KR20230068549A - 제어 밸브 및 이를 포함하는 차량용 냉각 시스템 - Google Patents

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박정훈
김종민
이원기
김경희
이우용
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

제어 밸브 및 이를 포함하는 차량용 냉각 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징에 형성되고 냉각수가 유입되는 냉각수 포트; 상기 밸브 하우징에 형성되는 오일 쿨러 포트; 상기 밸브 하우징에 형성되는 히터 포트; 상기 밸브 하우징에 형성되는 라디에이터 포트; 상기 냉각수 포트와 상기 히터 포트가 연통되는 바이패스 유로; 및 상기 밸브 하우징 내부에서 회전하면서 상기 냉각수 포트와 상기 오일 쿨러 포트가 선택적으로 연통하고, 상기 냉각수 포트와 상기 라디에이터 포트가 선택적으로 연통하는 볼 밸브를 포함하고, 상기 볼 밸브에 상기 냉각수 포트와 연통하는 밸브 입구가 형성되고, 상기 볼 밸브의 외주에 상기 밸브 입구와 선택적으로 연통하는 제1 구간 출구, 제2 구간 출구, 및 제3 구간 출구가 연속적으로 형성될 수 있다.

Description

제어 밸브 및 이를 포함하는 차량용 냉각 시스템{CONTROL VALVE AND COOLING SYSTEM FOR VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 제어 밸브 및 이를 포함하는 차량용 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진은 연료의 연소에 의해서 차량의 주행에 필요한 동력을 발생시키면서 열에너지를 배출하고, 냉각수는 엔진, 히터, 및 라디에이터 등을 순환하면서 열에너지를 흡수하고, 이를 외부로 방출한다.
엔진의 냉각수 온도가 과열되면, 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해서 점화시기를 조절해야 하므로 엔진의 성능이 저하될 수 있으며, 윤활유의 온도가 과도하면 점성이 낮아져서 윤활의 기능이 저하될 수 있다.
이와 반대로, 엔진의 냉각수 온도가 과도하게 낮으면, 오일의 점성이 높아져서 마찰력이 증가하고, 연료소모가 늘어나며, 배기가스의 온도가 천천히 상승하여 촉매가 활성화되는 시간이 길어질 뿐만 아니라, 배기가스의 품질이 저하될 수 있다. 아울러, 히터의 기능이 정상화되는 시간이 길어져 사용자에게 불편을 줄 수 있다.
특히, 동절기와 같이 엔진의 냉간 시동시에 엔진 오일의 점도가 증가하기 때문에 엔진의 출력과 효율이 낮아져 연비가 악화되는 문제가 발생한다. 또한, 연소실의 온도가 낮기 때문에 불완전 연소로 인해 배기 가스가 과다 방출되는 문제가 발생한다.
따라서, 차량의 동작 모드에 따라 엔진의 특정 부위의 냉각수는 온도를 높게 유지하고, 다른 부위는 낮게 유지하는 등 하나의 밸브를 통해 여러 개의 냉각요소를 제어하는 기술이 적용되고 있다.
즉, 하나의 제어 밸브가 라디에이터, 히터, 이지알 쿨러, 오일 쿨러, 또는 엔진을 지나는 냉각수를 각각 제어하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 제어 밸브의 구성을 단순화하여 냉각 시스템의 레이아웃을 단순화하고, 제어 밸브의 개도 전력을 최적화하는 연구가 진행되고 있다.
또한, 차량의 냉각 시스템의 요소 기술이 증가함에 따라 냉각 시스템의 복잡도가 증가하고, 이에 따라 냉각 시스템의 레이아웃도 복잡해지고 있다. 각 냉각 시스템의 요소 기술의 효과 또한 다른 냉각 시스템의 요소 기술과 중복되어 목표한 효과를 얻지 못하는 경우가 발생하고 있다. 따라서, 냉각 시스템의 레이아웃을 포함하는 기능적 요소의 최적화를 구현하기 위한 연구가 필수적이다.
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 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 냉각 시스템에 적용되는 제어 밸브의 구성을 단순화하여 냉각 시스템의 레이아웃을 단순화하고, 제어 밸브의 개도 전략을 최적화할 수 있는 냉각 시스템의 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징에 형성되고 냉각수가 유입되는 냉각수 포트; 상기 밸브 하우징에 형성되는 오일 쿨러 포트; 상기 밸브 하우징에 형성되는 히터 포트; 상기 밸브 하우징에 형성되는 라디에이터 포트; 상기 냉각수 포트와 상기 히터 포트가 연통되는 바이패스 유로; 및 상기 밸브 하우징 내부에서 회전하면서 상기 냉각수 포트와 상기 오일 쿨러 포트가 선택적으로 연통하고, 상기 냉각수 포트와 상기 라디에이터 포트가 선택적으로 연통하는 볼 밸브를 포함하고, 상기 볼 밸브에 상기 냉각수 포트와 연통하는 밸브 입구가 형성되고, 상기 볼 밸브의 외주에 상기 밸브 입구와 선택적으로 연통하는 제1 구간 출구, 제2 구간 출구, 및 제3 구간 출구가 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 제1 구간 출구는 상기 볼 밸브의 회전 방향을 따라 설정된 구간 형성되고, 상기 제2 구간 출구는 상기 제1 구간 출구로부터 연장되고 상기 제1 구간 출구의 상하방향 폭보다 넓게 형성되며, 상기 제3 구간 출구는 상기 제2 구간 출구로부터 연장되고 상기 제2 구간 출구의 상하방향 폭보다 좁게 형성될 수 있다.
상기 제1 구간 출구는 상기 볼 밸브의 회전축과 수직한 중심축의 아래쪽에 형성될 수 있다.
상기 제2 구간 출구에는 리브가 형성될 수 있다.
상기 오일 쿨러 포트와 상기 라디에이터 포트는 상기 볼 밸브의 회전축을 중심으로 설정된 각도 이격될 수 있다.
상기 오일 쿨러 포트의 중심축은 상기 볼 밸브의 중심을 관통할 수 있다.
상기 볼 밸브의 회전축과 수직한 중심축은 상기 오일 쿨러 포트의 중심축과 설정된 각도 오프셋될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 냉각 시스템은 상기 오일 쿨러 포트와 선택적으로 연결되는 제1 연결 라인에 배치되는 오일 쿨러; 상기 히터 포트와 선택적으로 연결되는 제2 연결 라인에 배치되는 히터; 상기 라디에이터 포트와 선택적으로 연결되는 제3 연결 라인에 배치되는 라디에이터; 및 상기 제어 밸브의 동작을 제어하여 엔진에서 공급되는 냉각수를 상기 제어 밸브를 통해 상기 제1 연결 라인 내지 제3 연결 라인으로 선택적으로 배출시키는 복수의 모드 중 어느 하나의 모드로 동작시키는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 복수의 모드는 상기 볼 밸브가 기준 위치로부터 설정된 각도로 회전함에 따라 순차적으로 수행되는 제1 모드 내지 제5 모드를 포함할 수 있다.
상기 제1 모드에서는 상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 라디에이터 포트를 통해 상기 제3 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 상기 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출될 수 있다.
상기 제2 모드에서는 상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 바이패스 유로를 통해 상기 제2 연결 라인으로만 배출될 수 있다.
상기 제3 모드에서는 상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 오일 쿨러 포트를 통해 상기 제1 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출될 수 있다.
상기 제4 모드에서는 상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 오일 쿨러 포트를 통해 상기 제1 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출되며, 상기 라디에이터 포트를 통해 상기 제3 연결 라인으로 배출될 수 있다.
상기 제5 모드에서는 상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 오일 쿨러 포트를 통해 상기 제1 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출되며, 상기 라디에이터 포트를 통해 상기 제3 연결 라인으로 배출될 수 있다.
상기 제3 연결 라인으로 배출되는 냉각수량이 최대가 될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉각 시스템의 제어 밸브에 의하면, 밸브 하우징내에 회전 가능하게 설치되는 볼 밸브의 크기를 최소화하여 제어 밸브의 전체 크기와 중량을 최소화할 수 있고, 이를 통해, 엔진 룸 내부의 조립성이 용이해지고 패키징이 단순화될 수 있다.
또한, 히터로 공급되는 냉각수의 유량을 상시 바이패스시킴으로써 냉각 시스템의 제어를 최적화할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브가 적용되는 냉각 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브와 밸브 하우징의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브의 구성을 도시한 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브의 구성을 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브의 일부 구성을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 실시 예에 따른 볼 밸브의 외주면을 평면상에 펼친 전개도들이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 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.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉각 시스템의 제어 밸브에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브가 적용되는 차량용 냉각 시스템에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브가 적용되는 냉각 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉각 시스템은 냉각수 라인(12)을 통해 각각 연결되고, 워터펌프(10)의 동작을 통해 냉각수가 순환되는 엔진(20), 이지알 쿨러(30), 오일 쿨러(50), 히터(60), 및 라디에이터(70)를 포함할 수 있다.
워터펌프(10)는 냉각수 라인(12)을 통하여 엔진(20)과 이지알 쿨러(30)로 각각 냉각수를 압송한다. 워터펌프(10)에 의해 압송된 냉각수는 엔진(20)과 이지알 쿨러(30)로 분배된다.
이지알 쿨러(30)는 워터펌프(10)에서 펌핑된 냉각수가 공급되도록 냉각수 라인(12)으로부터 분기되는 이지알 냉각수 라인(13)을 통하여 냉각수 라인(12)과 유체적으로 연결될 수 있다.
이지알 냉각수 라인(13)은 이지알 쿨러(30)를 통과한 후, 다시 냉각수 라인(12)과 유체적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 워터펌프(10)의 작동을 통해 펌핑된 냉각수는 냉각수 라인(12)을 통하여 엔진(20)으로 공급되고, 이지알 냉각수 라인(13)을 통하여 이지알 쿨러(30)로 공급될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉각 시스템은 엔진(20)으로부터 배출되는 냉각수를 히터(60), 라디에이터(70), 및 오일 쿨러(50)로 분배하기 위한 제어 밸브(100)가 구비된다.
제어 밸브(100)는 제어기(90)의 제어 신호에 따라 작동될 수 있다. 이를 위해, 제어기(90)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 제어방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
제어 밸브(100)는 제1 연결 라인(42), 제2 연결 라인(44), 및 제3 연결 라인(46)을 통해 히터(60), 라디에이터(70), 및 오일 쿨러(50)와 유체적으로 각각 연결된다.
제1 연결 라인(42)은 제어 밸브(100)로부터 오일 쿨러(50)로 분배되는 냉각수가 유동된다. 제2 연결 라인(44)은 제어 밸브(100)로부터 히터(60)로 분배되는 냉각수가 유동된다. 그리고 제3 연결 라인(46)은 제어 밸브(100)로부터 라디에이터(70)로 분배되는 냉각수가 유동된다.
여기서, 라디에이터(70)는 차량의 전방에 배치되고, 라디에이터(70)의 후방에는 쿨링팬(72)이 장착될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브(100)는 제어기(90)의 제어 신호에 의해 제1 연결 라인(42)과 제3 연결 라인(46)을 선택적으로 개폐할 수 있고, 제어 밸브(100)의 내부에 설치되는 볼 밸브(300)의 회전 위치에 따라 제1 연결 라인(42)과 제3 연결 라인(46)의 개도율을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브(100)에는 엔진(20)과 히터(60)를 연결하는 바이패스 유로(250)가 형성된다. 따라서, 엔진(20)에서 분배되는 냉각수는 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)로 상시 유동된다.
한편, 제2 연결 라인(44)에 배치되는 히터(60)의 하류에는 배기 열 회수 장치(62)가 구비될 수 있다. 배기 열 회수 장치(62)는 엔진(20)에서 배출되는 배기 가스에 포함된 열을 냉각수를 통해 회수한다.
제2 연결 라인(44)에 배치되는 배기 열 회수 장치(62)의 하류에는 보조 워터펌프(64)가 구비될 수 있다. 보조 워터펌프(64)의 작동에 의해 제2 연결 라인(44)의 냉각수가 냉각수 라인(12)으로 압송된다.
그리고 라디에이터(70)와 워터펌프(10) 사이의 보조 연결라인(48)에는 리저버 탱크(80)가 구비될 수 있다. 리저버 탱크(80)는 라디에이터(70)로부터 유입되는 냉각이 완료된 냉각수가 저장될 수 있다. 여기서, 보조 연결라인(48)은 라디에이터(70)가 배치되는 제3 연결 라인(46)에서 분기되고 히터(60)가 배치되는 제2 연결 라인(44)으로 합류할 수 있다.
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브와 밸브 하우징의 구성을 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브(100)의 구성을 도시한 사시도이다. 그리고 도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브(100)의 구성을 도시한 측면도이다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브(100)는 밸브 하우징(200), 및 밸브 하우징(200)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 볼 밸브(300)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서 볼 밸브(300)는 설정된 각도 범위(예를 들어, 10도에서 280도)의 내에서만 양방향 회전할 수 있도록 밸브 하우징(200)의 내부에 설치된다.
도 2를 참조하면, 밸브 하우징(200)에는 냉각수 라인(12)과 연통하는 냉각수 포트(210)가 형성되고, 오일 쿨러(50)가 배치되는 제1 연결 라인(42)과 연통하는 오일 쿨러 포트(220)가 형성되며, 라디에이터(70)가 배치되는 제3 연결 라인(46)과 연통하는 라디에이터 포트(230)가 형성되고, 히터(60)가 배치되는 제2 연결 라인(44)과 연통하는 히터 포트(240)가 형성될 수 있다.
밸브 하우징(200)의 상부에는 볼 밸브(300)를 회전시키기 위한 동력을 공급하는 구동부(260)가 배치된다. 구동부(260)는 전기 에너지에 의해 동력을 발생시키는 모터(262), 및 모터(262)의 속도를 감속시키고 토크를 증대시키는 감속기(264)를 포함할 수 있다.
그리고 밸브 하우징(200)의 내부에는 냉각수 포트(210)와 히터 포트(240)를 유체적으로 연결하는 바이패스 유로(250)가 형성된다. 이에 따라, 냉각수 포트(210)를 통해 유입되는 냉각수는 바이패스 유로(250)를 통해 제2 연결 라인(44)으로 상시 배출된다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 볼 밸브(300)는 내부가 빈 부분적인 구 형상으로 형성된다. 볼 밸브(300)의 상단 일부와 하단 일부는 절개되어 부분적인 구 형상으로 형성된다. 볼 밸브(300)의 개구된 하부에는 냉각수 포트(210)와 유체적으로 연결되는 밸브 입구(310)가 형성된다. 그리고 볼 밸브(300) 내부에는 감속기(264)와 연결되는 회전축(302)이 형성된다.
볼 밸브(300)의 외주에는 볼 밸브(300)의 회전 방향을 따라 제1 구간 출구(320), 제2 구간 출구(330), 및 제3 구간 출구(340)가 형성된다. 제1 내지 제3 구간 출구(340)는 볼 밸브(300)의 하부에 형성되는 밸브 입구(310)와 선택적으로 연통된다.
제1 구간 출구(320) 내지 제3 구간 출구(340)는 오일 쿨러 포트(220)와 선택적으로 연통되고, 제1 구간 출구(320) 및 제2 구간 출구(330)는 라디에이터 포트(230)와 선택적으로 연통될 수 있다. 따라서, 밸브 입구(310)를 통해 유입되는 냉각수는 제1 구간 출구(320) 내지 제3 구간 출구(340)를 통해 선택적으로 배출된다.
제1 구간 출구(320)는 볼 밸브(300)의 회전 방향을 따라 설정된 구간만큼 형성되고, 제2 구간 출구(330)는 제1 구간 출구(320)로부터 연장되고 제1 구간 출구(320)의 상하 방향 폭보다 넓게 형성되며, 제3 구간 출구(340)는 제2 구간 출구(330)로부터 연장되고 제2 구간 출구(330)의 상하 방향 폭보다 좁게 형성될 수 있다. 그리고 제1 구간 출구(320)는 볼 밸브(300)의 회전축(302)과 수직한 중심축(304)의 아래쪽에 형성되고, 제2 구간 출구(330)는 중심축(304)의 위쪽과 아래쪽에 형성되며, 제3 구간 출구(340)는 중심축(304)의 아래쪽에 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 구간 출구(320)는 볼 밸브(300)의 원주 방향을 따라 폭이 좁은 슬롯 형상으로 형성될 수 있다. 제2 구간 출구(330)는 제1 구간 출구(320)보다 상하 방향 폭이 넓은 대략적인 원형으로 형성되고, 제2 구간 출구(330)에는 볼 밸브(300)의 원주 방향(또는 볼 밸브의 회전 방향)으로 리브(332)가 형성될 수 있다. 리브(332)에 의해 볼 밸브(300)의 강성을 보강할 수 있다. 그리고 제3 구간 출구(340)는 제1 구간 출구(320)보다 상하 방향 폭이 넓은 슬롯 형상으로 형성될 수 있다.
오일 쿨러 포트(220)의 직경은 제3 구간 출구(340)의 상하방향 폭과 대응되는 크기로 형성될 수 있고, 라디에이터 포트(230)의 직경은 제2 구간 출구(330)의 상하방향 폭과 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 그리고 오일 쿨러 포트(220)와 라디에이터 포트(230)는 볼 밸브(300)의 회전 축을 중심으로 설정 각도 이격되어 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브(100)의 일부 구성을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 오일 쿨러 포트(220)의 중심축(304)은 볼 밸브(300)의 중심을 관통한다. 그리고 볼 밸브(300)의 회전축(302)과 수직한 중심축(304)은 오일 쿨러 포트(220)의 중심축(304)과 설정된 각도 오프셋될 수 있다. 이와 같이, 볼 밸브(300)의 중심축(304)과 오일 쿨러 포트(220)의 중심축(304)이 설정된 각도 오프셋 되도록 배치함으로써, 밸브 하우징(200)의 전체적인 크기를 최소화할 수 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 시스템의 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브의 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 그리고 도 9a 내지 도 9e는 본 발명의 실시 예에 따른 볼 밸브의 외주면을 평면상에 펼친 전개도이다. 즉, 도 9a 내지 도 9e는 도 8에 표시된 각 모드(제1 모드 내지 제5 모드에서의 밸브의 동작을 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉각 시스템은 냉각수의 온도와 외기 온도를 포함하는 차량의 운행 조건을 기초로 복수의 모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 볼 밸브(300)가 기준 위치로부터 설정된 각도로 회전함에 따라, 제1 모드 내지 제5 모드가 순차적으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 볼 밸브(300)가 기준 위치에서부터 반시계 방향으로 회전하면서 순차적으로 제1 모드 내지 제5 모드가 수행될 수 있다.
제1 모드는 제어 밸브(100)의 모터(262)에 고장이 발생하는 경우(예를 들어, 감속기(264) 등의 고장으로 인해 모터(262)가 어느 하나의 방향으로 회전되지 않는 경우), 엔진(20)에서 유입되는 냉각수가 과열되지 않도록, 냉각수 포트(210)와 라디에이터 포트(230)가 볼 밸브(300)를 통해 연통되는 모드이다. 제1 모드는 볼 밸브(300)가 기준 위치(예를 들어, 10도)에서 제1 설정 각도(예를 들어, 55도)의 범위에서 이루어진다.
도 9a를 참조하면, 제1 모드에서는 라디에이터 포트(230)과 볼 밸브(300)의 제1 구간 출구(320)가 연통되고, 냉각수 포트(210)로 유입된 냉각수는 볼 밸브(300)의 밸브 입구(310)로부터 제1 구간 출구(320)와 라디에이터 포트(230)를 통해 라디에이터(70)가 배치된 제3 연결 라인(46)으로 배출된다. 그리고 냉각수 포트(210)와 히터 포트(240)는 바이패스 유로(250)를 통해 상시 연통되기 때문에, 엔진(20)에서 유입된 일부 냉각수는 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)가 배치된 제2 연결 라인(44)으로 배출된다.
제1 모드에서는 볼 밸브(300)가 반시계 방향으로 회전함에 따라 제1 구간 출구(320)와 라디에이터 포트(230)가 연통되는 면적이 감소한다. 따라서, 볼 밸브(300)가 반시계 방향으로 회전함에 따라 제3 연결 라인(46)으로 배출되는 냉각수량은 감소하고, 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)가 배치되는 제2 연결 라인(44)으로 배출되는 냉각수량이 증가한다.
도 9b를 참조하면, 제2 모드는 엔진(20)을 냉각시킨 후 뜨거워진 냉각수를 히터(60)로 공급하기 위한 모드이다. 제2 모드는 볼 밸브(300)가 제1 설정 각도(예를 들어, 55도)에서 제2 설정 각도(예를 들어, 75도)의 범위에서 이루어진다. 제2 모드에서는 볼 밸브(300)의 제1 구간 출구(320) 내지 제3 구간 출구(340)가 라디에이터 포트(230)와 히터 포트(240)와 연통되지 않는다. 그리고 냉각수 포트(210)와 히터 포트(240)는 바이패스 유로(250)를 통해 상시 연통되기 때문에, 엔진(20)에서 유입된 모든 냉각수는 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)로 배출된다.
제3 모드는 엔진(20)을 냉각시킨 후 뜨거워진 냉각수를 이용하여 오일 쿨러(50)의 온도를 제어하기 위한 모드이다. 제3 모드는 볼 밸브(300)가 제2 설정 각도(예를 들어, 75도)에서 제3 설정 각도(예를 들어, 165도)의 범위에서 이루어진다.
도 9c를 참조하면, 제3 모드에서는 볼 밸브(300)의 회전에 따라 제1 구간 출구(320)와 제2 구간 출구(330)가 오일 쿨러 포트(220)와 선택적으로 연통되고, 냉각수 포트(210)로 유입된 냉각수는 밸브 입구(310)로부터 제1 구간 출구(320)(또는, 제2 구간 출구(330))와 오일 쿨러 포트(220)를 통해 오일 쿨러(50)가 배치된 제1 연결 라인(42)으로 배출된다. 그리고 냉각수 포트(210)와 히터 포트(240)는 바이패스 유로(250)를 통해 상시 연통되기 때문에, 엔진(20)에서 유입된 일부 냉각수는 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)로 배출된다.
제3 모드에서는 볼 밸브(300)가 반시계 방향으로 회전함에 따라, 오일 쿨러 포트(220)와 제1 구간 출구(320)가 연통되는 면적이 증가한다. 그리고 오일 쿨러 포트(220)가 제2 구간 출구(330)와 연통되면서, 오일 쿨러 포트(230)와 제2 구간 출구(330)가 연통되는 면적이 최대가 된다. 따라서, 볼 밸브(300)가 반시계 방향으로 회전함에 따라 제1 연결 라인(42)으로 배출되는 냉각수량은 증가하고, 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)가 배치되는 제2 연결 라인(44)으로 배출되는 냉각수량이 감소한다.
제4 모드는 엔진(20)을 냉각시킨 후 뜨거워진 냉각수를 이용하여 오일 쿨러(50)의 온도를 제어하고, 일부 냉각수는 라디에이터(70)를 통해 냉각시키는 모드이다. 제4 모드는 볼 밸브(300)가 제3 설정 각도(예를 들어, 165도)에서 제4 설정 각도(예를 들어, 270도)의 범위에서 이루어진다.
도 9d를 참조하면, 제4 모드에서는 볼 밸브(300)의 회전에 따라 제2 구간 출구(330)와 제3 구간 출구(340)가 오일 쿨러 포트(220)와 선택적으로 연통되고, 제1 구간 출구(320)와 제2 구간 출구(330)가 라디에이터 포트(230)와 선택적으로 연통된다. 이에 따라, 냉각수 포트(210)로 유입된 냉각수는 밸브 입구(310)로부터 제2 구간 출구(330)(또는, 제3 구간 출구(340))와 오일 쿨러 포트(220)를 통해 오일 쿨러(50)가 배치된 제1 연결 라인(42)으로 배출된다. 또한, 냉각수 포트(210)로 유입된 냉각수는 밸브 입구(310)로부터 제1 구간 출구(320)(또는, 제2 구간 출구(330))와 라디에이터 포트(230)를 통해 라디에이터(70)가 배치된 제3 연결 라인(46)으로 배출된다. 그리고 냉각수 포트(210)와 히터 포트(240)는 바이패스 유로(250)를 통해 상시 연통되기 때문에, 엔진(20)에서 유입된 일부 냉각수는 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)로 배출된다.
제4 모드에서는 볼 밸브(300)가 회전함에 따라 라디에이터 포트(230)와 제1 구간 출구(320)가 연통되는 면적이 증가한다. 그리고 라디에이터 포트(230)가 제2 구간 출구(330)와 연통되면서, 라디에이터 포트(230)와 제2 구간 출구(330)와 연통되는 면적이 증가한다. 따라서, 볼 밸브(300)가 반시계 방향으로 회전함에 따라, 제3 연결 라인(46)으로 배출되는 냉각수량은 증가하고, 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)가 배치되는 제2 연결 라인(44)으로 배출되는 냉각수량은 상대적으로 감소한다.
제5 모드는 엔진(20)을 냉각시킨 후 뜨거워진 냉각수를 최대한 냉각시키기 위한 모드이고, 필요에 따라서, 제어 밸브(100)의 모터(262)에 고장이 발생하는 경우(예를 들어, 감속기(264) 등의 고장으로 인해 모터(262)가 어느 하나의 방향으로 회전되지 않는 경우), 엔진(20)에서 유입되는 냉각수가 과열되지 않도록, 냉각수 포트(210)와 라디에이터 포트(230)가 볼 밸브(300)를 통해 연통되는 모드이다. 제5 모드는 볼 밸브(300)가 제4 설정 각도(예를 들어, 270도)에서 제5 설정 각도(예를 들어, 280도)의 범위에서 이루어진다.
도 9e를 참조하면, 제5 모드에서는 볼 밸브(300)의 회전에 따라 제3 구간 출구(340)와 오일 쿨러 포트(220)가 연통되고, 제2 구간 출구(330)와 라디에이터 포트(230)가 연통된다. 이에 따라, 냉각수 포트(210)로 유입된 냉각수는 밸브 입구(310)로부터 제3 구간 출구(340)와 오일 쿨러 포트(220)를 통해 오일 쿨러(50)가 배치된 제1 연결 라인(42)으로 배출된다. 또한, 냉각수 포트(210)로 유입된 냉각수는 밸브 입구(310)로부터 제2 구간 출구(330)와 라디에이터 포트(230)를 통해 라디에이터(70)가 배치된 제3 연결 라인(46)으로 배출된다. 이때, 라디에이터 포트(230)와 제2 구간 출구(330)가 연통하는 면적이 최대가 되기 때문에, 제3 연결 라인으로 배출되는 냉각수량이 최대가 된다. 그리고 냉각수 포트(210)와 히터 포트(240)는 바이패스 유로(250)를 통해 상시 연통되기 때문에, 엔진(20)에서 유입된 일부 냉각수는 바이패스 유로(250)를 통해 히터(60)로 배출된다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉각 시스템은, 구동부(260)의 모터(262)에 고장이 발생하여 모터(262)가 하나의 방향으로만 회전할 수 있는 경우, 제1 모드 또는 제5 모드로 동작할 수 있다. 즉, 구동부(260)의 모터(262)에 고장이 발생하여 모터(262)가 어느 하나의 방향으로만 회전할 수 있는 경우, 제어기(90)는 구동부(260)의 모터(262)가 회전할 수 있는 방향의 최대 각도까지 회전시켜 제1 모드 또는 제2 모드로 동작시킨다.
예를 들어, 제어 밸브(100)가 시계 방향으로 회전하면서 제1 모드 내지 제5 모드가 순차적으로 수행되는 것을 예로 들어 설명한다.
이때, 비정상적인 원인으로 인해 모터(262)가 시계 방향으로 회전할 수 없는 경우, 제어기(90)는 모터(262)를 반시계 방향으로 회전할 수 있는 최대 각도까지 회전시켜 제5 모드로 동작되도록 제어할 수 있다. 이와 반대로, 비정상적인 원인으로 인해 모터(262)가 반시계 방향으로 회전할 수 없는 경우, 제어기(90)는 모터(262)를 시계 방향으로 회전할 수 있는 최대 각도까지 회전시켜 제1 모드로 동작되도록 제어할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 제어 밸브 및 이를 포함하는 차량용 냉각 시스템에 의하면, 밸브 하우징내에 회전 가능하게 설치되는 볼 밸브의 크기를 최소화하여 제어 밸브의 전체 크기와 중량을 최소화할 수 있고, 이를 통해, 엔진 룸 내부의 조립성이 용이해지고 패키징이 단순화될 수 있다.
또한, 볼 밸브의 회전을 통해 오일 쿨러, 히터, 및 라디에이터로 냉각수를 공급할 수 있기 때문에, 제어 밸브의 개도 전략을 단순화 및 최적화할 수 있다.
또한, 구동부의 모터가 하나의 방향으로만 회전할 수 있는 고장이 발생하더라도, 냉각수가 라디에이터로 공급될 수 있기 때문에 냉각수가 과열되는 것을 방지할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 워터펌프
12: 냉각수 라인
13: 이지알 냉각수 라인
20: 엔진
30: 이지알 쿨러
42: 제1 연결라인
44: 제2 연결라인
46: 제3 연결라인
48: 보조 연결라인
50: 오일 쿨러
60: 히터
62: 배기 열 회수 장치
64: 보조 워터펌프
70: 라디에이터
72: 쿨링팬
80: 리저버 탱크
90: 제어기
100: 제어 밸브
200: 밸브 하우징
210: 냉각수 포트
220: 오일 쿨러 포트
230: 라디에이터 포트
240: 히터 포트
250: 바이패스 유로
260: 구동부
262: 모터
264: 감속기
300: 볼 밸브
302: 회전축
304: 중심축
310: 밸브 입구
320: 제1 구간 출구
330: 제2 구간 출구
332: 리브
340: 제3 구간 출구
350: 바이패스 유로

Claims (15)

  1. 밸브 하우징;
    상기 밸브 하우징에 형성되고 냉각수가 유입되는 냉각수 포트;
    상기 밸브 하우징에 형성되는 오일 쿨러 포트;
    상기 밸브 하우징에 형성되는 히터 포트;
    상기 밸브 하우징에 형성되는 라디에이터 포트;
    상기 냉각수 포트와 상기 히터 포트가 연통되는 바이패스 유로; 및
    상기 밸브 하우징 내부에서 회전하면서 상기 냉각수 포트와 상기 오일 쿨러 포트가 선택적으로 연통하고, 상기 냉각수 포트와 상기 라디에이터 포트가 선택적으로 연통하는 볼 밸브;
    를 포함하고,
    상기 볼 밸브에 상기 냉각수 포트와 연통하는 밸브 입구가 형성되고,
    상기 볼 밸브의 외주에 상기 밸브 입구와 선택적으로 연통하는 제1 구간 출구, 제2 구간 출구, 및 제3 구간 출구가 연속적으로 형성되는 제어 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구간 출구는 상기 볼 밸브의 회전 방향을 따라 설정된 구간 형성되고,
    상기 제2 구간 출구는 상기 제1 구간 출구로부터 연장되고 상기 제1 구간 출구의 상하방향 폭보다 넓게 형성되며,
    상기 제3 구간 출구는 상기 제2 구간 출구로부터 연장되고 상기 제2 구간 출구의 상하방향 폭보다 좁게 형성되는 제어 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 구간 출구는
    상기 볼 밸브의 회전축과 수직한 중심축의 아래쪽에 형성되는 제어 밸브.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 구간 출구에는 리브가 형성되는 제어 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오일 쿨러 포트와 상기 라디에이터 포트는 상기 볼 밸브의 회전축을 중심으로 설정된 각도 이격되는 제어 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오일 쿨러 포트의 중심축은 상기 볼 밸브의 중심을 관통하는 제어 밸브.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 볼 밸브의 회전축과 수직한 중심축은 상기 오일 쿨러 포트의 중심축과 설정된 각도 오프셋되는 제어 밸브.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 제어 밸브를 포함하는 차량용 냉각 시스템으로서,
    상기 오일 쿨러 포트와 선택적으로 연결되는 제1 연결 라인에 배치되는 오일 쿨러;
    상기 히터 포트와 선택적으로 연결되는 제2 연결 라인에 배치되는 히터;
    상기 라디에이터 포트와 선택적으로 연결되는 제3 연결 라인에 배치되는 라디에이터; 및
    상기 제어 밸브의 동작을 제어하여 엔진에서 공급되는 냉각수를 상기 제어 밸브를 통해 상기 제1 연결 라인 내지 제3 연결 라인으로 선택적으로 배출시키는 복수의 모드 중 어느 하나의 모드로 동작시키는 제어기;
    를 포함하는 차량용 냉각 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 모드는
    상기 볼 밸브가 기준 위치로부터 설정된 각도로 회전함에 따라 순차적으로 수행되는 제1 모드 내지 제5 모드를 포함하는 차량용 냉각 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 모드에서는
    상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 라디에이터 포트를 통해 상기 제3 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 상기 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출되는 차량용 냉각 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 모드에서는
    상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 바이패스 유로를 통해 상기 제2 연결 라인으로만 배출되는 차량용 냉각 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제3 모드에서는
    상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 오일 쿨러 포트를 통해 상기 제1 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출되는 차량용 냉각 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제4 모드에서는
    상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 오일 쿨러 포트를 통해 상기 제1 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출되며, 상기 라디에이터 포트를 통해 상기 제3 연결 라인으로 배출되는 차량용 냉각 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제5 모드에서는
    상기 냉각수 포트로 유입된 냉각수는 상기 오일 쿨러 포트를 통해 상기 제1 연결 라인으로 배출되고, 상기 바이패스 유로와 히터 포트를 통해 상기 제2 연결 라인으로 배출되며, 상기 라디에이터 포트를 통해 상기 제3 연결 라인으로 배출되는 차량용 냉각 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 연결 라인으로 배출되는 냉각수량이 최대가 되는 차량용 냉각 시스템.
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