JP4187131B2

JP4187131B2 - サーモスタット装置

Info

Publication number: JP4187131B2
Application number: JP2000169766A
Authority: JP
Inventors: 浩須田; 利隆鈴木; 匡洋徳永
Original assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Current assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: US20020104892A1; US6592046B2; JP2001317355A; CA2369239A1; EP1207283A1; EP1207283A4; EP1207283B1; WO2001083961A1; CA2369239C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の冷却を司るサーモスタット装置にかかり、特には従来のサーモスタットと比較して通水抵抗が小く、またエンジン始動時の冷却水温度とは関係なく弁体の作動を制御できるために冷却水の即暖化及びエンジンの燃費向上を図ることができるサーモスタット装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関等の冷却系統に配置されるサーモスタット装置は、冷却系統の循環流路に充填される冷却液の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵するセンサケースを備え、この熱膨張体の膨張・収縮に伴う体積変化により弁体の開閉を行って、冷却液を所定の温度に保持する機能とするものである。
【０００３】
従来のサーモスタット装置の例としては図７に示すものがあるが、このサーモスタット装置１Ａは、２つの部材で構成された弁ハウジング３１，３２内に弁体の駆動部であるサーモスタット作動部３０を備えている。このサーモスタット作動部３０は弁ハウジング３２に固持されるとともに、サーモスタット作動部３０に内装する作動ピストン９によって第一の弁体３３と第二の弁体３５（バイパスバルブ）を作動させ、メイン通路３４とバイパス通路３６を制御する。
サーモスタット作動部３０のハウジング３７は、ホルダ３９によって保持されており、このホルダ３９はハウジング３７における前記作動ピストンが突出する側と反対側の端部をキャップ状に包囲している。キャップ状のホルダ３９は弁ハウジング３２に支持されている。
【０００４】
第一の弁体３３にはその断面がポット状の中央領域が設けられており、その中央部にサーモスタット作動部３０が配置されている。この中央領域は第一の弁体３３が閉弁位置においてはホルダ３９と伴にメイン通路３４を遮断状態とする。サーモスタット作動部３０の図示しない作動ピストンの軸方向延長線上にはボルト３８が設けられており、このボルト３８上に滑りガイドによって第二の弁体３５（バイパスバルブ）が取りつけられバイパス通路３６を開閉する。第二の弁体３５（バイパスバルブ）はバネ部材４１により付勢されている。第一の弁体３３はバネ部材４０により付勢されており、このバネ部材４０は弁ハウジング３１に支持されている。
【０００５】
このような構成のサーモスタット装置１Ａは、エンジンからの冷却液がスリーブ４２から流入するとバイパス通路３６からエンジンへの循環、あるいはスリーブ４３を経由してラジエータへ循環するように配置されている。
エンジン始動時の暖気前には冷却水は低温であるために、バイパス３６から流入した冷却水は直接エンジンに戻される。
暖気運転後に冷却水が所定の温度に到達すると、ハウジング３７内のワックスがこの温度により膨張してサーモスタット作動部３０の図示しない作動ピストンを伸張させる。この作動ピストンの伸張によって第一の弁体３３はバネ部材４０の付勢力に抗して下降しメイン通路３４を遮断状態から開放状態とするとともに第二の弁体３５（バイパスバルブ）はバイパス通路３６を遮断する。そのためにスリーブ４２から流入した冷却水はスリーブ４３を経由してラジエータへ流入する。
【０００６】
なお、ハウジング３７内のワックスを強制的に膨張させるためにハウジング３７に加熱部位４４を設けるとともにこの加熱部位４４を弁ハウジング３２より突出させて過熱素子４５を接続させる構造のものもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のサーモスタット装置１Ａは、冷却水の感温部であるハウジング３７が冷却液通路内に配置されているためにスリーブ４２から流入する冷却水の通水抵抗は大きくなり、そのために冷却水を強制循環させるウォーターポンプの小型化は困難であった。
また、エンジン始動時の暖気運転時にはエンジンからの冷却水とラジエータからの冷却水がハウジング３７近傍で混合状態となってハンチング現象が生ずる場合もあり、このような現象が生ずるとエンジンへ流入する冷却水温度が安定せず燃費の向上を図ることや冷却水の即暖化を図ることもが困難となる。防止策としては感温部であるハウジング３７の直前で冷却水をミキシングするために弁ハウジング３２の構造の工夫やジャマ板と称されるような整流板を取りつける必要があった。
さらには、入り口制御としてサーモスタット装置１Ａを配置した場合にはエンジンから流入する冷却水を感知することもあり、そのためにオーバーシュト等の誤動作を起こす場合もあった。
【０００８】
そこで、本発明に係るサーモスタット装置はこれらの問題点に鑑みなされたものであってその目的とするところは、エンジン始動時にあっても冷却水の即暖化が図れるとともに燃費向上が図れ、さらには冷却水の通水抵抗が小さなサーモスタット装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上のような問題点を解決するため、本発明に係るサーモスタット装置は、
本体にメイン弁体とボトム側にバイパス弁体を有するボトムバイパス形状のサーモスタット装置のハウジング内で、サーモエレメントのピストン先端に支持されるメインシャフトには、前記メイン弁体とバイパス弁体が支承されるとともに、前記サーモエレメントの感温部がラジエータ出口側からの冷却水に直接接触せずにエンジン出口側よりの一部の冷却水に接触して感温するように配置され、
前記感温部には発熱素子が装着され、冷却水温による前記メイン弁体及びバイパス弁体の開閉に加え、当該発熱素子の印加により弁体開閉の制御を自在とする構成とすることである。
【００１０】
このような構成とすることにより、エンジン始動時の暖気運転時にはエンジンからの冷却水によるハンチング現象の防止を図ることができ、また燃費の向上や冷却水の即暖化を図ることができる。従って感温部であるハウジングの直前で冷却水をミキシングするために、弁ハウジングの構造的な改良や整流板を取りつける必要もない。
【００１１】
また、前記ハウジングには、エンジン出口よりの一部の冷却水が流入する第１の流入スリーブと、ラジエータより冷却水が流入する第２の流入スリーブと、前記第１の流入スリーブよりの一部の冷却水をエンジン内部の冷却水メイン流路若しくはバイパス流路に流入させるサブ流路及びラジエータよりの冷却水がエンジン内部の冷却水メイン流路へ流出させるメイン流路が形成されていることである。
【００１２】
このようにそれぞれの流路をハウジング内部に形成することによって、サーモスタット装置の内部構造の簡素化が図れるとともに、耐熱プラスティック等の樹脂素材によりハウジング自体を一体的に製造することができ、そのためサーモスタット装置のユニット化への対応が可能となる。
【００１３】
また、バイパスバルブの上方にメインバルブを配置し、更に上方にサーモエレメントを配置するとともに、サーモエレメントと前記メインバルブの間に前記第１の流入スリーブを設けることである。
【００１４】
このような構成とすることにより、サーモエレメントをハウジング内の冷却水通路内に配置する必要がなくなり、冷却水の通水抵抗が削減でき、サーモスタット装置の構造の簡素化が図れる。また前記スリーブ１の流量すなわちスリーブの直径を変化させ他の通路との流量比を変化させることにより前記サーモエレメントの応答性が容易に変更可能となる。また、発熱素子の発熱量とのバランスのバランスも容易に調整可能となる。
【００１５】
また、前記サーモエレメントは、前記第１のスリーブからの冷却水が前記サーモエレメント感温部の一部にのみ接触するように配置するとともにとともに、シール部材を介して冷却水路外に発熱素子を設ける構成とするものである。
【００１６】
このような構成とすることにより、サーモエレメントが感温する冷却水の量をハウジング内部構造を変更するのみで、容易に変更可能になるため、サーモエレメントの応答性が容易に変更可能となる。また、発熱素子の発熱量とのバランスのバランスも容易に調整可能となる。
さらに、発熱素子を冷却水通路外に配置することにより、電気的な信頼性の向上及びメンテナンスの向上が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
このような構成による本発明に係るサーモスタット装置の実施の形態について、添付する図面に沿って説明を行う。
【００１８】
図１乃至図６は本発明に係るサーモスタット装置の実施の形態を示し、図１乃至図４は第１の実施の形態を、図５乃至図６は第２の実施の形態を示す。
【００１９】
図１乃至図４に示す第１の実施の形態のサーモスタット装置１は、耐熱プラスチック等の樹脂素材により一体的に形成された本体のハウジング１０と、エレメント４に内装され冷却液の感温部である図示しないワックスの膨張によってメイン弁体１１とボトム側のバイパス弁体１８を開閉するバルブ駆動部２０により構成されている。ここで、ハウジング１０とバルブ駆動部２０の各々について詳細に説明する。
【００２０】
（１）ハウジング１０について
サーモスタット装置１のハウジング１０は、前述の如く高温化した冷却水の温度に十分耐え得ることのできる耐熱プラスチック等の樹脂素材により射出成形加工されている。なお、用途により金属製でも可能である。
ハウジング１０には、エンジン始動時に冷却水をサーモスタット装置１へ直接流入させるバイパススリーブ１２と、エンジンの暖機運転後にラジエータからの冷却水をサーモスタット装置１へ流入させるメインスリーブ５と、バイパススリーブ１２から流入しエレメント４の感温部の一部に接触した冷却水をエンジンへ流出させるためのサブ流路８及びラジエータからの冷却水をエンジンへ流出させるためのメイン流路３（図４を参照）が形成されている。
また、このハウジング１０の内部には、バイパススリーブ１２を経由して流入する冷却水がエレメント４の感温部の一部にのみ接触する位置とするように、エレメント４自体を保持可能となるような逆凹形状のエレメント格納部が成形されている。さらに、ハウジング１０の外側部にはエレメント４を強制的に加熱させる発熱素子１４への電源供給のためのコネクタ接続部１３が形成されている。
【００２１】
（２）バルブ駆動部２０について
バルブ駆動部２０は、冷却水の温度を感温して内装するワックスの膨張によりピストン９を伸張させる機構のエレメント４と、ピストン９の先端部に接続されるメインシャフト７と、このメインシャフト７に支承されるメイン弁体１１とバイパス弁体１８とから構成されている。
メインシャフト７のメイン弁体１１とバイパス弁体１８間には円盤状のフレーム１６が固着されるとともに、このフレーム１６とメイン弁体１１間にはメイン弁体１１を付勢するメインスプリング１５が固着されている。また、メインシャフト７のフレーム１６下部位置にはバイパス弁体１８を付勢するようにバイパススプリング１７が固着されている。なお、メイン弁体１１の適宜位置にはジグルバルブ１９が配置されていて、冷却水の注水時におけるエアー抜きの役割を果たす。
さらに、エレメント４の頭部にあって冷却水と接触しない箇所には発熱素子１４が取りつけられているが、この発熱素子４に印加するとによりバルブ駆動部２０を制御でき、エンジンの運転状況に応じて図示しないＥＣＵからの出力信号により、例えばエンジン負荷が大きくなった時に冷却水温度が高くなる場合に早く開弁、又は通常よりもリフト量を大きくしエンジンを冷やす等のエンジン自体の制御も可能となる。
なお、発熱素子４としてはニクロムヒータ、ＰＴＣ素子、ペルチェ素子等のものがあるが、用途により選択することができる。
【００２２】
（３）サーモスタット装置１の作用
エンジン始動時などの冷却水が冷たい場合、エンジン出口より流出した冷却水はサーモスタット装置１のハウジング１０のバイパススリーブ１２よりサーモスタット装置１内に流入する。サーモスタット装置１内に流入した冷却水はバルブ駆動部２０のエレメント４に接触した後、バルブ駆動部２０のバイパス弁体１８がいわゆる開弁状態となっているためにエンジンブロックのバイパス流路を開放状態としているのでにサブ流路８を経由してエンジンブロックのバイパス側に直接流入する。一方エンジン出口より流出した冷却水はラジエータにも流入するが、このラジエータからの冷却水もメインスリーブ５よりサーモスタット装置１内部に流入する。ところがメイン流路３はメインスプリング１５の付勢力により付勢されたメイン弁体１１により遮断されているために、ラジエータからの冷却水はエンジンへの流出ができない状態となっている。このような状態が継続され、ラジエータを経由しない冷却水は早期に暖気される。所定の温度に冷却水が達するとこの冷却水の水温をエレメント４のワックスが感温して次第に膨張する。このワックスの膨張に伴ってピストン９が伸張し、ピストンに９を介して接続されるメインシャフト７も伸張する。メインシャフト７が伸張するとこのメインシャフト７に支承されるメイン弁体１１はメインスプリング１５の付勢力に抗して下降し遮断状態としていたメイン通路３を開放し、ラジエータからの冷却水をエンジンへ流出する。一方メインシャフト４の端部に支承されるバイパス弁体１８はメインシャフト７の伸張に伴って他の一部のエンジンからの流路を遮断する。
なお、バイパススリーブ１２よりの一部のエンジンからの冷却水の流入はサーモエレメントの感温のためにそのまま行われる。
【００２３】
図５乃至図６に示すサーモスタット装置１は第２の実施の形態を示すものであるが、このサーモスタット装置１は第１の実施の形態で説明したサーモスタット装置１のバルブ駆動部２０を同じ構造とするものの、ハウジング１０のみをエンジンに直接取り付ける構造とするものとは異なものとしている。
上部ハウジング１０Ａに下部ハウジング１０Ｂを取り付ける構造とするものであるが、このようにハウジングを構造とすることにより、エンジン構造とは関係無くどのようなタイプのエンジンにも取り付けが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明を行った本発明のサーモスタット装置１によれば次のような効果を奏する。
エレメントをハウジング内部に配置しないためにハウジング内部での冷却水の通水抵抗が削減できる。そのためサーモスタット装置の内部構造の簡素化が図れるとともに、耐熱プラスティック等の樹脂素材によりハウジング自体を一体的に製造することができ、サーモスタット装置のユニット化への対応が可能となる。
エンジン始動時の暖気運転時にはエンジンからの冷却水によるハンチング現象防止を図ることができ、また燃費の向上や冷却水の即暖化を図ることができる。
従って感温部であるハウジングの直前で冷却水をミキシングするために、弁ハウジングの構造的な改良や整流板を取りつける必要もなくなる。
【００２５】
更に、加熱素子を設けることによりエンジン負荷や外気温に応じて、開弁温度を可変とすることが可能であり、又、加熱素子と素子への通電を行うハーネスを通路外に配置したので、シール性が良好となり漏電の危険もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーモスタット装置の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】図１のサーモスタット装置の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における矢視断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線における矢視断面図である。
【図５】本発明に係るサーモスタット装置の第２の実施の形態を示す縦断面図である。
【図６】第２の実施の形態を示す断面図である。
【図７】従来のバイパス構造を有するポペットタイプのサーモスタット装置の断面図である。
【符号の説明】
１サーモスタット装置
１Ａ従来のサーモスタット装置
３メイン流路
４エレメント
５メインスリーブ
７メインシャフト
８サブ流路
９ピストン
１０ハウジング
１１メイン弁体
１２ボルト（弁軸）
１４発熱素子
１５メインスプリング
１７バイパススプリング
１８バイパス弁体
２０バルブ駆動部

Claims

本体にメイン弁体とボトム側にバイパス弁体を有するボトムバイパス形状のサーモスタット装置のハウジング内で、
サーモエレメントのピストン先端に支持されるメインシャフトには、前記メイン弁体とバイパス弁体が支承されるとともに、前記サーモエレメントの感温部がラジエータ出口側からの冷却水に直接接触せずにエンジン出口側よりの一部の冷却水に接触して感温するように配置され、
前記感温部には発熱素子が装着され、冷却水温による前記メイン弁体及びバイパス弁体の開閉に加え、当該発熱素子の印加により弁体開閉の制御を自在とすることを特徴とするサーモスタット装置。
前記ハウジングには、エンジン出口よりの一部の冷却水が流入する第１の流入スリーブと、ラジエータより冷却水が流入する第２の流入スリーブと、前記第１の流入スリーブよりの一部の冷却水をエンジン内部の冷却水メイン流路若しくはバイパス流路に流出させるサブ流路及びラジエータよりの冷却水がエンジン内部の冷却水メイン流路へ流出させるメイン流路が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のサーモスタット装置。
バイパスバルブの上方にメインバルブを配置し、更に上方にサーモエレメントを配置するとともに、サーモエレメントと前記メインバルブの間に前記第１の流入スリーブを設けることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載のサーモスタット装置。
前記サーモエレメントは、前記第１のスリーブからの冷却水が前記サーモエレメント感温部の一部にのみ接触するように配置するとともにとともに、シール部材を介して冷却水路外に発熱素子を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項にサーモスタット装置。