[go: up one dir, main page]

KR102371717B1 - 유량제어밸브 - Google Patents

유량제어밸브 Download PDF

Info

Publication number
KR102371717B1
KR102371717B1 KR1020170104000A KR20170104000A KR102371717B1 KR 102371717 B1 KR102371717 B1 KR 102371717B1 KR 1020170104000 A KR1020170104000 A KR 1020170104000A KR 20170104000 A KR20170104000 A KR 20170104000A KR 102371717 B1 KR102371717 B1 KR 102371717B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
section
port
flow rate
control hole
rate control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020170104000A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190020214A (ko
Inventor
박철수
박준식
한봉훈
채동석
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020170104000A priority Critical patent/KR102371717B1/ko
Priority to US15/824,603 priority patent/US10704453B2/en
Priority to CN201711283662.4A priority patent/CN109404564B/zh
Publication of KR20190020214A publication Critical patent/KR20190020214A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102371717B1 publication Critical patent/KR102371717B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/002—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P7/16—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control
    • F01P7/165—Controlling of coolant flow the coolant being liquid by thermostatic control characterised by systems with two or more loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/08—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K11/00—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves
    • F16K11/02—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit
    • F16K11/08—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks
    • F16K11/085—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with cylindrical plug
    • F16K11/0856—Multiple-way valves, e.g. mixing valves; Pipe fittings incorporating such valves with all movable sealing faces moving as one unit comprising only taps or cocks with cylindrical plug having all the connecting conduits situated in more than one plane perpendicular to the axis of the plug
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K27/00—Construction of housing; Use of materials therefor
    • F16K27/06—Construction of housing; Use of materials therefor of taps or cocks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K5/00—Plug valves; Taps or cocks comprising only cut-off apparatus having at least one of the sealing faces shaped as a more or less complete surface of a solid of revolution, the opening and closing movement being predominantly rotary
    • F16K5/08—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/002—Cooling
    • F01M2005/004—Oil-cooled engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/02—Arrangements for cooling cylinders or cylinder heads
    • F01P2003/027—Cooling cylinders and cylinder heads in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/14—Controlling of coolant flow the coolant being liquid
    • F01P2007/146—Controlling of coolant flow the coolant being liquid using valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2025/00—Measuring
    • F01P2025/08—Temperature
    • F01P2025/32—Engine outcoming fluid temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/08—Cabin heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
    • F01P2060/18—Heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/29—Constructional details of the coolers, e.g. pipes, plates, ribs, insulation or materials
    • F02M26/30—Connections of coolers to other devices, e.g. to valves, heaters, compressors or filters; Coolers characterised by their location on the engine

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Multiple-Way Valves (AREA)
  • Temperature-Responsive Valves (AREA)

Abstract

본 발명은 유량제어밸브의 개도량 제어에 따라 냉각수 유량 제어와 가변 분리 냉각기술을 동시에 실시할 수 있는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 유량제어밸브 단독의 작동만으로 4개의 포트를 한 번에 가변 제어하는 4포트 제어가 가능함으로써, 엔진 전체의 온도를 상향하는 가변 온도 제어 기술과 엔진의 빠른 웜업, 그리고 분리 냉각 기술을 동시에 구현이 가능한 것을 특징으로 하는 유량제어밸브가 소개된다.

Description

유량제어밸브{FLOW CONTROL VALVE}
본 발명은 차량 냉각수 통합형 유량제어밸브의 개도량 제어에 따라 각부 열교환기 및 냉각부품의 유량 제어와 실린더헤드 및 실린더블록을 각각 분리하여 가변 냉각제어하는 가변분리냉각 기술을 동시에 실시할 수 있는 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 공급하여 엔진 오일과 변속기 오일, 그리고 엔진 전체의 온도를 동시에 빠르게 승온할 수 있어 최적의 엔진 빠른 웜업을 구사할 수가 있다.
한편, 엔진의 피스톤 마찰을 줄이고, 냉각 손실을 최소화하기 위한 방법으로 엔진 전체 온도를 높이게 되면, 실린더 라이너 온도가 상승하고, 피스톤 마찰 손실은 감소하여 연비가 향상된다.
반면에 연소실 금속면 온도는 상승하게 되어 노킹(knocking), 조기 점화(Preignition) 등의 이상 연소가 발생하여 연소 안정성이 문제가 된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 실린더 블록의 온도는 높게 유지하되, 연소실 헤드부의 온도를 낮게 제어하는 기술을 실린더헤드/블록 가변분리냉각 기술이라고 한다. 즉, 연소실 주변부는 낮은 온도로 제어하여 연소안정성을 유지하고, 실린더 블록은 냉각수 온도를 높게 제어하여 피스톤과 실린더 라이너의 마찰 저감을 통해 연비를 개선한다.
한편, 상기 통합유량제어밸브는, 각 유로와 연결된 포트의 개도량을 모터의 제어를 통해 목표값에 도달하도록 조절하여, 밸브를 개방 또는 폐쇄 작동시킬 수 있고, 이를 통해 각 포트를 통해 유출입되는 냉각수 유량을 조절할 수 있다.
다만, 이 같은 통합유량제어밸브의 제어기술은 실린더헤드와 실린더블록의 가변 분리냉각 기술을 고려하고 있지 않기 때문에, 통합유량제어밸브의 개도량 제어에 따라 각 포트를 통해 냉각수 유량 제어와 가변 분리 냉각기술을 동시에 실시할 수 있는 제어기술의 필요성이 요구되고 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 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 유량제어밸브의 개도량 제어에 따라 냉각수 유량 제어와 가변 분리 냉각기술을 동시에 실시할 수 있는 유량제어밸브를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 실린더블록의 냉각수출구와 연결된 블록포트와, 라디에이터와 연결된 라디에이터포트와, 오일쿨러 또는 EGR쿨러와 연결된 열교환기포트 및, 히터코어와 연결된 히터코어포트가 구비된 밸브하우징; 회전력을 제공하는 구동부; 및 상기 구동부의 회전력을 제공받아 상기 밸브하우징 내에서 소정 각도로 회전하고, 회전각도가 변화함에 따라 상기 블록포트 및 라디에이터포트와 선택적으로 연통되도록 제1유량조절홀이 형성되고, 상기 열교환기포트와 선택적으로 연통되도록 제2유량조절홀이 형성되며, 상기 히터코어포트와 선택적으로 연통되도록 제3유량조절홀이 형성된 밸브몸체;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 밸브몸체는, 그 축방향을 따라 제1레이어부와 제2레이어부 및 제3레이어부로 구분 형성되고; 상기 제1레이어부에 제1유량조절홀이 형성되며; 상기 블록포트 및 라디에이터포트가 상기 제1레이어부의 원주방향을 따라 독립적으로 위치될 수 있다.
상기 제2레이어부에 제2유량조절홀이 형성되어, 열교환기포트가 제2레이어부에 위치되고; 상기 제3레이어부에 제3유량조절홀이 형성되어, 히터코어포트가 제3레이어부에 위치될 수 있다.
상기 제1유량조절홀과, 제2유량조절홀 및 제3유량조절홀은 상기 제1레이어부와, 제2레이어부 및 제3레이어부의 원주방향을 따라 각각 위치될 수 있다.
상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 상기 밸브몸체가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 라디에이터포트가 블록포트보다 우선하여 개방되도록 구성할 수 있다.
상기 라디에이터포트의 내경이 블록포트의 내경보다 크게 형성되고; 상기 밸브몸체가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 라디에이터포트의 최대 개방시점에 도달하기 전에 블록포트가 개방되기 시작하도록 구성할 수 있다.
상기 제1유량조절홀이 라디에이터포트 및 블록포트와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동되고; 상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하는 소정의 제1구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와 블록포트 모두에 중첩되지 않도록 형성되고; 상기 제1구간에서 타방을 향해 이어지는 소정의 제2구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와는 중첩되면서 블록포트와 중첩되지 않도록 형성되며; 상기 제2구간에서 타방을 향해 이어지는 소정의 제3구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와 블록포트 모두에 중첩되도록 형성되고; 상기 제3구간에서 타방을 향해 이어지되 타방 끝부분을 포함하는 제4구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와는 중첩되지 않으면서 블록포트와 중첩되도록 형성될 수 있다.
상기 제3구간은, 상기 제2구간의 타방으로 이어지되, 제2구간과의 경계지점에서 제1유량조절홀과 블록포트의 중첩상태가 전환되는 제3-1구간; 상기 제3-1구간의 타방으로 이어지고 제1유량조절홀과 중첩되는 라디에이터포트의 면적이 최대가 되는 제3-2구간; 및 상기 제3-2구간과 제4구간 사이에 위치하되, 제4구간과의 경계지점에서 제1유량조절홀과 라디에이터포트의 중첩상태가 전환되는 제3-3구간;을 포함할 수 있다.
상기 밸브몸체가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 열교환기포트와 히터코어포트가 라디에이터포트보다 우선하여 개방되도록 구성할 수 있다.
상기 제2유량조절홀이 열교환기포트와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동되고; 상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하면서 제1구간보다 좁은 제1-1구간에서는 제2유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되지 않도록 형성되고; 상기 제1-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제1-2구간과, 제2구간과, 제3구간과, 상기 제3구간의 타방으로 이어지되 제4구간보다 좁은 제4-1구간에서는 제2유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되도록 형성되며; 타방 끝부분을 포함하면서 상기 제4-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제4-2구간에서는 제2유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
상기 제3구간 중 제1유량조절홀과 중첩되는 라디에이터포트의 면적이 최대가 되는 구간에서는, 제2유량조절홀과 중첩되는 열교환기포트의 면적이 최소가 되도록 제2유량조절홀이 형성될 수 있다.
상기 제2유량조절홀은, 중단부의 축방향 너비가 나머지 부분의 축방향 너비보다 좁게 형성될 수 있다.
상기 제3유량조절홀이 히터코어포트와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동되고; 상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하면서 제1구간보다 좁은 제1-1구간에서는 제3유량조절홀이 히터코어포트에 중첩되지 않도록 형성되고; 상기 제1-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제1-2구간과, 제2구간과, 제3구간 및 제4구간에서는 제3유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되도록 형성될 수 있다.
상기 제3구간 중 제1유량조절홀과 중첩되는 라디에이터포트의 면적이 최대가 되는 구간에서는, 제3유량조절홀과 중첩되는 히터코어포트의 면적이 최소가 되도록 제3유량조절홀이 형성될 수 있다.
상기 제3유량조절홀은, 중단부의 축방향 너비가 나머지 부분의 축방향 너비보다 좁게 형성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 유량제어밸브 단독의 작동만으로 4개의 포트를 한 번에 가변 제어하는 4포트 제어가 가능함으로써, 엔진 전체의 온도를 상향하는 가변 온도 제어 기술과 엔진의 빠른 웜업, 그리고 분리 냉각 기술을 동시에 구현하여 연비 개선을 극대화하면서도, 분리냉각 기술의 구현을 위한 포트 제어구조를 별도 마련할 필요가 없어 원가를 절감하는 장점이 있다.
더욱이, 차량의 운전 조건에 따라 유량제어밸브의 제어 구간을 다양하게 구성함은 물론, 이들 제어 구간을 순차적으로 거치며 작동 제어되는바, 유량제어밸브의 작동거리 및 작동횟수가 감소되는 효과도 있다.
더불어, 난방우선구간 설정에 따라 히터코어 측의 유량을 극대화하면서도 오일열교환기 또는 EGR쿨러 측으로의 불필요한 냉각수 유량 손실이 없어 연비개선 효과와 난방성능의 극대화를 구현할 수 있고, 더욱이 급경사 등판과 같은 고부하 조건에서 차량의 냉각 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 유량제어밸브가 배치된 냉각회로의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 유량제어밸브를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 유량제어밸브에 내장된 밸브몸체의 형상과, 각 포트가 배치된 구조를 예시하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 유량제어밸브의 개도선도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 블록포트 및 라디에이터포트의 배치 설계원리를 설명하기 위한 도면.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 밸브몸체의 회전작동에 따른 블록포트 및 라디에이터포트의 개방량 변화를 예시하여 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 블록포트 개방에 따른 냉각수 온도 변화를 나타낸 도면.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 밸브몸체의 회전작동에 따른 열교환기포트의 개방량 변화를 설명하기 위한 도면.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 밸브몸체의 회전작동에 따른 히터코어포트의 개방량 변화를 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 적용 가능한 차량용 냉각회로를 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명의 유량제어밸브(1)는 상기 냉각회로 상에 구비될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 엔진(20) 실린더블록(20a)의 냉각수출구와, 실린더헤드(20b)의 냉각수출구가 유량제어밸브(1)에 각각 독립적으로 연결된다.
그리고, 상기 유량제어밸브(1)의 일부에는 블록포트(16)가 마련되고, 상기 블록포트(16)가 상기 실린더블록(20a)의 냉각수출구와 이어져 유량제어밸브(1)에 유입되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 유량제어밸브(1)에는 적어도 3개 이상의 토출포트가 각각 마련되고, 상기 각 토출포트는 라디에이터(30)와, 오일쿨러 또는 EGR쿨러와 같은 열교환기(40)와, 히터코어(50)에 각각 연결되어 유량제어밸브(1)에서 토출되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 토출포트는 라디에이터포트(17)와, 열교환기포트(18) 및 히터코어포트(19)일 수 있고, 상기 토출포트에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다. 미설명부호 S는 냉각수온도센서이고, P는 워터펌프일 수 있다.
본 발명에 따른 유량제어밸브는, 크게 밸브하우징(10)과, 구동부(11) 및 밸브몸체(12)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 밸브하우징(10)은 엔진(20)으로부터 토출되는 냉각수가 내부에 유입되고, 유입된 냉각수를 토출하도록 블록포트(16)와, 라디에이터포트(17)와, 열교환기포트(18) 및 히터코어포트(19)가 구비될 수 있다.
예컨대, 상기 블록포트(16)는 실린더블록(20a)의 냉각수출구와 연결된 것으로, 밸브하우징(10)의 내측 일단부에 마련될 수 있다. 그리고, 라디에이터포트(17)는 라디에이터(30)가 배치된 유로와 연결된 것으로, 상기 블록포트(16)와 마찬가지로 밸브하우징(10)의 내측 일단부에 마련될 수 있다.
또한, 상기 열교환기포트(18)는 오일쿨러 또는 EGR쿨러 등의 열교환기가 배치된 유로와 연결된 것으로, 상기 밸브하우징(10)의 내측 중단부에 마련될 수 있고, 히터코어포트(19)는 히터코어(50)가 배치된 유로와 연결된 것으로, 상기 밸브하우징(10)의 내측 타단부에 마련될 수 있다.
참고로, 도 2에 도시된 16a는 블록포트(16)와 이어지는 관로를 나타낸 것이고, 17a는 라디에이터포트(17)와 이어지는 관로를 나타낸 것이며, 18a는 열교환기포트(18)와 이어지는 관로를 나타낸 것이고, 19a는 히터코어포트(19)와 이어지는 관로를 나타낸 것이다.
구동부(11)는 밸브하우징(10)의 상부에 장착되어 회전력을 제공하는 것으로, 바람직하게는 모터일 수 있다.
아울러, 밸브몸체(12)는 밸브하우징(10)의 내부에 구비되는 것으로, 상기 구동부(11)로부터 회전력을 제공받아 소정각도 범위 내에서 회전 작동된다.
이러한, 상기 밸브몸체(12)는 내부가 중공 형성된 통 형상으로 형성된 것으로, 상기 밸브몸체(12)의 회전각도가 변화함에 따라 상기 블록포트(16) 및 라디에이터포트(17)와 선택적으로 연통되도록 밸브몸체(12)의 측면 일단부에 제1유량조절홀(13a)이 형성된다.
그리고, 상기 열교환기포트(18)와 선택적으로 연통되도록 밸브몸체(12)의 측면 중단부에 제2유량조절홀(14a)이 형성되며, 상기 히터코어포트(19)와 선택적으로 연통되도록 밸브몸체(12)의 측면 타단부에 제3유량조절홀(15a)이 형성될 수 있다.
즉, 상기 밸브몸체(12)가 회전됨에 따라 각 유량조절홀이 그와 대향된 위치에 배치된 포트와 겹쳐지면 해당 포트가 개방되면서 냉각수의 유동이 이루어지고, 반면 각 유량조절홀이 대향된 위치의 포트와 겹쳐지지 않게 되면 해당 포트가 폐쇄되면서 상기 포트를 통해서는 냉각수의 유동이 이루어지지 않게 된다.
다만, 상기 밸브몸체(12) 하부가 개구된 형상으로 형성되고, 밸브몸체(12)의 하부가 실린더헤드(20b)의 출구와 연결됨으로써, 실린더헤드(20b)에서 배출되는 냉각수는 밸브몸체(12)의 내부에 상시 유입된다.
더불어, 상기 밸브몸체(12)는, 상기 밸브몸체(12)가 회전하는 축방향을 따라 제1레이어부(13)와 제2레이어부(14) 및 제3레이어부(15)로 구분 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기 제1레이어부(13)와 제2레이어부(14) 및 제3레이어부(15)가 순차적으로 적층된 형상으로 형성될 수 있다.
이에, 상기 제1레이어부(13)에는 제1유량조절홀(13a)이 형성되고, 상기 제1유량조절홀(13a)은 상기 밸브몸체(12)가 회전하는 원주방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 블록포트(16) 및 라디에이터포트(17)가 상기 제1레이어부(13)의 원주방향을 따라 독립적으로 위치될 수 있다.
또한, 상기 제2레이어부(14)에는 제2유량조절홀(14a)이 형성되어, 열교환기포트(18)가 제2레이어부(14)에 위치되고, 상기 제3레이어부(15)에 제3유량조절홀(15a)이 형성되어, 히터코어포트(19)가 제3레이어부(15)에 위치된다. 이때에, 상기 제2유량조절홀(14a)과 제3유량조절홀(15a) 역시 밸브몸체(12)의 원주방향을 따라 길게 형성될 수 있다.
부연하면, 두 개의 포트를 동일한 레이어에 위치시키면 포트 상호 간의 개방량이 간섭을 받을 수 있다. 다만, 실린더블록(20a)의 분리냉각을 위한 블록포트(16)는 주로 온/오프 기능 위주이기 때문에 포트 상호간 개방량 간섭이 상대적으로 약하다.
따라서, 블록포트(16)와 라디에이터포트(17)를 동일한 제1레이어부(13)에 위치시키고, 넓은 작동영역에서 제어가 이루어지는 열교환기포트(18)와 히터코어포트(19)는 제2레이어부(14)와 제3레이어부(15)에 독립적으로 위치시켜 설계 자유도를 높이게 된다.
한편, 상기 밸브몸체(12)의 전체 회전작동 구간 중 상기 밸브몸체(12)가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 라디에이터포트(17)가 블록포트(16)보다 우선하여 개방되도록 구성할 수 있다.
예컨대, 밸브몸체(12)가 회전 작동되는 전체 구간이 0~270°인 경우, 일방 끝부분이 0°이고, 타방 끝부분이 270°일 수 있다. 이에, 밸브몸체(12)의 회전작동에 따라 50°위치에서 제1유량조절홀(13a)이 라디에이터포트(17)와 중첩되면서 개방되기 시작하는 경우, 128°위치에서 제1유량조절홀(13a)이 블록포트(16)와 중첩되면서 개방되기 시작할 수 있다.
아울러, 상기 라디에이터포트(17)의 내경은 블록포트(16)의 내경보다 크게 형성될 수 있다. 이에, 상기 밸브몸체(12)가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 라디에이터포트(17)의 최대 개방시점에 도달하기 전에 블록포트(16)가 개방되기 시작하도록 구성할 수 있다.
즉, 라디에이터(30)의 내경이 블록포트(16)의 내경보다 넓기 때문에 라디에이터포트(17)의 개도 상태에 따라 블록포트(16)의 개도를 제어할 수 있다.
이를 위해, 라디에이터포트(17)에 대한 블록포트(16)의 상대적인 위치 결정이 중요하며, 이 위치에 따라 라디에이터포트(17)의 개방 시작점과 블록포트(16)의 개방 시작점이 결정될 것이다.
이에, 본 발명에서는 하기의 계산식에 의해 블록포트(16)의 개방시점 각도를 설계할 수 있다.
ΘBOP = ΘROP + ΘR + {ΘRP -BP - (ΘR/2 +ΘB/2)}
ΘBOP : 블록포트 개방시점 각도
ΘROP : 라디에이터포트 개방시점 각도
ΘR : 라디에이터포트의 내경이 이루는 각도
ΘB : 블록포트의 내경이 이루는 각도
ΘRP -BP : 라디에이터포트의 내경이 이루는 각도의 중심각과 블록포트의 내경이 이루는 각도의 중심각 사이의 각도
즉, 도 5를 참조하면, ΘROP이 50°이고, ΘR이 72°이며, ΘB가 38°이고, ΘRP -BP 가 61°인 경우, 위 계산식에 따라 블록포트 개방시점 각도(ΘBOP)가 128°로 계산될 수 있다. 여기서, ΘR와 ΘB은 엔진 냉각계 설계시 정해진 상수로서, ΘRP - BP 를 적절하게 설계하여 블록포트 개방시점 각도(ΘBOP)가 결정될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 제1유량조절홀(13a)이 라디에이터포트(17) 및 블록포트(16)와 중첩됨에 따라 연통이 되면서 냉각수가 유동된다.
이에 대해 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 밸브몸체(12)의 전체 회전작동 구간 중 일방의 끝부분을 포함하는 소정의 제1구간에서는 제1유량조절홀(13a)이 라디에이터포트(17)와 블록포트(16) 모두에 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1구간에서 타방을 향해 이어지는 소정의 제2구간에서는 제1유량조절홀(13a)이 라디에이터포트(17)와는 중첩되면서 블록포트(16)와 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2구간에서 타방을 향해 이어지는 소정의 제3구간에서는 제1유량조절홀(13a)이 라디에이터포트(17)와 블록포트(16) 모두에 중첩되도록 형성될 수 있다.
또, 상기 제3구간에서 타방을 향해 이어지되 타방 끝부분을 포함하는 제4구간에서는 제1유량조절홀(13a)이 라디에이터포트(17)와는 중첩되지 않으면서 블록포트(16)와 중첩되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 밸브몸체(12)의 전체 회전작동 구간 중에서 50°미만의 구간이 제1구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 도 6a와 같이 제1레이어부(13)의 외면이 라디에이터포트(17)와 블록포트(16)를 막고 있어, 실린더블록(20a)에서 밸브몸체(12) 내부에 냉각수가 유입되지 않고, 라디에이터(30) 측으로도 냉각수가 유입되지 않게 된다.
그리고, 50°이상, 128°미만의 구간이 제2구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 도 6b와 같이 제1레이어부(13)의 외면이 블록포트(16)를 막고 있어 실린더블록(20a)에서 밸브몸체(12) 내부에 냉각수가 유입되지 않지만, 제1유량조절홀(13a)이 라디에이터포트(17)의 일부 또는 전부에 겹쳐지면서 라디에이터(30) 측으로 냉각수가 유입될 수 있다.
부연하면, 엔진(20) 내 냉각수 온도를 일정온도로 유지하기 위해 라디에이터포트(17)를 개방하여 온도 제어를 실시하는 경우, 제1구간과 제2구간을 오가며 제어할 수 있다.
계속해서, 128°이상, 235°미만의 구간이 제3구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 도 6c와 같이 제1유량조절홀(13a)이 블록포트(16)의 일부 또는 전부와, 라디에이터포트(17)의 일부 또는 전부에 겹쳐지면서 실린더블록(20a)에서 밸브몸체(12) 내부에 냉각수가 유입되고, 라디에이터(30) 측으로도 냉각수가 유입될 수 있다.
또, 235°이상, 270°이하의 구간이 제4구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 도 6d와 같이 제1레이어부(13)의 외면이 라디에이터포트(17)를 막고 있어 라디에이터(30) 측으로 냉각수가 유입되지 않지만, 제1유량조절홀(13a)이 블록포트(16)의 일부 또는 전부에 겹쳐지면서 실린더블록(20a)에서 밸브몸체(12) 내부에 냉각수가 유입될 수 있다.
부연하면, 차속이 느리거나 등판 조건과 같이 방열 특성이 악화되면, 라디에이터포트(17)의 개방량이 점차 증가하게 되고, 블록포트(16)를 일부 개방하기 시작하여 엔진(20) 내 보일링과 내구 안정성을 유지하기 위해 제2구간과 제3구간을 오가며 제어된다.
그리고, 등판조건 / 고속 고부하 조건 혹은 난방우선 조건에서는 제3구간과 제4구간을 오가면서 제어가 된다.
아울러, 도 4를 참조하면, 상기 제3구간의 경우, 제3-1구간과, 제3-2구간과, 제3-3구간으로 구분될 수 있다.
먼저, 제3-1구간은 상기 제2구간과 이어지되, 제2구간과의 경계지점에서 제1유량조절홀(13a)과 블록포트(16)의 중첩상태가 전환될 수 있다.
제3-2구간은 상기 제3-1구간에서 타방을 향해 이어지고, 제1유량조절홀(13a)과 중첩되는 라디에이터포트(17)의 면적이 최대가 될 수 있다.
제3-3구간은 상기 제3-2구간과 제4구간 사이에 위치하되, 제4구간과의 경계지점에서 제1유량조절홀(13a)과 라디에이터포트(17)의 중첩상태가 전환될 수 있다.
예컨대, 밸브몸체(12)의 작동각 128°이상, 155°미만의 구간이 제3-1구간일 수 있는 것으로, 작동각 128°에서 블록포트(16)가 개방되기 시작한다.
그리고, 밸브몸체(12)의 작동각 155°이상, 163°이하의 구간이 제3-2구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 라디에이터포트(17)가 100% 개방되어 최대 냉각성능을 발휘하게 된다.
또한, 밸브몸체(12)의 작동각 163°초과, 235°미만의 구간이 제3-3구간일 수 있는 것으로, 작동각 235°에서 라디에이터포트(17)가 폐쇄된다.
즉, 차량 방열 특성이 약화되기 시작하면 라디에이터(30) 출구측의 냉각수온도가 점차적으로 높아지게 되고, 이에 엔진(20)에 유입되는 냉각수온도를 일정하게 유지하기 위해 라디에이터포트(17)의 개도량을 점차적으로 높이게 된다.
그리고, 차량의 방열특성이 약해지면 엔진(20)의 전열량을 외부로 배출할 수 있는 능력이 약화되기 때문에 실린더블록(20a) 내 유동정체를 일부 해제하여 실린더블록(20a) 내 보일링 문제를 사전에 방지할 수 있다.
반면, 라디에이터의 방열조건이 양호한 일반 조건에서는 실린더블록(20a)의 분리냉각을 실시하여 실린더블록(20a) 내 냉각수 온도를 높여 마찰을 저감한다.
이를 위해, 블록포트(16)의 개방을 라디에이터포트(17)의 최대 냉각구간 진입 전(예를 들어 10˚~40˚전)에 시작하고, 라디에이터포트(17)의 100% 개방조건 즉, 최대 냉각구간 전에 블록포트(16)가 소정면적 이상 개방되도록 제어한다.
예컨대, 블록포트(16)의 내경으로 환산시, 약 4mm 이상 개방되면, 실린더블록(20a) 내 냉각수온도가 급격하게 하강하게 되면서, 도 7에 도시된 바와 같이 라디에이터포트(17)가 최대로 개방되는 최대 냉각구간에서는 실린더블록(20a) 내의 냉각수온도가 엔진 출구온도와 동일하게 제어된다.
한편, 본 발명은 상기 밸브몸체(12)가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 열교환기포트(18)와 히터코어포트(19)가 라디에이터포트(17)보다 우선하여 개방되도록 구성할 수 있다.
이때에, 히터코어포트(19)와 열교환기포트(18)는 동시에 개방이 시작되도록 구성할 수도 있지만, 히터코어포트(19)가 열교환기포트(18)보다 우선하여 개방되도록 구성할 수도 있다.
아울러, 본 발명은 상기 제2유량조절홀(14a)이 열교환기포트(18)와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동된다.
이에 대해, 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 밸브몸체(12)의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하면서 제1구간보다 좁은 제1-1구간에서는 제2유량조절홀(14a)이 열교환기포트(18)에 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제1-2구간과, 제2구간과, 제3구간과, 상기 제3구간의 타방으로 이어지되 제4구간보다 좁은 제4-1구간에서는 제2유량조절홀(14a)이 열교환기포트(18)에 중첩되도록 형성될 수 있다.
또한, 타방 끝부분을 포함하면서 상기 제4-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제4-2구간에서는 제2유량조절홀(14a)이 열교환기포트(18)에 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 밸브몸체(12)의 전체 회전작동 구간 중에서 6°미만의 구간이 제1-1구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 제2레이어부(14)의 외면이 열교환기포트(18)를 막고 있어, 오일쿨러 또는 EGR쿨러 등의 열교환기(40) 측으로 냉각수가 유입되지 않게 된다. 즉, 제1-1구간은 냉각수의 유동을 정지하도록 제어하는 유동정지구간으로서, 열교환기(40) 측으로 냉각수 유동을 제한한다.
그리고, 6°이상, 50°미만의 구간이 제1-2구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 제2유량조절홀(14a)이 열교환기포트(18)의 일부에 겹쳐지면서 열교환기(40) 측으로 냉각수가 유입될 수 있다.
또한, 235°이상, 265°미만의 구간이 제4-1구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 제2유량조절홀(14a)이 열교환기포트(18)의 일부 또는 전부에 겹쳐지면서 열교환기(40) 측으로 냉각수가 유입될 수 있다.
이때에, 상기 제4-1구간에서는 작동각 235°에서 라디에이터포트(17)가 폐쇄상태로 전환되는데, 235°이상, 240°미만의 구간에서는 제2유량조절홀(14a)이 열교환기포트(18)의 전부에 겹쳐지도록 형성하여 열교환기포트(18)가 완전 개방되도록 구성할 수 있다.
그리고, 265°이상, 270°이하의 구간이 제4-2구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 제2레이어부(14)의 외면이 열교환기포트(18)를 막고 있어 열교환기(40) 측으로 냉각수가 유입되지 않게 된다. 즉, 제4-2구간을 포함하는 제4구간은 히터의 작동이 최대로 요구되는 난방우선작동구간으로서, 특히 제4-2구간에서 히터코어(50) 측의 냉각수 유량이 극대화되도록 열교환기포트(18)를 막게 된다.
더불어, 상기 제3구간 중 제1유량조절홀(13a)과 중첩되는 라디에이터포트(17)의 면적이 최대가 되는 구간에서는, 제2유량조절홀(14a)과 중첩되는 열교환기포트(18)의 면적이 최소가 되도록 제2유량조절홀(14a)이 형성될 수 있다.
예컨대, 라디에이터포트(17)의 개방면적이 최대가 되는 밸브몸체(12)의 작동각 155°이상, 163°이하의 구간에서는 라디에이터(30)에 흐르는 냉각수 유량을 증대시켜야 함으로써, 오일쿨러 또는 EGR쿨러에 유입되는 최소 유량만을 허락하여 냉각수 유량을 줄여주게 된다.
이 같은 열교환기포트(18)의 유량 제어를 위해, 상기 제2유량조절홀(14a)은, 중단부의 축방향 너비가 나머지 부분의 축방향 너비보다 좁게 형성될 수 있다.
즉, 라디에이터포트(17)의 개방면적이 최대가 되는 구간에서는 도 8a와 같이 상기 제2유량조절홀(14a)의 중단부가 열교환기포트(18)와 중첩이 된다.
그리고, 유동정지 제어가 요구되는 구간에서는, 도 8b와 같이 제2유량조절홀(14a)의 좌측 끝부분과 이어지는 제2레이어부(14)의 외면이 열교환기포트(18)를 막게 되어, 냉각수 유동을 제한하게 된다.
또한, 난방우선작동이 요구되는 구간에서는, 도 8c와 같이 제2유량조절홀(14a)의 우측 끝부분과 이어지는 제2레이어부(14)의 외면이 열교환기포트(18)를 막게 되어, 냉각수의 유동을 제한하게 된다.
한편, 본 발명은 상기 제3유량조절홀(15a)이 히터코어포트(19)와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동된다.
이에 대해 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 밸브몸체(12)의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하면서 제1구간보다 좁은 제1-1구간에서는 제3유량조절홀(15a)이 히터코어포트(19)에 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제1-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제1-2구간과, 제2구간과, 제3구간 및 제4구간에서는 제3유량조절홀(15a)이 열교환기포트(18)에 중첩되도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 밸브몸체(12)의 전체 회전작동 구간 중에서 6°미만의 구간이 제1-1구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 제3레이어부(15)의 외면이 히터코어포트(19)를 막고 있어, 히터코어(50) 측으로 냉각수가 유입되지 않게 된다. 즉, 제1-1구간은 냉각수의 유동을 정지하도록 제어하는 유동정지구간으로서, 히터코어(50) 측으로 흐르는 냉각수의 유동을 제한한다.
그리고, 6°이상, 235°미만의 구간이 제1-2구간 내지 제3구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 제3유량조절홀(15a)이 히터코어포트(19)의 일부에 겹쳐지면서 히터코어(50) 측으로 소정량의 냉각수가 유입될 수 있다.
또한, 235°이상, 270°이하의 구간이 제4구간일 수 있는 것으로, 이 구간에서는 제3유량조절홀(15a)이 히터코어포트(19)의 전부에 겹쳐지면서 히터코어(50) 측으로 다량의 냉각수가 유입될 수 있다. 즉, 제4구간은 히터의 작동이 최대로 요구되는 난방우선구간으로서, 히터코어(50) 측의 냉각수 유량이 극대화되도록 히터코어포트(19)를 완전 개방 상태가 되도록 구성할 수 있다.
더불어, 상기 제3구간 중 제1유량조절홀(13a)과 중첩되는 라디에이터포트(17)의 면적이 최대가 되는 구간에서는, 제3유량조절홀(15a)과 중첩되는 히터코어포트(19)의 면적이 최소가 되도록 제3유량조절홀(15a)이 형성될 수 있다.
예컨대, 라디에이터포트(17)의 개방면적이 최대가 되는 밸브몸체(12)의 작동각 155°이상, 163°이하의 구간에서는 라디에이터(30)에 흐르는 냉각수 유량을 증대시켜야 함으로써, 히터코어(50)에 유입되는 최소 냉각수 유량만을 허락하여 냉각수 유량을 줄여주게 된다.
이 같은 히터코어포트(19)의 유량 제어를 위해, 상기 제3유량조절홀(15a)은, 중단부의 축방향 너비가 나머지 부분의 축방향 너비보다 좁게 형성될 수 있다.
즉, 라디에이터포트(17)의 개방면적이 최대가 되는 구간에서는 도 9a와 같이 상기 제3유량조절홀(15a)의 중단부가 히터코어포트(19)와 중첩이 된다.
그리고, 유동정지 제어가 요구되는 구간에서는, 도 9b와 같이 제3유량조절홀(15a)의 좌측 끝부분과 이어지는 제3레이어부(15)의 외면이 히터코어포트(19)를 막게 되어, 냉각수 유동을 제한하게 된다.
또한, 난방우선작동이 요구되는 구간에서는, 도 9c와 같이 제3유량조절홀(15a)의 우측 끝부분이 히터코어포트(19)와 중첩되어 다량의 냉각수 유동이 가능하도록 구성하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 유량제어밸브(1)는, 구동부(11)의 회전력에 의해 밸브몸체(12)의 회전 작동이 가능하고, 회전 작동하는 작동각 변화에 따라 상기한 포트들의 개도율이 변화하면서 냉각수 유량을 제어할 수 있다.
첨부된 도 4는 본 발명에 따른 유량제어밸브(1)의 개도선도를 도시한 것으로서, 이하에서 상기 밸브몸체(12)의 작동각 변화에 따라 각 포트들의 개도율이 변화하는 구성에 대해 설명하면, 먼저 상기 개도선도의 X축은 밸브의 전체 회전각도(좌측 끝부분과 우측 끝부분 사이의 구간)이고, Y축이 포트의 개도율을 나타낸다.
이처럼, 유량제어밸브(1)의 전체 회전각도가 소정 각도 범위 내에서 결정될 수 있는바, 차량의 운전상태에 따라 이 전체 회전각도 내에서 작동각이 변화하면, 상기 변화하는 각도에 따라 라디에이터포트(17)와, 열교환기포트(18)와, 히터코어포트(19) 및 블록포트(16)의 개방량이 변화되는 것이다.
이에, 유량제어밸브(1)의 회전작동에 따른 각 포트의 개도상태에 대해 살펴보면, 라디에이터포트(17)의 경우 그 개도율이 작동각 155~163°구간에서 최대가 되어 완전 개방상태가 되는데, 이때에 열교환기포트(18)와 히터코어포트(19)의 개도율을 감소시켜 라디에이터포트(17)로의 유량을 더욱 증대시키게 되고, 이로 인해 라디에이터(30)의 방열 성능이 극대화된다.
그리고, 상기 유량제어밸브(1)의 작동에 의해 시계방향이나 반시계방향으로 회전 작동하여 상기 최대냉각구간을 벗어나기 시작하면 라디에이터포트(17)의 개방량이 점진적으로 줄어들게 된다.
또한, 상기 라디에이터포트(17)는 상기 유량제어밸브(1)의 최대냉각작동구간(D)으로부터 일방의 끝부분과 타방의 끝부분에 도달하기 전에 폐쇄 상태로 전환된다.
그리고, 상기 블록포트(16)는 밸브몸체(12)가 일방에서 타방으로 회전 작동되는 방향을 기준으로, 라디에이터포트(17)의 최대 냉각구간에 진입하기 전에 블록포트(16)의 개방이 시작된다. 즉, 블록포트(16)의 개방시점을 중심으로 일방의 작동구간에서는 블록포트(16)가 폐쇄되어 실린더블록(20a)의 분리냉각이 구현되고, 타방의 작동구간에서는 블록포트(16)가 개방되어 실린더블록(20a)의 분리냉각이 해제된다.
즉, 유량제어밸브(1)의 작동에 의해 블록포트(16)가 개방 또는 폐쇄됨에 따라 실린더헤드(20b)와 실린더블록(20a)을 분리냉각하는 기술을 적용하거나 해제할 수 있게 되고, 또한 라디에이터포트(17)와, 열교환기포트(18) 및 히터코어포트(19)의 개방량이 함께 제어됨으로써, 유량제어밸브(1)의 작동만으로 4개의 포트를 한 번에 가변 제어하는 4포트 제어가 가능하게 된다.
따라서, 분리 냉각 기술의 구현에 의해 연비를 개선하면서도, 분리냉각 기술의 구현을 위한 포트 제어구조를 별도 마련할 필요가 없어 원가를 절감하는 장점도 있다.
또한, 차량의 운전 조건에 따라 유량제어밸브(1)의 제어 구간을 다양하게 구성함은 물론, 이들 제어 구간을 순차적으로 거치며 작동 제어되는바, 유량제어밸브(1)의 작동거리 및 작동횟수가 감소된다.
더욱이, 난방우선작동구간(F) 설정에 따라 히터코어(50) 측의 유량을 극대화하면서도 오일열교환기 또는 EGR쿨러 측으로의 불필요한 냉각수 유량 손실이 없어 연비개선 효과와 난방성능의 극대화를 구현하게 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.
1 : 유량제어밸브 10 : 밸브하우징
11 : 구동부 12 : 밸브몸체
13 : 제1레이어부 13a : 제1유량조절홀
14 : 제2레이어부 14a : 제2유량조절홀
15 : 제3레이어부 15a : 제3유량조절홀
16 : 블록포트 17 : 라디에이터포트
18 : 열교환기포트 19 : 히터코어포트
20 : 엔진 20a : 실린더블록
20b : 실린더헤드 30 : 라디에이터
40 : 열교환기 50 : 히터코어

Claims (15)

  1. 실린더블록의 냉각수출구와 연결된 블록포트와, 라디에이터와 연결된 라디에이터포트와, 오일쿨러 또는 EGR쿨러와 연결된 열교환기포트 및, 히터코어와 연결된 히터코어포트가 구비된 밸브하우징;
    회전력을 제공하는 구동부; 및
    상기 구동부의 회전력을 제공받아 상기 밸브하우징 내에서 소정 각도로 회전하고, 회전각도가 변화함에 따라 상기 블록포트 및 라디에이터포트와 선택적으로 연통되도록 제1유량조절홀이 형성되고, 상기 열교환기포트와 선택적으로 연통되도록 제2유량조절홀이 형성되며, 상기 히터코어포트와 선택적으로 연통되도록 제3유량조절홀이 형성된 밸브몸체;를 포함하며,
    상기 밸브몸체는, 그 축방향을 따라 제1레이어부와 제2레이어부 및 제3레이어부로 구분 형성되고;
    상기 제1레이어부에 제1유량조절홀이 형성되며;
    상기 블록포트 및 라디에이터포트가 상기 제1레이어부의 원주방향을 따라 독립적으로 위치되고;
    상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 상기 밸브몸체가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 라디에이터포트가 블록포트보다 우선하여 개방되도록 구성한 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2레이어부에 제2유량조절홀이 형성되어, 열교환기포트가 제2레이어부에 위치되고;
    상기 제3레이어부에 제3유량조절홀이 형성되어, 히터코어포트가 제3레이어부에 위치되는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1유량조절홀과, 제2유량조절홀 및 제3유량조절홀은 상기 제1레이어부와, 제2레이어부 및 제3레이어부의 원주방향을 따라 각각 위치된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 라디에이터포트의 내경이 블록포트의 내경보다 크게 형성되고;
    상기 밸브몸체가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 라디에이터포트의 최대 개방시점에 도달하기 전에 블록포트가 개방되기 시작하도록 구성한 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1유량조절홀이 라디에이터포트 및 블록포트와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동되고;
    상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하는 소정의 제1구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와 블록포트 모두에 중첩되지 않도록 형성되고;
    상기 제1구간에서 타방을 향해 이어지는 소정의 제2구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와는 중첩되면서 블록포트와 중첩되지 않도록 형성되며;
    상기 제2구간에서 타방을 향해 이어지는 소정의 제3구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와 블록포트 모두에 중첩되도록 형성되고;
    상기 제3구간에서 타방을 향해 이어지되 타방 끝부분을 포함하는 제4구간에서는 제1유량조절홀이 라디에이터포트와는 중첩되지 않으면서 블록포트와 중첩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3구간은,
    상기 제2구간의 타방으로 이어지되, 제2구간과의 경계지점에서 제1유량조절홀과 블록포트의 중첩상태가 전환되는 제3-1구간;
    상기 제3-1구간의 타방으로 이어지고 제1유량조절홀과 중첩되는 라디에이터포트의 면적이 최대가 되는 제3-2구간; 및
    상기 제3-2구간과 제4구간 사이에 위치하되, 제4구간과의 경계지점에서 제1유량조절홀과 라디에이터포트의 중첩상태가 전환되는 제3-3구간;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 밸브몸체가 일방 끝부분에서 타방 끝부분으로 회전됨에 따라 열교환기포트와 히터코어포트가 라디에이터포트보다 우선하여 개방되도록 구성한 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2유량조절홀이 열교환기포트와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동되고;
    상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하면서 제1구간보다 좁은 제1-1구간에서는 제2유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되지 않도록 형성되고;
    상기 제1-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제1-2구간과, 제2구간과, 제3구간과, 상기 제3구간의 타방으로 이어지되 제4구간보다 좁은 제4-1구간에서는 제2유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되도록 형성되며;
    타방 끝부분을 포함하면서 상기 제4-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제4-2구간에서는 제2유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제3구간 중 제1유량조절홀과 중첩되는 라디에이터포트의 면적이 최대가 되는 구간에서는, 제2유량조절홀과 중첩되는 열교환기포트의 면적이 최소가 되도록 제2유량조절홀이 형성된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2유량조절홀은,
    중단부의 축방향 너비가 나머지 부분의 축방향 너비보다 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 제3유량조절홀이 히터코어포트와 중첩됨에 따라 연통되어 냉각수가 유동되고;
    상기 밸브몸체의 전체 회전작동 구간 중 일방 끝부분을 포함하면서 제1구간보다 좁은 제1-1구간에서는 제3유량조절홀이 히터코어포트에 중첩되지 않도록 형성되고;
    상기 제1-1구간에서 타방을 향해 이어지는 제1-2구간과, 제2구간과, 제3구간 및 제4구간에서는 제3유량조절홀이 열교환기포트에 중첩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제3구간 중 제1유량조절홀과 중첩되는 라디에이터포트의 면적이 최대가 되는 구간에서는, 제3유량조절홀과 중첩되는 히터코어포트의 면적이 최소가 되도록 제3유량조절홀이 형성된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 제3유량조절홀은,
    중단부의 축방향 너비가 나머지 부분의 축방향 너비보다 좁게 형성된 것을 특징으로 하는 유량제어밸브.
KR1020170104000A 2017-08-17 2017-08-17 유량제어밸브 Active KR102371717B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170104000A KR102371717B1 (ko) 2017-08-17 2017-08-17 유량제어밸브
US15/824,603 US10704453B2 (en) 2017-08-17 2017-11-28 Flow control valve
CN201711283662.4A CN109404564B (zh) 2017-08-17 2017-12-06 流量控制阀

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170104000A KR102371717B1 (ko) 2017-08-17 2017-08-17 유량제어밸브

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190020214A KR20190020214A (ko) 2019-02-28
KR102371717B1 true KR102371717B1 (ko) 2022-03-08

Family

ID=65360398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170104000A Active KR102371717B1 (ko) 2017-08-17 2017-08-17 유량제어밸브

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10704453B2 (ko)
KR (1) KR102371717B1 (ko)
CN (1) CN109404564B (ko)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6995835B2 (ja) * 2017-03-17 2022-01-17 株式会社山田製作所 制御バルブ
DE102018214174A1 (de) 2017-08-24 2019-02-28 Continental Automotive Systems, Inc. Kombinationsventil mit mehreren anschlüssen
US11168797B2 (en) 2017-08-24 2021-11-09 Vitesco Technologies USA, LLC Combination multi-port valve
EP3730821B1 (de) * 2019-04-23 2023-07-05 Vitesco Technologies GmbH Mehrwegeventil
US11719350B2 (en) 2019-06-12 2023-08-08 Vitesco Technologies USA, LLC Coolant flow control module
CN110206628A (zh) * 2019-06-17 2019-09-06 中国汽车工程研究院股份有限公司 汽车热交换器水流声异响消除的结构设计
JP7314843B2 (ja) * 2020-03-18 2023-07-26 トヨタ自動車株式会社 車載冷却システム
US11795168B2 (en) * 2020-09-23 2023-10-24 Forma Therapeutics, Inc. Inhibiting cyclic amp-responsive element-binding protein (CREB) binding protein (CBP)
US11988290B2 (en) 2021-11-02 2024-05-21 Vitesco Technologies USA, LLC Coolant flow control valve
US11703135B2 (en) 2021-12-03 2023-07-18 Vitesco Technologies USA, LLC Multi-port coolant flow control valve assembly
US20240068481A1 (en) * 2022-08-24 2024-02-29 Cooper-Standard Automotive Inc Multiport fluid pump with reserve capacity impeller
US12359734B2 (en) 2022-08-25 2025-07-15 Vitesco Technologies USA, LLC Rotor for multiport coolant flow control valve assembly

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140026829A1 (en) * 2012-07-30 2014-01-30 Ford Global Technologies, Llc Independent cooling of cylinder head and block
KR101500391B1 (ko) 2013-12-20 2015-03-09 현대자동차 주식회사 멀티 유량 제어밸브를 갖는 엔진
WO2015163181A1 (ja) 2014-04-25 2015-10-29 日立オートモティブシステムズ株式会社 冷却制御装置、流量制御弁及び冷却制御方法
KR101601236B1 (ko) 2014-11-26 2016-03-21 현대자동차주식회사 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
KR101628236B1 (ko) 2015-06-25 2016-06-08 엔브이에이치코리아(주) 통합 유량 밸브

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2827360B1 (fr) * 2001-07-11 2005-10-28 Valeo Thermique Moteur Sa Vanne de commande pour un circuit de circulation de fluide, en particulier pour un circuit de refroidissement d'un moteur
US6681805B2 (en) * 2001-11-28 2004-01-27 Ranco Incorporated Of Delaware Automotive coolant control valve
JP3932277B2 (ja) 2002-10-18 2007-06-20 日本サーモスタット株式会社 電子制御サーモスタットの制御方法
KR20120050845A (ko) * 2010-11-11 2012-05-21 현대자동차주식회사 자동차 엔진의 냉각수 순환회로
WO2012070703A1 (ko) * 2010-11-25 2012-05-31 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 건설기계용 유량 제어밸브
US8584708B2 (en) * 2011-08-24 2013-11-19 GM Global Technology Operations LLC Multi-port variable flow control valve with single actuator and interface
KR20130031540A (ko) * 2011-09-21 2013-03-29 현대자동차주식회사 차량용 냉각시스템 및 이의 제어방법
CN105074301B (zh) * 2013-03-21 2016-11-23 日立汽车系统株式会社 流量控制阀
WO2014178112A1 (ja) * 2013-04-30 2014-11-06 トヨタ自動車株式会社 冷却水制御装置
US10400660B2 (en) * 2014-02-20 2019-09-03 Nissan Motor Co., Ltd. Cooling system controller and method of controlling cooling system
KR101637680B1 (ko) * 2014-09-19 2016-07-08 현대자동차주식회사 차량용 냉각시스템 및 그 제어방법
KR102159290B1 (ko) * 2015-04-02 2020-09-23 한온시스템 주식회사 차량용 egr 쿨러의 냉각수 유동 제어장치 및 제어방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140026829A1 (en) * 2012-07-30 2014-01-30 Ford Global Technologies, Llc Independent cooling of cylinder head and block
KR101500391B1 (ko) 2013-12-20 2015-03-09 현대자동차 주식회사 멀티 유량 제어밸브를 갖는 엔진
WO2015163181A1 (ja) 2014-04-25 2015-10-29 日立オートモティブシステムズ株式会社 冷却制御装置、流量制御弁及び冷却制御方法
US20170122181A1 (en) * 2014-04-25 2017-05-04 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Cooling control device, flow rate control valve and cooling control method
KR101601236B1 (ko) 2014-11-26 2016-03-21 현대자동차주식회사 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
KR101628236B1 (ko) 2015-06-25 2016-06-08 엔브이에이치코리아(주) 통합 유량 밸브

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190020214A (ko) 2019-02-28
US10704453B2 (en) 2020-07-07
US20190055877A1 (en) 2019-02-21
CN109404564A (zh) 2019-03-01
CN109404564B (zh) 2021-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102371717B1 (ko) 유량제어밸브
KR102496255B1 (ko) 유량제어밸브
US10690040B2 (en) Flow control valve and method of controlling the same
KR101601234B1 (ko) 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
KR101601236B1 (ko) 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
KR101500391B1 (ko) 멀티 유량 제어밸브를 갖는 엔진
KR101619278B1 (ko) 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
JP6265195B2 (ja) 内燃機関の制御装置
KR101683530B1 (ko) 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
KR101575338B1 (ko) 엔진의 냉각수 제어밸브
KR102398887B1 (ko) 차량용 냉각시스템의 제어방법
KR101558377B1 (ko) 냉각수 제어 밸브를 갖는 엔진
US11060440B2 (en) Integrated flow control valve and engine cooling system with the same
KR102478096B1 (ko) 유량제어밸브
JPWO2018225337A1 (ja) 内燃機関の冷却装置及び冷却方法
KR102478089B1 (ko) 차량용 냉각시스템 제어방법
KR20210098087A (ko) 유량제어밸브 장치
KR101619405B1 (ko) 냉각수 제어밸브를 갖는 엔진시스템
KR102451877B1 (ko) 냉각수 제어밸브 유닛, 및 이를 구비한 엔진시스템
JP7661777B2 (ja) エンジンの冷却システム
KR20180055174A (ko) 냉각수 제어 밸브유닛을 갖는 엔진의 제어방법 및 제어시스템
KR20180049737A (ko) 냉각수 제어밸브 유닛을 갖는 엔진
KR101765619B1 (ko) 냉각수 제어밸브유닛 및 이를 구비한 엔진시스템
JP7661778B2 (ja) エンジンの冷却システム
JP2004293355A (ja) エンジンの冷却装置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20170817

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20200804

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20170817

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210729

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20211201

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220302

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220303

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration