KR101519754B1 - 자동차용 서모스탯 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 서모스탯에 관한 것으로서, 축방향 이동하는 피스톤과 슬리브 사이의 마찰력이 최소화되고, 피스톤과 슬리브 사이의 틈새로 냉각수와 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 자동차용 서모스탯을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 왁스가 내장된 펠릿, 상기 펠릿의 왁스에 설치되는 슬리브와, 상기 슬리브 내측에 슬라이드 가능하게 설치되는 피스톤을 포함하는 자동차용 서모스탯에 있어서, 상기 슬리브와 접하는 피스톤 외주면에 그리스가 부착 및 저장될 수 있는 공간을 제공하는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯이 개시된다.

Description

자동차용 서모스탯{Thermostat for automobile}

본 발명은 자동차용 서모스탯에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 축방향 이동하는 피스톤과 슬리브 사이의 마찰력이 최소화되고, 피스톤과 슬리브 사이의 틈새로 냉각수와 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 자동차용 서모스탯에 관한 것이다.

차량 엔진은 연소 과정에서 고온의 열을 발생시키며, 고온의 열은 엔진을 구성하는 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 등으로 전달되어 이들 부품의 온도를 상승시킨다.

엔진을 구성하는 부품들의 온도가 과도하게 상승하면 부품 강도를 저하시켜 고장이나 수명 단축을 초래할 수 있고, 실린더 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량 및 그로 인한 열적 장애를 초래할 수 있다.

엔진의 열적 장애는 연소 불량, 노킹 혹은 조기 점화와 같은 이상 연소를 일으켜 피스톤이 용손되는 등의 중대한 손상을 발생시킬 뿐만 아니라 엔진의 열효율과 출력을 저하시킨다.

따라서, 차량에는 엔진의 열을 외부로 방출하기 위한 냉각장치가 구성되는데, 차량의 냉각장치는 공기를 이용하는 공냉식과 물을 이용하는 수냉식으로 크게 구분되고, 4 행정 엔진을 채택한 대부분의 차량에서는 수냉식을 적용하고 있다.

수냉식 엔진에서는 엔진과 라디에이터 사이에 냉각수 유로가 연결되고, 냉각수 유로 상에 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프와, 냉각수 순환 경로를 제어하는 서모스탯이 구비된다.

또한, 실린더 블록의 연소실 주위로 워터 재킷을 형성하고, 워터 재킷에 냉각수를 통과시켜 냉각수와 실린더 블록 사이의 열교환에 의해 실린더 블록이 적절히 냉각될 수 있도록 한다.

상기한 냉각장치에서 서모스탯은 수온에 따라 냉각수 순환 경로를 변경시키기 위한 부품으로, 시동시 엔진이 차가운 상태에서 엔진 온도를 적정 온도 수준으로 신속히 승온시키기 위해 라디에이터를 향하는 냉각수 유로를 차단하여 냉각수가 라디에이터를 통과하지 않도록 바이패스시킨다.

이러한 서모스탯으로는 왁스 펠릿형과 벨로우즈형의 2종류가 흔히 이용되며, 이 중 왁스 펠릿형 서모스탯은 밸브 개폐를 위해 온도에 따라 팽창 및 수축하는 왁스가 내장된 펠릿을 이용한다.

상기 펠릿에는 왁스에 일체로 삽입되는 슬리브(가이드)가 설치되고, 상기 슬리브 내측에는 피스톤이 축방향으로 슬라이드 가능하게 설치되는데, 도 1은 종래의 서모스탯에서 왁스가 내장된 펠릿(1), 슬리브(3) 및 피스톤(4)을 도시한 단면도로서, 펠릿(1) 내 왁스(2)가 팽창 및 수축됨에 따라 피스톤(4)이 작동되는 상태를 보여주고 있다.

또한, 도 2는 종래의 서모스탯에서 피스톤(4)과 슬리브(3)를 도시한 사시도 및 단면도이다.

왁스 펠릿형 서모스탯에서는 펠릿(1) 내에 밀봉되어 있는 왁스(2)가 온도에 따라 성상이 변하면서 팽창 및 수축하게 되고, 왁스(2)의 팽창 및 수축에 따라 피스톤(4)이 축방향 이동함으로써 밸브 개폐 및 수온에 따른 냉각수 흐름 제어가 이루어지게 된다.

이러한 자동차용 서모스탯에 대한 선행기술문헌으로는 등록실용신안 제20-0236354호, 등록특허 제10-1126253호, 등록특허 제10-0535460호, 등록특허 제10-1316360호, 공개특허 제10-2008-0055412호 등이 있다.

한편, 서모스탯에서는 왁스(2)의 팽창 및 수축에 따라 슬리브(3)와 피스톤(4)이 습동되면서 밸브의 개폐가 이루어지는데, 피스톤(4)의 축방향 왕복 이동시 슬리브(3)와 피스톤(4) 간에 발생하는 마찰력을 최소화하는 것이 필요하다.

그러나, 종래의 서모스탯은 피스톤 축방향 이동시(상승/하강시) 마찰력이 과다하여 밸브의 응답시간이 긴 문제점을 가지고 있다.

또한, 습동되는 슬리브(3)와 피스톤(4) 사이에는 틈새가 존재하는데, 마찰력 과다로 러버 부분의 마모가 발생하여 씰링 성능이 저하될 경우 슬리브(3)와 피스톤(4) 사이의 틈새로 냉각수가 유입될 수 있다.

이 경우 밸브 개폐를 위한 피스톤(4)의 양정(lift)에 변화가 있을 수 있으며, 슬리브(3)와 피스톤(4) 사이로 유입된 냉각수로 인해 체적 변화가 발생하여 피스톤(4)의 양정이 과다해지고, 그로 인해 간섭 및 파손 등의 내구 문제가 발생할 수 있다.

또한, 피스톤(4)의 반복적인 왕복 이동으로 인해 두 부품 사이의 틈새에 냉각수뿐만 아니라 이물질이 유입될 수 있으며, 그로 인해 밸브 응답시간의 지연 및 고착에 의한 스틱(stick) 현상이 발생할 수 있고, 결국 밸브 작동이 불가능한 상태가 될 수 있다.

만약, 밸브가 열린 상태로 고착되면 라디에이터에 연속적으로 찬물이 공급되어 과냉 현상이 발생하고, 밸브가 닫힌 상태로 고착되면 뜨거운 냉각수가 엔진만을 순환하게 되어 과열 현상이 발생할 수 있다.

또한, 슬리브(3)와 피스톤(4) 사이의 틈새에 마찰력 저감을 위해 그리스를 도포하지만, 작동 동안 그리스가 모두 배출되면서 그 효과를 제대로 보지 못하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 축방향 이동하는 피스톤과 슬리브 사이의 마찰력이 최소화되고, 피스톤과 슬리브 사이의 틈새로 냉각수와 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 자동차용 서모스탯을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 피스톤과 슬리브 사이의 틈새로 냉각수가 유입되더라도 냉각수 유입으로 인한 피스톤 전개 양정의 변화를 원천적으로 차단할 수 있는 자동차용 서모스탯을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 왁스가 내장된 펠릿, 상기 펠릿의 왁스에 설치되는 슬리브와, 상기 슬리브 내측에 슬라이드 가능하게 설치되는 피스톤을 포함하는 자동차용 서모스탯에 있어서, 상기 슬리브와 접하는 피스톤 외주면에 그리스가 부착 및 저장될 수 있는 공간을 제공하는 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯을 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 홈은 피스톤 길이방향 전 구간 중에서 피스톤 왕복 운동 동안 슬리브와 항시 접해 있는 구간에 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 홈은 피스톤 길이방향 중간부터 그 하부 영역에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 홈은 그리스가 유입되어 저장되도록 피스톤 외주면에 원주방향 둘레를 따라 형성한 환형의 저장홈부와, 피스톤 외주면에서 상기 홈부로부터 연장된 구조로 형성되는 가늘고 긴 연장홈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 저장홈부가 피스톤 하단부에 형성되고, 상기 연장홈이 피스톤 외주면에서 상기 저장홈부를 기준으로 저장홈부 상측과 하측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연장홈은 피스톤 외주면을 따라 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연장홈 복수 개가 나선형으로 나란하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤에는 슬리브와의 사이로 유입된 냉각수의 배출을 위해 피스톤을 길이방향을 따라 길게 관통하는 배출공이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 자동차용 서모스탯에서는 피스톤 외주면에 홈을 형성하여 상기 홈에 의해 그리스가 상시 부착 및 저장될 수 있도록 함으로써 피스톤 작동시 슬리브와의 마찰력 최소화가 가능해지고, 피스톤과 슬리브 사이로 냉각수 및 이물질이 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

특히, 피스톤 작동시 마찰력이 크게 저감됨에 따라 서모스탯의 밸브 응답시간이 단축되면서 냉각수온의 오버슈트(overshoot)를 방지할 수 있고, 냉각수 및 이물질 유입으로 인한 종래의 문제점, 즉 피스톤 양정 과다 및 그로 인한 내구 문제, 스틱 현상 등이 방지될 수 있다.

또한, 냉각수 유입을 막기 위한 씰링 부품의 삭제가 가능하고, 그로 인해 부품 수 축소, 원가 절감, 공정 축소가 가능해진다.

도 1은 종래의 서모스탯에서 왁스의 팽창 및 수축에 따른 슬리브 및 피스톤의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 종래의 서모스탯에서 피스톤과 슬리브를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯의 피스톤을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯에서 피스톤과 슬리브의 결합상태를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 축방향 이동하는 피스톤과 슬리브 사이의 마찰력이 최소화되고, 피스톤과 슬리브 사이의 틈새로 냉각수와 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 자동차용 서모스탯을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 피스톤과 슬리브 사이의 틈새로 냉각수가 유입되더라도 냉각수 유입으로 인한 피스톤 전개 양정의 변화를 원천적으로 차단할 수 있는 자동차용 서모스탯을 제공하고자 하는 것이다.

도 3은 실시예에 따른 서모스탯의 피스톤을 도시한 사시도이고, 도 4는 실시예에 따른 서모스탯에서 피스톤과 슬리브의 결합상태를 나타내는 단면도이다.

도시된 바와 같이, 피스톤(4)의 외주면에 그리스가 상시 부착 및 저장될 수 있는 공간을 제공하는 홈(5)을 형성한다.

상기 홈(5)은 그리스가 피스톤(4) 외주면에서 외부로 유출되지 않고 상시 부착 및 저장된 상태를 유지하도록 피스톤 외주면에서 슬리브(3)와의 사이에 홈 내부공간이 밀봉될 수 있는 형상 및 구조, 위치에 형성됨이 바람직하다.

이를 위해, 상기 홈(5)은 피스톤(4)이 정해진 양정만큼 왕복 운동하더라도 피스톤 길이방향 전 구간 중 슬리브(3)와 항시 접해 있는 구간에 형성됨이 바람직하고, 이때 도 3에 나타낸 바와 같이 피스톤 길이방향 중간부터 그 하부 영역에 걸쳐 홈(5)을 형성하는 것이 가능하다.

또한, 상기 홈(5)은 그리스가 유입되어 저장될 수 있도록 피스톤(4) 외주면상에 원주방향 둘레를 따라 형성한 환형의 저장홈부(5a)와, 피스톤 외주면상에서 상기 홈부(5a)로부터 연장된 구조로 형성되는 가늘고 긴 연장홈(5b)을 포함하여 구성된다.

상기 저장홈부(5a)는 그리스가 저장될 수 있는 공간을 제공하는 부분으로, 피스톤(4) 하단부에 형성될 수 있다.

또한, 상기 연장홈(5b)은 피스톤(4) 외주면상에 가늘고 길게 형성되는 홈으로서, 저장홈부(5a)로부터 길게 연결되도록 형성되고, 바람직하게는 피스톤(4) 외주면상에 나선형을 따라 형성될 수 있다.

이때, 복수 개의 연장홈(5b)을 나선형으로 나란하게 형성하는 것이 바람직하며, 저장홈부(5a)를 기준으로 저장홈부 상측 및 하측에 모두 상기와 같은 연장홈(5b)을 형성할 수 있다.

상기 연장홈(5b)은 피스톤(4)의 왕복 운동 중 그리스의 유출이 최소화될 수 있도록 하는 작용을 하고, 더불어 그리스가 유입되어 있게 되면서 피스톤 외주면에 그리스가 상시 부착될 수 있도록 하는 작용을 한다.

기본적으로 피스톤(4)과 슬리브(3) 사이의 틈새에는 마찰력 저감을 위한 그리스가 도포되지만, 피스톤 외주면에 상기와 같은 홈(5)이 형성될 경우 피스톤 왕복 운동시 그리스의 유출이 최소화될 수 있고, 피스톤 외주면에 그리스가 상시 부착되어 있게 되므로 피스톤과 슬리브 간의 마찰력이 크게 저감될 수 있게 된다.

한편, 상기 피스톤(4)에는 피스톤을 종방향(축방향/길이방향)을 따라 길게 관통하는 배출공(6)이 형성되는데, 상기 배출공(6)은 피스톤(4)의 중심부를 따라 길게 관통 형성되며, 피스톤(4)과 슬리브(3) 사이의 틈새로 냉각수가 유입되더라도 유입된 냉각수를 바로 배출시키는 통로로 사용된다.

상기 배출공(6)은 슬리브(3) 내부에 삽입되는 피스톤(4) 하단부에서 반대쪽 상단부까지 길게 관통하도록 형성되며, 슬리브 내부의 배출공 하단이 유입된 냉각수를 배출하기 위한 통로 입구가 되고, 배출공 상단이 배출공을 따라 이동한 냉각수를 외부로 배출하는 배출구가 된다.

상기와 같이 피스톤(4)에 배출공(6)을 형성함으로써 슬리브(3)와의 틈새로 냉각수가 유입되더라도 바로 외부로 배출시킬 수 있게 되고, 이에 냉각수 유입으로 인한 피스톤 전개 양정 변화 발생을 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 서모스탯에서는 자동차용 서모스탯에서는 피스톤 외주면에 홈을 형성하여 상기 홈에 의해 그리스가 상시 부착 및 저장될 수 있도록 함으로써 피스톤 작동시 슬리브와의 마찰력 최소화가 가능해지고, 피스톤과 슬리브 사이로 냉각수 및 이물질이 유입되는 것을 효과적으로 차단할 수 있게 된다.

특히, 피스톤 작동시 마찰력이 크게 저감됨에 따라 서모스탯의 밸브 응답시간이 단축되면서 냉각수온의 오버슈트(overshoot)를 방지할 수 있고, 냉각수 및 이물질 유입으로 인한 종래의 문제점, 즉 피스톤 양정 과다 및 그로 인한 내구 문제, 스틱 현상 등이 방지될 수 있다.

또한, 냉각수 유입을 막기 위한 씰링 부품의 삭제가 가능하고, 그로 인해 부품 수 축소, 원가 절감, 공정 축소가 가능해진다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

3 : 슬리브 4 : 피스톤
5 : 홈 5a : 저장홈부
5b : 연장홈 6 : 배출공

Claims (8)

1. 왁스가 내장된 펠릿, 상기 펠릿의 왁스에 설치되는 슬리브와, 상기 슬리브 내측에 슬라이드 가능하게 설치되는 피스톤을 포함하는 자동차용 서모스탯에 있어서,
   상기 슬리브와 접하는 피스톤 외주면에 그리스가 부착 및 저장될 수 있는 공간을 제공하는 홈을 형성하되, 상기 홈은 그리스가 유입되어 저장되도록 피스톤 외주면에 원주방향 둘레를 따라 형성한 환형의 저장홈부와, 피스톤 외주면에서 상기 홈부로부터 연장된 구조로 형성되는 가늘고 긴 연장홈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 홈은 피스톤 길이방향 전 구간 중에서 피스톤 왕복 운동 동안 슬리브와 항시 접해 있는 구간에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 홈은 피스톤 길이방향 중간부터 그 하부 영역에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 저장홈부가 피스톤 하단부에 형성되고, 상기 연장홈이 피스톤 외주면에서 상기 저장홈부를 기준으로 저장홈부 상측과 하측에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 연장홈은 피스톤 외주면을 따라 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 연장홈 복수 개가 나선형으로 나란하게 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 피스톤에는 슬리브와의 사이로 유입된 냉각수의 배출을 위해 피스톤을 길이방향을 따라 길게 관통하는 배출공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 서모스탯.
   
   

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