KR20200141184A - 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템 - Google Patents

자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템 Download PDF

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정재은
박남호
정성빈
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템에 관한 것으로, 라디에이터의 사이즈 증대 없이 라디에이터의 방열성능을 필요에 따라 증대시켜 냉각수의 냉각성능을 확보할 수 있는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템을 제공한다.

Description

자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템 {Engine cooling water cooling system of vehicle}
본 발명은 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 라디에이터의 냉각수 방열성능을 개선할 수 있는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템에 관한 것이다.
최근 차량의 엔진 배기계에는 배기가스를 정화하기 위해 촉매 컨버터가 장착되고 있다. 상기 촉매 컨버터는 촉매를 이용하여 배기가스에 포함되어 있는 오염물질을 환원시킨다.
상기 촉매 컨버터의 정화성능을 향상시키기 위해서는 촉매 온도를 최적화시켜야 한다. 상기 촉매 온도를 최적화시키기 위해 엔진 냉각수를 이용하여 배기가스의 온도를 적정 온도로 낮춰주게 된다. 엔진 냉각수는 엔진(2) 내부를 통과하면서 엔진(2)에 발생된 열을 흡수하고 라디에이터(3)를 통과하면서 대기로 열을 방출하게 된다(도 11 참조). 상기 라디에이터는 엔진에서 열기를 흡수하여 가열된 엔진 냉각수를 냉각시키는 열교환기이다.
그런데 배기가스의 높은 열기에 의해 엔진 냉각수의 온도가 과다하게 상승하게 되는 경우, 엔진 냉각수의 냉각성능이 저하되어 엔진이 과열되는 문제가 발생하게 된다.
상기와 같은 문제를 개선하기 위해 라디에이터의 사이즈를 증대시키는 경우 엔진 냉각수를 원활하게 냉각시켜 엔진 냉각수의 냉각성능이 저하되는 것을 방지할 수는 있다. 그러나 라디에이터의 사이즈를 증대시키는 경우, 라디에이터용 송풍기의 모터 용량을 증대시켜야 하며, 그에 따라 상기 라디에이터와 송풍기가 배치되는 엔진룸의 레이아웃이 복잡해지는 문제가 발생한다. 아울러 상기 라디에이터의 사이즈를 증대시키는 경우 사이즈 증대에 따른 원가 및 중량 상승에 비해 라디에이터의 성능 개선 효과가 미비하다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 라디에이터의 사이즈 증대 없이 라디에이터의 방열성능을 필요에 따라 증대시켜 냉각수의 냉각성능을 확보할 수 있는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 냉각수의 유입을 위한 인렛 니플이 구비된 인렛 탱크와, 냉각수의 배출을 위한 아웃렛 니플이 구비된 아웃렛 탱크, 및 상기 인렛 탱크와 아웃렛 탱크 사이에 연결되는 복수의 냉각수 통로로 구성되어 냉각수를 방열시키는 라디에이터 코어를 포함하는 라디에이터; 상기 인렛 탱크의 내부유로에 배치되어 상기 내부유로를 상기 인렛 니플과 연통되는 제1 인렛유로 및 상기 인렛 니플과 분리되는 제2 인렛유로로 선택적으로 분할하는 인렛 밸브유닛; 상기 아웃렛 탱크의 내부유로에 배치되어 상기 내부유로를 상기 아웃렛 니플과 연통되는 제1 아웃렛유로 및 상기 아웃렛 니플과 연통되지 않는 제2 아웃렛유로로 선택적으로 분할하는 아웃렛 밸브유닛; 상기 냉각수의 온도에 따라 상기 인렛 밸브유닛과 아웃렛 밸브유닛의 작동을 제어하는 제어기;를 포함하며, 상기 제2 아웃렛유로와 연결된 냉각수 통로 중 일부 통로는 상기 제1 인렛유로와 연결되고, 상기 제2 아웃렛유로와 연결된 냉각수 통로 중 상기 제1 인렛유로와 연결되지 않은 냉각수 통로는 상기 제2 인렛유로와 연결된 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템을 제공한다. 상기 엔진 냉각수 쿨링 시스템은 다음과 같은 특징이 있다.
상기 제2 인렛유로와 연결된 냉각수 통로 중 상기 제2 아웃렛유로와 연결되지 않은 냉각수 통로는 상기 제1 아웃렛유로와 연결된다. 그리고 상기 복수의 냉각수 통로는 인렛 탱크와 아웃렛 탱크 사이에 일렬로 배열되어 연결된다. 상기 라디에이터와 엔진 사이에는 냉각수를 순환시키는 엔진 워터펌프와 전자식 워터펌프가 배치되고, 상기 전자식 워터펌프는 냉각수 온도에 따라 구동되어 상기 엔진 워터펌프에 의해 엔진과 라디에이터에 순환되는 냉각수의 유량을 증대시키게 된다.
상기 제어기는, 냉각수의 온도가 설정된 제1 기준온도 이상이 되면, 상기 인렛 밸브유닛를 작동시켜 상기 인렛 탱크의 내부유로를 상기 제1 인렛유로와 제2 인렛유로로 분리시킬 수 있고, 상기 아웃렛 밸브유닛을 작동시켜 상기 아웃렛 탱크의 내부유로를 상기 제1 아웃렛유로와 제2 아웃렛유로로 분리시킬 수 있다.
또한 상기 제어기는, 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도보다 높게 설정된 제2 기준온도 이상이 되면, 상기 엔진 워터펌프와 전자식 워터펌프를 동시 구동시킬 수 있다. 상기 제어기는 냉각수의 온도가 상기 제2 기준온도 이상이면 상기 인렛 밸브유닛 및 아웃렛 밸브유닛을 미작동시킨다.
또한 상기 제어기는, 냉각수의 온도가 상기 제2 기준온도보다 높게 설정된 제3 기준온도 이상이 되면, 상기 엔진 워터펌프와 전자식 워터펌프를 구동시키는 동시에 상기 인렛 밸브유닛 및 아웃렛 밸브유닛을 작동시킨다.
상기 제어기는, 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도 미만이면, 엔진 워터펌프만 작동시키고 상기 전자식 워터펌프와 인렛 밸브유닛 및 아웃렛 밸브유닛을 미작동시킨다.
한편, 상기 제1 인렛유로와 제2 인렛유로 사이에는 인렛 유동홀이 구비된 인렛 격막이 배치되고, 상기 인렛 유동홀은 상기 인렛 밸브유닛에 의해 개폐된다. 또한 상기 제1 아웃렛유로와 제2 아웃렛유로 사이에는 아웃렛 유동홀이 구비된 아웃렛 격막이 배치되고, 상기 아웃렛 유동홀은 상기 아웃렛 밸브유닛에 의해 개폐된다.
상기 인렛 밸브유닛은, 인렛 유동홀내에서 회전되어 상기 인렛 유동홀을 개폐하는 인렛밸브와; 상기 제어기에 의해 구동되어 상기 인렛밸브를 인렛 유동홀이 개폐되는 일정 각도로 회전시키는 인렛모터;를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 인렛밸브의 외주면에는 인렛오링이 배치되고, 상기 인렛오링은 상기 인렛밸브에 의해 인렛 유동홀이 닫힐 때 상기 인렛 유동홀을 밀폐시키게 된다. 또한 상기 인렛밸브에는 인렛밸브와 일체로 회전되는 인렛스토퍼가 구비되고, 상기 인렛스토퍼는 인렛밸브가 인렛 유동홀을 닫을 때 인렛 격막의 표면에 걸리면서 상기 인렛밸브의 회전을 정지시키게 된다.
상기 아웃렛 밸브유닛은, 아웃렛 유동홀내에서 회전되어 상기 아웃렛 유동홀을 개폐하는 아웃렛밸브와; 상기 제어기에 의해 구동되어 상기 아웃렛밸브를 아웃렛 유동홀이 개폐되는 일정 각도로 회전시키는 아웃렛모터;를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 아웃렛밸브의 외주면에는 아웃렛오링이 배치되고, 상기 아웃렛오링은 상기 아웃렛밸브에 의해 아웃렛 유동홀이 닫힐 때 상기 아웃렛 유동홀을 밀폐시키게 된다. 또한 상기 아웃렛밸브에는 아웃렛밸브와 일체로 회전되는 아웃렛스토퍼가 구비되고, 상기 아웃렛스토퍼는 아웃렛밸브가 아웃렛 유동홀을 닫을 때 아웃렛 격막의 표면에 걸리면서 상기 아웃렛밸브의 회전을 정지시키게 된다.
본 발명에 따른 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템에 의하면, 라디에이터의 사이즈 증대 없이 라디에이터에 유입된 냉각수의 유동 경로를 가변시켜 냉각수의 방열량을 증대시킬 수 있으며, 또한 전자식 워터펌프(17)를 이용한 냉각수의 유량 증대를 통해 냉각수의 방열량을 더 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 밸브유닛이 열림 상태일 때 라디에이터의 냉각수 유동경로를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 밸브유닛이 닫힘 상태일 때 라디에이터의 냉각수 유동경로를 나타낸 도면
도 4는 냉각수 온도에 따른 밸브유닛 및 전자식 워터펌프의 온/오프 제어방식을 나타낸 그래프
도 5 및 도 6은 인렛 밸브유닛을 나타낸 도면
도 7은 인렛 밸브유닛의 작동상태를 나타낸 도면
도 8 및 도 9는 아웃렛 밸브유닛을 나타낸 도면
도 10은 아웃렛 밸브유닛의 작동상태를 나타낸 도면
도 11은 종래 라디에이터의 냉각수 유동경로를 나타낸 도면
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진(19)을 냉각시키기 위한 냉각수가 유동하는 라디에이터(1)는 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12) 및 상기 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12) 사이에 배치되는 라디에이터 코어(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 인렛 탱크(11)는 냉각수가 유입되는 인렛 니플(111)이 구비되며, 상기 인렛 니플(111)을 통해 인렛 탱크(11)에 유입된 냉각수는 인렛 탱크(11)의 내부유로(즉, 내부공간)를 통해 라디에이터 코어(13)로 유동될 수 있다. 이러한 인렛 탱크(11)는 라디에이터 코어(13)의 일측 단부에 연결되도록 배치될 수 있다.
상기 라디에이터 코어(13)는 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12) 사이에 연결되는 복수의 냉각수 통로(131)로 구성되며, 상기 통로(131)에 유동하는 냉각수는 대기와의 열교환을 통해 냉각될 수 있다. 즉, 상기 라디에이터 코어(13)는 외부 공기와의 열교환을 통해 상기 통로(131)에 흐르는 냉각수의 열기를 방출시킬 수 있다. 상기 복수의 냉각수 통로(131)는 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12) 사이에 일렬로 배열될 수 있으며, 각각의 통로(131)는 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12) 사이에 직선형으로 배치될 수 있다. 상기 각 냉각수 통로(131)는 일측 단부에 인렛 탱크(11)가 연결되고 타측 단부에 아웃렛 탱크(12)가 연결된다. 상기 복수의 냉각수 통로(131)는 인렛 탱크(11)로부터 냉각수가 분배되어 유입될 수 있다(도 2 참조).
상기 아웃렛 탱크(12)는 냉각수가 배출되는 아웃렛 니플(121)이 구비되며, 상기 아웃렛 니플(121)을 통해 아웃렛 탱크(12)에서 배출되는 냉각수는 엔진(19)으로 흘러 유입될 수 있다. 상기 아웃렛 탱크(12)는 라디에이터 코어(13)의 타측 단부에 연결되도록 배치될 수 있다. 상기 아웃렛 탱크(12)는 상기 복수의 냉각수 통로(131)와 연결되어 상기 통로(131)에서 배출되는 냉각수가 유입될 수 있다(도 2 참조). 상기 아웃렛 탱크(12)의 내부유로에는 냉각수 통로(131)에서 배출되는 냉각수가 수집될 수 있고, 수집된 냉각수는 상기 아웃렛 니플(121)을 통해 아웃렛 탱크(12)의 외부로 배출될 수 있다.
상기 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12)에는 각각 인렛 밸브유닛(14)과 아웃렛 밸브유닛(15)이 설치될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 인렛 밸브유닛(14)은 인렛 탱크(11)의 내부유로에 배치되어 상기 내부유로를 기밀하게 분리시킬 수 있다. 상기 인렛 밸브유닛(14)은 상기 내부유로의 분기 지점에 배치되어 상기 내부유로를 선택적으로 이분시킬 수 있다. 상기 내부유로는 상기 인렛 밸브유닛(14)을 기준으로 제1 인렛유로(11a)와 제2 인렛유로(11b)로 구분될 수 있다. 상기 제1 인렛유로(11a)는 상기 인렛 밸브유닛(14)을 기준으로 이분된 내부유로 중 인렛 니플(111)이 배치된 부분으로서 상기 인렛 니플(111)과 직접 연통될 수 있다. 상기 제2 인렛유로(11b)는 상기 인렛 밸브유닛(14)을 기준으로 이분된 내부유로 중 인렛 니플(111)이 배치되지 않은 부분으로서 상기 인렛 니플(111)과 직접적으로 연통될 수 없다. 상기 제2 인렛유로(11b)는 제2 아웃렛유로(12b)를 통해 인렛 니플(111)과 간접적으로 연통될 수 있다. 상기 제1 인렛유로(11a)와 제2 인렛유로(11b)가 그 사이에 배치된 인렛 밸브유닛(14)에 의해 분리되는 경우, 제1 인렛유로(11a)와 제2 인렛유로(11b) 사이에 직접적인 냉각수 유동이 차단될 수 있다.
그리고 상기 아웃렛 밸브유닛(15)은 아웃렛 탱크(12)의 내부유로에 배치되어 상기 내부유로를 기밀하게 분리시킬 수 있다. 상기 아웃렛 밸브유닛(15)은 상기 내부유로의 분기 지점에 배치되어 상기 내부유로를 필요에 따라 이분시킬 수 있다. 상기 내부유로는 상기 아웃렛 밸브유닛(15)을 기준으로 제1 아웃렛유로(12a)와 제2 아웃렛유로(12b)로 구분될 수 있다. 상기 제1 아웃렛유로(12a)는 상기 아웃렛 밸브유닛(15)을 기준으로 이분된 내부유로 중 아웃렛 니플(121)이 배치된 부분으로서 상기 아웃렛 니플(121)과 직접적으로 연통될 수 있다. 상기 제2 아웃렛유로(12b)는 상기 아웃렛 밸브유닛(15)을 기준으로 이분된 내부유로 중 아웃렛 니플(121)이 배치되지 않은 부분으로서 상기 아웃렛 니플(121)과 직접적으로 연통될 수 없다. 상기 제2 아웃렛유로(12b)는 제2 인렛유로(11b)를 통해 아웃렛 니플(121)과 간접적으로 연통될 수 있다. 상기 제1 아웃렛유로(12a)와 제2 아웃렛유로(12b)가 그 사이에 배치된 아웃렛 밸브유닛(15)에 의해 분리되는 경우, 제1 아웃렛유로(12a)와 제2 아웃렛유로(12b) 사이에 직접적인 냉각수 유동이 차단될 수 있다.
상기 인렛 밸브유닛(14)과 아웃렛 밸브유닛(15)을 인렛 탱크(11) 및 아웃렛 탱크(12)에 각각 설치하기 위해, 도 1 내지 3에 나타낸 바와 같이 상기 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12)에는 각각 인렛 격막(112)과 아웃렛 격막(122)이 구비될 수 있다.
상기 인렛 격막(112)은 인렛 탱크(11)의 내측면에 부착되거나 또는 인렛 탱크(11)의 내측면에 일체로 형성되어 상기 인렛 탱크(11)의 내부유로에 배치될 수 있다. 상기 인렛 격막(112)은 그 외측면이 인렛 탱크(11)의 내측면에 기밀하게 접합될 수 있다. 상기 인렛 격막(112)은 제1 인렛유로(11a)와 제2 인렛유로(11b) 사이에 배치될 수 있다. 상기 인렛 격막(112)은 그 중앙부에 인렛 유동홀(112a)이 구비될 수 있다. 상기 인렛 유동홀(112a)은 상기 인렛 밸브유닛(14)에 의해 개폐될 수 있다.
상기 아웃렛 격막(122)은 아웃렛 탱크(12)의 내측면에 부착되거나 또는 아웃렛 탱크(12)의 내측면에 일체로 형성되어 상기 아웃렛 탱크(12)의 내부유로에 배치될 수 있다. 상기 아웃렛 격막(122)은 아웃렛 탱크(12)의 내측면에 부착되는 경우 아웃렛 격막(122)의 외측면이 아웃렛 탱크(12)의 내측면에 기밀하게 접합될 수 있다. 상기 아웃렛 격막(122)은 제1 아웃렛유로(12a)와 제2 아웃렛유로(12b) 사이에 배치될 수 있다. 상기 아웃렛 격막(122)은 그 중앙부에 아웃렛 유동홀(122a)이 형성될 수 있다. 상기 아웃렛 유동홀(122a)은 아웃렛 밸브유닛(15)에 의해 개폐될 수 있다.
그리고 상기 제2 아웃렛유로(12b)에 이웃하여 연결된 냉각수 통로 중 일부 통로(즉, 제1 통로)(P1)는 상기 제1 인렛유로(11a)와 이웃하여 연결되고, 상기 제2 아웃렛유로(12b)와 연결된 냉각수 통로 중 상기 제1 인렛유로(11a)와 이웃하지 않은 냉각수 통로(즉, 제2 통로)(P2)는 제2 인렛유로(11b)와 이웃하여 연결된다. 그리고 상기 제2 인렛유로(11b)와 이웃하여 연결된 냉각수 통로 중 상기 제2 아웃렛유로(12b)와 이웃하지 않은 냉각수 통로(즉, 제3 통로)(P3)는 상기 제1 아웃렛유로(12a)와 이웃하여 연결된다.
따라서 인렛 니플(111)을 통해 인렛 탱크(11)에 유입된 냉각수는, 상기 인렛 밸브유닛(14)에 의해 인렛 유동홀(112a)이 닫힐 때 인렛 유동홀(112a)을 통해 제2 인렛유로(11b)로 유동되는 것이 차단될 수 있다. 또한 라디에이터 코어(13)의 냉각수 통로(131)를 통해 제2 아웃렛유로(12b)에 유입된 냉각수는, 상기 아웃렛 밸브유닛(15)에 의해 아웃렛 유동홀(122a)이 닫힐 때 아웃렛 유동홀(122a)을 통해 제1 아웃렛유로(12a)로 유동되는 것이 차단될 수 있다.
차량의 상하방향을 기준으로, 상기 인렛 니플(111)은 인렛 탱크(11)의 상측 단부에 배치될 수 있고 상기 아웃렛 니플(121)은 아웃렛 탱크(12)의 하측 단부에 배치될 수 있다.
상기 인렛 밸브유닛(14)과 아웃렛 밸브유닛(15)에 의해 인렛 탱크(11)와 아웃렛 탱크(12)의 내부유로가 기밀하게 분리되는 경우, 인렛 니플(111)을 통해 라디에이터 코어(13)에 유입된 냉각수가 상기 코어(13)내에서 방열되는 시간이 상대적으로 연장됨에 의해 냉각수의 방열량이 증대되는 동시에, 냉각수의 통수저항이 증가되어 단위시간당 냉각수 유량이 감소된다. 즉, 상기 내부유로가 분할됨에 따라 라디에이터(1)의 냉각수 방열성능이 증대되기는 하나, 상기 냉각수 유량이 감소됨에 따라 라디에이터(1)의 방열성능을 원하는 만큼 증대시키기 어려울 수 있다.
이에 상기 냉각수의 순환을 위한 엔진 워터펌프(16)와 별도로 전자식 워터펌프(17)를 구비하여 상기 라디에이터(1)에 흐르는 냉각수의 유량을 필요에 따라 증가시키는 것이 바람직하다. 상기 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)는 라디에이터(1)와 엔진(19) 사이에 배치되어 상기 냉각수를 엔진(19)과 라디에이터(1)에 순환시킬 수 있다. 상기 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)는 냉각수의 온도에 따라 구동될 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진 워터펌프(16)는 엔진(19)의 냉각수 입구(191)와 라디에이터(1)의 아웃렛 니플(121) 사이에 배치되어 라디에이터(1)로부터 엔진(19)으로 압송되는 냉각수를 일정 압력으로 순환시킬 수 있다. 상기 전자식 워터펌프(17)는 엔진(19)의 냉각수 출구(192)와 라디에이터(1)의 인렛 니플(111) 사이에 설치되어 상기 엔진 워터펌프(16)에 의해 상기 라디에이터(1)에 순환되는 냉각수의 유량을 증대시킬 수 있다.
상기 전자식 워터펌프(17)는 냉각수의 온도에 따라 제어기(18)에 의해 구동 제어될 수 있다. 상기 제어기(18)는 상기 인렛 밸브유닛(14)과 아웃렛 밸브유닛(15)의 작동을 제어하는 제어기일 수 있다. 상기 엔진 워터펌프(16)는 엔진(19) 구동 등에 의해 냉각수의 방열이 요구되는 경우 항시 작동될 수 있으며, 상기 전자식 워터펌프(17)는 상기 냉각수의 온도에 따라 선택적으로 작동될 수 있다. 상기 제어기(18)는 차량내에 구비된 엔진 제어기일 수 있다.
상기 제어기(18)는 라디에이터(1)를 통과하는 냉각수의 방열량에 따라 밸브유닛(14,15) 및 전자식 워터펌프(17)의 작동을 단계적으로 제어할 수 있다. 상기 냉각수의 방열량은 A < B < C < D 이다.
A : 엔진 워터펌프(16)가 구동되고 밸브유닛(14,15)에 의해 인렛 탱크(11) 및 아웃렛 탱크(12)의 내부유로가 분리되지 않는 경우
B : 엔진 워터펌프(16)가 구동되고 밸브유닛(14,15)에 의해 인렛 탱크(11) 및 아웃렛 탱크(12)의 내부유로가 분리되는 경우
C : 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)가 동시 구동되고, 밸브유닛(14,15)에 의해 인렛 탱크(11) 및 아웃렛 탱크(12)의 내부유로가 분리되지 않는 경우
D : 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)가 동시 구동되고, 밸브유닛(14,15)에 의해 인렛 탱크(11) 및 아웃렛 탱크(12)의 내부유로가 분리되는 경우
상기 밸브유닛(14,15)에 의해 인렛 탱크(11) 및 아웃렛 탱크(12)의 내부유로가 분할되는 경우(B), 상기 탱크(11,12)의 내부유로가 분할되기 전(A)보다 냉각수 방열량이 증가되기는 하나 냉각수의 통수저항이 증대되어 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)가 동시 구동됨에 의해 냉각수 유량이 증대될 때(C)보다 냉각수 방열량이 적다.
상기 제어기(18)는 냉각수의 온도를 4개의 영역으로 구분하여 상기 밸브유닛(14,15) 및 전자식 워터펌프(17)의 작동을 제어할 수 있다. 냉각수의 온도는, 제1 기준온도(T1) 미만의 영역과, 제1 기준온도(T1) 이상이고 제2 기준온도(T2) 미만인 영역, 제2 기준온도(T2) 이상이고 제3 기준온도(T3) 미만인 영역, 및 제3 기준온도(T3) 이상인 영역으로 구분될 수 있다. 상기 제3 기준온도(T3)는 제2 기준온도(T2)보다 일정치 이상 더 큰 값으로 설정될 수 있고, 상기 제2 기준온도(T2)는 제1 기준온도(T1)보다 일정치 이상 더 높은 값으로 설정될 수 있다.
상기 제어기(18)는, 냉각수의 온도가 설정된 제1 기준온도(T1) 미만이면, 엔진 워터펌프(16)만 작동시키고, 전자식 워터펌프(17)와 인렛 밸브유닛(14) 및 아웃렛 밸브유닛(15)을 미작동시킨다(도 4 참조). 상기 제어기(18)는 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도(T1)에 도달하기 전까지 엔진 워터펌프(16)만 작동시킬 수 있다.
그리고 상기 제어기(18)는, 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도(T1) 이상이 되면, 상기 인렛 밸브유닛(14)을 작동시켜 상기 인렛 탱크(11)의 내부유로가 제1 인렛유로(11a)와 제2 인렛유로(11b)로 구획되도록 하고, 상기 아웃렛 밸브유닛(15)을 작동시켜 상기 아웃렛 탱크(12)의 내부유로가 제1 아웃렛유로(12a)와 제2 아웃렛유로(12b)로 분리되도록 한다(도 4 참조). 상기 제어기(18)는 냉각수의 온도가 상기 제2 기준온도(T2)에 도달하기 전까지 인렛 밸브유닛(14)과 아웃렛 밸브유닛(15) 및 엔진 워터펌프(16)를 작동시킬 수 있다. 이때 상기 제어기(18)는 전자식 워터펌프(17)는 미작동시킨다.
또한 상기 제어기(18)는, 냉각수의 온도가 상기 제2 기준온도(T2) 이상이 되면, 상기 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)를 동시 구동시킬 수 있다(도 4 참조). 상기 제어기(18)는 냉각수의 온도가 제3 기준온도(T3)에 도달하기 전까지 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)를 구동시킬 수 있다. 이때 상기 제어기(18)는 인렛 밸브유닛(14) 및 아웃렛 밸브유닛(15)을 미작동시킨다. 즉, 상기 인렛 밸브유닛(14) 및 아웃렛 밸브유닛(15)은 냉각수의 온도가 제1 기준온도(T1) 이상이고 제2 기준온도(T2) 미만일 때에 작동될 수 있다.
또한 상기 제어기(18)는, 냉각수의 온도가 상기 제3 기준온도(T3) 이상이면, 상기 엔진 워터펌프(16)와 전자식 워터펌프(17)를 구동시키는 동시에 상기 인렛 밸브유닛(14) 및 아웃렛 밸브유닛(15)을 작동시킬 수 있다(도 4 참조). 냉각수의 온도가 상승하여 제3 기준온도(T3) 이상이 되면, 워터펌프(16,17)와 밸브유닛(14,15)을 모두 작동시켜 라디에이터(1)의 방열성능을 최대로 상승시킴으로써 냉각수의 냉각성능을 확보할 수 있도록 한다.
한편 도 5 내지 7에 나타낸 바와 같이, 상기 인렛 밸브유닛(14)은 인렛밸브(141)와 인렛모터(142) 및 인렛스토퍼(144) 그리고 인렛오링(145) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 인렛밸브(141)는 인렛 격막(112)의 인렛 유동홀(112a)을 개폐할 수 있는 구조로 이루어져 상기 인렛 유동홀(112a)내에 회전가능하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 인렛밸브(141)는 인렛 유동홀(112a)내에서 회전되어 인렛 유동홀(112a)을 개폐하도록 구성될 수 있다. 상기 인렛밸브(141)는 스로틀밸브가 적용될 수 있다.
상기 인렛모터(142)는 상기 인렛밸브(141)를 설정된 일정 각도만큼 회전시키도록 구성될 수 있다. 상기 인렛모터(142)는 모터 하우징(143)에 의해 인렛 탱크(11)의 외측에 배치되어 고정될 수 있다. 상기 인렛모터(142)의 축(142a)은 인렛 탱크(11)의 외측면에서부터 인렛 격막(112)의 한쪽을 관통하여 인렛밸브(141)와 연결될 수 있다. 상기 인렛모터(142)의 작동은 상기 제어기(18)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제어기(18)에 의해 상기 인렛모터(142)의 구동이 제어되어 상기 인렛밸브(141)의 회전각이 제어될 수 있다. 예를 들어 상기 인렛모터(142)는 인렛밸브(141)를 정방향으로 90° 회전시켜 인렛 유동홀(112a)을 개방시킬 수 있고, 상기 인렛밸브(141)를 역방향으로 90° 회전시켜 인렛 유동홀(112a)을 다시 폐쇄시킬 수 있다. 이러한 인렛모터(142)는 서보모터가 적용될 수 있다.
상기 인렛스토퍼(144)는 인렛밸브(141)가 인렛 유동홀(112a)을 닫는 방향으로 회전될 때 인렛밸브(141)의 회전각을 제한하도록 구성될 수 있다. 상기 인렛스토퍼(144)는 인렛밸브(141)의 회전각을 제한하여 상기 인렛밸브(141)를 인렛 유동홀(112a)이 닫히는 위치에 정확하게 정지시킬 수 있게 된다. 상기 인렛스토퍼(144)는, 인렛밸브(141)와 일체로 회전될 수 있도록 인렛밸브(141)에 구비될 수 있으며, 상기 인렛밸브(141)가 인렛 유동홀(112a)을 닫는 방향으로 회전될 때 인렛 격막(112)의 표면에 걸리면서 인렛밸브(141)의 회전을 정지시킬 수 있다. 이러한 인렛스토퍼(144)는, 인렛밸브(141)의 일측에 배치되어 인렛밸브(141)의 외주면보다 바깥쪽으로 돌출될 수 있으며, 인렛밸브(141)가 인렛 유동홀(112a)을 완전히 닫을 때 인렛 격막(112)의 표면에 접촉하여 안착될 수 있다.
상기 인렛밸브(141)의 원활한 회전을 위해 인렛 유동홀(112a)과 인렛밸브(141) 사이에는 간극이 존재할 수 있다. 이에 따라 상기 인렛밸브(141)의 외주면에는 인렛밸브(141)가 인렛 유동홀(112a)을 닫을 때 상기 인렛 유동홀(112a)을 밀폐시킬 수 있는 인렛오링(145)이 배치될 수 있다.
상기 인렛오링(145)은 인렛밸브(141)에 의해 인렛 유동홀(112a)이 닫힐 때 상기 인렛 유동홀(112a)과 인렛밸브(141) 사이의 틈을 제거하여 인렛 유동홀(112a)을 밀폐시킬 수 있다. 즉, 상기 인렛오링(145)은 인렛밸브(141)가 유동홀(112a)을 닫을 때 인렛 유동홀(112a)을 둘러싼 인렛 격막(112)의 내주면에 밀착되어서 상기 인렛 격막(112)의 내주면과 인렛밸브(141) 사이로 냉각수가 유동되는 것을 방지할 수 있다.
상기 인렛밸브(141)의 외주면은 인렛오링(145)의 장착을 위해 단차진 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 인렛밸브(141)의 외주면에는 인렛오링(145)의 조립을 위한 단차부(141a)가 구비될 수 있다. 상기 단차부(141a)는 인렛밸브(141)의 단부에 배치될 수 있다. 이러한 단차부(141a)에 장착된 인렛오링(145)은 인렛스토퍼(144)에 의해 지지되어 인렛밸브(141)에서 이탈되는 것이 방지될 수 있다. 상기 인렛스토퍼(144)는 플레이트 타입으로 이루어져 상기 단차부(141a)에 조립된 인렛오링(145)을 지지할 수 있다.
도 8 내지 10에 나타낸 바와 같이, 상기 아웃렛 밸브유닛(15)은 아웃렛밸브(151)와 아웃렛모터(152) 및 아웃렛스토퍼(154) 그리고 아웃렛오링(155)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 아웃렛밸브(151)는 아웃렛 격막(122)의 아웃렛 유동홀(122a)을 개폐할 수 있는 구조로 이루어져 상기 아웃렛 유동홀(122a)내에 회전가능하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 아웃렛밸브(151)는 아웃렛 유동홀(122a)내에서 회전되어 아웃렛 유동홀(122a)을 개폐하도록 구성될 수 있다. 상기 아웃렛밸브(151)는 스로틀밸브가 적용될 수 있다.
상기 아웃렛모터(152)는 상기 아웃렛밸브(151)를 설정된 일정 각도만큼 회전시키도록 구성될 수 있다. 상기 아웃렛모터(152)는 모터 하우징(153)에 의해 아웃렛 탱크(12)의 외측에 배치되어 고정될 수 있다. 상기 아웃렛모터(152)의 축(152a)은 아웃렛 탱크(12)의 외측면에서부터 아웃렛 격막(122)의 한쪽을 관통하여 아웃렛밸브(151)와 일체로 연결될 수 있다. 상기 아웃렛모터(152)의 작동은 상기 제어기(18)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 상기 제어기(18)에 의해 상기 아웃렛모터(152)의 구동이 제어되어 상기 아웃렛밸브(151)의 회전각도가 제어될 수 있다. 예를 들어 상기 아웃렛모터(152)는 아웃렛밸브(151)를 정방향으로 90° 회전시켜 아웃렛 유동홀(122a)을 개방시킬 수 있고, 상기 아웃렛밸브(151)를 역방향으로 90° 회전시켜 아웃렛 유동홀(122a)을 다시 폐쇄시킬 수 있다. 이러한 아웃렛모터(152)는 서보모터가 적용될 수 있다.
상기 아웃렛스토퍼(154)는 아웃렛밸브(151)가 아웃렛 유동홀(122a)을 닫는 방향으로 회전될 때 아웃렛밸브(151)의 회전각을 제한하도록 구성될 수 있다. 상기 아웃렛스토퍼(154)는 아웃렛밸브(151)의 회전각을 제한하여 상기 아웃렛밸브(151)를 아웃렛 유동홀(122a)이 닫히는 위치에 정확하게 정지시킬 수 있게 된다. 상기 아웃렛스토퍼(154)는, 아웃렛밸브(151)와 일체로 회전될 수 있도록 아웃렛밸브(151)에 구비될 수 있으며, 상기 아웃렛밸브(151)가 아웃렛 유동홀(122a)을 닫는 방향으로 회전될 때 아웃렛 격막(122)의 표면에 걸리면서 아웃렛밸브(151)를 유동홀(122a)이 닫히는 위치에 정지시킬 수 있게 된다. 이러한 아웃렛스토퍼(154)는, 아웃렛밸브(151)의 일측에 배치되어 아웃렛밸브(151)의 외주면보다 바깥쪽으로 돌출될 수 있으며, 아웃렛밸브(151)가 아웃렛 유동홀(122a)을 완전히 닫을 때 아웃렛 격막(122)의 표면에 접촉하여 안착될 수 있다.
상기 아웃렛밸브(151)의 원활한 회전을 위해 아웃렛 유동홀(122a)과 아웃렛밸브(151) 사이에는 간극이 존재할 수 있다. 이에 따라 상기 아웃렛밸브(151)의 외주면에는 아웃렛밸브(151)가 아웃렛 유동홀(122a)을 닫을 때 상기 아웃렛 유동홀(122a)을 밀폐시키기 위한 아웃렛오링(155)이 배치될 수 있다.
상기 아웃렛오링(155)은 아웃렛밸브(151)에 의해 아웃렛 유동홀(122a)이 닫힐 때 상기 아웃렛 유동홀(122a)과 아웃렛밸브(151) 사이의 틈을 제거하여 아웃렛 유동홀(122a)을 밀폐시킬 수 있다. 즉, 상기 아웃렛오링(155)은 아웃렛밸브(151)가 유동홀(122a)을 닫을 때 아웃렛 유동홀(122a)을 감싸는 아웃렛 격막(122)의 내주면에 밀착되어서 아웃렛 격막(122)의 내주면과 아웃렛밸브(151) 사이로 냉각수가 유동되는 것을 방지할 수 있다.
상기 아웃렛밸브(151)의 외주면은 아웃렛오링(155)의 장착을 위해 단차진 구조를 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 아웃렛밸브(151)의 외주면에는 아웃렛오링(155)의 조립을 위한 단차부(151a)가 구비될 수 있다. 상기 단차부(151a)는 아웃렛밸브(151)의 단부에 배치될 수 있다. 이러한 단차부(151a)에 장착된 아웃렛오링(155)은 아웃렛스토퍼(154)에 의해 지지되어 아웃렛밸브(151)에서 이탈되는 것이 방지될 수 있다. 상기 아웃렛스토퍼(154)는 플레이트 타입으로 이루어져 상기 단차부(151a)에 조립된 아웃렛오링(155)을 지지할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템은 다음과 같은 이점이 있다.
1. 라디에이터(1)의 사이즈 증대 없이, 라디에이터(1)에 유입된 냉각수의 유동 경로를 가변시켜 냉각수의 방열량을 증대시킬 수 있으며, 또한 전자식 워터펌프(17)를 이용한 냉각수의 유량 증대를 통해 냉각수의 방열량을 더 증대시킬 수 있다.
2. 냉각수의 온도에 따라 라디에이터(1)를 통과하는 냉각수의 방열량이 제어되며, 따라서 필요에 따라 냉각수를 방열시킴으로써 냉각수의 냉각성능을 확보할 수 있다.
3. 라디에이터의 사이즈 증대로 인해 엔진룸의 레이아웃이 더 복잡해지는 문제를 방지할 수 있다.
4. 라디에이터(1)의 사이즈 유지에 의해 라디에이터(1)와 엔진(19) 사이에 갭이 확보되고 그에 따라 차량의 충돌성능이 확보될 수 있다.
5. 밸브유닛(14,15) 및 전자식 워터펌프(17)의 작동에 의해 라디에이터(1)의 최대 방열량이 증대됨으로써 엔진 배기열의 추가 냉각이 가능하게 되며, 그에 따라 촉매 컨버터의 정화성능 향상을 위한 최적의 촉매 온도를 확보하기가 유리해진다.
1 : 라디에이터 11 : 인렛 탱크
11a : 제1 인렛유로 11b : 제2 인렛유로
111 : 인렛 니플 112 : 인렛 격막
112a : 인렛 유동홀 12 : 아웃렛 탱크
12a : 제1 아웃렛유로 12b : 제2 아웃렛유로
121 : 아웃렛 니플 122 : 아웃렛 격막
122a : 아웃렛 유동홀 13 : 라디에이터 코어
131 : 냉각수 통로 14 : 인렛 밸브유닛
141 : 인렛밸브 141a : 단차부
142 : 인렛모터 143 : 모터하우징
144 : 인렛스토퍼 145 : 인렛오링
15 : 아웃렛 밸브유닛 151 : 아웃렛밸브
151a : 단차부 152 : 아웃렛모터
153 : 모터하우징 154 : 아웃렛스토퍼
155 : 아웃렛오링 16 : 엔진 워터펌프
17 : 전자식 워터펌프 18 : 제어기
19 : 엔진 191 : 엔진 냉각수 입구
192 : 엔진 냉각수 출구

Claims (17)

  1. 냉각수의 유입을 위한 인렛 니플이 구비된 인렛 탱크와, 냉각수의 배출을 위한 아웃렛 니플이 구비된 아웃렛 탱크, 및 상기 인렛 탱크와 아웃렛 탱크 사이에 연결되는 복수의 냉각수 통로로 구성되어 냉각수를 방열시키는 라디에이터 코어를 포함하는 라디에이터;
    상기 인렛 탱크의 내부유로에 배치되어 상기 내부유로를 상기 인렛 니플과 연통되는 제1 인렛유로 및 상기 인렛 니플과 분리되는 제2 인렛유로로 선택적으로 분할하는 인렛 밸브유닛;
    상기 아웃렛 탱크의 내부유로에 배치되어 상기 내부유로를 상기 아웃렛 니플과 연통되는 제1 아웃렛유로 및 상기 아웃렛 니플과 연통되지 않는 제2 아웃렛유로로 선택적으로 분할하는 아웃렛 밸브유닛;
    상기 냉각수의 온도에 따라 상기 인렛 밸브유닛과 아웃렛 밸브유닛의 작동을 제어하는 제어기;를 포함하며,
    상기 제2 아웃렛유로와 연결된 냉각수 통로 중 일부 통로는 상기 제1 인렛유로와 연결되고, 상기 제2 아웃렛유로와 연결된 냉각수 통로 중 상기 제1 인렛유로와 연결되지 않은 냉각수 통로는 상기 제2 인렛유로와 연결된 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 인렛유로와 연결된 냉각수 통로 중 상기 제2 아웃렛유로와 연결되지 않은 냉각수 통로는 상기 제1 아웃렛유로와 연결된 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 냉각수 통로는 인렛 탱크와 아웃렛 탱크 사이에 일렬로 배열되어 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는, 냉각수의 온도가 설정된 제1 기준온도 이상이 되면, 상기 인렛 밸브유닛를 작동시켜 상기 인렛 탱크의 내부유로를 상기 제1 인렛유로와 제2 인렛유로로 분리시키고, 상기 아웃렛 밸브유닛을 작동시켜 상기 아웃렛 탱크의 내부유로를 상기 제1 아웃렛유로와 제2 아웃렛유로로 분리시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 라디에이터와 엔진 사이에는 냉각수를 순환시키는 엔진 워터펌프와 전자식 워터펌프가 배치되고, 상기 전자식 워터펌프는 냉각수 온도에 따라 구동되어 상기 엔진 워터펌프에 의해 엔진과 라디에이터에 순환되는 냉각수의 유량을 증대시키게 된 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어기는, 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도보다 높게 설정된 제2 기준온도 이상이 되면, 상기 엔진 워터펌프와 전자식 워터펌프를 동시 구동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는 냉각수의 온도가 상기 제2 기준온도 이상이면 상기 인렛 밸브유닛 및 아웃렛 밸브유닛을 미작동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어기는, 냉각수의 온도가 상기 제2 기준온도보다 높게 설정된 제3 기준온도 이상이 되면, 상기 엔진 워터펌프와 전자식 워터펌프를 구동시키는 동시에 상기 인렛 밸브유닛 및 아웃렛 밸브유닛을 작동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는, 냉각수의 온도가 상기 제1 기준온도 미만이면, 엔진 워터펌프만 작동시키고 상기 전자식 워터펌프와 인렛 밸브유닛 및 아웃렛 밸브유닛을 미작동시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 인렛유로와 제2 인렛유로 사이에는 인렛 유동홀이 구비된 인렛 격막이 배치되고, 상기 인렛 유동홀은 상기 인렛 밸브유닛에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 아웃렛유로와 제2 아웃렛유로 사이에는 아웃렛 유동홀이 구비된 아웃렛 격막이 배치되고, 상기 아웃렛 유동홀은 상기 아웃렛 밸브유닛에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 인렛 밸브유닛은,
    인렛 유동홀내에서 회전되어 상기 인렛 유동홀을 개폐하는 인렛밸브와;
    상기 제어기에 의해 구동되어 상기 인렛밸브를 인렛 유동홀이 개폐되는 일정 각도로 회전시키는 인렛모터;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 인렛밸브의 외주면에 인렛오링이 배치되고, 상기 인렛오링은 상기 인렛밸브에 의해 인렛 유동홀이 닫힐 때 상기 인렛 유동홀을 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 인렛밸브에는 인렛밸브와 일체로 회전되는 인렛스토퍼가 구비되고, 상기 인렛스토퍼는 인렛밸브가 인렛 유동홀을 닫을 때 인렛 격막의 표면에 걸리면서 상기 인렛밸브의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 아웃렛 밸브유닛은,
    아웃렛 유동홀내에서 회전되어 상기 아웃렛 유동홀을 개폐하는 아웃렛밸브와;
    상기 제어기에 의해 구동되어 상기 아웃렛밸브를 아웃렛 유동홀이 개폐되는 일정 각도로 회전시키는 아웃렛모터;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 아웃렛밸브의 외주면에 아웃렛오링이 배치되고, 상기 아웃렛오링은 상기 아웃렛밸브에 의해 아웃렛 유동홀이 닫힐 때 상기 아웃렛 유동홀을 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 아웃렛밸브에는 아웃렛밸브와 일체로 회전되는 아웃렛스토퍼가 구비되고, 상기 아웃렛스토퍼는 아웃렛밸브가 아웃렛 유동홀을 닫을 때 아웃렛 격막의 표면에 걸리면서 상기 아웃렛밸브의 회전을 정지시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 냉각수 쿨링 시스템.
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