KR20150080660A - 엔진의 냉각시스템 - Google Patents

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이재웅
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에 의하면, 실린더블록 위에 배치되는 실린더헤드, 냉각수의 온도에 따라서 상기 실린더블록과 상기 실린더헤드로 공급되는 냉각수를 제어하도록 배치되는 메인써모스탯, 및 상기 실린더블록을 지나온 블록냉각수가 유입되는 제1유입구와 상기 실린더헤드를 지나온 헤드냉각수가 유입되는 제2유입구가 각각 형성되고, 상기 블록냉각수와 상기 헤드냉각수의 흐름을 각각 제어하는 냉각수제어밸브유닛을 포함할 수 있다.

Description

엔진의 냉각시스템{EXHAUST GAS PROCESSING DEVICE}
본 발명은 실린더헤드와 실린더블록을 흐르는 냉각수를 분리하여, 웜업을 빠르게 하고, 냉각수를 각각 제어함으로써, 실린더블록의 온도를 높게 유지하여 마찰에너지를 감소시키고 연료소모를 줄일 수 있는 엔진의 냉각시스템에 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.
한편, 실린더블록을 흐르는 냉각수와 실린더헤드를 흐르는 냉각수를 각각 제어함으로써 실린더블록의 온도를 비교적 높게 유지하여 연료효율을 향상시키고, 실린더헤드는 비교적 낮게 유지하여 마찰에너지를 감소시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 실린더블록을 흐르는 냉각수와 실린더헤드를 흐르는 냉각수를 각각 제어함으로써 실린더블록의 온도를 비교적 높게 유지하여 연료효율을 향상시키고, 실린더헤드는 비교적 낮게 유지하여 마찰에너지를 감소시키는 엔진의 냉각시스템을 제공하고, 엔진 시동 후 냉각 수 온도를 빠르게 상승 시켜 시동 초기 엔진 마찰손실을 최소화 하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에 의하면, 실린더블록 위에 배치되는 실린더헤드, 냉각수의 온도에 따라서 상기 실린더블록과 상기 실린더헤드로 공급되는 냉각수를 제어하도록 배치되는 메인써모스탯, 및 상기 실린더블록을 지나온 블록냉각수가 유입되는 제1유입구와 상기 실린더헤드를 지나온 헤드냉각수가 유입되는 제2유입구가 각각 형성되고, 상기 블록냉각수와 상기 헤드냉각수의 흐름을 각각 제어하는 냉각수제어밸브유닛을 포함할 수 있다.
상기 냉각수제어밸브유닛에는, 상기 헤드냉각수를 제어하도록, 액추에이터에 의해서 작동되는 냉각수밸브, 및 상기 블록냉각수의 온도에 따라서 작동되어 상기 블록냉각수를 제어하는 블록써모스탯을 포함하고, 상기 냉각수밸브를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 냉각수제어밸브유닛에는, 상기 냉각수밸브를 지난 냉각수가 히터, 오일쿨러, 및 라디에이터로 공급되는 토출구가 각각 형성될 수 있다.
상기 메인써모스탯을 지난 냉각수는 냉각수펌프를 통해서 펌핑되어 상기 실린더블록과 상기 실린더헤드로 공급될 수 있다.
상기 메인써모스탯을 흐르는 냉각수의 온도에 의해서 열리거나 닫힐 수 있다.
상기 냉각수밸브는 상기 헤드냉각수의 온도에 따라서 상기 제어부에 의해서 열리거나 닫힐 수 있다.
상기 블록써모스탯은 상기 블록냉각수의 온도에 의해서 열리거나 닫힐 수 있다.
상기 메인써모스탯이 닫힌 상태에서 상기 냉각수밸브를 오픈시키면, 냉각수는 히터, 오일쿨러, 및 냉각수펌프를 통해서 상기 실린더헤드를 순환할 수 있다.
상기 메인써모스탯이 열린 상태에서 상기 냉각수밸브를 오픈시키면, 냉각수는 히터, 오일쿨러, 라디에이터, 및 냉각수펌프를 통해서 상기 실린더헤드를 순환할 수 있다.
상기 블록써모스탯과 상기 메인써모스탯이 열린 상태에서 상기 냉각수밸브를 오픈시키면, 냉각수는 히터, 오일쿨러, 라디에이터, 및 냉각수펌프를 통해서 상기 실린더헤드를 순환할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 냉각수제어밸브유닛의 냉각수밸브는 실린더헤드를 지나는 헤드냉각수의 온도에 따라서 작동되어, 엔진 시동 초기 엔진 외부로의 냉각수 흐름을 막아, 엔진 냉각수 온도를 빠르게 상승 시켜, 본 장치가 없는 엔진 대비 저온 구간을 단축 할 수 있다.
상기 실린더헤드를 비교적 낮은 온도로 제어하고, 상기 냉각수제어밸브유닛의 블록써모스탯은 실린더블록을 지나는 블록냉각수의 온도에 따라서 작동되어, 상기 실린더블록의 온도를 비교적 높은 온도로 제어할 수 있다.
아울러, 메인써모스탯은 전체적인 냉각수의 온도에 따라서 작동되어, 냉각수가 라디에이터를 선택적으로 순환하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에 구비되는 냉각수제어밸브유닛의 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 시동 초기에 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 실린더헤드의 냉각수 온도에 따른 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 메인써모스탯을 흐르는 냉각수의 온도에 따른 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 실린더블록을 흐르는 냉각수의 온도에 따른 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진의 냉각시스템은 실린더헤드(100), 실린더블록(110), 냉각수제어밸브유닛(170), 히터(130), 오일쿨러(160), 냉각수펌프(140), 메인써모스탯(150), 라디에이터(120), 및 제어부(99)를 포함한다.
냉각수는 상기 냉각수펌프(140), 상기 실린더헤드(100), 상기 실린더블록(110), 상기 냉각수제어밸브유닛(170), 상기 히터(130), 상기 오일쿨러(160), 상기 라디에이터(120), 및 상기 메인써모스탯(150)을 순환한다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 냉각수펌프(140)에 의해서 펌핑되는 냉각수는 상기 실린더헤드(100)와 상기 실린더블록(110)을 각각 흐르고, 상기 실린더헤드(100)와 상기 실린더헤드(100)를 흐르는 냉각수는 상기 냉각수제어밸브유닛(170)에 의해서 제어된다.
그리고, 상기 냉각수제어밸브유닛(170)으로 공급된 냉각수는 조건에 따라서 상기 히터(130), 상기 오일쿨러(160), 및 상기 라디에이터(120)로 각각 공급된다. 여기서, 상기 메인써모스탯(150)이 열리는 경우에 냉각수는 상기 라디에이터(120)를 순환한다.
아울러, 상기 냉각수제어밸브유닛(170)은 상기 실린더헤드(100)를 순환하는 헤드냉각수와 상기 실린더블록(110)을 순환하는 블록냉각수를 각각 제어하는 구조를 갖는다.
상기 제어부(99)는 상기 실린더헤드(100)를 순환하는 헤드냉각수의 온도를 센서(미도시) 등을 통해서 감지하고, 감지된 헤드냉각수의 온도에 따라서 냉각수밸브(210)를 오픈시켜 냉각수가 상기 실린더헤드(100)를 순환하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에 구비되는 냉각수제어밸브유닛의 개략적인 평면도이다.
도 2를 참조하면, 냉각수제어밸브유닛(170)은 하우징(250), 제1유입구(202), 제2유입구(204), 냉각수밸브(210), 액추에이터(220), 솔레노이드밸브(230), 및 블록써모스탯(200)을 포함하고, 상기 하우징(250)에는 상기 히터(130), 상기 라디에이터(120), 및 상기 오일쿨러(160)로 각각 연결되는 토출구가 형성된다.
상기 제1유입구(202)로는 상기 실린더헤드(100)를 지나는 헤드냉각수가 공급되고, 상기 제2유입구(204)로는 상기 실린더블록(110)을 지나는 블록냉각수가 공급된다.
상기 제1유입구(202)로 공급되는 헤드냉각수는 상기 냉각수밸브(210)에 의해서 제어되어, 상기 히터(130), 상기 오일쿨러(160), 및 상기 라디에이터(120)로 순환된다. 여기서, 상기 메인써모스탯(150)이 열리는 경우에 냉각수는 상기 라디에이터(120)로 순환된다.
상기 제2유입구(204)로 공급되는 블록냉각수는 상기 블록써모스탯(200)에 의해서 제어되어, 상기 히터(130), 상기 오일쿨러(160), 및 상기 라디에이터(120)로 순환된다. 여기서, 상기 메인써모스탯(150)이 열리는 경우에 냉각수는 상기 라디에이터(120)로 순환된다.
상기 냉각수밸브(210)는 상기 액추에이터(220)에 의해서 작동하고, 상기 액추에이터(220)는 솔레노이드밸브(230)에 의해서 작동되고, 상기 솔레노이드밸브(230)는 상기 제어부(99)가 제어한다.
전술한 바와 같이, 상기 제어부(99)는 센서(미도시)를 통해서 헤드냉각수의 온도를 감지하고, 감지되는 헤드냉각수의 온도에 따라서 상기 냉각수밸브(210)를 열어서 상기 실린더헤드(100)의 온도를 비교적 낮은 온도로 유지한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 블록써모스탯(200)은 상기 블록냉각수의 온도에 의해서 작동되는 타입이고, 상기 메인써모스탯(150)은 이를 통하는 냉각수의 온도에 의해서 작동되는 타입이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 시동 초기에 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 시동 초기에 상기 메인써모스탯(150)은 닫히고, 상기 냉각수제어밸브유닛(170)의 상기 냉각수밸브(210)와 상기 블록써모스탯(200)이 모두 닫힌다. 따라서, 냉각수는 상기 실린더헤드(100)와 상기 실린더블록(110) 내부에서만 순환하거나 흐르지 않는다.
본 발명의 실시예에서 상기 냉각수펌프(140)는 전동식으로 상기 제어부(99)에 의해서 작동되거나 작동되지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 실린더헤드의 냉각수 온도에 따른 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 상기 실린더헤드(100)를 지나는 헤드냉각수의 온도가 설정치 이상으로 높아지면, 상기 제어부(99)는 상기 냉각수제어밸브유닛(170)의 상기 냉각수밸브(210)를 열어서, 상기 실린더헤드(100)를 통해서 냉각수가 흐르고, 상기 냉각수제어밸브유닛(170)으로 공급된 냉각수는 상기 히터(130), 상기 오일쿨러(160), 상기 냉각수펌프(140), 및 상기 실린더헤드(100)를 순환한다.
상기 냉각수제어밸브유닛(170)의 상기 블록써모스탯(200)은 블록냉각수의 온도에 따라서 닫힌 상태를 유지하여, 블록냉각수의 온도는 비교적 높은 온도로 유지된다. 여기서, 상기 메인써모스탯(150)은 닫힌 상태로 냉각수는 상기 라디에이터(120)를 순환하지 않는다.
따라서, 상기 실린더블록(110)과 상기 실린더헤드(100)의 온도가 신속하게 웜업되고, 상기 실린더블록(110)의 온도가 비교적 높게 유지되어, 윤활유의 점성이 줄고 연소효율이 높아져서 전체적인 내연기관의 연소효율이 향상되고, 전체적인 출력이 증가한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 메인써모스탯을 흐르는 냉각수의 온도에 따른 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 상기 냉각수제어밸브유닛(170)의 상기 냉각수밸브(210)가 열리고, 상기 블록써모스탯(200)은 닫히고, 상기 메인써모스탯(150)은 열린 상태를 보여준다.
따라서, 냉각수는 상기 실린더헤드(100), 상기 냉각수제어밸브유닛(170), 상기 히터(130), 상기 오일쿨러(160), 상기 라디에이터(120), 상기 메인써모스탯(150), 및 상기 냉각수펌프(140)를 순환한다.
다만, 상기 블록써모스탯(200)이 닫힌 상태이므로, 상기 실린더블록(110)은 비교적 높은 온도로 제어되어, 윤활유의 점성이 줄고 연소효율이 높아져서 전체적인 내연기관의 연소효율이 향상되고, 전체적인 출력이 증가한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 냉각시스템에서 실린더블록을 흐르는 냉각수의 온도에 따른 냉각수의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 상기 냉각수제어밸브유닛(170)의 상기 냉각수밸브(210)가 열리고, 상기 블록써모스탯(200)은 열리고, 상기 메인써모스탯(150)은 열린 상태를 보여준다.
따라서, 냉각수는 상기 실린더헤드(100), 상기 실린더블록(110), 상기 냉각수제어밸브유닛(170), 상기 히터(130), 상기 오일쿨러(160), 상기 라디에이터(120), 상기 메인써모스탯(150), 및 상기 냉각수펌프(140)를 순환한다.
다만, 상기 블록써모스탯(200)이 열린 상태로, 상기 실린더블록(110)을 지나는 블록냉각수의 온도가 한계점을 초과하지 않도록 냉각수가 라디에이터(120)를 순환한다.
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.
99: 제어부 100: 실린더헤드
110: 실린더블록 120: 라디에이터
130: 히터 140: 냉각수펌프
150: 메인써모스탯 160: 오일쿨러
170: 냉각수제어밸브유닛 200: 블록써모스탯
202: 제1유입구 204: 제2유입구
210: 냉각수밸브 220: 액추에이터
230: 솔레노이드밸브 250: 하우징

Claims (10)

  1. 실린더블록 위에 배치되는 실린더헤드;
    냉각수의 온도에 따라서 상기 실린더블록과 상기 실린더헤드로 공급되는 냉각수를 제어하도록 배치되는 메인써모스탯; 및
    상기 실린더블록을 지나온 블록냉각수가 유입되는 제1유입구와 상기 실린더헤드를 지나온 헤드냉각수가 유입되는 제2유입구가 각각 형성되고, 상기 블록냉각수와 상기 헤드냉각수의 흐름을 각각 제어하는 냉각수제어밸브유닛;
    을 일체로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 냉각수제어밸브유닛에는,
    상기 헤드냉각수를 제어하도록, 액추에이터에 의해서 작동되는 냉각수밸브; 및
    상기 블록냉각수의 온도에 따라서 작동되어 상기 블록냉각수를 제어하는 블록써모스탯; 을 포함하고,
    상기 냉각수밸브를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 냉각수제어밸브유닛에는,
    상기 냉각수밸브를 지난 냉각수가 히터, 오일쿨러, 및 라디에이터로 공급되는 토출구가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  4. 제2항에서,
    상기 메인써모스탯을 지난 냉각수는 냉각수펌프를 통해서 펌핑되어 상기 실린더블록과 상기 실린더헤드로 공급되는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  5. 제2항에서,
    상기 메인써모스탯을 흐르는 냉각수의 온도에 의해서 열리거나 닫히는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  6. 제2항에서,
    상기 냉각수밸브는 상기 헤드냉각수의 온도에 따라서 상기 제어부에 의해서 열리거나 닫히는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  7. 제2항에서,
    상기 블록써모스탯은 상기 블록냉각수의 온도에 의해서 열리거나 닫히는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  8. 제2항에서,
    상기 메인써모스탯이 닫힌 상태에서 상기 냉각수밸브를 오픈시키면, 냉각수는 히터, 오일쿨러, 및 냉각수펌프를 통해서 상기 실린더헤드를 순환하는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  9. 제2항에서,
    상기 메인써모스탯이 열린 상태에서 상기 냉각수밸브를 오픈시키면, 냉각수는 히터, 오일쿨러, 라디에이터, 및 냉각수펌프를 통해서 상기 실린더헤드를 순환하는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
  10. 제2항에서,
    상기 블록써모스탯과 상기 메인써모스탯이 열린 상태에서 상기 냉각수밸브를 오픈시키면, 냉각수는 히터, 오일쿨러, 라디에이터, 및 냉각수펌프를 통해서 상기 실린더헤드를 순환하는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
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