KR100489122B1 - 균일한 냉각온도 분포특성을 갖는 라디에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 비균일한 공기속도 분포에 대응하여 균일한 냉각특성을 가지도록 냉각수의 분배량이 조절되는 라디에이터를 제공하는 데 있다.

이를위해 본 발명은 라디에이터 상부탱크와 하부탱크 및 그 상하부탱크를 접속하는 복수개의 냉각수 튜브를 포함하는 라디에이터에 있어서,

상기 라디에이터 상부탱크는 각각의 냉각수 튜브측에 냉각수를 분배하는 복수개의 냉각수 유입부를 통해 실린더헤드측의 출구수로에 접속되며, 상기 각 냉각수 튜브의 상부와 하부에는 각각 냉각수 튜브의 상하 온도를 측정하는 상하 온도센서가 마련되어 있으며, 상기 각 냉각수 유입부에는 냉각수 흐름량을 조절하는 솔레노이드 밸브가 설치되고, 상기 각 상하 온도센서로부터 검출된 냉각수 온도차를 고려하여 전자제어장치가 상기 솔레노이드 밸브의 개방량을 제어하여 균일한 냉각 온도 분포를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

균일한 냉각온도 분포특성을 갖는 라디에이터{Radiator}

본 발명은 균일한 냉각온도의 분포를 가지는 라디에이터에 관한 것이다.

실린더내의 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하지만 이 열의 모두가 동력으로 전환되는 것은 아니고 이 열의 상당량이 피스톤과 실린더헤드 및 실린더블록에 전해져 열손실로 나타나게 되며, 고열의 영향을 받은 이들 부분들의 온도가 높아져 과열되면 실린더의 변형을 가져오고 유막을 파괴하여 윤활불량을 일으키게 되며, 심한 경우 엔진 손상의 원인이 된다.

반대로 엔진의 온도가 너무 냉각되면 냉각으로 인해 손실되는 열이 많아져 열효율을 저하시켜 연료소비를 증대시키게 되므로 엔진의 과열을 방지하고 적온으로 유지하는 엔진 냉각시스템이 엔진에 구비되어 있다.

엔진 냉각시스템으로는 통상 수냉식이 많이 사용되는데, 수냉식 냉각장치는 실린더와 연소실을 둘러싸는 워터재킷을 마련하고, 워터펌프를 구동하여 냉각수를 순환시켜 엔진을 냉각시키게 된다. 그리고 엔진을 순환하면서 가열된 냉각수는 라디에이터를 통해 방열 냉각한 후 다시 엔진에 공급하여 냉각하게 되는 순환과정을 반복하게 된다.

라디에이터는 큰 방열면적을 가지고 다량의 물을 담을수 있는 일종의 탱크로서, 상부탱크와 하부탱크를 구비하고 있고, 상하부탱크는 냉각수가 흐르는 냉각수튜브로서 연결되어 있고, 각각의 냉각수 튜브에는 냉각핀이 형성되어 주행풍 및 냉각팬에 의해 송풍되는 찬 공기가 냉각핀을 지나갈때 열교환이 일어나 냉각수 튜브를 통과하는 냉각수를 방열 냉각하게 되어 있다.

그런데 종래의 경우 라디에이터 상부 탱크는 실린더헤드의 워터재킷과 호스를 통해 접속된 1개의 냉각수 유입구를 구비하고 있고, 라디에이터 하부탱크 역시 1개의 냉각수 출구를 통해 워터펌프측에 접속하고 있어 다음과 같은 문제점을 나타내고 있다.

1개의 냉각수유입구를 통해 들어온 냉각수는 각각의 냉각수 튜브로 균등하게 분배되어 라디에이터 하부탱크로 수직 이동하게 되어 있는데, 차량의 주행조건에 따라 라디에이터를 통과하는 공기속도가 비균일하게 분포되는 것에 의해서 각 냉각수 튜브내의 냉각수에 대한 방열 냉각성의 편차가 크게 발생하는 점이 그것이다.

즉, 종래의 라디에이터에서는 동일한 냉각수 유량이 각 냉각수 튜브에 균일하게 냉각수가 흐르도록 분배되고 있기 때문에 냉각수를 방열 냉각시키는 공기유속이 빠른 부분(통과하는 공기유량이 많은 부분)은 냉각수가 충분히 냉각되어 엔진으로 리턴되어지게 되나, 공기 유속이 느린 부분(공기유량이 적음)은 냉각수가 충분히 냉각되지 못한 채 엔진으로 리턴되며, 이와같이 충분히 냉각되지 않은 냉각수가 엔진으로 리턴되므로써 전체 냉각수 온도의 상승을 가져와 엔진 냉각성을 저하시키게 되는 문제점이 있는 것이다.

이와같이 주행중인 차량에 라디에이터로의 공기유입상태가 각 위치에 따라 상이하게 나타나는 원인은 범퍼홀 및 라디에이터 그릴의 영향과 일반적으로 장착되는 좌우 냉각팬(라디에이터팬과 콘덴서팬)이 냉각수온과 에어컨 작동 여부에 따라 독립적으로 작동하게 됨에 따른 라디에이터 통과 공기 유속의 비균일 분포현상 및 엔진룸내의 좌우 비대칭 구조로 인해 라디에이터 후방 배압의 차이로 라디에이터 통과 유속의 비균일 분포에 기인하기 때문이다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은

비균일한 공기속도 분포에 대응하여 균일한 냉각특성을 가지도록 냉각수의 분배량이 조절되는 라디에이터를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

라디에이터 상부탱크와 하부탱크 및 그 상하부탱크를 접속하는 복수개의 냉각수 튜브를 포함하는 라디에이터에 있어서,

상기 라디에이터 상부탱크는 각각의 냉각수 튜브측에 냉각수를 분배하는 복수개의 냉각수 유입부를 통해 실린더헤드측의 출구수로에 접속되며, 상기 각 냉각수 튜브의 상부와 하부에는 각각 냉각수 튜브의 상하 온도를 측정하는 상하 온도센서가 마련되어 있으며, 상기각 냉각수 유입부에는 냉각수 흐름량을 조절하는 솔레노이드 밸브가 설치되고, 상기 각 상하 온도센서로부터 검출된 냉각수 온도차를고려하여 전자제어장치가 상기 솔레노이드 밸브의 개방량을 제어하여 균일한 냉각 온도 분포를 가지도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 라디에이터를 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브에 의해 냉각수의 흐름량을 조절하는 것을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 작동흐름도이다.

도면중 부호 1은 라디에이터로서, 엔진(2) 전방에 설치되어 있으며, 라디에이터 상부탱크(3)와 라디에이터 하부탱크(4)를 구비하고 있으며, 상하부탱크(3)(4)는 수직으로 배설되는 복수개의 냉각수 튜브(5)들로 연결되어 있다.

이 냉각수 튜브(5)에는 도시를 생략한 냉각핀이 형성되어 있어, 냉각수 튜브(5)들 사이의 공간을 통하여 차량의 전방에서 엔진(2)측으로 유입되는 주행풍이 통과하면서 냉각수 튜브(5)내를 따라 하강하는 냉각수를 방열 냉각하도록 되어 있다.

상기 라디에이터 상부탱크(3)는 실린더헤드의 출구수로(6)로 부터 분기되는 복수개의 냉각수 유입부(7)로 접속되어 실린더헤드를 냉각한 냉각수가 실린더헤드 출구수로(6)를통해 복수개의 냉각수 유입부(7)로써 라디에이터 상부탱크(3)의 각 지점에 분산되어 공급된다.

그리고 상기 각각의 냉각수 유입부(7)에는 냉각수의 통과 유량을 조절하도록 개방량이 조절되는 솔레노이드 밸브(8)가 설치되며, 솔레노이드 밸브(8)는 밸브(9)와 작동봉(10), 밸브(9)를 흡인하도록 여자되는 전자석(11) 및 밸브(9)를 탄발하는 리턴스프링(12)을 포함하여 구성되어 있다.

또 상기 각 냉각수 튜브(5)의 상단과 하단에는 각기 상부온도센서(13)와 하부온도센서(14)가 냉각수의 온도를 검출하도록 설치되어 있으며, 이 상하 온도센서(13)(14)로부터의 검출정보는 전자제어장치(15)에 전해져 각 솔레노이드 밸브(8)의 개방정도를 제어하는데 사용된다.

이하 본 발명의 작동과정을 도 3의 작동흐름도에 의거해서 설명한다.

시동키 스위치를 온하면(단계 가), 전자제어장치(15)와 센서(13)(14)를 포함한 모든 전장품들이 작동하기 시작한다.

워터펌프에서 송출되어 엔진을 순환한 후 실린더헤드 출구수로(6)와 냉각수 유입부(7)를 통해 실린더헤드 상부탱크(3)의 각 지점으로 유입된 냉각수는 각 냉각수 튜브(5)를 통해 수직으로 하강하여 라디에이터 하부탱크(4)로 모아지는 도중에 냉각수 튜브(5) 사이를 통과하는 주행풍에 의해 방열 냉각된다.

그런데 이때 상부온도센서(13)로부터 검출된 냉각수온 정보와, 냉각수 튜브(15)를 통해 하강하면서 냉각된 온도를 하부온도센서(14)에서 검출하여 전자제어장치(15)에 보내지면 전자제어장치(15)는 그 온도정보를 받아 냉각수 튜브(5)의 상하 온도편차(상부온도 -방열 냉각후의 하부온도)를 계산하여 기준치와 비교하여(단계 나), 기준치보다 크다면 해당 냉각수 튜브를 지나는 공기의 통풍량이 많은 것이므로 더 많은 냉각수를 냉각시킬 수 있는 것으로 판단하여 해당 솔레노이드 밸브(8)에의 공급 전압을 증가시키므로(단계 다) 솔레노이드 밸브(8)에 의한 해당 냉각수 유입구(7)의 개방량이 증가하여(단계 라) 보다 많은 냉각수가 해당 냉각수 유입구(7)와 냉각수 튜브(5)를 통해 흐름이 일어나게 된다(단계 마).

그러나 반대로 단계 나에서 온도편차가 기준치에 미치지 아니하면 해당 솔레노이드 밸브(8)에의 공급 전압을 감소시키게 되며(단계 바), 이에따라 해당 솔레노이드 밸브(8)에 의한 냉각수 유입구(7)의 개방량이 감소되어, 해당 냉각수 튜브(5)를 통한 냉각수의 흐름량이 감소되는 것이다(단계 사, 단계 아).

이와같이 하는 이유는 상하 온도 편차가 작다는 것은 냉각을 위한 주행풍의 유입량이 적은 것이므로 적은 주행풍이 감당할 수 있는 정도의 냉각수량이 흐르도록 유입단면적을 축소시키게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 라디에이터 상하탱크를 접속하는 복수개의 냉각수 튜브를 흐르는 냉각수온을 검출하도록 각 냉각수 튜브 마다의 상하에 상부 및 하부온도센서를 설치하고, 또 각 냉각수 튜브를 통해 흐르는 냉각수량을 조절하는 솔레노이드 밸브를 마련한 후 전자제어장치로 하여금 온도센서에 의해 검출된 각각의 냉각수 튜브의 상하 온도간의 편차를 고려하여 상하간에 온도편차가 큰 냉각수 튜브에 많은 냉각수가 흐를 수 있도록 솔레노이드 밸브의 개방량을 증가시키며, 온도편차가 낮은 냉각수 튜브에는 적은량의 냉각수가 흐르도록 솔레노이드 밸브의 개방량을 감소시키는 것에 의해서 라디에어터 하부탱크에 모아지는 냉각수의 온도 분포가 균일하게 되어 라디에이터의 냉각효율이 향상되는 효과가 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 균일한 온도분포 특성을 갖는 라디에이터를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 의한 솔레노이드 밸브에 의해 냉각수의 흐름량을 조절하는 것을 보여주는 도면

도 3은 본 발명의 작동 흐름도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 라디에이터 2 : 엔진

3 : 라디에이터 상부탱크 4 : 라디에이터 하부탱크

5 : 냉각수 튜브 6 : 실린더헤드 출구수로

7 : 냉각수 유입부 8 : 솔레노이드 밸브

9 : 밸브 10 : 작동봉

11 : 전자석 12 : 리턴스프링

13 : 상부온도센서 14 : 하부온도센서

15 : 전자제어장치

Claims (2)

1. 라디에이터 상부탱크와 하부탱크 및 그 상하부탱크를 접속하는 복수개의 냉각수 튜브를 포함하는 라디에이터에 있어서,

   상기 라디에이터(1) 상부탱크(3)는 각각의 냉각수 튜브(5) 측에 냉각수를 분배하는 복수개의 냉각수 유입부(7)를 통해 실린더헤드측의 출구수로(6)에 접속되며, 상기 각 냉각수 튜브(5)의 상부와 하부에는 각각 냉각수 튜브(5)의 상하 온도를 측정하는 상하 온도센서(14)가 마련되어 있으며, 상기 각 냉각수 유입부(7)에는 냉각수 흐름량을 조절하는 솔레노이드 밸브(8)가 설치되어지되,

   상기한 솔레노이드 밸브(8)는 전자제어장치(15)의 제어에 의해서 상기한 각 상하 온도센서(14)로부터 검출된 냉각수의 상하 온도 편차가 큰 경우에는 해당 냉각수 튜브(5)로의 냉각수 흐름량이 증가되도록 그 개방량이 커지는 방향으로 동작되고, 냉각수의 상하 온도 편차가 작은 경우에는 해당 냉각수 튜브(5)로의 냉각수 흐름량이 감소되도록 그 개방량이 작아지는 방향으로 동작되도록 설정된 것을 특징으로 하는 균일한 냉각온도 분포특성을 갖는 라디에이터.
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