JP6705494B2 - バルブ装置および流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体が流れる流路に介装されて、流路の開閉制御を行なうバルブ装置、とりわけ、ロータリ式バルブを用い、複数の流路を開閉制御するバルブ装置と、当該バルブ装置を組み込んだ流体制御装置に関する。

〔従来の技術〕
ロータリ式バルブを用いたバルブ装置は、従来より種々の構成のものが実用に供されているが、その代表例として知られているものに、例えば特許文献１に記載のごときバルブ装置がある。

ここで、かかるバルブ装置には、次のごとき構造のロータリ式バルブが用いられているのが一般的である。このロータリ式バルブは、ポートを有するハウジングとこのハウジングに回動自在に収納され、上記ポートを開閉する円筒状の弁体とを備え、この弁体を回動操作することによって、弁体側の弁穴としての開口穴とハウジング側のポートとしての開口穴とが開口する面積（以下、「開口面積」または「流通面積」という。）を増減させ、流路を開閉制御する基本構造である。

ところで、自動車のごときエンジン駆動の車両においては、エンジンの冷却水を有効活用するために複数の冷却水流路を張り廻らして構成された冷却制御装置（流体制御装置の代表例）が搭載されている。この冷却制御装置には、複数の冷却水流路を開閉制御する手段として、ロータリ式バルブを用いたバルブ装置が有用されている。そして、このバルブ装置は、複数のロータリ式バルブと、各ロータリ式バルブ毎に装着され、当該バルブを適宜回動操作させて多様な開閉制御を可能にするアクチュエータとを備えた複合型構成のバルブ装置となっている。

車両においては、冷却水が関係する運転状態として、ヒータを使用しない「第１の運転状態」と、寒冷時のごとくヒータを使用する「第２の運転状態」との２つの運転状態に大別される。

特開２００２−３２７８５１号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、運転状態に応じて、エンジンの冷却水を冷却制御装置で適切にコントロールすることができるバルブ装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の発明（バルブ装置）は、弁体収容孔および弁体収容孔に対して径方向に配置され、流体を流通させる複数の通路部を有するハウジングと、弁体収容孔に回動自在に収容され、通路部を開閉制御する弁体とを含むロータリ式バルブ、および、ロータリ式バルブに装着され、弁体を回動操作するアクチュエータとを備えている。

ここで、ハウジングは、冷却水を冷却するラジエータおよび冷却水を車室内暖房の熱源とするヒータを迂回する冷却水流路と接続する第１ポート、ラジエータの配される冷却水流路と接続する第２ポート、ならびに、ヒータの配される冷却水流路と接続する第３ポートを有している。

また、ロータリ式バルブは、弁体の円筒部内に流体を導入する導入口と、導入口と通路部とを接続する複数の弁穴とを備える弁部を有している。

そして、第３ポートが全開状態に保持されている場合に、第１ポートと第１ポートと連通する複数の弁穴の一つである第１開口穴の開口面積と第２ポートと第２ポートと連通する複数の弁穴の一つである第２開口穴の開口面積の一方の開口面積が増加すると他方の開口面積が減少するように弁部が回転する。

これにより、本発明においては、運転状態に応じて、エンジンの冷却水を冷却制御装置で適切にコントロールすることができる。

本発明のバルブ装置を組み込んだ流体制御装置の代表的な適用例として、車両用エンジンの冷却制御装置の一例の説明に供するもので、システム全体の概略構成図である（実施例１）。 本発明のバルブ装置の第１実施形態の説明に供する模式的縦断面図である（実施例１）。 上記バルブ装置におけるロータリ式バルブの開口穴の形状説明に供するもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は開口穴の形状を異ならせた弁体の模式的外観図である。 上記バルブ装置におけるロータリ式バルブの主要な動作説明に供するもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は時計回りの回動操作時における弁部の開閉状態を示す模式的断面図である（実施例１）。 上記バルブ装置におけるロータリ式バルブの主要な動作説明に供するもので、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は反時計回りの回動操作時における弁部の開閉状態を示す模式的断面図である（実施例１）。 上記ロータリ式バルブの全開口穴の開閉タイミングと開閉条件についての動作説明に供する特性図である（実施例１）。 ロータリ式バルブに設ける開口穴形状の相違による制御機能を説明するための特性図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例にしたがって詳細に説明する。なお、各図において、図中の同一符号は、同一または均等部分を示しており、原則として重複説明を省略する。

〔実施例１〕
本実施例では、本発明のバルブ装置および流体制御装置の代表的な適用例として、特に、車両用エンジンの冷却制御装置を例示している。
まずは、当該冷却制御装置の全体構成を図１に基づいて概説する。

図１に示すように、冷却制御装置１００は、制御対象として取り扱う流体がエンジンＥの冷却水であり、この冷却水に関係する構成機器として、ウォータポンプＷ，オイルクーラＯ、ラジエータＲ、およびヒータＨを含んでおり、これらの機器を複数本（本実施例では４本）の冷却水流路Ｐ１〜Ｐ４で連結している。そして、これらの冷却水流路Ｐ１〜Ｐ４を開閉制御する手段として、バルブ装置Ｖを備えている。

ウォータポンプＷは、一般的には電動ポンプが用いられており、エンジンＥのシリンダブロックＥ１およびシリンダヘッドＥ２を冷却するために冷却水を供給するとともに、冷却水流路Ｐ１〜Ｐ４を介して上記の各機器Ｏ、Ｒ、Ｈに冷却水を循環させるための動力源である。
オイルクーラＯは、冷却水を媒体としてエンジンＥの潤滑油と熱交換させるための熱交換器であり、ラジエータＲは、冷却水を冷却するための熱交換器であり、ヒータＨは、冷却水を熱源として車室内暖房をするための熱交換器である。

バルブ装置Ｖは、上記の各機器への冷却水を制御するために、４本の冷却水流路Ｐ１〜Ｐ４の間に介装されている。
冷却水流路Ｐ１は、エンジンＥからの冷却水をバルブ装置Ｖに導く流路であり、冷却水流路Ｐ２は、冷却水をオイルクーラＯに供給するための流路であり、冷却水流路Ｐ３は、冷却水をラジエータＲに供給するための流路であり、冷却水流路Ｐ４は、冷却水をヒータＨに供給するための流路である。以下、これらの冷却水流路を、それぞれ第１流路Ｐ１、第２流路Ｐ２、第３流路Ｐ３、第４流路Ｐ４と呼称する。

〔バルブ装置Ｖの基本構成〕
次に、バルブ装置Ｖの具体的な構造について、図２および図４（ａ）を参照しながら順次説明する。
なお、以下の説明では、図の上側および下側を、便宜上「上方、上段」および「下方、下段」と呼称するが、かかる呼称は車両搭載時における天方向および地方向を意味しているものではない。

バルブ装置Ｖは、大別すると、ロータリ式バルブ１０、および、このロータリ式バルブ１０を回動操作するアクチュエータ２０で構成されている。

ロータリ式バルブ１０（以下、単に、バルブ１０と略称する。）は、ハウジング１１と弁体１２を主要構成部品とし、内部に弁部３０を有している。

ハウジング１１は、バルブ１０の外筐をなすもので、実質的に円柱状孔を呈する弁体収容孔１３、およびこの弁体収容孔１３に対して径方向に配置され、異なる機器に冷却水を流通させる通路部１４を備えている。
この通路部１４は、第２〜第４流路Ｐ２〜Ｐ４に対応する３つの通路部１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃで構成され、このうち、２つの通路部１４Ａ、１４Ｂが一段目をなす下段側に、残余の１つの通路部１４Ｃが２段目をなす上段側にそれぞれ配設されている。
また、ハウジング１１には、第１流路Ｐ１に接続され、冷却水を当該バルブ１０内に導入するための共通流路部１５が設けられている。

弁体１２は、ハウジング１１の弁体収容孔１３に回動自在に収納され、前述の通路部１４（１４Ａ〜１４Ｃ）を開閉制御するもので、全体として円筒状を呈している。そして、弁体１２は、円筒部１６と回動軸１７とを有しており、回動軸１７でハウジング１１に回動自在に支承されている。
円筒部１６は、上端側に閉塞部１６Ａを有し下端側に開口部１６Ｂを有する縦断面逆Ｕ字形をなしており、閉塞部１６Ａで回動軸１７に固定されている。そして、下端側の開口部１６Ｂが、ハウジング１１の共通流路部１５と連通し、円筒部１６内に冷却水を導入する導入口をなしている。なお、以下の説明では便宜上、この開口部１６Ｂを、円筒部１６の内部空間の総称としても使用することがある（図３〜図５参照）。
また、円筒部１６には、後述する弁部３０の要の構成要素をなす弁穴（下段側開口穴１８および上段側開口穴１９）が設けられている。

弁部３０は、冷却水導入口（円筒部１６の開口部１６Ｂ）とハウジング１１の通路部１４との間を開閉するもので、ハウジング１１と弁体１２との間に構築された２つの弁部３１、３２を備えている。この２つの弁部３１、３２は、図３に示す弁体１２側の外観で代表されるように、ハウジング１１側と弁体１２側との摺接面が曲面状に形成された所謂ボール弁構造をなしており、弁体１２の回動軸線方向に沿って上下の２段に連なって配設されている。なお、下段側を第１弁部３１、上段側を第２弁部３２と呼称する。

下段側の第１弁部３１は、２つの流路を開閉するものであり、ハウジング１１側のポート３３として設けられた２つの第１ポート３３Ａおよび第２ポート３３Ｂと、この第１ポート３３Ａおよび第２ポート３３Ｂを開閉するために弁体１２側に設けられた第１弁穴３４とを備えている。
第１ポート３３Ａおよび第２ポート３３Ｂは、ハウジング１１の弁体収容孔１３の内壁面に設けられ、下段側の２つの通路部１４Ａ、１４Ｂの開口端を形成しており、弁体１２（円筒部１６）を挟んで対向するように配置されている。
また、第１弁穴３４は、前述した下段側開口穴１８のことで、２つの開口穴（第１開口穴３４Ａおよび第２開口穴３４Ｂ）で構成され、弁体１２の円筒部１６に対してこれを貫通するとともに周方向に延展して形成されている。
なお、第１開口穴３４Ａおよび第２開口穴３４Ｂは、円筒部１６の円周方向に相互に離隔して形成されており、第１ポート３３Ａおよび第２ポート３３Ｂと開閉する

上段側の第２弁部３２は、１つの流路を開閉するものであり、ハウジング１１側に別のポート３３として設けられた第３ポート３３Ｃと、この第３ポート３３Ｃを開閉するために弁体１２側に設けられた第２弁穴３５とを備えている。
第３ポート３３Ｃは、ハウジング１１の弁体収容孔１３の内壁面に設けられ、上段側の残余の通路部１４Ｃの開口端を形成している。
また、第２弁穴３５は、前述した上段側開口穴１９のことで、１つの長穴状開口穴３５Ａで構成されており、弁体１２の円筒部１６に対してこれを貫通するとともに周方向に幅広く（広角度に）延展して形成されている。

なお、弁部３０は、上述ごとく、多数の開口穴を備えている。つまり、第１弁部３１は、弁体１２側の第１弁穴３４をなす第１開口穴３４Ａおよび第２開口穴３４Ｂと、ハウジング１１側の第１ポート３３Ａ、第２ポート３３Ｂをなす開口穴とを有している。第２弁部３２は、弁体１２側の第２弁穴３５をなす長穴状開口穴３５Ａとハウジング１１側の第３ポート３３Ｃをなす開口穴とを有している。これらの開口穴は、いずれも、開口穴の回動方向に対する展開形状が四角形を呈している。かかる形状の詳細については、弁体１２側を代表にして後述する。

アクチュエータ２０は、図示しないコントローラ（例えば、車両の運転状態を制御する電子制御装置に組み込まれたＥＣＵ）からの指令を受け、バルブ１０の弁体１２を時計周りと反時計周りとの２方向に回動操作するもので、弁体１２の回動軸１７に連結されている。
なお、このようなアクチュエータ２０には、限定するものではないが、例えば、駆動源をなす正逆転可能なモータと、このモータの回転を減速して回動軸１７に伝達する減速歯車装置とで構成される一般的な駆動機構を用いることができる。

〔バルブ装置Ｖの基本作動〕
次に、上記構成において、バルブ装置Ｖの基本作動を説明する。

車両においては、冷却水が関係する運転状態として、ヒータＨを使用しない〔第１の運転状態〕と、寒冷時のごとくヒータＨを使用する〔第２の運転状態〕との２つの運転状態に大別される。そして、それぞれの運転状態に応じて、エンジンＥの冷却水を冷却制御装置１００で適切にコントロールすることになる。

〔第１運転状態〕
この運転状態での冷却制御装置１００の使命は、第１流路Ｐ１と第２流路Ｐ２および第３流路Ｐ３とを連通させ、エンジンＥの冷却水をウォータポンプＷによりオイルクーラＯおよびラジエータＲへ流通させるとともに、第１流路Ｐ１と第４流路Ｐ４とを遮断し、冷却水がヒータＨへ流通しないようにすることにある。
そのため、バルブ１０は、第１弁部３１が開弁して２つの流路部１４Ａ、１４Ｂを開閉制御するとともに、第２弁部３２が閉弁し、残余の流路部１４Ｃを遮断している。
つまり、第１弁部３１では、弁体１２の第１弁穴３４とハウジング１１の第１ポート３３Ａおよび第２ポート３３Ｂとが重合しその開口面積を変化させることで、弁体１２の開口部１６Ｂから円筒部１６内に導入される冷却水をオイルクーラＯおよびラジエータＲへ流通させる。第２弁部３２では、弁体１２の第２弁穴３５（長穴状開口穴３５Ａ）がハウジング１１の第３ポート３３Ｃと一切重合せず、円筒部１６内に導入された冷却水を第３ポート３３Ｃへは一切供給しないため、ヒータＨへ冷却水が送られることはない。

〔第２運転状態〕
この運転状態での冷却制御装置１００の使命は、第１流路Ｐ１とすべての循環流路である第２流路Ｐ２〜第４流路Ｐ４とを連通させ、エンジンＥの冷却水をオイルクーラＯおよびラジエータＲに加え、ヒータＨへも循環させるようにすることにある。
そのため、バルブ１０は、第１弁部３１が開弁して２つの流路部１４Ａ、１４Ｂへの冷却水量を制御するとともに、第２弁部３２も開弁して残余の流路部１４Ｃへの冷却水量を制御する。
つまり、第１弁部３１では、弁体１２の第１弁穴３４とハウジング１１の第１ポート３３Ａおよび第２ポート３３Ｂとの開口面積を変化させることで、弁体１２の開口部１６Ｂから円筒部１６内に導入される冷却水をラジエータＲおよびオイルクーラＯへ流通させる。同時に、第２弁部３２では、弁体１２の第２弁穴３５がハウジング１１の第３ポート３３Ｃと重合するため、その開口面積を変化させることで、円筒部１６内に導入された冷却水をヒータＨへも供給する。

〔実施例１の特徴点１〕
ここで、上記の２つの運転状態に適合する冷却水制御を実行させるためには、バルブ１０に構築する弁部３０の構造を工夫する必要がある。かかる弁部構造の一例を図４および図５も参照しながら概説する。

図４および図５において、第１弁部３１と第２弁部３２との関係は、上記〔第１運転状態〕を矢印Ｔ１のごとく時計回りの回動操作で実行し、上記〔第２運転状態〕をその逆の矢印Ｔ２のごとく反時計回りの回動操作で実行できることが望ましい。
そのためには、第１弁部３１では、時計回りＴ１、反時計回りＴ２の両回動方向でオイルクーラＯおよびラジエータＲへの流路を開閉制御することができるようにするとともに、第２弁部３２は、例えば反時計回りＴ２のみの１回動方向でヒータＨへの流路を開閉制御できるようにすることが肝要となる。

したがって、第１弁部３１では、弁体１２の第１弁穴３４として第１開口穴３４Ａと第２開口穴３４Ｂとの２つの穴が、円筒部１６に対して周方向に離隔して設けられている。そして、この２つの開口穴３４Ａ、３４Ｂが、ハウジング１１側の２つのポート３３Ａ、３３Ｂに対して、時計回りＴ１と反時計回りＴ２との両回動方向でそれぞれ異なるポートと重合し開閉するようになっている。
また、第２弁部３２では、弁体１２の第２弁穴３５として１つの長穴状開口穴３５Ａが円筒部１６に設けられている。特に、この長穴状開口穴３５Ａは、反時計回りＴ２のみの１回動方向で、ハウジング１１側の第３ポート３３Ｃと長く連通し、ヒータＨ用の流路Ｐ４を全開状態に保持できるように、周方向に広い回動角度範囲（例えば１８０°）にわたって形成されている。

上記構成の弁部構造によれば、各運転状態毎に次のような制御機能が得られる。

〔第１運転状態〕では、バルブ１０を時計回りＴ１に回動操作することで、第１弁部３１および第２弁部３２に図４に示すごとき動作が得られる。図４において、（ａ）は回動開始前の閉弁状態、（ｂ）は第１の開弁状態、（ｃ）は第２の開弁状態を示している。

まず、第１弁部３１は、閉弁状態（ａ）から時計回りＴ１に回動すると、弁体１２の第１開口穴３４Ａとハウジング１１の第１ポート３３Ａとが重合し始め、その開口面積が全開まで増加していく第１の開弁状態（ｂ）に移行する。これにより、オイルクーラＯ用の第２流路Ｐ２が形成される。そして、全開に達した後に弁体１２の第２開口穴３４Ｂとハウジング１１の第２ポート３３Ｂとが重合し始め、その開口面積が増加していく第２の開弁状態（ｃ）に移行する。これにより、ラジエータＲ用の第３流路Ｐ３が形成される。なお、この第２の開弁状態では、両開口穴３４Ａ、３４Ｂと両ポート３３Ａ、３３Ｂとの開口面積が反比例するものの、共に開弁している。よって、オイルクーラＯ用の第２流路Ｐ２、ラジエータＲ用の第３流路Ｐ３が共に形成される。

これに対し、第２弁部３２は、弁体１２の第２弁穴３５が長穴状開口穴３５Ａであるものの、ハウジング１１の第３ポート３３Ｃとは一切重合しないため、閉弁状態のままである。したがって、ヒータＨ用の第４流路Ｐ４は形成されない。
かくして、バルブ１０を時計回りＴ１に回動操作することで、冷却制御装置１００において〔第１運転状態〕に適合した冷却水制御機能を得ることができる。

次に、〔第２運転状態〕では、バルブ１０を反時計回りＴ２に回動操作することで、第１弁部３１に加え、第２弁部３２にも開弁機能を発揮させることにより、図５に示すごとき動作が得られる。図５において、（ａ）は回動開始前の閉弁状態、（ｂ）は第３の開弁状態、（ｃ）は第４の開弁状態、（ｄ）は第５の開弁状態を示している。

まず、バルブ１０は、反時計回りＴ２に回動操作されると第２弁部３２が開弁し始め、第３の開弁状態（ｂ）に示す全開状態へと移行する。つまり、弁体１２の第２弁穴３５（長穴状開口穴３５Ａ）とハウジング１１の第３ポート３３Ｃとが重合し始め、長穴状開口穴３５Ａが第３ポート３３Ｃと完全に重合する。この間、第１弁部３１は、閉弁状態を持続する。
そして、第２弁部３２は、開口穴３５Ａが長穴状に形成されており、全開状態に達した後も全開状態を持続する。よって、第４開弁状態（ｃ）→第５開弁状態（ｄ）へと開弁状態が移行しても、全開状態のままである。これにより、ヒータＨ用の第４流路Ｐ４が形成され続ける。

これに対し、第１弁部３１側では、第２弁部３２が全開に達した後に開弁し始める第３の開弁状態（ｂ）へ移行し、第４、第５の開弁状態（ｃ）、（ｄ）へと順次移行する。つまり、第３の開弁状態（ｂ）では、弁体１２の第２開口穴３４Ｂとハウジング１１の第１ポート３３Ａとが重合し始め、その開口面積が全開まで増加していく第４の開弁状態（ｃ）に移行する。この開弁状態は、図４の第１開弁状態（ｂ）と等価であり、オイルクーラＯ用の第２流路Ｐ２が形成される。

その後に弁体１２の第１開口穴３４Ａとハウジング１１の第２ポート３３Ｂとが重合し始め、その開口面積が増加していく第５の開弁状態（ｄ）に移行する。この開弁状態は、図４の第２開弁状態（ｃ）と等価であり、ラジエータＲ用の第３流路Ｐ３が形成される。なお、この第５状態（ｄ）では、両開口穴３４Ａ、３４Ｂと両ポート３３Ａ、３３Ｂとの開口面積が反比例するものの、共に開弁しているため、オイルクーラＯ用の第２流路Ｐ２と、ラジエータＲ用の第３流路Ｐ３が共に形成される。
かくして、バルブ１０を反時計周りＴ２に回動操作することで、冷却制御装置１００において〔第２運転状態〕に適合した冷却水制御機能を得ることができる。

〔実施例１の特徴点２〕
また、上記の２つの運転状態に対して実用的に適合させるためには、制御上次の３つの条件がバルブ１０に課せられる。
○第１には、開閉タイミングが近い弁部間においては開弁開始位置の間隔（回動角に相当する）にできるだけ余裕を持たせ得ること（以下、「余裕度条件」と呼ぶ）。
つまり、各構成部品には製作誤差、交差等による寸法のバラツキが必然的に伴なうことから、このバラツキを吸収するためには、上記間隔に余裕度を必要とする。
○第２には、複数の機器に対して冷却水を熱媒体として有効活用するための開弁順序に制約が伴なうこと（以下、「開弁順序条件」と呼ぶ）。
例えば、ラジエータＲへの流路は冷却水を冷却させるためであることから、最後に開弁させることが望ましい。
○第３には、配管の関係でオイルクーラＯとラジエータＲとに流れる冷却水量の総和を一定にすること（以下、「流量一定条件」と呼ぶ）。

本実施例で用いるバルブ１０は、上記の３条件を満足するものであり、以下、かかる３条件を如何に満足するかのメカニズムについて、バルブ１０の全開口穴の開閉タイミングと開閉条件を示す図６を参照しながら概説する。

図６において、横軸は、弁体１２の回動角度Ｘ〔°〕を示しており、０°を基点として左側のマイナス（−）表示が「時計回りＴ１」に回動した場合、右側の数値表示のみが「反時計回りＴ２」に回動した場合をそれぞれ表している。縦軸は、各弁部の開弁率Ｙ〔％〕を示しており、０％が「全閉状態」、１００％が「全開状態」を表している。
そして、実線の特性がヒータＨ用の開弁特性Ｖ１、破線の特性がオイルクーラＯ用の開弁特性Ｖ２、１点鎖線の特性がラジエータＲ用の開弁特性Ｖ３を、それぞれ示している。

上記図６から明らかなように、本実施例のバルブ１０は、時計回りＴ１の回動方向で開弁特性Ｖ２、Ｖ３を順次発揮し、反時計回りＴ２の回動方向で開弁特性Ｖ１〜Ｖ３を順次発揮するように設定されている。
そして、第１には、時計回りＴ１の開弁特性Ｖ２の開弁開始位置Ｓ２と反時計回りＴ２の開弁特性Ｖ１の開弁開始位置Ｓ１とが重なることがないように、両位置Ｓ１、Ｓ２間には所要の間隔（回動角）αが設定されている。また、反時計回りＴ２において、開弁特性Ｖ２の開弁開始位置Ｓ３と開弁特性Ｖ１の開弁終了位置Ｆ１とが重なることがないように、両位置Ｓ３、Ｆ１間には所要の間隔（回動角）βが設定されている。かくして、第１の「余裕度条件」を満足している。

また、第２には、時計回りＴ１において、２つの開弁特性が特性Ｖ２、Ｖ３の順で発揮されるとともに、反時計回りＴ２において、３つの開弁特性が特性Ｖ１、特性Ｖ２、特性Ｖ３の順で発揮されるように設定されている。したがって、〔第１運転状態〕では、オイルクーラＯ、ラジエータＲの順で冷却水が流れ、〔第２運転状態〕では、ヒータＨ、オイルクーラＯ、ラジエータＲの順で冷却水が流れる。かくして、第２の「開弁順序条件」を
満足している。
さらに、第３には、時計回りＴ１、反時計回りＴ２の両回動方向において、開弁特性Ｖ２と開弁特性Ｖ３とが、開弁率Ｙが反比例するように交差している。したがって、オイルクーラＯとラジエータＲとを流れる冷却水の流量の総和は一定となる。かくして、第３の「流量一定条件」を満足している。

〔実施例１の特徴点３〕
この特徴点３は、上記の特徴点１、２を効果的に実現するための基礎をなすもので、弁部３０に設ける開口穴の形状を工夫し、各開口穴の回動方向に対する展開形状を四角形にした点にある。

本実施例では、すべての開口穴を四角形状に形成しており、弁体１２側を代表して図３により補足説明する。
弁体１２において、第１、第２の弁穴３４、３５に設ける開口穴は、いずれも、図３（ｂ）、（ｃ）に示す楕円形状の丸穴３４Ｃ、長穴３５Ｂや真円形状の穴３４Ｄ、３５Ｃではなく、図３（ａ）に示すごとき四角形状、とりわけ、その代表形である四隅がピン角（直角）を有する四角形にしている。そして、第２の弁穴３５は、回動角度範囲（開口角）を大きく必要とする長穴であるため、長方形状の長穴３５Ａに形成せざるを得ないが、第１の弁穴３４は、２つの開口穴の回動角度範囲（開口角）がいずれも小さいため、第１開口穴３４Ａおよび第２開口穴３４Ｂを共に正方形に形成することができる。もっとも、第２の弁穴３５側においても、長方形状長穴３５Ａとはいえ、全閉から全開に至る回動範囲ＸＡの領域を正方形にすることができる。
なお、ハウジング１１側のポート３３Ａ〜３３Ｃは、図示を省略しているが、いずれも同一形状でかつ小さな開口角で良いため、四角形として、いずれも、第１開口穴３４Ａおよび第２開口穴３４Ｂと同様に正方形に形成することができる。

本実施例の矩形状開口穴が優れた制御機能を発揮することについて、図７を参照しながら説明する。

図７は、弁部３０に設ける開口穴の展開形状を種々変更して、同一の最大流通面積を確保するための開弁側特性を比較したものである。かかる図７は、全閉状態（Ｙ＝０％）から全開状態（Ｙ＝１００％）に至るまでの開弁側特性を、３種の展開穴形状について対比しており、特性Ａは図３（ａ）の四角形状にした場合、特性Ｂは図３（ｂ）の回動軸線方向に長軸を有する楕円形状にした場合、特性Ｃは図３（ｃ）の真円形状にした場合をそれぞれ示している。

図７から明らかなように、楕円形状および真円形状の場合には、回動角度Ｘに応じてハウジング１１側のポート３３Ａ〜３３Ｃと重合する穴形状が変化し、単位回動角あたりの開口面積が小→大→小と変化していくため、広範囲の回動角度Ｘｂ、Ｘｃにわたって開弁率Ｙが緩やかに増大していく特性Ｂ，Ｃが得られる。
これに対し、矩形状の場合には、回動角度Ｘに応じてハウジング１１側のポート３３Ａ〜３３Ｃと重合する形状の変化が一定で、単位回動角あたりの開口面積が一定量で増大していくため、小さい回動角度Ｘａで全開状態（Ｙ＝１００％）に到達する直線的な特性Ａが得られる。

本実施例の弁部３０には開弁側特性として上記特性Ａを発揮するようにしているため、制御機能上次のごとき利点が得られる。
〔利点１〕
開口穴１つ当たりの円周方向スペース、つまり、全閉状態（Ｙ＝０°）〜全開状態（Ｙ＝１００°）に要する回動角度Ｘａを小さくすることができ、弁体１２（円筒部１６）の１回転（３６０°）を有効活用して、複数の開口穴を開閉させることができる。
また、小さな回動角度Ｘａは、時間軸に換算すると開閉に要する時間を短縮できるため、制御スピードを高めることができる。
〔利点２〕
円筒部１６の円周方向に複数の開口穴を容易に設けることができることにより、弁部３０を時計回りＴ１と反時計回りＴ２との両方向に回動させて流路を制御することが可能となる。
また、弁部３０を多段構造に構築しても、「余裕度条件」を満足し、各段部３１、３２の開弁開始位置がオーバーラップする事態を回避することができる。

〔実施例１の効果〕
上述した実施例１によるバルブ装置Ｖにおいては、次のような作用効果を奏する。

（１）ロータリ式のバルブ１０において、特徴点３として詳説したように、弁部３０の開口穴の形状を工夫している。具体的には、第１弁部３１および第２弁部３２において、弁体１２側およびハウジング１１側に設けるすべての開口穴を、開口穴の回動方向に対する展開形状が四角形を呈するようにしている。
四角形状の開口穴は、単位回動角あたりの開口面積変化量が一定で、小さい回動角度で大きな流通面積を確保することが可能となるため、１回転（３６０°）を有効活用して異なる流路の開閉制御を実行させることができる。したがって、バルブ１０の径方向寸法を小さくすることが可能である。
（２）特に、四隅がピン角（直角）の四角形にすることにより、開弁開始直後からの単位回動角あたりの開口面積を最大にすることができ、開口穴１つ当たりの円周方向スペースを最小にすることができる。四角形のなかでも、とりわけ正方形は、最小の周囲長で最大の面積を確保できる形状であるため、すべての開口穴について全閉から全開に至る回動範囲ＸＡの領域を正方形状に形成することで、開口穴１つ当たりの円周方向スペースの最小化をより一層促進することができる。
（３）第１弁部３１の開弁開始位置と第２弁部３２の開弁開始位置とを周方向において重畳させることなく容易にずらせることができ、これを活用して、各段の流路配置構成を工夫している。具体的には、第１弁部３１において少なくとも２つの流路Ｐ２、Ｐ３を制御し、第２弁部３２で他の流路Ｐ４を独立に制御しており、軸方向に圧縮した流路配置構成を実現している。したがって、バルブ１０の軸方向寸法を小さくしながら、多数の流路の開閉制御を達成することができる。
（４）また、バルブ１０を時計方向Ｔ１と反時計方向Ｔ２との両回動方向に操作することで流路制御することができるため、バルブ１０の径方向および軸方向の両寸法を一層小さくすることができる。
（５）上述のごとくバルブ１０を小型にすることができるため、当該バルブ１０を回動操作するアクチュエータ２０も必然的に小容量で外形の小さい小型軽量のものにすることができる。
（６）かくして、軸方向および径方向の外形を小さくしながら、多数の流路の開閉制御を達成することができる小型軽量のバルブ装置Ｖを提供することができる。

〔他の実施形態；変形例〕
以上、本発明を一実施例について詳述してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々変形することが可能であり、他の実施形態としてその変形例を例示する。

（１）実施例１では、第１弁部３１および第２弁部３２の双方における開口穴形状をすべて四角形にしたが、第２弁部側３２は１つでかつ広角を有する長穴状の開口穴３５Ａであるため、開弁開始側の穴形状を四角形以外の適宜形状にすることも可能である。
（２）実施例１では、代表的な四角形として、四隅がピン角（直角）を有する四角形にしたが、四隅には必要な面取りを施しても良い。
（３）また、弁部３０の段数、各段の通路数や通路部の配置についても、実施例１に何ら限定されるものではなく、用途や制御態様に応じて種々変更することができることは勿論
である。

（４）以上の実施形態では、本発明のバルブ装置および流体制御装置を車両用エンジンの冷却制御装置に適用した例について詳説したが、これに限定されるものではなく、ロータリ式バルブを用いて複数の流路を開閉制御する流体制御システムに広く適用することができる。

１０…ロータリ式バルブ、１１…ハウジング、１２…弁体、１３…弁体収納孔、１４…通路部、１４Ａ…第１通路部、１４Ｂ…第２通路部、１４Ｃ…第３通路部、１６…円筒部、１６Ｂ…開口部（導入口）、２０…アクチュエータ、３０…弁部、３１…第１弁部、３２…第２弁部、３３Ａ…第１ポート、３３Ｂ…第２ポート、３３Ｃ…第３ポート、３４…第１弁穴、３４Ａ…第１開口穴、３４Ｂ…第２開口穴、３５…第２弁穴、３５Ａ…長穴状開口穴、１００…冷却制御装置（流体制御装置）、Ｅ…エンジン、Ｈ…ヒータ（機器）、Ｏ…オイルクーラ（機器）、Ｒ…ラジエータ（機器）、Ｖ…バルブ装置。

Claims (23)

1. 弁体収容孔（１３）およびこの弁体収容孔に対して径方向に配置され、流体を流通させる複数の通路部（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）を有するハウジング（１１）と、前記弁体収容孔に回動自在に収容され、前記通路部を開閉制御する弁体（１２）とを含むロータリ式バルブ（１０）、および、前記ロータリ式バルブに装着され、前記弁体を回動操作するアクチュエータ（２０）を備えたバルブ装置（Ｖ）において、
   前記ハウジングは、冷却水を冷却するラジエータ（Ｒ）および前記冷却水を車室内暖房の熱源とするヒータ（Ｈ）を迂回する冷却水流路（Ｐ２）と接続する第１ポート（３３Ａ）、前記ラジエータの配される冷却水流路（Ｐ３）と接続する第２ポート（３３Ｂ）、ならびに、前記ヒータの配される冷却水流路（Ｐ４）と接続する第３ポート（３３Ｃ）を有し、
   前記ロータリ式バルブは、前記弁体の円筒部内に流体を導入する導入口（１６Ｂ）と、この導入口と前記通路部とを接続する複数の弁穴（３４、３４Ａ、３４Ｂ、３５、３５Ａ）とを備える弁部（３０）を有し、
   前記第３ポートが全開状態に保持されている場合に、前記第１ポートと前記第１ポートと連通する前記複数の弁穴の一つである第１開口穴（３４Ａ）の開口面積と前記第２ポートと前記第２ポートと連通する前記複数の弁穴の一つである第２開口穴（３４Ｂ）の開口面積の一方の開口面積が増加すると他方の開口面積が減少するように前記弁部が回転することを特徴とするバルブ装置。
2. 弁体収容孔（１３）およびこの弁体収容孔に対して径方向に配置され、流体を流通させる複数の通路部（１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）を有するハウジング（１１）と、前記弁体収容孔に回動自在に収容され、前記通路部を開閉制御する弁体（１２）とを含むロータリ式バルブ（１０）、および、前記ロータリ式バルブに装着され、前記弁体を回動操作するアクチュエータ（２０）を備えたバルブ装置（Ｖ）において、
   前記ハウジングは、冷却水を冷却するラジエータ（Ｒ）および前記冷却水を車室内暖房の熱源とするヒータ（Ｈ）を迂回する冷却水流路（Ｐ２）と接続する第１ポート（３３Ａ）、前記ラジエータの配される冷却水流路（Ｐ３）と接続する第２ポート（３３Ｂ）、ならびに、前記ヒータの配される冷却水流路（Ｐ４）と接続する第３ポート（３３Ｃ）を有し、
   前記ロータリ式バルブは、前記弁体の円筒部内に流体を流通させる開口部（１６Ｂ）と、この開口部と前記通路部とを接続する複数の弁穴（３４、３４Ａ、３４Ｂ、３５、３５Ａ）とを備える弁部（３０）を有し、
   前記第３ポートが全開状態に保持されている場合に、前記第１ポートと前記第１ポートと連通する前記複数の弁穴の一つである第１開口穴（３４Ａ）の開口面積と前記第２ポートと前記第２ポートと連通する前記複数の弁穴の一つである第２開口穴（３４Ｂ）の開口面積の一方の開口面積が増加すると他方の開口面積が減少するように前記弁部が回転し、前記第１開口穴と前記第２開口穴は、前記弁部の周方向に相互に離隔して形成されていることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のバルブ装置において、
   前記導入口または前記開口部から前記円筒部内に導入された流体が前記複数の弁穴を介して前記通路部へと送られることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のバルブ装置において、
   前記第３ポートに前記冷却水を供給しない第１運転状態と、
   前記第３ポートに前記冷却水を供給する第２運転状態とを備え、
   前記第１運転状態は、前記第１ポートおよび前記第２ポートへ前記冷却水を供給しない閉弁状態と、
   前記第１ポートへ前記冷却水を供給し、前記第２ポートへ前記冷却水を供給しない第１開弁状態と、
   前記第１ポートおよび前記第２ポートへ前記冷却水を供給する第２開弁状態を有することを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項４に記載のバルブ装置において、
   前記第２運転状態は、前記第１ポートへ前記冷却水を供給し、前記第２ポートへ前記冷却水を供給しない第４開弁状態と、
   前記第１ポートおよび前記第２ポートへ前記冷却水を供給する第５開弁状態とを有することを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項５に記載のバルブ装置において、
   前記第１運転状態は、前記第１ポートへ前記冷却水を供給せず、前記第２ポートへ前記冷却水を供給する第６開弁状態を有し、
   前記第２運転状態は、前記第１ポートへ前記冷却水を供給せず、前記第２ポートへ前記冷却水を供給する第７開弁状態とを有することを特徴とするバルブ装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれかに記載のバルブ装置において、
   前記第２運転状態は、前記第１ポートおよび前記第２ポートへ前記冷却水を供給しない第３開弁状態を有することを特徴とするバルブ装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のバルブ装置において、
   前記第３ポートが全開状態に保持されている場合に、前記第２ポートと前記第２開口穴の開口面積が増加または減少するように前記弁部が回転することを特徴とするバルブ装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれかに記載のバルブ装置において、
   前記第３ポートが全開状態に保持されている場合に、前記第２ポートと前記第２開口穴の開口面積が全開状態から全閉状態になるように前記弁部が回転することを特徴とするバルブ装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記第３ポートが全開状態に保持されている場合に、前記第２ポートと前記第２開口穴の開口面積が全開状態になるように前記弁部が回転することを特徴とするバルブ装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記第３ポートが全開状態に保持されている場合に、前記第２ポートと前記第２開口穴の開口面積が全閉状態から全開状態になるように前記弁部が回転することを特徴とするバルブ装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記第３ポートに前記冷却水を供給しない第１運転状態と、
    前記第３ポートに前記冷却水を供給する第２運転状態とを備え、
    前記第１運転状態と前記第２運転状態の少なくとも一方において、
    前記第１ポートと前記第１開口穴の開口面積と前記第２ポートと前記第２開口穴の開口面積の一方の開口面積が増加すると他方の開口面積が減少するように前記弁部が回転する間、前記第１ポートと前記第２ポートとを流れる前記冷却水の水量の総和が一定であることを特徴とするバルブ装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記第３ポートと連通する前記複数の弁穴の一つである第３開口穴（３５Ａ）は長穴状開口穴であることを特徴とするバルブ装置。
14. 請求項１から請求項１３のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングは、前記ロータリ式バルブ内に冷却水を導入するための共通流路部（１５）を有し、
    前記弁体は、円筒部（１６）と回転軸（１７）を有し、
    前記円筒部は、一端側に閉塞部（１６Ａ）と他端側に開口部（１６Ｂ）を有し、前記開口部（１６Ｂ）と共通流路部（１５）とが連通することを特徴とするバルブ装置。
15. 請求項６に記載のバルブ装置において、
    前記第２運転状態は、前記第１ポートおよび前記第２ポートへ前記冷却水を供給しない第３開弁状態を有し、
    前記弁体の回転により、前記第６開弁状態、前記第２開弁状態、前記第１開弁状態、前記閉弁状態、前記第３開弁状態、前記第４開弁状態、前記第５開弁状態、および、前記第７開弁状態が、この順序で実現されることを特徴とするバルブ装置。
16. 請求項１３に記載のバルブ装置において、
    前記第１開口穴と前記第２開口穴は、前記弁部の周方向に相互に離隔して形成されており、かつ、回転軸方向における相互に重複する位置関係にあり、
    前記第３開口穴は、回転軸方向に前記第１開口穴および前記第２開口穴から離れた位置にあり、
    前記第３開口穴の前記弁体における周方向の長さは、前記第１開口穴および前記第２開口穴より長く形成されていることを特徴とするバルブ装置。
17. 請求項１６に記載のバルブ装置において、
    前記弁体は、前記アクチュエータにより時計回り（Ｔ１）と反時計回り（Ｔ２）との２方向に回動操作されるものであり、
    前記弁体の時計回りの回動による前記第１ポートまたは前記第２ポートの開弁開始位置（Ｓ２）と、前記弁体の反時計回りの回動による前記第３ポートの開弁開始位置（Ｓ１）とが、周方向において相互に離隔して設けられていることを特徴とするバルブ装置。
18. 請求項１から請求項１７のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記弁体の周方向における前記複数の弁穴の端部は、軸方向に延びていることを特徴とするバルブ装置。
19. 請求項１から請求項１８のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記第３ポートが閉弁状態から開弁状態となるのに要する前記弁体の回動角度は、
    前記第１ポートが閉弁状態から開弁状態となるのに要する前記弁体の回動角度よりも小さいことを特徴とするバルブ装置。
20. 請求項１から請求項１９のいずれかに記載のバルブ装置において、
    前記第３ポートが閉弁状態から開弁状態となるのに要する前記弁体の回動角度は、
    前記第２ポートが閉弁状態から開弁状態となるのに要する前記弁体の回動角度よりも小さいことを特徴とするバルブ装置。
21. 請求項１から請求項２０に記載のバルブ装置において、
    前記弁体は、前記アクチュエータにより時計回り（Ｔ１）と反時計回り（Ｔ２）との２方向に回動操作されるものであることを特徴とするバルブ装置。
22. 請求項１から請求項２１に記載のバルブ装置において、
    冷却水を冷却するラジエータ（Ｒ）および前記冷却水を車室内暖房の熱源とするヒータ（Ｈ）を迂回する冷却水流路（Ｐ２）に潤滑油と熱交換させる熱交換器が配されることを特徴とするバルブ装置。
23. 請求項１から請求項２２に記載のバルブ装置において、
    前記ハウジングは、前記ロータリ式バルブ内に冷却水を導入するための共通流路部（１５）を有し、
    前記弁体は、円筒部（１６）と回転軸（１７）を有し、
    前記円筒部は、一端側に閉塞部（１６Ａ）と他端側に開口部（１６Ｂ）を有し、
    前記共通通路部と前記開口部とは前記弁部の回転位置に関わらず連通し、
    前記共通通路部は前記円筒部の側面と対向していないことを特徴とするバルブ装置。

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