KR20190073178A - 엔진 냉각시스템 - Google Patents

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KR20190073178A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엔진 냉각시스템은 실린더 블록과 실린더 헤드의 각 냉각수 입구측으로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 가변 펌프유닛, 상기 실린더 블록과 실린더 헤드의 냉각수 출구측에 연결되어 공급되는 냉각수를 냉각사이클 내부의 각 부품들로 분배되는 냉각수의 유량 제어하는 유량제어 밸브유닛, 상기 실린더 블럭의 냉각수 출구측과 상기 유량제어 밸브유닛 사이의 유로 상에 배치되어 상기 실린더 블럭에서 배출되는 냉각수의 유량 제어하는 전자식 써모스탯, 및 냉각수온에 따라 상기 가변 펌프유닛, 및 상기 전자식 써모스탯을 제어하여 상기 실린더 블록과 상기 실린더 헤드로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 제어 유닛을 제어할 수 있다.

Description

엔진 냉각시스템{ENGINE COOLING SYSTEM}
본 발명은 운전 조건에 따라서 실린더 블록 및 실린더 헤드로 공급되는 냉각수를 제어하여 엔진의 웜업(warm-up) 시간을 단축하고, 냉각효율을 향상시킬 수 있는 엔진 냉각시스템에 관한 것이다.
엔진은 연료의 연소에 의해서 회전력을 발생시키면서 열에너지를 외부로 배출한다. 특히, 냉각수는 엔진 등을 순환하면서 열에너지를 흡수하고, 이를 라디에이터 등을 통해서 외부로 방출한다.
엔진의 냉각수 온도가 낮으면, 오일의 점성이 높아져서 마찰력이 증가하고, 연료소모가 늘어나며, 배기가스의 온도가 천천히 상승하여 촉매가 활성화되는 시간이 길어진다. 또한, 배기가스의 품질이 저하될 수 있으며 히터의 기능이 정상화되는 시간이 길어져 승객 및 운전자에게 불편을 줄 수 있다.
엔진의 냉각수 온도가 과열되면, 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해서 점화시기를 조절해야 하므로 엔진의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 윤활유의 온도가 과도하면 윤활작용이 저하될 수 있다.
따라서, 엔진의 특정부위는 냉각수의 온도를 높게 유지하고, 다른 부위는 낮게 유지하는 등 하나의 밸브를 통해서 여러 개의 냉각요소를 제어하는 하나의 냉각수 제어밸브가 적용되고 있다.
한편, 하나의 냉각수 제어밸브 유닛이 라디에이터, 히터, 이지알 쿨러, 오일 쿨러, 또는 실린더 블럭을 지나는 냉각수를 각각 제어하는 기술이 이미 구현되어 있다.
이와 같이, 하나의 냉각수 제어밸브 유닛을 이용하여 보다 많은 냉각요소들(라디에이터, 히터, 이지알 쿨러, 오일 쿨러 등)로 분배되는 냉각수를 제어하고, 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
선행문헌으로써, 일본 특개 2015-59615가 있다.
엔진의 워터펌프는 엔진 회전수에 비례하여 구동하는 기계식 워터펌프(Mechanical Water Pump)와 엔진의 회전수와 무관하게 엔진 및 환경 인자에 따라 제어 가능한 가변워터펌프(Variable Water Pump)로 나누어 진다.
가변 워터펌프는 구조 및 제어 방법에 따라 웜업 성능, 연비, 난방 성능 및 냉각 성능이 다르게 나타난다. 이의 성능을 향상시키기 위해 구조의 최적화와 더불어 엔진 및 환경 인자를 고려한 제어 방법의 최적화가 필요하다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 실린더 블럭과 실린더 헤드의 냉각수유동 정지를 통해서 워밍업 시간을 단축하고, 실린더 헤드와 실린더 블럭을 지나는 냉각수를 각각 다단으로 제어하여 보다 제어로직을 최적화할 수 있는 엔진 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진 냉각시스템은 실린더 블록과 실린더 헤드의 각 냉각수 입구측으로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 가변 펌프유닛, 상기 실린더 블록과 실린더 헤드의 냉각수 출구측에 연결되어 공급되는 냉각수를 냉각사이클 내부의 각 부품들로 분배되는 냉각수의 유량 제어하는 유량제어 밸브유닛, 상기 실린더 블럭의 냉각수 출구측과 상기 유량제어 밸브유닛 사이의 유로 상에 배치되어 상기 실린더 블럭에서 배출되는 냉각수의 유량 제어하는 전자식 써모스탯, 및 냉각수온에 따라 상기 가변 펌프유닛, 및 상기 전자식 써모스탯을 제어하여 상기 실린더 블록과 상기 실린더 헤드로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 제어 유닛을 제어할 수 있다.
상기 가변 펌프유닛은, 냉각수를 펌핑하도록 샤프트에 장착되어 임펠러, 상기 임펠러의 냉각수 토출구를 차단하거나 개방하도록 상기 샤프트의 길이방향으로 움직이도록 배치되는 슬라이더, 및 상기 슬라이더를 움직여서 상기 슬라이더가 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭과 연결된 토출구를 개방하거나 폐쇄하는 구동수단을 포함할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 냉각수온이 제1온도(T1) 미만인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하지 않도록 상기 슬라이더가 상기 토출구를 폐쇄하도록 제어하는 제어로직을 가질 수 있다.
상기 제어 유닛은, 냉각수온이 제1온도(T1) 이상 및 제2온도(T2) 미만인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하도록 상기 슬라이더가 상기 토출구의 개도율을 제어하고, 상기 전자식 써모스탯을 차단하여 상기 실린더 블럭으로는 냉각수가 흐르지 않도록 하는 제어로직을 가질 수 있다.
상기 제어 유닛은, 냉각수온이 제2온도 이상 및 제3온도 미만인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하도록 상기 슬라이더가 상기 토출구를 완전히 개방하고, 상기 전자식 써모스탯의 개도율을 제어하여 상기 실린더 블럭을 흐르는 냉각수를 제어하는 제어로직을 가질 수 있다.
상기 제어 유닛은, 냉각수온이 제3온도 이상인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하도록 상기 슬라이더가 상기 토출구를 완전히 개방하고, 상기 전자식 써모스탯도 완전히 개방하여 상기 실린더 블럭을 흐르는 냉각수를 제어하는 제어로직을 가질 수 있다.
상기 슬라이더가 상기 토출구를 개방하도록 상기 슬라이더를 탄성 지지하는 리턴 탄성부재를 포함할 수 있다.
상기 구동수단은, 상기 슬라이더가 상기 토출구를 폐쇄하는 냉각수압 챔버로 냉각수압을 공급하거나, 상기 냉각수압 챔버에 충진된 냉각수압을 상기 토출구로 해소시키는 제어밸브, 및 상기 임펠러에 의해서 생성된 냉각수압을 상기 제어밸브 측으로 전달하는 냉각수압 전달유닛을 포함할 수 있다.
상기 임펠러는 회전중심부에서 방사방향으로 연장되는 회전 디스크, 및 상기 회전 디스크의 일면에는 냉각수를 방사방향으로 펌핑하는 날개를 포함하고, 상기 회전 디스크의 일면에서 타면으로 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 냉각수압 전달유닛은, 상기 관통홀에 대응하여 오목한 오목홈이 형성되고, 가장자리 부분이 상기 회전 디스크의 타면에 슬라이딩되는 슬라이딩 접시, 상기 슬라이딩 접시의 상기 오목홈의 반대면을 지지하는 지지부재, 및 상기 지지부재를 상기 슬라이딩 접시에 밀착시키고, 상기 슬라이딩 접시를 상기 회전 디스크의 타면에 밀착시키는 가압 탄성부재를 포함하고, 상기 슬라이딩 접시와 상기 지지부재의 중심부에는 냉각수압의 전달통로가 형성될 수 있다.
상기 전달통로를 지난 냉각수압이 상기 제어밸브로 전달되되, 상기 제어밸브로 전달된 냉각수압이 상기 전달통로 측으로 역류하지 않도록 하는 제2 체크밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 임펠러의 냉각수 토출구를 지나는 냉각수는 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 분배될 수 있다.
상기 냉각수부품들은, 라디에이터, 히터, 저압 이지알 쿨러, 이지알 밸브, 고압 이지알 쿨러, 오일 쿨러, 및 변속기 오일워머를 포함할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 유량제어 밸브유닛의 작동을 제어하여, 상기 라디에이터로 공급되는 냉각수를 제어하고, 상기 히터 및 저압 이지알 쿨러로 공급되는 냉각수를 제어하며, 상기 이지알 밸브로 공급되는 냉각수를 제어하고, 상기 고압 이지알 쿨러, 상기 오일 쿨러, 및 상기 변속기 오일워머로 공급되는 냉각수를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 냉각수온이 낮을 경우에, 실린더 헤드와 실린더 블럭으로 냉각수를 펌핑하지 않음으로써 워밍업 시간을 단축할 수 있고, 냉각수온이 설정값에 도달하면 실린더 헤드로는 냉각수를 펌핑하되, 실린더 블럭은 냉각수의 흐름을 차단하여 보다 제어로직을 최적화할 수 있다.
특히, 가변 펌프유닛의 슬라이더를 제어하여 실린더 헤드와 실린더 블럭으로 펌핑되는 냉각수를 전체적으로 제어하고, 실린더 블럭을 흐르는 냉각수는 전자식 써모스탯의 작동에 의해서 효과적으로 제어될 수 있다.
결과적으로, 냉각수의 온도에 따라서 실린더 블럭과 실린더 헤드를 지나는 냉각수를 다양하게 제어하여 워밍업시간을 단축하고 제어로직을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛을 갖는 엔진 냉각시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛에서 슬라이더가 토출구를 개방한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛에서 슬라이더가 토출구를 폐쇄한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛에서 냉각수압 전달유닛의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛의 펌핑특성을 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛을 구비한 엔진 냉각시스템의 냉각수의 흐름 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛을 구비한 엔진 냉각시스템의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛을 갖는 엔진 냉각시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진 냉각시스템은 실린더 블럭(110), 실린더 헤드(100), 가변 펌프유닛(105), 유량제어 밸브유닛(140), 저압 이지알 쿨러(155), 히터(165), 이지알 밸브(160), 리저버(150), 라디에이터(135), 변속기 오일워머(130), 오일 쿨러(125), 고압 이지알 쿨러(120), 전자식 써모스탯(147), 및 써모스탯(115)을 포함한다.
상기 실린더 블럭(110) 위에 상기 실린더 헤드(100)가 배치된다. 여기서, 상기 실린더 블럭(110)과 상기 실린더 헤드(100)를 엔진블럭(도면 부호 미표시)으로 지칭할 수 있다.
상기 가변 펌프유닛(105)은 상기 엔진블럭(100, 110)의 냉각수 입구측에 배치되고, 상기 유량제어 밸브유닛(140)은 상기 엔진블럭(100, 110)에서 냉각수 출구측에 배치된다.
상기 유량제어 밸브유닛(140)은 상기 저압 이지알 쿨러(155)와 상기 히터(165)를 지나는 냉각수를 제어하고, 상기 이지알 밸브(160)를 지나는 냉각수를 제어하며, 상기 라디에이터(135)를 지나는 냉각수를 제어하고, 상기 변속기 오일워머(130)와 상기 오일 쿨러(125)를 지나는 냉각수를 제어할 수 있다.
상기 리저버(150)는 상기 라디에이터(135)로 연결된 냉각수라인에 연결되고, 상기 리저버(150)의 냉각수는 상기 가변 펌프유닛(105)의 흡입측으로 연결된다. 그리고, 상기 써모스탯(115)은 냉각수온에 따라서 개폐되며, 이는 설계사양에 따라서 설치위치가 변경될 수 있고, 설치되지 않을 수 있다.
상기 실린더 블럭(110)을 흐르는 냉각수온을 감지하는 블록 냉각수온 센서(145)가 배치되고, 상기 유량제어 밸브유닛(140)을 흐르는 냉각수온을 감지하는 밸브 냉각수온 센서(147)가 배치된다.
아울러, 상기 실린더 블럭(110)의 냉각수 출구측과 상기 유량제어 밸브유닛(140)의 냉각수 입구측 사이에 전자식 써모스탯(147)이 배치되며, 상기 전자식 써모스탯(147)은 제어 유닛(280, 도 2)에 의해서 작동된다.
여기서, 상기 가변 펌프유닛(105)이 냉각수를 펌핑하는 과정에서, 상기 전자식 써모스탯(147)의 작동에 의해서 상기 실린더 블럭(110)의 냉각수의 유동이 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 유량제어 밸브유닛(140)이 냉각수부품들로 냉각수를 분배하는 구조 등에 대해서는 공지기술을 참조한다. 아울러, 상기 냉각수 부품들(히터, 및 라디에이터 등)의 구조 및 기능에 대해서도 공지기술을 참조한다.
상기 가변 펌프유닛(105)은 냉각수 부품들로부터 배출되는 냉각수를 흡입하고, 이를 실린더 헤드와 실린더 블록으로 펌핑하는데, 상기 가변 펌프유닛(105)은 엔진의 회전속도(RPM), 운전부하(연료 분사량 등), 냉각수온 등에 따라서 상기 실린더 헤드(100)와 상기 실린더 블럭(110)으로 펌핑되는 냉각수의 유량을 제어할 수 있다.
상기 가변 펌프유닛(105)의 구조에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛에서 슬라이더가 토출구를 개방한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 가변 펌프유닛(105)은 임펠러 하우징(220), 슬라이더(215), 펌프 하우징(210), 풀리(205), 샤프트(200), 지지부재(240), 관통홀(235), 날개(234)와 회전 디스크(232)를 포함하는 임펠러(230), 포지션 센서(295), 및 리턴 탄성부재(245)를 포함한다.
상기 냉각수 펌프(105)의 일측에는 상기 슬라이더(215)를 움직이기 위한 구동수단이 장착된다.
상기 구동수단은 냉각수압 전달유닛(250), 제1 체크밸브(275) 및 솔레노이드(270)를 포함할 수 있으며, 상기 구동수단은 상기 슬라이더(215)를 움직이는 모든 구조를 선택적으로 포함할 수 있다.
제어 유닛(280)은 운행정보에 따라서 상기 포지션 센서(295)에서 감지된 상기 슬라이더(215)의 위치에 따라서 상기 솔레노이드(270)를 제어하여, 상기 슬라이더(215)의 위치를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 슬라이더(215)의 위치에 따라서 냉각수의 토출구(290)의 개도율이 제어될 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 샤프트(200)의 일단에는 상기 임펠러(230)가 장착되는데, 상기 임펠러(230)는 상기 샤프트(200)의 외주면에 장착되고, 디스크 형태의 회전 디스크(232)와 상기 회전 디스크(232)의 일면에 형성되는 날개(234)를 포함한다.
상기 샤프트(200)의 타단에는 상기 풀리(205)가 장착되고, 상기 풀리(205)는 엔진의 출력축으로부터 회전력을 전달받고 상기 샤프트(200)를 회전시킨다.
상기 임펠러(230)의 상기 회전 디스크(232)와 상기 날개(234)가 회전하면서, 상기 샤프트(200)의 회전중심부로 냉각수를 흡입하고, 방사방향으로 냉각수를 토출하는데, 실질적으로 냉각수를 펌핑하는 부분은 상기 날개(234)이다.
상기 슬라이더(215)는 상기 임펠러(230)의 타측에 배치되고, 외측 가장자리 단부가 상기 임펠러(230)의 토출구(290)를 폐쇄하도록 연장된다. 여기서, 상기 슬라이더(215)는 상기 임펠러(230)가 안쪽에 배치될 수 있는 컵 형태를 가지며, 상기 샤프트(200)가 중심부를 관통한다.
상기 리턴 탄성부재(245)는 상기 슬라이더(215)가 상기 임펠러(230)에서 후퇴하도록 상기 슬라이더(215)의 일면을 탄성 지지한다. 여기서, 상기 슬라이더(215)는 상기 샤프트(200)의 길이방향으로 왕복해서 움직이도록 배치되고, 상기 지지부재(240)는 상기 리턴 탄성부재(245)를 지지한다.
상기 임펠러(230)의 상기 회전 디스크(232)의 일면에서 타면으로 관통홀(235)이 형성되고, 상기 관통홀(235)의 타측에 상기 냉각수압 전달유닛(250)이 배치된다.
상기 냉각수압 전달유닛(250)은 상기 관통홀(235)을 통해서 전달된 냉각수압을 상기 제1 체크밸브(275)로 공급하고, 상기 솔레노이드(270)가 작동되지 않은 상태에서, 상기 제1 체크밸브(275)로 전달된 냉각수압은 냉각수 펌프(105)의 토출구로 바이패스 된다.
상기 솔레노이드(270)가 작동되는 상태에서, 상기 제1 체크밸브(275)로 전달된 냉각수압은 냉각수압 챔버(260)로 충진되고, 상기 냉각수압 챔버(260)로 충진된 냉각수압은 상기 슬라이더(215)의 후면을 밀어서 상기 임펠러(230) 측으로 전진시킨다.
그리고, 전진된 상기 슬라이더(215)는 상기 리턴 탄성부재(245)를 압축시키고, 상기 임펠러(230)의 방사방향에 형성된 토출구를 차단한다.
반대로, 상기 솔레노이드(270)가 오프되면, 상기 냉각수압 챔버(260)의 압력은 토출구로 바이패스되어 해소되고, 상기 슬라이더(215)는 상기 리턴 탄성부재(245)의 탄성력에 의해서 후퇴한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 임펠러(230)의 방사방향 일측으로 토출되는 냉각수는 상기 실린더 헤드(100)로 펌핑될 수 있고, 상기 임펠러(230)의 방사방향 타측으로 토출되는 냉각수는 상기 실린더 블럭(110)으로 펌핑될 수 있다.
또한, 상기 제1 체크밸브(275)와 상기 솔레노이드(270)는 제어밸브(270, 275)로 지칭될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛에서 슬라이더가 토출구를 폐쇄한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 슬라이더(215)가 전진되면, 토출구가 차단되어 상기 실린더 블럭(110)과 상기 실린더 헤드(100)로 냉각수가 펌핑되지 않는다. 반대로, 도 2와 같이, 상기 슬라이더(215)가 후진하면, 토출구가 개방되어 상기 실린더 블럭(110)과 상기 실린더 헤드(100)로 냉각수가 펌핑된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛에서 냉각수압 전달유닛의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 냉각수압 전달유닛(250)은 슬라이딩 접시(700), 가압 부재(705), 가압 탄성부재(710), 제2 체크밸브(720), 오목홈(702), 전달통로(715), 및 하우징(252)을 포함한다.
상기 슬라이딩 접시(700)는 상기 임펠러(230)의 상기 회전 디스크(232)의 외면에 대해서 오목한 오목홈(702)을 가지며, 상기 슬라이딩접시(700)의 가장자리가 상기 회전 디스크(232)에 면착되는 구조를 갖는다.
상기 가압 탄성부재(710)는 상기 가압 부재(705)를 탄성 지지하여, 상기 슬라이딩 접시(700)가 상기 회전 디스크(232)의 외면에 밀착되도록 한다.
그리고, 상기 슬라이딩 접시(700)와 상기 가압 부재(705)의 중심에는 냉각수압을 전달하는 전달통로(715)가 형성된다. 또한, 상기 제2 체크밸브(720)는 냉각수압이 상기 전달통로(715)를 통해서 상기 슬라이딩 접시(700) 측으로 역류하는 것을 방지한다.
상기 가압 부재(705), 상기 가압 탄성부재(710), 및 상기 제2 체크밸브(720)는 상기 전달통로(252)의 내부에 장착되는데, 냉각수압은 상기 임펠러(230)의 회전에 의해서 상기 날개(234)에 의해서 상기 회전 디스크(232)의 일측에 형성된다.
형성된 냉각수압은 상기 회전 디스크(232)의 상기 관통홀(235), 상기 슬라이딩 접시(700)의 상기 오목홈(702), 상기 전달통로(715), 및 상기 제2 체크밸브(720)를 통해서 상기 제1 체크밸브(275)로 전달된다.
전술한 바와 같이, 상기 솔레노이드(270)가 온 되며, 상기 제1 체크밸브(275)가 닫혀서, 상기 냉각수압 챔버(260)에 냉각수압이 형성되어, 상기 슬라이더(215)를 전진시켜 토출구를 폐쇄한다. 따라서, 상기 실린더 헤드(100)와 상기 실린더 블럭(110)의 냉각수유동정지가 구현된다.
상기 솔레노이드(270)가 오프되면, 상기 제1 체크밸브(275)가 열려서, 상기 냉각수압 챔버(260)에 냉각수압이 외부로 해소되어, 상기 리턴 탄성부재(245)가 상기 슬라이더(215)를 후퇴시켜 토출구를 개방한다. 따라서, 상기 실린더 헤드(100)의 냉각수유동이 구현될 수 있으며, 상기 전자식 써모스탯(147)이 열리면 상기 실린더 블럭(110)의 냉각수유동이 구현된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어 유닛(280)은 상기 포지션 센서(295)로부터 전송된 위치신호를 이용하여 상기 슬라이더(215)의 위치를 연산하고, 연산된 위치를 이용하여 상기 슬라이더(215)의 위치를 운행정보에 따라서 가변시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛의 펌핑특성을 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 가로축은 임펠러(230)의 회전속도를 나타내고, 세로축은 유량을 나타내며, 상기 임펠러(230)의 회전속도가 동일한 지점에서, 상기 슬라이더(215)의 위치에 따라서 냉각수의 토출 유량을 다단으로 제어할 수 있다.
도 6을 참조하면, 가로축은 상기 슬라이더(215)의 위치를 나타내고, 세로축은 냉각수의 토출 유량을 나타내며, 상기 임펠러(230)의 회전속도가 일정한 지점에서, 상기 슬라이더(215)의 위치가 가변됨에 따라서 냉각수의 토출 유량을 가변적으로 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛을 구비한 엔진 냉각시스템의 냉각수의 흐름 특성을 보여주는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 가로축은 냉각수온을 나타내고, 세로축은 냉각수의 토출 유량을 나타내며, Zone 1 및 Zone 3-1에서 제어 유닛(280)은 상기 슬라이더(215)를 전진시켜 토출구(290)를 완전히 차단하고 상기 실린더 헤드(100)와 상기 실린더 블럭(110)으로 냉각수를 펌핑하지 않는다.
Zone 2 및 Zone 3-2에서 제어 유닛(280)은 상기 슬라이더(215)를 통해서 토출구(290)의 개도율을 제어하여 상기 실린더 헤드(100)로 펌핑되는 냉각수가 제어되고, 상기 전자식 써모스탯(147)은 차단되어 상기 실린더 블럭(110)으로는 냉각수가 펌핑되지 않는다.
Zone 3에서 제어 유닛(280)은 상기 슬라이더(215)를 통해서 토출구(290)를 완전히 개방하여, 상기 실린더 헤드(100)로는 최대의 유량을 갖는 냉각수가 순환되고, 상기 전자식 써모스탯(147)은 냉각수온에 따라서 개폐되어 상기 실린더 블럭(110)으로 펌핑되는 냉각수가 제어된다.
Zone 4에서 제어 유닛(280)은 상기 슬라이더(215)를 통해서 토출구(290)를 완전히 개방하여, 상기 실린더 헤드(100)로 냉각수가 최대 유량으로 순환되고, 상기 전자식 써모스탯(147)도 최대로 열려서, 상기 실린더 블럭(110)으로 냉각수가 최대유량으로 펌핑된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 가변 펌프유닛을 구비한 엔진 냉각시스템의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 8을 참조하면, 엔진이 시동되면, S100에서 제어유닛(280)은 제어를 수행한다.
S105에서 제어 유닛(280)은 가변 펌프유닛(105)의 슬라이더(215)를 완전히 후진시켜, 토출구(290)를 100% 개방한다.
S110에서 제어 유닛(280)은 냉각수온센서(146)를 통해서 냉각수온을 감지하고, 제어 유닛(280)은 냉각수온이 제1온도(섭씨 50도)보다 큰지 판단한다.
S110 조건이 만족되지 않으면, 제어 유닛(280)은 S145를 수행한다. S145에서 제어 유닛(280)은 히터(165)가 ON상태인지 판단한다. S145 조건이 만족되면, S150에서 제어 유닛(280)은 Zone3-1을 기초로 상기 가변 펌프유닛(105)의 슬라이더(215) 위치를 제어할 수 있다.
S145 조건이 만족되지 않으면, S155 에서 제어 유닛(280)은 Zone-1을 기초로 상기 가변 펌프유닛(105)의 슬라이더 위치를 제어할 수 있다.
S110 조건이 만족되면, S115에서 제어 유닛(280)은 Zone2를 기초로 상기 가변 펌프유닛(105)의 슬라이더 위치를 제어할 수 있다.
그리고, S120에서 제어 유닛(280)은 냉각수온센서(146)를 통해서 냉각수온을 감지하고, 제어 유닛(280)은 냉각수온이 제2온도(섭씨 90도)보다 큰지 판단한다.
S120 조건이 만족되지 않으면, S160에서 제어 유닛(280)은 히터(165)가 ON상태인지 판단한다. 여기서, 상기 히터(165)의 온 상태는 히터작동신호로부터 판단될 수 있다.
S160이 만족되면, S165에서 제어 유닛(280)은 Zone3-2를 기초로 상기 가변 펌프유닛(105)의 슬라이더(215) 위치를 제어할 수 있다.
S165 및 S155를 수행하는 과정에서, S110을 수행할 수 있고, 엔진의 시동이 오프되면, 제어로직은 S140으로 이동되어 제어가 종료될 수 있다.
S120 조건이 만족되면, S125에서 제어 유닛(280)은 Zone3를 기초로 상기 가변 펌프유닛(105)의 위치를 제어할 수 있다.
그리고, S130에서 제어 유닛(280)은 냉각수온센서(146)를 통해서 냉각수온을 감지하고, 제어 유닛(280)은 냉각수온이 제3온도(섭씨 105도)보다 큰지 판단한다.
S130 조건이 만족되지 않으면, S110을 수행하거나, 엔진이 정지되면, S140을 수행하여 제어가 종료된다.
S130 조건이 만족되면, S135에서 제어 유닛(280)은 Zone4를 기초로 상기 가변 펌프유닛(105)의 상기 슬라이더(215) 위치를 제어할 수 있다. 이후에, S110을 수행하거나, 엔진이 정지되면, S140을 통해서 제어가 종료된다.
본 발명의 실시예에서, 제1온도는 섭씨 50도 설정될 수 있는데, 엔진의 설계 사양에 따라 달라질 수 있다. 아울러, 제2온도는 섭씨 90도 설정될 수 있는데, 엔진의 설계 사양에 따라 달라질 수 있다. 또한, 제3온도는 섭씨 105도 설정될 수 있는데, 엔진의 설계 사양에 따라 달라질 수 있다.
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.
100: 실린더 헤드 110: 실린더 블럭
105: 가변 펌프유닛 147: 전자식 써모스탯
200: 샤프트 145: 블록 냉각수온센서
146: 밸브 냉각수온센서 115: 써모스탯
205: 풀리 210: 펌프 하우징
215: 슬라이더 220: 임펠러 하우징
230: 임펠러 232: 회전 디스크
234: 날개 235: 관통홀
240: 지지부재 245: 리턴 탄성부재
250: 냉각수압 전달유닛 252: 하우징
260: 냉각수압 챔버 270: 솔레노이드
275: 제1 체크밸브 280: 제어 유닛
290: 토출구 700: 슬라이딩 접시
702: 오목홈 715: 전달통로
705: 가압 부재 710: 가압 탄성부재
720: 제2 체크밸브

Claims (14)

  1. 실린더 블록과 실린더 헤드의 각 냉각수 입구측으로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 가변 펌프유닛;
    상기 실린더 블록과 실린더 헤드의 냉각수 출구측에 연결되어 공급되는 냉각수를 냉각사이클 내부의 각 부품들로 분배되는 냉각수의 유량 제어하는 유량제어 밸브유닛;
    상기 실린더 블럭의 냉각수 출구측과 상기 유량제어 밸브유닛 사이의 유로 상에 배치되어 상기 실린더 블럭에서 배출되는 냉각수의 유량 제어하는 전자식 써모스탯; 및
    냉각수온에 따라 상기 가변 펌프유닛, 및 상기 전자식 써모스탯을 제어하여 상기 실린더 블록과 상기 실린더 헤드로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 제어 유닛; 을 포함하는 엔진 냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가변 펌프유닛은,
    냉각수를 펌핑하도록 샤프트에 장착되어 임펠러;
    상기 임펠러의 냉각수 토출구를 차단하거나 개방하도록 상기 샤프트의 길이방향으로 움직이도록 배치되는 슬라이더; 및
    상기 슬라이더를 움직여서 상기 슬라이더가 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭과 연결된 토출구를 개방하거나 폐쇄하는 구동수단; 을 포함하는 엔진 냉각시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    냉각수온이 제1온도(T1) 미만인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하지 않도록 상기 슬라이더가 상기 토출구를 폐쇄하도록 제어하는 제어로직을 갖는 엔진 냉각시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    냉각수온이 제1온도(T1) 이상 및 제2온도(T2) 미만인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하도록 상기 슬라이더가 상기 토출구의 개도율을 제어하고,
    상기 전자식 써모스탯을 차단하여 상기 실린더 블럭으로는 냉각수가 흐르지 않도록 하는 제어로직을 갖는 엔진 냉각시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    냉각수온이 제2온도 이상 및 제3온도 미만인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하도록 상기 슬라이더가 상기 토출구를 완전히 개방하고,
    상기 전자식 써모스탯의 개도율을 제어하여 상기 실린더 블럭을 흐르는 냉각수를 제어하는 제어로직을 갖는 엔진 냉각시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    냉각수온이 제3온도 이상인 경우에, 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 냉각수를 공급하도록 상기 슬라이더가 상기 토출구를 완전히 개방하고,
    상기 전자식 써모스탯도 완전히 개방하여 상기 실린더 블럭을 흐르는 냉각수를 제어하는 제어로직을 갖는 엔진 냉각시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 슬라이더가 상기 토출구를 개방하도록 상기 슬라이더를 탄성 지지하는 리턴 탄성부재; 를 포함하는 엔진 냉각시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동수단은,
    상기 슬라이더가 상기 토출구를 폐쇄하는 냉각수압 챔버로 냉각수압을 공급하거나, 상기 냉각수압 챔버에 충진된 냉각수압을 상기 토출구로 해소시키는 제어밸브; 및
    상기 임펠러에 의해서 생성된 냉각수압을 상기 제어밸브 측으로 전달하는 냉각수압 전달유닛; 을 포함하는 엔진 냉각시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 임펠러는 회전중심부에서 방사방향으로 연장되는 회전 디스크, 및 상기 회전 디스크의 일면에는 냉각수를 방사방향으로 펌핑하는 날개를 포함하고,
    상기 회전 디스크의 일면에서 타면으로 관통홀이 형성되는 엔진 냉각시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각수압 전달유닛은,
    상기 관통홀에 대응하여 오목한 오목홈이 형성되고, 가장자리 부분이 상기 회전 디스크의 타면에 슬라이딩되는 슬라이딩 접시;
    상기 슬라이딩 접시의 상기 오목홈의 반대면을 지지하는 지지부재; 및
    상기 지지부재를 상기 슬라이딩 접시에 밀착시키고, 상기 슬라이딩 접시를 상기 회전 디스크의 타면에 밀착시키는 가압 탄성부재; 를 포함하고,
    상기 슬라이딩 접시와 상기 지지부재의 중심부에는 냉각수압의 전달통로가 형성되는 엔진 냉각시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전달통로를 지난 냉각수압이 상기 제어밸브로 전달되되, 상기 제어밸브로 전달된 냉각수압이 상기 전달통로 측으로 역류하지 않도록 하는 제2 체크밸브; 를 더 포함하는 엔진 냉각시스템.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 임펠러의 냉각수 토출구를 지나는 냉각수는 상기 실린더 헤드와 상기 실린더 블럭으로 분배되는 엔진 냉각시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수부품들은, 라디에이터, 히터, 저압 이지알 쿨러, 이지알 밸브, 고압 이지알 쿨러, 오일 쿨러, 및 변속기 오일워머를 포함하는 엔진 냉각시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 유량제어 밸브유닛의 작동을 제어하여,
    상기 라디에이터로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하고, 상기 히터 및 저압 이지알 쿨러로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하며, 상기 이지알 밸브로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하고, 상기 고압 이지알 쿨러, 상기 오일 쿨러, 및 상기 변속기 오일워머로 공급되는 냉각수의 유량을 제어하는 엔진 냉각시스템.
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JP2000213492A (ja) * 1999-01-14 2000-08-02 Robert Bosch Gmbh 特に自動車用の冷媒を搬送するための調節可能なラジアルポンプ
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