KR20010038024A

KR20010038024A - 내연기관의 냉각장치

Info

Publication number: KR20010038024A
Application number: KR1019990045829A
Authority: KR
Inventors: 백경욱
Original assignee: 김덕중; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2001-05-15
Also published as: KR100381529B1

Abstract

본 발명은 내연기관의 냉각장치에 관한 것으로서, 워터펌프와 실린더 블록의 사이에 설치되는 블록 서모스탯 및 상기 워터펌프에서 실린더 헤드의 물재킷으로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로를 포함하여 이루어지며, 엔진의 초기 시동시에는 헤드 서모스탯과 블록 서모스탯이 닫혀 있어 대부분의 냉각수가 상기 실린더 헤드를 냉각시킨 후 히터로 유입되고, 엔진이 충분히 워밍업되면 상기 두 서모스탯이 모두 열려 상기 실린더 블록과 실린더 헤드로 유입된다.

이에 따라, 실린더 헤드를 냉각시키는 효과와 함께 엔진의 초기 시동시 실린더 블록으로 냉각수가 유입되지 않기 때문에 그만큼 실린더 블록의 온도가 상승되고 배출가스의 온도도 상승하여 유해 배출물을 저감시키게 된다.

Description

내연기관의 냉각장치{COOLING APPARATUS OF INTERNAL COMBUTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 냉각장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 내연기관인 엔진의 냉각수 유로에서 상대적으로 많은 냉각 효과가 요구되는 엔진 헤드의 유량을 증대시킴으로서 냉각효과를 극대화시키는 내연기관의 냉각장치에 관한 것이다.

엔진의 냉각장치는 작동 중인 엔진의 폭발시 발생되는 열을 냉각시켜 엔진의 온도를 알맞게 유지하는 장치이며 엔진의 정상적인 온도는 75℃~85℃ 정도이다. 엔진의 폭발행정 중의 연소가스의 온도는 2000℃ 정도에 달하며, 이 열은 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 및 기타의 엔진부품으로 전도되는데 냉각장치는 이들 부품이 과열되지 않게 과잉의 열을 흡수하여 냉각시켜 주는 장치이다.

대부분의 자동차는 엔진의 내부로 냉각수를 순환시키면서 냉각시키는 방식이 채택되는데, 도 1에 도시한 바와 같이 냉각수는 워터펌프(2)에 의해 라디에이터(4)로부터 실린더 블록(6)의 물재킷(8)과 실린더 헤드(10)의 물재킷(12)을 경유하여 라디에이터(4)로 순환되는데, 실린더 헤드(10)의 물재킷(12)을 경유한 냉각수의 일부는 히터(14)를 거쳐 다시 라디에이터(4)로 유입되는 구조이다. 이는 냉각수 구멍을 통과하는 유량을 비교할 때 냉각수 입구에서 멀어질수록 유량이 감소하므로 엔진의 실린더 블록(6)과 실린더 헤드(10) 사이의 가스켓 구멍 크기를 조절하여 실린더별로 흐르는 유량을 균일하게 유도한다.

이와 같은 구조의 미국특허 5,337,704에서는 시동 후 초기 수초 동안에 연소되지 않은 배출물의 대부분이 방출되므로 초기 냉간시동구간에서의 배출물을 최소화하기 위하여 워밍업 시간을 최소화하는 것이 매우 중요한 것을 실현하기 위한 내용이며, 냉각수가 엔진의 실린더 헤드(10)와 실린더 블록(6)을 모두 관통하기 때문에 시동 초기 엔진의 온도 상승률이 낮은 것을 서모스탯(16)을 이용하여 초기 일정온도 이하에서 냉각수가 엔진헤드만 통과하도록 냉각수 유로 구조를 갖는다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같은 종래의 실시예에서는 냉간시동 초기에는 냉각수가 워터펌프(20)를 거쳐 엔진 헤드(22)의 좌측 실린더에 유입되며, 냉각수는 헤드(22)를 통과하여 블록(24)으로의 냉각수 유입을 조절하는 서모스탯(26) 부분에 이른다. 엔진 냉각수의 온도가 일정온도까지 상승하지 않을 경우 서모스탯(26)이 닫혀 있으므로 냉각수는 블록(24)으로 유입되지 않고 라디에이터(28)를 거쳐 다시 워터펌프(20)로 유입된다. 엔진이 충분히 워밍업된 이후에는 서모스탯(26)을 통하여 블록(24)으로 냉각수가 유입되어 블록(24)에서의 냉각을 수행한다.

이같은 구조는 냉각수가 헤드(22)를 거쳐 블록(24)으로 유입되므로 상대적으로 온도가 높은 헤드(22)의 냉각효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 초기 냉간시도구간에서 엔진의 온도 상승률을 높여 워밍업 구간을 줄일 수 있으므로 유해한 배기물을 감소시키는 내용이다.

다른 종래의 실시예로서, 미국특허 5,174,254에서는 도 3에 도시한 바와 같이 엔진 냉각수 회로를 엔진(40)과 열교환기(42)를 지나지 않는 유로(44a)(44b)를 병렬로 설치하여 엔진 냉각수의 온도를 조절한다. 병렬로 추가된 냉각수 유로(44a)(44b)는 엔진(40)을 경유하지 않도록 구성되며 서모스탯(46)의 개폐여부에 따라 엔진(40)으로 유입되는 냉각수 유량이 결정된다. 시동 초기에 냉각수 유로(44a)(44b)만으로 냉각수가 통과하게 조절되면 엔진(40)의 온도가 신속하게 상승되기 때문에 워밍업 기간을 단축시킬 수 있으며 엔진(40)과 열교환기(42)를 모두 통과하게 되면 열교환기(42)에 열을 효과적으로 전달할 수 있다.

그러나, 미국특허 5,337,704에서는 냉각수가 실린더 헤드와 실린더 블록을 밀폐시키는 가스켓의 구멍을 통과하여 흐르기 때문에 실린더 헤드에서 실린더 블록으로 유입되는 냉각수의 조절이 불가능한 문제점이 있다.

또한, 미국특허 5,174,254에서는 서모스탯에 의해 냉각수의 유량 및 온도를 조절하는 반면에, 상대적으로 온도가 높은 실린더 헤드를 냉각시키지 못하는 문제점이 있다.

상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 냉각수의 유량을 조절하여 상대적으로 냉각효과가 요구되는 실린더 헤드를 냉각시킴과 동시에 엔진의 초기 시동시 실린더 블록의 온도가 상승되도록 하여 초기 시동시 배출가스 저감에 일조하는 냉각장치를 제공하는 것이 목적이다.

도 1은 종래의 다른 실시예로 내연기관의 냉각장치에서 냉각수의 흐름을 도시한 개략도,

도 2는 종래 내연기관의 냉각장치를 도시한 개략도,

도 3은 종래 내연기관의 냉각장치에서 냉각수의 흐름을 도시한 회로,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 냉각장치에서의 냉각수 흐름을 도시한 개략도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

50:라디에이터 52:워터펌프

54:실린더 블록 56:실린더 헤드

58:헤드 서모스탯 60:히터

62:블록 서모스탯 64;튜브

이와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 라디에이터에 채워진 냉각수가 워터펌프에 의해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드를 경유하고, 실린더 헤드에 설치된 헤드 서모스탯에 의해 냉각수가 히터와 라디에이터로 선택적으로 유입되는 내연기관의 냉각장치에서, 워터펌프와 실린더 블록의 사이에 설치되는 블록 서모스탯 및 상기 워터펌프에서 실린더 헤드의 물재킷으로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로를 포함하여 이루어지며, 엔진의 초기 시동시에는 헤드 서모스탯과 블록 서모스탯이 닫혀 있어 대부분의 냉각수가 상기 실린더 헤드를 냉각시킨 후 히터로 유입되고, 엔진이 충분히 워밍업되면 상기 두 서모스탯이 모두 열려 상기 실린더 블록과 실린더 헤드로 유입된다.

여기서, 상기 냉각수는 실린더 헤드의 맨끝번에 해당되는 실린더의 헤드로 바이패스되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 4는 내연기관의 냉각장치에서의 냉각수 흐름을 도시한 개략도이다.

엔진의 냉각장치는 라디에이터(50)에 채워진 냉각수가 워터펌프(52)에 의해 엔진의 실린더 블록(54)의 내부와 실린더 헤드(56)의 내부를 경유하고, 실린더 헤드(56)에 설치된 헤드 서모스탯(58)에 의해 냉각수가 히터(60)와 라디에이터(50)로 선택적으로 유입된다.

여기서 본 발명의 특징에 따라 워터펌프(52)와 실린더 블록(54)의 사이에 블록 서모스탯(62)을 설치하여 실린더 블록(54) 및 실린더 헤드(56)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절한다.

그리고, 워터펌프(52)에서 실린더 헤드(56)로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로로서 튜브(64)가 사용될 수 있는 바, 이 튜브(64)는 관의 직경이나 실린더 헤드(56)와 접촉되는 부위의 형상을 조절하여 실린더 헤드(56)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절한다.

이때 튜브(64)는 실린더 헤드(56)의 맨끝번, 특히 4기통의 엔진일 경우 실린더 헤드의 4번 실린더 위로 직접 연결되어 4번 실린더에서 1번 실린더까지 흐르는 냉각수량을 증가시켜 실린더 헤드(56)의 냉각량을 증대시킨다.

이와같이 구성된 본 발명의 냉각장치는 다음과 같은 동작을 나타낸다.

엔진의 초기 시동시에는 헤드 서모스탯(58)과 블록 서모스탯(62)이 닫혀 있어 대부분의 냉각수가 실린더 헤드(56)로 유입되어 실린더 헤드(56)를 냉각시킨 후 히터(60)로 유입됨에 따라, 엔진에서 상대적으로 온도가 높은 실린더 헤드(56)를 냉각시키는 효과를 얻고, 아울러 초기 시동시 실린더 블록(54)으로 냉각수가 유입되지 않기 때문에 그만큼 실린더 블록(54)의 온도가 상승되고 배출가스의 온도도 상승하여 유해 배출물을 저감시킨다.

이어서 엔진이 충분히 워밍업되면 헤드 서모스탯(58)과 블록 서모스탯(62)이 모두 열려 실린더 블록(54)과 실린더 헤드(56)로 유입된다. 이때 튜브(64)로 유입되는 냉각수의 유량과 실린더 블록(54)으로 유입되는 냉각수의 유량은 앞서 밝힌 튜브(64)의 직경이나 입구 부위의 형상으로 조절한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예는 종래의 문제점을 실질적으로 해소하고 있다.

즉, 워터펌프와 실린더 블록 사이에 블록 서모스탯을 추가로 설치하고 워터펌프에서 엔진의 헤드 쪽으로 바이패스되는 튜브를 설치하여 엔진의 초기 시동시 상대적으로 냉각이 필요한 실린더 헤드를 냉각시킨 후 엔진의 워밍업시에 헤드 서모스탯과 블록 서모스탯을 이용하여 실린더 헤드와 실린더 블록으로 냉각수가 유입되도록 함에 따라, 실린더 헤드를 냉각시키는 효과와 함께 엔진의 초기 시동시 실린더 블록으로 냉각수가 유입되지 않기 때문에 그만큼 실린더 블록의 온도가 상승되고 배출가스의 온도도 상승하여 유해 배출물을 저감시키게 된다.

Claims

라디에이터에 채워진 냉각수가 워터펌프에 의해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드를 경유하고, 실린더 헤드에 설치된 헤드 서모스탯에 의해 냉각수가 히터와 라디에이터로 선택적으로 유입되는 내연기관의 냉각장치에 있어서,

상기 워터펌프와 실린더 블록의 사이에 설치되는 블록 서모스탯; 및

상기 워터펌프에서 실린더 헤드의 물재킷으로 냉각수의 흐름을 바이패스시키는 유로를 포함하여 이루어지며,

엔진의 초기 시동시에는 헤드 서모스탯과 블록 서모스탯이 닫혀 있어 대부분의 냉각수가 상기 실린더 헤드를 냉각시킨 후 히터로 유입되고, 엔진이 충분히 워밍업되면 상기 두 서모스탯이 모두 열려 상기 실린더 블록과 실린더 헤드로 유입되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 냉각수는 상기 실린더 헤드의 맨끝번에 해당되는 실린더의 헤드로 바이패스되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 냉각장치.