KR20050084274A

KR20050084274A - 엔진 냉각 시스템에서 유속에 대한 열적제어

Info

Publication number: KR20050084274A
Application number: KR1020057010724A
Authority: KR
Inventors: 왈터 오토 레프레; 존 로버트 루이스 풀턴
Original assignee: 플로워크 시스템즈 투 엘엘씨
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2005-08-26
Also published as: WO2004059142A1; CN1732336A; US20030143084A1; CA2516715C; US6887046B2; CA2748538A1; CN1732336B; CA2516715A1; JP4431501B2; EP1588035B1; US20050106040A1; EP1588035A1; JP2006512524A; AU2003289793A1

Abstract

본 발명은, 자동차 엔진으로 작동하는 냉각제 펌프에 사용되고 온도에 따라 조절되는 스월베인(swirl-vanes)을 포함하고 있는 임펠러 펌프에 관한 것이다. 유체의 흐름은 상기 스월베인(swirl-vanees)의 다양한 배향에 의해 다양하게 조절된다. 상기 스월베인(swirl-vanees)의 배향은 냉각제 온도를 측정하는 왁스-타입 자동온도조절장치 등과 같은 열적 드라이버에 의해 영향을 받는다. 상기 스월베인(swirl-vanees)은 냉각제가 뜨거운 경우에 유속을 상승시키고, 냉각제가 차가운 경우에 유속을 감소시킨다. 상기 스월베인(swirl-vanees)은 상기 펌프 임펠러의 상류부분에 피봇가능하도록 설치된다. 상기 스월베인(swirl-vanees)이 엔진 라디에이터로 가는 포트를 차단하도록 작동한다는 점에서, 종래의 엔진-자동온도조절 기능은 펌프실안으로 수용된다. 상기 열적 드라이버는 냉각제가 차가운 상태에서 따뜻하게 바뀜에 따라 상기 라디에이터-포트를 개방한다; 냉각제가 따뜻한 상태에서 뜨거워지게되면, 상기 열적 드라이버는 냉각제의 흐름을 빠르게 하도록 상기 스월베인(swirl-vanees)을 작동시킨다.

Description

엔진 냉각 시스템에서 유속에 대한 열적제어 {THERMAL CONTROL OF FLOWRATE IN ENGINE COOLANT SYSTEM}

본 발명은 냉각제 펌프에 관한 것으로, 특히 자동차용 내연 기관의 냉각제 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 엔진의 요구에 따라 효과적으로 냉각제의 흐름 특성을 조절하는 냉각제 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래의 냉각 시스템에서, 냉각제 온도는 최적값과 얼마간 차이가 있게 된다. 또한, 냉각제 펌프는 필요한 것보다 더 많은 양의 에너지를 소모하였다. 냉각 시스템은 최악의 열부하 조건(예를 들면, 더운 날에 짐을 가득 싣고 급한 경사길을 오르는 차량)에서 충분히 열을 식힐 수 있어야 하며, 동시에 반대의 경우에는 냉각제와 엔진을 지나치게 냉각시켜서는 안된다. 극심한 온도 조건에서 냉각 시스템을 작동하는데 필요한 요건들로 인해, 차량이 짐을 가득 싣고 있지 않은 경우(대부분의 경우가 해당됨)에 냉각제는 최적의 온도와 몇도의 차이가 있고 냉각제 펌프는 많은 양의 에너지를 낭비한다.

특허 공보 EP-0,886,731(1998. 12. 30) 및 US-6,449,963(2002. 12. 31)는 냉각제의 온도에 맞추어 냉각회로 주위의 냉각제 유속을 변화시키는 엔진 냉각 시스템에 대하여 개시하고 있다. 냉각제 펌프가 예를 들어 전기 모타에 의해 작동이 되는 경우, 펌프 속도는 일정하게 유지될 수 있고 냉각제 유속은 단지 냉각제 온도의 변화에 대응하여 변화될 수 있으며; 냉각제 펌프가 예를 들어 엔진에 의해 작동되는 경우, 냉각제 유속은 냉각제 온도 및 엔진 속도의 변화에 대응하여 변화될 수도 있다는 것을 개시하고 있다.

개시된 바와 같이, 펌프 로터를 통과하는 냉각제는 또한 움직이는 한 세트의 스월베인(swirl-vanes)을 통과한다. 냉각제 유속은 선회날개의 방향이 냉각제 온도의 변화에 맞춰 조정되는 것에 따른 냉각제 온도의 변화에 의해 다르게 되도록 형성되었다. 개시된 바와 같이 냉각제 온도에 따라 스월베인(swirl-vanes)의 배향은 냉각제의 유속을 증가시키는 위치로부터 유속을 감소시키는 위치로 점차 변화된다.

냉각제 유속을 조절하기 위해 배향을 조절할 수 있는 스월베인(swirl-vanes)을 사용하는 장점 중 하나는 펌프를 작동시키는데 필요한 에너지의 양이 유속에 (거의)비례하는 시스템을 설계할 수 있다는 점이다. 이것은 예를들면 펌프로부터 유체흐름(flow)의 토출에 따라 유속이 제어되는 냉각시스템과 대비될 수 있고, 이 경우 비록 유속이 작지만 상기 펌프를 통해 저하되는 에너지는 크게 된다. 이것은 또한 예를 들어 펌프 로터의 속도를 변화함으로써 유속이 제어되는 시스템과도 대비될 수 있고, 이 경우 넓은 범위의 로터 속도에 대해 알맞은 효율을 가지는 펌프 설계를 어렵게 한다.

냉각제 온도에 맞추어 유속을 조절하는 시스템이 가지는 하나의 장점은 냉각제 온도가 엔진의 작동중에도 상당히 좁은 범위내에서 일정하게 유지될 수 있다는 점이다. 현재 모든 범위의 엔진 속도, 적재량, 주변 온도 및 여러 관련된 조건하에서 온도를 플러스/마이너스 2℃ 이내로 일정하게 유지하는 것은(일단 냉각제가 워밍업되면) 비현실적이다. (종래의 자용차용 냉각 시스템에서 (워밍업) 온도는 여러 조건들로 인해 플러스/마이너스 5℃, 심지어는 10℃까지 변화될 수 있었다는 것을 주의해야 한다)

엔진 설계자는 엔진을 보다 경제적으로 작동시키기 위해 이러한 온도의 일정성을 이용하기도 한다; 특히, 엔진의 성능과 효율은 엔진 오일 온도에 상당히 의존하고 있고, 엔진 오일 온도가 장기간의 주행에도 일정하게 유지되면(냉각제의 온도가 일정하게 유지되면 엔진 오일 온도도 일정하게 유지되는 경향이 있다) 연료절약이 상당할 것이다.

종래에 자동차 엔진들은 라디에이터로 가는 유체의 흐름을 조절함으로써 냉각제 온도 조절하기 위해, 확장가능한 왁스(wax)를 포함하는 벌브에 기초한 (기계적) 자동온도조절장치를 가지고 있었다. 기본적으로 자동온도조절장치는 냉각제의 온도가 소정 온도보다 낮을 때는 라디에이터로 가는 유체의 흐름을 막거나 줄였고, 단지 엔진에 있는 냉각제가 일정 온도 이상으로 워밍업된 경우에 최대흐름을 허용하게 된다. 그러나, 상기 개시된 특허는 정상운행중의, 즉 냉각제가 워밍업된 다음, 냉각제 유속에 대한 열적제어 만을 언급하고 있을 뿐이다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

도1은 라디에이터 및 차량의 엔진/히터로부터 펌프로 냉각제를 전달하는 흡입 포트를 보이도록 스월베인(swirl-vanes) 수준에서 얻어진 자동차용 냉각제 펌프의 단면도이다.

도2는 냉각제를 펌프로부터 엔진에 다시 전달하기 위한 방출 포트를 보이도록 임펠러 로터 수준에서 얻어진 상기 펌프의 단면도이다.

도3은 자동온도조절장치의 액츄에이터 수준에서 얻어진 상기 펌프의 단면도이다.

도4a는 완전히 닫혀있는 스월베인(swirl-vanes)를 나타내는 개략도이다.

도4b는 거의 닫혀있는 스월베인(swirl-vanes)를 도시하고 있다.

도4c, 4d 및 4e는 스월베인(swirl-vanes)가 점차적으로 개방되고 있는 상태를 도시하고 있다.

도4f는 거의 개방되어 있는 스월베인(swirl-vanes)을 도시하고 있다.

도5a는 다른 종류의 냉각제 펌프를 나타내는 단면도이다.

도5b는 다른 작동 상태에 있는 모습을 나타내는 도5a와 동일 단면을 도시하는 단면도이다.

도5c는 또 다른 작동 상태에 있는 모습을 나타내는 도5a와 동일 단면을 도시하는 단면도이다.

도6은 전형적인 냉각제 순환 시스템에서 구성요소들의 관계를 나타내는 블록다이아그램이다.

도7은 도1의 냉각제 펌프의 측단면도이다.

도8a는 두개의 임펠러를 가지고 있는 다른 종류의 냉각제 펌프에 관한 것으로 도7과 유사한 모습을 나타내는 단면도이다.

도8b는 다른 조건 상태에 있는 모습을 나타내는 도8a와 동일 단면을 도시하는 단면도이다.

도9는 또 다른 종류의 냉각제 펌프를 나타내는 단면도이다.

도10은 도9의 펌프의 부분절개 단면도이다.

도11a는 도9의 펌프와 유사한 냉각제 펌프의 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도11b는 펌프가 다른 작동 상태에 있다는 점만 제외하고는 도11a와 동일한 도면이다.

도11c는 펌프가 또 다른 작동 상태에 있다는 점만 제외하고는 도11a와 동일한 도면이다.

도12는 본 발명의 사용에 적합한 자동온도조절 유니트의 작동 모드를 나타내는 그래프이다.

첨부한 도면과 후술하는 장치들은 본 발명의 실시예들일 뿐이다. 실시예에서 나타나는 특별한 특징들에 의해 본 발명의 범위가 한정되지 않음은 명백하다.

도1의 냉각제 순환 펌프 메카니즘(230)에서, 회전하도록 형성된 베인링(vanes-ring, 232)은 한 세트의 스월베인(swirl-vanes)(234)을 가지고 있다. 상기 펌프에서, 냉각제는 라디에이터-포트(237)와 엔진/히터 바이패스 포트(238)의 두 곳으로부터 임펠러(236)로 들어간다. 두개의 포트(237,238)로부터의 유동은 임펠러(236)의 날개로 유입되기 전에 스월베인(234)을 통하게 된다.

상기 스월베인(swirl-vanes)(234)는 상기 베인링(vanes-ring, 232)에 의해서 작동된다. 상기 베인링(vanes-ring)(232)은 회전이 가능하고, 자동온도조절 유니트(235)에 의해서 회전이 조절된다. (다른 실시예에서, 상기 자동온도조절 유니트(235) 대신에 온도에 의해 조절되는 다른 종류의 액츄에이터가 사용될 수 있다)

드라이브-핀(239)은 상기 자동온도조절 유니트(235)의 스템(stem)을 상기 베인링(vanes-ring)(232)에 연결한다. 상기 스템이 움직이면, 상기 드라이브-핀(239)은 상기 스템(stem)의 움직임에 맞추어서 상기 베인링(vanes-ring)(232)을 회전시킨다. 상기 스월베인(swirl-vanes)(234)는 상기 펌프의 하우징에 회동이 가능하도록 결합되어 있고, 이에 의해 상기 베인링(vanes-ring)(232)이 회전하면 상기 스월베인(swirl-vanes)의 각도와 배향이 변하게 된다.

도4a는 상기 히터 포트(238)를 통과하여 상기 펌프로 들어가는 냉각제가 차가운 경우의, 콜드 포지션(COLD position)에 있는 펌프(230)의 구성요소들을 나타내고 있다(즉, 아직 워밍업되지 않았다). 상기 콜드 포지션에서 상기 스월베인(swirl-vanes, 234)이 닫혀 있기 때문에 냉각제는 상기 라디에이터 포트(237)로부터 상기 임펠러로 들어가지 못한다. 베인이 닫혀 있는 경우에도 상기 베인을 통하여 소량의 누출은 불가피하지만, 상기 라디에이터로부터 상기 임펠러로 들어가는 소량의 냉각제는 대부분의 장치에서 수인 가능한 정도에 해당한다.

도4d는 웜 오리엔테이션(WARM orientation)에 있는 상기 스월베인(swirl-vanes)을 나타내고 있다. 상기 스월베인(swirl-vanes)은 약간 개방되어 있다. 냉각제는 충분히 워밍업되었기 때문에 상기 라디에이터를 통과하면서 냉각되어야 한다. 그러나, 냉각제의 온도는 이러한 웜 핫(warm-hot) 범위의 하측에 위치하고 있다. 이제, 냉각제의 유속은 냉각제의 온도가 허용가능 범위 내의 최상부에 있을 때의 냉각제 유속보다 훨씬 느려야 한다. 도4e 및 도4f의 경우에 비해 도4d의 경우에 냉각제의 흐름을 덜 증가시키도록(즉, 냉각제의 흐름을 낮추도록) 상기 스월베인(swirl-vanes)이 배향되어 있다는 점에서 상기 스월베인(swirl-vanes)은 이러한 요구조건을 만족시키게 된다. 한편, 도4d(웜)에서 냉각제 유속은 어느곳에서도 영에 가깝게 되지 않으나, 도4a(콜드)에서 냉각제 유속은 영에 근접하게 된다.

상기 스월베인(swirl-vanes)이 스월베인이 임펠러의 회전에 대해 유동을 반대방향으로 선회시키도록 방향이 되어 있을 때 상기 유속을 펌프를 통해 증속시킨 다는 것을 유의해야 한다. 스월베인이 상기 임펠러에 대해 같은 방향으로 유동을 선회시킬 때 유속은 감소한다. 냉각제가 따뜻한(warm) 것에서 뜨거운(hot) 것으로 바뀌면서, 또한 스월베인이 최대 동일 방향에서 최대 반대 방향으로 이동하면서, 임펠러를 통한 유속은 베인의 방향 각도의 변화에 비례하여 최대 유동 감소에서 최대 유동 증가로 거의 선형적으로 증가한다. 도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 스월베인이 저온(cold) 상태에서 완전히 닫혀진 위치에 있는 것을 보여준다. 도 4a-4e는 스월베인이 완전히 닫힌 위치(도 4a)에서부터 웜 포지션을 통해 핫 포지션으로 점진적으로 열리는 것을 도시하고, 그 웜 포지션(warm position)(도 4d)을 통해 상기 스월베인은 임펠러의 회전 방향으로 유동을 편향시키고, 그 핫 포지션(hot position)(도 4f)에서 스월베인은 임펠러의 회전 방향에 반대방향으로 유동을 편향시킨다.

차가운 기상 조건에서, 종래의 자동온도조절장치는 거의 개방되지 않았다는 사실, 즉 냉각제가 라이데이터를 통과하기 시작하는 온도보다 높은 온도로 워밍업되는 경우가 거의 없었다는 사실에 주목해야 한다. 이러한 상황에서 상기 엔진은 과냉각되어 불완전 연소를 일으키고, 매연을 증가시키며, 최적의 온도에서 벗어나 운용되기 때문에 엔진 구성요소의 내구성이 낮아질 수 있다. 물론, 이런 사항들에 대한 대처방법을 생각해야 하는 것은 설계자의 몫이고, 설계자는 여러가지 기상조건에 맞춰 시스템을 다양하게 설계해야 했다. 종래의 자동온도조절장치를 없앰으로써, 즉 전술한 바와 같이 자동온도조절 기능을 상기 스월베인(swirl-vanes)에 결합함으로써 설계자는 종래의 조건들을 보다 쉽게 만족시킬 수 있고 넓은 범위의 기상 조건에서도 최적의 온도로 작동하도록 냉각제를 배치할 수 있다.

도5a, 5b, 5c는 단 한개의 스월베인(swirl-vane, 240)을 가지도록 변형된 형태를 나타내고 있다. (여기서 사용되고 있는 "한 세트"의 스월베인(swirl-vanes)이라는 표현은 상황에 따라 단 한개의 스월베인(swirl-vane)으로 이해될 수도 있다.) 냉각제가 차가우면, 상기 스월베인(swirl-vane, 240)은 냉각제가 상기 라디에이터-포트로부터 상기 임펠러로 흘러 들어가는 것을 차단한다. 냉각제가 워밍업되면(도5b), 냉각제는 상기 라디에이터와 상기 히터로부터 상기 임펠러로 흘러 들어가게 된다.

냉각 시스템에서, 설계자는 냉각제가 상기 엔진/히터 바이-패스로부터 상기 임펠러로 흘러 들어가는 것을 완전히 차단되도록 설계하는 것이 바람직하며, 필요한 경우 그렇게 된다(도5c). 도5a에서, 냉각제가 차가우면, 상기 스월베인(swirl-vane)은 유동 방향을 엔진/히터 바이패스로부터 상기 임펠러의 회전방향에 대향하도록 설정하고, 이는 유속을 증가시킨다. 반면, 라디에이터 포트(도5b, 도5c)부터의 유동은 임펠러와 같은 회전방향이 되는데, 이 경우에는 유속 증가를 낮추게 된다.

도5a, 도5b, 도5c에서 상기 스월베인(swirl-vane, 240)은 왁스-벌브(wax-bulb) 타입의 자동온도조절장치가 아닌 전기-모터/기어박스(241)에 의해 회전한다. 상기 모터는 스테퍼-모터(stepper motor)이고, 모터의 회전 위치는 냉각제 순환로의 적소에 설치되는 온도센서의 신호에 의해 콘트롤되고, 상기 온도센서는 상기 모터/기어박스(241)로부터 기계적으로 분리될 수 있다. 도5a, 도5b, 도5c에서와 같이 기계적으로 분리된 상기 온도센서를 가지는 상기 모터/기어박스는 도1의 상기 기계적 자동온도조절 유니트 대신에 사용될 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다는 사실은 명확이 이해되어야 한다. 상기 자동온도조절장치(온도센서와 액츄에이터를 하나의 기계장치로 결합한 것)는 기능면에서 복잡하거나 다양한 기능을 갖는 것은 아니지만, 더 경제적이다. 다른 종류의 자동온도조절 유니트가 사용될 수 있으며, 일예로 바이메탈 유니트를 사용할 수 있다.

도1 및 도5a, 도5b, 도5c에서 도시된 구조는 상기 베인링(vanes-rings)(232)을 포함하는 스월베인(swirl-vanes)의 배향 메카니즘과 드라이브-핀(239) 또는 모터/기어박스(241)를 포함하는 밸브-멤버의 배향 메카니즘 사이의 기계적 관계를 나타내고 있다.

도1의 펌프에서의 냉각 시스템은 냉각제가 언제나 히터를 통과하도록 되어 있다(도6). (다른 형태의 냉각 시스템에서, 냉각제는 작동중에 때때로 상기 히터를 우회하도록 되어 있다.) 도6에서, 상기 펌프(P)의 임펠러는 기어 드라이브 또는 벨트 드라이브(241) 등과 같은 수단에 의해 상기 엔진(E)으로부터 직접 동력을 전달 받아 작동된다. 도6에서, 냉각제가 워밍업되면, 냉각제는 상기 라디에이터(R) 주변을 순환한다. 냉각제가 차가워지면, 상기 펌프(P)의 상기 스월베인(swirl-vanes)(234)이 완전히 닫힌 상태로 있기 때문에, 냉각제는 상기 라디에이터(R) 주변을 순환하지 못하고, 상기 라디에이터-포트(237)는 차단된다. 상기 자동온도조절-유니트(235)의 온도 감지 벌브는 펌프(P)로 들어가기 바로 전에 상기 엔진(E)(그리고, 또는 상기 히터(H)를 경유하여)으로부터 나오는 냉각제의 온도를 측정하기 위해 적소에 설치된다. 도 1에서와 같이, 히터 포트(238)과 벌브 사이에 통로(248)가 존재하고, 이에 의해 벌브(bulb)가 유입 냉각제로 적셔진다.

자동차 엔진이 일반적으로 가지는 상기 분리된 자동온도조절장치는 도6의 냉각제 순환로에서 제외되었음을 말해둔다.

자동차 냉각 시스템의 요소들은 매우 다양하게 구성될 수 있고, 설계자는 상기 펌프의 입구/출구를 적절하게 배열할 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 상기 라디에이터 차단 열적 제어(shut-off thermal control)과 상기 스월베인 열적 제어(swirl-vanes thermal control)를 결합하는 것은 다른 엔진 시스템에서 다른 방식의 구성을 요한다.

도1에서, 상기 스월베인(swirl-vanes)은 냉각제가 덥혀진 핫(HOT) 포지션에 있으며, 이에 의해 냉각제는 상기 히터-포트(238)와 상기 라디에이터 포트(237) 양쪽로부터 상기 냉각제 순환 펌프(230)으로 흘러 들어가게 된다. 상기 히터 포트(238)로부터 나와 펌프로 들어가는 냉각제는 임펠러에 직선적으로 들어가도록 배열되고, 반면에 라디에이트 포트(237)로부터 나오는 냉각제는 상기 스월베인(swirl-vanes)(234)를 지나도록 배열된다.

상기 펌프(230)를 통과하는 냉각제가 차가운 경우, 즉 아직 워밍업되지 않은 경우에는, 냉각제가 순환하지 못하도록 상기 라디에이터가 닫혀있는 것이 바람직하다. 도4a에서와 같이, 라디에이터로부터의 유동이 막혀있는 경우, 여기서 상기 스월베인(swirl-vanes)(234)은 상기 라디에이터 포트(237)로부터의 유동을 차단하도록 배향된다. 즉, 라디에이터로부터의 냉각제가 임펠러(236)를 통과하는 것을 막게 된다. 상기 스월베인(swirl-vanes)은 도4a에서와 같이 최대한 들어가 있는, 콜드 포지션에 있는 상기 자동온도조절 유니트(235)에 의해 이러한 위치에 놓인다. 따라서, 냉각제가 차가운 경우에는, 상기 펌프를 지나 상기 엔진에 들어가는 냉각제는 상기 히터를 경유하여 상기 엔진으로부터 나오는 냉각제로만 이루어진다. 상기 베인(vanes, 234)이 닫혀 있기 때문에, 상기 라디에이터로부터 나오는 냉각제는 상기 펌프에 들어갈 수 없고, 상기 엔진에 들어갈 수 없다.

상기 엔진(및 히터) 주위만을 순환하던 냉각제가 워밍업되면, 상기 자동온도조절-유니트(235)의 상기 벌브는 팽창하게 되고, 상기 베인링(vanes-ring)은 반시계 방향으로 회전하므로, 상기 베인(vanes,234)이 개방된다. 이제, 상기 라디에이터로부터 나오는 냉각제는 상기 임펠러(236)를 지나가게 된다.

그 후, 냉각제가 워밍업되면, 냉각제의 온도는 운전 조건, 차량의 적재량, 주변 온도 등에 따라 다양하게 변한다. 냉각제가 더 뜨거워지거나, 덜 뜨거워짐에 따라, 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향은, 본 발명에서 개시한 방식으로, 냉각제의 온도에 따라 다양하게 변한다. 또한, 설계자는 냉각제의 온도가 정상 운행 온도보다 높아지게 되면, 냉각제의 유속을 정상-운행시의 유속에 비해 최대한 상승시키도록 상기 스월베인(swirl-vanes)의 각도를 구성해야 하며, 냉각제의 온도가 정상 운행 온도보다 낮아지면 냉각제의 유속을 정상-운행시의 유속에 비해 최대한 줄이도록(다른 말로, 최소상승이라고 할 수 있다) 상기 스월베인(swirl-vanes)의 각도를 구성해야 한다. 통상적으로, 일반적인 펌프 속도와 작동조건에서, 최소 정상-운행 유속은 최대 정상-운행 유속의 절반의 차수가 될 수 있다. 도1에서 상기 임펠러(136)는 반시계 방향으로 회전하게 되고, 상술한 방식으로 동작이 수행된다.

온도에 의해 작동하는 상기 라디에이터-포트-폐색기를 구조적으로 분리된 종래의 자동온도조절장치 하우징으로부터 상기 펌프실로 이동하는 것, 및 상기 라디에이터-포트-폐색기를 상기 스월베인(swirl-vanes)와 결합하는 것에 의해 발생하는 다음과 같은 점에 주목해야 한다. 자동차 냉각 시스템 설계자들이 직면하는 어려움 중 하나는, 완전히 개방되어 있는 경우에도, 종래의 일반적인 자동온도조절장치에 기인하는 비정상적으로 높은 유속저항이다. 이론적으로, 종래의 자동온도조절장치에서 발생하는 큰 압력하강의 문제점은 상기 자동온도조절장치를 통과하도록 설치되는 유로의 단면적이 급격한 변화를 갖지 않도록 유로를 설계하는 것이다. 그러나, 상기 문제점을 해결하기 위해, 다른 측면의 작용을 포함하지 않으면서, 상기 자동온도조절장치 및 그것의 하우징을 재설계하는 것은 실제로 어렵다고 판명되어 왔고, 설계자는 상기 자동온도조절장치를 통한, 즉 상기 라디에이터-포트-폐색기를 통한, 큰 압력하강을 수용해야만 했다.

압력이 크게 떨어지는 문제점은, 그러나, 상기 라디에이터-포트-폐색기의 기능을 상기 스월베인(swirl-vanes)의 구조에 결합함으로써 완전히/부분 해소되었다. 실제로, 오픈-써모스탯 유동 저항(open-thermostat flow resistance)은 상기 스월베인(swirl-vanes)의 최대 흐름-상승 조건, 즉 도 1에 도시된 것과 동일하다. 상기 스월베인(swirl-vanes)이 최대-상승 배향으로 있는 경우에, 종래의 자동온도조절장치와 관련된 높은 저항과 비교하여 냉각제 흐름에 대한 저항은 없다.

도1의 상기 스월베인(swirl-vanes)(234)(여기서는 열세개의 스월베인(swirl-vanes)를 가지고 있다)는 상기 임펠러(236)를 완전히 둘러싸지는 않는다. 상기 임펠러의 주변 영역은 좌측으로 개방되어 있고, 상기 개방된 공간을 통해 상기 엔진/히터 입구 포트(238)와 연결된다. 즉, 냉각제가 워밍업되는 동안에 냉각제는 상기 라디에이터를 우회하여 흐른다. 따라서, 상기 스월베인(swirl-vanes)가 완전히 닫혀 있는 경우에도(도4a), 냉각제가 흐르지 못하도록 차단되는 것은 상기 라디에이터 포트(237)뿐이고, 바이패스 포트(238)는 차단되지 않는다. 상기 라디에이터로 가는 흐름이 차단될 정도로 냉각제가 차가운 경우에, 상기 엔진을 지나가는 냉각제의 유속은 꽤 작으며, 이것은 냉각제가 점유할 수 있는 상기 임펠러의 흡입구 주변공간이 작다는 것이 반영된 것이다. 상기 라디에이터를 지나가는 가장 뜨거운 냉각제의 유속은 콜드 컨디션에서 단지 상기 엔진/히터만을 지나가는 우회 흐름의 낮은 유속보다 몇배 클 것이다.

상기 스월베인(swirl-vanes)는 상기 임펠러의 흡입구를 완전하게 또는 거의 완전하게 둘러싸도록 배열하는 것이 가장 효과적이다. 상기 임펠러로 들어가는 냉각제의 일부가 스월베인(swirl-vanes)을 통과하지 않는다면, 냉각제의 유속은 상기 스월베인(swirl-vanes), 즉 온도-의존적인 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향,에 의해 충분하고도 완전하게 조절되지 않는다. 바람직하게는, 설계자는 워밍업된 냉각제가 가능한한 상기 스월베인(swirl-vanes)를 통과해 지나도록 해야함을 명심해야 한다. 다르게 표현하면, 냉각제가 차가운 상태에서 워밍업되는 동안에, 상기 엔진으로부터 냉각제를 받아들이는 상기 임펠러의 주변영역(233)은 작아야 한다. 핫 컨디션에서 상기 라디에이터로부터의 최대 유속은, 바람직하게는 상기 펌프 임펠러의 흡입구의 주변영역의 80 내지 90%를 점유해야 한다; 그리고, 최소한으로, 적어도 주변영역의 60%는 점유해야 한다.

몇몇 냉각 시스템에서는, 상기 스월베인(swirl-vanes)이 상기 임펠러의 흡입구 주변영역을 전부 점유하도록 구성하는 것도 가능하며, 이렇게 하는 것이 냉각제의 유속을 온도에 따라 조절한다는 관점에서는 최적이다. 그러나, 상기 스월베인(swirl-vanes)가 일부 작은 영역에 대해 점유하고 있지 않더라도 상기 스월베인(swirl-vanes)의 효율에 심각한 악영향을 미치지 않는다는 점을 알아야 한다.

어떤 엔진의 경우, 설계자는 냉각제가 워밍업되기 전까지 상기 히터 코어를 통해 냉각제가 흐르는 것을 차단할 수도 있다. 다른 방법으로, 설계자는 냉각제가 워밍업되기 전까지 상기 엔진 주위로 냉각제가 흐르는 것을 차단할 수도 있다. 후자가 가장 빨리 냉각제를 워밍업 시키지만, 상기 엔진의 냉각제 온도를 측정하기 위해서는 특별한 주의가 요구되며, 가장 뜨거운 영역이고 또한 필수적으로 냉각제 밸브로부터 떨어져서 배열되는, 배기 밸브에 가까운 실린더 헤드의 온도를 측정하는 것이 필요하다. 설계자는 전자 온도센서에 의해 온도를 측정하고, 상기 온도 데이타를 분석하고, 서보(servo) 등을 이용하여 상기 스월베인(swirl-vanes)의 움직임에 영향을 주도록 분석된 데이타를 이용하는 것을 선호할 수도 있다.

종래의 왁스-벌브형의 자동온도조절 벌브가 사용되는 경우에, 상기 벌브는 도1에서와 같이 상기 엔진/히터 바이패스 순환로에서 나오는 냉각제에 의해 잠기도록 하는 것이 바람직하다.

도7은 도1의 상기 펌프(230)의 단면도이다. 이경우, 상기 펌프 임펠러(236)는 상기 엔진으로부터 나오는 드라이브 벨트에 의해 연결된 드라이브-플리(243)에 의해 회전한다. 따라서, 상기 펌프의 속도는 상기 엔진의 속도에 정비례한다. 상기 엔진을 이용하여 상기 냉각제 펌프를 작동시키는 것은, 전통적이고 매우 흔한 기술이지만, 낮은 엔진 속도에서 상기 펌프의 출력(즉, 상기 펌프에 의해 분당 처리되는 냉각제의 리터량)은 상기 엔진으로부터 냉각제에 전도되는 열을 완전히 제거하는데 부족할 수 있다. 동일한 이유로 인하여, 높은 엔진 속도에서는, 냉각제의 유속은 필요로 하는 것보다 훨씬 크고, 이는 엔진 출력의 낭비를 초래한다. 그리고, 간접적으로 냉각 시스템은 높은 유속 및/또는 압력에 대응하도록 설계되어야 한다. 상기 히터는 종종 높은 흐름 저항을 가진다. 그러므로, 냉각제가 차갑고, 냉각제가 상기 라디에이터를 지나가지 않도록 차단되어 있는 경우에, 상기 펌프는 높은 압력으로 냉각제를 밀어내야 하고, 이런 사실은 낮은 엔진 속도에서 추가적인 문제를 부여한다.

따라서, 설계자는 상기 임펠러가 낮은 펌프 속도에서는 적당한 유속 및 압력을 만들어내야 하고, 높은 펌프 속도에서는 과다한 유속 및 압력을 만들어내지 말아야 한다는 요건에 직면하게 된다. 냉각제는 차갑지만 상기 히터가 순환로에 있는 경우에는, 유속이 작음에도 불구하고 상기 히터의 추가 저항으로 인하여 낮은 유속을 가진 냉각제가 높은 압력으로 만들어져야 하므로 상기 요건은 더욱 어려워진다. 상기 요건을 해결하기 위한 방법 중 하나는 상기 임펠러에 두 세트의 블레이드를 설치하고, 낮은 속도(즉, 낮은 유속)에서는 두 세트의 블레이드를 모두 이용하여 냉각제를 펌핑하고 높은 펌프 속도(즉, 높은 유속)에서는 한 세트의 블레이드를 우회하도록 상기 임펠러를 설계하는 것이다. 상기 펌프 임펠러(236)는 두 세트의 블레이드를 가지며 도8a 및 도8b에서와 같은 작용효과를 나타낸다.

상기 임펠러(236)는 한 세트의 첫번째(축방향과 방사선 방향의 흐름이 혼합된다)블레이드(244)와 한 세트의 두번째 블레이드(방사상 방향의 흐름)(245)를 포함한다. 상기 펌프의 속도가 낮고 유속이 낮은 경우에는, 냉각제는 상기 첫번째 블레이드(244)를 통하여 수직으로 지나간다. 펌핑된 유체는 진행방향을 바꾸어서 갑(岬,promontory)(246) 주위를 지나간다. 그런 후, 상기 두번째 블레이드(245)의 입구로 들어간 후 방사상으로 상기 두번째 블레이드를 통과하며 요구되는 높은 압력을 만들어낸다.

반면, 상기 임펠러의 속도가 높은 경우에는, 상기 첫번째 블레이드(244)를 통과한 냉각제는 상기 두번째 블레이드(245)의 입구를 우회할만큼 높은 수직 속도 모멘텀을 가진다(도8b). 따라서, 냉각제는 두번째 블레이드를 지나가지 않는다.

상기 두번째 블레이드(245)는 방사상이므로, 상기 블레이드(245)의 입구와 출구에서 생기는 압력차는 원심력에 의해 발생하게 되고, 그 차이는 꽤 크다. 따라서, 상기 갑(岬,promontory)(246) 근처의 냉각제가 느리게 움직이면, 냉각제는 상기 두번째 블레이드(245)로 또한 블레이드를 통과하도록 매우 강력하게 유도된다. 상기 갑(岬,promontory)(246) 주변의 유로 또는 경로는, 언급한 바와 같이, 높은 속도에서는 상기 첫번째 블레이드(244)로부터 흘러나오는 수직 방향의 흐름 중 매우 적은 양만이 상기 두번째 블레이드(245)에 도달하도록 휘어(tortuous) 있을 수 있다.

따라서, 낮은 펌프-속도에서는, 전체 냉각제 중 상당 퍼센트의 냉각제가 상기 첫번째 블레이드(244)와 상기 두번째 블레이드(245)를 모두 통과하지만, 높은 펌프-속도에서는, 전체 냉각제 중 매우 적은 퍼센트의 냉각제만이 상기 첫번째 블레이드(244)와 상기 두번째 블레이드(245) 모두를 통과한다. 높은 펌프 속도에서는, 전체 냉각제 중 많은 양이 상기 두번째 블레이드를 통과하지 않고 출구 스크롤 챔버(outlet scroll chamber,247)로 직접 들어가기 때문이다.

대부분의 냉각제가 두 세트의 블레이브를 모두 통과하기 때문에 낮은 속도에서 상대적으로 큰 히터 서킷 저항을 극복하는 능력이 상승하는 효과가 있다. 반면, 높은 속도에서는, 대부분의 냉각제가 상기 두번째 블레이드를 우회한다.

도9는 베인 배향(vanes-orientation) 메카니즘이 라디에이터-포트-클로징 메카니즘과 기계적으로 연관되는 또 다른 구조를 나타내고 있다. 도10은 도9의 구조와 동일한 구조를 나타내는 부분절개도이다.

도9에서, 자동차 라디에이터로부터 나오는 냉각제는 상기 라디에이터-포트(256)를 경유하여 상기 펌프실(254)로 들어간다. 상기 펌프실안에는 슬라이더(257가 설치된다. 냉각제가 뜨거운 경우에, 상기 슬라이더(257)는 도9의 중간 밑부분에서 도시된 바와 같이 오른쪽 끝에 놓여진다.

상기 슬라이더(257)의 개방된 내부 도관(258)은 원주방향 외측방향 개구부(radially-outwards-facing opening,259)를 가진다. 이 개구부(259)는 상기 슬라이더(257)가 오른쪽에 있는 경우에 상기 라디에이터-포트(256)와 연결된다. 냉각제는 상기 라디에이터로부터 흘러나와 펌프실(254)로 들어가고, 상기 펌프 임펠러(260)를 지난다. 상기 라디에이터-포트(256)는 냉각제가 차가우면(도9의 중간 윗부분)에는 차단되고, 냉제가 워밍업되면 개방된다(도9의 중간 아랫부분).

상기 펌프 임펠러(260)의 상기 블레이드에 도달하기 전에, 상기 라디에이터로부터 나오는 냉각제는 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)을 통과한다. 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)은, 냉각제에 회전 와류(rotary swirl motion)를 만들어 줌으로써, 냉각제의 흐름에 편향(bias)을 준다. 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향에 따라서, 상기 와류(swirl motion)는 상기 임펠러의 회전과 같은 방향일 수도 있고, 다른 방향일 수도 있다. 다시 말하면, 상기 스월베인(swirl-vanes)이 상기 임펠러의 회전과 반대방향으로 배향되어 있는 경우에는, 상기 임펠러를 통과하는 용적 유속 및 압력이 상승되지만, 상기 스월베인(swirl-vanes)이 상기 임펠러의 회전과 같은 방향으로 배향되어 있는 경우에는 용적 속도 및 압력은 줄어든다. 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향은 냉각제의 속도를 최대한 상승시키는 배향으로부터 냉각제의 속도를 최대한 줄이는 배향(또는 최소 흐름-상승)까지 점차적으로 변화될 수 있다.

상기 스월베인(swirl-vanes)(262)은 안쪽 링(264)과 바깥 링(265)을 가지는 케이지를 포함하는 베인장착 구조(vane-mounting-structure)에 설치된다. 상기 두개의 링은 함께 고정되어 상기 케이지를 형성한다. 상기 두개의 링은 링모양의 통로(267)를 형성한다. 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)은 상기 두개의 링(264, 265) 사이에 방사상으로 상기 링모양의 유로(267)에 걸쳐있다.

상기 링(264, 265)은 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)가 회전가능하게 설치되도록 피봇 베어링(268, 269)를 각각 가지고 있다. 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)의 피봇 핀(270)은 상기 바깥 링(265)의 베어링을 관통하여 연장되는 연장부(272)를 가지며, 레버 암(237)이 상기 연장부(272)에 결합된다. 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)의 배향은 레버 암(273)을 움직임으로써 조절된다.

상기 케이지(263)는 고정된 챔버(254)안에 설치된다. 펙(도시되지 않음)은, 상기 케이지(263)가 상기 챔버안에서 회전하지 못하도록, 상기 챔버의 쇼울더(274)에 소켓을 결합시킨다.

스프링(도시되지 않음)은 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)의 상기 레버-암(273)을 왼쪽 방향으로 움직이게 하는 역할을 한다. 상기 펌프 임펠러(260)의 회전 방향에 주목하면서, 설계자는 상기 레버-암(273)이 왼쪽 방향(도9에서와 같이)으로 더 많이 이동할수록, 상기 스월베인(swirl-vanes)(262)가 냉각제의 흐름을 더 많이 감소시키는 방향으로 배향되게 장치들을 설계한다. 상기 레버 암과 상기 슬라이더의 형상은 슬라이더 모션에 대한 와류 편향(swirl-bias)의 특별히 요구되는 관계를 충족시키도록 설계될 수 있다.

자동온도조절 유니트(275)가 상기 펌프실(253)의 내부에 설치된다. 상기 자동온도조절 유니트(275)는 그 자체로는 일반적인 것이고, 온도가 증가함에 따라 팽창함으로써, 스템(276)을 자동온도조절 유니트의 케이스(278) 밖으로 밀어내는 벌브를 포함한다. 상기 케이스는 상기 슬라이더(257)의 내부에 끼워맞춤(press fit)된다. (다시 말하지만, 전통적인 왁스-타입 자동온도조절장치 외에도 온도센서와 결합된 전자 리니어 엑츄에이터와 같이 온도에 의해 조절되는 엑츄에이터가 상기 슬라이더를 움직이기 위해 사용될 수 있다.)

상기 케이스(278) 위를 흐르는 냉각제의 온도 증가로 인해, 상기 스템(276)이 상기 케이스(278)의 밖으로 움직이게 되면, 상기 케이스와 상기 케이스에 설치되어 있는 슬라이더(257)는 오른쪽 방향으로 이동하게 된다. 상기 슬라이더(257)의 노즈(끝단)(279)에는 상기 레버-암(273)이 결합되어 있고, 상기 슬라이더가 온도에 따라 좌우로 움직임에 따라 상기 레버-암(273)을 움직이게 되므로 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향이 변한다.

손상 움직임 프로비젼(lost motion provision)이 도9의 설계에 포함될 수 있다. 설계자는 상기 노즈(279)와 상기 레버-암(273) 사이에 간격(281)을 둘 수도 있다. 간격(281)이 커질수록, 냉각제가 워밍업됨에 따라 상기 레버-암(273)이 움직이기 전의 상기 손상 움직임(lost motion)도 커진다. 손상 움직임 프로비젼(lost motion provision)은 상기 라디에이터-포트(256)가 개방되는 시점과 연관될 수 있다.

도9에 기초한 설계는 자동차용으로 매우 적합할 수 있다. 상기 펌프 유니트는 기계적으로 컴팩트한 유니트로 구성되며, 볼트에 의해 간단히 상기 엔진-블록에 결합되도록 설계될 수 있다. 상기 펌프 유니트는 엔진이 꺼져 있는 동안에, 조립되고 대부분의 기능을 테스트 할 수 있다는 점에서 자체포함성(self-contained)을 갖는다 또 다른 설계에서, 상기 펌프 유니트는 볼트에 의해 결합되는 별개의 하우징이 아닌 상기 엔진 블록내에 설치될 수 있다.

상기 슬라이더(257)와 상기 케이지(263)는 모두 상기 펌프실(254)의 매끄러운 구멍 내부(smooth-bored interior)에 수용된다는 것에 특별히 주목해야 한다. 따라서, 자동차 정비를 하는 경우에, 엔드-커버(277)를 제거함에 따라 상기 슬라이더와 상기 케이지를 상기 챔버로부터 간단히 빼낼 수 있고, 이것은 상기 유니트를 제거하거나, 호스 연결에 간섭받지 않고 할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 케이지(263)는 상기 챔버에 따른 회전이 펙에 의해 금지되어 있지만, 상기 슬라이더(257)가 회전하려고 하는지 여부는 문제되지 않는다.

구성을 다른 방법으로 배열되게 설계할 수 있다: 예를 들면, 상기 케이지는 상기 슬라이더와 함께 미끄러져 움직이도록 설계될 수 있고, 상기 레버 암은 쇼울더(274)에 접함으로써 회전할 수 있다. 상기 자동온도조절 유니트는 상기 슬라이더에 결합되지 않고 상기 엔드 커버에 결합될 수 있다. 그러나, 설계자는 자동온도조절장치의 온도센서가 흐르는 냉각제에 잠기도록 설계하는 것을 선호해야 한다.

도1의 실시예와 관련하여 논의한 바와 같이, 상기 온도에 따라 배향이 변하는 스월베인(swirl-vanes)는 상기 임펠러의 흡입구로 들어가는 냉각제의 양에 가능한한 많은 영향을 주는 것이 바람직히다. 그 경우에, 상기 스월베인(swirl-vanes)는 냉각제가 차가운 상태에서 워밍업되기 전까지 상기 라디에이터-포트를 차단하는 수단으로 작용하도록 하기 위해, 상기 흡입구 주변의 작은(중요하지 않은) 영역이 상기 스월베인(swirl-vanes)에 의해 조절되지 않은 상태로 남아 있어야 한다. 도9에서는, 전술한 바와 같이, 상기 스월베인(swirl-vanes)이 상기 라디에이터-포트를 차단하는 수단으로 작용하지 않으므로, 상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 임펠러 블레이드로 들어가는 상기 흡입구의 단면 영역의 전부를 차지할 수 있다.

도9, 10의 실시예에서도, 앞의 실시예와 마찬가지로, 상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 라디에이터-포트 및 관련된 라디에이터-포트-폐색기에 인접하여 병치되어야 한다는 것에 유의해야 한다. 이것은 컴팩트하고 경제적인 조립품을 가능하게 한다. 병치에 의해 또한 냉각제 흐름이 상기 임펠러로 들어가거나 통과하여 지나가는 경우에 냉각제의 단면에서 부드럽게 점진적으로 감소하는 이상에 매우 근접하게 함으로써, 냉각제가 상기 임펠러로 들어가고 상기 임펠러를 통과하면서 발생하는 속도의 변화 또한 부드럽게 점진적으로 바뀌게 되고, 흐름이 방해됨으로써 발생하는 압력손실이 최소화된다.

도1의 실시예를 도9, 10의 실시예와 비교하면, 두 경우 모두 상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 임펠러의 회전축과 동일한 중심이 가지는 피치-써클 주변에 고르게 설치되어 있다. 후자의 실시예에서, 상기 스월베인(swirl-vanes)은 냉각제가, 상기 임펠러의 흡입구를 향해 수직으로 이동하는 곳에, 상기 임펠러의 축방향으로 배치되며, 상기 스월베인(swirl-vane) 피봇은 상기 임펠러의 축에 대해 방사상으로 배열되는 축들에 놓여있다. 전자의 실시예에서, 상기 스월베인(swirl-vanes)은, 냉각제가 상기 임펠러의 상기 흡입구를 향해 방사상으로 이동하는 곳인, 상기 임펠러 둘레에 놓여있으며, 베인(vane) 피봇은 상기 임펠러의 축과 평행한 축들위에 놓여있다. 후자의 실시예에서는 들어오는 냉각제를 상기 흡입구 두레의 평면나선(flat spiral)으로 여겨지는 곳에 배열하지만, 전자의 실시예에서는 들어오는 냉각제를 상기 임펠러와 동일한 축을 가지는 실린더 모양의 튜브로 여겨지는 곳에 배열한다. 설계자는 가용 공간에 맞추어서 실시예를 선택할 수 있다: 냉각제의 흐름을 조절하기 위한 장치를 위한 공간이 방사상보다 축방향으로 돌출되어 있다면, 후자의 실시예가 선호된다; 만약 축방향 공간이 더욱 중요하다면, 전자의 실시예가 선호된다.

순환로에서 냉각제가 흐르는 것을 조절하는 방식의 또 다른 실시예가 도11a, 11b, 11c를 참조하여 이제부터 논의될 것이다.

냉각제가 차가운 경우에, 종래의 자동자용 냉각제 순환 시스템에서, 상기 자동온도조절장치는 냉각제가 상기 라디에이터로 들어가는 것을 차단하였다. 냉각제가 정상 운행 온도에 근접하면, 상기 자동온도조절장치는 개방되고, 그때서야 상기 라디에이터로 냉각제가 흐르는 것이 허용되었다. 그러나, 종래의 자동차용 시스템에서, 차가운 냉각제는, 자동온도조절장치에 의해 차단되므로 상기 라디에이터로부터의 냉각제 흐름이 차단된에도 불구하고, 여전히 상기 히터 서킷을 통하여 흐르게 된다.

종래의 히터 서킷에서는, 상기 엔진 주변을 순환하는 냉각제 흐름의 전부 또는 일부가 또한 상기 히터 서킷 주변을 순환하게 된다. 어떤 히터 서킷은 상기 히터를 통과하는 흐름을 막는 수동밸브를 포함하며, 이것은 많은 양의 냉각제가 효과적으로 상기 엔진 바이패스 또는 상기 라디에이터 서킷을 통과하도록 하였다 - 즉 상기 히터를 통과하지 못하도록 하였다 - 이와 같이 상기 히터의 출력을 조절하였다.

추운 날씨에 차가운 상태에서 자동차 시동을 거는 경우 때때로, 운전자는 히터를 최대로 조절한다. 그렇게 하면, 냉각제의 상당량이, 상기 엔진 주변을 흐르면서, 또한 상기 히터를 통과하여 흐르게 되고, 이것은 상기 엔진에서 냉각제의 워밍업을 지연시킨다. 워밍업이 지연되는 것은 상기 히터가 아닌 특히 엔진 마모의 관점에서 바람직하지 않다. 냉각제가 최소한 부분적으로 워밍업되기 전까지 상기 히터를 순환로에서 제외시키면 워밍업에 소요되는 시간은 줄어들 수 있다. 운전자는 냉각제가 따뜻해지기 전까지는, 상기 히터로부터 어떤 잇점도 얻을 수 없다.

냉각제가 상기 히터로 들어가는 것이 허용되는 온도와 냉각제가 상기 라디에이터로 들어가는 것이 허용되는 온도가 다르기 때문에, 냉각제가 매우 차가운 경우에 상기 히터로 들어가는 냉각제의 흐름을 끊기 위해, 종래의 시스템에서는, 별도의 자동온도조절장치가 필요한 것으로 보였다.

라디에이터 자동온도조절장치가, 즉 상기 라디에이터를 개/폐하는 메카니즘, 여기에서 기술한 바와 같이 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향을 바꾸는 메카니즘과 기계적으로 연관되어 있는 경우에는, 상기 히터를 개/폐하는 메카니즘을 설계하는 것과, 필요한 다른 온도에서 개폐되도록 하는 것은 그다지 복잡하지 않다.

도 11a, 11b, 11c는 이것이 어떻게 이뤄지는지를 나타내고 있다. 상기 히터로부터 나오는 냉각제는 히터 포트(283)를 경유하고, 상기 라디에이터로부터 나오는 냉각제는 라디에이터-포트(284)를 경유한다. 냉각제는 슬라이더(286) 안에 형성되어 있는 도관(285)를 따라, 도9에서와 같이, 오른쪽에 놓여 있는 상기 스월베인(swirl-vanes)로 흘러간다. 상기 슬라이더(286)는 온도에 민감한 액츄에이터(도면에는 표시되어 있지 않지만)에 따라 이동한다.

도11a는 냉각제가 매우 차가운 상태를 나타내고 있다. 여기서, 상기 히터-포트(283)와 상기 라디에이터-포트(284)는 모두 닫혀 있으며, 냉각제는 상기 엔진 주변만을 순환하게 된다. 설계자는 일반적으로 상기 히터 서킷으로 가는 냉각제의 흐름이 닫혀 있는 경우에도, 냉각제가 상기 엔진 주변을 계속 순환하게 하도록 설계한다. 그러므로, 상기 히터 바이패스 도관은 상기 펌프실로 가는 자신만의 입구를 가져야 하고, 상기 히터-포트(283)가 닫힐 수 있으므로 상기 히터-포트(283)와 별개여야 한다. 상기 바이패스 입구 포트는 도11a, 11b, 11c에 도시하지 않았다.

냉각제가 매우 차가운 상태에서 워밍업되기 시작하면서, 상기 슬라이더(286)는 오른쪽 방향으로 이동한다. 이제, 상기 라디에이터-포트(284)가 닫힌 상태로 있지만, 상기 히터-포트(283)는 개방되고 일부 워밍업된 냉각제가 상기 히터 주변을 순환하게 된다.

냉각제가 주행온도에 도달함에 따라, 상기 라디에이터-포트(284)도 개방된다. 이제, 냉각제는 상기 히터와 상기 라디에이터 주변을 순환하게 된다.

도11c에 도시된 바와 같이, 냉각제가 한계 온도까지 뜨거워지게 되면, 상기 히터-포트(283)를 통한 냉각제의 흐름은 거의 또는 전부가 차단된다.

매우 뜨거운 온도에서 상기 히터 포트가 완전히 닫히던지 부분적으로 개방되던지 간에, 기술하고 있는 메카니즘은 설계자가 개/폐 순서를 선택하는 것을 용이하게 한다는 것이 핵심이다. 상기 히터 포트와 상기 라디에이터 포트의 오버랩과 비오버랩의 본질은 비용과 장치의 복잡함에서 거의 차이가 없으며, 설계자는 원하는만큼 자유로이 오버랩하도록 설계할 수 있다. 설계자는 냉각제가 매우 뜨거운 경우에도 상기 히터를 통과하도록 설계하는 것을 바랄 수도 있다.

도11a, 11b, 11c에서 상기 슬라이더(286)는 또한 상기 스월베인(swirl-vanes)를 배향하는 메카니즘을 작동시키며, 설계자는 상기 포트들의 개/폐와 상기 베인(vanes)의 배향사이의 정확한 일치와 오버랩을 확실히 하여야 하고, 이것은 넓은 범위의 작동 조건에서 상기 엔진의 좋은 효율을 보장한다. 그러나 다시 말하지만, 설계자는 상기 히터 포트와 상기 라디에이터 포트의 정확한 개/폐 순서 및 상기 스월베인(swirl-vanes)와 관련된 그들의 내부관계를 자유로이 선택할 수 있다. 즉 선택된 순서가 어떤 것이더라도 비용 및 장치의 복잡함에서는 거의 차이가 없다는 생각을 가지고 자유로이 선택할 수 있다.

상기 시스템에서 다음과 같은 변형이 또한 고려될 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각제 펌프 임펠러(로터)는 원심성(방사상), 프로펠러(축) 또는 이들의 결합일 수 있다. 또 다른 실시예로서, 설계자는 상기 히터를 통과하는 냉각제가 주 펌프로 흘러들어가게 하는 것보다 상기 히터용의 보조펌프를 결합하는 것을 선호할 수도 있다.

상기 시스템에서 또 다른 변형은 배향을 조절할 수 있는 상기 스월베인(swirl-vanes)에 관한 것이다. 설계자는 장기간의 서비스 기간동안 신뢰할 수 있는 무결함 보장을 위해 필요한 경우에는 상기 스월베인(swirl-vanes)를 재배향할 수 있도록 해야함을 명심해야 한다. 그러나, 피봇 컨넥션과 슬라이딩 인터페이스는 신뢰성에 문제를 일으킬 수도 있다. 대체할 수 있는 구조로는, 피봇보다는 스월베인플렉스(swirl-vane flex)를 사용하는 것이다. 즉, 상기 베인(vanes)은 온도 신호에 따라, 피봇되는 것이 아닌, 구부러지게 형성되는 것이다.

상기 펌프 조립품의 효율은 펌프를 작동시키는데 필요한 와트당, 용적 유속 및 펌핑된 유체의 압력증가의 곱으로 측정되어 진다. 이 효율은 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향 각도에 따라 넓은 범위에 걸쳐 다양하게 된다. 그러나, 실제 상기 펌프의 효율은 상기 스월베인(swirl-vanes)가 재배향됨에 따라 크게 하락하지 않는다는 것을 알아야한다. 로타리 펌프를 통해 유속을 조절하는 구조로서의 상기 스월베인(swirl-vane) 재배향 시스템의 특징은 상기 효율(즉 일 유니트의 가압된 유속 당 모터 또는 드라이버로부터 요구되는 와트수)이 다른 유동 제어 구조와 비교할 때 넓은 범위의 유속에 걸쳐서 상대적으로 거의 변하지 않는다는 것이다.

상기 펌프에 의해 생산된 유속은, 분당 리터로 측정된다, 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향을 조절함으로써 넓은 범위에 걸쳐 유속을 조절할 수 있다.

대조적으로, 종래의 유속-조절 시스템은 다른 속도에서는 상기 펌프의 효율이 크게 변하였다. 상기 펌프는 특정 유속에서 좋은 효율을 가지도록 설계 되었으므로, 다른 속도에서는 매우 비효율적이었다.

블록커(blocker)가 이동하여 포트를 차단하는 것과 같은, 다른 유속-조절 시스템과 대조적으로, 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향을 바꿈으로서, 넓은 범위에 걸쳐서 효율의 큰 손실 없이, 넓은 범위에 걸쳐 유속을 변화시킬 수 있다.

본 발명에서, 단지 하나의 온도센서만이 있을 필요는 없다. 상기 온도센서가 기계적인 자동온도조절 유니트의 형태로 있는 경우에는, 하나 이상의 온도센서를 통합하여 조정하는 것은 곤란하다. 그러나, 상기 온도센서가 상기 엔진 데이타 버스로 보내지는 전기적 신호를 제공하는 경우에는, 여러 개의 온도센서들을, 설계자가 바라는대로, 설치하고 통합 조정하는 것이 어렵지 않다. 예를 들면, 어떤 장치에서, 설계자는 온도센서를 상기 펌프의 흡입구, 배기 밸브 근처에 있는 상기 엔진 내부에, 상기 라디에이터 내부에, 상기 히터의 내부에, 상기 펌프의 출구 내부 등과 (특히) 엔진 오일 내부에 설치하기를 선호할 지도 모른다. 그리고, 엔진의 작동상태가 변함에 따라, 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향도, 상기 엔진의 작동 온도를 최적화시키고, 그리고 가능한한 빠르게 최적의 조건으로부터 벗어나는 것을 줄이기 위해, 보다 정교하고 정밀하게 조절될 수 있다.

상기 냉각제 온도센서로부터 보내져온 상기 버스(bus) 데이타는 라디에이터 팬 및 상기 스월베인(swirl-vanes)를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 설계자는 상기 라디에이터를 통과한 뒤에 온도가 많이 떨어지지 않으면, 상기 팬이 켜지고, 상기 팬의 속도가 빨라지며, 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향과 함께 조정되도록 시스템을 구성할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 온도센서(들)는 전기적으로 작동할 수 있으며, 출력형태로서 간단한 볼트, 간단한 디지탈 코드 또는 다른 신호로 내보낼 수 있다. 이런 경우에, 상기 출력 신호는 차량 컴퓨터에 의해 처리될 수 있고, 상기 온도 데이타는 상기 차량의 버스 데이타에 보내진다. 온도에 따라 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향을 조절하는 장치는 데이타-버스 리더 및 상기 온도 데이타를 기계적인 움직임으로 전환하는 변환기를 포함할 수 있다.

상기 냉각제 온도센서는 간접적일 수 있다. 예를 들어, 상기 센서는 엔진오일의 온도를 직접 측정할 수 있다. 실제로, 상기 오일의 온도를 측정하는 것은 때때로 높은 효율을 얻을 수 있게 한다. 연구결과에 따르면 상기 두개의 효과가 분리될 수 있는 경우에 한하여 상기 오일의 온도를 냉각제 온도를 조절하는 것이 냉각제 온도를 조절하는 것보다 효율을 더 크게 향상시킨다. 상기 엔진-오일의 온도를 직접 측정하도록 설치된 센서는, 본 발명의 있어서, 또한 상기 엔진의 냉각제 온도를 측정하는데도 사용됨을 명확히 이해해야 한다. 이와 유사하게, 상기 온도센서는 상기 엔진 블록을 구성하는 금속의 온도를 직접 측정하도록 설치될 수 있고, 본 발명의 경우에는, 여전히 상기 엔진 냉각제의 온도를 측정하는 센서로 작용한다.

다른 방안으로, 설계자는 온도에 따라 상기 냉각제의 유속을 조절하기 보다는 (또는 함께) 상기 오일의 유속을 온도에 따라 조절하도록 설계할 수도 있다. 본 명세서에서, 냉각제라는 표현은 상기 엔진 오일을 포함한다는 것을 명확히 이해해야 한다. 그 경우에, 상기 오일이 상기 엔진 주위를 순환(즉, 펌프에 의해)하는 곳에서, 상기 엔진의 작동 중에, 상당한 열이 상기 엔진의 구성요소들과 상기 오일사이에서 교환된다.

상기 스월베인(swirl-vane) 기술의 장점 중 하나는 상기 펌프 임펠러에 의해 발생하는 캐비테이션(cavitation)을 억제한다는 점이다. 캐비테이션은 상기 임펠러 블레이드와 실제 접촉하고 있는 유체의 압력이 주어진 온도의 증기 압력 아래로 떨어지는 경우에 발생하며, 이것에 의해 증기 구멍이 상기 임펠러의 블레이드에 인접하여 형성된다. 캐비테이션은 상기 펌프의 효율을 악화시킬뿐만 아니라 진동, 부식 및 여러 펌프 문제점을 야기시킨다.

펌프의 블레이드에서 발생하는 캐비테이션은, 발생하면, 상기 펌프를 통과하여 지나가는 유체의 용적 속도를 상당히 떨어뜨린다. 자동차 냉각 시스템에서, 캐비테이션의 발생을 억제하는 것은 매우 중요할 수 있다.

전자적으로 작동하는 펌프들은 전자 데이타 프로세싱과 잘 호환될 수 있다. 양자를 조합함으로써 상기 펌프(조건에 따라, 최고 유속을 얻기 위해, 또는 최고 효율을 얻기 위해서 등)의 출력을 상기 엔진의 속도 범위 내에서 그리고 상기 엔진의 온도 범위 또는 다른 작동 범위 내에서 간단하게 최적화할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전기 모터의 속도가 전자적으로 조절(최소한 정확히 조절하기 위한 관점에서)되더라도, 또한 그러므로 상기 펌프의 출력을 시스템 조건에 맞춰 조절하는 것이 용이하다 하더라도, 여전히 온도에 맞춰 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향을 조절함으로써 펌프의 출력을 조절하는 것이 비용과 효율면에서 더욱 좋다. 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향과 펌프 속도를 모두 조절할 수 있게 되면, 엔진의 냉각제 온도는 거의 모든 조건에서 최적에 매우 근접한 상태로 유지될 수 있다.

그러나, 냉각제 펌프가 도시된 실시예에서 설명한 바와 같이 엔진에 의해 기계적으로 작동하는 경우에도, 온도센서 데이타를 상기 데이타 버스에서 얻는 것은 기계적 자동온도조절 유니트를 사용하는 것보다 더욱 빠르게 반응하게 한다.

상기 온도센서 데이타가 상기 데이타 버스에 전자 신호 형태로 존재하는 경우에, 설계자는 상기 스월베인(swirl-vanes)이 컴퓨터에 의해 조절되는 스텝퍼-모터 또는 서보에 의해 배향되도록 설계할 수 있고, 이는 좀더 큰 전자제어 경향을 따르게 된다.

온도에 관한 정보가 상기 데이타 버스에 전자 신호 형태로 존재하는 경우에, 설계자는 또한 상기 라디에이터 냉각 팬 모터를 상기 냉각제 시스템에서 전체 효율을 좋게 하기 위해 상기 펌프의 속도에 맞춰 조절할 수 있게 설계하는 것이 가능하다. 설계자의 총체적인 목표는 상기 냉각제 시스템을 유지하기 위해 최소의 에너지를 소모하면서 엔진의 온도를 최적으로 유지하는 것이다.

따라서, 스월베인(swirl-vanes) biassing의 정도가 냉각제의 온도에 의해 조절되는 경우에, 엔진을 모니터링하는 기술이 더욱 정교해질 수록, 상기 냉각제 펌프에 의해 생산되는 상기 용적 유속은 온도 조건에 따라 더욱 더 최적화 될 것이다. 바람직한 효과는 엔진의 온도가 보다 좁은(tighter) 범위 내에서 조절될 수 있다는 것과 상기 펌프에 의해 가능한한 적은 양의 에너지가 소모된다는 것이다.

상기 온도센서의 신호가 전자적인 경우에, 상기 온도센서의 구조와 상기 베인(vanes)을 움직이는 구조사이에는 기계적인 연결이 일반적이다. 오히려, 상기 신호는 서보를 조절하고, 상기 서보에 의해 상기 스월베인(swirl-vanes)이 기계적으로 재배향된다.

상기 냉각제 펌프가 전자 모터에 의해 작동하는 경우에, 설계자는 상기 모터를 일정한 속도로 작동시킬 수 있는 잇점이 있다. 그러나, 일정한 속도가 필수적인 것은 아니다. 전기 모터에서는, 전기 모터를 기계적 방법이 아닌, 전기적 방법으로 정류하는 것이 경향이다. 모터 속도가 상기 데이타 버스에 의해 조절되므로, 냉각제 온도에 따라 모터 속도와 스월베인(swirl-vanes)의 배향을 조절하는 것이 상대적으로 쉬워졌다.

종래의 간단한 자동차용 자동온도조절장치에서, 상기 자동온도조절장치는 195℉에 가까운 온도까지는 닫힌 채로 유지되고, 그 이상의 온도에서 완전히 개방될 것이 절실히 요구되었다. 실제로, 세팅된 온도에 도달하게 되면, 개방이 순식간에 일어나지는 않는다; 오히려, 종래의 간단한 자동온도조절장치는 예를 들어 180℉에서 개방되기 시작하도록 세팅되고 약 200℉에 도달하기 전까지는 완전히 개방되지 않는다.

도12는, 더블-브레이크 자동온도조절장치로 알려진 형태의, 자동온도조절장치(235)의 특성을 나타내는 그래프이다. 여기서, y축은 x축으로 표시된 온도에 대해 상기 자동온도조절 벌브 유니트의 상기 스템의 신장도를 나타내고 있다. 상기 스템은 약 210℉에서 움직이기 시작하며, 그 후 빠른 속도로 움직여서, 220℉까지 0.14인치 신장된다. 그 후에, 상기 스템은 10℉ 상승할 때마다 0.01인치의 매우 느린 속도로 움직이며, 다음 26℉까지 도달하는 동안, 즉 235℉에 도달할 때까지 단지 0.05인치 움직인다. 235℉ 이상에서, 상기 스템은 10℉ 상승할 때마다 0.1인치의 비교적 높은 속도로 움직인다.

상기 더블-브레이크 자동온도조절 벌브 유니트는 종래에 상기 엔진 라디에이터 자동온도조절장치 밸브에 의해 수행되던 기능이 상기 스월베인(swirl-vanes)에 의해 수행되는 본 발명의 실시예에 매우 적합함을 알 수 있다. 상기 스템의 최초 움직임은 상대적으로 갑자기 일어나고, 상기 스템의 움직임은 상기 스월베인(swirl-vanes)를 닫힌 위치로부터 최소 흐름-상승 위치로 움직일 정도로 충분하다. 그 후에는, 냉각제가 1℉ 상승함에 따라 상기 스월베인(swirl-vanes)의 배향은 매우 작게 변하며, 상기 스월베인(swirl-vanes)는 온도가 약 235℉에 도달하기 전까지 최소 흐름-상승 상태에서 거의 멈춰 있게 된다. 235℉ 이상으로 온도가 상승하게 되면, 상기 스월베인(swirl-vanes)는 더욱 빠른 속도로 배향이 변하기 시작하여, 약 245℉가 되면 최대 흐름-상승 위치에 놓이게 된다.

더블-브레이크 자동온도조절장치를 이용하여, 디자이너는 특정 엔진의 특성에 맞추어 요구되는 스템의 이동 속도가 바뀌는 소정 온도를 특정할 수 있다. 더블-브레이크 자동온도조절장치는 다른 온도 범위에 대해 상기 스템의 다른 이동 변화율(즉, ㎜/℉로 측정되는 속도)을 제공하고, 설계자에게 특정 상황에 맞추어 상기 스템의 속도가 바뀌는 온도를 특정할 수 있도록 한다. 처음에는, 도12에서와 같이, 상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 냉각제가 워밍업 온도에 도달함에 따라, 닫힌 위치로부터 개방된 위치로 빠르게 움직인다. 상기 스템의 이동 속도, 즉 ㎜/℃, 를 요구되는 정도에 거의 정확하게 조절하는 것은 쉽다. 즉 초기에 빠른 속도로 조금 개방되고(냉각제가 차가운 상태에서 워밍업 상태로 바뀜에 따라 상기 라디에이터 포트를 개방하기 위해), 그 후 느린 속도로 개방되고(냉각제가 워밍업 상태를 지나 뜨거운 상태로 바뀌는 동안에 상기 스월베인(swirl-vanes)가 거의 변하지 않도록 하기 위해), 그 후 처음만큼은 아니지만, 냉각제가 뜨거운 상태에서 매우 뜨거운 상태로 바뀜에 따라 상기 스월베인(swirl-vanes)을 움직여 냉각제의 유속을 크게 증가시키기 위해 또다시 빠른 속도로 개방된다.

따라서, 상기 기계적 더블-브레이크 자동온도조절장치는 전술한 바와 같은 종류의 냉각제 펌프에 사용되는 경우에 상당한 잇점이 있다. 상기 냉각제 펌프에서 단 한개의 자동온도조절장치에 구비된 상기 스템의 움직임이 상기 라디에이터-포트-폐색기의 움직임에 영향을 주고, 스월베인(swirl-vanes)의 유속-상승 움직임과 유속-조절에 점진적으로 영향을 주기 위해 사용된다.

유사한 방법으로, 온도 측정이 전자센서에 의해 이뤄지고, 상기 라디에이터-포트-폐색기와 상기 스월베인(swirl-vanes)의 움직임이 예를 들어 컴퓨터로 조절되는 스템퍼 모터에 의해 이뤄지는 장치에서, 설계자는 이 경우에 역시 상기 구성들의 움직임을 가장 효율성있게 통합화여 조절하는 것을 보장할 수 있다.

뜨거운 날에 짐을 가득 싣고 언덕길을 오르는 차량의 경우, 냉각제의 유속은, 예들 들어, 1분당 100리터를 필요로 할 수 있다. 반면에, 추운날에 언덕길을 내려가는 동일한 차량은 상기 유속의 10분의 1보다 적게 될 수 있다. 온도에 의해 작동하는 스월베인(swirl-vanes)은, 적절하게 설계된다면, 최소한 상기 유속의 차이에 맞춰 작동할 수 있다. 그러나, 상기 스월베인(swirl-vanes)이 상기 라디에이터 포트를 개/폐하는 기능도 가지고 있다면, 유속의 큰 변화가 일어나지 않는 경우에도, 여전히 더 적은 구성요소들로 인한 비용 절감이 복합동작(combined-action) 스월베인(swirl-vanes)을 가치있게 만든다.

이상적으로는, 상술하는 바와 같이, 상기 스월베인(swirl-vanes)의 열적 액츄에이션(thermal-actuation)은 적어도 관념상으로는 모든 작동 조건하에서 엔진 온도를 최적으로 유지하는데 효과적인 냉각제의 유속을 제공하고, 과도한 유속이나 압력을 낭비하거나 포함하지 않는 요구되는 유속을 제공하는 것에 의해 그렇게 될 수 있다. 열적으로 동작하는(thermally-actuated) 라디에이터-포트-폐색기를 열적 동작 스월베인(swirl-vanes)과 결합하는 것은 절충할 수 있고, 이것은 때로 두개의 열적 액츄에이터(thermal-actuator) 구조적으로 분리되고 독립되어 있는 경우보다 이상적인 경우를 더 얻기 힘들게 할 수도 있다. 그러나 반면에, 두개의 일을 하기 위해 하나의 공통 열적 액츄에이터(thermal-actuator) 하나만을 사용하는 것은, 두개의 독립적인 열적 액츄에이터(thermal-actuator)를 사용하는 경우와 비교하여, 경비를 상당히 절약하게 한다.

바꿔말하면, 냉각제의 속도를 조절하기 위해 온도에 의해 작동하는 스월베인(swirl-vanes)을 사용하는 것은 차량 냉각 시스템에 대한 전체적인 경비를 절약(economical)하게 한다. 이것은, 특히, 상기 라디에이터 포트가 독립적인 자동온도조절장치에 의해 개폐되는 시스템과 비교할 때 사실이다. 그러나, 열적 액츄에이터(thermal-actuator)를 결합하는 것은 직접적으로 경비를 절약하고, 동시에 최소한 전체적인 경비를 낮추는 데(economical)도 부분적인 역할을 한다.

본 명세서에서, 상기 스월베인(swirl-vanes) 및 상기 라디에이터-포트-폐색기는 상기 펌프실의 내부에 위치한다. "펌프실의 내부에 위치한다"라는 표현은 이제부터 고려될 것이다. 상기 펌프실은 상기 임펠러를 수용하고, 유체가 상기 임펠러를 통하여 흐르도록 하며, 상기 펌프실 안의 유체가 상기 임펠러에 의해 유발된 회전방향의 속도 성분을 가지기에 충분한 거리만큼 상기 임펠러로부터 상류(그리고 하루)에 연장 형성된다. 다시 말하면, 상기 펌프실의 밖 또는 위에 있는 유체는 상기 임펠러에 의해 유발되는 회전방향의 속도 성분을 가지고 있지 않거나, 거의 가지지 않는다.

(상기 회전방향의 속도 성분은, 전술한 바와 같이, 상기 임펠러 자체의 회전동작에 의해 유발되며, 본 발명에서 전술한 상기 swirl motion과 구분되어야 한다. 상기 와류(swirl motion)는 유체를 상기 임펠러의 회전방향과 같은 방향으로 또는 다른 방향의 회전 상태에 있게 할 수 있다. 상기 임펠러의 회전에 의해 유발된 상기 회전방향의 속도 성분은 항상, 당연하지만, 상기 임펠러의 회전방향과 같은 회전 상태에 있게 된다. 상기 스월베인(swirl-vanes)이 상기 펌프실 내부에 위치한 경우라도, 상기 임펠러에 의해 유발된 회전방향의 속도 성분은 상기 스월베인(swirl-vanes)이 없더라도 발생하는 성분임을 명확히 이해해야 한다.)

자동차 엔진의 냉각제는 상기 냉각 시스템을 순환하는 동안 많은 통로, 둥근천장(vaults), 챔버, 호스, 파이프 등을 지난다. 전체 유체는 흐르면서 갈라지고 합치는 것을 여러번 반복한다. 일반적으로, 전체 유체가 통과하여 흐를 수 있는 곳(그리고, 유체의 속도가 가장 큰 곳이다)의 최소 단면적은 상기 임펠러 자체에서 유체가 흐르는 곳의 단면적과 동일하다, 즉 상기 임펠러 블레이드를 통과하는 곳의 최소 단면적은 min-A sq.mm 이다. min-A sq.mm의 제곱근은 min-D sq.mm 이다.

이상적으로, 상기 펌프실은, 유체가 상기 임펠러에 도달할수록, 점차적으로 단면적이 작아지고, 유체가 상기 임펠러에서 멀어질수록, 점차적으로 단면적이 커지는 통로를 통하여 유체가 흐르도록 설계하여야 한다. 당연히, 상기 펌프실 단독으로 최고의 흐름 효율을 얻도록 설계하는 것은 일반적으로 불가능하다. 몇몇 경우에, 설계 제한조건은 상기 펌프실이 상기 임펠러의 상류/하류로부터 예를 들어 단지 ½×min-D mm 만큼만 연장되게 할 수도 있다. (다시 말하지만, 상기 펌프실은 유체가 상기 임펠러를 통하여 흐르도록 하는 흐름-강제 벽의 일부이며, 상기 펌프실 안에서 유체는 상당한 양의 회전방향의 속도성분을 가진다) 상기 펌프실이 흐름 효율에 메인 기준을 두고 설계되는 경우에도, 유체의 상기 회전방향의 속도 성분은 상기 임펠러로부터 단지 몇십 밀리미터 정도의 상류/하류방향흐름까지만 미친다. 본 발명을 위해, 즉 본 발명의 바람직한 실시예를 위하여, 유체가 흐르는 방향으로 측정할 때, 상기 임펠러로부터 약 1½×min-D 또는 2×min-D 밀리미터 이상에 놓여져 있는 유체의 일부도 상기 펌프실 안에 위치해서는 안된다. 즉 바람직한 실시예에서, 상기 임펠러로부터 약 1½×min-D 또는 2×min-D 밀리미터 이상에 놓여져 있는 유체의 일부에는 어떤 회전방향의 속도 성분도 상당하지 않을 것이다. 본 발명에서, 바람직하게는 상기 라디에이터-포트-폐색기는 상기 펌프실 내부에 놓이고, 또는 최소한 상기 라디에이터-포트-폐색기 구조의 상당부분이 상기 펌프실 내부에 놓여 있어야 한다. 상기 하우징 벽에, 상기 임펠러에 의해 유발되는 회전이 그 주위로 전달되는 것을 차단하는 굴곡(bend) 또는 다른 비연속성이 있다면, 상기 굴곡 또는 비연속성 위에 놓여 있는 벽의 일부분은 상기 펌프실의 일부가 되지 않는다.

냉각 시스템은 엔진 설계에 따라 달라지며, 특히 상기 라디에이터 포트가 닫혀 있는 경우에 냉각제가 상기 엔진 주변을 순환하는 방식과 상기 히터가 순환로에 도입되는 방법에 관하여 달라진다. 레이아웃은 변함없이 냉각제가 차갑고 상기 라디에이타를 통과하는 메인 흐름이 차단된 경우에 적은 양의 냉각제를 상기 엔진을 통하여 순환하게 하는 바이-패스 도관을 포함한다. 이러한 바이-패스 도관은 예를 들어 압력에 민감한 체크-밸브 일 수도 있다. 상기 바이-패스 도관은 상기 엔진을 통과하는 차가운 바이-패스 유체가 또한 상기 히터를 통과하여 흐르도록 설계될 수도 있다. 또한, 냉각제가 차가운 경우에, 유체가 상기 엔진만을 통과하고 상기 히터를 통과하지 못하도록 설계할 수도 있고, 상기 히터를 통과하는 유체는 냉각제가 조금 워밍업(그러나 상기 라디에이터 포트를 개방하기에는 부족하다)되는 온도에서 흐를 수도 있다. 또는, 냉각제가 매우 차가운 경우에는, 냉각제가 조금 워밍업 될 때가지, 상기 엔진을 통하여 유체가 흐르지 못하도록 설계할 수도 있다. 그 경우에, 냉각제는 첫번째 온도에서 상기 엔진을 통하여 순환하기 시작하고, 그 후에 보다 높은 온도에서 상기 히터를 통하여 순환하고, 그 후에 매우 높은 온도에서 상기 라디에이터를 통화여 순환한다. 이 시스템은 당연하지만 종래의 자동온도조절장치를 하나만 이용하는 것보다 더욱 정교한 온도측정(그리고 기계적 움직임으로 더욱 정교하게 전환되는 것)을 요구한다.

본 발명은 온도에 따라 조절되는 스월베인(swirl-vanes) 기술과 상기 라디에이터로 들어가는 냉각제의 흐름에 대한 열적제어를 위해 엔진이 가져야할 조건들의 결합에 관한 것이다. 전술한 특허 공보에서, 온도에 따라 조절되는 스월베인(swirl-vanes) 유니트는 상기 웜업(warm-up) 자동온도장치와 구조적으로 분리된 차량의 구성요소로 제공되었다. 뒤에서 자세히 설명하겠지만, 냉각제 온도에 맞추어 냉각제 유속을 조절하는 기능(온도에 따라 자동으로 조절되는 스월베인(swirl-vanes)을 이용함) 및 냉각제 온도에 맞추어 라디에이터로 들어가는 냉각제의 흐름을 막는 기능은 통상의 구조에 의해서도 가능하다.

냉각제가 차가울 때 라디에이터로 들어가는 냉각제의 흐름을 막는 구조는 라디에이터 포트 및 라디에이터-포트-폐색기를 포함하는 것으로 생각될 수 있다. 상기 라디에이터-포트-폐색기는 라디에이터-포트-열적- 유니트에 의해 닫히거나 막힌 위치로부터 개방된 위치로 이동하게 되며, 냉각제가 차가울 때는 상기 라디에이터-포트가 닫히게 되고, 냉각제가 가동 온도까지 워밍업되면 상기 라디에이터 포트가 개방되게 된다. 종래에는, 이런 기능이 통상의 기계적 왁스-타입 자동온도조절장치에 의해 수행되었지만, 다른 구조를 가지는 장치에 의해서도 동등한 기능인 수행되었었다.

상기 라디에이터-포트-폐색기와 상기 스월베인(swirl-vanes)를 펌프실안에 수용함으로써 생기는 잇점 중 하나는 냉각제 유속 및 흐름을 조절하는 기능 중 어느 하나를 수행하는데 매우 적합한 구조가 다른 기능을 수행하는데도 매우 적합하다는 점이다. 펌프실을 가지고 있는 펌프 하우징은 냉각제가 임펠러에 들어감에 따라 냉각제 유속 및 냉각제 흐름의 방향을 조절하는 구조로 되어 있다. 상기 펌프 하우징은 이런 기능을 수행하도록 설계되었다. 동일한 구조가 상기 라디에이터를 통과하는 냉각제의 유속 및 흐름을 조절하는 구조에 매우 적합하게 사용될 수 있으므로 경제적이다.

상기 라디에이터 포트 폐색기와 상기 스월베인(swirl-vanes)을 상기 펌프실에 수용함으로써 생기는 또 다른 잇점은 펌핑 효율이 향상된다는 점이다. 물론, 펌프(어떤 펌프라도 무관하다)를 비효율적으로 설계하는 것도 가능하다: 흐름 방해는 고르지 못한 유로(flowpath) 형성 벽에 의해 유발될 수도 있으며, 특히 상기 벽이 유체 흐름을 반복적으로 빠르게 하거나 느리게 하도록 형성되어 있는 경우에 더욱 그러하다. 설계자의 목적은 냉각제가 일정하고 부드럽게 흐를 수 있도록 유로(flowpath)벽을 설계하는 것이다. 상기 목적을 이루기 위해 속도가 변화되는 횟수, 그리고 abruptness, 즉 단면적에서의 변화,를 줄여야 한다. 상기 엔진 내부(그리고 상기 라디에이터 내부)에는, 냉각제를 통한 열전달 속도를 최대로 하기 위해, 많은 유로들이 작고 좁게 형성되어 있다. 많은 좁은 유로들의 총 단면적은 상대적으로 크므로, 냉각제는 상대적으로 느리게 상기 엔진과 상기 라디에이터를 통과하여 흐르는 경향이 있다. 그러나, 상기 펌프로부터 또는 상기 펌프에 직접 냉각제를 전달하는 유로를 구성하는 파이프, 호스 또는 다른 부분 내에서, 상기 엔진 및 상기 라디에이터내에 있는 많은 유로의 총 단면적과 비교하여 비교적 작은 단면적을 가지는 하나의 도관에 의해 흐름이 제한된다. 그러므로, 냉각제 서킷 중 냉각제 속도가 가장 빠르게 되는 영역은 상기 엔진 및 상기 라디에이터로 들어가거나 상기 엔진 및 상기 라디에이터로부터 나오는 도관인 경향이 있고, 특히 상기 펌프로 들어가거나 상기 펌프로부터 나오는 도관인 경향이 있다.

따라서, 냉각제 속도가 빠른 특정 영역에서, 상기 엔진 및 상기 라디에이터의 밖의 도관에서, 설계자는 유로의 단면적이 갑잡스럽고, 크게 변하지 않도록 하는 방법을 찾아야 한다. 상기 목적은 상기 라디에이터-포트-폐색기 및 상기 스월베인(swirl-vanes)를 상기 펌프실 안에 함께 설치함으로써 쉽게 해결된다. 이런 병렬배치는 상기 유로의 전체 저항을 낮춘다. 물론, 상기 라디에이터-포트-폐색기 및 상기 스월베인(swirl-vanes)가 함께 상기 펌프실 안에 설치되더라도, 상기 펌프실이 상기 펌프를 통과하는 부드러운 흐름을 방해하고 망치는 단면에서의 갑작스러운 변화를 가질 수 있다; 핵심은 상기 라디에이터-포트-폐색기 및 상기 스월베인(swirl-vanes)를 상기 펌프실 안에 함께 설치함으로써 냉각제가 상기 임펠러로 접근하거나 이탈하는 경우에 냉각제 속도가 부드럽고 점진적으로 변할 수 있는 가능성이 최대화한다는 점이다.

상기 라디에이터-포트-폐색기 및 상기 스월베인(swirl-vanes)를 상기 펌프실 안에 설치하는 것은 이외에도 여러 경제적 잇점이 있으며 효율성 면에서 유리하다. 하나의 바람직한 옵션은 상기 스월베인(swirl-vanes)와 상기 라디에이터-포트-폐색기를 작동시키기 위해 하나의 공통 열적-드라이브-유니트를 사용한 것이다. 또한, 상기 스월베인(swirl-vanes)를 정상 운행 상태에서 유속을 조절할 뿐만 아니라, 상기 라디에이터-포트를 차단하는데도 사용하는 것이 바람직하다. 그런 경우에, 설계자는 온도범위의 다른 부분들에 대해 상기 스월베인(swirl-vanes)를 작동시키기 위해 상기 스월베인(swirl-vanes)와 별개로 구성된 두개의 자동온도조절장치(또는 동등한 열적-드라이브-유니트)를 제공할 수 있다; 그러나, 가장 큰 경제성을 위해서는, 상기 스월베인(swirl-vanes) 및 상기 라디에이터-포트-폐색기를 기계적으로 하나의 구조로 제공하고, 온도의 전 범위에 걸쳐 상기 구조를 작동하기 위해 기계적으로 하나의 열적-드라이브-유니트를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 저온 바이패스 순환(cold by-pass circulation)을 위해 제공되는 특정 장치에 일반적으로 적용할 수 있다. 본 발명은 상기 스월베인(swirl-vanes)을 이용하는 상기 고안 메인 순환(hot main circulation)의 열적 변조(thermal modulation)를 상기 라디에이터를 통과하여 흐르는 유체가 차단된 경우에도 상기 엔진과 상기 펌프를 통하여 상기 저온 바이패스 유동(cold by-pass flow)을 순환시키는(routing)는 방법을 결합하는 비용효율이 높은 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 설계자는 당연히 통로와 도관의 레이아웃을 저온 바이패스 순환(cold by-pass circulation)의 특정 설계에 맞추어서 변형할 것이다. 상기 히터를 통과하는 차가운 유체는 분리된 모터에 - 즉 메인 냉각제 순환 펌프로부터 분리된 - 의해 상기 히터를 통과하도록 설계될 수 있다. 그 경우에, 상기 엔진을 통하여 흐르는 차가운 바이-패스 유체가 여전히 상기 메인 냉각제 펌프를 통과하여 흐른다면, 본 발명이 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 히터를 가지고 있지 않은 엔진 냉각제 순환 시스템에도 적용될 수 있다. 하나는 상기 저온 바이패스 순환(cold by-pass circulation)에 사용되고 다른 하나는 상기 고온 메인 순환(hot main circulation)에 사용되는 두개의 분리된 냉각제 순환 펌프를 사용하는 엔진의 경우에 본 발명은 적용될 수 없을 것이다.

Claims

엔진 및 관련 라디에이터의 냉각제 순환 회로 주위로 액체 냉각제를 펌핑하도록 구성되고,

펌프실을 형성하는 벽을 가지는 고정 하우징;

임펠러를 회전시키기 위한 로타리-드라이버 및 블레이드를 가지며, 상기 펌프실 안에 배열되고, 상기 펌프실을 통해 냉각제를 효과적으로 펌핑하는 펌프 임펠러;

상기 펌프 임펠러와 라디에이터 사이에 냉각제흐름 통로를 형성하는 라디에이터 포트;

상기 라디에이터 포트와 관련한 포트 열림 위치와 포트 닫힘 위치 사이에서 이동하는 포트 폐쇄 모드 내에서 기계적으로 이동할 수 있는 라디에이터 포트 폐색기;

냉각제 온도 센서,

고정요소 및 상기 냉각제 온도 센서에 의해 측정된 냉각제 온도의 변 화에 따라 상기 고정 요소에 대해 이동할 수 있는 열적 이동 요소,

라드 포트 열적 유니트의 열적 이동 요소의 움직임을 상기 포트 닫힘 모드에 있는 상기 라디에이터 포트 폐색기의 상응하는 움직임으로 전 환하도록 설치되는 라드 포트 드라이버,

를 포함하는 라드 포트 열적 유니트;

상기 임펠러를 통과하는 냉각제의 유동에 회전 와류 움직임을 부여하기 위해 임펠러에 따라 배열되는 스월베인(swirl-vanes) 세트;

상기 스월베인(swirl-vanes)이 기계적으로 베인(vane) 배향 모드에서, 상기 로타리 임펠러에 대해 상대적으로 상기 스월베인(swirl-vanes)의 흐름 감소 배향과 흐름 상승 배향 사이를 움직이도록 베인 배향 가이드에 의해 제한되고, 상기 한 세트의 스월베인(swirl-vanes) 전체가 서로에 대해 일치하여 움직이도록 설치되는 베인 배향 가이드를 가지는 베인 마운팅 구조;

냉각제-온도 센서,

고정요소 및 상기 냉각제-온도 센서에 의해 측정된 냉각제 온도의 변 화에 따라 상기 고정 요소에 대해 이동할 수 있는 열적 이동 요소,

스월베인(swirl-vane) 열적 유니트의 열적 이동 요소의 움직임을 상기 베인 배향 모드에 있는 상기 스월베인(swirl-vanes)의 상응하는 움직 임으로 전환하도록 설치되는 스월베인(swirl-vane) 드라이버,

를 포함하는 스월베인 열적 유닛;

을 포함하고, 상기 스월베인 세트, 상기 라디에이터 포트, 및 상기 라디에이터 포트 폐색기는 상기 펌프실 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 임펠러를 통과하는 냉각제의 유동은 최소한 제곱근이 min-D mm인 min-A sq.mm에 해당하는 단면적을 가지고;

상기 펌프실은 상기 임펠러의 상기 블레이드부터 2×min-D 밀리미터 안쪽에 놓여 있는 상기 고정 하우징 벽의 일부에 의해 형성된 챔버이며;

적어도 상기 라디에이터 포트의 일부, 적어도 상기 라디에이터 포트 폐색기의 일부 및 적어도 상기 스월베인(swirl-vanes)의 일부가 상기 펌프실안에 한정된대로 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 라디에이터 포트 열적 유니트의 상기 열적 이동 요소 및 상기 스월베인(swirl-vane) 열적 유니트의 상기 열적 이동 요소는 구조적으로 하나의 공통 열적 이동 요소로 결합되고;

상기 스월베인(swirl-vane) 드라이버 및 상기 라디에이터 포트 드라이버는 상기 공통 열적 이동 요소의 움직임을 상기 포트 닫힘 모드에 있는 상기 라디에이터 포트 폐색기 및 상기 베인 배향 모드에 있는 상기 스월베인(swirl-vanes)의 상응하는 움직임으로 전환하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 3항에 있어서,

상기 라디에이터 포트 폐색기는 축방향 슬라이드 밸브인 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 라디에이터 포트 폐색기 및 상기 한 세트의 스월베인(swirl-vanes)은 결합된 라디에이터 포트 폐색기/스월베인(combined rad-port-closer/swirl-vanes)라고 하는 하나의 구조로 결합되고;

상기 라디에이터 포트 열적 유니트의 상기 열적 이동 요소 및 상기 스월베인(swirl-vane)-열적-유니트의 상기 열적 이동-요소는 구조적으로 하나의 공통 열적-이동-요소로 결합되며;

상기 라디에이터-포트-드라이버 및 상기 스월베인(swirl-vane)-드라이버는 구조적으로 하나의 공통-드라이버로 결합되고;

상기 공통-드라이버는 상기 공통 열적-이동-요소의 움직임을 상기 포트-닫힘 모드 및 상기 베인-배향 모드에 있는 상기 결합된 라디에이터-포트-폐색기/스월베인(swirl-vanes)의 상응하는 움직임으로 전환하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 라디에이터-포트-폐색기 및 상기 한 세트의 스월베인(swirl-vane)은 결합된 라디에이터-포트-폐색기/스월베인(swirl-vanes)이라고 하는 하나의 구조로 결합되고;

상기 라디에이터-포트-드라이버 및 상기 스월베인(swirl-vanes)-드라이버는 상기 라디에이터-포트-열적-유니트의 상기 열적-이동-요소와 상기 스월베인(swirl-vane)-열적-유니트의 열적-이동-요소의 이동을 상기 포트-닫힘 모드 및 상기 베인-배향 모드에 있는 상기 결합된 라디에이터-포트-폐색기/스월베인(swirl-vanes)의 상응하는 움직임으로 전환하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 6항에 있어서,

상기 임펠러에 의해 상기 엔진을 통과하여 냉각제를 순환할 수 있는 바이-패스 포트;를 더 포함하고,

상기 스월베인(swirl-vanes)이 닫혀 있을 때 상기 라디에이터-포트를 차단하지만 상기 바이-패스 포트를 차단하지는 않음으로써, 상기 라디에이터-포트가 완전히 차단된 경우에도 여전히 상기 엔진을 통하여 냉각제가 순환하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 임펠러 블레이드에 바로 인접한 상류(업스트림) 지점에 설치되는 것을 특징으로 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 임펠러의 축과 중심이 같은 피치원주 둘레에 설치되고;

상기 스월베인(swirl-vane)-드라이버는 상기 스월베인(swirl-vane)-열적-유니트의 상기 열적-이동-요소의 움직임에 의해 회전하도록 구동되는 상기 피치원주와 같은 축을 이용하여 회전이 가이드되는 스월베인 액츄에이팅 링(swirl-vane-actuating-ring)을 더 포함하며;

상기 스월베인 액츄에이팅 링(swirl-vane-actuating-ring)의 회전이 상기 스월베인(swirl-vanes)의 상응하는 재배향을 효과적으로 만들어 낼 수 있도록 설치되도록 하고; 그리고

상기 스월베인(swirl-vanes)은 적어도 상기 피치원주의 주변영역을 60%이상 점유하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 라디에이터-포트를 차단하기 위해 서로 맞닿도록 배열되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 로타리-드라이버는 상기 엔진에 대한 기계적 연결부를 포함하고, 이에 의해 상기 로타리 임펠러가 엔진 속도에 비례하여 작동하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 라디에이터-포트-폐색기는, 상기 포트-닫힘 모드에서 상기 라드-포트-드라이버의 움직임에 상응하는 경우를 제외하고는 거의 움직이지 않도록 설치되고; 그리고

상기 스월베인(swirl-vanes)는, 상기 vane-배향 모드에서 상기 스월베인(swirl-vane)-드라이버의 움직임에 상응하는 경우를 제외하고는 거의 움직이지 않도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 5항에 있어서,

상기 공통-드라이버는 냉각제-온도가 차가운 온도에서 뜨거운 온도로 높아짐는 것에 대응하는 상기 열적-드라이버의 이동이,

상기 포트-닫힘 모드에 있는 상기 라디에이터-포트-폐색기를 상기 라디에이터-포트-닫힘 위치에서 상기 라디에이터-포트-개방 위치로 효과적으로 움직이도록하고,

상기 베인 배향 모드에 있는 상기 스월베인(swirl-vane)을 흐름-감소 배향으로부터 흐름-상승 배향으로 효과적으로 움직이도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 13항에 있어서,

상기 공통-드라이버는 차가운 상태에서 뜨거운 상태까지의 전범위 움직임을 가지고;

상기 포트-닫힘 모드에서 상기 라디에이터-포트-폐색기의 상기 라디에이터-포트-개방 위치로 향하는 이동이, 상기 공통-드라이버의 전범위 움직임 중 라디에이터-포트-폐색기 부분으로서 일어나고;

상기 베인 배향 모드에서 상기 스월베인의 흐름-상승 배향으로 향하는 이동이 상기 공통-드라이버의 전범위 움직임 중 베인 배향 부분으로서 일어나도록 상기 공통-드라이버가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 13항에 있어서,

상기 공통-드라이버의 전범위 이동의 상기 라디에이터-포트-폐색기 부분은 냉각제 온도가 상기 범위의 저온 끝단을 향해 있는 경우에 발생하고;

상기 공통-드라이버의 전범위 이동의 상기 베인 배향 부분은 냉각제 온도가 상기 범위의 고온 끝단을 향해 있는 경우에 발생하도록 상기 공통-드라이버가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 13항에 있어서,

상기 라디에이터-포트-폐색기 부분이 끝나면, 실질적으로 상기 베인 배향 부분이 시작되기 전에 상기 라디에이터-포트가 냉각제를 최대로 흐르게 하기 위해 개방됨으로써,

상기 공통-드라이버의 전범위 움직임의 상기 라디에이터-포트-폐색기 부분과 상기 베인 배향 부분이 중복되지 않도록 상기 공통-드라이버가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 13항에 있어서,

상기 공통-드라이버는

일치부분(unison-portion)에서, 상기 공통-드라이버가 상기 스월베인(swirl-vane)과 상기 라디에이터-포트-폐색기를 일치하여 함께 움직이도록 함으로써,

상기 공통-드라이버의 전범위 움직임의 일치부분(unison-portion)에서 상기 공통-드라이버의 전범위 움직임의 라디에이터-포트-폐색기 부분과 상기 베인 배향 부분이 중복되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 13항에 있어서,

상기 공통-드라이버는, 상기 공통-드라이버의 포괄범위 움직임의 손실 움직임 부분(lost-motion portion)에서, 상기 공통-드라이버의 움직임이 다른 하나는 상응하는 움직임을 갖지 않으면서 상기 라디에이터-포트-폐색기 또는 상기 스월베인(swirl-vane) 중 어느 하나에 대해 상응하는 움직임을 만들도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 18항에 있어서, 상기 공통-드라이버는

상기 공통-드라이버의 포괄범위 움직임의 저온 손실 움직임 부분(cold-lost-motion portion)에서, 상기 공통-드라이버의 움직임이 상기 베인 배향 모드에 있는 상기 스월베인(swirl-vane)에 대해 상응하는 움직임을 만들지 않으면서, 상기 포트-닫힘 모드에 있는 상기 라디에이터-포트-폐색기에 대해 상응하는 움직임을 만들고;

상기 공통-드라이버의 포괄범위 움직임의 고온 손실 움직임 부분(hot-lost-motion portion)에서, 상기 공통-드라이버의 움직임이 상기 포트-닫힘 모드에 있는 상기 라디에이터-포트-폐색기에 대해 상응하는 움직임을 만들지 않으면서, 상기 베인 배향 모드에 있는 상기 스월베인(swirl-vane)에 대해 상응하는 움직임을 만들도록 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 라드-포트-열적-유니트의 냉각제-온도-센서는 상기 스월베인(swirl-vane)-열적-유니트의 상기 냉각제-온도-센서와 물리적으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 20항에 있어서,

상기 라디에이터-포트-열적-유니트의 냉각제-온도-센서 및 상기 스월베인(swirl-vane)-열적-유니트의 냉각제-온도-센서는 냉각제 순환 서킷의 서로 다른 지점의 냉각제 온도를 측정하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 3항에 있어서,

상기 상기 라드-포트-열적-유니트 및 상기 스월베인-열적-유니트는 구조적으로 하나의 결합된 열적-유니트로 결합되고;

상기 결합된 열적-유니트는 상기 냉각제의 온도에 따라 신장/수축되는 온도에 민감한 벌브를 가지는 기계적 자동온도조절장치를 가지고, 상기 결합된 열적-유니트의 이동-요소는 상기 자동온도조절장치의 이동가능한 스템(stem)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 22항에 있어서,

자동온도조절장치의 비율은, 냉각제 온도의 변화에 대한 길이 단위의 스템의 이동량을 포함하고, 또한;

상기 자동온도조절장치는 초기 개방 비율 및 워밍-업 비율을 포함하고,

상기 초기 개방 비율은 상기 냉각제가 워밍-업 온도에 도달함에 따라, 상기 라디에이터-포트-폐색기를 닫힘 위치로부터 개방 위치로 움직이기 위해 얻어지는 상기 스템의 이동 비율인 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 23항에 있어서,

상기 워밍-업 비율은 상기 워밍-업 온도 범위에서 저온 부분과 고온 부분의 두개 부분으로 구성되고, 상기 고온 부분의 비율은 상기 저온 부분의 비율보다 더 크도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 스월베인(swirl-vanes)은 상기 임펠러의 상류에 바로 인접하여 설치되고;

상기 라디에이터-포트는 상기 스월베인(swirl-vanees)의 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 임펠러는 제1 블레이드 세트와 제2 블레이드 세트를 가지고;

상기 임펠러는 상기 제1 블레이드로부터 흘러 나오는 냉각제가 상기 제2 블레이드의 입구에서 부분적으로 벗어나도록 하는 방향과 속도를 가지도록 모양이 형성되고 배열되며;

이에 의해, 상기 임펠러가 느린 회전 속도로 회전하고 있는 경우에 상기 제1 블레이드로부터 흘러 나오는 유동 중 상대적으로 많은 부분이 상기 제2 블레이드로 들어가지만, 상기 임펠러가 빠른 속도로 회전하고 있는 경우에 상기 제1 블레이드로부터 흘러 나오는 유동 중 상대적으로 적은 부분만이 상기 제2 블레이드로 들어가는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 26항에 있어서,

상기 제2 블레이드는 현저하게 방사상인 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 26항에 있어서,

상기 유동은 상기 제2 블레이드로 들어가기 위해 갑(岬,promonotory)을 선회하여야 하고, 상기 유동 방향은 유동이 빠를수록 상기 갑(岬,promonotory)을 선회하는 경향이 줄어 상기 제2 블레이드로 들어가는 흐름이 줄어들도록 지시되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 1항에 있어서,

상기 회로는 히터 및 상기 히터로부터 나오는 냉각제가 펌프실을 통과하도록 하는 히터-포트를 가지는 펌프실의 벽을 포함하고;

상기 장치는 상기 냉각제 온도에 민감하게 반응하여 상기 히터-포트를 효과적으로 차단하는 히터-포트-폐색기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
제 2항에 있어서,

상기 스월베인(swirl-vanees) 세트, 상기 라디에이터-포트 및 상기 라디에이터-포트-폐색기는 거의 대부분이 상기 펌프실 안에 위치하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
엔진 및 관련 라디에이터의 냉각제 순환 회로 주위로 액체 냉각제를 펌핑하도록 구성되고,

펌프실을 형성하는 벽을 가지는 고정 하우징;

임펠러를 회전시키기 위해 상기 엔진에 대한 기계적 연결부를 가짐으로써 엔진속도에 비례하는 속도로 로타리 임펠러를 구동시키는 로타리-드라이버를 포함하고, 블레이드를 갖는 펌프 임펠러;를 포함하고,

상기 임펠러는 한 세트의 첫번째 블레이드와 한 세트의 두번째 블레이드를 가지고;

상기 임펠러는 상기 첫번째 블레이드로부터 흘러 나오는 냉각제가 상기 두번째 블레이드의 입구에서 부분적으로 벗어나도록 하는 방향과 속도를 가지도록 모양이 형성되고 배열되며;

이에 의해, 상기 임펠러가 느린 회전 속도로 회전하고 있는 경우에 상기 첫번째 블레이드로부터 흘러 나오는 유체 중 상대적으로 많은 부분이 상기 두번째 블레이드로 들어가지만, 상기 임펠러가 빠른 속도로 회전하고 있는 경우에 상기 첫번째 블레이드로부터 흘러 나오는 유체 중 상대적으로 적은 부분만이 상기 두번째 블레이드로 들어가도록 하고;

상기 제2 블레이드는 현저하게 방사상이며;

상기 유동은 상기 제2 블레이드로 들어가기 위해 갑(岬,promonotory)을 선회하여야 하고, 상기 유동 방향은 유동이 빠를수록 상기 갑(岬,promonotory)을 선회하는 경향이 줄어 상기 제2 블레이드로 들어가는 흐름이 줄어들도록 지시되는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.
엔진 및 관련 라디에이터의 냉각제 순환 회로 주위로 액체 냉각제를 펌핑하도록 구성되고,

펌프실을 형성하고 펌프 임펠러와 라디에이터 사이에 냉각제 흐름 통로를 형성하는 라디에이터-포트를 포함하는 벽을 가지는 고정 하우징;

임펠러를 회전시키기 위한 로타리-드라이버 및 블레이드를 가지며 상기 펌프실안에 설치되어 상기 펌프실을 통해 냉각제를 효과적으로 펌핑하는 펌프 임펠러;

상기 라디에이터 포트와 관련한 포트 열림 위치와 포트 닫힘 위치 사이에서 이동하는 포트 폐쇄 모드 내에서 기계적으로 이동할 수 있는 라디에이터 포트 폐색기;

상기 임펠러를 통과하는 냉각제의 유동에 회전 와류 움직임을 부여하기 위해 임펠러에 따라 배열되는 스월베인(swirl-vane);

상기 스월베인(swirl-vane)이 기계적으로 베인(vane) 배향 모드에서, 상기 로타리 임펠러의 블레이드에 대해 상기 스월베인(swirl-vane)의 흐름 감소 배향과 흐름 상승 배향 사이를 움직이도록 제한하는 베인 배향-가이드를 가지는 베인 마운팅-구조;

냉각제-온도 센서, 고정요소 및 상기 냉각제-온도 센서에 의해 측정된 냉각제-온도의 변화에 따라 상기 고정 요소에 대해 상대적으로 움직이는 이동-요소를 가지는 열적-유니트;

상기 열적-유니트의 상기 이동-요소의 이동을 상기 포트-닫힘 모드에 있는 상기 라디에이터-포트-폐색기와 상기 베인 배향 모드에 있는 상기 스월베인(swirl-vane)의 움직임으로 전환하도록 설치된 기계적으로 단일의 구조로 된 열적-드라이버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각제 펌프 장치.