KR20030005663A - 엔진 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 엔진의 냉간 상태에서 급가속으로 인하여 워터펌프의 송출유량이 급증할 때 바이패스 공급되는 냉각수 유량을 증대시키므로써 서모스탯의 강제 개방 방지 및 이에따른 엔진의 웜업 시간 지연을 방지하는 구조의 엔진 냉각 시스템을 제공하는 데 있다.

이를 위해 본 발명은 라디에이터 출구 수로에 설치되는 서모스탯과,

상기 서모스탯이 라디에이터 출구 수로를 폐쇄할 때는 개방되고 반대로 열릴때는 닫히게 되며, 라디에이터를 우회하여 냉각수를 워터펌프로 안내하는 바이패스라인을 포함하는 엔진 냉각 시스템에 있어서,

상기 바이패스라인과 병렬로 설치되어 냉각수를 바이패스시키는 보조바이패스라인과;

상기 보조바이패스라인의 도중에 워터펌프의 토출유량과 상기 바이패스관로의 유량 통과 능력과의 차이에 의한 차압 발생시 개방되도록 설치되는 체크밸브;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 냉각 시스템{Engine cooling system}

본 발명은 엔진 냉각 시스템, 특히 엔진의 냉간 시동상태하에서의 급가속시 냉각수 유량 보상장치에 관한 것이다.

엔진시동 후에는 신속하게 냉각수를 적정온도(80℃전후)까지 높이고, 또 장시간의 내리막길 등에서는 엔진이 과냉되는 것을 방지할 필요가 있다.

이때문에 도 3에 도시하는 것과 같이 수냉식 엔진 냉각 시스템에 있어서 실린더 헤드 라디에이터 수로 출구(2)에 냉각 수온에 따라 작동하는 서모스탯(1)을 장착하여 냉각수온이 낮은 엔진의 냉간시동시에는 라디에이터출구수로(2)를 닫아 엔진을 냉각시킨 냉각수가 라디에이터로 유입되지 않고 바이패스관로(9)를 통해 신속히 순환하도록 하므로써 워터재킷내의 수온을 신속히 상승시켜 엔진의 작동을 조기에 정상화하고 있다.

이와같은 상태에서 냉각수온이 일정온도 이상으로 상승하게 되면 왁스체의 열팽창에 의해 서모스탯(1)은 서서히 열리게 되며(이때 바이패스관로는 닫히게 된다), 이에 따라 냉각수는 라디에이터로 유입되어 방열 냉각된 후 엔진에 공급되도록 구성되어 있다.

그러나 상기한 종래의 엔진 냉각 시스템에 의하면 바이패스라인(9)의 통과 유량이 엔진의 아이들 및 저속 운전에 맞추어 설계되었기 때문에 엔진이 웜업 되기전 급가속이 있게 되면 워터펌프(11)의 냉각수 송출량이 급증하는 반면 바이패스라인(9)를 통해 순환하는 유량이 부족하여 그 유량 차이만큼 부압이 발생하게 되며, 그 압력차가 1,2 bar 이상이면 냉각수온과 관계없이 서모스탯(1)이 강제로 열리게되어 냉각수가 라디에이터를 경유하게 되므로써 엔진의 웜업 시간이 그만큼 길어져 연료 과다소모와 배기가스 악화등 여러가지 문제를 유발하고 있다.

이를 도 4에 그래프로 표시하였는바, 바이패스라인(9)(히터 순환용 관로(12)에 의한 유량 포함)의 유량곡선(Q₁)과 워터펌프(11)의 송출유량곡선(Q₂)은 기준 rpm(2500∼3000rpm)(N점) 기점으로 역전 현상을 일으키게 된다.

즉, 냉간시동시 기준 rpm까지에는 워터펌프(11)에서 요구되는 유량(Q₁)보다 바이패스라인(9)의 통과 유량(Q₂)이 크기 때문에 서모스탯(1)의 작동이 정상을 유지하게 되나, 급가속등으로 인해 엔진 rpm이 기준 rpm을 초과하게 되면 워터펌프(11)의 고회전에 따른 펌핑유량(Q'₁)이 갑자기 증가하게 되는 반면 일정한 단면적의 바이패스라인(9)를 통한 공급유량(Q'₂)은 그다지 증가하지 않으므로써 유량 부족이 워터펌프 전후에 큰 압력차를 가져와 라디에이터 출구수로(2)를 차단하고 있는 서모스탯(1)을 강제로 끌어내려 개방하게 되는 것에 의해서 냉각수가 라디에이터를 경유하게 되어 엔진의 웜업 시간이 증대되고 그만큼 엔진의 정상화가 늦어지게 되는 것이다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 엔진의 냉간 상태에서 급가속으로 인하여 워터펌프의 송출유량이 급증할 때 바이패스 공급되는 냉각수 유량을 증대시키므로써 서모스탯의 강제 개방 방지 및이에따른 엔진의 웜업 시간 지연을 방지하는 구조의 엔진 냉각 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여 라디에이터 출구 수로에 설치되는 서모스탯과,

상기 서모스탯이 라디에이터 출구 수로를 폐쇄할 때는 개방되고 반대로 열릴때는 닫히게 되며, 라디에이터를 우회하여 냉각수를 워터펌프로 안내하는 바이패스라인을 포함하는 엔진 냉각 시스템에 있어서,

상기 바이패스라인과 병렬로 설치되며, 바이패스라인만을 통해 순환되는 냉각수의 량이 부족시 추가하여 냉각수를 바이패스시키는 통로로 사용되는 보조바이패스라인과;

상기 보조바이패스라인의 도중에 워터펌프의 토출유량과 상기 바이패스관로의 유량 통과 능력과의 차이에 의한 차압 발생시 개방되도록 설치되는 체크밸브;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각 시스템을 나타내는 도면

도 2는 본 발명의 냉각수 유량과 엔진 회전수의 관계를 나타낸 그래프

도 3은 종래의 엔진 냉각수 시스템

도 4는 종래 엔진 냉각 시스템의 냉각 수량과 엔진 회전수의 관계를 나타낸 그래프

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 서모스탯 2 : 라디에이터 출구 수로

3 : 펠릿 5 : 주밸브

7,8,14 : 스프링 6 : 바이패스밸브

9 : 바이패스라인 10 : 워터펌프 입구라인

11 : 워터펌프 12 : 히터라인

13 : 보조바이패스라인 15 : 볼

16 : 체크밸브 17,18 : 밸브시트

19 : 밸브실

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각 시스템을 나타내는 도면으로서 도면중 부호 1은 라디에이터 출구수로(2)에 설치되는 서모스탯이다. 서모스탯(1)은 통상적 구조의 왁스펠릿형으로서 냉각수온에 반응하여 팽창과 수축을 반복하는 왁스를 내부에 밀봉한 펠릿(3)과 스핀들(4), 주밸브(5) 및 바이패스밸브(6)와 리턴스프링(7)(8)등으로 구성되어 있다.

그리고 부호 9는 바이패스라인이고, 부호 10은 워터펌프(11) 입구라인이며, 부호 12는 난방을 위한 히터라인이다.

상기 바이패스라인(9)과 병행하여서 보조바이패스라인(13)이 마련되고, 보조바이패스라인(13)의 도중에는 스프링(14)과 볼(15)로 구성되는 체크밸브(16)가 설치되어 있다.

이와같이 종래와 구별되는 본 발명의 특징적 구성은 보조바이패스라인(13)이 추가되고, 그 보조바이패스라인(13)을 특정 운전 조건하에서 개방 작동하게 되는 체크밸브(16)가 구비되어 있는 점이다.

이러한 기술적 구성에 의한 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

엔진의 시동 초기 웜업되기 전에는 냉각수의 온도가 매우 낮으므로 펠릿(3) 내부에 봉입된 왁스는 수축하고 리턴스프링(7)의 탄발력에 의해 주밸브(5)가 밀어 올려져 밸브시트(17)에 당접하므로써 라디에이터 출구수로(2)를 차단하게 되어 라디에이터측으로 냉각수가 순환하는 것이 차단된다.

이와 동시에 바이패스밸브(6)는 리턴스프링(8)을 압축하면서 펠릿(3)과 함께 상승하여 밸브시트(18)로부터 떨어져 바이패스관로(9)가 개방되게 된다.

이에따라 엔진을 순환하고 나온 냉각수는 라디에이터측으로 흐르지 아니하고 개방된 바이패스관로(9)를 통해 워터펌프(11)측에 유입되므로 냉각수온을 신속히 올려 웜업(warm up) 시간을 단축하게 된다.

그런데 엔진이 아직 웜업 되기 이전(냉각수온이 여전히 낮음)에 엔진의 급가속 작동이 있게 되면 엔진의 rpm이 급상승하며, 이에따라 워터펌프(11)가 고속 회전하여 워터펌프의 송출유량이 크게 증가하게 된다.

반면에 바이패스라인(9)의 유량통과 단면적이 작아 통과 유량이 워터펌프 송출 유량을 충족시키지 못하게 되므로써 워터펌프 전후의 압력차가 커지게 되어 밸브실(19)내에 부압이 형성되어지게 된다.

이 압력차가 일정치, 통상 1,2bar 이상 형성되면 리턴스프링(7)의 탄성력보다 그 부압이 커지기 때문에 주밸브(5)가 하강하려고 하나, 그 이전에 리턴스프링(7)보다 더 낮은 탄성력을 가진 체크밸브(16)의 스프링(14)이 볼(15)에 의해 압축되면서 열려(볼(15)의 양측의 압력차가 스프링 탄성보다 커지게 되는 순간부터 열림) 보조 바이패스라인(13)을 개방하게 되며, 이에따라 바이패스라인(9)뿐 아니라 보조바이패스라인(13)을 통해서도 밸브실(19)내로 냉각수 유량이 공급되므로써 워터펌프(11)의 송출유량을 보상하게 되는 것이며, 자연히 서모스탯(1)은 개방되지 않게 되는 것이다.

여기서 물론 히터라인(12)을 통해서도 밸브실(19)내로 냉각수가 유입되는 것은 종래와 동일하다.

도 2에 본 발명의 유량과 엔진 회전수(rpm)의 관계를 도시하였는바, 기준 rpm(N점), 예를들면 2500rmp 까지는 워터펌프(11)의 송출유량(Q₁)보다 바이패스라인(9)과 히터라인(12)에 의한 공급유량(Q₂)이 많기 때문에 보조바이패스라인(13)의 개방은 불필요하다.

그러나 기준 rpm(N점)을 넘어서 엔진이 급가속되면 체크밸브(16)가 열려 보조바이패스관로(13)를 통하여 유량 보상 행위가 이루어지므로 일점쇄선으로 도시(Q₄)한 것과 같이 거의 워터펌프의 요구량(Q₃)을 충족하게 되는 것이다.

이와같은 상태에서 엔진이 웜업되어 냉각수온이 정상치(80℃전후)에 다다르면 그 냉각수온에 의해 펠릿(3)속의 왁스가 팽창하게 되며, 스핀들(4)에 지지된채 주밸브(5)가 리턴스프링(7)을 압축하면서 하강하여 라디에이터 출구수로(2)를 개방하게 되며, 반면 바이패스밸브(6)는 하강하여 밸브시트(18)에 밀착하여 바이패스라인(9)을 차단(보조바이패스라인은 체크밸브에 의해 차단당함)하게 되며, 엔진을 냉각시킨 냉각수는 바이패스라인(9)이나 보조바이패스라인(13)을 통하여 흐르지 못하고 라디에이터측으로 흘러 방열 냉각된 후 밸브실(19)을 거쳐 워터펌프(11)측으로 순환하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 엔진의 냉간 시동시 냉각수를 라디에이터를 경유하지 아니하고 바이패스시키는 바이패스라인과 병행하여 보조바이패스 라인을 설치한 후 엔진 웜업전 급가속 구동으로 인해 워터펌프의 송출유량이 급증하게 될때 보조바이패스라인을 개방하여 유량 보상을 할 수 있도록 체크밸브를 설치하는 것에 의해서, 엔진 급가속 운전에 따른 서모스탯의 강제 개방을 막아 웜업 시간 지연을 방지하게 되므로써 연비 악화 및 배기가스 악화를 방지하고 엔진 각부의 조기 마모를 예방하게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 라디에이터 출구 수로에 설치되는 서모스탯과,

   상기 서모스탯이 라디에이터 출구 수로를 폐쇄할 때는 개방되고 반대로 열릴때는 닫히게 되며, 라디에이터를 우회하여 냉각수를 워터펌프로 안내하는 바이패스라인을 포함하는 엔진 냉각 시스템에 있어서,

   상기 바이패스라인과 병렬로 설치되며, 상기 바이패스라인만을 통해 순환되는 냉각수의 량이 부족시 추가하여 냉각수를 바이패스시키기 위한 통로로 사용되는보조바이패스라인과;

   상기 보조바이패스라인의 도중에 워터펌프의 토출유량과 상기 바이패스관로의 유량 통과 능력과의 차이에 의한 차압 발생시 개방되도록 설치되는 체크밸브;를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 체크밸브의 볼을 지지하는 스프링의 탄성력이 상기 서모스탯의 주밸브를 지지하는 리턴스프링보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 워터펌프의 송출유량이 상기 바이패스관로의 공급유량보다 높게 될 때 상기 체크밸브가 열리도록 스프링 상수가 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각시스템.