KR100444477B1 - 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치에 관한 것으로, 실린더블록의 오일 메인 갤러리로부터 유압을 전달받는 액츄에이터(20)와, 이 액츄에이터(20)에 의해 밀려지는 밸브체(50) 및, 상기 액츄에이터(20)와 크랭크케이스를 연결하는 제 1연결관(41) 상에 설치된 개폐밸브(70)를 냉각수온도에 따라 제어하는 제어유니트(80)를 포함하여 구성된다.

따라서, 냉각수온이 설정온도보다 낮은 엔진 냉간 작동시에 상기 밸브체(50)를 전진시켜 실린더헤드(30)의 상부 워터재킷(31)과 하부 워터재킷(32) 연결통로(33)의 개방면적을 감소시킴으로써 연소 화염의 영향을 직접 받는 하부 워터재킷(32)으로 냉각수를 많이 공급할 수 있게 된다.

따라서, 보다 신속하게 냉각수를 가열하여 히터로 공급할 수 있게 됨으로써, 냉간 작동시의 난방성능이 향상되는 효과가 있다.

Description

이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치{a coolant distributing apparatus of two layer water jacket cylinder head}

본 발명은 상부 워터재킷과 하부 워터재킷의 이중 워터재킷 구조를 가지는 실린더헤드에서 냉각수의 온도에 따라 상기 상·하부 워터재킷에 공급되는 냉각수의 양을 조절하는 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치에 관한 것이다.

엔진의 실린더헤드는 연료와 공기의 공급 및 연소가스의 배출을 위한 밸브기구들과 인젝터 등이 설치되는 장소를 제공할 뿐만 아니라, 실린더블록과 더불어 연소실을 형성한다.

따라서, 실린더블록으로부터의 열전달 및 연소화염에 의한 직접적인 영향으로 인해 고온으로 가열되며, 이의 냉각을 위해 실린더블록에도 워터재킷(water jacket)을 형성하여 냉각수가 순환될 수 있도록 되어 있다.

한편, 자동차의 난방은 실린더블록과 실린더헤드를 거치면서 가열된 냉각수를 히터로 공급하여 주변 공기와 열교환시킨후, 이에 의해 가열된 공기를 실내로 불어 넣어줌으로써 이루어진다.

즉, 냉각수의 온도가 높아야 충분한 난방효과를 볼 수 있다.

그런데, 엔진 시동후 냉간 작동시에는 냉각수의 온도가 충분히 가열되지 않은 상태이므로 히터를 작동시켜도 난방이 제대로 이루어지지 않게 되는데, 이는 겨울철 차량 탑승후 신속한 난방을 원하는 소비자에게는 불만사항으로 대두되고 있다.

한편, 엔진 냉간 작동시 열원(연소열)은 엔진 자체(엔진의 구성요소들 즉, 실린더 블록, 실린더헤드 및 각종 부속 기기들)를 먼저 가열하게 되므로 그 만큼 냉각수의 온도 상승은 지연될 수 밖에 없으며, 때문에 냉각수의 온도 상승 지연을 최소화하기 위해서 각 엔진 구성요소들의 냉각수 용량을 줄여 주는 방법을 사용하고 있다.

그런데, 현재 시장에서 엔진에 대해 지속적으로 요구되는 것은 고성능화와 고효율화로서, 이중 고성능화는 일반적으로 엔진 부품에 열적부하를 가중하게 되므로 상기와 같이 냉각수의 용량을 줄이는 것에 대한 자유도는 점차 줄어들고 있는 실정이다.

또한, 고효율화는 연료 연소로부터 발생한 에너지가 최대의 출력으로 전환되는 것을 의미하므로 결국 냉각수로의 전열량이 감소되어 냉각수의 온도상승이 더욱 지연됨으로써 충분한 난방성능 확보는 더욱 어려워지고 있다.

다행히 고성능화의 결과, 비록 고효율화가 동시에 이루어지더라도 열원에서 발생하는 열량 자체가 증가되고 엔진의 열간 작동시에는 열원에서 발생된 열량이 엔진구성요소들을 가열하는데 소모되지 않으므로 실제적인 난방성능은 문제되지 않는 수준으로 유지될 수 있다.

그러나, 엔진 구성요소들이 아직 가열되지 않은 냉간 작동구간에서의 난방성능 악화는 필연적으로 나타나고 있다.

따라서, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더헤드(10)에상부워터재킷(11)과 하부워터재킷(12)을 따로 형성하여 연소폭발의 영향을 직접적으로 받는 하부와 상대적으로 영향이 적은 상부에 냉각수가 따로 흐르도록 함으로써 열간작동시 필요한 전체적인 냉각수 용량은 충분히 확보하면서 하부워터재킷(12)을 통과하면서 신속하게 가열된 냉각수를 히터로 공급하여 냉간시 난방성능의 향상을 도모하였었다.

그러나, 상기와 같은 종래 구조에서는 실린더블록(13)으로부터 공급된 냉각수가 단순히 상부워터재킷(11)과 하부워터재킷(12)으로 나뉘어 흐를뿐 엔진의 상태에 따른 분배량의 조절은 이루어지지 않음으로써 냉간시의 난방성능 향상 효과가 그리 크지 않다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 엔진 냉간 작동시에는 상부워터재킷으로 공급되는 냉각수의 양을 줄이고 대신 하부워터재킷으로 공급되는 냉각수의 양을 증가시켜, 가열된 냉각수를 보다 많이 신속하게 히터로 공급할 수 있게 됨으로써 냉간시의 난방성능을 한층 향상시킬 수 있도록 된 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 흐름을 보인 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 작동상태도,

도 4는 본 발명의 요부인 액츄에이터와 밸브체의 변형예를 도시한 도면이다.

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 액츄에이터, 21 : 가이드부,

22 : 스토퍼, 30 : 실린더헤드,

31 : 상부 워터재킷, 32 : 하부 워터재킷,

33 : 연결통로, 41 : 제 1연결관,

42 : 제 2연결관, 50 : 밸브체,

51 : 로드, 52 : 밸브헤드,

53,54 : 스토퍼, 60 : 스프링,

70 : 개폐밸브, 80 : 제어유니트,

90 : 수온센서.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제 1연결관과 제 2연결관을 매개로 크랭크케이스와 실린더블록의 오일 메인 갤러리에 연결되고 측부에 가이드부가 형성된 액츄에이터와, 이 액츄에이터의 상기 가이드부에 안내되어 전후진되면서 실린더헤드의 상부 워터재킷과 하부 워터재킷 연결통로의 개방면적을 조절하는밸브체와, 상기 액츄에이터의 내부에 설치되어 상기 밸브체를 당겨주는 스프링과, 상기 제 1연결관에 설치된 개폐밸브와, 수온센서로부터 냉각수온 정보를 전달받아 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 개폐밸브를 닫음으로써 상기 액츄에이터에 오일 메인 갤러리의 유압이 작용토록 하는 제어유니트로 구성된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치의 구성도이다.

상기 액츄에이터(20)는 실린더헤드(30)의 측부에 고정설치된 압력용기로서 제 1연결관(41)을 매개로 크랭크케이스에 연결되어 있고, 제 2연결관(42)을 매개로 실린더블록의 오일 메인 갤러리에 연결되어 있다.

또한, 상기 액츄에이터(20)의 측부에는 원통형상의 가이드부(21)가 형성되며, 이 가이드부(21)의 단부는 외측으로 절곡되어 스토퍼(22)가 형성된다.

상기 밸브체(50)는 원형단면의 로드(51)와, 이 로드(51)의 한쪽 단부에 형성된 원통형 밸브헤드(52)로 이루어져 있으며, 이 밸브헤드(52)의 단부에는 내측으로 절곡된 스토퍼(53)가 형성된다.

상기 로드(51)는 상기 가이드부(21)를 통하여 액츄에이터(20)의 내부로 삽입되고, 삽입된 단부는 액츄에이터(20)의 내벽에 일단이 고정된 스프링(60)에 연결되며, 상기 밸브헤드(52)는 실린더헤드(30)에서 상부 워터재킷(31)과 하부 워터재킷(32)을 연결하는 연결통로(33)의 측부에 위치된다(상기 밸브헤드는 실린더헤드의 벽면에 삽입·설치되고, 연결통로의 냉각수가 외부로 누출되지 않도록 실링되어 있음은 물론이다.)

한편, 상기 제 1연결관(41)에 설치되는 개폐밸브(70)는 그 작동이 제어유니트(80)에 의해 제어되는 전자밸브이다.

상기 제어유니트(80)는 차량에 기 설치된 수온센서(90)로부터 냉각수 온도 정보를 입력받으며, 입력된 냉각수온이 설정된 온도보다 낮을 경우에는 상기 개폐밸브(70)를 닫힌 상태로 유지하고, 냉각수온이 설정된 온도보다 높아지면 개폐밸브(70)를 개방시키는 제어를 수행한다.

이하, 본 발명의 작동을 설명한다.

엔진의 초기 시동단계에서 냉각수는 아직 덥혀지기 전이므로 제어유니트(80)에는 설정 온도 이하의 온도값이 입력된다.

따라서, 상기 제어유니트(80)는 개폐밸브(70)를 닫힌 상태로 유지한다.

이와 같이, 개폐밸브(70)가 닫혀 있으면, 액츄에이터(20)에는 실린더블록의 오일 메인 갤러리에 형성된 유압이 작용하게 되며, 이 유압이 상기 로드(51)에 작용하여 밸브체(50)는 스프링(60)을 신장시키면서 가이드부(21)를 따라 전진하여 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브헤드(52)가 상기 상부 워터재킷(31)과 하부 워터재킷(32)의 연결통로(33)를 막게 된다.

즉, 상기 밸브헤드(52)에 의해 연결통로(33)의 개방면적이 축소됨으로써 하부 워터재킷(31)으로부터 상부 워터재킷(32)으로 공급되는 냉각수의 양이 감소되고, 반면 하부 워터재킷(31)으로 많은 양의 냉각수가 공급될 수 있게 된다.

이때, 상기 하부 워터재킷(31)은 연소실에 근접위치되어 연소 화염의 영향을직접 받고 있으므로 엔진 구성 요소들이 가열되기 전, 보다 많은 연소열을 흡수하여 가열되는바, 이에 따라 엔진 냉간 작동시에도 충분한 양의 가열된 냉각수를 히터로 공급할 수 있게 되며, 따라서 엔진 시동 직후에도 만족할 만한 난방성능을 보증할 수 있게 된다.

한편, 엔진의 작동이 계속되면 실린더블록 등 엔진 전체 구성요소들이 고온으로 가열되어 전체 냉각수가 가열되며, 이 온도가 설정 온도보다 높아지면 제어유니트(80)는 개폐밸브(70)를 개방시킨다.

개폐밸브(70)가 개방되면, 상기 액츄에이터(20) 내부의 오일이 크랭크케이스 쪽으로 빠지면서 유압이 작용하지 않게 되며, 이로써 상기 스프링(60)의 복원력에 의해 밸브체(50)가 원래의 위치로 복귀됨으로써 상기 연결통로(33)가 완전히 개방되고, 상부 워터재킷(31)으로도 정상적으로 냉각수가 공급된다.

이에 따라 캠축, 각종 밸브 등이 설치된 실린더헤드(30)의 상부도 냉각시켜 줄 수 있게 된다.

그리고, 상기 상태는 이미 엔진이 고온으로 가열된 열간 작동 상태이므로 히터로 가열된 냉각수를 공급하는데는 아무런 지장이 없게 된다.

한편, 상기 밸브체(50)가 전진할 때는 밸브헤드(52)의 스토퍼(53)가 가이드부(21)의 스토퍼(22)에 걸려짐으로써 밸브체(50)의 전진거리를 제한하게 되는데, 이 거리를 조정(설계시)함으로써 상기 연결통로(33)의 개방면적이 폐쇄되는 정도를 조정할 수 있게 되므로, 밸브체(50)가 완전히 전진하여도 연결통로(33)가 소정 부분 열려 있을 수 있게 설계하여 냉간시에도 소량의 냉각수를 상부 워터재킷(31)으로 공급할 수 있다.

도 4에는 상기 밸브체(50)의 전진거리를 제한하는 또 다른 구조가 도시되어 있는 바, 즉 가이드부(21)와 밸브헤드(52)의 단부에 상호 마주보는 스토퍼(22,53)를 성형하는 대신, 상기 로드(51)의 액츄에이터(20) 내측 단부에 스토퍼(54)를 형성함으로써 전진시 상기 스토퍼(54)가 액츄에이터(20)의 내벽에 걸려지도록 하여 밸브체(50)의 전진거리를 제한할 수 있도록 한 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진 냉간 작동시 실린더헤드의 상부 워터재킷으로 공급되는 냉각수의 양을 줄이고, 연소 화염의 영향을 직접 받는 하부 워터재킷으로 공급되는 냉각수의 양을 늘려 주어, 보다 신속하게 냉각수를 가열함과 더불어 충분한 양의 가열 냉각수를 히터로 공급할 수 있게 됨으로써 엔진 냉간 작동시의 난방성능이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 제 1연결관(41)과 제 2연결관(42)을 매개로 크랭크케이스와 실린더블록의 오일 메인 갤러리에 연결되고 측부에 가이드부(21)가 형성된 액츄에이터(20)와, 이 액츄에이터(20)의 상기 가이드부(21)에 안내되어 전후진되면서 실린더헤드(30)의 상부 워터재킷(31)과 하부 워터재킷(32) 연결통로(33)의 개방면적을 조절하는 밸브체(50)와, 상기 액츄에이터(20)의 내부에 설치되어 상기 밸브체(50)를 당겨주는 스프링(60)과, 상기 제 1연결관(41)에 설치된 개폐밸브(70)와, 수온센서(90)로부터 냉각수온 정보를 전달받아 설정된 온도보다 낮을 경우 상기 개폐밸브(70)를 닫음으로써 상기 액츄에이터(20)에 오일 메인 갤러리의 유압이 작용토록 하는 제어유니트(80)를 포함하여 구성되는 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가이드부(21)의 단부에 외측으로 절곡된 스토퍼(22)가 형성되고, 상기 밸브체(50)의 밸브헤드(52) 단부에 스토퍼(53)가 형성되어, 밸브체(50) 전진시 밸브헤드(52)의 스토퍼(53)가 가이드부(21)의 스토퍼(22)에 걸려짐으로써 밸브체(50)의 전진거리가 제한되도록 된 것을 특징으로 하는 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가이드부(21)에 삽입된 밸브체(50)의 로드(51) 단부에 스토퍼(54)가 형성되어 밸브체(50) 전진시 액츄에이터(20)의 내벽에 걸려짐으로써 밸브체(50)의 전진거리가 제한되도록 된 것을 특징으로 하는 이중 워터재킷 실린더헤드의 냉각수 분배장치.