KR19980081285A - 자동차 엔진 냉각 시스템용 써모스탯 - Google Patents

자동차 엔진 냉각 시스템용 써모스탯 Download PDF

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Abstract

본 발명의 써모스탯은, 플랜지를 구비하고 그 플랜지에에 의해 도관 부재로 장착되는 하우징과, 그 하우징에 제1 단부가 부착되는 작동 로드와, 그 작동 로드에 미끄럼 이동 가능하게 설치되는 가이드 부재와, 작동 로드의 제2 단부 둘레에 제공되고 가이드 부재에 밀봉되게 고정되는 탄성 밀봉 스풀과, 그 밀봉 스풀을 내장하고 가이드 부재에 고정되는 열 민감성 실린더와, 그 열 민감성 실린더에 제공되어 밀봉 스풀을 둘러싸는 왁스 팰릿을 포함한다. 상기 플랜지에는 냉각재가 통과되는 구멍이 형성되고, 탄성 밀봉 스풀의 두께가 상기 작동 로드의 직경의 25% 내지 5% 사이로 설정됨으로써, 써모스탯의 복귀 스프링의 스프링 상수가 감소된다.

Description

자동차 엔진 냉각 시스템용 써모스탯
본 발명은 자동차 엔진의 냉각재(材) 온도를 제어하기 위한 왁스형 써모스탯(thermostat)에 관한 것이다.
종래의 자동차 엔진 냉각 시스템을 도시하는 도 6을 참조하면, 그 시스템은 물재킷(20)의 입구측 통로에 배치된 써모스탯(1)을 구비한다.
상기 냉각 시스템은 물재킷(20)의 상부 출구(21)와 라디에이터(22)의 상부 입구(23) 사이에 배치된 제1 냉각재 통로(24)와, 라디에이터(22)의 하부 출구(25)와 물재킷(20)의 하부 입구(29) 사이에 위치되고, 써모스탯 캡(26), 써모스탯 하우징(27), 및 물펌프(28)를 포함하는 제2 냉각재 통로(30)를 구비한다. 상기 제1 통로(24)의 접속부(J)와 써모스탯 하우징(27) 사이에는 상기 제1 통로(24)와 상기 제2 통로(30)가 상기 라디에이터(22)를 통하지 않고 연통되도록 바이패스 통로(31)가 설치된다. 써모스탯(1)은 써모스탯 캡(26)에 의해 하우징(27)에 밀봉되게 고정된다. 써모스탯(1)은 제2 통로(30)를 폐쇄하기 위한 메인 밸브(12)와, 바이패스 통로(31)의 바이패스 포트(32)를 폐쇄하기 위한 바이패스 밸브(15)를 구비한다.
도 6에서, 도면 부호(A')는 하우징(27)내에서 냉각재의 온도를 측정하기 위한 측정점을 지칭하며, 도면 부호(B')는 써모스탯 캡(26)에 인접한 제2 통로(30)에 제공된 측정점을 지칭하는데, 이때 제2 통로(30)는 그 통로에서의 냉각재의 온도를 측정하기 위한 써모스탯(1)의 상류에 위치한다. 도면 부호(C)는 제2 통로(30)에서의 냉각재의 유량을 측정하기 위한 측정점을 지칭한다. 도면 부호(33)는 냉각 팬을 지칭한다.
써모스탯(1)은 써모-액츄에이터(thermo-actuator)에 의해 작동된다. 써모-액츄에이터는 강제(鋼製)의 작동 로드와 그 로드에 미끄럼 이동 가능하게 맞물리는 탄성 밀봉 스풀을 구비한다. 상기 밀봉 스풀은 왁스 팰릿으로 채워진 열 민감성 실린더 내에 삽입된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 써모스탯(1)의 플랜지(16)에는 구멍(19a)이 형성되며, 그 구멍에는 지글 밸브(jiggle valve)(18)를 갖는 지글 밸브 기구(17)가 이동 가능하게 결합된다.
엔진 작동 중에, 상기 지글 밸브(18)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 냉각재 통로(30)에서의 냉각재의 압력에 의해 폐쇄된다. 엔진이 정지하면, 상기 지글 밸브는 개방된다. 따라서, 냉각재는 화살표 방향으로 보충될 수 있다.
냉각된 엔진 상태가 유지되는 동안, 써모스탯(1)의 메인 밸브(12)는 도 6에 도시된 바와 같이 폐쇄되며, 지글 밸브(18)도 역시 냉각재 압력에 의해 폐쇄되는 반면, 상기 메인 밸브(12)에 통합된 바이패스 밸브(15)는 완전히 개방된다. 따라서, 물재킷(20)의 출구(21)로부터 유입된 냉각재는 라디에이터(22)를 통과하지 않는다. 상기 냉각재는 화살표로 지시된 바와 같이 물펌프(28)에 의해 제1 통로(24)의 접속부(J), 바이패스 통로(31), 하우징(27), 및 물재킷(20)의 입구(29)를 거쳐 순환된다. 따라서, 하우징(27)내 냉각재 온도는 급속하게 상승한다.
그러나, 라디에이터(22)와 써모스탯 캡(26) 내의 냉각재는 순환하지 않기 때문에, 상기 장치 및 캡 내의 냉각재 온도(B)는 저속으로 상승한다. 그러므로, 도 8의 도식에 보여지는 바와 같이, 측정점(A')에서의 온도(A)가 메인 밸브(12)의 개방 온도인 87℃에 도달한 이후라 하더라도, 측정점(B')에서의 온도(B)는 단지 45℃에 불과하다. 온도 A와 온도 B 사이에는 42℃의 온도차가 존재한다.
써모스탯(1)의 메인 밸브(12)가 개방되면, 저온의 냉각재가 라디에이터(22)의 하부 출구(25)로부터 인입되어 제2 통로(30)를 통해 써모스탯 하우징(27)으로 공급된다. 결과적으로, 측정점(B')에서의 온도(B)는 13℃ 만큼 추가로 하강한다. 결국, 상기 통로(30)에서의 냉각재의 온도(B)와 하우징(27)에서의 냉각재의 온도(A)와의 차이는 55℃로 증가한다. 빗금으로 도시한 부분의 영역은 싸이클중의 에너지 손실을 나타낸다. 횡좌표축의 시간은 온도(A)가 60℃일 때의 시간으로부터의 경과를 나타냄을 이해할 것이다.
써모스탯(1)의 열 감지도가 낮기 때문에, 써모스탯의 반응은 냉각재의 온도 변화에 대해 지연된다. 그러므로, 온도가 예정된 개방 온도(87℃) 보다 현저하게 높아진 다음에 메인 밸브(12)가 개방된다. 메인 밸브(12)가 개방되면, 냉각재의 온도는 저하된다. 메인 밸브(12)는 냉각재 온도가 예정된 폐쇄 온도 보다 현저하게 감소된 이후에 폐쇄된다. 그러면, 냉각재의 온도는 상승한다. 다시 말해, 냉각재 온도의 조절에 있어 열 오버슈트(overshoot)가 커서, 메인 밸브는 반복적으로 개폐된다. 메인 밸브(12)가 폐쇄될 때, 메인 밸브의 상류측에 서지(surge) 압력이 발생한다.
상기 열 오버슈트는 엔진의 실린더 블록 및 실린더 헤드에 균열을 야기하며, 상기 서지 압력은 써모스탯(1) 및 라디에이터(22)의 고장을 야기한다.
전술한 바 있지만, 지글 밸브 기구는 에너지 손실 및 엔진 고장의 원인이므로, 본 발명의 써모스탯로부터 제거된다. 써모스탯의 플랜지에는 작은 구멍이 형성되어 있다. 그러므로, 메인 밸브의 내,외부에 가해진 압력은 서로 같아진다. 복귀 스프링의 스프링 상수는 감소된다. 결국, 상승 속도는 낮은 온도 범위에서 증가된다. 더욱이, 밀봉 스풀의 두께는 매우 얇아서(작동 로드의 직경의 25% 내지 5%의 두께), 밸브의 상승을 위한 왁스의 압력은 감소된다.
도 4는 냉각재 온도에 대한 상승 정도를 나타내는 다이어그램이다. X-라인은 본 발명의 밸브의 상승 정도를 나타내며, Y-라인은 종래의 밸브의 상승 정도를 나타낸다. 도면 부호(W)는 바이패스 밸브(15)의 상승 정도를 나타낸다. 가파른 곡선의 범위는 고체 왁스 상태이다.
종래의 밸브(Y)의 메인 밸브는 72℃에서 개방하며, 87℃의 액체 왁스 상태의 말미 온도에서의 상승 정도는 단지 9.6mm에 불과하다. 그 후, 상승 속도는 액체 왁스 상태에 기인하여 감소되며, 상승 정도가 12mm에 이르면, 냉각재 온도는 123℃ 정도의 고온에 도달한다.
본 발명의 메인 밸브도 역시 72℃에서 개방하며, 9℃의 미소 온도 증가를 통해 상승 정도는 6mm에 이른다. 상승 정도가 12mm에 이르면, 냉각재 온도는 X-라인에 의해 보여지는 바와 같이 증가된 온도가 단지 4℃에 불과한 85℃이다. 85℃의 냉각재 온도는 고체 왁스 상태의 범위 내에 있다.
본 발명의 써모스탯을 장착한 자동차를 80Km/h로 주행할 때, 냉각재 온도는 77.5℃로 증가한다. 그러나, 속도가 150Km/h에 도달하면, 냉각재 온도는 70.5℃로 감소하는데, 이는 라디에이터가 강풍에 의해 냉각되기 때문이다. 그러므로, 냉각 시스템은 냉각 팬이 81℃의 온도 상한에서 작동하고 75℃에서 정지하도록 제공된다.
도 4의 Z-Z' 라인은 81℃의 온도 상한을 나타낸다. 빗금친 영역은 본 발명의 메인 밸브를 통과하는 냉각재의 유량과 종래의 밸브에서의 유량과의 차이를 나타낸다. 81℃에서 X-라인의 상승 정도는 6mm이며, Y-라인에서의 상승 정도는 3mm이다. 그러므로, X의 유량은 Y의 유량에 비해 두배이다.
고체 왁스 상태에 있는 X의 6mm 상승 정도에서의 유량은 액체 왁스 상태에 포함된 Y의 12mm 상승 정도에서의 유량에 상응한다. 따라서, 본 발명의 써모스탯은 12mm의 상승 정도에서 자체 동력의 50%만을 사용한다. 그러므로, 본 발명의 써모스탯을 장착한 자동차를 150Km/h로 주행한다 하더라도, 여전히 50%의 동력이 남는다.
그러나, Y-라인의 종래 써모스탯은 상승 증가 속도가 급격히 감소되는 86℃(9.3mm의 상승 정도)를 지나면서 액체 왁스 상태 범위로 진입한다. 37℃(123℃-86℃)의 냉각재 온도는 9.3~12mm의 상승 정도의 구간에서 헛되이 소모된다. 본 발명의 써모스탯은 절반의 원료로 2배의 동력을 산출하고 50%의 동력을 남기는 것으로 나타난다.
플랜지상의 작은 구멍을 통해 유동하는 냉각재는 워밍업을 위한 공전 시간을 길게 잡는 것에 대해 염려할 필요가 없는데, 이는 컴퓨터에 의해 제어되는 스로틀 본체에 저온 시동 연료 분사기가 제공되어 공전을 위한 시간 손실을 보상하기 때문이다.
본 발명의 써모스탯을 사용하는 냉각 시스템에서, 냉각재 온도가 81℃를 초과하면, 냉각 팬이 작동한다. 81℃에서의 냉각재 유량은 종래의 써모스탯의 유량의 두배이기 때문에, 냉각재 온도는 급속히 감소한다. 그러므로, 냉각재 온도는 81℃로 유지된다.
냉각 팬의 상한은 81℃에 한정되지 않는다. 설정 온도는 시험에 의존하여 가능한한 낮은 유효값으로 하는 것이 바람직하다.
종래의 써모스탯의 높은 냉각재 온도는 연료 소비의 증가와 배기 악화와 같은 문제점을 야기한다.
본 발명의 목적은 자동차 엔진 냉각 시스템에 있어서 냉각재의 상한 온도가 감소될 수 있는 써모스탯을 제공하는 것이다.
도 1,2는 본 발명의 써모스탯의 측단면도.
도 3은 써모스탯의 측면도.
도 4는 본 발명의 써모스탯과 종래의 장치에서 온도에 따른 밸브의 상승 정도 변화를 나타내는 도식.
도 5는 밸브의 상승을 위한 시험 기계의 단면도.
도 6은 자동차 엔진의 종래 냉각 시스템에 대한 개략적인 다이어그램.
도 7은 도 6의 시스템에 사용된 써모스탯을 도시한 도면.
도 8은 종래 시스템의 시간에 따른 온도 및 유량 변화를 나타낸 도식.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1a: 써모스탯
2: 써모-액츄에이터
3: 로드
4: 가이드 부재
5: 탄성 밀봉 스풀
6: 윤활유
7: 왁스 팰릿
8: 열 민감성 실린더
9: 밸브 시트
10: 하우징
11: 프레임
12: 메인 밸브
13: 스프링
15: 바이패스 밸브
본 발명에 따르면, 자동차 엔진 냉각 시스템에 사용되는 써모스탯이 제공되며, 그 써모스탯은, 플랜지를 구비하고 그 플랜지에 의해 도관 부재에 장착되는 하우징과, 그 하우징에 제1 단부가 부착되는 작동 로드과, 그 작동 로드에 미끄럼 이동 가능하게 설치되는 가이드 부재와, 작동 로드의 제2 단부 둘레에 제공되고 가이드 부재에 밀봉되게 고정되는 탄성 밀봉 스풀과, 그 밀봉 스풀을 내장하고 가이드 부재에 고정되는 열 민감성 실린더와, 그 열 민감성 실린더에 제공되어 밀봉 스풀을 둘러싸는 왁스 팰릿과, 밀봉 스풀과 작동 로드 사이의 공간에 제공되는 윤활유와, 가이드 부재상에 제공되는 메인 밸브와, 그 메인 밸브를 플랜지상에 형성된 밸브 시트로 가압하기 위한 복귀 스프링을 포함한다.
플랜지에는 냉각재가 통과되는 구멍이 형성되며, 탄성 밀봉 스풀의 두께는 작동 로드의 직경의 25% 내지 5% 사이로 설정된다.
복귀 스프링의 스프링 상수는 종래의 스프링의 그것에 비해 절반이다.
플랜지의 구멍은 메인 밸브의 외부의 냉각재의 압력이 메인 밸브의 내부의 냉각재의 압력과 일치되도록 하는 직경을 가진다.
본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적, 특성들은 첨부된 도면과 관련된 이후의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 메인 밸브 폐쇄 상태를 나타내며, 도 2는 메인 밸브 개방 상태를 나타낸다. 본 발명의 써모스탯(1a)은 밸브 시트(9)를 형성하는 하우징(10), 그 하우징(10)의 플랜지(16)에 고정된 프레임(11), 및 써모-액츄에이터(2)를 구비한다.
상기 써모-액츄에이터(2)는 강제(鋼製)의 작동 로드(3), 그 로드(3)에 미끄럼 이동 가능하게 장착된 가이드 부재(4), 그 가이드 부재(4)에 밀봉되게 고정되고 상기 로드(3)에 미끄럼 이동 가능하게 맞물리는 탄성 밀봉 스풀(5)을 구비한다. 밀봉 스풀(5)의 자루 부분의 두께는 상기 로드(3)의 직경의 25% 내지 5% 사이이다. 스풀 밸브(5)와 로드(3) 사이의 공간에는 윤활유(6)가 채워진다.
밀봉 스풀의 두께는 밀봉 스풀의 내부에 가해진 압력이 외부의 압력과 같아지게, 즉 윤활유의 압력이 왁스 압력과 같아지도록 결정된다.
밀봉 스풀(5)은 왁스 팰릿(7)으로 채워진 열 민감성 실린더(8)내에 삽입된다. 상기 실린더(8)의 단부는 가이드 부재(4)에 견고하게 맞물림으로써 써모-액츄에이터(2)를 형성한다.
써모-액츄에이터의 로드(3)는 하우징(10)의 상부(14)에 고정되며, 메인 밸브(12)는 가이드 부재(4)에 고정된다. 메인 밸브(12)와 프레임(11) 바닥 사이에는 상기 실린더(8) 둘레에 배치된 복귀 코일 스프링(13)이 제공된다. 상기 실린더(8)에 고정된 샤프트(14A)상에 미끄럼 이동 가능하게 설치되는 바이패스 밸브(15)는 그 샤프트(14A)상에 나선 스프링(14a)에 의해 탄성적으로 유지된다. 플랜지(16)에는 써모스탯 하우징(도 6의 27)의 공간과 써모스탯 캡(도 6의 26)의 통로를 연통시키기 위한 구멍(도 3의 19a)이 형성된다. 구멍(19a)의 직경은 메인 밸브(12)의 외부 통로(도 6의 제2 통로(30))에 있는 냉각재의 압력이 내부 통로, 다시 말해 하우징(10)에서의 냉각재 압력과 같아질 수 있는 크기로 결정된다.
결국, 복귀 스프링(13)의 스프링 상수는 종래의 스프링의 그것의 절반으로 감소될 수 있다.
도 1은 폐쇄 상태에 있는 메인 밸브를 도시한다. 냉각재의 온도가 써모스탯의 예정된 수치를 초과하여 상승하면, 열 민감성 실린더(8)의 왁스(7)가 팽창한다. 이것은 밀봉 스풀(5)을 로드(3)쪽으로 가압하도록 작용한다. 로드(3)는 하우징(10)에 고정되어 있기 때문에, 실린더(8)는 스프링(13)의 장력에 반발하여 아래로 이동되며, 그에 따라 메인 밸브(12)를 개방하고, 바이패스 밸브(15)(도 2 참조)와 함께 바이패스 포트(32)를 폐쇄한다.
냉각재 온도가 감소하면, 왁스는 수축한다. 따라서, 코일 스프링(13)에 의해 메인 밸브(12)는 폐쇄 위치로 이동된다.
왁스(7)의 온도와 관련된 써모스탯의 작동 범위는 메인 밸브의 큰 상승 범위와 작은 상승 범위로 나눠진다. 큰 상승 범위의 경우, 왁스는 그 부피가 크게 변화되는 고체 상태로 존재한다. 작은 상승 범위의 경우, 왁스는 액체 왁스의 부피가 작은 비율로 변화하는 액체 상태로 존재한다.
자동차 엔진의 열효율을 증가시키기 위해, 냉각재 온도와 관련된 밸브 상승 속도의 증가를 통해 냉각재 온도의 상한을 감소시키는 것이 필요하다.
본 발명의 써모스탯에서, 밀봉 스풀의 두께는 매우 얇기 때문에(로드(3)의 직경의 25% 내지 5%의 두께), 밸브의 상승을 위한 왁스 압력은 감소된다. 더욱이, 써모스탯의 플랜지에는 작은 구멍(19a)이 형성되어 있어서, 메인 밸브의 내,외부에 가해진 압력은 서로 동일하게 된다. 그러므로, 복귀 스프링의 스프링 상수는 감소된다. 결국, 상승 속도는 낮은 온도 범위에서 증가된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 메인 밸브는 72℃에서 개방된다. 상승 정도가 12mm에 이르면, 냉각재 온도는 도 4의 X-라인에 의해 도시된 바와 같이 85℃이다.
고체 왁스 상태에 있는 X의 6mm 상승 정도에서의 유량은 액체 왁스 상태에 포함되는 Y의 12mm 상승 정도에서의 유량과 일치한다. 따라서, 본 발명의 써모스탯은 12mm의 상승 정도에서 자체 동력의 50%만을 사용한다. 그러므로, 본 발명의 써모스탯이 설치된 자동차를 150Km/h로 주행시킨다 하더라도, 50%의 동력이 남는다.
81℃에서 냉각재의 유량은 종래의 써모스탯의 그것의 두배이기 때문에, 냉각재 온도는 급격히 감소한다. 그러므로, 냉각재 온도는 81℃로 유지된다.
도 5는 밀봉 스풀에 가해진 압력과 관련하여 메인 밸브의 상승 정도를 측정하기 위한 시험 기계를 나타내고 있다. 그 기계에서, 왁스 압력 대신에 유압이 이용된다.
시험 기계에는 써모-액츄에이터(36)가 부착되며, 탄성 밀봉 스풀(39)의 관찰을 위해 열 민감성 실린더를 절단한다. 밀봉 스풀(39)과 로드(40) 사이의 공간에는 윤활유(41)가 채워진다. 밀봉 스풀(39)은 개구(37)와 투명 플라스틱 관(38)을 통해 관찰 가능하다. 시험 기계는 스프링(42)에 의해 하방으로 강제되는 미끄럼 이동 가능한 로드(44)을 구비한다. 로드(44)의 상부는 다이알 지시기(도시 생략)의 로드(43)과 접촉한다. 오일은 유입구(35)를 통해 공급된다.
표 1은 오일 압력 및 메인 밸브의 상승 정도간의 관계를 나타내기 위해 도 5의 시험 기계로 실제 측정한 측정치를 보여준다.
압력-상승 정도
압력 써모-액츄에이터(A)의 상승 정도 써모-액츄에이터(B)의 상승 정도 써모-액츄에이터(C)의 상승 정도
㎏/㎠ ㎜ ㎜ ㎜
0 0 0 0
10 0 0 0
20 0 0 0
30 0 0 0
40 0 0 0
50 0 0.4 0.4
60 0 1.5 2.6
70 0 2.8 5.0
80 0.6 6.2 7.8
90 1.6 9.5 10.0
100 2.5 10.0
110 5.5
120 8.0
130 9.5
140 10.0
복귀 스프링의 스프링 상수 : 0.55㎏/㎜
표 1에서, 써모-액츄에이터(A)는 3.8mm 직경의 로드(3)와 1.7mm 두께(상기 직경의 45%)의 밀봉 스풀(5)을 구비하며, 써모-액츄에이터(B)는 4.5mm 직경의 로드와 1.25mm 두께(직경의 25%)의 밀봉 스풀을 구비하며, 써모-액츄에이터(C)는 4.5mm 직경의 로드와 0.225mm 두께(직경의 5%)의 밀봉 스풀을 구비한다. 복귀 스프링(13)의 스프링 상수는 0.55Kg/mm이다.
밀봉 스풀(5)의 두께가 써모-액츄에이터(C)의 경우처럼 극히 얇은 경우, 밀봉 스풀에서의 윤활유(6)의 압력은 왁스의 압력과 동일하게 된다. 탄성 밀봉 스풀은 내,외부의 동일한 압력에 의해 유지된 부유 상태로 존재하기 때문에, 밀봉 스풀과 로드 사이의 마찰 저항은 0이 된다. 로드(3)은 그 로드의 하단면에 가해지는 윤활유(6)의 압력에 의해 상대적으로 상승된다.
써모-액츄에이터(A)는 1.7mm의 두꺼운 두께를 가지며, 상승 정도는 80Kg/cm2의 개시 압력에서 0.6mm이다. 15.1Kg의 스프링 하중에 거슬러 로드를 10mm 상승시키기 위해서는 140Kg/cm2의 압력이 필요하며, 그것은 전연 불가능한 것이다.
로드(3)에 대한 개시 압력이 써모-액츄에이터(B)(C) 모두에 있어 50Kg/cm2이고, 상승 정도는 동일하게 0.4mm이지만, 써모-액츄에이터(C)의 로드는 극히 얇은 두께(0.225mm)에 기인하여 90Kg/cm2의 압력에 의해서 10mm가 상승된다. 그러나, 써모-액츄에이터(B)의 경우, 100Kg/cm2의 높은 압력을 필요로 한다.
밀봉 스풀(5)의 두께가 상기 써모-액츄에이터(B)의 두께를 초과하는 경우, 개시 압력은 50Kg/cm2의 압력 보다 크게 된다. 그러므로, 두께의 상한은 로드(3)의 직경의 25%이다.
써모-액츄에이터(C)의 밀봉 스풀의 두께는 충분한 크기이다. 만일 그 두깨가 보다 작아진다면, 그렇게 얇은 밀봉 스풀을 제조하는 것이 어렵고, 또 제조 비용이 상승한다. 그러므로, 두께의 하한은 로드(3)의 직경의 5%이다.
표 2는 실제의 측정치를 보여주고 있다.
압력-상승 정도
압력 써모-액츄에이터(D)의 상승 정도
㎏/㎠ ㎜
0
10
20
30 0.3
40 4.0
50 9.5
60 13.5
복귀 스프링의 스프링 상수 : 0.27㎏/㎜
써모-액츄에이터(D)는 써모-액츄에이터(C)와 동일한 로드 직경 및 밀봉 스풀 두께를 갖지만, 스프링 상수는 0.55Kg/mm의 종래 수치에서 그 수치의 절반인 0.27Kg/mm로 감소된다.
로드는 30Kg/cm2의 개시 압력에서 0.3mm 상승되며, 60Kg/cm2의 압력에서는 13.5mm 상승된다. 탄성 밀봉 스풀의 두께를 매우 작은 수치로 줄이고, 스프링 상수를 종래 수치의 절반으로 감소시키면, 왁스의 액화가 증진되어 그 액화된 왁스의 양이 급속도로 증가함으로써, 작은 두께의 밀봉 스풀과 작은 스프링 상수의 현저한 상조 효과에 따라 메인 밸브를 빠른 속도로 상승시킨다.
본 발명의 써모스탯은 자체 전 동력의 50%에서 작동하기 때문에, 조용하고 신속하게 작동하여, 엔진 작동시 진동이 적고 엔진 수명이 연장된다.
표 3은 본 발명의 4개의 써모스탯에 대한 내구성 시험의 결과를 나타내며, 표 4는 4개의 종래 써모스탯에 대한 내구성 시험의 결과를 나타낸다.
번호 싸이클 밸브 개방 온도 상승 정도 초기 단계와의 차이
340초 ℃ 98℃에서 밸브 개방 온도 상승 정도
1 0 87.2 10.74
10,000 86.8 10.78 -0.4 +0.04
20,000 86.3 10.77 -0.9 +0.03
30,000 85.8 10.76 -1.4 +0.02
40,000 86.9 10.77 -0.3 +0.03
2 0 86.5 11.01
10,000 86.0 11.02 -0.5 +0.01
20,000 85.8 11.00 -0.7 -0.01
30,000 86.0 11.02 -0.5 +0.01
40,000 86.6 11.00 +0.1 -0.01
3 0 87.4 10.57
10,000 87.2 10.63 -0.2 +0.06
20,000 87.2 10.70 -0.2 +0.13
30,000 86.6 10.66 -0.8 +0.09
40,000 86.5 10.64 -0.9 +0.07
4 0 86.6 11.09
10,000 85.6 11.12 -1.0 +0.03
20,000 85.6 11.16 -1.0 +0.07
30,000 85.8 11.14 -0.8 +0.05
40,000 86.4 11.16 -0.2 +0.07
번호 싸이클 밸브 개방 온도 상승 정도 초기 단계와의 차이
340초 ℃ 98℃에서 밸브 개방 온도 상승 정도
1 0 80.6 8.05
10,000 81.0 8.27 +0.4 +0.22
20,000 80.9 8.26 +0.3 +0.21
30,000 80.3 8.29 -0.3 +0.24
40,000 79.8 8.46 -0.8 +0.41
2 0 81.0 8.13
10,000 82.0 8.13 +1.0 0
20,000 80.6 8.45 -0.4 +0.32
30,000 80.4 8.16 -0.6 +0.03
40,000 80.6 8.45 -0.4 +0.32
3 0 82.7 7.75
10,000 82.5 7.85 -0.2 +0.10
20,000 82.1 0.78 -0.6 +0.03
30,000 82.7 7.45 0 -0.30
40,000 81.5 7.80 -1.2 +0.05
4 0 76.8 9.00
10,000 78.3 8.93 +1.5 -0.07
20,000 78.5 8.60 +1.7 -0.40
30,000 81.5 7.95 +4.7 -1.05
40,000 82.6 8.07 +5.8 -0.93
각각의 시험은 제1 시험과 제2 시험을 교대로 하여 40,000 번 수행하였다. 제1 시험에서, 40℃ 이하의 냉각재는 120초간 흐르며, 제2 시험에서, 98℃ 이상의 냉각재가 220초간 흐른다.
써모스탯의 내구성에 대한 가장 중요한 인자는 상승 정도의 변동치이다. 본 발명의 변동치는 종래의 변동치에 비해 한자리수 이상 작다. 초기 단계와 최종 단계에서의 상승 정도의 차이는 거의 0이다.
본 발명의 써모스탯을 하기와 같이 개량하는 것에 의해 써모스탯의 효율을 더욱 높일 수 있다.
탄성 밀봉 스풀의 두께가 매우 작은 수치로 감소되면, 열 민감성 실린더의 내부 용량이 증가하며, 그에 따라 왁스 압력이 감소한다. 결국, 실린더의 두께를 감소시키는 것이 가능하여, 내부 용량이 더욱 증가될 수 있게 한다. 그러므로, 왁스 압력은 직경의 증가에 의해 로드의 직경의 제곱에 반비례하여 감소될 수 있다. 따라서, 냉각재 온도의 상한 온도(81℃)를 더욱 감소시킬 수 있다.
더욱이, 69℃에서 용융되는 왁스 X-라인(도 4 참조)을 갖는 써모스탯이 사용되는 경우, 온도의 상한은 78℃로 감소한다.
본 발명에 따르면, 밀봉 스풀의 매우 작은 두께와 복귀 스프링의 작은 스프링 상수에 의존하는 상조 효과에 의해, 온도 상한은 81℃ 또는 그 이하로 감소되기 때문에, 엔진의 연비가 감소되고 엔진의 수명이 연장되며, NOx및 CO2의 배출이 감소되게 되어, 지구 온난화를 방지하는데 기여한다.

Claims (3)

  1. 플랜지를 구비하고 그 플랜지에 의해 도관 부재로 장착되는 하우징과, 그 하우징에 제1 단부가 부착되는 작동 로드과, 그 작동 로드에 미끄럼 이동 가능하게 설치되는 가이드 부재와, 작동 로드의 제2 단부 둘레에 제공되고 가이드 부재에 밀봉되게 고정되는 탄성 밀봉 스풀과, 그 밀봉 스풀을 내장하고 가이드 부재에 고정되는 열 민감성 실린더와, 그 열 민감성 실린더에 제공되어 밀봉 스풀을 둘러싸는 왁스 팰릿과, 밀봉 스풀과 작동 로드 사이의 공간에 제공되는 윤활유와, 가이드 부재상에 제공되는 메인 밸브와, 그 메인 밸브를 플랜지상에 형성된 밸브 시트로 가압하기 위한 복귀 스프링을 포함하는, 자동차 엔진 냉각 시스템에 사용되는 써모스탯에 있어서,
    상기 플랜지에는 냉각재가 통과되는 구멍이 하나 이상 형성되어, 복귀 스프링의 스프링 상수가 감소될 수 있으며, 탄성 밀봉 스풀의 두께는 상기 작동 로드의 직경의 25% 내지 5% 사이로 설정되는 것을 특징으로 하는 써모스탯.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플랜지의 구멍은 메인 밸브의 외부의 냉각재 압력이 메인 밸브의 내부의 냉각재 압력과 같아지도록 하는 크기의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 써모스탯.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각 시스템은 냉각재 온도의 상한과 일치하는 낮은 온도에서 냉각 팬을 시동시키도록 제공된 것을 특징으로 하는 써모스탯.
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