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JP5164323B2 - サーモスタット装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンという）を冷却する冷却水を、熱交換器（以下、ラジエータという）との間で循環させるエンジンの冷却水回路において、冷却水の温度変化により作動することでエンジン冷却水の流れを切換えて冷却水温度を制御するために用いられる温度感知式自動弁であるサーモスタット装置に関する。
従来の内燃機関の冷却水路に設けられサーモスタット装置は、冷却水の温度変化により熱膨張又は収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の熱膨張又は収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により弁体の開閉を行うようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開昭６０−１２１３７７号公報
しかしながら、従来例のサーモスタット装置にあっては、熱膨張体として、熱膨張開始温度と熱膨張応答速度が所定の値を有する１種類のみが内蔵されたものであったため、以下に述べるような問題点があった。
即ち、内燃機関の冷却水路に設けられるサーモスタット装置は、高温時（約９０℃）の開弁高速応答性を良くするために、できるだけ素早く温度に反応して素早く開弁させるように熱膨張体の熱膨張開始温度（約９０℃）及び熱膨張応答速度（高速応答）が設定されている。
ところが、熱膨張開始温度（約９０℃）に達すると急激に開弁することで、初期開弁時にラジエータ内に急激に大量の高温水が流れ込むため、ラジエータに熱衝撃を発生させる虞があり、このため、ラジエータにおける熱衝撃対策が必要になるという問題があった。
本発明の解決しようとする課題は、高温時における開弁高速応答性を確保しつつ、ラジエータにおける熱衝撃対策を必要とすることなしに、高温水の急激な流入によるラジエータにおける熱衝撃の発生を防止することができるサーモスタット装置を提供することにある。
上記課題を解決するため請求項１記載のサーモスタット装置は、内燃機関の冷却水路に設けられ、冷却水の温度変化により熱膨張又は収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の熱膨張又は収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により弁体の開閉を行うサーモスタット装置において、前記熱膨張体として、熱膨張開始温度が低くかつ熱膨張応答速度の遅い第１熱膨張体と、該第１熱膨張体よりは熱膨張開始温度が高くかつ第１熱膨張体よりは熱膨張応答速度の速い第２熱膨張体との少なくとも２種類が内蔵されていることを特徴とする手段とした。
また請求項２記載のサーモスタット装置は、内燃機関の冷却水路に設けられ、冷却水の温度変化により熱膨張又は収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の熱膨張又は収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により弁体の開閉を行うサーモスタット装置において、前記熱膨張体として、熱膨張開始温度が低くかつ熱膨張応答速度の遅い第１熱膨張体と、該第１熱膨張体よりは熱膨張開始温度が高くかつ第１熱膨張体よりは熱膨張応答速度の速い第２熱膨張体との少なくとも２種類が内蔵され、前記第1熱膨張体が熱膨張開始温度に達すると前記弁体が開弁し、前記第2熱膨張体が熱膨張開始温度に達するまでは低速応答し、前記第2熱膨張体が熱膨張開始温度に達すると第2熱膨張体が高速応答することを特徴とする手段とした。
本発明のサーモスタット装置では、上述のように、熱膨張体として、熱膨張開始温度が低くかつ熱膨張応答速度の遅い第１熱膨張体と、該第１熱膨張体よりは熱膨張開始温度が高くかつ第１熱膨張体よりは熱膨張応答速度の速い第２熱膨張体との少なくとも２種類が内蔵されている構造とすることにより、まず、第１熱膨張体の熱膨張開始温度（低温）に達すると第１熱膨張体が熱膨張を開始して初期開弁し、第２熱膨張体の熱膨張開始温度に達するまでは緩やかに開弁（低速応答）することで、高温水の急激な流入によるラジエータにおける熱衝撃の発生を防止することができると共に、第２熱膨張体の熱膨張開始温度（高温）に達すると第２熱膨張体が急激に熱膨張することで急激に開弁（高速応答）するため、高温時における開弁高速応答性を確保することができる。
従って、高温時における開弁高速応答性を確保しつつ、ラジエータにおける熱衝撃対策を必要とすることなしに、ラジエータにおける熱衝撃の発生を防止することができるようになるという効果が得られる。
以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、この実施例のサーモスタット装置を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例のサーモスタット装置が適用された自動車用エンジンの冷却システムを示す説明図、図２はこの実施例のサーモスタット装置の閉弁状態を示す断面図、図３は実施例のサーモスタット装置の開弁状態を示す断面図、図４は冷却水の水温に対する開弁応答特性を示すグラフである。
まず、この実施例のサーモスタット装置を用いた自動車用エンジンの冷却システムの全体の概要を、図１に基づいて説明する。
図において１はエンジンであり、このエンジン１のシリンダブロックおよびシリンダヘッド内には、矢印ａで示した冷却水通路が形成されている。
また、図において２はラジエータ（熱交換器）であり、このラジエータ２には周知の通り冷却水通路が形成されており、ラジエータ２の冷却水入口部２ａおよび冷却水出口部２ｂは、前記エンジン１との間で冷却水を循環させる冷却水回路３により接続されている。
この冷却水回路３は、エンジン１に設けられた冷却水の出口部１ｃからラジエータ２に設けられた冷却水の入口部２ａまで連通する流出側冷却水路３ａと、ラジエータ２に設けられた冷却水の出口部２ｂからエンジン１に設けられた冷却水の入口部１ｂまで連通する流入側冷却水路３ｂと、これら冷却水路３ａ，３ｂの途中の部位を接続するバイパス通路３ｃとから構成されている。
これらのエンジン１、ラジエータ２、冷却水回路３によって冷却水循環路が形成されている。
このような冷却水回路３における冷却水の流れと流量とを、該冷却水の温度に応じて制御するためのサーモスタット装置５を、上記エンジン１の入口側の冷却水路３ｂの途中であって、ラジエータ２とパイパス通路３ｃからの冷却水を切換え制御できる交差部に設けられている。
なお、図において３ｄは該交差部からエンジン１の入口部１ｂに至る冷却水路である。
また、図において６はラジエータ２に強制的に冷却風を取り入れるための冷却ファンユニットである。
このような冷却水回路３における冷却水の流れは、サーモスタット装置５により切換え制御される。即ち、冷却水温度が低いときは、冷却水をバイパス通路３ｃを介して循環させ、冷却水温度が高くなったときは該バイパス通路３ｃではなく、ラジエータ２側を循環させてエンジン１に冷却水を供給するように構成されている。
次に、この実施例のサーモスタット装置５の構成を図２、３に基づいて説明する。
このサーモスタット装置５は、流体の温度変化により作動する作動体７の一端側（図中上側）に第１の弁体８が設けられ、その作動体７の他端側（図中下側）に第２の弁体９が設けられ、第１の弁体８を弁閉位置に付勢する付勢手段であるコイルばね１０と、本体フレーム１１が備えられている。
上記作動体７は、いわゆるサーモエレメントと呼ばれるもので、温度感知部７ａとガイド部７ｂとからなり、流体の温度を感知して膨張収縮するワックス等の熱膨張体１５が温度感知部７ａに内蔵され、温度感知部７ａの先端から延出したガイド部７ｂにピストンロッド７ｃが内嵌されている。
また、ピストンロッド７ｃの先端にはピストンロッド７ｃの先端を押える押受体１２が設けられている。
上記第１の弁体８は、ガイド部７ｂに設けられており、押受体１２が第１の弁体８の弁座となっている。また、押受体１２は外側に水路との取付部となるフランジ状部分１２ａが突設され、その外周にはパッキン１２ｂが装着されている。
上記第２の弁体９は、温度感知部７ａの後端から延出した弁棒１３に止め具１３ａで取付けられており、その第２の弁体９と温度感知部７ａとの間に介装したコイルばね１４で第２の弁体９が弁棒１３の端部側へばね付勢されている。
上記付勢手段であるコイルばね１０は、第１の弁体８と本体フレーム１１との間に縮退して設けられ、第１の弁体８を常時弁閉位置に付勢している。
このようなサーモスタット装置５は、第１の弁体８が冷却水路３ｂを開閉し、第２の弁体９がバイパス通路３ｃを開閉するように位置させており、次のように作動する。即ち、温度感知部７ａ内の熱膨張体１５が冷却水温の上昇により膨張してピストンロッド７ｃを押圧することになり、作動体７がコイルばね１０の付勢力に抗して作動する。
これにより第１の弁体８が開放位置に移動して冷却水路３ｂを開放することになると共に、第２の弁体９が弁閉位置に移動してバイパス通路３ｃを閉鎖することになる。
また、冷却水温の下降により熱膨張体１５が収縮し、ピストンロッド７ｃの押圧力が弱まっていき、コイルばね１０の付勢力で第１の弁体８を弁閉位置に移動して水路３ｂを閉鎖すると共に、第２の弁体９を弁開位置に移動してバイパス通路３ｃを開放することになる。
このようにサーモスタット装置５は、温度感知式自動弁としてエンジンの冷却水回路３内で、エンジンウォータジャケット１からの暖められた冷却水と、ラジエータ２からの冷された冷却水とを混合および切換えることで、エンジンウォータジャケット１に送られる冷却水温を適温に制御している。
そして、上記熱膨張体１５は、熱膨張開始温度が低くかつ熱膨張応答速度の遅い第１熱膨張体１５ａと、該第１熱膨張体１５ａよりは熱膨張開始温度が高くかつ第１熱膨張体１５ａよりは熱膨張応答速度の速い第２熱膨張体１５ｂとの２種類で構成されている。
即ち、この実施例では、図４に示すように、第１熱膨張体１５ａとして、９０℃よりは低い約８０℃で熱膨張を開始し、約９０℃になるまでの間に３０秒で１０％開弁させる低温、低速応答特性を有する熱膨張体が用いられ、第２熱膨張体熱１５ｂとして、８０℃よりは高い約９０℃で熱膨張を開始し、１０秒で残り９０％が開弁させる高温、高速応答特性を有する熱膨張体が用いられている。
次に、この実施例の作用・効果を説明する。
この実施例のサーモスタット装置では上述のように、熱膨張体１５として、熱膨張開始温度が低くかつ熱膨張応答速度の遅い第１熱膨張体１５ａと、該第１熱膨張体１５ａよりは熱膨張開始温度が高くかつ第１熱膨張体１５ａよりは熱膨張応答速度の速い第２熱膨張体１５ｂとの２種類が内蔵されている構造とすることにより、まず、第１熱膨張体１５ａの熱膨張開始温度（約８０℃）に達すると第１熱膨張体１５ａが熱膨張を開始して初期開弁し、第２熱膨張体１５ｂの熱膨張開始温度（約９０℃）に達するまでは緩やかに開弁（低速応答）することで、高温水の急激な流入によるラジエータにおける熱衝撃の発生を防止することができると共に、第２熱膨張体１５ｂの熱膨張開始温度（約９０℃）に達すると第２熱膨張体１５ｂが急激に熱膨張することで急激に開弁（高速応答）するため、高温時における開弁高速応答性を確保することができるようになる。
従って、高温時における開弁高速応答性を確保しつつ、ラジエータ２における熱衝撃対策を必要とすることなしに、ラジエータ２における熱衝撃の発生を防止することができるようになるという効果が得られる。
以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、第１熱膨張体１５ａを約８０℃で３０秒ぐらいで５％程度開弁し、第２熱膨張体１５ｂを約８０℃よりも高い温度、例えば約９０℃で１０秒ぐらいで残りの９５％を開弁するようにしてもよい。
さらに、実施例では、特性の異なる２種類の熱膨張体を内蔵させたが、３種類以上であってもよい。
また、実施例では、第１熱膨張体１５ａより第２膨張体１５ｂの内蔵量を多くした例を示したが、開弁特性に応じて任意に設定することができる。
実施例のサーモスタット装置が適用された自動車用エンジンの冷却システムを示す説明図である。 実施例のサーモスタット装置の閉弁状態を示す断面図である。 実施例のサーモスタット装置の開弁状態を示す断面図である。 実施例のサーモスタット装置における冷却水の水温に対する開弁応答特性を示すグラフである。
符号の説明
１ エンジン
１ｂ エンジン入口部
１ｃ エンジン出口部
２ ラジエータ
２ａ 入口部
２ｂ 出口部
３ 冷却水回路
３ａ 冷却水路
３ｂ 冷却水路
３ｃ バイパス通路
３ｄ 冷却水路
５ サーモスタット装置
６ 冷却ファンユニット
７ 作動体
７ａ 温度感知部
７ｂ ガイド部
７ｃ ピストンロッド
８ 第１の弁体
９ 第２の弁体
１０ コイルばね
１２ 押受体
１２ａ フランジ状部分
１２ｂ パッキン
１３ 弁棒
１４ コイルバネ
１５ 熱膨張体
１５ａ 第１熱膨張体
１５ｂ 第２熱膨張体

Claims (3)

  1. 内燃機関の冷却水路に設けられ、冷却水の温度変化により熱膨張又は収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の熱膨張又は収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により弁体の開閉を行うサーモスタット装置において、
    前記熱膨張体として、熱膨張開始温度が低くかつ熱膨張応答速度の遅い第１熱膨張体と、該第１熱膨張体よりは熱膨張開始温度が高くかつ第１熱膨張体よりは熱膨張応答速度の速い第２熱膨張体との少なくとも２種類が内蔵されていることを特徴とするサーモスタット装置。
  2. 内燃機関の冷却水路に設けられ、冷却水の温度変化により熱膨張又は収縮する熱膨張体を内蔵し、この熱膨張体の熱膨張又は収縮により摺動するピストンロッドを有し、前記熱膨張体の体積変化に伴う前記ピストンロッドの摺動により弁体の開閉を行うサーモスタット装置において、
    前記熱膨張体として、熱膨張開始温度が低くかつ熱膨張応答速度の遅い第１熱膨張体と、該第１熱膨張体よりは熱膨張開始温度が高くかつ第１熱膨張体よりは熱膨張応答速度の速い第２熱膨張体との少なくとも２種類が内蔵され、
    前記第1熱膨張体が熱膨張開始温度に達すると前記弁体が開弁し、前記第2熱膨張体が熱膨張開始温度に達するまでは低速応答し、前記第2熱膨張体が熱膨張開始温度に達すると第2熱膨張体が高速応答することを特徴とするサーモスタット装置。
  3. 請求項２に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には流体の温度変化により作動する作動体が設けられ、前記作動体の一端側には第1の弁体が設けられ、他端には第2の弁体が設けられ、前記作動体の内部には前記第1、第2熱膨張体が内蔵され、前記第1の弁体と前記第2の弁体の間に前記第1、第2熱膨張体が配置され、
    前記第2の弁体は、前記内燃機関に設けられた冷却水の出口部からラジエータに設けられた冷却水の入口部まで連通する流出側冷却水路と、ラジエータに設けられた冷却水の出口部から前記内燃機関に設けられた冷却水の入口部まで連通する流入側冷却水路との途中を接続するバイパス通路を開閉することを特徴とするサーモスタット装置。
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