WO2016092936A1 - 冷媒制御バルブ装置 - Google Patents

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丸山浩一
弓指直人
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アイシン精機株式会社
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    • F01P2031/00—Fail safe
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Definitions

  • a rotary type valve body is housed in a valve housing in which an inflow port to which a refrigerant from an internal combustion engine is supplied and a discharge port for sending out the refrigerant are formed, and the temperature of the refrigerant rises above a set value.
  • the present invention relates to a refrigerant control valve device that forcibly discharges internal refrigerant to a discharge port.
  • Patent Document 1 As a refrigerant control valve device configured as described above, Patent Document 1 has an opening through which a coolant (cooling water) of an engine water jacket is supplied and a main discharge portion, and flows from the opening to the main discharge portion. A technique with a main valve for controlling the refrigerant is shown. In this technique, a flow path is formed through which the refrigerant is sent from the opening to the main discharge section via the sub chamber and the bypass flow path, and a fail-safe valve is installed in the flow path of the refrigerant from the sub chamber to the bypass flow path. I have.
  • a bottomed cylindrical rotary slider is rotatably accommodated inside a casing, and a refrigerant from outside the casing is allowed to flow inside the rotary slider by matching the flow ports of the casing and the rotary slider.
  • the technology of supplying to the outside and sending out to the outside by a pump is shown.
  • a thermostat valve is provided at a position adjacent to the circulation port of the housing, and a flow path for supplying fluid to the pump from the thermostat valve through a gap between the outer periphery of the housing and the inner periphery of the rotary slider is formed. ing.
  • This type of valve device has a valve body that controls the flow of the refrigerant (cooling water) and an actuator that controls the valve body based on the detection result of a temperature sensor that measures the temperature of the refrigerant. Therefore, when the temperature of the refrigerant is less than the set value, such as immediately after starting the internal combustion engine, control is performed to prevent the refrigerant from circulating and warm up, and when the temperature of the refrigerant exceeds the set value. Is controlled to circulate the refrigerant through the radiator and manage the temperature of the refrigerant.
  • the valve device when the valve device is fixed in a state that prevents the circulation of the refrigerant due to a failure of the actuator or the like, the valve is opened as the temperature of the refrigerant rises and the refrigerant flow is allowed in order to suppress overheating of the internal combustion engine.
  • a fail-safe mechanism is provided.
  • the fail-safe mechanism is shown as a fail-safe valve in Patent Document 1, and is shown as a thermostat valve in Patent Document 2.
  • a fail-safe mechanism is arranged at a position where the refrigerant supplied to the valve device always contacts. Therefore, for example, even when the valve body of the valve device is already opened and the refrigerant is supplied to the radiator, the fail-safe mechanism may be opened if the temperature of the refrigerant further rises. In addition, even when the temperature of the refrigerant that contacts the fail-safe mechanism temporarily rises during warm-up, the fail-safe mechanism may be opened, and there is room for improvement from the viewpoint of temperature management of the internal combustion engine.
  • a feature of the present invention is that a valve housing in which an inflow port for supplying a refrigerant from an internal combustion engine and a discharge port for sending out the refrigerant are formed, and the valve housing is rotatable around a rotation axis.
  • a rotary valve body, and a fail-safe mechanism capable of sending the refrigerant to the discharge port via a bypass flow path when the temperature of the refrigerant from the internal combustion engine exceeds a set value The valve body integrally rotates a main control valve that controls supply and discharge of the refrigerant to the discharge port and a temperature-sensitive control valve that controls supply and discharge of the refrigerant to the greenhouse that accommodates the fail-safe mechanism.
  • the valve body When the main control valve is in a closed posture that closes the discharge port, the valve body sets the temperature-sensitive control valve to an open posture, and the main control valve is in the discharge port. Release When in the open position, there the temperature sensitive control valve that is set to the closed position.
  • the temperature-sensitive control valve when the main control valve of the valve body is in the closed position, the temperature-sensitive control valve is set in the open position, so that the refrigerant inside the valve housing is brought into direct contact with the fail-safe mechanism. It can be opened as the temperature rises.
  • the temperature-sensitive control valve when the main control valve is in the open posture, the temperature-sensitive control valve is set in the closed posture, so that the refrigerant in the valve housing does not directly contact the fail-safe mechanism, for example, The inconvenience that the fail-safe mechanism opens even when the temperature of the refrigerant inside the valve housing rises temporarily is suppressed.
  • a refrigerant control valve device that appropriately controls the temperature of the internal combustion engine using the refrigerant is configured.
  • the fail-safe mechanism closes the bypass passage with an on-off valve when the temperature of the refrigerant is lower than a set value, and the on-off valve due to thermal expansion when the temperature of the refrigerant exceeds the set value.
  • the thermostat type having a heat sensing element that opens the bypass flow path may be used.
  • the temperature-sensitive control valve when the main control valve is in a closed posture, the temperature-sensitive control valve may be opened at a position facing the temperature-sensitive greenhouse.
  • the main control valve when the main control valve is in the closed posture, it is possible to supply the refrigerant directly from the position close to the temperature sensing portion from the temperature sensitive control valve in the open posture.
  • the on-off valve can be opened in a form that reflects the temperature rise of the refrigerant.
  • a valve device V (a specific example of a refrigerant control valve device) for supplying cooling water (an example of a refrigerant) of an engine 1 as an internal combustion engine to a radiator 2 is provided, and cooling water from the radiator 2 is supplied.
  • a water pump 3 (abbreviated as W / P in the figure) for returning to the engine 1 constitutes an engine cooling system.
  • This cooling system controls the valve device V based on the measurement result of a water temperature sensor that measures the temperature (water temperature) of the cooling water inside the engine 1, and the cooling that circulates between the engine 1 and the radiator 2 by this control. Functions to set the amount of water. That is, when warm-up is required, such as immediately after the engine 1 is started, the supply of cooling water from the engine 1 to the radiator 2 is stopped, and the temperature of the engine 1 is properly maintained after warm-up. Control for setting the flow rate of the cooling water (refrigerant) is performed.
  • the valve device V includes a resin valve housing 10, a rotary resin valve body 20, and a posture setting unit 30 for setting the rotational posture of the valve body 20. And a fail-safe mechanism 40 that opens when the temperature of the cooling water exceeds a set value. Further, the valve device V includes a seal mechanism 50 between the valve body 20 and the inner end of the discharge cylinder 12 as the discharge port D.
  • the valve housing 10 includes a housing main body 11 having a flange portion 11F, a discharge cylinder 12, a temperature-sensitive greenhouse cover 13 that closes the temperature-sensitive room B (see FIG. 4), and a bypass that sends cooling water from the temperature-sensitive room B to the discharge cylinder 12.
  • a flow path 14 and a unit accommodating portion 15 that accommodates the posture setting unit 30 are provided.
  • the lid of the unit accommodating portion 15 is omitted, but the unit accommodating portion 15 has a sealed structure by being covered with the lid.
  • valve chamber A for accommodating the valve body 20 is formed inside the housing body 11, and the temperature sensing chamber B for accommodating the fail-safe mechanism 40 is formed at a position communicating with the valve chamber A.
  • An inflow port C is formed on the flange surface of the flange portion 11F. With this configuration, the flange portion 11F is connected and fixed to the outer wall of the engine 1 so that the water jacket cooling water can be directly supplied to the inflow port C.
  • the discharge cylinder 12 functions as a discharge port D, and a radiator hose that sends cooling water to the radiator 2 is connected to the discharge cylinder 12.
  • a main cylindrical portion 11 ⁇ / b> A communicating with the discharge port D and a sub cylindrical portion 11 ⁇ / b> B forming the greenhouse 25 are integrally formed of a resin material.
  • the discharge cylinder 12, the greenhouse cover 13, and the bypass flow path 14 are configured as a single body, and an internal sleeve 12A is formed at a position continuous with the discharge cylinder 12, and a flange shape is formed at a boundary position between the discharge cylinder 12 and the internal sleeve 12A.
  • the connecting portion 12B is formed.
  • the inner sleeve 12A of the discharge cylinder 12 is inserted into the main cylindrical portion 11A, the connecting portion 12B is brought into contact with the outer end portion of the main cylindrical portion 11A, and this contact portion is welded. Moreover, the greenhouse touch 13 is arrange
  • the valve body 20 is generally cylindrical with the rotation axis X as the center, the main control valve 21 is formed on one side in the direction along the rotation axis X, and the temperature-sensitive control valve 22 is on the other side. Is formed.
  • the main control valve 21 has an outer periphery formed into a spherical surface 21 ⁇ / b> A, and a main hole 21 ⁇ / b> B that allows the spherical surface 21 ⁇ / b> A to communicate with the internal space of the valve body 20 is formed.
  • the temperature-sensitive control valve 22 has an outer periphery formed into a cylindrical surface 22A, and a temperature-sensitive hole portion 22B that communicates the cylindrical surface 22A and the internal space of the valve body 20 is formed.
  • the internal space of the valve body 20 is in a state communicating with the valve chamber A, and the cooling water from the inflow port C flows into this internal space.
  • the main control valve 21 controls the supply and discharge of the cooling water to the discharge port D, and the temperature sensing control valve 22 functions to control the supply and discharge of the cooling water to the temperature sensing room B.
  • This main control valve 21 and the temperature-sensitive control valve 22 rotate integrally with the valve body 20.
  • a support portion 23 is integrally formed inside the valve body 20.
  • the support portion 23 is formed with an opening that allows cooling water to flow, and has a connecting portion formed at a central position, and an intermediate portion of the rotary shaft 24 is connected to the support portion 23.
  • the rotating shaft 24 is arrange
  • the bearing body 25 is provided in a form that fits into the inflow port C of the housing body 11.
  • the bearing body 25 is formed with an opening that allows cooling water to flow in, and a bearing portion is formed at a central position.
  • One end of the rotary shaft 24 is rotatably supported by the bearing portion.
  • a bearing portion 26 is provided on the opposite side of the housing body 11 from the inflow port C, and the other end of the rotating shaft is rotatably supported by the bearing portion 26.
  • the posture setting unit 30 is accommodated in the unit accommodating portion 15 in the sealed space.
  • the posture setting unit 30 includes a wheel gear 34 that is driven by the worm gear 33 by transmitting the driving force of the electric motor 31 to the worm gear 33 after being reduced by the reduction gear 32.
  • the wheel gear 34 is connected to the end of the rotating shaft 24.
  • the posture setting unit 30 includes a rotation angle sensor 35 that detects the posture of the valve body 20 from the rotation posture of the wheel gear 34.
  • the rotation angle sensor 35 is a non-contact type that detects the rotation angle from the magnetic flux of the permanent magnet provided in the wheel gear 34.
  • a contact type sensor such as a potentiometer may be used.
  • the electric motor 31 is actuated by an external drive signal, and the rotation angle sensor 35 is fed back to rotate the rotating shaft 24, so that the opening degree of the main control valve 21 becomes a target value. It becomes possible to set.
  • the fail-safe mechanism 40 includes a heat sensing element 41 such as wax, an on-off valve 42 supported on the end of the heat sensing element 41, and an on-off valve 42 in the closing direction. And an energizing valve spring 43.
  • valve device V when the valve body 20 is set to the closed posture shown in FIG. 3, the main control valve 21 blocks the flow of cooling water between the valve chamber A and the discharge cylinder 12, and As shown in FIG. 4, the temperature-sensitive control valve 22 causes the valve chamber A and the temperature-sensitive greenhouse B to communicate with each other.
  • the valve body 20 when the valve body 20 is set to the open posture shown in FIG. 5, the main control valve 21 communicates the valve chamber A and the discharge cylinder 12, and as shown in FIG.
  • the control valve 22 blocks the flow of the cooling water between the valve chamber A and the sensitive room B.
  • the fail-safe mechanism 40 is accommodated in the greenhouse B. Further, cooling water is supplied from the valve chamber A to the fail-safe mechanism 40 through the temperature sensing hole 22B of the temperature sensing control valve 22 only when the main control valve 21 is in the closed posture.
  • the temperature-sensitive greenhouse B is opposed to each other so that the temperature-sensitive hole 22B of the temperature-sensitive control valve 22 and the temperature-sensitive greenhouse B are linearly connected in a state where the temperature-sensitive control valve 22 is opened. Placed in position.
  • the heat sensing element 41 expands and the on-off valve 42 opens against the urging force of the valve spring 43.
  • the cooling water from the inflow port C can be sent to the bypass channel 14 via the valve chamber A and the sensitive room B and discharged from the discharge port D.
  • the operation mode of the fail safe mechanism 40 will be described later.
  • the seal mechanism 50 includes a seal ring 51, a packing 52, a support ring 53, and a spring 54, which are arranged inside the main cylindrical portion 11 ⁇ / b> A of the discharge cylinder 12. It is arranged on the outer periphery of the inner sleeve 12A.
  • the seal ring 51 is formed of a resin material whose inner diameter is slightly larger than the hole diameter of the main hole portion 21 ⁇ / b> B, and exhibits sealing performance by contacting the spherical surface 21 ⁇ / b> A of the main control valve 21.
  • the packing 52 is formed in a resin ring shape having a lip portion that contacts the outer surface of the inner sleeve 12A, and maintains water tightness with the outer periphery of the inner sleeve 12A.
  • the support ring 53 is made of a metal material such as stainless steel that causes the biasing force of the spring 54 to act on the seal ring 51.
  • the spring 54 applies a biasing force to the seal ring 51 via the support ring 53.
  • the moving members (the seal ring 51, the packing 52, and the support ring 53) that move integrally along the direction in which the biasing force of the spring 54 acts are disposed at a position surrounded by the cooling water.
  • the pressure acting on the moving member from the coolant from the direction of the valve body 20 is equal to the pressure acting from the direction of the outer wall of the valve housing 10. From this configuration, the respective pressures cancel each other, and only the urging force of the spring 54 acts on the seal ring 51, so that only the pressure necessary for sealing is applied, and a good sealing performance is realized.
  • valve device V In this valve device V, when the valve body 20 is set to the closed posture shown in FIGS. 3 and 4, the main control valve 21 blocks the flow of cooling water between the valve chamber A and the discharge cylinder 12.
  • the temperature-sensitive control valve 22 allows the valve chamber A and the temperature-sensing greenhouse B to communicate with each other and allows the cooling water to flow between them.
  • the main hole 21B of the main control valve 21 is in a closed posture in which cooling water cannot be supplied to the discharge cylinder 12.
  • the main control valve 21 communicates the valve chamber A and the discharge cylinder 12, and the temperature-sensitive control valve 22 is connected to the valve chamber A. And the flow of the cooling water between the greenhouse B and the sensitive greenhouse B are cut off.
  • This open posture is not limited to the fully open state, but also includes a posture in which cooling water flows from a part of the main hole 21B. Thus, even if the main control valve 21 does not reach the fully open state, the temperature-sensitive control valve 22 is used. Is maintained in a closed position.
  • the posture setting unit 30 sets the valve body 20 in the closed posture. As a result, the supply of the cooling water flowing into the valve chamber A from the inflow port C to the radiator 2 is shut off, and the cooling water in the valve chamber A can flow into the sensitive room B.
  • the opening / closing valve 42 is opened due to the expansion of the heat sensing element 41. (See FIG. 4).
  • the posture setting unit 30 rotates the valve body 20 to set the main control valve 21 to the open posture. Specifically, when the temperature of the cooling water is low, the opening of the main control valve 21 is set low, and the opening is set large as the temperature rises. Thus, the cooling water that has flowed into the valve chamber A from the inflow port C is supplied from the discharge cylinder 12 to the radiator 2.
  • the temperature-sensitive control valve 22 prevents the flow of cooling water between the valve chamber A and the temperature-sensitive room B from the state where the main control valve 21 is slightly opened to the state where it is fully opened. Therefore, even if the temperature of the cooling water rises, the phenomenon that the fail safe mechanism 40 is opened can be suppressed. Further, even when the temperature of the cooling water temporarily rises and the heat sensing element 41 expands due to this temperature rise and the on-off valve 42 is opened, the cooling water does not flow from the valve chamber A to the sensitive room B. Thereby, the heat management of the engine 1 can be appropriately performed without increasing the amount of cooling water supplied to the radiator 2.
  • FIGS. 9 to 11 show an embodiment in which the positions of the inflow port C and the discharge port D are exchanged with respect to the above-described embodiment.
  • the flange portion 11F formed in the discharge port D is connected to the outer wall of the engine 1 so that the cooling water from the engine 1 flows into the inflow port C via the radiator 2 and is discharged from the discharge port D.
  • a valve device V is arranged to send cooling water to the water jacket.
  • the main body 11 ⁇ / b> A communicating with the inflow port C is formed in the housing body 11, and the seal mechanism 50 is provided between the valve body 20 and the inner end of the inflow cylinder 12 a as the inflow port C. I have.
  • the internal space of the valve body 20 communicates with the discharge port D. When the valve body 20 is set to the open posture, the internal space communicates with the inflow port C.
  • the seal mechanism 50 includes a seal ring 51, a packing 52, a support ring 53, and a spring 54, which are arranged in the main cylindrical portion 11A of the inflow cylinder 12a.
  • the inner sleeve 12A is disposed on the inner periphery.
  • the packing 52 has a lip portion that contacts the inner surface of the inner sleeve 12A, and maintains water tightness with the inner periphery of the inner sleeve 12A.
  • the moving body (the seal ring 51, the packing 52, and the support ring 53) is surrounded by the cooling water from the inflow port C.
  • the pressures acting on both surfaces of the moving member are equalized, the respective pressures are offset, and only the urging force of the spring 54 acts on the seal ring 51. Therefore, good sealing performance is realized.
  • the temperature sensitive room B communicates with the inflow port C through the bypass flow path 14, and the cooling water from the inflow port C is supplied to the fail safe mechanism 40.
  • the heat sensing element 41 expands and the on-off valve 42 is opened against the urging force of the valve spring 43.
  • the temperature sensing hole 22B of the temperature sensing control valve 22 is set to a fully opened posture, the cooling water from the inflow port C is sent to the valve chamber A via the bypass channel 14 and the temperature sensing chamber B. And discharged from the discharge port D.
  • the temperature sensing hole 22B is in an open state. Overheating of the engine 1 is suppressed.
  • the temperature-sensitive control valve 22 prevents the flow of the cooling water between the valve chamber A and the temperature-sensitive greenhouse B from the state where the main control valve 21 is slightly opened to the state where it is fully opened. Therefore, even if the temperature of the cooling water rises, the phenomenon that the fail safe mechanism 40 is opened can be suppressed.
  • a port for supplying the cooling water of the valve chamber A to the EGR cooler, the heater core, or the like may be formed in the valve housing 10 by setting the posture of the valve body 20. Thereby, the supply and discharge of the cooling water with respect to the apparatus with which the vehicle was equipped is enabled by the setting of the attitude
  • the temperature-sensitive control valve 22 is not provided with a seal, but a seal having the same shape as the seal mechanism 50 of the main control valve 21 may be provided. Further, a simple seal such as an O-ring may be provided on the cylindrical surface 22A of the temperature-sensitive control valve 22 without using a coil spring as in the seal mechanism 50.
  • the present invention can be used in a refrigerant control valve device that supplies and discharges refrigerant from an internal combustion engine to a radiator.

Abstract

内燃機関の冷媒の温度上昇に伴い開放するフェイルセーフ機構を適正に開放させる冷媒制御バルブ装置を構成する。流入ポートから吐出ポートに送る冷媒を制御する主制御弁と、流入ポートから感温室に送る感温制御弁とを、弁体に形成する。感温室の冷媒の温度が設定値を超えた場合に開放して感温室の冷媒を吐出ポートに供給するフェイルセーフ機構を備えている。主制御弁が吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、感温制御弁を開放姿勢に設定し、主制御弁が吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、感温制御弁を閉塞姿勢に設定する。

Description

冷媒制御バルブ装置
　本発明は、内燃機関からの冷媒が供給される流入ポートと、冷媒を送り出す吐出ポートとが形成されたバルブハウジングにロータリ型の弁体が収容され、冷媒の温度が設定値を超えて上昇した場合に、内部の冷媒を強制的に吐出ポートに排出する冷媒制御バルブ装置に関する。
　上記のように構成された冷媒制御バルブ装置として特許文献１には、エンジンのウォータジャケットの冷媒（冷却水）が供給される開口と、メイン吐出部とを有し、開口からメイン吐出部に流れる冷媒を制御するメインバルブを備えた技術が示されている。この技術では、開口から副室部と、迂回流路とを介してメイン吐出部に冷媒を送る流路が形成され、副室部から迂回流路に冷媒を流れる流路にフェイルセーフ用バルブを備えている。
　この特許文献１の技術では、メインバルブが閉じた状態にあっても冷媒の温度上昇に伴いフェイルセーフ用バルブが開放することにより、開口からの冷媒をメイン吐出部に排出できる。
　特許文献２では、筐体の内部に有底筒状の回転スライダが回転自在に収容され、筐体と回転スライダとの流通口を合致させることで、筐体外部からの冷媒を回転スライダの内部に供給し、ポンプにより外部に送り出す技術が示されている。この技術では、筐体の流通口に隣接する位置にサーモスタット弁を備え、このサーモスタット弁から筐体の外周と回転スライダの内周との隙間を介してポンプに流体を供給する流路が形成されている。
　この特許文献２の技術では、回転スライダの内部に冷媒が流れない位相にある場合でも、冷媒の温度上昇に伴いサーモスタット弁が開放することにより冷媒をポンプに送り循環させることが可能となる。
特開２０１３‐２３８１５５号公報 特表２０１２‐５１９８００号公報
　この種のバルブ装置は、冷媒（冷却水）の流れを制御する弁体と、冷媒の温度を計測する温度センサの検出結果に基づいて弁体を制御するアクチュエータとを有している。従って、内燃機関の始動直後のように冷媒の温度が設定値未満である場合には、冷媒の循環を阻止して暖機を図る制御が行われ、冷媒の温度が設定値を超えた場合には冷媒を、ラジエータを介して循環させ、冷媒の温度管理を行う制御が行われる。
　また、アクチュエータ等の故障によりバルブ装置が冷媒の循環を阻止する状態に固定された場合には、内燃機関のオーバーヒートを抑制するために、冷媒の温度上昇に伴って開放し、冷媒の流れを許容するフェイルセーフ機構を備えている。尚、フェイルセーフ機構は、特許文献１ではフェイルセーフ用バルブとして示され、特許文献２でサーモスタット弁として示されている。
　しかしながら、特許文献１と特許文献２との何れの技術であっても、バルブ装置に供給される冷媒が常に接触する位置にフェイルセーフ機構が配置されている。従って、例えば、バルブ装置の弁体が既に開放して冷媒がラジエータに供給される状況でも、冷媒の温度が更に上昇した場合にはフェイルセーフ機構が開放することがあった。また、暖機時にフェイルセーフ機構に接触する冷媒の温度一時的に上昇した場合にも、フェイルセーフ機構が開放することも考えられ内燃機関の温度管理の観点から改善の余地がある。
　そこで、冷媒を用いた内燃機関の温度管理を適正に行う冷媒制御バルブ装置を構成することが望まれている。
　本発明の特徴は、内燃機関からの冷媒が供給される流入ポート、及び、冷媒を送り出す吐出ポートが形成されたバルブハウジングと、前記バルブハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転自在に備えられたロータリ型の弁体と、前記内燃機関からの冷媒の温度が設定値を超えた場合に、冷媒をバイパス流路を介して前記吐出ポートに送り出すことが可能なフェイルセーフ機構と、を備え、前記弁体が、前記吐出ポートへの冷媒の給排を制御する主制御弁と、前記フェイルセーフ機構が収容された感温室への冷媒の給排を制御する感温制御弁とを一体回転するように備えて構成され、当該弁体は、前記主制御弁が前記吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、前記感温制御弁を開放姿勢に設定し、前記主制御弁が前記吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、前記感温制御弁を閉塞姿勢に設定する点にある。
　この構成によると、弁体の主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、感温制御弁が開放姿勢に設定されるため、バルブハウジング内部の冷媒をフェイルセーフ機構に対して直接的に接触させ、温度上昇に伴い開放させることが可能となる。また、主制御弁が開放姿勢にある場合には、感温制御弁が閉塞姿勢に設定されるため、フェイルセーフ機構に対してバルブハウジング内の冷媒を直接的に接触させることがなく、例えば、バルブハウジングの内部の冷媒の温度が一時的に上昇した場合にもフェイルセーフ機構が開放する不都合を抑制する。更に、感温室の温度が一時的に上昇し、フェイルセーフ機構が冷媒を吐出ポートに送り出す状態に切りかわった場合でも、感温室へ冷媒が供給されないため、冷媒が吐出ポートから過剰に送り出される不都合を招くこともない。従って、冷媒を用いた内燃機関の温度管理を適正に行う冷媒制御バルブ装置が構成された。
　他の特徴構成として、前記フェイルセーフ機構が、冷媒の温度が設定値未満である場合に開閉弁で前記バイパス流路を閉じ、冷媒の温度が設定値を超える場合には熱膨張により前記開閉弁で前記バイパス流路を開放する熱感知体を有したサーモスタット型に構成されても良い。
　これによると、冷媒の温度が設定値を超えた場合に熱感知体が膨張する単純な現象を利用して開閉弁を開放させることが可能となる。
　他の特徴構成として、前記主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、前記感温制御弁が前記感温室に対向する位置で開放しても良い。
　これによると、主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、開放姿勢となる感温制御弁から感温部に対して近接する位置から直接的に冷媒を供給することが可能となる。これにより、冷媒の温度上昇に反映する形態で開閉弁を開放できる。
冷却システムの構成を示す図である。 バルブ装置の全体構成を示す斜視図である。 主制御弁を閉塞した状態でのバルブ装置の縦断面図である。 主制御弁を閉塞した状態でのバルブ装置の横断面図である。 主制御弁を開放した状態でのバルブ装置の縦断面図である。 主制御弁を開放した状態でのバルブ装置の横断面図である シール機構の断面図である。 バルブ装置の分解斜視図である。 別実施形態のバルブ装置の縦断面図である。 別実施形態のバルブ装置の横断面図である。 別実施形態のシール機構の断面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
　図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１の冷却水（冷媒の一例）をラジエータ２に供給するバルブ装置Ｖ（冷媒制御バルブ装置の具体例）を備えると共に、ラジエータ２からの冷却水をエンジン１に戻すウォータポンプ３（同図ではＷ／Ｐと略記）を備えてエンジンの冷却システムが構成されている。
　この冷却システムは、エンジン１の内部の冷却水の温度（水温）を計測する水温センサの計測結果に基づいてバルブ装置Ｖを制御し、この制御によりエンジン１とラジエータ２との間に循環する冷却水の水量を設定するように機能する。つまり、エンジン１の始動直後のように暖機を必要とする場合にはエンジン１からラジエータ２への冷却水の供給を停止し、暖機の後にはエンジン１の温度を適正に維持するように冷却水（冷媒）の流量を設定する制御が行われる。
〔バルブ装置〕
　図２～４及び図８に示すように、バルブ装置Ｖは、樹脂製のバルブハウジング１０と、ロータリ型となる樹脂製の弁体２０と、弁体２０の回転姿勢を設定する姿勢設定ユニット３０と、冷却水の温度が設定値を超えた場合に開放するフェイルセーフ機構４０とを備えている。更に、このバルブ装置Ｖは、弁体２０と吐出ポートＤとしての吐出筒１２の内端との間にシール機構５０を備えている。
　バルブハウジング１０は、フランジ部１１Ｆを有するハウジング本体１１と、吐出筒１２と、感温室Ｂ（図４を参照）を閉じる感温室カバー１３と、感温室Ｂの冷却水を吐出筒１２に送るバイパス流路１４と、姿勢設定ユニット３０を収容するユニット収容部１５とを備えている。図面では、ユニット収容部１５の蓋体を省略しているが、このユニット収容部１５は蓋体で覆われることにより密封構造となる。
　このバルブ装置Ｖでは、弁体２０を収容するバルブ室Ａが、ハウジング本体１１の内部に形成され、フェイルセーフ機構４０を収容する感温室Ｂがバルブ室Ａと連通する位置に形成されている。また、フランジ部１１Ｆのフランジ面には流入ポートＣが形成されている。この構成から、フランジ部１１Ｆをエンジン１の外壁に連結固定することにより、ウォータジャケットの冷却水が流入ポートＣに直接的に供給することが可能となる。また、吐出筒１２は、吐出ポートＤとして機能するものであり、この吐出筒１２にはラジエータ２に冷却水を送るラジエータホースが接続する。
　ハウジング本体１１には吐出ポートＤに連通する主筒状部１１Ａと、感温室Ｂを形成する副筒状部１１Ｂとが樹脂材により一体形成されている。また、吐出筒１２と感温室カバー１３とバイパス流路１４とは一体物として構成され、吐出筒１２に連なる位置に内部スリーブ１２Ａが形成され、吐出筒１２と内部スリーブ１２Ａと境界位置にフランジ状の連結部１２Ｂが形成されている。
　この構成から、吐出筒１２の内部スリーブ１２Ａを主筒状部１１Ａに内挿し、連結部１２Ｂを主筒状部１１Ａの外端部に接触させ、この接触部位を溶着する。また、感温室カバー１３を、副筒状部１１Ｂを閉塞する位置に配置して溶着する。これにより、吐出筒１２が突設状態で形成され、感温室Ｂと吐出筒１２とがバイパス流路１４を介して連通する。
　弁体２０は、全体的に回転軸芯Ｘを中心とする筒状であり、回転軸芯Ｘに沿う方向での一方側に主制御弁２１が形成され、他方側に感温制御弁２２が形成されている。主制御弁２１は、外周が球状面２１Ａに成形され、この球状面２１Ａと弁体２０の内部空間とを連通させる主孔部２１Ｂが穿設されている。感温制御弁２２は、外周が円柱状面２２Ａに成形され、この円柱状面２２Ａと弁体２０の内部空間とを連通させる感温孔部２２Ｂが穿設されている。
　つまり、弁体２０の内部空間はバルブ室Ａと連通する状態にあり、この内部空間に対して流入ポートＣからの冷却水が流入する状態にある。また、主制御弁２１は、吐出ポートＤへの冷却水の給排を制御し、感温制御弁２２は感温室Ｂへの冷却水の給排を制御するように機能し、この主制御弁２１と感温制御弁２２は弁体２０と一体的に回転する。
　また、弁体２０の内部にはサポート部２３が一体形成されている。このサポート部２３は、冷却水の流動を可能にする開口が形成されると共に、中央位置に連結部を形成しており、サポート部２３に対して回転軸２４の中間部分が連結する。これにより回転軸２４が回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置される。
　ハウジング本体１１の流入ポートＣに嵌め込む形態で軸受体２５を備えている。この軸受体２５は冷却水の流入を可能にする開口が形成されると共に、中央位置に軸受部が形成され、この軸受部に対して回転軸２４の一端が回転自在に支持されている。また、ハウジング本体１１のうち流入ポートＣと反対側に軸受部２６を備え、この軸受部２６に対して回転軸の他端が回転自在に支持されている。
　姿勢設定ユニット３０は、密封空間のユニット収容部１５に収容される。この姿勢設定ユニット３０は、電動モータ３１の駆動力を、減速ギヤ３２で減速してウォームギヤ３３に伝え、このウォームギヤ３３で駆動されるホイールギヤ３４を備えている。このホイールギヤ３４が回転軸２４の端部に連結する。
　姿勢設定ユニット３０は、ホイールギヤ３４の回転姿勢から弁体２０の姿勢を検出する回転角センサ３５を備えている。この回転角センサ３５は、ホイールギヤ３４に備えた永久磁石の磁束から回転角度を検出する非接触型であるが、例えば、ポテンショメータのように接触型のものを用いても良い。
　この構成から、外部からの駆動信号で電動モータ３１が作動すると共に、回転角センサ３５の信号をフィードバックすることにより、回転軸２４を回転させ、主制御弁２１の開度を目標とする値に設定することが可能となる。
〔フェイルセーフ機構〕
　図４、図６に示すように、フェイルセーフ機構４０は、ワックス等の熱感知体４１と、この熱感知体４１の端部に支持された開閉弁４２と、開閉弁４２を閉じ方向に付勢するバルブスプリング４３とを備えている。
　このバルブ装置Ｖでは、弁体２０が図３に示す閉塞姿勢に設定された場合、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２との間での冷却水の流れを遮断すると共に、図４に示すように、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとを連通させる。これとは逆に、弁体２０が図５に示す開放姿勢に設定された場合、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２とを連通させると共に、図６に示すように、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとの間での冷却水の流れを遮断する。
　前述したように、フェイルセーフ機構４０は感温室Ｂに収容されている。また、主制御弁２１が閉塞姿勢にある場合にのみ、感温制御弁２２の感温孔部２２Ｂを介してバルブ室Ａから冷却水がフェイルセーフ機構４０に供給される。つまり、感温室Ｂは感温制御弁２２が開放する状態で、この感温制御弁２２の感温孔部２２Ｂと、感温室Ｂとが直線的に結ぶ位置関係となるように各々が対向する位置に配置されている。
　そして、冷却水の温度が設定値を超えることで図４に示す如く、熱感知体４１が膨張し、バルブスプリング４３の付勢力に抗して開閉弁４２が開放する。これにより、流入ポートＣからの冷却水をバルブ室Ａと感温室Ｂとを介してバイパス流路１４に送り、吐出ポートＤから排出できる。フェイルセーフ機構４０の作動形態は後述する。
〔シール機構〕
　図７に示すように、シール機構５０は、シールリング５１と、パッキン５２と、支持リング５３と、スプリング５４とで構成され、これらは、吐出筒１２のうち主筒状部１１Ａの内部に配置される内部スリーブ１２Ａの外周に配置されている。
　シールリング５１は、その内径が主孔部２１Ｂの孔径より僅かに大きく形成された樹脂材料で形成され、主制御弁２１の球状面２１Ａに接触することによりシール性を現出する。パッキン５２は、内部スリーブ１２Ａの外面に接触するリップ部を有する樹脂製のリング状に形成され、内部スリーブ１２Ａの外周との水密性を維持する。支持リング５３は、スプリング５４の付勢力をシールリング５１に作用させるステンレス等の金属材料で構成されている。スプリング５４は、支持リング５３を介してシールリング５１に付勢力を作用させる。
　このバルブ装置Ｖでは、ハウジング本体１１の内壁面と主制御弁２１の球状面２１Ａの外周との間に隙間が形成されているため、シール機構５０が配置された空間に対して冷却水が充満し、この空間に対して流入ポートＣと等しい圧力が作用する。
　このシール機構５０では、スプリング５４の付勢力が作用する方向に沿って一体的に移動する移動部材（シールリング５１とパッキン５２と支持リング５３）が冷却水に取り囲まれる位置に配置されるため、この移動部材に対して冷却水から弁体２０の方向から作用する圧力と、バルブハウジング１０の外壁の方向から作用する圧力とが等しい。この構成から、各々の圧力が相殺し、シールリング５１に対してスプリング５４の付勢力だけが作用することになり、シールに必要な圧力だけを作用させ、良好なシール性を実現する。
〔バルブ装置の制御形態〕
　このバルブ装置Ｖでは、弁体２０が図３、図４に示す閉塞姿勢に設定された場合、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２との間での冷却水の流れを遮断し、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとを連通させ、これらの間での冷却水の流れを許容する。
　この構成のバルブ装置Ｖでは、主制御弁２１の主孔部２１Ｂが吐出筒１２に冷却水を供給できない閉塞姿勢となる。しかしながら、本実施形態のバルブ装置Ｖでは、吐出筒１２に冷却水が供給されない閉塞姿勢でもフェイルセーフ機構４０に冷却水を供給することが必要となる。従って、本実施形態のバルブ装置Ｖで弁体２０の閉塞姿勢では、図３、図４に示す如く、主制御弁２１が閉塞状態にあり、感温制御弁２２の感温孔部２２Ｂが全開となる姿勢に設定される。
　また、弁体２０が、図５、図６に示す開放姿勢に設定された場合、主制御弁２１が、バルブ室Ａと吐出筒１２とを連通させ、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとの間での冷却水の流れを遮断する。この開放姿勢は、全開状態に限らず、主孔部２１Ｂの一部から冷却水が流れる姿勢も含むものであり、このように主制御弁２１が全開状態に達しない姿勢でも感温制御弁２２は閉塞姿勢に維持される。
　従って、エンジン１の暖機時には、姿勢設定ユニット３０が弁体２０を閉塞姿勢に設定する。これにより、流入ポートＣからバルブ室Ａに流入した冷却水のラジエータ２への供給が遮断され、感温室Ｂにはバルブ室Ａの冷却水の流入が可能となる。
　特に、姿勢設定ユニット３０等が故障し、主制御弁２１が閉塞姿勢に固定された状況で冷却水の温度が設定値を超えた場合には、熱感知体４１の膨張により開閉弁４２が開放する（図４を参照）。このように開放することでエンジン１の冷却水をバルブ室Ａから感温室Ｂに送り、更に、感温室Ｂからの冷却水をバイパス流路１４から吐出筒１２に供給することが可能となり、エンジン１のオーバーヒートが抑制される。
　また、暖機運転を終えた後には、姿勢設定ユニット３０が弁体２０を回転させ主制御弁２１を開放姿勢に設定する。具体的には、冷却水の温度が低い状態では主制御弁２１の開度が低く設定され、温度上昇に従って、開度が大きく設定される。これにより、流入ポートＣからバルブ室Ａに流入した冷却水が吐出筒１２からラジエータ２に供給される。
　この開放姿勢では主制御弁２１が僅かに開いた状態から全開に至る状態まで、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとの間での冷却水の流れを阻止する。従って、冷却水の温度が上昇してもフェイルセーフ機構４０が開放する現象を抑制できる。更に、冷却水の温度が一時的に上昇し、この温度上昇により熱感知体４１が膨張して開閉弁４２が開放した場合でも、バルブ室Ａから感温室Ｂに冷却水が流れることはない。これにより、ラジエータ２へ供給される冷却水の水量を増大させることがなく、エンジン１の熱管理を適正に行える。
〔別実施形態〕
　上述した実施形態以外に以下のように構成しても良い。基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。尚、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。
（ａ）図９～図１１には、上述した実施形態に対して、流入ポートＣと吐出ポートＤとの位置を入れ替えた実施形態が示される。この場合、例えば、吐出ポートＤに形成されたフランジ部１１Ｆをエンジン１の外壁に連結することにより、エンジン１からの冷却水をラジエータ２を経由して流入ポートＣに流入させ、吐出ポートＤからウォータジャケットに冷却水を送るようにバルブ装置Ｖが配置される。
　図９に示すように、ハウジング本体１１には流入ポートＣに連通する主筒状部１１Ａが形成され、弁体２０と流入ポートＣとしての流入筒１２ａの内端との間にシール機構５０を備えている。また、弁体２０の内部空間は吐出ポートＤと連通しており、弁体２０が開放姿勢に設定された場合には、この内部空間が流入ポートＣと連通される。
　図１１に示すように、シール機構５０は、シールリング５１と、パッキン５２と、支持リング５３と、スプリング５４とで構成され、これらは、流入筒１２ａのうち主筒状部１１Ａの内部に配置される内部スリーブ１２Ａの内周に配置されている。パッキン５２は、内部スリーブ１２Ａの内面に接触するリップ部を有して内部スリーブ１２Ａの内周との水密性を維持している。
　本実施形態では、内部スリーブ１２Ａの内周の空間をシール収容空間としているため、移動体（シールリング５１とパッキン５２と支持リング５３）が流入ポートＣからの冷却水に取り囲まれる。その結果、この移動部材の両面に作用する圧力が等しくなり、各々の圧力が相殺され、シールリング５１に対してスプリング５４の付勢力だけが作用する。よって、良好なシール性が実現される。
　図１０に示すように、感温室Ｂは、バイパス流路１４を介して、流入ポートＣと連通しており、流入ポートＣからの冷却水がフェイルセーフ機構４０に供給される。これにより、冷却水の温度が設定値を超えたとき、熱感知体４１が膨張し、バルブスプリング４３の付勢力に抗して開閉弁４２が開放される。そして、感温制御弁２２の感温孔部２２Ｂが全開となる姿勢に設定された場合、流入ポートＣからの冷却水は、バイパス流路１４と感温室Ｂとを介してバルブ室Ａに送られ、吐出ポートＤから排出される。
　その結果、姿勢設定ユニット３０等が故障し、主制御弁２１が閉塞姿勢に固定された状況で冷却水の温度が設定値を超えた場合でも、感温孔部２２Ｂが開いた状態であるのでエンジン１のオーバーヒートが抑制される。一方、主制御弁２１が僅かに開いた状態から全開に至る状態まで、感温制御弁２２が、バルブ室Ａと感温室Ｂとの間での冷却水の流れを阻止する。従って、冷却水の温度が上昇してもフェイルセーフ機構４０が開放する現象を抑制できる。
（ｂ）弁体２０の姿勢の設定によりバルブ室Ａの冷却水を、ＥＧＲクーラや、ヒータコア等に供給するためのポートを、バルブハウジング１０に形成しても良い。これにより、単一の弁体２０の姿勢の設定により、車両に備えた装置類に対する冷却水の給排を可能にする。
（ｃ）上述した実施形態では、感温制御弁２２の部位にシール類を備えていないが、主制御弁２１のシール機構５０と同様の形状のシールを備えても良い。また、シール機構５０のようにコイルスプリングを用いずにＯ－リング等の単純なシールを感温制御弁２２の円柱状面２２Ａに外嵌するように備えても良い。
　本発明は、内燃機関の冷媒をラジエータに給排する冷媒制御バルブ装置に利用することができる。
１　　　　　内燃機関（エンジン）
１０　　　　バルブハウジング
１４　　　　バイパス流路
２０　　　　弁体
２１　　　　主制御弁
２２　　　　感温制御弁
４０　　　　フェイルセーフ機構
４１　　　　熱感知体
４２　　　　開閉弁
Ｂ　　　　　感温室
Ｃ　　　　　流入ポート
Ｄ　　　　　吐出ポート
Ｘ　　　　　回転軸芯 

Claims (3)

  1. 　内燃機関からの冷媒が供給される流入ポート、及び、冷媒を送り出す吐出ポートが形成されたバルブハウジングと、
    　前記バルブハウジングの内部で回転軸芯を中心に回転自在に備えられたロータリ型の弁体と、
    　前記内燃機関からの冷媒の温度が設定値を超えた場合に、冷媒をバイパス流路を介して前記吐出ポートに送り出すことが可能なフェイルセーフ機構と、を備え、
    　前記弁体が、前記吐出ポートへの冷媒の給排を制御する主制御弁と、前記フェイルセーフ機構が収容された感温室への冷媒の給排を制御する感温制御弁とを一体回転するように備えて構成され、当該弁体は、前記主制御弁が前記吐出ポートを閉塞する閉塞姿勢にある場合に、前記感温制御弁を開放姿勢に設定し、前記主制御弁が前記吐出ポートを開放する開放姿勢にある場合に、前記感温制御弁を閉塞姿勢に設定する冷媒制御バルブ装置。
  2. 　前記フェイルセーフ機構が、冷媒の温度が設定値未満である場合に開閉弁で前記バイパス流路を閉じ、冷媒の温度が設定値を超える場合には熱膨張により前記開閉弁で前記バイパス流路を開放する熱感知体を有したサーモスタット型に構成されている請求項１に記載の冷媒制御バルブ装置。
  3. 　前記主制御弁が閉塞姿勢にある場合には、前記感温制御弁が前記感温室に対向する位置で開放する請求項１又は２に記載の冷媒制御バルブ装置。
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