JP2003120295A - 流量制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ラジエータ流量を制御する第１の弁体とバイパ
ス流量を制御する第２の弁体をステップモータで一体的
に駆動する流量制御弁で、ステップモータの断線故障時
等に、ラジエータ流量を最大にしてエンジンオーバヒー
トを防止する。 【解決手段】流量制御弁１は、水冷式エンジン冷却装置
に使用され、ラジエータからポンプへ戻るラジエータ流
量を制御する第１弁体31及び第１弁座35と、ラジエータ
を介さずにポンプへ戻るバイパス流量を制御する第２弁
体32及び第２弁座36と、両弁体31，32を一体駆動するス
テップモータ24とを備える。第１弁体31を所定付勢力で
開方向へ付勢するスプリング46を設け、ステップモータ
24がトルク低下したとき、スプリング付勢力とモータ推
力との併用により両弁体31，32を一体駆動させ、第１弁
体31で第１弁座35を開弁可能にかつ第２弁体32で第２弁
座36を閉弁可能にしている。

Description

【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８−４
６３２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２
２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３６
ａ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３
７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３
５ａ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３１
ａ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３
２ｃ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、励磁順では、Ｓ２相とＳ３相がＯ
Ｎされるので、図１０（ｂ）に示すように、ステータ５
１ｂの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１
ａ，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５１
ａ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、励磁順では、Ｓ４相とＳ１相がＯ
Ｎされるので、図１０（ｄ）に示すように、ステータ５
１ｂの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１
ａ，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５１
ａ，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〜の順あるいは励磁順〜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５
６、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〜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〜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２
４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、励磁順及びで励磁
される予定のＳ２相が通電されなくなり、ステータ５１
ａ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５
７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１
１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３
１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７
０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１
５，１６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１
５，１６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８
１，８２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８
１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８
１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、Ｅ
ＣＵ１１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８１，８
２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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 広久 愛知県大府市共和町一丁目１番地の１ 愛 三工業株式会社内 (72)発明者 山本 大介 愛知県大府市共和町一丁目１番地の１ 愛 三工業株式会社内 (72)発明者 吉川 重孝 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 高木 功 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 新保 善一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3H062 AA02 AA15 CC02 DD01 DD11 EE06 HH03 HH07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。