JP2016196931A - 流体循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールバルブを回動操作する際にバルブシートに作用する「押し付け力」を小さくする。【解決手段】制御装置は、ボールバルブ５３の操作指示が生じると、ボールバルブ５３を回動操作する前に電動弁３９を開いて背圧空間αの冷却水を流体ポンプの吸込側のリザーブタンクへ戻す。これにより、背圧空間αの水圧が下がり、バルブシート５４に作用する「押し付け力」を小さくすることができる。これにより、ボールバルブ５３の駆動負荷を軽減することができ、アクチュエータ５５を小型化できる。また、ボールバルブ５３とバルブシート５４の摩耗を抑えることができ、冷却水循環システムの信頼性を高めることができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、ボールバルブにバルブシートが押し付けられるバルブ装置を用いた流体循環装置に関し、例えば車両用の冷却水循環システムに用いて好適な技術に関する。

（従来技術）
ボールバルブのボール面に、バルブシートのシート面を押し付け、ボールバルブを回動操作するバルブ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

（問題点１）
バルブシートのうちシート面とは反対側の面をシート裏面とした場合、バルブシートにおけるシート裏面側に流体圧が印加される場合がある。
このシート裏面に印加される流体圧がバルブシートをボールバルブに押し付ける「押し付け力」してバルブシートに作用する。
このため、ボールバルブを回動操作する際、流体圧による「押し付け力」に抗してボールバルブを回動操作する必要があり、ボールバルブを回動させるために大きな駆動力が必要になる。このため、ボールバルブを駆動するアクチュエータの大型化を招いてしまう。また、摺動摩耗の増加を招いてしまう。

（問題点２）
ボールバルブを用いたバルブ装置では、ボールバルブに設けられるバルブ開口と、バルブシートに設けられるシート開口との重なり代により開度調整が成される。
このため、バルブ開口とシート開口の重なり代の小さい微小開度が続くと、バルブ開口とシート開口の重なり代によって形成される「微細な開口部」に流体に含まれる異物が引っ掛かる可能性が高まる。

「微細な開口部」に異物か引っ掛かった状態から、ボールバルブが全閉位置へ回動駆動されると、異物の噛み込みが生じてしまい、ボール面とシート面が触れるシール箇所にキズが生じる懸念がある。
そして、長期の使用によって異物の噛み込みが繰り返されることで、シート面とシール面が触れるシール箇所のキズが大きくなってシール不良が生じ、全閉時であっても流体が漏れる懸念がある。

特開平３−１８９４８２号明細書

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、
（ｉ）第１目的は、ボールバルブを回動操作する際にバルブシートに作用する「押し付け力」を小さくできる流体循環装置の提供にあり、
（ｉｉ）第２目的は、異物の噛み込みを防いで、長期に亘ってシール不良の発生を防ぐことのできる流体循環装置の提供にある。

（請求項１の作用効果）
請求項１の流体循環装置は、上記第１目的を達成するべくなされたものであり、ボールバルブを回動操作する際に圧変更手段によって背圧空間の流体圧力を下げる減圧操作を実施するものである。
このように、ボールバルブを回動操作する際に背圧空間の流体圧力を下げることにより、バルブシートに作用する「押し付け力」を小さくすることができる。これにより、ボールバルブの駆動負荷を軽減することができるため、アクチュエータを小型化することが可能になる。また、ボールバルブとバルブシートの摩耗が抑えられるため、バルブ装置の長期信頼性を高めることができる。

（請求項８の作用効果）
請求項８の流体循環装置は、上記第１目的と第２目的の両方を達成するべくなされたものであり、上記「請求項１の作用効果」に加え、微小開度（所定開度以下）がしばらくの間（所定時間より長い時間）続いた状態から全閉位置へボールバルブを回動操作する際に、ボールバルブを所定開度より大きい第２所定開度まで回動操作し、その後にボールバルブを全閉位置へ回動操作する。
このように、ボールバルブを全閉位置へ回動操作する前に、ボールバルブの開度を大きくすることで、微小開度の状態で引っ掛かっていた異物を下流へ流すことができる。このため、ボールバルブを全閉位置へ回動操作しても異物の噛み込みを防ぐことができる。
その結果、長期に亘って使用されても、異物の噛み込みが繰り返されることで生じるシール不良を防ぐことができ、バルブ装置の長期信頼性を高めることができる。

（請求項１０の作用効果）
請求項１０の流体循環装置は、上記第２目的を達成するべくなされたものであり、微小開度（所定開度以下）がしばらくの間（所定時間より長い時間）続いた状態から全閉位置へボールバルブを回動操作する際、流体圧力を上げる増圧操作を実施した後に、ボールバルブを全閉位置へ回動操作する。
このように、ボールバルブを全閉位置へ回動操作する前に、流体圧力を高めることで、微小開度の状態で引っ掛かっていた異物を下流へ流すことが期待できる。このため、ボールバルブを全閉位置へ回動操作しても異物の噛み込みを防ぐことができる。
その結果、長期に亘って使用されても、異物の噛み込みが繰り返されることで生じるシール不良を防ぐことができ、バルブ装置の長期信頼性を高めることができる。

エンジン冷却水の経路図である（実施例１）。 バルブ装置の断面図である（実施例１）。 制御例を示すフローチャートである（実施例１）。 制御例を示すフローチャートである（実施例２）。 バルブ装置の断面図である（実施例３）。 制御例を示すフローチャートである（実施例３）。 バルブ装置の断面図である（実施例４）。 エンジン冷却水の経路図である（実施例５）。 （ａ）時間と水温の関係を示すグラフ、（ｂ）水量と燃費改善率の関係を示すグラフである（実施例６）。 作動説明図である（実施例６）。 制御例を示すフローチャートである（実施例６）。 作動説明図である（実施例７）。 制御例を示すフローチャートである（実施例７）。 制御例を示すフローチャートである（実施例８）。

以下において「発明を実施するための形態」を詳細に説明する。

本発明の具体的な一例（実施例）を図面に基づき説明する。なお、以下の「実施例」は具体的な一例を開示するものであり、本発明が「実施例」に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１〜図３に基づいて実施例１を説明する。
この実施例は、車両走行用のエンジン１を冷却する冷却水循環システム（流体循環装置の具体例）に本発明を適用したものである。
自動車に搭載される冷却水循環システムの具体例を、図１に基づいて説明する。

冷却水循環システムの主要な機能は、冷却水によってエンジン１を所定の温度範囲に保つものであり、
・冷却水を蓄えるリザーバタンク２、
・リザーバタンク２の冷却水を吸引した後に加圧して吐出する流体ポンプ３（ウォータポンプ）、
・エンジン１のシリンダブロック４において冷却水を流すブロック内水路５、
・エンジン１のシリンダヘッド６において冷却水を流すヘッド内水路７、
・冷却水を車両走行風などの外気と熱交換して冷却するラジエータ８、
を備える。

ラジエータ８を通過した冷却水が再びリザーバタンク２へ戻される。
なお、この実施例１における流体ポンプ３の形態は限定するものではなく、エンジン出力により機械的に駆動されるメカポンプであっても良いし、後述する実施例５で用いる電動ポンプであっても良い。

この実施例のバルブ装置９は、エンジン１を通過した冷却水の水量制御（流路の開閉および開度調整）、あるいは分配制御（流路の切替）に用いられる。
このバルブ装置９は、１つの冷却水入口１０（インレット）と、複数（この実施例では５個）の冷却水出口（アウトレット）を備える。

バルブ装置９は、上述したように、５個の冷却水出口を備えるものであり、５個の冷却水出口をそれぞれ第１〜第５冷却水出口１１〜１５として区別する。また、第１〜第５冷却水出口１１〜１５のそれぞれに接続される冷却水の通路を、第１〜第５水路２１〜２５として説明する。

第１〜第３冷却水出口１１〜１３は、バルブ装置９に設けられる３つのバルブ機構によって開閉操作される。
第１冷却水出口１１は、エンジン１を通過した冷却水をラジエータ８へ導く第１水路２１に接続される。

第２冷却水出口１２は、エンジン１を通過した冷却水をヒータコア３０へ導く第２水路２２に接続される。なお、ヒータコア３０は、車室内の空調を行う車両空調ユニットの内部に搭載されて、車室内へ吹き出される空気と熱交換を行うことで車室内へ吹き出す空気を加熱する暖房用の加熱器である。そして、ヒータコア３０を通過した冷却水は、ＥＧＲガスの冷却を行う水冷式のＥＧＲクーラ３１を通過した後にリザーバタンク２へ戻される。

第３冷却水出口１３は、エンジン１を通過した冷却水をエンジン１のオイルクーラ３２またはトランスミッション３３のオイルウォーマ３４へ導く第３水路２３に接続される。なお、オイルクーラ３２は、冷却水によってエンジンオイルの冷却を行う周知のものであり、オイルウォーマ３４は、ＣＶＴ等のトランスミッション３３のオイルを冷却水により温める周知のものである。そして、オイルクーラ３２またはオイルウォーマ３４を通過した冷却水はリザーバタンク２へ戻される。

第４冷却水出口１４は、バルブ装置の開度に関係なくエンジン１から供給された冷却水（バルブ装置９の外部から供給された冷却水の一例）をＥＧＲ装置３５におけるスロットルバルブ３６とＥＧＲバルブ３７（暖機が求められる装置の一例）へ導く常時循環路（第４水路）２４に接続される。なお、スロットルバルブ３６およびＥＧＲバルブ３７を通過した冷却水は、ＥＧＲクーラ３１の上流側に導かれ、ＥＧＲクーラ３１を通過した後にリザーバタンク２へ戻される。

第５冷却水出口１５は、バルブ装置９に供給された冷却水をリザーバタンク２（流体ポンプ３の吸込側の一例）へ戻すバイパス路（第５水路）２５に接続される。
このバイパス路２５には、バイパス路２５の開閉を行う電動弁３９が設けられている。この電動弁３９は、バイパス路２５の開閉を行う弁体を電磁アクチュエータにより駆動する周知構造の電磁弁であり、具体的な構造は限定するものではなく、通電することでバイパス路２５を開くノーマリクローズタイプが用いられる。

図１に示す冷却水循環システムは、上述した冷却水路の他に、シリンダブロック４を通過した冷却水をヒータコア３０の上流側へ導くサブ水路４０が設けられている。このサブ水路４０には、後述する制御装置５６によって開閉操作されるものであって開閉バルブ４１（あるいは冷却水温度により自動開閉するバルブ）が設けられている。

（バルブ装置９の説明）
バルブ装置９において第１〜第３冷却水出口１１〜１３の開閉を行うバルブ機構は、基本構造が同じである。以下では、代表して第１冷却水出口１１の開閉を行うバルブ機構を例に説明する。なお、図２では第１、第２冷却水出口１１、１２のバルブ機構を示しているが、第３冷却水出口１３のバルブ機構も同様の構造を採用している。

バルブ装置９は、
（ａ）冷却水入口１０と複数の冷却水出口が設けられるハウジング５１と、
（ｂ）このハウジング５１に対して回動自在に支持されるシャフト５２と、
（ｃ）このシャフト５２と一体に回動するボールバルブ５３と、
（ｄ）このボールバルブ５３に押し付けられるリング状のバルブシート５４と、
（ｅ）シャフト５２を回動操作するアクチュエータ５５と、
（ｆ）このアクチュエータ５５の作動を制御する制御装置５６と、
を備えて構成される。

ハウジング５１には、ボールバルブ５３をハウジング５１内に組み入れる開口部と、ボールバルブ５３を収容するバルブ室とが設けられる。
ハウジング５１は、シリンダヘッド６に直接組付けられるものであり（限定しない）、ハウジング５１がシリンダヘッド６に固定されることで、ハウジング５１の開口部がシリンダヘッド６の冷却水の出口に合致して、シリンダヘッド６を通過した冷却水がハウジング５１の開口部を介してハウジング５１の内部のバルブ室とボールバルブ５３の内側へ供給される。

また、ハウジング５１には、バルブ装置９で調量した冷却水を外部へ導くアウトレットパイプが固定される。そして、アウトレットパイプに接続される配管を介して、バルブ装置９で調量された冷却水が、ラジエータ８等へ導かれる。

シャフト５２は、バルブ室の略中心部を通って配置される駆動軸であり、ハウジング５１に対してベアリング５８等を介して回転自在に支持される。
シャフト５２を駆動するアクチュエータ５５は、周知構成の電動アクチュエータであり、電力を回転トルクに変化する電動モータ５９（例えば、ＤＣモータ等）と、この電動モータの回転出力を減速してシャフト５２の駆動トルクを増大させる減速装置６０とを備える。なお、図２では、減速装置６０の具体例として複数の歯車を組み合わせた歯車減速機を採用する。

ボールバルブ５３は、シャフト５２を介してアクチュエータ５５により回動操作される。このボールバルブ５３は、略カップ形状を呈する。冷却水の流れ方向を説明すると、冷却水入口１０から供給された冷却水がカップ開口部からボールバルブ５３の内側に供給される。そして、ボールバルブ５３が開弁すると、ボールバルブ５３の内側に供給された冷却水が、ボールバルブ５３に形成されたバルブ開口５３ａと、バルブシート５４に形成されたシート開口５４ａとの重なり箇所を通って第１冷却水出口１１等へ導かれる。

ボールバルブ５３は、例えば樹脂（ＰＰＳ等）によって設けられるものであり、少なくともバルブシート５４と摺接する面が凸形球面形状を呈する平滑なボール面（円球面）に設けられている。即ち、ボールバルブ５３は、凸形球面形状を呈するボール面を有するものであり、アクチュエータ５５によって回動操作される。「凸形球面形状」は外側へ膨出する球面形状である。
なお、限定するものではないが、図２に示すボールバルブ５３の外面には、複数のバルブ機構に対応するように、２つのボール面が形成されている。即ち、ボールバルブ５３の外面には、２段のボール面が形成されている。

バルブシート５４は、例えば樹脂（ＰＴＦＥ等）によって設けられるものであり、中心部に貫通したシート開口５４ａが形成されたリング円板形状を呈する。
このバルブシート５４においてボール面に対向する面がシート面であり、バルブシート５４のうち、シート面の反対側の面がシート裏面である。

バルブシート５４は、ハウジング５１に支持されるものであり、ハウジング５１にはバルブシート５４を支持するための支持手段が設けられる。
この支持手段は、
（ａ）ハウジング５１に固定されるスペーサ６１と、
（ｂ）バルブシート５４とスペーサ６１の間に配置されるスプリング６２と、
（ｃ）このスプリング６２とスペーサ６１との間に配置されるプレート６３と、
（ｄ）バルブシート５４を支持するスリーブ６４と、
を用いて構成される。

スペーサ６１は、内側に水路が形成されるものであり、例えばバルブシート５４を通過した冷却水を第１冷却水出口１１へ導くアウトレットパイプの一部であっても良いし、アウトレットパイプとは異なる部品（筒状体等）であっても良い。
スプリング６２は、例えば圧縮コイルスプリング６２であり、圧縮された状態で組付けられる。
プレート６３は、金属製のバネ座であり、リング円板形状を呈する。

スリーブ６４は、一端側（ボールバルブ５３に近い側）においてバルブシート５４を支持し、他端側がスペーサ６１の内部に挿し入れられる円筒体であり、シート開口５４ａを通過した冷却水を第１冷却水出口１１へ導く。
具体的に、スリーブ６４は、耐腐食性に優れたステンレス等の金属材料によって設けられるものであり（限定するものではない）、筒状を呈するスリーブ６４の一端には、バルブシート５４を支持する手段として、バルブシート５４の外周面を拘束する筒体と、シート裏面に圧接するリング板とが一体に設けられている。
また、スリーブ６４とスペーサ６１の間には、シール部品（リップシール等）が配置されており、ハウジング５１とスペーサ６１の間にもシール部材（Ｏリング等）が配置されている。

この実施例のバルブ装置９は、バルブシート５４のシート裏面に冷却水の圧力（以下、水圧）を導くように設けられている。
即ち、シート裏面側には、冷却水入口１０からバルブ装置９の内部（即ち、ハウジング５１の内部）に流入する冷却水が導かれる背圧空間αが設けられる。この背圧空間αは、ハウジング５１内においてボールバルブ５３を収容する空間に連通する。
ボールバルブ５３を収容する空間は、冷却水入口１０と常に連通しており、シリンダヘッド６を通過した冷却水が供給される。

ここで、スリーブ６４の一端に設けられるリング板は、スリーブ６４の筒径より外径側へ拡径した段差形状に設けられる。このため、背圧空間αへ導かれた水圧は、リング板を介してバルブシート５４に加わり、バルブシート５４には水圧によりボールバルブ５３に押し付けられる「押し付け力」が作用する。

この実施例１のバルブ装置９は、上述したように、
（ａ）ボールバルブ５３とバルブシート５４を用いるバルブ装置９と、
（ｂ）ボールバルブ５３を回動駆動するアクチュエータ５５と、
（ｃ）このアクチュエータ５５の作動を制御する制御装置５６とを備える。
そして、このバルブ装置９は、シート裏面側にバルブ装置９へ供給される冷却水が導かれる背圧空間αが設けられる。

また、この実施例のバルブ装置９は、背圧空間αの水圧を下げる圧変更手段６５を備える。
この圧変更手段６５は、上述したバイパス路２５と電動弁３９で構成される。即ち、この実施例１の圧変更手段６５は、背圧空間αに導かれる冷却水の一部を、冷却水の循環駆動を行う流体ポンプ３の吸込側へ戻すバイパス路２５と、このバイパス路２５の開閉を行う電動弁３９とを用いて構成される。

制御装置５６は、周知のコンピュータを用いたＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）等であり、ボールバルブ５３を回動操作する「際」に圧変更手段６５によって背圧空間αの水圧を下げる減圧操作を実施する。
具体的に制御装置５６は、ボールバルブ５３を回動操作する「前」に背圧空間αの水圧を下げ、ボールバルブ５３の回動操作が終了すると再び背圧空間αの水圧を元に戻すように設けられている。

さらに具体的に説明すると、この実施例の制御装置５６は、ボールバルブ５３を回動操作する際、ボールバルブ５３を回動操作する前に電動弁３９を通電してバイパス路２５を開いて背圧空間αの冷却水の一部をリザーバタンク２へ戻し、背圧空間αの水圧を下げる。そして、ボールバルブ５３の回動操作が終了すると電動弁３９の通電を停止してバイパス路２５を閉じて背圧空間αの水圧を上げるものである。

ボールバルブ５３を回動操作する際の制御例を図３のフローチャートに基づき説明する。
ステップＳ１：「ボールバルブ５３を回動操作する指令」があるか否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合はステップＳ１へ戻る。
ステップＳ２：ステップＳ１の判断結果がＹＥＳの場合、圧変更手段６５によって背圧空間αの水圧を下げる。具体的には、上述したように、電動弁３９を通電してバイパス路２５を開き、背圧空間αの冷却水の一部をリザーバタンク２へ戻すことで背圧空間αの水圧を下げる。

ステップＳ３：「ボールバルブ５３を回動操作する指令」に従ってボールバルブ５３を正転方向（開弁方向）または逆転方向（閉弁方向）に操作する。
ステップＳ４：ボールバルブ５３の回動操作が終了したか否かの判断を行う。即ち、ボールバルブ５３が停止したか否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合はステップＳ４へ戻る。
ステップＳ５：ステップＳ４の判断結果がＹＥＳの場合、背圧空間αの水圧を元に戻す。具体的には、電動弁３９の通電を停止してバイパス路２５を閉じ、背圧空間αの冷却水がリザーバタンク２へ戻ることを停止させる。

（実施例１の効果１）
実施例１の冷却水循環システムは、上述したように、ボールバルブ５３を回動操作する前（ボールバルブ５３を回動する際の一例）に圧変更手段６５によって背圧空間αの水圧を下げる減圧操作を実施する。このように、ボールバルブ５３を回動操作する前に背圧空間αの水圧を下げることにより、バルブシート５４に作用する「押し付け力」を小さくすることができる。
これにより、ボールバルブ５３の駆動負荷を軽減することができるため、アクチュエータ５５を小型化することが可能になる。また、ボールバルブ５３とバルブシート５４の摩耗が抑えられるため、バルブ装置９の長期信頼性を高めることができる。即ち、自動車に搭載される冷却水循環システムの信頼性を高めることができる。

なお、この実施例では、ボールバルブ５３の回動操作の指令が制御装置５６に与えられると、ボールバルブ５３を回動操作する「前」に減圧操作を行って背圧空間αの減圧を優先し、減圧操作が成されてからボールバルブ５３を回動操作する例を示したが、限定するものではない。具体的には、減圧操作とボールバルブ５３の回動操作を「同時」に実施し、ボールバルブ５３の回動中に背圧空間αの減圧を成しても良い。このように設けると、ボールバルブ５３の回動中における「押し付け力」を小さくする効果が抑えられるが、その反面、ボールバルブ５３の作動応答性を高めることができる。

［実施例２］
図４に基づいて実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。
上記の実施例１では、バルブ開度に関係なく、ボールバルブ５３を操作する際は常に背圧空間αの水圧を下げる例を示した。
これに対し、この実施例２は、ボールバルブ５３を回動操作する前に背圧空間αの水圧を検出または予測する。そして、検出または予測される背圧空間αの水圧が所定水圧より低いと判断される場合は減圧操作を停止し、検出または予測される背圧空間αの水圧が所定水圧より高いと判断される場合に減圧操作を実施するものである。

具体的に、この実施例２では、バルブ開度が大きい場合には背圧空間αの水圧が下がることを利用して、バルブ開度が所定開度より大きい時には減圧操作によって背圧空間αの水圧を下げる制御を実施せずに、バルブ開度が所定開度より小さい時には減圧操作を行って背圧空間αの水圧を下げる制御を実施するように設けるものである。

なお、バルブ装置９は、上記実施例１で説明したように、第１〜第３冷却水出口１１〜１３のそれぞれにバルブ機構を搭載しており、背圧空間αの水圧は３つのバルブ機構の開口面積の和によって変化する。このため、背圧空間αの水圧を所定圧力に下げるためには、ボールバルブ５３を所定開度より大きくする必要がある。

実施例２の制御例を図４のフローチャートに基づき説明する。
ステップＳ１：「ボールバルブ５３を回動操作する指令」があるか否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合はステップＳ１へ戻る。
ステップＳ２１：ステップＳ１の判断結果がＹＥＳの場合、ボールバルブ５３を回動操作する前の開度（現在開度）と、ボールバルブ５３を回動操作した後の開度（目標開度）の両方が予め設定された所定開度（減圧操作を実施しなくても「押し付け力」を軽減できる開度）より小さいか否かの判断を行う。この判断結果がＹＥＳの場合はステップＳ２へ進み、判断結果がＮＯの場合はステップＳ３へ進む。
なお、ステップＳ２以降は上記実施例１における図３の説明と同じであり、説明は割愛する。

（実施例２の効果）
実施例２の冷却水循環システムは、上述したように、バルブ開度が大きい場合に減圧操作を停止し、バルブ開度が小さい場合のみに減圧操作を行う。
このため、バルブ開度が大きい場合のバルブ応答性を高めることができる。即ち、実施例１に比較して平均的なバルブ応答性を向上できる。

［実施例３］
図５、図６に基づいて実施例３を説明する。
（実施例３の特徴技術１）
実施例３の常時循環路２４は、ボールバルブ５３の回動位置に関係なく冷却水が供給される第１ポート２４ａと、この第１ポート２４ａと開口部２４ｂを介して連通する第２ポート２４ｃとに区画して設けられる。開口部２４ｂは、第１ポート２４ａと第２ポート２４ｃを区画する仕切壁２４ｄに形成されるものであり、この開口部２４ｂは電動弁３９によって開閉操作される。
なお、実施例３で用いる電動弁３９は、実施例１と同様、周知なノーマリクローズタイプの電磁弁であり、通電することで開口部２４ｂが開かれて第１ポート２４ａと第２ポート２４ｃの両方に冷却水が流れる。

（実施例３の効果１）
この実施例３の圧変更手段６５は、第２ポート２４ｃと電動弁３９を用いて構成される。即ち、この実施例３の圧変更手段６５は、電動弁３９を通電して第１ポート２４ａと第２ポート２４ｃの両方に冷却水を流すことで常時循環路２４の水流を増やして背圧空間αの水圧を下げる。
なお、この実施例３の電動弁３９は、実施例１や実施例２と同様に通電制御される。
このように設けても、実施例１または実施例２と同様の効果を得ることができる。
また、実施例１で開示した第５冷却水出口１５を廃止でき、バルブ装置９の構造をシンプルにできる。

（実施例３の特徴技術２）
制御装置５６は、冷却水の温度を測定する水温センサからセンサ出力を受けるように設けられている。
そして、この実施例３の制御装置５６は、水温センサによって検出される冷却水の温度が、予め設定された設定温度（具体的には、冷却水が凍結する可能性のある温度Ｔ０：例えば−１０℃等）より低い場合に電動弁３９を開くように設けられている。

上記の制御例を図６のフローチャートに基づき説明する。
ステップＳ３１：冷却水の温度が予め設定した所定温度Ｔ０より低いか否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合はステップＳ３１へ戻る。
ステップＳ３２：上記ステップＳ３１の判断結果がＹＥＳの場合は、電動弁３９を通電して第１ポート２４ａと第２ポート２４ｃの両方に冷却水を流す。これにより、ＥＧＲ装置３５のスロットルバルブ３６およびＥＧＲバルブ３７に供給される冷却水量を増やしてスロットルバルブ３６およびＥＧＲバルブ３７の暖機を促進させる。
なお、電動弁３９の通電後に冷却水の温度が所定温度Ｔ０に達したら、電動弁３９の通電を停止する。

（実施例３の効果２）
この実施例３は、極寒状態のエンジン始動直後に、ＥＧＲ装置３５のスロットルバルブ３６およびＥＧＲバルブ３７に供給される冷却水量を増やすことで、スロットルバルブ３６およびＥＧＲバルブ３７の暖機を促進させることができる。このため、極寒状態のエンジン始動直後からスロットルバルブ３６とＥＧＲバルブ３７を正常状態で作動させることが可能になり、極寒状態の排気浄化および燃費向上を実施できる。

［実施例４］
図７に基づいて実施例４を説明する。
この実施例４の圧変更手段６５は、常時循環路２４の冷却水をリザーバタンク２（流体ポンプ３の吸込側の一例）へ戻すバイパス路２５と、このバイパス路２５の開閉を行う電動弁３９とを用いて構成される。この電動弁３９は、実施例１と同様、ノーマリクローズタイプの電磁弁であり、実施例１や実施例２と同様に通電制御される。
このように設けても、実施例１または実施例２と同様の効果を得ることができる。
また、上記実施例３と同様、実施例１で開示した第５冷却水出口１５を廃止でき、バルブ装置９の構造をシンプルにできる。

［実施例５］
図８に基づいて実施例５を説明する。
この実施例５の流体ポンプ３は、電動モータ３ａによって駆動される電動ポンプである。即ち、この実施例５の流体ポンプ３は、電動モータ３ａの通電制御によりポンプ回転が変化して吐出量が増減する電動ウォータポンプである。

そして、この実施例５の圧変更手段６５は、電動ポンプを停止させる、あるいは電動ポンプの回転速度を低下させることで、背圧空間αの水圧を低下させる減圧操作を実施するものである。
具体的な電動ポンプの通電制御の一例は、実施例１や実施例２における「電動弁３９の通電制御」を「電動ポンプの通電停止制御」または「電動ポンプの供給電力の抑制制御」に置き代えるものである。
このように設けても、実施例１または実施例２と同様の効果を得ることができる。

また、この実施例５は、圧変更手段６５は、電動ポンプを用いるため、実施例１で開示した第５冷却水出口１５を廃止できるとともに、減圧のための電動弁３９やバイパス路２５等を廃止することができ、本発明の実施コストを抑えることができる。

［実施例６］
図９〜図１１に基づいて実施例６を説明する。
（実施例６の背景技術）
ボールバルブ５３を用いたバルブ装置９では、ボールバルブ５３のバルブ開口５３ａと、バルブシート５４のシート開口５４ａとの重なり代により開度調整が成される。
このため、バルブ開口５３ａとシート開口５４ａの重なり代の小さい微小開度がしばらく続くと、バルブ開口５３ａとシート開口５４ａの重なり代により形成される「微細な開口部」に冷却水に含まれる異物Ｘ（金属部品から落下したバリ等）が引っ掛かる可能性が高まる。

バルブ開口５３ａとシート開口５４ａの重なり代により形成される「微細な開口部」に異物Ｘか引っ掛かった状態でボールバルブ５３が全閉位置へ回動駆動されると、異物Ｘの噛み込みが生じてしまう。その結果、ボール面とシート面が触れるシール箇所にキズが生じる懸念がある。
そして、長期の使用によって異物Ｘの噛み込みが繰り返されることで、キズが大きくなってシール不良が生じ、全閉時であっても冷却水が流れる懸念がある。
特に、ボールバルブ５３とバルブシート５４の少なくとも一方が樹脂で設けられる場合には、異物Ｘの噛み込みが繰り返されることで、キズによる隙間個所が大きくなることが懸念される。

シール不良が生じていない初期のバルブ装置９と、異物Ｘの噛み込みが繰り返されてシール不良が生じるバルブ装置９との比較例を、図９を参照して説明する。
図９（ａ）のグラフは、エンジン１の冷間始動後に、車速を特定のパターンで増減させる操作を繰り返した際の冷却水の温度上昇を示す。そして、図９（ａ）の実線Ａはシール不良が生じていない初期のバルブ装置９における冷却水の温度変化を示し、実線Ｂはシール不良が生じるバルブ装置９における冷却水の温度変化を示す。

図９（ａ）のグラフから読み取れるように、シール不良が生じない場合（実線Ａ）の暖機完了時間ｔ１（冷却水の温度が８０℃に達する時間）に比較して、シール不良が生じる場合（実線Ｂ）の暖機完了時間ｔ２が大きく遅れてしまう。具体的な一例として、シール不良により冷却水が流れてしまい、暖機時間が１９０秒も遅れる可能性がある。

図９（ｂ）のグラフは、エンジン１の暖機中にバルブ装置９を通過する冷却水の水量（全閉時にバルブ装置９を通過する冷却水量：即ち、漏れ量）と、燃費の改善効果との関係を示すものである。なお、エンジン１の暖機が完了するまで（冷却水の温度が８０℃に達するまで）は、早期暖機のためにバルブ装置９が制御装置５６によって全閉状態に設定されるものとする。
図９（ｂ）のグラフから読み取れるように、暖機中の漏れ量が増えて冷却水流量が増えると、燃費が悪化してしまう。逆な言い方をすれば、暖機中の漏れ量を減らすことで、燃費の改善効果を得ることができる。そして、暖機時間を１９０秒短縮できれば、モード燃費を約１％改善することができる。

（実施例６の特徴技術）
そこで、この実施例６の制御装置５６は、長期に亘って燃費の悪化を防ぐべく、微小開度（所定開度Ｌ１以下の開度）を所定の保持時間ｔより長く保った状態から全閉位置へボールバルブ５３を回動操作する際に、ボールバルブ５３を所定開度Ｌ１より大きい第２所定開度Ｌ２まで回動操作し、その後にボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する。

なお、所定開度Ｌ１は、予測される異物Ｘ（冷却水に含まれる可能性のある金属バリ等）が引っ掛かる可能性の高い開度であり、理解補助の目的で一例を開示すると、バルブ開口５３ａとシート開口５４ａの最大重なり代が５ｍｍとなるバルブ開度である（もちろん数値は限定しない）。
また、所定開度Ｌ２は、引っ掛かった異物Ｘが流れる可能性の大きく、且つ開度増加による不具合を抑えた開度であり、理解補助の目的で一例を開示すると、バルブ開口５３ａとシート開口５４ａの最大重なり代が１０ｍｍとなるバルブ開度である（もちろん数値は限定しない）。

この実施例６の制御装置５６は、
・所定開度Ｌ１以下の微小開度をしばらく保った状態から全閉位置へボールバルブ５３を回動操作する指令が生じると｛図１０（ａ）の符合ａ１、図１０（ｂ）参照｝、
・先ず、減圧操作（実施例１〜５参照）を実施て背圧空間αの水圧を下げ｛図１０（ａ）の符合ｂ１参照｝、
・次に、ボールバルブ５３を所定開度Ｌ１より大きい第２所定開度Ｌ２まで回動操作し｛図１０（ａ）の符合ａ２、図１０（ｃ）参照｝、
・続いて、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する｛図１０（ａ）の符合ａ３、図１０（ｄ）参照｝。

微小開度から全閉する際の制御例を図１１のフローチャートに基づき説明する。
ステップＳ６１：「ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する指令」があるか否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合はこのサブルーチンを終了する。
ステップＳ６２：ステップＳ６１の判断結果がＹＥＳの場合、実施例１〜５で開示した圧変更手段６５によって背圧空間αの水圧を下げる。

ステップＳ６３：バルブ開度が微小開度（全閉開度より大きく、所定開度Ｌ１以下）であるか否かの判断を行う。この判断結果のＮＯの場合は、後述するステップＳ６６へ進む。
ステップＳ６４：ステップＳ６３の判断結果がＹＥＳの場合、バルブ開度が微小開度に保たれていた時間が、予め設定した保持時間ｔより長いか否かの判断を行う。この判断結果のＮＯの場合は、後述するステップＳ６６へ進む。

ステップＳ６５：ステップＳ６４の判断結果がＹＥＳの場合、ボールバルブ５３を所定開度Ｌ１より大きい第２所定開度Ｌ２まで回動操作する。
ステップＳ６６：ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する。

（実施例６の効果）
この実施例６は、微小開度（所定開度Ｌ１以下）が所定の保持時間ｔより長く続いた状態からボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する際に、ボールバルブ５３を所定開度Ｌ１より大きい第２所定開度Ｌ２まで回動操作し、その後にボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する。
このように、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する前に、ボールバルブ５３の開度を一旦大きくすることで、微小開度の状態で引っ掛かっていた異物Ｘを下流へ流すことができる｛図１０（ｃ）参照｝。このため、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作しても異物Ｘの噛み込みを防ぐことができる。

その結果、長期に亘って使用されても、異物Ｘの噛み込みが繰り返されることで生じるシール不良を防ぐことができ、バルブ装置９の長期信頼性を高めることができる。
具体的には、図９（ｂ）のグラフから読み取れるように、暖機中のシール漏れによる冷却水の流れを長期に亘って抑えることができため、長期に亘って燃費の悪化を防ぐことができる。
即ち、この実施例６は、上述した実施例１または実施例２と同様の効果の他に、シール漏れを長期に亘って抑えて、燃費の悪化を長期に亘って防ぐことができる。

なお、この実施例６では、微小開度から全閉開度に操作する前に、一時的にバルブ開度が第２所定開度Ｌ２に大きくなる。しかし、バルブ開度が第２所定開度Ｌ２に設定される際は、減圧操作により水圧が抑えられているため、流量の増加が抑えられ、水量コントロールの悪化を招かない。
また、この実施例６のバルブ装置９は、３つのバルブ機構を搭載している。このため、各バルブ機構ごとに上記異物排出制御を実施しても良いし、特定のバルブ機構（例えば、ラジエータ８に通じるバルブ機構）のみで上記異物排出制御を実施させても良い。

［実施例７］
図１２、図１３に基づいて実施例７を説明する。
上記の実施例６では、異物排出制御の一例として、ボールバルブ５３のバルブ開度を一旦第２所定開度Ｌ２まで開けて異物Ｘを流し出す例を示した。
これに対し、この実施例７は、異物排出制御の一例として、ボールバルブ５３のバルブ開度を第２所定開度Ｌ２と所定開度Ｌ１とを交互に繰り返し異物Ｘを流し出すものである。

具体的に実施例７の制御装置５６は、所定開度Ｌ１以下の微小開度を所定の保持時間ｔより長く保った状態から全閉位置へボールバルブ５３を回動操作する前に、ボールバルブ５３を第２所定開度Ｌ２まで回動操作する正転操作｛図１２の符合ｃ１参照｝と、ボールバルブ５３を所定開度Ｌ１まで回動操作する逆転操作｛図１２の符合ｃ２参照｝とを、複数回、交互に繰り返す。そして、その後に、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作するものである。

微小開度から全閉する際の制御例を図１３のフローチャートに示す。
この実施例７の制御例は、実施例６で説明した図１１のフローチャートにおけるステップＳ６５を、ステップＳ７１に置き代えるものであり、他の制御ステップは実施例６と同じであり、説明を割愛する。
ステップＳ７１：ステップＳ６４の判断結果がＹＥＳの場合、ボールバルブ５３を所定開度Ｌ１より大きい第２所定開度Ｌ２まで回動操作する正転動作と、ボールバルブ５３を所定開度Ｌ１まで回動操作する逆転動作とを所定回数繰り返し、その後ステップＳ６６へ進む。

（実施例７の効果）
この実施例７は、微小開度がしばらく続いた状態からボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する際に、正転動作と逆転動作を複数回繰り返すため、微小開度の状態で引っ掛かっていた異物Ｘをより確実に下流へ流すことができる。
これにより、異物Ｘの噛み込みをより効果的に防ぐことができ、異物Ｘの噛み込みによるシール不良を長期に亘って防ぐことができる。その結果、暖機中のシール漏れを長期に亘って抑えることができ、長期に亘って燃費の悪化を防ぐことができる。

［実施例８］
図１４に基づいて実施例７を説明する。
上記の実施例６、実施例７では、異物排出制御の一例として、ボールバルブ５３のバルブ開度を一回、あるいは複数回第２所定開度Ｌ２まで開けて異物Ｘを流し出す例を示した。
これに対し、この実施例８は、異物排出制御の一例として、水圧を高めて異物Ｘを流し出すものである。

具体的に実施例８の冷却水循環システムは、バルブ装置９へ供給する水圧を高める圧変更手段６５を備える。
水圧を高める圧変更手段６５の具体例は限定するものではいが、例えば実施例５で示した電動ポンプを用い、電動ポンプの回転数を高めることで水圧の増加を図っても良い。あるいは、実施例３で示したように、常時循環路２４を第１ポート２４ａと第２ポート２４ｃとに区画し、通常時には第１ポート２４ａと第２ポート２４ｃを区画する仕切壁２４ｄに設けた開口部２４ｂを電動弁３９で開いておき、電動弁３９で開口部２４ｂを閉じることで水圧を高めても良い。

また、実施例８の制御装置５６は、所定開度Ｌ１以下の微小開度を所定の保持時間ｔより長く保った状態から全閉位置へボールバルブ５３を回動操作する前に、圧変更手段６５によってバルブ装置９へ供給する水圧を高める高圧操作を実施し、その後にボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作するように設けられている。
なお、高圧操作を実施してからボールバルブ５３を全閉位置へ回動するまでの時間（微小開度の状態で水圧が高められる時間）は、異物Ｘの排出が可能で、且つ短い時間が好ましく、理解補助の目的で一例を開示すると１秒〜３秒ほどに設定される（数値は限定しない）。

微小開度から全閉する際の制御例を図１４のフローチャートに基づき説明する。
ステップＳ８１：「ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する指令」があるか否かの判断を行う。この判断結果がＮＯの場合はこのサブルーチンを終了する。
ステップＳ８２：ステップＳ８１の判断結果がＹＥＳの場合、バルブ開度が微小開度（全閉開度より大きく、所定開度Ｌ１以下）であるか否かの判断を行う。この判断結果のＮＯの場合は、後述するステップＳ８５へ進む。

ステップＳ８３：ステップＳ８２の判断結果がＹＥＳの場合、バルブ開度が微小開度に保たれていた時間が、予め設定した保持時間ｔより長いか否かの判断を行う。この判断結果のＮＯの場合は、後述するステップＳ８５へ進む。
ステップＳ８４：ステップＳ８３の判断結果がＹＥＳの場合、増圧操作を行ってバルブ装置９へ供給する水圧を高める。
ステップＳ８５：ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する。

（実施例８の効果）
この実施例８は、微小開度（所定開度Ｌ１以下）が所定の保持時間ｔより長く続いた状態からボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する際、水圧を上げる増圧操作を実施した後に、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する。
このように、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する前に、水圧を大きくすることで、微小開度の状態で引っ掛かっていた異物Ｘを水圧の増加により下流へ流すことができる。このため、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作しても異物Ｘの噛み込みを防ぐことができる。
その結果、長期に亘って使用されても、異物Ｘの噛み込みが繰り返されることで生じるシール不良を防ぐことができ、長期に亘って燃費の悪化を防ぐことができる。

なお、ステップＳ８５の実行前に高圧操作を停止して、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する前に水圧を元に戻しても良い。
あるいは、ステップＳ８５の実行後に高圧操作を停止して、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作した後に水圧を元に戻しても良い。

また、上記とは異なり、ボールバルブ５３を全閉位置へ回動操作する前に「高圧操作の実行と停止（水圧の上昇と下降）」を複数回繰り返して水圧を変動させ、水圧変動によるバイブレーションによって異物を流し出す効果を高めても良い。

上記の実施例では、電動弁３９（電気的な操作により作動するバルブ）の一例として電磁弁を用いたが、電磁弁に限定するものではなく、電動モータにより作動するモータバルブなど電気的に切替制御可能なバルブであれば良い。

上記の実施例では、本発明をエンジン１の冷却水循環システムに適用する例を示したが、エンジン１を搭載しない車両（例えば、電気自動車や燃料電池車等）の冷却水のコントロールを行う冷却水循環システムに本発明を適用しても良い。

上記の実施例では、液体（具体的な一例として冷却水）を流体として用いる流体循環装置に本発明を適用する例を示したが、液体に限定するものではなく、気体（ガス類）の循環システムに本発明を適用しても良い。

９ バルブ装置
５３ ボールバルブ
５４ バルブシート
５５ アクチュエータ
５６ 制御装置
６５ 圧変更手段
α 背圧空間

Claims (10)

1. 凸形球面形状を呈するボール面を有するボールバルブ（５３）を用いるとともに、前記ボール面に押し付けられるシート面を有するバルブシート（５４）を用いるバルブ装置（９）と、
   前記ボールバルブ（５３）を回動駆動するアクチュエータ（５５）と、
   このアクチュエータ（５５）を制御する制御装置（５６）と、
   を備える流体循環装置において、
   前記バルブシート（５４）のうち前記シート面とは反対側の面をシート裏面とした場合、前記シート裏面側に、前記バルブ装置（９）へ供給される流体が導かれる背圧空間（α）が設けられ、
   当該流体循環装置は、前記背圧空間（α）の流体圧力を下げる圧変更手段（６５）を備え、
   前記制御装置（５６）は、前記ボールバルブ（５３）を回動操作する際に前記圧変更手段（６５）によって前記背圧空間（α）の流体圧力を下げる減圧操作を実施することを特徴とする流体循環装置。
2. 請求項１に記載の流体循環装置において、
   前記制御装置（５６）は、前記ボールバルブ（５３）を回動する前に、前記圧変更手段（６５）によって前記背圧空間（α）に導かれる流体圧力を下げることを特徴とする流体循環装置。
3. 請求項１または請求項２の流体循環装置において、
   前記圧変更手段（６５）は、前記背圧空間（α）に導かれる流体の一部を、流体の駆動を行う流体ポンプ（３）の吸込側へ戻すバイパス路（２５）と、このバイパス路（２５）の開閉を行う電動弁（３９）とを用いて構成されることを特徴とする流体循環装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の流体循環装置において、
   この流体循環装置は、前記ボールバルブ（５３）の回動位置に関係なく流体の一部を暖機が求められる装置へ導く常時循環路（２４）を備え、
   この常時循環路（２４）は、前記ボールバルブ（５３）の回動位置に関係なく流体が供給される第１ポート（２４ａ）と、この第１ポート（２４ａ）と開口部（２４ｂ）を介して連通する第２ポート（２４ｃ）とに区画して設けられ、
   前記圧変更手段（６５）は、前記開口部（２４ｂ）の開閉を行う電動弁（３９）を用いて構成されることを特徴とする流体循環装置。
5. 請求項４に記載の流体循環装置において、
   前記バルブ装置（９）は、自動車に搭載されるエンジン（１）の冷却水の流量調整を行うものであり、
   前記制御装置（５６）は、冷却水の温度が予め設定された設定温度より低い場合に前記電動弁（３９）を開くことを特徴とする流体循環装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の流体循環装置において、
   この流体循環装置は、前記ボールバルブ（５３）の回動位置に関係なく流体の一部を暖機が求められる装置へ導く常時循環路（２４）を備え、
   前記圧変更手段（６５）は、前記常時循環路（２４）の流体の一部を、流体の駆動を行う流体ポンプ（３）の吸込側へ戻すバイパス路（２５）と、このバイパス路（２５）の開閉を行う電動弁（３９）とを用いて構成されることを特徴とする流体循環装置。
7. 請求項１または請求項２に記載の流体循環装置において、
   この流体循環装置は、流体の駆動を行う流体ポンプ（３）を備え、
   この流体ポンプ（３）は、電力を回転トルクに変換する電動モータ（３ａ）によって駆動される電動ポンプであり、
   前記圧変更手段（６５）は、前記電動ポンプを停止させる、あるいは前記電動ポンプの回転速度を低下させることにより減圧操作を実施することを特徴とする流体循環装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の流体循環装置において、
   前記制御装置（５６）は、所定開度（Ｌ１）以下の微小開度を所定の保持時間（ｔ）より長く保った状態から全閉位置へ前記ボールバルブ（５３）を回動操作する際、
   前記ボールバルブ（５３）を前記所定開度（Ｌ１）より大きい第２所定開度（Ｌ２）まで回動操作した後に、前記ボールバルブ（５３）を全閉位置へ回動操作することを特徴とする流体循環装置。
9. 請求項８に記載の流体循環装置において、
   前記制御装置（５６）は、所定開度（Ｌ１）以下の微小開度を所定の保持時間（ｔ）より長く保った状態から全閉位置へ前記ボールバルブ（５３）を回動操作する際、
   前記ボールバルブ（５３）を前記第２所定開度（Ｌ２）まで回動操作する正転操作と、前記ボールバルブ（５３）を前記所定開度（Ｌ１）まで回動操作する逆転操作とを、複数回繰り返した後に、前記ボールバルブ（５３）を全閉位置へ回動操作することを特徴とする流体循環装置。
10. 凸形球面形状を呈するボール面を有するボールバルブ（５３）を用いるとともに、前記ボール面に押し付けられるシート面を有するバルブシート（５４）を用いるバルブ装置（９）と、
    前記ボールバルブ（５３）を回動駆動するアクチュエータ（５５）と、
    このアクチュエータ（５５）の作動を制御する制御装置（５６）と、
    を備える流体循環装置において、
    この流体循環装置は、前記バルブ装置（９）へ供給される流体圧力を高める圧変更手段（６５）を備え、
    前記制御装置（５６）は、所定開度（Ｌ１）以下の微小開度を所定の保持時間（ｔ）より長く保った状態から全閉位置へ前記ボールバルブ（５３）を回動操作する際、前記圧変更手段（６５）によって前記バルブ装置（９）に供給される流体圧力を高める高圧操作を実施した後に、前記ボールバルブ（５３）を全閉位置へ回動操作することを特徴とする流体循環装置。

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