KR102330699B1 - 내연기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 연소 엔진(10)과; 냉각수 펌프(40), 주 냉각기(38), 가열 열교환기(36), 연소 엔진(10) 내의 냉각수 채널들(28, 30), 및 적어도 하나의 국소 냉각수 온도에 따라 냉각수의 폐루프 제어식 분배를 위한 액추에이터(26)를 가진 제어 장치(20)를 포함하는 냉각 시스템;을 구비한 내연기관에 관한 것으로, 상기 내연기관은, 제어 장치(20)가 연결 라인을 통해 냉각수 보상 탱크(106)와 연결될 수 있고, 상기 제어 장치(20)는, 일측 방향으로의 액추에이터(26)의 작동 시, 제1 일차 위치(80)에서 연소 엔진(10)의 냉각수 채널들(28, 30) 및 가열 열교환기(36)를 통과하는 냉각수 유동을 허용하고, 주 냉각기(38)를 통과하는 냉각수 유동은 차단하며, 나아가 상기 연결 라인을 폐쇄하고; 제2 일차 위치(96)에서 상기 연결 라인을 개방하며; 제3 일차 위치(126)에서 주 냉각기(38)를 통과하는 냉각수 유동을 추가로 허용하는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관

본 발명은 냉각 시스템을 포함한 내연기관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 내연기관의 냉각 시스템을 냉각수로 충전하기 위한 방법에 관한 것이다.

자동차용 내연기관은, 일반적으로, 하나 이상의 냉각 회로 내의 하나 또는 복수의 펌프에 의해 냉각수가 펌핑되고, 이와 동시에 열 에너지는 냉각 회로 내에 통합된 컴포넌트들, 특히 연소 엔진 및 오일 냉각기 및/또는 급기 냉각기에 의해 흡수되는 냉각 시스템을 포함한다. 그에 이어서, 상기 열 에너지는 주변 열교환기, 이른바 주 냉각기 또는 주 수냉기 내에서, 그리고 일시적으로는 가열 열교환기 내에서 주변 공기로 방출되며, 가열 열교환기의 경우에는 자동차 실내의 공기 조절을 위해 제공되는 주변 공기로 방출된다.

오늘날 자동차의 냉각 시스템은 복수의 냉각 회로를 포함하는 경우가 많다. 예컨대, 일부 섹션에서 통합 형성되는 이른바 대형 냉각 회로 또는 주 냉각 회로 및 소형 냉각 회로를 제공하며, 냉각수는 서모스탯 제어식 밸브에 의해 대형 냉각 회로 또는 소형 냉각 회로를 경유하여 안내되는 점이 공지되어 있다. 이는, 냉각수의 온도에 따라서 수행되며, 그럼으로써 예컨대 내연기관의 웜업 단계에서, 냉각수가 지정된 작동 온도 범위에 아직 도달하지 않았다면, 상기 냉각수는 소형 냉각 회로 내에서 이송되고, 그럼으로써 주 냉각기, 다시 말해 냉각수가 주변 공기로의 열 전달을 통해 주로 냉각되는 주변 열교환기가 우회된다. 그와 반대로, 냉각수가 지정된 작동 온도 범위에 도달했다면, 서모스탯 제어식 밸브에 의해 냉각수는 대형 냉각 회로 내에서 이송되며, 그럼으로써 냉각수로부터 주변 공기로의 열 전달을 통해 냉각 시스템의 과열이 방지된다. 그에 반해, 제2 주변 열교환기로서 가열 열교환기는 규칙적으로 소형 냉각 회로 내에 통합되며, 그럼으로써 이미 내연기관의 웜업 단계에서 자동차 실내의 난방이 가능해지게 된다.

냉각 시스템의 냉각수 펌프(주 냉각수 펌프)는 규칙적으로 내연기관의 연소 엔진에 의해 기계적으로 구동된다. 그에 따라, 냉각수 펌프의 이송 용량은 기본적으로 연소 엔진의 크랭크 샤프트가 회전하는 회전수에 비례한다. 비록 연소 엔진의 증가하는 회전수와 함께 냉각 용량 수요(cooling capacity requirement)도 증가하는 경향이 있지만, 펌프의 작동을 통해 이론상 달성 가능한 냉각 용량은 여러 작동 상태에서 실질적인 냉각 용량 수요에 상응하지 않는다. 모든 작동 상태에서 충분히 높은 냉각 용량이 가용해야 하기 때문에, 기계적으로 구동되는 상기 펌프들은 수 배 더 초과 치수로 설계된다. 그러므로 자동차의 연료 요구량을 감소시키려는 노력으로 인해, 체적 이송 유량과 관련한 한계 이내에서 폐루프 모드로 제어될 수 있는 기계 구동 냉각수 펌프들을 개발할 수 있었다. 이처럼 폐루프 모드로 제어 가능한 기계 구동 냉각수 펌프가 예컨대 DE 10 2010 044 167 A1호로부터 공지되어 있다.

오늘날 자동차의 냉각 시스템들의 경우, 냉각수의 체적 유량의 주 제어(main control)는 폐루프 제어 가능한 냉각수 펌프들에 의해 수행될 수 있는 한편, 각각 상이한 냉각 요구량을 갖는 개별 컴포넌트들에 대한 체적 유량의 분배는, 능동적으로 특히 서모스탯들을 통해 제어되는 밸브들에 의해 개루프 모드로 제어될 수 있다. 예컨대 DE 103 42 935 A1호는, 연소 엔진에 의해 기계 구동 펌프를 포함하는 냉각 회로를 구비한 내연기관을 개시하고 있다. 그에 따라, 펌프의 이송 체적 유량은 연소 엔진의 회전수에 따라 좌우된다. 특히 연소 엔진의 실린더/크랭크 케이스 및 실린더 헤드의 냉각 채널들처럼 냉각 회로 내에 통합되는 복수의 열교환기, 및 내연기관에 의해 구동되는 자동차의 실내 난방을 위한 가열 열교환기에 대해 개별적으로 매칭되는 냉각수의 체적 유량들을 달성하기 위해, 각각 개별적으로 제어될 수 있는 복수의 제어 밸브가 냉각 회로 내에 통합된다. 또한, DE 103 42 935 A1호는, 실린더/크랭크 케이스 및 실린더 헤드의 채널들이 병렬로 상호 연결됨으로써 상기 컴포넌트들을 위한 냉각 용량을 개별적으로 개루프 모드로 제어하는 것이 가능해지는 점도 개시하고 있다. DE 103 42 935 A1호로부터 공지된 냉각 시스템은 상대적으로 복잡하다.

특허 청구항 제1항의 전제부에 따른 내연기관은 DE 10 2014 219 252 A1호에 기술되어 있다. 상기 내연기관은, 제1 차단 밸브를 가동시키는 액추에이터; 및 단계적으로 제1 차단 밸브에 의해 종동되는 제2 차단 밸브;에 의해, 비교적 간단한 방식으로, 내연기관의 냉각 시스템의 다양한 컴포넌트들로의, 작동에 따라 매칭되는 냉각수 공급을 실현할 수 있게 하는 제어 장치를 포함한다.

자동차의 냉각 시스템의 우수한, 특히 효율적인 냉각 용량을 위해, 상기 냉각 시스템이 최대한 완전하게 배기되는 점이 중요하다. 그에 따라, 한편으로, 냉각 회로의 충전 과정 동안, 특히 최초 충전 시 또는 유지보수의 범주에서 재충전 시, 냉각 회로 내에 포함되어 있고 유입 냉각수에 의해 밀려나가는 공기가 최대한 완전히 배출되어야 한다. 또한, 자동차 및 그에 따른 냉각 시스템의 작동 중에, 확실하게 배출되어야 하는 가스가 증발 과정을 통해 발생할 수 있다. 이는 특히, 냉각 회로가 물의 (압력에 따른) 비등 온도를 상회하는 냉각수의 작동 온도에 부합하게 구성될 때 적용된다. 그러면, 냉각 회로 내에서 집수되거나 모여진 물은 증발하고, 그에 상응하게 배출되어야 한다.

자동차의 냉각 시스템의 배기는 이른바 보상 탱크를 통해 수행된다. 또한, 상기 보상 탱크는 냉각수의 열로 인한 체적 변화를 보상하는 임무를 가지며, 이를 위해 부분적으로 공기로 충전된다. 배기를 위해, 하나 이상의 배기 라인이 일반적으로 높게 배치되는 냉각 시스템의 위치에서부터 훨씬 더 높게 배치되는 보상 탱크 쪽으로 이어질 수 있다. 또한, 열로 인한 체적 변화의 보상을 위해 하나 이상의 과류 라인이 제공되며, 이 과류 라인을 통해 보상 탱크와, 이 보상 탱크에 과류 라인을 통해 연결된 냉각 회로 사이의 냉각수 교환이 수행될 수 있다.

본 발명의 과제는, 종래 기술에서 출발하여, DE 10 2014 219 252 A1호에 따른 내연기관에서, 훨씬 더 충분히 요구에 적합하게 냉각 시스템의 냉각 용량을 매칭시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 과제는, DE 10 2014 219 252 A1호에 따른 내연기관의 냉각 시스템을 바람직하게 냉각수로 충전할 수 있는 가능성을 제시하는 것이다.

상기 과제들은 특허 청구항 제1항에 따른 내연기관에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 내연기관의 구현예를 통해 가능한, 내연기관의 냉각 시스템에 냉각수를 충전하기 위한 방법은 특허 청구항 제10항의 대상이다. 본 발명에 따른 내연기관의 바람직한 구현예들 및 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들은 또 다른 특허 청구항들의 대상들이며, 그리고/또는 본 발명의 하기 기재내용에 명시된다.

본 발명은, 냉각 시스템 내에 통합된 컴포넌트들 중 적어도 일부에 대해 정의된 작동 온도 범위들에 최대한 빠르게 도달하는 것이 일차 목표인, 내연기관의 웜업 단계 중에 이미, 냉각 시스템이 작동되는 소형 냉각 회로와 보상 탱크 사이에서 냉각수의 적지 않은 교환이 수행된다는 지식을 기반으로 한다. 이는 보상 탱크 내에서 열 에너지의 의도되지 않은 손실을 야기하며, 이런 손실을 통해 특히 내연기관의 연소 엔진의 가열이 작동 온도 범위에 도달할 때까지 지연될 수 있다. 이런 지연되는 가열은 연료 소비량 증가 및 배기가스 배출량 증가와 결부될 수 있다.

그러므로 본 발명의 기본 사상은, 기술한 열 에너지의 손실을 최소화하기 위해, 웜업 단계 동안 이런 경우 능동적으로 이용되는 냉각 회로와 보상 탱크 간의 냉각수 교환을 될 수 있는 한 오래 지연시키는 것이다. 따라서, 냉각 시스템에서 요구에 적합하게 보상 탱크의 기능을 스위칭할 수 있어야 한다. 상기 기능성에도 불구하고 그와 동시에 냉각 시스템의 구조적인 복잡성을 중대하게 증가시키지 않기 위해, 본 발명에 따라서 바람직한 방식으로, DE 10 2014 219 252 A1호로부터 공지된 내연기관의 제어 장치를 위한 추가 스위칭 위치를 통해 상기 기능을 실현하는 점이 제공된다.

이를 위해, 본 발명에 따라서, 적어도 연소 엔진 및 냉각 시스템을 포함하는 내연기관이 제공되며, 냉각 시스템은 하나 이상의 냉각수 펌프와; 주 냉각기와; 가열 열교환기와; 연소 엔진 내의 냉각수 채널들과; 적어도 하나의 국소 냉각수 온도에 따라 냉각수의 폐루프 제어식 분배를 위한 (바람직하게는 전기식, 경우에 따라 유압식, 및/또는 공압식) 액추에이터를 구비한 제어 장치를; 포함한다. 상기 내연기관의 경우, 본 발명에 따라서 추가로, 제어 장치가 연결 라인을 통해 냉각수 보상 탱크와 연결될 수 있고, 상기 제어 장치는 일측 (작동 또는 운동) 방향으로의 액추에이터의 작동 시,

- 제1 일차 위치(primary position)에서 연소 엔진의 냉각수 채널들 및 가열 열교환기를 통과하는 냉각수 유동을 허용하고, 주 냉각기를 통과하는 냉각수 유동은 차단하며, 나아가 연결 라인을 폐쇄하고,

- 제2 일차 위치에서 연결 라인을 추가로 개방하며,

- 제3 일차 위치에서 주 냉각기를 통과하는 냉각수 유동을 추가로 허용한다.

내연기관의 이러한 구성은, 이미 오직 하나의 액추에이터만을 이용하여 냉각 시스템 내에서 냉각수의 바람직한 폐루프 제어 및 분배를 가능하게 한다.

이 경우, 특히, 제어 장치의 제1 위치에서 냉각수의 오직 상대적으로 적은 체적 유량만이 냉각수 펌프에 의해 냉각 시스템의 (주 냉각기를 에워싸는) 소형 냉각 회로를 통해 이송될 수 있으며, 이때 오직 (적어도 부분적으로) 연소 엔진 및 가열 열교환기만이 관류된다. 단지 냉각수의 상대적으로 적은 체적 유량만이 연소 엔진을 통해 이송됨으로 인해, 내연기관의 콜드스타트 후에 냉각수의 상응하는 부분량의 신속한 예열(warming-up); 및 그 결과로 가열 열교환기 및 그와 더불어 (그 구동을 위해 바람직하게 제공된 내연기관을 갖는) 자동차의 난방의 상대적으로 이른 효력 발생;이 달성될 수 있다.

"가열 열교환기"는, 냉각 시스템의 냉각수로부터 자동차 실내의 난방을 위해 제공되는 주변 공기로 열 전달이 수행되는 열교환기를 의미한다.

DE 10 2014 219 252 A1호에 따르는 내연기관에 비해, 본 발명에 따른 내연기관의 경우, 제어 장치에 의해, 냉각 시스템 내로 냉각수 보상 탱크의 요구에 적합한 (유체 전도식) 통합이 추가로 달성된다. 이 경우, 제어 장치를 통한 연결 라인의 개방은 제2 일차 위치에서, 내연기관의 콜드스타트 이후, 보상 탱크를 이용하여 냉각수의 배기 또는 그 체적 변화의 보상이 필요할 때 비로소, 연소 엔진 내에서 냉각수의 이미 현저한 가열을 기반으로 이를 실행할 수 있게 한다. 그럼으로써, 내연기관의 콜드스타트 후에 보상 탱크 내의 열 에너지의 손실에 의해 연소 엔진의 최대한 신속한 가열에 부정적인 영향이 미치는 점이 방지될 수 있다.

그런 다음, 제어 장치의 제3 일차 위치에서, 특히 오직 냉각수의 냉각만을 목적으로 냉각수로부터 주변 공기로의 열 전달을 통해 냉각 시스템 또는 이 냉각 시스템 내에 통합된 컴포넌트들의 과열을 방지하는 주 냉각기의 접속이 수행된다. 그에 따라, 제어 장치의 제3 위치에서 냉각수는 냉각 시스템의 대형 냉각 회로 내에서 이송될 수 있다.

제어 장치와 보상 탱크를 연결하는 연결 라인은, 바람직하게는 내연기관의 작동 중에 공기의 수용을 위해 제공된 보상 탱크의 한 섹션과 제어 장치를 연결하는 배기 라인일 수 있다. 그 결과, 그와 동시에 제어 장치의 효율적인 배기가 달성될 수 있다. 그러나 기본적으로 연결 라인은, 내연기관의 작동 중에 냉각수의 수용을 위해 제공된 보상 탱크의 한 섹션과 제어 장치를 연결하는 과류 라인일 수도 있다.

본 발명에 따른 내연기관은 내연기관의 작동 중에 냉각 시스템의 바람직하고 요구에 적합한 배기를 가능하게 할 뿐만 아니라, 특히 내연기관의 비작동 중에, 예컨대 조립 또는 유지보수 작업의 범주에서 냉각 시스템의 바람직한 냉각수 충전도 가능하게 한다. 이를 위해, 본원 방법에 따라, 냉각 시스템을 충전하기 위한 제어 장치는, 냉각 시스템의 내부에서 냉각수의 실질적으로 완전한 분배뿐만 아니라, 제3 일차 위치에서 여전히 개방된 연결 라인을 통해 냉각 시스템으로부터 유입된 냉각수에 의해 밀려나는 공기의 배기도 보장되는 제3 일차 위치로 조정될 수 있다.

본 발명에 따른 내연기관은 바람직하게 가열 열교환기를 우회하는 바이패스를 추가로 포함할 수 있으며, 이 경우 추가로 제어 장치는 액추에이터의 작동 시,

- 제1 일차 위치에서, 그리고 바람직하게는 제2 일차 위치에서도 바이패스 및 주 냉각기를 통과하는 냉각수 유동을 차단하며,

- 제2 일차 위치에 이어지는 제1 중간 위치에서 상기 바이패스를 통과하는 냉각수 유동을 추가로 허용한다.

제어 장치의 제1 중간 위치에서의 바이패스의 추가 접속을 통해, 내연기관의 작동 온도가 증가할 때, 계속 소형 냉각 회로 내에서 그리고 그에 따라 주 냉각기를 우회하여, 연소 엔진을 통해 상대적으로 더 많은 체적 유량의 냉각수가 이송됨으로써, 냉각 시스템의 과열이 방지될 수 있다. 이 경우, 가열 열교환기의 유동 가이드들; 및 상기 가열 열교환기 쪽으로 그리고 그로부터 멀어지는 방향으로 안내되는 냉각 시스템의 라인들;의 횡단면들에 의해 한정되는, 가열 열교환기를 통과하는 최대 체적 유량이 바람직하게 상대적으로 적게 치수 설계되고, 그 결과 제어 장치의 제2 위치에서 냉각수의 전체 체적 유량이 가열 열교환기를 통해 안내될 수 없고 안내되어서도 안되기 때문에, 가열 열교환기를 우회하는 바이패스가 바람직할 수 있다. 이는 특히, 가열 열교환기가 제어 장치의 제1 일차 위치에서 그리고 이에 후속하는 모든 위치에서 냉각수에 의해 관류될 수 있기 때문에 그렇다.

제3 일차 위치에서 전체 냉각수가 가열 열교환기 및 주 냉각기를 통해 안내되는 점을 보장하기 위해, 본 발명에 따른 내연기관의 한 바람직한 구현예에서, 제어 장치가 제3 일차 위치에서 바이패스를 통과하는 냉각수 유동을 다시 차단할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 내연기관의 추가로 바람직한 구현예에서, 제1 일차 위치 이전에 놓인, 제어 장치를 위한 제로 위치(zero position)가 제공될 수 있다. 이 경우, 제어 장치는 상기 제로 위치에서 냉각 시스템을 통과하는 냉각수 유동을 전체적으로 차단한다. 이는 특히 바람직하게는, 제어 장치가 제로 위치에서 냉각수 펌프와 연소 엔진 사이에, 그리고 특히 냉각수 펌프의 토출측에 배치되는 섹션에서 냉각 시스템을 차단함으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 내연기관의 연소 엔진의 바람직한 냉각은, 연소 엔진의 실린더 하우징(특히 실린더/크랭크 케이스)뿐만 아니라 실린더 헤드가 각각 하나 이상의 냉각 채널을 포함하고, 냉각 채널들은, 제어 장치를 통해 개루프 모드로 제어되면서, 요구에 적합하게 냉각수에 의해 관류될 때 달성된다. 이 경우, 특히, 제어 장치가 제1 일차 위치에서 실린더 헤드의 냉각수 채널을 통과하는 냉각수 유동을 허용하고, 실린더 하우징의 냉각수 채널을 통과하는 냉각수 유동은 차단할 수 있다. 그 결과, 콜드스타트 후 내연기관의 작동 중에, 실린더 하우징에 비해 상대적으로 더 높은 열적 부하를 받으며 내연기관의 상기 작동 상태에서 경우에 따라 여전히 냉각수로부터 열 에너지를 흡수하는 상대적으로 더 적은 질량을 갖는 내연기관의 실린더 헤드(및 가열 열교환기)만을 통해 냉각수가 유동하는 점이 달성될 수 있으며, 그럼으로써 가열 열교환기의 가열 용량을 위해 바람직한 냉각수의 신속한 예열 및 그와 동시에 이미 실린더 헤드를 위한 냉각도 달성될 수 있다. 그에 반해, 실린더 하우징의 냉각수 채널의 관류가 아직 제공되지 않음으로써, 상기 작동 상태에서 실린더 하우징의 실린더 벽부들의 상대적으로 더 신속한 가열이 달성될 수 있으며, 이는 실린더와 피스톤 간의 마찰 손실 및 내연기관의 이미션 거동에 긍정적으로 작용한다.

냉각 시스템 내로 실린더 하우징의 냉각수 채널의 접속은 바람직하게는 제2 일차 위치와 제3 일차 위치 사이에 있는, 특히 바람직하게는 제1 중간 위치와 제3 일차 위치 사이에 있는 제어 장치의 (제2) 중간 위치에서 비로소 수행되며, 이런 경우 내연기관의 작동 온도는 이미 실린더 하우징의 냉각도 적절하거나 필요한 만큼 높을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 내연기관의 또 다른 바람직한 구현예에서, 제어 장치의 위치들 중 적어도 2개의 위치 사이의 조정이 단계적으로 또는 연속해서 가능할 수 있으며, 그럼으로써 제어 장치는 하나 또는 다수의 부분 단계로 조정될 수 있고 상기 부분 단계들로 유지될 수도 있다. 그 결과, 실제 요구에 따라서 냉각수를 이용하여 개별 컴포넌트들의 관류의 더욱 향상된 매칭이 달성될 수 있다. 내연기관의 상기 구성은 특히, 냉각수 펌프가 자신의 이송 회전수와 무관하게 이송 체적 유량과 관련하여 폐루프 모드로 제어될 수 없을 때 유의미할 수 있다. 이는, 특히 연소 엔진에 의해 직접 구동되는 냉각수 펌프의 경우에 해당할 수 있다.

또한, 제어 장치는, 내연기관의 작동 특성맵에 따라서, 제어 장치의 적어도 2개의 위치 사이에서, 그리고 특히 제2 중간 위치와 제3 위치 사이에서 조정될 수 있다. 상기 작동 특성맵에는 특히, 내연기관을 작동하는 데 이용되는 회전수에 대한 부하가 기입될 수 있다. 그 결과, 바람직한 방식으로, 내연기관의 작동 상태에 따라, 그리고 그 결과로 내연기관의 열발생에 따라, 주 냉각기 내에서 냉각수로부터 주변 공기로의 열 전달이 개루프 모드로 제어될 수 있다. 이는 예컨대 냉각수의 온도를 최대한 일정하게 유지할 수 있게 하거나, 필요한 경우 특히 내연기관의 작동 상태에 따라서도 결정될 수 있는 정의된 값(값 범위)으로 조정할 수 있게 한다. 특히 부하 및/또는 회전수가 상대적으로 낮은 경우 상대적으로 더 높은 냉각수 온도가 설정될 수 있고, 이는 그에 상응하게 높은 오일 온도 및 그에 따라 상대적으로 낮은 마찰 손실을 야기할 수 있다. 그와 반대로, 부하 및/또는 회전수가 상대적으로 더 높은 경우, 열적 과부하로부터 연소 엔진의 보호를 위해 냉각수 온도가 감소할 수 있다. 그 결과, 예컨대 온도 센서를 이용한 상응하는 폐루프 제어와 다르게, 이미 수행된 온도 변화에 대해(서만) 반응하지 않도록 형성된, 냉각수 온도의 예측 폐루프 제어도 가능할 수 있다. 이 경우, 특히 바람직하게는, 적어도 2개의 위치 사이에서의 조정이 내연기관의 작동 특성맵에 따라 단계별로 또는 연속으로 제공된다.

본 발명에 따른 내연기관의 구조적으로 바람직하게 구현될 수 있는 구현예에서, 제어 장치는 액추에이터에 의해 병진 및/또는 회전 운동을 하는 차단 밸브를 포함할 수 있으며, 액추에이터에 의해 야기되는 상기 차단 밸브의 운동은 한편으로, 냉각 시스템의 상응하는 컴포넌트들과 제어 장치를 유체 전도 방식으로 연결하는 유입구들(inlet) 및/또는 배출구들(outlet)을 제어 장치의 위치들에 상응하게 폐쇄하거나 개방한다.

제어 장치의 제1 일차 위치에서 연결 라인의 폐쇄를 실현하고, 제어 장치의 제2 일차 위치에서 (그리고 바람직하게는 제1 일차 위치를 제외한 각각의 위치에서) 연결 라인의 개방을 실현하기 위해, 차단 밸브는 바람직하게, 이 차단 밸브가 액추에이터를 통해 야기될 수 있는 운동 범위 내에서 연결 라인의 배출구와 중첩되는 섹션을 가질 수 있으며, 상기 섹션의 한 부분 섹션은, 냉각수의 안내를 위해 제공된 제어 장치의 용적과 유체 전도 방식으로 연결된 관통 개구부로 형성된다.

이 경우, 특히 바람직하게는, 배출구가 관형 연결편에 의해 형성되고, 이 연결편의 일측 단부는, 차단 밸브가 액추에이터에 의해 가동될 때, 직접 또는 특히 탄성 소재로 형성될 수 있는 밀봉 요소의 개재 하에 상기 차단 밸브 상에서 활주 안내될 수 있다.

밀봉 요소는, 구조적으로 바람직한 구현예에서, 연결편의 단부 내로 삽입되는 관 플러그로서 형성될 수 있다.

또한, 제어 장치가 하나보다 많은 차단 밸브를 포함할 수 있는 것도 바람직할 수 있으며, 이 경우 바람직하게는 차단 밸브들 중 단 하나의 제1 차단 밸브만 액추에이터에 의해 가동되는 한편, 타측 차단 밸브(들)의 운동은 (제1 차단 밸브의 운동의 적어도 하나의 섹션에서) 제1 차단 밸브를 통해 야기된다.

구조적 및 기능적 관점에서 바람직한 구현예에서, 제어 장치는 액추에이터에 의해 가동되는 제1 차단 밸브 및 상기 제1 차단 밸브에 가동되는 제2 차단 밸브를 포함할 수 있으며, 상기 제2 차단 밸브는 (바람직하게는 오직) 제어 장치의 바람직하게 제공된 제로 위치의 도달을 위해 제공되며, 상기 제로 위치에서는 제2 차단 밸브가 폐쇄 위치에서 냉각 시스템을 통과하는 냉각수 유동을 전체적으로 차단한다. 이 경우, 특히 바람직하게는, 제1 차단 밸브가 자신의 운동 범위 내에서 제2 차단 밸브를 단지 부분적으로만 종동한다. 이는 특히, 본 발명에 따른 바람직한 구현예에서 오직 제로 위치와 제1 일차 위치 사이에서의 제어 장치의 조정 시에만 운동하는 제2 차단 밸브의 간소화된 구성들을 가능하게 하며, 다른 위치들 사이에서의 제어 장치의 조정 시에는 제2 차단 밸브의 이동이 제1 차단 밸브에 의해 더 이상 제공되지 않는다. 이처럼 제1 차단 밸브와 제2 차단 밸브의 연결은 예컨대 커플링 레버 기어, 몰타 십자 기어(Maltese cross gear) 및/또는 캠 기어(cam gear)에 의해 달성될 수 있다.

경우에 따라 영구적으로 제1 차단 밸브에 연결되지 않는 제2 차단 밸브를 위한 위치 고정은 특히 강제 결합에 기반할 수 있으며, 이때 제2 차단 밸브의 운동을 위해서는, 제2 차단 밸브의 질량으로 인해, 다시 말해 관성 또는 중력에 기인하여, 그리고/또는 제2 차단 밸브의 지지를 통해 가능해지는 운동 방향들로 제2 차단 밸브에 작용하는 냉각수의 유압 압력으로 인해 발생하는 힘보다 더 큰, 상기 강제 결합을 극복하는 힘이 필요하다. 그 대안으로, 또는 그 보충안으로, 형상 결합식 위치 고정도 제공될 수 있다. 이 경우, 특히 제2 차단 밸브의 위치 고정은 제1 차단 밸브를 통해 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 내연기관의 구조적으로 간단한, 특히 장착 공간 수요와 관련하여 바람직한 구현예들은, 차단 밸브(들)가 회전 슬라이드 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 제어 장치의 액추에이터의 작동은, 바람직하게 연소 엔진에 할당된, 특히 바람직하게는 냉각수 채널 내에서(특히 바람직하게는 유입구보다 상기 냉각수 채널의 배출구에 더 가까운 위치에서), 그리고/또는 상기 냉각수 채널의 배출구에 연결된 냉각 시스템 섹션에서 측정되는 국소 온도에 따라 수행된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 내연기관은, 연소 엔진의 냉각수 채널 내에, 또는 냉각수의 유동 방향으로 상기 냉각수 채널에 직접 연결된 냉각수 라인 내에 배치되는 냉각수 온도 센서를 포함할 수 있다.

이 경우, 단 하나의 온도 센서만 제공되어야 한다면, 상기 온도 센서는 바람직하게 실린더 헤드의 냉각수 채널 내에 배치된다. 그러나 제어 장치를 이용한 냉각수 분배의 폐루프 제어의 개선은, 상기 제어 장치가 실린더 헤드 내 냉각수의 국소 온도뿐만 아니라 실린더 하우징 내 냉각수의 국소 온도에 따라서도 작동됨으로써 달성될 수 있다. 그에 따라, 실린더 헤드의 냉각수 채널 내에 배치되는 제1 냉각수 온도 센서, 및 실린더 하우징의 냉각수 채널 내에 배치되는 제2 냉각수 온도 센서가 제공될 수 있다.

특히 특허청구범위에서, 그리고 특허청구범위를 전반적으로 설명하는 설명부에서 부정관사["a(n)"]는 부정관사 자체의 의미일 뿐, 수사로서 해석되어서는 안 된다. 따라서, 상응하게 상기 부정 관사로 구체화된 컴포넌트들은, 이들이 적어도 1개는 제공되며, 여러 개 제공될 수도 있는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 내연기관은 하기에서 도면들에 도시된 일 실시예에 따라 더 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 개략적인 블록회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내연기관을 위한 제어 장치의 분해도이다.
도 3은 제어 장치의 측면도이다.
도 4는 부분적으로만 도시된 하우징을 포함한 제어 장치의 도면이다.
도 5는 제어 장치의 액추에이터 및 이 액추에이터에 의해 직접 또는 간접적으로 작동되는 차단 밸브를 도시한 분리도이다.
도 6은 제1 차단 밸브 및 이 차단 밸브와 상호작용하는 연결편의 한 섹션을 도시한 도면이다.
도 7은 제어 장치의 다양한 위치들에 기초한, 도 1에 따른 본원 내연기관의 개별 컴포넌트들의 냉각수 관류를 나타낸 그래프이다.

도 1에는, 본 발명에 따른 내연기관이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 내연기관은 예컨대 오토 또는 디젤 원리에 따라서 작동하는 왕복 피스톤 연소 엔진으로서 형성될 수 있고 실린더 하우징(12) 및 실린더 헤드(14)를 포함하는 연소 엔진(10)을 포함한다. 또한, 내연기관은 주 냉각 시스템 및 보조 냉각 시스템을 더 포함한다. 주 냉각 시스템은 일차적으로 연소 엔진(10)의 냉각을 위해 이용되며, 그에 반해 보조 냉각 시스템은, 과급 연소 엔진(10)의 배기가스 터보차저(16) 및 급기 냉각기(18)의 냉각을 위해 이용된다. 이 경우, 내연기관의 정규 작동 동안 냉각수의 온도는 보조 냉각 시스템에서보다 주 냉각 시스템에서 적어도 일부 섹션에서는 분명히 더 높을 수 있으며, 그럼으로써 주 냉각 시스템은 고온 냉각 시스템으로서 지칭될 수 있고 보조 냉각 시스템은 저온 시스템으로서 지칭될 수 있다.

또한, 주 냉각 시스템은 제1 차단 밸브(22), 제2 차단 밸브(24) 및 액추에이터(26)를 구비한 제어 장치(20)를 포함한다. 제1 차단 밸브(22)는 액추에이터(26)에 의해 가동될 수 있는 한편, 제2 차단 밸브(24)는 제1 차단 밸브(22)의 가능한 전체 운동의 한 섹션에서 상기 제1 차단 밸브에 의해 종동될 수도 있다. 또한, 주 냉각 시스템은 실린더 하우징(12) 및 실린더 헤드(14)의 냉각수 채널들(28, 30)을 더 포함하며, 이때 실린더 헤드(14)의 냉각수 채널들(30)이 실린더 헤드(14) 내에 통합된 배기 매니폴드의 냉각수 채널(32)도 냉각을 목적으로 관류한다. 또한, 주 냉각 시스템은, 실린더 헤드(14)의 냉각수 채널들(30)에 병렬로 냉각수로 관류될 수 있는 엔진 오일 냉각기(34), 가열 열교환기(36), 주 냉각기(38), 및 냉각수 펌프(40)를 포함한다. 이 경우, 주 냉각 시스템의 개별 컴포넌트들은 냉각수 라인들을 통해 유체 전도 방식으로 연결된다. 마지막으로, 주 냉각 시스템은 제어 장치(20) 내에 통합된 바이패스(42)를 더 포함하며, 이 바이패스는, 가열 열교환기(36)뿐 아니라 주 냉각기(38)도 우회하면서, 냉각수 펌프(40)의 제1 유입구(46)와 제어 장치(20)의 제1 유입구(44)를 연결하기 위해 이용된다.

도 2 내지 도 6에는, 도 1에 따른 내연기관의 제어 장치(20)의 가능한 구조적 구현예가 도시되어 있다. 상기 제어 장치(20)의 경우, 차단 밸브들(22, 24)은, 자신의 각각의 회전 배향에 따라서, 제어 장치(20)를 관류하는 냉각수 및 배기 라인을 위한 유입구들 및 배출구들을 폐쇄하거나 개방하는 회전 슬라이드의 형태로 형성된다.

따라서, 제어 장치(20)는, 임펠러형 펌프로서 형성된 냉각수 펌프(40)의 펌프 휠(50)도 회전 가능하게 통합되어 있는 하우징(48)을 포함한다. 펌프 휠(50)의 회전 및 그에 따른, 주 냉각 시스템에서의 냉각수의 이송은 예컨대 연소 엔진(10)을 통해 야기되며, 이를 위해 연소 엔진(10)의 크랭크 샤프트(미도시)가 벨트 드라이브를 통해 펌프 휠(50)용 샤프트(52)와 연결된다. 벨트 드라이브 중에서, 도 2 및 도 3에만, 샤프트(52)와 연결된 냉각수 펌프(40)의 벨트 풀리(54)가 도시되어 있다.

냉각수의 이송을 위해 펌프 휠(50)에는 냉각수 펌프(40)의 제1 유입구(46) 및/또는 제2 유입구(56)를 통해 냉각수가 공급된다. 제1 유입구(46)는 한편으로 냉각수 라인을 통해 주 냉각기(38)의 배출구(58)와 연결되고 다른 한편으로는 바이패스(42)와 연결된다. 이 경우, 바이패스(42)를 형성하는 냉각수 라인은 채널로서 제어 장치(20)의 하우징(48) 내에 통합된다. 냉각수 펌프(40)의 제2 유입구(56)는 냉각수 라인을 통해 가열 열교환기(36)의 배출구(60)와 연결된다.

펌프 휠(50)의 회전을 통해, 냉각수는 하우징(48)의 내부에 형성된 냉각수 채널(62)을 통해 제어 장치(20)의 제1 배출구(64) 쪽으로 안내된다. 상기 제1 배출구(64)는 제어 장치(20)의 제로 위치(66)에서, 폐쇄 위치에 있는 제2 차단 밸브(24)의 폐쇄 부재(68)에 의해 폐쇄된다. 그 결과, 냉각 시스템을 통한 냉각수 순환이 전체적으로 차단된다. 제어 장치(20)의 제로 위치(66)에서 제1 차단 밸브(22)는, 냉각수 라인을 통해 가열 열교환기(36)의 유입구(72)와 연결된 제어 장치(20)의 제2 배출구(70)가 제1 차단 밸브(22)의 제1 폐쇄 부재(74)에 의해 폐쇄되는 방향으로 위치한다. 제어 장치(20)의 제로 위치(66)는 내연기관의 콜드스타트 이후 잠시 동안 제공된다. 내연기관의 콜드스타트는, 내연기관의 컴포넌트들 및 특히 주 냉각 시스템의 냉각수의 온도도, 실질적으로 주변 온도에 상응하나 적어도 정의된 한계 온도 미만인 것을 특징으로 한다.

내연기관의 콜드스타트 이후, 그리고 실린더 헤드(14)의 배출구(76)의 근처에서 냉각수 채널(30) 내에 통합된 제1 냉각수 온도 센서(78)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 대해 정의된 제1 한계값에 도달한 후에, 액추에이터(26)에 의해 제로 위치(66)로부터 제1 일차 위치(80)로 제어 장치(20)의 조정이 수행된다. 이를 위해, 액추에이터(26)는, 제1 냉각수 온도 센서(78)의 측정 신호가 전송되는 내연기관의 엔진 제어 유닛(82)에 의해 작동된다. 이 경우, 제로 위치(66)로부터 제1 일차 위치(80)로의 제어 장치(20)의 조정은, 제1 냉각수 온도 센서(78)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 따라서, 제1 차단 밸브(22) 및 이 제1 차단 밸브와 계속 회전하도록 연결된 제2 차단 밸브(24)의, 온도 상승에 결부된 회전을 통해 단계적으로 또는 연속으로 야기될 수 있다(도 7 참조). 이 경우, 차단 밸브들(22, 24)의 일시적인 역회전도 가능할 수 있다. 제1 차단 밸브(22)의 회전은, 샤프트(84)를 통해 제1 차단 밸브(22)와 연결된 액추에이터(26)에 의해 수행된다.

제어 장치(20)의 제1 일차 위치(80)에서 제2 차단 밸브(24)는, 제어 장치(20)의 제1 배출구(64)가 더 이상 폐쇄 부재(68)에 의해 폐쇄되지 않고 실질적으로 완전히 개방되어 있는 개방 위치에 놓인다. 이와 동시에, 제1 차단 밸브(22)는 자신의 폐쇄 부재(74)가 제2 배출구(70)를 더 이상 폐쇄하지 않고, 실질적으로 완전히 개방하는 방향에 위치한다. 이와 동시에, 제1 차단 밸브(22)의 제2 폐쇄 부재(86)는, 실린더 하우징(12)의 배출구(88)와 연결되어 있는 제어 장치(20)의 제2 유입구(90), 냉각수 라인을 통해 주 냉각기(38)의 유입구(92)와 연결되어 있는 제어 장치(20)의 제3 배출구(94), 및 제어 장치(20) 내에 통합된 바이패스(42)를 폐쇄한다. 그에 따라, 제어 장치(20)의 제1 일차 위치(80)에서 냉각수 펌프(40)를 통해 야기되는 냉각수의 이송은 오직, 냉각수 펌프(40), 제어 장치(20), 실린더 헤드(14) 및 가열 열교환기(36)를 포함하는 소형 냉각 회로에서만 야기된다.

실린더 헤드(14) 내에서 제1 냉각수 온도 센서(78)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 대해 정의된 제2 한계값에 도달한 후에, 제어 장치(20)는 제1 일차 위치(80)로부터 제2 일차 위치(96)로 조정된다. 이 경우, 제1 차단 밸브(22)는, 제어 장치(20)의 제4 배출구(98)가 제1 차단 밸브(22)의 제3 폐쇄 부재(100)에 의해 점점 더 많이 개방되는 방향으로 회전하고, 그럼으로써 [보상 탱크(106)의 상부에 위치하는 섹션에서] 보상 탱크(106)와 제어 장치(20)의 제4 배출구(98)를 연결하는 [체크 밸브(104)가 통합된] 제1 배기 라인(102)이 그에 상응하게 점점 더 많이 개방된다. 그 결과, 제어 장치(20)의 제2 일차 위치(96)에서부터, 보상 탱크(106)의 하부 섹션에서 시작되는 제1 과류 라인(108)을 통한, 제어 장치(20)와 보상 탱크(106) 간의 적어도 극미한 냉각수 과류와도 결부될 수 있는, 제1 배기 라인(102)을 통한 제어 장치(20)의 배기가 가능해진다. (내연기관의 콜드스타트 후에) 보상 탱크(106)의 상대적으로 지연된 접속을 통해, 보상 탱크(106) 내에서 실린더 헤드(14)에 대한 작동 온도 범위의 도달 지연 및 가열 열교환기(36)의 가열 작용의 지연을 야기하는 열 손실이 적게 유지된다.

도 6에는, 제어 장치(20)의 (도 6에 미도시된) 하우징(48) 내에 통합되어 제1 배기 라인(102)으로의 연결을 위해 제공되는 관형 연결편(112)이 도시되어 있다. 연결편(112)의 일측 단부는 제3 폐쇄 부재(100)를 형성하는 제1 차단 밸브(22)의 섹션 상에서 [제1 차단 밸브(22)의 회전의 결과로] 변위 가능하게 지지되며, 이때 연결편(112)의 상기 단부는 제2 일차 위치(96)에서 제1 차단 밸브(22)의 슬릿형 관통 개구부와 중첩되어 배치되며, 그럼으로써 연결편(112)은 이어서 냉각수를 안내하는 제어 장치의 용적부와 유체 전도 방식으로 연결된다. 그 결과, 제1 배기 라인(102)의 개방이 달성된다. 이 경우, 탄성 소재로 이루어진 관 플러그(즉, 관형 플러그)의 형태인 밀봉 요소(114)가, 제1 배기 라인(102)이 개방되지 않아야 할 때 제3 폐쇄 부재(100)에 대한 연결편(112)의 충분한 밀봉을 보장한다. 이 경우, 밀봉 요소(114)의 소재는 바람직하게, 제1 차단 밸브(22)의 상응하는 섹션 상에서 저마찰 슬라이딩(low-friction sliding)이 보장되도록 선택된다.

실린더 헤드(14) 내에서 제1 냉각수 온도 센서(78)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 대해 정의된 제3 한계값에 도달한 후에, 제어 장치(20)는 제2 일차 위치(96)로부터 제1 중간 위치(110)로 조정된다. 이 경우, 제1 차단 밸브(22)는, 제2 폐쇄 부재(86)의 바이패스(42)가 점점 더 많이 개방되는 방향으로 회전하며, 그럼으로써 바이패스(42)는 가열 열교환기(36)에 대해 병렬로 소형 냉각 회로 내에 통합된다. 이 경우, 계속해서 제어 장치(20)의 제2 유입구(90) 및 제3 배출구(94)가 제1 차단 밸브(22)에 의해 폐쇄된다. 제2 차단 밸브(24)는, 제1 차단 밸브(22)의 상기 운동 중에, 자신의 개방 위치에서 잔존하는데, 그 이유는 상기 제2 차단 밸브가 더 이상 회전하는 방식으로 제1 차단 밸브(22)에 연결되어 있지 않기 때문이다. 제어 장치(20)의 제1 중간 위치(110)에서 (소형) 냉각 회로 내에 바이패스(42)를 통합함으로써, 실린더 헤드(14) 및 엔진 오일 냉각기(34)를 위한 상응하게 높은 냉각 용량을 달성하기 위해, 주 냉각 시스템 내에서 전체적으로 이송되는 냉각수의 체적 유량이 증가할 수 있다.

제2 차단 밸브(24)에 대한 제1 차단 밸브(22)의 단지 단계적인 회전 연결은, 제1 차단 밸브(22)가 제로 위치(66)와 제1 일차 위치(80) 사이에서 (왕복) 회전될 때에만 상호 간에 맞물리는 세그먼트 치형부들(116)을 통해 야기된다. 제2 차단 밸브(24)의 개방 위치에서의 위치 고정은 제1 차단 밸브(22)를 통해, 상기 제1 차단 밸브(22)의 세그먼트 치형부(116)에 이어지는 링 섹션(118)이 제2 차단 밸브(24)의 세그먼트 치형부(116)에 이어지는 오목한 함몰부(120) 내에 맞물리고, 이 함몰부 내에서 제1 차단 밸브(22)의 회전 시 슬라이딩 방식으로 상대 운동을 하여 전역적으로 회전 고정 방식으로 파지됨으로써, 형상 결합 방식으로 달성된다.

실린더 헤드(14) 내에서 제1 냉각수 온도 센서(78)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 대해 정의되는 제4 한계값에 도달한 후에, 그리고/또는 실린더 하우징(12) 내에서 실린더 하우징(12)의 배출구(88)에 가깝게 배치되는 제2 냉각수 온도 센서(122)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 대해 정의된 제1 한계값에 도달한 후에, 제어 장치(20)는 제1 중간 위치(110)로부터 제2 중간 위치(124)로 조정된다. 이 경우, 제1 차단 밸브(22)는, 제2 폐쇄 부재(86)가 추가로 제어 장치(20)의 제2 유입구(90)도 (점점 더 많이) 개방하는 방향으로 회전된다(도 7 참조). 그 결과, 상기 제2 폐쇄 부재에 의해 이제 제어 장치(20)의 제3 배출구(94)만 계속 폐쇄된 상태로 유지되며, 그에 따라 주 냉각기(38)의 관류는 차단된다. 그에 따라, 제2 중간 위치(124)에서는 실린더 하우징(12)의 냉각수 관류도 제공된다.

실린더 헤드(14)에서 제1 냉각수 온도 센서(78)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 대해 정의된 제5 한계값에 도달한 후에, 그리고/또는 실린더 하우징(12) 내에서 제2 냉각수 온도 센서(122)에 의해 측정되는 국소 냉각수 온도에 대해 정의된 제2 한계값에 도달한 후에, 그리고/또는 엔진 제어 유닛(82) 내에 저장된 내연기관의 작동 특성맵에 따라, 제어 장치(20)는 제2 중간 위치(124)로부터부터 제3 일차 위치(126)로 조정된다. 이 경우, 제어 장치(20)의 제3 배출구(94)의 (점점 더 많은) 개방 및 그 결과로 이제 대형 냉각 회로 내로의 주 냉각기(38)의 결합이 수행되는 한편, 그와 동시에 점점 더, 제어 장치(20) 내에 통합된 바이패스(42)가 제1 차단 밸브(22)의 제2 폐쇄 부재(86)에 의해 다시 폐쇄된다(도 7 참조). 그 결과, 가열 열교환기(36) 및 보상 탱크(106)를 통해 안내되는 냉각수의 비교적 적은 부분량을 제외하고, 냉각수는 완전히 주 냉각기(38)를 통해 안내되며, 상기 주 냉각기에서 주변 공기로의 열 전달을 통해 냉각되는 점이 보장된다.

또한, 보상 탱크의 상부 섹션 내로는, 주 냉각기(38)에서 시작하는 제2 배기 라인(128)이 연통되며, 상기 배기 라인 내에는 마찬가지로 체크 밸브(130)가 통합되어 있다. 상기 배기 라인은, 특히 제어 장치(20)의 제3 일차 위치(126)에서, 바람직한 방식으로 주 냉각기(38)의 배기를 가능하게 한다.

또한, 제어 장치(20)의 제3 일차 위치(126)는 내연기관의 비작동을 위해 제공된다. 그 결과, 한편으로 내연기관에 의해 구동될 수 있는 자동차의 비작동 시 예컨대 설치 동물이 갉아먹어서 야기되었을 수 있는 냉각 시스템의 결함 시에도, 기능적으로 제한되기는 하지만 항상 (최대로 가능하기 때문에) 충분한 냉각 용량을 제공하는 주 냉각 시스템의 기능성이 보장될 수 있게 하는 "고장 안전(Failsafe)" 기능이 실현된다. 또한, 제어 장치(20)의 제3 일차 위치(126)는 내연기관의 비작동 시, 조립 또는 유지보수 작업의 범주에서 주 냉각 시스템의 충전 및 비움을 수월하게 하는데, 그 이유는 보상 탱크(106)를 통해 충전되고 제1 과류 라인(108)을 통해 주 냉각 시스템의 컴포넌트들로 공급되는 냉각수가 실질적으로 방해받지 않으면서 주 냉각 시스템 내에서 분배될 수 있고, 이와 동시에 주 냉각 시스템 내에 포함된 공기가 제1 배기 라인(102), 제2 배기 라인(128) 및 그에 이어서 보상 탱크(106)를 통해 배출될 수 있기 때문이다.

도 1에 따른 내연기관의 보조 냉각 시스템은, 냉각 용량을 공급받을 두 컴포넌트, 다시 말해 배기가스 터보차저(16) 및 급기 냉각기(18)가 병렬로 통합되어 있는 냉각 회로를 포함한다. 상기 냉각 회로 내에서 냉각수의 이송은, 특히 전기 모터로 구동될 수 있는 추가 냉각수 펌프(132)에 의해 수행된다. 보조 냉각 시스템의 냉각수의 재냉각을 위해 별도의 (저온) 냉각기(134)가 이용된다.

내연기관의 보상 탱크(106)는 보조 냉각 시스템 내에도 통합되며, 이를 위해, 냉각수의 유동 방향과 관련하여 배기가스 터보차저(16) 및 급기 냉각기(18)의 하류와 (저온) 냉각기(134)의 상류에 배치되는 섹션 내에서 보조 냉각 시스템의 냉각 회로에서부터 시작하며, 스로틀 부재(138) 및 체크 밸브(140)의 결합 하에 다시 보상 탱크(106)의 상부 섹션과 연결되는 제3 배기 라인(136)이 제공된다. 또한, (저온) 냉각기(134)와 추가 냉각수 펌프(132) 사이에 배치된 보조 냉각 시스템의 냉각 회로의 섹션과, 냉각수를 수용하는 보상 탱크(106)의 하부 섹션을 연결하는 제2 과류 라인(142)이 제공된다.

하기에서는, 제어 장치(20)의 여러 위치를 통해 실현될 수 있는 주 냉각 시스템의 기능들이 도 7의 참조하에 다시 요약하여 설명된다.

내연기관의 비작동 시(냉각수가 아직 따뜻한 경우뿐만 아니라 이미 완전히 냉각된 경우에도) 제어 장치(20)는 제3 일차 위치(126)에 위치한다. 그 결과, 제어 장치(20)의 조정이 결함으로 인해 내연기관의 시동 후에 더 이상 가능하지 않다면, 전술한 "고장 안전" 기능이 실현된다. 또한, 그로 인해 조립 또는 유지보수 작업의 범주에서, 내연기관을 작동시킬 필요 없이 주 냉각 시스템의 충전 및 배기가 가능해진다.

내연기관의 콜드스타트를 위해, 제어 장치(20)는 제로 위치(66)로 조정된다. 이 경우, 제로 위치(66)는 제1 웜업 단계(144) 동안 유지된다. 그 결과, 주 냉각 시스템의 내부에서 냉각수의 순환은 실질적으로 차단되며, 그럼으로써 연소 엔진(10) 내에, 그리고 특히 실린더 헤드(14) 내에 포함된 냉각수의 상대적으로 신속한 예열이 달성될 수 있다.

그에 따라, 상대적으로 내연기관의 콜드스타트 직후에, 제2 웜업 단계(146)에서 제어 장치(20)는 제로 위치(66)로부터 제1 일차 위치(80)로 조정되기 시작하며, 그럼으로써 점점 더 엔진 오일 냉각기(34) 내 엔진 오일 및 실린더 헤드(14)가 냉각되고, 가열 열교환기(36)에 의한 가열 기능도 실현된다.

제3 웜업 단계(148)에서, 제어 장치는 제1 일차 위치(80)로부터 점차 제2 일차 위치(96)로 조정되며, 그럼으로써 제1 배기 라인(102) 및 보상 탱크(106)를 통한 제어 장치(20)의 배기가 실현될 수 있다. 처음에 상대적으로 늦게 시작되는 배기는 제1 및 제2 웜업 단계(144, 146) 동안의 열 손실을 감소시킨다.

제4 웜업 단계(150)에서, 제어 장치(20)는 점차 제2 일차 위치(96)로부터 제1 중간 위치(110)로 조정된다. 그런 다음 점차 소형 냉각 회로 내에 통합된 바이패스(42)를 통해, 소형 냉각 회로 내에서 냉각수의 체적 유량의 증가가 달성될 수 있으며, 그 결과 특히 연소 엔진(10)의 실린더 헤드(14) 내에서의 이른바 핫스팟(Hotspot)의 형성이 방지될 수 있다.

제5 웜업 단계(152)에서, 제어 장치(20)는 점차 제1 중간 위치(110)에서 제2 중간 위치(124)로 조정되며, 그럼으로써 점점 더 실린더 하우징(12)도 냉각된다. 이 경우, 바이패스(42)를 통해 안내되는 냉각수의 체적 유량은 적어도 제5 웜업 단계(152)의 개시 시점에 추가로 증가할 수 있다.

주 시스템의 냉각수가 작동 온도 범위[정상 작동 단계(154)]에 도달하는 즉시, 엔진 제어 유닛(82)에 의해 연소 엔진의 작동 특성맵에 기초하여 제2 중간 위치(124)와 제3 일차 위치(126) 사이에서 제어 장치(20)의 조정이 수행된다. 이 경우, 바이패스(42)를 통해 안내되는 냉각수의 체적 유량이 제3 일차 위치(126)의 방향으로 갈수록 점점 더 많이 감소하고, 이와 동시에 주 냉각기(38)를 통해 안내되는 냉각수의 체적 유량은 점점 더 증가함으로 인해, 제2 중간 위치(124)와 제3 일차 위치(126) 사이의 임의의 중간 위치들의 정의된 조정을 통해, 주 냉각 시스템의 컴포넌트들을 위해 수요에 맞는 냉각 용량이 실현될 수 있다.

내연기관의 정지 시, 다시 말하면 내연기관의 작동에서 비작동으로의 전환 시, 최종 정지 진단을 실행하기 위해, 제어 장치(20)는 우선 제어 장치(20)의 작동 시 전기적으로 실현되는 상부 정지부(OEA)를 형성하는 제3 일차 위치(126)를 넘어서 단시간 내에 상부 (기계적) 최종 정지부(OMA)까지, 그런 다음 제어 장치(20)의 작동 시 전기적으로 실현되는 하부 정지부(UEA)를 나타내는 제로 위치(66)까지, 그리고 이를 넘어서 단시간 내에 하부 (기계적) 최종 정지부(UMA)까지, 그리고 그에 후속하여 단시간 내에 다시 상부 최종 정지부(OMA)까지 조정될 수 있다. 상기 최종 정지 진단은, 내연기관의 작동 중에 여러 위치들 및 중간 위치들로의 제어 장치(20)의 최대한 정확한 조정을 위해 중요할 수 있다. 상기 최종 정지 진단에 따라, 제어 장치(20)는 이어서 비작동을 위해 제공되는 제3 일차 위치(126)(OEA)로 조정될 수 있다. 그런 다음, 주 냉각 시스템 내에서 제3 일차 위치(126)에서 실현되고 실질적으로 방해를 받지 않는, 아직 따뜻한 냉각수의 순환이, 예컨대 가열 열교환기(36)의 재가열 기능을 위해, 냉각수 내에 저장된 열 에너지를 계속 이용할 수 있게 한다.

10: 연소 엔진
12: 실린더 하우징
14: 실린더 헤드
16: 배기가스 터보차저
18: 급기 냉각기
20: 제어 장치
22: 제1 차단 밸브
24: 제2 차단 밸브
26: 액추에이터
28: 실린더 하우징의 냉각수 채널
30: 실린더 헤드의 냉각수 채널
32: 배기 매니폴드의 냉각수 채널
34: 엔진 오일 냉각기
36: 가열 열교환기
38: 주 냉각기
40: 주 냉각 시스템의 냉각수 펌프
42: 바이패스
44: 제어 장치의 제1 유입구
46: 냉각수 펌프의 제1 유입구
48: 하우징
50: 펌프 휠
52: 샤프트
54: 벨트 풀리
56: 냉각수 펌프의 제2 유입구
58: 주 냉각기의 배출구
60: 가열 열교환기의 배출구
62: 냉각수 채널
64: 제어 장치의 제1 배출구
66: 제어 장치의 제로 위치
68: 제2 차단 밸브의 폐쇄 부재
70: 제어 장치의 제2 배출구
72: 가열 열교환기의 유입구
74: 제1 차단 밸브의 제1 폐쇄 부재
76: 실린더 헤드의 배출구
78: 제1 냉각수 온도 센서
80: 제어 장치의 제1 일차 위치
82: 엔진 제어 유닛
84: 샤프트
86: 제1 차단 밸브의 제2 폐쇄 부재
88: 실린더 하우징의 배출구
90: 제어 장치의 제2 유입구
92: 주 냉각기의 유입구
94: 제어 장치의 제3 배출구
96: 제어 장치의 제2 일차 위치
98: 제어 장치의 제4 배출구
100: 제1 차단 밸브의 제3 폐쇄 부재
102: 제1 배기 라인
104: 제1 배기 라인의 체크 밸브
106: 보상 탱크
108: 제1 과류 라인
110: 제어 장치의 제1 중간 위치
112: 연결편
114: 밀봉 요소
116: 세그먼트 치형부
118: 링 섹션
120: 함몰부
122: 제2 냉각수 온도 센서
124: 제어 장치의 제2 중간 위치
126: 제어 장치의 제3 일차 위치
128: 제2 배기 라인
130: 제2 배기 라인의 체크 밸브
132: 추가 냉각수 펌프
134: (저온) 냉각기
136: 제3 배기 라인
138: 스로틀 부재
140: 제3 배기 라인의 체크 밸브
142: 제2 과류 라인
144: 제1 웜업 단계
146: 제2 웜업 단계
148: 제3 웜업 단계
150: 제4 웜업 단계
152: 제5 웜업 단계
154: 정상 작동 단계

Claims (10)

1. 연소 엔진(10)과; 냉각수 펌프(40), 주 냉각기(38), 가열 열교환기(36), 연소 엔진(10) 내의 냉각수 채널들(28, 30) 및 적어도 하나의 국소 냉각수 온도에 따라 냉각수의 폐루프 제어식 분배를 위한 액추에이터(26)를 가진 제어 장치(20)를 포함하는 냉각 시스템;을 구비한 내연기관에 있어서,
   상기 제어 장치(20)는 연결 라인을 통해 냉각수 보상 탱크(106)와 연결될 수 있고, 상기 제어 장치(20)는 일측 방향으로의 액추에이터(26)의 작동 시,
   - 제1 일차 위치(80)에서 연소 엔진(10)의 냉각수 채널들(28, 30) 및 가열 열교환기(36)를 통과하는 냉각수 유동을 허용하고, 주 냉각기(38)를 통과하는 냉각수 유동은 차단하며, 나아가 상기 연결 라인을 폐쇄하고,
   - 제2 일차 위치(96)에서 상기 연결 라인을 개방하며,
   - 제3 일차 위치(126)에서 주 냉각기(38)를 통과하는 냉각수 유동을 추가로 허용하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결 라인은, 내연기관의 작동 중에 공기의 수용을 위해 제공된 보상 탱크(106)의 섹션과 제어 장치(20)를 연결하는 배기 라인(102)인 것을 특징으로 하는, 내연기관.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가열 열교환기(36)를 우회하는 바이패스(42)가 추가로 제공되며, 제어 장치(20)는 액추에이터(26)의 작동 시,
   - 제1 일차 위치(80) 및 제2 일차 위치(96)에서 상기 바이패스(42)를 통과하는 냉각수 유동을 차단하며,
   - 제2 일차 위치(96)에 이어지는 제1 중간 위치(110)에서 상기 바이패스(42)를 통과하는 냉각수 유동을 추가로 허용하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
4. 제3항에 있어서, 제어 장치(20)는 제3 일차 위치(126)에서 바이패스(42)를 통과하는 냉각수 유동을 다시 차단하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연소 엔진(10)은 실린더 하우징(12) 및 실린더 헤드(14)를 포함하며, 제어 장치(20)는 제1 일차 위치(80)에서 실린더 헤드(14)의 냉각수 채널(30)을 통과하는 냉각수 유동을 허용하고, 실린더 하우징(12)의 냉각수 채널(28)을 통과하는 냉각수 유동은 차단하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
6. 제5항에 있어서, 제어 장치(20)는 제2 일차 위치(96)와 제3 일차 위치(126) 사이에 위치하는 (제2) 중간 위치(124)에서 실린더 하우징(12)의 냉각수 채널(28)을 통과하는 냉각수 유동을 추가로 허용하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어 장치(20)는 액추에이터(26)에 의해 가동되는 차단 밸브(22)를 포함하며, 상기 차단 밸브(22)는, 이 차단 밸브(22)가 액추에이터(26)에 의해 구현될 수 있는 운동 범위 내에서 연결 라인의 배출구와 중첩되는 섹션을 가지며, 상기 섹션의 한 부분 섹션은, 냉각수의 안내를 위해 제공되는 제어 장치(22)의 용적과 유체 전도 방식으로 연결된 관통 개구부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
8. 제7항에 있어서, 상기 배출구는 관형 연결편(112)에 의해 형성되고, 상기 연결편의 일측 단부는, 차단 밸브(22)가 액추에이터(26)에 의해 가동될 때, 직접 또는 밀봉 요소(114)의 개재 하에 상기 차단 밸브(22) 상에서 활주 안내되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
9. 제8항에 있어서, 밀봉 요소(114)는, 연결편(112)의 단부 내로 삽입되는 관 플러그로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
10. 제1항 또는 제2항에 따른 내연기관의 냉각 시스템에 냉각수를 충전하기 위한 방법에 있어서,
    제어 장치(20)는 냉각 시스템을 충전하기 위해 제3 일차 위치(126)로 조정되는 것을 특징으로 하는, 냉각 시스템의 냉각수 충전 방법.

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