JP3433257B2 - 容積流を不連続的に調量するためのタイミング制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、容積
流、特に自動車内燃機関の自動車暖房の熱交換器を通っ
て流れる冷却水流を、不連続的に調量するためのタイミ
ング制御弁から出発する。

自動車暖房の熱交換器を通る加熱水または冷却水の通
流量を調量し、ひいては加熱出力を調節するための公知
のタイミング制御弁は、電磁作動式の２ポート２位置弁
として構成されている。この２ポート２位置弁は内燃機
関の車両ラジエータを介して流れる冷却水循環路におい
て、内燃機関と熱交換器との間に接続されている。この
２ポート２位置弁の入口と熱交換器の出口との間には、
オーバフロー弁が配置されている。このオーバフロー弁
は前記２ポート２位置弁が閉鎖されていると、冷却水流
を熱交換器を迂回させて直接にラジエータの入口に案内
する。冷却水循環路においてラジエータと内燃機関との
間に配置された冷却水ポンプは直接に内燃機関によって
駆動されるので、熱交換器はタイミング制御弁の開放段
階において、内燃機関がアイドリング運転で作動してい
るのか、または内燃機関が部分負荷運転または全負荷運
転で作動しているのかに応じて、種々様々な加熱水容積
流によって貫流される。したがって、熱交換器の一定の
加熱出力を確保するためには、タイミング制御弁のサイ
クル時間が冷却水供給もしくは加熱水供給にも適合され
なければならない。

発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明によるタイミング制
御弁には、従来のものに比べて次のような利点がある。
すなわち、タイミング制御弁の流出部で、タイミング制
御弁の流入部に供給される容積流とは無関係に常時一定
の容積流が取り出される。すなわち、このことは自動車
の暖房設備のためには、内燃機関の各運転状態とは無関
係に熱交換器が、常時一定の熱水流によって貫流される
ことを意味する。機関アイドリング運転時では、つまり
冷却水ポンプの出力が低く、かつタイミング制御弁の流
入部における冷却水流が少ない場合には、弁部材の開放
された状態で熱交換器が、完全に提供された熱水量で貫
流される。機関部分負荷運転時および機関全負荷運転時
では、熱交換器が、冷却水ポンプによって循環される冷
却水流のほぼ一定の部分によって通流される。残留容積
流はバイパス通路を介して戻し部に流入する。

このように形成されたタイミング制御弁を用いると、
サイクル時間は所望の加熱温度に相応して調節するだけ
でよく、付加的に内燃機関の目下の運転形式に関連して
常時補正する必要はない。これによって、熱交換器の加
熱水供給を制御する、タイミング制御弁のサイクル時間
の制御が著しく単純化される。これによって、あらかじ
め設定された温度において、サイクル時間を十分一定に
保持することができる。また、サイクル時間特性に対す
る干渉は、所望の加熱温度を変更する場合にしか必要に
ならない。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の
タイミング制御弁の有利な改良が可能となる。

本発明の有利な構成では、前記流出部で取出し可能な
容積流の一定性が構造的に得られる。この場合、バイパ
ス弁が、バイパス通路内に形成された弁座と、この弁座
に閉鎖ばねによって載着された制御円錐体とを有してい
る。タイミング制御弁の弁部材は、電磁石によって操作
される弁ロッドに固く装着されており、前記制御円錐体
はこの弁ロッドに軸方向移動可能に装着されている。こ
の場合、この制御円錐体は閉鎖ばねの作用を受けて、弁
ロッドに設けられた環状肩部に支持される。閉鎖ばねの
閉鎖力と、バイパス通路内の圧力によって負荷される制
御円錐体の円錐頂角とは、互いに調和されており、この
場合、バイパス弁の流出横断面は、流入部における容積
流が増大するにつれてバイパス通路内の圧力と流速とに
関連して押し開けられ、この場合、流出部における一定
の容積流を上回る残留容積流が直接に戻し部に流出す
る。

本発明の別の有利な構成では、流入部と流出部との間
の接続を制御するために、座弁が使用される。この座弁
には、弁ロッドに固く装着された弁部材が円錐台形状に
形成されており、この座弁はバイパス弁の座弁に対して
同軸的に弁ハウジングに配置されている。

図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明す
る。

第１図は、縦断面図で示したタイミング制御弁を備え
た、自動車に用いられる加熱設備のブロック回路図を示
しており、 第２図〜第４図は、別の実施例によるタイミング制御
弁を種々の切換状態で示す縦断面図を示している。

実施例の説明 第１図にブロック回路図で示した、自動車に用いられ
る暖房設備では、符号10で熱交換器が示されている。こ
の熱交換器10は自動車の内燃機関の冷却水循環路に配置
されている。熱交換器10は空気によって貫流される。こ
の空気は車両内室に暖房の目的で供給される。符号11で
内燃機関、符号12で内燃機関11のラジエータ、符号13で
冷却水ポンプがそれぞれ示されている。この冷却循環路
では、内燃機関11と熱交換器10との間にタイミング制御
弁14が接続されている。このタイミング制御弁14が開か
れていると、内燃機関11で加熱された、冷却水ポンプ13
によって循環させられる冷却水はこの内燃機関からタイ
ミング制御弁14を介して流れ、この場所で加熱水として
熱交換器10を貫流し、再びタイミング制御弁14を介して
ラジエータ12に流入する。この場所で冷却水は、ラジエ
ータ12を通流する走行風によって冷却され、この場所か
ら冷却水ポンプ13に戻る。

図面に縦断面図で示したタイミング制御弁14は弁ハウ
ジング15を有しており、この弁ハウジング15は流入部16
と、流出部17と、戻し部18と、別の接続部19とを備えて
いる。流入部16は内燃機関11に接続されており、流出部
17は熱交換器10の入口に接続されており、別の接続部19
は熱交換器10の出口に接続されており、戻し部18はラジ
エータ12に接続されている。弁ハウジング15には、戻し
通路20と弁室21とが形成されている。戻し通路20は別の
接続部19を戻し部18に直接接続しており、それに対して
弁室21は流入通路22を介して流入部16に接続されてい
て、かつ流出通路23を介して流出部17に接続されてい
る。弁ハウジング15に形成された円錐台形状の弁座24に
よって、弁室21は２つの室区分211,212に分割されてい
る。室区分211は流入通路22に移行しており、室区分212
は流出通路23に移行している。弁座24は座弁25の一部で
ある。この座弁25に設けられた、弁座24と協働する円錐
台形状の弁部材26は弁ロッド27に固く装着されている。
弁ロッド27は、第１図には図示していない電磁石によっ
て駆動される。この電磁石は２つの切換位置のうちの一
方の切換位置では、弁部材26を弁座24から持ち上げ、ひ
いては弁座25を開放し、他方の切換位置では弁部材26を
弁座24に載着させ、ひいては弁座25を閉鎖する。

流入通路22に接続された室区分211はバイパス通路28
を介して戻し通路20に接続されている。このバイパス通
路28は座弁25の弁座24に対して同軸的に配置されてい
る。戻し通路20におけるバイパス通路28の開口部はバイ
パス弁29によって閉鎖されている。このバイパス弁29は
バイパス通路28の開口部に配置された制御円錐体31を有
している。この制御円錐体31は閉鎖ばね32によって閉鎖
位置に保持される。この閉鎖位置では、通路開口部が完
全に閉鎖されているか、または問題にならない程度の環
状ギャップ30が生じるまでに閉鎖されている。バイパス
通路28内の圧力によって負荷される前記制御円錐体31の
受圧面は円錐台形状に形成されている。閉鎖ばね32は圧
縮コイルばね35として形成されていて、一方ではガイド
ピン33に被さって制御円錐体31に支持されており、他方
ではハウジング側で、戻し通路20で制御円錐体31に向か
い合って位置するハウジング壁に設けられたガイド溝34
に支持されている。制御円錐体31は弁ロッド27に軸方向
移動可能に装着されている。この弁ロッド27はバイパス
通路28を通って戻し通路20内にまで貫通案内されてい
る。弁ロッド27の、制御円錐体31を装着された端区分27
1は直径を減径されているので、環状肩部272が形成され
る。この環状肩部272には、圧縮コイルばね35によって
制御円錐体31が当て付けられる。

タイミング制御弁14の図示の開放位置においては、座
弁25が開放されていて、バイパス弁29が閉鎖されてい
る。タイミング制御弁14が切り換えられると、弁ロッド
27は電磁石によって他方の切換位置に切換制御される。
この他方の切換位置では、座弁25の弁部材26が弁座24に
載着されて、座弁25が閉鎖されると同時に、制御円錐体
31が環状肩部272を介して圧縮コイルばね35のばね力に
抗して移動させられ、この場合、バイパス通路開口部で
制御円錐体31によって開放された環状ギャップ30が最大
となる。内燃機関11から流入部16を介してタイミング制
御弁14に流入する冷却水は、この場合、開放されたバイ
パス弁29を介して直接にラジエータ12に案内される。熱
交換器10は遮断されており、自動車の暖房は停止されて
いる。

暖房運転時では、タイミング制御弁14が図示の位置を
取る。この位置では、内燃機関11から流入した冷却水
が、開放された座弁25を介して熱交換器10に案内され、
この場所からタイミング制御弁14に設けられた接続部19
と戻し通路20と戻し部18とを介してラジエータ12に流入
する。所望の暖房出力を調節するためには、タイミング
制御弁14の電磁石が励磁インパルスを印加されるので、
座弁25とバイパス弁29とは規定のタイミングで互いに逆
向きに開閉される。これによって、熱交換器10を貫流す
る加熱水の不連続的な調量が得られ、したがって熱交換
器10の平均温度が調節される。

周知のように、内燃機関11によって直接に駆動される
冷却水ポンプ13により、タイミング制御弁14の流入部16
には、内燃機関がアイドリング運転で回転しているの
か、または部分負荷運転または全負荷運転で作動してい
るかに応じて、種々異なる冷却水流が生じる。冷却水供
給が低い場合（アイドリング運転）、全水量は開放され
た座弁25によって熱交換器10に流入する。弁室21におけ
る動圧が低いことに基づき、ひいてはバイパス通路28内
の動圧も低いことに基づき、バイパス弁29のばね負荷さ
れた制御円錐体31は、バイパス通路28を遮断する閉鎖位
置に留まる。

流入部16における冷却水供給が高い場合（部分負荷運
転または全負荷運転）、冷却水の一部は開放された座弁
25を介してタイミング制御弁14の流出部17に流入し、ひ
いては熱交換器10に流入する。熱交換器10とタイミング
制御弁14とにおける圧力差が高められることに基づき、
バイパス通路28には、ばね負荷された制御円錐体31が閉
鎖ばね32のばね力に抗して持ち上がり、ひいてはバイパ
ス通路28を開放するような圧力が生ぜしめられる。冷却
水の部分流は直接にバイパス通路28を介して戻し部18に
流入する。円錐台形状の制御円錐体31の受圧面の円錐頂
角と、閉鎖ばね32の戻し力とは互いに調和されており、
この場合、座弁25の開放時では常時一定の容積流が座弁
25を介して流出部17に流入し、残りの残留容積流はバイ
パス通路28を通って流出する。バイパス弁29のこのよう
な調節は容易に可能となる。なぜならば、制御円錐体31
の位置、ひいてはこれによって生ぜしめられるバイパス
弁29の開放流出横断面が、バイパス通路28内の圧力と流
速とに関連しているからである。

このように、バイパス弁29に設けられた環状ギャップ
30の流出横断面がバイパス通路28内の圧力に関連して変
化することに基づき、座弁25を介して熱交換器10に流入
する容積流を一定に保持することには、熱交換器10に内
燃機関の運転形式とは、無関係に常時一定の加熱水容量
を供給されるという利点がある。したがって熱交換器10
の加熱出力を調節するためには、タイミング制御弁14の
流入部16における目下の加熱水供給に相応して付加的に
変化させる必要のない、ほぼ一定のサイクル時間でタイ
ミング制御弁14を運転することができる。所望の加熱出
力を変化させたい場合にのみ、タイミング制御弁14のサ
イクル時間を新たに設定すればよい。

第２図に縦断面図で示した別の実施例によるタイミン
グ制御弁14′は、前記タイミング制御弁14に対してバイ
パス弁29に関してのみ変更されている。第２図に示した
タイミング制御弁14′の構成部分が第１図に示したもの
と一致している場合には、同じ符号を備えている。バイ
パス弁29の制御円錐体31はこの場合、弁ロッド27に固く
固定されている。断面図で示した公知の構造の電磁石40
は、弁ハウジングにフランジ締結された磁石ポット41を
有している。この磁石ポット41には、環状の励磁コイル
42が収容されている。磁石ポット41は板状の帰路形成ヨ
ーク43によって閉鎖されている。この帰路形成ヨーク43
からは磁石コア44が中心で突設されていて、励磁コイル
42の内部に突入している。磁石コア44は弁ロッド27を遊
びを持って取り囲んでいる。励磁コイル42の内部では、
円筒状の可動子45が弁ロッド27に固く結合されている。
可動子45と磁石コア44との間には、戻しばね46が支持さ
れている。この戻しばね46は非通電状態の励磁コイル42
において、弁ロッド27を磁石ポット41に設けられたスト
ッパ47に押圧している。座弁25の弁部材26は弁ロッド27
に、やはり移動不能に固定されており、この場合、弁ロ
ッド27の前記基本位置において、弁部材26は弁座24から
最大に持ち上げられており、つまり座弁25は完全に開放
されている。同じく弁ロッド27に移動不能に固定され
た、バイパス弁29の制御円錐体31は、弁部材26から所定
の間隔をおいて配置されており、この場合、制御円錐体
31は弁ロッド27の前記基本位置において、バイパス通路
28の開口部を完全に閉鎖するか、または環状ギャップ30
が問題にならない程度になるまでに閉鎖する。これによ
って、戻しばね46は同時にバイパス弁29の閉鎖ばね32を
成している。励磁コイルが通電されると、可動子45は磁
石コア44によって戻しばね46のばね力に抗して吸引され
て、弁ロッド27を介して座弁25の弁部材26を弁座24に押
し付ける。これによって、座弁25は閉鎖されている。弁
ロッド27によって、同じく制御円錐体31も移動して、バ
イパス通路28の出口で環状ギャップ30を最大流出横断面
で開放する（第３図）。

無電流状態の電磁石40では、弁ロッド27が、流入部16
における僅かな冷却水供給時に、第２図に示した位置を
取る。冷却水全体は完全に開放された座弁25を介して流
出部17に流入する。供給部16における高い冷却水供給時
では、容積流の一部が、開放された座弁25を通って流れ
る。パイパス通路28内に生ぜしめられる動圧と、戻しば
ね46の設定と、制御円錐体31の受圧面の円錐頂角の設定
とに基づき、容積流の別の部分流はバイパス弁29に設け
られた、一層大きく開放された環状ギャップ30を通って
流れる。タイミング制御弁14′のこの状態は、第４図に
示されている。この場合でも、タイミング制御弁14′の
流入部16における冷却水供給とは無関係に常時一定の容
積流が加熱水として流出部17に、ひいては熱交換器に流
れるように構成されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プフェッツァー， ヨハネス ドイツ連邦共和国 Ｄ―77815 ビュー ル リッタースバッハシュトラーセ 49 (56)参考文献 特開 昭61−244616（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−73714（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−56624（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−247112（ＪＰ，Ａ) 独国特許出願公開3514198（ＤＥ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60H 1/00 - 3/06 F01P 7/14

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容積流、特に自動車暖房の熱交換器を通っ
   て流れる冷却水流を、不連続的に調量するためのタイミ
   ング制御弁であって、流入部と流出部とを有する弁ハウ
   ジングと、電磁切換式の弁部材とが設けられており、該
   弁部材が、第１の切換位置で前記流入部と前記流出部と
   の間の接続を形成し、第２の切換位置で前記接続を遮断
   している形式のものにおいて、前記弁ハウジング（15）
   に、前記流入部（16）から戻し部（18）に通じたバイパ
   ス通路（28）が形成されており、該バイパス通路（28）
   に、ばね負荷された、圧力制御されるバイパス弁（29）
   が配置されており、前記流入部（16）と前記流出部（1
   7）との間の接続が形成されている場合に、少なくとも
   バイパス通路（28）内の規定の最小圧が達成されると、
   前記流入部（16）における容積流とは無関係な、ほぼ一
   定の容積流が前記流出部（17）に流入するように前記バ
   イパス弁（29）が設定されており、該バイパス弁（29）
   が前記弁部材（26）に連結されていて、該弁部材がその
   第２の切換位置で強制的に開放されていることを特徴と
   する、容積流を不連続的に調量するためのタイミング制
   御弁。
2. 【請求項２】前記弁部材（26）が、電磁石（40）によっ
   て操作される弁ロッド（27）に固く装着されていて、弁
   ハウジング（15）に形成された弁座（24）と協働して、
   該弁座（24）と共に座弁（25）を形成しており、前記バ
   イパス弁（29）が、前記バイパス通路（28）内の圧力に
   よって負荷されかつ、該圧力に対して逆向きに閉鎖ばね
   （32）によって負荷された制御円錐体（31）を有してお
   り、前記閉鎖ばね（32）の閉鎖力と、前記制御円錐体
   （31）の受圧面の円錐頂角とが互いに調和されていて、
   前記バイパス弁（29）の流出横断面が、前記バイパス通
   路（28）内の圧力と流速とに関連して開放され、しかも
   前記流入部（16）で形成される容積流と、前記流出部
   （17）で取り出される一定の容積流との間の差容積流が
   常時前記戻し部（18）に流出するようになっている、請
   求項１記載のタイミング制御弁。
3. 【請求項３】前記閉鎖ばね（32）が、弁ハウジング（1
   5）と、前記制御円錐体（31）の、前記バイパス通路（2
   8）とは反対の側の端面とに支持された圧縮ばね（35）
   として形成されており、前記制御円錐体（31）が、前記
   弁ロッド（27）に軸方向移動可能に装着されていて、前
   記圧縮ばね（35）によって、前記弁ロッド（27）に形成
   された環状肩部（272）に当て付けられている、請求項
   ２記載のタイミング制御弁。
4. 【請求項４】前記制御円錐体（31）が、前記弁ロッド
   （27）に軸方向移動不能に固定されており、前記閉鎖ば
   ね（32）が、前記弁ロッド（27）に作用する戻しばね
   （46）によって形成されており、該戻しばね（46）が、
   電磁石（40）の非励磁状態で前記座弁（25）の弁部材
   （26）を弁座（24）からの持上げ状態に保持している、
   請求項２記載のタイミング制御弁。
5. 【請求項５】前記戻しばね（46）が電磁石（40）に組み
   込まれていて、この場所で圧縮ばねとして、前記弁ロッ
   ド（27）に固く結合された可動子（45）に支持されてい
   る、請求項４記載のタイミング制御弁。
6. 【請求項６】前記弁ロッド（27）に固く装着されたか、
   もしくは前記環状肩部（272）に接触した前記バイパス
   弁（29）の制御円錐体（31）と、前記弁ロッド（27）に
   固く装着された前記座弁（25）の弁部材（26）との間の
   間隔が規定されていて、前記弁部材（26）が弁座（24）
   から最大に持ち上げられている状態で、前記バイパス弁
   （29）の制御円錐体（31）が前記バイパス通路（28）を
   閉鎖しており、かつ前記座弁（25）の弁部材（26）が弁
   座（24）に載着した状態で、前記バイパス通路（28）を
   最大に開放するようになっている、請求項３から５まで
   のいずれか１項記載のタイミング制御弁。
7. 【請求項７】弁ハウジング（15）が、別の接続部（19）
   を有しており、該接続部（19）が、弁ハウジング（15）
   に形成された戻し通路（20）を介して前記戻し部（18）
   に接続されており、前記バイパス通路（28）が前記戻し
   通路（20）に開口している、請求項１から６までのいず
   れか１項記載のタイミング制御弁。
8. 【請求項８】弁ハウジング（15）に弁室（21）が形成さ
   れており、該弁室（21）が、前記座弁（25）の弁座（2
   4）によって２つの室区分（211,212）に分割されてお
   り、前記流入部（16）が、流入通路（22）を介して一方
   の室区分（211）に接続されており、さらに前記バイパ
   ス通路（28）も前記一方の室区分（211）に接続されて
   おり、前記流出部（17）が、流出通路（23）を介して他
   方の室区分（212）に接続されている、請求項２から７
   までのいずれか１項記載のタイミング制御弁。