JP5460210B2 - サーモスタット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却装置用サーモスタットに関する。

従来のサーモスタット３１は、図４に示すように、車両室内を暖めるヒータ１７を備えた暖機通路１９、ラジエータ１８を備えた冷却通路２０、ウォータポンプ２３が接続された通路、およびバイパス通路２１、の全ての通路の合流位置２２に配置されている。サーモスタット３１は、冷却水の温度および圧力に応じて動作し、冷却通路２０およびバイパス通路２１を、開放または閉鎖する。そして、冷却水を適切な温度にして、エンジン１５の温度調節を行う。その一例が、特開平９−８８５９８号に開示されている。

図５を参照し、従来のサーモスタット３１の構成を説明する。本体フレーム３２は、水路の座部に当接するドーナツ状の平板２５に、ドーナツ状平板２５の中心に垂直な軸（以後「本体フレームの軸」と呼ぶ）の所定の地点を固定するコーン状の支持部２６が接合されている。コーン状の支持部２６はその頂点で支軸３３の一端を本体フレーム３２の軸方向に支持している。すなわち、支軸３３の軸芯と本体フレーム３２の軸は一致している。コーン状の支持部２６は、例えば、孔が形成されたり、メッシュ部材を用い作製されるなど、冷却通路２０から流れてくる冷却水が通過できるように構成されている。

支軸３３の他端には、支軸３３の軸芯方向に移動自在に支持され冷却水温度に応じ伸縮する熱応動部３４が連結されている。また、熱応動部３４において連結された支軸の反対側には、ロッド部材３７が突設されている。熱応動部３４は、案内部材３５とワックスケース３６とから構成され、案内部材３５は、支軸３３が液密に挿入されており、ワックスケース３６には支軸３３の他端面が蓋をするようにワックスが封入されている（図示せず）。

本体フレーム３２には、支軸３３を固定する支持部２６の反対面側に、本体フレーム３２の軸方向に貫通孔を有するバネ支持体２７が配設されている。ワックスケース３６は、この貫通孔から突出している。言い換えると、ワックスケース３６の外周はこの貫通孔の内径に移動可能に摺接する。熱応動部３４の案内部材３５には本体フレーム３２のドーナツ状平板２５より下側に、メインバルブ３８が固定されている。メインバルブ３８の直径は、本体フレーム３２のドーナツ状平板２５の内径より大きい。バネ支持体２７の内壁とメインバルブ３８の間には、第１バネ４０がメインバルブ３８を本体フレーム３２のドーナツ状平板２５に付勢するように配設されている。

ロッド部材３７の先端部には、ドーナツ状のバイパスバルブ３９が、その内径をロッド部材３７の外周面に移動可能に摺接するように嵌合挿入されている。つまり、ロッド部材３７の外周面と、バイパスバルブ３９の孔の内面は、水密ではなく、わずかな隙間が存在する。ロッド部材３７の先端には、バイパスバルブ３９が抜け落ちないために、爪若しくは固定ワッシャ等が脱着止めとして配設されている。

バネ支持体２７の貫通孔から突出した熱応動部３４とバイパスバルブ３９の間には、第２バネ４１が配設されていて、バイパスバルブ３９をロッド部材３７の先端側に付勢している。

次にワックスケース３６の機能について説明する。ワックスケース３６中のワックスは、冷却水の温度変化により融解、若しくは凝固する。図６を参照して、ワックスが融解すると、ワックスの体積が膨張し、案内部材３５内で支軸３３に押圧がかかり、熱応動部３４は、第１バネ４０の付勢に逆らって支軸３３と反対方向（図５の下方向）に移動する。熱応動部３４にはメインバルブ３８が接合されているので、メインバルブ３８は、熱応動部３４の移動と共に支軸３３の軸芯方向に移動し、メインバルブ３８は開放される。

逆にワックスが凝固するとワックスの体積は減るので、支軸３３への押圧は減少する。そして、第１バネ４０に付勢されて図５の位置に戻り、メインバルブ３８も閉鎖される。このように、熱応動部３４は冷却水の温度に応じて、支軸３３の軸芯方向に移動し、それによってメインバルブ３８も開閉する。

以上のような構成を有するサーモスタット３１を有するエンジン１５の冷却機構の動作を説明する。図５を参照して、エンジン始動時は、冷却水温度が低くサーモスタット３１のワックスは凝固しており、熱応動部３４は動作しない。メインバルブ３８は、第１バネ４０に付勢され冷却通路２０を閉鎖し、バイパスバルブ３９は、第２バネ４１に付勢されバイパス通路２１を閉鎖している。

冷却水は、冷却通路２０を通らず、暖機通路１９を通るので、ラジエータ１８で冷却されることがなく、エンジン１５を効果的に暖機できる。一方、図６を参照して、エンジン１５が加熱され、冷却水の温度が上昇すると、熱応動部３４が温められ、メインバルブ３８が開く方向に第１バネ４０に抗して移動する。すると冷却水の大部分はラジエータ１８に送られ冷却されるので、加熱してきたエンジン１５を効果的に冷却することができる。

図７を参照して、冷却水温度が低い状態、すなわち暖機運転中で、アクセルを踏み込みウォータポンプ２３の回転数が上昇すると、ウォータポンプ２３から高い圧力で、冷却水は冷却装置１６に吐出される。暖機通路１９は、冷却通路２０より断面積が狭いので、通路中に過大な水圧が印加され、冷却装置１６を損傷する場合もある。この圧力は、第２バネ４１の付勢方向に逆らう方向にバイパスバルブ３９にも圧力をかける。そして、所定の圧力がかかると、バイパスバルブ３９は第２バネ４１の付勢に抗して開放され、暖機通路１９およびその他の部分の水圧を低下させる。この動作によって、冷却装置１６の損傷を防止する。

特開平９−８８５９８号

図８には、バイパスバルブの部分の拡大図を示す。従来のサーモスタット３１では、冷却水の温度が高くなり、熱応動部３４が動作して、メインバルブ３８が開いたときに、冷却水に混入した異物（例えば、シリンダブロック等の製造時に発生する鋳砂）が、バイパスバルブ３９およびロッド部材３７間に噛み込み、バイパスバルブ３９とロッド部材３７とが固着することがある。バイパスバルブ３９とロッド部材３７は水密に嵌合しているのではないからである。

図９を参照して、バイパスバルブ３９とロッド部材３７とが固着した状態で、冷却水の温度低下により、熱応動部３４が上方向に移動すると、ロッド部材３７に固着したバイパスバルブ３９も共に上方向に移動し、強制的に開弁される。言い換えると、常にバイパスバルブ３９が開弁状態になる。バイパスバルブ３９が常時開放されていると、冷却水は、暖機通路１９および冷却通路２０に流れにくくなる。従って、ヒータ１７の効きが悪くなり、エンジン１５の冷却も効果的に行われないという課題が生じる。

上記の問題に鑑み、本発明は、バイパスバルブおよびロッド部材間への異物の噛み込みを防止し、熱応動部の動作に伴うバイパスバルブの強制開弁を防止し、効果的にエンジンを暖機できるサーモスタットの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明によるサーモスタット１は、サーモスタット１の本体フレーム２と、前記本体フレーム２に一端が支持された支軸３と、前記支軸３により軸芯方向に移動自在に支持され、前記支軸３の他端面が蓋をするようにワックスが封入されているワックスケース６を含む熱応動部４と、前記熱応動部４において前記支軸３の反対側に突設され、かつ先端部分から所定長２８だけ前記熱応動部４側に移動した部分から縮径部分１１を有するロッド部材７と、前記熱応動部４に接合されたメインバルブ８と、前記メインバルブ８と前記本体フレーム２との間に介在し、前記メインバルブ８を付勢する第１バネ１２と、前記ロッド部材７の先端部分に摺接されたバイパスバルブ９と、前記バイパスバルブ９と前記ワックスケース６との間に介在し、前記バイパスバルブ９を付勢する第２バネ１３と、を備え、前記メインバルブ８が開放時若しくは、バイパスバルブ９の開放時に、前記バイパスバルブ９は、前記ロッド部材７の縮径部分へ移動する。

また、本発明のサーモスタット１において、前記縮径部分１１は、ロッド部材７の可動範囲より長い範囲に設けられている。

本発明のサーモスタット１によれば、バイパスバルブ９と、摺接するロッド部材７が縮径部分を有しており、バイパスバルブ９およびロッド部材７間に隙間２９ができるので、異物の噛み込みをなくし、バイパスバルブ９とロッド部材７との固着を防止できる。そして、熱応動部４の動作に伴うバイパスバルブ９の強制開弁を防止し、冷却水が暖機通路１９を流れ効果的にエンジン１５を暖機できる。

また、ロッド部材７の径を一様に細くした場合と異なり、メインバルブ８が閉じたとき、ロッド部材７の非縮径部分にバイパスバルブ９が摺接してバイパス通路２１を閉鎖するので、バイパス通路２１からの冷却水漏れをなくしエンジン１５を暖機する効率低下を防止できる。

また、ロッド部材７の径を一様に細くした場合と比べて、部品の組付時のがたつきを抑え、干渉を回避できる。

本発明のサーモスタットの縦断面図である。 同メインバルブを閉じたときの、ロッド部材の縦断面図である。 同メインバルブを開いたときの、ロッド部材の縦断面図である。 サーモスタットを備えるエンジンの冷却装置の略概念図である。 従来技術のサーモスタットの縦断面図である。 同メインバルブが開いたときの、サーモスタットの縦断面図である。 同バイパスバルブが開いたときの、サーモスタットの縦断面図である。 同メインバルブが開いたときの、ロッド部材の縦断面図である。 異物が噛み込み強制開弁した状態の、同ロッド部材の縦断面図である。

図１を参照して、本発明のサーモスタットの構成を説明する。
サーモスタット１は、従来のサーモスタット３１と同様に、本体フレーム２と、支軸３と、案内部材５およびワックスケース６から構成される熱応動部４と、ロッド部材７と、メインバルブ８と、バイパスバルブ９と、第１バネ１２と、第２バネ１３とを有する。そして、冷却水の温度によって熱応動部４が軸芯方向に移動し、メインバルブ８が開閉する。また、バイパス通路２１からバイパスバルブ９への水圧によって、第２バネ１３の付勢に抗してバイパスバルブ９が開く。以上の構成及び動作については、従来のサーモスタットと同じである。

次に、本発明の特徴部分である、ロッド部材７の構成を説明する。図２を参照する。ロッド部材７は、熱応動部４において前記支軸の反対側に突設され、先端部分から所定長２８だけ熱応動部４側に近づいた部分から外径が小さくなる縮径部分１１を有している。先端部分からの所定長２８は、少なくともバイパスバルブ９の厚みよりは長い。バイパスバルブ９はロッド部材７の先端部分の外径に対して嵌合挿入されるからである。ここで、先端部分からの所定長２８分を「バイパスバルブ摺接部」と呼ぶ。

縮径部分１１の外径は、バイパスバルブ摺接部１０の外径との差によって、冷却水中に混在する異物が通過すれば足りる。隙間２９が大きすぎると、メインバルブ８が開放された時に、バイパスバルブ９から流出する冷却水が多くなり、エンジン１５の冷却若しくはヒータ１７の暖機の効率が低下するからである。また、バイパスバルブ９が開放されてから戻る際に引っかかる原因になる。ロッド部材７を細くするため、強度低下につながる。また隙間２９が大きすぎると、摺動時にロッド部材７とバイパスバルブ摺接部１０が干渉し合い、ぶつかり合う原因になる。具体的には、バイパスバルブ摺接部１０の外径より４００〜５００μｍ程度細く形成されればよい。なお、バイパスバルブ摺接部１０と縮径部分１１の外径の差は、想定される異物の大きさから設定された数値であり、想定される異物の大きさが異なる場合は、上記の値に限定されるものではない。

また、縮径部分１１は、少なくともメインバルブ８開放時に熱応動部４とともに移動するロッド部材７の移動長の範囲よりわずかに長い範囲で形成される。メインバルブ８が開放された時に、ロッド部材７とバイパスバルブ９の間に隙間２９を設けるために縮径部分１１を形成するからである。

より具体的には、熱応動部４がバイパスバルブ９の方向へ最大限可動したときに、バイパス通路２１へ突出したロッド部分の範囲より長く、バイパスバルブ摺接部１０を除いた範囲に、ロッド部材７は縮径部分１１を有する。なお、縮径部分は、熱応動部４との接合点まで形成されていてもよい。

また、少なくとも、バイパスバルブ摺接部１０と縮径部分１１との間には、テーパーが形成される。縮径部分１１との間にバイパスバルブ９が引っ掛からないためである。

次に図３を参照して、本発明のサーモスタットの動作を説明する。エンジン１５が冷えている状態から始動時に、冷却水に暖機通路１９を通過させ、その際に急にアクセル等が踏み込まれ、ウォータポンプ２３からの水圧が上がった時にバイパスバルブ９を開ける点は、従来のサーモスタット３１と同じように動作する。

一方、エンジン１５が温まり、メインバルブ８が開放された時は、ロッド部材７がバイバスバルブ９の孔から突出する。この時、バイパスバルブ９とロッド部材７の間は、ロッド部材７の縮径部分１１だけ隙間２９が開く。従って、もし冷却水中に異物１４が混じっていても、この隙間２９を通過するだけで、バイパスバルブ９とロッド部材７の間に挟まって固着することがなく、バイパスバルブ９が常時開放されることを回避する。

以上のように本発明のサーモスタットは、ロッド部材７に縮径部分１１を有することとしたので、バイパス通路２１から異物１４が流れきても、ロッド部材７とバイパスバルブ９の隙間２９に詰まってバイパスバルブ９を固着し、バイパスバルブ９の常時開放を回避することができる。

本発明は、エンジンの冷却装置用サーモスタットに利用される。

１、３１ サーモスタット
２、３２ 本体フレーム
３、３３ 支軸
４、３４ 熱応動部
５、３５ 案内部材
６、３６ ワックスケース
７、３７ ロッド部材
８、３８ メインバルブ
９、３９ バイパスバルブ
１０ バイパスバルブ摺接部
１１ 縮径部分
１２、４０ 第１バネ
１３、４１ 第２バネ
１４ 異物
１５ エンジン
１６ 冷却装置
１７ ヒータ
１８ ラジエータ
１９ 暖機通路
２０ 冷却通路
２１ バイパス通路
２２ 合流位置
２３ ウォータポンプ
２５ 平板
２６ 支持部
２７ バネ支持体
２８ 所定長
２９ 隙間

Claims (2)

1. サーモスタットの本体フレームと、
   前記本体フレームに一端が支持された支軸と、
   前記支軸により軸芯方向に移動自在に支持され、前記支軸の他端面が蓋をするようにワックスが封入されているワックスケースを含む熱応動部と、
   前記熱応動部において前記支軸の反対側に突設され、かつ先端部分から所定長だけ前記熱応動部側に移動した部分から縮径部分を有するロッド部材と、
   前記熱応動部に接合されたメインバルブと、
   前記メインバルブと前記本体フレームとの間に介在し、前記メインバルブを付勢する第１バネと、
   前記ロッド部材の先端部分に摺接されたバイパスバルブと、
   前記バイパスバルブと前記ワックスケースとの間に介在し、前記バイパスバルブを付勢する第２バネと、を備え、前記メインバルブが開放時若しくは、バイパスバルブの開放時に、前記バイパスバルブは、前記ロッド部材の縮径部分へ移動するサーモスタット。
2. 前記縮径部分は、ロッド部材の可動範囲より長い範囲に設けられている請求項１に記載されたサーモスタット。

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