(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン入口の上流側に配置され、ラジエータ出口側からの冷却水とエンジン出口からの冷却水とを、エンジン出口側の冷却水温度に応じて混合させてエンジン入口からエンジン内に流入させるサーモスタット装置であって、
冷却水温度を感知して第１弁体と第２弁体を開閉させるサーモエレメントのピストン先端に支持されるメインシャフトを備え、
このメインシャフトには、前記第１弁体と第２弁体が支承されるとともに、
前記サーモエレメントの感温部は、ラジエータ出口側からの冷却水には直接接触せずにエンジン出口側からの冷却水のみに接触して感温するように配置され、
前記感温部には発熱素子が装着され、冷却水温による前記サーモエレメントによる前記第１弁体及び第２弁体の開閉に加え、当該発熱素子への印加により第１及び第２弁体開閉の制御を自在とすることを特徴とするサーモスタット装置。
【請求項２】
エンジン出口からの冷却水が流入する第１の流入スリーブと、ラジエータより冷却水が流入する第２の流入スリーブとが、互いに混合しないようにスリーブが配置され、前記第１の流入スリーブからの冷却水温度を前記サーモエレメントが感知して、前記ラジエータからの冷却水が流入する第２の流入スリーブを開閉するように前記第１弁体が配置されるアッパーハウジングと、
前記エンジン出口からの冷却水若しくは、前記エンジン出口からの冷却水と前記ラジエータからの冷却水が混合する混合室と、前記混合室からエンジン内部への冷却水メイン流路へ流出させるメイン流路が形成されるロアーハウジングを有することを特徴とする、請求項１に記載のサーモスタット装置。
【請求項３】
前記ロアーハウジングには、車内暖房用のヒータからの冷却水と各種内燃機関制御用デバイスを循環する冷却水が、前記第２弁体が開閉することによって混合室内に流入制御されるように第３の流入スリーブを形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載のサーモスタット装置。
【請求項４】
第２弁体の下方に第３の流入スリーブを配置し、上方には第１弁体を配置し、更に上方にサーモエレメントを配置するとともに、サーモエレメントと前記メインバルブの間に前記第１の流入スリーブを設けることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のサーモスタット装置。
【請求項５】
前記サーモエレメントは、前記第１の流入スリーブからの冷却水が前記サーモエレメント感温部の一部にのみ接触するように配置するとともに、冷却水路外に発熱素子を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に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】
この発明は、内燃機関の冷却を司るサーモスタット装置にかかり、特には従来のサーモスタットと比較して通水抵抗が小く、またエンジン始動時の冷却水温度とは関係なく弁体の作動を制御でき、さらにヒータ回路等を循環する冷却水流量を制御できるために、エンジンの早期暖機及び燃費向上並びにオーバーヒート防止を図ることができるサーモスタット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関等の冷却系統に配置されるサーモスタット装置は、冷却系統の循環流路に充填される冷却水の温度変化を感知して膨張・収縮する熱膨張体を内蔵するセンサケースを備え、この熱膨張体の膨張・収縮に伴う体積変化により弁体の開閉を行って、冷却液を所定の温度に保持する機能とするものである。
【０００３】
従来のサーモスタット装置の例としては図７に示すものがあるが、このサーモスタット装置１Ａは、２つの部材で構成された弁ハウジング３１，３２内に弁体の駆動部であるサーモスタット作動部３０を備えている。このサーモスタット作動部３０は弁ハウジング３２に固持されるとともに、サーモスタット作動部３０に内装する作動ピストン９によって第一の弁体３３と第二の弁体３５（バイパスバルブ）を作動させ、メイン通路３４とバイパス通路３６を制御する。サーモスタット作動部３０のハウジング３７は、ホルダ３９によって保持されており、このホルダ３９はハウジング３７における前記作動ピストンが突出する側と反対側の端部をキャップ状に包囲している。キャップ状のホルダ３９は弁ハウジング３２に支持されている。
【０００４】
第一の弁体３３にはその断面がポット状の中央領域が設けられており、その中央部にサーモスタット作動部３０が配置されている。この中央領域は第一の弁体３３が閉弁位置においてはホルダ３９と伴にメイン通路３４を遮断状態とする。サーモスタット作動部３０の図示しない作動ピストンの軸方向延長線上にはボルト３８が設けられており、このボルト３８上に滑りガイドによって第二の弁体３５（バイパスバルブ）が取りつけられバイパス通路３６を開閉する。第二の弁体３５（バイパスバルブ）はバネ部材４１により付勢されている。第一の弁体３３はバネ部材４０により付勢されており、このバネ部材４０は弁ハウジング３１に支持されている。
【０００５】
このような構成のサーモスタット装置１Ａは、エンジンからの冷却水がスリーブ４２から流入するとバイパス通路３６からエンジンへの循環、あるいはスリーブ４３を経由してラジエータへ循環するように配置されている。
エンジン始動直後の冷却水は低温であるために、バイパス３６から流入した冷却水は直接エンジンに戻される。暖機終了後に冷却水が所定の温度に到達すると、ハウジング３７内のワックスがこの温度を感知して膨張してサーモスタット作動部３０の図示しない作動ピストンを伸張させる。この作動ピストンの伸張によって第一の弁体３３はバネ部材４０の付勢力に抗して下降しメイン通路３４を遮断状態から開放状態とするとともに第二の弁体３５（バイパスバルブ）はバイパス通路３６を遮断する。そのためにスリーブ４２から流入した冷却水はスリーブ４３を経由してエンジンへ流入する。
【０００６】
なお、ハウジング３７内のワックスを強制的に膨張させるためにハウジング３７に加熱部位４４を設けるとともにこの加熱部位４４を弁ハウジング３２より突出させて過熱素子４５を接続させる構造のものもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来のサーモスタット装置１Ａは、冷却水の感温部であるハウジング３７が冷却液通路内に配置されているためにスリーブ４２から流入する冷却水の通水抵抗は大きくなり、そのために冷却水を強制循環させるウォーターポンプの小型化は困難であった。
また、エンジン始動直後の暖機運転時にはエンジンからの冷却水とラジエータからの冷却水がハウジング３７近傍で混合状態となってハンチング現象が生ずる場合もあり、このような現象が生ずるとエンジンへ流入する冷却水温度が安定せず燃費の向上を図ることやエンジンの早期暖機を図ることも困難となる。
防止策としては感温部であるハウジング３７の直前で冷却水をミキシングするために弁ハウジング３２の構造の工夫やジャマ板と称されるような整流板を取りつける必要があった。
また、入り口制御としてサーモスタット装置１Ａを配置した場合にはラジエータから流入する冷却水を感知することもあり、そのためにオーバーシュト等の誤動作を起こす場合もあった。
さらには、エンジンの暖機時間を短縮する目的でバイパス通路およびバイパス通路途中に設けられる車内暖房用のヒータラジエータ及びエンジン制御用の各種デバイスからの放熱を塞ぐために、エンジン暖機前の冷却水温度が低い場合であってもバイパス弁体を閉じて、流量を極少としてバイパス通路を流れる冷却水流量を絞ったり、完全に流さなくする構造の装置もあるが、冷却水流量が殆どなくなるためにエンジン内部にヒートスポットが発生したり、ウォータポンプの吸入負圧によって、エンジンやサーモスタットに故障が発生する恐れがあった。
また、車内暖房用のヒータラジエータ及びエンジン制御用の各種デバイス回路を、さらに別途に制御するためにはメイン弁体、バイパス弁体とは別途に、さらに弁体を設けたりまたこれらの回路を統合してバイパス弁体のみで制御しようとすると、バイパス通路を拡大させなければならず、構造が複雑化したり装置が大型化するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明に係るサーモスタット装置はこれらの問題点に鑑みなされたものであってその目的とするところは、エンジン始動時にあっても内燃機関の早期暖機が図れるとともに燃費向上が図れ、さらには冷却水の通水抵抗が小さなサーモスタット装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上のような問題点を解決するため、本発明に係るサーモスタット装置は、エンジン入口の上流側に配置され、ラジエータ出口側からの冷却水とエンジン出口からの冷却水とを、エンジン出口側の冷却水温度に応じて混合させてエンジン入口からエンジン内に流入させるサーモスタット装置であって、冷却水温度を感知して第１弁体と第２弁体を開閉させるサーモエレメントのピストン先端に支持されるメインシャフトを備え、このメインシャフトには、前記第１弁体と第２弁体が支承されるとともに、前記サーモエレメントの感温部は、ラジエータ出口側からの冷却水には直接接触せずにエンジン出口側からの冷却水のみに接触して感温するように配置され、前記感温部には発熱素子が装着され、冷却水温による前記サーモエレメントによる前記第１弁体及び第２弁体の開閉に加え、当該発熱素子への印加により第１及び第２弁体開閉の制御を自在とする構成とすることである。
【００１０】
このような構成とすることにより、第１弁体が開弁した直後にラジエータで冷やされていた低い温度の冷却水が一気に流入することによって発生する冷却水温度の温度ハンチング現象の防止を図ることができ、また燃費の向上や冷却水の即暖化を図ることができる。従って感温部であるハウジングの直前で冷却水をミキシングするために、弁ハウジングの構造的な改良や整流板を取りつける必要もない。
【００１１】
また、エンジン出口からの冷却水が流入する第１の流入スリーブと、ラジエータより冷却水が流入する第２の流入スリーブとが、互いに混合しないようにスリーブが配置され、前記第１の流入スリーブからの冷却水温度を前記サーモエレメントが感知して、前記ラジエータからの冷却水が流入する第２の流入スリーブを開閉するように前記第１弁体が配置されるアッパーハウジングと、前記エンジン出口からの冷却水若しくは、前記エンジン出口からの冷却水と前記ラジエータからの冷却水が混合する混合室と、前記混合室からエンジン内部への冷却水メイン流路へ流出させるメイン流路が形成されるロアーハウジングを有する構成とすることである。
【００１２】
このようにそれぞれの流路と混合室をハウジング内部に形成することによって、サーモスタット装置の内部構造の簡素化が図れるとともに、耐熱プラスティック等の樹脂素材によりハウジング自体を一体的に製造することができ、そのためサーモスタット装置のユニット化への対応が可能となる。
【００１３】
また、前記ロアーハウジングには、車内暖房用のヒータからの冷却水と各種内燃機関制御用デバイスを循環する冷却水が、前記第２弁体が開閉することによって混合室内に流入制御されるように第３の流入スリーブを形成する構成とすることである。
【００１４】
このような構成とすることにより、ヒータ回路や各種デバイス用回路の流量を減少したり閉じたりすることなく、バイパス通路の流量を少なくすることができるので、エンジンの早期暖機が可能となる。また、バイパス通路とヒータ回路や各種デバイス用回路を完全にそれぞれ独立して設けることが可能となるので、たとえば、エンジン出口からの冷却水が流入口をエンジンの冷却水出口に直接取付ることも可能となる。
さらに、冷却水温度が高温になった場合に、第２弁体によってヒータ回路や各種デバイス用回路の流量を減少したり閉じたりすることによって、相対的にラジエータ流量を多くすることで、エンジンの冷却効率を向上させることが可能となる。さらに、エンジンの早期暖機及び燃費向上並びにオーバーヒート防止を図ることも可能となる。
【００１５】
また、第２弁体の下方に第３の流入スリーブを配置し、上方には第１弁体を配置し、更に上方にサーモエレメントを配置するとともに、サーモエレメントと前記メインバルブの間に前記第１の流入スリーブを設ける構成とすることである。
【００１６】
このような構成とすることにより、サーモエレメントをハウジング内の冷却水通路内に配置する必要がなくなり、冷却水の通水抵抗が削減でき、サーモスタット装置の構造の簡素化及び小型化が図れる。また前記第１の流入スリーブからの流量、すなわち流入スリーブの直径を変化させ他の通路との流量比を変化させることにより前記サーモエレメントの応答性が容易に変更可能となる。また、発熱素子の発熱量とのバランスのバランスも容易に調整可能となる。
【００１７】
また、前記サーモエレメントは、前記第１の流入スリーブからの冷却水が前記サーモエレメント感温部の一部にのみ接触するように配置するとともに、冷却水路外に発熱素子を設ける構成とするものである。
【００１８】
このような構成とすることにより、サーモエレメントが感温する冷却水の量は、ハウジング内部構造を変更するのみで容易に変更可能になるため、サーモエレメントの応答性が容易に変更可能となる。また、発熱素子の発熱量とのバランスも容易に調整可能となる。さらに、発熱素子を冷却水通路外に配置することにより、電気的な信頼性の向上及びメンテナンスの向上が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
このような構成による本発明に係るサーモスタット装置の実施の形態について、添付する図面に沿って説明を行う。
【００２０】
図１乃至図６は本発明に係るサーモスタット装置の実施の形態を示し、図１乃至図４は第１の実施の形態を、図５乃至図６は第２の実施の形態を示す。
【００２１】
図１乃至図４に示す第１の実施の形態のサーモスタット装置１は、耐熱プラスチック等の樹脂素材により一体的に形成された本体のハウジング１０と、エレメント４に内装され冷却液の感温部である図示しないワックスの膨張によって第１弁体１１と第２弁体１８を開閉するバルブ駆動部２０により構成されている。ここで、ハウジング１０とバルブ駆動部２０の各々について詳細に説明する。
【００２２】
（１）ハウジング１０について
サーモスタット装置１のハウジング１０は、前述の如く高温化した冷却水の温度に十分耐え得ることのできる耐熱プラスチック等の樹脂素材により射出成形加工されている。なお、用途により金属製でも可能である。ハウジング１０には、エンジン始動時に冷却水をサーモスタット装置１へ直接流入させるバイパススリーブ１２と、エンジンの暖機終了後にラジエータからの冷却水をサーモスタット装置１へ流入させるメインスリーブ５と、バイパススリーブ１２から流入しエレメント４の感温部の一部に接触した冷却水をエンジンへ流出させるためのサブ流路８及びラジエータからの冷却水をエンジンへ流出させるためのメイン流路３（図４を参照）が形成されている。
【００２３】
また、このハウジング１０の内部には、バイパススリーブ１２を経由して流入する冷却水がエレメント４の感温部の一部にのみ接触する位置とするように、エレメント４自体を保持可能となるような逆凹形状のエレメント格納部が成形されている。さらに、ハウジング１０の外側部にはエレメント４を強制的に加熱させる発熱素子１４への電源供給のためのコネクタ接続部１３が形成されている。
【００２４】
（２）バルブ駆動部２０について
バルブ駆動部２０は、冷却水の温度を感温して内装するワックスの膨張によりピストン９を伸張させる機構のエレメント４と、ピストン９の先端部に接続されるメインシャフト７と、このメインシャフト７に支承される第１弁体１１と第２弁体１８とから構成されている。メインシャフト７の第１弁体１１と第２弁体１８間には円盤状のフレーム１６が固着されるとともに、このフレーム１６と第１弁体１１間には第１弁体１１を付勢するメインスプリング１５が固着されている。また、メインシャフト７のフレーム１６下部位置には第２弁体１８を付勢するようにバイパススプリング１７が固着されている。なお、第１弁体１１の適宜位置にはジグルバルブ１９が配置されていて、冷却水の注水時におけるエアー抜きの役割を果たす。
【００２５】
さらに、エレメント４の頭部にあって冷却水と接触しない箇所には発熱素子１４が取り付けられているが、この発熱素子１４に印加するとにより、発熱素子１４が発熱し、エレメント４を冷却水温度とは関係なく加熱することが可能となり、その結果、バルブ駆動部２０を制御でき、エンジンの運転状況に応じて図示しないＥＣＵからの出力信号により、例えばエンジン負荷が大きくなった時の冷却水温度が高くなる場合に早く開弁、又は通常よりもリフト量を大きくしエンジンを冷やす等のエンジン自体の制御も可能となる。なお、発熱素子４としてはニクロムヒータ、ＰＴＣ素子、ペルチェ素子等のものがあるが、用途により選択することができ、特にペルチェ素子を用いた場合には上述した効果と逆の作用、すなわちエレメントを冷却することも可能となり、サーモスタットの制御の幅を広くすることが可能となる。
【００２６】
（３）サーモスタット装置１の作用
エンジン始動時などの冷却水が冷たい場合、エンジン出口より流出した冷却水はサーモスタット装置１のハウジング１０のバイパススリーブ１２よりサーモスタット装置１内に流入する。サーモスタット装置１内に流入した冷却水はバルブ駆動部２０のエレメント４に接触した後、サブ流路８及び混合室２１を経由して図示しないウォータポンプ室を経由して再びエンジンブロックへ直接流入する。一方エンジン出口より流出した冷却水はラジエータにも流入するが、このラジエータからの冷却水もメインスリーブ５よりサーモスタット装置１内部に流入する。
ところがメイン流路３はメインスプリング１５の付勢力により付勢されたメイン弁体１１により遮断されているために、ラジエータからの冷却水はエンジンから流出ができない状態となっている。このような状態が継続され、ラジエータを経由しない冷却水は早期に昇温される。所定の温度に冷却水が達するとこの冷却水の温度をエレメント４のワックスが感温して次第に膨張する。このワックスの膨張に伴ってピストン９が伸張し、ピストンに９を介して接続されるメインシャフト７も伸張する。メインシャフト７が伸張するとこのメインシャフト７に支承される第１弁体１１はメインスプリング１５の付勢力に抗して下降し遮断状態としていたメイン通路３を開放し、ラジエータからの冷却水はエンジンから流出する。そして、エンジン出口であるバイパススリーブ１２よりサーモスタット装置１内に流入した冷却水と混合室２１で混合され冷却水温度が制御され、ウォータポンプ室を経由して再びエンジンブロックへ直接流入する。
【００２７】
したがって、エンジン出口であるバイパススリーブ１２よりサーモスタット装置１内に流入した冷却水温度が高温であるほど、前記ワックスの膨張が大きくなるため、それに伴って第１弁体１１の開弁量が大きくなるので、ラジエータで冷却された低い温度の冷却水が多くなるため、エンジンブロックへ流入する冷却水温度は低くなりエンジンが冷却される。なお、バイパススリーブ１２よりの一部のエンジンからの冷却水は、サーモエレメントの感温のためにそのままの流入される。
【００２８】
図５乃至図６に示すサーモスタット装置１は第２の実施の形態を示すものであるが、このサーモスタット装置１は第１の実施の形態で説明したサーモスタット装置１のバルブ駆動部２０を同じ構造とするものの、ハウジング１０のみで、サーモスタット装置１を構成するものとは異なものとしており、アッパーハウジング１０Ａにロアーハウジング１０Ｂを取り付ける構造とするものである。そして、このようにハウジングを構造とすることにより、サーモスタット装置と流路を構成するハウジングとを一体的なモジュール構成とすることが可能となり、エンジン構造とは関係無く様々なタイプのエンジンへの取付がより容易となる。
また、このサーモスタット装置１には、第２弁体下方に、バイパス回路とは別体であって並列に設けられた、ヒータ回路や各種デバイス用回路であるヒータデバイススリーブ２３からの冷却水通路が設けられている。エンジン始動時などの冷却水が低い場合、エンジン出口より流出した冷却水はサーモスタット装置１のハウジング１０のバイパススリーブ１２よりサーモスタット装置１内に流入する。サーモスタット装置１内に流入した冷却水はバルブ駆動部２０のエレメント４に接触した後、サブ流路８及び混合室２１をを経由して図示しないウォータポンプ室を経由して再びエンジンブロックへ直接流入する。
【００２９】
このとき、このワックスは収縮しているため、ピストン９は後退しており、ピストン９を介して接続されるメインシャフト７も（図面上方に）上昇している。メインシャフト７が上昇するとこのメインシャフト７に支承される第２弁体１８も上昇しているため、前記ヒータデバイススリーブ２３からのヒータ回路や各種デバイス用回路からの冷却水通路を開弁して冷却水の循環を行っている。
そして、例えば高負荷条件での走行を連続して行った際や、何らかの原因でエンジン内部の温度が過上昇した場合などには冷却水温度は通常より高温度となるため、通常よりワックスの膨張が大きくなるので、このワックスの膨張に伴ってピストン９がさらに伸張し、ピストン９を介して接続されるメインシャフト７も伸張する。メインシャフト７が伸張するとこのメインシャフト７に支承される第２弁体１８が弁座２２に着座し、ヒータデバイススリーブ２３からの冷却水の流入が出来ない状態となるので、ラジエータ通路からの流入量が多くなり冷却水温度が低くなるので、オーバーヒートなどによるエンジンなどの破損を未然に防ぐことが可能となる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明を行った本発明のサーモスタット装置１によれば次のような効果を奏する。
エレメントをハウジング内部に配置しないためにハウジング内部での冷却水の通水抵抗が削減できる。そのためサーモスタット装置の内部構造の簡素化が図れるとともに、耐熱プラスティック等の樹脂素材によりハウジング自体を一体的に製造することができ、サーモスタット装置のユニット化への対応が可能となる。
メイン弁体が開弁した直後に発生するの温度ハンチング現象の防止を図ることができ、また燃費の向上や冷却水の即暖化を図ることができる。従って感温部であるハウジングの直前で冷却水をミキシングするために、弁ハウジングの構造的な改良や整流板を取りつける必要もなくなる。
【００３１】
更に、バイパスからの冷却水流量が従来の冷却装置に対して少量とすることができ、さらに常に循環させることでラジエータからの冷却水を混合させて冷却水温度を制御可能となるので、構造の簡素化及びエンジンの早期暖機及び燃費向上並びにオーバーヒート防止を図ることができる。
更に、加熱素子を設けることによりエンジン負荷や外気温に応じて、開弁温度を可変とすることが可能であり、又、加熱素子と素子への通電を行うハーネスを通路外に配置したので、シール性が良好となり漏電の危険もなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るサーモスタット装置の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】  図１のサーモスタット装置の平面図である。
【図３】  図２の縦断面図である。
【図４】  図２の他の縦断面図である。
【図５】  本発明に係るサーモスタット装置の第２の実施の形態を示す縦断面図である。
【図６】  第２の実施の形態を示す断面図である。
【図７】  従来のバイパス構造を有するポペットタイプのサーモスタット装置の断面図である。
【符号の説明】
１…サーモスタット装置、１Ａ…従来のサーモスタット装置、３…メイン流路、４…エレメント、５…メインスリーブ、７…メインシャフト、８…サブ流路、９…ピストン、１０…ハウジング、１１…第１弁体、１２…バイパススリーブ、１４…発熱素子、１５…メインスプリング、１７…バイパススプリング、１８…第２弁体、２０…バルブ駆動部、２１…混合室、２２…弁座、２３…ヒータデバイススリーブ。
【図１】
0004498636.tif 000002
【図２】
0004498636.tif 000003
【図３】
0004498636.tif 000004
【図４】
0004498636.tif 000005
【図５】
0004498636.tif 000006
【図６】
0004498636.tif 000007
【図７】
0004498636.tif 000008