JP3840394B2

JP3840394B2 - Flow control valve

Info

Publication number: JP3840394B2
Application number: JP2001316349A
Authority: JP
Inventors: 昌弘小林; 広久伊藤; 大介山本; 重孝吉川; 功高木; 善一新保
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: JP2003120295A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、冷却水の流量を制御するのに使用される流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエンジンに設けられる水冷式の冷却装置は、一般には、エンジンの運転状態に拘わらず、冷却水をサーモスタットにより８０℃程度の一定温度に調整するものが主流をなしていた。ところが、エンジンのフリクション低減、燃費の向上、ノッキング性能の向上及び冷却水温度の過上昇防止等を図るためには、エンジンの運転状態（負荷状態や回転速度等）に応じて冷却度合いを変えることが有効であることが確かめられてきた。そこで、エンジンの運転状態に応じて冷却度合いを制御するようにした水冷式の冷却装置が幾つか提案されている。
【０００３】
この種の冷却装置として、例えば、特開平９−１９５７６８号公報に開示されたもの（第１従来例）がある。この冷却装置は、エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻る冷却水の流量（ラジエータ流量）を制御するための第１の弁体と、エンジンから流れ出てラジエータを介さずにウォータポンプへ戻る冷却水の流量（バイパス流量）を制御する第２の弁体と、第１及び第２の弁体を一体的に駆動する電磁アクチュエータとを含む流量制御弁を備えている。この流量制御弁の電磁アクチュエータは、電磁コイルに通電することにより、磁性材製のシャフトを吸引してスプリングのばね力に抗して下方へ変位させ、電磁コイルに対する通電を遮断することにより、シャフトをスプリングのばね力により上方へ変位させるものである。このシャフトの変位に伴い第１及び第２の弁体を一体的に駆動させるようになっている。
【０００４】
一方、冷却装置には限らずエンジンの各部で使用される流量制御弁として、例えば、特開平８−４６３２号公報に開示されたもの（第２従来例）がある。この流量制御弁は、所定の流体流量を制御するバルブ（弁体）と、その弁体を閉方向へ付勢するスプリングとを備え、弁体を駆動するための電磁アクチュエータとしてステップモータが使用されている。この流量制御弁では、ステップモータのコイルが所定の推力を発生しなくなったときに、スプリングの付勢力とコイルの推力との併用により弁体の閉弁を可能にしている。
【０００５】
従って、第１従来例と第２従来例の組み合わせにより、第１従来例の流量制御弁の電磁アクチュエータにステップモータを使用し、スプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体の閉弁を可能にすることも考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記第１従来例と第２従来例との組み合わせによる流量制御弁では、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じると、第１の弁体が閉弁されてしまい、開弁することができないことから、ラジエータ流量が不足する事態を招き、エンジンにオーバーヒートが生じるおそれがある。
【０００７】
そこで、この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ラジエータ流量を制御する第１の弁体及び第１の弁座と、バイパス流量を制御する第２の弁体及び第２の弁座を備え、第１及び第２の弁体をステップモータにより一体的に駆動することを前提にして、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じたときに、ラジエータ流量を最大にしてエンジンのオーバヒートを未然に防止することを可能にした流量制御弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻るラジエータ流量を制御するための第１の弁体及び第１の弁座と、エンジンから流れ出てラジエータを介さずにウォータポンプへ戻るバイパス流量を制御する第２の弁体及び第２の弁座と、第１及び第２の弁体を一体的に駆動するためのステップモータとを備えた流量制御弁において、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第２の弁体で第２の弁座を閉弁可能にすることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じてステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングが第１の弁体で第１の弁座を開弁方向へ付勢することから、その付勢力がステップモータにも作用してステップモータにバックスプリングの付勢力と同一方向の推力が得られる。そして、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１の弁体及び第２の弁体が一体的に駆動され、第１の弁体で第１の弁座が開弁され、かつ、第２の弁体で第２の弁座が閉弁されて、ラジエータ流量が確保される。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、冷却水を循環させてエンジンを冷却する水冷式の冷却装置に使用され、エンジンから流れ出てラジエータを介してウォータポンプへ戻るラジエータ流量を制御するための第１の弁体及び第１の弁座と、エンジンから流れ出てラジエータを介さずにウォータポンプへ戻るバイパス流量を制御する第１の弁体、第２の弁体及び第２の弁座と、第１及び第２の弁体を一体的に駆動するためのステップモータとを備えた流量制御弁において、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第１の弁体で第２の弁座を閉弁可能にすることを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、ステップモータのコイル線に断線故障等が生じてステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングが第１の弁体で第１の弁座を開く方向へ付勢することから、その付勢力がステップモータにも作用してステップモータにバックスプリングの付勢力と同一方向の推力が得られる。そして、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１の弁体及び第２の弁体が一体的に駆動され、第１の弁体で第１の弁座が開弁され、かつ、第１の弁体で第２の弁座が閉弁されて、ラジエータ流量が確保される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の流量制御弁を具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本実施の形態の流量制御弁１の側面図を、図２には、同じく流量制御弁１の平面図を、図３には、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【００１４】
この流量制御弁１は、車両用エンジンの冷却装置に組み込まれて、冷却水の流量を制御するために使用されるものである。図４には、冷却装置の概略構成図を示す。図４において、エンジン２には、ウォータジャケット等を含む冷却水通路３が設けられる。流量制御弁１の出口側は、ポンプ通路４を介してウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）５に接続される。ウォータポンプ５は冷却水通路３の入口側に接続される。冷却水通路３の出口側は、ラジエータ通路６、バイパス通路７及びヒータ通路８にそれぞれ接続される。ラジエータ通路６は、ラジエータ９を介して流量制御弁１に接続される。バイパス通路７は、ラジエータ９を介さずに流量制御弁１に直接接続される。ヒータ通路８は、ヒータ１０を介してポンプ通路４に接続される。
【００１５】
従って、流量制御弁１が開いた状態で、エンジン２の運転に連動してウォータポンプ５が作動することにより、同ポンプ５から冷却水が吐出され、その冷却水が冷却水通路３へ流れる。そして、冷却水通路３の出口側から流れ出る冷却水の一部が、ラジエータ通路６及びラジエータ９を経由して流量制御弁１に流れる。又、冷却水通路３の出口側から流れ出る冷却水の一部は、バイパス通路７を経由して流量制御弁１に流れる。そして、ラジエータ通路６から流量制御弁１に流れるラジエータ流量と、バイパス通路７から流量制御弁１に流れるバイパス流量とが、共に流量制御弁１で調整され、ポンプ通路４を通じてウォータポンプ５へ送られて再び冷却水通路３へと吐出される。この冷却水の循環により、エンジン２が冷却される。一方、冷却水通路３の出口側から流れ出た冷却水の一部は、ヒータ通路８、ヒータ１０及びポンプ通路４を経由してウォータポンプ５へ送られて再び冷却水通路３へと吐出される。この冷却水の循環に伴いヒータ−１０が放熱によって機能する。
【００１６】
図４に示すように、流量制御弁１は、エンジン２を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）１１に接続される。流量制御弁１は、エンジン２の運転状態に応じてエンジン２の冷却度合いを調整するために、このＥＣＵ１１により制御される。流量制御弁１の制御を実行するために、ＥＣＵ１１には、図示しない各種センサからエンジン回転速度、吸気圧、エンジン出口水温（冷却水通路３の出口における冷却水温）及びラジエータ出口水温（ラジエータ９の出口における冷却水温）等の信号が取り込まれる。ＥＣＵ１１は、これらの信号に基づき、エンジン２の運転状態に応じて流量制御弁１を制御することになる。
【００１７】
図１に示すように、流量制御弁１は、エンジン２のブロックに形成されたサーモスタットハウジング２１に組み付けられる。このハウジング２１には、ウォータポンプ５に通じるポンプ通路４と、バイパス通路７が連通する。このハウジング２１は、通常は、周知のサーモスタットが設けられるものであるが、ここでは、流量制御弁１を装着するために使用される。
【００１８】
図１，２に示すように、流量制御弁１は、第１のボディ２２と、第２のボディ２３と、ステップモータ２４との三つの部分で構成される。第１のボディ２２と第２のボディ２３は、ともにネジ２５によりエンジン２に固定される。第１のボディ２２とエンジン２との間には、シールリング２６が設けられる。ステップモータ２４は、ネジ２７により第１のボディ２２に固定される。第１のボディ２２には、ラジエータ通路６に接続される継手管２８が突設される。ステップモータ２４と第１のボディ２２との間には、開弁ステップ調整用のシム２９が挟み込まれる。ステップモータ２４には、配線用のコネクタ３０が設けられる。
【００１９】
流量制御弁１の断面構造を図３を参照して説明する。流量制御弁１は、エンジン２の冷却水通路３から流れ出てラジエータ通路６及びラジエータ９等を介してウォータポンプ５へ戻るラジエータ流量と、同じく冷却水通路３から流れ出てラジエータ９を介さずにウォータポンプ５へ戻るバイパス流量とを制御するものである。そのために、流量制御弁１は、ラジエータ流量を制御するための第１の弁体３１及び第１の弁座３５と、バイパス流量を制御するための第２の弁体３２及び第２の弁座３６とを備え、第１及び第２の弁体３１，３２をステップモータ２４により一体的に駆動するように構成される。
【００２０】
図３において、第２のボディ２３は筒状をなし、その下部には、バイパス通路７に通じるバイパスポート３３が設けられ、上部には、ポンプ通路４に通じるポンプポート３４が設けられる。第２のボディ２３には、ポンプポート３４の上側及び下側に対応して上記した第１の弁座３５と第２の弁座３６が設けられる。第１の弁座３５は、第１の弁体３１に対応するものであり、第２の弁座３６は、第２の弁体３２に対応するものである。バイパスポート３３は、第２の弁座３６の弁孔３６ａを介してポンプポート３４に連通可能である。第２のボディ２３の下端には、バイパス通路７と、サーモスタットハウジング２１との間をシールするシールリング３７が設けられる。第１のボディ２２は、隔壁３８により上下の部屋３９，４０に区画される。下側の部屋４０は、継手管２８の内部のラジエータポート４１に通じる。ラジエータポート４１は、第１の弁座３５の弁孔３５ａを介してポンプポート３４に連通可能である。
【００２１】
第１及び第２の弁体３１，３２は、一本の弁軸４２上に固定される。この弁軸４２は、隔壁３８と第２のボディ２３のボス部４３に対し、軸受４４，４５を介してスラスト方向（図３における上下方向）へ移動可能に支持される。第１の弁体３１は、弁軸４２上に組み付けられる管状体をなし、上部に位置する計量部３１ａと、下部に位置する最大流量規制部３１ｂとにより構成される。この計量部３１ａが第１の弁座３５に整合するようになっている。第１の弁体３１が弁軸４２と一体に上下に移動することにより、同弁体３１と第１の弁座３５との隙間により定義されるラジエータ側開度が変えられる。図３には、ラジエータ側開度が全開となる状態が示される。この状態から、第１の弁体３１が下方へ移動することにより、ラジエータ側開度が全開から全閉へ向かって小さくなる。第１の弁体３１の下側に位置する第２の弁体３２は、第１の弁体３１の計量部３１ａとほぼ同径な筒状体をなし、その上下に位置する一対の計量部３２ａ，３２ｂと、中間に位置する最大流量規制部３２ｃとにより構成される。これら上下の計量部３２ａ，３２ｂが第２の弁座３６に整合するようになっている。この第２の弁体３２が弁軸４２及び第１の弁体３１と一体に上下に移動することにより、同弁体３２の両計量部３２ａ，３２ｂと、第２の弁座３６との隙間により定義されるバイパス側開度が変えられる。図３には、下側の計量部３２ｂにより第２の弁座３６が閉じられた状態が示される。この状態から、第２の弁体３２が下方へ移動することにより、下側の計量部３２ｂが第２の弁座３６から徐々に離れ、最大流量規制部３２ｃを通過して上側の計量部３２ａが同弁座３６に徐々に近付く。従って、バイパス側開度は、全閉状態から全開状態へ向かって開き再び全閉状態に戻ることになる。
【００２２】
図３に示すように、第２の弁体３２には、ボス部４３との間にバックスプリング４６が設けられる。このバックスプリング４６は、第２の弁体３２を第１の弁体３１と共に所定の付勢力で押圧することにより、第１の弁体３１を開弁方向へ付勢するためのものである。この実施の形態で、バックスプリング４６の付勢力は、ステップモータ２４の出力トルク（推力）との関係から最小限の大きさに設定される。
【００２３】
この他、第１のボディ２２と第２のボディ２３との間は、Ｏリング４７によりシールされる。第１のボディ２２には、隔壁３８と弁軸４２との間をシールするためのシール部材４８が設けられる。このシール部材４８により、第１のボディ２２の下側の部屋４０を流れる冷却水が、ステップモータ２４に通じる上側の部屋３９に浸入しないようになっている。
【００２４】
次に、ステップモータ２４とそれに関連した構造について説明する。ステップモータ２４は、２つのステータ５１ａ，５１ｂと、その内周に配置されたロータ５２とを備える。ステータ５１ａ，５１ｂは、それぞれ上下から互い違いに形成された三角歯状のコア５３と、そのコア５３の内周に配置されたボビン５４に巻かれた巻き方向の異なる２つのコイル５５，５５とを含む。２つのコイル５５，５５のうち、いずれに通電するかによってコア５３の磁極の方向が変えられる。２つのステータ５１ａ，５１ｂは、そのコア５３の位置をずらして重ねて固定される。
【００２５】
このステップモータ２４の等価回路を図５に示す。一方のステータ５１ａには、Ｓ２相及びＳ４相が設けられ、他方のステータ５１ｂにはＳ１相及びＳ３相が設けられる。ここで、Ｓ２相とＳ３相が互いに同じ方向に巻かれ、Ｓ１相とＳ４相が互いに同じ方向に巻かれる。Ｓ１相〜Ｓ４相の端子と、コモン端子Ｂとは、コネクタ３０の内部に設けられる。
【００２６】
ここで、ロータ５２は、マグネットにより構成され、マグネットの外周はＮ極とＳ極に交互に着磁されている。図３に示すように、ロータ５２の中心には、中心軸５６がロータ５２と一体回転可能に設けられる。この中心軸５６の下部外周には、雄ネジ５６ａが形成される。この中心軸５６の下部には、ガイド５７が装着される。ガイド５７には、中心軸５６の雄ネジ５６ａに噛み合う雌ネジ５７ａが形成される。このような構成により、ロータ５２の回転が中心軸５６を介してガイド５７のスラスト方向の移動に変換されるようになっている。
【００２７】
ガイド５７は、ジョイント５８を介して弁軸４２に連結される。ガイド５７とジョイント５８との間には、リリーフスプリング５９が設けられる。図６には、流量制御弁１からステップモータ２４を取り外した状態を平面図に示す。ジョイント５８の上端はコ字型の部分が向かい合った形状をなしている。このジョイント５８に嵌め合わされるステップモータ２４の端面側を、図７に示す。ステップモータ２４のガイド５７は、その下面が略長方形状をなす。このガイド５７をジョイント５８に対して切り欠きに合わせて重ね合わせ、リリーフスプリング５９を押し縮めた状態でステップモータ２４を全体的に回動させることにより、図８に示すように、ガイド５７とジョイント５８とが互いに嵌め合わされる。図８は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示している。
【００２８】
次に、ステップモータ２４の動作について説明する。図９には、ステップモータ２４の動作シーケンスを示し、その動作シーケンスに対応した各ステータ５１ａ，５１ｂの励磁状態と、ロータ５２の位置との関係を図１０（ａ）〜（ｄ）に展開して模式的に示す。
【００２９】
図９に示すように、励磁順▲１▼では、Ｓ１相とＳ２相がＯＮされるので、図１０（ａ）に示すように、ステータ５１ａ，５１ｂは互いに逆向きに励磁される。ここで、ロータ５２のＮ極が最も近くにあるため、両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３０】
更に、励磁順▲２▼では、Ｓ２相とＳ３相がＯＮされるので、図１０（ｂ）に示すように、ステータ５１ｂの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３１】
更に、励磁順▲３▼では、３相とＳ４相がＯＮされるので、図１０（ｃ）に示すように、ステータ５１ａの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３２】
更に、励磁順▲４▼では、Ｓ４相とＳ１相がＯＮされるので、図１０（ｄ）に示すように、ステータ５１ｂの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３３】
そして、励磁順▲５▼では、Ｓ１相とＳ２相がＯＮされるので、図１０（ａ）に示すように、ステータ５１ａの磁極が反転され、ロータ５２が両ステータ５１ａ，５１ｂが共にＳ極となる位置に引き寄せられる。
【００３４】
従って、両ステータ５１ａ，５１ｂが、各励磁順▲１▼〜▲５▼の順あるいは励磁順▲５▼〜▲１▼の順に励磁されることにより、ロータ５２がモータステップ数に対応した角度だけ正転あるいは逆転し、その回転が中心軸５６、ガイド５７及びジョイント５８を介して弁軸４２のスラスト方向の移動に変換される。ロータ５２の回転方向及び回転角と、弁軸４２の移動方向及び移動距離とは、１対１に対応するので、モータステップ数を制御することにより、第１及び第２の弁体３１，３２を一体的に移動させ、ラジエータ側開度及びバイパス側開度を変えることができる。ここでは、図９の励磁順▲１▼〜▲５▼の方向をモータステップ数の増加方向とし、これに応じてロータ５２が正転するものとする。そして、モータステップ数の増加に従い弁軸４２が上方向へ移動するので、第１の弁体３１で第１の弁座３５が開いてラジエータ側開度が増大すると共に、第２の弁体３２で第２の弁座３６が開閉されてバイパス側開度が増減する。又、図９の励磁順▲５▼〜▲１▼の方向をモータステップ数の減少方向とし、これに応じてロータ５２が逆転する。そして、モータステップ数の減少に従い弁軸４２が下方向へ移動するので、第１の弁体３１で第１の弁座３５が閉じてラジエータ側開度が減少すると共に、第２の弁体３２で第２の弁座３６が開閉されてバイパス側開度が増減する。
【００３５】
図１１に、この流量制御弁１の流量特性をグラフに示す。このグラフは、横軸にステップモータ２４のモータステップ数を、縦軸に冷却水の流量をそれぞれ示す。このグラフからも明らかなように、ラジエータ流量は、モータステップ数が増大するにつれて徐々に増えるが、バイパス流量は、モータステップ数が増大するに連れてあるピークをもって増減することが分かる。
【００３６】
ところで、このステップモータ２４に断線等の異常が発生すると、ステータ５１ａ，５１ｂが適正に励磁されなくなり、ステップモータ２４の出力トルクが低下する。例えば、Ｓ２相に断線が発生した場合、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、励磁順▲１▼及び▲２▼で励磁される予定のＳ２相が通電されなくなり、ステータ５１ａが励磁されなくなる。このため、図１２（ａ）に示すように、励磁順▲１▼では、ロータ５２がステータ５１ｂのＳ極の中央に引き寄せられる。次に、励磁順▲２▼では、ステータ５１ｂの磁極が変化するが、ロータ５２はその両側のＳ極から等距離の位置にあるので、左右どちらへも回転できる状態となる。
【００３７】
このとき、バックスプリング４６の付勢力が弁軸４２を上方へ押圧するように働くので、ガイド５７が上方へ押圧され、ガイド５７と中心軸５６との関係から、ロータ５２には正転方向の回転力が与えられる。ここで、ステータ５１ｂがロータ５２を引き寄せる磁力は正転方向と逆転方向で均衡しているので、このわずかな回転力によって、ロータ５２は、正転方向のＳ極へ引き寄せられることになる。この引き寄せ力は推力に相当する。すなわち、ステップモータ２４の異常時には、バックスプリング４６の付勢力と、その付勢力によってステップモータ２４で発生する推力との協働により、ロータ５２の回転が許容される。これにより、弁軸４２と共に第１及び第２の弁体３１，３２が上方へ移動し、図１１に示すようにラジエータ流量が最大となるまで、第１の弁体３１で第１の弁座３５が全開まで開かれる。
【００３８】
以上説明したように、この実施の形態の流量制御弁１によれば、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じてステップモータ２４の出力トルクが低下したとき、バックスプリング４６が第１の弁体３１で第１の弁座３５を全開方向へ付勢することから、その付勢力が弁軸４２、ジョイント５８及びガイド５７を介してステップモータ２４に作用する。そして、ステップモータ２４のロータ５２に正転方向の付勢力が与えられ、その付勢力と同一方向の推力がステップモータ２４で得られる。そして、これらバックスプリング４６の付勢力とステップモータ２４の推力との併用により、第１弁体３１及び第２弁体３２が一体的に駆動され、第１の弁体３１で第１の弁座３５が開弁され、かつ、第２の弁体３２で第２の弁座３６が閉弁されて、ラジエータ流量が最大限に確保される。従って、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジン２を最大限に冷却することができ、これによってエンジン２のオーバヒートを未然に防止することができる。
【００３９】
ところで、この流量制御弁１において、ステップモータ２４が正常に機能する場合には、同モータ２４を正転させる力により第１の弁体３１で第１の弁座３５を全開させる方向へ両弁体３１，３２を移動させることができる。従って、バックスプリング４６に要求される付勢力は、両弁体３１，３２のがたつきを防止できる程度のものであればよく、かつ、ステップモータ２４の異常時に、ステータ５１ａ，５１ｂの一方で発生する少ない磁力によりロータ５２を正転方向へ回転させる契機となり得る大きさのものであればよいことになる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
次に、この発明の流量制御弁を具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の説明において、前記第１の実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略するものとする。
【００４１】
図１３に、本実施の形態の流量制御弁７０の側面図を、図１４に、同じく流量制御弁７０の平面図を、図１５に、図１４のＣ−Ｃ線に沿った断面図を、図１６に、図１４のＤ−Ｄ線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【００４２】
この流量制御弁７０は、流量制御弁１と同様に、図４に示す冷却装置で使用されるものである。第１の実施の形態の流量制御弁１は、エンジン２のブロックのサーモスタットハウジング２１に組み込まれるものであったのに対し、本実施の形態の流量制御弁７０は、サーモスタットハウジング２１ではなくエンジン２のブロック等に対して外付けされるものである。
【００４３】
図１３，１４に示すように、流量制御弁７０は、第１のボディ７１と、第２のボディ７２と、ステップモータ２４との三つの部分で構成される。第１のボディ７１と第２のボディ７２は、ネジ７３により互いに連結される。ステップモータ２４は、ネジ７４により第１のボディ７１に固定される。第１のボディ７１には、バイパス通路７に接続される第１の継手管７５と、ヒータ通路８に接続される第２の継手管７６が突設される。又。第２のボディ７２には、ラジエータ通路６に接続される第３の継手管７７が突設される。第２のボディ７２には、エンジン２のブロック等に外付けするためのネジ孔７８が設けられる。
【００４４】
流量制御弁７０の断面構造を図１５，１６を参照して説明する。流量制御弁７０は、ラジエータ通路６からのラジエータ流量を制御するための第１の弁体８１及び第１の弁座８６と、バイパス通路７からのバイパス流量を制御するための第１の弁体８１、第２の弁体８２及び第２の弁座８８とを備え、第１及び第２の弁体８１，８２をステップモータ２４により一体的に駆動するように構成される。
【００４５】
図１５に示すように、第２のボディ７２の下部には、ラジエータ通路６に連通するラジエータポート８３が設けられる。第２のボディ７２の上部には、部屋８４が設けられる。図１６に示すように、第２のボディ７２には、ポンプ通路４に通じるポンプポート８５が設けられる。ポンプポート８５は、部屋８４に連通する。第２のボディ７２において、ラジエータポート８３と部屋８４との間に、第１の弁体８１に対応する第１の弁座８６が設けられる。ラジエータポート８３は、第１の弁座８６の弁孔８６ａを通じて部屋８４及びポンプポート８５に連通可能である。第１のボディ７１の下部には、第１の継手管７５に連通する部屋８７が設けられる。この部屋８７の下端には、第２の弁体８２に対応する第２の弁座８８が設けられる。第２のボディ７２の部屋８４は、第２の弁座８８の弁孔８８ａを介して第１のボディ７１の部屋８７及びポンプポート８５に連通可能である。第１のボディ７１は、隔壁３８により下側の部屋８７と、その上側の部屋３９とに区画される。
【００４６】
第１及び第２の弁体８１，８２を固定した弁軸４２は、隔壁３８と第２のボディ７２のボス部４３に対し、軸受４４，４５を介してスラスト方向（図１５，１６における上下方向）へ移動可能に支持される。第１の弁体８１は、笠形状に形成される。その下部には最大流量規制部８１ａが形成される。この弁体８１の下側が第１の弁座８６に整合し、この弁体８１の上側が第２の弁座８８に整合するようになっている。第１の弁体８１が弁軸４２と一体に上下に移動することにより、同弁体８１と第１の弁座８６との隙間により定義されるラジエータ側開度が変えられる。図１５，１６には、ラジエータ側開度が全開となる状態が示される。この状態から、第１の弁体８１が下方へ移動することにより、ラジエータ側開度が全開から全閉へ向かって小さくなる。第１の弁体８１の上側に位置する第２の弁体８２は、第１の弁体８１とほぼ同径な笠形状をなし、その下面がテーパをなしている。その下部には最大流量規制部８２ａが形成される。この弁体８２のテーパ面が第２の弁座８８に整合するようになっている。この第２の弁体８２が弁軸４２及び第１の弁体８１と一体に上下に移動することにより、両弁体８１，８２と、第２の弁座８８との隙間により定義されるバイパス側開度が変えられる。図１５，１６には、第１の弁体８１により第２の弁座８８が閉じられた状態が示される。この状態から、両弁体８１，８２が下方へ移動することにより、第１の弁体８１が第２の弁座８８から徐々に離れ、その一方で、第２の弁体８２が同弁座８８に徐々に近付く。従って、バイパス側開度は、全閉状態から全開状態へ開き再び全閉状態に戻ることになる。図１７に、この流量制御弁７０の流量特性をグラフに示す。
【００４７】
図１５，１６に示すように、第１の弁体８１には、ボス部４３との間にバックスプリング４６が設けられる。このバックスプリング４６は、第１の弁体８１を第２の弁体８２と共に所定の付勢力で押圧することにより、第１の弁体８１で第１の弁座８６を開弁方向へ付勢するためのものである。この実施の形態でも、バックスプリング４６の付勢力は、ステップモータ２４の持つ推力との関係から最小限の大きさに設定される。
【００４８】
尚、第１のボディ７１の上側の部屋３９に収容されるジョイント５８と弁軸４２との関係、ジョイント５８とその上のガイド５７等との関係、並びにステップモータ２４の構造は、第１の実施の形態の流量制御弁１と同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００４９】
この実施の形態の流量制御弁７０においても、ステップモータ２４に断線等の異常が発生すると、ステータ５１ａ，５１ｂが適正に励磁されなくなって駆動トルクが低下して、冷却水の流量を適正に制御ができなくなる。バックスプリング４６の付勢力が弁軸４２を上方へ押圧するように常に作用しており、ガイド５７が上方へ押圧され、ガイド５７と中心軸５６を介してロータ５２に正転方向の回転力が加わる。ここで、この回転力により、ステップモータ２４にこの回転力と同一方向の推力が発生し、バックスプリング４６の付勢力と、ＥＣＵ１１がステップモータ２４の断線を検出したときのステップモータ２４の第１の弁体８１の全開方向への推力との協働により、ロータ５２の回転が許容となる。これにより、弁軸４２と共に第１及び第２の弁体８１，８２が上方へ容易に移動し、図１７に示すようにラジエータ流量が最大となるまで、ＥＣＵ１１が駆動信号を発して第１の弁体８１を全開にする。
【００５０】
以上説明したように、この実施の形態の流量制御弁７０によっても、第１の実施の形態の流量制御弁１と同様、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じてステップモータ２４の出力トルクが低下すると、バックスプリング４６が第１弁体８１を全開方向へ付勢し、その付勢力によりステップモータ２４に全開方向の推力が得られる。そして、これらバックスプリング４６の付勢力とステップモータ２４の低下した推力との併用により、第１及び第２の弁体８１，８２が一体的に駆動され、第１の弁体８１で第１の弁座８６が開弁され、かつ、第１の弁体８１で第２の弁座８８が閉弁されて、ラジエータ流量が最大限に確保される。このため、ステップモータ２４のコイル５５に断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジン２を最大限に冷却することができ、これによってエンジン２のオーバヒートを未然に防止することができる。
【００５１】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で、構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第２の弁体で第２の弁座を閉弁可能にしているので、ステップモータに断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジンを最大限に冷却することができ、これによってエンジンのオーバヒートを未然に防止することができる。
【００５３】
請求項２に記載の発明の構成によれば、第１の弁体を所定の付勢力で開弁方向へ付勢するためのバックスプリングを設け、ステップモータのトルクが低下したとき、バックスプリングの付勢力とステップモータの推力との併用により第１及び第２の弁体を一体的に駆動させて、第１の弁体で第１の弁座を開弁可能に、かつ第１の弁体で第２の弁座を閉弁可能にしているので、ステップモータに断線故障等が生じたときでも、ラジエータ流量を最大にすることができ、エンジンを最大限に冷却することができ、これによってエンジンのオーバヒートを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、流量制御弁を示す側面図である。
【図２】流量制御弁を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】エンジン冷却装置を示す概略構成図である。
【図５】ステップモータの等価回路図である。
【図６】ステップモータを取り外した状態の流量制御弁を示す平面図である。
【図７】ステップモータの底面図である。
【図８】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】ステップモータの動作シーケンスを示す説明図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、ステップモータの動作を示す説明図である。
【図１１】流量制御弁の流量特性図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、ステップモータの異常時の動作を示す説明図である。
【図１３】第２の実施の形態に係り、流量制御弁を示す側面図である。
【図１４】流量制御弁を示す平面図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１６】図１４のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１７】流量制御弁の流量特性図である。
【符号の説明】
１流量制御弁
２エンジン
５ウォータポンプ
９ラジエータ
２４ステップモータ
３１第１弁体
３２第２弁体
３５第１の弁座
３６第２の弁座
４６バックスプリング
７０流量制御弁
８１第１弁体
８２第２弁体
８６第１の弁座
８８第２の弁座[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow rate control valve that is used in a water-cooled cooling device that circulates cooling water to cool an engine and that is used to control the flow rate of cooling water.
[0002]
[Prior art]
In general, a water-cooling type cooling device provided in a conventional engine has been mainly used in which cooling water is adjusted to a constant temperature of about 80 ° C. by a thermostat regardless of the operating state of the engine. However, in order to reduce engine friction, improve fuel efficiency, improve knocking performance, and prevent an excessive increase in cooling water temperature, the degree of cooling must be changed according to the engine operating conditions (load condition, rotation speed, etc.). Has been confirmed to be effective. In view of this, several water-cooled cooling devices have been proposed in which the degree of cooling is controlled in accordance with the operating state of the engine.
[0003]
As this type of cooling device, for example, there is one (first conventional example) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-195768. This cooling device flows out of the engine, returns to the water pump via the radiator, and returns to the water pump without going through the radiator and the first valve body for controlling the flow rate of cooling water (radiator flow rate). A flow control valve including a second valve body that controls the flow rate of the coolant (bypass flow rate) and an electromagnetic actuator that integrally drives the first and second valve bodies is provided. The electromagnetic actuator of this flow control valve is designed to attract the shaft made of a magnetic material by energizing the electromagnetic coil and displace it downward against the spring force of the spring. Is displaced upward by the spring force of the spring. The first and second valve bodies are integrally driven with the displacement of the shaft.
[0004]
On the other hand, as a flow control valve used in each part of the engine, not limited to the cooling device, for example, there is one disclosed in JP-A-8-4632 (second conventional example). This flow control valve includes a valve (valve element) that controls a predetermined fluid flow rate and a spring that biases the valve element in a closing direction, and a step motor is used as an electromagnetic actuator for driving the valve element. ing. In this flow control valve, when the coil of the step motor no longer generates a predetermined thrust, the valve body can be closed by using both the biasing force of the spring and the thrust of the coil.
[0005]
Therefore, by combining the first conventional example and the second conventional example, a step motor is used for the electromagnetic actuator of the flow control valve of the first conventional example, and the first and second are combined by using the spring biasing force and the step motor thrust. It is also conceivable that the second valve element can be closed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the flow control valve according to the combination of the first conventional example and the second conventional example, when a disconnection failure or the like occurs in the coil wire of the step motor, the first valve body is closed and opened. Since it cannot be performed, a situation in which the flow rate of the radiator is insufficient may be caused and the engine may be overheated.
[0007]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a first valve body and a first valve seat for controlling the radiator flow rate, and a second valve body for controlling the bypass flow rate. And the second valve seat, and assuming that the first and second valve bodies are integrally driven by the step motor, the flow rate of the radiator is reduced when a disconnection failure occurs in the coil wire of the step motor. An object of the present invention is to provide a flow control valve that can prevent engine overheating in the maximum.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is used in a water-cooled cooling device that circulates cooling water to cool the engine, and the radiator flow rate that flows out of the engine and returns to the water pump via the radiator. A first valve body and a first valve seat for controlling the engine, a second valve body and a second valve seat for controlling a bypass flow rate flowing out of the engine and returning to the water pump without passing through the radiator, In the flow control valve having a step motor for driving the first and second valve bodies integrally, a back spring is provided for biasing the first valve body in a valve opening direction with a predetermined biasing force. When the torque of the step motor decreases, the first and second valve bodies are integrally driven by the combined use of the urging force of the back spring and the thrust of the step motor, and the first valve body is used as the first valve. Open the seat The ability and the spirit of allowing the closing of the second valve seat in a second valve body.
[0009]
According to the configuration of the above invention, when the disconnection failure or the like occurs in the coil wire of the step motor and the torque of the step motor decreases, the back spring biases the first valve seat in the valve opening direction with the first valve body. Therefore, the urging force also acts on the step motor, and a thrust in the same direction as the urging force of the back spring is obtained in the step motor. The first valve body and the second valve body are integrally driven by the combined use of the urging force of the back spring and the thrust of the step motor, and the first valve seat is opened by the first valve body, In addition, the second valve seat is closed by the second valve body, and the radiator flow rate is ensured.
[0010]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is used in a water-cooled cooling device that circulates cooling water to cool the engine, and the radiator flow rate that flows out of the engine and returns to the water pump via the radiator. A first valve body, a first valve seat, and a second valve body and a second valve body for controlling a bypass flow rate that flows out of the engine and returns to the water pump without passing through the radiator In the flow control valve having the valve seat and the step motor for integrally driving the first and second valve bodies, the first valve body is urged in the valve opening direction with a predetermined urging force. When the torque of the step motor is reduced, the first valve body and the second valve body are integrally driven by the combined use of the urging force of the back spring and the thrust of the step motor. First in the body Valve openable to the valve seat, and the purpose of allowing the closing of the second valve seat in the first valve body.
[0011]
According to the configuration of the above invention, when a disconnection failure or the like occurs in the coil wire of the step motor and the torque of the step motor decreases, the back spring biases the first valve body in the direction of opening the first valve seat. Therefore, the urging force also acts on the step motor, and a thrust in the same direction as the urging force of the back spring is obtained in the step motor. The first valve body and the second valve body are integrally driven by the combined use of the urging force of the back spring and the thrust of the step motor, and the first valve seat is opened by the first valve body, In addition, the second valve seat is closed by the first valve body, and the radiator flow rate is ensured.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the flow control valve of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
1 is a side view of the flow control valve 1 of the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of the flow control valve 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. Each figure is shown.
[0014]
This flow control valve 1 is incorporated in a cooling device for a vehicle engine and used to control the flow rate of cooling water. In FIG. 4, the schematic block diagram of a cooling device is shown. In FIG. 4, the engine 2 is provided with a cooling water passage 3 including a water jacket and the like. The outlet side of the flow control valve 1 is connected to a water pump (W / P) 5 through a pump passage 4. The water pump 5 is connected to the inlet side of the cooling water passage 3. The outlet side of the cooling water passage 3 is connected to the radiator passage 6, the bypass passage 7, and the heater passage 8, respectively. The radiator passage 6 is connected to the flow control valve 1 via a radiator 9. The bypass passage 7 is directly connected to the flow control valve 1 without passing through the radiator 9. The heater passage 8 is connected to the pump passage 4 via the heater 10.
[0015]
Accordingly, when the water pump 5 is operated in conjunction with the operation of the engine 2 with the flow rate control valve 1 being opened, the cooling water is discharged from the pump 5 and the cooling water flows into the cooling water passage 3. A part of the cooling water flowing out from the outlet side of the cooling water passage 3 flows to the flow control valve 1 via the radiator passage 6 and the radiator 9. A part of the cooling water flowing out from the outlet side of the cooling water passage 3 flows to the flow control valve 1 via the bypass passage 7. The radiator flow rate flowing from the radiator passage 6 to the flow rate control valve 1 and the bypass flow rate flowing from the bypass passage 7 to the flow rate control valve 1 are both adjusted by the flow rate control valve 1 and sent to the water pump 5 through the pump passage 4. Then, it is discharged again into the cooling water passage 3. The engine 2 is cooled by the circulation of the cooling water. On the other hand, a part of the cooling water flowing out from the outlet side of the cooling water passage 3 is sent to the water pump 5 via the heater passage 8, the heater 10 and the pump passage 4, and is discharged again to the cooling water passage 3. . As the cooling water circulates, the heater 10 functions by heat dissipation.
[0016]
As shown in FIG. 4, the flow control valve 1 is connected to an electronic control unit (ECU) 11 for controlling the engine 2. The flow control valve 1 is controlled by the ECU 11 in order to adjust the degree of cooling of the engine 2 in accordance with the operating state of the engine 2. In order to execute the control of the flow rate control valve 1, the ECU 11 sends an engine rotation speed, intake pressure, engine outlet water temperature (cooling water temperature at the outlet of the cooling water passage 3) and radiator outlet water temperature (of the radiator 9) from various sensors (not shown). A signal such as the cooling water temperature at the outlet is taken in. Based on these signals, the ECU 11 controls the flow control valve 1 in accordance with the operating state of the engine 2.
[0017]
As shown in FIG. 1, the flow control valve 1 is assembled to a thermostat housing 21 formed in a block of the engine 2. The housing 21 communicates with the pump passage 4 communicating with the water pump 5 and the bypass passage 7. The housing 21 is usually provided with a well-known thermostat. Here, the housing 21 is used for mounting the flow control valve 1.
[0018]
As shown in FIGS. 1 and 2, the flow control valve 1 includes three parts: a first body 22, a second body 23, and a step motor 24. Both the first body 22 and the second body 23 are fixed to the engine 2 by screws 25. A seal ring 26 is provided between the first body 22 and the engine 2. The step motor 24 is fixed to the first body 22 by screws 27. A joint pipe 28 connected to the radiator passage 6 protrudes from the first body 22. A shim 29 for adjusting the valve opening step is sandwiched between the step motor 24 and the first body 22. The step motor 24 is provided with a wiring connector 30.
[0019]
A cross-sectional structure of the flow control valve 1 will be described with reference to FIG. The flow rate control valve 1 is a radiator flow rate that flows out from the cooling water passage 3 of the engine 2 and returns to the water pump 5 via the radiator passage 6 and the radiator 9 and the like, and also flows out of the cooling water passage 3 and does not pass through the radiator 9. The bypass flow rate returning to the pump 5 is controlled. For this purpose, the flow control valve 1 includes a first valve body 31 and a first valve seat 35 for controlling the radiator flow rate, and a second valve body 32 and a second valve seat for controlling the bypass flow rate. 36, and the first and second valve bodies 31, 32 are configured to be integrally driven by the step motor 24.
[0020]
In FIG. 3, the second body 23 has a cylindrical shape, and a lower portion thereof is provided with a bypass port 33 that communicates with the bypass passage 7, and an upper portion thereof is provided with a pump port 34 that communicates with the pump passage 4. The second body 23 is provided with the first valve seat 35 and the second valve seat 36 described above corresponding to the upper side and the lower side of the pump port 34. The first valve seat 35 corresponds to the first valve body 31, and the second valve seat 36 corresponds to the second valve body 32. The bypass port 33 can communicate with the pump port 34 via the valve hole 36 a of the second valve seat 36. A seal ring 37 that seals between the bypass passage 7 and the thermostat housing 21 is provided at the lower end of the second body 23. The first body 22 is partitioned into upper and lower rooms 39 and 40 by a partition wall 38. The lower chamber 40 leads to a radiator port 41 inside the joint pipe 28. The radiator port 41 can communicate with the pump port 34 via the valve hole 35 a of the first valve seat 35.
[0021]
The first and second valve bodies 31 and 32 are fixed on a single valve shaft 42. The valve shaft 42 is supported so as to be movable in the thrust direction (vertical direction in FIG. 3) via bearings 44 and 45 with respect to the partition wall 38 and the boss portion 43 of the second body 23. The 1st valve body 31 comprises the tubular body assembled | attached on the valve shaft 42, and is comprised by the measurement part 31a located in the upper part, and the largest flow volume control part 31b located in the lower part. This measuring portion 31 a is adapted to be aligned with the first valve seat 35. When the first valve body 31 moves up and down integrally with the valve shaft 42, the opening on the radiator side defined by the gap between the valve body 31 and the first valve seat 35 is changed. FIG. 3 shows a state in which the radiator side opening is fully open. From this state, when the first valve body 31 moves downward, the radiator-side opening decreases from fully open to fully closed. The 2nd valve body 32 located under the 1st valve body 31 comprises a cylindrical body substantially the same diameter as the measurement part 31a of the 1st valve body 31, and a pair of measurement part located in the upper and lower sides thereof 32a, 32b and a maximum flow rate restricting portion 32c located in the middle. These upper and lower measuring parts 32 a and 32 b are adapted to be aligned with the second valve seat 36. The second valve body 32 moves up and down integrally with the valve shaft 42 and the first valve body 31, so that a gap between the both measuring portions 32 a and 32 b of the valve body 32 and the second valve seat 36 is obtained. The bypass opening degree defined by is changed. FIG. 3 shows a state in which the second valve seat 36 is closed by the lower measuring portion 32b. From this state, when the second valve body 32 moves downward, the lower metering portion 32b gradually moves away from the second valve seat 36, passes through the maximum flow rate regulating portion 32c, and passes through the upper metering portion 32a. Gradually approaches the valve seat 36. Therefore, the bypass side opening degree opens from the fully closed state toward the fully open state and returns to the fully closed state again.
[0022]
As shown in FIG. 3, a back spring 46 is provided between the second valve body 32 and the boss portion 43. The back spring 46 is for urging the first valve body 31 in the valve opening direction by pressing the second valve body 32 together with the first valve body 31 with a predetermined urging force. In this embodiment, the urging force of the back spring 46 is set to a minimum magnitude from the relationship with the output torque (thrust) of the step motor 24.
[0023]
In addition, the space between the first body 22 and the second body 23 is sealed by an O-ring 47. The first body 22 is provided with a seal member 48 for sealing between the partition wall 38 and the valve shaft 42. The sealing member 48 prevents the cooling water flowing in the lower chamber 40 of the first body 22 from entering the upper chamber 39 communicating with the step motor 24.
[0024]
Next, the step motor 24 and its related structure will be described. The step motor 24 includes two stators 51a and 51b and a rotor 52 arranged on the inner periphery thereof. The stators 51a and 51b each include a triangular tooth-shaped core 53 formed alternately from above and below, and two coils 55 and 55 having different winding directions wound around a bobbin 54 disposed on the inner periphery of the core 53. Including. The direction of the magnetic pole of the core 53 is changed depending on which of the two coils 55, 55 is energized. The two stators 51a and 51b are overlapped and fixed by shifting the position of the core 53.
[0025]
An equivalent circuit of the step motor 24 is shown in FIG. One stator 51a is provided with S2 phase and S4 phase, and the other stator 51b is provided with S1 phase and S3 phase. Here, the S2 phase and the S3 phase are wound in the same direction, and the S1 phase and the S4 phase are wound in the same direction. The S1-phase to S4-phase terminals and the common terminal B are provided inside the connector 30.
[0026]
Here, the rotor 52 is composed of a magnet, and the outer periphery of the magnet is alternately magnetized into an N pole and an S pole. As shown in FIG. 3, a central shaft 56 is provided at the center of the rotor 52 so as to be rotatable together with the rotor 52. A male screw 56 a is formed on the outer periphery of the lower portion of the central shaft 56. A guide 57 is attached to the lower part of the central shaft 56. The guide 57 is formed with a female screw 57 a that meshes with the male screw 56 a of the central shaft 56. With such a configuration, rotation of the rotor 52 is converted into movement in the thrust direction of the guide 57 via the central shaft 56.
[0027]
The guide 57 is connected to the valve shaft 42 via a joint 58. A relief spring 59 is provided between the guide 57 and the joint 58. FIG. 6 is a plan view showing a state in which the step motor 24 is removed from the flow control valve 1. The upper end of the joint 58 has a shape in which U-shaped portions face each other. FIG. 7 shows the end face side of the step motor 24 fitted to the joint 58. The lower surface of the guide 57 of the step motor 24 has a substantially rectangular shape. The guide 57 and the joint 58 are overlapped with each other in a notch, and the step motor 24 is rotated as a whole in a state in which the relief spring 59 is pressed and contracted. 58 are fitted to each other. FIG. 8 shows a cross-sectional view along the line BB in FIG.
[0028]
Next, the operation of the step motor 24 will be described. FIG. 9 shows an operation sequence of the step motor 24. The relationship between the excitation state of each of the stators 51a and 51b corresponding to the operation sequence and the position of the rotor 52 is developed in FIGS. 10 (a) to 10 (d). Schematically.
[0029]
As shown in FIG. 9, in the excitation order {circle around (1)}, the S1 phase and the S2 phase are turned on, so that the stators 51a and 51b are excited in opposite directions as shown in FIG. 10 (a). Here, since the N pole of the rotor 52 is closest, both the stators 51a and 51b are attracted to a position where they are both S poles.
[0030]
Further, in the excitation order {circle around (2)}, the S2 phase and the S3 phase are turned on, so that the magnetic pole of the stator 51b is reversed as shown in FIG. 10 (b), and the rotor 52 has both the stators 51a and 51b both S poles. Is drawn to the position.
[0031]
Further, in the excitation order {circle over (3)}, the third phase and the S4 phase are turned on. Therefore, as shown in FIG. 10C, the magnetic pole of the stator 51a is reversed, and the rotor 52 has both the stators 51a and 51b both S poles. Is drawn to the position.
[0032]
Further, in the excitation order {circle around (4)}, the S4 phase and the S1 phase are turned on, so that the magnetic pole of the stator 51b is reversed as shown in FIG. Is drawn to the position.
[0033]
In the excitation order (5), the S1 phase and the S2 phase are turned on, so that the magnetic pole of the stator 51a is reversed as shown in FIG. 10 (a), and the rotor 52 has both the stators 51a and 51b both S poles. Is drawn to the position.
[0034]
Therefore, when both the stators 51a and 51b are excited in the order of each excitation order (1) to (5) or in the order of excitation (5) to (1), the rotor 52 has an angle corresponding to the number of motor steps. The rotation is forward or reverse, and the rotation is converted into the movement of the valve shaft 42 in the thrust direction via the central shaft 56, the guide 57 and the joint 58. Since the rotation direction and rotation angle of the rotor 52 and the movement direction and movement distance of the valve shaft 42 correspond to each other, the first and second valve bodies 31 and 32 are controlled by controlling the number of motor steps. Can be moved integrally to change the opening on the radiator side and the opening on the bypass side. Here, it is assumed that the direction of excitation order (1) to (5) in FIG. 9 is the increasing direction of the number of motor steps, and the rotor 52 rotates forward in accordance with this. Since the valve shaft 42 moves upward as the number of motor steps increases, the first valve seat 35 opens in the first valve body 31 and the opening on the radiator side increases, and the second valve body 32 increases. Thus, the second valve seat 36 is opened and closed, and the opening on the bypass side increases or decreases. Further, the direction of excitation order (5) to (1) in FIG. 9 is the direction of decreasing the number of motor steps, and the rotor 52 is rotated in reverse. Since the valve shaft 42 moves downward as the number of motor steps decreases, the first valve seat 35 is closed by the first valve body 31 and the radiator side opening degree is decreased, and the second valve body 32 is also reduced. Thus, the second valve seat 36 is opened and closed, and the opening on the bypass side increases or decreases.
[0035]
FIG. 11 is a graph showing the flow characteristics of the flow control valve 1. In this graph, the horizontal axis represents the number of motor steps of the step motor 24, and the vertical axis represents the flow rate of the cooling water. As is apparent from this graph, the radiator flow rate gradually increases as the number of motor steps increases, but the bypass flow rate increases and decreases with a certain peak as the number of motor steps increases.
[0036]
By the way, when an abnormality such as disconnection occurs in the step motor 24, the stators 51a and 51b are not properly excited, and the output torque of the step motor 24 decreases. For example, when disconnection occurs in the S2 phase, as shown in FIGS. 10A and 10B, the S2 phase that is to be excited in the excitation order (1) and (2) is not energized, and the stator 51a is excited. It will not be done. For this reason, as shown in FIG. 12A, in the excitation order (1), the rotor 52 is attracted to the center of the S pole of the stator 51b. Next, in the excitation order {circle around (2)}, the magnetic pole of the stator 51b changes, but the rotor 52 is located at an equal distance from the S poles on both sides thereof, so that it can rotate to the left or right.
[0037]
At this time, since the urging force of the back spring 46 works to press the valve shaft 42 upward, the guide 57 is pressed upward, and due to the relationship between the guide 57 and the central shaft 56, the rotor 52 has a forward rotation direction. A rotational force is applied. Here, since the magnetic force attracted by the stator 51b to the rotor 52 is balanced in the normal rotation direction and the reverse rotation direction, the rotor 52 is attracted to the S pole in the normal rotation direction by this slight rotational force. This pulling force corresponds to thrust. That is, when the step motor 24 is abnormal, the rotation of the rotor 52 is allowed by the cooperation of the urging force of the back spring 46 and the thrust generated by the step motor 24 by the urging force. As a result, the first and second valve bodies 31 and 32 are moved upward together with the valve shaft 42, and the first valve seat 31 causes the first valve seat until the radiator flow rate becomes maximum as shown in FIG. 35 is opened until fully open.
[0038]
As described above, according to the flow control valve 1 of this embodiment, when a disconnection failure or the like occurs in the coil 55 of the step motor 24 and the output torque of the step motor 24 decreases, the back spring 46 is Since the first valve seat 35 is urged in the fully open direction by the valve body 31, the urging force acts on the step motor 24 via the valve shaft 42, the joint 58 and the guide 57. Then, a forward biasing force is applied to the rotor 52 of the step motor 24, and a thrust in the same direction as the biasing force is obtained by the step motor 24. The first valve body 31 and the second valve body 32 are integrally driven by the combined use of the urging force of the back spring 46 and the thrust of the step motor 24, and the first valve seat 31 is used to drive the first valve seat. 35 is opened, and the second valve seat 36 is closed by the second valve body 32, so that the radiator flow rate is maximized. Therefore, even when a disconnection failure or the like occurs in the coil 55 of the step motor 24, the radiator flow rate can be maximized and the engine 2 can be cooled to the maximum, thereby preventing overheating of the engine 2 beforehand. can do.
[0039]
By the way, in this flow control valve 1, when the step motor 24 functions normally, both valves in the direction of fully opening the first valve seat 35 with the first valve body 31 by the force that normally rotates the motor 24. The bodies 31 and 32 can be moved. Therefore, the urging force required for the back spring 46 only needs to be sufficient to prevent the two valve bodies 31 and 32 from rattling, and one of the stators 51a and 51b when the step motor 24 is abnormal. It is sufficient if it has a size that can trigger the rotation of the rotor 52 in the forward rotation direction by the small magnetic force that is generated.
[0040]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the flow control valve according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0041]
FIG. 13 is a side view of the flow control valve 70 of the present embodiment, FIG. 14 is a plan view of the flow control valve 70, FIG. 15 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. FIG. 16 is a sectional view taken along line DD in FIG.
[0042]
The flow rate control valve 70 is used in the cooling device shown in FIG. The flow control valve 1 of the first embodiment is incorporated in the thermostat housing 21 of the block of the engine 2, whereas the flow control valve 70 of the present embodiment is not the thermostat housing 21 but the engine 2. Are externally attached to the blocks.
[0043]
As shown in FIGS. 13 and 14, the flow control valve 70 includes three parts: a first body 71, a second body 72, and a step motor 24. The first body 71 and the second body 72 are connected to each other by a screw 73. The step motor 24 is fixed to the first body 71 by screws 74. A first joint pipe 75 connected to the bypass passage 7 and a second joint pipe 76 connected to the heater passage 8 protrude from the first body 71. or. A third joint pipe 77 connected to the radiator passage 6 protrudes from the second body 72. The second body 72 is provided with a screw hole 78 for attaching to the block of the engine 2 or the like.
[0044]
A cross-sectional structure of the flow control valve 70 will be described with reference to FIGS. The flow control valve 70 includes a first valve body 81 and a first valve seat 86 for controlling the radiator flow rate from the radiator passage 6, and a first valve body for controlling the bypass flow rate from the bypass passage 7. 81, a second valve body 82 and a second valve seat 88, and the first and second valve bodies 81 and 82 are integrally driven by the step motor 24.
[0045]
As shown in FIG. 15, a radiator port 83 communicating with the radiator passage 6 is provided at the lower portion of the second body 72. A room 84 is provided on the upper portion of the second body 72. As shown in FIG. 16, the second body 72 is provided with a pump port 85 that communicates with the pump passage 4. The pump port 85 communicates with the room 84. In the second body 72, a first valve seat 86 corresponding to the first valve body 81 is provided between the radiator port 83 and the chamber 84. The radiator port 83 can communicate with the chamber 84 and the pump port 85 through the valve hole 86 a of the first valve seat 86. A chamber 87 communicating with the first joint pipe 75 is provided at the lower portion of the first body 71. A second valve seat 88 corresponding to the second valve body 82 is provided at the lower end of the chamber 87. The chamber 84 of the second body 72 can communicate with the chamber 87 of the first body 71 and the pump port 85 via the valve hole 88 a of the second valve seat 88. The first body 71 is partitioned by the partition wall 38 into a lower room 87 and an upper room 39.
[0046]
The valve shaft 42 to which the first and second valve bodies 81 and 82 are fixed is arranged in the thrust direction (up and down in FIGS. 15 and 16) with respect to the partition wall 38 and the boss portion 43 of the second body 72 via bearings 44 and 45. Direction). The first valve body 81 is formed in a shade shape. A maximum flow rate restricting portion 81a is formed at the lower portion. The lower side of the valve body 81 is aligned with the first valve seat 86, and the upper side of the valve body 81 is aligned with the second valve seat 88. When the first valve body 81 moves up and down integrally with the valve shaft 42, the opening on the radiator side defined by the gap between the valve body 81 and the first valve seat 86 is changed. 15 and 16 show a state where the radiator side opening is fully opened. From this state, when the first valve body 81 moves downward, the opening on the radiator side decreases from fully open to fully closed. The second valve body 82 located on the upper side of the first valve body 81 has a shade shape that is substantially the same diameter as the first valve body 81, and its lower surface is tapered. A maximum flow rate restricting portion 82a is formed at the lower portion. The tapered surface of the valve body 82 is aligned with the second valve seat 88. The second valve body 82 moves up and down integrally with the valve shaft 42 and the first valve body 81, so that a bypass defined by a gap between the valve bodies 81 and 82 and the second valve seat 88 is bypassed. The side opening can be changed. 15 and 16 show a state in which the second valve seat 88 is closed by the first valve body 81. From this state, when both valve bodies 81 and 82 move downward, the first valve body 81 is gradually separated from the second valve seat 88, while the second valve body 82 is moved to the same valve seat. Gradually approaching 88. Therefore, the bypass side opening degree opens from the fully closed state to the fully opened state and returns to the fully closed state again. FIG. 17 is a graph showing the flow characteristics of the flow control valve 70.
[0047]
As shown in FIGS. 15 and 16, a back spring 46 is provided between the first valve body 81 and the boss portion 43. The back spring 46 presses the first valve body 81 together with the second valve body 82 with a predetermined urging force to urge the first valve seat 86 in the valve opening direction by the first valve body 81. Is to do. Also in this embodiment, the urging force of the back spring 46 is set to a minimum magnitude from the relationship with the thrust of the step motor 24.
[0048]
The relationship between the joint 58 accommodated in the upper chamber 39 of the first body 71 and the valve shaft 42, the relationship between the joint 58 and the guide 57 and the like thereon, and the structure of the step motor 24 are as follows. Since it is the same as the flow control valve 1 of the embodiment, the description is omitted here.
[0049]
Also in the flow control valve 70 of this embodiment, when an abnormality such as a disconnection occurs in the step motor 24, the stators 51a and 51b are not properly excited, the driving torque is reduced, and the flow rate of the cooling water is appropriately controlled. Can not be. The biasing force of the back spring 46 always acts so as to press the valve shaft 42 upward, the guide 57 is pressed upward, and the rotational force in the forward rotation direction is applied to the rotor 52 via the guide 57 and the central shaft 56. Join. Here, due to this rotational force, a thrust in the same direction as this rotational force is generated in the step motor 24, and the biasing force of the back spring 46 and the first of the step motor 24 when the ECU 11 detects disconnection of the step motor 24. The rotation of the rotor 52 is allowed by cooperation with the thrust force in the fully open direction of the valve body 81. As a result, the first and second valve bodies 81 and 82 together with the valve shaft 42 easily move upward, and the ECU 11 issues a drive signal until the radiator flow rate becomes maximum as shown in FIG. The valve body 81 is fully opened.
[0050]
As described above, the flow control valve 70 of this embodiment also causes a disconnection failure or the like in the coil 55 of the step motor 24 as in the flow control valve 1 of the first embodiment, and the output of the step motor 24. When the torque decreases, the back spring 46 urges the first valve body 81 in the fully open direction, and thrust in the fully open direction is obtained in the step motor 24 by the urging force. The first and second valve bodies 81 and 82 are integrally driven by the combined use of the urging force of the back spring 46 and the thrust reduced by the step motor 24, and the first valve body 81 The valve seat 86 is opened, and the second valve seat 88 is closed by the first valve body 81, so that the radiator flow rate is maximized. For this reason, even when a disconnection failure or the like occurs in the coil 55 of the step motor 24, the radiator flow rate can be maximized, and the engine 2 can be cooled to the maximum, thereby preventing overheating of the engine 2 in advance. Can be prevented.
[0051]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a part of the configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
[0052]
【The invention's effect】
According to the configuration of the first aspect of the present invention, the back spring for biasing the first valve body in the valve opening direction with the predetermined biasing force is provided, and when the torque of the step motor decreases, The first and second valve bodies are integrally driven by the combined use of the urging force and the thrust of the step motor so that the first valve seat can be opened by the first valve body, and the second valve body Since the second valve seat can be closed, the flow rate of the radiator can be maximized even when a disconnection failure or the like occurs in the step motor, and the engine can be cooled to the maximum. Engine overheating can be prevented in advance.
[0053]
According to the second aspect of the present invention, the back spring is provided for urging the first valve body in the valve opening direction with a predetermined urging force. The first and second valve bodies can be integrally driven by the combined use of the urging force and the thrust of the step motor so that the first valve seat can be opened, and the first valve body Since the second valve seat can be closed, the flow rate of the radiator can be maximized even when a disconnection failure or the like occurs in the step motor, and the engine can be cooled to the maximum. Engine overheating can be prevented in advance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a flow control valve according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a flow control valve.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an engine cooling device.
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a step motor.
FIG. 6 is a plan view showing the flow control valve with the step motor removed.
FIG. 7 is a bottom view of the step motor.
8 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an operation sequence of a step motor.
FIGS. 10A to 10D are explanatory views showing the operation of the step motor. FIGS.
FIG. 11 is a flow characteristic diagram of the flow control valve.
FIGS. 12A and 12B are explanatory diagrams showing an operation when the step motor is abnormal. FIGS.
FIG. 13 is a side view showing a flow control valve according to the second embodiment.
FIG. 14 is a plan view showing a flow control valve.
15 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
16 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
FIG. 17 is a flow characteristic diagram of the flow control valve.
[Explanation of symbols]
1 Flow control valve
2 Engine
5 Water pump
9 Radiator
24 step motor
31 1st valve body
32 Second valve body
35 First valve seat
36 Second valve seat
46 Backspring
70 Flow control valve
81 1st valve body
82 Second valve body
86 First valve seat
88 Second valve seat

Claims

A first valve body and a first valve seat that are used in a water-cooled cooling device that circulates cooling water to cool an engine and that control the flow rate of the radiator that flows out of the engine and returns to the water pump via the radiator And a second valve body and a second valve seat for controlling a bypass flow rate that flows out of the engine and returns to the water pump without passing through the radiator, and the first and second valve bodies are integrally driven. In a flow control valve provided with a step motor for
A back spring for urging the first valve body in a valve opening direction with a predetermined urging force, a rotor of the step motor, and a guide screwed to a rotation shaft provided so as to be integrally rotatable with the rotor. With members,
The first and second valve bodies are located between the back spring and the guide member;
When the torque of the step motor decreases, the back spring urges the second valve body in the valve closing direction, the first valve body in the valve opening direction, and the guide member in the thrust direction. by urging, said by combination with the urging force of the back spring and the thrust of the step motor integrally so driving the first and second valve body, the first in the first valve body A flow control valve characterized in that the valve seat can be opened and the second valve seat can be closed by the second valve body.

A first valve body and a first valve seat that are used in a water-cooled cooling device that circulates cooling water to cool an engine and that control the flow rate of the radiator that flows out of the engine and returns to the water pump via the radiator And the first valve body, the second valve body and the second valve seat for controlling the bypass flow rate flowing out of the engine and returning to the water pump without passing through the radiator, and the first and second valve seats. In a flow control valve having a step motor for driving the valve body integrally,
A back spring for urging the first valve body with a predetermined urging force in a valve opening direction is provided, and when the torque of the step motor decreases, the urging force of the back spring and the thrust of the step motor The first and second valve bodies are integrally driven by the combined use so that the first valve body can be opened by the first valve body, and the second valve body can be opened by the first valve body. A flow control valve characterized in that the valve seat can be closed.