WO2016092936A1 - 冷媒制御バルブ装置 - Google Patents
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Definitions
- a rotary type valve body is housed in a valve housing in which an inflow port to which a refrigerant from an internal combustion engine is supplied and a discharge port for sending out the refrigerant are formed, and the temperature of the refrigerant rises above a set value.
- the present invention relates to a refrigerant control valve device that forcibly discharges internal refrigerant to a discharge port.
- Patent Document 1 As a refrigerant control valve device configured as described above, Patent Document 1 has an opening through which a coolant (cooling water) of an engine water jacket is supplied and a main discharge portion, and flows from the opening to the main discharge portion. A technique with a main valve for controlling the refrigerant is shown. In this technique, a flow path is formed through which the refrigerant is sent from the opening to the main discharge section via the sub chamber and the bypass flow path, and a fail-safe valve is installed in the flow path of the refrigerant from the sub chamber to the bypass flow path. I have.
- a bottomed cylindrical rotary slider is rotatably accommodated inside a casing, and a refrigerant from outside the casing is allowed to flow inside the rotary slider by matching the flow ports of the casing and the rotary slider.
- the technology of supplying to the outside and sending out to the outside by a pump is shown.
- a thermostat valve is provided at a position adjacent to the circulation port of the housing, and a flow path for supplying fluid to the pump from the thermostat valve through a gap between the outer periphery of the housing and the inner periphery of the rotary slider is formed. ing.
- This type of valve device has a valve body that controls the flow of the refrigerant (cooling water) and an actuator that controls the valve body based on the detection result of a temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant. Therefore, when the temperature of the refrigerant is less than the set value, such as immediately after starting the internal combustion engine, control is performed to prevent the refrigerant from circulating and warm up, and when the temperature of the refrigerant exceeds the set value. Is controlled to circulate the refrigerant through the radiator and manage the temperature of the refrigerant.
- the valve device when the valve device is fixed in a state that prevents the circulation of the refrigerant due to a failure of the actuator or the like, the valve is opened as the temperature of the refrigerant rises and the refrigerant flow is allowed in order to suppress overheating of the internal combustion engine.
- a fail-safe mechanism is provided.
- the fail-safe mechanism is shown as a fail-safe valve in Patent Document 1, and is shown as a thermostat valve in Patent Document 2.
- a fail-safe mechanism is arranged at a position where the refrigerant supplied to the valve device always contacts. Therefore, for example, even when the valve body of the valve device is already opened and the refrigerant is supplied to the radiator, the fail-safe mechanism may be opened if the temperature of the refrigerant further rises. In addition, even when the temperature of the refrigerant that contacts the fail-safe mechanism temporarily rises during warm-up, the fail-safe mechanism may be opened, and there is room for improvement from the viewpoint of temperature management of the internal combustion engine.
- a feature of the present invention is that a valve housing in which an inflow port for supplying a refrigerant from an internal combustion engine and a discharge port for sending out the refrigerant are formed, and the valve housing is rotatable around a rotation axis.
- a rotary valve body, and a fail-safe mechanism capable of sending the refrigerant to the discharge port via a bypass flow path when the temperature of the refrigerant from the internal combustion engine exceeds a set value The valve body integrally rotates a main control valve that controls supply and discharge of the refrigerant to the discharge port and a temperature-sensitive control valve that controls supply and discharge of the refrigerant to the greenhouse that accommodates the fail-safe mechanism.
- the valve body When the main control valve is in a closed posture that closes the discharge port, the valve body sets the temperature-sensitive control valve to an open posture, and the main control valve is in the discharge port. Release When in the open position, there the temperature sensitive control valve that is set to the closed position.
- the temperature-sensitive control valve when the main control valve of the valve body is in the closed position, the temperature-sensitive control valve is set in the open position, so that the refrigerant inside the valve housing is brought into direct contact with the fail-safe mechanism. It can be opened as the temperature rises.
- the temperature-sensitive control valve when the main control valve is in the open posture, the temperature-sensitive control valve is set in the closed posture, so that the refrigerant in the valve housing does not directly contact the fail-safe mechanism, for example, The inconvenience that the fail-safe mechanism opens even when the temperature of the refrigerant inside the valve housing rises temporarily is suppressed.
- a refrigerant control valve device that appropriately controls the temperature of the internal combustion engine using the refrigerant is configured.
- the fail-safe mechanism closes the bypass passage with an on-off valve when the temperature of the refrigerant is lower than a set value, and the on-off valve due to thermal expansion when the temperature of the refrigerant exceeds the set value.
- the thermostat type having a heat sensing element that opens the bypass flow path may be used.
- the temperature-sensitive control valve when the main control valve is in a closed posture, the temperature-sensitive control valve may be opened at a position facing the temperature-sensitive greenhouse.
- the main control valve when the main control valve is in the closed posture, it is possible to supply the refrigerant directly from the position close to the temperature sensing portion from the temperature sensitive control valve in the open posture.
- the on-off valve can be opened in a form that reflects the temperature rise of the refrigerant.
- a valve device V (a specific example of a refrigerant control valve device) for supplying cooling water (an example of a refrigerant) of an engine 1 as an internal combustion engine to a radiator 2 is provided, and cooling water from the radiator 2 is supplied.
- a water pump 3 (abbreviated as W / P in the figure) for returning to the engine 1 constitutes an engine cooling system.
- This cooling system controls the valve device V based on the measurement result of a water temperature sensor that measures the temperature (water temperature) of the cooling water inside the engine 1, and the cooling that circulates between the engine 1 and the radiator 2 by this control. Functions to set the amount of water. That is, when warm-up is required, such as immediately after the engine 1 is started, the supply of cooling water from the engine 1 to the radiator 2 is stopped, and the temperature of the engine 1 is properly maintained after warm-up. Control for setting the flow rate of the cooling water (refrigerant) is performed.
- the valve device V includes a resin valve housing 10, a rotary resin valve body 20, and a posture setting unit 30 for setting the rotational posture of the valve body 20. And a fail-safe mechanism 40 that opens when the temperature of the cooling water exceeds a set value. Further, the valve device V includes a seal mechanism 50 between the valve body 20 and the inner end of the discharge cylinder 12 as the discharge port D.
- the valve housing 10 includes a housing main body 11 having a flange portion 11F, a discharge cylinder 12, a temperature-sensitive greenhouse cover 13 that closes the temperature-sensitive room B (see FIG. 4), and a bypass that sends cooling water from the temperature-sensitive room B to the discharge cylinder 12.
- a flow path 14 and a unit accommodating portion 15 that accommodates the posture setting unit 30 are provided.
- the lid of the unit accommodating portion 15 is omitted, but the unit accommodating portion 15 has a sealed structure by being covered with the lid.
- valve chamber A for accommodating the valve body 20 is formed inside the housing body 11, and the temperature sensing chamber B for accommodating the fail-safe mechanism 40 is formed at a position communicating with the valve chamber A.
- An inflow port C is formed on the flange surface of the flange portion 11F. With this configuration, the flange portion 11F is connected and fixed to the outer wall of the engine 1 so that the water jacket cooling water can be directly supplied to the inflow port C.
- the discharge cylinder 12 functions as a discharge port D, and a radiator hose that sends cooling water to the radiator 2 is connected to the discharge cylinder 12.
- a main cylindrical portion 11 ⁇ / b> A communicating with the discharge port D and a sub cylindrical portion 11 ⁇ / b> B forming the greenhouse 25 are integrally formed of a resin material.
- the discharge cylinder 12, the greenhouse cover 13, and the bypass flow path 14 are configured as a single body, and an internal sleeve 12A is formed at a position continuous with the discharge cylinder 12, and a flange shape is formed at a boundary position between the discharge cylinder 12 and the internal sleeve 12A.
- the connecting portion 12B is formed.
- the inner sleeve 12A of the discharge cylinder 12 is inserted into the main cylindrical portion 11A, the connecting portion 12B is brought into contact with the outer end portion of the main cylindrical portion 11A, and this contact portion is welded. Moreover, the greenhouse touch 13 is arrange
- the valve body 20 is generally cylindrical with the rotation axis X as the center, the main control valve 21 is formed on one side in the direction along the rotation axis X, and the temperature-sensitive control valve 22 is on the other side. Is formed.
- the main control valve 21 has an outer periphery formed into a spherical surface 21 ⁇ / b> A, and a main hole 21 ⁇ / b> B that allows the spherical surface 21 ⁇ / b> A to communicate with the internal space of the valve body 20 is formed.
- the temperature-sensitive control valve 22 has an outer periphery formed into a cylindrical surface 22A, and a temperature-sensitive hole portion 22B that communicates the cylindrical surface 22A and the internal space of the valve body 20 is formed.
- the internal space of the valve body 20 is in a state communicating with the valve chamber A, and the cooling water from the inflow port C flows into this internal space.
- the main control valve 21 controls the supply and discharge of the cooling water to the discharge port D, and the temperature sensing control valve 22 functions to control the supply and discharge of the cooling water to the temperature sensing room B.
- This main control valve 21 and the temperature-sensitive control valve 22 rotate integrally with the valve body 20.
- a support portion 23 is integrally formed inside the valve body 20.
- the support portion 23 is formed with an opening that allows cooling water to flow, and has a connecting portion formed at a central position, and an intermediate portion of the rotary shaft 24 is connected to the support portion 23.
- the rotating shaft 24 is arrange
- the bearing body 25 is provided in a form that fits into the inflow port C of the housing body 11.
- the bearing body 25 is formed with an opening that allows cooling water to flow in, and a bearing portion is formed at a central position.
- One end of the rotary shaft 24 is rotatably supported by the bearing portion.
- a bearing portion 26 is provided on the opposite side of the housing body 11 from the inflow port C, and the other end of the rotating shaft is rotatably supported by the bearing portion 26.
- the posture setting unit 30 is accommodated in the unit accommodating portion 15 in the sealed space.
- the posture setting unit 30 includes a wheel gear 34 that is driven by the worm gear 33 by transmitting the driving force of the electric motor 31 to the worm gear 33 after being reduced by the reduction gear 32.
- the wheel gear 34 is connected to the end of the rotating shaft 24.
- the posture setting unit 30 includes a rotation angle sensor 35 that detects the posture of the valve body 20 from the rotation posture of the wheel gear 34.
- the rotation angle sensor 35 is a non-contact type that detects the rotation angle from the magnetic flux of the permanent magnet provided in the wheel gear 34.
- a contact type sensor such as a potentiometer may be used.
- the electric motor 31 is actuated by an external drive signal, and the rotation angle sensor 35 is fed back to rotate the rotating shaft 24, so that the opening degree of the main control valve 21 becomes a target value. It becomes possible to set.
- the fail-safe mechanism 40 includes a heat sensing element 41 such as wax, an on-off valve 42 supported on the end of the heat sensing element 41, and an on-off valve 42 in the closing direction. And an energizing valve spring 43.
- valve device V when the valve body 20 is set to the closed posture shown in FIG. 3, the main control valve 21 blocks the flow of cooling water between the valve chamber A and the discharge cylinder 12, and As shown in FIG. 4, the temperature-sensitive control valve 22 causes the valve chamber A and the temperature-sensitive greenhouse B to communicate with each other.
- the valve body 20 when the valve body 20 is set to the open posture shown in FIG. 5, the main control valve 21 communicates the valve chamber A and the discharge cylinder 12, and as shown in FIG.
- the control valve 22 blocks the flow of the cooling water between the valve chamber A and the sensitive room B.
- the fail-safe mechanism 40 is accommodated in the greenhouse B. Further, cooling water is supplied from the valve chamber A to the fail-safe mechanism 40 through the temperature sensing hole 22B of the temperature sensing control valve 22 only when the main control valve 21 is in the closed posture.
- the temperature-sensitive greenhouse B is opposed to each other so that the temperature-sensitive hole 22B of the temperature-sensitive control valve 22 and the temperature-sensitive greenhouse B are linearly connected in a state where the temperature-sensitive control valve 22 is opened. Placed in position.
- the heat sensing element 41 expands and the on-off valve 42 opens against the urging force of the valve spring 43.
- the cooling water from the inflow port C can be sent to the bypass channel 14 via the valve chamber A and the sensitive room B and discharged from the discharge port D.
- the operation mode of the fail safe mechanism 40 will be described later.
- the seal mechanism 50 includes a seal ring 51, a packing 52, a support ring 53, and a spring 54, which are arranged inside the main cylindrical portion 11 ⁇ / b> A of the discharge cylinder 12. It is arranged on the outer periphery of the inner sleeve 12A.
- the seal ring 51 is formed of a resin material whose inner diameter is slightly larger than the hole diameter of the main hole portion 21 ⁇ / b> B, and exhibits sealing performance by contacting the spherical surface 21 ⁇ / b> A of the main control valve 21.
- the packing 52 is formed in a resin ring shape having a lip portion that contacts the outer surface of the inner sleeve 12A, and maintains water tightness with the outer periphery of the inner sleeve 12A.
- the support ring 53 is made of a metal material such as stainless steel that causes the biasing force of the spring 54 to act on the seal ring 51.
- the spring 54 applies a biasing force to the seal ring 51 via the support ring 53.
- the moving members (the seal ring 51, the packing 52, and the support ring 53) that move integrally along the direction in which the biasing force of the spring 54 acts are disposed at a position surrounded by the cooling water.
- the pressure acting on the moving member from the coolant from the direction of the valve body 20 is equal to the pressure acting from the direction of the outer wall of the valve housing 10. From this configuration, the respective pressures cancel each other, and only the urging force of the spring 54 acts on the seal ring 51, so that only the pressure necessary for sealing is applied, and a good sealing performance is realized.
- valve device V In this valve device V, when the valve body 20 is set to the closed posture shown in FIGS. 3 and 4, the main control valve 21 blocks the flow of cooling water between the valve chamber A and the discharge cylinder 12.
- the temperature-sensitive control valve 22 allows the valve chamber A and the temperature-sensing greenhouse B to communicate with each other and allows the cooling water to flow between them.
- the main hole 21B of the main control valve 21 is in a closed posture in which cooling water cannot be supplied to the discharge cylinder 12.
- the main control valve 21 communicates the valve chamber A and the discharge cylinder 12, and the temperature-sensitive control valve 22 is connected to the valve chamber A. And the flow of the cooling water between the greenhouse B and the sensitive greenhouse B are cut off.
- This open posture is not limited to the fully open state, but also includes a posture in which cooling water flows from a part of the main hole 21B. Thus, even if the main control valve 21 does not reach the fully open state, the temperature-sensitive control valve 22 is used. Is maintained in a closed position.
- the posture setting unit 30 sets the valve body 20 in the closed posture. As a result, the supply of the cooling water flowing into the valve chamber A from the inflow port C to the radiator 2 is shut off, and the cooling water in the valve chamber A can flow into the sensitive room B.
- the opening / closing valve 42 is opened due to the expansion of the heat sensing element 41. (See FIG. 4).
- the posture setting unit 30 rotates the valve body 20 to set the main control valve 21 to the open posture. Specifically, when the temperature of the cooling water is low, the opening of the main control valve 21 is set low, and the opening is set large as the temperature rises. Thus, the cooling water that has flowed into the valve chamber A from the inflow port C is supplied from the discharge cylinder 12 to the radiator 2.
- the temperature-sensitive control valve 22 prevents the flow of cooling water between the valve chamber A and the temperature-sensitive room B from the state where the main control valve 21 is slightly opened to the state where it is fully opened. Therefore, even if the temperature of the cooling water rises, the phenomenon that the fail safe mechanism 40 is opened can be suppressed. Further, even when the temperature of the cooling water temporarily rises and the heat sensing element 41 expands due to this temperature rise and the on-off valve 42 is opened, the cooling water does not flow from the valve chamber A to the sensitive room B. Thereby, the heat management of the engine 1 can be appropriately performed without increasing the amount of cooling water supplied to the radiator 2.
- FIGS. 9 to 11 show an embodiment in which the positions of the inflow port C and the discharge port D are exchanged with respect to the above-described embodiment.
- the flange portion 11F formed in the discharge port D is connected to the outer wall of the engine 1 so that the cooling water from the engine 1 flows into the inflow port C via the radiator 2 and is discharged from the discharge port D.
- a valve device V is arranged to send cooling water to the water jacket.
- the main body 11 ⁇ / b> A communicating with the inflow port C is formed in the housing body 11, and the seal mechanism 50 is provided between the valve body 20 and the inner end of the inflow cylinder 12 a as the inflow port C. I have.
- the internal space of the valve body 20 communicates with the discharge port D. When the valve body 20 is set to the open posture, the internal space communicates with the inflow port C.
- the seal mechanism 50 includes a seal ring 51, a packing 52, a support ring 53, and a spring 54, which are arranged in the main cylindrical portion 11A of the inflow cylinder 12a.
- the inner sleeve 12A is disposed on the inner periphery.
- the packing 52 has a lip portion that contacts the inner surface of the inner sleeve 12A, and maintains water tightness with the inner periphery of the inner sleeve 12A.
- the moving body (the seal ring 51, the packing 52, and the support ring 53) is surrounded by the cooling water from the inflow port C.
- the pressures acting on both surfaces of the moving member are equalized, the respective pressures are offset, and only the urging force of the spring 54 acts on the seal ring 51. Therefore, good sealing performance is realized.
- the temperature sensitive room B communicates with the inflow port C through the bypass flow path 14, and the cooling water from the inflow port C is supplied to the fail safe mechanism 40.
- the heat sensing element 41 expands and the on-off valve 42 is opened against the urging force of the valve spring 43.
- the temperature sensing hole 22B of the temperature sensing control valve 22 is set to a fully opened posture, the cooling water from the inflow port C is sent to the valve chamber A via the bypass channel 14 and the temperature sensing chamber B. And discharged from the discharge port D.
- the temperature sensing hole 22B is in an open state. Overheating of the engine 1 is suppressed.
- the temperature-sensitive control valve 22 prevents the flow of the cooling water between the valve chamber A and the temperature-sensitive greenhouse B from the state where the main control valve 21 is slightly opened to the state where it is fully opened. Therefore, even if the temperature of the cooling water rises, the phenomenon that the fail safe mechanism 40 is opened can be suppressed.
- a port for supplying the cooling water of the valve chamber A to the EGR cooler, the heater core, or the like may be formed in the valve housing 10 by setting the posture of the valve body 20. Thereby, the supply and discharge of the cooling water with respect to the apparatus with which the vehicle was equipped is enabled by the setting of the attitude
- the temperature-sensitive control valve 22 is not provided with a seal, but a seal having the same shape as the seal mechanism 50 of the main control valve 21 may be provided. Further, a simple seal such as an O-ring may be provided on the cylindrical surface 22A of the temperature-sensitive control valve 22 without using a coil spring as in the seal mechanism 50.
- the present invention can be used in a refrigerant control valve device that supplies and discharges refrigerant from an internal combustion engine to a radiator.
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Abstract
内燃機関の冷媒の温度上昇に伴い開放するフェイルセーフ機構を適正に開放させる冷媒制御バルブ装置を構成する。流入ポートから吐出ポートに送る冷媒を制御する主制御弁と、流入ポートから感温室に送る感温制御弁とを、弁体に形成する。感温室の冷媒の温度が設定値を超えた場合に開放して感温室の冷媒を吐出ポートに供給するフェイルセーフ機構を備えている。主制御弁が吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、感温制御弁を開放姿勢に設定し、主制御弁が吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、感温制御弁を閉塞姿勢に設定する。
Description
本発明は、内燃機関からの冷媒が供給される流入ポートと、冷媒を送り出す吐出ポートとが形成されたバルブハウジングにロータリ型の弁体が収容され、冷媒の温度が設定値を超えて上昇した場合に、内部の冷媒を強制的に吐出ポートに排出する冷媒制御バルブ装置に関する。
上記のように構成された冷媒制御バルブ装置として特許文献1には、エンジンのウォータジャケットの冷媒(冷却水)が供給される開口と、メイン吐出部とを有し、開口からメイン吐出部に流れる冷媒を制御するメインバルブを備えた技術が示されている。この技術では、開口から副室部と、迂回流路とを介してメイン吐出部に冷媒を送る流路が形成され、副室部から迂回流路に冷媒を流れる流路にフェイルセーフ用バルブを備えている。
この特許文献1の技術では、メインバルブが閉じた状態にあっても冷媒の温度上昇に伴いフェイルセーフ用バルブが開放することにより、開口からの冷媒をメイン吐出部に排出できる。
特許文献2では、筐体の内部に有底筒状の回転スライダが回転自在に収容され、筐体と回転スライダとの流通口を合致させることで、筐体外部からの冷媒を回転スライダの内部に供給し、ポンプにより外部に送り出す技術が示されている。この技術では、筐体の流通口に隣接する位置にサーモスタット弁を備え、このサーモスタット弁から筐体の外周と回転スライダの内周との隙間を介してポンプに流体を供給する流路が形成されている。
この特許文献2の技術では、回転スライダの内部に冷媒が流れない位相にある場合でも、冷媒の温度上昇に伴いサーモスタット弁が開放することにより冷媒をポンプに送り循環させることが可能となる。
この種のバルブ装置は、冷媒(冷却水)の流れを制御する弁体と、冷媒の温度を計測する温度センサの検出結果に基づいて弁体を制御するアクチュエータとを有している。従って、内燃機関の始動直後のように冷媒の温度が設定値未満である場合には、冷媒の循環を阻止して暖機を図る制御が行われ、冷媒の温度が設定値を超えた場合には冷媒を、ラジエータを介して循環させ、冷媒の温度管理を行う制御が行われる。
また、アクチュエータ等の故障によりバルブ装置が冷媒の循環を阻止する状態に固定された場合には、内燃機関のオーバーヒートを抑制するために、冷媒の温度上昇に伴って開放し、冷媒の流れを許容するフェイルセーフ機構を備えている。尚、フェイルセーフ機構は、特許文献1ではフェイルセーフ用バルブとして示され、特許文献2でサーモスタット弁として示されている。
しかしながら、特許文献1と特許文献2との何れの技術であっても、バルブ装置に供給される冷媒が常に接触する位置にフェイルセーフ機構が配置されている。従って、例えば、バルブ装置の弁体が既に開放して冷媒がラジエータに供給される状況でも、冷媒の温度が更に上昇した場合にはフェイルセーフ機構が開放することがあった。また、暖機時にフェイルセーフ機構に接触する冷媒の温度一時的に上昇した場合にも、フェイルセーフ機構が開放することも考えられ内燃機関の温度管理の観点から改善の余地がある。
そこで、冷媒を用いた内燃機関の温度管理を適正に行う冷媒制御バルブ装置を構成することが望まれている。
本発明の特徴は、内燃機関からの冷媒が供給される流入ポート、及び、冷媒を送り出す吐出ポートが形成されたバルブハウジングと、前記バルブハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転自在に備えられたロータリ型の弁体と、前記内燃機関からの冷媒の温度が設定値を超えた場合に、冷媒をバイパス流路を介して前記吐出ポートに送り出すことが可能なフェイルセーフ機構と、を備え、前記弁体が、前記吐出ポートへの冷媒の給排を制御する主制御弁と、前記フェイルセーフ機構が収容された感温室への冷媒の給排を制御する感温制御弁とを一体回転するように備えて構成され、当該弁体は、前記主制御弁が前記吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、前記感温制御弁を開放姿勢に設定し、前記主制御弁が前記吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、前記感温制御弁を閉塞姿勢に設定する点にある。
この構成によると、弁体の主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、感温制御弁が開放姿勢に設定されるため、バルブハウジング内部の冷媒をフェイルセーフ機構に対して直接的に接触させ、温度上昇に伴い開放させることが可能となる。また、主制御弁が開放姿勢にある場合には、感温制御弁が閉塞姿勢に設定されるため、フェイルセーフ機構に対してバルブハウジング内の冷媒を直接的に接触させることがなく、例えば、バルブハウジングの内部の冷媒の温度が一時的に上昇した場合にもフェイルセーフ機構が開放する不都合を抑制する。更に、感温室の温度が一時的に上昇し、フェイルセーフ機構が冷媒を吐出ポートに送り出す状態に切りかわった場合でも、感温室へ冷媒が供給されないため、冷媒が吐出ポートから過剰に送り出される不都合を招くこともない。従って、冷媒を用いた内燃機関の温度管理を適正に行う冷媒制御バルブ装置が構成された。
他の特徴構成として、前記フェイルセーフ機構が、冷媒の温度が設定値未満である場合に開閉弁で前記バイパス流路を閉じ、冷媒の温度が設定値を超える場合には熱膨張により前記開閉弁で前記バイパス流路を開放する熱感知体を有したサーモスタット型に構成されても良い。
これによると、冷媒の温度が設定値を超えた場合に熱感知体が膨張する単純な現象を利用して開閉弁を開放させることが可能となる。
他の特徴構成として、前記主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、前記感温制御弁が前記感温室に対向する位置で開放しても良い。
これによると、主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、開放姿勢となる感温制御弁から感温部に対して近接する位置から直接的に冷媒を供給することが可能となる。これにより、冷媒の温度上昇に反映する形態で開閉弁を開放できる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図1に示すように、内燃機関としてのエンジン1の冷却水(冷媒の一例)をラジエータ2に供給するバルブ装置V(冷媒制御バルブ装置の具体例)を備えると共に、ラジエータ2からの冷却水をエンジン1に戻すウォータポンプ3(同図ではW/Pと略記)を備えてエンジンの冷却システムが構成されている。
図1に示すように、内燃機関としてのエンジン1の冷却水(冷媒の一例)をラジエータ2に供給するバルブ装置V(冷媒制御バルブ装置の具体例)を備えると共に、ラジエータ2からの冷却水をエンジン1に戻すウォータポンプ3(同図ではW/Pと略記)を備えてエンジンの冷却システムが構成されている。
この冷却システムは、エンジン1の内部の冷却水の温度(水温)を計測する水温センサの計測結果に基づいてバルブ装置Vを制御し、この制御によりエンジン1とラジエータ2との間に循環する冷却水の水量を設定するように機能する。つまり、エンジン1の始動直後のように暖機を必要とする場合にはエンジン1からラジエータ2への冷却水の供給を停止し、暖機の後にはエンジン1の温度を適正に維持するように冷却水(冷媒)の流量を設定する制御が行われる。
〔バルブ装置〕
図2~4及び図8に示すように、バルブ装置Vは、樹脂製のバルブハウジング10と、ロータリ型となる樹脂製の弁体20と、弁体20の回転姿勢を設定する姿勢設定ユニット30と、冷却水の温度が設定値を超えた場合に開放するフェイルセーフ機構40とを備えている。更に、このバルブ装置Vは、弁体20と吐出ポートDとしての吐出筒12の内端との間にシール機構50を備えている。
図2~4及び図8に示すように、バルブ装置Vは、樹脂製のバルブハウジング10と、ロータリ型となる樹脂製の弁体20と、弁体20の回転姿勢を設定する姿勢設定ユニット30と、冷却水の温度が設定値を超えた場合に開放するフェイルセーフ機構40とを備えている。更に、このバルブ装置Vは、弁体20と吐出ポートDとしての吐出筒12の内端との間にシール機構50を備えている。
バルブハウジング10は、フランジ部11Fを有するハウジング本体11と、吐出筒12と、感温室B(図4を参照)を閉じる感温室カバー13と、感温室Bの冷却水を吐出筒12に送るバイパス流路14と、姿勢設定ユニット30を収容するユニット収容部15とを備えている。図面では、ユニット収容部15の蓋体を省略しているが、このユニット収容部15は蓋体で覆われることにより密封構造となる。
このバルブ装置Vでは、弁体20を収容するバルブ室Aが、ハウジング本体11の内部に形成され、フェイルセーフ機構40を収容する感温室Bがバルブ室Aと連通する位置に形成されている。また、フランジ部11Fのフランジ面には流入ポートCが形成されている。この構成から、フランジ部11Fをエンジン1の外壁に連結固定することにより、ウォータジャケットの冷却水が流入ポートCに直接的に供給することが可能となる。また、吐出筒12は、吐出ポートDとして機能するものであり、この吐出筒12にはラジエータ2に冷却水を送るラジエータホースが接続する。
ハウジング本体11には吐出ポートDに連通する主筒状部11Aと、感温室Bを形成する副筒状部11Bとが樹脂材により一体形成されている。また、吐出筒12と感温室カバー13とバイパス流路14とは一体物として構成され、吐出筒12に連なる位置に内部スリーブ12Aが形成され、吐出筒12と内部スリーブ12Aと境界位置にフランジ状の連結部12Bが形成されている。
この構成から、吐出筒12の内部スリーブ12Aを主筒状部11Aに内挿し、連結部12Bを主筒状部11Aの外端部に接触させ、この接触部位を溶着する。また、感温室カバー13を、副筒状部11Bを閉塞する位置に配置して溶着する。これにより、吐出筒12が突設状態で形成され、感温室Bと吐出筒12とがバイパス流路14を介して連通する。
弁体20は、全体的に回転軸芯Xを中心とする筒状であり、回転軸芯Xに沿う方向での一方側に主制御弁21が形成され、他方側に感温制御弁22が形成されている。主制御弁21は、外周が球状面21Aに成形され、この球状面21Aと弁体20の内部空間とを連通させる主孔部21Bが穿設されている。感温制御弁22は、外周が円柱状面22Aに成形され、この円柱状面22Aと弁体20の内部空間とを連通させる感温孔部22Bが穿設されている。
つまり、弁体20の内部空間はバルブ室Aと連通する状態にあり、この内部空間に対して流入ポートCからの冷却水が流入する状態にある。また、主制御弁21は、吐出ポートDへの冷却水の給排を制御し、感温制御弁22は感温室Bへの冷却水の給排を制御するように機能し、この主制御弁21と感温制御弁22は弁体20と一体的に回転する。
また、弁体20の内部にはサポート部23が一体形成されている。このサポート部23は、冷却水の流動を可能にする開口が形成されると共に、中央位置に連結部を形成しており、サポート部23に対して回転軸24の中間部分が連結する。これにより回転軸24が回転軸芯Xと同軸芯上に配置される。
ハウジング本体11の流入ポートCに嵌め込む形態で軸受体25を備えている。この軸受体25は冷却水の流入を可能にする開口が形成されると共に、中央位置に軸受部が形成され、この軸受部に対して回転軸24の一端が回転自在に支持されている。また、ハウジング本体11のうち流入ポートCと反対側に軸受部26を備え、この軸受部26に対して回転軸の他端が回転自在に支持されている。
姿勢設定ユニット30は、密封空間のユニット収容部15に収容される。この姿勢設定ユニット30は、電動モータ31の駆動力を、減速ギヤ32で減速してウォームギヤ33に伝え、このウォームギヤ33で駆動されるホイールギヤ34を備えている。このホイールギヤ34が回転軸24の端部に連結する。
姿勢設定ユニット30は、ホイールギヤ34の回転姿勢から弁体20の姿勢を検出する回転角センサ35を備えている。この回転角センサ35は、ホイールギヤ34に備えた永久磁石の磁束から回転角度を検出する非接触型であるが、例えば、ポテンショメータのように接触型のものを用いても良い。
この構成から、外部からの駆動信号で電動モータ31が作動すると共に、回転角センサ35の信号をフィードバックすることにより、回転軸24を回転させ、主制御弁21の開度を目標とする値に設定することが可能となる。
〔フェイルセーフ機構〕
図4、図6に示すように、フェイルセーフ機構40は、ワックス等の熱感知体41と、この熱感知体41の端部に支持された開閉弁42と、開閉弁42を閉じ方向に付勢するバルブスプリング43とを備えている。
図4、図6に示すように、フェイルセーフ機構40は、ワックス等の熱感知体41と、この熱感知体41の端部に支持された開閉弁42と、開閉弁42を閉じ方向に付勢するバルブスプリング43とを備えている。
このバルブ装置Vでは、弁体20が図3に示す閉塞姿勢に設定された場合、主制御弁21が、バルブ室Aと吐出筒12との間での冷却水の流れを遮断すると共に、図4に示すように、感温制御弁22が、バルブ室Aと感温室Bとを連通させる。これとは逆に、弁体20が図5に示す開放姿勢に設定された場合、主制御弁21が、バルブ室Aと吐出筒12とを連通させると共に、図6に示すように、感温制御弁22が、バルブ室Aと感温室Bとの間での冷却水の流れを遮断する。
前述したように、フェイルセーフ機構40は感温室Bに収容されている。また、主制御弁21が閉塞姿勢にある場合にのみ、感温制御弁22の感温孔部22Bを介してバルブ室Aから冷却水がフェイルセーフ機構40に供給される。つまり、感温室Bは感温制御弁22が開放する状態で、この感温制御弁22の感温孔部22Bと、感温室Bとが直線的に結ぶ位置関係となるように各々が対向する位置に配置されている。
そして、冷却水の温度が設定値を超えることで図4に示す如く、熱感知体41が膨張し、バルブスプリング43の付勢力に抗して開閉弁42が開放する。これにより、流入ポートCからの冷却水をバルブ室Aと感温室Bとを介してバイパス流路14に送り、吐出ポートDから排出できる。フェイルセーフ機構40の作動形態は後述する。
〔シール機構〕
図7に示すように、シール機構50は、シールリング51と、パッキン52と、支持リング53と、スプリング54とで構成され、これらは、吐出筒12のうち主筒状部11Aの内部に配置される内部スリーブ12Aの外周に配置されている。
図7に示すように、シール機構50は、シールリング51と、パッキン52と、支持リング53と、スプリング54とで構成され、これらは、吐出筒12のうち主筒状部11Aの内部に配置される内部スリーブ12Aの外周に配置されている。
シールリング51は、その内径が主孔部21Bの孔径より僅かに大きく形成された樹脂材料で形成され、主制御弁21の球状面21Aに接触することによりシール性を現出する。パッキン52は、内部スリーブ12Aの外面に接触するリップ部を有する樹脂製のリング状に形成され、内部スリーブ12Aの外周との水密性を維持する。支持リング53は、スプリング54の付勢力をシールリング51に作用させるステンレス等の金属材料で構成されている。スプリング54は、支持リング53を介してシールリング51に付勢力を作用させる。
このバルブ装置Vでは、ハウジング本体11の内壁面と主制御弁21の球状面21Aの外周との間に隙間が形成されているため、シール機構50が配置された空間に対して冷却水が充満し、この空間に対して流入ポートCと等しい圧力が作用する。
このシール機構50では、スプリング54の付勢力が作用する方向に沿って一体的に移動する移動部材(シールリング51とパッキン52と支持リング53)が冷却水に取り囲まれる位置に配置されるため、この移動部材に対して冷却水から弁体20の方向から作用する圧力と、バルブハウジング10の外壁の方向から作用する圧力とが等しい。この構成から、各々の圧力が相殺し、シールリング51に対してスプリング54の付勢力だけが作用することになり、シールに必要な圧力だけを作用させ、良好なシール性を実現する。
〔バルブ装置の制御形態〕
このバルブ装置Vでは、弁体20が図3、図4に示す閉塞姿勢に設定された場合、主制御弁21が、バルブ室Aと吐出筒12との間での冷却水の流れを遮断し、感温制御弁22が、バルブ室Aと感温室Bとを連通させ、これらの間での冷却水の流れを許容する。
このバルブ装置Vでは、弁体20が図3、図4に示す閉塞姿勢に設定された場合、主制御弁21が、バルブ室Aと吐出筒12との間での冷却水の流れを遮断し、感温制御弁22が、バルブ室Aと感温室Bとを連通させ、これらの間での冷却水の流れを許容する。
この構成のバルブ装置Vでは、主制御弁21の主孔部21Bが吐出筒12に冷却水を供給できない閉塞姿勢となる。しかしながら、本実施形態のバルブ装置Vでは、吐出筒12に冷却水が供給されない閉塞姿勢でもフェイルセーフ機構40に冷却水を供給することが必要となる。従って、本実施形態のバルブ装置Vで弁体20の閉塞姿勢では、図3、図4に示す如く、主制御弁21が閉塞状態にあり、感温制御弁22の感温孔部22Bが全開となる姿勢に設定される。
また、弁体20が、図5、図6に示す開放姿勢に設定された場合、主制御弁21が、バルブ室Aと吐出筒12とを連通させ、感温制御弁22が、バルブ室Aと感温室Bとの間での冷却水の流れを遮断する。この開放姿勢は、全開状態に限らず、主孔部21Bの一部から冷却水が流れる姿勢も含むものであり、このように主制御弁21が全開状態に達しない姿勢でも感温制御弁22は閉塞姿勢に維持される。
従って、エンジン1の暖機時には、姿勢設定ユニット30が弁体20を閉塞姿勢に設定する。これにより、流入ポートCからバルブ室Aに流入した冷却水のラジエータ2への供給が遮断され、感温室Bにはバルブ室Aの冷却水の流入が可能となる。
特に、姿勢設定ユニット30等が故障し、主制御弁21が閉塞姿勢に固定された状況で冷却水の温度が設定値を超えた場合には、熱感知体41の膨張により開閉弁42が開放する(図4を参照)。このように開放することでエンジン1の冷却水をバルブ室Aから感温室Bに送り、更に、感温室Bからの冷却水をバイパス流路14から吐出筒12に供給することが可能となり、エンジン1のオーバーヒートが抑制される。
また、暖機運転を終えた後には、姿勢設定ユニット30が弁体20を回転させ主制御弁21を開放姿勢に設定する。具体的には、冷却水の温度が低い状態では主制御弁21の開度が低く設定され、温度上昇に従って、開度が大きく設定される。これにより、流入ポートCからバルブ室Aに流入した冷却水が吐出筒12からラジエータ2に供給される。
この開放姿勢では主制御弁21が僅かに開いた状態から全開に至る状態まで、感温制御弁22が、バルブ室Aと感温室Bとの間での冷却水の流れを阻止する。従って、冷却水の温度が上昇してもフェイルセーフ機構40が開放する現象を抑制できる。更に、冷却水の温度が一時的に上昇し、この温度上昇により熱感知体41が膨張して開閉弁42が開放した場合でも、バルブ室Aから感温室Bに冷却水が流れることはない。これにより、ラジエータ2へ供給される冷却水の水量を増大させることがなく、エンジン1の熱管理を適正に行える。
〔別実施形態〕
上述した実施形態以外に以下のように構成しても良い。基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。尚、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。
上述した実施形態以外に以下のように構成しても良い。基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。尚、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。
(a)図9~図11には、上述した実施形態に対して、流入ポートCと吐出ポートDとの位置を入れ替えた実施形態が示される。この場合、例えば、吐出ポートDに形成されたフランジ部11Fをエンジン1の外壁に連結することにより、エンジン1からの冷却水をラジエータ2を経由して流入ポートCに流入させ、吐出ポートDからウォータジャケットに冷却水を送るようにバルブ装置Vが配置される。
図9に示すように、ハウジング本体11には流入ポートCに連通する主筒状部11Aが形成され、弁体20と流入ポートCとしての流入筒12aの内端との間にシール機構50を備えている。また、弁体20の内部空間は吐出ポートDと連通しており、弁体20が開放姿勢に設定された場合には、この内部空間が流入ポートCと連通される。
図11に示すように、シール機構50は、シールリング51と、パッキン52と、支持リング53と、スプリング54とで構成され、これらは、流入筒12aのうち主筒状部11Aの内部に配置される内部スリーブ12Aの内周に配置されている。パッキン52は、内部スリーブ12Aの内面に接触するリップ部を有して内部スリーブ12Aの内周との水密性を維持している。
本実施形態では、内部スリーブ12Aの内周の空間をシール収容空間としているため、移動体(シールリング51とパッキン52と支持リング53)が流入ポートCからの冷却水に取り囲まれる。その結果、この移動部材の両面に作用する圧力が等しくなり、各々の圧力が相殺され、シールリング51に対してスプリング54の付勢力だけが作用する。よって、良好なシール性が実現される。
図10に示すように、感温室Bは、バイパス流路14を介して、流入ポートCと連通しており、流入ポートCからの冷却水がフェイルセーフ機構40に供給される。これにより、冷却水の温度が設定値を超えたとき、熱感知体41が膨張し、バルブスプリング43の付勢力に抗して開閉弁42が開放される。そして、感温制御弁22の感温孔部22Bが全開となる姿勢に設定された場合、流入ポートCからの冷却水は、バイパス流路14と感温室Bとを介してバルブ室Aに送られ、吐出ポートDから排出される。
その結果、姿勢設定ユニット30等が故障し、主制御弁21が閉塞姿勢に固定された状況で冷却水の温度が設定値を超えた場合でも、感温孔部22Bが開いた状態であるのでエンジン1のオーバーヒートが抑制される。一方、主制御弁21が僅かに開いた状態から全開に至る状態まで、感温制御弁22が、バルブ室Aと感温室Bとの間での冷却水の流れを阻止する。従って、冷却水の温度が上昇してもフェイルセーフ機構40が開放する現象を抑制できる。
(b)弁体20の姿勢の設定によりバルブ室Aの冷却水を、EGRクーラや、ヒータコア等に供給するためのポートを、バルブハウジング10に形成しても良い。これにより、単一の弁体20の姿勢の設定により、車両に備えた装置類に対する冷却水の給排を可能にする。
(c)上述した実施形態では、感温制御弁22の部位にシール類を備えていないが、主制御弁21のシール機構50と同様の形状のシールを備えても良い。また、シール機構50のようにコイルスプリングを用いずにO-リング等の単純なシールを感温制御弁22の円柱状面22Aに外嵌するように備えても良い。
本発明は、内燃機関の冷媒をラジエータに給排する冷媒制御バルブ装置に利用することができる。
1 内燃機関(エンジン)
10 バルブハウジング
14 バイパス流路
20 弁体
21 主制御弁
22 感温制御弁
40 フェイルセーフ機構
41 熱感知体
42 開閉弁
B 感温室
C 流入ポート
D 吐出ポート
X 回転軸芯
10 バルブハウジング
14 バイパス流路
20 弁体
21 主制御弁
22 感温制御弁
40 フェイルセーフ機構
41 熱感知体
42 開閉弁
B 感温室
C 流入ポート
D 吐出ポート
X 回転軸芯
Claims (3)
- 内燃機関からの冷媒が供給される流入ポート、及び、冷媒を送り出す吐出ポートが形成されたバルブハウジングと、
前記バルブハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転自在に備えられたロータリ型の弁体と、
前記内燃機関からの冷媒の温度が設定値を超えた場合に、冷媒をバイパス流路を介して前記吐出ポートに送り出すことが可能なフェイルセーフ機構と、を備え、
前記弁体が、前記吐出ポートへの冷媒の給排を制御する主制御弁と、前記フェイルセーフ機構が収容された感温室への冷媒の給排を制御する感温制御弁とを一体回転するように備えて構成され、当該弁体は、前記主制御弁が前記吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、前記感温制御弁を開放姿勢に設定し、前記主制御弁が前記吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、前記感温制御弁を閉塞姿勢に設定する冷媒制御バルブ装置。 - 前記フェイルセーフ機構が、冷媒の温度が設定値未満である場合に開閉弁で前記バイパス流路を閉じ、冷媒の温度が設定値を超える場合には熱膨張により前記開閉弁で前記バイパス流路を開放する熱感知体を有したサーモスタット型に構成されている請求項1に記載の冷媒制御バルブ装置。
- 前記主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、前記感温制御弁が前記感温室に対向する位置で開放する請求項1又は2に記載の冷媒制御バルブ装置。
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