JP3994748B2

JP3994748B2 - Heat engine cooling system

Info

Publication number: JP3994748B2
Application number: JP2002021546A
Authority: JP
Inventors: 伸一浜田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-01-30
Also published as: JP2003222252A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱機関の冷却装置に関するもので、水冷式内燃機関を備えるシステム、例えば自動車に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
自動車用エンジンの温度制御装置として、出願人は特願２０００−２８７２５５号を出願しており、この出願では、エンジン負荷が小さいときには、図１０の第２のバルブ状態に示されるように、ラジエータ流量を減らしてエンジンの温度を高めに保持して燃焼効率の向上及び可動部分の摩擦抵抗の低減を図り、一方、エンジン負荷が大きいときには、図１０の第１のバルブ状態に示されるように、ラジエータ流量を増大してバイパス流量を減少させることにより、エンジンのオーバーヒートを防止している。
【０００３】
なお、図１０の第３のバルブ状態はエンジン始動時に実施されるモードで、ラジエータ流量をほぼ０として暖機運転の促進を図るものである。
【０００４】
ところで、エンジン負荷が小さいときには、前述のごとく、ラジエータ流量を極力絞って冷却水温度を高めに保持することが有効であるが、ラジエータ流量が過度に少なくなる又は０となってしまうと、ラジエータから流出した冷却水の温度を正確に検出することができなくなってしまうので、エンジンの温度制御それ自体の精度が悪化してしまう。
【０００５】
これに対して、ラジエータから流出した冷却水の温度を正確に検出することができる程度までラジエータ流量を絞ればよいが、上記出願に示されているように、流量制御バルブは、多数の部品から構成されているので、各構成部品の寸法バラツキ及び組み付けバラツキにより、実際のバルブ回転角及び実際の流量が制御目標値に対して相違する可能性がある。
【０００６】
特に、微少流量域では、バルブ回転角、すなわち開口面積が僅かに変化しても大きく流量が変化するので、微少流量域において流量を正確に制御することが難しい。
【０００７】
本発明は、上記点を考慮しつつ、熱機関の燃費を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、熱機関（１０）内を循環して加熱された冷却水を大気中に放冷するラジエータ（２０）と、
前記ラジエータ（２０）を迂回させて前記冷却水を前記熱機関（１０）に戻すバイパス回路（３０）と、
前記ラジエータ（２０）を流れる冷却水の流量及び前記バイパス回路（３０）を流れる冷却水の流量を調節する流量制御バルブ（４０）と、
前記流量制御バルブ（４０）の作動を制御する制御手段（１００）とを備え、
前記流量制御バルブ（４０）は、
前記ラジエータ（２０）を流れる冷却水が通過するラジエータ側開口部（４３ａ）と、
前記ラジエータ側開口部（４３ａ）が形成されたシートプレート（４３）と、
前記バイパス回路（３０）を流れる冷却水が通過するバイパス側開口部（４１ｆ）と、
前記ラジエータ側開口部（４３ａ）及び前記バイパス側開口部（４１ｆ）に対して相対変位することにより前記ラジエータ側開口部（４３ａ）の開口面積及び前記バイパス側開口部（４１ｆ）の開口面積を調節するバルブ（４５）とを具備し、
前記バルブ（４５）及び前記シートプレート（４３）のうち少なくとも一方に、前記ラジエータ側開口部（４３ａ）に対する前記バルブ（４５）の相対変位量によらず、前記ラジエータ側開口部（４３ａ）の開口面積を一定に維持する連通路（４４ａ）が設けられており、
前記制御手段（１００）は、前記バルブ（４５）の変位量を調節することにより、前記ラジエータ側開口部（４３ａ）の開口面積を前記連通路（４４ａ）により一定とした状態で前記バイパス側開口部（４１ｆ）の開口面積を調節する待機制御モードを実行することを特徴とする
【０００９】
これにより、流量制御バルブの構成部品の寸法バラツキ及び組み付けバラツキにより、バルブ（４５）の実際の変位量が制御目標変位量に対してずれていても、実際のバルブ変位量によらず、連通路（４４ａ）の断面積により決定される微少流量しか冷却水が流れないので、微少流量域において冷却水の流量を正確に制御することができる。延いては、熱機関（１０）の燃費を向上させることができる。
さらに、請求項１に記載の発明では、ラジエータ側開口部（４３ａ）の開口面積を連通路（４４ａ）により一定とした状態でバイパス側開口部（４１ｆ）の開口面積を調節する待機制御モードを実行するようになっているから、既に流量が微少となっている状態でラジエータ側開口部（４３ａ）を更に小さくして熱機関（１０）の温度を上昇させる場合に比べて、ラジエータ流量より大きな流量であるバイパス側開口部（４１ｆ）の開口面積を縮小すれば、精度良く早期に熱機関（１０）の温度を上昇させることができる。延いては、熱機関（１０）の燃費を向上させることがきる。
【００１０】
なお、請求項２に記載の発明では、バルブ（４５）はラジエータ側開口部（４３ａ）に対して回転することにより開口面積を調整するものであり、さらに、連通路（４４ａ）は、バルブ（４５）の回転角が略２°以上、略１５°以下の範囲内において連通可能となるように設けられていることを特徴としたものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、バルブ（４５）はラジエータ側開口部（４３ａ）に対して回転することにより開口面積を調整するものであり、さらに、連通路（４４ａ）の長さは、バルブ（４５）の回転角に換算して略２°以上、略１５°以下であることを特徴としたものである。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明では、連通路（４４ａ）は、バルブ（４５）のうちシートプレート（４３）との対向面（４５ａ）及びシートプレート（４３）のうちバルブ（４５）との対向面（４３ｂ）のうち少なくとも一方において、バルブ（４５）の回転方向に延びる溝部より形成されていることを特徴としたものである。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明では、一定の開口面積は、流量が５Ｌ／ｍｉｎ以下、０Ｌ／ｍｉｎより大きくなるような大きさに設定されていることを特徴としたものである。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明では、少なくとも待機制御モード時においては、ラジエータ（２０）を流れる流量よりもバイパス回路（３０）を流れる流量の方が大きいことを特徴としたものである。
【００１７】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る流体バルブを車両の走行用エンジンの冷却装置に適用したものであって、図１は本実施形態に係るエンジンの冷却装置の模式図である。
【００１９】
図１中、ラジエータ２０はエンジン１０内を循環して加熱された冷却水の熱を大気中に放冷し、その冷却された冷却水をエンジン１０に戻す熱交換器であり、送風機２１はラジエータ２０に冷却風を送風する送風手段である。
【００２０】
バイパス回路３０はエンジン１０から流出する冷却水をラジエータ２０を迂回させてエンジン１０に戻すバイパス手段であり、流量制御バルブ４０はラジエータ２０に循環させる冷却水量とバイパス回路３０に循環させる冷却水量とを調節する電子制御式の流体バルブであり、ポンプ５０はエンジン１０から駆動力を得て冷却水を循環させる渦巻式のウォータポンプである。なお、流量制御バルブ４０の構造は後述する。
【００２１】
そして、流量制御バルブ４０は、バイパス回路３０を流れる冷却水の温度を検出する第１水温センサ１０１の検出温度、ラジエータ２０から流出する冷却水の温度を検出する第２水温センサ１０２、及びポンプ５０の流入側に配設されてエンジン１０に戻ってくる冷却水の温度を検出する第３水温センサ１０３の検出温度等に基づいて電子制御装置（ＥＣＵ）１００により制御される。
【００２２】
次に、流量制御バルブ４０の構造について述べる。
【００２３】
図２は流量制御バルブ４０の断面図であり、図３は図２の上面図である。そして、冷却水通路４０ａを構成するアルミニウム製のハウジング４１は、図２に示すように、ラジエータ２０の流出側に接続される第１流入口４２ａが形成された第１ハウジング４１ａ、並びにバイパス回路３０の流出側に接続される第２流入口４２ｂ及びポンプ５０の吸入側に接続される流出口４２ｃ（図３参照）が形成された第２ハウジング４１ｂを有して構成されている。
【００２４】
なお、第１、２ハウジング４１ａ、４１ｂは、Ｏリング等のパッキン４１ｃを介してボルト４１ｄ（図３参照）により締結されている。
【００２５】
また、ハウジング４１内のうち第１ハウジング４１ａのフランジ部４１ｅには、第１流入口４２ａ側と流出口４２ｃ側とを仕切るアルミニウム製のシートプレート４３が配設されている。そして、このシートプレート４３は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、段付き部４３ｃが形成された円筒部４３ｄ、及びこの円筒部４３ｄの軸方向一端側に位置するように円盤状のシート面４３ｂが形成されており、シート面４３ｂには、第１流入口４２ａ側と流出口４２ｃ側と連通させるラジエータ側開口部をなすラジエータ側連通口４３ａが形成されている。
【００２６】
このとき、ラジエータ側連通口４３ａは、その外縁が描く図形の図心がシート面４３ｂの図心と一致するように形成されているとともに、ラジエータ側連通口４３ａの外縁部には、ラジエータ側連通口４３ａを縁取るようにゴム製のパッキン４４が焼き付け固着されている。
【００２７】
因みに、図形の図心とは、周知のごとく、平面図形において面積モーメントが釣り合う点であり、本実施形態では、シート面４３ｂは円盤状であるので、その図心は中心と一致する。
【００２８】
なお、シートプレート４３を挟んで上流側と下流側とは、図２示すように、フランジ部４１ｅとシートプレート４３との間に配設されたＯリング等のパッキン４３ｆにより密閉されている。このため、シートプレート４３の上流側から下流側に流れる冷却水の全ては、ラジエータ側連通口４３ａを通過することとなる。
【００２９】
また、シートプレート４３より冷却水流れ下流側には、ラジエータ側連通口４３ａに対して相対的に回転変位してラジエータ側連通口４３ａの開口面積、すなわちラジエータ側開度を調節するバルブ４５が配設されており、このバルブ４５は、図５に示すように、シート面４３ｂと平行に配置されてパッキン４４と接触しながら平行移動するように回転する円盤状の第１バルブ面４５ａ、第２流入口４２ｂ側に繋がるバイパス側開口部をなすバイパス側連通口４１ｆ（図２参照）の開口面積を調節する第２バルブ面４５ｂ、並びに第１バルブ面及び第２バルブ面４５ｂを回転させるシャフト部４５ｃ等からなるもので、これら４５ａ〜４５ｃは金属にて一体形成されている。
【００３０】
このとき、第１バルブ面４５ａには、ラジエータ側連通口４３ａに対応するように扇状の開口部４５ｄがシャフト４５ｃに対して対称に形成されており、第２バルブ面４５ｂは、第１バルブ面４５ａの外縁部に位置してシャフト４５ｃの長手方向と平行な方向に延出する円筒状の一部をなす壁部である。なお、シャフト４５ｃの先端側には、後述する減速機４７の出力軸を固定するためのネジ穴が形成されている。
【００３１】
ところで、シートプレート４３のシート面４３ｂに形成されたラジエータ側連通口４３ａのうち、第１バルブ面４５ａに形成された扇状の開口部４５ｄと対応する部位からずれた位置、すなわちシート面４３ｂの中心部の開口部（図４の二点鎖線で示された部位）４３ｅは、シートプレート４３を挟んで上流側と下流側とを連通させるラジエータ側連通口４３ａとしての機能に加えて、シート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧よる力（以下、この力をシート押圧力と呼ぶ。）を調節する受圧面積調節穴として機能する。そこで、以下、開口部４３ｅを受圧面積調節穴４３ｅと表記する。
【００３２】
つまり、シート面４３ｂの現状の受圧面積は、図４（ａ）において斜線で示された面積であるが、受圧面積調節穴４３ｅを大きくすれば、受圧面積が減少してシート押圧力が減少し、逆に受圧面積調節穴４３ｅを小さくすれば、受圧面積が増大してシート押圧力が増大する。
【００３３】
また、シートプレート４３のラジエータ側連通口４３ａを縁取るように配置されたパッキン４４には、図４（ａ）、図４（ｃ）に示すように、ラジエータ側連通口４３ａの外縁部からバルブ４５の回転方向に延びる半円状の断面を有する溝部４４ａが形成されており、この溝部４４ａにより、ラジエータ側連通口４３ａに対するバルブ４５の相対回転変位量、つまりバルブ４５の回転角が所定範囲内にあるときに、バルブ４５の回転角によらず一定の開口面積を確保する連通路が構成されている。ここで、所定範囲とは、本実施形態では、バルブ４５の回転角で約２°以上、約１５°以下の範囲であり、理想的には実質的５°である。
【００３４】
そして、本実施形態では、溝部４４ａの断面積、すなわち溝部４４ａにより決定されるラジエータ側連通路４３ａの開度は、流量が５Ｌ／ｍｉｎ以下であって、０Ｌ／ｍｉｎより大きくなるような大きさに設定され、また、溝部４４ａの長さは、バルブ４５の回転角に換算して略２°以上、略１５°以下相当であり、理想的には実質的５°である。
【００３５】
因みに、図２において、モータ４６はバルブ４５を回転駆動する動力を発生するステッピングモータであり、減速機４７はモータ４６の出力を減速してバルブ４５のシャフト４５ｃに伝達する複数枚の歯車からなる変速機であり、この減速機４７及びモータ４６によりバルブ４５を回転駆動させるアクチュエータが構成されている。
【００３６】
また、軸受４８はシャフト４５ｃを回転可能に支持する転がり軸受であり、リップシール４９は流体通路４０ａ内の冷却水がアクチュエータ内に流入することを防止するシール手段である。
【００３７】
以上に述べた構成により、シートプレート４３は、バルブ４５より上流側に位置してバルブ４５に対してシート面４３ｂと直交する方向に微少、つまりパッキン４３ｆの弾性変形量程度に変位することができる。このとき、図２に示すように、シートプレート４３の変位方向一端側、つまり下流側への変位はバルブ４５により規制され、シートプレート４３の変位方向他端側、つまり上流側への変位はフランジ部４１ｅにより規制される。
【００３８】
なお、バルブ４５が回転すると、パッキン４４と第１バルブ面４５ａとの摩擦量によりシートプレート４３が回転するおそれがあるので、本実施形態では、シートプレート４３の外周側に外方側に突出する突起部４３ｈを形成し、この突起部４３ｈを図２に示すように第２ハウジング４１ｂに設けた溝部４１ｇに摺動可能に嵌合させることによりシートプレート４３が回転することを防止している。
【００３９】
次に、本実施形態に係る流量制御バルブ４０の特徴的作動及びその効果について述べる。
【００４０】
バルブ４５が第１バルブ面４５ａの中心を中心として回転すると、シートプレート４３のラジエータ側連通口４３ａとバルブ４５の開口部４５ｄとの重なり合う面積、すなわちラジエータ側連通口４３ａの開口面積、及びバイパス側連通口４１ｆの開口面積が、図７に示すように、バルブ４５の回転角に比例して変化し、流量制御バルブ４０内を流れる冷却水量が調節される。
【００４１】
このとき、第１バルブ面４５ａはパッキン４４と接触しているので、第１バルブ面４５ａとシート面４３ｂとの隙間から冷却水が下流側に流れてしまうことを防止できる。したがって、バルブ４５の回転角、つまりラジエータ側連通口４３ａの開口面積に応じてラジエータ２０を流れる冷却水量を調節することができる。
【００４２】
また、ラジエータ側連通口４３ａが第１バルブ面４５ａにより閉塞された状態であっても、図６（ｃ）に示すように、第１バルブ面４５ａの開口部４５ｄと溝部４４ａとが連通している間は、溝部４４ａを介して微少流量の冷却水がラジエータ２０内を循環する。
【００４３】
したがって、流量制御バルブ４０の構成部品の寸法バラツキ及び組み付けバラツキにより、バルブ４５の実際の回転角が、流量制御バルブ４０に対してＥＣＵ１００が発した制御目標回転角に対してずれていても、実際の回転角によらず、溝部４４ａの断面積に決定される微少流量しか流れないので、微少流量域において流量を正確に制御することができる。延いては、車両燃費を向上させることがきる。
【００４４】
なお、溝部４４ａの長さ及び微少流量とするバルブ４５の回転角範囲は、構成部品の寸法バラツキ及び組み付けバラツキ等を考慮して決定される。
【００４５】
因みに、図７は、バルブ４５の回転角度とラジエータ２０を流れる冷却水量及びバイパス回路３０を流れる冷却水量との関係を示すものであり、図６（ａ）〜（ｄ）は図７の横軸の（ａ）〜（ｄ）に対応する。
【００４６】
また、図７中、モード１で示される回転角範囲は、通常走行状態において実行される制御モードであり、具体的には、第１水温センサ１０１の検出温度及び第２水温センサ１０２の検出温度に基づいて、第３水温センサ１０３の検出温度が目標温度となるようにバルブ４５を回転させるモードである。
【００４７】
また、図７中、モード２は、アイドリング運転等の低負荷時や暖機運転を促進する場合に行われる待機モードであり、このモード２時には、ラジエータ２０を流出した冷却水は溝部４４ａを流れる。
【００４８】
また、図７中、モード３はエンジン１０の始動時に行われるもので、ラジエータ２０を流れる流量を略０とするものである。
【００４９】
ところで、シートプレート４３は、バルブ４５より上流側に位置してバルブ４５に対してシート面４３ｂと直交する方向に微少に変位することができるので、パッキン４４の接触面圧はシール押圧力、つまりシート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧に比例して増減する。
【００５０】
したがって、パッキン４４の接触面圧を高める必要があるとき、すなわち流量制御バルブ４０に流入する流量が増大するときには、シート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧が増大するのでシール押圧力が増加し、一方、パッキン４４の接触面圧を高める必要がないとき、すなわち流量制御バルブ４０に流入する流量が減少したときには、シート面４３ｂの流入口４２ａ側の面に作用する水圧が減少するのでシール押圧力が減少する。
【００５１】
延いては、バルブ４５が摺動する時の摩擦力が必要以上に大きくなってしまうことを防止できるので、早期にパッキン４４が摩耗してしまうことを防止でき、パッキン４４の寿命を延長させつつ、バルブ４５とシートプレート４３とを確実にシールすることができる。
【００５２】
また、受圧面積調節穴４３ｅを調節することにより、受圧面積、つまりシート押圧力を容易に調節することができるので、流量制御バルブ４０の開発時間を短縮することができる。
【００５３】
また、ラジエータ側連通口４３ａは、その外縁が描く図形の図心がシート面４３ｂの図心と一致するように形成されているので、シートプレート４３に作用する水圧によるシート押圧力の中心が偏心してしまうことを防止できる。したがって、パッキン４４の接触面圧を略均一とすることができるので、パッキン４４が偏摩耗してしまうことを防止できる。
【００５４】
同様に、受圧面積調節穴４３ｅの外縁が描く図形の図心がシート面４３ｂの図心と一致しているので（図４（ａ）参照）、シートプレート４３に作用する水圧によるシート押圧力の中心が偏心してしまうことを確実に防止でき、パッキン４４が偏摩耗してしまうことを確実に防止できる。
【００５５】
（第２実施形態）
第１実施形態では、溝部４４ａをシートプレート４３に設けたが、本実施形態は、図８に示すように、バルブ４５の第１バルブ面４５ａに設けたものである。
【００５６】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、モード２（待機モード）において、ラジエータ側連通口４３ａの開度が一定となる回転角範囲に同期させてバイパス側連通口４１ｆの開度も一定なるようにしたが（図７参照）、本実施形態は、図９に示すように、待機モードの回転角範囲を第１、２実施形態に比べて拡大し、図９のＡの領域で示されるように、ラジエータ側連通口４３ａの開度を一定とした状態でバイパス側連通口４１ｆの開度を調節するようにしたものである。
【００５７】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００５８】
待機モードは、前述のごとく、エンジン１０の負荷が比較的に小さいときに実行される。このとき、低負荷時には、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、ラジエータ流量を減らしてエンジン１０の温度を高めに保持することが望ましいが、ラジエータ流量を過度に減少させると、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、ラジエータ２０から流出した冷却水の温度を正確に検出することができなくなってしまう。
【００５９】
これに対して、本実施形態のごとく、ラジエータ側連通口４３ａの開度を一定とした状態でバイパス側連通口４１ｆの開度を小さくすれば、既に流量が微少となっている状態でラジエータ側連通口４３ａを更に小さくしてエンジン１０の温度を上昇させる場合に比べて、ラジエータ流量より大きな流量であるバイパス側連通口４１ｆの開度を縮小した方が、精度良く早期にエンジン１０の温度を上昇させることができる。
【００６０】
つまり、流量制御バルブ４０の製品バラツキの影響が大きく現れる微少流量状態の流れであるラジエータ流量を調節するのではなく、流量制御バルブ４０の製品バラツキの影響が殆ど現れない大流量状態の流れであるバイパス流量を調節した方が、エンジン１０の温度を精度よく制御することができる。
【００６１】
なお、本実施形態にかかる流量制御バルブ４０は、上述の実施形態と同様なものであったが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えばラジエータ流量制御用のバルブとバイパス流量制御バルブとを独立に設けてもよい。
【００６２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、溝部４４ａのの断面を半円状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば矩形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却水回路を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る流体バルブの断面図である。
【図３】図２の上面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るシートプレートの二面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るバルブの二面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る流量制御バルブの作動説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る流量制御バルブにおけるバルブ回転角と流量又は開度との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は本発明の第２実施形態に係るバルブの正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ２−Ａ２断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る流量制御バルブにおけるバルブ回転角と流量又は開度との関係を示すグラフである。
【図１０】従来の技術に係る流量制御バルブにおけるバルブ回転角と流量又は開度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
４３…シートプレート、４３ａ…ラジエータ側連通口４３ａ、
４４…パッキン、４４ａ…溝部、４５…バルブ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling device for a heat engine, and is effective when applied to a system including a water-cooled internal combustion engine, for example, an automobile.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
As a temperature control device for an automobile engine, the applicant has filed Japanese Patent Application No. 2000-287255. In this application, when the engine load is small, as shown in the second valve state of FIG. To keep the engine temperature high to improve the combustion efficiency and reduce the frictional resistance of the movable part. On the other hand, when the engine load is large, as shown in the first valve state of FIG. The engine is prevented from overheating by increasing the flow rate and decreasing the bypass flow rate.
[0003]
Note that the third valve state in FIG. 10 is a mode that is executed when the engine is started, and the warming-up operation is promoted by setting the radiator flow rate to almost zero.
[0004]
By the way, when the engine load is small, as described above, it is effective to reduce the radiator flow rate as much as possible to keep the cooling water temperature high, but if the radiator flow rate becomes excessively low or becomes zero, Since it becomes impossible to accurately detect the temperature of the coolant that has flowed out, the accuracy of the temperature control of the engine itself deteriorates.
[0005]
On the other hand, the flow rate of the radiator may be reduced to such an extent that the temperature of the cooling water flowing out from the radiator can be accurately detected. However, as shown in the above application, the flow rate control valve is composed of a large number of parts. Since it is configured, the actual valve rotation angle and the actual flow rate may differ from the control target value due to dimensional variation and assembly variation of each component.
[0006]
In particular, in the minute flow rate region, even if the valve rotation angle, that is, the opening area changes slightly, the flow rate changes greatly. Therefore, it is difficult to accurately control the flow rate in the minute flow rate region.
[0007]
An object of the present invention is to improve the fuel consumption of a heat engine while taking the above points into consideration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the invention described in claim 1, a radiator (20) that cools the cooling water heated by circulating in the heat engine (10) to the atmosphere ,
A bypass circuit (30) that bypasses the radiator (20) and returns the cooling water to the heat engine (10);
A flow rate control valve (40) for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the radiator (20) and the flow rate of the cooling water flowing through the bypass circuit (30) ;
Control means (100) for controlling the operation of the flow control valve (40),
The flow control valve (40)
Radiator side opening through which cooling water flowing through the radiator (20) to pass (43a),
The radiator side opening and seat plate (43a) is formed (43),
A bypass side opening (41f) through which cooling water flowing through the bypass circuit (30) passes;
Adjust the opening area of the radiator side opening aperture area and the bypass-side opening of (43a) (41f) by relative displacement with respect to the radiator side opening (43a) and the bypass-side opening (41f) ; and a valve (45) which,
At least one of said valve (45) and the seat plate (43), regardless of the relative displacement of the valve (45) to said radiator side opening (43a), the opening of the radiator side opening (43a) There is a communication passage (44a) that keeps the area constant ,
The control means (100) adjusts the amount of displacement of the valve (45) so that the opening area of the radiator side opening (43a) is made constant by the communication path (44a). A standby control mode for adjusting the opening area of the portion (41f) is executed.
Accordingly, the dimensional variation and assembling variation of the components of the flow control valve, even when the actual displacement amount of the valve (45) is deviated with respect to the control target displacement, regardless of the actual valve displacement, communication passage Since the cooling water flows only at a minute flow rate determined by the cross-sectional area of (44a), the flow rate of the cooling water can be accurately controlled in the minute flow rate region. As a result, the fuel consumption of the heat engine (10) can be improved.
In the first aspect of the present invention, the standby control mode for adjusting the opening area of the bypass side opening (41f) in a state where the opening area of the radiator side opening (43a) is made constant by the communication path (44a) is provided. Since the flow rate is already small, the flow rate is larger than the radiator flow rate compared to the case where the radiator side opening (43a) is further reduced to raise the temperature of the heat engine (10) in a state where the flow rate is already very small. If the opening area of the bypass opening (41f), which is the flow rate, is reduced, the temperature of the heat engine (10) can be raised with high accuracy and early. As a result, the fuel consumption of the heat engine (10) can be improved.
[0010]
In the invention according to claim 2, the valve (45) adjusts the opening area by rotating with respect to the radiator side opening (43a), and the communication passage (44a) 45), the rotation angle is provided so as to allow communication within a range of approximately 2 ° or more and approximately 15 ° or less.
[0011]
In the invention according to claim 3, the valve (45) adjusts the opening area by rotating with respect to the radiator side opening (43a), and the length of the communication passage (44a) is The angle of rotation of the valve (45) is approximately 2 ° or more and approximately 15 ° or less.
[0012]
In the invention according to claim 4, the communication passage (44a) is formed between the valve (45) facing the seat plate (43) (45a) and the seat plate (43) with the valve (45). At least one of the opposed surfaces (43b) is formed by a groove extending in the rotation direction of the valve (45).
[0013]
Further, the invention according to claim 5 is characterized in that the constant opening area is set to a size such that the flow rate is 5 L / min or less and greater than 0 L / min.
[0016]
Further, the invention described in claim 6 is characterized in that the flow rate flowing through the bypass circuit (30) is larger than the flow rate flowing through the radiator (20) at least in the standby control mode.
[0017]
Incidentally, the reference numerals in parentheses of each means described above are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
In the present embodiment, the fluid valve according to the present invention is applied to a cooling device for a traveling engine of a vehicle, and FIG. 1 is a schematic diagram of the cooling device for the engine according to the present embodiment.
[0019]
In FIG. 1, a radiator 20 is a heat exchanger that circulates through the engine 10 and cools the heat of the heated cooling water to the atmosphere, and returns the cooled cooling water to the engine 10, and the blower 21 is a radiator. Reference numeral 20 denotes a blowing means for blowing cooling air.
[0020]
The bypass circuit 30 is bypass means for returning cooling water flowing out from the engine 10 to the engine 10 by bypassing the radiator 20, and the flow rate control valve 40 determines the amount of cooling water to be circulated to the radiator 20 and the amount of cooling water to be circulated to the bypass circuit 30. It is an electronically controlled fluid valve that adjusts, and the pump 50 is a spiral water pump that obtains driving force from the engine 10 and circulates cooling water. The structure of the flow control valve 40 will be described later.
[0021]
The flow rate control valve 40 detects the temperature of the first water temperature sensor 101 that detects the temperature of the cooling water flowing through the bypass circuit 30, the second water temperature sensor 102 that detects the temperature of the cooling water flowing out of the radiator 20, and the pump 50. Is controlled by an electronic control unit (ECU) 100 based on the temperature detected by a third water temperature sensor 103 that detects the temperature of cooling water that is disposed on the inflow side of the engine and that returns to the engine 10.
[0022]
Next, the structure of the flow control valve 40 will be described.
[0023]
2 is a cross-sectional view of the flow control valve 40, and FIG. 3 is a top view of FIG. As shown in FIG. 2, the aluminum housing 41 constituting the cooling water passage 40 a includes a first housing 41 a in which a first inflow port 42 a connected to the outflow side of the radiator 20 is formed, and the bypass circuit 30. And a second housing 41b in which an outlet 42c (see FIG. 3) connected to the suction side of the pump 50 is formed.
[0024]
The first and second housings 41a and 41b are fastened by bolts 41d (see FIG. 3) via packings 41c such as O-rings.
[0025]
In addition, an aluminum sheet plate 43 that partitions the first inlet 42a side and the outlet 42c side is disposed in the flange 41e of the first housing 41a in the housing 41. As shown in FIGS. 4A and 4B, the sheet plate 43 has a cylindrical portion 43d in which a stepped portion 43c is formed, and a disk so as to be positioned on one end side in the axial direction of the cylindrical portion 43d. A sheet-like seat surface 43b is formed, and a radiator-side communication port 43a that forms a radiator-side opening that communicates with the first inflow port 42a side and the outflow port 42c side is formed in the sheet surface 43b.
[0026]
At this time, the radiator-side communication port 43a is formed so that the centroid of the figure drawn by the outer edge thereof coincides with the centroid of the seat surface 43b, and the radiator-side communication port 43a has a radiator-side communication port 43a on the outer edge portion of the radiator-side communication port 43a. A rubber packing 44 is baked and fixed so as to border the opening 43a.
[0027]
Incidentally, the centroid of the figure is a point where the area moment is balanced in the plane figure as is well known, and in the present embodiment, the sheet surface 43b has a disk shape, and therefore the centroid coincides with the center.
[0028]
The upstream side and the downstream side across the sheet plate 43 are sealed with a packing 43f such as an O-ring disposed between the flange portion 41e and the sheet plate 43, as shown in FIG. For this reason, all the cooling water flowing from the upstream side to the downstream side of the seat plate 43 passes through the radiator side communication port 43a.
[0029]
Further, a valve 45 for adjusting the opening area of the radiator side communication port 43a, that is, the opening on the radiator side, is arranged on the downstream side of the flow of the cooling water from the seat plate 43 so as to be rotationally displaced relative to the radiator side communication port 43a. As shown in FIG. 5, the valve 45 is arranged in parallel with the seat surface 43b and rotates so as to move in parallel while being in contact with the packing 44. The second valve surface 45b for adjusting the opening area of the bypass side communication port 41f (see FIG. 2) forming the bypass side opening connected to the inflow port 42b side, and the shaft portion for rotating the first valve surface and the second valve surface 45b 45c etc. These 45a-45c are integrally formed with the metal.
[0030]
At this time, a fan-shaped opening 45d is formed on the first valve surface 45a symmetrically with respect to the shaft 45c so as to correspond to the radiator side communication port 43a, and the second valve surface 45b is formed on the first valve surface 45a. It is a wall portion forming a part of a cylindrical shape located at the outer edge portion of 45a and extending in a direction parallel to the longitudinal direction of the shaft 45c. A screw hole for fixing an output shaft of a speed reducer 47 described later is formed on the distal end side of the shaft 45c.
[0031]
By the way, in the radiator side communication port 43a formed on the seat surface 43b of the seat plate 43, a position shifted from the portion corresponding to the fan-shaped opening 45d formed on the first valve surface 45a, that is, the center of the seat surface 43b. In addition to the function as the radiator side communication port 43a that connects the upstream side and the downstream side across the seat plate 43, the opening part 43e (part indicated by the two-dot chain line in FIG. 4) has a seat surface 43b. It functions as a pressure receiving area adjusting hole for adjusting the force (hereinafter referred to as a sheet pressing force) due to water pressure acting on the surface of the inlet 42a. Therefore, hereinafter, the opening 43e is referred to as a pressure receiving area adjusting hole 43e.
[0032]
That is, the current pressure receiving area of the seat surface 43b is the area indicated by the oblique lines in FIG. 4A. However, if the pressure receiving area adjustment hole 43e is enlarged, the pressure receiving area decreases and the sheet pressing force decreases. Conversely, if the pressure receiving area adjusting hole 43e is made smaller, the pressure receiving area increases and the sheet pressing force increases.
[0033]
Further, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (c), the packing 44 disposed so as to border the radiator side communication port 43a of the seat plate 43 has a valve from the outer edge portion of the radiator side communication port 43a. A groove portion 44a having a semicircular cross section extending in the rotation direction of 45 is formed. By this groove portion 44a, the relative rotational displacement amount of the valve 45 with respect to the radiator side communication port 43a, that is, the rotation angle of the valve 45 is within a predetermined range. In this case, a communication path is provided that ensures a constant opening area regardless of the rotation angle of the valve 45. Here, in the present embodiment, the predetermined range is a range of about 2 ° or more and about 15 ° or less in terms of the rotation angle of the valve 45, and is ideally substantially 5 °.
[0034]
In this embodiment, the cross-sectional area of the groove 44a, that is, the opening of the radiator side communication path 43a determined by the groove 44a is such that the flow rate is 5 L / min or less and greater than 0 L / min. In addition, the length of the groove 44a is approximately 2 ° or more and approximately 15 ° or less in terms of the rotation angle of the valve 45, and is ideally 5 °.
[0035]
Incidentally, in FIG. 2, the motor 46 is a stepping motor that generates power for rotationally driving the valve 45, and the speed reducer 47 is composed of a plurality of gears that decelerate the output of the motor 46 and transmit it to the shaft 45c of the valve 45. An actuator that is a transmission and that rotationally drives the valve 45 by the speed reducer 47 and the motor 46 is configured.
[0036]
The bearing 48 is a rolling bearing that rotatably supports the shaft 45c, and the lip seal 49 is a sealing means for preventing cooling water in the fluid passage 40a from flowing into the actuator.
[0037]
With the above-described configuration, the seat plate 43 is positioned on the upstream side of the valve 45 and can be slightly displaced in the direction orthogonal to the seat surface 43b with respect to the valve 45, that is, about the amount of elastic deformation of the packing 43f. . At this time, as shown in FIG. 2, the displacement of the seat plate 43 toward one end in the displacement direction, that is, the downstream side is regulated by the valve 45, and the displacement of the seat plate 43 toward the other end in the displacement direction, that is, the upstream side is It is regulated by the portion 41e.
[0038]
Note that when the valve 45 rotates, the seat plate 43 may rotate due to the friction amount between the packing 44 and the first valve surface 45a. Therefore, in this embodiment, the seat plate 43 protrudes outward on the outer peripheral side. A protrusion 43h is formed, and the protrusion 43h is slidably fitted into a groove 41g provided in the second housing 41b as shown in FIG. 2 to prevent the sheet plate 43 from rotating.
[0039]
Next, the characteristic operation of the flow control valve 40 according to the present embodiment and the effects thereof will be described.
[0040]
When the valve 45 rotates around the center of the first valve surface 45a, the overlapping area of the radiator side communication port 43a of the seat plate 43 and the opening 45d of the valve 45, that is, the opening area of the radiator side communication port 43a, and the bypass side As shown in FIG. 7 , the opening area of the communication port 41f changes in proportion to the rotation angle of the valve 45, and the amount of cooling water flowing through the flow control valve 40 is adjusted.
[0041]
At this time, since the first valve surface 45a is in contact with the packing 44, the cooling water can be prevented from flowing downstream from the gap between the first valve surface 45a and the seat surface 43b. Therefore, the amount of cooling water flowing through the radiator 20 can be adjusted according to the rotation angle of the valve 45, that is, the opening area of the radiator side communication port 43a.
[0042]
Even if the radiator side communication port 43a is closed by the first valve surface 45a, the opening 45d of the first valve surface 45a and the groove 44a communicate with each other as shown in FIG. During this time, a very small amount of cooling water circulates in the radiator 20 through the groove 44a.
[0043]
Therefore, even if the actual rotation angle of the valve 45 is deviated from the control target rotation angle issued by the ECU 100 with respect to the flow control valve 40 due to the dimensional variation and assembly variation of the components of the flow control valve 40, Regardless of the rotation angle, only a very small flow rate determined by the cross-sectional area of the groove 44a flows, so that the flow rate can be accurately controlled in the very small flow rate region. As a result, the vehicle fuel consumption can be improved.
[0044]
It should be noted that the length of the groove 44a and the rotation angle range of the valve 45 to be a minute flow rate are determined in consideration of dimensional variation and assembly variation of components.
[0045]
7 shows the relationship between the rotation angle of the valve 45, the amount of cooling water flowing through the radiator 20 and the amount of cooling water flowing through the bypass circuit 30, and FIGS. 6 (a) to 6 (d) are horizontal axes in FIG. This corresponds to (a) to (d).
[0046]
In FIG. 7, the rotation angle range indicated by mode 1 is a control mode executed in the normal running state, and specifically, the detected temperature of the first water temperature sensor 101 and the detected temperature of the second water temperature sensor 102. Is a mode in which the valve 45 is rotated so that the temperature detected by the third water temperature sensor 103 becomes the target temperature.
[0047]
Further, in FIG. 7, mode 2 is a standby mode performed when the idling operation or the like is performed at a low load or when warming-up operation is promoted. In this mode 2, the cooling water flowing out of the radiator 20 flows through the groove 44a. .
[0048]
Further, in FIG. 7, mode 3 is performed when the engine 10 is started, and the flow rate flowing through the radiator 20 is substantially zero.
[0049]
By the way, the seat plate 43 is located on the upstream side of the valve 45 and can be slightly displaced with respect to the valve 45 in the direction orthogonal to the seat surface 43b. Therefore, the contact surface pressure of the packing 44 is the seal pressing force, that is, It increases or decreases in proportion to the water pressure acting on the surface of the seat surface 43b on the inlet 42a side.
[0050]
Therefore, when it is necessary to increase the contact surface pressure of the packing 44, that is, when the flow rate flowing into the flow rate control valve 40 increases, the water pressure acting on the surface of the seat surface 43b on the inlet 42a side increases, so the seal pressing force On the other hand, when there is no need to increase the contact surface pressure of the packing 44, that is, when the flow rate flowing into the flow rate control valve 40 decreases, the water pressure acting on the surface of the seat surface 43b on the inlet 42a side decreases. As a result, the seal pressing force decreases.
[0051]
As a result, it is possible to prevent the frictional force when the valve 45 slides from becoming larger than necessary, so that the packing 44 can be prevented from being worn out at an early stage, and the life of the packing 44 can be extended. The valve 45 and the seat plate 43 can be reliably sealed.
[0052]
Further, by adjusting the pressure receiving area adjusting hole 43e, the pressure receiving area, that is, the sheet pressing force can be easily adjusted, so that the development time of the flow control valve 40 can be shortened.
[0053]
Further, since the radiator side communication port 43a is formed so that the centroid of the figure drawn by the outer edge thereof coincides with the centroid of the seat surface 43b, the center of the seat pressing force due to the water pressure acting on the seat plate 43 is offset. It is possible to prevent it from happening. Therefore, since the contact surface pressure of the packing 44 can be made substantially uniform, it is possible to prevent the packing 44 from being unevenly worn.
[0054]
Similarly, since the centroid of the figure drawn by the outer edge of the pressure receiving area adjustment hole 43e coincides with the centroid of the seat surface 43b (see FIG. 4A), the sheet pressing force of the water pressure acting on the seat plate 43 is reduced. The center can be reliably prevented from being eccentric, and the packing 44 can be reliably prevented from being unevenly worn.
[0055]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the groove 44a is provided in the seat plate 43. However, in the present embodiment, the first valve surface 45a of the valve 45 is provided as shown in FIG.
[0056]
(Third embodiment)
In the above-described embodiment, in mode 2 (standby mode), the opening degree of the bypass side communication port 41f is made constant in synchronization with the rotation angle range in which the opening degree of the radiator side communication port 43a becomes constant (see FIG. 7), the present embodiment expands the rotation angle range in the standby mode as compared with the first and second embodiments, as shown in FIG. 9, and the radiator side communication as shown in the area A of FIG. The opening of the bypass side communication port 41f is adjusted with the opening of the port 43a being constant.
[0057]
Next, features of the present embodiment will be described.
[0058]
As described above, the standby mode is executed when the load on the engine 10 is relatively small. At this time, at the time of low load, as described in the column “Problems to be solved by the invention”, it is desirable to reduce the radiator flow rate and keep the temperature of the engine 10 high, but excessively reduce the radiator flow rate. As described in the section “Problems to be Solved by the Invention”, the temperature of the cooling water flowing out from the radiator 20 cannot be accurately detected.
[0059]
On the other hand, if the opening of the bypass side communication port 41f is reduced with the opening of the radiator side communication port 43a kept constant as in the present embodiment, the flow rate is already very small. as compared with the case where the communication port 43a to further reduce increases the temperature of the engine 10, better to reduce the opening degree of the bypass side communication port 41f is a major flow of the radiator flow rate, the temperature of the engine 10 to accurately early Can be raised.
[0060]
In other words, the flow rate of the radiator, which is a flow in a minute flow state where the influence of the product variation of the flow control valve 40 greatly appears, is not adjusted, but the flow of the large flow state where the influence of the product variation of the flow control valve 40 hardly appears. The temperature of the engine 10 can be accurately controlled by adjusting the bypass flow rate.
[0061]
The flow control valve 40 according to the present embodiment is the same as that of the above-described embodiment, but the present embodiment is not limited to this. For example, a valve for radiator flow control and a bypass flow control The valve may be provided independently.
[0062]
(Other embodiments)
In the above-mentioned embodiment, although the cross section of the groove part 44a was made into semicircle shape, this invention is not limited to this, For example, a rectangular shape may be sufficient.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cooling water circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the fluid valve according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view of FIG. 2;
FIG. 4 is a two-side view of the seat plate according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a two-side view of the valve according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an operation explanatory view of the flow control valve according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a valve rotation angle and a flow rate or an opening degree in the flow control valve according to the first embodiment of the present invention.
8A is a front view of a valve according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a sectional view taken along line A2-A2 of FIG. 8A.
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a valve rotation angle and a flow rate or an opening degree in a flow control valve according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing a relationship between a valve rotation angle and a flow rate or an opening degree in a conventional flow control valve.
[Explanation of symbols]
43 ... Seat plate, 43a ... Radiator side communication port 43a,
44 ... packing, 44a ... groove, 45 ... valve.

Claims

A radiator (20) that circulates in the heat engine (10) and cools the heated cooling water into the atmosphere ;
A bypass circuit (30) that bypasses the radiator (20) and returns the cooling water to the heat engine (10);
A flow rate control valve (40) for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the radiator (20) and the flow rate of the cooling water flowing through the bypass circuit (30);
Control means (100) for controlling the operation of the flow control valve (40),
The flow control valve (40)
A radiator side opening (43a) through which cooling water flowing through the radiator (20) passes;
A sheet plate (43) in which the radiator side opening (43a) is formed;
A bypass side opening (41f) through which cooling water flowing through the bypass circuit (30) passes;
The opening area of the radiator side opening (43a) and the opening area of the bypass side opening (41f) are adjusted by relative displacement with respect to the radiator side opening (43a) and the bypass side opening (41f). And a valve (45)
At least one of the valve (45) and the seat plate (43) has an opening of the radiator side opening (43a) regardless of a relative displacement amount of the valve (45) with respect to the radiator side opening (43a). There is a communication passage (44a) that keeps the area constant,
The control means (100) adjusts the amount of displacement of the valve (45) so that the opening area of the radiator side opening (43a) is made constant by the communication path (44a). A cooling device for a heat engine, wherein a standby control mode for adjusting an opening area of the section (41f) is executed.

The valve (45) adjusts an opening area by rotating with respect to the radiator side opening (43a),
Further, the communication passage (44a) is provided so as to be able to communicate within a range in which the rotation angle of the valve (45) is approximately 2 ° or more and approximately 15 ° or less. A cooling device for a heat engine as described in 1.

The valve (45) adjusts an opening area by rotating with respect to the radiator side opening (43a),
Furthermore, the length of the said communicating path (44a) is about 2 degrees or more and about 15 degrees or less converted into the rotation angle of the said valve (45), The heat engine of Claim 1 characterized by the above-mentioned . Cooling device .

The communication path (44a) includes an opposing surface (45a) of the valve (45) facing the seat plate (43) and an opposing surface (43b) of the seat plate (43) facing the valve (45). 4. The cooling device for a heat engine according to claim 2, wherein at least one of the two is formed by a groove extending in a rotation direction of the valve.

5. The heat engine according to claim 1, wherein the constant opening area is set to have a flow rate of 5 L / min or less and greater than 0 L / min . Cooling device .

At least in the standby control mode, according to any one of claims 1 to 5, wherein the direction of flow through the bypass circuit (30) is greater than the flow rate through the radiator (20) Heat engine cooling system.