(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、前記エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻るラジエータ流量を制御するための第１の弁体及び第１の弁座と、前記エンジンから流れ出て前記ラジエータを介さずに前記ウォータポンプへ戻るバイパス流量を制御する第２の弁体及び第２の弁座と、前記第１及び第２の弁体を一体的に駆動するためのステップモータと
を備えた流量制御弁において、
前記第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングと、前記ステップモータのロータと、前記ロータと一体回転可能に設けられた回転軸に螺合されたガイド部材とを備え、
前記第１及び第２の弁体が、前記バックスプリングと前記ガイド部材との間に位置し、
前記ステップモータのトルクが低下したとき、前記バックスプリングが、前記第２の弁体を閉弁方向に、前記第１の弁体を開弁方向に付勢すると共に、前記ガイド部材をスラスト方向に付勢することにより、前記バックスプリングの付勢力と前記ステップモータの推力との併用により前記第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、前記第１の弁体で前記第１の弁座を開弁可能に、かつ前記第２の弁体で前記第２の弁座を閉弁可能にすることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、前記エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻るラジエータ流量を制御するための第１の弁体及び第１の弁座と、前記エンジンから流れ出て前記ラジエータを介さずに前記ウォータポンプへ戻るバイパス流量を制御する前記第１の弁体、第２の弁体及び第２の弁座と、前記第１及び第２の弁体を一体的に駆動するためのステップモータと
を備えた流量制御弁において、
前記第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、前記ステップモータのトルクが低下したとき、前記バックスプリングの付勢力と前記ステップモータの推力との併用により前記第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、前記第１の弁体で前記第１の弁座を開弁可能に、かつ前記第１の弁体で前記第２の弁座を閉弁可能にすることを特徴とする流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、冷却水の流量を制御するのに使用される流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジンに設けられる水冷式の冷却装置は、一般には、エンジンの運転状態に拘わらず、冷却水をサーモスタットにより８０℃程度の一定温度に調整するものが主流をなしていた。ところが、エンジンのフリクション低減、燃費の向上、ノッキング性能の向上及び冷却水温度の過上昇防止等を図るためには、エンジンの運転状態（負荷状態や回転速度等）に応じて冷却度合いを変えることが有効であることが確かめられてきた。そこで、エンジンの運転状態に応じて冷却度合いを制御するようにした水冷式の冷却装置が幾つか提案されている。
【０００３】
この種の冷却装置として、例えば、特開平９−１９５７６８号公報に開示されたもの（第１従来例）がある。この冷却装置は、エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻る冷却水の流量（ラジエータ流量）を制御するための第１の弁体と、エンジンから流れ出てラジエータを介さずにウォータポンプへ戻る冷却水の流量（バイパス流量）を制御する第２の弁体と、第１及び第２の弁体を一体的に駆動する電磁アクチュエータとを含む流量制御弁を備えている。この流量制御弁の電磁アクチュエータは、電磁コイルに通電することにより、磁性材製のシャフトを吸引してスプリングのばね力に抗して下方へ変位させ、電磁コイルに対する通電を遮断することにより、シャフトをスプリングのばね力により上方へ変位させるものである。このシャフトの変位に伴い第１及び第２の弁体を一体的に駆動させるようになっている。
【０００４】
一方、冷却装置には限らずエンジンの各部で使用される流量制御弁として、例えば、特開平８−４６３２号公報に開示されたもの（第２従来例）がある。この流量制御弁は、所定の流体流量を制御するバルブ（弁体）と、その弁体を閉方向へ付勢するスプリングとを備え、弁体を駆動するための電磁アクチュエータとしてステップモータが使用されている。この流量制御弁では、ステップモータのコイルが所定の推力を発生しなくなったときに、スプリングの付勢力とコイルの推力との併用により弁体の閉弁を可能にしている。
【０００５】
従って、第１従来例と第２従来例の組み合わせにより、第１従来例の流量制御弁の電磁アクチュエータにステップモータを使用し、スプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体の閉弁を可能にすることも考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記第１従来例と第２従来例との組み合わせによる流量制御弁では、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じると、第１の弁体が閉弁されてしまい、開弁することができないことから、ラジエータ流量が不足する事態を招き、エンジンにオーバーヒートが生じるおそれがある。
【０００７】
そこで、この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ラジエータ流量を制御する第１の弁体及び第１の弁座と、バイパス流量を制御する第２の弁体及び第２の弁座を備え、第１及び第２の弁体をステップモータにより一体的に駆動することを前提にして、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じたときに、ラジエータ流量を最大にしてエンジンのオーバヒートを未然に防止することを可能にした流量制御弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻るラジエータ流量を制御するための第１の弁体及び第１の弁座と、エンジンから流れ出てラジエータを介さずにウォータポンプへ戻るバイパス流量を制御する第２の弁体及び第２の弁座と、第１及び第２の弁体を一体的に駆動するためのステップモータとを備えた流量制御弁において、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第２の弁体で第２の弁座を閉弁可能にすることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じてステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングが第１の弁体で第１の弁座を開弁方向へ付勢することから、その付勢力がステップモータにも作用してステップモータにバックスプリングの付勢力と同一方向の推力が得られる。そして、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１の弁体及び第２の弁体が一体的に駆動され、第１の弁体で第１の弁座が開弁され、かつ、第２の弁体で第２の弁座が閉弁されて、ラジエータ流量が確保される。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻るラジエータ流量を制御するための第１の弁体及び第１の弁座と、エンジンから流れ出てラジエータを介さずにウォータポンプへ戻るバイパス流量を制御する第１の弁体、第２の弁体及び第２の弁座と、第１及び第２の弁体を一体的に駆動するためのステップモータとを備えた流量制御弁において、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第１の弁体で第２の弁座を閉弁可能にすることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じてステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングが第１の弁体で第１の弁座を開く方向へ付勢することから、その付勢力がステップモータにも作用してステップモータにバックスプリングの付勢力と同一方向の推力が得られる。そして、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１の弁体及び第２の弁体が一体的に駆動され、第１の弁体で第１の弁座が開弁され、かつ、第１の弁体で第２の弁座が閉弁されて、ラジエータ流量が確保される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の流量制御弁を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本実施の形態の流量制御弁１の側面図を、図２には、同じく流量制御弁１の平面図を、図３には、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【００１４】
この流量制御弁１は、車両用エンジンの冷却装置に組み込まれて、冷却水の流量を制御するために使用されるものである。図４には、冷却装置の概略構成図を示す。図４において、エンジン２には、ウォータジャケット等を含む冷却水通路３が設けられる。流量制御弁１の出口側は、ポンプ通路４を介してウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）５に接続される。ウォータポンプ５は冷却水通路３の入口側に接続される。冷却水通路３の出口側は、ラジエータ通路６、バイパス通路７及びヒータ通路８にそれぞれ接続される。ラジエータ通路６は、ラジエータ９を介して流量制御弁１に接続される。バイパス通路７は、ラジエータ９を介さずに流量制御弁１に直接接続される。ヒータ通路８は、ヒータ１０を介してポンプ通路４に接続される。
【００１５】
従って、流量制御弁１が開いた状態で、エンジン２の運転に連動してウォータポンプ５が作動することにより、同ポンプ５から冷却水が吐出され、その冷却水が冷却水通路３へ流れる。そして、冷却水通路３の出口側から流れ出る冷却水の一部が、ラジエータ通路６及びラジエータ９を経由して流量制御弁１に流れる。又、冷却水通路３の出口側から流れ出る冷却水の一部は、バイパス通路７を経由して流量制御弁１に流れる。そして、ラジエータ通路６から流量制御弁１に流れるラジエータ流量と、バイパス通路７から流量制御弁１に流れるバイパス流量とが、共に流量制御弁１で調整され、ポンプ通路４を通じてウォータポンプ５へ送られて再び冷却水通路３へと吐出される。この冷却水の循環により、エンジン２が冷却される。一方、冷却水通路３の出口側から流れ出た冷却水の一部は、ヒータ通路８、ヒータ１０及びポンプ通路４を経由してウォータポンプ５へ送られて再び冷却水通路３へと吐出される。この冷却水の循環に伴いヒータ−１０が放熱によって機能する。
【００１６】
図４に示すように、流量制御弁１は、エンジン２を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１１に接続される。流量制御弁１は、エンジン２の運転状態に応じてエンジン２の冷却度合いを調整するために、このＥＣＵ１１により制御される。流量制御弁１の制御を実行するために、ＥＣＵ１１には、図示しない各種センサからエンジン回転速度、吸気圧、エンジン出口水温（冷却水通路３の出口における冷却水温）及びラジエータ出口水温（ラジエータ９の出口における冷却水温）等の信号が取り込まれる。ＥＣＵ１１は、これらの信号に基づき、エンジン２の運転状態に応じて流量制御弁１を制御することになる。
【００１７】
図１に示すように、流量制御弁１は、エンジン２のブロックに形成されたサーモスタットハウジング２１に組み付けられる。このハウジング２１には、ウォータポンプ５に通じるポンプ通路４と、バイパス通路７が連通する。このハウジング２１は、通常は、周知のサーモスタットが設けられるものであるが、ここでは、流量制御弁１を装着するために使用される。
【００１８】
図１，２に示すように、流量制御弁１は、第１のボディ２２と、第２のボディ２３と、ステップモータ２４との三つの部分で構成される。第１のボディ２２と第２のボディ２３は、ともにネジ２５によりエンジン２に固定される。第１のボディ２２とエンジン２との間には、シールリング２６が設けられる。ステップモータ２４は、ネジ２７により第１のボディ２２に固定される。第１のボディ２２には、ラジエータ通路６に接続される継手管２８が突設される。ステップモータ２４と第１のボディ２２との間には、開弁ステップ調整用のシム２９が挟み込まれる。ステップモータ２４には、配線用のコネクタ３０が設けられる。
【００１９】
流量制御弁１の断面構造を図３を参照して説明する。流量制御弁１は、エンジン２の冷却水通路３から流れ出てラジエータ通路６及びラジエータ９等を介してウォータポンプ５へ戻るラジエータ流量と、同じく冷却水通路３から流れ出てラジエータ９を介さずにウォータポンプ５へ戻るバイパス流量とを制御するものである。そのために、流量制御弁１は、ラジエータ流量を制御するための第１の弁体３１及び第１の弁座３５と、バイパス流量を制御するための第２の弁体３２及び第２の弁座３６とを備え、第１及び第２の弁体３１，３２をステップモータ２４により一体的に駆動するように構成される。
【００２０】
図３において、第２のボディ２３は筒状をなし、その下部には、バイパス通路７に通じるバイパスポート３３が設けられ、上部には、ポンプ通路４に通じるポンプポート３４が設けられる。第２のボディ２３には、ポンプポート３４の上側及び下側に対応して上記した第１の弁座３５と第２の弁座３６が設けられる。第１の弁座３５は、第１の弁体３１に対応するものであり、第２の弁座３６は、第２の弁体３２に対応するものである。バイパスポート３３は、第２の弁座３６の弁孔３６ａを介してポンプポート３４に連通可能である。第２のボディ２３の下端には、バイパス通路７と、サーモスタットハウジング２１との間をシールするシールリング３７が設けられる。第１のボディ２２は、隔壁３８により上下の部屋３９，４０に区画される。下側の部屋４０は、継手管２８の内部のラジエータポート４１に通じる。ラジエータポート４１は、第１の弁座３５の弁孔３５ａを介してポンプポート３４に連通可能である。
【００２１】
第１及び第２の弁体３１，３２は、一本の弁軸４２上に固定される。この弁軸４２は、隔壁３８と第２のボディ２３のボス部４３に対し、軸受４４，４５を介してスラスト方向（図３における上下方向）へ移動可能に支持される。第１の弁体３１は、弁軸４２上に組み付けられる管状体をなし、上部に位置する計量部３１ａと、下部に位置する最大流量規制部３１ｂとにより構成される。この計量部３１ａが第１の弁座３５に整合するようになっている。第１の弁体３１が弁軸４２と一体に上下に移動することにより、同弁体３１と第１の弁座３５との隙間により定義されるラジエータ側開度が変えられる。図３には、ラジエータ側開度が全開となる状態が示される。この状態から、第１の弁体３１が下方へ移動することにより、ラジエータ側開度が全開から全閉へ向かって小さくなる。第１の弁体３１の下側に位置する第２の弁体３２は、第１の弁体３１の計量部３１ａとほぼ同径な筒状体をなし、その上下に位置する一対の計量部３２ａ，３２ｂと、中間に位置する最大流量規制部３２ｃとにより構成される。これら上下の計量部３２ａ，３２ｂが第２の弁座３６に整合するようになっている。この第２の弁体３２が弁軸４２及び第１の弁体３１と一体に上下に移動することにより、同弁体３２の両計量部３２ａ，３２ｂと、第２の弁座３６との隙間により定義されるバイパス側開度が変えられる。図３には、下側の計量部３２ｂにより第２の弁座３６が閉じられた状態が示される。この状態から、第２の弁体３２が下方へ移動することにより、下側の計量部３２ｂが第２の弁座３６から徐々に離れ、最大流量規制部３２ｃを通過して上側の計量部３２ａが同弁座３６に徐々に近付く。従って、バイパス側開度は、全閉状態から全開状態へ向かって開き再び全閉状態に戻ることになる。
【００２２】
図３に示すように、第２の弁体３２には、ボス部４３との間にバックスプリング４６が設けられる。このバックスプリング４６は、第２の弁体３２を第１の弁体３１と共に所定の付勢力で押圧することにより、第１の弁体３１を開弁方向へ付勢するためのものである。この実施の形態で、バックスプリング４６の付勢力は、ステップモータ２４の出力トルク（推力）との関係から最小限の大きさに設定される。
【００２３】
この他、第１のボディ２２と第２のボディ２３との間は、Ｏリング４７によりシールされる。第１のボディ２２には、隔壁３８と弁軸４２との間をシールするためのシール部材４８が設けられる。このシール部材４８により、第１のボディ２２の下側の部屋４０を流れる冷却水が、ステップモータ２４に通じる上側の部屋３９に浸入しないようになっている。
【００２４】
次に、ステップモータ２４とそれに関連した構造について説明する。ステップモータ２４は、２つのステータ５１ａ，５１ｂと、その内周に配置されたロータ５２とを備える。ステータ５１ａ，５１ｂは、それぞれ上下から互い違いに形成された三角歯状のコア５３と、そのコア５３の内周に配置されたボビン５４に巻かれた巻き方向の異なる２つのコイル５５，５５とを含む。２つのコイル５５，５５のうち、いずれに通電するかによってコア５３の磁極の方向が変えられる。２つのステータ５１ａ，５１ｂは、そのコア５３の位置をずらして重ねて固定される。
【００２５】
このステップモータ２４の等価回路を図５に示す。一方のステータ５１ａには、Ｓ２相及びＳ４相が設けられ、他方のステータ５１ｂにはＳ１相及びＳ３相が設けられる。ここで、Ｓ２相とＳ３相が互いに同じ方向に巻かれ、Ｓ１相とＳ４相が互いに同じ方向に巻かれる。Ｓ１相〜Ｓ４相の端子と、コモン端子Ｂとは、コネクタ３０の内部に設けられる。
【００２６】
ここで、ロータ５２は、マグネットにより構成され、マグネットの外周はＮ極とＳ極に交互に着磁されている。図３に示すように、ロータ５２の中心には、中心軸５６がロータ５２と一体回転可能に設けられる。この中心軸５６の下部外周には、雄ネジ５６ａが形成される。この中心軸５６の下部には、ガイド５７が装着される。ガイド５７には、中心軸５６の雄ネジ５６ａに噛み合う雌ネジ５７ａが形成される。このような構成により、ロータ５２の回転が中心軸５６を介してガイド５７のスラスト方向の移動に変換されるようになっている。
【００２７】
ガイド５７は、ジョイント５８を介して弁軸４２に連結される。ガイド５７とジョイント５８との間には、リリーフスプリング５９が設けられる。図６には、流量制御弁１からステップモータ２４を取り外した状態を平面図に示す。ジョイント５８の上端はコ字型の部分が向かい合った形状をなしている。このジョイント５８に嵌め合わされるステップモータ２４の端面側を、図７に示す。ステップモータ２４のガイド５７は、その下面が略長方形状をなす。このガイド５７をジョイント５８に対して切り欠きに合わせて重ね合わせ、リリーフスプリング５９を押し縮めた状態でステップモータ２４を全体的に回動させることにより、図８に示すように、ガイド５７とジョイント５８とが互いに嵌め合わされる。図８は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示している。
【００２８】
次に、ステップモータ２４の動作について説明する。図９には、ステップモータ２４の動作シーケンスを示し、その動作シーケンスに対応した各ステータ５１ａ，５１ｂの励磁状態と、ロータ５２の位置との関係を図１０（ａ）〜（ｄ）に展開して模式的に示す。
【００２９】
図９に示すように、励磁順▲１▼では、Ｓ１相とＳ２相がＯＮされるので、図１０（ａ）に示すように、ステータ５１ａ，５１ｂは互いに逆向きに励磁される。ここで、ロータ５２のＮ極が最も近くにあるため、両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３０】
更に、励磁順▲２▼では、Ｓ２相とＳ３相がＯＮされるので、図１０（ｂ）に示すように、ステータ５１ｂの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３１】
更に、励磁順▲３▼では、３相とＳ４相がＯＮされるので、図１０（ｃ）に示すように、ステータ５１ａの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３２】
更に、励磁順▲４▼では、Ｓ４相とＳ１相がＯＮされるので、図１０（ｄ）に示すように、ステータ５１ｂの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３３】
そして、励磁順▲５▼では、Ｓ１相とＳ２相がＯＮされるので、図１０（ａ）に示すように、ステータ５１ａの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３４】
従って、両ステータ５１ａ，５１ｂが、各励磁順▲１▼〜▲５▼の順あるいは励磁順▲５▼〜▲１▼の順に励磁されることにより、ロータ５２がモータステップ数に対応した角度だけ正転あるいは逆転し、その回転が中心軸５６、ガイド５７及びジョイント５８を介して弁軸４２のスラスト方向の移動に変換される。ロータ５２の回転方向及び回転角と、弁軸４２の移動方向及び移動距離とは、１対１に対応するので、モータステップ数を制御することにより、第１及び第２の弁体３１，３２を一体的に移動させ、ラジエータ側開度及びバイパス側開度を変えることができる。ここでは、図９の励磁順▲１▼〜▲５▼の方向をモータステップ数の増加方向とし、これに応じてロータ５２が正転するものとする。そして、モータステップ数の増加に従い弁軸４２が上方向へ移動するので、第１の弁体３１で第１の弁座３５が開いてラジエータ側開度が増大すると共に、第２の弁体３２で第２の弁座３６が開閉されてバイパス側開度が増減する。又、図９の励磁順▲５▼〜▲１▼の方向をモータステップ数の減少方向とし、これに応じてロータ５２が逆転する。そして、モータステップ数の減少に従い弁軸４２が下方向へ移動するので、第１の弁体３１で第１の弁座３５が閉じてラジエータ側開度が減少すると共に、第２の弁体３２で第２の弁座３６が開閉されてバイパス側開度が増減する。
【００３５】
図１１に、この流量制御弁１の流量特性をグラフに示す。このグラフは、横軸にステップモータ２４のモータステップ数を、縦軸に冷却水の流量をそれぞれ示す。このグラフからも明らかなように、ラジエータ流量は、モータステップ数が増大するにつれて徐々に増えるが、バイパス流量は、モータステップ数が増大するに連れてあるピークをもって増減することが分かる。
【００３６】
ところで、このステップモータ２４に断線等の異常が発生すると、ステータ５１ａ，５１ｂが適正に励磁されなくなり、ステップモータ２４の出力トルクが低下する。例えば、Ｓ２相に断線が発生した場合、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、励磁順▲１▼及び▲２▼で励磁される予定のＳ２相が通電されなくなり、ステータ５１ａが励磁されなくなる。このため、図１２（ａ）に示すように、励磁順▲１▼では、ロータ５２がステータ５１ｂのＳ極の中央に引き寄せられる。次に、励磁順▲２▼では、ステータ５１ｂの磁極が変化するが、ロータ５２はその両側のＳ極から等距離の位置にあるので、左右どちらへも回転できる状態となる。
【００３７】
このとき、バックスプリング４６の付勢力が弁軸４２を上方へ押圧するように働くので、ガイド５７が上方へ押圧され、ガイド５７と中心軸５６との関係から、ロータ５２には正転方向の回転力が与えられる。ここで、ステータ５１ｂがロータ５２を引き寄せる磁力は正転方向と逆転方向で均衡しているので、このわずかな回転力によって、ロータ５２は、正転方向のＳ極へ引き寄せられることになる。この引き寄せ力は推力に相当する。すなわち、ステップモータ２４の異常時には、バックスプリング４６の付勢力と、その付勢力によってステップモータ２４で発生する推力との協働により、ロータ５２の回転が許容される。これにより、弁軸４２と共に第１及び第２の弁体３１，３２が上方へ移動し、図１１に示すようにラジエータ流量が最大となるまで、第１の弁体３１で第１の弁座３５が全開まで開かれる。
【００３８】
以上説明したように、この実施の形態の流量制御弁１によれば、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じてステップモータ２４の出力トルクが低下したとき、バックスプリング４６が第１の弁体３１で第１の弁座３５を全開方向へ付勢することから、その付勢力が弁軸４２、ジョイント５８及びガイド５７を介してステップモータ２４に作用する。そして、ステップモータ２４のロータ５２に正転方向の付勢力が与えられ、その付勢力と同一方向の推力がステップモータ２４で得られる。そして、これらバックスプリング４６の付勢力とステップモータ２４の推力との併用により、第１弁体３１及び第２弁体３２が一体的に駆動され、第１の弁体３１で第１の弁座３５が開弁され、かつ、第２の弁体３２で第２の弁座３６が閉弁されて、ラジエータ流量が最大限に確保される。従って、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジン２を最大限に冷却することができ、これによってエンジン２のオーバヒートを未然に防止することができる。
【００３９】
ところで、この流量制御弁１において、ステップモータ２４が正常に機能する場合には、同モータ２４を正転させる力により第１の弁体３１で第１の弁座３５を全開させる方向へ両弁体３１，３２を移動させることができる。従って、バックスプリング４６に要求される付勢力は、両弁体３１，３２のがたつきを防止できる程度のものであればよく、かつ、ステップモータ２４の異常時に、ステータ５１ａ，５１ｂの一方で発生する少ない磁力によりロータ５２を正転方向へ回転させる契機となり得る大きさのものであればよいことになる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
次に、この発明の流量制御弁を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の説明において、前記第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略するものとする。
【００４１】
図１３に、本実施の形態の流量制御弁７０の側面図を、図１４に、同じく流量制御弁７０の平面図を、図１５に、図１４のＣ−Ｃ線に沿った断面図を、図１６に、図１４のＤ−Ｄ線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【００４２】
この流量制御弁７０は、流量制御弁１と同様に、図４に示す冷却装置で使用されるものである。第１の実施の形態の流量制御弁１は、エンジン２のブロックのサーモスタットハウジング２１に組み込まれるものであったのに対し、本実施の形態の流量制御弁７０は、サーモスタットハウジング２１ではなくエンジン２のブロック等に対して外付けされるものである。
【００４３】
図１３，１４に示すように、流量制御弁７０は、第１のボディ７１と、第２のボディ７２と、ステップモータ２４との三つの部分で構成される。第１のボディ７１と第２のボディ７２は、ネジ７３により互いに連結される。ステップモータ２４は、ネジ７４により第１のボディ７１に固定される。第１のボディ７１には、バイパス通路７に接続される第１の継手管７５と、ヒータ通路８に接続される第２の継手管７６が突設される。又。第２のボディ７２には、ラジエータ通路６に接続される第３の継手管７７が突設される。第２のボディ７２には、エンジン２のブロック等に外付けするためのネジ孔７８が設けられる。
【００４４】
流量制御弁７０の断面構造を図１５，１６を参照して説明する。流量制御弁７０は、ラジエータ通路６からのラジエータ流量を制御するための第１の弁体８１及び第１の弁座８６と、バイパス通路７からのバイパス流量を制御するための第１の弁体８１、第２の弁体８２及び第２の弁座８８とを備え、第１及び第２の弁体８１，８２をステップモータ２４により一体的に駆動するように構成される。
【００４５】
図１５に示すように、第２のボディ７２の下部には、ラジエータ通路６に連通するラジエータポート８３が設けられる。第２のボディ７２の上部には、部屋８４が設けられる。図１６に示すように、第２のボディ７２には、ポンプ通路４に通じるポンプポート８５が設けられる。ポンプポート８５は、部屋８４に連通する。第２のボディ７２において、ラジエータポート８３と部屋８４との間に、第１の弁体８１に対応する第１の弁座８６が設けられる。ラジエータポート８３は、第１の弁座８６の弁孔８６ａを通じて部屋８４及びポンプポート８５に連通可能である。第１のボディ７１の下部には、第１の継手管７５に連通する部屋８７が設けられる。この部屋８７の下端には、第２の弁体８２に対応する第２の弁座８８が設けられる。第２のボディ７２の部屋８４は、第２の弁座８８の弁孔８８ａを介して第１のボディ７１の部屋８７及びポンプポート８５に連通可能である。第１のボディ７１は、隔壁３８により下側の部屋８７と、その上側の部屋３９とに区画される。
【００４６】
第１及び第２の弁体８１，８２を固定した弁軸４２は、隔壁３８と第２のボディ７２のボス部４３に対し、軸受４４，４５を介してスラスト方向（図１５，１６における上下方向）へ移動可能に支持される。第１の弁体８１は、笠形状に形成される。その下部には最大流量規制部８１ａが形成される。この弁体８１の下側が第１の弁座８６に整合し、この弁体８１の上側が第２の弁座８８に整合するようになっている。第１の弁体８１が弁軸４２と一体に上下に移動することにより、同弁体８１と第１の弁座８６との隙間により定義されるラジエータ側開度が変えられる。図１５，１６には、ラジエータ側開度が全開となる状態が示される。この状態から、第１の弁体８１が下方へ移動することにより、ラジエータ側開度が全開から全閉へ向かって小さくなる。第１の弁体８１の上側に位置する第２の弁体８２は、第１の弁体８１とほぼ同径な笠形状をなし、その下面がテーパをなしている。その下部には最大流量規制部８２ａが形成される。この弁体８２のテーパ面が第２の弁座８８に整合するようになっている。この第２の弁体８２が弁軸４２及び第１の弁体８１と一体に上下に移動することにより、両弁体８１，８２と、第２の弁座８８との隙間により定義されるバイパス側開度が変えられる。図１５，１６には、第１の弁体８１により第２の弁座８８が閉じられた状態が示される。この状態から、両弁体８１，８２が下方へ移動することにより、第１の弁体８１が第２の弁座８８から徐々に離れ、その一方で、第２の弁体８２が同弁座８８に徐々に近付く。従って、バイパス側開度は、全閉状態から全開状態へ開き再び全閉状態に戻ることになる。図１７に、この流量制御弁７０の流量特性をグラフに示す。
【００４７】
図１５，１６に示すように、第１の弁体８１には、ボス部４３との間にバックスプリング４６が設けられる。このバックスプリング４６は、第１の弁体８１を第２の弁体８２と共に所定の付勢力で押圧することにより、第１の弁体８１で第１の弁座８６を開弁方向へ付勢するためのものである。この実施の形態でも、バックスプリング４６の付勢力は、ステップモータ２４の持つ推力との関係から最小限の大きさに設定される。
【００４８】
尚、第１のボディ７１の上側の部屋３９に収容されるジョイント５８と弁軸４２との関係、ジョイント５８とその上のガイド５７等との関係、並びにステップモータ２４の構造は、第１の実施の形態の流量制御弁１と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００４９】
この実施の形態の流量制御弁７０においても、ステップモータ２４に断線等の異常が発生すると、ステータ５１ａ，５１ｂが適正に励磁されなくなって駆動トルクが低下して、冷却水の流量を適正に制御ができなくなる。バックスプリング４６の付勢力が弁軸４２を上方へ押圧するように常に作用しており、ガイド５７が上方へ押圧され、ガイド５７と中心軸５６を介してロータ５２に正転方向の回転力が加わる。ここで、この回転力により、ステップモータ２４にこの回転力と同一方向の推力が発生し、バックスプリング４６の付勢力と、ＥＣＵ１１がステップモータ２４の断線を検出したときのステップモータ２４の第１の弁体８１の全開方向への推力との協働により、ロータ５２の回転が許容となる。これにより、弁軸４２と共に第１及び第２の弁体８１，８２が上方へ容易に移動し、図１７に示すようにラジエータ流量が最大となるまで、ＥＣＵ１１が駆動信号を発して第１の弁体８１を全開にする。
【００５０】
以上説明したように、この実施の形態の流量制御弁７０によっても、第１の実施の形態の流量制御弁１と同様、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じてステップモータ２４の出力トルクが低下すると、バックスプリング４６が第１弁体８１を全開方向へ付勢し、その付勢力によりステップモータ２４に全開方向の推力が得られる。そして、これらバックスプリング４６の付勢力とステップモータ２４の低下した推力との併用により、第１及び第２の弁体８１，８２が一体的に駆動され、第１の弁体８１で第１の弁座８６が開弁され、かつ、第１の弁体８１で第２の弁座８８が閉弁されて、ラジエータ流量が最大限に確保される。このため、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジン２を最大限に冷却することができ、これによってエンジン２のオーバヒートを未然に防止することができる。
【００５１】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で、構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第２の弁体で第２の弁座を閉弁可能にしているので、ステップモータに断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジンを最大限に冷却することができ、これによってエンジンのオーバヒートを未然に防止することができる。
【００５３】
請求項２に記載の発明の構成によれば、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第１の弁体で第２の弁座を閉弁可能にしているので、ステップモータに断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジンを最大限に冷却することができ、これによってエンジンのオーバヒートを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、流量制御弁を示す側面図である。
【図２】流量制御弁を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】エンジン冷却装置を示す概略構成図である。
【図５】ステップモータの等価回路図である。
【図６】ステップモータを取り外した状態の流量制御弁を示す平面図である。
【図７】ステップモータの底面図である。
【図８】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】ステップモータの動作シーケンスを示す説明図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、ステップモータの動作を示す説明図である。
【図１１】流量制御弁の流量特性図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、ステップモータの異常時の動作を示す説明図である。
【図１３】第２の実施の形態に係り、流量制御弁を示す側面図である。
【図１４】流量制御弁を示す平面図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１６】図１４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１７】流量制御弁の流量特性図である。
【符号の説明】
１    流量制御弁
２    エンジン
５    ウォータポンプ
９    ラジエータ
２４  ステップモータ
３１  第１弁体
３２  第２弁体
３５  第１の弁座
３６  第２の弁座
４６  バックスプリング
７０  流量制御弁
８１  第１弁体
８２  第２弁体
８６  第１の弁座
８８  第２の弁座
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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