KR20190095565A - 내연기관 - Google Patents

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KR20190095565A
KR20190095565A KR1020197023417A KR20197023417A KR20190095565A KR 20190095565 A KR20190095565 A KR 20190095565A KR 1020197023417 A KR1020197023417 A KR 1020197023417A KR 20197023417 A KR20197023417 A KR 20197023417A KR 20190095565 A KR20190095565 A KR 20190095565A
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coolant
combustion engine
internal combustion
gate valve
regulating
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KR1020197023417A
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만프레드 크로프트
슈테판 ?레
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폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 연소기관과 냉각 시스템을 구비한 내연기관에 관한 것으로, 상기 냉각 시스템은 냉각제 펌프, 메인 냉각기(30), 난방 열교환기(28), 난방 열교환기(28)를 우회하는 바이패스(34), 연소기관 내의 냉각제 채널들 및, 적어도 하나의 국지적 냉각제 온도에 따라 냉각제의 조절식 분배를 위한 액추에이터를 가진 조절 장치를 포함하며, 본 발명은 하나의 방향으로 액추에이터의 작동 시 조절 장치는 제 1 위치(72)에서 연소기관과 난방 열교환기(28)를 통한 냉각제 유동을 허용하고, 바이패스(34)와 메인 냉각기(30)를 통한 냉각제 유동을 저지하고, 제 2 위치(88)에서 추가로 바이패스(34)를 통한 냉각제 유동을 허용하고, 제 3 위치(96)에서 추가로 메인 냉각기(30)를 통한 냉각제 유동을 허용한다.

Description

내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관에 관한 것이다.
자동차를 위한 내연기관은 일반적으로 냉각 시스템을 포함하고, 상기 냉각 시스템에서 냉각제는 하나 이상의 펌프를 이용해서 적어도 하나의 냉각 회로 내로 펌핑되며 그와 동시에 냉각 회로에 통합된 부품들, 특히 연소기관과 오일 냉각기 및/또는 과급 공기 냉각기로부터 열 에너지를 흡수한다. 이러한 열 에너지는 후속해서 주변 열교환기, 소위 메인 물 냉각기에서 및 때로는 난방 열교환기에서 주변 공기로, 난방 열교환기의 경우에는 자동차의 실내의 공조를 위해 제공된 주변 공기로 방출된다.
최근의 자동차의 냉각 시스템은 여러 다수의 냉각 회로를 포함한다. 예를 들어, 부분적으로 일체로 형성된 소위 대형 또는 메인 냉각 회로 및 소형 냉각 회로를 제공하는 것이 공개되어 있고, 이 경우 온도 조절식 밸브를 이용해서 냉각제가 대형 또는 소형 냉각 회로를 통해 안내된다. 이는 냉각제의 온도에 따라서 이루어지므로, 예를 들어 내연기관의 워밍업 단계에서, 냉각제가 예정된 작동 온도 범위에 아직 도달하지 않았다면, 소형 냉각 회로 내의 상기 냉각제가 송출되고, 이로 인해 메인 물 냉각기, 즉 주변 공기로 열 전달에 의해 냉각제가 주로 냉각되는 주변 열교환기는 우회된다. 그와 달리 냉각제가 작동 온도 범위에 도달하였다면, 온도 조절식 밸브를 이용해서 대형 냉각 회로 내의 냉각제가 송출되므로, 냉각제로부터 주변 공기로 열 전달에 의해 냉각 시스템의 과열이 방지된다. 그와 달리 제 2 주변 열교환기로서 난방 열교환기는 일반적으로 소형 냉각 회로에 통합되고, 이로 인해 이미 내연기관의 워밍업 단계에서도 자동차의 실내의 난방이 가능해진다.
냉각 시스템의 (메인-)냉각제 펌프는 일반적으로 기계적으로 내연기관의 연소기관에 의해 구동된다. 상기 펌프의 송출 용량은 따라서 기본적으로 연소기관의 크랭크 샤프트를 회전시키는 회전 속도에 비례한다. 연소기관의 회전 속도가 증가함에 따라 일반적으로 냉각력 요구도 증가하더라도, 여러 작동 상태에서 펌프의 작동에 의해 이론적으로 달성 가능한 냉각력은 실제 냉각력 요구에 부합하지 않는다. 모든 작동 상태에서 충분히 높은 냉각력이 제공되어야 하기 때문에, 이러한 기계적으로 구동되는 펌프들은 많은 경우에 과설계된다. 자동차의 연료 요구를 줄이기 위한 노력은 따라서 기계적으로 구동되는 냉각제 펌프의 개발로 이어졌고, 상기 냉각제 펌프는 송출 체적 유량과 관련해서 한계 내에서 조절 가능하다. 이러한 조절 가능한 기계적으로 구동되는 냉각제 펌프는 예를 들어 DE 10 2010 044 167 A1호에 공개되어 있다.
최근의 자동차의 냉각 시스템에서 냉각제의 체적 유량의 주 조절은 따라서 조절 가능한 냉각제 펌프를 이용해서 이루어질 수 있는 한편, 각각 상이한 냉각 요구를 갖는 개별 부품들로 체적 유량의 분배는 능동적으로 특히 온도 조절기에 의해 작동되는 밸브를 이용해서 제어될 수 있다. 예를 들어 DE 103 42 935 A1호는 연소기관에 의해 기계적으로 구동되는 펌프를 포함하는 냉각 회로를 구비한 내연기관을 기술한다. 펌프의 송출 체적 유량은 따라서 연소기관의 회전 속도에 의존한다. 특히 연소기관의 실린더 헤드 및 실린더 크랭크 하우징의 냉각 채널들 및 내연기관에 의해 구동되는 자동차의 실내 난방을 위한 난방 열교환기와 같이 냉각 회로에 통합된 다수의 열교환기의 경우에 냉각제의 개별적으로 조정된 체적 유량을 달성하기 위해, 각각 개별적으로 작동 가능한 다수의 조절 밸브가 냉각 순환계에 통합된다. DE 103 42 935 A1호는 또한, 실린더 크랭크 하우징 및 실린더 헤드의 채널들이 병렬로 연결되고, 이로써 상기 부품들을 위한 냉각력을 개별적으로 제어하는 것이 가능해지는 것을 기술한다. DE 103 42 935 A1호에 공개된 냉각 시스템은 비교적 복잡하다.
DE 100 47 080 A1호에 냉각 회로의 부분인 각각의 냉각제 채널을 포함하는 실린더 크랭크 하우징과 실린더 헤드를 구비한 연소기관이 공개되어 있다. 냉각제는 냉각제 펌프에 의해 먼저 실린더 크랭크 하우징에 통합된 분배기 스트립 내로 송출되고, 상기 분배기 스트립은 실린더 헤드에 대한 분리 평면을 향해 개방된 채널들의 형태로 형성된다. 분배기 스트립으로부터 냉각제가 실린더 크랭크 하우징의 냉각제 채널들 내로 및 실린더 크랭크 하우징과 실린더 헤드 사이에 배치된 실린더 헤드 밀봉부 내의 개구를 통해 실린더 헤드의 냉각제 채널 내로 유동한다. 이로 인해 동일한 실린더 크랭크 하우징과 실린더 헤드 하우징을 이용하는 연소기관들은 냉각제를 위한 상이하게 설계된 관통 개구들을 가진 실린더 헤드 밀봉부들을 이용함으로써 실린더 크랭크 하우징과 실린더 헤드 사이에 냉각제의 분배와 관련해서 조정될 수 있다.
DE 100 47 081 A1호에도 냉각 시스템을 구비한 내연기관이 기술되고, 상기 냉각 시스템에서 한편으로 실린더 크랭크 하우징 내에 그리고 다른 한편으로 실린더 헤드 내에 형성된 냉각제 채널들을 통한 냉각제 유동은 냉각제 채널들 내에 배치된 온도 조절 밸브에 의존해서 분배 장치를 이용해서 조절될 수 있다. 또한, 내연기관의 워밍업 단계에서 실린더 크랭크 하우징을 통해 거기에 있는 온도 조절 밸브의 가열을 위해 그리고 증기 기포의 방출을 위해 필요한 냉각제 양만을 안내하고, 실린더 헤드를 통해 증기 기포의 방출을 위해, 거기에 있는 온도 조절 밸브의 가열을 위해 그리고 경우에 따라서 뒤에 연결된 난방 열교환기의 요구되는 가열 출력을 위해 필요한 냉각제 양만을 안내하는 것이 제안된다.
본 발명의 과제는 다수의 부품을 포함하는 냉각 시스템을 구비한 내연기관에서 가급적 간단하고 저렴하게 개별 부품들을 통한 냉각제 유동의 조정을 가능하게 하는 것이다.
상기 과제는 특허 청구항 제 1 항에 따른 내연기관에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 내연기관의 바람직한 실시예들은 다른 특허 청구항들의 대상이고, 본 발명의 하기 설명에 제시된다.
본 발명은, 냉각제에 의한 관류와 관련해서 조절되어야 하는 냉각 시스템의 개별 부품들의 연결 또는 차단의 지능형 시퀀스에 따라 상기 부품들은 작동할 액추에이터에 의해서만 조절 가능하다는 사상에 기초한다.
이를 위해 적어도 하나의 연소기관과 냉각 시스템을 구비한 내연기관에서, 상기 냉각 시스템은 적어도 하나의 냉각제 펌프, 메인 냉각기, 난방 열교환기, 난방 열교환기를 우회하는 바이패스, 연소기관 내의 냉각제 채널들 및, 적어도 하나의 국지적 냉각제 온도에 따라 냉각제의 조절식 분배를 위한 (바람직하게는 전기식, 경우에 따라서 유압 및/또는 압축 공기식) 액추에이터를 가진 조절 장치를 포함하며, 본 발명에 따라, 하나의 (작동- 또는 이동-) 방향으로 액추에이터의 작동 시 조절 장치는
- 제 1 위치에서 연소기관과 난방 열교환기를 통한 냉각제 유동을 허용하고, 바이패스와 주변 열교환기를 통한 냉각제 유동을 저지하고;
- 제 2 위치에서 추가로 바이패스를 통한 냉각제 유동을 허용하고;
- 제 3 위치에서 추가로 메인 냉각기를 통한 냉각제 유동을 허용하는 것이 제공된다.
내연기관의 이러한 형성은 액추에이터에 의해서만 냉각 시스템 내에서 냉각제의 바람직한 조절 및 분배를 가능하게 한다.
특히 이 경우, 조절 장치의 제 1 위치에서 냉각제의 비교적 작은 체적 유량만이 냉각제 펌프를 이용해서 (메인 냉각기를 우회하는) 냉각 시스템의 소형 냉각 회로를 통해 송출되는 것이 제공될 수 있고, 이 경우 연소기관과 (적어도 부분적으로) 난방 열교환기만이 관류된다. 냉각제의 비교적 작은 체적 유량만이 연소기관을 통해 송출됨으로써, 특히 내연기관의 저온 시동 후에 냉각제의 상응하는 부분량의 신속한 가열 및 따라서 구동을 위해 바람직하게 내연기관을 가진 자동차의 히터 및 난방 열교환기의 비교적 조기 작용화가 이루어질 수 있다.
"난방 열교환기"란 따라서, 자동차의 실내의 난방을 위해 제공되는 주변 공기로 냉각 시스템의 냉각제로부터 열 전달이 이루어지는 열교환기이다. 난방 열교환기는 따라서 메인 냉각기와 마찬가지로 주변 열교환기를 의미한다.
조절 장치의 제 2 위치에서 바이패스의 추가 연결에 의해, 소형 냉각 회로에서 메인 냉각기를 우회하여 연소기관을 통해 냉각제의 더 많은 체적 유량이 송출됨으로써, 내연기관의 작동 온도의 증가 시 냉각 시스템의 과열이 방지될 수 있다. 난방 열교환기를 우회하는 바이패스가 바람직할 수 있는데, 그 이유는 난방 열교환기의 유동 가이드의 횡단면에 의해 및 상기 난방 열교환기를 향해 그리고 상기 난방 열교환기로부터 멀어지게 안내되는 냉각 시스템의 라인들의 횡단면에 의해 제한되는 난방 열교환기를 통한 최대 체적 유량은 바람직하게 비교적 작게 설계되고 따라서 조절 장치의 제 2 위치에서 냉각제의 전체 체적 유량이 난방 열교환기를 통해 안내될 수 없고 안내되어서는 안 되기 때문이다. 이는 특히, 조절 장치의 제 1 위치 및 후속하는 모든 위치에서 난방 열교환기가 냉각제에 의해 관류되는 것이 제공될 수 있기 때문이다.
조절 장치의 제 3 위치에서 메인 냉각기의 연결이 이루어지고, 상기 메인 냉각기는 특히 냉각제의 냉각만을 위해 냉각제로부터 주변 공기로 열 전달에 의해 냉각한다. 이로써 바람직하게, 조절 장치의 제 3 위치에서 냉각 시스템의 대형 냉각 회로 내의 냉각제가 송출되는 것이 제공될 수 있다.
제 3 위치에서 냉각제 전체가 난방 열교환기와 메인 냉각기를 통해 안내되는 것을 보장하기 위해, 본 발명에 따른 내연기관의 바람직한 형성 시 제 3 위치에서 조절 장치는 바이패스를 통한 냉각제 유동을 다시 저지하는 것이 제안될 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관의 다른 바람직한 형성 시 추가로 조절 장치를 위한 제로 위치가 제공될 수 있고, 상기 제로 위치는 제 1 위치 앞에 놓인다. 이 경우, 상기 제로 위치에서 조절 장치는 냉각 시스템을 통한 냉각제 유동을 전체적으로 저지하는 것이 제공된다. 이는 특히 바람직하게, 제로 위치에서 조절 장치가 냉각제 펌프와 연소기관 사이의 및 특히 냉각제 펌프의 송출면에 배치된 섹션에서 냉각 시스템을 차단함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관의 연소기관의 바람직한 냉각은, 연소기관의 실린더 하우징(특히 실린더 크랭크 하우징)은 물론 실린더 헤드가 각각 적어도 하나의 냉각 채널을 포함하는 경우에 이루어질 수 있고, 이 경우 냉각 채널들은 조절 장치에 의해 제어되어 필요에 따라 냉각제에 의해 관류된다. 이 경우 특히, 제 1 위치에서 조절 장치가 실린더 헤드의 냉각 채널을 통한 냉각제 유동을 허용하고, 실린더 하우징의 냉각 채널을 통한 냉각제 유동을 저지하는 것이 제공될 수 있다. 이로 인해, 저온 시동 후에 내연기관의 작동 시 실린더 하우징에 비해 높은 열 부하를 받고 내연기관의 이러한 작동 상태에서 경우에 따라서 냉각제로부터 여전히 열 에너지를 흡수하는 더 작은 질량을 갖는 내연기관의 실린더 헤드(및 난방 열교환기)를 통해서만 냉각제가 관류하는 것이 달성될 수 있고, 이로 인해 난방 열교환기의 가열 출력을 위해 바람직한 냉각제의 신속한 가열뿐만 아니라 동시에 실린더 헤드를 위한 냉각도 이루어질 수 있다. 실린더 하우징의 냉각제 채널의 관류는 그와 달리 아직 제공되지 않고, 이로 인해 이러한 작동 상태에서 실린더 하우징의 실린더 벽의 신속한 가열이 이루어질 수 있고, 이는 실린더와 피스톤 사이의 마찰 손실 및 내연기관의 방출 거동에 긍정적으로 작용하는 것이 달성될 수 있다.
냉각 시스템 내로 실린더 하우징의 냉각제 채널의 연결은 바람직하게 조절 장치의 제 2 위치와 제 3 위치 사이의 중간 위치에서야 이루어지고, 이때 내연기관의 작동 온도는, 실린더 하우징의 냉각이 또한 바람직하거나 필요할 정도로 높을 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관의 다른 바람직한 형성 시 또한, 조절 장치의 적어도 2개의 위치 사이에서 조절은 단계적으로 또는 무단으로 가능하고, 따라서 조절 장치는 하나 이상의 부분 단계로 조절될 수 있고, 상기 단계에서 유지될 수도 있는 것이 제공될 수 있다. 이로 인해 실제 요구에 따라 냉각제를 이용해서 개별 부품들의 관류의 개선된 조정이 이루어질 수 있다. 내연기관의 이러한 형성은, 냉각제 펌프가 송출 제적 유량과 관련해서 상기 펌프의 송출 속도와 무관하게 조절될 수 없을 때, 특히 바람직할 수 있다. 이는 특히 연소기관에 의해 직접 구동되는 냉각제 펌프의 경우일 수 있다.
또한, 조절 장치는 내연기관의 작동 특성 필드에 따라서 조절 장치의 적어도 2개의 위치 사이에서 그리고 특히 제 2 위치와 제 3 위치 사이에서 조절될 수 있는 것이 제공될 수 있다. 이러한 작동 특성 필드에 특히 내연기관을 작동하는 회전 속도에 따른 부하가 기재될 수 있다. 이로 인해 바람직하게 메인 냉각기에서 냉각제로부터 주변 공기로 열 전달은 내연기관의 작동 상태 및 열 발생에 따라서 제어될 수 있다. 이는 예를 들어, 냉각제의 온도를 가급적 일정하게 유지하거나 필요 시 특히 내연기관의 작동 상태에도 의존할 수 있는 규정된 값(범위)으로 조절하는 것을 가능하게 한다. 특히 비교적 낮은 부하 및/또는 회전 속도에서 더 높은 냉각제 온도가 조절될 수 있고, 이러한 냉각제 온도는 상응하게 높은 오일 온도와 비교적 낮은 마찰 손실을 야기할 수 있다. 부하 및/또는 회전 속도가 높은 경우에 냉각제 온도는 그와 달리 연소기관을 열에 의한 과부하로부터 보호하기 위해 감소할 수 있다. 이로 인해 예를 들어 온도 센서를 이용한 상응하는 조절과 달리, 이미 이루어진 온도 변화에 반응하지 않도록 설계된 냉각제의 온도의 예측 조절도 가능해질 수 있다. 특히 바람직하게, 적어도 2개의 위치 사이에서 조절은 내연기관의 작동 특성 필드에 따라서 단계적으로 또는 무단으로 이루어지는 것이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관의 구조적으로 양호하게 실시될 수 있는 형성 시, 조절 장치는 액추에이터에 의해 병진 및/또는 회전 이동되는 게이트 밸브를 포함하고, 액추에이터에 의해 실시되는 상기 게이트 밸브의 이동은 조절 장치의 위치들에 상응하는 유입구들 및/또는 배출구들의 폐쇄 또는 개방을 야기하고, 상기 유입구들 및/또는 배출구들은 조절 장치를 유체 안내 방식으로 냉각 시스템의 상응하는 부품들에 연결하는 것이 제공될 수 있다.
조절 장치가 하나 이상의 게이트 밸브를 포함하는 경우에, 바람직할 수도 있고, 이 경우 바람직하게, 제 1 게이트 밸브만이 액추에이터에 의해 작동되는 한편, 다른 게이트 밸브 또는 게이트 밸브들의 이동은 (제 1 게이트 밸브의 이동의 적어도 하나의 섹션에서) 제 1 게이트 밸브에 의해 실시된다.
조절 장치가 액추에이터에 의해 작동되는 제 1 게이트 밸브와 제 1 게이트 밸브에 의해 작동되는 제 2 게이트 밸브를 포함하고, 이 경우 제 2 게이트 밸브는 (바람직하게) 조절 장치의 제로 위치의 도달을 위해서만 제공되고, 따라서 상기 게이트 밸브는 폐쇄 위치에서 냉각 시스템을 통한 냉각제 유동을 전체적으로 저지하는 경우에 바람직한 것으로 입증되었다. 특히 바람직하게, 제 1 게이트 밸브는 이동 범위 내에서 제 2 게이트 밸브를 부분적으로만 함께 이동시키는 것이 제공될 수 있다. 이는 특히 본 발명에 따른 내연기관의 바람직한 형성 시, 제로 위치와 제 1 위치 사이에서 ( 및 경우에 따라서 역으로) 조절 장치의 조절 시에만 이동되는 제 2 게이트 밸브의 간단한 형성을 가능하게 하는 한편, 다른 위치들 사이에서 조절 장치의 조절 시 제 1 게이트 밸브에 의한 제 2 게이트 밸브의 이동은 제공되지 않는다. 제 1 및 제 2 게이트 밸브들의 이러한 커플링은 예를 들어 커플링 레버 기어, 몰타 십자형 기어(Maltese cross gear) 및/또는 캠 기어에 의해 이루어질 수 있다.
경우에 따라서 지속적으로 제 1 게이트 밸브에 커플링 되지 않는 제 2 게이트 밸브를 위한 위치 고정은 특히 끼워 맞춤 방식의 결합에 기초할 수 있고, 따라서 제 2 게이트 밸브의 이동을 위해 끼워 맞춤 방식의 결합을 극복하는 힘이 필요하고, 상기 힘은 제 2 게이트 밸브의 질량으로 인해, 즉 관성력 또는 중력으로 인해, 및/또는 제 2 게이트 밸브에 대한 냉각제의 유압 압력으로 인해 제 2 게이트 밸브의 지지에 의해 가능해진 이동 방향으로 발생하는 힘보다 크다. 대안으로서 또는 보완적으로 형상 맞물림 방식의 위치 고정이 제공될 수도 있다. 이 경우 특히 제 1 게이트 밸브에 의한 제 2 게이트 밸브의 위치 고정이 이루어질 수 있다.
구조적으로 간단한 그리고 특히 필수 조립 공간과 관련해서 바람직한 본 발명에 따른 내연기관의 형성은, 게이트 밸브 또는 게이트 밸브들이 회전 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 한다.
조절 장치의 액추에이터의 작동은 또한 바람직하게 연소기관에 관련된 국지적 온도에 따라서 이루어지고, 상기 온도는 따라서 특히 바람직하게 냉각제 채널(특히 바람직하게 상기 냉각제 채널의 유입구보다 배출구에 더 가깝게 배치된 위치에서)에서 및/또는 상기 냉각제 채널의 배출구에 접속된 냉각 시스템의 섹션에서 측정된다. 이를 위해 본 발명에 따른 내연기관은 연소기관의 냉각제 채널 내에 또는 냉각제의 유동 방향으로 상기 냉각제 채널에 직접 접속되는 냉각제 라인 내에 배치된 냉각제 온도 센서를 포함할 수 있다.
온도 센서만이 제공되어야 하는 경우에, 상기 온도 센서는 바람직하게 실린더 헤드의 냉각제 채널 내에 배치된다. 조절 장치를 이용한 냉각제의 분배의 개선된 조절은, 상기 조절 장치가 실린더 헤드 내의 냉각제의 제 1 국지적 온도 및 실린더 하우징 내의 냉각제의 제 2 국지적 온도에 따라서 작동됨으로써 달성될 수 있다.
따라서 실린더 헤드의 냉각제 채널 내에 배치된 제 1 냉각제 온도 센서 및 실린더 하우징의 냉각제 채널 내에 배치된 제 2 냉각제 온도 센서가 제공될 수 있다.
특히 특허 청구항들 및 특허 청구항들을 보편적으로 설명하는 상세한 설명에서 부정관사들은 일반적인 그러한 것으로 파악되고 수사로서 파악되어서는 안 된다. 그에 따라서 구체화된 부품들은 따라서, 상기 부품들이 적어도 한 번 제공되며 복수로 제공될 수 있는 것으로 파악될 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관은 계속해서 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관을 개략적으로 도시한 블록 회로도.
도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 조절 장치를 도시한 분해도.
도 3은 도 2에 따른 조절 장치를 도시한 측면도.
도 4는 부분적으로만 도시된 하우징을 포함한 도 2 및 도 3에 따른 조절 장치를 도시한 도면.
도 5는 액추에이터 및 상기 액추에이터에 의해 직접 또는 간접적으로 작동되는 도 2 내지 도 4에 따른 조절 장치의 게이트 밸브를 별도로 도시한 도면.
도 6은 관련된 조절 장치의 다양한 위치에 따라서 냉각제에 의한 도 1에 따른 본 발명에 따른 내연기관의 개별 부품들의 관류를 도시한 도면.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관을 개략적으로 도시한다. 상기 내연기관은 연소기관(10)을 포함하고, 상기 연소기관은 예를 들어 오토- 또는 디젤-원리에 따라 작동하는 왕복 피스톤-연소기관으로서 형성될 수 있고, 실린더 하우징(12)과 실린더 헤드(14)를 포함한다. 또한, 내연기관은 추가로 조절 장치(16)를 포함하고, 상기 조절 장치는 제 1 게이트 밸브(18), 제 2 게이트 밸브(20) 및 액추에이터(22)를 포함한다. 제 1 게이트 밸브(18)는 액추에이터(22)에 의해 작동될 수 있는 한편, 제 2 게이트 밸브(20)는 제 1 게이트 밸브(18)의 가능한 전체 이동의 섹션 내에서 상기 제 1 게이트 밸브에 의해 함께 이동된다.
조절 장치(16)는 내연기관의 냉각 시스템에 통합된다. 상기 냉각 시스템에 또한, 실린더 하우징(12) 및 실린더 헤드(14)의 냉각제 채널(24, 26), 난방 열교환기(28), 메인 냉각기(30) 및 냉각제 펌프(32)가 통합된다. 냉각 시스템의 개별 부품들은 이 경우 냉각제 라인을 통해 유체 안내 방식으로 연결된다. 또한, 냉각 시스템은 추가로 바이패스(34)를 포함하고, 상기 바이패스는 난방 열교환기(28) 및 메인 냉각기(30)를 우회하여 조절 장치(16)의 배출구(84)를 냉각제 펌프(32)의 유입구(46)에 연결한다.
도 2 내지 도 5는 도 1에 따른 조절 장치(16)의 가능한 구조적 형상을 도시한다. 이러한 조절 장치(16)에서 게이트 밸브(18, 20)는 회전 밸브의 형태로 형성되고, 상기 회전 밸브는 각각의 회전 방향에 따라 조절 장치(16)를 관류하는 냉각제를 위한 유입구 및 배출구를 폐쇄하거나 개방한다.
조절 장치(16)는 하우징(36)을 포함하고, 상기 하우징에 임펠러 펌프( impeller pump)로서 형성된 냉각제 펌프(32)의 펌프 휠(38)도 회전 가능하게 통합된다. 펌프 휠(38)의 회전 및 냉각 시스템에서 냉각제의 송출은 연소기관(10)에 의해 야기되고, 이를 위해 연소기관(10)의 크랭크 샤프트(도시되지 않음)는 벨트 드라이브에 의해 펌프 휠(38)을 위한 샤프트(40)에 연결된다. 벨트 샤프트와 관련하여 도 2에는 샤프트(40)에 연결된 냉각제 펌프(32)의 벨트 풀리(42)만이 도시된다.
냉각제의 송출을 위해 냉각제 펌프(32)의 제 1 유입구(44) 및 제 2 유입구(46)를 통해 펌프 휠(38)에 냉각제가 공급된다. 제 1 유입구(44)는 냉각제 라인을 통해 메인 냉각기(30)의 배출구(50)에 연결된다. 제 2 유입구(46)는 냉각제 라인을 통해 바이패스(34) 및 난방 열교환기(28)의 배출구(52)에 연결된다. 또한, 바이패스(34)를 형성하는 냉각제 라인은 채널로서 하우징(36)에 통합되는 것이 제공된다.
펌프 휠(38)의 회전에 의해 냉각제는 하우징(36) 내부에 형성된 냉각제 채널(54)을 통해 조절 장치(16)의 제 1 배출구(56)에 안내된다. 상기 제 1 배출구(56)는 조절 장치(16)의 제로 위치(58)에서 폐쇄 위치에 있는 제 2 게이트 밸브(20)의 폐쇄 부재(60)에 의해 폐쇄된다. 이로 인해 냉각 시스템을 통한 냉각제 순환이 전체적으로 저지된다. 조절 장치(16)의 제로 위치(58)에서 제 1 게이트 밸브(18)는, 냉각제 라인을 통해 난방 열교환기(28)의 유입구(64)에 연결된, 조절 장치(16)의 제 2 배출구(62)가 제 1 게이트 밸브(18)의 제 1 폐쇄 부재(66)에 의해 폐쇄되는 방향으로 위치한다. 조절 장치(16)의 제로 위치(58)는 내연기관의 저온 시동 후에 짧은 시간 범위 동안 제공된다. 내연기관의 저온 시동은, 내연기관의 부품들이 실질적으로 주변 온도에 상응하지만, 적어도 규정된 한계 온도 미만의 온도를 갖는 것을 특징으로 한다.
내연기관의 저온 시동 후에 그리고 실린더 헤드(14)의 배출구(68)의 근처에서 냉각제 채널(26) 내에 통합된 제 1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 국지적 냉각제 온도를 위한 규정된 제 1 한계값에 도달한 후에, 액추에이터(22)에 의해 제로 위치(58)로부터 제 1 위치(72)로 조절 장치(16)의 조절이 이루어진다. 액추에이터(22)는 이를 위해 내연기관의 엔진 제어부(86)에 의해 작동되고, 상기 엔진 제어부에 냉각제 온도 센서(70)의 신호가 전달된다. 또한, 제로 위치(58)로부터 제 1 위치(72)로 조절 장치(16)의 조절은 제 1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 국지적 냉각제 온도에 따라 단계적으로 또는 무단으로 온도 상승에 연계된 제 1 게이트 밸브(18)의 그리고 동시에 회전하도록 커플링된 제 2 게이트 밸브(20)의 회전에 의해 실시된다. 또한, 게이트 밸브(18, 20)의 중간의 리턴 회전도 가능할 수 있다. 제 1 게이트 밸브(18)의 회전은 액추에이터(22)에 의해 이루어지고, 상기 액추에이터는 샤프트(48)에 의해 제 1 게이트 밸브(18)에 연결된다.
조절 장치(16)의 제 1 위치에서 제 2 게이트 밸브(20)는 개방 위치에 있고, 상기 개방 위치에서 제 1 배출구(56)는 더 이상 폐쇄 부재(60)에 의해 폐쇄되지 않고, 실질적으로 완전히 개방된다. 동시에 제 1 게이트 밸브(18)는 상기 게이트 밸브의 제 1 폐쇄 부재(66)가 제 2 배출구(62)를 더 이상 폐쇄하지 않고 실질적으로 완전히 개방하는 방향으로 위치한다. 동시에 제 1 게이트 밸브(18)의 제 2 폐쇄 부재(74)는 실린더 하우징(12)의 배출구(76)에 연결된 조절 장치(16)의 제 1 유입구(78), 냉각제 라인을 통해 메인 냉각기(30)의 유입구(80)에 연결된 조절 장치(16)의 제 3 배출구(82) 및 바이패스(34)에 연결된 조절 장치(16)의 제 4 배출구(84)를 폐쇄한다. 따라서 조절 장치(16)의 제 1 위치에서 냉각제 펌프(32)에 의해 야기된 냉각제의 순환 송출이 냉각제 펌프(32), 조절 장치(16), 실린더 헤드(14) 및 난방 열교환기(28)를 포함하는 소형 냉각 회로에서만 실시된다.
제 1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 실린더 헤드(14) 내의 국지적 냉각제 온도를 위한 규정된 제 2 한계값에 도달한 후에 조절 장치(16)는 제 1 위치(72)로부터 제 2 위치(88)로 조절된다. 이 경우 제 1 게이트 밸브(18)는 제 4 배출구(84)가 제 2 폐쇄 부재(74)에 의해 점차적으로 개방되는 방향으로 회전되고, 이로써 바이패스(34)는 난방 열교환기(28)에 대해 평행하게 소형 냉각 회로에 통합된다. 조절 장치(16)의 제 1 유입구(78)와 제 3 배출구(82)는 이 경우 또한 제 1 게이트 밸브(18)에 의해 폐쇄된다. 제 2 게이트 밸브(20)는 제 1 게이트 밸브(18)의 이러한 이동 동안에 개방 위치에서 유지되는데, 그 이유는 상기 제 2 게이트 밸브는 더 이상 제 1 게이트 밸브(18)에 회전 방식으로 커플링 되지 않기 때문이다. 냉각 순환계에 바이패스(34)의 통합에 의해 냉각제의 송출된 전체 체적 유량은 증가할 수 있고, 이로써 실린더 헤드(14)를 위한 상응하게 높은 냉각 출력이 달성될 수 있다.
제 2 게이트 밸브(20)에 제 1 게이트 밸브(18)의 산발적인 회전 커플링은 세그먼트 치형부(94)에 의해 실시되고, 상기 세그먼트 치형부는 제 1 게이트 밸브(18)가 제로 위치(58)와 제 1 위치(72) 사이에서 왕복 회전될 때에만 서로 결합한다. 개방 위치에서 제 2 게이트 밸브(20)의 위치 고정은 제 1 게이트 밸브(18)에 의해 형상 맞물림 방식으로 이루어지고, 따라서 제 1 게이트 밸브(18)의 세그먼트 치형부(94)에 연결되는 링 섹션(104)은 제 2 게이트 밸브(20)의 세그먼트 치형부(94)에 연결되는 오목한 리세스(106)에 결합하고, 제 1 게이트 밸브(18)의 회전 시 상기 리세스에서 슬라이딩 이동된다.
제 1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 실린더 헤드(14) 내의 국지적인 냉각제 온도를 위한 규정된 제 3 한계값에 도달한 후에 및/또는 실린더 하우징(12) 의 배출구(76) 근처에 배치된 제 2 냉각제 온도 센서(90)에 의해 측정된 실린더 하우징(12) 내의 국지적인 제 2 냉각제 온도를 위한 규정된 제 1 한계값에 도달한 후에 조절 장치(16)는 제 2 위치(88)로부터 중간 위치(92)로 조절된다. 이 경우 제 1 게이트 밸브(18)는 제 2 폐쇄 부재(74)가 추가로 조절 장치(16)의 제 1 유입구(78)도 점차적으로 개방하는 방향으로 회전된다. 따라서 상기 폐쇄 부재에 의해 조절 장치(16)의 제 3 배출구(82)만이 폐쇄되어 유지되고 따라서 메인 냉각기(30)의 관류는 저지된다. 이로써 중간 위치(92)에서 냉각제에 의한 실린더 하우징(12)의 관류도 제공된다.
제 1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 실린더 헤드(14) 내의 국지적 냉각제 온도를 위한 규정된 제 4 한계값에 도달한 후에 및/또는 제 2 냉각제 온도 센서(90)에 의해 측정된 실린더 하우징(12) 내의 국지적 냉각제 온도를 위한 규정된 제 2 한계값에 도달한 후에 및/또는 엔진 제어부(86) 내에 저장된 내연기관의 작동 특성 필드에 따라서 조절 장치(16)는 중간 위치(88)로부터 제 3 위치(96)로 조절된다. 이 경우 조절 장치(16)의 제 3 배출구(82)의 점차적인 개방이 이루어지고 따라서 대형 냉각 회로에 메인 냉각기(30)의 통합이 이루어지는 한편, 동시에 조절 장치(16)의 제 4 배출구(84)는 제 1 게이트 밸브(18)의 제 2 폐쇄 부재(74)에 의해 점차적으로 다시 폐쇄된다(도 6 참조). 이로 인해, 난방 열교환기(28)를 통해 안내되는 냉각제 유동의 비교적 작은 부분을 제외하고 냉각제는 완전히 메인 냉각기(30)를 통해 안내되고 거기에서 주변 공기로 열 전달에 의해 냉각되는 것이 보장된다.
조절 장치(16)의 제 3 위치는 또한 내연기관의 비작동을 위해 제공된다. 이로 인해 한편으로 "페일 세이프(fail safe)" 기능이 구현되고, 상기 기능에 의해 예를 들어 내연기관에 의해 구동될 수 있는 자동차의 비운전 시, 예를 들어 설치류의 갉아먹음으로 인해 야기될 수 있는 것과 같은 냉각 시스템의 결함 시 냉각 시스템의 (기능적으로 제한된) 작동이 여전히 보장될 수 있다. 또한, 내연기관의 비작동 시 조절 장치의 제 3 위치는 보수 작업과 관련해서 냉각 시스템을 충전하고 비우는 것을 용이하게 한다.
조절 장치(16)의 하우징(36)은 제 1 배출구(56), 제 1 유입구(78) 및 실린더 헤드(14)의 배출구(68)에 연결된 제 2 유입구(98)를 형성하는 측면에서 연소기관(10)의 실린더 헤드(14)와 직접적으로 나사 결합하도록 제공된다.
하우징(36) 내에서 제 1 게이트 밸브(18)와 제 2 게이트 밸브(20)의 밀봉은 각각 (판 스프링(102)에 의해) 스프링 하중을 받는 링형 밀봉 부재(100)에 의해 실시된다.
10 : 연소기관 12 : 실린더 하우징
14 : 실린더 헤드 16 : 조절 장치
18 : 제 1 게이트 밸브 20 : 제 2 게이트 밸브
22 : 액추에이터 24 : 실린더 하우징의 냉각제 채널
26 : 실린더 헤드의 냉각제 채널 28 : 난방 열교환기
30 : 메인 냉각기 32 : 냉각제 펌프
34 : 바이패스 36 : 하우징
38 : 펌프 휠 40 : 샤프트
42 : 벨트 풀리 44 : 냉각제 펌프의 제 1 유입구
46 : 냉각제 펌프의 제 2 유입구 48 : 샤프트
50 : 메인 냉각기의 배출구 52 : 난방 열교환기의 배출구
54 : 냉각제 채널 56 : 조절 장치의 제 1 배출구
58 : 조절 장치의 제로 위치 60 : 제 2 게이트 밸브의 폐쇄 부재
62 : 조절 장치의 제 2 배출구 64 : 난방 열교환기의 유입구
66 : 제 1 게이트 밸브의 제 1 폐쇄 부재
68 : 실린더 헤드의 배출구 70 : 제 1 냉각제 온도 센서
72 : 조절 장치의 제 1 위치
74 : 제 1 게이트 밸브의 제 2 폐쇄 부재
76 : 실린더 하우징의 배출구 78 : 조절 장치의 제 1 유입구
80 : 메인 냉각기의 유입구 82 : 조절 장치의 제 3 배출구
84 : 조절 장치의 제 4 배출구 86 : 엔진 제어부
88 : 조절 장치의 제 2 위치 90 : 제 2 냉각제 온도 센서
92 : 조절 장치의 중간 위치 94 : 세그먼트 치형부
96 : 조절 장치의 제 3 위치 98 : 조절 장치의 제 2 유입구
100 : 밀봉 부재 102 : 판 스프링
104 : 링 섹션 106 : 리세스

Claims (12)

  1. 연소기관(10)과 냉각 시스템을 구비한 내연기관으로서, 상기 냉각 시스템은 냉각제 펌프(32), 메인 냉각기(30), 난방 열교환기(28), 상기 난방 열교환기(28)를 우회하는 바이패스(34), 상기 연소기관(10) 내의 냉각제 채널들(24, 26), 및 적어도 하나의 국지적 냉각제 온도에 따른 냉각제의 조절식 분배를 위한 액추에이터(22)를 가진 조절 장치(16)를 포함하는 내연기관에 있어서,
    하나의 방향으로 상기 액추에이터(22)의 작동 시, 상기 조절 장치(16)는,
    - 상기 연소기관(10)의 저온 시동 후에 그리고 국지적 냉각제 온도가 규정된 제 1 한계값에 도달한 후에, 제 1 위치(72)에서 상기 연소기관(10)과 상기 난방 열교환기(28)를 통한 냉각제 유동을 허용하고, 상기 바이패스(34)와 상기 메인 냉각기(30)를 통한 냉각제 유동을 저지하고,
    - 국지적 냉각제 온도가 규정된 제 2 한계값에 도달한 후에, 제 2 위치(88)에서 추가로 상기 바이패스(34)를 통한 냉각제 유동을 허용하고, 상기 규정된 제 1 한계값은 상기 규정된 제 2 한계값보다 낮고,
    - 국지적 냉각제 온도가 규정된 제 3 한계값에 도달한 후에, 제 3 위치(96)에서 상기 연소기관(10), 상기 난방 열교환기(28), 상기 바이패스(34) 및 상기 메인 냉각기(30)를 통한 냉각제 유동을 허용하고, 상기 규정된 제 2 한계값은 상기 규정된 제 3 한계값보다 낮고,
    - 상기 제 1 위치(72) 이전의 제로 위치(58)에서 냉각 시스템을 통한 냉각제 유동을 저지하며,
    상기 조절 장치는 상기 액추에이터(22)에 의해 작동되는 제 1 게이트 밸브(18)와 상기 제 1 게이트 밸브(18)에 의해 작동되는 제 2 게이트 밸브(20)를 포함하고, 상기 제 2 게이트 밸브(20)의 폐쇄 위치에서 냉각 시스템을 통한 냉각제 유동은 저지되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 위치(96)에서 상기 조절 장치(16)는 상기 바이패스(34)를 통한 냉각제 유동을 다시 저지하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제로 위치(58)에서 상기 조절 장치(16)는 상기 냉각제 펌프(32)와 상기 연소기관(10) 사이의 섹션에서 냉각 시스템을 차단하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연소기관(10)은 실린더 하우징(12)과 실린더 헤드(14)를 포함하고, 상기 제 1 위치(72)에서 상기 조절 장치(16)는 상기 실린더 헤드(14)의 냉각제 채널(26)을 통한 냉각제 유동을 허용하고, 상기 실린더 하우징(12)의 냉각제 채널(24)을 통한 냉각제 유동을 저지하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 위치(88)와 상기 제 3 위치(96) 사이에 있는 중간 위치(92)에서 상기 조절 장치(16)는 상기 실린더 헤드(14)의 냉각제 채널(26), 상기 난방 열교환기(28), 상기 바이패스(34) 및 상기 실린더 하우징(12)의 상기 냉각제 채널(24)을 통한 냉각제 유동을 허용하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조절 장치(16)의 적어도 2개의 위치 사이에서 조절은 단계적으로 또는 연속적으로 가능한 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 게이트 밸브(18)는 이동 범위 내에서 상기 제 2 게이트 밸브(20)를 부분적으로만 이동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 게이트 밸브(20)가 상기 제 1 게이트 밸브(18)에 의해 이동되지 않는 경우에, 상기 제 2 게이트 밸브(20)는 형상 맞물림 방식으로 상기 제 1 게이트 밸브(18)에 맞물려 상기 제 2 게이트 밸브(20)의 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 게이트 밸브 또는 게이트 밸브들(18, 20)은 회전 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연소기관의 냉각제 채널(24, 26) 내에 배치되는 냉각제 온도 센서(70, 90)가 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 실린더 헤드(14)의 냉각제 채널(26) 내에 배치되는 제 1 냉각제 온도 센서(70)와, 상기 실린더 하우징(12)의 냉각제 채널(24) 내에 배치되는 제 2 냉각제 온도 센서(90)가 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조절 장치(16)는 내연기관의 작동 특성 필드에 따라서 상기 제 2 위치(88)와 상기 제 3 위치(96) 사이에서 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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