KR19990015334U - 자동차의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차의 냉각장치에 관한 것으로, 엔진과 라디에이터를 연결하는 냉각수 유로에 설치되어 그 냉각수 유로를 선택적으로 개폐시키는 냉각수 유로 개폐수단과, 상기 냉각수 유로 개폐수단을 구동시키는 액츄에이터와, 차량의 각종 데이터 및 냉각수온 센서의 신호를 받아 액츄에이터를 제어하는 전자 제어 유닛을 포함하여 구성한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 전자 제어 유닛(ECU)을 채용하여 냉각수온 센서 및 차량의 각종 데이터 신호로 냉각수의 흐름을 제어함으로써 효율을 보다 향상시키고, 또한 냉각수의 효율적인 제어로 워밍 업(warming up) 시간의 단축에 기여한다.

Description

자동차의 냉각장치

본 고안은 자동차의 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자 제어 유닛(ECU)을 채용하여 냉각수온 센서 및 차량의 각종 데이터 신호로 냉각수의 흐름을 제어함으로써 효율을 보다 향상시키고, 또한 냉각수의 효율적인 제어로 워밍 업(warming up) 시간의 단축에 기여할 수 있게 한 자동차의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 냉각장치(cooling system)는 엔진을 냉각하여 과열을 방지하고, 또한 적당한 온도로 유지시키는 중요한 역할을 한다. 통상 실린더 내부의 연소 가스 온도는 약 2,000 ∼ 2,500 ℃에 이르며, 이 열의 상당량이 실린더 내벽, 실린더 헤드, 피스톤 및 밸브 등에 전도된다. 이러한 부분에서의 온도가 너무 높아지면 부품 재료의 강도가 저하되어 실린더에 변형을 일으키거나 또는 실린더 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량 현상이 발생되며, 심할 경우 엔진을 손상시켜 고장의 원인이 되고, 엔진의 수명이 단축된다. 뿐만 아니라, 연소 상태도 나빠져 노킹 또는 조기 점화를 일으켜 엔진의 출력이 저하된다.

이와는 반대로, 엔진이 너무 냉각되는 경우에는 연소에 의해 발생된 열 중에서 냉각으로 상실되는 양이 많아져 엔진의 열효율을 저하시켜 연료 소비가 증대된다.

따라서, 엔진의 온도를 약 80 ∼ 90 ℃로 유지시키는 것이 자동차 냉각장치의 기능이라 볼 수 있다.

한편, 엔진을 냉각시키는 방식에는 외기를 이용하여 엔진의 외부를 직접 냉각시키는 공랭식과, 냉각수를 엔진의 내부로 순환시켜 냉각하는 수냉식이 알려지고 있는 바, 이하에서는 냉각 효율이 월등하게 우수한 수냉식 냉각장치에 대하여 설명하기로 한다.

즉, 수냉식 냉각장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(1)을 냉각시키기 위하여 라디에이터(radiator)(2)와, 워터 펌프(water pump)(3)와, 워터 재킷(water jacket)(4)과, 수온 조절기인 서모스탯(thermostat)(5), 냉각팬(6) 및 바이패스 호스(bypass hose)(7) 등으로 구성되어 있다.

상기와 같은 수냉식 냉각장치에 의하면, 워터 펌프(3)에 의해 냉각수를 워터 재킷(4)으로 순환시켜 엔진(1)의 실린더 블록 및 실린더 헤드를 방열시키는 동시에 라디에이터(2)로 강제로 순환시키게 된다. 이 때, 상기 워터 펌프(3)에 일체로 구성된 냉각팬(6)이 회전되면서 라디에이터(2)로 외기를 공급하여 냉각수의 방열 효과를 향상시키게 된다.

한편, 상기 워터 재킷(4)과 라디에이터(2)의 사이에 형성된 냉각수 유로에는 서모스탯(5)이 설치되어 있어, 온도에 따라서 냉각수의 순환 경로를 변경시키도록 구성되어 있다.

상기 서모스탯(5)의 작용을 보다 상세하게 설명하면, 도 2a에 도시한 바와 같이, 엔진(1)이 시동된 후 냉각수 온도가 낮을 경우, 즉 워밍 업(warming up) 전에는 냉각수가 라디에이터(2)로 전달되지 않고 바이패스 호스(7)와 워터 펌프(3)를 통해 엔진(1)으로 다시 순환됨으로써 빠른 워밍 업을 촉진시키게 된다.

이 후, 엔진(1)의 냉각수 온도가 예를 들어, 약 70 ∼ 80℃정도로 가열되면 도 2b에 도시한 바와 같이, 서모스탯(5)이 열리면서 냉각수가 라디에이터(2)로 흘러들어가 냉각되고, 그 라디에이터(2)에서 냉각된 물은 다시 워터 펌프(3)를 통해 엔진(1)으로 공급되는 것이다.

상기 서모스탯(5)도 여러 가지 형태가 알려지고 있으며, 그 중에서 펠릿형(pellet type) 서모스탯(5)의 전형적인 구조를 첨부 도면에 의하여 설명하면, 도 3 및 도 4a,b에 도시한 바와 같이, 케이스(11)의 중간부에 펠릿(12)이 세워져 있으며, 그 펠릿(12)에는 스핀들(spindle)(13)이 결합되어 있고, 그 스핀들(13)의 상단부는 케이스(11)의 상단 중간부에 지지되어 있다. 상기 펠릿(12)에는 냉각수 유로를 개폐시키는 밸브(14) 및 그 밸브(14)를 탄성적으로 지지하는 압축 스프링(15)이 결합되어 있고, 상기 펠릿(12)의 내부에는 고무(16) 및 왁스(wax)(17)가 충진되어 있다.

도 4a는 냉각수 온도가 낮은 경우를 보인 것으로, 펠릿(12)의 내부에 충진된 왁스(17)가 팽창하지 않은 상태이며, 따라서 압축 스프링(15)의 복원력에 의하여 밸브(14)가 상방향으로 힘을 받게 되고, 그 밸브(14)에 의해 냉각수가 라디에이터(2)의 방향으로 흐르는 것을 차단시키게 된다.(도 2a 참조)

이와 같은 상태에서 냉각수의 온도가 70 ∼ 80℃정도로 높아지면, 펠릿(12)의 내부에서 왁스(17)가 팽창하여 고무(16)를 압축시키게 되는 바, 상기 고무(16)의 압축으로 스핀들(13)을 밀어 올리려고 하지만, 그 스핀들(13)의 상단부가 케이스(11)에 고정되어 있으므로 하방향으로 힘을 받게 된다.

이에 따라서, 밸브(14)가 압축 스프링(15)의 탄성을 이기며 하강하여 냉각수 유로를 개방시킴으로써 냉각수가 라디에이터(2)의 방향으로 흐르게 된다.(도 2b 참조)

반대로, 냉각수의 온도가 낮아지면, 펠릿(12)의 내부에서 팽창된 왁스(17)가 수축되는 동시에 고무(16)의 압축이 제거되며, 펠릿(12)이 압축 스프링(15)에 의해 원래의 위치로 복귀하게 됨으로써 도 4a와 같이 냉각수의 흐름을 다시 차단시키게 된다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 자동차의 냉각장치는, 냉각수의 온도에 따라서 서모스탯(5)이 자동적으로 작동되어 냉각수의 흐름을 조절하는 것으로서, 차량의 상태를 전혀 고려하지 않고 오직 냉각수의 온도로만 서모스탯(5)를 제어함에 따라 서모스탯(5)의 제어가 비효율적이며, 또한 서모스탯(5)의 비효율적인 제어 동작으로 워밍 업 시간을 효과적으로 단축시키지 못하는 등의 여러 단점이 있었다.

따라서, 본 고안의 주 목적은 전자 제어 유닛(ECU)를 채용하여 냉각수온 센서 및 각종 데이터의 신호로 냉각수의 흐름을 제어함으로써 효율을 보다 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 냉각장치를 제공하려는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 냉각수의 효율적인 제어로 워밍 업 시간의 단축에 기여할 수 있도록 한 자동차의 냉각장치를 제공하려는 것이다.

도 1은 일반적인 자동차의 수냉식 냉각장치의 구성도.

도 2a,b는 일반적인 수냉식 냉각장치의 회로 구성을 보인 것으로,

도 2a는 워밍 업 전의 상태를 보인 냉각 회로도.

도 2b는 워밍 업 후의 상태를 보인 냉각 회로도.

도 3은 일반적인 수냉식 냉각장치를 구성하는 펠릿형 서모스탯의 사시도.

도 4a,b는 도 3에 도시한 펠릿형 서모스탯의 구성 및 작용을 보인 것으로,

도 4a는 냉각수 온도가 낮은 경우의 단면도.

도 4b는 냉각수 온도가 높을 경우의 단면도.

도 5는 본 고안에 의한 자동차의 냉각장치를 보인 구성도.

도 6a,b는 본 고안에 의한 자동차의 냉각장치의 실시례를 설명하기 위한 것으로,

도 6a는 냉각수의 온도가 낮아 냉각수의 흐름을 차단시킨 상태의 구성 및 작용도.

도 6b는 냉각수의 온도가 높아 냉각수의 흐름을 가능하게 한 상태의 구성 및 작용도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 ; 엔진 22 ; 라디에이터

23 ; 냉각수 유로 24 ; 액츄에이터

25 ; 냉각수온 센서 26 ; 전자 제어 유닛

27 ; 솔레노이드 27a ; 몸체

27b ; 플런저 28 ; 유로 차단부재

상기한 본 고안의 목적을 달성하기 위하여, 엔진의 내부를 순환한 냉각수가 일정 온도 이상일 경우 라디에이터로 순환되면서 냉각되도록 구성한 자동차의 냉각장치에 있어서, 엔진과 라디에이터를 연결하는 냉각수 유로에 설치되어 그 냉각수 유로를 선택적으로 개폐시키는 냉각수 유로 개폐수단과, 상기 냉각수 유로 개폐수단을 구동시키는 액츄에이터와, 차량의 각종 데이터 및 냉각수온 센서의 신호를 받아 액츄에이터를 제어하는 전자 제어 유닛을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 자동차의 냉각장치가 제공된다.

상기 액츄에이터는 몸체의 내부에 플런저가 출몰 가능하도록 결합된 솔레노이드로 구성한다.

상기 냉각수 유로 개폐수단은 플런저의 선단부에 고정되어 직선 이동되면서 냉각수 유로를 개폐시키는 유로 차단부재로 구성한다.

이하, 본 고안에 의한 자동차의 냉각장치를 첨부 도면에 도시한 실시례에 따라서 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 고안에 의한 자동차의 냉각장치를 보인 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 고안에 의한 자동차의 냉각장치는, 엔진(21)과 라디에이터(22)를 연결하는 냉각수 유로(23)에 설치되어 그 냉각수 유로(23)를 선택적으로 개폐시키는 냉각수 유로 개폐수단과, 상기 냉각수 유로 개폐수단을 구동시키는 액츄에이터(24)와, 차량의 각종 데이터 및 냉각수온 센서(25)의 신호를 받아 액츄에이터(24)를 제어하는 전자 제어 유닛(ECU)(26)을 포함하여 구성한다.

상기 냉각수온 센서(25)는 엔진(21)의 소정 부위에 설치되어 냉각수의 온도를 정확하게 측정하고, 그 측정값을 전자 제어 유닛(26)으로 전달하는 역할을 한다.

한편, 도 6a,b는 본 고안에 의한 자동차의 냉각장치의 실시례를 설명하기 위한 것으로, 액츄에이터(24)의 일실시례로서, 몸체(27a)의 내부에 플런저(27b)가 출몰 가능하도록 결합된 솔레노이드(27)인 것을 특징으로 한다.

상기한 본 고안에 의한 액츄에이터(24)의 일실시례로서 솔레노이드(27)로 설명하였으나, 꼭 이에 한정하는 것은 아니며 동일한 기능을 수행하는 어떠한 부품을 사용하는 것도 가능하다.

또한, 냉각수 유로 개폐수단은 솔레노이드(27)의 플런저(27b)에 결합고정되는 유로 차단부재(28)로 구성한다.

상기 유로 차단부재(28)의 재질은 액츄에이터(24)의 구동으로 직선 왕복이동되면서 냉각수 유로(23)를 효과적으로 차단시키는 것이라면 어떠한 것이어도 무방하다.

상기 냉각수 유로(23)의 소정 부위에는 유로 차단부재(28)가 도피하기 위한 도피 공간(29)이 형성되어 있어, 유로 차단부재(28)의 후퇴시 냉각수의 흐름이 원활하도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 고안에 의한 자동차 냉각장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량의 각종 데이터 및 냉각수온 센서(25)에 의해 냉각수의 공급이 불필요하거나 냉각수의 온도가 낮을 경우에는 도 6a에 도시한 바와 같이, 전자 제어 유닛(26)에 의하여 솔레노이드(27)를 구동시키지 않으며, 따라서 솔레노이드(27)의 플런저(27b)가 몸체(27a)로부터 돌출되어 냉각수 유로(23)를 차단시키게 됨으로써 엔진(21)의 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터(22)로 공급되지 않는 것이다.

한편, 차량의 각종 데이터 및 냉각수온 센서(25)에 의해 냉각수의 공급이 요구하거나 냉각수의 온도가 기준 온도보다 높을 경우에는 도 6b에 도시한 바와 같이, 전자 제어 유닛(26)의 신호가 솔레노이드(27)로 전달되어 플런저(27b)를 몸체(27a)의 내부로 이동시키며, 따라서 유로 차단부재(28)가 냉각수 유로(23)에서 벗어나 도피 공간(29)에 위치하게 되므로 엔진(21)의 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터(22)로 공급되어 순환되면서 냉각된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 의한 자동차의 냉각장치는, 엔진과 라디에이터를 연결하는 냉각수 유로에 설치되어 그 냉각수 유로를 선택적으로 개폐시키는 냉각수 유로 개폐수단과, 상기 냉각수 유로 개폐수단을 구동시키는 액츄에이터와, 차량의 각종 데이터 및 냉각수온 센서의 신호를 받아 액츄에이터를 제어하는 전자 제어 유닛을 포함하여 구성함으로써 냉각수온 센서 및 차량의 각종 데이터 신호로 냉각수의 흐름을 제어하여 효율을 보다 향상시키고, 또한 냉각수의 효율적인 제어로 워밍 업 시간을 단축시키는 등의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 엔진의 내부를 순환한 냉각수가 일정 온도 이상일 경우 라디에이터로 순환되면서 냉각되도록 구성한 자동차의 냉각장치에 있어서,

   엔진과 라디에이터를 연결하는 냉각수 유로에 설치되어 그 냉각수 유로를 선택적으로 개폐시키는 냉각수 유로 개폐수단과, 상기 냉각수 유로 개폐수단을 구동시키는 액츄에이터와, 차량의 각종 데이터 및 냉각수온 센서의 신호를 받아 액츄에이터를 제어하는 전자 제어 유닛을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 자동차의 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 액츄에이터는 몸체의 내부에 플런저가 출몰 가능하도록 결합된 솔레노이드인 것을 특징으로 하는 자동차의 냉각장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각수 유로 개폐수단은 플런저의 선단부에 고정되어 직선 이동되면서 냉각수 유로를 개폐시키는 유로 차단부재인 것을 특징으로 하는 자동차의 냉각장치.