KR20040022854A - 운전정지 후의 엔진 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 시동이 정지된 상태에서 엔진의 온도가 소정온도 이상으로 상승되면 별도로 마련되는 전동모터에 의해서 워터펌프가 회전되도록 구성되어, 엔진의 운전정지 시에도 상황에 따라서 엔진으로 냉각수가 순환되도록 하는 운전정지 후의 엔진 냉각장치에 관한 것으로,

엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드를 냉각하기 위한 워터펌프가 실린더 블럭의 일측에 장착되는 엔진에 있어서,

펌프 하우징의 외측으로 일단이 돌출되어지되, 외측의 끝단부에 소정 구간 절개된 가이드 레일이 형성된 중공의 축과;

벨트를 매개로 하여 크랭크 샤프트의 회전동력이 상기 축에 전달될 수 있도록 상기 축의 일측에 그 축공이 끼워지며, 상기 축공에 상기 가이드 레일과 대비되는 키홈이 형성되는 벨트 풀리와;

전동모터의 구동력이 벨트를 매개로 하여 상기 축에 전달되도록 상기 벨트 풀리와 이웃하는 위치의 축 상에 그 축공이 끼워지며, 상기 축공에 상기 가이드 레일과 대비되는 키홈이 형성되는 보조 풀리와;

상기 축의 외측 끝단에 형성된 가이드 레일을 따라 이동되어지되, 상기 벨트 풀리와 보조 풀리에 형성된 키홈 중 어느 한 측에만 걸리도록 형성되는 키이와;

상기한 키이를 전후진 이동시키기 위해 상기 축의 내측에 수용되는 솔레노이드; 를 포함하여 구성되어지되, 엔진의 운전이 정지된 상태에서 엔진의 온도가 적정수준 이상일 경우에 상기 워터펌프가 전동모터에 의해 구동되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

운전정지 후의 엔진 냉각장치{Cooling apparatus for engine}

본 발명은 운전정지 후의 엔진 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 시동이 정지된 상태에서 엔진의 온도가 소정온도 이상으로 상승되면 별도로 마련되는 전동모터에 의해서 워터펌프가 회전되도록 구성되어, 엔진의 운전정지 시에도 상황에 따라서 엔진으로 냉각수가 순환되도록 하는 운전정지 후의 엔진 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 연료를 연소시켜 동력을 얻는데, 실린더 내에서 연소되는 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하게 되지만, 이 연소열의 전부가 동력으로 전환되는 것은 아니고, 그 중 상당량의 열이 실린더 헤드 및 피스톤 등에 흡수되어 열손실을 유발하고 또 이들 부분의 과열을 일으키게 된다.

이에 따라 실린더 등의 온도가 과도하게 상승하면 실린더의 변형을 일으키거나 유막을 파괴시켜 윤활불량을 초래하게 되고, 심하면 엔진을 손상시키게 되고 또 연소상태도 나빠지게 되므로서 노킹이나 조기점화를 일으켜 엔진의 출력을 급격히저감시키게 된다.

이에 따라 엔진의 과열을 방지하기 위해서 엔진을 냉각하게 되는데 반대로 엔진이 너무 냉각되면 연소에 의해 생긴 열이 동력으로 전환되지 못하고 냉각으로 상실되는 양이 많아져 열효율을 저하시켜 연료소비를 증대시키게 되며, 또 연료의 무화가 불충분한 혼합기가 엔진에 공급되어 가솔린에 의해 엔진오일을 묽게 만들어 실린더의 마모를 촉진하게 된다.

이 때문에 엔진을 냉각하여 과열을 방지하되 적온으로 유지되도록 하는 냉각 시스템이 엔진에 사용되고 있는데, 통상 도 5에 도시되는 바와 같이 실린더와 연소실을 둘러싸는 워터재킷(11)과, 물을 실린더로 압송순환시키는 워터펌프(10)와, 엔진을 냉각하여 온도가 높아진 냉각수의 열을 외기에 전달하여 냉각하는 라디에이터(12)와, 라디에이터의 통풍을 돕는 냉각팬(13)을 포함하는 수냉식 냉각 시스템이 주로 사용되고 있다.

이 수냉식 냉각 시스템에는 서모스탯(15)이라는 냉각수온에 따라 냉각수의 흐름을 변경하는 장치가 마련되어 있어, 엔진의 온도가 낮은 시동초기에는 냉각수가 방열 냉각을 위한 라디에이터(12) 측으로 흐르지 않고 바이패스관로(16)를 통해 다시 엔진을 순환토록 하므로서 엔진이 온도를 신속하게 정상온도로 상승시키게 되며, 엔진이 정상온도에 이르면 엔진의 과열을 방지하기 위하여 냉각수온에 추종하여 서모스탯(15)이 열리게 되므로서 냉각수가 라디에이터(12)로 순환하여 방열 냉각된 후 엔진을 순환하여 적온으로 유지하게 된다.

특히, 상기한 워터펌프(10)는 엔진의 구동원인 크랭크 샤프트와 벨트(17)로써 연결되어, 엔진의 시동여부에 따러서 작동되는 것이 일반적이다.

그런데 상기와 같이 구성되는 종래의 수냉식 냉각 시스템에서는 차량이 고부하 영역에서 장시간의 운행을 마친 후에 시동을 끄게 되었을 경우, 시동을 정지하는 동시에 워터펌프의 작동이 멈추게 되므로서 냉각수의 순환이 정지되어 엔진의 온도가 도 7의 그래프와 같이 상승된다. 이와 같이 엔진의 온도가 적정수준 이상으로 상승되었을 경우에는, 엔진이 고착되는 등의 열해가 입게 되는 문제점이 있게된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 시동이 정지된 상태에서 엔진의 온도가 소정온도 이상으로 상승되면 별도로 마련되는 전동모터에 의해서 워터펌프가 회전되도록 구성되어, 엔진의 운전정지 시에도 상황에 따라서 엔진으로 냉각수가 순환되도록 하는 운전정지 후의 엔진 냉각장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드를 냉각하기 위한 워터펌프가 실린더 블럭의 일측에 장착되는 엔진에 있어서,

펌프 하우징의 외측으로 일단이 돌출되어지되, 외측의 끝단부에 소정 구간 절개된 가이드 레일이 형성된 중공의 축과;

벨트를 매개로 하여 크랭크 샤프트의 회전동력이 상기 축에 전달될 수 있도록 상기 축의 일측에 그 축공이 끼워지며, 상기 축공에 상기 가이드 레일과 대비되는 키홈이 형성되는 벨트 풀리와;

전동모터의 구동력이 벨트를 매개로 하여 상기 축에 전달되도록 상기 벨트 풀리와 이웃하는 위치의 축 상에 그 축공이 끼워지며, 상기 축공에 상기 가이드 레일과 대비되는 키홈이 형성되는 보조 풀리와;

상기 축의 외측 끝단에 형성된 가이드 레일을 따라 이동되어지되, 상기 벨트 풀리와 보조 풀리에 형성된 키홈 중 어느 한 측에만 걸리도록 형성되는 키이와;

상기한 키이를 전후진 이동시키기 위해 상기 축의 내측에 수용되는 솔레노이드; 를 포함하여 구성되어지되, 엔진의 운전이 정지된 상태에서 엔진의 온도가 적정수준 이상일 경우에 상기 워터펌프가 전동모터에 의해 구동되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 구성되는 워터펌프의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 워터펌프 풀리의 결합상태도.

도 3은 본 발명에 의한 워터펌프 축의 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 워터펌프의 작동상태도.

도 5는 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템의 플로우차트.

도 6 내지 도 7은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 워터 펌프 21 : 펌프 하우징

22 : 임펠러 24 : 축

25 : 가이드 레일 27 : 벨트 풀리

28 : 키홈 30 : 보조 풀리

31 : 키홈 32 : 전동모터

40 : 키이 41 : 로드

43 : 솔레노이드 44 : 스프링

50 : 전자제어장치 51 : 냉각수온센서

이하, 본 발명에 운전정지 후의 엔진 냉각장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 구성되는 워터펌프의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 워터펌프 풀리의 결합상태도이고, 도 3은 본 발명에 의한 워터펌프 축의 사시도이고, 도 4는 본 발명에 의한 워터펌프의 작동상태도이며, 도 5는 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템의 플로우차트이다.

상기한 도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의한 워터펌프를 지시하는 것으로서, 상기 워터펌프(20)의 펌프 하우징(21) 내부에는 임펠러(22)가 축(24)의 일단에 지지되어 펌프실(23)로 유입되는 냉각수를 펌핑하게 구성된다.

워터펌프(20)의 펌프 하우징(21) 외측으로 일단이 돌출되도록 장착되는 축(24)은 중공으로 형성되는데, 크랭크 샤프트의 구동력을 벨트(26)로써 전달시키기 위한 벨트 풀리(27)의 축공에 끼워지는 축(24)의 끝단부에는 축의 길이방향으로 절개된 가이드 레일(25)이 형성된다. 가이드 레일(25)은 축(24)을 측면측에서 바라볼 때 등각으로 3~5개 정도가 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 축(24)의 외측 끝단부에는 크랭크 샤프트의 구동력을 전달받기위한 벨트 풀리(27)가 끼어지고, 상기 벨트 풀리(27)와 이웃하도록 상기 축(24)의 도중에는 보조 풀리(30)의 축공이 끼워진다. 상기 벨트 풀리(27) 및 보조 풀리(30)의 축공의 내주면에는 각각 상기한 축(24)의 가이드 레일(24)이 형성되는 위치에 키홈(28,31)이 형성된다. 즉, 상기 벨트 풀리(27)와 보조 풀리(30)의 키홈(28,31)에 후설할 키이(40)가 위치되지 않았을 경우에는 상기 축(24)과 벨트 풀리(27) 및 보조 풀리(30)는 서로 공전하게 되는 것이다.

상기한 보조 풀리(30)는 엔진의 운전이 정지되었을 경우에 상기 워터 펌프(20)를 가동시키기 위해 별도로 마련되는 전동모터(32)의 구동력이 상기 워터펌프(20)에 전달되도록 상기 축(24)의 도중에 마련되는 것이다.

한편, 상기한 키이(40)는 상기 중공의 축(24)의 내부에 수용되어 엔진의 운전상황에 따라서 벨트 풀리(27) 및 보조 풀리(30)를 통해 크랭크 샤프트 혹은 전동모터의 구동력이 상기 축(24)에 전달되도록 하기 위한 것이다. 이를 위해, 상기 키이(40)는 상기 가이드 레일(25)을 따라 축방향으로 이동될 수 있도록 상기 키홈(28,31)의 위치에 등각으로 3~5개가 배치되는데, 각각의 키이(40)는 그 내측 중심이 교차되도록 연결하여 일체로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 키이(40)를 전후진시키기 위한 솔레노이드(43)가 상기 축(24)의 내부에 수용되고, 상기 키이(40)와 솔레노이드(43) 간에는 로드(41)로써 연결된다. 또한, 상기 로드(41)의 일측은 솔레노이드(43)가 작동하지 않을 경우에 상기 키이(40)의 위치가 상기 벨트 풀리(27)의 키홈(28) 혹은 보조 풀리(30)의 키홈(31)에 위치되도록 하기 위한 스프링(44)이 장착된다. 즉, 상기 스프링(44)은 솔레노이드(43)의 작동방향과 반대의 힘이 작용되는 것이다. 스프링(44)의 일단을 탄력지지되도록 위해 상기 로드(41)의 도중에는 걸림턱(42)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 솔레노이드(43)는 축(24)의 내부에 수용되어 엔진의 운전이 멈추었을 경우에, 냉각수온센서(51)에서 측정되는 온도값이 설정치 이하로 판단되면 전자제어장치(50)의 제어에 의해서 작동되도록 설정된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 운전되면 실린더 내의 피스톤이 상하로 이동되면서 커넥팅 로드와 크랭크 샤프트의 상호작용에 의해 구동력이 발생하게 됨과 동시에 워터펌프(20)가 작동된다. 이 때, 상기 워터펌프(20)는 크랭크 샤프트와 상기 벨트 풀리(27)가 벨트(26)로써 연결되어 구동되는 것이다.

이렇게 워터펌프(20)가 작동되면 임펠러(22)의 블레이드에 의해서 원심력이 발생되므로서 실린더 블럭에 형성된 워터재킷으로 냉각수가 공급되어 엔진을 냉각하게 된다.

한편, 엔진의 운전이 정지되면 상기한 워터펌프(20)의 작동도 멈추게 되므로서 워터재킷으로의 냉각수공급이 멈추게 된다.

그런데 엔진이 고부하 영역에서 장시간 동안 운전된 상태에서는 엔진의 정지됨과 동시에 냉각수의 순환이 멈추게 되므로서 엔진의 온도는 잠열에 의해서 상승하게 된다. 이때, 엔진의 온도를 상기 냉각수온센서(51)에서 측정되는데, 측정된 온도가 설정치 이상일 경우에는 전자제어장치(50)는 상기한 솔레노이드(43)를 제어하여 키이(40)의 위치를 이동시키게 된다. 즉, 벨트 풀리(27)의 키홈(28)에 물려있던 키이(40)는 보조 풀리(30)의 키홈(31) 측으로 이동된다. 또한, 상기한 전자제어장치(50)에서는 전동모터(32)가 회전되도록 제어한다.

따라서 상기한 전동모터(32)에 의해서 워터펌프(20)가 작동되어 엔진의 운전이 멈춘 후에도 엔진의 온도가 소정온도 이상일 경우에는 냉각수의 순환이 이루어지게 되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 시동이 멈춘 후에 엔진의 온도가 소정온도 이상으로 측정될 경우에 전동모터에 의해서 워터펌프가 작동되도록 구성되므로서 엔진 운전 정지 후에 엔진의 잠열에 의해서 엔진이 고착되는 등의 열해가 방지되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 엔진의 실린더 블럭 및 실린더 헤드를 냉각하기 위한 워터펌프가 실린더 블럭의 일측에 장착되는 엔진에 있어서,

   펌프 하우징(21)의 외측으로 일단이 돌출되어지되, 외측의 끝단부에 소정 구간 절개된 가이드 레일(25)이 형성된 중공의 축(24)과;

   벨트(26)를 매개로 하여 크랭크 샤프트의 회전동력이 상기 축(24)에 전달될 수 있도록 상기 축(24)의 일측에 그 축공이 끼워지며, 상기 축공에 상기 가이드 레일(25)과 대비되는 키홈(28)이 형성되는 벨트 풀리(27)와;

   전동모터(32)의 구동력이 벨트(33)를 매개로 하여 상기 축(24)에 전달되도록 상기 벨트 풀리(27)와 이웃하는 위치의 축(24) 상에 그 축공이 끼워지며, 상기 축공에 상기 가이드 레일(25)과 대비되는 키홈(31)이 형성되는 보조 풀리(30)와;

   상기 축(24)의 외측 끝단에 형성된 가이드 레일(25)을 따라 이동되어지되, 상기 벨트 풀리(27)와 보조 풀리(30)에 형성된 키홈(28,31) 중 어느 한 측에만 걸리도록 형성되는 키이(40)와;

   상기한 키이(40)를 전후진 이동시키기 위해 상기 축(24)의 내측에 수용되는 솔레노이드(43); 를 포함하여 구성되어지되, 엔진의 운전이 정지된 상태에서 엔진의 온도가 적정수준 이상일 경우에 상기 워터펌프(20)가 전동모터(32)에 의해 구동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 운전정지 후의 엔진 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 키이(40)는 등각 간격으로 3~5개가 배치되어지되, 상기 각각의 키이(40)는 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 운전정지 후의 엔진 냉각장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 솔레노이드(43)는 엔진의 냉각수 온도를 측정하는 냉각수온센서(51)에서 측정된 온도값에 따라 전자제어장치(50)의 제어에 의해 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 운전정지 후의 엔진 냉각장치.