KR100201436B1 - 차량의 수냉식 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 수냉식 냉각장치에 관한 것이다.

즉, 연소실의 주변에 헤드냉각수자켓(11)이 형성된 실린더헤드(1)와, 헤드냉각수자켓(11)과 연결되게 블럭냉각수자켓(21)이 형성된 실린더블럭(2)과, 냉각수를 강제로 순환시키는 냉각수펌프(5)와, 순환되는 냉각수를 공기중에 자연냉각시키는 라디에이터(3)와, 라디에이터(3)를 통해 이송되는 냉각수를 실린더로 공급 및 차단하는 써머스탯(42)으로 구성된 냉각장치에 있어서,

실린더헤드(1)에 감온라인(8)으로 연결되는 헤드측 냉각수 유입구(41a)와,

라디에이터(3)와 유입라인(9)으로 연결되는 라디에이터측 냉각수 유입구(41b)와,

냉각된 냉각수를 실린더헤드(1)로 유출시키는 냉각수유출구(41c)와,

난기운전시 실린더헤드(1)로 공급되는 냉각수의 일부를 바이패스시키는 바이패스입구(41d)로 구성된 케이싱(41)내에 써머스탯(42)을 내장하여 써머스탯(42)의 작동시 바이패스입구(41d)를 개폐시키는 바이패스밸브(43)로 구성되는 수온조절부(4)와;

냉각수펌프(5)에 의하여 이송되는 냉각수를 안내하는 냉각수유입구(61)와,

냉각수유입구(61)로 이송된 냉각수를 실린더헤드(1)로 안내하여 실린더헤드(1)를 집중적으로 냉각시키는 냉각수공급구(62)와,

난기운전시 냉각수의 일부를 수온조절부(4)의 바이패스입구(41d)로 바이패스시키도록 바이패스라인(10)으로 연결되는 바이패스출구(63)로 구성되는 냉각수흐름안내부(6); 로 차량의 수냉식 냉각장치를 구성하여, 난기운전 도중에 실린더주변의 서냉에 의한 마찰손실의 저감으로 연비성능을 향상시키는 동시에 연소실주변의 집중적인 냉각을 통한 노크특성과 체적효율의 향상으로 출력성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량의 수냉식 냉각장치

본 발명은 차량의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 온도가 낮으면 불완전연소되어 대기오염 및 엔진성능의 저하 원인이 되며, 과열이 되는 경우 화재의 발생과 엔진성능이 저하되는 문제점이 있으므로 엔진의 온도를 설정된 온도로 유지시켜 주지 않으면 안되기 때문에 엔진의 냉각을 위하여 종래에는 냉각장치를 설치하였다.

즉, 종래 차량의 냉각장치는, 실린더블럭과 실린더헤드의 주위를 순환하면서 냉각시키는 블럭용 및 헤드용 냉각수자켓과, 헤드용 냉각수자켓에 연결되어 설정된 온도이상으로 상승된 냉각수를 라디에이터로 안내하는 공급라인과, 공급라인에 연결되어 안내되는 냉각수를 외부의 공기와 열교환시켜 냉각시키는 라디에이터와, 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 실린더블럭측으로 순환되도록 배출시키는 배출라인과, 배출라인에 연결되어 냉각된 냉각수를 실린더블럭의 블럭용 냉각수자켓으로 순환되도록 하는 냉각수펌프라인과, 배출라인에 설치되어 블럭용 및 헤드용 냉각수자켓으로 순환되는 냉각수가 설정된 온도이상으로 상승될 때 냉각수펌프라인으로 냉각수가 순환되도록 개방시키는 써머스탯과, 냉각수펌프라인에 설치되어 냉각수를 강제적으로 순환시키는 냉각수펌프로 구성되어 있다.

이러한 종래의 냉각장치는, 엔진시동시에는 엔진이 냉각되어 있는 상태에서는 써머스탯을 차단시켜 엔진이 설정된 온도로 상승 될 때까지 냉각수를 블럭용 및 헤드용 냉각수자켓으로 순환되게 한다.

그리고 난기운전시에는 블럭용 및 헤드용 냉각수자켓순을 따라 순환되는 냉각수가 엔진의 온도상승으로 설정된 온도이상으로 상승된 경우 이를 감지하여 써머스탯을 개방시키면 공급라인을 통해 라디에이터로 냉각수가 이송되며, 라디에이터로 공급된 냉각수는 외부의 공기와 열교환되어 냉각된 뒤 배출라인을 통해 개방된 써머스탯을 통과하여 냉각수펌프라인으로 순환하게 되므로 냉각된 냉각수는 냉각수펌프에 의하여 다시 블럭용 및 헤드용 냉각수자켓으로 공급하여 주므로써, 블럭용 및 헤드용 냉각수자켓을 따라 순환되는 냉각수에 의하여 엔진의 실린더블럭과 실린더헤드의 과열을 방지하도록 하였다.

그런데 난기운전시 연소열에 의한 많은 발열량이 발생하는 연소실을 구성하는 실린더헤드는 집중적으로 냉각(냉각수온을 다소 낮게)하여 연소실 벽온도의 온도를 하강시키고, 발열량이 다소 작은 실린더블럭은 서냉시켜 냉각수온을 다소 높게 유지하여 오일점도를 낮게 하여야 되는 데, 냉각수는 실린더블럭을 거쳐서 실린더헤드로 계속적으로 순환하도록 되어 있어, 동일한 냉각수의 온도에 의하여 실린더블럭에서의 오일점도를 높게하여 마찰손실만 증대시키는 동시에 실린더헤드에서의 연소실 벽온도의 온도를 상승시켜 노크특성과 체적효율의 저하만 초래하게 되어 연비 및 출력저하의 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 연소열에 의한 많은 발열량이 발생하는 연소실 주변은 출력향상을 위해 집중적으로 냉각시키고, 다소 발열량이 작은 실린더주변은 연비성능의 향상을 위해 그다지 냉각되지 않도록 하여 출력성능과 연비성능을 높이고자 하는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수단은, 연소실의 주변에 헤드냉각수자켓이 형성된 실린더헤드와, 헤드냉각수자켓과 연결되게 블럭냉각수자켓이 형성된 실린더블럭과, 냉각수를 강제로 순환시키는 냉각수펌프와, 순환되는 냉각수를 공기중에 자연냉각시키는 라디에이터와, 라디에이터를 통해 이송되는 냉각수를 실린더로 공급 및 차단하는 써머스탯으로 구성된 냉각장치에 있어서,

실린더헤드에 감온라인으로 연결되는 헤드측 냉각수 유입구와, 라디에이터와 유입라인으로 연결되는 라디에이터측 냉각수 유입구와, 냉각된 냉각수를 실린더헤드로 유출시키는 냉각수유출구와, 난기운전시 실린더헤드로 공급되는 냉각수의 일부를 바이패스시키는 바이패스입구로 구성된 케이싱내에 써머스탯을 내장하여 써머스탯의 작동시 바이패스입구를 개폐시키는 바이패스밸브로 구성되는 수온조절부와; 냉각수펌프에 의하여 이송되는 냉각수를 안내하는 냉각수유입구와, 냉각수유입구로 이송된 냉각수를 실린더헤드로 안내하여 실린더헤드를 집중적으로 냉각시키는 냉각수공급구와, 난기운전시 냉각수의 일부를 수온조절부의 바이패스입구로 바이패스시키도록 바이패스라인으로 연결되는 바이패스출구로 구성되는 냉각수흐름안내부; 로 차량의 수냉식 냉각장치를 구성한 것이 본 발명의 특징이다.

도 1 은 본 발명의 냉각계통도

도 2 는 본 발명 수온조절부의 상세단면도

도 3 은 본 발명 냉각수흐름안내부의 상세단면도

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 실린더헤드 11 : 헤드냉각수자켓

2 : 실린더블럭 21 : 블럭냉각수자켓

3 : 라디에이터 4 : 수온조절부

41 : 케이싱 41a : 헤드측 냉각수 유입구

41b : 라디에이터측 냉각수 유입구 41c : 냉각수유출구

41d : 바이패스입구 42 : 써머스탯

43 : 바이패스밸브 5 : 냉각수펌프

6 : 냉각수흐름안내부 61 : 냉각수유입구

62 : 냉각수공급구 63 : 바이패스출구

8 : 감온라인 9 : 유입라인

10 : 바이패스라인

이하 본 발명을 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 수냉식 냉각장치의 회로구성도이며, 부호1은 실린더헤드로서, 각 연소실의 냉각을 위하여 헤드냉각수자켓(11)이 형성되어 있고, 헤드냉각수자켓(11)의 전,후방에 헤드유입구(12) 및 헤드유출구(13)를 형성하여 순환하는 냉각수가 유입 및 유출되도록 한다.

부호2는 실린더헤드(1)와 조립되는 실린더블럭으로서, 헤드냉각수자켓(11)과 연결되게 블럭냉각수자켓(21)이 형성되며, 블럭냉각수자켓(21)을 순환한 냉각수가 유출되도록 전방에 블럭유출구(22)를 형성한다.

부호3은 순환하는 냉각수를 공기중에 자연 냉각시키는 라디에이터로서, 상부탱크(31)는 실린더블럭(2)의 블럭유출구(22)와 유출라인(7)으로 연결하여 고온의 냉각수가 유입되도록 하며, 하부탱크(32)는 실린더헤드(1)의 헤드유입구(12)와 연결되어 냉각된 냉각수가 공급되도록 한다.

부호4는 도 2와 같이 수온조절부로서, 케이싱(41), 써머스탯(42) 및 바이패스밸브(43)로 구성된다.

케이싱(41)은 실린더헤드(1)의 헤드유출구(13)와 감온라인(8)으로 연결되는 헤드측 냉각수 유입구 (41a)와, 라디에이터(3)의 하부탱크(32)와 유입라인(9)으로 연결되는 라디에이터측 냉각수 유입구(41b)와, 냉각된 냉각수를 실린더헤드(1)의 헤드유입구(12)로 유출시키는 냉각수유출구(41c)와, 냉각수의 온도에 따라 개폐되는 바이패스입구(41d)로 구성된다.

써머스탯(42)은 냉각수의 온도를 감지하여 자동으로 개폐되는 원리로서 그 구조는 종래와 동일하며, 라디에이터측 냉각수 유입구(41b)로 유입되는 냉각수의 출입을 제어하는 메인밸브(42a)가 설치되어 있다.

바이패스밸브(43)는 써머스탯(42)의 작동시 예컨데, 메인밸브(42a)의 닫힘시 바이패스입구(41d)를 개방시키고, 메인밸브(42a)의 열림시 바이패스입구(41d)를 차단시키도록 한다.

부호5는 수온조절부(4)의 냉각수유출구(41c)에 연결되어 강제로 냉각수를 순환시키는 냉각수펌프이다.

부호6은 도3과 같이 냉각수펌프(5)와 실린더헤드(1)의 헤드유입구(12)사이에 설치되는 냉각수흐름안내부로서, 냉각수펌프(5)에 의하여 이송되는 냉각수를 안내하는 냉각수유입구(61)와, 실린더헤드(1)의 헤드유입구(12)로 안내하는 냉각수공급구(62)와, 난기운전시 냉각수의 일부를 수온조절부(4)의 바이패스입구(41d)로 바이패스시키도록 바이패스라인(10)으로 연결되는 바이패스출구(63)로 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명의 냉각장치에 대한 작동을 설명하면 다음과 같다.

엔진시동시에는 실린더의 냉각수자켓에 채워진 냉각수의 온도가 저온상태이므로 이때에는 써머스탯(42)이 냉각수의 온도를 감지하여 냉각수펌프(5)에 의하여 순환하는 냉각수의 공급을 차단하게 된다.

즉, 써머스탯(42)의 메인밸브(42a)가 차단되어 라디에이터(3)의 하부탱크(32)를 통해 공급되는 냉각수의 유입을 차단시키고, 바이패스밸브(43)는 개방된다.

따라서 냉간운전시에는 냉각수펌프(5)의 작동에 의하여 냉각수흐름안내부(6)를 통하여 실린더헤드(1)로 냉각수가 공급되므로 헤드냉각수자켓(11), 감온라인(8)을 거쳐 다시 냉각수펌프(5)로 순환하게 되며, 이때 헤드냉각수자켓(11)과 연결된 블럭냉각수자켓(21)으로는 써머스탯(42)의 차단으로 인하여 냉각수의 순환이 이루어지지 않게 된다.

또한 냉각수흐름안내부(6)의 바이패스출구(63)를 통하여 일부 냉각수가 수온조절부(4)의 바이패스입구(41d)로 바이패스되어 다시 상술한 경로를 거쳐 냉각수펌프(5)로 안내되게 하므로서 실린더헤드(1)의 온도를 단시간내에 설정된 온도로 상승시켜 연소실의 유해한 배기가스를 줄이도록 한다.

한편 난기운전시 감온라인(8)을 통하여 수온조절부(4)로 순환하는 헤드냉각수자켓(11)의 냉각수가 설정된 온도로 상승되면 써머스탯(42)의 메인밸브(42a)가 개방되는 동시에 바이패스밸브(43)가 바이패스입구(41d)를 차단시켜 라디에이터(3)의 하부탱크(32)로 부터 공급되는 냉각수가 냉각수유출구(41c), 냉각수펌프(5), 냉각수흐름안내부(6)순을 거쳐 집중적으로 냉각이 요구되는 연소실의 헤드냉각수자켓(11)을 먼저 냉각시키고, 다소 고온상태의 냉각수로 그다지 냉각되지 않아도 되는 실린더블럭(2)의 블럭냉각수자켓(21)은 나중에 냉각시키도록 하는 것이다.

따라서 실린더헤드(1)를 먼저 냉각시킨 냉각수의 일부는 감온라인(8)을 통하여 수온조절부(4)로 다시 순환되게 하고, 나머지 일부는 블럭냉각수자켓(21)을 거쳐 라디에이터(3)의 상부탱크(31)로 이송시켜 냉각시키도록 한다.

라디에이터(3)에서 냉각되어 수온조절부(4)의 라디에이터측 냉각수 유입구(41b)로 유입된 냉각수와 감온라인(8)을 거쳐 헤드측 냉각수 유입구 (41a)로 유입되는 냉각수가 상호 혼합되어 상술한 경로를 거쳐서 다시 실린더헤드(1)를 집중적으로 냉각시키게 되는 것이다.

즉, 연소열에 의한 많은 발열량이 발생하는 연소실 주변은 출력향상을 위해 집중적으로 냉각시키고, 다소 발열량이 작은 실린더주변은 연비성능의 향상을 위해 그다지 냉각되지 않도록 하여 출력성능과 연비성능을 높이도록 한 것이다.

난기운전 도중에 실린더주변의 서냉에 의한 마찰손실의 저감으로 연비성능을 향상시키는 동시에 연소실주변의 집중적인 냉각을 통한 노크특성과 체적효율의 향상으로 출력성능을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 연소실의 주변에 헤드냉각수자켓이 형성된 실린더헤드와, 헤드냉각수자켓과 연결되게 블럭냉각수자켓이 형성된 실린더블럭과, 냉각수를 강제로 순환시키는 냉각수펌프와, 순환되는 냉각수를 공기중에 자연냉각시키는 라디에이터와, 라디에이터를 통해 이송되는 냉각수를 실린더로 공급 및 차단하는 써머스탯으로 구성된 냉각장치에 있어서,

   실린더헤드에 감온라인으로 연결되는 헤드측 냉각수 유입구와, 라디에이터와 유입라인으로 연결되는 라디에이터측 냉각수 유입구와, 냉각된 냉각수를 실린더헤드로 유출시키는 냉각수유출구와, 난기운전시 실린더헤드로 공급되는 냉각수의 일부를 바이패스시키는 바이패스입구로 구성된 케이싱내에 써머스탯을 내장하여 써머스탯의 작동시 바이패스입구를 개폐시키는 바이패스밸브로 구성되는 수온조절부와; 냉각수펌프에 의하여 이송되는 냉각수를 안내하는 냉각수유입구와, 냉각수유입구로 이송된 냉각수를 실린더헤드로 안내하여 실린더헤드를 집중적으로 냉각시키는 냉각수공급구와, 난기운전시 냉각수의 일부를 수온조절부의 바이패스입구로 바이패스시키도록 바이패스라인으로 연결되는 바이패스출구로 구성되는 냉각수흐름안내부; 로 구성한 것을 특징으로 하는 차량의 수냉식 냉각장치.