JP5553063B2

JP5553063B2 - ロータリバルブ

Info

Publication number: JP5553063B2
Application number: JP2011159508A
Authority: JP
Inventors: 夏樹杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2031-07-21
Also published as: JP2013024126A

Description

本発明はロータリバルブに関する。

ロータリバルブに関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１で開示されている。特許文献１が開示する制御バルブでは、回転弁体相当の構成である調整部材または側壁が凹状領域および非凹状領域を備えるとともに、凹状領域が側壁に接触する調整部材の表面を減少させるようになっている。特許文献１が開示する制御バルブは、これにより調節部材とバルブ本体との間の摩擦を低減し、かつこれらの間のリークを解消するようにしている。

特許文献２では、凹及び凸の少なくとも一方からなる異物捕獲部を有して構成されるシール部材を備える内燃機関の冷却装置が開示されている。特許文献２では、例えば突起や植毛部で異物捕獲部を形成できることが開示されている。

特開２００９−５１５１０６号公報特開平６−８８５２６号公報

ロータリバルブにおいて、可動部である回転弁体は通常、ロータリバルブを流通する流体の漏れを防止するためのシール部を周囲に必要とする。ところが、シール部は回転弁体の動作時に発生するフリクションを増大させる要因となる。そして、フリクションの増大はロータリバルブ用の駆動モータの大型化や消費電力の増大を招くことから、コストの増大や燃費の悪化を招く虞がある。

この点、ロータリバルブによっては構成上、一般に必要性があると認められる部分に必ずしもシール部を必要としない場合や、シール部を必要とする場合でも、流体の漏れをある程度許容可能な場合がある。すなわち、ロータリバルブによっては、構成に見合ったシール性を確保することで、回転弁体の動作時に発生するフリクションを低減するという観点から、シール部のあり方に未だ改善の余地がある。

本発明は上記課題に鑑み、ポンプ、エンジン間の冷却液の流通と、ポンプ、ラジエータ間の冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体を備える場合に、構成に見合ったシール性を確保することで、回転弁体の動作時に発生するフリクションを好適に低減可能なロータリバルブを提供することを目的とする。

本発明はエンジンの冷却液を循環させるポンプと、前記エンジンの冷却液を冷却するラジエータとを備えるエンジンの冷却回路に組み込まれ、前記ポンプの冷却液出口部と前記エンジンとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第１の通路部と、前記ポンプの冷却液入口部と前記ラジエータとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第２の通路部と、前記第１の通路部に介在する第１の弁体部と、前記第２の通路部に介在する第２の弁体部とを有し、前記第１の通路部における冷却液の流通と、前記第２の通路部における冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体と、前記第１の弁体部および前記第２の弁体部のうち、前記第１の弁体部の外周部に沿って存在する前記エンジンの冷却液の漏洩箇所をシールするシール部と、を備えるロータリバルブである。

本発明は前記シール部が表面を凹凸状にする構造を有する構成とすることができる。

本発明によれば、ポンプ、エンジン間の冷却液の流通と、ポンプ、ラジエータ間の冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体を備える場合に、構成に見合ったシール性を確保することで、回転弁体の動作時に発生するフリクションを好適に低減できる。

エンジンの冷却回路の概略構成図である。ロータリバルブの概略構成図である。ロータリバルブの断面図である。第１のシール部材の構造の具体例を示す図である第１のシール部材の表面を正面から見た図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はエンジンの冷却回路（以下、冷却回路と称す）１００の概略構成図である。冷却回路１００はウォータポンプ（以下、Ｗ／Ｐと称す）１とエンジン２とヒータ３とラジエータ４とチェック弁５とロータリバルブ１０とを備えている。冷却回路１００は図示しない車両に搭載されている。

Ｗ／Ｐ１はエンジン２の冷却液を循環させる。Ｗ／Ｐ１はエンジン２の出力で駆動する機械式のポンプとなっている。Ｗ／Ｐ１は電気駆動式のポンプであってもよい。Ｗ／Ｐ１が吐出する冷却液はロータリバルブ１０を介してエンジン２に流入する。エンジン２に流入する際、冷却液は出口部Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２を介してロータリバルブ１０から流出するようになっている。

エンジン２は個別に冷却液を流入させるシリンダブロック２ａおよびシリンダヘッド２ｂを備えている。そして、出口部Ｏｕｔ１から流出した冷却液がシリンダブロック２ａに、出口部Ｏｕｔ２から流出した冷却液がシリンダヘッド２ｂに流入するようになっている。エンジン２には、出口部Ｏｕｔ１から流入した冷却液をシリンダブロック２ａ、シリンダヘッド２ｂの順で流通させるとともに、出口部Ｏｕｔ２から流入した冷却液をシリンダヘッド２ｂに流通させ、さらにシリンダヘッド２ｂでこれらを合流させた後に、合流させた冷却液をシリンダヘッド２ｂから流出させる冷却通路が設けられている。

エンジン２を流通した冷却液のうち、一部の冷却液はヒータ３を流通する。ヒータ３は空気と冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱する。加熱された空気は車室内の暖房に利用される。ヒータ３を流通した冷却液は、ロータリバルブ１０を介してＷ／Ｐ１に戻る。この際、冷却液は入口部Ｉｎ１を介してロータリバルブ１０に流入するようになっている。ヒータ３を流通する流通経路は、ラジエータ４をバイパスする第１のラジエータバイパス経路Ｐ１１になっている。

エンジン２を流通した冷却液のうち、他の一部は入口部Ｉｎ３を介してロータリバルブ１０に流入するようになっている。この流通経路はラジエータ４をバイパスする第２のラジエータバイパス経路Ｐ１２になっている。エンジン２を流通した冷却液のうち、残りの一部はラジエータ４を流通する。ラジエータ４は空気と冷却液との間で熱交換を行い、冷却液を冷却する。ラジエータ４を流通した冷却液は入口部Ｉｎ２を介してロータリバルブ１０に流入するようになっている。

入口部Ｉｎ１は後述する第２の通路部１２のうち、回転弁体１３の上流側および下流側の部分それぞれに連通するように設けられている。これに対し、チェック弁５は入口部Ｉｎ１から流入した冷却液の流通を制御する。具体的にはチェック弁５は入口部Ｉｎ１から流入した冷却液が第２の通路部１２の上流側および下流側に流入するにあたり、上流側から下流側への流通を許可するとともに、下流側から上流側への流通を禁止する。

図２はロータリバルブ１０の概略構成図である。図２ではロータリバルブ１０とともにＷ／Ｐ１も示している。なお、図示の都合上、図２では入口部Ｉｎ１と第２の通路部１２の上流側および下流側の部分が連通している様子、およびチェック弁５については図示省略している。ロータリバルブ１０は第１の通路部１１と第２の通路部１２と回転弁体１３と駆動部１４と弁体バイパス通路部１５とバイパス弁１６と第１のサーモスタット１７と第２のサーモスタット１８とを備えている。また、入口部Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３と出口部Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２とを備えている。

第１の通路部１１はＷ／Ｐ１の冷却液出口部とエンジン２との間に設けられ、冷却液を流通させる。第２の通路部１２はＷ／Ｐ１の冷却液入口部とラジエータ４との間に設けられ、冷却液を流通させる。通路部１１、１２は並べて配置されている。通路部１１、１２は並べて配置された状態でＷ／Ｐ１に端部で接続されている。そして、第１の通路部１１はポンプ１の冷却液出口部に、第２の通路部１２はポンプ１の冷却液入口部にそれぞれ接続されている。第１の通路部１１ではＷ／Ｐ１側が上流側、第２の通路部１２ではＷ／Ｐ１側が下流側となっている。通路部１１、１２は例えば同一のハウジングの一部として設けられていてよい。

第１の通路部１１は回転弁体１３の下流側で出口部Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２に連通している。第２の通路部１２は回転弁体１３の上流側および下流側で入口部Ｉｎ１に連通している。また、回転弁体１３の上流側および下流側で入口部Ｉｎ２に連通している。さらに、回転弁体１３の上流側で入口部Ｉｎ３に連通している。第２の通路部１２は回転弁体１３よりも上流側の部分と入口部Ｉｎ２とを連通する第１の連通部Ｂ１と、回転弁体１３よりも下流側の部分と入口部Ｉｎ２とを連通する第２の連通部Ｂ２とを備えている。

回転弁体１３は第１の通路部１１と第２の通路部１２とに介在するように設けられている。回転弁体１３は第１の通路部１１を流通する冷却液の流通と、第２の通路部１２を流通する冷却液の流通とを回転動作で変更する。回転弁体１３は第１の通路部１１を流通する冷却液の流通と第２の通路部１２を流通する冷却液の流通とを禁止、許可することを含め、これら流通の制限、制限の解除を行うことができる。駆動部１４はアクチュエータ１４ａとギヤボックス部１４ｂとを備えており、回転弁体１３を駆動する。アクチュエータ１４ａは具体的には電動モータである。

弁体バイパス通路部１５は、第１の通路部１１のうち、回転弁体１３よりも上流側の部分と下流側の部分とを連通している。バイパス弁１６は差圧弁であり、第１の通路部１１のうち、回転弁体１３よりも上流側の部分における冷却液の圧力（上流側圧力）と、回転弁体１３よりも下流側の部分における冷却液の圧力（下流側圧力）との差圧に応じて、弁体バイパス通路部１５を介した冷却液の流通の制限、制限の解除（具体的にはここでは禁止、許可）を行う。

第１のサーモスタット１７は第１の連通部Ｂ１に、第２のサーモスタット１８は第２の連通部Ｂ２にそれぞれ設けられている。第１のサーモスタット１７は冷却液の温度が第１の所定値よりも高い場合に開弁するとともに、第１の所定値以下である場合に閉弁する。第２のサーモスタット１８は冷却液の温度が第２の所定値よりも高い場合に開弁するとともに、第２の所定値以下である場合に閉弁する。第２の所定値は第１の所定値よりも高く設定されている。

図３はロータリバルブ１０の断面図である。図３は回転弁体１３の中心軸を含む断面でロータリバルブ１０を示す。図３に示すように、回転弁体１３は第１の通路部１１に介在する第１の弁体部Ｒ１と、第２の通路部１２に介在する第２の弁体部Ｒ２とを備えている。弁体部Ｒ１、Ｒ２の内部は個別に空洞になっており、周壁部に設けられた開口部が弁体部Ｒ１、Ｒ２を介した冷却液の流通を可能にする。ロータリバルブ１０は第１、第２および第３のシール部材３１、３２、３３を備えている。

第１のシール部材３１はシール部に相当する構成であり、ロータリバルブ１０の外周部に沿って存在する冷却液の漏洩箇所をシールする。第２のシール部材３２は外径が異なる弁体部Ｒ１、Ｒ２の段差のスラスト面に沿って存在する冷却液の漏洩箇所をシールする。第３のシール部材３３は回転弁体１３の入力軸１３ａの外周部に沿って存在する冷却液の漏洩箇所をシールする。第２のシール部材３２はスラストシール部材であり、第３のシール部材３３はリップ付きの軸シール部材である。なお、弁体部Ｒ１、Ｒ２の外径は同じであってもよく、この場合に第２のシール部材３２は不要となる。

第１のシール部材３１は具体的には弁体部Ｒ１、Ｒ２のうち、第１の弁体部Ｒ１の外周部に沿って存在する冷却液の漏洩箇所をシールする。したがって、ロータリバルブ１０では第２の弁体部Ｒ２の外周部に沿って存在する冷却液の漏洩箇所にはシール部材が特段設けられていない。第１のシール部材３１は第１の通路部１１のうち、第１の弁体部Ｒ１の外周部に対向する壁部１１ａに設けられている。第１のシール部材３１は例えば第１の弁体部Ｒ１の外周部に設けられてもよい。

第１のシール部材３１は具体的には壁面１１ａに対して嵌合の度合いが締まり嵌めになるように組み付けられている。そしてこれにより、壁面１１ａに固定されている。一方、第１のシール部材３１は表面を凹凸状にする構造を備えている。そして、第１のシール部材３１は壁面１１ａに固定された状態で、凹凸状をなす表面の先端が第１の弁体部Ｒ１に接触する程度の状態になるように組み付けられている。

図４は第１のシール部材３１の構造の具体例を示す図である。図４（ａ）は第１の具体例を、図４（ｂ）は第２の具体例を示す。第１のシール部材３１は具体的にはリング状の基部材３１ａを備えている。そして、表面を凹凸状にする構造は例えば図４（ａ）に示すように、リング状の基部材３１ａのうち、シール機能を要する側の面（具体的にはここでは内周面Ｓ）に植毛を密に行った構造によって実現できる。また例えば図４（ｂ）に示すように、基部材３１ａのうち、シール機能を要する側の面Ｓに突起を密に設けた構造によって実現できる。植毛や突起の形成は例えば壁面１１ａに対して直接行われてもよい。

図５は第１のシール部材３１の表面を正面から見た図である。図５に示すように、第１のシール部材３１の表面には凸状の部分それぞれが直交する２つの方向それぞれに沿って等間隔の列をなしている。そして、隣り合う列のうち、一方の列を構成する凸状の部分それぞれの間に形成される隙間それぞれに対応させて、他方の列を構成する凸状の部分それぞれが配置されるように設けられている。具体的には、隣り合う列同士が互いに半ピッチずれるように設けられている。

次にロータリバルブ１０の作用効果について説明する。ここで、ロータリバルブ１０は第２の弁体部Ｒ２によって冷却液の流通を制限する場合であっても、第２の弁体部Ｒ２の外周部に沿って存在する漏洩箇所を厳密にシールする必要がないようになっている。これは、例えばＷ／Ｐ１が過負荷状態に陥ることを回避する関係上、第２の通路部１２からＷ／Ｐ１への冷却液の流通自体はＷ／Ｐ１作動中に維持されることになるためである。この点、ロータリバルブ１０では具体的には第２の弁体部Ｒ２によって冷却液の流通を制限する場合であっても、第２の通路部１２のうち、回転弁体１３よりも下流側の部分に入口部Ｉｎ１を介して冷却液を流通させることができるようになっている。

一方、ロータリバルブ１０では例えばエンジン２の冷間時に第１の弁体部Ｒ１でエンジン２への冷却液の流通を制限することで、暖機促進を図ることができる。この場合、第１の弁体部Ｒ１の外周部に沿って存在する漏洩箇所をシールすることで、エンジン２の暖機促進性を高めることができる。

これに対し、ロータリバルブ１０は弁体部Ｒ１、Ｒ２のうち、第１の弁体部Ｒ１の外周部に沿って存在する冷却液の漏洩箇所をシールする第１のシール部材３１を備えている。このため、ロータリバルブ１０は構成に見合ったシール性を確保することで、回転弁体１３の動作時に発生するフリクションを好適に低減できる。

ロータリバルブ１０では、第１のシール部材３１が表面を凹凸状にする構造を有するため、冷却液の漏洩箇所をシールするにあたって表面の接触面積を減少させることができる。結果、これによってさらにフリクションを低減できる。同時にラビリンスシール効果でシール性も確保できる。この点、冷却液は具体的には粘度が高いＬＬＣ（ロングライフクーラント）であることから、ラビリンスシール効果でシール性を確保するにあたって好適である。また、図５を用いて前述したような配置によれば、ラビリンス効果をさらに好適に発揮させることができる。また、かかる構造によれば異物を捕捉するフィルター機能を第１のシール部材３１に持たせることができるほか、異物の噛み込みによる回転弁体１３の動作不良の発生も抑制できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば第１の弁体部がエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとに対応させて、回転弁体の軸方向に沿って異なる位置に開口部をそれぞれ備える場合、シール部は第１の弁体部のうち、さらに回転弁体の軸方向に沿ってシリンダヘッドの開口部に対応する位置に設けられてもよい。

この場合、シリンダブロックへの冷却液の漏れを構成上、許容する代わりに、さらにフリクションを低減することができる。かかる構成は、例えばシリンダヘッドへの冷却液の流通を制限しつつ、シリンダブロックへの冷却液の流通制限を解除することで、シリンダヘッドにおける冷却損失の発生を抑制しつつ、シリンダブロックの冷却を促進し、これによりエンジンの熱効率改善を図るような場合に好適である。

Ｗ／Ｐ１
エンジン２
ヒータ３
ラジエータ４
ロータリバルブ１０
第１の通路部１１
第２の通路部１２
回転弁体１３
第１のサーモスタット１７
第２のサーモスタット１８
第１のシール部材３１
冷却回路１００

Claims

エンジンの冷却液を循環させるポンプと、前記エンジンの冷却液を冷却するラジエータとを備えるエンジンの冷却回路に組み込まれ、
前記ポンプの冷却液出口部と前記エンジンとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第１の通路部と、
前記ポンプの冷却液入口部と前記ラジエータとの間に設けられ、前記エンジンの冷却液を流通させる第２の通路部と、
前記第１の通路部に介在する第１の弁体部と、前記第２の通路部に介在する第２の弁体部とを有し、前記第１の通路部における冷却液の流通と、前記第２の通路部における冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体と、
前記第１の弁体部および前記第２の弁体部のうち、前記第１の弁体部の外周部に沿って存在する前記エンジンの冷却液の漏洩箇所をシールするシール部と、を備えるロータリバルブ。
請求項１記載のロータリバルブであって、
前記シール部が表面を凹凸状にする構造を有するロータリバルブ。