JP6254686B2 - 冷却制御装置、流量制御弁及び冷却制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車の機関冷却に適用される冷却制御装置、流量制御弁及び冷却制御方法に関する。

例えば自動車の機関冷却に適用される従来の冷却制御装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたようなものが知られている。

すなわち、この冷却制御装置は、冷却システムの正常時には正常循環モードで作動する第１制御弁により冷却水の循環を行い、例えば該第１制御弁が失陥するなどして冷却水が高温（許容温度限界）となる冷却システムの異常時には短絡モードで作動する第２制御弁によって冷却水の循環を可能とすることで、冷却システム異常時における冷却水の循環を確保している。

特表２０１０−５２８２２９号公報

このように、前記従来の冷却制御装置では、冷却システムの正常時には前記第１制御弁のみが作動し、前記第２制御弁については非作動となる。このため、正常時における前記第１制御弁の必要十分な送水容量を確保したうえで、異常時における前記第２制御弁の最低限の送水容量も確保しなければならず、冷却制御装置全体として大型化を招来してしまっていた。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたものであり、大型化を抑制し得る冷却制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、第１連通部又は複数の第２連通部の一方から流入する冷媒の流量を制御して前記第１連通部又は前記複数の第２連通部の他方から流出させることにより、外部機器の冷却状態を制御する冷却制御装置であって、前記第１連通部と前記複数の第２連通部とを接続するように設けられ、該両連通部間における冷媒の流量を予め設定された規則に従って制御する第１制御弁と、前記第１制御弁とは別経路でもって前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうち特定の１つとを接続するように設けられ、該両連通部間における冷媒の流量を前記第１制御弁とは独立して制御する第２制御弁と、を備え、前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうち特定の１つとの間を流れる冷媒の流量を、前記第１制御弁と前記第２制御弁との協働によって制御することを特徴としている。

本発明によれば、冷媒の流量を第１制御弁と第２制御弁との協働により制御する構成としたことから、第２制御弁による異常時に必要な送給容量を確保しつつ、該第２制御弁によって増大した送給容量の分だけ第１制御弁の小型化が可能となって、冷却制御装置全体の小型化に供される。

本発明に係る冷却制御装置の第１実施形態を表した自動車用冷却水の循環系のシステム構成図である。 図１に示す冷却制御装置の分解斜視図である。 図２に示す流量制御弁の正面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示す切替制御弁の縦断面図である。 図２に示す弁体単体を表した斜視図であって、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ別の視点から見た状態を示す図である。 図５に示す流量制御弁の制御パターンの説明する図であって、（ａ）は第２排出口のみが連通した状態、（ｂ）は全ての排出口が非連通となる状態、（ｃ）は第１排出口のみが連通した状態、（ｄ）は第１、第２排出口が連通した状態、（ｅ）は全ての排出口が連通した状態を示す弁体収容部の展開図である。 本発明に係る冷却制御装置によって制御される水温変化のグラフである。 従来の冷却制御装置によって制御される水温変化のグラフである。 本発明に係る冷却制御装置の第１実施形態における第１変形例を表した自動車用冷却水の循環系のシステム構成図である。 本発明に係る冷却制御装置の第１実施形態における第２変形例を表した自動車用冷却水の循環系のシステム構成図である。 本発明に係る冷却制御装置の第２実施形態を表した自動車用冷却水の循環系のシステム構成図である。 本発明に係る冷却制御装置の第２実施形態における変形例を表した自動車用冷却水の循環系のシステム構成図である。

以下、本発明に係る冷却制御装置の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、下記各実施形態では、本発明に係る冷却制御装置等を従来と同様の自動車用冷却水（以下、単に「冷却水」と略称する。）の循環系に適用したものを例に説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図９は本発明に係る冷却制御装置等の第１実施形態を示し、冷却制御装置ＣＭは、図１に示すように、主たる制御弁としての第１制御弁である流量制御弁ＣＶに第２制御弁である切替制御弁ＳＶが組み込まれるかたちで一体に構成されてなるもので、エンジンＥＧのシリンダヘッドＣＨの側部に配設され、ウォータポンプＷＰによって加圧されてシリンダヘッドＣＨ側から導入路Ｌ０を通じて導入される冷却水を、第１〜第３配管Ｌ１〜Ｌ３を介して暖房熱交換器ＨＴ、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤ側へとそれぞれ分配すると共に、その各流量を制御することによって、前記冷却水の冷却に供するものである。

より具体的には、前記冷却制御装置ＣＭは、特に図４、図６に示すように、ほぼ筒状に形成されたハウジング１の軸方向一端部に設けられ、前記シリンダヘッドＣＨから冷却水を導入する第１連通部としての導入口１０と、前記ハウジング１の他端側外周部に設けられ、前記シリンダヘッドＣＨより導入した冷却水を前記第１〜第３配管Ｌ１〜Ｌ３へと流出させる第２連通部としての第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３と、前記ハウジング１内に構成される主たる流路に配置され、冷却水全体の分配及び流量を制御する流量制御弁ＣＶと、前記ハウジング１内において前記流量制御弁ＣＶとは別系統の流路（後述する連通路２０）に配置され、該流量制御弁ＣＶと協働して第３配管Ｌ３に対する冷却水の流出を制御する切替制御弁ＳＶと、から主として構成されている。

前記流量制御弁ＣＶは、図２〜図４に示すように、前記シリンダヘッドＣＨへの反取付側となる一端側に幅方向へと延出する横断面長円状の減速機構収容部１４が形成され、該減速機構収容部１４の幅方向一端側に偏倚するかたちでその内側面にほぼ円筒状の弁体収容部１３が接続されてなるハウジング１と、前記弁体収容部１３と前記減速機構収容部１４の間に挿通配置され、前記両部１３，１４間に配設された軸受６によって回転自在に支持された回転軸２と、該回転軸２の一端部に一体回転可能に取付固定され、前記弁体収容部１３内において回転自在に収容されたほぼ円筒状の弁体３と、前記弁体収容部１３に対して並列に、かつ、その出力軸４ｂが前記減速機構収容部１４の幅方向他端側の内部に臨むようなかたちで該減速機構収容部１４の内側面に取付固定され、前記弁体３を回転駆動する電動モータ４と、該電動モータ４の出力軸４ｂと前記回転軸２との間に介装され、該電動モータ４の出力軸４ｂの回転速度を減速して回転軸２へと伝達する減速機構５と、を備え、前記ハウジング１の内部に後述する第３排出口Ｅ３に隣接して該第３排出口Ｅ３（第３アダプタＡ３）と弁体収容部１３とをバイパス連通するように設けられた連通路２０に、該連通路２０へと導かれた冷却水の排出を切替制御する前記切替制御弁ＳＶが設けられている。

前記ハウジング１は、アルミニウム合金材料により鋳造されてなるもので、主として前記弁体収容部１３を構成する第１ハウジング１１と、主として前記減速機構収容部１４を構成する第２ハウジング１２と、から構成され、当該両ハウジング１１，１２がその外周縁部に嵌着されるコ字形状の複数のクリップ７によって挟持固定されている。

前記第１ハウジング１１は、その一端側に、前記シリンダヘッドＣＨ内と連通して当該シリンダヘッドＣＨ内から冷却水を導入する前記第１連通部である導入口１０が開口形成され、その外周域に設けられる第１フランジ部１１ａを介して前記シリンダヘッドＣＨに取付固定される。また、この第１ハウジング１１の他端側は、前記減速機構収容部１４を隔成する端壁１１ｂによって閉塞されると共に、当該端壁１１ｂと一体に構成される第２フランジ部１１ｃを介して前記第２ハウジング１２と接合される。なお、前記端壁１１ｂのうち幅方向一端側の領域には、前記回転軸２を挿通支持する軸挿通孔１１ｄが貫通形成され、他端側の領域には、前記電動モータ４の内端部（出力軸４ｂ側の端部）が嵌挿保持されるモータ嵌挿孔１１ｅが貫通形成されている。

前記弁体収容部１３は、図１〜図５に示すように、その外周部に、それぞれ異なった所定の内径に設定され、前記第１〜第３配管Ｌ１〜Ｌ３との接続に供するほぼ円筒状の前記第２連通部である第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３が径方向に沿って突出形成されている。すなわち、前記暖房熱交換器ＨＴと連通する中径状の第１排出口Ｅ１と、前記オイルクーラＯＣと連通する小径状の第２排出口Ｅ２と、が弁体収容部１３の軸方向に沿って並列に隣設され、前記第１排出口Ｅ１が端壁１１ｂ側、前記第２排出口Ｅ２が導入口１０側に、それぞれ偏倚して設けられている。一方、前記ラジエータＲＤと連通する大径状の第３排出口Ｅ３は、前記第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２とは異なる周方向位置に、軸方向において該第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２と重合するように設けられている。

前記第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３には、それぞれ各基端側に円筒状の第１〜第３シール保持部材Ｈ１〜Ｈ３が嵌着されると共に、該第１〜第３シール保持部材Ｈ１〜Ｈ３の前記弁体３との対向端部に、当該各排出口Ｅ１〜Ｅ３と弁体３の外周面（後述の第１〜第３軸方向領域Ｘ１〜Ｘ３）との間を液密にシールする円環状の第１〜第３シール部材Ｓ１〜Ｓ３が、弁体３の外周面と摺接可能に配設されている。具体的には、前記各シール保持部材Ｈ１〜Ｈ３の前記弁体３との対向端部の内周縁に切欠形成された第１〜第３シール保持部Ｈ１ａ〜Ｈ３ａ内に前記各シール部材Ｓ１〜Ｓ３が嵌挿され、該各シール部材Ｓ１〜Ｓ３が嵌挿された前記各シール保持部材Ｈ１〜Ｈ３が、前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３の基端部にそれぞれ段差縮径状に設けられた第１〜第３シール取付部Ｅ１ａ〜Ｅ３ａの内周面に圧入固定されている。

また、前記第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３の先端側には、前記図示外の各配管との接続に供する円筒状の第１〜第３アダプタＡ１〜Ａ３を収容保持する第１〜第３アダプタ保持部Ｅ１ｂ〜Ｅ３ｂが設けられ、前記各シール取付部Ｅ１ａ〜Ｅ３ａの段部にそれぞれ突き当てるかたちで当該各アダプタ保持部Ｅ１ｂ〜Ｅ３ｂ内へと嵌挿されることにより、前記各アダプタＡ１〜Ａ３が当該各アダプタ保持部Ｅ１ｂ〜Ｅ３ｂの内周面に圧入固定されている。

なお、前記第１〜第３アダプタＡ１〜Ａ３は、いずれも同形状に形成されてなるもので、前記各アダプタ保持部Ｅ１ｂ〜Ｅ３ｂ内に圧入固定される第１〜第３被保持部Ａ１ａ〜Ａ３ａと、前記第１〜第３配管Ｌ１〜Ｌ３の取付固定に供する第１〜第３配管取付部Ａ１ｂ〜Ａ３ｂと、から構成されている。かかる構成に基づき、前記各配管Ｌ１〜Ｌ３は、ゴム材料等からなる可撓性を有するもので、いずれも前記各配管取付部Ａ１ｂ〜Ａ３ｂに外嵌された状態で各外周面に巻回される図示外のバンド部材によって締結される。

前記第２ハウジング１２は、図２〜図４に示すように、前記第１ハウジング１１と対向する一端側が開口する横断面コ字状に形成されてなるもので、この開口部が前記第２フランジ部１１ｃの外周縁に立設された凸部と嵌合することによって第１ハウジング１１と接続され、前記減速機構収容部１４が構成されるようになっている。なお、前記両ハウジング１１，１２の接合に際しては、前記第１ハウジング１１の凸部と前記第２ハウジング１２の開口部との間に環状のシール部材ＳＬが介装されることによって、減速機構収容部１４内が液密に保持される構成となっている。

前記回転軸２は、その軸方向中間部に設けられる軸受部２ａを介して前記軸挿通孔１１ｄ内に収容配置される前記軸受６によって回転自在に支持される。また、この回転軸２の一端部は、前記軸受部２ａとほぼ同径に設定されて前記弁体３の取付固定に供する弁体取付部２ｂとして構成されると共に、他端部が、前記軸受部２ａに対し比較的小径に形成されて前記減速機構５のうち後述する第３ギヤＧ３の取付固定に供するギヤ取付部２ｃとして構成されている。さらに、前記軸受部２ａと前記弁体取付部２ｂの間は、段差状に拡径した大径状のシール部２ｄとして構成され、このシール部２ｄの外周には１対の第１、第２シールリングＲ１，Ｒ２が直列に配設され、これら両シールリングＲ１，Ｒ２によって、弁体収容部１３内の冷却水の減速機構収容部１４内への流入が抑止されている。

ここで、前記各シールリングＲ１，Ｒ２については、それぞれ各外周面にいわゆるフッ素樹脂加工など、摩擦抵抗（摺動抵抗）を低減する低摩擦処理が施されていることが望ましい。これにより、前記回転軸２の摺動抵抗の低減化が図られ、前記電動モータ４の消費電力の低減に供される。

なお、前記シール部２ｄにおける前記両シールリングＲ１，Ｒ２間は、第１ハウジング１１の軸挿通孔１１ｄに対し径方向に貫通形成されたドレン孔１１ｆに臨む構成となっていて、このドレン孔１１ｆによって、弁体収容部１３側から第１シールリングＲ１によるシール部を超えて前記両シールリングＲ１，Ｒ２間に漏出した冷却水が外部へと排出可能となっている。

前記弁体３は、図２、図４及び図７に示すように、その軸方向一端が、前記第１ハウジング１１の導入口１０からの冷却水をその内周側空間内に取り込む流入口３ａとして開口形成され、他端が端壁３ｂにより閉塞されている。そして、この弁体３の軸心に相当する端壁３ｂの中央部には、前記回転軸２への取付に供する筒状の軸固定部３ｃが軸方向に沿って貫通形成され、この軸固定部３ｃに一体に設けられる金属製のインサート部材３ｄを介して回転軸２の弁体取付部２ｂ外周に圧入固定されるようになっている。

また、前記弁体３は、約１８０°の角度範囲内で回動することによって機能するもので、その軸方向及び周方向の各領域に応じて異形に形成されている。すなわち、この弁体３の第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２に臨む第１半周領域Ｄ１では、軸方向他端側（端壁３ｂ側）の第１軸方向領域Ｘ１における第１排出口Ｅ１と同一の軸方向中心となる第１軸方向位置Ｐ１に、軸方向にて第１排出口Ｅ１と過不足なく重合する軸方向幅に設定された長孔状の第１開口部Ｍ１が周方向に沿って設けられ、軸方向他端側（導入口１０側）の第２軸方向領域Ｘ２における第２排出口Ｅ２と同一の軸方向中心となる第２軸方向位置Ｐ２に、軸方向にて第２排出口Ｅ２と過不足なく重合する軸方向幅に設定された円形状の第２真円開口部Ｍ２ａ及び長孔状の第２長円開口部Ｍ２ｂによって構成される第２開口部Ｍ１が設けられている。

一方、前記弁体３の第３排出口Ｅ３に臨む第２半周領域Ｄ２では、軸方向中間部に存する第３軸方向領域Ｘ３における第３排出口Ｅ３と同一の軸方向中心となる第３軸方向位置Ｐ３に、第３排出口Ｅ３と過不足なく重合する円形状の第３開口部Ｍ３が設けられている。そして、第１〜第３軸方向領域Ｘ１〜Ｘ３は、いずれも縦断面が球面状、すなわち同一の曲率Ｃを有する曲面状であって、かつ当該曲率Ｃが前記弁体３の回転半径と同一となるように構成されている。

ここで、前記第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３の各形状及び周方向位置は、弁体３の回動に伴って図８に示した後述する第１状態〜第５状態の順に前記第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３との連通状態が切り替わるように設定され、かかる設定とすることにより、前記弁体３の周長、すなわち当該弁体３の外径を最小化が実現されている。

また、前記弁体３は、前記第１〜第３軸方向領域Ｘ１〜Ｘ３がそれぞれ球面形状となるように構成されていることで、前記各半周領域Ｄ１，Ｄ２の境界部には、それぞれ段差部３ｅ，３ｅが形成されている。これにより、当該弁体３を回動させるにあたって、前記各段差部３ｅ，３ｅをいわゆるストッパとして回転規制を行うことが可能となる。これら各段差部３ｅ，３ｅは前記弁体３の構成にあたって必然的に設けられるものであり、これを利用することで、前記ストッパを別途設ける必要もなく、コスト低減等に供される。

前記電動モータ４は、図２、図４に示すように、その外装たるモータハウジング４ａの内端部（出力軸４ｂ側の端部）が前記モータ嵌挿孔１１ｅへと嵌挿されることにより、第１ハウジング１１に取付固定されている。そして、この電動モータ４は、車載の電子コントローラ（図示外）によって駆動制御され、車両運転状態に応じて前記弁体３を回動制御することにより、前記ラジエータＲＤ等に対する冷却水の適切な分配を実現する。なお、一例として、後述する制御温度ＣＴに相当するラジエータＲＤ側への循環冷却開始温度（開弁温度）については、約９５℃に設定されている。

前記減速機構５は、電動モータ４の出力軸４ｂの外周に一体回転可能に固定され、その外周に所定の第１歯部Ｇ１ａが形成された円形状の駆動ギヤである第１ギヤＧ１と、第１ハウジング１１の幅方向中間位置に回転自在に支持される支持軸９の外周に一体回転可能に固定され、その外周に前記第１歯部Ｇ１ａと噛合可能な所定の第２歯部Ｇ２ａが形成された円形状の中間ギヤである第２ギヤＧ２と、前記回転軸２のギヤ取付部２ｃの外周に一体回転可能に固定され、その外周に前記第２歯部Ｇ２ａと噛合可能な所定の第３歯部Ｇ３ａが形成されたほぼ半円形状の従動ギヤである第３ギヤＧ３と、によって構成されている。

すなわち、かかる構成から、前記第１ギヤＧ１によって伝達される前記電動モータ４の駆動力に基づいて第２ギヤＧ２が回転駆動され、該第２ギヤＧ２により伝達される駆動力でもって第３ギヤＧ３が所定角度範囲で回動することとなる。このとき、前記第３ギヤＧ３については、その周方向各端が前記端壁１１ｂの第２ハウジング１２との対向面に突出形成された円弧状のストッパ部１１ｇと当接することによって、それ以上の回動が規制されるようになっている。

前記切替制御弁ＳＶは、特に図２、図６に示すように、前記連通路２０内に移動可能に設けられ、該連通路２０の開閉に供する開閉部としての弁プレート部材２１と、該弁プレート部材２１と連係するように設けられ、冷却水の温度に応じて膨張することによって前記弁プレート部材２１を開方向へと付勢する感温部としての周知のサーモエレメント２２と、前記弁プレート部材２１を挟んでサーモエレメント２２と対向するかたちで設けられ、前記弁プレート部材２１を閉方向へと付勢するコイルスプリング２３と、から主として構成されている。なお、図中の符号２４は、前記連通路２０を形成するために加工された開口部を閉塞することにより前記コイルスプリング２３の着座に供するプラグである。

すなわち、図６に示すように、前記連通路２０が、弁体収容部１３側に開口形成される流入孔２０ａと、該流入孔２０ａからの流入方向に対し直交するように設けられ、前記第３排出口Ｅ３（第３アダプタＡ３）側に開口形成される流出孔２０ｂと、該両孔２０ａ，２０ｂの間に設けられ、前記切替制御弁ＳＶを収容する弁収容部２０ｃと、から構成されていて、前記流出孔２０ｂの開口端部に配置されたサーモエレメント２２と該サーモエレメント２２に対向配置されたコイルスプリング２３との間に介装された弁プレート部材２１が前記両者２２，２３の付勢力に基づいて弁収容部２０ｃ内を移動することで、前記両孔２０ａ，２０ｂの連通・遮断が切り替わるようになっている。

前記サーモエレメント２２は、後述する切替制御弁ＳＶの開弁温度ＶＴに相当する所定の設定温度（約１０５℃）で膨張する周知のワックス（図示外）が内部に充填され、該ワックスが膨張してロッド２２ａが進出（以下、単に「伸張」と略称する。）することによって、弁プレート部材２１が付勢される構成となっている。なお、伸張部材としては、当該サーモエレメント２２に限られず、例えばバイメタルなど形状記憶合金材料によって構成することも可能である。また、前記サーモエレメント２２の外周側には、冷却水の通流に供する通路構成部２２ｂが設けられ、該通路構成部２２ｂを通じて前記弁プレート部材２１の開弁時における流入孔２０ａ側から流出孔２０ｂ側への冷却水の通流が可能となっている。

より具体的には、前記流入孔２０ａを通じて弁体収容部１３内に臨むサーモエレメント２２が冷却水の温度を検出して、該冷却水の温度が前記設定温度を下回る状態では、サーモエレメント２２は伸張せず、コイルスプリング２３の付勢力に基づいて弁プレート部材２１が一端側へと付勢されることによって、流入孔２０ａが閉塞されることとなる（閉弁状態）。一方、冷却水の温度が前記設定温度を上回ると、サーモエレメント２２がコイルスプリング２３の付勢力に抗して伸張する結果、このサーモエレメント２２の付勢力に基づいて弁プレート部材２１が他端側へと付勢されることによって、前記通路構成部２２ｂを通じて流入孔２０ａと流出孔２０ｂとが連通することとなる（開弁状態）。

以下、前記流量制御弁ＣＶの具体的な作動につき、図８に基づいて説明する。なお、当該説明にあたり、図８では、弁体３の第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３については破線で示す一方、第１ハウジング１１の第１〜第３排出口Ｅ１〜Ｅ３についてはハッチングを施し、これら両者Ｅ１〜Ｅ３，Ｍ１〜Ｍ３が連通した状態を塗り潰して表示することによって、便宜上、前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３と前記各開口部Ｍ１〜Ｍ３の相対的な識別を図っている。

すなわち、前記流量制御弁ＣＶは、車両運転状態に基づいて演算され、出力される前記図示外の電子コントローラからの制御電流によって電動モータ４が駆動制御されることにより、前記車両運転状態に応じて前記排出口Ｅ１〜Ｅ３と前記各開口部Ｍ１〜Ｍ３との相対関係が以下の状態となるように、弁体３の回転位置（位相）が制御されることとなる。

図８（ａ）に示す第１状態では、第２開口部Ｍ２（Ｍ２ａ）のみが連通状態となって、第１、第３開口部Ｍ１，Ｍ３については非連通状態となる。よって、当該第１状態では、かかる連通状態に基づいて、第２排出口Ｅ２から第２配管Ｌ２を通じてオイルクーラＯＣに対してのみ冷却水が供給され、前記両者Ｅ２，Ｍ２をずらしてそれぞれの重合量を変化させることにより、その供給量を変化させることができる。

前記第１状態の後、図８（ｂ）に示す第２状態では、第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３のいずれもが前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３に対して非連通状態となる。これによって、当該第２状態では、暖房熱交換器ＨＴ、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤのいずれに対しても冷却水が供給されないこととなる。

前記第２状態の後、図８（ｃ）に示す第３状態では、第１開口部Ｍ１のみが連通状態となり、第２、第３開口部Ｍ２，Ｍ３については非連通状態となる。よって、当該第３状態では、かかる連通状態に基づいて、第１排出口Ｅ１から第１配管Ｌ１を通じて暖房熱交換器ＨＴに対してのみ冷却水が供給され、前記両者Ｅ１，Ｍ１をずらしてそれぞれの重合量を変化させることにより、その供給量を変化させることができる。

前記第３状態の後、図８（ｄ）に示す第４状態では、第３開口部Ｍ３のみが非連通状態となって、第１、第２開口部Ｍ１，Ｍ２（Ｍ２ｂ）については連通状態となる。よって、当該第４状態では、かかる連通状態に基づいて、第１、第２排出口Ｅ１，Ｅ２から第１、第２配管Ｌ１，Ｌ２を通じてそれぞれ暖房熱交換器ＨＴ及びオイルクーラＯＣに対して冷却水が供給され、当該両者Ｅ１〜Ｅ２，Ｍ１〜Ｍ２をずらしてそれぞれの重合量を変化させることにより、その供給量を変化させることができる。

前記第４状態の後、図８（ｅ）に示す第５状態では、第１〜第３開口部Ｍ１〜Ｍ３のいずれもが前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３に対して連通状態となる。よって、当該第５状態では、暖房熱交換器ＨＴ、オイルクーラＯＣ及びラジエータＲＤのいずれに対しても冷却水が供給され、これら両者Ｅ１〜Ｅ３，Ｍ１〜Ｍ３をずらしてそれぞれの重合量を変化させることにより、その供給量を変化させることができる。

以下、前記冷却制御装置ＣＭの特異な作動、すなわち前記流量制御弁ＣＶと協働する前記切替制御弁ＳＶの具体的な作動について、特に図４、図６、図９及び図１０に基づいて説明する。なお、図９、図１０における細実線は後述の制御温度ＣＴ、細破線は後述の異常温度ＡＴ、細一点鎖線は切替制御弁ＳＶの開弁温度ＶＴをそれぞれ示している。

すなわち、前記冷却制御装置ＣＭは、所定の制御温度ＣＴ（約９５℃）に達したところで、該水温情報に基づき電動モータ４が回転駆動されることにより前記第５状態となって、ラジエータＲＤ側への循環冷却が開始される。すると、このラジエータＲＤ側への送水により該冷却水の温度（以下、単に「水温」と略称する。）の上昇が抑制され、前記制御温度ＣＴに制御されることとなる。

一方、エンジンＥＧの高負荷時などにより、前記流量制御弁ＣＶ（第３開口部Ｍ３）を通じてラジエータＲＤ側へと送水可能な冷却水の最大容量をもってしても水温が上昇して前記切替制御弁ＳＶの開弁温度ＶＴ（約１０５℃）へと達した場合には、サーモエレメント２２（図示外のワックス）が膨張して切替制御弁ＳＶが開弁することで、前記流量制御弁ＣＶ（第３開口部Ｍ３）に加え、前記連通路２０を通じてもラジエータＲＤ側に送水されることとなる。これにより、該連通路２０の分だけ冷却水の流量がさらに増大することから、水温を速やかに低下させ、良好な水温制御に供される。

ここで、従来では、前述のように、前記切替制御弁ＳＶのような第２制御弁を、前記流量制御弁ＣＶのような第１制御弁が故障するなど、冷却システムに異常や失陥が生じた場合に作動させる、いわゆるフェールセーフバルブとして使用していた。すると、かかる使用態様から、開弁温度についても水温の許容限界に近い異常温度ＡＴ（約１２０℃）に設定される結果、前記冷却システムの異常や失陥により高温となった水温を速やかに低下させるには前記第２制御弁の送水容量を大きく確保する必要がある。その結果、前記通常使用時における第１制御弁の必要十分な送水容量を確保しつつ、前記システム異常時における第２制御弁についても必要十分な送水容量を確保しなければならず、これら両制御弁の大型化が余儀なくされ、これによって、冷却制御装置全体の大型化を招来してしまっていた。

これに対し、前記冷却制御装置ＣＭでは、流量制御弁ＣＶと切替制御弁ＳＶとの協働によって水温を制御するように構成したことから、切替制御弁ＳＶ、すなわち前記連通路２０の容積分だけ送水流量をさらに増大させることが可能となり、これによって、切替制御弁ＳＶによる異常時に必要な送水容量を確保しつつ、該切替制御弁ＳＶによる送水容量の増大分だけ流量制御弁ＣＶ（弁体３）の小型化を図ることができる。

また、従来では、前記第２制御弁について、前述したようなフェールセーフバルブとしての使用態様に基づき、開弁温度が前記異常温度ＡＴに設定されていることから、図１０に示すように、この第２制御弁の開弁（図１０中の時間ｔ１）によって水温が異常温度ＡＴを下回ると直ちに閉弁する結果（図１０中の時間ｔ２）、水温が再び上昇してすぐに異常温度ＡＴへと到達し（図１０中の時間ｔ３）、これによって第２制御弁が開弁して水温が異常温度ＡＴを下回るとまた直ちに閉弁する（図１０中の時間ｔ４）、といったことが繰り返され、結果として、水温が当該異常温度ＡＴ付近で制御されることとなってしまう。この結果、エンジンには大きな負荷がかかり、該エンジンの損傷を招来してしまうおそれがあった。

これに対し、前記冷却制御装置ＣＭでは、前述したような流量制御弁ＣＶと切替制御弁ＳＶとの協働制御構造に基づき、切替制御弁ＳＶの開弁温度ＶＴも比較的低く、流量制御弁ＣＶによる制御温度ＣＴ付近に設定されているため、切替制御弁ＳＶの開弁（図９中の時間Ｔ１）によって、水温は少なくとも制御温度ＣＴに近い前記切替制御弁ＳＶの開弁温度ＶＴまで降温することとなる（図９中の時間Ｔ２）。これにより、その後に水温が再び上昇しても、前記異常温度ＡＴよりも十分に低い開弁温度ＶＴで再び切替制御弁ＳＶが開弁するため（図９中の時間Ｔ３）、水温は異常温度ＡＴまで到達することなく前記開弁温度ＶＴまで降温することとなって（図９中の時間Ｔ４）、該開弁温度ＶＴ付近での水温制御が可能となる。その結果、水温上昇によりエンジンＥＧにかかる負荷を軽減することができ、従来のようなエンジンＥＧの損傷を招来するおそれもなくなる。

さらに、前記冷却制御装置ＣＭでは、前述のように切替制御弁ＳＶによって増大した送水容量の分だけ流量制御弁ＣＶを小型化できることから、切替制御弁ＳＶによる異常時に必要な送水容量を確保しつつも、前記冷却制御装置ＣＭの小型化に寄与することができる。

加えて、前記冷却制御装置ＣＭでは、前記切替制御弁ＳＶが従来のフェールセーフバルブよりも十分に低い温度で開弁するため、たとえ流量制御弁ＣＶが失陥してしまっても、従来のように水温が異常温度ＡＴまで上昇してしまう不都合を抑制することが可能となる。これにより、切替制御弁ＳＶ自体も小型化でき、前記冷却制御装置ＣＭのさらなる小型化に供される。

以上のように、本実施形態に係る前記冷却制御装置ＣＭやこれを用いた冷却制御方法によれば、冷却水の送水流量を流量制御弁ＣＶと切替制御弁ＳＶとの協働によって制御するように構成したことから、切替制御弁ＳＶによる異常時に必要な送水容量を確保しつつ、該切替制御弁ＳＶによって増大した送水容量の分だけ流量制御弁ＣＶの小型化が可能となり、これによって、冷却制御装置ＣＭ全体の小型化を実現することができる。

しかも、かかる前記両制御弁ＣＶ，ＳＶによる協働制御に際して、前記切替制御弁ＳＶの開弁温度を流量制御弁ＣＶの開弁温度よりも高く設定することで、従来と同様に冷却システム異常時のフェールセーフとして機能することは勿論、前記冷却システムが正常に機能するなど、大きな水温上昇が生じない場合には前記流量制御弁ＣＶのみによる水温制御が可能となって、オーバークール等の不具合を招来するおそれもない。

加えて、前記切替制御弁ＳＶの開弁温度を通常時の前記制御温度ＣＴ付近に設定するようにしたことで、前述のような異常時における水温の制御温度帯を低く設定することが可能となる結果、該異常時におけるエンジン保護にも供される。

また、前記冷却制御装置ＣＭの場合、流量制御弁ＣＶと切替制御弁ＳＶとを一体に設ける構成となっていることから、前記切替制御弁ＳＶの大型化の抑制によって、装置全体の小型化やこれによるレイアウト性の向上といった種々のメリットが得られる。

さらに、前記切替制御弁ＳＶは、前記ハウジング１内における弁体３の回転径方向側（外周側）に配置されていることから、冷却制御装置ＣＭ或いは流量制御弁ＣＶの軸方向の小型化を図ることができる。とりわけ、弁体３の回転軸方向において該弁体３と重合するかたちで設けられていることから、前記冷却制御装置ＣＭ或いは流量制御弁ＣＶの小型化を、より効果的に実現できることとなる。

加えて、前記切替制御弁ＳＶは、第３排出口Ｅ３に隣接するかたちで設けられていることから、当該切替制御弁ＳＶをより無駄なく配置することが可能となって、冷却制御装置ＣＭ或いは流量制御弁ＣＶについてのさらなる小型化に供される。

また、前記切替制御弁ＳＶの開閉構造を、前述のような機械的構造によって構成したことから、簡易的な構成によって前記協働制御構造を実現できる結果、冷却制御装置ＣＭ或いは流量制御弁ＣＶの製造コスト増の抑制にも寄与できる。特に、前記伸張部材としてサーモエレメント２２を採用したことで、より簡易的に、しかも低コストで、前記協働制御構造を実現することができる。
（第１変形例）
図１１は、前記第１実施形態の第１変形例を示したものであって、前記流量制御弁ＣＶと一体的に設けられていた切替制御弁ＳＶの流出孔２０ｂを、前記第３配管Ｌ３ではなく、該第３配管Ｌ３とは独立したかたちでラジエータＲＤと接続する第４配管Ｌ４を介してラジエータＲＤと接続させる構成としたものである。

かかる構成とすることで、前記切替制御弁ＳＶを通じた独立した送水ルートにより、送水容量を確実に確保できるうえ、前記第３配管Ｌ３が損傷するなど該第３配管Ｌ３による送水が不能となった場合であっても、送水ルートを確保でき、異常時のエンジン保護をより効果的に行えるメリットがある。
（第２変形例）
図１２は、前記第１実施形態の第２変形例を示したものであって、前記冷却制御装置ＣＭを、エンジンＥＧと前記暖房熱交換器ＨＴ，オイルクーラＯＣ，ラジエータＲＤとの間ではなく、前記暖房熱交換器ＨＴ，オイルクーラＯＣ，ラジエータＲＤとウォータポンプＷＰとの間に配置し、前記暖房熱交換器ＨＴ，オイルクーラＯＣ，ラジエータＲＤ側から各配管Ｌ１’〜Ｌ３’を通じて冷却水を導入して、導出管Ｌ０’を通じてウォータポンプＷＰ側へと送水する構成としたものである。

このように、前記冷却制御装置ＣＭ内における冷却水の通流方向が逆転した場合、すなわち前記各排出口Ｅ１〜Ｅ３側から前記導入口１０側へと冷却水が通流するような場合であっても、前記第１実施形態と同様の作用効果が奏せられる。
〔第２実施形態〕
図１３は本発明に係る冷却制御装置の第２実施形態を示したものであって、前記第１実施形態における切替制御弁ＳＶを流量制御弁ＣＶと別体に構成したものである。なお、前記切替制御弁ＳＶの配置以外の構成については前記第１実施形態と同様である。

すなわち、本実施形態では、前記切替制御弁ＳＶがエンジンＥＧと流量制御弁ＣＶとの間に設けられたケーシング２５内に収容され、シリンダヘッドＣＨ側からの冷却水の導入路Ｌ０と第３配管Ｌ３とをバイパス連通するように構成されている。

このように、前記切替制御弁ＳＶを流量制御弁ＣＶとは別体に設ける構成とすることで、該切替制御弁ＳＶのレイアウト性の向上に供される。
（変形例）
図１４は、前記第２実施形態の変形例を示したものであり、前記切替制御弁ＳＶを、エンジンＥＧ側、すなわちエンジンＥＧと一体に構成することとしたものである。

このように、前記切替制御弁ＳＶをエンジンＥＧと一体に構成することで、エンジンＥＧ内部において昇温した水温をいち早く検出して冷却制御することが可能となり、より効果的な水温制御に供される。

本発明は前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば流量制御弁ＣＶや切替制御弁ＳＶの具体的な構成など、前記作用効果を奏し得る形態であれば、例えば搭載する車両などの適用対象の仕様等に応じて自由に変更可能である。

そして、前記各実施形態では、前記冷却制御装置ＣＭの適用の一例として、冷却水の循環系に対する適用例について説明したが、前記冷却制御装置ＣＭは、当該冷却水のみならず、例えば潤滑油など様々な流体について適用可能であることは言うまでもない。

また、前記切替制御弁ＳＶの開閉構造について、前記第１実施形態にて例示した機械的構造のほか、例えば電磁的構造、すなわち車載の水温センサ（図示外）の検出結果に基づいて作動する電磁ソレノイドのようなアクチュエータによって構成することも可能である。この場合には、前記機械的構造を採用する場合に比べて、切替制御弁ＳＶの開閉精度を向上させることができるメリットがある。

以下、前記実施形態から把握される特許請求の範囲に記載した以外の技術的思想について説明する。

（ａ）請求項４に記載され、内燃機関の冷却に供する冷却制御装置において、
前記第２制御弁は、前記内燃機関側に設けられていることを特徴とする冷却制御装置。

かかる構成とすることで、内燃機関内部において昇温した冷媒の温度をいち早く検出して冷却制御することが可能となり、より効果的な冷媒の温度制御に供される。

（ｂ）請求項４に記載され、内燃機関の冷却に供する冷却制御装置において、
前記第２制御弁は、前記内燃機関と前記第１制御弁との間に設けられたケーシング内に設けられていることを特徴とする冷却制御装置。

このように、第２制御弁を内燃機関や第１制御弁と別体に設ける構成とすることで、該第２制御弁のレイアウト性を向上させることができる。

（ｃ）請求項３に記載の冷却制御装置において、
前記伸張部材は、形状記憶合金材料により形成されたものであることを特徴とする冷却制御装置。

（ｄ）請求項９に記載の冷却制御装置において、
前記アクチュエータは、電磁ソレノイドによって構成されていることを特徴とする冷却制御装置。

かかる構成とすることで、第２制御弁の開閉を機械的に行う場合に比べて、該第２制御弁の開閉精度を向上させることができる。

（ｅ）請求項１１に記載の冷却制御装置において、
前記第２制御弁は、
前記冷媒の温度を検出する感温部と、
前記感温部によって制御される開閉部と、
を備え、
前記感温部は、前記第１連通部の入口側に配置され、
前記開閉部は、前記特定の第２連通部とラジエータとを接続する経路に配置されていることを特徴とする冷却制御装置。

（ｆ）請求項１３に記載の流量制御弁において、
前記切替制御弁は、前記ハウジング内における前記ロータの回転径方向側に配置されていることを特徴とする流量制御弁。

かかる構成とすることで、流量制御弁の軸方向の小型化を図ることができる。

（ｇ）前記（ｆ）に記載の流量制御弁において、
前記切替制御弁は、前記ロータの回転軸方向において該ロータと重合するように設けられていることを特徴とする流量制御弁。

このように、切替制御弁をロータと重合させるように配置することで、前記流量制御弁の軸方向の小型化を、より効果的に行えるメリットがある。

（ｈ）前記（ｇ）に記載の流量制御弁において、
前記切替制御弁は、前記ラジエータと接続する第２連通部に隣接するように設けられていることを特徴とする流量制御弁。

かかる構成とすることで、切替制御弁をより無駄なく配置することが可能となり、流量制御弁のさらなる小型化に供される。

１０…導入口（第１連通部）
Ｅ１〜Ｅ３…第１〜第３排出口（複数の第２連通部）
ＣＭ…冷却制御装置
ＣＶ…流量制御弁（第１制御弁）
ＳＶ…切替制御弁（第２制御弁）

Claims (16)

1. 第１連通部又は複数の第２連通部の一方から流入する冷媒の流量を制御して前記複数の第２連通部又は前記第１連通部の他方から流出させることにより、外部機器の冷却状態を制御する冷却制御装置であって、
   前記第１連通部と前記複数の第２連通部とを接続するように設けられ、該両連通部間における冷媒の流量を制御する第１制御弁と、
   前記冷媒の温度に応じて膨張するサーモエレメントで形成される感温部と、該感温部によって開閉される開閉部とを有し、前記第１制御弁とは別経路に配置されて前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうち特定の１つとを接続するように設けられ、前記両連通部間における冷媒の流量を前記第１制御弁とは独立して制御する第２制御弁と、
   を備え、
   前記第１制御弁の送給可能な最大流量が、前記外部機器の高負荷時の冷却に必要な冷媒の流量よりも小さく設定され、
   前記第２制御弁の送給可能な最大流量が、前記第１制御弁の送給可能な最大流量よりも小さく設定され、
   前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうち特定の１つとの間を介して前記外部機器に送給する冷媒の最大流量を、前記第１制御弁と前記第２制御弁との協働によって確保したことを特徴とする冷却制御装置。
2. 前記第２制御弁は、前記開閉部の開き始める温度が、前記第１制御弁よりも高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却制御装置。
3. 前記感温部は伸張部材により構成され、該伸張部材は前記開閉部に連結されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却制御装置。
4. 前記伸張部材は、ワックスであることを特徴とする請求項３に記載の冷却制御装置。
5. 前記第２制御弁は、第１制御弁と一体的に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の冷却制御装置。
6. 前記第２制御弁は、前記外部機器側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の冷却制御装置。
7. 前記第２制御弁は、前記外部機器と前記第１制御弁との間に設けられたケーシング内に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の冷却制御装置。
8. 前記伸張部材は、形状記憶合金材料により形成されたものであることを特徴とする請求項３に記載の冷却制御装置。
9. ラジエータを介した内燃機関の冷却に供する冷却制御装置であって、
   前記第２制御弁は、前記内燃機関側から流出した冷媒が流入する前記第１連通部と、前記複数の第２連通部のうちラジエータに接続される第２連通部と、を接続する経路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却制御装置。
10. 前記第２制御弁において、
    前記感温部は、前記第１連通部の入口側に配置され、
    前記開閉部は、前記特定の第２連通部とラジエータとを接続する経路に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の冷却制御装置。
11. 第１連通部又は複数の第２連通部の一方から流入する冷媒の流量を、予め設定された規則に従って制御して前記複数の第２連通部又は前記第１連通部の他方から流出する流量制御弁であって、
    前記第１連通部に接続される第１連通口と前記複数の第２連通部に接続される複数の第２連通口とを有するハウジングと、
    前記ハウジング内に回転自在に支持され、その回転位置に応じて前記複数の第２連通口との重合状態が変化する複数の開口部を有する弁体と、
    前記弁体の回転位置を制御するアクチュエータと、
    前記冷媒の温度に応じて膨張するサーモエレメントで形成される感温部と、該感温部によって開閉される開閉部とを有し、前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうちラジエータに接続される第２連通部とを接続する経路上に設けられ、前記経路における冷媒の流量を制御する切替制御弁と、
    を備え、
    前記第１連通口と前記複数の第２連通口のうち特定の１つとの間を介して前記ラジエータへ送給可能な冷媒の最大流量が、該冷媒が前記ラジエータに送給されても冷媒の温度が上昇する流量に設定され、
    前記切替制御弁を介して前記ラジエータへ送給可能な冷媒の最大流量が、前記第１連通口と前記複数の第２連通口のうち特定の１つとの間を介して前記ラジエータへ送給可能な冷媒の最大流量よりも小さく設定され、
    前記第１連通部と前記ラジエータに接続される第２連通部との接続経路上を流れる冷媒の最大流量を、前記切替制御弁との協働によって確保したことを特徴とする流量制御弁。
12. 前記切替制御弁は、前記ハウジング内における前記弁体の回転径方向側に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の流量制御弁。
13. 前記切替制御弁は、前記弁体の回転軸方向において該弁体と重合するように設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の流量制御弁。
14. 前記切替制御弁は、前記ラジエータと接続する第２連通部に隣接するように設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の流量制御弁。
15. 第１連通部と複数の第２連通部とを接続するように設けられ、該両連通部間における冷媒の流量が前記冷媒の温度を入手可能な電子コントローラによって制御される第１制御弁と、
    前記冷媒の温度に応じて膨張するサーモエレメントで形成される感温部と、該感温部によって開閉される開閉部とを有し、送給可能な最大流量が前記第１制御弁よりも小さく設定されていて、前記第１制御弁とは別経路に配置されて前記冷媒の温度が約１０５℃になったときに前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうち特定の１つとを接続するように設けられ、前記両連通部間における冷媒の流量を前記第１制御弁とは独立して制御する第２制御弁と、
    を備えた外部機器の冷却状態を制御する冷却制御方法であって、
    前記電子コントローラは、
    入手した冷媒の温度が約１０５℃よりも低く、かつ約１０５℃付近の制御温度で前記第１制御弁を開閉させることで、前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうち特定の１つとの間の連通を許容又は規制し、
    前記第１制御弁を前記第２制御弁と協働させることで、前記第１連通部と前記複数の第２連通部のうち特定の１つとの間における前記冷媒の流量を制御することを特徴とする冷却制御方法。
16. 前記制御温度は、約９５℃に設定されていることを特徴とする請求項１５に記載の冷却制御方法。

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