JPH07127752A

JPH07127752A - 流量調整弁

Info

Publication number: JPH07127752A
Application number: JP5273489A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Matsushiro; 隆一松代; Toshihiko Ito; 猪頭　　敏彦; Hiroyuki Fukunaga; 博之福永; Yasutoshi Yamanaka; 保利山中
Original assignee: Nippon Soken Inc; NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1993-11-01
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1995-05-16

Abstract

(57)【要約】【目的】流体の圧力に起因する作用力をキャンセルす
ることで、所望の圧力にて流量を切り換えることのでき
る流量調整弁の提供する。【構成】弁体２７により流入側流路１３から流入して
流出側流路１７、１８に流出する流体量を調整する。弁
体２７にはダイヤフラム２４、２５が設けられており、
相互のダイヤフラム２４、２５の一面にインマニの負圧
と大気圧が作用して弁体２７を駆動する。ダイヤフラム
２４、２５の他面のダイヤフラム隣室３４、３５には、
流入側流路１３内の流体が流入されて相互の影響が相殺
されている。また、ダイヤフラム隣室３４、３５と第１
流出側流路１７及び第２流出側流路１８とを連通する水
圧低減ポート６２、６３を設けることで、弁体２７の一
面側と他面側に付与される流体の圧力差を調整し、所望
のインマニ負圧にて相互の流出側流路に流入する流体の
流量を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流量調整弁に関し、特
に、流体の圧力に起因する作用力をキャンセルさせるよ
うに構成した流量調整弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の切換弁として用いる流量調整弁
は、図１０に示すように、ケーシング１９６とダイヤフ
ラム１９１との間にダイヤフラム室１９７を形成し、こ
の間にスプリング１９２を設ける。ダイヤフラム１９１
の下部には、円柱形状の駆動力伝達部１９３と、この駆
動力伝達部１９３の端部に設けられ、流入側流路１３と
第１流出側流路１７との連通孔１７１、もしくは流入側
流路１３と第２流出側流路１８との連通孔１８１を開閉
可能な弁体１９４が設けられている。ダイヤフラム室１
９７は、例えば、車両用エンジンに設けられる吸気管
（図示省、以下インマニと呼ぶ）に連通されており、こ
のインマニの負圧により弁体１９４が上下動することで
流入側流路１３からの流体を第１流出側流路１７もしく
は第２流出側流路１８に切り換えて流出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示す上記の流量調整弁１９では、流入側流路１３から
の流体が第１流出側流路１７に流れている時と、流体が
第２流出側流路１８に流出して第１流出側流路１７に流
れていない時とでダイヤフラム１９１に付与される流体
による圧力が変化するため、所望のインマニ負圧での流
路の切り換えができないという問題がある。

【０００４】また、第１流出側流路１７への流量と第２
流出側流路１８への流量との流量割合をインマニ負圧に
より制御したい場合においては、ダイヤフラム１９１に
付与される流体の圧力が変動すると、所望のインマニ負
圧にて制御できないばかりか、安定した制御を行うこと
すらできないという問題がある。そこで、本発明は、流
体の圧力に起因する作用力をキャンセルすることで、所
望の圧力にて流量を調節することのできる流量調整弁を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、流体が流入する流入側流
路と、この流入側流路から流入する流体を流出する流出
側流路と、前記流入側流路から流入し前記流出側流路に
流出する流体の流量を調節する調整弁と、この調整弁の
一方に連結され、一面に第１の流量調整用圧力を受ける
と共に他面に前記流体の圧力を受けて前記調整弁を駆動
する第１ダイヤフラムと、前記調整弁の他方に連結さ
れ、一面に第２の流量調整用圧力を受けると共に他面に
前記流体の圧力を受けて前記調整弁を駆動する第２ダイ
ヤフラムと、を備えることを要旨とする。

【０００６】更に、請求項２記載の本発明は、請求項１
において、前記第１ダイヤフラムの他面側領域と前記調
整弁の一方の面側に形成されて前記流出側流路に連通す
る第１領域とを連通する第１連通路と、前記第２ダイヤ
フラムの他面側領域と前記調整弁の一方の面側に形成さ
れた第２領域とを連通する第２連通路と、を備えること
を要旨とする。

【０００７】

【作用及び発明の効果】上記構成よりなる本発明の流量
調整弁によれば、調整弁により流出側流路から流入する
流体を流出側流路に流出する流量を調整する。この調整
量は、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムに付与され
た流量調整用圧力により制御される。この第１ダイヤフ
ラムと第２ダイヤフラムの他面には、それぞれ流体が流
入されているため、流体によるそれぞれのダイヤフラム
への圧力の影響が相殺される。

【０００８】従って、流体の圧力によらずに所望の圧力
にて流量を調整することができるという効果がある。ま
た、請求項２記載の本発明によれば、第１ダイヤフラム
の他面側領域と調整弁の一方の面側に形成された第１領
域が第１連通路にて連通し、第２ダイヤフラムの他面側
領域と調整弁の他方の面側に形成された第２領域が第１
連通路にて連通しているため、調整弁の両面に対して流
体により付与される圧力を調整することができる。従っ
て、さらに精度良く所望の圧力により調整弁を駆動する
ことができるという効果がある。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面に基
づき説明する。〔第１実施例〕図６に本発明の流量調整弁の一実施例を
示す。流量調整弁１００は、アクチュエータとしてのダ
イヤフラム２４，２５がシャフト２６の両端に接合さ
れ、シャフト２６の途中には、弁体２７を設けてある。
ダイヤフラム２４の図示右側のダイヤフラム室２４１は
インマニに連結されており、このダイヤフラム２４には
インマニの負圧が作用している。このダイヤフラム室２
４１内には、ダイヤフラム２４を図示左側方向に押すス
プリング２４２が配されている。また、ダイヤフラム２
５の図示左側のダイヤフラム室２５１は大気中に開放し
ている。

【００１０】そして、インマニの負圧が大きくダイヤフ
ラム２４に吸引力が働き、この負圧による吸引力がスプ
リング２４２の押し下げ力よりも大きい時には、弁体２
７がダイヤフラム２４と共に右側に引きよせられる。そ
の結果、流入側流路１３より流入する流体は、流出側流
路１８へ流れる。逆に、インマニの負圧が小さい時に
は、連通孔２８を閉じる方向へ動き、バイパス流路１３
から流入した流体は、第１流出側流路１７へ流れる。

【００１１】ところで、流入側流路１３から流入した流
体は、ダイヤフラム２４、２５に面するダイヤフラム隣
室３４、３５に流入する。従って、ダイヤフラム２４に
かかる流体の圧力による押付力はダイヤフラム２５にか
かる流体の圧力による押付力でキャンセルされ、インマ
ニの負圧のみでダイヤフラムアクチュエータによる弁体
２７の動きを制御できるものである。

【００１２】図７は、内燃機関の冷却装置に上記流量調
整弁１００を用いた一例である。この例における構成
は、内燃機関としてのエンジン４０と、このエンジン４
０と放熱用の熱交換器であるラジエータ１５との間を結
ぶ冷却水路１２と、この冷却水路１２と並列に配されラ
ジエータ１５を迂回するバイパス流路１３と、冷却水路
１２の途中に配され温度に従って流量の分配を制御する
サーモスタット１４と、冷却水を循環させるポンプ１６
と、バイパス流路１３からの冷却水をこのバイパス流路
１３の一部である第１流出側流路１７と第２流出側流路
１８とに切り換える流量調整弁１００とからなる。

【００１３】第１流出側流路１７は、流量調整弁１００
とサーモスタット１４との間に配され、バイパス流路１
３からこの第１流出側流路１７内に流入した冷却水は、
サーモスタット１４の感温部に当たるように流出され
る。一方、第２流出側流路１８は、流量調整弁１００
と、サーモスタット１４とポンプ１６との間の冷却水路
１２の間に配され、バイパス流路１３からこの第２流出
側流路１８内に流入した冷却水は、サーモスタット１４
の感温部に当たらないように迂回してポンプ１６に流入
する。

【００１４】上記の内燃機関の冷却装置において、エン
ジン４０が低負荷で運転されている時には、インマニの
負圧が大きいため流量調整弁１００のダイヤフラム室２
４１内に大きな負圧が作用し、この負圧が所定の圧力よ
りも高くなると、スプリング２４２のバネ力に打ち勝っ
てダイヤフラム２４と共に弁体２７を図示右側に引き寄
せる。

【００１５】その結果、バイパス流路１３を通る冷却水
は、第２流出側流路１８を通ってポンプ１６により吸引
されて、エンジン４０内に戻される。第２流出側流路１
８を通った冷却水は、サーモスタット１４の感温部には
当たらないためにサーモスタット１４は閉弁側で安定
し、その結果、冷却水温は高温に維持される。一方、エ
ンジン４０が高負荷状態で運転されている時には、イン
マニの負圧が減少して所定の圧力よりも低い圧力にな
り、弁体２７が図示左側に移動する。従って、バイパス
流路１３を通る冷却水は第１流出側流路１７を通って、
サーモスタット１４の感温部に当たった後、ポンプ１６
に吸引される。

【００１６】その結果、バイパス流路１３内の高温の冷
却水がサーモスタット１４の感温部に当たるため、サー
モスタット１４は開弁側で安定し、冷却水温は低温に維
持されるのである。〔第２実施例〕上記第１実施例において、流量調整弁１
００を内燃機関の冷却装置に適用した例について説明し
たが、図６に示す流量調整弁１００において、流入側流
路１３から流入する流体を第１流出側流路１７に流出し
ている時に、流入側流路１３内の流体の圧力が第１流出
側流路１７内の圧力と等しくなり、この圧力と、第２流
出側流路１８内の圧力との間で圧力差が生じる。一方、
流入側流路１３から流入する流体が第２流出側流路１８
に流出している時には、図示の如く流入側流路１３内の
圧力が第２流出側流路１８内の圧力と等しくなり、この
圧力と第１流出側流路１７内の圧力との間で圧力差が生
じる。

【００１７】何れの場合においても圧力差による弁体押
付力が働くために、図８の破線のａライン、ｂラインの
ように、行きと帰りで幾分、ヒステリシスを持つ。この
ヒステリシスの大きさは、上記図７に示すシステムに用
いた際には、エンジンの回転数が高くなる程、大きくな
る。例えばインマニ負圧が十分大きい時は、図６のよう
に弁体は右側いっぱいの位置に引きつけられており、水
の全量が流入側流路１３から第２流出側流路１８へ流れ
るように制御される。この時、水圧Ｐ₁と水圧Ｐ₃はほ
ぼ等しくなるものの、水圧Ｐ₂は、水の流れがなくなる
ので、水圧Ｐ₁と比べて低い圧力となる。このため、弁
体２７には、弁体２７の面積をＳ_Bとして、（Ｐ₁−Ｐ
₂）×Ｓ_Bの弁体押付力が働く。そして、水圧Ｐ₁と水
圧Ｐ₂を実測すると、図９のようになり、回転数が高く
なる程、（Ｐ₁−Ｐ₂）が回転数に比例して増大するた
め、弁体２７の押付力も回転数に比例して大きくなる。

【００１８】図６の状態からインマニ負圧を下げていっ
た時は、図８のｂラインのように、ｃラインより左側へ
ずれたライン上を動き、そのずれの大きさは、回転数に
比例して大きくなる。ｃラインは、弁体押付力がなかっ
たと仮定した時のラインであり、行きと帰りでヒステリ
シスのないラインである。また、インマニ負圧が十分小
さく、弁体２７が左側いっぱいの位置にある時には、上
記とは逆に、水圧Ｐ₁と水圧Ｐ₂はほぼ等しくなるが、
水圧Ｐ₃が水圧Ｐ ₁と比べて低くなるので、（Ｐ₁−Ｐ
₃）×Ｓ_Bの弁体押付力が働き、この状態からインマニ
負圧を上げていった時に、図８のａラインのようにｃラ
インより右側へずれたライン上を動き、そのずれの大き
さは、回転数に比例して大きくなる。

【００１９】そこで、本発明の第２実施例では、弁体２
７に加わる流体の圧力をも低減することで、更に精度良
く所望の圧力にて流量を調整することのできる流量調整
弁を提案する。図４に本発明の流量調整弁を内燃機関の
冷却装置に用いた構成図を示し、図１に流量調整弁の詳
細図を示す。

【００２０】図１及び図４において、上記にて説明した
図６及び図７と同一の構成については同一の番号を付し
て説明を省略する。図１に示す流量調整弁６１におい
て、６２、６３は水圧低減ポートであり、第１連通路、
第２連通路に相当する。この水圧低減ポート６２は、ダ
イヤフラム隣室３５と第１流出側流路１７とを連通する
流路であり、同様にして、水圧低減ポート６３は、ダイ
ヤフラム隣室３４と第２流出側流路１８とを連通する流
路である。

【００２１】水圧低減ポート６２、６３には、それぞれ
絞り６２１、６３１が設けられている。なお、弁体２７
が調整弁に相当する。上記説明した流量調整弁６１で
は、水圧低減ポート６２、６３が設けてあるため、上記
弁体押付力をキャンセルすることができるものである。
説明のために、まず、図２に示す如く、一方のダイヤフ
ラム室３５にのみ水圧低減ポート６２を設けたものにつ
いて説明する。図２は、弁体が図６に示す状態にあった
時の弁体押付力をキャンセルさせるものであり、図８の
ｂラインをｃラインに、回転数によらず一致させること
ができる。

【００２２】すなわち、ダイヤフラム隣室３５に水圧低
減ポート６２を設けることにより、水圧Ｐ₁と水圧Ｐ₂
の差（Ｐ₁−Ｐ₂）のルートに比例した微小流量ｑがダ
イヤフラム隣室３５内を流れる。すると、ダイヤフラム
隣室３５内の圧力は、ダイヤフラム隣室３４内の圧力に
比べ、ΔＰだけ低下し、ダイヤフラムの面積をＳ_Dとす
ると、ΔＰ×Ｓ_Dで表わされる弁体戻し力が、前述の弁
体押付力（Ｐ₁−Ｐ₂）×Ｓ_Bと逆向きに働く。圧力低
下分ΔＰは、微小流量ｑの２乗に比例し、ｑはしぼり径
をφｄとした時、ｄ²×√（Ｐ₁−Ｐ₂）に比例し、
（Ｐ₁−Ｐ₂）は回転数Ｎｅに比例するため、ΔＰ∝Ｎ
ｅとなり、結局、弁体押付力（Ｐ₁−Ｐ₂）×Ｓ_Bと弁
体戻し力ΔＰ×Ｓ_Dの大きさはお互いに比例する。

【００２３】従って、弁体押付力と弁体戻し力の大きさ
を同一にさせるように上記しぼり径φｄを選定すること
により、弁体押付力をキャンセルさせることができ、図
８のｂラインをｃラインに、回転数によらず、一致させ
ることができる。もちろん、本方法は、ｂラインをｃラ
インに一致させるようにするばかりでなく、図８のｂラ
インを右側に移動させる手段を与えるものであり、必要
に応じて、右側への移動量を自由に設定することができ
る。たとえば、ｂラインをｃラインよりもさらに右側へ
移動させて、高回転時には、ｃラインよりも大きいイン
マニ負圧の時に、弁が動くように設定することもでき
る。

【００２４】一方、図８のａラインを左側に移動させる
ためには、ダイヤフラム隣室３４側に同様の水圧低減ポ
ートを設ければ、上記と同様の理由によりａラインを左
側に移動させる移動量を自由に設定することができる。
図１（Ａ）は、インマニ負圧が十分に小さい時であり、
弁体２７が左側一杯の位置にある状態を示している。水
の主流は、流入側流路１３から第１流出側流路１７へ流
れるので、水圧Ｐ₁と水圧Ｐ₂は、ほぼ等しくなり、水
圧低減ポート６２内を水はほとんど流れない。このた
め、ダイヤフラム隣室３５内の水圧は、水圧Ｐ₁に近い
値となる。しかるに、水圧低減ポート６３内は、ｄ_A ²
√（Ｐ₁−Ｐ₃）に比例した微小流量ｑ_Aが流れるか
ら、ダイヤフラム隣室３４内の水圧は、ダイヤフラム隣
室３５内の水圧に比べΔＰ_Aだけ低下し、ΔＰ_A×Ｓ_D
の弁体戻し力が右方向に働き、弁体押付力（Ｐ₁−
Ｐ₃）×Ｓ_Bに抗するから、図８のａラインを左側へ移
動させることができる。

【００２５】同様に、インマニ負圧が十分に大きく、弁
体２７が図１（Ｂ）の位置にある時には、図１（Ａ）の
場合とは逆に、水圧低減ポート６３内を水は流れず、水
圧低減ポート６２内をｄ_B ²√（Ｐ₁−Ｐ₂）に比例し
た微小流量ｑ_Bが流れるから、ダイヤフラム隣室３５内
の水圧は、ダイヤフラム隣室３４内の水圧に比べ、ΔＰ
_Bだけ低下し、ΔＰ_B×Ｓ_Dの弁体戻し力が左方向に働
き、弁体押付力（Ｐ₁−Ｐ₂）×Ｓ_Bに抗するから、図
８のｂラインを右側へ移動させることができる。

【００２６】よって、しぼり径φｄ_Aあるいはφｄ_Bの
選定によって、図８の特性を全くヒステリシスのないｃ
ラインに設定できるのは、もちろんのこと、必要に応じ
てヒステリシスをもった任意の特性に設定することもで
きる。〔第３実施例〕次に、第３実施例の構成について、図３
に基づき説明する。なお、図１及び図６に示す実施例と
同一の構成については同一の番号を付して説明を省略す
る。

【００２７】この実施例では、水圧低減ポートを設ける
代わりに、シャフト２６の周りにダイヤフラム隣室３５
と第１流出側流路１７とを連通する間隙３７を設け、同
様にして、シャフト２６の周りにダイヤフラム隣室３４
と第２流出側流路１８とを連通する間隙３６を設けたも
のである。本実施例においても、流入側流路１３とダイ
ヤフラム隣室３４、３５とを連結する絞り通路３２、３
３に、絞り３２１、３３１が設けられているため、上記
第２実施例と同様にして、この絞り３２１、３３１の径
の大きさの調整により、圧力に対する任意の特性を持つ
流量調整弁とすることができる。

【００２８】〔第４実施例〕次に、第４実施例の構成に
ついて、図５に基づき説明する。なお、図１、図３及び
図６に示す実施例と同一の構成については同一の番号を
付して説明を省略する。この実施例は、第１流出側流路
１７のみ設けて、第２流出側流路１８を設けず、流入側
流路１３からの流体を流出側流路１７に向けて流出する
流量を調整する流量調整弁である。

【００２９】この実施例においても、２つのダイヤフラ
ム２４、２５を設けることで、流体によるダイヤフラム
への押付力をキャンセルすることができる。また、ダイ
ヤフラム隣室３５と第１流出側流路１７とを連結する水
圧低減ポート６５と、この水圧低減ポート６５に設けら
れた絞り６５１が設けられており、これらは、第２実施
例における水圧低減ポート６２と絞り６２１にそれぞれ
対応する。そして、弁体２７の一面２７２側の領域６４
とダイヤフラム隣室３４とを連通する水圧低減ポート６
６が設けられている。

【００３０】この実施例では、弁体２７が図示左側に押
しつけられている時には、流入側流路１３と流出側流路
１７とが連通して、流入側流路１３内の流体が流出側流
路１７から流出する。この時、領域６４が水圧低減ポー
ト６６によりダイヤフラム隣室３４と連結して流入側流
路１３内の圧力と同一にするため、弁体２７の両面間に
は流体による圧力差が生じない。従って、任意の特性に
精度良く設定することができる。

【００３１】一方、弁体２７が図示右側に押しつけられ
ている時には、流出側流路１７内には流体が流出しない
ように作動しており、この時、流入側流路１３内の流体
が水圧低減ポート６５を介して流出側流路１７内に流入
するため、上記第２実施例及び第３実施例と同様に作動
する。なお、上記第１実施例乃至第４実施例において
は、内燃機関の冷却装置に用いた例を示したが、これに
限られるものではなく、流路を切り換える際の流量の調
整を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）とも、本発明の流量調整弁の第
２実施例を示す要部断面図である。

【図２】流量調整弁を示す図である。

【図３】流量調整弁の第３実施例を示す要部断面図であ
る。

【図４】本発明の流量調整弁を内燃機関の冷却装置に適
用した構成図である。

【図５】本発明の第４実施例を示す要部断面図である。

【図６】本発明の流量調整弁の第１実施例を示す図であ
る。

【図７】本発明の流量調整弁を内燃機関の冷却装置に適
用した構成図である。

【図８】インマニ負圧と弁位置との関係を示す図であ
る。

【図９】エンジン回転数と水圧との関係を示す図であ
る。

【図１０】従来の流量調整弁を示す断面図である。

【符号の説明】

１３流入側流路１７第１流出側流路１８第２流出側流路２４、２５ダイヤフラム２４１、２５１ダイヤフラム室２７弁体３４、３５ダイヤフラム隣室６１流量調整弁６２、６３水圧低減ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福永博之愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者山中保利愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地日本電装株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体が流入する流入側流路と、この流入側流路から流入する流体を流出する流出側流路
と、前記流入側流路から流入し前記流出側流路に流出する流
体の流量を調節する調整弁と、この調整弁の一方に連結され、一面に第１の流量調整用
圧力を受けると共に他面に前記流体の圧力を受けて前記
調整弁を駆動する第１ダイヤフラムと、前記調整弁の他方に連結され、一面に第２の流量調整用
圧力を受けると共に他面に前記流体の圧力を受けて前記
調整弁を駆動する第２ダイヤフラムと、を備える流量調整弁。
【請求項２】前記第１ダイヤフラムの他面側領域と前
記調整弁の一方の面側に形成されて前記流出側流路に連
通する第１領域とを連通する第１連通路と、前記第２ダイヤフラムの他面側領域と前記調整弁の一方
の面側に形成された第２領域とを連通する第２連通路
と、を備える請求項１記載の流量調整弁。