KR101143812B1 - 직접 분사식 디젤엔진의 차량 난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 히터의 난방성능이 요구되는 저 rpm 운전구간과 내구성이 요구되는 고 rpm 운전영역에서 히터측으로 가는 냉각수 유량을 최적화하여 별도로 버너를 설치할 필요가 없기 때문에 차량 가격의 상승을 가져오지 않으며, 또 소음 및 냄새 발생의 원인이 제거되고 연비 및 배기가스 악화를 방지하며, 레이 아웃성을 개선한 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템을 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 워터펌프에 의해 냉각수를 급송하여 엔진을 냉각한 후 서모스탯과 라디에이터를 거쳐 방열 냉각시켜 다시 엔진에 공급하는 엔진 냉각계의 엔진 냉각수 출구라인측에 히터를 병렬접속하여 열교환 작용에 의해 차실내로 송풍되는 공기를 덥혀 차실내를 난방하게 되는 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템에 있어서,

상기 엔진과 서모스탯 사이의 엔진 냉각수 출구라인측에 냉각수온이 낮게 형성되는 엔진의 아이들 운전 영역하에서의 냉각수의 수압에 의해서는 개방하지 아니하며, 히터의 내구성에 영향을 미칠 수 있는 엔진의 고 rpm 운전영역에서는 높은 냉각수의 압력에 의해 엔진 냉각수 출구라인을 개방시키도록 작동하여 엔진 냉각수 출구라인과 히터측으로 동시에 분산하여 냉각수가 흐르도록 하는 체크밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

직접분사식 디젤엔진, 히터, 체크밸브

Description

직접 분사식 디젤엔진의 차량 난방시스템{Heating system of vehicle}

도 1은 본 발명에 의한 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템을 나타낸 도면

도 2는 종래기술

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진(실린더블록과 실린더헤드) 2 : 워터펌프

3 : 엔진 냉각수 출구라인 4 : 서모스탯

5 : 라디에이터 입구라인 6 : 바이패스라인

7 : 라디에이터 8 : 히터용 급송라인

9 : 히터 10 : 체크밸브

11 : 볼 12 : 리턴스프링

본 발명은 직접 분사식 디젤엔진을 탑재한 차량, 특히 실내공간이 큰 레저용 차량의 난방시스템에 관한 것이다.

디젤엔진은 가솔린엔진에 비해 압축비가 높기 때문에 유효한 일에 사용하는 열량의 비율이 높으며, 열효율이 좋아 연료소모량이 적고 연료가격도 싸서 운전경비가 적게 드므로 최근 일반차량용 엔진으로도 많이 사용되고 있다.

특히 직접 분사식 디젤엔진의 경우 가솔린엔진에 비교하여 열효율이 우수한데 그 이유중 하나가 높은 압축비 및 폭발압력을 고려하여 튼튼하게 제작되므로써 엔진과열의 부작용이 상대적으로 작고, 따라서 엔진 냉각수로 전열되는 열량이 작기 때문에 열손실이 그만큼 작은 특성을 가지고 있기 때문이다.

그러나 디젤엔진이 가솔린엔진에 비해 연비측면에서는 상당히 유리하지만 엔진 냉각수 온도가 낮으므로 인해, 겨울철의 차실내의 난방성능이 좋지 않은 문제점이 있고, 특히 차실내가 넓은 다인승의 레저용 차량들의 경우 혹한기 난방 성능의 부족문제를 보완하기 위해 별도의 연료히터장치를 장착하고 있는 실정이다.

도 2에 종래의 직접 분사식 디젤 차량의 난방시스템을 도시하였는 바, 워터펌프(2)에 순환하는 냉각수가 엔진(1, 실린더블록과 실린더헤드)를 냉각한 후 서모스탯(4)과 라디에이터(7)를 거쳐 방열 냉각되어 다시 엔진(1)으로 순환하게 되도록 구성되어 있으며, 엔진의 냉간시동 조건하에서는 서모스탯(4)이 라디에이터(7)측 관로(5)를 폐쇄하고 바이패스관로(6)를 통해 엔진(1)에 급송되도록 하고 있다.

그런데 겨울철 난방시스템을 구동하게 될 때에는 실린더헤드(1)를 순환한 냉각수는 열교환용 급송라인(8)을 통해 연료연소식 버너(13)에 의해 냉각수를 가열한 후 열교환기인 히터(9)를 거치는 동안에 차실내로 송풍되는 외부공기를 열교환에 의해 가열시켜 차실내에 따뜻한 바람을 불어넣어 난방하며, 열교환을 마친 냉각수는 서모스탯(4)을 통과하여 라디에이터(7)로 순환하게 구성되어 있는 것이다.

이와같은 직접 분사식 디젤엔진 장착 차량에 있어서는 한랭지에서의 아이들 구동시 난방성능 유지에 큰 문제가 되고 있기 때문에 난방성능을 높이기 위해서는 히터(9)로 가는 냉각수의 양을 늘리거나 또는 냉각수의 온도를 높여야 하나, 히터(9)로 공급되는 냉각수량을 늘리는 방법은 고 rpm에서 히터코아의 내압성 때문에 한계가 따르고, 히터로 가는 냉각수 온도를 높이는 방법은 자체시스템만으로는 가능치 아니하므로 부득이 별도의 버너(13)를 사용하게 된 것이나, 이는 값비싼 연료연소식 버너(13)를 사용하게 되므로써 차량가격 상승 이외에도 연비 악화와 소음 및 냄새 발생을 유발하게 되는 문제가 있다.

한편, 버너(13)를 사용하지 않고 난방성능을 제고할 수 있는 방안으로는 라디에이터측 통로를 영구히 폐쇄하므로써 엔진에서 나온 냉각수가 전량 히터(9)를 돌아나가도록 하는 방법이 있으나, 이 방법 역시 고 rpm 영역에서는 수압이 높아져 히터코어가 터질 우려가 있다는 문제가 있다.

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

히터의 난방성능이 요구되는 저 rpm 운전구간과 내구성이 요구되는 고 rpm 운전영역에서 히터측으로 가는 냉각수 유량을 최적화하여 별도로 버너를 설치할 필요가 없기 때문에 차량 가격의 상승을 가져오지 않으며, 또 소음 및 냄새 발생의 원인이 제거되고 연비 및 배기가스 악화를 방지하며 레이 아웃성을 개선한 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

워터펌프에 의해 냉각수를 급송하여 엔진을 냉각한 후 서모스탯과 라디에이터를 거쳐 방열 냉각시켜 다시 엔진에 공급하는 엔진 냉각계의 엔진 냉각수 출구라인측에 히터를 병렬접속하여 열교환 작용에 의해 차실내로 송풍되는 공기를 덥혀 차실내를 난방하게 되는 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템에 있어서,

상기 엔진과 서모스탯 사이의 엔진 냉각수 출구라인측에 냉각수온이 낮게 형성되는 엔진의 아이들 운전 영역하에서의 냉각수의 수압에 의해서는 개방하지 아니하며, 히터의 내구성에 영향을 미칠 수 있는 엔진의 고 rpm 운전영역에서는 높은 냉각수의 압력에 의해 엔진 냉각수 출구라인을 개방시키도록 작동하여 엔진 냉각수 출구라인과 히터측으로 동시에 분산하여 냉각수가 흐르도록 하는 체크밸브가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하에 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템을 나타내는 도면으로, 도면중 부호 1은 엔진(실린더블록과 실린더헤드)이며, 엔진의 워터재킷에는 워터펌프(2)로부터 급송되는 냉각수가 순환하여 엔진(1)의 과열을 방지하고 적온으로 유지토록 하고 있다.

엔진을 순환하면서 냉각하고 나온 냉각수는 엔진 냉각수 출구라인(3)을 통해 서모스탯(4)으로 순환하게 되며, 서모스탯(4)은 엔진이 냉간시동상태인 냉각수의 저온상태에서는 라디에이터의 입구라인(5)을 폐쇄하고 바이패스라인(6)을 통해 엔진(1)으로 냉각수를 순환시키며, 냉각수온이 정상치에 도달하면 바이패스라인(6)을 폐쇄하고 라디에이터 입구라인(5)을 통해 라디에이터(7)측으로 냉각수를 보내 냉각수를 방열 냉각후 엔진(1)에 재순환시킨다.

상기 엔진 냉각수 출구라인(3)에는 히터용 급송라인(8)이 병렬을 이루도록 분기 접속되어 있으며, 히터용 급송라인(8)의 도중에는 차실내로 송풍되는 공기를 가열시키는 열교환기인 히터(9)가 설치되어 있다.

그리고 상기 엔진냉각수 출구라인(3)에는 엔진(1)측에서 서모스탯(4)측으로는 냉각수의 유동이 가능하나 그 반대방향의 흐름은 차단하는 체크밸브(10)가 설치되어 있으며, 히터용 급송라인(8)은 상시 개방 체계화에 있다.

상기한 체크밸브(10)는 볼(11)과 리턴스프링(12)으로 구성된 일방향 밸브로서, 리턴스프링(12)의 탄성력은 냉각수의 작용압력을 고려하여 설계된다.

엔진(1)의 아이들 구동이나 저속운전시등 냉각수온이 낮은 운전 구간에서는 워터펌프(2)의 회전수가 낮아 엔진 냉각수 출구라인(3)에서의 수압이 낮게 형성되며, 이와같은 낮은 수압보다는 리턴스프링(12)의 탄성력이 크게 설계되고, 엔진의 고속운전으로 냉각수온이 적정치에 도달하므로써 워터펌프(2)의 고속회전에 의해 높아진 급송압력보다는 낮은 탄성력을 가지도록 설계되어 있다.

이에따라 난방성능이 저하되는 엔진의 아이들 운전등의 저속운전구간에서는 낮은 냉각수압에 의해 체크밸브(10)가 엔진 냉각수 출구라인(3)을 폐쇄하게 되어 엔진(1)을 나온 뜨거운 냉각수는 전량이 히터(9)를 경유해서 흐르게 되어 유량 증가에 따라 난방성능을 높이게 되며, 이때 수압이 높지 않으므로 히터(9)의 손상 및 내구성 저하 문제는 일어나지 않게 된다.

그러다가 엔진이 고 rpm으로 고속운전하게 되면, 이때는 워터펌프(2) 압력이 높아져 체크밸브(10)가 열려지게 되며, 이로써 엔진(1)을 순환한 냉각수는 엔진 냉각수 출구라인(3)을 통해 직접 서모스탯(4)측으로 흐름과 함께 항시 개방상태인 히터(9)측을 통해서도 함께 흘러 난방을 하게 되는데, 이 운전구간의 높은 수압은 라디에이터측과 히터측으로 분산되어 히터코어가 충분히 압력을 감당해 낼 수 있게 되고, 히터(9)측으로 저속시보다 감소된 유량이 흐르더라도 냉각수온이 높게 형성된 냉각수가 유입되므로써 난방성능이 저하되지는 않게 되는 것이다.

아이들 구동상태에서 본 발명을 적용하기 전후에 히터로 가는 냉각수량을 측정한 결과를 다음에 나타내었다.

	본 발명 적용전	본 발명 적용후	비 고
히터코어측	11.3 L/min	21.9 L/min	48% 증가
라디에이터측	11.8 L/min

본 발명을 적용하여 난방시험결과 엔진에서 히터로 가는 냉각수량을 증대시키면 1 L/min 증가할 때마다 실내온도는 0.67℃ 증가하는 것으로 나타났으며, 아래의 표 2에 연료연소식 버너의 구비 유무 및 본 발명의 적용 여부를 비교하여 실험한 결과를 나타내었다.

종래 기술		본 발명	비 고
연료버너 무	연료버너 유		외기온: -20℃
17℃	26℃	24℃

이와같은 결과에 의하면 연료버너가 설치된 차량의 경우보다 차실내 온도가 약간 낮게 나타났으나, 연료버너가 없는 차량의 경우보다는 약 7℃ 정도 차실내 온다가 높게 나타나는 것을 확인할 수 있어, 복잡하고 고가인 버너의 사용없이도 거의 그와 대등한 난방성능을 구현할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 냉각수온이 낮은 엔진의 구동 조건하에서는 냉각수가 전량 히터를 순환하도록 하고, 냉각수온이 정상일 때는 냉각수를 히터와 라디에이터측으로 각기 분산하여 공급되도록 하는 것에 의해서 차실내의 난방성능이 저하되는 별도의 가열용 버너를 사용치 아니하게 되는데 따라 차량가격을 낮추고 소음과 냄새발생을 방지하며, 장치부피도 작아지고 레이아웃성을 향상하며, 연비악화 및 대기오염을 줄이게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 워터펌프(2)에 의해 냉각수를 급송하여 엔진(1)을 냉각한 후 서모스탯(4)과 라디에이터(7)를 거쳐 방열 냉각시켜 다시 엔진에 공급하는 엔진 냉각계의 엔진 냉각수 출구라인(3)측에 히터(9)를 병렬접속하여 열교환 작용에 의해 차실내로 송풍되는 공기를 덥혀 차실내를 난방하게 되는 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템에 있어서,

   상기 엔진(1)과 서모스탯(4) 사이의 엔진 냉각수 출구라인(3)측에 냉각수온이 낮게 형성되는 엔진의 아이들 운전 영역하에서의 냉각수의 수압에 의해서는 개방하지 아니하며, 히터(9)의 내구성에 영향을 미칠 수 있는 엔진의 고 rpm 운전영역에서는 높은 냉각수의 압력에 의해 엔진 냉각수 출구라인(3)을 개방시키도록 작동하여 엔진 냉각수 출구라인(3)과 히터(9)측으로 동시에 분산하여 냉각수가 흐르도록 하는 체크밸브(10)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 체크밸브(10)는 볼(11)과 리턴스프링(12)으로 구성되며, 리턴스프링(12)의 탄성력은 엔진의 아이들 구동시의 냉각수압보다는 높고 엔진냉각수가 정상상태 조건하에서의 냉각수압보다는 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 직접 분사식 디젤엔진 차량의 난방시스템.

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