(57)【要約】【課題】流体の流量を流体圧の上昇に応じた広い流量範囲で応答性良く制御することができる流体制御弁を提供する。【解決手段】内燃機関Ｅと熱交換器Ｈとに亘って流体を循環させる循環流路２に設けられる装置本体４と、装置本体４に流体を流入させる流入路５と、装置本体４から流体を流出させる流出路６と、流体の流量を調節する弁体７と、弁体７との当接部８ａを流体循環方向の下流側に臨むように設けた弁座８と、通電により弁体７を弁座８に当接させるソレノイド９と、ソレノイド９が非通電であり、流体の流れがないとき、弁体７を弁座８から所定距離Ｌだけ離間した位置で釣合状態に保持するバネ機構１０とを備えた。【選択図】図２
2014101943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と熱交換器とに亘って流体を循環させる循環流路に設けられる装置本体と、
前記装置本体に前記流体を流入させる流入路と、
前記装置本体から前記流体を流出させる流出路と、
前記流体の流量を調節する弁体と、
前記弁体との当接部を前記流体の循環方向の下流側に臨むように設けた弁座と、
通電により前記弁体を前記弁座に当接させるソレノイドと、
前記ソレノイドが非通電であり、前記流体の流れがないとき、前記弁体を前記弁座から所定距離だけ離間した位置で釣合状態に保持するバネ機構と、
を備えた流体制御弁。
【請求項２】
前記バネ機構は、前記弁体を前記弁座に近接する側に付勢する第１バネと、前記弁体を前記弁座から離間する側に付勢する第２バネとを備えている請求項１記載の流体制御弁。
【請求項３】
前記バネ機構は、前記弁体の前記弁座から離間する側への移動に伴って、前記第２バネの付勢が解除されるように構成してある請求項２記載の流体制御弁。
【請求項４】
前記弁体に、前記流入路と前記流出路とを連通させる貫通孔を形成してある請求項１〜３のいずれか１項記載の流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と熱交換器とに亘って流体を循環させる循環流路に設けられる装置本体と、前記装置本体に前記流体を流入させる流入路と、前記装置本体から前記流体を流出させる流出路と、前記流体の流量を調節する弁体と、前記弁体との当接部を前記流体の循環方向の下流側に臨むように設けた弁座と、通電により前記弁体を前記弁座に当接させるソレノイドと、を備えた流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記流体制御弁は、例えば自動車用エンジンなどの内燃機関を冷却する冷却装置において、内燃機関で加熱された冷却水のヒータコアなどの熱交換器への流量を制御するために、内燃機関と熱交換器とに亘って冷却水（流体）を循環させる循環流路に設けられている。
特許文献１には、ソレノイドが非通電のときに弁体が弁座に当接する閉弁状態に保持できるように、弁体を弁座に当接するように付勢するバネを備えた流体制御弁が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−９７８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の流体制御弁は、ソレノイドが非通電のときには、流入路側の流体圧がバネの付勢力に抗する大きさに上昇するまで、弁体が弁座に当接する閉弁状態に保持されている。
このため、流入路側の流体圧がバネの付勢力に抗する大きさに上昇するまでの間は流体を循環させることができず、流体の流量を制御可能な流量範囲が狭くなる。
また、弁体が弁座から離間するに伴って、流入路側の流体圧を受け止める弁体の受圧面積が急激に増大するので、弁体と弁座との間隔が急激に増大し、低流量時の流量制御が不安定なものとなる。
さらに、弁体が弁座に対してメタルタッチで当接する場合は、例えば電気化学的反応により錆が発生することがある。その場合、弁体と弁座とが互いに付着して、流量を流体圧の上昇に応じてタイミング良く制御できなくなったり、付着した錆によって弁体の遮断機能が損なわれるおそれもある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、流体の流量を流体圧の上昇に応じた広い流量範囲で応答性良く制御することができる流体制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による流体制御弁の第１特徴構成は、内燃機関と熱交換器とに亘って流体を循環させる循環流路に設けられる装置本体と、前記装置本体に前記流体を流入させる流入路と、前記装置本体から前記流体を流出させる流出路と、前記流体の流量を調節する弁体と、前記弁体との当接部を前記流体の循環方向の下流側に臨むように設けた弁座と、通電により前記弁体を前記弁座に当接させるソレノイドと、前記ソレノイドが非通電であり、前記流体の流れがないとき、前記弁体を前記弁座から所定距離だけ離間した位置で釣合状態に保持するバネ機構と、を備えた点にある。
【０００６】
本構成の流体制御弁は、前記ソレノイドが非通電であり、前記流体の流れがないとき、前記弁体を前記弁座から所定距離だけ離間した位置で釣合状態に保持するバネ機構を備えている。
このため、ソレノイドが非通電のときには、弁体と弁座とが互いに付着することがなく、流入路側の流体圧の上昇に応じて、弁体を弁座から離間する側に応答性良く移動させることができる。これにより、流体の流量を制御可能な流量範囲を拡げることができる。
また、ソレノイドが非通電のときには、流入路側の流体圧を受け止める弁体の受圧面積が変化しないので、弁体と弁座との間隔の急激な増大を抑制することができ、小さな最低流量を設定し易い。
したがって、本構成の流体制御弁であれば、流体の流量を流体圧の上昇に応じた広い流量範囲でタイミング良く制御することができる。
【０００７】
本発明の第２特徴構成は、前記バネ機構は、前記弁体を前記弁座に近接する側に付勢する第１バネと、前記弁体を前記弁座から離間する側に付勢する第２バネとを備えている点にある。
【０００８】
本構成であれば、第１バネと第２バネのバネ特性を適宜選択することにより、釣合状態における弁体と弁座との間隔を所望の間隔に設定し易い。
【０００９】
本発明の第３特徴構成は、前記バネ機構は、前記弁体の前記弁座から離間する側への移動に伴って、前記第２バネの付勢が解除されるように構成してある点にある。
【００１０】
本構成であれば、流体圧に応じて弁体が弁座から離間する際に、弁体の移動量を第１バネのバネ特性のみによって設定することができる。
よって、弁体の移動量の設定が容易に行える。
【００１１】
本発明の第４特徴構成は、前記弁体に、前記流入路と前記流出路とを連通させる貫通孔を形成してある点にある。
【００１２】
本構成であれば、最低流量を所望の流量に設定し易い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】流体制御弁を装備してある冷却システムの模式図である。
【図２】流体制御弁の初期状態における断面図である。
【図３】図２におけるIII −III 線矢視断面図である。
【図４】流体制御弁の閉弁状態における断面図である。
【図５】流体制御弁が流体圧で開弁している状態における断面図である。
【図６】第２実施形態の流体制御弁の初期状態における断面図である。
【図７】図６におけるVII −VII 線矢視断面図である。
【図８】第３実施形態の流体制御弁の初期状態における断面図である。
【図９】図８におけるIX−IX線矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明による流体制御弁Ｖを装備してある自動車用エンジン（内燃機関）の冷却システムを示す。
この冷却システムは、エンジンＥとラジエータ（熱交換器）Ｒとに亘って冷却水（流体）を循環させるラジエータ循環流路１と、エンジンＥとヒータコア（熱交換器）Ｈとに亘って冷却水（流体）を循環させるヒータコア循環流路２と、エンジンＥに形成された冷却水ジャケット（図示せず）に冷却水を供給するウォータポンプＰとを備えている。
【００１５】
ラジエータ循環流路１におけるラジエータＲからの冷却水の流出流路は、サーモスタットバルブ３を介してウォータポンプＰに接続してある。
ラジエータ循環流路１は、エンジンＥで加熱された冷却水をラジエータＲに流入させ、ラジエータＲで冷却した後の冷却水を、サーモスタットバルブ３を介して、ウォータポンプＰでエンジンＥに還流させる。
【００１６】
ヒータコア循環流路２におけるヒータコアＨからの冷却水の流出流路は、ラジエータ循環流路１と同様に、サーモスタットバルブ３を介してウォータポンプＰに接続してある。
ヒータコア循環流路２におけるエンジンＥからヒータコアＨへの冷却水の流出流路に、本発明による流体制御弁Ｖを装備してある。
流体制御弁Ｖは、エンジンＥからヒータコアＨへの冷却水の循環流量を制御するために装備してある。
【００１７】
ヒータコア循環流路２は、エンジンＥにより加熱された冷却水を流体制御弁Ｖを介して車室内の空気を暖めるヒータコアＨに流入させ、ヒータコアＨとの熱交換で冷却された後の冷却水を、サーモスタットバルブ３を介して、ウォータポンプＰでエンジンＥに還流させる。
【００１８】
流体制御弁Ｖは、図２，図３に示すように、ヒータコア循環流路２のエンジンＥとの接続部に設けられるバルブケース（装置本体）４と、バルブケース４に冷却水を流入させる流入路５と、バルブケース４から冷却水を流出させる流出路６と、冷却水の流量を調節する円板状の弁体７と、弁体７との当接部８ａを冷却水の循環方向の下流側に臨むように設けた弁座８と、通電によりプランジャーとしての弁体７を弁座８に当接させるソレノイド９と、ソレノイド９が非通電状態であり、かつ、冷却水の流れがないときに、弁体７を弁座８から所定距離Ｌだけ離間した初期位置で釣合状態に保持するバネ機構１０とを備えている。所定距離Ｌは１ｍｍ以下が望ましい。
【００１９】
バルブケース４は、流入路５を備えた円筒状の第１ケース４ａと、流出路６を備えた円筒状の第２ケース４ｂとを同芯状に一体連結して構成してある。
第１ケース４ａは、エンジンブロックＥ１に形成してある冷却水出口Ｅ２に流入路５が連通するように、エンジンブロックＥ１にボルト固定してある。
第２ケース４ｂは、流出路６を内側に形成する円筒状の接続管部１１と、接続管部１１よりも大径の円筒部１２と、接続管部１１と円筒部１２とを繋ぐ段部を形成する円環状の壁板部１３とを同芯状に一体に備え、流出路６の入口が壁板部１３に開口している。
【００２０】
図３に示すように、円筒部１２の内周側に、筒軸芯Ｘの方向に沿う三つのガイド突条部１４を周方向に略等間隔を隔てて一体形成してある。弁体７は、外周面が三つのガイド突条部１４で囲まれるように円筒部１２の内側に装着して、ガイド突条部１４による案内で筒軸芯Ｘに沿って往復移動自在に保持してある。
【００２１】
第１ケース４ａと第２ケース４ｂは、第１ケース４ａの端面に形成した環状溝１５に円筒部１２の鍔部分に形成した環状の突条部分１６を嵌合して、水密に一体連結してある。
接続管部１１には、冷却水を流出路６からヒータコアＨに導入する導入管１７を接続してある。
【００２２】
ソレノイド９は、第１ケース４ａの内部に収容してある。
ソレノイド９は、コア９ａやボビンに巻き掛けてあるコイル９ｂなどを第１ケース４ａと同芯状に備えている。コア９ａは円筒形状に形成してあり、その内側中空部分が、第１ケース４ａに形成した貫通孔と共に流入路５を形成している。
コア９ａのうちの第２ケース４ｂの側に臨む端面が、弁座８として機能する。
【００２３】
バネ機構１０は、弁体７を弁座８に近接する側に移動するように付勢する第１コイルバネ１０ａと、弁体７を弁座８から離間する側に移動するように付勢する第２コイルバネ１０ｂとを備えている。
ソレノイド９は、コイル９ｂに通電することにより励磁され、弁体７を第２コイルバネ１０ｂの付勢力に抗して弁座８に吸着して、流体制御弁Ｖを閉弁状態に保持する。
そして、ソレノイド９が非通電であり、かつ、冷却水の流れがないときに、図２に示すように、第１コイルバネ１０ａと第２コイルバネ１０ｂとの釣り合いにより、弁体７を弁座８から所定距離Ｌだけ離間している初期位置に保持する。
【００２４】
第１コイルバネ１０ａは、弁体７と第２ケース４ｂの壁板部１３との間に圧縮変形状態で装着してあり、弁体７に形成した環状凸部１８の内側に一端部を内嵌固定してある。
第２コイルバネ１０ｂは、弁体７と第１ケース４ａとの間に圧縮変形状態で装着してあり、第１ケース４ａに形成した環状凹部１９に一端部を内嵌固定してある。
第２コイルバネ１０ｂは、圧縮力も引張り力も作用しない自由状態において、弁体７の弁座８から離間する側への移動に伴って、当該弁体７に接触しなくなって、弁体７に対する付勢が解除される長さに設定してある。
【００２５】
以下に、本発明による流体制御弁Ｖの動作を説明する。
ソレノイド９が非通電であり、かつ、ウォータポンプＰの駆動停止によりヒータコア循環流路２における冷却水の流れがない状態（初期状態）では、図２に示すように、第１コイルバネ１０ａと第２コイルバネ１０ｂとの釣り合いにより、弁体７が弁座８から所定距離Ｌだけ離間した初期位置に保持されている。
したがって、弁体７が初期位置に位置している状態では、流入路５と流出路６とがコア９ａと弁体７との隙間を介して連通している。
【００２６】
運転者がイグニッションキー等を操作すると、エンジンＥが始動する前、すなわち、ウォータポンプＰが作動する前にソレノイド９に通電する。
ソレノイド９の通電により、図４に示すように、弁体７が第１コイルバネ１０ａの付勢力に抗して弁座８に吸着され、流体制御弁Ｖは閉弁状態に保持される。
【００２７】
これにより、エンジンＥの始動に伴うウォータポンプＰの作動にかかわらず、冷却水のヒータコアＨへの流入が阻止され、ヒータコアＨにおける熱交換による冷却水温度の低下が抑制される。
また、冷却水温度が低い場合にはサーモスタットバルブ３も閉弁しているため、冷却水はラジエータＲにも流れない。
このため、エンジンＥの暖機運転時における冷却水温度の上昇を促進して、エンジンオイル等の温度上昇も促進することができ、燃費向上に寄与する。
【００２８】
その後、冷却水温度が所定の温度に達する（暖機運転の終了）とソレノイド９が非通電状態に切り替えられる。
ソレノイド９が非通電状態に切り替えられると、弁体７は初期位置に復帰移動すると共に、図５に示すように、第１コイルバネ１０ａの付勢力に抗して弁体７に作用する冷却水の水圧と、第１コイルバネ１０ａの付勢力とが釣り合うように、第１コイルバネ１０ａが圧縮変形される。
【００２９】
これにより、弁体７は流入路５における冷却水の水圧に応じた移動距離で初期位置よりも弁座８から離間する側に移動すると共に、第２コイルバネ１０ｂによる付勢が解除され、冷却水は流入路５における冷却水の水圧に応じた流量で、弁体７の外周側と円筒部１２の内周側との間を通して流出路６からヒータコアＨの側に流出する。
【００３０】
弁体７の外周側と円筒部１２の内周側との間に形成される流路の断面積は、弁体７の冷却水の水圧に応じた弁座８から離間する側への初期位置からの移動距離にかかわらず一定に維持される。
第２ケース４ｂの壁板部１３には、弁体７との当接により、当該弁体７の初期位置からの移動距離を制限する移動規制部２０を形成してある。
【００３１】
〔第２実施形態〕
図６，図７は本発明の別実施形態を示す。
本実施形態の流体制御弁Ｖは、弁体７に、流入路５と流出路６とを連通させる円形の貫通孔７ａを同芯状に形成してある。
【００３２】
これにより、弁体７が、弁座８に当接している状態でも一定量の冷却水量を確保することができる。よって、弁体７と弁座８との間の所定距離Ｌの設定に加えて、貫通孔７ａの開口寸法を設定することで、冷却水の初期流量を適切に設定することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００３３】
〔第３実施形態〕
図８，図９は本発明の別実施形態を示す。
本実施形態の流体制御弁Ｖは、第１実施形態で示した第１コイルバネ１０ａ及び第２コイルバネ１０ｂを備えたバネ機構１０に代えて、弁体７の外周部と第２ケース４ｂの円筒部１２の内周部とに亘って三つ（複数）の引っ張りコイルバネ２１を装着してあるバネ機構１０を備えている。
【００３４】
弁体７は、これらの引っ張りコイルバネ２１により、弁座８に対して所定距離Ｌだけ離間した位置に中立保持される。
本構成であれば、流入路５の長手方向に沿ってコイルバネ２１の設置位置を決めることで、弁体７と弁座８との距離を設定することができる。この場合、コイルバネ２１の強さに拘らず弁体７の位置が決まるので、所定距離Ｌの設定が容易となる。
【００３５】
また、このように三つのコイルバネ２１により弁体７を径外方向へ引張り付勢することで、第２ケース４ｂの内部において弁体７は流入路５の中央位置に安定する。
よって、第２ケース４ｂからガイド突条部１４を省略することも可能であり、流体制御弁の構造を簡略化することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、車両の冷却水やオイル等の流体の流れを制御する流体制御弁に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
２  循環流路
４  装置本体
５  流入路
６  流出路
７  弁体
７ａ  貫通孔
８  弁座
８ａ  当接部
９  ソレノイド
１０  バネ機構
１０ａ  第１バネ
１０ｂ  第２バネ
Ｅ  内燃機関
Ｈ  熱交換器
Ｌ  所定距離
【図１】
2014101943.tif 000003
【図２】
2014101943.tif 000004
【図３】
2014101943.tif 000005
【図４】
2014101943.tif 000006
【図５】
2014101943.tif 000007
【図６】
2014101943.tif 000008
【図７】
2014101943.tif 000009
【図８】
2014101943.tif 000010
【図９】
2014101943.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月4日(2012.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
従来の流体制御弁は、ソレノイドが非通電のときには、流入路側の流体圧がバネの付勢力に抗する大きさに上昇するまで、弁体が弁座に当接する閉弁状態に保持されている。
このため、流入路側の流体圧がバネの付勢力に抗する大きさに上昇するまでの間は流体を循環させることができず、流体の流量を制御可能な流量範囲が狭くなる。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、流体の流量を流体圧の上昇に応じた広い流量範囲で応答性良く制御することができる流体制御弁を提供することを目的とする。