KR19990032797U

KR19990032797U - Automotive Coolant Temperature Control

Info

Publication number: KR19990032797U
Application number: KR2019970045563U
Authority: KR
Inventors: 김규완
Original assignee: 정몽규; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 1999-07-26

Abstract

본 고안은 배기가스의 일부를 워터펌프 쪽으로 다시 유입시켜 엔진으로 공급되는 냉각수의 온도를 상승시킴으로써, 초기 냉시동시에 실린더 라이너의 온도를 높여 구성부품의 수명을 연장하고 유해가스의 배출을 최대한 억제할 수 있는 자동차용 냉각수 온도 제어장치에 관한 것으로, 이 냉각수 온도 제어장치는 임펠러(28)의 회전에 따라 상기 라디에이터(12)로부터 냉각수가 유입되는 유입구(20a)와, 유입된 냉각수를 실린더 블록(2)으로 공급하는 배출구(20b)를 지니며, 이 배출구(20b)와 인접한 곳에는 배기가스 챔버(20c)가 형성되어 있는 워터펌프(20)와, 배기 다기관(32)을 통해 배출되는 배기가스의 일부를 워터펌프(20)의 배기가스 챔버(20c)로 공급하는 바이패스 라인(38)과, 바이패스 라인(38)에 설치되어 배기가스의 공급을 제어하는 솔레노이드(52)와, 냉각수 센서(54)에서 전달되는 냉각수의 온도에 따라 솔레노이드(38)의 작동상태를 제어하는 ECU(52)로 구성되어 있다.The present invention reintroduces a part of the exhaust gas to the water pump to increase the temperature of the cooling water supplied to the engine, thereby increasing the temperature of the cylinder liner during initial cold start, extending the life of the components and restraining the emission of harmful gases to the maximum. The cooling water temperature control device for a vehicle, which is connected to the cooling water temperature control device in accordance with the rotation of the impeller 28, the inlet port (20a) through which the coolant flows from the radiator 12, and the coolant flowed into the cylinder block (2) And a water pump 20 having an exhaust gas chamber 20c formed near the outlet 20b and a portion of the exhaust gas discharged through the exhaust manifold 32. A bypass line 38 for supplying water to the exhaust gas chamber 20c of the water pump 20, a solenoid 52 provided in the bypass line 38 to control the supply of exhaust gas, and cooling. Consists of an ECU 52 that controls the operating state of the solenoid 38 in accordance with the temperature of the coolant delivered from the water sensor 54.

Description

Automotive Coolant Temperature Control

본 고안은 자동차용 냉각수 온도 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배기가스의 일부를 워터펌프 쪽으로 다시 유입시켜 엔진으로 공급되는 냉각수의 온도를 상승시킴으로써, 초기 냉시동시에 실린더 라이너의 온도를 높여 구성부품의 수명을 연장하고 유해가스의 배출을 최대한 억제할 수 있는 자동차용 냉각수 온도 제어장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling water temperature control device for an automobile, and more particularly, by increasing the temperature of the cooling water supplied to the engine by flowing a portion of the exhaust gas back to the water pump, to increase the temperature of the cylinder liner during the initial cold start configuration The present invention relates to a cooling water temperature control device for an automobile capable of extending the life of components and minimizing the emission of harmful gases.

일반적으로, 자동차용 엔진에서 혼합기의 연소시에 발생되는 연소열은 상당히 고온이며, 이 열의 상당량은 실린더 블록이나 실린더헤드 및 피스톤 등에 전달된다. 따라서, 차량에서는 엔진의 과열을 방지함과 동시에, 피스톤이나 피스톤 링과 같은 각각의 부품들이 일정온도 이상으로 상승되는 것을 막아 내구성을 증대시키고 그 기능을 최적화하기 위해 냉각장치를 사용한다.In general, the heat of combustion generated during the combustion of a mixer in an automobile engine is quite high, and a significant amount of this heat is transferred to cylinder blocks, cylinder heads and pistons. Therefore, in the vehicle, a cooling device is used to prevent overheating of the engine and at the same time to prevent the respective parts such as the piston and the piston ring from rising above a certain temperature, thereby increasing durability and optimizing its function.

차량에서는 통상, 도 1에 도시한 바와 같은 수냉식 냉각장치를 사용하고 있다. 엔진을 구성하는 실린더 블록(2)의 내부에는 피스톤이 상하로 왕복이동하는 다수의 실린더 라이너(2a)가 형성되어 있으며, 실린더 블록(2)의 상부에는 실린더 헤드(4)가 조립되어 있다. 실린더 블록(2)의 하부에는 엔진 오일이 내장되어 있는 오일팬(6)이 부착되어 있다.In a vehicle, a water-cooled cooling device as shown in Fig. 1 is usually used. In the cylinder block 2 constituting the engine, a plurality of cylinder liners 2a are formed in which the piston reciprocates up and down, and a cylinder head 4 is assembled on the cylinder block 2. The lower part of the cylinder block 2 is attached with the oil pan 6 in which engine oil is built.

수냉식 냉각장치의 전체적인 구성을 보면, 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(12)와, 냉각수의 온도에 따라 개폐되어 냉각수를 라디에이터로 보내거나 다시 엔진 내부로 순환시키는 써머스탯(18)과, 냉각수를 압송하여 엔진의 실린더 블록(2)에 형성된 워터재킷(8)과 실린더 헤드(4)에 형성된 워터재킷(10)으로 공급하는 워터펌프(20)로 이루어져 있다. 실린더 헤드(4)에서 배출되는 냉각수는 상부호스(14)를 통해 라디에이터(12)로 보내지며, 라디에이터(12)에서 냉각된 냉각수는 하부호스(16)를 통해 실린더 블록(2)으로 공급된다.In the overall configuration of the water-cooled chiller, a radiator 12 for cooling the high temperature coolant discharged from the engine, a thermostat 18 for opening and closing according to the temperature of the coolant and sending the coolant to the radiator or circulating back into the engine, And a water pump 20 for supplying the cooling water to the water jacket 8 formed in the cylinder block 2 of the engine and the water jacket 10 formed in the cylinder head 4. Cooling water discharged from the cylinder head (4) is sent to the radiator 12 through the upper hose 14, the cooling water cooled in the radiator 12 is supplied to the cylinder block (2) through the lower hose (16).

이러한 구성을 지닌 종래의 자동차용 냉각장치에서는 냉각수의 온도가 70∼80℃정도일 때에 실린더 블록 내의 라이너 즉, 피스톤과 마찰접촉하는 부분의 마멸이 최저가 되나 이보다 낮은 경우에는 연소실 벽면의 온도가 낮아져 연소시 연소가스의 농도가 옅어지게 됨으로써, HC, CO, NOx와 같은 유해물질의 배출이 증대된다. 또한, 연료 속의 황분과 수증기 등에 의해 실린더 벽면이나 피스톤 링이 부식되고, 금속간의 직접적인 접촉에 의해 소음이 발생되는 문제가 있다.In the conventional automotive cooling apparatus having such a configuration, when the temperature of the coolant is about 70 to 80 ° C., the wear of the liner in the cylinder block, ie, the portion in friction contact with the piston, becomes the lowest. As the concentration of the combustion gas decreases, the emission of harmful substances such as HC, CO, and NOx is increased. In addition, there is a problem that the cylinder wall or the piston ring is corroded by sulfur and steam in fuel, and noise is generated by direct contact between metals.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 고안은 냉각수의 온도에 따라 엔진으로 공급되는 냉각수의 속도를 줄여 초기 시동시에 엔진 본체의 온도를 상승시켜 내부의 부품을 보호하고 유해가스의 배출을 최대한 억제할 수 있는 자동차용 냉각수 온도 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention devised to solve such a problem reduces the speed of the coolant supplied to the engine according to the temperature of the coolant, thereby raising the temperature of the engine body at initial startup, thereby protecting internal components and restraining the emission of harmful gases to the maximum. It is an object of the present invention to provide a cooling water temperature control device for automobiles.

도 1은 일반적인 자동차용 냉각장치를 도시한 구성도,1 is a block diagram showing a general automotive cooling device,

도 2는 본 고안에 따른 자동차용 냉각수 온도 제어장치를 도시한 구성도,Figure 2 is a block diagram showing a cooling water temperature control device for a vehicle according to the present invention,

도 3은 본 고안에서 채용한 워터펌프의 구성을 보인 단면도,3 is a cross-sectional view showing the configuration of a water pump employed in the present invention,

도 4는 도 3에 도시된 워터펌프의 일부 확대 단면도.4 is an enlarged partial cross-sectional view of the water pump shown in FIG.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명][Explanation of symbols on the main parts of the drawings]

2:실린더 블록 4:실린더 헤드2: cylinder block 4: cylinder head

6:오일팬 12:라디에이터6: Oil pan 12: radiator

16:냉각수 파이프 20:워터펌프16: cooling water pipe 20: water pump

20a:유입구 20b:배출구20a: Inlet 20b: Outlet

22:구동축 24:베어링22: drive shaft 24: bearing

26:풀리 28:임펠러26: pulley 28: impeller

30:흡기 다기관 32:배기 다기관30: intake manifold 32: exhaust manifold

38:리턴라인 40:ECU38: Return line 40: ECU

50:열전도판 52:솔레노이드50: heat conduction plate 52: solenoid

상술한 본 고안의 목적은 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수를 냉각시키는 라디에이터와, 냉각수의 온도에 따라 개폐되어 냉각수를 라디에이터로 보내거나 다시 엔진 내부로 순환시키는 써머스탯이 구비된 자동차용 냉각장치에 있어서, 임펠러의 회전에 따라 상기 라디에이터로부터 냉각수가 유입되는 유입구와, 유입된 냉각수를 실린더 블록으로 공급하는 배출구를 지니며, 이 배출구와 인접한 곳에는 배기가스 챔버가 형성되어 있는 워터펌프와, 배기 다기관을 통해 배출되는 배기가스의 일부를 상기 워터펌프의 배기가스 챔버로 공급하는 바이패스 라인과, 바이패스 라인에 설치되어 배기가스의 공급을 제어하는 솔레노이드와, 냉각수 센서에서 전달되는 냉각수의 온도에 따라 상기 솔레노이드의 작동상태를 제어하는 ECU를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 냉각수 온도 제어장치에 의해 달성된다.An object of the present invention described above is a radiator for cooling a high-temperature cooling water discharged from the engine, and in the automotive cooling device equipped with a thermostat opening and closing according to the temperature of the cooling water to send the cooling water to the radiator or to circulate back into the engine And an inlet through which the coolant flows from the radiator as the impeller rotates, an outlet through which the coolant flows into the cylinder block, and a water pump having an exhaust gas chamber adjacent to the outlet, and an exhaust manifold. The bypass line for supplying a part of the exhaust gas discharged through the water pump to the exhaust gas chamber, a solenoid installed at the bypass line to control the supply of the exhaust gas, and a temperature of the cooling water transmitted from the cooling water sensor. It characterized in that it comprises an ECU for controlling the operating state of the solenoid Is achieved by an automotive cooling water temperature control device.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 냉각수 온도 제어장치에 대하여 상세히 설명한다.(도 1에서 설명한 종래의 구조와 동일한 부품은 동일한 부호로 표시한다.)Hereinafter, with reference to the accompanying Figures 2 to 4 will be described in detail with respect to the cooling water temperature control apparatus for a vehicle according to a preferred embodiment of the present invention. )

도 2는 본 고안에 따른 자동차용 냉각수 온도 제어장치를 도시한 구성도이고, 도 3은 본 고안에서 채용한 워터펌프의 구성을 보인 단면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 워터펌프의 일부를 확대하여 나타낸 단면도이다.Figure 2 is a block diagram showing a cooling water temperature control apparatus for a vehicle according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the water pump employed in the present invention, Figure 4 is a part of the water pump shown in FIG. It is an enlarged sectional view.

먼저, 도 1에서 설명한 바와 같이, 자동차용 수냉식 냉각장치의 전체적인 구성을 보면, 엔진에서 배출되는 고온의 냉각수를 냉각시키는 라디에이터(12)와, 냉각수의 온도에 따라 개폐되어 냉각수를 라디에이터(12)로 보내거나 다시 엔진 내부로 순환시키는 써머스탯(18)과, 냉각수를 압송하여 엔진의 실린더 블록(2)에 형성된 워터재킷(8)과 실린더 헤드(4)에 형성된 워터재킷(10)으로 공급하는 메인 워터펌프(28)로 이루어져 있다.First, as described with reference to FIG. 1, when the overall configuration of an automotive water cooling apparatus is used, a radiator 12 for cooling high-temperature cooling water discharged from an engine and opening and closing the cooling water to the radiator 12 according to the temperature of the cooling water are provided. A thermostat 18 for sending or circulating back into the engine, and a main water for supplying the cooling water to the water jacket 8 formed in the cylinder block 2 of the engine and the water jacket 10 formed in the cylinder head 4. It consists of a water pump (28).

이러한 구성을 지닌 수냉식 냉각장치에 있어서, 본 고안의 바람직한 실시예에서는 초기의 냉시동시에 냉각수의 온도를 높여 실린더 라이너의 온도를 상승시키기 위한 방안으로, 배기 다기관(32)을 통해 배출되는 배기가스는 촉매 컨버터(34)를 지나 소음기 쪽으로 배출되는 한편, 일부의 가스는 워터펌프로 공급되어 냉각수의 온도를 높이게 된다.In the water-cooled cooling device having such a configuration, in a preferred embodiment of the present invention, in order to increase the temperature of the cylinder liner by increasing the temperature of the cooling water during the initial cold start, the exhaust gas discharged through the exhaust manifold 32 is a catalyst. While exiting the converter 34 toward the muffler, some gas is supplied to the water pump to raise the temperature of the coolant.

이를 위해서, 배기 다기관(32)과 워터펌프(20)를 연결하는 바이패스 라인(38)을 설치하였다. 이 바이패스 라인(38)에는 배기가스의 유동을 단속하는 솔레노이드(52)가 설치되어 있으며, ECU(40)의 제어에 따라 유로를 선택적으로 개방하게 된다. ECU(40)는 실린더 블록(2)에 형성된 워터재킷을 순환하고 있는 냉각수의 온도를 감지하기 위한 냉각수 센서(54)로부터 입력신호를 받는다. 이때, 냉각수 센서(54)로부터 전달되는 입력신호를 바탕으로 현재의 온도를 판단한 다음, 냉각수의 온도가 규정값(가령, 70℃)이하인 경우에는 솔레노이드(52)에 밧데리의 전기를 공급하여 유로를 개방시킴으로써, 배기 다기관(32)을 통해 빠져 나가는 배기가스의 일부가 바이패스 라인(38)을 통해서 다음에 설명할 워터펌프(20)의 배기가스 챔버(20c)로 공급되도록 한다.For this purpose, a bypass line 38 connecting the exhaust manifold 32 and the water pump 20 is provided. The bypass line 38 is provided with a solenoid 52 which regulates the flow of exhaust gas, and selectively opens the flow path under the control of the ECU 40. The ECU 40 receives an input signal from the coolant sensor 54 for sensing the temperature of the coolant circulating in the water jacket formed in the cylinder block 2. At this time, the current temperature is determined based on the input signal transmitted from the coolant sensor 54, and when the temperature of the coolant is equal to or less than a predetermined value (for example, 70 ° C), the battery is supplied to the solenoid 52 by supplying electricity to the battery. By opening, a portion of the exhaust gas exiting through the exhaust manifold 32 is supplied through the bypass line 38 to the exhaust gas chamber 20c of the water pump 20 which will be described later.

도 2에는 본 고안에서 채용한 워터펌프가 도시되어 있다. 워터펌프(20)에는 라디에이터(12)로부터 냉각수가 유입되는 유입구(20a) 및 유입된 냉각수가 배출되는 배출구(20b)가 형성되어 있으며, 내부에는 구동축(22)이 베어링(24)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 구동축(22)의 일단에는 풀리(26)가 고정되어 있어, 엔진의 크랭크축으로부터 전달되는 구동력에 의해서 회전하면서 타단에 고정되어 있는 임펠러(28)를 회전시킨다. 임펠러(28)의 회전에 따라, 유입구(20a)를 통해 유입되는 냉각수는 배출구(20b)를 통해 엔진 내부로 공급된다.2 shows a water pump employed in the present invention. The water pump 20 is formed with an inlet 20a through which the coolant flows from the radiator 12 and an outlet 20b through which the introduced coolant is discharged, and the drive shaft 22 is rotatable inside the bearing 24. Is supported. The pulley 26 is fixed to one end of the drive shaft 22, and rotates the impeller 28 fixed to the other end while rotating by the driving force transmitted from the crankshaft of the engine. As the impeller 28 rotates, the coolant flowing through the inlet 20a is supplied into the engine through the outlet 20b.

이러한 구성의 워터펌프(20)에 있어서, 본 고안에서는 배출구(20b)와 인접한 부분에 바이패스 라인(38)과 연통되는 배기가스 챔버(20c)를 형성하였다. 그러므로, 배기 다기관(32)을 빠져 나온 배기가스의 일부가 이 배기가스 챔버(20c)로 유입되면, 배출구(20b)를 통해 배출되는 냉각수와의 열교환을 통해 냉각수의 온도를 상승시키게 된다.In the water pump 20 having such a configuration, in the present invention, an exhaust gas chamber 20c communicating with the bypass line 38 is formed at a portion adjacent to the outlet 20b. Therefore, when a part of the exhaust gas exiting the exhaust manifold 32 flows into this exhaust gas chamber 20c, the temperature of the cooling water is raised through heat exchange with the cooling water discharged through the exhaust port 20b.

열전달율을 높이기 위하여, 배기가스 챔버(20c)가 형성된 워터펌프(20)의 내측벽면에는 도 4에 도시된 바와 같은 열전도판(50)을 부착하였다. 열전도판(50)은 배기가스 챔버(20c)를 유동하는 배기가스의 열이배출구(20b)로 빠져 나가는 냉각수에 신속히 전달되도록 하는 것으로, 알루미늄으로 제조하는 것이 바람직하다.In order to increase the heat transfer rate, a heat conduction plate 50 as shown in FIG. 4 was attached to the inner wall surface of the water pump 20 in which the exhaust gas chamber 20c was formed. The heat conduction plate 50 allows the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust gas chamber 20c to be quickly transmitted to the cooling water exiting the outlet 20b, and is preferably made of aluminum.

다음에는 이러한 구성을 지닌 본 고안의 냉각수 온도 제어장치의 작동과정을 설명한다. 시동키(42)를 온시켜 엔진을 기동하는 초기 시동시에는 냉각수의 온도가 낮다. 이때, ECU(40)는 냉각수 센서(54)로부터 전달되는 냉각수의 온도가 규정값 보다 낮은 경우에 밧데리의 전기를 솔레노이드(52)에 보내 이를 작동시킨다. 솔레노이드(52)의 작동에 따라서 유로가 개방됨으로써, 배기 다기관(32)을 빠져 나가는 배기가스의 일부가 바이패스 라인(38)을 통해 워터펌프(20)내의 배기가스 챔버(20c)로 공급되기 시작한다.The following describes the operation of the coolant temperature control device of the present invention having such a configuration. The temperature of the cooling water is low at the initial start-up of starting the engine by turning on the starter key 42. At this time, the ECU 40 transmits electricity of the battery to the solenoid 52 when the temperature of the coolant delivered from the coolant sensor 54 is lower than a prescribed value, thereby operating it. As the flow path is opened in accordance with the operation of the solenoid 52, a portion of the exhaust gas exiting the exhaust manifold 32 starts to be supplied to the exhaust gas chamber 20c in the water pump 20 through the bypass line 38. do.

배기가스 챔버(20c)로 유입된 배기가스의 높은 배기열은 열전도판(50)을 거쳐 배출구(20b)쪽으로 유입된 냉각수에 전달되어 온도를 상승시키게 되며, 가열된 냉각수가 엔진 내부로 공급되어 실린더 라이너의 온도를 상승시킨다. 냉각수와의 열교환을 통해 온도가 낮아진 배기가스는 워터펌프(20)의 배기가스 챔버(20c)를 지나 리턴 라인(39)을 거쳐 흡기 다기관(30)으로 보내져 흡입되는 공기를 가열시킴으로써, 유해가스의 배출을 억제하는 효과를 제공하게 된다.The high exhaust heat of the exhaust gas introduced into the exhaust gas chamber 20c is transferred to the coolant introduced through the heat conduction plate 50 toward the outlet 20b to raise the temperature, and the heated coolant is supplied into the engine to supply the cylinder liner. Raise the temperature. The exhaust gas whose temperature is lowered through heat exchange with the cooling water is sent to the intake manifold 30 through the return line 39 through the exhaust gas chamber 20c of the water pump 20, thereby heating the inhaled air. Provide the effect of suppressing emissions.

이러한 상태에서 엔진의 워밍업이 완료되어 정상 작동상태가 되면, ECU(52)는 냉각수 센서(54)에서 전달되는 신호를 바탕으로 솔레노이드(52)로 전달되던 전기적인 신호를 차단한다. 그에 따라, 바이패스 라인(38)이 차단되어 배기 다기관(32)의 배기가스는 더 이상 바이패스 라인(38)으로 공급되지 않게 된다.In this state, when the warm-up of the engine is completed and becomes a normal operation state, the ECU 52 cuts off the electrical signal transmitted to the solenoid 52 based on the signal transmitted from the coolant sensor 54. As a result, the bypass line 38 is blocked such that the exhaust gas of the exhaust manifold 32 is no longer supplied to the bypass line 38.

이상으로 설명한 본 고안에 의하면, 초기의 냉시동시에는 배기가스의 일부를 워터펌프 쪽으로 다시 유입시켜 엔진으로 공급되는 냉각수의 온도를 상승시킴으로써, 냉각수의 온도를 높여 엔진의 내부 온도가 상승되도록 하여 유해가스의 배출을 최대한 억제할 수 있으며, 피스톤 링과 같은 기능 부품의 부식을 막아 수명을 연장함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention described above, during the initial cold start, a part of the exhaust gas is introduced back into the water pump to increase the temperature of the cooling water supplied to the engine, thereby raising the temperature of the cooling water so that the internal temperature of the engine is increased, and thus harmful gas. Discharge can be suppressed as much as possible, and by preventing corrosion of functional parts such as piston rings to extend the life, there is an advantage to improve the durability.

Claims

A radiator 12 for cooling high temperature coolant discharged from an engine and a thermostat 18 for opening and closing according to the temperature of the coolant to send the coolant to the radiator 12 or to circulate the coolant back into the engine. To

It has an inlet (20a) through which the coolant flows from the radiator 12 in accordance with the rotation of the impeller 28, and an outlet (20b) for supplying the introduced coolant to the cylinder block (2), and the outlet (20b) and Adjacent to the water pump 20, the exhaust gas chamber 20c is formed,

A bypass line 38 for supplying a part of the exhaust gas discharged through the exhaust manifold 32 to the exhaust gas chamber 20c of the water pump 20;

A solenoid 52 installed in the bypass line 38 to control supply of exhaust gas;

Cooling water temperature control device for a vehicle, characterized in that it comprises an ECU (52) for controlling the operating state of the solenoid (38) in accordance with the temperature of the coolant delivered from the coolant sensor (54).

The method of claim 1,

The exhaust gas introduced into the exhaust gas chamber (20c) is supplied to the intake manifold (30) via a return line (39) after heat exchange with the cooling water.

The method of claim 1,

Cooling water temperature control apparatus for a vehicle, characterized in that the heat conduction plate (50) is attached on the inner wall adjacent to the exhaust gas chamber (20c) side of the outlet (20b) of the water pump (20).

The method of claim 3,

The thermal conductive plate 50 is a vehicle cooling water temperature control device, characterized in that made of aluminum.