KR101558394B1 - 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템은, 연소행정을 통해서 회전력을 발생시키고, 배기라인을 통해서 배기가스를 배출하는 엔진, 상기 엔진을 지나는 냉각수를 오일쿨러, 히터코어, 및 라디에이터로 선택적으로 순환시키는 통합유량제어밸브, 상기 통합유량제어밸브에서 상기 오일쿨러 또는 상기 히터코어로 전달되는 냉각수와 열에너지를 교환하도록 배치되는 열교환기, 상기 열교환기를 지나는 냉각수가 가열되도록, 엔진에서 배출되는 배기가스를 상기 열교환기로 전달하는 배기가스전달라인, 상기 배기가스전달라인의 일측에 배치되어 배기가스유로를 선택적으로 차단하도록 배치되는 제어밸브, 및 상기 엔진을 순환하는 냉각수의 온도가 낮을 경우에, 상기 제어밸브를 오픈시켜 상기 열교환기를 통해서 상기 오일쿨러 또는 상기 히터코어로 전달되는 냉각수를 가열하도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템{ENGINE SYSTEM HAVING MULTI FLOW RATE CONTROL VALVE}
본 발명은 엔진과 라디에이터, 히터코어, 및 오일쿨러를 지나는 냉각수를 각각 제어하여 냉각효율을 향상시키고, 연료소모를 줄일 수 있는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템에 관한 것이다.
엔진은 연료의 연소에 의해서 회전력을 발생시키고, 나머지는 열에너지로 배출된다. 특히, 냉각수는 엔진, 히터, 및 라디에이터를 순환하면서 열에너지를 흡수하고, 이를 외부로 방출한다.
엔진의 냉각수 온도가 낮으면, 오일의 점성이 높아져서 마찰력이 증가하고, 연료소모가 늘어나는 경향이 있고, 배기가스의 온도가 천천히 상승하여 촉매가 활성화되는 시간이 길어지고, 배기가스의 품질이 저하될 수 있다. 아울러, 히터의 기능이 정상화되는 시간이 길어져서 승객 및 운전자가 추울 수 있다.
엔진의 냉각수 온도가 과도하면, 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해서 점화시기를 조절하여 성능이 저하될 수 있다. 또한, 윤활유의 온도가 과도하면 윤활작용이 저하될 수 있다.
따라서, 엔진의 특정부위는 냉각수의 온도를 높게 유지하고, 다른 부위는 낮게 유지하는 등 하나의 밸브를 통해서 여러 개의 냉각요소를 제어하는 하나의 통합 유량 제어밸브가 적용되고 있다.
아울러, 냉각수의 온도가 낮은 경우에 윤활유의 점도가 높아져 연료소모가 늘어나고, 늘어난 연료소모에 의해서 연소효율이 저하되며, 배기가스에 유해물질이 증가될 수 있다. 또한, 냉각수의 온도가 낮은 경우에 실내 난방을 위한 히터의 효율이 저하되는 문제점도 있다.
본 발명의 목적은 냉각수의 온도가 낮은 상태에서 엔진을 가동할 때, 냉각수의 온도를 신속하게 높임으로써, 윤활유의 점도를 정상화하고, 엔진에서 소모되는 연료소모량을 줄이는 동시에 배기가스에 포함된 유해물질을 줄일 수 있으며, 히터의 효율을 신속하세 정상화시키는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템은, 연소행정을 통해서 회전력을 발생시키고, 배기라인을 통해서 배기가스를 배출하는 엔진, 상기 엔진을 지나는 냉각수를 오일쿨러, 히터코어, 및 라디에이터로 선택적으로 순환시키는 통합유량제어밸브, 상기 통합유량제어밸브에서 상기 오일쿨러 또는 상기 히터코어로 전달되는 냉각수와 열에너지를 교환하도록 배치되는 열교환기, 상기 열교환기를 지나는 냉각수가 가열되도록, 엔진에서 배출되는 배기가스를 상기 열교환기로 전달하는 배기가스전달라인, 상기 배기가스전달라인의 일측에 배치되어 배기가스유로를 선택적으로 차단하도록 배치되는 제어밸브, 및 상기 엔진을 순환하는 냉각수의 온도가 낮을 경우에, 상기 제어밸브를 오픈시켜 상기 열교환기를 통해서 상기 오일쿨러 또는 상기 히터코어로 전달되는 냉각수를 가열하도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 통합유량제어밸브는, 내부에 장착공간이 형성되는 밸브하우징, 상기 장착공간에 회전가능하게 배치되고, 중심부에 길이방향으로 공간이 형성되고, 상기 공간에서 외측으로 연결되는 출구가 형성되는 원통형밸브, 및 상기 출구가 상기 공급라인과 연결되도록 상기 원통형밸브를 회전시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 공급라인의 선단부가 삽입되는 파이프형태로, 그 단부면은 상기 원통형밸브의 외주면에 슬라이딩되도록 밀착되어, 실링구조를 형성하는 실링부재, 및 상기 실링부재를 상기 원통형밸브의 외주면 측으로 탄성지지하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 엔진의 실린더블록 또는 실린더헤드를 순환한 냉각수가 상기 통합유량제어밸브로 공급되고, 상기 통합유량제어밸브의 작동상태에 따라서 냉각수가 상기 히터코어, 상기 오일쿨러, 또는 상기 라디에이터로 선택적으로 순환될 수 있다.
상기 배기라인에는 상기 엔진의 배기측에 배치되는 배기매니폴드, 상기 배기매니폴드의 하류측에 배치되어 배기가스에 의해서 작동되는 터보차저, 및 상기 터보차저의 하류측에 배치되어 배기가스를 정화하는 DPF가 배치되고, 상기 가스전달라인은 상기 배기매니폴드에서 분기되어 상기 DPF의 하류측 상기 배기라인으로 다시 합류될 수 있다.
상기 제어밸브는 오/오프되거나 개도율이 연속적으로 제어될 수 있다.
상기 배기라인에서 상기 엔진의 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키는 재순환라인, 및 상기 재순환라인에 설치되는 이지알쿨러를 포함하고, 상기 통합유량제어밸브는 상기 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급할 수 있다.
상기 오일쿨러는 상기 엔진을 윤활하는 오일을 냉각 또는 가열하도록 상기 엔진에 배치될 수 있다.
상기 히터코어는 상기 통합유량제어밸브에서 공급되는 냉각수를 통해서 차량 내부의 공기를 가열하도록 배치될 수 있다.
상기 엔진은, 연소실이 형성되는 실린더블록, 및 흡기포트와 배기포트가 형성되고 상기 실린더블록의 상부에 배치되는 실린더헤드를 포함하고, 상기 통합유량제어밸브는 상기 실린더헤드를 통해서 배출되는 냉각수를 공급받고, 이를 상기 라디에이터, 상기 히터코어, 또는 상기 오일쿨러로 분배할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 냉각수의 온도가 낮은 상태에서 배기가스를 통해서 냉각수의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있다.
냉각수의 온도가 신속하게 상승하고, 이를 통해서 히터의 동작을 신속하게 정상화하고, 오일쿨러를 통해서 오일을 신속하게 히팅함으로써 엔진의 전체적인 연료소모를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 전체적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 일부 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 유량 제어밸브의 단면도 및 시스템의 일부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 배치관계를 보여주는 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명과 관련된 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 전체적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진시스템은 실린더블록(150), 실린더헤드(155), 통합유량제어밸브(110), 오일쿨러(140), 히터코어(130), 라디에이터(120), 이지알쿨러(100), 냉각수펌프(160), 배기매니폴드(400), 배기가스전달라인(235), 열교환기(220), 및 제어부(200)를 포함한다.
냉각수는 상기 냉각수펌프(160)에 의해서 펌핑되어, 상기 실린더블록(150)과 상기 실린더헤드(155)를 지나고, 상기 통합유량제어밸브(110)로 공급된다.
상기 통합유량제어밸브(110)로 공급된 냉각수는 운행조건과 냉각수온에 따라서 상기 오일쿨러(140), 상기 히터코어(130), 상기 라디에이터(120), 또는 상기 이지알쿨러(100)로 선택적으로 공급된다.
엔진의 상기 실린더블록(150)에는 연소실이 형성되고, 상기 실린더헤드(155)에는 흡기포트와 배기포트가 형성되고, 상기 흡기포트로는 흡기라인이 연결되고, 상기 배기라인(410)으로는 배기라인이 연결된다.
상기 배기라인(410)에서 상기 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키도록 이지알라인이 배치되고, 상기 이지알라인에는 재순환되는 배기가스를 냉각시키는 상기 이지알쿨러(100)가 배치된다.
상기 오일쿨러(140)는 상기 실린더블록(150)에 장착되어, 공급되는 냉각수에 의해서 오일을 쿨링시키거나 오일을 히팅시키는 기능을 하고, 상기 히터코어(130)는 공급되는 냉각수에 의해서 차량의 실내공기를 히팅시키는 기능을 수행한다. 아울러, 상기 라디에이터(120)는 고온의 냉각수의 열을 외부로 방출하는 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 통합유량제어밸브(110)와 상기 오일쿨러(140) 사이 및 상기 통합유량제어밸브(110)와 상기 히터코어(130) 사이에는 열교환기(220)가 배치되고, 상기 열교환기(220)는 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 지나고, 상기 통합유량제어밸브(110)에서 공급되는 냉각수가 열에너지를 교환할 수 있도록 배치된다.
즉, 냉각수의 온도가 낮은 경우에, 상기 열교환기(220)를 지나는 배기가스는 상기 열교환기(220)를 지나는 냉각수를 히팅함으로써, 상기 통합유량제어밸브(110)에서 상기 히터코어(130) 및 상기 오일쿨러(140)로 공급되는 냉각수에 의해서, 상기 오일쿨러(140)를 지나는 오일의 온도를 신속하게 상승시킨다. 아울러, 실내 공기를 신속하게 히팅할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 일부 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 엔진의 상기 실린더헤드(155)에서 상기 통합유량제어밸브(110)로 냉각수가 공급되고, 상기 통합유량제어밸브(110)는 상기 이지알쿨러(100), 상기 라디에이터(120), 상기 히터코어(130), 또는 상기 오일쿨러(140)로 냉각수를 선택적으로 공급한다.
상기 통합유량제어밸브(110)에서 상기 히터코어(130) 및 상기 오일쿨러(140)로 연결되는 냉각수라인에는 상기 열교환기(220)가 설치되고, 상기 열교환기(220)는 상기 실린더헤드(155)에 배치되는 배기매니폴드(400, 도 4)로부터 배기가스전달라인(235)을 통해서 배기가스를 전달받는다. 그리고, 상기 열교환기(220)를 지나는 배기가스는 다시 배기라인(410)으로 합류된다.
상기 배기가스전달라인(235)에는 배기가스의 흐름을 제어하는 제어밸브(230)가 배치되고, 상기 제어밸브(230)에는 솔레노이드밸브가 적용될 수 있다. 상기 제어밸브(230)는 온/오프 제어되거나, 개도율을 0에서 100까지 조절할 수 있다.
냉각수의 온도가 설정수치보다 낮은 경우에는 상기 제어밸브(230)가 최대한 오픈되어 배기가스가 냉각수를 신속하게 히팅하도록 하고, 냉각수의 온도가 높은 경우에는 상기 제어밸브(230)가 닫히거나 개도율을 줄임으로써 냉각수의 온도를 하강제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 멀티 유량 제어밸브의 단면도 및 시스템의 일부 구성도이다. 도 3에서는 도 2와 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 차이점에 대해서 주로 설명한다.
도 3을 참조하면, 통합유량제어밸브(110)는 모터하우징(300), 출력기어(305), 피동기어(310), 회전축(315), 밸브하우징(302), 원통형밸브(320), 실링부재(324), 및 탄성부재(326)를 포함하고, 냉각수입구(325), 제3공급라인(340), 제1공급라인(330), 및 제2공급라인(335)과 각각 연결된다.
상기 냉각수입구(325)를 통해서 상기 실린더헤드(155)에서 공급된 냉각수는 상기 원통형밸브(320)의 중심부로 흐른다. 그리고, 상기 원통형밸브(320)에는 중심부에서 외부로 통하는 출구(321)가 각각 형성된다. 상기 출구(321)와 대응하여 상기 밸브하우징(302)에는 상기 제3공급라인(340), 상기 제1공급라인(330), 및 상기 제2공급라인(335)이 각각 배치된다.
상기 모터하우징(300) 내부에 배치되는 모터에 의해서 상기 출력기어(305)가 회전하면, 상기 피동기어(310)가 회전하고, 상기 피동기어(310)와 연결된 상기 회전축(315)이 회전하면, 상기 원통형밸브(320)가 회전하는 구조를 갖는다.
상기 원통형밸브(320)의 회전에 따라서 상기 출구(321)가 상기 제3공급라인(340), 상기 제1공급라인(330), 또는 상기 제2공급라인(335)과 대응되면, 냉각수가 상기 라디에이터(120), 상기 히터코어(100), 또는 상기 오일쿨러(140)로 선택적으로 공급된다.
상기 원통형밸브(320)의 외주면과 상기 공급라인들 사이에는 실링부재(324)와 탄성부재(326)가 배치된다. 상기 실링부재(324)는 짧은 파이프 형태로, 상기 공급라인의 단부가 삽입되는 구조를 가지고 있으며, 상기 실링부재(324)의 선단면은 상기 원통형밸브(320)의 외주면에 밀착되며, 상기 탄성부재(326)는 상기 실링부재(324)를 상기 원통형밸브 측으로 탄성적으로 지지하여, 상기 실링부재(324)가 상기 원통형밸브(320)와 실링구조를 형성하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 배치관계를 보여주는 개략적인 구성도이다. 도 4에서는 도 1,2,3과 비교하여 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 차이점에 대해서 주로 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 실린더헤드(155) 또는 상기 실린더블록(150)에는 배기가스를 배출하는 배기매니폴드(400)가 장착되고, 상기 배기매니폴드(400)에는 배기라인(410)이 연결된다.
상기 배기라인(410)에는 터보차저(430), 및 DPF(420)가 순차적으로 배치되고, 상기 배기가스전달라인(235)은 상기 배기매니폴드(400)에서 분기되어 상기 열교환기(220)를 거쳐서 상기 DPF(420)의 하류측 상기 배기라인(410)으로 합류된다.
상기 배기매니폴드(400)의 배기압력은 비교적 높고, 상기 DPF(420)의 하류측의 배가압력은 비교적 낮아서, 상기 제어밸브(230)가 열리면, 상기 배기매니폴드(400)의 배기가스는 상기 배기가스전달라인(235), 상기 열교환기(220)를 거쳐서 상기 DPF(420)의 하류측 상기 배기라인(410)으로 이동한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 통합유량제어밸브(110)에 상기 열교환기(220)가 장착되는 구조를 가지고, 상기 제어밸브(230)도 상기 열교환기(220) 또는 상기 통합유량제어밸브(110)에 장착될 수 있다.
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.
100: 이지알쿨러 110: 통합유량제어밸브
120: 라디에이터 130: 히터코어
140: 오일쿨러 150: 실린더블록
155: 실린더헤드 160: 냉각수펌프
200: 제어부 220: 열교환기
235: 배기가스전달라인 230: 제어밸브
400: 배기매니폴드 410: 배기라인
420: DPF 430: 터보차저

Claims (10)

  1. 연소행정을 통해서 회전력을 발생시키고, 배기라인을 통해서 배기가스를 배출하는 엔진;
    상기 엔진을 지나는 냉각수를 각 공급라인을 통해서 오일쿨러, 히터코어, 및 라디에이터로 선택적으로 순환시키는 통합유량제어밸브;
    상기 통합유량제어밸브에서 상기 오일쿨러 또는 상기 히터코어로 전달되는 냉각수와 열에너지를 교환하도록 배치되는 열교환기;
    상기 열교환기를 지나는 냉각수가 가열되도록, 엔진에서 배출되는 배기가스를 상기 열교환기로 전달하는 배기가스전달라인;
    상기 배기가스전달라인의 일측에 배치되어 배기가스유로를 선택적으로 차단하도록 배치되는 제어밸브; 및
    상기 엔진을 순환하는 냉각수의 온도가 낮을 경우에, 상기 제어밸브를 오픈시켜 상기 열교환기를 통해서 상기 오일쿨러 또는 상기 히터코어로 전달되는 냉각수를 가열하도록 하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 통합유량제어밸브는,
    내부에 장착공간이 형성되는 밸브하우징;
    상기 장착공간에 회전가능하게 배치되고, 중심부에 길이방향으로 공간이 형성되고, 상기 공간에서 외측으로 연결되는 출구가 형성되는 원통형밸브; 및
    상기 출구가 상기 공급라인과 연결되도록 상기 원통형밸브를 회전시키는 구동부; 를 포함하고,
    상기 공급라인의 선단부가 삽입되는 파이프형태로, 그 단부면은 상기 원통형밸브의 외주면에 슬라이딩되도록 밀착되어, 실링구조를 형성하는 실링부재; 및
    상기 실링부재를 상기 원통형밸브의 외주면 측으로 탄성지지하는 탄성부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 엔진의 실린더블록 또는 실린더헤드를 순환한 냉각수가 상기 통합유량제어밸브로 공급되고, 상기 통합유량제어밸브의 작동상태에 따라서 냉각수가 상기 히터코어, 상기 오일쿨러, 또는 상기 라디에이터로 선택적으로 순환되는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 엔진의 배기측에 배치되는 배기매니폴드; 를 포함하고,
    상기 배기라인에는
    상기 배기매니폴드의 하류측에 배치되어 배기가스에 의해서 작동되는 터보차저; 및
    상기 터보차저의 하류측에 배치되어 배기가스를 정화하는 DPF; 가 배치되고,
    상기 가스전달라인은 상기 배기매니폴드에서 분기되어 상기 DPF의 하류측 상기 배기라인으로 다시 합류되는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 제어밸브는 오/오프되거나 개도율이 연속적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 배기라인에서 상기 엔진의 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키는 재순환라인; 및
    상기 재순환라인에 설치되는 이지알쿨러; 를 포함하고,
    상기 통합유량제어밸브는 상기 이지알쿨러로 냉각수를 선택적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 오일쿨러는 상기 엔진을 윤활하는 오일을 냉각 또는 가열하도록 상기 엔진에 배치되는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  9. 제1항에서,
    상기 히터코어는 상기 통합유량제어밸브에서 공급되는 냉각수를 통해서 차량 내부의 공기를 가열하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  10. 제1항에서,
    상기 엔진은,
    연소실이 형성되는 실린더블록; 및
    흡기포트와 배기포트가 형성되고 상기 실린더블록의 상부에 배치되는 실린더헤드; 를 포함하고,
    상기 통합유량제어밸브는 상기 실린더헤드를 통해서 배출되는 냉각수를 공급받고, 이를 상기 라디에이터, 상기 히터코어, 또는 상기 오일쿨러로 분배하는 것을 특징으로 하는 통합 유량 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
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