KR20200071439A - 엔진 냉각시스템의 써모스탯 - Google Patents

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이효조
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Abstract

본 발명은 라디에이터 측으로부터 냉각수가 유입되는 라디에이터 측 유입구, 엔진으로부터 바이패스된 냉각수가 유입되는 바이패스 측 유입구 및 엔진 측으로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구를 포함하는 하우징 및 상기 하우징 내에 구비되며, 왁스(wax)의 체적 변화에 의해 상기 라디에이터 측 유입구를 개폐하는 메인 밸브를 포함하고, 상기 라디에이터 측 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 메인 밸브를 가압하는 방향과 상기 메인밸브가 열리도록 동작되는 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는 엔진 냉각시스템의 써모스탯으로서, 본 발명에 의하면, 엔진 입구 측에 적용됨에도 차압에 의해 밸브가 열리지 않도록 하여 냉각수의 순환을 원활히 할 수 있다.

Description

엔진 냉각시스템의 써모스탯{THERMOSTAT FOR AN ENGINE COOLING SYSTEM}
본 발명은 엔진 냉각시스템에 구성되어 냉각수 온도에 따라 개변 또는 폐변되는 써모스탯에 관한 것이다.
써모스탯(10, Thermostat)은 도 1과 같은 엔진의 냉각시스템에 적용되어 설정된 냉각수 온도에 따라 개변 또는 폐변 제어된다.
즉, 써모스탯은 엔진 내부를 순환하는 바이패스(By-pass) 유량과 라디에이터(Radiator) 유량을 제어한다.
써모스탯 중 기계식 써모스탯은 엔진의 조건 및 환경 인자를 고려한 가변 제어가 불가능하고, 전자식 써모스탯은 엔진의 운전 조건 및 환경 인자에 따라 개변 또는 폐변을 조정하여 냉각수 유량을 제어할 수 있다.
즉, 전자식 써모스탯은 고부하 조건에서는 엔진의 내구성에 문제가 없도록 냉각수 온도를 제어하고, 저부하 영역에서는 엔진 연비 및 성능 향상을 고려하여 냉각수를 고온으로 제어하게 된다.
도 2는 종래의 기계식 써모스탯(10)의 일 예로서, 냉각수 유입구(11)로부터 유입되는 냉각수를 바이패스 라인(12) 또는 라디에이터 측(13)으로 제어하고, 온도에 따라 왁스(20, wax)의 체적 변화에 따라 브라켓(14) 상에 지지된 메인 밸브(31)에 의해서 라디에이터 측(13) 유로를 개폐하고, 바이패스 밸브(32)에 의해 바이패스 라인(12)을 개폐한다.
그러나, 이러한 종래의 써모스탯은 바이패스 유량과 라디에이터 유량만을 제어하는 한계가 있다.
도 1은 엔진 출구 측에 써모스탯이 장착되는 출구 제어 방식이며, 도 3은 엔진 입구 측에 써모스탯이 장착되는 입구 제어 방식의 냉각시스템이다.
이러한 냉각 방식의 차이에 따라 냉각수 흐름이 다르므로 써모스탯이 받는 압력이 달라지게 된다.
도 1의 출구 제어 방식에서는 냉각수 흐름에 따라 밸브가 압력에 의해 열릴 수가 없는 구조이나, 도 3과 같은 입구 제어 방식에서는 압력(차압)이 크면 써모스탯이 열리게 된다. 써모스탯이 냉각수 차압에 의해서 열리는 것은 도 4에서 확인할 수가 있다. 즉, 3,500rpm 이상 영역에서 써모스탯 차압 증가(1.4bar 이상)에 따라 라디에이터 유량이 발생하게 되고, 그에 따라 난방성능 불량 문제가 발생할 수가 있다.
그래서, 이를 방지하기 위해 바이패스되는 유량을 증대하여 압력을 해소해야 하는데, 그 결과 바이패스 유량이 많아지면 웜업 지연이 일어나고 히터, 오일쿨러, EGR 쿨러 등으로의 유량이 적어지기 때문에 문제가 된다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1371492호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 엔진 입구 측에 적용됨에도 차압에 의해 밸브가 열리지 않도록 하여 냉각수의 순환을 원활히 할 수 있는 엔진 냉각시스템의 써모스탯을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯은, 라디에이터 측으로부터 냉각수가 유입되는 라디에이터 측 유입구, 엔진으로부터 바이패스된 냉각수가 유입되는 바이패스 측 유입구 및 엔진 측으로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구를 포함하는 하우징 및 상기 하우징 내에 구비되며, 왁스(wax)의 체적 변화에 의해 상기 라디에이터 측 유입구를 개폐하는 메인 밸브를 포함하고, 상기 라디에이터 측 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 메인 밸브를 가압하는 방향과 상기 메인밸브가 열리도록 동작되는 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 왁스가 체적 변화되지 않은 상태에서 상기 메인 밸브는 상기 라디에이터 측 유입구를 닫는 상태인 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 상기 왁스와 결합되어 상기 왁스의 체적변화에 의해 거동하고, 상기 메인밸브의 일 면과 결합되는 제1 피스톤 및 일 측이 상기 메인밸브의 다른 일 면을 탄성 지지하여, 상기 제1 피스톤의 거동 방향과 나란한 방향으로 탄성 복원력을 가하는 메인밸브 스프링을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 메인밸브 스프링의 다른 일 측은 상기 하우징 측에 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징 내에 구비되며, 상기 왁스(wax)의 체적 변화에 의해 상기 바이패스 측 유입구를 개폐하는 바이패스 밸브를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 바이패스 밸브를 통해 유입된 냉각수가 상기 바이패스 밸브를 가압하는 방향과 상기 바이패스 밸브가 닫히도록 동작되는 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 왁스가 체적 변화되지 않은 상태에서 상기 바이패스 밸브는 상기 바이패스 측 유입구를 개방한 상태인 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 왁스와 결합되어 상기 왁스의 체적변화에 의해 거동하고, 상기 바이패스 밸브의 일 면과 결합되는 제2 피스톤 및 상기 바이패스 밸브의 일 면과 결합되어, 상기 바이패스 밸브에 상기 왁스 측으로 탄성 복원력을 가하는 바이패스밸브 스프링을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 써모스탯은 엔진 냉각시스템에서 엔진 입구 측에 적용됨에도 냉각수 차압에 의해 열리지 않는다.
따라서, 바이패스 홀의 크기를 증대시키거나 유량을 증대시킬 필요가 없어 냉각수를 원활하게 공급할 수가 있다.
또한, 엔진의 운전 및 외부 환경의 영향을 받지 않고 냉각수 온도에만 영향을 받기 때문에 신뢰성이 보다 향상되고, 내구성이 향상된다.
도 1은 출구 제어 방식에 의한 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 적용되는 써모스탯을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 입구 제어 방식에 의한 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 써모스탯 차압 평가 결과를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯의 단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯의 단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯은 도 3과 같은 입구 제어 방식의 엔진 냉각시스템에 적용되는 써모스탯이다.
즉, 엔진 냉각시스템의 엔진 내지 워터펌프 전단에 구비되어 냉각수 온도에 따라 냉각수의 방향과 유량을 제어하되, 종래의 써모스탯과 달리 엔진 전단에 구비됨에도 냉각수 차압에 의해 밸브가 열리지 않도록 하기 위한 것이다.
이를 위한 써모스탯은 하우징(110) 내 왁스(120)의 체적변화에 의해 브라켓(160)에 의해 지지되는 메인밸브(131) 및 바이패스밸브(132)가 구동됨으로써 냉각수의 경로 및 유량을 제어한다.
하우징(110)에는 라디에이터 측 유입구(112), 바이패스 측 유입구(113) 및 냉각수 유출구(111)가 형성된다.
라디에이터 측 유입구(112)를 통해서는 가열된 냉각수가 라디에이터에 의해 승온되어 유입되고, 바이패스 측 유입구(113)를 통해서는 엔진 출구로부터 라디에이터 측과 별도의 바이패스 라인을 통해서 다시 냉각수가 유입되며, 냉각수 유출구(111)는 워터펌프 측으로 냉각수가 유출되는 라인이다.
메인밸브(131)는 라디에이터 측 유입구(112)를 개폐하도록 배치되고, 브라켓(160) 내의 왁스(120)의 체적 변화에 의해서 왁스(120)와 함께 거동하는 제1 피스톤(141)에 의해서 상하로 동작되어 라디에이터 측 유입구(112)를 개폐한다.
이를 위해, 하우징(110) 상측에는 플레이트(154)가 구비되고, 플레이트(154)와 메인밸브(131) 상측 간을 메인밸브 스프링(151)이 탄성 지지하며, 메인밸브 스프링(151)은 둘레가 플레이트(154)로부터 하방향으로 연장된 메인밸브 스프링 가이드(153)에 의해 지지된다.
그래서, 도 5와 같이 냉각수 온도가 일정값 이상이 되지 않아 왁스(120)의 체적 변화가 없는 상태에서는 메인밸브(131)가 브라켓(160)을 덮는 상태가 되어 라디에이터 측 유입구(112)로부터 냉각수 유출구(111)로의 경로를 폐쇄하게 된다.
반면, 왁스(120)가 체적 변화되어 제1 피스톤(141)과 함께 메인밸브(131)가 상승하면, 라디에이터 측 유입구(112)로부터 냉각수 유출구(111)로의 경로가 열리게 된다.
다음, 바이패스 밸브(132)는 바이패스 측 유입구(113)를 개폐하도록 배치되고, 브라켓(160) 내의 왁스(120)의 체적 변화에 의해서 왁스(120)와 함께 거동하는 제2 피스톤(142)에 의해서 상하로 동작되어 바이패스 측 유입구(113)를 개폐한다.
이를 위해, 바이패스 밸브(132)의 일 측과 브라켓(160)의 하측 간을 바이패스 밸브 스프링(152)이 탄성 지지한다.
그래서, 도 5와 같이 냉각수 온도가 일정값 이상이 되지 않아 왁스(120)의 체적 변화가 없는 상태에서는 바이패스 밸브(131)가 바이패스 측 유입구(113)를 개방한 상태가 되고, 왁스(120)가 체적 변화되어 제2 피스톤(142)과 함께 바이패스 밸브(132)가 하강함으로써 바이패스 측 유입구(113)를 닫게 된다.
이와 같이, 본 발명의 써모스탯은 라디에이터 측 유입구(112)로 유입되는 냉각수의 압력이 크다 하더라도 차압에 의해서는 메인밸브(131)가 라디에이터 측 유입구(112)를 개방시키지 않는 구조가 된다.
즉, 라디에이터 측 유입구(112)를 통해 냉각수가 유입되어 메인밸브(131)에 압력을 가하는 방향과 메인밸브(131)가 열리도록 동작되는 방향은 서로 반대가 되는 것이다.
이상에서 설명된 상하 방향, 상측과 하측은 편의상 정의된 것으로서, 냉각시스템 상 상하는 위의 설명과는 다를 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 냉각수 온도에만 의존하여 밸브를 개방되게 함으로써 저온, 고속 구간에서 냉각수 차압에 의해 써모스탯이 열리지 않게 한다.
그러므로, 차가운 냉각수가 엔진을 순환하여 난방 성능을 악화시키거나, 웜업 지연, 성능 저하 등을 초래하지 않게 한다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
110 : 하우징
111 : 냉각수 유출구
112 : 라디에이터 측 유입구
113 : 바이패스 측 유입구
120 : 왁스
131 : 메인 밸브 132 : 바이패스 밸브
141 : 제1 피스톤 142 : 제2 피스톤
151 : 메인밸브 스프링 152 : 바이패스 밸브 스프링
153 : 메인밸브 스프링 가이드 154 : 플레이트
160 : 브라켓

Claims (8)

  1. 라디에이터 측으로부터 냉각수가 유입되는 라디에이터 측 유입구, 엔진으로부터 바이패스된 냉각수가 유입되는 바이패스 측 유입구 및 엔진 측으로 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구를 포함하는 하우징; 및
    상기 하우징 내에 구비되며, 왁스(wax)의 체적 변화에 의해 상기 라디에이터 측 유입구를 개폐하는 메인 밸브를 포함하고,
    상기 라디에이터 측 유입구를 통해 유입된 냉각수가 상기 메인 밸브를 가압하는 방향과 상기 메인밸브가 열리도록 동작되는 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 왁스가 체적 변화되지 않은 상태에서 상기 메인 밸브는 상기 라디에이터 측 유입구를 닫는 상태인 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 왁스와 결합되어 상기 왁스의 체적변화에 의해 거동하고, 상기 메인밸브의 일 면과 결합되는 제1 피스톤; 및
    일 측이 상기 메인밸브의 다른 일 면을 탄성 지지하여, 상기 제1 피스톤의 거동 방향과 나란한 방향으로 탄성 복원력을 가하는 메인밸브 스프링을 더 포함하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 메인밸브 스프링의 다른 일 측은 상기 하우징 측에 결합되는 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 하우징 내에 구비되며, 상기 왁스(wax)의 체적 변화에 의해 상기 바이패스 측 유입구를 개폐하는 바이패스 밸브를 더 포함하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 바이패스 밸브를 통해 유입된 냉각수가 상기 바이패스 밸브를 가압하는 방향과 상기 바이패스 밸브가 닫히도록 동작되는 방향은 서로 반대인 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 왁스가 체적 변화되지 않은 상태에서 상기 바이패스 밸브는 상기 바이패스 측 유입구를 개방한 상태인 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 왁스와 결합되어 상기 왁스의 체적변화에 의해 거동하고, 상기 바이패스 밸브의 일 면과 결합되는 제2 피스톤; 및
    상기 바이패스 밸브의 일 면과 결합되어, 상기 바이패스 밸브에 상기 왁스 측으로 탄성 복원력을 가하는 바이패스밸브 스프링을 더 포함하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
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