KR20050008602A - 수온조절기 및 그 설치구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관을 구비한 차량의 냉각시스템의 수온조절기(thermostat)와 이의 설치구조에 관한 것으로, 상세하게는 냉각수 유로를 증대시켜 흐름 저항을 줄임으로써 냉각효율을 향상시키고, 구성품의 갯수를 줄여 조립공정을 단순화하기 위하여 바디 또는 메인플레이트가 바이패스플레이트 역할을 하는 수온조절기와, 상기의 바디 또는 메인플레이트가 바이패스관의 유출구를 개폐하도록 설치된 수온조절기의 설치구조에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 재치홈이 형성된 다수개의 아암이 하향돌설되고, 가운데를 가로지르는 지지대가 설치된 베이스플레이트와; 상기 재치홈에 체결되고, 가운데에 바디삽입공이 형성된 프레임과; 케이지가 하향설치되고, 베이스플레이트에 기밀되게 접촉되는 메인플레이트와; 상기 바디삽입공에 끼워져 하향 돌출되게 설치되고, 상단에 돌설된 피스톤이 지지대에 지지된 바디와; 상기 프레임과 메인플레이트의 사이에 개재되어 탄성력을 부여하는 메인스프링(11)을 포함하여 구성된 수온조절기와, 상기의 수온조절기의 바디 또는 케이지의 하단부가 바이패스관의 유출구를 개폐하게 설치된 수온조절기의 설치구조가 제공된다.

Description

수온조절기 및 그 설치구조{A thermostat and its installing structure}

본 발명은 내연기관을 구비한 차량의 냉각시스템의 수온조절기(thermostat)와 이의 설치구조에 관한 것으로, 상세하게는 냉각수 유로를 증대시켜 흐름 저항을 줄임으로써 냉각효율을 향상시키고, 구성품의 갯수를 줄여 조립공정을 단순화하기 위하여 바디 또는 메인플레이트가 바이패스플레이트 역할을 하는 수온조절기와, 상기의 바디 또는 메인플레이트가 바이패스관의 유출구를 개폐하도록 설치된 수온조절기의 설치구조에 관한 것이다.

내연기관의 냉각시스템은 엔진을 적정온도로 유지시키기 위하여 예열시에는 냉각수를 엔진의 내부에서만 순환되게 하고, 일정 온도에 이르면 냉각수를 라디에이터로 순환시켜 냉각시킨 후 엔진으로 재 유입시켜 엔진의 과열을 방지하는 역할을 한다.

이와 같은 냉각시스템은 냉각수가 순환하는 바이패스관과 라디에이터 및 워터펌프가 순환되는 관로에 설치되고, 냉각수를 바이패스관과 라디에이터로의 순환을 결정하는 수온조절기가 관로의 적정 위치에 설치된다.

수온조절기는 엔진의 냉각수가 유출되는 곳에 설치되거나, 라디에이터를 거친 냉각수가 엔진으로 유입되는 곳에 설치되기도 하는데, 이는 각각의 장단점에 의해 결정된다.

냉각수는 엔진의 실린더 블록, 실린더 헤드를 거쳐 가열되고, 일정한 온도로 가열된 냉각수는 수온조절기의 바디에 충진된 왁스를 팽창시켜 메인플레이트와 베이스플레이트의 사이 간격을 열리게 함으로써 냉각수가 라디에이터로 순환되어 냉각된 후 엔진으로 재 유입된다.

이와 같이 내연기관에서 엔진 시동 후에는 신속하게 냉각수를 적정온도까지 높이고, 과냉을 방지하기 위하여 냉각수 순환 관로의 도중에 수온조절기를 장착하고 있다. 수온조절기는 냉각수의 온도에 의해 밸브가 자동 개폐되도록 왁스를 바디 속에 밀봉시키고 열에 의해 왁스가 팽창 및 수축을 하는 것을 피스톤의 직선운동으로 변환시켜 메인 플레이트를 열리게 하는 구조가 일반적이다.

즉 수온조절기의 일반적인 구조는 라디에이터로 가는 관로에 설치되고 상부에 아치형으로 돌출된 지지대가 형성된 베이스 플레이트와, 상기 베이스 플레이트에 하부로 고정되게 설치된 프레임과, 상기 베이스 플레이트에 접촉되는 메인 플레이트가 고정설치되고 프레임과 상기 메인플레이트의 사이에 재치된 스프링에 의해 탄성지지된 바디와, 바디의 하부로 돌출된 로드에 바이패스 관로를 막는 바이패스 플레이트가 설치된 구조를 가진다.

상기와 같은 종래의 수온조절기의 조립순서는 바디를 조립하고, 이 바디와 메인 플레이트를 조립하여 메인 스프링을 끼우고, 프레임을 이용하여 이를 베이스 플레이트에 리벳팅 등으로 고정한다. 바이패스 플레이트는 바디에 로드를 형성 또는 부착하고 여기에 바이패스 스프링과 함께 끼워져 조립된다.

수온조절기의 작동은 냉각수 온도변화에 따라 바디 내부의 왁스는 팽창하고 이는 피스톤의 선형 움직임으로 변환되어 메인 플레이트가 열리고 닫히게 된다. 이 때 메인 플레이트의 열림 정도는 피스톤의 리프트량에 의존한다. 따라서 냉각수는 메인 플레이트 외곽과 베이스 플레이트와의 열린 틈새로만 통과하게 되어 유로의 면적 증감에 한계가 있고 유동저항이 크다. 또 냉각수의 흐름방향이 메인 플레이트에 의해 크게 바뀌어 이 역시 유동저항으로 작용하고 있다. 이 유동 저항은 엔진의 부가적인 동력손실이 된다.

바이패스 유출구를 개폐하기 위한 바이패스 플레이트가 조립된 경우, 피스톤의 상승과 동시에 메인 플레이트가 열리고 바디에 조립된 바이패스 플레이트는 바이패스 유출구를 닫는다. 이 때 적정 수준 이상의 피스톤 상승에 의한 과열림은 바이패스 스프링이 흡수하게 된다.

상기와 같이 바이패스 플레이트와 바이패스 스프링이 조립되는 경우 바디에 로드가 형성되어 열 감응부인 바디가 바이패스 유출구로부터 멀어지며, 또 바이패스 플레이트는 바이패스된 냉각수가 바디와 접촉하는 것을 막는 작용을 하게 되어 유입된 히터 순환 냉각수 등의 다른 외부환경에 의해 왁스가 반응하는 등의 오작동을 하여 엔진을 과냉 또는 과열시킬 수가 있다.

이와 같이 종래의 수온조절기의 구조에서는 냉각수가 많은 유동저항을 받게 되고, 이는 워터펌프의 부가적인 동력을 필요케 하여 궁극적으로 연비를 나쁘게 하여 엔진의 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있다. 그리고 열을 받아 작동하는 바디가 바이패스 유출구로부터 멀리 떨어져 위치하여 순수한 엔진으로 부터 유출되는 냉각수의 온도에 의해 감응하지 않고 기타의 외부 환경에 영향을 받음으로써 오작동의 원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로, 충분한 유로면적을 확보하여 냉각수의 유로저항을 감소시켜 냉각성능 향상과 엔진의 동력손실을 감소시켜 엔진의 효율을 증대시키고, 바디가 바이패스된 냉각수에 계속적으로 직접 접촉되게 하여 엔진의 온도가 왁스에 즉각적으로 반영되어 수온조절기가 다른 외부환경에 영향을 받지 않게 하며, 더불어 부품수를 줄여 조립공정을 단순화하는 수온조절기와, 상기 수온조절기가 엔진의 온도에 정확하게 반응하도록 바디가 바이퍄스관의 유출구에 위치할 뿐만 아니라 상기 유출구를 바디가 개폐할 수 있도록 설치된 수온조절기의 설치구조를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 전체 분해 사시도

도 2는 본 발명이 냉각수에 감응하기 전의 상태도

도 3은 본 발명이 냉각수에 감응하여 바디가 이동된 상태도

도 4는 본 발명이 설치된 상태의 단면도

도 5는 본 발명에 냉각수 유출구측에 설치된 상태도

도 6은 본 발명이 냉각수 유입구측에 설치된 상태도

도 7과 도 8은 본 발명의 바디가 바이패스 관로에 설치되어 작용하는 상태도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 재치홈 2 : 아암

3 : 지지대 4 : 베이스플레이트

5 : 케이지삽입공 6 : 프레임

7 : 케이지 8 : 메인플레이트

9 : 피스톤 10 : 바디

11 : 메인스프링 12 : 릴리프스프링

13 : 바이패스관 14 : 유출구

15 : 라디에이터 16 : 바디삽입공

100 : 수온조절기

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 수온조절기(100)는 재치홈(1)이 형성된 다수개의 아암(2)이 하향돌설되고, 가운데를 가로지르는 다수의 지지대(3)가 설치된 베이스플레이트(4)와; 상기 재치홈(1)에 체결되고, 가운데에 케이지삽입공(5)이 형성된 프레임(6)과; 하부 가운데에 바디삽입공(16)이 형성되고 다수의 프레임으로 구성된 케이지(7)가 하향설치되고, 베이스플레이트(4)에 기밀되게 접촉되는 메인플레이트(8)와; 상기 바디삽입공(16)에 끼워져 하향 돌출되게 설치되고, 상단에 돌설된 피스톤(9)이 지지대(3)에 지지된 바디(10)와; 상기 프레임(6)과 메인플레이트(8)의 사이에 개재되어 탄성력을 부여하는 메인스프링(11)을 포함하여 구성됨에 특징이 있다.

그리고 상기의 피스톤(9)과 지지대(3)의 사이에는 릴리프스프링(12)이 설치되어 왁스의 과챙창에 의한 바디(10)의 과다한 이동을 수용하도록 실시할 수 있다.

상기와 같은 구조를 가진 본 발명의 수온조절기(100)는 바디(10) 또는 케이지(7)가 종래의 바이패스플레이트를 대신하도록 설치되는 특징을 가지는데, 바디(10) 또는 케이지(7)의 하단부가 바이패스관(13)의 유출구(14)에 설치하되, 바디(10) 또는 케이지(7)의 하단부가 유출구(14)를 상부에서 덮거나 유출구(14)로 삽입되는 슬리브의 형식으로 개폐하게 설치된다.

물론 바디(10) 또는 케이지(7)의 하단부가 유출구(14)의 내부로 슬리브되는 형식에서는 릴리프스프링(12)이 설치되지 않아도 되는 구조를 가진다.

상기와 같은 구조는 도면에 상세히 도시되어 있는데, 도 1은 본 발명의 상세 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명이 냉각수 온도에 반응하기 전의 상태를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명이 냉각수 온도에 반응하여 피스톤(9)이 신장함으로써 이의 반작용으로 바디(10)와 메인플레이트(8) 및 케이지(7)가 하향 이동된 상태를 도시한 것이다.

그리고 도 4는 본 발명의 보다 정확한 작용을 위하여 엔진의 냉각시스템에설치된 구조를 나타내는 것으로써, 바디(10)가 바이패스관(13)의 유출구(14)에 근접되게 설치되고, 나아가 바디(10)가 유출구(14)를 위에서 덮거나 내부로 삽입되어 슬리브되는 구조를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 수온조절기(100)가 엔진의 냉각수 출구측에 설치된 구조를 나타낸 것이고, 도 6은 라디에이터(15)를 거친 냉각수가 엔진측으로 유입되는 측에 설치된 실시예이다.

도 7은 바디(10)가 종래의 바이패스플레이트 역할을 겸하도록 실시된 예시도로서, 바디(10)가 유출구(14)에 슬리브되는 구조를 나타낸 것으로, 이 경우는 릴리프스프링(12)은 불필요하다. 그러나 바디(10)가 유출구(14)의 상단을 덮도록 실시되는 경우는 릴리프스프링(12)은 필요하고, 이는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 릴리프스프링(12)이 필요하다.

도 8은 케이지(7)의 하단부가 종래의 바이패스플레이트의 역할을 겸하도록 한 실시예로서, 이 경우도 도 7의 경우와 같이 케이지(7)가 유출구(14)의 내부로 삽입되는 경우를 도시한 것으로, 이 때에는 릴리프스프링(12)이 불필요한 구조이고, 이와 다르게 케이지(7)의 하단부가 유출구(14)의 상단부를 덮도록 하는 경우는 역시 릴리프스프링(12)이 필요한 구조이다.

상기에서 살펴본 바와 같이 다양한 실시예의 본 발명은 외부환경에 영향없이 엔진의 냉각수에만 반응하는 특징을 가지는데, 종래의 것과 같이 왁스와 피스톤(9)과 밀봉재가 내장된 바디(10)와, 메인스프링(11)과, 프레임(6)과 새로운 형상의 베이스플레이트(4) 및 메인플레이트(8)로 구성된다. 그리고 종래의 것과 같이 필요에따라 베이스플레이트(4)와 메인플레이트(8)에 지글밸브 또는 보올이나 시일재 등을 조립할 수도 있다.

본 발명의 메인플레이트(8)는 중심부근에 아래로 돌출되고 통수공이 측부에 형성된 케이지(7)가 설치되어, 케이지(7)의 통수공으로 유로가 형성되고, 케이지(7)의 하부 중심에 바디(10)를 끼워 조립할 수 있는 바디삽입공(16)이 형성되어 있어 이에 바디(10)가 하부로 돌출되게 설치됨으로써, 바디(10)가 외부에 노출되게 된다. 이와같이 바디(10)가 외부로 노출됨으로써, 바이패스관(13)을 통해 유동하는 냉각수에 직접 접촉하게 되어 히터로부터 유입되는 냉각수나 라디에이터(15)를 경유한 냉각수 등의 외적 요소에 의한 영향을 적게 받게 되어, 오직 엔진의 냉각수 온도에 반응하여 정확한 수온의 조절이 이루어 지게 된다.

뿐만 아니라 종래의 경우에는 바디(10)와 메인플레이트(8)와 메인스프링(11)과 바이패스플레이트 등에 의해 냉각수의 유로저항이 증대되었으나, 본 발명에서는 바디(10)로 가는 냉각수의 유로저항이 거의 없게 되는 장점을 가지게 된다. 따라서 워터펌프의 부하가 적고 엔진의 출력소모가 없어 연비의 개선과 출력의 향상이 이루어지게 된다.

이와 같이 바디(10)를 메인플레이트(8)에 끼워 조립하면 바디(10)는 바이패스관(13)의 유출구(14)에 근접하고, 왁스가 바이패스된 냉각수에만 반응할 수 있는 환경을 제공하게 된다.

그리고 케이지(7)의 하부로 하향 돌출된 바디(10)는 종래의 바이패스플레이트 역할을 하게 할 수도 있다. 즉 종래의 바이패스플레이트는 바이패스관(13)의 유출구(14)를 상부에서 덮어서 개폐를 하나, 본 발명에서는 바디(10)나 메인플레이트(8)에 설치된 케이지(7)의 하단부를 바이패스관(13)의 유출구(14)의 상부를 덮게 하거나 유출구(14)의 내로 슬리브시켜 냉각수 유출을 막게 할 수 있다.

이 경우 슬리브되는 바디(10) 또는 케이지(7)의 하단부와 유출구(14)내 틈새가 작을수록 빠져나오는 유량이 작아 좋지만 너무 작은 경우 작동성의 문제가 발생할 수 있다. 반대로 너무 클 경우 유량유출이 많아 엔진이 과열할 수도 있어 최적의 조건을 선정하여야 한다. 일반적으로 바이패스관(13)의 유출구(14)는 4~5mm 정도의 메인플레이트(8)가 열린 후 닫히게 하기 때문에 슬리브 틈새에 의한 소량의 유량은 문제를 발생하지 않는다.

또한 경우에 따라 종래와 같이 바이패스관(13)의 유출구(14)를 상부에서 덮어서 개폐하는 경우와 같이, 바이패스관(13)의 유출구(14)의 상부를 바디(10) 또는 케이지(7)의 하단부가 덮어서 개폐하도록 할 수 있다. 이 경우 왁스의 과팽창으로 추가적인 열림이 발생하면 수온조절기(100)가 손상될 수 있기 때문에 본 발명에서는 조립시에 베이스플레이트(4)를 가로지르는 지지대(3)의 피스톤(9)이 접촉하는 부분에 릴리프스프링(12)을 설치하여 왁스의 과팽창에 의한 추가열림시에도 그 신장량만큼을 안전하게 수용하도록 실시할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 냉각수의 흐름에 있어 유로저항이 거의 없는 구조를 제공하여 많은 유량이 흐를 수 있고, 메인플레이트(8)가 닫혔을 때 냉각수와 접촉하는 표면적을 줄여 부압에 의한 메인플레이트(8)를 열려고 하는 힘을 감소시켜 메인스프링(11)을 소형화할 수가 있는 부가적인 잇점이 있게 된다.

이와 같은 본 발명은 메인플레이트(8)에 바디(10)를 끼워 조립한 후, 메인플레이트(8)에 메인스프링(11)을 끼우고 필요에 따라 베이스플레이트(4)에 릴리프스프링(12)을 삽입한 후, 베이스플레이트(4)와 일체로 형성된 아암(2)의 재치홈(1)에 프레임(6)을 끼움으로써 조립이 완성된다.

이와 같이 본 발명은 적은 수의 부품으로 구성되어 제작과 조립이 용이한 장점을 가지게 된다. 또 이러한 메인플레이트(8)와 베이스플레이트(4)는 프레스, 플라스틱 사출, 알루미늄 다이케스팅 등으로 제작할 수 있다.

수온조절기(100)의 적용에서 밸브면이 닫혔을 경우의 틈새의 리크를 방지하기 위하여 메인플레이트(8) 또는 베이스플레이트(4)에 오링이나 가스켓 등의 시일재를 장착할 수 있음은 당연하다.

이와 같이 본 발명은 충분한 유로면적을 확보하여 냉각수의 유로저항을 감소시켜 냉각성능향상과 엔진의 동력손실을 감소시켜 엔진효율을 증대시키고, 동시에 바디(10)가 바이패스된 냉각수에 계속 직접 접촉케 되어 엔진온도가 왁스에 즉시 반영되어 수온조절기(100)가 다른 외부환경에 영향을 받지 않게 되며, 더불어 부품수를 줄이고 조립공정을 단순화시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 재치홈(1)이 형성된 다수개의 아암(2)이 하향돌설되고, 가운데를 가로지르는 지지대(3)가 설치된 베이스플레이트(4)와; 상기 재치홈(1)에 체결되고, 가운데에 케이지삽입공(5)이 형성된 프레임(6)과; 상기 아암(2)의 길이에 유사한 길이를 가지고 하부 가운데에 바디삽입공(16)이 형성되고 다수의 프레임으로 구성된 케이지(7)가 하향설치되고, 베이스플레이트(4)에 기밀되게 접촉되는 메인플레이트(8)와; 상기 바디삽입공(16)에 끼워져 하향 돌출되게 설치되고, 상단에 돌설된 피스톤(9)이 지지대(3)에 지지된 바디(10)와; 상기 프레임(6)과 메인플레이트(8)의 사이에 개재되어 탄성력을 부여하는 메인스프링(11)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수온조절기.
2. 제 1항에 있어서, 피스톤(9)과 지지대(3)의 사이에 릴리프스프링(12)이 설치된 수온조절기.
3. 제 1항의 수온조절기(100)의 바디(10) 또는 케이지(7)의 하단부가 바이패스관(13)의 유출구(14)를 개폐하게 설치된 수온조절기의 설치구조.