JP5936868B2 - サーモスタット装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジンの冷却水回路中に設けられ冷却水温度に従って冷却水の流れを適宜制御するためのサーモスタット装置に関し、主にエンジン出口に設けられ、いわゆるエンジン出口側制御を行うサーモスタット装置に関する。

従来この種のサーモスタット装置としては、種々の構造のものが知られており、例えば自動車用エンジンの冷却水回路において、冷却水の流れを、該冷却水温度にしたがって制御するものであり、エンジンの冷却水出口側あるいは冷却水入口側に適宜の状態で組込み配置されている。

この種のサーモスタット装置において、近年では、暖機性能を向上させ、かつエンジンを即暖させるために、サーモスタットが開く前の冷却水温度が低い際、バイパス通路を小さくし、車室内暖房用のヒータ通路への冷却水をより多く流すように設計されることが多くなっている。しかし、暖機前にエンジンの回転数が高くなりエンジン高負荷状態になると、それに連動駆動するウォーターポンプの回転数が上昇し、冷却水回路内の圧力が高くなってしまい、ヒータ、ラジエータ、さらには配管の破裂等を招いてしまう虞れがある。

このため、冷却水回路内の圧力（ウォーターポンプの吸引力）が所定圧力なった場合に、エンジン出口通路からバイパス通路側に冷却水を流すようにエンジン出口通路とエンジン戻り通路との間にバイパス通路を設けるとともに、サーモスタットバルブとは別にバイパスバルブを設けたものが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジンの冷却水入口側に設けられるサーモスタット装置において、エンジン入口に至る戻り通路とバイパス通路との間を開閉するバイパスバルブを、該サーモスタット装置におけるサーモエレメント構成部材の端部に組付けて構成したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

実開平３−７１１２７号公報 特開平９−８８５９８号公報

しかし、上述した従来構造において、前者の場合には、サーモスタットバルブに加えて別個にバイパスバルブを構成するための構成部品点数が多くなり、構造が複雑化するとともに、組立ても面倒かつ煩雑で、コスト高を招くといった問題があった。

また、後者の場合には、エンジンの冷却水入口側に設けられるタイプのサーモスタット装置では、ある程度の効果は得られるものの、エンジンの冷却水出口側に設けられるタイプのサーモスタット装置として、そのまま転用することは、構造上不可能であり、何らかの対策を講じる必要性が生じている。

さらに、上述した従来構造によれば、バイパスバルブ用のコイルばねがサーモエレメントにより他端を固定されているため、温度によるサーモエレメントの進退運動により、バイパスバルブに付勢されるばね荷重が変化してしまう。例えば、サーモエレメントが作動していないときのばね荷重よりも、サーモエレメントが作動し反メインバルブ側に移動するに従ってばね荷重は高くなり、結果としてバイパスバルブが開閉する設定圧力が変化してしまい、適切な一定圧力に制御し難いという問題もあり、これらの問題点を一掃し得る対策を講じることが望まれている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、エンジン冷却水の流れを制御するサーモスタットバルブに対しバイパス通路やバイパスバルブとしての機能をも付加し、しかも全体としての構成の簡素化、部品点数の削減、組立性の向上を図り、コスト低減を可能とするサーモスタット装置を得ることを目的とする。

このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係るサーモスタット装置は、自動車用エンジンの冷却水回路中に設けられ第１、第２の通路間での冷却水の流れを制御するメインバルブと前記第１の通路内に配置され冷却水温度に従って前記メインバルブを駆動制御するサーモエレメントとを備えたサーモスタット装置であって、前記サーモスタット装置が組み込まれた装置ボディは第３の通路を備え、前記冷却水回路内での冷却水圧力が所定圧以上になったときに該第１の通路と第３の通路とを連通させる連通孔を開閉する第２弁体を、前記サーモエレメントを保持する前記装置フレームと同軸上で移動可能に配置するとともに、コイルばねで付勢することにより、前記サーモエレメントの動きには無関係に、前記装置フレームの一部に設けた連通孔を塞ぐように構成したことを特徴とする。

本発明（請求項２記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１において、前記第２弁体を付勢するコイルばねは、前記装置フレームの筒状部端部とストッパとの係合により保持されるように構成されていることを特徴とする。

本発明（請求項３記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１または請求項２において、前記装置ボディは、前記第１の通路と前記第３の通路とを連通させる開口を前記サーモエレメントと同軸上に有し、前記開口には装置フレームの筒状部が嵌合保持され、この装置フレームは、前記メインバルブを付勢するメインスプリングにより押圧されることにより前記装置ボディに当接して係止されることにより、前記第１の通路と第３の通路とが隔離されていることを特徴とする。

本発明（請求項４記載の発明）に係るサーモスタット装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記サーモスタット装置は前記メインバルブを構成する第１弁体とこれを駆動制御するサーモエレメントを支持する装置ハウジングを備え、前記装置フレームは、前記サーモエレメントに嵌装されることにより該サーモエレメントを移動可能に保持した状態で、前記装置ハウジングの一部に前記メインスプリングの付勢力で押圧されて係止され、この状態で前記装置ハウジングを前記装置ボディに組み付けることにより、前記装置フレームは、前記係止状態が解除されるとともに、前記メインスプリングで前記装置ボディ側に押圧付勢されて組み付けられていることを特徴とする。

以上説明したように本発明に係るサーモスタット装置によれば、第２弁体やこれにより開閉されるバイパス通路を装置フレームに一体的に設けたことにより、従来構造のようにバイパスバルブ（第２弁体）をサーモスタットバルブと別体に構成する必要はなく、サーモスタット装置として一体的に構成できるため、構成部品点数の削減を図り、サーモスタットのレイアウトの自由度が大きくすることが可能で、これにより冷却水系を含めたエンジン回りでの小型化を達成することも可能となる。

特に、本発明によれば、前述した特許文献２のような問題点を解決でき、サーモエレメントとの作動状況に関係なく、一定のばね荷重が設定可能となるため、バイパスバルブ用のコイルばねの設計が容易になる。

また、本発明によれば、第２弁体をサーモエレメントと同軸上に配置することにより、装置フレームと連通孔とを一体成型（樹脂・金属どちらでもよい）すること可能で、また第２弁体も金属製の場合はプレス成型、樹脂製の場合は一体成型が可能となり、簡単な構造であるため、この第２のバルブを構成する部品を容易に作製することができ、これにより生産性を向上させ、また全体のコスト低減を図ることができる。

さらに、本発明によれば、第２弁体の組付けを、簡単な構造でかつ安価なコイルばねを採用して行えるため、組立性も向上し、製造コストも低減させることができる。

また、本発明によれば、第１通路と第３通路との間を特別なシール構造を用いることなく、より簡易な構造で両通路を隔離することができ、サーモスタット装置をエンジンに組付けることが容易になり、組立性も向上し、製造コストも低減させることができる。

（ａ），（ｂ）は本発明に係るサーモスタット装置の一実施例を示す要部断面図およびその一部拡大図である。 図１（ａ）の要部拡大図である。 図１（ａ）のサーモスタット装置において要部となるバイパスバルブ組立体を分解して示す概略分解斜視図である。 本発明に係るサーモスタット装置においてのメインバルブとバイパスバルブなどの作動概念を説明するための表である。 （ａ），（ｂ）は本発明に係るサーモスタット装置を装置ボディへの組立前、組立後の状態を説明するための要部断面図である。 図１（ａ）のサーモスタット装置の外観を示す概略斜視図である。 本発明に係るサーモスタット装置を適用する自動車用エンジンの冷却水回路図である。

自動車用エンジンの冷却水回路で主にエンジンの冷却水出口側に設けられる出口制御用のサーモスタット装置において、エンジン出口通路とエンジン入口に至る戻り通路とを流れる冷却水の差圧により開き、エンジン出口通路と戻り通路とをバイパスさせる圧力弁（バイパスバルブ）及びバイパス通路を、メインバルブを付勢するコイルばねのばね受けともなる装置フレームに一体的に組み込んで構成するようにする。

図１ないし図７は本発明に係るサーモスタット装置の一実施例を示す。
これらの図において、全体を符号１０で示すサーモスタット装置は、図１、図６に示す構造を有し、図７で示す自動車用エンジンの冷却水回路においてエンジン冷却水出口側に組み込まれて設けられる。

まず、本発明に係るサーモスタット装置１０を適用する冷却水回路の概要を図７を用いて簡単に説明すると、符号１はエンジン、その冷却水出口にはラジエータ通路２を介してラジエータ３が接続され、戻り通路４がエンジン冷却水入口に接続され、冷却水の冷却回路が構成されている。５はウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）で、エンジン冷却水入口に設けられている。

前記ラジエータ通路２のエンジン冷却水出口側には、本発明を特徴づけるサーモスタット装置１０が設けられ、ここで分岐されたバイパス通路６（後述する連通孔３１が相当する）が前記ウォータポンプ５の上流側に接続されている。

７は車内空調用の熱交換器であるヒータ、８はヒータ通路であり、このヒータ通路８は、エンジン１からの冷却水をヒータ７に送り、車室内空気等を温めた後、前記サーモスタット装置１０を経てエンジン１に戻すように構成されている。なお、ラジエータ３からの戻り通路４へのヒータ通路８の接続は、ウォータポンプ５（Ｗ／Ｐ）の上流であれば、戻り通路４とバイパス通路６との接続前であっても接続後であってもよい。ここでは、接続前の位置に接続している。

上述した冷却水回路によれば、エンジン１で熱せられた冷却水をラジエータ３に送り、冷却水温度を低下させ、ウォータポンプ５でエンジン１内に導入することにより、エンジン１を冷却するようになっている。ここで、前記サーモスタット装置１０は、周知の通り、エンジン１からの冷却水温度が低いときには、ラジエータ３を迂回させるように、バイパス通路６（連通孔３１）を介してエンジン１に戻したりする流路切換え機能をもつものである。

前記サーモスタット装置１０は、図１、図６に示されるように、全体がほぼドーム状を呈する装置ハウジング１１を備え、その一部にはラジエータ３に向かうラジエータ通路２につながる通路１２が開口して設けられている。
ここで、この装置ハウジング１１は、エンジン１のジャケット部１Ａ等にボルト止めされることで使用される。なお、このジャケット部１Ａの代わりに、単独の装置ボディを用い、これに適宜の通路を形成してもよい。

図１中１３はエンジン出口通路であり、エンジン１内の冷却水をヒータ７側に給送するように構成されている。１４はこのエンジン出口通路１３と前記ラジエータ３への通路１２とを接続、遮断するサーモスタット装置１０のメインバルブであり、その弁体（後述する第２弁体との関係から第１弁体となる部分）が開閉動作することにより、エンジン１からの冷却水を選択的にラジエータ３側に給送するようになっている。

図１中１５はサーモエレメントであり、エンジン出口通路１３中のエンジン冷却水温度によってピストン１５ａを伸縮駆動することにより、前記メインバルブ１４となる第１弁体を開閉制御するように構成されている。なお、１６はメインバルブ１４における第１弁体を弁閉方向に付勢するコイルばねによるメインスプリングである。

前記装置ボディとしてのエンジンジャケット部１Ａには、前記ヒータ８またはラジエータ３からウォータポンプ５を経てエンジン入口に冷却水を還流させるための戻り通路２０が形成され、前記サーモスタット装置１０の取付部に対応して各通路１３，２０に空間部２１，２２が形成されている。さらにこれらの空間部２１，２２を連通させる開口２３が形成されている。

図中符号３０で示すものは、本発明を特徴づけるサブバルブ（バイパスバルブ）を構成する連通孔３１（バイパス通路６）をフランジ状部３０ａに有し全体が前記開口２３に嵌合するように形成されたほぼ筒状を呈する装置フレームであり、図３、図４から明らかなように、前記装置ハウジング１１から垂下された一対の脚部１１ｂ、１１ｃに係止保持されるように構成されている。

図３中符号３２はフランジ状断面を有する形状を呈するように、例えば、断面がほぼ逆Ｌ字形状を呈するリング状部材で構成される第２弁体であり、前記連通孔３１を開閉するための弁部３２ａとガイド筒３２ｂからなり、このガイド筒３２ｂが前記装置フレーム３０の筒状部に移動自在に嵌装して設けられ、この第２弁体３２の弁部３２ａによって前記装置フレーム３０のフランジ状部３０ａに形成されている連通孔３１が開閉され、バイパス通路６が連通するように構成されている。この第２弁体３２はサブスプリングとしてのコイルばね３３により付勢され、かつ装置フレーム３０の筒状部先端に嵌合して係止されたストッパ３４により組付け保持され、これによりサブバルブ組立体が構成されている。

ここで、この第２弁体３２の断面形状は、必ずしもフランジ状あるいはほぼ逆Ｌ字形状でなくともよく、要は連通孔３１に嵌合する突起状形状を有するもの等、連通孔３１の形状に応じて閉じることができる形状であれば、どのような形状でもよいことは勿論である。

そして、このサブバルブを構成する第２弁体３２は、前記サーモエレメント１５の動きとは無関係に、前記通路２１，２２間の圧力差によってコイルばね３４の付勢力を撓ませながら開閉動作するようになっている。
なお、上述した第２弁体３２のガイド筒３２ｂは、必ずしも全周に渡るものでなくてもよく、周方向の数カ所の突起状になっていてもよい。要は、この第２弁体３２が装置フレーム３０の筒状部の回りで軸線方向に移動可能になっており、かつ通路２１，２２間の圧力差でコイルばね３３を撓ませながら通路孔３１を開閉され、バイパス通路６が連通するように構成されておればよい。

上述したサブバルブ組立体によれば、これをサーモスタット装置１０を構成する装置ハウジング１１の脚部１１ｂ，１１ｃに対して簡単に組付けて保持することができる。この組立状態では、前記装置フレーム３０はメインスプリング１６により装置ハウジング１１の脚部１１ｂ，１１ｃの先端爪部に係止され、その組立状態が維持されるようになっている。

ここで、図１，２中符号２５は装置フレーム３０のフランジ状部３０ａの外側に嵌装されて保持されるゴムリングであり、開口２３との間に介装することにより、第１の通路であるエンジン出口通路１３と第３の通路である戻り通路２０とのシールを確実にするようにしてもよい。勿論、このゴムリング２５は上述した介装位置には拘らず、開口２３と装置フレーム３０のフランジ状部３０ａと開口２３との間にサンドイッチ状に挟まれるように介在させて設けても良い。

また、このようなサブバルブ組立体を組付けたサーモスタット装置１０を、装置ボディであるエンジンジャケット部１Ａの空間部２１、開口２３、空間部２２による組付け部分に対し装置フレーム３０を含むサブバルブ組立体、サーモエレメント１５部分を挿入し、装置フレーム３０のフランジ状部３０ａを開口２３の段部に当接させることで、装置ボディへの組付けが完了する。このとき、装置フレーム３０はメインスプリング１６に押圧されて装置ボディ１１Ａ側に安定して支持される。

ここで、上述したサブバルブ組立体を組み付けたサーモスタット装置１０を、図５（ａ）に示しており、この組立時には、装置ハウジング１１の脚部１１ｂ，１１ｃの先端に係止される装置フレーム３０のフランジ状部３０ａは、メインバルブを構成するメインスプリング１６により押圧付勢されることにより係止保持され、サーモスタット装置１０としての組立体が構成される。

上述したサーモスタット装置１０は、装置ボディ（エンジンジャケット部）１Ａにおいてエンジン出口通路１３、戻り通路２０が並列して設けられており、前記空間部２１，２２を有する部分に対し差込んで装着することで、組付け固定される。
この組付け固定時において、前記装置ハウジング１１を装置ボディ１Ａに組み付けることにより、装置フレーム３０は、図５（ｂ）に示すように、前記係止状態が解除されるとともに、前記メインスプリング１６で前記装置ボディ１Ａ側に押圧付勢されて組み付けられることになる。このとき、前記装置ハウジング１１の脚部１１ｂ、１１ｃの先端係止部分と装置フレーム３０のフランジ状部３０ａとの間には若干の隙間が形成されて離間している。

このように構成することにより、メインスプリング１６で押圧付勢される装置フレーム３０は、装置ボディ１Ａ側に確実に押圧保持され、これにより安定した組付け固定状態が得られ、組付け性がよくなる。

また、このようにして得られるサーモスタット装置１０におけるメインバルブ１４とバイバスバルブ、さらに戻り通路２０の作動関係は、図４に示すようになっている。すなわち、暖機前にはメインバルブは閉じており、暖機後は開状態となる。一方、戻り通路２０は常時開路となっている。また、バイバスバルブ（サブバルブ）は、暖機前、暖機後とは無関係に、低回転時には閉、高回転時には開となる。

以上の構成によれば、サーモスタット装置１０を構成するメインバルブである第１弁体１５、メインスプリング１６等と共に、前記サブバルブ組立体を組付けることにより、サーモスタットバルブ（１５）と第２弁体３２とを一体的に備えた構造とすることができる。しかも、この場合に、上記の装置フレーム３０は、サーモエレメント１５のガイド部材として、さらにメインスプリング１６のばね受けも兼ねる部材であり、構成部品点数も少なく、組立性の面でも優れ、コスト低減が図る等の利点もある。また、上述した構成では、サーモスタット装置１０としてのレイアウト上での自由度が大きくなり、エンジン１の小型化も達成できる等の利点もある。

また、上述した構成によれば、装置フレーム３０に連通孔３１（バイパス通路６）を一体に成型し、さらにバイパスバルブとなる第２弁体も金属によるプレス成型または樹脂による一体成形で簡単に作製可能であり、構造も簡単で、生産性も向上させることができる。

さらに、上述した構成によれば、簡単な構造かつ安価なコイルばねを採用することができるため、組立性も向上し、製造コストも低減させることができる。
また、上述した構成によれば、第１通路と第３通路間を特別なシール構造を用いることなく、装置フレーム３０とゴムリング２５とにより簡易な構造で両通路を隔離することができ、サーモスタット装置１０をエンジン１のジャケット部１Ａに組付けることが容易になり組立性も向上し、製造コストも低減させることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、サーモスタット装置１０を構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
例えばエンジン回転数とは連動しない電動式ウォータポンプＷ／Ｐを用いたタイプの自動車用エンジンの冷却水装置に用いるサーモスタット装置であっても適用して効果を発揮し得るものである。

１ エンジン
１Ａ エンジンジャケット部（装置ボディ）
２ ラジエータ通路
３ ラジエータ
４ 戻り通路
５ ウォータポンプ
７ ヒータ
８ ヒータ通路
１０ サーモスタット装置
１１ 装置ハウジング
１２ 通路（ラジエータ側通路）
１３ エンジン出口通路
１４ メインバルブ（第１弁体）
１５ サーモエレメント
１６ メインスプリング
２０ 戻り通路
２１ 空間部
２２ 空間部
２３ 開口
２５ ゴムリング
３０ 装置フレーム
３０ａ フランジ状部
３１ 連通孔（バイパス通路）
３２ 第２弁体
３３ コイルばね
３４ ストッパ

Claims (4)

1. 自動車用エンジンの冷却水回路中に設けられ第１、第２の通路間での冷却水の流れを制御するメインバルブと前記第１の通路内に配置され冷却水温度に従って前記メインバルブを駆動制御するサーモエレメントとを備えたサーモスタット装置であって、
   前記サーモスタット装置が組み込まれた装置ボディは第３の通路を備え、
   前記冷却水回路内での冷却水圧力が所定圧以上になったときに該第１の通路と第３の通路とを連通させる連通孔を開閉する第２弁体を、前記サーモエレメントを保持する装置フレームと同軸上で移動可能に配置するとともに、コイルばねで付勢することにより、前記サーモエレメントの動きには無関係に、前記装置フレームの一部に設けた連通孔を塞ぐように構成したことを特徴とするサーモスタット装置。
2. 請求項１記載のサーモスタット装置において、
   前記第２弁体を付勢するコイルばねは、前記装置フレームの筒状部端部とストッパとの係合により保持されるように構成されていることを特徴とするサーモスタット装置。
3. 請求項１または請求項２記載のサーモスタット装置において、
   前記装置ボディは、前記第１の通路と前記第３の通路とを連通させる開口を前記サーモエレメントと同軸上に有し、
   前記開口には装置フレームの筒状部が嵌合保持され、
   この装置フレームは、前記メインバルブを付勢するメインスプリングにより押圧されることにより前記装置ボディに当接して係止されることにより、前記第１の通路と第３の通路とが隔離されていることを特徴とするサーモスタット装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のサーモスタット装置において、
   前記サーモスタット装置は前記メインバルブを構成する第１弁体とこれを駆動制御するサーモエレメントを支持する装置ハウジングを備え、
   前記装置フレームは、前記サーモエレメントに嵌装されることにより該サーモエレメントを移動可能に保持した状態で、前記装置ハウジングの一部に前記メインスプリングの付勢力で押圧されて係止され、
   この状態で前記装置ハウジングを前記装置ボディに組み付けることにより、前記装置フレームは、前記係止状態が解除されるとともに、前記メインスプリングで前記装置ボディ側に押圧付勢されて組み付けられていることを特徴とするサーモスタット装置。
   

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