JP2017115944A

JP2017115944A - 流量制御弁

Info

Publication number: JP2017115944A
Application number: JP2015250595A
Authority: JP
Inventors: 崎元　克紀; Katsunori Sakimoto; 克紀崎元
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-29

Abstract

【課題】磁石の吸引力を効率よく働かせることでシール性を向上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、ハウジング８０内に一部が磁石１４に接触して設けられたヨーク１５と、磁石１４の磁力により吸引され、ハウジング８０、磁石１４、及びヨーク１５の何れか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、ヨーク１５は、径方向に延在してハウジング８０に固定されるフランジ部１５ａと、軸方向に延在する筒部１５ｆとを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン等の冷却系に使用される流量制御弁に関する。

永久磁石を用い、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に示される定圧リリース弁が知られている。これは、流路と連通したリリース口を防ぐ遮蔽部材（弁体）と、固定磁石に吸引され、遮蔽部材が流路を流れる流体の圧力によって受ける力に対し逆向きに遮蔽部材を押圧する高透磁率材料とを備えるものである。これにより、固定された磁石の吸引力で遮蔽部材を押圧し流路を遮断（シール）している。

特開昭６１−２４８８３号公報

上記したように特許文献１の定圧リリース弁では、固定磁石の磁力による吸引力により弁体を押圧する力が決定する。このため、押圧する力を増加（シール性を向上）させるためには磁石を大型化する必要がある。また、磁石が高透磁率材料に作用する面がＮ極かＳ極のどちらかしか作用しないため、向いていない方の磁力面は仕事をしておらず効率が良くない。

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、磁石の吸引力を効率良く作用させることでシール性を向上する流量制御弁を提供することを目的とする。

本発明による冷媒制御バルブ装置の特徴構成は、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、前記ハウジング内に一部が前記磁石に接触して設けられたヨークと、前記磁石の磁力により吸引され、前記ハウジング、前記磁石、及び前記ヨークの何れか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、前記ヨークは、径方向に延在して前記ハウジングに固定されるフランジ部と、軸方向に延在する筒部とを有する点にある。

本構成により、磁石と当接し、軸方向に延びる筒部を形成するヨークを備えることでプレート部材に対し、２極の磁力を作用させることができる。これにより、磁石の大型化を抑止しつつ、磁石の吸引力を効率良くプレート部材に作用させることができる。よって、磁石の大型化を招くことなくシール性の向上を図ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記磁石は、前記フランジ部と前記プレート部材との間に配設される点にある。また、前記フランジ部と前記磁石の外径は略同一であり、前記ハウジングの内部に形成される凹部に固定される点にある。

本構成により、磁石に対しヨークの形状を最適化することで、より効率的にプレート部材に対し磁力を効率良く作用させることができる。これにより、磁石の大型化を招くことなくシール性の向上を図ることができる。

本構成の他の特徴構成は、前記ハウジングと前記プレート部材との間には、前記プレート部材を閉弁状態にする付勢部材が設けられている点にある。

本構成により、プレート部材に対し、磁石が備えられる方向に付勢するので、磁石の吸引力と付勢部材の付勢力を与えることができる。これにより、プレート部材の閉弁状態をさらに強く保持することができ、シール性の向上を図ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記プレート部材は、前記磁石の磁力により吸引され、前記ヨークの前記筒部の端面と当接すると共に、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、プレート部材とヨークとが当接することで閉弁状態を実現することができる。これにより、プレート部材と磁石とが接触しないため、磁石の摩耗が抑止される。よって、磁石の磁力の低下が抑止され、シール性を長期にわたって維持することができる。

第１実施形態における車両流体制御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。図２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における磁力を示す説明図である。第２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。図５における流量制御弁の開弁状態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１から図３に基づいて説明する。

図１は、流量制御弁１を備えた車両流体制御装置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。

車両流体制御装置２０は、電動ポンプ３１からの冷却水がラジエータ２３を経由して流れる第１流路４１と、電動ポンプ３１からの冷却水がヒータコア３３を経由して流れる第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（ＥＧＲクーラー等）が接続されている。車両流体制御装置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から図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・離間して冷却水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を磁性体からなるプレート部材１３で形成し、弁座１４にリング状の磁石１４とヨーク１５とを備えている。

ハウジング８０は、冷却水を受け入れる第１ポート６を形成し、磁石１４を保持するベース部材８１と、冷却水の流出先となる第２ポート７を形成し、第１ポート６に対し同芯状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。

ベース部材８１は、リング状の磁石１４、及びヨーク１５を内嵌する内径部８１ａと、ヨーク１５のフランジ部１５ａと密接する底部８１ｂが形成される。

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には図示しない冷却水の流通孔が形成されても良い。

磁石１４は、リング上であり、上面１４ｂと下面１４ａとを有する。また、磁石１４は中心線Ｑが延びる方向に着磁されている。

ヨーク１５は、ベース部材８１の底部８１ｂに密接するように径方向に延出形成されたフランジ部１５ａと、磁石１４の内径に接触しないように形成された円筒部１５ｆ（筒部）とを備える。このとき、磁石１４の下面１４ａがフランジ部１５ａの上面１５ｄと接触するように形成される。この接触により、図４に示すように、例えばプレート部材１３側をＮ極、フランジ部１５ａ側をＳ極に着磁された磁石１４が形成された場合、プレート部材１３に対し磁石１４のＮ極が作用し、またプレート部材１３に対しヨーク１５を介しＳ極が作用させることができる。円筒部１５ｆは、中心線Ｑに沿う方向に延出し、第１ポート６の内径部６ａと略同一径となる内径１５ｂを形成する。また、円筒部１５ｆの上面１５ｅがプレート部材１３と当接するように形成される。

磁石１４の外径１４ｃとヨーク１５の外径１５ｃは、略同一径で形成する方が良い。また、プレート部材も略同一径の方が良い。また、プレート部材１３とヨーク１５の上面１５ｅとが当接するとき、磁石１４の上面１４ｂとプレート部材１３との間には隙間Ｓが形成される。この隙間Ｓは１ｍｍ以下とする方が良い。

次に、上述した構成の流量制御弁１を含む車両流体制御装置２０の作動、及び効果について説明する。

図１に示す車両流体制御装置２０において、電動ポンプ３１から冷却水を送出することで循環する。この車両流体制御装置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、図２に示すようにプレート部材１３は磁石１４の吸引力を受けてヨーク１５と当接し閉弁状態となる。ここで、一例としてヨーク１５とプレート部材１３が当接することで閉弁状態となる例を示したが、ベース部材８１や磁石１４と当接することで閉弁状態としても良い（図示しない）。

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はヨーク１５に当接した状態（閉弁状態）に保持される。ここで、ヨーク１５を備えているため、磁力の両極をプレート１３に作用させることができ、効率良く吸引することができる。また、閉弁状態をヨーク１５とプレート部材１３とを当接するように構成することで、実質磁石１４とプレート部材１３が接触することがなくなる。これにより、磁石１４はプレート部材１３の衝突等による摩耗をすることがない。よって、磁力の低下を長期にわたって抑止することができる。これらにより、プレート部材１３とヨーク１５との間のシール性を向上することができる。

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に緊急性の高い冷却水の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に冷却水が供給されて、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、車両流量制御装置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、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、車両流体制御装置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流体制御装置２０を用いるものであるが、流量制御弁１においてさらに付勢部材を構成している。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。

以下、本発明に係る流量制御弁１の実施形態を図５と図６に基づいて説明する。

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、磁石１４と一体的に構成されたヨーク１５と、プレート部材１３と、プレート部材１３を磁石１４、及びヨーク１５側に付勢する付勢部材１６（例えばコイルスプリング）とを備えている。このコイルスプリング１６は、例えばプレート部材１３に一体的に形成された保持器１７によって保持されている。

コイルスプリング１６は、プレート部材１３を磁石１４、及びヨーク１５の方向に付勢する。プレート部材１３は、コイルスプリング１６の付勢力によってヨーク１５に当接されるとともに、磁石１４からの磁力によってヨーク１５に吸着される。

電動ポンプ３１の停止時には流量制御弁１の流入ポート６には流体圧は発生していない。したがって、プレート部材１３は、磁石１４の吸引力とコイルスプリング１６の付勢力とを受けて閉弁状態となる。

電動ポンプ３１の作動時において、磁石の吸引力Ｆｍ１とコイルスプリング１６の付勢力Ｆｓ１との和が電動ポンプ３１からの流体力（流体によって作用する力）Ｆｗ１よりも大きい場合には、図５に示すようにプレート部材１３はヨーク１５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が図６に示すように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の吸引力とコイルスプリング１６の付勢力に抗して移動させるためには、プレート部材１３に作用する流体力Ｆｗ２が、磁石の吸引力Ｆｍ２とコイルスプリング１６の付勢力Ｆｓ２との和を大きく上回る必要がある。

図６にしめすように、プレート部材１３が開弁状態になると、磁石１４の吸引力Ｆｍ３が減少し、コイルスプリング１７の付勢力Ｆｓ３が増加する。流量制御弁１の開弁状態を維持するためには、流体力Ｆｗ３が、磁石の吸引力Ｆｍ３とコイルスプリング１６の付勢力Ｆｓ３との和よりも大きいことが要求される。

停止状態の電動ポンプ３１に対し、第２流路４２に緊急性の高い冷却水の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に冷却水が供給されて、エンジン内温度が低下する。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Ｆｗ３が、磁石１４の吸引力Ｆｍ３とコイルスプリング１６の付勢力Ｆｓ３との和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。

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）
１５ヨーク（弁座）
１６付勢部材（コイルスプリング）
６第１ポート
７第２ポート
８０ハウジング
８１ベース部材
Ｑ中心線
Ｓ隙間

Claims

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、
前記ハウジング内に一部が前記磁石に接触して設けられたヨークと、
前記磁石の磁力により吸引され、前記ハウジング、前記磁石、及び前記ヨークの何れか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、
前記ヨークは、径方向に延在して前記ハウジングに固定されるフランジ部と、軸方向に延在する筒部とを有する流量制御弁。
前記磁石は、前記フランジ部と前記プレート部材との間に配設される請求項１に記載の流用制御弁。
前記フランジ部と前記磁石の外径は略同一であり、前記ハウジングの内部に形成される凹部に固定される請求項１または２に記載の流量制御弁。
前記ハウジングと前記プレート部材との間には、前記プレート部材を閉弁状態にする付勢部材が設けられている請求項１から３の何れか一項に記載の流量制御弁。
前記プレート部材は、前記磁石の磁力により吸引され、前記ヨークの前記筒部の端面と当接すると共に、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。