KR102383219B1

KR102383219B1 - 냉각수 제어밸브 유닛, 및 이를 구비한 엔진

Info

Publication number: KR102383219B1
Application number: KR1020160093541A
Authority: KR
Inventors: 이용규; 이효조; 윤인영
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-07-22
Filing date: 2016-07-22
Publication date: 2022-04-05
Also published as: KR20180010818A

Abstract

냉각수 제어밸브 유닛이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛은, 입구가 형성되는 입구 격벽, 상기 입구를 제1 입구와 제2 입구로 분리하고, 상기 입구와 각각 연결되는 제1통로와 제2통로를 서로 분리하는 분리 격벽, 상기 분리 격벽을 따라서 형성되는 로드, 상기 로드의 일측 외주면에 형성되고, 상기 제1 입구를 폐쇄하도록 배치되는 제1 밸브날개, 상기 제1밸브날개와 일체로 연결되고, 상기 로드의 타측 외주면에 형성되고, 상기 제2 입구를 폐쇄하도록 배치되는 제2 밸브날개, 및 상기 제1 밸브날개가 상기 제1 입구를 개방하거나 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 개방하도록 상기 로드를 밀거나 당기도록 배치되는 구동부를 포함할 수 있다.

Description

냉각수 제어밸브 유닛, 및 이를 구비한 엔진{COOLANT CONTROL VALVE AND ENGIEN HAVING THIS}

본 발명은 비대칭 타입의 간단한 구조를 갖는 밸브 구조를 이용하여 적어도 두 개 이상의 냉각수 수요처로 공급되는 냉각수를 각각 제어하는 냉각수 제어밸브 유닛, 및 이를 구비한 엔진에 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 길어질 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 제어밸브 유닛이 적용되고 있다.

한편, 하나의 냉각수 제어밸브 유닛을 이용하여 라디에이터, 히터, 오일쿨러 등으로 분배되는 냉각수를 제어하기 위해서, 하나의 밸브하우징 내부에 여러 개의 밸브부재를 평면상으로 배열하는 구조를 갖는다. 따라서, 전체적인 냉각수 제어밸브 유닛의 사이즈가 증가하여, 중량이 증가하고, 설계 및 배치의 자유도가 제한될 수 있다.

도 1은 차량의 연료효율을 보여주는 그래프이고, 도 2는 본 발명과 관련된 냉각수 제어밸브 유닛의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 연료 에너지 100이 투입되면, 엔진열손실로 57.9가 버려지고, 주행저항은 11.9만 소모된다. 따라서, 엔진열손실을 줄이기 위한 냉각수 제어밸브 유닛의 중요성이 높다.

도 2를 참조하면, 냉각수 제어밸브 유닛은 구동부(230), 캠(200), 및 밸브(210)들을 포함하고, 상기 구동부(230)가 상기 캠(200)을 회전시킨다.

그리고, 상기 캠(200)의 일면에 형성된 트랙(200)의 형태에 따라서 상기 밸브(210)들이 각각 리프트되면서, 냉각수통로가 개폐되는 구조를 가지며, 하나의 밸브(210)를 통해서 하나의 냉각수통로를 개폐하므로, 구조가 복잡하고 차지하는 부피가 크다.

본 발명의 목적은 하나의 밸브를 통해서 적어도 두 개의 냉각수통로를 각각독립적으로 개폐함으로써 전체적인 밸브 유닛의 구조를 간단하고 하고, 밸브 유닛이 차지하는 부피를 줄일 수 있는 새로운 구조의 냉각수 제어밸브 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛은, 입구가 형성되는 입구 격벽, 상기 입구를 제1 입구와 제2 입구로 분리하고, 상기 입구와 각각 연결되는 제1통로와 제2통로를 서로 분리하는 분리 격벽, 상기 분리 격벽을 따라서 형성되는 로드, 상기 로드의 일측 외주면에 형성되고, 상기 제1 입구를 폐쇄하도록 배치되는 제1 밸브날개, 상기 제1밸브날개와 일체로 연결되고, 상기 로드의 타측 외주면에 형성되고, 상기 제2 입구를 폐쇄하도록 배치되는 제2 밸브날개, 및 상기 제1 밸브날개가 상기 제1 입구를 개방하거나 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 개방하도록 상기 로드를 밀거나 당기도록 배치되는 구동부를 포함할 수 있다.

상기 로드는 상기 분리 격벽을 길이방향으로 관통하여 배치될 수 있다.

상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개는 일체로 형성되고, 중심점을 기준으로 설정된 반경(R1)을 갖는 원을 따라서 형성되며, 상기 로드는 상기 원의 중심점에서 설정된 거리에 있는 편심위치에 형성될 수 있다.

상기 구동부가 상기 로드를 당기거나 밀어내는 스트로크에 따라서, 상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개가 상기 제1 입구와 상기 제2 입구를 개방하는 타이밍을 서로 다르게 제어하도록, 상기 제1 밸브날개의 외측면은 제1높이(H1)을 가지고, 상기 제2 밸브날개의 외측면은 상기 제1높이(H1)보다 설정길이 높은 제2높이(H2)를 가질 수 있다.

상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개 사이에는 상기 분리 격벽의 단부가 삽입되는 격벽 홈이 형성될 수 있다.

상기 분리 격벽의 단부의 외면 일측은 상기 격벽 홈의 내면 일측에 밀착되어, 상기 제1 입구와 상기 제2 입구를 지나는 냉각수가 서로 분리되도록 할 수 있다.

운행조건에 따라서 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 구동부를 통해서 상기 로드를 초기위치로 리턴시켜, 상기 제1 밸브날개가 상기 제1 입구를 폐쇄하고, 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 폐쇄할 수 있다.

상기 제어부는 상기 구동부를 통해서 상기 로드를 제1위치로 이동시켜, 상기 제1 밸브날개는 상기 제1 입구를 개방하고, 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 폐쇄할 수 있다.

상기 제어부는 상기 구동부를 통해서 상기 로드를 제2위치로 이동시켜, 상기 제1 밸브날개는 상기 제1 입구를 개방하고, 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 개방할 수 있다.

상기 제1 밸브날개의 가장자리에서 상기 로드 측으로 설정된 경사를 가지고 형성되고, 제2 밸브날개의 가장자리에서 상기 로드 측으로 설정된 경사를 가지고 형성되어, 상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개의 가장자리 두께는 얇고 상기 로드 측은 두껍게 형성될 수 있다1.

본 발명의 실시예에 따른 엔진은 냉각수 제어밸브 유닛, 및 상기 냉각수 제어밸브 유닛으로 냉각수를 펌핑하는 냉각수펌프를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량은 제1항에 따른 냉각수 제어밸브 유닛, 상기 냉각수 제어밸브 유닛으로 냉각수를 펌핑하는 냉각수펌프, 및 회전력을 발생시키되, 상기 냉각수에 의해서 냉각되는 엔진을 포함할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 하나의 밸브를 움직임으로써 적어도 두 개의 다른 냉각수통로를 독립적으로 개폐함으로써 구조를 간단하게 하고, 밸브 유닛이 차지하는 부피를 줄일 수 있다.

도 1은 차량의 연료효율을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명과 관련된 냉각수 제어밸브 유닛의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 일부 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 작동 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 작동 상태들을 각각 보여주는 개략적인 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 개략적인 단면도이다.

도 3을 참조하면, 냉각수 제어밸브 유닛은 제어부(399), 구동부(230), 분리 격벽(300), 로드(310), 제1 밸브날개(331), 제2 밸브날개(332), 입구 격벽(520), 제1 냉각수통로(321), 제2 냉각수통로(322), 제1 입구(522), 제2 입구(524), 및 메인 냉각수통로(320)를 포함한다.

상하로 공간을 나누는 입구 격벽(520)이 형성되고, 상기 분리 격벽(300)은 상부 공간을 좌우로 나눈다. 상기 분리 격벽(300)을 중심으로 일측에 제1 냉각수통로(321)가 형성되고, 타측에 제2 냉각수통로(322)가 형성되며, 상기 입구 격벽(520)의 하부에 메인 냉각수통로(320)가 형성된다.

상기 제1 입구(522)는 상기 제1 냉각수통로(321)와 연결되고, 상기 제2 입구(524)는 상기 제2 냉각수통로(322)와 연결되며, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제1 입구(522)를 폐쇄하고, 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 제2 입구(524)를 폐쇄한다. 상기 로드(310)는 상기 분리 격벽(300)을 따라서 배치되고, 그 하단부는 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332)와 연결된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(399)가 운행조건에 따라서 상기 구동부(230)를 제어하면, 상기 구동부(230)가 상기 로드(310)를 하강시켜, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제1 입구(522)를 개방하고, 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 제2 입구(524)를 개방한다.

특히, 상기 로드(310)의 하강길이가 짧으면, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제1 입구(522)를 개방하고, 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 제2 입구(524)를 폐쇄할 수 있다. 또한, 상기 로드(310)의 하강길이가 길면, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제1 입구(522)를 개방하고, 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 제2 입구(524)를 개방할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 개략적인 평면도이다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332)를 위에서 보면, 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332)는 설정된 반경을 갖는 원을 따라서 형성되고, 상기 로드(310)와 상기 분리 격벽(300)은 상기 원(400)의 중심점에서 오른쪽으로 설정거리 편심된다.

상기 중심점(350)과 상기 로드(310)를 지나는 가상의 선을 기준으로, 상기 로드(310)와 상기 제1 밸브날개(331)의 외측면 사이의 거리는 L1이고, 상기 로드(310)와 상기 제2 밸브날개(332)의 외측면 사이의 거리는 L2이며, L1은 L2보다 길다.

따라서, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제2 밸브날개(332)보다 많은 냉각수량을 제어할 수 있다. 여기서, 상기 로드는 상기 분리격벽을 관통하여 배치될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 일부 사시도이다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332) 사이에는 상기 분리 격벽(300)의 하단부가 삽입되는 격벽 홈(500)이 형성된다.

따라서, 상기 로드(310)에 의해서 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332)가 상하로 움직이며, 상기 로드(310)가 상승하면, 상기 분리 격벽(300)의 하단부는 상기 격벽 홈(500)으로 삽입된다.

또한, 상기 분리 격벽(300)의 외측면(555)은 상기 격벽 홈(500)의 내측면(556)에 밀착되어, 상기 제1 냉각수통로(321)와 상기 제2 냉각수통로(322)를 서로 분리시킨다. 여기서, 상기 로드는 상기 분리격벽에 형성된 슬롯을 통해서 삽입될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 작동 상태를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 6을 참조하면, 상기 제1 밸브날개(331)의 가장자리 단부는 제1높이(H1)를 가지고, 상기 제2 밸브날개(332)의 가장자리 단부는 제2높이(H2)를 가지며, 상기 제2높이(H2)는 상기 제1높이(H1)보다 높다.

따라서, 상기 제1 밸브날개(331)가 상기 제1 입구(522)를 열고, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제2 입구(524)를 폐쇄할 수 있다.

또한, 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332)의 하부면은 하나의 평면을 따라서 형성되고, 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332)의 상부면에는 제1 경사면(501)과 제2 경사면(502)이 각각 형성되고, 상기 제1 경사면(501)은 상기 제2 경사면(502)보다 완만하고, 상기 제2 경사면(502)은 상기 제1 경사면(501)보다 급하다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛의 작동 상태들을 각각 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 7의 (a)를 참조하면, 상기 구동부(230)가 상기 로드(310)를 상승시키고, 상기 제1 밸브날개(331)와 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 분리 격벽(300)에 의해서 상승을 중단하고, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제1 입구(522)를 폐쇄하고, 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 제2 입구(524)를 폐쇄한다.

도 7의 (b)를 참조하면, 상기 구동부(230)가 상기 로드(310)를 1차로 하강시키고, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제1 입구(522)를 개방하고, 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 제2 입구(524)를 폐쇄한다.

도 7의 (c)를 참조하면, 상기 구동부(230)가 상기 로드(310)를 2차로 하강시키고, 상기 제1 밸브날개(331)는 상기 제1 입구(522)를 개방하고, 상기 제2 밸브날개(332)는 상기 제2 입구(524)를 개방한다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어밸브 유닛은 냉각수펌프(미도시)에 의해서 펌핑되는 냉각수를 라디에이터로 분배하는 엔진에 적용될 수 있으며, 냉각수는 엔진 등을 순환하면서 고열부를 냉각시키고, 히터를 가열시킬 수 있으며, 이러한 냉각수 제어밸브 유닛은 차량에 적용될 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

230: 구동부 399: 제어부
300: 분리 격벽 310: 로드
321: 제1 냉각수통로 322: 제2 냉각수통로
320: 메인 냉각수통로 331: 제1 밸브날개
332: 제2 밸브날개 350: 중심점
400: 원 500: 격벽 홈
501: 제1 경사면 502: 제2 경사면
520: 입구 격벽 522: 제1 입구
524: 제2 입구 555: 외측면
556: 내측면

Claims

입구가 형성되는 입구 격벽;
상기 입구를 제1 입구와 제2 입구로 분리하고, 상기 입구와 각각 연결되는 제1통로와 제2통로를 서로 분리하는 분리 격벽;
상기 분리 격벽을 따라서 형성되는 로드;
상기 로드의 일측 외주면에 형성되고, 상기 제1 입구를 폐쇄하도록 배치되는 제1 밸브날개;
상기 제1밸브날개와 일체로 연결되고, 상기 로드의 타측 외주면에 형성되고, 상기 제2 입구를 폐쇄하도록 배치되는 제2 밸브날개; 및
상기 제1 밸브날개가 상기 제1 입구를 개방하거나 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 개방하도록 상기 로드를 밀거나 당기도록 배치되는 구동부;를 포함하고,
상기 제1 밸브날개의 외측면은 제1높이(H1)을 가지고, 상기 제2 밸브날개의 외측면은 상기 제1높이(H1)보다 설정길이 긴 제2높이(H2)를 갖는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제1항에서,
상기 로드는 상기 분리 격벽을 길이방향으로 관통하여 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제1항에서,
상기 구동부가 상기 로드를 당기거나 밀어내는 스트로크에 따라서,
상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개가 상기 제1 입구와 상기 제2 입구를 개방하는 타이밍을 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제1항에서,
상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개는 일체로 형성되고, 중심점을 기준으로 설정된 반경(R1)을 갖는 원을 따라서 형성되며,
상기 로드는 상기 원의 중심점에서 설정된 거리에 있는 편심위치에 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제2항에서,
상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개 사이에는 상기 분리 격벽의 단부가 삽입되는 격벽 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제5항에서,
상기 분리 격벽의 단부의 외면 일측은 상기 격벽 홈의 내면 일측에 밀착되어,
상기 제1 입구와 상기 제2 입구를 지나는 냉각수가 서로 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제5항에서,
운행조건에 따라서 상기 구동부를 제어하는 제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제7항에서,
상기 제어부는 상기 구동부를 통해서 상기 로드를 초기위치로 리턴시켜, 상기 제1 밸브날개가 상기 제1 입구를 폐쇄하고,
상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제7항에서,
상기 제어부는 상기 구동부를 통해서 상기 로드를 제1위치로 이동시켜,
상기 제1 밸브날개는 상기 제1 입구를 개방하고, 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제7항에서,
상기 제어부는 상기 구동부를 통해서 상기 로드를 제2위치로 이동시켜,
상기 제1 밸브날개는 상기 제1 입구를 개방하고, 상기 제2 밸브날개가 상기 제2 입구를 개방하는 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제7항에서,
상기 제1 밸브날개의 가장자리에서 상기 로드 측으로 설정된 경사를 가지고 형성되고,
제2 밸브날개의 가장자리에서 상기 로드 측으로 설정된 경사를 가지고 형성되어,
상기 제1 밸브날개와 상기 제2 밸브날개의 가장자리 두께는 얇고 상기 로드 측은 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 냉각수 제어밸브 유닛.
제1항에 따른 냉각수 제어밸브 유닛; 및
상기 냉각수 제어밸브 유닛으로 냉각수를 펌핑하는 냉각수펌프;
를 포함하는 엔진.
제1항에 따른 냉각수 제어밸브 유닛;
상기 냉각수 제어밸브 유닛으로 냉각수를 펌핑하는 냉각수펌프;
회전력을 발생시키되, 상기 냉각수에 의해서 냉각되는 엔진;
을 포함하는 차량.