JP2015161273A - 内燃機関の冷却水制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の温度感応性に優れると共にヒータ性能も確保できるサーモ弁式冷却水流量制御装置を提供する。
【解決手段】弁室２に、感温部１２の移動で弁体１１が開閉するサーモ弁装置３を配置している。感温室１５の内周面には、感温部１２の移動経路と直交した姿勢のヒータ戻り通路１６が開口している。出口穴５は、ヒータ戻り通路１６と略対向するように開口している。弁室２の底部に、ヒータ戻り通路１６から吐出した冷却水を感温部１２の側に方向変換させるガイド部材１７を設けている。感温部１２は、後退状態でも前進状態でもヒータ戻り通路１６からの冷却水に集中的に晒されるため、温度感応性に優れている。ガイド部材１７及び感温部１２の周囲は開口しているため、冷却水の逃げも良好であり、このため、ヒータ戻り通路１６の流量が低下して暖房性能が悪化するようなことはない。
【選択図】図２

Description

本願発明は、内燃機関において冷却水の流れの水温によって制御する装置に関するものである。

水冷式の車両用内燃機関では、機関の温度に応じて冷却水の流れを制御するため、シリンダヘッドに感温部を備えたサーモ弁装置を設けている。すなわち、冷却水は、一般に、温度に関係なくシリンダヘッドを冷却すると共にヒータに流れているが、水温が所定温度より低いと冷却水はラジェータを循環せず、水温が所定温度を超えると冷却水はラジェータを循環するようにサーモ弁装置で自動制御されている。

このサーモ弁装置は、弁室に固定的に配置される固定軸と、この固定軸に摺動可能に被嵌したスライド体とを有しており、スライド体のうち一端側の部位に、弁室を開閉して冷却水がラジェータから戻って循環することを継断する弁体を一体的に設けており、スライド体が内蔵した感温材の熱膨張・熱収縮によって固定軸上を移動することで、弁体が開閉するようになっている。

そして、スライド体には冷却水の熱を感温材に伝える大径の感温部を設けており、感温部を介して冷却水の温度を感温材に伝えることで可動体を移動させているが、特許文献１には、スライド体の前進方向の前方にヒータ戻り通路を開口して、このヒータ戻り通路の開口部に、スライド体の感温部（サーモエレメント）が前進するとその先端部が部分的に入り込む筒状のガイド部材を設けて、ヒータを経由した冷却水が感温部に集中的に当たるように配慮した構成が開示されている。

特開２００９−５２５０６号公報

さて、サーモ弁装置の弁体が開くと、ラジェータで冷却された冷却水が弁室に流入して感温部を経由して出口穴から排出されるが、特許文献１では、感温部が前進するとこれがガイド部材に入り込むことで、ヒータ戻り通路から吐出される冷却水の流れ抵抗が大きくなるため、冷却水がヒータ戻り通路から吐出されにくくなるのみならず、ヒータ戻り通路から吐出された冷却水がガイド部材の開口部に向かって流れることから、ヒータから戻った冷却水とラジェータから戻った冷却水とが正面衝突して、ヒータから戻った冷却水をヒータ戻り通路に押し戻す現象が生じるため、ヒータへの冷却水の流量が低下してしまって暖房性能が低下してしまうおそれがある。

また、サーモ弁装置の弁体は、機関本体（特にシリンダヘッド）における冷却水の温度に感応して開閉すべき（或いは開度を規定すべき）であり、従って、感温部には、ヒータを経由した冷却水を集中的に当てるのが好適であるが、特許文献１では、ラジェータから戻って温度が低下した冷却水が感温部に集中的に当たるため、サーモ弁装置が低温側に偏って作動して、機関の冷却が不十分になるおそれも懸念される。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、ラジェータから戻った冷却水が流れるメイン通路に設けた弁室に、前記メイン通路を開閉するサーモ弁装置が配置されており、前記サーモ弁装置は、前記弁室に移動不能に配置された固定軸と、前記固定軸の軸方向に移動する弁体と、前記弁体を挟んでメイン通路の下流側に位置して弁体と一体に移動する感温部とを備えおり、このため、前記弁室のうち前記感温部が配置された部分は感温室になっており、前記感温室に、前記感温部の移動経路を横切るように冷却水を吐出させるバイパス通路が開口している、という基本構成である。

そして、請求項１の発明では、上記基本構成において、前記弁室の内面のうち前記感温部の前進方向に向いた部位に、前記バイパス通路から吐出された冷却水を前記感温部の側に方向変換させるガイド部材を設けている。

請求項２の発明は、請求項１において、前記バイパス通路の開口方向と前記メイン通路の出口穴の開口方向とを略対向させている。

本願発明では、バイパス通路（例えばヒータ戻り通路）から吐出された冷却水は感温部の移動経路を横切るように流れるが、感温部が全く又はあまり前進してない状態では、冷却水はガイド部材で方向変換させられて感温部に向かう。このため、弁体が閉じている状態又は開き量が少ない状態では、バイパス通路から吐出された冷却水を感温部に集中的に当ててサーモ弁装置の温度感応性を向上できる。

また、感温部に当った冷却水は弁室（メイン通路の）の出口穴に向けて自由に逃げるため、弁体が閉じている状態又は開き量が少ない状態で冷却水の流れに大きな抵抗が作用することはない。従って、バイパス通路がヒータ戻り通路である場合、ヒータへの必要な流量を確保して高い暖房性能を保持できる。

感温部が大きく前進して弁体が大きく開くと、バイパス通路から吐出された冷却水の流れ方向の前方に感温部が位置するため、バイパス通路から吐出された冷却水の多くが感温部の外周面にダイレクトに当たる。他方、ラジェータから戻った冷却水は感温室を経由して出口通路に向かうが、感温部はバイパス通路から吐出された冷却水の強い流れに晒されているため、ラジェータから戻った冷却水が感温部に強く当たることを防止できる。このため、サーモ弁装置は、弁室が大きく開いた状態でも高い温度感応性を維持できる（ラジェータからの戻り冷却水とバイパス通路からの冷却水とは、あまり混ざり合わない。）。

また、バイパス通路からと吐出した冷却水の流れ方向は、ラジェータから戻った冷却水の流れ方向に対して交叉しているため、ラジェータから戻った冷却水とバイパス通路から吐出された冷却水とが正面衝突することはなく、従って、バイパス通路から吐出された冷却水は、弁室の出口穴に向けてスムースに排出される。このため、ウォータポンプの動力損失を低減できる。

更に、バイパス通路から吐出されて感温部に衝突した冷却水は、感温部を巻くようにして自由に逃げて出口穴に向かうため、バイパス通路から吐出された冷却水に強い抵抗が作用することはなくて、弁体が開いた状態でもバイパス通路の流量低下を防止できる。従って、バイパス通路がヒータ戻り通路である場合、ヒータに流れる冷却水の量を十分に確保して、高い暖房性能を維持できる。

請求項２の構成を採用すると、バイパス通路から出口穴に向かう直線状の経路に感温部の移動経路が存在するため、バイパス通路から吐出された冷却水を感温部に強く当てる機能が高まって、サーモ弁装置の温度感応性を一層向上できる。また、バイパス通路から吐出された冷却水は感温部及びガイド部を巻くようにして流れて弁室の出口穴にスムースに流れるため、冷却水の流れのスムース化を一層向上できる。

実施形態の閉弁状態の縦断面図である。 （Ａ）は実施形態の開弁状態の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車両用内燃機関のサーモ弁式制御装置に適用している。従って、車両の車内の暖房は、機関本体を巡って昇温した冷却水がヒータ（ヒータコア）を通ることで行われる。

本実施形態では、シリンダヘッド１の一端部に弁室２が形成されており、弁室２には、サーモ弁装置３を配置している。弁室２は、ラジェータから戻った冷却水がウォータポンプに向かって流れるメイン通路に設けたもので、一端（外端）を入口穴４として狭めた略砲弾形の形態を成しており、出口穴５は弁室２の軸心６と直交した方向に開口している。出口穴５は、配管又は機関本体の内部通路によってウォータポンプに接続されている。

サーモ弁装置３は、弁室２の軸心６と同心に配置された固定軸７と、固定軸７に摺動可能に嵌まった筒状のスライド体８とを備えており、固定軸７のうち弁室２の上流側に位置した一端部７ａが、第１ブラケット９に掴持されている。なお、固定軸７と入口穴４とは軸心を互いにずらす場合もある。

第１ブラケット９は、シールリング１０を介してシリンダヘッド１に固定されている。従って、固定軸１２は移動不能に保持されている。なお、弁室２のうち第１ブラケット９よりも上流側の部分をシリンダヘッド１とは別のハウジングで構成して、ハウジングとシリンダヘッド１とで第１ブラケット９を挟み固定することも可能である。

第１ブラケット９は、弁室２を横切る形態のフランジ部９ａと、フランジ部９ａから上流側に突出した段部９ｂと、段部９ｂから上流側に突出して固定軸９を掴持する山形部９ｃとを有しており、段部９ｂには内外に貫通した大きな連通穴が空いている。

スライド体８には、第１ブラケット９の段部９ｂに下流側から当接する板状の弁体１１を一体的に設けている。従って、第１ブラケット９の段部９ｂは、弁体１１が当たる弁座として機能している。なお、弁体１１を第１ブラケット９のフランジ部９ａに当てることも可能であり、この場合は、段部９ｂは無くてもよい。

更に、スライド体８の終端側の部位には、感温材が内蔵された大径の感温部１２を設けており、感温部１２を含むスライド体８は、第１ブラケット９の段部９ｂに固定した第２ブラケット１３で囲われている。第２ブラケット１３は大部分が内外に連通した枠構造であるが、下流側の先端部には円具状のばね受け部１３ａを設けて、ばね受け部１３ａと弁体１１との間に圧縮コイル式のばね１４を配置している（弁体１１には、第２ブラケット１３と干渉しないように逃がし溝を設けている。）。

従って、感温部１２が前進すると、弁体１１もばね１４に抗して前進し、これにより、弁室２の上流部と下流部とが連通して、ラジェータから戻った冷却水が出口穴５に流入する。すなわち、冷却水はラジェータを循環する。サーモ弁装置の感温部１２は第１ブラケット９よりも下流側に位置しているので、弁室２のうち第１ブラケット９よりも下流側の部分は、冷却水の熱を感温部１２に伝える感温室１５になっている。

そして、 感温室１５の内周面のうち弁室２の底面２ａに寄った箇所に、請求項に記載したバイパス通路の例として、出口穴５の方向に向けて開口したヒータ戻り通路１６を設け、更に、弁室２の底面２ａには、固定軸７の軸方向から見て感温部１２をヒータ戻り通路１６と反対側から囲う半円状のガイド部材１７を設けている。従って、ヒータ戻り通路１６は、冷却水が感温部１２の移動経路を横切る方向に開口していると共に、ヒータ戻り通路１６から吐出した冷却水は、ガイド部材１７によって感温部の先端面に向かうように方向変換させられる。

ガイド部材１７の先端は第２ブラケット１３に近づけており、また、ガイド部材１７のうち底面２ａの側の基端部には、ヒータ戻り通路１６の側に向いて突出した足部１７ａを設けている。このため、ヒータ戻り通路１６から吐出された冷却水をガイド部材１７の内部に効率良く誘い込むことができる。

図１に二点鎖線で示すように、ガイド部材１７に底板１７ｂを設けてもよい。底板１７ｂを設けると、ガイド部材１７を別部材で製造した場合、ビス止めを簡単に行える。また、ガイド部材１７はシリンダヘッド１に一体成形してもよいし、図１に一点鎖線で示すように、第２ブラケット１３のばね受け部１３ａに一体的に設けてもよい。

以上の構成において、弁体１１が閉じている状態又は開度が小さい状態では、サーモ弁装置３の感温部１２はガイド部材１７の箇所に入り込んでいないか又は入り込み量は僅かであるため、ヒータ戻り通路１６から吐出された冷却水は、ガイド部材１７で方向変換してサーモ弁装置３の感温部１２に集中的に当たる。このため、サーモ弁装置３の温度感応性を高めて、サーモ弁装置３を適切に作動させることができる。

また、ガイド部材１７及び感温部１２の周囲は開口しているので、ガイド部材１７及び感温部１２に当たった冷却水は、大した抵抗無しに逃げて、出口穴５に排出される。特に、実施形態のようにヒータ戻り通路１６と出口穴５とを略対向させると、ヒータ戻り通路１６から出た冷却水の直進方向の略前方に出口穴５が位置するため、冷却水の逃げを一層スムース化できる。

他方、図２（Ａ）のように感温部１２が大きく前進して弁体１１が大きく開くと、ヒータ戻り通路１６から吐出された冷却水は、一部は感温部１２の先端面に当たるが、大部分は感温部１２の外周面に強く当たる。そして、ラジェータから戻った冷却水は感温部１２の側にも流れるが、ヒータ戻り通路１６から吐出されて感温部１２に当たる冷却水の流れが強いことから、ラジェータから戻った冷却水はさほど感温部１２には当らない（従って、ヒータ戻り通路１６からの冷却水とラジェータからの冷却水とはあまり混ざり合わない。）。

このため、感温部１２がラジェータらの戻り冷却水の温度に反応してサーモ弁装置３が低温側に振れることを防止して、機関本体（シリンダヘッド及びシリンダブロック）を適切に冷却できる。また、ガイド部材１７及び感温部１２の周囲は開口しているので、ガイド部材１７及び感温部１２に当たった冷却水は出口穴５に向けてスムースに流れる。従って、ヒータ戻り通路１６の流量が低下して暖房性能が低下する問題は生じない。

上記の実施形態ではガイド部材１７を半円状に形成したが、Ｖ形やＵ形などの種々の形態を採用できる。ガイド部材１７に逃がし穴やスリットを空ける等して、感温部１２に向かう冷却水の量を調節することも可能である。

本願発明は内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダヘッド
２ メイン通路の一部を構成する弁室
２ａ 弁室の底面
３ サーモ弁装置
４ メイン通路の一部を構成する入口穴
５ メイン通路の一部を構成する出口穴
７ 固定軸
８ スライド体
９ 第１ブラケット
１１ 弁体
１２ 感温部
１３ 第２ブラケット
１４ ばね
１５ 感温室
１６ バイパス通路の例としてのヒータ戻り通路
１７ ガイド部材

Claims (2)

1. ラジェータから戻った冷却水が流れるメイン通路に設けた弁室に、前記メイン通路を開閉するサーモ弁装置が配置されており、前記サーモ弁装置は、前記弁室に移動不能に配置された固定軸と、前記固定軸の軸方向に移動する弁体と、前記弁体を挟んでメイン通路の下流側に位置して弁体と一体に移動する感温部とを備えおり、このため、前記弁室のうち前記感温部が配置された部分は感温室になっており、前記感温室に、前記感温部の移動経路を横切るように冷却水を吐出させるバイパス通路が開口している構成であって、
   前記弁室の内面のうち前記感温部の前進方向に向いた部位に、前記バイパス通路から吐出された冷却水を前記感温部の側に方向変換させるガイド部材を設けている、
   内燃機関の冷却水制御装置。
2. 前記バイパス通路の開口方向と前記メイン通路の出口穴の開口方向とを略対向させている、
   請求項１に記載した内燃機関の冷却水制御装置。

Images