(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング壁を貫通する少なくとも１つの開口（４１，４２）を有する円筒状のハウジング（４０）と、前記少なくとも１つの開口（４１，４２）を通過する流量を制御するために、前記ハウジング（４０）の内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状の主弁（４４）と、前記主弁（４４）に作用する主弁ばね部材（４５）と、前記円筒状のハウジング（４０）の軸開口（４４）によって形成された流体入口と、前記円筒状のハウジング（４０）の周壁を貫通する第１の開口（４１）及び第２の開口（４２）によって夫々形成された第１の流体出口及び第２の流体出口と、を備えた流体制御弁（２５）であって、
前記第１の開口（４１）は、前記第２の開口（４２）から軸方向にずれており、
前記主弁（４４）は、前記円筒状のハウジング（４０）において流体制御領域（５５）及び流体主領域（５６）を区画するベース壁（５４）を備え、前記主弁（４４）の軸位置に応じて、前記流体入口から前記第１の流体出口及び前記第２の流体出口への流量を夫々制御するように構成され、
前記ベース壁（５４）は、前記流体制御領域（５５）を前記流体主領域（５６）に流体連結する開口（５７）を備え、
前記流体制御弁（２５）は、
前記ベース壁の開口（５７）を通過する流量を制御するために、前記ベース壁の開口（５７）に移動可能に配置されたパイロット弁（５８）と、
前記パイロット弁（５８）を介して前記主弁（４４）を制御するために、前記パイロット弁（５８）に作用するように構成された電気機械式アクチュエータ（５９）と、
を更に備えた、
ことを特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
前記円筒状のハウジング（４０）は、前記制御領域（５５）から流体を排出する流体排出口（６２）を備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
【請求項３】
前記主弁ばね部材（４５）は、前記流体制御領域（５５）から離れる第１の軸方向（４６）に、前記主弁（４４）を付勢するように構成された、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体制御弁。
【請求項４】
前記パイロット弁（５８）は、前記ベース壁の開口（５７）を介して、前記流体主領域（５６）から前記流体制御領域（５５）への流量を制御するために、移動可能に配置された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項５】
前記電気機械式アクチュエータは、作動ピストン（６０）を備え、
前記作動ピストン（６０）の軸位置が、前記主弁（４４）の軸位置を間接的に制御するように構成された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項６】
前記主弁（４４）は、軸方向に自由に動くように構成され、
前記主弁（４４）の前記軸位置が、前記主弁（４４）に作用する累積軸力から生じる力の均衡位置によって決定される、
ことを特徴とする請求項５に記載の流体制御弁。
【請求項７】
前記流体制御弁（２５）は、前記流体制御弁（２５）の作動中、第１の軸方向に前記主弁（４４）に作用する主軸力が、前記主弁ばね部材（４５）によって与えられる軸力と、前記制御領域（５５）の流体圧力によって生み出される軸力と、を備えるように構成された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項８】
前記流体制御弁（２５）は、第１の軸方向の反対方向に前記主弁（４４）に作用する主軸力が、前記主領域（５６）の流体圧力によって生み出される軸力であるように構成された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項９】
前記流体制御弁（２５）は、単一の軸方向に前記主弁（４４）に作用する前記主軸力が、前記軸方向に前記主弁（４４）に作用する軸力の合力の少なくとも７５％となるように構成された、
ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の流体制御弁。
【請求項１０】
前記パイロット弁（５８）は、前記ベース壁の開口（５７）の周囲の円環面（７１）と密閉係合するように構成された円環状のシール面（７０）を備えた、
ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項１１】
前記パイロット弁（５８）は、前記流体制御弁（２５）の作動中、前記主領域（５６）と前記制御領域（５５）との間の流体圧力差によって、閉弁状態に向けて付勢されるように構成された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項１２】
前記パイロット弁（５８）は、前記電気機械式アクチュエータ（５９）の作動ピストン（６０）と相互作用して、前記作動ピストン（６０）が前記パイロット弁（５８）を開弁するように構成された接合面（７６）を備えた、
ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項１３】
前記パイロット弁（５８）は、シールフランジ（７２）及び着脱可能な停止部材（７４）を備え、
前記パイロット弁（５８）は、前記シールフランジ（７２）によって、前記ベース壁（５４）の前記流体主領域側に位置する前記ベース壁の開口（５７）に固定され、
前記着脱可能な停止部材（７４）は、前記ベース壁（５４）の前記制御領域側に位置する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項１４】
前記パイロット弁（５８）は、前記パイロット弁（５８）が配置されると共に、前記ベース壁（５４）に対して固定されたケージ（７９）によって、前記ベース壁の開口（５７）に固定された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項１５】
前記ケージ（７９）は、前記流体内の異物粒子が前記制御領域（５５）に流入することを防止するフィルタ（８２）を備えた、
ことを特徴とする請求項１４に記載の流体制御弁。
【請求項１６】
前記パイロット弁（５８）は、パイロット弁ばね部材によって閉弁位置に向けて付勢される、
ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項１７】
前記流体排出口（６２）は、前記流体制御弁（２５）の作動中、前記制御領域（５５）の流体圧力が前記主領域（５６）の流体圧力より低くなるように、制御領域入口の流体圧力より流体圧力が低圧となるように構成された、流体パイプ又は流体リザーバ（２７）に連結されるように構成された、
ことを特徴とする請求項２に記載の流体制御弁。
【請求項１８】
前記流体制御弁（２５）は、前記流体排出口（６２）内に非可変流量制限（６３）を備えた、
ことを特徴とする請求項２に記載の流体制御弁。
【請求項１９】
前記円筒状の主弁（４４）及び前記円筒状のハウジング（４０）は、ピストンとシリンダの関係を定義する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項１８のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項２０】
前記円筒状の主弁（４４）は、前記ハウジング（４０）の内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状のスリーブを備えた、
ことを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項２１】
前記ベース壁（５４）は、円盤形状を有し、前記スリーブの内部に配置されると共に、前記スリーブに取り付けられた、
ことを特徴とする請求項２０に記載の流体制御弁。
【請求項２２】
前記ベース壁（５４）の主延長部分は、前記円筒状のハウジング（４０）の軸方向に垂直な平面を定義する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項２１のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項２３】
前記ベース壁の開口（５７）は、前記ベース壁（５４）の中心に配置された円形の貫通孔である、
ことを特徴とする請求項１〜請求項２２のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項２４】
前記電気機械式アクチュエータ（５９）は、リニアアクチュエータである、
ことを特徴とする請求項１〜請求項２３のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項２５】
前記電気機械式アクチュエータ（５９）は、前記パイロット弁（５８）に作用するように構成された作動ピストン（６０）を備え、
前記作動ピストン（６０）は、前記流体制御領域（５５）を貫通して延びる、
ことを特徴とする請求項１〜請求項２４のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項２６】
前記作動ピストン（６０）は、ばね部材（９０）によって閉弁状態に向けて付勢される、
ことを特徴とする請求項２５に記載の流体制御弁。
【請求項２７】
前記ばね部材（９０）は、前記作動ピストン（６０）の接合面（９１）と前記ハウジングの対向する接合面（６４）との間に設けられた、
ことを特徴とする請求項２６に記載の流体制御弁。
【請求項２８】
前記流体制御領域（５５）は、前記ベース壁（５４）によって一軸側の境界が定められると共に、前記電気機械式アクチュエータ（５９）によって他軸側の少なくとも一部の境界が定められる、
ことを特徴とする請求項１〜請求項２７のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項２９】
前記流体制御弁（２５）は、内燃機関（２３）における潤滑油又は冷却流体の流量を制御するように構成された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項２８のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項３０】
前記主弁（４４）は、その円筒状の側壁を貫通する少なくとも１つの開口（４８，４９）を備え、前記第１及び第２の開口（４１，４２）の少なくとも一方、望ましくは、前記第１及び第２の開口（４１，４２）の両方を選択的に適合させ、前記主弁（４４）の軸位置に応じて、前記流体入口から前記第１の流体出口及び前記第２の流体出口への流量を夫々制御するように構成された、
ことを特徴とする請求項１〜請求項２９のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項３１】
前記主弁（４４）の軸位置に応じて、前記流体入口から前記第１の流体出口及び前記第２の流体出口への流量を夫々制御するために、前記主弁（４４）の軸接合面（９３）は、前記ハウジング（４０）の軸接合面（９２）と協働する、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３０のいずれか１つに記載の流体制御弁。
【請求項３２】
熱源、熱交換器（２６）、熱交換器バイパス（３２）、流体ポンプ（２２）、及び、請求項１〜請求項３１のいずれか１つに記載の流体制御弁（２５）を有する熱交換流体回路を備え、
前記流体制御弁（２５）が、前記熱交換器（２６）及び前記熱交換器バイパス（３２）を通過する流量比を制御する、
熱交換システム。
【請求項３３】
流体制御弁（２５）の円筒状の主弁（４４）の軸位置を調整する方法であって、
前記流体制御弁（２５）は、ハウジング壁を貫通する少なくとも１つの開口（４１，４２）を有する円筒状のハウジング（４０）と、前記少なくとも１つの開口（４１，４２）を通過する流量を制御するために、前記ハウジング（４０）の内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状の主弁（４４）と、前記円筒状のハウジング（４０）の軸開口（４４）によって形成された流体入口と、前記円筒状のハウジング（４０）の周壁を貫通する第１の開口（４１）及び第２の開口（４２）によって夫々形成された第１の流体出口及び第２の流体出口と、前記円筒状のハウジング（４０）の内部において制御領域（５５）を区画する前記主弁（４４）のベース壁（５４）に形成された開口（５７）に配置されたパイロット弁（５８）と、を備え、
前記第１の開口（４１）は、前記第２の開口（４２）から軸方向にずれており、
前記主弁（４４）は、前記主弁（４４）の軸位置に応じて、前記流体入口から前記第１の流体出口及び前記第２の流体出口への流量を夫々制御するように構成され、
前記方法は、
前記パイロット弁（５８）を開弁方向に押し付けるために、電気機械式アクチュエータ（５９）の作動ピストン（６０）を第１の軸方向に伸長し、これによって、相対的に高圧流体が流量を増して前記制御領域（５５）に流入することで、前記円筒状の主弁（４４）が前記第１の軸方向（４６）に移動するように、前記円筒状の主弁（４４）に作用する前記第１の軸方向（４６）の力を総合した軸力が前記第１の軸方向（４６）の反対方向に作用する軸力を超えるようにするステップと、
前記パイロット弁（５８）が閉弁方向に移動可能とするために、前記電気機械式アクチュエータ（５９）の前記作動ピストン（６０）を前記第１の軸方向（４６）の反対方向に格納し、これによって、前記ベース壁の開口（５７）を介して前記制御領域（５５）から前記高圧流体を排出（６１）させることによって前記制御領域（５５）の流体圧力を減少させ、前記円筒状の主弁（４４）が前記第１の軸方向（４６）の反対方向に移動するように、前記第１の軸方向（４６）の反対方向において前記円筒状の主弁（４４）に作用する力を総合した軸力が前記第１の軸方向（４６）に作用する合成軸力を超えるようにするステップと、
の少なくとも一方を備えた、流体制御弁の円筒状の主弁の軸位置を調整する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング壁を貫通する少なくとも１つの開口を有する円筒状のハウジングと、少なくとも１つの開口を通過する流量（fluid flow）を制御するために、ハウジングの内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状の主弁と、主弁に作用する主弁ばね部材と、を備えた流体制御弁に関する。また、本発明は、熱源、熱交換器、熱交換器バイパス、流体ポンプ及び流体制御弁を有する熱交換流体回路を備えた熱交換システム、並びに、流体制御弁の円筒状の主弁の軸位置を調整する方法に関する。
【０００２】
本発明に係る流体制御弁は、熱交換デバイス及びバイパスラインを有する熱交換システムにおける流体制御弁として、特に適している。本発明に係る流体制御弁は、熱交換デバイス及びバイパスラインを通過する流量比を制御するように配置されている。熱交換システムは、任意のタイプの熱源、特に、トラック、バス及び建設機械などの大型車両の内燃機関などと共に使用することができる。本発明は、トラックの内燃機関について主に説明するが、本発明は、この特定のタイプの熱源、アプリケーション（application）又は車両に限定されず、電気機械、蓄電システム、油圧システム及び部品などのような、他の熱源の熱交換システムでも使用することができる。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関の燃料消費量を低減するたゆみない努力がある。燃料消費量に影響を及ぼす１つのパラメータは、内燃機関及び変速機の内部抵抗であり、この内部抵抗は、内燃機関内の潤滑油の粘度の関数（function）である。低粘度の潤滑油は、少ない抵抗を意味するが、少なすぎる抵抗は、潤滑性能の低下、摩耗の増加、寿命の短縮及び潜在的な機関損傷をもたらす。潤滑油の粘度は、潤滑油の温度に直接影響を受け、潤滑油のプロバイダは、所定の潤滑性能を発揮する最高許容潤滑油温度について詳細な情報を提供する。従って、潤滑油の温度を制御し、最高許容温度限界を超えずに潤滑油の温度をこの限界にできるだけ近づけるという、内燃機関のプロバイダによる要望がある。内燃機関内の潤滑油の温度は、一般的に、潤滑油の熱交換器、潤滑油の熱交換器バイパス、オイルポンプ及び流体制御弁を有する潤滑油熱交換システムによって制御される。流体制御弁は、潤滑油の熱交換器を通過する流量（level of flow）、及び、潤滑油の熱交換器バイパスを通過する流量を制御し、これによって、潤滑油全体の温度を制御する。ＵＳ２０１３０６８３２２などに記載されている、従来の熱交換システムの流体制御弁は、一般的に、加熱時に膨張する熱素子（heat element）に依存する。ワックスのような熱素子は、弁部材に連結され、周囲の熱に応じて弁位置を動かす。しかしながら、潤滑油の温度を制御するこの従来技術は、特に信頼性がなく、また、流入する潤滑油の温度にゆっくり反応する。従って、内燃機関のプロバイダは、最高許容温度まで十分に大きな温度安全域を提供する目的のために、比較的低い潤滑油の作動温度を設定することを余儀なくされ、これによって、自動的に、内部抵抗が不必要な高レベルで内燃機関を作動させることにもなる。このため、より迅速に反応し、低コストを維持しながら、向上した精度で流量を制御可能な、新規な流体制御弁の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様に係る目的は、上述した問題を解決する流体制御弁を提供することである。この目的は、請求項１の主題の少なくとも一部で達成される。
【０００５】
本発明の第１の態様は、ハウジング壁を貫通する少なくとも１つの開口を有する円筒状のハウジングと、少なくとも１つの開口を通過する流量を制御するために、ハウジングの内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状の主弁と、主弁に作用する主弁ばね部材と、を備えた流体制御弁に関する。
本発明は、
主弁が、円筒状のハウジングにおいて流体制御領域（fluid control volume）及び流体主領域（fluid main volume）を区画するベース壁を備え、
ベース壁が、流体制御領域を流体主領域に流体連結する開口を備え、
流体制御弁が、
ベース壁の開口を通過する流量を制御するために、ベース壁の開口に移動可能に配置されたパイロット弁と、
パイロット弁を介して主弁を制御するために、パイロット弁に作用するように構成された電気機械式アクチュエータと、
を更に備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の第２の態様に係る目的は、上述した問題の少なくとも一部を解決する、流体制御弁の円筒状の主弁の軸位置を調整する方法を提供することである。この目的は、請求項３５の主題の少なくとも一部で達成される。
【０００７】
流体制御弁は、ハウジング壁を貫通する少なくとも１つの開口を有する円筒状のハウジングと、少なくとも１つの開口を通過する流量を制御するために、ハウジングの内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状の主弁と、円筒状のハウジングの内部において制御領域を区画する主弁のベース壁に形成された開口に配置されたパイロット弁と、を備える。本発明の方法は、次のステップの少なくとも１つを備える。
パイロット弁を開弁方向に押し付けるために、電気機械式アクチュエータの作動ピストン（actuator piston）を第１の軸方向に伸長し、これによって、相対的に高圧流体が流量を増して制御領域に流入することで、円筒状の主弁が第１の軸方向に移動するように、円筒状の主弁に作用する第１の軸方向の力を総合した軸力が第１の軸方向の反対方向に作用する軸力を超えるようにするステップ。
パイロット弁が閉弁方向に移動可能とするために、電気機械式アクチュエータの作動ピストンを第１の軸方向の反対方向に格納し、これによって、ベース壁の開口を介して制御領域から高圧流体を排出させることによって制御領域の流体圧力を減少させ、円筒状の主弁が第１の軸方向の反対方向に移動するように、第１の軸方向の反対方向において円筒状の主弁に作用する軸力を総合した軸力が第１の軸方向に作用する軸力を超えるようにするステップ。
【０００８】
本発明の第１の態様に係る流体制御弁及び本発明の第２の態様に係る方法は、主弁の位置を制御するように構成されたパイロット弁の位置を、電気機械式アクチュエータによって制御することで、上述した問題を解決する。主弁の位置を制御する電気機械式アクチュエータを使用すると、従来の多くの熱素子作動手段と比較して、より迅速な作動及び反応時間を可能とする。電気機械式アクチュエータは、通常、１つ又は複数のセンサからの現在の流体温度に関する情報を受信する電子制御装置によって制御される。電子制御装置のソフトウエア制御システムは、過度な逸脱なしに流体温度を目標温度に維持する、流量制御弁への適切な制御信号を生成するために使用することができる。本発明の流体制御弁のパイロット弁と主弁の構成は、主弁の位置を制御する作動手段として、流体圧力を用いて主弁の高い位置精度を可能とする。電気機械式アクチュエータは、一般的に、比較的小さい作動力を生み出すことができ、これによって、主弁に直接作用しても、流体圧力、主弁ばね部材及び主弁の摺動抵抗など、主弁に作用する比較的大きい力に起因して、作動ピストンの実際の位置を不定にする。流体圧力を用いて主弁の位置を制御するパイロット弁の提供によって、非常に小さな力がパイロット弁に作用するので、より正確かつ迅速な制御が提供され、これによって、パイロット弁の位置をより容易に制御する。パイロット弁の位置は、その後、ベース壁の開口を通過する流量を制御し、従って、流体制御領域内の圧力も制御し、これによって、主弁の位置を制御する。電気機械式アクチュエータのピストンの軸位置は、電気機械式アクチュエータに送信される制御信号に基づいて推定するか、検出器によって測定することができる。主弁の軸位置は、パイロット弁及び排出口の協働で主弁の軸方向の自由な浮遊状態に起因する主弁の自己調整位置制御によって、電気機械式アクチュエータのピストンの軸位置に基づいて正確に特定することができる。
【０００９】
実施形態によれば、円筒状のハウジングは、制御領域から流体を排出する流体排出口を備える。流体制御領域に向かう方向に主弁に作用する主力は、流体主領域の流体圧力であって、流体ポンプによって生み出される流体圧力に基づく。流体制御領域から離れる方向に主弁に作用する主力は、流体制御領域の流体圧力、及び、主弁ばね部材によって加えられる力である。流体排出口は、比較的低圧を有し、ベース壁の開口を通過する高圧流体の流入が制限された流体リザーバに連結されたとき、流体制御領域から外部への流体の排出を可能にし、このため、流体制御領域の流体圧力の低下を可能とする。流体制御領域で低下した流体圧力は、主弁の力の均衡を調整し、これによって、主弁の軸位置を調整する。
【００１０】
実施形態によれば、主弁ばね部材は、流体制御領域から離れる第１の軸方向に主弁を付勢（urge）するように構成される。流体制御領域から離れる方向に主弁を付勢する主弁ばね部材は、主弁の力の均衡の重要な要素であって、第１の方向への主弁の変位を可能にする。
【００１１】
実施形態によれば、パイロット弁は、ベース壁の開口を介して、流体主領域から流体制御領域への流量を制御するために、移動可能に配置される。パイロット弁の位置を制御することによって、流体制御領域に流入する流量が制御でき、これによって、流体制御領域の流体圧力も制御することができる。
【００１２】
実施形態によれば、電気機械式アクチュエータは、作動ピストンを備え、作動ピストンの軸位置が主弁の軸位置を間接的に制御するように構成される。主弁の位置を間接的に制御することによって、アクチュエータの力性能（force performance）を減少させることができ、これによって、低コストのアクチュエータの使用を可能とする。
【００１３】
実施形態によれば、主弁は、軸方向に自由に動くように構成され、主弁の軸位置は、主弁に作用する累積軸力（accumulated axial force）から生じる力の均衡位置によって決定される。これは、より低コストのアクチュエータを使用できるように、使用アクチュエータの力性能要求を低減させることができる利点を有する。
【００１４】
実施形態によれば、流体制御弁は、流体制御弁の作動中、第１の軸方向に主弁に作用する主軸力が、主弁ばね部材によって与えられる軸力と、制御領域の流体圧力によって生み出される軸力と、を備えるように構成される。これは、第１の軸方向に合力を変化させることができ、合力が流体主領域の流体圧力によって作用される力より低圧及び高圧に調整可能である利点を有する。
【００１５】
実施形態によれば、流体制御弁は、第１の軸方向の反対方向に主弁に作用する主軸力が、主領域の流体圧力によって生み出される軸力であるように構成される。
【００１６】
実施形態によれば、流体制御弁は、単一の軸方向に主弁に作用する主軸力が、この軸方向に主弁に作用する軸力の合力の少なくとも７５％、具体的には、軸力の合力の少なくとも８５％、より具体的には、軸力の合力の少なくとも９５％となるように構成される。付加的な軸力は、摩擦力など、特定の状況で主弁に作用することができる。しかしながら、これらの付加的な力は、一般的に、比較的小さい。
【００１７】
実施形態によれば、パイロット弁は、ベース壁の開口の周囲の円環面を密封係合するように構成された円環状のシール面を備える。円環面は、製造時の費用効果をよくすることができる。
【００１８】
実施形態によれば、パイロット弁は、流体制御弁の作動中、主領域と制御領域との間の差圧によって、閉弁状態に向けて付勢されるように構成される。流体主領域の圧力は、通常、流体主領域への高圧流体の供給と相俟って、流体排出口の圧力排出効果に起因して、流体制御領域の圧力より常に高くなっている。従って、パイロット弁を閉弁位置に向けて付勢するサージ力が、ベース壁の開口に現れる。サージ力は、パイロット弁のシールフランジの制御領域側の流体圧力がシールフランジの主領域側の流体圧力より低いことによって生み出される。
【００１９】
実施形態によれば、パイロット弁は、作動ピストンがパイロット弁を開弁できるように、電気機械式アクチュエータの作動ピストンと相互作用するように構成された接合面を備える。
【００２０】
実施形態によれば、パイロット弁は、シールフランジ、及び、リテーニングリング、サークリップなどの着脱可能なファスナを備え、パイロット弁は、ベース壁の流体主領域側に位置するシールフランジ、及び、ベース壁の制御領域側に位置する着脱可能なファスナによって、ベース壁の開口内に固定される。パイロット弁は、ベース壁の開口内にパイロット弁を軸方向に摺動可能に固定する配置が必要である。着脱可能なファスナは、ベース壁の制御領域側に置かれ、ベース壁の開口を超えて半径方向に突出するように配置され、これによって、第１の軸方向に停止部材（stopping member）を形成する。シールフランジは、ベース壁の主領域側に置かれ、ベース壁の開口を超えて半径方向に突出し、これによって、第１の軸方向の反対方向に停止部材を形成する。ベース壁の開口内へのパイロット弁の組み付けは、最初に、主領域側からベース壁の穴にシールフランジを含むパイロット弁の一部を挿入し、続いて、１つ、２つ又はそれ以上の部品からなる着脱可能なファスナを、ベース壁の制御領域側にあるパイロット弁の第１の部分の軸方向の延長部分に固定することによって行うことができる。
【００２１】
実施形態によれば、パイロット弁は、パイロット弁が配置されると共に、ベース壁に対して固定されたケージによって、ベース壁の開口に固定される。パイロット弁の代替設計解は、代わりにパイロット弁がケージによってベース壁の穴に固定されるため、ベース壁の制御領域側の着脱可能なファスナを省くことができる。望ましくは、パイロット弁がベース壁の開口に取り付けられた後に取り付けられるケージは、ベース壁の開口からパイロット弁が脱落することを防止する。
【００２２】
実施形態によれば、ケージは、流体内の異物粒子が制御領域に流れ込むことを防止するフィルタを備える。流体は、流体と接触する部品の摩耗に起因して放出された粒子を含む。これらの異物粒子は、流体制御弁又は流体システムの他の部分の故障を招く可能性があり、これらの粒子を流体から捕捉して除去することが望ましい。これは、流体制御領域に流入する流体から粒子が濾過されるように、フィルタを有するケージを提供することで実現できる。
【００２３】
実施形態によれば、パイロット弁は、パイロット弁ばね部材によって閉弁位置に向けて付勢される。上述のサージ力が不十分と見做され、又は、何らかの理由により利用できない場合、パイロット弁は、その代わりに、ばね部材、又は、サージ効果と協働することによって、閉弁位置に向けて付勢することができる。
【００２４】
実施形態によれば、流体排出口は、流体制御弁の作動中、制御領域の流体圧力が主領域の流体圧力より低くなるように、制御弁入口の流体圧力より流体圧力が低圧になるように構成された、流体パイプ又は流体リザーバに連結するように構成される。主領域の低圧は、制御領域方向への主弁の運動を可能にする。
【００２５】
実施形態によれば、流体制御弁は、流体排出通路内に非可変流量制限を備える。流体排出通路は、円筒状のハウジングで始まり、流体パイプ又は流体リザーバで終わる通路をさす。流量制限は、望ましくは、流体制御弁に備えられ、絞りとして形成することができる。非可変流量制限は、堅牢かつ費用効果解を提供する。
【００２６】
実施形態によれば、円筒状の主弁及び円筒状のハウジングは、ピストンとシリンダの関係を定義する。ピストンとシリンダの関係という用語は、比較的漏洩が少なくかつ部品間の厳しい公差をさす。
【００２７】
実施形態によれば、円筒状の主弁は、ハウジングの内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状のスリーブを備える。円筒状のスリーブは、主弁及びハウジングの同軸配置を保障する。
【００２８】
実施形態によれば、ベース壁は、円盤形状を有し、スリーブの内部に配置されると共に、スリーブに取り付けられる。
【００２９】
実施形態によれば、ベース壁の主延長部分は、円筒状のハウジングの軸方向に垂直な平面を定義する。
【００３０】
実施形態によれば、ベース壁の開口は、中心に配置された円形の貫通孔である。
【００３１】
実施形態によれば、電気機械式アクチュエータは、リニアアクチュエータである。
【００３２】
実施形態によれば、電気機械式アクチュエータは、パイロット弁に作用するように構成された作動ピストンを備え、作動ピストンは、流体制御領域を貫通して延びる。
【００３３】
実施形態によれば、作動ピストンは、ばね部材によって格納状態に向けて付勢される。これによって、アクチュエータは、単一に作用するアクチュエータ、即ち、一方向にのみ作用するアクチュエータとすることができる。
【００３４】
実施形態によれば、ばね部材は、作動ピストンの接合面とハウジングの対面する接合面との間に設けられている。
【００３５】
実施形態によれば、流体制御領域は、ベース壁によって一軸側の境界が定められると共に、電気機械式アクチュエータによって他軸側の少なくとも一部の境界が定められる。これによって、ハウジング壁を貫通するピストンの通路が不要となる。
【００３６】
実施形態によれば、流体制御弁は、内燃機関における潤滑油又は冷却流体の流量を制御するように構成される。これらの２つの流体は、流体から熱を放散する熱交換システムが必要であるという観点から、いくつかの類似点がある。潤滑油は、水冷流体（water cooling fluid）のような冷却流体のように、内燃機関において冷却流体効果を有している。
【００３７】
実施形態によれば、流体制御弁は、流体入口、第１の流体出口及び第２の流体出口を備え、主弁は、主弁の軸位置に応じて、流体入口から第１の流体出口及び第２の流体出口への流量を夫々制御する。
【００３８】
実施形態によれば、流体入口及び出口の一方は、円筒状のハウジングの円筒状の側壁を貫通する少なくとも１つの第１の開口によって形成され、流体入口及び出口の他方は、円筒状の側壁を貫通する第２の開口によって形成される。第１の開口は、第２の開口から軸方向にずれている。
【００３９】
実施形態によれば、主弁は、その円筒状の側壁を貫通する少なくとも１つの開口を備え、第１の開口及び第２の開口の少なくとも一方、望ましくは、第１の開口及び第２の開口の両方を選択的に適合（match）させ、主弁の軸位置に応じて、流体入口から第１の流体出口及び第２の流体出口への流量を夫々制御する。
【００４０】
実施形態によれば、主弁の軸位置に応じて、流体入口から第１の流体出口及び第２の流体出口への流量を夫々制御するために、主弁の軸接合面は、ハウジングの軸接合面と協働（cooperate with）する。
【００４１】
実施形態によれば、熱交換システムは、熱源、熱交換器、熱交換器バイパス、流体ポンプ、及び先の請求項のいずれかに係る流体制御弁を有する熱交換流体回路を備え、流体制御弁は、熱交換器及び熱交換器バイパスを通過する流量比を制御する。
【００４２】
本発明のさらなる利点及び有利な特徴は、以下の説明に記載する。
【００４３】
第１の軸方向という用語は、流体制御弁の制御領域側から流体制御弁の主領域側へと延びる、円筒状のハウジングの軸方向を意味する。この軸方向は、代替的に、主領域方向又は主領域の方向と称することができる。
【００４４】
第１の軸方向の反対側の軸方向という用語は、流体制御弁の主領域側から流体制御弁の制御領域側へと延びる、円筒状のハウジングの軸方向を意味する。この軸方向は、代替的に、第２の軸方向、制御領域方向又は制御領域の方向と称することができる。
【００４５】
流体制御弁という用語は、弁を通過する流量を制御可能な弁を意味する。
【００４６】
ハウジング壁を貫通する開口という用語は、ハウジング壁の開口を貫通する流路を形成するのに適した、任意の開口、貫通孔又は隙間（aperture）を意味する。この開口は、開口の位置に応じて、軸方向又は半径方向に開口を通過する流れを可能にすることができる。
【００４７】
ハウジングの内部を軸方向に移動可能に配置される円筒状の主弁は、望ましくは、比較的少量の漏れがハウジングと主弁との間で得られるように、円筒状のハウジングの内径より若干小さい外径を備える。
【００４８】
弁ばね部材という用語は、つる巻ばね、コイルばね、皿ばね、圧縮ばね、竹の子ばね、ウェーブばねのような、軸力を作用可能なすべてのタイプのばね部材を含む。
【００４９】
ベース壁という用語は、２つの軸方向に離間した領域に円筒状のハウジングを分割する壁を意味する。このベース壁は、望ましくは、ハウジングの軸方向に垂直な平面に延びる。
【００５０】
ベース壁の開口という用語は、ベース壁の開口を通過する流路を形成するのに適した、任意タイプの開口、貫通孔又は隙間を意味する。この開口は、一般的に、ベース壁の延長部分に実質的に垂直方向に開口を通過する流れを可能とする。この開口は、パイロット弁が開弁位置にあるとき、流体制御領域を流体主領域に流体連結する。
【００５１】
パイロット弁という用語は、主弁の軸位置を間接的に制御する弁を意味する。このパイロット弁は、主弁より小さい寸法を有し、従って、主弁より容易に作動する。
【００５２】
電気機械式アクチュエータという用語は、電気エネルギを使用してパイロット弁の位置を機械的に制御することができる、すべてのタイプのアクチュエータを意味する。軸方向に変位可能なパイロット弁と協働するリニア電気機械式アクチュエータは、比較的複雑でなく低コストによって好適デザインである。しかしながら、本発明は、このデザインに限らず、角度アクチュエータ、回転アクチュエータなどのような、多くの代替的なデザインが可能である。また、アクチュエータ自体としては、電力によって機械的な作動を作り出す、ソレノイド技術、ねじ山又は任意の他の技術に基づくことができる。
【００５３】
添付図面を参照し、以下に例として挙げた、本発明の実施形態をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本開示に係る流体制御弁を有する内燃機関を一般的に備えることができる車両を示す。
【図２】内燃機関の潤滑油回路を示す。
【図３】第１の作動状態における本開示の第１実施形態に係る流体制御弁を示す。
【図４】第２の作動状態における本開示の第１実施形態に係る流体制御弁を示す。
【図５】第３の作動状態における本開示の第１実施形態に係る流体制御弁を示す。
【図６】第４の作動状態における本開示の第１実施形態に係る流体制御弁を示す。
【図７】本開示に係るパイロット弁の第１実施形態の概略図を示す。
【図８】本開示に係るパイロット弁の第２実施形態を示す。
【図９】本開示に係るパイロット弁の第３実施形態を示す。
【図１０】本開示の第２実施形態に係る流体制御弁を示す。
【図１１】第１の作動状態における本開示の第３実施形態に係る流体制御弁を示す。
【図１２】第２の作動状態における本開示の第３実施形態に係る流体制御弁を示す。
【図１３】本開示の第４実施形態に係る流体制御弁を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
添付図面を参照し、流体制御弁、熱交換システム及び流体制御弁の主弁の軸位置を調整する方法の実施形態を説明する。同様な数字は、全体を通して同様又は類似の要素を指す。いくつかの実施形態、実施例及び図を以下に説明するが、本明細書に記載される発明は、特に開示された実施形態、実施例及び図を超え、本発明の他の使用、その明確な変更及び等価を含みうることは、当業者には理解されよう。本明細書に提示される説明で使用される用語は、本発明の特定の実施形態の詳細な説明に関連して使用されるという理由だけでは、任意の限定又は限定的な方法で解釈されるものではない。また、本発明の実施形態は、いくつかの新規な特徴を含むことができ、個々の特徴は、その望ましい属性の単なる原因でなく、本明細書で説明される発明を実施するために不可欠ではない。
【００５６】
しかしながら、本開示は、任意のタイプの流体システム、望ましくは、車両の液冷動力源など、流体ベースの熱交換システムで使用することができる流体制御弁に関する。
【００５７】
図１は、液冷動力源、特に、ディーゼルエンジンを有するトラック１の側面を概略的に示す。トラック１は、例えば、第５の車輪２を介して、積荷を運ぶトレーラ（図示せず）に連結されることで、道路上で重量物を搬送するように配置される。典型的なトラックは、フレーム３、車輪４及び運転室５を更に備える。
【００５８】
次に、本開示に係る流体制御弁を含むシステムの第１実施形態は、図２に関連して説明される。この特定の実施形態に係る流体制御弁は、潤滑油回路２０に取り付けられている。
【００５９】
潤滑油回路２０は、流体リザーバ２１、オイルポンプ２２、各シリンダに配置された複数の往復ピストン２４を有する内燃機関２３として具体化された熱源、流体制御弁２５、作動流体から周囲空気のような周囲に熱を移動させる熱交換器２６を備える。
【００６０】
往復ピストン２４を有する内燃機関２３においては、潤滑油（motor oil）が、クランクシャフトジャーナルベアリングとピストン２４をクランクシャフトに連結するロッドとの間の回転表面及び／又は摺動表面を潤滑する。潤滑油は、一般的に、オイルパン又はオイルサンプのような、クランクシャフトの底部にあるリザーバ２１に集められる。オイルポンプ２２は、リザーバ２１からオイルを受け取り、オイルフィルタ（図示せず）を介してオイルをエンジンブロックのオイルギャラリ、更には、メインジャーナルの上部でクランクシャフトを保持するメインベアリング、及び、バルブを作動するカムシャフトのベアリングに送る。リザーバ２１は、図２では内燃２３の外部に配置されているように示されているが、図は、潤滑油回路２０を単に概略的に図示している。潤滑油のリザーバ２１は、内燃機関２３の内部又はその外部に一体的に配置することができる。
【００６１】
潤滑油回路２０は、内燃機関の可動部分の潤滑だけでなく、内燃機関（motor）の冷却を行うことができる。潤滑油の潤滑性能は、潤滑油の温度に依存し、潤滑油の潤滑能力は、一般的に、極端な潤滑油温度で低下する。このため、潤滑油から熱を取り除くことが必要である。これは、潤滑油から周囲空気へと熱を運んで、潤滑油から熱を放散するように作動する、熱交換器２６によって実現される。
【００６２】
しかしながら、潤滑油を冷却する必要性は、経時的に変化し、可変冷却効果が必要である。これは、潤滑油回路２０を循環する潤滑油が熱交換器２６を迂回でき、これによって、熱交換器２６によって提供することができる潜在的な冷却効果を避ける、潤滑油のバイパスライン３２を提供することで実現される。
【００６３】
流体制御弁２５は、バイパスライン３２が熱交換器２６の上流の熱交換器ライン３６に連結する、第１の分岐点に設けられる。流体制御弁２５は、各分岐ライン３６及び３２の流量比、即ち、バイパスライン３２及び熱交換器ライン３６を夫々通過して流れる潤滑油の流量を制御する。
【００６４】
通常、流体制御弁２５は、流体制御弁２５を通過する経時的な流量を制御せず、流体の経路を単に制御する。このため、流体制御弁２５は、流れの方向のみを制御する。この目的のため、流体制御弁２５は、１つの流体入口及び２つの流体出口を備え、流体入口は、内燃機関２３に流体連結され、第１の流体出口は、熱交換器に連結され、第２の流体出口は、バイパスライン３２に連結され、流体制御弁は、流体入口流れと第１の流体出口流れの比、並びに、流体入口流れと第２の流体出口流れの比を制御する。バイパスライン３２は、流体リザーバ２１に流体連結される第２の分岐点３３で熱交換器２６の下流の熱交換器ライン３１に再連結する。
【００６５】
流体制御弁２５は、特有のリザーバ又は前述した同一のリザーバ２１とすることができる、低圧流体リザーバ２７にも連結される。
【００６６】
潤滑油回路２０は、流体制御弁を通過する流路を電子的に制御するように配置された、電子制御装置２８を更に備えている。電子制御装置２８は、通信回線３０によって流体制御弁に連結され、潤滑油回路内の潤滑油温度を表す、少なくとも温度の関数として、流体制御弁を制御するように配置される。
【００６７】
潤滑油温度を表す温度は、例えば、内燃機関から出る潤滑油の温度、内燃機関に入る潤滑油の温度、エンジンブロックの温度などである。電子制御装置２８は、さらなる通信回線３４によって熱センサ２９に接続することができる。通信回線３０及び３４は、電気的又は光学的な信号ケーブル、バス通信システムなどであってもよい。
【００６８】
図３は、本開示の流体制御弁２５の第１実施形態を示す。流体制御弁２５は、円筒状のハウジング４０を備え、円筒状のハウジング４０は、円筒状のハウジング４０に沿った第１の軸位置でハウジング壁を貫通する一組の第１の開口４１と、円筒状のハウジング４０に沿った第２の軸位置でハウジング壁を貫通する一組の第２の開口４２と、を有する。第１の流体出口を定義する一組の第１の開口４１は、第２の流体出口を定義する一組の第２の開口４２から軸方向にずれている。
【００６９】
図示の流体制御弁は、反対側に位置する２つの第１の開口４１と、反対側に位置する２つの第２の開口４２と、を備えているが、開口４１及び４２の数、形状、外観及び寸法は、ただ１つの第１の開口及び第２の開口、又は、２つより多い第１の開口及び第２の開口など、状況に応じて調整することができる。
【００７０】
また、一組の第１の開口４１及び第２の開口４２は、図示の実施形態に応じて、第１の流体出口及び第２の流体出口を夫々構成し、円筒状のハウジングの軸開口４３は、図示の実施形態に応じて、ハウジングの流体入口を構成する。ハウジングの流体入口は、例えば、内燃機関２３から熱交換器２６及びバイパスライン３２に向けて潤滑油を運ぶ流体ライン３５に連結することができる。第１の流体出口は、例えば、バイパスライン３２に連結することができ、第２の流体出口は、例えば、熱交換器ライン３６に連結することができる。
【００７１】
流体制御弁２５は、第１の開口４１及び第２の開口４２を通過する流体の流量を制御するために、ハウジング４０の内部を軸方向に移動可能に配置された円筒状の主弁４４を更に備える。円筒状の主弁は、円筒状のハウジングと共にピストンとシリンダの関係を定義、即ち、主弁とハウジングとの間の漏れ量が小さくなるように、比較的漏れがない（tight）クリアランスで主弁がハウジングの内部を摺動可能に配置される、円筒状のスリーブを備える。
【００７２】
主弁ばね部材４５は、主弁４４に接触し、主弁４４を第１の軸方向４６に付勢する。
【００７３】
また、主弁は、円筒状の側壁を貫通する、一組の第１の開口４８及び一組の第２の開口４９を備える。主弁の軸位置に応じて、ハウジングの流体入口から第１の流体出口及び第２の流体出口への流量を夫々制御するために、主弁の一組の第１の開口４８及び第２の開口４９は、ハウジング４０の内部での主弁４４の軸位置に応じて、ハウジングの一組の第１の開口４１及び第２の開口４２に夫々選択的に一致するように構成されている。この機能は、ハウジングの一組の第１の開口４１と第２の開口４２との間の第１の軸方向オフセット５０と、主弁の一組の第１の開口４８と第２の開口４９との間の第２の軸方向オフセット５１と、を有することで可能となり、第１の軸方向オフセット５０及び第２の軸方向オフセット５１は異なっている。図示の実施形態においては、第１の軸方向オフセット５０は、第２の軸方向オフセット５１より大きい。これによって、主弁４４の第１の軸位置で、主弁及びハウジングの一組の第１の開口４１及び４８を通過する第１の流路が形成され、主弁４４の第２の軸位置で、主弁及びハウジングの一組の第２の開口４２及び４９を通過する第２の流路が形成される。
【００７４】
第２の流路は、望ましくは、第１の流路が完全に開いたときに完全に閉じ、第１の流路は、望ましくは、第２の流路が完全に開いたときに完全に閉じる。
【００７５】
主弁がこれらの端部間の領域に位置するとき、第１の流路及び第２の流路の可変流量比は、望ましくは、ハウジングに対する主弁の軸位置に応じて提供することができる。これによって、可変量の分流は、例えば、１００／０、７５／２５、５０／５０、２５／７５及び０／１００のように、選択することができ、その関係は、第１の流路及び第２の流路を通過する流量比を夫々定義する。図３では、入口流れの矢印５２及び出口流れの矢印５３によって示されるように、第１の流路が完全に開き、第２の流路が完全に閉じた軸位置に、主弁が位置している。
【００７６】
主弁４４は、円筒状のハウジング４０において流体制御領域５５及び流体主領域５６を区画するベース壁５４を更に備えている。ベース壁５４は、流体制御領域５５を流体主領域５６に流体連結する開口５７を備えている。
【００７７】
パイロット弁５８は、ベース壁の開口５７に置かれている。パイロット弁５８は、ベース壁の開口５７を通過する流体の流量を制御するために、軸方向に移動可能に配置されている。
【００７８】
流体制御弁２５は、主弁４４の軸位置を間接的に制御する目的で、パイロット弁５８の位置を制御するために、パイロット弁５８に作用するように構成された、作動ピストン６０を有する電気機械式アクチュエータ５９を更に備えている。主弁４４がハウジング４０の内部で軸方向に自由に動くように構成されているので、これが可能である。これは、アクチュエータが主弁４４に接触又は直接連結されていないことを意味する。その代わりに、主弁４４の軸位置は、主弁４４に作用する累積軸力から生じる力の均衡位置によって決定される。
【００７９】
流体制御弁２５の作動中、第１の軸方向４６に主弁４４に作用する主軸力は、主弁ばね部材４５によって与えられる軸力Ｆ２と、制御領域５５の流体圧力によって生み出される軸力Ｆ３と、を含む。第１の軸方向４６の反対方向に主弁４４に作用する主軸力は、主領域５６の流体圧力によって生み出される軸力Ｆ１である。
【００８０】
本明細書においては、用語「主軸力」とは、任意の単一軸方向に主弁に作用する軸力を意味し、その軸方向に主弁４４に作用する軸力の合力の少なくとも７５％、具体的には、軸力の合力の少なくとも８５％、より具体的には、軸力の合力の少なくとも９５％を構成する。主弁４４に作用する重力、摩擦力などは、先に定義した力Ｆ１空Ｆ３との関係では小さいと考えられるので無視する。
【００８１】
主弁ばね部材４５によって与えられる軸力Ｆ２は、ばね定数及び圧縮量に依存する。主領域５６の流体圧力によって生み出される軸力Ｆ１は、主に、ポンプ吐出圧力に依存する。制御領域５５の流体圧力によって生み出される軸力Ｆ３は、主領域５６の流体圧力、パイロット弁５８の開度、及び、円筒状のハウジング４０の流体排出口６２を介する制御領域５５からの排出口流れ６１に依存する。これらの力の合力が、主弁４４の位置を制御する。
【００８２】
電気機械式アクチュエータ５９の作動ピストン６０を使用して、パイロット弁５８をより開く位置に移動させることによって、単に、パイロット弁５８を通過して主領域５６から制御領域５５への高圧流体の流量増加に起因して、主領域５６と制御領域５５との間に圧力均衡が起こる。制御領域５５の圧力が増加すると、制御領域５５の流体圧力によって生み出された軸力Ｆ３の増加に起因して、主領域５６の流体圧力によって生み出された一定の軸力Ｆ１に抗して、主弁４４が第１の軸方向４６に動き始める。
【００８３】
第１の軸方向４６の反対方向に主弁４４の移動を可能にする目的で、制御領域５５の圧力を再び低下させることが可能でなければならない。これは、排出口６２によって実現される。流体排出口６２は、流体制御弁２５の作動中、単に制御領域５５から流体が排出することで制御領域５５の流体圧力が主領域５６の流体圧力より低くなるように、流体制御弁の入口における流体圧力よりも流体の圧力を低くした、流体パイプ又は低圧流体リザーバ２７に連結されるように構成されている。
【００８４】
流体排出口６２が高すぎる圧力を有する流体リザーバに連結されると、制御領域５５から排出することができず、その後、第１の軸方向４６の反対方向に向けて変位させることができない。しかしながら、制御領域５５を比較的高圧にするためには、排出量が多すぎてはならない。これは、流体排出路の内部における非可変流量制限６３を有する流体制御弁２５を提供することによって、費用効果よく解決される。
【００８５】
流量制限６３は、望ましくは、流体制御弁２５の流体排出口６２に一体化されるが、その代わり、流量制限６３は、流体排出路に沿った任意の位置に置くこともできる。制御される可変流量制限６３は、さらなる制御パラメータが望まれる場合には、非可変流量制限６３の代替として提供することができる。
【００８６】
すでに説明したものに加え、ハウジング４０は、主弁ばね部材４５のための支持構造として機能する、第１の環状支台（abutment）６４を備えることができる。また、ハウジングは、第１の軸方向４６の反対方向に主弁４４の端部止め（end stop）として機能する第２の環状支台６５を備えることもできる。
【００８７】
流体制御弁２５の機能は、図３〜７に関連して説明される。流体制御弁２５の定常状態の作動位置を示す図３において、作動ピストン６０は、パイロット弁５８と接触している。主弁４４は、現在の力の均衡、即ち、主弁４４に作用する累積軸力が０である軸位置に応じた軸位置を採択している。一定の排出流れ６１は、ベース壁５４の開口５７を通過して、主領域５６から制御領域５５へと流れる。同一の排出流れ６１はまた、排出口６２を通過して制御領域５５から流れる。第１の流路が開き、第２の流路が閉じる。主弁４４の軸位置は、自己制御され、作動ピストン６０によって間接的にのみ制御される。
【００８８】
図３に図示する流量の配分は、バイパスラインを通過する１００％の流量を示す。このような流量の配分は、一般的に、潤滑油がまだ冷たく、迅速に暖められて最適な作動温度に到達することが必要である場合、内燃機関の始動中に使用される。
【００８９】
特定時間後に、潤滑油が目標温度に近づき始めると、熱センサ２９からの油温に関する情報を受信する電子制御装置２８は、油温をできるだけ所定の目標温度に維持する試みにおいて、暖かい潤滑油の特定量が熱交換器２６に分配されるように、調整機能を使用して流体制御弁２５を制御し、ゆっくりと流量の配分を調整する。
【００９０】
流体制御弁２５の内部で流量の配分を制御する制御信号は、通常、比較的時間をかけてゆっくりと変化するが、流体制御弁２５の機能をよく示す目的で、図４に、作動ピストン６０の突然の格納直後の作動状態を示す。主弁４４は、まだ位置を変化させていないが、パイロット弁５８は、パイロット弁５８を開いておく作動ピストン６０からの力が不足することに起因して、閉弁位置に移動する。パイロット弁５８に作用する力は、ベース壁５４の開口５７の動的な低流体圧力と比較して、主領域５６の静的な高流体圧力によって生み出されたサージ力である。また、パイロット弁５８が閉弁するやいなや、制御領域５５より高い主領域５６の流体圧力に起因して、パイロット弁５８が閉弁位置のままとなる。
【００９１】
制御領域５５の圧力は、パイロット弁５８を通過する新しい高圧潤滑油の流入が停止されると共に、制御領域５５からの排出流れ６１に起因して、低下し始める。従って、制御領域５５の流体圧力によって生み出された軸力Ｆ３が減少し、これによって、主弁４４の圧力均衡を変化させる。主領域５６の流体圧力によって生み出された軸力Ｆ１が、主弁ばね部材４５及び制御領域５５の流体圧力によって夫々与えられる合軸力Ｆ２及びＦ３より大きくなるやいなや、主弁４４は、第１の軸方向４６の反対方向に移動し始める。
【００９２】
図５は、第１の流路を介した１００％から、第１の流路と第２の流路との間の約５０／５０へと、流量の配分が変化した、流体制御弁の新しい定常状態位置を示す。図５の新しい力の均衡は、図３の力の均衡に対応している。
【００９３】
また、流体制御弁２５の機能をよく示す目的で、作動ピストン６０の突然の伸長直後の作動状態を図６に示す。主弁４４はまだ位置を変えていないが、第１の軸方向４６にパイロット弁５８を押圧する作動ピストン６０によって与えられる作動力に起因して、パイロット弁５８がより開弁する位置に向けて移動する。制御領域からの排出流れ６１が比較的一定であるが、パイロット弁５８を通過する新しい高圧潤滑油の流入が遥かに多いことに起因して、制御領域５５の圧力が増加し始める。従って、制御領域５５の流体圧力によって生み出された軸力Ｆ３が増加し、これによって、主弁４４の圧力均衡を再び変化させる。
【００９４】
主領域５６の流体圧力によって生み出された軸力Ｆ１が、主弁ばね部材４５及び制御領域５５の流体圧力によって夫々与えられる合軸力Ｆ２及びＦ３より小さくなるやいなや、主弁４４が第１の軸方向４６に移動し始め、これによって、流体制御領域２５の内部の流量の配分を図３に示す流量の配分状態に向けて変化させる。
【００９５】
パイロット弁５８は、ベース壁５４の開口５７に固定され、開口５７を通過する流量を制御するように構成されている。開口５７を閉じて流れを止めるか、開口５７を開いて流れを可能にするかによって、これは実現される。
【００９６】
パイロット弁５８は、多様な異なるデザインを有することができ、図７に第１実施形態をより詳細に模式的に示す。閉弁状態では、パイロット弁５８の円環シール面７０は、ベース壁の開口５７の周囲の円環面７１に接触して密閉係合する。従って、パイロット弁５８のシールフランジ７２は、ベース壁の開口５７より半径方向７３に広がる延長部分（extension）を備えている。
【００９７】
ベース壁の主延長部分（extension）は、円筒状のハウジング４０の軸方向に垂直な平面を定義する。ベース壁の開口５７は、中心に配置された円形の貫通孔である。
【００９８】
パイロット弁５８は、シールフランジ７２から軸方向にオフセットして配置された停止部材（stopping member）７４を更に備えている。停止部材７４は、パイロット弁５８をベース壁の開口５７に固定するように構成されており、これによって、パイロット弁５８がベース壁の開口５７から脱落しないようにする。
【００９９】
図７の実施形態では、停止部材７４及びシールフランジ７２は、ベース壁５４の反対側に配置されている。シールフランジ７２は、ベース壁の流体主領域側に位置し、停止部材７４は、ベース壁５４の制御領域側に位置している。
【０１００】
軸連結部材７５は、シールフランジ７２を停止部材７４に連結するように設けることができる。軸連結部材７５は、望ましくは、シールフランジ７２又は停止部材７４と一体的に形成される。シールフランジ７２及び停止部材７４の一方は、望ましくは、ベース壁の開口５７へのパイロット弁５８の組み付けを容易にするため、パイロット弁５８の残りの部分に着脱可能に取り付けられる。停止部材７４は、リテーニングリング、サークリップなど、軸連結部材７４に取り付けられる、例えば、着脱可能なファスナとすることができる。
【０１０１】
停止部材７４は、停止部材７４がベース壁５４に接触したとき、ベース壁の開口５７を通過する流れを可能にするように配置されなければならない。１つの解法は、停止部材７４に軸方向に延びる１つ又は複数の貫通孔又は穿孔を設けることである。
【０１０２】
パイロット弁５８は、作動ピストン６０がパイロット弁５８を開弁できるように、電気機械式アクチュエータ５９の作動ピストン６０と相互作用するように構成された接合面（abutment surface）７６を更に備える。図７の実施形態では、接合面７６は、停止部材７４から軸方向に突出する、パイロット弁５８の一部に設けられる。しかしながら、停止部材７４自体又は連結部材７５は、接合面７６を備えることができる。
【０１０３】
図８に、パイロット弁５８の例示的な実施形態のより詳細を示す。円盤形状のシールフランジ７２は、管状連結部材の形をとる軸連結部材７５に連結される。シールフランジ７２は、ベース壁５４のシール面７１に密閉係合するように配置される。連結部材７５は、ベース壁の開口内に配置され、パイロット弁５８がベース壁の開口５７と適切な同軸配置に維持されることを保障する、パイロット弁５８への案内を提供するように、ベース壁の開口５７の内径より若干小さな外径を有する。連結部材７５は、流体が連結部材７５の内部の領域に流入できるようにする、半径方向に延びる複数の貫通孔７７を備える。
【０１０４】
円盤形状の停止部材７４は、ベース壁５４の他側にある連結部材７５に固定される。停止部材７４は、半径方向７３（軸方向に垂直な方向）に開口５７を超えて延びる。停止部材７４は、パイロット弁５８を通過して、主領域５６から制御領域５５への流体流れを可能にする、中心開口７８を備えている。
【０１０５】
接合面７６を有する突出部材は、作動ピストン６０と相互作用する停止部材７４に付加的に設けられる。
【０１０６】
図９に、パイロット弁５８のさらに他の実施形態を示す。図８の実施形態と同様に、パイロット弁５８は、管状の軸連結部材７５に連結される、円盤形状のシールフランジ７２を備える。シールフランジ７２は、ベース壁５４のシール面７１に密閉係合するように配置される。軸連結部材７５は、ベース壁の開口５７の内部に配置され、パイロット弁５８がベース壁の開口５７と適切な同軸配置に維持されることを保障する、パイロット弁５８への案内を提供するような寸法に形成される。管状の連結部材７５は、軸連結部材７５の内部の領域に流体が流入することを可能にする、半径方向に延びる複数の貫通孔７７を備える。
【０１０７】
この実施形態に係るパイロット弁５８は、任意の停止部材を備えていない。その代わりに、ベース壁５４の主領域側に固定されるケージ７９が備えられる。ケージ７９は、ベース壁の開口５７を通過する流路を開閉するために、シールフランジ７２の特定の軸運動を可能としつつ、パイロット弁５８をベース壁の開口５７に固定するように配置される。
【０１０８】
ケージ７９は、シールフランジ７２の特定開度の開弁を可能にするが、特定開度を超えてさらに開弁することを制限するようにデザインされている。ケージ７９の軸停止部（axial stopping portion）８０は、パイロット弁５８がベース壁の開口５７から脱落できないことを保障するために、パイロット弁５８の軸長より短い、ベース壁５４から少し離れた位置に配置されてる。
【０１０９】
停止部８０は、主領域５６から制御領域５５への流れを可能にするために、半径方向に延びる複数の貫通孔を有する筒部材８１によって、ベース壁５４に固定される。
【０１１０】
ケージ７９は、望ましくは、流体内の異物粒子が制御領域５５に流入することを防止するフィルタ８２を更に備える。フィルタ８２は、半径方向に延びる複数の貫通孔を有する２つの筒部材８１の間にフィルタ８２を配置することによって、ケージ７９に固定することができる。パイロット弁５８は、望ましくは、ベース壁の開口５７の内部で自由に動くが、パイロット弁５８は、代替的に、パイロット弁ばね部材（図示せず）によって閉弁位置に向けて付勢することができる。
【０１１１】
図３〜６で模式的に示す電気機械式アクチュエータ５９は、リニアアクチュエータ、即ち、直線方向にだけ動く作動ピストン６０を有するアクチュエータである。アクチュエータ５９は、望ましくは、ソレノイドタイプのアクチュエータ、即ち、コイルを流れる電流によって生み出される磁界で制御される作動ピストン６０を有するアクチュエータである。しかしながら、ねじピストンデザイン、流体出力ピストンデザインなど、他のアクチュエータデザインも可能である。
【０１１２】
電気機械式アクチュエータ５９は、ベース壁５４の反対側に位置する制御領域５５側に配置される。従って、流体制御領域５５は、ベース壁５４によって一軸側の境界が定められ、電気機械式アクチュエータ５９によって他軸側の少なくとも一部の境界が定められる。その結果、作動ピストン６０は、流体制御領域５５を貫通して延びる。
【０１１３】
作動ピストン６０は、使用された作動デザイン及び技術に応じて、一直線方向に作動力を生み出すことだけができる。その結果、作動ピストン６０は、他の方向への運動の支援が必要な場合がある。図１０は、ばね部材９０によって格納状態に向けて付勢された作動ピストン６０を備えた流体制御弁２５を示す。ばね部材９０は、ハウジングの第１の環状支台６４と作動ピストン６０に設けられた環状支台９１との間に配置される。
【０１１４】
流体制御弁２５のデザインは、図３〜６に示すデザインから変更することができる。図１１及び１２に、図３〜６のデザインに対して多くの類似点を有する１つの代替デザインを示す。円筒状の主弁４４は、円筒状のハウジング４０の内部を軸方向に摺動可能に配置され、ハウジング４０は、その側壁に第１の開口４１及び第２の開口４２並びに軸開口４３を備える。
【０１１５】
流体制御弁２５を通過する流量の配分は、主弁４４の軸位置によって制御される。この軸位置は、パイロット弁５８を介して電気機械式アクチュエータ５９によって間接的に制御される。
【０１１６】
図３〜６の実施形態のデザインとは逆に、主弁４４は、第１の流通孔及び第２の流通孔を形成する円筒状の側壁に任意の貫通孔を備えていない。その代わりに、主弁４４の軸接合面９３が、主弁４４の軸位置に応じて、流体入口から第１の流体出口及び第２の流体出口への流量を制御するために、ハウジング４０の軸接合面９２と協働するように配置されている。このため、主弁４４の軸接合面９３とハウジング４０の軸接合面９２の両方は、流体制御弁２５のシール面を形成する。
【０１１７】
図１１及び１２の実施形態では、軸開口４３が流体入口を構成し、第１の開口４１及び第２の開口４２が第１の出口及び第２の出口を夫々構成する。
【０１１８】
図１１は、閉弁位置の主弁４４を示す。作動ピストン６０は、比較的大量の流量がパイロット弁５８に現れることを保障する程度に伸長される。その結果、制御領域５５の圧力が、主領域５６の圧力からほど遠からぬレベルに到達する。圧力レベルは、主に、排出口６２を通過して出る一定の排出流量６１に起因して、異なっている。しかしながら、主弁ばね部材４５の力は、ハウジング４０の軸接合面９２に対して主弁の軸接合面９３が当接して密閉する閉弁位置に主弁４４が移動するように、圧力差によって生み出された開弁力に打ち勝つのに十分である。その結果、矢印５３で示すように、すべての入口流れが第１の出口を介して排出する。第１の出口は、例えば、バイパスライン３２に連結することができる。
【０１１９】
図１２は、他の極端な位置を示す。ここで、作動ピストン６０は、完全に閉弁されたパイロット弁５８を明確に提供する程度に格納されている。これは、第１の方向４６の反対方向に主弁４４の軸運動を規制する、ハウジング４０の環状内部支台６５に起因して可能となる。完全に閉弁したパイロット弁５８は、排出口６２を通過する排出流れ６１を維持しつつ、流入する新しい高圧流体が不足することに起因して、制御領域５５の内部に比較的低圧を生み出す。その結果、主弁４４がゆっくりと開弁状態に移動するように、制御領域５５の圧力は、制御領域５５の圧力と主弁ばね部材４５との合軸力が主弁４４を閉弁状態にもはや維持できない程度へと低下する。開弁状態では、主弁４４は、ハウジング４０の軸接合面９２を通過する流れを可能にする。その結果、例えば、約５０／５０となるように、特定の内部配分で第１の開口４１及び第２の開口４２を介して、入口流れが排出する。第２の開口４２は、例えば、熱交換器ライン３６に連結することができる。
【０１２０】
図１１及び１２の実施形態では、第１の出口を閉じる可能性がないため、１００％の出口流れが第２の出口に向かうように、流体配分を制御することができない。しかしながら、これは、主弁４４のベース壁５４から軸方向に延びる円筒状のスリーブ部９５を提供することで、容易かつ簡単に達成できる。
【０１２１】
円筒状のスリーブ部９５は、主弁４４に固定又は一体的に、並びに、主弁４４と共に円筒ハウジング４０の内部を軸方向に摺動可能に形成されなければならない。スリーブ部９５は、流体制御弁２５に供給された流体が、弁及びスリーブ部９５によって区画される凹部に入ることを可能にする、軸開口４７を有さなければならない。スリーブ部９５はまた、流体制御弁２５に流入した流体が、可変流量の配分で第１の流体出口及び／又は第２の流体出口を介して排出可能とするために、その円筒状の側壁に開口４８を備えなければならない。
【０１２２】
図１１及び１２のデザイン解法とは逆に、図１３のデザイン解法は、第１の流体出口、即ち、図１３に示す第１の開口４１の完全な閉塞を可能にする。これによって、１００％の出口流れが、第２の流体出口を介して排出される。第１の出口の閉塞は、第１の開口４１を介してスリーブ部９５の側壁を配置することで実現される。第２の流体出口を介した出口流れは、スリーブ部９５の側壁の開口４８によって可能となる。主弁４４及びスリーブ部９５が図１３に示す位置から始まって第１の軸方向４６に移動すると、スリーブ部９５の側壁を塞ぐ流れは、第１の流体出口を開通させる第１の開口４１から離れるように移動し、これによって、１００／０〜０／１００の可変流量の配分で、第１の流体出口と第２の流体出口との間の分割流量の配分を可能にする。
【０１２３】
本発明は、上述及び図示された実施形態に限定されず、むしろ、当業者は、添付の請求項の範囲内で、種々の変更及び改変がなされ得ることを認識すべきである。
【０１２４】
流体制御弁２５は、内燃機関２３の潤滑油回路２０に関連して示されているが、本開示に係る流体制御弁２５は、多くの他の用途で使用及び実施することができる。例えば、流体制御弁は、例えば、冷却媒体としての水を有するエンジン冷却回路で使用することができる。このような装置は、熱源、熱交換器、熱交換器バイパスライン、熱交換器とバイパスラインの流量比を夫々制御する流体制御弁など、図２の実施形態と多く共通する特徴を有している。高圧の水冷却流体を必要としないので、主に存在する相違点は、流体ポンプが低圧の吐出圧力を持ち、エンジンブロックに一体化された流体リザーバに代えて内燃機関の外部に位置する冷却流体の膨張リザーバの使用、図２に示すように、流体ポンプの入口とリザーバとを直接連結する必要がないことである。
【０１２５】
動力源は、ここではピストンエンジンとして示されているが、流体制御弁は、他のタイプの内燃機関の流量制御のためにも同様に適用可能である。また、流体制御弁は、熱源、熱交換器及び熱交換器バイパスラインを有する任意の種類の熱交換器回路で有利に実施可能である。熱源は、例えば、作業車両、トラック若しくはバスの油圧作動機能のための油圧機器、又は、電気機械若しくは蓄電システムのような電気機器とすることができる。
【図１】
0006501795.tif 000002
【図２】
0006501795.tif 000003
【図３】
0006501795.tif 000004
【図４】
0006501795.tif 000005
【図５】
0006501795.tif 000006
【図６】
0006501795.tif 000007
【図７】
0006501795.tif 000008
【図８】
0006501795.tif 000009
【図９】
0006501795.tif 000010
【図１０】
0006501795.tif 000011
【図１１】
0006501795.tif 000012
【図１２】
0006501795.tif 000013
【図１３】
0006501795.tif 000014