(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの冷媒が供給される流入ポート、及び、冷媒を送り出す吐出ポートが形成されたバルブハウジングと、
前記バルブハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転自在に備えられたロータリ型の弁体と、
前記内燃機関からの冷媒の温度が設定値を超えた場合に、その冷媒をバイパス流路を介して前記吐出ポートに送り出すことが可能なフェイルセーフ機構と、を備え、
前記弁体が、前記吐出ポートへの冷媒の給排を制御する主制御弁と、前記フェイルセーフ機構が収容された感温室への冷媒の給排を制御する感温制御弁とを一体回転するように備えて構成され、当該弁体は、前記主制御弁が前記吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、前記感温制御弁を開放姿勢に設定し、前記主制御弁が前記吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、前記感温制御弁を閉塞姿勢に設定する冷媒制御バルブ装置。
【請求項２】
前記フェイルセーフ機構が、冷媒の温度が設定値未満である場合に開閉弁で前記バイパス流路を閉じ、冷媒の温度が設定値を超える場合には熱膨張により前記開閉弁で前記バイパス流路を開放する熱感知体を有したサーモスタット型に構成されている請求項１記載の冷媒制御バルブ装置。
【請求項３】
前記主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、前記感温制御弁が前記感温室に対向する位置で開放する請求項１又は２記載の冷媒制御バルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの冷媒が供給される流入ポートと、冷媒を送り出す吐出ポートとが形成されたバルブハウジングにロータリ型の弁体が収容され、冷媒の温度が設定値を超えて上昇した場合に、内部の冷媒を強制的に吐出ポートに排出する冷媒制御バルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成された冷媒制御バルブ装置として特許文献１には、エンジンのウォータジャケットの冷媒（冷却水）が供給される開口と、メイン吐出部とを有し、開口からメイン吐出部に流れる冷媒を制御するメインバルブを備えた技術が示されている。この技術では、開口から副室部と、迂回流路とを介してメイン吐出部に冷媒を送る流路が形成され、副室部から迂回流路に冷媒を流れる流路にフェイルセーフ用バルブを備えている。
【０００３】
この特許文献１の技術では、メインバルブが閉じた状態にあっても冷媒の温度上昇に伴いフェイルセーフ用バルブが開放することにより、開口からの冷媒をメイン吐出部に排出できる。
【０００４】
特許文献２では、筐体の内部に有底筒状の回転スライダが回転自在に収容され、筐体と回転スライダとの流通口を合致させることで、筐体外部からの冷媒を回転スライダの内部に供給し、ポンプにより外部に送り出す技術が示されている。この技術では、筐体の流通口に隣接する位置にサーモスタット弁を備え、このサーモスタット弁から筐体の外周と回転スライダの内周との隙間を介してポンプに流体を供給する流路が形成されている。
【０００５】
この特許文献２の技術では、回転スライダの内部に冷媒が流れない位相にある場合でも、冷媒の温度上昇に伴いサーモスタット弁が開放することにより冷媒をポンプに送り循環させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３‐２３８１５５号公報
【特許文献２】特表２０１２‐５１９８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種のバルブ装置は、冷媒（冷却水）の流れを制御する弁体と、冷媒の温度を計測する温度センサの検出結果に基づいて弁体を制御するアクチュエータとを有している。従って、内燃機関の始動直後のように冷媒の温度が設定値未満である場合には、冷媒の循環を阻止して暖機を図る制御が行われ、冷媒の温度が設定値を超えた場合には冷媒を、ラジエータを介して循環させ、冷媒の温度管理を行う制御が行われる。
【０００８】
また、アクチュエータ等の故障によりバルブ装置が冷媒の循環を阻止する状態に固定された場合には、内燃機関のオーバーヒートを抑制するために、冷媒の温度上昇に伴って開放し、冷媒の流れを許容するフェイルセーフ機構を備えている。尚、フェイルセーフ機構は、特許文献１ではフェイルセーフ用バルブとして示され、特許文献２でサーモスタット弁として示されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１と特許文献２との何れの技術であっても、バルブ装置に供給される冷媒が常に接触する位置にフェイルセーフ機構が配置されている。従って、例えば、バルブ装置の弁体が既に開放して冷媒がラジエータに供給される状況でも、冷媒の温度が更に上昇した場合にはフェイルセーフ機構が開放することがあった。また、暖機時にフェイルセーフ機構に接触する冷媒の温度一時的に上昇した場合にも、フェイルセーフ機構が開放することも考えられ内燃機関の温度管理の観点から改善の余地がある。
【００１０】
本発明の目的は、冷媒を用いた内燃機関の温度管理を適正に行う冷媒制御バルブ装置を構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴は、内燃機関からの冷媒が供給される流入ポート、及び、冷媒を送り出す吐出ポートが形成されたバルブハウジングと、
前記バルブハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転自在に備えられたロータリ型の弁体と、
前記内燃機関からの冷媒の温度が設定値を超えた場合に、その冷媒をバイパス流路を介して前記吐出ポートに送り出すことが可能なフェイルセーフ機構と、を備え、
前記弁体が、前記吐出ポートへの冷媒の給排を制御する主制御弁と、前記フェイルセーフ機構が収容された感温室への冷媒の給排を制御する感温制御弁とを一体回転するように備えて構成され、当該弁体は、前記主制御弁が前記吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、前記感温制御弁を開放姿勢に設定し、前記主制御弁が前記吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、前記感温制御弁を閉塞姿勢に設定する点にある。
【００１２】
この構成によると、弁体の主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、感温制御弁が開放姿勢に設定されるため、バルブハウジング内部の冷媒をフェイルセーフ機構に対して直接的に接触させ、温度上昇に伴い開放させることが可能となる。また、主制御弁が開放姿勢にある場合には、感温制御弁が閉塞姿勢に設定されるため、フェイルセーフ機構に対してバルブハウジング内の冷媒を直接的に接触させることがなく、例えば、バルブハウジングの内部の冷媒の温度が一時的に上昇した場合にもフェイルセーフ機構が開放する不都合を抑制する。更に、感温室の温度が一時的に上昇し、フェイルセーフ機構が冷媒を吐出ポートに送り出す状態に切りかわった場合でも、感温室へ冷媒が供給されないため、冷媒が吐出ポートから過剰に送り出される不都合を招くこともない。
従って、冷媒を用いた内燃機関の温度管理を適正に行う冷媒制御バルブ装置が構成された。
【００１３】
本発明は、前記フェイルセーフ機構が、冷媒の温度が設定値未満である場合に開閉弁で前記バイパス流路を閉じ、冷媒の温度が設定値を超える場合には熱膨張により前記開閉弁で前記バイパス流路を開放する熱感知体を有したサーモスタット型に構成されても良い。
【００１４】
これによると、冷媒の温度が設定値を超えた場合に熱感知体が膨張する単純な現象を利用して開閉弁を開放させることが可能となる。
【００１５】
本発明は、前記主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、前記感温制御弁が前記感温室に対向する位置で開放しても良い。
【００１６】
これによると、主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、開放姿勢となる感温制御弁から感温部に対して近接する位置から直接的に冷媒を供給することが可能となる。これにより、冷媒の温度上昇に反映する形態で開閉弁を開放できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】冷却システムの構成を示す図である。
【図２】バルブ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図３】主制御弁を閉塞した状態でのバルブ装置の縦断面図である。
【図４】主制御弁を閉塞した状態でのバルブ装置の横断面図である。
【図５】主制御弁を開放した状態でのバルブ装置の縦断面図である。
【図６】主制御弁を開放した状態でのバルブ装置の横断面図である
【図７】シール機構の断面図である。
【図８】バルブ装置の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
〔基本構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１の冷却水（冷媒の一例）をラジエータ２に供給するバルブ装置Ｖ（冷媒制御バルブ装置の具体例）を備えると共に、ラジエータ２からの冷却水をエンジン１に戻すウォータポンプ３（同図ではＷ／Ｐと略記）を備えてエンジンの冷却システムが構成されている。
【００２０】
この冷却システムは、エンジン１の内部の冷却水の温度（水温）を計測する水温センサの計測結果に基づいてバルブ装置Ｖを制御し、この制御によりエンジン１とラジエータ２との間に循環する冷却水の水量を設定するように機能する。つまり、エンジン１の始動直後のように暖機を必要とする場合にはエンジン１からラジエータ２への冷却水の供給を停止し、暖機の後にはエンジン１の温度を適正に維持するように冷却水（冷媒）の流量を設定する制御が行われる。
【００２１】
〔バルブ装置〕
図２〜４及び図８に示すように、バルブ装置Ｖは、樹脂製のバルブハウジング１０と、ロータリ型となる樹脂製の弁体２０と、弁体２０の回転姿勢を設定する姿勢設定ユニット３０と、冷却水の温度が設定値を超えた場合に開放するフェイルセーフ機構４０とを備えて構成されている。更に、このバルブ装置Ｖは、弁体２０と吐出ポートＤとしての吐出筒１２の内端との間にシール機構５０を備えている。
【００２２】
バルブハウジング１０は、フランジ部１１Ｆを有するハウジング本体１１と、吐出筒１２と、感温室Ｂ（図４を参照）を閉じる感温室カバー１３と、感温室Ｂの冷却水を吐出筒１２に送るバイパス流路１４と、姿勢設定ユニット３０を収容するユニット収容部１５とを備えている。図面では、ユニット収容部１５の蓋体を省略しているが、このユニット収容部１５は蓋体で覆われることにより密封構造となる。
【００２３】
このバルブ装置Ｖでは、弁体２０を収容するバルブ室Ａが、ハウジング本体１１の内部に形成され、フェイルセーフ機構４０を収容する感温室Ｂがバルブ室Ａと連通する位置に形成されている。また、フランジ部１１Ｆのフランジ面には流入ポートＣが形成されている。この構成から、フランジ部１１Ｆをエンジン１の外壁に連結固定することにより、ウォータジャケットの冷却水が流入ポートＣに直接的に供給することが可能となる。また、吐出筒１２は、吐出ポートＤとして機能するものであり、この吐出筒１２にはラジエータ２に冷却水を送るラジエータホースが接続する。
【００２４】
ハウジング本体１１には吐出ポートＤに連通する主筒状部１１Ａと、感温室Ｂを形成する副筒状部１１Ｂとが樹脂材により一体形成されている。また、吐出筒１２と感温室カバー１３とバイパス流路１４とは一体物として構成され、吐出筒１２に連なる位置に内部スリーブ１２Ａが形成され、吐出筒１２と内部スリーブ１２Ａと境界位置にフランジ状の連結部１２Ｂが形成されている。
【００２５】
この構成から、吐出筒１２の内部スリーブ１２Ａを主筒状部１１Ａに内挿し、連結部１２Ｂを主筒状部１１Ａの外端部に接触させ、この接触部位を溶着する。また、感温室カバー１３を、副筒状部１１Ｂを閉塞する位置に配置して溶着する。これにより、吐出筒１２が突設状態で形成され、感温室Ｂと吐出筒１２とがバイパス流路１４を介して連通する。
【００２６】
弁体２０は、全体的に回転軸芯Ｘを中心とする筒状であり、回転軸芯Ｘに沿う方向での一方側に主制御弁２１が形成され、他方側に感温制御弁２２が形成されている。主制御弁２１は、外周が球状面２１Ａに成形され、この球状面２１Ａと弁体２０の内部空間とを連通させる主孔部２１Ｂが穿設されている。感温制御弁２２は、外周が円柱状面２２Ａに成形され、この円柱状面２２Ａと弁体２０の内部空間とを連通させる感温孔部２２Ｂが穿設されている。
【００２７】
つまり、弁体２０の内部空間はバルブ室Ａと連通する状態にあり、この内部空間に対して流入ポートＣからの冷却水が流入する状態にある。また、主制御弁２１は、吐出ポートＤへの冷却水の給排を制御し、感温制御弁２２は感温室Ｂへの冷却水の給排を制御するように機能し、この主制御弁２１と感温制御弁２２は弁体２０と一体的に回転する。
【００２８】
また、弁体２０の内部にはサポート部２３が一体形成されている。このサポート部２３は、冷却水の流動を可能にする開口が形成されると共に、中央位置に連結部を形成しており、サポート部２３に対して回転軸２４の中間部分が連結する。これにより回転軸２４が回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置される。
【００２９】
ハウジング本体１１の流入ポートＣに嵌め込む形態で軸受体２５を備えている。この軸受体２５は冷却水の流入を可能にする開口が形成されると共に、中央位置に軸受部が形成され、この軸受部に対して回転軸２４の一端が回転自在に支持されている。また、ハウジング本体１１のうち流入ポートＣと反対側に軸受部２６を備え、この軸受部２６に対して回転軸の他端が回転自在に支持されている。
【００３０】
姿勢設定ユニット３０は、密封空間のユニット収容部１５に収容される。この姿勢設定ユニット３０は、電動モータ３１の駆動力を、減速ギヤ３２で減速してウォームギヤ３３に伝え、このウォームギヤ３３で駆動されるホイールギヤ３４を備えている。このホイールギヤ３４が回転軸２４の端部に連結する。
【００３１】
姿勢設定ユニット３０は、ホイールギヤ３４の回転姿勢から弁体２０の姿勢を検出する回転角センサ３５を備えている。この回転角センサ３５は、ホイールギヤ３４に備えた永久磁石の磁束から回転角度を検出する非接触型であるが、例えば、ポテンショメータのように接触型のものを用いても良い。
【００３２】
この構成から、外部からの駆動信号で電動モータ３１が作動すると共に、回転角センサ３５の信号をフィードバックすることにより、回転軸２４を回転させ、主制御弁２１の開度を目標とする値に設定することが可能となる。
【００３３】
〔フェイルセーフ機構〕
図４、図６に示すように、フェイルセーフ機構４０は、ワックス等の熱感知体４１と、この熱感知体４１の端部に支持された開閉弁４２と、開閉弁４２を閉じ方向に付勢するバルブスプリング４３とを備えて構成されている。
【００３４】
このバルブ装置Ｖでは、弁体２０が図３に示す閉塞姿勢に設定された場合には、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２との間での冷却水の流れを遮断すると共に、図４に示すように、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとを連通させる。これとは逆に、弁体２０が図５に示す開放姿勢に設定された場合には、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２とを連通させると共に、図６に示すように、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとの間での冷却水の流れを遮断する。
【００３５】
前述したように、フェイルセーフ機構４０は感温室Ｂに収容されている。また、主制御弁２１が閉塞姿勢にある場合にのみ、感温制御弁２２の感温孔部２２Ｂを介してバルブ室Ａから冷却水がフェイルセーフ機構４０に供給される。つまり、感温室Ｂは感温制御弁２２が開放する状態で、この感温制御弁２２の感温孔部２２Ｂと、感温室Ｂとが直線的に結ぶ位置関係となるように各々が対向する位置に配置されている。
【００３６】
そして、冷却水の温度が設定値を超えることで図４に示す如く、熱感知体４１が膨張し、バルブスプリング４３の付勢力に抗して開閉弁４２が開放する。これにより、流入ポートＣからの冷却水をバルブ室Ａと感温室Ｂとを介してバイパス流路１４に送り、吐出ポートＤから排出できる。フェイルセーフ機構４０の作動形態は後述する。
【００３７】
〔シール機構〕
図７に示すように、シール機構５０は、シールリング５１と、パッキン５２と、支持リング５３と、スプリング５４とで構成され、これらは、吐出筒１２のうち主筒状部１１Ａの内部に配置される内部スリーブ１２Ａの外周に配置されている。
【００３８】
シールリング５１は、その内径が主孔部２１Ｂの孔径より僅かに大きく形成された樹脂材料で形成され、主制御弁２１の球状面２１Ａに接触することによりシール性を現出する。パッキン５２は、内部スリーブ１２Ａの外面に接触するリップ部を有する樹脂製のリング状に形成され、内部スリーブ１２Ａの外周との水密性を維持する。支持リング５３は、スプリング５４の付勢力をシールリング５１に作用させるステンレス等の金属材料で構成されている。スプリング５４は支持リング５３を介してシールリング５１に付勢力を作用させる。
【００３９】
このバルブ装置Ｖでは、ハウジング本体１１の内壁面と主制御弁２１の球状面２１Ａの外周との間に隙間が形成されているため、シール機構５０が配置された空間に対して冷却水が充満し、この空間に対して流入ポートＣと等しい圧力が作用する。
【００４０】
このシール機構５０では、スプリング５４の付勢力が作用する方向に沿って一体的に移動する移動部材（シールリング５１とパッキン５２と支持リング５３）が冷却水に取り囲まれる位置に配置されるため、この移動部材に対して冷却水から弁体２０の方向から作用する圧力と、バルブハウジング１０の外壁の方向から作用する圧力とが等しい。この構成から、各々の圧力が相殺し、シールリング５１に対してスプリング５４の付勢力だけが作用することになり、シールに必要な圧力だけを作用させ、良好なシール性を実現する。
【００４１】
〔バルブ装置の制御形態〕
このバルブ装置Ｖでは、弁体２０が図３、図４に示す閉塞姿勢に設定された場合には、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２との間での冷却水の流れを遮断し、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとを連通させ、これらの間での冷却水の流れを許容する。
【００４２】
この構成のバルブ装置Ｖでは、主制御弁２１の主孔部２１Ｂが吐出筒１２に冷却水を供給できない何れの姿勢でも閉塞姿勢となる。しかしながら、本発明のバルブ装置Ｖでは、吐出筒１２に冷却水が供給されない閉塞姿勢でもフェイルセーフ機構４０に冷却水を供給することが必要となる。従って、本発明のバルブ装置Ｖで弁体２０の閉塞姿勢では、図３、図４に示す如く、主制御弁２１が閉塞状態にあり、感温制御弁２２の感温孔部２２Ｂが全開となる姿勢に設定される。
【００４３】
また、弁体２０が、図５、図６に示す開放姿勢に設定された場合には、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２とを連通させ、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとの間での冷却水の流れを遮断する。この開放姿勢は、全開状態に限らず、主孔部２１Ｂの一部から冷却水が流れる姿勢も含むものであり、このように主制御弁２１が全開状態に達しない姿勢でも感温制御弁２２は閉塞姿勢に維持される。
【００４４】
従って、エンジン１の暖機時には、姿勢設定ユニット３０が弁体２０を閉塞姿勢に設定する。これにより、流入ポートＣからバルブ室Ａに流入した冷却水のラジエータ２への供給が遮断され、感温室Ｂにはバルブ室Ａの冷却水の流入が可能となる。
【００４５】
特に、姿勢設定ユニット３０等が故障し、主制御弁２１が閉塞姿勢に固定された状況で冷却水の温度が設定値を超えた場合には、熱感知体４１の膨張により開閉弁４２が開放する（図４を参照）。このように開放することでエンジン１の冷却水をバルブ室Ａから感温室Ｂに送り、更に、感温室Ｂからの冷却水をバイパス流路１４から吐出筒１２から供給することが可能となり、エンジン１のオーバーヒートが抑制される。
【００４６】
また、暖機運転を終えた後には、姿勢設定ユニット３０が弁体２０を回転させ主制御弁２１を開放姿勢に設定する。具体的には、冷却水の温度が低い状態では主制御弁２１の開度が低く設定され、温度上昇に従って、開度が大きく設定される。これにより、流入ポートＣからバルブ室Ａに流入した冷却水が吐出筒１２からラジエータ２に供給される。
【００４７】
この開放姿勢では主制御弁２１が僅かに開いた状態から全開に至る状態まで、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとの間での冷却水の流れを阻止する。従って、冷却水の温度が上昇してもフェイルセーフ機構４０が開放する現象を抑制できる。更に、冷却水の温度が一時的に上昇し、この温度上昇により熱感知体４１が膨張して開閉弁４２が開放した場合でも、バルブ室Ａから感温室Ｂに冷却水が流れることはない。これにより、ラジエータ２へ供給される冷却水の水量を増大させることがなく、エンジン１の熱管理を適正に行える。
【００４８】
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
【００４９】
（ａ）弁体２０の姿勢の設定によりバルブ室Ａの冷却水を、ＥＧＲクーラや、ヒータコア等に供給するためのポートを、バルブハウジング１０に形成しても良い。これにより、単一の弁体２０の姿勢の設定により、車両に備えた装置類に対する冷却水の給排を可能にする。
【００５０】
（ｂ）実施形態では、感温制御弁２２の部位にシール類を備えていないが、主制御弁２１のシール機構５０と同様の形状のシールを備えても良い。また、シール機構５０のようにコイルスプリングを用いずにＯ−リング等の単純なシールを感温制御弁２２の円柱状面２２Ａに外嵌するように備えても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、内燃機関の冷媒をラジエータに給排する冷媒制御バルブ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１          内燃機関（エンジン）
１０        バルブハウジング
１４        バイパス流路
２０        弁体
２１        主制御弁
２２        感温制御弁
４０        フェイルセーフ機構
４１        熱感知体
４２        開閉弁
Ｂ          感温室
Ｃ          流入ポート
Ｄ          吐出ポート
Ｘ          回転軸芯 
【図１】
0006350255.tif 000002
【図２】
0006350255.tif 000003
【図３】
0006350255.tif 000004
【図４】
0006350255.tif 000005
【図５】
0006350255.tif 000006
【図６】
0006350255.tif 000007
【図７】
0006350255.tif 000008
【図８】
0006350255.tif 000009