KR20200015245A - 냉각수 제어 밸브, 이를 포함하는 냉각 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브는 냉각수가 유입되는 냉각수 입구와 복수 개의 출구가 형성된 밸브 하우징, 상기 밸브 하우징 내에 장착된 장착 플레이트, 상기 밸브 하우징에 이동 가능하게 장착되는 밸브 플레이트, 상기 밸브 플레이트의 이동을 안내하며, 상기 복수 개의 출구에 대응되는 복수 개의 공간을 형성하는 격벽, 상기 밸브 플레이트를 선택적으로 이동시키는 구동부, 상기 냉각수 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 수온 센서 및 상기 냉각 수온 센서를 포함하는 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 상기 구동부를 작동시키는 제어기를 포함하되, 상기 장착 플레이트와 상기 밸브 플레이트는 상기 밸브 플레이트의 이동에 따라 순차적으로 냉각수를 상기 공간으로 공급하는 복수 개의 유로를 형성한다.

Description

냉각수 제어 밸브, 이를 포함하는 냉각 시스템 및 그 제어 방법{COOLANT FLOW CONTROL VALVE, COOLING SYSTEM PROVIDED WITH THE SAME AND CONTORL METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 운전 조건에 따라서 냉각수 유량을 제어하여 웜업 시간 단축 및 냉각 효율이 향상된 냉각수 제어 밸브, 이를 포함하는 냉각 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
엔진은 연료의 연소에 의해서 회전력을 발생시키면서 열에너지를 외부로 배출한다. 특히, 냉각수는 엔진 등을 순환하면서 열에너지를 흡수하고, 이를 라디에이터 등을 통해서 외부로 방출한다.
엔진의 냉각수 온도가 낮으면, 오일의 점성이 높아져서 마찰력이 증가하고, 연료소모가 늘어나며, 배기가스의 온도가 천천히 상승하여 촉매가 활성화되는 시간이 길어진다. 또한, 배기가스의 품질이 저하될 수 있으며 히터의 기능이 정상화되는 시간이 길어져 승객 및 운전자에게 불편을 줄 수 있다.
엔진의 냉각수 온도가 과열되면, 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해서 점화시기를 조절해야 하므로 엔진의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 윤활유의 온도가 과도하면 윤활작용이 저하될 수 있다.
일반적인 써모스탯은 라디에이터로 가는 냉각수 유량만을 제어하는 것으로 엔진의 연비 향상을 위해서는 한계가 있다.
따라서, 엔진의 연비 향상을 위해서는 라디에이터, 히터, 오일쿨러, EGR 쿨러 등의 적절한 냉각수 유량 배분이 필요하다. 그러나, 이러한 부품들을 냉각하는데 레이아웃 및 원가적인 측면에서 제약이 많다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적은 운전 조건에 따라서 공급되는 냉각수 흐름을 조절하여 워밍업 시간을 단축하고, 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 냉각수 제어 밸브, 이를 포함하는 냉각 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브는 냉각수가 유입되는 냉각수 입구와 복수 개의 출구가 형성된 밸브 하우징, 상기 밸브 하우징 내에 장착된 장착 플레이트, 상기 밸브 하우징에 이동 가능하게 장착되는 밸브 플레이트, 상기 밸브 플레이트의 이동을 안내하며, 상기 복수 개의 출구에 대응되는 복수 개의 공간을 형성하는 격벽, 상기 밸브 플레이트를 선택적으로 이동시키는 구동부, 상기 냉각수 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 수온 센서 및 상기 냉각 수온 센서를 포함하는 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 상기 구동부를 작동시키는 제어기를 포함하되, 상기 장착 플레이트와 상기 밸브 플레이트는 상기 밸브 플레이트의 이동에 따라 순차적으로 냉각수를 상기 공간으로 공급하는 복수 개의 유로를 형성할 수 있다.
상기 복수 개의 출구는 히터와 연통하는 제1 출구, EGR 쿨러와 연통하는 제2 출구 및 라디에이터와 연통하는 제3 출구를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 유로는 상기 제1 출구와 연통하는 제1 유로, 상기 제2 출구와 연통하는 제2 유로 및 상기 제3 출구와 연통하는 제3 유로를 포함할 수 있다.
상기 장착 플레이트 및 상기 밸브 플레이트 중 적어도 어느 하나는 상기 제1, 2, 3 유로를 형성하도록 복수 개의 플레이트 출구가 단차 형성될 수 있다.
상기 장착 플레이트는 상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구, 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구 및 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구를 포함할 수 있다.
상기 밸브 플레이트는 상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구, 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구 및 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구를 포함할 수 있다.
상기 장착 플레이트는 상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구, 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구 및 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구를 포함하고, 상기 밸브 플레이트는 제1 장착 출구와 함께 상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구, 제2 장착 출구와 함께 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구 및 제3 장착 출구와 함께 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구를 포함할 수 있다.
상기 구동부는 왁스가 충진된 써모스탯 하우징, 상기 왁스에 선택적으로 열을 전달하는 전기 히터 및 상기 왁스의 팽창에 따라 상기 밸브 플레이트를 이동시키는 작동 로드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브는 상기 밸브 하우징 내에 장착되어 상기 밸브 플레이트에 복원력을 제공하는 밸브 스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 밸브 하우징에 오일 쿨러로 항시 냉각수를 공급하는 오일 쿨러 출구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 냉각 시스템은 워터 펌프, 상기 워터 펌프로부터 냉각수를 전달받는 엔진, 히터, EGR 쿨러, 오일 쿨러 및 라디에이터를 포함하는 열교환 요소, 상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 입구, 상기 히터와 연결된 제1 출구, 상기 EGR 쿨러와 연결된 제2 출구 및 상기 라디에이터와 연결된 제3 출구가 형성된 밸브 하우징, 상기 밸브 하우징 내에 장착된 장착 플레이트, 상기 밸브 하우징에 이동 가능하게 장착되며 그 이동에 따라 상기 장착 플레이트와 함께 상기 제1,2, 3 출구에 연통하는 제1, 2, 3 유로를 형성하는 밸브 플레이트, 상기 밸브 플레이트의 이동을 안내하며, 상기 제1, 2, 3 출구에 대응되는 복수 개의 공간을 형성하는 격벽, 상기 밸브 플레이트를 선택적으로 이동시키는 구동부, 상기 냉각수 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 수온 센서 및 상기 냉각 수온 센서를 포함하는 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 상기 구동부를 작동시키는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 장착 플레이트 및 상기 밸브 플레이트 중 적어도 어느 하나는 상기 제1, 2, 3 유로를 형성하도록 복수 개의 플레이트 출구가 단차 형성될 수 있다.
상기 장착 플레이트는 상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구, 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구 및 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구를 포함할 수 있다.
상기 밸브 플레이트는 상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구, 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구 및 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구를 포함할 수 있다.
상기 장착 플레이트는 상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구, 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구 및 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구를 포함하고, 상기 밸브 플레이트는 제1 장착 출구와 함께 상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구, 제2 장착 출구와 함께 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구 및 제3 장착 출구와 함께 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구를 포함할 수 있다.
상기 구동부는 왁스가 충진된 써모스탯 하우징, 상기 왁스에 선택적으로 열을 전달하는 전기 히터 및 상기 왁스의 팽창에 따라 상기 밸브 플레이트를 이동시키는 작동 로드를 포함할 수 있다.
상기 밸브 하우징에 오일 쿨러로 항시 냉각수를 공급하는 오일 쿨러 출구가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 제어 방법은 상기 제어 시스템에 적용될 수 있다.
상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 냉간 조건에 해당하면 상기 제1, 2, 3 유로가 모두 폐쇄되도록 상기 구동부 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 히터 작동 조건에 해당하면 상기 제1 유로가 열리도록 상기 구동부 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 EGR 쿨러 작동 조건에 해당하면 상기 제2 유로가 열리도록 상기 구동부 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 열간 조건에 해당하면 상기 제3 유로가 열리도록 상기 구동부 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브, 이를 포함하는 냉각 시스템 및 그 제어 방법은 운전 조건에 따라서 공급되는 냉각수 흐름을 조절하여 워밍업 시간을 단축하고, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 블록도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 구성도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 단면도이다.
도4 내지 도8은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 냉간 조건의 작동을 나타내는 단면도이다.
도10은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 냉간 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
도11은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 히터 작동 조건의 작동을 나타내는 단면도이다.
도12는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 히터 작동 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
도13은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 EGR 쿨러 작동 조건의 작동을 나타내는 단면도이다.
도14는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 EGR 쿨러 작동 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
도15는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 열간 조건의 작동을 나타내는 단면도이다.
도16은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 열간 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 블록도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브를 포함하는 냉각 시스템은 차량 작동 상태 신호부(10)의 출력 신호에 따라 냉각수 제어 밸브(60)의 작동을 제어하는 제어기(30)를 포함한다.
상기 제어기(30)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 각각 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
상기 차량 작동 상태 신호부(10)는 냉각 수온을 측정하여 해당 신호를 출력하는 수온 센서(12), 엔진 오일 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 오일온 센서(14), 흡기 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 흡기온 센서(16),엑셀 페달의 위치를 측정하여 해당 신호를 출력하는 엑셀 개도 센서(18) 및 차속을 측정하여 해당 신호를 출력하는 차속 센서(20)를 포함한다.
워터 펌프(50)에서 공급된 냉각수는 엔진(1)의 블록(3) 및 실린더 헤드(5)를 통해 상기 냉각수 제어 밸브(60)로 공급되며, 상기 냉각수 제어 밸브(60)는 상기 제어기(30)의 제어에 따라 복수 개의 열교환 요소로 냉각수를 공급한다.
여기서, 상기 복수 개의 열교환 요소는 예를 들어, EGR 쿨러(44), 히터(46), 라디에이터(40), 리저버 탱크(42), 오일 쿨러(48)를 포함하며, 상기 EGR 쿨러(44)는 HP-EGR 쿨러와 LP-EGR 쿨러를 포함할 수 있으나, 이해의 편의를 위해 EGR 쿨러(44)로 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 단면도이고, 도4 내지 도8은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도1 내지 도8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브(60)는 냉각수가 유입되는 냉각수 입구(62)와 복수 개의 출구가 형성된 밸브 하우징(61), 상기 밸브 하우징(61) 내에 장착된 장착 플레이트(70), 상기 밸브 하우징(61)에 이동 가능하게 장착되는 밸브 플레이트(80), 상기 밸브 플레이트(80)의 이동을 안내하며, 상기 복수 개의 출구에 대응되는 복수 개의 공간을 형성하는 격벽(90), 상기 밸브 플레이트(80)를 선택적으로 이동시키는 구동부(100), 상기 냉각 수온 센서(12)를 포함하는 차량 작동 상태 신호부(10)의 출력 신호에 따라 상기 구동부(100)를 작동시키는 제어기(30)를 포함한다.
상기 장착 플레이트(70)와 상기 밸브 플레이트(80)는 상기 밸브 플레이트(80)의 이동에 따라 순차적으로 냉각수를 상기 공간으로 공급하는 복수 개의 유로(passage)를 형성할 수 있다.
상기 복수 개의 출구는 상기 히터(46)와 연통하는 제1 출구(64), 상기 EGR 쿨러(44)와 연통하는 제2 출구(66) 및 상기 라디에이터(40)와 연통하는 제3 출구(68)를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 유로는 상기 제1 출구(64)와 연통하는 제1 유로(passage; 73), 상기 제2 출구(66)와 연통하는 제2 유로(75) 및 상기 제3 출구(68)와 연통하는 제3 유로(77)를 포함할 수 있다.
상기 장착 플레이트(70) 및 상기 밸브 플레이트(80) 중 적어도 어느 하나는 상기 제1, 2, 3 유로(73, 75, 77)를 형성하도록 복수 개의 플레이트 출구가 단차 형성될 수 있다.
상기 장착 플레이트(70)는 상기 제1 유로(73)를 형성하는 제1 장착 출구(72), 상기 제2 유로(75)를 형성하며, 상기 제1 장착 출구(72)보다 돌출 형성된 제2 장착 출구(74) 및 상기 제3 유로(77)를 형성하며, 상기 제2 장착 출구(74)보다 돌출 형성된 제3 장착 출구(76)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 장착 출구(72)는 도5 및 도6에는 상기 장착 플레이트(70)보다 돌출 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
즉, 도9, 11, 13, 15에 도시된 바와 같이, 제1 장착 출구(72)는 상기 장착 플레이트(70)와 동일한 평면, 즉 높이(h1)가 "0"일 수 있다. 그리고, 상기 제2 장착 출구(74)는 상기 장착 플레이트(70)로부터 돌출된 높이(h2)를 갖도록 형성되고, 상기 제3 장착 출구(76)가 상기 제2 장착 출구(74)보다 돌출된 높이(h3)를 갖도록 형성될 수도 있다.
상기 밸브 플레이트(80)는 상기 제1 유로(73)를 형성하는 제1 메인 출구(82), 상기 제2 유로(75)를 형성하며, 상기 제1 메인 출구(82)보다 돌출 형성된 제2 메인 출구(84) 및 상기 제3 유로(77)를 형성하며, 상기 제2 메인 출구(84)보다 돌출 형성된 제3 메인 출구(86)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 메인 출구(82)는 도7 및 도8에는 상기 밸브 플레이트(80)의 하부보다 돌출 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
즉, 상기 제1 장착 출구(72)와 마찬가지로, 상기 밸브 플레이트(80)의 하부와 동일한 평면, 즉 높이가 "0"일 수 있다. 그리고, 상기 제2 메인 출구(84)는 상기 밸브 플레이트(70)의 하부로부터 돌출 형성되고, 상기 제3 메인 출구(86)가 상기 제2 메인 출구(84)보다 돌출 형성될 수도 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 장착 플레이트(70)에 상기 제1 장착 출구(72), 상기 제2 장착 출구(74) 및 상기 제3 장착 출구(76)가 형성될 수도 있고, 상기 밸브 플레이트(80)에 상기 제1 메인 출구(82), 상기 제2 메인 출구(84) 및 상기 제3 메인 출구(86)가 형성될 수도 있고, 상기 장착 플레이트(70)에 상기 제1 장착 출구(72), 상기 제2 장착 출구(74) 및 상기 제3 장착 출구(76)가 형성되고, 상기 밸브 플레이트(80)에 상기 제1 메인 출구(82), 상기 제2 메인 출구(84) 및 상기 제3 메인 출구(86)가 형성될 수도 있다.
즉, 상기 장착 플레이트(70) 및 상기 밸브 플레이트(80) 중 적어도 어느 하나에 상기 복수 개의 플레이트 출구가 단차 형성되어 상기 제1, 2, 3 유로(73, 75, 77)를 형성할 수도 있다.
상기 구동부(100)는 왁스(102)가 충진된 써모스탯 하우징(104), 상기 왁스(102)에 선택적으로 열을 전달하는 전기 히터(110) 및 상기 왁스(102)의 팽창에 따라 상기 밸브 플레이트(80)를 이동시키는 작동 로드(106)를 포함할 수 있다.
상기 써모스탯 하우징(104)에 작동 로드 가이드(108)가 장착되어, 상기 작동 로드(106)의 이동을 안내할 수 있다.
상기 써모스탯 하우징(104)과 접촉하는 냉각수 온도에 의해 상기 왁스(102)가 팽창하거나, 상기 전기 히터(110)의 작동에 의해 상기 왁스(102)가 팽창하면, 상기 작동 로드(108)가 상기 작동 로드 가이드(108)를 따라 이동하여 상기 밸브 플레이트(80)를 밀게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브(60)는 상기 밸브 하우징(61) 내에 장착되어 상기 밸브 플레이트(80)에 복원력을 제공하는 밸브 스프링(122)을 더 포함할 수 있다.
상기 밸브 하우징(61)과 어퍼 플레이트(120)가 결합하여 상기 밸브 스프링(122)을 지지한다. 그리고, 상기 밸브 하우징(61)에 스프링 가이드(124)가 형성되어 상기 밸브 스프링(122)이 그 내에 장착된다.
상기 밸브 하우징(61)에 상기 오일 쿨러(48)로 항시 냉각수를 공급하는 오일 쿨러 출구(130)가 형성될 수 있다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 냉간 조건의 작동을 나타내는 단면도이고, 도10은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 냉간 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
도11은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 히터 작동 조건의 작동을 나타내는 단면도이고, 도12는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 히터 작동 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
도13은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 EGR 쿨러 작동 조건의 작동을 나타내는 단면도이고, 도14는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 EGR 쿨러 작동 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
도15는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브의 열간 조건의 작동을 나타내는 단면도이고, 도16은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 열간 조건의 작동을 나타내는 구성도이다.
이하, 도1 내지 도16을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 제어 방법을 설명한다.
상기 제어기(30)는 상기 차량 작동 상태 신호부(10)의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 냉간 조건에 해당하는지 판단하고, 상기 냉간 조건에 해당하면 상기 제1, 2, 3 유로(73, 75, 77)가 모두 폐쇄되도록 상기 구동부(100) 작동을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어기(30)는 상기 냉각 수온 센서(12)의 출력 신호가, 예를 들어 60도 이하인 경우, 상기 전기 히터(110)를 작동시키지 않는다.
그러면, 도9 및 도10에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)와 접촉하며, 냉각수를 차단한다. 따라서, 상기 엔진(1), 예를 들어 상기 실린더 헤드(5)로부터 배출되는 냉각수는 상기 오일 쿨러 출구(130)로만 흐르게 된다. 즉, 냉각수가 상기 엔진(1) 및 상기 오일 쿨러 출구(130)로만 흐르게 되어 엔진 웜업이 빠르게 진행될 수 있다.
또한, 상기 오일 쿨러(48)로 상기 엔진(1)으로부터 냉각수를 통해 열이 전달되어 오일 온도가 상승하며, 따라서, 시동 초기의 냉간 조건에서 마찰 저감에 의한 연비 향상이 가능하다.
상기 제어기(30)는 상기 차량 작동 상태 신호부(10)의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 히터 작동 조건에 해당하면 상기 제1 유로(73)가 열리도록 상기 구동부(100) 작동을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어기(30)는 상기 냉각 수온 센서(12)의 출력 신호가, 예를 들어 설정 온도 이상이고, 운전자가 히터를 작동시키는 것으로 인식된 경우, 상기 전기 히터(110)를 작동시켜 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)와 일정 거리 분리되도록 한다. 상기 히터를 작동시키는 히터 스위치 등의 구성 및 작동은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략한다.
이 경우, 도11 및 도12에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)와 분리되며, 상기 밸브 플레이트(80)와 상기 장착 플레이트(70) 사이에 상기 제1 유로(73)가 형성된다.
상기 제2 장착 출구(74) 및 상기 제3 장착 출구(76)가 상기 제1 장착 출구(72) 보다 더 돌출 형성되거나, 상기 제2 메인 출구(84) 및 상기 제3 메인 출구(86)가 상기 제1 메인 장착 출구(82)보다 돌출 형성되어 상기 제1 유로(73)로 냉각수가 흐르나, 상기 제2, 3 유로(75, 77)는 차단된다.
도6 내지 도8을 참조하면, 상기 제1 장착 출구(72), 상기 제2 장착 출구(74) 및 상기 제3 장착 출구(76)의 각 외면과 상기 제1 메인 출구(82), 상기 제2 메인 출구(84) 및 상기 제3 메인 출구(86)의 내면이 접촉하여 냉각수를 차단할 수 있다. 즉 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)를 감싸도록 상기 밸브 플레이트(80)와 상기 장착 플레이트(70)가 결합할 수 있다. 그러나, 상기 밸브 플레이트(80)와 상기 장착 플레이트(70)의 결합은 이에 한정된 것은 아니다. 즉 그 반대의 경우로 상기 장착 플레이트(70)가 상기 밸브 플레이트(80)를 감싸도록 상기 밸브 플레이트(80)와 상기 장착 플레이트(70)가 결합할 수도 있다.
이 경우, 상기 엔진(1), 예를 들어 상기 실린더 헤드(5)로부터 배출되는 냉각수는 상기 오일 쿨러 출구(130)와 상기 제1 유로(73)로 흐르게 된다. 즉, 냉각수가 상기 엔진(1), 상기 오일 쿨러(48) 및 상기 히터(46)로만 흐르게 되어 상기 히터(46)로의 열전달이 빠르게 진행된다.
상기 제어기(30)는 상기 차량 작동 상태 신호부(10)의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 EGR 쿨러(44) 작동 조건에 해당하면 상기 제2 유로(75)가 열리도록 상기 구동부(100) 작동을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어기(30)는 상기 냉각 수온 센서(12)의 출력 신호가, 예를 들어 설정 온도 이상이고, 상기 EGR 쿨러(44)의 냉각이 필요한 것으로 판단된 경우, 상기 전기 히터(110)를 작동시켜 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)와 일정 거리 분리되도록 한다. 상기 EGR 쿨러(44)의 냉각은, 예를 들어 상기 흡기온 센서(16)의 출력 신호를 통해 상기 제어기(30)가 판단할 수 있다. 상기 EGR 쿨러(44)의 냉각 필요 여부를 판단하기 흡기온 설정은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 구체적인 설명은 생략한다.
이 경우, 도13 및 도14에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)와 상기 히터 작동시보다 더 분리되며, 상기 밸브 플레이트(80)와 상기 장착 플레이트(70) 사이에 상기 제1 유로(73) 및 상기 제2 유로(75)가 형성된다.
상기 제3 장착 출구(76)가 상기 제2 장착 출구(74) 보다 더 돌출 형성되거나, 상기 제3 메인 출구(86)가 상기 제2 메인 장착 출구(84)보다 돌출 형성되어 상기 제1 유로(73) 및 상기 제2 유로(75)로 냉각수가 흐르나, 상기 제3 유로(77)는 차단된다.
따라서, 냉각수는 상기 엔진(1), 상기 오일 쿨러(48), 상기 히터(46) 및 상기 EGR 쿨러(44)로 흐르게 된다.
상기 제어기(30)는 상기 차량 작동 상태 신호부(10)의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 열간 조건에 해당하면 상기 제3 유로(77)가 열리도록 상기 구동부(100) 작동을 제어할 수 있다.
즉, 상기 제어기(30)는 상기 냉각 수온 센서(12)의 출력 신호가, 예를 들어 설정 온도 이상이면, 상기 전기 히터(110)를 작동시켜 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)와 완전히 분리되도록 한다. 여기서 설정 온도는 약 90도로 설정될 수 있다.
이 경우, 도15 및 도16에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 플레이트(80)가 상기 장착 플레이트(70)와 완전히 분리되며, 상기 밸브 플레이트(80)와 상기 장착 플레이트(70) 사이에 상기 제1 유로(73), 제2 유로(75) 및 제3 유로(77)가 형성된다.
따라서, 냉각수는 상기 엔진(1), 상기 오일 쿨러(48), 상기 히터(46), 상기 EGR 쿨러(44), 상기 라디에이터(40) 및 상기 리저버 탱크(42)로 흐르게 된다.
상기 냉간 조건 및 상기 열간 조건은 제어기(30)가 상기 차량 작동 상태 신호부(10)의 신호에 따라 해당 설정 온도를 변경하여 현재 차량 운전 상태에 적합한 냉각을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각수 제어 밸브, 이를 포함하는 냉각 시스템 및 그 제어 방법은 운전 조건에 따라서 공급되는 냉각수 흐름을 조절하여 워밍업 시간을 단축할 수 있다.
또한, 현재 차량 작동 상태에 따라 냉각수 제어 밸브의 작동을 제어하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 엔진 3: 엔진 블록
5: 실린더 헤드 10: 차량 작동 상태 신호부
12: 냉각 수온 센서 14: 오일온 센서
16: 흡기온 센서 18: 엑셀 개도 센서
20: 차속 센서 30: 제어기
40: 라디에이터 42: 리저버 탱크
44: EGR 쿨러 46: 히터
48: 오일 쿨러 50: 워터 펌프
60: 냉각수 제어 밸브 61: 밸브 하우징
62: 냉각수 입구 64: 제1 출구
66: 제2 출구 68: 제3 출구
70: 장착 플레이트 72: 제1 장착 출구
73: 제1 유로 74: 제2 장착 출구
75: 제2 유로 76: 제3 장착 출구
77: 제3 유로 80: 밸브 플레이트
82: 제1 메인 출구 84: 제2 메인 출구
86: 제3 메일 출구 90: 격벽
100: 구동부 102: 왁스
104: 써모스탯 하우징 106: 작동 로드
108: 로드 가이드 110: 전기 히터
120: 어퍼 플레이트 122: 밸브 스프링
124: 스프링 가이드 130: 오일 쿨러 출구

Claims (21)

  1. 냉각수가 유입되는 냉각수 입구와 복수 개의 출구가 형성된 밸브 하우징;
    상기 밸브 하우징 내에 장착된 장착 플레이트;
    상기 밸브 하우징에 이동 가능하게 장착되는 밸브 플레이트;
    상기 밸브 플레이트의 이동을 안내하며, 상기 복수 개의 출구에 대응되는 복수 개의 공간을 형성하는 격벽;
    상기 밸브 플레이트를 선택적으로 이동시키는 구동부;
    상기 냉각수 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 수온 센서; 및
    상기 냉각 수온 센서를 포함하는 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 상기 구동부를 작동시키는 제어기;
    를 포함하되,
    상기 장착 플레이트와 상기 밸브 플레이트는 상기 밸브 플레이트의 이동에 따라 순차적으로 냉각수를 상기 공간으로 공급하는 복수 개의 유로를 형성하는 냉각수 제어 밸브.
  2. 제1항에서,
    상기 복수 개의 출구는
    히터와 연통하는 제1 출구;
    EGR 쿨러와 연통하는 제2 출구; 및
    라디에이터와 연통하는 제3 출구;
    를 포함하는 냉각수 제어 밸브.
  3. 제2항에서,
    상기 복수 개의 유로는
    상기 제1 출구와 연통하는 제1 유로;
    상기 제2 출구와 연통하는 제2 유로; 및
    상기 제3 출구와 연통하는 제3 유로;
    를 포함하는 냉각수 제어 밸브.
  4. 제3항에서,
    상기 장착 플레이트 및 상기 밸브 플레이트 중 적어도 어느 하나는 상기 제1, 2, 3 유로를 형성하도록 복수 개의 플레이트 출구가 단차 형성된 냉각수 제어 밸브.
  5. 제3항에서,
    상기 장착 플레이트는
    상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구;
    상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구; 및
    상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구;
    를 포함하는 냉각수 제어 밸브.
  6. 제3항에서,
    상기 밸브 플레이트는
    상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구;
    상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구; 및
    상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구;
    를 포함하는 냉각수 제어 밸브.
  7. 제3항에서,
    상기 장착 플레이트는
    상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구;
    상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구; 및
    상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구;
    를 포함하고,
    상기 밸브 플레이트는
    제1 장착 출구와 함께 상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구;
    제2 장착 출구와 함께 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구; 및
    제3 장착 출구와 함께 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구;
    를 포함하는 냉각수 제어 밸브.
  8. 제1항에서,
    상기 구동부는
    왁스가 충진된 써모스탯 하우징;
    상기 왁스에 선택적으로 열을 전달하는 전기 히터; 및
    상기 왁스의 팽창에 따라 상기 밸브 플레이트를 이동시키는 작동 로드;
    를 포함하는 냉각수 제어 밸브.
  9. 제1항에서,
    상기 밸브 하우징 내에 장착되어 상기 밸브 플레이트에 복원력을 제공하는 밸브 스프링;
    을 더 포함하는 냉각수 제어 밸브.
  10. 제1항에서,
    상기 밸브 하우징에 오일 쿨러로 항시 냉각수를 공급하는 오일 쿨러 출구가 형성된 냉각수 제어 밸브.
  11. 워터 펌프;
    상기 워터 펌프로부터 냉각수를 전달받는 엔진;
    히터, EGR 쿨러, 오일 쿨러 및 라디에이터를 포함하는 열교환 요소;
    상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 입구, 상기 히터와 연결된 제1 출구, 상기 EGR 쿨러와 연결된 제2 출구 및 상기 라디에이터와 연결된 제3 출구가 형성된 밸브 하우징;
    상기 밸브 하우징 내에 장착된 장착 플레이트;
    상기 밸브 하우징에 이동 가능하게 장착되며 그 이동에 따라 상기 장착 플레이트와 함께 상기 제1,2, 3 출구에 연통하는 제1, 2, 3 유로를 형성하는 밸브 플레이트;
    상기 밸브 플레이트의 이동을 안내하며, 상기 제1, 2, 3 출구에 대응되는 복수 개의 공간을 형성하는 격벽;
    상기 밸브 플레이트를 선택적으로 이동시키는 구동부;
    상기 냉각수 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 수온 센서; 및
    상기 냉각 수온 센서를 포함하는 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 상기 구동부를 작동시키는 제어기;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 장착 플레이트 및 상기 밸브 플레이트 중 적어도 어느 하나는 상기 제1, 2, 3 유로를 형성하도록 복수 개의 플레이트 출구가 단차 형성된 냉각 시스템.
  13. 제11항에서,
    상기 장착 플레이트는
    상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구;
    상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구; 및
    상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  14. 제11항에서,
    상기 밸브 플레이트는
    상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구;
    상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구; 및
    상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  15. 제11항에서,
    상기 장착 플레이트는
    상기 제1 유로를 형성하는 제1 장착 출구;
    상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 장착 출구보다 돌출 형성된 제2 장착 출구; 및
    상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 장착 출구보다 돌출 형성된 제3 장착 출구;
    를 포함하고,
    상기 밸브 플레이트는
    제1 장착 출구와 함께 상기 제1 유로를 형성하는 제1 메인 출구;
    제2 장착 출구와 함께 상기 제2 유로를 형성하며, 상기 제1 메인 출구보다 돌출 형성된 제2 메인 출구; 및
    제3 장착 출구와 함께 상기 제3 유로를 형성하며, 상기 제2 메인 출구보다 돌출 형성된 제3 메인 출구;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  16. 제11항에서,
    상기 구동부는
    왁스가 충진된 써모스탯 하우징;
    상기 왁스에 선택적으로 열을 전달하는 전기 히터; 및
    상기 왁스의 팽창에 따라 상기 밸브 플레이트를 이동시키는 작동 로드;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  17. 제11항에서,
    상기 밸브 하우징에 오일 쿨러로 항시 냉각수를 공급하는 오일 쿨러 출구가 형성된 냉각 시스템.
  18. 제11항에 따른 냉각 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 냉간 조건에 해당하면 상기 제1, 2, 3 유로가 모두 폐쇄되도록 상기 구동부 작동을 제어하는 냉각 시스템 제어 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 히터 작동 조건에 해당하면 상기 제1 유로가 열리도록 상기 구동부 작동을 제어하는 냉각 시스템 제어 방법.
  20. 제18항에서,
    상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 EGR 쿨러 작동 조건에 해당하면 상기 제2 유로가 열리도록 상기 구동부 작동을 제어하는 냉각 시스템 제어 방법.
  21. 제18항에서,
    상기 제어기는 상기 차량 작동 상태 신호부의 출력 신호에 따라 차량 작동 상태가 설정된 열간 조건에 해당하면 상기 제3 유로가 열리도록 상기 구동부 작동을 제어하는 냉각 시스템 제어 방법.
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