KR102452554B1 - 엔진 냉각수 기체 분리장치 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 엔진 냉각수 기체 분리장치는, 입구 및 출구를 가진 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 고정적으로 장착되고, 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로를 가진 가이드부재;를 포함하고, 상기 나선형 유로는 상기 하우징의 입구와 소통하도록 구성될 수 있다.

Description

엔진 냉각수 기체 분리장치 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템{ENGINE COOLANT SEPARATOR AND ENGINE COOLING SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 엔진 냉각수 기체 분리장치(engine coolant separator)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 냉각수 내에서 기체를 분리함으로써 엔진 냉각시스템을 순환하는 엔진 냉각수 내의 기체를 대폭 감소시킬 수 있고, 이를 통해 캐비테이션으로 인한 소음 및 진동 등을 최소화할 수 있는 엔진 냉각수 기체 분리장치 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 엔진은 엔진 냉각수에 의해 적정온도가 유지됨으로써 안정적으로 작동할 수 있다.
엔진 냉각수는 워터펌프에 의해 냉각회로를 통해 강제적으로 순환하고, 냉각회로는 엔진 워터자켓 및 라디에이터를 가진다.(The engine coolant(liquid) is forcefully circulated by a water pump, through a cooling circuit including the engine coolant jacket and an air cooled radiator)
한편, 엔진 냉각수는 온도/압력의 조건에 따라 액체와 기체가 혼재할 수 있으며, 엔진 냉각수의 특정 조건(예컨대, 저온에서 고온으로 변화하는 조건, 고압에서 저압으로 변화하는 조건 등)에서 기체가 발생할 수 있다. 특히, 낮은 압력으로 인해 엔진 냉각수에서 발생된 기포(air bubbles)에 의해 캐비테이션(cavition)이 초래될 수 있고, 캐비테이션(cavitation)이 워터펌프, 엔진 워터자켓 등과 접촉함에 따라 소음, 진동 등을 유발하며, 이로 인해 각 부품에서 침식 내지 파손 등이 발생할 수 있다.
상술한 캐비테이션에 의한 침식 내지 파손 등을 방지하기 위하여, 엔진 냉각수의 압력을 높이거나 냉각회로를 변경함으로써 기체를 배출하는 구조를 제안하였지만, 이는 원가, 중량 등이 증가하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 엔진 냉각수 내에서 기체를 지속적으로 분리함으로써 캐비테이션을 방지할 수 있고, 이를 통해 소음, 진동, 각 부품의 침식 내지 파손 등을 방지할 수 있으며, 엔진의 내구수명 등을 연장할 수 있는 엔진 냉각수 기체 분리장치 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치는,
입구 및 출구를 가진 하우징; 및 상기 하우징의 내부에 고정적으로 장착되고, 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로를 가진 가이드부재;를 포함하고,
상기 나선형 유로는 상기 하우징의 입구와 소통하도록 구성될 수 있다.
상기 나선형 유로는 상기 가이드부재의 외면에 일정 피치로 형성된 나선형 홈일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치는,
입구 및 출구를 가진 하우징; 및
상기 하우징의 내부에 회전가능하게 장착되고, 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로 및 엔진 냉각수의 직선형 흐름을 선택적으로 유도하는 직선형 유로를 가진 가이드부재;를 포함하고,
상기 가이드부재는 상기 나선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제1작동위치, 및 상기 직선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제2작동위치 사이로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 나선형 유로는 상기 가이드부재의 외면에 일정 피치로 형성된 나선형 홈일 수 있다.
상기 직선형 유로는 상기 가이드부재의 외면에 상기 가이드부재의 길이방향을 따라 연장된 직선형 홈일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 엔진 냉각시스템으로,
엔진에 제공된 엔진 워터자켓;
상기 엔진 워터자켓에서 배출된 엔진 냉각수를 냉각하는 라디에이터;
엔진 냉각수를 상기 엔진 워터자켓 및 상기 라디에이터 사이로 강제로 순환시키는 워터펌프;
상기 엔진 워터자켓 및 상기 라디에이터 사이에 배치된 냉각수 리저버; 및
상기 엔진 워터자켓 및 상기 라디에이터 사이에 배치되고, 상기 라디에이터 및 상기 엔진 워터자켓 사이로 순환하는 엔진 냉각수에서 기체를 분리하도록 구성된 엔진 냉각수 기체 분리장치;를 포함하고,
상기 엔진 냉각수 기체 분리장치는, 엔진 냉각수를 수용하는 입구 및 엔진 냉각수를 배출하는 출구를 가진 하우징, 및 상기 하우징의 내부를 통과하는 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 허용하는 가이드부재를 포함할 수 있다.
상기 가이드부재는 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로를 포함할 수 있다.
상기 가이드부재는 엔진 냉각수의 직선형 흐름을 유도하는 직선형 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드부재는 상기 나선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제1작동위치, 및 상기 직선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제2작동위치 사이로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 라디에이터의 출구는 제1냉각수도관을 통해 상기 엔진 워터자켓의 입구와 소통할 수 있다.
상기 하우징의 입구는 제2냉각수도관을 통해 상기 엔진 워터자켓의 출구와 소통할 수 있다.
상기 하우징의 출구는 제3냉각수도관을 통해 상기 라디에이터의 입구와 소통할 수 있다.
상기 냉각수 리저버는 입구 및 출구를 가지고, 상기 냉각수 리저버의 입구는 소통도관을 통해 상기 라디에이터의 입구와 소통하며, 상기 냉각수 리저버의 출구는 보충도관을 통해 상기 엔진 워터자켓의 입구와 소통할 수 있다.
상기 냉각수 리저버의 입구는 상기 냉각수 리저버의 상단에 위치할 수 있다.
상기 라디에이터는 압력캡을 더 포함하고, 상기 압력캡은 소통도관을 통해 상기 냉각수 리저버에 연결되며, 상기 압력캡은, 상기 라디에이터의 내부압력이 설정압 보다 높으면 상기 라디에이터와 상기 냉각수 리저버 사이를 소통시키는 압력밸브; 및 상기 라디에이터의 내부압력이 설정압 보다 낮아지면 상기 라디에이터와 상기 냉각수 리저버 사이를 소통시키는 부압밸브를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 엔진 워터자켓 및 라디에이터 사이를 순환하는 엔진 냉각수 내에서 기체를 지속적으로 분리함으로써 캐비테이션을 방지할 수 있고, 이를 통해 소음, 진동, 각 부품의 침식 내지 파손 등을 방지할 수 있으며, 엔진의 내구수명 등을 연장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 엔진 냉각수 내에서 기체를 지속적으로 분리함으로써 종래의 가압식 냉각수회로에 비해 냉각수회로 내의 압력을 저감할 수 있고, 이를 통해 냉각수회로의 원가 및 중량 등을 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 냉각시스템을 도시한 개략도(schematic view)이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치에서 엔진 냉각수의 나선형 흐름이 유도되는 경우에 엔진 냉각수의 공동현상을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치를 도시한 사시도로서, 가이드부재가 제1위치로 이동한 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치를 도시한 정면도로서, 가이드부재가 제1위치로 이동한 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치를 도시한 사시도로서, 가이드부재가 제2위치로 이동한 상태를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치를 도시한 정면도로서, 가이드부재가 제2위치로 이동한 상태를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치가 라디에이터 및 냉각수 리저버에 연결된 구조를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 7의 화살표 A방향에서 바라본 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1을 참조하면, 엔진 냉각시스템(1)은 엔진 워터자켓(2), 라디에이터(3), 냉각수 리저버(4), 워터펌프(5), 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)를 포함할 수 있다.
워터펌프(5)는 라디에이터(3) 및 엔진 워터자켓(2) 사이에서 엔진 냉각수를 강제적으로 순환시키도록 구성된다. 엔진 워터자켓(2)은 엔진의 실린더블록 및 실린더헤드 등에 제공될 수 있다. 엔진 워터자켓(2)은 엔진 냉각수를 수용(receive)하는 입구(2a) 및 엔진 냉각수를 배출(discharge)하는 출구(2b)를 가질 수 있고, 엔진 냉각수가 엔진 워터자켓(2)을 통과함으로써 엔진이 냉각될 수 있다. 라디에이터(3)는 엔진 냉각수를 수용하는 입구(3a) 및 엔진 냉각수를 배출하는 출구(3b)를 가질 수 있고, 라디에이터(3)는 냉각팬(6)에 의해 엔진 냉각수를 냉각하도록 구성될 수 있다. 냉각수 리저버(4)는 엔진 냉각수를 수용하는 입구(4a) 및 엔진 냉각수를 배출하는 출구(4b)를 가질 수 있고, 냉각수 리저버(4)는 엔진 냉각수를 저장할 수 있다.
엔진 워터자켓(2)의 입구(2a)는 제1냉각수도관(7a, first coolant conduit)을 통해 라디에이터(3)의 출구(3b)와 소통할 수 있다.
라디에이터(3)의 입구(3a)는 소통도관(9, communication conduit)를 통해 냉각수 리저버(4)의 입구(4a)에 연결될 수 있다.
냉각수 리저버(4)의 출구(4b)는 보충 도관(7b, replenshing conduit)를 통해 제1냉각수도관(7a)과 소통할 수 있고, 이에 냉각수 리저버(4)의 출구(4b)는 엔진 워터자켓(2)의 입구(2a)와 소통할 수 있다. 이를 통해, 냉각수 리저버(4) 및 라디에이터(3)는 엔진 워터자켓(2)에 병렬로 연결될 수 있다. 냉각수는 냉각수 리저버(4)로부터 보충 도관(7b) 및 제1냉각수도관(7a)을 통해 엔진 워터자켓(2) 측으로 보충될 수 있다.
엔진 냉각수 기체 분리장치(10)는 엔진 워터자켓(2)의 출구(2b) 및 라디에이터(3)의 입구(3a) 사이에 배치될 수 있고, 이에 엔진 워터자켓(2)의 출구(2b)로부터 엔진 냉각수로부터 기체를 분리하도록 구성된다.
본 발명의 제1실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(11)과, 하우징(11) 내에 배치된 가이드부재(12)를 포함할 수 있다.
하우징(11)은 원통형 실린더로 구성될 수 있다. 하우징(11)은 엔진 냉각수를 수용하는 입구(11a) 및 엔진 냉각수를 배출하는 출구(11b)를 가질 수 있고, 이를 통해 엔진 냉각수는 하우징(11)의 내부를 통과한다.
입구(11a)는 하우징(11)에 대해 접선방향으로 배치될 수 있고(inlet 11a may be located substantially tangentially to the housing 11), 출구(11b)는 하우징(11)의 축선을 따라 배치되거나 하우징(11)의 축선과 평행하게 배치될 수 있다(outlet 11b may be arraged substantially axially or parallel to the longitudinal axis of housing 11).
하우징(11)의 입구(11a)는 제2냉각수도관(8a, second coolant conduit)을 통해 엔진 워터자켓(2)의 출구(2b)와 소통할 수 있고, 하우징(11)의 입구(11a)는 엔진 워터자켓(2)의 출구(2b)로부터 배출된 엔진 냉각수를 수용할 수 있다.
하우징(11)의 출구(11b)는 제3냉각수도관(8b, third coolant conduit)을 통해 라디에이터(3)의 입구(3a)와 소통할 수 있고, 이에 라디에이터(3)의 입구(3a)는 하우징(11)의 출구(11b)에서 배출된 엔진 냉각수를 수용할 수 있다.
가이드부재(12)는 중실형 원통일 수 있고, 하우징(11) 내에서 고정적으로 장착될 수 있다. 가이드부재(12)는 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로(12a)를 가질 수 있다. 나선형 유로(12a)는 가이드부재(12)의 외면에 일정 피치로 형성된 나선형 홈 형상일 수 있고, 엔진 냉각수가 나선형 유로(12a)를 따라 이동함에 따라 엔진 냉각수의 나선형 흐름이 유도될 수 있다.
가이드부재(12)는 하우징(11)의 길이(L1) 보다 작은 길이(L2)를 가질 수 있고, 이에 가이드부재(12)는 하우징(11)의 입구(11a)에 인접하게 배치됨으로써 하우징(11)의 출구(11b)에 인접한 일정 구간에는 중공(15, cavity)이 형성될 수 있고, 하우징(11)의 중공(15)은 하우징(11)의 길이(L1)에서 가이드부재(12)의 길이(L2)를 차감한 길이(L3 = L1 - L2)를 가진다.
나선형 유로(12a)의 일단은 하우징(11)의 입구(11a)와 직접적으로 소통하고, 나선형 유로(12a)의 타단은 중공(15)과 직접적으로 소통할 수 있다.
나선형 유로(12a)가 하우징(11)의 입구(11a)와 직접적으로 소통하고, 나선형 유로(12a)의 타단이 중공(15)과 직접적으로 소통한다. 하우징(11)의 입구(11a)를 통해 유입된 엔진 냉각수는 나선형 유로(12a)를 따라 이동함으로써 엔진 냉각수의 나선형 흐름이 유도될 수 있다. 이러한 엔진 냉각수의 나선형 흐름으로 인해 엔진 냉각수는 도 4와 같이 원심력에 의해 중공(15)의 외측구간에서 압력이 높아지고, 중공(15)의 중심구간에서 압력이 낮아질 수 있다. 이에, 엔진 냉각수 내에 용해된 기체(gas dissolved in engine coolant)는 그 압력차이에 이해 엔진 냉각수로부터 분리된 이후에 중공(15)의 중심구간(V)에서 포집될 수 있다. 이와 같이, 중공(15)의 중심구간(V)은 엔진 냉각수의 나선형 흐름에 의해 분리된 기체를 포집하는 기체 포집구간이 될 수 있다. 중공(15)의 중심구간(V)에서 포집된 기체는 액체 상태의 엔진 냉각수와 함께 하우징(11)의 출구(11b)를 통해 배출될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)는 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(11)과, 하우징(11) 내에서 제1작동위치(도 5 및 도 6 참조) 및 제2작동위치(도 7 및 도 8 참조) 사이로 이동하는 가이드부재(12)를 포함할 수 있다.
하우징(11)은 원통형 실린더로 구성될 수 있다. 하우징(11)은 엔진 냉각수를 수용하는 입구(11a) 및 엔진 냉각수를 배출하는 출구(11b)를 가질 수 있다.
입구(11a)는 하우징(11)에 대해 접선방향으로 배치될 수 있고(inlet 11a may be located substantially tangentially to the housing 11), 출구(11b)는 하우징(11)의 축선을 따라 배치되거나 하우징(11)의 축선과 평행하게 배치될 수 있다(outlet 11b may be arraged substantially axially or parallel to the longitudinal axis of housing 11).
하우징(11)의 입구(11a)는 제3냉각수도관(8a, third coolant conduit)을 통해 엔진 워터자켓(2)의 출구(2b)와 소통할 수 있고, 이에 하우징(11)의 입구(11a)는 엔진 워터자켓(2)의 출구(2b)로부터 배출된 엔진 냉각수를 수용할 수 있다.
하우징(11)의 출구(11b)는 제4냉각수도관(8b, fourth coolant conduit)을 통해 라디에이터(3)의 입구(3a)와 소통할 수 있고, 이에 라디에이터(3)의 입구(3a)는 하우징(11)의 출구(11b)에서 배출된 엔진 냉각수를 수용할 수 있다.
가이드부재(12)는 중실형 원통일 수 있고, 하우징(11) 내에서 회전가능하게 장착될 수 있다. 가이드부재(12)는 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로(12a) 및 엔진 냉각수의 직선형 흐름을 유도하는 직선형 유로(12b)를 가질 수 있다.
나선형 유로(12a)는 가이드부재(12)의 외면에 일정 피치로 형성된 나선형 홈 형상일 수 있고, 엔진 냉각수가 나선형 유로(12a)를 따라 이동함에 따라 엔진 냉각수의 나선형 흐름이 유도될 수 있다.
직선형 유로(12b)는 가이드부재(12)의 외면에 가이드부재(12)의 길이방향을 따라 연장된 직선형 홈일 수 있고, 엔진 냉각수가 직선형 유로(12b)를 따라 이동함에 따라 엔진 냉각수의 직선형 흐름이 유도될 수 있다.
가이드부재(12)는 하우징(11)의 길이(L1) 보다 작은 길이(L2)를 가질 수 있고, 이에 가이드부재(12)는 하우징(11)의 입구(11a)에 인접하게 배치됨으로써 하우징(11)의 출구(11b)에 인접한 일정 구간에는 중공(15, cavity)이 형성될 수 있고, 하우징(11)의 중공(15)은 하우징(11)의 길이(L1)에서 가이드부재(12)의 길이(L2)를 차감한 길이(L3 = L1 - L2)를 가진다.
가이드부재(12)는 모터 등과 같은 엑츄에이터(13)에 의해 회전할 수 있고, 이에 가이드부재(12)는 엑츄에이터(13)에 의해 제1작동위치(도 5 및 도 6 참조) 및 제2작동위치(도 7 및 도 8 참조) 사이로 이동할 수 있다.
엑츄에이터(13)는 컨트롤러(18)에 전기적으로 연결될 수 있고, 컨트롤러(18)는 엔진의 운전 조건 등에 따라 엑츄에이터(13)의 구동을 제어할 수 있다. 컨트롤러(18)는 마이크로프로세서 또는 중앙 프로세싱 유닛, ROM(read only memory), RAM(random access memory), EPROM(electrically programmable read only memory), high speed clock 등을 포함할 수 있다.
제1작동위치는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 하우징(11)의 입구(11a)가 나선형 유로(12a)의 일단과 직접적으로 소통하는 위치일 수 있다.
엔진의 구동이 일정시간을 경과하여 기체가 엔진 냉각수 내에 상대적으로 많이 용해되어 있는 경우 또는 엔진의 고RPM 영역과 같이 엔진 냉각수의 유량이 증가할 경우에는 엑츄에이터(13)는 컨트롤러(18)에 의해 가이드부재(12)를 제1작동위치로 이동시키고, 이에 나선형 유로(12a)가 하우징(11)의 입구(11a)와 직접적으로 소통하고, 나선형 유로(12a)의 타단이 중공(15)과 직접적으로 소통한다. 하우징(11)의 입구(11a)를 통해 유입된 엔진 냉각수는 나선형 유로(12a)를 따라 이동함으로써 엔진 냉각수의 나선형 흐름이 유도될 수 있다.
이러한 엔진 냉각수의 나선형 흐름으로 인해 엔진 냉각수는 도 4와 같이 원심력에 의해 중공(15)의 외측구간에서 압력이 높아지고, 중공(15)의 중심구간에서 압력이 낮아질 수 있다. 이에, 엔진 냉각수 내에 용해된 기체(gas dissolved in engine coolant)는 그 압력차이에 이해 엔진 냉각수로부터 분리된 이후에 중공(15)의 중심구간(V)에서 포집될 수 있다. 이와 같이, 중공(15)의 중심구간(V)은 엔진 냉각수의 나선형 흐름에 의해 분리된 기체를 포집하는 기체 포집구간이 될 수 있다. 중공(15)의 중심구간(V)에서 포집된 기체는 액체 상태의 엔진 냉각수와 함께 하우징(11)의 출구(11b)를 통해 배출될 수 있다.
제2작동위치는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(11)의 입구(11a)가 직선형 유로(12b)의 일단과 소통하는 위치일 수 있다.
엔진의 시동초기 등과 같이 엔진 냉각수 내에 상대적으로 기체가 적게 용해되어 있는 경우, 엔진의 저RPM 영역과 같이 엔진 냉각수의 유량이 상대적으로 감소한 경우, 과부하로 인한 엔진의 급속한 냉각이 필요할 경우 등에는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 엑츄에이터(13)는 컨트롤러(18)에 의해 가이드부재(12)를 제2작동위치로 이동시키고, 직선형 유로(12b)의 일단이 하우징(11)의 입구(11a)와 직접적으로 소통하고, 직선형 유로(12b)의 타단이 중공(15)과 직접적으로 소통한다. 하우징(11)의 입구(11a)로 유입된 엔진 냉각수는 직선형 유로(12b)를 따라 이동함에 따라 엔진 냉각수의 직선형 흐름이 유도될 수 있다.
한편, 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)의 가이드부재(12)의 유로(12a, 12c)의 선택적인 통제 내지 설계변경 등을 통해 기존의 서모스탯, 냉각수 조절밸브(coolant control valve) 등을 대체함으로써 엔진, 히팅유닛, 라디에이터 등으로 엔진 냉각수를 선택적으로 분배할 수도 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)에서 분리된 기체는 엔진 냉각수와 함께 소통도관(9)을 거쳐 냉각수 리저버(4)의 입구(4a)로 유입(enter)될 수 있다.
엔진 냉각수 기체 분리장치(10)의 나선형 유로(12a)에 의해 분리된 기체는 엔진 냉각수와 함께 라디에이터(3)의 입구(3a)로 유입될 때, 라디에이터(3)의 입구(3a) 측에서 밀도차이에 의해 엔진 냉각수로부터 기체가 분리되고, 분리된 기체는 소통도관(9)을 거쳐 냉각수 리저버(4)의 입구(4a)로 유입될 수 있다.
도 1의 실시예에 따른 엔진 냉각시스템(1)은 냉각수 리저버(4)가 압력캡에 의해 밀폐되도록 구성될 수 있고, 라디에이터(3)에는 압력캡이 장착되지 않도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 도 1의 엔진 냉각시스템(1)은 냉각수 압력이 대기압 보다 높은 설정압을 유지할 수 있고, 이러한 설정압에 의해 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)에서 분리된 기체는 엔진 냉각수와 함께 소통도관(9)을 거쳐 냉각수 리저버(4)로 이송될 수 있다. 도 1의 엔진 냉각시스템(1)에서, 소통도관(9)는 기체를 라디에이터(3)로부터 냉각수 리저버(4) 측으로 이송하는 디개싱도관(degassing conduit)일 수 있고, 냉각수 리저버(4)는 기체 및 엔진 냉각수를 저장하는 디개싱박스(degassing container)일 수 있다.
라디에이터(3)의 입구(3a)는 소통도관(9, communication conduit)를 통해 냉각수 리저버(4)의 입구(4a)에 연결될 수 있다. 입구(4a)는 냉각수 리저버(4)의 상단에 배치될 수 있고, 이에 의해 냉각수 리저버(4) 내로 수용된 기체는 그 밀도차이에 의해 엔진 냉각수로부터 분리됨으로써 냉각수 리저버(4)의 상부공간(4c)에 포집(collected)될 수 있다.
냉각수 리저버(4)의 출구(4b)는 보충 도관(7b)을 통해 제1냉각수도관(7a)과 소통할 수 있고, 이에 냉각수 리저버(4)의 출구(4b)는 보충 도관(7b) 및 제1냉각수도관(7a)을 통해 엔진 워터자켓(2)의 입구(2a)와 소통함으로써 냉각수 리저버(4)에 수용된 엔진 냉각수가 보충 도관(7b) 및 제1냉각수도관(7a)을 통해 엔진 워터자켓(2) 측으로 보충될 수 있다.
한편, 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)에 의해 엔진 냉각수로부터 기체를 분리하는 작동은 정기적이고 지속적으로 이루어짐에 따라 엔진 냉각수 내에 용해되는 기체의 양에 비해 엔진 냉각수로부터 분리되는 기체의 양이 더 많아질 수 있고, 이를 통해 엔진 냉각수 내의 기체가 최소화될 수 있다.
라디에이터(3)의 입구(3a)에서 기체가 분리된 순수한 액체 상태의 엔진 냉각수는 라디에이터(3)의 내부유로를 통과한 후에 제1냉각수도관(7a)을 거쳐 엔진 워터자켓(2)의 입구(2a)로 유입될 수 있다.
냉각수 리저버(4)의 하부공간에 수용된 엔진 냉각수는 보충도관(7b)을 통해 제1냉각수도관(7a)으로 보충될 수 있고, 이렇게 보충된 엔진 냉각수는 워터 펌프(5)에 의해 재순환될 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 냉각시스템(1)을 도시한 도면이다.
도 11의 엔진 냉각시스템(1)은 라디에이터(3)의 상단에 장착된 압력캡(90)을 더 포함할 수 있고, 냉각수 리저버(4)는 외부에 대해 개방됨으로써 냉각수 리저버(4)의 내부압력은 대기압과 유사해질 수 있다. 이에, 도 11의 엔진 냉각시스템(1)은 냉각수 압력이 압력캡(90)에 의해 대기압과 유사한 설정압력을 유지하도록 구성될 수 있다. 냉각수 리저버(4)는 엔진 냉각수 및 기체를 수용하거나 엔진 냉각수를 배출하는 하나의 포트(4c)를 가질 수 있다.
압력캡(90)은 소통도관(9)을 통해 냉각수 리저버(4)의 포트(4c)에 연결될 수 있고, 이에 엔진 냉각수 기체 분리장치(10)에서 분리된 기체는 엔진 냉각수와 함께 소통도관(9)을 거쳐 냉각수 리저버(4)로 유입될 수 있다. 즉, 라디에이터(3)는 압력캡(90) 및 소통도관(9)을 통해 냉각수 리저버(4)와 소통가능하도록 구성될 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 라디에이터(3)의 상단에는 개구(96) 및 밸브시트(98)를 가진 넥(95)이 형성될 수 있고, 압력캡(90)이 넥(95)에 장착될 수 있다. 압력캡(90)은 라디에이터(3)의 내부압력이 설정압 보다 높아지면 넥(95)의 개구(96)를 개방함으로써 라디에이터(3)와 냉각수 리저버(4) 사이를 소통시키는 압력밸브(91) 및 라디에이터(3)의 내부압력이 설정압 보다 낮아지면 넥(95)의 개구(96)를 개방함으로써 라디에이터(3)와 냉각수 리저버(4) 사이를 소통시키는 부압밸브(92)를 포함할 수 있다.
압력밸브(91)는 넥(95)의 내부에 수직방향으로 이동함으로써 넥(95)의 밸브시트(98)와 접촉 내지 이격될 수 있다. 압력밸브(91)는 제1탄성부재(93)에 의해 하부방향으로 탄성지지(elastically biased)될 수 있다.
부압밸브(92)는 압력밸브(91)의 중심부에 상하 이동가능하게 장착될 수 있다. 부압밸브(92)는 제2탄성부재(94)에 의해 상부방향으로 탄성지지(elastically biased)될 수 있다.
라디에이터(3)의 내부압력이 설정압 보다 낮으면 도 13과 같이 압력밸브(91)는 제1탄성부재(93)의 탄성력에 의해 넥(95)의 밸브시트(98)와 접촉할 수 있다. 라디에이터(3)의 내부압력이 설정압 보다 높으면 도 13과 같이
라디에이터(3)의 내부압력이 설정압 보다 높으면 도 12과 같이 압력밸브(91)는 넥(95)의 밸브시트(98)로부터 이격되고, 부압밸브(92)는 압력밸브(91)와 접촉한다. 이에, 라디에이터(3)와 냉각수 리저버(4)는 소통도관(9)에 의해 서로 소통하고, 엔진 냉각수 및 기체는 라디에이터(3)로부터 냉각수 리저버(4)로 흘러들어갈 수 있다.
라디에이터(3)의 내부압력이 설정압 보다 낮으면 도 13과 같이 압력밸브(91)는 넥(95)의 밸브시트(98)와 접촉하고, 부압밸브(92)는 압력밸브(91)로부터 이격된다. 이에, 라디에이터(3)와 냉각수 리저버(4)는 소통도관(9)에 의해 서로 소통하고, 냉각수 리저버(4)에 수용된 엔진 냉각수가 라디에이터(3)로 흘러들어갈 수 있다(즉, 엔진 냉각수의 보충).
상술한 본 발명에 의하면, 냉각수회로를 순환하는 엔진 냉각수에서 기체를 지속적으로 분리함으로써 캐비테이션을 방지할 수 있고, 이를 통해 소음, 진동, 각 부품의 침식 내지 파손 등을 방지할 수 있으며, 엔진의 내구수명 등을 연장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 엔진 냉각수 내에서 기체를 지속적으로 분리함으로써 종래의 가압식 냉각수회로에 비해 냉각수회로 내의 압력을 저감할 수 있고, 이를 통해 냉각수회로의 원가 및 중량 등을 감소할 수 있다.
그리고, 본 발명은 가이드부재(12)의 유로(12a, 12c)를 선택적으로 제어하거나 유로에 대한 설계변경 등을 통해 기존의 서모스탯, 냉각수 조절밸브(coolant control valve) 등을 대체함으로써 엔진, 히팅유닛, 라디에이터 등으로 엔진 냉각수를 선택적으로 분배할 수도 있다.
그리고, 본 발명은 내연기관 차량의 엔진 냉각시스템 뿐만 아니라 환경차(전기자동차, 하이브리드 차량 등)의 엔진 냉각시스템에도 용이하게 적용할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 엔진 냉각시스템 2: 엔진 워터자켓
3: 라디에이터 4: 냉각수 리저버
5: 워터펌프 6: 냉각팬
10: 엔진 냉각수 기체분리장치
11: 하우징 11a: 입구
11b: 출구 12: 가이드부재
12a: 나선형 유로 12b: 직선형 유로
13: 엑츄에이터 18: 컨트롤러

Claims (17)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 입구 및 출구를 가진 하우징; 및
    상기 하우징의 내부에 회전가능하게 장착되고, 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로 및 엔진 냉각수의 직선형 흐름을 선택적으로 유도하는 직선형 유로를 가진 가이드부재;를 포함하고,
    상기 가이드부재는 상기 나선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제1작동위치, 및 상기 직선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제2작동위치 사이로 이동하도록 구성된 엔진 냉각수 기체 분리장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 나선형 유로는 상기 가이드부재의 외면에 일정 피치로 형성된 나선형 홈인 엔진 냉각수 기체 분리장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 직선형 유로는 상기 가이드부재의 외면에 상기 가이드부재의 길이방향을 따라 연장된 직선형 홈인 엔진 냉각수 기체 분리장치.
  6. 엔진에 제공된 엔진 워터자켓;
    상기 엔진 워터자켓에서 배출된 엔진 냉각수를 냉각하는 라디에이터;
    엔진 냉각수를 상기 엔진 워터자켓 및 상기 라디에이터 사이로 강제로 순환시키는 워터펌프;
    상기 엔진 워터자켓 및 상기 라디에이터 사이에 배치된 냉각수 리저버; 및
    상기 엔진 워터자켓 및 상기 라디에이터 사이에 배치되고, 상기 라디에이터 및 상기 엔진 워터자켓 사이로 순환하는 엔진 냉각수에서 기체를 분리하도록 구성된 엔진 냉각수 기체 분리장치;를 포함하고,
    상기 엔진 냉각수 기체 분리장치는, 엔진 냉각수를 수용하는 입구 및 엔진 냉각수를 배출하는 출구를 가진 하우징, 및 상기 하우징의 내부를 통과하는 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 허용하는 가이드부재를 포함하며,
    상기 가이드부재는 엔진 냉각수의 나선형 흐름을 유도하는 나선형 유로와, 엔진 냉각수의 직선형 흐름을 유도하는 직선형 유로를 포함하는 엔진 냉각시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 가이드부재는 상기 나선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제1작동위치, 및 상기 직선형 유로가 상기 하우징의 입구와 소통하는 제2작동위치 사이로 이동하도록 구성된 엔진 냉각시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 라디에이터의 출구는 제1냉각수도관을 통해 상기 엔진 워터자켓의 입구와 소통하는 엔진 냉각시스템.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 하우징의 입구는 제2냉각수도관을 통해 상기 엔진 워터자켓의 출구와 소통하는 엔진 냉각시스템.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 하우징의 출구는 제3냉각수도관을 통해 상기 라디에이터의 입구와 소통하는 엔진 냉각시스템.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉각수 리저버는 입구 및 출구를 가지고,
    상기 냉각수 리저버의 입구는 소통도관을 통해 상기 라디에이터의 입구와 소통하며,
    상기 냉각수 리저버의 출구는 보충도관을 통해 상기 엔진 워터자켓의 입구와 소통하는 엔진 냉각시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 냉각수 리저버의 입구는 상기 냉각수 리저버의 상단에 위치하는 엔진 냉각시스템.
  15. 청구항 6에 있어서,
    상기 라디에이터는 압력캡을 더 포함하고, 상기 압력캡은 소통도관을 통해 상기 냉각수 리저버에 연결되며,
    상기 압력캡은,
    상기 라디에이터의 내부압력이 설정압 보다 높으면 상기 라디에이터와 상기 냉각수 리저버 사이를 소통시키는 압력밸브; 및
    상기 라디에이터의 내부압력이 설정압 보다 낮아지면 상기 라디에이터와 상기 냉각수 리저버 사이를 소통시키는 부압밸브를 포함하는 엔진 냉각시스템.
  16. 청구항 3에 있어서,
    엔진의 RPM이 설정값 이상인 엔진의 고RPM영역일 때, 상기 가이드부재는 제1작동위치로 이동하도록 구성되고,
    엔진의 RPM이 설정값 미만인 엔진의 저RPM영역일 때, 상기 가이드부재는 제2작동위치로 이동하도록 구성된 엔진 냉각수 기체 분리장치.
  17. 청구항 9에 있어서,
    엔진의 RPM이 설정값 이상인 엔진의 고RPM영역일 때, 상기 가이드부재는 제1작동위치로 이동하도록 구성되고,
    엔진의 RPM이 설정값 미만인 엔진의 저RPM영역일 때, 상기 가이드부재는 제2작동위치로 이동하도록 구성된 엔진 냉각시스템.
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