KR100201442B1 - 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콜드스타트시 순환하는 냉각수의 양을 조절하고자 써머스탯의 구조를 개량하여 엔진을 단시간내에 설정된 온도로 상승시키도록 한 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치에 관한 것이다.

냉각수펌프와 라디에이터사이를 연결한 배출라인(10)에 연결되어 콜드스타트시 냉각수를 엔진으로 직접 순환되도록 입구에 경사면(21)이 형성된 바이패스통로(20)와, 배출라인(10)에 일체로 고정되게 내장되어 냉각수가 자유로이 출입하도록 하는 케이스(31)와, 냉각수의 온도에 따라 상부측에 설치된 밸브(33)는 라디에이터로 공급되는 케이스(31)의 냉각수유로(31a)를 개폐되게 하고 하부측은 바이패스통로(20)를 직접 개폐하도록 하단 외주면이 원추형으로 형성되게 경사면(32a)을 형성한 피스톤(32)과, 냉각수의 온도에 따라 팽창되도록 피스톤(32)에 내장되는 왁스(34)와, 피스톤(32)의 상부에 출몰되게 설치하여 그 상단을 케이스(31)의 중앙 상부에 일체로 고정하여 왁스(34)의 팽창시 피스톤(32)을 하강시켜 냉각수유로(31a)를 개방시키는 피스톤봉(35)과, 케이스(31)와 밸브(33)사이에 설치하여 콜드스타트시 피스톤(32)을 탄력있게 상승시켜 냉각수유로(31a)를 차단하고 바이패스통로(20)는 개방하는 코일스프링(36)으로 구성되는 써머스탯(30)과, 냉각수의 온도를 비교판단하는 제어부의 신호를 받아 작동하는 솔레노이드밸브(40)와, 솔레노이드밸브(40)의 작동에 의하여 피스톤(32)내로 전,후 출몰하면서 왁스(34)의 체적을 가변시키도록 솔레노이드밸브(40)에 일체로 조립되는 왁스가압봉(50)으로 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치를 구성하여, 엔진의 온도가 95^oC로 될 때까지 냉각수유로를 차단하고 있다가 그 온도로 도달하게 되면 냉각수유로를 점차적으로 개방하여 순환하는 냉각수에 의한 엔진의 냉각을 방지하므로서 엔진의 가열시간을 단축시킬 수가 있으며, 또한 냉각수유로와 바이패스통로의 개방면적을 조절하여 순환하는 냉각수량의 조절로 엔진의 온도를 설정된 온도로 유지시켜 연소가스의 완전연소로 배기가스의 저감을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 써머스탯의 가변유량조절장치

본 발명은 콜드스타트시 엔진의 신속한 가열을 위하여 냉각수가 라디에이터로 순환되지 않고 다시 엔진으로 회수되도록 유로를 차단하는 써머스탯에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 온도가 낮으면 불완전연소되어 대기오염 및 엔진성능의 저하 원인이 되며, 과열이 되는 경우 화재의 발생과 엔진성능이 저하되는 문제점이 있으므로 엔진의 온도를 설정된 온도로 유지시켜 주지 않으면 안되기 때문에 엔진의 냉각을 위하여 냉각장치를 설치하여야 된다.

즉, 차량의 냉각장치는 엔진의 구동시 실린더헤드와 실린더블럭이 냉각되어 있는 상태에서는 써머스탯을 작동시켜 실린더헤드와 실린더블럭이 설정된 온도로 될 때까지 써머스탯이 라디에이터로 순환되는 냉각수를 차단하는 동시에 블럭순환라인, 헤드순환라인 및 냉각수펌프라인으로 바이패스시켜 순환되게 하고, 각 순환라인을 따라 순환되는 냉각수가 실린더헤드와 실린더블럭의 온도상승으로 설정된 온도이상으로 상승된 경우 써머스탯을 작동시켜 냉각수를 라디에이터로 공급되도록 하며, 라디에이터로 공급된 냉각수는 외부의 공기와 열교환되어 냉각된 뒤 배출라인으로 배출되고, 개방된 써머스탯를 통하여 냉각수펌프라인으로 배출시켜 주므로써, 냉각수펌프에 의하여 각 순환라인을 따라 냉각수를 순환시켜 엔진의 과열을 방지하도록 하였다.

이러한 써머스탯의 구조는 도 2와 같이, 냉각수펌프와 라디에이터 사이를 연결한 배출라인(1)에 연결되어 콜드스타트시 냉각수를 엔진으로 직접 순환되도록 입구에 경사면이 형성된 바이패스통로(2)와, 배출라인(1)에 일체로 고정되게 내장되어 냉각수가 자유로이 출입하도록 하는 케이스(3)와, 냉각수의 온도에 따라 상부측에 설치된 밸브(5)는 라디에이터로 공급되는 케이스(3)의 냉각수유로(3a)를 개폐되게 하고 하부측은 바이패스통로(2)를 직접 개폐하도록 하는 피스톤(4)과, 냉각수의 온도에 따라 팽창되도록 피스톤(4)에 내장되는 왁스(6)와, 피스톤(4)의 상부에 출몰되게 설치하여 그 상단을 케이스(3)의 중앙 상부에 일체로 고정하여 왁스(6)의 팽창시 피스톤(4)을 하강시켜 냉각수유로(3a)를 개방시키는 피스톤봉(7)과, 케이스(3)와 밸브(5)사이에 설치하여 콜드스타트시 피스톤(4)을 탄력있게 상승시켜 냉각수유로(3a)를 차단하고 바이패스통로(2)는 개방하는 코일스프링(8)으로 구성되어 있었다.

이러한 써머스탯의 작동원리는, 콜드스타트시에는 엔진이 냉각되어 있는 상태이므로 신속하게 설정된 온도로 가열시켜야 되는 데, 그 냉각수의 온도를 왁스(6)가 감지하여 팽창되지 않으므로 피스톤(4)에 고정된 밸브(5)는 케이스(3)의 냉각수유로(3a)를 차단시켜 라디에이터로 냉각수가 순환되지 않도록 하고, 이와 동시에 피스톤(4)의 하단은 바이패스통로(2)를 개방시켜 주게 되므로 엔진의 실린더블럭과 실린더헤드를 거쳐 순환하는 냉각수는 직접 바이패스통로(2)를 통하여 다시 실린더블럭으로 공급되어 열손실없이 엔진을 신속하게 가열되게 한다.

그리고 난기운전시에는 피스톤(4)으로 전달되는 냉각수의 온도를 왁스(6)가 감지하여 팽창하게 되므로 그 팽창량만큼 피스톤봉(7)을 가압하게 되나, 피스톤봉(7)의 상단은 케이스(3)에 고정되어 있어 유동되지 못하고 피스톤(4)자체가 피스톤봉(7)의 안내를 받아 수직방향으로 하강하게 되므로 밸브(5)는 케이스(3)의 냉각수유로(3a)를 개방시켜 라디에이터로 냉각수가 순환되게 하여 냉각수를 설정된 온도로 냉각시킨 뒤 다시 엔진측으로 공급되게 하고, 이와 동시에 하강하는 피스톤(4)이 바이패스통로(2)를 차단하게 되므로 고온의 냉각수가 냉각되지 않은 상태에서 다시 직접 엔진측으로 공급되지 않도록 차단하게 되는 것이다.

이때 써머스탯의 왁스(6)는 냉각수의 온도가 82^oC에서 부터 팽창하여 냉각수유로(3a)를 개방시키기 시작하며 95^oC에서는 최대로 팽창하여 밸브(5)의 최대 개방간극이 8mm로 개방하게 된다.

즉, 써머스탯의 작동시 밸브(5)의 최대 개방간극은 8mm로써, 엔진의 냉각수온도가 95^oC에서는 완전히 개방되어 라디에이터로 계속 순환하면서 냉각한 뒤 다시 상술한 과정을 거쳐 엔진의 실린더블럭 및 실린더헤드로 순환하도록 되어 있어 엔진의 온도는 95^oC를 벗어나지 못하게 된다.

그런데 이러한 종래 써머스탯은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 써머스탯의 기본역할은 콜드스타트시 엔진의 신속한 가열을 위하여 라디에이터로 순환하는 냉각수를 차단시켜 다시 엔진측으로 귀한되도록 하는 데 그 목적이 있으나, 왁스(6)가 82^oC에서 부터 팽창하여 냉각수유로(3a)를 개방하기 시작하므로 엔진의 온도가 95^oC로 가열되기 전에 냉각수가 라디에이터로 순환하여 냉각된 상태에서 엔진으로 다시 공급되어 엔진을 냉각시키게 되므로 엔진의 가열시간을 지연시키는 문제점이 있었고,

둘째, 콜드스타트에서 난기운전으로 변화되는 시점은 연소가스의 연소에 필요한 온도가 되도록 엔진의 온도가 95^oC이상으로 상승되었으므로 고부하운전전까지는 냉각수유로(3a)와 바이패스통로(2)의 개방간격을 적절하게 조절하여 일부는 라디에이터로 순환시켜 냉각시키고 나머지 일부는 엔진으로 바이패스시켜 냉각수의 혼합으로 온도를 적절하게 조정하여야 엔진의 온도를 큰 변화없이 95^oC로 유지할 수가 있으나, 바이패스통로(2)를 개방시키는 피스톤(4)은 단순히 냉각수의 온도에 따라 바이패스통로(2)를 개폐시키는 역할만 하도록 되어 있을 뿐 개방간극을 조절하도록 되어 있지 않아 바이패스통로(2)를 완전히 차단하지 않는 한 바이패스통로(2)로 순환되는 냉각수의 양은 일정하면서도 최대의 양이 순환하도록 되어 있어 엔진을 적절하게 냉각시키지 못하여 엔진의 온도가 급상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 콜드스타트시 엔진의 온도가 연소에 필요한 설정된 온도로 상승되기 전까지는 왁스의 팽창력을 조절하여 엔진으로 계속 순환되게 하고, 설정된 온도로 상승된 엔진의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 바이패스통로로 순환하는 일부 냉각수의 양을 조절하도록 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 냉각수펌프와 라디에이터 사이를 연결한 배출라인에 연결되어 콜드스타트시 냉각수를 엔진으로 직접 순환되도록 입구에 경사면이 형성된 바이패스통로와, 배출라인에 일체로 고정되게 내장되어 냉각수가 자유로이 출입하도록 하는 케이스와, 냉각수의 온도에 따라 상부측에 설치된 밸브는 라디에이터로 공급되는 케이스의 냉각수유로를 개폐되게 하고 하부측은 바이패스통로를 직접 개폐하도록 하단 외주면이 원추형으로 형성되게 경사면을 형성한 피스톤과, 냉각수의 온도에 따라 팽창되도록 피스톤에 내장되는 왁스와, 피스톤의 상부에 출몰되게 설치하여 그 상단을 케이스의 중앙 상부에 일체로 고정하여 왁스의 팽창시 피스톤을 하강시켜 냉각수유로를 개방시키는 피스톤봉과, 케이스와 밸브사이에 설치하여 콜드스타트시 피스톤을 탄력있게 상승시켜 냉각수유로를 차단하고 바이패스통로는 개방하는 코일스프링으로 구성되는 써머스탯과, 냉각수의 온도를 비교판단하는 제어부의 신호를 받아 작동하는 솔레노이드밸브와, 솔레노이드밸브의 작동에 의하여 피스톤내로 전,후 출몰하면서 왁스의 체적을 가변시키도록 솔레노이드밸브에 일체로 조립되는 왁스가압봉으로 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치를 구성한 것이 본 발명의 특징이다.

도 1은 본 발명의 구성도

도 2는 종래 써머스탯의 구조도

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 배출라인 20 : 바이패스통로

21 : 경사면 30 : 써머스탯

31 : 케이스 31a : 냉각수유로

32 : 피스톤 32a : 경사면

33 : 밸브 34 : 왁스

35 : 피스톤봉 36 : 코일스프링

40 : 솔레노이드밸브 50 : 왁스가압봉

이하 본 발명을 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치를 나타낸 구조도로서, 부호 10은 냉각수펌프와 라디에이터사이를 연결하는 배출라인이며, 부호 20은 배출라인(10)에 연결되어 콜드스타트시 냉각수를 엔진으로 직접 순환되도록 입구에 경사면(21)이 형성되는 바이패스통로이다.

부호 30은 바이패스통로(20)측에 위치되도록 배출라인(10)에 장착되는 써머스탯으로서, 그 써머스탯(30)은 배출라인(10)에 일체로 고정되게 내장되어 냉각수가 자유로이 출입하도록 하는 케이스(31)와, 냉각수의 온도에 따라 상부측에 설치된 밸브(33)는 라디에이터로 공급되는 케이스(31)의 냉각수유로(31a)를 개폐되게 하고 하부측은 바이패스통로(20)를 직접 개폐하도록 하단 외주면이 원추형으로 형성되게 경사면(32a)을 형성한 피스톤(32)과, 냉각수의 온도에 따라 팽창되도록 피스톤(32)에 내장되는 왁스(34)와, 피스톤의 상부에 출몰되게 설치하여 그 상단을 케이스(31)의 중앙 상부에 일체로 고정하여 왁스(34)의 팽창시 피스톤(32)을 하강시켜 냉각수유로(31a)를 개방시키는 피스톤봉(35)과, 케이스(31)와 밸브(33)사이에 설치하여 콜드스타트시 피스톤(32)을 탄력있게 상승시켜 냉각수유로를 차단하고 바이패스통로(20)는 개방하는 코일스프링(36)으로 구성한다.

부호 40은 냉각수의 온도를 비교판단하는 제어부의 신호를 받아 작동하는 솔레노이드밸브이다.

부호 50은 솔레노이드밸브(40)의 작동에 의하여 피스톤(32)내로 전,후 출몰하면서 왁스(34)의 체적을 가변시키도록 솔레노이드밸브(40)에 일체로 조립되는 왁스가압봉이다.

이와같이 구성된 본 발명의 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

차량의 운전중 정지로 냉각수의 온도가 저하되어 설정된 온도 이하로 냉각되는 경우, 제어부가 냉각수의 온도신호를 받아 설정된 데이타와 비교판단한 뒤 솔레노이드밸브(40)를 작동시켜 왁스가압봉(50)이 후퇴되게 하면 왁스가압봉(50)은 피스톤(32)내에서 빠져나오게 되므로 왁스가압봉(50)이 차지하고 있던 피스톤(32)내의 공간은 왁스(34)의 팽창시 점유할 수 있도록 형성되고, 그 공간의 형성으로 후술하는 바와같이 왁스(34)가 팽창하더라도 공간내로 팽창하게 되므로 피스톤봉(35)에는 왁스(34)의 팽창력이 작용하지 않게 되어 피스톤(32)은 하강하지 않고 밸브(33)가 냉각수유로(31a)를 차단하고 있는 상태로 유지하게 된다.

즉, 피스톤(32)내에 공간의 형성으로 냉각수의 온도가 설정된 온도로 상승되기 전까지는 피스톤(32)이 상승된 상태를 유지하면서 냉각수유로(31a)를 밸브(33)가 차단하게 되고, 이와 동시에 피스톤(32)의 상승유지로 바이패스통로(20)는 완전히 개방된 상태를 유지하게 되므로 콜드스타트시 엔진의 실린더헤드에서 이동되는 냉각수가 바이패스통로(20)를 통하여 엔진의 실린더블럭으로 다시 바이패스되도록 하므로서 엔진의 신속한 가열을 돕도록 준비상태로 유지하게 된다.

이와같이 상술한 준비상태를 유지하고 있다가 콜드스타트시 엔진의 구동으로 냉각수가 바이패스통로(20)로 바이패스되어 엔진의 온도가 상승하여 냉각수의 온도가 82^oC에 도달하게 되면 왁스(34)가 팽창하기 시작하며, 냉각수의 점차적인 온도상승시 왁스(34)도 점차적으로 팽창하게 되면 피스톤(32)내에 형성된 상술한 공간내로 왁스(34)가 진입하게 되고, 엔진의 온도가 연소에 필요한 설정된 온도로의 상승으로 냉각수의 온도가 95^oC로 되면 왁스(34)의 팽창력에 의하여 왁스(34)가 상술한 공간에 완전히 채워지게 되는 동시에 피스톤봉(35)에 접촉하게 된다.

그러나 왁스(34)는 피스톤봉(35)에 접촉할 뿐 피스톤봉(35)에 팽창력이 작용하지 않게 되므로 피스톤(32)이 하강되지 않아 밸브(33)가 냉각수유로(31a)를 개방시키지 못하게 되며, 냉각수유로(31a)를 개방시키지 못하면 라디에이터로 냉각수로 순환시키지 못하게 되므로 엔진을 냉각시키지 못해 과열시키는 원인이 된다.

또한 엔진의 온도가 95^oC로 상승된 뒤 그 온도를 계속적으로 유지하기 위해서는 냉각수의 온도를 적절하게 조정하여야 된다.

따라서 엔진의 과열방지와 설정된 온도의 유지를 위하여 냉각수유로(31a)와 바이패스통로(20)의 개방면적을 조절하여야 되므로 이때에는 제어부가 냉각수의 온도상승과정을 비교판단한 뒤 냉각수의 온도가 95^oC로 될 때 제어부는 솔레노이드밸브(40)를 작동시켜 왁스가압봉(50)을 전진시키게 된다.

이때 제어부는 솔레노이드밸브(40)를 제어하여 왁스가압봉(50)의 전진거리를 조절하게 되며, 이는 왁스가압봉(50)이 점차적으로 전진함에 따라 피스톤(32)내로 삽입되어 차지하는 체적도 점차적으로 커지게 되므로 팽창된 왁스(34)의 체적공간을 점유하게 되며, 왁스(34)의 체적공간손실에 따라 그 왁스의 팽창력은 피스톤봉(35)에 가해지게 되므로 종래와 같은 방법으로 피스톤(32)을 하강시키게 된다.

피스톤(32)의 하강시 냉각수유로(31a)를 차단하고 있던 밸브(33)도 하강하게 되므로 냉각수유로(31a)가 점차적으로 개방되어 냉각수의 통과량을 조절하게 되고, 이와 동시에 피스톤(32)의 하강시 바이패스통로(20)의 경사면(21)과 피스톤(32)의 경사면(32a)사이의 간격이 점차적으로 좁아져 바이패스통로(20)로 바이패스되는 냉각수량이 점차적으로 적어지게 되는 것이다.

따라서 솔레노이드밸브(40)의 제어에 의하여 왁스가압봉(50)의 전진거리를 조절하므로서 냉각수유로(31a)로 순환하는 냉각수량과 바이패스통로(20)로 바이패스되는 냉각수량을 조절하게 되며, 냉각수유로(31a)로 순환하는 냉각수는 라디에이터를 거쳐 냉각된 뒤 엔진의 실린더블럭으로 공급되고, 바이패스통로(20)로 바이패스되는 냉각수도 실린더블럭으로 공급되므로 냉각된 냉각수와 바이패스되는 냉각수의 혼합으로 냉각수의 온도를 적절하게 유지하여 엔진의 온도가 95^oC이하로 저하되지 않도록 유지할 수가 있는 것이다.

그리고 엔진의 정지시 시간의 경과에 따라 냉각수의 온도가 저하되면 제어부가 그 온도신호를 받아서 솔레노이드밸브(40)를 작동시켜 왁스가압봉(50)이 후퇴되게 하므로서 콜드스타트시의 구동을 위하여 준비상태로 전환시키게 되는 것이다.

이와같이 본 발명은 엔진의 온도가 95^oC로 될 때까지 냉각수유로를 차단하고 있다가 그 온도로 도달하게 되면 냉각수유로를 점차적으로 개방하여 순환하는 냉각수에 의한 엔진의 냉각을 방지하므로서 엔진의 가열시간을 단축시킬 수가 있으며, 또한 냉각수유로와 바이패스통로의 개방면적을 조절하여 순환하는 냉각수량의 조절로 엔진의 온도를 설정된 온도로 유지시켜 연소가스의 완전연소로 배기가스의 저감을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 냉각수펌프와 라디에이터사이를 연결한 배출라인에 연결되어 콜드스타트시 냉각수를 엔진으로 직접 순환되도록 입구에 경사면이 형성된 바이패스통로와,

   배출라인에 일체로 고정되게 내장되어 냉각수가 자유로이 출입하도록 하는 케이스와, 냉각수의 온도에 따라 상부측에 설치된 밸브는 라디에이터로 공급되는 케이스의 냉각수유로를 개폐되게 하고 하부측은 바이패스통로를 직접 개폐하도록 하단 외주면이 원추형으로 형성되게 경사면을 형성한 피스톤과, 냉각수의 온도에 따라 팽창되도록 피스톤에 내장되는 왁스와, 피스톤의 상부에 출몰되게 설치하여 그 상단을 케이스의 중앙 상부에 일체로 고정하여 왁스의 팽창시 피스톤을 하강시켜 냉각수유로를 개방시키는 피스톤봉과, 케이스와 밸브사이에 설치하여 콜드스타트시 피스톤을 탄력있게 상승시켜 냉각수유로를 차단하고 바이패스통로는 개방하는 코일스프링으로 구성되는 써머스탯과, 냉각수의 온도를 비교판단하는 제어부의 신호를 받아 작동하는 솔레노이드밸브와, 솔레노이드밸브의 작동에 의하여 피스톤내로 전,후 출몰하면서 왁스의 체적을 가변시키도록 솔레노이드밸브에 일체로 조립되는 왁스가압봉으로 구성한 것을 특징으로 하는 차량용 써머스탯의 가변유량조절장치.