(57)【要約】【課題】  第１、第２スプール弁５、６の開弁状態または閉弁状態に関わらず、また、ラジエータ流圧力またはバイパス流圧力に関わらず、アクチュエータ３の駆動負荷を最小限に抑えることを課題とする。【解決手段】  冷却水流量制御弁２の第１スプール弁５の軸線方向に貫通する第１圧力調整通路６１を形成することにより、第１スプール弁５の軸線方向の両端側の圧力（Ｐ１＝Ｐ２）が図示上下同一の水圧となり均一化される。また、冷却水流量制御弁２の第２スプール弁６の軸線方向に貫通する第２圧力調整通路６２を形成することにより、第２スプール弁６の軸線方向の両端側の圧力（Ｐ３＝Ｐ４）が図示左右同一の水圧となり均一化される。したがって、第１、第２スプール弁５、６がその軸線方向に移動する際の圧力負荷をキャンセルすることができるので、アクチュエータ３の駆動負荷が小さくなる。【選択図】  図２
2006029113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）エンジンを冷却した冷却水がラジエータを経由してウォータポンプに戻るラジエータ循環経路の途中に設けられた第１冷却水流路、および前記エンジンを冷却した冷却水が前記ラジエータを迂回するバイパス通路を経由して前記ウォータポンプに戻るバイパス循環経路の途中に設けられた第２冷却水流路を有するハウジングと、
（ｂ）前記エンジンの運転状態に応じて駆動力を発生するアクチュエータと、
（ｃ）前記ハウジング内に摺動自在に収容されて、前記アクチュエータの駆動力を直接的または間接的に受けて軸線方向に移動することで前記第１冷却水流路の流路開口面積を変更するラジエータ流量制御用弁体と、
（ｄ）前記ハウジング内に摺動自在に収容されて、前記アクチュエータの駆動力を間接的または直接的に受けて軸線方向に移動することで前記第２冷却水流路の流路開口面積を変更するバイパス流量制御用弁体と、
（ｅ）前記ラジエータ流量制御用弁体または前記バイパス流量制御用弁体の移動方向の両側を同一の圧力とする圧力調整通路と
を備えた冷却水流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の冷却水流量制御弁において、
前記圧力調整通路は、前記ラジエータ流量制御用弁体の軸線方向の両端面を連通し、且つ前記ラジエータ流量制御用弁体をその軸線方向に貫通する第１連通路であることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の冷却水流量制御弁において、
前記圧力調整通路は、前記バイパス流量制御用弁体の軸線方向の両端面を連通し、且つ前記バイパス流量制御用弁体をその軸線方向に貫通する第２連通路であることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の冷却水流量制御弁において、
前記アクチュエータは、前記ラジエータ流量制御用弁体の中心軸線を中心にして回転するシャフトを有し、
前記ラジエータ流量制御用弁体の軸線方向は、前記シャフトの軸方向に対して同一の方向となるように設定されており、
前記バイパス流量制御用弁体の軸線方向は、前記シャフトの軸方向に対して略直交する方向となるように設定されていることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項５】
請求項４に記載の冷却水流量制御弁において、
前記ラジエータ流量制御用弁体は、前記アクチュエータ回転角に対して所定のバイパス流量特性が得られるように、前記バイパス流量制御用弁体をその軸線方向に駆動するためのプロフィールを有し、
前記バイパス流量制御用弁体は、前記プロフィールに当接するように弁体付勢手段によって付勢されていることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の冷却水流量制御弁において、
前記ハウジングは、前記ラジエータで放熱した低温の冷却水と前記ラジエータを迂回した高温の冷却水とを合流させて混ぜ合わせるミキシング室、前記ラジエータから前記ミキシング室内に冷却水を流入させるためのラジエータ側通路、前記バイパス通路から前記ミキシング室内に冷却水を流入させるためのバイパス側通路、および前記ミキシング室から前記ウォータポンプ側に冷却水を流出させるためのポンプ側通路を有していることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の冷却水流量制御弁において、
前記ハウジングは、前記エンジンを冷却した冷却水が温水式ヒータを経由して前記ウォータポンプに戻るヒータ循環経路の途中に設けられた第３冷却水流路を有していることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項８】
請求項７に記載の冷却水流量制御弁において、
前記ハウジング内に摺動自在に収容されて、前記アクチュエータの駆動力を間接的または直接的に受けて軸線方向に移動することで前記第３冷却水流路の流路開口面積を変更するヒータ流量制御用弁体と、
前記ヒータ流量制御用弁体の移動方向の両側を同一の圧力とする圧力調整通路と
を備えたことを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項９】
請求項８に記載の冷却水流量制御弁において、
前記圧力調整通路は、前記ヒータ流量制御用弁体の軸線方向の両端面を連通し、且つ前記ヒータ流量制御用弁体をその軸線方向に貫通する第３連通路であることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の冷却水流量制御弁において、
前記アクチュエータは、前記ラジエータ流量制御用弁体の中心軸線を中心にして回転するシャフトを有し、
前記ラジエータ流量制御用弁体の軸線方向は、前記シャフトの軸方向に対して同一の方向となるように設定されており、前記ヒータ流量制御用弁体の軸線方向は、前記シャフトの軸方向に対して略直交する方向となるように設定されていることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項１１】
請求項８ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載の冷却水流量制御弁において、  前記ラジエータ流量制御用弁体は、前記アクチュエータ回転角に対して所定のヒータ流量特性が得られるように、前記ヒータ流量制御用弁体をその軸線方向に駆動するためのプロフィールを有し、
前記ヒータ流量制御用弁体は、前記プロフィールに当接するように弁体付勢手段によって付勢されていることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のうちのいずれか１つに記載の冷却水流量制御弁において、  前記ハウジングは、温水式ヒータで放熱した低温の冷却水と前記ラジエータで放熱した低温の冷却水と前記ラジエータを迂回した高温の冷却水とを合流させて混ぜ合わせるミキシング室、前記温水式ヒータから前記ミキシング室内に冷却水を流入させるためのヒータ側通路、前記ラジエータから前記ミキシング室内に冷却水を流入させるためのラジエータ側通路、および前記バイパス通路から前記ミキシング室内に冷却水を流入させるためのバイパス側通路を有していることを特徴とする冷却水流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジエータで冷却した冷却水をエンジンに循環させるようにした水冷式のエンジン冷却装置に用いられる冷却水流量制御弁に関するもので、特にエンジンを冷却する冷却水をラジエータを通過するラジエータ流量とラジエータを迂回してバイパス通路を通過するバイパス流量とをエンジンの運転状態に応じて調節して冷却水温度を最適化するための冷却水流量制御弁に係わる。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来より、自動車等の車両に搭載されるエンジンを冷却する装置として、ラジエータを用い、ラジエータで冷却した冷却水をエンジンに循環させるようにした水冷式のエンジン冷却装置が知られている。このエンジン冷却装置には、冷却水の温度を制御するためのサーモスタットが用いられており、冷却水の温度が所定の冷却水温以下の場合、サーモスタットを作動させることで、エンジンを冷却した冷却水を、ラジエータを迂回するバイパス通路に流してウォータポンプに戻し、再度エンジンに循環させるようにしている。
【０００３】
ここで、近年、エンジンに対する要求として、高出力と低燃費という相反する要求が高まっており、エンジン冷却装置においてもこのようなエンジンの要求を満足するエンジン冷却装置が望まれている。すなわち、高出力を実現するためには、ラジエータで冷却される冷却水温を低くし、エンジンの冷却効率を高め、エンジン各部の部材の温度を熱負荷に対する耐久限界温度以下に保つ必要がある。また、低燃費を実現するためには、冷却水温を高くしてエンジンの燃焼室の燃焼効率を向上させる必要がある。つまり、高出力走行である高速走行等の高速高負荷時、急登坂走行等の低速高負荷時、低燃費走行である低速低負荷時または通常時、低燃費で、且つ低排出ガスを目的としたアイドリングストップ後のエンジン始動時等のエンジンの運転状態に応じて、冷却水温を制御することが可能なエンジン冷却装置が望まれている。
【０００４】
そこで、エンジンの運転状態に応じて冷却水温を制御することが可能な流量制御弁を用いた水冷式のエンジン冷却装置が提案されている。これは、冷却水循環回路の、ラジエータ側通路とバイパス側通路との合流部に、エンジンの運転状態に対応してラジエータ流量とバイパス流量とを精密に制御することが可能な流量制御弁を装着し、サーモスタットを使用する場合に比べて冷却水温の制御を精密に行うことで、低燃費化を図ることができる。しかし、エンジン冷却装置に組み込まれる流量制御弁においては、エンジンの運転状態が通常時であろうと高負荷時であろうと、アクチュエータによって流量制御用弁体を駆動する際にウォータポンプから非常に高い水圧が流量制御用弁体に加わるため、流量制御用弁体を作動させるためのアクチュエータの駆動軸には非常に大きな推進力または駆動トルクが必要であり、アクチュエータの体格が大型化したり、アクチュエータの出力軸と流量制御用弁体の弁軸との間にアクチュエータの出力軸の回転速度を所定の減速比となるように減速する減速機構（例えば歯車減速機構）が必要となったりして、コストアップとなるという問題が生じている。
【０００５】
そこで、アクチュエータに要求される駆動トルクを小さくしてアクチュエータの小型化を図ることを目的として、ラジエータ流圧力とバイパス流圧力との圧力差により流量制御用バルブに作用する駆動負荷をキャンセルして、アクチュエータの駆動負荷を減らすようにした流量制御弁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、エンジンを冷却してラジエータを経由してウォータポンプに戻るラジエータ流量を制御するための第１の弁体および第１の弁座と、エンジンを冷却してラジエータを迂回するバイパス通路を経由してウォータポンプに戻るバイパス流量を制御するための第２の弁体および第２の弁座とを備え、これらの２つの第１、第２の弁体を１つの流量制御用バルブとしてアクチュエータにより一体的に駆動するように構成されている。
【０００６】
［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１に記載の流量制御弁において、実際の運用に当たっては、第１の弁体のみが開いている高負荷時や、ラジエータ側通路の通路径とバイパス側通路の通路径との違いによる通水抵抗の違いが発生する場合には、ラジエータ流圧力とバイパス流圧力とが大幅に異なってしまう可能性が高く、ラジエータ流圧力とバイパス流圧力との圧力差により流量制御用バルブに作用する駆動負荷をキャンセルしきれず、アクチュエータの駆動負荷を減少させる効果を十分に発揮することができなかった。
【特許文献１】特開２００３−２８６８４３号公報（第１−９頁、図１−図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体が軸線方向（移動方向）に移動する際の圧力負荷を無くすことで、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体の開弁状態または閉弁状態に関わらず、また、ラジエータ流圧力またはバイパス流圧力に関わらず、アクチュエータの駆動負荷を最小限に抑えることのできる冷却水流量制御弁を提供することにある。また、アクチュエータの体格の小型化および減速機の削減を図ることのできる冷却水流量制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、アクチュエータの駆動力を直接的または間接的に受けて軸線方向にラジエータ流量制御用弁体が移動することで、ハウジングに設けられた第１冷却水流路の流路開口面積が変更されるので、ラジエータ循環経路中を循環する冷却水の流量（ラジエータ流量）がエンジンの運転状態に対応して制御される。また、アクチュエータの駆動力を間接的または直接的に受けて軸線方向にバイパス流量制御用弁体が移動することで、ハウジングに設けられた第２冷却水流路の流路開口面積が変更されるので、バイパス循環経路中を循環する冷却水の流量（バイパス流量）がエンジンの運転状態に対応して制御される。したがって、エンジンの運転状態に対応してラジエータ流量とバイパス流量とを精密に制御することが可能となり、エンジンを循環する冷却水の温度がエンジンの運転状態に対応した最適な冷却水温となる。
【０００９】
そして、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体の移動方向の両側を同一の圧力とする圧力調整通路を設けたことにより、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体が軸線方向（移動方向）に移動する際（開弁時または閉弁時）の圧力負荷を無くすことができる。これによって、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体の開弁状態または閉弁状態に関わらず、また、ラジエータ流圧力またはバイパス流圧力に関わらず、アクチュエータの駆動負荷を最小限に抑えることができる。したがって、アクチュエータの体格を小型化することができ、更に減速機を削減することができるので、コストダウンとなる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、上記の圧力調整通路として、ラジエータ流量制御用弁体の軸線方向の両端面を連通し、且つラジエータ流量制御用弁体をその軸線方向に貫通する第１連通路を採用することにより、ラジエータ流量制御用弁体の軸線方向の両側の圧力（水圧）を均一化することが可能となるので、ラジエータ流量制御用弁体が軸線方向（移動方向）に移動する際（開弁時または閉弁時）の圧力負荷を確実に無くすことができる。また、請求項３に記載の発明によれば、上記の圧力調整通路として、バイパス流量制御用弁体の軸線方向の両端面を連通し、且つバイパス流量制御用弁体をその軸線方向に貫通する第２連通路を採用することにより、バイパス流量制御用弁体の軸線方向の両側の圧力（水圧）を均一化することが可能となるので、バイパス流量制御用弁体が軸線方向（移動方向）に移動する際（開弁時または閉弁時）の圧力負荷を確実に無くすことができる。また、請求項４に記載の発明によれば、アクチュエータのシャフトの軸方向に対して同一の方向となるように、ラジエータ流量制御用弁体の軸線方向（移動方向）を規定するようにしても良い。また、アクチュエータのシャフトの軸方向に対して略直交する方向となるように、バイパス流量制御用弁体の軸線方向（移動方向）を規定するようにしても良い。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、ラジエータ流量制御用弁体に、アクチュエータ回転角に対して所定のバイパス流量特性が得られるように、バイパス流量制御用弁体をその軸線方向に駆動するためのプロフィールを設けている。そして、弁体付勢手段によってバイパス流量制御用弁体を、ラジエータ流量制御用弁体のプロフィールに当接するように付勢している。これによって、アクチュエータの駆動力を受けてラジエータ流量制御用弁体が軸線方向に移動すると、そのラジエータ流量制御用弁体の軸線方向への移動に連動してバイパス流量制御用弁体が軸線方向に移動することになる。そして、ラジエータ流量制御用弁体のプロフィールを変更するのみで、アクチュエータ回転角に対するバイパス流量特性を自由に変更することができる。したがって、搭載するエンジン冷却システムや車種の要求によらず、ハウジングやバイパス流量制御用弁体等の主要部品の共通化を図ることができるので、開発工数の低減化を図ることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、ラジエータを通りラジエータ側通路からミキシング室内に流入した冷却水とバイパス通路を通りバイパス側通路からミキシング室内に流入した冷却水とを冷却水流量制御弁の内部で効率良く混ぜ合わすことができる。すなわち、ラジエータで放熱した低温の冷却水とラジエータを迂回した高温の冷却水とを、ミキシング室内およびポンプ側通路内で効率良く混ぜ合わすことができるので、エンジンを循環する冷却水の温度がエンジンの運転状態に対応した最適な冷却水温となる。
【００１３】
請求項７および請求項８に記載の発明によれば、アクチュエータの駆動力を間接的または直接的に受けて軸線方向にヒータ流量制御用弁体が移動することで、ハウジングに設けられた第３冷却水流路の流路開口面積が変更されるので、ヒータ循環経路中を循環する冷却水の流量（ヒータ流量）がエンジンの運転状態に対応して制御される。また、請求項８に記載の発明によれば、ヒータ流量制御用弁体の移動方向の両側を同一の圧力とする圧力調整通路を設けたことにより、ヒータ流量制御用弁体が軸線方向（移動方向）に移動する際（開弁時または閉弁時）の圧力負荷を無くすことができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明によれば、上記の圧力調整通路として、ヒータ流量制御用弁体の軸線方向の両端面を連通し、且つヒータ流量制御用弁体をその軸線方向に貫通する第３連通路を採用することにより、ヒータ流量制御用弁体の軸線方向の両側の圧力（水圧）を均一化することが可能となるので、ヒータ流量制御用弁体が軸線方向（移動方向）に移動する際（開弁時または閉弁時）の圧力負荷を確実に無くすことができる。また、請求項１０に記載の発明によれば、アクチュエータのシャフトの軸方向に対して同一の方向となるように、ラジエータ流量制御用弁体の軸線方向（移動方向）を規定するようにしても良い。また、アクチュエータのシャフトの軸方向に対して略直交する方向となるように、ヒータ流量制御用弁体の軸線方向（移動方向）を規定するようにしても良い。
【００１５】
請求項１１に記載の発明によれば、ラジエータ流量制御用弁体に、アクチュエータ回転角に対して所定のヒータ流量特性が得られるように、ヒータ流量制御用弁体をその軸線方向に駆動するためのプロフィールを設けている。そして、弁体付勢手段によってヒータ流量制御用弁体を、ラジエータ流量制御用弁体のプロフィールに当接するように付勢している。これによって、アクチュエータの駆動力を受けてラジエータ流量制御用弁体が軸線方向に移動すると、そのラジエータ流量制御用弁体の軸線方向への移動に連動してヒータ流量制御用弁体が軸線方向に移動することになる。そして、ラジエータ流量制御用弁体のプロフィールを変更するのみで、アクチュエータ回転角に対するヒータ流量特性を自由に変更することができる。したがって、搭載するエンジン冷却システムや車種の要求によらず、ハウジングやバイパス流量制御用弁体等の主要部品の共通化を図ることができるので、開発工数の低減化を図ることができる。
【００１６】
請求項１２に記載の発明によれば、温水式ヒータを通りヒータ側通路からミキシング室内に流入した冷却水とラジエータを通りラジエータ側通路からミキシング室内に流入した冷却水とバイパス通路を通りバイパス側通路からミキシング室内に流入した冷却水とを冷却水流量制御弁の内部で効率良く混ぜ合わすことができる。すなわち、温水式ヒータで放熱した低温の冷却水とラジエータで放熱した低温の冷却水とラジエータを迂回した高温の冷却水とを、ミキシング室内およびポンプ側通路内で効率良く混ぜ合わすことができるので、エンジンを循環する冷却水の温度がエンジンの運転状態に対応した最適な冷却水温となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態は、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体の開弁状態または閉弁状態に関わらず、また、ラジエータ流圧力またはバイパス流圧力に関わらず、アクチュエータの駆動負荷を最小限に抑えるという目的を、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体の移動方向の両側を同一の圧力とする圧力調整通路を設けることにより、ラジエータ流量制御用弁体またはバイパス流量制御用弁体が軸線方向に移動する際の圧力負荷を無くすことで実現した。
【実施例１】
【００１８】
［実施例１の構成］
図１ないし図４は本発明の実施例１を示したもので、図１（ａ）は水冷式のエンジン冷却装置を示した図で、図１（ｂ）はアクチュエータ回転角に対するラジエータ流量特性およびバイパス流量特性を示したグラフである。
【００１９】
本実施例の冷却水流量制御装置は、エンジン１を冷却（水冷）する冷却水回路を有する水冷式のエンジン冷却装置と、このエンジン冷却装置の冷却水回路中に介装された冷却水流量制御弁２と、エンジン１の運転状態に基づいて冷却水流量制御弁２のバルブ開度を電子制御するエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ：図示せず）とを備えた冷却水流量コントロールシステムである。ここで、本実施例の冷却水流量制御弁２は、ＥＣＵにより電子制御されるアクチュエータ３と、冷却水回路の合流管を形成するバルブハウジング４と、ラジエータ流量を制御するラジエータ流量制御用弁体（以下第１スプール弁と呼ぶ）５と、バイパス流量を制御するバイパス流量制御用弁体（以下第２スプール弁と呼ぶ）６とを備えている。
【００２０】
ここで、ＥＣＵには、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラム、データを保存するメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、入力回路、出力回路、電源回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが内蔵されている。なお、各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。そして、マイクロコンピュータには、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、吸入空気量センサ（エアフロメータ等）、吸気温センサ、吸気圧センサ、スロットル開度センサ、エンジン側冷却水温センサ、ラジエータ側冷却水温センサ、バイパス側冷却水温センサおよびウォータポンプ側冷却水温センサ等が接続されている。また、ＥＣＵには、エンジンを始動させるエンジン始動装置としてのスタータを通電するスタータ通電回路が接続されている。
【００２１】
そして、ＥＣＵは、エンジンキーをキーシリンダ内に差し込んでＳＴ位置まで回すと、図示しないスタータスイッチがオン（ＳＴ・ＯＮ）して、スタータ通電回路のスタータリレーをオン（ＯＮ）する。これにより、エンジン１がクランキングされて始動する。また、ＥＣＵは、エンジン１の始動後にエンジンキーをＩＧ位置まで戻して、図示しないイグニッションスイッチがオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納された制御プログラムに基づいて、例えば冷却水流量制御弁２等の各制御部品のアクチュエータを電子制御するように構成されている。なお、ＥＣＵは、イグニッションスイッチがオフ（ＩＧ・ＯＦＦ）されると、メモリ内に格納された制御プログラムに基づく上記の制御が強制的に終了されるように構成されている。
【００２２】
水冷式のエンジン冷却装置は、エンジン１に冷却水を強制的に循環させてエンジン１を冷却（水冷）する冷却水回路を有している。その冷却水回路は、ウォータポンプ８より吐出された冷却水を、エンジン１→ラジエータ９→冷却水流量制御弁２→ウォータポンプ８の順に循環させるラジエータ循環経路と、ウォータポンプ８より吐出された冷却水を、エンジン１→バイパス通路１１→冷却水流量制御弁２→ウォータポンプ８の順に循環させるバイパス循環経路とを有している。ここで、冷却水としては、例えばエチレングリコールを主成分とした不凍液、あるいは不凍液や防錆剤等を混合したロングライフクーラント（ＬＬＣ）などが用いられる。
【００２３】
ウォータポンプ８は、エンジン１の出力軸（例えばクランクシャフト）近傍に設置され、エンジン１の流入口に一体的に取り付けられている。このウォータポンプ８は、エンジン１のクランクシャフトにベルト等の伝動手段を介して回転駆動されることによってエンジン１に冷却水を強制的に循環させるエンジン補機である。なお、このウォータポンプ８の代わりに、電動モータによって回転駆動される電動式ウォータポンプを用いても良い。そして、エンジン１は、自動車等の車両のエンジンルーム内に配設されており、シリンダヘッドとシリンダブロックに形成されたウォータジャケット１２内に冷却水が強制的に循環されてエンジン１の各部が効率良く作動する最適な冷却水温となるように冷却される水冷式のエンジンである。
【００２４】
ラジエータ９は、車両のエンジンルーム内の走行風を受け易い場所に設置されている。このラジエータ９は、アッパータンクとロアタンクとの間に、内部を冷却水が流れる複数のチューブを列設したコア部を有している。そして、ラジエータ９は、冷却水と車両の走行風および冷却ファン（図示せず）の冷却風によりチューブの外側を通過する空気とチューブの内部を流れる冷却水とを熱交換させて、エンジン１のウォータジャケット１２を通過する間にエンジン１の排熱を吸収して冷却水温が高くなった冷却水を冷却（空冷）する熱交換器（放熱器）である。
【００２５】
なお、ラジエータ９は、エンジン１の流出口より流出する高温の冷却水が流れる冷却水通路１３の下流端に液密的に連通するラジエータ通路１４、１５間に介装されている。このラジエータ通路１５の下流端は、冷却水流量制御弁２の上流端に液密的に連通するように設けられている。そして、バイパス通路１１は、エンジン１の流出口より流出した高温の冷却水をラジエータ９から迂回（バイパス）させる冷却水通路であって、冷却水通路１３の下流端とラジエータ通路１４の上流端との接続部（分岐部）から分岐して、冷却水流量制御弁２の上流端に液密的に連通するように設けられている。
【００２６】
次に、本実施例の冷却水流量制御弁２の構造を図１ないし図４に基づいて簡単に説明する。ここで、図２は始動時バルブ位置を示した図で、図３（ａ）は通常時バルブ位置を示した図で、図３（ｂ）は高負荷時バルブ位置を示した図である。この冷却水流量制御弁２は、ラジエータ循環経路中を強制的に循環する冷却水の流量（以下ラジエータ流量と言う）とバイパス循環経路中を強制的に循環する冷却水の流量（以下バイパス流量と言う）とをエンジンの運転状態に応じて精密に制御し、サーモスタットを使用する場合に比べて冷却水の温度制御を精密に行い燃費向上を図ることが可能な内燃機関用流量制御弁（流量制御バルブ）である。
【００２７】
アクチュエータ３は、エンジン１の運転状態に応じて駆動トルクを発生する駆動源であって、第１、第２スプール弁５、６をその軸線方向（例えば開弁方向または閉弁方向）に駆動するステッピングモータ等の駆動モータよりなり、モータバルブハウジングに回転自在に軸支されたロータシャフト（回転軸）２１を有している。このロータシャフト２１は、一端部がバルブハウジング４内に差し込まれて、バルブハウジング４との間にオイルシール（シャフトシール）２２が装着されている。また、ロータシャフト２１の先端側外周には、図示上下方向（軸線方向）に移動可能な第１スプール弁５の内周ねじ部（雌ねじ孔５７）に螺合するリードねじ部２３が形成されている。そのリードねじ部２３の外周には、図４（ｃ）に示したように、図示上下方向に貫通する切欠き部２４が形成されている。なお、アクチュエータ３として、ステッピングモータ等の駆動モータの代わりに、ブラシレスＤＣモータ、ブラシ付きの直流（ＤＣ）モータや、三相誘導電動機等の交流（ＡＣ）モータを用いても良い。また、シャフトを軸方向に往復移動させるソレノイドアクチュエータを用いても良い。
【００２８】
バルブハウジング４は、アルミニウムダイカストにより製造されて、ラジエータ通路１５を形成する冷却水配管とバイパス通路１１を形成する冷却水配管とウォータポンプ通路１６を形成する冷却水配管との接続部（合流部）に設置されており、このバルブハウジング４内部には、冷却水通路が形成されている。そして、バルブハウジング４は、第１スプール弁５を摺動自在に保持する円筒状の第１側壁部、この第１側壁部の外壁部より図示左方向に延長された円管状のウォータポンプ側配管継ぎ手、第１側壁部の外壁部より図示右方向に延長されて、第２スプール弁６を摺動自在に保持する円筒状の第２側壁部、およびこの第２側壁部の外壁部より図示上方向に延長された円管状のバイパス側配管継ぎ手等が一体的に形成されている。
【００２９】
また、このバルブハウジング４の第１側壁部の図示下端側（開口側）に設けられる嵌合部には、円筒状のバルブケース２５がスクリュー等を用いて締め付け固定されている。そして、バルブハウジング４の嵌合部とバルブケース２５の被嵌合部との間には、冷却水の洩れを防止するためのＯリング（シール材）が装着されている。なお、バルブハウジング４には、内部に冷却水通路を有する円管状のラジエータ側配管継ぎ手が一体的に形成されている。そして、バルブハウジング４の第１側壁部の内部には、ラジエータ９で放熱した低温の冷却水とラジエータ９を迂回した高温の冷却水とを合流させて混ぜ合わせるミキシング室２７が形成されている。
【００３０】
また、バルブハウジング４の第１側壁部の図示上端側と区画壁と第１スプール弁５の軸線方向の一端面（図示上端面）とで囲まれた空間は、第１スプール弁５の軸線方向の移動に伴って内容積が変化する第１容積可変空間３１とされている。また、バルブハウジング４の第２側壁部の図示右端側とプラグと第２スプール弁６の軸線方向の一端面（図示右端面）とで囲まれた空間は、第２スプール弁６の軸線方向の移動に伴って内容積が変化する第２容積可変空間３２とされている。また、ミキシング室２７よりも図示下端側の第１側壁部は、図示上端側の第１側壁部の内径よりも径大化されており、その内部およびバルブケース２５の内部には、ラジエータ９からミキシング室２７内に冷却水を流入させるためのラジエータ側通路（第１入口ポート）３４が形成されている。
【００３１】
また、バルブハウジング４の第２側壁部およびバイパス側配管継ぎ手の内部には、バイパス通路１１からミキシング室２７内に冷却水を流入させるためのバイパス側通路（第２入口ポート）３５が形成されている。また、バルブハウジング４のウォータポンプ側配管継ぎ手の内部には、ミキシング室２７からウォータポンプ通路１６を経由してウォータポンプ８側に冷却水を流出させるためのポンプ側通路（出口ポート）３７が形成されている。なお、バルブハウジング４の第１側壁部（ミキシング室２７）は、これらの３つのラジエータ側通路３４、バイパス側通路３５およびウォータポンプ側通路３７を断面略Ｔ字状に接続している。
【００３２】
ここで、バルブハウジング４の第１側壁部には、ミキシング室２７とラジエータ側通路３４とを区画するための略円筒状の第１枠状壁（第１区画壁）が一体的に設けられている。その第１枠状壁の内周面は、第１スプール弁５の第１シール部が摺動する第１摺動部（第１弁座）となっている。また、バルブハウジング４の第２側壁部には、ミキシング室２７とバイパス側通路３５とを区画するための略円筒状の第２枠状壁（第２区画壁）が一体的に設けられている。その第２枠状壁の内周面は、第２スプール弁６の第２シール部が摺動する第２摺動部（第２弁座）となっている。そして、第１摺動部の図示下方側に隣設する第１側壁部および第２摺動部の図示左方側に隣設する第２側壁部の各内壁面には、第１、第２スプール弁５、６をその軸線方向に案内するための凸状の第１、第２ガイド４ａ、４ｂが一体的に形成されている。
【００３３】
そして、第１摺動部の図示下方側に隣設する第１側壁部の内周は、開口部となっており、その開口部は、第１スプール弁５の第１弁孔を形成する第１冷却水通過口（第１冷却水流路）４１を構成している。この第１冷却水流路４１は、図４（ｂ）に示したように、隣設する２つの第１ガイド４ａと第１スプール弁５の外周とバルブハウジング４の第１側壁部の内周とに囲まれた空間であって、第１スプール弁５の開弁時に、ミキシング室２７を介してラジエータ側通路３４とウォータポンプ側通路３７とを連通するように設けられている。また、第２摺動部の図示左方側に隣設する第２側壁部の内周は、開口部となっており、その開口部は、第２スプール弁６の第２弁孔を形成する第２冷却水通過口（第２冷却水流路）４２を構成している。この第２冷却水流路４２は、隣設する２つの第２ガイド４ｂと第２スプール弁６の外周とバルブハウジング４の第２側壁部の内周とに囲まれた空間であって、第２スプール弁６の開弁時に、ミキシング室２７を介してバイパス側通路３５とウォータポンプ側通路３７とを連通するように設けられている。
【００３４】
第１スプール弁５は、システムフェール時のオーバーヒートを避けるため、リターンスプリング４４等の弁体付勢手段によって開弁方向に付勢されている。この第１スプール弁５は、バルブハウジング４の区画壁に固定された回転止めピン（係止部）５１によって回転方向の作動が規制されており、アクチュエータ３のロータシャフト２１のリードねじ部２３の回転によって、ロータシャフト２１の軸方向と同一方向の軸線方向（図示上下方向）に往復移動する。そして、第１スプール弁５は、アクチュエータ３のロータシャフト２１の駆動トルクを受けて軸線方向への推進力が与えられることで、第１冷却水流路４１の流路開口面積を変更してラジエータ流量を制御するラジエータ流量制御バルブである。
【００３５】
この第１スプール弁５は、バルブハウジング４の２つの第１摺動部に摺動自在に支持される２つのランド部（凸状部、シール部、最外径部）、これらのランド部を連結する円筒状部、およびこの円筒状部の半径方向の一方側（第２スプール弁６側）に設けられる略円弧状の側壁部等を有している。２つのランド部の外周には、バルブハウジング４の２つの第１摺動部に液密的に密着するリングシール４７が嵌め込まれるリング溝がそれぞれ形成されている。これらのランド部のうちの軸線方向の一端側（図示上端側）に位置する一方側のランド部は、リングシール４７を伴ってミキシング室２７と第１容積可変空間３１とを液密的に区画するように設けられている。つまり、一方側のランド部の一端面は、バルブハウジング４の第１容積可変空間３１に臨むように設置されている。なお、一方側のランド部は、バルブハウジング４の第１摺動部（図示上側部）の内周に摺動自在に支持されている。
【００３６】
また、２つのランド部のうちの軸線方向の他端側（図示下端側）に位置する他方側のランド部は、リングシール４７を伴ってミキシング室２７とラジエータ側通路３４または第１冷却水流路４１とを液密的に区画するように設けられている。つまり、他方側のランド部の他端面は、バルブハウジング４のラジエータ側通路３４または第１冷却水流路４１に臨むように設置されている。なお、他方側のランド部は、バルブハウジング４の第１摺動部（図示下側部）および複数の第１ガイド４ａの内周に摺動自在に支持されている。このように、２つのランド部と２つの第１摺動部との位置関係（軸線方向の寸法）を所定の条件に設定することにより、アクチュエータ回転角に対して所定のラジエータ流量特性（図１（ｂ）の実線参照）を得ることができる。
【００３７】
円筒状部の外周には、２つのランド部間に位置する凹状部が周方向に部分的に設けられており、その凹状部は、ミキシング室２７の一部を構成している。また、円筒状部の内周には、ロータシャフト２１のリードねじ部２３に螺合する内周ねじ部が形成されている。したがって、ロータシャフト２１のリードねじ部２３と第１スプール弁５の円筒状部の内周ねじ部とが、ロータシャフト２１の回転運動を軸線方向の直線運動に変換する運動方向変換手段を構成する。そして、第１スプール弁５の側壁部には、回転止めピン５１が差し込まれたピン挿入部よりも外径の大きい肉厚部（最外径部）が形成されており、その肉厚部の外側面には、第２スプール弁６を第１スプール弁５に連動させるためのプロフィール５２が形成されている。このプロフィール５２は、凹部と凸部とで構成されており、アクチュエータ回転角に対して所定のバイパス流量特性（図１（ｂ）の破線参照）が得られるような凹凸形状とされている。
【００３８】
なお、本実施例のプロフィール５２は、第２スプール弁６をその軸線方向（つまり第１スプール弁５の軸線方向に対して直交する方向）に駆動するためのカムフェイスを構成する部分で、第１スプール弁５の軸線方向と同一の方向に位置する凹部（平坦部分）、第１スプール弁５の軸線方向に対して所定の傾きを持ち、次第に外径が増加する傾斜部分、第１スプール弁５の軸線方向に対して所定の傾きを持ち、次第に外径が減少する傾斜部分、第１スプール弁５の軸線方向と同一の方向に位置する凹部（平坦部分）等により構成されている。また、２つの傾斜部分は、凸部を構成するもので、通常時の始動時寄りの時に第２スプール弁６の頭部（ボール５５）が当接する傾斜部分の方が、通常時から高負荷時に第２スプール弁６の頭部（ボール５５）が当接する傾斜部分よりも傾斜角度が急角度となっている。
【００３９】
ここで、図４（ｃ）に示したように、第１スプール弁５の円筒状部の内周（雌ねじ孔５７）と上述したアクチュエータ３のロータシャフト２１のリードねじ部２３の外周に形成された切欠き部２４との間には、第１スプール弁５の軸線方向の両端面、つまり２つのランド部の両端面を連通し、且つ第１スプール弁５をその軸線方向に貫通する第１圧力調整通路６１が形成されている。その第１圧力調整通路６１は、第１容積可変空間３１と冷却水通路（本例ではラジエータ側通路３４または第１冷却水流路４１）とを連通し、第１スプール弁５の軸線方向の両端側の圧力を均一化するための均圧通路（第１連通路、圧力調整孔）である。
【００４０】
第２スプール弁６は、セットスプリング４５等の弁体付勢手段によって第１スプール弁５の側壁部に形成されたプロフィール５２にボール５５を介して常時当接するように付勢されており、第１スプール弁５の軸線方向への移動によって、ロータシャフト２１の軸方向に対して直交する軸線方向（図示左右方向）に往復移動する。そして、第２スプール弁６は、プロフィール５２の凸凹形状に沿って位置が変化するボール５５を介して、アクチュエータ３のロータシャフト２１の駆動トルクを間接的に受けて、軸線方向への推進力が与えられることで、第２冷却水流路４２の流路開口面積を変更してバイパス流量を制御するバイパス流量制御バルブである。
【００４１】
この第２スプール弁６は、バルブハウジング４の２つの第２摺動部に摺動自在に支持される２つのランド部、およびこれらのランド部を連結する円筒状部等を有している。２つのランド部のうちの軸線方向の一端側（図示右端側）に位置する一方側のランド部は、バイパス側通路３５と第２容積可変空間３２とを液密的に区画するように設けられている。つまり、一方側のランド部の一端面は、バルブハウジング４の第２容積可変空間３２に臨むように設置されている。なお、一方側のランド部は、バルブハウジング４の第２摺動部（図示右側部）の内周に摺動自在に支持されている。また、第２容積可変空間３２の開口側は、気密プラグ５８によって気密的に閉塞されている。
【００４２】
また、２つのランド部のうちの軸線方向の他端側（図示左端側）に位置する他方側のランド部は、バイパス側通路３５とミキシング室２７または第２冷却水流路４２とを液密的に区画するように設けられている。つまり、他方側のランド部の他端面は、バルブハウジング４のミキシング室２７または第２冷却水流路４２に臨むように設置されている。そして、他方側のランド部の他端面の中央部からは、第２スプール弁６の軸線方向の外方側（第１スプール弁５側）に突出する凸状部が延長されており、この凸状部の先端面には、ボール５５を保持する保持溝６４が形成されている。なお、他方側のランド部は、バルブハウジング４の第２摺動部（図示左側部）および複数の第２ガイド４ｂの内周に摺動自在に支持されている。このように、２つのランド部と２つの第２摺動部との位置関係（軸線方向の寸法）を所定の条件に設定し、第１スプール弁５のプロフィール５２を所定の凹凸形状に設定することにより、アクチュエータ回転角に対して所定のバイパス流量特性（図１（ｂ）の破線参照）を得ることができる。
【００４３】
円筒状部の外周には、２つのランド部間に位置する凹状部が周方向に部分的に設けられており、その凹状部は、バイパス側通路３５の一部を構成している。また、円筒状部の内部には、図２および図４（ａ）に示したように、第２スプール弁６の軸線方向の両端面、つまり２つのランド部の両端面を連通し、且つ第２スプール弁６をその軸線方向に貫通する第２圧力調整通路６２が形成されている。その第２圧力調整通路６２は、第２容積可変空間３２と冷却水通路（本例ではミキシング室２７または第２冷却水流路４２）とを連通し、第２スプール弁６の軸線方向の両端側の圧力を均一化するための均圧通路（第２連通路、圧力調整孔）である。また、本実施例では、第２スプール弁６に保持溝６４を有する凸状部が設けられているため、第２圧力調整通路６２を図示左側でＬ字状に屈曲させている。
【００４４】
［実施例１の作用］
次に、本実施例の水冷式のエンジン冷却装置の作用を図１ないし図４に基づいて簡単に説明する。
【００４５】
本実施例の水冷式のエンジン冷却装置は、図１（ｂ）に示したように、エンジン１の運転状態に応じて第１、第２スプール弁５、６のバルブ開度（弁開度）を変更するようにＥＣＵによって冷却水流量制御弁２のアクチュエータ３を電子制御している。そして、第１スプール弁５は、アクチュエータ３のロータシャフト２１の回転運動を直線運動に変換するリードねじ部２３を介して、ロータシャフト２１の駆動トルクを直接的に受けて第１スプール弁５の軸線方向（開弁方向または閉弁方向）に移動することで、第１冷却水流路４１の流路開口面積が増加または減少する。これにより、ラジエータ循環経路中を循環する冷却水の流量（ラジエータ流量）がエンジン１の運転状態に対応して制御される。
【００４６】
一方、第２スプール弁６は、上記の第１スプール弁５、およびこの第１スプール弁５に一体的に設けられたプロフィール５２に乗り上げるボール５５を介して、ロータシャフト２１の駆動トルクを間接的に受けて第２スプール弁６の軸線方向（開弁方向または閉弁方向）に移動することで、第２冷却水流路４２の流路開口面積が増加または減少する。これにより、バイパス循環経路中を循環する冷却水の流量（バイパス流量）がエンジン１の運転状態に対応して制御される。したがって、エンジン１の運転状態に対応してラジエータ流量とバイパス流量とを精密に制御することが可能となり、エンジン１のウォータジャケット１２を循環する冷却水の温度がエンジン１の運転状態に対応した最適な冷却水温となる。
【００４７】
ここで、本実施例の第１、第２スプール弁５、６は、エンジン１の運転状態に対応して下記のように制御される。先ず、エンジン１の始動時には、アクチュエータ３がエンジン１の運転状態に応じて第１、第２スプール弁５、６をその軸線方向に駆動する。このとき、図２に示したように、第１スプール弁５の２つのランド部のうちの一方側のランド部がバルブハウジング４の第１摺動部（図示上側部）の内周に摺接しており、また、他方側のランド部がバルブハウジング４の第１摺動部（図示下側部：第１弁座）の内周に摺接しているので、第１冷却水流路４１とミキシング室２７およびウォータポンプ側通路３７との連通状態が遮断されている。
【００４８】
一方、図２に示したように、第２スプール弁６の２つのランド部のうちの一方側のランド部がバルブハウジング４の第２摺動部（図示右側部）の内周に摺接しており、また、他方側のランド部がバルブハウジング４の第２摺動部（図示左側部：第２弁座）の内周に摺接しているので、バイパス側通路３５と第２冷却水流路４２およびミキシング室２７との連通状態が遮断されている。これにより、エンジン１の始動時には、図１（ｂ）に示したように、第１、第２スプール弁５、６が共に開弁せず、ラジエータ循環経路中を強制的に循環するラジエータ流量、およびバイパス循環経路中を強制的に循環するバイパス流量は共に０（ゼロ）となる。
【００４９】
次に、エンジン１の通常時、特にエンジン側冷却水温センサによって検出したエンジン冷却水温が所定値（例えば６０〜７８℃程度）以下の時には、アクチュエータ３が始動時バルブ位置よりも更に軸線方向の図示下方側に第１スプール弁５を駆動する。このとき、図３（ａ）に示したように、第１スプール弁５の２つのランド部のうちの一方側のランド部がバルブハウジング４の第１摺動部（図示上側部）の内周に摺接しており、また、他方側のランド部がバルブハウジング４の第１摺動部（図示下側部：第１弁座）の内周に摺接しているので、第１冷却水流路４１とミキシング室２７およびウォータポンプ側通路３７との連通状態が遮断されている。
【００５０】
一方、図３（ａ）に示したように、第２スプール弁６は、ボール５５が第１スプール弁５の側壁部の肉厚部の外側面に一体的に設けられたプロフィール５２に乗り上げるため、第２スプール弁６の２つのランド部のうちの他方側のランド部がバルブハウジング４の第２摺動部（図示左側部：第２弁座）より離座して、バイパス側通路３５と第２冷却水流路４２およびミキシング室２７とが連通状態となる。これにより、エンジン１の通常時、特にエンジン側冷却水温センサによって検出したエンジン冷却水温が所定値（例えば６０〜７８℃程度）以下の時には、図１（ｂ）に示したように、第１スプール弁５が閉弁状態を継続し、第２スプール弁６が開弁するため、ラジエータ循環経路中を強制的に循環するラジエータ流量は０（ゼロ）のままだが、バイパス循環経路中を強制的に循環するバイパス流量は第２スプール弁６のリフト量に応じた流量となる。
【００５１】
したがって、第２スプール弁６のみが軸線方向（開弁方向）に移動して開弁することで、ウォータポンプ８より吐出された冷却水が、図１（ａ）および図３（ａ）に示したように、エンジン１のウォータジャケット１２→冷却水通路１３→バイパス通路１１→バイパス側通路３５→第２冷却水流路４２→ミキシング室２７→ウォータポンプ側通路３７→ウォータポンプ通路１６を経由してウォータポンプ８に戻されるため、エンジン１のウォータジャケット１２を循環する冷却水の温度が所定値付近まで高くなっていく。
【００５２】
次に、エンジン１の通常時、特にエンジン側冷却水温センサによって検出したエンジン冷却水温が所定値（例えば６０〜７８℃程度）よりも高温の時には、アクチュエータ３が上記の通常時バルブ位置よりも更に軸線方向の図示下方側に第１スプール弁５を駆動する。このとき、第１スプール弁５の２つのランド部のうちの他方側のランド部がバルブハウジング４の第１摺動部（図示下側部：第１弁座）より離座して、第１冷却水流路４１とミキシング室２７およびウォータポンプ側通路３７とが連通状態となる。
【００５３】
一方、第２スプール弁６は、ボール５５がプロフィール５２の最大外径部分を乗り越えるため、第２スプール弁６はセットスプリング４５の付勢力により軸線方向（閉弁方向）に移動し始める。これにより、エンジン１の通常時、特にエンジン側冷却水温センサによって検出したエンジン冷却水温が所定値（例えば６０〜７８℃程度）よりも高温の時には、図１（ｂ）に示したように、第１スプール弁５が開弁し始め、第２スプール弁６が閉弁方向に移動し始めるため、ラジエータ循環経路中を強制的に循環するラジエータ流量は第１リフト量に応じた流量となり、また、バイパス循環経路中を強制的に循環するバイパス流量は第２スプール弁６のリフト量に応じた流量となる。
【００５４】
したがって、第１スプール弁５は軸線方向（開弁方向）に移動して開弁し、第２スプール弁６は軸線方向（閉弁方向）に移動する未だ開弁状態を継続することで、ウォータポンプ８より吐出された冷却水が、図１（ａ）に示したように、エンジン１のウォータジャケット１２→冷却水通路１３→ラジエータ通路１４→ラジエータ９→ラジエータ通路１５→ラジエータ側通路３４→第１冷却水流路４１→ミキシング室２７→ウォータポンプ側通路３７→ウォータポンプ通路１６を経由してウォータポンプ８に戻される。また、ウォータポンプ８より吐出された冷却水は、エンジン１のウォータジャケット１２→冷却水通路１３→バイパス通路１１→バイパス側通路３５→第２冷却水流路４２→ミキシング室２７→ウォータポンプ側通路３７→ウォータポンプ通路１６を経由してウォータポンプ８に戻されるため、エンジン１のウォータジャケット１２を循環する冷却水の温度が所定値付近に保たれる。
【００５５】
次に、エンジン１の高負荷時には、アクチュエータ３が上記の通常時バルブ位置よりも更に軸線方向の図示下方側に第１スプール弁５を駆動する。このとき、第１スプール弁５は、図３（ｂ）に示したように、その軸線方向（開弁方向）に更に移動して第１冷却水流路４１の開口面積も上記の通常時バルブ位置よりも更に広くなる。一方、第２スプール弁６は、ボール５５がプロフィール５２の最小外径部分に押し付けられるため、第２スプール弁６の２つのランド部がバルブハウジング４の第２摺動部の内周に摺接して着座するので、バイパス側通路３５と第２冷却水流路４２およびミキシング室２７との連通状態が遮断される。これにより、エンジン１の高負荷時には、図１（ｂ）に示したように、第１スプール弁５のみが開弁を継続し、第２スプール弁６が閉弁するため、バイパス循環経路中を強制的に循環するバイパス流量は０（ゼロ）に戻るが、ラジエータ循環経路中を強制的に循環するラジエータ流量は第１スプール弁５のリフト量に応じた流量となる。
【００５６】
したがって、第１スプール弁５は軸線方向（開弁方向）に移動して開弁し、第２スプール弁６は軸線方向（閉弁方向）に移動して閉弁することで、ウォータポンプ８より吐出された冷却水が、図１（ａ）および図３（ｂ）に示したように、エンジン１のウォータジャケット１２→冷却水通路１３→ラジエータ通路１４→ラジエータ９→ラジエータ通路１５→ラジエータ側通路３４→第１冷却水流路４１→ミキシング室２７→ウォータポンプ側通路３７→ウォータポンプ通路１６を経由してウォータポンプ８に戻されるため、エンジン１のウォータジャケット１２を循環する冷却水が冷やされて冷却水の温度が所定値付近に保たれる。なお、図１（ｂ）に示したように、エンジン１の高負荷時であっても、第２スプール弁６を完全に閉弁せず、第２冷却水流路４２の開口面積を上記の通常時バルブ位置よりも狭くするだけでも良い。
【００５７】
［実施例１の効果］
以上のように、本実施例のエンジン冷却装置においては、冷却水流量制御弁２のアクチュエータ３のロータシャフト２１の駆動トルクを直接的に受けて、図示上下方向の軸線方向に駆動制御される第１スプール弁５の円筒状部の内周とアクチュエータ３のロータシャフト２１のリードねじ部２３の外周に形成された切欠き部２４との間に、第１スプール弁５の軸線方向の両端面、つまり２つのランド部の両端面を連通し、且つ第１スプール弁５の軸線方向に貫通する第１圧力調整通路６１を形成している。これによって、第１スプール弁５の図示上側の第１容積可変空間３１と第１スプール弁５の図示下側の冷却水通路（本例ではラジエータ側通路３４または第１冷却水流路４１）とが連通するため、第１スプール弁５の軸線方向の両端側の圧力（Ｐ１＝Ｐ２）が図示上下同一の水圧となり均一化される。したがって、第１スプール弁５がその軸線方向（図示上下方向）に移動する際の圧力負荷をキャンセルすることができる。
【００５８】
一方、冷却水流量制御弁２のアクチュエータ３のロータシャフト２１の駆動トルクを間接的に受けて、図示左右方向の軸線方向に駆動制御される第２スプール弁６の円筒状部の内部には、第２スプール弁６の軸線方向の両端面、つまり２つのランド部の両端面を連通し、且つ第２スプール弁６の軸線方向に貫通する第２圧力調整通路６２を形成している。これによって、第２スプール弁６の図示右側の第２容積可変空間３２と第２スプール弁６の図示左側の冷却水通路（本例ではミキシング室２７または第２冷却水流路４２）とが連通するため、第２スプール弁６の軸線方向の両端側の圧力（Ｐ３＝Ｐ４）が図示左右同一の水圧となり均一化される。したがって、第２スプール弁６がその軸線方向（図示左右方向）に移動する際の圧力負荷をキャンセルすることができる。
【００５９】
これによって、冷却水流量制御弁２の第１、第２スプール弁５、６の開弁状態または閉弁状態に関わらず、また、ラジエータ流圧力またはバイパス流圧力に関わらず、冷却水流量制御弁２のアクチュエータ３の駆動負荷を最小限に抑えることができる。したがって、アクチュエータ３の体格を小型化することができ、更にアクチュエータ３のロータシャフト２１の回転速度を所定の減速比となるように減速する減速機を削減することができるので、コストダウンとなる。また、第１、第２スプール弁５、６は、プロフィール５２の形状を変更するのみで、図１（ｂ）に示したアクチュエータ回転角に対する流量特性を自由に変更することができるので、搭載するシステムや車種の要求によらず、主要部品を共通化することができ、開発工数の低減化も図ることができる。
【実施例２】
【００６０】
図５は本発明の実施例２を示したもので、図５（ａ）は冷却水流量制御弁の主要構造を示した図で、図５（ｂ）は冷却水流量制御弁の主要構造を示した図で、図５（ｃ）は冷却水流量制御弁の全体構造を示した図である。
【００６１】
本実施例では、冷却水流量制御弁２のアクチュエータ３のロータシャフト２１のリードねじ部２３を図示上下方向に貫通する切欠き部２４を設ける代わりに、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、第１スプール弁５の円筒状部の内周（雌ねじ孔５７）の一箇所または複数箇所を半径方向に広げて、つまり第１スプール弁５の円筒状部を略馬蹄形状に拡管して、第１スプール弁５をその軸線方向に貫通する１つまたは複数の第１圧力調整通路６１を形成している。
【００６２】
また、本実施例では、冷却水流量制御弁２のアクチュエータ３のロータシャフト２１のリードねじ部２３を図示上下方向に貫通する切欠き部２４を設ける代わりに、図５（ｃ）に示したように、リードねじ部２３および第１スプール弁５の円筒状部の雌ねじ孔５７以外の部分（例えば回転止めピン５１が差し込まれるピン穴部６８）を利用して、第１スプール弁５をその軸線方向に貫通する第１圧力調整通路６１を形成している。この場合には、第１スプール弁５をその軸線方向に貫通する第１圧力調整通路６１の大きさの自由度がリードねじ部２３の切欠き部２４を用いる場合に比べて高く、例えば冷却水の粘性が高い場合には、第１圧力調整通路６１の通路断面積を大きくとることで、第１容積可変空間３１と冷却水通路（本例ではラジエータ側通路３４または第１冷却水流路４１）との間を冷却水がスムーズに流れ易くなる。
【実施例３】
【００６３】
図６は本発明の実施例３を示したもので、図６（ａ）は冷却水流量制御弁の全体構造を示した図で、図６（ｂ）は冷却水流量制御弁の全体構造を示した図である。
【００６４】
本実施例では、冷却水流量制御弁２のアクチュエータ３のロータシャフト２１のリードねじ部２３を図示上下方向に貫通する切欠き部２４を設ける代わりに、図６（ａ）に示したように、リードねじ部２３および第１スプール弁５の円筒状部の雌ねじ孔５７以外の部分、例えば２つのランド部を連結する単独の円柱状連結部６９を利用して、第１スプール弁５をその軸線方向に貫通する第１圧力調整通路６１を形成している。この場合には、第１スプール弁５をその軸線方向に貫通する第１圧力調整通路６１の大きさの自由度がリードねじ部２３の切欠き部２４を用いる場合に比べて高く、例えば冷却水の粘性が高い場合には、第１圧力調整通路６１の通路断面積を大きくとることで、第１容積可変空間３１と冷却水通路（本例ではラジエータ側通路３４または第１冷却水流路４１）との間を冷却水がスムーズに流れ易くなる。
【００６５】
また、上記の実施例１、２においては、ボール５５が第１スプール弁５の側壁部の肉厚部の外側面に一体的に設けられたプロフィール５２に乗り上げることで、第２スプール弁６をその軸線方向（開弁方向または閉弁方向）に移動させるようにしているが、第１スプール弁５のプロフィール５２により第２スプール弁６をその軸線方向に移動させる際に必ずしもボール５５を介する必要はなく、コロ等の滑り易い物体を介したり、図６（ｂ）に示したように、第１スプール弁５のプロフィール５２により、半球面形状の頭部７０を有する第２スプール弁６を直接的にその軸線方向に移動させる構造としても良い。このように、第２スプール弁６をその軸線方向にスムーズに移動させることが可能な構造を確保することができれば、ボール５５やコロ等の滑り易い物体は不要となる。これにより、部品点数や組付工数を減少できるので、コストダウンを図ることができる。
【実施例４】
【００６６】
図７は本発明の実施例４を示したもので、冷却水流量制御弁の全体構造を示した図である。
【００６７】
本実施例では、第１スプール弁５の２つのランド部のうちの軸線方向の他端側（図示下端側）に位置する他方側のランド部の他端面に、整流機能を有する羽根部７１を一体的に設けている。これにより、バルブハウジング４のラジエータ側通路３４または第１冷却水流路４１が整流形状となるので、ラジエータ９側より冷却水流量制御弁２の内部に流入する冷却水の通水抵抗を低減することができる。したがって、例えば同一の吐出能力を持つウォータポンプ８を使用する場合においては、第１スプール弁５のバルブ全開流量を増やすことができ、ラジエータ９の冷却性能を最大限に引き出すことができる。
【実施例５】
【００６８】
図８および図９は本発明の実施例５を示したもので、図８（ａ）は冷却水流量制御弁を示した図で、図８（ｂ）は冷却水流量制御弁を示した図で、図９（ａ）は水冷式のエンジン冷却装置を示した図で、図９（ｂ）はアクチュエータ回転角に対するラジエータ流量特性、バイパス流量特性およびヒータ流量特性を示したグラフである。
【００６９】
本実施例のエンジン冷却装置の冷却水回路は、ウォータポンプ８より吐出された冷却水を、エンジン１→ラジエータ９→冷却水流量制御弁２→ウォータポンプ８の順に循環させるラジエータ循環経路と、ウォータポンプ８より吐出された冷却水を、エンジン１→バイパス通路１１→冷却水流量制御弁２→ウォータポンプ８の順に循環させるバイパス循環経路と、ウォータポンプ８より吐出された冷却水を、エンジン１→エアコン用ヒータコア（温水式ヒータ）１０→冷却水流量制御弁２→ウォータポンプ８の順に循環させるヒータ循環経路とを有している。
【００７０】
温水式ヒータ１０は、自動車等の車両の車室内を空調するエアコン用空調ダクト内に設置されている。この温水式ヒータ１０は、一対のタンク間に、内部を冷却水が流れる複数のチューブを列設したコア部を有している。そして、温水式ヒータ１０は、冷却水と送風機（図示せず）の回転により発生する空調風によりチューブの外側を通過する空気とチューブの内部を流れる冷却水とを熱交換させて、エバポレータを通過した空気を再加熱すると共に、エンジン１の排熱を吸収して冷却水温が高くなった冷却水を冷却（空冷）する熱交換器（放熱器）である。なお、温水式ヒータ１０は、エンジン１の流出口より流出する高温の冷却水が流れるヒータ通路１７、１８間に介装されている。なお、ヒータ通路１８の下流端は、冷却水流量制御弁２の上流端に液密的に連通するように設けられている。
【００７１】
本実施例の冷却水流量制御弁２は、上記の実施例１〜４の基本構成に加えて、ヒータ流量を制御するヒータ流量制御用弁体（以下第３スプール弁と呼ぶ）７を備えている。この第３スプール弁７は、第２スプール弁６と略同様な構成で、セットスプリング４６等の弁体付勢手段によって第１スプール弁５の側壁部に形成されたプロフィール５３にボール５６を介して常時当接するように付勢されており、第１スプール弁５の軸線方向への移動によって、ロータシャフト２１の軸方向に対して直交する軸線方向（図示左右方向）に往復移動する。そして、第３スプール弁７は、プロフィール５３の凸凹形状に沿って位置が変化するボール５６を介して、アクチュエータ３のロータシャフト２１の駆動トルクを間接的に受けて、軸線方向への推進力が与えられることで、第３冷却水流路４３の流路開口面積を変更してヒータ流量を制御するヒータ流量制御バルブである。なお、第３冷却水流路４３は、第３スプール弁７の開弁時に、ヒータ側通路３６と第３冷却水流路４３、ミキシング室２７およびウォータポンプ側通路３７とを連通するように設けられている。
【００７２】
この第３スプール弁７は、バルブハウジング４の２つの第３摺動部に摺動自在に支持される２つのランド部、およびこれらのランド部を連結する円筒状部等を有している。２つのランド部のうちの軸線方向の一端側（図示右端側）に位置する一方側のランド部は、ヒータ側通路３６と第３容積可変空間３３とを液密的に区画するように設けられている。つまり、一方側のランド部の一端面は、バルブハウジング４の第３容積可変空間３３に臨むように設置されている。なお、一方側のランド部は、バルブハウジング４の第３摺動部（図示右側部）の内周に摺動自在に支持されている。また、第３容積可変空間３３の開口側は、気密プラグ５９によって気密的に閉塞されている。また、第３摺動部の図示左方側に隣設する第３側壁部の各内壁面には、第３スプール弁７をその軸線方向に案内するための凸状の第３ガイド４ｃが一体的に形成されている。
【００７３】
また、２つのランド部のうちの軸線方向の他端側（図示左端側）に位置する他方側のランド部は、ヒータ側通路３６とミキシング室２７または第３冷却水流路４３とを液密的に区画するように設けられている。つまり、他方側のランド部の他端面は、バルブハウジング４のミキシング室２７または第３冷却水流路４３に臨むように設置されている。そして、他方側のランド部の他端面の中央部からは、第３スプール弁７の軸線方向の外方側（第１スプール弁５側）に突出する凸状部が延長されており、この凸状部の先端面には、ボール５６を保持する保持溝６５が形成されている。なお、他方側のランド部は、バルブハウジング４の第３摺動部（図示左側部）および複数の第２ガイド４ｂの内周に摺動自在に支持されている。このように、２つのランド部と２つの第３摺動部との位置関係（軸線方向の寸法）を所定の条件に設定し、第１スプール弁５のプロフィール５３を所定の凹凸形状に設定することにより、アクチュエータ回転角に対して所定のヒータ流量特性（図９（ｂ）の一点鎖線参照）を得ることができる。
【００７４】
円筒状部の外周には、２つのランド部間に位置する凹状部が周方向に部分的に設けられており、その凹状部は、ヒータ側通路３６の一部を構成している。また、円筒状部の内部には、図８（ａ）、（ｂ）に示したように、第３スプール弁７の軸線方向の両端面、つまり２つのランド部の両端面を連通し、且つ第３スプール弁７をその軸線方向に貫通する第３圧力調整通路６３が形成されている。その第３圧力調整通路６３は、第３容積可変空間３３と冷却水通路（本例ではミキシング室２７または第３冷却水流路４３）とを連通し、第３スプール弁７の軸線方向の両端側の圧力を均一化するための均圧通路（第３連通路、圧力調整孔）である。また、本実施例では、第３スプール弁７に保持溝６５を有する凸状部が設けられているため、第３圧力調整通路６３を図示左側でＬ字状に屈曲させている。なお、第３スプール弁７は、図８（ａ）に示したように、第２スプール弁６と同軸上に設けても良い。また、図８（ｂ）に示したように、第２、第３スプール弁６、７をバルブハウジング４の円周上に設けても良い。また、流量制御用弁体を更に追加する場合にも、同様に複数の流量制御用弁体を同軸上やバルブハウジング４の円周上のいずれかに追加しても良い。
【００７５】
以上のように、本実施例の冷却水流量制御装置においては、アクチュエータ３の駆動負荷を大きく増大させることなく、ラジエータ９、バイパス通路１１に加え、温水式ヒータ１０への流量も制御できるため、独立したヒータバルブを用いる場合に比較し小型化することができる。また、ラジエータ９、バイパス通路１１とは異なる作動をさせることができるため、例えば図９（ｂ）に示したヒータ優先時のようにラジエータ９、バイパス通路１１が閉じている時に、ヒータ通路１７、１８のみを開けることにより、急速に温水式ヒータ１０を暖めたい場合に、エンジン熱をヒータ暖気用に集中させることができる。また、複数の流量制御用弁体は、バルブハウジング４に対し、円周上の如何様にも組み合わせて設置できるので、システムに合わせ最適な配置の設計とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）は水冷式のエンジン冷却装置を示した概略構成図で、（ｂ）はアクチュエータ回転角に対するラジエータ流量特性およびバイパス流量特性を示したグラフである（実施例１）。
【図２】始動時バルブ位置を示した縦断面図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は通常時バルブ位置を示した縦断面図で、（ｂ）は高負荷時バルブ位置を示した縦断面図である（実施例１）。
【図４】（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図で、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図で、（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図である（実施例１）。
【図５】（ａ）は冷却水流量制御弁の主要構造を示した横断面図で、（ｂ）は冷却水流量制御弁の主要構造を示した横断面図で、（ｃ）は冷却水流量制御弁の全体構造を示した縦断面図である（実施例２）。
【図６】（ａ）は冷却水流量制御弁の全体構造を示した縦断面図で、（ｂ）は冷却水流量制御弁の全体構造を示した縦断面図である（実施例３）。
【図７】冷却水流量制御弁の全体構造を示した縦断面図である（実施例４）。
【図８】（ａ）は冷却水流量制御弁の全体構造を示した縦断面図で、（ｂ）は冷却水流量制御弁の主要構造を示した横断面図である（実施例５）。
【図９】（ａ）は水冷式のエンジン冷却装置を示した概略構成図で、（ｂ）はアクチュエータ回転角に対するラジエータ流量特性、バイパス流量特性およびヒータ流量特性を示したグラフである（実施例５）。
【符号の説明】
【００７７】
１  エンジン
２  冷却水流量制御弁
３  アクチュエータ
４  バルブハウジング
５  第１スプール弁（ラジエータ流量制御用弁体）
６  第２スプール弁（バイパス流量制御用弁体）
７  第３スプール弁（ヒータ流量制御用弁体）
８  ウォータポンプ
９  ラジエータ
１０  温水式ヒータ
１１  バイパス通路
１２  エンジンのウォータジャケット
２１  アクチュエータのロータシャフト（シャフト）
２３  リードねじ部
２７  ミキシング室
３１  第１容積可変空間
３２  第２容積可変空間
３３  第３容積可変空間
３４  ラジエータ側通路
３５  バイパス側通路
３６  ヒータ側通路
３７  ウォータポンプ側通路
４１  第１冷却水流路
４２  第２冷却水流路
４３  第３冷却水流路
４４  リターンスプリング（ラジエータ流量制御用弁体の弁体付勢手段）
４５  セットスプリング（バイパス流量制御用弁体の弁体付勢手段）
４６  セットスプリング（ヒータ流量制御用弁体の弁体付勢手段）
５１  回転止めピン
５２  プロフィール（バイパス流量制御用弁体の駆動用プロフィール）
５３  プロフィール（ヒータ流量制御用弁体の駆動用プロフィール）
５５  ボール（第２スプール弁の頭部）
５６  ボール（第３スプール弁の頭部）
６１  第１圧力調整通路（ラジエータ流量制御用弁体の第１連通路）
６２  第２圧力調整通路（バイパス流量制御用弁体の第２連通路）
６３  第３圧力調整通路（ヒータ流量制御用弁体の第３連通路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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