JP4470334B2 - 流量制御弁及び駆動源冷却装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体通路の開度を調節する流体バルブに関するもので、内燃機関の冷却水流れを制御する流量制御弁に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
車両用内燃機関の冷却装置として、出願人は既に特願2000−282257号を出願しているが、この出願では、エンジン(内燃機関)の局所的な熱損傷(局所的な冷却水の沸騰)を防止しつつ暖機運転の促進を図るべく、暖機運転中は、バイパス通路のみに微少な流量(略1〜5L/min)の冷却水を循環させている。
【0003】
因みに、バイパス通路とは、エンジンから流出した冷却水をラジエータを迂回させてエンジンに戻す冷却水通路であり、機械式サーモスタットバルブを用いた冷却装置では、通常、バイパス通路を流通する冷却水量を調節することによりラジエータに流入する冷却水量を調節して冷却水(エンジン)の温度が適正値となるように制御している。
【0004】
しかし、上記出願では、暖機運転時においては、バイパス通路のみに微少な流量の冷却水を循環させているので、暖機運転中に乗員が手動操作にて暖房スイッチ(ヒータスイッチ)を投入(ON)しても、ヒータに冷却水(温水)が供給されない。このため、上記出願では、暖機運転中に暖房運転をすることができない。
【0005】
なお、通常、暖房に必要な冷却水(温水)温度は、暖機運転が終了したものと見なすことができる冷却水(温水)温度に比べて低いので、暖機運転中であっても、暖房運転は可能である。
【0006】
本発明は、上記点に鑑み、暖機運転の促進を図りつつ、暖機運転時であっても暖房を行うことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、駆動源(10)を冷却する冷却液を冷却するラジエータ(20)と、駆動源(10)から流出した冷却液をラジエータ(20)を迂回させて駆動源(10)に戻すバイパス通路(30)と、駆動源(10)にて加熱された冷却液を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータコア(60)とを有する駆動源冷却装置に適用され、ラジエータ(20)に流通する冷却液の流量及びヒータコア(60)に流通する冷却液の流量を制御する流量制御弁(40)であって、バイパス通路(30)を流通する冷却液が流通するバイパスポート(43)、ヒータコア(60)を流通する冷却液が流通するヒータポート(46)が設けられたバルブボディ(41)と、バイパスポート(43)に対して所定の隙間(ΔL2)を有して離隔した状態で、バイパスポート(43)に対して相対変位することによりバイパスポートの開度を調節する第1弁部(47a)と、ヒータポート(46)に対して所定の隙間(ΔL1)を有して離隔した状態で、ヒータポート(46)に対して相対変位することによりヒータポートの開度を調節する第2弁部(47b)とを備えることを特徴とする。
【0008】
これにより、冷却液が駆動源(10)内で局所的に沸騰してしまうことを抑制しながら駆動源(10)の暖機運転を促進しつつ、暖房運転を実施することができる。
【0009】
請求項2に記載の発明では、バルブボディ(41)は略円筒状に形成され、かつ、両ポート(43、46)のうち一方のポート(43)はバルブボディ(41)の円筒側面に形成され、他方のポート(46)はバルブボディ(41)の軸方向端部に形成されており、さらに、両ポート(43、46)のうちバルブボディ(41)の軸方向端部に形成されたポート(46)は、バルブボディ(41)の軸方向に対して傾いた方向に向けて開口しているとともに、このポート(46)の開度を調節する弁部(47b)は、このポート(46)の開口面に対して略平行な壁面(48)を有し、かつ、バルブボディ(41)の軸方向と直交する方向に変位することを特徴とする。
【0010】
これにより、ヒータポート(46)から第2弁部(47b)に向けて吹き出す冷却液の動圧を受ける受圧面積が、壁部(48)を軸線に対して直交させた場合に比べて大きくなる。
【0011】
したがって、第2弁部(47b)(壁部(48))に作用する圧力を小さくすることができるとともに、動圧による力を分散することができるので、第2弁部(47b)を駆動するための駆動力を小さくすることができるとともに、第2弁部(47b)を滑らかに回転させることができる。
【0012】
なお、請求項3に記載の発明のごとく、両弁部(47a、47b)をバルブボディ(41)の軸方向と平行な軸線周りに回転するロータリバルブ(47)に一体形成してもよい。
【0013】
請求項4に記載の発明では、駆動源(10)を冷却する冷却液を冷却するラジエータ(20)と、駆動源(10)にて加熱された冷却液を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータコア(60)と、ラジエータ(20)に流通する冷却液の流量及びヒータコア(60)に流通する冷却液の流量を制御する流量制御弁(40)とを有し、冷却液の温度が所定温度以下のときには、流量制御弁(40)により、駆動源(10)内を循環する冷却液の流量が最大流量時に比べて小さい所定の流量とし、かつ、ヒータコア(60)内を循環する冷却液の流量が最大流量時に比べて小さい所定の流量とすることを特徴とする。
【0014】
これにより、冷却液が駆動源(10)内で局所的に沸騰してしまうことを抑制しながら駆動源(10)の暖機運転を促進しつつ、暖房運転を実施することができる。
【0015】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0016】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る流体バルブを車両の走行用エンジンの冷却装置に適用したものであって、図1は本実施形態に係るエンジンの冷却装置の模式図である。
【0017】
図1中、10は水冷式のエンジン(液冷式内燃機関)であり、20はエンジン10内を循環する冷却水(冷却液)を冷却し、その冷却した冷却水をエンジン10に戻すラジエータであり、21はラジエータ20に冷却風を送風する送風機である。
【0018】
30はエンジン10から流出する冷却水をラジエータ20を迂回させてエンジン10に戻すバイパス通路であり、40はラジエータ20に循環させる冷却水量とバイパス通路30に循環させる冷却水量と後述するヒータ60に循環させる冷却水量とを調節する電子制御式の流量調整バルブ(流体バルブ)であり、50はエンジン10から駆動力を得て冷却水を循環させる渦巻式のウォータポンプ(以下、ポンプと略す。)である。なお、流量調整バルブ(流体バルブ)40の構造は後述する。
【0019】
また、60は冷却水(エンジン廃熱)を熱源として室内に吹き出す空気を加熱する暖房用熱交換器(ヒータ)であり、61は室内に吹き出す空気を送風する空調用送風機である。因みに、70はオートマチックトランスミッション用のトルクコンバータ(流体継ぎ手)である。
【0020】
ところで、101は第1バルブ40の冷却水流入口側のうちバイパス通路30側に配設されて冷却水の温度を検出する第1水温センサ(第1温度検出手段)であり、102はポンプ50の流入側に配設されてエンジン10に流入する(戻ってくる)冷却水の温度を検出する第2水温センサ(第2温度検出手段)である。
【0021】
103はエンジン10の吸入負圧を検出する圧力センサ(圧力検出手段)であり、104はエンジン100の回転数を検出する回転センサ(回転数検出手段)であり、105は室外空気温度を検出する外気温センサ(外気温度検出手段)である。
【0022】
そして、各センサ101〜105の検出信号及び車両用空調装置の始動スイッチ(A/Cスイッチ)106のON−OFF信号は電子制御装置(ECU)100に入力されており、このECU100は、各センサ101〜105の検出信号及び始動スイッチ106のON−OFF信号に基づいて予め設定されたプログラムに従って流量調整バルブ40及び送風機21、61等を制御する。
【0023】
次に、流量調整バルブ40の構造について述べる。
【0024】
図2は流量調整バルブ40の模式図(一部断面図)であり、図3〜5は図2のA−B−C−D−E−F断面図である。
【0025】
そして、図2中、41は内周側が略円筒に形成された円筒内周面41aを有するバルブボディ(ハウジング)であり、この円筒内周面41aには、図2、3に示すように、ラジエータ20の冷却水出口側に接続されてラジエータ20から流出した冷却水が流通(流入)するラジエータポート(開口部)42、バイパス通路30を流通して来た冷却水が流通(流入)するバイパスポート43、及びポンプ50の吸入側に接続されてバルブボディ41内に流入した冷却水を排出する流出ポート44が設けられている。
【0026】
なお、円筒内周面41aは、全周に渡って同一半径の円筒面を有するものに限定されるものではない。因みに、本実施形態では、後述するように、ラジエータポート42、バイパスポート43及び後述するヒータポート46からバルブボディ41内に流入した冷却水の全てが流出ポート44からバルブボディ41外に流出するので、流出ポート44側における円筒内周面41aの半径r2を、ラジエータポート42及びバイパスポート43側における円筒内周面41aの半径r1より大きくして、流出ポート44側において圧力損失が増大することを抑制している。
【0027】
また、バルブボディ41(円筒内周面41a)の軸方向端部側は、図2に示すようにバルブカバー45にて閉塞されており、このバルブカバー45には、ヒータコア60から流出した冷却水が流通(流入)するヒータポート46が設けられている。なお、ヒータポート46は、バルブカバー45からロータリバルブ47側に突出するパイプ部45aにより形成され、バルブカバー45は、Oリング等のパッキンを介して水密にバルブボディ41に組み付けられている。
【0028】
また、バルブボディ41(円筒内周面41a)内には、図3に示すように、円筒内周面41aの中心軸CL周りに回転する円筒外周面47aを有するロータリバルブ(弁体)47が配設されており、このロータリバルブ47が中心軸CL周りに回転することにより円筒外周面(第1弁部)47aがラジエータポート42及びバイパスポート43に対して相対的に摺動変位してラジエータポート42及びバイパスポート43の開度が調節される。
【0029】
そして、ロータリバルブ47のうち軸方向端部側には、図2に示すように、ヒータポート46側に突出する円柱状の弁部(第2弁部)47bが設けられており、この弁部47bが、図3〜5に示すように、ロータリバルブ47の回転とともにヒータポート46に対して相対変位することによりヒータポート46の開度が調節される。
【0030】
ここで、ヒータポート46は、バルブボディ41の軸線CL方向に対して傾いた方向に向けて開口しているとともに、弁部47bは、ヒータポート46の開口面に対して略平行な壁面48を有し、かつ、ロータリバルブ47の回転に連動して軸線CL方向と直交する方向(ロータリバルブ47の回転方向)に変位する。
【0031】
また、弁部47b(壁部48)は、ヒータポート46に最も近接したときであっても、ヒータポート46との間に所定の隙間ΔL1が発生するようにヒータポート46に対して相対変位し、同様に、ロータリバルブ47の円筒外周面47aも、図3に示すように、バイパスポート43との間に所定の隙間ΔL2が発生するようにバイパスポート43に対して相対変位する。
【0032】
なお、バルブボディ41及びロータリバルブ47は、耐熱性及び成形性に優れた樹脂(例えば、ナイロン66等)製であり、バルブボディ41(円筒内周面41a)とロータリバルブ47(円筒外周面47a)との隙間のうち、特に、ラジエータポート42との隙間には、ロータリバルブ47(円筒外周面47a)と摺動可能に接触して隙間を密閉するパッキン49が配設されている。
【0033】
また、47cはロータリバルブ47を回転駆動するアクチュエータであり、本実施形態では、アクチュエータ47cとしてステッピングモータ等の電動回転機を用いている。また、47dはロータリバルブ47のシャフト部47fと摺動可能に接触するパッキンであり、47e、47gはシャフト部47fを回転可能に支持する軸受である。
【0034】
次に、本実施形態に係る流量調整バルブ40の作動及び本実施形態の特徴を述べる。
【0035】
図3はラジエータポート42、バイパスポート43及びヒータポート46を閉じた状態を示しているが、前述のごとく、バイパスポート43とロータリバルブ47(円筒外周面47a)との間に隙間ΔL2が設けられ、ヒータポート46と弁部47bの間に隙間ΔL1が設けられているので、バイパスポート43及びヒータポート46は完全に閉じられることなく、後述する図4、5に示す状態(最大流量時)に比べて小さい所定の流量が流通する。
【0036】
そして、この状態からロータリバルブ47を反時計回り(左向き)所定角度だけ回転させると、図4に示すように、ラジエータポート42は閉じたまま、バイパスポート43及びヒータポート46が大きく開く。
【0037】
そしてさらに、ロータリバルブ47を反時計回り(左向き)所定角度だけ回転させると、図5に示すように、ラジエータポート42、バイパスポート43及びヒータポート46が開く。
【0038】
そして、本実施形態では、冷却水温度が第1所定温度(例えば、80℃)以下であって、第1所定温度より低い第2所定温度(例えば、50℃)未満のときには、流量調整バルブ40を図3に示す状態として、エンジン10から冷却水がラジエータ20側及びヒータ60側になるべく流出しないようにする。
【0039】
このとき、バイパスポート43はロータリバルブ47(円筒外周面47a)により閉じられているものの、前述のごとくバルブボディ41(円筒内周面41a)とロータリバルブ47(円筒外周面47a)との隙間ΔL2から僅かに(例えば、1L/min以上、5L/min以下程度)冷却水がバイパス通路30に流れ、ヒータポート46と弁部47bとの隙間ΔL1から僅かに(例えば、5L/min以上、10L/min以下程度)冷却水がヒータ60に流れる。
【0040】
したがって、冷却水がエンジン10内で局所的に沸騰してしまうことを抑制しながらエンジン10の暖機運転を促進しつつ、暖房運転を実施することができる。
【0041】
ところで、本実施形態では、流量調整バルブ40が、ヒータ60の冷却水流れ下流側に設けられ、かつ、ポンプ50がエンジン10の稼働時は常に稼動する構造となっているので、ポンプ50(エンジン10)の稼働時に、ヒータポート46を完全に閉じると、ヒータ60内の圧力が上昇し、ヒータ60が破損してしまうおそれがある。
【0042】
これに対して、本実施形態では、ヒータポート46と弁部47bとの隙間ΔL1から僅かに冷却水が流通するので、ヒータ60内の圧力が上昇してしまうことを防止できる。延いては、ヒータ60が損傷してしまうことを未然に防止できる。
【0043】
また、冷却水温度が第2所定温度以上のときには、暖機運転は終了していないものの、暖房運転を十分に実施することができる程度まで冷却水の温度が上昇しているものと見なして流量調整バルブ40を図4に示す状態とし、ヒータ60に最大流量の冷却水(温水)を供給する。
【0044】
そして、冷却水温度が第1所定温度より高い第3所定温度以上となったときには、エンジン10の暖機運転が終了したものとも見なして、流量調整バルブ40を図5に示す状態として、ラジエータポート42、バイパスポート43及びヒータポート46を開く。なお、冷却水の上限温度調節は、ラジエータポート42及びバイパスポート43の開度を調節することにより行う。
【0045】
ところで、本実施形態では、ヒータポート46は、バルブボディ41の軸線CL方向に対して傾いた方向に向けて開口しているとともに、弁部47bは、ヒータポート46の開口面に対して略平行な壁面48を有し、かつ、ロータリバルブ47の回転に連動して軸線CL方向と直交する方向(ロータリバルブ47の回転方向)に変位するので、ヒータポート46から弁部47bに向けて吹き出す冷却水の動圧を受ける受圧面積が、壁部48を軸線CLに対して直交させた場合に比べて大きくなる。
【0046】
したがって、弁部47b(壁部48)に作用する圧力を小さくすることができるとともに、動圧による力を分散することができるので、ロータリバルブ47を駆動するための駆動力を小さくすることができるとともに、ロータリバルブ47を滑らかに回転させることができる。
【0047】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、本発明に係る流体バルブを車両の走行用エンジンの冷却装置に適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の用途にも適用することができる。
【0048】
また、上述の実施形態では、ヒータポート46をバルブボディ41の軸方向端部側に設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒータポート46をバルブボディ41の円筒内周面41a側に設けてもよい。
【0049】
また、図6に示すように、互いに対向する円筒内周面41a及び円筒外周面47aのうち少なくとも一方(図6では、円筒内周面41aであって、ラジエータポート42とバイパスポート43との間の部位)に、中心軸CLと略平行な方向に延びる溝部48aを設け、この溝部48aの下端側をバルブボディ41内のうち流出ポート44に連通する通路部に連通させてもよい。
【0050】
そしてこのようにすれば、仮に、円筒内周面41a及び円筒外周面47aに異物が入り込んでも、ロータリバルブ47が回転することにより、その異物が溝部48aに落ちて連通部に流れ込み、流出ポート44から流量調節バルブ40(バルブボディ41)外に排出される。
【0051】
したがって、ロータリバルブ47の回転中心軸とバルブボディ41の中心軸とをずらすことなく、ロータリバルブ47とバルブボディ41との間に異物が噛み込んでしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る冷却装置の模式図である。
【図2】本発明の実施形態に係る流量調整バルブの模式図(一部断面図)である。
【図3】図2のA−B−C−D−E−F断面図である。
【図4】図2のA−B−C−D−E−F断面図である。
【図5】図2のA−B−C−D−E−F断面図である。
【図6】本発明のその他の実施形態に係る流量調整バルブにおける、図2のA−B−C−D−E−F断面に相当する断面の断面図である。
【符号の説明】
40…流量調整バルブ(流体バルブ)、41…バルブボディ、
41a…円筒内周面41a、42…ラジエータポート(開口部)、
43…バイパスポート、44…流出ポート、45…バルブカバー、
46…ヒータポート、47…ロータリバルブ(弁体)、
47a…円筒外周面(第1弁部)、47b…弁部(第2弁部)。
Claims (4)
- 駆動源(10)を冷却する冷却液を冷却するラジエータ(20)と、
前記駆動源(10)から流出した冷却液を前記ラジエータ(20)を迂回させて前記駆動源(10)に戻すバイパス通路(30)と、
前記駆動源(10)にて加熱された冷却液を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータコア(60)とを有する駆動源冷却装置に適用される、前記ラジエータ(20)に流通する冷却液の流量及び前記ヒータコア(60)に流通する冷却液の流量を制御する流量制御弁(40)であって、
前記バイパス通路(30)を流通する冷却液が流通するバイパスポート(43)、及び前記ヒータコア(60)を流通する冷却液が流通するヒータポート(46)が設けられたバルブボディ(41)と、
前記バイパスポート(43)に対して所定の隙間(ΔL2)を有して離隔した状態で、前記バイパスポート(43)に対して相対変位することにより前記バイパスポートの開度を調節する第1弁部(47a)と、
前記ヒータポート(46)に対して所定の隙間(ΔL1)を有して離隔した状態で、前記ヒータポート(46)に対して相対変位することにより前記ヒータポートの開度を調節する第2弁部(47b)とを備えることを特徴とする流量制御弁。 - 前記バルブボディ(41)は略円筒状に形成され、かつ、前記両ポート(43、46)のうち一方のポート(43)は前記バルブボディ(41)の円筒側面に形成され、他方のポート(46)は前記バルブボディ(41)の軸方向端部に形成されており、
さらに、前記両ポート(43、46)のうち前記バルブボディ(41)の軸方向端部に形成されたポート(46)は、前記バルブボディ(41)の軸方向に対して傾いた方向に向けて開口しているとともに、このポート(46)の開度を調節する弁部(47b)は、このポート(46)の開口面に対して略平行な壁面(48)を有し、かつ、前記バルブボディ(41)の軸方向と直交する方向に変位することを特徴とする請求項1に記載の流量制御弁。 - 前記両弁部(47a、47b)は、前記バルブボディ(41)の軸方向と平行な軸線周りに回転するロータリバルブ(47)に一体形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の流量制御弁。
- 駆動源(10)を冷却する冷却液を冷却するラジエータ(20)と、
前記駆動源(10)にて加熱された冷却液を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータコア(60)と、
前記ラジエータ(20)に流通する冷却液の流量及び前記ヒータコア(60)に流通する冷却液の流量を制御する流量制御弁(40)とを有し、
冷却液の温度が所定温度以下のときには、前記流量制御弁(40)により、前記駆動源(10)内を循環する冷却液の流量が最大流量時に比べて小さい所定の流量とし、かつ、前記ヒータコア(60)内を循環する冷却液の流量が最大流量時に比べて小さい所定の流量とすることを特徴とする駆動源冷却装置。
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