JP2005090726A - サーモスタット弁 - Google Patents

Abstract

【課題】温度調節初期時および温度調節過渡時におけるサーモスタット弁の開閉動作の安定化及びミックス水冷温度の安定化
【解決手段】サーモスタット弁６における主弁９のニードル１２側の傘状平面部９ａの一部には、少なくとも一つの扇形凹部１４が形成され、且つ、前記主弁９の外周部に連続的な略環状に設けられている閉止用リップ１０の一部が、前記扇形凹部１４の凹部周縁に合致するように、傾斜量Δｔだけワックス膨張型熱感温部１１側に傾斜した状態に形成された構成となっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エンジン冷却システムに使用するサーモスタット弁に関するものである。

従来、水冷式エンジンには、エンジンの熱負荷の解消、エンジンの摩擦低減、省エネルギー、排ガスの減少化あるいはクリーン化を目的としてエンジンとラジエーターをシステム化し、エンジンに流入する冷却媒体の温度を制御する方法が種々採用されている。そして、それら種々の方法の内、構造が簡単で且つ安価であり、更に動作が確実等の利点により多く採用されている温度制御部品として、例えば下記先行技術文献に記載のようなワックス膨張型熱感温部を備えたサーモスタット弁がある。
特開２０００−８０９２０号公報

そして、このワックス膨張型熱感温部を備えたサーモスタット弁を使用した冷却システムとしては、例えば図１のような構成のものがある。この冷却システムは、図１に示すような水冷エンジン１と、ラジエーター２と、ラジエーター冷却ファン３と、水冷エンジンのウォーターポンプ５と、暖機運転時に冷却媒体がバイパスするバイパス管路４とで構成されている。さらに、この水冷エンジンの冷却システムにおいて、前記ラジエーター２、ウォーターポンプ５およびバイパス管路４の間の管路に交差部が設けられ、その交差部に、ワックス膨張型熱感温部を備えたサーモスタット弁本体６が設置されている。

そして、このようにサーモスタット弁をエンジン入口側に設置した入口制御方式が、近年、一般的な冷却温度の制御方法となりつつある。

上記構成の水冷エンジンの冷却システムにおいて、サーモスタット弁の温度調節動作時にサーモスタット弁の主弁が開いた際には常に、ウォーターポンプ５の吸引力の作用によって、ラジエーターからの冷却された冷却媒体（以下、単に冷却水と称す）が、流れ方向を制御されないまま主弁の全周囲から水冷エンジンのウォータージャケットに送出されることとなる。

このとき、送出される冷却水の内、ウォーターポンプ５による吸引側では、当該ウォーターポンプ５からの吸引力の作用により、冷却水がウォーターポンプ５の方へ引き寄せられて流入する水流（図７のＡ流）が発生することとなる。また、主弁が開き始めても冷却媒体が主弁の全周から流入して来たときには、前記ウォーターポンプ５による吸引側とは反対の側からも冷却水が流入することとなるが、このように反対側から流入した冷却水もウォーターポンプ５の方に向かって流れるため、その結果、サーモスタット弁の中央に設けてあるワックス膨張型熱感温部１１に直接的に接触しながら流れる水流（図７のＢ流）が発生することとなる。

しかしながら、上述のようにワックス膨張型熱感温部１１に直接的に接触しながら流れる水流が発生すると、本来ならば未だ主弁は開弁した状態を維持し、冷却された冷却水をエンジンのウォータージャケットに供給すべきであるにもかかわらず、このワックス膨張型熱感温部１１に直接的に接触する水流によってワックス膨張型熱感温部１１が冷却されてしまうため、その結果、主弁９が閉じて、適温まで冷却水が高温水にミックス供給されない間に閉弁されてしまうといった問題が生じてしまう。そして、このような現象は、温度調節初期時には繰り返し発生してしまうといった問題もある。

また、上記のように早く閉弁することで、冷却水の不足による昇温が発生し、エンジンウォータージャケット出口に一般的に取り付けられている電気的センサーがこの昇温状態を感知するため、ラジエーター冷却ファン３が必要以上に作動してしまい、その結果、過冷却が発生してしまう。このことは、温度調節時に悪循環を生じさせ、冷却水温のオーバーシュート、ハンチング等が起こり冷却系システムが安定しなくなるといった問題を引き起こすこととなる。また、市場からは運転中にオーバーヒート表示が出るといったクレームの発生の原因ともなる。さらに、そのクレームに対する異常処理で原因調査を行っても、サーモスタット弁等の冷却系に異常が発見できない等の問題も生じている。

そこで、それら上記問題を解決する一手段として、主弁９の感温部１１側の摺動作動部をルーズに嵌合し、主弁９の閉弁用スプリング１３の付勢応力を偏心させ、温度調節開弁時主弁９が傾斜開弁するように構成することで、主弁９の傾斜方向に冷却水が流入しやすくなるように構成する方法がある。

しかしながら、このような方法では、スプリング１３の組み付け時において、スプリング１３の組み付け向き等、偏心応力を一定にするように組み付ける作業が困難である等の欠点があった。また、この方法では、構造上耐圧力の低下が生じる、組み付け作業者が流量、流れ方向等を制御して冷却水が感温部を回避して循環させるようにすることができない、等の欠点があった。また、それらの理由により、同一エンジンであってもサーモスタット弁の開弁によって水温が大きく変化し安定しないといった問題も生じていた。

そこで本発明の目的は、構造が簡単で且つ安価であり、更に動作が確実でありながら耐圧性に劣らず、温度調節初期時の流入冷却水の流量、流れ方向を制御して、サーモスタット弁の感温部に接触し難いような水流を実現し、最適な冷温水のミックスができ、且つ水冷エンジンに余計なストレスを与える事のないワックス膨張型サーモスタット弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ラジエーター冷却媒体が温度調節されてエンジンウォータージャケットに循環される冷却システムに使用するサーモスタット弁において、サーモスタット弁における主弁のニードル側の傘状平面部の一部には、少なくとも一つの扇形凹部が形成され、且つ、前記主弁の外周部に連続的な略環状に設けられている閉止用リップの一部が、前記扇形凹部の凹部周縁に合致するように、傾斜量Δｔだけワックス膨張型熱感温部側に傾斜した状態に形成された構成となっている。

また、本発明のサーモスタット弁において、前記扇形凹部の中心角度を１８０度以下としても良く、あるいは、前記扇形凹部を複数形成し、且つ各扇形凹部の中心角度の総和を１８０度以下としても良い。

本発明のサーモスタット弁によれば、温度調節初期時および温度調節過渡時の何れにおいても、ミックス流を安定して温度調節する事が可能になるため、燃焼が安定し、エンジンのミックス水冷適温を高温側に設定することもでき、サーモスタット弁の開閉動作が安定することが実現できる。また、燃費、排気ガスの浄化の向上をも実現可能となる。さらに、従来のサーモスタット弁に比して開弁量が少ないリフト量で開閉動作を行うようになるため、伸縮回数が減少し、その結果としてサーモスタット弁の寿命が延びるといった効果もある。さらにまた、従来のサーモスタットの主弁を本発明のような構成の主弁に交換するだけで前述した効果が実現でき、その結果として、市場でのクレーム減少、エンジンのスムーズな運転を通してエンドユーザーに快適なドライブを提供することができるようになる。

本発明のサーモスタット弁の一実施形態を、図面を用いて以下説明する。図１は、サーモスタット弁が最大に開弁した状態の冷却システムを示す図であり、図２は、エンジンの暖機運転が完了前の状態における冷却システムを示す図である。また図９は、従来使用されているサーモスタット弁の一般的な概略断面構造を示す図である。

［サーモスタット弁の構成］
まず、本発明のサーモスタット弁本体６の構成について説明する。本発明のサーモスタット弁本体６は、弁フレーム７に弁座８が一体的に固定して組み付けられており、前記弁座８のフランジ部及び立ち上げた環状部を除いて、冷却水が通水可能な構造となっている。そして、前記弁フレーム７及び前記弁座８の内部には、前記弁座８の環状部内面に摺接したり当該環状部内面より離反する等して開閉動作を行う主弁９が係合されている。

また、前記主弁９の中心部にはワックス膨張型熱感温部１１が設けられており、このワックス膨張型熱感温部１１の弁座８側から当該ワックス膨張型熱感温部１１の内部に向けて、一端が前記弁座８の頂上部に固定されたニードル１２が、ワックス１１ａの膨張、収縮によって摺動自在に嵌入されている。そして、前記ワックス膨張型熱感温部１１は、主弁閉弁用スプリング１３に挿入された状態となっており、また、このワックス膨張型熱感温部１１における前記弁座８とは反対側の端部には、バイパスを閉止するためのバイパス閉止弁１６が、バイパス閉止弁用スプリング１５を介して摺動自在に係合されている。

以上の構成は図９に示すような従来のサーモスタット弁６と同様であるが、本発明のサーモスタット弁６における主弁９は、図１０に示す従来のサーモスタット弁６における主弁９の構成とは異なり、図４から図６のような構成となっている。

まず、主弁９のニードル１２側の傘状平面部９ａの一部には、図４から図６で示すような扇形凹部１４が形成されている。尚、この扇形凹部１４の傾斜量Δｔ、広がり角度（扇形の中心角）、深さ、サーモスタット弁本体６の取り付け角度等は、計算的および実験的なデータによって設計され、さらに最適な流量、流れ方向等をも考慮して決定される。

また、従来のサーモスタット弁６における主弁９では、環状外周部９ｂの閉止用リップ１０が円形状に形成されていたが、本発明のサーモスタット弁６では、主弁９に扇形凹部１４が設けられているため、主弁９の環状外周部９ｂの閉止用リップ１０の一部を、前記扇形凹部１４の凹部周縁に合致するよう、図中の傾斜量Δｔだけワックス膨張型熱感温部１１側に傾斜した状態に形成することによって、本発明における主弁９の閉止用リップ１０が、略環状に設けられている。

そして、上記構成されたサーモスタット弁６は、図１のように、ウォーターポンプ５の吸引側に形成されている前記ラジエーター２、ウォーターポンプ５およびバイパス管路４の間の交差部に、サーモスタット弁６における主弁９の扇形凹部１４を最適設置角度に向けた状態で固定され、使用されることとなる。

［サーモスタット弁の動作］
次に、本発明のサーモスタット弁６の動作について、図１、図２及び図７を参照して説明する。尚、水冷エンジンの容量にもよるが、本実施形態では温度調節弁として一般的な水温８２℃前後で弁は作動し始めるものとする。

まず、エンジンが冷えている時には暖機運転が行われるが、暖機運転時の冷却システムでは図２のように、冷却水はＸの方向でバイパス管路４を経由して流れ、さらにウォーターポンプ５の作用でＷ流としてＺの方向に流れる。

そして、この冷却水が水温８２℃前後に昇温した時に、その昇温した冷却水中に曝されたワックス膨張型熱感温部１１中のワックス１１ａが液状に膨張し、ニードル１２がその作用で弁座８の方へ押出摺動されるが、このニードル１２の一端が前記弁座８の頂上部に固定されているため、この固定端を梃子にして閉弁用スプリング１３の付勢力に打ち勝ちながら、ワックス膨張型熱感温部１１が弁座８から離反する方向に摺動する。こうしてワックス膨張型熱感温部１１に固着された主弁９が開弁方向に動作する。
またこのとき、主弁９の外周部に形成された閉止用リップ１０も同時に開弁方向に摺動する。以上のようにして暖機運転が完了する。

ここで、従来のサーモスタット弁６では、閉止用リップ１０が主弁９外周部に同一平面上に鉢巻状に形成されていたので、上述のように開弁すると、その全周囲から同時に冷却水がＺ方向の管路に流れ、図７のＡ流とＢ流とが発生する。そして温度調節初期時には、このとき発生した水流と図７のＷ流とのミックスが行われる前に、ワックス膨張型熱感温部１１に直接的に接触するＢ流の影響を受け、上述の従来技術による問題が発生してしまうこととなる。

これに対し、本発明のサーモスタット弁６では、図４から図６のように前記主弁９の傘状平面部９ａに形成された扇形凹部１４および前記扇形凹部１４の凹部周縁に合致するよう形成された閉止用リップ１０の部分が、他の部分に比べて傾斜量Δｔの分だけワックス膨張型熱感温部１１側に傾斜しているため、主弁９の開弁時には、図３のように傾斜量Δｔの分だけ早く開弁することとなる。よって、温度調節初期時のＡ流の最適な流量、流れ方向等を考慮して本発明のサーモスタット弁６を設置することにより、Ｗ流とのミックスが適温となるまで閉弁しない構成とすることができるようになる。

以上のように、本発明のサーモスタット弁６によれば、主弁９の初期開弁ストローク時に、冷却水を扇形凹部１４，閉止用リップ１０間に優先的に流れさせ、その流れ方向、流量を制御することができるため、温度調節初期時において、ミックス流を安定して温度調節することが可能となる。そして、燃焼が安定し、水冷エンジン冷却システムにおいて高温側にミックス水冷適温を設定することもでき、サーモスタット弁の開閉動作も安定することとなる。

また、本発明のサーモスタット弁６によれば、図１のようなバイパス管路４を閉止するまでの過渡的な温度調節時においても、サーモスタット弁６により制御されたＡ流の流量、流れ方向によってミックス流を安定的に温度調節することができるため、エンジンのミックス水冷適温を高温側に設定してもトラブルが発生することはない。

また、過渡的な温度調節時を経過すると、図１のように、バイパス閉止弁１６がバイパス管路４の出口を閉止し、エンジンからの熱水はラジエータ３を通りラジエーター冷却ファン３（走行時であればその通風の影響も加味）により、冷却水（夏でも４０〜５０℃程度）は冷却され、図７のＹ流としてサーモスタット弁６を通ることとなるが、このときにも前記扇形凹部１４を通過するＡ流が存在しているため、Ｚ流に合流してその流れの何割かはＡ流としてミックス流を合成することができる。

これにより、従来のサーモスタットより開弁量が少ないリフト量で開閉動作が行われることになるため、その結果としてエンジンの水冷温度を低くセットする代わりに、安定制御の範囲であれば例えば９０℃前後の高温にミックス水冷適温をセットすることができるようになる。また、これにより、潤滑系、駆動系の摩擦等の損失低減も図ることができるようになる。

また、従来のように主弁９のワックス膨張型熱感温部１１側の摺動作動部をルーズな嵌め合いとはせず、直線的に摺動自在に作動可能な範囲で強固に嵌合させることができるため、従来の耐圧性に関する問題点も解決されることとなる。

尚、本発明のサーモスタット弁における主弁の構成として、エンジン容量、用途等による流量、流れ方向の変化に対応させ、例えば図８のように、扇形凹部１４及び閉止用リップ１０を複数箇所形成することもできる。

サーモスタット弁が最大に開弁した状態の冷却システムを示す図である。 エンジンの暖機運転完了前の状態における冷却システムを示す図である。 本発明のサーモスタット弁における主弁の開弁時の初期の状態を示す図である。 本発明のサーモスタット弁における主弁の側面図である。 図４の矢視Ａから本発明のサーモスタット弁における主弁を見た場合の図である。 図５の矢視Ｂから本発明のサーモスタット弁における主弁を見た場合の図である。 図２におけるサーモスタット設置部の一部拡大図である。 本発明のサーモスタット弁における主弁の他の実施例を示す図である。 従来使用されているサーモスタット弁の一般的な概略断面構造を示す図である。 従来のサーモスタット弁における主弁の側面図である。

符号の説明

１…水冷エンジン
２…ラジエーター
３…ラジエーター冷却ファン
４…バイパス管路
５…ウォーターポンプ
６…サーモスタット弁（サーモスタット弁本体）
７…弁フレーム
８…弁座
９…主弁
９ａ…傘状平面部
９ｂ…環状外周部
１０…閉止用リップ
１１…ワックス膨張型熱感温部
１１ａ…ワックス
１２…ニードル
１３…主弁閉弁用スプリング
１４…扇形凹部
１５…バイパス閉弁用スプリング
１６…バイパス閉止弁

Claims (3)

1. ラジエーター冷却媒体が温度調節されてエンジンウォータージャケットに循環される冷却システムに使用するサーモスタット弁において、
   サーモスタット弁における主弁のニードル側の傘状平面部の一部には、少なくとも一つの扇形凹部が形成され、
   前記主弁の外周部に連続的な略環状に設けられている閉止用リップの一部が、前記扇形凹部の凹部周縁に合致するように、傾斜量Δｔだけワックス膨張型熱感温部側に傾斜した状態に形成されていることを特徴とするサーモスタット弁。
2. 前記扇形凹部の中心角度を１８０度以下としたことを特徴とする請求項１記載のサーモスタット弁。
3. 前記扇形凹部を複数形成し、且つ各扇形凹部の中心角度の総和を１８０度以下としたことを特徴とする請求項１記載のサーモスタット弁。
   

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