KR0139481B1

KR0139481B1 - 자동차 엔진용 냉각 시스템

Info

Publication number: KR0139481B1
Application number: KR1019940029132A
Authority: KR
Inventors: 요시카즈 구제
Original assignee: 요시카즈 구제
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1998-07-01
Also published as: JPH07139350A; RU2082890C1; RU94040185A; CA2135668A1; TW281717B; CN1121982A; EP0653554A1; AU7756094A; KR950014540A

Abstract

본 발명은 자동차 에진 냉각 시스템용 써모스탯(thermostat)에 관한 것으로, 통로에 설치된 주밸브(3)에, 바이패스(7)에 설치된 바이패스 밸브(2), 써모스탯용 하우징(8) 및 상기 하우징내에 설치된 써모스탯 지지용 플랜지(15)로 구성되는 써모스탯(1)에 있어서, 플랜지(15)는 제 2 통로(14)에 설치되면서, 냉각재를 통과시키기 위해 직경이 1.8 내지 2.8 mm 인 적어도 하나 이상의 개구부(17)를 구비한다.

주밸브가 개방되는 시접에서 써모스탯 하우징내의 온도아 제 2 통로내의 온도 간이 온도차는 매우 작게되어 열 오버슈트 및 서지 압력을 방지할 수 있고, 써모스탯, 라디에이터 및 물펌프이 수명이 연장되고, 연료비를 절약할 수 있는 효과를 얻게 된다.

Description

자동차 엔진용 냉가 시스템

제1도는 종래의 자동차 엔진용 냉각 시스템을 도시한 개략도.

제2도는 종래 시스템의 시간에 대한 냉각재(coolant;冷却材)의 온도 및 유량의 변화를 나타낸 그래프.

제3a도는 본 발명에 의한 써모스탯(thermostat)의 측면도.

제3b도는 써모스탯 측단면도.

제4도는 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각 시스템을 도시한 개략도.

제5도는 시간에 대한 냉각제의 온도 및 유량의 변화를 나타낸 그래프.

제6도는 본 발명의 제 2 실시예의 기록을 나타낸 그래프.

제7도는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 개략도.

제8도는 본 발명의 제 4 실시예를 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1':써모스탯2:바이패스 밸브

3:주밸브4:물재킷

5:물재킷의 유출구6:제 1 통로

7:바이패스 통로8:써모스탯 하우징

9:물펌프10:물재킷의 유입구

11:라디에이터12:라디에이터의 유입구

13:라디에이터의 유출구14:제 2 통로

15:플랜지17:개구부

25:써모-액츄에이터27:가이드 부재

32:샤프트

본 발명은 자동차 엔진 냉각 시스템용 써모스탯(thermostat)에 관한 것이다.

제1도에 도시된 바와 같이, 종래의 자동차 엔진용 냉각 시스템은 물재킷(4)의 유입측 통로에 배치된 써모스탯(1)을 구비한다.

냉각 시스템은 물재킷(4)의 상부 유출구(5)와 라디에이터(radiator)(11)의 상부 유입구(12) 사이에 배치된 제 1 냉각재 통로(6)와, 라디에이터(11)의 하부 유출구(13)와 물재킷(4)의 하부 유입구(10) 사이에 설치된 제 2 냉각재 통로(14)와, 써모스캡 탭(16)과, 써모스탯 하우징(8)과, 그리고 물펌프(9)를 포함한다. 바이패스(bypass) 통로(7)는 라디에이터(11)를 통과하지 않고 제 1 냉각재 통로(6)를 제 2 냉각재 통로(14)를 연통시키도록 제 1 통로(6)의 접속부(J)와 하우징(8)과 사이에 설치된다. 써모스탯(1)은 캡(15)에 의해 하우징(8)에 고정된다. 써모스탯(1)은 제 2 통로 14 를 폐쇄하기 위한 주밸브(3)와, 바이패스 통로(7)의 바이패스 포트(port)를 폐쇄하기 위한 바이패스 밸브(1)를 구비한다.

제1도에서, 참조 부호 (A')는 하우징 내에서 냉각재의 온도를 측정하기 온한 측정점을 나타내며, (B')는 제 2 통로(14)내의 냉각재의 온도를 측정하기 위하여 써모스탯 캡(16)에 근접하고 써모스탯(1)의 상류에 설치된 측정점을 나타낸다. 참조 부호 (C)는 제 2 통로 (14)내의 냉각재의 유량(flow rate)을 측정하기 위한 측정점을 나타낸다.

제 1 냉각재 통로(6) 및 제 2 냉각재 통로(14)에 사용된 각각의 파이프 직경은 24mm 이며, 바이패스 통로(7)에 사용된 파이프의 직경은 10mm이다. 주밸브(3)가 개방되었을 때, 라디에이터(11)를 통과하여 측정점(C)를 지나는 냉각재의 유량은 분당 60리터이다.

엔진이 워밍 업(warm up)되는 동안, 써모스탯(1)의 주밸브(3)는 폐쇄되는 반면, 주밸브(3)와 일체로 형성된 바이패스 밸브(2)는 완전히 개방된다. 따라서, 물재킷(4)의 유출구(5)로부터 빠져나온 냉각재는 라디에이터(11)를 통과하지 않는다. 화살표로 나타낸 바와 같이, 제 1 통로(6)의 접속부(J), 바이패스 통로(7), 하우징(8) 및 물재킷(4)의 유입구(10)를 통해 물펌프(9)에 냉가재가 순환된다. 따라서, 하우징(8)내의 냉각재 온도는 급격히 상승한다.

엔진 시동전, 하우징(8)의 측정점(A')에서의 냉각재 온도 (A)와 통로(14)의 측정접(B')에서의 냉각재 온도(B)는 차이가 없다. 그러나, 엔진 시동후, 라디에이터(11) 및 써모스탯 캡(16)내의 냉각재는 순환되지 않음로, 냉각재 온도(B)의 상승률은 낮고, 제2도의 그래프에 나타낸 바와 같이, 엔진 시동후, 온도(A)가 60℃가 되었을때, 온도(A) 및 (B) 의 차이는 20℃ 가 된다. 그 후, 그 차이는 점점 커진다. 만약, 측정점(A')에서의 온도(A)가 주밸브(3)의 개방 온도인 85℃가 된다면, 측정점(B')에서이 온도(B)는 41℃ 가 된다. 온도(A) 및 (B) 사이의 온도차는 44℃가 된다.

써모스탯(1)의 주밸브(3)가 개방될 때, 저온의 냉각재는 라디에이터(11)의 하부 유출구(13)로부터 빠져나와, 제 2 통로(14)를 통해 써모스탯 하우징(8)으로 공급된다. 결과적으로, 측정점(B')에서의 냉각재 온도(B)는 13℃ 더 떨어진다. 따라서, 제 2 통로(14)내의 냉각재 온도(B) 와 하우징(8)의 냉각재 온도(A) 사이의 온도차는 최대 57℃가 된다.

써모스탯(1)의 열 응답은 늦게 일어나기 때문에, 냉각재 온도의 변화에 대한 써모스탯의 응답은 지체된다. 따라서, 주밸브(3)는 냉각재 온도가 선정된 개방 온도보다 상당히 높게된 후에 개방된다. 주밸브(3)가 개방될 때, 냉각재 온도는 낮아진다, 주밸브(3)는, 냉각재 온도가 선정된 폐쇄 온도보다 상당히 낮은 온도로 떨어진 후에 폐쇄된다.따라서, 냉각재 온도는 상승한다. 이러한 냉각재 온도 제어는 큰 열 오버슈트(overshoot)를 발생시키기 때문에, 주밸브가 반복적으로 개폐된다. 주밸브(3)가 폐쇄될 때, 주밸브이, 상류에서는 서지(surge) 압력이 발생한다.

열 오버슈트는 엔진의 설린더 블록 및 실린더 헤드에 균열을 발생시키며, 서지 압력은 써모스탯(1) 및 라디에이터(11)의 수명을 단축시킨다. 수압의 변동은 물펌프(9)에 과부하가 걸리게 하며, 이로 인해 펌프의 수명은 단축된다. 또한, 주팰브의 개방시 비정상적으로 낮은 냉각재의 온도는 실린더내의 불완전 연소를 유발하고, 유해 배기물의 발생을 많게 하고, 엔진의 연료 소비량도 증가시킨다.

이러한 문제점들의 원인은. 대개 엔진의 급속한 워밍 업을 위해 주밸브를 폐쇄함으로써 발생하는 냉각재 온도(A) 및 (B)간의 큰 온도차에 있다.

본 발명의 목적은 냉각 시스템에서 냉각재 온도간의 온도차를 줄일 수 있는, 그에 따라 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 자동차 엔진 냉각 시스템용 써모스탯을 제공하는데 있다.

본 발명의 냉가 시스템에 따르면, 써모스탯 하우징에 고정된 써모스탯의 플랜지는 적어도 하나 이상의 개구부가 형성되어 있다. 차가운 엔진에서 주밸브가 폐쇄되었을 때, 극소량의 냉각재가 라디에이터 및 개구부를 통해 순환된다.

본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각 시스템은, 물재킷, 라디에이터, 물재킷의 유출구 및 라디에이터의 유입구 사이에 설치된 제 1 통로와 라디에이터이 유출구 및 물재킷의 유입구 사이에 설치된 제 2 통로와 상기 제 1 통로 및 제 2 통로 사이에 설치된 바이패스 통로로 구성되는 냉각재 통로, 시스템내에서 냉각재를 순환시키기 위하여 제 2 통로에 설치된 물펌프, 제 2 통로에 설치된 주밸브와 바이패스 통로에 설치된 바이패스 밸브와 써모스탯용 하우징으로 구성된 써모스탯으 포함한다.

써모스탯을 하우징내에서 지지하고 냉각재 통로를 페쇄하기 위하여 플랜지가 제공된다. 플랜지는 1.8mm 내지 2.8mm의 직경을 가지는 개구부를 하나 이상 구비한다.

본 발명의 일실시예에 따른 플랜지는 제 2 통로에 설치된다.

본 발명의 전술한 목적 및 특징과 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참고하여 후술한 이하의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

제4도에는 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각 시스템이 도시도어 있는데, 제1도에 도시된 종래의 냉각 시스템의 구성 요소와 동일한 부분에는 제1도의 도면 부호에 해당하는 도면 부호로 표시하였다.

제3a도 및 제3b도에는 하방향으로 배치된 본 발명의 써모스탯(1')이 도시되어 있다.

써모스탯(1')은 하우징(20)과, 써모스탯 하우징(8)에 고정될 플랜지(15)와, 써모-액츄에이터(thermo-actuator)(25)와, 그리고 플랜지(15)에 고정된 프레임(24)을 구비한다. 하우징(20)은 냉각재용 개구부(21) 및 밸브 시트(22)를 구비한다. 플랜지(15)는 써모스탯 하우징(8)내의 공간을 써모스탯 탭(16)내의 통로와 연통시킬 수 있을 정도의 직경을 갖는 개구부(17)를 구비한다. 여기서, 개구부(17)의 직경은, 온도(A)의 상승률의 감소 없이 온도(B)가 온도(A)와 대략적으로 평행하게 증가되는 유량으로 냉각재가 개구부를 통과하기에 적당한 크기로 정해진다.

본 발명의 상기 실시예에 따른 개구부의 직겨은 2.8mm이다.

써모-액츄에이터(25)는 작동용 강철 로드(26)와, 이 로드(26)에 활주 가능하게 장착된 가이드 부재(27)와, 그리고 가이드 부재(27)에 방수되도록 고정된 탄성 밀봉백(28)를 구비한다. 밀봉백(28)은 왁스 펠릿(pellet)으로 채워진 열전도성 실린더(29)에 삽입된다. 실린더(29)의 일단은 가이드 부재(27)에 고정되게 맞물리기 때문에 써모-액츄에이터(25)기 형성된다.

써모-액츄에이터 포드(26)의 상단부(23)는 하우징(20)에 고정되며, 주밸브(3)는 가이드 부재(27)에 고정된다. 실린더(29)를 에워싸도록 배치된 복귀 코일스피링(31)은 주밸브(3)와 프레임(24)의 바닥 사이에 설치된다. 바이패스 밸브(2)는 실린더(29)에 고정된 샤프트(32)에 활주 가능하게 장착되고, 나산형 스프이(33)에 의해 샤프트(32)에 탄성적으로 지지된다.

제4도에는 폐쇄된 상태의 주밸브가 도시되어 있다. 냉각재의 온도가 써모스탯의 설정값 이상으로 상승할 때, 열전도성 실린더(29)내의 왁스는 팽창한다. 이러한 팽창에 의해 밀봉백(28)은 로드(26)에 힘을 가하게 된다. 로드(26)는 하우징(20)에 고정되어 있기 때문에, 실린더(29)가 스프핑(31)의 힘에 대항하여 상승함에 따라 주밸브(3)가 개방된다.

냉각재 온도가 떨러질 때, 왁스는 수축한다. 따라서, 코일 스프링(31)은 주밸브(3)가 폐쇄 위치로 이동되도록 해준다.

엔진의 온도가 상승하는 동안에 써모스탯(1')의 주밸브(3)가 폐쇄될 때, 물펌프(9)에 의해 냉각재는 제 1 통로(6)의 접속부(J), 바이패스 통로(7), 하우징(8) 및 물재킷(4)을 통해 순환된다. 시스템에서, 써모스탯(1')의 플랜지(15) 에 개구부(17)가 형성되어 있기 때문에, 이 플랜지(15)의 개구부(17)를 통해 극소량의 냉각재가 라디에이터(11), 제 2 통로(14), 써모스탯 캡(16) 및 하우징(8)을 따라 순환된다.

제5도는 제4도에 도시된 냉각 시스템이 기록을 보여준다. 엔진 시동전에, 냉각재 온도(A) 및 (B)간의 차이는 없다(도시되지 않음). 엔진 시동 후, 소정의 시간에서의 온도(A)는 60℃이고, 온도(B)는 55℃로 기록되어 있다. 주밸브(3)가 개방되어야 할 온도 즉, 밸브 개방 시작 온도 85℃ 로 되었을 때, 온도(B)는 79.5℃이다. 주밸브 3(가 완전히 개방되었을 때의 온도차는 6℃까지 줄어든다. 온도차가 작기 때문에, 열 오버슈트 및 압력 변동이 없다. 따라서 시스템의 부속 장치의 고장이 방지된다.

주밸브가 개방하기 전까지, 라디에이터(11)와 측정점(C)을 통과하는 냉각재의 유량은 2.5이터/분이다. 온도(A)가 60℃로 되는 시점부터 주밸브(3)가 개방될 때까지의 경과 시간에 있어서, 제2도에 도시된 종래의 냉각 시스템에 대한 기록은 약 22.5분인데 반해, 제5도의 경우에는 약 27.6분이다. 따라서, 종래의 냉각 시스템의 시간은 제5도에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 시간보다 5.1분 짧다. 한편, 제2도의 기록에 나타낸 바와 같이, 유량이 60리터/분에 도달할 때까지의 시간은 39.5분이며, 제5도의 경우에는 38.3분이다. 따라서, 제5도에 나타난 시간은 제2도에 나타난 시간보다 0.7분 짧다.

제6도에는, 써모스탯의 플랜지가 제1 실시예와 유사하게 각각 2.8mm의 지경을 가지는 2개의 연통 개구부를 구비한 제 2 실시예의 기록이 나타나 있다.

주밸브가 개방된 상태에서의 온도차는 3.5℃이다. 주밸브의 개방이 지속될때, 냉각재 온도(B)는 냉각재 온도(A)와 같아지게 되고, 그 후에 동일하게 상승한다. 제6도의 기록에 나타낸 바와 같이, 유량이 60리터/분에 도달할 때까지의 시간은 39.2분이다. 따라서, 제 2 실시예의 시간은 제2도에 도시된 종래의 시스템에 해당하는 시간보다 0.3분 짧다.

제2도에 도시된 바와 같이, 온도(A)는 일정 속도로 상승하는 반면, 온도(B)의 상승은 완만하다. 따라서, 종래 시스템에서의 온도차는 주밸브가 개방될 때 최대가 된다. 그 후에, 낮은 온도의 냉각재의 호합 때문에 온도차는 더 커진다. 따라서, 열 로버슈트 및 서지 압력이 주기적으로 발생하는 한편, 온도(A)의 증가는 멈춘다. 따라서, 주밸브의 개방 속도가 영으로 된 다음, 냉각재의 유량을 높이기 위하여 밸브가 더 개방된다. 따라서, 온도(B)가 급격히 상승하여 온도(A)와 같은 온도로 된다. 온도(A)와 (B)는함께 상승한다.

제2도에서, 온도(A) 및 (B)의 선으로 경계를 이루고 있는 빗금친 영역은 전술한 문제점의 발생 원인인 에너지의 소비량을 나타낸다. 제6도에 도시된 빗금친 영역으로부터 에너지 보시 측면에서 상당히 진보되고 경제적인 장점을 갖는다는 것을 알 수 있다.

만약 플랜지에 형성된 개구부의 수를 증가시킨다면, 예를 들어 3개의 개구부를 형성할 경우, 에너지 소비량을 더욱 줄어들 것이다. 개구부이 직경은 2.8mm가 바람직하며, 양호하게는 1.8mm 내지 2.8mm 범위내에서 선택될 수 있다.

제7도에는 본 발명의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 제 3 실시예에 따른 냉각 시스템이 있어서, 써모스탯(1')은 상방향으로 향하도록 배치된다. 개구부(17)가 형성된 플랜지(15)는 하우징(8)에 고정된다, 물재킷(4)의 유출구(5)와 라디에이터(11)의 하부 유입구(12a)를 연결하는 제 1 통로(6)가 설치된다. 라디에이터(11)의 상부 유출구(13a)와 써모스탯 캡(16)을 연결하는 제 2 통로(14)가 설치된다. 즉, 냉각 시스템은 X 모양으로 표차하도록 배열된 냉각재 통로를 갖는다.

엔진이 워밍 업되는 동안, 주밸브(3)는 폐쇄되며, 극소량의 냉각재가 라디에이터(11), 제 2 통로(14), 써모스탯 캡(16) 및 개구부(17)를 통해 순환된다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각 시스템에 있어서, 엔진이 워밍 업되는 동안 라디에이터(11)는 유동된 냉각재는 비록 극소량이지만, 물재킷(4)내의 높은 온도의 냉각재는 하부 유입구(12a)로 직접 유입된다. 따라서, 제 1 통로(6)내의 냉각재는 열전도 및 대류에 의해 라디에이터(11)내의 냉각재로 전달된다. 따라서, 열 효율은 전술한 실시예들 보다 더 향상된다. 써모스탯 캡(16)은 엔진의 상부에 배치되므로, 써모스탯을 쉽게 분리할 수 있다.

제8도에는, 써모스탯(1a)이 물재킷의 냉각재 유출 통로에 상방향을 향하도록 배치된 냉각 시스템의 제 4 실시예를 도시한 것이다.

이 냉각 시스템은, 써모스,탯 하우징(8)과 써모스탯 캡(16)을 구비하면서, 물재킷(4)의 상부 유출구(5)와 라디에이터(11)의 상부 유입구(12) 사이에 배치된 제 1 냉각재 통로(6)와, 라디에이터(11)의 하부 유출구(13)의 물재킷(4)의 하부 유입구(10) 사이에 설치되어 물펌프(9)를 통과하는 제 2 냉각재 통로(14)를 포함한다.

바이패스 통로(7)는 바이패스 포트(18)와 제 2 통로(14)의 접속부(J) 사이에 설치된다. 개구부(17)를 구비한 플랜지(15)는 하우징(8)에 고정된다.

주밸브(3)가 폐쇄되어 있을 때, 제 2 통로내의 냉각재 온도를 높이기 위하여 극소량의 냉각재가 개구부(17)를 통해 라디에이터(11)로 순환된다. 주밸브(3)가 개방되어 있을 때, 물재킷(4)내의 저온 냉각재는 냉각재 온도가 높은 라디에이터(11)로 유입되지 않는다.

이러한 본 발명의 제 4 실시예에서는, 전술한 실시예들과 동일한 효과를 발휘하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따라, 주밸브가 개방되는 시점에서, 써모스탯 하우징내의 온도와 제 2 통로내의 온도간의 온도차가 매우 작게되도록 써모스탯 플랜지에는 연통용 객구부가 형성된다. 따라서, 열 오버슈트 및 서지 압력이 방지될 수 있다. 따라서, 실린더 블록 및 실린더 헤드의 균열이 발생되지 않으며, 써모스탯, 라디에이터 및 물펌프의 수명이 연장된다. 본 발명의 냉가 시스템은 엔진내의 완전 연소에 효과적이며, 그에 따라 유해 배기물의 발생을 감소시키고 연료비를 절약할 수 있게 해 준다.

본 발명의 바람직한 특정의 실시예와 관련하여 본 발명을 설명했으나, 이들 설명은 단지 예시를 위한 것이며, 본 발명이 보호받고자하는 권리는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 한정된다.

Claims

물재킷(4)과, 라디에이터(11)와, 물재킷(4)의 유출구(5)와 라디에이터(11)의 유입구(12) 사이에 설치된 제 1 통로(6) 그리고 라디에이터(11)이 유출구(13)와 물재킷(4)의 유입구(10) 사이에 설치된 제 2 통로(14)로 이루어진 냉각재 통로와,상기 제 1 통로(6)와 제 2 통로(14) 사이에 설치된 바이패스(7)와, 시스템내에 냉각재를 순환시키기 위해 상기 제 2 통로(14)에 설치된 물펌프(9)와, 그리고 제 2 통로에 설치된 주밸브(3), 써모스탯용 하우징(8) 및 상기 하우징내에 설치된 써모스탯 지지용 플랜지(15)를 구비한 써모스탯(1)을 포함하는, 자동차 엔진용 냉각 시스템에 있어서, 상기 플랜지(15)는 상기 제 2 통로(14)에 설치되면서, 냉각재를 통과시키기 위해 직경이 1.8 내이 2.8mm 인 적어도 하나 이상이 개구부(147)를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 냉각 시스템.
제1항에 있어서 상기 개구부(17)의 직경은, 냉각재가 바이패스 밸브(12)를 통과함에 따라 냉각재 일부의 온도를 높이도록 냉각재의 일부를 라디에이터(11)를 통해 유동시킬 수 있는 크기로 일루어지는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 냉각 시스템
제1항에 있어서, 상기 플랜지(15)는 제1 통로(6)에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 냉각 시스템.

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