KR101196531B1 - 내연 기관용 냉각제 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개 이상의 대향 배치된 실린더 뱅크들(3a, 3b) 및 해당 실린더 헤드들(4a, 4b)를 가진 실린더 크랭크 하우징(3)을 포함하는 내연 기관(2)용 냉각제 회로(1)로서, 상기 냉각제 회로(1)의 병렬로 연장하는 별도의 부분 회로들(5, 6)을 통해 냉각제가 실린더 크랭크 하우징(3) 및 실린더 헤드들(4a, 4b)에 공급될 수 있고, 냉각제는 냉각제 펌프(7)를 통해 적어도 일시적으로 메인 열 교환기(8)와 상기 실린더 헤드들(4a, 4b) 및/또는 실린더 크랭크 하우징(3) 사이에서 순환될 수 있고, 실린더 크랭크 하우징-부분 회로(5) 내에 하나 이상의 첵 밸브(9)가 배치되고, 상기 첵 밸브는 상기 실린더 뱅크들(3a, 3b)을 통한 냉각제 흐름을 유입측으로부터 배출측으로만 허용하는, 내연 기관용 냉각제 회로에 관한 것이다.

Description

내연 기관용 냉각제 회로 {COOLANT CIRCUIT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관용 냉각제 회로, 2개 이상의 병렬 실린더 뱅크를 가진 바람직하게는 V- 또는 W-형 내연 기관용, 특히 2-회로 냉각 방식의 냉각제 회로에 관한 것이다.
이러한 냉각제 회로는 내연 기관의 유닛들, 특히 실린더 헤드들 및 실린더 크랭크 하우징을 상이한 온도 레벨로 냉각하기 위해 자동차 내연 기관에 사용된다.
소위 "V-엔진"으로서 형성되는, 대향 배치되는 실린더 뱅크들을 가진 실린더 크랭크 하우징을 포함한 내연 기관용 냉각제 회로는 특히 DE 103 18 744 A1 또는 DE 10 2006 044 680 A1에 개시되어 있다. 그러나, 여기서는 항상 실린더 크랭크 하우징의 냉각제 커버와, 그 위에 배치된 실린더 헤드들 내의 냉각제 커버가 유체 공학적으로 연결되므로 상이한 온도 레벨로 분리된 흐름이 가능하지 않다.
DE 198 03 885 A1 또는 JP 600 199 12 A에 나타나듯이, 실린더 크랭크 하우징과 실린더 헤드가 내부에서 유체 공학적으로 서로 분리되어 냉각제 회로의 병렬 연장된 부분 회로들 내로 연결되는 2-회로 냉각은 지금까지는 주로 하나의 실린더 뱅크를 가진 직렬 엔진에 사용되었다.
DE 100 21 525 A1은 실린더 헤드 하우징 및 실린더 블록을 둘러싸는 냉각 커버를 가진 V-형 내연 기관용 냉각 회로를 공개하고, 상기 냉각 커버에 펌프를 통해 냉각액이 제공되며, 하나 이상의 실린더 냉각 커버 및 하나 이상의 실린더 헤드 냉각실에 냉각액의 공급을 위한 연결부가 제공되고, 냉각액이 실린더 헤드 하우징 및 실린더 블록을 통해 흐르는 것은 병렬로 이루어진다.
냉각액이 실린더 헤드 냉각실을 통해 흐르게 하면서 실린더 냉각 커버 내에 있는 냉각액을 더 신속하게 가열하기 위해 실린더 냉각 커버의 배출을 차단하면, 횡방향 흐름에 의해 실린더 냉각 커버에서 바람직하지 않은 냉각제 이동이 야기되고, 이로써 실린더 블록의 가열이 느려지는 것이 단점이다.
본 발명의 과제는, 실린더 헤드 내 냉각제 흐름에 상관없이 실린더 크랭크 하우징 내 냉각제를 신속 가열할 수 있는, 다수의 실린더 뱅크들을 가진 내연 기관용 냉각제 회로를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징에 의해 해결된다.
2개 이상의 대향 배치된 실린더 뱅크 및 해당 실린더 헤드들을 가진 실린더 크랭크 하우징들을 포함한 내연 기관용 냉각제 회로로서, 냉각제 회로의 병렬로 연장되는 별도의 부분 회로들을 통해 냉각제가 상기 실린더 크랭크 하우징 및 실린더 헤드들에 공급될 수 있고, 냉각제는 냉각제 펌프를 통해 적어도 일시적으로 메인 열 교환기와 실린더 헤드들 및/또는 실린더 크랭크 하우징 사이에서 순환될 수 있는 내연 기관용 냉각제 회로는, 실린더 크랭크 하우징-부분 회로 내에 하나 이상의 첵 밸브가 배치되고, 상기 첵 밸브는 실린더 뱅크들을 통한 냉각제 흐름을 유입측으로부터 배출측으로만 허용하는 것을 특징으로 한다.
실린더 뱅크들을 통한 냉각제 흐름을 유입 측으로부터 배출측으로만 허용하고, 배출측으로부터 유입측으로 실린더 뱅크들을 통한 냉각제 흐름을 차단하는 하나 이상의 첵 밸브가 실린더 크랭크 하우징-부분 회로 내에 배치됨으로써, 실린더 헤드-부분 회로 내 냉각제 흐름에 상관없이 실린더 뱅크들 사이에서 실린더 크랭크 하우징 내 냉각제의 바람직하지 않은 횡방향 흐름이 차단된다. 실린더 크랭크 하우징은 일반적으로 하나의 냉각제 커버를 포함하고, 상기 냉각제 커버가 2개의 실린더 뱅크들을 둘러싸므로 냉각제 이동이 야기되는 경우 실린더 뱅크들 간의 냉각제 교환이 원칙상 항상 가능하다. 그러나, 실린더 크랭크 하우징-부분 회로 내 하나 이상의 첵 밸브의 배치에 의해, 병렬 실린더 헤드-부분 회로 내의 냉각제 흐름에 의해 야기되는 실린더 뱅크들 사이에서 냉각제의 횡방향 흐름이 방지된다. 이러한 기능은 V-형, W-형 또는 플랫 엔진에 대해서도 유사하게 적용될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 고유 실린더 크랭크 하우징-전방 라인을 통해 각각의 실린더 뱅크에 냉각제가 각각 공급될 수 있고, 이 냉각제는 공통 실린더 크랭크 하우징-후방 라인을 통해 다시 배출될 수 있고, 실린더 크랭크-전방 라인들 내에 각각 하나의 첵 밸브가 배치되고, 상기 첵 밸브는 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들로부터 실린더 뱅크들을 통해 실린더 크랭크 하우징-후방 라인으로의 냉각제 흐름만을 허용한다. 분리된 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들에 전방 라인들로부터 공통 후방 라인으로의 냉각제 흐름만을 허용하는 고유 첵 밸브들이 장착되면, 실린더 헤드-부분 회로 내 냉각제 이동에 의해 예컨대 실린더 크랭크 하우징-전방 라인에서 유입되는 냉각제가 대향 배치된 실린더 크랭크 하우징-전방 라인에서 배출될 수 없으므로 병렬 실린더 뱅크들 사이에서의 횡방향 흐름이 저지된다. 이로써, 실린더 크랭크 하우징이 "고정(stationary)" 냉각제에서 훨씬 더 신속 가열되고 최적 마찰력을 더 일찍 달성한다. 실린더 크랭크 하우징-후방 라인은 바람직하게 실린더 크랭크 하우징 대신, 냉각제 커버로부터 나오고, 상기 냉각제 커버에 의해 실린더 뱅크들 내 실린더 용적 주변의 균일한 흐름이 보장된다.
바람직한 실시예에서, 실린더 크랭크 하우징-후방 라인 내 냉각제 흐름이 제 1 조절 밸브에 의해 조절될 수 있다. 제 1 조절 밸브에 의해, 실린더 크랭크 하우징-부분 회로가 바람직하게 웜 업(warm-up) 단계에서 실린더 크랭크 하우징의 신속한 가열을 달성하기 위해 차단될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에서 제 1 조절 밸브가 무단으로 조절 가능한 조절 밸브로서 형성되므로 실린더 크랭크 하우징 내의 냉각제 온도의 연속 조정이 가능하다. 실린더 크랭크 하우징-전방 라인 내에 배치된 첵 밸브와 협동하면서, 실린더 크랭크 하우징-후방 라인 내에 배치되는 제 1 조절 밸브는 필요시 실린더 뱅크들 간의 횡방향 흐름의 생성 없이 실린더 크랭크 하우징 내 "정지" 냉각제를 생성할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 각각의 실린더 헤드는 고유 실린더 헤드-전방 라인 및 고유 실린더 헤드-후방 라인을 포함하고, 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들 및 실린더 헤드-전방 라인들이 냉각제 펌프 하류의 분기 지점에서 공통 전방 라인-섹션으로부터 나누어지고, 실린더 크랭크 하우징-후방 라인 및 실린더 헤드-후방 라인들은 제 1 조절 밸브 하류의 연결 지점에서 공통 후방 라인-섹션 내로 다시 통합된다. 실린더 크랭크 하우징의 실린더 뱅크들에 할당 배치되는 실린더 헤드들이 구조상 분리된 유닛들을 형성하고, 이로써, 실린더 헤드-부분 회로에서 고유 실린더 헤드-전방 라인들 및 실린더 헤드-후방 라인들을 통해 냉각제 펌프로부터의 냉각제가 중앙에 그리고 병렬로 실린더 헤드들에 공급된다. 또한, 실린더 헤드-전방 라인들이 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들과 함께 분기 지점에서 냉각제 펌프를 포함한 공통 전방 라인-섹션으로부터 분기된다. 이와 유사하게, 상응하는 부분 회로들 및 그 안에 포함된 부재들의 통과 후 실린더 헤드-후방 라인들 및 중앙 실린더 크랭크 하우징-후방 라인으로부터 나온 냉각제가 연결 지점에서 공통 후방 라인-섹션 내로 통합된다. 공통 후방 라인-섹션은 유입측에서 메인 열 교환기로 연장되는 한편, 대향 측면에 있는 공통 전방 라인-섹션은 배출측에서 메인 열 교환기로부터 나온다.
바람직한 실시예에서, 메인 열 교환기와 냉각제 펌프 사이의 공통 전방 흐름-섹션 내에 제 2 조절 밸브가 배치되고, 상기 제 2 조절 밸브 내로 공통 후방 라인-섹션의 분기가 메인 열 교환기를 우회하면서 이어진다. 메인 열 교환기가 분기에 의해 제 2 조절 밸브의 상응하는 조절시 필요에 따라 우회될 수 있다. 이러한 소위 바이패스 작동에서, 가열된 냉각제가 메인 열 교환기에서 냉각되지 않으면서 냉각제 흐름이 실린더 헤드들 내에서, 그리고 제 1 조절 밸브에 따라 실린더 크랭크 하우징 내에서도 이루어질 수 있다. 이로써, 높은 온도 레벨로 특히 신속하고 균일한 내연 기관의 가열이 이루어질 수 있다. 이에 대한 대안으로, 제 2 조절 밸브는 특정 최소 온도에 도달시 분기의 폐쇄에 의해 메인 열 교환기를 통해 냉각제를 안내할 수 있다. 제 2 조절 밸브로서는 바람직하게 연속 조절 가능한 조절 밸브, 및 필요시 특성 맵 변화를 위해 전류가 공급될 수 있는, 특히 바람직하게는 특성 맵 서모스탯이 적합하다.
전술한 냉각제 회로는 언급한 예시에 국한되지 않고, 특히 기호에 따라 추가 열 교환기가 추가 부분 회로 내에 추가될 수 있다. 또한 공지된 환기 시스템의 연결부는 냉각제 회로에 보상 컨테이너를 포함한다.
본 발명에 의해, 실린더 헤드 내 냉각제 흐름과 상관없이 실린더 크랭크 하우징 내 냉각제를 신속 가열할 수 있는, 다수의 실린더 뱅크들을 가진 내연 기관용 냉각제 회로가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 세부 사항, 특징 및 장점은 도면을 참조로 바람직한 실시예의 하기 설명에 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각제 회로의 개략도.
도 1에 따라, 내연 기관(2)용 냉각제 회로(1)는 주위를 흐르는 주변 공기와 그를 통과하는 냉각제 회로(1)로부터 나온 냉각제 사이의 열 교환을 위한 메인 열 교환기(8), 및 냉각제 회로(1) 내에 냉각제 순환을 생성시키는 냉각제 펌프(7)를 포함한다. 내연 기관(2)은 실질적으로 실린더 크랭크 하우징(3), 및 실린더 헤드들(4a 및 4b)로 구성되고, 상기 실린더 크랭크 하우징은 작동 실린더의 용적을 2개의 병렬 대향 배치된 실린더 뱅크들(3a, 3b) 내에 포함하고 하나의 냉각제 커버에 의해 덮이며, 상기 실린더 헤드들은 실린더 뱅크들(3a 및 3b)에 할당 배치되고 실질적으로 작동 실린더용 가스 교환 장치를 둘러싸고 역시 냉각제 커버에 의해 덮인다. 실린더 헤드들(4a 및 4b) 및 실린더 크랭크 하우징(3)의 냉각제 커버들은 유체 공학적으로 연결되지 않고 냉각제 회로(1)의 병렬로 연장되는 별도의 부분 회로들(5 및 6) 내로 연결된다. 또한, 각각의 실린더 헤드(4a 및 4b) 및 실린더 크랭크 하우징(3)의 각각의 실린더 뱅크(3a 및 3b)가 고유 전방 연결부(6a 또는 5a)를 포함하고, 냉각제 펌프(7)를 포함하는 공통 전방 라인-섹션(14)에 의해 상기 전방 연결부에 냉각제가 공급될 수 있다. 또한, 공통 전방 라인-섹션(14)은 분기 지점(12)에서 분기되고, 상기 전방 라인-섹션(4)에서 냉각제가 V형 내연 기관(2)의 2개의 측으로 나누어지고, 후속해서 실린더 헤드(4a 또는 4b)와 실린더 뱅크(3a 또는 3b) 사이에서 다시 나누어진다. 실린더 크랭크 하우징(3)은 하나의 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b)을 포함하고, 상기 후방 라인은 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들(5a)에 의해 채워지는 실린더 크랭크 하우징(3)의 냉각제 커버로부터 나온다. 실린더 헤드들(4a 및 4b)은 고유 실린더 헤드-후방 라인들(6b)을 포함하고, 상기 실린더 헤드-후방 라인들은 연결 지점(13)에서 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b)과 만나고 공통 후방 라인-섹션(15)으로 이어진다. 공통 후방 라인-섹션(15)은 메인 열 교환기(8)의 입구측으로 연장되는 한편, 공통 전방 라인-섹션(14)은 메인 열 교환기(8)의 출구측으로부터 나온다. 공통 전방 라인-섹션(14)은 중앙 냉각제 펌프(7) 외에 냉각제 펌프(7) 상류에 배치되는 제 2 조절 밸브(11)를 포함하고, 상기 조절 밸브는 메인 열 교환기(8)를 우회하면서 공통 후방 라인-섹션(15)으로부터 분기되는 분기(16)에 의해 추가로 접촉된다. 제 2 조절 밸브(11)는 전류 공급 가능한 특성 맵 서모스탯으로서 형성되고, 상기 특성 맵 서모스탯은 전류 공급에 의해 변동 가능한 냉각제 온도 임계 값들에 따라 분기(16)를 폐쇄하고 냉각제를 메인 열 교환기(8)를 통해 안내한다. 그렇지 않으면, 냉각제는 메인 열 교환기(8)를 둘러 분기(16)를 통해 냉각제 펌프(7)로 안내된다. 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b) 내에, 무단으로 조절 가능한 볼 밸브로서 형성되는 제 1 조절 밸브(10)가 배치되고, 상기 제 1 조절 밸브에 의해 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b)이 필요에 따라 차단될 수 있다. 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들(5a) 내에, 실린더 뱅크들(3a 및 3b)의 입구에 첵 밸브들이 배치되고, 상기 첵 밸브들은 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들(5a)로부터 실린더 하우징-후방 라인(5b)을 향하는 냉각제 흐름만을 허용한다. 이로써, 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b)이 차단되면, 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들(5a) 중 하나에 의해 2개의 실린더 뱅크들(3a 또는 3b) 중 하나 내로 침투하는 냉각제 양이 대향 배치된 실린더 뱅크(3b 또는 3a)에서의 상응하는 냉각제 양을 각각의 실린더 크랭크 하우징-전방 라인(5a) 내로 다시 가압할 수 없다. 따라서, 실린더 뱅크들(3a 및 3b) 사이의 바람직하지 않은 횡방향 흐름이 방지된다. 실린더 헤드들(4a 및 4b) 중 하나로부터, 차량 객실 공기를 가열하기 위한 히터 열 교환기(18)를 포함한 가열 회로(17)가 나올 수 있고, 상기 가열 회로는 냉각제 펌프(7) 상류 그리고 제 2 조절 밸브(11) 하류에서 공통 전방 라인-섹션(14) 내로 다시 이어진다.
1 냉각제 회로
2 내연 기관
3 실린더 크랭크 하우징
3a 제 1 실린더 뱅크
3b 제 2 실린더 뱅크
4a 제 1 실린더 헤드
4b 제 2 실린더 헤드
5 실린더 크랭크 하우징-부분 회로
5a 실린더 크랭크 하우징-전방 라인
5b 실린더 크랭크 하우징-후방 라인
6 실린더 헤드-부분 회로
6a 실린더 헤드-전방 라인
6b 실린더 헤드-후방 라인
7 냉각제 펌프
8 메인 열 교환기
9 첵 밸브
10 제 1 조절 밸브
11 제 2 조절 밸브
12 분기 지점
13 연결 지점
14 공통 전방 라인-섹션
15 공통 후방 라인-섹션
16 분기
17 가열 회로
18 히터 열 교환기

Claims (10)

  1. 2개 이상의 대향 배치된 실린더 뱅크들(3a, 3b) 및 해당 실린더 헤드들(4a, 4b)을 가진 실린더 크랭크 하우징(3)을 포함하는 내연 기관(2)용 냉각제 회로(1)로서, 상기 냉각제 회로(1)의 병렬로 연장하는 별도의 부분 회로들(5, 6)을 통해 냉각제가 상기 실린더 크랭크 하우징(3) 및 상기 실린더 헤드들(4a, 4b)에 공급될 수 있고, 냉각제는 냉각제 펌프(7)를 통해 적어도 일시적으로 메인 열 교환기(8)와 상기 실린더 헤드들(4a, 4b) 또는 실린더 크랭크 하우징(3) 사이에서 순환될 수 있는, 내연 기관용 냉각제 회로에 있어서,
    실린더 크랭크 하우징-부분 회로(5) 내에 하나 이상의 첵 밸브(9)가 배치되고, 상기 첵 밸브는 상기 실린더 뱅크들(3a, 3b)을 통한 냉각제 흐름을 유입측으로부터 배출측으로만 허용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 고유 실린더 크랭크 하우징-전방 라인(5a)을 통해 각각의 상기 실린더 뱅크(3a, 3b)에 냉각제가 공급될 수 있고, 공통 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b)을 통해 냉각제가 다시 배출될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들(5a) 내에 각각 하나의 첵 밸브(9)가 배치되고, 상기 첵 밸브는 상기 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들(5a)로부터 상기 실린더 뱅크들(3a, 3b)을 통해 상기 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b)으로의 냉각 흐름만을 허용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b) 내 냉각제 흐름이 제 1 조절 밸브(10)에 의해 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 조절 밸브(10)는 무단으로 조절 가능한 조절 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  6. 제 2 항에 있어서, 각각의 실린더 헤드(4a, 4b)는 고유 실린더 헤드-전방 라인(6a) 및 고유 실린더 헤드-후방 라인(6b)을 포함하고, 상기 실린더 크랭크 하우징-전방 라인들(5a) 및 상기 실린더 헤드-전방 라인들(6a)이 상기 냉각제 펌프(7) 하류의 분기 지점(12)에서 공통 전방 라인-섹션(14)으로부터 나누어지고, 상기 실린더 크랭크 하우징-후방 라인(5b) 및 상기 실린더 헤드-후방 라인들(6b)이 상기 제 1 조절 밸브(10) 하류의 연결 지점(13)에서 공통 후방 라인-섹션(15) 내로 다시 통합되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 공통 후방 라인-섹션(15)이 메인 열 교환기(8)로 연장되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 공통 전방 라인-섹션(14)이 메인 열 교환기(8)로부터 나오는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 공통 전방 라인-섹션(14) 내에서 메인 열 교환기(8)와 냉각 펌프(7) 사이에 제 2 조절 밸브(11)가 배치되고, 상기 제 2 조절 밸브 내로 상기 공통 후방 라인-섹션(15)의 분기(16)가 상기 메인 열 교환기(8)를 우회하면서 추가로 이어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 조절 밸브(11)가 특성 맵 서모스탯으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 냉각제 회로.
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