JP5509813B2

JP5509813B2 - 流体制御弁

Info

Publication number: JP5509813B2
Application number: JP2009268647A
Authority: JP
Inventors: 正宣松坂; 芳邦伊藤; 崇後藤; 勝一坂井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: JP2011112142A

Description

本発明は、流体流路に介在する弁部を有し、流路を開閉するように弁部を制御する流体制御弁に関する。

車両において、エンジンの冷却水循環をバルブで停止させて、暖機性及び、燃費・エミッションを向上させるエンジン水停止技術システムが知られている。本システムの弁にサーモスタット弁を用いた場合、エンジン冷間時に車室ヒータの作動が要求された場合には、エンジンの冷却水は低温又は昇温中であり、サーモスタット弁が冷却水の温度に基づき全開（自己開弁）しないため、例えば特許文献１に開示されるような冷却水中に配設された感温部を発熱体で強制的に加熱し、感温部を膨張（作動）させ、サーモスタット弁を開弁（全開）し、冷却水を車室ヒータへ流通させる流体制御弁を用いることが考えられる。

特開２００３−３２８７５３号公報

しかしながら、特許文献１の流体制御弁のように、サーモスタット弁を開弁するため、発熱体にニクロムヒータ等自己調温作用を持たないヒータを用いた場合、感温部が膨張しサーモスタット弁が全開になった後も加熱され、感温部が過熱して、過度に膨張し、感温部が損傷する恐れがある。これに対して、サーモスタット弁の開閉を開度センサにより検出して、検出した開閉状態に応じて感温部の加熱を制御すること、つまり弁部を制御することが考えられるが、開度センサが必要となり、構造が複雑になる問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構造により弁部（サーモスタット弁）の開閉を推定して、弁部を制御する流体制御弁を提供することを課題とする。

上記の技術的課題を解決するために本発明にて講じられた第１の技術的手段は、流体流路に介在する感温部及び弁部を有し、前記感温部は発熱体により加熱されて膨張し、前記弁部は前記感温部の膨張に応じて開閉し、前記流路を開閉するように前記弁部を制御する流体制御弁であって、前記弁部より上流側に第一流体温度検出手段が備えられると共に、前記弁部より下流側に第二流体温度検出手段が備えられ、前記第一流体温度検出手段が検出した第一温度と前記第二流体温度検出手段が検出した第二温度とを比較し、前記弁部の開閉を推定する推定手段を備え、前記第一温度と前記第二温度との差を所定の第一の閾値と比較し、前記第一温度と前記第二温度との差が前記第一の閾値より大きい場合、前記弁部を開弁する制御を行う流体制御弁とした。
第２の技術的手段は、前記流体制御弁において、前記弁部を開弁する制御を行っている間に前記第一温度と前記第二温度との差が前記第一の閾値以下の場合、前記弁部を開弁する制御を停止することとした。
第３の技術的手段は、前記流体制御弁において、第一の時点において前記第一流体温度検出手段が検出した第一温度と前記第二流体温度検出手段が検出した第二温度との差を算出することにより第一時点温度差を求め、前記第一の時点から所定時間経過後の第二の時点において前記第一流体温度検出手段が検出した第一温度と前記第二流体温度検出手段が検出した第二温度との差を算出することにより第二時点温度差を求め、前記第一時点温度差と前記第二時点温度差を比較し、前記第一時点温度差が前記第二時点温度差より小さい場合、前記弁部を開弁する制御を行うこととした。
第４の技術的手段は、前記流体制御弁において、前記弁部を開弁する制御を停止した後に前記第一温度又は前記第二温度が所定の第二の閾値以上となった場合、前記流体制御弁の制御を終了することとした。
第５の技術的手段は、前記流体制御弁において、前記流体制御弁はエンジンと車室ヒータとの間に配設され、前記車室ヒータによる車室内の暖房の要求が無い場合、前記弁部を開弁する制御を停止した後に前記流体制御弁の制御を終了することとした。

本発明によれば、簡単な構造で弁部の開閉を推定して、弁部を制御する流体制御弁を提供することができる。

本発明に係る流体制御弁が適用されるエンジン冷却回路を示す概略図。本発明の実施例に係る流体制御弁の閉弁状態を示す概略図。本発明の実施例に係る流体制御弁の開弁状態を示す概略図。本発明に係る流体制御弁、制御フローによる流体の温度経過を示す状態図。本発明に係る流体制御弁の制御フローを示すフロー図。

以下、本発明の実施例を図１乃至図５に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例の流体制御弁１００が搭載されるエンジン冷却回路Ｃを示す概略図である。図２は、本発明の実施例を示す流体制御弁１００の閉弁状態を示す概略図である。図３は、本発明の実施例を示す流体制御弁１００の開弁状態を示す概略図である。

エンジン冷却回路Ｃは、エンジン１、ポンプ２、ラジエータ３、サーモスタット４、車室ヒータ５及び流体制御弁１００から構成される。冷却水（流体）は、エンジン１により駆動されるポンプ２によりエンジン冷却回路Ｃ内を循環する。

流体制御弁１００及び車室ヒータ５は、エンジン１から実質的にポンプ２に連通するヒータ回路（流体流路）Ｃ１中に配設（介在）されている。

ラジエータ３及びサーモスタット４は、エンジン１からポンプ２に連通するラジエータ回路Ｃ２に配設されている。エンジン１の始動後、冷却水が所定の温度になるとサーモスタット４が開弁し、冷却水がラジエータ３を循環しラジエータ３から放熱し冷却される。

流体制御弁１００は、一端側に入口１１、他端側に出口１２が設けられ、入口１１と出口１２との間に中央に貫通する貫通孔（流路）１３ａが形成された隔壁１３が設けられるハウジング１０を有する。冷却水は、入口１１から出口１２へ貫通孔１３ａを介して流通する。

ハウジング１０内には、貫通孔１３ａを貫通し突出するように延在する円筒状のピストン２０が固定されている。ピストン２０の先端部２２には、通電により発熱する発熱体６０が設けられている。発熱体６０に通電する電線Ｅがピストン２０内に挿通され、ハウジング１０の外部へ導出されている。電線Ｅは、制御手段Ｄに連絡されている。ピストン２０の先端側には、一端側にピストン２０が挿通される略有底円筒状のケース３０がピストン２０に対し相対移動可能に外挿されている。ケース３０の外周には、外径が貫通孔１３ａの内径より大きくて貫通孔１３ａを開閉する円環状の弁体４０が、ケース３０と一体的に移動可能に固定されている。ピストン２０の外周にはケース３０内に空間Ｓを規定し液密的に密閉する円板状の仕切り板２１が設けられている。空間Ｓには、熱膨張可能なワックスＷが封入されている。ケース３０、ワックスＷ及び仕切り板２１により感温部５０が構成され、ワックスＷが発熱体６０により加熱され膨張したとき、ケース３０がピストン２０から離れる方向に移動することにより感温部５０は作動する。

ケース３０の径方向外側にはケース３０の外周との間に隙間をおいてハウジング１０に一体的に固定された円筒状のカバー７０が配設されている。カバー７０のハウジング１０側は、格子状の格子７１が連続して形成され、ハウジング１０に固定されている。格子７１は、ハウジング１０内の冷却水の流通に対するカバー７０の抵抗を低減する。また、格子７１は、感温部５０がピストン２０から離れる方向に移動するとき、つまり感温部５０と一体の弁体４０が貫通孔１３ａを開放（開弁）し冷却水の流通を許可するとき、感温部５０を冷却水に露出させることができる。カバー７０の径方向外側には、一端が弁体４０に係合し、他端がハウジング１０に係合し、貫通孔１３ａが閉鎖（閉弁）するように弁体４０を隔壁１３方向に付勢するコイルスプリング８０が設けられている。

弁体４０より入口１１側（上流側）には、第一温度センサ（第一流体温度検出手段）９１が備えられ、弁体４０より出口１２側（下流側）には、第二温度センサ（第二流体温度検出手段）９２が備えられている。第一温度センサ９１及び第二温度センサ９２は、制御手段Ｄに連絡されている。尚、制御手段Ｄは、第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２とを比較し、弁体４０の開閉を推定する推定手段を兼ねる。弁体４０が閉弁の場合は、冷却水が流通しないため、第一温度センサ９１により検出される第一温度Ｔ１と第二温度センサ９２により検出される第二温度Ｔ２の温度差（差）が生じる。尚、エンジン１の始動直後は、弁体４０が閉弁の場合でも、第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２は略同一となる。エンジン１の始動後は、弁体４０が開弁の場合は、冷却水が流通するため、第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２は略同一になる。

次に、本実施例の作動を図４に基づいて説明する。

図４は、本発明に係る流体制御弁、制御フローによる流体の温度経過を示す状態図である。

エンジン１は、始動後エンジン１内の冷却水が温められ水温が上昇し対流する。エンジン１と連通するヒータ回路Ｃ１において、エンジン１に近い（エンジン１から弁体４０までの流路長さが短い）弁体４０の上流側に配設された第一温度センサ９１の第一水温Ｔ１は、昇温され対流する冷却水の温度を検出し上昇する（領域Ｉ）。弁体４０の下流側に配設された第二温度センサ９２の第二水温Ｔ２は、ヒータ回路Ｃ１途中に車室ヒータ５が介在しエンジン１から離れた（エンジン１から車室ヒータ５が介在し弁体４０まで延びる流路長さが長い）位置に配設されるため、エンジン１内の温められた冷却水の対流の影響がほとんどなく、始動時の水温が維持される（領域ＩＩ）。

例えば、エンジン１の始動直後、車室ヒータ５による車室内の暖房が要求された場合、発熱体６０は通電され感温部５０を加熱する。感温部５０は発熱体６０の加熱により蓄熱され、固相から液相に相変化し、相変化の後体積が膨張する。体積の膨張に伴い弁体４０が除々に開度を大きくし、冷却水が貫通孔１３ａを流通し、昇温中の冷却水が第二温度センサ９２と接触する。昇温中の冷却水により、第二温度センサ９２が検出する第二温度Ｔ２は上昇する（領域ＩＩＩ）。弁体４０の開度が大きくなるのに伴い、第一温度センサ９１と接触した冷却水は直後に第二温度センサ９２と接触するようになり、第二温度Ｔ２と第一温度Ｔ１の温度差が小さくなった場合、制御手段（推定手段）Ｄは、弁体４０が略全開した、つまり感温部５０が略最大限に膨張したと判定する。制御手段Ｄは、発熱体６０への通電の継続による過度の膨張による不具合を防止するため、発熱体６０への通電を停止する（領域ＩＶ）。通電の停止に伴い、発熱体６０の加熱が停止し、感温部５０は体積が維持又は縮小される。このとき、弁体４０は開弁途中であり、第二温度Ｔ２と第一温度Ｔ１の差が大きくなるため、弁体４０の開度を大きくするように（弁体４０を全開するように）、発熱体６０へ通電する（領域Ｖ）。

一方、冷却水は弁体４０の自己開弁温度ＴＢに近くなり、弁体４０の開度が大きくなるのに伴い、昇温した冷却水が貫通孔１３ａを流通し、格子７１を通して感温部５０と接触する。感温部５０は、昇温した冷却水から熱を受け、弁体４０が自己開弁するようになる。これにより、感温部５０の膨張は発熱体６０の加熱に依らず冷却水の温度に基づき行われる（領域ＶＩ）。感温部５０は、発熱体６０の加熱による過熱が防止される。尚、自己開弁温度ＴＢとは、発熱体６０への通電なしで、弁体４０が全開する温度である。

また、車室ヒータ５による車室内の暖房の要求がない場合、エンジン１内の温められた冷却水の対流により、第一温度Ｔ１及び第二温度Ｔ２が成り行きで上昇し、弁体４０の自己開弁温度ＴＢに達すると開弁し、ヒータ回路Ｃ１に冷却水が流通する。

次に、本実施例の制御を図５に基づいて説明する。

図５は、本発明に係る流体制御弁の制御フローを示すフロー図である。

この制御は、車室ヒータ５による車室内の暖房が要求された場合、車室ヒータ５に冷却水を流通するため速やかに弁体４０を全開するように、第一温度Ｔ１及び第二温度Ｔ２に基づき弁体４０の開閉又は開度の大きさを推定し、推定結果に基づいて、感温部５０を発熱体６０により加熱する（弁体４０を開弁する制御を行う）と共に、自己開弁温度ＴＢより低い温度で発熱体６０への通電の停止を行い（弁体４０を開弁する制御を停止し）、感温部５０が冷却水による熱と発熱体６０による加熱により過度に膨張し不具合に至ることを防止する。

先ず、エンジン１の始動（スタート）後、車室ヒータ５による車室内の暖房が要求の有無を判定する（ステップ１：Ｓ１）。要求の有の場合、所定時間をおいた前後でそれぞれの第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２を検出し、それぞれの第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２の温度差ＴＳ１、ＴＳ２を計算し（ステップ２：Ｓ２、ステップ３：Ｓ３）、所定時間前後の温度差ＴＳ１、ＴＳ２の大小を比較する（ステップ４：Ｓ４）。温度差ＴＳ１に対し温度差ＴＳ２が大きい場合、つまり時間が経過するに従い温度差が拡大する場合、弁体４０の開度が小さい状態であるため、開弁信号（発熱体６０への電流）をＯＮにする（ステップ６：Ｓ６）。温度差ＴＳ１に対し温度差ＴＳ２が小さい場合、つまり時間が経過するに従い温度差が縮小する場合、次に第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２の温度差と閾値ＴＡとの大小を比較する（ステップ５：Ｓ５）。閾値ＴＡは、弁体４０が略全開しているときの第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２との温度差である。温度差が閾値ＴＡより大きい場合、弁体４０の開度が小さい状態であり、開度を大きくするため、発熱体６０を加熱するよう、開弁信号をＯＮにする（ステップ６：Ｓ６）。温度差が閾値ＴＡ以下の場合、感温部５０が略最大限に膨張し弁体４０が略全開の状態であるため、発熱体６０による加熱により過度に膨張し不具合に至ることを防止するため、開弁信号をＯＦＦにする（ステップ７：Ｓ７）。次に、第一温度Ｔ１と自己開弁温度ＴＢとの大小を比較する（ステップ８：Ｓ８）。第一温度Ｔ１が自己開弁温度ＴＢ以上の場合は、感温部５０の膨張は発熱体６０の加熱に依らず冷却水の温度に基づき行われるため、開弁信号ＯＦＦの状態で制御を終了する（エンド）。尚、ステップ８において、第一温度Ｔ１に代えて、第二温度Ｔ２が自己開弁温度ＴＢと大小を比較されるようにしても良い。

車室ヒータ５による車室内の暖房の要求が無くなった場合、暖房の要求の有無が判定され（ステップ１：Ｓ１）、開弁信号がＯＦＦにされ制御を終了する（エンド）。

尚、冷却水がエンジン１の始動時の水温から弁体４０の自己開弁温度ＴＢに至る間における第一温度Ｔ１と第二温度Ｔ２に基づく制御手段（推定手段）Ｄの判定状況、開弁信号（発熱体６０への通電）の状況及び弁体（バルブ）４０の開閉状況について図４に示す。

４０・・・弁体（弁部）
９１・・・第一温度センサ（第一流体温度検出手段）
９２・・・第二温度センサ（第二流体温度検出手段）
１００・・・流体制御弁
Ｃ１・・・ヒータ回路（流体流路）
Ｄ・・・制御手段（推定手段）
Ｔ１・・・第一温度
Ｔ２・・・第二温度
ＴＡ・・・閾値

Claims

流体流路に介在する感温部及び弁部を有し、前記感温部は発熱体により加熱されて膨張し、前記弁部は前記感温部の膨張に応じて開閉し、前記流路を開閉するように前記弁部を制御する流体制御弁であって、
前記弁部より上流側に第一流体温度検出手段が備えられると共に、前記弁部より下流側に第二流体温度検出手段が備えられ、
前記第一流体温度検出手段が検出した第一温度と前記第二流体温度検出手段が検出した第二温度とを比較し、前記弁部の開閉を推定する推定手段を備え、
前記第一温度と前記第二温度との差を所定の第一の閾値と比較し、前記第一温度と前記第二温度との差が前記第一の閾値より大きい場合、前記弁部を開弁する制御を行う流体制御弁。
請求項１において、
前記弁部を開弁する制御を行っている間に前記第一温度と前記第二温度との差が前記第一の閾値以下の場合、前記弁部を開弁する制御を停止する流体制御弁。
請求項１又は請求項２において、
第一の時点において前記第一流体温度検出手段が検出した第一温度と前記第二流体温度検出手段が検出した第二温度との差を算出することにより第一時点温度差を求め、
前記第一の時点から所定時間経過後の第二の時点において前記第一流体温度検出手段が検出した第一温度と前記第二流体温度検出手段が検出した第二温度との差を算出することにより第二時点温度差を求め、
前記第一時点温度差と前記第二時点温度差を比較し、前記第一時点温度差が前記第二時点温度差より小さい場合、前記弁部を開弁する制御を行う流体制御弁。
請求項２において、
前記弁部を開弁する制御を停止した後に前記第一温度又は前記第二温度が所定の第二の閾値以上となった場合、前記流体制御弁の制御を終了する流体制御弁。
請求項１乃至４いずれか１項において、
前記流体制御弁はエンジンと車室ヒータとの間に配設され、
前記車室ヒータによる車室内の暖房の要求が無い場合、前記弁部を開弁する制御を停止した後に前記流体制御弁の制御を終了する流体制御弁。