JP7142150B2 - 制御バルブ - Google Patents
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Description
本願は、2019年3月27日に出願された日本国特願2019-060919号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
なお、シール筒部材の弁摺接面は、弁体の外周面に密接する関係上、弁体の外面形状に沿うように形成されている。つまり、シール筒部材の軸方向の他端部は、弁体の外面形状に沿うように、弁体方向への突出高さが当該シール筒部材の円周方向で連続的に変化している。
図1は、冷却システム1のブロック図である。
図1に示すように、冷却システム1は、車両駆動源に少なくともエンジンを具備する車両に搭載される。なお、車両としては、エンジンのみを有する車両の他、ハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両等であっても構わない。
ウォータポンプ3、エンジン2及び制御バルブ8は、メイン流路10上で上流から下流にかけて順に接続されている。メイン流路10では、ウォータポンプ3の動作により冷却水(液体)がエンジン2及び制御バルブ8を順に通過する。
図2は、第1実施形態の制御バルブ8の斜視図である。図3は、制御バルブ8の分解斜視図である。
図2、図3に示すように、制御バルブ8は、ケーシング21と、弁体22(図3参照)と、駆動ユニット23と、を主に備えている。
ケーシング21は、有底筒状のケーシング本体25と、ケーシング本体25の開口部を閉塞する蓋体26と、を有している。なお、以下の説明では、ケーシング21の軸線O1に沿う方向を単にケース軸方向という。ケース軸方向において、ケーシング本体25のケース周壁31に対してケーシング本体25の底壁部32に向かう方向を第1側といい、ケーシング本体25のケース周壁31に対して蓋体26に向かう方向を第2側という。さらに、軸線O1に直交する方向をケース径方向といい、軸線O1回りの方向をケース周方向という。
図3、図4に示すように、ケース周壁31における第2側に位置する部分には、ケース径方向の外側に膨出する流入ポート37が形成されている。流入ポート37には、流入ポート37をケース径方向に貫通する流入口37a(図4参照)が形成されている。流入口37aは、ケーシング21内外を連通している。流入ポート37の開口端面(ケース径方向の外側端面)には、上述したメイン流路10(図1参照)が接続される。
図2に示すように、駆動ユニット23は、ケーシング本体25の底壁部32に取り付けられている。駆動ユニット23は、図示しないモータや減速機構、制御基板等がユニットケース内に収納されている。
図3、図4に示すように、弁体22は、ケーシング21内に収容されている。弁体22は、円筒状に形成され、ケーシング21の内部において、ケーシング21の軸線O1と同軸に配置されている。弁体22は、軸線O1回りに回転することで、上述した各流出口(ラジエータ流出口41b、暖機流出口56a及び空調流出口66a)を開閉する。
図5に示すように、暖機ポート56は、ポート軸方向に延びるシール筒部101と、シール筒部101からポート径方向の外側に張り出すポートフランジ部102と、を有している。シール筒部101の内側は、上述した暖機流出口56a(流出口)を構成している。本実施形態において、シール筒部101の内径は、ポート軸方向の外側端部を除く領域で一様に設定されている。
ここで、シール筒部材131において、段差面143の面積S1と、弁摺接面141aの面積S2とは、以下の式(1),(2)を満たすように設定されている。
S1<S2≦S1/k …(1)
α≦k<1 …(2)
k:弁摺接面141aと弁体22の周壁部82との間の微少隙間を流れる冷却水の圧力減少定数
α:冷却水の物性によって決まる圧力減少定数の下限値
なお、段差面143の面積S1と弁摺接面141aの面積S2は、ポート軸方向に投影したときの面積を意味する。
また、式(2)における圧力減少定数kは、弁摺接面141aがポート径方向の外側端縁から内側端縁にかけて均一に周壁部82に接しているときには、圧力減少定数の標準値であるα(例えば、1/2)となる。但し、シール筒部材131の製造誤差や組付け誤差等によって、弁摺接面141aの外周部分と周壁部82との間の隙間が弁摺接面141aの内周部分に対して僅かに増大することがある。この場合、式(2)における圧力減少定数kは、次第にk=1に近づくことになる。
すなわち、シール筒部材131の段差面143には、上述したようにケーシング21内の冷却水の圧力がそのまま作用する。一方で、弁摺接面141aには、ケーシング21内の冷却水の圧力がそのまま作用しない。具体的には、冷却水の圧力は、弁摺接面141aと周壁部82の間の微小な隙間を冷却水がポート径方向の外側端縁から内側端縁に向かって流れるときに圧力減少を伴いつつ作用する。このとき、冷却水の圧力は、ポート径方向の内側に向かって漸減しつつ、シール筒部材131をポート軸方向の外側に押し上げようとする。
したがって、シール筒部材131の段差面143に作用する押し付け方向の力F1(F1=P×S1)は、シール筒部材131の弁摺接面141aに作用する浮き上がり方向の力F2(F2=P×k×S2)以上に大きくなる。よって、本実施形態の制御バルブ8においては、ケーシング21内の冷却水の圧力の関係のみによっても、シール筒部材131と周壁部82との間をシールすることができる。
図7は、シール筒部材131を弁摺接面141aの側を上にして見た斜視図である。また、図8は、シール筒部材131を弁摺接面141aの側から見た端面図である。
シール筒部材131は、第1筒部142と、第1筒部142よりも外径の大きい第2筒部141と、を有し、第2筒部141の軸方向の端部(軸方向の他端部)に、弁体22の周壁部82の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面141aが設けられている。第1筒部142の外周面と第2筒部141の外周面の間には、段差面143が設けられている。また、第1筒部142の内径は、第2筒部141の内径よりも小さく形成されている。第1筒部142の内周面と第2筒部141の内周面の間には段差面44が設けられている。
なお、本実施形態では、第2筒部141の内周面は、周方向に亙って軸心O3からの長さが一定な円形形状に形成されているが、第2筒部141の内周面のうちの、弁体22方向の突出高さの高い領域部分に平面P1(第1平面)と略平行な第2平面P2(図8参照)を径方向内側に膨出させて形成しても良い。この場合、第2筒部141の径方向の幅を、シール筒部材131の周域において、一定幅にすることができる。
次に、上述した制御バルブ8の動作方法を説明する。
図1に示すように、メイン流路10において、ウォータポンプ3により送出される冷却水は、エンジン2で熱交換された後、制御バルブ8に向けて流通する。図4に示すように、メイン流路10においてエンジン2を通過した冷却水は、流入口37aを通してケーシング21内の接続流路92内に流入する。
以上のように、本実施形態の制御バルブ8は、シール筒部材131の軸方向の端部の周壁のうちの、弁体22方向の突出高さの高い領域に、シール筒部材131の軸心O3から外周面までの長さが他の領域に比較して短い小外径部55が設けられている。このため、シール筒部材131が弁体22の弁孔と非連通の状態のときに、シール筒部材131の軸方向の端部の外周面のうちの弁体22方向の突出高さの高い領域に、ケーシング21内の液圧が作用しても、シール筒部材131に、弁体22方向の突出高さの低い領域を起点とした大きなモーメントが作用しにくくなる。
図9は、第2実施形態のシール筒部材131Aを弁摺接面141Aaの側を上にして見た斜視図であり、図10は、シール筒部材131Aを弁摺接面141Aaの側から見た端面図である。また、図11は、図10のXI-XI線に沿う断面図であり、図12は、図10のXII-XII線に沿う断面図である。
本実施形態のシール筒部材131Aは、第1実施形態のシール筒部材131と同様に、第1筒部142と、第1筒部142よりも外径の大きい第2筒部141Aと、を有する。第1筒部142は、ケーシングの流出口に連通する。また、第2筒部141Aの軸方向の端部(軸方向の他端部)には、弁体の周壁部の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面141Aaが設けられている。弁摺接面141Aaは、弁体の周壁部の外面に沿って突出高さが連続的に変化している。また、弁摺接面141Aa(シール筒部材142の他端部)の径方向の幅は、シール筒部材142の周域において、一定幅に形成されている。
図10は、第3実施形態のシール筒部材131Bを弁摺接面141Baの側を上にして見た斜視図であり、図11は、シール筒部材131Bを弁摺接面141Baの側から見た端面図である。
本実施形態のシール筒部材131Bは、第1筒部142と、第1筒部142よりも外径の大きい第2筒部141Bと、を有する。第1筒部142は、第1,第2実施形態と同様であるが、第2筒部141Bは、いずれとも異なる形状とされている。
21 ケーシング
22 弁体
37a 流入口
41b ラジエータ流出口(流出口)
50 直線状内縁部
55,55A 小外径部
56a 暖気流出口(流出口)
66a 空調流出口(流出口)
82 周壁部
95,96,97 弁孔
131,131A,131B シール筒部材
141,141A,141B 第2筒部
141a,141Aa,141Ba 弁摺接面
142 第1筒部
O2 軸心
P1 平面(第1平面)
P2 第2平面
Claims (6)
- 外部から液体が流入する流入口、及び、内部に流入した液体を外部に流出させる流出口を有するケーシングと、
前記ケーシングの内部に回転可能に配置され、内外を連通する弁孔が形成された周壁部を有する弁体と、
軸方向の一端部が、前記流出口に連通するとともに、軸方向の他端部に、前記弁体の前記弁孔の回転経路と少なくとも一部がラップする位置で前記周壁部の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面が設けられたシール筒部材と、を備え、
前記シール筒部材の軸方向の他端部は、前記周壁部の外周面の形状に沿って、前記周壁部に向かう方向の突出高さが周方向で連続的に変化する制御バルブにおいて、
前記シール筒部材の前記他端部の周壁の外周面のうちの突出高さの高い領域に、当該シール筒部材の軸心から前記外周面までの長さが他の領域に比較して短い小外径部が設けられ、
前記小外径部は、前記弁摺接面の側の端部が前記弁体の回転軸線と略平行な直線形状を成す第1平面によって構成され、
前記シール筒部材の前記他端部の周壁のうちの突出高さの高い領域の内周面には、前記第1平面と略平行な第2平面が前記シール筒部材の径方向内側に膨出して形成されていることを特徴とする制御バルブ。 - 前記シール筒部材は、
前記一端部側に位置され、前記流出口に連通する第1筒部と、
前記他端部側に位置され、軸方向の端面が前記弁摺接面を構成するとともに、内周面に前記第2平面が膨出して形成される第2筒部と、を有し、
前記第1筒部の内径は、前記第2筒部の内径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項2に記載の制御バルブ。 - 外部から液体が流入する流入口、及び、内部に流入した液体を外部に流出させる流出口を有するケーシングと、
前記ケーシングの内部に回転可能に配置され、内外を連通する弁孔が形成された周壁部を有する弁体と、
軸方向の一端部が、前記流出口に連通するとともに、軸方向の他端部に、前記弁体の前記弁孔の回転経路と少なくとも一部がラップする位置で前記周壁部の外周面に摺動自在に当接する弁摺接面が設けられたシール筒部材と、を備え、
前記シール筒部材の軸方向の他端部は、前記周壁部の外周面の形状に沿って、前記周壁部に向かう方向の突出高さが周方向で連続的に変化する制御バルブにおいて、
前記シール筒部材の前記他端部の周壁の外周面のうちの突出高さの高い領域に、当該シール筒部材の軸心から前記外周面までの長さが他の領域に比較して短い小外径部が設けられ、
前記シール筒部材の前記他端部の周壁の外周面は、突出高さの最も高い領域が短径となり、突出高さの最も低い領域が長径となる略楕円形状に形成されていることを特徴とする制御バルブ。 - 前記シール筒部材の前記他端部の径方向の幅は、当該シール筒部材の周域において、一定幅に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の制御バルブ。
- 前記シール筒部材は、
前記一端部側に位置され、前記流出口に連通する第1筒部と、
前記他端部側に位置され、軸方向の端面が前記弁摺接面を構成する第2筒部と、を有し、
前記第2筒部の周壁の外周面と内周面とは、突出高さの最も高い領域が短径となり、突出高さの最も低い領域が長径となる略楕円形状に形成され、
前記第2筒部の前記突出高さの最も高い領域の内周面は、前記第1筒部の内周面に段差無く連続して形成されていることを特徴とする請求項3または4に記載の制御バルブ。 - 前記他端部の突出高さの低い領域の径方向の幅は、前記他端部の突出高さの高い領域の径方向の幅よりも広く形成されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の制御バルブ。
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