KR102335323B1

KR102335323B1 - 엔진용 냉각 시스템

Info

Publication number: KR102335323B1
Application number: KR1020170145712A
Authority: KR
Inventors: 마이어스 존; 스캇 사니아
Original assignee: 현대자동차 주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2021-12-06
Also published as: US10132228B1; KR20190022246A

Abstract

엔진의 냉각 시스템은 주 입구, 바이패스 입구, 냉각수를 엔진 블록으로 공급하도록 된 제1출구, 그리고 냉각수를 엔진 헤드에 공급하도록 된 제2출구를 포함하는 냉각수 펌프; 엔진 블록 및 헤드로부터 배출되는 냉각수의 흐름을 제어하는 주 써모스탯; 엔진 블록으로부터 배출된 냉각수의 온도에 기초하여 엔진 블록으로부터 배출된 냉각수를 선택적으로 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 보내는 바이패스 써모스탯; 엔진 헤드 및 블록으로부터 배출된 냉각수를 주 써모스탯으로 안내하는 제1, 2냉각수 리턴 라인, 그리고 바이패스 써모스탯을 냉각수 펌프의 바이패스 입구로 직접 연결하는 블록 냉각수 리턴 라인을 포함한다.

Description

엔진용 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR ENGINE}

본 개시는 차량의 엔진용 냉각 시스템에 관한 것이다.

이 섹션에서의 설명은 단지 본 개시와 관련된 배경 정보를 제공하기 위한 것일 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.

종래의 내연 기관 엔진은 엔진 블록 및 엔진 헤드로 알려진 블록과 헤드를 포함한다. 엔진의 블록은 상기 헤드, 냉각 펌프(예를 들어, 워터 펌프), 오일 팬, 그리고 다른 유닛들을 부착하기 위하여 적절히 가공된 표면과 나사산이 형성된 구멍들을 가지는 주물이다. 차량에서 엔진은 일반적으로 냉각 시스템이 장착되는데, 상기 냉각 시스템은 연소실 내에서 연소의 결과로 생성되는 열을 방출하도록 설계된다. 냉각 시스템은 상기 블록과 헤드 내에 주조되며 순환하는 물 또는 다른 냉각수로 연소실을 감싸는 일련의 채널들(즉, 냉각수 라인들)을 포함하며, 상기 냉각수는 각각 상기 블록과 헤드 내의 채널들을 통하여 순환한다. 이러한 형식의 냉각 시스템은 분리된 냉각 시스템으로 언급된다.

종래의 분리된 냉각 시스템에서, 워터 펌프는 냉각수를 블록과 헤드에 공급하기 위하여 냉각 순환 라인에 구비되고, 헤드와 블록으로부터 배출되는 냉각수의 열을 발산하기 위한 라디에이터가 구비된다. 그리고, 주 써모스탯이 라디에이터와 워터 펌프를 연결하는 냉각수 순환 라인에서 라디에이터와 워터 펌프 사이에 배치된다. 상기 주 써모스탯은 냉각수의 온도가 설정된 온도 범위 내에 있으면, 냉각수가 단지 워터 펌프만을 통하여 헤드와 블록에 공급되도록 제어한다.

한편, 블록에서 배출되는 냉각수 흐름을 제어하기 위한 블록 써모스탯이 실린더 블록 측 냉각수 출구 라인에 배치된다. 상기 블록 써모스탯을 통과한 냉각수는 헤드에서 배출되는 냉각수와 섞이고 워터 펌프에 공급된다. 상기 냉각 시스템은 또한 블록 써모스탯과 워터 펌프를 연결하는 바이패스 라인을 포함한다. 블록으로부터 배출되는 냉각수의 온도가 설정 온도보다 낮으면, 블록 써모스탯이 닫혀 블록의 냉각수 출구 라인으로부터 배출된 냉각수는 직접 바이패스 라인을 통하여 워터 펌프에 공급된다.

실린더 블록 측 냉각수 출구 라인을 통하여 배출된 냉각수가 헤드로부터 배출되는 냉각수와 섞이기 때문에 냉 시동 조건에서 엔진 웜 업(engine warm up)이 지연되고 또한 배출된 냉각수 내에서 큰 온도 변화가 블록에 공급되는 냉각수의 온도를 제어하는데 어려움을 초래한다는 것이 밝혀졌다.

본 개시는 엔진 효율을 향상시키기 위한 컴팩트한 차량용 히트 펌프 시스템을 제공한다.

하나의 형태에서, 본 개시는 냉각수의 유입과 배출을 위하여 헤드 냉각수 라인을 가지는 헤드와, 블록 냉각수 라인을 가지는 블록과, 냉각수가 흐르는 복수의 채널을 가진 엔진을 위한 냉각 시스템을 제공한다.

더 구체적으로, 본 개시의 하나의 형태에 따른 냉각 시스템은 엔진에 장착되고 주 입구, 바이패스 입구, 냉각수를 블록으로 공급하도록 된 제1출구, 그리고 냉각수를 엔진의 헤드에 공급하도록 된 제2출구를 포함하는 냉각수 펌프; 엔진의 블록 및 헤드로부터 배출되는 냉각수를 받도록 된 주 써모스탯; 블록 냉각수 배출 라인을 통하여 블록으로부터 배출된 냉각수를 받도록 된 바이패스 써모스탯; 헤드와 블록으로부터 배출된 냉각수를 주 써모스탯으로 안내하도록 된 제1냉각수 리턴 라인; 주 써모스탯을 냉각수 펌프의 주 입구에 연결하도록 된 제2냉각수 리턴 라인; 그리고 바이패스 써모스탯을 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 직접 연결하도록 된 블록 냉각수 리턴 라인을 포함한다. 바이패스 써모스탯은 블록으로부터 배출된 냉각수를 엔진의 블록을 순환하는 냉각수의 온도에 기초하여 선택적으로 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 보내도록 되어 있다.

하나의 형태에서, 냉각수 펌프의 출구는 제1출구와 제2출구를 포함하고, 냉각수 펌프는 냉각수 펌프의 하우징과 냉각수 펌프의 장착 월에 의하여 형성된 합류 영역을 포함할 수 있다. 합류 영역은 바이패스 입구를 통하여 공급된 냉각수를 제1출구를 통하여 엔진 블록으로 안내하고 주 입구를 통하여 공급된 냉각수를 제2출구를 통하여 엔진 헤드에 안내하도록 되어 있다.

본 개시의 하나의 양상에서, 합류 영역은 주 입구를 흐르는 냉각수의 작은 부분이 바이패스 입구를 흐르는 냉각수와 혼합되고 엔진 블록에 공급되도록 하는 벤츄리 사이펀 효과(Venturi syphon effect)를 야기하도록 된 좁은 넥 부분을 포함할 수 있다.

다른 형태에서, 좁은 넥 부분은 바이패스 입구에 근접한 하우징의 상승된 부분에 의하여 형성되고, 상기 상승된 부분은 주 입구와 바이패스 입구 사이에 배치될 수 있다.

또 다른 형태에서, 헤드와 블록을 가지는 엔진을 위한 냉각 시스템은 냉각수가 지나가는 복수의 채널들, 상기 복수의 채널들은 냉각수의 유입 및 배출을 위하여 헤드 내에 형성된 헤드 냉각수 라인과 블록 내에 형성된 블록 냉각수 라인을 포함하고; 엔진에 장착되고, 주 입구를 흐르는 냉각수를 바이패스 입구를 흐르는 냉각수로부터 분리시키고, 블록으로부터 배출된 냉각수의 온도에 기초하여 주 입구와 바이패스 입구를 통하여 흐르는 냉각수의 혼합을 작은 양으로 제한하는 냉각수 펌프; 블록 및 헤드로부터 배출된 냉각수의 온도에 기초하여 엔진의 블록과 헤드로부터 배출된 냉각수를 제어하도록 된 주 써모스탯; 배출된 블록 냉각수의 온도에 기초하여 블록 냉각수 배출 라인을 통하여 블록으로부터 배출된 냉각수를 제어하도록 된 바이패스 써모스탯; 헤드와 블록으로부터 배출된 냉각수를 주 써모스탯으로 안내하도록 된 제1냉각수 리턴 라인; 주 써모스탯을 냉각수 펌프의 주 입구에 연결하도록 된 제2냉각수 리턴 라인; 그리고 바이패스 써모스탯을 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 직접 연결하도록 된 블록 냉각수 리턴 라인을 포함할 수 있다.

바이패스 써모스탯은 블록으로부터 배출된 냉각수를 배출된 블록 냉각수의 온도에 기초하여 선택적으로 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 보내도록 되어 있을 수 있다.

추가적인 응용 분야는 여기에서 제공되는 설명으로부터 명백해 질 것이다. 설명 및 특정 예들은 단지 예시의 목적을 의도하는 것일 뿐 본 개시의 범위를 제한하는 것을 의도하지 않음을 이해하여야 할 것이다.

본 개시는 헤드 냉각수로부터 블록 냉각수를 독립적으로 제어하는 반면 블록 냉각수가 웜업될 때까지 냉각수 펌프 내에서 단지 최소 레벨의 혼합 냉각수만을 허용하는 냉각 시스템을 제공한다. 냉각수 제어 전략은 종래의 냉각 시스템과 비교하여, 특히 냉시동 조건 하에서 엔진 성능과 내구성의 향상을 제공한다.

블록 냉각수와 헤드 냉각수의 혼합을 제한하는 것에 의하여, 냉시동 조건에서 헤드의 웜업은 빠르고 냉각수 내의 온도 구배는 상당히 감소된다. 이와 같이, 빠른 엔진 웜업은 연비를 향상시키고 감소된 온도 구배(즉, 향상된 블록 냉각수 온도 분포)는 가스킷이나 씰란트(sealant)와 같은 엔진 씰링 부품의 내구성을 향상시킨다.

개시 내용이 잘 이해될 수 있도록, 예시의 방식으로 도면번호가 첨부된 도면들에 붙여진 본 개시의 다양한 형태들이 도시될 것이다.
도 1은 엔진용 냉각 시스템의 구성도이다.
도 2a 내지 2d는 다양한 각도에서 본 냉각수 펌프의 사시도이다.
도 3은 도 2c의 A-A 선을 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 냉각수 펌프, 엔진의 블록 및 헤드 사이의 장착 배열을 도시한 도면이다.
본 명세서에서 기재된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것일 뿐 본 개시의 범위를 어떠한 방식으로든 제한하는 것을 의도하지 않는다.

이어지는 설명은 본질 상 단지 예시를 위한 것이고 본 개시, 응용, 또는 사용을 제한하기 위한 의도는 아니다. 도면 전체를 통해 대응하는 도면 번호는 유사하거나 대응하는 부품들 및 특징들을 가리키는 것임을 이해하여야 한다.

본 개시에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 헤드(210)와 블록(220)을 가지는 엔진(200)용 냉각 시스템(100)이 제공된다. 각각 냉각수의 유입 및 배출을 위하여, 헤드(210)는 헤드 냉각수 라인(111)을 포함하고, 블록(220)은 블록 냉각수 라인(102)을 포함한다. 냉각 시스템(100)은 냉각수가 흐르는 복수개의 채널(102, 111), 냉각 시스템을 통하여 냉각수를 펌핑하는 냉각수 펌프(230), 엔진(200)의 블록(220)과 헤드(210)로부터 배출되는 냉각수를 받는 주 써모스탯(202), 그리고 블록 냉각수 배출 라인(104)을 통하여 블록(220)으로부터 배출된 냉각수를 받는 바이패스 써모스탯(203)을 포함한다.

냉각 시스템(100)은 또한 헤드와 블록에서 배출된 냉각수를 주 써모스탯(202)으로 안내하는 제1냉각수 리턴 라인(113), 주 써모스탯(202)을 냉각수 펌프(230)에 연결하는 제2냉각수 리턴 라인(117), 그리고 바이패스 써모스탯(203)을 냉각수 펌프의 바이패스 입구(231)(도 3 참조)에 직접 연결하는 블록 냉각수 리턴 라인(106)을 포함한다.

블록과 헤드 내에 형성된 복수개의 채널들(102, 111)은 각각 워터 쟈켓의 형태일 수 있다. 냉각수(예를 들어, 냉각용 물)는 실린더 보어들이 배치된 방향에 대하여 블록(220)의 마주하는 단들 중 하나에 형성된 냉각수 입구를 통하여 실린더 보어들을 감싸는 실린더 블록 워터 쟈켓(이하 '블록 냉각수 라인(102)'이라 칭함)으로 유입되고, 엔진의 블록을 냉각하기 위하여 블록 냉각수 라인을 통하여 흐른다. 그 후, 냉각수는 블록의 상단부에 형성된 연결 포트를 통하여 위로 흘러 연소실을 감싸는 실린더 헤드 워터 쟈켓(이하 '헤드 냉각수 라인(111)'이라 칭함)오 유입되고, 헤드(210)를 냉각하기 위하여 헤드 냉각수 라인을 통하여 흐를 수 있다. 하나의 형태에서, 냉각수는 연소실이 배치된 방향에 대하여 헤드(210)의 마주하는 단들 중 하나에 형성된 별개의 냉각수 입구를 통하여 헤드(210)에 유입될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 헤드(210)로부터 배출된 냉각수의 일부는 헤드 냉각수 배출 라인(115)을 통하여 흐를 수 있고, 스로틀 바디(204)와 히터(205)를 흐르는 동안 그들에게 열을 전달할 수 있다. 스로틀 바디(204)에 공급된 냉각수는 스로틀 바디를 데우기 위하여 사용되고, 히터(205)에 공급된 냉각수는 차량 내부(예를 들어, 차량 실내)를 난방하기 위하여 사용된다. 스로틀 바디와 히터를 통과한 냉각수는 제3냉각수 리턴 라인(119)을 통하여 냉각수 펌프(230)에 공급된다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 냉각수 펌프(230)는 엔진의 회전력을 전달 받도록 하는 풀리(240)를 가지고 있다. 도 2a는 엔진의 크랭크축의 회전력에 의하여 회전되는 풀리(240)가 조립된 냉각수 펌프(230)의 사시도이다. 풀리(240)는 회전력을 전달하기 위하여 벨트를 통하여 크랭크축에 연결될 수 있다. 도 2b 내지 2d는 본 개시의 하나의 형태에 따른 냉각수 펌프를 다양한 각도에서 본 것을 도시하고 있다. 도 2b는 엔진에 장착된 부분에 형성된 제1, 제2출구(232, 234)를 보여준다. 상기 냉각수는 각각 제1, 제2출구(232, 234)를 통하여 엔진의 헤드와 블록에 공급된다.

또한, 도 2a 및 2c, 2d는 냉각수 펌프의 내측에 형성된 바이패스 입구(231)와 연통된 바이패스 입구 호스(239)를 도시한다. 한편, 상기 바이패스 입구 호스(239)는 블록 냉각수 리턴 라인(106)에 연결되어 블록 냉각수 배출 라인(104)을 통하여 배출된 냉각수는 바이패스 써모스탯(203)이 헤드 냉각수 배출 라인(115)으로 닫혀 있을 때 바이패스 입구(231)를 향하여 안내된다. 도 2d는 냉각수 펌프(230)의 다른 도면이며 워터 펌프의 임펠러(도시하지 않음)가 회전하여 냉각수를 엔진으로 미는 주 입구(233)를 보여 준다. 일반적으로, 냉각수 펌프의 임펠러는 펌프 챔버 내에 배치되고 풀리(240)가 회전함에 따라 회전하여 냉각 시스템(100) 내의 냉각수를 순환시킨다.

더 구체적으로, 도 2a-2c 및 도 3을 참고하면, 워터 펌프(230)는 블록(220)의 일측, 특히 블록 내에서 냉각수 입구들이 형성된 측과 동일한 측 상에 장착되어 냉각수 펌프는 냉각수를 냉각수 입구들을 통하여 블록과 헤드에 공급할 수 있고, 냉각수는 헤드 냉각수 라인(111)과 블록 냉각수 라인(102)을 통하여 순환한다. 다른 형태에서, 엔진의 구조에 기초하여, 냉각수 펌프는 헤드(210)의 일측에 장착될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 냉각수 펌프(230)는 벨트를 통하여 엔진의 크랭크축에 의하여 회전되는 풀리(240)에 의하여 작동된다.

더 나아가, 도 3 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 개시의 하나의 형태에서 냉각수 펌프(230)는 주 입구(233), 바이패스 입구(231), 냉각수가 그것을 통하여 블록(220)으로 유입되는 제1출구(232), 그리고 냉각수가 그것을 통하여 엔진의 헤드(210)에 공급되는 제2출구(234)를 포함한다. 이 배열을 통하여, 냉각수 펌프(230)는 블록 냉각수 배출 라인(104)을 통하여 블록(220)으로부터 배출된 냉각수 온도에 기초하여 제1, 제2냉각수 흐름들의 혼합을 합류 영역(237)에서 적은 양으로 제한하는 반면에, 냉각수 펌프의 주 입구(233)를 통하여 오는 제1냉각수 흐름을 냉각수 펌프의 바이패스 입구(231)를 통하여 오는 제2냉각수 흐름으로부터 분리한다. 상기 바이패스 써모스탯(203)은 블록 냉각수의 온도에 기초하여 블록 냉각수 배출 라인(104)으로부터 배출되는 냉각수의 흐름을 제어한다.

한번 냉각수가 주 입구(233)와 바이패스 입구(231)를 통하여 공급되면, 냉각수는 냉각수 펌프(230)의 내측에 형성된 합류 영역(237)을 통하여 헤드(210)와 블록(220)으로 안내된다. 구체적으로, 냉각수 펌프의 하우징(235)과 장착 월(236)은 바이패스 입구(231)를 통하여 공급된 냉각수(즉, 냉각수 흐름(F2))가 제1출구(232)를 통하여 엔진 블록(220)에 안내되고 주 입구(233)를 통하여 공급된 냉각수(즉, 냉각수 흐름(F1))가 제2출구(234)를 통하여 엔진 헤드(210)에 안내되는 합류 영역(237)을 형성한다.

더 나아가, 합류 영역(237)은 좁은 넥 부분(238)을 포함하고, 상기 좁은 넥 부분(238)은 합류 영역(237)을 향한 하우징(235)의 상승된 부분의 형태일 수 있다. 하나의 형태에서, 좁은 넥 부분(238)은 냉각수가 합류 영역(237)을 지나치는 동안 냉각수에 벤츄리 사이펀 효과(Venturi syphon effect)를 야기하도록 주 입구(233)와 바이패스 입구(231) 사이에 배치되거나 바이패스 입구(231)에 근접할 수 있다.

좁은 넥 부분(238)은 냉각수가 흐르는 합류 영역의 축소된 구역을 제공하기 때문에, 좁은 넥 부분(238)을 지나가는 냉각수(즉, 냉각수 흐름(F3))의 속도는 다른 구역보다 빨라지고, 그것에 의하여 다른 유체들(즉, 냉각수 흐름(F2))을 빨아들이기 위한 저압을 야기한다.

더 구체적으로, 도 4를 참고하면, 좁은 넥 부분(238)에 의하여 야기된 냉각수의 벤츄리 사이펀 효과 때문에, 제1냉각수 흐름(F1)의 작은 부분(즉, 냉각수 흐름(F3))이 제2냉각수 흐름(F2)을 향하여 유도되고 바이패스 입구(231)를 통하여 들어온 제2냉각수 흐름(F2)과 혼합된다. 상기 혼합된 냉각수와 제2냉각수 흐름(즉, F2, F3)는 제1출구(232)를 통하여 블록(220)에 공급된다. 달리 말하면, 주 입구(233)를 통해 흐르는 대부분의 냉각수(즉, 냉각수 흐름(F1))는 헤드 냉각수 라인(111)에 연결된 제2출구(234)를 통하여 흘러 나가는 반면 냉각수의 단지 작은 부분(즉, 냉각수 흐름(F3))만이 냉각수 흐름(F2)을 가로질러 흐르며 냉각수 흐름(F2)과 혼합된다. 혼합된 두 개의 냉각수 흐름(즉, 냉각수 흐름(F2, F3))은 블록 냉각수 라인(102)에 연결된 제1출구(232)를 통하여 흘러 나가 블록(220)으로 유입된다. 결과적으로, 블록을 순환하는 냉각수는 바이패스 써모스탯(203)이 블록 냉각수를 블록 냉각수 리턴 라인(106)을 통하여 흐르도록 유도하는 한 헤드를 순환하는 냉각수로부터 격리된다. 앞에서 논의된 바와 같이, 블록을 순환하는 냉각수가 설정 온도에 도달할 때까지 냉각수의 혼합을 제한함으로써, 엔진(즉, 엔진 헤드) 웜업 시간은 단축되고 블록을 가로지르는 냉각수 내의 온도 구배는 감소된다.

한번 냉각수가 헤드 냉각수 라인(111)과 블록 냉각수 라인(102)을 통하여 각각 헤드와 블록 내에서 순환되면, 냉각수는 엔진으로부터 배출되고 냉각수 리턴 라인(예를 들어, 리턴 라인(106, 113, 119))을 통하여 냉각수 펌프(230)로 되돌아간다. 더 자세한 사항은 이하에서 도 1을 참고로 기재될 것이다.

일반적으로, 종래의 냉각 시스템에서 엔진 블록으로부터 배출되는 냉각수는 그 온도와는 무관하게 항상 엔진 헤드로부터 배출되는 냉각수와 혼합된다. 결과적으로, 엔진 헤드를 웜업시키는 시간은 엔진 블록으로부터 배출되는 냉각수의 낮은 온도 때문에 냉시동 조건에서 지연되고, 이에 따라 연료 효율이 약화된다.

그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시의 하나의 형태에 따른 냉각 시스템(100)은 바이패스 써모스탯(203)을 냉각수 펌프(230)의 바이패스 입구(231)로 직접 연결하는 블록 냉각수 리턴 라인(106)을 포함한다. 따라서, 블록 냉각수 리턴 라인(106)은 블록 냉각수 배출 라인(104)과 바이패스 써모스탯(203)을 통하여 블록으로부터 배출되는 블록 냉각수를 그 온도가 설정 온도(예를 들어, 완전한 엔진 웜업 온도)에 도달할 때까지 바이패스 입구(231)로 안내한다. 도 1은 냉시동 조건에서 냉각수 흐름을 도시한다. 실선은 해당하는 냉각수 라인을 통하여 흐르는 냉각수를 나타내는 반면에, 점선은 냉각수 흐름이 차단된 것을 나타낸다.

앞에서 기재한 바와 같은 냉각 시스템의 배열을 통하여, 블록 냉각수는 블록 냉각수 리턴 라인(106)을 통하여 냉각수 펌프(230)로 개별적으로 되돌아가고, 헤드 냉각수는 제1, 2, 3냉각수 리턴 라인(113, 117, 119)를 통하여 냉각수 펌프(230)로 되돌아가서 블록 냉각수와 헤드 냉각수는 리턴 라인에서 혼합되지 않는다. 대신에, 두 냉각수 흐름(즉, 블록 냉각수 및 헤드 냉각수)의 단지 작은 부분만이 냉각수 펌프(230)의 내부에 형성된 합류 영역(237)에서 혼합된다. 특히, 제2냉각수 리턴 라인(117)은 주 써모스탯(202)과 냉각수 펌프(230) 사이에 배치되고 냉각수를 냉각수 펌프(230)로 안내할 수 있다.

예를 들어, 바이패스 서모스탯(203)이 블록 냉각수 리턴 라인(106)을 향하여 열리면(즉, 바이패스 써모스탯의 닫힘 상태), 헤드 냉각수는 제1, 2, 3냉각수 리턴 라인(113, 117, 119)을 통하여 주 입구(233)로 보내진다. 블록 냉각수의 온도가 설정 온도에 도달하고, 이에 따라 바이패스 써모스탯(203)이 블록 냉각수 리턴 라인(106)을 닫으면(즉, 바이패스 서모스탯의 열림 상태), 헤드 냉각수와 블록 냉각수는 제1, 2, 3냉각수 리턴 라인(113, 117, 119)을 흐르는 동안 혼합되고 냉각수 펌프(230)의 주 입구(233)로 공급된다.

상세하게는, 블록 냉각수가 설정 온도에 도달하면, 바이패스 써모스탯(203)은 제1냉각수 리턴 라인(113)을 향하여 열리고 블록 냉각수 리턴 라인(106)을 닫는다. 이에 따라, 블록 냉각수 배출 라인(104)으로부터 흘러 나온 블록 냉각수는 제1냉각수 리턴 라인(113)을 통하여 흐르고 헤드 냉각수와 혼합된다. 헤드와 블록으로부터 혼합된 냉각수는 주 써모스탯(202)을 통하여 냉각수 펌프(230)의 주 입구(233)로 유입된다. 혼합된 냉각수 온도가 라디에이터에 의하여 냉각될 필요가 있는 온도에 도달할 때까지 주 써모스탯(202)이 라디에이터(207)에 연결된 냉각 라인(208)을 닫기 때문에, 혼합된 냉각수는 단지 제1냉각수 리턴 라인(113)을 통해서만 순환한다. 혼합된 냉각수 온도가 냉각되어야 하는 온도에 도달하면, 냉각수 리턴 라인(113)은 주 써모스탯(202)에 의하여 차단되고 헤드와 블록으로부터 혼합된 냉각수는 모두 라디에이터(207)를 통하여 흐른다. 냉각 라인(208)은 라디에이터(207)를 주 써모스탯(202)에 연결하여 주 써모스탯(202)이 설정된 온도에서 열리면 냉각수가 라디에이터(207)에 의하여 냉각되고 냉각수 펌프(230)로 공급되도록 한다.

예시적인 형태와 함께 앞에서 논의된 바와 같이, 본 개시는 헤드 냉각수로부터 블록 냉각수를 독립적으로 제어하는 반면 블록 냉각수가 웜업될 때까지 냉각수 펌프 내에서 단지 최소 레벨의 혼합 냉각수만을 허용하는 냉각 시스템에 관한 것이다. 냉각수 제어 전략은 종래의 냉각 시스템과 비교하여, 특히 냉시동 조건 하에서 엔진 성능과 내구성의 향상을 제공한다.

냉시동 조건에서, 블록 냉각수의 온도는 헤드 냉각수의 온도보다 상당히 낮고 블록 냉각수의 양은 헤드 냉각수의 체적보다 상당히 많아 헤드 냉각수와 블록 냉각수가 서로 혼합되면 냉각수 내의 온도 구배가 매우 크고 이에 따라 냉각수 온도 제어는 어려워지며 엔진 웜업도 지연된다. 그러나, 앞에서 기재한 바와 같이 블록 냉각수와 헤드 냉각수의 혼합을 제한하는 것에 의하여, 냉시동 조건에서 헤드(210)의 웜업은 빠르고 냉각수 내의 온도 구배는 상당히 감소된다. 이와 같이, 빠른 엔진 웜업은 연비를 향상시키고 감소된 온도 구배(즉, 향상된 블록 냉각수 온도 분포)는 가스킷이나 씰란트(sealant)와 같은 엔진 씰링 부품의 내구성을 향상시킨다.

비록 예시의 목적으로 본 개시의 예시적인 형태가 설명되었지만, 본 기술에서 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 범위 및 사상을 벗어나지 않고 다양한 수정, 부가, 및 대체가 가능함을 인식할 수 있을 것이다.

Claims

헤드와 블록 및 냉각수가 흐르는 복수의 채널을 가진 엔진의 냉각 시스템에 있어서, 냉각수의 유입 및 배출을 위하여 상기 헤드는 헤드 냉각수 라인을 포함하고 상기 블록은 블록 냉각수 라인을 포함하며, 상기 냉각 시스템은
엔진에 장착되고 주 입구, 바이패스 입구, 냉각수를 블록으로 공급하도록 된 제1출구, 그리고 냉각수를 엔진의 헤드에 공급하도록 된 제2출구를 포함하는 냉각수 펌프;
엔진의 블록 및 헤드로부터 배출되는 냉각수를 받도록 된 주 써모스탯;
블록 냉각수 배출 라인을 통하여 블록으로부터 배출된 냉각수를 받도록 된 바이패스 써모스탯;
헤드와 블록으로부터 배출된 냉각수를 주 써모스탯으로 안내하도록 된 제1냉각수 리턴 라인;
주 써모스탯을 냉각수 펌프의 주 입구에 연결하도록 된 제2냉각수 리턴 라인; 그리고
바이패스 써모스탯을 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 직접 연결하도록 된 블록 냉각수 리턴 라인;
을 포함하며,
바이패스 써모스탯은 블록으로부터 배출된 냉각수를 엔진의 블록을 순환하는 냉각수의 온도에 기초하여 선택적으로 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 보내도록 된 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
냉각수 펌프의 출구는 제1출구와 제2출구를 포함하고, 냉각수 펌프는 냉각수 펌프의 하우징과 냉각수 펌프의 장착 월에 의하여 형성된 합류 영역을 포함하며,
합류 영역은 바이패스 입구를 통하여 공급된 냉각수를 제1출구를 통하여 엔진 블록으로 안내하고 주 입구를 통하여 공급된 냉각수를 제2출구를 통하여 엔진 헤드에 안내하도록 된 냉각 시스템.
제2항에 있어서,
합류 영역은 주 입구를 흐르는 냉각수의 작은 부분이 바이패스 입구를 흐르는 냉각수와 혼합되고 엔진 블록에 공급되도록 하는 벤츄리 사이펀 효과(Venturi syphon effect)를 야기하도록 된 좁은 넥 부분을 포함하는 냉각 시스템.
제3항에 있어서,
좁은 넥 부분은 바이패스 입구에 근접한 하우징의 상승된 부분에 의하여 형성되고, 상기 상승된 부분은 주 입구와 바이패스 입구 사이에 배치되는 냉각 시스템.
헤드와 블록을 구비한 엔진의 냉각 시스템에 있어서,
냉각수가 지나가는 복수의 채널들, 상기 복수의 채널들은 냉각수의 유입 및 배출을 위하여 헤드 내에 형성된 헤드 냉각수 라인과 블록 내에 형성된 블록 냉각수 라인을 포함하고;
엔진에 장착되고, 주 입구를 흐르는 냉각수를 바이패스 입구를 흐르는 냉각수로부터 분리시키고, 블록으로부터 배출된 냉각수의 온도에 기초하여 주 입구와 바이패스 입구를 통하여 흐르는 냉각수의 혼합을 작은 양으로 제한하는 냉각수 펌프;
블록 및 헤드로부터 배출된 냉각수의 온도에 기초하여 엔진의 블록과 헤드로부터 배출된 냉각수를 제어하도록 된 주 써모스탯;
배출된 블록 냉각수의 온도에 기초하여 블록 냉각수 배출 라인을 통하여 블록으로부터 배출된 냉각수를 제어하도록 된 바이패스 써모스탯;
헤드와 블록으로부터 배출된 냉각수를 주 써모스탯으로 안내하도록 된 제1냉각수 리턴 라인;
주 써모스탯을 냉각수 펌프의 주 입구에 연결하도록 된 제2냉각수 리턴 라인; 그리고
바이패스 써모스탯을 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 직접 연결하도록 된 블록 냉각수 리턴 라인;
을 포함하며,
바이패스 써모스탯은 블록으로부터 배출된 냉각수를 배출된 블록 냉각수의 온도에 기초하여 선택적으로 냉각수 펌프의 바이패스 입구에 보내도록 된 냉각 시스템.