KR20090040091A - 차량 엔진의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 엔진의 냉각장치에 관한 것으로,

종래의 냉각방식은 추가적인 부품이 소요될 뿐 아니라 엔진 유동 저항이 증가하여 차량측에 토출해야 할 유량(라디에이터와 히터유량)이 감소되는 등의 단점이 있었던 바,

블록의 상단 일측과 상단 타측에 흡기채널 및 배기채널을 마련하고, 상기 배기채널측에 물펌프에서 토출된 냉각수가 유입되도록 하며, 헤드와 연결되는 블록의 워터자켓을 흡기채널 및 배기채널과 연결한 것을 특징으로 하는 본 발명에 있어서는 열부하가 큰 블록의 흡배기 상단의 경우 냉각수 유동이 활발하여 적극적으로 냉각되고, 이를 제외한 나머지 부분의 경우 냉각수 흐름이 거의 없게 되어 블록 온도를 뜨거운 상태로 유지시킬 수 있게 되므로 라이너 온도가 높게 유지되어 피스톤 마찰이 저감될 수 있게 되고, 냉각수가 흐르는 통로가 증가되어 엔진 워터자켓 전후단 압력차가 획기적으로 감소하게 되며, 동일 물펌프에서 라디에이터나 히터로 더 많은 유량을 보낼 수 있게 되거나 유동저항이 감소된 만큼 물펌프 용량을 상당히 저감할 수 있게 되므로 연비를 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 동일한 온도의 냉각수가 각 기통으로 공급되므로 엔진 각 부위를 균일하게 냉각할 수 있게 되어 헤드의 열변형 측면에서도 매우 유리하게 된다.

블록, 헤드, 워터자켓, 크로스 플로우, 흡기채널, 배기채널

Description

차량 엔진의 냉각장치 {a cooling apparatus for a vehicle's engine}

본 발명은 차량 엔진의 냉각장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 블록과 헤드의 냉각패턴을 크로스 플로우(Cross flow)로 구성하여 열부하가 큰 블록의 상단 온도는 낮게 유지되도록 하고 그 외의 열부하가 작은 부분은 온도를 높게 유지되도록 한 것에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진을 냉각하는 주요 구성인 워터자켓은 엔진의 연소열을 빼앗아 구성 부품의 온도를 일정온도로 유지함으로써 신뢰성이 확보되도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 원터자켓은 헤드 워터자켓 및 블록 워터자켓으로 구성되며, 대부분의 경우 물펌프에서 토출된 냉각수는 블록 워터자켓과 헤드 워터자켓으로 나뉘어 흐르거나 블록을 순환한 후 헤드로 상승하게 된다.

한편 실린더 블록의 온도가 높을 경우 실린더 라이너면의 오일온도가 동반 상승하여 피스톤 마찰이 저감되는데, 블록에 써모스탯을 추가함으로써 저부하시 냉 각수 유동을 정체시켜 온도를 상승시키는 가변분리냉각이나 일본 도요타사의 워터자켓 스페이서 등이 이러한 원리를 이용한 냉각개념이다.

그러나 이러한 종래의 냉각방식은 추가적인 부품이 소요될 뿐 아니라 엔진 유동 저항이 증가하여 차량측에 토출해야 할 유량(라디에이터와 히터유량)이 감소되는 등의 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 블록과 헤드의 냉각패턴을 크로스 플로우(Cross flow)로 구성하여 열부하가 큰 블록의 상단 온도는 낮게 유지되도록 하고, 그 외의 열부하가 작은 부분은 온도를 높게 유지되도록 하여 신뢰성과 연비향상을 추구할 수 있도록 하는 차량 엔진의 냉각장치를 제공하는 데에 있는 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 블록의 상단 일측과 상단 타측에 흡기채널 및 배기채널을 마련하고 배기채널에 냉각수가 유입되도록 하여 블록과 헤드의 냉각패턴을 크로스 플로우(Cross flow)로 구성한 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 차량의 엔진 냉각장치는 블록의 상단 일측과 상단 타측에 흡기채널 및 배기채널을 마련하고, 상기 배기채널측에 물펌프에서 토출된 냉각수가 유입되도록 하며, 헤드와 연결되는 블록의 워터자켓을 흡기채널 및 배기채널과 연결하여서 되는 것이다.

본 발명에 있어서 상기 흡기채널과 배기채널에는 워터자켓과 연결을 위한 다수의 관통구멍이 형성되며, 블록 워터자켓의 전단과 후단에 쿨런트 세퍼레이터(Coolant separator)를 삽입 설치되어 배기채널에서 유입된 냉각수가 블록 상단만을 냉각하고 헤드로만 상승된다.

본 발명에 있어서는 열부하가 큰 블록의 흡배기 상단의 경우 냉각수 유동이 활발하여 적극적으로 냉각되고, 이를 제외한 나머지 부분의 경우 냉각수 흐름이 거의 없게 되어 블록 온도를 뜨거운 상태로 유지시킬 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 의하면 라이너 온도가 높게 유지되어 피스톤 마찰이 저감될 수 있게 되고, 냉각수가 흐르는 통로가 증가되어 엔진 워터자켓 전후단 압력차가 획기적으로 감소하게 되며, 동일 물펌프에서 라디에이터나 히터로 더 많은 유량을 보낼 수 있게 되거나 유동저항이 감소된 만큼 물펌프 용량을 상당히 저감할 수 있게 되므로 연비를 크게 향상시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 동일한 온도의 냉각수가 각 기통으로 공급되므로 엔진 각 부위를 균일하게 냉각할 수 있게 되어 헤드의 열변형 측면에서도 매우 유리하게 된다.

이하 본 발명의 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명의 한 실시예의 요부 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 동 실시예의 요부 종단면도가 도시되어 있는 바, 본 발명의 차량의 엔진 냉각장치는 도 1 및 도 2와 같이 블록(10)의 상단 일측과 상단 타측에 흡기채널(11) 및 배기채널(12)을 마련하고, 배기채널(12)측에 물펌프에서 토출된 냉각수가 유입되도록 하며, 헤드(20)와 연결되는 블록(10)의 워터자켓(13)을 흡기채널(11) 및 배기채널(12)과 연결하여서 되는 것이다.

상기 흡기채널(11)과 배기채널(12)에는 워터자켓(13)과 연결을 위한 다수의 관통구멍(11a)(12a)이 형성된다.

도면부호중 미설명부호 30은 피스톤이다.

본 발명에 있어서 배기채널(12)에서 공급된 냉각수는 관통구멍(12a)을 통하여 블록(10)의 워터자켓(13) 상단으로 흐르게 되고, 바로 헤드(20)로 상승하여 크로스 플로우(cross flow)로 헤드(20)를 냉각하게 된다.

그리고 헤드(20)를 통과한 냉각수는 다시 블록(10)의 흡기채널측 워터자켓(13)의 상단으로 하강하여 관통구멍(11a)을 통해 흡기채널(11)로 유입되고, 흡기채널(11)을 통과한 냉각수는 엔진 출구로 토출된다.

본 발명에 있어서는 도 5와 같이 블록 워터자켓(13)의 전단과 후단에 쿨런트 세퍼레이터(14; Coolant separator)를 삽입 설치하여 배기채널(12)에서 유입된 냉 각수가 블록(10) 상단만을 냉각하고 헤드(20)로만 상승되도록 한다.

본 발명에 있어서 열부하가 큰 블록(10)의 흡배기 상단의 경우 냉각수 유동이 활발하여 적극적으로 냉각되고, 이를 제외한 나머지 부분의 경우 냉각수 흐름이 거의 없게 되어 블록(10) 온도를 뜨거운 상태로 유지시킬 수 있게 된다.

도 3에는 기존 냉각방식과 본 발명 냉각방식의 블록 라이너 온도 비교 그래프가 도시되어 있는 바, 본 발명을 적용할 경우 도 3과 같은 형태의 블록의 라이너 온도가 유지된다.

즉, 블록(10)의 상단의 흡기채널(11) 및 배기채널(12)이 존재하는 부분은 기존 유동패턴 적용시의 온도와 유사한 수준으로 유지되고, 하단부는 라이너 온도가 높게 유지되어 피스톤 마찰이 저감된다.

이외에도 냉각수가 흐르는 통로가 도 4와 같이 기존의 2개에서 4개(4기통의 경우)로 증가되어 엔진 워터자켓 전후단 압력차(유동 저항)가 획기적으로 감소하게 된다.

따라서 동일 물펌프에서 라디에이터나 히터로 더 많은 유량을 보낼 수 있게 되고, 반대로 동일유량을 유지시키고자 할 경우에는 유동저항이 감소된 만큼 물펌프 용량을 상당히 저감할 수 있게 되며, 이로부터 추가적인 연비향상 효과를 기대할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 연비향상 효과 이외에도 냉각수가 점점 덮혀지면서 냉각하는 기존의 냉각패턴과 달리 동일한 온도의 냉각수가 각 기통으로 공급되므로 엔진 각 부위를 균일하게 냉각할 수 있게 되어 헤드의 열변형 측면에서도 매우 유리하게 된 다.

한편 블록의 하단부 냉각수를 약화시켜 라이너 온도를 증가할 경우 마찰저감에 따른 연비효과는 블록 라이너 온도 10도 추가 상승을 유지할 경우 약 0.7% 가량으로 예상된다.(본 출원인 시험 결과 블록 유동을 정체시켜 블록 냉각수온 10도 상승시킬 경우 엔진 연비는 0.7% 향상됨)

또한 일반적으로 물펌프 용량 15% 감소시 물펌프 축동력 저감에 따른 연비 효과는 0.3% 가량으로, 본 발명 적용시 엔진 유동 저항이 유로 증가에 따라 50% 가량 감소하므로 물펌프 용량을 15% 이상 저감할 수 있을 것으로 예상된다.

따라서 본 발명 적용시 엔진에서의 총 연비효과는 1% 가량이다.

도 5는 본 발명 적용시의 워터자켓 내부의 유동 패턴으로서 기존 유동패턴과 구체적으로 비교한 그림이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예의 요부 사시도

도 2는 동 실시예의 요부 종단면도

도 3은 기존 냉각방식과 본 발명 냉각방식의 블록 라이너 온도 비교 그래프

도 4는 본 발명 적용시의 냉각수 유로수 증가를 기존 기술과 비교한 그림

도 5는 본 발명 적용시의 워터자켓 내부의 유동 패턴으로서 기존 유동패턴과 비교한 그림

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 블록 11 : 흡기채널

11a : 관통구멍 12 : 배기채널

12a : 관통구멍 13 : 워터자켓

14 : 쿨런트 세퍼레이터 20 : 헤드

Claims (3)

1. 블록(10)의 상단 일측과 상단 타측에 흡기채널(11) 및 배기채널(12)을 마련하고, 배기채널(12)측에 물펌프에서 토출된 냉각수가 유입되도록 하며, 헤드(20)와 연결되는 블록(10)의 워터자켓(13)을 흡기채널(11) 및 배기채널(12)과 연결한 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 흡기채널(11)과 배기채널(12)에는 워터자켓(13)과 연결을 위한 다수의 관통구멍(11a)(12a)이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 냉각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 블록 워터자켓(13)의 전단과 후단에 쿨런트 세퍼레이터(14; Coolant separator)를 삽입 설치하여 배기채널(12)에서 유입된 냉각수가 블록(10) 상단만을 냉각하고 헤드(20)로만 상승되도록 한 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 냉각장치.

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