JP6911584B2 - 冷却水制御弁装置 - Google Patents
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Description
ハウジングは、バルブ収容空間(210)、バルブ収容空間と冷却対象とを接続可能に形成された第1開口部(211)、フェールセーフ弁収容空間(220)、フェールセーフ弁収容空間と冷却対象とを接続可能なよう第1開口部が形成された外壁に形成された第2開口部(221)、バルブ収容空間と外部とを接続可能に形成された流通路(250)、および、フェールセーフ弁収容空間と流通路とを連通するフェールセーフ連通路(253)を有している。
フェールセーフ弁は、フェールセーフ弁収容空間に設けられ、冷却水の温度が所定値以下のとき、閉弁しフェールセーフ連通路における冷却水の流れを遮断し、冷却水の温度が所定値より高いとき、開弁しフェールセーフ連通路における冷却水の流れを許容する。これにより、バルブ収容空間においてバルブが回転不能となり流通路を経由した外部への冷却水の流れが遮断された状態になった場合において冷却水の温度が所定値より高くなっても、フェールセーフ弁が開弁することで、高温となった冷却対象側からの冷却水を、フェールセーフ弁収容空間およびフェールセーフ連通路を経由して外部に送ることができる。そのため、バルブが回転不能となっても、冷却対象の温度上昇を抑えることができる。
第1実施形態による冷却水制御弁装置を図2〜8に示し、冷却水制御弁装置を適用したエンジン冷却システムを図1に示す。
冷却水制御弁装置10は、例えば、図示しない車両のエンジン2を冷却する冷却水の流量を制御するのに用いられる。具体的には、冷却水制御弁装置10は、車両のエンジン冷却システム1のメイン流路Rmを流れる冷却水の流量を制御する(図1参照)。
エンジン冷却システム1は、メイン流路Rmを備えている。
ウォーターポンプ3は、エンジン2のウォータージャケット4に接続するようエンジン2に設けられている。ウォーターポンプ3は、エンジン2の駆動力により駆動し、流入した冷却水を加圧しウォータージャケット4に吐出する。
冷却水制御弁装置10は、エンジン2のウォータージャケット4に接続するようエンジン2に設けられる。そのため、冷却水制御弁装置10には、ウォータージャケット4内の冷却水が流入可能である。
冷却水制御弁装置10は、エンジン2およびメイン流路Rmを流れる冷却水、すなわち、エンジン2からラジエータ11に流れる冷却水の流量を制御可能である。
冷却水制御弁装置10は、オイルクーラ12に流れる冷却水の流量を制御可能である。
冷却水制御弁装置10は、ヒータ13に流れる冷却水の流量を制御可能である。
EGRバルブ14は、エンジン2のウォータージャケット4とウォーターポンプ3との間に設けられている。そのため、ウォータージャケット4から流出した冷却水は、EGRバルブ14を経由してエンジン2に戻る。これにより、EGRバルブ14を冷却することができる。なお、エンジン2の運転中、冷却水は、ウォーターポンプ3、ウォータージャケット4、EGRバルブ14を循環する。
ハウジング20は、ハウジング本体21、カバー24、パイプ部25、26、27、シート61、71、シール部材62、72、ホルダ63、73、スプリング64、74等を有している。
ハウジング本体21、カバー24、パイプ部25、26、27は、それぞれ、例えば樹脂等により形成されている。
図3、4、5、7に示すように、バルブ収容空間210は、ハウジング本体21の内側に空間として形成されている。バルブ収容空間210は、略円筒状に形成されている。
第1開口部211は、ハウジング本体21の外壁に形成されている。第1開口部211は、バルブ収容空間210とハウジング本体21の外部とを接続するよう形成されている。つまり、バルブ収容空間210は、第1開口部211を経由してハウジング本体21の外部と連通している。
軸受部213は、第1開口部211に設けられている。
流路穴部215、216、217は、それぞれ、バルブ収容空間210とハウジング本体21の外部とを接続するよう形成されている。
ギア部収容空間240には、ギア部41が設けられている。ギア部41は、モータ40の出力部に噛み合うようにして設けられている。本実施形態では、ギア部41は、減速機を構成している。そのため、モータ40が回転駆動し出力部から出力されたトルクは、ギア部41で減速される。
バルブ本体31は、例えば樹脂等により形成されている。バルブ本体31は、バルブ筒部32、バルブ底部33を有している。
バルブ筒部32は、筒状に形成されている。バルブ底部33は、バルブ筒部32の一方の端部を塞ぐようにしてバルブ筒部32と一体に形成されている。すなわち、バルブ本体31は、有底筒状に形成されている。
ボール面35は、バルブ筒部32の外周壁のうちボール面34に対しバルブ底部33とは反対側に形成されている。ボール面35は、凸球面状に形成されている。
バルブ連通穴37は、バルブ本体31の内周壁と外周壁とを連通するようボール面35に形成されている。ここで、バルブ連通穴37は、矩形状に複数形成されている。
ここで、流路穴部215は、ハウジング本体21のバルブ収容空間210を形成する内壁のうちボール面34に対応する位置に形成されている。流路穴部216、217は、ハウジング本体21のバルブ収容空間210を形成する内壁のうちボール面35に対応する位置に形成されている。
バルブ本体31の軸穴部330には、シャフト42が設けられている。シャフト42は、例えば金属等により棒状に形成されている。バルブ30とシャフト42とは、一体に回転可能に設けられている。すなわち、バルブ30とシャフト42とは、相対回転不能である。
パイプ部25は、第1パイプ部251の一方の端部が流路穴部215の内側に位置するようハウジング本体21に取り付けられている(図4参照)。これにより、第1パイプ部251の内側の空間は、バルブ収容空間210に接続している。
第1パイプ部251の内側には、流通路250が形成されている。流通路250は、バルブ収容空間210と外部とを接続可能である。
第2パイプ部252の第1パイプ部251とは反対側の端部には、キャップ17が設けられている。キャップ17は、第2パイプ部252の第1パイプ部251とは反対側の端部を塞ぐようにして設けられている。エンジン冷却システム1の冷却水が不足したとき、キャップ17を開けて第2パイプ部252から冷却水を供給することが可能である。
パイプ部26は、第1パイプ部261の一方の端部が流路穴部216の内側に位置するようハウジング本体21に取り付けられている(図4参照)。これにより、第1パイプ部261の内側の空間は、バルブ収容空間210に接続している。
第1パイプ部261の内側には、流通路260が形成されている。流通路260は、バルブ収容空間210と外部とを接続可能である。
パイプ部26の第1パイプ部261のハウジング本体21とは反対側の端部は、ヒータ13に接続される。
第2パイプ部262の第1パイプ部261とは反対側の端部は、スロットルバルブ15に接続される。
パイプ部27のハウジング本体21とは反対側の端部は、オイルクーラ12に接続される。
ホルダ63は、一方の端部がシート61を保持し、他方の端部が第1パイプ部251のハウジング本体21側の端部の内側に位置するよう設けられている。ホルダ63の外周壁は、シール部材62の内縁部と摺動可能である。これにより、第1パイプ部251の内壁とシール部材62とホルダ63の外周壁との間は、液密に保たれている。
ホルダ73は、一方の端部がシート71を保持し、他方の端部が第1パイプ部261のハウジング本体21側の端部の内側に位置するよう設けられている。ホルダ73の外周壁は、シール部材72の内縁部と摺動可能である。これにより、第1パイプ部261の内壁とシール部材72とホルダ73の外周壁との間は、液密に保たれている。
スプリング64は、ホルダ63の径方向外側に設けられ、一端がホルダ63のシート61側の端部に当接し、他端が第1パイプ部251のハウジング本体21側の端部に当接している。スプリング64は、軸方向に伸びる力を有している。そのため、スプリング64は、ホルダ63とともにシート61をバルブ30側に付勢している。これにより、シート61は、一方の端面がボール面34に押し付けられる。
スプリング74は、ホルダ73の径方向外側に設けられ、一端がホルダ73のシート71側の端部に当接し、他端が第1パイプ部261のハウジング本体21側の端部に当接している。スプリング74は、軸方向に伸びる力を有している。そのため、スプリング74は、ホルダ73とともにシート71をバルブ30側に付勢している。これにより、シート71は、一方の端面がボール面35に押し付けられる。
シート71の内周壁、および、ホルダ73の内周壁は、第1パイプ部261の内壁とともに、流通路260の一部を形成している。
バルブ収容空間210のうちバルブ本体31の内側に流入した冷却水は、バルブ本体31の回転位置により変化するバルブ連通穴36とシート61の開口部すなわち流通路250との重なり面積に応じた量が、第1パイプ部251に流れる。第1パイプ部251に流れた冷却水は、ラジエータ11に導かれ、ラジエータ11を通過することで温度が低下する。ラジエータ11で温度の低下した冷却水は、エンジン2に戻され、エンジン2を冷却する。
このように、バルブ30は、回転位置により第1開口部211と流通路250との間を流れる冷却水の流量を制御可能である。なお、バルブ30の回転位置は、モータ40の駆動を制御する図示しない制御装置により制御される。
このように、冷却水制御弁装置10は、モータ40を回転駆動させて、バルブ30の回転位置を制御することにより、ラジエータ11を経由してエンジン2に戻される冷却水、および、ヒータ13、スロットルバルブ15、オイルクーラ12に流れる冷却水の流量を制御可能である。
第2開口部221は、ハウジング本体21の外壁のうち第1開口部211が形成された外壁に形成されている。第2開口部221は、フェールセーフ弁収容空間220とハウジング本体21の外部とを接続するよう形成されている。つまり、フェールセーフ弁収容空間220は、第2開口部221を経由してハウジング本体21の外部と連通している。
このように、第1開口部211およびバルブ収容空間210と第2開口部221およびフェールセーフ弁収容空間220とは、壁部222により隔離されている。そのため、例えば異物によりバルブ30の回転がロックし、バルブ収容空間210においてバルブ30が破損したとしても、バルブ30の破片がフェールセーフ弁収容空間220に侵入することはない。
フェールセーフ弁50は、弁本体51、温度検知部52、スプリング53、支持部材54等を有している。
支持部材54は、例えば金属等により筒状に形成されている。支持部材54は、一端がハウジング本体21のフェールセーフ弁収容空間220内に位置し、他端がパイプ部25のフェールセーフ連通路253に位置するよう設けられている。ここで、支持部材54の外周壁は、フェールセーフ弁収容空間220を形成するハウジング本体21の内壁に液密に接している。また、支持部材54の他端には、弁座541が形成されている。
温度検知部52は、フェールセーフ弁収容空間220内の冷却水の温度が所定値より高くなると膨張し、スプリング53の付勢力に抗して軸部511を開弁方向に押圧する。これにより、弁部512が弁座541から離間し開弁する。
フェールセーフ弁50は、フェールセーフ弁収容空間220内の冷却水の温度が所定値以下のとき、閉弁しフェールセーフ連通路253における冷却水の流れを遮断し、冷却水の温度が所定値より高いとき、開弁しフェールセーフ連通路253における冷却水の流れを許容する。
例えばバルブ収容空間210においてバルブ30が回転不能となり流通路250を経由したラジエータ11への冷却水の流れが遮断された状態になった場合において冷却水の温度が所定値より高くなっても、フェールセーフ弁50が開弁することで、高温となったエンジン2側からの冷却水を、フェールセーフ弁収容空間220およびフェールセーフ連通路253を経由してラジエータ11に送ることができる。そのため、バルブ30が回転不能となっても、エンジン2の温度上昇を抑えることができる。
本実施形態では、上記所定値、すなわち、フェールセーフ弁50が開弁する温度は、エンジン2のオーバーヒートを防止する観点に基づき、予め適当な値に設定されている。
ところで、フェールセーフ弁収容空間220に気泡が発生または流入すると、温度検知部52に気泡が付着するおそれがある。温度検知部52に気泡が付着すると、冷却水から温度検知部52への伝熱性が低下し、冷却水の温度が上記所定値より高くなっても、温度検知部52により冷却水の温度を正確に検知することができず、フェールセーフ弁50が開弁しないといった作動不良を招くおそれがある。本実施形態では、内部連通孔201がフェールセーフ弁収容空間220と流通路250とを連通したとき、内部連通孔201を経由してフェールセーフ弁収容空間220内の気泡を流通路250に排出することができる。これにより、フェールセーフ弁50の温度検知部52に気泡が付着するのを抑制することができる。したがって、温度検知部52により冷却水の温度を正確に検知することができ、フェールセーフ弁50の作動不良を抑制することができる。
ハウジング20は、バルブ収容空間210、バルブ収容空間210とエンジン2とを接続可能に形成された第1開口部211、フェールセーフ弁収容空間220、フェールセーフ弁収容空間220とエンジン2とを接続可能に形成された第2開口部221、バルブ収容空間210と外部とを接続可能に形成された流通路250、および、フェールセーフ弁収容空間220と流通路250とを連通するフェールセーフ連通路253を有している。
バルブ30は、バルブ収容空間210に回転可能に設けられ、回転位置により第1開口部211と流通路250との間を流れる冷却水の流量を制御可能である。
フェールセーフ弁50は、フェールセーフ弁収容空間220に設けられ、冷却水の温度が所定値以下のとき、閉弁しフェールセーフ連通路253における冷却水の流れを遮断し、冷却水の温度が所定値より高いとき、開弁しフェールセーフ連通路253における冷却水の流れを許容する。これにより、バルブ収容空間210においてバルブ30が回転不能となり流通路250を経由した外部への冷却水の流れが遮断された状態になった場合において冷却水の温度が所定値より高くなっても、フェールセーフ弁50が開弁することで、高温となったエンジン2側からの冷却水を、フェールセーフ弁収容空間220およびフェールセーフ連通路253を経由して外部のラジエータ11に送ることができる。そのため、バルブ30が回転不能となっても、エンジン2の温度上昇を抑えることができる。
内部連通孔201は、流通路250の内周壁よりも外側で、かつ、バルブ30の外周壁と流通路250とのシール面S1に対しバルブ30の径方向外側に形成されている。そのため、バルブ連通穴36と流通路250との重なり面積が0のとき、すなわち、シート61の開口部の全部がボール面34で塞がれているとき、内部連通孔201を経由したフェールセーフ弁収容空間220と流通路250との連通を遮断することができる。これにより、フェールセーフ弁収容空間220内の冷却水が内部連通孔201を経由して流通路250、すなわち、ラジエータ11側に流れることはない。したがって、環境温度が低いときでも、エンジン2を早期に暖機することができる。
冷却水制御弁装置10の使用状態において、内部連通孔201およびフェールセーフ弁50は、第2開口部221よりも鉛直方向上側に位置し、第2開口部221から内部連通孔201の鉛直方向上側の端部E1までの鉛直方向の距離をL1、第2開口部221から温度検知部52の鉛直方向上側の端部E3までの鉛直方向の距離をL2とすると、L1≧L2である。そのため、フェールセーフ弁収容空間220内の気泡を内部連通孔201から確実に排出するとともに、フェールセーフ弁50の全体が冷却水に接触する状態とすることができる。したがって、温度検知部52により冷却水の温度をより正確に検知することができ、フェールセーフ弁50の作動不良を確実に抑制することができる。
第2実施形態による冷却水制御弁装置を図9に示す。
第2実施形態は、ハウジング20は、第1実施形態で示した内部連通孔201を有しておらず、代わりに、外部連通孔202を有している。外部連通孔202は、フェールセーフ弁収容空間220と外部とを連通するようハウジング本体21に形成されている(図9参照)。
これにより、フェールセーフ弁収容空間220は、外部連通孔202、通路部材161を経由してリザーバタンク16に連通する。そのため、フェールセーフ弁収容空間220に気泡が発生または流入しても、外部連通孔202および通路部材161を経由してフェールセーフ弁収容空間220内の気泡をリザーバタンク16に排出することができる。これにより、フェールセーフ弁50の温度検知部52に気泡が付着するのを抑制することができる。
第3実施形態による冷却水制御弁装置を図10に示す。
第3実施形態は、第1実施形態と第2実施形態とを組み合わせた形態である。そのため、第3実施形態では、ハウジング20は、内部連通孔201および外部連通孔202を有している。
第3実施形態は、第1実施形態および第2実施形態の効果と同様の効果を奏することができる。
第4実施形態による冷却水制御弁装置を図11に示す。第4実施形態は、バルブ30、ハウジング20、フェールセーフ弁50の構成等が第2実施形態と異なる。
第4実施形態では、第2実施形態と同様、ハウジング20は、第1開口部211およびバルブ収容空間210と第2開口部221およびフェールセーフ弁収容空間220との間を仕切る壁部222を有している。
バルブ30のバルブ本体31は、略円筒状に形成されている。そのため、バルブ本体31は、略円筒状の外周壁を有している。バルブ30は、バルブ本体31の軸Ax1を中心に回転可能にバルブ収容空間210に設けられている。バルブ30は、バルブ本体31の外周壁が、バルブ収容空間210を形成するハウジング本体21の内壁と摺動可能である。
本実施形態では、ハウジング本体21の流路穴部215の一部とパイプ部25の内壁の一部とにより流通路250が形成されている。
温度検知部52は、フェールセーフ弁収容空間220内の冷却水の温度が所定値より高くなると膨張し、弁部512を開弁方向に押圧する。これにより、弁部512が弁座541から離間し開弁する。
フェールセーフ弁50は、フェールセーフ弁収容空間220内の冷却水の温度が所定値以下のとき、閉弁しフェールセーフ連通路253における冷却水の流れを遮断し、冷却水の温度が所定値より高いとき、開弁しフェールセーフ連通路253における冷却水の流れを許容する。
以上説明したように、第4実施形態は、第2実施形態と同様の効果を奏することができる。
第5実施形態による冷却水制御弁装置を図12に示す。第5実施形態は、冷却水制御弁装置10のエンジン2への取り付け姿勢等が第4実施形態と異なる。
第5実施形態では、冷却水制御弁装置10は、エンジン2の水平方向外側、すなわち、エンジン2の側面に取り付けられて使用される。冷却水制御弁装置10がエンジン2に取り付けられた状態において、第1開口部211および第2開口部221は、エンジン2の水平方向外側に位置し、バルブ収容空間210およびフェールセーフ弁収容空間220は、第1開口部211および第2開口部221に対し水平方向外側に位置する。また、この状態では、バルブ30は、軸Ax1が水平方向に沿うような姿勢となっている。
図12に示すように、冷却水制御弁装置10の使用状態、すなわち、冷却水制御弁装置10がエンジン2に取り付けられた状態において、外部連通孔202は、鉛直方向上側の端部E4が、フェールセーフ弁50の鉛直方向下側の端部E2よりも鉛直方向上側に位置するよう形成されている。そのため、フェールセーフ弁収容空間220内の気泡を外部連通孔202から排出するとともに、フェールセーフ弁50の大部分が冷却水に接触する状態とすることができる。したがって、温度検知部52により冷却水の温度を正確に検知することができ、フェールセーフ弁50の作動不良を抑制することができる。
以上説明したように、第5実施形態は、第4実施形態と同様の効果を奏することができる。
本発明の他の実施形態では、ハウジング20は、内部連通孔201および外部連通孔202のいずれも有していなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、内部連通孔201は、フェールセーフ弁収容空間220と流通路250とを連通可能であれば、ハウジング20にどのように形成されていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ハウジング20は、樹脂に限らず、例えば金属等により形成してもよい。
このように、本開示は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
Claims (12)
- 冷却対象(2)を流れる冷却水の流量を制御可能な冷却水制御弁装置(10)であって、
バルブ収容空間(210)、前記バルブ収容空間と前記冷却対象とを接続可能に形成された第1開口部(211)、フェールセーフ弁収容空間(220)、前記フェールセーフ弁収容空間と前記冷却対象とを接続可能なよう前記第1開口部が形成された外壁に形成された第2開口部(221)、前記バルブ収容空間と外部とを接続可能に形成された流通路(250)、および、前記フェールセーフ弁収容空間と前記流通路とを連通するフェールセーフ連通路(253)を有するハウジング(20)と、
前記バルブ収容空間に回転可能に設けられ、回転位置により前記第1開口部と前記流通路との間を流れる冷却水の流量を制御可能なバルブ(30)と、
前記フェールセーフ弁収容空間に設けられ、冷却水の温度が所定値以下のとき、閉弁し前記フェールセーフ連通路における冷却水の流れを遮断し、冷却水の温度が所定値より高いとき、開弁し前記フェールセーフ連通路における冷却水の流れを許容するフェールセーフ弁(50)と、を備え、
前記ハウジングは、前記第1開口部と前記第2開口部との間を仕切るとともに前記バルブ収容空間と前記フェールセーフ弁収容空間との間を仕切るよう連続的に形成された壁部(222)を有している冷却水制御弁装置。 - 前記ハウジングは、前記フェールセーフ弁収容空間と前記流通路とを連通可能に形成された内部連通孔(201)を有している請求項1に記載の冷却水制御弁装置。
- 前記バルブは、筒状に形成され、内周壁と外周壁とを連通するバルブ連通穴(36)を有し、軸方向の開口部が前記第1開口部に接続し、軸(Ax1)を中心に回転可能に設けられ、回転位置により前記バルブ連通穴と前記流通路との重なり面積を変化させることで前記第1開口部と前記流通路との間を流れる冷却水の流量を制御可能であり、
前記内部連通孔は、前記流通路の内周壁よりも外側で、かつ、前記バルブの外周壁と前記流通路とのシール面(S1)に対し前記バルブの径方向外側に形成されている請求項2に記載の冷却水制御弁装置。 - 前記内部連通孔は、前記バルブ連通穴の一部と前記流通路とが重なったとき、前記バルブ連通穴を経由して前記フェールセーフ弁収容空間と前記流通路とを連通する請求項3に記載の冷却水制御弁装置。
- 前記冷却水制御弁装置の使用状態において、前記内部連通孔は、鉛直方向上側の端部(E1)が、前記フェールセーフ弁の鉛直方向下側の端部(E2)よりも鉛直方向上側に位置するよう形成されている請求項2〜4のいずれか一項に記載の冷却水制御弁装置。
- 前記フェールセーフ弁は、冷却水の温度を検知する温度検知部(52)を有し、前記温度検知部により検知した冷却水の温度に応じて開閉弁し、
前記冷却水制御弁装置の使用状態において、前記内部連通孔および前記フェールセーフ弁は、前記第2開口部よりも鉛直方向上側に位置し、前記第2開口部から前記内部連通孔の鉛直方向上側の端部(E1)までの鉛直方向の距離をL1、前記第2開口部から前記温度検知部の鉛直方向上側の端部(E3)までの鉛直方向の距離をL2とすると、L1≧L2である請求項2〜5のいずれか一項に記載の冷却水制御弁装置。 - 前記ハウジングは、前記フェールセーフ弁収容空間と外部とを連通するよう形成された外部連通孔(202)を有している請求項1〜6のいずれか一項に記載の冷却水制御弁装置。
- 前記冷却水制御弁装置の使用状態において、前記外部連通孔は、鉛直方向上側の端部(E4)が、前記フェールセーフ弁の鉛直方向下側の端部(E2)よりも鉛直方向上側に位置するよう形成されている請求項7に記載の冷却水制御弁装置。
- 前記フェールセーフ弁は、冷却水の温度を検知する温度検知部(52)を有し、前記温度検知部により検知した冷却水の温度に応じて開閉弁し、
前記冷却水制御弁装置の使用状態において、前記外部連通孔および前記フェールセーフ弁は、前記第2開口部よりも鉛直方向上側に位置し、前記第2開口部から前記外部連通孔の鉛直方向上側の端部(E4)までの鉛直方向の距離をL3、前記第2開口部から前記温度検知部の鉛直方向上側の端部(E3)までの鉛直方向の距離をL2とすると、L3≧L2である請求項7または8に記載の冷却水制御弁装置。 - 前記外部連通孔は、前記ハウジングの外部に設けられる外部装置(16)に接続される通路部材(161)の前記外部装置とは反対側の端部に接続される請求項7〜9のいずれか一項に記載の冷却水制御弁装置。
- 前記外部装置は、前記冷却対象を流れる冷却水が不足したときに供給される冷却水を貯留するリザーバタンク(16)である請求項10に記載の冷却水制御弁装置。
- 前記冷却水制御弁装置の使用状態において、前記外部連通孔および前記フェールセーフ弁は、前記第2開口部よりも鉛直方向上側に位置し、前記第2開口部から前記外部連通孔の鉛直方向上側の端部(E4)までの鉛直方向の距離をL3、前記第2開口部から前記通路部材の前記外部装置との接続部の鉛直方向上側の端部(E5)までの鉛直方向の距離をL4とすると、L4≧L3である請求項10または11に記載の冷却水制御弁装置。
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