KR20200062804A - 통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템 - Google Patents

통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템 Download PDF

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이효조
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Abstract

본 발명은 엔진과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되며, 상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 2개의 냉각수 유입구와, 3개의 냉각수 유출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 내에 구비되며, 상기 3개의 냉각수 유출구를 개폐하는 3개의 밸브를 포함하는 통합 유량제어 밸브 어셈블리로서, 본 발명에 의하면, 엔진 냉각시스템에 적용되어, 추가적인 유량제어 밸브 없이도 엔진 분리냉각이 가능하게 한다.

Description

통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템{CONTROL METHOD OF INTEGRATED FLOW CONTROL VALVE AND ENGINE COOLING SYSTEM}
본 발명은 통합유량제어밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 엔진을 통과한 냉각수의 배출량과 배출 방향을 조절하는 통합유량제어밸브 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래의 차량 엔진의 냉각시스템으로서, 차량 엔진의 냉각을 위한 시스템에서는 라디에이터와 엔진 사이를 순환하면서 엔진(Head, Block)의 열을 라디에이터(Radiator)로 방출시키도록 구성된다.
그리고, 엔진에서 배출되는 냉각수는 통합 유량제어 밸브(10, ITM)를 통해 라디에이터로 전달되고, 통합 유량제어 밸브(10)는 엔진 냉각수 출구부 또는 입구부에 장착될 수 있으며, 라디에이터, 오일 쿨러(Oil Cooler), 히터(Heater), EGR 쿨러(LP EGR Cooler, EGR:Exaust Gas Recirculation) 등으로 가는 냉각수 유량을 제어한다.
통합 유량제어 밸브는 통상 로터리밸브 타입(rotary valve type)과 캠리프트 타입(cam lift type, 포핏밸브 타입)으로 나누어진다.
로터리밸브 타입의 통합 유량제어 밸브는 그 구조가 간단하고, 로터리밸브의 물통로 형상을 다양하게 하여 유량을 제어할 수 있는 장점이 있으나, 제어성 및 밸브 누수 등에 문제가 있을 수 있다.
반면, 캠리프트 타입의 통합 유량제어 밸브는 캠의 회전에 의해 유량제어 밸브가 상하로 움직여 유량이 제어되는데, 제어성은 좋으나 반복적 작동으로 인한 밸브의 마모, 기울어짐, 누수 등의 문제를 일으킬 수 있다.
도 2는 캠리프트 타입의 통합 유량제어 밸브를 개략적으로 나타낸 것으로, 모터(Motor)의 구동에 의해 캠(Cam)의 회전으로 유량 제어밸브가 상하로 작동하는 구조이다.
도 1을 함께 참고하면, 도 2의 통합 유량제어 밸브를 적용함으로써, 유입되는 냉각수(Coolant In)를 캠의 제어에 따라 3개의 유량 제어밸브에 의해서 라디에이터 측, 히터 및 EGR 쿨러 측 및 블록 측의 3-way 물통로로의 분배 및 유량을 제어한다.
그런데, 엔진의 연비 및 성능 향상을 극대화하기 위해서는 여러 곳의 냉각수 유량을 제어해야 하는데, 종래의 이 같은 통합 유량제어 밸브는 레이아웃이나 원가 등에 한계가 있다.
특히, 엔진 헤드와 블록의 분리냉각은 냉각 효율, 연비 및 성능 향상 효과가 큼에도 종래의 통합 유량제어 밸브는 분리냉각이 불가하였으며, 분리냉각을 위해서는 별도의 유량 제어밸브를 추가하여야만 하였다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1896376호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 엔진 냉각시스템에 적용되어, 추가적인 유량제어 밸브 없이도 엔진 분리냉각이 가능하게 하는 통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 통합 유량제어 밸브 어셈블리는, 엔진과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되며, 상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 2개의 냉각수 유입구와, 3개의 냉각수 유출구가 형성된 하우징, 상기 하우징 내에 구비되며, 상기 3개의 냉각수 유출구를 개폐하는 3개의 밸브를 포함한다.
그리고, 상기 냉각수 유입구는, 엔진 블록(Block) 측으로부터 냉각수가 유입되는 제1 냉각수 유입구 및 엔진 헤드(Head) 측으로부터 냉각수가 유입되는 제2 냉각수 유입구를 포함한다.
또한, 상기 냉각수 유출구는, 라디에이터 측으로 냉각수를 유출하는 라디에이터 유출구, 히터 측으로 냉각수를 유출하는 히터 유출구 및 EGR 쿨러 측으로 냉각수를 유출하는 쿨러 유출구를 포함하고, 상기 밸브는, 상기 라디에이터 유출구를 개폐하는 라디에이터 유량제어 밸브, 상기 히터 유출구를 개폐하는 히터 유량제어 밸브 및 상기 쿨러 유출구를 개폐하는 EGR 쿨러 유량제어 밸브를 포함한다.
여기서, 상기 라디에이터 유량제어 밸브는 상기 제1 냉각수 유입구 및 상기 제2 냉각수 유입구 측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 유량제어 밸브 및 상기 EGR 쿨러 유량제어 밸브는 상기 라디에이터 유량제어 밸브의 후단에 배치되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 라디에이터 유량제어 밸브는 상기 제2 냉각수 유입구를 개폐하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라디에이터 유량제어 밸브, 상기 히터 유량제어 밸브 및 상기 EGR 쿨러 유량제어 밸브는 액츄에이터에에 의해 회전하는 캠에 의해 위상이 변화됨으로써,각각 상기 라디에이터 유출구, 상기 히터 유출구 및 상기 쿨러 유출구를 개폐하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템은 이상의 통합 유량제어 밸브 어셈블리를 포함하여 구성된다.
본 발명의 통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템에 의하면, 엔진과 라디에이터 간에 별도의 유량제어 밸브 없이 구비되어 라디에이터 측, EGR 쿨러 측, 히터 측, 블록 측의 4개의 물통로를 제어하는 것이 가능하게 한다.
따라서, 냉각수 온도에 따라 4개의 물통로를 제어함으로써 난방성능, 연비 및 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고, 헤드와 블록의 분리냉각이 가능하게 함으로써, 유량제어 효율을 높일 수가 있고, 원가 절감 및 연비 향상이 가능하게 한다.
도 1은 종래의 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 엔진 냉각시스템에 적용되는 종래의 통합 유량제어 밸브를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브 어셈블리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 냉간 조건에서의 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 냉각수 흐름을 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7은 온간 조건에서의 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 제어 및 냉각수 흐름을 나타낸 것이다.
도 8 및 도 9은 고온 조건에서의 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 제어 및 냉각수 흐름을 나타낸 것이다.
도 10 및 도 11는 열간 조건에서의 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 제어 및 냉각수 흐름을 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명이 적용되는 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브 어셈블리를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브(100)는 도 3과 같은 엔진 냉각시스템의 엔진(Head, Block)과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되어, 도 3과 같이 히터(Heater) 측, EGR 쿨러(EGR Cooler) 측, 라디에이터(Radiator) 측, 엔진 블록(Block) 측의 4개의 물통로로의 냉각수의 공급 및 유량을 제어한다.
또한, 별도의 유량제어 밸브 없이 엔진 헤드와 블록을 분리냉각 가능하게 구성된다.
이를 위한 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브(100)는 도 4와 같이 기본적으로 캠리프트 타입(포핏밸브 타입)으로 구성된다.
모터(111)와 샤프트(112)를 포함하는 액츄에이터(110)의 작동에 의해서, 샤프트(112)에 연결된 캠(120, cam)이 회전하고, 회전하는 캠(120)이 캠(120) 하면에 접하는 3개의 밸브(161, 162, 163)의 위상을 변화시켜 밸브(161, 162, 163)가 각 물통로를 개폐하도록 구성된다.
밸브(161, 162, 163)는 하우징(130) 내에 구비되며, 하우징(130)에는 제1 냉각수 유입구(141)와 제2 냉각수 유입구(142)의 2개의 냉각수 유입구와, 라디에이터 유출구(151), 히터 유출구(152) 및 쿨러 유출구(153)의 3개의 냉각수 유출구가 형성된다.
밸브는 라디에이터 유량제어 밸브(161), 히터 유량제어 밸브(162) 및 EGR 쿨러 유량제어 밸브(163)의 3개로 구성되고, 냉각수 유입구 및 냉각수 유출구에 따라 구획된 하우징(130)의 내부 구성에 의해서 각각 라디에이터 유출구(151), 히터 유출구(152) 및 쿨러 유출구(153)를 개폐할 수 있게 구성된다.
라디에이터 유량제어 밸브(161)는 제1 냉각수 유입구(141) 및 제2 냉각수 유입구(142) 측에 배치되고, 히터 유량제어 밸브(162)와 EGR 쿨러 유량제어 밸브(163)는 라디에이터 유량제어 밸브(161)의 후단에 배치된다.
본 발명의 통합 유량제어 밸브 어셈블리에서는 냉각수 유입구가 제1 냉각수 유입구(141)와 제2 냉각수 유입구(142)로 이원화되고, 제1 냉각수 유입구(141)는 엔진 블록(Block) 측으로부터 냉각수가 유입되고, 제2 냉각수 유입구(142)는 엔진 헤드(Head) 측으로부터 냉각수가 유입된다.
예시에서와 같이 상하로 냉각수가 구획될 수 있으며, 다른 형태로 구획될 수도 있다.
그래서, 라디에이터 유량제어 밸브(161)는 제1 냉각수 유입구(141)로부터 라디에이터 유출구(151)로의 물통로를 개폐하고, 히터 유량제어 밸브(162)는 제1 냉각수 유입구(141)로부터 히터 유출구(152)로의 물통로를 개폐하고, EGR 쿨러 유량제어 밸브(163)는 제1 냉각수 유입구(141)로부터 쿨러 유출구(153)로의 물통로를 개폐한다.
추가적으로, 라디에이터 유량제어 밸브(161)는 제2 냉각수 유입구(142) 또한 개폐 가능한 형태로 구성이 된다.
그래서, 각 라디에이터 유출구(151), 히터 유출구(152) 및 쿨러 유출구(153)로의 유량은 각 라디에이터 유량제어 밸브(161), 히터 유량제어 밸브(162) 및 EGR 쿨러 유량제어 밸브(163)에 의해 제어가 되고, 라디에이터 유량제어 밸브(161)는 추가적으로 제2 냉각수 유입구(141)의 개폐를 조절함으로써 엔진 블록과 헤드의 분리냉각을 제어하는 것이다.
일 예로, 라디에이터 유량제어 밸브(161)는 제2 냉각수 유입구(141)는 90℃에서 열리도록 제어할 수 있다.
본 발명은 이상과 같은 구성에 의해서, 도 5 내지 도 11과 같이 냉각시스템의 물통로 4개를 제어하고 헤드와 블록을 분리냉각 가능하게 함으로써, 연비 및 성능 향상에 기여할 수가 있다.
먼저, 도 5는 냉간 조건에서 도 4와 같은 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 제어에 의한 냉각수 흐름을 나타낸 것이다.
냉간 상태(약 50℃ 이하)에서는 라디에이터 유량제어 밸브(161), 히터 유량제어 밸브(162) 및 EGR 쿨러 유량제어 밸브(163) 모두를 닫아서 냉각수 온도를 빠르게 상승시켜 웜(warm)이 빨라지게 한다. 오일 쿨러(Oil Cooler)는 냉각수가 흐르게 하여 오일 온도가 상승되게 한다.
그리고, 도 6 및 도 7은 온간 조건에서의 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 제어 및 냉각수 흐름을 나타낸 것인데, 냉간 상태에서 냉각수 온도가 조금씩 상승하여 온간 상태가 되면, 히터 유량제어 밸브(162) 또는 EGR 쿨러 유량제어 밸브(163)를 열어서, 히터(Heater) 또는 LP EGR 쿨러로 냉각수를 보내 승온하여 난방 성능 향상, 연비 및 성능을 향상시키도록 제어한다.
다음, 도 8 및 도 9은 고온 조건에서의 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 제어 및 냉각수 흐름을 나타낸 것인데, 고온 상태에서는 라디에이터 유량제어 밸브(161)가 라디에이터 유출구(151)를 개방시키도록 제어하여, 라디에이터(Radiator)로 냉각수를 흐르게 하여 냉각수 온도를 낮추도록 제어한다. 전반적인 냉각수 온도 상승으로 인한 마찰을 저감시킴으로써 연비 및 성능을 향상시킬 수가 있다.
마지막으로, 도 10 및 도 11은 열간 조건에서의 통합 유량제어 밸브 어셈블리의 제어 및 냉각수 흐름을 나타낸 것인데, 냉각수 온도가 상승하여 블록(Block) 냉각수 온도가 105℃가 되면 라디에이터 유량제어 밸브(161)가 제2 냉각수 유입구(142)도 개방시키도록 하여 냉각수 유량을 최대로 제어하여 엔진 냉각에 문제가 없도록 제어한다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
100 : 통합 유량제어 밸브 어셈블리
110 : 액츄에이터
111 : 모터 112 : 샤프트
120 : 캠
130 : 하우징
131 : 밸브 스프링
141 : 제1 냉각수 유입구 142 : 제2 냉각수 유입구
151 : 라디에이터 유출구
152 : 히터 유출구
153 : 쿨러 유출구
161 : 라디에이터 유량제어 밸브
162 : 히터 유량제어 밸브
163 : EGR 쿨러 유량제어 밸브

Claims (8)

  1. 엔진과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되며,
    상기 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 2개의 냉각수 유입구와, 3개의 냉각수 유출구가 형성된 하우징;
    상기 하우징 내에 구비되며, 상기 3개의 냉각수 유출구를 개폐하는 3개의 밸브를 포함하는,
    통합 유량제어 밸브 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각수 유입구는,
    엔진 블록(Block) 측으로부터 냉각수가 유입되는 제1 냉각수 유입구; 및
    엔진 헤드(Head) 측으로부터 냉각수가 유입되는 제2 냉각수 유입구를 포함하는,
    통합 유량제어 밸브 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각수 유출구는,
    라디에이터 측으로 냉각수를 유출하는 라디에이터 유출구;
    히터 측으로 냉각수를 유출하는 히터 유출구; 및
    EGR 쿨러 측으로 냉각수를 유출하는 쿨러 유출구를 포함하고,
    상기 밸브는,
    상기 라디에이터 유출구를 개폐하는 라디에이터 유량제어 밸브;
    상기 히터 유출구를 개폐하는 히터 유량제어 밸브; 및
    상기 쿨러 유출구를 개폐하는 EGR 쿨러 유량제어 밸브를 포함하는,
    통합 유량제어 밸브 어셈블리.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 라디에이터 유량제어 밸브는 상기 제1 냉각수 유입구 및 상기 제2 냉각수 유입구 측에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    통합 유량제어 밸브 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 유량제어 밸브 및 상기 EGR 쿨러 유량제어 밸브는 상기 라디에이터 유량제어 밸브의 후단에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    통합 유량제어 밸브 어셈블리.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 라디에이터 유량제어 밸브는 상기 제2 냉각수 유입구를 개폐하는 것을 특징으로 하는,
    통합 유량제어 밸브 어셈블리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 라디에이터 유량제어 밸브, 상기 히터 유량제어 밸브 및 상기 EGR 쿨러 유량제어 밸브는 액츄에이터에에 의해 회전하는 캠에 의해 위상이 변화됨으로써,각각 상기 라디에이터 유출구, 상기 히터 유출구 및 상기 쿨러 유출구를 개폐하는 것을 특징으로 하는,
    통합 유량제어 밸브 어셈블리.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 통합 유량제어 밸브 어셈블리를 포함하는 엔진 냉각시스템.
KR1020180148658A 2018-11-27 2018-11-27 통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템 KR20200062804A (ko)

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KR101896376B1 (ko) 2016-09-30 2018-09-07 셰플러안산 유한회사 통합 유량 제어 밸브

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