KR101936459B1 - 배기측 블럭인서트, 이를 포함하는 실린더블럭 조립체 및 이를 포함하는 엔진 열관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기측 블럭인서트, 이를 포함하는 실린더블럭 조립체 및 이를 포함하는 엔진 열관리 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체는 실린더블럭(100), 상기 실린더블럭(100) 내부에 배치되며, 복수 개의 실린더보어(210)가 형성된 실린더(200), 상기 실린더블럭(100)의 내주면과 상기 실린더(200)의 외주면 사이에 형성되어 냉각수가 유동하는 워터재킷(300) 및 상기 워터재킷(300)의 내부에 삽입되어, 냉각수의 유동을 유도하는 블럭인서트(400)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 실린더블럭의 배기측 상부를 항시 냉각함으로써, 노킹(knocking) 및 실린더블럭의 크랙(crack)을 방지할 수 있다.

Description

배기측 블럭인서트, 이를 포함하는 실린더블럭 조립체 및 이를 포함하는 엔진 열관리 시스템{A EXHAUST SIDE BLOCK INSERT, A CYLINDER BLOCK ASSEMBLY INCLUDING THE SAME AND HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF ENGINE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배기측 블럭인서트, 이를 포함하는 실린더블럭 조립체 및 이를 포함하는 엔진 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실린더블럭의 배기측 상부를 항시 냉각함으로써, 노킹(knocking) 및 실린더블럭의 크랙(crack)을 방지할 수 있는 배기측 블럭인서트, 이를 포함하는 실린더블럭 조립체 및 이를 포함하는 엔진 열관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 엔진은 크게 피스톤이 왕복 운동을 할 수 있는 다수 개의 실린더보어를 구비하는 실린더블럭과, 상기 실린더블럭의 상부에 결합되어 상기 피스톤과 함께 연소실을 형성함과 더불어 각종 흡/배기 밸브의 설치를 위한 다수의 흡/배기 포트를 갖춘 실린더헤드로 이루어진다.
이와 같은 엔진에 있어 상기 실린더블럭과 상기 실린더헤드의 내부에는 실린더보어의 둘레와 연소실 둘레 및 흡/배기 포트의 둘레에 각각 냉각수의 유동을 위한 워터재킷이 구비된다. 상기 워터재킷은 워터펌프로부터 토출되는 냉각수의 유동을 상기 실린더블럭과 상기 실린더헤드 내부의 전 영역으로 안내하여, 엔진의 전 가동 영역에 걸쳐 정상적인 기관의 작동 온도를 유지할 수 있도록 한다.
즉, 워터 재킷은 연소실 내에서 혼합기의 연소 과정 중 발생되는 최대 온도(대략 2500℃)의 열로부터 상기 실린더블럭과 상기 실린더헤드 및 상기 피스톤 등의 주요 부품에 대한 열해를 방지하기 위해 냉각수의 유동 통로로서의 역할을 하는 것이다.
종래의 엔진은 실린더헤드와 실린더블럭의 냉각수가 엔진 입구 혹은 엔진 출구에 위치한 1개의 냉각수 온도 조절 기구에 의해 냉각수의 온도가 조절된다. 이로 인하여 실린더헤드와 실린더블럭은 거의 유사한 냉각수 온도를 유지한다. 그러나 최근 연비와 성능향상을 위해 실린더헤드와 실린더블럭의 냉각수를 별개로 조절하는 가변분리냉각 기술이 개발되고 있다.
도 1은 종래기술의 문제점을 설명하는 도면이다. 이하 도 1을 참조하여 가변분리냉각 기술이 적용된 종래의 실린더헤드 및 실린더블럭의 워터재킷에 대하여 상세히 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 가변분리냉각 기술에서는 워터재킷을 분리하여 실린더헤드와 실린더블럭을 각각 냉각하였고, 이때, 워터펌프에서 유입된 실린더헤드의 냉각수는 패러랠 플로우(Parallel flow)를 형성하고, 실린더블럭의 냉각수는 유턴플로우(U turn flow)를 형성하였으며, 상기 유턴플로우(U turn flow)의 냉각수는 실린더헤드로 유입되어 패러랠 플로우(Parallel flow)의 냉각수와 함께 외부로 배출되었다.
그러나 상기와 같은 종래기술은 실린더블럭 상부(특히, 배기측 상부)의 온도를 충분히 냉각시킬 수 없었으므로, 노킹(knocking) 및 실린더블럭의 크랙(crack) 등의 문제가 발생하였다.
또한, 각각의 실린더 기통을 냉각하는 냉각수의 온도 및 유량에 차이가 발생하므로, 엔진의 냉각효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
또한, 냉간시동 시 신속한 웜업(warm up)을 위해, 실린더블럭 하부의 냉각을 차단할 필요가 있음에도, 이를 분리하여 제어할 수 없었다. 이에 따라, 냉간시동 시 시동성능이 저하되고, 연비가 저하되는 문제점이 있었다.
일본공개특허 제2012-167552호 (2011.02.10)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 실린더헤드와 실린더블럭을 분리냉각하면서도, 특히 실린더블럭의 배기측 상부와 나머지 부분을 다시 분리하여 냉각하기 위한 배기측 블럭인서트, 이를 포함하는 실린더블럭 조립체 및 이를 포함하는 엔진 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 실린더블럭 조립체는 실린더블럭(100), 상기 실린더블럭(100) 내부에 배치되며, 복수 개의 실린더보어(210)가 형성된 실린더(200), 상기 실린더블럭(100)의 내주면과 상기 실린더(200)의 외주면 사이에 형성되어 냉각수가 유동하는 워터재킷(300) 및 상기 워터재킷(300)의 내부에 삽입되어, 냉각수의 유동을 유도하는 블럭인서트(400)를 포함하는 실린더블럭 조립체에 있어서, 상기 실린더블럭(100)은 상기 실린더블럭(100)의 배기측 측면 중 타측에 형성되고, 상기 워터재킷(300) 내부의 냉각수가 유출되는 블럭냉각수 제 2 출구(130)를 포함하고, 상기 배기측은 상기 실린더(200) 외부로 연소가스가 배출되는 측인 것을 특징으로 한다.
상기 실린더블럭(100)은 상기 실린더블럭(100)의 흡기측 측면 중 일측에 형성되고, 워터펌프(20)로부터 냉각수가 유입되며, 유입된 냉각수를 상기 워터재킷(300) 내부로 공급하는 블럭냉각수 입구(110)를 포함하고, 상기 흡기측은 상기 실린더(200) 내부로 연료 및 공기의 혼합물이 유입되는 측인 것을 특징으로 한다.
상기 실린더블럭(100)은 상기 실린더블럭(100)의 타측 측면에 형성되고, 상기 워터재킷(300) 내부의 냉각수가 유출되는 블럭냉각수 제 1 출구(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실린더블럭(100)은 상기 블럭냉각수 입구(110)에서 분기되어, 상기 블럭냉각수 입구(110)로 유입된 냉각수를 실린더헤드(30)의 내부로 공급하며, 공급되는 냉각수의 복수 개의 유동을 평행하게 형성시키는 블럭갤러리(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 워터재킷(300)은 상기 블럭냉각수 입구(110)로부터 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)까지의 유로 중 흡기측에 형성된 유로인 흡기측 워터재킷(310) 및 상기 블럭냉각수 입구(110)로부터 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)까지의 유로 중 배기측에 형성된 유로인 배기측 워터재킷(320)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배기측 워터재킷(320)은 배기측에 형성된 유로로써, 상기 블럭인서트 제 2 출구(130)와 연통되는 배기측 상부유로(321) 및 배기측에 형성된 유로로써, 상기 블럭인서트 제 1 출구(120)와 연통되는 배기측 하부유로(322)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 블럭인서트(400)는 상기 흡기측 워터재킷(310) 내부에 삽입되어, 상기 배기측 워터재킷(320)의 유량을 증가시키는 흡기측 블럭인서트(410) 및 상기 배기측 워터재킷(320) 내부에 삽입되어, 상기 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하는 배기측 블럭인서트(420)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 흡기측 블럭인서트(410)는 상기 실린더(200)의 사이아미즈 부(SIAMESE PORTION, 220)에 내측면이 접하도록 형성된 복수 개의 유동저항부(411), 상기 유동저항부(411)의 상면에서 상방으로 돌출형성된 인서트 지지부(412) 및 상기 복수 개의 유동저항부(411)를 서로 연결하는 브리지(413)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배기측 블럭인서트(420)는 상기 배기측 워터재킷(320)의 외주면에 접하는 바디부(421) 및 상기 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하도록, 상기 바디부(421)의 내주면에서 수직하게 돌출되어 상기 배기측 워터재킷(320)의 내주면에 접하는 가스켓(422)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 바디부(421)는 상기 가스켓(422)의 상부에 형성되어, 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 연통되는 관통공(421-1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기측 블럭인서트는 실린더블럭(100)과 실린더(200) 사이에 형성된 워터재킷(300) 중 배기측 워터재킷(320)에 장착되는 배기측 블럭인서트(420)에 있어서, 상기 배기측 워터재킷(320)의 외주면에 접하는 바디부(421) 및 상기 배기측 워터재킷(320)을 배기측 상부유로(321) 및 배기측 하부유로(322)로 구분하도록, 상기 바디부(421)의 내주면에서 수직하게 돌출되어 상기 배기측 워터재킷(320)의 내주면에 접하는 가스켓(422)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 바디부(421)는 상기 가스켓(422)의 상부에 형성되어, 상기 실린더블럭(100)의 타측 상단에 형성된 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 연통되는 관통공(421-1)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 엔진 열관리 시스템은 상기 실런더블럭 조립체(10); 상기 실린더블럭 조립체(10)의 블럭냉각수 입구(110)로 냉각수를 공급하는 워터펌프(20); 상기 실린더블럭 조립체(10)의 상단에 장착되어, 상기 블럭갤러리(140)를 통과한 냉각수가 유입되고, 상기 냉각수가 배출되는 실린더헤드 냉각수출구(31)를 구비한 실린더헤드(30); 및 일측은 상기 실린더헤드 냉각수출구(31) 및 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)와 각각 연통되고, 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통을 개별적으로 차단할 수 있는 유량제어밸브(40);를 포함한다.
상기 엔진 열관리 시스템은 상기 유량제어밸브(40)의 타측과 연통되며, 상기 유량제어밸브(40)에 의해 상기 연통이 개별적으로 차단될 수 있는 라디에이터(50); 및 히터코어(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 열관리 시스템은 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 항상 연통되는 부속유닛(70);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 워터펌프(20)는 상기 라디에이터(50), 상기 히터코어(60) 및 상기 부속유닛(70)과 연통되고, 상기 라디에이터(50), 상기 히터코어(60) 및 상기 부속유닛(70)에서 배출된 냉각수가 상기 워터펌프(20)로 다시 유입되는 것을 특징으로 한다.
상기 실린더헤드(30)는, 블럭갤러리(140)로부터 냉각수가 유입되는 복수 개의 실린더헤드 냉각수입구(32); 상기 실린더헤드 냉각수입구(32)로 유입된 복수 개의 냉각수 유동이, 서로 평행하게 크로스플로우(cross-flow)를 형성하여 각각의 연소실을 냉각하도록 형성된 실린더헤드 워터재킷(33); 및 상기 실린더헤드 워터재킷(33)을 통과한 냉각수가 배출되는 상기 실린더헤드 냉각수출구(31);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 부속유닛(70)은, EGR 쿨러(71)와 ATF워머(72)가 병렬 또는 직렬로 배치된 조립체인 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 열관리 시스템은 냉각수를 웜업하는 동안에는, 상기 유량제어밸브(40)가 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통을 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 열관리 시스템은 냉각수를 냉각하는 동안에는, 상기 유량제어밸브(40)가 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통 및 상기 라디에이터(50) 측 연통을 각각 개방하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 실린더블럭의 배기측 상부를 항시 냉각함으로써, 노킹(knocking) 및 실린더블럭의 크랙(crack)을 방지할 수 있다.
또한, 실린더헤드의 크로스 플로우(cross flow)를 유도하여, 각각의 실린더 기통을 균일하게 냉각하여, 엔진의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 실린더블럭의 배기측 상부 이외의 부분(즉, 배기측 하부 및 흡기측)에 대한 냉각을 차단하여, 냉간시동 시 신속한 웜업(warm up)을 통해 시동성능을 향상시키고, 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 문제점을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체의 정면사시도.
도 3은 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체의 배면사시도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 워터재킷의 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 흡기측 블럭인서트의 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 배기측 블럭인서트의 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 엔진 열관리 시스템의 개략도.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체의 정면사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체의 배면사시도이다. 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체의 평면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 워터재킷의 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 흡기측 블럭인서트의 사시도이다. 도 2 내지 도 7을 참조할 때, 본 발명에 따른 실린더블럭 조립체는 실린더블럭(100), 실린더(200), 워터재킷(300), 블럭인서트(400)를 포함한다.
상기 실린더블럭(100)은 블럭냉각수 입구(110), 블럭냉각수 제 1 출구(120), 블럭냉각수 제 2 출구(130), 블럭갤러리(140)를 포함한다. 또한, 블럭냉각수 입구(110)는 상기 실린더블럭(100)의 흡기측 측면 중 일측에 형성된다.
상기 흡기측은 상기 실린더(200) 내부로 연료 및 공기의 혼합물이 유입되는 측을 의미한다. 또한, 상기 일측은 차량 전방(front) 측일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 설계자의 의도에 따라 달리 설정될 수도 있다.
워터펌프(20)로부터 상기 블럭냉각수 입구(110)로 냉각수가 유입되며, 상기 블럭냉각수 입구(110)로 유입된 냉각수는 상기 블럭냉각수 입구(110)를 통해 상기 워터재킷(300) 내부로 공급된다.
블럭냉각수 제 1 출구(120)는 상기 실린더블럭(100)의 타측 측면에 형성된다. 이때, 상기 타측은 차량 후방(rear) 측일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 설계자의 의도에 따라 달리 설정될 수 있다. 또한, 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)를 통해 상기 워터재킷(300) 내부의 냉각수가 실린더블럭(100)의 외부로 유출된다. 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)는 후술할 유량제어밸브(40)와 연통된다. 또한, 냉간시동 시에는 신속한 웜업(warm up)을 위해, 상기 유량제어밸브(40)에 의해 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)와의 연통이 차단될 수도 있다.
블럭냉각수 제 2 출구(130)는 상기 실린더블럭(100)의 배기측 측면 중 타측에 형성된다. 이때, 상기 배기측은 상기 실린더(200) 외부로 연소가스가 배출되는 측이다. 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)를 통해 상기 워터재킷(300) 내부의 냉각수가 유출된다. 즉, 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)는 실린더블럭(100)의 배기측 상부에 형성되며, 후술할 부속유닛(70)과 항상 연통되는 것이다. 실린더블럭의 배기측 상부를 항시 냉각함으로써, 노킹(knocking) 및 실린더블럭의 크랙(crack)을 방지할 수 있다. 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
블럭갤러리(140)는 상기 블럭냉각수 입구(110)에서 분기되어, 상기 블럭냉각수 입구(110)로 유입된 냉각수 중 일부를 실린더헤드(30)의 내부로 공급하는 역할을 한다. 또한, 상기 실린더헤드(30)의 내부로 공급되는 냉각수의 복수 개의 유동을 평행하게 형성시킴으로써, 실린더헤드(30)에서의 크로스 플로우(cross flow)를 유도할 수 있다. 상기 크로스 플로우(cross flow)는 도 1에서의 패러랠 플로우(Parallel flow)에 수직한 방향으로 복수 개의 유동을 형성하는 것으로서, 각각의 실린더 기통을 균일하게 냉각하여, 엔진의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
실린더(200)에는 상기 실린더블럭(100) 내부에 배치되며, 복수 개의 실린더보어(2l10)가 형성된다. 또한, 상기 실린더보어(210)의 사이에는 사이아미즈 부(SIAMESE PORTION, 220)가 형성된다. 상기 실린더보어(210) 내부에서 연소가 발생하며 이에 따라 높은 열이 발생하므로, 이러한 열을 냉각하기 위해 상기 실린더(200)를 둘러싸도록 워터재킷이 형성되는 것이다.
워터재킷(300)은 상기 실린더블럭(100)의 내주면과 상기 실린더(200)의 외주면 사이에 형성되어 냉각수가 유동하는 유로이다. 상기 워터재킷(300)은 흡기측 워터재킷(310) 및 배기측 워터재킷(320)을 포함한다.
흡기측 워터재킷(310)은 상기 블럭냉각수 입구(110)로부터 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)까지의 유로 중 흡기측에 형성된 유로이고, 배기측 워터재킷(320)은 상기 블럭냉각수 입구(110)로부터 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)까지의 유로 중 배기측에 형성된 유로이다. 또한, 상기 상기 배기측 워터재킷(320)은 배기측에 형성된 유로로써 상기 블럭인서트 제 2 출구(130)와 연통되는 배기측 상부유로(321)와, 배기측에 형성된 유로로써 상기 블럭인서트 제 1 출구(120)와 연통되는 배기측 하부유로(322)를 포함한다.
블럭인서트(400)는 상기 워터재킷(300)의 내부에 삽입되어, 냉각수의 유동을 유도하는 역할을 한다. 상기 블럭인서트(400)는 흡기측 블럭인서트(410) 및 배기측 블럭인서트(420)를 포함한다. 또한, 흡기측 블럭인서트(410)는 상기 흡기측 워터재킷(310) 내부에 삽입되어, 상기 배기측 워터재킷(320)의 유량을 증가시키는 역할을 한다.
후술할 바와 같이, 배기측 블럭인서트(420)는 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하므로, 배기측 블럭인서트(420)는 배기측 워터재킷(320)에서 저항역할을 한다. 이에 따라, 배기측 워터재킷(320)보다 흡기측 워터재킷(310)에 많은 양의 냉각수가 통과할 가능성이 높다. 그러나 엔진 구동시, 고온의 연소가스가 배출되는 배기측에 보다 많은 냉각수가 요구된다. 따라서, 저항 역할을 하는 흡기측 블럭인서트(410)를 장착함으로써, 상기 배기측 워터재킷(320)의 유량을 증가시키는 것이다. 이때, 증가되는 배기측 워터재킷(320)의 유량은 설계자의 의도에 따라 달리 설정될 수 있다. 즉, 최적의 엔진냉각 효율 및 냉간시동시의 연비 행상 등을 고려하여, 증가되는 배기측 워터재킷(320)의 유량을 설정할 수 있는 것이다.
상기 흡기측 블럭인서트(410)는 상기 실린더(200)의 사이아미즈 부(SIAMESE PORTION, 220)에 내측면이 접하도록 형성된 복수 개의 유동저항부(411), 상기 유동저항부(411)의 상면에서 상방으로 돌출형성된 인서트 지지부(412) 및 상기 복수 개의 유동저항부(411)를 서로 연결하는 브리지(413)를 포함한다.
배기측 블럭인서트(420)는 상기 배기측 워터재킷(320) 내부에 삽입되어, 상기 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하는 역할을 한다. 상기한 바와 같이, 엔진 구동시 고온 상태가 되는 실린더블럭(100)의 배기측 상부는 노킹(knocking) 및 실린더블럭의 크랙(crack)을 방지하기 위해 항시 냉각할 필요가 있다. 또한, 냉간시동 시 신속한 웜업(warm up)을 통해 시동성능을 향상시키고, 연비를 향상시킬 수 있도록, 냉간시동 시에는 실린더블럭(100)의 배기측 상부 이외의 부분(즉, 배기측 하부 및 흡기측)에 대한 냉각을 차단할 필요가 있다.
따라서, 실린더블럭(100)의 배기측 상부와 실린더블럭(100)의 배기측 상부 이외의 부분(즉, 배기측 하부 및 흡기측)에 대한 분리냉각이 필요하며, 이를 위해, 배기측 블럭인서트(420)를 상기 배기측 워터재킷(320) 내부에 삽입되어, 상기 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하는 것이다.
상기 배기측 블럭인서트(420)는 상기 배기측 워터재킷(320)의 외주면에 접하는 바디부(421) 및 상기 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하도록, 상기 바디부(421)의 내주면에서 수직하게 돌출되어 상기 배기측 워터재킷(320)의 내주면에 접하는 가스켓(422)을 포함한다. 또한, 상기 바디부(421)는 상기 가스켓(422)의 상부에 형성되어, 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 연통되는 관통공(421-1)을 포함한다.
따라서, 상기 배기측 블럭인서트(420)에 의해, 본 발명의 실린더블럭(100)을 냉각하는 냉각수 유로는 크게 두 개의 회로로 구분된다. 두 개의 회로 중 실린더블럭(100)의 배기측 상부 이외의 부분(즉, 배기측 하부 및 흡기측)을 냉각하는 회로는 블럭냉각수 입구(110)에서 유입되어 블럭냉각수 제 1 출구(120)로 배출되는 냉각수가 흐르는 제 1 회로(흡기측 워터재킷(310) 및 배기측 하부유로(322)를 포함)이다. 또한, 두 개의 회로 중 실린더블럭(100)의 배기측 상부를 냉각하는 회로는 블럭냉각수 입구(110)에서 유입되어 블럭냉각수 제 2 출구(130)로 배출되는 냉각수가 흐르는 제 2 회로(배기측 상부유로(321))이다.
도 8은 본 발명에 따른 배기측 블럭인서트의 사시도이다. 도 8을 참조할 때, 본 발명에 따른 배기측 블럭인서트는 실린더블럭(100)과 실린더(200) 사이에 형성된 워터재킷(300) 중 배기측 워터재킷(320)에 장착된다.
상기 배기측 블럭인서트(420)는 바디부(421) 및 가스켓(422)을 포함한다. 상기 바디부(421)는 상기 배기측 워터재킷(320)의 외주면에 접하고, 상기 가스켓(422)은 상기 배기측 워터재킷(320)을 배기측 상부유로(321) 및 배기측 하부유로(322)로 구분하도록, 상기 바디부(421)의 내주면에서 수직하게 돌출되어 상기 배기측 워터재킷(320)의 내주면에 접한다.
또한, 상기 바디부(421)에는 관통공(421-1)이 형성된다. 상기 관통공(421-1)은 상기 가스켓(422)의 상부에 형성되며, 상기 관통공(421-1)과 상기 실린더블럭(100)의 타측 상단에 형성된 블럭냉각수 제 2 출구(130)가 서로 연통된다.
도 9는 본 발명에 따른 엔진 열관리 시스템의 개략도이다. 도 9를 참조할 때, 본 발명에 따른 엔진 열관리 시스템은 상기 실린더블럭 조립체(10), 워터펌프(20), 실린더헤드(30), 유량제어밸브(40), 라디에이터(50), 히터코어(60) 및 부속유닛(70)을 포함한다.
워터펌프(20)는 상기 실린더블럭 조립체(10)의 블럭냉각수 입구(110)로 냉각수를 공급하는 역할을 한다.
실린더헤드(30)는 상기 실린더블럭 조립체(10)의 상단에 장착되어, 상기 블럭갤러리(140)를 통과한 냉각수가 유입되고, 유입된 냉각수는 실린더헤드 냉각수출구(31)를 통해 배출된다. 상기 실린더헤드(30)는 실린더헤드 냉각수출구(31), 실린더헤드 냉각수입구(32), 실린더헤드 워터재킷(33)을 포함한다.
실린더헤드 냉각수입구(32)는 블럭갤러리(140)로부터 냉각수가 유입되는 입구로써, 복수 개일 수 있다. 실린더헤드 워터재킷(33)은 상기 실린더헤드 냉각수입구(32)로 유입된 복수 개의 냉각수 유동이, 서로 평행하게 크로스플로우(cross-flow)를 형성하여 각각의 연소실을 냉각하도록 형성된다. 상기 크로스 플로우(cross flow)는 도 1에서의 패러랠 플로우(Parallel flow)에 수직한 방향으로 복수 개의 유동을 형성하는 것으로서, 각각의 실린더 기통을 균일하게 냉각하여, 엔진의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 것이다. 또한, 상기 실린더헤드 냉각수출구(31)는 상기 실린더헤드 워터재킷(33)을 통과한 냉각수가 배출되는 통로로써, 상기 유량제어밸브(40)와 연통된다.
유량제어밸브(40)의 일측은 상기 실린더헤드 냉각수출구(31) 및 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)와 각각 연통되고, 상기 유량제어밸브(40)는 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통을 개별적으로 차단할 수 있다. 또한, 상기 유량제어밸브(40)의 타측은 라디에이터(50) 및 히터코어(60)와 각각 연통되며, 상기 유량제어밸브(40)에 의해 상기 라디에이터(50) 측 연통 및 상기 히터코어(60) 측 연통이 개별적으로 차단될 수 있다.
또한, 부속유닛(70)은 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 항상 연통되며, 상기 부속유닛(70)은 EGR 쿨러(71)와 ATF워머(72)가 병렬 또는 직렬로 배치된 조립체일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 설계자의 의도에 따라 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 워터펌프(20)는 상기 라디에이터(50), 상기 히터코어(60) 및 상기 부속유닛(70)과 연통되어, 상기 라디에이터(50), 상기 히터코어(60) 및 상기 부속유닛(70)에서 배출된 냉각수가 상기 워터펌프(20)로 다시 유입되는 것이다.
이하, 유량제어밸브(40)의 작동 및 이에 따른 상기 엔진 열관리 시스템의 작동에 대해 상세히 설명한다. 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 상기 부속유닛(70)을 연통하는 라인은 항상 개방된 상태이다. 따라서, 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)에서 배출된 냉각수는 상기 부속유닛(70)을 통과하여, 상기 워터펌프(20)로 회수된다. 이후, 워터펌프(20)에서 가압된 냉각수는 실린더블럭 조립체(10), 보다 상세히 설명하면 블럭냉각수 입구(110)로 공급되고, 배기측 상부유로(321)를 거쳐 다시 블럭냉각수 제 2 출구(130)에서 배출되는 것이다.
따라서, 실린더블럭(100)의 배기측 상부를 냉각하는 회로는 엔진 가동(즉, 워터펌프 가동)시 항상 냉각되는 상태이며, 이에 따라 노킹(knocking) 및 실린더블럭의 크랙(crack)을 방지할 수 있는 것이다.
이와 달리, 유량제어밸브(40)는 3개의 밸브 및 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)와 상기 유량제어밸브(40)를 연통하는 라인은 상기 밸브 중 어느 하나에 의해 개방되거나 폐쇄되도록 제어된다.
보다 상세히 설명하면, 냉각수를 웜업하는 동안에는, 상기 유량제어밸브(40)가 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통을 차단한다. 즉, 냉간시동 시에는 상기 밸브를 폐쇄하여, 실린더블럭(100)의 배기측 상부 이외의 부분(즉, 배기측 하부 및 흡기측)을 냉각하는 회로를 폐쇄한다. 이에 의해, 냉간시동 시 신속한 웜업(warm up)을 통해 시동성능을 향상시키고, 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 냉간시동 조건을 벗어난 경우에는, 상기 밸브를 개방한다. 이때, 후술할 라디에이터(50) 측 밸브가 개방되어 있다면, 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)에서 배출된 고온의 냉각수는 상기 유량제어밸브(40)를 통과하여, 상기 라디에이터(50)에서 냉각된다. 이후, 다시 워터펌프(20)로 유입된 냉각수는 블럭냉각수 입구(110)로 공급되고, 배기측 하부유로(322) 및 흡기측 워터재킷(310)을 거쳐, 다시 블럭냉각수 제 1 출구(120)에서 배출되는 것이다.
상기 유량제어밸브(40)와 상기 라디에이터(50) 및 상기 히터코어(60)를 각각 연통하는 라인 역시 상기 밸브 중 나머지 두 개에 의해, 개방되거나 폐쇄되도록 제어된다. 따라서, 냉간시동 초기에는 상기 두 개의 밸브 역시 폐쇄하여, 실린더헤드(30)를 냉각하는 유로 역시 폐쇄하도록 제어한다. 따라서, 엔진 구동에 의해 발생하는 열을 이용해, 신속하게 웜업(warm up)을 수행하여, 시동성능을 향상시키고, 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.
이후, 냉각수를 냉각하는 동안에는, 상기 유량제어밸브(40)가 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통 및 상기 라디에이터(50) 측 연통을 각각 개방한다. 즉, 실린더헤드(30)의 냉각이 필요한 경우에는 상기 라디이에터(50) 측 밸브를 개방하여, 온도가 상승한 냉각수를 냉각시킨다. 이에 따라, 실린더헤드 냉각수출구(31)에서 배출된 고온의 냉각수는 상기 유량제어밸브(40)를 통과하여, 상기 라디에이터(50)에서 냉각된다. 이후, 다시 워터펌프(20)로 유입된 냉각수는 블럭냉각수 입구(110) 및 블럭갤러리(140)로 공급되고, 실린더헤드 냉각수입구(32) 및 실린더헤드 워터재킷(33)을 거쳐, 다시 블럭냉각수 제 1 출구(120)에서 배출되는 것이다.
또는, 차량 실내 난방이 필요한 경우에는 상기 히터코어(60) 측 밸브를 개방하여, 냉각수의 열을 차량 실내로 전달할 수도 있다. 이 경우의 냉각수유로는, 상기 라디에이터(50) 측 유로를 대신하여, 상기 히터코어(60) 측 유로를 순환하는 차이에 불과하다.
상기 라디에이터(50) 측 밸브 및 상기 히터코어(60) 측 밸브는 택일적으로 개방 또는 폐쇄될 수도 있고, 동시에 개방 또는 폐쇄될 수도 있다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
10 실린더블럭 조립체
20 워터펌프
30 실린더헤드
31 실린더헤드 냉각수출구
32 실린더헤드 냉각수입구
33 실린더헤드 워터재킷
40 유량제어밸브
50 라디에이터
60 히터코어
70 부속유닛
71 EGR 쿨러
72 ATF 워머
100 실런더블럭
110 블럭냉각수 입구
120 블럭냉각수 제 1 출구
130 블럭냉각수 제 2 출구
140 블럭갤러리
200 실린더
210 실린더보어
220 사이아미즈 부(SIAMESE PORTION)
300 워터재킷
310 흡기측 워터재킷
320 배기측 워터재킷
321 배기측 상부유로
322 배기측 하부유로
400 블럭인서트
410 흡기측 블럭인서트
411 유동저항부
412 인서트 지지부
413 브리지
420 배기측 블럭인서트
421 바디부
422 가스켓
421-1 관통공

Claims (20)

  1. 실린더블럭(100);
    상기 실린더블럭(100) 내부에 배치되며, 복수 개의 실린더보어(210)가 형성된 실린더(200);
    상기 실린더블럭(100)의 내주면과 상기 실린더(200)의 외주면 사이에 형성되어 냉각수가 유동하는 워터재킷(300); 및
    상기 워터재킷(300)의 내부에 삽입되어, 냉각수의 유동을 유도하는 블럭인서트(400);
    를 포함하는 실린더블럭 조립체에 있어서,
    상기 실린더블럭(100)은,
    상기 실린더블럭(100)의 배기측 측면 중 타측에 형성되고, 상기 워터재킷(300) 내부의 냉각수 중 상기 실린더블럭(100)의 배기측 상부를 흐르는 냉각수가 유출되는 블럭냉각수 제 2 출구(130); 및
    상기 실린더블럭(100)의 타측 측면에 형성되고, 상기 워터재킷(300) 내부의 냉각수 중 상기 실린더블럭(100)의 배기측 하부와 흡기측을 흐르는 냉각수가 유출되는 블럭냉각수 제 1 출구(120);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더블럭(100)은,
    상기 실린더블럭(100)의 흡기측 측면 중 일측에 형성되고, 워터펌프(20)로부터 냉각수가 유입되며, 유입된 냉각수를 상기 워터재킷(300) 내부로 공급하는 블럭냉각수 입구(110);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 실린더블럭(100)은,
    상기 블럭냉각수 입구(110)에서 분기되어, 상기 블럭냉각수 입구(110)로 유입된 냉각수를 실린더헤드(30)의 내부로 공급하며, 공급되는 냉각수의 복수 개의 유동을 평행하게 형성시키는 블럭갤러리(140);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 워터재킷(300)은,
    상기 블럭냉각수 입구(110)로부터 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)까지의 유로 중 흡기측에 형성된 유로인 흡기측 워터재킷(310); 및
    상기 블럭냉각수 입구(110)로부터 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)까지의 유로 중 배기측에 형성된 유로인 배기측 워터재킷(320);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 배기측 워터재킷(320)은 배기측에 형성된 유로로써, 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 연통되는 배기측 상부유로(321); 및
    배기측에 형성된 유로로써, 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)와 연통되는 배기측 하부유로(322);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 블럭인서트(400)는,
    상기 흡기측 워터재킷(310) 내부에 삽입되어, 상기 배기측 워터재킷(320)의 유량을 증가시키는 흡기측 블럭인서트(410); 및
    상기 배기측 워터재킷(320) 내부에 삽입되어, 상기 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하는 배기측 블럭인서트(420);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 흡기측 블럭인서트(410)는,
    상기 실린더(200)의 사이아미즈 부(SIAMESE PORTION, 220)에 내측면이 접하도록 형성된 복수 개의 유동저항부(411);
    상기 유동저항부(411)의 상면에서 상방으로 돌출형성된 인서트 지지부(412); 및
    상기 복수 개의 유동저항부(411)를 서로 연결하는 브리지(413);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 배기측 블럭인서트(420)는,
    상기 배기측 워터재킷(320)의 외주면에 접하는 바디부(421); 및
    상기 배기측 워터재킷(320)을 상기 배기측 상부유로(321) 및 상기 배기측 하부유로(322)로 구분하도록, 상기 바디부(421)의 내주면에서 수직하게 돌출되어 상기 배기측 워터재킷(320)의 내주면에 접하는 가스켓(422);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 바디부(421)는,
    상기 가스켓(422)의 상부에 형성되어, 상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 연통되는 관통공(421-1);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블럭 조립체.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 10항의 실린더블럭 조립체(10);
    상기 실린더블럭 조립체(10)의 블럭냉각수 입구(110)로 냉각수를 공급하는 워터펌프(20);
    상기 실린더블럭 조립체(10)의 상단에 장착되어, 상기 블럭갤러리(140)를 통과한 냉각수가 유입되고, 상기 냉각수가 배출되는 실린더헤드 냉각수출구(31)를 구비한 실린더헤드(30); 및
    일측은 상기 실린더헤드 냉각수출구(31) 및 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120)와 각각 연통되고, 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통을 개별적으로 차단할 수 있는 유량제어밸브(40);
    를 포함하는 엔진 열관리 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 유량제어밸브(40)의 타측과 연통되며, 상기 유량제어밸브(40)에 의해 상기 연통이 개별적으로 차단될 수 있는 라디에이터(50); 및 히터코어(60);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 열관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 블럭냉각수 제 2 출구(130)와 항상 연통되는 부속유닛(70);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 열관리 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 워터펌프(20)는 상기 라디에이터(50), 상기 히터코어(60) 및 상기 부속유닛(70)과 연통되고,
    상기 라디에이터(50), 상기 히터코어(60) 및 상기 부속유닛(70)에서 배출된 냉각수가 상기 워터펌프(20)로 다시 유입되는 것을 특징으로 하는 엔진 열관리 시스템.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 실린더헤드(30)는,
    블럭갤러리(140)로부터 냉각수가 유입되는 복수 개의 실린더헤드 냉각수입구(32);
    상기 실린더헤드 냉각수입구(32)로 유입된 복수 개의 냉각수 유동이, 서로 평행하게 크로스플로우(cross-flow)를 형성하여 각각의 연소실을 냉각하도록 형성된 실린더헤드 워터재킷(33); 및
    상기 실린더헤드 워터재킷(33)을 통과한 냉각수가 배출되는 상기 실린더헤드 냉각수출구(31);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 열관리 시스템.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 부속유닛(70)은,
    EGR 쿨러(71)와 ATF워머(72)가 병렬 또는 직렬로 배치된 조립체인 것을 특징으로 하는 엔진 열관리 시스템.
  19. 제 13항에 있어서,
    냉각수를 웜업하는 동안에는,
    상기 유량제어밸브(40)가 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통을 차단하는 것을 특징으로 하는 엔진 열관리 시스템.
  20. 제 14항에 있어서,
    냉각수를 냉각하는 동안에는,
    상기 유량제어밸브(40)가 상기 블럭냉각수 제 1 출구(120) 측 연통 및 상기 라디에이터(50) 측 연통을 각각 개방하는 것을 특징으로 하는 엔진 열관리 시스템.
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