KR20020081627A - 엔진의 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 각 운전조건에 따라서 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하는 냉각수의 경로가 결정되고, 엔진을 냉각하는 과정에서 실린더블럭을 냉각하는 냉각수온도가 실린더헤드를 냉각하는 냉각수온도보다 높게 유지되도록 하며, 종래의 1계통 냉각시스템 및 2계통 냉각시스템의 단점을 보완한 엔진의 냉각시스템에 관한 것으로,

라디에이터에서 냉각된 냉각수를 워터펌프에서 펌핑하여 엔진의 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하기 위한 냉각장치에 있어서,

라디에이터에서 냉각된 냉각수를 실린더블럭 및 실린더헤드로 공급하기 위한 워터펌프와;

실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각한 후 순환되는 냉각수를 엔진상태에 따라서 라디에이터와 연결되는 냉각수로 혹은 바이패스수로로 흐르도록 제어하기 위한 서머스탯과;

일측은 상기한 서머스탯의 플런저와 연동되도록 결합되며, 일측은 실린더헤드 측벽에 스프링에 의해 탄력지지되어, 실린더블럭의 냉각수출구로 배수되는 냉각수를 단속하기 위한 차단밸브와;

상기한 서머스탯과 밸브를 감싸며, 상기 실린더헤드의 일측에 형성되는 밸브하우징; 으로 형성되는 것을 특징으로 하며,

상기한 실린더블럭과 실린더헤드의 결합면 사이에 개재되는 가스켓에는 냉각수 구멍이 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진의 냉각시스템{Cooling system for engine}

본 발명은 엔진의 냉각시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 각 운전조건에 따라서 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하는 냉각수의 경로가 결정되고, 엔진을 냉각하는 과정에서 실린더블럭을 냉각하는 냉각수온도가 실린더헤드를 냉각하는 냉각수온도보다 높게 유지되도록 하며, 종래의 1계통 냉각시스템 및 2계통 냉각시스템의 단점을 보완한 엔진의 냉각시스템에 관한 것이다.

엔진을 냉각하여 과열을 방지하고, 또한 적온으로 유지하는 장치를 냉각시스템이라 한다. 실린더 내의 연소가스의 온도는 2000℃에 달하지만, 이 열의 상당량이 실린더, 실린더헤드, 피스톤 등에 흡수된다. 이들 부분의 온도가 과도하게 상승하면, 실린더에 변형을 일으키거나 또는 실린더의 벽에 유막이 파괴되어 윤활불량이 되며 심할 때는 엔진을 손상시킨다. 또한 연소상태도 나빠지는 결과 노킹이나 조기점화를 일으켜 출력은 급격히 저하한다.

반대로 너무 냉각되면 연소에 의해 생긴 열 중에서, 냉각으로 상실되는 양이 많아져 엔진의 열효율을 저하시켜 연료소비를 증대시킨다. 또 실린더 중에서 가솔린의 무화가 불충분한 혼합기가 공급되기 때문에 가솔린에 의해 엔진 오일을 묽게 만드는 원인이 되며 실린더의 마모를 촉진시키는 원인이 된다.

엔진을 냉각시키는 방식에는 외기를 이용하여 엔진의 외부를 직접 냉각하는 공랭식과 냉각수를 엔진 내부로 순환시켜 냉각하는 수냉식이 있다.

수냉식은 워터 펌프에 의해 냉각수를 실린더블럭 및 실린더헤드에 워터 재킷으로 냉각수를 라디에이터로 끌어들여 방열하며 데워진 물은 또다시 펌프를 이용해 순환시키고 있다. 또한 워터 펌프에는 팬이 설치되어 있어서 강제적으로 라디에이터로 보내 외기를 접촉시켜 방열효과를 좋게 한다. 또한 워터재킷과 라디에이터 사이에는 서모스탯이 설치되어 있어서 온도에 따라 냉각수의 순환 경로를 변환하게 되어 있다.

상기한 종래의 수냉식 냉각장치는 실린더블럭과 실린더헤드가 1계통으로 냉각되는 1계통 냉각시스템과, 실린더블럭과 실린더헤드가 2계통으로 냉각되는 2계통 냉각시스템으로 크게 구분된다.

1계통 냉각시스템은 도 5와 같이 워터펌프(10)에서 공급된 냉각수가 실린더블럭(11)을 통과한 다음 실린더헤드(12)로 공급되도록 구성되며, 실린더헤드(12)를 통과하며 가열된 냉각수가 히터(13) 및 라디에이터(14)로 흐르도록 구성된다. 그리고 상기 워터펌프(10)의 전방에는 실린더블럭(11) 내의 온도에 따라 워터펌프(10)가 작동되도록 조절하는 서머스탯(15)이 형성된다.

그리고 2계통 냉각시스템은 도 6와 같이 워터펌프(10)에서 공급된 냉각수가 실린더블럭(11)과 실린더헤드(12)로 각각 흘러들어가도록 구성되고, 실린더블럭 (12)과 실린더헤드(12)를 각각 통과한 냉각수는 히터(13) 및 라디에이터(14)로 흐르도록 구성된다. 그리고 워터펌프(10)의 전방에는 서머스탯(15)이 형성되고, 실린더블럭(11)을 통과한 냉각수가 라디에이터(14) 측으로 흐르는 것을 제어하기 위한 또 다른 서머스탯(16)이 형성된다.

그러나 상기한 제1계통 냉각시스템은 실린더블럭의 온도와 실린더헤드의 온도가 동일하게 제어되기 때문에 연비, 배기가스저감, 워업시간지연 등에서 불리하였으며, 2계통 냉각시스템의 경우에는 2개의 서머스탯을 사용하므로 원가가 상승될 뿐만 아니라, 1계통 냉각시스템의 경우 실린더블럭과 실린더헤드 간에 개재되는 가스켓에 냉각수 통과구멍을 형성해야 되므로서 가스켓의 제작비용이 상승되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 각 운전조건에 따라서 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하는 냉각수의 경로가 결정되고, 엔진을 냉각하는 과정에서 실린더블럭을 냉각하는 냉각수온도가 실린더헤드를 냉각하는 냉각수온도보다 높게 유지되도록 하며, 종래의 1계통 냉각시스템 및 2계통 냉각시스템의 단점을 보완한 엔진의 냉각시스템을 제공하는 데 목적이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

라디에이터에서 냉각된 냉각수를 워터펌프에서 펌핑하여 엔진의 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하기 위한 냉각장치에 있어서,

라디에이터에서 냉각된 냉각수를 실린더블럭 및 실린더헤드로 공급하기 위한 워터펌프와;

실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각한 후 순환되는 냉각수를 엔진상태에 따라서 라디에이터와 연결되는 냉각수로 혹은 바이패스수로로 흐르도록 제어하기 위한서머스탯과;

일측은 상기한 서머스탯의 플런저와 연동되도록 결합되며, 일측은 실린더헤드 측벽에 스프링에 의해 탄력지지되어, 실린더블럭의 유출구로 배수되는 냉각수를 단속하기 위한 차단밸브와;

상기한 서머스탯과 밸브를 감싸며, 상기 실린더헤드의 일측에 형성되는 밸브하우징; 으로 형성되는 것을 특징으로 하며,

상기한 실린더블럭과 실린더헤드의 결합면 사이에 개재되는 가스켓에는 냉각수 구멍이 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 냉각시스템의 구성도.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 냉각시스템의 요부확대도로서,

도 2는 엔진 웜업시의 상태도.

도 3은 실린더헤드 만을 냉각하는 경우를 도시한 도면.

도 4는 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하는 경우를 도시한 도면.

도 5는 종래의 1계통 냉각시스템을 도시한 도면.

도 6은 종래의 2계통 냉각시스템을 도시한 도면.

※ 도시한 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 엔진 21 : 실린더블럭

22 : 실린더헤드 24,24 : 워터자켓

25 : 워터펌프 26 : 라디에이터

30 : 밸브하우징 31 : 서머스탯

35 : 차단밸브 36 : 관통공

37 : 스프링 41 : 냉각수로

42 : 바이패스수로 50 : 가스켓

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 냉각시스템의 구성도이며, 도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 냉각시스템의 요부를 확대도시한 도면으로, 도 2는 엔진 웜업시의 상태를 도시한 것이고, 도 3은 실린더헤드 만을 냉각하는 경우를 도시한 것이고, 도 4는 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하는 경우를 도시한 것이다.

도면 중에 표시된 도면부호 20은 엔진을 지시하는 것으로, 상기 엔진(20)은 실린더블럭(21)과 실린더헤드(22)로 대별되도록 간략하게 도시하였다.

상기한 실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)에는 엔진의 연소열을 냉각하기 위한 냉각수의 통로가 되는 워터자켓(23,24)이 주조형성되며, 엔진(20)의 일측에는 상기 워터자켓(23,24)으로 냉각수를 공급하기 위한 워터펌프(25)가 장착된다. 이워터펌프(25)는 엔진룸 전방에 설치되는 라디에이터(26)와 파이프나 호스(27)로써 연결된다.

그리고 실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)에 마련되는 워터자켓(23,24)의 일측에는 워터펌프(25)에 의해서 유입된 냉각수가 배수되기 위한 유출구(28,29)가 형성된다. 상기 유출구(28,29)는 실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)에 각각 형성되는데, 상기 실린더블럭(21)측에 마련되는 유출구(28)는 실린더헤드(22)측에 마련되는 유출구(29) 방향을 향해 일정길이만큼 연장되어 형성된다. 이와 같이 형성되는 실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)의 냉각수 유출구(28,29)는 도 2와 같이 후설할 밸브하우징(30)에 의해 감싸진다. 특히, 상기 실린더블럭(21)측에 연장형성되는 유출구(28)는 밸브하우징(30)으로 그 일단이 수용된다.

상기 밸브하우징(30)은 냉각수 온도에 따라 작동하는 서머스탯(31)과, 실린더블럭(21)에서 흘러나오는 냉각수의 흐름방향을 제어하기 위한 차단밸브(35)가 수용된다. 서머스탯(31)은 상기 밸브하우징(30)의 내부 일측에 형성되는데, 그 내부에는 냉각수의 온도에 따라 팽창 및 수축되는 왁스와, 왁스의 팽창 및 수축에 연동하여 플런저(32)를 작동시키는 고무가 인입된다. 특히, 일측으로 돌출된 플런저(32)의 일단으로는 관통공(36)이 마련된 차단밸브(35)가 형성되는데, 이 차단밸브(35)는 실린더블럭(21)을 냉각한 냉각수가 밸브하우징(30)으로 유입되는 것을 차단 및 개방하게 된다. 상기 차단밸브(35)의 일측으로는 냉각수 수온이 하강되어 서머스탯(31) 내의 왁스가 수축될 경우 상기 차단밸브(35)를 원위치시키기 위한 스프링(37)이 형성된다.

그리고 상기한 밸브하우징(30)의 일단은 라디에이터(26)와 냉각수로(41)로 연결되고, 밸브하우징(30)의 일측으로는 냉각수온이 일정온도 이하일 경우에 라디에이터를 거치지 않고 경유시키기 위한 바이패스수로(42)가 연결된다. 이 바이패스수로(42)의 도중에는 히터(43) 등이 형성될 수 있으며, 워터펌프(25)와 연결되는 호스(27)의 도중에 연결된다.

참고로, 실린더블럭(21)에 연결된 유출구(28)와 바이패스수로(42) 사이를 연결하는 가느다란 관(44)은 상기한 차단밸브(35)가 닫혔을 경우에도 워터자켓(23)의 냉각수 순환이 원활하게 이루어지도록 하기 위한 것이다.

상기한 실린더블럭(21)과 실린더헤드(22)의 결합면 사이에는 가스켓(50)이 개재되는데, 실린더블럭(21)과 실린더헤드(22)를 냉각하기 위한 냉각수로가 별도로 형성되므로서 상기 가스켓(50)에는 냉각수 구멍이 불필요하다.

상기한 차단밸브(35)의 구조는 관통공(36)이 마련된 원통형태의 밸브로 구성되었으나, 이는 냉각수의 흐름을 제어할 수 있다면 여러가지 형태로도 실시가 가능하다.

이상과 같이 구성되는 냉각시스템의 작동상태와 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의해 구성된 냉각시스템은 엔진(20)의 운전상태에 상태에 따라서, 엔진(20)을 웜업하는 상태인 경우, 웜업이 끝난 직후에 실린더헤드(22) 만을 냉각하는 상태인 경우, 엔진이 가열되어 실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)를 냉각하는 상태인 경우로 구분된다.

우선 엔진을 웜업하는 상태인 경우에는 밸브하우징(30) 내부로 유입되는 냉각수의 수온이 낮기 때문에 서머스탯(31)의 밸브(33)가 도 2와 같이 닫힌 상태가 되므로서, 밸브하우징(30)으로 유입되는 냉각수는 바이패스수로(42)로 흐르게 된다.

그리고 엔진(20)의 웜업이 끝난 직후에는 실린더블럭(21)은 냉각하지 않고 실린더헤드(22)만을 냉각하는 것이 바람직하다. 이러한 경우 본 발명에 의해 냉각시스템에서는 도 3과 같이 실린더헤드(22)를 통과한 냉각수만이 밸브하우징(30)으로 공급된다. 이 경우 냉각수온은 일정온도 이하인 상태이므로 서머스탯(31) 내에 인입된 왁스는 조금 팽창하게 된다. 따라서 왁스의 팽창량 만큼 서머스탯(31)의 밸브(33)는 일정량 개방되고, 실린더헤드(22)를 냉각한 후 밸브하우징(30)으로 유입된 냉각수는 냉각수로(41)를 따라 라디에이터(26)로 유입된다. 이 때 실린더블럭(21)과 연결된 유출구(28)를 개폐하는 차단밸브(35)는 개방되지 않는다. 즉, 서머스탯(31)의 밸브(33)가 일정량만 개방되므로서 이 밸브(33)와 연동되는 플런저(32)의 이동거리가 짧기 때문에 유출구(28)는 닫혀진 상태가 유지되는 것이다.

그리고 엔진(20)이 시동된지 일정시간이 경과하게 되면 엔진(20)이 과열되어 냉각수의 온도가 일정온도 이상으로 상승되므로서, 실린더헤드(22)뿐 아니라 실린더블럭(21)도 냉각시켜야만 된다. 이 경우에 본 발명에 의한 냉각시스템에서는 도 4와 같이 실린더헤드(22)를 통과한 냉각수의 온도 상승으로 서머스탯(31) 내의 왁스는 최고로 팽창되고, 왁스의 팽창에 의해 플런저(32)가 최고로 돌출되므로서 차단밸브(35)에 형성된 관통공(36)이 실린더블럭(21)과 연결된 유출구(28)의 내경과일치되어진다. 따라서 실린더블럭(21)을 통과한 냉각수도 밸브하우징(30)으로 유입되고, 서머스탯(31)은 고온의 냉각수에 의해 더욱 개방되므로서 실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)를 통과하며 과열된 냉각수는 라디에이터(26)로 공급되어 냉각된다.

이상과 같이 엔진(20)의 운전상태에 따라서 냉각수로(41)로 유입되는 냉각수는 라디에이터(26)를 거치면서 냉각된 후, 워터펌프(25)의 펌핑에 의해 엔진(20)을 냉각하면서 순환된다.

따라서 실린더헤드(22)의 온도를 실린더블럭(21)보다 낮게 유지하므로서 체적효율의 향상 및 내노킹성의 향상으로 전체적인 냉각성능이 향상되며, 실린더헤드(21)의 온도가 높게 유지되므로서 유온상승으로 인한 마찰손실 절감으로 연비가 향상된다.

또한, 냉각수가 실린더블럭을 거쳐 실린더헤드로 흐르는 종래의 1계통 냉각방식에 비해서 냉각수의 통과면적이 작기 때문에 워터펌프에 걸리는 부하가 감소되어 펌프의 구동손실이 저감되어 연비가 향상되고, 이로 인한 워터펌프에 걸리는 흡입저항도 작아지기 때문에 캐비테이션의 발생도 적어진다.

그리고 종래의 1계통 냉각방식에서는 웜업성능향상을 목적으로 가능한한 실린더블럭의 워터자켓 폭과 깊이를 줄이는 것이 좋았으나, 본 기술의 분리냉각을 적용하면 실린더블럭과 실린더헤드의 냉각수온이 별도로 제어되기 때문에 실린더블럭에서의 워터자켓 볼륨을 키울 수 있어서 연소음에 대한 댐핑효과로 NVH저감 측면에서도 유리하다. 또한 엔진 시동초기의 웜업시간이 단축되기 때문에 촉매활성화시간이 단축되기 때문에 배기가스 저감측면에서도 유리해진다.

이상과 같은 냉각시스템이 적용되면 실린더블럭(21)과 실린더헤드(22)의 결합면 사이에 개재되는 가스켓(50)의 냉각수 구멍이 불필요해지기 때문에 가스켓(50)의 제조공정이 단순해진다.

그리고 종래의 2계통 냉각방식에 비해서는 서머스탯이 1개만 사용되므로서 서머스탯 사용비용이 절감된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 운전상태에 따라서 냉각수의 흐름방향이 제어되고, 실린더헤드의 온도가 실린더블럭보다 낮게 유지되므로서 체적효율의 향상 및 내노킹성의 향상으로 전체적인 냉각성능이 향상되고, 실린더헤드의 온도가 높게 유지되므로서 유온상승으로 인한 마찰손실 적감으로 연비가 향상될 뿐만 아니라, 냉각수가 실린더블럭을 거쳐 실린더헤드로 흐르는 종래의 1계통 냉각방식에 비해서 냉각수의 통과면적이 작기 때문에 워터펌프에 걸리는 부하가 감소되어 펌프의 구동손실이 저감되어 연비가 향상되고, 이로 인한 워터펌프에 걸리는 흡입저항도 작아지기 때문에 캐비테이션의 발생이 저감되는 장점이 있는 것이다.

또한, 종래의 2계통 냉각방식에 비해서는 서머스탯이 1개만 사용되므로서 서머스탯 사용비용이 절감되는 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 워터펌프에서 펌핑하여 엔진의 실린더블럭 및 실린더헤드를 냉각하기 위한 냉각장치에 있어서,

   라디에이터(26)에서 냉각된 냉각수를 실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)로 공급하기 위한 워터펌프(25)와;

   실린더블럭(21) 및 실린더헤드(22)를 냉각한 후 순환되는 냉각수를 엔진(20) 상태에 따라서 라디에이터(26)와 연결되는 냉각수로(41) 혹은 바이패스수로(42)로 흐르도록 제어하기 위한 서머스탯(31)과;

   일측은 상기한 서머스탯(31)의 플런저(32)와 연동되도록 결합되며, 일측은 실린더헤드(21) 측벽에 스프링(37)에 의해 탄력지지되어, 실린더블럭(21)의 냉각수 유출구(28)로 배수되는 냉각수를 단속하기 위한 차단밸브(35)와;

   상기한 서머스탯(31)과 밸브(33)를 감싸며, 상기 실린더헤드(22)의 일측에 형성되는 밸브하우징(30); 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 실린더블럭(21)과 실린더헤드(22)의 결합면 사이에 개재되는 가스켓 (50)에는 냉각수 구멍이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각시스템.