JP2007046513A - 流体制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水温だけでなく、エンジンの負荷等によっても冷却水の流量を制御でき、かつ、エンジンへの冷却水の流れを妨げることが無い流体制御装置を提供する。
【解決手段】 流体の主流路２３に分岐流路２４を設け、前記分岐流路２４へ流れる流体の流量のみを流量制御弁１９で制御した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、流体の流路及び流量を制御する流体制御装置に関する。

自動車に搭載されているエンジンは高負荷時や外気温が高い場合等は大変高温になり、このことがエンジンの性能低下や故障等の原因となる。このため高温になったエンジンを冷却するために、エンジンに冷却水路を設け、その冷却水路に冷却水を流してエンジンを冷却している。

この冷却水をさらに有効に活用するために、冷却水路中に設定した水温により開閉するサーモバルブを設け、このサーモバルブから分岐する分岐流路に水温に応じてヒーターコア又はＣＶＴ(Continuously Variable Transmission)等の変速装置の冷却用通路等に冷却水を流し、さらに、サーモバルブによりヒーターコア又は変速装置へ流す冷却水の流量をコントロールしている。

また、上記のような水温のみに応じて冷却水の流量を制御するのでなく、エンジンの回転数等に応じても冷却水の流量の制御を行う方法もある。このような方法が下記特許文献１に開示されている。

特開２００２−２１５６３号公報

上記特許文献１では、ラジエータ通路とバイパス通路との合流地点に流量制御弁が配設され、エンジン出口水温、ラジエータ出口水温、エンジン回転数、吸気管負圧を検出して流量制御弁のラジエータ流量・バイパス流量を制御している。

一般に、サーモバルブにより冷却水の流量を制御する場合、冷却水の流量は水温のみで制御されるため、例えば、急激にエンジン負荷が増大しエンジンの冷却に多量の冷却水が必要な場合でも、水温が上昇するまではヒーターコア又は変速装置等への冷却水流路の大きさにしたがって冷却水が分配されてしまい、このため、エンジンへの冷却水の流量が不足してしまう虞がある。

また、上記特許文献１に開示されている内燃機関の冷却水流量制御装置は、冷却水流路の構造上エンジンへの冷却水の流れを妨げる虞があるため、エンジンに高負荷が加わった場合、エンジンへ供給される冷却水の流量が不足する虞がある。また、冷却水の圧力が流量制御弁に加わる構造であるため、流量制御弁を駆動するために大きなステッピングモータを用いる必要がある。

これらのことから、本発明は、水温だけでなく、エンジンの負荷等によっても冷却水の流量を制御でき、かつ、エンジンへの冷却水の流れを妨げることが無い流体制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明（請求項１に記載）は、エンジンを冷却する流体の主流路に分岐流路を設け、前記分岐流路へ流れる流体の流量のみを流量制御弁で制御することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明（請求項２に記載）は、第１の発明に記載する流体制御装置において、前記主流路がエンジンの冷却水路であり、前記分岐流路が機器への流路であり、前記流量制御弁がエンジンの負荷に応じて開閉されることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明（請求項３に記載）は、第１の発明又は第２の発明に記載する流体制御装置において、前記流量制御弁の上方に空気を溜める空間を設けることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明（請求項４に記載）は、第１の発明ないし第３の発明のいずれかに記載する流体制御装置において、前記流量制御弁は前記主流路の流れと垂直な方向に動作することを特徴とする。

第１の発明によれば、流体の主流路に分岐流路を設け、分岐流路の流量を流量制御弁で制御することにより、流体を主流路から分岐流路へ的確に分岐させることが可能である。例えば、流体をエンジンを冷却する冷却水とし、分岐流路にヒーターコア又はＣＶＴ等への流路を接続した場合、ヒーターコア又はＣＶＴ等へ流れる冷却水の水量を的確に調節することが可能となり、冷却水量を必要最小限に抑えることができるため、エンジンに装着されるウォーターポンプの容量及び駆動力を小さくすることができる。これにより、燃費を向上することができる。

第２の発明によれば、主流路がエンジンの冷却水路であり、分岐流路が機器への流路であり、流量制御弁がエンジンの負荷に応じて開閉されることにより、エンジンに高い負荷が加わった時には瞬時にまた的確にエンジンへの冷却水の供給を行うことができる。

第３の発明によれば、流量制御弁の上方に空気を溜める空間を設けることにより、コントロールバルブは主流路の流れに垂直な方向に動作することにより、コントロールバルブの作動時にコントロールバルブに加わる流体の抵抗を少なくすることができる。また、水が浸入した場合に誤動作や故障の虞のあるステッピングモータ等に流体が浸入しないように防水することができる。

第４の発明によれば、流量制御弁は前記主流路の流れと垂直な方向に動作することにより、コントロールバルブに加わる流体の抵抗を軽減することができる。

本発明に係る流体制御装置について、図１及び図２を用いて説明する。図１には実施例１に係る流体制御装置の断面図、図２には実施例１に係る流体制御装置の動作手順を示す。

以下、本実施例に係る流体制御装置の構造について説明する。図１に示すように、流体制御装置の上部にはステッピングモータ１０がある。ステッピングモータ１０の中心には駆動シャフト１１が上下に伸びている。駆動シャフト１１の径方向外側には周方向にロータ１２が設置されている。

ロータ１２の径方向外側にはコイル１３が設置されている。コイル１３へは端子１４から電力を供給する。駆動シャフト１１は側面に雄ネジが切られており、ロータ１２の上部の中心にある円筒部１５の内側側面にも雌ネジが切られている。駆動シャフト１１とロータ１２の円筒部１５は互いにねじ合わされている。

駆動シャフト１１の下部には接続部材１６が設置されおり、接続部材１６の下部にはバルブシャフト１７が設置されている。このように、駆動シャフト１１とバルブシャフト１７は直接接続されていないため、駆動シャフト１１が回転しながら上下動した場合であっても、バルブシャフト１７は回転せずに上下動させることができる。接側部材１６の径方向外側の下部には周方向にコイルスプリング１８が設置されている。

バルブシャフト１７の下部にはコントロールバルブ１９が取り付けられている。本実施例では、コントロールバルブ１９が課題を解決するための手段に記載する流量制御弁である。バルブシャフト１７の下端とコントロールバルブ１９内部の底部との間には遊び２０が設けられている。

バルブシャフト１７の径方向外側には周方向にコイルスプリング２３が設置されている。これら遊び２０とコイルスプリング２３によりコントロールバルブ１９閉鎖時の衝撃を吸収することができる。

ステッピングモータ１０の下方にはハウジング２１が設置されており、コントロールバルブ１９の側方には矢印Ａで示す冷却水の主流路２４が延びている。本実施例では、冷却水が課題を解決するための手段に記載する流体である。

また、コントロールバルブ１９下方にはコントロールバルブ１９の底面よりも径の小さい穴が設けられ、そこから下方へと矢印Ｂで示す分岐流路２５が延びている。コントロールバルブ１９を上下することにより分岐流路２５へ流れる冷却水の流量を制御することができる。

コントロールバルブ１９は、分岐流路２５の縁に着座して分岐流路２５を塞ぐ下線位置(図中、破線で示す)と、分岐流路２５を開放し、かつ、主流路２４の上方に位置する上部位置との間で(図中、実線で示す)調整されるようになっている。

コントロールバルブ１９上方とハウジング２１との間には、冷却水中に含まれる空気が溜まるようにエア溜まりスペース２２が設けられている。本実施例では、エア溜まりスペース２２が課題を解決するための手段に記載する空気を溜める空間である。

このエア溜まりスペース２２によりコントロールバルブ１９の作動時にコントロールバルブ１９に加わる冷却水の圧力を少なくすることができる。また、水が浸入した場合に誤動作及び故障の虞のあるステッピングモータ１０等側に冷却水が浸入しないように防水することができる。

次に、本実施例に係る冷却水制御装置の動作手順について説明する。図１における分岐流路２５にヒーターコアへの水路を接続した場合、図２に示すように、エンジンの負荷を代表する水温が低く、エンジンへの吸気温度が低い場合は、コントロールバルブ１９の開度を大きくする。エンジンの水温が低く、エンジンへの吸気温度が高い場合は、コントロールバルブ１９を閉鎖する。エンジンの水温が高く、エンジンへの吸気温度が低い場合は、コントロールバルブ１９の開度を小さくする。エンジンの水温が高く、エンジンへの吸気温度が高い場合は、コントロールバルブ１９を閉鎖する。

このような動作手順により、外気温が低い等の理由でエンジンへの吸気温が低い場合には、エンジンで温められた冷却水のヒーターコアへの流量を確保してヒーターコアの過熱を優先し、外気温が高い等の理由でエンジンへの吸気温が高い場合には、エンジンへの冷却水の流量を確保してエンジンの冷却を優先することができる。

分岐流路２５に変速装置であるＣＶＴへの水路を接続した場合、エンジンの水温が低く、エンジンへの吸気温度が低い場合は、コントロールバルブ１９を閉鎖する。エンジンの水温が低く、エンジンへの吸気温度が高い場合は、コントロールバルブ１９を開放する。エンジンの水温が高く、エンジンへの吸気温度が低い場合は、コントロールバルブ１９を開放する。エンジンの水温が高く、エンジンへの吸気温度が高い場合は、コントロールバルブ１９を開放する。

このような動作手順により、外気温が低い等の理由でエンジンへの吸気温が低い場合には、エンジンで温められた冷却水のヒーターコアへの流量を確保してヒーターコアの過熱を優先し、外気温が高い等の理由で吸気温が高い場合にはＣＶＴへの冷却水の流量を確保し燃費を優先することができる。

分岐流路２５にスロットルチャンバへの水路を接続した場合、吸気温度が低い場合には、コントロールバルブ１９を開放する。吸気温度が高い場合には、コントロールバルブ１９を閉鎖する。このような動作手順により吸気温が低い場合には、エンジンで温められた冷却水をスロットルチャンバへ流し、燃料の気化を促進することができる。

本実施例では、ヒーターコア、ＣＶＴ及びスロットルチャンバが課題を解決するための手段に記載する機器であるが、この機器は冷却水を必要とするものであればどのようなものでもよい。

本実施例に係る流体制御装置によれば、各部への冷却水の水量調節が可能となりエンジンへの冷却水量を必要最小限に抑えることができるため、エンジンに装着されるウォーターポンプの容量及び駆動力を小さくすることができる。これにより、燃費を向上することができる。

また、ヒーターコア、ＣＶＴ又はスロットルチャンバ等への冷却水の流量をエンジンの負荷に応じて制御することができる。これにより、エンジンの負荷に応じて的確に冷却することができる。

また、コントロールバルブ１９の動作方向を主流路２４の方向と垂直方向とすることにより、主流路２４からの冷却水の圧力が加わりにくくなるため、コントロールバルブ１９の動作に要する力を少なくすることができる。このため、コントロールバルブ１９への負担を軽減することができる。さらに、ステッピングモータ１０を小型化し消費電力及び設置スペースを小さくすることができる。

また、ステッピングモータ１０等をハウジング２１よりも上方に取り付けることにより、冷却水流路からステッピングモータ１０側へ冷却水が浸入することを防ぐことができる。このためステッピングモータ１０等の誤動作や故障等を防止することができる。

また、ステッピングモータ１０とコントロールバルブ１９とを一体化し、コントロールバルブ１９の中心軸と分岐流路２５の中心軸とを合せて設置するようにすることにより、流体制御装置の取り付けを容易にすることができる。

本発明は、エンジンへの冷却水の流れを妨げることが無く、水温のみでなく、エンジンの負荷等によっても冷却水の流量を制御する場合に有効である。

実施例１に係る流体制御装置の断面図である。 実施例１に係る流体制御装置の動作手順である。

符号の説明

１０ ステッピングモータ
１１ 駆動シャフト
１２ ロータ
１３ コイル
１４ 端子
１５ ロータ円筒部
１６ 接続部
１７ バルブシャフト
１８，２３ コイルスプリング
１９ コントロールバルブ
２０ 遊び
２１ ハウジング
２２ エア溜まりスペース
２４ 主流路
２５ 分岐流路

Claims (4)

1. 流体の主流路に分岐流路を設け、前記分岐流路へ流れる流体の流量のみを流量制御弁で制御する
   ことを特徴とする流体制御装置。
2. 請求項１に記載する流体制御装置において、
   前記主流路がエンジンの冷却水路であり、前記分岐流路が機器への流路であり、
   前記流量制御弁がエンジンの負荷に応じて開閉される
   ことを特徴とする流体制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する流体制御装置において、
   前記流量制御弁の上方に空気を溜める空間を設ける
   ことを特徴とする流体制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載する流体制御装置において、
   前記流量制御弁は前記主流路の流れと垂直な方向に動作する
   ことを特徴とする流体制御装置。

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