KR101416393B1 - 차량용 전자식 서모스탯 - Google Patents

Abstract

차량용 전자식 서모스탯이 개시된다. 온도에 따라 팽창 및 수축 운동을 하는 왁스, 상기 왁스의 팽창 및 수축 운동에 연동하여 이동하도록 설치된 피스톤, 상기 피스톤에 의해 가압되어져 유로를 개방하도록 설치된 개폐밸브 및 상기 왁스에 열을 가하도록 상기 왁스에 심어진 형태로 설치된 발열체를 포함하여, 발열체와 왁스 사이의 열전달 효율을 향상시켜 에너지 소모를 저감할 수 있다.

Description

차량용 전자식 서모스탯{Electronic thermostat for vehicle}

본 발명은 차량용 전자식 서모스탯에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열 코일을 왁스에 직접 접촉되게 설치하여 열전달 효율을 향상시킨 차량용 전자식 서모스탯에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진은 연료를 연소하여 동력을 발생시킴에 따라 연료의 연소 과정에 발생되는 열로 인해 가열된다.

엔진이 연료의 연소열을 지속적으로 받아서 과열되면, 엔진을 구성하는 실린더 블록이나 실린더 헤드, 피스톤 등과 같은 부품들이 과열되고, 이러한 과열 현상은 상기 엔진 부품들의 내구성 및 강성 저하를 초래하고, 연소 불량으로 인해 엔진 출력의 저하 등과 같은 문제점이 발생된다.

따라서 엔진의 구동 중에 과열되는 엔진을 적절히 냉각시켜 주기 위해 엔진 냉각수가 사용되고, 상기 엔진 냉각수는 엔진과의 열교환으로 엔진의 열을 흡수한 다음에 라디에이터를 통해 대기와의 열교환으로 흡수한 열을 방출하게 되어 있다.

상기 엔진 냉각수로 엔진을 냉각할 때에 엔진 냉각수에 의해 엔진이 과냉각되면 엔진의 열량 손실이 발생하여 엔진 효율 및 연비가 저하되므로, 엔진을 항상 적정 온도로 냉각시킬 필요가 있다.

이에 따라 상기 라디에이터와 엔진 사이의 냉각수 통로에 개폐밸브 역할을 하는 서모스탯을 설치하여, 라디에이터에 의해 냉각된 엔진 냉각수가 엔진으로 유동되게 하거나 혹은 차단되게 하고 있다.

상기 서모스탯은 엔진 냉각수의 온도에 따라 팽창 혹은 수축하는 왁스와, 이 왁스의 상태 변화에 연동하여 상기 냉각수 통로를 개폐하는 개폐밸브를 구비한다.

그런데 상기와 같은 엔진 냉각수의 온도에만 의존하여 냉각수 통로를 개폐하는 기계식 서모스탯은 엔진 부하에 따라 엔진의 온도를 최적으로 조절하는 데에는 한계가 있었다.

상기와 같은 기계식 서모스탯의 단점을 보완하기 위해 엔진 냉각수의 온도뿐만 아니라 제어가능한 별도의 열원을 사용해서 엔진의 부하에 따라 엔진의 온도를 최적으로 제어하기 위한 전자식 서모스탯이 개발되어 적용되고 있다.

상기 전자식 서모스탯은 별도의 열원을 사용해서 상기 왁스를 가열함에 따라 에너지의 소모가 발생하므로, 별도의 열원과 왁스 사이의 열전달 효율을 향상시킬 방안이 필요하다.

본 발명의 실시 예는, 왁스를 가열하는 히터와 왁스 사이의 열전달 효율이 향상되게 하여 에너지 소모를 줄이고, 부품수와 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있도록 한 차량용 전자식 서모스탯을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전자식 서모스탯은, 온도에 따라 팽창 및 수축 운동을 하는 왁스, 상기 왁스의 팽창 및 수축 운동에 연동하여 이동하도록 설치된 피스톤, 상기 피스톤에 의해 가압되어져 유로를 개방하도록 설치된 개폐밸브 및 상기 왁스에 열을 가하도록 상기 왁스에 심어진 형태로 설치된 발열체를 포함할 수 있다.

상기 발열체는 상기 왁스의 한쪽 면으로부터 상기 한쪽 면에 대향하는 다른쪽 면을 향해 연장되게 심어질 수 있다.

상기 발열체는 코일 형상으로 형성될 수 있다.

상기 발열체에 외부로부터 전원을 인가하기 위한 전원공급단자를 더 포함할 수 있다.

상기 발열체의 일단은 튜브에 연결되고, 상기 튜브에 상기 전원공급단자가 삽입될 수 있다.

상기 튜브는 플러그 하우징에 삽입되어 내장되고, 상기 왁스는 왁스 실린더에 충진되며, 상기 플러그 하우징은 상기 왁스 실린더에 삽입되어 나사로 결합될 수 있다.

상기 왁스 실린더에는 상기 피스톤의 운동을 가이드하는 피스톤 가이드가 결합되고, 상기 피스톤 가이드에 상기 피스톤이 안내 이동되게 삽입될 수 있다.

상기 피스톤 가이드에는 상기 왁스의 팽창 및 수축 운동에 연동하여 신장 및 수축 운동을 하여 상기 피스톤을 이동시키는 다이아프램이 부착되고, 상기 다이아프램과 상기 피스톤 사이에는 반유동체와 러브 피스톤 및 백업 플레이트가 삽입되어 순차적으로 적층될 수 있다.

라디에이터 측으로 연결되고, 하단에는 상기 개폐밸브에 의해 개폐되는 밸브시트가 구비된 연결 파이프 및 상기 연결 파이프와 연통되게 연결되고, 엔진 측으로 연결된 엔진 포트와 바이패스 통로와 연결된 바이패스 포트 및 냉각수 챔버를 구비한 서모스탯 하우징을 더 포함하고, 상기 개폐밸브는 상기 밸브시트를 개폐하는 제1개폐밸브와 상기 바이패스 포트를 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며, 상기 제1개폐밸브에는 밸브바디가 일체로 형성되면서 상기 밸브바디에 상기 제2개폐밸브가 형성되고, 상기 제1개폐밸브와 상기 제2개폐밸브는 스프링에 의해 탄력적으로 지지되게 설치되고, 상기 밸브바디에는 상기 왁스 실린더와 피스톤 가이드가 내장되고, 상기 제2개폐밸브를 기준으로 상부에는 상기 냉각수 챔버와 연통하는 상부 포트와 중앙 포트가 형성되고, 하부에는 하부 포트가 형성되며, 상기 제2개폐밸브에는 상기 피스톤과 피스톤 가이드가 삽입될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전자식 서모스탯에 의하면, 발열 코일이 왁스에 심어지는 형태로 설치됨에 따라 발열 코일로부터 왁스로의 열전달이 효과적으로 이루어져 에너지 소모를 줄일 수 있다.

또한 구조가 간단하여 부품수와 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있다.

그리고 엔진의 부하에 따라 왁스의 온도를 적절히 조절하여 엔진 냉각수의 유동을 효과적으로 제어함으로써, 차량의 연비 향상과 더불어 배기가스 저감을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전자식 서모스탯의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 전자식 서모스탯(100)은, 도시되지 않은 라이데이터 측으로 연결되는 연결 파이프(110)와, 상기 연결 파이프(110)에 연통되게 결합되는 서모스탯 하우징(120)을 포함한다.

상기 라디에이터를 통해 냉각된 엔진 냉각수는 상기 연결 파이프(110)를 통해 상기 서모스탯 하우징(120)으로 유입된다.

상기 서모스탯 하우징(120)은 엔진 측으로 연결되는 엔진 포트(122)와 바이패스 통로와 연결되는 바이패스 포트(124)를 포함한다.

상기 엔진 포트(122)는 상기 하우징(120)에 횡방향으로 형성되고, 상기 바이패스 포트(124)는 상기 하우징(120)의 하단에 하방향으로 형성된다.

상기 서모스탯 하우징(120)과 연결되는 상기 연결 파이프(110)의 하단을 개폐하는 제1개폐밸브(130)가 상기 서모스탯 하우징(120)에 탄력적으로 지지되게 설치된다.

상기 연결 파이프(110)의 하단에는 밸브시트(112)가 경사지게 형성된다.

상기 제1개폐밸브(130)는 상기 밸브시트(112)에 밀착되어 상기 서모스탯 하우징(120)을 상기 연결 파이프(110)와 연통되지 않게 막아주고, 상기 밸브시트(112)로부터 이격되면 상기 연결 파이프(110)와 상기 서모스탯 하우징(120)이 서로 연통되어, 서모스탯 하우징(120)의 내부로 냉각수가 유입될 수 있다.

상기 제1개폐밸브(130)는 상기 서모스탯 하우징(120)에 스프링(135)을 매개로 탄력적으로 지지된다. 상기 제1개폐밸브(130)는 상기 스프링(135)의 탄성력을 받아서 상기 밸브시트(112)와 밀착된 상태를 유지할 수 있다.

상기 제1개폐밸브(130)에는 밸브바디(132)가 제1개폐밸브(130)에 대해 직각 방향으로 일체로 연장되게 형성된다.

상기 밸브바디(132)에는 횡방향으로 관통하는 상부 포트(132a)와 중앙 포트(132b) 및 하부 포트(132c)가 형성된다.

상기 중앙 포트(132b)와 상기 하부 포트(132c) 사이에는 상기 바이패스 포트(124)를 개폐하는 제2개폐밸브(132d)가 형성된다.

상기 상부 포트(132a)와 중앙 포트(132b)는 각각 상기 서모스탯 하우징(120)의 내부에 형성된 냉각수 챔버(122)와 밸브바디(132)가 서로 연통되게 하고, 상기 하부 포트(132c)는 상기 냉각수 챔버(122)와 상기 바이패스 포트(124)를 연통되게 한다.

상기 밸브바디(132)의 내부에는 왁스(140)가 충진된 왁스 실린더(142)가 삽입되어 고정되게 장착된다.

상기 왁스 실린더(142)의 하단에는 피스톤 가이드(144)의 일단이 끼워져 고정되게 연결되고, 상기 피스톤 가이드(144)의 타단은 상기 제2개폐밸브(132d)에 상대 이동 가능하게 삽입된다.

상기 피스톤 가이드(144)에는 피스톤(146)이 아동가능하게 삽입되어 결합되고, 상기 피스톤(146)의 상부에는 백업 플레이트(148)와 러브 피스톤(150) 및 반유동체(152)가 순차적으로 적층되며, 상기 반유동체(152)와 상기 왁스(140)를 구분 지우도록 상기 피스톤 가이드(144)의 상단에 다이아프램(154)이 부착되어 있다.

상기 왁스 실린더(142)의 상부에는 상기 왁스(140)에 열을 가하기 위한 히터로서 글로우 플러그(160)가 삽입되어 설치된다.

상기 글로우 플러그(160)는 상기 왁스(140)에 심어진 형태로 설치된 발열체로서 발열 코일(162)과, 상기 발열 코일(162)의 일단이 부착된 튜브(164), 상기 튜브(164)에 심어진 형태로 설치된 전원공급단자(166), 상기 튜브(164)와 전원공급단자(166)를 감싸서 내장하고 상기 왁스 실린더(142)의 상부에 나사로 체결된 플러그 하우징(168)을 각각 포함한다.

상기 전원공급단자(166)를 통해 전원이 상기 발열 코일(162)에 공급되면, 상기 발열 코일(162)은 열을 발생시켜 상기 왁스(140)에 직접 전달하므로, 발열 코일(162)과 왁스(140) 사이의 열전달 효율이 향상되고, 이에 따라 왁스(140)를 가열하기 위한 에너지 소모도 줄일 수 있다.

상기 왁스(140)가 상기 발열 코일(162)에 의해 가열되어 팽창되면, 상기 다이아프램(154)이 하방으로 팽창하고, 상기 다이아프램(154)의 하방 팽창에 의해 상기 반유동체(152)와 러브 피스톤(150) 및 피스톤(146)이 피스톤 가이드(144)를 따라 하방으로 이동하여 상기 제2개폐밸브(132d)를 하방으로 밀어주게 되며, 상기 제2개폐밸브(132d)는 하방으로 이동하여 상기 바이패스 포트(124)를 막아주게 되는 반면에 상기 제1개폐밸브(130)는 밸브시트(112)로부터 이격된다.

따라서 상기 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수는 상기 서모스탯 하우징(120)의 냉각수 챔버(122)로 유입된 다음에 상기 엔진 포트(124)를 통해 엔진 측으로 유동하여 엔진을 냉각시키게 된다.

상기 전원공급단자(166)에 인가되는 전류량을 조절하여 상기 왁스(140)의 팽창 정도와 상기 제1개폐밸브(130)의 개폐 정도를 조절해서 엔진으로 유동하는 냉각수의 유량을 제어할 수 있고, 이에 따라 엔진의 부하와 같은 엔진의 운전 상황에 맞게 냉각수 유량을 조절하여 엔진을 최적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 서모스탯 110: 연결 파이프
120: 서모스탯 하우징 130: 제1개폐밸브
132d: 제2개폐밸브 140: 왁스
146: 피스톤 150: 러브 피스톤
152: 반유동체 154: 다이아프램
160: 글로우 플러그 162: 발열 코일

Claims (9)

1. 온도에 따라 팽창 및 수축 운동을 하는 왁스;
   상기 왁스의 팽창 및 수축 운동에 연동하여 이동하도록 설치된 피스톤;
   상기 피스톤에 의해 가압되어져 유로를 개방하도록 설치된 개폐밸브;
   상기 왁스에 열을 가하도록 상기 왁스에 직접 심어진 형태로 설치된 발열체; 및
   상기 발열체에 외부로부터 전원을 인가하기 위한 전원공급단자를 포함하고;
   상기 발열체의 일단은 튜브에 연결되고;
   상기 튜브에 상기 전원공급단자가 삽입되며;
   상기 튜브는 플러그 하우징에 삽입되어 내장되고;
   상기 왁스는 왁스 실린더에 충진되며;
   상기 플러그 하우징은 상기 왁스 실린더에 삽입되어 나사로 결합된 특징으로 하는 차량용 전자식 서모스탯.
2. 제1항에서,
   상기 발열체는 상기 왁스의 한쪽 면으로부터 상기 한쪽 면에 대향하는 다른쪽 면을 향해 연장되게 심어진 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 서모스탯.
3. 제1항에서,
   상기 발열체는 코일 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 서모스탯.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에서,
   상기 왁스 실린더에는 상기 피스톤의 운동을 가이드하는 피스톤 가이드가 결합되고;
   상기 피스톤 가이드에 상기 피스톤이 안내 이동되게 삽입된 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 서모스탯.
8. 제7항에서,
   상기 피스톤 가이드에는 상기 왁스의 팽창 및 수축 운동에 연동하여 신장 및 수축 운동을 하여 상기 피스톤을 이동시키는 다이아프램이 부착되고;
   상기 다이아프램과 상기 피스톤 사이에는 반유동체와 러브 피스톤 및 백업 플레이트가 삽입되어 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 서모스탯.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
   라디에이터 측으로 연결되고, 하단에는 상기 개폐밸브에 의해 개폐되는 밸브시트가 구비된 연결 파이프; 및
   상기 연결 파이프와 연통되게 연결되고, 엔진 측으로 연결된 엔진 포트와 바이패스 통로와 연결된 바이패스 포트 및 냉각수 챔버를 구비한 서모스탯 하우징을 더 포함하고;
   상기 개폐밸브는 상기 밸브시트를 개폐하는 제1개폐밸브와 상기 바이패스 포트를 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며;
   상기 제1개폐밸브에는 밸브바디가 일체로 형성되면서 상기 밸브바디에 상기 제2개폐밸브가 형성되고;
   상기 제1개폐밸브와 상기 제2개폐밸브는 스프링에 의해 탄력적으로 지지되게 설치되고;
   상기 밸브바디에는 상기 왁스 실린더와 피스톤 가이드가 내장되고, 상기 제2개폐밸브를 기준으로 상부에는 상기 냉각수 챔버와 연통하는 상부 포트와 중앙 포트가 형성되고, 하부에는 하부 포트가 형성되며;
   상기 제2개폐밸브에는 상기 피스톤과 상기 피스톤 가이드가 삽입된 것을 특징으로 하는 차량용 전자식 서모스탯.

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