KR20210003434A

KR20210003434A - 엔진의 워터자켓

Info

Publication number: KR20210003434A
Application number: KR1020190079206A
Authority: KR
Inventors: 김한상
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-12
Also published as: EP3760847B1; US10934925B2; EP3760847A1; US20210003063A1; CN112177791A

Abstract

본 발명은 엔진의 워터자켓에 관한 것으로서, 크로스 플로우와 패러럴 플로우 형태의 냉각수 유동을 모두 구현할 수 있는 엔진의 워터자켓을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 엔진의 실린더 헤드에 형성된 헤드 워터자켓과, 엔진의 실린더 블록에 형성된 블록 워터자켓을 포함하고, 상기 헤드 워터자켓에서 각 실린더 위치 사이의 공간에 냉각수의 크로스 플로우를 유도할 수 있는 격벽이 구비되며, 상기 격벽은 엔진 운전 조건에 따라 형상이 가변될 수 있는 가변형 격벽으로서, 헤드 워터자켓 내에서 가변되는 형상에 따라 냉각수를 크로스 플로우와 패러럴 플로우 중 선택된 하나로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓이 개시된다.

Description

엔진의 워터자켓{Water jacket of engine}

본 발명은 엔진의 워터자켓에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 크로스 플로우(cross flow)와 패러럴 플로우(parallel flow) 형태의 냉각수 유동을 모두 구현할 수 있는 엔진의 워터자켓에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에서는 냉각수를 이용하여 엔진이 과열되거나 과냉되는 것을 방지하는데, 엔진의 연소실에서 발생한 열의 일부는 실린더 헤드와 실린더 블록, 흡기밸브, 배기밸브, 피스톤 등에 흡수된다.

그러나, 이들 부품의 온도가 과도하게 상승하면 열변형이 일어나거나 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량 현상이 일어나고, 그로 인해 열적 장애가 발생할 수 있다.

엔진의 열적 장애는 연소 불량, 노킹 등의 이상 연소를 발생시켜 피스톤이 용손되는 등의 중대한 부품 손상을 야기할 수 있다.

또한, 엔진의 온도가 과도하게 상승하면 열효율 및 출력이 저하될 수 있고, 반대로 엔진의 과도한 냉각은 출력 및 연비의 악화, 실린더의 저온 마모 등을 초래하므로, 엔진의 온도를 항상 적정하게 제어할 필요가 있다.

통상의 엔진에서는 실린더 블록과 실린더 헤드의 내부에 워터자켓을 형성하고, 워터자켓을 순환하는 냉각수가 연소실의 점화플러그 주변이나 배기포트, 밸브시트 주위 등의 금속면을 냉각하도록 하고 있다.

엔진 냉각을 위해서는 냉각수가 엔진과 라디에이터 사이를 순환하는 동안 엔진에서 흡수한 열을 라디에이터에서 방출하도록 해야 한다.

즉, 엔진에서 가열된 냉각수를 라디에이터에서 냉각하고, 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 다시 엔진을 냉각하도록 하여, 엔진 온도를 최상의 엔진 출력을 얻을 수 있는 운전온도로 제어하는 것이다.

이때, 엔진에서 배출되는 냉각수는 열관리 모듈(TMM: Thermal Management Module) 또는 통합 열관리 시스템(ITM: Integrated Thermal Management system)을 통해 라디에이터나 히터코어 등에 전달될 수 있다.

열관리 모듈(TMM) 또는 통합 열관리 시스템(ITM)은 냉각수 유동을 제어하는 통합밸브장치, 예를 들어 통합유량제어밸브를 포함할 수 있고, 통합유랑제어밸브는 엔진에서 가열된 냉각수를 라디에이터로 보내어 냉각되도록 하거나, 히터코어로 보내어 실내 난방에 이용되도록 한다.

라디에이터와 히터코어를 통과하는 동안 열을 방출한 냉각수는 워터펌프에 의해 다시 엔진으로 유입되고, 엔진과 라디에이터 및 히터코어 사이를 계속해서 순환하게 된다.

그 밖에 엔진에서 나온 냉각수가 워터펌프에 의해 순환하는 동안 배기열회수장치(EHRS:Exhaust Heat Recovery System)나 ATF 워머(ATF Warmer), 오일 워머, EGR 쿨러 등을 통과한 뒤 엔진으로 유입되도록 시스템이 구성될 수 있다.

한편, 엔진의 냉각 시스템에 있어서 실린더 헤드와 실린더 블록에 개별적인 냉각수 유동을 도모하여 냉각 효율을 증진시키고자 하는 분리 냉각 시스템이 알려져 있다.

종래의 분리 냉각 시스템에서 워터자켓은 도 1에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.

즉, 실린더 헤드(도시하지 않음)에 형성된 워터자켓(이하 '헤드 워터자켓'이라 칭함)(11)과 실린더 블록(도시하지 않음)에 형성된 워터자켓(이하 '블록 워터자켓'이라 칭함)(21)이 각각 독립적으로 분리되어 있으며, 워터펌프(도시하지 않음)에서 워터자켓쪽으로 냉각수가 유입되는 입구(22)는 실린더 블록측에 형성되어 두 워터자켓(11,21)이 서로 공유할 수 있다.

그리고, 워터자켓의 출구(12,23)는 실린더 헤드와 실린더 블록에 각각 독립적으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 워터펌프로부터 송출된 냉각수는 상기 입구(22)를 통해 헤드 워터자켓(11)과 블록 워터자켓(21)으로 분배되어 흐르고, 헤드 워터자켓(11)과 블록 워터자켓(21)으로 유입된 냉각수는 워터자켓 내부를 각각 개별적으로 유동한 다음, 실린더 헤드와 실린더 블록에 각각 독립적으로 구비된 출구(12,23)를 통해 개별적으로 유출된다.

도 1에 예시된 분리 냉각 시스템은 워터자켓 내 냉각수 유동에 있어 패러럴 플로우(parallel flow)의 냉각수 유동이 구현 가능한 시스템으로, 도 2는 패러럴 플로우 형태의 냉각수 유동을 나타내고 있다.

도 2에서 실린더 헤드(10)는 위에서 본 평면 형상으로, 실린더 블록(20)은 정면에서 본 정면 형상으로 나타낸 것으로, 실린더 헤드(10)에서 원들은 실린더(기통) 위치를 나타낸다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진에는 복수 개의 실린더가 구비된다.

그리고, 도 2에 나타내지는 않았으나, 실린더 헤드(10) 내에서 실린더별로 배기포트와 흡기포트, 그리고 점화플러그가 설치되는 홀의 외곽부분을 따라 냉각수가 흐를 수 있어야 하므로, 헤드 워터자켓(도 1에서 도면부호 '11'임)의 냉각수 통로 일부가 상기 포트 및 홀 주변의 외곽부분에 위치하도록 형성된다.

이때, 실린더 헤드(10) 내 헤드 워터자켓(11)에서 상기 포트 및 홀에 대응되는 형상으로 냉각수가 채워지지 않거나 흐르지 않는 부분이 존재해야 하고, 이 부분은 헤드 워터자켓(11)을 도시한 도 1에서 제거된 상태로 도시되어야 한다.

도 1을 참조하면, 상기 냉각수가 채워지지 않거나 흐르지 않는 부분 부분이 헤드 워터자켓(11)에서 홀 형태의 개구부(13)로 도시되고 있다.

이와 같이 헤드 워터자켓(11)에는 실린더별 배기포트와 흡기포트, 점화 플러그 설치를 위한 개구부(13)가 형성된다.

실린더 블록(20)에는 복수 개의 실린더 외곽을 따라 냉각수가 흐를 수 있도록 복수 개의 실린더 주변의 외곽 부분에 블록 워터자켓(21)이 형성되어 위치된다.

이때, 패러럴 플로우 방식의 경우, 실린더 헤드(10) 내 헤드 워터자켓(도 1에서 도면부호 '11'임)에서 냉각수가 실린더들이 배열된 방향을 따라 흐르면서 실린더 헤드를 냉각하고, 실린더 블록(20) 내 블록 워터자켓(도 1에서 도면부호 '21'임)에서는 냉각수가 정체되어 있는 상태를 나타낸다(도 1 및 도 2 참조).

도 3은 분리 냉각 시스템의 또 다른 방식을 예시한 것으로, 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동을 나타내고 있다.

워터자켓의 냉각수 유동상태가 크로스 플로우(cross flow) 형태로 되어 있는 엔진에서는, 실린더 헤드(10)에서 냉각수가 실린더들 사이를 가로질러 흐르도록 되어 있다.

좀더 설명하면, 워터펌프(1)에 의해 송출된 냉각수가 입구(22)를 통해 실린더 블록(20) 내 블록 워터자켓(도 1에서 도면부호 '21'임)으로 유입되면, 이후 냉각수가 헤드 워터자켓(도 1에서 도면부호 '11'임)과 블록 워터자켓(21)으로 분배된다(도 1 및 도 3 참조).

헤드 워터자켓(11)으로 유입된 냉각수가 이후 흡기측 통로를 따라 실린더가 배열된 방향으로 이동하는 동안 냉각수 일부는 이웃한 실린더 위치 사이를 가로질러 흐르는데, 이때 이웃한 실린더 위치 사이의 워터자켓 통로를 냉각수가 통과한다.

크로스 플로우가 적용된 엔진의 경우, 실린더 헤드(10) 내 헤드 워터자켓(11)에서, 이웃한 실린더 위치 사이의 각 통로 내부에는, 냉각수가 정해진 한 방향으로 흐르지 못하고 정체되는 것을 방지하기 위해, 흡기측에서 배기측으로 가로지르는 방향으로 냉각수를 안내 및 유도하는 동시에 냉각수 흐름에 대한 저항작용을 하여 가르질러 흐르는 냉각수의 유속을 증대시키는 격벽(미도시)이 구비된다.

따라서, 상기 격벽에 의해 헤드 워터자켓(11)에서는 냉각수가 이웃한 실린더 위치 사이를 가로질러 흐르는 크로스 플로우 형태의 유동상태를 나타내게 된다.

이때, 블록 워터자켓(21)으로 유입된 냉각수는 실린더 주변을 순차적으로 통과한 뒤 헤드 워터자켓(11) 내 냉각수와 합류하고, 이어 합류된 냉각수는 실린더 헤드(10)에 구비된 출구(12)를 통해 배출된다.

한편, 차량의 저속 주행 구간에서 패러럴 플로우 상태로 분리 냉각을 수행할 경우, 실린더 블록측 온도는 높지만 실린더 헤드측 온도는 낮아져 성능 향상 및 마찰 저감이 가능해지고, 연비가 개선될 수 있다.

또한, 엔진의 최대 성능을 내야 하는 구간, 예를 들면 차량 급가속 등의 구간에서는 크로스 플로우의 형태로 냉각수가 흐르는 것이 유리하다.

그러나, 종래의 분리 냉각 시스템에서는 엔진의 워터자켓이 패러럴 플로우와 크로스 플로우 중 한 방식으로만 설계 및 구성된다.

따라서, 실린더 헤드측의 냉각수 유동이 패러럴 플로우 방식인 엔진에서는 최대 성능 구현 구간에서 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동을 구현할 수 없다.

반대로, 실린더 헤드측의 냉각수 유동이 크로스 플로우 방식인 엔진에서는 차량의 저속 주행 구간에서 패러럴 플로우 형태의 냉각수 유동을 구현할 수 없다.

한국 공개특허 제10-2009-0102191호(2009.09.30.) 한국 등록특허 제10-0656594호(2006.12.05.)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 크로스 플로우와 패러럴 플로우 형태의 냉각수 유동이 모두 구현될 수 있는 엔진의 워터자켓을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 엔진 운전 조건에 따라 크로스 플로우와 패러럴 플로우 중 하나가 선택적으로 구현될 수 있는 엔진의 워터자켓을 제공하는데 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 엔진의 실린더 헤드에 형성된 헤드 워터자켓과, 엔진의 실린더 블록에 형성된 블록 워터자켓을 포함하고, 상기 헤드 워터자켓에서 각 실린더 위치 사이의 공간에 냉각수의 크로스 플로우를 유도할 수 있는 격벽이 구비되며, 상기 격벽은 엔진 운전 조건에 따라 형상이 가변될 수 있는 가변형 격벽으로서, 헤드 워터자켓 내에서 가변되는 형상에 따라 냉각수를 크로스 플로우와 패러럴 플로우 중 선택된 하나로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓을 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 엔진 운전 조건은 냉각수 온도일 수 있다.

여기서, 상기 격벽은 헤드 워터자켓 내 각 실린더 위치 사이의 공간에서 냉각수 온도에 따라 높이가 가변되도록 냉각수 통로 바닥부에 설치되는 것일 수 있다.

이때, 상기 격벽은 냉각수 온도에 따라 팽창 또는 수축하여 형상이 가변되는 왁스를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 격벽은 헤드 워터자켓 내 각 실린더 위치 사이의 공간에서 냉각수 온도에 따라 높이가 가변되도록 냉각수 통로 바닥부에 설치되는 것일 수 있다.

그리고, 상기 격벽은 상기 냉각수 통로 바닥부에 고정된 외피재가 상기 왁스를 둘러싸도록 설치된 구성을 가지는 것일 수 있다.

여기서, 상기 외피재는 왁스의 팽창시 변형되고 왁스의 수축시 복원되도록 탄성을 가지는 재질일 수 있다.

이때, 상기 외피재는 고무 재질일 수 있다.

이로써, 본 발명에 따른 엔진의 워터자켓에 의하면, 크로스 플로우와 패러럴 플로우 형태의 냉각수 유동이 모두 구현될 수 있고, 특히 엔진 운전 조건에 따라 크로스 플로우와 패러럴 플로우 중 하나가 선택적으로 구현될 수 있도록 구성됨으로써, 노크 저감 및 엔진 성능 향상 등 이점이 있게 된다.

도 1은 공지의 엔진 워터자켓 구성을 예시한 사시도이다.
도 2는 공지의 패러럴 플로우 형태의 냉각수 유동을 나타내는 도면이다.
도 3은 공지의 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓에서 격벽의 위치를 보이기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓에서 엔진 운전 조건에 따른 왁스 타입 격벽의 상태를 예시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓에서 엔진 운전 조건에 따른 냉각수 유동상태를 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓을 예시한 도면으로, 워터자켓에서 격벽의 위치를 보이기 위한 평면도이며, 좀더 구체적으로는 헤드 워터자켓에서 크로스 플로우(cross flow) 방식의 냉각수 유동을 구현하기 위한 왁스 타입의 격벽이 설치된 위치를 나타내고 있다.

그리고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓에서 엔진 운전 조건에 따른 왁스 타입 격벽의 상태를 예시한 단면도로서, 엔진 운전 조건으로서 냉각수 온도에 따른 격벽의 상태 변화를 나타내고 있다.

도 5에서 (a)는 냉각수 온도가 낮은 경우를, (b)는 냉각수 온도가 높은 경우를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓에서 엔진 운전 조건에 따른 냉각수 유동상태를 나타내는 상태도로서, (a)는 패러럴 플로우의 냉각수 유동상태를, (b)는 크로스 플로우의 냉각수 유동상태를 나타내고 있다.

도 6의 (a)와 같은 패러럴 플로우의 냉각수 유동은 격벽이 도 5의 (a)와 같은 상태일 때, 그리고 도 6의 (b)와 같은 크로스 플로우의 냉각수 유동은 격벽이 도 5의 (b)와 같은 상태일 때 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 워터자켓은 실린더 헤드(도시하지 않음)와 실린더 블록(도시하지 않음)에 개별적인 냉각수 유동이 이루어지는 분리 냉각 시스템에 적용될 수 있는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 워터자켓은 실린더 헤드에 형성된 워터자켓(이하 '헤드 워터자켓'이라 칭함)(11)과, 실린더 블록에 형성된 워터자켓(이하 '블록 워터자켓'이라 칭함)(미도시)을 포함할 수 있다.

본 발명에서 블록 워터자켓의 예는 도 1에서 도면부호 '21'로 지시된 종래의 블록 워터자켓을 참조할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 헤드 워터자켓(11)과 블록 워터자켓(도 1에서 도면부호 '21'임)은 내부공간이 독립적으로 분리된 것일 수 있고, 이때 두 워터자켓(11,21)의 독립된 내부공간을 흐르는 냉각수가 실린더 헤드(도 2 및 도 3에서 도면부호 '10'임)와 실린더 블록(도 2 및 도 3에서 도면부호 '20'임)을 독립적으로 각각 냉각하게 된다.

이와 같이 본 발명에서 분리 냉각이 가능한 워터자켓의 구성, 보다 구체적으로 헤드 워터자켓과 블록 워터자켓을 포함하는 워터자켓의 구성은, 공지의 분리 냉각 시스템에 적용되는 워타자켓과 비교하여 차이가 없다.

통상의 엔진에서 실린더 헤드에는 배기포트와 흡기포트, 그리고 점화플러그가 설치되는 홀이 형성되는데, 본 발명에서 실린더 헤드 내 각 실린더별로 상기 포트와 홀의 외곽부분을 따라 냉각수가 흐를 수 있도록 헤드 워터자켓(11)의 냉각수 통로 일부가 상기 포트와 홀 주변의 외곽 부분에 형성되어 위치된다.

이때, 실린더 헤드 내 헤드 워터자켓(11)에서 상기 포트 및 홀에 대응되는 형상으로 냉각수가 채워지지 않거나 흐르지 않는 부분이 존재해야 하고, 이 부분은 헤드 워터자켓(11)을 도시한 도 4에서 제거된 상태로 도시되어야 한다.

도 4를 참조하면, 상기 냉각수가 채워지지 않거나 흐르지 않는 부분 부분이 헤드 워터자켓(11)에서 홀 형태의 개구부(13)로 도시되고 있다.

또한, 실린더 블록에는 복수 개의 실린더 외곽을 따라 냉각수가 흐를 수 있도록 복수 개의 실린더 주변의 외곽 부분에 블록 워터자켓이 형성되어 위치된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 워터자켓에서 냉각수가 유입되는 입구, 및 냉각수가 배출되는 출구의 구성에 있어서도, 공지의 워터자켓과 비교하여 차이가 없을 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 워터자켓에서 공지의 패러럴 플로우 타입 워터자켓과 동일하게 입구와 출구가 구비될 수 있다.

즉, 도 1 및 도 2에 예시된 공지의 패러럴 플로우 타입 워터자켓과 마찬가지로, 워터펌프(도 2에서 도면부호 '1'임)에서 워터자켓쪽으로 냉각수가 유입되는 입구(22)는, 실린더 블록(20)측에 형성되어 두 워터자켓이 서로 공유할 수 있다.

그리고, 워터자켓의 출구(12)는 실린더 헤드(10)와 실린더 블록(20)에 각각 독립적으로 형성될 수 있다(이상 도 2 참조).

또는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 워터자켓에서 공지의 크로스 플로우 타입 워터자켓과 동일하게 입구와 출구가 구비될 수 있다.

즉, 도 3에 예시된 공지의 크로스 플로우 타입 워터자켓과 마찬가지로, 입구(도 3에서 도면부호 '22'임)는 실린더 블록(20)측에 형성되어 두 워터자켓이 서로 공유할 수 있고, 출구는 실린더 헤드(10)측에 형성되어 두 워터자켓이 서로 공유할 수 있다(이상 도 3 참조).

한편, 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓은 헤드 워터자켓(11)의 구성을 개선한 것으로, 종래의 크로스 플로우 타입 워터자켓과 마찬가지로, 헤드 워터자켓(11)의 내부에 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동상태를 구현할 수 있는 격벽(15)이 구비된다.

하지만, 본 발명에서 헤드 워터자켓(11) 내 격벽(15)은 종래와 같은 고정형 격벽이 아닌, 엔진 운전 조건에 따라 형태가 가변되는 가변형 격벽으로서, 여기서 엔진 운전 조건은 냉각수 온도가 될 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 워터자켓에서 블록 워터자켓은 공지의 블록 워터자켓과 비교하여 동일한 구성을 가질 수 있다.

이에 도 4에서는 공지의 워터자켓과 상이한 구성을 가지는 헤드 워터자켓(11), 즉 종래와 같은 고정형 격벽이 아닌, 가변형 격벽(15)을 구비한 헤드 워터자켓(11)을 예시하고 있는 것이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 가변형 격벽(15)이 설치되는 위치는 냉각수가 채워져 흐르는 헤드 워터자켓(11)의 내부공간에서 이웃한 두 실린더 위치의 사이가 되며, 이는 종래의 고정형 격벽 설치위치와 비교하여 차이가 없다.

즉, 본 발명에서 냉각수가 채워져 흐르는 헤드 워터자켓(11)의 내부공간에 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동을 구현하기 위한 격벽(15)이 위치하되, 이때 격벽(15)이 각 실린더 위치의 사이에 위치하도록 배치되고, 이러한 격벽(15)의 설치위치에 있어서는 종래와 비교하여 차이가 없는 것이다.

도 5를 참조하면, 엔진 운전 조건으로서 냉각수 온도에 따른 격벽 상태를 볼 수 있고, (a)는 냉각수 온도가 낮은 경우를, (b)는 냉각수 온도가 높은 경우를 나타낸다.

본 발명에서 (b)의 상태를 나타내고 있는 왁스 타입의 가변형 격벽(15)은, 실린더 헤드 내 헤드 워터자켓(11)에서 크로스 플로우의 냉각수 유동을 구현할 수 있는 상태라는 점에서, 공지의 격벽 상태와 비교하여 헤드 워터자켓 내에서의 위치나 격벽 형태 등이 유사할 수 있다.

또한, 냉각수 온도가 높아 (b)의 상태를 나타내는 가변형 격벽(15)은 크로스 플로우의 냉각수 유동을 구현할 수 있지만, 냉각수 온도가 낮아 가변형 격벽(15)이 (a)와 같은 상태를 나타낼 때에는 크로스 플로우를 구현하기 위한 통상의 격벽 역할을 하지 못하기 때문에, 본 발명에서 헤드 워터자켓(11)은 기존의 격벽이 존재하지 않는 헤드 워터자켓, 즉 종래의 패러럴 플로우 타입의 헤드 워터자켓과 차이가 없게 된다.

본 발명에서 가변형 격벽(15)은 헤드 워터자켓(11)의 내부공간에서 냉각수 통로 바닥부에 설치될 수 있는데, 헤드 워터자켓(11)의 내부공간에서 냉각수 통로 바닥부에 고정 설치되는 외피재(18)와, 상기 외피재(18)의 내부에 채워지는 것으로 온도에 따라 형상이 팽창 변형되거나 수축 복원되는 왁스(16)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 외피재(18)는 탄성을 가지면서 복원력이 우수한 재질, 예를 들어 변형 후 탄성에 의한 복원력이 일정 수준 이상으로 큰 고무 재질로 이루어진 것이 될 수 있다.

상기 외피재(18)는 내부공간이 밀폐된 상태로 헤드 워터자켓(11)의 통로 바닥부에 고정되도록 설치될 수 있고, 이렇게 밀폐된 외피재(18)의 내부공간에 왁스(16)가 채워진다.

이와 같이 격벽(15)은 외피재(18)가 왁스(16)의 외부면을 감싸고 있는 구성을 가진다.

그리고, 본 발명의 실시예에서 격벽(15)은 헤드 워터자켓(11)의 통로 바닥부에 설치될 경우 가능한 상하방향으로만 팽창 및 수축될 수 있어야 한다.

즉, 본 발명에서 가변형 격벽(15)은 냉각수 온도에 따라 높이가 가변될 수 있어야 하는 것이다.

이를 위해, 왁스(16)의 상단부에는 왁스가 측방으로 변형되지 않도록 해주는 캡(17)이 설치될 수 있고, 상기 캡(17)은 왁스(16)의 상면과 함께 측면의 적어도 일부까지 덮을 수 있도록 고정 설치될 수 있다.

상기 캡(17)은 고온의 냉각수 조건에서도 변형되지 않는 재질, 예를 들면 고온에서 팽창되거나 변형되지 않고 냉각수에 의해 부식되지 않는 금속 판재나 내열성의 고강도 합성수지 판재로 제작될 수 있다.

그리고, 캡(17)의 측면부 전둘레에 걸쳐 캡과 헤드 워터자켓의 통로 바닥부 사이에 상기 외피재(18)가 설치되고, 이때 전술한 바와 같이 왁스(16)의 외부면을 덮을 수 있도록 외피재(18)가 설치된다.

상기 왁스(16)는 냉각수 온도가 높아질 경우 팽창 변형되는 반면, 냉각수 온도가 낮아질 경우 수축 복원되는데, 본 발명에서 격벽(15)의 왁스(16)로는 공지의 서모스탯에서의 왁스가 사용될 수 있다.

왁스(16)는 냉각수 온도가 높아지면 통로 바닥부로부터 상방으로 점차 팽창되어, 냉각수 온도가 일정 수준 온도에 도달하면 크로스 플로우의 냉각수 유동을 구현할 수 있는 격벽(15)의 형상이 되도록 팽창된다.

즉, 헤드 워터자켓(11) 내 각 실린더 위치의 사이에서 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동을 구현할 수 있는 격벽의 형상이 될 때까지, 예를 들면 종래의 크로스 플로우 타입의 워터자켓에서와 유사한 격벽의 형상이 될 때까지 왁스(16)가 팽창되도록 구비되는 것이다.

좀더 예를 들면, 냉각수 온도가 100℃ 미만으로 낮을 경우 왁스(16)가 충분히 팽창하지 못하여 격벽 역할이 수행될 수 없고, 이 경우 헤드 워터자켓(11)을 포함하여 워터자켓에서는 패러럴 플로우 형태의 분리 냉각이 이루어진다.

도 6의 (a)는 냉각수 온도가 낮은 조건에서 격벽 역할이 수행되지 못하는 상태를 보여주고 있다.

이에 나타낸 바와 같이, 왁스가 팽창하지 못하여 격벽 역할이 수행되지 못하는 상태에서는 헤드 워터자켓(11)의 내부공간에서 이웃한 실린더 위치 사이의 공간에서는 냉각수의 흐름이 정체되고, 따라서 이웃한 실린더 위치 사이의 공간을 가로지르는 냉각수 흐름, 즉 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동이 구현될 수 없다.

즉, 입구를 통해 들어온 냉각수가 블록 워터자켓에서 헤드 워터자켓(11)으로 이동한 뒤, 헤드 워터자켓(11)의 내부공간에서 냉각수는 출구(12)측을 향해 실린더가 배열된 방향으로만 흐르는 패러럴 플로우 형태로 유동하고, 이후 출구(12)를 통해 배출된다.

반면, 냉각수 온도가 일정 수준 이상의 온도로 상승하면, 예를 들어 105℃ 이상의 온도로 상승하면, 왁스가 팽창한 상태로 격벽 역할이 수행될 수 있다.

이때, 헤드 워터자켓(11)으로 유입된 냉각수가 흡기측 통로를 따라 실린더가 배열된 방향으로 이동하는 동안 냉각수의 일부가 상기 격벽(15)에 의해 이웃한 실린더 위치 사이를 가로질러 흐르게 된다.

이때, 냉각수는 실린더 위치 사이의 각 통로에서 흡기측에서 배기측 방향으로 흐를 수 있다.

이와 같이 격벽 역할이 수행되는 동안 헤드 워터자켓(11)에서 냉각수가 크로스 플로우 형태로 유동하는 원리는 종래의 크로스 플로우 타입 워터자켓에서와 비교하여 차이가 없다.

왁스가 팽창하여 격벽 역할이 수행되는 동안 이웃한 실린더 위치 사이를 가로지르는 방향으로 냉각수 흐름이 상기 격벽(15)에 의해 안내되고, 또한 격벽(15)이 패러럴 방향의 냉각수 흐름에 대해 저항 작용을 하면서 이웃한 실린더 위치 사이의 냉각수 유속을 증대시킨다.

이와 같이 냉각수 온도가 105℃ 이상의 고온 조건일 때 워터자켓에서 크로스 플로우 형태의 냉각수 유동이 구현될 수 있고, 결국 노크 저감 및 엔진 성능의 향상이 가능해진다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 엔진의 워타자켓에서는 크로스 플로우와 패러럴 플로우 형태의 냉각수 유동이 모두 구현될 수 있고, 특히 엔진 운전 조건에 따라 크로스 플로우와 패러럴 플로우 중 하나가 선택적으로 구현될 수 있는바, 노크 저감 및 엔진 성능 향상 등 이점이 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 워터펌프 10 : 실린더 헤드
11 : 헤드 워터자켓 12 : 출구
13 : 개구부 15 : 격벽
16 : 왁스 17 : 캡
18 : 외피재 20 : 실린더 블록
21 : 블록 워터자켓 22 : 입구
23 : 출구

Claims

엔진의 실린더 헤드에 형성된 헤드 워터자켓과, 엔진의 실린더 블록에 형성된 블록 워터자켓을 포함하고,
상기 헤드 워터자켓에서 각 실린더 위치 사이의 공간에 냉각수의 크로스 플로우를 유도할 수 있는 격벽이 구비되며,
상기 격벽은 엔진 운전 조건에 따라 형상이 가변될 수 있는 가변형 격벽으로서, 헤드 워터자켓 내에서 가변되는 형상에 따라 냉각수를 크로스 플로우와 패러럴 플로우 중 선택된 하나로 흐르도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진 운전 조건은 냉각수 온도인 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.
청구항 2에 있어서,
상기 격벽은 헤드 워터자켓 내 각 실린더 위치 사이의 공간에서 냉각수 온도에 따라 높이가 가변되도록 냉각수 통로 바닥부에 설치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.
청구항 2에 있어서,
상기 격벽은 냉각수 온도에 따라 팽창 또는 수축하여 형상이 가변되는 왁스를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.
청구항 4에 있어서,
상기 격벽은 헤드 워터자켓 내 각 실린더 위치 사이의 공간에서 냉각수 온도에 따라 높이가 가변되도록 냉각수 통로 바닥부에 설치되는 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.
청구항 5에 있어서,
상기 격벽은 상기 냉각수 통로 바닥부에 고정된 외피재가 상기 왁스를 둘러싸도록 설치된 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.
청구항 6에 있어서,
상기 외피재는 왁스의 팽창시 변형되고 왁스의 수축시 복원되도록 탄성을 가지는 재질인 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.
청구항 7에 있어서,
상기 외피재는 고무 재질인 것을 특징으로 하는 엔진의 워터자켓.