KR20200071529A

KR20200071529A - 엔진 냉각시스템

Info

Publication number: KR20200071529A
Application number: KR1020180159366A
Authority: KR
Inventors: 이효조
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2020-06-19
Also published as: US20200182129A1; DE102019118161A1; US11187139B2

Abstract

본 발명은 라디에이터 유로 및 바이패스 유로를 통해 유입되는 냉각수를 엔진 냉각 유로를 통해 엔진 측으로 순환시키는 워터펌프 및 상기 워터펌프 전단에 구비되는 써모스탯(Thermostat)을 포함하고, 상기 엔진 냉각 유로는 메인 유로 및 서브 유로로 2원화되어 구분 형성되고, 상기 써모스탯은 유입되는 냉각수 온도에 따라 상기 메인 유로 및 상기 서브 유로로의 냉각수 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각시스템으로서, 본 발명에 의하면, 워터펌프에 의해 냉각 및 난방 부품으로 가는 유량에 대해 범위가 넓게 제어하고 최대 유량을 증대시킬 수 있다.

Description

엔진 냉각시스템{ENGINE COOLING SYSTEM}

본 발명은 워터펌프를 포함하여 엔진을 냉각시키기 위한 엔진 냉각시스템에 관한 것이다.

엔진을 냉각시키기 위한 냉각시스템에는 냉각수를 엔진으로 순환시키기 위해 엔진 전단에 워터펌프(Water Pump)가 구비된다.

워터펌프는 엔진의 팬 벨트(fan belt)와 연결되어 엔진의 회전수에 비례하여 구동하는 기계식 워터펌프(Mechanical Water Pump)와, 엔진의 회전수와 무관하게 엔진 및 환경 인자에 따라 제어 가능한 가변 워터펌프(Variable Water Pump)로 나눌 수 있다.

기계식 워터펌프는 엔진 및 환경 인자에 따라 다양하게 제어할 수가 없어 연비 측면에서 불리하며, 가변 워터펌프는 유량을 제어하기 위해 복잡한 구조와 제어 기구를 사용하므로 구조가 복잡하고 기능 및 원가면에서 불리한 측면이 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1264576호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 워터펌프에 의해 냉각 및 난방 부품으로 가는 유량에 대해 범위가 넓게 제어하고 최대 유량을 증대시킬 수 있는 엔진 냉각시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 엔진 냉각시스템은, 라디에이터 유로 및 바이패스 유로를 통해 유입되는 냉각수를 엔진 냉각 유로를 통해 엔진 측으로 순환시키는 워터펌프 및 상기 워터펌프 전단에 구비되는 써모스탯(Thermostat)을 포함하고, 상기 엔진 냉각 유로는 메인 유로 및 서브 유로로 2원화되어 구분 형성되고, 상기 써모스탯은 유입되는 냉각수 온도에 따라 상기 메인 유로 및 상기 서브 유로로의 냉각수 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 써모스탯은, 상기 라디에이터 유로 측에 구비되어 상기 라디에이터 유로를 개폐하는 메인 밸브 및 상기 바이패스 유로 측에 구비되어, 상기 바이패스 유로 및 상기 서브 유로를 개폐하는 서브 밸브를 포함한다.

이러한 상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브는 상기 써모스탯 내에 구비되는 왁스(wax)의 체적 변화에 의해 각각 유로를 개폐하도록 동작되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 서브 밸브는 상기 바이패스 유로를 닫으면서 상기 서브 유로를 개방하도록 동작되거나, 상기 서브 유로를 닫으면서 상기 바이패스 유로를 개방하도록 동작되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브는 서로 연동하여 동작되는 것을 특징으로 한다.

그래서, 상기 메인 밸브가 상기 라디에이터 유로를 개방하면 상기 서브 밸브는 상기 바이패스 밸브를 닫음으로써, 상기 라디에이터 유로를 통해 유입되는 냉각수는 상기 메인 유로 및 상기 서브 유로를 통해 유출되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 서브 밸브에 의해 상기 바이패스 유로의 개방시 상기 메인 밸브는 상기 라디에이터 유로를 닫음으로써, 상기 바이패스 유로를 통해 유입되는 냉각수는 상기 메인 유로를 통해 유출되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 워터펌프는 상기 메인 유로 상에 구비되고, 모터에 의해 회전되는 샤프트에 결합되어 회전하는 메인 임펠러를 포함할 수 있다.

나아가, 상기 워터펌프는 상기 서브 유로 상에 구비되고, 상기 샤프트에 결합되어 회전하는 서브 임펠러를 포함할 수 있다.

본 발명의 엔진 냉각시스템에 의하면, 엔진 냉각 유로를 분리하여 하나의 워터펌프에 의해서도 냉각수 유량을 가변 제어 가능하게 한다.

그리고, 냉각수 온도에 따라 냉각수 유량을 제어함으로써 연비 및 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 워터펌프 및 써모스탯을 부분적으로 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 워터펌프 및 써모스탯의 작동 상태를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 엔진 냉각시스템에 의한 유량 확대 결과를 나타낸 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 워터펌프 및 써모스탯을 부분적으로 도시한 것이다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 냉각시스템을 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 엔진 냉각시스템은 엔진(Head, Block)에서 발생한 열을 순환하는 냉각수에 의해 라디에이터(Radiator)가 대기로 방출하도록 구성되며, 엔진으로의 냉각수의 공급을 위해 엔진 전단에 워터펌프(110)가 구비된다.

그리고, 엔진을 냉각시킨 냉각수는 라디에이터 유로(131)를 통해서 라디에이터를 경유하여 워터펌프(110) 측으로 공급되고, 바이패스된 냉각수는 바이패스 유로(132, By-pass Line)를 통해 워터펌프(110) 측으로 공급된다.

워터펌프(110)는 이와 같이 라디에이터 유로(131) 및 바이패스 유로(132)를 통해 유입되는 냉각수가 엔진 냉각 유로(140)를 통해 엔진으로 공급되게 하는데, 여기서 본 발명의 냉각시스템은 엔진 냉각 유로(140)를 이원화, 즉 메인 유로(141)와 서브 유로(142)로 구분 형성시킨 것을 특징으로 한다.

이를 위해 워터펌프(110)는 메인 임펠러(111)와 서브 임펠러(112)를 포함한 2단(2-stage) 구조를 가지고, 메인 유로(141) 및 서브 유로(142)로의 냉각수 유출의 제어를 위해 워터펌프(110) 전단에 써모스탯(120, Thermostat)이 구비된다.

즉, 라디에이터 유로(131)와 바이패스 유로(132)는 워터펌프(110) 전단의 써모스탯(120)을 경유하게 되고, 써모스탯(120)은 메인 밸브(121)와 서브 밸브(122)를 구비함으로써 냉각수 온도에 따라 메인 유로(141) 및 서브 유로(142)로의 냉각수의 공급이 제어되게 한다.

메인 밸브(121)는 라디에이터 유로(131) 측에 구비되어 라디에이터 유로(131)를 개폐하고, 서브 밸브(122)는 바이패스 유로(132) 측에 구비되어, 바이패스 유로(132) 및 서브 유로(142)를 개폐한다.

이러한 메인 밸브(121) 및 서브 밸브(122)는 각각 써모스탯(120) 하우징 내에 구성되는 왁스(wax)의 서로 다른 일 측에 연결되어, 왁스의 체적 변화에 의해서 위치 이동됨으로써 각 유로를 개폐할 수 있도록 동작된다.

그리고, 워터펌프(110)는 모터에 의해 회전되는 샤프트(113)에 메인 임펠러(111)와 서브 임펠러(112)가 결합되어 회전함으로써 냉각수가 원활히 공급될 수 있게 하고, 메인 임펠러(111)는 메인 유로(141) 상에 구비되고, 서브 임펠러(112)는 서브 유로(142) 상에 구비된다.

또한, 냉각시스템에 따라 메인 임펠러(111)와 서브 임펠러(112) 중 하나의 임펠러만 구성될 수도 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 워터펌프 및 써모스탯의 작동 상태를 도시한 것이다.

도 3은 냉각수 온도가 낮은 냉간 조건의 경우이며, 냉각수 온도가 낮으므로 엔진을 냉각시킨 냉각수는 바이패스 유로(132)를 통해 써모스탯(120)으로 유입되고, 메인 밸브(121)는 라디에이터 유로(131)를 닫고, 서브 밸브(122)는 서브 유로(142)를 닫은 상태가 된다.

그래서, 바이패스 유로(132)를 통해 유입된 냉각수는 메인 유로(141)를 통해서 다시 엔진 측으로 순환되게 하고, 냉각수 및 오일 온도를 빠르게 상승시켜 마찰 저감이 가능하게 한다. 또한, 엔진 웜업(warm-up) 속도 단축 및 난방 성능 향상이 가능해진다.

도 4는 냉각수 온도가 높은 고온 조건의 경우이며, 왁스가 냉각수 온도에 의해 체적 변화되어 메인 밸브(121)는 라디에이터 유로(131)를 일정 정도 열도록 동작되고, 서브 밸브(122)는 바이패스 밸브(132)를 닫고 서브 유로(142)를 일정 정도 열도록 동작된다.

그래서, 냉각수의 순환 유량을 늘리게 된다.

다음, 도 5는 냉각수 온도가 최대인 열간 조건 상태이며, 이때는 왁스의 최대 변화에 의해 메인 밸브(121)가 라디에이터 유로(131)를 최대한 열도록 동작되고, 서브 밸브(122)는 바이패스 밸브(132)를 닫고 서브 유로(142)를 최대한 열도록 동작된다.

그 결과, 순환시키는 냉각수 유량이 최대가 되도록 제어함으로써, 냉각 성능이 향상되게 하고, 유량 증대에 따라 엔진 내구성도 확보할 수가 있다.

도 6은 본 발명의 엔진 냉각시스템에 의한 유량 확대 결과로서, 종래 냉각수 유량의 최대(Max Flow), 최소(Min Flow)에 비해 본 발명의 경우에는 최대 유량(Max Flow 본 발명)과 최소 유량(Min Flow 본 발명)이 보다 확장됨을 알 수 있다.

본 발명은 이와 같이 유량 제어 범위를 확대시킴으로써, 냉각 성능은 물론, 난방 성능 및 연비를 크게 향상시킬 수가 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

110 : 워터펌프
111 : 메인 임펠러 112 : 서브 임펠러 113 : 샤프트
120 : 써모스탯
121 : 메인 밸브 122 : 서브 밸브
131 : 라디에이터 유로
132 : 바이패스 유로
140 : 엔진 냉각 유로
141 : 메인 유로 142 : 서브 유로

Claims

라디에이터 유로 및 바이패스 유로를 통해 유입되는 냉각수를 엔진 냉각 유로를 통해 엔진 측으로 순환시키는 워터펌프; 및
상기 워터펌프 전단에 구비되는 써모스탯(Thermostat)을 포함하고,
상기 엔진 냉각 유로는 메인 유로 및 서브 유로로 2원화되어 구분 형성되고,
상기 써모스탯은 유입되는 냉각수 온도에 따라 상기 메인 유로 및 상기 서브 유로로의 냉각수 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 써모스탯은,
상기 라디에이터 유로 측에 구비되어 상기 라디에이터 유로를 개폐하는 메인 밸브; 및
상기 바이패스 유로 측에 구비되어, 상기 바이패스 유로 및 상기 서브 유로를 개폐하는 서브 밸브를 포함하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브는 상기 써모스탯 내에 구비되는 왁스(wax)의 체적 변화에 의해 각각 유로를 개폐하도록 동작되는 것을 특징으로 하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 서브 밸브는 상기 바이패스 유로를 닫으면서 상기 서브 유로를 개방하도록 동작되거나, 상기 서브 유로를 닫으면서 상기 바이패스 유로를 개방하도록 동작되는 것을 특징으로 하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 메인 밸브 및 상기 서브 밸브는 서로 연동하여 동작되는 것을 특징으로 하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 메인 밸브가 상기 라디에이터 유로를 개방하면 상기 서브 밸브는 상기 바이패스 밸브를 닫음으로써, 상기 라디에이터 유로를 통해 유입되는 냉각수는 상기 메인 유로 및 상기 서브 유로를 통해 유출되는 것을 특징으로 하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 서브 밸브에 의해 상기 바이패스 유로의 개방시 상기 메인 밸브는 상기 라디에이터 유로를 닫음으로써, 상기 바이패스 유로를 통해 유입되는 냉각수는 상기 메인 유로를 통해 유출되는 것을 특징으로 하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 워터펌프는 상기 메인 유로 상에 구비되고, 모터에 의해 회전되는 샤프트에 결합되어 회전하는 메인 임펠러를 포함하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 워터펌프는 상기 서브 유로 상에 구비되고, 상기 샤프트에 결합되어 회전하는 서브 임펠러를 더 포함하는,
엔진 냉각시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 워터펌프는 상기 서브 유로 상에 구비되고, 모터에 의해 회전되는 샤프트에 결합되어 회전하는 서브 임펠러를 포함하는,
엔진 냉각시스템.