KR20010085912A - 내연기관용 냉각회로 - Google Patents

Abstract

내연 기관용 냉각회로는, 두 개의 평행하는 냉매 채널(4,5), 및 냉매 흐름을 평행 채널(4,5)로 분할하기 위한 분배기(14)를 포함하고 있다.

Description

내연기관용 냉각회로{Cooling circuit for a combustion engine}

자동차에 있어 연소기관의 냉각작용은 냉각회로 내를 순환하는 냉매에 의해 행해지는데, 그 냉각회로는 통상적 방식으로 연소기관(내연기관)을 관통하는 채널, 자동차의 승객실을 가열하기 위한 가열 열교환기, 펌프 및 연소기관의 방출열을 주위에 방열하기 위한 냉각기를 포함한다.

그때 냉매는 먼저 엔진 블록의 채널 내로 진입하고 종 방향으로 그것을 통과하고 이어서 내연기관의 실린더 헤드를 통과한 뒤 냉각기에 도달한다. 엔진을 통해 흐르는 냉매류의 일부는 분기관을 지나서 가열 열교환기에 공급될 수 있다.

냉매의 총 체적 흐름은 펌프의 수송 출력 및 냉각회로에서의 압력 손실에 의해 결정된다. 가열 열교환기에 이르는 분기관의 위치에 있어 냉매류의 분배도 역시 거기에서의 압력 손실에 의해 결정된다.

이때 냉매 회로의 각 구성 성분들의 성능은, 엔진의 임계 조건에 있어 가장 뜨거운 위치에서도 충분한 냉각이 이루어지도록 정해져야 한다. 이에 의해, 보통 V 벨트를 통해 내연 기관에 의해 구동되는 냉매 펌프에서 냉매의 흐름 용량을 대규모로 책정할 필요가 있다. 이것은 에너지 소모량이 큰 견고한 펌프를 필요로 한다.이 문제를 해결하기 위해, 독일특허 제 37 02 028 C1 호에는, 내연 기관에 의해 직접 구동되는 펌프를, 수시로 변하는 냉각 수요에 따라 그 수송 출력이 조절될 수 있는 전기 구동 펌프로 대치할 것이 추천된다. 그러나, 그런 시스템의 경우에도, 전체 엔진을 사용하여 강열한 냉매류를 펌핑해 내지 않을 수 없고 한편 그럼에도 단지 국부적 과열 위험은 존재한다. 그 경우 단지 엔진의 가장 위험한 부위가 과열되는 것을 방지하기 위해, 엔진의 덜 뜨거운 부분은, 또는 냉각 필요 부분도, 필요한 것 보다 더 심하게 냉각될 것이다. 그래서, 더욱 확실히 최적화가 행해질 필요가 존재하는 것이다.

본 발명은 내연기관용 냉각회로에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 냉각회로의 약시도이다.

본 발명에 의해, 엔진의 다른 영역에 있어서의 냉각 성능을 실제로 존재하는 냉각 성능에 최적으로 적합하게 할 수 있는 내연 기관용 냉각회로가 제공된다. 그럼으로써 모든 작동 조건 하에서나 충분한 냉각이 수송 출력이 작은 펌프에 의해서도 보장될 수 있다. 그 외에 선택적 냉각으로 인해 전체적으로 적은 열이 배출되기만 해도 충분하기 때문에, 냉각기는 보다 작은 크기로 될 수 있다. 그래서, 부설 장소와 비용이 절약되며, 이 냉각회로가 설치된 자동차의 에너지 소모는 감소된다.이점은 냉매 흐름을 내연 기관의 다수의 평행 채널에 분할하는 분배기의 사용에 의해 달성된다. 그리고, 각 채널은 바람직하게는 엔진의 각 부위들을 상이한 냉각 수요로 조치할 수 있다. 그래서, 본 발명의 바람직한 실시형에서는 예로서 한 채널은 내연 기관의 엔진 블록에 또한 두 번째 채널은 실린더 헤드에 배치되게 함으로써 냉매 공급이 수직으로 분화될 수 있다. 특히 마찰학적 이유로 인해 엔진을 실린더 헤드 영역보다 더 높은 온도 수준에 유지하는 것이 합리적이다. 실린더 헤드 영역에서는 연소 기술적 근거에서 또한 좁은 재료 브리지(선택폭)로 인해 낮은 온도가 필요하다.

그러나, 본 발명에 의한 분배기에 의해 수평 분화도 달성될 수 있는데, 그때에는 엔진의 내부 실린더와 외부 실린더는 평행하는 다른 냉매 채널에 할당되는 것으로, 내부에 위치하는 열 부하가 강하게 걸려 있는 실린더에는 외부 실린더 보다 더 많은 냉매가 공급된다.

분배기에 의해, 상이한 채널에 냉매를 분배하는 비율은 분배기의 구조에 의해 미리 정해질 수 있는 것으로, 분배비는 (근원적으로는) 내연 기관의 구조에 의해 엔진의 여러 영역들에 대해 예견된 냉각 수요에 따라 합리적으로 결정된다.

바람직하게는, 분배기는 내연 기관의 작동시에 조절될 수 있는 것으로, 특히 제어 장치가 상황에 따라 내연 기관에서의 소망되는 온도 분포에 대응하여 적절히 분배기를 조절한다. 분배기는 혼합기로 구성될 수 있는 것으로, 즉 그의 전체 통과 단면적은 조절된 분배비와는 상관 없이 실질적으로 일정하고, 단지 연결된 평행 채널의 통과 단면적 비율만이 분배비와 함께 변하지만 분배기는 두 채널간에 가장 원하는 분배비로 조절할 수 있기 위해, 두 평행 채널 중의 하나에 그 통과 단면적이 조절될 수 있는 드로틀 밸브를 포함할 수도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 냉각회로에 대한 실시예를 블록도의 형태로 보여준다. 냉각회로는 서로 평행하게 내연 기관(1)의 엔진 블록(2)과 실린더 헤드(3)를 관통하는 두 채널(4,5)을 포함한다. 그런데 냉각 채널(4,5)의 평행성은 당연히 엄격한 기하학적 의미로 이해될 것이 아니라, 그 보다는 여기서의 채널은 이들이 한 공통점에서 출발하여 다시 한 공통점에서 만나고 각각이 전체 냉매 흐름의 일부를 이끌 때에 평행하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 엔진 블록(2)으로부터 유출한 후 냉각 채널(5)은 가열 열 교환기(6)를 통과하는데 거기에서는 냉각회로가 설치되어 있는 자동차의 승객실을 가열하기 위한 열이 빠져나갈 수 있다. 가열 열 교환기는 냉각 채널(5)에 배치되어 있는데, 그 이유는 이 채널에서의 유출 온도가 보통 실린더 헤드의 냉각 채널(4)의 대응 온도보다 더 높고 그 통과 유량도 더 많기 때문이다.

가열 열 교환기(6)의 출구에서 두 냉각 채널(4,5)은 한 고온 관(7)으로 통합되는데, 그 고온 관은 항온기(8)에 의해 조절되는 혼합기(9)에 도달한다. 혼합기(9)는, 고온 냉각수 흐름을, 냉각기(11)에 공급되는 제 1 분류, 및 냉각기(11)에 평행하는 바이패스 관(10)을 통해 이동되고 제 1 분류가 냉각기(11)를 통과한 후 이 제 1 분류와 다시 통합되는 제 2 분류로 분할된다. 항온기(8)는 고온 관(7)에 있어서의 냉각수의 온도를 감시하고, 혼합기(7)의 분할비, 그래서 냉각기(11)의 냉각 성능을 조절하여, 그럼으로써 소정된 설정 온도가 초과되지 않도록 한다. 저온 관(12)은 냉각기(11) 또한 바이패스(10)로부터 전기적으로 작동되는 냉매 펌프(13)에까지 이른다.

펌프(13)로부터 출발하여 냉각수는, 두 개의 냉각 채널(4,5)로 분할되는 분배기(14)를 통과한다. 분배기(14)에서의 분할비는 제어 가능하고, 이 목적을 위한 제어 신호는, 엔진(1)의 온도를 감시하고 펌프(13)의 수송 출력도 조절하는 제어 유닛(15)으로부터 공급된다. 이 제어 유닛(15)은 특별히 이 목적을 위해 제공되는 결선일 수 있으며, 이 결선은 엔진 블록과 실린더 헤드, 또는 이들로부터 유출하는 냉각수의 온도를 파악하는 온도 센서(도시되지 않음)와 연결되고, 또한 이 결선은 이들 어느 온도도 소정 최대치를 초과하지 않도록 분배기(14)의 분배비를 조절하는데, 거기에 있어 실린더 헤드(3)의 최대 온도는 엔진 블록(2)의 최대 온도보다 낮게 설정된다. 자명하듯이 이 온도는 다른 방법으로도 파악될 수 있는 것으로, 예컨대 평균 냉각수 온도는 보통 방법에서는 자동차에서 측정되어 계기판에 표시되는데 이런 평균 냉각수 온도의 측정에 의해 또한 실린더 헤드(3)의 온도의 측정에 의해서 파악될 수도 있다. 충분한 냉각을 보장할 수 있기 위해, 각 냉각 채널에 요구되는 냉각수 통과유량에 대해 추론을 할 수 있도록 오직 냉각 채널의 수 만큼의 다수의 온도 측정치가 검출되게 하는 것이 결정적으로 중요하다. 또한 내연 기관의 오일 온도를 측정하는 것도 고려해 보아야 할 것이다. 제어 유닛(15)은 통상적인 엔진 제어 장치 내에 일체화될 수도 있는데, 그 제어 장치는 대체로 공기-연료 혼합의 조절과 같은 다양한 조절 과제들을 내연 기관을 위해 일치시키고 이 목적을 위해 온도 센서와 연결되어 있다. 제어 유닛을 상기 제어 장치 내에 설치하기 위해서는, 그 제어 장치에 분배기의 제어부를 위한 추가 포트를 설비하고, 제어 장치에 의해 수행되는 프로그램을, 온도 측정치에 따라 분배기의 분배비를 산출하는데 필요한 그 단계만큼 확장하는 것으로 충분할 수 있다.

자명한 것처럼, 본 발명은 두 개의 냉각 채널의 경우에 한정되지 않는다. 엔진 냉각의 조절이 얼마나 분화되어 있느냐에 따라, 필요한 대로 채널의 수가 증가될 수 있다.

Claims (10)

1. 제 1 냉매 채널(4)을 구비한 내연 기관(1)용 냉각회로에 있어서,

   적어도 하나의 제 2 냉매 채널(5)이 제 1 채널(4)과 평행하게 연결 배치되어 있으며, 분배기(14)가 냉매 흐름을 평행 채널(4,5)로 분할하기 위해 냉매 회로 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 채널(4)은 내연 기관(1)의 실린더 헤드(4)에, 그리고 제 2 채널(5)은 엔진 블록(2)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내연 기관의 내부 실린더와 외부 실린더는 다른 평행 채널에 할당 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 승객실을 가열하기 위한 열 교환기(6)는 평행 채널들중 하나에 직렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 분배기(14)가 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
6. 제 5 항에 있어서, 실린더 헤드(3)에서 보다 엔진 블록(2)에서 더 높은 온도가 유지되도록 분배기(14)를 조절하는 제어 유닛(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 전기적으로 작동되는 냉매 펌프(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
8. 제 5 항 또는 제 7 항에 있어서, 냉매 펌프(13)의 배출 유량이 제어 유닛(15)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 분배기(14)가 혼합기로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각회로.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 분배기(14)가 평행 채널(4,5)중 어느 하나에 배치된 적어도 하나의 드로틀 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각회로.