KR100227551B1

KR100227551B1 - 수냉식 엔진의 냉각장치

Info

Publication number: KR100227551B1
Application number: KR1019960038673A
Authority: KR
Inventors: 김정식
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1999-11-01
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: KR19980020248A; JP2998014B2; JPH10103203A; US5894834A; DE19736606A1

Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 냉간시동시 난방성 향상과 스로틀바디의 빙결현상을 방지하는 기능을 겸비한 수냉식 엔진의 냉각장치에 관한 것으로, 실린더헤드의 워터재킷의 입구측에는 워터펌프를, 출구측에는 서머스탯이 장착된 수온조절장치를 장설하며, 상기 수온조절장치에는 스로틀바디와 히터코아로 냉각수를 공급하는제1냉각수 공급라인과 라디에이터와 연결되는 제2냉각수 공급라인을 설치하고, 상기 워터펌프의 제1냉각수 회수라인과 제2냉각수 회수라인은 스로틀바디와 히터코아에 연결되고, 제3냉각수 회수라인은 라디에이터에 연결되며, 상기 실린더헤드의 흡기 매니폴드 반대측에 장착된 배기 매니폴드의 배기라인에 촉매장치와 소음기를 장설하는 것에 있어서, 상기 수온조절장치에 유입되는 냉각수의 수온을 감지하여 ECU에 신호를 보내는 수온감지 센서와, 상기 제1냉각수 공급라인상에 연결되어 스로틀바디와 히터코아로 냉각수를 공급하는 제1배출라인과 제2배출라인이 설치되는 제1하우징과, 상기 배기라인에 장착되어 배기가스의 흐름을 절환하는 절환밸브가 장설된 배기가스 흐름조절장치와, 상기 배기가스 흐름조절장치에 연결된 바이패스라인에 장설되어 ECU에 의하여 개폐작동이 제어되는 솔레노이드 밸브와, 상기 바이패스라인이 연결되는 유입구와 배기라인으로 배기가스를 배출시키는 배출라인이 연결되는 배출구가 형성되며, 상기 제1하우징과의 사이에 배기통로가 형성되게 제1하우징을 감싸고 있는 제2하우징 및 상기 제1하우징을 통과하는 냉각수를 제2하우징을 통과하는 배기가스로 가열하게 하는 가열장치로 구성되어 냉간시동시 냉각수를 배기가스의 열원으로 가열하는 수단을 제공하는데 특징이 있는 것이다.

Description

수냉식 엔진의 냉각장치

본 발명은 자동차 엔진의 냉간시동시 난방성 향상과 스로틀바디(Throttlebody)의 빙결현상(ICING)을 방지하는 기능을 겸비한 수냉식 엔진의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에서의 수냉식 엔진의 냉각장치는 제3도에서 보듯이 엔진(100)을 구성하는 실린더블럭(101)과 실린더헤드(102)에 형성된 워터재킷(103)의 입구측에 장착된 워터펌프(104)의 펌핑작동으로 냉각수가 순환하면서 엔진(100)을 냉각시키도록 구성되어 있으며, 엔진의 시동초기에는 워터재킷(103)을 순환하는 냉각수가 적정온도(80내외)로 가열되지 않은 상태이기 때문에 수온조절장치(105)의 서머스탯(Thermostat)(106)이 냉각수를 스로틀바디(107)측과, 히터코아(Heatercore)(108)측으로 흐름을 유도하여 상기 스로틀바디와 히터코아를 예열하도록 구성되었으며, 시동 후 일정시간이 경과하여 냉각수가 적정온도로 가열된 상태에서는 상기 서머스탯(106)이 냉각수를 라디에이터(109)측으로 흐르도록 하여 가열된 냉각수가 열교환작용으로 냉각되면서 엔진으로 순환하도록 구성되어 있었다.

그러나 종래 기술에 있어서는 스로틀바디와 히터코아의 예열수단이 냉각수의 열원에만 의존하고 있기 때문에 엔진의 냉각수가 가열되지 않은 상태에서의 냉간시동시에는 예열효과를 얻을 수 없는 문제점이 있었으며, 또한 냉간시동시 스로틀바디가 예열되지 않은 상태이기 때문에 엔진에 차가운 공기를 공급하게 되어 연소효율의 저하현상을 가져다주게 되는 문제점과 난방성이 저하되는 문제점이 있었으며, 이러한 문제점들은 혹한기에 더욱 크게 나타나게 된다.

본 발명은 종래 기술에서 나타나는 문제점을 감안하여 스로틀바디와 히터코아의 예열수단을 냉각수의 열원에만 의존하지 않고 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스의 열원을 이용하는 수단으로서 혹한기의 냉간시동시 난방성능의 향상과 함께 스로틀바디의 빙결현상(ICING)을 방지하여 연소효율의 향상을 가져다 주는 엔진의 냉각장치를 제공함에 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서, 실린더헤드의 워터재킷의 입구측에는 워터펌프를, 출구측에는 서머스탯이 장착된 수온조절장치를 장설하며, 상기 수온조절장치에는 스로틀바디와 히터코아로 냉각수를 공급하는 제1냉각수 공급라인과 라디에이터와 연결되는 제2냉각수 공급라인을 설치하고, 상기 워터펌프의 제1냉각수 회수라인과 제2냉각수 회수라인은 스로틀바디와 히터코아에 연결되고, 제3냉각수 회수라인은 라디에이터에 연결되며, 상기 실린더헤드의 흡기 매니폴드 반대측에 장착된 배기 매니폴드의 배기라인에 촉매장치와 소음기를 장설하는 것에 있어서, 상기 수온조절장치에 유입되는 냉각수의 수온을 감지하여 ECU(Electronic Control Unit)에 신호를 보내는 수온감지 센서와; 상기 제1냉각수 공급라인상에 연결되어 스로틀바디와 히터코아로 냉각수를 공급하는 제1배출라인과 제2배출라인이 설치되는 제1하우징과; 상기 배기라인에 장착되어 배기가스의 흐름을 절환하는 절환밸브가 장설된 배기가스 흐름조절장치와; 상기 배기가스 흐름조절장치에 연결된 바이패스라인에 장설되어 ECU에 의하여 개폐작동이 제어되는 솔레노이드 밸브와; 상기 바이패스라인이 연결되는 유입구와 배기라인으로 배기가스를 배출시키는 배출라인이 언결되는 배출구가 형성되며, 상기 제1하우징과의 사이에 배기통로가 형성되게 제1하우징을 감싸고 있는 제2하우징과; 및 상기 제1하우징을 통과하는 냉각수를 제2하우징을 통과하는 배기가스로 가열하게 하는 가열장치와; 로 구성되어 냉간시동시 냉각수를 배기가스의 열원으로 가열하는 수단을 제공하는데 특징이 있는 것이다.

제1도는 본 발명의 냉각장치의 계통도.

제2도는 본 발명의 일요부인 가열장치의 상세 단면도.

제3도는 종래 기술의 냉각장치 계통도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실린더헤드 2 : 워터펌프

3 : 서머스탯 4 : 수온조절장치

5 : 스로틀바디 6 : 히터코아

7 : 제1 냉각수 공급라인 8 : 라디에이터

9 : 제2 냉각수 공급라인 10 : 제1 냉각수 회수라인

11 : 제2 냉각수 회수라인 12 : 제3 냉각수 회수라인

13 : 가열장치 14 : 흡기 매니폴드

15 : 배기 매니폴드 16 : 배기라인

17 : 촉매장치 18 : 소음기

19 : 절환밸브 20 : 배기가스 흐름조절장치

21 : 바이패스라인 22 : 수온감지센서

23 : 솔레노이드 밸브 131 : 제1 하우징

132 : 제2 하우징 133 : 배기통로

본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상술하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 냉각장치의 계통도이며, 제2도는 본 발명의 일요부인 가열장치의 상세 단면도를 나타낸 것으로, 도면부호 1은 실린더블럭과 조립되어 워터재킷이 형성된 실린더헤드(1)의 입구측에는 워터펌프(2)가, 출구측에는 서머스탯(3)이 장착된 수온조절장치(4)가 장착되어 있다.

상기 수온조절장치(4)에는 스로틀바디(5)와 히터코아(6)로 냉각수를 공급하는 제1냉각수 공급라인(7)과, 라디에이터(8)로 냉각수를 순환시키는 제2냉각수 공급라인(9)이 연결되어 있으며, 또한 상기 스로틀바디(5)와 히터코아(6) 각각에는 제1 및 제2 냉각수 회수라인(10)(11)이 워터펌프(2)와 연결되어 있고, 또 상기 라디에이터(8)측의 제3냉각수 회수라인(12)도 워터펌프(2)에 연결되어 있다.

상기 제1냉각수 공급라인(7)상에는 제1하우징(131)과 제2하우징(132)이 하나의 장치로 구성된 가열장치(13)를 장설하였으며, 상기 가열장치(13)의 제2하우징은 제1하우징을 감싸주되, 배기통로(133)가 형성되게 조립되어 있다.

상기 제1하우징(131)에는 제1냉각수 공급라인(7)과 연결되는 유입구(134)와, 스로틀바디(5) 및 히터코아(6)에 연결되는 유출구(135)(136)가 설치되며, 또한 제2하우징(132)에도 배기가스의 유,출입을 위한 유입구(137)와 배출구(138)가 설치되어 있다.

그리고 실린더헤드(1)에 공기를 공급하는 흡기 매니폴드(14)와 배기가스를 배출시키는 배기 매니폴드(15)가 장착되어 있으며, 상기 배기 매니폴드(15)의 배기라인(16)에는 촉매장치(17)와 소음기(18)가 장설되는데, 상기 배기 매니폴드(15)와 촉매장치(17) 사이에는 절환밸브(19)가 장설된 배기가스 흐름조절장치(20)를 설치하여 배기가스를 바이패스라인(21)을 통해 가열장치(13)의 제2하우징(132)으로 공급할 수 있도록 하였다.

한편, 엔진의 냉간시동시 냉각수의 온도를 감지하여 ECU에 보내는 수온감지센서(22)가 수온조절장치(4)에 장설되어 있으며, 또한 수온신호를 받은 ECU는 배기라인(16)과 바이패스라인(21)상에 장설되어 있는 배기가스 흐름조절장치(20)와 솔레노이드밸브(23)를 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

이와같은 구성원리로 된 본 발명의 작용을 설명한다.

엔진의 시동초기 즉, 냉간시동시에는 냉각수가 가열되지 않은 상태이므로 워터펌프(2)의 펌핑작동으로 실린더헤드(1)의 출구측으로 순환되는 냉각수의 수온을 감지하여 서머스탯(3)의 밸브가 제1냉각수 공급라인(7)으로 열리게 되어 냉각수는 제1냉각수 공급라인(7)으로 순환하면서 가열장치(13)의 제1하우징(131)을 순환하게 되는데, 이와 때를 같이 하여 제1냉각수 공급라인(7)측으로 순환되는 냉각수의 온도를 수온감지센서(22)가 감지하여 ECU에 신호를 보내면 ECU에서는 배기가스 흐름조절장치(2)와 솔레노이드밸브(23)에 출력신호를 내보내 절환밸브(19)를 작동시켜 배기가스를 바이패스라인(21)으로 흐르도록 함과 동시 솔레노이드밸브(23)를 개방작동시키게 되므로서(제1도 참조) 배기 매니폴드(15)에서 배출되는 고온의 배기가스는 바이패스라인(21)을 통해 가열장치(13)의 제2하우징(132)으로 유입되어 배기통로(133)를 타고 배출구(138)로 배출되는 과정에서 제1하우징(131)을 가열하게 된다.

상기와같이 가열장치(13)의 배기통로(133)를 통과하는 배기가스가 제1하우징(131)의 가열효과를 높이기 위해 제1하우징(131)을 나선형으로 구성시키므로서 배기가스의 흐름을 지연시킴과 동시 제1하우징의 내,외부를 통과하는 냉각수와 배기가스와바깥의 접촉면적을 넓혀주어 배기가스의 열원이 냉각수를 빨리 가열시킬 수 있게 된다.

따라서 냉간시동시 가열장치(13)의 서머스탯(3)의 작동에 의해 제1하우징(131)을 통과하는 냉각수는 제1 및 제2하우징(131)(132) 사이에 나선상의 흐름공간이 확보된 배기통로(133)로 유입되는 고온의 배기가스와 열교환작용으로 가열되어 스로틀바디(5)와 히터코아(6)를 통과한 후 제1 및 제2냉각수 회수라인(10)(11)을 거쳐 워터펌프(2)로 순환하게 되는 것이며, 이와같이 가열장치(13)에 의하여 가열된 냉각수는 스로틀바디(5)와 히터코아(6)를 예열시키는 작용을 하게되므로서 냉간시동시에도 스로틀바디(5)는 충분히 예열된 공기를 연소실에 공급하게 되어 연소효율이 증가되는 것이며, 또한 히터코아(6) 역시 난방효율이 향상되는 것이다.

한편, 실린더헤드(1)를 순환하는 냉각수가 적정온도에 이르게 되면 서머스탯(3)이 작동하여 출구로 유출되는 냉각수를 제2냉각수 공급라인(9)으로 순환시키게되며, 이때 냉각수 온도를 감지한 수온감지센서(22)의 신호를 받은 ECU는 배기가스 흐름조절장치(20)의 절환밸브(19)가 바이패스라인(21)을 폐쇄하도록 작동시킴과 동시 솔레노이드밸브(23)를 폐쇄작동시켜 배기 매니폴드(16)에서 배출되는 배기가스는 배기라인(16)을 통해 촉매장치(17)로 흐르게 되는 것이며, 엔진의 냉간시동후에는 가열장치(13)로는 냉각수와 배기가스가 흐르지 않게 된다.

상기와 같은 본 발명에 의하면 엔진의 시동초기로서 냉간시동시의 경우에는 냉각수를 가열장치로 순환시킴과 동시에 배기 매니폴드에서 배출되는 고온의 배기가스가 가열장치를 가열하면서 배출되게 하는 수단으로서 실린더블럭과 실린더헤드를 순환하는 냉각수가 보다 빠른 시간내에 적정온도로 상승하도록 하므로서 엔진의 웜밍업(Warming up)시간을 단축시키는 효과가 있으며, 또한 가열장치에 의하여 가열된 냉각수가 스로틀바디와 히터코아를 예열하도록 하므로서 연소효율과 난방성을 향상시키는 효과를 가져다 주어 엔진의 전반적인 성능향상과 함께 연비향상 및 시동초기직후의 엔진 트러블 발생을 최소화시킬 수 있는 특징을 가진 발명인 것이다.

Claims

실린더헤드의 워터재킷의 입구측에는 워터펌프를, 출구측에는 서머스탯이 장착된 수온조절장치를 장설하며, 상기 수온조절장치에는 스로틀바디와 히터코아로 냉각수를 공급하는 제1냉각수 공급라인과 라디에이터와 연결되는 제2냉각수 공급라인을 설치하고, 상기 워터펌프의 제1냉각수 회수라인과 제2냉각수 회수라인은 스로틀바디와 히터코아에 연결되고, 제3냉각수 회수라인은 라디에이터에 연결되며, 상기 실린더헤드의 흡기 매니폴드 반대측에 장착된 배기 매니폴드의 배기라인에 촉매장치와 소음기를 장설하는 수냉식 엔진의 냉각장치에 있어서, 상기 수온조절장치에 유입되는 냉각수의 수온을 감지하여 ECU(Electronic Control Unit)에 신호를 보내는 수온감지 센서와; 상기 제1냉각수 공급라인상에 연결되어 스로틀바디와 히터코아로 냉각수를 공급하는 제1배출라인과 제2배출라인이 설치되는 제1하우징과; 상기 배기라인에 장착되어 배기가스의 흐름을 절환하는 절환밸브가 장설된 배기가스 흐름조절장치와; 상기 배기가스 흐름조절장치에 연결된 바이패스라인에 장설되어 ECU에 의하여 개폐작동이 제어되는 솔레노이드 밸브와; 상기 바이패스라인이 연결되는 유입구와 배기라인으로 배기가스를 배출시키는 배출라인이 연결되는 배출구가 형성되며, 상기 제1하우징과의 사이에 배기통로가 형성되게 제1하우징을 감사고 있는 제2하우징과; 및 상기 제1하우징을 통과하는 냉각수를 제2하우징을 통과하는 배기가스로 가열하게 하는 가열장치와;로 구성되어 냉간시동시 냉각수를 배기가스의 열원으로 가열하는 것을 특징으로 하는 수냉식 엔진의 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 배기라인과 바이패스라인에 장설된 배기가스 흐름조절장치의 절환밸브와 솔레노이드밸브는 수온감지센서에 의하여 ECU가 제어할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 수냉식 엔진의 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 가열장치의 제1하우징을 통과하는 냉각수는 바이패스라인을 통해 제2하우징으로 유입되어 배기통로를 거쳐 배출되는 배기가스의 열원에 의하여 가열되어 스로틀바디와 히터코아를 예열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수냉식 엔진의 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 가열장치의 제1하우징은 나선형으로 형성됨을 특징으로 하는 수냉식 엔진의 냉각장치.