JP6409956B2 - 冷媒制御バルブ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、吐出ポートを有したハウジングの内部に、冷媒の流れを制御するロータを回転自在に収容した冷媒制御バルブ装置に関する。
冷媒制御バルブ装置として特許文献1には、ハウジングの内部に回転自在にロータ(文献では断面調節部材)を配置した技術が示されている。この特許文献1では、ハウジングに形成されたポート(文献では接続管の開口)に対して、ロータの外周に形成された開口が重なり合うことにより、ロータの内部とポートとの間での冷媒の流れを可能にするように構成されている。
この特許文献1では、ロータが球状に形成されると共に、回転軸芯に沿う方向に開放する開口と、球状の外壁面においてポートに対応する複数の開口とが形成されている。
特許文献2には、ハウジングの内部に、筒状のロータ(文献では弁体)を回転自在に配置した技術が示されている。この特許文献2の装置では、ハウジングに対し、ロータの周方向に並ぶ位置(回転軸芯に沿う方向で重複する位置)に第1,2流体通路を備え、回転軸芯に沿う方向に開放する第3の流路を備えている。更に、ロータに対し、第3の流路に常時連通するように回転軸芯に沿う方向に開放する開口と、第1,2流体通路に対する冷媒の流れを制御するための開口とが形成されている。
この構成から、ロータの回転姿勢の設定により、第1,2流体通路の一方を閉じる状態で、他方に冷媒を流す状態と、第1流体通路を閉じた状態で第2流体通路に流れる冷媒量を絞る状態とを作り出せるように構成されている。
特表2010‐507762号公報 特開2002‐98245号公報
ハウジングに対しロータを回転自在に収容する構成のバルブ装置の一例として、冷媒が供給される単一の供給側ポートと、冷媒が排出される2つの吐出ポートとをハウジングに形成したものを想定する。このような想定に対して、特許文献1に示されるように回転軸芯に沿って並んで複数の吐出ポートがハウジングに形成されるものでは、回転軸芯に沿う方向でのバルブ装置全体の大型化を招くことになる。この理由から、バルブ装置の回転軸芯に沿う方向での小型化を図るため、特許文献2に示される第1,2流体通路と同様に、2つの吐出ポートを周方向に沿って並ぶように(ロータの回転軸芯に沿う方向で重複する位置)にハウジングに形成することが有効となる。
2つの吐出ポートを備えた冷媒制御バルブ装置では、ロータの回転操作により2つの吐出ポートから冷却水を同時に送り出す状態と、2つの吐出ポートへの冷却水の流れを同時に遮断する状態と、2つの吐出ポートの一方から冷却水を送り出す状態との複数の状態を作り出すことも必要となる。これに対して、特許文献2の構成と同様に2つの吐出ポートがロータの周方向に沿って配置された構成では、例えば、2つの吐出ポートに対する冷媒の流れを制御するため複数の開口をロータの外周に周方向に沿って形成する構成や、ロータの外周に沿って連なる単一の開口を備える構成も考えられる。
冷媒制御バルブ装置では、各々の吐出ポートが閉じられた場合に冷媒の漏出を遮断するために、シールが各々の吐出ポートに備えられる。また、2つの吐出ポートの内径が異なるものを想定すると、大径の吐出ポートに対応する大径の開口と、小径の吐出ポートに対応する小径の開口とをロータに形成する構成が考えられる。しかしながら、この構成では、ロータの回転により大径の開口が、小径の吐出ポートの位置に達した場合に、小径の吐出ポートのシールの一部だけが、大径の開口の縁部に接触する状態に陥ることもある。このような接触状態では、偏摩耗によりシールの性能低下を招くことや、シールが不適正な姿勢に陥ることや、脱落することも考えられた。この不都合を解消するためには、ロータの周方向の寸法を拡大して開口同士の間隔を拡大することが有効になるが、ロータの大径化に繋がるものであった。
また、大径の吐出ポートに対応するため広幅(回転軸芯に沿う方向で広幅)の孔部と、小径の吐出ポートに対応する狭幅(回転軸芯に沿う方向で狭幅)の孔部とを周方向に連設した長孔状となる開口を、ロータに形成したものを想定できる。この想定では、ロータの小径化が可能になるものの、前述と同様の不都合を招くことになる。つまり、ロータの回転により小径の吐出ポートが、広幅の孔部の位置に達した場合に、小径の吐出ポートのシールの一部だけが、広幅の孔部の縁部に接触する状態に陥ることもある。このような接触状態では、偏摩耗によりシール性の低下を招くことや、シールが不適正な姿勢に陥ることや、脱落することも考えられた。
即ち、このような冷媒制御バルブ装置においては、装置の大型化を抑制しつつ、良好なシール性を維持することが求められている。
本発明の冷媒制御バルブ装置の特徴構成は、内燃機関からの冷媒を受け入れる導入ポート、及び、当該冷媒を振り分けて送り出す大径の第1吐出ポートおよび小径の第2吐出ポートの少なくとも二つの吐出ポートを備えたハウジングと、前記ハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転して前記冷媒の流れを制御する回転体形状を呈するロータと、前記第1吐出ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第1シールと、前記第2吐出ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第2シールと、を備え、前記ロータが、前記導入ポートからの前記冷媒を受け入れる受け部と、受け入れた前記冷媒を収容する内部空間と、当該冷媒を前記第1吐出ポートあるいは前記第2吐出ポートに送り出すよう、前記回転軸芯の延出方向に沿って広幅に形成された第1孔部と前記延出方向に沿って狭幅に形成された第2孔部とを有する孔部とを備え、前記ロータの回転により、前記第1孔部の少なくとも一部が前記第2吐出ポートに連通するとき、前記第2シールの少なくとも一部が前記第1孔部の縁部に当接するように構成してある点にある。
この構成によると、ロータの回転により広幅に形成された第1孔部が、第2吐出ポートの位置に達した場合には、第2シールの外周の一部が第1孔部の縁部に当接する状態を維持するため、第2シールの姿勢が不適正になることや、脱落することはない。尚、第1吐出ポートの第1シールは、第2シールより大径であるためロータが何れの回転位置に設定されても、この第1シールの一部を必ずロータの外壁面に接触させ安定的に支持できる。その結果、装置の大型化を抑制しつつ、良好なシール性を維持する冷媒制御バルブ装置を構成できる。
本発明の冷媒制御バルブ装置の他の特徴構成は、内燃機関からの冷媒を振り分けて受け入れる大径の第1導入ポートと、小径の第2導入ポートとの少なくとも二つの導入ポート、及び、当該冷媒を送り出す吐出ポートを備えたハウジングと、前記ハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転して前記冷媒の流れを制御する回転体形状を呈するロータと、前記第1導入ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第1シールと、前記第2導入ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第2シールと、を備え、前記ロータが、前記第1導入ポートからの前記冷媒を受け入れる前記回転軸芯の延出方向に沿って広幅に形成された第1受け部と前記延出方向に沿って狭幅に形成された第2受け部とを有する受け部と、受け入れた前記冷媒を収容する内部空間と、当該冷媒を前記吐出ポートに送り出すよう形成された孔状部とを備え、前記ロータの回転により、前記第1受け部の少なくとも一部が前記第2導入ポートに連通するとき、前記第2シールの少なくとも一部が前記第1受け部の縁部に当接するように構成してある点にある。
この構成によると、ロータの回転により広幅に形成された第1受け部が、第2導入ポートの位置に達した場合には、第2シールの外周の一部が第1受けの縁部に当接する状態を維持するため、第2シールの姿勢が不適正になることや、脱落することはない。尚、第1受け部の第1シールは、第2シールより大径であるためロータが何れの回転位置に設定されても、この第1シールの一部を必ずロータの外壁面に接触させ安定的に支持できる。その結果、装置の大型化を抑制しつつ、良好なシール性を維持する冷媒制御バルブ装置を構成できる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記吐出ポートの中心線が、前記ロータの球の中心を通り、前記吐出ポートの吐出側端部が前記導入ポートから離間する方向に傾斜していても良い。
例えば、吐出部の中心線が、回転軸芯に対して直交する姿勢で形成されたものを想定すると、この想定では、回転軸芯に沿う方向で吐出部の直径に対応する長さをハウジングに確保する必要があり、ハウジングの寸法の短縮が困難な面がある。これと比較して、上記構成とすれば、吐出部の中心線が、回転軸芯に対して傾斜し、この傾斜方向が、吐出部の吐出側端部が導入口から離間する方向に傾斜するため、吐出部の開口の外周のうち導入口に近い領域を、導入口から離間する方向に変位させることが可能となる。したがって、小型化された冷媒制御バルブ装置を構成することができる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記導入ポートの中心線が、前記ロータの球の中心を通り、前記導入ポートの導入側端部が前記吐出ポートから離間する方向に傾斜していても良い。
例えば、導入部の中心線が、回転軸芯に対して直交する姿勢で形成されたものを想定すると、この想定では、回転軸芯に沿う方向で導入部の直径に対応する長さをハウジングに確保する必要があり、ハウジングの寸法の短縮が困難な面がある。これと比較して、上記構成とすれば、導入部の中心線が、回転軸芯に対して傾斜し、この傾斜方向が、導入部の導入側端部が導入口から離間する方向に傾斜するため、導入部の開口の外周のうち吐出部に近い領域を、吐出部から離間する方向に変位させることが可能となる。したがって、小型化された冷媒制御バルブ装置を構成することができる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、アクチュエータの駆動力により前記ロータの回転姿勢を設定する制御ケースが、前記ハウジングの外部に取付けられていても良い。
冷媒制御バルブ装置として、例えば、3つ以上のポートを備えた仕様のものでは、各々のポートのシールがロータに対して付勢力により当接するため、シールの当接に起因してロータの回転駆動時の抵抗が大きくなり駆動力の向上が求められる。このような課題に対し、本構成では、制御ケースをハウジングの外部に取付けるため、仕様に対応する駆動力を得る(対応する減速比や、対応する駆動力のモータ等を備えた)制御ケースをハウジングの外部に取り付けることで対応可能となる。その上に、本構成では、ハウジングと制御ケースとが個別の構成であるため、冷媒制御バルブ装置を組み立てる場合には、アクチュエータや減速ギヤ等を制御ケースに対して予め組み立てる工程と、ハウジングにロータ等を装着する工程とを個別に行うことが可能となり、異なる多くの仕様の装置を組み立てる場合にも対応が可能となり製造工程が簡素化する。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記ロータを、前記回転軸芯を中心に回転した場合に、前記第2孔部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での一方の基準軌跡が、前記第1孔部の外周と重なり合い、前記第2孔部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での他方の中間軌跡が、前記第1孔部の中央部に達するように位置関係が設定され、前記第1孔部を前記中間軌跡で分割するリブ部が、前記第1孔部に形成されても良い。
これによると、ロータの回転により第1孔部が第2シールの位置に達した場合には、第2シールの外周のうち、回転軸芯に沿う方向での一方が、第1孔部において基準軌跡側の縁部に当接し、回転軸芯に沿う方向での他方が、リブ部に当接することになり、第2シールの姿勢を安定させ、偏摩耗を招くことがなく、第2シールを安定的に支持できる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記ロータを、前記回転軸芯を中心に回転した場合に、前記第2受け部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での一方の基準軌跡が、前記第1受け部の外周と重なり合い、前記第2受け部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での他方の中間軌跡が、前記第1受け部の中央部に達するように位置関係が設定され、前記第1受け部を前記中間軌跡で分割するリブ部が、前記第1受け部に形成されても良い。
これによると、ロータの回転により第1受け部が第2シールの位置に達した場合には、第2シールの外周のうち、回転軸芯に沿う方向での一方が、第1受け部において基準軌跡側の縁部に当接し、回転軸芯に沿う方向での他方が、リブ部に当接することになり、第2シールの姿勢を安定させ、偏摩耗を招くことがなく、第2シールを安定的に支持できる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記リブ部が、前記第1シールとの接触圧を抑制するように前記ロータの外壁部を延長した仮想外壁面より前記回転軸芯の方向に変位して形成されても良い。
これによると、ロータの回転に伴い、リブ部が第1シールに接触する状態でも、リブ部と第1シールとを軽く接触させることになり、これらが互いに強く接触して摩耗する不都合を解消できる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記リブ部が、前記ロータの周方向での中央において前記仮想外壁面より前記回転軸芯の方向に変位する中央領域と、前記リブ部の外端部が滑らかな傾斜で前記中央領域及び前記ロータの外壁部に連なる傾斜領域とを備えても良い。
これによると、ロータの回転に伴い、リブ部に対して第1シールが接触する状態に移行する場合に、第1シールは、リブ部の傾斜領域から中央領域に向けて相対移動することになり、ロータの滑らかな回転を可能にし、第1シールの摩耗も抑制する。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記ロータが、前記回転軸芯上の壁中心を中心とする球状の外壁部を有しても良い。
これによると、ロータが第1吐出ポートを閉じる回転姿勢にある場合には、第1シールの全周をロータの外壁部に密着させ、ロータが第2吐出ポートを閉じる回転姿勢にある場合には、第2シールの全周をロータの外壁部に密着させ、良好なシール性を現出する。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記孔部が、前記ロータの回転に伴い前記吐出ポートと重なり始める側に延出する溝を有しても良い。
これによると、ロータの回転により、孔部が吐出ポートに重なる以前に溝が吐出ポートに重なることになり、溝を介して吐出ポートへ冷媒の供給を行える。これにより、例えば、内燃機関のラジエータに冷媒の供給を開始する場合に、吐出ポートを介して冷媒の供給を開始する以前に溝を介して少量の冷媒を供給するため、吐出ポートから冷媒を供給する以前に冷媒温を僅かに変化させることが可能となり、内燃機関の急激な温度変化を抑制できる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記受け部が、前記ロータの回転に伴い前記導入ポートと重なり始める側に延出する溝を有しても良い。
これによると、ロータの回転により、受け部が導入ポートに重なる以前に溝が導入ポートに重なることになり、溝を介して導入ポートへ冷媒の供給を行える。これにより、例えば、内燃機関に対してラジエータから冷媒の供給を開始する場合に、導入ポートを介して冷媒の供給を開始する以前に溝を介して少量の冷媒を供給するため、導入ポートから冷媒を供給する以前に冷媒温を僅かに変化させることが可能となり、内燃機関の急激な温度変化を抑制できる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記ロータの回転限界を決めるストッパーが、前記ロータの外周のうち前記第1シールと前記第2シールとの何れにも当接しない領域に突出形成されても良い。
ロータの回転限界を決めるためロータの外周から突出するストッパーをロータと一体的に形成することが考えられる。しかしながら、金型を用いた樹脂成形では、樹脂量が多いストッパー部分の放熱に要する時間が、樹脂量が少ない外壁部分の放熱に要する時間より長くなる。このような理由から、成形後にはロータの外壁部分で放熱に伴う収縮が終了した後にも、ストッパー部分では放熱に伴う収縮が継続するため、結果として、ストッパー近傍の外壁部分の肉厚を必要とする値より薄くすることになり、ロータの外周面に凹部を作り出し、シールでのシール性を低下させることも考えられた。これに対して、上記構成のように、ストッパーを第1シールと第2シールとが当接しない領域に形成することにより、ロータの外周のうちストッパーの近傍に凹部が形成されても、各々のシール性を低下させることがない。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記第2孔部には、回転軸の延在方向に延出する縦リブ部が備えられ、前記縦リブ部は前記第1シールとの接触圧を抑制するように前記ロータの外壁部を延長した仮想外壁面より回転軸の中心側に引退していると好適である。
このような構成とすれば、縦リブ部により第2孔部の形状を維持することができる。したがって、所期の冷媒の流れが変わることを防止できる。また、このような構成とすれば、ロータが回転する際に、縦リブ部と、第1シールとの間に隙間を設けることができる。これにより、第1シールに対する縦リブ部の接触圧を軽減して第1シールの摩耗を抑制し、第1シールの寿命を長くすることができる。したがって、所期のシール性を維持することができるので、冷媒の漏れの増加を防止できる。また、縦リブ部が第1シールを摺動することがないので、摺動トルクを低減することが可能となる。
また、本発明の冷媒制御バルブ装置は、前記第2受け部には、回転軸の延在方向に延出する縦リブ部が備えられ、前記縦リブ部は前記第1シールとの接触圧を抑制するように前記ロータの外壁部を延長した仮想外壁面より回転軸の中心側に引退していると好適である。
このような構成とすれば、縦リブ部により第2受け部の形状を維持することができる。したがって、所期の冷媒の流れが変わることを防止できる。また、このような構成とすれば、ロータが回転する際に、縦リブ部と、第1シールとの間に隙間を設けることができる。これにより、第1シールに対する縦リブ部の接触圧を軽減して第1シールの摩耗を抑制し、第1シールの寿命を長くすることができる。したがって、所期のシール性を維持することができるので、冷媒の漏れの増加を防止できる。また、縦リブ部が第1シールを摺動することがないので、摺動トルクを低減することが可能となる。
第1実施形態のエンジン冷却系を示す図である。 第2吐出ポートに冷却水が送られる冷媒制御バルブ装置の縦断面図である。 第1吐出ポートに冷却水が送られる冷媒制御バルブ装置の縦断面図である。 冷媒制御バルブ装置の横断面図である。 全開姿勢にあるロータの展開図である。 第2開放姿勢にあるロータの展開図である。 第1開放姿勢にあるロータの展開図である。 全閉姿勢にあるロータの展開図である。 ロータの斜視図である。 仮想外壁面とリブ部との関係を示す断面図である。 ロータと第1シールとの関係を説明する断面図である。 第2実施形態のエンジン冷却系を示す図である。 第2導入ポートに冷却水が送られる冷媒制御バルブ装置の縦断面図である。 冷媒制御バルブ装置の横断面図である。 全開姿勢にあるロータの展開図である。 第2開放姿勢にあるロータの展開図である。 第1開放姿勢にあるロータの展開図である。 全閉姿勢にあるロータの展開図である。 第3実施形態のエンジン冷却系を示す図である。 ロータが全閉姿勢にある冷媒制御バルブ装置の縦断面図である。 電動制御部の横断面図である。 ロータとポートとの位置関係を示す横断面図である。 全閉姿勢にあるロータの展開図である。 第3ポートが連通状態にあるロータの展開図である。 第3,第2ポートが連通状態にあるロータの展開図である。 全開姿勢にあるロータの展開図である。 ロータの回転角と各ポートの開度との関係を示すチャートである。 別実施形態(a)の冷媒制御バルブ装置の断面図である。 別実施形態(c)のロータの斜視図である。 別実施形態(c)の縦リブ部の近傍の拡大図である。 別実施形態(d)の冷媒制御バルブ装置の断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態:基本構成〕
冷媒制御バルブ装置Vは、図1に示すように、車両に備えられ内燃機関としてのエンジンEからの冷却水(冷媒の一例)を受け入れる導入ポートPSと、冷却水をラジエータホース1を介してラジエータRに送り出す第1吐出ポートP1と、冷却水をヒータホース2を介してヒータコアHに送り出す第2吐出ポートP2とを備えている。エンジンEは、シリンダヘッド部Eaとシリンダブロック部Ebとを有しており、冷却水は、シリンダヘッド部Eaから冷媒制御バルブ装置Vの導入ポートPSに供給される。また、ラジエータRに供給された冷却水、及び、ヒータコアHに供給された冷却水は、インレットバルブ3からウォータポンプ4(W/P)に送られ、ウォータポンプ4からエンジンEのシリンダブロック部Ebに戻される。
尚、この第1実施形態では、冷媒制御バルブ装置Vからの冷却水をラジエータRとヒータコアHとに供給するものであるが、例えば、エンジンオイルや、オートマチックミッションのフルード等の熱交換にために供給するように用いても良い。このように用いる場合に、冷媒制御バルブ装置Vに対して第3の吐出ポートを形成しても良い。
図2〜図4に示すように、冷媒制御バルブ装置Vは、樹脂製のハウジングAと、このハウジングAの内部に対し回転軸芯Xを中心に回転自在に収容される樹脂製で球状の外壁部23を有するロータBと、ロータBを回転駆動する電動制御部Cとを備えている。この冷媒制御バルブ装置Vは、エンジンEの冷却水(冷媒の一例)をラジエータR、又は、熱を必要とするデバイスとしてのヒータコアHの少なくとも一方に供給すると共に、ラジエータRとヒータコアHとの何れにも供給しない状態を作り出すように構成されている。尚、回転軸芯Xは導入ポートPSの中心位置から、この導入ポートPSの開口面に直交する姿勢に設定されている。
〔ハウジング〕
ハウジングAは、筒状となるハウジングボデー10の一方の端部を閉じるように蓋状のハウジングプレート11を備えており、ハウジングボデー10の開放側には導入ポートPSが形成されている。
第1吐出ポートP1は、ラジエータホース1が繋がれる円筒状の第1スリーブ部13(第1部材の一例)と、この第1スリーブ部13の外周に鍔状に形成される第1フランジ部14と、第1スリーブ部13の内端に対して外嵌する第1シール部15とを備えている。
第1フランジ部14は、その外周が全周に亘りハウジングボデー10に対して溶着により接続している。また、第1シール部15は、環状の第1シール15aと、第1パッキン15bと、第1中間リング15cと、第1スプリング15dとで構成されている。これらは第1スリーブ部13の内端位置に外嵌する状態で備えられている。尚、溶着に代えて、第1フランジ部14を接着剤によりハウジングボデー10に接着しても良い。
第1シール部15は、ロータBが、第1吐出ポートP1を閉塞する姿勢に設定された場合に球状の外壁部23に対し、全周が密着することで、第1吐出ポートP1とロータBの外壁部23との間での冷却水の流れを遮断するように機能する。
第1シール15aは、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の可撓性の樹脂で環状に成形される。この第1シール15aは、第1スリーブ部13に外嵌する状態で、この第1スリーブ部13の第1中心線Q1に沿って移動可能である。第1パッキン15bは、可撓性の樹脂で形成される環状で、内周側には第1スリーブ部13の外周面に接触するリップ部が形成されている。この第1パッキン15bは第1スリーブ部13の第1中心線Q1に沿って移動可能である。
第1中間リング15cは、剛性の高い金属や樹脂で形成され、第1パッキン15bに外嵌する位置に配置されている。第1スプリング15dは、金属材で形成され、一端が第1フランジ部14に当接し、他端が第1中間リング15cに当接する位置に配置されている。第1スプリング15dの付勢力により、第1シール15aはロータBの外壁部23に接触する。
特に、第1スリーブ部13の中心となる第1中心線Q1が、回転軸芯Xに対して傾斜している。第1中心線Q1は回転軸芯Xに交差しており、この交差位置が壁中心Tとなり、この壁中心TがロータBの球状の外壁部23の中心と一致する。第1中心線Q1の傾斜方向は、第1スリーブ部13での冷却水の流れの下流ほど、この第1スリーブ部13の外端側が回転軸芯Xから離間すると共に、導入ポートPSから離間するように設定されている。
第2吐出ポートP2は、ヒータホース2が繋がれる第2スリーブ部17(第2部材の一例)と、この第2スリーブ部17の外周に鍔状に形成される第2フランジ部18と、第2スリーブ部17の内端に対して外嵌する第2シール部19とを備えている。
第2フランジ部18は、その外周が全周に亘りハウジングボデー10に対して溶着により接続している。また、第2シール部19は、環状の第2シール19aと、第2パッキン19bと、第2中間リング19cと、第2スプリング19dとで構成されている。これらは第2スリーブ部17の内端位置に外嵌する状態で備えられている。尚、溶着に代えて、第2フランジ部18を接着剤によりハウジングボデー10に接着しても良い。
第2シール部19は、ロータBが、第2吐出ポートP2を閉塞する姿勢に設定された場合に球状の外壁部23に対し、全周が密着することで、第2吐出ポートP2とロータBの外壁部23との間での冷却水の流れを遮断するように機能する。
第2シール部19を構成する第2シール19aと、第2パッキン19bと、第2中間リング19cと、第2スプリング19dとは、第1シール部15において、対応する部材と同様の素材が用いられ、第1シール部15と同様に機能する。
特に、第2スリーブ部17の中心となる第2中心線Q2が、回転軸芯Xに対して直交するように姿勢が設定される。また、第2中心線Q2は回転軸芯Xに対して壁中心Tで交差する位置に配置され、この第2中心線Q2は、ロータBの外壁部23のうち回転軸芯Xを中心とする外径で最も大径となる位置に重なる位置に配置されている。
更に、第1シール15aのうち導入ポートPS側の外周部と、第2シール19aのうち導入ポートPS側の外周部とが、回転軸芯Xに沿う方向で一致するように第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2との相対的な位置関係が設定されている。
〔ロータ〕
図2〜図4,図9に示すように、ロータBは、回転軸芯Xと同軸芯上に配置されるシャフト27と一体的に回転するロータ本体20を有している。
ロータ本体20は、回転軸芯Xに沿う方向に開放して導入ポートPSから冷却水を受け入れる受け部としての開口部21と、この開口部21に連なり内部に内部空間20Sを形成するロータ内壁部22と、壁中心Tを中心とする球状となる外壁部23と、ロータBの内部空間20Sからの冷却水を第1吐出ポートP1又は第2吐出ポートP2に送り出すように当該外壁部23に形成された制御孔部24(孔部の具体例)とを備えている。
また、ロータ本体20において、開口部21と反対側にはシャフト27が貫通状態で配置される開放部25が形成されている。シャフト27の突出端に形成された複数の連結体28が、ロータ本体20のロータ内壁部22に連結することにより、ロータBと一体回転するように構成されている。
前記ロータ内壁部22は、開口部21から回転軸芯Xに沿う方向に連なる導入内壁部22aと、この導入内壁部22aに滑らかに連なり、開口部21と反対側ほど当該導入内壁部22aを窄める方向に伸びる湾曲内壁部22bとを備えている。これにより、ロータBの内部空間20Sは、湾曲内壁部22bの部位が外壁部23に対して平行に形成され、導入内壁部22aの部位が、所定の肉厚で筒状に形成される。また、湾曲内壁部22bに対して前述した開放部25が形成されている。
図5〜図9に示すように、制御孔部24は、第1吐出ポートP1の第1シール15aの内径より僅かに狭い幅となる第1孔部24aと、第2吐出ポートP2の第2シール19aの内径より僅かに狭い幅となる第2孔部24bとがロータ本体20の外周に沿って伸びる形態で一連に形成されている。また、この制御孔部24の第1孔部24aの外周にはロータBの回転に伴い、第1吐出ポートP1と重なり始める側に延出する溝24Tが形成されている。この溝24Tは、第1孔部24aを構成する主長孔部Gaの外周縁の一部を切り欠く形態で形成されている。尚、この溝24Tは、第1孔部24aを構成する副長孔部Gbの外周に形成しても良い。
つまり、ロータBを、回転軸芯Xを中心に回転した場合に、第2孔部24bの外周のうち回転軸芯Xに沿う方向での一方の基準軌跡Ka(図5では下側・開口部21に近い側)が、第1孔部24aの外周と重なり合う。また、第2孔部24bの外周のうち回転軸芯Xに沿う方向での他方(図5では上側)の中間軌跡Kbが、第1孔部24aにおいて回転軸芯Xに沿う方向での中央部に達するように位置関係が設定されている。
また、第1孔部24aの第1幅W1(回転軸芯Xに沿う方向での幅)は、第2孔部24bの第2幅W2(回転軸芯Xに沿う方向での幅)の略2倍に設定されている。更に、第1孔部24aには、前述した中間軌跡Kbに沿って形成されることで、第1孔部24aを幅方向で等しく2分割するリブ部24rが形成されている。
このリブ部24rは、前述したように第1孔部24aを幅方向で等しく2分割する構成であるため、第1吐出ポートP1が開放した場合には、このリブ部24rのうち、主長孔部Gaの外縁部を形成する端面24rsと、副長孔部Gbの外縁とを形成する端面24rsとに沿って冷却水が流れることになる。この冷却水の流に対して抵抗とならないように各々の端面24rsは、冷却液の流れに沿う姿勢となる平滑面として形成されている。
このようにリブ部24rが形成されることにより、ロータBの回転姿勢の設定により第2吐出ポートP2の第2シール19aが第1孔部24aに達した場合にも、この第2シール19aが第1孔部24aの開口縁と、リブ部24rとが接触する状態となり、第2シール19aを安定的に支持することが可能となる。このようにリブ部24rが形成されることにより主長孔部Ga(図5でリブ部24rより上側)と、この主長孔部Gaより長い副長孔部Gb(図5でリブ部24rより下側)とが並列して形成される。また、リブ部24rの近傍を冷却水が流れる場合にも、リブ部24rの端面24rsが冷却液の流れに沿う姿勢で平滑に形成されているため、冷却水を円滑に流すことが可能となる。
特に、図9、図10に示すように、リブ部24rは、第1吐出ポートP1の第1シール15aに対して局所的な接触圧を作用させないように、外壁部23を延長した仮想外壁面Sより回転軸芯Xの方向に変位させている。また、このリブ部24rは、周方向での中央領域24raが、仮想外壁面Sから回転軸芯Xの方向に最も変位している。また、このリブ部24rの周方向での外端部が滑らかな傾斜で中央領域24raとロータBの外壁部(第1孔部24aの縁部)とが連なるように、リブ部24rの外端部には傾斜領域24rbが形成されている。この構成により、第1シール15aに対するリブ部24rの接触圧を軽減して第1シール15aの摩耗を抑制し、第1シール15aの寿命が長くなる。しかも、リブ部24rの中央領域24raの両端に傾斜領域24rbを形成することにより、ロータBの回転を円滑に行い、第1シール15aの寿命を一層延ばすことになる。
〔電動制御部〕
シャフト27は、ハウジングAのハウジングプレート11を貫通する状態で、このハウジングプレート11に回転自在に支持され、シャフト27とハウジングプレート11のボス部との間には、冷却水の漏出を阻止するシール29を備えている。
電動制御部Cは、シャフト27の端部に備えられたホイールギヤ31と、これに咬合するウォームギヤ32と、このウォームギヤ32を回転駆動する電動モータ33(アクチュエータの一例)と、ウォームギヤ32の回転姿勢からロータBの回転姿勢を検知する非接触型の回転角センサ34とを制御ケース35に収容して構成されている。
制御ケース35は、ハウジングボデー10に連結固定されることにより水密構造となるように構成され、電動モータ33は外部の制御装置で制御される。制御装置は、エンジンEの冷却水の温度を計測する水温センサの検知結果、及び、ヒータコアHを必要とする情報に基づいてロータBの目標姿勢を設定し、回転角センサ34の検知信号によりロータBの回転姿勢が目標姿勢に達するように制御を行う。
制御ケース35は、ハウジングボデー10と別体として形成され、ハウジングボデー10の外面に連結固定される構成であるため、例えば、仕様が異なる冷媒制御バルブ装置Vを製造する場合でも、ハウジングボデー10と電動制御部Cとを個別に製造することにより部品点数が増えるのを防止している。
〔冷却水の制御〕
電動制御部Cは、第1吐出ポートP1及び第2吐出ポートP2を同時に開放する全開姿勢と、第2吐出ポートP2だけを開放する第2開放姿勢と、第1吐出ポートP1だけを開放する第1開放姿勢と、第1吐出ポートP1及び第2吐出ポートP2を同時に閉塞する全閉姿勢とにロータBの回転姿勢を設定する制御を実現する。
つまり、ロータBの回転姿勢が全開姿勢に設定された場合には、図5に示すように、第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2とが内部空間20Sに連通し、冷却水を第1吐出ポートP1からラジエータRに供給すると同時に、第2吐出ポートP2からヒータコアHに供給する。また、この全開姿勢では、第1シール15aが第1孔部24aの一対の縁部に当接し、第2シール19aが第2孔部24bの一対の縁部に当接するため第1シール15aと第2シール19aとの何れも姿勢が安定する。
また、全開姿勢を基準にして、ロータBが一方に回転操作され、第2開放姿勢に設定された場合には、図6に示すように、第2吐出ポートP2と内部空間20Sとが連通するため、ヒータコアHに対して冷却水の供給が可能となる。また、この第2開放姿勢では、第2シール19aが副長孔部Gbに沿って移動することで第1孔部24aの位置に達し、この第2シール19aの外周の一方が第1孔部24aの縁部に当接し、外周の他方がリブ部24rに接触するため、第2シール19aの姿勢が安定する。
特に、ロータBが図6に示す第2開放姿勢から、図5に示す全開姿勢の方向に回転した場合には、この回転に伴い溝24Tが第1吐出ポートP1に重なることにより、回転の初期に溝24Tを介して少量の冷却水を第1吐出ポートP1に供給できる。これにより、第1孔部24aが第1吐出ポートP1に重なる状態に達する以前に、エンジンEの温度を僅かに変化させるため、第1吐出ポートP1を介して冷却水を供給した場合の温度変化の小さくし、エンジンEの温度の急激な変化を抑制できる。
また、全開姿勢を基準にして、ロータBが他方に回転操作され、第1開放姿勢に設定された場合には、図7に示すように、第1吐出ポートP1と内部空間20Sとが連通するため、ラジエータRに対して冷却水の供給が可能となる。また、この第1開放姿勢では、第1シール15aが第1孔部24aにあるため、第1シール15aが第1孔部24aの一対の縁部(主長孔部Gaの縁部と副長孔部Gbの縁部と)に当接することになり、第1シール15aの姿勢が安定する。
更に、ロータBが全閉姿勢に設定された場合には、図8に示すように、第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2との何れも内部空間20Sと非連通状態となり、ラジエータRとヒータコアHとに冷却水は供給されない。この全閉姿勢は、エンジンEの始動直後のように早期の暖機を必要とする場合に設定される。また、この全閉姿勢では、第1シール15aがロータBの外壁部23に密着し、第2シール19aがロータBの外壁部23に密着する。
尚、電動制御部Cは、ロータBの回転姿勢の設定により、第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2との何れにおいても、冷却水の流れを制限する状態(全開にしない状態)で冷却水の供給量を任意に設定する制御も行えるように構成されている。
例えば、図11に示すように、第1吐出ポートP1の第1中心線Q1の姿勢を、壁中心Tを中心にして矢印の方向に揺動させるように変位させることにより、第1中心線Q1の姿勢を回転軸芯Xに対して直交する姿勢に設定されたものを想定する。この想定では、第1中心線Q1がロータBの外壁部23のうち最も大径となる位置に交わることになる。実線で示す第1シール15aの位置と比較すると、第1シール15aの位置が同図に仮想線(二点鎖線)で示す如く開口部21に接近する方向に(同図では下側)に変位する。
このように変位したものでは、第1シール15aの一部がロータBの外壁部23のうち、回転軸芯Xを中心にして最も大径となる部位より開口部21の方向の外壁部23に接触することになる。このような接触位置では、第1シール15aが接触するための領域を回転軸芯Xに沿って開口部21の方向に拡大することが必要となり、ロータBの外壁部23が回転軸芯Xに沿って伸びる構成となる。その結果として、同図に仮想線(二点鎖線)で示す如く回転軸芯Xに沿う方向でのロータBの寸法を拡大し、ロータ内壁部22の導入内壁部22aの内径の縮小を招くことになる。
これに対して、本実施形態の第1吐出ポートP1では、冷却水の流れの下流側ほど開口部21から離間するように第1中心線Q1の姿勢を回転軸芯Xに対して傾斜させている。これにより、第1吐出ポートP1の第1シール15aのうち開口部21に近い部位を、ロータBの外壁部23のうち回転軸芯Xを中心にして最も大径となる位置に近接させている。この結果、冷媒制御バルブ装置Vの回転軸芯Xに沿う方向でのロータBの寸法が短くなって小型化が実現される。また、導入内壁部22aの大径化により冷却水の導入量を増すことができる。
更に、第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2とを、ハウジングAにおいて周方向に並ぶように配置しているため、例えば、第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2とを回転軸芯Xに沿う方向に並べたものと比較して、ハウジングAとロータBとの回転軸芯Xに沿う方向での寸法の短縮も実現している。
この冷媒制御バルブ装置Vでは、導入ポートPSの開口の断面積が、第1吐出ポートP1の断面積と、第2吐出ポートP2の断面積とを合わせた値より大きく設定されている。また、ロータBの内部空間20Sを構成するロータ内壁部22において、導入ポートPSからの冷却水を導入内壁部22aに沿って直線的に送り、湾曲内壁部22bにおいて回転軸芯Xに案内するように送るため、冷却水に淀みを生ずることがなく流れに無理がない。尚、この冷媒制御バルブ装置Vでは、導入ポートPSから供給された冷却水はロータBの内部空間20Sだけではなく、ロータBの外部に満たされることになる。
〔第2実施形態〕
この第2実施形態では、前述した実施形態と共通する構成の冷媒制御バルブ装置Vを用いるものであるが、冷却水(冷媒の一例)の流動方向が逆であり、第1シール部15と第2シール部19との構成が異なっている。尚、この第2実施形態では、第1実施形態と異なる構成を抽出して説明しており、前述した実施形態と共通する構成には第1実施形態と共通する符号を付している。
〔第2実施形態:基本構成〕
冷媒制御バルブ装置Vは、図12に示すように、車両に備えられ内燃機関としてのエンジンEからの冷却水(冷媒の一例)をエンジンEに戻す吐出ポートUS(吐出部の一例)と、ラジエータRの冷却水がラジエータホース1を介して供給される第1導入ポートU1(導入口の一例)と、ヒータコアHの冷却水がヒータホース2を介して供給される第2導入ポートU2(導入口の一例)とを備えている。エンジンEは、シリンダヘッド部Eaとシリンダブロック部Ebとを有しており、冷却水は、シリンダヘッド部Eaからアウトレットバルブ5に供給される。このアウトレットバルブ5は、冷却水をラジエータRとヒータコアHとに分流できるように構成されている。また、吐出ポートUSからの冷却水はウォータポンプ4(W/P)に送られ、ウォータポンプ4からエンジンEのシリンダブロック部Ebに戻される。
尚、この第2実施形態では、ラジエータRとヒータコアHとの冷媒制御バルブ装置VからエンジンEに戻すものであるが、例えば、アウトレットバルブ5において、エンジンオイルや、オートマチックミッションのフルード等の熱交換にために供給するように構成したものでは、エンジンオイルや、フルード等の熱交換を行う機器からの冷却水を受け入れ得るための冷媒制御バルブ装置Vに対して第3の導入ポートを形成しても良い。
図13,図14に示すように、冷媒制御バルブ装置Vは、第1実施形態と同様に樹脂製のハウジングAと、回転軸芯Xを中心に回転自在となる樹脂製で球状の外壁部23を有するロータBと、ロータBを回転駆動する電動制御部Cとを備えている。この冷媒制御バルブ装置Vは、ラジエータR又はヒータコアHとの何れか一方からの冷却水の受け入れる状態と、ラジエータRとヒータコアHとの何れにからの冷却水も受け入れない状態とを作り出すように構成されている。尚、回転軸芯Xは吐出ポートUSの中心位置から、この吐出ポートUSの開口面に直交する姿勢に設定されている。
〔ハウジング〕
ハウジングAのハウジングボデー10の開放側に吐出ポートUSが形成されている。また、ハウジングAには、外方に突出する筒状の第1スリーブ部13を有する第1導入ポートU1と、外方に突出する第2スリーブ部17を有する第2導入ポートU2とが形成されている。第1スリーブ部13の内径は、第2スリーブ部17の内径より大径に形成されている。
第1シール部15は、環状の第1シール15aと、第1パッキン15bと、第1中間リング15cと、第1スプリング15dとで構成されている。これらは第1スリーブ部13の内端位置に内嵌する状態で備えられている。
第1シール15aは、第1スリーブ部13に内嵌する状態で、この第1スリーブ部13の第1中心線Q1に沿って移動可能である。第1パッキン15bは、可撓性の樹脂で形成される環状で、外周側には第1スリーブ部13の内周面に接触するリップ部が形成されている。この第1パッキン15bは第1スリーブ部13の第1中心線Q1に沿って移動可能に構成されている。
特に、第1スリーブ部13の中心となる第1中心線Q1が、回転軸芯Xに対して傾斜しており、第1中心線Q1は回転軸芯Xに交差する。この交差位置が壁中心Tとなり、この壁中心TがロータBの球状の外壁部23の中心と一致する。第1中心線Q1の傾斜方向は、第1スリーブ部13での冷却水の流れの上流(導入側の端部)ほど、この第1スリーブ部13の外端側が回転軸芯Xから離間すると共に、吐出ポートUSから離間するように設定されている。
第2シール部19を構成する第2シール19aと、第2パッキン19bと、第2中間リング19cと、第2スプリング19dとは、第1シール部15において、対応する部材と同様の素材が用いられ、第1シール部15と同様に機能する。これらは第2スリーブ部17の内端位置に嵌する状態で備えられている。
〔ロータ〕
ロータBは、回転軸芯Xと同軸芯上に配置されるシャフト27と一体的に回転するロータ本体20を有している。
ロータ本体20は、回転軸芯Xに沿う方向に開放して吐出ポートUSから冷却水を送り出す開口部21(孔状部の一例)と、この開口部21に連なり内部に内部空間20Sを形成するロータ内壁部22と、壁中心Tを中心とする球状となる外壁部23と、第1導入ポートU1又は第2導入ポートU2からの冷却水をロータBの内部空間20S受け入れるように当該外壁部23に形成された制御孔部24とを備えている。
図15〜図18に示すように、制御孔部24(受け部の一例)は、第1導入ポートU1の第1シール15aの内径より僅かに狭い幅となる第1受け部としての第1孔部24aと、第2導入ポートU2の第2シール19aの内径より僅かに狭い幅となる第2受け部としての第2孔部24bとがロータ本体20の外周に沿って伸びる形態で一連に形成されている。また、この制御孔部24の第1孔部24aの外周にはロータBの回転に伴い、第1導入ポートU1と重なり始める側に延出する溝24Tが形成されている。この溝24Tは、第1孔部24aを構成する主長孔部Gaの外周縁の一部を切り欠く形態で形成されている。尚、この溝24Tは、第1孔部24aを構成する副長孔部Gbの外周に形成しても良い。
また、ロータBを、回転軸芯Xを中心に回転した場合に、第2孔部24bの外周のうち回転軸芯Xに沿う方向での一方の基準軌跡Ka(図9を参照・図15では下側)が、第1孔部24aの外周と重なり合う。また、第2孔部24bの外周のうち回転軸芯Xに沿う方向での他方(図15では上側)の中間軌跡Kbが、第1孔部24aにおいて回転軸芯Xに沿う方向での中央部に達するように位置関係が設定されている。
また、第1孔部24aの第1幅W1(回転軸芯Xに沿う方向での幅)は、第2孔部24bの第2幅W2(回転軸芯Xに沿う方向での幅)の略2倍に設定されている。更に、第1孔部24aには、前述した中間軌跡Kbに沿って形成されることで、第1孔部24aを幅方向で等しく2分割するリブ部24rが形成されている。
〔冷却水の制御〕
電動制御部Cは、第1実施形態と同じ構成を有している。また、電動制御部Cは、第1導入ポートU1及び第2導入ポートU2を同時に開放する全開姿勢と、第2導入ポートU2だけを開放する第2開放姿勢と、第1導入ポートU1だけを開放する第1開放姿勢と、第1導入ポートU1及び第2導入ポートU2を同時に閉塞する全閉姿勢とにロータBの回転姿勢を設定する制御を実現する。
つまり、ロータBの回転姿勢が全開姿勢に設定された場合には、図15に示すように、第1シール15aが第1孔部24aの一対の縁部に当接し、第2シール19aが第2孔部24bの一対の縁部に当接するため第1シール15aと第2シール19aとの何れも姿勢が安定する。
また、全開姿勢を基準にして、ロータBが一方に回転操作され、第2開放姿勢に設定された場合には、図16に示すように、第2シール19aが副長孔部Gbに沿って移動することで第1孔部24aの位置に達し、この第2シール19aの外周の一方が第1孔部24aの縁部に当接し、外周の他方がリブ部24rに接触するため、第2シール19aの姿勢が安定する。
特に、ロータBが図16に示す第2開放姿勢から、図15に示す全開姿勢の方向に回転した場合には、この回転に伴い溝24Tが第1導入ポートU1に重なることにより、回転の初期に溝24Tを介して少量の冷却水を第1導入ポートU1に供給できる。これにより、第1孔部24aが第1導入ポートU1に重なる状態に達する以前に、エンジンEの温度を僅かに変化させるため、第1導入ポート1を介して冷却水を供給した場合の温度変化小さくし、エンジンEの温度の急激な変化を抑制できる。
また、全開姿勢を基準にして、ロータBが他方に回転操作され、第1開放姿勢に設定された場合には、図17に示すように、第1シール15aが第1孔部24aにあるため、第1シール15aが第1孔部24aの一対の縁部(主長孔部Gaの縁部と副長孔部Gbの縁部と)に当接することになり、第1シール15aの姿勢が安定する。
更に、ロータBが全閉姿勢に設定された場合には、図18に示すように、第1シール15aがロータBの外壁部23に密着し、第2シール19aがロータBの外壁部23に密着する。
〔第3実施形態〕
この第3実施形態の冷媒制御バルブ装置Vは、前述した第1実施形態と共通する構成を具備するものであるが、ロータBの構成が第1実施形態と異なっている。尚、この第3実施形態では実施形態と共通する構成には第1実施形態と共通する符号を付している。
〔第3実施形態:基本構成〕
冷媒制御バルブ装置Vは、図19に示すように、エンジンEからの冷却水(冷媒の一例)を受け入れる導入ポートPSと、冷却水をラジエータホース1を介してラジエータRに送り出す第1吐出ポートP1とを備えている。また、この冷媒制御バルブ装置Vは、冷却水をオイルクーラホース6aを介してオイルクーラ6に供給する第2吐出ポートP2と、冷却水をEGRホース7aを介してEGRクーラ7に供給する第3吐出ポートP3とを備えている。この実施形態では、冷却水が供給されるデバイスとしてオイルクーラ6と、EGRクーラ7とを挙げているが、デバイスはこれに限るものではなくヒータコア等でも良い。
エンジンEは、シリンダヘッド部Eaとシリンダブロック部Ebとを有しており、冷却水は、シリンダヘッド部Eaから冷媒制御バルブ装置Vの導入ポートPSに供給される。ラジエータRに供給された冷却水、及び、オイルクーラ6とEGRクーラ7に供給された冷却水はインレットバルブ3からウォータポンプ4(W/P)に送られ、このウォータポンプ4からエンジンEのシリンダブロック部Ebに戻される。
図20〜図22に示すように、冷媒制御バルブ装置Vは、樹脂製のハウジングAと、このハウジングAの内部に対し回転軸芯Xを中心に回転自在に収容される樹脂製で球状の外壁部23を有するロータBと、ロータBを回転駆動する電動制御部Cとを備えている。
〔ハウジング〕
ハウジングAは、筒状となるハウジングボデー10の一方の端部を閉じるように蓋状のハウジングプレート11を備え、ハウジングボデー10の開放側には導入ポートPSが形成されている。ハウジングボデー10には第1吐出ポートP1と、第2吐出ポートP2と、第3吐出ポートP3とが形成されている。第2吐出ポートP2と第3吐出ポートP3との内径は等しい値に設定されている。
第1吐出ポートP1の内端に第1シール部15を備え、第2吐出ポートP2の内端に第2シール部19を備え、第3吐出ポートP3の内端に第3シール部43を備えている。これらのシールは共通する構成を有しているため、第1吐出ポートP1の構成のみ説明する。第1吐出ポートP1は、ラジエータホース1が繋がれる円筒状の第1スリーブ部13(第1部材の一例)と、この第1スリーブ部13の外周に鍔状に形成される第1フランジ部14と、第1スリーブ部13の内端位置に内嵌する第1シール部15とを備えている。
第1シール部15は、第1スリーブ部13に内嵌する第1シール15aと、第1パッキン15bと、第1中間リング15cと、第1スプリング15dとで構成されている。この構成では、第1スプリング15dが、第1中間リング15cと、第1スリーブ部13の内面に突設された複数の突出片との間に配置される。
第1シール15aと第1パッキン15bと第1中間リング15cとは環状に形成され、これらは、第1スリーブ部13の第1中心線Q1に沿って移動可能に支持されている。この構成により、第1シール15aは、第1スプリング15dの付勢力により、ロータBの外壁部23に接触する状態を維持する。
図22には第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2と第3吐出ポートP3との配置と、各ポートの構成とを示している。同図には、各々の吐出ポートの中心線を第1中心線Q1、第2中心線Q2、第3中心線Q3として示している。第2吐出ポートP2は、第2スリーブ部17と第2フランジ部18とを有すると共に、第2シール部19を備えている。第3吐出ポートP3は、第3スリーブ部41と第3フランジ部42とを有すると共に、第3シール部43を備えている。
第2シール部19は、第2シール19aと第2パッキン19bと第2中間リング19cと第2スプリング19dとを備えている。第3シール部43は、第3シール43aと第3パッキン43bと、第3中間リング43cと第3スプリング43dとを備えている。
尚、第2スリーブ部17の内面と第3スリーブ部41の内面とには、第1スリーブ部13の内面と同様にスプリングを受ける突出片が形成されている。
〔ロータ〕
ロータBは、回転軸芯Xと同軸芯上に配置されるシャフト27と一体的に回転するロータ本体20を有している。
ロータ本体20は、回転軸芯Xに沿う方向に開放して導入ポートPSから冷却水を受け入れる受け部としての開口部21と、この開口部21に連なり内部に内部空間20Sを形成するロータ内壁部22と、壁中心Tを中心とする球状となる外壁部23と、ロータBの内部空間20Sからの冷却水を第1吐出ポートP1、第2吐出ポートP2、又は第3吐出ポートP3に送り出すように当該外壁部23に形成された制御孔部24(孔部の具体例)とを備えている。
制御孔部24と、第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2と第3吐出ポートP3との位置関係を図23〜図26のように表すことが可能である。
図23ではロータ本体20に対し、制御孔部24として第1吐出ポートP1の第1シール15aの内径より僅かに狭い幅となる第1孔部24aが形成されている。また、第2吐出ポートP2の第2シール19a及び第3吐出ポートP3の第3シール43aの内径より僅かに狭い幅となる第2孔部24bが形成されている。この第1孔部24aと第2孔部24bとはロータ本体20の外周に沿って伸びる形態で一連に形成されている。更に、第1孔部24aを幅方向で等しく2分割するリブ部24rが形成されている。
このような構成から、図23に示す全閉姿勢から、図26に示す全開姿勢に達するまでロータBを回転操作することにより、第3吐出ポートP3、第2吐出ポートP2、第1吐出ポートP1の順序で各々のポートがロータ本体20の内部に連通する。
この冷媒制御バルブ装置Vでは、図27に示すように、ロータBを所定の閉塞姿勢にセットすることで第1吐出ポートP1と、第2吐出ポートP2と、第3吐出ポートP3との全てを閉塞する全閉姿勢に設定することが可能である。また、この全閉姿勢から、開放方向に回転操作を行うことにより、最初に第3吐出ポートP3の開度が拡大し、その開度が100%に達した後に、第2吐出ポートP2の開度が拡大し、その開度が100%に達した後に、第1吐出ポートP1の開度が拡大し、その開度を100%に設定できるように構成されている。
この構成から、エンジンEの始動直後のように暖機を必要とする場合には、冷媒制御バルブ装置Vが全閉姿勢に維持される。このように全閉姿勢に維持された状態で、冷却水の水温がEGRクーラ7での熱交換が可能な温度まで上昇した場合に第3吐出ポートP3の開度を拡大してEGRクーラ7に冷却水の供給が開始される。この後に、冷却水の水温が更に上昇することにより第2吐出ポートP2の開度を拡大してオイルクーラ6に冷却水を供給して熱交換が行われる。
そして、冷却水の放熱を必要とする水温まで上昇した場合に第1吐出ポートP1の開度を拡大してラジエータRでの放熱が行われる。つまり、ロータBを決まった方向に回転させることにより、第3吐出ポートP3、第2吐出ポートP2、第1吐出ポートP1の順序で各々の開度を拡大して冷却水の供給を可能にしている。
また、ロータ本体20において、開口部21と反対側にはシャフト27が貫通状態で配置される開放部25が形成されている。シャフト27の突出端に形成された複数の連結体28が、ロータ本体20のロータ内壁部22に連結することにより、ロータBと一体回転するように構成されている。
〔ロータ:連結体〕
ロータ本体20は金型を用いた樹脂の成形物であるため、ロータ本体20の内周のうち連結体28が連結する部位では、成形時に「ヒケ」と称される現象により連結体28が連結部位に対向する外壁部23が窪み、凹状部が形成されることもある。この「ヒケ」は成形時に樹脂量が多い連結体28の放熱時間が、樹脂量の少ない外壁部23の放熱時間より長いために発生するものである。具体的には、外壁部23の放熱が終了した後にも連結体28の放熱が継続するため、この放熱に伴う収縮により連結体28が連結する連結位置28aの外面側に凹状部が形成されるのである。このように外壁部23に凹状部が形成される場合にはシール(例えば第1シール15a)が当接してもシールと外壁部23との間に間隙が形成され、この間隙から漏水を招き適正な流量制御を行えないことになる。
このような不都合を解消するために、図20に示すように、ロータ本体20に対する連結体28の連結位置28aを、シールが当接する領域から外れた領域に設定することにより、外壁部23の表面に凹状部が形成されず、壁中心Tを中心とする球状に高精度で形成してシールによるシール性を高く維持している。
つまり、この構成では、シャフト27のうち、開口部21の内部に位置する端部に複数の連結体28の基端部分が連結しており、複数の連結体28の中間部分が回転軸芯Xと平行姿勢で開口部21と反対側に延出している。この連結体28の延出端を、ロータBのうち球状の外壁部23から外れた位置の壁部に連結させ、この位置を連結位置28aとしている。これによりロータ本体20を、金型を用いて成形することにより、連結位置28aの外側に窪みが発生しても、シールのシール性に影響を与えないものにしている。
この種の冷媒制御バルブ装置Vでは、ロータBが全閉姿勢にある状態でロータ本体20の内部空間20Sの冷却水の水圧が最も高くなるため、この全閉姿勢にある状況で冷却水の漏出を高精度で抑制することも重要である。尚、何れかの吐出ポートに冷却水が供給される状況では、内部空間20Sの水圧が低下して漏水を招き難いため、各シールにおけるシール性の精度の低下は許容される。
このような理由から、図22に示す如く、ロータBの外壁部23のうち、ロータBが全閉姿勢において、第1シール15aと第2シール19aと第3シール43aとが当接する領域を除く連結可能領域Zで、かつ、制御孔部24を避ける位置に対して、連結位置28aが設定されている。
〔ロータ:ストッパー〕
また、ロータBの外周には、ロータBの回転限界を決めるストッパー26が突出形成されている。このストッパー26は、図23〜図26に示すように、ロータBの外壁部23のうち、非当接領域Yに含まれる領域に形成されている。
ロータBの回転姿勢を全閉姿勢のよう決まった姿勢に保持する場合には、ロータBに対してストッパー26を突出形成することで回転限界を機械的に決めることが望ましい。しかしながら、ストッパー26はロータ本体20の肉厚と比較して大きい肉厚となるため、金型を用いた樹脂成形によりストッパー26を形成する場合には、前述した「ヒケ」と同様の理由からストッパー26の周辺の外壁部23の表面精度に影響を与えることも考えられる。このような理由から、何れのシールも当接することがない非当接領域Yに対してストッパー26を形成することにより、ロータBの外壁部23の表面精度に影響を与えず、結果としてシール性を低下させないようにしている。
〔電動制御部〕
シャフト27は、ハウジングAのハウジングプレート11を貫通する状態で、このハウジングプレート11に回転自在に支持され、シャフト27とハウジングプレート11のボス部との間には、冷却水の漏出を阻止するシール29を備えている。
電動制御部Cは、シャフト27の端部に備えられたホイールギヤ31と、これに咬合するウォームギヤ32と、このウォームギヤ32を回転駆動する電動モータ33(アクチュエータの一例)と、ウォームギヤ32の回転姿勢からロータBの回転姿勢を検知する非接触型の回転角センサ34とを制御ケース35に収容して構成されている。
この第3実施形態では、電動モータ33の駆動力をウォームギヤ32に伝える伝動系にギヤ減速機構36を備えている。また、制御ケース35には、複数のフランジ部35Aが形成され、このフランジ部35Aの貫通孔に挿通するボルトをハウジングAに螺合することにより制御ケース35がハウジングAに連結固定される。
制御ケース35は、ハウジングボデー10に連結固定されることにより水密構造となるように構成され、電動モータ33は外部の制御装置で制御される。制御装置は、エンジンEの冷却水の温度を計測する水温センサの検知結果に基づいてロータBの目標姿勢を設定し、回転角センサ34の検知信号によりロータBの回転姿勢が目標姿勢に達するように制御を行う。
制御ケース35は、ハウジングボデー10と別体として形成され、ハウジングボデー10の外面に連結固定される構成であるため、例えば、仕様が異なる冷媒制御バルブ装置Vを製造する場合でも、ハウジングボデー10と電動制御部Cとを個別に製造することにより部品点数の増大の抑制を可能にしている。
〔冷却水の制御〕
電動制御部Cは、図27に基づいて先に説明したように、ロータBの回転姿勢の設定により全閉姿勢から開放方向に回転操作を行うことにより、最初に、第3吐出ポートP3の開度が拡大し、その開度が100%に達した後に、第2吐出ポートP2の開度が拡大し、その開度が100%に達した後に、第1吐出ポートP1の開度が拡大し、その開度を100%に設定する制御を実現する。このように第1吐出ポートP1の開度を100%に設定した状態がロータBの全開姿勢に対応する。
このようにロータBの回転姿勢を制御することにより、EGRクーラ7に冷却水を供給し、次に、オイルクーラ6に冷却水を供給し、最後にラジエータRに冷却水を供給することが可能となる。
また、ロータBの制御孔部24の形状の設定と、第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2と第3吐出ポートP3との配置により、ロータBを決まった方向に回転操作するだけで、第3吐出ポートP3と、第2吐出ポートP2と、第1吐出ポートP1との順序で各々の吐出ポートの開度を拡大できると共に、各々の開度の調節も可能となる。
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
(a)図28に示すように、冷媒制御バルブ装置Vが、ハウジングAとして一方の端部がハウジングプレート11で閉じた筒状のハウジングボデー10を用い、ロータBとして円筒状のロータ本体20を用いて構成されている。更に、ハウジングボデー10に対して第1吐出ポートP1と第2吐出ポートP2とを形成し、実施形態と同様のスリーブ部とフランジ部とシールとを備えた(第1実施形態と共通する構成には第1実施形態と共通する符号を付している)。
この別実施形態(a)では、ロータ本体20に制御孔部24を形成しており、ロータ本体20の円筒状の外壁部23に接触する第1,第2シール15a,19aに対応して制御孔部24を形成し、第1孔部24aを分割する位置にはリブ部24rを形成している。これにより制御孔部24には主長孔部Gaと副長孔部Gbとが形成される。
このようにシリンダ状に構成した冷媒制御バルブ装置Vにおいても、第2シール19aの一部を制御孔部24の縁部に当接させ、第2シール19aの姿勢を良好に維持して、脱落を抑制することができる。
この構成でも、第2実施形態と同様に冷却水の流動方向を、第2実施形態のように逆方向に設定する形態で使用するように用いても良い。
(b)第1シール部15と第2シール部19と第3シール部43とは、前述した構成に限るものではなく、これらの少なくとも一方を、例えば、スプリングを備えずにリップだけをロータBの外壁部23に接触するシールとして構成しても良い。
(c)第2孔部24bには、図29に示されるように、回転軸としてのシャフト27の延在方向に延出する縦リブ部50を備えることも可能である。このように構成することで、縦リブ部50により第2孔部24bの形状を維持することができる。したがって、所期の冷媒の流れが変わることを防止できる。
また、縦リブ部50は、図30の縦リブ部50の近傍の拡大図に示されるように、第1シール15aとの接触圧を抑制するようにロータ本体20の外壁部23を延長した仮想外壁面Sより回転軸の中心側に引退しているように構成しても良い。このように縦リブ部50を構成することにより、ロータ本体20が回転する際に、縦リブ部50と、第1シール15aとの間に隙間を設けることができる。これにより、第1シール15aに対する縦リブ部50の接触圧を軽減して第1シール15aの摩耗を抑制し、第1シール15aの寿命を長くすることができる。したがって、所期のシール性を維持することができるので、冷媒の漏れの増加を防止できる。また、縦リブ部50が第1シール15aを摺動することがないので、摺動トルクを低減することが可能となる。
また、図示はしないが、第2受け部24bも、回転軸としてのシャフト27の延在方向に延出する縦リブ部50を備えるように構成し、縦リブ部50が、第1シール15aとの接触圧を抑制するようにロータ本体20の外壁部23を延長した仮想外壁面Sより回転軸の中心側に引退しているように構成しても良い。このように構成することで、上述した第2孔部24bに縦リブ部50を設ける場合と同様の効果を奏することが可能である。
(d)図2に示される冷媒制御バルブ装置Vは、第1吐出ポートP1及び第2吐出ポートP2を有するとして説明したが、冷媒制御バルブ装置Vは、図31に示されるように、第1吐出ポートP1のみ有するように構成することも可能である。もちろん、図示はしないが、図13に示される冷媒制御バルブ装置Vにおいて、第1導入ポートU1のみを有するように構成することも可能である。
本発明は、吐出ポートを有したハウジングの内部にロータを回転自在に収容した冷媒制御バルブ装置に利用することができる。
13 第1部材(第1スリーブ部)
15a 第1シール
17 第2部材(第2スリーブ部)
19a 第2シール
20S 内部空間
21 受け部・孔状部(開口部)
23 外壁部
24 孔部・受け部
24a 第1孔部・第1受け部
24b 第2孔部・第2受け部
24r リブ部
24ra 中央領域
24rb 傾斜領域
26 ストッパー
33 アクチュエータ(電動モータ)
35 制御ケース
A ハウジング
B ロータ
E 内燃機関(エンジン)
Ka 基準軌跡
Kb 中間軌跡
PS 導入ポート
P1 吐出ポート・第1吐出ポート
P2 吐出ポート・第2吐出ポート
S 仮想外壁面
US 吐出ポート
U1 導入ポート・第1導入ポート
U2 導入ポート・第2導入ポート
T 壁中心
X 回転軸芯

Claims (15)

  1. 内燃機関からの冷媒を受け入れる導入ポート、及び、当該冷媒を振り分けて送り出す大径の第1吐出ポートおよび小径の第2吐出ポートの少なくとも二つの吐出ポートを備えたハウジングと、
    前記ハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転して前記冷媒の流れを制御する回転体形状を呈するロータと、
    前記第1吐出ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第1シールと、
    前記第2吐出ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第2シールと、を備え、
    前記ロータが、前記導入ポートからの前記冷媒を受け入れる受け部と、受け入れた前記冷媒を収容する内部空間と、当該冷媒を前記第1吐出ポートあるいは前記第2吐出ポートに送り出すよう、前記回転軸芯の延出方向に沿って広幅に形成された第1孔部と前記延出方向に沿って狭幅に形成された第2孔部とを有する孔部とを備え、
    前記ロータの回転により、前記第1孔部の少なくとも一部が前記第2吐出ポートに連通するとき、前記第2シールの少なくとも一部が前記第1孔部の縁部に当接するように構成してある冷媒制御バルブ装置。
  2. 内燃機関からの冷媒を振り分けて受け入れる大径の第1導入ポートと、小径の第2導入ポートとの少なくとも二つの導入ポート、及び、当該冷媒を送り出す吐出ポートを備えたハウジングと、
    前記ハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転して前記冷媒の流れを制御する回転体形状を呈するロータと、
    前記第1導入ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第1シールと、
    前記第2導入ポートに設けられて前記ロータの外面に当接する環状の第2シールと、を備え、
    前記ロータが、前記第1導入ポートからの前記冷媒を受け入れる前記回転軸芯の延出方向に沿って広幅に形成された第1受け部と前記延出方向に沿って狭幅に形成された第2受け部とを有する受け部と、受け入れた前記冷媒を収容する内部空間と、当該冷媒を前記吐出ポートに送り出すよう形成された孔状部とを備え、
    前記ロータの回転により、前記第1受け部の少なくとも一部が前記第2導入ポートに連通するとき、前記第2シールの少なくとも一部が前記第1受け部の縁部に当接するように構成してある冷媒制御バルブ装置。
  3. 前記吐出ポートの中心線が、前記ロータの球の中心を通り、前記吐出ポートの吐出側端部が前記導入ポートから離間する方向に傾斜している請求項1又は2に記載の冷媒制御バルブ装置
  4. 前記導入ポートの中心線が、前記ロータの球の中心を通り、前記導入ポートの導入側端部が前記吐出ポートから離間する方向に傾斜している請求項1又は2に記載の冷媒制御バルブ装置
  5. アクチュエータの駆動力により前記ロータの回転姿勢を設定する制御ケースが、前記ハウジングの外部に取付けられている請求項1から4のいずれか一項に記載の冷媒制御バルブ装置。
  6. 前記ロータを、前記回転軸芯を中心に回転した場合に、前記第2孔部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での一方の基準軌跡が、前記第1孔部の外周と重なり合い、前記第2孔部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での他方の中間軌跡が、前記第1孔部の中央部に達するように位置関係が設定され、
    前記第1孔部を前記中間軌跡で分割するリブ部が、前記第1孔部に形成されている請求項1に記載の冷媒制御バルブ装置。
  7. 前記ロータを、前記回転軸芯を中心に回転した場合に、前記第2受け部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での一方の基準軌跡が、前記第1受け部の外周と重なり合い、前記第2受け部の外周のうち前記回転軸芯に沿う方向での他方の中間軌跡が、前記第1受け部の中央部に達するように位置関係が設定され、
    前記第1受け部を前記中間軌跡で分割するリブ部が、前記第1受け部に形成されている請求項2に記載の冷媒制御バルブ装置。
  8. 前記リブ部が、前記第1シールとの接触圧を抑制するように前記ロータの外壁部を延長した仮想外壁面より前記回転軸芯の方向に変位して形成されている請求項6又は7に記載の冷媒制御バルブ装置。
  9. 前記リブ部が、前記ロータの周方向での中央において前記仮想外壁面より前記回転軸芯の方向に変位する中央領域と、前記リブ部の外端部が滑らかな傾斜で前記中央領域及び前記ロータの外壁部に連なる傾斜領域とを備えている請求項8に記載の冷媒制御バルブ装置。
  10. 前記ロータが、前記回転軸芯上の壁中心を中心とする球状の外壁部を有している請求項1から9のいずれか一項に記載の冷媒制御バルブ装置。
  11. 前記孔部は、前記ロータの回転に伴い前記吐出ポートと重なり始める側に延出する溝を有している請求項1又は6に記載の冷媒制御バルブ装置。
  12. 前記受け部は、前記ロータの回転に伴い前記導入ポートと重なり始める側に延出する溝を有している請求項2又は7に記載の冷媒制御バルブ装置。
  13. 前記ロータの回転限界を決めるストッパーが、前記ロータの外周のうち前記第1シールと前記第2シールとの何れにも当接しない領域に突出形成されている請求項1から12のいずれか一項に記載の冷却制御バルブ装置。
  14. 前記第2孔部には、回転軸の延在方向に延出する縦リブ部が備えられ、前記縦リブ部は前記第1シールとの接触圧を抑制するように前記ロータの外壁部を延長した仮想外壁面より回転軸の中心側に引退している請求項1、6、又は11に記載の冷却制御バルブ装置
  15. 前記第2受け部には、回転軸の延在方向に延出する縦リブ部が備えられ、前記縦リブ部は前記第1シールとの接触圧を抑制するように前記ロータの外壁部を延長した仮想外壁面より回転軸の中心側に引退している請求項2、7、又は12に記載の冷却制御バルブ装置
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