KR20160124580A

KR20160124580A - 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템

Info

Publication number: KR20160124580A
Application number: KR1020150055440A
Authority: KR
Inventors: 박상래; 김순열
Original assignee: 대동공업주식회사
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2016-10-28

Abstract

작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각수 순환 시스템은, 냉각수를 엔진 내부로 강제 순환시키는 워터펌프, 엔진 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터로 리턴되는 제1 냉각수라인 상에 설치된 서모스탯, 에어밴트라인을 통해 라디에이터와 연결되고 냉각수보충라인을 통해 상기 워터펌프와 연결되며 내부에 보충용 냉각수를 저장한 서지탱크, 서모스탯에 제2 냉각수라인을 통해 연결되는 캐빈히터, 모스텟에 제3 냉각수라인을 통해 연결되며 제3 냉각수라인을 통해 공급되는 엔진 냉각수에 의해 발열되는 발열유닛을 구비한 요소수탱크 및 엔진 내부를 순환한 냉각수가 요소수탱크의 발열유닛으로 공급되는 것을 제어하기 위해 상기 제3 냉각수라인 상에 설치되는 제1 제어밸브를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템{Pressurized type coolant circulation system for a vehicle}

본 발명은 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템에 관한 것으로, 특히 기관(엔진) 냉각(Cooling)과 소정의 배기가스 후처리를 위한 구성품(요소수탱크, 요소수 인젝터 등)의 가열(heating)과 냉각(Cooling)을 동시에 구현할 수 있도록 하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 엔진 구동 시 엔진 연소실 내부 온도는 대략 1500℃ 이상의 고온에 달하며, 이를 적절히 냉각시켜주지 않으면 엔진 몸체를 구성하는 부품의 파손, 윤활유의 점도 감소와 변질, 혼합가스의 팽창에 의한 흡입효율의 저하, 이상 연소 등이 발생되고, 엔진 작동이 악화되어 운전 불능상태를 초래하는 엔진의 과열현상이 발생된다.

반대로, 엔진의 온도가 너무 낮으면, 실린더 내로 흡입되는 연료가 충분히 가스화하지 않고 연소상태가 불량하게 되어 연료 소비량이 증가하며, 미연소 연료가 실린더 벽에 잔류하여 윤활유를 희박하게 하고 엔진의 작동과 내구성에 악영향을 미치는 문제가 있다. 따라서 차량에는 엔진이 그 성능을 발휘함에 있어 가장 적합한 온도로 유지될 수 있도록 냉각 시스템을 적용하고 있다.

일반적으로 알려진 냉각 시스템에는 크게, 공냉식과 수냉식이 있다. 공냉식은 외부의 공기를 엔진 측으로 도입시켜 고온의 엔진을 냉각하는 방식이며, 수냉식은 엔진 내부에 냉각수를 순환시켜 고온의 엔진을 냉각시키는 방식이다. 통상 공랭식은 상대적으로 낮은 냉각성능으로 인해 오토바이와 같은 2륜 차량 등에 이용되는 반면 수냉식은 대부분의 차량에 적용되고 있다.

수냉식 냉각 시스템은 물의 순환방식에 따라 자연 순환식과 강제 순환식으로 구분될 수 있다. 이중 강제 순환식은 자동차 엔진의 대표적인 방식으로 워터 펌프를 이용해 냉각수를 강제 순환시켜 냉각하는 방식이며, 이를 구성하는 주요 구성품으로 라디에이터, 워터 펌프, 워터 재킷, 서모스탯 등이 있다.

도 1은 차량에 적용되는 종래의 냉각수 순환시스템을 도시한 것으로, 도면부호 5는 워터펌프를, 도면부호 2는 서모스탯을, 도면부호 4는 변속기 쿨러를 나타내며, 도면부호 6a와 6b는 냉각수 순환을 위한 냉각수 파이프를 나타낸다.

도시한 바와 같이, 엔진(1) 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터(3)로 공급될 수 있도록 냉각수 파이프(6a)에 의해 엔진(1)과 라디에이터(3)가 상호 연결되어 있고, 엔진(1)에는 냉각수를 강제 순환시키기 위한 워터 펌프(5)와, 냉각수 온도에따라 개폐되어 냉각수가 라디에이터(3) 측으로 선택 유입될 수 있도록 하는 서모스탯(2)이 설치된다.

냉각수의 저장을 위해 리저버탱크(7)가 구비되되, 일반적으로 리저버탱크(7)를 사용하여 냉각수의 팽창공간을 확보하지만 라디에이터 상부탱크(3a)가 적당한 팽창공간을 포함하고 있다면 리저버탱크(7)는 따로 요구되지 않으며, 리저버탱크(7)의 하단부와 라디에이터 상부탱크(3a) 사이를 오버플로우 호스(overflow hose; 8)가 연결한다.

이와 같은 냉각수 순환 시스템에서는 엔진 구동 시 작동하는 워터 펌프(5)의 가압작용에 의해 냉각수가 엔진(1) 내부를 순환하게 되며, 엔진(1)의 구동으로 냉각수 온도가 일정 온도 이상이 되면 서모스탯(2)이 열려 냉각수는 냉각수 파이프(6a)를 통해 라디에이터(3)를 흐르면서 냉각되고 다시 엔진으로 재유입된다.

이와 같은 구성의 냉각수 순환시스템에서 냉각수와 함께 존재하는 내부의 공기방울은 수관(water passage)을 부식시키는 주요 원인 중에 하나로, 극단적인 경우에는 워터 펌프를 손상시키는 원인이 되며, 냉각수의 열전달 성능을 저하시켜 시스템 전반에 걸쳐 냉각성능을 떨어뜨리는 주요 원인이 된다. 따라서 시스템 내에서 공기방울의 제거는 무엇보다 중요하다.

냉각수 순환계통에서 공기방울이 발생하는 원인 중 가장 큰 원인이 엔진 내부의 워터재킷을 통과하는 시점과 서모스탯이 개폐되는 시점 및 라디에이터로 냉각수가 도입되는 시점에서 냉각수의 급격한 방향 전환에 따라 형성되는 난류 때문이며, 그 밖에 엔진 또는 에어 컴프레서의 헤드 가스켓 결함, 워터펌프의 시일 불량, 인젝터 슬리브의 누입 등도 원인이 된다.

도 1과 같은 냉각 시스템은, 냉각수 온도가 상승하여 서모스탯(2)이 개방되면 엔진(1) 내부를 순환한 냉각수가 공기방울과 함께 라디에이터 상부탱크(3a)로 유입되고, 냉각수의 온도 상승으로 체적 팽창되면서 상부탱크(3a)에 압력이 가해지면 압력캡(3b)이 개방되고 냉각수와 공기가 오버플로우 호스(8)를 통해 리저버탱크(7)로 유입된 후 배출된다(warm up시).

반대로, 냉각수 온도 낮은 냉간 구동 시에는 냉각수가 수축되어 라디에이터(3) 내에 부압이 형성되며, 이에 따라 리저버탱크(7) 내의 냉각수가 거꾸로 오버플로우 호스(8) 및 압력캡(3b)의 부압밸브를 거쳐 다시 라디에이터 상부탱크(3a)로 유입됨으로써 냉각수 순환 시스템을 순환하게 된다(cool down시).

즉 도 1과 같은 종래의 냉각수 순환시스템에서는 웜 업(warm up) 시 공기를 배출하고 쿨 다운(cool down)시 냉각수를 보충하는 방식으로 냉각수로부터 공기를 분리 배출하는 방식으로서, 연속적인 공기 빼기가 어렵고, 냉간 구동에 따른 부압 발생 시 냉각수 보충이 시기 적절하게 행해지지 못하는 문제가 있다.

한편, 경유 또는 중유를 연료로 하여 열원 및 동력을 얻는 과정에서 배출되는 배기가스 내에는 광스모그, 산성비 및 호흡기 질환의 원인물질로 밝혀진 질소산화물(NOx)이 다량 포함되어 있어 사회적인 문제로 대두되고 있다. 따라서 배기가스 유해물질로 인한 질병이나 대기 환경의 오염을 최소화하기 위하여 최근 배기가스 배출기준을 엄격하게 적용하는 추세에 있다.

배기가스의 유해물질 저감시설로서 종래 디젤차량에 보편적으로 설치되는 것이 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, 이하 'DOC'라 한다)와 디젤입자필터(Diesel Particulate Filter, 이하 'DPF'라 한다)를 결합시킨 형태의 배기가스 후처리 장치이다. 그러나 DOC/DPF 기술로는 유럽이나 북미 등에서 시행하고 있는 Tier 4 수준의 환경규제를 만족시키지 못한다.

Tier 4 수준의 환경규제를 만족시키기 위하여, 연료분사시기를 지연시키고, 배기가스 재순환 장치를 사용하여 NOx의 농도를 낮추며, 엔진의 연소성능을 개선하는 등의 다양한 대책이 마련되고 있는 실정이며, 특히 최근에는 촉매를 통한 NOx와 환원제의 화학적 반응을 통해 NOx를 저감시키는 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원 촉매) 기술이 주목을 받고 있다.

SCR 기술은 배기가스 중 NOx 성분을 촉매를 통한 환원제와의 환원반응을 통해 인체와 환경에 무해한 물과 질소로 환원시켜 배출하는 기술로서, SCR의 사용만으로 배기가스 중의 NOx 성분을 획기적으로 줄일 수 있어 종래 DOC와 DPF에 SCR을 접목시키면 Tier 4 수준의 강력한 환경규제를 충족시킬 수 있을 정도의 탁월한 매연 저감성능이 발휘될 수 있다.

DOC와 DPF에 SCR을 접목시킨 배기가스 후처리 기술은, 엔진 배기 측에서 연장된 배기파이프의 단부에 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 환원 촉매)을 장착하고, 배기가스 흐름을 방향을 기준으로 상기 SCR 상류에 배치된 DOC와 DPF 사이의 배기파이프에 요소수 인젝터를 장착하며, 요소수탱크와 요소수 인젝터 사이에 요소수 펌프를 설치한 구성을 이룬다.

요소수탱크에 저장되고 요소수 인젝터를 통해 배기가스 중에 분사되는 요소수는 어는점이 -11℃이다. 때문에 외기 온도가 -10℃ 이하의 작업환경에서는 요소수를 적절히 가열할 필요가 있으며, 이를 위해 트랙터나 콤바인과 같은 농용 작업차는 엔진을 순환한 냉각수 일부가 요소수탱크와 인젝터를 경유하도록 시스템을 구성하거나 별도의 전기 발열식 히터를 사용하고 있다.

그러나 전기 발열식 히터를 사용하는 기술은 복잡한 전기적인 배선 작업이 요구됨에 따라 양산성이 떨어지고 특히 단가 상승의 문제가 있으며, 냉각수를 순환시켜 요소수의 결빙을 방지하는 기술은 난방용 캐빈히터에 연결된 냉각수 순환라인을 이용하여 시스템을 구성함에 따라, 요소수의 결빙 방지를 위해서는 캐빈히터를 반드시 가동시켜야 하는 문제가 있다.

한국공개특허 제2003-0092268호(공개일 2003. 12. 06)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 내부압이 일정하게 유지되는 서지탱크를 이용한 가압식 냉각수 순환 시스템으로서, 냉각수 순환 중 연속적인 공기빼기와 냉각수 보충이 가능한 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 기관(엔진) 냉각(Cooling)과 소정의 배기가스 후처리를 위한 구성품(요소수탱크, 요소수 인젝터 등)의 가열(heating)과 냉각(Cooling)을 동시에 구현 가능한 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 캐빈히터를 가동하지 않고도 엔진 내부를 순환한 가열된 냉각수를 이용해 요소수탱크를 소정의 온도로 가열시켜 동절기 요소수의 결빙을 예방할 수 있는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각수를 엔진 내부로 강제 순환시키는 워터펌프; 엔진 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터로 리턴되는 제1 냉각수라인 상에 설치된 서모스탯; 에어밴트라인을 통해 상기 라디에이터와 연결되고, 냉각수보충라인을 통해 상기 워터펌프와 연결되며, 내부에 보충용 냉각수를 저장한 서지탱크; 상기 서모스탯에 제2 냉각수라인을 통해 연결되는 캐빈히터와; 상기 서모스탯에 제3 냉각수라인을 통해 연결되며, 제3 냉각수라인을 통해 공급되는 엔진 냉각수에 의해 발열되는 발열유닛을 구비한 요소수탱크; 및 엔진 내부를 순환한 냉각수가 상기 요소수탱크의 발열유닛으로 공급되는 것을 제어하기 위해 상기 제3 냉각수라인 상에 설치되는 제1 제어밸브;를 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템을 제공한다.

일 측면에서 상기 서지탱크의 상부 측벽에 에어밴트라인의 출구가 위치하도록 연결되며, 상기 서지탱크 하부 바닥 측에 상기 냉각수보충라인의 입구가 위치하도록 연결될 수 있다.

또한 상기 서지탱크는, 차량 ECU와 연결되며 수온센서를 통해 감지된 냉각수 온도 정보에 기초해 냉각수 순환계통의 압력을 조정하도록 구비된 압력제어수단;을 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 압력제어수단은, 상기 서지탱크의 내부 압력을 감지하는 압력센서; 상기 압력센서를 통해 검출된 내부압력 정보에 따라 상기 ECU의 통제를 받아 상기 냉각수 순환계통의 내부 압력을 조정하도록 작동되는 압력제어밸브;로 이루어진 구성일 수 있다.

또한, 상기 서지탱크 내 보충용 냉각수의 하한 수위(Minimum level)를 검출하고 검출 값을 ECU에 제공하는 수위레벨센서;를 더 포함할 수 있다.

더하여, 상기 서모스탯에 제4 냉각수라인을 통해 연결되어 엔진 냉각수에 의해 소정온도로 냉각되며, 배기라인를 따라 흐르는 배기가스 중에 소정의 배기가스 후처리를 위해 요소수를 분사하는 요소수 인젝터를 갖춘 요소수분사유닛;을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 요소수분사유닛과 오버플로우 호스(Over flow hose)를 통해 연결되어 상기 요소수분사유닛으로부터 오버플로우된 냉각수로부터 공기를 분리시켜 배출시키는 리저브탱크;를 더 포함할 수 있다.

또한, 엔진 내부를 순환한 냉각수가 상기 요소수분사유닛으로 공급되는 것을 제어하기 위해 상기 제4 냉각수라인 상에 설치되는 제2 제어밸브;를 더 포함할 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, 냉각수를 엔진 내부로 강제 순환시키는 워터펌프; 엔진 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터로 리턴되는 제1 냉각수라인 상에 설치된 서모스탯; 에어밴트라인을 통해 상기 라디에이터와 연결되고, 냉각수보충라인을 통해 상기 워터펌프와 연결되며, 내부에 보충용 냉각수를 저장한 서지탱크; 상기 서모스탯에 제2 냉각수라인을 통해 연결되는 캐빈히터와; 상기 서모스탯에 제3 냉각수라인을 통해 연결되며, 제3 냉각수라인을 통해 공급되는 엔진 냉각수에 의해 발열되는 발열유닛을 구비한 요소수탱크; 상기 제3 냉각수라인에서 분기된 제4 냉각수라인을 통해 상기 서모스탯과 연결되어 엔진 냉각수에 의해 냉각되고, 소정의 배기가스 후처리를 위해 배기라인를 따라 흐르는 배기가스 중에 요소수를 분사하는 요소수 인젝터를 갖춘 요소수분사유닛; 및 상기 제3 냉각수라인으로부터 제4 냉각수라인이 분기되는 지점에 설치되어 냉각수의 순환방향을 제어하는 3-WAY 밸브 타입의 제3 제어밸브;를 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템을 제공한다.

다른 측면에서 상기 서지탱크의 상부 측벽에 에어밴트라인의 출구가 위치하도록 연결되며, 상기 서지탱크 하부 바닥 측에 상기 냉각수보충라인의 입구가 위치하도록 연결될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서는 또한, 상기 서지탱크 내 보충용 냉각수의 하한 수위를 검출하고 검출 값을 ECU에 제공하는 수위레벨센서;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 서지탱크와 에어밴트라인 이용한 가압식 냉각수 순환 시스템을 이룸으로써, 냉각수 순환 중 시스템 내 공기(기포)의 연속적인 분리가 가능하여 냉각수의 원활한 순환과 냉각성능의 향상을 도모할 수 있고, 냉간 구동시에는 서지탱크의 압력제어수단에 의해 부압이 보상됨으로써 체적 수축에 따른 부족분만큼 냉각수 보충이 가능하다.

또한 본 발명의 실시 예에 의하면, 냉각수의 과열 또는 과냉각이 발생하더라도 서지탱크의 압력제어수단에 의해 냉각수 순환계통의 압력은 항상 일정 수준을 유지할 수 있도록 구성됨으로써, 압력 변화에 따라 냉각성능에 기복이 생기지 않고 안정적이면서 균일한 냉각성능이 지속적으로 발휘될 수 있는 장점이 있다.

또한, 기관(엔진)의 냉각과 소정의 배기가스 후처리를 위한 구성품(요소수탱크, 요소수 인젝터 등)의 가열과 냉각을 동시에 구현 가능하다는 장점이 있으며, 캐빈히터를 가동하지 않고도 제어밸브를 활용하여 엔진 내부를 순환한 냉각수를 이용해 요소수탱크와 요소수 인젝터를 소정의 온도로 가열하고 냉각시킬 수 있다.

또한, 서지탱크에 수위레벨센서가 적용됨으로써, 냉각수 순환계통의 냉각수의 양을 정확하게 파악 가능하며, 수위레벨센서가 검출한 냉각수 부족과 관련된 정보가 ECU에 전달되도록 구성하고 ECU가 해당 정보를 운전자 인식 가능하게 계기판이나 음성신호를 출력할 수 있도록 구성함으로써, 냉각수의 보충이 요구되는 정확한 시점에 운전자에게 해당 정보를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 차량에 적용되는 일반적인 냉각수 순환 시스템의 개략도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도.
도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도.
도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도.
도 6은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템은, 냉각수를 엔진(10) 내부로 강제 순환시키는 워터펌프(40)와, 엔진(10) 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터(30)로 리턴되는 제1 냉각수라인(L1) 상에 설치된 서모스탯(20)을 포함한다.

엔진(10) 내부에는 냉각수가 순환하는 워터재킷(Water jacket)이 형성되며, 상기 서모스탯(Thermostat, 20)은 엔진(10)의 냉각수 출구 측(바람직하게는, 실린더 헤드부)에 설치된다. 서모스탯(20)은 냉각수 온도 변화에 따라 자동적으로 개폐되어 라디에이터(30)로 흐르는 냉각수의 유량을 조절함으로써 냉각수의 온도를 적정수준으로 유지시킨다.

엔진 구동 후 소정시간이 흘러 냉각수의 온도가 소정 온도로 가열되면 서모스탯(20)이 열리고 엔진을 순환한 냉각수 중 일부가 상기 서모스탯(20)에 의해 개방된 냉각수 통로를 거쳐 상기 라디에이터(30)로 유입되며, 소정온도 이하이면 서모스탯(20)이 닫혀 냉각수는 서모스탯(20) 내 바이패스통로를 통해 상기 워터펌프(40)로 바이패스되고 엔진(10)으로 재유입된다.

라디에이터(30)의 상부헤더에는 에어밴트라인(35)을 통해 서지탱크(50)가 연결된다. 따라서 서모스탯(20) 개방 시 냉각수에 포함된 공기(기포)는 일부 냉각수와 함께 에어밴트라인(35)을 따라 서지탱크(50)로 유입되고 포집되며, 냉각수 온도 상승에 따른 체적 팽창으로 서지탱크(50) 내 냉각수 윗쪽의 공기가 압력제어수단(55)의 설정압에 달하면 탱크 외부로 자연스럽게 배출된다.

서지탱크(50)의 내부의 하부 영역에는 보충용 냉각수가 소정의 수위를 유지하도록 채워지고, 상부 영역은 공기로 채워진다. 공기로 채워진 서지탱크(50)의 상부 측벽에 에어밴트라인(35)의 출구가 위치하도록 연결되며, 서지탱크(50) 하부 바닥 측에 냉각수보충라인(45)의 입구가 위치하도록 연결된다. 그리고 상기 냉각수보충라인(45)의 출구는 상기 워터펌프(40) 측에 연결된다.

이에 따라, 냉간 구동으로 냉각수 순환 시스템을 순환하는 냉각수가 수축되고 라디에이터(30)와 워터펌프(40)를 연결하는 냉각수라인의 내부 압력이 대기압보다 낮아지면, 상기 서지탱크(50)의 압력제어수단(55)에 의해 부압이 보상되고 보충용 냉각수가 상기 냉각수보충라인(45)을 통해 보충됨으로써 냉각수 수축에 따른 부족분이 보상된다.

압력제어수단(55)은 상기 서지탱크(50) 상부 일측 개구부에 설치되며 압력밸브와 부압밸브가 이중으로 설치된 공지의 가압식 밸브(일명 '압력캡'이라 함)일 수 있다. 이와는 다르게 차량 ECU와 연결되며 수온센서를 통해 감지된 냉각수 온도 정보에 기초해 냉각수 순환계통의 압력을 조정할 수 있도록 구성된 전자제어식 구성일 수 있다.

전자제어식 구성인 경우 상기 압력제어수단(55)은, 서지탱크(50)에 설치되어 서지탱크(50)의 내부 압력을 감지하는 압력센서를 포함하며, 상기 압력센서를 통해 검출된 서지탱크(50)의 내부압력 정보에 따라 상기 ECU의 통제를 받아 상기 냉각수 순환계통의 내부 압력을 조정하도록 작동되는 전자식 압력제어밸브를 구비한 구성일 수 있다.

에어밴트라인(35)은 서지탱크(50) 내 냉각수가 수용될 수 있는 최대 높이인 상한 수위보다 높게 위치하도록 연결되며, 서지탱크(50)에는 보충용 냉각수의 하한 수위를 검출하고 검출 값을 ECU에 제공하는 수위레벨센서(57)가 설치될 수 있다. 이 경우 수위레벨센서(57)가 ECU에 제공한 검출 정보에 따라 경고장치가 작동되도록 구성하여 운전자에게 냉각수 부족상태임을 인지시킬 수 있다.

운전석 난방 구현을 위한 캐빈히터(60)가 제2 냉각수라인(L2)을 통해 상기 서모스탯(20)에 연결된다. 또한 상기 제2 냉각수라인(L2)과는 다른 경로로 상기 서모스탯(20)에는 제3 냉각수라인(L3)이 연결되며, 제3 냉각수라인(L3) 상에 요소수탱크(70)가 배치된다. 이때 요소수탱크(70)는 제3 냉각수라인(L3)을 통해 공급되는 엔진 냉각수에 의해 발열되는 발열유닛(75)을 구비한다.

엔진(10) 내부를 순환한 냉각수가 상기 발열유닛(75)으로 흘러 들어가는 것을 제1 제어밸브(V1)가 제어한다. 제1 제어밸브(V1)는 냉각수 흐름을 기준으로 요소수탱크(70) 상류의 제3 냉각수라인(L3)에 설치되며, 운전자에 의한 수동조작 내지는 센서(요소수 온도 검출 센서) 검출 값에 기초한 자동조작으로 개폐되어 요소수탱크(70)의 상기 발열유닛(75)으로 냉각수가 유입되는 것을 단속한다.

즉 종래에는 캐빈히터(60)를 경유하는 냉각수라인 상에 요소수탱크(70) 내 요소수 결빙 방지를 위한 발열유닛(예컨대, 코일형 열교환관)이 설치됨으로써 요소수의 결빙 방지를 위해서는 캐빈히터(60)를 가동시켜야 했으나, 본 발명은 캐빈히터(60) 가동 없이도 엔진 냉각수를 요소수탱크(70)에 공급할 수 있어 요소수를 적절한 온도까지 빠른 시간에 상승시킬 수 있고 결빙을 예방할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도이다.

도 3의 제2 실시 예는, 제1 실시 예에서의 제3 냉각수라인(L3)과는 다른 경로로 서모스탯(20)에 연결되는 제4 냉각수라인(L4)을 더 구비하며, 제4 냉각수라인(L4)을 통해 연결되어 엔진 냉각수에 의해 냉각되는 요소수분사유닛(80)을 더 포함한다. 요소수분사유닛(80)은 배기라인를 따라 흐르는 배기가스 중에 소정의 배기가스 후처리를 위해 요소수를 분사하는 요소수 인젝터(85)를 구비한다.

즉 도 3의 제2 실시 예는 엔진 냉각수를 이용하여 요소수분사유닛(80)의 온도를 냉각시킬 수 있는 시스템을 구현하기 위해, 전술한 제1 실시 예의 제3 냉각수라인(L3)과는 다른 경로로 제4 냉각수라인(L4)을 형성하고, 제4 냉각수라인(L4) 상에 요소수분사유닛(80)을 배치시킨 점을 제외하고는 전술한 제1 실시 예와 동일하므로, 동일한 부분에 대한 중복된 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도이며, 도 5는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도이다.

도 4에 도시된 제3 실시 예는, 냉각수 흐름방향을 기준으로 요소수분사유닛(80) 하류에 오버플로우 호스(Over flow hose, 90)를 통해 연결되는 리저브탱크(100)를 더 배치하여, 상기 요소수분사유닛(80)으로부터 오버플로우된 냉각수로부터 공기를 추가적으로 분리시켜 외부로 배출시킬 수 있도록 한 점이 전술한 제2 실시 예와 다르다.

또한 도 5의 제4 실시 예는, 엔진(10) 내부를 순환한 냉각수가 전술한 요소수분사유닛(80)으로 공급되는 것을 제어하기 위해 요소수분사유닛(80) 상류 측의 상기한 제3 실시 예의 제4 냉각수라인(L4)에 제2 제어밸브(V2)를 추가 구성한 점이 도 4의 제3 실시 예와 다른 점이다. 즉 제2 제어밸브(V2)의 개폐조작을 통해 상기 요소수분사유닛(80)의 냉각을 선택적으로 구현하도록 한 점이 다르다.

도 6은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템의 개략도이다.

도 6의 제5 실시 예는, 서로 다른 경로로 형성된 전술한 제4 실시 예의 제3, 제4 냉각수라인(L3)(L4)과는 다르게, 제4 냉각수라인(L4)이 제3 냉각수라인(L3) 중간에서 분기되는 형태로 구성하고 두 냉각수라인이 분기되는 지점에 통로의 택일적 개폐 또는 동시 개폐를 제어할 수 있도록 3-WAY 밸브 타입의 제3 제어밸브(V3)를 설치한 점이 상기한 제4 실시 예와 다른 점이다.

즉 두 냉각수라인(제3, 제4 냉각수라인(L3)(L4))이 분기되는 지점에 제3 제어밸브(V3) 설치하여 제3 냉각수라인(L3) 또는/및 제4 냉각수라인(L4)에 대한 엔진 냉각수 흐름을 밸브 하나로 단속할 수 있도록 한 것이며, 두 냉각수라인 각각에 제어밸브를 하나씩 설치한 전술한 제4 실시 예와 비교하여 구성의 단순화 및 제작 비용 측면에서 유리한 구성이다.

이상의 본 발명의 실시 예에 의하면, 서지탱크와 에어밴트라인 이용한 가압식 냉각수 순환 시스템을 이룸으로써, 냉각수 순환 중 시스템 내 공기(기포)의 연속적인 분리가 가능하여 냉각수의 원활한 순환과 냉각성능의 향상을 도모할 수 있고, 냉간 구동시에는 서지탱크의 압력제어수단에 의해 부압이 보상됨으로써 체적 수축에 따른 부족분만큼 냉각수 보충이 가능하다.

또한 본 발명의 실시 예에 의하면, 냉각수의 과열 또는 과냉각이 발생하더라도 서지탱크의 압력제어수단에 의해 냉각수 순환계통의 압력은 항상 일정 수준을 유지할 수 있도록 구성됨으로써, 압력 변화에 따라 냉각성능에 기복이 생기지 않고 안정적이면서 균일한 냉각성능이 지속적으로 발휘될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 기관(엔진)의 냉각과 소정의 배기가스 후처리를 위한 구성품(요소수탱크, 요소수 인젝터 등)의 가열과 냉각이 동시에 구현 가능하다는 장점이 있으며, 캐빈히터를 가동하지 않고도 제어밸브를 활용하여 엔진 내부를 순환한 냉각수를 이용해 요소수탱크와 요소수 인젝터를 소정의 온도로 가열 및 냉각하여 요소수 결빙을 예방하고 요소수의 원활한 분사를 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한, 서지탱크에 수위레벨센서가 적용됨으로써, 냉각수 순환계통의 냉각수의 양을 정확하게 파악 가능하며, 나아가 수위레벨센서가 검출한 냉각수 부족과 관련된 정보가 ECU에 전달되도록 구성하고 ECU가 해당 정보를 운전자 인식 가능하게 계기판이나 음성신호를 출력할 수 있도록 구성하면, 냉각수의 보충이 요구되는 정확한 시점에 운전자에게 해당 정보를 제공할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 엔진 20 : 서모스탯
30 : 라디에이터 35 : 에어밴트라인
40 : 워터펌프 45 : 냉각수보충라인
50 : 서지탱크 55 : 압력제어수단
57 : 수위레벨센서 60 : 캐빈히터
70 : 요소수탱크 80 : 요소수분사유닛
90 : 오버플로우 호스 100 : 리저브탱크

Claims

냉각수를 엔진 내부로 강제 순환시키는 워터펌프;
엔진 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터로 리턴되는 제1 냉각수라인 상에 설치된 서모스탯;
에어밴트라인을 통해 상기 라디에이터와 연결되고, 냉각수보충라인을 통해 상기 워터펌프와 연결되며, 내부에 보충용 냉각수를 저장한 서지탱크;
상기 서모스탯에 제2 냉각수라인을 통해 연결되는 캐빈히터와;
상기 서모스탯에 제3 냉각수라인을 통해 연결되며, 제3 냉각수라인을 통해 공급되는 엔진 냉각수에 의해 발열되는 발열유닛을 구비한 요소수탱크; 및
엔진 내부를 순환한 냉각수가 상기 요소수탱크의 발열유닛으로 공급되는 것을 제어하기 위해 상기 제3 냉각수라인 상에 설치되는 제1 제어밸브;를 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 서지탱크의 상부 측벽에 에어밴트라인의 출구가 위치하도록 연결되며, 상기 서지탱크 하부 바닥 측에 상기 냉각수보충라인의 입구가 위치하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 서지탱크는,
차량 ECU와 연결되며 수온센서를 통해 감지된 냉각수 온도 정보에 기초해 냉각수 순환계통의 압력을 조정하도록 구비된 압력제어수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 압력제어수단은,
상기 서지탱크의 내부 압력을 감지하는 압력센서;
상기 압력센서를 통해 검출된 내부압력 정보에 따라 상기 ECU의 통제를 받아 상기 냉각수 순환계통의 내부 압력을 조정하도록 작동되는 압력제어밸브;로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 서지탱크 내 보충용 냉각수의 하한 수위(Minimum level)를 검출하고 검출 값을 ECU에 제공하는 수위레벨센서;를 더 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 서모스탯에 제4 냉각수라인을 통해 연결되어 엔진 냉각수에 의해 히팅되며, 배기라인를 따라 흐르는 배기가스 중에 소정의 배기가스 후처리를 위해 요소수를 분사하는 요소수 인젝터를 갖춘 요소수분사유닛;을 더 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 요소수분사유닛과 오버플로우 호스(Over flow hose)를 통해 연결되어 상기 요소수분사유닛으로부터 오버플로우된 냉각수로부터 공기를 분리시켜 배출시키는 리저브탱크;를 더 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 6 항에 있어서,
엔진 내부를 순환한 냉각수가 상기 요소수분사유닛으로 공급되는 것을 제어하기 위해 상기 제4 냉각수라인 상에 설치되는 제2 제어밸브;를 더 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
냉각수를 엔진 내부로 강제 순환시키는 워터펌프;
엔진 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터로 리턴되는 제1 냉각수라인 상에 설치된 서모스탯;
에어밴트라인을 통해 상기 라디에이터와 연결되고, 냉각수보충라인을 통해 상기 워터펌프와 연결되며, 내부에 보충용 냉각수를 저장한 서지탱크;
상기 서모스탯에 제2 냉각수라인을 통해 연결되는 캐빈히터와;
상기 서모스탯에 제3 냉각수라인을 통해 연결되며, 제3 냉각수라인을 통해 공급되는 엔진 냉각수에 의해 발열되는 발열유닛을 구비한 요소수탱크;
상기 제3 냉각수라인에서 분기된 제4 냉각수라인을 통해 상기 서모스탯과 연결되어 엔진 냉각수에 의해 히팅되고, 소정의 배기가스 후처리를 위해 배기라인를 따라 흐르는 배기가스 중에 요소수를 분사하는 요소수 인젝터를 갖춘 요소수분사유닛; 및
상기 제3 냉각수라인으로부터 제4 냉각수라인이 분기되는 지점에 설치되어 냉각수의 순환방향을 제어하는 3-WAY 밸브 타입의 제3 제어밸브;를 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 서지탱크의 상부 측벽에 에어밴트라인의 출구가 위치하도록 연결되며, 상기 서지탱크 하부 바닥 측에 상기 냉각수보충라인의 입구가 위치하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 서지탱크는,
차량 ECU와 연결되며 수온센서를 통해 감지된 냉각수 온도 정보에 기초해 냉각수 순환계통의 압력을 조정하도록 구비된 압력제어수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 압력제어수단은,
상기 서지탱크의 내부 압력을 감지하는 압력센서;
상기 압력센서를 통해 검출된 내부압력 정보에 따라 상기 ECU의 통제를 받아 상기 냉각수 순환계통의 내부 압력을 조정하도록 작동되는 압력제어밸브;로 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 서지탱크 내 보충용 냉각수의 하한 수위를 검출하고 검출 값을 ECU에 제공하는 수위레벨센서;를 더 포함하는 작업 차량용 가압식 냉각수 순환 시스템.