JP6729500B2 - バルブ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハウジングおよび弁体を備えるバルブ装置に関する。
従来、弁体の回転位置に応じてハウジングの入力ポートと出力ポートとを連通または閉塞するバルブ装置が知られている。例えば特許文献1には、車両用エンジンの冷却装置に適用され、冷却水の循環経路を制御するバルブ装置が開示されている。このバルブ装置は、3つの入力ポートおよび1つの出力ポートを有している
米国特許出願公開第2016/0281585号明細書
特許文献1では、3つの入力ポートがハウジングの異なる位置に形成されている。これにより、入力ポートに接続される各配管がばらばらな方向へ延びることになる。そのため、それら配管と他部品とが干渉することを考慮すると、バルブ装置を狭小空間に搭載することが困難であった。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、狭小空間に搭載することができるバルブ装置を提供することである。
本発明のバルブ装置は、ハウジング(32、201、221、231)と、弁体(33)と、複数のシールユニット(34、35、36)と、複数のパイプ(106、108、110)と、保持部材(37)とを備えている。ハウジングは、内部空間(75)と外部とを接続する第1ポート(76、206)および複数の第2ポート(77、78、79、203、204、205、223、224、225、235、236、237)を有している。弁体は、ハウジングの内部空間内で回転可能に設けられており、回転位置に応じて第1ポートと複数の第2ポートとをそれぞれ連通または閉塞する。第1ポートは、弁体の回転位置にかかわらずハウジングの内部空間に連通している。内部空間のうち弁体の外側を弁体外側空間とすると、複数のシールユニットは、複数の第2ポートのいずれか1つと弁体外側空間との間をシールしている。複数のパイプは、複数の第2ポートのいずれか1つと接続している流路をもつ。保持部材は、複数のシールユニットを保持するものであって、パイプとは別部材からなる。
一の第2ポートの少なくとも一部は、弁体の軸方向から見て他の第2ポートのいずれか1つ以上と重なっている。
保持部材は、複数の第2ポートのそれぞれに1つずつ設けられた全てのシールユニットを一括して保持している。
このように構成することで、複数の第2ポートを、ハウジングのうち弁体の回転方向における一部分に集結させることができる。そのため、第2ポートに接続される配管のうち少なくとも根元の部分はハウジングの幅内に極力収めることができる。したがって、バルブ装置を薄型化することができるとともに、狭小空間に搭載することができる。
第1実施形態による冷却水制御弁が適用された冷却装置を説明する模式図である。 図1の冷却水制御弁の外観図である。 図2の冷却水制御弁を弁体の軸心に沿う縦断面で示す断面図であって、弁体の開口部の開口度合いが0%である状態の図である。 図2の冷却水制御弁のカバーを外した状態をIV方向から見たときの図である。 図3のV部分の拡大図である。 図2の冷却水制御弁を弁体の軸心に沿う縦断面で示す断面図であって、弁体の開口部の開口度合いが100%である状態の図である。 図3のハウジングおよび保持プレートのVII−VII線断面図である。 図3の冷却水制御弁のうちパイプ部材を外した状態をVIII方向から見たときの図である。 図1のエンジンおよび周辺機器を示す模式図である。 第2実施形態による冷却水制御弁が適用された冷却装置を説明する模式図である。 図10の冷却水制御弁の断面図であって、弁体の開口部の開口度合いが0%である状態の図である。 図11の状態から開口部の開口度合いが100%になるまで弁体が回転した状態の断面図である。 図11のハウジングおよび保持プレートのXIII−XIII線断面図である。 図10のエンジンおよび周辺機器を示す模式図である。 第3実施形態による冷却水制御弁のハウジングの断面図であって、第1実施形態における図7に相当する図である。 第4実施形態による冷却水制御弁のハウジングの断面図であって、第1実施形態における図7に相当する図である。
以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
[第1実施形態]
第1実施形態によるバルブ装置としての冷却水制御弁を図1に示す。冷却水制御弁10は、車両用のエンジン11の冷却装置12に適用されている。
<冷却装置>
先ず、冷却装置12について説明する。
図1に示すように、冷却装置12は、ウォーターポンプ13、冷却水制御弁10、ラジエータ14、水温センサ15および電子制御装置16等を備えている。ウォーターポンプ13は、複数の循環経路17、18、19が集合している場所に設けられており、冷却水をエンジン11のウォータージャケット21に向けて圧送する。冷却水制御弁10は、循環経路17、18、19の分岐点であって、例えばウォータージャケット21の出口に設けられており、循環経路17、18、19を流れる冷却水の流量を調整する。
ラジエータ14は、循環経路17の途中に設けられている熱交換器であり、冷却水と空気との間で熱交換を行って冷却水の温度を下げる。循環経路18の途中には、エンジン用オイルクーラ22、および変速機用オイルクーラ23が設けられている。循環経路19の途中には、ヒータコア24、スロットルバルブ25、過給器26、EGRバルブ27およびEGRクーラ28が設けられている。
水温センサ15は、冷却水制御弁10の手前に設けられている。電子制御装置16は、水温センサ15が検出した水温に応じて冷却水制御弁10を作動させて、循環経路17、18、19の冷却水の流量を制御する。
<冷却水制御弁>
次に、冷却水制御弁10について説明する。
図2および図3に示すように、冷却水制御弁10は、駆動部31、ハウジング32、弁体33、シールユニット34、35、36、保持プレート37、および、パイプ部材38を備えている。
図3および図4に示すように、駆動部31は、ケース41と、ケース41との間に収容空間を形成しているカバー43と、収容空間に設けられているモータ44および減速機45と、回転角センサ46とを有している。
ケース41は、プレート状のベース部47と、ハウジング32の接続開口部74に嵌合している接続嵌合部42とを有している。接続嵌合部42の中央部には軸挿通孔48および軸受49が設けられている。軸挿通孔48には弁体33の軸部81の一端部が挿通しており、軸受49は軸部81の一端部を支持している。
減速機45は、円筒ギア51、第1ギア52、第2ギア53および第3ギア54からなる。円筒ギア51はモータ44の出力軸55に固定されている。第1ギア52は、円筒ギア51と噛み合う第1大径ギア部56、およびそれより小径の第1小径ギア部57を有している。第2ギア53は、第1小径ギア部57と噛み合う第2大径ギア部58、およびそれより小径の第2小径ギア部59を有している。第3ギア54は、第2小径ギア部59と噛み合っており、弁体33の軸部81の一端部に固定されている。減速機45は、モータ44の動力の回転速度を減じて出力する。
回転角センサ46は、第3ギア54に設けられている磁石61、62と、それら磁石61、62の間であって弁体33の軸心AX上に設けられている磁気検出部63と、を有している。磁気検出部63は、例えばホールICなどから構成されており、弁体33の回転に伴い変化する磁界を検出することで、弁体33の回転角度を検出する。
図2および図3に示すように、ハウジング32は、内部空間75を有する筒状のハウジング本体部71と、エンジン11に固定するための固定用フランジ73と、駆動部31を取り付けるための取付用フランジ72とを有している。ハウジング本体部71の一端部には接続開口部74が形成されている。
ハウジング本体部71は、内部空間75と外部(すなわち、ハウジング32に対する外部)とを接続する入力ポート76および複数の出力ポート77、78、79を有している。第1実施形態では、入力ポート76および出力ポート77、78、79は、ハウジング本体部71の側部に形成されている。
弁体33は、内部空間75内で軸心AXまわりに回転可能に設けられており、回転位置に応じて入力ポート76と出力ポート77、78、79とをそれぞれ連通または閉塞する。弁体33は、軸部81と、軸部81の外側に設けられている筒部82とを有している。
軸部81は、軸受49およびハウジング本体部71により回転可能に支持されている。筒部82は、軸方向の一端において軸部81に連結されている。軸部81および筒部82は一部材からなる。筒部82と軸部81との間には弁体内流路83が形成されている。
筒部82は、軸方向に順に並ぶ環状部84、85、86を有している。環状部84は、出力ポート77と同じ軸方向位置に設けられている。環状部85は、出力ポート78と同じ軸方向位置に設けられており、図示しない連結部により環状部84と連結されている。環状部86は、出力ポート79と同じ軸方向位置に設けられており、環状部85と連結されている。環状部84、85、86の外壁面は球面状になっている。
筒部82は、弁体33の回転位置に応じて出力ポート77、78、79のいずれか1つと弁体内流路83とを接続する開口部87、88、89と、弁体33の回転位置にかかわらず、内部空間75のうち弁体33の外側(以下、弁体外側空間91)を介して入力ポート76と弁体内流路83とを接続する開口部92とを有している。開口部87は、環状部84に形成されており、出力ポート77と弁体内流路83とを接続可能である。開口部88は、環状部85に形成されており、出力ポート78と弁体内流路83とを接続可能である。開口部89は、環状部86に形成されており、出力ポート79と弁体内流路83とを接続可能である。開口部92は、環状部84と環状部85との間に形成されている。
保持プレート37は、シールユニット34、35、36を保持する保持部材であり、プレート部95および保持部96、97、98を有している。プレート部95は、板状であり、ハウジング本体部71に固定されている。保持部96、97、98は、プレート部95から出力ポート77、78、79内にそれぞれ突き出している環状突起である。
シールユニット34、35、36は、それぞれ出力ポート77、78、79に対応して設けられている。
図3および図5に示すように、シールユニット34は、バルブシール101、スリーブ102、スプリング103およびシール部材104を有している。バルブシール101は、弁体33の環状部84の外壁面に当接している環状シール部材である。スリーブ102は、出力ポート77から弁体外側空間91にかけて設けられている筒状部材であり、バルブシール101を保持している。スプリング103は、スリーブ102を環状部84側に付勢している。シール部材104は、保持プレート37の保持部96とスリーブ102との間をシールしている。
シールユニット34は、出力ポート77と弁体外側空間91との間をシールしている。弁体33が回転するとき、環状部84がバルブシール101に対して摺動することでシールユニット34によるシール状態が維持される。
シールユニット35は、シールユニット34と同様のバルブシール、スリーブ、スプリングおよびシール部材を有しており、出力ポート78と弁体外側空間91との間をシールしている。
シールユニット36は、シールユニット34と同様のバルブシール、スリーブ、スプリングおよびシール部材を有しており、出力ポート79と弁体外側空間91との間をシールしている。
図2および図3に示すように、パイプ部材38は、出力ポート77に接続している流路105をもつパイプ106と、出力ポート78に接続している流路107をもつパイプ108と、出力ポート79に接続している流路109をもつパイプ110とを有している。
第1実施形態では、入力ポート76はウォータージャケット21(図1参照)の出口に接続される。パイプ106は循環経路17(図1参照)に接続される。パイプ108は循環経路18(図1参照)に接続される。パイプ110は循環経路19(図1参照)に接続される。
このように構成された冷却水制御弁10において、ウォータージャケット21を流れて温度が上昇した冷却水は、入力ポート76を通じて弁体外側空間91に流入する。弁体外側空間91の冷却水は、弁体33の開口部92を通じて弁体内流路83に流入する。弁体内流路83の冷却水は、出力ポート77、78、79に対する弁体33の開口部87、88、89の開口度合いに応じて、パイプ106、108、110に分配される。
上記開口度合いは、弁体33の回転位置に応じて変化する。例えば、図3では、開口部87、88、89のいずれも開口度合いが0%となっている。一方、図6では、開口部87、88、89のいずれも開口度合いが100%となっている。冷却水制御弁10は、弁体33の回転位置を図3の状態から図6の状態までの間で変えることで、開口部87、88、89の開口度合いを0%〜100%の間で変化させて、循環経路17、18、19(図1参照)へ流れる冷却水の流量を調整する。
<各種ポートおよびその周辺>
次に、各種ポートおよびその周辺についてさらに詳しく説明する。
図7に示すように、入力ポート76は、ハウジング32のうちエンジン11に取り付けられる側、すなわち固定用フランジ73が設けられている側を貫通するように形成されている。そして、入力ポート76は、ハウジング32がエンジン11に取り付けられることによりウォータージャケット21の出口に接続される。そのため、入力ポート76をウォータージャケット21に接続するための配管は特に不要である。
図7に示すように軸方向(軸心AXに平行な方向)から見て、出力ポート77、78、79の少なくとも一部同士が周方向で重なっている。つまり、「一の出力ポートの少なくとも一部は、軸方向から見て他の全ての出力ポートと重なっている」のである。「一の出力ポート」が出力ポート77である場合を例にとると、出力ポート77の少なくとも一部は、軸方向から見て出力ポート78、79と重なっている。これは言い換えれば、図3に示すように軸心AXを含む断面に全ての出力ポート77、78、79が現れるとも言える。
特に、第1実施形態では、図7に示すように軸方向から見たとき、出力ポート77、78、79の中心軸C1、C2、C3の周方向位置が一致している。また、図8に示すように、出力ポート77、78、79はハウジング32の一側面115に設けられている。また、出力ポート77、78、79は一直線上に並ぶように設けられている。
図3および図7に示すように、出力ポート77、78、79の開口方向D1、D2、D3(すなわち、中心軸C1、C2、C3に沿う方向)が互いに平行である。一側面115は平面であり、開口方向D1、D2、D3は一側面115に対して垂直な方向である。
図3に示すように、保持プレート37は、全てのシールユニット34、35、36を一括して保持している。保持プレート37はパイプ部材38とは別部材からなる。パイプ部材38は、全てのパイプ106、108、110を一体に成形したものである。
<効果>
以上説明したように、第1実施形態では、一の出力ポート(例えば出力ポート77)の少なくとも一部は、軸方向から見て他の全ての出力ポート(出力ポート78、79)と重なっている。
このように構成することで、出力ポート77、78、79を、ハウジング32のうち弁体33の回転方向における一部分に集結させることができる。そのため、出力ポート77、78、79に接続されるパイプ106、108、110のうち少なくとも根元の部分はハウジング32の幅内に極力収めることができる。したがって、冷却水制御弁10を薄型化することができるとともに、狭小空間に搭載することができる。
図9に示すように、エンジン11には、インテークマニホールド121、オルタネータ122、ウォーターポンプ13、コンプレッサ124、スタータ125およびトランスミッション126などが組み付けられている。トランスミッション126にはインバータ127が組み付けられている。第1実施形態の冷却水制御弁10は、エンジン11とインバータ127との間の狭小空間A1に搭載することができる。
また、第1実施形態では、出力ポート77、78、79はハウジング32の一側面115に設けられている。
これにより、出力ポート77、78、79を、ハウジング32のうち弁体33の回転方向における一部分に集結させることができる。
また、第1実施形態では、冷却水制御弁10は、出力ポート77、78、79のいずれか1つと弁体外側空間91との間をシールしているシールユニット34、35、36と、出力ポート77、78、79のいずれか1つと接続している流路をもつ複数のパイプ106、108、110とを備える。
これらのシールユニット34、35、36およびパイプ106、108、110は、ハウジング32を回転させることなく組み付けることができる。そのため、組み付け作業が容易になる。
また、第1実施形態では、出力ポート77、78、79の開口方向D1、D2、D3が互いに平行である。
これにより、シールユニット34、35、36を組み付ける方向が一方向となるので、組み付け作業が容易になる。また、全てのシールユニット34、35、36を同時に組み付けることができる。特に第1実施形態では、保持プレート37が全てのシールユニット34、35、36を一括して保持している。そのため、シールユニット34、35、36と保持プレート37とを事前にサブアッセンブリ化しておき、それをハウジング32に組み付けることで作業効率を高めることができる。
また、保持プレート37は、シールユニット34、35、36を保持するものであって、パイプ部材38とは別部材からなる。
これにより、パイプ部材38を外してもシールユニット34、35、36がハウジング32に組み付いた状態が維持される。また、パイプ部材38とは異なるパイプ部材をもつ他の冷却水制御弁に対して、本実施形態の冷却水制御弁10は、パイプ部材38を取り外した状態の形状を統一することができる。そのため、シールユニット34、35、36の洩れを検査する作業が容易になる。例えば洩れを検査する作業の自動化が容易である。
また、第1実施形態では、パイプ106、108、110は互いに一体に成形されている。
そのため、1回の作業で全てのパイプ106、108、110を組み付けることができ、作業効率を高めることができる。
[第2実施形態]
第2実施形態では、図10に示すように、冷却水制御弁200は、循環経路17、18、19の集合点であって、例えばウォーターポンプ13の手前に設けられている。
図11および図12に示すように、冷却水制御弁200は、第1実施形態における冷却水制御弁10と同様の駆動部31、弁体33、シールユニット34、35、36および保持プレート37を備えている。また、冷却水制御弁200は、第1実施形態におけるハウジング32およびパイプ部材38に代えて、ハウジング201およびパイプ部材202を備えている。
ハウジング201は、3つの入力ポート203、204、205および1つの出力ポート206を有している。入力ポート203、204、205は、ハウジング201内に冷却水が流入するときの入口となるポートである。入力ポート203、204、205は、第1実施形態における出力ポート77、78、79と位置および形状が同じものである。図13に示すように軸方向(軸心AXに平行な方向)から見て、入力ポート203、204、205の少なくとも一部同士が周方向で重なっている。つまり、一の出力ポート(例えば入力ポート203)の少なくとも一部は、軸方向から見て他の全ての出力ポート(入力ポート204、205)と重なっている。
したがって、第1実施形態と同様に、第2実施形態では冷却水制御弁200を薄型化することができるとともに、狭小空間に搭載することができる。
図14に示すように、冷却水制御弁200は、ウォーターポンプ13に隣接する空間であって、オルタネータ122とコンプレッサ124との間の狭小空間A2に搭載することができる。
ハウジング201は、ハウジング本体部207のうち軸方向で駆動部31とは反対側の端部208に形成された出力ポート206と、端部208に固定された出口パイプ209とを有している。出力ポート206は、弁体33の回転位置にかかわらず内部空間75に連通している。弁体33は、回転位置に応じて出力ポート206と入力ポート203、204、205とをそれぞれ連通または閉塞する。
このように1つのポートと複数のポートとの関係が第1実施形態とは逆であってもよい。また、出力ポート206は、必ずしも弁体33の軸方向に垂直な方向に設ける必要はない。そのため、出力ポート206に接続される配管のレイアウトを適宜選択でき、搭載自由度が増す。
また、出力ポート206は、ハウジング201のうち弁体33の軸方向に位置する箇所に設けられている。そのため、入力ポート203、204、205から出力ポート206に至るまでの冷却水の経路の曲がり箇所の数が減るので、通水抵抗を下げることができる。
パイプ部材202は、パイプ211、212、213を有している。各パイプ211、212、213は、図11に示すように軸心AXを含み入力ポート203、204、205を通る断面上に位置するように形成されている。パイプ部材202は、ハウジング201の幅以内に収まっている。そのため、冷却水制御弁200を可及的に薄型化することができる。
[第3実施形態]
第3実施形態では、図15に示すように、ハウジング221のハウジング本体部222は、出力ポート223、224、225を有している。出力ポート223、224、225の開口方向D1、D2、D3は互いに平行である。出力ポート224は、軸方向から見て出力ポート223と重なっているが、出力ポート225とは重なっていない。
このように、一の出力ポートの少なくとも一部が、軸方向から見て他の出力ポートのいずれか1つ以上と重なっていればよい。それでも、出力ポート223、224、225を、ハウジング221のうち回転方向における一部分に集結させることができ、冷却水制御弁を薄型化することができる。
[第4実施形態]
第4実施形態では、図16に示すように、ハウジング231のハウジング本体部232は、第1側面233および第2側面234を有している。第1側面233および第2側面234は同一平面ではない。
また、ハウジング本体部232は、出力ポート235、236、237を有している。出力ポート235は、第1側面233と第2側面234とに開口している。出力ポート236は第1側面233に開口している。出力ポート237は第2側面234に開口している。このように出力ポートが一側面に設けられなくてもよい。
出力ポート236は、軸方向から見て出力ポート235と重なっているが、出力ポート237とは重なっていない。このように、一の出力ポートの少なくとも一部が、軸方向から見て他の出力ポートのいずれか1つ以上と重なっていればよい。それでも、出力ポート235、236、237を、ハウジング231のうち回転方向における一部分に集結させることができ、冷却水制御弁を薄型化することができる。
出力ポート235、236、237の開口方向D1、D2、D3は、互いに平行ではない。このように、開口方向D1、D2、D3が互いに平行でなくてもよい。それでも、ハウジング231を回転させることなくシールユニットを組み付けることができる。
[他の実施形態]
他の実施形態では、冷却水制御弁が適用される冷却装置は、図1または図10に示されるものに限定されない。循環経路に設けられる機器は適宜変更可能である。循環経路は2つまたは4つ以上であってもよい。それに伴い、第2ポート(すなわち弁体の回転位置に応じてハンジング内に対して閉塞されるポート)の数は、2つまたは4つ以上であってもよい。
他の実施形態では、保持プレートと複数のパイプとが一体に成形されてもよい。
他の実施形態では、駆動部は、他の形式のものであってもよい。要するに、駆動部は回転動力を出力するものであれば、他の公知のものを採用しうる。
他の実施形態では、弁体の軸部および筒部は、別々の部品であってもよい。また、筒部は、複数の環状部同士が別々の部品であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
32、201、221、231・・・ハウジング
33・・・弁体
75・・・内部空間
76・・・入力ポート(第1ポート)
77、78、79、223、224、225、235、236、237・・・出力ポート(第2ポート)
203、204、205・・・入力ポート(第2ポート)
206・・・出力ポート(第1ポート)

Claims (6)

  1. 内部空間(75)と外部とを接続する第1ポート(76、206)および複数の第2ポート(77、78、79、203、204、205、223、224、225、235、236、237)を有しているハウジング(32、201、221、231)と、
    前記内部空間内で回転可能に設けられており、回転位置に応じて前記第1ポートと複数の前記第2ポートとをそれぞれ連通または閉塞する弁体(33)と、
    前記内部空間のうち前記弁体の外側を弁体外側空間(91)とすると、複数の前記第2ポートのいずれか1つと前記弁体外側空間との間をシールしている複数のシールユニット(34、35、36)と、
    複数の前記第2ポートのいずれか1つと接続している流路をもつ複数のパイプ(106、108、110)と、
    複数の前記シールユニットを保持するものであって、前記パイプとは別部材からなる保持部材(37)と、
    を備えており、
    前記第1ポートは、前記弁体の回転位置にかかわらず前記内部空間に連通しており、
    一の前記第2ポートの少なくとも一部は、前記弁体の軸方向から見て他の前記第2ポートのいずれか1つ以上と重なっており、
    前記保持部材は、複数の前記第2ポートのそれぞれに1つずつ設けられた全ての前記シールユニットを一括して保持しているバルブ装置。
  2. 一の前記第2ポートの少なくとも一部は、前記弁体の軸方向から見て他の全ての前記第2ポートと重なっている請求項1に記載のバルブ装置。
  3. 複数の前記第2ポートは前記ハウジングの一側面(115)に設けられている請求項1または2に記載のバルブ装置。
  4. 複数の前記第2ポートの開口方向(D1、D2、D3)が互いに平行である請求項1〜3のいずれか一項に記載のバルブ装置。
  5. 複数の前記パイプは互いに一体に成形されている請求項1〜4のいずれか一項に記載のバルブ装置。
  6. 前記第1ポートは、前記ハウジングのうち前記弁体の軸方向に位置する箇所(208)に設けられている請求項1〜のいずれか一項に記載のバルブ装置。
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