JP2015194100A - 内燃機関のサーモ弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感温性能に優れると共に冷却水の流れ抵抗も少ないサーモ弁装置を提供する。
【解決手段】サーモ弁装置４は、固定軸１２と可動筒１３とを有しており、可動筒１３に、メイン弁体１７と感温部１３ａとを設けている。固定軸１２は弁座１４ａに設けた支持フレーム１４ｂで移動不能に保持されている。支持フレーム１４ｂはメイン通路３の軸心Ｏの回りに螺旋状にねじれており、これに、冷却水に旋回流を付与する旋回流ガイド板２２が形成されている。ハウジング２の内面にも、旋回流付与のための旋回流ガイドリブ２３が内向き突設されている。旋回流により、ラジェータからの戻り冷却水とヒータからの戻り冷却水との混合性が高まって、感温性能が高い。冷却水はメイン通路３に高い直進性を持って流入可能であるため、流れ抵抗も少ない。
【選択図】図２

Description

本願発明は、内燃機関で冷却水の流れの制御等に使用されているサーモ弁装置に関するものである。

水冷式の車両用内燃機関では、機関の温度に応じて冷却水の流れを制御するため、シリンダヘッドに感温部材を備えたサーモ弁装置を設けている。すなわち、冷却水は、一般に、温度に関係なくシリンダヘッドを冷却すると共にヒータに流れているが、水温が所定温度より低いと冷却水はラジェータを循環せず、水温が所定温度を超えると冷却水はラジェータを循環するようにサーモ弁装置で自動制御されている。

このサーモ弁装置は、ラジェータから戻った冷却水が流れるメイン通路（弁室）に固定的に配置される固定軸と、この固定軸にスライド自在に装着された弁体、弁体を弁座に対して付勢するばねとを備えており、冷却水の温度によって移動する感温部と一緒に弁体が移動することで、弁体の開度が変化するようになっている。

感温部は弁座を挟んでメイン通路の下流側に配置しており、弁体が開くと感温部もラジェータからの戻り冷却水に晒される。他方、車両用内燃機関のサーモ弁装置では、メイン通路のうち弁座よりも下流側にはヒータからの戻り通路が開口しており、ヒータから戻った冷却水が所定の温度になると感温部が移動して弁体が開くようになっている。

そして、弁体が開いた後は、感温部は、ラジェータから戻った冷却水とヒータから戻った冷却水との両方に晒されるが、ヒータから戻った冷却水とラジェータから戻った冷却水とは温度が異なるため、感温部がいずれか一方の冷却水の温度に強く反応して移動すると、機関が実際に必要としている冷却性能に対して、ラジェータで過剰に冷却して過冷却になったり、逆に、ラジェータへの通水量が不足してオーバーヒート傾向になったりするおそれがある。

そこで特許文献１には、メイン通路の入口を軸心からずらすと共に、入口に向かう冷却水の流れ方向をメイン通路の軸心と直交した方向に向けることで、ラジェータから戻った冷却水にメイン通路の内部で旋回流を付与し、これにより、ラジェータから戻った冷却水とヒータから戻った冷却水との混合性を高めて、冷却水の温度を平均化させることが開示されている。

特開２０１０−４８１４２号公報

特許文献１はメイン通路の内部でラジェータからの戻り冷却水はヒータからの戻り冷却水との混合性を高めることができるが、メイン通路の入口の手前で冷却水通路が曲がっているため、冷却水の流れ抵抗が大きくてウォータポンプの動力損失が大きくなるおそれがある。また、メイン通路への冷却水入口をメイン通路と同心に配置したタイプに適用できないため、汎用性に劣るおそれもある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、請求項１〜３の構成を含んでいる。このうち請求項１の発明は、主要要素として、一端に冷却水メイン入口を開口させたメイン通路を有するハウジングと、前記ハウジングに前記メイン通路と略同心に配置された固定軸と、前記固定軸が貫通すると共に前記メイン通路を横切るように配置された弁座と、前記弁座と一体に繋がっていて前記固定軸を保持する通水自在な支持フレームと、前記固定軸にスライド自在に装着した弁体及び感温部と、前記弁体を流体の流れ方向下流側から前記弁座に付勢するばねとを備えている。

前記支持フレームは、前記弁座を挟んでメイン通路の上流側に位置していて前記固定軸を囲うように配置されている一方、前記感温部は前記弁座及び弁体を挟んでメイン通路の下流側に配置されており、前記感温部が内蔵された感温体の膨張・収縮にて固定軸上を移動することで前記弁体も一緒に移動する。以上が基本構成である。

そして、前記支持フレームと前記ハウジングとのうちいずれか一方又は両方に、前記冷却水メイン入口からメイン通路に流入した冷却水に固定軸の軸心回りの旋回流を付与するガイド手段が設けられている。

請求項２の発明は、請求項１において、前記ガイド手段として、前記固定軸の軸心回りに捩れた旋回流ガイド板を設けている一方、前記ハウジングには、前記ガイド手段として、前記支持フレームの旋回流ガイド板に対して周方向から部分的に重なり合う旋回流ガイドリブを内向き突設している。

請求項３の発明は、請求項２において、前記旋回流ガイド板と旋回流ガイドリブとのうちいずれか一方又は両方に、両者が所定の姿勢でないと重なり状態にならない位置合わせ手段を設けている。

本願発明では、メイン入口からメイン通路に流入した冷却水に旋回流が付与されるため、メイン入口から流入した冷却水とメイン通路に横から流入した冷却水とがしっかりと混ぜ合わせられ、この混ぜ合わさった冷却水に感温部を反応させることができる。その結果、弁体の開度を適切に制御して、過冷却や冷却不足を防止することができる。

また、従来から存在する支持フレームを使用可能であるため、部品点数の増大を防止して管理や保管の手間増大も防止できる。また、コストもできるだけ抑制できる。更に、メイン通路に至る前の段階で流路を曲げる必要はないため、汎用性が高いと云える。

請求項２の構成を採用すると、旋回流ガイド板と旋回流ガイドリブとが協働して、冷却水に強い旋回流を付与できる。このため、メイン通路の内部での冷却水の攪拌・混合作用を高めて、開度制御の適切化に一層貢献できる。

さて、サーモ弁装置の弁座には、冷却水を充填したときの空気抜き穴が空いており、この空気抜き穴には、通常は閉じているように浮力で作用するジグルピンが嵌まっている。そして、空気抜き穴は上端に位置するようになっており、従って、弁座は方向性を持っている。他方、ハウジングはシリンダヘッドにボルトで締結さていることが多く、弁体等の部材はハウジングに予めセットされていて、これら各部材が組み込まれたハウジンをシリンダヘッドにボルトで固定するようになっている。

そして、ハウジングは所定の姿勢でないとシリンダヘッドに固定できないようにボルトによる締結位置が規定されているが、弁座は円形であってどの姿勢でもハウジングに装着できるため、従来は、ハウジングのボルト挿通穴との弁座の水抜き穴とが所定の位置関係になるように治具で位置決めしており、これに手間が掛かっていた。

この点、本願請求項３の発明を採用すると、支持フレームの旋回流ガイド板とカバーハウジングの旋回流ガイド板とが重なったときに弁座が所定の姿勢になるように設定しておくことで、弁座をその水抜き穴が上に来るように正確に位置合わせすることができる。このため、一々治具を使用したセットが不要になって、組み付けの手間を軽減することができる。

第１実施形態の実施形態の閉弁状態での縦断側面図である。 第１実施形態の開弁状態での縦断側面図である。 図１のIII-III 視断面図である。 第２〜第３実施形態を示す図である。

(1).第１実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用内燃機関のサーモ弁装置に適用している。従って、サーモ弁装置には、機関本体（シリンダヘッド）のジャケットから車内暖房用ヒータに送られた冷却水が戻るようになっている。

本実施形態では、シリンダヘッド１と略筒状のハウジング２とでメイン通路（弁室）３が構成されており、メイン通路３にサーモ弁装置４が配置されている。ハウジング２は、複数本のボルト２ａでシリンダヘッド１に固定されている。

メイン通路３は、その軸心Ｏをシリンダヘッド１の側面と直交した横向き（水平横向き）にしており、ハウジング２には、シリンダヘッド１と反対側に突出したメインメイン入口５と、メイン通路３の長手方向と直交した方向に開口したヒータ戻り通路６とを設けている。図示していないが、ウォータポンプに向かう吐出口は、紙面と直交した方向に開口している。敢えて述べるでもないが、メイン通路３のメイン入口５には、ラジェータからの戻り管（図示せず）が接続される。また、ヒータ戻り通路６には、ヒータ戻り管８が接続されている。

シリンダヘッド１におけるメイン通路３の底面３ａには、ラジェータ戻り通路５と略対向するようにして、バイパス通路９が開口している。バイパス通路９はＬ形の形態を成しており、方向を変えてメイン通路３に開口している。

サーモ弁装置４は、バイパス通路９の軸心Ｏと同心に配置された固定軸１２と、固定軸１２に摺動可能に嵌まった可動筒（筒状スライド体）１３とを備えており、固定軸１２は、ラジェータ戻り通路５の側に位置した一端部１２ａが第１ブラケット１４により、移動不能に保持されている。

第１ブラケット１４は、シールリングを介してハウジング２に固定されたリング板状の弁座１４ａと、弁座１４ａからメイン通路３の上流側に突出した一対の支持フレーム１４ｂとを備えている。一対の支持フレーム１４ｂでドーム型の形態を成しており、両支持フレーム１４ｂの頂点を筒状部１４ｃで一体に繋ぎ、筒状部１４ｃで固定軸１２の先端を掴持している。一対の支持フレーム１４ｂの間は空間になっている。従って、冷却水は弁座１４ｃに向けて自由に流れる。弁座１４ａの上端（鉛直方向の上端）には、水抜き穴１５が空いており、水抜き穴１５にジグルピン１６離脱不能に嵌め込んでいる。

可動筒１３には、第１ブラケット１４の弁座１４ａに当接するメインメイン弁体１７が一体に形成されている（メインメイン弁体１７は、別体に構成して、可動筒１３に固定してもよい。）。更に、可動筒１３には、感温部材が内蔵された大径部の感温部１３ａを設けており、第１ブラケット１４の弁座１４ａに固定した第２ブラケット１８の先端の内向きカール部１８ａが感温部１３ａに外側から摺動可能に嵌まっている。

第２ブラケット１８の内向きカール部１８ａとメインメイン弁体１７との間には、第１ばね１９を配置している。従って、可動筒１３は、第１ばね１９に抗して前進することができ、すると、メインメイン弁体１７が第１ブラケット１４から離れて、ラジェータから戻って冷却水はメイン通路３を経由してウォータポンプに向けて流れる。

可動筒１３の感温部１３ａは、ヒータ戻り通路６の開口部の箇所に位置している。このため、メイン弁体１７が閉じている状態では、感温部１３ａに内蔵した感温部材（例えば感温ワックス）は、専ら、ヒータ戻り通路６から戻って冷却水に晒される。その水温がある程度に上昇すると、感温部材の膨張によって可動筒１３が軸方向に移動し、メイン弁体１７が開く。

バイパス通路９は、メイン通路３の側からバイパス弁体２０で塞がれている。また、可動筒１３の感温部１３ａとバイパス弁体２０との間に、圧縮コイルばね式の第２ばね２１を配置している。第２ばね２１のばね力は、第１ばね１９のばね力よりも弱くなっている。従って、可動筒１３のみが動くことと、可動筒１３は動かずにバイパス弁体２０のみが動くことのいずれも許容されている。

図３に示すように、一対の支持フレーム１４ｂは、ラジェータからの戻り冷却水の流れ方向から見て、メイン通路３及び固定軸１２の軸心Ｏの回りに反時計回りに捩じられた形状（螺旋形状）になっている。

更に、この支持フレーム１４ｂのうちねじれ方向を向いた後ろ側の長手側縁に、請求項に記載したガイド手段としての旋回流ガイド板２２を一体に設けている。旋回流ガイド板２２も支持フレーム１４ｂのねじれに従って、反時計回り方向にねじれている。更に述べると、支持フレーム１４ｂ及び旋回流ガイド板２２は、固定軸１２の頂点の箇所から弁座１４ａに向けて、放射方向の外側に広がりながら捩じれている。

また、ハウジング２の内面には、旋回流ガイド板２２の外縁のうちねじれ方向を向いた前面に当接する旋回流ガイドリブ２３を内向きに突設している。旋回流ガイドリブ２３は、旋回流ガイド板２２の後面に当てる構成であってもよい。旋回流ガイドリブ２３も、固定軸１２の先端部から弁座１４ａに向けて半径外側に広がる状態になっている。また、旋回流ガイド板２２と旋回流ガイドリブ２３とは略全長に亙って当接している。

(2).第１実施形態のまとめ
既述のとおり、メイン弁体１７が閉じた状態では感温部１３ａにはヒータから戻った冷却水のみが当たり、その水温がある程度まで上昇すると感温部１３ａが弁座１４ａから離れるように移動し始めて、ラジェータから戻った冷却水がメイン通路３を通過し始める。

そして、メイン通路３に流入した冷却水は旋回流ガイド板２２及び旋回流ガイドリブ２３に当たるが、旋回流ガイド板２２と旋回流ガイドリブ２３とが螺旋状にねじれていることによるガイド作用により、冷却水は、メイン通路３及び固定軸１２の軸心Ｏの回りに流れる旋回流となり、ヒータ戻り通路６から排出された冷却水との混合性が格段に高まる。従って、感温部１３ａは温度が平均化された冷却水に晒されることになり、その結果、弁体の開度を適切に制御して、過冷却や冷却不足を防止することができる。

また、ラジェータからの戻り冷却水はメイン通路３に対してその軸心Ｏの方向から流入するため、流れ抵抗は殆どない。このため、ウォータポンプの動力損失を軽減できると共に、冷却水の循環量の増大も図ることができる。更に、従来から存在する支持フレーム１４ｂを使用してこれに旋回流ガイド機能を持たせたものであるため、部品点数の増大を防止して管理や保管の手間増大も防止できる。

本実施形態のようにハウジング２にも旋回流ガイドリブ２３を設けると、旋回流ガイド板２２と旋回流ガイドリブ２３とが協働して、冷却水により強い旋回流を付与できる。このため、メイン通路３の内部での冷却水の攪拌・混合作用を高めて、開度制御の適切化に一層貢献できる。

また、旋回流ガイド板２２と旋回流ガイドリブ２３とが互いに重なり合うことにより、支持フレーム１４ｂ及び弁座１４ａとハウジング２との相対姿勢が位置決めされる。このため、旋回流ガイド板２２が旋回流ガイドリブ２３に重なる状態で弁座１４ａをハウジング２に取り付けることで、サーモ弁装置４は水抜き穴１５を上に位置させた姿勢に位置決めされる。このため、ハウジング２への弁座１４ａ等のセットを簡単に行える。

(3).他の実施形態・その他
図４では他の実施形態を示している。このうち（Ａ）（Ｂ）は第１実施形態の変形例であり、（Ａ）に示す第２実施形態では、旋回流ガイド板２２に、請求項に記載した位置合わせ手段の例として、旋回流ガイドリブ２３に対して反対側から当たると大きな隙間ができる突起２４を設けている。この場合は、大きな隙間ができることで姿勢の間違いが判るため、旋回流ガイド板２２と旋回流ガイドリブ２３とを所定の重なり状態に確実に保持できる。

図４（Ｂ）に示す第３実施形態では、旋回流ガイド板２２のうち冷却水の流れ方向下流側の端に、旋回流ガイドリブ２３の端部に嵌まる嵌合部２５を設けている。このため、旋回流ガイド板２２と旋回流ガイドリブ２３との相対姿勢の維持を確実化できる。

図４（Ｃ）に示す第３実施形態では、支持フレーム１４ｂには旋回流ガイド板２２は設けずに、旋回流ガイドリブ２３を旋回流ガイド板２２の後端縁（ねじれ方向に向いて後ろの縁）に当接又は近接させている。この場合は、支持フレーム１４ｂと旋回流ガイドリブ２３ハウジング２とで螺旋状の流路が形成されて、これによって冷却水に旋回流が付与される。

なお、図４（Ｃ）では支持フレーム１４ｂと旋回流ガイドリブ２３とを単純な円弧状に表示しているが、実際には、図３と同様に、支持フレーム１４ｂと旋回流ガイドリブ２３とは、固定軸１２の先端の近くから半径外側に広がりながら捩じれている。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば支持フレームは一対に切らないのであり、３本以上であってもよい。また、ハウジング２の内面のみに多数の螺旋状リブを設けてもよい。また、支持フレーム自体を捩じることでガイド手段となしてもよい。

本願発明は、実際にサーモ弁装置に具体できる。従って、産業上利用できる。

２ ハウジング
３ メイン通路
４ サーモ弁装置
５ 冷却水メイン入口
６ ヒータ戻り通路
１２ 固定軸
１３ 可動筒
１４ 第１ブラケット
１４ａ 弁座
１４ｂ 支持フレーム
１５ 空気抜き穴
１６ ジグルピン
１７ メイン弁体（請求項の弁体）
１８ 第２ブラケット
１９ 第１ばね（請求項のばね）
２２ ガイド手段としての旋回流ガイド板
２３ ガイド手段としての旋回流ガイドリブ

Claims (3)

1. 一端に冷却水メイン入口を開口させたメイン通路を有するハウジングと、前記ハウジングに前記メイン通路と略同心に配置された固定軸と、前記固定軸が貫通すると共に前記メイン通路を横切るように配置された弁座と、前記弁座と一体に繋がっていて前記固定軸を保持する通水自在な支持フレームと、前記固定軸にスライド自在に装着した弁体及び感温部と、前記弁体を流体の流れ方向下流側から前記弁座に付勢するばねとを備えており、
   前記支持フレームは、前記弁座を挟んでメイン通路の上流側に位置していて前記固定軸を囲うように配置されている一方、前記感温部は前記弁座及び弁体を挟んでメイン通路の下流側に配置されており、前記感温部が内蔵された感温体の膨張・収縮にて固定軸上を移動することで前記弁体も一緒に移動する構成であって、
   前記支持フレームと前記ハウジングとのうちいずれか一方又は両方に、前記冷却水メイン入口からメイン通路に流入した冷却水に固定軸の軸心回りの旋回流を付与するガイド手段が設けられている、
   内燃機関のサーモ弁装置。
2. 前記支持フレームには、前記ガイド手段として、前記固定軸の軸心回りに捩れた旋回流ガイド板を設けている一方、前記ハウジングには、前記ガイド手段として、前記支持フレームの旋回流ガイド板に対して周方向から部分的に重なり合う旋回流ガイドリブを内向き突設している、
   請求項１に記載した内燃機関のサーモ弁装置。
3. 前記旋回流ガイド板と旋回流ガイドリブとのうちいずれか一方又は両方に、両者が所定の姿勢でないと重なり状態にならない位置合わせ手段を設けている、
   請求項２に記載した内燃機関のサーモ弁装置。

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