KR100483150B1 - 차량용 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 냉각장치는 팬과 슈라우드 및 팬을 구동시키는 모터없이 코안다 효과를 이용한 공기증폭수단을 라디에이터의 후방 측에 설치하여 공기를 강제 송풍시키므로 전기적 부하요소가 제거되어 엔진의 성능이 향상되고, 팬과 모터의 구동으로 인한 소음이 없으며, 움직이는 부분이 없어 고장의 염려가 없이 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 냉각장치 {Cooling system of automobile}
본 발명은 차량용 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 라디에이터로 공기를 강제 송풍시켜 라디에이터를 흐르는 냉각수의 방열효과를 증대시키는 장치가 포함된 차량용 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 냉각장치는 2000~2500℃에 이르는 엔진의 연소가스로 인해 엔진 부품의 강도가 저하되어 고장이 생기거나 수명이 단축되고 연소상태도 나빠져 엔진의 출력이 저하되는 것을 방지한다.
또한, 엔진이 너무 냉각되면 냉각으로 손실되는 열량이 커져 엔진 효율이 낮아지고 연료 소비량이 증가되는 것을 방지하기 위해 엔진의 온도를 80~90℃로 유지시킨다.
이와 같은 냉각장치는 엔진을 직접 대기와 접촉시켜 열을 방산하는 공냉식과 냉각수를 이용하는 수냉식이 있으며, 상기 수냉식은 냉각수를 대류에 의해 자연 순환시키는 자연 순환식과 워터 펌프를 이용해 강제로 순환시키는 강제 순환식이 있다.
여기서, 상기 강제 순환식 냉각장치는 도 1에 도시된 바와 같이 가열된 냉각수를 방열판에 통과시켜 외부 공기와 접촉시킴으로써 냉각하는 라디에이터(102)와, 상기 라디에이터(102)의 후방 측에 설치되어 라디에이터(102) 측으로 외부공기를 강제 통풍시켜 방열효과를 증대시키는 냉각팬(104)과, 상기 라디에이터(102)에서 냉각된 냉각수를 엔진(106)의 내부로 강제 순환시키는 워터펌프(미도시)와, 엔진(106) 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터(102)측으로 리턴되는 순환통로(110)상에 설치되어 자동적으로 일정온도 이상이면 개방되고 일정 온도 이하이면 폐쇄되면서 냉각수를 적정 온도로 유지시키는 서머스탯(112)과, 상기 라디에이터 오버 플로우 파이프(114)와 연결되어 오버 플로우되는 냉각수가 일시 저장되고 부족한 냉각수를 보충하는 리저버 탱크(116)로 구성된다.
여기서, 상기 엔진(106)의 외측에는 엔진(106)을 감싸면서 엔진(106)의 가열된 열을 흡수하는 냉각수의 순환 통로(110)인 워터 재킷(115)이 실린터 블록 또는 실린더 헤드와 일체로 주조된다.
그리고, 상기 냉각팬(104)은 모터(미도시)에 의해 구동되며 외측에 상기 냉각팬(104)을 보호하면서 상기 냉각팬(104)의 냉각 효율을 향상시키기 위해 공기의 흐름을 도와주는 팬 시라우드(미도시)가 장착되어 있다.
이와 같은 냉각팬(104)은 라디에이터(102)에 부착되어 엔진(106)의 냉각수 온도에 따라 온(ON)/오프(OFF)되는 서모 스위치(미도시)로부터 신호를 받는 ECU(미도시)에 의해 제어되는 모터로부터 선택적으로 동력을 전달받아 구동된다.
즉, 냉각수의 온도가 일정 온도에 달하여 서모 스위치가 온(ON)되면 상기 모터의 동력이 냉각팬(104)에 전달되어 냉각팬(104)이 구동되고, 일정 온도 이하로 내려가면 서모 스위치가 오프(OFF)되어 상기 모터의 동력이 냉각팬(104)으로 전달되는 것이 차단되어 냉각팬(104)은 정지된다.
여기서, 서모 스탯(112)의 개폐를 결정하는 설정 온도는 80℃이고, 서모 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 결정하는 설정 온도는 90~100 ℃ 사이가 일반적이다.
상기와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 엔진(106)이 시동된 직후는 워터 재킷(105)을 순환하는 냉각수의 온도가 80℃이하이므로 서모 스탯(112)이 개방되지 않아 워터 재킷(105)으로부터 배출된 냉각수는 다시 워터 재킷(105)의 타측으로 유입되어 엔진(106) 주위를 순환한다.
이 때, 다시 엔진(106) 측으로 유입된 냉각수는 엔진(106)의 워밍 업을 촉진시켜 차량의 주행 가능한 시기를 앞당긴다.
이와 같이 냉각수가 엔진(106) 주위만을 순환하다가 80℃이상으로 뜨거워지면 서모 스탯(112)이 개방되면서 냉각수가 라디에이터(102)로 흘러 들어가고, 상기 라디에이터(102)로 유동되는 외부 공기(120)에 의해 냉각된 다음 라디에이터(102)를 통과하며, 워터 펌프의 구동에 의해 다시 워터 재킷(105)으로 유입되어 엔진(106)의 연소가스 폭발로 인한 열을 냉각시킨다.
이 때, 라디에이터(102)에 부착된 서모 스위치에서 감지된 냉각수의 온도가 90℃ 정도 이상이면 서모 스위치가 온(ON)되어 냉각팬(104)이 모터로부터 동력을 전달받아 구동되면서 라디에이터(102)로 외부 공기를 강제 송풍시켜 방열 효과를 증대시킨다.
그러나, 종래 기술에 따른 냉각장치는 냉각팬(104)이 엔진의 토크를 전달받아 전력을 생산하는 모터에 의해 구동되므로 차량에 부하를 가중시켜 엔진의 성능이 저하된 문제점이 있다.
또한, 엔진으로 순환되는 냉각수의 온도를 적절한 수준으로 유지하기 위해 상기 모터의 구동을 제어하는 제어구조가 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량에 부하를 가중시키지 않으면서 라디에이터의 방열 효과를 증대시킨 차량용 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량용 냉각장치는 엔진으로부터 가열된 냉각수를 냉각시키는 라디에이터와, 냉각수 통로 상에 설치되어 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 엔진으로 강제 순환시키는 워터펌프와, 상기 라디에이터 측과 압축공기가이드로 연결되어 압축공기가 저장된 압축공기탱크와, 상기 압축공기가이드 상에 설치되어 상기 라디에이터로 흐르는 냉각수가 기설정치를 초과하면 상기 라디에이터로 압축공기가 분출될 수 있도록 상기 압축공기가이드를 개폐시키는 압축공기 콘트롤 밸브을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
상기 본 발명에 따른 차량용 냉각장치는 도 2에 도시된 바와 같이 엔진(6)으로부터 가열된 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(2)와, 냉각수 통로(10) 상에 설치되어 상기 라디에이터(2)에서 냉각된 냉각수를 엔진(6)으로 강제 순환시키는 워터펌프(미도시)와, 엔진(6) 주위를 순환한 냉각수가 라디에이터(2) 측으로 리턴되는 냉각수 통로(10)상에 설치되어 자동적으로 일정온도 이상이면 개방되고 일정 온도 이하이면 폐쇄되면서 냉각수를 적정 온도로 유지시키는 서머스탯(12)과, 상기 라디에이터(2)의 오버 플로우 파이프(14)와 연결되어 오버 플로우되는 냉각수가 일시 저장되고 부족한 냉각수를 보충하는 리저버 탱크(16)와, 상기 라디에이터(2)의 후방 측에 설치되어 상기 라디에이터(2)로 흐르는 냉각수가 기설정치를 초과하면 라디에이터(2)로 유동되는 공기통로에 압축공기를 공급하여 흡입유량을 증가시키는 공기증폭수단(20)과, 상기 라디에이터(2)의 후방 측에 설치되어 상기 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 온도가 고온으로 높아지는 조건이 되면 상기 라디에이터(2)로 물을 분무하는 보조냉각장치(40) 등으로 이루어진다.
여기서, 상기 공기증폭수단(20)은 흡입공기통로(22) 상에 수직방향으로 압축공기를 공급하면 상기 압축공기는 흡입공기통로(22)의 내부벽을 따라 빠르게 진행해 나아가고 이로 인해 주위에 낮은 압력분포가 형성되어 흡입공기통로(22)를 흐르는 공기를 대량으로 라디에이터(2)로 움직이게 하는 장치로, 상기 라디에이터(2)의 후방 측에서 2개가 설치되어 상기 라디에이터(2)의 상부와 하부로 각각 외부공기을 강제 송풍시킨다.
이와 같은 공기증폭수단(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 흡입공기통로(22)와, 상기 흡입공기통로(22)와 연통되며 연통되는 부위가 코안다 커브(32)로 형성된 압축공기통로(30)와, 상기 압축공기통로(30)로 압축공기를 공급하는 압축공기탱크(28)와, 상기 압축공기통로(30) 일측에 설치되어 상기 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 온도에 따라 압축공기의 유량을 조절하는 압축공기 콘트롤 밸브(29)로 이루어진다.
여기서, 상기 흡입공기통로(22)는 외부 공기가 유입되는 입구부(22a)가 노즐형이고 라디에이터(2)와 대향되는 출구부(22b)는 디퓨저형으로 형성되며 입구부(22a)와 출구부(22b) 사이는 직경이 같게 형성되므로, 외부 공기가 상기 출구부(22b)에서 팽창되면서 분출되어 입구부(22a)에서 흡입되는 공기보다 온도가 더 하강하여 부가적인 냉각효과가 유발된다.
그리고, 상기 압축공기통로(30)는 상기 흡입공기통로(22)의 노즐형 입구부(22a) 끝에 축 직각방향으로 수직하게 연통되도록 형성되어 상기 압축공기탱크(28)로부터 흡입공기통로(22)로 압축공기가 공급된다.
상기 압축공기통로(30)는 상기 흡입공기통로(22)와 연통되는 부위 측에 상기 흡입공기통로(22)의 축방향으로 길게 직각구조의 공간(34)이 형성되고, 상기 직각구조의 공간(34)으로 압축공기가 유입되는 입구부(34a)와 상기 직각구조의 공간(34)에서 흡입공기통로(22)로 압축공기가 배출되는 출구부(31)가 상기 흡입공기통로(22)의 축방향으로 서로 이격되어 배치된다.
상기 압축공기통로(30)의 출구부(31)는 직각구조의 공간(34)과 연통되는 부위(31a)의 직경이 흡입공기통로(22)와 연통되는 부위(31b)의 직경보다 작은 반 노즐형으로 형성되어 있다.
그리고, 상기 압축공기통로(30)는 엔진의 동력으로 공기 압축기(미도시)를 구동하여 발생한 압축 공기로 제동 작용을 하는 에어 브레이크(미도시)의 압축공기탱크(28)와 연통되어 있다.
여기서, 상기 에어 브레이크는 주로 큰 브레이크 작용력을 필요로 하는 대형차나 버스 등에서 사용되고 있다.
다음, 상기 압축공기 콘트롤 밸브(29)는 상기 라디에이터(2)의 일측에 설치되어 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 온도를 감지하는 수온 센서(미도시)로부터 신호를 입력받아 상기 압축공기 콘트롤 밸브(29)의 개도량을 조절하는 ECU(미도시)에 의해 작동된다.
즉, 상기 압축공기 콘트롤 밸브(29)는 상기 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 온도가 기설정치를 초과하면 상기 ECU에 의해 개방되는 방향으로 작동되며, 엔진(6) 측으로 유동되는 냉각수의 온도가 적정 수준을 유지하도록 라디에이터(2)를 흐르는 온도에 따라 개도량이 가변되어 상기 흡입공기통로(22)로 유입되는 압축공기의 양을 조절한다.
여기서, 상기 압축공기 콘트롤 밸브(29)는 상기 수온 센서에서 감지된 냉각수의 온도가 90℃ 정도가 되면 압축공기통로(30)를 개방하는 방향으로 작동되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 보조냉각장치(40)는 물의 증발잠열을 이용해 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 냉각 효과를 증대시킨 장치로서, 라디에이터(2)로 분무되는 물을 저장하는 워터탱크(42)와, 일단은 상기 워터탱크(42)와 연결되고 타단(43)은 디퓨저형으로 형성되어 상기 흡입공기통로(22)의 디퓨저형 출구부(22b)와 도면에서 보아 상하로 나란히 배치된 워터 파이프(44)와, 상기 워터 파이프(44)의 일측에 설치되어 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 온도에 따라 개도량이 결정되는 워터 콘트롤 밸브(46)로 이루어진다.
여기서, 상기 워터 콘트롤 밸브(46) 또한 압축공기 콘트롤 밸브(29)와 마찬가지로, ECU에서 수온센서로부터 신호를 받아 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수가 고온으로 높아지는 조건이 되면 압축공기통로(30)를 개방하는 방향으로 작동되고, 냉각수의 온도가 적정 수준을 유지하도록 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 온도에 따라 개도량이 가변된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
엔진(6)의 시동 초기에는 엔진(6) 주위를 순환하는 냉각수의 온도가 80℃이하이므로 서모 스탯(12)은 폐쇄된 상태이고, 냉각수는 엔진(6) 주위만을 순환한다.
이와 같이 냉각수가 엔진(6) 주위만을 순환하다가 80℃이상으로 뜨거워지면 서모 스탯(12)이 개방되면서 냉각수가 라디에이터(2)로 흘러 들어가 상기 라디에이터(2)로 유동되는 공기에 의해 냉각된 다음, 워터 펌프의 구동에 의해 다시 엔진(6) 주위로 유입되어 엔진(6)의 연소가스 폭발로 인한 열을 냉각시킨다.
이 때, 수온 센서에서 감지된 냉각수의 온도가 기설정치(90℃)를 초과되면 ECU에 의해 압축공기 콘트롤 밸브(29)가 압축공기통로(30)를 개방하는 방향으로 작동되어, 압축공기가 압축공기탱크(28)로부터 흡입공기통로(22)로 공급된다.
여기서, 상기 압축공기는 흡입공기통로(22)의 축 직각방향으로 유동되다가 직각구조의 공간(34)에서 유동이 급격히 변한 다음, 반노즐형 출구부(31)의 코안다 커브면(32) 및 흡입공기통로(22)의 벽면을 따라 흡입공기통로(22)의 디퓨저형 출구부(22b)를 향해 흐르고, 상기 직각구조의 공간(34)의 반노즐형의 출구부(31)와 인접한 흡입공기통로(22)에는 흡입공기통로(22)로 유입되는 공기의 압력보다 더 낮은 저압지역(23)이 형성된다.
이와 같은 저압지역(23)의 형성으로 인해 흡입공기통로(22)의 입구부(22a)에서 유입되는 공기 유동이 빨라져 라디에이터(2)로 강제 송풍된다.
또한, ECU에서 수온 센서로부터 신호를 받아 라디에이터(2)를 흐르는 냉각수의 온도가 점차적으로 높아진다고 판단되면 워터 콘트롤 밸브(46)를 작동시켜 공기증폭수단(20)을 통해 라디에이터(2)로 강제 송풍되는 공기와 함께 물을 분무하여 라디에이터(2)의 방열효과를 증대시킨다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 차량용 냉각장치는 팬과 슈라우드 및 팬을 구동시키는 모터없이 코안다 효과를 이용한 공기증폭수단을 라디에이터의 후방 측에 설치하여 공기를 강제 송풍시키므로 전기적 부하요소가 제거되어 엔진의 성능이 향상되고, 팬과 모터의 구동으로 인한 소음이 없으며, 움직이는 부분이 없어 고장의 염려가 없으므로 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량용 냉각장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉각장치의 구성도,
도 3은 도 2의 'A'부분 상세도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2 : 라디에이터 6 : 엔진
10 : 냉각수 통로 12 : 서머스탯
20 : 공기증폭수단 22 : 흡입공기통로
28 : 압축공기탱크 29 : 콘트롤 밸브
30 : 압축공기통로 40 : 보조 냉각장치 42 : 워터 탱크
삭제

Claims (8)

  1. 엔진으로부터 가열된 냉각수를 냉각시키는 라디에이터와, 냉각수 통로 상에 설치되어 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 엔진으로 강제 순환시키는 워터펌프와, 상기 라디에이터 측과 압축공기가이드로 연결되어 압축공기가 저장된 압축공기탱크와, 상기 압축공기가이드 상에 설치되어 상기 라디에이터로 흐르는 냉각수가 기설정치를 초과하면 상기 라디에이터로 압축공기가 분출될 수 있도록 상기 압축공기가이드를 개폐시키는 압축공기 콘트롤 밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축공기가이드는 코안다 효과를 얻을 수 있도록, 입구부는 노즐형으로 라디에이터와 대면하는 출구부는 디퓨저형으로 형성된 흡입공기통로와; 상기 흡입공기통로 일측면과 연통되어 압축 공기를 공급하고 일측에 직각구조의 공간이 형성되며, 상기 직각구조의 공간으로 압축공기가 유입되는 입구부와 상기 흡입공기통로와 연통되는 반노즐형의 출구부가 흡입공기통로의 축방향으로 서로 이격되어 배치된 압축공기통로로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압축공기탱크는 엔진의 동력으로 공기 압축기를 구동하여 발생한 압축 공기로 제동 작용을 하는 에어 브레이크의 압축공기탱크와 공용되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압축공기 콘트롤 밸브는 라디에이터를 흐르는 냉각수의 온도를 감지하는 수온 센서로부터 신호을 처리하는 전자제어유닛(ECU)와 연결되어, 상기 라디에이터를 흐르는 냉각수의 온도에 따라 개도량이 조절되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압축공기가이드는, 상기 라디에이터 후방의 상.하부로 각각 압축공기를 안내토록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 라디에이터의 후방 측에는 상기 라디에이터를 흐르는 냉각수의 온도가 기설정치를 초과하면 상기 라디에이터로 물을 분무하는 보조 냉각장치가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조 냉각장치는 라디에이터로 분무되는 물을 저장하는 워터탱크와, 일단은 상기 워터탱크와 연결되고 타단은 디퓨저형으로 형성되어 상기 흡입공기통로의 출구부와 나란히 배치된 워터 파이프와, 상기 워터 파이프의 일측에 설치되어 라디에이터를 흐르는 냉각수의 온도에 따라 개도량이 결정되는 워터 콘트롤 밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 워터 콘트롤 밸브는 상기 라디에이터의 일측에 설치되어 라디에이터를 흐르는 냉각수의 온도를 감지하는 수온 센서로부터 신호를 입력받아 상기 콘트롤 밸브의 개도량을 조절하는 전자제어유닛(ECU)에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각장치.
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