KR102402073B1 - 차량용 전기식 써모스탯 및 이의 제어방법 - Google Patents

차량용 전기식 써모스탯 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

냉각수의 온도에 따라 엔진의 냉각수 유로 또는 바이패스 유로를 개방하는 차량용 전기식 써모스탯에 관한 것이다. 차량용 전기식 써모스탯은 차량의 라디에이터 측 냉각수 유로와 선택적으로 연통되는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되고, 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 왁스가 내부에 충진된 왁스 케이스; 상기 왁스의 팽창 또는 수축에 의해 왕복 이동하는 피스톤; 상기 왁스와 상기 피스톤 사이에 배치되며, 일 면이 상기 피스톤과 접촉하는 백업 플레이트; 상기 왁스와 상기 피스톤 사이에 배치되며, 일 면이 상기 백업 플레이트와 접촉하는 러버 피스톤; 상기 라디에이터 측 냉각수 유로를 선택적으로 개폐하는 메인 밸브; 및 상기 왁스를 가열하기 위한 히터;를 포함하고, 상기 히터는 상기 메인 밸브를 개방하기 위한 개변 온도보다 낮은 온도에서 상기 왁스를 가열하여 상기 러버 피스톤과 상기 백업 플레이트 사이의 틈을 없애도록 형성될 수 있다.

Description

차량용 전기식 써모스탯 및 이의 제어방법{ELECTRICAL THRMOSTAT FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 온도 변화에 따라 냉각수 유로 또는 바이패스 유로를 개폐하여 냉각수의 온도를 일정 온도로 유지하기 위한 차량용 전기식 써모스탯 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 메인 밸브가 개방되지 않는 온도 이하에서만 히터를 작동시켜 메인 밸브가 개방되기 전 미리 백업 플레이트와 러버 피스톤 사이에 유착된 냉각수를 외부로 배출시켜 줌으로써, 메인 밸브의 조기개변을 방지할 수 있는 차량용 전기식 써모스탯 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 냉각시스템은 엔진을 적정 온도로 유지시키기 위하여 예열 시에는 냉각수를 엔진의 내부에서만 순환되게 하고, 일정 온도에 도달하면 냉각수를 라디에이터로 순환시켜 냉각시킨 후 엔진으로 재 유입하여 엔진의 과열을 방지하는 역할을 한다.
이와 같은 냉각시스템은 냉각수가 순환하는 바이패스 관과 라디에이터 및 워터펌프가 순환되는 관로에 설치되고, 냉각수를 바이패스 관과 라디에이터로의 순환을 결정하는 써모스탯이 관로의 적정 위치에 설치된다.
구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 써모스탯(1)은 냉각수 유로 및 바이패스 유로와 선택적으로 연통되는 하우징(11)과, 하우징(11) 내에 설치되며 냉각수의 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 왁스(W)가 내부에 충진된 왁스 케이스(16)와, 왁스 케이스(16)의 하부에 결합되는 가이드부(15)와, 가이드부(15) 내에서 왁스(W)의 팽창 또는 수축에 의해 상하 방향으로 이동하는 피스톤(12)과, 가이드부(15) 및 피스톤(12)을 감싸는 형태로 이루어져 하우징(11) 내에 탄성 지지되며, 냉각수 유로 및 바이패스 유로를 개폐하기 위한 메인 밸브(18) 및 바이패스 밸브(19)를 구비하는 밸브 가이드부(17)를 포함할 수 있다.
이에 따라 냉각수 온도가 일정 값 이상이면 왁스(W)가 팽창하고, 왁스(W)의 팽창력에 의해 피스톤(12) 및 밸브 가이드부(17)가 하부로 이동하게 된다. 그러면, 메인 밸브(18)는 냉각수 유로를 개방하고 바이패스 밸브(19)는 바이패스 유로를 차폐하는 형태가 되므로 냉각수는 써모스탯(1) 안쪽으로 흐르게 되고, 써모스탯(1) 안쪽으로 흐른 냉각수는 엔진을 거쳐서 라디에이터로 유입될 수 있다.
그러나, 종래에는 써모스탯(1)의 구동시 백업 플레이트(13)의 열 팽창률에 의하여 백업 플레이트(13)가 팽창하거나 수축하여, 백업 플레이트(13)와 러버 피스톤(14) 사이에 냉각수(C)가 유착되는 문제점이 있었다.
이와 같이 가이드부(15) 내부에서 백업 플레이트(13)와 러버 피스톤(14) 사이에 냉각수(C)가 유착되면, 유착된 냉각수(C)의 양만큼 피스톤(12)이 미리 하강한 상태가 되므로, 정해진 온도보다 낮은 온도에서 메인 밸브(18)가 개방될 수 있다. 즉, 정해진 개폐 온도보다 낮은 온도에서 메인 밸브(18)가 개방되므로 냉각 효율이 저하되고, 이는 차량의 운행에 영향을 주어 운전자의 안전까지 위협하는 문제점이 있었다.
등록특허공보 10-2116256 (2020.06.02 공고)
본 발명의 과제는 메인 밸브가 개방되지 않는 온도 이하에서만 히터를 작동시켜 메인 밸브가 개방되기 전 미리 백업 플레이트와 러버 피스톤 사이에 유착된 냉각수를 외부로 배출시켜 줌으로써, 정해진 온도보다 낮은 온도에서 메인 밸브가 조기 개변되지 않고, 원하는 개폐 온도에서 메인 밸브를 제어할 수 있는 차량용 전기식 써모스탯 및 이의 제어방법을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 전기식 써모스탯은 차량의 라디에이터 측 냉각수 유로와 선택적으로 연통되는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되고, 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 왁스가 내부에 충진된 왁스 케이스; 상기 왁스의 팽창 또는 수축에 의해 왕복 이동하는 피스톤; 상기 왁스와 상기 피스톤 사이에 배치되며, 일 면이 상기 피스톤과 접촉하는 백업 플레이트; 상기 왁스와 상기 피스톤 사이에 배치되며, 일 면이 상기 백업 플레이트와 접촉하는 러버 피스톤; 상기 라디에이터 측 냉각수 유로를 선택적으로 개폐하는 메인 밸브; 및 상기 왁스를 가열하기 위한 히터;를 포함하고, 상기 히터는 상기 메인 밸브를 개방하기 위한 개변 온도보다 낮은 온도에서 상기 왁스를 가열하여 상기 러버 피스톤과 상기 백업 플레이트 사이의 틈을 없애도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 히터는 히터 제어부에 의해 작동이 제어되고, 상기 제어부는 상기 냉각수의 온도를 감지하는 온도 감지부로부터 상기 냉각수 온도 정보를 수신하며, 상기 히터 제어부는 상기 온도 감지부에서 감지한 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에 상기 히터를 작동시키고, 상기 기설정된 온도는 상기 개변온도보다 낮고, 상기 기설정된 온도에서 상기 메인 밸브는 개방되지 않는 온도로 제공될 수 있다.
또한, 상기 기설정된 온도는 10℃로 제공될 수 있다.
또한, 상기 냉각수의 온도가 상기 기설정된 온도보다 높아지면 상기 히터의 작동은 종료될 수 있다.
또한, 상기 기설정된 온도 이하의 온도 범위에서 상기 히터가 작동되면, 상기 러버 피스톤이 상기 백업 플레이트 쪽으로 이동하여 상기 러버 피스톤과 상기 백업 플레이트 사이의 공간에 유착된 냉각수가 상기 공간 외부로 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법은 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 왁스가 내부에 충진되고, 냉각수의 온도가 개변 온도 이상인 경우에 차량의 라디에이터 측 냉각수 유로를 개방하는 차량용 전기식 써모스탯에 있어서, 차량의 엔진에 시동이 걸리는 단계; 차량의 냉각수의 온도를 감지하는 단계; 상기 냉각수의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 지의 여부를 판단하는 단계; 및 상기 냉각수의 온도가 상기 기설정된 온도 이하인 것으로 판단되면, 차량용 써모스텟의 왁스를 가열하기 위해 히터를 작동시키는 단계;를 포함하고, 상기 기설정된 온도는 상기 개변온도보다 낮고, 상기 기설정된 온도 이하의 범위에서 상기 차량의 라디에이터 측 냉각수 유로는 개방되지 않는 온도로 제공될 수 있다.
또한, 상기 냉각수의 온도가 상기 기설정된 온도보다 높아지면 상기 히터의 작동은 종료될 수 있다.
또한, 상기 기설정된 온도는 10℃로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 메인 밸브가 개방되지 않는 온도 이하에서만 히터를 작동시켜 메인 밸브가 개방되기 전 미리 백업 플레이트와 러버 피스톤 사이에 유착된 냉각수를 외부로 배출시켜 줌으로써, 백업 플레이트와 러버 피스톤 사이로 냉각수가 유착되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 냉각수가 유착된 양만큼 피스톤이 하부로 밀려 이동하는 것이 방지될 수 있으므로 기 설정된 온도보다 낮은 온도에서 밸브가 조기 개변되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 원하는 개폐 온도에서 메인 밸브 및 바이패스 밸브를 제어할 수 있으므로 냉각수의 냉각 효율 및 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 전기식 써모스탯의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전기식 써모스탯의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 써모스탯이 엔진에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 (a)는 전원을 공급하지 않았을 때의 냉각수 온도에 따른 메인 밸브의 리프트 발생량을 나타낸 그리프이고, 도 4(b)는 전원을 공급하였을 때의 냉각수 온도에 따른 메인 벨브의 리프트 발생량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법을 도시한 블록도이다.
도 6은 도 5의 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법에 대한 플로우차트이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 차량용 전기식 써모스탯 및 이의 제어방법에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전기식 써모스탯의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 써모스탯이 엔진에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 차량용 전기식 써모스탯(100)은 하우징(110)과, 왁스 케이스(120)와, 피스톤(130)과, 백업 플레이트(140)와, 러버 피스톤(150)과, 메인 밸브(160), 및 히터(170)를 포함할 수 있다.
여기서, 차량용 전기식 써모스탯(100)은 엔진(ENG)과 라디에이터(RAD) 사이에 설치되어 차량의 부하상태 등과 같은 주행환경에 따라 엔진의 냉각수 온도를 능동적으로 제어하기 위한 것으로, 냉각수 유로(10) 또는 바이패스 유로(20)를 선택적으로 개방하여 라디에이터(RAD)로 흐르는 유량을 조절함으로써 냉각수를 일정 온도 범위로 유지시키기 위해 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 메인 밸브(160)는 차폐되고, 바이패스 밸브(161)는 개방된 상태, 즉 냉각수가 바이패스 유로(20)를 순환하는 상태를 기초로 설명하기로 한다.
하우징(110)은 라디에이터 측 냉각수 유로와 선택적으로 연통될 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)은 공급 유로(30)를 통해 엔진(ENG)의 워터펌프(W/P)로부터 냉각수를 공급받으며, 라디에이터(RAD)로부터 냉각수를 공급받기 위한 냉각수 유로(10)와, 엔진(ENG)에서 배출된 냉각수가 바이패스되는 바이패스 유로(20)가 서로 교차되는 지점에 설치될 수 있다.
하우징(110)은 내부에 차량용 써모스탯(100)을 구성하는 다양한 부품들을 설치할 수 있도록 내부에 수용 공간이 형성될 수 있으며, 상부 및 하부에 각각 상부 냉각수 통공(110a) 및 하부 냉각수 통공(110b)이 형성될 수 있다. 여기서, 상부 냉각수 통공(110a)은 냉각수 유로(10)와 연통되고, 하부 냉각수 통공(110b)은 바이패스 유로(20)와 연통되도록 배치될 수 있다.
왁스 케이스(120)는 하우징(110) 내에 배치되고, 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 왁스(W)가 내부에 충진될 수 있다. 예를 들어, 바이패스 유로(20)를 순환하는 냉각수의 온도가 상승하거나 하락하면, 열 전도에 의해 왁스(W) 케이스(120) 및 왁스(W)의 온도 또한 상승하거나 하락할 수 있고, 왁스(W)는 이러한 온도 변화에 의해 체적이 증가하거나 감소하여 팽창 또는 수축할 수 있다.
다시 말하면, 바이패스 유로(20)를 순환하는 냉각수의 온도가 일정 값 이상이면 왁스(W)가 팽창하고, 냉각수의 온도가 일정 값 미만이면 왁스(W)가 수축하게 된다. 이때, 왁스(W)케이스로부터 왁스(W)가 흘러 넘치는 것을 방지하기 위하여, 왁스(W) 케이스(120)에는 왁스(W)가 팽창 또는 수축함에 따라 변형되는 다이어프램(121)이 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 피스톤(130과, 백업 플레이트(140), 및 러버 피스톤(150)은 가이드부(180) 내에 설치될 수 있다. 예를 들어, 가이드부(180)는 피스톤(130과, 백업 플레이트(140), 및 러버 피스톤(150)을 감싸는 형태로 이루어져 왁스(W)의 팽창 또는 수축에 따른 상하 이동을 가이드 할 수 있다. 이러한 가이드부(180)의 하부에는 피스톤(130 내부로 냉각수가 유입되는 것을 방지하기 위한 보조 씰캡(181)이 구비될 수 있다.
가이드부(180)는 상부 및 하부가 개방된 중공의 원기둥 형태로 형성될 수 있으며, 상측 일부가 왁스(W) 케이스(120)의 하부에 결합될 수 있다. 그리고, 가이드부(180)는 열전도율이 좋은 황동 또는 SUS 재질로 형성될 수 있으며, 약 19 x 10-6/℃의 열 팽창률을 갖도록 제공될 수 있다.
피스톤(130)은 가이드부(180) 내에 배치될 수 있고, 왁스(W)의 팽창 또는 수축에 의해 왕복 이동할 수 있다. 예를 들어, 피스톤(130은 가이드부(180)의 최 하측에 배치될 수 있으며, 왁스(W)의 체적 변화에 따라 후술되는 백업 플레이트(140)와, 러버 피스톤(150)과, 반유체(122)에 의해 도면 상에서 상하 방향으로 왕복 이동할 수 있다.
백업 플레이트(140)는 왁스(W)와 피스톤(130) 사이에 배치되며, 일 면이 피스톤(130)과 접촉할 수 있다. 예를 들어, 백업 플레이트(140)는 가이드부(180) 내에 삽입되어 왁스(W)와 피스톤(130) 사이에 배치될 수 있고, 하측면이 피스톤(130)의 상부에 접촉하는 형태로 배치될 수 있다.
백업 플레이트(150)는 가공이 용이하고, 내구성이 좋은 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 백업 플레이트(150)는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)와 카본(carbon)의 혼합물, PTFE, 그라파이트(graphite), 청동(bronze), 탄소섬유(carbon fiber) 중 선택된 하나의 재질로 제조될 수 있으며, 다만 이러한 재질에 한정되는 것은 아니다. 이러한 백업 플레이트(150)는 약 5 x 10-5/℃의 열 팽창률을 갖도록 형성될 수 있다.
러버 피스톤(150)은 왁스(W)의 팽창시 가이드(130)에 밀착되어 왁스(W)와 피스톤(130) 사이를 실링하기 위한 것으로서, 왁스(W)와 피스톤(130) 사이에 배치되며, 일 면이 백업 플레이트(140)와 접촉할 수 있다. 예를 들어, 러버 피스톤(150)은 고무, 실리콘 등과 같이 유연한 재질로 형성될 수 있고, 하측면이 백업 플레이트(140)의 상부에 접촉하는 형태로 배치될 수 있다.
러버 피스톤(150)의 상부에는 다이어프램(121)과 접촉할 수 있는 반유체(122)가 충진될 수 있다. 이러한 반유체(122)는 액체와 고체의 중간 정도 상태의 물질로서, 왁스(W)의 팽창 또는 수축에 의해 왕복 이동할 수 있다.
러버 피스톤(150)은 이러한 반유체(122)의 하부에 밀착되어 왁스(W) 및 반유체(122)가 피스톤(130) 측으로 새는 것을 방지할 수 있으며, 가이드부(180) 내에 억지끼움 방식으로 삽입되어 왁스(W)의 체적 변화에 의해 가이드부(180) 내에서 상하 방향으로 왕복 이동할 수 있다.
한편, 백업 플레이트(140)의 열 팽창력에 의해 낮은 온도에서 수축하는 경우, 백업 플레이트(140)와 가이드부(180) 사이의 틈으로 냉각수가 유입되어 백업 플레이트(140)와 러버 피스톤(150) 사이에 유착될 수 있다. 따라서, 이러한 냉각수의 유착을 방지하기 위하여 메인 밸브(160)의 개변 전 러버 피스톤(150)을 백업 플레이트(140) 측으로 가압해줌으로써 냉각수를 외부로 배출시킬 수 있는데, 자세한 설명은 후술하기로 한다.
본 발명에 따르면, 가이드부(180) 및 피스톤(130)을 감싸는 형태로 이루어져 하우징(110) 내에 탄성 지지되는 밸브 가이드부(190)를 더 포함할 수 있다. 이처럼 밸브 가이드부(190) 내부에 가이드부(180) 및 피스톤(130)이 배치됨에 따라, 피스톤(130)이 하부로 이동하여 밸브 가이드부(190)를 가압하면 밸브 가이드부(190) 또한 하부로 이동하게 되고, 피스톤(130)이 상부로 이동하면 후술되는 메인 밸브(160) 탄성부재(S1)의 복원력에 의해 밸브 가이드부(190)가 상부로 이동할 수 있다.
밸브 가이드부(190)는 냉각수 유로(10) 및 바이패스 유로(20)를 개폐하기 위한 메인 밸브(160) 및 바이패스 밸브(161)를 구비할 수 있다.
메인 밸브(160)는 라디에이터(RAD) 측 냉각수 유로를 선택적으로 개폐할 수 있다. 메인 밸브(160)는 밸브 가이드부(190)의 상측 외주면에 고정될 수 있으며, 밸브 가이드부(190)가 이동함에 따라 냉각수 유로(10)를 개폐할 수 있다. 이처럼 메인 밸브(160)가 냉각수 유로(10)를 개폐하도록 형성됨에 따라, 라디에이터 측으로 공급되는 냉각수 흐름을 제어할 수 있게 된다.
예를 들어, 메인 밸브(160)는 메인 밸브(160) 탄성부재(S1)에 의하여 하우징(110) 내부에 탄성 지지될 수 있으며, 상부 냉각수 통공(110a)과 하부 냉각수 통공(110b) 사이에 설치되어 하우징(110)내의 공간을 상하로 구획할 수 있다. 그리고, 메인 밸브(160)의 외측 상면은 하우징(110)의 내부에 형성된 단턱(111)과 밀착하도록 형성되어 있어, 공급 유로(30)로에서 배출되는 냉각수가 냉각수 유로(10)로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
이에 따라, 왁스(W)의 팽창에 의해 밸브 가이드부(190)가 하부로 이동하면, 하우징(110)의 단턱(111)에 밀착된 메인 밸브(160) 또한 하부로 이동하여 하우징(110)과 메인 밸브(160) 사이에 공간이 형성된다. 즉, 메인 밸브(160)에 의해 차폐되어 있던 냉각수 유로(10)가 개방되고, 냉각수는 냉각수 유로(10)를 순환할 수 있게 된다.
바이패스 밸브(161)는 밸브 가이드부(190)의 하측 외주면에 고정될 수 있으며, 밸브 가이드부(190)가 이동함에 따라 바이패스 유로(20)를 개폐할 수 있다. 예를 들어, 바이패스 밸브(161)는 바이패스 밸브 탄성부재(S2)에 의하여 밸브 가이드부(190)에 탄성 지지될 수 있다.
바이패스 밸브(161)는 메인 밸브(160)와는 동일한 방향으로 이동하되, 개폐 여부는 반대로 진행될 수 있다. 일례로, 메인 밸브(160)가 냉각수 유로(10)를 개방하면 바이패스 밸브(161)는 바이패스 유로(20)를 차폐하고, 메인 밸브(160)가 냉각수 유로(10)를 차폐하면 바이패스 밸브(161)는 바이패스 유로(20)를 개방하도록 형성될 수 있다.
즉, 왁스(W)가 팽창하여 피스톤(130) 및 밸브 가이드부(190)가 하부로 이동할 경우, 메인 밸브(160)는 냉각수 유로(10)를 개방하고, 바이패스 밸브(161)는 바이패스 유로(20)를 차폐할 수 있다. 이에 따라, 냉각수는 냉각수 유로(10)를 통해 라디에이터(RAD)로만 공급되어 냉각이 이루어질 수 있다.
이와 반대로, 왁스(W)가 수축하여 밸브 가이드부(190)가 상부로 이동하는 경우에는 메인 밸브(160)는 냉각수 유로(10)를 차폐하고, 바이패스 밸브(161)는 바이패스 유로(20)를 개방하게 된다. 이에 따라, 냉각수는 바이패스 유로(20)를 통해 엔진(ENG) 내에서만 순환될 수 있다.
히터(170)는 일측이 왁스(W) 케이스(120) 내부에 배치되어 왁스(W)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 히터(170)는 전원 공급부(10)로부터 전원을 제공받아 구동할 수 있으며, 히터 제어부(30)를 통해 전원 공급부(10)를 제어하여 냉각수의 온도를 최적으로 제어할 수 있다.
히터(170)는 메인 밸브(160)를 개방하기 위한 개변 온도보다 낮은 온도에서 왁스(W)를 가열하여 러버 피스톤(150)과 백업 플레이트(140) 사이의 틈을 없애도록 제공될 수 있다. 여기서, 메인 밸브(160)의 개변온도는 약 75℃ ~ 95℃로 형성될 수 있다.
히터(170)는 기설정된 온도 이하의 온도 범위에서 작동될 수 있고, 이러한 히터(170)의 작동에 의하여 왁스(W)가 팽창하며 러버 피스톤(150)이 백업 플레이트(140) 쪽으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 러버 피스톤(150)은 백업 플레이트(140)에 밀착될 수 있고, 이러한 밀착력에 의하여 러버 피스톤(150)과 백업 플레이트(140) 사이의 공간에 유착된 냉각수가 공간 외부로 배출될 수 있다.
즉, 종래에는 겨울철 저온의 냉각수로 인해 백업 플레이트(140)는 열 수축하게 되고, 이러한 열 수축력에 의하여 냉각수가 가이드부(180)와 백업 플레이트(140) 사이의 틈으로 유입되었다. 이상태에서 전기식 써모스탯(100)의 구동으로 인해 고온의 냉각수가 유입되면, 백업 플레이트(140)는 다시 팽창하게 되어 미처 빠져나가지 못한 냉각수는 러버 피스톤(150)과 백업 플레이트(140) 사이에 유착되고, 유착된 냉각수의 양만큼 피스톤(130)이 미리 하강한 상태가 되어 기설정된 온도보다 낮은 온도에서 메인 밸브(160)가 개방되는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명에 따르면 메인 밸브(160)를 개방하기 위한 개변 온도보다 낮은 온도에서 히터(170)를 구동시키는 경우, 왁스(W)의 팽창력에 의하여 메인 밸브(160)가 개방되기 전 반유체(121) 및 러버 피스톤(150)이 먼저 하부로 이동하며 러버 피스톤(150)과 백업 플레이트(140) 사이에 유착된 냉각수를 외부로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 종래와 같이 백업 플레이트(140)와 러버 피스톤(150) 사이에 냉각수가 유착되는 것을 방지할 수 있으므로, 원하는 개폐 온도에서 메인 밸브(160) 및 바이패스 밸브(161)를 제어할 수 있게 되어 냉각 효율 및 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 (a)는 전원을 공급하지 않았을 때의 냉각수 온도에 따른 메인 밸브의 리프트 발생량을 나타낸 그리프이고, 도 4(b)는 전원을 공급하였을 때의 냉각수 온도에 따른 메인 벨브의 리프트 발생량을 나타낸 그래프이다. 본 실시예에서는 차량용 전기식 써모스탯(100)을 10℃, 20℃, 30℃, 40℃의 온도를 갖는 냉각수에 각각 침적한 후, 15초, 30초, 45초, 60초 동안 히터(170)의 전원 공급 여부에 따른 메인 밸브(160)의 리프트 발생량 및 유착된 냉각수의 배출량을 측정하였다.
도 4를 참조하면, 냉각수의 온도가 10℃에서는 히터(170)에 전원을 인가하여도 메인 밸브(160)가 리프트 되지 않으며, 20℃ 이후부터 리프트가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 메인 밸브(160)의 리프트 발생은 메인 밸브(160)의 개변을 의미하므로, 온도 감지부(20)에서 감지한 냉각수의 온도가 10℃ 이하인 경우에만 히터(170)를 작동시키는 것이 바람직하다. 즉, 냉각수의 온도가 10℃ 이하인 경우에는 메인 밸브(160)가 개변되지 않으면서도 유착된 냉각수를 가이드부(180) 내에서 0.01mm ~ 0.03mm의 높이만큼 배출시킬 수 있지만, 냉각수의 온도가 10℃를 초과하였을 때 히터(170)를 작동시키는 경우, 러버 피스톤(150)과 백업 플레이트(140) 사이에 유착된 냉각수의 배출 전에 메인 밸브(160)가 먼저 개방되어 유착된 냉각수를 배출시키지 못할 수 있기 때문이다.
따라서, 냉각수의 온도가 기설정된 온도인 10℃ 이하인 경우에만 히터(170)를 작동시킬 수 있고, 냉각수의 온도가 10℃ 보다 높아지면 히터(170)의 작동은 종료될 수 있다. 이때, 냉각수의 온도 하한은 -40℃로 설정될 수 있으므로, 실질적으로 히터(170)는 냉각수의 온도가 -40℃ 내지 10℃의 범위에 해당하는 경우 작동할 수 있다.
이와 같이, 냉각수의 온도가 10℃이하에서 히터(170)에 전원을 공급하는 경우, 왁스(W)의 팽창에 의하여 메인 밸브(160)가 개방되지 않는 선에서 반유체(121) 및 러버 피스톤(150)을 하부로 이동시킬 수 있고, 이로 인해 러버 피스톤(150)과 백업 플레이트(140) 사이에 유착된 냉각수는 하우징(110) 외부로 배출될 수 있으므로, 기 설정된 온도보다 낮은 온도에서 메인 밸브(160)가 개방되는 것을 방지할 수 있다.
도 2 내지 4를 참조하여 차량용 전기식 써모스탯(100)을 통해 엔진(ENG)의 출구측 온도를 제어하는 동작을 설명하면 아래와 같다.
차량용 전기식 써모스탯(100)이 엔진(ENG)의 출구 측에 배치될 때에는 워터펌프(W/P)의 토출압이 차량용 써모스탯(100)에 작용하여 메인 밸브(160) 및 바이패스 밸브(161)의 개변 시 부하를 크게 받으며, 과열된 엔진(ENG)의 출구 측 온도를 제어하므로 차량용 써모스탯(100)의 온도가 높아질 수 있다.
이 상태에서 엔진(ENG)의 출구 측을 순환하는 냉각수의 온도가 일정 값 이상이 되면, 왁스(W) 케이스(120) 내에 충진된 왁스(W)의 체적이 증가하게 되어 팽창하게 된다. 왁스(W)가 팽창함에 따라 다이어프램(121)은 하측 방향으로 가압되고, 다이어프램(121)에 의해 반유체(122)와, 러버 피스톤(150)과, 백업 플레이트(140), 및 피스톤(130)은 가이드부(180) 내에서 하부로 슬라이드 이동할 수 있다.
그러면, 밸브 가이드부(190)에 고정된 메인 밸브(160) 또한 하부로 이동하게 되고, 하우징(110)과 메인 밸브(160) 사이에는 공간이 형성될 수 있다. 이에 따라, 메인 밸브(160)에 의해 차폐되어 있던 상부 냉각수 통공(110a)은 개방되고, 냉각수 유로(10)에서 배출되는 냉각수는 상부 냉각수 통공(110a)을 통해 라디에이터(RAD)로 공급될 수 있다. 그리고, 라디에이터(RAD)에 의해 냉각된 냉각수는 워터펌프(W/P)에 의해 엔진(ENG)으로 공급될 수 있다.
한편, 밸브 가이드부(190)가 하부로 이동하는 경우 바이패스 밸브(161) 또한 하부로 이동하게 된다. 이에 따라, 바이패스 밸브(161)는 하부에 배치된 하부 냉각수 통공(110b)을 막아 바이패스 유로(20)를 차폐할 수 있다. 즉, 메인 밸브(160)에 의해 냉각수 유로(10)가 개방되면, 바이패스 밸브(161)에 의해 바이패스 유로(20)는 차폐되는 것이다. 그러면, 바이패스 유로(20)로 공급되는 냉각수의 공급은 중단되고, 냉각수는 냉각수 유로(10)로만 공급되어 라디에이터(RAD)를 통해 냉각될 수 있게 된다.
다시 말하면, 엔진(ENG)의 출구 측을 순환하는 냉각수의 온도가 일정 값 이상이면, 냉각수는 엔진(ENG) → 써모스탯(100) → 라디에이터(RAD) → 워터펌프(W/P) → 엔진(ENG) 순으로 이동하며 고온의 냉각수 온도를 저온으로 낮추어 준다.
만약, 라디에이터(RAD)에 의해 냉각수의 온도가 일정 값 미만이 되면 왁스(W)는 수축하게 되고, 메인 밸브(160)는 메인 밸브(160) 탄성부재(S1)의 복원력에 의해 상승하게 된다. 이때, 저온의 냉각수에 의해 백업 플레이트(140)가 열 수축하게 되면, 백업 플레이트(140)와 가이드부(180) 사이의 틈으로 냉각수가 유입되어 백업 플레이트(140)와 러버 피스톤(150) 사이에 냉각수가 유착될 수 있다. 이 경우, 히터 제어부를 통해 히터(170)를 작동시킴으로써 메인 밸브(160)가 개변되기 전 미리 유착된 냉각수를 배출시킬 수 있다.
이에 따라, 유착된 냉각수 없이 메인 밸브(160)에 의해 냉각수 유로(10)는 차폐될 수 있고, 바이패스 밸브(183)에 의해 바이패스 유로(20)는 개방되므로, 냉각수는 다시 바이패스 유로(20)를 순환할 수 있게 된다. 즉, 엔진(ENG)의 출구 측을 순환하는 냉각수의 온도가 일정 값 미만이면, 냉각수는 엔진(ENG) → 써모스탯(100) → 바이패스 유로(20) → 워터펌프(W/P) → 엔진(ENG) 순으로 이동하며 엔진(ENG)의 과냉을 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법을 도시한 블록도이고, 도 6은 도 5의 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법에 대한 플로우차트이다. 본 실시예에서는 앞서 설명한 실시예와의 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법(S100)은 차량의 엔진에 시동이 걸리는 단계(S110)와, 차량의 냉각수의 온도를 감지하는 단계(S120)와, 냉각수의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 지의 여부를 판단하는 단계(S130), 및 히터를 작동시키는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
차량의 엔진에 시동이 걸리는 단계(S110)에서는 엔진(ENG)의 시동을 감지하여 엔진(ENG)에 시동이 걸렸는지의 여부를 판단할 수 있다. 그러면, 차량의 냉각수의 온도를 감지하는 단계(S120)에서 온도 감지부(20)를 이용하여 냉각수 유로(10)를 흐르는 냉각수의 온도를 감지할 수 있다.
냉각수의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 지의 여부를 판단하는 단계(S130)에서는 히터 제어부(30)를 이용하여 온도 감지부(20)에서 측정된 냉각수의 온도가 기설정된 온도보다 낮은지의 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 기설정된 온도는 메인 밸브(160)의 개변온도보다 낮고, 기설정된 온도 이하의 범위에서 차량의 라디에이터(RAD) 측 냉각수 유로는 개방되지 않는 온도일 수 있다. 여기서, 메인 밸브(160)의 개변온도는 약 75℃ ~ 95℃로 형성될 수 있고, 기설정된 온도는 약 10℃일 수 있다.
히터를 작동시키는 단계(S140)에서는 냉각수의 온도가 기설정된 온도 이하인 것으로 판단되면, 차량용 써모스텟의 왁스(W)를 가열하기 위해 히터(170)를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각수의 온도가 10℃ 이하인 경우 히터 제어부(30)는 히터(170)를 작동시켜 왁스(W)를 가열 및 팽창시킬 수 있으며, 이러한 왁스(W)의 팽창력에 의하여 러버 피스톤(150)이 백업 플레이트(140) 쪽으로 밀착되어 러버 피스톤(150)과 백업 플레이트(140) 사이의 공간에 유착된 냉각수가 외부로 배출될 수 있다. 그리고, 히터(170)의 작동으로 인해 냉각수의 온도가 기설정된 온도보다 높아지면 히터(170)의 작동은 종료될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110: 하우징
120: 왁스 케이스
130: 피스톤
140: 백업 플레이트
150: 러버 피스톤
160: 메인 밸브
161: 바이패스 밸브
170: 히터
180: 가이드부
190: 밸브 가이드부

Claims (8)

  1. 차량의 라디에이터 측 냉각수 유로와 선택적으로 연통되는 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되고, 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 왁스가 내부에 충진된 왁스 케이스;
    상기 왁스의 팽창 또는 수축에 의해 왕복 이동하는 피스톤;
    상기 왁스와 상기 피스톤 사이에 배치되며, 일 면이 상기 피스톤과 접촉하는 백업 플레이트;
    상기 왁스와 상기 피스톤 사이에 배치되며, 일 면이 상기 백업 플레이트와 접촉하는 러버 피스톤;
    상기 라디에이터 측 냉각수 유로를 선택적으로 개폐하는 메인 밸브; 및
    상기 왁스를 가열하기 위한 히터;
    를 포함하고,
    상기 히터는 상기 메인 밸브를 개방하기 위한 개변 온도보다 낮은 온도에서 상기 왁스를 가열하여 상기 러버 피스톤과 상기 백업 플레이트 사이의 틈을 없애는 차량용 전기식 써모스탯.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 히터 제어부에 의해 작동이 제어되고,
    상기 제어부는 상기 냉각수의 온도를 감지하는 온도 감지부로부터 상기 냉각수 온도 정보를 수신하며,
    상기 히터 제어부는 상기 온도 감지부에서 감지한 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에 상기 히터를 작동시키고,
    상기 기설정된 온도는 상기 개변온도보다 낮고, 상기 기설정된 온도에서 상기 메인 밸브는 개방되지 않는 차량용 전기식 써모스탯.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기설정된 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는 차량용 전기식 써모스탯.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각수의 온도가 상기 기설정된 온도보다 높아지면 상기 히터의 작동은 종료되는 차량용 전기식 써모스탯.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기설정된 온도 이하의 온도 범위에서 상기 히터가 작동되면, 상기 러버 피스톤이 상기 백업 플레이트 쪽으로 이동하여 상기 러버 피스톤과 상기 백업 플레이트 사이의 공간에 유착된 냉각수가 상기 공간 외부로 배출되는 차량용 전기식 써모스탯.
  6. 온도에 따라 팽창 또는 수축하는 왁스가 내부에 충진되고, 냉각수의 온도가 개변 온도 이상인 경우에 차량의 라디에이터 측 냉각수 유로를 개방하는 차량용 전기식 써모스탯에 있어서,
    차량의 엔진에 시동이 걸리는 단계;
    차량의 냉각수의 온도를 감지하는 단계;
    상기 냉각수의 온도가 기설정된 온도보다 낮은 지의 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 냉각수의 온도가 상기 기설정된 온도 이하인 것으로 판단되면, 차량용 써모스텟의 왁스를 가열하기 위해 히터를 작동시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 기설정된 온도는 상기 개변온도보다 낮고, 상기 기설정된 온도 이하의 범위에서 상기 차량의 라디에이터 측 냉각수 유로는 개방되지 않는 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각수의 온도가 상기 기설정된 온도보다 높아지면 상기 히터의 작동은 종료시키는 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기설정된 온도는 10℃인 것을 특징으로 하는 차량용 전기식 써모스탯의 제어방법.
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