JP6996394B2 - サーモスタット - Google Patents

Description

本発明は、エンジン冷却水の温度調整用のサーモスタットに関する。

上記のようなサーモスタットとして、特許文献１に記載のものが知られている。同文献に記載のサーモスタットは、ラジエータを通過した冷却水（以下、ラジエータ冷却水と記載する）とラジエータを迂回した冷却水（以下、バイパス冷却水と記載する）との合流部に設置されている。そして、同サーモスタットは、合流部を通過する冷却水の温度に応じて、合流部へのラジエータ冷却水の流入を遮断した状態と同流入を許容した状態とを切り替える温度感応式の制御弁として構成されている。

特開２０１４－０２５３８１号公報

サーモスタットには、オーバーヒートを防止するため、冷却水の温度に対する高い感度が求められる。すなわち、サーモスタットの閉弁中にバイパス冷却水の温度が急上昇した際には直ちにサーモスタットが開いて、ラジエータへの通水を速やかに開始できるようにすることが望ましい。

一方、電動式等の流量調整可能なウォータポンプを備えるエンジンでは、シリンダ壁面の昇温を促進するため、冷間始動時において冷却水の流量を少なくする低流量制御を行うことがある。こうした低流量制御を行うエンジンに、感度の高いサーモスタットを採用すると、下記のような冷却水温のハンチングが発生する虞がある。

エンジンの冷間始動の直後には、サーモスタットは閉弁しており、合流部にはバイパス冷却水のみが流入している。その後にバイパス冷却水の温度が、サーモスタットの開弁に必要な温度（以下、サーモ開弁温度と記載する）まで上昇すると、サーモスタットの開弁が開始されて、低温のラジエータ冷却水が合流部に流入し始める。低流量制御中の合流部へのバイパス冷却水の流入量が少ない状態では、このときの低温のラジエータ冷却水の流入に応じて合流部の冷却水の温度が一気に低下する。そして、その結果、開弁を開始したばかりのサーモスタットが閉弁してしまうことがある。サーモスタットが閉弁すると、低温のラジエータ冷却水の流入が止まるため、合流部の冷却水の温度が上昇して、サーモスタットの開弁が再び開始される。こうしてサーモスタットの開閉が繰り返され、その結果、エンジンに流入する冷却水の温度も昇降を繰り返すようになる。

以上のように、冷却水の温度に対するサーモスタットの感度は、冷却水の流量が多いときには高いことが望ましく、同流量が少ないときには低いことが望ましい。しかしながら、従来には、こうした冷却水の流量に応じた感度変化を可能な簡易な構成で実現可能なサーモスタットは提案されていないのが実情となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、冷却水の流量により同冷却水の温度に対する感度が変化するサーモスタットを提供することにある。

上記課題を解決するサーモスタットは、エンジンからの送出後にラジエータを通過した冷却水が流入するラジエータ冷却水流入口と、エンジンに向けて冷却水が流出する冷却水流出口と、を有した管状のハウジングを有している。そしてそのハウジングの内部には、感温部に当たる冷却水の温度が低いときには閉弁してラジエータ冷却水流入口から冷却水流出口への冷却水の流れを遮断し、同冷却水の温度が高いときには開弁して上記冷却水の流れを許容する弁体が設置されている。また、上記サーモスタットは、ハウジングの内部における弁体よりも冷却水流出口側の部分に設置されたスプリングシートと、弁体とスプリングシートとの間に介設されたスプリングと、ハウジングの内壁における弁体とスプリングシートとの間の部分に開口して、エンジンからの送出後にラジエータを迂回した冷却水が流入するバイパス冷却水流入口と、を備えている。また、上記サーモスタットにおける感温部は、ハウジングの内部における弁体とスプリングシートとの間の部分に設置されている。

ここで、エンジンからの送出後にラジエータを通過した冷却水をラジエータ冷却水とし、エンジンからの送出後にラジエータを迂回した冷却水をバイパス冷却水とする。上記のように構成されたサーモスタットでは、ハウジングの内部における弁体よりも冷却水流出口側の部分に感温部が設置されている。また、バイパス冷却水は、ハウジングの内壁における弁体とスプリングシートとの間の部分に開口したバイパス冷却水流入口よりハウジングの内部に流入するようになっている。そのため、弁体が閉弁しているときの感温部には、ラジエータ冷却水及びバイパス冷却水のうち、バイパス冷却水のみが感温部に当たるようになる。

一方、上記サーモスタットにおけるスプリングシートには、バイパス冷却水流入口の外縁に接する面であって外縁から離れた部分が同外縁に近い部分よりも冷却水流出口側に位置するように傾斜したスロープ面が設けられている。すなわち、スロープ面は、バイパス冷却水流入口の外縁に、段差なく繋がる面となっている。

こうしたサーモスタットでは、バイパス冷却水流入口から流入するバイパス冷却水の流量が少ないときには、バイパス冷却水流入口から流入するバイパス冷却水の一部がスロープ面に沿って流れるようになる。その結果、バイパス冷却水流入口からハウジングの内部に流入するバイパス冷却水の流れが全体的に冷却水流出口側に指向され、バイパス冷却水が感温部に当たり難くなる。一方、バイパス冷却水の流量が多いときには、バイパス冷却水流入口から送出されるバイパス冷却水は、流れの勢いに乗ってそのまま直進する。そのため、バイパス冷却水の温度に対する上記サーモスタットの感度は、バイパス冷却水の流量が少ないときには低くなり、同流量が多いときには高くなる。このように上記サーモスタットは、冷却水の流量に応じた感度の変化を、スプリングシートにスロープ面を設けることで実現するものとなっている。

第１実施形態のサーモスタットの断面構造と同サーモスタットが設置されたエンジン冷却系の構成とを併せ示す図。 図１の２－２線に沿った上記サーモスタットの断面図。 バイパス冷却水の流量が少ないときの上記サーモスタットのバイパス冷却水流入口周辺の冷却水の流れを示す図。 バイパス冷却水の流量が少ないときの上記サーモスタットのスロープ面に沿った冷却水の流れを示す図。 バイパス冷却水の流量が多いときの上記サーモスタットのバイパス冷却水流入口周辺の冷却水の流れを示す図。 第２実施形態のサーモスタットにおけるバイパス冷却水流入口周辺の部分の模式的な断面図。 同サーモスタットにおけるバイパス冷却水の流量が多いときのバイパス冷却水流入口周辺の冷却水の流れを示す図。

（第１実施形態）
以下、サーモスタットの第１実施形態を、図１～図５を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態のサーモスタット１３は、エンジン１０とラジエータ１１とを通って冷却水を循環する冷却水回路に設置されている。冷却水回路には、エンジン１０からの送出後にラジエータ１１を通過した冷却水を再びエンジン１０に還流するための還流水路１２が設けられている。そして、その還流水路１２に本実施形態のサーモスタット１３が設置されている。なお、還流水路１２におけるサーモスタット１３よりも下流側の部分には、電動式のウォータポンプ１４が設置されており、このウォータポンプ１４により冷却水回路に冷却水が循環されている。

一方、冷却水回路におけるエンジン１０とラジエータ１１との間の部分からは、バイパス水路１６が分岐されている。バイパス水路１６は、ヒータコア１５を通過後、サーモスタット１３において還流水路１２に合流するように設けられている。

なお、エンジン１０には、内部を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ１７が設けられている。水温センサ１７の検出信号は、ウォータポンプ１４のコントローラ１８に入力されている。コントローラ１８は、水温センサ１７の検出結果等に基づき、ウォータポンプ１４が吐出する冷却水の流量を、ひいては冷却水回路を循環する冷却水の流量を制御している。例えば、コントローラ１８は、エンジン１０の冷間始動時には、同エンジン１０のシリンダ壁面の昇温を促進するため、冷却水の流量を少なくする低流量制御を行っている。

同図に示すように、本実施形態のサーモスタット１３は、還流水路１２の一部を構成するハウジング２０を備えている。すなわち、ハウジング２０は管状に形成されており、その一端は、ラジエータ１１を通過した冷却水が流入するラジエータ冷却水流入口２１となっており、他端は、エンジン１０（ウォータポンプ１４）に向けて冷却水が流出する冷却水流出口２２となっている。なお、以下の説明におけるハウジング２０の上方は図中の矢印Ｕで示す方向を、ハウジング２０の下方は図中の矢印Ｄで示す方向を、それぞれ表している。

ハウジング２０の内部には、同ハウジング２０の上下方向に変位可能に弁体２３が設置されている。ハウジング２０の内壁には、弁体２３が当接可能な弁座２４が設けられている。弁体２３は、弁座２４に当接した位置にあるときに閉弁した状態となって、ラジエータ冷却水流入口２１から冷却水流出口２２への冷却水の流れを遮断する。また、弁体２３は、弁座２４から離間した位置にあるときに開弁した状態となって、ラジエータ冷却水流入口２１から冷却水流出口２２への冷却水の流れを許容する。

ハウジング２０の内部における弁体２３よりも冷却水流出口２２側の部分には、スプリングシート２５が設置されている。そして、弁体２３とスプリングシート２５との間には、弁体２３を弁座２４に向けて付勢するスプリング２６が介設されている。

また、ハウジング２０の内部における弁体２３とスプリングシート２５との間の部分には、弁体２３に固定され、且つハウジング２０の上下方向に変位可能にスプリングシート２５に支持された状態で感温部２７が設置されている。感温部２７の内部には、サーモワックスが封入されている。また、感温部２７には、ハウジング２０に固定されたガイドバー２８が上方から挿入されている。感温部２７の内部に封入されたサーモワックスは、感温部２７に当たる冷却水の温度が低いときには凝固して収縮し、同温度が高いときには融解して膨張する。サーモスタット１３における弁体２３の開閉弁は、こうしたサーモワックスの体積変化により、感温部２７へのガイドバー２８の挿入量が変化して、感温部２７が弁体２３と共にハウジング２０の上下方向に変位することで行われる。

なお、ハウジング２０には、バイパス水路１６の接続部となる管状のバイパスポート２９が一体に形成されている。そして、ハウジング２０の内壁における弁体２３とスプリングシート２５との間の部分には、バイパス冷却水が流入するバイパス冷却水流入口３０が開口されている。

図２に、図１の２－２線に沿ったサーモスタット１３の断面構造を示す。同図に示すように、スプリングシート２５は、スプリング２６を受けるとともに、ハウジング２０の上下方向に変位可能に感温部２７を支持する環形状の座部２５ａと、座部２５ａとハウジング２０の内壁との間に掛け渡された２つの連結部２５ｂ，２５ｃと、を有している。そして、スプリングシート２５は、両連結部２５ｂ，２５ｃの外周側の端部においてハウジング２０に固定されている。なお、座部２５ａから見たとき、連結部２５ｂは、バイパス冷却水流入口３０が位置する側に設けられており、連結部２５ｃはその反対側に設けられている。そして、ハウジング２０の内壁とスプリングシート２５との間には、冷却水が通過する２つの抜け口３２が形成されている。

スプリングシート２５の連結部２５ｂには、スロープ面３１が設けられている。図１に示すように、スロープ面３１は、バイパス冷却水流入口３０の外縁に接する面、すなわち段差なくバイパス冷却水流入口３０の外縁に繋がる面となっている。また、スロープ面３１は、バイパス冷却水流入口３０の外縁から離れた部分が同外縁に近い部分よりも冷却水流出口２２側に位置するように傾斜した面となっている。さらに、スロープ面３１は、図２に示すように、バイパス冷却水流入口３０から離れるほど、幅広となるように形成されている。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
エンジン１０の冷間始動の開始直後のサーモスタット１３では、弁体２３が閉弁した状態となっている。そのため、このときの感温部２７には、バイパス冷却水流入口３０から流入したバイパス冷却水のみが当たるようになる。

図３に、このときのバイパス冷却水の流れを示す。上述したように、本実施形態のサーモスタット１３のスプリングシート２５には、バイパス冷却水流入口３０の外縁に段差なく繋がるスロープ面３１が形成されている。一方、このときのコントローラ１８は、低流量制御を行っているため、バイパス冷却水の流量は少量となっている。

ここで、途中で屈折した壁面に沿っての冷却水の流れを考える。壁面の屈折角が大きい場合や冷却水の流速が高い場合には、冷却水の流れは屈折部分において壁面から剥離する。一方、壁面の屈折角があまり大きくなく、且つ冷却水の流速があまり高くない場合には、冷却水は屈折した壁面に沿って流れるようになる。

そのため、このときのバイパス冷却水流入口３０の外縁におけるスロープ面３１に接した部分では、バイパス冷却水流入口３０からハウジング２０の内部に流入した冷却水がスロープ面３１に沿って流れるようになる。これにより、バイパス冷却水流入口３０から流入する冷却水の流れが全体的に冷却水流出口２２側に指向され、感温部２７に当たるバイパス冷却水の流量が少なくなるため、このときのバイパス冷却水の温度に対するサーモスタット１３の感度はその分低くなる。その結果、冷却水の温度が十分に高くなるまで、サーモスタット１３の弁体２３が閉弁した状態に保持されるようになり、弁体２３の開弁が開始して低温のラジエータ冷却水が感温部２７に当たるようになっても、弁体２３が閉弁し難くなる。

また、上述のようにスロープ面３１は、バイパス冷却水流入口３０から離れるほど、幅広となるように形成されている。そのため、図４に示すように、スロープ面３１に沿った冷却水の流れは、感温部２７に向うほど広がるようになり、これによっても、感温部２７に当たるバイパス冷却水の量は少なくなる。

一方、図５に示すように、バイパス冷却水の流量が多いときには、バイパス冷却水流入口３０から流入する冷却水は、勢いに乗ってそのまま直進して、感温部２７に直撃する。そのため、バイパス冷却水の流量が多いときには、バイパス冷却水の温度に対するサーモスタット１３の感度は高くなる。こうした状態では、冷却水の温度が急上昇した際に直ちに弁体２３が開弁してラジエータ１１への通水が開始されるため、エンジン１０のオーバーヒートが生じ難くなる。

以上のように、本実施形態のサーモスタット１３は、冷却水の温度に対する感度が、冷却水の流量が少ないときには低くなり、同冷却水の流量が多いときには高くなる。そのため、冷間始動時における低流量制御の実行中の冷却水温のハンチングを抑えつつも、冷却水温が急上昇した際にはラジエータ１１への通水を速やかに開始して、オーバーヒートの発生を抑制できる。しかも、そうした冷却水の流量に応じた感度変化を、スプリングシート２５にスロープ面３１を形成しただけの僅かな構成の変更だけで実現するものとなっている。

（第２実施形態）
続いて、サーモスタットの第２実施形態を、図６及び図７を併せ参照して説明する。
図６に示すように、本実施形態のサーモスタットは、第１実施形態のサーモスタット１３に対して、スロープ面３１からハウジング２０の上方に突出すように形成されたガイド部３３を追加したものとなっている。ガイド部３３は、感温部２７に近い側が広がった楔形状に形成されており、スロープ面３１に沿ったバイパス冷却水の流れを更に、感温部２７に当たり難いものとする。

図７に示すように、ハウジング２０の上下方向におけるガイド部３３の上面の位置は、バイパス冷却水流入口３０の外縁におけるハウジング２０の最下方の位置と同じ位置となっている。そのため、流量が多いときのバイパス冷却水流入口３０から感温部２７に向けて直進するバイパス冷却水の流れを、ガイド部３３が妨げないようになっている。

上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記各実施形態では、感温部２７に近づくほど幅広となるようにスロープ面３１を形成していた。一定幅、或いは感温部２７に近づくほど幅狭となっていても、スロープ面３１は、低流量時のバイパス冷却水の流れを冷却水流出口２２側に指向させるものとなる。そのため、そうした場合にも、冷却水の流量によるサーモスタットの感度変化を実現できる。

・上記実施形態のサーモスタットでは、エンジン１０からの送出後にヒータコア１５を通過した冷却水がバイパス冷却水流入口３０から流入するようになっていたが、ラジエータ１１を迂回した冷却水であれば、ヒータコア１５以外のデバイスを通過した冷却水や、エンジン１０から送出された冷却水が直接、バイパス冷却水流入口３０から流入するようにサーモスタットを構成してもよい。

１０…エンジン、１１…ラジエータ、１２…還流水路、１３…サーモスタット、１４…ウォータポンプ、１５…ヒータコア、１６…バイパス水路、１７…水温センサ、１８…コントローラ、２０…ハウジング、２１…ラジエータ冷却水流入口、２２…冷却水流出口、２３…弁体、２４…弁座、２５…スプリングシート（２５ａ…座部、２５ｂ，２５ｃ…連結部）、２６…スプリング、２７…感温部、２８…ガイドバー、２９…バイパスポート、３０…バイパス冷却水流入口、３１…スロープ面、３２…抜け口、３３…ガイド部。

Claims (1)

1. エンジンからの送出後にラジエータを通過した冷却水が流入するラジエータ冷却水流入口と、前記エンジンに向けて冷却水が流出する冷却水流出口と、を有した管状のハウジングを有しており、感温部に当たる冷却水の温度が低いときには閉弁して前記ラジエータ冷却水流入口から前記冷却水流出口への冷却水の流れを遮断し、同冷却水の温度が高いときには開弁して前記冷却水の流れを許容する弁体が前記ハウジングの内部に設置されたサーモスタットであって、
   前記ハウジングの内部における前記弁体よりも前記冷却水流出口側の部分に設置されたスプリングシートと、
   前記弁体と前記スプリングシートとの間に介設されたスプリングと、
   前記ハウジングの内壁における前記弁体と前記スプリングシートとの間の部分に開口して、前記エンジンからの送出後に前記ラジエータを迂回した冷却水が流入するバイパス冷却水流入口と、
   を備えるとともに、
   前記ハウジングの内部における前記弁体と前記スプリングシートとの間の部分に前記感温部が設置されており、
   且つ、前記バイパス冷却水流入口の外縁に接する面であって前記外縁から離れた部分が同外縁に近い部分よりも前記冷却水流出口側に位置するように傾斜したスロープ面が前記スプリングシートに設けられている
   サーモスタット。

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