KR102621555B1 - 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치 - Google Patents

엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 실린더에 공급되는 냉각수의 유동을 가변 조절하기 위한 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치에 관한 것으로, 특히 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 흐르는 엔진 냉각수의 유동을 가변 제어할 수 있도록 구성되어, 엔진의 저부하 운전 시에는 실린더 블록의 온도 상승을 통해 연비 개선을 도모하고, 엔진의 고부하 운전 시에는 엔진 실린더마다 균등하게 냉각수를 공급하여 각 엔진 실린더간 냉각 평형 및 냉각수 유량을 확보하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치를 제공하는데 목적이 있다.

Description

엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치 {engine cooling water flow variable control device}
본 발명은 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치에 관한 것으로, 상세하게는 엔진 실린더에 공급되는 냉각수의 유동을 가변 조절하기 위한 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 몸체가 되는 실린더 블럭과 실린더 헤드는 연소열에 의해서 고온이 되므로, 고온에 의해 실린더 블럭 및 실린더 헤드에 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위해 실린더 블럭에 엔진 냉각수가 공급되는 냉각용 워터재킷이 구비되며, 또한 엔진의 각부를 윤활 및 냉각하기 위한 엔진 오일의 유동을 위해 오일갤러리 및 오일통로가 구비된다.
한편, 최근 내연 기관의 연비 개선을 위해 엔진 냉각 채널의 유량을 능동적으로 제어하는 통합 유량 제어 기술이 적용되고 있다.
통합 유량 제어가 적용되는 엔진의 경우 대부분 실린더 헤드와 실린더 블록을 분리 냉각하는 스플릿 쿨링(split cooling) 기술이 적용된다. 상기 스플릿 쿨링 기술은 열부하가 높지 않은 영역에서 실린더 블록의 냉각수 유동을 제한하고 실린더 헤드측에만 냉각수를 유동시켜 상대적으로 실린더 블록의 온도를 높임으로써 엔진 오일의 온도 상승을 유도하여 엔진 마찰손실을 저감시켜 연비를 개선한다.
그리고, 상기 통합 유량 제어가 적용되지 않는 엔진의 경우는 실린더별로 실린더 블록에서 실린더 헤드로 균등하게 냉각수가 공급되어 실린더 헤드에서 라디에이터로 엔진 냉각수가 흐르는 구조로 되어 있다.
종래 스플릿 쿨링이 적용되는 경우, 실린더 블록의 온도만 유니크하게 상승시키는 장점이 있으나, 한방향으로만 냉각수가 흐르도록 제한되기 때문에 실린더별 냉각 평형에 문제가 존재하고 또한 고부하시 충분한 냉각수 흐름을 확보하기 어려운 문제가 있다.
반면 상기 스플릿 쿨링이 미적용되는 경우, 실린더간 냉각 평형 및 충분한 냉각 유량의 확보는 가능하나, 스플릿 쿨링에 의해 구현가능한 연비 개선을 개대할 수 없는 단점이 있다.
공개특허 제2005-0045082호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 흐르는 엔진 냉각수의 유동을 가변 제어할 수 있도록 구성되어, 엔진의 저부하 운전 시에는 실린더 블록의 온도 상승을 통해 연비 개선을 도모하고, 엔진의 고부하 운전 시에는 엔진 실린더마다 균등하게 냉각수를 공급하여 각 엔진 실린더간 냉각 평형 및 냉각수 유량을 확보하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치를 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 엔진 냉각을 위해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드에 공급되는 냉각수의 유동을 제어하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치로서,
실린더 블록의 워터자켓을 통해 냉각수를 공급받을 수 있도록 실린더 블록에 설치되며, 엔진 부하 조건에 따라 작동되어 실린더 헤드측으로 흐르는 냉각수의 유동 경로를 전환하는 유동제어밸브; 상기 유동제어밸브에 작동력을 공급하는 액추에이터; 엔진 부하 조건에 따라 상기 액추에이터의 작동을 제어하여 상기 유동제어밸브를, 각 엔진 실린더별로 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 냉각수 유동이 이루어지는 제1 쿨링 모드, 및 유동제어밸브의 일부로만(편측 단부로만) 유입된 뒤 각 엔진 실린더의 위치에서 실린더 헤드측으로 냉각수 유동이 이루어지는 제2 쿨링 모드 중 어느 하나의 모드로 작동시키는 제어기;를 포함하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치를 제공한다.
구체적으로 상기 유동제어밸브는, 상기 실린더 블록의 워터자켓으로부터 공급되는 냉각수의 유동을 위한 상시 유로가 형성되어 있는 밸브바디; 각 엔진 실린더를 기준으로 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 직통하는 냉각수 유동을 형성하기 위해, 상기 밸브바디에 형성된 복수 개의 다이렉트홀; 상기 밸브바디의 편측 단부에 형성된 스플릿홀을 통해 우회하여 상기 상시 유로에 유입된 뒤 각 엔진 실린더를 기준으로 실린더 헤드측으로 냉각수 유동을 형성하기 위해, 상기 밸브바디에 형성된 복수 개의 인다이렉트홀; 상기 워터자켓으로부터 공급되는 냉각수를 상기 밸브바디의 편측 단부에서 상기 상시 유로로 공급하는 스플릿홀;로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 밸브바디에는 상기 액추에이터에 의해 구동력을 받아 상기 밸브바디를 일정각도 회전시키는 밸브링키지가 결합될 수 있고, 상기 밸브바디가 일정각도만큼 회전됨에 의해 상기 스플릿홀이 개방될 수 있다. 또한, 상기 밸브바디는 실린더 블록내에 회전가능하게 설치될 수 있으며, 상기 스플릿홀이 형성된 편측 단부의 반대편 단부가 막힌 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 다이렉트홀과 인다이렉트홀은 각 엔진 실린더의 위치에 따라 밸브바디에 이격 형성될 수 있고, 상기 밸브바디의 회전방향을 기준으로, 상기 인다이렉트홀은 다이렉트홀과 일정각도를 두고 배치될 수 있다. 아울러, 상기 상시 유로는 상기 밸브바디에 중공 형태로 형성될 수 있으며, 상기 스플릿홀은 상기 다이렉트홀의 닫힘 및 인다이렉트홀의 열림 시 개방되어 상기 워터자켓으로부터 냉각수가 유입될 수 있다.
한편 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 밸브바디에는 상기 액추에이터에 의해 구동력을 받아 상기 밸브바디를 일정거리만큼 직선 이동시키는 밸브링키지가 결합될 수 있고, 상기 밸브바디가 일정거리만큼 직선 이동됨에 의해 상기 스플릿홀이 개방될 수 있다. 또한 상기 밸브바디는 실린더 블록내에 직선 이동가능하게 설치될 수 있으며, 상기 스플릿홀이 형성된 편측 단부의 반대편 단부가 막힌 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 밸브바디의 이동거리에 따라 상기 스플릿홀이 부분 개방되거나 전체 개방될 수 있고, 상기 스플릿홀의 부분 개방 시 복수 개의 인다이렉트홀 중 상기 스플릿홀과 근접하게 배치된 일부 인다이렉트홀만 개방될 수 있고, 상기 스플릿홀의 전체 개방 시 복수 개의 인다이렉트홀이 모두 개방될 수 있다. 여기서, 상기 스플릿홀과 근접하게 배치된 일부 인다이렉트홀은, 상기 스플릿홀의 부분 개방 시에도 개방될 수 있도록 밸브바디의 이동방향으로 연장 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치에 의하면, 엔진 부하 조건에 따라 유동제어밸브의 작동 모드를 최적 제어하여, 엔진의 저부하 운전 시에는 실린더 블록의 온도 상승을 통해 연비 개선을 도모하고, 엔진의 고부하 운전 시에는 엔진 실린더마다 균등하게 냉각수를 공급하여 실린더간 냉각 평형 및 냉각수 유량을 확보할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치를 나타낸 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동제어밸브를 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동제어밸브가 제1 쿨링 모드로 작동 시 냉각수 유동을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유동제어밸브가 제2 쿨링 모드로 작동 시 냉각수 유동을 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동제어밸브를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동제어밸브가 제1 쿨링 모드로 작동 시 냉각수 유동을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동제어밸브가 제2 쿨링 모드로 작동 시, 후진거리가 상대적으로 작을 때, 냉각수 유동을 나타낸 도면
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동제어밸브가 제2 쿨링 모드로 작동 시, 후진거리가 클 때, 냉각수 유동을 나타낸 도면
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치는, 엔진 냉각을 위해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드에 공급되는 냉각수의 유동을 제어할 수 있는 밸브 장치로서, 엔진 부하 조건에 따라, 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 흐르는 엔진 냉각수의 유동을 가변 제어하여서, 엔진 고부하 영역에서는 엔진 실린더마다 균등하게 냉각수를 공급하여(제1 쿨링 모드) 엔진 실린더간 냉각 평형 및 냉각 유량을 확보할 수 있도록 하고, 엔진 저부하 영역에서는 실린더 블록의 냉각수 유동을 제한하여 실린더 블록의 온도를 상승시킴(제2 쿨링 모드)에 의해 연비 개선을 도모할 수 있도록 한다. 상기 제1 쿨링 모드의 경우 냉각수의 유동이 컨벤셔널 유동일 수 있다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치는, 실린더 블록(1)의 내측에 회전 가능하게 설치되는 유동제어밸브(10)와, 상기 유동제어밸브(10)에 회전 작동력을 제공하는 액추에이터(20), 및 엔진 부하 조건에 따라 상기 액추에이터(20)의 작동을 제어하여 상기 유동제어밸브(10)를 제1 쿨링 모드와 제2 쿨링 모드 중 선택된 최적의 모드로 작동시키는 제어기(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 실린더 블록(1)에는 워터펌프에 의해 엔진 냉각수를 공급받는 워터자켓(2)이 구비되고, 상기 워터자켓(2)에 채워진 엔진 냉각수는 상기 워터펌프의 공급 압력에 의해 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)측으로 이동하게 된다.
상기 실린더 블록(1)에는 냉각수 유동을 위한 냉각채널(3,6)이 형성되며, 상기 냉각채널(3,6)에 흐르는 냉각수 유동을 조절하기 위해 상기 냉각채널(3,6)의 중간 즉, 냉각채널(3)과 냉각채널(6) 사이에 상기 유동제어밸브(10)가 설치될 수 있다. 이를 위해 상기 실린더 블록(1)에는 유동제어밸브(10)가 작동가능하게 설치되는 장착홀(4)이 형성될 수 있으며, 상기 장착홀(4)은 실린더 블록(1)의 길이방향으로 일정길이를 갖고 길게 연장되어 형성될 수 있다.
상기 유동제어밸브(10)는, 실린더 블록(1)의 워터자켓(2)을 통해 냉각수를 공급받을 수 있도록 실린더 블록(1)에 설치되며, 엔진 부하 조건에 따라 회전 작동되어 실린더 블록(1)의 워터자켓(2)으로부터 실린더 헤드(5)측으로 흐르는 냉각수의 유동 방향 및 경로를 전환할 수 있는 것으로, 실린더 블록(1)내에 회전가능하게 원형 외주면을 가지고 설치되는 밸브바디(11)와, 상기 밸브바디(11)에 형성되는 다이렉트홀(13)과 인다이렉트홀(14) 및 스플릿홀(15) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 밸브바디(11)는 액추에이터(20)에 의해 구동력을 받아 밸브바디(11)를 일정각도 만큼 회전시킬 수 있는 밸브링키지(16)가 밸브바디(11)의 일측 단부에 결합되어 고정되고, 상기 밸브링키지(16)가 결합된 밸브바디(11)의 편측 단부의 반대편 단부가 막힌 구조로 형성된다. 상기 밸브링키지(16)는 압입 또는 용접에 의해 밸브바디(11)에 고정될 수 있다.
상기 밸브바디(11)는 (엔진에 구비되는 복수 개의) 실린더(7)의 배열방향으로 연장되는 긴 파이프 모양으로 형성될 수 있으며, 실린더 블록(1)의 워터자켓(2)으로부터 공급되는(즉, 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 공급되는) 냉각수의 유동을 위한 직선형의 상시 유로(12)가 형성되어 있다. 상기 상시 유로(12)는, 밸브바디(11)에 중공 형태로 형성된 것일 수 있으며, 상기 유동제어밸브(10)의 작동 모드에 상관없이 상시 냉각수가 흐를 수 있다.
상기 다이렉트홀(13)은 각각의 엔진 실린더(7)를 기준으로 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)측으로 직통하는 냉각수 유동을 형성하기 위한 것으로, 다이렉트홀(13)의 개방시 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)측으로 흐르는 냉각수가 밸브바디(11)의 상시 유로(12)를 최단거리로 직통하여(수직으로 관통하여) 흐르게 된다.
상기 인다이렉트홀(14)은 밸브바디(11)의 편측 단부에 형성된 스플릿홀(15)을 통해 우회하여 상기 상시 유로(12)에 유입된 뒤 상기 상시 유로(12)를 따라 흐르면서 각각의 실린더 헤드(5)측으로 냉각수 유동을 형성하기 위한 것으로, 인다이렉트홀(14)의 개방시 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)측으로 흐르는 냉각수가 밸브바디(11)의 상시 유로(12)를 통해 우회하여 실린더 헤드(5)측으로 흐르게 된다.
상기 스플릿홀(15)은, 밸브링키지(16)가 결합된 밸브바디(11)의 편측 단부에 형성되어, 상기 다이렉트홀(13)의 닫힘 및 인다이렉트홀(14)의 열림 시 개방되는 것으로, 상기 스플릿홀(15)의 개방시 워터자켓(2)으로부터 유입된(공급된) 냉각수가 스플릿홀(15)을 통해 상시 유로(12)에 유입된다.
상기 스플릿홀(15)은 액추에이터(20)의 구동력을 전달받은 밸브링키지(16)에 의해 상기 밸브바디(11)가 일정각도(예를 들어, 90°)만큼 회전됨에 의해 개방될 수 있다.
상기의 다이렉트홀(13)과 인다이렉트홀(14)은 각 엔진 실린더(7)의 위치에 따라 밸브바디(11)에 이격 형성되고, 상기 밸브바디(11)의 회전방향을 기준으로, 상기 인다이렉트홀(14)은 다이렉트홀(13)과 일정각도를 두고 밸브바디(11)에 배치된다. 상기 스플릿홀(15)은 다이렉트홀(13)의 닫힘 및 인다이렉트홀(14)의 열림 시 개방되는 밸브바디(11)의 위치에 형성된다.
다시 말해, 엔진에 구비된 각 엔진 실린더(7)의 위치에 대응하여 다이렉트홀(13)과 인다이렉트홀(14)이 밸브바디(11)상에 배치되고, 이러한 다이렉트홀(13)의 개방 및 인다이렉트홀(14)의 닫힘 시 폐쇄되는 밸브바디(11)의 위치에 하나의 스플릿홀(15)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 복수 개의 엔진 실린더 중 스플릿홀(15)에 가장 근접한 엔진 실린더를 제1 실린더라고 하면, 상기 제1 실린더의 전방에 배치된 다이렉트홀과 인다이렉트홀은 제1 실린더용 냉각수 유동홀이라고 할 수 있고, 제2 실린더의 전방에 배치된 다이렉트홀과 인다이렉트홀은 제2 실린더용 냉각수 유동홀이라고 할 수 있고, 제3 실린더의 전방에 배치된 다이렉트홀과 인다이렉트홀은 제3 실린더용 냉각수 유동홀이라고 할 수 있고, 제4 실린더의 전방에 배치된 다이렉트홀과 인다이렉트홀은 제4 실린더용 냉각수 유동홀이라고 할 수 있다.
이러한 유동제어밸브(10)는 엔진 부하 조건에 따라 작동되어 제1 쿨링 모드 및 제2 쿨링 모드 중 하나의 모드로 가변 작동될 수 있다.
유동제어밸브(10)가 상기 제1 쿨링 모드로 작동되는 경우, 각 엔진 실린더(7)별로 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)측으로 직통하여 냉각수 유동이 이루어지게 되고, 그에 따라 밸브바디(11)의 상시 유로(12)에 냉각수가 유입되는 동시에 각 실린더 헤드(5)측으로 흐르는 냉각수 유동이 이루어진다. 즉, 유동제어밸브(10)가 제1 쿨링 모드로 작동되는 경우, 각 엔진 실린더(7)별로 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)측으로 흐르는 냉각수가 밸브바디(11)의 상시 유로(12)를 최단거리로 직통하여(수직으로 관통하여) 흐르게 되며, 각 엔진 실린더(7)마다 균등한 쿨링이 구현되어 냉각 평형이 확보되고 충분한 냉각 유량이 확보될 수 있다.
유동제어밸브(10)가 상기 제2 쿨링 모드로 작동되는 경우, 실린더 블록(1)의 워터자켓(2)에서 압송되는 냉각수가 스플릿홀(15)을 통해 밸브바디(11)의 편측 단부로 유입된 뒤 상시 유로(12)를 따라 흐르면서 각 실린더(7)의 위치에 대응하여 실린더 헤드(5)측으로 유동하게 된다. 즉, 유동제어밸브(10)가 제2 쿨링 모드로 작동되는 경우, 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)측으로 흐르는 냉각수가 밸브바디(11)의 상시 유로(12)를 통해 우회하여 수평방향으로(상시 유로의 연장방향으로) 흐르면서 인다이렉트홀(14)을 통해 실린더 헤드(5)측으로 유입되게 된다.
이와 같이 유동제어밸브(10)의 작동 모드를 엔진 부하 조건에 따라 가변 제어함으로써 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(5) 사이에서 실제로 냉각수가 흐르는 냉각수 유동 경로를 선택적으로 전환하여 변경할 수 있다. 구체적으로, 엔진의 고부하 조건(예를 들어, 경사로 주행 등)에서 상기 유동제어밸브(10)가 제1 쿨링 모드로 작동됨에 의해 실린더(7)별 냉각 평형 및 냉각수 유량의 확보가 가능하며, 엔진의 저부하 조건(예를 들어, 평지 주행 등)에서 상기 유동제어밸브(10)가 제2 쿨링 모드로 작동됨에 의해 실린더 블록(1)의 온도 상승을 도모하여 엔진의 마찰손실을 저감하고 연비 개선을 구현할 수 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 유동제어밸브(10)가 제1 쿨링 모드로 작동되는 경우, 스플릿홀(15)과 인다이렉트홀(14)이 폐쇄됨과 동시에 다이렉트홀(13)이 개방되어, 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(5) 사이에 냉각수 유동이 상기 다이렉트홀(13)에 의해 최단거리로 직통가능하게 되며, 각 엔진 실린더(7)의 위치마다 실린더 블록(1)에서 실린더 헤드(5)로 냉각수가 분배 공급된다.
이때 워터펌프에서 토출된 냉각수는 실린더 블록(1)을 냉각시킨 후 냉각채널(6)을 통과하여 실린더 헤드(5)로 공급된다. 실린더 헤드(5)의 각 실린더(7)별 위치로 공급된 냉각수는 한 방향으로 수렴되어 흘러 써모스탯으로 흐르게 되고 냉각수 온도에 따라 라디에이터를 따라 순환하거나 라디에이터를 바이패스하여 흐르게 된다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 유동제어밸브(10)가 제2 쿨링 모드로 작동되는 경우, 밸브링키지(16)가 일정각도(예를 들어, 90°) 회전되어 다이렉트홀(13)이 폐쇄되고 스플릿홀(15)과 인다이렉트홀(14)이 개방되어, 워터펌프에서 압송되는 냉각수가 스플릿홀(15)을 통해 우회하여 상시 유로(12)에 유입된 뒤 상기 상시 유로(12)를 따라 흐르면서 상기 인다이렉트홀(14)과 냉각채널(6)을 통해 실린더 헤드(5)에 공급되게 된다. 이에 실린더 블록(1)에서의 냉각수 흐름이 극히 저하되어 냉각수 온도가 상승하는 효과가 발생한다.
여기서, 다이렉트홀(13)은 실린더 블록(1)의 냉각채널(3)과 냉각채널(6)에 각각 연통되도록 밸브바디(11)의 둘레방향으로 한 쌍이 배치되며, 예를 들어 180°의 간격을 두고 한 쌍의 다이렉트홀(13)이 마주하여 배치될 수 있다.
또한, 인다이렉트홀(14)은 스플릿홀(15)의 개방시 함께 개방될 수 있도록 밸브바디(11)에 배치되며, 예를 들어 스플릿홀(15)과 180°의 간격을 두고 배치될 수 있다. 상기 스플릿홀(15)이 워터자켓(2)과 연통가능하게 연결될 때 상기 인다이렉트홀(14)은 실린더 헤드(5)에 이웃하는 냉각채널(6)과 연통가능하게 연결된다.
이하, 도 6 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치에 대해 설명하도록 한다.
여기서, 앞서 설명한 일 실시예에 따른 엔진 냉각 유동 가변 조절 장치와 동일하거나 유사한 기술에 대해 중복되는 설명은 생략될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치는, 실린더 블록(1)의 내측에 직선이동가능하게 설치되는 유동제어밸브(40)와, 상기 유동제어밸브(40)에 직선이동력을 제공하는 액추에이터(50), 및 엔진 부하 조건에 따라 상기 액추에이터(50)의 작동을 제어하여 상기 유동제어밸브(40)를 제1 쿨링 모드와 제2 쿨링 모드 중 선택된 최적의 모드로 작동시키는 제어기(60)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 유동제어밸브(40)는 실린더 블록(1)의 워터자켓(2)을 통해 냉각수를 공급받을 수 있도록 실린더 블록(1)에 설치되어, 엔진 부하 조건에 따라 회전 작동됨에 의해 실린더 블록(1)의 워터자켓(2)으로부터 실린더 헤드(5)측으로 흐르는 냉각수의 유동 방향 및 경로를 전환할 수 있는 것으로, 실린더 블록(1)내에 직선 이동가능하게 설치되는 밸브바디(41)와, 상기 밸브바디(41)에 형성되는 다이렉트홀(43)과 인다이렉트홀(44) 및 스플릿홀(45) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 밸브바디(41)는 액추에이터(50)에 의해 구동력을 받아 밸브바디(41)를 일정거리 만큼 직선 이동시킬 수 있는 밸브링키지(46)가 밸브바디(41)의 일측 단부에 결합되어 고정되고, 상기 밸브링키지(46)가 결합된 밸브바디(41)의 편측 단부의 반대편 단부가 막힌 구조로 형성된다.
상기 밸브바디(41)는 실린더(7)의 배열방향으로 연장되는 긴 파이프 모양으로 형성될 수 있으며, 실린더 블록(1)의 워터자켓(2)으로부터 공급되는 냉각수의 유동을 위한 직선형의 상시 유로(42)가 형성되어 있다.
상기 스플릿홀(45)은 밸브링키지(46)가 결합된 밸브바디(41)의 편측 단부에 형성될 수 있으며, 실린더 블록(1)내 워터자켓(2)의 상측에서 상기 밸브바디(41)가 일정거리만큼 직선 이동됨에 의해 상기 스플릿홀(45)이 개방될 수 있다.
상기 스플릿홀(45)은 액추에이터(50)의 작동에 의한 밸브바디(41)의 이동거리에 따라 부분 개방되거나 또는 전체 개방될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 상기 스플릿홀(45)이 부분 개방되는 경우 밸브바디(41)의 연장방향으로 배치된 복수 개의 인다이렉트홀(44) 중 상기 스플릿홀(45)과 근접하게 배치된 일부 인다이렉트홀(44-1)만 개방되고, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 스플릿홀(45)이 전체 개방되는 경우 상기 복수 개의 인다이렉트홀(44)이 모두 개방된다. 도 8 및 도 9를 보면, 밸브바디(41)가 후진 이동되어 실린더 블록(1)의 외측으로 돌출될 때 스플릿홀(45)이 개방될 수 있다.
이를 위해 상기 스플릿홀(45)과 근접하게 배치된 일부 인다이렉트홀(44-1)은, 상기 스플릿홀(45)의 부분 개방 시에도 개방될 수 있도록 밸브바디(41)의 직선 이동방향으로 연장 형성된다. 예를 들어, 스플릿홀(45)과 가장 근접하게 배치된 제1 실린더의 인다이렉트홀(44-1)만 밸브바디(41)의 이동방향으로 연장되어 길게 형성될 수 있다. 이때 상기 스플릿홀(45)은 다이렉트홀(43)보다 길게 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 스플릿홀(45)은 상기의 일부 인다이렉트홀(44-1)과 같이 밸브바디(41)의 이동방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7을 보면, 실린더 헤드(5)와 이웃한 냉각채널(6)과 이웃하는 밸브바디(41)의 상면에 복수의 다이렉트홀(43)과 인다이렉트홀(44)이 형성되고, 실린더 블록(1)의 (워터자켓(2)에 이웃한) 냉각채널(3)과 이웃하는 밸브바디(41)의 하면에도 복수의 다이렉트홀(43)과 인다이렉트홀(44)이 형성된다. 이때 다이렉트홀(43)과 인다이렉트홀(44)이 밸브바디(41)의 연장방향으로 번갈아 배치되며, 밸브바디(41)의 하면에는 스플릿홀(45)이 형성된다.
아울러 상기 액추에이터(50)는 모터식 또는 공압식 등으로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치는 엔진 부하 조건에 따라 제1 쿨링 모드와 제2 쿨링 모드 중 최적의 모드로 냉각수 유동을 구현하게 되며, 그에 따라 열부하가 많은 엔진 또는 실린더 헤드 구조를 강건하게 하기 위한 2층 구조를 가지는 엔진 등에서도 스플릿 쿨링이 가능하게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 실린더 블록 2 : 워터자켓
3 : 냉각채널 4 : 장착홀
5 : 실린더 헤드 6 : 냉각채널
7 : 엔진 실린더
10 : 유동제어밸브 11 : 밸브바디
12 : 상시 유로 13 : 다이렉트홀
14 : 인다이렉트홀 15 : 스플릿홀
16 : 밸브링키지 20 : 액추에이터
30 : 제어기
40 : 유동제어밸브 41 : 밸브바디
42 : 상시 유로 43 : 다이렉트홀
44,44-1 : 인다이렉트홀 45 : 스플릿홀
46 : 밸브링키지 50 : 액추에이터
60 : 제어기

Claims (11)

  1. 엔진 냉각을 위해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드에 공급되는 냉각수의 유동을 제어하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치로서,
    실린더 블록의 워터자켓을 통해 냉각수를 공급받을 수 있도록 실린더 블록에 설치되며, 엔진 부하 조건에 따라 작동되어 실린더 헤드측으로 흐르는 냉각수의 유동 경로를 전환하는 유동제어밸브;
    상기 유동제어밸브에 작동력을 공급하는 액추에이터;
    엔진 부하 조건에 따라 상기 액추에이터의 작동을 제어하여 상기 유동제어밸브를, 각 엔진 실린더별로 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 냉각수 유동이 이루어지는 제1 쿨링 모드, 및 유동제어밸브의 일부로만 유입된 뒤 각 엔진 실린더의 위치에서 실린더 헤드측으로 냉각수 유동이 이루어지는 제2 쿨링 모드 중 어느 하나의 모드로 작동시키는 제어기;
    를 포함하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동제어밸브는,
    상기 실린더 블록의 워터자켓으로부터 공급되는 냉각수의 유동을 위한 상시 유로가 형성되어 있는 밸브바디;
    각 엔진 실린더를 기준으로 실린더 블록에서 실린더 헤드측으로 직통하는 냉각수 유동을 형성하기 위해, 상기 밸브바디에 형성된 복수 개의 다이렉트홀;
    상기 밸브바디의 편측 단부에 형성된 스플릿홀을 통해 우회하여 상기 상시 유로에 유입된 뒤 각 엔진 실린더를 기준으로 실린더 헤드측으로 냉각수 유동을 형성하기 위해, 상기 밸브바디에 형성된 복수 개의 인다이렉트홀;
    상기 워터자켓으로부터 공급되는 냉각수를 상기 밸브바디의 편측 단부에서 상기 상시 유로로 공급하는 스플릿홀;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브바디에는 상기 액추에이터에 의해 구동력을 받아 상기 밸브바디를 일정각도 회전시키는 밸브링키지가 결합되고, 상기 밸브바디가 일정각도만큼 회전됨에 의해 상기 스플릿홀이 개방되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브바디는 실린더 블록내에 회전가능하게 설치되며, 상기 스플릿홀이 형성된 편측 단부의 반대편 단부가 막힌 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 다이렉트홀과 인다이렉트홀은 각 엔진 실린더의 위치에 따라 밸브바디에 이격 형성되고, 상기 밸브바디의 회전방향을 기준으로, 상기 인다이렉트홀은 다이렉트홀과 일정각도를 두고 배치된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.

  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브바디에는 상기 액추에이터에 의해 구동력을 받아 상기 밸브바디를 일정거리만큼 직선 이동시키는 밸브링키지가 결합되고, 상기 밸브바디가 일정거리만큼 직선 이동됨에 의해 상기 스플릿홀이 개방되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브바디는 실린더 블록내에 직선 이동가능하게 설치되며, 상기 스플릿홀이 형성된 편측 단부의 반대편 단부가 막힌 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브바디의 이동거리에 따라 상기 스플릿홀이 부분 개방되거나 전체 개방되고, 상기 스플릿홀의 부분 개방 시 복수 개의 인다이렉트홀 중 상기 스플릿홀과 근접하게 배치된 일부 인다이렉트홀만 개방되고, 상기 스플릿홀의 전체 개방 시 복수 개의 인다이렉트홀이 모두 개방되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 스플릿홀과 근접하게 배치된 일부 인다이렉트홀은, 상기 스플릿홀의 부분 개방 시에도 개방될 수 있도록 밸브바디의 이동방향으로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 상시 유로는 상기 밸브바디에 중공 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 스플릿홀은 상기 다이렉트홀의 닫힘 및 인다이렉트홀의 열림 시 개방되어 상기 워터자켓으로부터 냉각수가 유입되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 유동 가변 조절 장치.
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