(57)【要約】【課題】  制御応答性に優れた電子式サーモスタットを提供する。【解決手段】  電子式サーモスタットのワックスを加熱するための発熱手段として、グロープラグタイプヒータ（Ｇｌｏｗ  Ｐｌｕｇ  Ｔｙｐｅ  Ｈｅａｔｅｒ）を適用した。また、エンジンの冷却水が流れる複数の流路に連結されるハウジングと、このハウジングの内部に設けられ、ワックス収容空間を有するワックスケースと、このワックス収容空間に充填されるワックスに挿入され、外部電源が入力されて熱を発生させるグロープラグタイプヒータと、ヒータの熱によるワックスの変形によって移動する駆動体と、この駆動体の移動によってラジエータ側流路を開閉するメインバルブと、このメインバルブをラジエータ側流路に弾性的に支持する弾性部材と、を備える。【選択図】  図２
2013217364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車エンジンの冷却水の温度を制御するための電子式サーモスタットであって、
前記エンジンの冷却水が流れる複数の流路に連結されるハウジングと、
前記ハウジングの内部に設けられ、ワックス収容空間を有するワックスケースと、
前記ワックス収容空間に充填されるワックスに挿入され、外部電源が入力されて熱を発生させるグロープラグタイプヒータ（Ｇｌｏｗ  Ｐｌｕｇ  Ｔｙｐｅ  Ｈｅａｔｅｒ）と、
前記ヒータの熱によるワックスの変形によって移動する駆動体と、
前記駆動体の移動によってラジエータ側流路を開閉するメインバルブと、
前記メインバルブを前記ラジエータ側流路に弾性的に支持する弾性部材と、を備えることを特徴とする電子式サーモスタット。
【請求項２】
前記メインバルブと連動してラジエータを循環しないバイパス流路を開閉するバイパスバルブをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電子式サーモスタット。
【請求項３】
前記電子式サーモスタットは、前記冷却水が前記エンジンに流入されるエンジンの入口側、または、前記冷却水が前記エンジンから流出されるエンジンの出口側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子式サーモスタット。
【請求項４】
前記グロープラグタイプヒータは、円筒形のケースと、前記ケースの一端に結合する発熱チューブと、前記発熱チューブの内側に設けられるコイルと、前記コイルと前記発熱チューブとの間の空間に充填される絶縁部材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の電子式サーモスタット。
【請求項５】
前記コイルは、熱を発生させる発熱コイル、または、発熱コイルと前記発熱コイルの温度上昇を制御するための温度調節コイルを備えることを特徴とする請求項４に記載の電子式サーモスタット。
【請求項６】
前記絶縁部材は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）パウダーからなることを特徴とする請求項４に記載の電子式サーモスタット。
【請求項７】
自動車エンジンの冷却水の温度を制御するための電子式サーモスタットであって、
前記電子式サーモスタットのワックスを加熱するための発熱手段として、グロープラグタイプヒータ（Ｇｌｏｗ  Ｐｌｕｇ  Ｔｙｐｅ  Ｈｅａｔｅｒ）を適用したことを特徴とする電子式サーモスタット。
【請求項８】
前記グロープラグタイプヒータは、円筒形のケースと、前記ケースの一端に結合する発熱チューブと、前記発熱チューブの内側に設けられるコイルと、前記コイルと前記発熱チューブとの間の空間に充填される絶縁部材と、を備えることを特徴とする請求項７に記載の電子式サーモスタット。
【請求項９】
前記コイルは、熱を発生させる発熱コイル、または、発熱コイルと前記発熱コイルの温度上昇を制御するための温度調節コイルを備えることを特徴とする請求項８に記載の電子式サーモスタット。
【請求項１０】
前記絶縁部材は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）パウダーからなることを特徴とする請求項８に記載の電子式サーモスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子式サーモスタットに係り、より詳しくは、グロープラグタイプのヒータを適用して、迅速に目標温度に到達することができるようにする電子式サーモスタットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車用サーモスタットは、エンジンとラジエータとの間に設けられており、冷却水の温度変化によって自動的に開閉しながらエンジンに流れる流量を調節することによって、冷却水を適正温度に維持する役割を果たす。従来、自動車用サーモスタットは、ワックスの膨張による力がピストンに伝達されて、バルブの開閉変位を起こす構造を有する機械式サーモスタットが大部分であった。
【０００３】
しかし、このような機械式サーモスタットは、規定温度に設定された開閉温度により動作する方式、つまり、予め定められた温度だけで単純にバルブを開閉する方式であるため、次第に車両が高性能化及び高効率化されていく最近の傾向に照らしてみると、車両の走行環境やその他条件などの変化に積極的に対処するのに限界がある。
【０００４】
現在、上述のような機械式サーモスタットが有する短所を補完しながら、エンジンの冷却水の温度を最適の状態に維持するための可変制御方式の電子式サーモスタットが適用される傾向にある。このような電子式サーモスタットは、車両の負荷状態などのような走行環境に応じてエンジンの冷却水の温度を制御することによって、常に最適のエンジン冷却状態を維持することができ、機械式サーモスタットに比べて、燃費改善効果と排気ガス低減効果を期待することができる。
【０００５】
このような電子式サーモスタットの一例を図１に示したように、電子式サーモスタットは、一般に、ペレット（Ｐｅｌｌｅｔ）１の中にワックス２を収容し、その先端にフィルム抵抗タイプのヒータなどの発熱部３を内蔵し、外部の電源供給プラグを介してヒータが発熱して、ワックスを膨張させて、ピストンを押し出すことによってバルブが作動するようにする構造を採用している。図１に示したようなフィルム抵抗タイプのヒータなどを用いて発熱する従来の電子式サーモスタットの場合、目標温度である３００〜３５０℃まで到達するのにかかる時間が５０〜７０秒程度である。目標温度に到達するまで非常に多くの時間がかかることによって、リアルタイムで冷却水の温度を制御することができない問題があり、また、車両の燃費向上の効果を最大化しにくい問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２２０４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであって、電子式サーモスタットの制御応答性を向上させることによって、リアルタイムで冷却水の温度を制御することができ、車両の燃費向上効果を最大化できる電子式サーモスタットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明による電子式サーモスタットは、自動車エンジンの冷却水の温度を制御するための電子式サーモスタットであって、前記エンジンの冷却水が流れる複数の流路に連結されるハウジングと、前記ハウジングの内部に設けられ、ワックス収容空間を有するワックスケースと、前記ワックス収容空間に充填されるワックスに挿入され、外部電源が入力されて熱を発生させるグロープラグタイプヒータ（Ｇｌｏｗ  Ｐｌｕｇ  Ｔｙｐｅ  Ｈｅａｔｅｒ）と、前記ヒータの熱によるワックスの変形によって移動する駆動体と、前記駆動体の移動によってラジエータ側流路を開閉するメインバルブと、前記メインバルブを前記ラジエータ側流路に弾性的に支持する弾性部材と、を備えることを特徴とする。このような電子式サーモスタットにおいて、前記メインバルブと連動してラジエータを循環しないバイパス流路を開閉するバイパスバルブをさらに備えることが好ましく、また、前記電子式サーモスタットは、前記冷却水が前記エンジンに流入されるエンジンの入口側、または、前記冷却水が前記エンジンから流出されるエンジンの出口側に設けられることが好適であり、さらには、前記グロープラグタイプヒータは、円筒形のケースと、前記ケースの一端に結合する発熱チューブと、前記発熱チューブの内側に設けられるコイルと、前記コイルと前記発熱チューブとの間の空間に充填される絶縁部材と、を備えることが好ましい。そして、前記コイルは、熱を発生させる発熱コイル、または、発熱コイルと前記発熱コイルの温度上昇を制御するための温度調節コイルを備えることが好適であり、また、前記絶縁部材は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）パウダーからなることが好ましい。上記目的を達成するための本発明による別の電子式サーモスタットは、自動車エンジンの冷却水の温度を制御するための電子式サーモスタットであって、前記電子式サーモスタットのワックスを加熱するための発熱手段として、グロープラグタイプヒータ（Ｇｌｏｗ  Ｐｌｕｇ  Ｔｙｐｅ  Ｈｅａｔｅｒ）を適用したことを特徴とする。この電子式サーモスタットにおいて、前記グロープラグタイプヒータは、円筒形のケースと、前記ケースの一端に結合する発熱チューブと、前記発熱チューブの内側に設けられるコイルと、前記コイルと前記発熱チューブとの間の空間に充填される絶縁部材と、を備えることが好ましく、また、前記コイルは、熱を発生させる発熱コイル、または、発熱コイルと前記発熱コイルの温度上昇を制御するための温度調節コイルを備えることが好適であり、さらには、前記絶縁部材は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）パウダーからなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電子式サーモスタットによれば、グロープラグタイプヒータを用いて目標温度まで上昇させるのにかかる時間を最小化することができるようになる。よって、車両の運転条件に応じてリアルタイムで冷却水の温度を制御することができる。また、略リアルタイムで冷却水の温度を調節するようになることによって、車両の燃費を顕著に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の電子式サーモスタットの断面図である。
【図２】本発明による電子式サーモスタットの一例を示す断面図である。
【図３】本発明によるグロープラグタイプヒータの一例を示す断面図である。
【図４】本発明の電子式サーモスタットが設けられた冷却水流路の一例を概略的に示す図である。
【図５】本発明の電子式サーモスタットが設けられた冷却水流路の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の電子式サーモスタットが設けられた冷却水流路の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による電子式サーモスタットの好ましい実施形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態による電子式サーモスタット（Ｔｈｅｒｍｏｓｔａｔ）１０は、その断面図を図２に示したように、ハウジング１００と、ワックスケース２００と、グロープラグタイプヒータ３００と、駆動体４００と、メインバルブ５００と、弾性部材６００と、バイパスバルブ７００とを備えている。
【００１２】
ハウジング１００は、自動車エンジンの冷却水が流れる複数の流路に連結される部分である。ハウジング１００は、図４乃至図６に示したように、冷却水がラジエータ２０を循環して入ってくるラジエータ側流路Ｐ１と、冷却水がラジエータ２０を循環せずに直ちにエンジン４０のウォータポンプ３０側に循環するようにするバイパス流路Ｐ２、及び冷却水がエンジン４０に流入される入口のウォータポンプ側流路Ｐ３等と連結される。ハウジング１００の内部には、固定部１１０が一体に形成されることによって、グロープラグタイプヒータ３００を固定することができる。固定部１１０には、サーモスタット１０を外部の電源と連結するコネクタ３５０を収容するための空間が形成される。
【００１３】
ワックスケース２００はハウジング１００の内部に設けられ、その内部に、ワックス２１０を充填するためのワックス収容空間を有する。ワックスケース２００は、ハウジング１００の固定部１１０の下部に設けられ、グロープラグタイプヒータ３００の発熱チューブ３２０が通過してワックス収容空間に挿入できるように貫通孔２２０が内部に形成されている。
【００１４】
グロープラグタイプヒータ（Ｇｌｏｗ  Ｐｌｕｇ  Ｔｙｐｅ  Ｈｅａｔｅｒ）３００は、ワックスケース２００のワックス収容空間に充填されるワックス２１０に挿入され、コネクタ３５０（Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）を介して外部電源が入力されて、熱を発生させる。グロープラグタイプヒータ３００は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）のような外部のコントローラの制御によって、電子式に制御される。一般に、グロープラグ（Ｇｌｏｗ  Ｐｌｕｇ）は、ディゼルエンジンなどに用いられ、燃料の着火を助けるように内部の空気を予め加熱するのに用いられる装置である。つまり、本発明による電子式サーモスタットは、従来の技術と異なって、ディゼルエンジンの着火などに用いられるグロープラグをサーモスタット１０のヒータ３００として適用することを特徴としている。
【００１５】
本実施形態によるグロープラグタイプヒータ３００は、その断面図を図３に示したように、円筒形のケース３１０と、ケース３１０の一端に結合する発熱チューブ３２０と、発熱チューブ３２０の内側に設けられるコイル３３０と、コイル３３０と発熱チューブ３２０との間の空間に充填される絶縁部材３４０とを備えている。
【００１６】
ケース３１０は金属材料で形成することができ、上部で外部電源を連結するコネクタ３５０と結合し、下部でサーモスタット１０のワックスケース２００と結合することができる。発熱チューブ３２０は、その一端が閉鎖されるように形成され、ワックス収容空間の内部に充填されたワックス（Ｗａｘ）２１０内に挿入される。発熱チューブ３２０は、コイル３３０で発生した熱を用いて、ワックス２１０の温度を上昇させ、コイル３３０を化学的腐蝕から遮断する機能を果たす。この実施形態において、発熱チューブ３２０は、図２に示したように、円筒形ケース３１０の内周面と、コネクタ３５０からケース３１０の内部まで挿入されて電気を伝導するコア軸３５１との間に圧入されて設けられ、セイジング（Ｓｗａｎｇｉｎｇ）成形でその一端を曲面に形成することができる。
【００１７】
コイル３３０は、具体的に、図３の（ａ）に示したように、外部から印加される電源によって熱を発生させる発熱コイル３３１と、発熱コイル３３１の温度上昇により固有抵抗変化による温度上昇を制御して一定の温度を維持する役割を果たす温度調節コイル３３２とで構成される。発熱コイル３３１は、その一端が発熱チューブ３２０の内周面に溶接されて固定され、温度調節コイル３３２は、コア軸３５１に電気的に連結される。本実施形態において、発熱コイル３３１は、発熱チューブ３２０の内周面Ｂにレーザ溶接で結合され、同様に、温度調節コイル３３２も、コア軸３５１の一端Ａにレーザ溶接で固定されて電気的に連結される。なお、、コイル３３０は、図３の（ｂ）に示したように、外部から印加される電源によって熱を発生させる発熱コイル３３１のみで構成してもよい。この場合、発熱コイル３３１の一端は、発熱チューブ３２０の内周面Ｂにレーザ溶接で結合され、発熱コイルの他端は、コア軸３５１の端部Ａにレーザ溶接で結合される。
【００１８】
絶縁部材３４０は、発熱チューブ３２０の内部に充填されている。絶縁部材３４０は、非電気伝導性の材料からなる部材であれば特に限定されないが、比較的安定且つ熱伝達性が良好である点では、例えば、金属酸化物粉体が好適に使用でき、特に本実施形態では酸化マグネシウム（ＭｇＯ）パウダーである。酸化マグネシウムパウダーは絶縁体であって、発熱チューブ３２０とコイル３３０の絶縁を維持してコイル３３０の遊動を防止し、コイル３３０で発生した熱を発熱チューブ３２０に伝達する機能を行う。
【００１９】
駆動体４００は、ワックスケース２００の下部に配置され、ワックス２１０の変形によって移動する。この実施形態において、駆動体４００は、図２に示したように、ワックスケース２００の一端に結合される円筒形のエレメントガイド４１０の内部に配置されて移動することができる。また、エレメントガイド４１０の内部及び駆動体４００の上部にはゴム移動体４４０が配置され、その上部には伝達液４３０が充填され、この伝達液４３０の上面とワックス２１０との間にはダイヤフラム４２０が備えられる。ここで、伝達液４３０は半流動体（ｓｅｍｉｆｌｕｉｄ）である。
【００２０】
エレメントガイド４１０の内部で伝達液４３０が充填される空間は、ダイヤフラム４２０が設けられる上部から下部に行くことにつれてその直径が次第に小さくなる傾斜面を含んで形成することができる。このように形成することによって、ダイヤフラム４２０の変形による伝達液４３０の圧迫がゴム移動体４４０に集中され、この力で、ゴム移動体４４０はまたその下部の駆動体４００を圧迫するようになる。したがって、このような構造によると、ワックス２１０の膨張圧力に対する損失が発生せずに駆動体４００まで伝達することができるため、正確に冷却水の流れを制御することができるようになる。
【００２１】
メインバルブ５００は、駆動体４００の移動によってラジエータ側流路Ｐ１を開閉する機能を行う。ラジエータ側流路Ｐ１は、エンジン４０から流出される冷却水がラジエータ２０を循環してエンジンに流入されるようにする流路である。弾性部材６００はメインバルブ５００の下面に配置され、メインバルブ５００をラジエータ側流路Ｐ１に弾性的に支持する機能を行う。したがって、外部から力が加えられないと、弾性部材６００の弾性力によってメインバルブ５００がラジエータ側流路Ｐ１を閉鎖する。一方、バイパスバルブ７００は、メインバルブ５００と連動して、ラジエータ２０を循環しないバイパス流路Ｐ２を開閉する。バイパス流路Ｐ２は、エンジン４０から流出される冷却水がラジエータ２０を経ずに直ちにエンジン４０のウォータポンプ３０側に流入するようにする流路である。バイパスバルブ７００は、駆動体４００の下部に配置され、駆動体４００の圧力によって移動することができる。
【００２２】
このような実施形態において、メインバルブ５００とバイパスバルブ７００は、図２に示したように、フレーム７１０で連結されて一体的に形成され、この場合、駆動体４００の圧力によって、バイパスバルブ７００とメインバルブ５００が共に移動するようになる。一方、上述のような構成からなる本実施形態による電子式サーモスタット１０は、冷却水が流入されるエンジン４０の入口側、または、冷却水がエンジン４０から流出されるエンジン４０の出口側に設けられる。
【００２３】
図４は、本実施形態による電子式サーモスタット１０がエンジン４０の入口側に装着されている一例を示す図であり、図５は、本実施形態による電子式サーモスタット１０が冷却水流路に連結され設けられている一例を示す断面図であり、図６は、電子式サーモスタット１０が装着された冷却水流路の一例を示す斜視図である。以下、図２乃至図６を参照しながら、本実施形態による電子式サーモスタット１０の作動を説明する。
【００２４】
エンジン４０の冷却水が設定された温度に維持されている場合には、図２に示したように、メインバルブ５００は、弾性部材６００によってラジエータ側流路Ｐ１を閉じている。この場合、図４乃至図６に示したように、エンジン４０から送出される冷却水はラジエータ２０を経ずに、バイパス流路Ｐ２を通過して、ウォータポンプ側流路Ｐ３を介して、エンジン４０に直ちに流入される。この状況で、エンジン４０の運転によって冷却水の温度が上昇して設定された温度を超えるようになると、ＥＣＵで、メインバルブ５００を開放させるためにグロープラグタイプヒータ３００の作動を指示する。これによって、コネクタ３５０を介して外部電源がコイル３３０に印加され、コイル３３０の温度を迅速に目標温度に到達するようにする。
【００２５】
グロープラグタイプヒータ３００のコイル３３０が発熱することによってワックス２１０が膨張するようになり、これに当接するダイヤフラム４２０が圧迫されて変形される。ダイヤフラム４２０の変形による圧力は、伝達液４３０とゴム移動体４４０を順次に経て、駆動体４００まで伝達される。駆動体４００は下方に移動してバイパスバルブ７００に圧力を加え、これによって、バイパスバルブ７００は下方に移動する。なお、ここで上下方向は図２における上下方向であり、コア軸３５１が配置される側が上方、バイパス流路Ｐ２側が下方となっている。
【００２６】
バイパスバルブ７００が下方に移動してバイパス流路Ｐ２を遮断する。そして、バイパスバルブ７００と一緒にフレーム７１０で一体に連結されたメインバルブ５００も、共に下方に移動して、ラジエータ側流路Ｐ１を開放するようになる。このようになると、図４に示したように、エンジン４０から送出される冷却水が流路Ｐ１′を介してラジエータ２０を循環した後、ラジエータ側流路Ｐ１を介してウォータポンプ側流路Ｐ３に移動して、エンジン４０に流入される。この過程で、ラジエータ２０で冷却水と熱交換が行われ、冷却水の温度は下がることとなる。
【００２７】
冷却水の温度が設定された温度以下に下がると、ＥＣＵでこれを把握して、グロープラグタイプヒータ３００の作動を中止するように指示する。これにより、コイル３３０の発熱が中止され、膨張したワックス２１０が収縮して、駆動体４００が上部に移動するようになる。このようになると、駆動体４００がバイパスバルブ７００を押す圧力がなくなるため、弾性部材６００の弾性力によってメインバルブ５００が上昇して、ラジエータ側流路Ｐ１を閉鎖するようになり、これと共に、バイパスバルブ７００も上昇して、バイパス流路Ｐ２を開放するようになる。
【００２８】
上述のような過程を通じてＥＣＵでサーモスタット１０を電子式に制御することによって、冷却水の温度を設定された温度に一定に維持することができるようになる。特に、本発明によると、グロープラグタイプヒータ３００を適用して、迅速にヒータを目標温度に到達することができるようになるため、冷却水の温度を迅速でかつ正確に制御することができる効果がある。比較実験の結果では、フィルム抵抗タイプのヒータを適用する従来の技術の場合、目標温度である３００〜３５０℃に到達するのにかかる時間が５０〜７０秒程度であったが、グロープラグタイプヒータ３００を適用した本発明の場合には、目標温度である３５０℃に到達するためにかかる時間が３０秒以内であって、従来の技術に比べて顕著に向上することが確認された。
【００２９】
本発明によると、電子式サーモスタット１０にグロープラグタイプヒータ３００を適用することによって、目標温度まで上昇するのにかかる時間を最小化することができ、ＥＣＵによるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を通じて、グロープラグタイプヒータの発熱量を電子式に制御することによって、冷却系の特性を大きく変化することができる効果がある。以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲によって示した範囲内で、その均等概念から導き出されるすべての変更形態が本発明に包含される。
【符号の説明】
【００３０】
１０        電子式サーモスタット
２０        ラジエータ
３０        ウォータポンプ
４０        エンジン
１００      ハウジング
２００      ワックスケース
３００      グロープラグタイプヒータ
４００      駆動体
５００      メインバルブ
６００      弾性部材
７００      バイパスバルブ
【図１】
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【図２】
2013217364.tif 000004
【図３】
2013217364.tif 000005
【図４】
2013217364.tif 000006
【図５】
2013217364.tif 000007
【図６】
2013217364.tif 000008