JP2002192936A - 温水制御弁及びこれを用いた車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 再熱式の車両用空調装置に用いられる温水制
御弁について、流量特性を向上させると共に、温水供給
源で生じる流量変動の影響を受けにくくする。 【解決手段】 ４ポート・３ウェイバタフライバルブの
温水制御弁に、第１ポート２２と第４ポート２５との間
で弁体２７の摺動面となるケーシング２１に外側へ膨出
する凹部２８を設けて流路断面積拡大部とし、弁体２７
と共に回動し凹部２８を弁開度０％の位置で全開とし弁
開度１００％の位置で全閉とする補助弁体２８を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車室内
を空調する車両用空調装置に適用される温水制御弁及び
これを用いた車両用空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車等の車両には冷房、除
湿、暖房といった空気調和を行い、乗員に快適な車室内
環境を提供する車両用空調装置が装備されている。この
ような車両用空調装置には、従来より「エアミックス
式」及び「再熱式」と呼ばれるものがある。

【０００３】一方のエアミックス式は、導入空気の全量
がエバポレータを通過した後、ヒータコアと呼ばれてい
る温水熱交換器を通過する導入空気量がエアミックスダ
ンパの開度に応じて調整されるものである。そして、ヒ
ータコア下流側に設けられるエアミックスチャンバ部分
において、ヒータコアを通過して加熱された導入空気と
ヒータコアを通過しない導入空気とが混合されので、両
者の混合割合によって各吹出口から吹き出す空調空気の
温度調節を行うことができる。このようなエアミックス
式は、エアミックスダンパの開閉動作を行うスペースや
エアミックスチャンバ部分が必要となるため、装置の小
型化が困難なことに加えて、通風抵抗が大きくなるとい
う問題を有している。

【０００４】これに対し、再熱式の車両用空調装置は、
導入空気の全量がエバポレータ及びヒータコアを通過
し、ヒータコアに供給する温水流量を温水制御弁で調整
して温度制御するものである。すなわち、ヒータコアの
加熱能力は温水流量に応じて変化するので、各吹出口か
ら吹き出す空調空気の温度は、ヒータコアの加熱能力を
調整することで制御可能となる。従って、導入空気の流
れ方向にエバポレータ及びヒータコアを対向させて直列
に配置すればよいので、エアミックス方式で必要なエア
ミックスダンパの開閉動作を行うスペースやエアミック
スチャンバ部分が不要となり、装置の小型化や通風抵抗
の低減に有利である。なお、一般的な自動車用の車両用
空調装置では、走行用エンジンの冷却に用いられるエン
ジン冷却水系から、エンジン冷却水の一部が温水として
ヒータコアに導入されている。

【０００５】上述したように、再熱式の車両用空調装置
においては、温水制御弁でヒータコアに供給する温水の
流量を制御しているが、たとえば特開平７−３０００１
２号公報に記載された温水循環式暖房装置のように、温
水制御弁（流量制御弁）として従来より４ポートのバタ
フライバルブなどが採用されている。

【０００６】図１３及び図１４に示す温水制御弁２０
は、いわゆる４ポート・３ウェイのバタフライバルブで
あり、エンジン系から温水を導入する第１ポート２２、
ヒータコアへ温水を送出する第２ポート２３、ヒータコ
アから熱交換後の温水を導入する第３ポート２４、そし
てエンジン系へ温水を戻す第４ポート２５の４つのポー
トを備えている。各ポートは平面視９０度ピッチで４方
向に配置され、平板状の弁体２７が図示省略の駆動手段
により弁軸２６と一体に、図１４に実線で表示した位置
と想像線で表示した位置との間で９０度の範囲を回動す
る。この結果、第１ポート２２から導入した温水の全量
を前記第２ポート２３へ導く指示開度１００パーセント
の第１の切換位置（最大加熱流路位置）と、第１ポート
２２から導入した温水を開度に応じて第２ポート２３及
び第４ポート２５へ分配する第２の切換位置（加熱量調
整流路位置）と、第１ポート２２から導入した温水の全
量を第４ポート２５へ導く指示開度０％の第３の切換位
置（加熱停止流路位置）との３つの流路形態中から、運
転状況に応じて適宜選択することができる。なお、図１
４に実線で表示した弁体２７の位置が加熱流路停止位
置、想像線で表示した弁体２７の位置が最大加熱流路位
置である。

【０００７】このようなバタフライバルブの流量特性
は、図２に実線で示すように、弁解度（％）の小さい領
域ではほぼ直線的に比較的緩やかな増加を示し、弁解度
が大きくなって１００％に近づいた時点で急激に増加す
る。ここで、弁解度１００％の状態とは上述した最大加
熱流路位置のことであり、エンジンから導入した温水の
全量がヒータコアへ供給される。また、弁解度０％の状
態とは上述した加熱停止流路位置のことであり、エンジ
ンから導入した温水の全量がヒータコアをバイパスして
そのままエンジンへ戻される。従って、弁解度０％以上
１００％未満の間が加熱流量調整流路位置となり、弁解
度が増すにつれて図示した流量特性の如くヒータコアへ
供給される温水の流量が増す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した再
熱式車両用空調装置においては、エバポレータを通過し
ていったん冷却及び除湿された導入空気（冷凍サイクル
の運転が停止されている場合は単にエバポレータを通過
した導入空気）をヒータコアで加熱（再熱）し、ヒータ
コアの加熱能力を調整することで所望の吹出温度に制御
している。ヒータコアの加熱能力は、温水温度が一定で
あれば供給される温水流量とほぼ比例する関係にあるた
め、実質的には温水制御弁の開度制御を実施して温水の
供給量を調整している。

【０００９】このような温水制御弁の開度制御を行う場
合、最大加熱流路位置または最大加熱流路位置に近い最
大暖房運転では、乗員に暖房感を与えるため高い吹出温
度が求められているので、指示開度を大きくして温水の
全量またはほぼ全量をヒータコアへ送出すればよい。一
方、加熱流路停止位置に近い温度調整運転では、いった
んエバポレータで冷却された導入空気（冷風）を所望の
温度まで再熱することになり、ヒータコアにおける加熱
能力の制御をきめ細やかにかつ正確に行うことが求めら
れる。

【００１０】このような事情から、上述したバタフライ
弁の有する基本特性は、再熱式車両用空調装置の温水制
御弁として好ましいものである。すなわち、弁解度の小
さい領域では緩やかにほぼ直線的な流量変化をするため
加熱能力の制御を容易にし、弁解度がある程度大きくな
って実質的にきめ細かい流量制御をあまり必要としない
最大暖房運転の時点で急激な流量変化をするため、十分
な暖房能力を得られるようになる。従って、このような
特性をさらに使いやすいものとするためには、直線的な
流量変化の領域をさらに広げ、弁開度の変化に対応する
温水流量の変化をより小さく（傾きを小さく）すること
が望まれる。

【００１１】しかしながら、車両用空調装置において温
水を供給する側となるエンジン系では、運転状態により
エンジン回転数がアイドリング時の低回転数（たとえば
５００ｒｐｍ程度）から急加速時等の高回転数（たとえ
ば５０００ｒｐｍ程度）まで大きく変動する。このた
め、エンジンからベルト駆動で駆動力を得ているエンジ
ン冷却水ポンプの回転数もこの影響を受けて大きく変動
し、ヒータコアに供給される温水の流量（圧力）にも大
きな変動が生じることとなる。

【００１２】このような温水の流量変動は、温水流量と
ほぼ比例するヒータコアの加熱能力に大きな影響を及ぼ
し、結果として所望の吹出温度が得られないことがあ
る。特に、温水制御弁が加熱量調整流路位置にあり、そ
の指示開度が低い温度調整運転の条件では、きめ細かい
流量制御が求められていることから、流量変動によるヒ
ータコアの加熱能力の変動がもたらす影響も大きくな
る。そして、たとえば冷房運転中にもかかわらず、吹出
温度が設定値より上昇して乗員に不快感を与えるといっ
た問題を生じることがある。このため、運転状況等に伴
うエンジン回転数の変動があってもヒータコアに供給さ
れる温水の流量が変動することを防止または抑制して、
流量変動の影響を受けない安定した加熱能力制御を可能
にする温水制御弁の開発が望まれている。

【００１３】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、温水制御弁の流量特性をさらに向上させると共
に、温水供給源で生じる流量変動の影響を受けにくくし
て、確実かつ安定した加熱能力制御を可能にした温水制
御弁及びこれを用いた車両用空調装置の提供を目的とす
るものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。請求項１に記載の
温水制御弁は、温水供給源から温水を導入する第１ポー
トと、温水熱交換器へ温水を送出する第２ポートと、前
記温水熱交換器から熱交換後の温水を導入する第３ポー
トと、前記温水供給源へ温水を戻す第４ポートとを備
え、弁体の回動により、前記第１ポートから導入した温
水の全量を前記第２ポートへ導く第１の切換位置と、前
記第１ポートから導入した温水を開度に応じて前記第２
ポート及び前記第４ポートへ分配する第２の切換位置
と、前記第１ポートから導入した温水の全量を前記第４
ポートへ導く第３の切換位置との選択切換が可能な４ポ
ート・３ウェイバタフライバルブに、前記第１ポートと
前記第４ポートとの間で前記弁体の摺動面となるケーシ
ングに外側へ膨出する流路断面積拡大部を設けると共
に、前記弁体と共に回動し前記流路断面積拡大部を前記
第３の切換位置で全開とし前記第１の切換位置で全閉と
する補助弁体を設けたことを特徴とするものである。

【００１５】このような温水制御弁によれば、第１ポー
トから第４ポートへ流れる温水の流路断面積が拡大して
同流路の圧力損失を低下させるため、補助弁体が流路面
積拡大部を開とする第２及び第３の切換位置、すなわち
弁開度が小さい状態では、温水熱交換器をバイパスして
温水供給源へ戻る温水の流量割合が増す。このため、弁
開度の増大に応じて増加する温水熱交換器の温水流量
は、その増加率（傾き）が小さなものとなる。また、温
水供給源に流量変動が生じた場合、流路断面積の大きい
第４ポート側へ流れる温水の割合が大きくなるので、温
水熱交換器側の流量変動が小さくなって、加熱能力の変
動を抑制することができる。

【００１６】請求項２に記載の温水制御弁は、温水供給
源から温水を導入する第１ポートと、温水熱交換器へ温
水を送出する第２ポートと、前記温水熱交換器から熱交
換後の温水を導入する第３ポートと、前記温水供給源へ
温水を戻す第４ポートとを備え、弁体の回動により、前
記第１ポートから導入した温水の全量を前記第２ポート
へ導く第１の切換位置と、前記第１ポートから導入した
温水を開度に応じて前記第２ポート及び前記第４ポート
へ分配する第２の切換位置と、前記第１ポートから導入
した温水の全量を前記第４ポートへ導く第３の切換位置
との選択切換が可能な４ポート・３ウェイバタフライバ
ルブに、前記温水供給源から導入する温水の流量変動に
前記弁体を連動させて前記第４ポートへ導かれる温水流
量を加減し、前記第２ポートへ導かれる温水流量を一定
に保つ流量変動吸収手段を設けたことを特徴とするもの
である。

【００１７】このような温水制御弁によれば、温水供給
源に流量変動が生じた場合、流量変動吸収手段の作用に
よって第２ポート（すなわち温水熱交換器）へ導かれる
温水流量が一定に保たれるので、温水熱交換器における
加熱能力の変動を抑制または防止することができる。

【００１８】請求項３に記載の温水制御弁は、温水供給
源から温水を導入する第１ポートと、温水熱交換器へ温
水を送出する第２ポートと、前記温水熱交換器から熱交
換後の温水を導入する第３ポートと、前記温水供給源へ
温水を戻す第４ポートとを備え、弁体の回動により、前
記第１ポートから導入した温水の全量を前記第２ポート
へ導く第１の切換位置と、前記第１ポートから導入した
温水を開度に応じて前記第２ポート及び前記第４ポート
へ分配する第２の切換位置と、前記第１ポートから導入
した温水の全量を前記第４ポートへ導く第３の切換位置
との選択切換が可能な４ポート・３ウェイバタフライバ
ルブに、前記第１ポートと前記第４ポートとの間で前記
弁体の摺動面となるケーシングに外側へ膨出する流路断
面積拡大部を設け、前記弁体と共に回動し前記流路断面
積拡大部を前記第３の切換位置で全開し前記第１の切換
位置で全閉する補助弁体を設けると共に、前記温水供給
源から導入する温水の流量変動に前記弁体を連動させて
前記第４ポートへ導かれる温水流量を加減し、前記第２
ポートへ導かれる温水流量を一定に保つ流量変動吸収手
段を設けたたことを特徴とするものである。

【００１９】このような温水制御弁によれば、第１ポー
トから第４ポートへ流れる温水の流路断面積が拡大して
同流路の圧力損失を低下させるため、補助弁体が流路面
積拡大部を開とする第２及び第３の切換位置、すなわち
弁開度が小さい状態では、温水熱交換器をバイパスして
温水供給源へ戻る温水の流量割合が増す。このため、弁
開度の増大に応じて増加する温水熱交換器の温水流量
は、その増加率（傾き）が小さなものとなる。また、温
水供給源に流量変動が生じた場合、流路断面積の大きい
第４ポート側へ流れる温水の割合が大きくなるので、温
水熱交換器側の流量変動が小さくなって加熱能力の変動
を抑制することができ、さらに、流量変動吸収手段の作
用によって温水熱交換器へ導かれる温水流量が一定に保
たれるので、温水熱交換器における加熱能力の変動を抑
制または防止することができる。

【００２０】上記請求項２または３に記載の温水制御弁
においては、前記流量変動吸収手段が、前記弁体と一体
に回動する弁軸の長手方向を２分割した結合部に設けら
れ、一方の弁軸結合部に設けた中空の外軸部に他方の弁
軸結合部に設けた内軸部を回動可能に挿入し、前記外軸
部と前記内軸部との間に弁開度が小さい状態で温水の流
れに対抗して弁開度を維持する方向の付勢を与える弾性
部材を介在させると共に、弁開度が所定値以上に大きい
領域でのみ前記外軸部と前記内軸部との相対的な回動を
規制するストッパ機構を設けたものが好ましく、これに
より、ストッパ機構による規制がない時には、温水供給
源に流量変動が生じると以下のように作動する。

【００２１】温水流量が設定値以上に増加すると、温水
圧力の増加により弾性部材が弾性変形して、弁体はより
弁開度を小さくする方向に開度を変化させる。このた
め、温水熱交換器側をバイパスして温水供給源へ流れる
温水の流量割合が増し、温水熱交換器側へ供給される温
水流量は一定に保たれる。なお、圧力が回復すると、弾
性によりもとの弁開度に復帰する。なお、温水熱交換器
へ供給される温水流量が最大となる弁開度大の領域で
は、ストッパ部材の作用により上述した流量変動の吸収
作用が発揮されないので、流量変動の影響を受けて暖房
能力が低下するのを防止できる。

【００２２】請求項５に記載の温水制御弁は、温水供給
源から温水を導入する第１ポートと、温水熱交換器へ温
水を送出する第２ポートと、前記温水熱交換器から熱交
換後の温水を導入する第３ポートと、前記温水供給源へ
温水を戻す第４ポートとを備え、回動する弁体が、前記
第１ポートから導入した温水の全量を前記第２ポートへ
導く第１の切換位置と、前記第１ポートから導入した温
水を開度に応じて前記第２ポート及び前記第４ポートへ
分配する第２の切換位置と、前記第１ポートから導入し
た温水の全量を前記第４ポートへ導く第３の切換位置と
を備えた４ポート・３ウェイバタフライバルブに、前記
第１ポート近傍の入口から前記第４ポート近傍の出口へ
連通するバイパス流路を形成し、該バイパス流路の出口
にリード弁を設けると共に、前記弁体と共に回動し前記
第１の切換位置で前記リード弁を全閉位置に保持するス
トッパを設けたことを特徴とするものである。

【００２３】このような温水制御弁によれば、バイパス
流路の出口に設けたリード弁を開くことで、第１ポート
から第４ポートへ流れる温水の流路断面積が拡大して同
流路の圧力損失を低下させ、弁開度が小さい状態では、
温水熱交換器をバイパスして温水供給源へ戻る温水の流
量割合が増す。このため、弁開度の増大に応じて増加す
る温水熱交換器の温水流量は、その増加率（傾き）が小
さなものとなる。また、温水供給源に流量変動が生じた
場合、リード弁がストッパにより保持されていないと、
流量変動に伴う圧力上昇でリード弁が開き、流量変動に
よる流量増加分を温水供給源へ戻すことができる。この
ため、温水熱交換器側の流量変動が小さくなり、加熱能
力の変動を抑制することができる。

【００２４】請求項６に記載の車両用空調装置は、内気
または外気の導入空気を空調して車室内へ供給する再熱
式車両用空調装置であって、前記導入空気の送風手段
と、冷凍サイクルから供給される冷媒で前記導入空気を
冷却及び除湿するエバポレータと、温水供給源から供給
される温水で前記導入空気を加熱する温水熱交換器と、
各吹出口に設けられた開閉ダンパとを具備し、前記温水
熱交換器へ供給する温水を請求項１から５のいずれかに
記載の温水調整弁で流量制御するように構成したことを
特徴とするものである。

【００２５】このような車両用空調装置によれば、加熱
能力の制御をきめ細かく行うことができ、かつ、温水供
給源で生じる流量変動の影響を受けにい温水制御弁を用
いたので、車両用空調装置の空調フィーリングを向上さ
せることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る温水制御弁及
びこれを用いた車両用空調装置の一実施形態を図面に基
づいて説明する。最初に、図４に基づいて車両用空調装
置の構成を説明する。この車両用空調装置は、再熱式の
ＨＶＡＣ（Heater, Ventilation, Air Conditioning)ユ
ニットと呼ばれているものであり、図中の符号１ａは外
気導入口、１ｂは内気導入口、２はブロワファン、３は
エバポレータ、４はヒータコア、５はケーシング、６は
吹出口、７は吹出口６に設けられた開閉ダンパ、１０は
ＨＶＡＣユニットである。なお、一般的なＨＶＡＣユニ
ット１０の場合、乗員の顔や上半身へ向けて冷風を吹き
出すフェイス吹出口、足元へ向けて温風を吹き出すフッ
ト吹出口、フロントガラスの内面等へ向けて温風を吹き
出すデフロスト吹出口を備えているが、フット吹出口に
ついては、ＨＶＡＣユニット１０のケーシング５とダク
トで連結された位置に吹出口及び開閉ダンパが設けられ
ている。

【００２７】このＨＶＡＣユニット１０では、内外気切
換ダンパ８を操作することで外気導入口１ａまたは内気
導入口１ｂのいずれか一方から導入空気（外気または内
気）を取り込み、送風手段として設けたブロワファン２
を運転して吹出口６の方向へ送風する。ブロワファン２
の後流側には、エバポレータ３及びヒータコア４が対向
して直列に配置されている。なお、エバポレータ３及び
ヒータコア４は、導入空気の全量が通過するようＨＶＡ
Ｃユニット１０の全流路断面にわたって配置されてい
る。ブロワファン２から送風された導入空気は、最初に
冷凍サイクル（図示省略）の構成要素であるエバポレー
タ３を通過する。この時、導入空気は液冷媒と熱交換し
て冷却され、除湿された冷風となる。なお、冷凍サイク
ルが運転されていない場合には、上述した導入空気は単
にエバポレータ３を通過するだけとなる。

【００２８】続いて、エバポレータ３を通過した導入空
気は、加熱源として温水を導入するヒータコア（温水式
熱交換器）４を通過し、温水との熱交換により加熱され
る。この温水は、温水供給源であるエンジン系Ｅから導
入される。すなわち、車両走行用のエンジンを冷却する
ため循環して高温となったエンジン冷却水の一部をＨＶ
ＡＣユニット１０に導入して利用するもので、ヒータコ
ア４へ供給する温水の流量は、ＨＶＡＣユニット１０に
求められる吹出温度や運転状況などに応じて、温水制御
弁２０Ａを操作して制御される。ヒータコア４は、温水
の供給量にほぼ比例して加熱能力が増すので、吹出温度
が高く設定されている場合には温水供給量を増し、吹出
温度が低く設定されている場合には温水供給量を少なく
する。こうして所望の吹出温度に加熱（再熱）された導
入空気は、吹出モードに応じて開状態とされる吹出口６
から車室内へ向けて吹き出される。

【００２９】ここで、ヒータコア４に供給する温水の流
量制御を行う温水制御弁２０Ａの構成について、その第
１の実施形態を図１ないし図３に示して説明する。この
温水制御弁２０Ａは、基本的には４ポート・３ウェイバ
タフライバルブと呼ばれる構造のものである。温水制御
弁２０Ａのケーシング２１は概ね中空の立方体に成形さ
れており、その上面及び下面を除く前後左右の４面（平
面視９０度ピッチで４方向）にそれぞれひとつのポート
が設けられている。具体的には、エンジン系Ｅから温水
を導入する第１ポート２２、ヒータコア４へ温水を送出
する第２ポート２３、ヒータコア４から熱交換後の温水
を導入する第３ポート２４、そしてエンジン系Ｅへ温水
を戻す第４ポート２５の４つである。

【００３０】また、ケーシング２１内には、上下に貫通
する弁軸２６に固定されて、平板状の弁体２７が上下方
向に設置されている。弁軸２６の一端は電動モータやリ
ンク機構など図示省略の駆動手段に連結され、この弁軸
２６と一体に弁体２７が９０度の範囲を回動する。この
結果、図３（ｄ）に示すように、第１ポート２２から導
入した温水の全量を第２ポート２３へ導く指示開度が１
００パーセントの第１の切換位置（最大加熱流路位置）
と、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、第１ポート２
２から導入した温水を弁開度に応じて第２ポート２３及
び第４ポート２５へ分配する第２の切換位置（加熱量調
整流路位置）と、図３（ａ）に示すように、第１ポート
２２から導入した温水の全量を第４ポート２５へ導く指
示開度が０％の第３の切換位置（加熱停止流路位置）と
の３つの流路形態中から、運転状況に応じて適宜選択す
ることができる。なお、図３において、（ａ）はバタフ
ライ弁である弁体２７の弁角度が０度、（ｂ）は弁開度
が６０度、（ｃ）は弁開度が８０度、（ｄ）は弁解度が
９０度の状態を示している。

【００３１】さらに、ケーシング２１の下面（底面）２
１ａには、ケーシング自体の壁面を外側へ膨出させて形
成した凹部２８を設けてある。この凹部２８は、温水制
御弁２０Ａの流路断面積拡大部として機能する部分であ
り、ヒータコア４をバイパスして第１ポート２２から第
４ポート２５へ向けて流れる温水を導くための温水流路
（以下バイパス流路）が形成される領域、すなわち、平
面視で約４分の１に相当する領域のケーシング下部壁面
にのみ設けられている。この結果、バイパス流路の流路
断面積は、第１ポート２２から第２ポート２３へ温水を
導く流路や第３ポート２４から第４ポートへ温水を導く
流路と比較して凹部２８の断面積分だけ大きくなるた
め、圧力損失が小さくなって温水が流れやすくなる。

【００３２】このような凹部２８に加えて、弁体２７と
一体に回動する補助弁体２９を設けてある。この補助弁
体２９は、上下方向の板状部材である弁体２７の下端に
直交して結合され、下面２１ａに沿って摺動する概ね４
分の１円程度の扇形をした板状の水平部材である。この
補助弁体２９は、弁体２７が温水の全量をエンジンへバ
イパスして戻す加熱停止流路位置（図３（ａ）参照）に
ある時凹部２８を全開とし、凹部２８を温水のバイパス
流路として有効利用できるようになっている。また、こ
の補助弁体２９は、弁体２７が温水の全量をヒータコア
４へ供給する最大加熱流路位置（図３（ｄ）参照）にあ
る時凹部２８を全閉にして、凹部２８を温水が流れない
ようにしてある。なお、ここで凹部２８を全閉にすると
いう意味は、弁体２７と補助弁体２９とにより、第１ポ
ート２２から導入した温水が第４ポート２５及び凹部２
８へ流れ込まないようにすることである。

【００３３】このような構成の温水制御弁２０Ａとすれ
ば、弁開度１００％の最大加熱流路位置にある時には、
凹部２８が弁体２７及び補助弁体２９によって塞がれて
いるので、図２に示すヒータコア温水流量は従来と同様
である。従って、供給される温水を有効に利用して、最
大暖房に必要な加熱能力を得ることができる。特に、近
年はエンジンの高効率化が進み、余分な排熱が少なくな
ってきているので、弁開度が７５％以上で凹部２８が全
閉されるように設定して暖房能力を確保するのが好まし
い。

【００３４】しかし、弁開度が０％の加熱停止流路位置
から弁開度を増して行く場合、凹部２８を流路として有
効に利用できるため、第２ポート２３からヒータコア４
へ供給される温水流量と第４ポート２５からエンジンへ
バイパスされる温水流量とでは、凹部２８の流路断面積
が増したことで流路抵抗の減少した第４ポート２５側の
流量割合が大きくなる。従って、弁開度の増大に伴うヒ
ータコア温水流量の増加は従来より緩やかなものとな
り、図２に破線で示すように、その傾きは小さくなる。
また、開度０％から緩やかな傾斜の直線状に流量が増加
する特性は、凹部２８の位置や断面積、そして補助弁体
２９の形状などを適宜変更することである程度の調整が
可能である。従って、図２に実線で示す従来の特性と比
較して、緩やかな直線で温水流量が上昇する弁開度の範
囲を広げることができ、より広範囲の弁開度領域で温水
流量のきめ細かい制御を行ってヒータコア４の加熱能力
を調整することが可能になる。なお、このように緩やか
な直線状で上昇する流量特性は、車両用空調装置で再熱
によるきめ細かい吹出温度の調整が必要となる弁開度０
％から少なくとも５０％の範囲とするのが好ましく、実
質的に暖房運転に近い概ね弁開度６０％を越えたあたり
から傾斜を増して温水流量が急増するようにすればよ
い。

【００３５】さらに、凹部２８を温水流路として利用で
きる弁開度では、たとえば急加速によるエンジン回転数
の急増に伴い温水供給量が急増しても、流路抵抗の小さ
い第４ポート２５側へ流れる温水の割合が多いため、ヒ
ータコア４側の流量増加を最小限に抑えることができ
る。従って、温水供給量が急増して加熱能力を増加させ
るようなことはなく、たとえば冷房運転時に吹出温度が
上昇して空調フィーリングを悪化させるようなことはな
い。

【００３６】なお、上述した実施形態では、凹部２８を
ケーシング２１の下面２１ａに設けてあるが、本発明は
これに限定されることはなく、たとえば補助弁体２９の
位置変更と共に上面や側面に設けることも可能である。

【００３７】続いて、本発明による温水制御弁の第２の
実施形態を図５ないし図９に基づいて説明する。この実
施形態では、上述した第１の実施形態の温水制御弁２０
Ａに対し、温水供給源のエンジンから導入する温水の流
量変動に弁体２７を連動させて第４ポート２５へ導かれ
る温水流量を加減し、第２ポート２３へ導かれる温水流
量を一定に保つ流量変動吸収手段として、流量変動吸収
機構３０を設けてある。

【００３８】この流量変動吸収機構３０は、弁体２７と
一体に回動する弁軸２６を長手方向に２分割した弁体側
軸２６Ａと駆動側軸２６Ｂとの結合部に設けられる。図
示の例では、一方の弁軸結合部、すなわち弁体側軸２６
Ａに設けた中空円筒の外軸部３１に他方の弁軸結合部、
すなわち駆動軸側２６Ｂに設けた内軸部３２を回動可能
に挿入し、外軸部３１と内軸部３２との間にほぼ半円筒
形状とした板バネ３３を介在させてある。この板バネ３
３は、半円筒形状の側壁両端に折曲部３３ａ，３３ｂを
設けてあり、一方の折曲部３３ａが外軸部３１に設けた
溝３１ａに挿入支持され、他方の折曲部３３ｂが内軸部
３２の細径部３２ａに設けられた溝３２ｂに挿入支持さ
れる。この結果、板バネ３３は、内軸部３２に作用する
開閉操作を外軸部３１に伝達すると共に、弁２７の開度
が小さい状態では温水の流れ（圧力）に対抗し、通常の
圧力では弁開度を維持する弾性部材として機能する。具
体的には、たとえば図３（ｃ）の弁体２７は反時計廻り
方向に回転する圧力を受けるが、通常の圧力範囲では板
バネ３３は変形することなく所望の弁開度が維持され
る。

【００３９】また、流量変動吸収機構３０には、弁開度
が所定値以上に大きい領域でのみ外軸部３１と内軸部３
２との相対的な回動を規制するストッパ機構４０を設け
てある。このストッパ機構４０は、ピン４１と、コイル
バネ４２と、支持ブロック４３と、ピン穴４４，４５
と、ガイド部材４６とを具備して構成される。ピン４１
の途中には拡径した鍔部４１ａが設けられ、該鍔部４１
ａの両側がそれぞれ挿入ピン４１ｂ及びガイド接触部４
１ｃとなっている。このうち、挿入ピン４１ｂの外周部
にはコイルバネ４２が装着される。一方、支持ブロック
４３には鍔部４１ａを摺動させるガイド穴４３ａが設け
られ、該ガイド穴４３ａの一端にはガイド接触部４１ｃ
の貫通孔４３ｂを設けた壁面部４３ｃが形成されてい
る。

【００４０】ピン穴４４，４５は、所定の弁開度位置で
外軸部３１の外周面から内軸部３２まで貫通して設けら
れる。ピン穴４４の入口部には、ガイド穴４３ａと同径
のバネ受け部４４ａが設けられている。支持ブロック４
３は、ピン穴４４，４５とガイド穴４３ａ及び貫通孔４
３ｂの中心を一致させると共に、ピン４１及びコイルバ
ネ４２をガイド穴４３ａ内に収容して外軸部３１に固定
してある。この結果、ガイド接触部４１ｃは貫通孔４３
ｂを貫通して支持ブロック４３の外部へ突出し、挿入ピ
ン４１ｂはピン穴４４へ挿入される。なお、コイルバネ
４２は、鍔部４２とバネ受け部４４ａとの間に位置して
いる。

【００４１】また、ガイド部材４６は、温水制御弁２０
Ａの適所に固定された部材であり、弁体２７の開閉位置
が所定の領域に入ってくると、ピン４１のガイド接触部
４１ｃが内軸部３２の方向へ押し込まれるように設置さ
れている。これにより、鍔部４１ａでコイルバネ４２を
圧縮し、挿入ピン４１ｂの先端部がピン穴４５に入り込
むので、外軸部３１と内軸部３２との間は相対的な回動
が阻止され、１本の軸として機能する。なお、図８にお
いて、（ａ）はストッパ機構４０の規制がなく外軸部３
１と内軸部３２との相対的な回動が可能な「弁開度小」
の状態、（ｂ）はストッパ機構４０の規制を受けて外軸
部３１と内軸部３２との相対的な回動が不可能な「弁開
度大」の状態を示している。

【００４２】このような構成とすれば、ストッパ機構４
０による規制がない時には、エンジンから供給される温
水に流量変動が生じると以下のように作動する。温水流
量が急激に増加すると、温水圧力も急激に増加するた
め、弁体２７に作用する圧力が板バネ３３を弾性変形さ
せる。この結果、弁体２７はより弁開度を小さくする方
向に開度を変化させるため、ヒータコア４をバイパスし
て第４ポート２５からエンジンへ流れる温水の流量割合
が増し、ヒータコア４側へ供給される温水流量は一定に
保たれる。そして、温水流量が減少して通常の状態に戻
ると、こんんどは板バネ３３の弾性でもとの弁開度に復
帰する。また、ヒータコア４へ供給される温水流量が最
大となる弁開度大の領域では、ストッパ機構４０の作用
によって上述した流量変動の吸収作用が発揮されないの
で、流量変動の影響で温水が第４ポートへバイパスされ
てヒータコアへの供給流量減を招き、暖房能力が低下す
るのを防止できる。

【００４３】このように、温水制御弁２０Ａに流量変動
吸収機構３０を設ければ、温水供給源側に流量変動が生
じた場合でも、流量変動吸収機構３０の作用によって弁
体２７が動作し、第２ポート２３（すなわちヒータコア
４）へ導かれる温水流量が一定に保たれるので、ヒータ
コア４における加熱能力の変動を抑制または防止するこ
とができる。なお、上述した第２の実施形態の説明で
は、より一層優れた特性が得られることから、流路断面
積拡大部を備えた第１の実施形態の温水制御弁２０Ａに
流量変動吸収機構３０を適用してあるが、従来例に示し
た温水制御弁２０に適用しても有効であることは言うま
でもない。

【００４４】次に、本発明による温水制御弁の第３の実
施形態を図１０ないし図１３に基づいて説明する。この
実施形態に示す温水制御弁２０Ｂでは、第１ポート２２
近傍の入口５１から第４ポート２５近傍の出口５２へ連
通するバイパス流路５０を形成し、該バイパス流路５０
の出口５２にリード弁５３を設けてある。また、弁体２
７と共に回動し、温水の全量を第２ポート２３からヒー
タコア４へ送出する第１の切換位置でリード弁５３を全
閉位置に保持するストッパ５４を設けてある。

【００４５】バイパス流路５０としては、ケーシングの
底面部に一体的に成形して設けてもよいし、あるいは、
配管等で連結するものでもよい。また、リード弁５３
は、弾性を有する板状部材の一端側を固定し、他端側を
フリーにして出口５２を覆うように設置したもので、自
然状態では出口を塞ぐようになっている。そして、スト
ッパ５４は、弁体２７の下端部に固定され、弁体２７と
一体に回動する部材である。

【００４６】このような温水制御弁２０Ｂとすれば、バ
イパス流路５０の出口５２に設けたリード弁５３を開く
ことで、第１ポート２２から第４ポート２５へ流れる温
水の流路断面積が拡大して同流路の圧力損失を低下させ
ることができる。このため、弁体２７の弁開度が小さい
温度調整運転の状態では、ヒータコア４をバイパスして
エンジンへ戻る温水の流量割合が増すので、弁開度の増
大に応じて増加するヒータコアの温水流量は、第１の実
施形態と同様にその増加率（傾き）が小さなものとな
る。また、エンジンに流量変動が生じた場合、リード弁
５３がストッパ５４により保持されていない弁開度小の
状態では、流量変動に伴う圧力上昇でリード弁５３が押
し開かれ、流量変動による流量増加分をエンジン側へバ
イパスして戻すことができる。このため、第２の実施形
態で説明した流量変動吸収機構３０と同様の作用によ
り、ヒータコア４側の流量変動が小さくなり、加熱能力
の変動を抑制することができる。なお、リード弁５３の
最大開度はストッパ５４の位置、すなわち弁開度に応じ
て変化するので、出口５２の有効面積が変化してバイパ
ス流量も調整される。

【００４７】ところで、上述した各実施形態では弁軸２
６の駆動源に関する具体的な説明を省略したが、車両用
空調装置側の構成に応じて自動制御やリンク機構など、
公知の従来技術が適用可能なことは言うまでもない。ま
た、本発明の構成は上述した各実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において
適宜変更することができ、たとえば、本発明の温水制御
弁は、ケーシングが立方体状に限らず円筒形状とするこ
とも可能である。

【００４８】

【発明の効果】上述した本発明の温水制御弁及びこれを
用いた車両用空調装置によれば、以下の効果を奏する。 （１）第１ポートから第４ポートへ温水を導く流路の断
面積を増加させる凹部やバイパス流路を設けたので、弁
開度が小さい領域では、弁開度の増大に伴う温水熱交換
器への温水供給量は従来より緩やかな傾斜で増加するよ
うになり、きめ細かな加熱能力の制御が容易な温水制御
弁になる。従って、この温水制御弁を用いた車両用空調
装置においては、きめ細かな制御を確実に行うことが可
能となって空調フィーリングを向上させることができ
る。

【００４９】（２）第１ポートから第４ポートへ温水を
導く流路に流路の断面積を増加させる凹部を設けたの
で、温水供給側に流量変動が生じた場合、その大部分を
第４ポート側へバイパスして流すことができるようにな
り、第２ポートから温水熱交換器へ供給される温水流量
が変動するのを抑制することができる。従って、温水供
給側の流量変動に影響されて加熱能力が変動するの抑制
できる温水制御弁となり、これを用いた車両用空調装置
の空調フィーリングを向上させることができる。 （３）温水供給源に流量変動が生じた場合、弁体が動作
して第４ポートへ導かれる温水流量を加減し、第２ポー
トへ導く温水流量を一定に保つ流量変動吸収手段を設け
た温水制御弁は、温水熱交換器における加熱能力の変動
を抑制または防止できるので、これを用いた車両用空調
装置の空調フィーリングを向上させることができる。 （４）第１ポートから第４ポートへ温水を導く流路にバ
イパス流路を形成し、その出口にリード弁を設けたの
で、温水供給源に流量変動が生じるとリード弁が開いて
第４ポート側へバイパスして流すことができるようにな
り、第２ポートから温水熱交換器へ供給される温水流量
が変動するのを抑制することができる。従って、温水供
給側の流量変動に影響されて加熱能力が変動するの抑制
できる温水制御弁となり、これを用いた車両用空調装置
の空調フィーリングを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る温水制御弁の第１の実施形態を
示す斜視図である。

【図２】 図１に示す温水制御弁及び従来の温水制御弁
の特性を示す図で、弁開度（％）とヒータコア温水流量
との関係を示している。

【図３】 図１の温水制御弁について弁開度の変化を示
す図で、（ａ）は弁角度０度（弁開度０％）の状態、
（ｂ）は弁開度６０度の状態、（ｃ）は弁開度８０度の
状態、（ｄ）は弁開度９０度（弁開度１００％）の状態
である。

【図４】 再熱式ＨＶＡＣユニットの構成例を示す図で
ある。

【図５】 本発明に係る温水制御弁の第２の実施形態を
示す断面図である。

【図６】 図５のＡ−Ａ断面図である。

【図７】 図５における流量変動吸収機構の構成を示す
分解斜視図である。

【図８】 図５におけるストッパ機構の作動を示す説明
図で、（ａ）はストッパ機構が不作動で内外軸部がフリ
ーの状態、（ｂ）はストッパ機構が作動して内外軸部が
一体化した状態である。

【図９】 図５に示す温水制御弁の特性を示す図で、弁
開度（％）とヒータコア温水流量との関係を示してい
る。

【図１０】 本発明に係る温水制御弁の第３の実施形態
を示す図で、（ａ）は弁角度０度（弁開度０％）の状態
を示す断面図、（ｂ）はバイパス流路出口付近の要部斜
視図である。

【図１１】 図１１に示した温水制御弁の動作を示す図
で、（ａ）は弁角度６０度の状態、（ｂ）は弁角度９０
度（弁開度１００％）の状態である。

【図１２】 図１０に示す温水制御弁の特性を示す図
で、弁開度（％）とヒータコア温水流量との関係を示し
ている。

【図１３】 従来の温水制御弁を示す斜視図である。

【図１４】 従来の温水制御弁における弁体動作を示す
断面図である。

【符号の説明】

２ ブロワファン（送風手段） ３ エバポレータ ４ ヒータコア（温水熱交換器） ６ 吹出口 ７ 開閉ダンパ １０ ＨＶＡＣユニット（車両用空調装置） ２０Ａ，２０Ｂ 温水制御弁 ２２ 第１ポート ２３ 第２ポート ２４ 第３ポート ２５ 第４ポート ２７ 弁体 ２８ 凹部（流路断面積拡大部） ２９ 補助弁体 ３０ 流量変動吸収機構（流量変動吸収手段） ４０ ストッパ機構 ５０ バイパス流路 ５１ 入口 ５２ 出口 ５３ リード弁 ５４ ストッパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 寛 愛知県名古屋市中村区岩塚町字九反所60番 地の１ 中菱エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 高橋 政彦 愛知県名古屋市中村区岩塚町字九反所60番 地の１ 中菱エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3H067 AA05 BB02 BB12 FF17 GG13

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温水供給源から温水を導入する第１ポ
   ートと、温水熱交換器へ温水を送出する第２ポートと、
   前記温水熱交換器から熱交換後の温水を導入する第３ポ
   ートと、前記温水供給源へ温水を戻す第４ポートとを備
   え、弁体の回動により、前記第１ポートから導入した温
   水の全量を前記第２ポートへ導く第１の切換位置と、前
   記第１ポートから導入した温水を開度に応じて前記第２
   ポート及び前記第４ポートへ分配する第２の切換位置
   と、前記第１ポートから導入した温水の全量を前記第４
   ポートへ導く第３の切換位置との選択切換が可能な４ポ
   ート・３ウェイバタフライバルブに、前記第１ポートと
   前記第４ポートとの間で前記弁体の摺動面となるケーシ
   ングに外側へ膨出する流路断面積拡大部を設けると共
   に、前記弁体と共に回動し前記流路断面積拡大部を前記
   第３の切換位置で全開とし前記第１の切換位置で全閉と
   する補助弁体を設けたことを特徴とする温水制御弁。
2. 【請求項２】 温水供給源から温水を導入する第１ポ
   ートと、温水熱交換器へ温水を送出する第２ポートと、
   前記温水熱交換器から熱交換後の温水を導入する第３ポ
   ートと、前記温水供給源へ温水を戻す第４ポートとを備
   え、弁体の回動により、前記第１ポートから導入した温
   水の全量を前記第２ポートへ導く第１の切換位置と、前
   記第１ポートから導入した温水を開度に応じて前記第２
   ポート及び前記第４ポートへ分配する第２の切換位置
   と、前記第１ポートから導入した温水の全量を前記第４
   ポートへ導く第３の切換位置との選択切換が可能な４ポ
   ート・３ウェイバタフライバルブに、前記温水供給源か
   ら導入する温水の流量変動に前記弁体を連動させて前記
   第４ポートへ導かれる温水流量を加減し、前記第２ポー
   トへ導かれる温水流量を一定に保つ流量変動吸収手段を
   設けたことを特徴とする温水制御弁。
3. 【請求項３】 温水供給源から温水を導入する第１ポ
   ートと、温水熱交換器へ温水を送出する第２ポートと、
   前記温水熱交換器から熱交換後の温水を導入する第３ポ
   ートと、前記温水供給源へ温水を戻す第４ポートとを備
   え、弁体の回動により、前記第１ポートから導入した温
   水の全量を前記第２ポートへ導く第１の切換位置と、前
   記第１ポートから導入した温水を開度に応じて前記第２
   ポート及び前記第４ポートへ分配する第２の切換位置
   と、前記第１ポートから導入した温水の全量を前記第４
   ポートへ導く第３の切換位置との選択切換が可能な４ポ
   ート・３ウェイバタフライバルブに、前記第１ポートと
   前記第４ポートとの間で前記弁体の摺動面となるケーシ
   ングに外側へ膨出する流路断面積拡大部を設け、前記弁
   体と共に回動し前記流路断面積拡大部を前記第３の切換
   位置で全開し前記第１の切換位置で全閉する補助弁体を
   設けると共に、前記温水供給源から導入する温水の流量
   変動に前記弁体を連動させて前記第４ポートへ導かれる
   温水流量を加減し、前記第２ポートへ導かれる温水流量
   を一定に保つ流量変動吸収手段を設けたたことを特徴と
   する温水制御弁。
4. 【請求項４】 前記流量変動吸収手段は、前記弁体と
   一体に回動する弁軸の長手方向を２分割した結合部に設
   けられ、一方の弁軸結合部に設けた中空の外軸部に他方
   の弁軸結合部に設けた内軸部を回動可能に挿入し、前記
   外軸部と前記内軸部との間に弁開度が小さい状態で温水
   の流れに対抗して弁開度を維持する方向の付勢を与える
   弾性部材を介在させると共に、弁開度が所定値以上に大
   きい領域でのみ前記外軸部と前記内軸部との相対的な回
   動を規制するストッパ機構を設けたことを特徴とする請
   求項２または３記載の温水制御弁。
5. 【請求項５】 温水供給源から温水を導入する第１ポ
   ートと、温水熱交換器へ温水を送出する第２ポートと、
   前記温水熱交換器から熱交換後の温水を導入する第３ポ
   ートと、前記温水供給源へ温水を戻す第４ポートとを備
   え、回動する弁体が、前記第１ポートから導入した温水
   の全量を前記第２ポートへ導く第１の切換位置と、前記
   第１ポートから導入した温水を開度に応じて前記第２ポ
   ート及び前記第４ポートへ分配する第２の切換位置と、
   前記第１ポートから導入した温水の全量を前記第４ポー
   トへ導く第３の切換位置とを備えた４ポート・３ウェイ
   バタフライバルブに、前記第１ポート近傍の入口から前
   記第４ポート近傍の出口へ連通するバイパス流路を形成
   し、該バイパス流路の出口にリード弁を設けると共に、
   前記弁体と共に回動し前記第１の切換位置で前記リード
   弁を全閉位置に保持するストッパを設けたことを特徴と
   する温水制御弁。
6. 【請求項６】 内気または外気の導入空気を空調して
   車室内へ供給する再熱式車両用空調装置であって、 前記導入空気の送風手段と、冷凍サイクルから供給され
   る冷媒で前記導入空気を冷却及び除湿するエバポレータ
   と、温水供給源から供給される温水で前記導入空気を加
   熱する温水熱交換器と、各吹出口に設けられた開閉ダン
   パとを具備し、前記温水熱交換器へ供給する温水を請求
   項１から５のいずれかに記載の温水調整弁で流量制御す
   るように構成したことを特徴とする車両用空調装置。