(57)【要約】【課題】外部から冷却水温度を制御することができる応答性能のよいエンジン冷却水制御弁を提供すること。【解決手段】入口１２と出口１３との間の通路に配置された主弁座１５および主弁体１６からなる主弁と、主弁体１６を開閉駆動するダイヤフラム２２と、ダイヤフラム２２によって画成された圧力室３８に主弁上流側の圧力を導入するリーク路２６と、圧力室３８と主弁下流側との間に配置されてパイロット弁座２８および外部からの制御電流により開度を制御できるソレノイド駆動のパイロット弁体２９を有するパイロット弁とで構成した。主弁は、圧力室３８の圧力によってリフト量が決められ、その圧力は、パイロット弁の開度、つまり、ソレノイドへの制御電流で決まる。これにより、主弁は、パイロット弁の前後差圧が一定になるよう流量を制御する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの冷却水温度を制御するエンジン冷却水制御弁において、
冷却水の入口と出口との間の通路に配置された主弁と、
前記主弁の主弁体に固定されて前記主弁体を開閉駆動するとともに前記入口から隔離された圧力室を画成するダイヤフラムと、
前記主弁の上流側の冷却水を前記圧力室に導入するリーク路と、
前記圧力室と前記主弁の下流側の空間との間に配置され外部制御可能なソレノイド力により開度が設定されて前記圧力室の圧力を制御するパイロット弁と、
を備えていることを特徴とするエンジン冷却水制御弁。
【請求項２】
前記リーク路は、前記ダイヤフラムに形成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン冷却水制御弁。
【請求項３】
前記パイロット弁は、前記主弁体と前記ダイヤフラムとを保持するホルダに形成されたパイロット弁座と、前記パイロット弁座に対抗して前記主弁の下流側から弁閉方向に付勢された状態で配置されたパイロット弁体と、前記パイロット弁体を制御電流の値に応じて弁閉方向へ制御するソレノイドとを有することを特徴とする請求項１記載のエンジン冷却水制御弁。
【請求項４】
前記ソレノイドは、前記パイロット弁体に当接されている可動鉄芯と、前記ホルダとの相対位置が固定された状態で軸線方向に進退自在な固定鉄芯と、前記制御電流の値に応じて前記可動鉄芯と前記固定鉄芯との間のギャップを制御する電磁コイルと、前記可動鉄芯と前記固定鉄芯との間に配置されて前記電磁コイルの非通電時には前記パイロット弁を全開状態に維持する第１のスプリングとを有することを特徴とする請求項３記載のエンジン冷却水制御弁。
【請求項５】
前記固定鉄芯は、前記可動鉄芯を貫通して配置されたシャフトにより前記ホルダとの距離が維持され、第２のスプリングによって前記シャフトに当接するよう付勢されていることを特徴とする請求項４記載のエンジン冷却水制御弁。
【請求項６】
エンジンの冷却水温度を制御するエンジン冷却水制御弁において、
冷却水の入口と出口との間の通路に配置された主弁と、
前記主弁の主弁体に固定されて前記主弁体を開閉駆動するとともに前記入口から隔離された圧力室を画成するダイヤフラムと、
前記圧力室とラジエータの上流側の配管との間に配置され外部制御可能なソレノイド力により開度が設定されて前記圧力室の圧力を制御するパイロット弁と、
前記圧力室を前記主弁の下流側の空間へ連通させるリーク路と、
を備えていることを特徴とするエンジン冷却水制御弁。
【請求項７】
エンジンの冷却水温度を制御するエンジン冷却水制御弁において、
冷却水の入口と出口との間の通路に配置された主弁と、
前記主弁の主弁体に固定されて前記主弁体を開閉駆動するとともに前記入口から隔離された圧力室を画成するダイヤフラムと、
ラジエータの上流側の冷却水を前記圧力室に導入するリーク路と、
前記圧力室と前記主弁の下流側の空間との間に配置され外部制御可能なソレノイド力により開度が設定されて前記圧力室の圧力を制御するパイロット弁と、
を備えていることを特徴とするエンジン冷却水制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジン冷却水制御弁に関し、特にエンジンの冷却水循環系統に設けられてエンジンの冷却水温度を制御するようにしたエンジン冷却水制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水冷式のエンジンでは、エンジン本体にウォータジャケットを形成し、これをラジエータに接続し、エンジン駆動のポンプにより冷却水を強制循環させるようにしている。また、始動時のように、冷却水温度が低いときには、ラジエータの通路を遮断し、エンジンから流出した冷却水をラジエータをバイパスするバイパス通路を介してそのままエンジンに戻すようにしている。このラジエータの通路を開閉するのに感温部としてワックスサーモスタットを用いたサーモバルブが利用されている。（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ワックスサーモスタットバルブは、ワックスサーモスタットにて冷却水温度を感知し、冷却水の温度変化によりサーモバルブの開閉を機械的に行っている。これにより、冷却水温度を一定に保つことができるので、エンジンの燃焼効率および燃費を向上させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１７３１４７号公報（図１，図８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ワックスサーモスタットバルブにおいては、その開度制御は冷却水温度のみによって決定されるため、運転状況に合わせて外部から冷却水温度を制御することはできないという問題点があった。
【０００６】
また、ワックスサーモスタットバルブは、バルブフェールセーフ機構として、バルブが作動しない状態に陥った場合に、バルブ自体が破壊して冷却水が強制的にラジエータを流れるようになっており、正常作動状態に復帰するにはバルブの交換が必要であった。
【０００７】
さらに、ワックスサーモスタットバルブは、ワックスサーモエレメントによる温度感知だけで弁開度を制御し、しかも、ワックスサーモエレメントは、温度変化に対する応答性能が良くなく作動に時間がかかるため、たとえばエンジンの急な過負荷運転などによる冷却水温度の急な上昇に対応することができず、このためエンジンの燃焼効率がよいとされる温度を制御温度幅の上限に設定すると、急激な温度上昇に対して応答時間が遅い分、エンジンがオーバヒートする温度まで水温が上昇してしまうため、制御温度を高くすることができないという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、外部から冷却水温度を制御することができる応答性能のよいエンジン冷却水制御弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、エンジンの冷却水温度を制御するエンジン冷却水制御弁において、冷却水の入口と出口との間の通路に配置された主弁と、前記主弁の主弁体に固定されて前記主弁体を開閉駆動するとともに前記入口から隔離された圧力室を画成するダイヤフラムと、前記主弁の上流側の冷却水を前記圧力室に導入するリーク路と、前記圧力室と前記主弁の下流側の空間との間に配置され外部制御可能なソレノイド力により開度が設定されて前記圧力室の圧力を制御するパイロット弁と、を備えていることを特徴とするエンジン冷却水制御弁が提供される。
【００１０】
このようなエンジン冷却水制御弁によれば、ラジエータから入口に冷却水が導入されると、ダイヤフラムが主弁を開けて冷却水を出口に流す。一方、入口に導入された冷却水の一部はリーク路を介してダイヤフラムによって仕切られた圧力室に入るが、非通電時は全開に設定されるパイロット弁が圧力室を主弁の下流側へ連通させているので、主弁は全開状態に維持される。通電時は、その制御電流の値に応じてパイロット弁の開度が設定され、圧力室から主弁の下流側へ流れる冷却水が制限されることにより圧力室の圧力が上がり、これにより、ダイヤフラムが主弁体を弁閉方向に駆動して主弁を流れる冷却水の流量を制御する。主弁の開度は、外部から与えられる制御電流によって自由に変えることができ、しかも、水温の変化に対してほぼ瞬時に変えることができるため、冷却水は冷却水温度の変化に対して応答遅れがなく、所定の温度に制御されることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１はエンジンの冷却水系統を示すシステム図である。
【００１２】
冷却水系統は、エンジン１の本体内に形成された図示しないウォータジャケットから、一方は、ラジエータ２、エンジン冷却水制御弁３および電動式のポンプ４を介してエンジン１内のウォータジャケットに戻る系統と、他方は暖房用熱交換器であるヒータコア５およびポンプ４を介してエンジン１内のウォータジャケットに戻る系統とからなっている。また、冷却水系統は、必要に応じて、ラジエータ２およびエンジン冷却水制御弁３をバイパスするように配置されるバイパス通路６を設けてもよい。エンジン冷却水制御弁３およびポンプ４は、たとえばエンジン１の冷却水出口に設けられた水温センサにより検出された冷却水温度に基づいて、図示しない制御装置によりそれぞれ制御される。ここでは、ポンプ４は、オン・オフ制御され、運転時は一定の回転数で冷却水を循環させるものとする。
【００１３】
ここで、しばらく停止していたエンジン１を始動したときのように、冷却水の温度がまだ低い場合、ポンプ４は停止していて、エンジン冷却水制御弁３は全閉状態になっている。これにより、エンジン１は、ウォータジャケット内の少量の冷却水によって冷却されるだけなので、暖機が促進される。ウォータジャケット内の冷却水が所定温度に達すると、ポンプ４を運転し、エンジン冷却水制御弁３を全閉状態にしてヒータコア５の系統で冷却水を循環させる。さらに、ウォータジャケット内の冷却水が再度所定温度に達すると、エンジン冷却水制御弁３を適当なリフト量に制御することで、ラジエータ２の系統も冷却水を循環させる。その後、運転状況などに合わせてエンジン冷却水制御弁３を適当なリフト量に制御することで、最適な冷却水温度の制御を行うことができる。次に、このようなエンジン冷却水制御弁３の具体的な構成例について説明する。
【００１４】
図２は第１の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁の弁閉状態を示す中央縦断面図、図３は第１の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。
【００１５】
このエンジン冷却水制御弁３は、ボディ１１の側部に形成されてラジエータ２に連通する入口１２と、ボディ１１の底部に形成されてポンプ４に連通する出口１３とを有している。ボディ１１内には、出口１３から内方へ延長した筒状体１４がボディ１１と一体に形成されており、その筒状体１４の図の上端部は、主弁の主弁座１５を構成している。この主弁座１５に対向して図の上方から接離自在な主弁体１６が配置されている。この主弁体１６は、ワッシャ１７とガイド１８とによって挾持され、止め輪１９によってホルダ２０に保持されている。ガイド１８は、筒状体１４の内壁に沿って摺動する３本の脚部が一体に形成され、主弁体１６およびホルダ２０を筒状体１４の中心に位置決めしながらその軸線方向に進退移動するのをガイドする。
【００１６】
ホルダ２０は、また、ダイヤフラム２２の中央部分と固定されている。このダイヤフラム２２は、外周縁部がボディ１１とハウジング２１とによって挾持され、主弁体１６よりも大きな受圧面積を有し、中心位置には穴があいた形状を有している。ダイヤフラム２２は、その中央部分が両面からドーナツ状の２枚のディスク２３，２４によって挟み込まれ、それらの内周縁部をかしめ加工によってホルダ２０に固定されている。２枚のディスク２３，２４は、それぞれダイヤフラム２２から離れる方向に突出するように形成された環状の溝を有し、ダイヤフラム２２とともに水路を構成している。入口１２に連通した空間に面しているディスク２４は、その環状の溝に複数の連通孔２５が穿設されている。これらの連通孔２５は、ダイヤフラム２２とハウジング２１とによって囲まれた圧力室３８へ冷却水を導入するためにものであって、複数個設けることによりフィルタを兼ねている。
【００１７】
ダイヤフラム２２は、ディスク２３，２４に形成された環状の溝がある位置に１つのリーク路２６が穿設され、ディスク２３の環状の溝にも１つの連通孔２７が穿設されている。
【００１８】
ホルダ２０は、その中央軸線位置に圧力室３８と出口１３との間を連通する通路を有し、その途中にパイロット弁座２８が一体に形成されている。そのパイロット弁座２８に対抗して出口１３の側からボール形状のパイロット弁体２９が進退自在に配置され、パイロット弁座２８とともに圧力室３８の圧力を制御するパイロット弁を構成している。パイロット弁の弁孔は、ダイヤフラム２２に形成されたリーク路２６よりも遥かに大きな断面積を有するようにしてある。このパイロット弁体２９は、スプリング３０によって着座方向に付勢されており、そのスプリング３０は圧力室３８と出口１３との間を連通する通路内に螺着されたアジャストねじ３１によって受けられている。
【００１９】
このホルダ２０の図の上部にはパイロット弁の開度を設定するソレノイドが設けられている。ソレノイドは、図の下方端部がパイロット弁体２９に当接された可動鉄芯３２と、主弁体１６との相対位置が変化しない固定鉄芯３３と、可動鉄芯３２と固定鉄芯３３との間に配置されて可動鉄芯３２をパイロット弁の弁開方向に付勢しているスプリング３４と、通電電流値に応じて可動鉄芯３２と固定鉄芯３３との間の間隔を制御する電磁コイル３５とを備えている。固定鉄芯３３とホルダ２０との間には、可動鉄芯３２の外周部に軸線方向に形成された溝に挿通されている２本のシャフト３６が介在し、スプリング３７が固定鉄芯３３を図の下方へ付勢することによって固定鉄芯３３はホルダ２０に対して固定されているが、主弁の開閉動作に対しては軸線方向に進退自在になっている。
【００２０】
以上の構成のエンジン冷却水制御弁３において、ポンプ４が停止状態であって、ソレノイドの電磁コイル３５に制御電流が供給されていないときには、スプリング３０，３４の荷重がバランスした位置に可動鉄芯３２およびパイロット弁体２９が移動されることでパイロット弁は全開状態になっている。また、スプリング３７が固定鉄芯３３、シャフト３６を介してホルダ２０を図の下方へ付勢していることにより主弁体１６が主弁座１５に着座して、主弁は、図２に示したように、全閉状態になっている。
【００２１】
ここで、ソレノイドが非通電状態のまま、ポンプ４が運転開始されることによってラジエータ２からエンジン冷却水制御弁３の入口１２に冷却水が供給されると、その水圧により、スプリング３７の付勢力に抗してダイヤフラム２２が図の上方へほぼ瞬間的に変位し、図３に示したように、主弁体１６が押し上げられて主弁は全開状態になる。このとき、ダイヤフラム２２のリーク路２６を介して圧力室３８に入る水量よりも全開となっているパイロット弁を介して出口１３側へ流れる水量が多い状態になっているため、ダイヤフラム２２は、図の上方へ変位された状態を維持する。つまり、このエンジン冷却水制御弁３は、ソレノイドの非通電時に主弁が全開するノーマルオープンの構成になっている。また、このときの圧力室３８の圧力と出口１３の圧力との差圧は、最も小さい状態になっている。
【００２２】
次に、ソレノイドの電磁コイル３５に所定の制御電流を供給すると、固定鉄芯３３がスプリング３４の付勢力に抗して可動鉄芯３２を吸引する。これにより、可動鉄芯３２は図の上方へ移動し、これに伴って、パイロット弁体２９も上方へ移動し、パイロット弁は、その開度が小さくなる方向へ制御される。パイロット弁の開度が小さくなることにより、圧力室３８から主弁の下流側へ抜ける水量が減るため、圧力室３８の圧力が上がり、ダイヤフラム２２は、圧力室３８と出口１３の圧力との差圧に応じた位置まで図の下方へ変位し、主弁は、そのダイヤフラム２２の変位に対応した弁開度になる。その後、このエンジン冷却水制御弁３は、ソレノイドによって設定されたパイロット弁の前後の差圧が一定になるよう主弁が開閉する電磁定差圧弁として機能する。その設定差圧は、冷却水温度を含む運転状況などによって値が決められる制御電流にほぼ比例するので、主弁は外部からリニアに制御できることになる。また、パイロット弁を駆動するソレノイドの固定鉄芯３３をダイヤフラム２２の変位に連動して可動するようにしたことにより、ダイヤフラム２２が変位しても固定鉄芯３３と可動鉄芯３２とのギャップが変化しないため、主弁体が大きくストロークする主弁を小さな電磁コイルで制御することができる。
【００２３】
図４は第２の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁を用いたシステム図、図５は第２の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁の弁閉状態を示す中央縦断面図である。なお、これら図４および図５において、図１ないし図３に示した構成要素と同じまたは同等の構成要素については同じ符号を付してある。
【００２４】
このシステムは、図１のシステムに用いたエンジン冷却水制御弁３がその前後の差圧のみによって動作しているのに対し、ラジエータ２にて生じる圧力損失を利用して動作させている点で異なる。
【００２５】
すなわち、エンジン冷却水制御弁３ａは、入口１２と出口１３との間にダイヤフラム２２によって開閉駆動される主弁を有する構成は、第１の実施の形態のエンジン冷却水制御弁３と同じであるが、圧力室３８へは、ラジエータ２の上流側からパイロット弁を介して冷却水を導入し、圧力室３８からは、ダイヤフラム２２に形成されたリーク路２６介して冷却水を出口１３へ抜くように構成されている。これにより、ダイヤフラム２２は、冷却水がラジエータ２を通過することによって生じる圧力損失を受けて変位し、主弁の開度を制御することになる。
【００２６】
このエンジン冷却水制御弁３ａは、図５に詳細に示したように、入口１２と出口１３との間に形成された主弁座１５に上流側から接離自在に配置された主弁体１６を有し、この主弁体１６は、出口１３に連通する空間と圧力室３８とを隔離するよう設けられたダイヤフラム２２にディスク４０によって結合されている。このディスク４０は、スプリング４１によって主弁の弁閉方向に付勢されており、出口１３と圧力室３８とを連通するリーク路２６が設けられている。
【００２７】
パイロット弁は、ラジエータ２の上流側の配管に接続される入口４２と、圧力室３８に接続される出口４３とを有し、それらの間に形成されたパイロット弁座２８に対してパイロット弁体２９が下流側から接離自在に配置されている。このパイロット弁体２９は、ソレノイドの可動鉄芯３２と固定鉄芯３３との間に配置されたスプリング３４によって弁閉方向に付勢されている。
【００２８】
以上の構成のエンジン冷却水制御弁３ａにおいて、電磁コイル３５に通電されていない時は、パイロット弁は全閉し、したがって、圧力室３８がリーク路２６によって低圧側の出口１３と連通しているため、ダイヤフラム２２はスプリング４１により付勢されて主弁体１６を主弁座１５に着座させ、全閉になっている。このため、ポンプ４を運転すると、エンジン１内の冷却水はヒータコア５の系統を循環することになる。
【００２９】
電磁コイル３５が通電されると、可動鉄芯３２が固定鉄芯３３に吸引されるので、ラジエータ２の上流側の高圧の冷却水は、パイロット弁体２９を押し開け、圧力室３８に導入される。これにより、圧力室３８の圧力が高くなるので、ダイヤフラム２２は、主弁体１６を弁開方向へ駆動し、主弁を開く。ラジエータ２を通過してきた冷却水は、開いた主弁を介してポンプ４へ流れる。
【００３０】
電磁コイル３５に通電される制御電流を大きくすると、吸引力が増すので、ラジエータ２の上流側の圧力と圧力室３８内の圧力との差圧によってパイロット弁体２９がパイロット弁座２８からさらに離れ、パイロット弁の開度が大きくなる。これにより、圧力室３８の圧力も高くなり、主弁体１６は主弁座１５からさらに離れて、主弁の開度を大きくすることができる。
【００３１】
このように、ラジエータ２の下流側に主弁を設け、ラジエータ２の上流側の圧力と圧力室３８内の圧力との差圧をパイロット弁で制御するように構成したことにより、ラジエータ２に冷却水が流れることよって必然的に生じる大きな圧力損失を主弁の動作に利用することができ、主弁をその前後差圧だけで動作させるようにした第１の実施の形態のエンジン冷却水制御弁３よりも確実に動作させることができる。
【００３２】
なお、図１および図４のシステムでは、電動式のポンプでエンジン冷却水を循環させる例を示したが、エンジン駆動の内蔵ポンプを用いたシステムにおいても同様に適用することができる。
【００３３】
また、ラジエータの圧力損失を利用した第２の実施の形態では、ソレノイドが非通電時のときに主弁が全閉となるノーマルクローズタイプの例で示したが、第１の実施の形態においてダイヤフラムに設けていたリーク路２６をハウジング２１またはハウジング２１に接続した配管に設け、ラジエータ上流側の冷却水を圧力室３８に導入するよう構成することによってノーマルオープンタイプのエンジン冷却水制御弁を構成することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、エンジン冷却水制御弁を、入口圧力と圧力室との差圧がパイロット弁にて外部から電流により制御されることで主弁が制御されるパイロット式の電磁定差圧弁で構成した。これにより、ワックスサーモスタットバルブに比べ応答性が格段に向上するとともに、外部から流量をリニアに制御できることから、運転状況などに合わせて最適な冷却水温度の制御が可能である。
【００３５】
パイロット式の電磁定差圧弁としたことにより、受圧径が大きくリフト量の大きな主弁体を小さい電磁コイルにて制御できることから、小型のエンジン冷却水制御弁を構成できる。
【００３６】
第１の実施の形態では、ソレノイドオフの状態でポンプが運転を開始すると、自動的に主弁が全開状態になるノーマルオープンの構成としたことにより、フェイルセーフ機構を確保することができ、注水性を向上させることができる。主弁、この主弁を動作させるダイヤフラムおよびパイロット弁を同軸に配置したことで、エンジン冷却水制御弁をより小型に構成することができる。
【００３７】
また、第２の実施の形態では、ラジエータにて必然的に発生する圧力損失を主弁の動作に利用する構成にしたことにより、主弁を確実に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの冷却水系統を示すシステム図である。
【図２】第１の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁の弁閉状態を示す中央縦断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁の弁開状態を示す中央縦断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁を用いたシステム図である。
【図５】第２の実施の形態に係るエンジン冷却水制御弁の弁閉状態を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　ラジエータ
３，３ａ　エンジン冷却水制御弁
４　ポンプ
５　ヒータコア
６　バイパス通路
１１　ボディ
１２　入口
１３　出口
１４　筒状体
１５　主弁座
１６　主弁体
１７　ワッシャ
１８　ガイド
１９　止め輪
２０　ホルダ
２１　ハウジング
２２　ダイヤフラム
２３，２４　ディスク
２５　連通孔
２６　リーク路
２７　連通孔
２８　パイロット弁座
２９　パイロット弁体
３０　スプリング
３１　アジャストねじ
３２　可動鉄芯
３３　固定鉄芯
３４　スプリング
３５　電磁コイル
３６　シャフト
３７　スプリング
３８　圧力室
４０　ディスク
４１　スプリング
４２　入口
４３　出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004132242.tif 000006
【図５】
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