KR101703627B1 - 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템은, 냉각수가 흐르는 냉각수통로들이 형성된 밸브하우징, 상기 냉각수통로들을 각각 개폐하도록 배치되는 밸브들, 및 상기 밸브들을 누르거나 당겨서 상기 밸브들이 상기 냉각수통로들을 각각 개폐하도록 배치되는 구동부, 및 상기 밸브들 중 적어도 하나의 내부에는 바이패스통로가 형성되고, 상기 바이패스통로 상에 배치되어 냉각수온에 따라서 상기 바이패스통로를 개폐하는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.

Description

냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템{ENGINE SYSTEM HAVING COOLANT CONTROL VALVE}
본 발명은 라디에이터, 히터, 오일쿨러 등으로 분배되는 냉각수를 각각 제어하되, 냉각수의 과열 조건에서 냉각수를 바이패스 시켜서 냉각시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 냉각수 제어밸브유닛을 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 냉각수 제어밸브유닛이 적용되고 있다.
하나의 냉각수 제어밸브 유닛을 이용하여 냉각수를 제어할 때, 냉각수 제어밸브 유닛이 고착되어 제대로 작동되지 않을 수 있고, 이러한 경우에 냉각수가 과열되는 것을 방지하기 위해서 냉각수 제어밸브 유닛에 별도의 바이패스통로와 바이패스밸브가 설치되어야 한다.
그러나, 별도의 바이패스통로와 바이패스밸브를 냉각수 제어밸브 유닛에 배치함으로써 중량이 늘어나고, 부품의 수가 증가하며, 냉각수 제어밸브 유닛의 부피가 증가한다. 아울러, 생산비용 및 유지보수 비용이 증가할 수 있다.
본 발명의 목적은 바이패스통로와 바이패스밸브의 배치구조를 개선하여 부피를 줄이고, 중량을 감소시키며, 생산비용과 유지보수비용을 절감할 수 있는 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템은, 냉각수가 흐르는 냉각수통로들이 형성된 밸브하우징, 상기 냉각수통로들을 각각 개폐하도록 배치되는 밸브들, 및 상기 밸브들을 누르거나 당겨서 상기 밸브들이 상기 냉각수통로들을 각각 개폐하도록 배치되는 구동부, 및 상기 밸브들 중 적어도 하나의 내부에는 바이패스통로가 형성되고, 상기 바이패스통로 상에 배치되어 냉각수온에 따라서 상기 바이패스통로를 개폐하는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.
연소실이 형성된 실린더블럭, 상기 실린더블럭 위에 체결되고, 상기 연소실과 연결되는 흡기포트와 배기포트가 각각 형성되는 실린더헤드를 포함하고, 상기 밸브하우징은 상기 실린더블럭 또는 상기 실린더헤드의 일측에 배치될 수 있다.
상기 밸브하우징은 상기 실린더헤드의 측면에 설치되고, 상기 실린더헤드와 상기 실린더블럭을 지난 냉각수를 공급받을 수 있다.
상기 냉각수통로들은 오일을 냉각시키는 오일쿨러와 연결되는 제1냉각수통로, 실내를 난방하기 위한 히터와 연결되는 제2냉각수통로, 및 냉각수의 열을 외부로 방출하기 위한 라디에이터와 연결되는 제3냉각수통로를 포함할 수 있다.
상기 밸브들은, 상기 제1냉각수통로를 개폐하도록 배치되는 제1밸브, 상기 제2냉각수통로를 개폐하도록 배치되는 제2밸브, 및 상기 제3냉각수통로를 개폐하도록 배치되는 제3밸브를 포함하고, 상기 바이패스통로는 상기 제3밸브에 형성될 수 있다.
상기 바이패스통로는 상기 제3밸브의 하부면에서 상부측 경사면으로 형성되고, 상기 바이패스밸브가 상기 제3밸브에 형성된 상기 바이패스통로에 배치될 수 있다.
상기 밸브들이 상기 냉각수통로들을 각각 폐쇄하도록 상기 밸브들을 탄성지지하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 바이패스밸브는 냉각수의 온도에 따라서 수축 팽창하는 왁스에 의해서 움직여서 상기 바이패스통로를 개폐하도록 배치되는 슬리브를 포함할 수 있다.
상기 바이패스밸브는, 왁스가 충진된 왁스케이스, 상기 왁스케이스에 일단이 삽입되고, 타단은 외부로 노출되되, 상기 왁스의 수축 팽창에 따라서 상기 왁스케이스 내부로 들어가거나 나오는 피스톤, 상기 피스톤의 움직임에 따라서 상기 바이패스통로를 개폐하는 슬리브, 및 상기 슬리브가 상기 바이패스통로를 개방하도록 상기 슬리브를 탄성지지하는 탄성스프링을 포함할 수 있다.
상기 왁스케이스의 일측에 상기 피스톤이 배치되고, 타측에 상기 슬리브가 배치되며, 상기 왁스케이스와 상기 슬리브가 설정거리를 두고 연결하는 연결로드; 를 포함하고, 상기 연결로드의 반대측에 상기 탄성스프링이 배치될 수 있다.
상기 제3밸브에 체결되어 상기 바이패스밸브를 고정시키는 캡을 더 포함할 수 있다. 상기 바이패스통로는 상기 캡을 관통해서 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템은, 냉각수가 흐르는 냉각수통로, 상기 냉각수통로를 폐쇄하도록 배치되고, 그 내부에 바이패스통로가 형성된 밸브, 상기 밸브를 눌러서 상기 밸브가 상기 냉각수통로를 개방하도록 배치되는 구동부, 및 상기 바이패스통로 상에 배치되어 감지되는 냉각수온에 따라서 상기 바이패스통로를 개폐하는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.
상기 바이패스밸브는 냉각수의 온도에 따라서 수축 팽창하는 왁스에 의해서 움직여서 상기 바이패스통로를 개폐하도록 배치되는 슬리브를 포함할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 별도의 바이패스통로를 상기 밸브 내부에 형성하고, 이에 바이패스밸브를 장착함으로써, 전체적인 냉각수 제어밸브 유닛의 크기를 줄일 수 있고, 중량을 감소시킬 수 있으며, 생산 및 유지보수 비용 등을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템에서 냉각수의 전체적인 흐름을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛의 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛의 정상조건에서 밸브의 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛의 과열조건에서 밸브의 일부 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템에서 냉각수의 전체적인 흐름을 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진시스템은 실린더헤드(100), 실린더블록(110), 냉각수펌프(140), 냉각수 제어밸브 유닛(120), 이지알쿨러(160), 히터코어(170), 라디에이터(130), 및 오일쿨러(150)를 포함한다. 본 발명의 실시예에서, 엔진에 구비되는 다른 구성요소들에 대해서는 공지기술을 참조한다.
상기 냉각수펌프(140)에 의해서 펌핑되는 냉각수는 상기 실린더블록(110)의 일측을 통해서 상기 실린더블록(110)과 상기 실린더헤드(100)로 각각 분배되고, 상기 실린더헤드(100)를 지난 냉각수와 상기 실린더블록(110)을 지난 냉각수는 상기 냉각수 제어밸브 유닛(120)로 공급된다.
상기 냉각수 제어밸브 유닛(120)는 상기 이지알쿨러(160)와 상기 히터코어(170)로 공급되는 냉각수, 상기 라디에이터(130)로 공급되는 냉각수, 및 상기 오일쿨러(150)로 공급되는 냉각수를 각각 제어할 수 있다.
상기 이지알쿨러(160), 상기 히터코어(170), 상기 라디에이터(130), 및 상기 오일쿨러(150)로 공급된 냉각수는 다시 상기 냉각수펌프(140)의 흡입측으로 재순환되는 구조를 갖는다.
상기 히터코어(170)는 냉각수의 열을 이용하여 차량의 실내공기를 데우도록 배치되고, 상기 이지알쿨러(160)는 냉각수를 이용하여 배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 재순환 배기가스를 냉각시키도록 배치되고, 상기 라디에이터(130)는 냉각수의 열을 외부로 방출하도록 배치되고, 상기 오일쿨러(150)는 엔진 또는 변속기를 순환하는 오일을 냉각 또는 가열하도록 배치된다. 아울러, 압력캡은 상기 라디에이터(130)를 순환하는 냉각수의 압력을 설정수치로 유지한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛의 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 냉각수 제어밸브유닛(120)은 밸브하우징(270), 구동부(200), 캠(210), 제1밸브(220), 제2밸브(222), 제3밸브(224), 제1냉각수통로(260), 제2냉각수통로(262), 제3냉각수통로(264), 및 탄성부재(230)를 포함한다.
상기 제3밸브(224) 내부에는 바이패스통로(250)가 형성되고, 상기 바이패스통로(250)에는 바이패스밸브(240)가 배치된다.
상기 밸브하우징(270)에는 상기 오일쿨러(150)와 연결되는 상기 제1냉각수통로(260)가 형성되고, 상기 히터코어(170) 및 상기 이지알쿨러(160)와 연결되는 상기 제2냉각수통로(262)가 형성되고, 상기 라디에이터(130)와 연결되는 제3냉각수통로(264)가 형성된다.
상기 제1밸브(220)는 상기 제1냉각수통로(260)를 개폐하도록 배치되고, 상기 제2밸브(222)는 상기 제2냉각수통로(262)를 개폐하도록 배치되며, 상기 제3밸브(224)는 상기 제3냉각수통로(264)를 개폐하도록 배치된다. 아울러, 상기 탄성부재(230)는 상기 제1,2,3밸브(220, 222, 224)를 각각 상부방향으로 탄성적으로 지지하여 상기 제1,2,3밸브(220, 222, 224)가 상기 제1,2,3냉각수통로(260, 262, 264)를 폐쇄하도록 한다.
상기 캠(210)은 상기 제1,2,3밸브(220, 222, 224)의 상부측에 배치되고, 상기 구동부(200)는 상기 캠(210)을 회전시키도록 배치된다. 상기 캠(210)의 회전위치에 따라서 상기 캠(210)은 상기 제1밸브(220), 상기 제2밸브(222), 또는 상기 제3밸브(224)를 하부로 눌러서 상기 제1냉각수통로(260), 상기 제2냉각수통로(262), 또는 상기 제3냉각수통로(264)를 선택적으로 개방한다.
냉각수의 온도가 설정수치 이상으로 올라가면, 상기 캠(210)을 이용하여 상기 제3밸브(224)를 열고, 냉각수를 상기 라디에이터(130)로 순환시킨다.
한편, 본 발명의 실시예에서, 비정상 상태에서 상기 제3밸브(224)가 열리지 않는 경우에 냉각수의 온도가 과열수치에 도달한다. 그러면, 상기 제3밸브(224)의 바이패스통로(250)에 배치된 상기 바이패스밸브(240)가 열리는 구조를 갖는다.
전술한 바와 같이, 별도의 바이패스통로(250)를 상기 제3밸브(224) 내부에 형성하고, 이에 바이패스밸브(240)를 장착함으로써, 전체적인 냉각수 제어밸브 유닛(120)의 크기를 줄일 수 있고, 중량을 감소시킬 수 있으며, 생산 및 유지보수 비용 등을 절감할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛의 정상조건에서 밸브의 일부 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 제3밸브(224)의 하부면과 상부경사면을 연결하는 바이패스통로(250)가 형성되고, 상기 바이패스통로(250) 상에 상기 바이패스밸브(240)가 배치된다. 아울러, 캡(300)은 상기 제3밸브(224)의 하부면에 체결되어 상기 바이패스밸브(240)를 고정시킨다.
상기 바이패스밸브(240)는 왼쪽에서 오른쪽으로 순차적으로 배치되는 피스톤(305), 왁스케이스(310), 연결로드(315), 슬리브(320), 및 탄성스프링(325)을 포함한다.
상기 피스톤(305)의 일단부는 상기 왁스케이스(310) 안쪽으로 삽입되어 있고, 상기 왁스케이스(310) 안쪽에는 온도에 따라서 수축 또는 팽창하는 왁스가 충진된다. 그리고, 왁스가 팽창되면, 상기 피스톤(305)을 밀어내고, 상기 왁스가 수축되면, 상기 피스톤(305)을 잡아당긴다.
상기 연결로드(315)는 상기 슬리브(320)와 상기 왁스케이스(310)를 연결하고, 상기 탄성부재(230)는 상기 슬리브(320)를 왼쪽으로 탄성지지하여 상기 슬리브(320)가 상기 바이패스통로(250)를 폐쇄하도록 한다.
도시한 바와 같이, 정상조건에서 상기 피스톤(305)은 상기 왁스케이스(310) 안쪽으로 삽입되고, 상기 탄성스프링(325)에 의해서 상기 슬리브(320)가 왼쪽으로 탄성지지되어 상기 슬리브(320)가 상기 바이패스통로(250)를 폐쇄한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브유닛의 과열조건에서 밸브의 일부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 비정상 상태에서 상기 제3밸브(224)가 열리지 않는 경우에 냉각수의 온도가 과열수치에 도달한다.
그러면, 상기 왁스케이스(310) 내부의 왁스가 팽창하여, 상기 피스톤(305)을 왼쪽으로 밀어낸다. 그러면, 상기 왁스케이스(310), 상기 연결로드(315), 및 상기 슬리브(320)가 오른쪽으로 이동하여 상기 바이패스통로(250)는 개방되고, 상기 탄성스프링(325)은 수축된다.
따라서, 과열된 냉각수는 개방된 상기 바이패스통로(250)를 통해서 상기 라디에이터(130)로 순환되고, 상기 라디에이터(130)는 냉각수의 열을 외부로 방출하여, 냉각수의 과열상태를 해소할 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: 실린더헤드 110: 실린더블록
120: 냉각수 제어밸브 유닛 130: 라디에이터
140: 냉각수펌프 150: 오일쿨러
160: 이지알쿨러 170: 히터코어
200: 구동부 210: 캠
220: 제1밸브 222: 제2밸브
224: 제3밸브 230: 탄성부재
240: 바이패스밸브 250: 바이패스통로
260: 제1냉각수통로 262: 제2냉각수통로
264: 제3냉각수통로 270: 밸브하우징
300: 캡 305: 피스톤
310: 왁스케이스 315: 연결로드
320: 슬리브 325: 탄성스프링

Claims (14)

  1. 냉각수가 흐르는 냉각수통로들이 형성된 밸브하우징;
    상기 냉각수통로들을 각각 개폐하도록 배치된 밸브들; 및
    상기 밸브들을 누르거나 당겨서 상기 밸브들이 상기 냉각수통로를 개폐하도록 배치되는 구동부; 및
    상기 밸브들 중 적어도 하나에서, 냉각수가 흐르는 방향으로 일면에서 타면으로 바이패스통로가 형성되고,
    냉각수온에 따라서 상기 바이패스통로를 지나는 냉각수를 제어하는 바이패스밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  2. 제1항에서,
    연소실이 형성된 실린더블럭;
    상기 실린더블럭 위에 체결되고, 상기 연소실과 연결되는 흡기포트와 배기포트가 각각 형성되는 실린더헤드;
    를 포함하고, 상기 밸브하우징은 상기 실린더블럭 또는 상기 실린더헤드의 일측에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 밸브하우징은 상기 실린더헤드의 측면에 설치되고, 상기 실린더헤드와 상기 실린더블럭을 지난 냉각수를 공급받는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 냉각수통로들은
    오일을 냉각시키는 오일쿨러와 연결되는 제1냉각수통로;
    실내를 난방하기 위한 히터와 연결되는 제2냉각수통로; 및
    냉각수의 열을 외부로 방출하기 위한 라디에이터와 연결되는 제3냉각수통로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 밸브들은,
    상기 제1냉각수통로를 개폐하도록 배치되는 제1밸브;
    상기 제2냉각수통로를 개폐하도록 배치되는 제2밸브; 및
    상기 제3냉각수통로를 개폐하도록 배치되는 제3밸브; 를 포함하고,
    상기 바이패스통로는 상기 제3밸브에 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 바이패스통로는 상기 제3밸브의 하부면에서 상부측 경사면으로 형성되고, 상기 바이패스밸브가 상기 제3밸브에 형성된 상기 바이패스통로에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 밸브들이 상기 냉각수통로들을 각각 폐쇄하도록 상기 밸브들을 탄성지지하는 탄성부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  8. 제1항에서,
    상기 바이패스밸브는
    냉각수의 온도에 따라서 수축 팽창하는 왁스에 의해서 움직여서 상기 바이패스통로를 개폐하도록 배치되는 슬리브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  9. 제1항에서,
    상기 바이패스밸브는,
    왁스가 충진된 왁스케이스;
    상기 왁스케이스에 일단이 삽입되고, 타단은 외부로 노출되되, 상기 왁스의 수축 팽창에 따라서 상기 왁스케이스 내부로 들어가거나 나오는 피스톤;
    상기 피스톤의 움직임에 따라서 상기 바이패스통로를 개폐하는 슬리브; 및
    상기 슬리브가 상기 바이패스통로를 개방하도록 상기 슬리브를 탄성지지하는 탄성스프링;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 왁스케이스의 일측에 상기 피스톤이 배치되고, 타측에 상기 슬리브가 배치되며, 상기 왁스케이스와 상기 슬리브가 설정거리를 두고 연결하는 연결로드; 를 포함하고,
    상기 연결로드의 반대측에 상기 탄성스프링이 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  11. 제5항에서,
    상기 제3밸브에 체결되어 상기 바이패스밸브를 고정시키는 캡;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 바이패스통로는 상기 캡을 관통해서 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  13. 냉각수가 흐르는 냉각수통로;
    상기 냉각수통로를 폐쇄하도록 배치되고, 일면에서 타면으로 냉각수가 흐르는 바이패스통로가 형성된 밸브;
    상기 밸브를 눌러서 상기 밸브가 상기 냉각수통로를 개방하도록 배치되는 구동부; 및
    감지되는 냉각수온에 따라서 상기 바이패스통로를 개폐하여, 상기 바이패스통로를 통해서 흐르는 냉각수를 제어하는 바이패스밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
  14. 제13항에서,
    상기 바이패스밸브는
    냉각수의 온도에 따라서 수축 팽창하는 왁스에 의해서 움직여서 상기 바이패스통로를 개폐하도록 배치되는 슬리브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 밸브유닛을 갖는 엔진시스템.
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