KR20130141971A

KR20130141971A - 차량용 엔진 냉각 시스템

Info

Publication number: KR20130141971A
Application number: KR1020120065143A
Authority: KR
Inventors: 강봉성
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2013-12-27
Also published as: US20130333642A1; CN103511052A; DE102012113190A1; KR101371460B1

Abstract

차량용 엔진 냉각 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은 엔진과 냉각라인을 통해 연결되며, 워터펌프의 작동을 통해 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 실린더 헤드와 실린더 블록으로 구성된 엔진으로 상기 냉각라인을 통해 순환시켜 엔진을 냉각하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서, 상기 엔진의 외부에 구성되어 상기 냉각라인과 엔진에 각각 연결되며, 엔진의 운전 조건에 따라 냉각된 냉각수를 상기 엔진으로 공급하여 과열된 엔진을 냉각시키는 서브 냉각유닛을 더 포함한다.

Description

차량용 엔진 냉각 시스템{ENGINE COOLING SYSTEMFOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주 냉각수가 순환하는 라인과 별도의 냉각라인을 구성하여 엔진의 운행조건에 따라 냉각된 냉각수를 엔진으로 유입시키도록 하여 과열된 연소실을 효과적으로 냉각시키는 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 연소실에서 발생한 열의 일부는 실린더 헤드와 실린더 블록, 흡배기 밸브 및 피스톤 등에 흡수된다.

이들 구성 부품은 그 온도가 과도하게 상승되면, 열변형이 일어나거나 실린더 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량현상이 일어나게 되고, 이로 인한 열적 장애가 발생하게 된다.

상기한 엔진의 열적 장애는 연소불량, 노킹 혹은 프리 이그니션과 같은 이상연소를 일으켜서 피스톤이 용손되는 등의 중대한 손상을 줄뿐만 아니라 열효율도 저하되고, 출력도 저하하게 되는 문제점이 있다. 반대로, 엔진의 과도한 냉각은 출력, 연비의 악화 및 실린더의 저온 마모 등 문제점이 있어, 냉각수 온도를 적정하게 제어할 필요가 있다.

이에 따라, 차량에는 엔진을 냉각시키기 위한 냉각 시스템이 구비되어 냉각라인을 통해 냉각수를 엔진으로 순환시키게 되는데, 이러한 엔진 냉각 시스템은 보통 워터 펌프를 통해 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 엔진의 실린더 블록, 실린더 헤드와 히터를 통과시켜 냉각하게 된다.

여기서, 엔진은 실린더 블록 내부에 워터자켓을 형성하고, 이 워터자켓에 냉각수를 순환시킴으로써, 연소실에 대응하는 스파크 플러그(Spark plug) 주변이나 배기포트, 및 밸브시트 주위 등의 금속면을 냉각시키게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 엔진 냉각 시스템은 단순히 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 엔진으로 순환시킴에 따라, 엔진의 작동 조건에 따른 냉각수 유입량 조절이 어려워 효율적인 냉각이 어려워지는 단점이 있다.

또한, 엔진의 고속/고부하 운전조건에서는 과열된 연소실에 의해 엔진의 전체적인 온도가 상승되며, 이로 인해, 동력성능 및 연비가 저하되고, 엔진의 전체적인 내구성이 저하되는 문제점도 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 주 냉각수가 순환하는 냉각라인과 별도의 냉각라인을 구성하여 엔진의 운행조건에 따라 냉각된 냉각수를 엔진으로 유입시킴으로써, 고속/고부하 운전조건에서 과열된 연소실을 효과적으로 냉각시켜 냉각성능을 향상시키도록 하는 차량용 엔진 냉각 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은 엔진과 냉각라인을 통해 연결되며, 워터펌프의 작동을 통해 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 실린더 헤드와 실린더 블록으로 구성된 엔진으로 상기 냉각라인을 통해 순환시켜 엔진을 냉각하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서, 상기 엔진의 외부에 구성되어 상기 냉각라인과 엔진에 각각 연결되며, 엔진의 운전 조건에 따라 냉각된 냉각수를 상기 엔진으로 공급하여 과열된 엔진을 냉각시키는 서브 냉각유닛을 더 포함한다.

상기 서브 냉각 유닛은 엔진의 외부에 배치되는 냉동기; 상기 워터펌프와 엔진 사이를 연결하는 냉각라인으로부터 분기되어 상기 냉동기에 냉각수를 공급하고, 상기 냉동기를 통과하면서 냉각된 냉각수를 상기 엔진에 공급하도록 상기 엔진과 연결되는 서브 냉각라인; 및 상기 엔진의 내부에서 상기 실린더 헤드에 형성되며, 상기 서브 냉각라인과 연결되어 냉각된 냉각수를 상기 엔진의 내부로 유입시키는 서브 워터자켓을 포함할 수 있다.

상기 서브 냉각라인은 상기 엔진과 냉동기의 사이에 밸브가 장착될 수 있다.

상기 밸브는 상기 엔진이 고속/고부하 조건일 경우 상기 서브 냉각라인을 개방하여 냉각된 냉각수를 상기 서브 워터자켓으로 공급할 수 있다.

상기 서브 워터자켓은 상기 실린더 헤드의 길이방향을 양측에 각각 형성되는 제1 연결유로; 및 상기 각 제1 연결유로와 연결되며, 상기 엔진의 연소실에 대응하여 형성되는 적어도 하나 이상의 제2 연결유로로 이루어질 수 있다.

상기 제2 연결유로는 일단이 상기 제1 연결유로와 연결되고, 타단이 상기 실린더 헤드의 내측을 향하여 상기 제1 연결유로와 수직방향으로 형성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에 의하면, 주 냉각수가 순환하는 냉각라인과 별도의 냉각라인을 구성하여 엔진의 운행조건에 따라 냉각된 냉각수를 엔진으로 유입시킴으로써, 고속/고부하 운전조건에서 과열된 연소실을 효과적으로 냉각시켜 냉각성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 엔진의 운전조건에 따라 엔진의 효율적인 냉각이 가능함으로써, 엔진의 과열을 방지하여 내구성을 향상시키고, 노킹 특성을 개선하여 차량의 동력성능과 연비를 향상시킬 수 있어 차량의 전체적인 상품성을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에 적용되는 실린더 헤드의 측면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서 실린더 헤드 내부에 적용되는 워터자켓의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에 적용되는 실린더 헤드의 측면도이며, 도 3은 도 2의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서 실린더 블록 내부에 적용되는 워터자켓의 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100)은 주 냉각수가 순환하는 냉각라인(120)과 별도의 냉각라인을 구성하여 엔진(110)의 조건에 따라 냉각된 냉각수를 엔진(110)으로 유입시킴으로써, 고속/고부하 운전조건에서 과열된 연소실을 효과적으로 냉각시켜 냉각성능을 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100)은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 기본적으로, 엔진(110)과 냉각라인(120)을 통해 연결되며, 워터펌프(130)의 작동을 통해 라디에이터(140)를 통과하면서 냉각된 냉각수를 실린더 헤드(111)와 실린더 블록(113)으로 구성된 엔진(110)으로 상기 냉각라인(120)을 통해 순환시켜 냉각하게 된다.

여기서, 상기 엔진(110)에는 내부에 워터자켓(115)이 형성되며, 이 워터자켓(115)으로 냉각라인(120)을 통해 냉각수가 유입 및 통과된다.

이러한 엔진 냉각 시스템(100)에서, 본 실시예에서는, 상기 엔진(110)의 외부에 구성되어 상기 냉각라인(120)과 엔진(110)에 각각 연결되며, 엔진(110)의 운전 조건에 따라 별도로 냉각된 냉각수를 상기 엔진(110)으로 공급하여 과열된 엔진(110)을 냉각시키는 서브 냉각유닛(150)을 더 포함한다.

본 실시예에서, 상기 서브 냉각 유닛(150)은, 냉동기(151), 서브 냉각라인(153), 및 서브 워터자켓(155)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 냉동기(151)는 엔진(110)의 외부에서 미도시된 엔진룸 내부에 배치된다. 이러한 냉동기(151)는 별도의 열교환기나 에어컨의 증발기 등으로 구성될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 서브 냉각라인(153)은 상기 워터펌프(130)와 엔진(110) 사이를 연결하는 냉각라인(120)으로부터 분기되어 상기 냉동기(151)에 냉각수를 공급하고, 상기 냉동기(151)를 통과하면서 냉각된 냉각수를 상기 엔진(110)에 공급하도록 상기 엔진(110)과 연결된다.

즉, 상기 냉동기(151)는 서브 냉각라인(153)을 통해 내부로 유입되는 냉각수를 냉매와 같이 냉동기(151) 내부를 통과하는 다른 냉각유체와 열교환시켜 냉각시키는 기능을 하게 된다.

여기서, 상기 서브 냉각라인(153)은 상기 엔진(110)과 냉동기(151)의 사이에 밸브(157)가 장착될 수 있다.

상기 밸브(157)는 상기 엔진(110)이 고속/고부하 조건일 경우 상기 서브 냉각라인(153)을 개방하여 냉각된 냉각수를 상기 서브 워터자켓(155)으로 공급하게 된다.

즉, 상기 밸브(157)는 미도시된 차량의 ECU와 연결되어 엔진의 운전조건에 따라 엔진(110)과 연결되는 서브 냉각라인(153)을 선택적으로 개방함으로써, 상기 엔진(110)으로 냉동기(151)를 통과하면서 냉각된 냉각수를 선택적으로 공급하게 된다.

그리고 상기 서브 워터자켓(155)은 상기 엔진(110)의 내부에서 상기 실린더 헤드(113)에 형성되며, 상기 서브 냉각라인(153)과 연결되어 냉각된 냉각수를 상기 엔진(110)의 내부로 유입시키게 된다.

여기서, 상기 서브 워터자켓(155)은, 도 2와 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 실린더 헤드(113)의 길이방향을 양측에 각각 형성되는 제1 연결유로(155a)와, 상기 각 제1 연결유로(155a)와 연결되며, 상기 엔진(110)의 연소실에 대응하여 형성되는 적어도 하나 이상의 제2 연결유로(155b)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서, 상기 제2 연결유로(155b)는 일단이 상기 제1 연결유로(155a)와 연결되고, 타단이 상기 실린더 헤드(113)의 내측을 향하여 상기 제1 연결유로(155a)와 수직방향으로 형성될 수 있다.

이러한 제2 연결유로(155b)는 엔진(110)의 각 연소실에 대응하여 흡기 및 배기 포트의 사이 하부에 형성되어 냉각된 냉각수를 통과시키게 된다.

이와 같이 구성되는 상기 서브 워터자켓(155)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 엔진의 운행 조건이 고속/고부하 상태일 경우, 상기 밸브(157)가 작동하여 서브 냉각라인(152)을 개방하면, 엔진(110)의 실린더 헤드(113) 하부 양측에 각각 형성된 제1 연결유로(155a)로 유입된 냉각된 냉각수를 상기 워터자켓(115)의 사이에서 흡기 및 배기 포트의 사이 하부에 형성된 제2 연결유로(155b)로 유입시켜 엔진(110)의 연소실을 급속으로 냉각시켜 엔진(110)의 과열을 방지하게 된다.

즉, 상기 서브 냉각유닛(150)은 엔진(110)이 저속/저부하 조건일 경우에는 상기 밸브(110)가 폐쇄된 상태를 유지하여 엔진(110)으로 냉각된 냉각수의 유입을 방지하여 엔진(110)의 냉각을 방지하고, 반대로 엔진(110)이 고속/고부하 조건일 경우에는 밸브(157)가 개방되면서 엔진(110)으로 냉동기(151)를 통과하면서 냉각된 냉각수를 서브 워터자켓(155)으로 공급함으로써, 연소실을 급속히 냉각하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 냉각 시스템(100)은 엔진(110)의 운행조건에 따라 냉각된 냉각수를 추가로 유입시켜 연소실과 흡기 및 배기 포트의 온도를 제어하여 엔진(110)이 과열되는 것을 방지하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량 엔진 냉각 시스템(100)을 적용하면, 주 냉각수가 순환하는 냉각라인(120)과 별도의 서브 냉각라인(153)을 갖는 서브 냉각유닛(150)을 구성하여 엔진(110)의 운행조건에 따라 냉각된 냉각수를 엔진(110)으로 공급함으로써, 고속/고부하 운전조건에서 과열된 연소실을 효과적으로 냉각시켜 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 엔진(110)의 운전조건에 따라 엔진(110)의 효율적인 냉각이 가능함으로써, 엔진(110)의 과열을 방지하여 내구성을 향상시키고, 노킹 특성을 개선하여 차량의 동력성능과 연비를 향상시킬 수 있어 차량의 전체적인 상품성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 엔진 냉각 시스템 110 : 엔진
111 : 실린더 블록 113 : 실린더 헤드
115 : 워터자켓 120 : 냉각라인
130 : 워터펌프 140 : 라디에이터
150 : 서브 냉각유닛 151 : 냉동기
153 : 서브 냉각라인 155 : 서브 워터자켓
155a : 제1 연결유로 155b : 제2 연결유로
157 : 밸브

Claims

엔진과 냉각라인을 통해 연결되며, 워터펌프의 작동을 통해 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 실린더 헤드와 실린더 블록으로 구성된 엔진으로 상기 냉각라인을 통해 순환시켜 엔진을 냉각하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서,
상기 엔진의 외부에 구성되어 상기 냉각라인과 엔진에 각각 연결되며, 엔진의 운전 조건에 따라 냉각된 냉각수를 상기 엔진으로 공급하여 과열된 엔진을 냉각시키는 서브 냉각유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서브 냉각 유닛은
엔진의 외부에 배치되는 냉동기;
상기 워터펌프와 엔진 사이를 연결하는 냉각라인으로부터 분기되어 상기 냉동기에 냉각수를 공급하고, 상기 냉동기를 통과하면서 냉각된 냉각수를 상기 엔진에 공급하도록 상기 엔진과 연결되는 서브 냉각라인; 및
상기 엔진의 내부에서 상기 실린더 헤드에 형성되며, 상기 서브 냉각라인과 연결되어 냉각된 냉각수를 상기 엔진의 내부로 유입시키는 서브 워터자켓;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
제2항에 있어서,
상기 서브 냉각라인은
상기 엔진과 냉동기의 사이에 밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
제3항에 있어서,
상기 밸브는
상기 엔진이 고속/고부하 조건일 경우 상기 서브 냉각라인을 개방하여 냉각된 냉각수를 상기 서브 워터자켓으로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
제2항에 있어서,
상기 서브 워터자켓은
상기 실린더 헤드의 길이방향을 양측에 각각 형성되는 제1 연결유로; 및
상기 각 제1 연결유로와 연결되며, 상기 엔진의 연소실에 대응하여 형성되는 적어도 하나 이상의 제2 연결유로;
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제2 연결유로는
일단이 상기 제1 연결유로와 연결되고, 타단이 상기 실린더 헤드의 내측을 향하여 상기 제1 연결유로와 수직방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.