JP5048112B2 - 流体循環システム用の改良型シーリングを有する制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体循環回路、例えば自動車燃焼機関の冷却回路用の制御弁に関する。

本発明の弁は、本体を含むタイプのものであり、この本体は、流体入口と、少なくとも２つの流体出口とを備え、回転軸を中心に回転することができ、かつ出口を通る流体の分配を制御するために種々の角度位置を取ることができる調節要素のための回転ハウジングを画定し、流体入口が開口する端部壁と、流体出口が開口する側壁とを備えている。

この種の弁は、その調節部材が回転軸を中心に回転する限り、「回転弁」とみなすことができる。この種の弁では、通常、側壁が、同一の円筒形状を有する調節部材を収容することができる円筒形ハウジングを画定している。

流体入口を介して弁本体に流入する流体は、調節部材の角度位置に応じて、流体出口間で分配される。

この種の制御弁では、調節部材と弁本体の側壁との間に、確実なシーリングを設ける必要がある。このシーリングは、出口が調節部材により閉鎖されることになっているときに、流体が誤って出口へ漏出するのを防止することを目的としている。

この種のシーリングを確実に設けるために、種々の解決法が既に提案されている。

このシーリングを、弁本体の材料と調節部材の材料との接触により、直接設けることができる。

シーリングを、例えば、調節部材と弁本体の側壁との間に配置されるライナの形の中間シールに求めることもできる。

これらの公知の解決法では、調節部材と弁本体の側壁との接触によって、摩擦が発生する傾向があり、調節部材を回転させるときに、この摩擦を克服しなければならない。

したがって、この回転を行うときに、手またはアクチュエータによる大きな力が必要となる。

本発明の特定の目的は、前述した欠点を克服することである。

本発明は、特に、調節部材と弁本体との間の摩擦を低減した、前述したタイプの制御弁を提供し、同時に、これらの部品間に改良されたシーリングを確実に設けることを目的とする。

本発明によれば、調節部材は、調節部材と一体に回転する、調節部材の周りに小さな間隙をおいて配置された、開いた環状のシールリングにより囲まれ、これにより、流体の圧力の作用下で、シーリングを確実に設けるために、シールリングが側壁に接触して、内側へしっかりと押圧される。

したがって、調節部材本体とシールリングとの間に間隙があるため、これらの間に巻き込まれる流体の圧力により、シーリングは確実に保持される。

この解決法では、調節部材とシールリングとの間に、部分的であっても、環状空間があり、流体がこの領域に入って、シールリングに接触して圧力を加えることができるようになっている。

さらに、この解決法は、シールリングの摩耗を補償するという効果を奏するものである。

調節部材とシールリングとの間の間隙は、例えば、１／１０〜１ｍｍ、特に約３／１０ｍｍである。

本発明では、シールリングは、摩擦係数の低い材料から形成される。特に、ポリアミド型またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）型の材料とすることが好ましい。

本発明の別の特徴によれば、シールリングは、均一に離間した多数の止まり穴が開口する平滑外面を有し、これにより、シールリングと側壁との接触面積を減少させることができる。

このような接触面積の減少により、シーリングを損なうことなく、摩擦を低減することができる。

有利には、シールリングの平滑表面積に対する止まり穴の表面積の比率が、２５％〜４０％である。好ましくは、この比率は約３３％である。

止まり穴は、貫通孔ではなく、かつ円形の外形を有すると有利である。特に、各止まり穴は、球のキャップの形状とすることができる。

本発明のさらに別の特徴によれば、調節部材とシールリングとが、嵌合形状のリリーフを有し、調節部材とシールリングとを、一体として回転させることができる。

本発明の好ましい実施形態では、弁本体の側壁は、円筒形ハウジングを画定し、シールリングが円筒形外面を有する。

一実施形態では、流体入口は、端部壁に軸方向に開口しているが、流体出口は、弁本体の側壁に半径方向に開口している。

別の態様によれば、本発明は、前述した制御弁を有し、流体入口が流体源に接続され、流体出口が回路の枝路に接続されている流体循環回路に関する。

この種の回路は、循環ポンプの作用により冷却流体が通過する、自動車燃焼機関用の冷却回路の形とすると有利である。

したがって、制御弁が三方弁を構成し、流体入口が、機関から到達する冷却流体のための取水口に接続され、３つの流体出口が、それぞれ、冷却ラジエータを含む回路の第１の枝路、冷却ラジエータを迂回する回路の第２の枝路、および車室を加熱するためのヒータマトリクスを含む回路の第３の枝路に接続されていると有利である。

以下の説明では、単なる例として、添付図面を参照する。

図１および図２に示す制御弁１０は、端部壁１４と、ＸＸを軸とする円筒形側壁１６とにより画定された円筒形本体１２を有する。流体入口管１８は、端部壁１４に軸方向に開口している。３つの流体出口管２０、２２、２４は、円筒形側壁１６に開口している。例では、出口管２０、２２、２４は、壁１６に半径方向に開口している。

管２０、２４は、正反対の位置に配置されているが、管２２は、管２０、２４の共通軸に対して９０゜の角度をなしている。さらに、管２０、２２、２４の順に、直径が小さくなっている。

弁本体１２内には、軸ＸＸに沿った向きのロッド２８が突出する、ほぼ円筒形の要素の形で製造された、回転部材としても知られる調節部材２６が収容されている。このロッド２８は、円形のカバー３０に示される中央開口を通過している。このカバーは、４本の固定ねじ３４により、シール（図示せず）を介して弁本体のフランジ３２に取り付けられている。

調節部材２６は、図１に概略的に示す電動手段３６により、軸ＸＸを中心に回転駆動される。この手段は、例えば、調節部材２６を多数の異なる位置へ段階的に、または連続して移動させることのできる、ステッピング型のモータとすることができる。

調節部材２６は、例では、回転軸ＸＸに対して、約４５゜の角度をなす平面４０から構成される切頭端部３８を有する。したがって、調節部材２６により、流体出口２０、２２、２４を、弁本体の角度位置に従って、所望のどうりに制御することができる。

本発明によれば、調節部材２６は、開いた環状のシールリング４２により周囲の一部が囲まれ、このシールリング４２は、調節部材と一体に回転し、側壁１６の内面に密着することができる。

形状が図５〜７に明らかに示されているシールリングは、調節部材の周りに、小さな間隙ｊ（図３）をおいて配置されている。これにより、入口管１８を介して弁本体に流入する流体は、シールリング４２の半径方向外側へ向いた、シールリング４２の内側に対して作用する圧力を加え、シーリングを確実に設けるために、シールリング４２を側壁１６に接触して、しっかりと半径方向に押圧する。この圧力は、図４の半径方向矢印Ｐにより示されている。

図４は、概略図であり、特に、シールリングとの間隙を、意図的に非常に誇張した、調節部材２６を示す概略図である。

図５および図６に見られるように、開いた環状のシールリング４２は、調節部材２６の外囲の切頭形状に沿ったほぼ円筒形の面を有する。リング４２は、上部が円弧状の縁部４４により画定され、下部が同じく円弧状の縁部４６により画定され、さらに軸とほぼ平行な２つの縁部４８、５０と、傾斜した縁部５２、５４とにより画定されている。縁部４４から形成された切欠き５６も設けられている。

リング４２は、内面に、軸と平行なリブ５８を有し、このリブは、調節部材の周囲に形成された、軸に平行な溝６０（図６）と協働するようになっている。これにより、シールリングは、調節部材と一体に回転することができ、流体が、調節部材とシールリングとの間の空間に入ることができる。

シールリングは、摩擦係数の低い材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリアミド等の材料から形成されている。シールリングと側壁１６の内面との間の摩擦をさらに低減するために、このシールリングは、均一に配置された多数の止まり穴６２が開口する平滑外面を有する。この止まり穴は、図５〜図７により明らかに示されている。

図に示すように、止まり穴、すなわち貫通孔ではない穴は、円形の外形を有する。例では、各止まり穴は、球のキャップの形状を有する（図７参照）。

図示した例示的な実施形態では、図７にも詳細に見られるリブ５８が、間に角度Ａ、ここでは３０゜をなす２つの半径方向壁６４により画定されている。半径方向壁６４は、止まり穴６２が形成される外面６８とは反対側の、シールリングの内面６６に接している（図６および図７）。

各止まり穴は、止まり穴の軸方向間隔および半径方向間隔に応じて、適切に選択された直径（Ｄ）を有する。

図８は、止まり穴６２のないシールリングの平滑表面積ＳＬを示す。

図９は、止まり穴６２のあるシールリングの表面積を示す。止まり穴の全表面積は、ＳＴで示されている。

止まり穴の表面積と平滑表面積ＳＬとの比率Ｒは、Ｒ＝ＳＴ／ＳＬであり、これを使用して、平滑表面積に対する止まり穴の百分率を求めることができる。一般に、この比率Ｒは、２５％〜４０％、好ましくは、約３３％である。

例示的な一実施形態では、平滑表面積ＳＬは、４４７３ｍ²である。止まり穴６２は、各々３ｍｍの直径を有し、４ｍｍの軸方向間隔、および４．４５ｍｍの半径方向間隔で、互いに分離されている。これにより、表面積ＳＴは１４２８ｍ²となり、ほぼ１／３または３３％と等しい比率Ｒとなる。

したがって、このような条件で、シールリングと弁本体との間の摩擦トルクは、平滑面を持つシールリングから生じる摩擦トルクに比べて、約１／３減少する。

このような条件では、他がすべて同一であれば、シーリング特性を損なうことなく、より低出力の電動手段３６を使用することができる。

本発明の弁は、特に自動車の分野で有利に適用される。図１０は、自動車の燃焼機関７２を冷却するための回路７０を示す。ポンプ７４の作用により循環する冷却流体、通常は、不凍液を添加した水が、回路７０内を通過する。

流体は、機関により加熱され、前述したタイプの制御弁１０の入口管１８に接続された出口７６を介して、機関から流出する。この弁は、回路の３つの枝路に接続される３つの出口管２０、２２、２４を有する。

この回路は、冷却ラジエータ８０および膨張タンク８２を含む第１の枝路７８と、冷却ラジエータ８０および膨張タンク８２を迂回する第２の枝路８４と、車室を加熱するために使用されるヒータマトリクス８８を含む第３の枝路８６とを有する。

管２０は、枝路７８（ラジエータ）に接続され、管２２は、枝路８６（ヒータマトリクス）に接続され、管２４は、枝路８４（迂回）に接続されている。したがって、弁によって、回路の前記３つの枝路内の流体の流量を個々に制御して、燃焼機関の温度および車室の加熱を最適化することができる。

勿論、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、他の変形形態も考えられる。弁本体により画定される回転形状は、必ずしも円筒形ではなく、例えば、円錐形または切頭円錐形とすることもできる。出口管の数および配置も、考えられる用途に応じて、種々の態様で変えることができる。

本発明の弁は、一般に自動車用に適用される。

本発明の一実施形態による、三方弁型である制御弁の斜視図である。 切断面が調節部材の回転軸を通る、図１の制御弁の断面図である。 調節部材と調節部材に装着されたシールリングとの対応する断面図である。 切断面が調節部材の回転軸に垂直である、図１および２の制御弁の概略断面図である。 シールリングの斜視図である。 図５のシールリングの横断面図である。 図６の拡大詳細図である。 止まり穴のないシールリングの展開面を示す図である。 止まり穴のある、図８と同様の図である。 本発明による、制御弁を備えた自動車燃焼機関の冷却回路を示す図である。

１０ 制御弁
１２ 本体
１４ 端部壁
１６ 側壁
１８ 流体入口
２０、２２、２４ 流体出口
２６ 調節部材
４２ シールリング
５８、６０ リリーフ
６２ 止まり穴
７０ 冷却回路
７２ 自動車燃焼機関
７４ 循環ポンプ
７６ 流体源、取水口
７８ 枝路
８０ 冷却ラジエータ
８８ ヒータマトリクス
ｊ 間隙
Ｐ 圧力
ＳＬ 平滑表面積
ＳＴ 表面積
ＸＸ 回転軸

Claims (8)

1. 流体入口（１８）と、少なくとも２つの流体出口（２０）（２２）（２４）とを備えた本体（１２）を含む流体循環回路用の制御弁であって、前記本体（１２）が、回転軸（ＸＸ）を中心に回転することができ、かつ前記出口（２０）（２２）（２４）を通る流体の分配を制御するために種々の角度位置を取ることができる調節部材（２６）のための回転ハウジングを画定し、前記流体入口（１８）が開口している端部壁（１４）と、前記流体出口（２０）（２２）（２４）が開口している側壁（１６）とを含み、
   前記調節部材（２６）は、小さな間隙（ｊ）をおいて配置され調節部材（２６）と一体に回転するようになっている開口した環状のシールリング（４２）により囲まれていて、流体の圧力（Ｐ）の作用下で前記シールリング（４２）が前記側壁（１６）に向かって押圧されて、確実にシーリングを行うようになっていること、
   前記調節部材（２６）は、回転軸ＸＸに対して約４５度の角度をなす平面４０から構成される切頭端部（３８）を有し、且つ、環状のシールリング（４２）の上部が円弧条の縁部（４４）により画定され、下部が円弧状の縁部（４６）により画定され、さらに軸とほぼ平行な２つの縁部（４８）（５０）と、傾斜した縁部（５２）（５４）とにより画定されていること、及び環状のシールリング（４２）は、その内面に、軸と平行なリブ（５８）を有し、リブ（５８）は調節部材（２６）の周囲に形成された、軸に平行な溝（６０）と協働するようになっていて、前記シールリング（４２）は調節部材（２６）と一体に回転することができ、流体が調節部材（２６）とシールリング（４２）との間の空間に入るようになっていることを特徴とする制御弁。
2. 前記シールリング（４２）が、摩擦係数の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 前記摩擦係数の低い材料が、ポリアミドおよびポリテトラフルオロエチレンから選択されていることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
4. 前記調節部材（２６）とシールリング（４２）とが、嵌合形状のリリーフ（５８）（６０）を有し、前記調節部材（２６）とシールリング（４２）とを一体として回転させることができるようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
5. 前記弁本体の側壁（１６）が円筒形ハウジングを画定し、前記シールリング（４２）が、円筒形外面を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
6. 前記流体入口（１８）が、前記端部壁（１４）に軸方向に開口し、前記流体出口（２０）（２２）（２４）が、前記弁本体の側壁（１６）に半径方向に開口していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の制御弁を有し、流体入口（１８）が、流体源（７６）に接続され、流体出口（２０）（２２）（２４）が、前記回路の枝路（７８）（８６）（８４）にそれぞれ接続されていることを特徴とする流体循環回路。
8. 循環ポンプ（７４）の作用により冷却流体が通過する、自動車燃焼機関（７２）用の冷却回路（７０）の形で製造され、前記制御弁（１０）が三方弁であり、流体入口（１８）が、前記機関（７２）から到達する冷却流体のための取水口（７６）に接続され、前記３つの流体出口（２０）（２２）（２４）が、それぞれ、冷却ラジエータ（８０）を含む前記回路の第１の枝路（７８）、前記冷却ラジエータ（８０）を迂回する前記回路の第２の枝路（８４）、および車室を加熱するためのヒータマトリクス（８８）を含む前記回路の第３の枝路（８６）に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の流体循環回路。

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