JP2019007614A - 制御バルブ - Google Patents
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Description
この構成によれば、ロータを回転させることで、流出口と連通口との連通及び遮断が切り替えられる。そして、制御バルブ内に流入した冷却水は、流通路を流通する過程で、連通口と連通状態にある流出口を通じて制御バルブから流出する。これにより、制御バルブに流入した冷却水が、ロータの回転に応じて1つ又は複数の流路に分配される。
本発明の一態様に係る制御バルブは、第1方向に開口する流体の流出口が形成された流出ポートを有するケーシングと、前記流出ポートにおける前記流出口の開口端面に接合されたジョイントと、前記ケーシング内に回転可能に収容され、前記流出口に連通可能な連通口が形成されたロータと、前記流出ポート内に収容された状態で前記ロータの外周面に摺動する摺動面を有し、前記ロータの回転位置に応じて前記流出口と前記連通口とを連通させる摺動リングと、前記流出ポートの内周面、及び前記摺動リングの外周面との間に介在するシールリングと、前記流出ポートの内周面、及び前記摺動リングの外周面との間に配置され、前記シールリングに対して前記第1方向で前記ロータとは反対側から前記シールリングを保持するホルダと、を備え、前記ホルダは、前記ジョイント及び前記流出ポートの少なくとも何れかに対して離間可能に配置されている。
特に、本態様では、ジョイント及び流出ポートの少なくとも何れかに対して離間可能に配置されているホルダが、シールリングに対して第1方向でロータとは反対側からシールリングを保持する構成とした。そのため、例えばジョイントと流出ポートとの振動溶着時にジョイントに伝達される振動がホルダを介してシールリングに伝達されるのを抑制できる。これにより、シールリングの移動をホルダによって規制しつつ、シールリングを所望の位置に組み付けることができる。その結果、ジョイントとロータとの間のシール性を確保し、所望の流量特性を得ることができる。
本態様によれば、ケーシング内の液圧が、摺動リングの対向面と摺動面に作用する。このとき、対向面には、ケーシング内の流体の圧力がそのまま作用する。一方で、摺動面には、ケーシング内の流体の圧力がそのまま作用しない。具体的に、流体の圧力は、摺動面とロータの間の微小な隙間を流体が外周縁から内周縁に向かって流れるときに圧力減少を伴いつつ作用する。このとき、流体の圧力は、内周縁に向かって漸減しつつ、摺動リングを第1方向の外側に押し上げようとする。そのため、対向面を通してシール筒部材に作用する液圧による第1方向の押し付け力が、摺動面とロータとの間の微少隙間から流体が漏れ出るときに摺動リングに作用するロータからの浮き上がり力以上の力であれば、摺動リングの摺動面をロータに当接させた状態に維持することができる。
ここで、本態様では、摺動リングの摺動面の面積が対向面の面積よりも大きいため、ケーシング内の液圧が大きくなっても、摺動リングがロータに過剰な力で押し付けられるのを抑制することができる。したがって、ロータを回転駆動する駆動ユニットの大型化及び高出力化を回避することができる上、摺動リング等の早期摩耗を抑制できる。
本態様によれば、流出ポートやジョイントにホルダを圧入等により固定する構成に比べて、寸法管理が容易になるとともに、ホルダの組付性を向上させることができる。
本態様によれば、ケーシングに対するホルダの第1方向のロータ側への移動を規制することで、ホルダを所望の位置に組み付けやすくなる。そのため、ホルダの組付時にシールリングが押し潰されたりするのを抑制できる。
本態様によれば、付勢部材の位置ずれを抑制し、摺動リングとロータとの間を長期に亘って安定してシールできる。
本態様によれば、流出ポート及びジョイントの接合時に発生するバリをバリ収容部内に収容できるので、バリが流体中に混入してコンタミになるのを抑制できる。
しかも、本態様では、シール壁によってバリの飛散を規制できるので、シール壁とは別にバリ規制壁を設ける場合に比べて小型化及び簡素化を図ることができる。
図1は、冷却システム1のブロック図である。
図1に示すように、冷却システム1は、車両駆動源に少なくともエンジンを具備する車両に搭載される。なお、車両としては、エンジンのみを有する車両の他に、ハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両等であっても構わない。
ウォータポンプ3、エンジン2及び制御バルブ8は、メイン流路10上で上流から下流にかけて順に接続されている。メイン流路10では、ウォータポンプ3の動作により冷却水がエンジン2及び制御バルブ8を順に通過する。
暖機流路12には、ヒートエクスチェンジャ5が接続されている。ヒートエクスチェンジャ5とエンジン2との間には、オイル流路18を通してエンジンオイルが循環している。暖機流路12では、ヒートエクスチェンジャ5において、冷却水とエンジンオイルとの熱交換が行われる。すなわち、ヒートエクスチェンジャ5は、水温が油温よりも高い場合にオイルウォーマとして機能し、エンジンオイルを加熱する。一方、ヒートエクスチェンジャ5は、水温が油温よりも低い場合にオイルクーラとして機能し、エンジンオイルを冷却する。
EGR流路14には、EGRクーラ7が接続されている。EGR流路14では、EGRクーラ7において、冷却水とEGRガスとの熱交換が行われる。
図2は、制御バルブ8の斜視図である。図3は、制御バルブ8の分解斜視図である。
図2、図3に示すように、制御バルブ8は、ケーシング21と、ロータ22(図3参照)と、駆動ユニット23と、を主に備えている。
ケーシング21は、有底筒状のケーシング本体25と、ケーシング本体25の開口部を閉塞する蓋体26と、を有している。なお、以下の説明では、ケーシング21の軸線O1に沿う方向を単にケース軸方向という。ケース軸方向において、ケーシング本体25の周壁部31に対してケーシング本体25の底壁部32に向かう方向を第1側といい、ケーシング本体25の周壁部31に対して蓋体26に向かう方向を第2側という。さらに、軸線O1に直交する方向をケース径方向といい、軸線O1回りの方向をケース周方向という。
図3、図4に示すように、周壁部31における第2側に位置する部分には、ケース径方向の外側に膨出する流入ポート37が形成されている。流入ポート37には、流入ポート37をケース径方向に貫通する流入口37a(図4参照)が形成されている。流入口37aは、ケーシング21内外を連通している。流入ポート37の開口端面(ケース径方向の外側端面)には、上述したメイン流路10(図1参照)が接続される。
図2に示すように、駆動ユニット23は、ケーシング本体25の底壁部32に取り付けられている。駆動ユニット23は、図示しないモータや減速機構、制御基板等が収納されて構成されている。なお、図4に示すように、駆動ユニット23と底壁部32との間において、駆動ユニット23と底壁部32との締結部分以外の部分には隙間C1が設けられている。
図3、図4に示すように、ロータ22は、ケーシング21内に収容されている。ロータ22は、ケーシング21の軸線O1と同軸に配置された円筒状に形成されている。ロータ22は、軸線O1回りに回転することで、上述した各流出口(ラジエータ流出口41b、暖機流出口56a及び空調流出口66a)を開閉する。
内側軸部73は、ロータ本体72(例えば、樹脂材料)よりも剛性が高い材料(例えば、金属材料)により形成されている。内側軸部73は、軸線O1と同軸で延在している。なお、ロータ22は、例えば樹脂材料等により一体で形成しても構わない。
図5に示すように、暖機ポート56は、ポート軸方向に延びるシール筒部(シール壁、第1規制部)101と、シール筒部101からポート径方向の外側に張り出すポートフランジ部102と、を有している。
ポートフランジ部102において、囲繞壁105に対してポート径方向の内側に位置する部分には、ポート軸方向の外側に突出するポート接合部106が形成されている。ポート接合部106は、ポートフランジ部102の全周に亘って形成されている。
一方、小径部142の内周面は、大径部141の内周面に滑らかに連なっている。小径部142におけるポート軸方向の外側端面(以下、「座面142a」という。)は、ポート軸方向に直交する平坦面に形成されている。小径部142の座面142aは、ポート軸方向においてシール筒部101の外側端面と同等の位置に配置されている。なお、摺動リング131は、暖機ジョイント62に対してポート径方向及びポート軸方向で離間している。
ここで、摺動リング131において、段差面143の面積S1と、摺動面141aの面積S2とは、以下の式(1),(2)を満たすように設定されている。
S1<S2≦S1/k …(1)
α≦k<1 …(2)
k:摺動面141aと弁筒部82との間の微少隙間を流れる冷却水の圧力減少定数
α:冷却水の物性によって決まる圧力減少定数の下限値
なお、段差面143の面積S1と摺動面141aの面積S2は、ポート軸方向に投影したときの面積を意味する。
また、式(2)における圧力減少定数kは、摺動面141aがポート径方向の外側端縁から内側端縁にかけて均一に弁筒部82に接しているときには、圧力減少定数の標準値であるα(例えば、1/2)となる。但し、摺動リング131の製造誤差や組付け誤差等によって、摺動面141aの外周部分と弁筒部82との間の隙間が摺動面141aの内周部分に対して僅かに増大することがある。この場合、式(2)における圧力減少定数kは、次第にk=1に近づくことになる。
すなわち、摺動リング131の段差面143には、上述したようにケーシング21内の冷却水の圧力がそのまま作用する。一方で、摺動面141aには、ケーシング21内の冷却水の圧力がそのまま作用しない。具体的に、冷却水の圧力は、摺動面141aと弁筒部82の間の微小な隙間を冷却水がポート径方向の外側端縁から内側端縁に向かって流れるときに圧力減少を伴いつつ作用する。このとき、冷却水の圧力は、ポート径方向の内側に向かって漸減しつつ、摺動リング131をポート軸方向の外側に押し上げようとする。
したがって、摺動リング131の段差面143に作用する押し付け方向の力F1(F1=P×S1)は、摺動リング131の摺動面141aに作用する浮き上がり方向の力F2(F2=P×k×S2)以上に大きくなる。よって、本実施形態の制御バルブ8においては、ケーシング21内の冷却水の圧力の関係のみによっても、摺動リング131と弁筒部82との間をシールすることができる。
まず、暖機流出口56a内に摺動リング131を挿入した後、シールリング133、ホルダ134、付勢部材132を順次セットする。この際、ホルダ134のホルダフランジ部152が、シール筒部101にポート軸方向で当接する位置まで、ホルダ134及びシールリング133を押し込むことが好ましい。
次に、上述した制御バルブ8の動作方法を説明する。
図1に示すように、メイン流路10において、ウォータポンプ3により送出される冷却水は、エンジン2で熱交換された後、制御バルブ8に向けて流通する。図4に示すように、メイン流路10においてエンジン2を通過した冷却水は、流入口37aを通してケーシング21内の接続流路92内に流入する。
この構成によれば、暖機ジョイント62と暖機ポート56との振動溶着時に暖機ジョイント62に伝達される振動が摺動リング131に伝達されるのを抑制できる。そのため、ポート径方向への摺動リング131の移動をホルダ134によって規制しつつ、摺動リング131を所望の位置に組み付けることができる。その結果、暖機ジョイント62とロータ22との間のシール性を確保し、所望の流量特性を得ることができる。
特に、本実施形態では、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の少なくとも何れかに対して離間可能に配置されているホルダ134が、ポート軸方向の外側からシールリング133を保持する構成とした。
この構成によれば、暖機ジョイント62と暖機ポート56との振動溶着時に暖機ジョイント62に伝達される振動がホルダ134を介してシールリング133に伝達されるのを抑制できる。そのため、ポート軸方向の外側へのシールリング133の移動をホルダ134によって規制しつつ、シールリング133を所望の位置に組み付けることができる。その結果、暖機ジョイント62とロータ22との間のシール性を確保し、所望の流量特性を得ることができる。
この構成によれば、シール筒部101にホルダ134を圧入等により固定する構成に比べて、寸法管理が容易になるとともに、ホルダ134の組付性を向上させることができる。
この構成によれば、ケーシング21に対するホルダ134のポート軸方向の内側への移動を規制することができる。これにより、シール隙間Q2内において、ホルダ134を所望の位置に組み付けやすくなる。そのため、ホルダ134の組付時にシールリング133が押し潰されたりするのを抑制できる。
なお、本実施形態では、少なくとも暖機ポート56と暖機ジョイント62との接合時に、ホルダ134と暖機ジョイント62とが離間していれば構わない。すなわち、シールリング133にケーシング21内の液圧が作用し、シールリング133がホルダ134とともにポート軸方向の外側に移動した場合に、ホルダ134と暖機ジョイント62とが接触しても構わない。
この構成によれば、付勢部材132の位置ずれを抑制し、摺動リング131と弁筒部82との間を長期に亘って安定してシールできる。
特に、規制部153が隙間Q1よりもポート軸方向の外側に突出しているため、付勢部材132の位置ずれを抑制できる。そのため、ポートフランジ部102と中径部122とをポート軸方向に確実に離間させることができる。
この構成によれば、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の接合時に発生するバリがポート径方向の内側(ケーシング21の内部)に飛散するのを規制する。これにより、バリが冷却水中に混入してコンタミになるのを抑制できる。
しかも、本実施形態では、シール筒部101によってバリの飛散を規制できるので、シール筒部101とは別にバリ規制壁を設ける場合に比べて小型化及び簡素化を図ることができる。
続いて、上述した実施形態の変形例について説明する。図7〜図9は、実施形態の変形例に係る断面図であって、実施形態の図5に対応する図である。以下の説明では、上述した実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を適宜省略する。
<第1変形例>
図7に示す制御バルブ8では、上述した規制部153に替えて、摺動リング131に規制部210を形成している点で上述した実施形態と相違している。具体的に、規制部210は、摺動リング131において、小径部142(座面142a)の内周部分からポート軸方向の外側に突出する筒状に形成されている。規制部210は、付勢部材132のポート径方向の内側に進入している。これにより、規制部210は、摺動リング131に対する付勢部材132のポート径方向の移動を規制している。なお、規制部210の内周面は、小径部142の内周面に滑らかに連なっている。
しかも、本変形例では、規制部210の内周面が小径部142の内周面に滑らかに連なっている。そのため、シール機構130を通過する冷却水に乱流が生じるのを抑制し、冷却水をスムーズに流通させることができる。
図8に示す制御バルブ8のように、摺動リング131において、小径部142の外周部分に規制部220を形成しても構わない。この場合、規制部220は、付勢部材132をポート径方向の外側から取り囲むことで、摺動リング131に対する付勢部材132のポート径方向の移動を規制している。
図9に示す制御バルブ8では、ホルダ134がホルダ筒部151のみを有している(ホルダフランジ部152や規制部153を有していない)点で、上述した実施形態と相違している。ホルダ筒部151は、暖機ポート56及び暖機ジョイント62に対してポート軸方向に移動可能に構成されている。また、ホルダ134は、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の双方に対してポート軸方向で離間可能に保持されている。ホルダ筒部151は、摺動リング131の小径部142及び付勢部材132の周囲を取り囲んでいる。この場合、ホルダ筒部151は、中径部122の内周面に対してポート径方向に離間するとともに、小径部123のポート軸方向の内側端面に対してポート軸方向に離間している。
また、ホルダ134のポート軸方向での向きに関わらず、ホルダ134を組み付けることができるので、組付性の更なる向上を図ることができる。
さらに、ホルダフランジ部152を有する構成に比べてポート径方向の小型化を図ることができる。
例えば、上述した実施形態では、制御バルブ8がエンジン2の冷却システム1に搭載された構成について説明したが、この構成のみに限らず、その他のシステムに搭載しても構わない。
上述した実施形態では、制御バルブ8に流入した冷却水を、ラジエータ流路11、暖機流路12、空調流路13及びEGR流路14に分配する構成について説明したが、この構成のみに限られない。制御バルブ8は、制御バルブ8内に流入する冷却水を少なくとも2つの流路に分配する構成であれば構わない。
また、各連通口や流出口のレイアウトや種類、形状等についても適宜変更が可能である。
上述した実施形態では、ホルダ134が、暖機ジョイント62に対してポート軸方向で離間可能に配置された構成、並びに暖機ポート56及び暖機ジョイント62の双方に対してポート軸方向で離間可能に配置された構成について説明したが、この構成のみに限られない。すなわち、ホルダ134は、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の少なくとも何れかに離間可能に配置されていればよい。この場合、ホルダ134は、暖機ポート56のみに離間可能に配置(暖機ジョイント62に当接)されていても構わない。また、ホルダ134と、暖機ポート56及び暖機ジョイント62の少なくとも何れかと、はポート径方向に離間可能に配置していても構わない。
21…ケーシング
22…ロータ
41…ラジエータポート(流出ポート)
41b…ラジエータ流出口(流出口)
42…ラジエータジョイント(ジョイント)
56…暖機ポート(流出ポート)
56a…暖機流出口(流出口)
62…暖機ジョイント(ジョイント)
66…空調ポート(流出ポート)
66a…空調流出口(流出口)
68…空調ジョイント(ジョイント)
95…ラジエータ連通口(連通口)
96…暖機連通口(連通口)
97…空調連通口(連通口)
101…シール筒部(シール壁、第1規制部)
126…第2バリ収容部(バリ収容部)
131…摺動リング
132…付勢部材
133…シールリング
134…ホルダ
141…大径部
141a…摺動面
142…小径部
143…段差面(対向面)
151…ホルダ筒部
152…ホルダフランジ部
153…規制部(第2規制部)
Claims (6)
- 第1方向に開口する流体の流出口が形成された流出ポートを有するケーシングと、
前記流出ポートにおける前記流出口の開口端面に接合されたジョイントと、
前記ケーシング内に回転可能に収容され、前記流出口に連通可能な連通口が形成されたロータと、
前記流出ポート内に収容された状態で前記ロータの外周面に摺動する摺動面を有し、前記ロータの回転位置に応じて前記流出口と前記連通口とを連通させる摺動リングと、
前記流出ポートの内周面、及び前記摺動リングの外周面との間に介在するシールリングと、
前記流出ポートの内周面、及び前記摺動リングの外周面との間に配置され、前記シールリングに対して前記第1方向で前記ロータとは反対側から前記シールリングを保持するホルダと、を備え、
前記ホルダは、前記ジョイント及び前記流出ポートの少なくとも何れかに対して離間可能に配置されていることを特徴とする制御バルブ。 - 前記摺動リングは、
前記シールリングが摺動する前記外周面を有する小径部と、
前記小径部に対して前記第1方向で前記ロータ側に位置し、前記小径部に対して拡径された大径部と、を有し、
前記大径部における前記第1方向で前記ロータを向く面は、前記摺動面を構成し、
前記大径部における前記第1方向で前記ロータとは反対側を向く面は、前記シールリングに前記第1方向で対向する対向面を構成し、
前記摺動面の面積が、前記対向面の面積よりも大きくなっていることを特徴とする請求項1に記載の制御バルブ。 - 前記ホルダは、前記ケーシング及び前記ジョイントに対して前記第1方向に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の制御バルブ。
- 前記ホルダは、
前記摺動リングの周囲を取り囲むホルダ筒部と、
前記ホルダ筒部から外側に張り出すホルダフランジ部と、を有し、
前記流出ポートは、前記ホルダフランジ部に前記第1方向で当接することで、前記ケーシングに対する前記ホルダの前記第1方向における前記ロータ側への移動を規制する第1規制部を有していることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御バルブ。 - 前記ジョイントと前記摺動リングとの間には、前記摺動リングを前記ロータに向けて付勢する付勢部材が介在し、
前記ホルダには、前記ホルダ筒部から前記第1方向に突出して前記付勢部材の前記第1方向に交差する第2方向への移動を規制する第2規制部が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の制御バルブ。 - 前記流出ポートは、
外周部分に位置するポート接合部と、
前記ポート接合部に対して内周側に位置し、前記シールリングが摺動する前記内周面を有するシール壁と、を有し、
前記ジョイントは、前記ポート接合部に接合されたジョイント接合部を有し、
前記シール壁と、前記ポート接合部及び前記ジョイント接合部と、の間には、前記ポート接合部及び前記ジョイント接合部の接合時に発生するバリを収容するバリ収容部が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の制御バルブ。
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