KR19990008697U - 냉각수 순환제어기능을 갖는 수냉엔진의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 시동초기 실린더 헤드의 온도가 낮아 연료가 불연소되면서 유해한 연소가스가 발생되는 것을 줄일 수 있도록 한 것으로, 이는 실린더 헤드의 물자켓에 온도센서와 밸브를 각각 설치하고, 엔진의 시동후 실린더 헤드에 충진되어있는 냉각수의 온도가 적정 작동온도에 도달하기까지 냉각수의 흐름을 차단하도록 된 냉각수 순환제어기능을 갖는 수냉엔진의 냉각장치에 관한 것이다.

Description

냉각수 순환제어기능을 갖는 수냉엔진의 냉각장치.

본 고안은 냉각수 순환제어기능을 갖는 수냉엔진의 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 시동초기 냉각수의 온도가 적정 동작온도에 도달하기까지 실린더 헤드에 충진된 냉각수가 순환되지 않도록 하여 실린더 헤드의 가열시간을 단축할 수 있도록 하는 냉각수 순환제어기능을 갖는 수냉엔진의 냉각장치에 관한 것이다. 더 나아가서는 엔진의 가열시간을 단축하여 연료의 연소율을 향상시킴과 동시에 엔진의 출력을 보다 빠르게 정상출력까지 이끌어낼 수 있도록 한 것이다.

엔진의 실린더 내에서 혼합기가 연소될 때 발생되는 연소가스의 최대온도는 대략 2500℃정도에 달한다. 이 열 중의 일부는 실린더 블록, 실린더 헤드, 그리고 피스톤에 전달되는데 이를 제거하지 않으면 엔진은 곧 과열되게 된다. 즉 실린더 블록의 온도가 약 200℃∼600℃ 정도를 넘지 않도록 냉각해야 하는데, 이는 실린더 블록과 실린더 헤드의 온도가 높아지면 유막이 파손되고 윤활유가 고유의 윤활특성을 상실하기 때문이다. 또한 엔진은 윤활유 고유의 특성을 유지되는 최고 한계온도 부근에서 최고의 성능을 발휘하게 되므로 연소가스에 의해서 실린더 헤드나 실린더 블록에서 발생되는 열을 너무 낮추게 되면 엔진의 열효율이 낮아진다는 점을 유의해야 한다.

이렇게 모든 주행조건과 전속도범위에 걸쳐서 엔진의 정상 작동온도를 유지하도록 하는 냉각장치는 크게 공냉식과 수냉식으로 대별되는데, 공냉식 냉각장치는 엔진을 감싸고 있는 냉각핀을 차가운 외부공기에 노출시켜 혼합기 연소시 실린더 헤드와 실린더 블록을 포함하는 엔진에서 발생되는 열을 발산시키는 방식으로서 주로 소형엔진에 사용되고, 수냉식 냉각장치는 실린더 헤드와 실린더 블록 내에 형성된 물자켓(Water Jacket)을 통해서 물을 강제 순환시켜 엔진의 온도를 조절하는 방식으로서 대부분의 차량에 채용되고 있다.

이러한 냉각장치 중 수냉식 냉각장치의 일 실시예에 대해서 도 1에 의해서 살펴보면, 엔진의 실린더 헤드(105)와 실린더 블록(108)에는 물자켓(106a)(106b)가 형성되어있고, 이 물자켓(106a)에는 냉각수 유입통로(102)에 의해서 데모스탯 밸브(104)를 통해서 라디에이터(101)가 접속되어있으며, 물자켓(106a)과 물자켓(106b) 사이에는 냉각수를 강제순환시키는 순환펌프(107)를 설치한후 이 물자켓(106b)의 출구측에는 냉각수 유출통로(103)를 통해서 라디에이터(101)와 연결되어있다.

또한 실린더 헤드(105)의 물자켓(106b)과 냉각수 유출통로(103)의 접속점에는 연결통로(111b)가 연장되고, 실린더 블록(108)의 물자켓(106a)과 냉각수 유 입통로(103)의 접속점에는 연결통로(111a)가 연장되며, 이 연결통로(111a)(111b)의 단부에는 각각 히터(109)와 스로틀바디(110)가 설치되어있다.

밀폐된 물자켓(106a)(106b) 내의 냉각수를 강제로 순환시키는 순환펌프(107)는 엔진의 물자켓(106a)(106b)의 입구와 물자켓(106a)(106b) 출구간의 온도차가 약 5℃∼7℃∼정도로 유지되도록 냉각수를 순환시키는데, 물자켓(106a)(106b)의 입구와 출구간의 온도차가 작으면 엔진이 받은 열응력은 문제가 되지 않으므로 엔진의 정상 작동온도 80℃∼90℃에 도달하지 않았을 경우 데모스탯 밸브(104)는 닫힌 상태를 유지한다.

이에따라 냉각수는 라디에이터(101)를 통과하지 않고 엔진의 실린더 헤드(105)와 실린더 블록(108)에 형성되어있는 물자켓(106a)(106b)만을 순환하면서 연료연소시 발생되는 실린더 헤드(105)와 실린더 블록(108)의 열을 냉각시키게 된다. 즉 데모스탯 밸브(104)가 닫힌 상태를 유지함으로써 물자켓(106a)(106b)을 순환하는 냉각수는 순환펌프(107)에 의해서 냉각수 바이패스통로와 엔진의 물자켓(106a)(106b)만을 순환하면서 실린더 헤드(105)와 실린더 블록(108)의 발생열을 낮춘다.

또한 엔진이 정상 동작온도 80℃∼90℃에 도달하면 데모스탯 밸브(104)가 열리면서 냉각수는 데모스탯 밸브(104)와 라디에이터(101)를 차례로 통과한 다음 다시 순환펌프(107)로 유입된다. 이어서 순환펌프(107)에 의해 엔진의 물자켓(106a) (106b)으로 보내진 냉각수는 데모스탯 밸브(104)와 라디에이터(101)를 거쳐서 다시 순환펌프(107)로 유입되는 순환회로를 구성하면서 연료연소시 발생되어 실린더 헤드(105)와 실린더 블록(108)에 전도된 열을 냉각시키게 된다.

그리고 물자켓(106a)(106b)을 순환하는 가열된 냉각수는 연결통로(111a) (111b)를 통해서 히터(109)와 스로틀바디(110)를 순환하면서 실내공기를 가열하는 한편, 연소실에 유입되는 공기를 가열하는 역할을 수행한다.

그러나 엔진의 동작초기에 서모스탯 밸브가 닫힌 상태를 유지하여 라디에이터와 물자켓 사이의 냉각수 순환은 이루어지지 않으나, 실린더 헤드와 실린더 블록의 물자켓에 충진되어있는 냉각수가 순환하면서 실린더 헤드를 냉각시키기 때문에 실린더 헤드의 온도가 적정 작동온도까지 올라가는 오랜 시간이 소요되는 결점을 가진다. 즉 실린더 헤드의 온도가 적정 작동온도인 80℃∼90℃까지 올라가는데 긴 시간이 소요되기 때문에 그 동안 연소실에서 연소되는 연료가 불완전연소되어 유해한 성분(탄화수소)을 포함한 배기가스를 배출하게 되는 것이다.

이에 본 고안은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기위해서 제안된 것으로, 엔진의 시동초기 냉각수의 온도가 적정 동작온도(80℃∼90℃)에 도달하기까지 실린더 헤드에 충진된 냉각수가 순환되지 않도록 하여 실린더 헤드의 가열시간을 단축함으로써 연료의 연소율을 향상시킴과 동시에 엔진의 출력을 보다 빠르게 정상출력까지 이끌어낼 수 있도록 한 냉각수 순환제어기능을 갖는 수냉엔진의 냉각장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래 수냉엔진의 냉각장치를 보인 개략 구성도,

도 2는 본 고안에 따른 수냉엔진의 냉각장치를 보인 개략 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 라디에이터 2 : 냉각수 유입통로

3 : 냉각수 유출통로 4 : 서모스탯 밸브

5 : 실린더 헤드 6a, 6b : 물자켓

7 : 순환펌프 8 : 실린더 블록

9 : 히터 10 : 스로틀바디

11a, 11b : 연결통로 12 : 밸브

13 : 온도센서 14 : 액츄에이터

상기한 바와같은 목적을 달성하기위한 본 고안은 라디에이터와, 실린더 헤드와 실린더 블록에 형성된 물자켓과, 물자켓과 라디에이터를 연결하는 냉각수 유출/유입통로와, 물자켓의 공급되는 냉각수를 순환로를 선택하는 데모스탯 밸브와, 물자켓의 냉각수를 강제순환시키는 순환펌프와, 연결통로에 의해 물자켓에 연결된 히터 그리고 스로틀바디를 포함하여 구성된 수냉엔진의 냉각장치에 있어서, 물자켓에 충진된 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서와, 실린더 블록의 물자켓에 설치되며 온도센서의 온도값을 인가받은 엔진 전자제어장치의 제어하에 동작되는 액츄에이터에 연동되어 개폐되는 밸브를 포함하여 구성되어짐을 특징으로 한다.

이하 본 고안의 일 실시예에 따른 구성을 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 수냉엔진의 냉각장치를 보인 개략 구성도로서, 실린더 블록(8)의 상부에 실린더 헤드(5)가 안착되어 결합되어있는 엔진의 내부에는 냉각수 유입통로(2)와 냉각수 유출통로(3)에 의해서 냉각장치, 즉 라디에이터(1)와 연결되어있는 물자켓(6a)(6b)이 형성되어있다.

실린더 헤드(5)와 실린더 블록(8)에 형성되어있는 물자켓(6a)에는 냉각수 유입통로(2)에 의해서 데모스탯 밸브(4)를 통해서 라디에이터(1)가 접속되어있으며, 물자켓(6a)과 물자켓(6b) 사이에는 냉각수를 강제순환시키는 순환펌프(7)를 설치한후 이 물자켓(6b)의 출구측에는 냉각수 유출통로(3)를 통해서 라디에이터(1)와 연결되어있다.

또한 실린더 헤드(5)의 물자켓(6b)과 냉각수 유출통로(3)의 접속점에는 연결통로(11b)가 연장되고, 실린더 블록(8)의 물자켓(6a)과 냉각수 유입통로(3)의 접속점에는 연결통로(11a)가 연장되며, 이 연결통로(11a)(11b)의 단부에는 각각 히터(9)와 스로틀바디(10)가 설치되어있다.

그리고 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서(13)가 물자켓(6b)에 설치되며, 온도센서(13)의 온도값을 인가받은 엔진 전자제어장치의 제어하에 개폐되는 밸브(12)가 실린더 블록(8)의 물자켓(6a)에 설치되어있다.

이와같이 구성된 본 고안의 작용을 설명한다.

엔진 시동초기 물자켓(6a)(6b)에 순환되는 냉각수의 온도가 적정 작동온도보다 낮은 온도이기 때문에 서모스탯 밸브(4)가 닫힌 상태를 유지하여 물자켓(6a) (6b)과 라디에이터(1) 사이의 냉각수 순환이 이루어지지 않는다.

또한, 온도센서(13)에 의해 감지되어 미도시된 엔진 전자제어장치에 인가되는 물자켓(6b)의 냉각수의 온도 또한 적정온도이하이기 때문에 액츄에이터(14)가 구동되지 않아 밸브(12)가 닫힌 상태를 유지한다. 즉 실린더 블록(8)에 형성된 물자켓(6a)과 실린더 헤드(5)에 형성된 물자켓(6b)에 충진된 냉각수도 순환되지 않아 연료 연소시 발생되는 연소열에 의해서 실린더 헤드(5)가 보다 빠른 시간내에 가열되어진다. 이에따라 연료의 불완전 연소시간을 단축할 수 있으며, 엔진의 정상출력을 보다 빠르게 얻을 수 있는 것이다.

이어서 데모스탯 밸브(4)에 가해지는 냉각수의 온도나 온도센서(13)에 의해 감지되는 냉각수의 온도가 적정 작동온도 80℃∼90℃로 검출되면 데모스탯 밸브(4)가 열림과 동시에 적정 작동온도를 인지한 엔진 제어장치의 제어하에 액츄에이터(14)가 작동되어 밸브(12)가 열리면서 냉각수는 데모스탯 밸브(4)와 라디에이터(1)를 차례로 통과한 다음 다시 순환펌프(7)로 유입되면서 순환펌프(7)에 의해 엔진의 물자켓(6a)(6b)을 순환함으로써 연료연소시 발생되어 실린더 헤드(5)와 실린더 블록(8)에 전도된 열을 냉각시키게 된다.

물론 물자켓(6a)(6b)을 순환하는 가열된 냉각수는 연결통로(11a)(11b)를 통해서 히터(9)와 스로틀바디(10)를 순환하면서 실내공기를 가열하는 한편, 연소실에 유입되는 공기를 가열하여 실내공기를 쾌적하게 함과 동시에 연료의 연소율을 향상시키게 된다.

이상에서와 같이 본 고안은 실린더 블록에 형성된 물자켓에 밸브를 설치하고, 실린더 헤드에 형성된 물자켓에 온도센서를 설치하여 시동초기, 즉 실린더 헤드를 순환하는 냉각수의 온도가 적정 작동온도이하일 때 서모스탯을 닫힌 상태를 유지함과 동시에 밸브가 닫힌 상태를 유지하도록 함으로써, 냉각수의 순환을 차단하여 실린더 헤드의 가열시간을 단축할 수 있는 것이다. 즉 실린더 헤드의 가열시간을 단축함으로써, 연소실에서의 불완전연소시간이 줄어 유해한 연소가스의 배출시간을 줄일 수 있으며, 나아가서는 엔진의 출력을 보다 빠르게 정상화시켜 차량의 초기 출력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 라디에이터(1)와, 실린더 헤드(5)와 실린더 블록(8)에 형성된 물자켓(6a) (6b)과, 물자켓(6a)(6b)과 라디에이터(1)를 연결하는 냉각수 유출/유입통로(2)(3)와, 물자켓(6a)(6b)의 공급되는 냉각수를 순환로를 선택하는 데모스탯 밸브(4)와, 물자켓(6a)(6b)의 냉각수를 강제순환시키는 순환펌프(7)와, 연결통로(11a)(11b)에 의해 물자켓(6a)(6b)에 연결된 히터(9) 그리고 스로틀바디(10)를 포함하여 구성된 수냉엔진의 냉각장치에 있어서,

   물자켓(6b)에 충진된 냉각수의 온도를 감지하는 온도센서(13)와;

   실린더 블록(8)의 물자켓(6a)에 설치되며 온도센서(13)의 온도값을 인가받은 엔진 전자제어장치의 제어하에 개폐되는 밸브(12)를 포함하여 구성되어짐을 특징으로 하는 냉각수 순환제어기능을 갖는 수냉엔진의 냉각장치.