JP2005351123A - サーモスタットおよびサーモスタットを有する車両冷却回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両冷却回路のレイアウト性を向上させる。
【解決手段】 冷却媒体の流れる通路３０を形成するハウジング部材２１と、ハウジング部材２１内に収容され、感温部２３が感知する冷却媒体の温度に反応し、通路３０を開閉するサーモスタット本体２２，２３と、サーモスタット本体２２，２３による通路３０の閉塞時に感温部２３に沿って冷却媒体が流れるように通路閉塞部２６の上流側と下流側とを連通する連通通路２７とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、感温部を流れる冷却媒体の温度に応じて通路を開閉するサーモスタットおよびサーモスタットを有する車両冷却回路に関する。

一般に、エンジン冷却水が循環する冷却回路には、回路の分岐部にサーモスタットが設けられる。サーモスタットは感温部を流れる冷却水の温度に応じて通路を開閉し、この通路の開閉により冷却回路を切り換え、熱交換器等へ流れる冷却水量を調整し、冷却水温を適温に保つようにしている。この種の冷却回路として、サーモスタットによりオイルクーラへの冷却水の流れを切り換えるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−２７１６４４号公報

上記公報にも開示されているように、サーモスタットを有する冷却回路では、通常、サーモスタットにバイパス管路が接続される。しかしながら、冷却回路にサーモスタットとともにバイパス管路を設けると、管路の取り回しが複雑になり、レイアウト性が悪化する。

本発明によるサーモスタットは、冷却媒体の流れる通路を形成するハウジング部材と、ハウジング部材内に収容され、感温部が感知する冷却媒体の温度に反応し、通路を開閉するサーモスタット本体と、サーモスタット本体による通路の閉塞時に感温部に沿って冷却媒体が流れるように通路閉塞部の上流側と下流側とを連通する連通通路とを備えることを特徴とする。
また、本発明による車両冷却回路は、上記サーモスタットと、冷却媒体を圧送するポンプと、ポンプにより圧送された冷却媒体との熱交換によって潤滑油を冷却する潤滑油用熱交換器と、ポンプにより圧送された冷却媒体との熱交換によって車室内に送風される空気を加熱する車両空調用熱交換器とを備え、ポンプに対して潤滑油用熱交換器と車両空調用熱交換器とを並列に配置し、サーモスタットを潤滑油用熱交換器に直列に、かつ、車両空調用熱交換器に並列に配置することを特徴とする。

本発明によれば、サーモスタット本体による通路の閉塞時に感温部に沿って冷却媒体が流れるように通路閉塞部の上流側と下流側とを連通通路を介して連通したので、サーモスタットにバイパス管路を設ける必要がなく、冷却回路のレイアウト性が向上する。

以下、図１〜図４を参照して本発明によるサーモスタットの実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態に係るサーモスタットを有するエンジン冷却水の循環回路を示す図である。ウォーターポンプ１とエンジンのシリンダヘッド２は管路１１を介して接続されている。ウォーターポンプ１により圧送されたエンジン冷却水は管路１１を介してシリンダヘッド２内に導かれ、シリンダヘッド２内の冷却水通路を通過して、エンジンを冷却する。

シリンダヘッド２の出口側管路１２は管路１３〜１５により三方に分岐している。管路１３には車室内を暖房する車両用空調装置としてのヒータ３が介装され、管路１５にはラジエータ４が介装されている。ヒータ３ではエンジン冷却水と図示しない空調ユニット内の空気とが熱交換され、空気が加熱される。ラジエータ４ではエンジン冷却水と外気との熱交換によりエンジン冷却水から放熱される。

管路１４および管路１５の端部はそれぞれサーモスタット５に接続され、サーモスタット５とウォーターポンプ１の間の管路１６に管路１３の端部が接続されている。サーモスタット５はエンジン冷却水の温度に応じて通路を開閉し、回路を切り換える。すなわち冷却水温がサーモスタット５の設定温度より低いとサーモスタット５により管路１５が閉じられる。これによりエンジン冷却水が管路１４を流れ、ラジエータ４をバイパスする。冷却水温が設定温度以上になるとサーモスタット５により管路１５が開放される。これによりエンジン冷却水が管路１５を流れ、ラジエータ４を通過する。このように冷却水温に応じてエンジン冷却水がラジエータ４を通過またはバイパスすることで、冷却水温が適温に保たれ、良好なエンジン性能を発揮することができる。

本実施の形態の特徴的構成として、シリンダヘッド２の入口側管路１１から管路１７が分岐し、この管路１７にサーモスタット２０とオイルクーラ６が直列に介装されている。オイルクーラ６では、変速機等に供給される潤滑油とエンジン冷却水とが熱交換される。管路１７の端部はヒータ３の下流側管路１３に接続され、ポンプ１に対してサーモスタット２０およびオイルクーラ６とヒータ３とが並列に配置されている。このように構成した冷却回路には、図中点線で示すようなバイパス管路１８が設けられていない。以下、この点について詳しく説明する。

図２は、サーモスタット２０の要部構成を示す断面図である。このサーモスタット２０は、冷却水温に応じた感温部２３におけるワックスの膨張、収縮によりハウジング２１内でピストン２２が伸縮するいわゆるワックス（ペレット）型であり、ハウジング２１から支持されたピストン２２には、管路方向に移動可能に感温部２３が支持されている。ハウジング２１は管路１７の一部を形成する。

ハウジング２１の内壁と感温部２３の外周に形成された段部との間には管路方向にばね２４が介装され、感温部２３はばね２４によって一方向（冷却水の上流側）に付勢されている。感温部２３の外周角部には斜め方向に弁部２５が形成され、これに対応してハウジング２３の内周面に斜め方向に弁座２６が形成されている。弁座２６にはその上流側と下流側とを連通する凹状のリーク孔２７が設けられ、リーク孔２７の周縁の一部は感温部２３に接している。リーク孔２７は周方向に複数、例えば１２０°毎に三カ所設けられている。

冷却水温がサーモスタット２０の設定温度未満のとき、ピストン２２は収縮し、図２（ａ）に示すように弁部２５が弁座２６に着座する（サーモスタット閉）。この状態では、通路３０が閉じられ、エンジン冷却水はリーク孔２７を通過し、感温部２３に沿って流れる。冷却水温がサーモスタット２０の設定温度以上になると、感温部２３の内部のワックスが膨張し、図２（ｂ）に示すようにばね２４の付勢力に抗してピストン２２が伸長する（サーモスタット開）。これにより弁部２５が弁座２６から離間して通路３０が開放され、弁部２５と弁座２６の隙間を介して感温体２３の周囲をエンジン冷却水が流れる。なお、ピストン２２が伸長した状態では、感温体２３の先端部２３ａとハウジング２１の内壁２１ａとの間に冷却水が通過するための十分な隙間が開口されるようにピストン２２の最大伸長量が設定されている。

次に、本実施の形態に係る動作をより具体的に説明する。
エンジンの始動によりウォーターポンプ１を駆動すると、ウォーターポンプ１から圧送されたエンジン冷却水は管路１１を介してシリンダヘッド２内に流入するとともに、管路１７を介してサーモスタット２０に流入する。冷却水温がサーモスタット２０の設定温度より低い状態ではサーモスタット２０は閉じられ、図３（ａ）に示すようにエンジン冷却水がリーク孔２７を通過する。このため管路１７側（オイルクーラ６側）の通路面積が絞られ、管路１３側（ヒータ３側）へより多くの冷却水が流れる。

これによりエンジン始動時の冷却水温が低く、油温が低い状態（冷機状態）において、ヒータ３を流れる冷却水量を確保することができるとともに、エンジンで発熱したエンジン冷却水がオイルクーラ６で放熱することを抑制できる。その結果、エンジン冷却水温が早期に上昇し、冷機状態で所望の暖房運転を速やかに開始することができる。また、少量ながらもオイルクーラ６をエンジン冷却水が通過するため、エンジン冷却水との熱交換により潤滑油温が上昇する。その結果、変速機等のフリクションが減少し、燃費が向上する。

冷却水温がサーモスタット２０の設定温度以上になるとサーモスタット２０が開放し、図３（ｂ）に示すように管路１３側をより多くの冷却水が流れる。これによりオイルクーラ６での放熱量が増加し、潤滑油を速やかに適温まで昇温することができる。この場合、冷却水温が増加しているため、ヒータ３での放熱量は大きく、ヒータ３を流れる流量が減少しても良好な暖房性能を確保できる。

ところで、感温部２３の熱容量、すなわち感温部２３の径，表面積，体積が大きいほど、ワックス量が多くなり、サーモスタット２０の応答性が悪化する。したがって、応答性の悪化を防ぐためには、感温部２３の熱容量が大きいほど冷却水量を多くする必要がある。図４（ａ）は、応答性の悪化を防ぐために必要な感温部２３の径と冷却水量との関係を示す図であり、図４（ｂ）は感温部２３の表面積と冷却水量との関係を示す図である。本実施の形態では、この図４の関係を用いて、感温部２３の熱容量が大きいほどリーク孔２７を通過する冷却水量が多くなるように、例えば感温部２３の径および表面積に応じてリーク孔２７を設定している。

本実施の形態に係る冷却回路によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）サーモスタット２０の弁部２５が着座するハウジング２１の弁座２６にリーク孔２７を設けるようにした。これによりサーモスタット閉時にリーク孔２７を介し感温部２３に沿って冷却水が流れ、冷却水温が設定温度以上になるとサーモスタット２０が開放し、冷却水量が増加する。その結果、サーモスタット２０にバイパス管路を設ける必要がなく、冷却回路のレイアウト性が向上する。
（２）上記サーモスタット２０をオイルクーラ６への流入管路１７に直列に設け、オイルクーラ６に並列にヒータ３を配置するようにしたので、サーモスタット閉時に、より多くの冷却水がヒータ３を流れ、冷機状態における暖房性能が向上する。
（３）感温部４３に接して弁座２６に凹状のリーク孔２７を設けたので、リーク孔２７を通過する冷却水温を感温部２３が敏感に感知するができる。その結果、感温部２３の応答性が高まり、リーク孔２７の大きさを最小限に設定することができる。
（４）感温部２３の熱容量が大きくなるほどリーク孔２７を通過する冷却水量が多くなるようにリーク孔２７を設定したので、感温部２３の大きさに拘わらずサーモスタット２０の開閉の応答性を良好なものとすることができる。

なお、上記実施の形態では、本発明によるサーモスタット２０をオイルクーラ６の流入管路１７に設けたが、他の箇所に設けてもよい。したがって、本発明による車両冷却回路は図１のものに限定されない。すなわちウォーターポンプ１に対して潤滑油用熱交換器としてのオイルクーラ６と車両用熱交換器としてのヒータ３を並列に配置し、サーモスタット２０をオイルクーラに直列に、かつ、ヒータに並列に配置したが、冷却回路の構成はこれに限らない。

ハウジング部材としてのハウジング２１、サーモスタット本体としての感温部２３およびピストン２２等の形状は図２のものに限定されない。弁座２７の表面に凹状にリーク孔２７を形成したが、サーモスタット閉時における閉鎖部（弁座２７）の上流側と下流側を連通するのであれば、弁座２７の表面以外に連通経路を設けてもよい。例えばハウジング２１の内部に貫通孔を設けて連通経路としてもよい。弁座２６ではなく弁部２５にリーク孔２７を形成してもよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態のサーモスタットに限定されない。

本発明の実施の形態に係る冷却回路図。 本発明の実施の形態に係るサーモスタットの要部構成を示す断面図。 本実施の形態に係る冷却回路の動作を示す図。 サーモスタットの応答性を確保するために必要な感温部径および感温部表面積とリーク孔を通過する冷却水量との関係を示す図。

符号の説明

１ ウォーターポンプ
３ ヒータ
６ オイルクーラ
２０ サーモスタット
２１ ハウジング
２２ ピストン
２３ 感温部
２７ リーク孔
３０ 通路

Claims (4)

1. 冷却媒体の流れる通路を形成するハウジング部材と、
   前記ハウジング部材内に収容され、感温部が感知する冷却媒体の温度に反応し、前記通路を開閉するサーモスタット本体と、
   前記サーモスタット本体による前記通路の閉塞時に前記感温部に沿って冷却媒体が流れるように通路閉塞部の上流側と下流側とを連通する連通通路とを備えることを特徴とするサーモスタット。
2. 請求項１に記載のサーモスタットにおいて、
   前記連通通路は、前記感温部に面した前記ハウジング部材の内壁面に凹状に形成されることを特徴とするサーモスタット。
3. 請求項１または２に記載のサーモスタットにおいて、
   前記感温部の熱容量が大きいほど前記感温部に沿って流れる冷却媒体の流量が大きくなるように前記連通通路が形成されることを特徴とするサーモスタット。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーモスタットと、
   冷却媒体を圧送するポンプと、
   前記ポンプにより圧送された冷却媒体との熱交換によって潤滑油を冷却する潤滑油用熱交換器と、
   前記ポンプにより圧送された冷却媒体との熱交換によって車室内に送風される空気を加熱する車両空調用熱交換器とを備え、
   前記ポンプに対して前記潤滑油用熱交換器と前記車両空調用熱交換器とを並列に配置し、前記サーモスタットを前記潤滑油用熱交換器に直列に、かつ、前記車両空調用熱交換器に並列に配置することを特徴とするサーモスタットを有する車両冷却回路。

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