KR101294033B1 - 엔진 냉각계통의 서모스탯 조립체 및 서모스탯 제어방법 - Google Patents

Abstract

저온 지역에서 난방 성능 및 실내 쾌적성을 증대시키고, 고온 지역에서 엔진 냉각성능 및 냉방 성능을 증대시킬 목적으로;

중앙 내부에 격벽을 두고 그 양측으로 제1, 2 유체실이 형성되어 상기 제1 유체실에는 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 제1 유입구와, 상기 제1 유입구를 통해 유입된 냉각수를 히터코어로 공급하는 제1 유출구와, 잉여되는 냉각수를 엔진으로 다시 바이패스시키는 제2 유출구가 형성되며, 상기 제2 유체실에는 상기 히터 코어에 공급되었던 냉각수가 유입되는 제2 유입구와, 상기 제2 유입구를 통해 공급되는 냉각수를 라디에이터로 공급하는 제3 유출구가 형성되는 서모스탯 하우징과; 상기 제3 유출구에 배치되는 서모스탯을 포함하여 이루어지되,

상기 제1 유체실에 엔진과 연결되는 제2 유출구를 형성하여 전자 서모스탯을 배치하고, 상기 제1 유출구와 제2 유입구 사이에 바이패스 유로를 형성하여 그 입구부에 히터 제어밸브를 배치한 하는 엔진 냉각계통의 서모스탯 조립체를 제공한다.

전자 서모스탯, 히터코어. 히터제어밸브

Description

엔진 냉각계통의 서모스탯 조립체 및 서모스탯 제어방법{THERMOSTAT CONTROL METHOD AND THERMOSTAT ASSEMBLY OF COOLING SYSTEM FOR ENGINE}

도 1은 본 발명에 의한 서모스텟 조립체의 모식도.

도 2는 본 발명에 적용되는 전자 서모스탯 및 히터 제어밸브를 제어하기 위한 구성도.

도 3은 본 발명에 적용되는 전자 서모스탯 및 히터 제어밸브의 작동 흐름도.

도 4는 종래 서모스탯 하우징의 모식도.

본 발명은 자동차 엔진의 서모스탯 조립체 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저온 지역에서 난방 성능 및 실내 쾌적성을 증대시키고, 고온 지역에서 엔진 냉각성능 및 냉방 성능을 증대시킬 수 있도록 한 자동차 엔진의 서모스탯 조립체 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진에 구비되는 냉각시스템은 엔진의 전 가동 영역에서 적정 작동 온도를 유지시켜 줄 수 있도록 하는 것으로서, 이는 혼합기의 연소과정에서 발생하는 최대 온도(대략 2,500℃)의 고열로부터 실린더 블록과 헤드 및 피스 톤등의 주요 부품에 대한 열해를 방지하기 위함이다.

그리고 상기와 같이 엔진의 적정 작동 온도를 유지시켜 주기 위하여 엔진의 냉각수 출구부 또는 입구부에는 서모스탯이 배치되어 엔진 내부의 워터 자켓을 순환하는 냉각수 온도 변화에 따라 자동적으로 통로를 개폐하여 냉각 수온이 일정하게 유지시켜 주게 된다.

보다 구체적으로 상기 서모스탯은 냉각 수온에 따라 자동적으로 작동하는 밸브로서, 실린더 헤드의 라디에이터 수로 출구에 배치되어 냉각수 온도가 낮을 때에는 밸브가 폐쇄되면서 냉각수가 라디에이터로 순환하는 것을 방지하여 워터자켓내의 온도를 상승시키고, 냉각수의 온도가 높을 때에는 밸브가 개방되면서 냉각수가 라디에이터를 순환하면서 방열 냉각되도록 하는 역할을 수행하게 된다.

이러한 서모스탯 조립체의 종래 구성을 살펴보면 도 4에서와 같이, 서모스탯 하우징(100)과 서모스탯(102)을 포함하여 이루어진다.

상기 서모스탯 하우징(100)은 중앙 내부에 격벽(104)을 두고, 그 양측으로 제1, 2 유체실(106)(108)이 형성되어 제1 유체실(106)에는 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 제1 유입구(110)가 형성되고, 상기 제1 유입구(110)를 통해 유입된 냉각수를 히터코어(112)로 공급하는 제1 유출구(114)와, 잉여되는 냉각수를 엔진으로 다시 바이패스시키는 제2 유출구(116)가 형성된다.

그리고 상기 제2 유체실(108)에는 상기 히터 코어(112)에 공급되었던 냉각수가 유입되는 제2 유입구(118)와, 상기 제2 유입구(118)를 통해 공급되는 냉각수를 라디에이터로 공급하는 제3 유출구(120)가 형성되며, 상기 제3 유출구(120)에는 공 지의 서모스탯(102)가 배치된다.

상기에서 서모스탯(102)은 공지에서와 같이 냉각수의 온도가 기준온도(대략 85 ∼ 95℃) 이하이면 제3 유출구(120)를 폐쇄하고, 기준온도 이상이면 제3 유출구(120)를 개방하게 된다.

상기 구성에 의하여 엔진이 시동되어 냉각수가 순화하게 되면, 제1 유입구(110)를 통해 제1 유체실(106)로 공급된 냉각수는 제1 유출구(114)를 통해 히터코어(112)로 공급됨과 동시에 잉여되는 냉각수는 제2 유출구(116)를 통해 엔진으로 바이패스된다.

그리고 상기 히터코어(112)를 순환하고 배출되는 냉각수는 제2 유입구(118)를 통해 제2 유체실(108)로 공급되며, 이때 냉각수의 온도가 기준온도 이하이면 서모스탯(102)의 닫힘 동작에 의하여 냉각수의 순환이 정지됨으로써, 제2 유체실(108)에서 기준온도 이상이 될 때까지 머무르게 된다.

이러한 상태에서 엔진의 계속된 작동에 의하여 냉각수의 온도가 기준 온도 이상으로 상승하면, 서모스탯(104)이 개방되면서 제2 유체실(108)의 냉각수가 도시하지 않은 라디에이터로 순환되면서 냉각이 이루어지게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 냉각계통에 있어서는 냉각수의 순환이 하나의 유로에 의존하여 형성되는 바, 냉각수의 순환량이 적어지는 경우에는 난방 성능이 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.

구체적으로 최근 차량의 연비 개선에 관련하여 변속기가 다단화되면서 실제 차량의 운행 과정에서 엔진 RPM이 다운되어 엔진의 발열이 작아지고 있으며, 이에 따라 냉각수의 온도가 낮아짐과 동시에 그 순환량이 작아지게 되어 난방 성능이 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 저온 지역에서 난방 성능 및 실내 쾌적성을 증대시키고, 고온 지역에서 엔진 냉각성능 및 냉방 성능을 증대시킬 수 있도록 한 자동차 엔진의 서모스탯 조립체 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 중앙 내부에 격벽을 두고 그 양측으로 제1, 2 유체실이 형성되어 상기 제1 유체실에는 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 제1 유입구와, 상기 제1 유입구를 통해 유입된 냉각수를 히터코어로 공급하는 제1 유출구와, 잉여되는 냉각수를 엔진으로 다시 바이패스시키는 제2 유출구가 형성되며, 상기 제2 유체실에는 상기 히터 코어에 공급되었던 냉각수가 유입되는 제2 유입구와, 상기 제2 유입구를 통해 공급되는 냉각수를 라디에이터로 공급하는 제3 유출구가 형성되는 서모스탯 하우징과; 상기 제3 유출구에 배치되는 서모스탯을 포함하여 이루어지되,

상기 제1 유체실에 엔진과 연결되는 제4 유출구를 형성하여 전자 서모스탯을 배치하고, 상기 제1 유출구와 제2 유입구 사이에 바이패스 유로를 형성하여 그 입구부에 히터 제어밸브를 배치한 하는 엔진 냉각계통의 서모스탯 조립체를 제공한다.

그리고 외기 온도가 0℃ 이하 인가를 판단하는 제1 단계와; 상기 제1 단계의 조건을 만족하면 차속이 60km/h 이하인가를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계의 조건을 만족하면 냉각 수온이 70℃ 이하인가를 판단하는 제3 단계와; 상기 제3 단계의 조건을 만족하면, 전자 서모스탯을 닫힘 제어하고 히터 제어밸브를 열림 제어하는 제4 단계와; 상기 제1,2,3 단계 중 어느 하나의 조건이라도 만족하지 않으면 전자 서모스탯을 열림 제어하고 히터 제어밸브를 닫힘 제어하는 제5 단계를 포함하여 이루어지는 엔진 냉각 계통의 서모스탯 조립체의 제어방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 서모스탯 조립체의 구성도로서, 서모스탯 하우징(2)은 중앙 내부에 격벽(4)을 두고, 그 양측으로 제1, 2 유체실(6)(8)이 형성되어 제1 유체실(6)에는 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 제1 유입구(10)가 형성되고, 상기 제1 유입구(10)를 통해 유입된 냉각수를 히터코어(12)로 공급하는 제1 유출구(14)와, 잉여되는 냉각수를 엔진으로 다시 바이패스시키는 제2 유출구(16)가 형성된다.

그리고 상기 제2 유체실(8)에는 상기 히터 코어(12)에 공급되었던 냉각수가 유입되는 제2 유입구(18)와, 상기 제2 유입구(18)를 통해 공급되는 냉각수를 라디에이터로 공급하는 제3 유출구(20)가 형성되며, 상기 제3 유출구(20)에는 공지의 서모스탯(22)가 배치된다.

상기에서 서모스탯(22)은 공지에서와 같이 냉각수의 온도가 기준온도(대략 85 ∼ 95℃) 이하이면 제3 유출구(20)를 폐쇄하고, 기준온도 이상이면 제3 유출 구(20)를 개방하게 된다.

이러한 서모스텟 하우징(2)에 있어서, 본 발명은 상기 제1 유체실(6)에 제4 유출구(24)를 형성하여 그의 입구부에 전자 서모스탯(26)을 배치하고, 상기 제1 유출구(14)와 제2 유입구(18) 사이에 바이패스 유로(28)를 형성하되, 상기 바이패스 유로(28)의 입구부 즉, 제1 유출구(14)측에 히터 제어밸브(30)를 배치하였다.

상기에서 전자 서모스탯(26)과 히터 제어밸브(30)는 도 2에서와 같이 전자제어유닛(ECU)에 의하여 제어되며, 상기 전자제어유닛(ECU)은 외기 온도 센서(32)와, 차속센서(34), 냉각수온 센서(36)에서 입력되는 정보에 따라 상기 전자 서모스탯(26)과 히터 제어밸브(30)를 제어하게 된다.

상기에서 서모스탯(22), 전자 서모스탯(26), 히터 제어밸브(30)의 구성은 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 구성에 의하여 엔진이 시동되어 냉각수가 순화하게 되면, 제1 유입구(10)를 통해 제1 유체실(6)로 공급된 냉각수는 제2 유출구(16)를 통해 엔진으로 바이패스됨과 동시에 제1 유출구(14)를 통해 히터코어(12)로 공급되는데, 이때 상기 제1 유출구(14)로 순환되는 냉각수는 히터 제어밸브(30)가 열리면 히터 코어(12)로 공급되고, 히터 제어밸브(30)가 닫히면 바이패스 유로(28)를 통해 제2 유체실(8)로 공급된다.
여기서, 상기 전자 서모스텟(26)은 제4 유출구(24)를 폐쇄한 상태를 유지하게됨으로써, 엔진으로 직경이 작은 제2 유출구(16)을 통해 잉여된 냉각수만 바이패스되어 배출된다.

상기 제2 유체실(8)에 공급된 냉각수의 온도가 기준온도 이하이면 서모스탯(22)의 닫힘 동작에 의하여 냉각수의 순환이 정지됨으로써, 제2 유체실(8)에서 기준온도 이상이 될 때까지 머무르게 된다.

이러한 상태에서 엔진의 계속된 작동에 의하여 냉각수의 온도가 기준 온도 이상으로 상승하면, 서모스탯(22)이 열리면서 제3 유출구(20)가 개방되어 제2 유체실(8)의 냉각수가 도시하지 않은 라디에이터로 순환되면서 냉각이 이루어지게 되는 것이다.

상기와 같은 동작 과정에서 전자 서모스텟(26)과 히터제어밸브(30)의 작동을 살펴보면, 도 3에서와 같이 외기 온도센서(32)에서 검출된 외기 온도가 0℃인가를 판단하여(S100), 조건을 만족하면 차속이 60km/h 이하인가를 판단하게 된다(S110).

상기 S110 단계에서 조건을 만족하면 냉각 수온이 70℃ 이하인가를 판단하여(S120) 조건을 만족하면, 전자 서모스탯(26)을 닫힘 제어하고 히터 제어밸브(30)를 열림 제어한다(S130).

그러면 전자 서모스탯(26)의 닫힘 제어에 의하여 제4 유출구(24)가 폐쇄됨으로써, 제2 유출구(16)에 의해서만 냉각수가 바이패스되고, 히터 제어밸브(30)의 열림 제어에 의하여 냉각수가 모두 히터 코어(12)로 공급되는 바, 난방 성능이 향상된다.

그리고 상기 S100, S110, S120 단계에서 어느 하나의 조건이라도 만족하지 않는 경우에는 전자 서모스탯(26)을 열림 제어하고 히터 제어밸브(30)를 닫힘 제어한다(S140).

그러면 제1 유체실(6)로 유입된 냉각수가 제2, 제 4 유출구(16)(24)로 바이패스 됨과 동시에 히터 제어밸브(30)의 닫힘 제어에 의하여 히터 코어(12)로는 냉각수가 공급되지 않고 파이패스 유로(28)를 통해 제2 유체실(8)로 공급되는 바, 진 냉각성능 및 냉방 성능이 증대되는 것이다.

즉, 저온 지역 및 저속 운전영역에서는 많은 냉각수가 히터코어(12)를 거쳐 순환되도록 함으로써, 난방성능 및 실내 쾌적성을 증대시키고, 고온 지역 및 고속 운전 영역에서는 많은 냉각수가 히터코어(12)를 거치지 않고 순환되도록 함으로써, 엔진 냉각 및 냉방 성능을 증대 시킬 수 있도록 한 것이다.

상기에서 냉방 성능이 향상되는 근거는 히터 코어(12)가 차량 에어컨의 증발기 하류측에 설치되는 바, 냉방시 히터 코어(12)에 고온의 냉각수 공급이 차단되기 때문에 증발기를 거치면서 냉각된 공기가 차내로 유입됨으로써, 냉방 성능이 행상되는 것이다.

그리고 상기와 같은 작용효과를 얻기 위해서는 서모스탯 하우징(2)의 각 유입구(10)(18) 및 유출구(14)(16)(24)(20)의 직경이 중요한 인자로 작용하게 된다.

이에 따라 본 발명에서는 제3 유출구(20) 〉 제1 유출구(14) 〉 제4 유출구(24) 〉제2 유입구(18) 순으로 형성하고, 제2 유출구(16)가 제2 유입구(18) 보다 작게 형성하되, 제2 유입구(18)와 바이패스 유로(28)는 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전자 서모스탯과 히터 제어밸브를 추가 배치하여 저온 지역에서 난방 성능 및 실내 쾌적성을 증대시키고, 고온 지역에서 엔진 냉각성능 및 냉방 성능을 증대시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 중앙 내부에 격벽을 두고 그 양측으로 제1, 2 유체실이 형성되어 상기 제1 유체실에는 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 제1 유입구와, 상기 제1 유입구를 통해 유입된 냉각수를 히터코어로 공급하는 제1 유출구와, 잉여되는 냉각수를 엔진으로 다시 바이패스시키는 제2 유출구가 형성되며, 상기 제2 유체실에는 상기 히터 코어에 공급되었던 냉각수가 유입되는 제2 유입구와, 상기 제2 유입구를 통해 공급되는 냉각수를 라디에이터로 공급하는 제3 유출구가 형성되는 서모스탯 하우징과;

   상기 제3 유출구에 배치되는 서모스탯을 포함하여 이루어지되,

   상기 제1 유체실에 엔진과 연결되는 제4 유출구를 형성하여 전자 서모스탯을 배치하고, 상기 제1 유출구와 제2 유입구 사이에 바이패스 유로를 형성하되, 상기 바이패스 유로의 입구부에 히터 제어밸브를 배치하여 이루어짐을 특징으로 하는 엔진 냉각계통의 서모스탯 조립체.
2. 제1항에 있어서, 전자 서모스텟과 히터 제어밸브는 외기 온도센서와 차속 센서, 그리고 냉각 수온센서의 정보에 따라 전자제어유닛에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 엔진 냉각계통의 서모스탯 조립체.
3. 제2항에 있어서, 서모스탯 하우징의 유입구 및 유출구의 직경은 제3 유출구 〉 제1 유출구 〉 제4 유출구 〉제2 유입구 순으로 형성하고, 제2 유출구가 상기 제2 유입구 보다 작게 형성됨을 특징으로 하는 엔진 냉각계통의 서모스탯 조립체.
4. 외기 온도가 0℃ 이하 인가를 판단하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계의 조건을 만족하면 차속이 60km/h 이하인가를 판단하는 제2 단계와;

   상기 제2 단계의 조건을 만족하면 냉각 수온이 70℃ 이하인가를 판단하는 제3 단계와;

   상기 제3 단계의 조건을 만족하면, 전자 서모스탯을 닫힘 제어하고 히터 제어밸브를 열림 제어하는 제4 단계와;

   상기 제1,2,3 단계 중 어느 하나의 조건이라도 만족하지 않으면 전자 서모스탯을 열림 제어하고 히터 제어밸브를 닫힘 제어하는 제5 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 엔진 냉각 계통의 서모스탯 조립체의 제어방법.

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