JP4898040B2 - 制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的なアクチュエータによって変位可能な弁部材を備えた、熱伝達媒体のための制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の制御弁は、たとえば、冷却液の流量を調節して、所定の温度水準、すなわち制御水準、が維持されるようにするために、冷却回路内で使用される。しかし、たとえば電流供給が断たれた場合あるいは他の故障によって、電気的なアクチュエータが動かなくなるという危険がある。同様に、制御装置が故障によって誤った指令を出力するという危険がある。その場合には、冷却液の温度が上がり過ぎて、それが冷却装置または被冷却部材を損傷する危険がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で挙げた種類の制御弁を、電流供給の途絶、あるいは制御信号の伝達におけるエラーまたはその他の故障が発生した場合でも、誤機能をほぼ回避することができるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、媒体にさらされる感熱作動部材が設けられており、その感熱作動部材の応答温度が媒体の予め定められた温度に合わせて設定されていて、感熱作動部材を弁部材に補助駆動装置として連結することによって解決される。
【０００５】
従って、付加的な感熱作動部材によって、電気的エネルギの供給および電気的なアクチュエータから完全に独立した、安全機能が実現される。感熱作動部材によって、通常の制御温度を越える安全温度が予め定められ、電気的なアクチュエータが故障した場合でもその安全温度は越えられることがない。
【０００６】
第１の態様においては、弁部材は回転スライダであって、その軸にアームが取り付けられており、感熱作動部材はそのアームに対応づけられている。通常駆動においては、回転スライダは電気的なアクチュエータによって感熱作動部材とは関係なく移動される。しかし、予め定められた温度を越えた場合には、感熱作動部材が軸のアームに作用して、回転スライダを強制的に開放された位置へ移動させる。この位置から回転スライダは、応答温度を再び下回った場合にのみ、復帰移動される。
【０００７】
本発明の他の態様においては、感熱作動部材は、アクチュエータと弁部材との間の駆動結合内に配置されている。予め定められた温度がまだ達成されない間は、感熱作動部材は引っ込んだままであって、駆動結合の力と操作距離のみを伝達する。しかし、予め定められた温度を越えると、付加的な駆動運動が生成されて、それが弁部材をその開放位置の方向へ移動させる。
【０００８】
他の態様においては、感熱作動部材は弁部材に直接付設されている。感熱作動部材は、予め定められた温度を越えた場合には、電気的なアクチュエータとは関係なく弁部材を移動させる。
【０００９】
本発明の改良態様においては、感熱作動部材は、付勢されたリターンスプリングを有する構成ユニットを形成する。この場合には、感熱作動部材は安全装置として作用するだけでなく、予め定められた、より高い温度においては制御機能も行使することができる。というのは感熱作動部材は、媒体が冷えた場合には、リターンスプリングによって復帰されるからである。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、感熱作動部材は混合室内に配置されており、弁部材によって制御されて、熱い媒体のための少なくとも１つの流入口と冷却された媒体のための流入口がその混合室へ通じている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴と利点は、図面に示す実施の形態についての以下の説明から明らかにされる。
図１に示す制御弁は、たとえば内燃機関の冷却液温度を制御するために使用される。制御弁は、エンジン出口から来る、暖められた、あるいは発熱する冷却液のための流入口１１を備えた弁ハウジング１０を有している。制御弁は、他の流入口１２を有しており、流入口１２にはラジエータから来る冷却液が供給される。これら２つの冷却液流は、混合室１３内で一緒に案内され、混合室１３は図示されていない冷却液ポンプを介して内燃機関へ通じている。２つの流入口１１、１２には、回転スライダ１４が付設されており、その回転スライダ１４は窓１５を有しており、その窓１４は、図１に示すように、流入口１１と混合室１３との間の接続が開放され、流入口１２と混合室１３との間の接続は遮断されるように、あるいは流入口１１と混合室１３との間の接続は遮断され、流入口１２と混合室１３との間の接続が開放されるように、あるいは２つの流入口１１、１２の混合室１３に対する接続が部分的に開放されるようにすることができる。
【００１２】
カップ形状に形成された回転スライダ１４は、軸１６上に配置されており、軸１６は電気的なアクチュエータ１７に属しており、アクチュエータ１７はソレノイド、直流モータ、リニアモータまたはステッピングモータなどで形成することができる。軸１６はさらに、混合室１３の領域内でウェブによって保持された軸受１８内に軸承されている。
【００１３】
軸１６には、半径方向に配置されたアーム１９が取り付けられており、アーム１９に感熱作動部材２０が付設されている。混合室１３内にある感熱作動部材２０は、軸１６に対して横方向に延びる張り出し方向を有する補助アクチュエータを形成する。混合室１３内に固定的に保持されている、感熱作動部材２０のハウジング２１は、膨張物質、たとえばワックス混合物によって充填されており、そのワックス混合物は通常の制御温度を上回る応答温度に合わせて設計されている。感熱作動部材２０のピストン２２は、軸１６のアーム１９に対向する、カップ形状の伝達部材２３に作用する。カップ形状の伝達部材２３は、感熱作動部材２０のハウジング２１を把持しており、かつその開放端部の回りにはフランジが設けられている。フランジを有する端部は、スプリング受け２５を保持しており、リターンスプリング２４がそのスプリング受け２５に支持され、リターンスプリング２４の反対側の端部はハウジング２１のリングカラーに支持されている。
【００１４】
予め定められた、制御領域を越える応答温度に達して、それを上回った場合には、作動ピストン２２が張り出して、伝達部材２３を連動し、伝達部材２３はアーム１９に作用して軸１６を、回転スライダ１４が開放方向、すなわち冷却された冷却液のための流入口１２が混合室１３と接続される方向に、回動させる。
【００１５】
電気的なアクチュエータ１７が故障した場合には、感熱作動部材２０は補助アクチュエータとして作用して、許容される最高温度を越えることを阻止する。その場合に感熱作動部材２０は、制御機能も可能にする。というのは、リターンスプリング２４は、予め定められた最高温度を再び下回った場合に、作動ピストン２２を復帰させるからである。この制御機能を保証するためには、もちろん軸１６にもリターンスプリングを対応させなければならないであろう。
【００１６】
図２に示す実施の形態においては、２分割された弁ハウジング２６、２７内に弁部材として軸方向スライダ２８が配置されている。図２に示す制御弁も、たとえば内燃機関の冷却液を制御するために用いられる。
【００１７】
弁ハウジング２６、２７には、直接エンジン出口から来る冷却液のための流入口２９と、ラジエータから来る冷却された冷却液のための流入口３０と、たとえば冷却液ポンプへ通じる接続端３１が設けられている。さらに、弁ハウジング２６、２７は流入口３２を有しており、たとえばヒーターなどのような付加装置を通して案内される冷却液がその流入口へ流れ戻る。
【００１８】
軸方向スライダ２８は、流入口２９、３０と混合室３３との間の接続を制御し、混合室３３から冷却液が流出する。内燃機関がその駆動温度に達しない間は、流入口２０からだけ、直接内燃機関から来る冷却液が接続端３１へ流れて、そこから内燃機関へ戻る。ヒーターなどがスイッチオンされている場合には、このヒーターから来る冷却液が同様に混合室３３へ流れる。というのは、軸方向スライダ２８は開放した底を有しているからである。軸方向スライダ２８が図示の位置から軸方向に（下方へ）移動されると、流入口３０と混合室３３との間の接続が解放され、それに応じて流入口２９と混合室３３の間の接続は減少され、場合によっては完全に閉鎖される。軸方向スライダ２８の変位は、電気的なアクチュエータ３４によって行われ、アクチュエータ３４は、前述と同様に、ソレノイド、直流モータ、リニアモータ、ステッピングモータなどで構成することができる。
【００１９】
アクチュエータ３４と、軸方向スライダ２８として形成された弁部材との間の作動連結部材内に、感熱作動部材３５が配置されており、感熱作動部材３５はそのハウジング３６と共に混合室３３内に配置されている。ハウジング３６内には、予め定められた応答温度に応答する膨張物質、たとえばワックス混合物が設けられている。この応答温度に達して、それを越えた場合には、作動ピストン３７がハウジング３６から張り出す。作動ピストン３７は、連結部材３８に支持されており、連結部材３８はアクチュエータ３４の操作スピンドルと結合されている。軸方向スライダ２８の底の、ウェブによって保持されている中央部分は、感熱作動部材のハウジング３６のリングカラーの、作動ピストン３７とは反対の側に添接している。連結部材３８は、ケージ状の部分によって感熱作動部材のハウジング３６を把持し、かつその開放端部には一周するフランジとされた端縁が設けられている。この端縁にスプリング受け４０が保持されておりリターンスプリング４１がこのスプリング受けに対して支持される。このリターンスプリング４１の反対側の端部は、ハウジング３６のリングカラーに支持されている。
【００２０】
たとえば電気的なアクチュエータ３４が作動せず、あるいは応答しないことにより、混合室３３内の温度が予め定められた温度を上回ると、作動ピストン３７がハウジング３６から張り出す。それによってハウジング３６は、リターンスプリング４１に抗して作動ピストンに対して移動される。その場合にハウジング３６は軸方向スライダ２８を連動するので、冷却された冷却液に対応する流入口３０と混合室３３との間の接続が開放される。この場合にも感熱作動部材３５は、冷却液の温度が予め定められた応答温度の下で変動した場合には、ある程度の制御機能を行使する。
【００２１】
図３に示す制御弁も、内燃機関の冷却回路に使用することができる。制御弁は弁ハウジング４２を有しており、弁ハウジング４２は直接内燃機関から来る冷却液のための流入口４３と、ラジエータから来る冷却液のための流入口４４と、内燃機関へ戻る接続端４５を有している。２つの流入口４３、４４の間には混合室４６が設けられており、混合室４６の流入口４３、４４に対する接続が、主弁皿４７とバイパス弁皿４８によって制御される。
【００２２】
主弁皿４７とバイパス弁皿４８の位置は、電気的なアクチュエータ４９によって定められ、アクチュエータ４９は、前述のようにソレノイド、直流モータ、リニアモータまたはステッピングモータなどとして形成することができる。線形に変位可能な駆動部材５０は、感熱作動部材５１を介在させて弁皿４７、４８と結合されている。感熱作動部材５１のハウジング（このハウジングにバイパス弁皿４８を収容するボルトが溶接されている）は、膨張物質を収容しており、その膨張物質は、通常の制御領域の最高温度を越える応答温度に合わせて設計されている。従って通常機能においては、主弁皿４７とバイパス弁皿４８の位置は、電気的なアクチュエータ４９だけによって定められる。しかし、感熱作動部材５１の応答温度に達してそれを越えた場合に、感熱作動部材５１の作動ピストン５２が張り出し、作動ピストン５２は電気的なアクチュエータ４９の駆動部材５０に支持されている。その場合に感熱作動部材５１のハウジングは、主弁皿４７とバイパス弁皿４８と共に変位されるので、流入口４４を介して冷却された冷却液が増量されて流入する。
【００２３】
電気的なアクチュエータ４９の駆動部材５０は、リングカラーを有しており、感熱作動部材５１に付設されたリターンスプリング５３がそのリングカラーに支持される。付勢されたリターンスプリング５３の反対側の端部は、保持部材５４を介して感熱作動部材５１のハウジングと堅固に結合されている。
【００２４】
図４に示す実施の形態においては、パイプ形状の弁ハウジング５６内に、弁部材としてフラップ５８が設けられており、フラップ５８は軸に対して横方向に延びる回転軸５９を中心に、破線でしめされているアクチュエータ６０によって回動可能である。フラップ５８の流入側において、弁ハウジング内に感熱作動部材６１が配置されており、感熱作動部材６１の作動方向は流れ方向に対して平行である。感熱作動部材６１のハウジング６２からは、そのハウジング６２内にある膨張物質の応答温度が達成された場合に、作動ピストン６３が張り出す。作動ピストン６３は、回転軸５９の隣りに距離をおいてフラップ５８に作用するので、作動ピストン６３が張り出した場合には、それはフラップ５８を開放するトルクをもたらす。作動ピストン６３には、リングカラーに作用するリターンスプリング６４が付設されており、リターンスプリング６４の他方の端部は作動ピストン６３を包囲する保持部材６５に支持されており、その保持部材６５はハウジング６２と堅固に結合されている。感熱作動部材６１は、この保持部材６５によって弁ハウジング５６内でホルダ６６に保持され、ホルダ６６は半径方向ウェブによって弁ハウジング５６の内壁に固定されている。
【００２５】
図５に示す実施の形態においては、弁ハウジング６７には、流入口６８と出口６９が設けられている。これら両者の間に、２つの弁皿７０、７１を有する弁部材が配置されており、これら弁皿は電気的なアクチュエータ７２によって互いに同時に変位可能である。この電気的なアクチュエータ７２は、他のすべての実施形態の場合と同様に、ソレノイド、直流モータ、リニアモータ、ステッピングモータなどとすることができる。駆動部材７３と弁皿７０、７１との間には、感熱作動部材７４が配置されている。感熱作動部材７４のハウジング７５は、リングカラーによって弁皿７１を保持する。ハウジング７５の底には、ボルト７９が溶接されており、ボルト７９上に弁皿７０が固定されている。作動ピストン７６は、アクチュエータ７２の駆動部材７３の延長上に配置されている。作動ピストン７６にはリターンスプリング７７が付設されており、そのリターンスプリング７７の他方の端部は、保持部材７８によって支持されており、保持部材７８は感熱作動部材７４のハウジング７５に固定されている。
【００２６】
感熱作動部材７４は、ハウジング７５内に収容されている膨張物質によって、応答温度に合わせて設計されており、その応答温度に達してそれを越えた場合に、作動ピストン７６が張り出す。作動ピストン７６は、電気的なアクチュエータの駆動部材７３に支持されているので、それが張り出した場合にハウジング７５は弁皿７０、７１と共に移動するので、その場合には弁は開放され、あるいは電気的なアクチュエータ７２の駆動部材７３の位置によって設定されているよりもさらに開放される。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転スライダを有する制御弁の断面図である。
【図２】軸方向スライダを有する本発明に基づく制御弁の断面図である。
【図３】主弁皿とバイパス弁皿とを有する制御弁の断面図である。
【図４】フラップを有する流量弁の断面図である。
【図５】２つの弁皿を有する流量弁の断面図である。
【符号の説明】
１０、２６、２７、４２、５６、６７…弁ハウジング
１４…回転スライダ
１５…窓
１９…アーム
２０、３５、５１、６１、７４…感熱作動部材
２２、３７、５２、６３、７６…作動ピストン
２３、３８…伝達部材
２４、４１、５３、６４、７７…リターンスプリング
２５、４０…スプリング受け
２８…軸方向スライダ
３４、４９、６０、７２…アクチュエータ
４７…主弁皿
４８…バイパス弁皿
５８…フラップ
７０、７１…弁皿

Claims (4)

1. 電気的なアクチュエータによって変位可能な弁部材を有する、熱伝達媒体のための制御弁において、
   媒体にさらされる感熱作動部材（２０、３５、）が設けられており、その感熱作動部材の応答温度は予め設定された温度に合わせて設計されており、かつ前記感熱作動部材は補助アクチュエータとして弁部材（１４；２８）に連結されており、
   感熱作動部材（２０，３５）のハウジング（２１、３６）の周りにリターンスプリング（２４、４１）が配設され、リターンスプリング（２４、４１）の周りに伝達部材（２３、３８）が配設され、
   リターンスプリング（２４、４１）の一端が感熱作動部材（２０，３５）のハウジング（２１、３６）に支持され、他端が伝達部材（２３、３８）に支持されている、
   ことを特徴とする制御弁。
2. 弁部材が回転スライダ（１４）であって、その軸（１６）にアーム（１９）が取り付けられており、そのアームに感熱作動部材（２０）が連結されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
3. 感熱作動部材（３５）は、アクチュエータ（３４）と弁部材（２８）との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
4. 感熱作動部材（２０、３５）は混合室（１３、３３）内に配置されており、弁部材（１４；２８）によって制御されて、熱い媒体のための少なくとも１つの流入口（１１、２９）と、冷却された媒体のための流入口（１２、３０）が前記混合室へ通じていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置。

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