JP4126824B2

JP4126824B2 - 流量制御弁

Info

Publication number: JP4126824B2
Application number: JP31144699A
Authority: JP
Inventors: 喜夫宮田; 智成益川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2019-11-01
Also published as: JP2001132856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出入口通路間の連通面積を回動可能な弁体により制御するロータリー式の流量制御弁に関し、例えば車両用空調装置における温水流量の制御弁として好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両用空調装置における温水流量制御弁においては、図８に示すように、温水の出入口通路を有するハウジングの内部に回動可能に収納された円柱状の弁体５０を備え、この弁体５０の外周面に入口開口部５０ｃ、５０ｄを形成し、弁体５０の底部に出口開口部５０ａを形成している。
【０００３】
そして、弁体５０の回動に伴って、温水入口通路と入口開口部５０ｃ、５０ｄ間、および温水出口通路と出口開口部５０ａ間の、連通面積が変化するようになっており、それにより、暖房用熱交換器に供給される温水流量を制御して吹出空気の温度を調整する。ここで、温水入口通路と入口開口部５０ｃ、５０ｄ間の連通面積が、温水出口通路と出口開口部５０ａ間の連通面積よりも、常時大きくなるように構成されており、従って、温水出口通路と出口開口部５０ａ間の連通面積によって温水の流量が制御される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、弁体５０の回動量（弁開度）に対する、温水出口通路と出口開口部５０ａ間の連通面積は、図９に実線で示すように、弁開度が５０％を超えたあたりから急増する。従って、弁体５０の回動量（弁開度）に対する吹出空気温度は、図１０に実線で示すように、弁開度が５０％に至るまではリニアに上昇し、５０％を超えたあたりから急上昇する。また、弁開度が約８０％を超えると、吹出空気温度が温水温度に近づくため温度効率が低下し、吹出空気温度は頭打ちになってしまう。
【０００５】
ここで、空調制御を良好に（精度よく）行うには、図１０に破線で示すように吹出空気温度を弁開度に対してリニアな特性にするのが望ましく、そのためには、図９に破線で示すように弁開度が約８０％を超えたあたりから連通面積を急増させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、少ない弁開度の変化量（小回動量）で連通面積を急増させようとすると、出口開口部５０ａを弁体５０の径方向外方に拡げて出口開口部５０ａの面積を拡げる必要があり、従って弁体５０の径が大きくなって、流量制御弁が大型化してしまうという問題があった。
【０００７】
また、実開平２−１２１６７４号公報には、水の出入口通路を有するハウジングと、その内部に回動可能に収納された円柱状の弁体とを備え、弁体の外周面のみに開口部を形成し、弁体の回動により出入口通路と開口部との連通状態を切り替えるようにした弁が示されている。そして、この公報に記載された弁においては、少ない弁開度の変化量（小回動量）で連通面積を急増させようとすると、開口部を弁体の軸方向に延ばして開口部の面積を拡げる必要があり、従って弁体が長くなって、弁が大型化してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、回動可能な弁体を有する流量制御弁において、流量制御弁の大型化を招くことなく、少ない弁開度の変化量（小回動量）で連通面積を急変可能にすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、温水供給源（１）から暖房用熱交換器（３）に供給される温水流量を制御するための流量制御弁であって、温水供給源（１）の温水吐出側と接続された入口通路および暖房用熱交換器（３）の温水入口側と接続された出口通路を有するハウジング（４０）と、このハウジング（４０）の内部に回動可能に収納された円柱状の弁体（５０）とを備え、弁体（５０）の回動に伴って入口通路および出口通路のうちいずれか一方の通路との連通面積が変化する開口部（５０ａ）を弁体（５０）に形成した流量制御弁において、弁体（５０）の一部の回動範囲でのみ一方の通路と連通する補助開口部（５０ｂ）を、開口部（５０ａ）から離れた位置で弁体（５０）に形成し、開口部（５０ａ）および補助開口部（５０ｂ）を、弁体（５０）の軸方向の一端面に形成するとともに、弁体（５０）の回動方向にずらして配置し、開口部（５０ａ）は、弁体（５０）の径方向の幅が狭いスリット部（５１１）および弁体（５０）の径方向の幅が広い拡大部（５１２）を備え、補助開口部（５０ｂ）は、弁体（５０）の径方向に細長い略三角形であり、一方の通路は、略半月状の穴部（５３ａ）および略三角形の補助穴部（５３ｂ）を備え、弁開度が約８０％以下の第１開度領域では、スリット部（５１１）と穴部（５３ａ）とが連通して、弁開度の増加に伴って連通面積がほぼリニアに且つ緩やかに増加し、弁開度が約８０％を超え約９０％以下の第２開度領域では、拡大部（５１２）と穴部（５３ａ）とが連通して、弁開度の増加に伴って連通面積が第１開度領域よりも急増し、弁開度が約９０％を超える第３開度領域では、拡大部（５１２）と穴部（５３ａ）との連通状態が維持されたまま、補助開口部（５０ｂ）と補助穴部（５３ｂ）とが連通して、弁開度の増加に伴って連通面積が第２開度領域よりも急増する開度特性が与えられていることを特徴とする。
【００１０】
これにより、一方の通路と補助開口部（５０ｂ）とが連通する回動範囲では、弁開度の変化量に対する連通面積の変化量を極めて大きくすることができる。
【００１１】
また、開口部（５０ａ）から離れた位置に補助開口部（５０ｂ）を形成しているため、弁体（５０）の径方向または軸方向寸法の拡大（流量制御弁の大型化）を招くことなく実施することができる。
【００１３】
また、弁体（５０）の軸方向の一端面において、従来使用されていなかった部位に補助開口部（５０ｂ）が配置されるため、弁体（５０）の径方向寸法の拡大を招くことなく実施することができる。
【００１５】
また、開口部（５０ａ）の連通面積が最大になる付近、すなわち、吹出空気温度が温水温度に近づいて吹出空気温度の上昇が頭打ちになってしまう領域で、連通面積ひいては温水流量を急増させることができ、従って、吹出空気温度を弁開度に対して全域でリニアな特性にすることが可能となり、空調制御を良好に（精度よく）行うことができる。
【００１６】
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１〜５は本発明の第１実施形態を示すもので、車両用空調装置の温水式暖房装置において、自動車走行用の水冷式エンジン１から暖房用熱交換器（ヒータコア）３へ供給される温水流量を制御するための温水流量制御弁に本発明を適用した例を示す。ここで、図１は温水式暖房装置の概略構成および流量制御弁の具体的構成を示している。
【００１８】
図１〜図３において、１は自動車走行用の水冷式エンジン、２はエンジン１により駆動されるウオータポンプで、エンジン１の冷却水回路（温水回路）１ａにエンジン冷却水（温水）を循環させるものである。冷却水回路１ａ中に暖房用熱交換器（ヒータコア）３が配置され、また、この暖房用熱交換器３は図示しない空調ユニットの空気通路（通風ダクト）内に設置されて、エンジン１から供給される温水と送風空気とを熱交換して、送風空気を加熱するものである。
【００１９】
この暖房用熱交換器３による加熱量の調整は、後述する流量制御弁により暖房用熱交換器３への温水量を調整することにより行うことができ、この温水量の調整により吹出空気温度を調整できる。車両用空調装置では、この温度調整後の空気をフェイス吹出口から車室内の乗員顔部に向けて吹き出したり、フット吹出口から乗員の足元に吹き出したり、デフロスタ吹出口から車両窓ガラスに向けて吹き出すようになっている。
【００２０】
４は流量制御装置で、樹脂にて成形された弁ハウジング４０内に、温水出入口を３つ有する三方弁タイプの流量制御弁（詳細後述）５と、断面円形のバイパス通路（第１流体通路）６と、バイパス通路６に設けられた圧力応動弁（均圧弁、詳細後述）７とを有している。ここで、バイパス通路６は温水回路１ａにおいて暖房用熱交換器３と並列に設けられるものである。また、圧力応動弁７はエンジン１から供給される温水の圧力に応じてバイパス通路６を開閉することより、エンジン１の回転数変動によりウオータポンプ２の回転数が変動しても、暖房用熱交換器３の前後差圧を一定に近づける役割を果たすものである。
【００２１】
流量制御装置４の弁ハウジング４０には、エンジン１からの温水が流入する第１の温水入口パイプ４１、エンジン１に温水を還流させる第１の温水出口パイプ４２、暖房用熱交換器３の出口からの温水が流入する第２の温水入口パイプ４３、第１の温水入口パイプ４１から流入した温水を暖房用熱交換器３に向けて流出させる第２の温水出口パイプ４４が一体成形されている。
【００２２】
次に、流量制御弁５について説明する。弁ハウジング４０内には２つの弁室４５、４６が形成されており、第１弁室４５に流量制御弁５が収納されている。そして、流量制御弁５は、樹脂材料（例えばポリアセタール）にて円柱状に成形された弁体５０を有し、この弁体５０は弁ハウジング４０内に回動可能に収納されている。
【００２３】
この弁体５０の底部（弁体の軸方向の一端面）の表面には、弁体５０の径方向の幅が狭いスリット部５１１と径方向の幅が広い拡大部５１２とからなる主出口開口部５０ａと、径方向に細長い略三角形の補助開口部５０ｂとが形成されている。この補助出口開口部５０ｂは、主出口開口部５０ａに対して弁体５０の回動方向にずらして配置されて主出口開口部５０ａと離れた位置に形成され、従って、主出口開口部５０ａと補助出口開口部５０ｂは、弁体５０の底部表面では分離されている。
【００２４】
また、弁体５０の外周面には、小孔の第１入口開口部５０ｃと、弁体軸方向の幅が広い第２入口開口部５０ｄと、軸方向の幅が広いバイパス開口部５０ｅとが形成されている。第１、第２入口開口部５０ｃ、５０ｄおよびバイパス開口部５０ｅは、弁体５０の回動方向にずらして配置されて、弁体５０の外周面では相互に分離されている。
【００２５】
ただし、弁体５０に形成された全ての開口部５０ａ〜５０ｅは、弁体５０の外表面では分離されているが、弁体５０の内部に形成した連通路５０ｆによって、弁体５０の内部ではそれらの開口部５０ａ〜５０ｅはいずれも相互に連通している。
【００２６】
弁体５０の周囲に３つのパッキン５１、５２、５３が配置され、これらのパッキン５１、５２、５３は耐熱性に優れるゴム材（例えばＥＰＤＭ…エチレン−プロピレン−ジエンモノマー）よりなる。弁体５０の外周面側に位置する第１および第２のパッキン５１、５２は、その平面形状が矩形状に成形されると共に、弁体５０に接する側の面は弁体５０の外周面に沿った湾曲形状に成形される。また、弁体５０の底面側に位置する第３のパッキン５３は矩形状に成形される。
【００２７】
第１パッキン５１には温水の通路となる円形の入口穴部５１ａが形成され、第２パッキン５２にも温水の通路となる円形のバイパス穴部５２ａが形成されている。また、第３パッキン５３には、温水の通路となる略半月状の主出口穴部５３ａと、略三角形の補助出口穴部５３ｂが形成されている。そして、これらの穴部５１ａ，５２ａ，５３ａ、５３ｂと弁体５０の開口部５０ａ〜５０ｅとの連通状態が、弁体５０の回動に伴って制御される。
【００２８】
ここで、第１のパッキン５１の穴部５１ａが第１の温水入口パイプ４１側の通路と連通し、第２のパッキン５２の穴部５２ａがバイパス通路６と連通し、第３のパッキン５３の２つの穴部５３ａ、５３ｂが第２の温水出口パイプ４４側の通路と連通するように位置決めして組付けられる。
【００２９】
なお、３つのパッキン５１、５２、５３は、弁体５０内の温水通路を介することなく、第１の温水入口パイプ４１、第２の温水出口パイプ４４およびバイパス通路６間で温水が直接流通してしまうことを防ぐために、弁体５０の周囲に配置される。
【００３０】
次に、圧力応動弁７について説明する。この圧力応動弁７は、樹脂材料（例えばポリアセタール）にて成形された弁体７０と、コイルスプリング７１とを備え、弁ハウジング４０内の第２弁室４６内に収納されている。ここで、バイパス通路６と第２弁室４６との境界部、すなわちバイパス通路６における第２弁室４６側の端部には円形の弁座４７が形成され、圧力応動弁７は弁体７０が弁座４７に接離してバイパス通路６と第２弁室４６との間を開閉するようになっている。
【００３１】
弁体７０は、弁座４７よりも径が大きい円形の本体部７０ａと、本体部７０ａから弁座４７に向かって凸形状に形成された円錐状の弁部７０ｂと、本体部７０ａから反弁座４７方向に延びる細い円柱状の軸部７０ｃとを備え、弁部７０ｂが弁座４７に接離するようになっている。コイルスプリング７１は、樹脂製のプレート４８と弁体７０の本体部７０ａとの間に設置され、弁体７０を弁座４７側（閉弁方向）に付勢している。
【００３２】
プレート４８の中心部には弁体７０の軸部７０ｃが挿入されるガイド穴４８ａが形成され、軸部７０ｃとガイド穴４８ａの隙間を十分大きくとることにより、冷却水回路１ａ中の異物をその隙間から通過可能にしている。また、プレート４８の周辺には温水通過穴４８ｂが形成されている。
【００３３】
なお、弁ハウジング４０内にその開口部側から流量制御弁５や圧力応動弁７等の構成部品を組み付けた後、弁ハウジング４０の開口部形状と略同形状の樹脂製のカバー４９（図２）を図示しない止めネジにて弁ハウジング４０に固定して、弁ハウジング４０の開口部を密封する。
【００３４】
次に、上記構成において作動を説明する。まず、圧力応動弁７は、エンジン１からの温水供給圧が上昇して弁体７０前後の差圧が所定圧より高くなると、弁体７０がコイルスプリング７１に打ち勝って移動して開弁し、温水の一部をバイパス通路６を介して第２弁室４６側に逃がし、弁体７０の前後の圧力差を一定値に維持するように作用する。このような圧力応動弁７の圧力調整作用により、エンジン１からの温水供給圧の変化による暖房用熱交換器３への温水流量の変動を抑制することができる。
【００３５】
次に、流量制御弁５は、弁体５０が図示しないサーボモータまたは手動操作で回動されることにより、弁体５０の各開口部５０ａ〜５０ｅと第１〜第３のパッキン５１〜５３の穴部５１ａ，５２ａ，５３ａ、５３ｂとの連通面積（開口面積）が変化する。
【００３６】
この連通面積と弁体５０の回動量（弁開度）との関係について、簡単に説明すると、エンジン１からの温水の入口となる弁体５０の第１、第２入口開口部５０ｃ、５０ｄと入口穴部５１ａ間、および暖房用熱交換器３への温水の出口となる弁体５０の主、補助出口開口部５０ａ、５０ｂと主、補助出口穴部５３ａ、５３ｂ間は、弁体５０の開度の増加に伴って連通面積が増加する。一方、バイパス通路６を介して暖房用熱交換器３の温水出口側と連通する弁体５０のバイパス開口部５０ｅとバイパス穴部５２ａ間は、弁体５０の開度の増加に伴って連通面積が減少する。
【００３７】
ここで、第１、第２入口開口部５０ｃ、５０ｄと入口開穴部５１ａ間の連通面積が、主、補助出口開口部５０ａ、５０ｂと主、補助出口穴部５３ａ、５３ｂ間の連通面積よりも、常時大きくなるように設定されている。従って、主、補助出口開口部５０ａ、５０ｂと主、補助出口穴部５３ａ、５３ｂ間の連通面積によって、暖房用熱交換器３へ流れる温水の量が制御される。
【００３８】
次に、この主、補助出口開口部５０ａ、５０ｂと主、補助出口穴部５３ａ、５３ｂ間の連通面積と、弁開度との関係を、図４、図５に基づいて詳細に説明する。なお、図４は、弁体５０と第３パッキン５３とを、図２の矢印Ｂのように、すなわち弁体５０の底部側から見たものである。
【００３９】
まず、弁開度０％では主、補助出口開口部５０ａ、５０ｂのいずれも主、補助出口穴部５３ａ、５３ｂと連通しておらず、弁開度が約１０％になった時点で主出口開口部５０ａのスリット部５１１が主出口穴部５３ａと連通し始める。そして、弁開度が約８０％になるまでは、弁開度の増加に伴って、スリット部５１１と主出口穴部５３ａとの連通面積がほぼリニアに増加する。ここで、スリット部５１１は弁体５０の径方向の幅が狭いため、弁開度の変化量に対する連通面積の変化量が小さく、従って、弁開度が約８０％になるまでの連通面積の増加は緩やかである。
【００４０】
さらに弁開度が増加すると、弁体５０の径方向の幅が広い拡大部５１２が主出口穴部５３ａと連通し始め、連通面積が急増する。また、弁開度が約９０％を超えると、拡大部５１２と主出口穴部５３ａとの連通状態が維持されたまま、補助出口開口部５０ｂが補助出口穴部５３ｂと連通し始めるため、弁開度の変化量に対する連通面積の変化量が極めて大きくなり、連通面積はさらに急激に増加する。
【００４１】
従って、図５に示すように、主、補助出口開口部５０ａ、５０ｂの連通面積は、弁開度が約８０％になるまではほぼリニアに、かつ緩やかに増加し、その後２次曲線的に急増する。そして、暖房用熱交換器３に供給される温水流量も、図５に示すように、この連通面積の特性と同様に、弁開度が約８０％になるまではほぼリニアに増加し、その後２次曲線的に急増する。
【００４２】
このように、弁開度１００％（Ｍａｘｈｏｔ）近辺、すなわち、吹出空気温度が温水温度に近づいて吹出空気温度の上昇が頭打ちになってしまう領域で、連通面積を急増させることにより、図５に示すように吹出空気温度を弁開度に対して全域でリニアな特性にすることができ、空調制御を良好に（精度よく）行うことができる。
【００４３】
また、弁開度の変化量に対する連通面積の変化量を大きくするにあたって、補助出口開口部５０ｂを、主出口開口部５０ａに対して弁体５０の回動方向にずらして配置しているため、弁体５０の径方向寸法の拡大（流量制御弁の大型化）を招くことなく実施することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
第１実施形態では補助出口開口部５０ｂを弁体５０の底部に設けたが、図６に示す第２実施形態のように、補助出口開口部５０ｂを弁体５０の外周面に設けてもよい。この場合、補助出口穴部が形成された第４パッキン５４（破線で図示）を弁体５０の外周側に配置し、特定の弁開度領域で補助出口開口部５０ｂと第４パッキン５４の補助出口穴部とを連通させる。
【００４５】
（第３実施形態）
第１実施形態では補助出口開口部５０ｂを弁体５０の底部（下面部）に設けたが、図７に示す第３実施形態のように、補助出口開口部５０ｂを弁体５０の上面部に設けてもよい。この場合、補助出口穴部が形成された第４パッキン５４（破線で図示）を弁体５０の上面側に配置し、特定の弁開度領域で補助出口開口部５０ｂと第４パッキン５４の補助出口穴部とを連通させる。
【００４６】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、本発明を車両用空調装置の温水流量を制御する流量制御弁に適用した例について説明したが、温水流量の制御に限定されることなく、種々な用途の流量制御弁に本発明は適用可能である。
【００４７】
また、上記実施形態では、流量制御装置４を温水回路１ａ内に単独で配置した例について説明したが、暖房用熱交換器３等の他の部品と一体的に作られるものに適用してもよい。
【００４８】
また、本発明の流量制御弁は、特定の弁開度領域で連通面積を急変させる弁に有効であり、例えば小開度領域や中間開度領域で補助出口開口部５０ｂを連通させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態になる流量制御弁を自動車用空調装置に適用した例を示す一部断面構成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の弁体およびパッキンの分解斜視図である。
【図４】図１の流量制御弁の、各弁開度における出口開口部の連通状態を示す図表である。
【図５】図１の流量制御弁の、弁開度と吹出空気温度等との関係を示す特性図である。
【図６】第２実施形態を示す要部（弁体）の斜視図である。
【図７】第３実施形態を示す要部（弁体）の斜視図である。
【図８】従来の流量制御弁の要部（弁体）の斜視図である。
【図９】図８の流量制御弁の、弁開度と連通面積との関係を示す特性図である。
【図１０】図８の流量制御弁の、弁開度と吹出空気温度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
４０…ハウジング、５０…弁体、５０ａ…開口部、５０ｂ…補助開口部。

Claims

温水供給源（１）から暖房用熱交換器（３）に供給される温水流量を制御するための流量制御弁であって、
前記温水供給源（１）の温水吐出側と接続された入口通路および前記暖房用熱交換器（３）の温水入口側と接続された出口通路を有するハウジング（４０）と、このハウジング（４０）の内部に回動可能に収納された円柱状の弁体（５０）とを備え、前記弁体（５０）の回動に伴って前記入口通路および出口通路のうちいずれか一方の通路との連通面積が変化する開口部（５０ａ）を前記弁体（５０）に形成した流量制御弁において、
前記弁体（５０）の一部の回動範囲でのみ前記一方の通路と連通する補助開口部（５０ｂ）を、前記開口部（５０ａ）から離れた位置で前記弁体（５０）に形成し、
前記開口部（５０ａ）および前記補助開口部（５０ｂ）を、前記弁体（５０）の軸方向の一端面に形成するとともに、前記弁体（５０）の回動方向にずらして配置し、
前記開口部（５０ａ）は、前記弁体（５０）の径方向の幅が狭いスリット部（５１１）および前記弁体（５０）の径方向の幅が広い拡大部（５１２）を備え、
前記補助開口部（５０ｂ）は、前記弁体（５０）の径方向に細長い略三角形であり、
前記一方の通路は、略半月状の穴部（５３ａ）および略三角形の補助穴部（５３ｂ）を備え、
弁開度が約８０％以下の第１開度領域では、前記スリット部（５１１）と前記穴部（５３ａ）とが連通して、弁開度の増加に伴って連通面積がほぼリニアに且つ緩やかに増加し、
弁開度が約８０％を超え約９０％以下の第２開度領域では、前記拡大部（５１２）と前記穴部（５３ａ）とが連通して、弁開度の増加に伴って連通面積が前記第１開度領域よりも急増し、
弁開度が約９０％を超える第３開度領域では、前記拡大部（５１２）と前記穴部（５３ａ）との連通状態が維持されたまま、前記補助開口部（５０ｂ）と補助穴部（５３ｂ）とが連通して、弁開度の増加に伴って連通面積が前記第２開度領域よりも急増する開度特性が与えられていることを特徴とする流量制御弁。