JP2020169611A - サーモスタット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内に収容されるサーモ動作ユニットやフレーム支持部による通水抵抗を低減し、流通路内における圧力損失を軽減することができるサーモスタット装置を提供すること。【解決手段】サーモエレメント２ａにおける熱膨張体の膨張・収縮に基づいてハウジング３内の流通路を開閉する制御バルブ２ｃと、制御バルブを閉弁する方向に付勢するばね部材２ｄと、ばね部材の端部を受けるばね受けフレーム２ｇとが備えられ、ばね受けフレームが、ハウジングの流通路内に形成されたフレーム支持部３ｉに係止されることで、サーモ動作ユニット２がハウジング内に組み込まれている。フレーム支持部３ｉにおける冷却水の流れの上流側には、フレーム支持部とばね受けフレームに向かう冷却水の流路を迂回させて、冷却水の水流の衝突を阻止する整流部３ｊが配置されている。【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車等の内燃機関（以下、エンジンとも言う。）とラジエータとの間で冷却水を循環させる循環流路内に配置されて、前記冷却水温度を制御するサーモスタット装置に関する。

サーモスタット装置は、エンジンとラジエータとの間の循環流路内を流れる冷却水の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体（ワックス）を内蔵するサーモエレメントを備え、この熱膨張体の膨張・収縮に伴う体積変化により、制御バルブ（弁体）の開閉を行うことで、冷却水を所定の温度に保持するように機能する。

すなわち、熱膨張体を内蔵するサーモエレメントと制御バルブを含むサーモ動作ユニットは、ハウジング内に収容されて、例えばエンジンの冷却水路の入口側に配置される。そして、冷却水温度が低い場合には制御バルブは閉じられ、冷却水はラジエータを経由せずに、バイパス通路を介して循環される。
また冷却水温度が高くなった場合は、制御バルブが開くことで冷却水はラジエータを通して循環される。これにより、エンジン内の冷却水路であるウォータジャケット内を通る冷却水の温度を所要の状態に制御するように動作する。

この種のサーモスタット装置においては、従来から種々の改良並びに提案がなされており、本出願人においてもハウジング内に、サーモエレメントと制御バルブを備えたサーモ動作ユニットと共に、冷却水の温度を検出する温度センサーを収容したサーモスタット装置について提案をしており、これは特許文献１に開示されている。

特開２０１１−１７９４８０号公報

前記したサーモスタット装置によると、ハウジング内の温度センサーはエンジンに流入する冷却水の温度を精度良く感知することができ、この温度情報を利用することで、エンジンの一層の燃費向上に寄与することができる。
また、温度センサーはハウジングに形成された支持管内に、軸方向に着脱可能に取り付けられた構成が採用されるので、温度センサーを軸方向に若干引き抜く操作をすることにより、密封を解くことができる。したがって、循環流路内への冷却水の充填時におけるエアー抜きの機能や、冷却水の交換時における前記循環路から冷却水を抜き取るためのドレインコックの機能も果たすことができるなどの実用的な効果を備えることができる。

ところで、前記したサーモスタット装置においては、サーモエレメントと制御バルブを含むサーモ動作ユニットをハウジング内に装着させるに際し、制御バルブを閉弁状態に付勢するコイルばねと、このコイルばねの端部を受けるばね受けフレームなどの部材を必要とする。

このうち、特にばね受けフレームや、これを支持するハウジング内に形成されるフレーム支持部は、その面がハウジング内の冷却水の流路に直交するように配置されるために、ハウジング内を流れる冷却水の流れを疎外することになる。
これは、冷却水に乱流やよどみを発生させることになり、流通路内における圧力損失を大きくする。したがって、循環流路内に配置されるウォータポンプの大型化が必要になるなど、コストアップを含む別の問題を招くことになる。

この発明は、前記した問題点に着目してなされたものであり、前記したばね受けフレームや、これを支持するハウジング内に形成されるフレーム支持部などにより発生する通水抵抗を低減し、流通路内における圧力損失を軽減することができるサーモスタット装置を提供することを主要な目的とする。

このような目的に応えるためになされたこの発明に係るサーモスタット装置は、内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させる循環流路内に配置されて、内燃機関に供給する冷却水温度を制御するサーモ動作ユニットを、ハウジング内に収容したサーモスタット装置であって、前記サーモ動作ユニットには、冷却水の温度に反応して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵するサーモエレメントと、前記サーモエレメントにおける熱膨張体の膨張・収縮に基づいて前記ハウジング内の流通路を開閉する制御バルブと、前記制御バルブを閉弁する方向に付勢するばね部材と、前記ばね部材の端部を受けるばね受けフレームとが備えられ、前記ばね受けフレームに形成された係止部が、前記ハウジングの流通路内に形成されたフレーム支持部に係止されることで、前記サーモ動作ユニットが前記ハウジング内に組み込まれた構成になされ、前記フレーム支持部における冷却水の流れの上流側には、フレーム支持部とばね受けフレームに向かう冷却水の流路を迂回させることで、フレーム支持部とばね受けフレームに対する冷却水の水流の衝突を阻止する整流部が配置されていることを特徴とする。

この場合、前記整流部は、前記ハウジングの流通路内に沿って突出して配置されると共に、その中央部が冷却水の流れの上流側に位置し、両サイドが前記中央部よりも冷却水の流れの下流側に位置するように構成されていることが望ましい。
また、前記整流部は、前記ハウジングの流通路内に沿って突出して配置されると共に、その一端部が冷却水の流れの上流側に位置し、他端部が冷却水の流れの下流側に位置するように、前記一端部から他端部に向かって、冷却水の流れの方向に斜めに交差するように連続して形成された構成も好適に採用される。

そして好ましくは、前記ばね部材が、一端部から他端部に向かって除々に径を縮小するテーパー状になされたコイルばねにより構成され、前記ばね部材のばね径の大きな前記一端部が前記制御バルブに当接し、ばね径の小さい前記他端部が前記ばね受けフレームに当接して配置される。

加えて、前記ばね受けフレームは、前記フレーム支持部に係止される係止部を、長さ方向の両端部に備えて矩形状に形成され、ばね径の小さい前記コイルばねの他端部が当接する部分における前記ばね受けフレームの幅寸法が、ばね受けフレームの係止部の幅寸法にほぼ等しく形成されていることが望ましい。

この発明に係るサーモスタット装置によると、ハウジング内に形成されたフレーム支持部における冷却水の流れの上流側には、フレーム支持部とばね受けフレームに向かう冷却水の流路を迂回させることで、フレーム支持部とばね受けフレームに対する冷却水の水流の衝突を阻止する整流部が配置される。
この整流部の好ましい一つの形態においては、その中央部が冷却水の流れの上流側に位置し、両サイドが前記中央部よりも冷却水の流れの下流側に位置するように構成されるので、フレーム支持部とこれに支持されたばね受けフレームによる通水抵抗の増加を抑えることができる。

また、整流部の好ましい他の一つの形態においては、その一端部が冷却水の流れの上流側に位置し、他端部が冷却水の流れの下流側に位置するように、前記一端部から他端部に向かって、冷却水の流れの方向に斜めに交差するように連続して形成される。
したがって、同様にフレーム支持部とこれに支持されたばね受けフレームによる通水抵抗の増加を抑えることができ、ハウジング内における冷却水の流れを円滑にすることができる。

さらに、制御バルブを閉弁方向に付勢するばね部材は、除々に径を縮小するテーパー状になされたコイルばねが採用され、ばね受けフレームには前記ばね部材の小径の端部が当接するように構成される。加えて、ばね径の小さい前記コイルばねの他端部が当接する部分における前記ばね受けフレームの幅寸法が、ばね受けフレームの係止部の幅寸法にほぼ等しく形成された構成が採用される。これにより、ばね受けフレームを、より小型化させることが可能となり、ばね受けフレームによるハウジング内の通水抵抗を、より低減させることに寄与できるものとなる。
したがって、前記した整流部の作用と、幅寸法の小さなばね受けフレームの採用により、ハウジング内の冷却水の流れをより円滑にし、循環流路内の圧力損失を軽減させることができるサーモスタット装置を提供することができる。

この発明に係るサーモスタット装置の第１実施例を示し、ハウジングの一部を破断して示した斜視図である。 第１実施例のサーモスタット装置におけるハウジングの一部を破断した状態を視点を変えて示した斜視図である。 第１実施例のサーモスタット装置におけるハウジングの一部を破断した状態の正面図である。 図２に示す状態から姿勢を上下反転したサーモスタット装置の一部分解斜視図である。 第１実施例のサーモスタット装置におけるサーモ動作ユニットの一部をハウジングに装着する状態を示した断面図である。 第１実施例のサーモスタット装置における底面図である。 図３におけるＡ−Ａ線より矢印方向に見た断面図である。 この発明に係るサーモスタット装置の第２実施例について、図１と同様の視点で見た状態の斜視図である。

この発明に係るサーモスタット装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。先ず、図１〜図７はサーモスタット装置の第１実施例を示しており、そのうち図１〜図３は、サーモスタット装置１の全体構成を示している。
このサーモスタット装置１は、エンジンとラジエータとの間で、冷却水を循環させる循環流路内に配置されて、エンジンに供給する冷却水温度を制御するサーモ動作ユニット２が、ハウジング３内に収容されて構成される。

すなわち、サーモスタット装置１はラジエータ側からの冷却水路と、エンジン出口側からのバイパス通路との交差部に配置されて、これらの通路によって構成される第１と第２流路からの冷却水の流量を選択的に切り換えることにより、エンジン入口部に至る冷却水温度を適正に制御するように動作する。

なお、この実施の形態においては、サーモスタット装置１の外郭を構成するハウジング３は合成樹脂により形成されており、エンジンに冷却水を送りこむウォータポンプの上流側に配置されることで、前記ウォータポンプの駆動によって、冷却水が循環流路内で循環されるように構成される。
このために、ハウジング３の下底部は開放されて、ウォータポンプ側にサーモスタット装置１を直結するためのフランジ３ａと、このフランジ３ａの１８０度対向する位置に締結ボルトの挿通孔３ｂが形成されている。またハウジング３の下底部に沿って、ウォータポンプ側に接合する環状のパッキン３ｃが取り付けられている。

前記ハウジング３の中央部には、円筒状の内部空間が形成されて、ハウジング内の冷却水の流通路３ｄが形成されており、この内部空間内にサーモ動作ユニット２が組み込まれている。
また、ハウジング３には、ラジエータからの冷却水を受ける流入口３ｅが形成されており、この流入口３ｅは前記したサーモ動作ユニット２が収容されたハウジング３内の内部空間の軸線に対して、４５度程度屈曲された状態で構成されている。

また、前記ハウジング３には、エンジン出口側からのバイパス通路を経由する冷却水を受ける流入口３ｆが形成されており、この流入口３ｆは、ハウジング３の内部空間の軸線とほぼ同方向となるように、上向きに（図２参照）形成されている。
なお、この実施の形態における前記流入口３ｆは、エンジン出口側からの冷却水の一部を、室内暖房用の熱交換器としてのヒータコア部を介して受けるように利用される。すなわち、ヒータコア部は前記したバイパス通路としての機能も果たしている。

ハウジング３の内部空間内に収容されたサーモ動作ユニット２には、冷却水の温度に反応して膨張・収縮する熱膨張体（ワックス）を内蔵する円筒状のサーモエレメント２ａが備えられており、前記熱膨張体の膨張および収縮により、ピストン２ｂがサーモエレメント２ａから長手方向に伸縮するように動作する。
前記ピストン２ｂの先端部は、ハウジング３内の中央上部に形成された受け部としての長孔３ｇに嵌め込まれて、ハウジング３内に取り付けられている。

また、サーモエレメント２ａには円板状の制御バルブ（弁体）２ｃが取り付けられており、この制御バルブ２ｃは、ハウジング３の内部空間において内径が若干絞られることにより形成された弁座３ｈに当接することで、閉弁状態になされる。そして、制御バルブ２ｃに一端部が接するように、ばね部材２ｄがサーモエレメント２ａを囲むようにして配置されており、ばね部材２ｄの他端部は、ばね受けフレーム２ｇによって受けられる。

前記ばね部材２ｄは、一端部から他端部に向かって除々に径を縮小するテーパー状になされたコイルばねにより構成されている。そして、図４に示すように前記ばね部材２ｄのばね径の大きな前記一端部（大径部２ｅ）が、円板状の制御バルブ２ｃに当接し、ばね径の小さい前記他端部（小径部２ｆ）が、ばね受けフレーム２ｇの中央部に当接して配置される。

一方、ばね受けフレーム２ｇは、図４に示すように中央部にサーモエレメント２ａの挿通孔２ｈが形成され、長さ方向の両端部に係止部２ｉをそれぞれ備えて矩形状に形成されている。図１および図２にも示されるように、ばね径の小さい前記コイルばね２ｄの他端部（小径部２ｆ）が当接する部分におけるばね受けフレーム２ｇの幅寸法は、ばね受けフレーム２ｇの係止部２ｉの幅寸法にほぼ等しくなるように形成されている。

さらに、図１、図３、図４に示すように、ハウジング３の内部空間の側壁（流通路３ｄ）には、内部空間の軸線に直交する方向に、一対のフレーム支持部３ｉがそれぞれ軸対称の位置に突出して形成されている。そして、この一対のフレーム支持部３ｉに対して、前記ばね受けフレーム２ｇの係止部２ｉがそれぞれ係止されることで、サーモ動作ユニット２がハウジング３内に組み込まれている。
これにより、前記制御バルブ２ｃは、ばね部材２ｄの拡開作用により、閉弁する方向に付勢されている。

この実施の形態においては、ハウジング３内に形成されたフレーム支持部３ｉにおける冷却水の流れの上流側には、整流部３ｊがハウジング３の流通路３ｄ内に突出した状態で一体成形されている。なお、この整流部３ｊはハウジング３とは別部材として成形し、流通路３ｄ内に突出した状態で配置されていても良い。
この整流部３ｊは、制御バルブ（弁体）２ｃの開弁により、ラジエータ側からの流入口３ｅから、ハウジング３内の流通路３ｄに向かう冷却水の流路を迂回させるように作用する。すなわち、整流部３ｊの直下に位置するフレーム支持部３ｉおよびこのフレーム支持部３ｉによって係止されるばね受けフレーム２ｇ、特にばね受けフレーム２ｇの両端部に形成された係止部２ｉに対する冷却水の水流の衝突を阻止するように作用させるものとなる。

このために、この実施の形態においては図４に示されているように、整流部３ｊはその中央部が冷却水の流れの上流側に位置し、両サイドが前記中央部よりも冷却水の流れの下流側に位置するように、へ字状に成形されていて、整流部３ｊの両サイド間の幅は、フレーム支持部３ｉの長さ方向とほぼ同一となるように形成されている。
前記整流部３ｊは、前記したとおりへ字状に突出するように形成されているが、これは、例えば円弧状に形成されていても同様の作用効果を得ることができる。さらに、後で説明する第２実施例に示す整流部３ｊの構成も好適に採用することができる。

前記したサーモスタット装置１によると、バイパス通路（ヒータコア部）側からの流入口３ｆに供給される冷却水は、サーモエレメント２ａが位置するハウジング３の流通路３ｄ内に供給される。そこで、冷却水の温度が上昇すると、サーモエレメント２ａに内蔵された熱膨張体が膨張して、前記ピストン２ｂが伸張する。
これにより、サーモエレメント２ａに取り付けられた制御バルブ２ｃは、ばね部材２ｄの付勢力に抵抗して、ばね受けフレーム２ｇ側に向けて後退することで開弁し、周知のとおりの冷却水の温度制御がなされる。

図５は、この発明に係るサーモスタット装置１の組み付け途中の状態を示しており、制御バルブ（弁体）２ｃを取り付けたサーモエレメント２ａのピストン２ｂを、ハウジング３の長孔（受け部）３ｇに差し込む状態を示している。
この実施の形態によると、ピストン２ｂを長孔３ｇに差し込む状態においては、制御バルブ２ｃの周側面が、ハウジング３内の整流部３ｊに対して僅かな隙間を介して対峙されるように構成される。
したがって整流部３ｊは、制御バルブ２ｃを含むサーモ動作ユニット２の位置決め（倒れ防止）として有効に機能することになり、これにより、ピストン２ｂをハウジング３の長孔３ｇの軸方向に一致させた状態で、円滑に挿入することができる。

なお、この実施の形態においては、図５に示すようにハウジング３の流通路３ｄに配置された整流部３ｊは、対抗する一対のフレーム支持部３ｉのうちの一方のフレーム支持部３ｉに対応して配置されている。これは流入口３ｆ側からの開口が、ハウジング３内に形成されるために、この開口部分に整流部３ｊを配置することは不可能であるためであり、ヒータコア部側からの流入口３ｆが存在しないサーモスタット装置においては、対抗する一対のフレーム支持部３ｉに対応して、それぞれ整流部３ｊを配置することができる。

図８は、この発明に係るサーモスタット装置の第２実施例を示しており、この図８は図１と同様の視点で見た状態の斜視図で示している。
そして、図１に示す各部と同一の機能を果たす部分を同一の符号で示しており、したがって個々の詳細な説明は、適宜省略する。

図８に示すサーモスタット装置１においても、図１に示す第１実施例と同様に、ハウジング３内のフレーム支持部３ｉにおける冷却水の流れの上流側に、整流部３ｊが突出して配置されている。
そして、第２実施例の整流部３ｊは、その一端部が冷却水の流れの上流側に位置し、他端部が冷却水の流れの下流側に位置するように、前記一端部から他端部に向かって、冷却水の流れの方向に斜めに交差するように連続して形成されている。

したがって、図８に示す整流部３ｊにおいても、制御バルブ（弁体）２ｃの開弁により、ラジエータ側からの流入口３ｅから、ハウジング３内の流通路３ｄに向かう冷却水の流路を迂回させるように作用する。
すなわち、整流部３ｊは、整流部３ｊの直下に位置するフレーム支持部３ｉおよびこのフレーム支持部３ｉによって係止されるばね受けフレーム２ｇ、特にばね受けフレーム２ｇの両端部に形成された係止部２ｉに対する冷却水の水流の衝突を阻止するように作用する。それ故、フレーム支持部３ｉとこれに支持されたばね受けフレーム２ｇによる通水抵抗の増加を効果的に抑えることができ、ハウジング３内における冷却水の流れを円滑にすることができる。

以上説明したこの発明に係るサーモスタット装置によると、前記した発明の効果の欄に記載した作用効果のほかに、テーパー状になされたばね部材２ｄを採用したことにより、ハウジング内を流れる冷却水の流通路の有効な断面積を拡張することができ、これにより流水抵抗および圧力損失を、より低くすることに寄与することができる。
さらに、ばね部材２ｄとばね受けフレーム２ｇの縮小化により、サーモスタット装置の軽量化および製造コストの低減にも寄与することができるなどの副次的な効果も期待することができる。

１ サーモスタット装置
２ サーモ動作ユニット
２ａ サーモエレメント
２ｂ ピストン
２ｃ 制御バルブ（弁体）
２ｄ ばね部材
２ｅ 大径部
２ｆ 小径部
２ｇ ばね受けフレーム
２ｈ 挿通孔
２ｉ 係止部
３ ハウジング
３ａ フランジ
３ｂ ボルト挿通孔
３ｃ 環状パッキン
３ｄ 流通路
３ｅ 流入口（ラジエータ側）
３ｆ 流入口（ヒータコア部側）
３ｇ 長孔（受け部）
３ｈ 弁座
３ｉ フレーム支持部
３ｊ 整流部

Claims (5)

1. 内燃機関とラジエータとの間で冷却水を循環させる循環流路内に配置されて、内燃機関に供給する冷却水温度を制御するサーモ動作ユニットを、ハウジング内に収容したサーモスタット装置であって、
   前記サーモ動作ユニットには、冷却水の温度に反応して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵するサーモエレメントと、前記サーモエレメントにおける熱膨張体の膨張・収縮に基づいて前記ハウジング内の流通路を開閉する制御バルブと、前記制御バルブを閉弁する方向に付勢するばね部材と、前記ばね部材の端部を受けるばね受けフレームとが備えられ、
   前記ばね受けフレームに形成された係止部が、前記ハウジングの流通路内に形成されたフレーム支持部に係止されることで、前記サーモ動作ユニットが前記ハウジング内に組み込まれた構成になされ、
   前記フレーム支持部における冷却水の流れの上流側には、フレーム支持部とばね受けフレームに向かう冷却水の流路を迂回させることで、フレーム支持部とばね受けフレームに対する冷却水の水流の衝突を阻止する整流部が配置されていることを特徴とするサーモスタット装置。
2. 前記整流部は、前記ハウジングの流通路内に沿って突出して配置されると共に、その中央部が冷却水の流れの上流側に位置し、両サイドが前記中央部よりも冷却水の流れの下流側に位置するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット装置。
3. 前記整流部は、前記ハウジングの流通路内に沿って突出して配置されると共に、その一端部が冷却水の流れの上流側に位置し、他端部が冷却水の流れの下流側に位置するように、前記一端部から他端部に向かって、冷却水の流れの方向に斜めに交差するように連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット装置。
4. 前記ばね部材が、一端部から他端部に向かって除々に径を縮小するテーパー状になされたコイルばねにより構成され、前記ばね部材のばね径の大きな前記一端部が前記制御バルブに当接し、ばね径の小さい前記他端部が前記ばね受けフレームに当接して配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のサーモスタット装置。
5. 前記ばね受けフレームは、前記フレーム支持部に係止される係止部を、長さ方向の両端部に備えて矩形状に形成され、ばね径の小さい前記コイルばねの他端部が当接する部分における前記ばね受けフレームの幅寸法が、ばね受けフレームの係止部の幅寸法にほぼ等しく形成されていることを特徴とする請求項４に記載のサーモスタット装置。

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