KR100300702B1 - 자동차엔진용냉각수제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진을 냉각하여 과열을 방지하고 적당한 온도로 유지시키는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템에 관한 것으로서, 특히 냉각수의 온도를 감지하여 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 제어부와, 상기 제어부로부터 출력된 제어신호에 의해서 작동되는 제어 전달부와, 상기 워터 펌프의 입구 측에 설치되고 상기 제어 전달부에 의해 작동되어 냉각수 통로를 개폐시키는 컨트롤 밸브를 포함하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤 밸브가 회전축과, 상기 회전축의 상단에 설치되고 상기 유압 엑츄에이터에 연결되어 상기 유압 엑츄에이터의 동작에 따라 상기 회전축을 회전시키는 연결부재와, 상기 연결부재와 유압 엑츄에이터를 결합시키는 결합수단과, 상기 회전축에 설치되어 복원력을 부여하는 탄성수단과, 상기 회전축의 하부에 설치되어 냉각수의 통로를 개폐시키는 밸브 보디로 구성됨으로써, 초기 시동시 엔진이 워밍업되는데 걸리는 시간을 단축시킴으로써 HC의 배출량이 저감되어 엔진의 저공해성이 향상되도록 하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템

본 발명은 엔진을 냉각하여 과열을 방지하고 적당한 온도로 유지시키는 자동차용 엔진의 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 냉각수온에 따라 냉각수의 통로를 개폐하는 밸브를 이용하여 냉각수의 순환을 제어하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 실린더 내의 연소가스 온도는 2000℃∼2500℃에 이르고, 이 열의 상당량이 실린더, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 및 기타 부품으로 전달된다. 그런데, 이들 부품의 온도가 과도하게 상승되면 부품 재료의 강도가 저하되어 고장이 생기거나 수명이 단축되고 연소 상태도 나빠져서 엔진 출력이 저하된다.

또한, 엔진이 너무 냉각되면 냉각으로 손실되는 열량이 크기 때문에 엔진 효율이 낮아지고 연료 소비량이 증가하는 등의 문제가 생기므로 엔진의 온도를 약 80∼90℃로 유지시키는 것이 냉각장치의 기능이다.

상기와 같은 엔진의 냉각 장치에는 외기를 이용하여 엔진의 외부를 직접 냉각하는 공랭식과 실린더 블록, 실린더 헤드에 냉각수의 통로를 만들어 여기에 물을 통과시켜 엔진 각부를 냉각하는 수냉식이 있다.

종래 기술에 따른 수냉식 냉각 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 실린더 블록(3)과 실린더 헤드(2)에 설치된 냉각수의 통로인 워터 재킷(미도시)과, 상기 워터 재킷으로 냉각수를 압송하여 순환시키는 워터 펌프(1)와, 상기 워터 재킷에서 보내온 냉각수의 열을 외기에 전달하여 냉각하는 라디에이터(radiator)(4)와, 상기 라디에이터(4)의 후방에 설치되어 라디에이터(4)의 통풍을 돕는 냉각 팬(미도시)과, 상기 워터 재킷의 출구 부분에 설치되고 수온에 따라 냉각수 통로를 개폐하여 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 하는 서머스탯(thermostat)(5)을 포함하여 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 엔진의 냉각장치에서는 엔진이 시동된 후 냉각수의 온도가 낮은 때, 즉 워밍업 전에는 냉각수를 라디에이터(4)로 보내지 않고 바이패스 밸브(6)와 워터 펌프(1)를 통해 엔진으로 순환시키기 때문에 빠른 워밍업이 촉진된다.

한편, 상기와 같이 냉각수가 냉각되지 않고 엔진의 실린더 헤드(2)와 실린더 블록(3)을 거치면서 어느 정도 뜨거워지면 서머스탯(5)이 열리면서 냉각수가 상기 라디에이터(4)로 흘러 들어가 냉각되고, 이렇게 냉각된 물이 상기 워터 펌프(1)를 통해 엔진으로 공급된다.

또한, 엔진으로부터 나오는 냉각수는 히터(8)와 스로틀 바디(7)를 지나 다시 엔진이나 라디에이터(4)로 들어가는데, 이때 상기 히터(8)는 냉각수의 열을 공기에 전도하여 실내를 난방시키고 상기 스로틀 바디(7)는 연소될 혼합기의 기화성을 향상시키는 역할을 한다.

그러나, 상기와 같이 구성된 엔진의 냉각장치는 서머스탯(5)에 의해 냉각수온이 감지되어 냉각수의 순환이 제어되기 때문에 냉각수의 온도에 따른 정밀 제어가 불가능하다.

따라서, 낮은 온도의 냉각수가 엔진 내부를 순환하게 되어 엔진이 필요 이상으로 과냉되기 때문에 냉각으로 손실되는 열량이 커져 엔진 효율이 낮아지고 연료 소비량이 증가되는 문제점이 있다.

또한, 상기와 같이 엔진 내부를 순환하는 냉각수의 온도가 낮으면 연소온도와 함께 배기온도도 낮아져 HC(Hydro Carbon)의 배출량이 증가하게 되므로 배기가스의 측면에서 볼 때 엔진 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉각수의 온도를 감지하여 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 제어부와, 상기 제어부에 의해서 워터 펌프 입구 측의 냉각수 통로를 개폐시키는 컨트롤 밸브를 구비하여 초기 시동시 엔진이 워밍업되는데 걸리는 시간을 단축시킴으로써 HC의 배출량이 저감되어 엔진의 저공해성이 향상되도록 하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차 엔진용 냉각 시스템이 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템이 도시된 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템의 실시 예가 도시된 구성도,

도 4a는 본 발명에 따른 컨트롤 밸브가 도시된 정면도,

도 4b는 도 4a의 평면도,

도 5는 본 발명에 따른 냉각수 제어 시스템의 적용시와 미적용시에 나타나는 실린더 헤드의 냉각수온 변화가 도시된 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 워터펌프 60 : 제어부

62 : 수온센서 64 : ECU

70 : 제어전달부 73 : 릴레이

74 : 유압 솔레노이드 밸브 76 : 유압 엑츄에이터

80 : 컨트롤 밸브 81 : 회전축

82 : 연결부재 83 : 결합수단

84 : 스프링 85 : 밸브 보디

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진 각부로 냉각수를 순환시키는 워터 펌프와, 냉각수의 온도를 감지하여 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 제어부와, 상기 제어부로부터 출력된 제어신호에 의해서 작동되는 제어 전달부와, 상기 워터 펌프의 입구 측에 설치되고 상기 제어 전달부에 의해 작동되어 냉각수 통로를 개폐시키는 컨트롤 밸브를 포함하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤 밸브는 회전축과, 상기 회전축의 상단에 설치되고 상기 유압 엑츄에이터에 연결되어 상기 유압 엑츄에이터의 동작에 따라 상기 회전축을 회전시키는 연결부재와, 상기 연결부재와 유압 엑츄에이터를 결합시키는 결합수단과, 상기 회전축에 설치되어 복원력을 부여하는 탄성수단과, 상기 회전축의 하부에 설치되어 냉각수의 통로를 개폐시키는 밸브 보디로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 엔진의 워밍업이 촉진되어 워밍업되는데 걸리는 시간이 단축되므로 엔진이 워밍업되는 동안 배출되는 HC의 양이 15~20% 가량 감소되어 엔진의 저공해성이 향상되는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템이 도시된 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템의 일 실시 예가 도시된 구성도, 도 4a는 본 발명에 따른 컨트롤 밸브가 도시된 정면도, 도 4b는 도 4a의 평면도, 도 5는 본 발명에 따른 냉각수 제어 시스템의 적용시와 미적용시에 나타나는 실린더 헤드의 냉각수온 변화가 도시된 그래프이다.

본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 냉각수의 온도를 감지하여 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 제어부(60)와, 상기 제어부(60)로부터 출력된 제어신호에 의해서 작동되는 제어 전달부(70)와, 상기 제어 전달부(70)에 의해 작동되어 냉각수 통로를 개폐시키도록 워터펌프(51)의 입구 측에 설치된 컨트롤 밸브(80)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제어부(60)는 냉각수의 온도를 감지하는 수온센서(62)와, 상기 수온센서(62)에 의해 감지된 온도값을 미리 설정된 기준값과 비교한 후 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 ECU(64)로 구성되고, 상기 제어 전달부(70)는 상기 ECU(64)에 의해서 동작되는 릴레이(73)와, 상기 릴레이(73)에 의해서 작동되는 유압 솔레노이드 밸브(74)와, 상기 유압 솔레노이드 밸브(74)에 의해서 동작되는 유압 엑츄에이터(76)로 구성된다.

또한, 상기 유압 엑츄에이터(76)는 외측면에 오일 배출 포트(77')가 형성된 실린더(77)와, 상기 실린더(77)의 내부에 설치되고 오일이 유출될 수 있도록 홀(78')이 형성된 피스톤(78)으로 구성된다.

또한, 상기 컨트롤 밸브(80)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 회전축(81)과, 상기 회전축(81)의 상단에 설치되고 상기 피스톤(78)의 선단에 연결되어 상기 피스톤(78)의 동작에 따라 상기 회전축(81)을 회전시키는 연결부재(82)와, 상기 연결부재(82)와 피스톤(78)을 결합시키는 결합수단(83)과, 상기 회전축(81)에 설치되어 복원력을 부여하는 스프링(84)과, 상기 회전축(81)의 하부에 설치되어 냉각수의 통로를 개폐시키는 밸브 보디(85)를 포함하여 구성되어, 상기 수온센서(62)에 의해서 감지된 냉각수의 온도가 86℃ 이하이면 닫히고 88℃ 이상이면 열리도록 설치되어 있다.

또한, 상기 연결부재(82)는 상기 피스톤(78)과의 연결부에 슬롯 타입의 홀(82')이 형성되어 상기 결합수단(83)이 상기 홀(82')을 따라 슬라이딩되면서 상기 피스톤(78)이 직선 운동할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템은 다음과 같이 동작된다.

먼저, 냉각수가 워터 펌프(51)를 통해 엔진으로 공급되면 상기 엔진의 실린더 헤드(52)와 실린더 블록(53) 내부를 거치면서 냉각수의 온도가 상승된다. 이렇게 냉각수의 온도가 상승되면 서머스탯(55)이 열리면서 엔진으로부터 나오는 냉각수가 라디에이터(54)로 흘러 들어가 냉각되고, 이렇게 냉각된 물이 상기 워터 펌프(51)를 통해 엔진으로 다시 공급된다.

또한, 엔진으로부터 나오는 냉각수는 히터(58)와 스로틀 바디(57)를 지나 다시 엔진이나 라디에이터(54)로 들어가는데, 이때 상기 히터(58)는 냉각수의 열을 공기에 전도하여 실내를 난방시키고 상기 스로틀 바디(57)는 연소될 혼합기의 기화성을 향상시키는 역할을 한다.

상기와 같이 엔진 내부를 순환하는 냉각수의 온도가 수온센서(62)에 의해 감지되어 ECU(64)로 입력되면 상기 ECU(64)는 미리 설정된 기준값과 비교한 후 그 결과에 따라 제어신호를 출력한다. 이때, 측정된 냉각수의 온도가 86℃ 이하이면 ECU는 온 제어신호를 출력하고 88℃ 이상이면 오프 제어신호를 출력한다.

만약, 상기 수온센서(62)에 의해 감지된 냉각수의 온도가 86℃ 이하여서 상기 ECU(64)로부터 온 제어신호가 출력되면 이 신호에 의해 상기 릴레이(73)가 동작하여 상기 유압 솔레노이드 밸브(74)가 열리게 된다. 이때, 상기 릴레이(73)는 점화스위치(72)를 통해 배터리(71)의 전원을 인가받아 자화된 코일에 의해 동작된다.

이후, 상기 유압 솔레노이드 밸브(74)가 작동되면 파워 스티어링 펌프에 의해서 유압 엑츄에이터(76)로 오일이 공급되어 상기 피스톤(78)이 앞으로 전진하게 된다. 이때, 상기 유압 엑츄에이터(76)로 공급된 오일은 상기 실린더(77)의 외측면에 형성된 오일 배출 포트(77')를 통해 파워 스티어링 탱크(75)로 배출된다.

이후, 상기 피스톤(78)이 전진되면 상기 연결부재(82)에 의해 회전축(81)이 회전되고, 상기 회전축(81)이 회전되면서 상기 밸브 보디(85)도 함께 회전되어 냉각수 통로가 차단된다.

상기와 같이 컨트롤 밸브(80)에 의해서 워터 펌프(51) 입구 측의 냉각수 통로가 차단되면 라디에이터(54)를 통해서 냉각된 냉각수가 엔진으로 공급되지 않기 때문에 엔진 내부의 온도가 상승되고 냉각수의 온도도 높아진다.

특히, 차량의 배기시험 평가코드인 LA#4모드로 차량 시험시 본 발명에 따른 냉각수 제어 시스템을 적용한 경우와 적용하지 않은 경우에 나타나는 실린더 헤드(52)의 냉각수온 변화를 비교해보면, 도 5에 나타난 바와 같이 냉각수 제어 시스템을 적용한 경우에는 엔진의 초기 시동시 냉각수온이 급격하게 상승하고 적용하지 않은 경우에는 그 변화정도가 완만하므로 냉각수 제어 시스템을 적용하면 엔진이 워밍업되는데 걸리는 시간이 현저하게 단축됨을 알 수 있다.

이후, 냉각수의 온도가 상승하여 상기 수온센서(62)에 의해 감지된 냉각수의 온도가 88℃ 이상이 되면 상기 ECU(64)로부터 오프 제어신호가 출력되어 상기 릴레이(73)가 오프된다. 상기 릴레이(73)가 오프되면 유압 솔레노이드 밸브(74)가 닫혀 오일의 공급이 차단되고, 이러한 오일의 공급 차단으로 인해 상기 유압 엑츄에이터(76)의 피스톤(78)에 작용하는 압력이 제거된다.

상기와 같이 피스톤(78)에 작용하는 압력이 없어지면 상기 회전축(81)에 설치된 스프링(84)에 의해서 상기 회전축(81)이 원위치로 복귀된다. 이때, 상기 피스톤(78)도 연결부재(82)에 의해 원위치로 후진된다. 이후, 상기 회전축(81)이 원위치로 복귀되면서 상기 밸브 보디(85)도 함께 회전되어 냉각수 통로가 열리게 된다.

한편, 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템의 다른 실시 예는 상기 제어부(60)가 냉각수의 온도가 미리 설정된 기준값에 도달하면 자동적으로 온/오프되는 수온 스위치인 것이다. 여기서, 상기 수온 스위치는 서머스탯 하우징의 냉각수 출구 측에 설치되어 상기 서머스탯 하우징으로부터 나오는 냉각수의 온도가 86℃ 이하이면 온되고 88℃ 이하이면 오프된다.

상기와 같이 구성된 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템의 다른 실시 예는 냉각수온을 감지하여 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 동작을 수행하는 것이 수온스위치인 것을 제외하고는 구성과 동작면에서 상기한 일 실시 예와 동일하다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 발명에 따른 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템은 냉각수의 온도를 감지하여 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 제어부(60)와, 상기 제어부(60)에 의해서 워터 펌프(51) 입구 측의 냉각수 통로를 개폐시키는 컨트롤 밸브(80)를 구비함으로써 초기 시동시 엔진의 워밍업이 촉진되고 냉각으로 인한 손실이 감소되어 엔진 효율이 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템은 상기와 같이 엔진의 워밍업이 촉진되어 워밍업되는데 걸리는 시간이 단축되므로 LA#4모드 시험시 엔진이 워밍업되는 동안 배출되는 HC의 양이 15~20% 가량 감소되어 저공해성이 향상되는 이점이 있다.

Claims (8)

1. 엔진 각부로 냉각수를 순환시키는 워터 펌프와, 냉각수의 온도를 감지하여 그 결과에 따라 제어신호를 송출하는 제어부와, 상기 제어부로부터 출력된 제어신호에 의해서 작동되는 제어 전달부와, 상기 워터 펌프의 입구 측에 설치되고 상기 제어 전달부에 의해 작동되어 냉각수 통로를 개폐시키는 컨트롤 밸브를 포함하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템에 있어서, 상기 컨트롤 밸브는 회전축과, 상기 회전축의 상단에 설치되고 상기 유압 엑츄에이터에 연결되어 상기 유압 엑츄에이터의 동작에 따라 상기 회전축을 회전시키는 연결부재와, 상기 연결부재와 유압 엑츄에이터를 결합시키는 결합수단과, 상기 회전축에 설치되어 복원력을 부여하는 탄성수단과, 상기 회전축의 하부에 설치되어 냉각수의 통로를 개폐시키는 밸브 보디로 구성된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 냉각수의 온도를 감지하는 수온센서와, 상기 수온센서에 의해 감지된 온도값을 미리 설정된 기준값과 비교한 후 그 결과에 따라 제어신호를 출력하는 ECU로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 냉각수의 온도가 감지되면 그 결과에 따라 자동적으로 온/오프되는 수온 스위치인 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 냉각수 제어 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 수온스위치는 서머스탯 하우징의 냉각수 출구측에 설치된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 밸브는 냉각수의 온도가 86℃ 이하이면 닫히고 88℃ 이상이면 열리도록 설치된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제어 전달부는 상기 제어부에 의해서 제어되는 유압 솔레노이드 밸브와, 상기 유압 솔레노이드 밸브에 의해 동작되는 유압 엑츄에이터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 제어부와 유압 솔레노이드 밸브 사이에는 릴레이가 설치되어 상기 제어부에 의해 릴레이가 동작되면 상기 유압 솔레노이드 밸브가 작동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 연결부재는 상기 결합수단이 상기 홀을 따라 슬라이딩되면서 상기 유압 엑츄에이터가 직선 운동할 수 있도록 상기 유압 엑츄에이터와의 연결부에 슬롯 타입의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어 시스템.

Images