JPH10288037A - 自動車エンジンの高冷却効率のワックス型サーモスタット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 自動車エンジンの冷却液の温度の上限を従来
の１３０℃を９９℃に低下させる。 【解決手段】 ロッドに係合する弾性シール・スプール
の中心孔の側壁の肉厚をロッドの直径の２５％から５％
の範囲に薄くし、更にサーモスタットのリターン・スプ
リングのバネ定数を低下させ、サーモスタットの作動温
度範囲をワックスが固体から液化する状態変化領域に集
中させ、適切時に冷却液が急増するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンの冷却液
の温度を制御するワックス型サーモスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーモスタットの作動範囲は弁のリフト
・アップの大きなワックスが固体から液化する状態変化
領域の８５℃から１００℃間の１５℃と、弁のリフト・
アップの微少なワックス液の体膨張領域の１００℃から
１３０℃間の３０℃に亘る合計４５℃なので冷却効率は
低下し、自動車エンジン冷却液の温度上限は１３０℃に
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サーモスタットの作動
温度範囲をワックスが固体から液化する弁のリフト・ア
ップの大きな状態変化領域の１５℃間に集中し、更に、
弁のリフト・アップの拡大、増長手段を講じて自動車エ
ンジンの冷却液温の上限を１００℃以内に抑制するにあ
る。

【０００４】

【発明が解決するための手段】弁のリフト・アップの拡
大、増長手段は、第１にロッドに係合する弾性シール・
スプールの中心孔の側壁の肉厚をロッドの直径の２５％
から５％の範囲内に超薄くするにあり、又、第２にサー
モスタットのリターン・スプリングのバネ定数を低下さ
せるにある。

【０００５】

【実施例】自動車エンジンの冷却液の温度を制御するワ
ックス型サーモスタットに装着するサーモ・アクチュエ
ータ１（図３）はロッド２とロッド２に摺動自在に係合
するガイド・メンバ３とガイド・メシバ３の下端面に気
密に係合し、同じくロッド２に摺動自在に係合する弾性
シール・スプール４の底面とロッドの下端との間に形成
される空間に、所要量の潤滑油５を封じ込み、これ等４
者を一体にしてワックス６を充填する感熱シリンダ筒７
内に挿入し、気密に圧着して構成する。

【０００６】冷却液がサーモスタットの規定する温度を
超えて上昇するに連れ、図２に示す様に感熱シリンダ筒
７内に密封充満するワックス６は溶融膨張し、その体積
を増す。従って、ロッド２に係合する弾性シール・スプ
ール４はリターン・スプリング８（図２）に抗してロッ
ド２を絞り上げ、主弁９のリフトを増す。逆に温度が下
がると、ワックス６は逐次、凝固収縮し、弾性シール・
スプール４はリターン・スプリング８により、ロッド２
に押されて主弁９のリフトを低下する（図３）。

【０００７】ロッド２に係合する弾性シール・スプール
４の肉厚を超薄くすると、シリンダの内容積に余裕が出
来ると共に、これを絞り上げるに要するワックス圧は従
来のものより極めて低くなるから、シリンダの肉厚も薄
く出来、シリンダの内容積は更に余裕を増す。そこで、
ロッド２の径を太くしてシリンダ内の溶融ワックス圧の
上限をロッド２の径の２乗に逆比例して激減させ、更に
リターン・スプリング８のバネ定数を従来のものより低
減させることによって溶融ワックス６の液化を促進し、
適切時に弁のリフトを急増させるのである。

【０００８】ワックス圧の代りに油圧を利用した簡易な
弾性シール・スプールの油圧力−弁リフトの卓上試験装
置を図１に示す。 ２１．油圧供給口 ２２．サーモ・アクチュエータ 内部の弾性シール・スプールを観察出来る様に感熱シリ
ンダを切断して装着する ２３．外部から内部を観察する窓 ２４．透明なアクリルパイプ ２５．弾性シール・スプール ２６．ロッド ２７．潤滑油 ２８．リターン・スプリング ２９．ダイヤル・インジケータ（図示せず）

【０００９】図１の試験装置で測定した油圧−弁リフト
の実測値を表１に示す。

【表１】

【表２】 表１に於いて （Ａ）は従来のロッド２の径３．８ｍｍで、その径の４
５％の肉厚１．７ｍｍのもの （Ｂ）はロッド２の径４．５ｍｍで、その径の２５％の
肉厚１．２５ｍｍのもの （Ｃ）はロッド２の径４．５ｍｍで、その径の５％の肉
厚０．２２５ｍｍのものであって係合するリターン・ス
プリング８のバネ定数は０．５５ｋｇ／ｍｍである。

【００１０】弾性シール・スプール４の肉厚が（Ｃ）の
ように超薄いとスプール内部の潤滑油５の圧力はワック
ス圧と等価になる。弾性シール・スプール４はその内外
から等価の圧力で支えられ浮遊状態になるので、ロッド
２間の摩擦抵抗が０となり、ロッド２のリフト・アップ
はロッド２の下端面に加えられる潤滑油５の圧力によっ
て、もたらされるのである。

【００１１】（Ａ）は肉厚１．７ｍｍのため起動圧力は
８０．６ｋｇ／ｃｍ^２で、バネ荷重１５．１ｋｇに抗
し、ロッド２を１０ｍｍ絞り上げるのに１４０ｋｇ／ｃ
ｍ^２の圧力を要し論外である。

【００１２】ロッド２を起動する圧力は（Ｂ）、（Ｃ）
共に５０ｋｇ／ｃｍ^２で、その時のリフトは同じく０．
４ｍｍであるが、それ以後はバネ荷重１５．１ｋｇに抗
してロッドを１０ｍｍ絞り上げるのに、（Ｃ）は超薄肉
０．２２５ｍｍのため、９０ｋｇ／ｃｍ^２で達し、
（Ｂ）は遅れて１００ｋｇ／ｃｍ^２で達す。

【００１３】従って、これ等を考えると、弾性シール・
スプール４の肉厚を（Ｂ）以上に厚くすると、起動圧力
は５０ｋｇ／ｃｍ^２を超すので、肉厚の上限はロッド２
の径の２５％とする。又、弾性シール・スプール４の肉
厚は（Ｃ）に示す５％で充分で、これ以上薄くすると、
その製造が困難になり、コスト高になるので、肉厚の上
限はロッド２の径の５％とする。

【００１４】更に、表１の（Ｃ）のリターン・スプリン
グ８のバネ定数０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２７ｋｇ／ｍ
ｍに変えて、図１の試験装置で測定した油圧−弁リフト
の実測値（Ｄ）を表２に示す。

【００１５】（Ｄ）の起動圧力は３０ｋｇ／ｃｍ^２で弁
リフト０．３ｍｍ、圧力６０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リフト１
３．５ｍｍとなる。超薄肉の弾性シール・スプール４
に、更に低いバネ定数のリターン・スプリング８を係合
して、ワックス６の液化を促進し、その液化の量を急増
させて弁リフトを上げる相乗効果は群を抜くのである。

【００１６】本発明のサーモ・アクチュエータ（Ｄ）を
組み付けた実施例に就き説明する。図２及び図３は自動
車エンジン冷却液の温度制御用ワックス型サーモスタッ
トの断面図で前者は主弁９の全開リフト時を、後者はそ
の閉弁時を示す。一般にワックス型サーモスタットは図
２に示す様に、弁座１０を形成するハウジング１１に固
定するフレーム１２と、弁座１０に係合する主弁９、及
びこれを圧入固定するサーモ・アクチュエータ１及び、
主弁９とフレーム１２との間に介装するリターン・スプ
リング８とよりなる。

【００１７】サーモ・アクチュエータ１の感熱シリンダ
筒７内に密封充満するワックス６の溶融膨張によるワッ
クス圧と等価の弾性シール・スプール４内の潤滑油５
は、リターン・スプリング８に抗してロッド２を上方へ
押し上げる。然し、ロッド２はハウジング１１の頂点１
３に係合支持されているので、相対的に主弁９は下方へ
開く。液温が下降に転ずると感熱シリンダ筒７内の溶融
ワックス６は逐次凝固収縮するからリターン・スプリン
グ８により主弁９は閉じる（図３）。この様にしてハウ
ジング１１の頂点１３に係合支持されているロッド２に
対しサーモ・アクチュエータ１のガイド・メンバ３は上
下に摺動し、これに固定される主弁９はこれに対応して
開閉する。

【００１８】図４は従来型の（Ａ）のサーモ・アクチュ
エータで構成したワックス型サーモスタットＡと、
（Ｄ）のサーモ・アクチュエータで構成した本発明のワ
ックス型サーモスタットＤの夫々冷却液温−弁リフトの
ダイヤグラムである。

【００１９】Ａは８７℃で開弁し、１００℃で弁リフト
は８．６ｍｍで液化膨張領域を終了し、以後液体膨張領
域に入り、弁リフトは急減するので、弁リフトが１１ｍ
ｍになる迄に冷却液の温度は１３０℃に上昇する。従っ
て従来のエンジンの冷却液の上限は１３０℃になる。

【００２０】これに対し、本発明のＤは８６℃で開弁
し、９９℃で弁リフトは１１ｍｍに達す。而も未だ固体
が液化する状態変化領域内にある。従って本発明のエン
ジンの冷却液の上限は９９℃止まりになる。

【００２１】図４に於いて、同じ温度範囲χでリフト
８．６ｍｍを基準としてＤ曲線の占める斜線の面積ｄと
従来のＡ曲線の占める斜線の面積ａを比較すれば本発明
のサーモスタットが従来のサーモスタットより適切時に
如何に冷却液が急増するか明らかである。

【００２２】

【発明の効果】弾性シール・スプールの肉厚を超薄く
し、更にリターン・スプリングのバネ定数を低下させ、
ワックスの液化の増加を促進し、適切時に冷却液の流量
を急増させ、従来の自動車エンジン冷却液の温度上限１
３０℃を９９℃に下げる本発明はエンジンの寿命を増
し、燃費の節約、有害排気物の減少等をもたらし、高品
質、高性能化する将来のエンジンの一翼を担うものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ワックス圧の代りに油圧を利用した弾性シ
ール・スプールの油圧力−弁リフトの試験装置

【図２】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁が全開した時を示す。

【図３】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁が閉じた状態を示す。

【図４】 従来のワックス型サーモスタットＡと本発
明のワックス型サーモスタットＤの冷却液温−弁リフト
のダイヤグラムである。

【符号の説明】

１ サーモ・アクチュエータ ２ ロッド ３ ガイド・メンバ ４ 弾性シール・スプール ５ 潤滑油 ６ ワックス ７ 感熱シリンダ筒 ８ リターン・スプリング ９ 主弁 １０ 弁座 １１ ハウジング １２ フレーム １３ 頂点

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年６月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 自動車エンジンの高冷却効率のワッ
クス型サーモスタット

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンの冷却液
の温度を制御するワックス型サーモスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーモスタットの作動範囲は弁のリフト
・アップの大きなワックスが固体から液化する状態変化
領域の８５℃から１００℃間の１５℃と、弁のリフト・
アップの微少なワックス液の体膨張領域の１００℃から
１３０℃間の３０℃に亘る合計４５℃なので冷却効率は
低下し、自動車エンジン冷却液の温度上限は１３０℃に
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サーモスタットの作動
温度範囲をワックスが固体から液化する弁のリフト・ア
ップの大きな状態変化領域の１５℃間に集中し、更に、
弁のリフト・アップの拡大、増長手段を講じて自動車エ
ンジンの冷却液温の上限を１００℃以内に抑制するにあ
る。

【０００４】

【発明が解決するための手段】弁のリフト・アップの拡
大、増長手段は、第１にロッドに係合する弾性シール・
スプールの中心孔の側壁の肉厚をロッドの直径の２５％
から５％の範囲内に超薄くするにあり、又、第２にサー
モスタットのフランジ面に少なくとも１個の小孔をあ
け、サーモスタット・ハウジング内とラジエーターに連
通するサーモスタット・キャップ間を同圧にして、その
分、サーモスタットのリターン・スプリングのバネ定数
を低下させるにある。

【０００５】

【実施例】自動車エンジンの冷却液の温度を制御するワ
ックス型サーモスタットに装着するサーモ・アクチュエ
ータ１（図２）はロッド２とロッド２に摺動自在に係合
するガイド・メンバ３とガイド・メンバ３の下端面に気
密に係合し、同じくロッド２に摺動自在に係合する弾性
シール・スプール４の底面とロッドの下端との間に形成
される空間に、所要量の潤滑油５を封じ込み、これ等４
者を一体にしてワックス６を充填する感熱シリンダ筒７
内に挿入し、気密に圧着して構成する。

【０００６】冷却液がサーモスタットの規定する温度を
超えて上昇するに連れ、図３に示す様に感熱シリンダ筒
７内に密封充満するワックス６は溶融膨張し、その体積
を増す。従って、ロッド２に係合する弾性シール・スプ
ール４はリターン・スプリング８に抗してロッド２を絞
り上げ、主弁９のリフトを増す。逆に温度が下がると、
ワックス６は逐次、凝固収縮し、弾性シール・スプール
４はリターン・スプリング８により、ロッド２に押され
て主弁９のリフトを低下し閉弁に至る（図２）。

【０００７】ロッド２に係合する弾性シール・スプール
４の肉厚を超薄くすると、シリンダの内容積に余裕が出
来ると共に、これを絞り上げるに要するワックス圧は従
来のものより極めて低くなるから、シリンダの肉厚も薄
く出来、シリシダの内容積は更に余裕を増す。そこで、
ロッド２の径を太くしてシリンダ内の溶融ワックス圧の
上限をロッド２の径の２乗に逆比例して激減させ、更に
サーモスタットのフランジ面に少なくとも１個の小孔１
４を開口し（図４）、主弁が閉じている時、主弁の内外
を同圧にし、その分、リターン・スプリング８のバネ定
数を従来のものより低減させて溶融ワックス６の液化を
促進し、適切時に弁のリフトを急増させるのである。

【０００８】ワックス圧の代りに油圧を利用した簡易な
弾性シール・スプールの油圧力−弁リフトの卓上試験装
置を図１に示す。 ２１．油圧供給口 ２２．サーモ・アクチュエータ 内部の弾性シール・スプールを観察出来る様に感熱シリ
ンダを切断して装着する ２３．外部から内部を観察する窓 ２４．透明なアクリルパイプ ２５．弾性シール・スプール ２６．ロッド ２７．潤滑油 ２８．リターン・スプリング ２９．ダイヤル・インジケータ（図示せず）

【０００９】図１の試験装置で測定した油圧−弁リフト
の実測値を表１に示す。 表１に於いて （Ａ）は従来のロッド２の径３．８ｍｍで、その径の４
５％の肉厚１．７ｍｍのもの （Ｂ）はロッド２の径４．５ｍｍで、その径の２５％の
肉厚１．２５ｍｍのもの （Ｃ）はロッド２の径４．５ｍｍで、その径の５％の肉
厚０．２２５ｍｍのものであって係合するリターン・ス
プリング８のバネ定数は０．５５ｋｇ／ｍｍである。

【００１０】弾性シール・スプール４の肉厚が（Ｃ）の
ように超薄いとスプール内部の潤滑油５の圧力はワック
ス圧と等価になる。弾性シール・スプール４はその内外
から等価の圧力で支えられ浮遊状態になるので、ロッド
２間の摩擦抵抗が０となり、ロッド２のリフト・アップ
はロッド２の下端面に加えられる潤滑油５の圧力によっ
てもたらされる。

【００１１】（Ａ）は肉厚１．７ｍｍのため起動圧力は
８０ｋｇ／ｃｍ^２で、リフトが０．６ｍｍであり、バネ
荷重１５．１ｋｇに抗し、ロッド２を１０ｍｍ絞り上げ
るのに１４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を要し論外である。

【００１２】ロッド２を起動する圧力は（Ｂ）、（Ｃ）
共に５０ｋｇ／ｃｍ^２で、その時のリフトは同じく０．
４ｍｍであるが、それ以後はバネ荷重１５．１ｋｇに抗
してロッドを１０ｍｍ絞り上げるのに、（Ｃ）は超薄肉
０．２２５ｍｍのため、９０ｋｇ／ｃｍ^２で達し、
（Ｂ）は遅れて１００ｋｇ／ｃｍ^２で達す。

【００１３】従って、これ等を考えると、弾性シール・
スプール４の肉厚を（Ｂ）以上に厚くすると、起動圧力
は５０ｋｇ／ｃｍ^２を超すので、肉厚の上限はロッド２
の径の２５％とする。又、弾性シール・スプール４の肉
厚は（Ｃ）に示す５％で充分で、これ以上薄くすると、
その製造が困難になり、コスト高になるので、肉厚の下
限はロッド２の径の５％とする。

【００１４】更に、表１の（Ｃ）のリターン・スプリン
グ８のバネ定数０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２７ｋｇ／ｍ
ｍに変えて、図１の試験装置で測定した油圧−弁リフト
の実測値（Ｄ）を表２に示す。

【００１５】（Ｄ）の起動圧力は３０ｋｇ／ｃｍ^２で弁
リフト０．３ｍｍ、圧力６０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リフト１
３．５ｍｍとなる。超薄肉の弾性シール・スプール４
に、更にバネ定数を従来、０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２
７ｋｇ／ｍｍと約半減にしたリターン・スプリング８を
係合して、ワックス６の液化を促進し、その液化の量を
急増させて弁リフトを上げる相乗効果は群を抜くのであ
る。

【００１６】本発明のサーモ・アクチュエータ（Ｄ）を
組み付けた実施例に就き説明する。図２及び図３は自動
車エンジン冷却液の温度制御用ワックス型サーモスタッ
トの断面図で前者は主弁９の閉弁時を、後者はその全開
リフト時を示す。一般にワックス型サーモスタットは図
３に示す様に、弁座１０を形成するハウジング１１に固
定するフレーム１２と、弁座１０に係合する主弁９、及
びこれを圧入固定するサーモ・アクチュエータ１及び、
主弁９とフレーム１２との間に介装するリターン・スプ
リング８とよりなる。

【００１７】液温が規定温度を超えて上昇すると、サー
モ・アクチュエータ１の感熱シリンダ筒７内に密封充満
するワックス６の溶融膨張によるワックス圧と等価の弾
性シール・スプール４内の潤滑油５は、リターン・スプ
リング８に抗してロッド２を上方へ押し上げる。然し、
ロッド２はハウジング１１の頂点１３に係合支持されて
いるので、相対的に主弁９は下方へ開く（図３）。液温
が下降に転ずると感熱シリシダ筒７内の溶融ワックス６
は逐次凝固収縮するからリターン・スプリング８により
主弁９は全閉に至る（図２）。この様にしてハウジング
１１の頂点１３に係合支持されているロッド２に対しサ
ーモ・アクチュエータ１のガイド・メンバ３は上下に摺
動し、これに固定される主弁９はこれに対応して開閉す
る。

【００１８】図５は従来型の（Ａ）のサーモ・アクチュ
エータで構成したワックス型サーモスタットＡと、
（Ｄ）のサーモ・アクチュエータで構成した本発明のワ
ックス型サーモスタットＤの夫々冷却液温−弁リフトの
ダイヤグラムである。

【００１９】Ａは８７℃で開弁し、１００℃で弁リフト
は８．６ｍｍで液化膨張領域を終了し、以後液体膨張領
域に入り、その後は弁リフトの上昇率一定となって急低
下する。従って、遅々として弁リフトが１１ｍｍになる
迄に冷却液の温度は１３０℃にも達する。従って従来の
エンジンの冷却液の上限は１３０℃になる。

【００２０】これに対し、本発明のＤは８６℃で開弁
し、９９℃で弁リフトは１１ｍｍに達す。而も未だ固体
が液化する状態変化領域内にある。従って本発明のエン
ジンの冷却液の上限は９９℃止まりになる。

【００２１】図５に於いて、同じ温度範囲χでリフト
８．６ｍｍを基準としてＤ曲線の占める斜線の面積ｄと
従来のＡ曲線の占める斜線の面積ａを比較すれば本発明
のサーモスタットが従来のサーモスタットより適切時に
冷却液が急増して如何に高冷却効率を発揮するか明らか
である。

【００２２】本発明のＤのサーモスタット４ヶの耐久試
験の結果を表３に、従来のもの４ヶを表４に示す。サー
モスタットの耐久性に最も必要な要素であるリフトの変
化値は本発明の方が従来のものより一桁以上も小さく優
れている。

【００２３】

【発明の効果】弾性シール・スプールの肉厚を超薄く
し、更にサーモスタットのフランジ面に小孔を開口し、
その分、リターン・スプリングのバネ定数を低下させ、
ワックスの液化の増加を促進し、最適切時に冷却液の流
量を激増させ、従来の自動車エンジン冷却液の温度上限
１３０℃を９９℃に下げる本発明はエンジンの寿命を増
し、燃費の節約、有排気物の減少等、省エネルギー、環
境保善をもたらす自動車エンジンの高冷却効率のワック
ス型サーモスタットである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ワックス圧の代りに油圧を利用した弾性シ
ール・スプールの油圧力−弁リフトの試験装置

【図２】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁の全閉時を示す。

【図３】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁の全開時を示す。

【図４】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの側面図示でフランジ面の小孔を明示する。

【図５】 従来のワックス型サーモスタットＡと本発
明のワックス型サーモスタットＤの冷却液温−弁リフト
のダイヤグラムであるある。

【符号の説明】 １ サーモ・アクチュエータ ２ ロッド ３ ガイド・メンバ ４ 弾性シール・スプール ５ 潤滑油 ６ ワックス ７ 感熱シリンダ筒 ８ リターン・スプリング ９ 主弁 １０ 弁座 １１ ハウジング １２ フレーム １３ 頂点 １４ ハウジング１１のフランジ部の小孔

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年９月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】図５は従来型の（Ａ）のサーモ・アクチュ
エータで構成したワックス型サーモスタットＡと、
（Ｄ）のサーモ・アクチュエータ（但しスプールの肉厚
を０．６ｍｍとするもの）で構成した本発明のワックス
型サーモスタットＤの夫々冷却液温−弁リフトのダイヤ
グラムである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】Ａは８７℃で開弁し、１００℃で弁リフト
は８．６ｍｍで液化膨張領域を終了し、以後液体膨張領
域に入り、その後は弁リフトの上昇率一定となって急低
下する。従って、開弁が遅々として弁リフトが１１ｍｍ
になる迄に冷却液の温度は１３０℃にも達する。従って
従来のエンジンの冷却液の上限は１３０℃になる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】

【発明の効果】弾性シール・スプールの肉厚を超薄く
し、更にサーモスタットのフランジ面に小孔を開口し、
その分、リターン・スプリングのバネ定数を低下させ、
ワックスの液化の増加を促進し、最適切時に冷却液の液
量を激増させ、従来の自動車エンジン冷却液の温度上限
１３０℃を９９℃に下げる本発明はエンジンの寿命を増
し、燃費の節約、有害排気物の減少等、省エネルギー、
環境保善をもたらす効果は大である。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 自動車エンジンの高冷却効率のワッ
クス型サーモスタット

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンの冷却液
の温度を制御するワックス型サーモスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーモスタットの作動範囲は弁のリフト
・アップの大きなワックスが固体から液化する状態変化
領域の８５℃から１００℃間の１５℃と、弁のリフト・
アップの微少なワックス液の体膨張領域の１００℃から
１３０℃間の３０℃に亘る合計４５℃なので、これが従
来自動車エンジンの熱効率の著しく低い原因となってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サーモスタットの作動
温度範囲をワックスが固体から液化する弁のリフト・ア
ップの大きな状態変化領域の１５℃間に集中し、更に、
その領域の弁のリフト・アップの拡大、増長手段を講じ
て自動車エンジンの冷却液温の上限を１００℃以内に抑
制し、自動車エンジンの熱効率を向上させるのである。

【０００４】

【発明が解決するための手段】弁のリフト・アップの拡
大、増長手段は、第１にロッドに係合する弾性シール・
スプールの中心孔の側壁の肉厚をロッドの直径の２５％
から５％の範囲内に超薄くするにあり、又、第２にサー
モスタットのフランジ面に少なくとも１個の小孔をあ
け、サーモスタット・ハウジング内とラジエーターに連
通するサーモスタット・キャップ間を同圧にして、その
分、サーモスタットのリターン・スプリングのバネ定数
を低下させるにある。

【０００５】

【実施例】図２は後述する従来のワックス型サーモスタ
ットの自動車エンジンの冷却システム、図３は同じく後
述する本発明の高冷却効率のワックス型サーモスタット
で構成する自動車エンジン冷却システムの一実施例であ
る。図３に於いて、ワックス型サーモスタット１に装着
するサーモ・アクチュエータ２（図６）はロッド３とロ
ッド３に摺動自在に係合するガイド・メンバ４とガイド
・メンバ４の下端面に気密に係合し、同じくロッド３に
摺動自在に係合する弾性シール・スプール５の底内面と
ロッドの下端面との間に形成される空間に所要量の潤滑
油６を封じ込み、これ等４者を一体にしてワックス７を
充填する感熱シリンダ筒８内に挿入し、気密に圧着して
構成する。

【０００６】冷却液がサーモスタットの規定する温度を
超えて上昇するに連れ、図７に示す様に感熱シリンダ筒
８内に密封充満するワックス７は溶融膨張し、その体積
を増す。従って、ロッド３に係合する弾性シール・スプ
ール５はリターン・スプリング９に抗してロッド３を絞
り上げ、主弁１０のリフトを増す。逆に温度が下がる
と、ワックス７は逐次、凝固収縮し、弾性シール・スプ
ール５はリターン・スプリング９により、ロッド３に押
されて主弁１０のリフトを低下し閉弁に至る（図６）。

【０００７】ロッド３に係合する弾性シール・スプール
５の肉厚を超薄くすると、シリンダの内容積に余裕が出
来ると共に、これを絞り上げるに要するワックス圧は従
来のものより極めて低くなるから、シリンダの肉厚も薄
く出来、ジリンダの内容積は更に余裕を増す。そこで、
ロッド３の径を太くしてシリンダ内の溶融ワックス圧の
上限をロッド３の径の２乗に逆比例して激減させ、更に
サーモスタットのフランジ１５面に少なくとも１個の小
孔１６を開口し（図８）、主弁が閉じている時、主弁の
内外を同圧にし、その分、リターン・スプリング９のバ
ネ定数を従来のものより低減させて溶融ワックス７の液
化を促進し、適切時に弁のリフトを激増させて自動車エ
ンジンの熱効率を大巾に上げるのである。

【０００８】ワックス圧の代りに油圧を利用した簡易な
弾性シール・スプールの油圧力−主弁リフトの卓上試験
装置を図１に示す。 ３１．油圧供給口 ３２．サーモ・アクチュエータ 内部の弾性シール・スプールを観察出来る様に感熱シリ
ンダを切断して装着する ３３．外部から内部を観察する窓 ３４．透明なアクリルパイプ ３５．弾性シール・スプール ３６．ロッド ３７．潤滑油 ３８．リターン・スプリング ３９．ダイヤル・インジケータ（図示せず）

【０００９】図１の試験装置で測定した油圧−主弁リフ
トの実測値を表１に示す。 表１に於いて （Ａ）は従来のロッド３の径３．８ｍｍで、その径の４
５％の肉厚１．７ｍｍのもの （Ｂ）はロッド３の径４．５ｍｍで、その径の２５％の
肉厚１．２５ｍｍのもの （Ｃ）はロッド３の径４．５ｍｍで、その径の５％の肉
厚０．２２５ｍｍのものであって係合するリターン・ス
プリング９のバネ定数は０．５５ｋｇ／ｍｍである。

【００１０】弾性シール・スプール５の肉厚が（Ｃ）の
ように超薄いとスプール内部の潤滑油６の圧力はワック
ス圧と等価になる。弾性シール・スプール５はその内外
から等価の圧力で支えられ浮遊状態になるので、ロッド
３間の摩擦抵抗が０となり、ロッド３のリフト・アップ
はロッド３の下端面に加えられる潤滑油６の圧力によっ
てもたらされる。

【００１１】（Ａ）は肉厚１．７ｍｍのため起動圧力は
８０ｋｇ／ｃｍ^２で、リフトが０．６ｍｍであり、バネ
荷重１５．１ｋｇに抗し、ロッド３を１０ｍｍ絞り上げ
るのに１４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を要し論外である。

【００１２】ロッド３を起動する圧力は（Ｂ）、（Ｃ）
共に５０ｋｇ／ｃｍ^２で、ぞの時の主弁のリフトは同じ
く０．４ｍｍであるが、それ以後はバネ荷重１５．１ｋ
ｇに抗してロッドを１０ｍｍ絞り上げるのに、（Ｃ）は
超薄肉０．２２５ｍｍのため、９０ｋｇ／ｃｍ^２で達
し、（Ｂ）は遅れて１００ｋｇ／ｃｍ^２で達す。

【００１３】従って、これ等を考えると、弾性シール・
スプール５の肉厚を（Ｂ）以上に厚くすると、起動圧力
は５０ｋｇ／ｃｍ^２を超すので、肉厚の上限はロッド３
の径の２５％とする。又、弾性シール・スプール５の肉
厚は（Ｃ）に示す５％で充分で、これ以上薄くすると、
その製造が困難になり、コスト高になるので、肉厚の下
限はロッド３の径の５％とする。

【００１４】更に、表１の（Ｃ）のリターン・スプリン
グ９のバネ定数０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２７ｋｇ／ｍ
ｍに変えて、図１の試験装置で測定した油圧−主弁リフ
トの実測値（Ｄ）を表２に示す。

【００１５】（Ｄ）の起動圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リ
フトは０．３ｍｍ、圧力６０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リフトは
１３．５ｍｍとなる。超薄肉の弾性シール・スプール５
に、更にバネ定数を従来、０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２
７ｋｇ／ｍｍと約半減にしたリターン・スプリング９を
係合して、ワックス７の液化を促進し、その液化の量を
急増させて弁リフトを上げる相乗効果は群を抜くのであ
る。

【００１６】本発明のサーモ・アクチュエータ（Ｄ）を
組み付けた実施例に就き説明する。図６及び図７は自動
車エンジン冷却液の温度制御用ワックス型サーモスタッ
トの断面図で前者は主弁１０の閉弁時を、後者はその全
開リフト時を示す。一般にワックス型サーモスタットは
図７に示す様に、弁座１１を形成するハウジング１２に
固定するフレーム１３と、弁座１１に係合する主弁１
０、及びこれを圧入固定するサーモ・アクヂュエータ２
及び、主弁１０とフレーム１３との間に介装するリター
ン・スプリング９とよりなる。

【００１７】液温が規定温度を超えて上昇すると、サー
モ・アクチュエータ２の感熱シリンダ筒８内に密封充満
するワックス７の溶融膨張によるワックス圧と等価の弾
性シール・スプール５内の潤滑油６は、リターン・スプ
リング９に抗してロッド３を上方へ押し上げる。然し、
ロッド３はハウジング１２の頂点１４に係合支持されて
いるので、相対的に主弁１０は下方へ開く（図７）。液
温が下降に転ずると感熱シリンダ筒８内の溶融ワックス
７は逐次凝固収縮するからリターン・スプリング９によ
り主弁１０は全閉に至る（図６）。この様にしてハウジ
ング１２の頂点１４に係合支持されているロッド３に対
しサーモ・アクチュエータ２のガイド・メンバ４は上下
に摺動し、これに固定される主弁１０及び主弁と一体構
成のバイパス弁１７はこれに対応して開閉する。

【００１８】従来の自動車エンジンの冷却システムのサ
ーモスタット１のフランジ面１５にはエンジンの冷態時
の冷却水の温度上昇を早める目的で必ず公知のジグル弁
機構（図示せず）を装着する。エンジンの作動中は水圧
で閉弁し、エンジンが停止すると自重でジグル弁が開
き、冷却水の補給に備える。図２に示すように、エンジ
ンのウォータ・ジャケット２０の流出口２１とラジエー
タ２３の流入口２４間の第１水路２２と、ラジエータの
流出口２５とサーモスタット・キャップ１９、サーモス
タット・ハウジング１８、ウォータ・ポンブ２７を経て
ウォータ・ジャケット２０の流入口２８に至る第２水路
２６と、第１水路２２及び第２水路２６間を連通するバ
イパス水路２９と、バイバス水路２９の開口３０を開閉
するバイパス弁１７及び第２水路を開閉する主弁１０を
有するバイパス型サーモスタット１は、サーモスタット
・キャップ１９によってサーモスタット・ハウジング１
８内に気密に固定される。

【００１９】尚、図に於いてＡ’はサーモスタット・ハ
ウジング１８内、Ｂ’はサーモスタット・キャップ１９
内に近接する部位の水温の測定点、Ｃは流量の測定点で
ある。

【００２０】エンジンの冷態時、バイパス型サーモスタ
ット１の主弁１０は密閉し、ジグル弁も水圧で閉弁して
いるので、ウォータ・ジャケット２０の流出口２１から
の高温の冷却水は、ラジエータ２３内を還流出来ず、第
１水路２２の分岐点Ｊからバイパス水路２９→サーモス
タット・ハウジング１８→ウォータ・ポンプ２７→ウォ
ータ・ジャケット・２０の流入口２８へと矢印の様に短
絡還流する。従ってサーモスタット・ハウジング１８内
の水温の上昇は早くなる。

【００２１】然し、ラジエータ２３とサーモスタット・
キャップ１９間の冷却水は流れないで滞留しているから
水温の上昇率は低く、図４に示す自記記録で明らかなよ
うに、サーモスタット・ハウジング１８内の測定点Ａ’
における水温Ａがバイパス型サーモスタット１の主弁１
０の開弁温度８７℃になっても、第２水路２６の図示測
定点Ｂ’の水温Ｂは４５℃になるに過ぎず、その差は４
２℃である。サーモスタット１の主弁１０が開弁する瞬
間、ラジエータ２３の下部からの低温冷却水が流入する
ため、Ｂの水温は更に１３℃下がり、結局、サーモスタ
ット・ハウジング１８内の水温との差は５５℃に拡大す
る。Ａ、Ｂ間の斜線で示す面積はその間の熱エネルギー
損失となる。

【００２２】サーモスタット１の熱応答は冷却水の熱応
答よりかなり遅れる。従って、主弁１０は水温が規定の
開弁温度よりかなり高くなってから弁を開く。同様に、
水温が規定の閉弁温度よりかなり下がってから弁を閉じ
る。この主弁１０の開閉初期に大きな熱オーバー・シュ
ートが発生し、又、主弁が閉じたとき主弁の上流側にサ
ージ圧のピークが発生する。この間の経緯は図４の自記
記録で明らかである。

【００２３】この熱オーバー・シュートとサージ圧によ
って、シリンダ・ブロック、シリンダ・ヘッドに亀裂が
発生することがあり、サーモスタット１、ラジエータ２
３、ウォータ・ポンプ２７の寿命を縮める。又、主弁１
０の開弁直後の水温のこの低下はシリンダ内の不完全燃
焼を誘発し、有害排気物の発生を多くし、更に燃料消費
量も増す。

【００２４】図２の従来の自動車エンジンの冷却システ
ムのサーモスタット１のフランジ面１５に装着するジグ
ル弁を取り去り、あとに残るフランジ面１５の直径２．
８ｍｍの小孔１６をそのまま残し、主弁３が閉じている
時でも、この小孔により少量の冷却水がラジエータ内を
還流出来るようにする。

【００２５】すると、図５の自記記録で明らかな様にサ
ーモスタットの開弁直前のＡ、Ｂ間の温度差は６℃とな
り、図４の５５℃の９分の１になる。従って図４に見ら
れる様な熱オーバー・シュートやサージ圧現象が全く無
く、斜線で示す熱エネルギー損失は激減する。

【００２６】自記記録図４、と図５に於いて、Ａの水温
が６０℃になった時を０とし、それを基準としてバイパ
ス弁が全閉し、冷却水の全量がラジエータに還流するま
での経過時間を比較する。ジグル弁付のもの（図４）は
３９．５分、ジグル弁を外した孔丈のもの（図５）は３
８．８分で、図５の方が予想に反し逆に０．７分早くバ
イパス弁を全閉して、冷却水の全量がラジエータを還流
する。これは冷却水の温度上昇を早める目的で設けたジ
グル弁機構自体が、図４に示す巨大な熱エネルギー損失
を自ら招いて、逆効果をもたらしたものである。要する
に、従来のジグル弁機構は不要であり、ジグル弁を外し
たあとのフランジ面の小孔は熱エネルギー損失を激減さ
せるためにも絶対に必要であることが明らかになった。

【００２７】本発明のサーモスタットのフランジ面に開
口する小孔１６（図８）は主弁１０表裏の水圧を同圧に
し、リターン・スプリングのバネ定数を低下させる本発
明の効果は、主弁の開弁初期に於けるこの大きな熱エネ
ルギー損失を激減させる効果も秘めているのである。

【００２８】本発明のフランジ面の小孔１６（図８）は
従来のジグル弁機構の弁を外したあとの孔を取り敢えず
代用する。

【００２９】図９は従来型の（Ａ）のサーモ・アクチュ
エータで構成したワックス型サーモスタットＡと、
（Ｄ）のサーモ・アクチュエータ（但しスプールの肉厚
を０．４ｍｍとするもの）で構成した本発明のワックス
型サーモスタットＤの夫々冷却液温−主弁リフトのダイ
ヤグラムである。

【００３０】Ａは８７℃で開弁し、１００℃で主弁のリ
フトは８．６ｍｍで液化膨張領域を終了し、以後液体膨
張領域に入り、その後は主弁リフトの上昇率一定とな
る。従って、以後開弁リフトの不足、不足の連続で主弁
リフトが１１ｍｍになるのに冷却液の温度は１３０℃に
も達する。

【００３１】これに対し、本発明のＤは８６℃で開弁
し、９９℃で主弁リフトは１１ｍｍに達す。而も未だ固
体が液化する状態変化領域内にある。当然バイパス弁１
７はそれ以前に全閉する。従って本発明のエンジンの冷
却液の上限は９９℃止まりになる。

【００３２】図９に於いて、同じ温度範囲χでリフト
８．６ｍｍを基準としてＤ曲線の占める斜線の面積ｄと
従来のＡ曲線の占める斜線の面積ａを比較するとｄはａ
の約１３倍で、本発明のサーモスタットが従来のサーモ
スタットより適切時に冷却液が急増して如何に高冷却効
率を発揮し、エンジンの熱効率を上げるか明らかであ
る。

【００３３】本発明のＤのサーモスタット４ケの耐久試
験の結果を表３に、従来のもの４ヶを表４に示す。サー
モスタットの耐久性に最も重要な要素であるリフトの変
化値は本発明の方が従来のものより一桁以上も小さく更
に初期との変化は少なく優れている。

【００３４】図１０は本発明のワックス型サーモスタッ
トで構成する自動車エンジンの冷却システム図３の冷却
水の温度、流量、時間の自記記録を示す。

【００３５】主弁１０が開き始めるＸ点から、Ａ．Ｂ線
がクロスするＹ点（バイパス弁１７が全閉して冷却水の
全量がラジエータ２３を還流する点）迄の経過時間は従
来の図４では１７分、本発明の図１０では７．６分であ
り、図１０のものは早期に而も極めて滑らかにＡ．Ｂが
交差して切り変わり、図４に比較すれば熱エネルギー損
失は皆無に等しい。

【００３６】又、図４では冷却水の温度は１３０℃迄上
昇するが、図１０では冷却水の温度は９９℃止まりでそ
れ以上上昇しない。

【００３７】試しにＺ部でクーリング・ファンを２〜３
秒ＯＮすると冷却水温は実に敏感に３．５℃下がり、ク
ーリング・ファンをＯＦＦすると２．５分で元の９９℃
に戻る。このようにクーリング・ファンによって極めて
敏感に冷却水温が下がるので車の渋滞時、或いはエンジ
ンの過負荷時の対応はクーリングーファンのＯＮ、ＯＦ
Ｆ制御で十分可能である。

【００３８】

【発明の効果】弾性シール・スプールの肉厚を超薄く
し、更にサーモスタットのフランジ面に小孔を開口し、
その分、リターン・スプリングのバネ定数を低下させ、
ワックスの液化の増加を促進し、最適切時に冷却液の流
量を激増させ、従来の自動車エンジン冷却液の温度上限
１３０℃を９９℃に下げる本発明はエンジンの熱効率を
大巾に上げ、エンジンの寿命を増し、燃費の節約、有排
気物の減少等、省エネルギー、環境保善をもたらす効果
は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ワックス圧の代りに油圧を利用した弾性シ
ール・スプールの油圧力−弁リフトの試験装置。

【図２】 従来のジグル弁機構を装着したワックス型
サーモスタットの主弁の全閉時を示す自動車エンジンの
冷却システム。

【図３】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの主弁の全閉時を示す自動車エンジンの冷却
システム。

【図４】 従来のジグル弁付サーモスタットを含む自
動車エンジン冷却システム図２の流量、温度、時間の自
記記録を示す。

【図５】 ジグル弁を外し、バルブ孔を残したサーモ
スタットを含む図２の流量、温度、時間の自記記録を示
す。

【図６】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁の全閉時を示す。

【図７】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図示で主弁の全開時を示す。

【図８】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットのフランジ面の小孔を示す断面図。

【図９】 従来のワックス型サーモスタットＡと本発
明のワックス型サーモスタットＤの冷却液温−弁リフト
のダイヤグラムである。

【図１０】 本発明のサーモスタットで構成する自動
車エンジン冷却システム図３の流量、温度、時間の自記
記録を示す。

【符号の説明】 １ サーモスタット １８ サーモスタッ
ト。ハウジング ２ サーモ・アクチュエータ １９ サーモスタット
・キャップ ３ ロッド ２０ ウォータ・ジャ
ケット ４ ガイド・メンバ ２１ ウォータ・ジャ
ケットの流出口 ５ 弾性シール・スプール ２２ 第１水路 ６ 潤滑油 ２３ ラジエータ ７ ワックス ２４ ラジエータの流
入口 ８ 感熱シリンダ筒 ２５ ラジエータの流
出口 ９ リターン・スプリング ２６ 第２水路 １０ 主弁 ２７ ウォータ・ポ
ンプ １１ 弁座 ２８ ウォータ・ジ
ャケットの流入口 １２ ハウジング ２９ バイパス水路 １３ フレーム ３０ バイバス水路
の開口 １４ 頂点 １５ フランジ面 １６ 小孔 １７ バイパス弁

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【図８】

【図１】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図９】

【図１０】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１２月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 自動車エンジンの高冷却効率のワッ
クス型サーモスタット

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンの冷却水
の温度を制御するワックス型サーモスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーモスタットの作動範囲は弁のリフト
・アップの大きなワックスが固体から液化する状態変化
領域の１５℃と、弁のリフト・アッブの微少なワックス
液の体膨張領域の３０℃に亘る合計４５℃なので、これ
が従来自動車エンジンの熱効率の著しく低い原因となっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サーモスタットの作動
温度範囲をワックスが固体から液化する弁のリフト・ア
ップの大きな状態変化領域の１５℃間に集中し、更に、
その領域の弁のリフト・アッブの拡大、増長手段を講じ
て自動車エンジンの冷却水温の上限を例えば８１℃に大
巾に下げ、自動車エンジンの熱効率を向上させるのであ
る。

【０００４】

【発明が解決するための手段】弁のリフト・アップの拡
大、増長手段は、第１にロッドに係合する弾性シール・
スプールの中心孔の側壁の肉厚をロッドの直径の２５％
から５％の範囲内に超薄くして、これを絞り上げるワッ
クス圧を下げるにあり、又、第２にサーモスタットのフ
ランジ面に少なくとも１個の小孔をあけ、主弁の表裏に
加わる水圧を同圧にしてリターン・スプリングのバネ定
数を例えば１／２にしてワックスの液化を促進するにあ
る。このようにして、第１、第２の相乗効果で規定温度
（８１℃）の下で自己能力の５０％内で冷却水の流量を
倍増させる（図２）。

【０００５】本発明のサーモスタットを装着しで高速道
路を８０ｋｍ／ｈ〜１５０ｋｍ／ｈで走行するとラジエ
ータは向い風を受けて８０ｋｍ／ｈで７７．５℃の水温
が１５０ｋｍ／ｈで７０．５℃に下がる。然し都内を４
０〜６０ｋｍ／ｈで渋滞を交えた走行に移行すると水温
は９０℃を超す。そこで、例えばクーリングファンを水
温８１℃でＯＮし、７５℃でＯＦＦするように制御す
る。ラジエータの容量が大きいのでクーリング・ファン
ＯＮの時は水温は極めて敏感に下がるので水温は８１℃
を超すことはない。

【実施例】

【０００６】図２は従来の最新型のワックス型サーモス
タットＹと、それに、ただ単に主弁のリフト・アップ拡
大増長手段を加えた丈の本発明のワックス型サーモスタ
ットＸとの夫々冷却水温対主弁リフトのダイヤグラムで
ある。Ｗはボトム弁１５が閉弁するリフトである（図
３）。

【０００７】Ｙは７２℃で開弁し、８７℃で主弁のリフ
トは９．６ｍｍで液化膨張領域を終了し、以後液体膨張
領域に入り、リフトの上昇率は急減し、リフトが１２ｍ
ｍに達する迄に水温は１２３℃にもなる。これに対し、
本発明のＸの方は７２℃で開弁し、８５℃で主弁リフト
は１２ｍｍに達す。而も末だ固体が液化変化領域内にあ
る。

【０００８】図２に於いて、Ｘ、Ｙ曲線と、水温の上限
８１℃のＺ−Ｚ’ラインとの間の斜線部分は主弁を通っ
て流れるＸとＹの水量の差で、Ｙの水量にほぼ等しい。
従ってＸの水量はＹの２倍となる。

【０００９】この時、Ｘのリフトは６ｍｍであり、Ｘの
有する能力１２ｍｍの５０％を使用するに過ぎない。こ
の５０％で１５０ｋｍ／ｈで走行してもまだ５０％の能
力を残す。然し、この大きな余裕があって必然的にこの
大きな効果が生まれるのであり、これを惜しんではなら
ない。然し、Ｙは従来型の例に洩れず、自己の能力の９
５％近くまで使用して余裕は少ないのである。要する
に、本発明は半分の資源を使って２倍の効率を上げ、尚
５０％の余力を温存するのである。

【００１０】図３及び図４は本発明の自動車エンジン冷
却水の温度制御用ワックス型サーモスタットの断面図で
前者は主弁の閉弁時を後者はその全開時を示す。

【００１１】図３に於いて、ワックス型サーモスタット
１に装着するサーモ・アクチュエータ２はロッド３とロ
ッド３に摺動自在に係合するガイド・メンバ４とガイド
・メンバ４の下端面に気密に係合し、同じくロッド３に
摺動自在に係合する弾性シール・スプール５の底内面と
ロッドの下端面との間に形成される空間に所要量の潤滑
油６を封じ込み、これ等４者を一体にしてワックス７を
充填する感熱シリンダ筒８内に挿入し、気密に圧着して
構成する。

【００１２】一般にワックス型サーモスタットは図４に
示す様に、弁座９を形成するハウジング１０に固定する
フレーム１１と、弁座９に係合する主弁１２、及びこれ
を圧入固定するサーモ・アクチュエータ２及び、主弁１
２とフレーム１１との間に介装するリターン・スプリン
グ１３とよりなる。

【００１３】水温が規定温度を超えて上昇すると、サー
モ・アクチュエータ２の感熱シリンダ筒８内に密封充満
するワックス７の溶融膨張によるワックス圧と等価の弾
性シール・スプール５内の潤滑油６は、リターン・スプ
リング１３に抗してロッド３を上方へ押し上げる。然
し、ロッド３はハウジング１０の頂点１４に係合支持さ
れているので、相対的に主弁１２は下方へ開く（図
４）。

【００１４】水温が下降に転ずると感熱シリンダ筒８内
の溶融ワックス７は逐次凝固収縮するからリターン・ス
プリング１３により主弁１２は全閉に至る（図３）。こ
の様にしてハウジング１０の頂点１４に係合支持されて
いるロッド３に対しサーモ・アクチュエータ２のガイド
・メンバ４は上下に摺動し、これに固定される主弁１２
及び主弁と一体構成のバイパス弁１５はこれに対応して
開閉する。

【００１５】以下に弾性シール・スプールの肉厚を超薄
くし且つ、フランジ面に小孔を設け、リターン・スプリ
ングのバネ定数を１／２にする相乗効果に就き説明す
る。

【００１６】ワックス圧の代りに油圧を利用した簡易な
弾性シール・スブールの油圧力−主弁リフトの卓上試験
装置を図１に示す。 ３５．油圧供給口 ３６．サーモ・アクチュエータ 内部の弾性シール・スプールを観察出来る様に感熱シリ
ンダを切断して装着する ３７．外部から内部を観察する窓 ３８．透明なアクリルパイプ ３９．弾性シール・スプール ４０．ロッド ４１．潤滑油 ４２．リターン・スプリング ４３．ダイヤル・インジケータ（図示せず）

【００１７】図１の試験装置で測定した油圧−主弁リフ
トの実測値を表１に示す。 表１に於いて （Ａ）は従来のロッド３の径３．８ｍｍで、その径の４
５％の肉厚１．７ｍｍのもの （Ｂ）はロッド３の径４．５ｍｍで、その径の２５％の
肉厚１．２５ｍｍのもの （Ｃ）はロッド３の径４．５ｍｍで、その径の５％の肉
厚０．２２５ｍｍのものであって係合するリターン・ス
プリング９のバネ定数は０．５５ｋｇ／ｍｍである。

【００１８】弾性シール・スプール５の肉厚が（Ｃ）の
ように超薄いとスプール内部の潤滑油６の圧力はワック
ス圧と等価になる。弾性シール・スブール５はその内外
から等価の圧力で支えられ浮遊状態になるので、ロッド
３間の摩擦抵抗が０となり、ロッド３のリフト・アップ
はロッド３の下端面に加えられる潤滑油６の圧力によっ
てもたらされる。

【００１９】（Ａ）は肉厚１．７ｍｍのため起動圧力は
８０ｋｇ／ｃｍ^２で、リフトが０．６ｍｍであり、バネ
荷重１５．１ｋｇに抗し、ロッド３を１０ｍｍ絞り上げ
るのに１４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を要し論外である。

【００２０】ロッド３を起動する圧力は（Ｂ）、（Ｃ）
共に５０ｋｇ／ｃｍ^２で、その時の主弁のリフトは同じ
く０．４ｍｍであるが、それ以後はバネ荷重１５．１ｋ
ｇに抗してロッドを１０ｍｍ絞り上げるのに、（Ｃ）は
超薄肉０．２２５ｍｍのため、９０ｋｇ／ｃｍ^２で達
し、（Ｂ）は遅れて１００ｋｇ／ｃｍ^２で達す。

【００２１】従って、これ等を考えると、弾性シール・
スプール５の肉厚を（Ｂ）以上に厚くすると、起動圧力
は５０ｋｇ／ｃｍ^２を超すので、肉厚の上限はロッド３
の径の２５％とする。又、弾性シール・スプール５の肉
厚は（Ｃ）に示す５％で充分で、これ以上薄くすると、
その製造が困難になり、コスト高になるので、肉厚の下
限はロッド３の径の５％とする。

【００２２】更に、表１の（Ｃ）のリターン・スプリン
グ９のバネ定数０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２７ｋｇ／ｍ
ｍに変えて、図１の試験装置で測定した油圧−主弁リフ
トの実測値（Ｄ）を表２に示す。

【００２３】（Ｄ）の起動圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リ
フトは０．３ｍｍ、圧力６０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リフトは
１３．５ｍｍとなる。超薄肉の弾性シール・スプール５
に、更にバネ定数を従来、０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２
７ｋｇ／ｍｍと約半減にしたリターン・スプリング９を
係合して、ワックス７の液化を促進し、その液化の量を
急増させて弁リフトを上げる相乗効果は群を抜くのであ
る。

【００２４】従来、自動車エンジンのサーモスタット１
のフランジ面１６にはエンジンの冷却水の温度上昇を早
める目的で必ず公知のジグル弁機構１７（図５）を装着
する。エンジンの作動中は水圧で閉弁し、エシジンが停
止するとジグル弁１８が開き、冷却水の補給が出来る。

【００２５】ところが、このジクル弁機構は実は有害無
益の存在であるのである。以下これに就き述べる。

【００２６】図６はジグル弁付き従来の旧型のワックス
型サーモスタット構成の自動車エンジン冷却システムの
一例である。エンジンのウォータ・ジャケット２０の流
出口２１とラジエータ２２の流入口２３間の第１水路２
４と、ラジエータの流出口２５とサーモスタット・キャ
ップ２６、サーモスタット・ハウジング２７、ウォータ
・ポンプ２８を経てウォータ・ジャケット２０の流入口
２９に至る第２水路３０と、第１水路２４及び第２水路
３０間を連通するバイパス水路３１と、バイパス水路３
１の開口３２を開閉するバイパス弁１５及び第２水路を
開閉する主弁１２を有するバイパス型サーモスタット１
は、サーモスタット・キャップ２６によってサーモスタ
ット・ハウジング２７内に気密に固定される。

【００２７】尚、図に於いてＡ’はサーモスタット・ハ
ウジング２７内、Ｂ’はサーモスタット・キャップ２６
内に近接する部位の水温の測定点、Ｃは流量の測定点で
あり、３３はクーリング・ファンである。

【００２８】エンジンの冷態時、バイパス型サーモスタ
ット１の主弁１２は密閉し、ジグル弁１８（図示せず）
も水圧で閉弁しているので、ウォータ・ジャケット２０
の流出口２１からの高温の冷却水は、ラジエータ２２内
を還流出来ず、第１水路２４の分岐点Ｊからバイパス水
路３１→サーモスタット・ハウジング２７→ウォータ・
ポンプ２８→ウォータ・ジャケット２０の流入口２９へ
と矢印の様に短絡還流する。従ってサーモスタット・ハ
ウジング２９内の水温の上昇は早くなる。

【００２９】然し、ラジエータ２２とサーモスタット・
キャップ２６間の冷却水は流れないで滞留しているから
水温の上昇率は低い。図６の自記記録の図７で明らかな
ように、サーモスタット・ハウジング２７内の測定点
Ａ’における水温Ａがバイパス型サーモスタット１の主
弁１２の開弁温度８７℃になっても、第２水路３０の図
示測定点Ｂ’の水温Ｂは４５℃になるに過ぎず、その差
は４２℃である。サーモスタット１の主弁１２が開弁す
る瞬間、ラジエータ２２の下部からの低温冷却水が流入
するため、Ｂの水温は更に１３℃下がり、結局、サーモ
スタット・ハウジング２７内の水温との差は５５℃に拡
大する。Ａ、Ｂ間の斜線で示す面積はその間の熱エネル
ギー損失となる。尚、経過時間はＡの水温６０℃の時を
０とする。

【００３０】サーモスタット１の熱応答は冷却水の熱応
答よりかなり遅れる。従って、主弁１２は水温が規定の
開弁温度よりかなり高くなってから弁を開く。同様に、
水温が規定の閉弁温度よりかなり下がってから弁を閉じ
る。この主弁１２の開閉初期に大きな熱オーバー・シュ
ートが発生し、又、主弁が閉じたとき主弁の上流側にサ
ージ圧のピークが続発する。

【００３１】この熱オーバー・シュートとサージ圧によ
って、シリンダ・ブロック、シリンダ・ヘッドに亀裂が
発生することがあり、サーモスタット１、ラジエータ２
２、ウォータ・ポンプ２８等の寿命を縮める。

【００３２】上記の開弁温度８７℃は本発明の開弁温度
７２℃（図２）より１３℃も遅れる。図８に示す本発明
のフランジ面１６の小孔１９は従来のジグル弁１８を外
したあとの弁孔１９を利用するのである。

【００３３】本発明のサーモスタットは自己の能力の５
０％は温存しているのですべての作動が静かにソフトに
迅速に実行されるので、エンジンの振動も少なく、エン
ジシの寿命も増す。

【００３４】本発明のサーモスタット４ヶの耐久試験の
結果を表３に、従来のもの４ヶを表４に示す。サーモス
タットの耐久性に最も重要な要素であるリフトの変化値
は本発明の方が従来のものより一桁以上も小さく、初期
との変化に至っては殆どゼロに等しい。

【００３５】以上述べた本発明のサーモスタットは、ロ
ッドの径、シリンダの内容積、シリンダの肉厚を従来の
サーモスタットと同一のものとした。それでいてもこの
様な類を見ない成果を得たのであるが、以下に述べる手
段を講ずれば尚一段の成果が得られるのである。

【００３６】即ち、弾性シール・スプールの肉厚を超薄
くするとシリンダの内容積に余裕が出来ると共にワック
ス圧が下がる。そこでシリンダの肉厚を薄くすることが
出来、シリンダの内容積は更に余裕を増す。そこでロッ
ドの径を太くして、ロッドの径の２乗に逆比例してワッ
クス圧を下げるのである。この様にして規定水温の８１
℃を更に下げることが出来るのである。

【００３７】この様にその重量が僅か１０７ｇの本発明
のサーモスタットが大きな自動車を自由にコントロール
して、その諸性能を驚異的に向上させるのである。

【００３８】

【発明の効果】本発明は弾性シール・スプールの肉厚を
超薄くし、更にジグル弁を排除してリターン・スプリン
グのバネ定数を半減させる相乗効果で、冷却水の流量の
倍増を自己能力の５０％内で軽く達成して自動車エンジ
ン冷却水の温度上限１２３℃を８１℃に下げ、エンジン
の熱効率を上げ、エンジンの寿命を増し、ＣＯ_２を削減
し、地球温暖化防止に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ワックス圧の代りに油圧を利用した弾性シ
ール・スプールの油圧力−弁リフトの試験装置。

【図２】 従来の最新型ワックス型サーモスタットＹ
と本発明のワックス型サーモスタットＸの冷却水温対弁
リフトのダイヤグラムである。

【図３】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁の全閉時を示す。

【図４】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁の全開時を示す。

【図５】 ジグル弁機構。

【図６】 ジグル弁機構付の従来のサーモスタットで
構成する自動車エンジンの冷却システム。

【図７】 図６の冷却水の流量、温度、経過時間の自
記記録を示す。

【図８】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットのフランジ面の小孔を示す断面図。

【符号の説明】 １ サーモスタット ２０ ウォータ・ジャ
ケット ２ サーモ・アクチュエータ ２１ ウォータ・ジャ
ケットの流出口 ３ ロッド ２２ ラジエータ ４ ガイド・メンバ ２３ ラジエータの流
入口 ５ 弾性シール・スプール ２４ 第１水路 ６ 潤滑油 ２５ ラジエータの流
出口 ７ ワックス ２６ サーモスタット
・キャップ ８ 感熱シリンダ筒 ２７ サーモスタット
・ハウジング ９ 弁座 ２８ ウォータ・ポン
プ １０ ハウジング ２９ ウォータ・ジ
ャケットの流入口 １１ フレーム ３０ 第２水路 １２ 主弁 ３１ バイパス水路 １３ リターン・スプリング ３２ バイパス水路
の開口 １４ 頂点 ３３ クーリング・
ファン １５ バイパス弁 １６ フランジ面 １７ ジグル弁機構 １８ ジグル弁 １９ 小孔

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図８】

【図７】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 自動車エンジンの高冷却効率のワッ
クス型サーモスタット

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車エンジンの冷却水
の温度を制御するワックス型サーモスタットに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーモスタットの作動範囲は弁のリフト
・アップの大きなワックスが固体から液化する状態変化
領域の１５℃と、弁のリフト・アップの微少なワックス
液の体膨張領域の３０℃に亘る合計４５℃なので、これ
が従来自動車エシジンの熱効率の著しく低い原因となっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サーモスタットの作動
温度範囲をワックスが固体から液化する弁のリフト・ア
ップの大きな状態変化領域の１５℃間に集中し、更に、
その領域の弁のリフト・アップの拡大、増長手段を講じ
て自動車エンジンの冷却水温の上限を８１℃に大巾に下
げ、自動車エンジンの熱効率を向上させるのである。

【０００４】

【発明が解決するための手段】弁のリフト・アップの拡
大、増長手段は、第１にロッドに係合する弾性シール・
スプールの中心孔の側壁の肉厚をロッドの直径の２５％
から５％の範囲内に超薄くして、これを絞り上げるワッ
クス圧を下げるにあり、又、第２にサーモスタットのフ
ランジ面に少なくとも１個の小孔をあけ、主弁の表裏に
加わる水圧を同圧にしてリターン・スプリングのバネ定
数を１／２にしてワックスの液化を促進するにある。こ
のようにして、第１、第２の相乗効果で冷却水温の上限
を８１℃に下げ、自己能力の５０％内で冷却水の流量を
倍増させた（図２）。

【０００５】本発明のサーモスタットを装着して高速道
路を８０ｋｍ／ｈ〜１５０ｋｍ／ｈで走行するとラジエ
ータは向い風を受けて８０ｋｍ／ｈで７７．５℃の水温
が１５０ｋｍ／ｈで７０．５℃に下がる。そこで、例え
ば自動車のクーリングファンを水温８１℃でＯＮするよ
うにセットする。本発明の主弁を通る冷却水の流量が従
来のものの倍であるからクーリング・ファンＯＮの時は
水温は極めて敏感に下がるので水温は８１℃を超すこと
はない。そこで、クーリング・ファンＯＮの温度を先ず
先行して下げ乍ら、その結果から最適冷却水温の上限を
探り当てるのである。

【実施例】

【０００６】図２は従来のワックス型サーモスタットＹ
と、それに、本発明のワックス型サーモスタットＸとの
夫々冷却水温対主弁リフトのダイヤグラムである。Ｗは
ボトム弁１５が閉弁するリフトである。

【０００７】Ｘは７２℃を起点として、僅か９℃の上昇
８１℃で、リフト６ｍｍになるが余裕は充分であること
は、前記高速道路のテストで明らかである。更に４℃の
上昇８５℃でリフトは倍の１２ｍｍになる。即ち自己能
力の５０％で従来の２倍の成果を、上げ、尚５０％（リ
フト６ｍｍ）の余裕を温存しているのである。

【０００８】これに対しＹは水温８６℃以後はリフト不
足の連続でリフトが１２ｍｍに達する迄に７２℃起点と
して３７℃も上昇して尚、余裕が無い。

【０００９】Ｘ、Ｙ曲線と、水温の上限８１℃のＺ−
Ｚ’ラインとの間の斜線部分は主弁を通って流れるＸと
Ｙの水量の差で、この時、Ｘのリフトは６ｍｍでＹのリ
フトは３ｍｍになる。従ってＸの水量はＹの２倍であ
る。

【００１０】図３及び図４は本発明の自動車エンジン冷
却水の温度制御用ワックス型サーモスタットの断面図で
前者は主弁の閉弁時を後者はその全開時を示す。

【００１１】図３に於いて、ワックス型サーモスタット
１に装着するサーモ・アクチュエータ２はロッド３とロ
ッド３に摺動自在に係合するガイド・メンバ４とガイド
・メンバ４の下端面に気密に係合し、同じくロッド３に
摺動自在に係合する弾性シール・スプール５の底内面と
ロッドの下端面との間に形成される空間に所要量の潤滑
油６を封じ込み、これ等４者を一体にしてワックス７を
充填する感熱シリンダ筒８内に挿入し、気密に圧着して
構成する。

【００１２】一般にワックス型サーモスタットは図４に
示す様に、弁座９を形成するハウジング１０に固定する
フレーム１１と、弁座９に係合する主弁１２、及びこれ
を圧入固定するサーモ・アクチュエータ２及び、主弁１
２とフレーム１１との間に介装するリターン・スプリン
グ１３とよりなる。

【００１３】水温が規定温度を超えて上昇すると、サー
モ・アクチュエータ２の感熱シリンダ筒８内に密封充満
するワックス７の溶融膨張によるワックス圧と等価の弾
性シール・スプール５内の潤滑油６は、リターン・スプ
リング１３に抗してロッド３を上方へ押し上げる。然
し、ロッド３はハウジング１０の頂点１４に係合支持さ
れているので、相対的に主弁１２は下方へ開く（図
４）。

【００１４】水温が下降に転ずると感熱シリンダ筒８内
の溶融ワックス７は逐次凝固収縮するからリターン・ス
プリング１３により主弁１２は全閉に至る（図３）。こ
の様にしてハウジング１０の頂点１４に係合支持されて
いるロッド３に対しサーモ・アクチュエータ２のガイド
・メンバ４は上下に摺動し、これに固定される主弁１２
及び主弁と一体構成のバイパス弁１５はこれに対応して
開閉する。

【００１５】以下に弾性シール・スプールの肉厚を超薄
くし且つ、フランジ面に小孔を設け、リターン・スプリ
ングのバネ定数を１／２にする相乗効果に就き説明す
る。

【００１６】ワックス圧の代りに油圧を利用した簡易な
弾性シール・スプールの油圧力−主弁リフトの卓上試験
装置を図１に示す。 ３５．油圧供給口 ３６．サーモ・アクチュエータ 内部の弾性シール・スプールを観察出来る様に感熱シリ
ンダを切断して装着する ３７．外部から内部を観察する窓 ３８．透明なアクリルパイプ ３９．弾性シール・スプール ４０．ロッド ４１．潤滑油 ４２．リターン・スプリング ４３・ダイヤル・インジゲータ（図示せず）

【００１７】図１の試験装置で測定した油圧−主弁リフ
トの実測値を表１に示す。 表１に於いて （Ａ）は従来のロッド３の径３．８ｍｍで、その径の４
５％の肉厚１．７ｍｍのもの （Ｂ）はロッド３の径４．５ｍｍで、その径の２５％の
肉厚１．２５ｍｍのもの （Ｃ）はロッド３の径４．５ｍｍで、その径の５％の肉
厚０．２２５ｍｍのものであって係合するリターン・ス
プリング９のバネ定数は０．５５ｋｇ／ｍｍである。

【００１８】弾性シール・スプール５の肉厚が（Ｃ）の
ように超薄いとスプール内部の潤滑油６の圧力はワック
ス圧と等価になる。弾性シール・スプール５はその内外
から等価の圧力で支えられ浮遊状態になるので、ロッド
３間の摩擦抵抗が０となり、ロッド３のリフト・アップ
はロッド３の下端面に加えられる潤滑油６の圧力によっ
てもたらされる。

【００１９】（Ａ）は肉厚１．７ｍｍのため起動圧力は
８０ｋｇ／ｃｍ^２で、リフトが０．６ｍｍであり、バネ
荷重１５．１ｋｇに抗し、ロッド３を１０ｍｍ絞り上げ
るのに１４０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を要し論外である。

【００２０】ロッド３を起動する圧力は（Ｂ）、（Ｃ）
共に５０ｋｇ／ｃｍ^２で、その時の主弁のリフトは同じ
く０．４ｍｍであるが、それ以後はバネ荷重１５．１ｋ
ｇに抗してロッドを１０ｍｍ絞り上げるのに、（Ｃ）は
超薄肉０．２２５ｍｍのため、９０ｋｇ／ｃｍ^２で達
し、（Ｂ）は遅れて１００ｋｇ／ｃｍ^２で達す。

【００２１】従って、これ等を考えると、弾性シール・
スプール５の肉厚を（Ｂ）以上に厚くすると、起動圧力
は５０ｋｇ／ｃｍ^２を超すので、肉厚の上限はロッド３
の径の２５％とする。又、弾性シール・スプール５の肉
厚は（Ｃ）に示す５％で充分で、これ以上薄くすると、
その製造が困難になり、コスト高になるので、肉厚の下
限はロッド３の径の５％とする。

【００２２】更に、表１の（Ｃ）のリターン・スプリン
グ９のバネ定数０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２７ｋｇ／ｍ
ｍに変えて、図１の試験装置で測定した油圧−主弁リフ
トの実測値（Ｄ）を表２に示す。

【００２３】（Ｄ）の起動圧力３０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リ
フトは０．３ｍｍ、圧力６０ｋｇ／ｃｍ^２で弁リフトは
１３．５ｍｍとなる。超薄肉の弾性シール・スプール５
に、更にバネ定数を従来、０．５５ｋｇ／ｍｍを０．２
７ｋｇ／ｍｍと約半減にしたリターン・スプリング９を
係合して、ワックス７の液化を促進し、その液化の量を
急増させて弁リフトを上げる相乗効果は群を抜くのであ
る。

【００２４】従来から現在に亘り、自動車エンジンのサ
ーモスタット１のフランジ面１６にはエンジンの冷却水
の温度上昇を早める目的で必ず公知のジグル弁機構１７
（図５）を装着する。エンジンの作動中は水圧で閉弁
し、エンジンが停止するとジグル弁１８が解放されて開
き、矢印の方向に冷却水の補給が出来る。

【００２５】ところが、このジクル弁機構は実は後述す
る様に諸悪の根源である。以下これに就き述べる。

【００２６】図６はジグル弁機構付き従来の旧型のワッ
クス型サーモスタット構成の自動車エンジン冷却システ
ムの一例である。エンジンのウォータ・ジャケット２０
の流出口２１とラジエータ２２の流入口２３間の第１水
路２４と、ラジエータの流出口２５とサーモスタット・
キャップ２６、サーモスタット・ハウジング２７、ウォ
ータ・ポンプ２８を経てウォータ・ジャケット２０の流
入口２９に至る第２水路３０と、第１水路２４及び第２
水路３０間を連通するバイパス水路３１と、バイパス水
路３１の開口３２を開閉するバイパス弁１５及び第２水
路を開閉する主弁１２を有するバイパス型サーモスタッ
ト１は、サーモスタット・キャップ２６によってサーモ
スタット・ハウジング２７内に気密に固定される。

【００２７】尚、図に於いてＡ’はサーモスタット・ハ
ウジング２７内、Ｂ’はサーモスタット・キャップ２６
内に近接する部位の水温の測定点、Ｃは流量の測定点で
あり、３３はクーリング・ファンである。

【００２８】エンジンの冷態時、バイパス型サーモスタ
ット１の主弁１２は密閉し、ジグル弁１８（図示せず）
も水圧で閉弁しているので、ウォータ・ジャケット２０
の流出口２１からの高温の冷却水は、ラジエータ２２内
を還流出来ず、第１水路２４の分岐点Ｊからバイパス水
路３１→サーモスタット・ハウジング２７→ウォータ・
ポンプ２８→ウォータ・ジャケット２０の流入口２９へ
と矢印の様に短絡還流する。従ってサーモスタット・ハ
ウクジング２９内の水温の上昇は早くなる。

【００２９】然し、ラジエータ２２とサーモスタット・
キャップ２６間の冷却水は流れないで滞留しているから
水温の上昇率は低い。図６の自記記録の図７で明らかな
ように、サーモスタット・ハウジング２７内の測定点
Ａ’における水温Ａがバイパス型サーモスタット１の主
弁１２の開弁温度８７℃になっても、第２水路３０の図
示測定点Ｂ’の水温Ｂは４５℃になるに過ぎず、その差
は４２℃である。サーモスタット１の主弁１２が開弁す
る瞬間、ラジエータ２２の下部からの低温冷却水が流入
するため、Ｂの水温は更に１３℃下がり、結局、サーモ
スタット・ハウジング２７内の水温との差は５５℃に拡
大する。Ａ、Ｂ間の斜線で示す面積はその間の熱エネル
ギー損失となる。尚、経過時間はＡの水温６０℃の時を
０とする。

【００３０】サーモスタット１の熱応答は冷却水の熱応
答よりかなり遅れる。従って、主弁１２は水温が規定の
開弁温度よりかなり高くなってから弁を開く。同様に、
水温が規定の閉弁温度よりかなり下がってから弁を閉じ
る。この主弁１２の開閉初期に大きな熱オーバー・シュ
ートが発生し、又、主弁が閉じたとき主弁の上流側にサ
ージ圧のピークが続発する。

【００３１】この熱オーバー・シュートとサージ圧によ
って、シリンダ・ブロック、シリンダ・ヘッドに亀裂が
発生することがあり、サーモスタット１、ラジエータ２
２、ウォータ・ポンプ２８等の寿命を縮める。

【００３２】そこで、本発明では、従来のジグル弁機構
を排除してサーモスタットのフランジ面１６に少なくと
も１個の小孔１９を開口する（図８。）この孔があって
も、コンピュータ制御によるスロットル・ボディ内に噴
射するコールド・スタート・インジェクターのためにエ
ンジンは暖気時間ゼロで即起動するのである。

【００３３】本発明のサーモスタットは自己の能力の５
０％は温存しているのですべての作動が静かにソフトに
迅速に実行されるので、エンジンの振動も少なく、エン
ジンの寿命も増す。

【００３４】本発明のサーモスタット４ヶの耐久試験の
結果を表３に、従来のもの４ヶを表４に示す。サーモス
タットの耐久性に最も重要な要素であるリフトの変化値
は本発明の方が従来のものより一桁以上も小さく、初期
との変化に至っては殆どゼロに等しい。

【００３５】以上述べた本発明のサーモスタットは、ロ
ッドの径、シリンダの内容積、シリンダの肉厚を従来の
サーモスタットと同一のものとした。それでいてもこの
様な類を見ない成果を得たのであるが、以下に述べる手
段を講ずれば冷却水温の上限８１℃を更に下げることが
出来る。

【００３６】即ち、例えば図２で溶融温度がラインＸよ
り３℃早い別のワックスを使用して冷却水温の上限８１
℃を７８℃に下げることが出来るのである。そして最後
に、クーリング・ファンＯＮの温度を先行して下げ乍
ら、その結果から最適冷却水温の上限を探り当てるので
ある。

【００３７】この様にその重量が僅か１０７ｇの本発明
のサーモスタットが大きな自動車を自由にコントロール
して、その諸性能を驚異的に向上させるのである。

【００３８】

【発明の効果】本発明は弾性シール・スプールの肉厚を
超薄くし、更にリターン・スプリングのバネ定数を半減
させる相乗効果で、冷却水の流量の倍増をワックスの状
態変化領域内のリフト６ｍｍで軽く達成し、従来の自動
車エンジンの冷却水の温度の上限１２３℃を８１℃以下
に大きく下げ、燃費を節約し、エンジンの寿命を増し、
ＮＯｘ，ＣＯ_２を削減し、地球温暖化防止に貢献する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ワックス圧の代りに油圧を利用した弾性シ
ール・スプールの油圧力−弁リフトの試験装置。

【図２】 従来の最新型ワックス型サーモスタットＹ
と本発明のワックス型サーモスタットＸの冷却水温対弁
リフトのダイヤグラムである。

【図３】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁の全閉時を示す。

【図４】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットの断面図で主弁の全開時を示す。

【図５】 ジグル弁機構。

【図６】 ジグル弁機構付の従来のサーモスタットで
構成する自動車エンジンの冷却システム。

【図７】 図６の冷却水の流量、温度、経過時間の自
記記録を示す。

【図８】 本発明の自動車エンジン用ワックス型サー
モスタットのフランジ面の小孔を示す断面図。

【符号の説明】 １ サーモスタット ２０ ウォータ・ジャ
ケット ２ サーモ・アクチュエータ ２１ ウォータ・ジャ
ケットの流出口 ３ ロッド ２２ ラジエータ ４ ガイド・メンバ ２３ ラジエータの流
入口 ５ 弾性シール・スプール ２４ 第１水路 ６ 潤滑油 ２５ ラジエータの流
出口 ７ ワックス ２６ サーモスタット
・キャップ ８ 感熱シリンダ筒 ２７ サーモスタット
・ハウジング ９ 弁座 ２８ ウォータ・ポン
プ １０ ハウジング ２９ ウォータ・ジ
ャケットの流入口 １１ フレーム ３０ 第２水路 １２ 主弁 ３１ バイパス水路 １３ リターン・スプリング ３２ バイパス水路
の開口 １４ 頂点 ３３ クーリング・
ファン １５ バイパス弁 １６ フランジ面 １７ ジグル弁機構 １８ ジグル弁 １９ 小孔

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図３】

【図２】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッドとロッドに摺動自在なガイド・メ
   ンバとガイド・メンバの端面に気密に係合する弾性シー
   ル・スプールとロッドの下端と弾性シール・スプールの
   底面との空間に封じ込まれた潤滑油の４者を一体にして
   ワックスを充填する感熱シリンダ筒内に挿入し、気密に
   圧着して構成するワックス型サーモスタットのサーモ・
   アタチュエータに於いて、 ロッドに係合する弾性シール・スプールの中心孔の側壁
   の肉厚をロッドの直径の２５％から５％の範囲に超薄く
   し、更にサーモスタットのリターン・スプリングのバネ
   定数を低下させ、サーモスタットの作動温度範囲をワッ
   クスが固体から液化する弁のリフト・アップの大きな状
   態変化領域に集中してワックスの液化を促進し、適切時
   に冷却液の流量を急増させるように構成することを特徴
   とする自動車エンジンの高冷却効率のワックス型サーモ
   スタット。