KR101646128B1 - 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템은, 양단부가 개방된 파이프 구조를 가지고, 일측 내주면에서 외주면으로 냉각수가 통하는 냉각수통로가 설정된 위치에 형성되는 원통형밸브, 상기 원통형밸브가 회전가능하게 내부에 배치되고, 상기 냉각수통로와 대응하여 연결파이프들이 연결되는 밸브하우징, 상기 원통형밸브의 상기 냉각수통로가 상기 연결파이프와 대응되어 상기 원통형밸브를 회전시켜 상기 연결파이프와 상기 냉각수통로를 연결시키도록 상기 밸브하우징의 일단부에 배치되는 밸브구동부, 상기 원통형밸브의 개방된 부분과 대응하여 상기 원통형밸브의 타단부에 배치되고, 그 안쪽에 펌프임펠러가 배치되고 상기 밸브하우징과 결합된 펌프하우징, 상기 펌프임펠러를 회전시키도록 배치되는 펌프구동부, 및 상기 펌프임펠러에 의해서 펌핑되는 냉각수를 실린더블록으로 전달하도록 상기 펌프하우징에 연결되는 펌프토출라인을 포함할 수 있다.

Description

냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템{ENGINE SYSTEM HAVING COOLANT CONTROL VALVE}
본 발명은 엔진의 냉각수 입구측에 냉각수제어밸브를 배치하고, 냉각수제어밸브와 냉각수펌프를 결합함으로써 전체적인 냉각시스템의 레이아웃을 간단하게 하고, 냉각수의 제어 안정성을 향상시키는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템에 관한 것이다.
엔진은 연료의 연소에 의해서 회전력을 발생시키고, 나머지는 열에너지로 배출된다. 특히, 냉각수는 엔진, 히터, 및 라디에이터를 순환하면서 열에너지를 흡수하고, 이를 외부로 방출한다.
엔진의 냉각수 온도가 낮으면, 오일의 점성이 높아져서 마찰력이 증가하고, 연료소모가 늘어나는 경향이 있고, 배기가스의 온도가 천천히 상승하여 촉매가 활성화되는 시간이 길어지고, 배기가스의 품질이 저하될 수 있다. 아울러, 히터의 기능이 정상화되는 시간이 길어져서 승객 및 운전자가 추울 수 있다.
엔진의 냉각수 온도가 과도하면, 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해서 점화시기를 조절하여 성능이 저하될 수 있다. 또한, 윤활유의 온도가 과도하면 윤활작용이 저하될 수 있다.
따라서, 엔진의 특정부위는 냉각수의 온도를 높게 유지하고, 다른 부위는 낮게 유지하는 등 하나의 밸브를 통해서 여러 개의 냉각요소를 제어하는 하나의 냉각수 제어밸브가 적용되고 있다.
여러 개의 냉각 요소 중에서, 실린더블록과 실린더헤드는 중요한 내용요소이며, 이러한 실린더블록과 실린더헤드를 분리하여 냉각하는 기술도 연구되고 있다.
한편, 하나의 냉각수제어밸브를 사용하더라도, 엔진(실린더블록, 실린더헤드)에서 배출되는 냉각수를 제어하는 출구제어방식과 엔진으로 공급되는 냉각수를 제어하는 입구제어방식이 대체로 사용되고 있다.
출구제어방식은 급격한 수온변동에 취약하고, 온도제어의 정밀도가 저하되며, 냉각수제어밸브의 내구성이 떨어질 수 있다.
아울러, 냉각수제어밸브와 함께 냉각수펌프가 엔진의 냉각수입구측에 설치되는데, 냉각수제어밸브가 엔진의 냉각수출구측에 설치되고, 냉각수펌프가 엔진의 냉각수입구측에 설치되어 전체적인 냉각시스템의 레이아웃이 복잡해질 수 있다.
본 발명의 목적은 엔진의 냉각수입구측에 냉각수제어밸브를 설치하여 급격한 수온변동에 유리하고, 온도제어의 정밀도를 향상시키며, 밸브하우징과 펌프하우징의 결합구조를 통해서 냉각시스템의 레이아웃을 간단하게 할 수 있는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템은, 양단부가 개방된 파이프 구조를 가지고, 일측 내주면에서 외주면으로 냉각수가 통하는 냉각수통로가 설정된 위치에 형성되는 원통형밸브, 상기 원통형밸브가 회전가능하게 내부에 배치되고, 상기 냉각수통로와 대응하여 연결파이프들이 연결되는 밸브하우징, 상기 원통형밸브의 상기 냉각수통로가 상기 연결파이프와 대응되어 상기 원통형밸브를 회전시켜 상기 연결파이프와 상기 냉각수통로를 연결시키도록 상기 밸브하우징의 일단부에 배치되는 밸브구동부, 상기 원통형밸브의 개방된 부분과 대응하여 상기 원통형밸브의 타단부에 배치되고, 그 안쪽에 펌프임펠러가 배치되고 상기 밸브하우징과 결합된 펌프하우징, 상기 펌프임펠러를 회전시키도록 배치되는 펌프구동부, 및 상기 펌프임펠러에 의해서 펌핑되는 냉각수를 실린더블록으로 전달하도록 상기 펌프하우징에 연결되는 펌프토출라인을 포함할 수 있다.
상기 펌프임펠러에 의해서 펌핑되는 냉각수는 상기 펌프토출라인을 통해서 상기 실린더블록으로 공급되고, 상기 실린더블록으로 공급된 냉각수의 일부는 상기 실린더블록의 상부에 배치되는 실린더헤드 측으로 공급될 수 있다.
상기 실린더블록으로 공급된 냉각수의 나머지 일부는 오일쿨러 측으로 공급될 수 있다.
상기 실린더헤드에서 배출되는 냉각수는 이지알쿨러, 히터코어, 또는 라디에이터로 분배될 수 있다.
상기 연결파이프들은, 상기 이지알쿨러 및 상기 히터코어에서 배출되는 냉각수를 상기 밸브하우징의 안쪽으로 공급하는 제1연결파이프, 상기 라디에이터에서 배출되는 냉각수를 상기 밸브하우징의 안쪽으로 공급하는 제2연결파이프, 상기 오일쿨러에서 배출되는 냉각수를 상기 밸브하우징의 안쪽으로 공급하는 제3연결파이프를 포함할 수 있다.
상기 원통형밸브와 상기 펌프임펠러는 수평방향으로 인접하여 배열될 수 있다.
상기 원통형밸브와 상기 펌프임펠러는 수직방향으로 인접하여 배열될 수 있다.
상기 펌프하우징과 상기 밸브하우징은 일체로 형성될 수 있다.
상기 밸브하우징의 내주면과 상기 원통형밸브의 외주면 사이에는 상기 연결파이프들과 각각 대응하여 실링부재가 개재될 수 있다.
상기 이지알쿨러와 상기 히터코어는 하나의 냉각수 라인에 배치될 수 있다.
상기 원통형밸브의 회전중심축과 상기 펌프임펠러의 회전중심축이 서로 일치하도록 배치되거나 수직하게 배치될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 엔진의 냉각수입구측에 냉각수제어밸브를 설치하여 냉각수의 온도 제어 정밀도를 향상시키고, 냉각수제어밸브와 냉각수펌프를 결합하여 하나의 모듈로 구성함으로써, 냉각시스템의 레이아웃을 간단하게 할 수 있다.
아울러, 냉각수제어밸브는 실린더헤드, 실린더블록을 분리하여 냉각하고, 이지알쿨러와 히터코어, 오일쿨러, 및 라디에이터를 순환하는 냉각수를 각각 제어함으로써 전체적인 냉각시스템의 안정성과 제어의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템에서 냉각수의 전체적인 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명과 관련된 냉각수 제어밸브의 일부 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템에서 냉각수의 전체적인 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 엔진시스템은 냉각수제어밸브(100), 실린더헤드(110), 실린더블록(120), 오일쿨러(130), 라디에이터(140), 히터코어(150), 이지알쿨러(160), 및 냉각수펌프(170)를 포함한다.
상기 냉각수펌프(170)는 상기 냉각수제어밸브(100)와 일체로 결합되고, 상기 냉각수제어밸브(100)로 배출되는 냉각수를 펌핑하여, 상기 실린더블록(120)으로 공급한다.
상기 실린더블록(120)으로 공급된 냉각수는 상기 실린더헤드(110)로 분배되고, 상기 실린더블록을 흐른 냉각수는 상기 오일쿨러(130)로 배출되고, 상기 실린더헤드(110)로 공급된 냉각수는 상기 이지알쿨러(160)와 상기 히터코어(150), 및 상기 라디에이터(140)로 분배된다. 여기서, 상기 히터코어와 상기 이지알쿨러는 하나의 냉각수라인으로 연결된다.
아울러, 상기 히터코어(150)와 상기 이지알쿨러(160)에서 배출되는 냉각수, 상기 오일쿨러(130)에서 배출되는 냉각수, 및 상기 라디에이터(140)에서 배출되는 냉각수는 각각 상기 냉각수제어밸브(100) 측으로 재순환되고, 다시 상기 냉각수펌프에 의해서 펌핑된다.
따라서, 상기 냉각수제어밸브(100)가 상기 히터코어(150) 및 상기 이지알쿨러(160)에서 배출되는 냉각수를 차단하면, 상기 히터코어(150)와 상기 이지알쿨러(160)로 냉각수가 순환되지 않고, 상기 오일쿨러(130)에서 배출되는 냉각수를 차단하면, 상기 오일쿨러(130)와 상기 실린더블록(120)으로 냉각수가 순환되지 않고, 상기 라디에이터(140)에서 배출되는 냉각수를 차단하면, 상기 라디에이터(140)로 냉각수가 순환되지 않는다.
아울러, 상기 히터코어(150), 상기 이지알쿨러(160), 및 상기 라디에이터(140)에서 배출되는 냉각수를 차단하면, 상기 실린더헤드(110)로 냉각수가 순환되지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 상기 히터코어(150)는 순환하는 따뜻한 냉각수를 이용하여 차량의 실내공간을 데우는 기능을 수행하고, 상기 이지알쿨러(160)는 배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 재순환 배기가스를 냉각시키는 기능을 수행하고, 상기 라디에이터(140)는 냉각수의 열을 외부로 방출하는 기능을 수행하고, 상기 오일쿨러(130)는 상기 실린더헤드(110) 또는 상기 실린더블록(120)을 순환하는 오일을 냉각시키는 기능을 수행한다.
전술한 바와 같이, 상기 냉각수제어밸브(100)와 상기 냉각수펌프(170)를 서로 일체로 결합함으로써 조립비용을 절감하고, 레이아웃을 간단하게 할 수 있다.
아울러, 냉각수를 출구제어방식 대신에 입구제어방식을 적용함으로써, 엔진의 수온 안정성이 향상되고, 하나의 냉각수제어밸브(100)를 통해서 실린더블록(120), 실린더헤드(110), 이지알쿨러(160), 히터코어(150), 및 라디에이터(140)를 순환하는 냉각수를 각각 제어함으로써 전체적인 냉각시스템을 효율적으로 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 일부 단면도이다.
도 2를 참조하면, 냉각수제어밸브(100)는 원통형밸브(320), 밸브하우징(302), 모터하우징(300), 회전축(315), 제1연결파이프(240), 제2연결파이프(242), 및 제3연결파이프(244)를 포함하고, 냉각수펌프(170)는 펌프하우징(220), 펌프임펠러(200), 펌프모터(210), 및 펌프토출파이프(230)를 포함한다.
상기 밸브하우징(302)과 상기 펌프하우징(220)은 하나로 일체로 형성되고, 상기 밸브하우징(302)의 일단부에는 모터가 내장된 모터하우징(300)이 배치되고, 상기 밸브하우징(302) 안에는 원통형밸브(320)가 내장된다.
상기 원통형밸브(320)는 내부가 비어있고, 양단이 개방된 파이프 구조로, 내주면에서 외주면으로 설정된 위치에 냉각수통로(321)가 설정된 형태로 형성된다. 도시한 바와 같이, 3개의 냉각수통로(321)가 설정된 위치에 형성될 수 있다.
상기 원통형밸브(320)는 회전축(315)을 통해서 상기 모터하우징(300)의 모터와 연결되고, 상기 모터의 회전에 의해서 상기 회전축(315)을 중심으로 회전가능하게 배치된다.
상기 원통형밸브(320)의 타단부와 설정된 간격을 두고, 상기 펌프하우징(220) 안에는 펌프임펠러(200)가 배치되고, 상기 펌프임펠러(200)를 회전시키도록 펌프모터(210)가 배치된다. 상기 펌프모터(210)에 의해서 상기 펌프임펠러(200)가 회전하면, 상기 원통형밸브(320)의 내부에 있는 냉각수를 흡입하고, 상기 펌프임펠러(200)의 방사방향으로 펌핑한다.
상기 펌프임펠러(200)에 의해서 펌핑되는 냉각수는 상기 펌프토출파이프(230)를 통해서 상기 실린더블록(120)의 냉각수챔버로 바로 공급된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 밸브하우징(302)에는 상기 냉각수통로(321)와 대응하여, 제1연결파이프(240), 제2연결파이프(242), 및 상기 제3연결파이프(244)가 연결되고, 상기 제1연결파이프(240)는 상기 히터코어(150)와 상기 이지알쿨러(160)로부터 냉각수를 전달받고, 상기 제2연결파이프(242)는 상기 라디에이터(140)로부터 냉각수를 전달받고, 상기 제3연결파이프(244)는 상기 오일쿨러(130)로부터 냉각수를 전달받는다.
아울러, 상기 밸브하우징(302)의 내주면과 상기 원통형밸브(320) 사이에는 상기 제1,2,3,4연결파이프(240, 242, 244)와 각각 대응하여, 실링부재(324)가 개재되어 냉각수의 제어정밀도를 향상시킨다.
도시한 바와 같이, 상기 밸브하우징(302)과 상기 펌프임펠러(200)가 수평방향으로 배치되고, 상기 밸브하우징(302)의 한쪽 개방된 부분이 상기 펌프임펠러(200)와 인접하여 배치됨으로써, 상기 펌프임펠러(200)의 흡입저항을 최소화한다.
여기서, 상기 펌프임펠러(200)의 회전중심축과 상기 원통형밸브(320)의 회전중심축이 서로 일치하도록 배치된다. 아울러, 상기 펌프임펠러(200)의 회전중심축과 상기 원통형밸브(320)의 회전중심축이 동축상에 배치되지 않고 서로 나란하게 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템의 일부 단면도이고, 도 3에서는 도 2와 구별되는 부분에 대해서 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 모터하우징(300), 상기 원통형밸브(320), 상기 펌프임펠러(200), 및 상기 펌프모터(210)가 하부에서 상부방향으로 수직하게 배열된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 펌프모터(210), 상기 펌프임펠러(200), 상기 원통형밸브(320), 및 상기 모터하우징(300)이 하부에서 상부방향으로 수직하게 배열될 수 있다.
도시한 바와 같이, 상기 밸브하우징(302)과 상기 펌프임펠러(200)가 수직방향으로 배치되고, 상기 밸브하우징(302)의 상부 개방된 부분이 상기 펌프임펠러(200)와 인접하여 배치됨으로써, 상기 펌프임펠러(200)의 흡입저항을 최소화한다.
여기서, 상기 펌프임펠러(200)의 회전중심축과 상기 원통형밸브의 회전중심축이 서로 수직하게 배치된다. 아울러, 상기 펌프임펠러(200)의 회전중심축과 상기 원통형밸브의 회전중심축이 서로 일치되도록 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 원통형밸브(320)와 상기 펌프임펠러(200)가 수직한 방향으로 배열됨으로써, 전체적인 냉각수펌프(170)와 냉각수제어밸브(100)의 길이방향이 수직 또는 수평으로 배치됨으로써 엔진과 결합되는 레이아웃을 다양하게 변경할 수 있다.
도 4는 본 발명과 관련된 냉각수 제어밸브의 일부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 냉각수제어밸브(100)는 모터가 내장되는 모터하우징(300), 상기 모터에 의해서 회전하는 출력기어(305), 상기 출력기어(305)에 의해서 회전하는 피동기어(310)를 포함하고, 상기 피동기어(310)는 원통형밸브(320)를 회전시키도록 배치된다.
상기 원통형밸브(320)는 파이프 형태로 양단이 개방된 구조를 가지고 있고, 길이방향 중심부에는 공간이 형성된다. 상기 원통형밸브(320)에는 중심부의 공간에서 외측면으로 통하는 냉각수 통로(321)가 형성된다.
상기 원통형밸브(320)가 내부에 장착되는 밸브하우징(302)에서, 일단부에는 상기 제1입구파이프(325)가 배치되고, 타단부에는 상기 모터하우징(300)이 연결된다.
상기 밸브하우징(302)에는 상기 라디에이터(140)와 연결되는 라디에이터공급파이프(340), 상기 실린더헤드와 연결되는 제2입구파이프(330), 및 상기 히터와 연결되는 상기 히터공급파이프(335)가 배치된다.
상기 원통형밸브(320)의 외주면에는 실링부재(324)가 배치되고, 상기 실링부재(324) 안쪽으로 상기 라디에이터공급파이프(340)의 선단부가 삽입되는 구조를 가지고 있으며, 탄성부재(326)는 상기 실링부재(324)를 상기 원통형밸브(320)의 외주면 측으로 탄성적으로 밀어서 실링구조를 형성한다.
제어부가 운행조건 즉, 냉각수온이나 흡기온도 등에 따라서 상기 모터하우징(300) 내부의 모터를 제어하여 상기 출력기어(305)와 상기 피동기어(310)를 통해서 상기 원통형밸브(320)를 길이방향 중심축을 따라서 배치되는 회전축을 기준으로 회전시킨다.
그리고, 상기 원통형밸브(320)의 상기 통로(321)가 상기 제1입구파이프(325) 또는 상기 제2입구파이프(330)와 대응되면, 냉각수가 흐르게 된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 냉각수제어밸브 110: 실린더헤드
120: 실린더블록 130: 오일쿨러
140: 라디에이터 150: 히터코어
160: 이지알쿨러 170: 냉각수펌프
200: 펌프임펠러 210: 펌프모터
220: 펌프하우징 230: 펌프토출파이프
240: 제1연결파이프 242: 제2연결파이프
244: 제3연결파이프 300: 모터하우징
315: 회전축 320: 원통형밸브
321: 냉각수통로 324: 실링부재

Claims (11)

  1. 양단부가 개방된 파이프 구조를 가지고, 일측 내주면에서 외주면으로 냉각수가 통하는 냉각수통로들이 설정된 위치에 각각 형성되는 원통형밸브;
    상기 원통형밸브가 회전가능하게 내부에 배치되고, 상기 냉각수통로들과 대각각 대응하여 연결파이프들이 연결되는 밸브하우징;
    상기 원통형밸브를 회전시켜 상기 연결파이프들과 상기 냉각수통로들을 연결시키도록 상기 밸브하우징의 일단부에 배치되는 밸브구동부;
    상기 원통형밸브의 개방된 부분과 대응하여 상기 원통형밸브의 타단부에 배치되고, 그 안쪽에 펌프임펠러가 배치되고 상기 밸브하우징과 결합된 펌프하우징;
    상기 펌프임펠러를 회전시키도록 배치되는 펌프구동부; 및
    상기 펌프임펠러에 의해서 펌핑되는 냉각수를 실린더블록으로 전달하도록 상기 펌프하우징에 연결되는 펌프토출라인; 을 포함하고,
    상기 펌프하우징과 상기 밸브하우징은 일체로 형성되고,
    상기 냉각수통로들을 지나는 냉각수가 상기 연결파이프들을 각각 지나도록 상기 연결파이프들과 각각 대응하여 상기 밸브하우징의 내주면과 상기 원통형밸브의 외주면 사이에는 실링부재들이 개재된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 펌프임펠러에 의해서 펌핑되는 냉각수는 상기 펌프토출라인을 통해서 상기 실린더블록으로 공급되고, 상기 실린더블록으로 공급된 냉각수의 일부는 상기 실린더블록의 상부에 배치되는 실린더헤드 측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 실린더블록으로 공급된 냉각수의 나머지 일부는 오일쿨러 측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 실린더헤드에서 배출되는 냉각수는 이지알쿨러, 히터코어, 또는 라디에이터로 분배되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 연결파이프들은,
    상기 이지알쿨러 및 상기 히터코어에서 배출되는 냉각수를 상기 밸브하우징의 안쪽으로 공급하는 제1연결파이프;
    상기 라디에이터에서 배출되는 냉각수를 상기 밸브하우징의 안쪽으로 공급하는 제2연결파이프;
    상기 오일쿨러에서 배출되는 냉각수를 상기 밸브하우징의 안쪽으로 공급하는 제3연결파이프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 원통형밸브와 상기 펌프임펠러는 수평방향으로 인접하여 배열되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 원통형밸브와 상기 펌프임펠러는 수직방향으로 인접하여 배열되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제4항에서,
    상기 이지알쿨러와 상기 히터코어는 하나의 냉각수 라인에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
  11. 제1항에서,
    상기 원통형밸브의 회전중심축과 상기 펌프임펠러의 회전중심축이 서로 일치하도록 배치되거나 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템.
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