JP5355723B2 - 冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、回転アクチュエータが故障した場合に冷却力が不十分になって内燃機関が故障するのを防止するための、冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータに関する。

この種のフェールセーフ式回転アクチュエータは、回転アクチュエータの誤動作により、回転アクチュエータによって流れが制御される冷媒が内燃機関の適正な冷却のためにもはや十分に作用しないときに、好ましくは内燃機関の冷媒回路における緊急時に対応した動作を行うために使用される。

ドイツ特許出願公開第１０２４３７７８号において、電動式の回転駆動機構を備える調整装置が示されている。この回転駆動機構によって、調整要素、特に回転スライド弁の回転スライダが、回転軸周りに第１の端部位置と第２の端部位置との間で回転することが可能であり、第１の端部位置からばねによって力が加えられる。電動式の回転駆動機構は正方向および逆方向に回転する駆動機構として構成され、調整要素のばね負荷は、第１の端部位置と、第１の端部位置と第２の端部位置の間の中間位置との間でしか有効でない。回転スライド弁として構成される調整要素がエンジンの冷媒回路内に設けられた調整弁である場合において、電動式の回転駆動機構が故障したときには、調整要素のばね負荷により生じる調整要素の回転によって、緊急動作の際のエンジンの冷却が維持される。

ドイツ特許出願公開第１０２４３７７８号（ファミリー：特開２００４−１２０９９６号公報）

しかし、上記の調整装置の欠点は、ばね負荷が調整要素に常にかかっているため、回転駆動機構の故障時に緊急動作がただちに導入されることにある。それにより、冷却媒体は、周囲温度、モータ負荷、走行速度に応じた動作温度まで昇温することが、もはやできなくなる。そのため、緊急動作中にエンジンの効率損失が生じる。

したがって、本発明の目的は、冷媒回路の緊急動作を必要に応じてコントロールして導入することが可能な、冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータを提供することにある。

この課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴によって解決される。
本発明においては、冷媒回路、特に複数の部分回路を備える内燃機関の冷媒回路のためのフェールセーフ回転アクチュエータが、冷媒回路の内部で冷媒を循環させるための冷媒搬送ポンプと、複数の筐体流通口を有する回転スライド用筐体とを備える。回転スライド用筐体内に、少なくとも一つの回転スライダ流通口を有する少なくとも一つの回転スライダが回転運動可能に支持される。筐体流通口が少なくとも一つの部分回路と連通しており、回転スライダの回転運動によって筐体流通口を回転スライダ流通口と少なくとも部分的に合致させることができる。サーモスタット弁は、冷媒が限界温度を超えたときに、回転スライダと並列に設けられかつ部分回路から冷媒搬送ポンプへ導かれる流れ経路を開く。

温度に応じて切替え可能なサーモスタット弁を回転スライダに並列に配置することによって、回転スライダのコントロールに故障が生じた場合に、サーモスタット弁が冷媒のために冷媒搬送ポンプへの代替流れ経路を開くことができて、緊急動作を保証することができる。温度に応じたサーモスタット弁の切替えにより、この流れ経路は、冷媒の温度が内燃機関の動作に危険な限界温度に達したときにのみ切り替えられる。それにより、内燃機関は、回転アクチュエータに機能不良が生じた場合であっても、所要の動作温度に達するのを妨げられることはない。これは燃料消費および排ガスの減少に寄与する。さらに、緊急動作に必要な構成部品は、いずれも回転スライダに直接作用しない。そのため、回転スライダを容易に動作させることができる。また構成部品の摩耗を少なくすることができるので、本発明の回転アクチュエータは非常に頑強である。サーモスタット弁も、めったに作動させる必要がないので、摩耗が非常に少ない。

本発明の好ましい実施形態では、冷却器上流回路が冷媒を内燃機関から熱交換器に導き、冷却器還流回路が、熱交換器から出た冷媒を回転スライダに導く。内燃機関から熱を受け取った冷媒は、冷却器上流回路を通って熱交換器に導かれ、熱交換器で冷却される。冷却された冷媒は、熱交換器を出てから、冷却器還流回路を通って、回転スライダに対応した筐体流通口に導かれる。冷却器上流回路からバイパスが分岐しており、このバイパスは、熱を受け取った冷媒を別の筐体流通口に導くことができる。回転スライダの回転により、その回転スライダ流通口を、対応する筐体流通口と少なくとも部分的に合致させることができる。それにより、バイパスおよび冷却器還流回路から回転スライダ内に流れ込む冷媒の割合を、正確に調整することができる。

本発明の好ましい実施形態では、サーモスタット弁の切替えのために、冷却器上流回路内の冷媒の温度が冷媒の限界温度と比較される。内燃機関から熱を受け取ったうえで冷却器上流回路を流れる冷媒の温度を特定の限界温度と比較することによって、内燃機関内の冷媒の危険な温度上昇に迅速に対応することができる。さらに、そのために、この温度測定は、動作中にかなり変動することがある下流側の熱交換器の瞬時目標冷却速度には無関係である。

本発明の好ましい実施形態では、サーモスタット弁が遮断弁を有し、この遮断弁が弁座に載置され、ばねによって弁座に対して密閉するように押し付けられており、サーモスタット弁がさらに、遮断弁に取り付けられた押棒を有し、押棒が伸張要素によって動作可能であり、冷却器上流回路の冷媒と接する伸張要素が、冷媒が限界温度に達したときに伸張し、押棒によってばねの圧力に反して遮断弁を弁座から持ち上げる。サーモスタット弁が、冷却器上流回路からの冷媒と接触する好ましくはワックスカプセルの形態での伸張要素を有することにより、電子回路を追加することなく、限界温度を超えていないかを監視することができる。限界温度は、使用されるワックスの材料特性によって特定され、限界温度に達したときにワックスが伸張し、それによりワックスに連動された押棒に力が及ぼされる。押棒の他方の端部に取り付けられた、好ましくはポペット弁として形成された遮断弁が、ばねによって、相補形状の弁座に対して密閉するように押し付けられている。伸張要素が押棒に力を及ぼすときは、遮断弁を弁座から押し離すことができる。これにより、回転スライダに並列に設けられた流れ経路が開かれる。

本発明の好ましい実施形態では、サーモスタット弁が、遮断弁の両側に設けられたチャンバを有し、チャンバには冷媒を供給することができ、第１のチャンバに冷却器還流回路から冷媒を供給することができ、第２のチャンバは、冷媒搬送ポンプの吸入口に連通している。チャンバは、好ましくは、冷媒ができるだけ容易に流入および流出することができるようにケージとして構成される。このとき、第１のチャンバは、常に冷却器還流回路からの冷媒で満たされ、第２のチャンバには大抵は回転スライダからの冷媒が入っている。

本発明の好ましい実施形態では、回転スライダと回転スライド用筐体との間に隙間が形成され、この隙間を通して、冷媒がサーモスタット弁の第２のチャンバから冷媒搬送ポンプの吸入口に流れることができる。ここで、冷媒は、回転スライダの瞬間位置とは無関係に、形成された環状の隙間を通って冷媒搬送ポンプの吸入口に到達することができる。回転スライダには半径方向の流通口を形成することができ、その場合は、冷媒をサーモスタット弁の第２のチャンバから回転スライダへ容易に流入させることができる。

本発明の好ましい実施形態では、冷媒搬送ポンプが、回転スライダから吸入された冷媒を暖房回路および／または内燃機関流入路に搬送する。
本発明の好ましい実施形態では、暖房回路内に、暖房熱交換器および／または暖房搬送ポンプおよび／または暖房遮断弁が配置される。冷媒が熱交換器に加えて暖房熱交換器も通過することにより、使用可能な冷却面積が増加する。暖房搬送ポンプは好ましく電気駆動され、それにより、必要な場合には、冷媒搬送ポンプに加えて暖房搬送ポンプも冷却回路を通して冷媒を搬送する。暖房遮断弁は、加熱出力が必要でないときには閉じることができ、これにより、通常動作では、残りの部分回路で冷媒が迅速に加熱される。

本発明の好ましい実施形態では、内燃機関流入路内に、さらなる遮断弁、特にさらなる回転スライダが配置される。内燃機関流入路にさらなる遮断弁を配置することにより、必要であれば内燃機関への冷媒の流れを遮断して、意図的に暖房回路に迂回させることができる。さらなる遮断弁が回転スライダとして構成されることで、これを回転アクチュエータの回転スライドと直接にまたは間接的に接続することによって、互いに依存した回転運動を行わせることができる。

本発明の好ましい実施形態では、冷媒が限界温度を超えたときに、暖房遮断弁が開かれ、それにより、冷媒を冷媒搬送ポンプから暖房熱交換器を通して内燃機関に搬送することができる。これは特に、回転スライダとして形成された内燃機関流入路内のさらなる遮断弁が、誤動作により冷媒をそれ以上流すことができなくなった場合に必要である。この場合は、冷媒の流れを、回転アクチュエータから暖房回路を通して内燃機関に戻すように導く必要がある。

本発明のさらなる詳細、特徴、および利点は、図面を参照しながら述べる好ましい例示的実施形態についての以下の説明によって明らかになる。

冷媒回路内のフェールセーフ式回転アクチュエータの構成の概略図である。 フェールセーフ式回転アクチュエータの断面図である。 サーモスタット弁が閉じられている状態（ａ）、およびサーモスタット弁が開かれている状態（ｂ）における、フェールセーフ式回転アクチュエータの断面図である。

図１において、複数の部分回路、特に主冷却回路３と暖房回路４から、内燃機関２に冷媒が供給される。内燃機関２は、実質的にシリンダヘッドとシリンダ・クランクケースからなり、冷媒がウォータージャケット内を通って流れ、燃料の燃焼時に発生する熱量の少なくとも一部が冷媒に伝わる。冷却回路内にフェールセーフ式の回転アクチュエータ１が配置され、このフェールセーフ式の回転アクチュエータ１によって、それぞれの部分回路３または４の冷媒の流れを必要に応じて制御することができる。回転アクチュエータ１は、回転スライド用筐体８内に回転可能に支持された少なくとも一つの回転スライダ９を有する。回転スライド用筐体８は複数の筐体流通口を有し、これらの筐体流通口は、回転スライダ９の回転運動によって、回転スライダ９において対応して形成されている回転スライダ流通口１１と少なくとも部分的に合致させることができる。回転アクチュエータ１内に冷媒搬送ポンプ５が配置され、その吸入口に回転スライダ９から冷媒を供給することができる。冷媒は、搬送ポンプ５によって、暖房回路４および内燃機関流入路２５に供給される。冷媒搬送ポンプ５の搬送力、および個々の部分回路３および４での冷媒流の分配は、内燃機関流入路２５に配置された遮断弁１０の動作と協働する回転スライダ９の回転によって調整可能である。ここで、遮断弁１０をさらなる回転スライダとして構成して、回転スライダ９の動きに連動させることもできる。主冷却回路３は、冷媒を、内燃機関２から冷却器上流回路１６を通して熱交換器１４に導き、またバイパス３０の筐体流通口にも導く。熱交換器１４から出た冷媒は、冷却器還流回路１５を通って、冷却器還流回路１５の筐体流通口に到達する。到達した冷媒は、回転スライド用筐体８に対する回転スライダ９の回転位置に応じて流量が変化する状態で、バイパス３０および冷却器還流回路１５から回転スライダ９に流入することができる。または流入を妨げられることもある。流入の妨げは、例えば回転スライダを駆動する機構の故障時に生じることがある。その場合は、内燃機関２の冷却が不十分になる。これに対処するために、回転スライダ９にサーモスタット弁１３が割り当てられている。このサーモスタット弁１３は、必要な場合には、特に冷却器上流回路１６内の冷媒が限界温度を超えている場合には、回転スライダ９と並列に設けられた流れ経路を開いて、回転スライダ９を迂回する冷媒流を形成する。サーモスタット弁１３が開いているとき、冷媒は、冷却器還流回路１５から、回転スライダ９を迂回して、冷媒搬送ポンプ５の吸入口２４に到達することができる。冷媒搬送ポンプ５は、冷媒を内燃機関流入路２５および暖房回路４に搬送する。暖房回路４は、暖房遮断弁２７、暖房搬送ポンプ２９、および暖房熱交換器２６を備える。暖房遮断弁２７は好ましくは緊急時に開く。電気駆動式の暖房搬送ポンプ２９は、冷媒搬送ポンプ５の搬送力が低すぎる場合に補助搬送力を提供することができる。したがって、回転スライダ９および遮断弁１０の位置とは無関係に、熱交換器１４および／または暖房熱交換器２６を通る冷媒の流れを適切に保つことができる。

図２において、冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ１は、回転スライド用筐体８を含み、回転スライド用筐体８内に回転スライダ９が回転運動可能に支持されている。回転スライド用筐体８は、複数の筐体流通口６および７を有し、特に、冷却器還流回路１５からの冷媒を供給することができる筐体流通口６と、バイパス３０からの冷媒を供給することができる筐体流通口７とを有する。バイパス３０は、冷却器上流回路１６から分岐している。回転スライダ９は、複数の回転スライダ流通口１１および１２を有し、特に、冷却器還流回路１５の筐体流通口に割り当てられた回転スライダ流通口１１と、バイパス３０の筐体流通口に割り当てられた回転スライダ流通口１２とを有する。そして、回転スライダ９の回転運動により、回転スライダ流通口１１および／または１２を筐体流通口６および／または７と少なくとも部分的に合致させることができる。回転スライダ９にはサーモスタット弁１３が配置され、ワックスカプセルとして構成されたその伸張要素２１が冷却器上流回路１６内に配置されている。伸長要素２１は、冷媒が特定の限界温度を超えたときに伸張する。伸張要素２１には押棒２０が取り付けられており、押棒２０は、その端部に配置された遮断弁１７を支持する。遮断弁１７は、ばね１９によって弁座１８を密閉するようにこの弁座１８に対して押し付けられている。遮断弁１７の両側に第１のチャンバ２２および第２のチャンバ２３が形成されている。第１のチャンバ２２は、図２における遮断弁１７の下の位置で冷却器還流回路１５と連通し、第２のチャンバ２３は、図２における遮断弁１７の上の位置で、回転スライダ９の位置とは無関係に冷媒搬送ポンプ５の吸入口２４と連通している。

図３において、冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータは、回転スライド用筐体８を有し、回転スライド用筐体８内に回転スライダ９が回転運動可能に支持されている。回転スライド用筐体８は、複数の筐体流通口６および７を有し、特に、冷却器還流回路１５からの冷媒を供給することができる筐体流通口６と、バイパス３０からの冷媒を供給することができる筐体流通口７とを有する。回転スライダ９は、複数の回転スライダ流通口１１および１２を有し、特に、冷却器還流回路１５用の回転スライダ流通口１１と、バイパス３０用の回転スライダ流通口１２とを有する。回転スライダ９の回転運動により、回転スライダ流通口１１および／または１２を筐体流通口６および／または７と少なくとも部分的に合致させることができる。図３（ａ）に示されるように、少なくとも一つの回転スライダ流通口１１または１２が少なくとも一つの筐体流通口６または７と合致する場合に、冷媒は、回転スライダ９内に進入し、冷媒搬送ポンプ５の吸入口２４から冷媒搬送ポンプ５へ吸入される。図３（ｂ）に示されるように、回転スライダ流通口１１または１２が筐体流通口６または７と合致していない場合は、冷媒は回転スライダ９に到達することはなく、したがって冷媒搬送ポンプ５の吸入口２４に到達することもない。これは、例えば回転スライダ９を駆動するための駆動機構の故障時に生じることがあり、その場合は、回転アクチュエータ１に接続された内燃機関の冷却が不十分になる。これに対処するために、回転スライダ９に対応してサーモスタット弁１３が配置されている。このサーモスタット弁１３は、冷却器上流回路１６内の冷媒の温度に応じて開閉し、特に、限界温度よりも低い温度では閉じ（図３（ａ））、限界温度よりも高い温度では開く（図３（ｂ））。そのために、遮断弁１７が、ばね１９によって弁座１８に対して密閉するように押し付けられている。限界温度を超えた場合は、前述の伸張要素が、押棒２０によって遮断弁１７を弁座１８から押し離し、それによって冷媒のための代替流れ経路が生じる。この場合に、冷媒還流回路１５からの冷媒は、サーモスタット弁１３の第１のチャンバ２２から第２のチャンバ２３内に流れ、そこから、回転スライダ９と回転スライド用筐体８との隙間を通って冷媒搬送ポンプ５の吸入口２４に流れる。あるいは、この領域において、半径方向に分布したさらなる流通口を回転スライダ９に設けることもできる。これらの流通口を通して、冷媒がより容易に第２のチャンバ２３から回転スライダ９に進入することができ、これにより、緊急動作の際に冷媒搬送ポンプ５により良い搬送力を発現させることができる。

１ 回転アクチュエータ
２ 内燃機関
３ 主冷却回路
４ 暖房回路
５ 冷媒搬送ポンプ
６ 筐体流通口（冷却器還流回路側）
７ 筐体流通口（バイパス側）
８ 回転スライド用筐体
９ 回転スライダ
１０ 遮断弁
１１ 回転スライダ流通口（冷却器還流回路側）
１２ 回転スライダ流通口（バイパス側）
１３ サーモスタット弁
１４ 熱交換器
１５ 冷却器還流回路
１６ 冷却器上流回路
１７ 遮断弁
１８ 弁座
１９ ばね
２０ 押棒
２１ 伸張要素
２２ 第１のチャンバ
２３ 第２のチャンバ
２４ 吸入口
２５ 内燃機関流入路
２６ 暖房熱交換器
２７ 暖房遮断弁
２９ 暖房搬送ポンプ
３０ バイパス

Claims (9)

1. 複数の部分回路（３、４）を備える内燃機関（２）の冷媒回路用のフェールセーフ式の回転アクチュエータ（１）であって、前記冷媒回路に冷媒を循環させるための冷媒搬送ポンプ（５）と、複数の筐体流通口（６、７）を有する回転スライド用筐体（８）とを備え、回転スライド用筐体（８）内に、少なくとも１つの回転スライダ流通口（１１、１２）を有する少なくとも一つの回転スライダ（９）が回転運動可能に支持され、筐体流通口（６、７）が少なくとも一つの部分回路（３、４）に連通されており、回転スライダ（９）の回転運動によって筐体流通口（６、７）を回転スライダ流通口（１１、１２）と少なくとも部分的に合致させることができるフェールセーフ式の回転アクチュエータ（１）において、前記冷媒が限界温度を超えたときに、回転スライダ（９）に並列に設けられる流れ経路であって部分回路（３、４）の一つから冷媒搬送ポンプ（５）へ導かれる流れ経路を開くサーモスタット弁（１３）が設けられており、
   サーモスタット弁（１３）は、伸張要素（２１）と、伸張要素（２１）によって動作可能な遮断弁（１７）と、を有し、
   伸張要素（２１）は内燃機関（２）から熱交換器（１４）に冷媒を導く冷却器上流回路（１６）の冷媒と接し、
   遮断弁（１７）は熱交換器（１４）から出た冷媒を回転スライダ（９）に導く冷却器還流回路（１５）に配設されている
   ことを特徴とする冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
2. サーモスタット弁（１３）の切替えのために冷却器上流回路（１６）内の冷媒の温度を冷媒の限界温度と比較する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
3. 遮断弁（１７）が、弁座（１８）に載置されるとともに、ばね（１９）によって弁座（１８）に対して密閉するように押し付けられており、サーモスタット弁（１３）が、遮断弁（１７）に連結された押棒（２０）を有し、押棒（２０）が伸張要素（２１）によって動作可能であり、伸張要素（２１）は、冷媒が限界温度に達したときに伸張して、押棒（２０）によって遮断弁（１７）をばね（１９）の圧力に反して弁座（１８）から離すように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
4. サーモスタット弁（１３）が、遮断弁（１７）の両側に設けられたチャンバ（２２、２３）を有し、チャンバ（２２、２３）は冷媒を収容することができ、第１のチャンバ（２２）に冷却器還流回路（１５）から冷媒を供給することができ、第２のチャンバ（２３）は冷媒搬送ポンプ（５）の吸入口（２４）に連通していることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
5. 回転スライダ（９）と回転スライド用筐体（８）との間に隙間が形成され、この隙間を通して、冷媒が、サーモスタット弁（１３）の第２のチャンバ（２３）から冷媒搬送ポンプ（５）の吸入口（２４）に流れることができるように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
6. 冷媒搬送ポンプ（５）は、回転スライダ（９）から吸入された冷媒を暖房回路（４）および／または内燃機関流入路（２５）内に搬送可能であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
7. 暖房回路（４）内に、暖房熱交換器（２６）および／または暖房搬送ポンプ（２９）および／または暖房遮断弁（２７）が配置されていることを特徴とする請求項６記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
8. 内燃機関流入路（２５）に、さらなる遮断弁（１０）、特にさらなる回転スライダが配置されていることを特徴とする請求項６記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。
9. 冷媒が限界温度を超えたときに、暖房遮断弁（２７）が開かれ、それにより、冷媒を冷媒搬送ポンプ（５）から暖房熱交換器（２６）を通して内燃機関（２）に搬送することが可能であることを特徴とする請求項６から８までいずれか１項記載の冷媒回路用のフェールセーフ式回転アクチュエータ。

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