と制御流路１２ｂとは、間隙Ｂを介して連通している。そのため、温水入口パイプ８からの温水の一部は、この間隙Ｂを介して第２の温水出口パイプ１０へと流出する。
【００２８】
そのため、第２の温水出口パイプ１０が全閉状態であっても温水中に含まれる異物（エンジン製造時などの鋳物砂など）を流路切替弁４の外に排出することができる。そのため、異物のかみ込みによって弁体６のロータ面に傷が生じてしまうことを防止することができる。その結果、図９（ｂ）に示すように、弁体６の傷による熱交換器３側への温水漏れ量を大幅に低下させることができ、弁体６と弁ハウジング７との間のシール性を維持できる。
【００２９】
また、図９（ａ）に示すように、弁体６とシート面１９の全体とが接触する構造（ｈ３＝０）と比べて、弁体６と弁ハウジング７ａとの接触面積を小さくすることができ、弁体６の回転に必要な操作力を大幅に低減させることができる。
【００３０】
ところで、最大暖房時、バイパス回路５へと温水が流入すると、その分だけ熱交換器３への温水流入量が減少し、熱交換器３の暖房能力が低下する。しかしながら、本実施の形態では、弁体６と内壁面７ａとの間隙Ａよりも、連通路となる間隙Ｂのほうが小さい間隔である（ｈ２＜ｈ３）ため、間隙Ｂの流通抵抗が大きくなり、間隙Ｂへと温水は流入しにくくなる。その結果、最大暖房時、第２の温水出口パイプ１０への流出量を抑制でき、熱交換器３の暖房能力の低下を抑制することができる。
【００３１】
特に、本発明者らの検討によれば、図１０に示すように、間隙Ｂの間隔ｈ３を０．５ｍｍ以下とすることによって、バイパス回路５への温水漏れ量を、熱交換器３の暖房能力の低下が約１０％以下となる流量相当に抑制できることが明らかとなった。なお、間隙は、製造的な観点からみて０．２ｍｍ以上であることが望ましい。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、第２の温水出口パイプが第１の温水出口パイプの軸中心に対して偏位した位置に設けた実施の形態について述べたが、図１１に示すように、第１の温水出口パイプ９と第２の温水出口パイプ１０とを互いの軸線が一致するような位置に設けた構造としてもよい。なお、第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに、詳細な説明は省略する。
【００３３】
弁ハウジング２３の内壁面には２本のリブ２４，２５が形成されており、弁ハウジング２３との間に間隙２６が設けられた状態で弁体６が支持される。２本のリブ２４，２５のうち、最大暖房時（第２の出口パイプ１０の全閉時）に制御流路１２ｂが位置する側に形成されたリブ２５は、第１の実施の形態におけるリブ２０と同様、弁体６の軸方向の一部にしか形成されておらず、間隙２６と第２の温水出口パイプとは連通した状態となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の要部を示す断面図である。
【図２】本発明を適用する温水回路を示すシステム図である。
【図３】流量制御弁の上面図である。
【図４】流量制御弁の側面図である。
【図５】Ａ−Ａ線における流量制御弁の断面図である。
【図６】弁ハウジングの内壁面の形状を示す斜視図である。
【図７】最大暖房時における弁体の位置を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】非暖房時における弁体の位置を示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】図９（ａ）は、連通路の間隙に応じた弁体の操作力を示すグラフであり、図９（ｂ）は連通路の間隙に応じた熱交換器への温水漏れ量を示すグラフであり、耐鋳砂性を示すものである。
【図１０】連通路の間隙に応じたバイパス回路への温水漏れ量を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、従来技術における弁体の軸方向に平行な面における流量制御弁の断面図であり、図１２（ｂ）は、従来技術における弁体の軸方向に垂直な面における流量制御弁の断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン、３…熱交換器、４…流量制御弁、５…バイパス回路、６…弁体、７…弁ハウジング、７ａ…内壁面、１２ａ、１２ｂ…制御流路、２０〜２２…リブ、Ｂ…連通路である間隙

Claims

温水源と、この温水源から供給される温水と空気とを熱交換して空気を加熱する暖房用熱交換器と、この暖房用熱交換器をバイパスするバイパス回路とを有する温水回路に設けられ、前記温水源から供給される温水の流路を前記暖房用熱交換器および前記バイパス回路への温水流量を調整する流量調整弁であって、
前記温水源から供給される温水を流入させる入口流路と、この入口流路を介して流入した温水を前記暖房用熱交換器へと流出させる熱交換器側出口流路と、前記入口流路を介して流入した温水を前記バイパス回路へと流出させるバイパス側出口流路とを有する弁ハウジングと、
この弁ハウジング内部に回動可能に設けられ、前記熱交換器側出口流路および前記バイパス側出口流路を開閉する弁体と、
この弁体に形成され、前記熱交換器側出口流路および前記バイパス側出口流路の開口面積を調整する制御流路と、
前記弁ハウジングの内壁面から突出して形成され、前記弁ハウジングの内壁面と前記弁体との間に間隙を設けて前記弁体を支持するリブと、
前記バイパス側出口流路の開度最小時、前記制御流路と前記バイパス側出口流路を連通させる連通路とを有し、
この連通路を介して、前記入口流路から流入した温水の一部を前記バイパス側出口流路に流入させることを特徴とする流量制御弁。
前記バイパス側出口流路の上流端となる開口部周縁となる、前記弁ハウジングの内壁面の部位には、前記弁体と所定の間隙を有するシート面が形成されており、前記連通路は前記シート面と前記弁体との間隙であり、
前記シート面と前記弁体との間隙は、前記弁体と前記弁ハウジングとの間隙よりも小さな間隔であることを特徴とする請求項１記載の流量制御弁。
前記連通路の間隔は０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２のうちいずれか１つに記載の流量調整弁。