JP7415995B2 - 流路切替弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路切替弁に関する。

従来、エンジン水冷システムの冷却水における冷却水の流路を弁の動作により切り替える流路切替弁が知られている。

例えば特許文献１に開示された流路切替弁には、エンジンのシリンダブロック及びシリンダヘッド内を経由して冷却水が流入する。流路切替弁は、弁体を回転させて冷却水の流路を切り替え、ラジエータ、オイルクーラ及び空調用熱交換器へ冷却水を供給する。

特開２０１８－５４１２２号公報

エンジン内で冷却水は、シリンダブロックのブロックジャケットから連通路を経由し、シリンダヘッドのヘッドジャケットから流路切替弁の導入口に流入するように設計されている。しかし、エンジンの製造要因により、ブロックジャケットから直接、流路切替弁の導入口に連通するリーク経路が意図せず生じてしまう場合がある。シリンダヘッドに流れるはずの低温の冷却水の一部がリーク経路を経由して流れると、シリンダヘッドの冷却効率が低下する。また、流路切替弁から空調用熱交換器へ低温の冷却水が供給されると、暖房性能が低下するおそれがある。

本発明は上述の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ブロックジャケットから導入口に連通するリーク経路が生じた場合でも、冷却効率の低下を抑制する流路切替弁を提供することにある。

本発明は、エンジン（９０）の取付面（９９）に装着され、エンジン水冷システム（９００）における冷却水の流路を弁の動作により切り替える流路切替弁に係る発明である。

エンジン水冷システムは、シリンダブロック（９１）に形成されたウォータジャケットであるブロックジャケット（９３）と、シリンダヘッド（９６）に形成されたウォータジャケットであるヘッドジャケット（９７）とが連通路（９５）を介して接続されている。ブロックジャケットの入口（９２）から流入した冷却水が連通路を経由してヘッドジャケットの出口（９８）から流路切替弁の導入口（１１）に流入するように構成されている。

流路切替弁は、シリンダブロック及びシリンダヘッドに生じたリーク経路（９４）を経由して、ブロックジャケットから冷却水が流入することを抑制するように、導入口におけるリーク経路側の一部を塞ぐ流入障壁板（３６１、４０２、５０３、３６４、５０５）が設けられている。

本発明では、リーク経路からの冷却水の流入が完全に遮断されなくてもよく、相対的に流入が抑制されればよい。「リーク経路からの冷却水の流入が抑制される」とは、リーク経路を経由して流入する冷却水の圧力損失が、ヘッドジャケットから流入する冷却水の圧力損失よりも大きくなることに相当する。

これにより本発明では、エンジンの製造要因により、ブロックジャケットから導入口に連通するリーク経路が生じた場合でも、リーク経路を経由して流路切替弁に冷却水が流入することが抑制される。したがって、シリンダヘッドの冷却効率の低下や、空調用熱交換器における暖房性能の低下を抑制することができる。

本実施形態の流路切替弁を含むエンジン冷却システムの構成図。 本実施形態の流路切替弁の斜視図。 本実施形態の流路切替弁の断面図。 比較例の流路切替弁の模式断面図。 第１実施形態の流路切替弁の導入口部分の正面図。 図５のＶＩ－ＶＩ線模式断面図。 第２実施形態の流路切替弁の導入口部分の正面図。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線模式断面図。 第３実施形態の流路切替弁の導入口部分の模式断面図。 第４実施形態の流路切替弁の導入口部分の正面図。 図１０のＸＩ－ＸＩ線模式断面図。 第５実施形態の流路切替弁の導入口部分の模式断面図。

以下、本発明による流路切替弁の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下の第１～第５実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の流路切替弁は、エンジンの取付面に装着され、エンジン水冷システムにおける冷却水の流路を弁の動作により切り替える。流路切替弁の基本的な用途や機能は、特許文献１（特開２０１８－５４１２２号公報）に開示されたものと同様である。

［エンジン冷却システム］
最初に図１を参照し、エンジン冷却システムの構成について説明する。エンジン９０は、下部のシリンダブロック９１と上部のシリンダヘッド９６とを含む。シリンダブロック９１にはウォータジャケットであるブロックジャケット９３が形成されている。シリンダヘッド９６にはウォータジャケットであるヘッドジャケット９７が形成されている。ブロックジャケット９３とヘッドジャケット９７とは、複数の連通路９５を介して接続されている。

シリンダヘッド９６において、エンジン９０の取付面９９には、エンジン冷却システム９００における冷却水の流路を弁の動作により切り替える流路切替弁１００が取り付けられている。実線矢印で示すように、ブロックジャケット９３の入口９２から流入した冷却水Ｗｃは、連通路９５を経由してヘッドジャケット９７の出口９８から流路切替弁１００の導入口１１に流入する。冷却水Ｗｃがシリンダブロック９１及びシリンダヘッド９６を通過するとき、エンジン９０との熱交換により、冷却水Ｗｃの温度が上昇する。

エンジン冷却システム９００にはラジエータ８６、オイルクーラ８７、空調用熱交換器８８及びウォータポンプ８９等が含まれる。流路切替弁１００は、ラジエータ８６、オイルクーラ８７、空調用熱交換器８８へ冷却水を供給するための流路を切り替える。ラジエータ８６では温度が上昇した冷却水から熱が放出される。オイルクーラ８７では潤滑油が冷却される。空調用熱交換器８８では車室空調用の熱交換が行われる。ラジエータ８６、オイルクーラ８７、空調用熱交換器８８から排出された冷却水は、ウォータポンプ８９によりエンジン９０のブロックジャケット９３に再循環される。

ところで、鋳造工程における鋳巣や中子構造等によるエンジン９０の製造要因により、ブロックジャケット９３から直接、流路切替弁１００の導入口１１に連通するリーク経路９４が意図せず生じてしまう場合がある。その場合、破線矢印で示すように、ブロックジャケット９３からリーク経路９４を経由して冷却水ＷＬが流路切替弁１００の導入口１１に流入する。以下、流路切替弁１００にどこから流入する冷却水かを区別する場合、ヘッドジャケット９７からの冷却水に「Ｗｃ」、リーク経路９４からの冷却水に「ＷＬ」の記号を付す。なお、小文字の「ｌ」が数字の「１」と誤読されることを避けるため、大文字の「Ｌ」を用いる。

シリンダヘッド９６に流れるはずの低温の冷却水の一部がリーク経路９４を経由して流れると、シリンダヘッド９６の冷却効率が低下する。また、流路切替弁１００から空調用熱交換器８８へ低温の冷却水が供給されると、暖房性能が低下するおそれがある。この問題に対し、エンジン９０側でリーク経路９４の発生を防止する対策とは別に、本実施形態では、流路切替弁１００側の視点で、リーク経路９４からの冷却水ＷＬの流入を抑制することに着目する。

［流路切替弁］
次に図２、図３を参照し、各実施形態に共通する流路切替弁１００の基本構成について説明する。図２は特許文献１の図１６に対応する斜視図であり、図３は特許文献１の図１に対応する軸方向断面図である。なお、断面図における配管ニップルや配線コネクタの向きは、図示の都合上、調整されている。図２、図３では、軸受部材として第１実施形態の軸受部材３１１の形状を示し、また、第１実施形態の軸受部材の符号「３１１」を記す。ただし、第１実施形態の特有事項についてはここで言及せず、図５、図６を参照して後述する。

本実施形態の流路切替弁１００は、弁体２０を回転させて冷却水の流路を切り替える構造の弁である。流路切替弁１００は、ハウジング１０、弁体２０、シャフト２５、軸受部材３１１等を備える。ハウジング１０は、樹脂で形成され、エンジン取付部１９側に開口する弁体収容部１２を有する。弁体収容部１２の開口と反対側には、弁体２０を回転させる回転駆動部１５が設けられている。ハウジング１０の外側にはラジエータ配管ニップル１６、オイルクーラ配管ニップル１７、及び空調用配管ニップル１８が設けられている。エンジン取付部１９における弁体収容部１２の開口の周囲には、シール部材である環状のガスケット７１が装着されている。

弁体２０は、樹脂で略有底筒状に形成され、弁軸Ｘを中心として回転可能に弁体収容部１２に収容されている。弁体２０の筒壁には、ラジエータ配管に連通する連通穴２１、空調用配管に連通する連通穴２３の他、オイルクーラ用配管に連通する図示しない連通穴が形成されている。弁体２０の底部２４には、弁体２０の回転軸をなすシャフト２５がインサート成形されている。回転駆動部１５がシャフト２５を所望の位置に回転させることで、連通穴２１、２３と各配管との位置が一致すると、弁体２０内の冷却水が各配管に流出する。図３では、図示の都合により、連通穴２１、２３が共に配管に連通しているように示されているが、実際には片方ずつ連通する。

軸受部材３１１は、樹脂で形成され、エンジン取付部１９側の端部において、弁体２０の開口に被さるように弁軸Ｘと同軸に設けられている。軸受部材３１１は、中央穴に設けられた軸受２６によりシャフト２５の一端を軸受けする。軸受部材３１１は、中央部３３と周縁部３４とを放射状に連結する複数のリブ３５が設けられている。隣接するリブ３５同士の間の空間が、ヘッドジャケット９７から冷却水Ｗｃが流入する導入口１１となる。

続いて図４を参照し、比較例の流路切替弁１０９がエンジン９０の取付面９９に取り付けられた状態を示す。流路切替弁１０９の基本構成は、図３に示された構成を簡略化して模式的に示されている。流路切替弁１０９がエンジン９０に取り付けられた状態で、冷却水Ｗｃは、ヘッドジャケット９７の出口９８から、軸受部材３１１のリブ３５間に形成された導入口１１を通って弁体２０の内部に流入する。エンジン取付部１９のガスケット溝１９７に装着されたガスケット７１により、取付面９９から外部への冷却水の漏れが防止される。

ここで比較例の流路切替弁１０９は、特許文献１の弁装置に相当するものであり、本実施形態の流入障壁板を有していない。そのため、リーク経路９４からの冷却水ＷＬも同様に、軸受部材３１１のリブ３５間に形成された導入口１１を通って弁体２０の内部に流入する。その結果、上述のように、シリンダヘッド９６の冷却効率の低下や暖房性能の低下を招くおそれがある。

そこで本実施形態の流路切替弁１００は、リーク経路９４を経由して冷却水が導入口１１に流入することを抑制するように、導入口１１におけるリーク経路９４側の一部を塞ぐ流入障壁板が設けられている。

［流入障壁板］
続いて図５～図１２を参照し、第１～第５実施形態の流路切替弁における流入障壁板の構成について説明する。各実施形態の流入障壁板は、＜１＞「ヘッドジャケット９７側の空間とリーク経路９４側の空間とを隔離するシール部材」としてガスケットが設けられているか、＜２＞軸受部材と一体か別体か、という構成の違いで類別される。各実施形態の流路切替弁の符号は、「１０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。また、各実施形態の流入障壁板の符号の３桁目の数字は実施形態の番号に対応する。

各実施形態の流入障壁板の図は、ヘッドジャケット９７の出口９８側から見た正面図と、弁軸Ｘ方向の模式断面図とにより示される。ただし、第３、第５実施形態については正面図を省略する。模式断面図では、比較例の図４に対し、ハウジング１０の導入口１１の周辺以外の部分や弁体２０が省略されている。

便宜上、図５～図１２において弁軸Ｘの上側に示される部分を「上半分」といい、弁軸Ｘの下側に示される部分を「下半分」という。各模式断面図の上半分は、軸受部材のリブ３５でない部分の断面を示す。第２実施形態の図８の下半分は、軸受部材のリブ３５の部分の断面を示す。

（第１実施形態）
図５、図６を参照し、第１実施形態の流路切替弁１０１について説明する。第１実施形態の流入障壁板３６１は、樹脂で軸受部材３１１と一体に設けられている。軸受部材３１１が軸受２６によりシャフト２５の一端を軸受けする機能は、図４に示す比較例と同じである。

軸受部材３１１は、ヘッドジャケット９７の出口９８に面する上半分の領域に、中央部３３と周縁部３４とを放射状に連結する複数のリブ３５が設けられている。隣接するリブ３５同士の間の空間が、ヘッドジャケット９７から冷却水Ｗｃが流入する導入口１１となる。実線矢印で示すように、ヘッドジャケット９７からの冷却水Ｗｃは、ハウジング１０の内部に障壁無く流入する。

また軸受部材３１１は、リーク経路９４に面する部位を含む下半分の領域が、穴の無い壁状の流入障壁板３６１をなしている。流入障壁板３６１は、導入口１１におけるリーク経路９４側の一部を塞ぐことで、リーク経路９４を経由してブロックジャケット９３から冷却水ＷＬが流入することを抑制する。図６において冷却水ＷＬに付された破線矢印は、流入が抑制されることを表している。

ところで第１実施形態では、リーク経路９４を経由した冷却水ＷＬの一部は、流入障壁板３６１の端面３７とエンジン取付面９９との間の隙間を通ってヘッドジャケット９７側の導入口１１に漏れる可能性がある。しかし本実施形態では、リーク経路９４からの冷却水ＷＬの流入が完全に遮断されなくてもよく、相対的に流入が抑制されればよい。「リーク経路からの冷却水の流入が抑制される」とは、リーク経路９４を経由して流入する冷却水ＷＬの圧力損失が、ヘッドジャケット９７から流入する冷却水Ｗｃの圧力損失よりも大きくなることに相当する。

これにより本実施形態では、エンジン９０の製造要因により、ブロックジャケット９３から導入口１１に連通するリーク経路９４が生じた場合でも、リーク経路９４を経由して流路切替弁１０１に冷却水ＷＬが流入することが抑制される。したがって、シリンダヘッド９６の冷却効率の低下や、空調用熱交換器８８における暖房性能の低下を抑制することができる。

また、第１実施形態では、流入障壁板３６１が軸受部材３１１と一体に設けられているため、最小限の部品点数で流入障壁板の機能を実現することができる。

（第２実施形態）
図７、図８を参照し、第２実施形態の流路切替弁１０２について説明する。第２実施形態の流入障壁板４０２は、ステンレス等の金属プレートで軸受部材３２２と別体に設けられている。図７に破線で示すように、軸受部材３２２は、リブ３５が全方向に放射状に設けられている。軸受部材３２２は、特許文献１の図４等に開示された構成に相当する。

流入障壁板４０２は、外形が円形であり、ヘッドジャケット９７側から冷却水が流入可能なように導入口１１を開放する略半円状の窓部４１が形成されている。流入障壁板４０２は、例えばガスケット７１の内周に接着されるか、又は、ガスケット７１にインサート成形される。ガスケット７１がハウジング１０のガスケット溝１９７に装着されることで、流入障壁板４０２は、軸受部材３２２のリブ３５の端面を覆う。

ここで、例えば軸受部材３２２のリブ３５の端面に、部分的に突出し流入障壁板４０２に当接する段部３５２が形成されてもよい。段部３５２の面圧により流入障壁板４０２をバックアップすることで、水圧による流入障壁板４０２の変形を防止することができる。第２実施形態では第１実施形態と同様に、リーク経路９４からの冷却水ＷＬの流入が抑制される。また、金属プレートを用いることで流入障壁板４０２の強度が確保される。さらに既存の流路切替弁を改修する場合、低コストかつ短期間での改修が可能である。

（第３実施形態）
図９を参照し、第３実施形態の流路切替弁１０３について説明する。第３実施形態の流入障壁板５０３は、ステンレス等の金属又は樹脂で軸受部材３２３と別体に設けられている。軸受部材３２３は、第２実施形態と同様に、リブ３５が全方向に放射状に設けられている。流入障壁板５０３は、軸受部材３２３の下半分を覆う板部５６と、弁軸Ｘに沿って軸受部材３２３側に突出する嵌合凸部５８とを有している。嵌合凸部５８の外径は、軸受部材３２３の嵌合穴３８の内径よりもわずかに大きく設定されている。流入障壁板５０３は、嵌合凸部５８が軸受部材３２３の嵌合穴３８に圧入されて固定されている。この構成でも第２実施形態と同様の作用効果が得られる。

（第４実施形態）
図１０、図１１を参照し、第４実施形態の流路切替弁１０４について説明する。第４実施形態の流入障壁板３６４は、第１実施形態の流入障壁板３６１と同様に、樹脂で軸受部材３１４と一体に設けられている。また、第４実施形態の流入障壁板３６４は、端面３７にガスケット溝３７７が形成されている。

第４実施形態に用いられるガスケット７４は、環部７４０と、環部７４０における対向部同士を接続する横断部７４５とを有する「θ型」を呈している。ガスケット７４の環部７４０はハウジング１０のガスケット溝１９７に装着され、ガスケット７４の横断部７４５は流入障壁板３６４のガスケット溝３７７に装着されている。ガスケット７４の横断部７４５は、ヘッドジャケット９７側から導入口１１へ連通する空間と、リーク経路９４から導入口１１へ連通する空間とを隔離する。これにより、リーク経路９４からの冷却水ＷＬの流入をより抑制することができる。

（第５実施形態）
図１２を参照し、第５実施形態の流路切替弁１０５について説明する。第５実施形態の流入障壁板５０５は、第３実施形態の流入障壁板５０３と同様に、ステンレス等の金属や樹脂で軸受部材３２３と別体に設けられている。流入障壁板５０５は、嵌合凸部５８が軸受部材３２３の嵌合穴３８に圧入されて固定されている。

また第５実施形態の流入障壁板５０５は、板厚が比較的厚く、端面５７にガスケット溝５７７が形成されている。ガスケット溝５７７には。第４実施形態と同様にθ型のガスケット７４が装着されている。これにより、第４実施形態と同様の効果が得られる。さらに流入障壁板５０５の外周にＯリング８が設けられてもよい。

（その他の実施形態）
（ａ）流路切替弁の構造は、弁体２０を回転させて冷却水の流路を切り替える方式のものに限らず、スライド方式等、どのような方式で流路を切り替えるものでもよい。また、流路の切り替え数や、各流路を経由して冷却水が供給される対象装置の種類も問わない。

（ｂ）製造要因で生じるリーク経路９４は一箇所とは限らず、複数箇所に生じる場合も考えられる。また、エンジン９０の個体毎にリーク経路９４が生じる部位もばらつく可能性がある。そうした現実的な事情に鑑み、本発明の流入障壁板は、必ずしも全てのリーク経路９４を対象としなくても、リーク量の多いリーク経路９４だけを対象として、冷却水のトータル流入を抑制できればよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１００（１０１－１０５）・・・流路切替弁、 １１ ・・・導入口、
３６１、４０２、５０３、３６４、５０５・・・流入障壁板、
９００・・・エンジン水冷システム、 ９０ ・・・エンジン、
９１ ・・・シリンダブロック、
９２ ・・・ブロックジャケットの入口、 ９３ ・・・ブロックジャケット
９４ ・・・リーク経路、 ９５ ・・・連通路、
９６ ・・・シリンダヘッド、
９７ ・・・ヘッドジャケット、 ９８ ・・・ヘッドジャケットの出口、
９９ ・・・取付面。

Claims (4)

1. エンジン（９０）の取付面（９９）に装着され、エンジン水冷システム（９００）における冷却水の流路を弁の動作により切り替える流路切替弁であって、
   前記エンジン水冷システムは、
   シリンダブロック（９１）に形成されたウォータジャケットであるブロックジャケット（９３）と、シリンダヘッド（９６）に形成されたウォータジャケットであるヘッドジャケット（９７）とが連通路（９５）を介して接続されており、
   前記ブロックジャケットの入口（９２）から流入した冷却水が前記連通路を経由して前記ヘッドジャケットの出口（９８）から当該流路切替弁の導入口（１１）に流入するように構成されており、
   前記流路切替弁は、前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッドに生じたリーク経路（９４）を経由して、前記ブロックジャケットから冷却水が流入することを抑制するように、前記導入口における前記リーク経路側の一部を塞ぐ流入障壁板（３６１、４０２、５０３、３６４、５０５）が設けられている流路切替弁。
2. 前記流入障壁板の端面（３７、５７）と前記エンジンの取付面との間に、
   前記ヘッドジャケットから前記導入口へ連通する空間と、前記リーク経路から前記導入口へ連通する空間とを隔離するシール部材（７４）が設けられている請求項１に記載の流路切替弁。
3. 弁体（２０）を回転させて冷却水の流路を切り替える流路切替弁であって、
   前記流入障壁板（３６１、３６４）は、前記弁体の回転軸をなすシャフト（２５）の一端を軸受けする軸受部材（３１１、３１４）と一体に設けられている請求項１または２に記載の流路切替弁。
4. 弁体（２０）を回転させて冷却水の流路を切り替える流路切替弁であって、
   前記流入障壁板（４０２、５０３、５０５）は、前記弁体の回転軸をなすシャフト（２５）の一端を軸受けする軸受部材（３２２、３２３）と別体に設けられている請求項１または２に記載の流路切替弁。

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