(57)【要約】【課題】従来の内燃機関の冷却装置では、冷却水温度に応じてサーモエレメントを加熱するように配置した発熱素子を有し、サーモスタットバルブの開閉をコントロールする。本発明が目的とするところは、エンジンが早期に最適温度に到達して運転されるようにすると共に、ラジエータやその他の冷却系統を必要以上に稼働させることなく、エネルギー効率を改善した、エンジン冷却用のサーモスタット装置およびその温度制御システムを提供することにある。【解決手段】ラジエータ近くにサーモスタット装置を設け、温度センサからの信号に応じて発熱素子に通電することでサーモエレメンを作動させると共に、メインバルブが冷却液通路と接触して開閉する個所にスロットを設け、冷却液流量を調節することにより、冷却液温度の制御を精度良く行い、エンジンを最適温度で運転できるようにする。【選択図】  図1
2004360680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン冷却水の流れを制御すると共に、そのエンジン冷却水がラジエータからサーモスタットを通ってエンジンに流れる通路となるエンジン冷却水通路に設けたサーモスタットと、
前記サーモスタット内に設けられ、第一設定温度でメインバルブを開くようにし、メインバルブが開いた時、エンジン冷却水がラジエータからメインバルブを通って流れるようにしたサーモエレメントと、
から構成されており、前記サーモエレメントを通るエンジン冷却水がラジエータから出る冷却水だけであるようにしたことを特徴とするエンジン温度制御システム。
【請求項２】
エンジンに設けられ、コントローラに温度信号を伝達するように形成されたエンジン温度センサと、
前記エンジン温度センサからの温度信号を受けて、前記エンジン温度センサが、第一設定温度よりも高いかまたは等しい第二設定温度を感知した時、前記サーモエレメント近くに設けたヒータにコントロール信号を伝達するように形成された前記コントローラと、
から構成されており、ヒータはコントロール信号を受けた時前記サーモエレメントを加熱するように形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジン温度制御システム。
【請求項３】
前記サーモスタットの冷却水出口近くに設けられた１個または複数のスロットと、
前記サーモスタットからエンジンへ冷却水を流出する冷却水出口と、
から構成されており、コントローラが受けたコントロール信号に基づいて前記サーモエレメントが加熱された時、前記１個または複数のスロットが閉じ、スロットが閉じた時には、エンジン冷却水はサーモスタットの冷却水出口を通って流れないことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のエンジン温度制御システム。
【請求項４】
前記１個または複数のスロットは、コントローラからのコントロール信号によりヒータが動作しないかぎり開いていることを特徴とする特許請求の範囲３項記載のエンジン温度制御システム。
【請求項５】
前記エンジン温度センサが第二設定温度よりも高いかまたは等しい第三設定温度を感知した時、前記コントローラが前記ヒータを作動させないようにすることによって、前記１個または複数のスロットが開くことを特徴とする特許請求の範囲４項記載のエンジン温度制御システム。
【請求項６】
前記サーモスタットはエンジン冷却水出口近辺に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジン温度制御システム。
【請求項７】
前記サーモスタットは物理的にラジエータの下部タンクの一部に組み込まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジン温度制御システム。
【請求項８】
ラジエータの下部タンク近くに設けられたセンサと、前記サーモスタットの冷却水出口近くに設けられたセンサの少なくとも一つからコントローラへ冷却水温度の信号が送られ、前記温度の信号に基づいてコントローラがヒータへコントロール信号を送ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のエンジン温度制御システム。
【請求項９】
エンジン冷却水の流れを制御すると共に、そのエンジン冷却水がラジエータからサーモスタットを通ってエンジンに流れる通路となるエンジン冷却水通路に設けたサーモスタットと、
前記サーモスタット内に設けられ、第一設定温度でメインバルブを開くようにし、メインバルブが開いた時、エンジン冷却水がラジエータからメインバルブを通って流れるようにしたサーモエレメントと、
から構成されており、前記サーモエレメントを通るエンジン冷却水がラジエータから出る冷却水だけであるようにしたことを特徴とするエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置。
【請求項１０】
エンジンに設けられ、コントローラに温度信号を伝達するように形成されたエンジン温度センサと、
前記エンジン温度センサからの温度信号を受けて、前記エンジン温度センサが、第一設定温度よりも高いかまたは等しい第二設定温度を感知した時、前記サーモエレメント近くに設けたヒータにコントロール信号を伝達するように形成された前記コントローラと、
から構成されており、ヒータはコントロール信号を受けた時前記サーモエレメントを加熱するように形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置。
【請求項１１】
前記サーモスタットの冷却水出口近くに設けられた１個または複数のスロットと、
前記サーモスタットからエンジンへ冷却水を流出する冷却水出口と、
から構成されており、コントローラが受けたコントロール信号に基づいて前記サーモエレメントが加熱された時、前記１個または複数のスロットが閉じ、スロットが閉じた時には、エンジン冷却水はサーモスタットの冷却水出口を通って流れないことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置。
【請求項１２】
前記１個または複数のスロットは、コントローラからのコントロール信号によりヒータが動作しないかぎり開いていることを特徴とする特許請求の範囲１１項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置。
【請求項１３】
前記サーモスタットは物理的にラジエータの下部タンクの一部に組み込まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置。
【請求項１４】
サーモスタットのサーモエレメントで第一設定温度に応答して、サーモスタットのメインバルブを開け、サーモスタットはそれを通ってラジエータからエンジンへ流れるエンジン冷却水を制御するように配置され、サーモエレメント近辺を通るエンジン冷却水はラジエータから出るエンジン冷却水だけであり、
メインバルブが開くとラジエータからのエンジン冷却水がメインバルブを通って流れると共に、
エンジンに設けられているエンジン温度センサからの温度信号をコントローラに伝達し、
第一設定温度よりも高いかまたは等しい第二設定温度を示す前記エンジン温度センサの温度信号を受けた時、コントローラからのコントロール信号をサーモエレメント近くに配置したヒータに伝達し、
コントローラからのコントロール信号を受けた時ヒータを作動させてサーモエレメントを加熱する構成であることを特徴とするエンジン温度制御方法。
【請求項１５】
前記ヒータの作動に基づいて、サーモスタットの１個または複数のスロットが閉じ、そのスロットが閉じている時にはエンジン冷却水はサーモスタットからエンジンに流れないことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載のエンジン温度制御方法。
【請求項１６】
前記１個または複数のスロットは、コントローラからのコントロール信号によりヒータが動作しないかぎり開いていることを特徴とする特許請求の範囲１５記載のエンジン温度制御方法。
【請求項１７】
エンジン温度センサが第二設定温度よりも高いかまたは等しい第三設定温度を感知した時、コントローラが前記ヒータを作動させなくすることにより１個または複数のスロットを開くことを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載のエンジン温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン冷却水用サーモスタット装置および冷却水温度制御方法とその制御システムに関し、特に、エンジンブロックの温度を制御するために使われるエンジン冷却水を温度制御するサーモスタットと一個または複数の温度センサを配置し制御する冷却水の温度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの種々の機械やエンジンにおいて、オーバーヒート防止のために冷却系統が必要とされている。
【０００３】
特に、サーモスタットは、冷却水通路のいくつかのポイントで冷却水の温度を検出し、冷却水が一定の温度に達すると、サーモスタットのメインバルブが開き、冷却水がその通路を通ってラジエータからエンジン内に流入する。冷却水通路は冷却水がエンジンブロック内を通ってラジェエータに戻るようになっていて、もしメインバルブが開いた状態にある時には、エンジンブロックからラジエータに流れるようになっている。例えば、内燃機関、システムまたは同様の系統に使用されるサーモスタット装置は、十分に熱せられると膨張するワックスのようなサーモエレメントから構成されている。
【０００４】
図７は従来技術（例えば、特許文献１）のサーモスタットの断面図である。図７に示すサーモスタットではエンジンからの冷却水がバイパススリーブ１２を通って、サーモエレメント４（一般にはワックス）が配置されている周辺に流れ込む。そしてバイパススリーブ１２を通る冷却水が予め設定した設定温度に達すると、サーモエレメント４が膨張し、ピストン９が動作してメインバルブ１１を開く。メインバルブ１１が開いた状態にある時は、主冷却水路３が開いた状態になり、ラジエータからの冷却水がメインスリーブ５を通ってエンジンブロックに流れエンジンを冷却する。
【０００５】
一般に、内燃機関のようなエンジンあるいはその他多数のエンジンは、高温において最も効率よく運転される。しかしながら、エンジンにも許容最高温度があり、その温度を超えるとエンジンは損傷するので、冷却水によってエンジンを許容最高温度以下に保持しなければならない。
【０００６】
エンジンが始動すると、冷却水の温度は次第に上昇し、そしてついに最適温度レベルに到達する。しかしながら、従来のサーモスタットでは、サーモスタットのメインバルブが開いて冷たい冷却水がその通路からエンジンブロックに流れるようになるので、上記の最適温度になるまでの時間がかかり過ぎていた。さらに、冷却水が一時的な温度降下に遭遇して、エンジンが十分な最適温度で運転されないという問題があった。また、従来のサーモスタットでは、エンジンブロック周辺部の冷却水温度がより高くなるのでメインバルブが閉じ位置に戻る作動時間がはなはだ遅かった。このことはラジエータやクーラを通る冷却水がより多く流れることとなり、エンジンが最適温度に到達する時間が遅くなる原因となっていた。
【０００７】
また、ラジエータは熱の形でエネルギーを放出するので、このエネルギーは一般に浪費されることになる。さらに、ラジエータが必要以上に冷却水を冷却することは、ラジエータファンや他の冷却系統を必要以上に作動させることになるので、エネルギー効率を悪くすることになる。
【特許文献１】特開２００１−３１７３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
冷却水の温度を制御するように形成されたサーモスタットは、予め設定した設定温度に達するとメインバルブが開き、メインバルブが開くと冷却水がラジエータからエンジンブロックに流れるように調整されたサーモエレメントと、コントローラからの出力信号に基づいて前記サーモエレメントを加熱する発熱素子から構成され、冷却水はラジエータから必ずサーモスタットを通って流れることになっている。
【０００９】
さらに、この種のサーモスタットでは、エンジンブロックに配置されたエンジン温度センサから受けるエンジンの温度信号に従って、コントローラが出力信号を発信する。
【００１０】
また、このサーモスタットでは、予め設定したエンジンブロックまたは冷却水の温度をエンジン温度センサが検出すると、コントローラが出力信号を発信する。そしてこのサーモスタットは、ラジエータの冷却水出口側に配置されており、コントローラは、ラジエータの下部タンク近くに配置したセンサと、サーモスタットの冷却水出口側近辺に配置したセンサとの少なくとも一つのセンサから信号を受信することができる。
【００１１】
さらに、上記の機能を達成するための冷却方法と冷却システムについて、さらにその他の特徴についても詳細な検討を加える。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、エンジンが早期に最適温度に到達して運転されるようにすると共に、ラジエータその他の冷却系統を必要以上に運転浪費させることなく、できるだけ高温に維持しエネルギー効率を改善した、エンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置とエンジン温度制御方法およびシステムを提供するにある。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は次のような技術手段を講じている。
請求項１記載のエンジン温度制御システムは、エンジン冷却水の流れを制御すると共に、そのエンジン冷却水がラジエータからサーモスタットを通ってエンジンに流れる通路となるエンジン冷却水通路に設けたサーモスタットと、
前記サーモスタット内に設けられ、第一設定温度でメインバルブを開くようにし、メインバルブが開いた時、エンジン冷却水がラジエータからメインバルブを通って流れるようにしたサーモエレメントと、
から構成されており、前記サーモエレメントを通るエンジン冷却水がラジエータから出る冷却水だけであるようにしたことを特徴とするエンジン温度制御システムであること、
【００１４】
請求項２記載のエンジン温度制御システムは、エンジンに設けられ、コントローラに温度信号を伝達するように形成されたエンジン温度センサと、
前記エンジン温度センサからの温度信号を受けて、前記エンジン温度センサが、第一設定温度よりも高いかまたは等しい第二設定温度を感知した時、前記サーモエレメント近くに設けたヒータにコントロール信号を伝達するように形成された前記コントローラと、
から構成されており、ヒータは、コントロール信号を受けた時前記サーモエレメントを加熱するように形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジン温度制御システムであること、
【００１５】
請求項３記載のエンジン温度制御システムは、前記サーモスタットの冷却水出口近くに設けられた１個または複数のスロットと、
前記サーモスタットからエンジンへ冷却水を流出する冷却水出口と、
から構成されており、コントローラが受けたコントロール信号に基づいて前記サーモエレメントが加熱された時、前記１個または複数のスロットが閉じ、スロットが閉じた時には、エンジン冷却水はサーモスタットの冷却水出口を通って流れないことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のエンジン温度制御システムであること、
【００１６】
請求項４記載のエンジン温度制御システムでは、前記１個または複数のスロットは、コントローラからのコントロール信号によりヒータが動作しないかぎり開いていることを特徴とする特許請求の範囲３項記載のエンジン温度制御システムであること、
【００１７】
請求項５記載のエンジン温度制御システムは、前記エンジン温度センサが第二設定温度よりも高いかまたは等しい第三設定温度を感知した時、前記コントローラが前記ヒータを作動させないようにすることによって、前記１個または複数のスロットが開くことを特徴とする特許請求の範囲４項記載のエンジン温度制御システムであること、
【００１８】
請求項６記載のエンジン温度制御システムでは、前記サーモスタットがエンジン冷却水出口近辺に設けられていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジン温度制御システムであること、
【００１９】
請求項７記載のエンジン温度制御システムでは、前記サーモスタットが物理的にラジエータの下部タンクの一部に組み込まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジン温度制御システムであること、
【００２０】
請求項８記載のエンジン温度制御システムは、ラジエータの下部タンク近くに設けられたセンサと、前記サーモスタットの冷却水出口近くに設けられたセンサの少なくとも一つからコントローラへ冷却水温度の信号が送られ、前記温度の信号に基づいてコントローラがヒータへコントロール信号を送ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のエンジン温度制御システムであること、
【００２１】
請求項９記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置は、エンジン冷却水の流れを制御すると共に、そのエンジン冷却水がラジエータからサーモスタットを通ってエンジンに流れる通路となるエンジン冷却水通路に設けたサーモスタットと、
前記サーモスタット内に設けられ、第一設定温度でメインバルブを開くようにし、メインバルブが開いた時、エンジン冷却水がラジエータからメインバルブを通って流れるようにしたサーモエレメントと、
から構成されており、前記サーモエレメントを通るエンジン冷却水がラジエータから出る冷却水だけであるようにしたことを特徴とするエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置であること、
【００２２】
請求項１０記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置は、エンジンに設けられ、コントローラに温度信号を伝達するように形成されたエンジン温度センサと、
前記エンジン温度センサからの温度信号を受けて、前記エンジン温度センサが、第一設定温度よりも高いかまたは等しい第二設定温度を感知した時、前記サーモエレメント近くに設けたヒータにコントロール信号を伝達するように形成された前記コントローラと、
から構成されており、ヒータは、コントロール信号を受けた時前記サーモエレメントを加熱するように形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置であること、
【００２３】
請求項１１記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置は、前記サーモスタットの冷却水出口近くに設けられた１個または複数のスロットと、
前記サーモスタットからエンジンへ冷却水を流出する冷却水出口と、
から構成されており、コントローラが受けたコントロール信号に基づいて前記サーモエレメントが加熱された時、前記１個または複数のスロットが閉じ、スロットが閉じた時には、エンジン冷却水はサーモスタットの冷却水出口を通って流れないことを特徴とする特許請求の範囲第１０項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置であること、
【００２４】
請求項１２のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置は、前記１個または複数のスロットは、コントローラからのコントロール信号によりヒータが動作しないかぎり開いていることを特徴とする特許請求の範囲１１項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置であること、
【００２５】
請求項１３のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置は、前記サーモスタットは物理的にラジエータの下部タンクの一部に組み込まれていることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載のエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置であること、
【００２６】
請求項１４記載のエンジン温度制御方法は、サーモスタットのサーモエレメントで第一設定温度に応答して、サーモスタットのメインバルブを開け、サーモスタットはそれを通ってラジエータからエンジンへ流れるエンジン冷却水を制御するように配置され、サーモエレメント近辺を通るエンジン冷却水はラジエータから出るエンジン冷却水だけであり、
メインバルブが開くとラジエータからのエンジン冷却水がメインバルブを通って流れると共に、
エンジンに設けられているエンジン温度センサからの温度信号をコントローラに伝達し、
第一設定温度よりも高いかまたは等しい第二設定温度を示す前記エンジン温度センサの温度信号を受けた時、コントローラからのコントロール信号をサーモエレメント近くに配置したヒータに伝達し、
コントローラからのコントロール信号を受けた時ヒータを作動させてサーモエレメントを加熱する構成であることを特徴とするエンジン温度制御方法であること、
【００２７】
請求項１５記載のエンジン温度制御方法は、前記ヒータの作動に基づいて、サーモスタットの１個または複数のスロットが閉じ、そのスロットが閉じている時にはエンジン冷却水はサーモスタットからエンジンに流れないことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載のエンジン温度制御方法であること、
【００２８】
請求項１６のエンジン温度制御方法は、前記１個または複数のスロットは、コントローラからのコントロール信号によりヒータが動作しないかぎり開いていることを特徴とする特許請求の範囲１５記載のエンジン温度制御方法であること、
【００２９】
請求項１７のエンジン温度制御方法は、エンジン温度センサが第二設定温度よりも高いかまたは等しい第三設定温度を感知した時、コントローラが前記ヒータを作動させなくすることにより１個または複数のスロットを開くことを特徴とする特許請求の範囲第１６項記載のエンジン温度制御方法であること、という技術的手段を講じている。
【発明の効果】
【００３０】
上記のように構成された本発明のエンジン冷却水用のサーモスタット装置およびエンジン温度制御方法およびシステムによれば、以下のような技術的効果を奏することができる。
【００３１】
（１）サーモエレメント近辺の冷却水温度が、サーモエレメントを十分膨張させるほどの温度に達していない時でも、エンジンに配置したエンジン温度センサにより検出した温度信号を、コントローラを介してサーモエレメント近くの発熱素子に伝達し、サーモエレメントを作動させてメインバルブを開くので、冷却水が早急にエンジンに流れるようになる。これによりエンジンは、エンジンは、予め設定した最適温度まで素早く早期に温められる。
【００３２】
（２）エンジンが最適温度に到達した時点で、すなわち第三設定温度に到達した時、エンジン温度センサからの温度信号によりコントローラが発熱素子へコントロール信号を送りサーモエレメントを無作動にするので、1個または複数のスロットは開き、エンジンがそれ以上過熱されないようにし、常にエンジンが最適温度に維持され、エンジン効率のよい運転を達成することが出来る。
【００３３】
（３）サーモスタットの冷却水出口に1個または複数のスロットを設け、エンジン温度センサからの温度信号によるコントローラのコントロール信号によって前記冷却水出口の開閉および開度をきめ細かく調整することができ、冷却水温度を精度よく制御することができるので、メインバルブは徐々に開き、開いている時間も従来例より短いことからラジエータとラジエータファンも徐々に作動し、作動時間が短くなるので、無駄なエネルギー損失を防止することができ、運転効率の向上につながる。また、エンジン低負荷時には、メインバルブを通って流れる冷却水が緩慢になるので、冷却水温度もより最適温度に近づけることができ、燃費の改善につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
前述の不具合な点を克服した、本発明の実施例について、他の有利な点を示しながら説明する。本発明の実施例はここに示した実施例に限定するものではない。ここでは一実施例の態様を、添付する以下の図を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図１は、ラジエータ１７の下部タンク１９の出口またはその近辺の冷却水通路１２の中または一部に配置されたサーモスタット１１を示す。冷却水通路１２はこの点からエンジンブロック１３とシリンダヘッド１４に通じている。冷却水は、メインバルブが開いている状態の時、冷却水通路に沿ってラジエータ１７からエンジンブロック１３に流れる。
以下にその説明をする。即ち、メインバルブが開いた状態の時には、冷却水が冷却水通路１２を通って流れ、エンジンブロック１３を冷却する。エンジンの温度センサ２２は、エンジンブロック１３近くの冷却水通路１２またはエンジンブロック１３からの出口に設けられており、冷却水通路１２を流れる冷却水の温度を検出する。そしてその信号をライン２５を介してコントローラ２１に伝達する。また他のセンサ２３,２４がラジエータの下部タンク１９および/またはサーモスタットとエンジンブロックとの間の冷却水通路に配置されている。ラジエータ下部のセンサ２３とサーモスタットセンサ２４のいずれか一方または両方ともコントローラ２１に信号を出力するために設けられている。
【００３６】
エンジンブロック１３内の冷却水通路１２の任意の位置にウォータポンプ１５が図示されており、ウォータポンプは冷却水通路１２に冷却水を圧送する。冷却水通路１２は冷却水をエンジンブロックに送り、エンジンブロックを冷却する。図１はエンジンブロック１３を通る冷却水通路１２の流れる方向と特にウォータポンプ１５の位置を模式的に図示している。しかし、これらは本発明の範囲内で種々の方法に修正してもよい。図に示すエンジンブロック１３とエンジンヘッド１４は、必ずしも自動車用内燃機関のエンジンブロックやエンジンヘッドに限定するものではなく、本発明が適用される機械のオーバーヒート防止のために冷却水を必要とするその他のエンジンまたは機械に使用されるエンジンブロックやエンジンヘッドにも使用される。
【００３７】
図１に、エンジンブロック１３の出口近辺で、冷却水通路内または近くに配置したエンジン温度センサ２２を示す。この温度センサ２２の正確な取り付け位置は選択自由であり、また、この温度センサは冷却水通路内にまたはエンジンブロック１３の出口近辺の冷却水通路に取付けてもよいことは、当業者であれば容易に理解できる。エンジン温度センサ２２はコントローラ２１にエンジンの温度信号を送信する。そのことについて以下に説明する。
【００３８】
エンジンブロックから冷却水通路を通ってラジエータへ流れる冷却水はジエータによって冷却される。図１は、上部タンク部１８と下部タンク部１９、そして両タンクを連結するフィンとチューブから構成されて、そのチューブを流れる冷却水の熱を冷却するラジエータを示す。ラジエータ１７はここに示すラジエータや従来のラジエータに限らず、他の熱消散式あるいは他の冷却装置であってもよい。
【００３９】
図３は、本発明のサーモスタットの実施例を模式的に示す。この図に示すようにサーモスタットはラジエータ下部タンク１９に物理的に隣接して設けられており、この配置が構造的に有利であることを提供している。しかしながら、サーモスタットは、冷却水がラジエータからエンジンブロックに流れる冷却水通路に沿ってさまざまな位置に取付けてもよい。
【００４０】
図３に模式的に示すように、ラジエータからの冷却水はサーモスタットの冷却水入り口３１からサーモスタットに流入する。サーモスタット３２は、その中心部に図示するように、大抵ワックスから成っているが、ワックスに限らずサーモスタットの冷却水が予め設定した温度に達した時、膨張するものであればよい。サーモエレメントが膨張すると、サーモスタット中心部に示すピストン３３が作動する。ピストン３３が作動するとメインバルブ３５が開く。図３の左側はメインバルブが開いた状態を示している。メインバルブ３５が開いた状態にある時、冷却水は冷却水通路を通ってエンジンブロックへと流れる。図３の右側はバルブ３５が閉じた状態を示している。さらに、機械的または電子的なセンサ（メカトロセンサ）、あるいはその他のセンサでも、本発明の目的を達成することができ、当業者の間でよく知られているものであれば使用することができる。
【００４１】
サーモスタットはケース３８に覆われ、好ましくは樹脂製のスリーブ３９が、サーモエレメント３２と発熱素子３４としてＰＴＣヒータを内蔵している。また、出願人に現在よく知られている最善のものとしては、バルブが冷却水通路に合わさる個所近くのサーモスタットケースの上部がテーパ状になっているものである。図６参照
【００４２】
サーモエレメントにより感知する冷却水温度が予め設定した設定温度以下に下がり、サーモエレメントが収縮すると、メインバルブ３５が閉じる。メインバルブ３５が閉じた状態になると、冷却水はサーモスタットからエンジンブロックに通じる冷却水通路１２へ流れなくなる。
【００４３】
図３に、コントローラ２１（図１に示す）からサーモエレメント３２近辺のＰＴＣヒータ３４に出力信号を伝達するワイヤ３６が図示されている。この出力信号によりＰＴＣヒータ３４が作動し、サーモエレメント３２が膨張してピストン３３を動かし、メインバルブが開く。このように、サーモスタット近辺の冷却水が、サーモエレメント３２が膨張するほどの温度に達していない時でも、コントローラの出力信号によってメインバルブ３５を開かせる効果を持っている。
【００４４】
図２は本発明のサーモスタットと従来のサーモスタットとの性能を比較するグラフを示している。ｙ軸の冷却水温度をｘ軸の時間関数で示している。曲線８１は本発明により制御された冷却水温度を示し、曲線８２は従来のサーモスタットにより制御された冷却水温度を示している。一番上のライン８３はエンジンが最適出力で運転されている時のより高い冷却水温度を示している。ライン８９は従来のサーモスタットの制御により達成された最も低い冷却水温度レベルを示し、ライン８３は本発明によるサーモスタットの制御での到達温度を示している。ライン８５は従来のサーモスタットによる冷却水の制御範囲を示し、ライン８７は本発明のサーモスタットによる冷却水温度の制御範囲を示している。
【００４５】
図２は、本発明のサーモスタットと従来のサーモスタットとを比較したもので、本発明のサーモスタットは次のことを示している。即ち、（１）冷却水温度の制御範囲８７が従来のサーモスタットよりもより広い。（２）冷却水温度の目標値に到達するまでの時間がより速い。（３）冷却水温度の急降下８８に対してこれを制御できている。（エンジンのハンチングに何らかの関係がある）
【００４６】
エンジン始動時にはエンジンは運転中より冷えている。メインバルブが開いてなければ、冷却水温度はエンジン運転中には上昇し続ける。冷却水温度を温度の急降下もなく最適温度レベルに維持していることは、エンジンが最適温度で運転されていることを意味している。
【００４７】
図４は、サーモスタットケース３８の上部を模式的に示した断面図であり、本発明の実施例によれば、ケースが冷却水通路１２に接合されていることを示している。図５は、冷却水通路１２からサーモスタットの方向に見下ろす図であり、メインバルブ３５の上部が冷却水通路１２に接触する個所に形成されるスロットを模式的に示している。スロットは、このように１個、２個、３個、４個あるいはそれ以上形成されており、冷却水が冷却水通路１２に流れ込むことが出来るようになっている。
【００４８】
本発明の実施例によれば、図５に示すように、それらのスロットが提供される。ピストン３３がその工程のいっぱいまで上方に動いた時に、前記の１個、２個、３個、４個あるいはそれ以上のスロットが閉じる。これらのスロットは、ＰＴＣヒータが作動するまで、例えば、エンジン温度センサ２２が予め設定した設定温度を検出するまで、開いた状態になっている。すなわち、サーモエレメント周囲の冷却水が温まるに従ってサーモエレメントが膨張し、メインバルブ３５が開く。そして、ピストン３３は、コントローラ２１からのコントロール信号でＰＴＣヒータ３４が作動する通常の動作よりさらに上方に動かされる。このようにして、エンジンは、予め設定した最適温度に到達するまで、素早く早期に温められ、従来例の場合より高い温度に維持される。最適温度に到達した時点でＰＴＣヒータへの制御信号が中止され、サーモエレメントは収縮し始める。これはピストンがサーモスタットの中心に向かって戻り始めることを示し、すなわちスロットが開き始めることを示す。このように冷却水温度が予め設定した最適温度に到達すると、冷却水はエンジンへ流れる。
【００４９】
図６は、メインバルブ上部の好適な構造を図示している。ピストン３３は装置内に取付けられ、外側がメインバルブ３５となっている。図６は、メインバルブ３５の外部３５Ａが冷却水通路１２に合うようにテーパ状に形成されていることを示している。
【００５０】
図８は、本発明の実施例によるメインバルブの温度制御の状態を示すグラフである。領域Ａはサーモエレメントがその周囲の冷却水により制御される温度の制御範囲を示し、一方領域Ｂは、コントローラ２１からのコントロール信号に応答するＰＴＣヒータにより制御される温度制御範囲を示している。摂氏９０度で、メインバルブが完全に閉じ、スロットが開いている。摂氏１１０度で、メインバルブが完全に開き、摂氏２００度でもメインバルブはなお完全に開いている（更に伸長する方法による）が、しかしピストン３３は、コントローラ２１の制御によるＰＴＣヒータによって加熱されるのでさらにスロットの方へ上昇する結果スロットは完全に閉じている。
【００５１】
次に、図１、図３、および図６を参照しながらサーモスタットの作動および冷却水温度の制御方法および制御システムについて説明する。
【００５２】
一般に、エンジンが始動した時、冷却水は冷えているので、エンジンに損傷を与えないためにもそれ以上冷却する必要はない。図８は、摂氏９０度という比較的低い温度ではメインバルブが閉じていることを示している。すなわち、サーモスタット内のサーモエレメント３２周囲の冷却水がサーモエレメントを膨張させるほど十分温まってなく、ＰＴＣヒータもコントローラ２１からのコントロール信号によって作動する状態でないから、メインバルブは閉じているのである。エンジンが温まると、冷却水は、サーモエレメントが膨張する冷却水温度に到達する。図８は、冷却水温度が摂氏１１０度に達した時、サーモエレメントが膨張し、それに応答してピストンが上方に動き、メインバルブが完全に開いたことを示している。
【００５３】
本発明の実施例によれば、エンジンの温度センサ２２が、冷却水がある一定の温度に達したことを感知した時、エンジンの温度信号をコントローラ２１に伝達することになっている。コントローラ２１はエンジンの温度信号を処理し、その信号に基づいてライン２８を介してサーモスタットに出力し、サーモスタット内のＰＴＣヒータ３４を加熱する。それゆえサーモエレメント３２がさらに膨張してピストン３３がスロットの方へ上昇し、そこでスロットを閉じる。図８では、ワックスの温度が摂氏２００度になって、ＰＴＣヒータの動作でサーモエレメントが膨張し、それに応答してピストン摺動し、スロットが完全に閉じることを示している。そしてメインバルブは開いた状態に維持される。
【００５４】
言い換えれば、この実施例によると、サーモスタット周辺の冷却水温度がメインバルブを開くのに十分温かくなったけれども、特にピストンが上方に動いてスロットを閉じる程にサーモエレメントが十分膨張していない状態である。それで、サーモエレメントがさらに膨張してスロットを閉じるためには、コントローラ２１の制御によるＰＴＣヒータの作動が必要となる。このように、スロットの開閉状態はＰＴＣヒータがコントローラ２１の制御のもとで作動するかどうかにかかっている。前述のように、コントローラ２１は、エンジンの温度センサから受ける温度信号に基づいて、ＰＴＣヒータを作動させる。しかしながら、ＰＴＣヒータを作動させるかどうかを決めるに際しては、他の温度、数値、他のデータもまた、コントローラによって処理されることを考慮しておかねばならない。この実施例によると、運転効率を上げ、不必要にラジエータを使用しないことによって、エンジンがより高い温度に維持されていることを示している。
【００５５】
サーモスタットのスロットが開くと、ラジエータからの冷たい冷却水が冷却水通路を通ってエンジンブロック１３に流れる。エンジンブロック１３の過熱はこのようにして防止することができる。
【００５６】
エンジンの温度センサが検出するこの実施例での設定温度は、ＰＴＣヒータへの信号を中止させて、サーモスタット内のサーモエレメントを収縮させ、ピストンをスロットから離してスロットが開くようにさせる温度に設定され、これによって、エンジンの損傷を未然に防ぐことができる。正確な温度設定は当業者の間で理解されている。
【００５７】
オプションとして、もう一つのセンサ、すなわちラジエータ下部センサ２３をラジエータの下部タンクまたはその近辺で、サーモスタットへの入口前に設けてもよい。さらに、もう一つのセンサ、すなわち、サーモスタットセンサ２４を、前記サーモスタットの冷却水出口とエンジンブロックとの間の冷却水通路またはその近辺に設けてもよい。これらのセンサはそれぞれの測定点における冷却水の温度を測定し、ライン２６、２７を介してコントローラ２１にそれぞれの信号を伝達する。これらの追加のセンサが類似の温度測定値を発信しても、コントローラ２１が正確な処理をしてメインバルブは確実に開閉するようになっている。これらのセンサはまた、サーモエレメントが適正に作動して正確な設定温度でメインバルブが確実に閉じるようになっている。
【００５８】
このように、エンジンの冷却水温度の制御改善によってエンジンのより効率のよい運転を達成することが出来る。そしてより高温でより安定した冷却水温度を得ることができ、エンジンブロックのオーバーヒートを防止することができ、エンジン低負荷時には、冷却水温度をより最適温度に近づけることができ、燃費の改善につながる。
【００５９】
本発明によるエンジン冷却水の流れ制御用サーモスタット装置とエンジン温度制御方法およびシステムでは、エンジンのレイアウトの柔軟性、冷却水通路の簡潔化、および流線型のサーモスタットを達成している。本発明によるサーモスタットまたはシステムのコストは、電子的作動によるサーモスタットのコントロールシステムよりも安価である。
【００６０】
これら実施例に対する種々の変更態様は当業者にとっては明らかであって、例えば、ＰＴＣヒータをニクロムヒータ等に変更するなど、ここで定義した特別な実施例や一般の原則は、発明の権利を用いずに他の実施例に適用することができる。例えば、上述した異なる実施例のいくつかの項目あるいはすべては単一の実施例と結合することができる。また、逆に上述の単一の実施例のいくつかの特徴は、実施例から削除してもよい。したがって、本発明は、本願明細書に記載されている実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその同等の事項によって定義される最も広い範囲に相当すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明によるサーモスタットを含むエンジン冷却系統の一実施例を示す模式図である。
【図２】従来のサーモスタットと本発明によるサーモスタットの性能比較を示す図である。
【図３】本発明によるサーモスタットの好適実施例を図式的に示した図である。
【図４】本発明の一好適実施例によるサーモスタットケースの上部を模式的に示した図である。
【図５】冷却水通路１２からサーモスタットの方向に見下ろす図である。
【図６】バルブの上部構造を示す図である。
【図７】従来のサーモスタットを示す図である。
【図８】冷却水温度とメインバルブの開度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１１  サーモスタット装置
１２  冷却水通路
１３  エンジンブロック
１７  ラジエータ
２１  コントローラ
２２、２３，２４  エンジン温度センサ
３２  サーモエレメント
３４  発熱素子
３５  メインバルブ
５１  １個または複数のスロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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