KR100427070B1 - 솔레노이드 밸브가 장착된 실린더헤드의 냉각수 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더헤드를 냉각하기 위해 실린더블럭의 워터자켓에서 냉각수가 유입되도록 실린더헤드의 하부일측에 형성되는 냉각수 상승통로에 유체의 흐름이 3방향으로 제어되는 3방향 솔레노이드 밸브가 장착되어 엔진의 운전조건에 따라 냉각수의 흐름방향이 자동으로 결정되는 솔레노이드 밸브가 장착된 실린더헤드의 냉각수 분사장치에 관한 것으로,

실린더블럭의 워터자켓에서 실린더헤드의 워터자켓으로 냉각수를 유도하기 위한 냉각수 상승통로에 실린더헤드의 고열점 부분으로 냉각수의 흐름방향을 안내하기 위한 냉각수 분사장치가 형성되는 것에 있어서,

몸체의 상하부를 관통하는 상승구멍이 형성되고, 실린더 헤드의 고열점 부분(A)으로 냉각수를 유도하기 위한 분사구가 상기 상승구멍의 일측과 연결되며, 상기 상승구멍과 분사구가 교차되는 부분에 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 3방향 솔레노이드 밸브가 장착되어지되, 상기 3방향 솔레노이드 밸브는 엔진이 초기 냉시동시인 경우에는 실린더블럭의 워터자켓에서 실린더헤드의 워터자켓으로 연결되는 연결통로를 차단하게 되고, 엔진이 고부하 영역이나 장시간 운전중인 경우에는 고열점 부분(A)으로 냉각수의 흐름방향을 유도하고, 엔진이 저부하 영역에서 운전 중일 경우에는 냉각수의 흐름방향이 상측으로 유도되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

솔레노이드 밸브가 장착된 실린더헤드의 냉각수 분사장치{Cooling water nozzle of cylinder head having solenoid valve}

본 발명은 솔레노이드 밸브가 장착된 실린더헤드의 냉각수 분사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실린더헤드를 냉각하기 위해 실린더블럭의 워터자켓에서 냉각수가 유입되도록 실린더헤드의 하부일측에 형성되는 냉각수 상승통로에 유체의 흐름이 3방향으로 제어되는 3방향 솔레노이드 밸브가 장착되어 엔진의 운전조건에 따라 냉각수의 흐름방향이 자동으로 결정되는 솔레노이드 밸브가 장착된 실린더헤드의 냉각수 분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진에 있어서 실린더 내의 연소가스 온도는 상당히 고온이며, 이 열의 상당량은 실린더블럭, 실린더헤드, 피스톤 등으로 전달된다. 따라서, 엔진의 과열을 방지함과 동시에 피스톤이나 피스톤링 같은 각각의 부품들이 일정온도 이상으로 상승되는 것을 방지하므로서 내구성을 증대시키고 그 기능을 최적화하기 위한 방안이 제안되고 있다. 특히, 최근에는 자동차엔진의 고출력화에 따라 엔진의 열부하가 증가되는 추세이며, 이러한 열부하의 증가에 따라 엔진의 냉각성능에 대한 중요성은 날로 커지고 있다.

이를 위하여 종래에는 도 5와 같이 피스톤(10)의 왕복운동을 안내하는 실린더라이너(11)를 냉각하기 위해 실린더블럭(12)에 워터자켓(13)이 형성되어 있으며, 엔진의 상부를 씌우는 실린더헤드(14)의 경우에도 높은 연소열을 냉각하기 위한 워터자켓(15)이 형성되어 있다. 상기한 실린더블럭(12)의 워터자켓(13)과 실린더헤드(14)의 워터자켓(15)은 냉각수 연결통로(16)에 의해 서로 연통된다. 즉, 워터펌프에서 공급된 냉각수는 실린더블럭(12)과 실린더헤드(14)를 차례로 냉각한다음 라디에이터로 재순환되어 냉각된 후 다시 워터펌프에서 가압된 후 실린더블럭(12)과 실린더헤드(14)의 워터자켓(13,15)으로 전달되어 엔진을 냉각하도록 구성되어 있다. 도면중 미설명부호 17은 흡기 및 배기 밸브이며, 18은 상기 밸브(17)가 장착되는 밸브시트부이다.

그러나, 실린더헤드의 연소실 주위는 냉각수의 빠른 유속이 필요한 고열점임에도 불구하고 필요한 압력을 제대로 얻지 못하거나 주위의 냉각을 덜 요구하는 부분으로 냉각수가 흘러 들어가는 경우로 인하여 고열점(A) 주위의 유속이 느려지는 경우가 발생하여 고열화로 인한 실린더헤드의 내구력 감소의 원인이 되고 있다. 즉, 냉각수 상승통로를 통하여 실린더블럭의 워터자켓에서 실린더헤드의 워터자켓으로 상승한 냉각수는 비고열점부분으로 더 많은 양이 흘러가 버리게 되는 것이다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본 출원인은 특허출원 2000-55944호를 출원한 바가 있다. 도 6은 상기한 특허출원 2000-55994호의 실시예에 다른 도면으로서, 실린더블럭(12)의 워터자켓(13)에서 실린더헤드(14)의 워터자켓(15)으로 냉각수를 유도하는 연결통로(16)에 실린더헤드(14)의 고열점 부분(A)으로 냉각수의 흐름방향을 유도하기 위한 냉각수 분사장치(20)가 형성되어 있다.

그러나 상기한 냉각수 분사장치(20)가 장착된 경우에는 엔진의 운전영역과는 무관하게 실린더헤드의 고열점 부분으로만 냉각수의 흐름방향이 결정되므로서 엔진의 고부하 운전영역이나 장시간 운전시에 고열점 부분의 열화를 방지하는 데는 효과가 있었으나, 엔진의 초기 냉시동시에는 열손실이 발생되어 연료가 완전히 연소되지 못하고 탄화수소의 배출량이 증가되므로서 연비측면에서 불리하였으며, 배기가스의 온도가 낮아 촉매 변환기의 역할이 제대로 이루어지지 않게 되어 대기오염을 일으키게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 보다 상세하게는 실린더헤드를 냉각하기 위해 실린더블럭의 워터자켓에서 냉각수가 유입되도록 실린더헤드의 하부일측에 형성되는 냉각수 상승통로에 유체의 흐름이 3방향으로 제어되는 3방향 솔레노이드 밸브가 장착되어 엔진의 운전조건에 따라 냉각수의 흐름방향이 자동으로 결정되는 솔레노이드 밸브가 장착된 실린더헤드의 냉각수 분사장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

실린더블럭의 워터자켓에서 실린더헤드의 워터자켓으로 냉각수를 유도하기 위한 냉각수 상승통로에 실린더헤드의 고열점 부분으로 냉각수의 흐름방향을 안내하기 위한 냉각수 분사장치가 형성되는 것에 있어서,

몸체의 상하부를 관통하는 상승구멍이 형성되고, 실린더 헤드의 고열점 부분(A)으로 냉각수를 유도하기 위한 분사구가 상기 상승구멍의 일측과 연결되며, 상기 상승구멍과 분사구가 교차되는 부분에 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 3방향 솔레노이드 밸브가 장착되어지되, 상기 3방향 솔레노이드 밸브는 엔진이 초기 냉시동시인 경우에는 실린더블럭의 워터자켓에서 실린더헤드의 워터자켓으로 연결되는 연결통로를 차단하게 되고, 엔진이 고부하 영역이나 장시간 운전중인 경우에는 고열점 부분(A)으로 냉각수의 흐름방향을 유도하고, 엔진이 저부하 영역에서 운전 중일 경우에는 냉각수의 흐름방향이 상측으로 유도되도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 솔레노이드 밸브가 장착된 상태의 도면.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브의 작동상태도로서, 도 2는 엔진이 초기 냉시동시인 경우를 도시한 도면.

도 3은 엔진이 고부하 영역이나 장시간 운전 중일 경우를 도시한 도면.

도 4는 엔진이 저부하 운전영역에서 운전중일 경우를 도시한 도면.

도 5와 도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 실린더블럭 14 : 실린더헤드

13,15 : 워터자켓 16 : 연결통로

30 : 냉각수 분사장치 31 : 몸체

32 : 상승구멍 33 : 연결구

34 : 분사구 40 : 3방향 솔레노이드 밸브

A : 고열점 부분

이하, 본 발명에 의한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 솔레노이드 밸브가 장착된 상태의 도면이고, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브의 작동상태도로서, 도 2는 엔진이 초기 냉시동시인 경우를 도시한 것이고, 도 3은 엔진이 고부하 영역이나 장시간 운전 중일 경우를 도시한 것이고, 도 4는 엔진이 저부하 운전영역에서 운전중일 경우를 도시한 것이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성되는 냉각수 분사장치를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 솔레노이드 밸브를 지시하는 것이며, 일부의 도면부호는 종래 기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 인용된다.

상기한 냉각수 분사장치(30)는 몸체(31)의 하측에는 연결통로(16)에 끼워지기 위한 연결구(33)가 일정크기로 돌출형성되며, 상기 연결구(33)에 형성된 구멍이 연장되어 몸체(31)의 상하부를 관통하는 상승구멍(32)이 형성된다.

또한, 실린더헤드(14)의 고열점부분(A)으로 냉각수를 유도하기 위한 분사구(34)가 상기한 상승구멍(32)의 일측과 연결된 채로 일정길이로 돌출형성된다.

그리고 상기한 몸체(31)의 내측 즉, 상기한 상승구멍(32)과 분사구(34)가 교차되는 되는 부분에는 전자제어장치(ECU)에 의해서 작동되는 3방향 솔레노이드 밸브(40)가 장착된다.

상기한 3방향 솔레노이드 밸브(40)는 엔진의 운전영역에 따라서 상기한 냉각수 분사장치(20)의 냉각수 흐름방향을 결정하기 위한 것으로, 전방향, 상방향, 측방향 중 어느 일방향으로만 냉각수가 통과될 수 있도록 하는 밸브이다. 참고로 상기한 3방향 솔레노이드 밸브(40)는 산업계에서 일반적으로 사용되는 밸브로서, 전자제어장치의 제어에 의해 상중하 방향을 차단하기 위한 밸브체가 형성되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성되는 냉각수 분사장치의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되면 실린더블럭(12) 및 실린더헤드(14)는 연소열에 의해서 고온으로 가열되고, 워터펌프가 작동되므로서 냉각수가 실린더블럭(12) 및 실린더헤드(14)의 연소실 주변에 형성된 워터자켓(13,15)을 순환하게 된다.

이 과정에서 엔진이 시동초기의 냉시동시인 경우에는, 상기한 3방향 솔레노이드 밸브(40)의 밸브체가 도 2와 같이 작동되어 실린더블럭(12)의 워터자켓(13)과 실린더헤드(14)의 워터자켓(15)을 연결하는 연결통로(16)의 입구를 차단하게 된다.

상기와 같이 연결통로(16)의 입구가 차단되므로서 냉각수는 실린더블럭(12)의 워터자켓(13)에서만 순환하게 되어 보다 빠른 시간 안에 엔진이 적정온도에 달하게 된다. 따라서 냉시동시에 실린더헤드(14)의 차가운 금속표면에 연료 액적이 부착되어 완전히 연소되지 못하여 발생되는 탄화수소의 양을 감소시키게 된다. 또한, 연손실을 방지하여 배기가의 온도가 빠른 시간안에 일정 온도이상에 달하게 되므로서 촉매변환기의 성능을 향상시키게 된다.

그리고 엔진이 고부하 영역이거나 장시간 운전 중인 경우에는, 상기한 3방향 솔레노이드 밸브(40)의 밸브체가 도 3과 같이 작동되어 실린더블럭(12)의 워터자켓(13)의 냉각수가 실린더헤드(14)의 고열점 부분(A)으로 유도되도록 작동된다. 상기와 같이 상승구멍(32)가 차단되므로서 실린더헤드(14)의 고열점 부분(A)을 집중적으로 냉각하게 되므로서 취약부분의 열화를 방지하여 엔진의 내구성을 증대시키게 된다.

마지막으로 엔진이 저부하 영역에서 운전 중인 경우에는, 상기한 3방향 솔레노이드 밸브(40)의 밸브체가 도 4와 같이 작동되어 실린더블럭(12)의 워터자켓(13)을 통과한 냉각수가 실린더헤드(14)의 워터자켓(15) 전방향으로 고르게 공급될 수 있도록 분사구(34) 측을 차단하게 된다. 상기와 같이 상승구멍(32)이 개방되므로서 실린더헤드(14)는 균일냉각이 이루어지게 된다.

따라서 상기와 같은 냉각수 분사장치(30)가 장착된 엔진은 각 영역에 알맞는 실린더헤드의 냉각이 이루어지게 되므로서 엔진의 출력이 향상되고, 유해가스의 발생을 저감하게 되며, 엔진의 내구력이 증대되는 것이다.

상기와 같이 형성되는 본 발명은 엔진의 각 운전영역에 알맞는 실린더헤드의 냉각이 이루어지게 되므로서 엔진의 출력이 향상될 뿐만 아니라, 시동초기시 연료의 미연소에 따른 탄화수소의 발생량이 감소되며 열손실에 의한 유해가스의 발생이방지되고, 실린더헤드의 고열점 부분에 대한 효과적인 냉각이 이루어지므로서 엔진의 내구력이 증대되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (1)

1. 실린더블럭의 워터자켓에서 실린더헤드의 워터자켓으로 냉각수를 유도하기 위한 냉각수 상승통로에 실린더헤드의 고열점 부분으로 냉각수의 흐름방향을 안내하기 위한 냉각수 분사장치가 형성되는 것에 있어서,

   몸체(31)의 상하부를 관통하는 상승구멍(32)이 형성되고, 실린더 헤드(14)의 고열점 부분(A)으로 냉각수를 유도하기 위한 분사구(34)가 상기 상승구멍(32)의 일측과 연결되며, 상기 상승구멍(32)과 분사구(34)가 교차되는 부분에 전자제어장치(ECU)에 의해 제어되는 3방향 솔레노이드 밸브(40)가 장착되어지되, 상기 3방향 솔레노이드 밸브(40)는 엔진이 초기 냉시동시인 경우에는 실린더블럭(12)의 워터자켓(13)에서 실린더헤드(14)의 워터자켓(15)으로 연결되는 연결통로(16)를 차단하게 되고, 엔진이 고부하 영역이나 장시간 운전중인 경우에는 고열점 부분(A)으로 냉각수의 흐름방향을 유도하고, 엔진이 저부하 영역에서 운전중일 경우에는 냉각수의 흐름방향이 상측으로 유도되도록 하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브가 장착된 실린더헤드의 냉각수 분사장치.