JPH0124344Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関の冷却水温度制御装置に関
する。

一般に、自動車用内燃機関等においては燃費の
向上や排気浄化及び出力向上のために、機関の冷
却水温度を負荷状態に応じて制御し、高負荷時に
は低く、低負荷時には高く設定している。

この種の冷却水温度制御装置としては、例えば
第１図に示すようなものがある（実開昭54−
142722号公報）。

ウオータポンプにより強制的に循環させられる
冷却水は、機関内部のウオータジヤケツトを通過
する間に機関１で発生した熱を奪い、温度の上昇
した冷却水は機関本体に設けられたウオータアウ
トレツト２から冷却水路６を介してラジエータに
送られ、ここで熱を大気に放散し、温度の低下し
た冷却水は再び機関１に送られる。

この冷却水路６には冷却水温度に応じてラジエ
ータに流れる水量を制御するサーモスタツト７が
介装される。ここではウオータアウトレツト２と
ウオータアウトレツトハウジング３との接続部に
サーモスタツト７のフランジ部を挾みハウジング
３を固定するボルト２６にて固定されている。

サーモスタツト７はワツクスタイプで、ワツク
スケース１０内には固形ワツクスと弾性体である
ゴム、このゴム中央にピストン９が組込まれてお
り、冷却水の温度上昇によりワツクスが固体から
液体への相変化に伴い体積変化をおこして膨脹す
ると、ゴムを介してピストン９が図で上方に押し
上げられるようになつている。従つてワツクスケ
ース１０、ピストン９から熱応動部材８が構成さ
れる。

ワツクスケース１０の周囲に一体に固定された
弁体１１はスプリングシート１２内のスプリング
１３により上方に付勢されて弁座１４に着座し、
サーモスタツト７を閉弁しているが、温度上昇に
より前述のピストン９が押し上げられ、ピストン
９が駆動軸１６（後述）に当接した後ワツクスケ
ース１０が図で下方に押し下げられるため、ワツ
クスケース１０に一体の弁体１１が弁座１４から
離れてサーモスタツト７を開弁するようになつて
いる。

熱応動部材８に対向して設けられる駆動軸１６
はピストン９の最大上昇位置を規制するもので、
このピストン９の規制位置を機関負荷に応じて可
変とするために、ダイヤフラム１７に固定され
る。

ダイヤフラム装置１５はダイヤフラム１７によ
り負圧室１８と大気室１９に画成され、大気室１
９は開孔２０を介して常時大気に解放される。負
圧室１８には負圧通路２２を介して機関１の吸入
負圧が導入されるようになつており、負圧通路２
２には負圧遅延弁２３が介装される。

なお、２４は冷却水が漏出するのを防ぐシール
部材、２５は駆動軸１６の最大上昇位置を規制す
るストツパ、２１はダイヤフラムスプリングであ
る。

したがつて、機関の高負荷時には、負圧室１８
に導入される吸入負圧は大気圧に近く、ダイヤフ
ラム１７は図示の位置にあり、このとき駆動軸１
６とピストン９は第２図に示すように間隙ａを有
している。

この状態で冷却水温度が上昇すると、ワツクス
ケース１０内のワツクスが膨脹しピストン９を押
し上げる。ピストン９は寸法ａだけ上昇すると、
駆動軸１６に当接し、これ以上ピストン９は上昇
できず、ピストン９が駆動軸１６を上昇させよう
とする力の反力としてワツクスケース１０はスプ
リング１３に抗して押し下げられるため、ワツク
スケース１０に固定された弁体１１は弁座１４か
ら離れてサーモスタツト７が開弁する。

間隙ａは機関の特性に応じて、例えば高負荷時
は70℃で開弁すると設定する場合は冷却水温度が
70℃となつたときに、ピストン９が軸１６に当接
するように間隙ａを設定すればよい。

一方、低負荷時には、吸入負圧が増大するた
め、ダイヤフラム１７がスプリング２１に抗して
上方に移動し、ダイヤフラム１７と一体の軸１６
は第３図のように間隙ｂ（ｂ＞ａ）となる位置ま
で上昇する。

したがつて、サーモスタツト７が開弁するため
にピストン９が軸１６に当接するには高負荷時よ
りもピストン９がさらに上昇しなければならず、
ピストン９の上昇量は温度に比例するので、この
場合のサーモスタツト７の開弁温度は高くなる。

この間隙ｂも低負荷時の開弁温度を例えば95℃
とした場合は、この温度95℃に達したときに、ピ
ストン９が軸１６に当接するように設定すればよ
い。

なお、このようなサーモスタツト７のリフト特
性を示したのが第４図で、実線は高負荷時のリフ
ト特性、破線は低負荷時のリフト特性を示し、
Ａ，Ｅ点はそれぞれ高負荷、低負荷時にピストン
９が軸１６に当接する点を示し、Ｂ，Ｄ点は、ス
プリング２１が完全に縮みきつた状態を示し、Ｂ
〜Ｃ間、Ｃ〜Ｄ間はワツクスの膨脹力のみで弁体
１１が動くことを示す。

このようにして冷却水温度が機関の負荷状態に
応じて可変に制御される。

ところで、ウオータポンプの吐出圧は弁体１１
を閉じる方向に作用するため、機関回転数が高く
なるのに伴いウオータポンプの回転数も高くなり
その吐出圧が上昇すると、開閉しているサーモス
タツト７にあつては、弁開度を減少する。

このことは低負荷であつても高回転域ほどラジ
エータへの流量が少なくなり、冷却水温度が高め
に設定されてしまうことを意味する。

そこで本考案者が、冷却水温度を高めることに
よる燃費向上や排気浄化の効果を実験したとこ
ろ、これらの効果は低負荷低回転域ほど大きく、
低負荷でも高回転域になるとほとんど無くなつて
しまうことが判明した。また低負荷高回転域での
冷却水温度が高めになることは機関の耐久性を悪
化させることになる。

すなわち、従来装置では、回転数の高い低負荷
域で、燃費向上や排気浄化の効果がないのに冷却
水温度を上昇させ、却つて機関の耐熱性を悪化さ
せていた。

そこで、本考案は、ウオータポンプの吐出圧が
高くなる低負荷域に冷却水温度を低めに制御し
て、低負荷高回転域での機関の耐熱性を悪化させ
ないことを目的とする。

このため、本考案は、機関の冷却水路を形成し
たハウジング内で冷却水温度に応じて開弁面積を
増減することによりラジエータに流れる冷却水の
流量を制御するサーモスタツトの熱応動部材に、
機関負荷に応動するダイヤフラム装置の駆動軸を
対設し、サーモスタツトの開弁温度を低負荷時に
は高めに、高負荷時には低めに制御する冷却水温
度制御装置において、上記サーモスタツトの弁体
が接離する弁座を上記ハウジングに対して弁体と
同一方向に移動自在に設け、この弁座に上記駆動
軸を連結するとともに、ウオータポンプの吐出圧
に応動するベロフラムをこの弁座に連結し、他方
上記熱応動部材のピストンが当接するピストン座
を上記ハウジングに固定し、上記ウオータポンプ
の吐出圧の増加に応じて上記開弁面積が拡大する
ようにして、機関の低負荷高回転域にラジエータ
に流れる流量が増大するように構成する。

以下図示実施例に基づいて説明する。

第５図は本考案の一実施例の概略構成図で、図
中機関１のウオータアウトレツトとラジエータ５
を連絡する冷却水路６にサーモスタツト７が介装
されている。

このサーモスタツト７は独立したハウジング３
０ａ，３０ｂを有し、ダイヤフラム装置１５も一
体に形成されているが、吸入負圧の増大によりダ
イヤフラム１７は下方に移動するようになつてい
る。

本実施例では、弁体１１と接離する弁座３１を
ハウジング３０ａ，３０ｂに固定するのではな
く、ステー３４を介してダイヤフラム装置１５の
駆動軸１６に連結し、弁体１１と同一方向（図で
上下方向）に移動自在に設ける。この可動弁座３
１とハウジング３０ａ，３０ｂの間にはウオータ
ポンプ４の吐出圧に応動するベロフラム３２を介
装する。ここに、ダイヤフラム１７には、吸入負
圧により図中下方に作用する力と、スプリング２
１により上方に作用する力の外、ベロフラム３２
に下方より作用して軸１６を介し上方に押し上げ
ようとする力が作用するので、これら力のバラン
スの上に、ダイヤフラム１７の上下方向での位置
決めがなされる。具体的には、可動弁座３１とベ
ロフラムガイド３３との間にベロフラム３２の内
周を挾み、ステー３４とともにボルト３７にて連
結し、ベロフラム３２の外周はスプリングシート
１２、シール部材３６とともにハウジング３０
ａ，３０ｂの接続部に挾んで固定している。

他方、熱応動部材８のピストン９が押し上げら
れて当接するピストン座３５をハウジング３０ａ
に固定する。ピストン９は前述のようにワツクス
ケース１０内のワツクスの膨脹により押し出され
るものであるが、このピストン９（の上端）をピ
ストン座３５に固定するものでもよい。この場合
には冷却水温度が低い間はワツクスケース１０内
でピストン９とワツクスの間に空間を生じてお
り、温度が上昇してこの空間がワツクスの膨脹に
より埋められると、ピストン９に力を伝えサーモ
スタツト７が開弁することになる。この実施例は
後者である。

なお、弁体１１は部材３８を介してワツクスケ
ース１０に固定され、またシール部材４０はベロ
ーズで、軸１６の移動にあわせて伸縮する。３９
はラジエータ５をバイパスしてウオータポンプ４
の吸込側に連通されるバイパス通路である。

その他の構成は第１図と同一なので、同一構成
要素には同一符号を付してその説明は省略する。

以上の構成による作用を説明する。

機関の高負荷時には、負圧室１８に作用する吸
入負圧が比較的小さいので、ダイヤフラムスプリ
ング２１の力によつてダイヤフラム１７がストツ
パ２５と当接し、こののダイヤフラム１７と一体
に動く弁座３１は第６図Ａの状態にある。

冷却水温度が低い時はワツクスケース１０に固
定された弁体１１はスプリング１３に付勢されて
可動弁座３１に着座しており、冷却水温度が上昇
すると、ワツクスケース１０内のワツクスの膨脹
によりワツクスとピストン９との空間が埋まり、
ピストン９を上方に押し上げようとするが、ピス
トン９は当初からピストン座３５に固定されてい
るため、ワツクスケース１０が下方に押し下げら
れ、弁体１１が可動弁座３１を離れる。このため
今までラジエータ５への流れが阻止されていた冷
却水は、冷却水路６を通つてラジエータ５に送ら
れる。

機関の高負荷でも低回転域ではウオータポンプ
４の吐出圧もさほど高くないが、高回転域に移行
すると、吐出圧が高くなり、この吐出圧がベロフ
ラム３２に作用して可動弁座３１を押し上げる方
向に働く。しかしながら、弁座３１と一体動する
ダイヤフラム１７がストツパ２５と当接している
ため、弁座３１は同じ位置を保つ。つまり、高負
荷時には吐出圧が大きくなつても、ワツクス温度
が同じである限り、弁開度は変化しない（第６図
Ｂ）。

一方、低負荷低回転時には、吸入負圧が増大
し、スプリング２１に抗してダイヤフラム１７を
下方に押し下げる（サーモスタツト７の閉弁時に
は２つのスプリング２１，１３に抗して押し下げ
る）ため、可動弁座３１も押し下げられ、第６図
Ｃの状態のように、ダイヤフラム１７がハウジン
グ３０ａに設けたストツパ２６と当接する。

この状態でも冷却水温度が低いとサーモスタツ
ト７は閉弁しているが、閉弁状態の弁体１１はワ
ツクスケース１０とともに、可動弁座３１が押し
下がつた分だけ押し下げられており、この押し下
がつた分に応ずるスプリング１３の付勢力が余分
に弁体１１に作用する。また、ピストン座３５は
ハウジング３０ａに固定されているために動か
ず、かつピストン９はピストン座３５に固定され
ているためピストン９がピストン座３５から離れ
ることができず、ワツクスケース１０が上述のよ
うに下方に押し下げられると、ワツクスケース１
０内のワツクスとピストン９のあいだに空間が生
じる。このため、冷却水温度が上昇してサーモス
タツト７が開弁するには、上記ワツクスケース１
０内のワツクスとピストン９のあいだの空間がワ
ツクスの膨脹によつて埋まらなければならず、さ
らにその空間を埋めた後はスプリング１３による
付勢力の増加分に打ち勝つ必要があり、これらが
サーモスタツト７の開弁温度を高めることにな
る。

第６図Ｃでは、高められた開弁温度（たとえば
95℃）でワツクスケース１０内のワツクスとピス
トン９のあいだの空間が埋められ、なおも冷却水
温度が上昇したために、これに応じて膨脹するワ
ツクスによりスプリング１３に打ち勝つて開弁し
ている状態を示す。なお、第６図Ｃでは、ピスト
ン座３５が他の図（第６図Ａ，Ｂ，Ｄ）と比較し
て短くなつているようにも見えるが、そうではな
い。ピストン座３５は紙面後方において、ハウジ
ング３０ａに固定されているのに対し、紙面前方
に位置するステー３４がシール部材４０を下方に
押し下げたために、そのシール部材４０が後方に
位置するピストン座３５を覆い隠しているに過ぎ
ない。

第６図Ｃで示す状態（低負荷低回転時）から高
回転域になると、ウオータポンプ４の吐出圧が高
まるので、ベロフラム３２に下方より作用する力
が大きくなる。この力とスプリング２１力との合
計が、負圧室１８に導入される負圧によりダイヤ
フラム１７を下方に押し下げる力を上回ると、ス
テー３４、駆動軸１６を介してダイヤフラム１７
が上方に押し上げられるので、ステー３４に固定
されている可動弁座３１も押し上げられる（第６
図Ｄ）。これに対してワツクスケース１０には、
ワツクスの膨脹力にてピストン９を介し下方に押
し下げる力が作用しているため、ワツクスケース
１０は第６図Ｃと同じ位置を保つので、ワツクス
ケース１０に固定されている弁体１１もも動かな
い。つまり、ウオータポンプ４の吐出圧が高くな
ると、これに応じて弁座３１のみを開弁方向に移
動させ、弁座３１と接離する弁体１１については
吐出圧の如何に拘わらずそのままの位置を保つよ
うに構成してあるのである。これにより、低負荷
高回転時には弁開度が増大し、ラジエータ５に流
れる流量が増大する。

なお、正確には、第６図Ｄでは弁体１１の位置
が第６図Ｃと同一ではない。この第６図Ｄでは弁
開度が大きくなつて十分に冷却された結果、ピス
トン９の押出量が減つたところを示すもので、冷
却水温度は第６図Ｄのほうが低い状態にあるから
である。従つて、ベロフラム３２に作用するウオ
ータポンプ４の吐出圧が増大すると、負圧室１８
に大きな負圧が作用したとしても、この負圧に打
ち勝つて可動弁座３１が押し上げられるように、
上述したダイヤフラム１７、ベロフラム３２の受
圧面積等を設定すれば、低負荷でも高回転域にな
ると、弁開度が増大してラジエータ５への流量が
増大し、冷却水温度が低めに制御できる。

以上のように、本考案によれば、低負荷高回転
域にウオータポンプの吐出圧が高くなると、この
吐出圧に応動するベロフラムが弁座を開弁方向に
移動させるのに対し、熱応動部材に取り付けた弁
体はそのままの位置を保たせることにより、弁開
度を増した分だけ冷却水温度が低めに設定される
ようにしたので、低負荷低中回転域で燃費や排気
浄化を図りつつ、低負荷高回転域で機関の耐熱性
を悪化させることがないという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図、第２図及び第３図
は高負荷時、低負荷時での駆動軸位置をそれぞれ
示す要部拡大断面図、第４図はリフト特性図、第
５図は本考案の一実施例の断面図、第６図Ａ〜第
６図Ｄは異なる機関状態での作動をそれぞれ示す
説明図である。 １……機関、４……ウオータポンプ、５……ラ
ジエータ、６……冷却水路、７………サーモスタ
ツト、８……熱応動部材、９……ピストン、１１
……弁体、１５……ダイヤフラム装置、１６……
駆動軸、３１……可動弁座、３２……ベロフラ
ム、３５……ピストン座。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関の冷却水路を形成したハウジング内で冷却
   水温度に応じて開弁面積を増減することによりラ
   ジエータに流れる冷却水の流量を制御するサーモ
   スタツトの熱応動部材に、機関負荷に応動するダ
   イヤフラム装置の駆動軸を対設し、サーモスタツ
   トの開弁温度を低負荷時には高めに、高負荷時に
   は低めに制御する冷却水温度制御装置において、
   上記サーモスタツトの弁体が接離する弁座を上記
   ハウジングに対して弁体と同一方向に移動自在に
   設け、この弁座に上記駆動軸を連結するととも
   に、ウオータポンプの吐出圧に応動するベロフラ
   ムをこの弁座に連結し、他方上記熱応動部材のピ
   ストンが当接するピストン座を上記ハウジングに
   固定し、上記ウオータポンプの吐出圧の増加に応
   じて上記開弁面積が拡大するようにしたことを特
   徴とする内燃機関の冷却水温度制御装置。