KR960012137B1 - 자동차용 내연기관의 냉각 장치 - Google Patents
자동차용 내연기관의 냉각 장치 Download PDFInfo
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Abstract
내용없음
Description
제1도는 본 발명에 따른 내연기관용 냉각 장치의 대략도.
제2도는 시간에 대한 냉각제의 온도 및 유량의 변화를 나타낸 그래프.
제3도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 대략도.
제4도는 제2실시예의 기록을 나타낸 그래프.
제5도는 제2실시예의 변형된 예를 나타낸 그래프.
제6도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 대략도.
제7도는 종래의 내연기관용 냉각장치를 도시한 대략도.
제8도는 종래 장치의 기록을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 항온기 2 : 바이패스 밸브
3 : 주밸브 4 : 워터 자켓
6 : 제1냉각제 통로 7 : 제1바이패스 통로
8 : 항온기 하우징 9 : 물펌프
11 : 라디에이터 14 : 제2냉각제 통로
15 : 제2바이패스 통로 16 : 항온기뚜껑
본 발명은 항온기(thermostat)를 구비한 자동차용 내연기관의 냉각장치에 관한 것으로, 특히 내연기관이 냉각될때 냉각제의 순환을 제어하기 위한 냉각장치에 관한 것이다.
제7도에 도시된 바와같이 종래의 자동차용 내연기관의 냉각장치는 워터 자켓(4)(water jacket)의 상부배출부(5)와 라디에이터(11)의 상부 유입구(12)사이에 설치된 제1냉각제 통로(6)과 라디에이터(11)의 하부배출구(13)과 워터 자켓(4)의 하부 유입구(10)사이에 설치된 제2냉각제 통로(14)와, 그리고 항온기 뚜껑(16), 항온기 하우징(8) 및 물펌프(9)를 포함한다. 바이패스 통로(7)은 라디에이터(11)을 통과하지 않고 제 1통로(6)과 제2통로(14)를 연통하도록 제1통로(16)의 분기점(J)과 하우징(8)사이에 설치된다. 항온기(1)은 항온기 뚜껑(16)에 의해 하우징(8)내에 고정되어 있다. 이 항온기(1)은 주밸브(3)과 바이패스 밸브(2)를 구비한다. 제7도의 도면부호 A'는 하우징(8)내의 냉각제 온도를 측정하기 위한 측정점을, B'는 제2통로(14)내의 냉각제 온도를 측정하기 위해 항온기로 향하고 뚜껑(16)에 근접한 제2통로(14)의 측정점을 표시한다. C는 제2통로(14)내의 유량을 측정하기 위한 측정점을 표시한다.
내연기관이 워밍 업되는 동안, 주밸브(3)과 일체인 바이패스 밸브(2)는 완전히 전개되는 반면 항온기의 주밸브(3)은 닫히게 된다. 따라서, 워터 자켓(4)의 유출구(5)에서 유출된 냉각제는 라디에이터(11)를 통과하지 못한다. 이 냉각제는 물펌프(9)에 의해 도시된 화살표 방향으로 제1통로(6)의 분기점(J), 바이패스통로(7), 하우징(8), 그리고 워터 자켓(4)의 유입구(10)을 지나 순환된다. 따라서, 하우징(8)내의 냉각제의 온도의 상승이 빨라진다.
그러나 라디에이터(11) 및 항온기 뚜껑(16)내의 냉각제는 순환되지 않기 때문에 그 냉각제의 온도 상승률은 낮아지게 된다. 그러므로 제8도의 그래프에 나타난 바와같이, 주 밸브(3)이 개방될때 측정점 A'에서의 냉각제 온도 A가 85℃가 되어도 측정점 B'에서의 냉각제 온도 B은 56℃ 밖에 되지 않으며, 그 차이는 29℃이다.
항온기(1)의 주밸브(3)이 개방될때 저온의 냉각제가 라디에이터(11)의 하부 유출구(13)에서 홀러나와 제2통로(14)를 통해 항온기의 하우징으로 유입된다. 따라서, 측정점 B'에서의 냉각제 온도 B는 20℃까지 더 낮아진다. 그 결과 통로(14)내의 냉각제 온도 B와 하우징(8)내의 냉각제 온도 A의 차이는 49℃가 된다.
항온기(1)의 열 감응도가 낮기 때문에, 항온기의 응답은 냉각제 온도의 변화에 대해 지체된다 따라서, 주밸브(3)은 냉각제 온도가 선정된 개방온도보다 높아진 후에 개방된다. 이와 유사하게, 이 주밸브(3)은 냉각제 온도가 선정된 폐쇄 온도보다 상당히 낮아진 후에 닫히게 된다. 즉, 냉각제의 온도 제어에 있어서는 상당히 양의 열 오우버슈우트(overshoot)가 존재하기 때문에 주밸브는 반복적으로 개폐된다. 주밸브(3)이 닫힐때 상류로 향하는 주밸브에 서어지압이 발생한다. 이와같은 온도 및 압력의 변화는 주밸브(3)의 밸브승강이 증강함에 따라 반복되어 점차적으로 감소하면서 사라지게 된다. 이와같은 온도 변화는 제8도에 명백히 나타나 있다.
열 오우벗슈우트는 실린더 블록 및 실린더 헤드에 균열을 일으키며, 서어지압은 라디에이터(1) 및 항온기(1)을 파괴시키는 원인이 된다. 수력압의 요동으로 인해 물펌프(9)에는 과부하가 걸려 펌프의 수명을 단축시키게 된다. 따라서, 주 밸브의 개방시 냉각수의 이상 저온으로 인해 실린더의 연소에도 영향을 주게되며, 유해 배기물의 발생과 연료 소비량을 증가시킨다.
이러한 문제의 요인은 냉각제 온도 A와 B의 큰 차이에 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 이 온도차를 줄여야 한다.
본 발명의 목적은 항온기의 주밸브를 개방하기에 앞서 전술한 문제점들을 해소시킬 수 있는 자동차용 내연기관의 냉각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 냉각 장치에 있어서, 제2냉각제 통로는 제2바이패스 통로에 의해 제1바이패스 통로에 연결되어 있기 때문에, 제1바이패스내의 바이패스 밸브가 열릴때 냉각제의 일부가 라디에이터와 제2바이패스 통로를 지나 흐르게 된다. 다시말해서, 워터자켓에서 유입된 제1냉각제 통로내의 냉각제 일부는 제1순환으로써 제 1바이패스 통로를 통해 순환되며, 그 나머지의 냉각제 제 2순환으로써 라디에이터, 제 2 냉각제 통로 및 제 2 바이패스 통로를 통해 순환된다.
본 발명의 또다른 특징은 제1분기점이 제공되는 것이다.
전술한 본 발명의 목적 및 특징들은 첨부된 도면과 함께 아래의 상세한 설명을 통해 더욱 분맹해 질 겻이다.
본 발명에 따는 냉각 장치를 도시한 제1도에 있어서, 제 7도에 도시된 종래의 냉각 장치와 동일한 부분은 제 7도에 사용된 도면부호와 동일한 부호로 인용하였다.
제2바이패스 통로(15)는 주밸브(3)의 상류인 제2통로(14)의 제1분기점(J-1)과 제1바이패스 통로(7)의 제2분기점(J-2) 사이에 설치된다.
이 제2바이패스 통로(15)는 항온기 뚜껑(16)의 유입구에 근접한 곳의 제2통로(14)에 연결된다. 그러나 제2바이패스 통로(15)는 주밸브(3)과 라디에이터(11)의 배출구(13)사이에서 제2통로(14)의 어느 위치에서나 연결될 수 있다.
주밸브(3)이 닫히는 동안 워터 자켓(4)에서 유입된 고온의 냉각제는 제1통로(6)의 분기점(J)에서 분기된다. 이 냉각제의 일부는 제1바이패스 통로(7)을 지나며, 그 나머지의 냉각제는 라디에이터, 제2통로(14), 제 2 바이패스 통로(15), 그리고 제 1바이패스 통로(7)을 따라 순환된다. 제 2 바이패스 통로(15)내에 냉각제는 제1바이패스 통로(7)내의 냉각제와 혼합된다.
제1및 제2냉각제 통로(6) 및 (14) 각각에 사용된 파이프의 직경은 24mm이며, 제1및 제2바이패스 통로(7) 및 (15) 각각에 사용된 파이프의 직경은 10mm이다. 주밸브(3)이 닫혀 있을때 라디에이터(11)을 통과하는 측정점 C의 냉각제 유량은 분당 13리터이다. 제2도에 도시된 바와같이 온도 A 및 B는 차는 9℃이다.
냉각제의 온도 A가 85℃가 되면, 항온기(1)의 주밸브(3)은 열리기 시작하고, 반대로 바이패스 밸브(2)는 지체되어 바이패스 포트(18)을 닫기 시작한다. 이 바이패스 밸브(2)가 바이패스 포트(18)을 완전히 닫았을 때 제1 및 제2바이패스 통로(7) 및 (15)를 흐르는 냉각제는 동시에 멈춘다. 따라서, 워터 자켓(4)의 배출구에서 유입된 제1통로(6)내의 냉각제는 물펌프(9)에 의해 라디에이터(11), 제2통로(14), 항온기 뚜껑(16), 하우징(8), 그리고 워터 자켓(4)의 유입구(10)를 지나 순환된다. 따라서, 냉각제의 유량은 분당 60리터까지 급속히 증가한다.
제2도에 도시한 바와같이, 기록상 온도 A의 시작점은 75℃이다. 따라서 제2도에 도시된 실시예에 따른 바이패스 밸브(2)가 바이패스 포트(18)을 완전히 닫을때까지 걸린 시간은 제8도의 경우보다 2분 12초 더 짧다.
제1실시예에 의한 항온기 하우징(8)은 하향으로 배치되었지만, 이 하우징은 상향 또는 세로로 향하도록 배치될 수 있다. 냉각제는 라디에이터 내에서 강압적으로 순환되기 때문에, 어떤 위치에서나 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제 3도는 제 2실시예를 도시한 것이다. 제1실시예와 동일한 부분의 도면 부호는 제1도의 도면부호와 일치시켰다.
제1분기점(J-1)은 개구(16a)의 형태로 항온기 뚜껑(16)에 형성된다. 제2바이패스 통로(15a)는 바이패스 개구(16a)와 제1바이패스 통로(7)의 제2분기점(J-2)사이에 형성된다.
제1실시예와 유사하게 냉각제 통로(6) 및 (14) 각각의 파이프 직경은 24mm이며, 바이패스 통로(7) 및 (15a) 각각의 파이프 직경은 10mm이다. 제4도에 도시된 바와같이 주밸브(3)이 닫히는 동안 온도 A와 B의 차이는 1℃가 된다.
특히, 온도 A와 B는 주밸브의 개방에 따른 변화없이 75℃에서 일정한 속도로 상승하다. 다시말해서, 주밸브가 열리는 시간은 기록에 표시되지 않는다. 온도 A와 B가 일정한 속도로 상승하는 사실은 냉각장치에 지대한 영향을 미치지 않는다. 즉, 열 오우브슈우트와 압력 요동이 일어나지 않는다. 따라서 본 장치의 구성요소들에 걸리는 부하로부터 보호된다.
본 장치에 있어서, 바이패스 밸브가 닫힐때까지 라디에이터(11)과 측정점(C)를 통과하는 냉각제의 유량은 분당 11.5리터이다.
바이패스 밸브(2)가 바이패스 포트(18)을 폐쇄시킬때, 제1 및 제2바이패스 통로(7) 및 (15a)를 통과하여 순환하는 냉각제는 동시에 정지한다. 따라시, 제1통로(6)내의 냉각제는 물펌프(9)에 의해 라디에이터(11), 제2통로(14), 항온기 뚜껑(16), 하우징(8), 그리고 워터 자켓(4)의 유입구(10)을 따라 순환된다.
제4도 기록에 도시된 바와 같이 바이패스 밸브(2)가 바이패스 포트(18)을 폐쇄할때까지 걸리는 시간은 대략 제8도의 종래 기록에 도시된 시간과 동일하다.
제2실시예에 따른 온도 A와 B 차이 1℃는 제로로 쉽게 줄일 수 있다.
제5도는 제2실시에의 변형예를 도시한 것이다. 제2바이패스 통로(15a)에 사용된 파이프의 직경이 유체 저항을 감소시키도록 11mm로 증가된다면, 온도 A와 B 차이는 제로가 될 수 있다.
제6도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 것이다. 제3실시예의 냉각 장치에 있어서, 제1통로(6)은 워터자켓(4)의 배출구(5)를 라디에이터(11)의 하부 유입구(12a)과 연통시키도록 제공된다. 제2통로(14)는 라디에이터(11)의 상부 배출부(13a)를 항온기 뚜껑(16)과 연통시키도록 제공된다. 다시말해서, 이 냉각장치는 X자로 교차하는 통로 배열을 채택하였다. 제2바이패스 통로(15a)는 항온기 뚜껑(16)과 제1바이패스 통로(7)사이에 형성된다.
본 냉각 장치에 있어시, 비록 냉각제는 내연기관이 워밍 업되는 동안에 라디에이터(11)내로 흐르지 않지만 워터 자켓(4)내의 고온의 냉각제는 하부유입구(12a)로 직접 유입되다. 따라서, 제1통로(6)내의 냉각제의 열은 전도와 대류에 의해 라디에이터(1l)내의 냉각제로 전달된다. 따라서, 열효율은 전술한 실시예보다 더욱 향상된다.
바이패스 밸브를 개방한 상태에서 엔진을 워밍 업시키는 동안, 본 발명에 의한 항온기 하우징내의 A 및 B의 온도와 제2냉각제 통로내의 온도 차이는 매우 적다. 따라서, 실린더 블록과 실린더헤드의 균열은 방지되며, 항온기, 라디에이터 및 물펌프의 구멍은 연장된다. 본 발명에 따른 냉각장치는 내연기관의 완전연소를 도와 유해배기물과 연료소모량을 감소시키는 역할을 한다.
본 발명은 몇개의 양호한 실시예를 통해 설명되었지만 이 설명은 아래에 첨부된 특허청부의 범위에 기재된 본 발명의 영역에만 한정되지 않는다는 것을 의도한다.
Claims (5)
- 워터 자켓과, 라디에이터와, 워터 자켓의 배출구와 라디에이터의 유입구 사이에 설치된 제1통로와, 라디에이터의 배출구와 워터 자켓의 유입구 사이에 설치된 제2통로와, 제1통로와 제2통로 사이에 설치된 제1바이패스 토로와, 냉각제를 순환시키기 위해 제2통로에 제공된 물펌프와, 제2통로에 설치된 주밸브와 제1바이패스 통로에 설치된 바이패스를 밸브를 구비한 항온기로 이루어진 자동차용 내연기관의 냉각장치에 있어시, 항온기의 상류인 제2통로에 형성된 제1분기점과 상기 제1바이패스 통로 사이에 설치된 제2바이패스 통로를 포함하며, 냉각제의 일부는 바이패스 밸브가 열릴때 냉각장치내의 라디에이터, 제2바이패스 통로, 그리고 제1바이패스 통로를 따라 흐르는 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 냉각장치.
- 제1항에 있어서, 제1통로는 워터 자켓의 상부에 위치한 배출구와 라디에이터의 상부에 위치한 유입구 사이에 형성되며, 제2통로는 라디에이터의 하부에 위치한 배출구와 워터 자켓의 하부에 위치한 유입구 사이에 형성되며, 제1분기점은 항온기 뚜껑의 상류인 제2통로의 일부에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 냉각장치.
- 제1항에 있어서, 제1통로는 워터 자켓의 상부에 위치한 배출구와 라디에이터의 상부에 위치한 유입구 사이에 형성되며, 제2통로는 라디에이터의 하부에 위치한 배출구와 워터 자켓의 하부에 위치한 유입구 사이에 형성되며, 제1분기점은 항온기 뚜껑에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 냉각장치.
- 제1항에 있어서, 항온기는 주밸브의 상류에 형성된 항온기 뚜껑을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 냉각장치.
- 제1항에 있어서, 제1통로는 워터 자켓의 상부에 위치한 배출구와 라디에이터의 하부에 위치한 유입구 사이에 형성되며, 제2통로는 라디에이터의 상부에 위치한 배출구와 워터 자켓의 하부에 위치한 유입구 사이에 형성되며, 제l분기점은 항온기 뚜껑에 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 냉각장치.
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