KR101325801B1 - 내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치 - Google Patents

내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관(2)의 냉각제 회로(1)를 환기시키는 밸브 장치로서, 상기 냉각제 회로(1)는 하나 이상의 부분 회로(1a, 1b, 1c)로부터 연장되는 환기 라인(3, 4, 5)을 각각 구비한 다수의 부분 회로들(1a, 1b, 1c)을 포함하고, 상기 환기 라인들은 상기 냉각제 회로(1) 내에서 측지학적으로 가장 높은 위치에 배치된 보상 용기(6) 내로 통하고, 1차 환기 라인(4)과 하나 이상의 2차 환기 라인(3)은 밸브(7)를 통해 통합되어, 상기 보상 용기(6) 내로 통하는 하나의 공통 환기 라인(5)을 형성하고, 상기 1차 환기 라인(4)은 상기 보상 용기(6)에 지속적으로 유체 공학적으로 연결되며, 상기 밸브(7)는 상기 2차 환기 라인(3) 내에 기포가 있을 때에만 상기 2차 환기 라인(3)으로부터 보상 용기(6)로의 유체 공학적 연결을 형성하는, 밸브 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 환기를 위한 상기 밸브 장치를 가진 내연기관(2)용 냉각제 회로(1)에 관한 것이다.

Description

내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치{VALVE ARRANGEMENT FOR VENTING A COOLANT CIRCUIT OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 냉각제 회로, 특히 다수의 부분 회로들을 포함하는 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치에 관한 것이다.
내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 이러한 밸브 장치는 냉각제로부터 바람직하지 않은 기포를 분리하기 위해 자동차 조립시 사용된다.
예컨대, US 5 111 776 또는 DE 199 56 893 A1에 개시된 바와 같은, 공지된 냉각제 회로는 내연기관을 포함하고, 상기 내연기관에는 열 교환기를 포함하는 냉각제 회로를 통해 열 방출 목적으로 냉각제가 공급될 수 있다. 내연기관의 작동으로부터 초래되는 냉각제의 가열에 의해, 냉각제 내에 기포들이 형성될 수 있고, 상기 기포들은 부품의 손상 및/또는 냉각 능력의 감소를 야기할 수 있다. 따라서, 환기 라인들은 냉각제 회로에 접속되고, 측지학적으로 높게 놓인 보상 용기로 연장된다. 상기 보상 용기는 부분적으로만 냉각제로 채워짐으로써, 상기 냉각제에 추가해서 냉각제 회로로부터 상승하는 공기가 보상 용기에 모여질 수 있다. 또한, 냉각제 회로는 보상 용기를 통해 채워질 수 있고, 이는 예컨대 내연기관의 설치 후에 또는 보수 후에 필요하다.
DE 196 07 638 C1 및 DE 198 54 544 A1에 나타나는 바와 같이, 환기 라인들은 다수의 상이한 부분 회로로부터 하나의 공통 보상 용기로 연장된다. 그러나, 이 경우 냉각제의 혼합이 이루어지고, 이는 특히 부분 회로들이 서로 독립적으로 상이한 온도 레벨로 작동되어야 할 때 바람직하지 않다.
본 발명의 과제는 냉각제 회로의 다수의 부분 회로들이 서로 독립적으로 하나의 공통 보상 용기로 환기될 수 있는, 내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 환기를 위한 밸브 장치를 구비한 냉각제 회로는 청구항 제 6항에서 청구된다.
내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치로서, 상기 냉각제 회로는 다수의 부분 회로 및 다수의 환기 라인을 포함하고, 환기 라인 각각은 다수의 부분 회로 중 어느 하나로부터 연장되며, 상기 환기 라인들은 냉각제 회로 내에서 측지학적으로 가장 높은 위치에 배치된 보상 용기 내로 통하며, 1차 환기 라인 및 하나 이상의 2차 환기 라인은 밸브를 통해 통합되어 보상 용기 내로 통하는 하나의 공통 환기 라인을 형성하고, 상기 1차 환기 라인은 보상 용기에 지속적으로 유체 공학적으로 연결되며, 상기 밸브는 2차 환기 라인 내에 기포가 존재할 때만 2차 환기 라인으로부터 보상 용기로의 유체 공학적 연결을 형성한다.
다수의 환기 라인들이 상이한 부분 회로들로부터 밸브를 통해, 단일 보상 용기로의 공통 환기 라인 내로 통함으로써, 설치될 라인 길이가 단축될 수 있고, 보상 용기의 구성이 간단히 유지된다. 밸브가 일반적인 작동 동안 환기 라인들을 서로 분리하기 때문에, 상이한 부분 회로들로부터 냉각제의 혼합이 이루어지지 않고, 따라서 이들이 서로 독립적으로 작동될 수 있다. 이는 하나 또는 다수의 부분 회로에서 예컨대 내연기관의 웜-업 단계 동안 냉각제 유동이 없기 때문에 냉각제가 더 신속히 가열될 수 있다는 장점을 갖는다. 1차 환기 라인은 지속적으로 보상 용기 내로 환기될 수 있는 한편, 2차 환기 라인은 그 안에서 기포가 상승하는 경우에만 밸브를 통해 공통 환기 라인 내로 연결된다. 후속해서, 2차 환기 라인으로부터 기포가 사라지면 2차 환기 라인으로부터 공통 환기 라인으로의 연결이 다시 중단된다. 필요한 경우, 다수의 환기 라인들이 상기 밸브에 접속될 수 있고, 기포의 상승시에만 공통 환기 라인과의 연결이 형성된다.
바람직한 실시예에서, 밸브는 밸브 볼을 가진 밸브 하우징을 포함하고, 상기 밸브 볼은 냉각제에 의해 밸브 시트에 밀착 가압될 수 있다. 밸브 시트는 바람직하게 밸브 하우징이 좁아짐으로써 형성되고, 좁아진 부분은 밸브 볼보다 작은 직경을 갖는다. 밸브 볼은 중공 밸브 하우징 내에 있는 냉각제에 의해 통상 밸브 시트에 밀착 가압된다. 기포가 2차 환기 라인으로부터 밸브 하우징 내로 상승하면, 밸브 볼이 단시간 동안 가라앉고, 이로 인해 단시간 동안 2차 환기 라인과 공통 환기 라인 사이의 유체 공학적 연결이 생긴다. 이를 위해, 2차 환기 라인이 바람직하게는 측지학적으로 밸브 시트 하부에 접속되고, 1차 라인 및 공통 환기 라인은 측지학적으로 밸브 시트 상부에 접속된다.
바람직한 실시예에서, 밸브 볼은 냉각제보다 낮은 밀도를 갖는다. 냉각제 상에서 부유할 수 있는 밸브 볼의 부력에 의해, 밸브 볼이 밸브 시트에 가압된다. 기포가 밸브 볼 하부에 이르면, 냉각제-공기 혼합물의 밀도가 단시간 동안 떨어지고, 따라서 밸브 볼이 밸브 시트로부터 가라앉고 기포들은 밸브 시트를 공통 환기 라인의 방향으로 통과할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 밸브는 2차 환기 라인의 측지학적으로 가장 높은 위치를 형성한다. 밸브가 2차 환기 라인의 측지학적으로 가장 높은 위치를 형성함으로써, 상승하는 기포가 밸브 하우징 내에 모이는 것이 보장된다.
내연기관용 냉각제 회로는 본 발명에 따른 환기를 위한 밸브 장치를 포함한다. 이를 위해, 내연기관은 바람직한 실시예에서 실린더 크랭크 하우징 및 하나 이상의 실린더 헤드를 포함하고, 실린더 크랭크 하우징은 제 1 부분 회로 내에 접속되고, 하나 이상의 실린더 헤드는 제 2 부분 회로 내에 접속되며, 상기 부분 회로들을 통해 서로 독립적으로 냉각제가 흐를 수 있다. 제 1 부분 회로 및 제 2 부분 회로는 서로 평행하게 연장하고, 상응하는 조절 밸브 및/또는 차단 밸브에 의해 서로 독립적으로 냉각제가 상기 부분 회로들을 통해 흐를 수 있다. 냉각제 순환을 위해 통상의 냉각제 펌프가 적합하다.
바람직한 실시예에서, 1차 환기 라인은 제 2 부분 회로로부터 연장되고, 2차 환기 라인은 제 1 부분 회로로부터 연장된다. 이로 인해, 제 2 부분 회로 내에 접속된 하나 이상의 실린더 헤드가 1차 환기 라인을 통해 보상 용기에 지속적으로 유체 공학적으로 연결되는 한편, 제 1 부분 회로 내에 접속된 실린더 크랭크 하우징은 밸브 내에 기포가 발생할 때만 보상 용기와 유체 공학적으로 연결된다.
바람직한 실시예에서, 메인 열 교환기는 제 1 부분 회로 및/또는 제 2 부분 회로 내에 접속될 수 있고, 보상 용기의 배출부는 상류에서 메인 열 교환기로 통한다. 메인 열 교환기에 의해, 내연기관의 폐열에 의해 가열된 냉각제가 재냉각될 수 있다. 배출부가 메인 열 교환기 상류에서 메인 열 교환기 내로 통함으로써, 보상 용기 내에 저장된 냉각제가 배출부를 통해 다시 내연기관의 냉각을 위한 냉각제 회로 내로 이른다.
본 발명에 의해, 냉각제 회로의 다수의 부분 회로들이 서로 독립적으로 하나의 공통 보상 용기로 환기될 수 있는, 내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 도면을 참고로 하는 하기의 바람직한 실시예 설명에 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브의 2개의 단면도.
도 2는 환기를 위한 밸브 장치를 구비한 냉각제 회로의 개략도.
도 1에 따라, 내연기관의 냉각제 회로를 환기시키는 밸브 장치는 밸브(7)를 포함하고, 상기 밸브(7)는 밸브 하우징(8)이 좁아짐으로써 형성된 밸브 시트(10)를 가진 중공 밸브 하우징(8)으로 이루어지며, 냉각제 상에서 부유 가능한 밸브 볼(9)이 이 밸브 볼에 작용하는 부력에 의해 상기 밸브 시트(10)에 밀착될 수 있다. 밸브 하우징(8)은 일반적으로 냉각제로 채워지고, 상기 냉각제는 환기 라인들(3 및 4)로부터 공급되며 공통 환기 라인(5)을 통해 도 2에 도시된 보상 용기(6)로 배출될 수 있다. 여기서, 2차 환기 라인(3)을 통해 공급되는 냉각제는 일종의 회로인 상기 환기 라인을 통해 다시 배출될 수 있다. 물론, 2차 환기 라인(3)이 밸브(7)에서 끝나는 것도 가능하다. 1차 환기 라인(4) 및 공통 환기 라인(5)은 측지학적으로 밸브 시트(10) 상부에 배치되는 한편, 2차 환기 라인(3)은 측지학적으로 밸브 시트(10) 하부에 배치된다. 1차 환기 라인(4)으로부터 밸브 하우징(8) 내로 유입되는 냉각제는 밸브 하우징(8) 내의 밸브 볼(9)의 위치와는 관계없이 공통 환기 라인(5) 내로 유입될 수 있다. 그러나, 2차 환기 라인(3)으로부터 밸브 하우징(8) 내로 유입되는 냉각제는 도 1의 우측에 도시된 바와 같이, 밸브 볼(9)이 2차 환기 라인(3)으로부터 상승하는 기포로 인해 밸브 시트(10)로부터 하강하는 경우에만 공통 환기 라인(5) 내로 과류될 수 있다. 도 1의 좌측에 도시된 바와 같이, 밸브 볼(9) 하부의 냉각제에 기포가 없으면 밸브 볼이 부력에 의해 밸브 시트(10)에 밀착되므로, 냉각제가 2차 환기 라인(3)으로부터 공통 환기 라인(5) 내로 과류될 수 없다.
도 2에 따라 환기를 위한 밸브 장치를 가진 내연기관(2)용 냉각제 회로(1)는 실린더 크랭크 하우징(2a) 및 하나 이상의 실린더 헤드(2b)를 가진 내연기관(2)을 포함한다. 실린더 크랭크 하우징(2a)은 냉각제 회로(1)의 제 1 부분 회로(1a) 내에 접속된다. 제 1 부분 회로(1a)는 하나 이상의 실린더 헤드(2b)를 포함하는 냉각제 회로(1)의 제 2 부분 회로(1b)로부터 분기되고, 이 제 2 부분 회로에 대해 평행하게 연장한다. 제 1 부분 회로(1a)는 여기서 실린더 크랭크 하우징(2a) 하류에 배치된 차단 밸브(15)에 의해 선택적으로 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 다른 부분 회로(1c)에는 자동차 실내의 온도 조절을 위한 가열 열 교환기(16)가 배치된다. 모든 부분 회로들(1a, 1b 및 1c)에는 내연기관(2) 상류에 배치된 냉각제 펌프(13)에 의해 냉각제가 공급된다. 제 1 부분 회로(1a) 및 제 2 부분 회로(1b)로부터 나온 냉각제는 조절 밸브(14)에 따라 메인 열 교환기(11)에서 냉각되거나 또는 바이패스 라인에서 상기 메인 열 교환기를 우회해서 안내될 수 있다. 실린더 크랭크 하우징(2a)으로부터 2차 환기 라인(3)이 도 1에 상세히 도시된 밸브(7)로 연장되고, 실린더 헤드(2b)로부터 1차 환기 라인(4)이 밸브(7)로 연장된다. 밸브(7)는 공통 환기 라인(5)을 통해 보상 용기(6)에 연결되고, 상기 보상 용기(6)는 냉각제 회로(1)에서 측지학적으로 가장 높은 위치에 놓인다. 밸브(7)는 2차 환기 라인(3)의 측지학적으로 가장 높은 위치를 형성한다. 보상 용기(6)로부터 배출부(12)가 다시 메인 열 교환기(11) 상류의 제 2 부분 회로(1b) 내로 연장된다. 1차 환기 라인(4)은 도 1에 도시된 밸브(7)의 특별한 디자인으로 인해 보상 용기(6)에 영구적으로 유체 공학적으로 연결되는 한편, 2차 환기 라인(3)은 그 안에 상승하는 기포가 있는 경우에만 보상 용기(6)에 시간 제한되어 유체 공학적으로 연결된다.
1 : 냉각제 회로
1a : 제 1 부분 회로
1b : 제 2 부분 회로
1c : 다른 부분 회로
2 : 내연기관
2a : 실린더 크랭크 하우징
2b : 실린더 헤드
3 : 2차 환기 라인
4 : 1차 환기 라인
5 : 공통 환기 라인
6 : 보상 용기
7 : 밸브
8 : 밸브 하우징
9 : 밸브 볼
10 : 밸브 시트
11 : 메인 열 교환기
12 : 배출부
13 : 냉각제 펌프
14 : 조절 밸브
15 : 차단 밸브
16 : 가열 열 교환기

Claims (9)

  1. 내연기관(2)의 냉각제 회로(1)를 환기시키는 밸브 장치로서, 상기 냉각제 회로(1)는 다수의 부분 회로(1a, 1b, 1c) 및 다수의 환기 라인(3, 4, 5)을 포함하고, 환기 라인 각각은 다수의 부분 회로 중 어느 하나로부터 연장되며, 상기 환기 라인들은 상기 냉각제 회로(1) 내에서 측지학적으로 가장 높은 위치에 배치된 보상 용기(6) 내로 통하는 것인 밸브 장치에 있어서,
    1차 환기 라인(4) 및 하나 이상의 2차 환기 라인(3)은 밸브(7)를 통해 통합되어 상기 보상 용기(6) 내로 통하는 하나의 공통 환기 라인(5)을 형성하고, 상기 1차 환기 라인(4)은 상기 보상 용기(6)에 지속적으로 유체 공학적으로 연결되며, 상기 밸브(7)는 상기 2차 환기 라인(3) 내에 기포가 존재할 때만 상기 2차 환기 라인(3)으로부터 상기 보상 용기(6)로의 유체 공학적 연결을 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 밸브(7)는 밸브 볼(9)을 가진 밸브 하우징(8)을 포함하고, 상기 밸브 볼은 냉각제에 의해 밸브 시트(10)에 밀착 가압될 수 있는 것을 특징으로하는 밸브 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 2차 환기 라인(3)은 측지학적으로 상기 밸브 시트(10) 하부에 접속되고, 상기 1차 환기 라인(4) 및 상기 공통 환기 라인(5)은 측지학적으로 상기 밸브 시트(10) 상부에 접속되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 밸브 볼(9)은 상기 냉각제보다 낮은 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 밸브(7)는 상기 2차 환기 라인(3)의 측지학적으로 가장 높은 위치를 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
  6. 제 1항에 따른 환기를 위한 밸브 장치를 포함하는 내연기관(2)용 냉각제 회로(1).
  7. 제 6항에 있어서, 상기 내연기관(2)이 실린더 크랭크 하우징(2a) 및 하나 이상의 실린더 헤드(2b)를 포함하고, 상기 실린더 크랭크 하우징(2a)은 제 1 부분 회로(1a) 내에 접속되고, 상기 하나 이상의 실린더 헤드(2b)는 제 2 부분 회로(1b) 내에 접속되며, 상기 부분 회로들을 통해 서로 독립적으로 냉각제가 흐를 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각제 회로.
  8. 제 7항에 있어서, 1차 환기 라인(4)은 상기 제 2 부분 회로(1b)로부터 연장되고, 2차 환기 라인(3)은 상기 제 1 부분 회로(1a)로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 냉각제 회로.
  9. 제 7항에 있어서, 메인 열 교환기(11)는 제 1 부분 회로(1a) 또는 제 2 부분 회로(1b)에 접속될 수 있고, 보상 용기의 배출부(12)는 상류에서 상기 메인 열 교환기(11)로 통하는 것을 특징으로 하는 냉각제 회로.
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