KR100381529B1 - Cooling apparatus of internal combution engine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관의 냉각장치에 관한 것으로서, 워터펌프와 실린더 블록의 사이에 설치되는 블록 서모스탯 및 상기 워터펌프에서 실린더 헤드의 물재킷으로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로를 포함하여 이루어지며, 엔진의 초기 시동시에는 헤드 서모스탯과 블록 서모스탯이 닫혀 있어 대부분의 냉각수가 상기 실린더 헤드를 냉각시킨 후 히터로 유입되고, 엔진이 충분히 워밍업되면 상기 두 서모스탯이 모두 열려 상기 실린더 블록과 실린더 헤드로 유입된다.The present invention relates to a cooling apparatus of an internal combustion engine, comprising a block thermostat installed between a water pump and a cylinder block and a flow path for bypassing the flow of cooling water from the water pump to the water jacket of the cylinder head. During initial start-up of the engine, the head and block thermostats are closed so that most of the coolant flows into the heater after cooling the cylinder head, and when the engine is sufficiently warmed up, both thermostats are opened to open the cylinder block and cylinder head. Flows into.

이에 따라, 실린더 헤드를 냉각시키는 효과와 함께 엔진의 초기 시동시 실린더 블록으로 냉각수가 유입되지 않기 때문에 그만큼 실린더 블록의 온도가 상승되고 배출가스의 온도도 상승하여 유해 배출물을 저감시키게 된다.Accordingly, since the coolant does not flow into the cylinder block at the initial start of the engine with the effect of cooling the cylinder head, the temperature of the cylinder block increases and the temperature of the exhaust gas also increases, thereby reducing harmful emissions.

Description

내연기관의 냉각장치{COOLING APPARATUS OF INTERNAL COMBUTION ENGINE}COOLING APPARATUS OF INTERNAL COMBUTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 냉각장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 내연기관인 엔진의 냉각수 유로에서 상대적으로 많은 냉각 효과가 요구되는 엔진 헤드의 유량을 증대시킴으로서 냉각효과를 극대화시키는 내연기관의 냉각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling device of an internal combustion engine, and more particularly, to an internal combustion engine cooling device that maximizes a cooling effect by increasing the flow rate of an engine head requiring a relatively large cooling effect in a cooling water flow path of an internal combustion engine. It is about.

엔진의 냉각장치는 작동 중인 엔진의 폭발시 발생되는 열을 냉각시켜 엔진의 온도를 알맞게 유지하는 장치이며 엔진의 정상적인 온도는 75℃~85℃ 정도이다. 엔진의 폭발행정 중의 연소가스의 온도는 2000℃ 정도에 달하며, 이 열은 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 및 기타의 엔진부품으로 전도되는데 냉각장치는 이들 부품이 과열되지 않게 과잉의 열을 흡수하여 냉각시켜 주는 장치이다.The engine cooling system is a device that maintains the engine temperature properly by cooling the heat generated during the explosion of the engine in operation and the normal temperature of the engine is about 75 ℃ ~ 85 ℃. The temperature of the combustion gases during the explosion stroke of the engine is around 2000 ° C, and this heat is conducted to the cylinder walls, cylinder heads, pistons, valves and other engine parts, and the cooling system absorbs excess heat to prevent these parts from overheating. It is a device to cool by.

대부분의 자동차는 엔진의 내부로 냉각수를 순환시키면서 냉각시키는 방식이 채택되는데, 도 1에 도시한 바와 같이 냉각수는 워터펌프(2)에 의해 라디에이터(4)로부터 실린더 블록(6)의 물재킷(8)과 실린더 헤드(10)의 물재킷(12)을 경유하여 라디에이터(4)로 순환되는데, 실린더 헤드(10)의 물재킷(12)을 경유한 냉각수의 일부는 히터(14)를 거쳐 다시 라디에이터(4)로 유입되는 구조이다. 이는 냉각수 구멍을 통과하는 유량을 비교할 때 냉각수 입구에서 멀어질수록 유량이 감소하므로 엔진의 실린더 블록(6)과 실린더 헤드(10) 사이의 가스켓 구멍 크기를 조절하여 실린더별로 흐르는 유량을 균일하게 유도한다.Most automobiles employ a method of circulating coolant while circulating the coolant inside the engine, and as shown in FIG. 1, the coolant is water pump 8 of the cylinder block 6 from the radiator 4 by the water pump 2. ) And the water jacket 12 of the cylinder head 10 is circulated to the radiator 4, and a part of the cooling water passing through the water jacket 12 of the cylinder head 10 passes through the heater 14 again. (4) Inflow to the structure. When the flow rate through the coolant holes is compared, the flow rate decreases as the distance from the coolant inlet decreases, thereby adjusting the size of the gasket hole between the cylinder block 6 and the cylinder head 10 of the engine to induce a uniform flow rate for each cylinder. .

이와 같은 구조의 미국특허 5,337,704에서는 시동 후 초기 수초 동안에 연소되지 않은 배출물의 대부분이 방출되므로 초기 냉간시동구간에서의 배출물을 최소화하기 위하여 워밍업 시간을 최소화하는 것이 매우 중요한 것을 실현하기 위한 내용이며, 냉각수가 엔진의 실린더 헤드(10)와 실린더 블록(6)을 모두 관통하기 때문에 시동 초기 엔진의 온도 상승률이 낮은 것을 서모스탯(16)을 이용하여 초기 일정온도 이하에서 냉각수가 엔진헤드만 통과하도록 냉각수 유로 구조를 갖는다.In US Patent No. 5,337,704 having such a structure, since most of the unburned emissions are released during the initial few seconds after starting, it is to realize that it is very important to minimize the warm-up time in order to minimize the emissions in the initial cold start section. Since both the cylinder head 10 and the cylinder block 6 of the engine are penetrated, the temperature rise rate of the initial engine is low so that the coolant flows only through the engine head at an initial constant temperature or less using the thermostat 16. Has

한편, 도 2에 도시한 바와 같은 종래의 실시예에서는 냉간시동 초기에는 냉각수가 워터펌프(20)를 거쳐 엔진 헤드(22)의 좌측 실린더에 유입되며, 냉각수는 헤드(22)를 통과하여 블록(24)으로의 냉각수 유입을 조절하는 서모스탯(26) 부분에 이른다. 엔진 냉각수의 온도가 일정온도까지 상승하지 않을 경우 서모스탯(26)이 닫혀 있으므로 냉각수는 블록(24)으로 유입되지 않고 라디에이터(28)를 거쳐 다시 워터펌프(20)로 유입된다. 엔진이 충분히 워밍업된 이후에는 서모스탯(26)을 통하여 블록(24)으로 냉각수가 유입되어 블록(24)에서의 냉각을 수행한다.Meanwhile, in the conventional embodiment as shown in FIG. 2, in the initial stage of cold start, the coolant flows into the left cylinder of the engine head 22 through the water pump 20, and the coolant passes through the head 22 to block ( 24) to the thermostat section 26 that regulates the cooling water inlet. If the temperature of the engine coolant does not rise to a certain temperature, since the thermostat 26 is closed, the coolant does not flow into the block 24, but rather flows back into the water pump 20 through the radiator 28. After the engine is sufficiently warmed up, the coolant flows into the block 24 through the thermostat 26 to perform cooling in the block 24.

이같은 구조는 냉각수가 헤드(22)를 거쳐 블록(24)으로 유입되므로 상대적으로 온도가 높은 헤드(22)의 냉각효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 초기 냉간시도구간에서 엔진의 온도 상승률을 높여 워밍업 구간을 줄일 수 있으므로 유해한 배기물을 감소시키는 내용이다.In this structure, since the coolant flows into the block 24 through the head 22, the cooling effect of the head 22 having a relatively high temperature can be increased, and the temperature rise rate of the engine is increased during the initial cold time period. This can reduce harmful emissions.

다른 종래의 실시예로서, 미국특허 5,174,254에서는 도 3에 도시한 바와 같이 엔진 냉각수 회로를 엔진(40)과 열교환기(42)를 지나지 않는 유로(44a)(44b)를 병렬로 설치하여 엔진 냉각수의 온도를 조절한다. 병렬로 추가된 냉각수유로(44a)(44b)는 엔진(40)을 경유하지 않도록 구성되며 서모스탯(46)의 개폐여부에 따라 엔진(40)으로 유입되는 냉각수 유량이 결정된다. 시동 초기에 냉각수 유로(44a)(44b)만으로 냉각수가 통과하게 조절되면 엔진(40)의 온도가 신속하게 상승되기 때문에 워밍업 기간을 단축시킬 수 있으며 엔진(40)과 열교환기(42)를 모두 통과하게 되면 열교환기(42)에 열을 효과적으로 전달할 수 있다.As another conventional embodiment, U.S. Patent No. 5,174,254 provides an engine coolant circuit in parallel with flow paths 44a and 44b not passing through the engine 40 and the heat exchanger 42, as shown in FIG. Adjust the temperature. The coolant flow paths 44a and 44b added in parallel are configured not to pass through the engine 40 and the flow rate of the coolant flowing into the engine 40 is determined according to whether the thermostat 46 is opened or closed. If the coolant flows through only the coolant flow paths 44a and 44b at the beginning of the startup, the temperature of the engine 40 is quickly increased, thereby shortening the warm-up period and passing through both the engine 40 and the heat exchanger 42. If so, it is possible to effectively transfer heat to the heat exchanger (42).

그러나, 미국특허 5,337,704에서는 냉각수가 실린더 헤드와 실린더 블록을 밀폐시키는 가스켓의 구멍을 통과하여 흐르기 때문에 실린더 헤드에서 실린더 블록으로 유입되는 냉각수의 조절이 불가능한 문제점이 있다.However, in US Pat. No. 5,337,704, since the coolant flows through the hole of the gasket for sealing the cylinder head and the cylinder block, there is a problem in that the control of the coolant flowing into the cylinder block from the cylinder head is impossible.

또한, 미국특허 5,174,254에서는 서모스탯에 의해 냉각수의 유량 및 온도를 조절하는 반면에, 상대적으로 온도가 높은 실린더 헤드를 냉각시키지 못하는 문제점이 있다.In addition, US Patent 5,174,254, while controlling the flow rate and temperature of the cooling water by the thermostat, there is a problem that does not cool the relatively high temperature cylinder head.

상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 냉각수의 유량을 조절하여 상대적으로 냉각효과가 요구되는 실린더 헤드를 냉각시킴과 동시에 엔진의 초기 시동시 실린더 블록의 온도가 상승되도록 하여 초기 시동시 배출가스 저감에 일조하는 냉각장치를 제공하는 것이 목적이다.The present invention devised to solve the above problems is to adjust the flow rate of the cooling water to cool the cylinder head which requires a relatively cooling effect and at the same time to increase the temperature of the cylinder block during the initial start-up of the exhaust gas at the initial start-up It is an object to provide a cooling device that contributes to the reduction.

도 1은 종래의 다른 실시예로 내연기관의 냉각장치에서 냉각수의 흐름을 도시한 개략도,Figure 1 is a schematic diagram showing the flow of cooling water in the cooling apparatus of the internal combustion engine in another conventional embodiment,

도 2는 종래 내연기관의 냉각장치를 도시한 개략도,2 is a schematic view showing a cooling apparatus of a conventional internal combustion engine,

도 3은 종래 내연기관의 냉각장치에서 냉각수의 흐름을 도시한 회로,3 is a circuit illustrating a flow of coolant in a conventional cooling device of an internal combustion engine;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 냉각장치에서의 냉각수 흐름을 도시한 개략도.Figure 4 is a schematic diagram showing the coolant flow in the cooling device of the internal combustion engine according to a preferred embodiment of the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

50:라디에이터 52:워터펌프50: radiator 52: water pump

54:실린더 블록 56:실린더 헤드54: cylinder block 56: cylinder head

58:헤드 서모스탯 60:히터58: head thermostat 60: heater

62:블록 서모스탯 64;튜브62: block thermostat 64; tube

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 라디에이터에 채워진 냉각수가 워터펌프에 의해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드를 경유하고, 실린더 헤드에 설치된 헤드 서모스탯에 의해 냉각수가 히터와 라디에이터로 선택적으로 유입되는 내연기관의 냉각장치에서, 워터펌프와 실린더 블록의 사이에 설치되는 블록 서모스탯 및 상기 워터펌프에서 실린더 헤드의 물재킷으로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로를 포함하여 이루어지며, 엔진의 초기 시동시에는 헤드 서모스탯과 블록 서모스탯이 닫혀 있어 대부분의 냉각수가 상기 실린더 헤드를 냉각시킨 후 히터로 유입되고, 엔진이 충분히 워밍업되면 상기 두 서모스탯이 모두 열려 상기 실린더 블록과 실린더 헤드로 유입된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a coolant filled in a radiator via a cylinder block and a cylinder head of an engine by a water pump, and an internal combustion in which the coolant is selectively introduced into a heater and a radiator by a head thermostat installed at the cylinder head. In the engine cooling apparatus, a block thermostat is installed between the water pump and the cylinder block, and a flow path for bypassing the flow of the coolant from the water pump to the water jacket of the cylinder head is provided. The head thermostat and the block thermostat are closed so that most of the coolant flows into the heater after cooling the cylinder head, and when the engine is sufficiently warmed up, both thermostats are opened and introduced into the cylinder block and the cylinder head.

여기서, 상기 냉각수는 실린더 헤드의 맨끝번에 해당되는 실린더의 헤드로 바이패스되는 것이 바람직하다.Here, the cooling water is preferably bypassed to the head of the cylinder corresponding to the end of the cylinder head.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 4는 내연기관의 냉각장치에서의 냉각수 흐름을 도시한 개략도이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 4 is a schematic diagram showing the coolant flow in the cooling apparatus of the internal combustion engine.

엔진의 냉각장치는 라디에이터(50)에 채워진 냉각수가 워터펌프(52)에 의해 엔진의 실린더 블록(54)의 내부와 실린더 헤드(56)의 내부를 경유하고, 실린더 헤드(56)에 설치된 헤드 서모스탯(58)에 의해 냉각수가 히터(60)와 라디에이터(50)로 선택적으로 유입된다.The cooling device of the engine is a head thermostat installed in the cylinder head 56 by the coolant filled in the radiator 50 via the interior of the cylinder block 54 of the engine and the interior of the cylinder head 56 by the water pump 52. Coolant is selectively introduced into the heater 60 and the radiator 50 by the stat 58.

여기서 본 발명의 특징에 따라 워터펌프(52)와 실린더 블록(54)의 사이에 블록 서모스탯(62)을 설치하여 실린더 블록(54) 및 실린더 헤드(56)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절한다.In this case, the block thermostat 62 is installed between the water pump 52 and the cylinder block 54 to adjust the flow rate of the coolant flowing into the cylinder block 54 and the cylinder head 56. .

그리고, 워터펌프(52)에서 실린더 헤드(56)로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로로서 튜브(64)가 사용될 수 있는 바, 이 튜브(64)는 관의 직경이나 실린더 헤드(56)와 접촉되는 부위의 형상을 조절하여 실린더 헤드(56)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절한다.In addition, a tube 64 may be used as a flow path for bypassing the flow of cooling water from the water pump 52 to the cylinder head 56, which is in contact with the diameter of the tube or the cylinder head 56. The flow rate of the coolant flowing into the cylinder head 56 is adjusted by adjusting the shape of the portion.

이때 튜브(64)는 실린더 헤드(56)의 맨끝번, 특히 4기통의 엔진일 경우 실린더 헤드의 4번 실린더 위로 직접 연결되어 4번 실린더에서 1번 실린더까지 흐르는 냉각수량을 증가시켜 실린더 헤드(56)의 냉각량을 증대시킨다.At this time, the tube 64 is connected directly to the end of the cylinder head 56, particularly in the case of a four-cylinder engine, directly to the cylinder 4 of the cylinder head to increase the amount of cooling water flowing from the cylinder 4 to the cylinder 1 cylinder head 56 Increase the amount of cooling.

이와같이 구성된 본 발명의 냉각장치는 다음과 같은 동작을 나타낸다.The cooling apparatus of the present invention configured as described above exhibits the following operation.

엔진의 초기 시동시에는 헤드 서모스탯(58)과 블록 서모스탯(62)이 닫혀 있어 대부분의 냉각수가 실린더 헤드(56)로 유입되어 실린더 헤드(56)를 냉각시킨 후 히터(60)로 유입됨에 따라, 엔진에서 상대적으로 온도가 높은 실린더 헤드(56)를 냉각시키는 효과를 얻고, 아울러 초기 시동시 실린더 블록(54)으로 냉각수가 유입되지 않기 때문에 그만큼 실린더 블록(54)의 온도가 상승되고 배출가스의 온도도 상승하여 유해 배출물을 저감시킨다.In the initial start-up of the engine, the head thermostat 58 and the block thermostat 62 are closed so that most of the coolant flows into the cylinder head 56 to cool the cylinder head 56 and then to the heater 60. Accordingly, the engine has the effect of cooling the cylinder head 56 having a relatively high temperature, and since the coolant is not introduced into the cylinder block 54 at the initial start-up, the temperature of the cylinder block 54 is increased accordingly, and the exhaust gas is increased. The temperature also rises, reducing harmful emissions.

이어서 엔진이 충분히 워밍업되면 헤드 서모스탯(58)과 블록 서모스탯(62)이 모두 열려 실린더 블록(54)과 실린더 헤드(56)로 유입된다. 이때 튜브(64)로 유입되는 냉각수의 유량과 실린더 블록(54)으로 유입되는 냉각수의 유량은 앞서 밝힌 튜브(64)의 직경이나 입구 부위의 형상으로 조절한다.Subsequently, when the engine is sufficiently warmed up, both the head thermostat 58 and the block thermostat 62 are opened to flow into the cylinder block 54 and the cylinder head 56. At this time, the flow rate of the coolant flowing into the tube 64 and the flow rate of the coolant flowing into the cylinder block 54 are adjusted to the diameter of the tube 64 or the shape of the inlet portion.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.As described above, the preferred embodiment of the present invention substantially solves the conventional problems.

즉, 워터펌프와 실린더 블록 사이에 블록 서모스탯을 추가로 설치하고 워터펌프에서 엔진의 헤드 쪽으로 바이패스되는 튜브를 설치하여 엔진의 초기 시동시상대적으로 냉각이 필요한 실린더 헤드를 냉각시킨 후 엔진의 워밍업시에 헤드 서모스탯과 블록 서모스탯을 이용하여 실린더 헤드와 실린더 블록으로 냉각수가 유입되도록 함에 따라, 실린더 헤드를 냉각시키는 효과와 함께 엔진의 초기 시동시 실린더 블록으로 냉각수가 유입되지 않기 때문에 그만큼 실린더 블록의 온도가 상승되고 배출가스의 온도도 상승하여 유해 배출물을 저감시키게 된다.In other words, an additional block thermostat is installed between the water pump and the cylinder block, and a tube that is bypassed from the water pump toward the engine head is cooled to cool the cylinder head that needs to be cooled during the initial start-up of the engine. As the coolant flows into the cylinder head and the cylinder block by using the head thermostat and the block thermostat at the time, the cylinder block is cooled and the coolant does not flow into the cylinder block at the initial start of the engine. The temperature of the gas rises and the temperature of the exhaust gas rises to reduce the harmful emissions.

Claims (2)

라디에이터에 채워진 냉각수가 워터펌프에 의해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드를 경유하고, 실린더 헤드에 설치된 헤드 서모스탯에 의해 냉각수가 히터와 라디에이터로 선택적으로 유입되는 내연기관의 냉각장치에 있어서,In the cooling device of the internal combustion engine, the coolant filled in the radiator is passed through the cylinder block and the cylinder head of the engine by a water pump, and the coolant is selectively introduced into the heater and the radiator by the head thermostat installed in the cylinder head. 상기 워터펌프와 실린더 블록의 사이에 설치되는 블록 서모스탯; 및A block thermostat installed between the water pump and the cylinder block; And 상기 워터펌프에서 실린더 헤드의 물재킷으로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.And a flow passage for bypassing the flow of cooling water from the water pump to the water jacket of the cylinder head. 제1항에 있어서, 상기 냉각수는 상기 실린더 헤드의 맨끝번에 해당되는 실린더의 헤드로 바이패스되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.The apparatus of claim 1, wherein the cooling water is bypassed to the head of the cylinder corresponding to the last end of the cylinder head.
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