KR100376698B1

KR100376698B1 - 전자석을 이용한 서모스탯 및 제어방법

Info

Publication number: KR100376698B1
Application number: KR10-2000-0056139A
Authority: KR
Inventors: 김윤석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2003-03-17
Also published as: KR20020024404A

Abstract

서모스탯의 정밀한 제어가 가능하고, 유해 배기가스를 저감시킬 목적으로,

케이스의 둘레방향으로 코일을 장착하고, 케이스 내부에 탄성수단 및 밸브체를 장착하며, 상기 밸브체 반대측 케이스 일단에는 필터를 장착함으로써 상기 코일에 공급되는 전류에 의해 개폐 작동하는 서모스탯을 제공하고,

서모스탯을 작동함으로서 유로를 차단한 후, 냉각수온이 설정된 제1수온 이상인 경우에는 서모스탯을 개방하고, 냉각수온이 상기 제1수온 이상이 아닌 경우에는 냉각수온이 설정된 제2수온 이상인지 판단하여, 상기 제2수온 이상인 경우에는 시동 후 설정시간이 경과하였는지 판단하고 상기 설정시간을 경과한 경우에는 서모스탯을 개방하며, 시동 후 상기 설정시간을 경과하지 않은 경우에는 배기온도가 설정온도 이상인지 판단하여 상기 설정온도 이상인 경우에는 서모스탯을 개방하는 서모스탯 제어방법을 제공한다.

Description

전자석을 이용한 서모스탯 및 제어방법{AN ELECTRICALLY OPERATED THERMOSTAT AND A METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

본 발명은 전자석을 이용한 서모스탯 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는,

내부에 길이방향으로 관통되는 공간부가 형성되는 케이스; 상기 케이스의 둘레방향으로 장착되는 코일; 상기 케이스 내부에 장착되어 길이방향으로 탄성력을작용하는 탄성수단; 상기 탄성수단에 의해 탄지되고, 상기 내주면을 따라 상기 코일의 전류 작동에 의해 길이방향으로 슬라이딩 작동하는 밸브체;를 포함하고, 상기 케이스의 밸브체 반대측 단에는, 냉각수에 포함된 이물질을 걸러내도록 필터가 장착되는 전자석을 이용한 서모스탯과,

서모스탯을 작동함으로서 유로를 차단한 후, 냉각수온이 설정된 제1수온 이상인지 판단하여, 제1수온 이상인 것으로 판단된 경우에는 서모스탯을 개방하고, 냉각수온이 설정된 제1수온 이상이 아닌 것으로 판단된 경우에는 냉각수온이 설정된 제2수온 이상인지 판단하여, 상기 제2수온 이상인 경우에는 시동 후 설정시간이 경과하였는지 판단하고 상기 설정시간을 경과한 경우에는 서모스탯을 개방하며, 시동 후 상기 설정시간을 경과하지 않은 것으로 판단된 경우에는 배기온도가 설정온도 이상인지 판단하여 상기 설정온도 이상인 경우에는 서모스탯을 개방하는 서모스탯 제어방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 서모스탯(thermostat)은 실린더 블록 내 냉각수의 라디에이터로의 공급을 냉각수의 온도에 따라 제어하는 장치이다.

냉각수의 온도가 차가운 경우에는 라디에이터로 냉각수가 공급되지 않도록 하여 엔진이 빠른 시간 내에 정상 작동 온도로 상승하도록 하고, 엔진이 정상 온도에 도달한 경우에는 냉각수가 라디에이터로 공급될 수 있도록 개방하여 엔진을 냉각하도록 한다.

종래 기술에 의한 서모스탯은, 밸브체 내에 왁스를 포함하고, 상기 밸브체는 스프링에 의해 탄성력이 가해지는 구조로서, 상기 서모스탯의 온도가 낮은 경우에는 상기 스프링에 의해 밸브가 닫히고, 온도가 높은 경우에는 상기 왁스의 부피가 증가하면서 상기 밸브가 열리게 되는 것이다.

그런데, 엔진의 냉간시에는 배기 시스템에 포함된 촉매장치가 활성화되지 못함으로써 배기가스 중에 포함된 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 유해가스가 증가된다. 상기 촉매장치는 활성화되기 위해서는 배기가스의 온도가 소정 온도 이상이 되어야 하나, 종래의 서모스탯은 배기가스의 온도와는 무관하게 냉각수의 온도만에 의해 작동됨으로써 냉간시의 시동에 의한 배기가스 저감을 위해서는 개선할 필요성이 있었다.

또한 종래 기술에 의한 서모스탯에서, 밸브 작동시기는 상기 서모스탯에 포함된 왁스의 종류 및 양에 의해 결정되는 것이나, 제작상의 공차로 인해 작동 온도가 균일하지 않게 되는 가능성이 있었으며, 서모스탯이 노후한 경우 밸브가 항상 닫힘 상태가 되어 엔진이 과열되는 현상이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 전자석을 이용하여 ECU에서 제어할 수 있는 서모스탯 및 상기 서모스탯의 제어방법을 구현하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자석을 이용한 서모스탯의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브체의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예의 서모스탯의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 서모스탯이 사용되는 사용례를 나타내는 개념도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 서모스탯의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 전자석을 이용한 서모스탯은, 내부에 길이방향으로 관통되는 공간부가 형성되는 케이스; 상기 케이스의 둘레방향으로 장착되는 코일; 상기 케이스 내부에 장착되어 길이방향으로 탄성력을 작용하는 탄성수단; 상기 탄성수단에 의해 탄지되고, 상기 내주면을 따라 상기 코일의 전류 작동에 의해 길이방향으로 슬라이딩 작동하는 밸브체;를 포함한다.

상기 케이스의 밸브체 반대측 단에는, 냉각수에 포함된 이물질을 걸러내도록 필터가 장착된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전자석을 이용한 서모스탯 제어방법은,

전류 공급에 따라 개폐 작동하는 전자석을 이용한 서모스탯, 상기 서모스탯에 공급되는 전류를 제어하는 ECU, 상기 냉각수온을 측정하고 측정된 냉각수온을 상기 ECU에 제공하는 냉각수온센서, 엔진의 시동 여부를 검출하여 상기 ECU에 제공하는 엔진 회전 검출센서 및 배기가스 온도를 측정하여 상기 측정 배기온도를 상기 ECU에 제공하는 배기온도센서를 포함하는 서모스탯 제어 시스템에서,

서모스탯을 작동함으로서 유로를 차단한 후, 냉각수온이 설정된 제1수온 이상인지 판단하여, 제1수온 이상인 것으로 판단된 경우에는 서모스탯을 개방한다.

냉각수온이 설정된 제1수온 이상이 아닌 것으로 판단된 경우에는 냉각수온이 설정된 제2수온 이상인지 판단하여, 상기 제2수온 이상인 경우에는 시동 후 설정시간이 경과하였는지 판단하고 상기 설정시간을 경과한 경우에는 서모스탯을 개방한다.

시동 후 상기 설정시간을 경과하지 않은 것으로 판단된 경우에는 배기온도가 설정온도 이상인지 판단하여 상기 설정온도 이상인 경우에는 서모스탯을 개방한다

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 서모스탯(100)은, 내부에 길이방향으로 관통되는 공간부(105)가 형성되는 케이스(110); 상기 케이스(110)의 둘레방향으로 장착되는 코일(120); 상기 케이스(110) 내부에 장착되어 길이방향으로 탄성력을 작용하는 탄성수단(130); 상기 탄성수단(130)에 의해 탄지되고, 상기 케이스(110)의 내주면(140)을 따라 상기 코일의 전류 작동에 의해 길이방향으로 슬라이딩 작동하는 밸브체(150);를 포함한다.

상기 케이스(110)는 임의의 형상으로 할 수 있으며, 일예로는 원형 파이프의 형상으로 할 수 있다. 상기 케이스(110) 내에 형성되는 공간부(105) 역시 임의의 형상으로 할 수 있으며, 일예로는 원형으로 할 수 있다.

상기 탄성수단(130)은, 길이방향으로 탄성력을 작용하는 임의의 수단으로 할 수 있으며, 일예로는 코일 스프링으로 할 수 있다.

상기 케이스 내주면(140)에는, 상기 탄성수단(130)을 지지하는 상부 리테이너(160)가 형성되고, 상기 케이스의 일단에는 상기 밸브체(150)가 상기 케이스(110) 외부로 이탈되지 않도록 지지하는 하부 리테이너(170)가 형성된다.

상기 하부 리테이너(170)는 냉각수가 유통되도록 관통홀(185)을 형성한다.

상기 케이스(110) 둘레방향으로 상기 코일(120)이 장착될 때에는 상기 케이스(110)의 내주면과 외주면 사이에 삽입 장착하는 것이 바람직하다.

상기 케이스(110)에는 상기 코일(120)과 연결되어 전원을 공급하는 커넥터부(180)가 형성된다. 상기 커넥터부(180)는 ECU(Electronic Control Unit;미도시)와 연결되어 상기 ECU로부터 전류 공급이 제어되어 작동된다.

상기 코일(120)에 전류가 흐를 때 상기 밸브체(150)가 슬라이딩 작동되도록, 상기 밸브체(150)는 자성체로 만들어지며, 특히, 자기장에 강한 인력을 작용하는 강자성체로 하는 것이 바람직하다. 상기 케이스(110)는 상기 밸브체(150)와의 자기적 상호작용을 배제할 수 있도록 비자성체로 하는 것이 바람직하다.

상기 케이스 내부에 탄성수단(130)과 밸브체(150)가 장착될 때에는 상기 탄성수단(130)은 상기 상부 리테이너(160)에 일단이 장착되고, 상기 탄성수단(130)의 타단은 상기 밸브체(150)에 연결되며, 상기 밸브체(150)는 상기 케이스(110) 외측으로 상기 탄성수단(130)의 탄성력을 받아 상기 하부 리테이너(170)에 밀착된다.

상기 케이스의 밸브체 반대측 단에는, 냉각수에 포함된 이물질을 걸러내도록 필터를 장착하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 밸브체(150)의 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밸브체(150)는, 탄성수단(130)에 의해 탄지되는 상부 플레이트(210); 상기 관통홀(185)과 끼워 맞춰지는 형상의 하부 플레이트(220); 상기 상부 플레이트(210) 및 상기 하부 플레이트(220)를 연결하는 기주부(230); 를 포함한다.

상기 상부 플레이트(210)에는 냉각수가 유통되도록, 상기 상부 플레이트(210) 외측으로부터 중심 쪽으로 형성된 지지대(250)에 의하여 하나 이상의 관통구(240)가 형성된다.

또한 상기 상부 플레이트(210)의 외주측 상부에는 탄성수단(130)에 탄지되어 탄성력을 받는 탄지부(260)가 형성되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명의 일 실시예의 서모스탯(100)의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 커넥터부(180)를 통하여 전류가 공급되면, 상기 코일(120)은 자기장을 형성하게 되고, 상기 자기장에 의하여 상기 밸브체(150)는 상기 탄성수단(130)의 탄성력을 극복하고 상승 작동하게 된다.

상기 상승 작동은, 상기 밸브체(150)의 하부 플레이트(220)가 상기 케이스(110)에 형성된 관통홀(185)에 끼워 맞춰질 때까지 상승 작동한다.

상기 끼워 맞춤은, 상기 하부 플레이트(220)의 외주면 및 상기 하부 리테이너(170)의 내주면을 테이퍼(taper)처리함으로써 할 수 있다.

상기 밸브체(150)가 상승 작동한 경우에는 밸브체의 상기 하부 플레이트(220)가 하부 리테이너(170)에 의해 형성된 관통홀(185)에 끼워 맞춰짐으로써 상기 관통홀(185)이 닫히게 되어 냉각수의 유통이 차단되게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 서모스탯(100)이 사용되는 사용례를 나타내는 개념도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 서모스탯(100)은 상기 연결부(180)를 통해 ECU(410)로 연결되고, 상기 ECU(410)은 서모스탯(100)을 제어하기 위하여 엔진 센서로부터 데이터를 입력받는다. 상기 엔진 센서는 임의의 센서를 포함할 수 있으나, 일예로는 냉각수온을 측정하는 냉각수온센서(420), 엔진의 회전을 검출하는 엔진 회전수 검출센서(430) 및 배기가스의 온도를 측정하는 배기온도센서(440)로 할 수 있다.

상기 냉각수온센서(420)는 통상적인 위치에 설치될 수 있으며, 상기 엔진 회전수 검출센서(430)는 크랭크각 센서(crank angle sensor), TDC센서(Top Dead Center sensor) 기타 엔진의 회전을 검출할 수 있는 임의의 센서로 할 수 있다.

상기 배기온도센서(440)는 기체의 온도를 측정하는 임의의 센서가 사용될 수 있으며, 엔진에서 촉매장치로 연결되는 배기 통로 중의 임의의 위치에 장착할 수 있으나, 상기 촉매장치 또는 촉매장치에 연결된 배기 파이프의 촉매장치 측단에 설치되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 서모스탯(100)의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

서모스탯의 제어가 시작되면 먼저, 엔진의 회전을 검출함으로써 엔진의 시동 여부를 판단한다(S510).

상기 제어의 시작은 엔진의 시동키(미도시)를 온(ON)시킴으로써 상기 ECU에 전류 공급이 시작되면 제어가 시작된다.

상기 엔진 회전 검출은 상기 엔진 회전 검출센서(430)로부터 엔진의 회전 신호를 상기 ECU가 입력받음으로써 엔진의 회전 여부를 검출할 수 있다.

엔진의 회전이 검출되어 엔진이 시동된 것으로 판단된 경우에는 상기 ECU는 시동시각을 저장하고, 서모스탯(100)을 작동한다(S520).

상기 서모스탯(100)이 작동함으로써 상기 서모스탯(100)은 냉각수의 유통을 차단하고 엔진 속의 냉각수는 라디에이터로 공급되지 않아 열을 빨리 비축할 수 있게 된다.

서모스탯(100)을 작동한 ECU는 냉각수온을 입력받고, 상기 냉각수온이 설정된 제1수온(T_high) 이상인가 판단한다(S530).

상기 설정된 제1수온(T_high)은 엔진이 정상적인 구동 상태로 구동되는 임의의 온도로 설정될 수 있으며, 일예로는 96℃로 설정될 수 있다.

상기 제1수온 이상 여부 판단단계(S530)에서 냉각수온이 제1수온 이상인 것으로 판단된 경우에는 서모스탯 개방단계(S570)로 진행한다.

서모스탯 개방단계(S570)는 서모스탯(100) 내의 코일(120)에 공급되는 전류를 차단하여 서모스탯(100)의 작동을 중지함으로써, 서모스탯(100)의 밸브체(150)에 의해 닫혔던 관통홀(185)이 개방되어 냉각수가 유통되도록 한다.

상기 제1수온 이상 여부 판단단계(S530)에서 냉각수온이 제1수온 이상이 아닌 것으로 판단된 경우에는, 상기 냉각수온이 설정된 제2수온(T_medium) 이상인가 판단한다(S540)

상기 설정된 제2수온은, 엔진이 과냉각 상태를 벗어난 것으로 인정할 수 있는 임의의 온도로 설정될 수 있으며, 일예로는 41℃로 설정될 수 있다.

상기 제2수온 이상 여부 판단단계(S540)에서 냉각수온이 상기 제2수온 이상이 아닌 것으로 판단된 경우에는, 상기 제1수온 이상 여부 판단단계(S530)로 진행한다.

상기 제2수온 이상 여부 판단단계(S540)에서 냉각수온이 상기 제2수온 이상인 것으로 판단된 경우에는, 엔진 시동후에 설정시간이 경과하였는지 판단한다(S550).

상기 설정시간은, 엔진이 과냉각 상태에서 예열되는 경우라도 예열에 충분하다고 인정되는 임의의 시간으로 설정할 수 있으며, 일예로는 12분으로 설정될 수 있다.

상기 시간경과 판단단계(S550)에서 설정시간을 경과한 것으로 판단된 경우에는 상기 서모스탯 개방단계(S570)로 진행한다.

상기 시간경과 판단단계(S550)에서 설정시간을 경과하지 아니한 것으로 판단된 경우에는 배기가스의 배기온도를 입력받고, 상기 배기온도가 설정온도 이상인가 판단한다(S560).

상기 설정온도는 촉매장치가 활성화된 것으로 판단할 수 있는 임의의 온도로 설정될 수 있으며, 일예로는 450℃로 설정될 수 있다.

상기 배기온도 판단단계(S560)에서 배기온도가 상기 설정온도 이상인 것으로 판단된 경우에는 상기 서모스탯 개방단계(S570)로 진행하고, 상기 설정온도 이상이 아닌 것으로 판단된 경우에는 상기 제2수온 이상 여부 판단단계(S530)로 진행한다.

이상으로 본 발명의 전자석을 이용한 서모스탯 및 제어방법에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 전자석을 이용하여 개폐 작동하는 서모스탯을 구현함으로써, 엔진의 냉각수온 기타 엔진의 구동 상황에 따라 ECU에서 상기 서모스탯을 작동 제어할 수 있도록 함으로써, 냉각수온의 정밀한 제어가 가능하게 된다.

또한 초기 시동 때 냉각수온을 빠르게 상승할 수 있도록 함으로써 촉매장치의 조기 활성화를 꾀할 수 있으며, 냉각수온을 기초로 상기 서모스탯을 제어하되 시동 후 경과시간을 고려함으로써 서모스탯의 고장에 따른 냉각수온의 과열현상을 막을 수 있다.

또한 촉매장치가 활성화되는 엔진의 배기가스 온도를 고려함으로써 배기가스를 저감시키도록 제어가 가능하게 되는 장점이 있다.

또한 본 발명의 실시예에 의하면 필터를 용이하게 장착함으로써 냉각수에 포함된 이물질을 걸러줄 수 있는 장점이 있다.

Claims

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내부에 길이방향으로 관통되는 공간부가 형성되는 케이스;

상기 케이스의 둘레방향으로 장착되는 코일;

상기 케이스 내부에 장착되어 길이방향으로 탄성력을 작용하는 탄성수단; 및

상기 탄성수단에 의해 탄지되고, 상기 내주면을 따라 상기 코일의 전류 작동에 의해 길이방향으로 슬라이딩 작동하는 밸브체를 포함하되,

상기 케이스 내주면에는, 상기 탄성수단을 지지하는 상부 리테이너가 형성되고, 상기 케이스의 일단에는 상기 밸브체가 상기 케이스 외부로 이탈되지 않도록 지지하는 하부 리테이너가 형성되고,

상기 케이스는 비자성체이고, 상기 밸브체는 강자성체인 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 서모스탯.
제3항에서,

상기 코일은 상기 케이스의 내주면과 외주면 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 서모스탯.
제3항에서,

상기 하부 리테이너는 냉각수가 유통되도록 관통홀을 형성하고,

상기 밸브체는,

상기 탄성수단에 의해 탄지되며 냉각수가 유통되도록 하나 이상의 관통구가 형성된 상부 플레이트;

상기 관통홀과 끼워 맞춰지는 형상의 하부 플레이트;

상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트를 연결하는 기주부;

를 포함하는 전자석을 이용한 서모스탯.
제3항 또는 제4항에서,

상기 케이스의 밸브체 반대측 단에는,

냉각수에 포함된 이물질을 걸러내도록 필터가 장착된 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 서모스탯.
전류 공급에 따라 개폐 작동하는 전자석을 이용한 서모스탯, 상기 서모스탯에 공급되는 전류를 제어하는 ECU, 상기 냉각수온을 측정하고 측정된 냉각수온을 상기 ECU에 제공하는 냉각수온센서를 포함하는 서모스탯 제어 시스템에서,

(a) 서모스탯을 작동함으로서 유로를 차단하는 단계;

(b) 냉각수온이 설정된 제1수온 이상인지 판단하는 단계;

(c) 상기(b)단계에서 제1수온 이상인 것으로 판단된 경우에는 서모스탯을 개방하는 단계

를 포함하는 전자석을 이용한 서모스탯 제어방법.
제7항에서,

상기 서모스탯 제어 시스템은 엔진의 시동 여부를 검출하여 상기 ECU에 제공하는 엔진 회전 검출센서를 더 포함하고,

(d) 상기(b)단계에서 냉각수온이 상기 제1수온 이상이 아닌 것으로 판단된 경우에 냉각수온이 설정된 제2수온 이상인지 판단하는 단계;

(e) 상기 (d) 단계에서 냉각수온이 상기 제2수온 이상인 것으로 판단된 경우에 시동 후 설정시간이 경과하였는지 판단하는 단계;

(f) 상기(e)단계에서 설정시간을 경과한 것으로 판단된 경우에는 서모스탯을 개방하는 단계;

를 더 포함하는 전자석을 이용한 서모스탯 제어방법.
제8항에서,

상기 서모스탯 제어 시스템은 배기가스 온도를 측정하여 상기 측정 배기온도를 상기 ECU에 제공하는 배기온도센서를 포함하고,

(g) 상기(e)단계에서 상기 설정시간을 경과하지 않은 것으로 판단된 경우에 배기온도가 설정온도 이상인지 판단하는 단계;

(h) 상기(g)단계에서 배기온도가 상기 설정온도 이상인 경우에는 서모스탯을 개방하는 단계;

를 더 포함하는 전자석을 이용한 서모스탯 제어방법.
제9항에서,

상기 (d)단계에서 냉각수온이 상기 제2수온 이상이 아닌 경우에는 상기 (b)단계로 진행하고,

상기 (h) 단계에서 배기온도가 상기 설정온도 이상이 아닌 것으로 판단된 경우에는 상기 (b) 단계로 진행하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 서모스탯 제어방법.