DE112016004940T5

DE112016004940T5 - Strömungswegstruktur

Info

Publication number: DE112016004940T5
Application number: DE112016004940.4T
Authority: DE
Inventors: Kouji Takahashi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-07-26
Also published as: JP2017082950A; JP6365504B2; US20180209323A1; WO2017073568A1; CN108027081B; CN108027081A

Abstract

Eine Strömungswegstruktur umfasst: einen Zufuhrkanal (W1, W3), in dem ein zu einer Einrichtung (10, 17) zuzuführendes Fluid strömt; einen Ableitkanal (W2, W4), in dem das von der Einrichtung abgeleitete Fluid strömt; und ein Öffnungs- und Schließventil (16) von der Art eines Pilotventils, das in einem der beiden Kanäle des Zufuhrkanals oder des Ableitkanals vorgesehen ist. Das Öffnungs- und Schließventil hat ein Hauptventil (160), das in einem der beiden Kanäle angeordnet ist, einen Pilotkanal (Wp), der den Zufuhrkanal und den Ableitkanal miteinander verbindet, wobei eine Gegendruckkammer (167) in dem Pilotkanal definiert ist, und ein Pilotventil (162), das einen Abschnitt des Pilotkanals näher an dem Ableitkanal als die Gegendruckkammer öffnet und schließt. Das Hauptventil öffnet und schließt den einen der beiden Kanäle basierend auf einer Änderung in einem Innendruck der Gegendruckkammer, die durch einen Öffnungs- und Schließvorgang des Pilotventils bewirkt wird.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-213160 , eingereicht am 29. Oktober 2015, deren Priorität beansprucht wird und deren Offenbarung hierin unter Bezugnahme aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Strömungswegstruktur umfassend ein Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils bzw. Steuerventils.
Stand der Technik
Diese Art einer Strömungswegstruktur wird in Patentliteratur 1 beschrieben. In der Strömungswegstruktur aus Patentliteratur 1 ist ein Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils in einer Mitte eines Kanals angeordnet. Das Öffnungs- und Schließventil hat einen Körper, ein Membranventil, ein Pilotventil, und ein elektromagnetisches Solenoid. Eine Einströmpassage, eine Ausströmpassage, ein Kommunikationsweg, und eine Pilotpassage sind in dem Körper gebildet. Das Membranventil greift zwischen der Einströmpassage und der Ausströmpassage des Körpers ein, um die Passage zu öffnen und zu schließen. Der Kommunikationsweg verbindet die Einströmpassage mit der Gegendruckkammer des Membranventils in kommunizierender Art und Weise. Die Pilotpassage verbindet die Gegendruckkammer mit dem Membranventil der Ausströmpassage in kommunizierender Art und Weise. Das Pilotventil öffnet und schließt die Pilotpassage. Der elektromagnetische Solenoid betreibt das Pilotventil, zu öffnen und zu schließen.
Bei dem Öffnungs- und Schließventil aus Patentliteratur 1 strömt Wasser von der Einströmpassage durch den Kommunikationsweg in die Gegendruckkammer der Membran, wenn das Pilotventil in dem geschlossenen Zustand ist. Dann wirkt der Wasserdruck auf der Seite der Einströmpassage auf die Gegendruckkammer des Membranventils, um das Membranventil derart zu schließen, dass das Öffnungs- und Schließventil in dem geschlossenen Zustand ist.
Darüber hinaus strömt bei dem Öffnungs- und Schließventil aus Patentliteratur 1 Wasser aus der Gegendruckkammer und durch die Pilotpassage in die Ausströmpassage, wenn das Pilotventil in einem offenen Zustand ist. Dann wird der Innendruck der Gegendruckkammer des Membranventils gesenkt, um das Membranventil derart zu öffnen, dass das Öffnungs- und Schließventil in dem offenen Zustand ist.
Literatur des Stands der Technik
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2008-2641 A
Darstellung der Erfindung
Bei einem Motorkühlsystem eines Fahrzeugs veranlasst eine durch die Motorkraft betriebene mechanische Pumpe ein Wärmemedium, das den Motor kühlt, in einem Radiator, einem Heizkern, und dergleichen zu zirkulieren. In einem Fall, bei dem das Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils aus Patentliteratur 1 in einem Kanal für ein Wärmemedium in einem derartigen Motorkühlsystem vorgesehen ist, kann ein Ventilschließvorgang möglicherweise nicht angemessen durchgeführt werden. Die Einzelheiten sind wie folgt.
Da sich die Motordrehzahl gemäß der Antriebslast ändert, ändert sich die Ausgabe bzw. Leistung der Pumpe ebenfalls. Zum Beispiel ist der Motor zu einer Zeit mit Leerlaufbetrieb mit langsamer Motordrehzahl in einem Zustand geringer Last. Da die Ausgabe der Pumpe abnimmt, wenn der Motor in einem Zustand geringer Last ist, nimmt der Druck des Wärmemediums, das dem Öffnungs- und Schließventil zugeführt wird, ebenfalls ab. Bei dem Öffnungs- und Schließventil aus Patentliteratur 1 wird das Membranventil durch eine Änderung in dem Druck der Gegendruckkammer geschlossen, der durch den Schließvorgang des Pilotventils bewirkt wird. Wenn der Druck des Wärmemediums, das dem Öffnungs- und Schließventil zugeführt wird, abnimmt, wird die Änderung in dem Druck der Gegendruckkammer gering. Im Ergebnis kann der Ventilschließvorgang möglicherweise nicht angemessen durchgeführt werden. Das gleiche Problem kann ebenfalls entstehen, wenn das Membranventil geöffnet wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung eine Strömungswegstruktur anzugeben, in der ein Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils angemessener arbeiten kann, um zu öffnen und zu schließen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Strömungswegstruktur: einen Zufuhrkanal, in dem ein zu einer Einrichtung zuzuführendes Fluid strömt; einen Ableitkanal, in dem das von der Einrichtung abgeleitete Fluid strömt; und ein Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils bzw. Steuerventils, das in einem der beiden Kanäle des Zufuhrkanals oder des Ableitkanals bereitgestellt ist. Das Öffnungs- und Schließventil hat ein Hauptventil, das in einem der beiden Kanäle angeordnet ist, einen Pilotkanal, der den Zufuhrkanal und den Ableitkanal miteinander verbindet, eine Gegendruckkammer, die in dem Pilotkanal definiert ist, und ein Pilotventil, das einen Abschnitt des Pilotkanals näher an dem Ableitkanal als die Gegendruckkammer öffnet und schließt. Das Hauptventil öffnet und schließt einen der beiden Kanäle basierend auf einer Änderung in dem Innendruck der Gegendruckkammer, die durch einen Öffnungs- und Schließvorgang des Pilotventils bewirkt wird.
Dementsprechend wird die Gegendruckkammer gemäß einer Druckdifferenz zwischen dem Innendruck des Zufuhrkanals und dem Innendruck des Ableitkanals unter Druck gesetzt, wenn das Pilotventil offen ist. Da die Einrichtung als Widerstand gegen Wasserströmung wirkt, wird der Innendruck des Ableitkanals verglichen mit dem Innendruck des Zufuhrkanals durch den Widerstand der Einrichtung gegen Wasserströmung gesenkt. Daher, verglichen mit einem Fall, in dem die Einrichtung nicht vorhanden ist, kann der Innendruck der Gegendruckkammer, wenn das Pilotventil offen ist, nur durch den Widerstand der Einrichtung gegen Wasserströmung verringert werden. Dadurch wird die Änderung in dem Druck der Gegendruckkammer größer, wenn das Pilotventil von dem offenen Zustand geschlossen wird und wenn das Pilotventil von dem geschlossenen Zustand geöffnet wird. Im Ergebnis kann der Öffnungs- und Schließvorgang angemessener durchgeführt werden, da die auf das Hauptventil aufgebrachte Kraft stark geändert werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Strömungswegstruktur eines Motorkühlsystems gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Schnittansicht, die eine Querschnittstruktur um ein Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils der Strömungsstruktur der Ausführungsform darstellt.
3 ist eine Schnittansicht, die das Öffnungs- und Schließventil darstellt, wenn ein Pilotventil in der Strömungswegstruktur der Ausführungsform geschlossen ist.
4 ist ein Schaubild, das ein Verhältnis eines Innendrucks P1 an einem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt in einem dritten Kanal, einen Innendruck P2 an einem Einströmanschluss des Hauptventils, einen Innendruck P3 einer Gegendruckkammer, einen Innendruck P4 an einem Ableitanschuss des Hauptventils, und einen Innendruck P5 an einem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt in einem vierten Kanal in einer Situation, in der das Pilotventil in der Strömungswegstruktur der Ausführungsform geschlossen ist, darstellt.
5 ist ein Schaubild, das ein Verhältnis eines Innendrucks P1 an einem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt in einem dritten Kanal, einen Innendruck P2 an einen Einströmanschluss des Hauptventils, einen Innendruck P3 einer Gegendruckkammer, einen Innendruck P4 an einem Ableitanschuss des Hauptventils, und einen Innendruck P5 an einem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt in einem vierten Kanal in einer Situation, in der das Pilotventil in der Strömungswegstruktur der Ausführungsform offen ist, darstellt.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Strömungswegstruktur eines Motorkühlsystems gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Strömungswegstruktur eines Motorkühlsystems gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Strömungswegstruktur eines Motorkühlsystems gemäß einer anderen Ausführungsform darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform beschrieben, in der eine Strömungswegstruktur für ein Motorkühlsystem eines Fahrzeugs dient. Zunächst wird das Motorkühlsystem erläutert.
Wie in 1 gezeigt umfasst das Motorkühlsystem 1 dieser Ausführungsform einen Radiator 10, einen Thermostat 11, eine Pumpe 14, ein Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils 16, einen Heizkern 17, und eine ECU (elektronische Steuereinheit) 18.
Der Radiator 10 ist mit dem Motor 2 durch einen ersten Kanal W1 und einen zweiten Kanal W2 verbunden. Ein Wärmemedium strömt in den Motor 2. Das Wärmemedium absorbiert die Wärme des Motors 2, während es durch den Motor 2 strömt. Das Wärmemedium, das die Wärme des Motors 2 absorbierte, zirkuliert durch einen Verlauf, der zu dem Motor 2 zurückkehrt, nachdem er durch den ersten Kanal W1, den Radiator 10, und den zweiten Kanal W2 gelangt ist. Der Radiator 10 kühlt das Wärmemedium vermittels Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen dem Wärmemedium, das durch das Innere des Radiators 10 strömt, und Luft, die außerhalb des Radiators 10 strömt, wenn das Fahrzeug fährt.
Der Heizkern 17 ist mit dem Motor 2 durch einen dritten Kanal W3 verbunden. In dieser Ausführungsform entspricht der Heizkern 17 einer Einrichtung, und der dritte Kanal W3 entspricht einem Zufuhrkanal. Der Heizkern 17 ist mit dem zweiten Kanal W2 durch einen vierten Kanal W4 verbunden. In dieser Ausführungsform entspricht der vierte Kanal W4 einem Ableitkanal. Gemäß dieser Struktur zirkuliert das Wärmemedium, das die Wärme des Motors 2 absorbierte, durch einen Verlauf, der zu dem Motor 2 zurückkehrt, nachdem es durch den dritten Kanal W3, den Heizkern 17, den vierten Kanal W4, und den zweiten Kanal W2 gelangt ist. In der Zeichnung stellt eine Markierung C1 einen Verbindungspunkt des vierten Kanals W4 und des zweiten Kanals W2 dar. Der Heizkern 17 ist in einer Luftpassage einer Klimaanlage, die nicht dargestellt ist, des Fahrzeugs bereitgestellt. Die Luftpassage ist eine Passage für Luft, die in das Innere des Fahrzeugs befördert werden soll. Der Heizkern 17 erwärmt die Luft durch Durchführen eines Wärmeaustauschs zwischen der Luft, die durch die Luftpassage strömt, und dem Wärmemedium, das durch den Heizkern 17 strömt.
Die Pumpe 14 ist an einer Mitte zwischen dem Verbindungspunkt C1 und dem Motor 2 in dem zweiten Kanal W2 angeordnet. Die Pumpe 14 ist eine mechanische Pumpe, die basierend auf der Leistung des Motors 2 angetrieben wird. Das heißt, wenn der Motor 2 angetrieben wird, wird die Pumpe 14 ebenfalls angetrieben. Wenn der Motor 2 stoppt, stoppt die Pumpe 14 ebenfalls. Die Pumpe 14 zirkuliert das Wärmemedium zwischen dem Motor 2 und dem Radiator 10 und zwischen dem Motor 2 und dem Heizkern 17. Mit anderen Worten führt die Pumpe 14 dem Radiator 10 und dem Heizkern 17 das Wärmemedium zu.
Der Thermostat 11 ist in der Mitte zwischen dem Radiator 10 und dem Verbindungspunkt C1 in dem zweiten Kanal W2 angeordnet. Der Thermostat 11 steuert die Strömung des Wärmemediums zu dem Radiator 10 durch Öffnen und Schließen des zweiten Kanals W2. Zum Beispiel ist, in einer Situation, in der die Temperatur von Wärmemedien niedrig ist, wie etwa ein Zeitpunkt des Kaltstartens des Motors 2, der Thermostat 11 in dem geschlossenen Zustand. Daher strömt das Wärmemedium nur durch den Heizkern 17, ohne durch den Radiator 10 zu strömen, derart, dass der Motor 2 schnell erwärmt werden kann. Nachdem der Motor 2 derart erwärmt ist, dass die Temperatur des Wärmemediums steigt, wird der Thermostat 11 in den offenen Zustand geschaltet. Dadurch strömt das Wärmemedium durch den Radiator 10 und wird gekühlt.
Das Öffnungs- und Schließventil 16 ist in der Mitte des dritten Kanals W3 angeordnet. Das Öffnungs- und Schließventil 16 steuert die Strömung des Wärmemediums zu dem Heizkern 17 durch Öffnen und Schließen des dritten Kanals W3. Konkret wird es dem Wärmemedium erlaubt, von dem Motor 2 zu dem Heizkern 17 zu strömen, wenn das Öffnungs- und Schließventil 16 in einem offenen Zustand ist. Wenn das Öffnungs- und Schließventil 16 in einem geschlossenen Zustand ist, wird die Strömung des Wärmemediums von dem Motor 2 zu dem Heizkern 17 unterbrochen.
Die ECU 18 steuert den Antrieb des Öffnungs- und Schließventils 16. Die ECU 18 schaltet das Öffnungs- und Schließventil 16 in einen geschlossenen Zustand, zum Beispiel beim Erwärmen des Motors 2. Dadurch kann der Motor 2 schnell erwärmt werden, da die Zirkulation des Wärmemediums zwischen dem Motor 2 und dem Heizkern 17 unterbrochen ist. Im Ergebnis kann der Kraftstoffverbrauch verringert werden.
In der Klimaanlage wird die Temperatur von Luft mit der von dem Heizkern 17 emittierten Wärme erhöht, selbst wenn eine Kühlvorrichtung der Klimaanlage in dem maximalen Kühlzustand betrieben wird, das heißt, wenn der Öffnungsgrad der Luftmischtür so angepasst ist, dass die Luft nicht durch den Heizkern 17 strömt. In diesem Fall wird, da ein Kompressor der Kühlvorrichtung betrieben wird, um den Temperaturanstieg in der Luft durch den Heizkern 17 derart aufzuheben, dass die Temperatur der Luft gleich einer voreingestellten Temperatur wird, der Kompressor möglicherweise umsonst betrieben. Daher schaltet die ECU 18 dieser Ausführungsform das Öffnungs- und Schließventil 16 in den geschlossenen Zustand, wenn die Kühlvorrichtung betrieben wird. Da ein Wärmeaustausch zwischen dem Heizkern 17 und der Luft kaum durchgerührt wird, wird die Luft durch den Heizkern 17 nicht leicht erwärmt. Im Ergebnis kann eine Verschlechterung der Kompressorleistung der Kühlvorrichtung begrenzt werden.
Als nächstes wird die Struktur des Öffnungs- und Schließventils 16 ausführlich beschrieben. Wie in 2 gezeigt umfasst das Öffnungs- und Schließventil 16 einen Pilotkanal Wp, ein Hauptventil 160, eine Membran 161, und ein Pilotventil 162. Das Öffnungs- und Schließventil 16 ist einstückig mit einer Rohrleitung 170, die den dritten Kanal W3 bildet, und einer Rohrleitung 171, die den vierten Kanal W4 bildet, ausgestaltet.
Der Pilotkanal Wp ist vorgesehen, um den dritten Kanal W3 und den vierten Kanal miteinander zu verbinden. Ein Verbindungspunkt des dritten Kanals W3 und des Pilotkanals Wp wird durch einen stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 dargestellt. Darüber hinaus wird ein Verbindungspunkt des vierten Kanals W4 und des Pilotkanals Wp durch einen stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt C3 dargestellt. Die Gegendruckkammer 167 wird in dem Pilotkanal Wp definiert, und wird durch einen Abzweigkanal Wpb mit einem Abzweigpunkt C4 verbunden. Die Gegendruckkammer 167 ist ein Kammerabschnitt, der geformt ist, um einen größeren Durchtrittsdurchmesser zu haben als jener der anderen Kanalabschnitte des Pilotkanals Wp. Wie in 1 dargestellt ist eine Drossel 170 zwischen dem aufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 und dem Abzweigpunkt C4 in dem Pilotkanal Wp vorgesehen.
Wie in 2 dargestellt ist das Hauptventil 160 in der Mitte des dritten Kanals W3 bereitgestellt. Konkret ist eine Ventilgehäusekammer 163 in der Mitte des dritten Kanals W3 gebildet. Das Hauptventil 160 ist in der Ventilgehäusekammer 163 aufgenommen. Ein Einströmanschluss 164 des Hauptventils ist in der Seitenwand der Ventilgehäusekammer 163 gegenüber der Seite des Hauptventils 160 ausgebildet. Ein Ventilsitz 165 wird durch die Bodenwand der Ventilgehäusekammer 163 gegenüber dem Boden des Hauptventils 160 definiert. Ein Ableitanschluss 166 des Hauptventils verläuft durch den Ventilsitz 165. Das heißt, das von dem Motor 2 abgeleitete Wärmemedium strömt durch den Hauptventil-Einströmanschluss 164, die Ventilgehäusekammer 163, und den Hauptventil-Ableitanschuss 166 in den Heizkern 17.
Das Hauptventil 160 schließt den Hauptventil-Ableitanschuss 166 des Ventilsitzes 165, indem es auf den Ventilsitz 165 gesetzt wird. Dadurch ist der dritte Kanal W3 in einem geschlossenen Zustand. Das heißt, die Strömung des Wärmemediums von dem Motor 2 zu dem Heizkern 17 wird unterbrochen. Wenn der Hauptventil-Ableitanschuss 166 des Ventilsitzes 165 durch das Hauptventil 160 geschlossen wird, wird das Öffnungs- und Schließventil 16 ebenfalls als in dem geschlossenen Zustand befindlich bezeichnet.
Das Hauptventil 160 öffnet den Hauptventil-Ableitanschuss 166 des Ventilsitzes 165 durch Trennen von dem Ventilsitz 165. Dadurch ist der dritte Kanal W3 in einem offenen Zustand. Das heißt, die Strömung des Wärmemediums von dem Motor 2 zu dem Heizkern 17 wird erlaubt. Wenn der Hauptventil-Ableitanschuss 166 des Ventilsitzes 165 durch das Hauptventil 160 geöffnet wird, wird das Öffnungs- und Schließventil 16 ebenfalls als in dem offenen Zustand befindlich bezeichnet.
Die Membran 161 ist an dem Hauptventil 160 durch ein Axialteil 161a einstückig angebracht. Die Membran 161 ist aus einer Komponente gefertigt, die Flexibilität hat. Die Membran 161 ist zwischen der Ventilgehäusekammer 163 und der Gegendruckkammer 167 angeordnet, mit anderen Worten, zwischen dem dritten Kanal W3 und dem Pilotkanal Wp. Eine Druckaufnahmefläche der Membran 161 angrenzend an die Gegendruckkammer 167 ist größer als eine Druckaufnahmefläche der Membran 161 angrenzend an den Hauptventil-Einströmanschluss 164.
Das Pilotventil 162 besteht aus einem elektromagnetischen Ventil. Das Pilotventil 162 umfasst ein Ventilobjekt 162a und einen Aktuator 162b. Der Aktuator 162b besteht aus einem elektromagnetischen Solenoid. Der Aktuator 162b betreibt das Ventilobjekt 162a basierend auf der zugeführten Leistung, um einen Abschnitt des Pilotkanals Wp näher an dem vierten Kanal W4 als die Gegendruckkammer 167 zu öffnen und zu schließen. Konkret wird ein Ventilsitz 168 durch einen Abschnitt des Pilotkanals Wp stromabwärts des Abzweigpunkts C4 definiert. Der Ventilsitz 168 hat eine Durchgangsöffnung 169, die mit der Gegendruckkammer 167 verbunden ist. Wenn das Ventilobjekt 162a durch den Antrieb des Aktuators 162b auf den Ventilsitz 168 gesetzt wird, wird die Durchgangsöffnung 169 geschlossen. Dadurch ist der Pilotkanal Wp in dem geschlossenen Zustand, und die Strömung des Wärmemediums von dem dritten Kanal W3 und der Gegendruckkammer 167 zu dem vierten Kanal W4 unterbrochen.
Wenn sich das Ventilobjekt 162a von dem Ventilsitz 168 durch den Antrieb des Aktuators 162b trennt, wird die Durchgangsöffnung 169 geöffnet. Dadurch, da der Pilotkanal Wp in dem offenen Zustand ist, wird ermöglicht, dass das Wärmemedium von dem dritten Kanal W3 und der Gegendruckkammer 167 in den vierten Kanal W4 strömt.
Der geschlossene Zustand des Ventilobjekts 162a wird auch als der geschlossene Zustand des Pilotventils 162 bezeichnet, und der offene Zustand des Ventilobjekts 162a wird auch als der offene Zustand des Pilotventils 162 bezeichnet.
Als nächstes wird ein Betriebsbeispiel des Öffnungs- und Schließventils 16 dieser Ausführungsform beschrieben. In der Situation, in der die Pumpe 14 betrieben wird, falls das Pilotventil 162 in einem geschlossenen Zustand ist, wird der Innendruck P1 an dem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 des dritten Kanals W3 auf die Gegendruckkammer 167 aufgebracht. Unter den vorliegenden Umständen, da der Innendruck P2 des Einströmanschlusses 164 des Hauptventils und der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 einander gleich sind, wird der gleiche Druck auf die Oberfläche der Membran 161 angrenzend an den Hauptventil-Einströmanschluss 164 und die Oberfläche der Membran 161 angrenzend an die Gegendruckkammer 167 aufgebracht. Weil die Druckaufnahmefläche der Membran 161 angrenzend an die Gegendruckkammer 167 größer als die Druckaufnahmefläche der Membran 161 angrenzend an den Hauptventil-Einströmanschluss 164 ist, wird der Membran 161 die Schubkraft in einer Richtung von der Gegendruckkammer 167 zu der Ventilgehäusekammer 163 zugefügt. Aufgrund der Schubkraft, wie in 3 gezeigt ist, wird die Membran 161 in der Richtung von der Gegendruckkammer 167 zu der Ventilgehäusekammer 163 derart elastisch verformt, dass das Öffnungs- und Schließventil 16 in dem geschlossenen Zustand ist. In dieser Situation haben der Innendruck P1 an dem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 des dritten Kanals W3, der Innendruck P2 des Hauptventil-Einströmanschlusses 164, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167, der Innendruck P4 des Hauptventil-Ableitanschusses 166, und der Innendruck P5 an dem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt C3 des vierten Kanals W4 jeweilige Werte, die durch in 4 gezeigte Kreise dargestellt werden.
Somit, in der Situation, in der das Öffnungs- und Schließventil 16 geschlossen ist, öffnet die ECU 18 das Pilotventil 162, um das Öffnungs- und Schließventil 16 zu öffnen. Da ein Druck gemäß einer Differenz zwischen dem Innendruck P1 an dem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 des dritten Kanals W3 und dem Innendruck P5 an dem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt C3 des vierten Kanals W4 auf die Gegendruckkammer 167 aufgebracht wird, wird der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 von einem durch den Kreis von 4 dargestellten Wert auf einen durch ein Dreieck von 4 dargestellten Wert gesenkt. Dann, da der Innendruck P2 des Hauptventil-Einströmanschlusses 164 höher ist als der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167, wird die Schubkraft auf die Membran 161 in der Richtung von der Ventilgehäusekammer 163 zu der Gegendruckkammer 167 aufgebracht. Aufgrund dieser Schubkraft, wie in 2 gezeigt ist, wird die Membran 161 in der Richtung von der Ventilgehäusekammer 163 zu der Gegendruckkammer 167 derart elastisch verformt, dass das Öffnungs- und Schließventil 16 in dem offenen Zustand ist.
Darüber hinaus, wenn das Öffnungs- und Schließventil 16 in den offenen Zustand versetzt wurde, kommt das Wärmemedium dazu, durch den dritten Kanal W3 zu strömen. Dann, wie in 4 gezeigt ist, steigt der Innendruck P4 der Hauptventil-Ableitanschusses 166 von dem Wert des Kreises auf einen Wert eines Dreiecks. Unter den vorliegenden Umständen tritt eine Druckdifferenz zwischen dem Innendruck P4 des Hauptventil-Ableitanschusses 166 und dem Innendruck P5 an dem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt C3 des vierten Kanals W4 gemäß dem Widerstand des Heizkerns 17 gegen Wasserströmung auf.
Wenn das Öffnungs- und Schließventil 16 in dem offenen Zustand ist, haben der Innendruck P1 an dem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 des dritten Kanals W3, der Innendruck P2 des Hauptventil-Einströmanschlusses 164, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167, der Innendruck P4 des Hauptventil-Ableitanschusses 166, und der Innendruck P5 an dem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt C3 des vierten Kanals W4 jeweilige Werte, die durch in 5 gezeigte Dreiecke dargestellt werden. In der Situation, in der das Öffnungs- und Schließventil 16 offen ist, schließt ECU 18 somit das Pilotventil 162, um das Öffnungs- und Schließventil 16 zu schließen. Dadurch ändert sich der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 von dem Wert des Dreiecks zu einem Wert eines in 5 gezeigten Kreises, da der Innendruck P1 an dem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 des dritten Kanals W3 auf die Gegendruckkammer 167 aufgebracht wird. Das heißt, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 steigt. Da der Innendruck P2 des Hauptventil-Einströmanschlusses 164 und der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 einander gleich werden, wird der Membran 161 die Schubkraft in der Richtung von der Gegendruckkammer 167 zu der Ventilgehäusekammer 163 zugefügt, basierend auf der Differenz zwischen der Druckaufnahmefläche der Membran 161 angrenzend an den Hauptventil-Einströmanschluss 164 und der Druckaufnahmefläche der Membran 161 angrenzend an die Gegendruckkammer 167. Aufgrund dieser Schubkraft, wie in 4 gezeigt ist, wird die Membran 161 in der Richtung von der Gegendruckkammer 167 zu der Ventilgehäusekammer 163 derart elastisch verformt, dass das Öffnungs- und Schließventil 16 in dem geschlossenen Zustand ist.
Gemäß der Strömungswegstruktur des Motorkühlsystems 1 dieser Ausführungsform können die Aktion und Wirkung erlangt werden, die im Folgenden (1) - (3) beschrieben werden.
(1) Der dritte Kanal W3 und der vierte Kanal W4 sind miteinander durch den Pilotkanal Wp auf kommunizierende Art und Weise verbunden. Das Pilotventil 162 öffnet und schließt einen Abschnitt des Pilotkanals Wp angrenzend an den vierten Kanal W4 denn die Gegendruckkammer 167. Das Hauptventil 160 öffnet und schließt den dritten Kanal W3 basierend auf Änderung in dem Innendruck der Gegendruckkammer 167, die durch den Öffnungs- und Schließvorgang des Pilotventils 162 bewirkt wird.
Dementsprechend, da der Heizkern 17 als Widerstand gegen Wasserströmung wirkt, wird der Innendruck des vierten Kanals W4 höher als der Innendruck des dritten Kanals W3. Deshalb kann der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 zu dem Zeitpunkt des Öffnens des Pilotventils 162 verringert werden, verglichen mit dem Fall, in dem der Heizkern 17 nicht vorhanden ist.
Insbesondere, angenommen der Heizkern 17 ist nicht vorhanden, wenn das Pilotventil 162 geöffnet ist, hat der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 einen durch ein Quadrat in 5 dargestellten Wert, gemäß einer Differenz zwischen dem Innendruck P2 des Hauptventil-Einströmanschlusses 164 und dem Innendruck P4 der Hauptventil-Ableitanschusses 166. Dagegen hat, in dem Öffnungs- und Schließventil 16 dieser Ausführungsform, wenn das Pilotventil 162 geöffnet ist, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 den durch das Dreieck in 5 dargestellten Wert, gemäß der Differenz zwischen dem Innendruck P1 an dem stromaufwärtsseitigen Verbindungspunkt C2 des dritten Kanals W3 und dem Innendruck P5 an dem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt C3 des vierten Kanals W4. Das heißt, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 kann zu dem Zeitpunkt des Öffnens des Pilotventils 162 durch den Widerstand des Heizkerns 17 gegen Wasserströmung gesenkt werden, verglichen mit dem Fall, bei dem der Heizkern 17 nicht vorhanden ist. Dadurch hat die Änderung in dem Druck der Gegendruckkammer 167, die durch das Pilotventil 162 bewirkt wird, das betrieben wird, um aus dem offenen Zustand zu schließen, einen Wert von „P2“ größer als „P1“ im Fall, bei dem der Heizkern 17 nicht vorhanden ist. Im Ergebnis kann die der Membran 161 zugefügte Kraft stärker verändert werden. Mit anderen Worten, da die dem Hauptventil 160 zugefügte Kraft stärker verändert werden kann, kann der Öffnungs- und Schließvorgang des Öffnungs- und Schließventils 16 angemessener durchgeführt werden in der Situation, in der die Ausgabe der Pumpe 14 abnimmt, wie etwa Leerlaufbetriebszeit.
Angenommen, der Heizkern 17 ist nicht vorhanden, wenn das Pilotventil 162 öffnet, hat der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 einen durch ein Quadrat In 4 dargestellten Wert, gemäß einer Differenz zwischen dem durch den Kreis dargestellten Innendruck P2 des Hauptventil-Einströmanschluss 164, und dem durch das Dreieck dargestellten Innendruck P4 des Hauptventil-Ableitanschusses 166. Daher wird, wenn das Pilotventil 162 arbeitet, um aus dem geschlossenen Zustand zu öffnen, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 nur um „P3“ verändert. Dagegen, gemäß dem Öffnungs- und Schließventil 16 dieser Ausführungsform, wenn das Pilotventil 162 geöffnet wird, da der Innendruck P5, der Niederdruck an dem stromabwärtsseitigen Verbindungspunkt C3 des vierten Kanals W4 ist, auf die Gegendruckkammer 167 aufgebracht wird, hat der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 den durch das Dreieck dargestellten Wert kleiner als der Wert des Quadrats. Daher wird, wenn das Pilotventil 162 betrieben wird, um aus dem geschlossenen Zustand zu öffnen, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 nur um „P4“ verändert. Das heißt, verglichen mit dem Fall, in dem der Heizkern 17 nicht vorhanden ist, gemäß dem Öffnungs- und Schließventil 16 dieser Ausführungsform, der Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167 wird schärfer verändert werden, wenn das Pilotventil 162 aus dem geschlossenen Zustand öffnet. Im Ergebnis kann das Öffnungs- und Schließventil angemessener geschlossen werden.
(2) Das Öffnungs- und Schließventil 16 hat die Membran 161 einstückig gebildet mit dem Hauptventil 160 an der Stelle zwischen dem dritten Kanal W3 und der Gegendruckkammer 167. Dadurch kann der Öffnungs- und Schließvorgang des Hauptventils 160 einfach basierend auf der Änderung in dem Innendruck P3 der Gegendruckkammer 167, die durch den Öffnungs- und Schließvorgang des Pilotventils 162 bewirkt wird, ausgeführt werden.
(3) Das Öffnungs- und Schließventil 16 wird mit der Rohrleitung 170, die den dritten Kanal W3 bildet, und der Rohrleitung 171, die den vierten Kanal W4 bildet, vereint. Dadurch kann das Öffnungs- und Schließventil 16 einfacher an die Rohrleitung 170 und die Rohrleitung 171 angebaut werden.
Zusätzlich kann die Ausführungsform mit den folgenden Formen ebenfalls verwirklicht werden.
Wie in 6 gezeigt kann das Wärmemedium nur zwischen dem Motor 2 und dem Radiator 10 in dem Motorkühlsystem 1 zirkulieren. Konkret, in dem in 6 gezeigten Motorkühlsystem 1, ist das Öffnungs- und Schließventil von der Art eines Pilotventils 16 in dem ersten Kanal W1 ausgebildet. Der Pilotkanal Wp verbindet den ersten Kanal W1 und zweiten Kanal W2 miteinander. Darüber hinaus hat das Motorkühlsystem 1 ferner einen fünften Kanal W5 zusätzlich zu dem Pilotkanal Wp, um den ersten Kanal W1 und den zweiten Kanal W2 miteinander zu verbinden. In diesem Motorkühlsystem 1 entspricht der Radiator 10 einer Einrichtung. Darüber hinaus entspricht der erste Kanal W1 einem Zufuhrkanal, und der zweite Kanal W2 entspricht einem Ableitkanal. In diesem Motorkühlsystem 1, wenn die ECU 18 das Pilotventil 162 schließt, ist das Öffnungs- und Schließventil 16 in einem geschlossenen Zustand. Daher wird die Strömung des Wärmemediums von dem Motor 2 zu dem Radiator 10 unterbrochen. In diesem Fall kehrt das von dem Motor 2 abgeleitete Wärmemedium durch den fünften Kanal W5 und den zweiten Kanal W2 zurück zu dem Motor 2, ohne durch den Radiator 10 zu strömen. Das heißt, das Wärmemedium schließt den Motor 2 kurz. Dadurch kann der Motor 2 schnell erwärmt werden. Darüber hinaus, wenn die ECU 18 das Pilotventil 162 öffnet, ist das Öffnungs- und Schließventil 16 in dem offenen Zustand. Daher kann der Motor 2 effektiv gekühlt werden, da das Wärmemedium zwischen dem Motor 2 und dem Radiator 10 zirkuliert. Die Aktion und Wirkung gemäß der Ausführungsform kann mit dieser Ausgestaltung erzielt werden.
Wie in 7 gezeigt kann das Motorkühlsystem 1 ferner eine Pumpe 15 zwischen dem Öffnungs- und Schließventil 16 und dem Heizkern 17 in dem dritten Kanal W3 aufweisen. Die Pumpe 15 kann eine mechanische Pumpe, die durch die Leistung des Motors 2 angetrieben wird, oder eine elektrische Pumpe sein, die durch elektrische Leistung einer Fahrzeug-eigenen Batterie angetrieben wird. Die Pumpe 15 wird bereitgestellt, zum Beispiel, um die Strömungsrate des Wärmemediums anzupassen, das von dem Motor 2 in den Heizkern 17 strömt.
Wie in 8 gezeigt kann das Hauptventil 160 des Öffnungs- und Schließventils 16 möglicherweise nicht in dem dritten Kanal W3, der ein Zufuhrkanal ist, sondern in dem vierten Kanal W4 angeordnet sein, der ein Ableitkanal ist. Das Öffnungs- und Schließventil 16 wird nämlich in dem Zufuhrkanal oder dem Ableitkanal angeordnet.
Die Pumpe 14 kann eine elektrische Pumpe sein, die durch elektrische Leistung einer Fahrzeug-eigenen Batterie angetrieben wird, ohne auf eine mechanische Pumpe beschränkt zu sein.
Das Pilotventil 162 kann möglicherweise nicht nur ein elektromagnetisches Ventil sein, sondern ein motorisch betriebenes Ventil.
Das Öffnungs- und Schließventil 16 ist nicht darauf beschränkt, die Membran 161 zu haben, während das Hauptventil 160 betrieben wird, um durch eine Änderung in dem Innendruck der Gegendruckkammer 167 zu öffnen und zu schließen.
Das Öffnungs- und Schließventil 16 kann als Ventil zur Strömungsratenregulierung verwendet werden, das die Strömungsrate des Wärmemediums durch Anpassen des Ventilhubs des Hauptventils 160 anpasst.
Die Hauptwärmequelleneinrichtung zum Erwärmen des Wärmemediums kann möglicherweise nicht nur der Motor 2, sondern ein Inverter, eine elektrische Heizeinrichtung und dergleichen sein.
Die Strömungswegstruktur der Ausführungsform kann auf verschiedene Arten von Kühl- und Heizwassersystemen angewendet werden, wie etwa ein Kältekreislauf, ohne auf die Strömungswegstruktur für den Wärmetauschkreislauf des Motors 2 beschränkt zu sein. Darüber hinaus kann die Einrichtung, in der die Strömung eines Wärmemediums durch den Öffnungs- und Schließvorgang des Öffnungs- und Schließventils 16 gesteuert wird, geeignet gemäß der Strömungswegstruktur des Kühl- und Heizwassersystems verändert werden. Die Einrichtung für diese Art von Kühl- und Heizwassersystem kann einen Wärmetauscher zum Kühlen oder Erwärmen von Öl einer Automatikschaltung, einen Wärmetauscher zum Kühlen eines Motorgenerators, einen EGR-Kühler, einen Wärmetauscher zum Kühlen oder Erwärmen einer Fahrzeug-eigenen Batterie, einen Ladeluftkühler zum Turboladen, einen Radiator, einen Kühlereinsatz, und dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann unabhängig von der Ausgestaltung der Strömungswegstruktur ein anderes Fluid als das Wärmemedium verwendet werden.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Eine Änderung der Ausgestaltung durch einen Fachmann ist innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung enthalten, so lange sie die Merkmale der vorliegenden Offenbarung hat. Jedes Element und dessen Anordnung, Zustand, Form, und dergleichen sind nicht notwendigerweise auf jedes oben erwähnte Beispiel beschränkt, und kann in geeigneter Weise verändert werden. Die Elemente der Ausführungsform können angemessen kombiniert werden, falls eine Kombination nicht technisch unmöglich sein sollte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015213160 [0001]
JP 2008002641 A [0006]

Claims

Strömungswegstruktur, aufweisend: einen Zufuhrkanal (W1, W3), in dem ein zu einer Einrichtung (10, 17) zuzuführendes Fluid strömt; einen Ableitkanal (W2, W4), in dem das von der Einrichtung abgeleitete Fluid strömt; und ein Öffnungs- und Schließventil (16) von der Art eines Pilotventils, das in einem der beiden Kanäle des Zufuhrkanals oder des Ableitkanals bereitgestellt ist, wobei das Öffnungs- und Schließventil aufweist: ein Hauptventil (160), das in einem der beiden Kanäle angeordnet ist, einen Pilotkanal (Wp), der den Zufuhrkanal und den Ableitkanal miteinander verbindet, wobei eine Gegendruckkammer (167) in dem Pilotkanal definiert ist, und ein Pilotventil (162), das einen Abschnitt des Pilotkanals näher an dem Ableitkanal als die Gegendruckkammer öffnet und schließt, und das Hauptventil einen der beiden Kanäle basierend auf einer Änderung in einem Innendruck der Gegendruckkammer, die durch einen Öffnungs- und Schließvorgang des Pilotventils bewirkt wird, öffnet und schließt.
Strömungswegstruktur nach Anspruch 1, wobei das Öffnungs- und Schließventil ferner eine Membran (161), die zwischen einem der beiden Kanäle und der Gegendruckkammer angeordnet ist, einstückig mit dem Hauptventil, aufweist.
Strömungswegstruktur nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine Pumpe (14, 15), die das Fluid der Einrichtung durch den Zufuhrkanal zuführt.
Strömungswegstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Öffnungs- und Schließventil einstückig eine Rohrleitung (170), die den Zufuhrkanal definiert, und eine Rohrleitung (171), die den Ableitkanal definiert, aufweist.
Strömungswegstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Einrichtung ein Kühl- und Heizwassersystem (1) für ein Fahrzeug ist.
Strömungswegstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einrichtung in einem System (1) zum Kühlen eines Motors eines Fahrzeugs ist, und das Fluid ein Wärmemedium ist, das den Motor des Fahrzeugs kühlt.