KR200316266Y1 - 엔진의냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차용 엔진의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 제1 실린더 측 실린더 블록에서 실린더 헤드로 냉각수가 유입되는 냉각수 통로의 일부위에 코너가 형성되고, 상기 코너에 냉각수의 유속을 증가시킴과 아울러 후미에서 와류를 형성시키는 돌출부가 형성되기 때문에 냉각수와 상기 제1 실린더 사이의 열전달율이 증가되어 엔진의 냉각 성능이 향상된다.

Description

엔진의 냉각 시스템

본 고안은 엔진을 냉각하여 과열을 방지하고 적당한 온도로 유지시키는 자동차용 엔진의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 특히 실린더 블록으로부터 냉각수가 유입되는 상기 실린더 헤드의 냉각수 통로 입구 측에 돌출부를 형성시켜 냉각수의 흐름을 변화시키는 엔진의 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 실린더 내의 연소가스 온도는 2000℃∼2500℃에 이르고, 이 열의 상당량이 실린더, 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 및 기타 부품으로 전달된다. 그런데, 이들 부품의 온도가 과도하게 상승되면 부품 재료의 강도가 저하되어 고장이 생기거나 수명이 단축되고 연소 상태도 나빠져서 엔진 출력이 저하된다.

또한, 엔진이 너무 냉각되면 냉각으로 손실되는 열량이 크기 때문에 엔진 효율이 낮아지고 연료 소비량이 증가하는 등의 문제가 생기므로 엔진 금속면 온도를 최대 220℃ 이내로 유지시키는 것이 냉각 시스템의 기능이다.

종래 기술에 따른 엔진의 냉각 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(2)에 설치된 냉각수의 통로인 워터 재킷(3)과, 상기 워터 재킷(3)으로 냉각수를 압송하여 순환시키는 워터 펌프(4)와, 상기 워터 재킷(3)에서 보내온 냉각수의 열을 외기에 전달하여 냉각하는 라디에이터(5)와, 상기 라디에이터(5)의 후방에 설치되어 라디에이터(5)의 통풍을 돕는 냉각 팬(6)과, 상기 워터 재킷(3)의 출구 부분에 설치되고 수온에 따라 냉각수 통로를 개폐하여 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 하는 서머스탯(thermostat)(7)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 워터 재킷(3)은 대부분의 엔진에 채택된 형태인 유 턴 플로우 (U-turn flow) 형태이고, 상기 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(2) 사이에는 냉각수의 누설을 방지하기 위한 개스킷(gasket)이 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 엔진의 냉각 시스템에서는 엔진이 시동된 후 냉각수의 온도가 낮은 때, 즉 워밍업 전에는 냉각수를 라디에이터(5)로 보내지 않고 바이패스 밸브와 워터 펌프(4)를 통해 엔진으로 순환시키기 때문에 빠른 워밍업이 촉진된다.

이후, 냉각수가 냉각되지 않고 엔진의 실린더 블록(1)과 실린더 헤드(2)에 형성된 워터 재킷(3)을 지나면서 어느 정도 뜨거워지면 상기 서머스탯(7)이 열리면서 냉각수가 상기 라디에이터(5)로 흘러 들어가 냉각되고, 이렇게 냉각된 물이 상기 워터 펌프(4)를 통해 엔진으로 공급된다.

상기와 같이 구성된 유 턴 플로우 형태의 냉각 시스템에서는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 워터 펌프(4)로부터 압송된 냉각수가 상기 실린더 블록 (1)을 경유한 후 냉각수 홀(13)을 통해 실린더 헤드(2)로 유입되어 상기 실린더 헤드(52)를 지나기 때문에 상기 워터 펌프(4)로부터 멀리 떨어질수록 냉각수의 온도가 높아진다.

따라서, 상기 냉각수의 온도가 높으면 높을 수록 실린더의 냉각률은 저하되므로 상기 워터 펌프(4)로부터 가장 멀리 떨어진 곳에 위치된 제 1 실린더(8)의 냉각이 제대로 이루어지지 않아 상기 제 1 실린더(8)의 온도가 다른 실린더들보다 높게 되는 문제점이 있다. 이때, 각각의 실린더들을 온도가 높은 순서대로 나열하면 제 1 실린더(8), 제 2 실린더(9), 제 3 실린더(10), 제 4 실린더(11) 순이다.

또한, 종래 기술에 따른 유 턴 플로우 형태의 냉각수 시스템에서 상기 실린더 블록(1)으로부터 냉각수가 유입되는 상기 실린더 헤드(2)의 냉각수 통로 입구 측을 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 냉각수 통로가 굴곡되어 있기 때문에 냉각수 통로의 바깥쪽, 즉 상기 제 1 실린더(8)와 멀리 떨어진 쪽을 흐르는 냉각수는 유속이 크고 냉각수 통로의 안쪽, 즉 상기 제 1 실린더(8)와 가까운 쪽을 흐르는 냉각수는 유속이 작게 된다.

따라서, 종래의 엔진의 냉각수 시스템은 상기 냉각수 통로의 안쪽을 흐르는 냉각수의 유속이 작고 상기 냉각수 통로를 지나는 냉각수의 흐름에는 층류가 형성되므로 상기 냉각수와 제 1 실린더(8) 사이의 열교환이 원활하게 이루어지지 않게 되며, 그에 따라 상기 제 1 실린더(8)로부터의 열전달율이 감소되어 상기 제 1 실린더(8)의 냉각률이 감소되는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실린더 블록으로부터 냉각수가 유입되는 상기 실린더 헤드의 냉각수 통로 입구 측에 냉각수의 흐름을 변화시켜 실린더로부터의 열전달율을 높이도록 형성된 돌출부를 구비함으로써 냉각수의 유속이 커지고 냉각수의 흐름에 와류가 형성되어 실린더로부터의 열전달율이 증가됨과 아울러 상기 실린더의 냉각률이 향상되도록 하는 엔진의 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 엔진의 냉각 시스템이 도시된 구성도,

도 2는 도 1에 도시된 A부의 확대도,

도 3a는 실린더 헤드와 실린더 블록 내의 냉각수 흐름이 도시된 평면도,

도 3b는 실린더 헤드와 실린더 블록 내의 냉각수 흐름이 도시된 정면도,

도 4는 본 고안에 따른 엔진의 냉각 시스템이 도시된 구성도,

도 5는 도 4에 도시된 A부의 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 실린더 블록 52 : 실린더 헤드

53 : 워터 재킷 65 : 돌출부

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 엔진의 냉각 시스템의 특징은 실린더 블록과 실린더 헤드 사이에 형성된 냉각수의 통로를 통해 냉각수를 순환시켜 엔진을 냉각시키는 엔진의 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각수 통로에는 상기 실린더 블록에서 상기 실린더 헤드로 냉각수가 유입되는 부위에 코너가 형성되고, 상기 코너 안쪽에는 냉각수의 흐름을 변화시키는 돌출부가 형성된 것을 특징으로한다.

또한, 본 고안의 부가적인 특징은, 상기 돌출부는 그 단면이 냉각수의 진행 방향에 따라 상기 냉각수의 통로가 좁아지도록 형성된 유선형이고 후부가 냉각수의 진행 방향과 직교되도록 형성되는데 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 상기 냉각수 통로를 지나는 냉각수의 유속이 커지고 냉각수의 흐름에 와류가 형성되어 실린더로부터의 열전달율이 증가되며, 그에 따라 실린더의 냉각 효율이 증가되어 엔진의 냉각 성능이 향상되는 이점이 있다.

이하, 본 고안의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 고안에 따른 엔진의 냉각 시스템이 도시된 구성도, 도 5는 도 4에 도시된 A부의 확대도이다.

본 고안에 따른 엔진의 냉각 시스템은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 실린더 블록(51)과 실린더 헤드(52) 사이에 설치되어 냉각수의 통로 역할을 하는 워터 재킷(53)과, 상기 워터 재킷(53)으로 냉각수를 압송하여 순환시키는 워터 펌프(54)와, 상기 워터 재킷(53)에서 보내온 냉각수의 열을 외기에 전달하여 냉각하는 라디에이터(55)와, 상기 라디에이터(55)의 후방에 설치되어 라디에이터(55)의 통풍을 돕는 냉각 팬(56)과, 상기 워터 재킷(53)의 출구 부분에 설치되고 수온에 따라 냉각수 통로를 개폐하여 냉각수의 온도를 일정하게 유지하는 역할을 하는 서머스탯(57)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 냉각수 통로, 즉 워터 재킷(53)에는 상기 실린더 블록(51)에서상기 실린더 헤드(52)로 냉각수가 유입되는 부위에 코너(53a)가 형성되고, 상기 코너(53a)의 안쪽에는 냉각수와 엔진의 열교환이 용이하게 이루어지도록 냉각수의 흐름을 변화시키는 돌출부(65)가 형성된다.

특히, 상기 실린더 블록(52)에는 좌우방향으로 일정간격을 유지하며 제1~제4실린더(58~61)가 형성되고 있고, 냉각수는 상기 워터 펌프(54)로부터 멀리 떨어질수록 온도가 상승하기 때문에, 상기 돌출부(65)는 상기 워터 펌프(54)로부터 가장 멀리 떨어져 형성된 상기 제 1 실린더(58) 측에 설치되면, 그 단면은 냉각수의 진행 방향에 따라 냉각수의 통로가 좁아지도록 형성된 유선형이며 후부는 냉각수의 진행 방향과 직교되도록 형성되어 있다.

물론, 상기 돌출부(65)는 필요에 따라 상기 제1 실린더(58)를 제외한 나머지 실린더(59~61) 측에도 동일한 형태로 설치되어 냉각수와 상기 제1 실린더(58)를 제외한 나머지 실린더(59~61) 사이의 열전달을 촉진시킬 수 있고, 그 결과로 엔진의 냉각성능을 향상시키기 위해 워터 드릴드 패시지(water-drilled passage)와 같은 별도의 보조 냉각수단을 사용할 필요가 없어진다.

또한, 상기 돌출부(65)는 상기와 같은 형태의 돌기물을 별도로 제작한 후 상기 냉각수 통로에 부착하거나 주물의 코어 형태를 변형시켜 주물 성형함으로써 형성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 엔진의 냉각 시스템에서는 엔진이 시동된 후 냉각수의 온도가 낮은 때, 즉 워밍업 전에는 냉각수를 라디에이터(55)로 보내지 않고 바이패스 밸브와 워터 펌프(54)를 통해 엔진으로 순환시키기 때문에 빠른 워밍업이 촉진된다.

이후, 냉각수가 냉각되지 않고 엔진의 실린더 블록(51)과 실린더 헤드(52)에 형성된 워터 재킷(53)을 지나면서 어느 정도 뜨거워지면 서머스탯(57)이 열리면서 냉각수가 상기 라디에이터(55)로 흘러 들어가 냉각되고, 이렇게 냉각된 물이 상기 워터 펌프(54)를 통해 엔진으로 공급된다.

특히, 냉각수는 상기 코너(53a)를 지날 때 상기 돌출부(65)에 의해 상기 돌출부(53a)가 형성되지 않은 냉각수 통로의 다른 부위를 지날 때보다 유속이 커지고, 상기 돌출부(65)의 후미에서 와류(V)를 형성하기 때문에 냉각수와 상기 제1 실린더(58) 사이의 열전달이 촉진되어 상기 제 1 실린더(58)의 냉각이 원활하게 이루어지게 된다.

상기와 같이 구성되고 동작되는 본 고안에 따른 엔진의 냉각 시스템은 제1 실린더 측 실린더 블록에서 실린더 헤드로 냉각수가 유입되는 냉각수 통로의 일부 위에 코너가 형성되고, 상기 코너에 냉각수의 유속을 증가시킴과 아울러 후미에서 와류를 형성시키는 돌출부(65)가 형성되기 때문에 냉각수와 상기 제1 실린더(58) 사이의 열전달율이 증가되어 엔진의 냉각 성능이 향상되는 이점이 있다.

또한, 본 고안에 따른 엔진의 냉각 시스템은 모든 실린더(58, 59, 60, 61) 측에 상기 돌출부(65)를 적용시킬 경우, 워터 드릴드 패시지(water-drilled passage)와 같은 보조 냉각수단을 사용하지 않아도 되므로 생산 원가가 절감되는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 실린더 블록과 실린더 헤드 사이에 형성된 냉각수의 통로를 통해 냉각수를 순환시켜 엔진을 냉각시키는 엔진의 냉각 시스템에 있어서,

   상기 냉각수 통로에는 상기 실린더 블록에서 상기 실린더 헤드로 냉각수가 유입되는 부위에 코너가 형성되고, 상기 코너 안쪽에는 냉각수의 흐름을 변화시키는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 돌출부는 그 단면이 냉각수의 진행 방향에 따라 상기 냉각수의 통로가 좁아지도록 형성된 유선형이고 후부가 냉각수의 진행 방향과 직교되도록 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 냉각 시스템.