KR101542990B1 - 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브 - Google Patents

이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브 Download PDF

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이종호
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브는, 제1워터자켓과 제2워터자켓이 형성되는 실린더헤드, 상기 실린더헤드의 일측에 배치되고, 배기가스를 흡기측으로 재순환시키는 이지알라인에 설치되는 이지알쿨러, 상기 실린더헤드의 일측에 배치되고, 공급되는 냉각수에 의해서 공기를 뎁히는 히터, 및 상기 제1워터자켓과 상기 제2워터자켓에서 공급되는 냉각수를 각각 제어하여, 상기 히터로는 항상 냉각수를 공급하되, 냉각수의 온도에 따라서 상기 이지알쿨러로는 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브를 포함할 수 있다.

Description

이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브{COOLANT CONTROL VALVE THAT SELECTIVELY SUPPLIES EGE COOLER WITH COOLANT}
본 발명은 이지알밸브 대신에 엔진의 운행조건에 따라서 이지알쿨러로 냉각수를 순환시키거나 순환시키지 않는 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배기가스는 연료가 실린더 내에서 고온·고압으로 압축되어 팽창된 다음 배기 매니폴드를 통해 대기 속으로 배출된다.
이러한 배기가스는 대부분 수증기와 이산화탄소이며, 그 밖에 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)등의 유해물질을 포함하고 있다.
배기가스 재순환장치(이지알: Exhaust Gas Recirculation System)는 상기 배기가스 중의 질소산화물을 감소시키는 수단으로서 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드로 다시 돌려보내어 혼합기가 연소될 때 연소 온도를 낮추어 상기 질소산화물(NOx)의 생성량을 저감시키도록 하는 것이다.
즉, 상기 질소산화물(Nox)은 연소온도를 저하시켜 발생량을 감소시킬 수 있고, 이러한 연소온도는 연소속도의 영향을 가장 많이 받는 것이므로 실린더 혼합기 자체의 공연비를 변화시키지 않고 밀도를 저하시키게 된다.
그러므로 연소속도가 저하되고 연소온도의 상승이 억제되면, 결과적으로 질소산화물을 저감시킬 수 있게 된다.
한편 배기가스 재순환밸브(이지알 밸브: Exhaust Gas Recirculation Valve)는 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 설치되어 공전 및 워밍업 이외의 회전에서만 이지알 밸브의 제어에 의해 통로를 개폐한다.
공전 및 워밍업 전에는 작동되지 않다가 공전 및 워밍업 이외의 회전에서 스로틀 밸브가 열리는 양에 따라 이지알밸브를 열어 엔진의 흡기 매니폴드에 배기가스의 일부를 재순환시켜 가능한 한 엔진 출력의 감소를 최소로 하면서 연소온도를 낮추어 질소산화물(Nox)의 배출량을 감소시키는 역할을 한다.
배기가스 재순환장치는 이지알 파이프, 상기 이지알 파이프 상에 설치되어 상기 이지알 파이프의 개폐 작용을 하는 이지알 밸브, 상기 이지알 파이프 상에 설치되어 상기 이지알 파이프를 통과하는 배기가스를 냉각하는 이지알 쿨러로 구성된다.
상기 이지알 쿨러의 일측에는 엔진의 냉각수가 유입되는 유입구가 형성되고 타측에는 이지알 쿨러를 통과하면서 냉각작용을 완료한 냉각수가 배출되는 배출구가 형성된다.
한편, 이지알밸브를 통해서 이지알쿨러를 지나는 냉각수를 제어하는 구조로, 그 부품을 구비하기 위해서 비용이 증가하고, 별도로 이지알밸브를 제어하기 위한 액추에이터가 필요하다.
도 7은 본 발명과 관련된 기술을 보여주는 이지알쿨러를 보여주는 개략적인 구성도이다. 도 7을 참조하면, 이지알라인(710), 이지알쿨러(560), 바이패스라인(700), 바이패스밸브(730), 및 이지알밸브(720)를 포함한다.
배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 이지알가스는 이지알라인(710), 이지알쿨러(560)를 지나서, 흡기라인으로 합류되는데, 운행상태에 따라서, 이지알가스는 상기 이지알쿨러(560)를 바이패스하는 상기 바이패스라인(700)을 흐르고, 이를 위해서 바이패스밸브(730)가 추가로 필요하고, 별도의 액추에이터 등이 필요하다.
본 발명의 목적은 이지알밸브와 이를 구동하는 액추에이터를 대신하도록 기존의 냉각수 제어밸브의 구조를 개선하여 부품의 개수와 생산비용을 줄이는 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브는, 제1워터자켓과 제2워터자켓이 형성되는 실린더헤드, 상기 실린더헤드의 일측에 배치되고, 배기가스를 흡기측으로 재순환시키는 이지알라인에 설치되는 이지알쿨러, 상기 실린더헤드의 일측에 배치되고, 공급되는 냉각수에 의해서 공기를 뎁히는 히터, 및 상기 제1워터자켓과 상기 제2워터자켓에서 공급되는 냉각수를 각각 제어하여, 상기 히터로는 항상 냉각수를 공급하되, 냉각수의 온도에 따라서 상기 이지알쿨러로는 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브를 포함할 수 있다.
상기 냉각수제어밸브는, 내부에 장착공간이 형성되는 밸브바디, 원통형으로 길이방향 중심축을 중심으로 회전가능하게 상기 장착공간의 내부에 장착되고, 그 선단부 중심부의 냉각수입에는 차단벽이 형성되는 실링링, 냉각수의 온도에 따라서 상기 실링링을 회전시키는 모터, 및 상기 밸브바디에 장착되고, 상기 실링링의 회전위치에 따라서 상기 차단벽에 의해서 개폐되도록 상기 제1워터자켓과 연결되는 제1통로가 형성되고, 상기 제2통로와 인접하여 상기 제2워터자켓과 연결되어 상기 히터로 항상 냉각수를 공급하는 제2통로가 형성되는 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 차단벽은 반원형이고, 상기 제1통로는 상기 차단벽과 대응하는 반원형일 수 있다.
상기 실링링에는 그 내부로 공급되는 냉각수를 라디에이터로 선택적으로 공급하는 냉각수출구가 내부에서 외부로 형성되되, 상기 냉각수출구는 상기 실링링의 회전방향으로 일정한 범위에 형성될 수 있다.
상기 제1통로는 상기 제1워터자켓에 연결되고, 상기 제2통로는 상기 제2워터자켓에 연결되되, 상기 밸브바디는 상기 플레이트를 통해서 상기 실린더헤드의 외측에 부착되어 고정될 수 있다.
상기 제1워터자켓 아래에 상기 제2워터자켓이 형성되고, 이에 대응하여 상기 제1통로 아래에 상기 제2통로가 형성될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 기존의 이지알밸브와 이를 제어하는 액추에이터를 삭제함으로써, 부품의 개수와 생산비용을 줄일 수 있다.
아울러, 기존의 냉각수제어밸브의 구조를 비교적 간단한 구조로 개선함으로써 비용을 절감하고 제어를 보다 용이하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브의 일부 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브가 장착되는 실린더헤드의 일부 사시도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브의 작동상태를 각각 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브가 적용되는 냉각수 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명과 관련된 기술을 보여주는 냉각수 제어밸브의 일부 분해사시도이다.
도 7은 본 발명과 관련된 기술을 보여주는 이지알쿨러를 보여주는 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 냉각수 제어밸브(110)는 밸브바디(105), 및 플레이트(100)를 포함하고, 상기 플레이트(100)에는 제1통로(120)와 제2통로(115)가 상하 방향으로 설정된 간격을 두고 형성된다.
상기 제1통로(120)로 유입된 냉각수는 이지알쿨러(560)와 라디에이터(500)로 선택적으로 공급된다. 그리고, 상기 제2통로(115)로 공급되는 냉각수는 항상 히터(510)로 공급된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브의 일부 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 밸브하우징(105) 내부에 형성되는 장착공간에는 실링링(210)이 삽입된다. 상기 실링링(210)은 모터(200)에 의해서 회전하는 구조로, 제어부(미도시)는 냉각수의 온도에 따라서 상기 모터(200)를 작동시켜서 상기 실링링(210)을 회전시킨다.
상기 실링링(210)은 형태는 파이프 형태로 그 외주면과 상기 밸브바디(105)의 장착공간의 내주면 사이에 슬라이딩되어, 이들 사이에 실링구조를 형성한다.
상기 실링링(210)의 앞쪽에는 냉각수입구(215)가 형성되고, 상기 냉각수입구 일부 영역에는 차단벽(220)이 형성된다. 그리고, 상기 실링링(210)의 내부에서 외부로 형성되는 냉각수출구(205)가 형성된다.
도시한 바와 같이, 상기 냉각수입구(215)는 원형을 가지되, 상기 냉각수입구(215)에는 반원형의 차단벽(220)이 형성된다. 따라서, 상기 냉각수입구(215)와 상기 차단벽(220)은 반원형의 형태를 가지며, 이들은 하나의 원형을 형성한다.
상기 플레이트(100)에는 상기 실링링(210)의 상기 냉각수입구(215)와 대응하여 제1통로(120)가 형성되고, 상기 제1통로(120)는 상기 차단벽(220) 또는 상기 냉각수입구(215)와 대응하여 반원형의 형태를 갖는다.
본 발명의 실시예에서 상기 모터(200)가 상기 실링링(210)을 회전시키면, 상기 실링링(210)의 선단부의 상기 냉각수출구(205)에 형성되는 상기 차단벽(220)이 상기 제1통로(120)를 선택적으로 차단시켜, 상기 이지알쿨러(560)로 공급되는 냉각수가 제어된다.
그리고, 상기 제2통로(115)로 공급되는 냉각수는 상기 실링링(210)을 거치지 않고, 상기 밸브바디(105)의 내부에 형성되는 별도의 통로를 통해서 상기 히터(510)로 항상 공급된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브가 장착되는 실린더헤드의 일부 사시도이다.
도 3을 참조하면, 실린더헤드(300)에는 제1워터자켓(305)와 제2워터자켓(310)가 형성되고, 상기 제1워터자켓(305)를 지나는 냉각수는 상기 제1통로(120)로 공급되고, 상기 제2워터자켓(310)를 지나는 냉각수는 상기 제2통로(115)로 공급된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 플레이트(100)는 상기 밸브바디(105)와 함께 상기 실린더헤드(300)에 직접 체결되어 상기 제1워터자켓(305) 및 제2워터자켓(310)로부터 상기 제1통로(120) 및 상기 제2통로(115)를 통해서 냉각수를 직접 공급받는 구조를 가지며, 상기 제1워터자켓(305) 및 제2워터자켓(310)는 상하 방향으로 간격을 두고 형성된다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브의 작동상태를 각각 보여준다.
도 4의 (a)를 참조하면, 냉각수의 온도가 설정온도보다 낮을 경우에, 상기 실링링(210)의 상기 차단벽(220)이 상기 제1통로(120)를 차단하여, 상기 이지알쿨러(560)로 냉각수가 공급되지 않고, 상기 제2통로(115)를 통해서 상기 히터(510)로 냉각수가 공급된다.
도 4의 (b)를 참조하면, 냉각수의 온도가 설정온도보다 높을 경우에, 상기 실링링(210)의 상기 냉각수입구(215)에 의해서 상기 제1통로(120)가 오픈되어, 상기 이지알쿨러(560)로 냉각수가 공급되고, 상기 제2통로(115)를 통해서 상기 히터(510)로 냉각수가 공급된다.
도 4에서 상기 실링링(210)의 상기 냉각수출구(205)를 통해서 상기 라디에이터(500)로는 선택적으로 냉각수가 공급된다. 특히, 냉각수의 온도에 따라서 상기 실링링(210)으로 유입된 냉각수는 상기 실링링(210)의 상기 냉각수출구(205)를 통해서 상기 라디에이터(500)로 냉각수가 공급된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브가 적용되는 냉각수 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 냉각수 시스템은 실린더블록(540), 실린더헤드(300), 냉각수제어밸브(110), 이지알쿨러(560), 냉각수펌프(530), 오일쿨러(520), 히터(510), 및 라디에이터(500)를 포함한다.
상기 냉각수펌프(530)에 의해서 펌핑되는 냉각수는 상기 실린더블록(540)과 상기 실린더헤드(300)를 통과해서 상기 냉각수제어밸브(110)로 공급되고, 상기 냉각수제어밸브(110)는 상기 이지알쿨러(560), 상기 히터(510), 및 상기 라디에이터(500)로 공급되는 냉각수를 제어한다.
아울러, 상기 냉각수펌프(530)에서 펌핑되는 냉각수는 상기 실린더블록(540)을 통해서 상기 오일쿨러(520)를 지난다.
도 6은 본 발명과 관련된 기술을 보여주는 냉각수 제어밸브의 일부 분해사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 실링링(210)에는 차단벽(220)이 형성되지 않고, 원형으로 오픈된 냉각수입구(215)가 형성되는 구조로, 상기 모터(200)가 상기 실링링(210)을 회전시키더라도 항상 상기 실링링(210)으로 냉각수가 공급되는 구조를 갖는다.
따라서, 전술한 바와 같이, 상기 실링링(210)의 냉각수입구에 차단벽(220)이 형성되지 않음으로써 제어의 자유도가 떨어지고, 냉각수의 흐름을 다양하게 제어할 수 없다.
그러나, 본 발명의 실시예에서, 상기 실링링(210)의 냉각수입구(215)에 차단벽(220)을 형성하고, 이에 대응하여 플레이트(100)에 제1통로(120)를 형성하여, 냉각수의 유입을 용이하게 차단할 수 있으며, 플레이트(100)에는 별도의 제2통로(115)를 형성하고, 이러한 제2통로(115)로 유입된 냉각수는 실링링(210)을 통하지 않고, 밸브바디(105)를 통해서 바로 히터(510)로 공급할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 플레이트 105: 밸브바디
110: 냉각수제어밸브 115: 제2통로
120: 제1통로 200: 모터
205: 냉각수출구 210: 실링링
215: 냉각수입구 300: 실린더헤드
305: 제1워터자켓 310: 제2워터자켓
500: 라디에이터 510: 히터
520: 오일쿨러 530: 냉각수펌프
540: 실린더블록 560: 이지알쿨러

Claims (6)

  1. 제1워터자켓과 제2워터자켓이 형성되는 실린더헤드;
    상기 실린더헤드의 일측에 배치되고, 배기가스를 흡기측으로 재순환시키는 이지알라인에 설치되는 이지알쿨러;
    상기 실린더헤드의 일측에 배치되고, 공급되는 냉각수에 의해서 공기를 뎁히는 히터; 및
    상기 제1워터자켓과 상기 제2워터자켓에서 공급되는 냉각수를 각각 제어하여, 상기 히터로는 항상 냉각수를 공급하되, 냉각수의 온도에 따라서 상기 이지알쿨러로는 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브; 를 포함하고,
    상기 냉각수제어밸브는,
    내부에 장착공간이 형성되는 밸브바디;
    원통형으로 길이방향 중심축을 중심으로 회전가능하게 상기 장착공간의 내부에 장착되고, 그 선단부 중심부의 냉각수입구에는 차단벽이 형성되는 실링링;
    냉각수의 온도에 따라서 상기 실링링을 회전시키는 모터; 및
    상기 밸브바디에 장착되고, 상기 실링링의 회전위치에 따라서 상기 차단벽에 의해서 개폐되도록 상기 제1워터자켓과 연결되는 제1통로가 형성되고, 상기 제1통로와 인접하여 상기 제2워터자켓과 연결되어 상기 히터로 항상 냉각수를 공급하는 제2통로가 형성되는 플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 차단벽은 반원형이고, 상기 제1통로는 상기 차단벽과 대응하는 반원형인 것을 특징으로 하는 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브.
  4. 제1항에서,
    상기 실링링에는 그 내부로 공급되는 냉각수를 라디에이터로 선택적으로 공급하는 냉각수출구가 내부에서 외부로 형성되되,
    상기 냉각수출구는 상기 실링링의 회전방향으로 일정한 범위에 형성되는 것을 특징으로 하는 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브.
  5. 제1항에서,
    상기 제1통로는 상기 제1워터자켓에 연결되고, 상기 제2통로는 상기 제2워터자켓에 연결되되, 상기 밸브바디는 상기 플레이트를 통해서 상기 실린더헤드의 외측에 부착되어 고정되는 것을 특징으로 하는 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브.
  6. 제1항에서,
    상기 제1워터자켓 아래에 상기 제2워터자켓이 형성되고, 이에 대응하여 상기 제1통로 아래에 상기 제2통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 냉각수 제어밸브.
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