(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の熱交換回路内に設けられ、この熱交換回路を開閉する弁体と、
上記熱交換回路に設けられた熱交換器を迂回するバイパス回路を開閉する補助弁体と、
流体の温度変化に応じて自動的に上記補助弁体を開閉させる主開閉機構と、
この主開閉機構により上記補助弁体が閉じられているときに、流体の流量又は圧力に応じて自動的に上記弁体を開閉させる副開閉機構と、
を有することを特徴とするサーモスタット。
【請求項２】
上記主開閉機構により上記補助弁体が閉じられているときには、流体の流量又は圧力にかかわらず、上記副開閉機構により上記弁体が閉じた状態とされることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット。
【請求項３】
上記副開閉機構が、流体の流れ又は圧力に抗して弁体を閉弁方向へ付勢する副付勢体を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のサーモスタット。
【請求項４】
上記主開閉機構が、上記補助弁体を開弁方向へ付勢する主付勢体と、感温部の流体温度に応じて上記補助弁体を主付勢体の付勢力に抗して閉作動させる作動体と、を有していることを特徴とする請求項３に記載のサーモスタット。
【請求項５】
上記作動体が収容されたペレットと、このペレットから進退可能に突出し、上記弁体を挿通して固定ハウジングに突き当てられ、上記作動体によって進退させられるピストンと、を有し、
上記主付勢体が、上記ペレットと固定ハウジングとの間に介装され、このペレットを弁体の閉弁方向へ付勢する主スプリングであり、
上記副付勢体が、上記弁体とペレットとの間に介装される副スプリングであることを特徴とする請求項４に記載のサーモスタット。
【請求項６】
流体の温度が所定温度未満のときには、上記主開閉機構により上記補助弁体が開かれ、
流体の温度が所定温度以上で、かつ、冷却水の流量又は圧力が所定値以上のときには、上記主開閉機構により上記補助弁体が閉じられるとともに、上記副開閉機構により上記弁体が開かれ、
流体の温度が所定温度以上で、かつ、冷却水の流量又は圧力が所定値未満のときには、上記主開閉機構により上記補助弁体が閉じられるとともに、上記副開閉機構により上記弁体が閉じられる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のサーモスタット。
【請求項７】
上記流体が水冷式内燃機関の冷却水であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のサーモスタット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水冷式内燃機関や湯沸かし器等の流体の熱交換回路内に設けられ、流体の温度に応じて熱交換回路を自動的に開閉することができるサーモスタットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、水冷式内燃機関には、寒冷時等での冷却水の過冷を抑制するために、ラジエータ（熱交換器）が設けられた冷却水のラジエータ回路を開閉するサーモスタットが好適に設けられる。このようなサーモスタットとしては、感温部における冷却水（流体）の温度が所定温度以上になると膨張するワックス（作動体）を利用したワックスタイプが良く知られている。そして、水温が所定温度以上の場合には、ラジエータ回路のバルブを開いて水温の低下を図る一方、水温が所定温度未満の場合、ラジエータ回路を閉じて、このラジエータを経由せずに迂回するバイパス回路内で冷却水を循環させることにより、水温の低下を抑制するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃費性能及び排気浄化の点では、機関始動時における冷却水温は、できるだけ高い方が好ましい。しかしながら、上述したような従来のサーモスタットでは、感温部の水温が所定温度以上であれば、仮に機関停止後であってもラジエータ回路のバルブが開き続ける構成となっているため、対流により冷却水がラジエータ回路を循環することにより水温が急速に低下してしまい、次回の機関始動時における冷却水温も低下してしまう。
【０００４】
そこで、機関停止中はラジエータ回路を閉じるように、電気的にバルブを駆動制御することも考えられる。しかしながら、この場合、バルブの電気制御に伴って、構造が複雑化するとともにコストが大幅に上昇してしまう。
【０００５】
また、例えば特開平１０−７７８３９号公報では、内燃機関の冷却水の回路内に蓄熱タンクを設け、この蓄熱タンクに保存した熱を機関始動時に活用する技術が開示されている。しかしながら、この場合、蓄熱タンク及びこれに付随する制御バルブ並びにこの制御バルブの電気制御機構等が必要となるため、やはり構造が複雑化するとともにコストが大幅に上昇してしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、流体の温度に応じて自動的に熱交換回路を開閉することに加え、流体の流量又は圧力に応じて自動的に熱交換回路を開閉することにより、簡素な構造で、流体温度を適切な温度に保持し得る新規なサーモスタットを提供することを主たる目的としている。
【０００７】
特に、水冷式内燃機関に適用した場合、機関停止時における冷却水温の低下を抑制し、機関始動時まで冷却水の熱を効果的に保存することを主たる目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るサーモスタットは、例えば水冷式内燃機関に好適に適用されるもので、流体（冷却水）の熱交換回路内に設けられ、この熱交換回路を開閉する弁体と、上記熱交換回路に設けられた熱交換器を迂回するバイパス回路を開閉する補助弁体と、を備えている。そして、  流体の温度変化に応じて自動的に上記補助弁体を開閉させる主開閉機構と、この主開閉機構により上記補助弁体が閉じられているときに、流体の流量又は圧力に応じて自動的に上記弁体を開閉させる副開閉機構と、を有することを特徴としている。これにより、簡素な構造で、流体の温度及び流量又は圧力に応じて熱交換回路を開閉することにより、流体の温度をより適切に管理することができる。
【０００９】
具体的には、主開閉機構により開とされるべき温度条件であっても、流体の流量又は圧力が所定値未満のときには副開閉機構により弁体を閉とする。これにより、例えば水冷式内燃機関に適用した場合、機関停止時のように機関回転数が低い場合（つまり冷却水の流量又は圧力が所定値未満の場合）には、仮に冷却水の水温が所定温度以上の状態（つまり主開閉機構により開となるべき温度条件）であっても、副開閉機構により熱交換回路が閉じられる。このため、ラジエータ等の熱交換器に冷却水が循環することがなく、冷却水温の低下が抑制され、次回の始動時まで冷却水の熱を効果的に保存することができる。従って、機関始動時における燃費性能及び排気浄化性能の向上を図ることができる。
【００１０】
上記副開閉機構は、例えば、流体の流れ又は圧力に抗して弁体を閉弁方向へ付勢する副付勢体を有する簡素な構成である。
【００１１】
上記主開閉機構は、好ましくは、上記弁体を閉弁方向へ付勢する主付勢体と、感温部の流体温度に応じて上記弁体を主付勢体の付勢力に抗して開作動させる作動体と、を有する簡素な構成である。
【００１２】
より具体的には、上記作動体が収容されたペレットと、このペレットから進退可能に突出し、上記弁体を挿通して固定ハウジングに突き当てられ、上記作動体によって進退させられるピストンと、を有し、上記主付勢体が、上記ペレットと固定ハウジングとの間に介装され、このペレットを弁体の閉弁方向へ付勢する主スプリングであり、上記副付勢体が、上記弁体とペレットとの間に介装される副スプリングである。
【００１３】
より好ましくは、上記熱交換回路に設けられた熱交換器を迂回するバイパス回路を開閉する補助弁体を有し、この補助弁体は、少なくとも上記弁体が開のときに閉となるように、上記主開閉機構によって自動的に開閉される。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、流体の温度と流量又は圧力とに応じて自動的に熱交換回路を開閉することにより、簡素な構造で、流体の温度をより適切に管理することができる。
【００１５】
特に、水冷式内燃機関に適用した場合には、例えば機関停止時にラジエータ等の熱交換器へ冷却水が循環することを確実に防止して、次回の始動時まで冷却水の熱を効果的に保存することができる。従って、機関始動時における燃費性能及び排気浄化性能の向上を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るサーモスタットを、水冷式内燃機関の冷却装置に適用した一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図４は、この冷却装置の全体構成を示している。冷却装置には、冷却水が実線の矢印に沿って循環するラジエータ回路（熱交換回路）Ａが設けられており、このラジエータ回路Ａには、水冷式の内燃機関１と、ラジエータ２と、ウォーターポンプ３と、本実施形態に係るサーモスタット１０と、が設けられている。また、図４の破線で示す冷却水の経路は、ラジエータ２を経由せずに迂回して内燃機関１の内部を循環するバイパス回路Ｂを表している。
【００１８】
内燃機関１には、ラジエータ２側から冷却水が流入するインレット４がシリンダブロック１ａに設けられるとともに、冷却水をラジエータ２側へ流出するアウトレット５がシリンダヘッド１ｂに設けられ、かつ、内部に冷却水が通流するウォータージャケット６が形成されている。ラジエータ２は、周知のように、内燃機関１を通過する間に高温となった冷却水を冷却する熱交換器であり、車速風が有効に利用できるように、一般的には車両前部に配置されている。ウォーターポンプ３は、冷却水へ吐出圧を加えて強制的に循環させるもので、ポンプ軸３ａの先端に駆動プーリ３ｂが設けられ、このプーリ３ｂが図外のベルトもしくはチェーンを介してクランクシャフトによって駆動される。
【００１９】
サーモスタット１０は、内燃機関１のインレット４側（又はアウトレット５側）に配設され、後述するように、主としてラジエータ回路Ａを開閉するようになっている。このサーモスタット１０には、インレット４側から冷却水が流入する第１流入通路７と、シリンダヘッド１ｂ側から冷却水を戻す第２流入通路８と、ウォーターポンプ３側へ冷却水を流出する流出通路９とが、接続されている。第１流入通路７はラジエータ回路Ａの一部を構成し、第２流入通路８はバイパス回路Ｂの一部を構成し、流出通路９は双方の回路Ａ，Ｂの一部を構成している。
【００２０】
図１〜３は、上記サーモスタット１０を詳細に示す断面対応図である。このサーモスタット１０は、ラジエータ回路Ａを構成する第１流入通路７を開閉する弁体１２を備えるとともに、この弁体１２を感温部での冷却水の水温に応じて自動的に（つまり電気制御等によらず自発的，機械的に）開閉させる主開閉機構と、冷却水の流量又は圧力に応じて自動的に開閉させる副開閉機構と、を有している。
【００２１】
主開閉機構は、この実施形態ではペレット１４内に収容された作動体としてのワックス（図示省略）の体積膨張を利用した所謂ワックスタイプであって、このワックスは、水温が所定温度Ｔ以上であれば体積膨張し、それ未満であれば収縮するようになっている。
【００２２】
上記のペレット１４は、シリンダブロック１ａ（図４）側に固定される固定ハウジング１６に、該ペレット１４の軸線方向に移動可能に支持されている。この固定ハウジング１６は、弁体１２の着座部１８ａが設けられた環状のフランジ１８と、ピストン支持部材２０と、スプリング支持部材２２と、を有しており、これら３つの部材１８，２０，２２は、かしめ部分２４で互いにかしめ固定されている。
【００２３】
ペレット１４には、ワックスの収縮，膨張に応じて進退するピストン２６が設けられている。このピストン２６は、ペレット１４の一端から突出しており、弁体１２の中央孔部１２ａを遊挿して延びる先端部がピストン支持部材２０に固定されており、以って、ペレット１４をその軸線方向に移動可能に支持している。ペレット１４の外周には支持ブラケット２８が固定されており、この支持ブラケット２８とスプリング支持部材２２との間に、弁体１２を閉弁方向（図１〜３の下方向）へ付勢する主スプリング（主付勢体）３０が介装されている。
【００２４】
また、支持ブラケット２８と弁体１２との間に、弁体１２を閉弁方向へ付勢する副スプリング（副付勢体）３２が介装されており、この副スプリング３２が上記の副開閉機構を構成している。そして、ペレット１４が弁体１２の開弁方向に位置している状態（図２，３に示す状態）では、弁体１２と着座部１８ａとの間を流れる冷却水の流量あるいは弁体１２に作用する水圧に応じて弁体１２が開閉作動するように、副スプリング３２のバネ定数が予め設定されており、このバネ定数は、少なくとも主スプリング３０のバネ定数よりも十分に小さく設定されている。ここで、冷却水の流量は、ウォーターポンプ３の吐出圧や、このウォーターポンプ３を駆動するクランクシャフトの回転数にほぼ比例している。従って、冷却水の流量（又は圧力），吐出圧あるいは機関回転数等が所定値Ｑ以上であれば、弁体１２が副スプリング３２のバネ力に抗して開弁し、所定値Ｑ未満であれば、副スプリング３２のバネ力が冷却水の流れや圧力に勝って弁体１２が閉弁するように設定されている。
【００２５】
ペレット１４の他端（図１〜３の上端）には支持ロッド３４が一体的に形成されており、この支持ロッド３４には、バイパス回路Ｂを構成する第２流入通路８のポート部を開閉する補助弁体３６が設けられている。この補助弁体３６とペレット１４本体との間には補助スプリング３８が介装されている。これらのスプリング３２，３８によって、それぞれの弁体１２，３６が閉弁時に確実にポート周縁部へ押し付けられるようになっている。
【００２６】
図１は、水温が所定温度Ｔ未満のときの状態を示している。この場合、ワックスが収縮するため、主スプリング３０のバネ力により、ピストン２６がペレット１４内に最も引き込まれた状態、つまりペレット１４が最も弁体１２の閉弁側（図１の下側）へ配置された状態となる。この結果、ペレット１４の端面（図１の下端面）が弁体１２に突き当たり、この弁体１２が着座部１８ａに押し付けられる。つまり、感温部の水温が所定温度Ｔ未満であれば、冷却水の流量にかかわらず、弁体１２が着座部１８ａに着座した状態となる。このため、弁体１２が閉となってラジエータ回路Ａが閉塞される一方、補助弁体３６が開となり、バイパス回路Ｂが開通した状態となる。従って、冷却水は、図１の矢印で示すように第２流入通路８から流出通路９へ流れ、バイパス回路Ｂを循環することができる。
【００２７】
図２は、水温が所定温度Ｔ以上で、かつ、冷却水の流量が所定値Ｑ以上のときの状態を示している。この場合、ワックスが膨張するため、ピストン２６がペレット１４から押し出されることとなり、この結果、ペレット１４が主スプリング３０のバネ力に抗して弁体１２の開弁方向（図２の上方向）へ移動，配置される。これにより、補助弁体３６が第２流入通路８を閉とし、バイパス回路Ｂが閉塞される。
【００２８】
また、支持ブラケット２８が最も弁体１２の開弁方向（図２の上方向）に移動し、かつ冷却水の流量が所定値Ｑ以上であるため、冷却水の流れや圧力によって、弁体１２が副スプリング３２のバネ力に抗して弁体１２の開弁方向へ押し付けられ、弁体１２が着座部１８ａから離れて開とされる。従って、冷却水は、図２の矢印で示すように、ラジエータ回路Ａを循環することができる。
【００２９】
図３は、水温が所定温度Ｔ以上で、かつ流量が所定値Ｑ未満のときの状態を示している。この場合、図２の場合と同様、ワックスが膨張するため、ピストン２６がペレット１４から押し出されることとなり、この結果、ペレット１４が主スプリング３０のバネ力に抗して最も弁体１２の開弁方向（図３の上方向）へ配置される。これにより、補助弁体３６が第２流入通路８を閉とし、バイパス回路Ｂが閉塞される。
【００３０】
また、図２の場合と同様、支持ブラケット２８が最も弁体１２の開弁方向（図３の上方向）へ移動するが、冷却水の流量が所定値Ｑ未満であるため、副スプリング３２が冷却水の圧力にうち勝って弁体１２を閉弁方向（図の下方向）へ押し付けることとなり、この弁体１２が着座部１８ａに着座してラジエータ回路Ａが閉とされる。
【００３１】
従って、例えば機関停止直後のように、水温が所定温度Ｔ以上であっても、機関回転数が低く冷却水の流量（又は圧力）が十分に低い場合には、双方の弁体１２，３６ともに閉となり、内燃機関１内部の冷却水がラジエータ２側へ循環する虞がない。つまり、機関停止後には内燃機関１が一種の蓄熱タンクとして機能して、冷却水の熱が効果的に保持される。従って、次回の機関始動時まで水温の低下が効果的に抑制され、燃費の低減化，排気ガスの清浄化を図ることができる。特に、機関停止と始動とを頻繁に繰り返すような場合に、冷却水の温度低下を効果的に抑制することができる。
【００３２】
また、従来技術のように電気的な駆動制御機構等を用いる必要がないため、構造が簡素で、コスト的にも有利であり、かつ、車両搭載性にも優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーモスタットを適用した内燃機関の冷却装置を示す構成図。
【図２】図１のサーモスタットの低温時の態様を示す断面対応図。
【図３】図１のサーモスタットの高温，高流量時の態様を示す断面対応図。
【図４】図１のサーモスタットの高温，低流量時の態様を示す断面対応図。
【符号の説明】
１０…サーモスタット
１２…弁体
１４…ペレット（主開閉機構）
１６…固定ハウジング
３０…主スプリング（主付勢体）
３２…副スプリング（副付勢体）
３６…補助弁体
Ａ…ラジエータ回路（熱交換回路）
Ｂ…バイパス回路
【図１】
0003711837.tif 000002
【図２】
0003711837.tif 000003
【図３】
0003711837.tif 000004
【図４】
0003711837.tif 000005