KR20210120547A

KR20210120547A - 유량제어밸브

Info

Publication number: KR20210120547A
Application number: KR1020200037395A
Authority: KR
Inventors: 장석윤; 최진복; 한태호; 황세준
Original assignee: 주식회사 엔티엠
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-10-07
Also published as: KR102373426B1

Abstract

본 발명은 유량제어밸브 내부에 유입되는 냉각수 압력에 의한 냉각수의 내부리크 현상을 방지하는 유량제어밸브에 관한 것으로, 본 발명에서는, 밸브하우징 내부에 회전 가능하게 구비되는 디스크밸브; 유입포트의 개구부 내면에 결합되어 디스크밸브를 지지하는 홀더; 및 홀더와 디스크밸브가 만나는 경계부분을 냉각수가 유입되는 방향에서 막는 형상으로 구비되어 상기 경계부분에서 냉각수의 리크를 방지하는 씰링가이드;를 포함하여 구성되는 유량제어밸브가 소개된다.

Description

유량제어밸브{FLOW CONTROL VALVE}

본 발명은 유량제어밸브 내부에 유입되는 냉각수 압력에 의한 냉각수의 내부리크 현상을 방지하는 유량제어밸브에 관한 것이다.

차량의 시동 초기 냉간 조건에서 엔진은 충분히 웜업된 조건 대비 연비가 좋지 않다. 그 이유는, 냉간시 오일 온도가 낮은 상태에서 오일의 높은 점도로 인해 엔진의 마찰이 크고, 또한 실린더 벽면의 온도가 낮아 벽면으로의 열손실이 크며, 연소 안정성이 떨어지기 때문이다.

따라서, 차량의 연비 향상 및 엔진 내구성 향상을 위해서는 시동 초기에 엔진의 온도를 정상 온도로 빠르게 승온시켜주는 것이 필요하다.

이를 위한 엔진의 열관리 제어는 냉간 시동 시 엔진에서 발생하는 열을 최대한 엔진을 웜업하는데 이용함으로써, 연비, 출력 향상 및 배출가스 저감 효과를 얻는 기술을 말하는 것으로, 대표적인 기술로는 유동정지밸브, 클러치 타입 워터펌프, 전동식 워터펌프, 통합형 유량제어밸브 등이 있다.

이 중 유동정지밸브는 엔진출구 혹은 엔진 공급측에 제어 가능한 밸브를 달아 엔진 웜업시 엔진의 냉각수 유동을 정지하여 엔진 웜업 시간을 단축한다. 이와 비슷하게 클러치 타입 워터펌프와 전동식 워터펌프도 동일하게 제어하여 엔진의 빠른 웜업을 구현한다.

반면, 통합형 유량제어밸브는 엔진내 냉각수를 단순 정지하는 제어 뿐만 아니라 가변으로 유량을 미소제어하여 오일 워머 혹은 ATF 워머 등에 승온된 냉각수를 우선 공급함으로써, 엔진 오일과 변속기 오일, 그리고 엔진 전체의 온도를 동시에 빠르게 승온할 수 있어 최적의 빠른 엔진 웜업을 구사할 수 있다.

이러한, 통합형 유량제어밸브는, 엔진에서 토출되는 냉각수가 유입포트를 통해 유입되면, 모터의 제어를 통해 밸브를 작동시켜 각 유로와 연결된 토출포트의 개도량을 목표값에 도달하도록 조절하게 되고, 이를 통해 각 유로에 토출되는 냉각수 유량을 조절하게 된다.

다만, 이 같은 유량제어밸브의 경우, 유입포트를 통해 유입되는 냉각수가 유량제어밸브 내부의 밸브를 밀어올리면서 유입됨으로써, 냉각수 압력에 의해 밸브와 이를 지지하는 부분이 떨어지게 되어 간극이 발생하게 되고, 이로 인해 유량제어밸브 내부에서 냉각수 리크가 발생할 수 있는 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

JP 2004-137981 A

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유량제어밸브 내부에 유입되는 냉각수 압력에 의한 냉각수의 내부리크 현상을 방지하는 유량제어밸브를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진에서 토출되는 냉각수가 유입포트를 통해 밸브하우징 내에 유입되어 냉각이 필요한 부분에 선택적으로 토출되는 유량제어밸브로서, 밸브하우징 내부에 회전 가능하게 구비되는 디스크밸브; 유입포트의 개구부 내면에 결합되어 디스크밸브를 지지하는 홀더; 및 홀더와 디스크밸브가 만나는 경계부분을 냉각수가 유입되는 방향에서 막는 형상으로 구비되어 상기 경계부분에서 냉각수의 리크를 방지하는 씰링가이드;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

홀더의 중앙에 홀더보스부가 형성되고 테두리에 림부가 형성되며; 홀더보스부와 림부 사이에 폐단면 형상의 유동홀이 형성되고; 씰링가이드가 상기 유동홀의 내측면을 둘러싸는 형상으로 형성되어 홀더에 결합될 수 있다.

씰링가이드의 측면이 유동홀의 내면에 밀착되고; 씰링가이드의 윗면이 밸브디스크의 밑면에 밀착될 수 있다.

씰링가이드의 측면이 홀더보스부의 외주면에 밀착되고; 디스크밸브의 중앙에 상기 홀더보스부에 삽입되는 디스크보스부가 형성되어, 씰링가이드의 윗면이 디스크보스부의 밑면에 밀착될 수 있다.

유동홀의 내면 테두리를 따라 걸림부가 돌출되어 형성되고; 걸림부와 씰링가이드 사이에 상기 씰링가이드 테두리에 대응하는 형상의 웨이브와셔가 결합될 수 있다.

씰링가이드 측면의 테두리를 따라 씰홈이 형성되고; 씰홈에 사이드씰이 장착되어, 사이드씰이 유동홀의 내면에 밀착 지지될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 홀더와 디스크밸브가 만나는 경계부분을 냉각수가 유입되는 방향에서 씰링가이드가 막게 됨으로써, 밸브하우징 내에 냉각수가 유입되는 과정에서 냉각수 압력에 의해 씰링가이드를 밀어 씰링가이드가 경계부분에 강하게 밀착되는바, 경계부분을 통한 냉각수 내부리크 현상을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유량제어밸브의 유입포트 측에 결합된 부품들을 분리하여 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 유량제어밸브의 단면도.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 유량제어밸브는 엔진 차량에 적용이 가능한 것으로, 냉각회로 상에 구비될 수 있다.

설명하면, 엔진 실린더블록의 냉각수출구 및/또는 실린더헤드의 냉각수출구가 유량제어밸브의 유입포트(12)에 연결되어 엔진에서 토출되는 냉각수가 유량제어밸브 내부에 유입될 수 있다.

그리고, 상기 유량제어밸브에 복수의 토출포트(14)가 각각 마련되고, 각 토출포트(14)는 라디에이터와, 오일쿨러 또는 EGR쿨러 등의 열교환기, 그리고 히터코어 등이 배치된 유로에 각각 연결되어 유량제어밸브 내에 유입된 냉각수가 상기 토출포트(14)를 통해 각 유로에 토출될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유량제어밸브는, 밸브하우징(10)과, 구동부(30) 및 밸브몸체(20)를 포함하여 구성이 될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 밸브하우징(10)은 엔진으로부터 토출되는 냉각수가 내부에 유입되고 유입된 냉각수를 토출하도록 유입포트(12)와 다수의 토출포트(14)가 구비될 수 있다.

예컨대, 유입포트(12)는 밸브하우징(10)의 하부에 마련될 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.

그리고, 상기 밸브하우징(10)의 측면에는 라디에이터가 배치된 유로와 연결된 토출포트와, 열교환기가 배치된 유로와 연결된 토출포트와, 히터코어가 배치된 유로와 연결된 토출포트가 마련될 수 있다.

아울러, 구동부(30)는 밸브하우징(10)의 상부에 장착되어 회전력을 제공하는 것으로, 바람직하게는 모터일 수 있다.

그리고, 상기 구동부(30)에 회전축(22)의 일단이 결합되고, 상기 회전축(22)이 밸브하우징(10)의 축방향을 따라 구비됨으로써, 상기 구동부(30)의 회전력에 의해 회전축(22)이 회전 작동된다.

밸브몸체(20)는 밸브하우징(10)의 내부에 구비되는 것으로, 상기 회전축(22)의 중단에 밸브몸체(20)가 결합되고 구동부(30)로부터 회전력을 제공받아 소정각도 범위 내에서 회전 작동된다.

이러한, 상기 밸브몸체(20)는 내부가 중공 형성된 통 형상으로 형성된 것으로, 상기 밸브몸체(20)의 회전각도가 변화함에 따라 유입포트(12)와 각 토출포트(14)가 선택적으로 연통되어 구성된다.

즉, 밸브몸체(20)의 측면에 다수의 유량조절홀(21)이 형성되는데, 상기 밸브몸체(20)가 회전됨에 따라 각 유량조절홀(21)이 그와 대향된 위치에 배치된 토출포트(14)와 겹쳐지면 해당 토출포트(14)가 개방되면서 냉각수의 유동이 이루어지고, 반면 각 유량조절홀(21)이 그와 대향된 위치의 토출포트(14)와 겹쳐지지 않게 되면 해당 포트가 폐쇄되면서 상기 포트를 통해서는 냉각수의 유동이 이루어지지 않게 된다.

한편, 상기 유입포트(12)의 개구부(12a) 내면에는 홀더(50)가 결합된다.

예컨대, 상기 유입포트(12)의 개구부(12a)는 개구단면적이 바깥을 향해 더 넓어지는 형상으로 단차지게 형성되고, 상기 단차진 개구부(12a) 내에 상기 홀더(50)의 테두리 외측면이 끼워지는 구조가 된다. 이때에, 상기 단차진 개구부(12a)와 홀더(50)의 테두리 사이에는 외부씰(80)이 더 구비되어 홀더(50)와 개구부(12a) 사이를 씰링하게 된다.

그리고, 상기 홀더(50)의 중앙부분에 홀더보스부(52)가 돌출 형성되어, 상기 홀더보스부(52) 내부에 상기 회전축(22)의 타단이 회전 가능하게 삽입 결합된다.

특히, 본 발명에서는 상기 홀더보스부(52)에 원판 형상으로 형성된 디스크밸브(40) 중앙부분이 삽입되고, 상기 디스크밸브(40)의 상면이 밸브몸체(20)의 하단에 결합되어, 상기 밸브몸체(20)와 함께 디스크밸브(40)가 밸브하우징(10) 내부에서 회전 가능하게 구비된다.

이때에, 상기 디스크밸브(40)의 중앙부분과 테두리부분 사이에는 냉각수를 유동시키기 위한 홀 형상의 유동조절홀(46a)과, 냉각수의 유동을 차단하기 위한 판 형상의 유동차단부(46b)가 원주방향을 따라 부분적으로 형성된다. 이에, 디스크밸브(40)의 회전각도가 변화함에 따라 유동조절홀(46a)이 홀더(50)의 유동홀(56)과 겹쳐지게 되면 유입포트(12)를 통해 냉각수가 유입되고, 유동차단부(46b)가 홀더(50)의 유동홀(56)을 막게 되면 냉각수의 유입을 차단하게 된다.

아울러, 상기 홀더(50)의 외주면이 유입포트(12)에 형성된 개구부(12a)의 단차진 내면에 끼워지면서 홀더(50)의 테두리 일면에 디스크밸브(40)의 테두리부분이 지지된다.

그리고, 상기 홀더(50)와 디스크밸브(40)가 만나는 경계부분을 냉각수가 유입되는 방향에서 막는 형상으로 씰링가이드(60)가 구비되어, 상기 경계부분에서 냉각수가 리크되는 것을 방지하게 된다. 여기서, 상기 씰링가이드(60)는 기밀 및 수밀성이 우수한 재질로 제조될 수 있다. 미설명부호 90은 가스켓.

즉, 기존의 경우, 유입포트(12)를 통해 밸브하우징(10) 내부에 유입되는 냉각수가 디스크밸브(40)를 가압하게 되면, 냉각수 압력에 의해 디스크밸브(40)와 홀더(50) 사이에 간극이 형성된다.

이에, 디스크밸브(40)와 홀더(50) 사이에 생성된 간극을 통해 냉각수가 유입되어, 유량제어밸브 내부에서 냉각수 리크현상이 발생하게 되고, 이를 통해 유입포트(12)로 유입되는 엔진 토출 냉각수인 실린더 헤드 냉각수와 실린더 블록 냉각수의 유동이 각각 제어되지 않아 엔진 냉각효율이 저하되는 문제가 있다. 특히 이 같은 냉각수 내부리크 현상은 냉각수 압력이 높아질수록 더욱 가중될 수 있는 문제가 있다.

하지만, 본 발명의 경우, 홀더(50)와 디스크밸브(40)가 만나는 경계부분을 냉각수가 유입되는 방향에서 씰링가이드(60)가 막게 됨으로써, 밸브하우징(10) 내에 냉각수가 유입되는 과정에서 냉각수 압력에 의해 씰링가이드(60)를 밀게 되는바, 씰링가이드(60)가 상기 경계부분에 강하게 밀착되어, 경계부분을 통한 냉각수 내부리크 현상을 방지하게 된다.

특히, 이때에 냉각수가 씰링가이드(60)를 강하게 밀어낼수록 씰링가이드(60)는 상기 경계부분에 더욱 강하게 밀착됨으로써, 냉각수 압력이 커지더라도 냉각수 내부리크 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

아울러, 도 2를 참조하여, 상기 씰링가이드(60)가 결합되는 구조를 조금 더 구체적으로 설명하면, 상기 홀더(50)의 중앙에 홀더보스부(52)가 형성되고, 상기 홀더(50)의 테두리에 림부(54)가 형성된다.

그리고, 상기 홀더보스부(52)와 림부(54) 사이에는 원주방향을 따라 폐단면 형상의 유동홀(56)이 부분적으로 형성된다.

또한, 상기 유동홀(56)의 내측면을 둘러싸는 형상으로 씰링가이드(60)가 형성되어, 상기 씰링가이드(60)가 홀더(50)에 결합된다.

즉, 상기 씰링가이드(60)의 외측면이 홀더(50)의 유동홀(56) 내측면에 끼워지는 형태로 결합되는 구조가 되는 것으로, 상기 씰링가이드(60)에도 원주방향을 따라 냉각수의 유동이 가능한 유동홀(56)이 부분적으로 형성될 수 있다.

더불어, 상기 씰링가이드(60)는 홀더(50)의 윗면과 디스크밸브(40)의 밑면이 만나는 경계부분을 막도록 구성할 수 있다.

도면을 참조하여 설명하면, 씰링가이드(60)의 측면이 유동홀(56)의 내면에 밀착되고, 씰링가이드(60)의 윗면이 밸브디스크의 밑면에 밀착된다.

즉, 기존의 경우 유입포트(12)를 통해 유입되는 냉각수가 디스크밸브(40)를 가압하게 되면, 냉각수 압력에 의해 디스크밸브(40)가 밸브하우징(10) 내부로 이동하게 되면서, 홀더(50)의 윗면과 디스크밸브(40)의 밑면 사이의 지지된 부분이 이격될 수 있다.

이에, 본 발명은 홀더(50)의 윗면과 디스크밸브(40)의 밑면이 만나는 경계부분을 씰링가이드(60)가 막게 됨으로써, 홀더(50)와 디스크밸브(40) 간에 간극이 생성되더라도 씰링가이드(60)가 간극을 덮으면서 홀더(50)와 디스크밸브(40)에 강하게 밀착되는바, 경계부분에서의 냉각수 내부리크 현상을 방지하게 된다.

또한, 상기 씰링가이드(60)는 홀더(50)의 홀더보스부(52)와 디스크밸브(40)가 만나는 경계부분을 막도록 구성할 수 있다.

도 2를 참조하여 설명하면, 씰링가이드(60)의 측면이 홀더보스부(52)의 외주면에 밀착된다.

그리고, 디스크밸브(40)의 중앙에 상기 홀더보스부(52)에 삽입되는 디스크보스부(42)가 형성되어, 씰링가이드(60)의 윗면이 디스크보스부(42)의 밑면에 밀착되는 구조가 된다.

즉, 기존의 경우 유입포트(12)를 통해 유입되는 냉각수의 압력이 높으므로, 홀더보스부(52)의 외주면과 디스크보스부(42)의 내주면 사이에 존재하는 간극을 통해 냉각수가 리크될 수 있다.

이에, 본 발명은 홀더보스부(52)와 디스크보스부(42)가 만나는 경계부분을 씰링가이드(60)가 막게 됨으로써, 홀더보스부(52)와 디스크보스부(42) 사이의 간극을 씰링가이드(60)가 덮으면서 홀더보스부(52)와 디스크보스부(42)에 강하게 밀착되는바, 경계부분에서의 냉각수 내부리크 현상을 방지하게 된다.

한편, 본 발명에서는 유동홀(56)의 내면 테두리를 따라 걸림부(58)가 돌출되어 형성되고, 걸림부(58)와 씰링가이드(60) 사이에 상기 씰링가이드(60) 밑면 테두리에 대응하는 형상의 웨이브와셔(70)가 결합될 수 있다.

즉, 웨이브와셔(70)의 밑면이 걸림부(58)에 지지되고, 웨이브와셔(70)의 윗면이 씰링가이드(60)의 밑면 테두리에 지지됨으로써, 디스크밸브(40)를 향해 씰링가이드(60)를 상시 밀어내는 힘을 제공하게 되고, 이에 씰링가이드(60)가 디스크밸브(40)에 더욱 강하게 밀착된다.

더불어, 본 발명에서는 상기 씰링가이드(60) 측면의 테두리를 따라 씰홈(62)이 형성된다. 그리고, 씰홈(62)에 사이드씰(64)이 장착되어, 사이드씰(64)이 유동홀(56)의 내면에 밀착 지지되는 구조가 된다.

이를 위해, 상기 사이드씰(64)의 내측면 테두리가 씰홈(62)의 내부에 접촉되는 상태로 결합되면서 사이드씰(64)의 외측면 테두리가 씰홈(62)의 밖으로 노출되는 형태의 제품이 사용될 수 있다.

즉, 유동홀(56)의 내부에 씰링가이드(60)가 결합되는 경우, 씰링가이드(60)가 유동홀(56)의 내측면 테두리에 접촉되는 것은 물론, 특히 사이드씰(64)의 외측면 테두리가 유동홀(56)의 내측면 테두리에 더 강하게 밀착됨으로써, 유동홀(56)의 내측면과 씰링가이드(60) 사이의 간극을 씰링하게 되고, 이에 냉각수가 이 간극을 통해 유입되는 것을 방지하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 홀더(50)와 디스크밸브(40)가 만나는 경계부분을 냉각수가 유입되는 방향에서 씰링가이드(60)가 막게 됨으로써, 밸브하우징(10) 내에 냉각수가 유입되는 과정에서 냉각수 압력에 의해 씰링가이드(60)를 밀어 씰링가이드(60)가 경계부분에 강하게 밀착되는바, 경계부분을 통한 냉각수 내부리크 현상을 방지하게 된다.

특히, 냉각수가 씰링가이드(60)를 강하게 밀어낼수록 씰링가이드(60)는 상기 경계부분에 더욱 강하게 밀착됨으로써, 냉각수 압력이 커지더라도 냉각수 내부리크 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 밸브하우징
12 : 유입포트
12a : 개구부
14 : 토출포트
20 : 밸브몸체
21 : 유량조절홀
22 : 회전축
30 : 구동부
40 : 디스크밸브
42 : 디스크보스부
50 : 홀더
52 : 홀더보스부
54 : 림부
56 : 유동홀
58 : 걸림부
60 : 씰링가이드
62 : 씰홈
64 : 사이드씰
70 : 웨이브와셔

Claims

엔진에서 토출되는 냉각수가 유입포트를 통해 밸브하우징 내에 유입되어 냉각이 필요한 부분에 선택적으로 토출되는 유량제어밸브로서,
밸브하우징 내부에 회전 가능하게 구비되는 디스크밸브;
유입포트의 개구부 내면에 결합되어 디스크밸브를 지지하는 홀더; 및
홀더와 디스크밸브가 만나는 경계부분을 냉각수가 유입되는 방향에서 막는 형상으로 구비되어 상기 경계부분에서 냉각수의 리크를 방지하는 씰링가이드;를 포함하는 유량제어밸브.
청구항 1에 있어서,
홀더의 중앙에 홀더보스부가 형성되고 테두리에 림부가 형성되며;
홀더보스부와 림부 사이에 폐단면 형상의 유동홀이 형성되고;
씰링가이드가 상기 유동홀의 내측면을 둘러싸는 형상으로 형성되어 홀더에 결합된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
청구항 2에 있어서,
씰링가이드의 측면이 유동홀의 내면에 밀착되고;
씰링가이드의 윗면이 밸브디스크의 밑면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
청구항 2에 있어서,
씰링가이드의 측면이 홀더보스부의 외주면에 밀착되고;
디스크밸브의 중앙에 상기 홀더보스부에 삽입되는 디스크보스부가 형성되어, 씰링가이드의 윗면이 디스크보스부의 밑면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
청구항 2에 있어서,
유동홀의 내면 테두리를 따라 걸림부가 돌출되어 형성되고;
걸림부와 씰링가이드 사이에 상기 씰링가이드 테두리에 대응하는 형상의 웨이브와셔가 결합된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
청구항 1에 있어서,
씰링가이드 측면의 테두리를 따라 씰홈이 형성되고;
씰홈에 사이드씰이 장착되어, 사이드씰이 유동홀의 내면에 밀착 지지되는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.