JP2017115943A - 流量制御弁、及び該流量制御弁を備えた車両用エンジン冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数の増加を抑止しつつ、シール部への異物の噛み込みを防止する流量制御弁を提供する。【解決手段】 流体が流れる第１ポート６および第２ポート７を有するハウジング８０と、ハウジング８０内に固定されたリング状の磁石１４と、磁石１４の磁力により吸引され、ハウジング８０または磁石と当接することで第１ポート６と第２ポート７が遮断され閉弁状態になると共に、流体圧力に応じて第１ポート６と第２ポート７が連通し開弁状態となるプレート部材１３と、を備え、ハウジング８０は、磁石１４のプレート部材１３とは反対側の端面の少なくとも一部を露出させるように磁石１４の外周より径方向内側に突出して設けられた突出部８１ｂを有する。【選択図】 図２

Description

本発明は、冷却系に使用される流量制御弁と該流量制御弁を備えた車両用エンジン冷却装置に関する。

流体の流れを連通、及び遮断する流量制御弁として特許文献１に示される磁力利用ボール栓が知られている。これは、流路上に設けられたボール状の弁体と、弁体を近接させ密着することで流路を遮断する弁座とを有し、一方は永久磁石を内蔵し、他方はこの永久磁石に吸着される材質で形成されることで密着する構造である。これにより、流体の圧力が高くなると流路を連通し、また流体の圧力が減少すると流路を遮断している。

また、このような流路内には流体中に鉄粉等の異物が混在する場合があり、弁体と弁座とのシール性に影響を与えることがある。この対策として、特許文献２に示される電磁アクチュエータが知られている。これは、電磁アクチュエータの機能を実現する部品とは別にハウジング内に永久磁石を配置する凹部を形成し、この永久磁石が磁力での吸引により異物を捕集することで電磁アクチュエータの機能の阻害となることを抑止している。

特開平１０−６８４６８号公報 特開２００９−２５７５１１号公報

上記したように特許文献１の磁力利用ボール栓では、異物が流体中に混在した場合、弁体と弁座のシール性に影響を与える恐れがある。また、さらに特許文献２に示す異物を捕集する構造を適用したとしても、専用のスペース、専用の磁性体が必要となり部品点数の増加となる。

そこで、本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、部品点数の増加を抑止しつつ、シール部への異物の噛み込みを防止する流量制御弁を提供することを目的とする。

本発明による流量制御弁の特徴構成は、流体が流れる第１ポートおよび第２ポートを有するハウジングと、該ハウジング内に固定されたリング状の磁石と、該磁石の磁力により吸引され、前記ハウジングまたは前記磁石と当接することで前記第１ポートと前記第２ポートが遮断され閉弁状態になると共に、流体圧力に応じて前記第１ポートと前記第２ポートが連通し開弁状態となるプレート部材とを備え、前記ハウジングは、前記磁石の前記プレート部材とは反対側の端面の少なくとも一部を流路内に露出させるように前記磁石の外周より径方向内側に突出して設けられた突出部を有する点にある。

本構成により、磁石のプレート部材とは反対側の端面が露出するように突出部を設けることで、流路中に異物が混在しても、磁石のプレート部材とは反対側の流路内に露出している端面に吸着させることができる。これにより、従来に比べ部品点数の増加を抑止しつつ、プレート部材側に異物が流入することを抑止することができるので、閉弁状態にする際に異物の噛み込みを露出した磁石により防止することができる。

本発明の他の特徴構成は、前記突出部は、前記磁石の外径から内径の間で内径方向に突出する点にある。

本構成により、磁石のプレート部材とは反対側の端面が露出する面積を確保することができ、異物を吸着させることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記突出部は、放射状に複数設けられている点にある。また、前記突出部は、周方向に亘って均一に形成される点にある。

本構成により、磁石のプレート部材とは反対側の端面が露出する面積をより効率的に確保することができ、異物を吸着させることができる。

本構成の他の特徴構成は、前記プレートは、前記磁石の磁力により吸引され、前記ハウジングと当接する際に、前記磁石との間に隙間を形成する点にある。

本構成により、流体中の異物がたとえプレート部材側に流れたとしても、プレート部材と磁石との間の隙間に比較的小さな異物を捕集できるので、閉弁状態にする際に異物の噛み込みを防止することができる。

本発明の他の特徴構成は、ラジエータを経由してエンジンを冷却する流体が循環する第１流路と、前記ラジエータを介さずにヒータコアを経由して前記エンジンを冷却する流体が循環する第２流路と、流体を循環させる電動ポンプと、前記電動ポンプを制御する制御部と、前記第２流路を開閉すべく配置され、前記電動ポンプの出力が予め設定された所定値以上のときは前記第２流路に流体を循環し、また、前記電動ポンプの出力が予め設定された所定値以下のときは前記第２流路への流体を遮断する流量制御弁とを有し、前記流量制御弁が、ハウジングに固定され前記第２流路を閉弁状態及び開弁状態とするプレート部材を吸引する磁石の前記プレート部材とは反対側の端面の少なくとも一部を前記第２流路内に露出させるように前記磁石の外周より径方向内側に突出して前記ハウジングに設けられた突出部を有する点にある。

本構成により、たとえラジエータやヒータコア等の内部に異物を含み、流体が循環しても磁石により異物を捕集することができる。これにより、流体を流す電動ポンプ等、精密な部材の内部に異物が流れることを抑止することができる。

第１実施形態における車両用エンジン冷却装置の構成図である。 第１実施形態における流量制御弁の閉弁状態を示す断面図である。 第１実施形態における流量制御弁の開弁状態を示す断面図である。 図２におけるIV−IV断面図である。 図４における第２実施形態を示す断面図である。 第３実施形態における流量制御弁の構成を示す断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明に係る流量制御弁１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、流量制御弁１を備えた車両用エンジン冷却装置２０の全体構成を示す説明である。エンジン２１の流体（例えば冷却水）の流出ポート２２にラジエータ２３の流入ポートが接続され、ラジエータ２３の流出ポート２５は、サーモスタットバルブ２６の流入ポートに接続される。サーモスタットバルブ２６の流出ポート２８は、電動ポンプ３１の吸入ポートに接続され、電動ポンプ３１の吐出ポートは、エンジン２１の冷却水の流入ポートに接続される。

エンジン２１の暖房用流出ポート（図番なし）は、流量制御弁１の第１ポート６に接続される。流量制御弁１の第２ポート７は、ヒータコア３３の流入ポート３４に接続され、ヒータコア３３の流出ポート３５は、サーモスタットバルブ２６のバイパス流入ポート２９に接続される。バイパス流入ポート２９は流出ポート２８まで連通する。

車両用エンジン冷却装置２０は、電動ポンプ３１からの流体がエンジン２１とラジエータ２３を経由し、サーモスタット２６を介して循環する第１流路４１と、電動ポンプ３１からの流体がエンジン２１とヒータコア３３を経由し、サーモスタット２６を介して循環する第２流路４２とを備え、流量制御弁１が第２流路４２に配置される。第２流路４２には、ヒータコア３３と並列に他の冷却系部品３６（ＥＧＲクーラー等）が接続されている。車両用エンジン冷却装置２０には、電動ポンプ３１の出力を制御する制御部３７が備えられている。電動ポンプ３１は、本実施形態では、エンジン２１の回転数に依存することなく吐出力（吐出量）の変更が可能な電動ポンプ３１で構成してあるが、機械式可変ポンプで構成しても良い。

流量制御弁１について、図２〜図４を用いて説明する。

流量制御弁１は、図２に示すように、ハウジング８０と、弁座１４と、弁座１４から離間する位置と当該弁座１４に当接する位置とに移動可能な弁体１３とを備えている。弁体１３、及び弁座１４は、第１ポート６と第２ポート７とを連通、及び遮断するようにハウジング８０内に設けられ、当接・離間して流体の流れを制御するよう、一方を磁性体で形成し、他方に永久磁石を備えている。本実施形態では、弁体１３を磁性体からなる円状のプレート部材１３で形成し、弁座１４にリング状の磁石１４（永久磁石）を備えている。

ハウジング８０は、流体を受け入れる第１ポート６を形成し、磁石１４を保持するベース部材８１と、流体の流出先となる第２ポート７を形成し、第１ポート６に対し同軸上に対向するように設けられたカバー体８２とを備え、第２ポート７は第１ポート６から直進する方向に設けられている。ここで、プレート部材１３とカバー体８２との間には、付勢機構として図示しないコイルスプリングを設置しても良い。コイルスプリングを設置する場合、コイルスプリングは、プレート部材１３を磁石１４の方向に付勢する。プレート部材１３は、コイルスプリングの付勢力によって磁石１４に当接されるとともに、磁石１４からの磁力によって磁石１４に吸着される。

ベース部材８１は、リング状の磁石１４を内嵌する内径部８１ａと、磁石１４の第１ポート６側の端面１４ａの少なくとも一部を露出するように突出する突出部８１ｂとを備える。この突出部８１ｂは、磁石１４の端面１４ａの少なくとも一部が当接するように形成される。磁石１４の端面１４ａを露出するように突出部８１ｂを形成することで、鉄粉等の異物を磁力により捕集する異物捕集空間８１ｃを形成する。また、この突出部８１ｂは、図４に示すように周方向に亘って略均一に形成され、磁石１４の端面１４ａの一部を露出するように形成している。このとき、磁石１４の端面１４ａの露出面積は広い方が望ましい。

プレート部材１３は、図示しない磁性体と、磁性体を覆う樹脂体によって構成され、また、磁性体は磁石１４に対して露出するよう配置されている。ここで、プレート部材１３は、ベース部材８１、またはカバー体８２のいずれかに中心線Ｑの延びる方向に形成されたガイド（図示しない）によりプレート部材１３の移動を案内する。また、プレート部材１３には図示しない流体の流通孔が形成されても良い。

磁石１４は、円筒状であり軸方向に着磁されている。また、磁石１４はベース部材８１の内径部８１ａに固定され、また突出部８１ｂに端面１４ａの少なくとも一部が当接することで組付けられる。ここで、磁石１４の内径１４ｂは第１ポート６を形成する内径６ａと略同一径とする方が望ましい。また、磁石１４の外径１４ｃとプレート部材１３の外径１３ａと略同一径とする方が望ましい。

次に、上述した構成の流量制御弁１を含む車両用エンジン冷却装置２０の作動、及び効果について説明する。

図１に示す車両用エンジン冷却装置２０において、電動ポンプ３１から冷却水を送出することによりエンジン２１で暖められた冷却水をラジエータ２３で冷やして循環する。この車両用エンジン冷却装置２０は、冷却水がエンジン２１の内部で加熱後、ラジエータ２３により冷却され、サーモスタットバルブ２６を経由して電動ポンプ３１によって循環する。エンジン２１が低温時には、サーモスタットバルブ２６が閉弁状態となる。暖房作動時には、エンジン２１の内部で加熱された冷却水は、流体圧によって開弁状態に維持された流量制御弁１を経由してヒータコア３３に供給され、室内が暖められる。ヒータコア３３で冷却された冷却水は、サーモスタットバルブ２６を経由して電動ポンプ３１により循環する。

ここで流量制御弁１について詳述すると、電動ポンプ３１の停止時には、流量制御弁１の第１ポート６には流体圧は発生していない。このため、プレート部材１３は磁石１４の吸引力を受けて閉弁状態となる。

電動ポンプ３１の作動時には、磁石１４の吸引力が電動ポンプ３１からの流体圧力（流体によって作用する力）よりも大きい場合には、プレート部材１３は磁石１４に当接した状態（閉弁状態）に保持される。

例えば、エンジン２１内の温度が所定温度まで上昇すると、制御部３７は、プレート部材１３が開弁状態になるよう、電動ポンプ３１のＤｕｔｙ（出力）を予め設定した状態まで高める制御を行う。これにより、プレート部材１３が開方向に移動し始める。プレート部材１３を磁石１４の吸引力に抗して移動させるためには、プレート部材１３に作用する流体圧力が、磁石１４の吸引力を大きく上回る必要がある。

図３に示すように、プレート部材１３が開弁状態になると、磁石１４の吸引力が減少する。

停止状態の電動ポンプ３１に対し、第２流路４２に緊急性の高い流体要求がある場合には、制御部３７は、電動ポンプ３１を始動してＤｕｔｙ（出力）を予め設定された状態に高める制御を行う。これにより、プレート部材１３が開弁状態に移行し、流量制御弁１を介して第２流路４２のヒータコア３３に流体が供給されて、エンジン２１内温度が低下する。また、流量制御弁１が開弁状態に移行されると、電動ポンプ３１は開弁開始時の最大Ｄｕｔｙよりも低いＤｕｔｙに制御される。これは、開弁開始時とは異なり、前述の流体力が、磁石１４の吸引力よりも大きい状態であれば、流量制御弁１の開弁状態が維持されるためである。

このように、車両用エンジン冷却装置２０は、電動ポンプ３１と、電動ポンプ３１の出力を制御する制御部３７とを備えるので、流量制御弁１は電動ポンプ３１からの流体圧を利用して開弁状態に移行することができる。

また、流量制御弁１を流体が流れる際は、図３に示すように第１ポート６側に磁石１４の端面１４ａを露出するように構成することで、流体の中に含まれる鉄粉等の異物を磁石１４により捕集することができる。このとき、磁石１４は中心線Ｑの延びる方向に着磁されているため、両端面１４ａ、１４ｄが最も磁力が強くなるように形成される。よって、流体中の異物が磁力により両端面１４ａ、１４ｄのどちらかに付着する。しかしながら、プレート部材１３側の端面１４ｄはプレート部材１３と当接することでシールする構造となるため、異物等を噛み込むとシール性に影響を与える恐れがあった。ここで、第１ポート６側の端面１４ａを露出させることで、第１ポート６から第２ポート７への流体の流れにより、プレート部材１３側より先に流体に触れることができるので、異物がプレート部材１３側へ流れることを抑止している。また、磁石１４の着磁される方向に対し、端面１４ａ側を異物の捕集として使用できるため、別に異物捕集機構を設ける必要がなく、部品点数の増加を抑止する。このように、車両用エンジン冷却装置２０において、ラジエータ２３や電動ポンプ３１等、組付け等により異物が発生したとしても、流量制御弁１により異物を回収できるため、電動ポンプ３１等の精密機器への異物による影響を抑止することができる。

また、プレート部材１３は、磁石１４の吸引力と電動ポンプ３１からの流体圧とを利用して開閉されるため、ソレノイドバルブとは異なり、開閉動作において電力が不要となる。これにより、車両用エンジン冷却装置２０の消費電力の低減が図られて、燃費の向上が可能となる。また、流量制御弁１は、ソレノイドを含む磁気回路が不要となるため、流量制御弁１の小型化が可能となり、製造コストも低減する。
〔第２実施形態〕
この第２実施形態では、前述した第１実施形態と共通する構成の車両用エンジン冷却装置２０を用いるものであるが、流量制御弁１において異物の捕集に係る構成が異なる。よって、この第２実施形態では、第１実施形態と共通する構成部材に関しては同一の符号を付与し、異なる点のみを詳述する。

流量制御弁１は、第１実施形態と同様にハウジング８０と、リング状の磁石１４と、プレート部材１３とを備えている。ここで、図５に示すように突出部８１ｂの形状が異なり、その他の構成は第１実施形態と同様のため、説明を割愛する。

突出部８１ｂは、図５に示すように一例として中心Ｔに向けて放射状に４箇所突出するように設けられている。これにより、磁石１４の端面１４ａの一部が突出部８１ｂに当接するため、容易に組み付けることが可能であり、また、端面１４ａの露出面積を確保することができ、第１実施形態と同様に異物を捕集する構造を設けることができる。ここで、一例として４箇所に突出部を設ける例を示したが、磁石１４を組付ける際に当接する突出部８１ｂがあれば複数個設けても良く、また突出部８１ｂの形状も問わない。また、磁石１４の端面１４ａの露出を広く設ける方が望ましいため、突出部８１ｂの個数は少ない方が望ましい。また、突出部８１ｂが端面１４ａの当接面積も小さい方が望ましい。
〔第３実施形態〕
この第３実施形態では、前述した第１実施形態と共通する構成の車両用エンジン冷却装置２０を用いるものであるが、流量制御弁１において弁体と弁座の関係が異なる。よって、この第３実施形態では、第１実施形態と共通する構成部材に関しては同一の符号を付与し、異なる点のみを詳述する。

流量制御弁１は、第１実施形態と同様にハウジング８０と、リング状の磁石１４と、プレート部材１３とを備えている。ここで、図６に示すようにハウジング８０のベース部材８１の形状と、プレート部材１４ｄの形状が異なり、その他の構成は第１実施形態と同様のため、説明を割愛する。

ベース部材８１は、リング状の磁石１４を内嵌する内径部８１ａと、磁石１４の第１ポート６側の端面１４ａの少なくとも一部を露出するように突出する突出部８１ｂと、プレート部材１３が当接する当接部８１ｄを備える。ここで、磁石１４によりプレート部材１３が吸引され、プレート部材１３と当接部８１ｄが当接することで、第１ポート６と第２ポート７とを遮断し、冷却水の流れを遮断する。このときプレート部材１３と磁石の端面１４ｄとの間には隙間Ｓを形成する。この隙間Ｓは１ｍｍ以下となるように形成する。この隙間Ｓを形成することで、例えば、流量制御弁１内を冷却水が流れる際に、冷却水内に含まれる異物が磁石１４の端面１４ａで捕集できずに端面１４ｄに流れ込んだとしても、この隙間Ｓ内に異物を捕集することができ、シール部となる当接部８１ｄに異物が噛み込む恐れを抑止することができる。

本発明に係る流量制御弁は、各種車両における幅広い冷却対象に対して利用可能である。

１ 流量制御弁
１３ プレート部材（弁体）
１４ 磁石（弁座）
６ 第１ポート
７ 第２ポート
８０ ハウジング
８１ ベース部材
８１ｂ 突出部
８１ｄ 当接部
Ｑ 中心線
Ｓ 隙間

Claims (6)

1. 流体が流れる第１ポートおよび第２ポートを有するハウジングと、
   該ハウジング内に固定されたリング状の磁石と、
   該磁石の磁力により吸引され、前記ハウジングまたは前記磁石と当接することで前記第１ポートと前記第２ポートが遮断され閉弁状態になると共に、流体圧力に応じて前記第１ポートと前記第２ポートが連通し開弁状態となるプレート部材と、を備え、
   前記ハウジングは、前記磁石の前記プレート部材とは反対側の端面の少なくとも一部を流路内に露出させるように前記磁石の外周より径方向内側に突出して設けられた突出部を有する流量制御弁。
2. 前記突出部は、前記磁石の外径から内径の間で内径方向に突出する請求項１に記載の流用制御弁。
3. 前記突出部は、放射状に複数設けられている請求項１または２に記載の流量制御弁。
4. 前記突出部は、周方向に亘って均一に形成される請求項１または２に記載の流体制御弁。
5. 前記プレートは、前記磁石の磁力により吸引され、前記ハウジングと当接する際に、前記磁石との間に隙間を形成する請求項１から４の何れか一項に記載の流量制御弁。
6. ラジエータを経由してエンジンを冷却する流体が循環する第１流路と、
   前記ラジエータを介さずにヒータコアを経由して前記エンジンを冷却する流体が循環する第２流路と、
   流体を循環させる電動ポンプと、
   前記電動ポンプを制御する制御部と、
   前記第２流路を開閉すべく配置され、前記電動ポンプの出力が予め設定された所定値以上のときは前記第２流路に流体を循環し、また、前記電動ポンプの出力が予め設定された所定値以下のときは前記第２流路への流体を遮断する請求項１から５の何れか一項に記載の流量制御弁と、を備えた車両用エンジン冷却装置。

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