KR102334215B1 - 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세컨드 서모스탯(100)에 있어서, 엔진의 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 유체실(60)과, 엔진의 실린더 블록부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제1유입구(10)와, 엔진의 실린더 헤드부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제2유입구(20)와, 엔진의 열을 흡수하여 유체실(60)로 유입된 냉각수를 난방용으로 사용하기 위해 히터로 유출되도록 하는 제1유출구(30)와, 엔진의 열을 흡수한 고온의 냉각수의 열을 방출시키기 위한 라디에이터로 유출되도록 하는 제2유출구(40)와, 라디에이터로 유출되는 냉각수를 리저브 탱크로 유출되도록 하는 제3유출구(50)로 구성되어 엔진의 열을 흡수한 냉각수가 히터와 라디에이터로 순환되는 과정에서 엔진의 실린더 블록부에서 유입되는 고온의 냉각수와 실린더 헤드부에서 유입되는 저온의 냉각수가 서머스탯(100)의 내측 유체실(60)부에서 와류가 발생하지 않도록 함으로써 냉각수가 빠르게 히터나 라디에이터로 유출되도록 하여 엔진 냉각효과를 높일 수 있는 것이다.

Description

가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯{SECOND THERMOSTAT FOR GASOLINE ENGINE}

본 발명은 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯에 관한 것으로, 특히 가솔린 엔진 시동 시 실린더 블록의 폭발 행정에 의해 가열되어진 냉각수가 초기에 순환되는 것을 방지하여 엔진이 빠르게 예열될 수 있도록 하는 세컨드 서모스탯에 관한 것이다.

일반적으로, 서모스탯(thermostat)은 온도를 자동적으로 조절하는 장치를 말하며, 여러 가지 기기에 널리 사용되고 있다. 특히, 가솔린 엔진에 설치되는 서모스탯은 엔진의 냉각계통에 주로 설치가 된다.

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 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.

상기 서모스탯은 냉각 수온에 따라 자동적으로 작동하는 밸브로서, 실린더 헤드의 라디에이터수로 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 종래의 서모스탯은 냉각수를 순환시켜 엔진의 열을 방출시키는 역할을 주된 기능으로 하였으나 엔진의 초기 시동시 엔진 예열을 위한 기능을 갖는 것은 없었다.

등록실용신안 제20-0476054호, '차량용 서모스탯'

따라서 본 발명의 목적은 가솔린 엔진 시동 시 실린더 블록의 폭발 행정에 의해 가열되어진 냉각수가 초기에 순환되는 것을 방지하여 엔진을 예열시킬 수 있도록 하는 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯을 제공하는데에 있다.

상기의 목적에 따른 본 발명은 세컨드 서모스탯(100)에 있어서, 엔진의 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 유체실(60)과, 엔진의 실린더 블록부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제1유입구(10)와, 엔진의 실린더 헤드부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제2유입구(20)와, 엔진의 열을 흡수하여 유체실(60)로 유입된 냉각수를 난방용으로 사용하기 위해 히터로 유출되도록 하는 제1유출구(30)와, 엔진의 열을 흡수한 고온의 냉각수의 열을 방출시키기 위한 라디에이터로 유출되도록 하는 제2유출구(40)와, 라디에이터로 유출되는 냉각수를 리저브 탱크로 유출되도록 하는 제3유출구(50)로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체실(60)은 엔진의 실린더 블록부에서 유입된 냉각수가 제1유입구(10)를 통해 유입되는 제1유체실(61)과, 엔진의 실린더 헤드부에서 유입된 냉각수가 제2유입구(20)를 통해 유입되는 제2유체실(62)로 구분됨을 특징으로 한다.

또한, 제1유체실(61)에는 가솔린 엔진의 초기 시동시에 가열된 냉각수가 순환되지 않도록 제1유체실(61)의 개폐를 관리하는 왁스부재(70)가 설치됨을 특징으로 한다.

또한, 제2유체실(62)에는 제1유입구(10)를 통해 유입되는 냉각수와 제2유입구(20)를 통해 유입되는 냉각수가 제2유체실(62)에서 합류되면서 발생하는 와류를 방지하기 위해 제2유체실(62)의 공간을 줄여 냉각수의 와류가 발생되는 것을 방지하는 커버(80)가 설치됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 왁스부재(70)는 냉각수의 온도에 따라 수축, 팽창하는 왁스(71)와, 상기 왁스(71)의 수축, 팽창에 대응하여 제1유체실(61)을 개폐하는 차단밸브(72)와, 상기 왁스(71)의 수축, 팽창시 차단밸브(72)가 복귀될 수 있도록 하는 스프링(73)으로 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 가솔린 엔진 시동 시 실린더 블록의 폭발 행정에 의해 가열되어진 냉각수가 초기에 순환되는 것을 방지하여 엔진을 예열시킬 수 있어 엔진 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯의 구성을 설명하기 위한 단면구성도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯에 설치된 왁스부재의 작동구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯 내부 유체실에서의 냉각수 흐름을 나타내는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 세컨드 서모스탯의 구성을 나타내는 단면도이다.

본 발명의 세컨드 서모스탯(100)은 엔진의 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 유체실(60)과, 엔진의 실린더 블록부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제1유입구(10)와, 엔진의 실린더 헤드부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제2유입구(20)와, 엔진의 열을 흡수하여 유체실(60)로 유입된 냉각수를 난방용으로 사용하기 위해 히터로 유출되도록 하는 제1유출구(30)와, 엔진의 열을 흡수한 고온의 냉각수의 열을 방출시키기 위한 라디에이터로 유출되도록 하는 제2유출구(40)와, 라디에이터로 유출되는 냉각수를 리저브 탱크로 유출되도록 하는 제3유출구(50)로 구성된다.

상기 유체실(60)은 제1유입구(10)를 통해 냉각수가 유입되는 제1유체실(61)과, 제2유입구(20)를 통해 냉각수가 유입되는 제2유체실(62)로 구분되며, 제1유입구(10)를 통해서는 제1유체실(61)로 냉각수가 유입되고 제2유입구(20)를 통해서는 제2유체실(62)로 각각 유입되는 것이다.

엔진의 실린더 블록부에서 유입되는 냉각수는 상대적으로 고온이고, 엔진의 실린더 헤드부에서 유입되는 냉각수는 이보다 낮은 저온이며, 각각의 냉각수가 별도로 서머스탯 내부의 제1,제2유체실(61)(62)로 유입된다.

본 발명에서는 제1유입구(10)를 통해 유입되는 냉각수는 가솔린 엔진 초기시동시에서는 냉각수가 순환되지 않고 제1유체실(61) 내에서 머물도록 하여 엔진이 예열되도록 함으로써 엔진의 열 효율을 높이도록 한다.

이를 위해 가솔린 엔진의 초기 시동시에는 가열된 냉각수가 순환되지 않도록 제1유체실(61)의 개폐를 관리하는 왁스부재(70)가 제1유체실(61)에 설치된다.

왁스부재(70)의 구성을 설명하면, 냉각수의 온도에 따라 수축, 팽창하는 왁스(71)와, 상기 왁스(71)의 수축, 팽창에 대응하여 제1유체실(61)을 개폐하는 차단밸브(72)와, 상기 왁스(71)의 수축, 팽창시 차단밸브(72)가 복귀될 수 있도록 하는 스프링(73)으로 구성된다.

도 3을 참조하여 이를 설명하면, 상기 왁스(71)는 냉각수의 온도가 70℃ 이하인 가솔린 엔진의 초기 시동시에는 도 3의 (a)와 같이 팽창하지 않아 차단밸브(72)에 의해 제1유체실(61)을 폐쇄시켜 냉각수가 제2유체실(62)로 유입되지 않도록 함으로써 가열된 냉각수에 의해 엔진이 예열되도록 한다.

즉, 이미 가열된 냉각수에 의해 엔진을 예열함에 따라 엔진의 성능을 1~2%정도 높일 수 있게 되는 것이다.

냉각수의 온도가 70℃ 이상이 되면 도 3의 (b)와 같이 왁스(71)가 팽창하여 차단밸브(72)가 후방으로 밀려나면서 제1유체실(61)을 개방되어 냉각수의 순환이 이루어진다. 이때에는 가솔린 엔진이 이미 예열이 된 상태이다.

냉각수의 온도가 95℃ 이상이 되면 차단밸브(72)가 완전히 개방되어 냉각수가 제2유체실(62)을 통해 히터와 라디에이터로 순환되는 것이다.

상기 왁스부재(70)의 개방시 제1유체실(61)의 냉각수가 제2유체실(62)로 순환되면서 제2유입구(20)를 통해 유입되는 저온의 냉각수와 합류하게 되며, 이때 각각 유입되는 냉각수가 제2유체실(62)에서 합류되면서 와류가 발생하여 냉각수의 흐름에 방해가 된다.

이를 위해 본 발명에서는 제1유입구(10)를 통해 유입되는 고온의 냉각수와 제2유입구(20)를 통해 유입되는 저온의 냉각수가 제2유체실(62)에서 합류되면서 발생하는 와류를 방지하기 위해 제2유체실(62)의 공간을 줄여 냉각수의 와류를 발생되는 것을 방지하는 커버(80)가 설치된다.

이때, 상기에서 설명하는 고온의 냉각수는 엔진의 실린더 블록부에서 유입되는 냉각수이며, 저온의 냉각수는 엔진의 실린더 헤드부에서 유입되는 상기 고온의 냉각수에 비해 상대적으로 온도가 낮은 냉각수를 의미하는 것이다.

도 5를 참조하여 커버(80)의 구성을 상세히 설명하면, 커버(80)를 서모스탯(100)에 나사체결하여 고정시키기 위한 체결몸체(81)와, 체결몸체(81)의 체결시 제2유체실(62)의 공간 내측에 위치하면서 냉각수의 와류가 발생될 수 있는 제2유체실(62)의 공간을 축소시키기 위해 내측으로 삽입되는 막음부(82)와, 제1유입구(10)를 통해 유입되는 냉각수의 온도에 따라 제1유체실(61)의 개폐를 관리하는 왁스부재(70)의 팽창압력을 지지하는 지지부(83)와, 상기 지지부(83)에 가해지는 왁스부재(70)의 가압력을 지지하기 위해 막음부(82)에서 돌출설치되는 한 쌍의 가이드바(84)로 구성된다.

상기 체결몸체(81)는 나사체결에 의해 서모스탯(100)에 커버(80)를 고정시키기 위한 것으로, 서모스탯(100)에 체결고정시 내측의 냉각수가 새지 않도록 하는 실링부재(85)가 구비되며, 상기 실링부재(85)는 커버(80) 체결시 서모스탯(100)의 내측면과 밀착되어 냉각수가 외부로 새어나오지 않도록 한다.

상기 막음부(82)는 커버(80)의 체결시 제2유체실(62) 내측으로 깊숙이 끼워져 냉각수가 채워지는 제2유체실(62)의 공간을 축소시켜 냉각수의 와류가 발생될 우려가 있는 공간을 줄여줌으로써 냉각수가 원활하게 히터나 라디에이터로 순환될 수 있도록 한다.

도 4를 참조하여 이를 설명하면, 제1유입구(10)와 제2유입구(20)를 통해 각각 제1,제2유체실(61)(62)로 유입된 냉각수는 도 4의 (a)와 같이 서로 합류되면서 제2유체실(62)에서 와류가 발생하게 되어 고온의 냉각수가 신속하게 순환되지 못하게 된다.

즉, 고온의 냉각수가 일부는 히터나 라디에이터로 순환될 수 있으나 제2유체실(62) 내에서의 와류에 의해 흐름이 방해받게 되는 것이다.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 도 4의 (b)와 같이 커버(80)가 체결된 상태에서 커버(80)의 막음부(82)가 제2유체실(62)의 일부를 차지하고 있어 냉각수의 와류가 발생될 수 있는 공간을 제공하지 않도록 함으로써 와류의 발생없이 고온의 냉각수가 즉시 히터나 라디에이터로 순환될 수 있도록 한다.

냉각수가 제2유체실(62) 내에서 와류가 발생되지 않도록 함에 따라 제1유입구(10)를 통해 유입되는 고온의 냉각수의 대부분은 히터로 순환되어 난방용으로 사용되고, 제2유입구(20)를 통해 유입되는 저온의 냉각수는 라디에이터로 순환되어 열을 외부로 방출하게 된다.

이때, 제1유입구(10)를 통해 유입되는 고온의 냉각수 중 70%는 히터를 통해 순환되고 나머지 30%는 라디에이터와 리저브 탱크로 순환될 수 있다.

상기 리저브 탱크는 라디에이터의 냉각수 수용을 보조하기 위한 것으로, 라디에이터로 순환되는 냉각수가 온도에 따라 체적이 변할 경우 이를 대비하기 위해 냉각수의 일부를 수용하거나 보충하기 위해 설치되는 것이다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

(10)-- 제1유입구 (20)-- 제2유입구
(30)-- 제1유출구 (40)-- 제2유출구
(50)-- 제3유출구
(60)-- 유체실 (61)-- 제1유체실
(62)-- 제2유체실
(70)-- 왁스부재 (71)-- 왁스
(72)-- 차단밸브 (73)-- 스프링
(80)-- 커버 (81)-- 체결몸체
(82)-- 막음부 (83)-- 지지부
(84)-- 가이드바 (85)-- 실링부재
(100)-- 서모스탯

Claims (5)

1. 세컨드 서모스탯(100)에 있어서,
   엔진의 열을 흡수한 냉각수가 유입되는 유체실(60)과,
   엔진의 실린더 블록부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제1유입구(10)와,
   엔진의 실린더 헤드부에서 유입된 냉각수가 유체실(60)로 유입되는 제2유입구(20)와,
   엔진의 열을 흡수하여 유체실(60)로 유입된 냉각수를 난방용으로 사용하기 위해 히터로 유출되도록 하는 제1유출구(30)와,
   엔진의 열을 흡수한 냉각수의 열을 방출시키기 위한 라디에이터로 유출되도록 하는 제2유출구(40)와,
   라디에이터로 유출되는 냉각수를 리저브 탱크로 유출되도록 하는 제3유출구(50)로 구성되며,
   상기 유체실(60)은 엔진의 실린더 블록부에서 유입된 냉각수가 제1유입구(10)를 통해 유입되는 제1유체실(61)과, 엔진의 실린더 헤드부에서 유입된 냉각수가 제2유입구(20)를 통해 유입되는 제2유체실(62)로 구성되고,
   제2유체실(62)에는 제1유입구(10)를 통해 유입되는 냉각수와 제2유입구(20)를 통해 유입되는 냉각수가 제2유체실(62)에서 합류되면서 발생하는 와류를 방지하기 위해 제2유체실(62)의 공간을 줄여 냉각수의 와류가 발생되는 것을 방지하는 커버(80)가 설치되며,
   상기 커버(80)는 커버(80)를 서모스탯(100)에 나사체결하여 고정시키기 위한 체결몸체(81)와, 체결몸체(81)의 체결시 제2유체실(62)의 공간 내측에 위치하면서 냉각수의 와류가 발생될 수 있는 제2유체실(62)의 공간을 축소시키기 위해 내측으로 삽입되는 막음부(82)와, 제1유입구(10)를 통해 유입되는 냉각수의 온도에 따라 제1유체실(61)의 개폐를 관리하는 왁스부재(70)의 팽창압력을 지지하는 지지부(83)와, 상기 지지부(83)에 가해지는 왁스부재(70)의 가압력을 지지하기 위해 막음부(82)에서 돌출설치되는 한 쌍의 가이드바(84)와, 서모스탯(100)에 체결고정시 내측의 냉각수가 새지 않도록 하는 실링부재(85)로 구성됨을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   제1유체실(61)에는 가솔린 엔진의 초기 시동시에 가열된 냉각수가 순환되지 않도록 제1유체실(61)의 개폐를 관리하는 왁스부재(70)가 설치됨을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯.
   
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,
   상기 왁스부재(70)는 냉각수의 온도에 따라 수축, 팽창하는 왁스(71)와,
   상기 왁스(71)의 수축, 팽창에 대응하여 제1유체실(61)을 개폐하는 차단밸브(72)와,
   상기 왁스(71)의 수축, 팽창시 차단밸브(72)가 복귀될 수 있도록 하는 스프링(73)으로 구성됨을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 세컨드 서모스탯.
   

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