JP2005048935A - 流量制御弁及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】
コストアップを招くことなく簡単な制御で、流路を流れる流体の流量を調整することができる技術を提供する。
【解決手段】 複数の流路にそれぞれ連通する複数の連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する弁箱２１と、弁箱２１内に作動可能に設けられ、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃの開口面積よりも小さい開口面積を有する開口部（２２ａ）を少なくとも１つ含んだ複数の開口部を有する弁体２２と、を備え、複数の開口部２２ａ〜２２ｅのうち１つの開口部または遮断部２２ｆが、選択的に切り替えられて、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃに開口することにより、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃに連通された流路に流入する、または該流路から流出する流体の流量を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、流量制御弁及び内燃機関に関する。

一般に、自動車等の車両に搭載される内燃機関にとって、燃焼室周辺の温度が所定温度に達していない状態（冷間状態）での機関運転は、燃焼室に供給される燃料が十分に霧化されないこと等の不具合を生じさせ、排気特性（エミッション）や燃費性能を悪化させてしまう場合がある。

そこで、内燃機関が運転中に発する熱を蓄えておき、蓄えた熱を冷間状態にある機関に供給して内燃機関の温度を上昇させる蓄熱装置を備えた内燃機関が知られている。

このような蓄熱装置においては、機関運転中に内燃機関から高温の熱媒体を回収することにより、蓄熱装置内に高温の熱媒体を貯留するものであるが、熱媒体の回収時には蓄熱装置内には低温の熱媒体が貯留されているため、高温の熱媒体を蓄熱装置内に回収する場合、それと同時に、低温の熱媒体が蓄熱装置から内燃機関へ排出されてしまう。機関運転中に、低温の熱媒体が内燃機関に流入すると、急激に内燃機関内の冷却水の温度が低下してしまうこととなり、これに伴って例えば、ヒータ能力が低下したり、燃料の蒸発特性が悪化したり、アイドル回転数が上がってしまったり、といった悪影響が生じてしまうこととなる。

そこで、機関運転中に実施される熱媒体の回収時には、蓄熱装置から排出される低温の冷却水の量を調整することが提案されている。

熱媒体の量を調整するためには、例えば、蓄熱装置と内燃機関とを連通する熱媒体の流路に流量調整弁（例えば、特許文献１参照）を設けることが考えられる。
特開平１−１４５４７２号公報 特開平８−２１５４２号公報 特開平１０−１６９８０６号公報 実開平６−１９４９号公報 特開平８−１７８０９３号公報

しかしながら、従来の流量調整弁においては、流体の通路に対する弁体の通孔の開口度を変化させることにより流量を調整するため、開度制御が複雑であり、また、コストアップの要因となる虞がある。

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、コストアップを招くことなく簡単な制御で、流路を流れる流体の流量を調整することができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、弁箱の開通口の開口面積よりも小さい開口面積を有する開口部を弁体に設け、該開口部を選択的に弁箱の開通口に開口させることにより、該連通口に流入する、または、該連通口から流出する流体の流量を調整するものである。

本発明は、具体的には、
流体が流れる複数の流路にそれぞれ連通する複数の連通口を有する弁箱と、
前記弁箱内に作動可能に設けられ、前記複数の連通口のうちのいずれか１つである第１連通口の開口面積よりも小さい開口面積を有する開口部を少なくとも１つ含んだ複数の開口部を有する弁体と、
を備えた流量制御弁であって、
前記複数の開口部のうち１つの開口部が、選択的に切り替えられて、前記第１連通口に開口することにより、該第１連通口に連通された流路に流入する、または、該流路から流出する流体の流量を制御することを特徴とする。

このように構成することにより、開口部を選択的（択一的）に切り替えることで、流量を調整することができるので、流量調整（制御）を簡単な操作（制御）で行うことが可能となる。また、必要な流量に応じた開口面積を有する開口部を弁体に設ければよいので、構成が複雑化することもない。

ここで、弁体に設けられる開口部は２つあれば流量を調整することができる（例えば、全開用と絞り用との２つ）が、開口面積が異なる複数の開口部を弁体に設け、これらの開口部を選択的に弁箱の連通口に開口させることにより、細かい流量の調整を行うことができる。また、弁体が切り替えられる場合に、連通口に開口する開口部が所望の位置でとまりやすくする（位置決めしやすくする）ために、例えば、弁体と弁箱とを係止（係合、位置決め）させるための手段（例えば、凹凸など）を設けてもよい。これにより、弁箱に対して弁体を所望の位置で保持する（とどめる）効果も得られる。

また、上記の構成において、
選択的に切り替えられる前記弁体に、前記第１連通口を遮断する遮断部が設けられることにより、流路を流れる流体の流れの状態を変更する機能を備えることも好ましい。

ここで、流れの状態を変更するとは、流れている流体の流れを止めることや、流体の流れの方向を変更すること等を意味するものである。

このように構成することにより、２つの流路が接続される場合、いわゆる二方弁においては流量の調整と同時に弁の開閉を行うことができ、また、３つ以上の流路が接続される場合、例えば三方弁においては流量の調整と同時に流路の切り替えを行うことができる。

また、上記の構成において、
前記第１連通口以外の連通口においても、開口部が開口するように設けられ、
前記第１連通口に開口する開口部が選択的に切り替えられる場合、該第１連通口以外の連通口に開口する開口部も、選択的に切り替えられることも好ましい。

このように構成することにより、弁体の作動により、連通口に連通している全ての流路に対して、それぞれの流路を流れる流体の流れの状態を変更する（流路を全開とするか、流路を絞って流量を調整するか、流路を遮断することによる）ことができるので、流路間の流体の流れを制御することができる。

また、上記の構成において、
開口部が連通口に開口した場合、該開口部の外周と該連通口の外周とのいずれか一方に設けられた、前記弁箱と前記弁体とを密封する密封部材が、いずれか他方に密接することも好ましい。

従来では、流量を調整するために、連通口に開口する開口部の開口度を変化させていた。このため、開口度を絞る場合には、開口部が、連通口の外周部に設けられた密封部材（シール部材）をまたぐような状態、すなわち、密封部材において、連通口の外周部と開口部の外周部との間で密接している部分と、開口部に対向している部分とが共存することとなっていた。特に、開口部に対向している部分では、熱媒体の流れにさらされることとなっていた。したがって、密封性（シール性）や密封部材の耐久性の悪化を招く虞があった。そこで、上述したような構成とすることにより、密封部材全体を常に密接させた状態とすることができるので、密封性や、密封部材の耐久性の向上を図ることが可能となる。

上記の構成において、
前記弁体は前記弁箱内で回動可能に設けられ、
前記弁体が回動することにより、前記第１連通口に開口する開口部が選択的に切り替えられることも好ましい。

このように構成することにより、簡単な操作（制御）により流量の調整を行うことができるようになる。さらに、弁体を回動自在とする回動軸を弁体に設けることにより、回動軸を選択的に所定の角度に合わせるだけで、開口部が連通口に開口するようになる。これにより、回動軸の簡単な操作（制御）により流量の調整を行うことができる。

また、上記の構成において、
前記弁体には、該弁体の回動方向の軸まわりに所定角度おきに開口部が設けられており、
前記弁体を前記所定角度回動させることにより、前記第１連通口に開口する開口部が選択的に切り替えられることも好ましい。

このように構成することにより、前記弁体を前記所定角度操作することを一操作として単位化することができるので、切り替え操作をより簡単にすることができる。

また、上記の構成において、
前記弁箱には、３つの連通口が設けられ、
前記弁体の回動方向の軸まわりには、連通口の開口面積より小さい開口面積を有する絞り開口部が１つと、連通口を遮断する遮断部が１つと、連通口を全開させる全開開口部が複数、所定角度おきに設けられており、
前記弁体は、前記所定角度回動することにより、
前記３つの連通口のうち１つの連通口のみを遮断して、残りの２つの連通口を連通させる位置と、
前記３つの連通口のうち２つの連通口を連通させるとともに、残りの１つの連通口に前記絞り開口部を開口させて、該２つの連通口から流れる流体が該絞り開口部で流量を変更されて残りの１つの連通口から流出する、または、残りの１つの連通口から流れる流体が該絞り開口部で流量を変更されて該２つの連通口へ流れる位置と、
に少なくとも位置することも好ましい。

このように構成することにより、３つの連通口を有する弁、いわゆる三方弁において、開口部を選択的に連通口に開口させる（または、遮断部により遮断する）という、簡単な制御によって、流量の制御や、流路の切り替えを行うことができる。

このような弁は、熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置と、車室内へ送られる空気を加熱する暖房用熱交換器と、に接続されて前記蓄熱装置と前記暖房用熱交換器と内燃機関との間で熱媒体を循環させる循環路を備えた内燃機関に好適に適用することができる。

そして、前記循環路のうち前記蓄熱装置に連通する流路と、前記暖房用熱交換器に連通する流路と、内燃機関に連通する流路とに連通するように、上記記載の流量制御弁を設けることにより、例えば、内燃機関運転中に実施される高温の熱媒体の回収時に、蓄熱装置から内燃機関に流入する熱媒体の流量を流量制御弁により絞ることができるので、蓄熱装置内の低温の冷却水が内燃機関内に流入することを抑制することができる。したがって、蓄熱装置内の低温の冷却水が内燃機関内に流入することにより生じる、ヒータ能力の低下や、燃料の蒸発特性の悪化や、アイドル回転数の上昇といった悪影響を抑制することが可能となる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

本発明によれば、コストアップを招くことなく簡単な制御で、流路を流れる流体の流量を調整することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関を図面に基づいて説明する。該内燃機関においては、本発明の実施の形態に係る流量制御弁を適用したものである。なお、本発明の実施の形態に係る流量制御弁は、内燃機関に好適に適用されるものであるが、内燃機関に限らず、流体の流量を調整する場合に好適に適用することができる。

図１は、本実施の形態に係る内燃機関とその熱媒体の循環系（流路）の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼル機関）又はガソリンを燃料とする火花点火式の内燃機関（ガソリン機関）であり、自動車に搭載される機関である。

内燃機関１には、本実施の形態に係る熱媒体としての冷却水を流通させるためのエンジン冷却水路２が形成さている。エンジン冷却水路２の一端は冷却水通路３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）の一端と接続されている。エンジン冷却水路２の他端は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源とする機械式ウォーターポンプ９の吐出口に接続されている。機械式ウォーターポンプ９の吸込口は冷却水通路３の他端と接続されている。

冷却水通路３の途中には、車室内暖房用の暖房用熱交換器を構成するヒータコア６が配置されている。冷却水通路３において、エンジン冷却水路２との接続部とヒータコア６との間に位置する部位には第１バイパス水路４ａが接続されている。第１バイパス水路４ａは、蓄熱容器５の第１冷却水出入口５ａに接続されている。

一方、冷却水通路３において、機械式ウォーターポンプ９の吸込口とヒータコア６との間に位置する部位には第２バイパス水路４ｂが接続されている。第２バイパス水路４ｂは、蓄熱容器５の第２冷却水出入口５ｂに接続されている。また、第２バイパス水路４ｂの途中には電動ウォーターポンプ８が設置されている。

蓄熱容器５は、冷却水が持つ熱を蓄熱しつつ冷却水を貯留する容器であり、第１冷却水出入口５aまたは第２冷却水出入口５ｂから新規の冷却水が流入すると、それと入れ代わりにこの蓄熱容器５内に貯留されている冷却水を第２冷却水出入口５ｂまたは第１冷却水出入口５aから排出するよう構成されている。

電動ウォーターポンプ８は、バッテリ３１を駆動源とするウォーターポンプであり、冷却水を蓄熱容器５の第２冷却水出入口５ｂの方へ圧送する。

第１バイパス水路４ａにおける蓄熱容器５の第１冷却水出入口５aの近傍には、この第１バイパス水路４ａ内を流れ蓄熱容器５内に出入する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する第１水温センサ１０が設けられている。また、エンジン冷却水路２には、このエンジン冷却水路２内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する第２水温センサ１１が設けられている。

ここで、冷却水通路３においては、説明の便宜上、第１バイパス水路４ａとの接続部とエンジン冷却水路２との間の部位を第１冷却水通路３ａと称し、第１バイパス水路４ａとの接続部とヒータコア６との間の部位を第２冷却水通路３ｂと称する。また、冷却水通路３において、第２バイパス水路４ｂとの接続部とヒータコア６との間の部位を第３冷却水通路３ｃと称し、第２バイパス水路４ｂとの接続部と機械式ウォーターポンプ９との間の部位を第４冷却水通路３ｄと称する。

第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄと第２バイパス水路４ｂとの接続部には三方弁２０が設けられている。

三方弁２０は、本実施の形態の特徴的な構成であり、以下に詳しく説明する。図２は三方弁２０の縦断面を示す概略図であり、図３は三方弁２０の横断面を示す概略図である。図３（ａ）は三方弁２０を構成する弁体（回転子）２２の概略図であり、同図（ｂ）〜（ｇ）は弁箱２１に対して（すなわち、冷却水通路に対して）弁体２２が選択的にとる状態（位置）をそれぞれ示す図である。なお、図２は、図３（ｂ）に示すＡ−Ａ断面を示すものである。

三方弁２０は、弁箱２１と、弁体２２と、を備えるものである。弁箱２１には、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられており、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、それぞれ第２バイパス水路４ｂ，第４冷却水通路３ｄ，第３冷却水通路３ｃと接続されている。

弁体２２は、図２に示すように回動軸２３により弁箱２１内で回動可能に設けられており、弁体２２には、図３（ａ）に示すように、複数の開口部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅと、遮断部２２ｆとが軸まわりに所定角度（６０度）おきに設けられている。そして、開口部２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅの開口面積は、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃの開口面積と略同じであり、これは、これらの開口部の１つが連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃの１つに開口する場合、開口部が開口した連通口に接続されている冷却水通路を全開状態とすることを意味するものである。さらに、本実施の形態においては、開口部２２ａの開口面積は、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃの開口面積よりも小さく設定されている。すなわち、開口部２２ａは、絞りの機能を有するものである。なお、開口部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、弁体２２内において、全ての開口部が連通するように設けられている。

そして、弁体２２は、弁箱２１内で回動することにより、弁箱２１の連通口２１ａに対して、選択的に、開口部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅのうちいずれか１つが開口する位置をとるか、または、遮断部２２ｆが遮断する位置をとる。これに伴い、弁箱２１の連通口２１ｂ，２１ｃに対しても、それぞれ選択的に、１つの開口部が開口する位置をとるか、または、遮断部２２ｆが遮断する位置をとる。弁体２２が弁箱２１に対して選択的にとる状態（位置）を図３（ｂ）〜（ｇ）にしたがって以下に説明する。

図３（ｂ）に示す弁体２２は、開口部２２ｂが連通口２１ａに開口し、開口部２２ｄが連通口２１ｂに開口し、遮断部２２ｆが連通口２１ｃを遮断する第１の位置をとっている。この場合、第３冷却水通路３ｃが遮断され、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３
ｄとが連通する。

図３（ｃ）に示す弁体２２は、開口部２２ａが連通口２１ａに開口し、開口部２２ｃが連通口２１ｂに開口し、開口部２２ｅが連通口２１ｃに開口する第２の位置をとっている。この場合、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄと第３冷却水通路３ｃとが連通するが、連通口２１ａに開口する開口部２２ａが絞りの働きをするため、第２バイパス水路４ｂに流入する（または、第２バイパス水路４ｂから流出する）流量が絞られることとなる。

図３（ｄ）に示す弁体２２は、開口部２２ｂが連通口２１ｂに開口し、開口部２２ｄが連通口２１ｃに開口し、遮断部２２ｆが連通口２１ａを遮断する第３の位置をとっている。この場合、第２バイパス水路４ｂが遮断され、第４冷却水通路３ｄと第３冷却水通路３ｃとが連通する。

図３（ｅ）に示す弁体２２は、開口部２２ａが連通口２１ｂに開口し、開口部２２ｃが連通口２１ｃに開口し、開口部２２ｅが連通口２１ａに開口する第４の位置をとっている。この場合、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄと第３冷却水通路３ｃとが連通するが、連通口２１ｂに開口する開口部２２ａが絞りの働きをするため、第４冷却水通路３ｄに流入する（または、第４冷却水通路３ｄから流出する）流量が絞られることとなる。

図３（ｆ）に示す弁体２２は、開口部２２ｂが連通口２１ｃに開口し、開口部２２ｄが連通口２１ａに開口し、遮断部２２ｆが連通口２１ｂを遮断する第５の位置をとっている。この場合、第４冷却水通路３ｄが遮断され、第３冷却水通路３ｃと第２バイパス水路４ｂとが連通する。

図３（ｇ）に示す弁体２２は、開口部２２ａが連通口２１ｃに開口し、開口部２２ｃが連通口２１ａに開口し、開口部２２ｅが連通口２１ｂに開口する第６の位置をとっている。この場合、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄと第３冷却水通路３ｃとが連通するが、連通口２１ｃに開口する開口部２２ａが絞りの働きをするため、第３冷却水通路３ｃに流入する（または、第３冷却水通路３ｃから流出する）流量が絞られることとなる。

このように、三方弁２０は、３つの連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃのうちいずれか１つを絞る位置か、または、３つの連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃのうちいずれか１つを遮断する位置をとり得る。そして、このような位置をとることにより、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃの連通状態、すなわち、冷却水通路（流路）を流れる冷却水の流路の切り替え（冷却水の循環回路）や流量を変更（制御）することができる。

このように構成された冷却水循環系には、当該冷却水循環系における冷却水の循環を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０が併設されている。

ＥＣＵ３０には、前述した第１水温センサ１０や、第２水温センサ１１などが電気的に接続され、それらの出力信号がＥＣＵ３０へ入力されるようになっている。

更に、ＥＣＵ３０は、バッテリ３１や、電動ウォーターポンプ８、三方弁２０と電気的に接続され、ＥＣＵ３０が、バッテリ３１からの電動ウォーターポンプ８への電力供給や三方弁２０を制御している。そして、ＥＣＵ３０は、これらを制御することで当該冷却水循環系における冷却水の循環回路を切り換えている。

次に、本実施の形態に係る冷却水循環系での冷却水の循環について説明する。冷却水の循環（冷却水の流れの状態）は、基本的には、ＥＣＵ３０により制御される三方弁２０や、機械式ウォーターポンプ９や、電動ウォーターポンプ８の動作によって制御される。

まず、内燃機関１の予熱制御（プレヒート）時の冷却水の循環について説明する。図４は、内燃機関１の予熱制御時の冷却水の循環回路を示す図である。図４における一点鎖線の矢印は冷却水の流れを示す。なお、ここでは、予め蓄熱容器５内に高温の冷却水が貯蔵されているものとする。

ＥＣＵ３０は、内燃機関１の始動に先立つ特定の動作（トリガー）を検出することにより、プレヒートを実行する。ここで、トリガーとしては、ある程度必然性のある事象であれば、運転者等の行為に起因する人為的なものであっても、人為的なものでなくてもよい。

ＥＣＵ３０は、トリガーを検出すると、予熱制御を実行すべく、三方弁２０及び電動ウォーターポンプ８を制御する。すなわち、三方弁２０は、ＥＣＵ３０によって図３（ｂ）に示す第１の位置に弁体２２が制御される。したがって、第３冷却水通路３ｃが遮断され、且つ、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとが連通される。そして、電動ウォーターポンプ８は、バッテリ３１から電力を供給されることにより作動する。

この場合、機械式ウォーターポンプ９が作動せずに電動ウォーターポンプ８のみが作動するため、電動ウォーターポンプ８によって冷却水が圧送されて、図４において一点鎖線の矢印で示すような循環回路が形成される。すなわち、電動ウォーターポンプ８→第２冷却水出入口５ｂ→蓄熱容器５→第１冷却水出入口５a→第１バイパス水路４ａ→第１冷却水通路３ａ→エンジン冷却水路２→機械式ウォーターポンプ９→第４冷却水通路３ｄ→三方弁２０→第２バイパス水路４ｂ→電動ウォーターポンプ８の順に冷却水が循環する循環回路が形成される。

このような循環回路が成立すると、電動ウォーターポンプ８によって圧送された冷却水が第２冷却水出入口５ｂを介して蓄熱容器５内に流入し、それと入れ代わりに蓄熱容器５内に貯蔵されていた高温の冷却水が蓄熱容器５から排出される。蓄熱容器５から排出された高温の冷却水は、第１冷却水出入口５a、第１バイパス水路４ａ及び第１冷却水通路３ａを介して、内燃機関１内のエンジン冷却水路２に流入する。

このように、蓄熱容器５に貯蔵されていた高温の冷却水がエンジン冷却水路２へ流入すると、それと入れ代わりに、エンジン冷却水路２に滞留していた低温の冷却水がエンジン冷却水路２から第４冷却水通路３ｄへ押し出されることになる。

この結果、内燃機関１では、蓄熱容器５から供給された高温の冷却水の熱がエンジン冷却水路２の壁面へ伝達され、それにより内燃機関１が予熱される。

次に、内燃機関１が運転されているときの冷却水の循環について図５に基づき説明する。図５は、内燃機関１が運転されているときの冷却水の循環回路を示す図である。図５における一点鎖線の矢印は冷却水の流れを示す。

内燃機関１が運転状態にあるときには、ＥＣＵ３０は、弁体２２が図３（ｄ）に示す第３の位置をとるように三方弁２０を制御するとともに、電動ウォーターポンプ８を停止状態に維持する。これにより、第２バイパス水路４ｂが遮断され、且つ、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとが連通される。

この場合、内燃機関１の作動に連動して機械式ウォーターポンプ９が作動し、機械式ウォーターポンプ９によって冷却水は圧送される。

このため、図５に示すように、機械式ウォーターポンプ９→エンジン冷却水路２→第１冷却水通路３ａ→第２冷却水通路３ｂ→ヒータコア６→第３冷却水通路３ｃ→三方弁２０→第４冷却水通路３ｄ→機械式ウォーターポンプ９の順で冷却水が流れる循環回路が成立する。すなわち、内燃機関１とヒータコア６とを経由する循環回路が成立する。

このような循環回路により、エンジン冷却水路２を流通する冷却水は、内燃機関１によって加熱されるため温度が上昇し、その熱量によってヒータコア６を昇温させることができる。

次に、内燃機関１の運転中において、蓄熱容器５内に高温の冷却水を回収する場合について説明する。図６は、内燃機関１の運転中に高温の冷却水を蓄熱容器５に回収するときの冷却水の循環回路を示す図である。図６における一点鎖線の矢印は冷却水の流れを示す。

内燃機関１が運転状態にあるときには、上述したように、弁体２２が図３（ｄ）に示す第３の位置をとるように制御されることにより、第２バイパス水路４ｂが遮断され、且つ、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとが連通されている。また、電動ウォーターポンプ８は停止状態に維持され、機械式ウォーターポンプ９は作動している。このようにして、内燃機関１の運転中、冷却水はエンジン冷却水路２と冷却水通路３とを循環しつつ内燃機関１によって加熱されている。

そして、第２水温センサ１１によって検出される、エンジン冷却水路２内を流れる冷却水の温度が所定温度以上となった場合、ＥＣＵ３０は、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄと第２バイパス水路４ｂとを連通させるべく、三方弁２０を制御する。すなわち、弁体２２が図３（ｃ）に示す第２の位置をとるように制御される。なお、内燃機関１の運転中においては、電動ウォーターポンプ８を作動させることはない。

この場合、内燃機関１から流出した高温の冷却水は、機械式ウォーターポンプ９→エンジン冷却水路２→第１冷却水通路３ａ→第１バイパス水路４ａ→第１冷却水出入口５a→蓄熱容器５の順で流れることにより、蓄熱容器５に貯蔵されることになる。

このような循環回路では、冷却水がエンジン冷却水路２を流通する際に、内燃機関１によって加熱されるため冷却水の温度が上昇し、内燃機関１から高温の冷却水が流出することになり、高温となった冷却水を回収して蓄熱容器５に貯蔵することができるものである。

しかしながら、このとき、内燃機関１の予熱制御時に蓄熱容器５内に貯留された低温の冷却水が、蓄熱容器５の第２冷却水出入口５ｂから流出することとなる。そして、蓄熱容器５から流出した低温の冷却水は、蓄熱容器５→第２冷却水出入口５ｂ→電動ウォーターポンプ８→第２バイパス水路４ｂ→三方弁２０→第４冷却水通路３ｄ→機械式ウォーターポンプ９の順で流れることにより、エンジン冷却水路２に流入する。

このようにして、内燃機関１の運転中に、低温の冷却水が蓄熱容器５からエンジン冷却水路２に流入することとなるが、本実施の形態においては、図３に示したような絞り機能を有した三方弁２０を用いており、弁体２２が図３（ｃ）に示す第２の位置をとることにより、第２バイパス水路４ｂから三方弁２０に流入する流量が絞られることとなる。

図７は、第２水温センサ１１によって検出された、エンジン冷却水路２内を流れる冷却水の温度を示す図である。図７において、縦軸は温度を示しており、横軸は経過時間を示すもので、点線は高温の冷却水の回収開始時間を示している。また、ａは回収をしない場合の温度を示しており、ｂは本実施の形態に係る三方弁２０を用いることにより回収を行った場合の温度を示しており、ｃは従来の方法により回収を行った場合の温度を示すものである。なお、従来の方法として、流路を絞ることなく、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄと第２バイパス水路４ｂとを全開にして連通させた方法を用いた。

図７に示すように、従来の方法（図７に示すｃ）では、冷却水の温度が低下してしまっていたが、本実施の形態に係る三方弁２０を用いた場合（図７に示すｂ）には、冷却水の温度が低下するようなことはないことがわかる。

したがって、本実施の形態に係る三方弁２０を用いることにより、蓄熱容器５からエンジン冷却水路２に流入する冷却水の流量を絞る（抑える）ことができるので、内燃機関１の運転中であって、蓄熱容器５に高温の冷却水を回収する場合に、低温の冷却水がエンジン冷却水路２に流入することにより生じる、ヒータ能力の低下や、燃料の蒸発特性の悪化や、アイドル回転数の上昇といった悪影響を抑制することが可能となる。

さらに、本実施の形態の三方弁２０においては、弁箱２１の連通口に対して、弁体２２の開口部を選択的に開口させているので、連通口の外周部に設けられた密封部材に対して、常に、開口部の外周部を密接させることができるようになる。ここで、密封部材とは、連通口の外周部に設けられ、該連通口の外周部と、該連通口に開口している開口部の外周部との間を密封して、該連通口と該開口部との間からの冷却水の漏れを防止するもので、図２において符号２４で示している。

本実施の形態によれば、密封部材全体を常に密接させた状態とすることができるので、従来のように開口部に対向するような部分をなくすことができ、密封部材が冷却水の流れにさらされることもないので、密封性や密封部材の耐久性の向上を図ることが可能となる。

次に、他の実施の形態に係る流量制御弁について説明する。

図８は、他の実施の形態に係る三方弁を示す概略断面図である。図３に示す三方弁２０では、弁体２２に設けられた開口部や遮断部は軸まわりに６０度おきに設けられていた。これに対して、図８に示す三方弁４０においては、軸まわりに４５度おきに開口部や遮断部を弁体に設けた場合を示すものである。図８（ａ）は三方弁４０を構成する弁体（回転子）４２の概略図であり、同図（ｂ）〜（ｅ）は流路に対して弁体４２が選択的にとる状態（位置）の一部を示す図である。以下に、三方弁４０について説明する。

三方弁４０は、弁箱４１と、弁体４２と、を備えるものである。弁箱４１には、連通口４１ａ，４１ｂ，４１ｃが設けられており、連通口４１ａ，４１ｂ，４１ｃは、それぞれ第２バイパス水路４ｂ，第４冷却水通路３ｄ，第３冷却水通路３ｃと接続されている。

弁体４２は、弁箱４１内で回動可能に設けられており、弁体４２には、図８（ａ）に示すように、複数の開口部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ，４２ｇと、遮断部４２ｈとが軸まわりに所定角度（４５度）おきに設けられている。そして、開口部４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ，４２ｇの開口面積は、上述した弁体２２の開口部２２ｂ〜２２ｅと同様に、連通口４１ａ，４１ｂ，４１ｃの開口面積と略同じである。開口部４２ａの開口面積は、弁体２２の開口部２２ａと同様に連通口４１ａ，４１ｂ，
４１ｃの開口面積よりも小さく設定され、絞りの機能を有する。なお、開口部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ，４２ｇは、弁体４２内において、全ての開口部が連通するように設けられている。

そして、弁体４２は、弁箱４１内で回動することにより、弁箱４１の連通口４１ａに対して、選択的に、開口部４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ，４２ｇのうちいずれか１つが開口する位置をとるか、または、遮断部４２ｈが遮断する位置をとる。これに伴い、弁箱４１の連通口４１ｂ，４１ｃに対しても、それぞれ選択的に、１つの開口部が開口する位置をとるか、または、遮断部４２ｈが遮断する位置をとる。

弁体４２は弁箱４１に対して図８に示すような位置をとることにより、連通口４１ａ，４１ｂ，４１ｃの連通状態を変更している。三方弁４０では、三方弁２０と同様に、３つの連通口４１ａ，４１ｂ，４１ｃのうちいずれか１つを絞る位置と（連通口４１ａを絞る場合を図８（ｃ）に示している）、３つの連通口４１ａ，４１ｂ，４１ｃのうちいずれか１つを遮断する位置と（連通口４１ｂを遮断する場合を図８（ｂ）に示し、連通口４１ａを遮断する場合を図８（ｅ）に示している）をとり、さらに、図８（ｄ）に示すように３つの連通口４１ａ，４１ｂ，４１ｃを全開として連通させる（全方向に対して全開とする）位置をとるものである。このように、三方弁４０では、三方弁２０の機能に加えて、３つの連通口を全開とする機能を有するものである。

上述した三方弁２０，４０に設けられた弁体２２，４２は、例えば、二方弁の弁体としても好適に適用することができる。

この場合には、図２に示した弁箱２１の連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃのうち連通口２１ｃが無い状態、すなわち、連通口２１ａ，２１ｂに相当する２つの連通口のみで構成されることとなる。図９に、２つの連通口を有する二方弁を示す。図９において、連通口の符号は、便宜的に、図３に示した連通口と同じ符号を用いている。

図９（ａ）は、連通口２１ａと連通口２１ｂとが全開状態で連通している場合を示している。図９（ｂ）は、連通口２１ａ側が開口部２２ａにより絞られることにより、流量が調整される場合を示している。図９（ｃ）は、遮断部２２ｆが連通口２１ａを遮断している場合を示している。

このように、二方弁においても、弁体２２が図９（ａ）〜（ｃ）に示した３つの位置を選択的にとるように弁体２２を制御することにより、連通口２１ａに流入する、または、連通口２１ａから流出する流量を制御することができる。したがって、密封性や密封部材の耐久性の悪化を招くことなく、簡単な制御で流量を制御することができる。

上述した弁体２２，４２においては、図に示したように、円柱状や球状などの形状をなす弁体の外周側から中心側に向かって孔が形成されることにより開口部が構成され、これらの孔が弁体の内部で連通するものであったが、弁体の構成はこれに限るものではなく、例えば、弁体が円板状に構成され、円板状の弁体を貫通するように開口部が設けられていてもよい。

図１０は、円板状の弁体を有する流量制御弁を示す概略図である。図１１（ａ）は、図１０に示す流量制御弁を構成する円板状の弁体を示す概略図であり、図１１（ｂ）は、図１０に示す連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃの接続部２１ｄを示す図であって図１１（ａ）に示す弁体が開口する連通口を示す概略図であり、図１１（ｃ）は、弁体が連通口に開口する状態を示す概略図である。なお、図１１（ｃ）においては、弁体２２と接続部２１ｄとが重なった状態を弁体２２側から見た斜視図となっている。円板状の弁体においても、
図１１（ａ）に示すように、弁体の軸まわりに６０度おきに開口部や遮断部が設けられている。円板状の弁体の軸まわりの開口部や遮断部の配置は図３に示した弁体の配置と同様であり、また、開口部と連通口との関係も、図３に示した弁体と連通口との関係と同様となるため、図１０，１１において、連通口や開口部などの符号は、便宜的に、図３に示した連通口や開口部などと同じ符号を用いている。

この場合でも、図１１（ａ）に示す円板状の弁体２２を回動させることにより、連通口に対して、選択的に、１つの開口部が開口する位置をとるか、または、遮断部が遮断する位置をとる。なお、図１０，１１に示す流量制御弁においては、連通口２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、弁体２２の同じ側から弁箱２１に接続しており、弁体２２を通った流体は、弁箱２１内の連通部２１ｅで連通するように設けられている。

図１２は、円板状の弁体を用いた二方弁を示す概略図である。図１２において、連通口と弁体の符号は、便宜的に、図１０，１１に示した連通口や弁体と同じ符号を用いている。この場合でも、図９に示した二方弁と同様の効果を得ることができる。

また、図１２においては、弁体を挟むようにして連通口を設け、連通口２１ａに対してのみ開口または遮断するように弁体２２を設けている（連通口２１ｂ側は開放状態としている）。このように構成することにより、弁体の開口部を、それぞれ開口面積が異なる複数の開口部とする（図１１（ａ）において開口部２２ａ〜２２ｅの開口面積をそれぞれ異なるように設ける）ことができ、より細かい流量の制御ができる。

また、図１２に示す構成に加えて、さらに、連通口２１ｂに対してのみ開口または遮断する弁体を設ける、すなわち、連通口と弁体とを組として設ける（１つの連通口に対して開口する弁体を１つ設ける）ことにより、より細かい流量の制御ができる。

本実施の形態に係る内燃機関の冷却水循環系を示す概略図。 本実施の形態に係る流量制御弁の縦断面を示す概略図。 本実施の形態に係る流量制御弁の横断面を示す概略図。 本実施の形態に係る内燃機関の予熱制御（プレヒート）時の冷却水循環系を示す概略図。 本実施の形態に係る内燃機関が運転状態にある時の冷却水循環系を示す概略図。 本実施の形態に係る内燃機関の運転中に高温の冷却水を蓄熱装置に回収するときの冷却水循環系を示す概略図。 内燃機関内を流れる冷却水の温度を示す図。 他の実施の形態に係る流量制御弁を示す概略図。 他の実施の形態に係る流量制御弁を示す概略図。 他の実施の形態に係る流量制御弁を示す概略図。 他の実施の形態に係る流量制御弁を示す概略図。 他の実施の形態に係る流量制御弁を示す概略図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ エンジン冷却水路
３ 冷却水通路
３ａ 第１冷却水通路
３ｂ 第２冷却水通路
３ｃ 第３冷却水通路
３ｄ 第４冷却水通路
４ａ 第１バイパス水路
４ｂ 第２バイパス水路
５ 蓄熱容器
５ａ 第１冷却水出入口
５ｂ 第２冷却水出入口
６ ヒータコア
７ 三方弁
８ 電動ウォーターポンプ
９ 機械式ウォーターポンプ
１０ 第１水温センサ
１１ 第２水温センサ
２０，４０ 三方弁
２１，４１ 弁箱
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 連通口
２１ｄ 接続部
２１ｅ 連通部
２２，４２ 弁体
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ 開口部
２２ｆ 遮断部
２３ 回動軸
２４ 密封部材
３０ ＥＣＵ
３１ バッテリ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 連通口
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆ，４２ｇ 開口部
４２ｈ 遮断部

Claims (8)

1. 流体が流れる複数の流路にそれぞれ連通する複数の連通口を有する弁箱と、
   前記弁箱内に作動可能に設けられ、前記複数の連通口のうちのいずれか１つである第１連通口の開口面積よりも小さい開口面積を有する開口部を少なくとも１つ含んだ複数の開口部を有する弁体と、
   を備えた流量制御弁であって、
   前記複数の開口部のうち１つの開口部が、選択的に切り替えられて、前記第１連通口に開口することにより、該第１連通口に連通された流路に流入する、または、該流路から流出する流体の流量を制御することを特徴とする流量制御弁。
2. 選択的に切り替えられる前記弁体に、前記第１連通口を遮断する遮断部が設けられることにより、流路を流れる流体の流れの状態を変更する機能を備えることを特徴とする請求項１に記載の流量制御弁。
3. 前記第１連通口以外の連通口においても、開口部が開口するように設けられ、
   前記第１連通口に開口する開口部が選択的に切り替えられる場合、該第１連通口以外の連通口に開口する開口部も、選択的に切り替えられることを特徴とする請求項１または２に記載の流量制御弁。
4. 開口部が連通口に開口した場合、該開口部の外周と該連通口の外周とのいずれか一方に設けられた、前記弁箱と前記弁体とを密封する密封部材が、いずれか他方に密接することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の流量制御弁。
5. 前記弁体は前記弁箱内で回動可能に設けられ、
   前記弁体が回動することにより、前記第１連通口に開口する開口部が選択的に切り替えられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流量制御弁。
6. 前記弁体には、該弁体の回動方向の軸まわりに所定角度おきに開口部が設けられており、
   前記弁体を前記所定角度回動させることにより、前記第１連通口に開口する開口部が選択的に切り替えられることを特徴とする請求項５に記載の流量制御弁。
7. 前記弁箱には、３つの連通口が設けられ、
   前記弁体の回動方向の軸まわりには、連通口の開口面積より小さい開口面積を有する絞り開口部が１つと、連通口を遮断する遮断部が１つと、連通口を全開させる全開開口部が複数、所定角度おきに設けられており、
   前記弁体は、前記所定角度回動することにより、
   前記３つの連通口のうち１つの連通口のみを遮断して、残りの２つの連通口を連通させる位置と、
   前記３つの連通口のうち２つの連通口を連通させるとともに、残りの１つの連通口に前記絞り開口部を開口させて、該２つの連通口から流れる流体が該絞り開口部で流量を変更されて残りの１つの連通口から流出する、または、残りの１つの連通口から流れる流体が該絞り開口部で流量を変更されて該２つの連通口へ流れる位置と、
   に少なくとも位置することを特徴とする請求項５または６に記載の流量制御弁。
8. 熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置と、車室内へ送られる空気を加熱する暖房用熱交換器と、に接続されて前記蓄熱装置と前記暖房用熱交換器と内燃機関との間で熱媒体を循環させる循環路を備えた内燃機関において、
   前記循環路のうち前記蓄熱装置に連通する流路と、前記暖房用熱交換器に連通する流路
   と、内燃機関に連通する流路とに連通するように、請求項７に記載の流量制御弁を設けたことを特徴とする内燃機関。

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