(57)【要約】本発明は、体積流調整弁（３６，３８）であって、ハウジング（４０，４４）内で軸方向に移動可能な絞り体（４８，５４）が設けられており、該絞り体（４８，５４）によって、体積流が変向させられるようになっている形式のものに関する。絞り体（４８，５４）が、変向体（５４）を有しており、該変向体（５４）での変向によって形成される力が、絞り体（４８，５４）を調節するために使用されるようになっていることが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積流調整弁（３６，３８）であって、ハウジング（４０，４４）内で軸方向に移動可能な絞り体（４８，５４）が設けられており、該絞り体（４８，５４）によって、体積流が変向させられるようになっている形式のものにおいて、絞り体（４８，５４）が、変向体（５４）を有しており、該変向体（５４）での変向によって形成される力が、絞り体（４８，５４）を調節するために使用されるようになっていることを特徴とする、体積流調整弁。
【請求項２】
可能な限り大きな調節力が、可能な限り僅かな流れ抵抗で生ぜしめられるように、変向体（５４）の輪郭部（５６）が形成されている、請求項１記載の体積流調整弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の体積流調整弁（３６，３８）であって、絞り体（４８，５４）が設けられており、該絞り体（４８，５４）が、変向体として働く底部分（５４）を備えた、軸方向で通流される制御シリンダ（４８）を有しており、底部分（５４）の領域で半径方向に向けられた制御開口（５０）が、制御シリンダ（４８）に設けられており、制御開口（５０）が、ハウジング（４０，４４）内の制御縁部（６０）と協働するようになっており、ばね（７２）が、絞り体（４８，５４）を体積流の流れ方向（７０）と逆方向に負荷するようになっている形式のものにおいて、底部分（５４）が、制御シリンダ（４８）内に突入した輪郭部（５６）を有しており、該輪郭部（５６）によって、体積流が、制御開口（５０）に変向させられるようになっていることを特徴とする、請求項１または２記載の体積流調整弁。
【請求項４】
輪郭部（５６）が、その流出側で同一平面を成してかつほぼ接線方向で制御開口（５０）に続いている、請求項３記載の体積流調整弁。
【請求項５】
絞り体（４８，５４）が、その運動の間、ハウジングに対して不動のガイドシリンダ（６２）内に進入するようになっており、該ガイドシリンダ（６２）が、絞り体（４８，５４）に面した側の端部に制御縁部（６０）を有しており、該制御縁部（６０）が、その機能位置で制御開口（５０）を多かれ少なかれカバーするようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載の体積流調整弁。
【請求項６】
ガイドシリンダ（６２）が、圧力補償チャンバ（７４）を有しており、該圧力補償チャンバ（７４）が、圧力補償孔（６６，６８）を介して当該体積流調整弁（３６，３８）の流入側および／または流出側に接続されている、請求項３記載の体積流調整弁。
【請求項７】
制御シリンダ（４８）の内側輪郭が、底部分（５４）の輪郭部（５６）に向かって円錐形に先細りになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の体積流調整弁。
【請求項８】
制御シリンダ（４８）が、流入側に、半径方向外向きに突出したつば（５２）を有しており、該つば（５２）にばね（７２）が支持されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の体積流調整弁。
【請求項９】
ばね（７２）が、フラットな特性線を有しており、制御開口（５０）が、絞り体（４８，５４）の運動方向に僅かな延在長さを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の体積流調整弁。
【請求項１０】
ハウジング（４０，４４）が、２つの部分から形成されており、分離継ぎ目（４６）が、絞り体（４８，５４）の運動方向に対してほぼ横方向に延びていて、外部に対してシールされている、請求項１から９までのいずれか１項記載の体積流調整弁。
【請求項１１】
上側のハウジング部分（４０）と下側のハウジング部分（４４）とが、それぞれ１つのチューブ接続部（４２）を有している、請求項１０記載の体積流調整弁。
【請求項１２】
当該体積流調整弁（３６，３８）が、機械（２６）または構成要素（２８）の冷却ジャケット（８０）に組み込まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載の体積流調整弁。
【請求項１３】
当該体積流調整弁（３６，３８）が、自動車の暖房・冷却回路で該暖房・冷却回路の分岐管路（８４）の体積流を調整するようになっている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の体積流調整弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の体積流調整弁から出発する。
【０００２】
自動車の暖房・冷却回路には、内燃機関のほかに、さらに、極めて種々異なる形式の補機、たとえば電気機械、スタータ、ジェネレータまたは出力電子装置の電子装置構成要素、伝動装置、ハイドロリック装置構成要素等が接続されている。運転状態に応じて、補機は暖機または冷却されなければならない。この場合、このことは、冷媒を用いて自然対流または強制対流によって行われる。この場合、冷媒流は暖房・冷却回路の内部で徐々に中央のかつ要求に向けられた調整によって制御もしくは調整される。この調整の目的は、燃料消費率および有害物質エミッションを低減し、さらに、自動車の快適性を高めることである。
【０００３】
暖房・冷却回路の個々の構成要素は、冷却に課せられる種々異なる要求を有している。これらの要求を満たすためには、冷媒温度が適宜に調整され、冷媒体積流が体積流調整弁によって要求に即して調整されるかまたは少なくとも制限される。
【０００４】
体積流調整弁は、ハイドロリック装置に基づき知られていて、そこで、たとえば消費器に対する種々異なる負荷にもかかわらず、作業速度をコンスタントなままにしたい場合に使用される。このような形式の体積流調整弁では、液体は、オリフィスを備えた円筒状の絞り体が配置された入口から、絞り体のシリンダ周壁に設けられた側方の制御開口と、環状ギャップとを介して引き続き出口に流れる。この場合、制御開口が、弁ハウジングに設けられた制御縁部と協働することによって通流量を制限する。さらに、液体の通流時には、圧力差がオリフィスで生ぜしめられ、絞り体がばねに抗して移動させられる。流速が増加し、したがって、圧力差がより大きくなるにつれて、絞り体に作用する力が増加し、これによって、この絞り体がばねのばね力に抗してさらに変位させられ、側方の制御開口の通流横断面を、高められた圧力差に相応して減少させる。これによって、通流量が公称圧力差以降ほぼコンスタントなままとなる。体積流調整弁は、調整可能なばねプレロードと、逆止弁とを備えた調節可能な構成でも存在する。
【０００５】
体積流調整弁は、「Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ  Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ  ｖｏｎ  Ｂｏｓｃｈ」（第２３版、第８２１頁）に図示されている。この体積流調整弁は、軸方向に移動可能な絞り体を有している。この絞り体は、シリンダ周壁に設けられた半径方向の制御開口と、平らな底部分とを備えた、軸方向で通流される制御シリンダを有している。さらに、絞り体には測定オリフィスと圧力調整器とが配置されている。体積流を絞り体に対する負荷圧と無関係に調整するためには、圧力差が測定オリフィスで可変の絞り（圧力調整器）によってコンスタントに調整される。この場合、圧力差は、圧力調整器に作用するばね力に相当している。
【０００６】
体積流調整弁は一般的に大きな部分多様性を有していて、極めて手間をかけて製作されなければならず、高価である。さらに、体積流調整弁は、必要となる大きな減圧に基づき、熱マネージメントを備えた暖房・冷却回路での使用のために全ての範囲で適していない。この回路は幾つかの分岐部にむしろ僅かな体積流を有している。したがって、絞り体に対する体積流の流れ量は、ばねおよび絞り体の直径を有利に寸法設定するために十分でない。
【０００７】
発明の利点
本発明によれば、絞り体が変向体を有しており、この変向体での体積流の変向によって形成される力が、絞り体を調節するために使用される。この場合、変向体の輪郭部は、有利には、可能な限り大きな調節力が可能な限り僅かな流れ抵抗で生ぜしめられるように形成されている。
【０００８】
絞り体が制御シリンダと底部分とから成っている場合には、底部分が変向体として働くことができる。この場合、この変向体の輪郭部はその流入側で制御シリンダ内に突入していて、流出側で同一平面を成してかつほぼ接線方向で制御開口に続いている。底部分のこの形状によって、絞り体に作用する体積流が底部分の方向で変向させられる。この変向によって、体積流が、この体積流の速度に関連した大きさの力を絞り体に加える。これによって、絞り体が体積流に関連して調節され、これによって、絞り開口が速度の増加につれて減少する。調節力が第一に絞り体の、使用される面における静的な圧力差から生ぜしめられる公知の体積流調整弁と異なり、本発明による体積流調整弁では、流れの変向時の動的な流れ力が使用される。これによって、本発明による体積流調整弁の僅かな流れ抵抗で、より大きな力が絞り体に形成され、これによって、体積流調整弁を種々異なる使用事例、特に熱マネージメントを備えた暖房・冷却回路での使用のために簡単に寸法設定することができる。ここでは、幾つかの分岐部に小さな体積流しか存在しない。この体積流の流れ力は、公知の体積流調整弁のために必要となる圧力差を形成するために十分でない。したがって、本発明による体積流調整弁は、有利には、冷媒冷却される補機、たとえばスタータまたはジェネレータを通る冷媒体積流を、主回路に設けられた冷媒ポンプの圧送量と無関係に、冷却のために最大限必要となる体積流に制限することができる。
【０００９】
底部分の輪郭部のほかに、制御シリンダの内側輪郭部が流速および変向ひいては絞り体に作用する調節力に影響を与える。この理由から、内側輪郭部が底部分の輪郭部に向かって円錐形に先細りになっていてよい。調節力に抗して絞り体に圧力損失が作用する。この圧力損失は、流れ抵抗を、規定された限度内に保持するために可能な限り僅かであることが望ましい。したがって、本発明は、圧力補償チャンバを絞り体の下方にかつ圧力補償孔を底部分に設けている。この圧力補償孔を介して、体積流調整弁の流入側と流出側との間の静的な圧力補償が達成される。
【００１０】
調節力が、絞り体による流れ抵抗の増加時に、逆方向に作用するばね力を上回ると、絞り体が定置のガイドシリンダ内に進入する。このガイドシリンダは、絞り体に面した側の端部に制御縁部を有している。この制御縁部は制御開口をいま調節ストロークの量だけカバーしている。これによって、絞り箇所が減少し、所望の体積流が生ぜしめられる。所定の作業範囲の内部では、体積流が、圧力のさらなる増加時に、ばね特性および完全に開放された弁位置と、完全に閉鎖された弁位置との間の調節ストロークの大きさに相応して多かれ少なかれ増加する。理想事例では、体積流が目標体積流の達成後にコンスタントなままとなる。理想事例に可能な限り近づけるためには、制御開口が、絞り体に作用する調節力の僅かな増加時にすでに著しく減少させられることが望ましい。このことは、長いばねによって達成される。このばねはフラットな特性線を有している。この特性線では、ばね力が小さな調節ストロークで極めて僅かな量だけしか増加しない。調節ストロークを小さく保持するためには、制御開口が運動方向に僅かな延在長さを有している。
【００１１】
絞り体に設けられた底部分の適宜な形状付与、規定された直径を備えた圧力補償孔および固有のばね特性によって、本発明による体積流調整弁の体積流特性線が質的にかつ量的に特定の補機の要求に適合される。相応の変更時には、体積流調整弁が冷却回路の種々異なる分岐部に使用可能であり、したがって、大きな個数でかつ廉価に製作することができる。その上、体積流調整弁は公知の弁に比べて僅かな構成部材を有している。この場合、従来慣用の、ばねプレロードを調整するための装置または逆止弁は省略される。体積流調整弁はコンパクトに形成されていて、２つの部分から成るハウジングを有している。この場合、上側のハウジング部分と下側のハウジング部分とが、それぞれ１つのチューブ接続部を有しており、これによって、弁が、有利には、冷却したい補機のチューブ接続部の領域に十分に組み込まれ、付加的な構成スペースを要求しない。本発明の構成では、体積流調整弁が構造上、補機の冷却ジャケットに組み込むことができるように形成されている。これによって、別の可能性が付与されている。
【００１２】
さらなる利点は、図面に基づく以下の実施例の説明から明らかである。図面には、本発明の実施例が示してある。図面の簡単な説明、明細書および特許請求の範囲には、数多くの特徴が組み合わせて記載してある。当業者はこれらの特徴を有利には個々に考慮することもできるし、有利な別の組合せにまとめることもできる。
【００１３】
実施例の説明
シリンダヘッド１２とエンジンブロック１４とを備えた内燃機関１０は冷媒回路１６に接続されている。この冷媒回路１６では、ポンプ３０が冷媒を矢印方向に圧送する（図１参照）。冷媒はシリンダヘッド１２から、第１の冷媒路２２を成すバイパス管路を介して直接エンジンブロック１４に戻される。この小さな回路は僅かしか冷却出力を付与しないので、内燃機関１０は迅速にその運転温度に到達し、燃料消費率が有利に低減される。バイパス管路２２に対して平行に、主冷却器１８に通じる第２の冷媒路が設けられている。主冷却器１８はファン２０と協働し、冷媒から過剰の熱を奪う。第２の冷媒路の分岐部に配置されたサーモスタット弁３４は、冷媒流を主冷却器１８および／またはバイパス管路２２に分配する。サーモスタット弁３４は三方弁として形成されていて、補償容器３２に通じる付加的な接続部を有している。
【００１４】
第３の冷媒路を介して、冷媒がシリンダヘッド１２から暖房熱交換器２４に戻され、そこから内燃機関１０のエンジンブロック１４に戻される。暖房熱交換器２４は２つの構成要素から成っていて、熱を自動車（図示せず）の客室に対して提供するために働く。暖房熱交換器２４の個々の構成要素を通る通流量は調整弁３８によって制限される。この調整弁３８は、有利には、電子的な制御ユニット（図示せず）によって公知の形式で制御される。
【００１５】
さらに、冷媒回路１６には、冷媒冷却される電気機械２６、たとえばスタータまたはジェネレータおよび電子装置構成要素２８、たとえば出力トランジスタのための冷媒分岐部が設けられている。図示の例では、電気機械２６は分岐管路８４に配置されている。この分岐管路８４はバイパス管路２２に対して平行に延びている。さらに、このバイパス管路２２と分岐管路８４との間の接続管路８２には電子装置構成要素２８が配置されている。個々の補機２６，２８を通る冷媒流を要求に即して制限するためには、分岐管路８４に体積流調整弁３６が設けられている。
【００１６】
冷媒回路１６では、制御ユニットが、測定された多数の状態量に関連して、冷却システムによって包括された個々の各補機または各構成部分の冷却出力要求もしくは熱要求を検出し、冷媒流を個別にではあるものの、全システムを考慮して調整する。この場合、電気的に制御可能なポンプ３０と、弁３４，３６，３８とは、物質流および熱流を制御するために必要となる調整装置を形成している。しかし、冷却出力もしくは暖房出力に課せられる種々異なる要求に基づき、個々の冷媒分岐部は、部分的に著しく異なる冷媒体積流を有している。したがって、内燃機関１０の、主冷却器１８とバイパス管路２２とを介した冷媒分岐部を有する主冷却回路には、内燃機関１０を冷却するための比較的大きな冷媒体積流が必要となる。これと異なり、補機、たとえば電気機械２６または電子装置構成要素２８は、要求に即して冷却するために、著しく僅かな冷媒体積流を必要とする。
【００１７】
本発明による体積流調整弁３６はその絞り体４８，５４のための所要の調節力を、圧力差よりもむしろ、流入した冷媒の、変向体として働く底部分５４での変向によって生ぜしめるので、体積流調整弁３６は、たとえば内燃機関１０の冷媒回路１６における圧力調整器と体積流とが比較的僅かである使用事例のためにも適している。電気機械２６もしくは電子装置構成要素２８に通じる流入管路に配置された体積流調整弁３６は、適宜なチューブ管路に挿入されていてよい（図２参照）かまたは所属のハウジングの冷却ジャケット８０の一体の構成要素であってよい。
【００１８】
第１の構成（図２参照）では、体積流調整弁３６のハウジング４０，４４が、より簡単な製造のために分割されている。この場合、上側のハウジング部分４０と下側のハウジング部分４４との間の分離継ぎ目４６は絞り体４８，５４の調節方向に対してほぼ横方向に延びている。両ハウジング部分は、たとえば接着または溶接によってまたはシールリングの使用下でねじによってまたはこれに類するものによって互いに密に結合されている。ハウジング部分はそれぞれ１つのチューブ接続部４２を有していて、有利には射出成形法でプラスチックから製作される。
【００１９】
冷媒は、上側のハウジング部分４０に設けられた入口７６から流れ方向７０で、下側のハウジング部分４４に設けられた出口７８に向かって流れる。この場合、冷媒は、まず、軸方向に移動可能な絞り体に衝突する。この絞り体は、底部分５４を備えた制御シリンダ４８を有している。流入側では、制御シリンダ４８が、半径方向外向きに突出したつば５２を有している。このつば５２は上側のハウジング部分４０の入口７６にガイドされている。つば５２にはばね７２が一方の端部で支持されている。ばね７２の他方の端部は上側のハウジング部分４０に保持されている。
【００２０】
底部分５４は、制御シリンダ４８内に突入した輪郭部５６を有している。この輪郭部５６によって、冷媒体積流が、半径方向で制御シリンダ４８に配置された制御開口５０に変向させられる。底部分５４の輪郭部５６はその流出側で同一平面を成してかつほぼ接線方向で制御開口５０に続いているので、制御開口５０の完全な開放時に冷媒流れは実際に損失なしに変向させられる。輪郭部５６の形状および場合によっては制御シリンダ４８の内壁の形状によって、流れ横断面が減少させられ、これによって、同じ体積流で速度が増加し、この体積流の変向時にかなりの調整力を形成する。この調整力は流速の二乗にほぼ比例している。体積流がコンスタントである場合には、調整力とばね７２のばね力との間に平衡が生ぜしめられる。体積流が増加するにつれて調整力が高められると、絞り体４８，５４がばね７２のばね力に抗して、ハウジングに対して不動のガイドシリンダ６２内に押し込まれる。この場合、制御開口５０が徐々に、ガイドシリンダ６２の上側の縁部に設けられた制御縁部６０によってカバーされ、減少させられる。これによって、体積流が減少させられ、これによって、体積流が所望の量にほぼコンスタントに保持される。このことを達成するためには、制御開口５０の開放横断面が調整力の変化時に著しく変化しなければならない。このことは、有利には、長いばね７２によって達成される。このばね７２のばね力は小さな調節ストロークで僅かしか増加しない。したがって、この調節ストロークを小さく保持するためには、制御開口も調節方向で短く寸法設定される。体積流の減少時には、ばね７２が制御シリンダ４８を再び開放方向に調節し、これによって、制御開口５０の流れ横断面が再び増加する。
【００２１】
図２に示した体積流調整弁３６の構成では、ガイドシリンダ６２がウェブ６４によって下側のハウジング部分４４に保持されていて、環状ギャップ５８によって取り囲まれる。この環状ギャップ５８を通って冷媒は、制御開口５０を通過した後、出口７８に向かって流れる。この出口７８は入口７６に対して同軸的に配置されている。図３に示した構成では、出口７８が入口７６に対して横方向に配置されており、これによって、環状ギャップ５８を省略することができる。入口７６にはチューブ接続部４２が設けられている。
【００２２】
ガイドシリンダ６２は底部分５４と共に圧力補償チャンバ７４を形成している。この圧力補償チャンバ７４は、一方で圧力補償孔６６を介して入口７６に接続されていて、他方で圧力補償孔６８を介して出口７８に接続されている。圧力補償孔６６は、入口７６と出口７８との間の圧力差に影響を与える。これによって、体積流を調整するための付加的なパラメータが得られる。
【００２３】
すなわち、体積流調整弁３６の寸法設定時の重要な自由度は、底部分５４の形状と、絞り体の運動方向に僅かな延在長さを有する制御開口５０の形状と、さらに、フラットな特性線によって規定されるばね力と、さらに、体積流調整弁３６の、圧力補償孔によって影響される流れ抵抗とである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】自動車の暖房・冷却回路の概略図である。
【図２】本発明による体積流調整弁の縦断面図である。
【図３】図２に対する変化形を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  内燃機関、  １２  シリンダヘッド、  １４  エンジンブロック、  １６  冷媒回路、  １８  主冷却器、  ２０  ファン、  ２２  バイパス管路、  ２４  暖房熱交換器、  ２６  電気機械、  ２８  電子装置構成要素、  ３０  ポンプ、  ３２  補償容器、  ３４  サーモスタット弁、  ３６  体積流調整弁、  ３８  調整弁、  ４０  ハウジング部分、  ４２  チューブ接続部、  ４４  ハウジング部分、  ４６  分離継ぎ目、  ４８  制御シリンダ、  ５０  制御開口、  ５２  つば、  ５４  底部分、  ５６  輪郭部、  ５８  環状ギャップ、  ６０  制御縁部、  ６２  ガイドシリンダ、  ６４  ウェブ、  ６６  圧力補償孔、  ６８  圧力補償孔、  ７０  流れ方向、  ７２  ばね、  ７４  圧力補償チャンバ、  ７６  入口、  ７８  出口、  ８０  冷却ジャケット、  ８２  接続管路、  ８４  分岐管路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005538472.tif 000005
【国際調査報告】
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2005538472.tif 000007
2005538472.tif 000008
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