KR100259637B1 - 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 수냉식 냉각 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진의 난기 운전 중 냉각 회로상에 발생된 증기를 효과적으로 방출하면서도 냉각수의 과다 유실을 미연에 방지토록 증기 분리 수단이 설치된 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치에 관한 것이다.

상기 본 발명은 엔진의 냉각수를 식혀주는 라디에이터(2)와, 상기 라디에이터(2)의 상단에 설치된 라디에이터 캡(5)과, 상기 라디에이터(5)에 연결되어 엔진의 냉각수를 강제 순환시키는 워터 펌프(3)가 포함된 엔진의 수냉식 냉각 장치에 있어서, 상기 라디에이터 캡(5)과 상기 워터 펌프(3) 사이에 오버 플로우 통로(10) 및 리턴 플로우 통로(9)가 설치되고, 상기 오버 플로우 통로(10)와 리턴 플로우 통로(9) 사이에 엔진의 과열에 의해 발생된 냉각수 중의 증기를 분리시키도록 증기 분리 수단(1)이 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치

본 발명은 엔진의 수냉식 냉각 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진의 난기 운전 중 냉각 회로상에 발생된 증기를 효과적으로 방출하면서도 냉각수의 과다 유실을 미연에 방지토록 증기 분리 수단이 설치된 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관은 엔진의 내부에서 연소가 이루어지며, 혼합가스 자체가 보유한 화학적 에너지를 순간연소에 의해 열에너지로 바꾸어 그 연소가스가 팽창할 때의 일을 직접 이용한 것이다.

상기와 같이 엔진은 동력을 발생하는 부분으로 실린더, 피스톤, 실린더 블록, 실린더 헤드, 커넥팅 로드, 크랭크 축, 밸브기구 등으로 구성되며, 일반적으로 상기 실린더 블럭 내에 실린더가 위치되고, 이 실린더의 위쪽에는 실린더 헤드가 위치되어 그 내부에 동력을 발생시키는 연소실이 형성된다.

상기 연소실 내의 연소가스 온도는 2000℃ 이상에 달하고, 이 열의 상당량이 실린더를 통해 실린더 블럭, 실린더 헤드, 피스톤 등에 흡수된다. 상기 각 부분의 온도가 과도하게 상승하면, 실린더에 변형을 일으키거나 또는 실린더 벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량이 되며 심할 때는 엔진을 손상시킨다. 또한 연소상태도 나빠져서 결과적으로 노킹이나 조기 점화를 일으켜 엔진의 출력은 급격히 저하된다.

상기와 반대로 너무 냉각되면 연소에 의해 생긴 열 중에서, 냉각으로 상실되는 양이 많아져 엔진의 열효율을 저하시켜 연료소비를 증대시킨다. 또 실린더 중에서 가솔린의 무화가 불충분한 혼합기가 공급되기 때문에 가솔린에 의해 엔진 오일을 묽게 만드는 원인이 되며 실린더의 마모를 촉진시키는 원인이 된다.

이와 같이 상기 실린더 헤드와 실린더 블럭을 냉각하여 과열을 방지하고, 또한 적온으로 유지하는 장치를 엔진의 냉각장치라 하는 바, 상기 냉각 방식에는 외기를 이용하여 실린더 헤드와 실린더 블럭 외부를 직접 냉각하는 공랭식과 냉각수를 실린더 블록과 실린더 헤드의 내부로 순환시켜 냉각하는 수냉식이 있다.

여기서, 엔진의 수냉식 냉각장치는 도 1에 도시된 바와 같이 워터 펌프(53)에 의해 가압되는 냉각수를 실린더 블럭(64) 및 실린더 헤드(62)의 냉각수 통로를 통해 엔진을 냉각하며, 여기서 뜨거워진 냉각수는 수온 조절 장치(54)를 거쳐 냉각수 유출 통로(57)로 연결된 라디에이터(52)로 순환되어 방열된다.

그리고, 상기 라디에이터(52)에서 식혀진 물은 또다시 냉각수 유입 통로(56)를 통해 워터 펌프(53)로 유입되고 엔진 내부의 실린더 블록(64)과 실린더 헤드(62)를 순환하게 된다. 또한, 상기 워터 펌프(53)에는 팬이 설치되어 있어서 라디에이터(52)에 강제적으로 외기를 접촉시켜 방열 효과를 좋게 한다.

그리고, 상기 냉각수 유출 통로(57) 상에는 수온 조절 장치(5)가 설치되어 냉각수의 온도에 따라 냉각수의 순환경로를 변환토록 되어 있다. 즉, 엔진의 초기 시동시에 냉각수의 온도가 일정 온도 이하일 때는 냉각수를 라디에이터(52)로 보내지 않고 냉각수 바이패스 통로(58)를 통해 바로 워터 펌프(53)에 의해 엔진 내부로 순환토록 되어 있다.

특히, 엔진의 난기 운전중 냉각수의 과열 현상이 발생되면 냉각수 배출 통로(57)와 수온 조절 장치(54)를 통해 라디에이터(52)로 유동한 고온 고압의 냉각수가 라디에이터 캡(55)에 내설된 가압 밸브를 개방함과 동시에 오버 플로우 통로(59)를 통하여 리저버 탱크(51)에 저장되게 된다. 그리고, 상기 리저버 탱크(51)에 유입된 증기는 증기 배출구를 통해 외부로 방출되게 된다.

그러나, 상기한 종래 엔진의 수냉식 냉각 장치는 냉각수의 과열 현상이 계속될 경우, 용적이 한정된 리저버 탱크(51)에 계속적으로 유입되는 고온의 냉각수는 증기 배출구를 통하여 증기와 함께 다량이 외기로 뿜어져 유실되게 되므로 이로 인하여 냉각수 순환 경로상에 소량의 냉각수만이 잔류케 되어 엔진의 냉각 성능에 악화만 초래케 되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 라디에이터 캡에 연결된 오버 플로우 통로 상에 증기 분리 수단을 설치하여 증기는 배출하고 냉각수는 다시 워터 펌프측에 순환시킴으로써 냉각수의 유실을 최소화하여 충분한 냉각 성능이 유지되도록 한 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 엔진의 수냉식 냉각 장치를 나타낸 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치를 나타낸 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 증기 분리 수단을 나타낸 내부 구성도,

도 4는 본 발명의 나선형 분리부재를 나타낸 사시도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 증기 분리 수단 2 : 라디에이터

3 : 워터 펌프 4 : 수온 조절 장치

5 : 라디에이터 캡 6 : 냉각수 유입 통로

7 : 냉각수 유출 통로 8 : 냉각수 바이패스 통로

9 : 리턴 플로우 통로 10 : 오버 플로우 통로

11 : 증기 분리 탱크 12 : 저장실

13 : 분리실 14 : 유입구

15 : 유출구 16 : 증기 배출구

17 : 격판 18 : 환류관

19 : 나선형 분리부재 20 : 통공

21 : 수위 센서 22 : 실린더 헤드

23 : 절환 밸브 24 : 실린더 블록

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치는, 라디에이터의 상단에 설치된 라디에이터 캡과 워터 펌프 사이에 오버 플로우 통로 및 리턴 플로우 통로가 설치되고, 상기 오버 플로우 통로와 리턴 플로우 통로사이에 엔진의 과열에 의해 발생된 냉각수 중의 증기를 분리시키도록 증기 분리 탱크가 설치된 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치에 있어서, 상기 증기 분리 탱크는 중간에 격판이 설치되어 그 하측에 상기 오버 플로우 통로 및 리턴 플로우 통로와 연결되도록 저장실이 위치되고, 상측에 분리된 증기가 배출되도록 분리실이 형성되며, 상기 격판에는 상기 저장실에서 분리실로 통하는 복수개의 환류관이 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 엔진의 냉각수를 식혀주는 라디에이터(2)와, 상기 라디에이터(2)의 상단에 설치된 라디에이터 캡(5)과, 상기 라디에이터(2)와 냉각수 유입 통로(6)로 연결되어 냉각수를 실린더 블록(24) 및 실린더 헤드(22)로 강제 순환시키는 워터 펌프(3)와, 상기 라디에이터 캡(5)과 상기 워터 펌프(3) 사이에 설치된 오버 플로우 통로(10) 및 리턴 플로우 통로(9)와, 상기 오버 플로우 통로(10)와 리턴 플로우 통로(9) 사이에 설치되어 엔진의 과열에 의해 발생된 냉각수 중의 증기를 분리시키는 증기 분리 수단(1)이 포함되어 구성되어 있다.

여기서, 상기 증기 분리 수단(1)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 오버 플로우 통로(10)와 연결된 유입구(14)와, 상기 리턴 플로우 통로(9)와 연결된 유출구(15)와, 상기 유입구(14) 및 유출구(15)가 내외로 연통되게 설치되고 내부에 저장실(12)과 분리실(13)이 형성된 증기 분리 탱크(11)와, 상기 증기 분리 탱크(11)에서 분리된 증기가 배출되는 증기 배출구(16)로 구성되어 있다.

상기한 증기 분리 탱크(11)는 그 내부의 하측에 저장실(12)이 형성되고 상측에 분리실(13)이 형성되도록 중간에 격판(17)이 설치되고, 상기 격판(17)에는 저장실(12)에서 분리실(13)로 통하는 복수개의 환류관(18)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 환류관(18)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 냉각수 및 증기가 통과되는 다수의 통공(20)이 형성된 나선형 분리 부재(19)가 내설되어 있다.

상기한 저장실(12)은 그 상부 일측에 냉각수가 일정 이상 고이게 되면 이를 감지하는 수위 센서(21)가 설치되고, 이 수위 센서(21)는 ECU에 연결되어 감지결과를 입력토록 되어 있다. 그리고, 상기 ECU는 상기 리턴 플로우 통로(9)에 설치된 절환 밸브(23)를 제어하여 저장실(12) 내의 냉각수를 워터 펌프(3)측으로 내보내는 것을 제어하게 된다.

한편, 상기한 유입구(14)는 오버 플로우 통로(10)를 통해 유입된 증기 및 냉각수가 저장실(12)에 유입되도록 상기 증기 분리 탱크(11)의 저장실(12) 하부측에 근접토록 연장 내설되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 유출구(15)는 상기 증기 분리 탱크의 저장실(12) 바닥면에서 형성되어 리턴 플로우 통로(9)와 연결되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

엔진의 운전과 동시에 워터 펌프(3)가 작동되면 엔진 내부의 실린더 블록(24)과 실린더 헤드(22)의 냉각수 통로로 냉각수가 순환하게 된다. 이렇게 순환된 냉각수는 수온 조절 장치(4)를 통해 일정 온도 이하이면 냉각수 바이패스 통로(8)를 통해 다시 워터 펌프(3)로 유입되어 엔진 내부를 순환하게 된다.

반면, 엔진의 계속적인 작동으로 냉각수의 온도가 일정 온도 이상으로 상승되면 수온 조절 장치(4)에서 냉각수 유출 통로(7)를 거쳐 라디에이터(2)로 보내지고 라디에이터(2)에서 방열된 냉각수는 다시 냉각수 유입 통로(6)를 통해 워터 펌프(3)로 유입되어 엔진 내부를 순환하게 된다.

여기서, 엔진의 난기 운전 중 냉각수가 과열되면, 냉각수가 비등해짐과 동시에 다량의 수증기가 발생되고, 이와 같은 고온 고압의 냉각수는 라디에이터(2) 상부 탱크에 위치되는 라디에이터 캡(5)을 경유하여 오버 플로우 통로(10)를 통해 증기 분리 수단(1)의 증기 분리 탱크(11)로 유입되게 된다.

상기 증기 분리 탱크(11)로 유입된 고온 고압의 냉각수 및 증기는 상기 오버 플로우 통로(10)와 연결된 유입구(14)를 통해 저장실(12)로 유입되어 1차적으로 저장된다. 이렇게 저장된 냉각수 및 증기는 기화되면서 격막(17)의 환류관(18)을 통해 분리실(13)로 유입되게 된다.

이때, 상기 환류관(18) 내의 나선형 분리부재(19)에 의해 와류 현상이 발생되면서 잔류 냉각수와 증기가 확실하게 분리된다. 여기서 증기는 분리실(13)을 통해 증기 배출구(16)로 배출되게 되며, 잔류 냉각수는 나선형 분리 부재(19)에 구비된 다수의 통공(20)을 통하여 2차적으로 저장실(12)에 저장되게 된다.

그리고, 엔진의 냉각수 과열 현상 지연으로 인해 저장실(12)의 수면이 일정이상으로 상승할 경우, 저장실(12) 상측의 수위 센서(21)가 이를 감지하여 ECU에 입력하고, 상기 ECU는 리턴 플로우 통로(9)상의 절환 밸브(23)를 개방시켜 상기 저장실(12)에 저장된 냉각수가 리턴 플로우 통로(9)를 통해 워터 펌프(3)측으로 유입되게 된다.

따라서, 상기한 증기 분리 탱크(11)에 유입된 냉각수 및 증기 중 최소한의 증기만 외부로 유출되고, 나머지 냉각수는 저장실(12)에 저장되었다가 다시 워터 펌프(3)를 통해 엔진 내부를 순환하게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명에 의한 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치는 증기 분리 수단(1)이 설치되어 냉각수의 과열로 발생되는 증기를 분류시켜 배출하기 때문에 난기 운전시에도 냉각 성능이 일정하게 유지되고, 또한 냉각수가 통과하는 냉각 계통의 손상 및 파손이 방지되어 엔진의 수명이 연장되는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 라디에이터의 상단에 설치된 라디에이터 캡과 워터 펌프 사이에 오버 플로우 통로 및 리턴 플로우 통로가 설치되고, 상기 오버 플로우 통로와 리턴 플로우 통로사이에 엔진의 과열에 의해 발생된 냉각수 중의 증기를 분리시키도록 증기 분리 탱크가 설치된 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치에 있어서, 상기 증기 분리 탱크는 중간에 격판이 설치되어 그 하측에 상기 오버 플로우 통로 및 리턴 플로우 통로와 연결되도록 저장실이 위치되고, 상측에 분리된 증기가 배출되도록 분리실이 형성되며, 상기 격판에는 상기 저장실에서 분리실로 통하는 복수개의 환류관이 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 환류관은 다수의 통공이 형성된 나선형 분리 부재가 내설된 것을 특징으로 하는 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 오버 플로우 통로에서 상기 증기 분리 탱크로 연결되는 유입구는 상기 저장실의 하부에 근접토록 연장 내설된 것을 특징으로 하는 엔진의 증기 분리형 수냉식 냉각 장치.