JP6257037B2 - サーモスタット装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばオイルウォーマー機能をもつオイルクーラーシステムに採用して好適なリリーフバルブ付サーモスタットバルブによるサーモスタット装置に関する。

自動車のエンジンの冷却水系において、ＡＴオイルの即暖化を図るために、オイルウォーマー機能を有するオイルクーラーシステムを付設することが一般に知られている。そして、この種のオイルクーラーシステムにおいては、エンジン始動直後の低温時などにエンジン水温の上昇速度を必要以上に低下させることがないように、オイルクーラシステムにつながる冷却水通路の一部に、サーモスタット装置を設け、冷却水温度に応じて冷却水の流れを制御するような構成が従来から採用されている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、低温時には、冷却水のオイルクーラーシステムへの流れを制限するとともに、高温時には、冷却水の所要の流れを得て、オイルクーラーとしての機能を発揮させることができるものである。

また、上述した冷却水の流れを冷却水温度によって制御するサーモスタット装置としては、例えば、特許文献２に示されるように、サーモエレメントから進退動作するピストンの先端部に弁体を設け、ピストンの進出動作で弁体を開弁させ、退出動作で閉弁させるような構成によるものが採用されていた。

そして、このようなサーモスタット装置を用いると、冷却水温度が低温時には弁体が閉弁状態を維持し、高温状態になったときに、弁体が開弁して、冷却水をオイルクーラー側に流すことができるものである。

特開２０１０−１５０９９８号公報 特開平２−１５７４１８号公報

ところで、上述したサーモスタット装置によれば、冷却水温度が低温状態であっても、冷却水の圧力が上昇すると、弁体が開弁してしまう虞れがあり、オイルクーラーへの冷却水の流れ制御が適切に行えないといった問題を生じる。

このため、冷却水通路において、サーモスタット装置の上流側にリリーフバルブを設け、冷却水の圧力に応じて流路を開閉するように構成し、サーモスタット装置による冷却水温度による冷却水の流量制御を適切に行えるようにすることも考えられるが、流量制御のために部品点数が多くなり、装置の大型化を招き、コスト高となる等の不具合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、流体通路の流路を流体温度に応じて開閉するために用いられるとともに、流体圧力に応じて流体通路を開閉するリリーフ機能を備え、全体の小型かつコンパクト化を図り、低コスト化も達成できるサーモスタット装置を得ることを目的とする。

このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係るサーモスタット装置は、流体通路の途中に設けられ流体温度に応じて該流体通路を開閉するメインバルブと、このメインバルブの上流側に一体的に付設され流体圧力に応じて該流体通路を開閉するリリーフバルブとを備え、前記流体通路内の流体温度が所定温度以上で、かつ流体圧力が所定圧力以上になった場合に限り、該通路中の流路が連通するように構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項２記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１において、前記流体通路内の流体温度が所定温度以下である場合には、メインバルブは閉状態を保ち、流体圧力が変動してリリーフバルブが開状態となったとしても、該通路中の流路が非連通状態を維持するように構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項３記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１または請求項２において、前記サーモスタット装置は、前記流体通路内に配設されるフレームに保持固定され流体通路の流路方向に進退動作されるピストンを有するサーモエレメントを備え、前記ピストンの先端に設けた弁体を、該ピストンの進出動作により流路の下流側に移動させて開弁し、退出動作により流路の上流側に移動させて閉弁するように構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項４記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項３において、前記サーモエレメントの底部には流路の上流側に延設されたロッド部が設けられ、このロッド部の先端には、常時流路上流側への付勢力を付与されたリリーフバルブ用弁体が、移動可能な状態で保持され、この弁体が逆止弁として流体通路の一部を閉塞するように構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項５記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記リリーフバルブまたはメインバルブの一部に、流体通路中の流体をリークさせるためのリーク部が形成されていることを特徴とする。

以上説明したように本発明に係るサーモスタット装置によれば、流体通路の途中に設けられ流体温度に応じて該流体通路を開閉するメインバルブと、このメインバルブの上流側に一体的に付設され流体圧力に応じて該流体通路を開閉するリリーフバルブとを備え、流体通路内の流体温度が所定温度以上で、かつ流体圧力が所定圧力以上になった場合に限り、該通路中の流路が連通するように構成することにより、簡単な構成であるにもかかわらず、以下に列挙する種々優れた効果を奏する。

１、流体量を温度に応答して制御するメインバルブと、流体圧力に応答して制御するリリーフバルブとを、流体の流れの方向に並べて一体化して構成するとともに、流体量の制御を温度と圧力とに応答してそれぞれ所要の状態で制御できるものであり、全体の小型かつコンパクト化が可能であり、コスト低減も図れる。また、メインバルブ、リリーフバルブを必要最小限の部品で一個所に組み込むことができるから、流体通路内での無用な流体の滞留を防ぐことができるから、流体循環用のオイルポンプの負荷・容量を小さくでき、かつオイルポンプの回転数により圧力が高くなったとしてもオイルクーラ等への負担が軽減されるため、装置の耐久性も向上する。

２、例えばエンジン等の負荷装置が低温時に高負荷状態となり、急激に流体圧力が上昇したとしても、メインバルブは閉じているため、オイルクーラへのオイルが流れず、熱交換が促進されないため、早期に暖気が可能となる。また、高温時でも所定圧力に達していなければ（つまり低負荷時）は、リリーフバルブが閉弁し、流体の流れが生じないため、熱交換を促進させず、高温状態を維持しておくことが可能となり、燃費向上に貢献可能となる。

３、メインバルブの弁体の開弁方向を流体の流れる方向と同方向とすることにより、開弁間際においてはスムーズに開弁し、完全なる開弁時にも流体がスムーズに流れることから、通水抵抗も小さくなり、より効果的にオイルクーラでの熱交換が可能となる。
４、サーモエレメントをフレームに保持固定し、ピストンの動きでメインバルブ弁体を流体の流れの下流側に向けて開閉動作させるとともに、リターンスプリングにより付勢したリリーフバルブ用弁体をサーモエレメントの流路下流側に配置しているから、このメインバルブの動きとは無関係にリリーフバルブが作動可能であり、温度に応動するサーモエレメントのピストンの進退運動を加味することなくリリーフバルブの開弁圧を所望する開弁圧に設定することがきわめて簡単かつ確実に行える。よって、リリーフスプリングについて、設計の自由度が確保できる。

５、リリーフバルブにリーク部を設けることにより、リリーフバルブが開いて一気に感温するのではなく、あらかじめサーモエレメントに感温させておくことができ、メインバルブを、より温度に正確に応動させることが可能となる。また、メインバルブにリーク部を設けた場合は、連通するのでさらに温度に正確に応動させることが可能となる。

本発明に係るサーモスタット装置の一実施形態を示す要部断面図である。 図１のサーモスタット装置においてメインバルブの開作動状態を示す要部断面図である。 本発明に係るサーモスタット装置の一実施形態を示し、メインバルブ、リリーフバルブがそれぞれ開状態、閉状態にあるときの作動（Ｉ）〜（ＩＶ）を説明するための作動説明図である。 本発明に係るサーモスタット装置を適用して好適なオイルクーラーシステムの概略構成図である。

図１ないし図４は本発明に係るサーモスタット装置の一つの実施形態を示すものであり、これらの図において、この実施形態では、図４に示したようなオイルクーラーシステム１に本発明によるサーモスタット装置１０を採用した場合を説明している。

ここで、このオイルクーラーシステム１は、例えば特開２０１０−１５０９９８号公報等に示されるようなエンジン冷却水系に付設されるオイルウォーマー機能を有するシステムである。なお、図中２はオイルクーラー、３はトランスミッション、４はオイルクーラー２、トランスミッション３と、サーモスタット装置１０との間で冷却水を循環させる流体通路である。勿論、この流体通路４の途中には、エンジンの冷却水系を接続する部位も存在するが、ここでの図示や説明は省略する。

前記サーモスタット装置１０は、図３、図４から明らかなように、筒状の装置ハウジング１４とその一端を塞ぐ蓋体１５とを備え、その内部にサーモスタット装置１０を構成するメインバルブ（サーモバルブ）２０とリリーフバルブ３０等が組み込まれている。なお、図中１１は流体通路の一部を構成する内部空間、１２は流体入口、１３は流体出口であり、これらによってサーモスタット装置１０内の流体通路が構成されている。

前記サーモスタット装置１０の主要部は、図１、図２に示すように構成されている。すなわち、前記メインバルブ２０は、サーモバルブとして流体の温度に応答して開閉動作するものであって、全体がカップ形状を呈する装置フレーム２１内に配置され、該フレーム２１に保持固定されているサーモエレメント２６を備えている。このサーモエレメント２６は、周知の通り、内部に温度影響により熱膨張、熱収縮するワックス等の熱膨張体が封入され、その熱膨張、熱収縮によりピストン２７が進退動作するように組み込まれているものである。

なお、前記サーモエレメント２６は、その下端部２６ａがフレーム２１下端側の筒部２１ａに対して嵌合保持されることで固定されている。勿論、この固定にあたっては、かしめ、ろう付け、溶接、その他の手段を採用することは自由である。

前記フレーム２１の開口端には、装置ハウジング１４側に固定されるフランジ２２がかしめ等で固定して設けられ、このフランジ２２の中央に筒状部２２ａがピストン２７の進出方向に設けられ、その先端部がメインバルブ２０の弁座２３を構成するようになっている。

図中２４は筒状部２２ａの先端部分を閉塞可能に構成されたメインバルブ２０の弁体であり、この弁体２４の中央部には、前記ピストン２７の先端部と嵌合するキャップ部材２５がかしめ等で固定されている。このキャップ部材２５には、前記ピストン２７の先端部が嵌合する嵌合凹部が設けられ、これにより前記弁体２４が、該ピストン２７の進退動作に応じて該ピストン２７の軸線方向に開閉動作するように構成されている。
なお、２８は弁体２４を閉弁方向に付勢するリターンスプリング、２９は一部が前記弁体２４に対しキャップ部材２５と共に組付け固定されるスプリング受けである。

このような構造によれば、サーモエレメント２６が流体の温度影響により熱膨張することにより、ピストン２７は、図１、図２に示すように、図中上方に向かって進出動作し、これによりメインバルブ２０の弁体２４が弁座２３から離れて開弁状態となる。一方、サーモエレメント２６内のワックスが熱収縮すると、ピストン２７を進出させる作用力が消失することから、リターンスプリング２８の付勢力で弁体２４は、弁座２３に着座し、閉弁状態となる。これらの動きは、図１、図２から明らかであろう。

すなわち、本発明によるサーモスタット装置１０では、サーモエレメント２６のピストン２７を、流体通路１１の流れの方向に沿って進退動作するように構成しており、ピストン２７の先端に設けた弁体２４を、該ピストン２７の進出動作により流体通路１１による流路下流側に移動させることにより弁座２３から離間して開弁するようにし、ピストン２７の退出動作とリターンスプリング２８の付勢力とにより流体通路１１の流路上流側に移動させて弁座２３に着座させて閉弁するように構成している。

一方、前記フレーム２１に対し保持固定されるサーモエレメント２６の反ピストン側の端部には、ロッド部３１が突出して設けられている。そして、このロッド部３１の先端には、リリーフバルブ３０用のプレート状弁体３０ａがロッド部３１の軸線方向に移動可能に設けられ、この弁体３０ａとサーモエレメント２６の底部との間に配設したリターンスプリング３２によりロッド部３１の先端部に付勢保持されている。

このようなリリーフバルブ３０の弁体３０ａは、通常状態では、装置ハウジング１４の内部空間１１において、リターンスプリング３２の付勢力により流路上流側に付勢されることにより、流体入口１２による開口を閉塞するように配置されている。すなわち、この弁体３０ａは、該開口部分でリターンスプリング３２により弾性支持され、その上、下流側に生じる差圧で動く逆止弁となっている。
そして、このようなリリーフバルブ３０は、図３に示すように、流体圧力に応じて弁体３０ａの両端側に生じる差圧に応じて開閉動作する。

本発明によれば、上述した構成によるサーモスタット装置１０において、流体通路１１，１２，１３の途中に設けられ流体温度に応じて該流体通路１１，１３を開閉するメインバルブ２０と、このメインバルブ２０の上流側に一体的に付設され流体圧力に応じて該流体通路１１，１２を開閉するリリーフバルブ３０とを用いることにより、図２、図３（ＩＶ）に示すように、流体通路内の流体温度が所定温度以上で、かつ流体圧力が所定圧力以上になった場合に限り、該通路中の流路が連通するように構成している。

さらに、本発明によれば、流体通路１１内の流体温度が所定温度以下である場合には、図１、図３（Ｉ）、（ＩＩＩ ）に示すように、メインバルブ２０は閉状態を保ち、流体圧力が変動して、例えば差圧が１００ｋＰａ以上になり、リリーフバルブ３０が開状態となったとしても、該通路１１，１３中の流路が非連通状態を維持するように構成されている。

以上の構成によるサーモスタット装置１０によれば、流体温度に応答して制御するメインバルブ２０と、流体圧力に応答して制御するリリーフバルブ３０とを流体の流れの方向に並べて一体化して構成するとともに、流体量の制御を温度と圧力とに応答してそれぞれを所要の状態で制御できるものであり、全体の小型かつコンパクト化が可能であり、コスト低減も図れる。また、メインバルブ２０、リリーフバルブ３０を必要最小限の部品で一個所に組み込むことができるから、流体通路１１，１２，１３内での無用な流体の滞留を防ぐことができるから、結果として冷却水系の循環用オイルポンプの負荷・容量を小さくでき、かつオイルポンプの回転数により圧力が高くなったとしてもオイルクーラー等への負担が軽減されるため、装置の耐久性も向上する。

また、エンジンが低温時に高負荷状態となり、急激に流体圧力が上昇したとしても、メインバルブ２０は閉じているため、オイルクーラー２への冷却水が流れず、熱交換が促進されないため、早期に暖気が可能となる。また、高温時でも所定圧力に達していなければ（つまり低負荷時）は、リリーフバルブ３０が閉弁し、流体の流れが生じないため、熱交換を促進させず、高温状態を維持しておくことが可能となり、燃費向上に貢献可能となる。

さらに、メインバルブ２０の弁体２４の開弁方向を流体の流れる方向と同方向とすることにより、開弁間際においてはスムーズに開弁し、完全なる開弁時にも流体がスムーズに流れることから、通水抵抗も小さくなり、より効果的にオイルクーラーでの熱交換が可能となる。

また、サーモエレメント２６をフレーム２１に嵌合等で保持固定し、ピストン２７の動きでメインバルブ２０の弁体２４を流体の流れの下流側に向けて開閉動作させるとともに、リターンスプリング３２により付勢したリリーフバルブ用弁体３０ａをサーモエレメント２６の流路下流側に配置しているから、このメインバルブ２０の動きとは無関係にリリーフバルブ３０が作動可能であり、温度に応動するサーモエレメント２６のピストン２７の進退運動を加味することなくリリーフバルブ３０の開弁圧を所望する開弁圧に設定することがきわめて簡単かつ確実に行える。よって、リリーフスプリング３２について、設計の自由度が確保できる。

ここで、上述した実施形態では、リリーフバルブ用弁体３０ａの一部に、リーク部としてリーク穴３３を設け、サーモエレメント２６が配置されている内部空間１１部分にも流体が流入するように構成している。
このような構成によれば、流体圧力変動によりリリーフバルブ３０が開くことにより、サーモエレメント２６が一気に感温するのではなく、あらかじめサーモエレメント２６の周囲に少量の流体を導いて感温させておくことができ、これによりメインバルブ２０を、より温度に正確に応動させることが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態で説明した構造には限定されず、サーモスタット装置を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
たとえば上述した実施形態では、リーク部としてのリーク穴３３を、リリーフバルブ３０の弁体３０ａに穴として形成しているが、これに限らず、溝などによって形成してもよく、また形成部位も弁体３０ａに限定されるものではない。

さらに、このようなリーク部としては、サーモエレメント２６の配設部分に流体温度が予め導入されておればよいのであり、例えばメインバルブ２０の弁体２４等に設けても良いことは勿論である。このようにすれば、連通するために流れが生じて、さらに感温性が向上することになる。

また、上述した実施形態では、本発明によるサーモスタット装置１０を、オイルクーラーシステム１に適用した場合を説明したが、これに限らず、各種分野におけるシステム、装置に採用することができる。さらに、本発明によるサーモスタット装置１０により制御される制御流体としても、前述した実施形態のような冷却水に限らず、オイル、空気、その他の流体であってもよいことは勿論である。
要するに、種々の流体通路内に設けられ、流体の流れを流体温度及び流体圧力に応じて制御するサーモスタット装置であれば、適用して効果を発揮し得ることは言うまでもない。

１ オイルクーラーシステム
２ オイルクーラー
３ トランスミッション
４ 流体通路
１０ サーモスタット装置
１１ 内部空間（流体通路）
１２ 流体入口（流体通路）
１３ 流体出口（流体通路）
１４ 装置ハウジング
１５ 蓋体
２０ サーモスタットバルブ
２１ フレーム
２２ フランジ
２２ａ 筒部
２３ 弁座
２４ メインバルブ弁体
２５ キャップ部材
２６ サーモエレメント
２７ ピストン
２８ リターンスプリング
２９ スプリング受け
３０ リリーフバルブ
３０ａ リリーフバルブ用弁体
３１ ロッド部
３２ リリーフバルブ用リターンスプリング
３３ リーク穴（リーク部）

Claims (5)

1. 流体通路の途中に設けられ流体温度に応じて該流体通路を開閉するメインバルブと、
   このメインバルブの上流側に一体的に付設され流体圧力に応じて該流体通路を開閉するリリーフバルブとを備え、
   前記流体通路内の流体温度が所定温度以上で、かつ流体圧力が所定圧力以上になった場合に限り、該通路中の流路が連通するように構成されていることを特徴とするサーモスタット装置。
2. 請求項１記載のサーモスタット装置において、
   前記流体通路内の流体温度が所定温度以下である場合には、メインバルブは閉状態を保ち、流体圧力が変動してリリーフバルブが開状態となったとしても、該通路中の流路が非連通状態を維持するように構成されていることを特徴とするサーモスタット装置。
3. 請求項１または請求項２記載のサーモスタット装置において、
   前記サーモスタット装置は、前記流体通路内に配設されるフレームに保持固定され流体通路の流路方向に進退動作されるピストンを有するサーモエレメントを備え、
   前記ピストンの先端に設けた弁体を、該ピストンの進出動作により流路の下流側に移動させて開弁し、退出動作により流路の上流側に移動させて閉弁するように構成されていることを特徴とするサーモスタット装置。
4. 請求項３記載のサーモスタット装置において、
   前記サーモエレメントの底部には流路の上流側に延設されたロッド部が設けられ、
   このロッド部の先端には、常時流路上流側への付勢力を付与されたリリーフバルブ用弁体が、移動可能な状態で保持され、この弁体が逆止弁として流体通路の一部を閉塞するように構成されていることを特徴とするサーモスタット装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のサーモスタット装置において、
   前記リリーフバルブまたはメインバルブの一部に、流体通路中の流体をリークさせるためのリーク部が形成されていることを特徴とするサーモスタット装置。

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