KR20140015049A

KR20140015049A - 서모스탯

Info

Publication number: KR20140015049A
Application number: KR1020120082733A
Authority: KR
Inventors: 이필기
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-02-06
Also published as: DE102012113170A1; US20140027522A1

Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 냉각수 온도를 제어하기 위한 전자식 서모스탯에 관한 것으로서, 그 발열장치로서 글로우 플러그 타입 히터를 적용한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 글로우 플러그 타입 히터를 이용하여 목표로 하는 온도에 도달하는데 시간을 최소화할 수 있다. 따라서, 차량의 운전 조건에 따라 실시간으로 냉각수의 온도를 제어할 수 있으며 차량의 연비가 향상되는 효과가 있다.

Description

서모스탯 구조{THERMOSTAT STRUCTURE}

본 발명은 서모스탯 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서모스탯의 밸브를 탄성적으로 지지하는 스프링의 장착 구조를 간소화하여 원가를 절감할 수 있는 서모스탯 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 서모스탯은 엔진과 라디에이터 사이에 설치되어 있으며, 냉각수의 온도변화에 따라 자동적으로 개폐되면서 엔진으로 흐르는 유량을 조절함으로써 냉각수를 적정 온도로 유지하는 역할을 한다.

종래 자동차용 서모스탯은 왁스의 팽창에 의한 힘이 피스톤에 전달되어 밸브의 개폐 변위를 일으키는 구조를 가진 기계식 서모스탯이 대부분이었다.

이러한 기계식 서모스탯은 규정 온도로 설정된 개폐온도에 따라 동작하는 방식, 즉 미리 정해진 온도에서만 단순하게 밸브를 개폐하는 방식이기 때문에 점차 차량이 고성능화 및 고효율화 되어가는 최근의 추세에 비추어 볼 때, 차량의 주행환경이나 기타 여건 등의 변화에 적극적으로 대처하는데 한계가 있었다.

현재는 상기와 같은 기계식 서모스탯이 갖는 단점을 보완하면서 엔진의 냉각수 온도를 최적의 상태로 유지하기 위한 가변제어방식의 전자식 서모스탯이 제시되고 있는 추세이다.

이러한 전자식 서모스탯은 차량의 부하상태 등과 같은 주행환경에 따라 엔진의 냉각수 온도를 제어함으로써, 항상 최적의 엔진 냉각 상태를 유지할 수 있으며, 기계식 서모스탯에 비하여 연비 개선 효과와 배기가스 저감 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 이러한 전자식 서모스탯의 일 예를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 전자식 서모스탯은 일반적으로 펠릿(Pellet)(1) 속에 왁스(2)를 수용하고 그의 선단에 필름 저항 타입의 히터 등 발열부(3)를 내장하며 외부의 전원 공급 플러그를 통해 히터가 발열하여 왁스를 팽창시켜 피스톤을 밀어냄으로써 밸브가 작동되도록 하는 구조를 취하고 있다. 유로(4)를 개폐하는 메인 밸브(5)는 밸브 가이드(6)와 연결되며 하부에 위치한 메인 스프링(7)에 의해 복원력을 전달받게 된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 전자식 서모스탯의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 메인 밸브(5)에 복원력을 제공하는 메인 스프링(7)을 고정하기 위하여 별도로 프래임(Frame)(7)을 설치해야 했다. 또한, 도면으로 나타나 있지는 않지만 종래의 기계식 서모스탯의 경우에도 전자식 서모스탯과 마찬가지로 그 메인 밸브에 복원력을 제공하는 메인 스프링을 고정하기 위하여 외부에 별도의 프래임(Frame)을 설치하고 있었다.

따라서, 종래의 기계식 혹은 전자식 서모스탯의 경우 메인 스프링을 고정하기 위해 별도의 프래임을 설치함으로써 부품수가 늘어나고 원가에 있어 불리하며, 서모스탯의 구조가 복잡해지는 문제가 있었다.

또한, 상기 메인 스프링을 프래임과 같은 별도의 고정 구조물 없이 서모스탯에 장착하게 되면 서모스탯을 경사 또는 수평으로 장착할 경우 스프링이 제 위치를 이탈함으로써 작동 에러가 발생하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 간단한 구성으로 메인 스프링을 고정함으로써 서모스탯의 작동 에러를 방지하고 공간 활용도를 높이며 원가를 절감할 수 있는 서모스탯 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 서모스탯 구조를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 냉각수의 온도변화에 따라 왁스의 팽창에 의한 힘이 피스톤에 전달되어 자동적으로 개폐되면서 엔진으로 흐르는 유량을 조절하는 서모스탯 구조는, 상기 엔진의 냉각수가 흐르는 유로에 연결되는 하우징; 상기 피스톤 이동에 의해 상기 유로를 개폐하는 밸브; 상기 밸브에 연결되어 상기 하우징 내부에서 상기 밸브의 이동을 안내하는 밸브 가이드; 및 상기 밸브를 상기 유로에 탄성적으로 지지하는 스프링;을 포함하고, 상기 하우징의 상기 밸브 반대편에는 상기 스프링을 수용할 수 있는 수용 공간이 형성되고, 상기 스프링의 상부는 상기 밸브 가이드에 결합되고 하부는 상기 수용 공간에 수용되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 스프링의 상부는 압입부로 형성되어 상기 밸브 가이드에 압입되어 결합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 스프링에서 상기 압입부를 제외한 나머지 부분은 하부로 갈수록 그 반경이 점차 커지는 비하이브(beehive) 형상인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 밸브 가이드의 상측은 소정 높이를 가진 원형의 장착부로 형성되어 상기 스프링의 압입부가 압입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 압입부는 소정 두께로 형성되어 상기 밸브 가이드에 압입되고 그 반경은 일정한 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 압입부는 상기 장착부의 높이와 동일한 두께로 형성되며 그 반경은 일정한 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 서모스탯은 기계식 또는 전자식 서모스탯인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명 실시예에 따르면 냉각수가 흐르는 유로를 개폐하는 밸브와 이를 탄성적으로 지지하는 스프링을 포함하여 냉각수 온도 변화에 따라 밸브가 자동적으로 개폐되어 엔진으로 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 서모스탯 구조에 있어서, 상기 스프링은 상부가 상기 밸브를 지지하는 밸브 가이드에 결합되되, 상기 밸브 가이드와 결합되는 부분의 직경은 일정하며 하부로 갈수록 직경이 증가하는 세미 비하이브(semi-beehive) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 압입부는 상기 장착부의 높이와 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 서모스탯 구조에 따르면 서모스탯의 밸브를 탄성적으로 지지하는 스프링을 별도의 프래임 없이 하우징 내부에 안정적으로 설치할 수 있게 되므로 서모스탯의 구조가 간소화되고 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 서모스탯 구조에 따르면 상기 스프링의 형상을 세미 비하이브(semi-beehive) 형상으로 형성함으로써 상기 서모스탯 구조가 유로에 기울어지게 설치되거나 또는 수평으로 설치되는 경우에도 서모스탯의 하우징 내부에서 이탈되지 않고 안정적으로 동작할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 전자식 서모스탯의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조의 주요부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조의 주요부 분해 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조(10)의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조(10)의 주요부 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조(10)의 주요부 분해 단면도이다.

서모스탯은 냉각수의 온도변화에 따라 왁스(50)의 팽창에 의한 힘이 피스톤(500)에 전달되어 자동적으로 개폐되면서 엔진으로 흐르는 유량을 조절하는 것이며, 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조(10)는 기계식 서모스탯과 전자식 서모스탯에 모두 적용될 수 있다.

다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 전자식 서모스탯을 예로 들어 설명한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조(10)는 크게 하우징(100)과, 밸브(200)와, 밸브 가이드(300)와, 스프링(400)을 포함하여 구성될 수 있으며, 전자식 서모스탯에 적용되는 경우 히터(30), 커넥터(40), 왁스(50)와 같은 구성을 포함할 수 있다.

상기 하우징(100)은 자동차 엔진의 냉각수가 흐르는 복수의 유로에 연결된다.

상기 하우징(100)은 같이 냉각수가 라디에이터를 순환하여 들어오는 라디에이터측 유로(20)와, 냉각수가 라디에이터를 순환하지 않고 바로 엔진의 워터펌프 측으로 순환되도록 하는 바이패스 유로(70) 및 냉각수가 엔진으로 유입되는 입구의 워터펌프측 유로 등과 연결될 수 있다.

상기 하우징(100) 내부에는 도 2에 도시된 바와 같이 밸브(200), 밸브 가이드(300), 커넥터(40), 스프링(400), 히터(30) 등이 고정되도록 내부 구조가 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같은 전자식 서모스탯 구조(10)의 경우 상기 하우징(100)에는 외부의 전원과 연결되는 커넥터(40)가 설치되고, 커넥터(40)와 연결된 코어축(31)을 따라 내부로 전기가 전도되어 히터(30)를 발열시키게 된다. 상기 히터(30)는 내부에 필름 저항 타입의 히터(30)나 글로우 플러그 타입의 히터(30)가 적용될 수 있으며, 왁스(50) 내부에 수용된다. 따라서, 전자식 서모스탯 구조(10)는 상기 히터(30)가 발열하면 왁스(50)를 팽창시켜 피스톤(500)을 밀어냄으로써 밸브(200)가 작동되도록 하는 구조를 취하고 있다.

상기 하우징(100)에서 상기 밸브(200)의 반대편 즉 도 2에서 하부는 상기 스프링(400)의 하부(421)를 수용할 수 있도록 상기 밸브 가이드(300) 보다 큰 반경으로 삭제된 소정의 수용공간(110)이 형성될 수 있다.

상기 밸브(200)는 상기 하우징(100) 내부에 설치되며 피스톤(500)의 이동에 의해 유로(20)를 개폐하게 된다. 상기 유로(20)는 라디에이터를 순환하도록 연결된 라디에이터 측 유로(20)가 될 수 있으며 상기 밸브(200)는 라이에이터 측 냉각수 흐름을 개폐하는 메인 밸브(200)가 될 수 있다.

상기 밸브 가이드(300)는 상기 밸브(200) 하부에 연결되며 상기 하우징(100) 내부에서 상기 밸브(200)의 이동을 안내한다.

상기 밸브 가이드(300)는 상부는 라디에이터 측 유로(20)를 개폐하는 메인 밸브(200)와 연결되며 하부는 바이패스 유로(70)를 개폐하는 바이패스 밸브(60)와 연결될 수 있다. 바이패스 유로(70)는 냉각수가 라디에이터를 순환하지 않고 바로 엔진의 워터펌프 측으로 순환되도록 하는 유로를 의미한다.

하나 또는 다수의 실시예에서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 밸브 가이드(300)는 원통형의 프레임으로 형성될 수 있으며 특히, 상기 밸브(200)와 연결되는 상측 부분은 소정 높이(h)를 가진 장착부(310)로 형성하여 이 장착부(310)에 스프링(400)의 상부(410)가 압입되도록 형성할 수 있다.

한편, 상기 밸브 가이드(300)의 내부에는 상기 피스톤(500) 등의 부품이 배치된다. 피스톤(500) 상부에는 고무이동체(53)가 배치될 수 있으며 그 상부로는 반유동체(semifluid)로 이루어진 전달액(52)이 충진될 수 있고, 상기 전달액(52)의 상면과 상기 왁스(50) 사이에는 다이아프램(51)이 구비될 수 있다.

상기 밸브 가이드(300) 내부에서 상기 전달액(52)이 충진되는 공간은 다이아프램(51)이 설치되는 상부로부터 하부로 갈수록 그 직경이 점진적으로 작아지는 경사면으로 형성됨으로써 상기 다이아프램(51)의 변형에 따른 전달액(52)의 압박이 상기 고무이동체(53)에 집중될 수 있고, 이 힘으로 고무이동체(53)는 다시 그 하부의 피스톤(500)을 압박하게 된다. 따라서, 이와 같은 구조에 의하면 왁스(50)의 팽창 압력에 대한 손실이 발생하지 않고 피스톤(500)까지 전달할 수 있으므로 정확하게 냉각수의 흐름을 제어할 수 있게 된다.

상기 스프링(400)은 상기 밸브(200)를 유로(20)에 탄성적으로 지지하는 부분이다.

상기 스프링(400)의 상부는 상기 밸브 가이드(300)에 결합되고 하부는 상기 하우징(100) 하부의 수용공간(110) 내부에 수용되어 지지된다.

상기 스프링(400)의 상측은 압입부(410)로 형성되어 상기 밸브 가이드(300)에 압입되어 장착될 수 있다. 다만, 본 발명은 상기 스프링(400)이 상기 밸브 가이드(300)에 압입되어 장착되는 구성으로 한정되지 아니하며 상기 스프링(400)의 상부는 상기 밸브 가이드(300)에 다양한 방식으로 결합될 수 있다.

따라서, 본 발명의 스프링(400)에 의하면 상부가 밸브 가이드(300)에 압입되고 하부는 하우징(100)의 수용공간(110)에 수용되어 지지되므로 종래와 같이 별도의 프래임(frame)을 설치하지 않고서도 간단한 구조로 스프링(400)을 지지할 수 있게 된다. 이로 인해 프래임 등 부품을 생략할 수 있으므로 원가 측면에서나 공간적인 측면에서 모두 유리하다.

한편, 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 압입부(410)는 상기 밸브 가이드(300)의 상부에 형성된 장착부(310)에 압입될 수 있으며 이를 위해 상기 압입부(410)의 두께(d)는 상기 장착부(310)의 높이(h)와 동일하게 형성할 수 있다.

또한, 상기 스프링(400)은 세미 비하이브(semi-beehive) 형상으로 형성될 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 밸브 가이드(300)의 장착부(310)에 장착되는 압입부(410)의 반경은 일정한 반경으로 동일하게 형성하고, 상기 스프링(400)에서 상기 압입부(410)를 제외한 나머지 부분은 상기 하우징(100)의 수용공간(110)으로 갈수록 반경이 커지는 비하이브(beehive) 형상으로 형성함으로써 도 4에 도시된 바와 같은 전체적으로 세미 비하이브(semi-beehive) 모양의 스프링(400)을 형성할 수 있다.

압입부(410)는 소정 두께(d)에서 모두 동일한 반경으로 형성되어 그에 대응되는 밸브 가이드(300)의 장착부(310)에 압입되므로 압입력이 두께(d) 만큼 상승하여 견고하게 장착될 수 있다.

이와 같은 세미 비하이브 모양의 스프링(400)은 상부의 압입부(410)만 밸브 가이드(300)에 압입하여 장착하면 하부로 갈수록 반경이 커져 수용공간(110)에 별도의 고정 부재 없이 자유롭게 상태로 수용되더라도 안정적으로 지지될 수 있는 이점이 있다.

따라서, 서모스탯 구조(10)가 유로(20)에 기울어진 상태로 장착되거나 수평으로 장착되는 경우에도 상기와 같이 세미 비하이브 형상의 스프링(400)을 적용하면 스프링(400)의 위치가 이탈되지 않는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 서모스탯 구조(10)는 기계식 서모스탯에도 동일하게 적용될 수 있다. 기계식 서모스탯의 경우에도 엔진의 냉각수가 흐르는 유로에 연결되는 하우징(100) 및 이를 개폐하는 밸브(200)와 밸브(200)를 지지하는 밸브 가이드(300) 및 상기 밸브를 탄성적으로 지지하는 스프링(400)을 기본적인 구성으로 포함하므로 상기 밸브 가이드(300) 상부에 상기 세미 비하이브 형상의 스프링(400)을 압입하여 장착하고 상기 하우징(100)의 하부에 스프링 수용공간(110)을 형성하여 그 내부로 스프링(400)의 하부(421)를 수용함으로써 별도의 구조물 없이 스프링(400)을 안정적으로 설치하여 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 서모스탯 구조 20: 유로
30: 히터 40: 커넥터
50: 왁스 60: 바이패스 밸브
70: 바이패스 유로 100: 하우징
110: 수용공간 200: 밸브
300: 밸브 가이드 310: 장착부
400: 스프링 410: 압입부
500: 피스톤

Claims

냉각수의 온도변화에 따라 왁스의 팽창에 의한 힘이 피스톤에 전달되어 자동적으로 개폐되면서 엔진으로 흐르는 유량을 조절하는 서모스탯 구조에 있어서,
상기 엔진의 냉각수가 흐르는 유로에 연결되는 하우징;
상기 피스톤 이동에 의해 상기 유로를 개폐하는 밸브;
상기 밸브에 연결되어 상기 하우징 내부에서 상기 밸브의 이동을 안내하는 밸브 가이드; 및
상기 밸브를 상기 유로에 탄성적으로 지지하는 스프링;을 포함하고,
상기 하우징의 상기 밸브 반대편에는 상기 스프링을 수용할 수 있는 수용 공간이 형성되고, 상기 스프링의 상부는 상기 밸브 가이드에 결합되고 하부는 상기 수용 공간에 수용되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제1항에 있어서,
상기 스프링의 상부는 압입부로 형성되어 상기 밸브 가이드에 압입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제2항에 있어서,
상기 스프링에서 상기 압입부를 제외한 나머지 부분은 하부로 갈수록 그 반경이 점차 커지는 비하이브(beehive) 형상인 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제2항에 있어서,
상기 밸브 가이드의 상측은 소정 높이를 가진 원형의 장착부로 형성되어 상기 스프링의 압입부가 압입되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제2항에 있어서,
상기 압입부는 소정 두께로 형성되어 상기 밸브 가이드에 압입되고 그 반경은 일정한 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제4항에 있어서,
상기 압입부는 상기 장착부의 높이와 동일한 두께로 형성되고 그 반경은 일정한 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 서모스탯은 기계식 또는 전자식 서모스탯인 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제2항에 있어서,
상기 스프링은 상기 밸브 가이드에 결합되는 부분의 직경은 일정하며 하부로 갈수록 직경이 증가하는 세미 비하이브(semi-beehive) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
냉각수가 흐르는 유로를 개폐하는 밸브와 이를 탄성적으로 지지하는 스프링을 포함하여 냉각수 온도 변화에 따라 밸브가 자동적으로 개폐되어 엔진으로 흐르는 냉각수의 유량을 조절하는 서모스탯 구조에 있어서,
상기 스프링은 상부가 상기 밸브를 지지하는 밸브 가이드에 결합되되, 상기 밸브 가이드와 결합되는 부분의 직경은 일정하며 하부로 갈수록 직경이 증가하는 세미 비하이브(semi-beehive) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제9항에 있어서,
상기 스프링의 상부는 압입부로 형성되어 상기 밸브 가이드에 압입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제10항에 있어서,
상기 밸브 가이드의 상측은 소정 높이를 가진 원형의 장착부로 형성되어 상기 스프링의 압입부가 압입되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.
제11항에 있어서,
상기 압입부는 상기 장착부의 높이와 동일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 서모스탯 구조.