JP4470334B2

JP4470334B2 - 流量制御弁及び駆動源冷却装置

Info

Publication number: JP4470334B2
Application number: JP2001076953A
Authority: JP
Inventors: 伸一浜田; 栄三高橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2002276365A

Description

【０００１】
【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

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。