KR20080099151A - 내연 기관의 냉각계 장치 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는 트랜스미션의 오일 온도의 과도한 상승의 억제에 적합한 내연 기관의 냉각계 장치를 제공하는 것이다.
내연 기관의 워터 재킷(1)을 통과한 냉각 매체로서의 냉각수를 서모스탯 밸브(3) 및 라디에이터(4)를 바이패스시켜 워터 재킷(1)으로 복귀시키는 바이패스 통로(11)의 중도부와, 내연 기관의 워터 재킷(1)을 통과한 냉각수를 라디에이터(4)를 경유시켜 워터 재킷(1)으로 복귀시키는 냉각수 순환 통로(10)의 라디에이터(4) 하류를 서로 접속하여, 상기 바이패스 통로(11)와 상기 냉각수 순환 통로(10)의 중도부를 서로 연통시키는 브릿지 통로(15)를 형성하는 동시에, 상기 냉각수 순환 통로(10)의 상기 브릿지 통로(15)와의 접속 부위의 하류에 통로 저항을 발생시키는 수단, 예를 들어 오리피스(17)를 배치하여 상기 브릿지 통로(15)에 통과하는 냉각수와 트랜스미션의 오일 사이에서 열교환을 행하게 하는 오일 열교환기(16)를 배치하였다.
Figure P1020080041635
내연 기관, 워터 재킷, 서모스탯 밸브, 브릿지 통로, 오리피스

Description

내연 기관의 냉각계 장치 {Cooling Apparatus of an Internal Combustion Engine}
본 발명은 내연 기관의 냉각계 장치에 관한 것으로, 특히 내연 기관을 냉각하는 냉매를 이용하여 트랜스미션 오일의 온도 조절을 행하는 데 적합한 내연 기관의 냉각계 장치에 관한 것이다.
종래부터 내연 기관의 냉각수를 이용하여 트랜스미션 오일을 가열ㆍ냉각하여 온도 조절을 행하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
이는, 엔진의 냉각수를 이용하여 1개의 오일 열교환기에 의해 트랜스미션 오일의 가열ㆍ냉각을 효율적으로 행하는 것이다. 라디에이터 출구와 워터 펌프 사이에 서모스탯 밸브를 설치한, 소위 입구 수온 제어 타입을 채용한 수냉식 엔진 냉각계 장치이다. 이 냉각계 장치는 냉각수와 트랜스미션 오일 사이에서 열교환을 행하게 하는 오일 열교환기와, 워터 펌프 출구측의 냉각수를 오일 열교환기에 유입시키는 냉각수 유입로와, 오일 열교환기로부터 유출된 냉각수를 라디에이터와 서모스탯 밸브 사이로 복귀시키는 제1 냉각수 유출로, 오일 열교환기로부터 유출된 냉각수를 서모스탯 밸브와 워터 펌프 사이로 복귀시키는 제2 냉각수 유출로를 구비하여 구성되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2004-332583호 공보
그러나, 상기한 종례의 예에서는, 서모스탯을 설치하여 라디에이터로부터 오일 열교환기로 흐르는 냉각수 통로의 상류 부분으로 워터 재킷을 순환한 냉각수를 복귀시키는 바이패스 유로를 접속하는 구성으로 되어 있다. 이 구성에서는 오일 열교환기에 비교적 따뜻해진 냉각수가 흘러 버린다. 따라서 엔진에 있어서 고부하가 될 때에, 적극적으로 오일 열교환기에 의한 냉각이 필요한 경우에 트랜스미션의 오일 온도가 높아지는 문제가 생긴다.
그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 트랜스미션의 오일 온도의 과도한 상승을 회피할 수 있는 내연 기관의 냉각계 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 내연 기관의 워터 재킷을 통과한 냉각 매체를, 서모스탯 밸브 및 라디에이터를 바이패스시켜 워터 재킷으로 복귀시키는 바이패스 통로의 중도부와, 내연 기관의 워터 재킷을 통과한 냉각 매체를 라디에이터를 경유시켜 워터 재킷으로 복귀시키는 냉각수 순환 통로의 라디에이터 하류를 서로 접속하여, 상기 바이패스 통로와 상기 냉각수 순환 통로의 중도부를 서로 연통시키는 브릿지 통로를 설치하고, 상기 냉각수 순환 통로와 상기 브릿지 통로와의 접속 부위의 하류이며, 상기 바이패스 통로와 상기 냉각수 순환 통로의 합류부 상류의 상기 냉각수 순환 통로에 통로 저항을 발생시키는 수단을 배치하여, 상기 브릿지 통로에 통과되는 냉각 매체와 트랜스미션의 오일 사이에서 열교환을 행하게 하는 오일 열교환기를 배치하여 구성하였다.
따라서, 본 발명에서는, 서모스탯 밸브가 폐쇄된 엔진 난기(暖機) 시에는, 냉각 매체는 워터 재킷 출구로부터 바이패스 통로를 통해 워터 재킷으로 복귀됨으로써 내연 기관의 난기를 촉진할 수 있다. 그때, 오일 열교환기의 하류에 해당하는 냉각수 순환 통로에 배치한 통로 저항 발생 수단에 의해 발생하는 통로 저항에 따라서, 바이패스 통로를 흐르는 냉각 매체의 일부는 바이패스 통로로부터 분기되어 브릿지 통로로도 유입되고, 오일 열교환기에서 열교환을 행하여 엔진으로 복귀되게 된다. 따라서, 대부분의 냉각 매체를 엔진측으로 그대로 복귀되는 구성으로 하면서 오일 열교환기측에서의 열교환도 적절하게 행할 수 있다. 이로 인해, 서모스탯 밸브의 폐쇄 시에도 오일 열교환기로의 냉각 매체의 도입을 할 수 있어, 냉기 조건에 있어서의 급격한 고부하 운전에 의해 오일 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 서모스탯 밸브가 개방된 엔진 난기 후에는 엔진으로부터 유출된 냉각 매체가 라디에이터로 통류되고, 라디에이터에 의해 냉각된 냉각 매체의 일부가 상기 통로 저항 발생 수단의 상류로부터 분류되어 상기 엔진 난기 시와는 역방향으로 브릿지 통로로 유입되어 자동 변속기 오일의 냉각을 위해 오일 교환기로 다이렉트 로 흐른다. 이로 인해, 서모스탯 밸브의 개방 시에는 라디에이터 후류(後流)의 시스템 내에서 가장 온도가 낮은 상태의 냉각수가 오일 열교환기로의 도입을 할 수 있음으로써, 급격한 고부하 운전에 의해 오일 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제하면서 오일 열교환기의 사이즈 소형화가 가능해진다.
이하, 본 발명의 내연 기관의 냉각계 장치의 실시 형태를 첨부 도면을 기초로 하여 설명한다.
도1은 본 발명을 적용한 내연 기관의 냉각계 장치의 일 실시 형태를 나타내는 구성도이다. 이 냉각계 장치는, 소위 출구 수온 제어 타입을 채용한 수냉식 내연 기관 냉각계 장치이다. 구성은 이하와 같다. 엔진 내에 설치된 워터 재킷(1)으로 유입되는 냉각수를 압송하는 워터 펌프(2)를 워터 재킷(1) 상류측에 구비한다. 또한, 워터 재킷(1)으로부터 유출된 냉각수가 흐르는 서모스탯 밸브(3)를 워터 재킷(1) 하류측에 구비한다. 서모스탯 밸브(3)의 하류측에는 또한 라디에이터(4)를 구비하고, 라디에이터(4)에 의해 냉각된 냉각 매체로서의 냉각수가 워터 펌프(2)로 복귀되는 구성으로 되어 있다. 또한, 엔진[워터 재킷(1)] 유출측으로부터 라디에이터를 경유하여 엔진[워터 재킷(1)] 유입측으로 복귀되는 엔진 냉각수 순환 통로(10)를 구비하여, 서모스탯 밸브(3)나 라디에이터(4)는 엔진 냉각수 순환 통로(10)에 설치되어 있다. 상기 워터 펌프(2)는 도시하지 않지만 내연 기관의 크랭크 샤프트에 의해 구동되는 펌프이고, 서모스탯 밸브(3)는, 워터 재킷(1)으로부터의 냉각수의 온도가 규정 온도보다 낮을 때에는 라디에이터(4)로의 유출을 차단 하고, 상기 냉각수의 온도가 규정 온도 이상일 때에는 라디에이터(4)로 개통시키도록 설정되어 있다. 상기 규정 온도는 내연 기관이 과승온될 우려가 있는 온도의 하한값보다도 낮은 온도(예를 들어, 90 ℃)에서 라디에이터(4)로 개통시키도록 미리 설정되어 있다.
또한, 배기 환류 통로(이하, EGR 통로라고 기재함)(5A)를 흐르는 배기와 냉각수 사이에서 열교환을 행하는 배기 환류 냉각 수단(이하, EGR 쿨러라고 기재함)(6)을 구비한다. 워터 재킷(1)으로부터 토출된 냉각수의 일부는 EGR 쿨러(6), 또는 차내 난방용으로서 이용하기 위한 히터 코어(8)를 통과한다. 이들 흐름의 냉각수 유로는 상기 냉각수 순환 통로(10) 상이며, 워터 재킷(1)과 서모스탯 밸브(3) 사이에 설치된 분기부로부터 분류되어, EGR 쿨러(6), 혹은 히터 코어(8)를 통해 배기 환류 냉각 수단 순환 통로(이하, EGR 쿨러 순환 통로라고 기재함)(7)를 경유하여 워터 펌프(2)의 상류로 복귀시키도록 구성된다.
또한, 상기 냉각수 순환 통로(10)의 워터 재킷(1)과 서모스탯 밸브(3) 사이로부터 분기되어 냉각수의 일부를 라디에이터를 바이패스하고, 다시 냉각수 순환 통로로 합류하도록 구성되는 바이패스 통로(11)를 구비한다.
상기 EGR 쿨러(6)는 내연 기관의 배기 통로를 흐르는 배기의 일부를 흡기 통로로 도입하는 EGR 통로(5A)와, 이 EGR 통로(5A)의 도중에 배치된 EGR 밸브(5B)로 이루어지는 배기 환류 장치(EGR 장치)(5)에 설치된다. 냉각수와 EGR 통로(5A)를 흐르는 배기 사이에서 열교환을 행하게 하고, 그것에 의해 흡기 통로로 도입되는 배기를 냉각한다. 상기 EGR 밸브(5B)가 개방됨으로써 EGR 통로(5A)가 개통되면, 배기의 일부가 상기 EGR 통로(5A)를 통해 흡기 통로로 유입되어 EGR 밸브(5B)가 폐쇄됨으로써 EGR 통로(5A)가 차단된다. 상기 EGR 장치(5)는 배기의 일부를 흡기에 도입함으로써 연소에 의한 NOx의 생성량을 저감시키는 것으로서, 연소실에서의 산소량이 부족하거나 연소실 내의 온도가 지나치게 높아진 경우에는 EGR 밸브(5B)가 폐쇄되어 배기 환류는 실시되지 않는다.
상기 차내 난방용으로서 이용하기 위한 히터 코어(8)는 히터 통로(9)를 유통하는 공기와 공기에 비교하여 고온인 냉각수 사이에서 열교환을 행하게 하고, 이 열교환에 의해 가열된 공기를 차 실내의 난방이나 에어 컨디셔너의 온도 조절에 이용한다.
상기 바이패스 통로(11) 상에는 터보 쿨러(12)가 설치되는 동시에, 또한 터보 쿨러(12) 하류측에는 전동 모터에 의해 구동되어 냉각수를 바이패스 통로(11)의 하류측으로 흐르게 하는 전동 워터 펌프(13)와, 또한 하류측에 오리피스(14)를 구비한다. 상기 오리피스(14)는 바이패스 통로(11)를 흐르는 냉각수량을 설정하기 위해 설치되어 있다.
또한, 상기 바이패스 통로(11) 상의 오리피스(14)의 하류로부터 바이패스 통로(11)로부터 분기되어 구성되는 브릿지 통로(15)를 구비한다. 브릿지 통로(15)는 오리피스(14)의 하류로부터 분기되어 상기 냉각수 순환 통로(10)의 라디에이터(4)의 하류측, 예를 들어 라디에이터로부터 토출된 냉각수가 흐르는 통로에 접속되어 있다. 브릿지 통로(15)에는 냉각수와 트랜스미션 오일 사이에서 열교환을 행하게 하는 오일 열교환기(AT 쿨러)(16)를 배치하여 구비한다. 또한, 상기 냉각수 순환 통로(10) 상의 상기 브릿지 통로(15)가 접속된 브릿지 통로 접속점의 하류에는 통로 저항을 발생시키는 수단으로서의 오리피스(통로 저항 발생부)(17)가 배치되어 있다. 이 오리피스(17)는, 후술하는 바와 같이 브릿지 통로(15)를 유통하는 냉각수량을 설정하기 위한 것이다.
또한, 상기 브릿지 통로(15)에는, 서모스탯 밸브(3)가 폐쇄되어 있는 엔진 난기 운전 중에 있어서는 바이패스 통로(11)를 통과한 냉각수가 유입되는 동시에, 상기 냉각수 순환 통로(10)로 유출되는 방향으로 냉각수가 흐르고, 서모스탯 밸브(3)가 개방된 후의 난기 운전 완료 후에 있어서는, 냉각수 순환 통로(10)측으로부터 냉각수가 유입되어 상기 바이패스 통로(11)로 유출되는 방향으로 냉각수가 흐른다.
상기 오일 열교환기(AT 쿨러)(16)에는, 도시하지 않지만 트랜스미션과의 사이에서 열교환 가능한 오일 배관이 접속되어 있다. 트랜스미션으로부터 미션 오일을 오일 열교환기(16)로 순환시키는 동시에, 오일 열교환기(16)를 통과한 미션 오일을 트랜스미션으로 복귀시키도록 구성하고 있다. 이 구성에 의해, 오일 열교환기(16)는 브릿지 통로(15)를 순환하는 냉각수와 도시하지 않은 오일 배관을 통해 순환하는 미션 오일과의 사이에서 열교환을 행하게 하여, 트랜스미션 오일의 가열 및 냉각을 행한다.
또한, 상기 전동 워터 펌프(13)는 내연 기관이 디젤 엔진인 경우에 장비된다. 즉, 디젤 엔진에서는 배기 중에 포함되는 PM을 포착하는 DPF를 구비하는 것이 일반적이지만, 포착된 PM량이 소정량을 초과한 상태에서는 DPF에 의한 다른 PM 포 착을 할 수 없게 되므로, 정기적 혹은 포착량이 소정량을 초과한 시점에 있어서, DPF의 재생(PM 연소)이 실행된다. 이 재생 중에 있어서는, 내연 기관이 정지되어 워터 펌프(2)도 정지되므로, 바이패스 통로(11)에 배치되어 있는 인터쿨러 등의 과도한 온도 상승을 억제하기 위해, 상기 전동 워터 펌프(13)가 구동되어 바이패스 통로(11)에 상기 인터쿨러의 냉각에 필요한 냉각수량을 흐르게 한다.
또한, 상기 냉각수 순환 통로(10)의 워터 펌프(2)와 바이패스 통로(11)가 합류하는 합류점 사이에 오리피스(18)를 배치하고, 이 오리피스(18)와 병렬 접속하여 엔진 오일과의 열교환을 행하는 오일 쿨러(19)를 배치해도 좋다. 또한, 상기 라디에이터(4) 내에서 증발된 냉각수의 수증기는 리저버 탱크(20)로 도입되어 증기 상태로부터 액체 상태의 냉각수로 복귀되어, 상기 냉각수 순환 통로(10)로 복귀된다.
이상의 구성의 내연 기관의 냉각계 장치의 동작에 대해 이하에 설명한다.
냉각수 온도가 낮은 엔진 난기 시에는 서모스탯 밸브(3)가 폐쇄되어 있어 서모스탯 밸브(3)를 통해 하류로는 냉각수가 유입되지 않으므로, 도2에 있어서 화살표로 나타낸 바와 같이, 워터 펌프(2)에 의해 압송되어 워터 재킷(1)을 순환한 냉각수는 서모스탯 밸브(3) 및 라디에이터(4)를 바이패스하여, 그 전체량(100 ％)이 히터 통로(9) 및 EGR 쿨러 순환 통로(7)와, 바이패스 통로(11)를 병렬로 순환한다. 도면 중 각 통로를 따라서 기재한 수치(％)는 특정한 운전 상태에 있어서, 워터 펌프(2)로 유입되는 냉각수 액량을 100 (％)로 한 경우에 있어서의 각 통로를 흐르는 냉각수량(％)을 참고를 위해 나타낸 것이다. 또한, 이 수치는 엔진의 운전 상태(예를 들어, 엔진 회전 속도)가 변화되는 것에 따라서 각 통로의 통로 저항이 변화 되는 것에 기인하여 변화되므로, 절대적인 수치 비율을 나타내는 것은 아니다.
상기 히터 통로(9) 및 EGR 쿨러 순환 통로(7)를 순환하는 냉각수는 히터 코어(8)에 의한 열교환에 의해 차 실내의 난방에 사용되어 방열된다. 그 후, 히터 코어(8)를 통과한 냉각수는 다시 냉각되어 있지 않은 EGR 쿨러 순환 통로(7)의 냉각수와 혼합되어 EGR 쿨러(6)로 유입되어 EGR 쿨러(6)를 통과한다. EGR 쿨러(6)로 유입된 냉각수는 그 열교환부를 통과하여 따뜻해지지만, 난기 중에는 EGR 밸브가 폐쇄되어 배기 환류되어 있지 않으므로 통과하는 냉각수는 방열이 억제되어 워터 펌프(2)로 복귀된다.
한편, 상기 바이패스 통로(11)로 유입되는 냉각수는 터보 쿨러(12), 전동 워터 펌프(13)를 난기한 후, 오리피스(14)를 경유하여 그 일부가 브릿지 통로(15)로 분기되어 흐르는 동시에 잔량이 바이패스 통로(11)의 하류 부분 및 냉각수 순환 통로(10)를 경유하여 워터 펌프(2)로 복귀된다.
상기 브릿지 통로(15)로 분기되어 유입된 냉각수는 상기 오일 열교환기(AT 쿨러)(16)를 통과하여 트랜스미션을 순환하는 미션 오일과 열교환한다. 상기 오일 열교환기(AT 쿨러)(16)를 통과한 냉각수는 냉각수 순환 통로(10)의 라디에이터(4) 하류로 흘러, 냉각수 순환 통로(10)에 배치한 오리피스(17)를 통과하여 다시 바이패스 통로(11)의 하류 부분을 흐르는 냉각수와 합류하여 상기 워터 펌프(2)로 복귀된다. 상기 오일 열교환기(16)에서는, 미션 오일의 온도가 냉각 수온에 비교하여 낮은 경우에는 미션 오일을 난기하고, 미션 오일의 온도가 냉각 수온에 비교하여 높은 경우에는 냉각수의 온도 상승이 재촉되어 내연 기관의 난기 촉진을 행하는 것 이 가능해진다. 따라서, 자동 변속기가 지나친 온도 상승에 이르는 것을 방지하면서 엔진과 자동 변속기의 난기를 촉진할 수 있다. 엔진과 자동 변속기의 모두의 난기를 촉진할 수 있으므로, 특히 저온 시동 시의 엔진 및 변속기의 마찰을 빠른 시기에 저감시킬 수 있다.
따라서, 예를 들어 냉기시(冷機時) 중에 엔진의 난기가 미종료일 때에 드라이버의 액셀러레이터 조작 등에 의해 급격한 고부하로의 운전 요구 변화가 있었던 경우, 트랜스미션 오일 온도가 급격하게 상승하는 상황이 된 경우라도 일부의 냉각수가 오일 열교환기(16)에 순환되는 구성으로 되어 있으므로, 미션 오일을 냉각할 수 있어 급격한 오일 온도의 상승을 회피할 수 있다.
또한, 이 결과, 냉기 시동 시에는 저수온으로 인해 EGR 장치(5)의 사용이 제한되어 버리는 영역이 있지만, 오일 열교환기(16)에 의해 난기 촉진이 행해짐으로써, 통상 수온이 낮기 때문에 EGR 장치(5)의 사용이 제한되는 운전 영역이라도 조기에 제한을 해제할 수 있으므로, 시동 후, 비교적 조기에 EGR 가스를 도입하는 연소 상태로 할 수 있다. 이에 의해, 배기 개선, 연비 향상을 도모할 수 있다.
상기 브릿지 통로(15)로 분류되어 흐르는 냉각수량은 상기 냉각수 순환 통로(10)와 브릿지 통로(15)의 분기점의 하류에 배치된 오리피스(17)의 개구 면적에 따라서 발생하는 유로 저항에 의해 조정 가능하다. 오리피스(17)를 유로 저항이 커지도록 좁히면 브릿지 통로(15)를 통과하는 냉각수량이 감소하고, 오리피스(17)를 개방하면 브릿지 통로(15)를 통과하는 냉각수량이 증가하게 된다. 엔진 난기 중에 있어서는, 엔진의 회전 속도는 고속 회전되는 일 없이, 엔진 회전 속도가 비 교적 낮기 때문에, 워터 펌프(2)에 의해 토출되는 냉각수량도 비교적 적다. 따라서, 바이패스 통로(11)를 순환하는 냉각수량도 비교적 소량이므로, 냉각수 순환 통로(10)에 배치한 오리피스(17)에 의한 통로 저항도 비교적 작다. 이로 인해, 브릿지 통로(15)를 흐르는 냉각수량은 바이패스 통로(11)로 유입된 냉각수량의 반 내지 반보다 적은 정도가 되도록 오리피스(17)를 조정하면 된다.
한편, 냉각수 온도가 높은 고열 부하 시(고외 기온, 엔진 부하 대, 트랜스미션 부하 대 등)에는 냉각수 온도가 높아진다. 이때에는 서모스탯 밸브(3)가 완전 개방이 되므로, 도3에 있어서 화살표로 나타낸 바와 같이 워터 펌프(2)에 의해 압송되어 워터 재킷(1)을 통과한 냉각수는 라디에이터(4)를 경유하는 냉각수 순환 통로(10)와, 히터 통로(9) 및 EGR 쿨러 순환 통로(7)와, 바이패스 통로(11)를 병렬로 통과하여 워터 펌프(2)로 복귀되도록 순환한다. 도면 중 각 통로를 따라서 기재한 수치(％)는 특정한 운전 상태에 있어서, 워터 펌프(2)로 유입되는 냉각수량을 100(％)로 한 경우에 있어서의 각 통로를 흐르는 냉각수량(％)을 참고를 위해 나타낸 것이다. 또한, 이 수치는 엔진의 운전 상태(회전 수)가 변화되는 것에 따라서 각 통로의 통로 저항이 변화되는 것에 기인하여 변화되므로, 절대적인 수치 비율을 나타내는 것은 아니다.
상기 히터 통로(9) 및 EGR 쿨러 순환 통로(7)를 순환하는 냉각수는 엔진의 워터 재킷(1)을 통과한 고온의 냉각수가 그대로 유입된다. 히터 코어(8)를 통과하는 냉각수는 히터 코어(8)와의 열교환에 의해 차 실내의 난방에 사용되어 방열되어 온도 저하된다. 또한, 히터 코어(8)를 통과한 냉각수는 히터 코어(8)를 통과하지 않고 비교적 온도 저하되어 있지 않은 EGR 쿨러 순환 통로(7)의 냉각수와 다시 합류하여 EGR 쿨러(6)로 유입된다. 난기 후에 있어서는, EGR 밸브(5B)가 개방되어 배기의 일부가 EGR 통로(5A) 및 EGR 쿨러(6)를 경유하여 흡기 계통으로 환류되고 있다. EGR 쿨러(6)를 통과하는 냉각수는 그 열교환부에 의해 EGR 쿨러(6)를 냉각하고 통과하는 배기 환류 가스로부터 흡열하여, 냉각수는 온도 상승되어 워터 펌프(2)로 복귀된다.
또한, 상기 바이패스 통로(11)로 유입되는 냉각수는 터보 쿨러(12), 전동 워터 펌프(13), 오리피스(14)를 경유하고, 바이패스 통로(11)와 냉각수 순환 통로(10)의 합류부를 경유하여 워터 펌프(2)로 직접 복귀된다.
또한, 냉각수 순환 통로(10)에 있어서는, 완전 개방 상태의 서모스탯 밸브(3)를 경유하여 라디에이터(4)로 냉각수가 유입된다. 라디에이터(4)에서 냉각된 냉각수의 대부분은 상기 오리피스(17)를 통과하여 상기 워터 펌프(2)로 복귀된다. 워터 펌프(2)로부터 냉각수 순환 통로(10)를 흘러 라디에이터(4)를 통과한 냉각수의 일부는 상기 오리피스(17)에서 설정한 유로 저항에 의해 브릿지 통로(15)와의 분기점으로부터 브릿지 통로(15)측으로 흐른다. 이때의 브릿지 통로(15)를 흐르는 냉각수의 흐름은 상기 서모스탯 밸브(3)가 폐쇄된 상태에서의 난기 운전 시의 흐름과는 역방향이 된다. 이 브릿지 통로(15)를 흐르는 냉각수는 상기 오일 열교환기(AT 쿨러)(16)를 통과한 후, 오리피스(14) 하류측의 바이패스 통로와의 합류부를 통과하여 바이패스 통로(11)를 흐른다. 또한, 바이패스 통로(11)를 흘러 온 냉각수와 합류하여 오리피스(17)의 하류측에 설치된 바이패스 통로(11)와 냉각수 순환 통로(10)의 합류부에서 다시 오리피스(17)를 통과한 냉각수와 합류하여 상기 워터 펌프(2)로 복귀된다.
이 경우에 있어서도, 상기 브릿지 통로(15)로 분류되어 흐르는 냉각수량은, 상기 냉각수 순환 통로(10) 상에 설치되고, 브릿지 통로(15)로의 분기점의 하류에 배치된 오리피스(17)의 개구 면적에 의해 변화되는 유로 저항에 의해 조정 가능해진다.
이 상태에서는 전술한 바이패스 통로(11)와 라디에이터(4) 하류부 모두를 냉각수가 흐르게 되지만, 라디에이터(4) 하류에 설치된 오리피스(17)에 의해 일부의 냉각수가 브릿지 통로(15)를 경유하여 오일 열교환기(16)로 흐르게 된다. 즉, 라디에이터(4) 통과 직후이며, 또한 온도가 상승하는 열교환 부분을 통과하지 않은 냉각수를 오일 열교환기(16)로 흐르게 할 수 있다. 따라서, 시스템 내에서 가장 온도가 낮은 상태의 저온도의 냉각수를 오일 열교환기(16)에 흐르게 할 수 있다. 이로 인해, 자동 변속기 오일의 냉각을 위해 오일 열교환기(16)에 다이렉트로 냉각수가 흘러, 보다 고효율의 열교환이 가능해져, 고부하ㆍ고수온의 조건에서도 보다 소형인 오일 열교환기(16)로 오일 온도를 억제하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에 있어서는, 이하에 기재하는 효과를 발휘할 수 있다.
(A) 내연 기관의 워터 재킷(1)을 통과한 냉각 매체로서의 냉각수를 서모스탯 밸브(3) 및 라디에이터(4)를 바이패스시켜 워터 재킷(1)으로 복귀시키는 바이패스 통로(11)의 중도부와, 내연 기관의 워터 재킷(1)을 통과한 냉각수를 라디에이터(4)를 경유시켜 워터 재킷(1)으로 복귀시키는 냉각수 순환 통로(10)의 라디에이터(4) 하류를 서로 접속하고, 상기 바이패스 통로(11)와 상기 냉각수 순환 통로(10)의 중도부를 서로 연통시키는 브릿지 통로(15)를 형성하는 동시에, 상기 냉각수 순환 통로(10)의 상기 브릿지 통로(15)와의 접속 부위의 하류이며, 상기 바이패스 통로와 상기 냉각수 순환 통로의 합류부 상류측에 통로 저항을 발생시키는 수단, 예를 들어 오리피스(17)를 배치하고, 상기 브릿지 통로(15)에 통과하는 냉각수와 트랜스미션의 오일 사이에서 열교환을 행하게 하는 오일 열교환기(16)를 배치하도록 하였다.
이로 인해, 엔진 난기 시에는 서모스탯 밸브(3)가 폐쇄되어, 냉각 매체는 워터 재킷(1) 출구로부터 바이패스 통로(11)를 통해 워터 재킷(1)으로 복귀됨으로써 내연 기관의 난기를 촉진할 수 있다. 또한, 그때, 오일 열교환기(16)의 하류에 해당하는 냉각수 순환 통로(10)에 배치한 통로 저항 발생 수단으로서의 오리피스(17)를 바이패스 통로(11)를 흐르는 냉각 매체의 일부가 바이패스 통로(11)로부터 분기되어 브릿지 통로(15)로도 유입되는 통로 저항이 발생하도록 설정함으로써, 바이패스 통로(11)를 흐르는 냉각 매체의 일부는 오일 열교환기(16)에서 열교환을 행하여 엔진으로 복귀되게 된다. 이로 인해, 대부분의 냉각수를 엔진측으로 그대로 복귀시키는 구성으로 하면서 오일 열교환기(16)측에서의 열교환도 적절하게 행할 수 있다. 따라서, 서모스탯 밸브(3)의 폐쇄 시에도 오일 열교환기(16)로의 냉각수를 도입할 수 있어, 냉기 조건에 있어서의 급격한 고부하 운전에 의해 오일 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 자동 변속기가 지나친 온도 상승에 이르는 것을 방지하면서 엔진과 자 동 변속기의 난기를 촉진할 수 있으므로, 엔진과 자동 변속기 모두의 난기를 촉진할 수 있어, 특히 저온 시동 시의 엔진 및 변속기의 마찰의 조기 저감에 의한 시동 시의 연비 향상을 도모할 수 있다. 또한, 난기의 촉진에 의해 조기에 배기 환류를 수반하는 연소를 허가할 수 있어, 조기의 배기 에미션을 향상시킬 수 있다.
또한, 서모스탯 밸브(3)가 개방된 엔진 난기 후에는 엔진으로부터 유출된 냉각수가 라디에이터(4)로 통류되고, 라디에이터(4)에 의해 냉각된 냉각 매체의 일부가 통로 저항 발생 수단으로서의 오리피스(17)의 상류로부터 분류되어 상기 엔진 난기 시와는 역방향으로 브릿지 통로(15)로 유입되고, 자동 변속기 오일의 냉각을 위해 오일 열교환기(16)로 다이렉트로 흐른다. 이로 인해, 서모스탯 밸브(3)의 개방 시에는 라디에이터(4)의 하류의 시스템 내에서 가장 온도가 낮은 상태의 냉각수가 오일 열교환기(16)로의 도입을 할 수 있음으로써, 급격한 고부하 운전에 의해 오일 온도가 과도하게 상승하는 것을 억제하면서 오일 열교환기(16)의 사이즈 소형화가 가능해진다.
게다가, 서모스탯 밸브(3)의 개폐에 따라서 냉각 매체가 오일 열교환기(16)를 흐르는 냉각 매체의 흐르는 방향을 역전시키면서 실현할 수 있는 구성으로 되어 있으므로, 밸브류의 새로운 추가나 냉각 매체 통로의 복잡화를 필요로 하지 않아, 저비용으로 상기한 효과를 실현할 수 있다.
(B) 바이패스 통로(11)는 상기 브릿지 통로(15)에 대한 접속 부위의 상류에 조임 수단 혹은 통로 저항을 생기게 하는 수단으로서의 터보 쿨러(12), 전동 워터 펌프(13), 오리피스(14) 등을 구비함으로써, 서모스탯 밸브(3)가 개방된 엔진 난기 완료 후에 브릿지 통로(15)로 흐르는 냉각수의 바이패스 통로(11) 내에서의 역류를 저지하여 바이패스 통로(11)를 흐르는 냉각수와 합류시켜 바이패스 통로(11)의 하류측으로 흐르게 할 수 있다.
(C) 조임 수단 혹은 통로 저항을 생기게 하는 수단으로서, 내연 기관에 설치되어 있는 터보 쿨러(12), 전동 워터 펌프(13) 등의 보조 기계의 냉각 장치를 사용하고 있으므로, 엔진 난기 중에는 이들 보조 기계의 냉각에 의한 흡열에 의해 난기를 촉진시킬 수 있다.
(D) 내연 기관의 배기계에 일단부가 접속되고 또한 내연 기관의 흡기계에 타단부가 접속된 EGR 통로(5A)를 흐르는 배기와 냉각 매체 사이에서 열교환을 행하게 하여 상기 EGR 통로(5A)를 흐르는 배기를 냉각하는 EGR 쿨러(6)를 구비하고, 상기 EGR 쿨러(6)는 상기 바이패스 통로(11)와 병렬로 배치되어 상기 워터 재킷(1)을 통과한 냉각 매체를 상기 서모스탯 밸브(3) 및 라디에이터(4)를 바이패스시켜 상기 워터 재킷(1)으로 복귀시키는 EGR 쿨러 순환 통로(7)에 배치되어 있음으로써, 엔진 난기 중에는 EGR 밸브(5B)가 폐쇄되어 배기 환류하고 있지 않으므로 통과하는 냉각수는 방열이 억제되어 워터 펌프(2)로 복귀됨으로써 엔진 난기가 촉진된다.
(E) EGR 쿨러 순환 통로(7)는 상기 워터 재킷(1)을 통과한 냉각 매체와 공기 사이에서 열교환을 행하게 하는 난방용 히터 코어(8)를 경유하여 순환시키는 히터 통로(9)를 경유한 냉각 매체를 상기 EGR 쿨러(6)의 상류로 도입하도록 구성되어 있음으로써, 히터 코어(8)에 의한 열교환에 의해 차 실내의 난방에 사용되어 방열되어 온도 저하된 냉각수가 가산되므로, 온도 저하된 냉각수에 의해 효과적으로 EGR 쿨러(6)에 의한 환류 배기의 냉각을 실시할 수 있다.
(F) 냉각수 순환 통로(10)의 통로 저항을 발생시키는 수단, 예를 들어 오리피스(17)를 배치한 하류에 바이패스 통로(11)를 합류시켜, 그 하류에 엔진 오일의 오일 쿨러(19)로의 분류로를 배치하고 있으므로, 난기 중 및 난기 후에 상관없이 엔진 오일의 온도 조절을 실행할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태를 나타내는 내연 기관의 냉각계 장치의 개략 구성도.
도2는 마찬가지로 난기 중에 있어서의 냉각수 흐름을 나타내는 내연 기관의 냉각계 장치의 개략 구성도.
도3은 마찬가지로 난기 완료 후에 있어서의 냉각수 흐름을 나타내는 내연 기관의 냉각계 장치의 개략 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 워터 재킷
2 : 워터 펌프
3 : 서모스탯 밸브
4 : 라디에이터
5 : EGR 장치
5A : 배기 환류 통로(EGR 통로)
6 : 배기 환류 냉각 수단(EGR 쿨러)
7 : 배기 환류 냉각 수단 순환 통로(EGR 쿨러 순환 통로)
8 : 히터 코어
9 : 히터 통로
10 : 냉각수 순환 통로
11 : 바이패스 통로
12 : 터보 쿨러
13 : 전동 워터 펌프
14 : 오리피스
15 : 브릿지 통로
16 : 오일 열교환기(AT 쿨러)
17 : 통로 저항 발생부(통로 저항을 발생시키는 수단으로서의 오리피스)

Claims (5)

  1. 내연 기관의 워터 재킷을 통과한 냉각 매체를 라디에이터를 경유시켜 상기 워터 재킷으로 복귀시키는 냉각수 순환 통로와, 상기 라디에이터 입구와 상기 워터 재킷 출구 사이에 배치되어 냉각 매체의 온도가 규정 온도보다 낮을 때에는 상기 라디에이터로의 냉각수 순환 통로를 차단하고, 상기 냉각 매체의 온도가 규정 온도 이상일 때에는 상기 라디에이터로의 냉각수 순환 통로를 개통시키는 서모스탯 밸브와, 상기 워터 재킷 유출측과 서모스탯 밸브 사이의 냉각수 순환 통로로부터 분기되어 상기 서모스탯 밸브 및 라디에이터를 바이패스시켜 다시 라디에이터 출구측의 냉각수 순환 통로와 접속하는 바이패스 통로를 구비하는 내연 기관의 냉각계 장치에 있어서,
    상기 바이패스 통로의 중도부와, 상기 라디에이터 하류이며 상기 바이패스 통로와 상기 냉각수 순환 통로의 합류부 상류측의 냉각수 순환 통로를 서로 접속하여, 상기 바이패스 통로와 상기 냉각수 순환 통로의 중도부를 서로 연통시키는 브릿지 통로와,
    상기 냉각수 순환 통로와 상기 브릿지 통로의 접속 부위의 하류이며, 상기 바이패스 통로와 상기 냉각수 순환 통로의 합류부 상류의 상기 냉각수 순환 통로에 설치된 통로 저항 발생부와,
    상기 브릿지 통로에 배치되어 통과하는 냉각 매체와 트랜스미션의 오일과의 사이에서 열교환을 행하게 하는 오일 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 내 연 기관의 냉각계 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 통로는 상기 브릿지 통로로의 접속 부위의 상류에 조임 수단 혹은 통로 저항을 생기게 하는 수단 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각계 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조임 수단 혹은 통로 저항을 생기게 하는 수단 중 적어도 하나는 내연 기관에 설치되어 있는 보조 기계의 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각계 장치.
  4. 제1항에 있어서, 내연 기관의 배기계에 일단부가 접속되고 또한 내연 기관의 흡기계에 타단부가 접속된 배기 환류 통로를 흐르는 배기와 냉각 매체 사이에서 열교환을 행하게 하여 상기 배기 환류 통로를 흐르는 배기를 냉각하는 배기 환류 냉각 수단을 구비하고,
    상기 배기 환류 냉각 수단은 상기 바이패스 통로와 병렬로 배치되고, 상기 워터 재킷을 통과한 냉각 매체를 상기 서모스탯 밸브 및 라디에이터를 바이패스시켜 상기 워터 재킷으로 복귀시키는 배기 환류 냉각 수단 순환 통로에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각계 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배기 환류 냉각 수단 순환 통로는 상기 워터 재킷을 통과한 냉각 매체와 공기 사이에서 열교환을 행하게 하는 난방용 히터 코어를 경유하여 순환시키는 히터 통로를 경유한 냉각 매체를 상기 배기 환류 냉각 수단의 상류로 도입하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각계 장치.
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