JPH09509718A - 内燃機関の冷媒循環系用サーモスタット弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 主弁を貫通する伸縮物質が、冷却側での固定支持と、加熱側での主弁の弁頭との駆動連結に用いられる、内燃機関の冷媒循環系におけるサーモスタット弁において、サーモスタット弁の応答特性を向上させるため、伸縮物質要素を冷却側の端部部分において付加的に熱い冷媒により付勢すること、及び（または）伸縮物質内に配置された電気的加熱装置として金属・膜抵抗器を設けることを提案する。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の冷媒循環系用サーモスタット弁 本発明は、請求項１の前提概念に記載の、内燃機関の冷媒循環系用サーモスタ ット弁に関するものである。 電気的加熱装置として構成された熱供給装置を別個に備えるサーモスタット弁 は、例えばドイツ特許公開第４２３３９１３号公報から知られている。この公知 のサーモスタット弁では、伸縮物質を保持している伸縮物質要素のカプセルは、 加熱装置を含んでいる冷却側の端部部分において、プラスチックから成るキャッ プにより覆われている。主弁の上流側において冷たい冷媒にたいして絶縁作用す るキャップの、カプセルに沿った方向での延在距離は、キャップが弁頭の破断部 を貫通し、密封手段を介して破断部を弁頭の第１の開弁ストロークにわたって密 封するように選定されている。開弁ストロークがさらに進行すると、破断部とカ プセルの外周との間に形成された環状隙間を介して冷たい冷媒がカプセルまたは 伸縮物質要素の熱い側の端部部分に流れて、カプセル内で保持されている伸縮物 質を冷却するように構成されている。 電気的に作動する加熱装置を備えたサーモスタット弁 の場合、加熱装置は特に内燃機関の特性量に依存してオンオフさせることができ る。内燃機関の冷却循環系内での冷媒の温度が比較的高く調節されている場合、 特に１００℃以上に調節されている場合には、負荷需要の変化にたいして冷媒の 温度をできるだけ迅速に適合させるため、敏捷に反応するサーモスタット弁が必 要である。 冒頭で述べたサーモスタット弁は、異なる大きさの負荷交番が急速に生じた場 合、冷媒の温度の適合にたいしては比較的緩慢に作動する。なぜなら伸縮物質カ プセルの、直接加熱される部分は、絶縁キャップにより覆われた部分に比べて比 較的小さいためである。他方、電気的加熱装置として設けられているポジスター としてのＰＴＣ要素がその重量に応じて応答特性が緩慢なためでもある。 本発明の課題は、この種のサーモスタット弁において、サーモスタット弁の迅 速な応答が達成されるように前記付加的な熱供給装置を改良することである。 上記の課題は、請求項１に記載の第１の提案によれば、熱供給装置が、弁頭を 越えた冷却側の端部部分において伸縮物質カプセルに付設され加熱側に冷媒連通 部を備えた環状室であることによって解決される。 本発明の基本的な思想は、冷たい冷媒の貫流を完全に遮断するか、或いは予め 決められている開弁ストローク にわたって部分的に遮断する主弁において、伸縮物質要素または伸縮物質カプセ ルの冷却側端部部分の一部に、環状室を用いて熱い冷媒を作用させることである 。従って、伸縮物質の比較的広い部分が、短い伝熱経路を介して伸縮物質カプセ ルの側面により熱い冷媒で迅速に加熱され、しかも比較的高い温度レベルに保持 されるので有利である。この比較的高い温度レベルにより、伸縮物質要素の調節 温度にたいする差が低減し、よってサーモスタット弁を迅速に応答させることが できる。 本発明の有利な構成は、弁頭の破断部に配置され冷却側に突出している管部分 が、伸縮物質カプセルの外周とともに、冷媒を含む環状室を形成しており、環状 室が、冷却側に、弁頭または管部分の予め決められているストロークに依存して 制御される開口部を有している。本発明にしたがってこのように構成された環状 室の利点は、予め決められる比較的大きな開弁ストローク以上であれば、環状室 を冷たい冷媒のバイパスとしても用いることができる点である。 熱い冷媒で充填される環状室の作用は、管部分が、絶縁材から製造され、或い は、金属製管部分として熱保持性絶縁層を備えていることによって有利にさらに 改善される。 環状室を備えたサーモスタット弁の他の構成では、伸 縮物質カプセルの冷却側の端部部分が絶縁キャップを介して固定支持され、この 絶縁キャップが、環状室側の延在範囲に弾性的な閉鎖要素を担持しており、該閉 鎖要素が、弁頭の予め決められるストロークにわたって管部分と緊密に協働して 環状室の開閉制御を行うことが提案される。冷たい冷媒用のバイパスとしての環 状室をこのように本発明にしたがってストロークに依存して遅延的に開放するこ とにより、特に主弁の開弁開始時における不具合な不安定性が回避されている。 さらに、バイパスとして用いられる環状室は伸縮物質カプセルを冷たい冷媒で集 中的に付勢し、これにより、低い調節温度の方向でのオーバーシュートが避けら れる。 特に液体循環系において使用されるサーモスタット弁を、特に電気回路に取り 付けられる所定温度目標値を維持するためのサーモスタットスイッチと同じよう に用いることは知られている。 その都度の目標温度を正確に維持するため、伸縮物質要素を備えたこの種のサ ーモスタット弁において、伸縮物質内に電気的な加熱抵抗器を設けることは知ら れている。この加熱抵抗器は、例えばドイツ特許第３０１８６８２号公報によれ ば、内燃機関の少なくとも一つの状態量に依存して電流の供給を受ける。伸縮物 質要素のそれぞれの伸縮物質内に設けられる電気加熱抵抗器としては、 ＰＴＣ抵抗器またはポジスター抵抗器を設けることができる。この点に関しては 前記ドイツ特許公開第４２３３９１３号公報のほかに、ドイツ特許公開第１７９ ８２９４号公報及びドイツ特許公開第１８１４２２３号公報並びにドイツ特許公 開第２６２５５６１号公報から知られている。 ＰＴＣ抵抗器は、ドイツ特許公開第２１１３３８８号公報において「サーモス タット」と呼ばれているサーモスタットスイッチにも使用される。これにたいし てドイツ実用新案登録第７９２０９２３号においては、サーモスタットスイッチ の代わりに厚膜抵抗器が電気加熱要素として説明されている。より最近のドイツ 特許公開第３３３１８４７号公報は、ＰＴＣ抵抗器に比較しうるものとして、膜 抵抗器または厚膜抵抗器を等価の抵抗器として説明している。最後に、ドイツ特 許公開第３５３９４２５号公報により、進歩的に構成されたサーモスタットスイ ッチが知られるようになった。このサーモスタットスイッチでは、アルミナセラ ミックスから成る担持体が膜抵抗器または金属膜抵抗器または厚膜抵抗器を担持 している。アルミナセラミックスは、１９７４年に出版された「ウルマンの技術 化学大事典」第７巻、第３００頁、第２段落、最後の行の説明によれば、優れた 電気絶縁材であり、伝熱性が良く、ドイツ特許公開第３５３９４２ ５号公報によれば熱容量が小さい。 上記の先行技術にたいし、本発明の課題の他の解決法によれば、請求項６に記 載のごとく、カプセルの冷却側の端部部分に、熱供給装置として、加熱要素とし ての電気的膜抵抗器がカプセルの伸縮物質内に配置されている。 金属・膜抵抗器は、周知のごとく電流需要量が少ないにもかかわらず高い加熱 力をもっている。また、金属・膜抵抗器は軽量であるので応答特性が敏捷である 。迅速に放熱させるため、それぞれの膜抵抗器は、伝熱性が高い金属突起または 金属体またはセラミックス体（例えばアルミナセラミックス板）の上に配置され ている。熱を伝導させるために使用するのが好ましいこの材料は、ドイツ特許公 開第３３３１８４７号公報から知られている。 さらに、伸縮物質内への放熱は、それぞれの金属・膜抵抗器に、伝熱性の高い 物質／材料から成る伝熱ブロックが付設され、その際伝熱ブロックが、リブによ って拡大された伸縮物質用の伝熱面を有していることによって一層改善される。 サーモスタット弁の応答特性に不都合な影響を与えないようにするため、伝熱ブ ロックはそれぞれ軽金属から形成されている。 ドイツ特許公開第２４５９６６４号公報からは、熱動継電器にたいして、ＰＴ Ｃ加熱抵抗器からの熱を効果的に伝導させるため、ＰＴＣ加熱抵抗器を銅または アルミ ニウムから成る継電器ケーシングと伝熱可能に結合させることが知られている。 さらにドイツ特許公開第２９３１６８２号公報からは、電気的に加熱可能な伸縮 物質要素を備えたサーモスタットが知られている。伸長要素のケーシングは、伸 縮物質内への熱搬送を迅速にするため、リブ及び（または）褶曲部により伸縮物 質にたいして大きくされた放熱面を有している。しかしながらこの公知の先行技 術は、金属・膜抵抗器と熱伝導可能に結合される軽金属から成る伝熱ブロックは 開示していない。 熱伝導を向上させるため、例えばドイツ特許第２４０８２６号公報及びドイツ 特許第２４１８３９号公報から知られているように、カプセル内の伸縮物質に熱 伝導を向上させる金属粉が混入されていることによって補助的な処置が取られて いる。加熱体サーモスタットのための金属粉として、銅粉またはアルミニウム粉 が提案される。導電性のアルミニウム粉の代わりに、アルミナセラミックスから 成る非導電性の粉末を使用してもよい。アルミナセラミックスから成る非導電性 の粉末は、既に述べたように熱容量が小さいにもかかわらず伝熱性に優れている 。 請求項１ないし５及び請求項６ないし１０の範囲での上記本発明による解決法 はいずれも、本発明の課題に即してサーモスタット弁の応答特性を迅速にさせる 。最適 な応答特性を備えるサーモスタット弁は両発明の組合せにより得られ、電気加熱 力が小さい場合のサーモスタット弁の敏捷な応答が得られる。 次に、二つの発明を組み合わせたサーモスタット弁の１実施形態を添付の図を 用いて説明する。添付の図は、本発明によるサーモスタット弁の断面図であり、 図の右半分は主弁を閉弁位置で示した図、左半分は主弁を開弁位置で示した図で ある。 液冷原動機（内燃機関）の図示していない冷媒循環系内の冷却液の温度を制御 ・調整するための制御・調整装置１は、ケーシング３内にサーモスタット弁２を 有している。ケーシング３はラジエター還流部４、原動機還流部５、及び原動機 往流部６と連通しており、場合によってはヒーター接続部７とも連通している。 サーモスタット弁２の主弁８は、ラジエター還流部４から制御・調整装置１の混 合室９へ流れる比較的冷たい冷媒の流量を制御・調整する。主弁８と駆動連結さ れている短絡弁１０は、原動機還流部５から混合室９へ流れる原動機側の熱い冷 媒の流量をストロークに依存して制御する。熱い冷媒は混合室９からさらに原動 機往流部６を介して原動機または内燃機関の冷却循環系に供給される。 主弁８、及び主弁８に駆動連結されている短絡弁１０は、伸縮物質要素１１を 用いて温度に依存して操作され ている。伸縮物質要素１１は、伸縮物質１２を保持しているカプセル１３を有し ている。カプセル１３の一端には、温度に依存して体積が変化する伸縮物質１２ の作用で操作機構１４が出入可能に配置されている。 ラジエター還流部４内の冷媒により冷却されるとともに混合室９内の冷媒によ り加熱される主弁８にたいする伸縮物質要素１１の配置は次のように選定されて おり、即ち伸縮物質要素１１のカプセル１３が破断部１６を越えて主弁８の弁頭 １５を貫通して、ケーシング側の支持台１７において冷却側で固定支持されるよ うに選定されている。 上記のように伸縮物質要素１１を配置することにより、伸縮物質要素１１の加 熱側の端部部分１８内に配置され、操作棒１９を介して主弁８の弁頭１５と駆動 連結される操作機構１４が得られる。弁頭１５は、閉弁方向において、ばね２０ によりケーシング部分３’内の密封座２１のほうへ付勢されている。開弁方向に おいては、弁頭１５は管部分２３の肩部２２により付勢されている。 弁頭１５の破断部１６に配置され、冷却側に突出している管部分２３は、伸長 要素１１の操作機構１４と協働する操作棒１９の一部である。両側が開口してい るこの管部分２３は、伸縮物質カプセル１３の外周と共に、冷媒を含む環状室２ ４を形成している。環状室２４は、冷 却側で、即ち弁頭１５を越えた側で、その開口部３５に付設される閉鎖要素２５ により、予め決められている弁頭１５のストロークに依存して閉鎖可能であり、 或いは閉鎖状態を維持される。 図からわかるように、環状室２４は主弁８が閉じているときに閉じているが、 第１の開弁ストロークにわたって閉鎖機構２５によりさらに閉鎖され、よって混 合室９からの比較的熱い冷媒により付勢される。従って、伸縮物質要素１１の冷 却側の端部部分２６においても集中的な加熱が達成されており、よって比較的高 い温度レベルも設定できる。この比較的高い温度レベルにより、伸縮物質要素１ １の調整温度にたいする差が減少し、サーモスタット弁２がより迅速に応答する という利点がある。 比較的熱い冷媒で充填される環状室２４の作用は、付加的に絶縁層２７によっ て強化されている。 伸縮物質要素１１またはカプセル１３は、冷却側の端部部分２６において、絶 縁キャップ２８を介してケーシング側の支持台１７で固定支持されている。この 場合絶縁キャップ２８は、環状室２４の方向において、閉鎖要素２５を配置する ために十分な広がりをもっている。閉鎖要素２５は、ストローク方向に弾性のあ るカラー２９である。カラー２９は、予め決められている弁頭１５のストローク にわたって管部分２３または絶縁層２７と緊 密に協働する。図の左半分からわかるように、カラー２９が管部分２３から離れ ると、ラジエター還流部４から環状室２４を経由する、冷たい冷媒用のバイパス が得られるので、主弁８を迅速に閉弁させるために伸縮物質１２を急速に冷却さ せることができる。 閉鎖要素２５は、絶縁キャップ２８または伸縮物質カプセル１３に配置される Ｏ−リング（図示せず）であってもよい。 サーモスタット弁２の応答特性をさらに敏感にさせるため、伸縮物質要素１１ は、カプセル１３の冷却側の端部部分２６に、付加的な熱供給装置を有している 。この熱供給装置は、電気的な膜抵抗器３０から形成されカプセル１３の伸縮物 質１２内に設けられている加熱要素３１である。膜抵抗器として金属・膜抵抗器 ３０を選定するのがこのましく、金属・膜抵抗器３０は、例えば筒状、立方体状 、直方体状の、表面積が大きく且つ伝熱性に優れた金属突起またはセラミックス 体の上に配置される。 金属・膜抵抗器３０には、伝熱性の高い材料から成る伝熱ブロック３３が付設 されている。伝熱ブロック３３は、リブ３４によって拡大された伸縮物質１２用 の伝熱面を有している。その他の点では、サーモスタットの伸縮物質内に設けた 伝熱要素はドイツ特許公開第３４００６９９号公報から知られている。 例えば金属・膜抵抗器３０は、アルミナセラミックスから成る突起３２上に配 置されている。金属・膜抵抗器３０に付設される伝熱ブロック３３はそれぞれ軽 金属、例えばアルミニウム合金から形成されている。カプセル１３の伸縮物質１ ２内での熱伝導をよりよくするため、伸縮物質１２には、熱伝導を向上させる金 属粉、例えばアルミニウム粉が混入されている。 以上の説明から明らかなように、本発明による解決法は、サーモスタット弁の 応答特性を向上させるため、主弁８が閉弁範囲にあるときに、伸縮物質要素１１ の冷却側端部部分２６を、環状室２４により熱い冷媒で付勢することを提案する ものである。環状室２４を設けていないサーモスタット弁２においてこれに比較 しうる作用は、金属・膜抵抗器３０により電気的に加熱するという本発明の他の 解決法により達成される。サーモスタット弁２の応答特性を最適にするために、 本発明による二つの解決法が組み合わせられており、特に内燃機関の特性量に依 存してオンオフ可能な電気的加熱要素３１にたいして二つの解決法が組み合わせ られている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒューマー ゲルハルト ドイツ連邦共和国 デー・85630 ノイケ ファーロー ブレトニッシャー リング 17ベー (72)発明者 レムベルガー ハインツ ドイツ連邦共和国 デー・85774 ウンタ ーフェーリング ホフェッカーアレー １ (72)発明者 ロイ ペーター ドイツ連邦共和国 デー・73700 デンケ ンドルフ ローゼンシュトラーセ ７／１ (72)発明者 クルツ マンフレート ドイツ連邦共和国 デー・71254 ディッ ツィンゲン ブラームスシュトラーセ 16 (72)発明者 ザウル ローラント ドイツ連邦共和国 デー・70195 シュツ ットガルト バウエルンヴァルトシュトラ ーセ 127

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の冷媒循環系のためのサーモスタット弁であって、 冷却作用及び加熱作用を受ける主弁（８）が温度に依存して伸縮物質要素 （１１）を介して操作され、 伸縮物質要素（１１）が、加熱側の端部部分（１８）を介して主弁（８） とストローク駆動連結され、且つ冷却側の端部部分（２６）を介して固定支持さ れており、 主弁（８）の弁頭（１５）を破断部（１６）を介して貫通し、前記両端部 部分（１８，２６）の一方において有効な操作機構（１４）に作用する伸縮物質 （１２）を保持しているカプセル（１３）が、冷却側の端部部分（２６）に別個 の熱供給装置を備えている前記サーモスタット弁において、 熱供給装置が、弁頭（１５）を越えた冷却側の端部部分（２６）において 伸縮物質カプセル（１３）に付設され加熱側に冷媒連通部を備えた環状室（２４ ）であることを特徴とするサーモスタット弁。 ２．弁頭（１５）の破断部（１６）に配置され冷却側に突出している管部分（２ ３）が、伸縮物質カプセル（１３）の外周とともに、冷媒を含む前記環状室 （２４）を形成しており、 環状室（２４）が、冷却側に、弁頭（１５）または管部分（２３）の予め 決められているストロークに依存して制御される開口部（３５）を有しているこ とを特徴とする、請求項１に記載のサーモスタット弁。 ３．管部分（２３）が、絶縁材から製造され、或いは、金属製管部分として熱保 持性絶縁層（２７）を備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の サーモスタット弁。 ４．伸縮物質カプセル（１３）の冷却側の端部部分（２６）が絶縁キャップ（２ ８）を介して固定支持され、 絶縁キャップ（２８）の、環状室（２４）の方向における延在範囲は、少 なくとも、環状室（２４）の前記開口部（３５）のための閉鎖要素（２５）を配 置できるよう選定されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか １つに記載のサーモスタット弁。 ５．閉鎖要素（２５）が、ストローク運動方向に向けられる弾性的なカラー（２ ９）またはＯ−リングであり、 カラー（２９）またはＯ−リングは、弁頭（１５）の予め決められている ストロークにより管部分（２ ３）と緊密に協働することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１つに 記載のサーモスタット弁。 ６．内燃機関の冷媒循環系のためのサーモスタット弁または請求項１から５まで のいずれか１つに記載のサーモスタット弁であって、 冷却作用及び加熱作用を受ける主弁（８）が温度に依存して伸縮物質要素 （１１）を介して操作され、 伸縮物質要素（１１）が、加熱側の端部部分（１８）を介して主弁（８） とストローク駆動連結され、且つ冷却側の端部部分（２６）を介して固定支持さ れており、 主弁（８）の弁頭（１５）を、破断部（１６）を介して貫通し、前記両端 部部分（１８，２６）の一方において有効な操作機構（１４）に作用する伸縮物 質（１２）を保持しているカプセル（１３）が、冷却側の端部部分（２６）に別 個の熱供給装置を備えている前記サーモスタット弁において、 カプセル（１３）の冷却側の端部部分（２６）に、熱供給装置として、加 熱要素（３１）としての電気的膜抵抗器（３０）がカプセル（１３）の伸縮物質 （１２）内に配置されていることを特徴とするサーモスタット弁。 ７．膜抵抗器として金属・膜抵抗器（３０）が設けられており、該金属・膜抵抗 器（３０）は、筒状、立方体状、直方体状の、表面積が大きく且つ伝熱性に優れ た金属突起または金属体またはセラミックス体（３２）の上に配置されているこ とを特徴とする、請求項６または請求項１から６までのいずれか１つに記載のサ ーモスタット弁。 ８．金属・膜抵抗器（３０）に、伝熱性の高い物質／材料から成る伝熱ブロック （３３）が付設され、 伝熱ブロック（３３）が、リブ（３４）によって拡大された伸縮物質（１ ２）用の伝熱面を有していることを特徴とする、請求項１または２或いは請求項 １から７までのいずれか１つに記載のサーモスタット弁。 ９．金属・膜抵抗器（３０）を担持している突起（３２）及び付設される伝熱ブ ロック（３３）が、それぞれ軽金属結合物から形成され、 カプセル（１３）内の伸縮物質１２には、熱伝導を向上させる金属粉（ア ルミニウム結合物）が混入されていることを特徴とする、請求項６から８までの いずれか１つまたは請求項１から８までのいずれか１つに記載のサーモスタット 弁。 １０．金属・膜抵抗器（３０）が、特に内燃機関の特性 量に依存して制御装置を介して制御・調整されていることを特徴とする、請求項 ６から９までのいずれか１つまたは請求項１から９までのいずれか１つに記載の サーモスタット弁。