JP3745487B2 - サーモスタット弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーモスタット弁装置に係わり、特に、開弁温度を変更する機能を備えたサーモスタット弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車のエンジン冷却系では、冷却水の温度を所定の温度に保つため、ラジエータ側への冷却水の流れを制御するサーモスタット弁装置が配置されている。
しかしながら、従来の一般的なサーモスタット弁装置では、エンジンの安全性を考慮すると、開弁温度を、例えば、８０℃程度の比較的低温の一定値にしか設定できず、エンジンの燃焼効率の障害になっていた。
【０００３】
すなわち、開弁温度を、例えば、９０℃程度の比較的高温の値に設定することによりエンジンの燃焼効率を高めることが可能になるが、この場合には、エンジンの安全性が問題になる。
つまり、通常走行であるエンジンの低負荷時に高水温化を図り、燃焼効率を向上しても、急激に高負荷になった場合には、水温上昇までの時間遅れ、およびワックスの反応速度が遅く、開弁が遅れオーバーヒートしてしまう。
【０００４】
従来、このような問題を解決したサーモスタット弁装置として、例えば、特開平６−２０７６８５号公報に開示されるものが知られている。
図４は、この公報に開示されるサーモスタット弁装置を示すもので、この装置では、ハウジング１内に、サーモスタット本体２が収容されている。
サーモスタット本体２は、ワックス３の収容される感温ケース４と、この感温ケース４内に収容されるワックス３の温度による体積変化により移動されるピストンロッド５とを有している。
【０００５】
感温ケース４は、ホルダ６を介して横ウエブ７に固定されており、ピストンロッド５には、主弁８およびバイパス弁９が固定されている。
そして、このサーモスタット弁装置では、感温ケース４内に電気ヒータ１０が配置されている。
【０００６】
このようなサーモスタット弁装置では、開弁温度が、例えば、通常のエンジン負荷時には、９０℃程度の比較的高温の値に設定されるが、エンジンの負荷が急激に増大しそうな場合には、電気ヒータ１０をオンすることにより、感温ケース４内に収容されるワックス３を強制加熱して、エンジン冷却水温の上昇を待たずに開弁することが可能になり、エンジンの安全性を確保することができる。
【０００７】
そして、開弁温度を、例えば、９０℃程度の比較的高温の値に設定することができるため、特に、エンジンの排気ガス中の炭化水素等の発生を低減し、燃料消費を向上することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のサーモスタット弁装置では、感温ケース４内のワックス３を電気ヒータ１０により加熱して開弁温度を変更しているため、開弁がワックス３の時定数において比較的緩やかに行われ、高水温制御を行う上で障害になるという問題があった。
【０００９】
すなわち、一般に、高水温制御は、エンジンの低負荷時に行われるが、エンジンの負荷が急激に高負荷になった時には、限界水温に余裕がないため、主弁８を全開にしてラジエータへの冷却水の流量を増大するまでに時間がかかり、エンジンがオーバーヒートする虞があるという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、弁の開閉を迅速，確実に行うことができるサーモスタット弁装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のサーモスタット弁装置は、ハウジングの開口部に、感温ケース内に収容されるワックスの温度による体積変化を利用してピストンロッドを移動するサーモスタット本体を配置するとともに、前記ピストンロッドを前記感温ケースより内方に配置し、前記サーモスタット本体の外側に、前記感温ケースの移動に連動して前記開口部を開閉する主弁を配置してなるサーモスタット弁装置において、前記ピストンロッドの先端を支持する支持部材を、前記ハウジングを挿通して軸長方向に移動可能に配置するとともに、前記支持部材を移動する移動手段を配置してなり、前記移動手段を制御する制御手段は、前記主弁を標準温度で開くように前記移動手段を制御する標準制御モードと、前記主弁を前記標準温度より高い温度で開くように前記移動手段を制御する高水温制御モードと、前記高水温制御モード時に前記主弁を迅速に開くように前記移動手段を制御する高応答性制御モードとを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２のサーモスタット弁装置は、請求項１記載のサーモスタット弁装置において、前記支持部材は、前記ピストンロッドの先端面と離間可能とされていることを特徴とする。
請求項３のサーモスタット弁装置は、請求項１または２記載のサーモスタット弁装置において、前記移動手段は、前記ハウジングに固定され前記支持部材が螺合される螺子部材と、前記支持部材を伝達機構を介して回転させるモータとを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４のサーモスタット弁装置は、請求項１ないし３のいずれか１項記載のサーモスタット弁装置において、前記サーモスタット本体にバイパス弁を配置してなることを特徴とする。
【００１３】
（作用）
請求項１のサーモスタット弁装置では、標準制御時には、感温ケース内のワックスが温度変化により体積変化すると、ピストンロッドの先端が支持部材に支持されているため、エンジン冷却水温によるワックスの体積膨張により感温ケースが移動し、感温ケース側に固定される主弁により開口部が開閉される。
【００１４】
つまり、通常の従来のサーモスタットと同じ機能として働く。
請求項２のサーモスタット弁装置では、冷却水の水温を高めに制御する高水温制御時には、移動手段により支持部材がピストンロッドと反対側に移動され、支持部材とピストンロッドの先端面との間隔が、標準制御時より大きく設定され、これにより開弁温度が上昇され、この移動状態で保持され、その目標水温で制御すべくワックスの体積膨張により水温制御が行われる。
【００１５】
そして、高水温制御時は、エンジン限界水温との余裕代がないため、エンジンの負荷が急激に増大した時は、水温の上昇を待っていてはオーバーヒートしてしまうため、高応答性制御が行われ、移動手段により支持部材がピストンロッド側に移動され、ピストンロッドの先端を押圧することにより感温ケースに固定される主弁が迅速に開かれる。
【００１６】
請求項３のサーモスタット弁装置では、エンジンの各種状態を入力する制御装置によりモータが駆動されると、伝達機構を介して、螺子部材に螺合される支持部材が回転され、支持部材が軸長方向に移動される。
請求項４のサーモスタット弁装置では、サーモスタット本体にバイパス弁が配置され、バイパス通路の開閉が行われる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態について説明する。
図１は、本発明のサーモスタット弁装置の一実施形態を示しており、符号２１は、内燃機関用の冷却水をラジエータに導くための管路を構成するパイプ状のハウジングを示している。
【００１８】
このハウジング２１の開口部２１ａの中心軸上には、サーモスタット本体２３が配置されている。
このサーモスタット本体２３は、図２に示すように、ワックス２５が収容される感温ケース２７と、ワックス２５の温度による体積変化により移動されるピストンロッド２９とを備えている。
【００１９】
感温ケース２７には、ピストンロッド２９を案内する案内部材３１がカシメ固定されている。
案内部材３１と感温ケース２７との間には、ダイヤフラム３３が配置されている。
【００２０】
案内部材３１のダイヤフラム３３とピストンロッド２９の間には、半流動体３５，ラバーピストン３７およびテフロンピストン３９が順次配置されている。
そして、ピストンロッド２９は、図１に示すように、感温ケース２７より内方に配置されている。
サーモスタット本体２３の案内部材３１の外側には、感温ケース２７の移動に連動して開口部２１ａを開閉する主弁４１が配置されている。
【００２１】
この主弁４１は、円環状の本体部材４３の外周側にシールパッキン４５を有している。
本体部材４３は、シール材４７を介して、案内部材３１に支持固定されている。
感温ケース２７の外側には、リテーナ４９が配置されている。
このリテーナ４９の上端は、ハウジング２１の開口部２１ａに固定されている。
【００２２】
リテーナ４９と主弁４１のシールパッキン４５との間には、シールパッキン４５をハウジング２１側に押圧するコイルスプリング５５が配置されている。
リテーナ４９の下方には、冷却水のバイパス通路５９を開閉するバイパス弁６１が配置されている。
このバイパス弁６１は、感温ケース２７の突出部に固定されるストッパー６３と、このストッパー６３の上面に内周を当接される弁体６５とを有している。
【００２３】
この弁体６５と感温ケース２７との間には、弁体６５をストッパー６３側に押圧するコイルスプリング６７が配置されている。
そして、この実施形態では、ピストンロッド２９の先端を支持する支持部材６９が、ハウジング２１を挿通して軸長方向に移動可能に配置され、また、この支持部材６９を移動する移動手段７１が配置されている。
【００２４】
すなわち、ハウジング２１のピストンロッド２９の先端に対向する位置には、ボス部２１ｄが外側に突出して一体形成されている。
ボス部２１ｄには、貫通穴２１ｅが形成されており、この貫通穴２１ｅに支持部材６９が挿通されている。
貫通穴２１ｅには、パッキン７３およびブッシュ７５が収容されている。
【００２５】
ブッシュ７５の上方には、螺子部材７７が配置されている。
この螺子部材７７は、外周をボス部２１ｄに螺合され、また、内周に支持部材６９の螺子部６９ａが螺合されている。
そして、螺子部材７７によりブッシュ７５を介してパッキン７３が押圧固定されている。
【００２６】
支持部材６９の下端面には、凹部６９ｂが形成され、この凹部６９ｂにピストンロッド２９の先端が挿入されている。
ピストンロッド２９は、凹部６９ｂに移動可能に挿入され、支持部材６９の凹部６９ｂの底面は、ピストンロッド２９の先端面と離間可能とされている。
この実施形態では、移動手段７１は、ハウジング２１に固定され支持部材６９が螺合される上述した螺子部材７７と、支持部材６９を伝達機構７９を介して回転させるモータ８１とを有している。
【００２７】
伝達機構７９は、支持部材６９の端部に固定される歯車７９ａとモータ８１の回転軸に固定される歯車７９ｂとを有し、これ等の歯車７９ａ，７９ｂの間に伝達歯車７９ｃ，７９ｄ，７９ｅが介在されている。
なお、この実施形態では、伝達機構７９およびモータ８１は、ハウジング２１に固定されるケース８３内に収容されている。
【００２８】
また、モータ８１の駆動は、エンジンの各種信号を入力して所定の制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）からの信号に基づいて行われる。
そして、エンジンコントロールユニットによりモータ８１が駆動されると、伝達機構７９を介して、螺子部材７７に螺合される支持部材６９が回転され、支持部材６９が軸長方向に移動される。
【００２９】
図３は、上述したサーモスタット弁装置の制御態様を示すもので、このサーモスタット弁装置を用いて、標準制御、高水温制御および高応答性制御が行われる。
なお、これ等の制御の基本は、設定した開弁温度で支持部材６９を固定した後は、ワックス２５の体積変化による感温ケース２７の移動により開閉を行うもので、オーバーシュート，ハンチングが減衰し、水温が定負荷で小さくなっていく時間内は支持部材６９の移動を行わないことである。
【００３０】
しかし、減衰振幅のセンター値水温（エンジン水温感知温）が目標水温に向かわないときには、支持部材６９を更に微小移動して迅速に水温を一定にする制御が行われる。
ここで、標準制御は、従来と同様に、冷却水の温度Ｔ１（８０℃）で主弁４１を開き始め、冷却水の温度Ｔ１＋ΔＴＬ（１０℃前後）で主弁４１を全開にする制御である。
【００３１】
この標準制御では、ピストンロッド２９の上端が支持部材６９の凹部６９ｂ底面に当接しており、感温ケース２７内のワックス２５が温度Ｔ１までは、主弁４１が全閉、バイパス弁６１が全開とされバイパス通路５９から冷却水がエンジン側に循環される（図のＮ−１）。
そして、感温ケース２７内のワックス２５が温度Ｔ１＋ΔＴＬになると、主弁４１が全開、バイパス弁６１が全閉とされ冷却水がハウジング２１からラジエータ側に循環される（図のＮ−２）。
【００３２】
高水温制御は、冷却水の水温を高めに設定するための制御であり、この高水温制御時には、移動手段７１により支持部材６９がピストンロッド２９と反対側に移動され、支持部材６９とピストンロッド２９の先端面との間隔が、標準制御時よりＸだけ大きく設定され、これにより開弁温度が上昇される（図のＨ−１）。
【００３３】
すなわち、この高水温制御では、温度Ｔ１では、支持部材６９とピストンロッド２９の先端面との間に間隔Ｘが形成されており、ワックス２５の温度がＴ１＋ΔＴＸで、支持部材６９とピストンロッド２９の先端面とが当接される（図のＨ−２）。
そして、この後、主弁４１が開き始め、温度Ｔ１＋ΔＴＸ＋ΔＴＬで主弁４１が全開にされる（図のＨ−３）。
【００３４】
なお、Ｘ寸法は、エンジンコントロールユニットにより設定され、Ｘ寸法の固定時には、ワックス２５の温度変化による自己制御になる。
高応答性制御は、例えば、高水温制御中にエンジンの負荷が急激に増大した時に行われ、移動手段７１により支持部材６９をピストンロッド２９側に距離Ｙだけ移動し、ピストンロッド２９の先端を押圧することにより感温ケース２７に固定される主弁４１が迅速に開かれる（図のＭ−１）。
【００３５】
すなわち、高水温制御中にエンジンの負荷が急激に増大した時には、ワックス２５の時定数では、閉弁までに時間がかかりオーバーヒートの虞があるため、高水温制御のＨ−２の状態でも全開できるように、例えば、５秒程度の短時間で、移動手段７１により支持部材６９がピストンロッド２９側に距離Ｙだけ移動され、主弁４１が全開にされる。
【００３６】
なお、この場合には、時間の経過によりワックス２５の自己制御が行われるため、ワックス２５の時定数に相当する速度で、Ｘ寸法位置に支持部材６９を戻す制御が行われる（図のＭ−２）。
以上のように構成されたサーモスタット弁装置では、ピストンロッド２９の先端を支持する支持部材６９を、ハウジング２１を挿通して軸長方向に移動可能に配置し、支持部材６９を移動する移動手段７１を配置したので、移動手段７１により支持部材６９を移動することにより主弁４１の開閉を迅速，確実に行うことができる。
【００３７】
従って、高応答性制御を迅速，確実に行うことが可能になる。
また、上述したサーモスタット弁装置では、支持部材６９を、ピストンロッド２９の先端面と離間可能にしたので、支持部材６９とピストンロッド２９の先端面との間隔を標準制御時より大きく設定することにより高水温制御が容易に可能になる。
【００３８】
さらに、上述したサーモスタット弁装置では、移動手段７１を、ハウジング２１に固定され支持部材６９が螺合される螺子部材７７と、支持部材６９を伝達機構７９を介して回転させるモータ８１とから構成したので、信頼性の高い移動手段７１を容易，確実に得ることができる。
また、上述したサーモスタット弁装置では、サーモスタット本体２３にバイパス弁６１を配置したので、バイパス通路５９の開閉を行うことができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態では、支持部材６９をピストンロッド２９と別体にした例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、支持部材とピストンロッドとを一体に形成しても良い。
また、上述した実施形態では、ダイヤフラム式のサーモスタット弁装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、アキュムレータ式のサーモスタット弁装置にも適用することができる。
【００４０】
さらに、上述した実施形態では、移動手段７１にモータ８１を用いた例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、油圧，空圧等のアクチュエータを用いても良い。
また、上述した実施形態では、弁開によりラジエータ側に冷却水を流す例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、弁開によりラジエータ側からの冷却水を流入するようにしても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１のサーモスタット弁装置では、ピストンロッドの先端を支持する支持部材を、ハウジングを挿通して軸長方向に移動可能に配置し、支持部材を移動する移動手段を配置したので、移動手段により支持部材を移動することにより弁の開閉を迅速，確実に行うことができる。
【００４２】
請求項２のサーモスタット弁装置では、支持部材を、ピストンロッドの先端面と離間可能にしたので、支持部材とピストンロッドの先端面との間隔を標準制御時より大きく設定することにより高水温制御が容易に可能になる。
請求項３のサーモスタット弁装置では、移動手段を、ハウジングに固定され支持部材が螺合される螺子部材と、支持部材を伝達機構を介して回転させるモータとから構成したので、信頼性の高い移動手段を容易，確実に得ることができる。請求項４のサーモスタット弁装置では、サーモスタット本体にバイパス弁を配置したので、バイパス通路の開閉を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサーモスタット弁装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のサーモスタット本体を示す断面図である。
【図３】図１のサーモスタット弁装置の制御態様を示す説明図である。
【図４】従来のサーモスタット弁装置を示す断面図である。
【符号の説明】
２１ ハウジング
２１ａ 開口部
２３ サーモスタット本体
２５ ワックス
２７ 感温ケース
２９ ピストンロッド
４１ 主弁
６１ バイパス弁
６９ 支持部材
７１ 移動手段
７７ 螺子部材
７９ 伝達機構
８１ モータ

Claims (4)

1. ハウジング（２１）の開口部（２１ａ）に、感温ケース（２７）内に収容されるワックス（２５）の温度による体積変化を利用してピストンロッド（２９）を移動するサーモスタット本体（２３）を配置するとともに、前記ピストンロッド（２９）を前記感温ケース（２７）より内方に配置し、前記サーモスタット本体（２３）の外側に、前記感温ケース（２７）の移動に連動して前記開口部（２１ａ）を開閉する主弁（４１）を配置してなるサーモスタット弁装置において、
   前記ピストンロッド（２９）の先端を支持する支持部材（６９）を、前記ハウジング（２１）を挿通して軸長方向に移動可能に配置するとともに、前記支持部材（６９）を移動する移動手段（７１）を配置してなり、
   前記移動手段（７１）を制御する制御手段は、
   前記主弁（４１）を標準温度で開くように前記移動手段（７１）を制御する標準制御モードと、
   前記主弁（４１）を前記標準温度より高い温度で開くように前記移動手段（７１）を制御する高水温制御モードと、
   前記高水温制御モード時に前記主弁（４１）を迅速に開くように前記移動手段（７１）を制御する高応答性制御モードと、
   を有することを特徴とするサーモスタット弁装置。
2. 請求項１記載のサーモスタット弁装置において、
   前記支持部材（６９）は、前記ピストンロッド（２９）の先端面と離間可能とされていることを特徴とするサーモスタット弁装置。
3. 請求項１または２記載のサーモスタット弁装置において、
   前記移動手段（７１）は、
   前記ハウジング（２１）に固定され前記支持部材（６９）が螺合される螺子部材（７７）と、
   前記支持部材（６９）を伝達機構（７９）を介して回転させるモータ（８１）と、
   を有することを特徴とするサーモスタット弁装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載のサーモスタット弁装置において、
   前記サーモスタット本体（２３）にバイパス弁（６１）を配置してなることを特徴とするサーモスタット弁装置。

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