JP2014177979A

JP2014177979A - バルブ装置

Info

Publication number: JP2014177979A
Application number: JP2013051435A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Yokoyama; 慎一横山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-25
Also published as: CN104048065A; US20140264127A1

Abstract

【課題】低開度域において流量を高精度に制御可能なバルブ装置を提供する。
【解決手段】バルブ装置１は、弁体１３の回転に伴って、摺接面２２が弁座側開口１７を閉鎖して弁座側流路１６と弁体側流路２４との間を遮断した閉弁状態から、摺接面２２が弁座側開口１７を閉鎖して開く開弁状態へと遷移させる構造を備える。そして、弁体１３に設けられ、開弁開始から所定の回転角までの範囲において、流量を回転角の値に関わらず一定に維持する流量維持手段３０を備える。これよれば、低開度域において、回転角の値に関わらず流量が所定の流量に維持される。このため、低流量域では、回転角にばらつきがあったとしても、所定の流量を確実に得ることができる。すなわち、低開度域において回転角に関わらず流量を所望の値にすることができ、低開度域において流量を高精度に制御可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、流路を開閉するバルブ装置に関する。

従来より、バルブ装置１００として、図８及び図９に示すように、内部に流路１０１が設けられて所定の回転軸周りに回転することで流路の方位を変える弁体１０２と、流路１０１との連通及び遮断がされる流路１０３を形成するバルブシート１０４とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。
このバルブ装置１００は、流路１０３の開口１０５が弁体１０２の表面によって閉鎖された閉弁状態から、弁体１０２の回転に伴って、弁体１０２の表面が開口１０５を開放して開口１０５と流路１０１の開口１０７とが重なり合う開弁状態へと遷移する。そして、回転角の増加に伴って、開口１０５と開口１０７との重なり合う範囲（以下、連通開口面積Ａと呼ぶ）が増加することで、流路１０１と流路１０３との間を流通する流量が増加する（図８及び図１０参照）。

このようなタイプのバルブ装置１００では、開弁初期の回転角が小さい範囲（以下、低開度域と呼ぶ）における回転角の変化に伴う連通開口面積Ａの変化が大きい。すなわち、低開度域での回転角の変化に伴う流量の変化が大きい。
特に、図８に示すように開口１０７が丸穴形状を有する場合は、低開度域における回転角の変化に伴う流量の変化が大きい。

独国特許出願公開第１０２００９０１４０４７号明細書

ところで、バルブ装置に対して、低開度域において流量を高精度に制御したいという要求がある。
しかし、部品寸法のばらつきや弁体の回転角を検出するセンサの出力ばらつき等があるため、回転角にばらつきが生じる。
上述のように、低開度域での回転角の変化に伴う流量の変化が大きい場合、回転角のばらつきによって流量が大きくばらつくため、高精度に流量を制御することは困難となる（図１０参照）。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、低開度域において流量を高精度に制御可能なバルブ装置を提供することにある。

本発明のバルブ装置は、流路形成部材と弁体と流量維持手段とを備える。
流路形成部は、所定の流路（以下、弁座側流路と呼ぶ）を形成するとともに、弁座側流路の開口（以下、弁座側開口と呼ぶ）を有する。

弁体は、弁座側開口の開口縁と摺接可能な摺接面と、摺接面に開口（以下、弁体側開口と呼ぶ）を有するとともに弁座側流路と連通可能な流路（以下、弁体側流路と呼ぶ）とを具備し、所定の回転軸を中心に回転することで、摺接面が開口を閉鎖して弁座側流路と前弁体側流路との間を遮断した閉弁状態から、摺接面が開口を開いて弁座側流路と前弁体側流路とが連通した開弁状態へと遷移させ、弁座側開口と弁体側開口とが重なり合う範囲を増加させて、弁座側流路と弁体側流路との間を流通する流量を増加させる。

流量維持手段は、弁体に設けられ、開弁開始から所定の回転角までの範囲において、流量を回転角の値に関わらず一定に維持する。

すなわち、本発明では、開弁開始から所定の回転角までの範囲（すなわち、低開度域）において、回転角の値に関わらず流量が所定の流量に維持される。
このため、低流量域では、回転角にばらつきがあったとしても、所定の流量を確実に得ることができる。すなわち、本発明では、低開度域において回転角に関わらず流量を所望の値にすることができ、低開度域において流量を高精度に制御可能である。

本発明のバルブ装置が適用されるエンジン冷却装置の全体構成を示す概略図である（実施例）。バルブ装置の全体構成を示す概略図である（実施例）。（ａ）は弁体の斜視図であり、（ｂ）は弁体の部分断面図である（実施例）。（ａ）〜（ｃ）はバルブ装置の斜視図である（実施例）。回転角と流量の関係を示す関係図である（実施例）。弁体の斜視図である（比較例）。回転角と流量の関係を示す関係図である（比較例）。バルブ装置の斜視図である（従来例）。弁体の斜視図である（従来例）。回転角と流量の関係を示す関係図である（従来例）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例〕
〔実施例の構成〕
本実施例のバルブ装置１が適用されるエンジン冷却装置２の構成を、図１を用いて説明する。
エンジン冷却装置２は、エンジン３に冷却水を強制的に循環させてエンジン３を冷却する冷却水回路を有している。

冷却水回路は、ウォータポンプ４より吐出された冷却水を、エンジン３→ラジエータ５→ウォータポンプ４の順に循環させる回路である。
なお、冷却水としては、例えばエチレングリコールを主成分の冷却水（例えば、ＬＬＣ）などが用いられる。

エンジン３は、シリンダヘッド６とシリンダブロック７とを備え、シリンダヘッド６及びシリンダブロック７には、冷却水が流通するウォータジャケット８が形成されている。

冷却水回路内には冷却水の流量を制御するバルブ装置１が配されている。本実施例では、ウォータジャケット８の出口に接続される出口流路１１内に配置されている。
本実施例のバルブ装置１は、球状の弁体１３と、弁体１３の下流側に配されるバルブシート１４（流路形成部）とを備える。

バルブシート１４は、出口流路１１内の流れ方向を軸方向とする筒状を呈しており、筒内部に流路１６（以下、弁座側流路１６と呼ぶ）を形成している。

バルブシート１４の軸方向一端には、弁体１３により開閉される開口１７（以下、弁座側開口１７と呼ぶ）が形成されており、弁座側開口１７の開口縁１８は、弁体１３が面接触によって回転摺動するシート面となっている。バルブシート１４はスプリング１４ａによって、弁体１３に押圧されて、弁体１３に対して液密に密着する。
なお、本実施例では、弁座側開口１７は円形を呈している。

弁体１３は、球状を呈するボールバルブであって、バルブシート１４の軸方向と直交する方向に延びる回転軸を中心に回転駆動されるシャフト２０の一端に固定されている。

弁体１３は、開口縁１８と摺接可能な球状の摺接面２２と、摺接面２２に開口２３（以下、弁体側開口２３と呼ぶ）を有するとともに弁座側流路１６と連通可能な流路２４（以下、弁体側流路２４と呼ぶ）とを具備する。なお、弁体側流路２４は、出口流路１１とも連通可能であって、弁体１３は、弁座側流路１６と出口流路１１とが遮断された状態と、弁体側流路２４を介して弁座側流路１６と出口流路１１とが連通した状態とを切り替える。

弁体側流路２４は、弁体１３の回転軸と直交する方向に貫通している。本実施例では、弁体１３にＵ字状の切欠きを設けることで弁体１３の回転軸と直交する方向に貫通するように弁体側流路２４が形成されている。なお、本実施例では、弁体１３が中空の球体であるため、弁体１３の内部全体も弁体側流路２４をなす。

弁体側流路２４の態様はこれに限らず様々な態様を採用し得る。例えば、弁体１３が中実の球体であって、弁体１３を貫通する貫通穴として弁体側流路２４を形成してもよい。また、弁体１３が中実の球体であって、弁体１３に本実施例のようなＵ字状の切欠きを設けることで弁体側流路２４を形成してもよい。

弁体１３は、回転に伴って、摺接面２２が弁座側開口１７を閉鎖して弁座側流路１６と弁体側流路２４との間を遮断した閉弁状態から、摺接面２２が弁座側開口１７を閉鎖して開く開弁状態へと遷移させる。

閉弁状態では、弁座側流路１６と出口流路１１とが遮断された状態となり、開弁状態では、弁体側流路２４を介して弁座側流路１６と出口流路１１とが連通した状態となる。
そして、回転に伴って、弁座側開口１７と弁体側開口２３とが重なり合う範囲が増加することで弁座側流路１６と弁体側流路２４との間を流通する冷却水の流量が増加する。

〔本実施例の特徴〕
本実施例のバルブ装置１は、弁体１３に設けられ、開弁開始から所定の回転角までの範囲において、流量を回転角の値に関わらず一定に維持する流量維持手段を備える。
流量維持手段は、摺接面２２上に形成されるとともに、弁体側開口２３と接続する溝３０である。溝３０は、回転方向に直線的に延び、溝全長に亘って一定の断面積を有する。

ここで、開弁させる回転方向を回転方向一方側とし、回転方向の閉弁側を回転方向他方側とする。
具体的には、溝３０は、弁体側開口２３の回転方向一方側の開口縁３１上に形成されており、弁体側開口２３の回転方向一方側の先端から回転方向一方側に直線的に延びて設けられている。

溝３０は回転方向に垂直な断面積が溝全長に亘って一定面積であり微小流量を流通可能な面積に設定されている。
なお、本実施例では、溝３０が回転軸に垂直な方向へ直線的に設けられていたが、回転軸に垂直な方向から傾斜して設けられていてもよい。

本実施例では、溝３０の断面形状は、図３（ｂ）に示すように、半円形状である。しかし、溝３０の断面形状は、これに限らず、矩形、三角形、半楕円形状等であってもよい。

図４を用いて、本実施例のバルブ装置の作用について説明する。
バルブ装置１は、まず、図４（ａ）のように、弁体１３の摺接面２２によって弁座側開口１７が閉鎖された閉弁状態にある。

そして、図４（ｂ）に示すように、開弁開始から所定の回転角までの範囲（すなわち、低開度域）では、まず、溝３０が弁体側開口２３に先行して弁座側開口１７に対して開口して、溝３０を介して弁体側流路２４から冷却水が弁座側流路１６へ流れる。

さらに、弁体１３が回転して回転角が増加していくと、図４（ｃ）に示すように、弁体側開口２３と弁座側開口１７とが重なり、この重なり合う範囲が回転に伴って増加する。

図５のｊ領域に示すように、低開度域（図４（ｂ）の状態）での流量は、溝３０の断面積によって設定されるため、回転角の変化によらず流量は一定に維持される。
そして、図４（ｃ）の状態では、回転角の増加に伴って弁体側開口２３と弁座側開口１７との重なり合う範囲が増加することで流量が増加する（図５のｋ領域参照）。

〔本実施例の効果〕
本実施例によれば、低開度域において、回転角の値に関わらず流量が所定の流量に維持される。
このため、低流量域では、回転角にばらつきがあったとしても、所定の流量を確実に得ることができる。すなわち、低開度域において回転角に関わらず流量を所望の値にすることができ、低開度域において流量を高精度に制御可能である。

なお、比較例として、低開度域において回転角による流量の変化を少なくするために、図６に示すように、弁体側開口２３の回転方向一方側に略三角形の微小開口４０を設けたものがある。この微小開口４０は弁体１３の壁面を貫通するものであり、回転方向一方側から他方側に向かって開口面積が徐々に大きくなっている。

この比較例によれば、従来例（図８〜１０参照）と比較して、低開度域での回転角の増加に対する流量の増加率が小さいため、回転角のばらつきによる流量のばらつきは小さくなるが、やはり流量はばらつくため、回転角によって低開度域で所望の流量に制御することは困難である（図７参照）。

これに対し、本実施例では、低開度域での回転角の増加に対する流量の変化がなく、流量が一定なので、この流量を所望の流量となるように溝３０の断面積を設定しておけば、低開度域で所望の流量に制御することができる。

〔変形例〕
本実施例では、弁体１３が球状を呈するボールバルブであったが、円筒面によってバルブシート１４に回転摺動する円筒状のバルブであってもよい。

また、本実施例では、流路維持手段が溝３０であったが、これに限らず例えば、弁体側開口２３よりも回転方向一方側に開口を有するとともに弁体側流路２４もしくは出口流路１１に連通する微小流路として設けてもよい。微小流路の開口は、弁座側開口１７に対して十分小さく形成されており、弁座側開口１７に対して微小流路の開口の全領域が開口したら、微小流路が弁座側開口１７に対して開口している間は、回転に関わらず、微小流路の流路断面積に応じた所定の流量で一定に維持される。

１バルブ装置、１３弁体、１４バルブシート（流路形成部）、１６弁座側流路、１７弁座側開口、１８弁座側開口の開口縁、２２摺接面、２３弁体側開口、２４弁体側流路、３０溝（流量維持手段）

Claims

所定の流路（１６）を形成するとともに、前記流路（１６）の開口（１７）を有する流路形成部（１４）と、
前記開口（１７）の開口縁（１８）と摺接可能な摺接面（２２）と、前記摺接面（２２）に開口（２３）を有するとともに前記流路（１６）と連通可能な流路（２４）とを具備し、所定の回転軸を中心に回転することで、前記摺接面（２２）が開口（１７）を閉鎖して前記流路（１６）と前記流路（２４）との間を遮断した閉弁状態から、前記摺接面（２２）が開口（１７）を開いて前記流路（１６）と前記流路（２４）とが連通した開弁状態へと遷移させ、回転に伴って前記開口（１７）と前記開口（２３）とが重なり合う範囲を増加させて、前記流路（１６）と前記流路（２４）との間を流通する流量を増加させる弁体（１３）と、
前記弁体(１３）に設けられ、開弁開始から所定の回転角までの範囲において、前記流量を回転角の値に関わらず一定に維持する流量維持手段（３０）とを備えるバルブ装置。
請求項１に記載のバルブ装置において、
前記流量維持手段（３０）は、摺接面（２２）上に形成されるとともに、前記開口（２３）と接続する溝であって、
前記溝（３０）は、回転方向に直線的に延び、溝全長に亘って一定の断面積を有することを特徴とするバルブ装置。