(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の冷却水通路を開閉可能な弁体と、前記弁体を開閉駆動可能なアクチュエータと、冷却水の温度が所定範囲内となるよう前記内燃機関の運転状態に応じて前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、前記冷却水の温度が前記所定範囲の上限近傍以上になると熱膨張により前記弁体を開作動させる感温駆動手段とを備え、
前記感温駆動手段は、軸方向に変位可能なピストンロッドを内蔵した感温ケースをそなえ、前記感温ケースが前記弁体に固定されるとともに、前記アクチュエータは前記感温ケースを介して前記弁体を開閉駆動する
ことを特徴とする、サーモスタット装置。
【請求項２】
前記感温ケース及び前記弁体を前記弁体の閉方向に付勢するスプリングが備えられている
ことを特徴とする、請求項１記載のサーモスタット装置。
【請求項３】
前記弁体及び前記感温ケースを収容するハウジングをそなえ、
前記ハウジングには、前記内燃機関を冷却した後ラジエータで処理された冷水が導入される冷水導入口と、前記内燃機関を冷却した後の温水が導入される温水導入口と、前記冷水導入口及び前記温水導入口の少なくともいずれかから導入された冷水又は温水又はこれらの混合水を冷却水として前記内燃機関に送る導出口とをそなえ、
前記弁体が前記冷水導入口を開閉するとともに、前記感温ケースに備えられたもう一つの弁体が前記温水導入口を開閉する
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のサーモスタット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の冷却水通路に設けられるサーモスタット装置に係わり、特に弁の開閉をアクチュエータにより行なうサーモスタット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に使用される水冷式内燃機関（以下エンジンと称する）の冷却系においては、冷却水の温度をエンジンに最適な温度に保つため、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装置が配置されており、冷却水温度が低い場合には冷却水をラジエータを通さずにエンジン循環させ、冷却水温度が高い場合には冷却水をラジエータを通して冷却し、エンジン循環させる。
【０００３】
このようなサーモスタット装置として、冷却水温度の変化により膨張・収縮する熱膨張体（例えばワックス）を内蔵したものが広く用いられている。この装置の代表的なものでは、冷却水温度が高い場合にはワックスの膨張により弁を開いてエンジンから出た冷却水をラジエータに流入可能とし、冷却水温度が低い場合にはワックスの収縮により弁を閉じてエンジンから出た冷却水をラジエータを通さずバイパス通路を介して再びエンジンに循環するよう構成されている。このようなタイプのサーモスタット装置は冷却水の温度変化によるワックスの膨張・収縮を利用するものであるが、冷却水の温度が変化してからワックスが膨張や収縮をするには時間がかかるため、冷却水温度の変化から弁の動作までの応答性が悪いという問題があり、冷却水温度の変化に応じた高応答制御ができない。
【０００４】
このため、近年ではモータ等のアクチュエータの作動を制御して弁を開閉するタイプのサーモスタット装置が種々提案されており、これによりエンジンの負荷や冷却水温度等の運転状態から、冷却水が常にエンジンに最適な温度となるよう弁の開度を応答よく制御できる。しかしその反面、上述したワックス等の熱膨張体の熱膨張を利用するタイプのものに比べて耐久性が低く、故障しやすい。仮にこれらアクチュエータやその制御手段等が故障してしまうと、冷却水温度が高温になっても弁が開かず、場合によってはエンジンのオーバヒートを招いてしまうという問題がある。
【０００５】
このようにアクチュエータやその制御手段が故障した際に、エンジンのオーバヒートを防止する技術として、特開平１０−３１７９６７には、ワックスの作用により弁を開閉するサーモスタット型制御弁を設けた冷却水通路と、電磁アクチュエータにより弁を開閉する電磁制御弁を設けた冷却水通路とを並列に設けた技術が開示されている。これを用いれば、電磁制御弁に故障が発生してもサーモスタット型制御弁が働くことにより、エンジンのオーバヒートを防止できる。
【０００６】
また、上記従来例のように弁を開閉する手段としてワックスの作用によるものとモータ等によるものの両方を使用した技術として、特開平１０−２２７３７２には、ワックスの膨張・収縮にともなって伸縮し弁を開閉するピストンロッドと、ピストンロッドが弁を開作動させる際にその反力を支持するとともにモータにより軸方向位置が調整可能な支持部材とを設け、ピストンロッドと支持部材の間隔を調整してピストンロッドを空振りさせる温度領域を可変設定することによってサーモスタット装置の開弁温度を任意に制御する技術が開示されている。また、エンジンの負荷が急激に増大し冷却水温が急上昇しそうなときにはピストンロッドを支持部材により強制的に駆動して弁を開け、エンジンのオーバヒートを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−３１７９６７に示されるサーモスタット装置では、ワックス制御用とアクチュエータ制御用とで別々の冷却水通路を設ける必要があり装置の大型化を招く上、各冷却水通路ごとに弁体を別々に設ける必要があるためコストがかさむという課題がある。
【０００８】
また、特開平１０−２２７３７２に示されるサーモスタット装置では、エンジンのオーバヒートを防ぐという所謂フェイルセーフ機能をモータ側に持たせているために故障が発生しやすく、モータや制御回路の故障により支持部材が移動不能となって、サーモスタット装置が開弁不能になると、エンジンのオーバヒートを招いてしまうという課題がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み創案されたもので、小型で故障の発生が少なくしかも低コストで製造できる、サーモスタット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】
かかる目的を達成するために、本発明のサーモスタット装置は、内燃機関の冷却水通路を開閉可能な弁体と、前記弁体を開閉駆動可能なアクチュエータと、冷却水の温度が所定範囲内となるよう前記内燃機関の運転状態に応じて前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、前記冷却水の温度が前記所定範囲の上限近傍以上になると熱膨張により前記弁体を開作動させる感温駆動手段とを備え、前記感温駆動手段は、軸方向に変位可能なピストンロッドを内蔵した感温ケースをそなえ、前記感温ケースが前記弁体に固定されるとともに、前記アクチュエータは前記感温ケースを介して前記弁体を開閉駆動することを特徴としている。
【００１１】
これによれば、共通の弁体をアクチュエータ及び感温駆動手段のいずれでも駆動できるため、冷却水通路を別々に設ける必要がなく、小型でかつ安価なサーモスタット装置が構成できる。
アクチュエータは感温ケースを介して弁体を開閉駆動することからも、小型で安価なサーモスタット装置が構成できる。
また、万一アクチュエータ又は制御手段が故障し冷却水温度が所定の範囲を超えるような事態が発生しても、信頼性に優れた熱膨張作用を利用した感温駆動手段が弁体を開作動するため、内燃機関のオーバヒートを確実に防止できる。
なお、前記感温ケース及び前記弁体を前記弁体の閉方向に付勢するスプリングが備えられていることが好ましい。
また、前記弁体及び前記感温ケースを収容するハウジングをそなえ、前記ハウジングには、前記内燃機関を冷却した後ラジエータで処理された冷水が導入される冷水導入口と、前記内燃機関を冷却した後の温水が導入される温水導入口と、前記冷水導入口及び前記温水導入口の少なくともいずれかから導入された冷水又は温水又はこれらの混合水を冷却水として前記内燃機関に送る導出口とをそなえ、前記弁体が前記冷水導入口を開閉するとともに、前記感温ケースに備えられたもう一つの弁体が前記温水導入口を開閉することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態としてのサーモスタット装置について説明する。本実施形態は本発明を自動車用エンジンの冷却系に適用したものであり、図１〜図４に基づいて説明する。
図１は本実施形態にかかる自動車用エンジンの冷却系の全体構成図である。図１において、矢印ｃは冷却水の流れを示しており、冷却水はウォータポンプ６から吐出された後シリンダブロック３に形成された流入口３ａから流入し、エンジン１内に形成された図示しないウォータジャケットを通って、シリンダヘッド２に形成された流出口２ａから流出する。
【００１３】
流出口２ａには冷却水通路７とバイパス通路１０が並列に接続されており、この内、冷却水通路７に流入する冷却水はラジエータ４に導入され、冷却された後、冷却水通路８を通って後に詳述するサーモスタット装置５に導入される。また、バイパス通路１０に流入する冷却水はラジエータ４をバイパスしてサーモスタット装置５に導入される。このサーモスタット装置５に導入された冷却水は冷却水通路９を通ってウォータポンプ６に吸入され、再び吐出されて流入口３ａからエンジン１に流入する。サーモスタット装置５は、冷却水通路８と冷却水通路９との連通開度、及びバイパス通路１０と冷却水通路９との連通開度を調節することにより、冷却水の温度を制御する。
【００１４】
次に、図２に基づいてサーモスタット装置５の詳細構造を説明する。本実施形態にかかるサーモスタット装置５はハウジング１２及び１３から構成される外殻を有しており、ハウジング１２には冷却水通路８に連通する冷水導入口１２ａが、またハウジング１３にはバイパス通路１０に連通する温水導入口１３ａ及び冷却水通路９に連通する導出口１３ｂが形成されている。さらに、サーモスタット装置５は、冷水導入口１２ａと導出口１３ｂとの連通開度を制御する第１弁体１１、及び温水導入口１３ａと導出口１３ｂとの連通開度を制御する第２弁体１９を内蔵している。
【００１５】
ハウジング１２のハウジング１３との接合部近傍の開口縁部１２ｂには、第１弁体１１の着座可能な弁座１４が固定されており、第１弁体１１が弁座１４に着座（閉弁）している場合には冷水導入口１２ａから導出口１３ｂに冷却水が流れるのを阻止し、第１弁体１１が台座１４から離れて（開弁）いる場合には冷水導入口１２ａから導出口１３ｂに冷却水が流れるのを許容するよう構成されている。この弁座１４にはハウジング１３内に位置するフレーム１５が固定されており、このフレーム１５と第１弁体１１との間に介装されたスプリング１６により、第１弁体１１は閉弁方向に常時付勢されている。
【００１６】
第１弁体１１には、感温駆動手段として、例えば、冷却水温度により膨張・収縮するワックス及び該ワックスの体積変化により軸方向に変位可能なピストンロッド１７を内蔵した感温ケース１８が固定されている。また、弁座１４にはハウジング１２内に位置する反力支持部１４ａが一体に形成されており、ピストンロッド１７の先端１７ａは反力支持部１４ａに対向するよう配置されている。冷却水温度の上昇に伴いワックスが膨張してピストンロッド１７が伸長すると、ピストンロッド１７の先端１７ａと反力支持部１４ａとが当接した状態でスプリング１６の付勢力に抗して感温ケース１８及び第１弁体１１が図中右方に変位し、第１弁体１１が開弁するものとなっている。
【００１７】
また、感温ケース１８の温水導入口１３ａ側端部には、第１弁体１１が感温ケース１８を伴って開方向（図２中右方向）に一定以上リフトした際に、温水導入口１３ａを閉塞してバイパス通路１０からの冷却水の流入を阻止する第２弁体１９が設けられている。第２弁体１９は感温ケース１８に摺動自在に嵌挿され、スプリング２０により温水導入口１３ａ側（図２中右方向）に常時付勢されるとともにストッパ２１により感温ケース１８からの脱落が防止されており、温水導入口１３ａを閉塞した状態で感温ケース１８が更に変位した場合には、スプリング２０が伸縮してストロークを吸収できるようになっている。
【００１８】
感温ケース１８に内蔵されるワックスは、純度が高く、また熱膨張を開始する温度が高い（本実施形態では９０℃）性状のものが選択されている。一般に、ワックスの純度を高くすることにより、温度変化に対する膨張・収縮応答性がよりよくなることが知られている。なお、ワックス及びピストンロッド１７を内蔵する感温ケース１８の詳細構造については、前記したワックス性状の違いを除いて既に公知のものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
【００１９】
ハウジング１２の第１弁体１１と対向する壁面外側には、アクチュエータとして電磁アクチュエータ２２が取付けられており、この電磁アクチュエータ２２により伸縮駆動される駆動部材２３，２３がハウジング１２を液密に長手方向に貫通して延び、第１弁体１１と一体化された感温ケース１８に当接可能に設けられている。駆動部材２３，２３が貫通するハウジング１２の貫通穴１２ｃ，１２ｃにはＯリング，Ｘリングといった図示しないパッキン類が配されており、貫通穴１２ｃからの冷却水漏洩を防止している。また、電磁アクチュエータ２２の駆動は、エンジンの運転状態を示す各種信号を入力して所定の制御を行なうＥＣＵ２４からの制御信号に基づいて行われるようになっている。
【００２０】
これにより、ＥＣＵ２４が電磁アクチュエータ２２を作動させて駆動部材２３を伸長作動させると第１弁体１１及び感温ケース１８を強制的に変位させることができ、第１弁体１１及び第２弁体１９の開閉作動を制御することができるようになっている。また、駆動部材２３を図２に示す初期状態にしておけば、ワックスによる第１弁体１１及び第２弁体１９の開閉作動を妨げることがないようになっている。なお、電磁アクチュエータ２２は、ＥＣＵ２４からの制御信号、具体的には電磁アクチュエータ２２に内蔵される図示しない電磁コイルに流れる電流値に応じて駆動部材２３，２３を駆動し、制御弁１１を開閉するが、その詳細構造についてはここでの説明は省略する。
【００２１】
ＥＣＵ２４は、図示しない冷却水温センサ，エンジン回転数センサ，アクセル開度センサ等の出力信号に基づいてエンジンの運転状態を判断し、電磁アクチュエータ２２の駆動を制御して、冷却水温度が所定範囲内（本実施形態では７０℃〜９０℃）となるよう冷却水の温度領域全域にわたって第１弁体１１及び第２弁体１９を開閉制御する。このとき、アクセル開度とエンジン回転数から算出されている現在のエンジン負荷に対する冷却水温度の目標値を、図３に示すように冷却水温度がエンジン１の最大負荷（ＭＡＸ）時に所定範囲下限（この場合７０℃）、また最小負荷（ＭＩＮ）時に所定範囲上限（この場合９０℃）となる直線に基づいて設定する。また、エンジン１の負荷が急に高く（低く）なったときには冷却水温度が実際に高く（低く）なる（冷却水温度センサの出力より判定）のを待たず第１弁体１１の開度を大きく（小さく）する。
【００２２】
このようにエンジン１を流れる冷却水の温度を制御することにより、高負荷時にはエンジン１がよく冷却されてノックが抑制され高出力となる。低負荷時にはエンジン１がよく暖められて燃焼状態がよい上、オイル粘度が低下して摺動部フリクションが低減するため、燃費が向上する。また、エンジン１から排出される未燃炭化水素（ＨＣ）を低減することも可能である。ここで、冷却水温度の変化はエンジン負荷の変化から予測可能であるため、見込制御を行なうこと等により冷却水温度の急変を効率よく抑制することもできる。
【００２３】
以上のように構成された本実施形態にかかるサーモスタット装置５では、電磁アクチュエータ２２により制御される冷却水の温度範囲（７０℃〜９０℃）において、感温ケース１８に内蔵されるワックスが膨張を開始する温度（９０℃）に達しないかほぼ同等のため、所謂感温駆動手段は殆ど作動しない。そのため制御弁１１の開閉制御はほぼ電磁アクチュエータ２２のみによって行なわれ、制御弁１１の開度は冷却水温度に必ずしも依存する必要がないため、冷却水温度制御に自由度を持たせることができる。
【００２４】
そして、万が一電磁アクチュエータ２２の故障や電磁アクチュエータ２２に制御信号を送るＥＣＵ２４の故障や信号伝達経路の断線等が発生して電磁アクチュエータ２２が作動不能になると、スプリング１６の付勢力により第１弁体１１は閉位置（第２弁体１９は開位置）のままとなる。このため冷却水温度は上昇するが、電磁アクチュエータ２２及びＥＣＵ２４により制御される温度範囲の上限（９０℃）を超えそうになると、感温駆動手段のワックスが膨張を開始し、冷却水温度の上昇に伴って膨張を続けながらピストンロッド１７を感温ケース１８から押し出して第１弁体１１を開弁させるため、エンジン１を流れる冷却水の温度が下げられてオーバヒートが未然に防止される。
【００２５】
なお、本実施形態における感温駆動手段の冷却水温度に対する第１弁体１１の開度特性を図４に示す。図中（ａ）で示される範囲（７０℃〜９０℃）は電磁アクチュエータ２２により制御される冷却水の温度範囲であり、その上限である９０℃付近から感温駆動手段は開弁動作を開始する。そしてエンジン１がオーバヒート限界に達するＴwmaxまでに第１弁体１１が全開（第２弁体１９は全閉）するように設定されている。このように感温駆動手段を設定することにより、電磁アクチュエータ２２が故障して冷却水温度が異常に高温になった場合にも、エンジン１のオーバヒートを確実に防止することができる。
【００２６】
なお、上記の実施形態では本発明にかかるサーモスタット装置を自動車用エンジンに適用した場合を示したが、本発明は、これに限らず、産業用や船舶用等全ての内燃機関に適用することができる。また、アクチュエータの一例として電磁アクチュエータを用いたが、バキューム式油圧式やモータ式のアクチュエータを用いてもよい。アクチュエータによって制御される冷却水の温度範囲を７０℃〜９０℃としたが、その上限近傍から感温駆動手段が開作動を開始するようにさえすれば、その温度範囲は任意に設定してよい。さらに、図３のようにエンジン負荷に対する冷却水温度を直線的に設定したが、任意の矩形波又は曲線に設定してもよいし、エンジン負荷のかわりにエンジン回転数を制御パラメータとしてもよい。その上、前記実施形態はサーモスタット装置をラジエータ下流側（エンジン上流側）に配置した例を示したが、ラジエータ上流側（エンジン下流側）に配置してもよい。
【００２７】
【考案の効果】
以上のように、本発明にかかるサーモスタット装置によれば、共通の弁体をアクチュエータ及び感温駆動手段のいずれでも駆動できるようにしたので、小型で安価なサーモスタット装置が構成でき、アクチュエータは感温ケースを介して弁体を開閉駆動することからも、小型で安価なサーモスタット装置が構成できる。
また、万一アクチュエータ又は制御手段が故障し冷却水温度が所定の範囲を超えるような事態が発生しても、信頼性に優れる感温駆動手段が弁体を開作動するため、内燃機関のオーバヒートを確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのサーモスタット装置の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態としてのサーモスタット装置の詳細構造を一部断面して示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態としてのサーモスタット装置についてのＥＣＵによる制御特性である。
【図４】本発明の一実施形態としてのサーモスタット装置における感温駆動手段による弁開閉特性図である。
【符号の説明】
１  エンジン
５  サーモスタット装置
１１  第１弁体
１４  弁座
１７  ピストンロッド
１８  感温ケース
１９  第２弁体
２２  電磁アクチュエータ
２３  駆動部材
２４  ＥＣＵ
【図１】
0003651318.tif 000002
【図２】
0003651318.tif 000003
【図３】
0003651318.tif 000004
【図４】
0003651318.tif 000005