KR20200073554A - 엔진 냉각시스템의 써모스탯 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되며, 상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와, 라디에이터 측 유출구를 포함하는 4개의 냉각수 유출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 내에 구비되며, 왁스(wax)의 일 측에 연결되어 상기 왁스의 체적 변화에 의해 상기 라디에이터 측 유출구를 개폐하는 메인 밸브를 포함하는 엔진 냉각시스템의 써모스탯으로서, 본 발명에 의하면, 엔진으로부터의 냉각수를 라디에이터와 바이패스 라인으로의 제어뿐 아니라, 다방향 제어가 가능하도록 한다.

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(111)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.
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 엔진으로부터의 냉각수를 라디에이터와 바이패스 라인으로의 제어뿐 아니라, 다방향 제어가 가능하도록 하는 엔진 냉각시스템의 써모스탯을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯은, 엔진과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되며, 상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와, 라디에이터 측 유출구를 포함하는 4개의 냉각수 유출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 내에 구비되며, 왁스(wax)의 일 측에 연결되어 상기 왁스의 체적 변화에 의해 상기 라디에이터 측 유출구를 개폐하는 메인 밸브를 포함한다.
그리고, 상기 냉각수 유출구는, 냉각수를 상기 엔진 측으로 순환시키는 바이패스 유출구, EGR 쿨러 측으로 냉각수를 유출하는 EGR 쿨러 측 유출구를 포함하고, 히터 측으로 냉각수를 유출하는 히터 측 유출구를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 바이패스 유출구 측에 구비되어 상기 바이패스 유출구를 개폐하는 바이패스 밸브, 상기 EGR 쿨러 측 유출구 측에 구비되어 상기 EGR 쿨러 측 유출구를 개폐하는 EGR 밸브 및 상기 히터 측 유출구 측에 구비되어 상기 히터 측 유출구를 개폐하는 히터 밸브를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 바이패스 밸브는 상기 왁스의 다른 일 측에 연결되어, 상기 메인 밸브와 연동하여 동작하는 것을 특징으로 한다.
더 구체적으로, 상기 바이패스 밸브는 바이패스 밸브 샤프트에 의해 상기 왁스에 연결되고, 상기 EGR 밸브 및 상기 히터 밸브는 각각 상기 바이패스 밸브 샤프트의 중단으로부터 직경 방향으로 연장 형성된 EGR 밸브 샤프트 및 히터 밸브 샤프트에 연결되는 것을 특징으로 한다.
이러한 상기 바이패스 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 히터 밸브는 냉각수 온도에 따라 반응하여 각각 상기 바이패스 유출구, 상기 EGR 쿨러 측 유출구, 상기 히터 측 유출구를 개폐하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이패스 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 히터 밸브의 반응 온도는 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 엔진 냉각시스템의 써모스탯에 의하면, 엔진을 순환한 냉각수를 라디에이터 및 바이패스 라인뿐 아니라 히터와 EGR 쿨러로도 순환 가능하게 한다.
그에 따라, EGR 쿨러의 효율, 엔진 성능, 연비, 라디에이터 및 히터에 의한 냉각 및 난방 성능을 향상시킬 수가 있다.
그래서, 원가 및 레이아웃 측면에서 기존에 비해 유리하다.
도 1은 엔진 냉각시스템의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 적용되는 종래의 써모스탯의 일 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 써모스탯의 수평 단면도를 상부 관점(top view)에서 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 3은 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 써모스탯의 수평 단면도를 상부 관점(top view)에서 도시한 것이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 냉각시스템의 써모스탯을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 써모스탯(Thermostat)은 도 1과 같은 엔진 냉각시스템의 엔진(Head, Block)과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되어, 히터(Heater) 측, EGR 쿨러(EGR Cooler, EGR:Exaust Gas Recirculation) 측, 라디에이터(Radiator) 측, 엔진 블록(Block) 측 바이패스 라인(By-pass Line)의 4 way를 냉각수 온도에 따라서 개변 또는 폐변 및 열림 정도에 따라 유량을 제어한다.
이러한 냉각수 유량 제어를 이용하여 엔진의 특성, 제어 전략 및 엔진 운전 조건에 따라 냉각수 유량을 최적 제어함으로써, 간단한 구조임에도 성능, 연비, 냉각 및 난방 성능을 향상시킬 수가 있다.
본 발명의 써모스탯(110)은 엔진(Head, Block)과 라디에이터(Radiator) 간 유로 상에 구비되고, 하우징(110) 내 왁스(120)의 체적변화에 의해 브라켓(160)에 의해 지지되는 밸브가 구동됨으로써 냉각수의 경로 및 유량을 제어한다.
하우징(110)에는 냉각수 유입구(111), 바이패스 유출구(112), 라디에이터 측 유출구(113), EGR 쿨러 측 유출구(114) 및 히터 측 유출구(115)가 형성된다.
그리고, 메인 밸브(131), 바이패스 밸브(112), EGR 밸브(113) 및 히터 밸브(114)의 4개의 밸브가 각각 바이패스 유출구(112), 라디에이터 측 유출구(113), EGR 쿨러 측 유출구(114) 및 히터 측 유출구(115)를 개폐 및 유량 제어하도록 구비된다.
메인 밸브(131)는 라디에이터 측 유출구(113)를 개폐하도록 배치되고, 브라켓(160) 내의 왁스(120)의 일 측에 연결되어 왁스(120)의 체적 변화에 의해서 피스톤(140) 상을 위치 이동함으로써 라디에이터 측 유출구(113)를 개폐한다. 그리고, 브라켓(160) 상에 지지되는 메인 밸브 스프링(151)에 의해서 변화 후 탄성 복원되게 된다.
그리고, 왁스(120)의 다른 일 측에는 바이패스(132) 밸브가 바이패스 밸브 샤프트(132-1)에 의해 연결된다.
바이패스 밸브(132)는 냉각수 온도에 따라 변화되는 감온부이며, 바이패스 유출구(112) 측에 구비되어 바이패스 유출구(112)를 개폐하며, 바이패스 밸브 스프링(152)에 의해 변화 후 탄성 복원되게 된다.
즉, 왁스(120)의 체적 변화에 의해 메인 밸브(131)와 바이패스 밸브(132)는 연동하여 개폐가 된다.
또한, EGR 밸브(133) 및 히터 밸브(134)는 각각 바이패스 밸브 샤프트(132-1)의 중단으로부터 직경 방향으로 연장 형성된 EGR 밸브 샤프트(133-1) 및 히터 밸브 샤프트(134-1)에 의해 연결된다.
이들 EGR 밸브(133) 및 히터 밸브(134)는 냉각수 온도에 따라 변화되는 감온부로서 각각 EGR 쿨러 측 유출구(114) 및 히터 측 유출구(115) 측에 배치되어 EGR 쿨러 측 유출구(114) 및 히터 측 유출구(115)를 개폐한다.
바이패스 밸브(132), EGR 밸브(133) 및 히터 밸브(134)의 작동 온도는 서로 다를 수 있다.
다음으로, 표 1은 이상과 같은 본 발명의 써모스탯에 의한 냉각수 온도에 따른 제어를 정리한 것이다.
엔진 운전 조건 바이패스 유출구(112) 라디에이터 측 유출구(113) EGR 쿨러 측 유출구(114) 히터 측 유출구(115)
냉간 조건 ○ X △ ○
온간 조건 □ △ □ □
고온 조건 X □ ○ △
열간 조건 X ○ ○ △
표 1에서 ○, □, △, X는 각 유출구의 개방 상태를 나타내는 것으로서, ○는 완전 열림 상태, □는 약 3/4 열림 상태, △는 약 1/2 열림 상태, X는 완전 닫힘 상태를 의미한다.
즉, 냉간 조건에서는 라디에이터 측 유출구(113)를 완전 닫음으로써 냉각수 온도가 상승될 수 있게 제어하고, 온간 조건에서는 EGR 쿨러 측 유출구(114) 및 히터 측 유출구(115)를 3/4 가량 오픈함으로써 난방 성능 및 연비를 향상시키도록 제어한다.
그리고, 고온 조건에서는 바이패스 유출구(112)를 완전 닫고, 라디에이터 측 유출구(113)를 3/4 가량 오픈함으로써 냉각수 온도를 낮출 수 있도록 제어하며, 열간 조건에서는 라디에이터 측 유출구(113)를 완전 개방함으로써 냉각수 유량이 최대가 되어 엔진 냉각에 문제가 없도록 제어하는 것이다.
이상과 같이, 본 발명의 써모스탯(100)은 엔진 냉각시스템 상에 구비되어, 라디에이터 측 물통로, 바이패스 라인 뿐 아니라, EGR 쿨러 및 히터로의 유량까지 제어 가능하게 하여 엔진의 특성, 제어 전략 및 엔진 운전 조건에 따라 냉각수 유량을 최적 제어함으로써, 간단한 구조임에도 성능, 연비, 냉각 및 난방 성능을 향상시킬 수가 있다.
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 유입구
112 : 바이패스 유출구
113 : 라디에이터 측 유출구
114 : EGR 쿨러 측 유출구
115 : 히터 측 유출구
120 : 왁스
131 : 메인 밸브 132 : 바이패스 밸브
133 : EGR 밸브 134 : 히터 밸브
140 : 피스톤
151 : 메인 밸브 스프링 152 : 바이패스 밸브 스프링
160 : 브라켓

Claims (7)

  1. 엔진과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되며,
    상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구와, 라디에이터 측 유출구를 포함하는 4개의 냉각수 유출구가 형성된 하우징;
    상기 하우징 내에 구비되며, 왁스(wax)의 일 측에 연결되어 상기 왁스의 체적 변화에 의해 상기 라디에이터 측 유출구를 개폐하는 메인 밸브를 포함하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 유출구는,
    냉각수를 상기 엔진 측으로 순환시키는 바이패스 유출구;
    EGR 쿨러 측으로 냉각수를 유출하는 EGR 쿨러 측 유출구를 포함하고,
    히터 측으로 냉각수를 유출하는 히터 측 유출구를 더 포함하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 바이패스 유출구 측에 구비되어 상기 바이패스 유출구를 개폐하는 바이패스 밸브;
    상기 EGR 쿨러 측 유출구 측에 구비되어 상기 EGR 쿨러 측 유출구를 개폐하는 EGR 밸브; 및
    상기 히터 측 유출구 측에 구비되어 상기 히터 측 유출구를 개폐하는 히터 밸브를 더 포함하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 바이패스 밸브는 상기 왁스의 다른 일 측에 연결되어, 상기 메인 밸브와 연동하여 동작하는 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 바이패스 밸브는 바이패스 밸브 샤프트에 의해 상기 왁스에 연결되고,
    상기 EGR 밸브 및 상기 히터 밸브는 각각 상기 바이패스 밸브 샤프트의 중단으로부터 직경 방향으로 연장 형성된 EGR 밸브 샤프트 및 히터 밸브 샤프트에 연결되는 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 바이패스 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 히터 밸브는 냉각수 온도에 따라 반응하여 각각 상기 바이패스 유출구, 상기 EGR 쿨러 측 유출구, 상기 히터 측 유출구를 개폐하는 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 바이패스 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 히터 밸브의 반응 온도는 서로 상이한 것을 특징으로 하는,
    엔진 냉각시스템의 써모스탯.
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