JP6744137B2 - サーモスタット装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等に使用される内燃機関（以下、エンジンという）の冷却水温度を可変制御する冷却水温度制御系において水温可変制御を行うため等に使用されるサーモスタット装置に関し、特に装置ハウジング内で冷却水の流れを遮るように突出する筒状ボス部によって生じる圧力損失等を軽減できるようにしたサーモスタット装置に関する。

従来からこの種のサーモスタット装置としては、種々の構造を有するものが提案されている。例えば、エンジン等の冷却水系に配置されるサーモスタット装置は、循環流路内を流れる冷却水の温度変化を感知して膨張・収縮するワックス（熱膨張体）を内蔵している。そして、前記サーモスタット装置は、ワックスの膨張・収縮に伴う体積変化により弁体の開閉を行って、冷却水を所定の温度に保持するように機能する。

ところで、この種のサーモスタット装置において、ピストンヒータタイプの電子制御式のものが知られている。即ち、このサーモスタット装置は、装置ハウジング内に固定されたピストンと、熱膨張体を封入することによりピストンに対して進退動作するシリンダ容器とを備える構造となっているが、このピストンの内部にヒータを設け、このヒータに通電することにより発熱させることで、冷却水温度の如何にかかわらず、ワックスを熱膨張させ、冷却水の流れを制御するように構成したものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。

そして、この種の電子制御式サーモスタット装置では、ピストン内に設けるヒータの外部接続のために、装置ハウジング内に筒状ボス部を突設し、この筒状ボス部にピストンの基端部を保持固定する構造が一般的であった。

ＷＯ２０１０／００４６０６号公報 特開２０１３−１２４６１８号公報

しかし、上述した特許文献１の構造では、装置ハウジング内に突出する筒状ボス部に対し、ラジエータ側から流入する冷却水が衝突し、乱流を引き起こし、サーモスタット装置での通水抵抗が大きくなり、冷却水通路での大きな圧力損失に繋がるという問題があった。そして、このような圧力損失が大きくなると、冷却水系のウォータポンプの大型化を招き、設計の自由度が損なわれるという問題もあった。

また、上述した特許文献１の構造では、外部接続用のコネクタ部が装置ハウジングの外側に大きく突出しているため、装置の小型化が困難であるといった問題もあった。

また、前述したサーモスタット装置では、筒状ボス部以外に、ピストンにも水流が直接（過大な圧力）当たるため、ピストンが揺らぐことでサーモエレメントの作動がスムーズでなくなり、サーモエレメントあるいはメインバルブが傾き、シール性が悪いという問題もあった。

さらに、上述した筒状ボス部は、ハウジング成型時に流れ込む樹脂材の衝突位置（ウェルド）になりやすいため、樹脂強度が低下し易いという問題もあった。

また、特許文献２に開示されるように、ピストンの基端部を固定保持する筒状ボス部を、装置ハウジングの外側に突出するような構造を採用したものも知られてる。しかし、このような構造では、ハウジング外側に突出する筒状ボス部の存在によって装置が大型化し易いという不具合を生じる虞れがある。

さらに、筒状ボス部をハウジング外側に設けるにあたっては、ヒータ長さ等の制約もあり、ピストン全長を自由に変更できず、上述したと同様にヒータコネクタ部がハウジング外側に突出するため、サーモスタット装置全体の大型化を招いてしまうという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、装置ハウジング内に流入する流体が、装置ハウジング内に突出したピストン挿入固定用の筒状ボス部を避けてスムーズにメインバルブへ流れるように筒状ボス部上流側に整流手段を設けることにより、流体の円滑な流れを助長し整流効果を発揮させ、流体通路内での圧力損失を軽減できるサーモスタット装置を得ることを目的とする。

また、本発明は、装置ハウジング内に突出する筒状ボス部において、流入口側に整流手段を設けるとともに、筒状ボス部を挟んで反対側にリブを設けることで、ハウジングの筒状ボス部を成形する際に生じる成形不良を抑制し、装置全体の小型化も実現でき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、装置ハウジング内で流体入口から流入する流体の流れを遮る方向から流体中に臨むように突設された筒状ボス部を備えたサーモスタット装置において、前記筒状ボス部の外周面の前記流体入口側の部分に整流手段を設けてなり、この整流手段を、前記筒状ボス部の外周面の流体入口側の部分から流体の流れの上流側に向かって延設された薄板形状の整流壁によって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、前記整流壁の前記流体の流れの方向に沿う先端縁は、前記筒状ボス部の先端から基部にかけて傾斜するテーパ形状となるように形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、前記整流壁は、前記流体入口側から前記筒状ボス部にかけて徐々に厚みを帯びるような板形状で形成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、前記筒状ボス部の反流体入口側の部分に、リブを設けたことを特徴とする。

本発明（請求項５記載の発明）に係るサーモスタット装置は、装置ハウジング内で流体入口から流入する流体の流れを遮る方向から流体中に臨むように突設された筒状ボス部を備えたサーモスタット装置において、前記筒状ボス部の外周面の前記流体入口側の部分に整流手段を設けるとともに、前記筒状ボス部の反流体入口側の部分、すなわち前記筒状ボス部の前記整流手段と軸対称位置に、リブを設けたことを特徴とする。

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、装置ハウジング内で流体の流れの上流側方向に延びて流体の流れを二流に分流させる整流手段としての整流壁を、装置ハウジング内に突出している筒状ボス部の外周面から流体入口側に延設するようにしたので、簡単な構成であるにもかかわらず、ハウジング内に突出する筒状ボス部の存在による乱流等の発生を防ぎ、整流効果を発揮させることにより、圧力損失を軽減することができる。

さらに、本発明によれば、筒状ボス部の上流側（流入口側）に設けた整流手段に加えて、当該筒状ボス部を挟んで反対側にリブを設けるように構成することにより、ハウジングの筒状ボス部を成形する際に生じる成形不良を抑制でき、従来のような不具合を一掃することができる。

すなわち、単に筒状ボス部の上流側に整流手段を設けるだけでは、成形後の整流手段のの冷却による樹脂収縮により、筒状ボス部が傾きその内腔の中心がズレてしまうため、ピストン内にヒータが挿入できないこと、あるいはサーモエレメントが正しく作動しないため、メインバルブが傾いた状態で作動することで、シール性が低下し、漏水量が増加する等の不具合を生じる。

さらに、上述したように整流手段のみを設ける場合において、仮にサーモエレメントとメインバルブが傾かないで作動できたとしても、ピストンが傾くことでサーモエレメント内のＵパッキンの内腔部のシールが不十分になり、あるいは、前記内腔部が偏摩耗することを誘発する可能性があり、その結果、サーモエレメント内に水が浸入し、サーモエレメントの故障に繋がる。

これに対し、本発明によれば、筒状ボス部を挟んで整流手段と軸対称位置にリブを設けたため、筒状ボス部にウエルドが生じることによる強度低下を防止でき、軸ずれ問題やシール性の問題等は生じない。

さらに、本発明によれば、装置ハウジングの外側への突出部分がないため、装置全体の小型化も実現することができる。

また、本発明によれば、整流手段である薄板形状の整流壁の前記流体の流れの方向に沿う先端縁を、筒状ボス部の先端から基部にかけて傾斜するテーパ形状となるように形成したり、薄板形状の整流壁の流体入口側から筒状ボス部にかけて徐々に厚みを帯びるような板形状で形成することにより、前述した整流効果をより一層発揮させることが可能で、これにより圧力損失の大幅な低減を期待することができる。

本発明に係るサーモスタット装置の一実施形態を示し、装置全体の概略構成を説明するための要部断面図である。 図１のサーモスタット装置の別の位置での断面を示す要部断面図である。 図１、図２のサーモスタット装置において、整流手段としての整流壁を示す流体入口側から見た概略図である。

図１ないし図３は本発明に係るサーモスタット装置の一実施形態を示す。
これらの図において、全体を符号１０で示すものは、電子制御式サーモスタット装置であり、例えばエンジンの冷却水系に設けられ、ラジエータ側の冷却水路と、エンジン出口部側からのバイパス通路との交差部等に付設され、これらの通路によって構成される第１、第２の流体流路での冷却水の流れ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制御するために用いられている。

前記サーモスタット装置１０は、装置ハウジング１１内で後述する筒状ボス部２０に保持固定されることでこの部分に垂下して設けられるほぼ有底筒状を呈するピストン１８と、その外側に軸線方向に摺動自在に嵌装して設けられるサーモエレメント１７を備え、このサーモエレメント１７の軸線方向上段部分には、装置ハウジング１１内に形成された流体通路を開閉制御するメイン弁体１５が設けられている。

ここで、前記サーモエレメント１７内には、周知の通り、ワックス等の熱膨張体が封入され、前記ピストン１８の先端が熱膨張体内に臨んで配置され、該ピストン１８内に設けたヒータ（図示せず）で温度制御可能に構成されている。

また、この電子制御式サーモスタット装置１０では、前記メイン弁体１５を付勢するばね１６やばね受け１６ａが設けられるとともに、バイパスバルブとなる第２の弁体やバイパスばね等も付設されているが、これらの構成は周知の通りであり、ここでの具体的な図示や説明は省略する。

なお、図中１２はラジエータからの冷却水の流入口、１３はバイパス回路側の流入口、１３ａはメイン弁体１５の下流側への前記バイパス回路側の流入口からの流入部、１４はエンジンの入口部に至る通路用開口である。また、１９は前記ピストン１８内に設けたヒータを外部接続するためのコネクタ部である。

さて、本発明によれば、上述した構成によるサーモスタット装置１０において、装置ハウジング１１内で流体入口１２から流入する流体（冷却水）の流れを遮る方向、すなわち流体の流れに交差する方向から、流体中に臨むように突設された筒状ボス部２０の外周面の前記流体入口１２側の部分に整流手段として薄板形状の整流壁３０を設けたところを特徴とする。

ここで、この薄板形状の整流壁３０は、筒状ボス部２０の外周面の前記流体入口１２側の部分から流体の流れの上流側に向かって延設されている。

すなわち、装置ハウジング１１内で流体の流れの上流側方向に延びて流体の流れを二流に分流させる整流手段としての整流壁３０を、装置ハウジング１１内に突出している筒状ボス部２０の外周面から流体入口１２側に突設しているので、ハウジング１１内に突出する筒状ボス部２０の存在による衝突や乱流等の発生を防ぎ、整流効果を発揮させることにより、圧力損失を軽減することができる。

また、この整流壁３０の前記流体の流れの方向に沿う先端縁は、図１に示すように、筒状ボス部２０の先端から基部にかけて傾斜するテーパ形状となるように形成され、このテーパ形状が流体入口１２からの流体の流れを、前記メイン弁体１５による開閉部分に向かって円滑に流れるように構成されている。このようにすれば、流体入口１２からの流体は、筒状ボス部２０に衝突することなく円滑に流れ、乱流の発生もなくなり、圧力損失を削減することができる。

また、前記整流壁３０は、図３に示すように、前記流体入口１２側から前記筒状ボス部２０にかけて徐々に厚みを帯びるような板形状で形成されている。このようにすれば、前記流体入口１２から流入する流体は、薄板形状の整流壁３０の先端縁部分で分流され、かつ増大する厚みによるテーパ面に沿って円滑かつなめらかに流れるもので、これにより整流効果に優れ、圧力損失を軽減する効果を発揮させ得るものである。

また、本発明によれば、前記装置ハウジング１１内で筒状ボス部２０の反流体入口側の部分、すなわち前記筒状ボス部２０の前記整流壁３０と軸対称位置には、図１、図２に示すように、リブ３１を一体に設けられている。これにより、ハウジング１１の筒状ボス部２０を成形する際に生じる成形不良を抑制でき、従来問題であった不具合を一掃することができる。

すなわち、単に筒状ボス部２０の上流側に整流壁３０を設けるだけでは、成形後の整流壁３０の冷却による樹脂収縮により、筒状ボス部２０が傾きその内腔の中心がズレてしまうことがあり、ピストン１８内にヒータが挿入できないことがある。また、サーモエレメント１７が正しく作動しないため、メイン弁体１５が傾いた状態で作動することで、シール性が低下し、漏水量が増加する等の不具合を生じる虞れがある。

さらに、上述したように整流壁３０のみを設ける場合において、仮にサーモエレメント１７とメイン弁体１５が傾かないで作動できたとしても、サーモエレメント１７内のＵパッキンの内腔部のシールが不十分になり、サーモエレメント１７内に水が浸入し、サーモエレメント１７の故障に繋がる等の問題を生じる虞れがある。

これに対し、上述したように、筒状ボス部２０を挟んで整流壁とリブ３１とを軸対称位置に設けると、筒状ボス部２０にウエルドが生じることによる強度低下を防止でき、軸ずれ問題やシール性の問題等は生じない。

以上の構成によるサーモスタット装置１０によれば、装置ハウジング１１の成形時において、筒状ボス部２０の流体入口１２側とその軸対称位置とに、薄板形状の整流壁３０とリブ３１とを一体に成形するという簡単な構造によって、装置ハウジング１１内での適切かつ円滑な流体の流れを得ることができ、従来のような筒状ボス部２０への衝突や乱流の発生を防ぎ、整流効果を発揮させて、圧力損失を大幅に軽減することができるものである。

このような薄板形状の整流壁３０による作用効果は、流体入口１２から流入する流体が筒状ボス部２０に向かって流れる際に、薄板形状の整流壁３０の先端縁部分で分流され、さらに薄板形状の整流壁３０の両側のテーパ面に沿ってスムーズに流れることにより、メイン弁体１５によるバルブ部分に流れ、無用な流体溜まりは生ぜず、乱流等の発生を防止することができることによるものであることが、実験等により確認されている。

また、リブ３１についても、筒状ボス部２０の反流体入口１２側であって、流体の流れには支障ない部分に設けているから、サーモスタット装置１０としての機能上で何ら問題ないことも、実験等により確認されており、本発明の効果を奏しさえすれば、その形状もどんなものであっても構わない。

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。

また、上述した実施形態では、サーモスタット装置１０として、ピストンヒータタイプの電子制御式サーモスタット装置である場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、電子制御式ではないハウジング一体型のサーモスタット装置であっても適用可能であり、さらにポペットバルブ式サーモスタットにおいて弱点となる筒状ボス部での圧力損失を低減することができる。

１０ 電子制御式サーモスタット装置
１１ 装置ハウジング
１２ 流体入口
１３ バイパス回路側の流入口
１４ 出口用開口
１５ 第１の弁体
１６ ばね
１７ サーモエレメント
１８ ピストン
１９ 外部接続用コネクタ
２０ 筒状ボス部
３０ 整流壁（整流手段）
３１ リブ

Claims (5)

1. 装置ハウジング内で流体入口から流入する流体の流れを遮る方向から流体中に臨むように突設された筒状ボス部を備えたサーモスタット装置において、
   前記筒状ボス部の外周面の前記流体入口側の部分に整流手段を設けてなり、
   この整流手段を、前記筒状ボス部の外周面の流体入口側の部分から流体の流れの上流側に向かって延設された薄板形状の整流壁によって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、
   前記整流壁の前記流体の流れの方向に沿う先端縁は、前記筒状ボス部の先端から基部にかけて傾斜するテーパ形状となるように形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に記載のサーモスタット装置において、
   前記整流壁は、前記流体入口側から前記筒状ボス部にかけて徐々に厚みを帯びるような板形状で形成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、
   前記筒状ボス部の反流体入口側の部分に、リブを設けたことを特徴とするサーモスタット装置。
5. 装置ハウジング内で流体入口から流入する流体の流れを遮る方向から流体中に臨むように突設された筒状ボス部を備えたサーモスタット装置において、
   前記筒状ボス部の外周面の前記流体入口側の部分に整流手段を設けるとともに、
   前記筒状ボス部の反流体入口側の部分に、リブを設けたことを特徴とするサーモスタット装置。

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