KR100428217B1

KR100428217B1 - Engine cooling system

Info

Publication number: KR100428217B1
Application number: KR10-2001-0041039A
Authority: KR
Inventors: 박재만
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2004-04-28
Also published as: KR20030005663A

Abstract

본 발명의 목적은 엔진의 냉간 상태에서 급가속으로 인하여 워터펌프의 송출유량이 급증할 때 바이패스 공급되는 냉각수 유량을 증대시키므로써 서모스탯의 강제 개방 방지 및 이에따른 엔진의 웜업 시간 지연을 방지하는 구조의 엔진 냉각 시스템을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to increase the flow rate of the cooling water supplied by bypass when the flow rate of the water pump is rapidly increased due to the rapid acceleration in the cold state of the engine to prevent the forced opening of the thermostat and consequently to prevent the warm-up time delay of the engine It is to provide an engine cooling system of the structure.

이를 위해 본 발명은 라디에이터 출구 수로에 설치되는 서모스탯과,To this end, the present invention is a thermostat installed in the radiator outlet channel,

상기 서모스탯이 라디에이터 출구 수로를 폐쇄할 때는 개방되고 반대로 열릴때는 닫히게 되며, 라디에이터를 우회하여 냉각수를 워터펌프로 안내하는 바이패스라인을 포함하는 엔진 냉각 시스템에 있어서,In the engine cooling system including a bypass line for the thermostat is open when closing the radiator outlet channel and closed when the reverse opening, bypassing the radiator to guide the coolant to the water pump,

상기 바이패스라인과 병렬로 설치되어 냉각수를 바이패스시키는 보조바이패스라인과;An auxiliary bypass line installed in parallel with the bypass line to bypass the cooling water;

상기 보조바이패스라인의 도중에 워터펌프의 토출유량과 상기 바이패스관로의 유량 통과 능력과의 차이에 의한 차압 발생시 개방되도록 설치되는 체크밸브;를 구비하는 것을 특징으로 한다.And a check valve installed to open when a differential pressure occurs due to a difference between the discharge flow rate of the water pump and the flow rate through the bypass pipe in the middle of the auxiliary bypass line.

Description

엔진 냉각 시스템{Engine cooling system}Engine cooling system

본 발명은 엔진 냉각 시스템, 특히 엔진의 냉간 시동상태하에서의 급가속시 냉각수 유량 보상장치에 관한 것이다.The present invention relates to an engine cooling system, in particular a cooling water flow rate compensation device during rapid acceleration under the cold starting state of the engine.

엔진시동 후에는 신속하게 냉각수를 적정온도(80℃전후)까지 높이고, 또 장시간의 내리막길 등에서는 엔진이 과냉되는 것을 방지할 필요가 있다.After the engine is started, it is necessary to quickly raise the cooling water to an appropriate temperature (around 80 ° C), and to prevent the engine from being overcooled on a long downhill road.

이때문에 도 3에 도시하는 것과 같이 수냉식 엔진 냉각 시스템에 있어서 실린더 헤드 라디에이터 수로 출구(2)에 냉각 수온에 따라 작동하는 서모스탯(1)을 장착하여 냉각수온이 낮은 엔진의 냉간시동시에는 라디에이터출구수로(2)를 닫아 엔진을 냉각시킨 냉각수가 라디에이터로 유입되지 않고 바이패스관로(9)를 통해 신속히 순환하도록 하므로써 워터재킷내의 수온을 신속히 상승시켜 엔진의 작동을 조기에 정상화하고 있다.For this reason, in the water-cooled engine cooling system as shown in FIG. 3, the cylinder head radiator channel outlet 2 is equipped with a thermostat 1 which operates in accordance with the cooling water temperature. By closing the outlet water passage 2 so that the cooling water that has cooled the engine does not flow into the radiator, it rapidly circulates through the bypass pipe 9, thereby rapidly raising the water temperature in the water jacket to normalize the operation of the engine early.

이와같은 상태에서 냉각수온이 일정온도 이상으로 상승하게 되면 왁스체의 열팽창에 의해 서모스탯(1)은 서서히 열리게 되며(이때 바이패스관로는 닫히게 된다), 이에 따라 냉각수는 라디에이터로 유입되어 방열 냉각된 후 엔진에 공급되도록 구성되어 있다.In this state, if the temperature of the cooling water rises above a certain temperature, the thermostat 1 is gradually opened due to thermal expansion of the wax body (the bypass pipe is closed at this time). Accordingly, the cooling water flows into the radiator and radiates heat. It is configured to be supplied to the engine after.

그러나 상기한 종래의 엔진 냉각 시스템에 의하면 바이패스라인(9)의 통과 유량이 엔진의 아이들 및 저속 운전에 맞추어 설계되었기 때문에 엔진이 웜업 되기전 급가속이 있게 되면 워터펌프(11)의 냉각수 송출량이 급증하는 반면 바이패스라인(9)를 통해 순환하는 유량이 부족하여 그 유량 차이만큼 부압이 발생하게 되며, 그 압력차가 1,2 bar 이상이면 냉각수온과 관계없이 서모스탯(1)이 강제로 열리게되어 냉각수가 라디에이터를 경유하게 되므로써 엔진의 웜업 시간이 그만큼 길어져 연료 과다소모와 배기가스 악화등 여러가지 문제를 유발하고 있다.However, according to the conventional engine cooling system described above, since the flow rate of the bypass line 9 is designed for the idle and low speed operation of the engine, if the rapid acceleration occurs before the engine warms up, the amount of cooling water discharged from the water pump 11 is increased. On the other hand, there is a shortage of flow rate circulating through the bypass line (9), so that negative pressure is generated by the difference in flow rate. When the pressure difference is more than 1,2 bar, the thermostat (1) is forced to open regardless of the cooling water temperature. As the coolant passes through the radiator, the warm-up time of the engine is increased, causing various problems such as excessive fuel consumption and exhaust gas deterioration.

이를 도 4에 그래프로 표시하였는바, 바이패스라인(9)(히터 순환용 관로(12)에 의한 유량 포함)의 유량곡선(Q₁)과 워터펌프(11)의 송출유량곡선(Q₂)은 기준 rpm(2500∼3000rpm)(N점) 기점으로 역전 현상을 일으키게 된다.Bar, a bypass line it hayeotneun graphed in Figure 4 (9) dispensing flow rate curve (Q ₂₎ of the flow curve (Q ₁₎ and the water pump 11 (including the flow rate by the heater circulation conduit (12)) The reversal phenomenon occurs at the reference rpm (2500 to 3000 rpm) (N point) starting point.

즉, 냉간시동시 기준 rpm까지에는 워터펌프(11)에서 요구되는 유량(Q₁)보다 바이패스라인(9)의 통과 유량(Q₂)이 크기 때문에 서모스탯(1)의 작동이 정상을 유지하게 되나, 급가속등으로 인해 엔진 rpm이 기준 rpm을 초과하게 되면 워터펌프(11)의 고회전에 따른 펌핑유량(Q'₁)이 갑자기 증가하게 되는 반면 일정한 단면적의 바이패스라인(9)를 통한 공급유량(Q'₂)은 그다지 증가하지 않으므로써 유량 부족이 워터펌프 전후에 큰 압력차를 가져와 라디에이터 출구수로(2)를 차단하고 있는 서모스탯(1)을 강제로 끌어내려 개방하게 되는 것에 의해서 냉각수가 라디에이터를 경유하게 되어 엔진의 웜업 시간이 증대되고 그만큼 엔진의 정상화가 늦어지게 되는 것이다.That is, since the flow rate Q ₂ of the bypass line 9 is larger than the flow rate Q ₁ required by the water pump 11 up to the reference rpm at the time of cold start, the operation of the thermostat 1 is kept normal. However, when the engine rpm exceeds the reference rpm due to rapid acceleration, the pumping flow rate Q ' ₁ due to the high rotation of the water pump 11 suddenly increases, while the bypass line 9 has a constant cross-sectional area. The supply flow rate (Q ' ₂ ) does not increase so much that the shortage of the flow causes a large pressure difference before and after the water pump, forcing the thermostat (1) blocking the radiator outlet channel (2) to be pulled open. As a result, the coolant passes through the radiator, which increases the warm-up time of the engine and slows down the normalization of the engine.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 엔진의 냉간 상태에서 급가속으로 인하여 워터펌프의 송출유량이 급증할 때 바이패스 공급되는 냉각수 유량을 증대시키므로써 서모스탯의 강제 개방 방지 및이에따른 엔진의 웜업 시간 지연을 방지하는 구조의 엔진 냉각 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above point, and its purpose is to forcibly open the thermostat by increasing the flow rate of the cooling water supplied by bypass when the flow rate of the water pump increases rapidly due to rapid acceleration in the cold state of the engine. It is an object of the present invention to provide an engine cooling system having a structure that prevents and consequently prevents a warm up time delay of an engine.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 라디에이터 출구 수로에 설치되는 서모스탯과,The present invention is a thermostat installed in the radiator outlet channel to achieve the above object,

상기 바이패스라인과 병렬로 설치되며, 바이패스라인만을 통해 순환되는 냉각수의 량이 부족시 추가하여 냉각수를 바이패스시키는 통로로 사용되는 보조바이패스라인과;An auxiliary bypass line installed in parallel with the bypass line and used as a passage for bypassing the coolant by adding a quantity of coolant circulated through the bypass line only;

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각 시스템을 나타내는 도면1 shows an engine cooling system according to the present invention.

도 2는 본 발명의 냉각수 유량과 엔진 회전수의 관계를 나타낸 그래프Figure 2 is a graph showing the relationship between the coolant flow rate and the engine speed of the present invention

도 3은 종래의 엔진 냉각수 시스템3 is a conventional engine coolant system

도 4는 종래 엔진 냉각 시스템의 냉각 수량과 엔진 회전수의 관계를 나타낸 그래프4 is a graph showing the relationship between the number of cooling and the engine speed of the conventional engine cooling system

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing

1 : 서모스탯 2 : 라디에이터 출구 수로1: thermostat 2: radiator outlet channel

3 : 펠릿 5 : 주밸브3: pellet 5: main valve

7,8,14 : 스프링 6 : 바이패스밸브7,8,14 Spring 6: Bypass valve

9 : 바이패스라인 10 : 워터펌프 입구라인9: bypass line 10: water pump inlet line

11 : 워터펌프 12 : 히터라인11: water pump 12: heater line

13 : 보조바이패스라인 15 : 볼13: auxiliary bypass line 15: ball

16 : 체크밸브 17,18 : 밸브시트16: check valve 17, 18: valve seat

19 : 밸브실19: valve chamber

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각 시스템을 나타내는 도면으로서 도면중 부호 1은 라디에이터 출구수로(2)에 설치되는 서모스탯이다. 서모스탯(1)은 통상적 구조의 왁스펠릿형으로서 냉각수온에 반응하여 팽창과 수축을 반복하는 왁스를 내부에 밀봉한 펠릿(3)과 스핀들(4), 주밸브(5) 및 바이패스밸브(6)와 리턴스프링(7)(8)등으로 구성되어 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing an engine cooling system according to the present invention, in which 1 is a thermostat installed in a radiator outlet channel 2. The thermostat (1) is a wax pellet of a conventional structure, the pellet (3) and the spindle (4), the main valve (5) and the bypass valve (6) sealed therein wax that repeats expansion and contraction in response to cooling water temperature. ) And return springs (7) and (8).

그리고 부호 9는 바이패스라인이고, 부호 10은 워터펌프(11) 입구라인이며, 부호 12는 난방을 위한 히터라인이다.Reference numeral 9 is a bypass line, reference numeral 10 is a water pump 11 inlet line, and reference numeral 12 is a heater line for heating.

상기 바이패스라인(9)과 병행하여서 보조바이패스라인(13)이 마련되고, 보조바이패스라인(13)의 도중에는 스프링(14)과 볼(15)로 구성되는 체크밸브(16)가 설치되어 있다.The auxiliary bypass line 13 is provided in parallel with the bypass line 9, and a check valve 16 composed of a spring 14 and a ball 15 is provided in the middle of the auxiliary bypass line 13. have.

이와같이 종래와 구별되는 본 발명의 특징적 구성은 보조바이패스라인(13)이 추가되고, 그 보조바이패스라인(13)을 특정 운전 조건하에서 개방 작동하게 되는 체크밸브(16)가 구비되어 있는 점이다.The characteristic configuration of the present invention, which is distinguished from the prior art, is that the auxiliary bypass line 13 is added, and the check valve 16 is provided to open the auxiliary bypass line 13 under specific operating conditions. .

이러한 기술적 구성에 의한 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation process by this technical configuration is as follows.

엔진의 시동 초기 웜업되기 전에는 냉각수의 온도가 매우 낮으므로 펠릿(3) 내부에 봉입된 왁스는 수축하고 리턴스프링(7)의 탄발력에 의해 주밸브(5)가 밀어 올려져 밸브시트(17)에 당접하므로써 라디에이터 출구수로(2)를 차단하게 되어 라디에이터측으로 냉각수가 순환하는 것이 차단된다.Since the temperature of the coolant is very low before the engine warms up, the wax encapsulated inside the pellet 3 contracts and the main valve 5 is pushed up by the elastic force of the return spring 7 to the valve seat 17. By contacting, the radiator outlet channel 2 is blocked, and the circulation of the cooling water to the radiator side is blocked.

이와 동시에 바이패스밸브(6)는 리턴스프링(8)을 압축하면서 펠릿(3)과 함께 상승하여 밸브시트(18)로부터 떨어져 바이패스관로(9)가 개방되게 된다.At the same time, the bypass valve 6 ascends with the pellet 3 while compressing the return spring 8 so as to be separated from the valve seat 18 so that the bypass pipe 9 is opened.

이에따라 엔진을 순환하고 나온 냉각수는 라디에이터측으로 흐르지 아니하고 개방된 바이패스관로(9)를 통해 워터펌프(11)측에 유입되므로 냉각수온을 신속히 올려 웜업(warm up) 시간을 단축하게 된다.Accordingly, the cooling water circulated through the engine flows into the water pump 11 through the open bypass pipe 9 without flowing to the radiator side, thereby rapidly increasing the temperature of the cooling water to shorten the warm-up time.

그런데 엔진이 아직 웜업 되기 이전(냉각수온이 여전히 낮음)에 엔진의 급가속 작동이 있게 되면 엔진의 rpm이 급상승하며, 이에따라 워터펌프(11)가 고속 회전하여 워터펌프의 송출유량이 크게 증가하게 된다.However, if the engine is suddenly accelerated before the engine is still warmed up (the cooling water temperature is still low), the rpm of the engine is rapidly increased. Accordingly, the water pump 11 rotates at a high speed, thereby greatly increasing the output flow rate of the water pump. .

반면에 바이패스라인(9)의 유량통과 단면적이 작아 통과 유량이 워터펌프 송출 유량을 충족시키지 못하게 되므로써 워터펌프 전후의 압력차가 커지게 되어 밸브실(19)내에 부압이 형성되어지게 된다.On the other hand, since the flow passage and the cross-sectional area of the bypass line 9 are small, the passage flow rate does not satisfy the water pump discharge flow rate, so that the pressure difference before and after the water pump becomes large, and negative pressure is formed in the valve chamber 19.

이 압력차가 일정치, 통상 1,2bar 이상 형성되면 리턴스프링(7)의 탄성력보다 그 부압이 커지기 때문에 주밸브(5)가 하강하려고 하나, 그 이전에 리턴스프링(7)보다 더 낮은 탄성력을 가진 체크밸브(16)의 스프링(14)이 볼(15)에 의해 압축되면서 열려(볼(15)의 양측의 압력차가 스프링 탄성보다 커지게 되는 순간부터 열림) 보조 바이패스라인(13)을 개방하게 되며, 이에따라 바이패스라인(9)뿐 아니라 보조바이패스라인(13)을 통해서도 밸브실(19)내로 냉각수 유량이 공급되므로써 워터펌프(11)의 송출유량을 보상하게 되는 것이며, 자연히 서모스탯(1)은 개방되지 않게 되는 것이다.When the pressure difference is formed at a constant value, usually 1,2 bar or more, the main valve 5 tries to lower because the negative pressure becomes larger than the elastic force of the return spring 7, but before that, the check having a lower elastic force than the return spring 7 is performed. The spring 14 of the valve 16 is opened by being compressed by the ball 15 (opened from the moment when the pressure difference between the two sides of the ball 15 becomes larger than the spring elasticity) to open the auxiliary bypass line 13. Accordingly, the cooling water flow rate is supplied to the valve chamber 19 through the auxiliary bypass line 13 as well as the bypass line 9 to compensate the flow rate of the water pump 11, and naturally the thermostat 1 Is not open.

여기서 물론 히터라인(12)을 통해서도 밸브실(19)내로 냉각수가 유입되는 것은 종래와 동일하다.Here, of course, the coolant flows into the valve chamber 19 through the heater line 12 as in the prior art.

도 2에 본 발명의 유량과 엔진 회전수(rpm)의 관계를 도시하였는바, 기준 rpm(N점), 예를들면 2500rmp 까지는 워터펌프(11)의 송출유량(Q₁)보다 바이패스라인(9)과 히터라인(12)에 의한 공급유량(Q₂)이 많기 때문에 보조바이패스라인(13)의 개방은 불필요하다.2 shows the relationship between the flow rate of the present invention and the engine speed (rpm), the reference rpm (N point), for example, up to 2500 rpm, the bypass line (Q ₁ ) than the discharge flow rate Q ₁ of the water pump 11 9) and the opening of the auxiliary bypass line 13 is unnecessary because the supply flow rate Q ₂ by the heater line 12 is large.

그러나 기준 rpm(N점)을 넘어서 엔진이 급가속되면 체크밸브(16)가 열려 보조바이패스관로(13)를 통하여 유량 보상 행위가 이루어지므로 일점쇄선으로 도시(Q₄)한 것과 같이 거의 워터펌프의 요구량(Q₃)을 충족하게 되는 것이다.However, if the engine is rapidly accelerated beyond the reference rpm (N point), the check valve 16 opens and the flow compensation is performed through the auxiliary bypass line 13, so that the water pump is almost as shown by the dashed-dotted line (Q ₄ ). To meet the requirement of Q ₃ .

이와같은 상태에서 엔진이 웜업되어 냉각수온이 정상치(80℃전후)에 다다르면 그 냉각수온에 의해 펠릿(3)속의 왁스가 팽창하게 되며, 스핀들(4)에 지지된채 주밸브(5)가 리턴스프링(7)을 압축하면서 하강하여 라디에이터 출구수로(2)를 개방하게 되며, 반면 바이패스밸브(6)는 하강하여 밸브시트(18)에 밀착하여 바이패스라인(9)을 차단(보조바이패스라인은 체크밸브에 의해 차단당함)하게 되며, 엔진을 냉각시킨 냉각수는 바이패스라인(9)이나 보조바이패스라인(13)을 통하여 흐르지 못하고 라디에이터측으로 흘러 방열 냉각된 후 밸브실(19)을 거쳐 워터펌프(11)측으로 순환하게 되는 것이다.In this state, when the engine warms up and the cooling water temperature reaches a normal value (around 80 ° C), the wax in the pellet 3 is expanded by the cooling water temperature, and the main valve 5 is returned to the spindle 4 while being supported by the spindle 4. (7) descends while compressing to open the radiator outlet channel (2), while the bypass valve (6) descends and closes to the valve seat (18) to shut off the bypass line (9). Line is blocked by the check valve), and the coolant that cooled the engine does not flow through the bypass line 9 or the auxiliary bypass line 13, but flows to the radiator side to be radiated and cooled, and then through the valve chamber 19. It is to circulate to the water pump (11) side.

이상과 같은 본 발명은 엔진의 냉간 시동시 냉각수를 라디에이터를 경유하지 아니하고 바이패스시키는 바이패스라인과 병행하여 보조바이패스 라인을 설치한 후 엔진 웜업전 급가속 구동으로 인해 워터펌프의 송출유량이 급증하게 될때 보조바이패스라인을 개방하여 유량 보상을 할 수 있도록 체크밸브를 설치하는 것에 의해서, 엔진 급가속 운전에 따른 서모스탯의 강제 개방을 막아 웜업 시간 지연을 방지하게 되므로써 연비 악화 및 배기가스 악화를 방지하고 엔진 각부의 조기 마모를 예방하게 되는 효과가 있다.According to the present invention as described above, after installing the auxiliary bypass line in parallel with the bypass line for bypassing the coolant without passing through the radiator during cold start of the engine, the output flow rate of the water pump is rapidly increased due to the rapid acceleration driving before engine warm-up. In this case, by installing a check valve to compensate the flow rate by opening the auxiliary bypass line, it prevents forced opening of the thermostat due to the rapid acceleration operation of the engine and prevents warm-up time delay, thereby reducing fuel consumption and exhaust gas. Prevents premature wear of engine parts.

Claims

라디에이터 출구 수로에 설치되는 서모스탯과,A thermostat installed in the radiator outlet channel,

상기 바이패스라인과 병렬로 설치되며, 상기 바이패스라인만을 통해 순환되는 냉각수의 량이 부족시 추가하여 냉각수를 바이패스시키기 위한 통로로 사용되는보조바이패스라인과;An auxiliary bypass line installed in parallel with the bypass line and used as a passage for bypassing the cooling water by adding a quantity of cooling water circulated through the bypass line only;

상기 보조바이패스라인의 도중에 워터펌프의 토출유량과 상기 바이패스관로의 유량 통과 능력과의 차이에 의한 차압 발생시 개방되도록 설치되는 체크밸브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각 시스템.And a check valve installed to open when a differential pressure occurs due to a difference between the discharge flow rate of the water pump and the flow rate through the bypass pipe in the middle of the auxiliary bypass line.

제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

상기 체크밸브의 볼을 지지하는 스프링의 탄성력이 상기 서모스탯의 주밸브를 지지하는 리턴스프링보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각 시스템.And an elastic force of a spring supporting the ball of the check valve is set smaller than a return spring supporting the main valve of the thermostat.

제 2 항에 있어서,The method of claim 2,

상기 워터펌프의 송출유량이 상기 바이패스관로의 공급유량보다 높게 될 때 상기 체크밸브가 열리도록 스프링 상수가 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각시스템.And a spring constant is determined so that the check valve opens when the discharge flow rate of the water pump becomes higher than the supply flow rate to the bypass pipe.