KR100375766B1 - 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 냉각수의 흐름을 개폐하는 밸브를 지지하는 스프링 탄성력이 개변량에 선형적으로 비례하지 아니하고 개변량의 증가에 비해 그 증가비율이 감소되도록 하므로써 왁스체에 작용하는 내압을 낮추어 수명을 증대시킬 수 있는 구조의 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯에 관한 것으로,

냉각수의 흐름을 개폐하는 밸브와;

상기 밸브와 한 몸체를 형성하는 펠릿과;

상기 펠릿 속에 냉각수온에 의해 팽창 및 수축하도록 수용된 왁스체와;

상기 왁스체의 팽창시 펠릿을 밀어내어 밸브가 개방되도록 지지하는 스핀들과;

상기 펠릿의 외주를 감싸지지하는 하부케이스에 일단을 고정하고, 그의 타단은 펠릿의 하부외주를 코일상으로 권회한 후 펠릿의 하부면에 고정하되, 왁스체가 팽창하여 밸브가 열리게 되면 인장되면서 내부에 탄성력을 축적함과 동시에 내부에 축적되는 탄성력의 일부를 상기 밸브와 펠릿의 회전력에 소모하는 회전스프링과;

상기한 펠릿의 외주연에 나선형으로 돌출형성되는 돌기부와;

펠릿의 외주에 형성된 돌기부와 계합되어 펠릿의 상하이동시 회전이동을 유도하도록 하부케이스의 내주연에 형성된 안내홈; 을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하며,

상기한 펠릿의 외주연에 형성되는 나선형의 돌기부는 밸브가 전개되었을 때펠릿이 80~100°의 범위에서 회전된 위치를 가지돌고 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 냉각수 개폐용 서모스탯{Thermostat}

본 발명은 엔진을 냉각하는 냉각수의 흐름을 개폐하는 서모스탯에 관한 것이다.

엔진 시동후에는 신속하게 냉각수를 적정 온도(약 80℃전후)까지 높이고, 또한 장시간의 내리막길 등에서는 과냉을 방지할 필요가 있으며, 이때문에 도 6에 도시하는 것과 같이 서머스탯(1)을 장치하고 있다.

서모스탯(1)은 수온에 따라 자동적으로 작동하는 밸브로서 실린더 헤드의 라디에이터 수로 출구에 설치한다.

이에따라 냉각수의 온도가 낮을 때는 밸브(2)가 닫혀 냉각수가 라디에이터를 거치지 아니하고 즉시 워터펌프를 통해 엔진을 순환하도록 하여 워터재킷 내의 수온을 상승시키게 되며, 냉각수온이 일정 이상으로 상승하면 밸브(2)는 서서히 열리고, 냉각수가 라디에이터로 흘러 냉각수의 수온을 낮추게 된다.

이 서모스탯(1)은 냉각수온 온도 감지부인 왁스체(3)와, 그 왁스체(3)의 팽창에 의해 움직이는 밸브(2), 밸브(2)의 리턴 작동 및 밸브의 초기 개변시 냉각수 온도 이외에 밸브 전후의 압력차 등에 의해 밸브가 개변되는 현상이 일어나지 않도록 초기 힘을 작용하는 역할을 하는 스프링(4)을 포함하여 구성되므로써 왁스체의 열팽창에 의해 밸브개폐가 일어나게 되어 있다.

그러나 상기한 종래 구조에 의하면 밸브(2)를 탄발 지지하는 스프링(4)이 밸브 (2)의 초기 개변전에도 일정한 힘으로 밸브(2)에 힘을 가해 열리지 않도록 설계되어 있기 때문에 밸브(2)가 열리기 시작하게 되면 왁스체(3)에는 밸브(2)의 개변량, 즉 스프링 (4)의 압축 변위량에 비례하는 힘이 초기에 부여된 스프링 장력에 더하여 작용하게 된다.

이를 좀 더 상술하면 밸브(2)의 초기 개변이 냉각 수온 이외의 밸브(2) 전후의 압력차에 의해 발생하게 되면, 라디에이터로 흐르는 냉각수가 존재하게 되고 이 때문에 엔진의 웜업 시간이 길어져 배기가스 배출량이 증대되므로써 환경 규제 요건을 위반하는 현상이 일어나게 되는바, 이와같은 현상이 발생하지 않도록 초기 압력차에 의해서 밸브 (2)가 열리지 않도록 스프링(4)의 탄성력을 가능한 크게 설계하게 된 것이다.

또 밸브(2)의 열림량에 비례하여 압축되는 스프링(4) 내부에 축적되는 탄성력도 선형적으로 비례하여 커짐에 따라 왁스체(3)에 작용하는 내압이 커지고, 이는 곧바로 서모스탯(1)의 수명을 단축시키는 주요인으로 작용하고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 냉각수의 흐름을 개폐하는 밸브를 지지하는 스프링 탄성력이 개변량에 선형적으로 비례하지 아니하고 개변량의 증가에 비해 그 증가비율이 감소되도록 하므로써 왁스체에 작용하는 내압을 낮추어 수명을 증대시킬 수 있는 구조의 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

냉각수의 흐름을 개폐하는 밸브와;

상기 밸브와 한 몸체를 형성하는 펠릿과;

상기 펠릿 속에 냉각수온에 의해 팽창 및 수축하도록 수용된 왁스체와;

상기 왁스체의 팽창시 펠릿을 밀어내어 밸브가 개방되도록 지지하는 스핀들과;

상기 펠릿의 외주를 감싸지지하는 하부케이스에 일단을 고정하고, 그의 타단은 펠릿의 하부외주를 코일상으로 권회한 후 펠릿의 하부면에 고정하되, 왁스체가 팽창하여 밸브가 열리게 되면 인장되면서 내부에 탄성력을 축적함과 동시에 내부에 축적되는 탄성력의 일부를 상기 밸브와 펠릿의 회전력에 소모하는 회전스프링과;

상기한 펠릿의 외주연에 나선형으로 돌출형성되는 돌기부와;

펠릿의 외주에 형성된 돌기부와 계합되어 펠릿의 상하이동시 회전이동을 유도하도록 하부케이스의 내주연에 형성된 안내홈; 을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하며,

상기한 펠릿의 외주연에 형성되는 나선형의 돌기부는 밸브가 전개되었을 때 펠릿이 80~100°의 범위에서 회전된 위치를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯의 밸브 폐쇄 상태를 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 의한 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯의 밸브 개방 상태를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 서모스탯의 주요부인 펠릿과 하부케이스의 계합상태를 보인 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 밸브 개변량과 회전식 스프링의 내부 탄성력 증가 관계를 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명에 의한 밸브개폐량과 밸브 회전각의 관계를 나타내는 도면.

도 6은 종래 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 밸브 12 : 왁스체를 내장한 펠릿

13 : 스핀들 14 : 상부케이스

15 : 하부케이스 16 : 밸브시트

17 : 회전 스프링 18 : 돌기부

19 : 안내홈

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯의 밸브 개폐 상태를 나타내는 도면이며, 도 2는 동상 서모스탯의 밸브 개폐 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 서모스탯의 주요부인 펠릿과 하부케이스의 계합상태를 보인사시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 밸브 개변량과 회전식 스프링의 내부 탄성력 증가 관계를 나타내는 그래프이며, 도 4는 본 발명에 의한 밸브 개변량과 밸브의 회전각의 관계를 나타내는 그래프이다.

도면에 있어 부호 11 내지 부호 15는 각기 밸브(11), 왁스체를 내부에 수용한 펠릿(12), 왁스체의 팽창에 대항하여 펠릿(12)을 지지하는 스핀들(13), 상부케이스(14) 및 하부케이스(15)이다.

이들 구성들은 종래와 동일하므로 그 기능 및 작동에 대한 중복된 설명은 생략한다.

상기한 펠릿(12)의 외주연에는 나선형으로 돌기부(18)가 돌출되도록 형성하는데, 이 돌기부(18)는 펠릿(12) 내에 충진된 왁스체가 팽창하면서 펠릿(12)이 하부로 이동하게 될 때 다음에 설명하는 안내홈(19)과 함께 펠릿(12)이 회전되도록 하는 궤도(trajectory)를 형성한다.

이를 위해 펠릿(12)이 축방향으로 이동하는 것을 허용토록 그의 외주를 감싸 지지하는 상기 하부케이스(15)의 내주연에는 펠릿(12)의 돌기부(18)와 계합되기 위한 안내홈(19)을 형성하게 되는데, 상기 안내홈(19)은 돌기부(18)의 원활한 나선회전이동 안내를 위해 동일 경사를 가지도록 형성되어 있다.

그리고 밸브(11) 양쪽에 작용하는 압력차에 의해 밸브(11)가 개변되는 것을 방지하기 위하여 밸브(11)로 하여금 밸브시트(16)에 밀착하도록 초기 장력을 부여하는 스프링으로는 회전스프링(17)을 사용한다. 상기 회전스프링(17)은 밸브(11) 개변량에 따른 회전각을 가지도록 회전스프링(17)의 일단(17a)은 상기한 하부케이스(15)의 외주면에 고정하고, 타단(17b)은 상기 펠릿(12)의 하부외주를 코일상으로 권회한 후 펠릿(12)의 하부면에 고정한다.

상기한 회전스프링(17)은 초기 압력차를 극복하여 밸브(11)가 냉각수의 온도 조건 이외의 상황에서는 열리지 않도록 밸브시트(16)쪽으로 미는 힘을 작용하도록 초기 장력이 설정되어 있다.

이하 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

엔진이 구동되어 냉각수의 온도가 정상 온도보다 낮은 때에는 펠릿(12)내의 왁스체가 팽창하지 아니하므로 밸브(11)는 회전스프링(17)의 초기 장력에 의해 밸브시트(16)에 밀착하여 라디에이터측으로 냉각수의 흐름이 일어나는 것을 차단하게 되므로서 냉각수는 워터펌프측으로 순환하게 된다.

그러다가 냉각수온이 정상치에 이르면 왁스체가 팽창을 일으켜 펠릿(12)이 후퇴(도시된 상태에서는 하강)하게되며, 이에따라 밸브(11)가 밸브시트(16)로부터 떨어지게 되므로써 냉각수는 개방된 밸브(11)를 통하여 라디에이터측으로 순환한다.

이때 펠릿(12)은 외주에 나선형으로 형성된 돌기부(18) 및 이와 계합된 안내홈(19)에 의해 미리 설정된 궤도를 따라 회전하면서 하강하게 된다. 이에 따라 펠릿(12)의 하강길이에 비례하는 만큼 회전스프링(17)은 인장이 되어 스프링에 탄성력이 축적되어지게 되지만 펠릿(12)의 회전변위량(각도) 만큼 회전스프링(17)도 함께 회전하여 내부에 축적된 탄성력의 일부를 방출하게 되므로 펠릿(12) 내부의 왁스체에 가해지는 힘이 감소하게 된다.

즉, 이는 펠릿(12)의 회전변위량의 증가와 더불어 소모되는 힘도 증가되므로서 도 4에 나타낸 것과 같이 밸브개변량과 스프링 탄성력(힘)이 정비례하지 않고 스프링 탄성력의 증가율이 점차 낮아져 예를들면 밸브(11)의 개변량을 A라 할때 종래 스프링 방식의 경우보다 F만큼 스프링 내부에 축적된 힘이 낮아지게 되어 왁스체에 걸리는 내압이 그만큼 경감되는 것이다.

그리고 도 5에 도시하는 것과 같이 밸브(11)의 개변량(하강된 변위량)이 증가하면 밸브(11)의 회전각도 점차 증가되므로써 그만큼 회전 스프링의 내부 탄성에너지를 밸브 회전에 소모하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 밸브의 개변시 개변량에 따라 밸브를 회전시키게 되는 회전 스프링을 사용하는 것에 의해 밸브의 초기 개변전의 회전스프링의 초기 장력은 밸브 전후에 작용하는 압력차에 의해서 열리지 않을 정도로 유지하면서 밸브 개변시 스프링 내부에 축적되는 탄성력의 일부를 밸브와 펠릿의 회전력에 소모토록 하므로서 스프링에 의해 왁스체에 작용하는 내부압을 감소시킬 수 있어 서모스탯의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 냉각수의 흐름을 개폐하는 밸브(11)와;

   상기 밸브(11)와 한 몸체를 형성하는 펠릿(12)과;

   상기 펠릿(12) 속에 냉각수온에 의해 팽창 및 수축하도록 수용된 왁스체와;

   상기 왁스체의 팽창시 펠릿(12)을 밀어내어 밸브(11)가 개방되도록 지지하는 스핀들(13)과;

   상기 펠릿(12)의 외주를 감싸 지지하는 하부케이스(15)의 외주면에 일단 (17a)을 고정하고, 그의 타단(17b)은 펠릿(12)의 하부외주를 코일상으로 권회한 후 펠릿(12)의 하부면에 고정하되, 왁스체가 팽창하여 밸브(11)가 열리게 되면 인장되면서 내부에 탄성력을 축적함과 동시에 내부에 축적되는 탄성력의 일부를 상기 펠릿(12)의 회전력에 소모하여 방출하는 회전스프링(17)과;

   상기한 펠릿(12)의 외주연에 나선형으로 돌출형성되는 돌기부(18)와;

   펠릿(12)의 외주에 형성된 돌기부(18)와 계합되어 펠릿(11)의 상하이동시 회전을 유도하도록 하부케이스(15)의 내주연에 형성된 안내홈(19); 을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 펠릿(12)의 외주연에 형성되는 나선형의 돌기부(19)는 밸브(11)가 전개되었을 때 펠릿(12)이 80~100°의 범위에서 회전된 위치를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 개폐용 서모스탯.