KR100633877B1 - 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯과 이의클로즈 스턱 방지방법 - Google Patents

Abstract

클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯과 이의 클로즈 스턱 방지방법이 개시된다. 개시된 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지장치는, 왁스를 포함하는 왁스챔버를 갖는 케이스와, 상기 케이스와 상기 왁스챔버에 수직으로 승강 가능하게 설치된 로드와, 상기 로드의 상단부에 설치되어 차량의 전자제어장치(ECU)에 의한 제어를 받아 상기 로드를 작동되는 액추에이터와, 상기 왁스챔버의 하단부에 수직으로 연결 설치되어 승강 운동하는 피스톤과, 상기 왁스의 팽창력을 상기 피스톤의 직선운동으로 전환시키기 위하여 상기 왁스챔버의 하부에 설치된 다이어프램과, 상기 다이어프램의 저부로 상기 왁스챔버에 구비되고, 비압축성질을 갖는 젤 타입의 전동유체를 포함하여 된 전자식 써모스탯에 있어서, 상기 로드에는 비상시 상기 액추에이터의 구동에 의해 상기 다이어프램에 압력을 가하여 상기 써모스탯이 작동되도록 하는 안전수단을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 클로즈 스턱이 되는 것을 방지하여 이 클로즈 스턱에 의한 엔진 과열 및 엔진 페일(fail)을 방지할 수 있는 이점이 있다.

써모스탯, 클로즈 스턱, 왁스

Description

클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯과 이의 클로즈 스턱 방지방법{ELECTRONIC THERMOSTAT HAVING DEVICE FOR PROTECTING CLOSED STUCK AND METHOD FOR PROTECTING IT FROM CLOSED STUCK}

도 1은 종래의 기술에 따른 전자식 써모스탯의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2a 내지 도 2c는 도 1의 전자식 써모스탯의 개략적인 작동 상태도.

도 3은 도 1의 전자식 써모스탯에 의한 냉각수온 제어에 대한 개략적인 타임 차트.

도 4는 종래의 기술에 따른 클로즈 스턱 방지방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

도 5a는 본 발명에 따른 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 5b 내지 도 5d는 도 5a의 전자식 써모스탯의 개략적인 작동 상태도.

도 6은 본 발명에 따른 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.

도 7은 도 5a의 전자식 써모스탯에 의한 냉각수온 제어에 대한 개략적인 타임 차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 왁스

2. 왁스챔버

3. 케이스

4. 액추에이터

5. 로드

6. 안전봉

7. 다이어프램

8. 피스톤

9. 전동유체

본 발명은 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯과 이의 클로즈 스턱 방지방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 왁스(wax) 누출 등에 의해서 발생하는 클로즈 스턱(closed stuck)을 방지하기 위한 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯과 이의 클로즈 스턱 방지방법에 관한 것이다.

자동차 엔진의 냉각수온을 제어하는 부품으로 써모스탯(thermostat)을 사용하고 있다. 현재는 왁스의 열팽창을 이용한 기계식 써모스탯을 많이 사용하고 있으나, 최근에는 써모스탯의 개변량을 원하는 데로 제어 할 수 있는 전자식 써모스 탯이 장착된 차량들이 판매되고 있으며, 이에 관련하여 액추에이터와 같은 액추에이터 방식의 전자식 써모스탯 구조와 제어방식에 대한 기술이 대한민국 공개특허공보 제2003-0067942호(2003. 08. 19)와 제2003-0068028호(2003. 08. 19)가 있다.

하지만, 종래의 기계식 써모스탯의 경우, 발생하는 내구성 문제 중에 써모스탯 내부의 왁스 누출이 큰 부분을 차지하며, 특히 왁스 누출은 써모스탯이 열리지 않게 되어(closed stuck) 엔진과열에 따라 엔진 페일(fail)까지 유발시킨다.

현재의 전자식 써모스탯도 기존의 기계식 써모스탯과 마찬가지로 왁스 누출 등에 의해 발생하는 클로즈 스턱에 대한 특별한 방지대책이 없다.

한편, 도 1에는 액추에이터에 의해 써모스탯 개변량이 제어되는 전자식 써모스탯이 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 차량의 전자제어장치(ECU)에 의한 제어를 받아 작동되는 액추에이터(20)와, 왁스(23)를 포함하는 왁스챔버(25)를 갖는 케이스(26)가 구비되고, 상기 액추에이터(20)의 로드(27)는 케이스(26)가 갖는 왁스챔버(25)의 내부 용적을 일부 차지하는 상태로 장착되고, 케이스(26)의 상단 입구와는 스크류 결합구조로 조립된다.

상기 액추에이터(20)와 케이스(26)는 하우징(100)을 이용하여 장착되는데, 하우징(100)의 내측으로 수직형의 지지부재(110)가 형성되고, 이것을 지지수단으로 하여 장착된다.

또한 밸브의 실질적인 개폐작동을 위한 수단으로 피스톤(24) 및 가동 케이스(28)가 구비되고, 피스톤 케이스(34) 내의 피스톤(24)은 왁스의 팽창력을 전 달받아 직선운동으로 동작하는 수단이며, 상기 가동 케이스(28)는 피스톤(24)의 하단과 밸브(21)의 상단에 접하면서 피스톤(24)의 움직임을 받아 밸브(21)를 개폐하는 수단이다.

그리고 왁스의 팽창력을 피스톤(24)의 직선운동으로 전환시키기 위하여 다이어프램(29)과 비압축성질을 갖는 젤 타입의 전동유체(30)가 구비되고, 상기 다이어프램(29)은 케이스(26)가 갖는 왁스챔버(25)의 하단을 마감하면 서 신축작용을 통해 왁스의 팽창력을 전달하게 되고, 상기 전동유체(30)는 다이어프램(29)과 피스톤(24) 사이에 충전되어 다이어프램(29)의 신축과 동시에 그 힘을 피스톤(24)에 매개하게 된다.

상기 전동유체(30)의 기밀성 유지를 위하여 피스톤(24)측과 접하는 쪽으로 고무재질의 패킹(31)을 구비하는 것이 바람직하고, 상기 피스톤(24)과 가동 케이스(28)가 접하는 하단에는 바이패스 통로의 개폐역할을 수행하는 스톱퍼(32)와 보조 스프링(33)이 장착되고, 밸브(21)는 하우징(100)의 서포트(120)에 하단 지지되는 스프링(22)에 의한 탄력 지지를 받는 동시에 가동 케이스(28)의 상단 플랜지 저면에 조립되면서 하우징(100)의 냉각수 통로 내에 장착된다.

상기한 바와 같은 전자식 써모스탯은 대한민국 공개특허공보 제2003-0067942호(2003. 08. 19)에 개시되어 있다.

이와 같이 구성된 전자식 써모스탯의 작동원리는, 도 2a 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 시동 후 냉각수온이 올라가면 기계식 써모스탯과 마찬가지로 써모스탯 내의 왁스(23)가 팽창하여 피스톤(24)을 작동시켜 써모스탯이 개변되며, 저부하시 냉각수온을 고온으로 유지시켜 연비향상을 도모한다.

그리고 주행 중 고부하 조건(급가속, 경사길 등판 등)에서는 냉각수온을 떨어뜨려야 하므로, 액추에이터(20)를 구동시켜 이 액추에이터(20)에 설치된 로드(27)가 왁스부의 체적을 변화시키고 이에 따라 피스톤(24)이 밀려나가서 써모스탯의 개변량을 늘려 냉각수온을 낮추게 된다.

상기와 같은 종래의 기술에 대한 문제점을 구조적인 측면과 제어방식 측면에서 각각 살펴본다.

우선, 구조적인 측면을 보면, 써모스탯의 기능은 냉각계에서 적절한 냉각수온도를 유지함으로서 엔진이 최적의 상태를 유지하게끔 도움을 주는 역할을 하고 있다. 써모스탯의 작동 원리는 냉각수에서 열전달에 의해 왁스(23)의 온도가 상승하면서 팽창해 피스톤(24)을 들어올리게 되어 써모스탯이 열리게 되어 있다.

현재 필드(field)에서 써모스탯의 주요 불량원인은, 써모스탯의 운전시간이 장기화되었을 경우, 왁스부의 기밀이 유지되지 못하여 써모스탯 클로즈 스턱 현상이 발생하여 냉각수 수온이 올라감에도 써모스탯이 개변하지 못하는 문제가 발생하는 것이다.

상기한 써모스탯이 클로즈 스턱 현상이 발생할 경우, 엔진에서는 즉각적으로 오버히팅(overheating)이 발생하며, 이는 블록 라이너의 융착, 피스톤 링 파손, 실린더헤드 밸브의 파단, 밸브시트의 과다 마모 등 엔진에서 심각한 문제를 야기하게 된다.

기존의 써모스탯에서는 클로즈 스턱을 방지할 수 있는 궁극적인 대책 없이 대쉬보드(dash board)상의 수온계를 통해 사용자에게 간접적으로 경고를 주는 방식만 적용되어 있으며, 지금까지의 개발은 왁스부의 기밀 유지를 위한 품질 확보에만 치중되어 왔다. 이러한 기계식 써모스탯의 문제점은 기계식을 응용한 현재의 전자식 써모스탯에도 마찬가지로 클로즈 스턱에 대한 대책이 없으며, 왁스부에 피스톤의 로드가 추가되어 기계식보다 불리한 기밀구조를 가진 전자식 써모스탯으로서는 더더욱 클로즈 스턱에 대한 문제가 심각한 상태이다.

또한 제어방식의 측면에서의 문제점에 대하여 설명한다.

도 4에는 종래의 전자식 써모스탯에 대한 제어 로직이 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 액추에이터(액추에이터)를 구동시키기 위해 냉각수의 위치에 따른 온도 및 온도의 미분값을 이용하는데 아래와 같은 경우 작동을 하게 된다. 기본적으로 엔진출구측 냉각수온이 90℃이상이면서, 1)엔진출구측 온도와 라디에이터 출구측 온도의 차이가 기준값(현재 20℃)이하일 때, 2)라디에이터 출구측 온도의 시간에 따른 미분값이 기준값(현재 4℃/sec)이상일 때, 액추에이터를 구동시켜 써모스탯의 개변량을 늘리게 된다.

그리고 클로즈 스턱 발생시 라디에이터 측으로의 유동이 차단되어 엔진 냉각이 이루어지지 않으므로 엔진측의 냉각수온도는 계속 상승하지만, 유동이 차단된 라디에이터측의 냉각수온은 영향을 받지 않게 된다. 이 경우 엔진출구측 온도와 라디에이터 출구측 온도의 차이는 커지게 되며 라디에이터 출구온도의 상승은 매우 작게 된다.

도 4에서 참조부호 100∼400은 제1∼4비교기를 나타내 보인 것이다.

상기와 같은 전자식 서모스탯의 제어방법은, 대한민국 공개특허공보 제2003-0068028호(2003. 08. 19)에 개시되어 있다.

따라서 이와 같은 종래의 기술에 따른 전자식 서모스탯의 제어방법은, 클로즈 스턱시 액추에이터 구동 조건인 상기한 1)과2) 어느 쪽도 만족시키지 못하기 때문에 액추에이터를 구동시키지 않게 된다. 즉, 종래의 전자식 써모스탯의 경우 클로즈 스턱에 대한 안전장치도 없을뿐더러, 클로즈 스턱 발생시에도 액추에이터를 작동시키지 않기 때문에 클로즈 스턱에 대한 대책이 전무한 상태이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 액추에이터 구동식의 전자식 써모스탯에서 왁스 누출 등에 의해 발생되는 클로즈 스턱을 방지하도록 한 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯과 이의 클로즈 스턱 방지방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯은, 왁스를 포함하는 왁스챔버를 갖는 케이스와, 상기 케이스와 상기 왁스챔버에 수직으로 승강 가능하게 설치된 로드와, 상기 로드의 상단부에 설치되어 차량의 전자제어장치(ECU)에 의한 제어를 받아 상기 로드를 작동되는 액추에이터와, 상기 왁스챔버의 하단부에 수직으로 연결 설치되어 승강 운동하는 피스톤과, 상기 왁스의 팽창력을 상기 피스톤의 직선운동으로 전환시키기 위하여 상기 왁스챔버의 하부에 설치된 다이어프램과, 상기 다이어프램의 저부로 상기 왁스챔버 에 구비되고, 비압축성질을 갖는 젤 타입의 전동유체를 포함하여 된 전자식 써모스탯에 있어서, 상기 로드에는 비상시 상기 액추에이터의 구동에 의해 상기 다이어프램에 압력을 가하여 상기 써모스탯이 작동되도록 하는 안전수단을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지방법은, (a) 엔진의 출구측 냉각수 온도값을 검출하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서 검출한 상기 냉각수 온도값이 소정의 기준값 이상인지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)의 조건을 만족하는 경우, 써모스탯에 클로즈 스턱이 발생되었다고 판정하는 단계와; (d) 상기 써모스탯의 액추에이터를 작동시켜 상기 써모스탯을 개변시키는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5a 내지 도 5d에는 본 발명에 따른 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

여기에서는 일반적인 써모스탯의 구성은 도 1을 참조하기로 하고, 여기에서는 본 발명의 특징적인 구성만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯은, 왁스(1)를 포함하는 왁스챔버(2)를 갖는 케이스(3)와, 이 케이스(3)와 왁스챔버(2)에 수직으로 승강 가능하게 설치된 로드(5)와, 이 로드(5)의 상단부에 설치되어 차량의 전자제어장치(ECU)에 의한 제어를 받아 로드(5)를 작동되는 액추 에이터(4)와, 상기 왁스챔버(2)의 하단부에 수직으로 연결 설치되어 승강 운동하는 피스톤(8)과, 상기 왁스(1)의 팽창력을 피스톤(8)의 직선운동으로 전환시키기 위하여 왁스챔버(2)의 하부에 설치된 다이어프램(7)과, 이 다이어프램(7)의 저부로 왁스챔버(2)에 구비되고 비압축성질을 갖는 젤 타입의 전동유체(9)를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 특징으로써, 상기 로드(5)에는 비상시 액추에이터(4)의 구동에 의해 다이어프램(7)에 압력을 가하여 써모스탯이 작동되도록 하는 안전수단이 구비된다.

상기 안전수단은, 상기 로드(5)의 하단부에 돌출되어 설치된 안전봉(6)으로 이루어진다. 그리고 이 안전봉(6)은 로드(5)와 일체형으로 이루어진다.

그리고 본 발명에 따른 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지방법을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 종래의 기술과 동일한 기술적 구성은 도 4를 참조하기로 하고, 여기에서는 본 발명의 특징적인 기술적 구성만을 설명하기로 한다.

도 6에는 본 발명에 따른 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지방법은, 우선, 엔진의 출구측 냉각수 온도값(TEO검출값)을 검출한다.

이어서, 상기에서 검출한 엔진의 출구측 냉각수 온도값(TEO검출값)이 소정의 기준값(TEO기본값) 이상(TEO ≥ 115℃∼120℃)인지 판단한다. 이때 제5비교기(500)를 이용하여 비교한다.

그런데 상기에서 판단한 조건을 만족하는 경우 즉, 출구측 냉각수 온도값(TEO검출값)이 기준값(TEO기본값) 이상이면, 써모스탯에 클로즈 스턱이 발생되었다고 판정한다.

그러면, 상기 써모스탯의 액추에이터(4)를 작동시켜 써모스탯을 개변시킨다.

상기한 바와 같이 본 발명은, 기존의 액추에이터(4) 구동식의 전자식 써모스탯에서 왁스(1) 누출 등에 의해 발생하는 클로즈 스턱을 방지하기 위해 피스톤(8)에 안전봉(6)을 설치하여 비상시 액추에이터(4)의 구동에 의해 다이어프램(7)에 압력을 가하여 써모스탯을 작동시킨다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

도 5b 및 5c에 도시된 바와 같이, 정상작동 시에는 기존의 전자제어 써모스탯과 같이 왁스부의 팽창 또는 체적변화로 다이어프램(7)을 밀어내어 써모스탯 피스톤(8)을 작동시키며 이때 액추에이터(4) 로드(5)에 달린 안전봉(6)은 아무런 기능을 하지 않는다.

하지만, 왁스(1) 누출 등과 같은 클로즈 스턱이 발생한 경우, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 액추에이터(4)의 구동으로 안전봉(6)이 강제로 다이어프램(7)을 변형시켜 피스톤(8)을 밀어내어 써모스탯을 개변시킨다.

그리고 이와 같은 안전봉(6)을 가지는 전자식 써모스탯에 대한 제어방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 전술한 바와 같이, 클로즈 스턱시 써모스탯을 작동시키기 위해서는 클로즈 스턱을 검출해야 하는데, 이를 위해 특별한 센서 장착 등의 부가적 인 장치 없이 냉각수온을 이용하여 검출하는 방식이다.

클로즈 스턱이 발생하면 라디에이터 측으로 냉각수가 흐르지 못하여 열방출이 일어나지 못하므로 엔진냉각수온도가 지속적으로 상승하여 엔진과열이 일어난다. 따라서 도 7에서와 같이 엔진출구온도가 어떤 기준값(115~120℃) 이상이 되면 클로즈 스턱의 가능성이 있는 것으로 판별하여 액추에이터(4)를 작동시켜 써모스탯을 개변시켜 엔진 과열을 막는 로직을 기존의 제어방식에 추가시켰다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯과 이의 클로즈 스턱 방지방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

종래의 기계식 및 전자식 써모스탯에서는 왁스 누출 등에 인한 클로즈 스턱 발생시 대책미흡으로 인해 엔진과열 등의 심각한 피해 가능성이 항상 존재하였으나, 본 발명은 전자식 써모스탯에 안전장치 및 제어방식을 추가하여 클로즈 스턱이 되는 것을 방지하여 이 클로즈 스턱에 의한 엔진 과열 및 엔진 페일(fail)을 방지할 수 있다. 따라서 보다 신뢰성 있는 엔진을 구현할 수 있다

그리고 필드에서의 클레임 감소로 인해 사용자의 불만을 감소시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 왁스를 포함하는 왁스챔버를 갖는 케이스와, 상기 케이스와 상기 왁스챔버에 수직으로 승강 가능하게 설치된 로드와, 상기 로드의 상단부에 설치되어 차량의 전자제어장치(ECU)에 의한 제어를 받아 상기 로드를 작동되는 액추에이터와, 상기 왁스챔버의 하단부에 수직으로 연결 설치되어 승강 운동하는 피스톤과, 상기 왁스의 팽창력을 상기 피스톤의 직선운동으로 전환시키기 위하여 상기 왁스챔버의 하부에 설치된 다이어프램과, 상기 다이어프램의 저부로 상기 왁스챔버에 구비되고, 비압축성질을 갖는 젤 타입의 전동유체를 포함하여 된 전자식 써모스탯에 있어서,

   상기 로드에는 비상시 상기 액추에이터의 구동에 의해 상기 다이어프램에 압력을 가하여 상기 써모스탯이 작동되도록 하는 안전수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 의 클로즈 스턱 방지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 안전수단은, 상기 로드의 하단부에 돌출되어 설치된 안전봉을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯.
3. 제2항에 있어서,

   상기 안전봉은 상기 로드와 일체형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 클로즈 스턱 방지장치가 채용된 전자식 써모스탯.
4. (a) 엔진의 출구측 냉각수 온도값을 검출하는 단계와;

   (b) 상기 단계 (a)에서 검출한 상기 냉각수 온도값이 소정의 기준값 이상인지 판단하는 단계와;

   (c) 상기 단계 (b)의 조건을 만족하는 경우, 써모스탯에 클로즈 스턱이 발생되었다고 판정하는 단계와;

   (d) 상기 써모스탯의 액추에이터를 작동시켜 상기 써모스탯을 개변시키는 단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 단계 (b)에서 상기 기준값은 115∼120℃인 것을 특징으로 하는 전자식 써모스탯의 클로즈 스턱 방지방법.

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