KR20210008769A - 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수 유입구, EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트가 형성된 하우징 및 상기 하우징 내에 구비되어 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트의 개도를 제어하는 밸브 바디를 포함하고, 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트는 상기 하우징의 둘레를 따라 수평적으로 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브로서, 본 발명에 의하면, 기존의 통합 유량제어 밸브보다 단순한 구조에도 효율적 유량 제어가 가능하게 한다.

Description

단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템{INTEGRATED FLOW CONTROL VALVE WITH SINGLE LAYER TYPE AND ENGINE COOLING SYSTEM COMPRISING THE SAME}

본 발명은 통합유량제어밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 엔진을 통과한 냉각수의 배출량과 배출 방향을 조절하는 통합유량제어밸브 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진의 냉각을 위한 시스템은 라디에이터와 엔진 사이를 순환하면서 엔진(Head, Block)의 열을 라디에이터(Radiator)로 방출시키도록 구성된다.

그리고, 엔진에서 배출되는 냉각수는 통합 유량제어 밸브(ITM)를 통해 라디에이터로 전달되고, 통합 유량제어 밸브는 엔진 냉각수 출구부 또는 입구부에 장착될 수 있으며, 라디에이터, EGR 쿨러(LP EGR Cooler, EGR:Exaust Gas Recirculation), 히터코어(Heater CORE) 등으로 가는 냉각수 유량을 제어한다.

통합 유량제어 밸브는 통상 로터리밸브 타입(rotary valve type)과 캠리프트 타입(cam lift type, 포핏밸브 타입)으로 나누어진다.

로터리밸브 타입의 통합 유량제어 밸브는 그 구조가 간단하고, 로터리밸브의 물통로 형상을 다양하게 하여 유량을 제어할 수 있는 장점이 있으나, 제어성 및 밸브 누수 등에 문제가 있을 수 있다.

캠리프트 타입의 통합 유량제어 밸브는 캠의 회전에 의해 유량제어 밸브가 상하로 움직여 유량이 제어되는데, 제어성은 좋으나 반복적 작동으로 인한 밸브의 마모, 기울어짐, 누수 등의 문제를 일으킬 수 있다.

캠리프트 타입의 통합 유량제어 밸브는 모터(Motor)의 구동에 의해 캠(Cam)의 회전으로 유량 제어밸브가 상하로 작동하는 구조로서, 유입되는 냉각수(Coolant In)를 캠의 제어에 따라 3개의 유량 제어밸브에 의해서 라디에이터 측, 히터 코어 및 EGR 쿨러 측의 각 유로를 제어하여야 하므로, 각 유출구를 개폐하는 각 밸브 구성을 요하게 되므로, 레이아웃이나 원가 등에 한계가 있으며, 그에 따라 냉각 효율, 연비 및 성능 향상에 영향이 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1896376호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 기존의 통합 유량제어 밸브보다 단순한 구조에도 효율적 유량 제어가 가능하게 하는 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브 및 이를 포함하는 냉각시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브는, 냉각수 유입구, EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트가 형성된 하우징 및 상기 하우징 내에 구비되어 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트의 개도를 제어하는 밸브 바디를 포함하고, 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트는 상기 하우징의 둘레를 따라 나란하게 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 밸브 바디는 상기 하우징의 중심축을 기준으로 회전 동작됨으로써 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트의 개도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브 바디를 구동시키는 액츄에이터를 더 포함하고, 상기 밸브 바디는 상기 액츄에이터에 축 결합됨으로써 상기 하우징의 둘레 방향을 따라 회전 동작되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 하우징은 평면상 원형의 외관을 갖는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트는 상기 하우징의 둘레를 따라서 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트 순으로 배열 형성되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트의 단면적의 크기는 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트 순으로 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 밸브 바디는 둘레 형상이 상기 평면상 원형인 하우징 형상에 대응되며, 반경 방향으로 일 측에는 일정한 각도로 개방된 형태의 냉각수 유출구가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브 바디에는 상기 냉각수 유입구와 관통되는 유입홀이 형성되고, 상기 유입홀을 통해 유입되는 냉각수는 상기 냉각수 유출구로 통하는 것을 특징으로 한다.

다음, 본 발명의 엔진 냉각시스템은 상기의 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브가 엔진과 라디에이터 간에 구비되며, 상기 EGR 쿨러 측 포트는 EGR 쿨러 측 유로와 연통되고, 상기 히터코어 측 포트는 히터코어 측 유로와 연통되며, 상기 라디에이터 측 포트는 라디에이터 측 유로와 연결되어 구성된다.

본 발명의 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브 및 이를 포함하는 냉각시스템에 의하면, 기존의 통합 유량제어 밸브에 비해 그 크기가 60% 수준으로 작기 때문에 구성 및 원가 절감에 도움을 준다.

하나의 로터리 밸브에 의해 3 방향의 유출구를 모두 제어함으로 인해 밸브 구동을 위한 구성을 간소화할 수 있으며, 그럼에도 각 유출구의 정확한 위치 관계 설계를 통해 효율적인 제어가 가능하게 한다.

따라서, 밸브 소형화에 기여하고, 패키지 구성을 보다 용이하게 하는 역할을 한다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브의 평단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브의 측단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 통합 유량제어 밸브의 단계별 개도 상황을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브의 포트 및 개도 형상을 나타낸 것이다.
도 6a 내지 도 6c는 state 1 상태에 관한 것으로, 도 6a는 엔진 냉각시스템, 도 6b는 통합 유량제어 밸브, 도 6c는 개도 상황을 나타낸 것이다.
도 7a 내지 도 7c는 state 2 상태에 관한 것으로, 도 7a는 엔진 냉각시스템, 도 7b는 통합 유량제어 밸브, 도 7c는 개도 상황을 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 state 3 상태에 관한 것으로, 도 8a는 엔진 냉각시스템, 도 8b는 통합 유량제어 밸브, 도 8c는 개도 상황을 나타낸 것이다.
도 9a 내지 도 9c는 state 4 상태에 관한 것으로, 도 9a는 엔진 냉각시스템, 도 9b는 통합 유량제어 밸브, 도 9c는 개도 상황을 나타낸 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브의 평단면 형상을 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브의 측단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다.

그리고, 도 4는 본 발명의 통합 유량제어 밸브의 단계별 개도 상황을 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브의 포트 및 개도 형상을 나타낸 것이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브 및 이를 포함하는 냉각시스템을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 엔진 냉각시스템을 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브 어셈블리를 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 통합 유량제어 밸브 어셈블리 및 이를 포함하는 엔진 냉각시스템을 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브(100)는 도 1과 같은 엔진 냉각시스템의 엔진(Head, Block)과 라디에이터(Radiator) 간에 구비되어, 도 1과 같이 히터 코어(Heater Core) 측, EGR 쿨러(EGR Cooler) 측, 라디에이터(Radiator) 측, 엔진 블록(Block) 측의 4개의 유로의 냉각수의 공급 및 유량을 제어한다.

M WP는 기계식 워터펌프(Mechanical Water Pump)이며, WTS 1, WTS 2는 냉각수온 센서(Water Temperature Sensor)이다.

이를 위한 본 발명에 의한 통합 유량제어 밸브(100)는 하우징(110)이 엔진 측 유로, EGR 쿨러 측 유로, 히터코어 측 유로 및 라디에이터 측 유로와 연결되고, 내부에 밸브 바디(120)가 내장되며, 밸브 바디(120)는 모터와 기어를 포함하는 액츄에이터(130)의 작동에 의해 구동된다.

하우징(110)은 도시와 같이 평면상 원형의 외관으로 마련되는 것이 바람직하고, 하우징(110)의 일 측에는 엔진 측 유로와 연통되는 냉각수 유입구(114)가 형성되고, 하우징(110)의 둘레 방향으로 순차적으로 EGR 쿨러 측 포트(111), 히터코어 측 포트(112), 라디에이터 측 포트(113)가 형성된다.

밸브 바디(120)는 로터리 슬라이드 밸브로서 평면상 원형 하우징(110)에 대응되는 원형 형상으로 마련되며, 원형 하우징(110)의 중심축 상에 구비되는 액츄에이터(130)에 축 결합됨으로써, 그 회전축을 기준으로 하우징(110) 둘레 방향을 따라 회전 동작되게 마련된다.

그리고, 밸브 바디(120)에는 하우징(110)의 냉각수 유입구(114)와 관통되는 유입홀(122)이 형성되고, 도 5의 도시와 같이 반경 방향으로 일 측에 일정한 각도로 개방됨으로써, 개방된 일 측이 냉각수 유출구(121)로 형성된다.

그래서, 냉각수 유입구(114)를 통해 유입되는 냉각수는 밸브 바디(120)의 유입홀(122)을 통해 내부 공간으로 유입된 후, 밸브 바디(120)의 회전 각도에 따라서 도 4와 같이 순차적으로 EGR 쿨러 측 포트(111), 히터코어 측 포트(112), 라디에이터 측 포트(113)를 통해서 EGR 쿨러 측 유로, 히터코어 측 유로, 라디에이터 측 유로로 냉각수가 공급되게 한다.

즉, 밸브 바디(120)의 유입홀(122)을 통해 유입되는 냉각수는 밸브 바디(120)의 중심축과 수평한 방향으로 유입되고, 이에 따라 밸브 바디(120)로 냉각수는 상시 유입되고 둘레를 따라서는 출구만이 배치되므로 제어의 편의성을 도모할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 통합 유량제어 밸브(100)는 수평적으로 나란하게 형성되는 3 포트(111, 112, 113)로의 유량을 하나의 밸브 바디(120)에 의해서 가변 제어하함으로써 기존의 통합 유량제어 밸브에 비해 크기(특히, 밸브의 높이) 및 구성이 보다 간소화될 수 있고, 연비 및 난방 성능을 동시에 개선할 수 있다.

통상적으로 엔진 출구 끝단과 엔진 마운팅 간의 거리는 항상 협소하기 때문에 밸브의 소형화는 중요하다. 통상은 엔진 끝단에서 마운팅과의 여유 거리를 1cm 이상 두어야 하는데 본 발명의 단일 레이어 타입을 적용하면 약 2~3cm의 여유 거리가 추가 확보되어 패키지성이 대폭 향상된다.

이 같이 로터리 슬라이드 타입의 밸브 바디(120)는 밸브 안측과 외측 포트실과의 열림량을 결정하는 열림 형상을 가지고 있고, 이러한 열림 형상이 3개의 포트가 공유하면서 구형의 레이어(layer) 하나만으로 제어가 가능하게 한다.

유효 적절한 유량 제어를 위해서는 열림 시기가 중요한데, 그 순서는 도 2 및 도 5를 참조하면, EGR 쿨러 측 포트(111), 히터코어 측 포트(112), 라디에이터 측 포트(113) 순으로 열려야 한다.

나아가, 포트의 단면적 크기는 EGR 쿨러 측 포트(111), 히터코어 측 포트(112), 라디에이터 측 포트(113) 순으로 크기가 커지는데(R1<R2<R3),이는 포트 간 간격을 고려한 레이아웃 상, 동일한 개도 영역을 이용하여 각 포트의 개도를 제어하면서 효율적인 각도 제어를 하기 위함이다.

이하에서는 이 같은 본 발명의 통합 유량제어 밸브를 통한 엔진 냉각시스템의 제어 동작을 살펴보도록 한다.

도 6a 내지 도 6c는 state 1 상태에 관한 것으로, 도 6a는 엔진 냉각시스템, 도 6b는 통합 유량제어 밸브, 도 6c는 개도 상황을 나타낸 것이다.

도시와 같이, state 1은 유동 정지 제어 상태로서, 밸브 바디(120)가 EGR 쿨러 측 포트(111), 히터코어 측 포트(112), 라디에이터 측 포트(113) 모두를 닫고 있는(closed) 상태로 유지하여 엔진 및 엔진 냉각수의 빠른 웜업을 구현한다.

도 7a 내지 도 7c는 state 2 상태에 관한 것으로, 도 7a는 엔진 냉각시스템, 도 7b는 통합 유량제어 밸브, 도 7c는 개도 상황을 나타낸 것이다.

도시와 같이, state 2는 미소 유량 제어 상태로서, 밸브 바디(120)가 회전하여 EGR 쿨러 측 포트(111) 일부만 개방시켜 미소 유량을 공급하고, 히터코어 측 포트(112) 및 라디에이터 측 포트(113)는 closing 상태를 유지시켜 냉각수의 온도를 수렴시킨다.

도 8a 내지 도 8c는 state 3 상태에 관한 것으로, 도 8a는 엔진 냉각시스템, 도 8b는 통합 유량제어 밸브, 도 8c는 개도 상황을 나타낸 것이다.

도시와 같이, state 3은 히터 유량 제어 상태로서, 밸브 바디(120)가 보다 회전하여 EGR 쿨러 측 포트(111)는 완전 개방되고, 히터코어 측 포트(112)를 일부만 개방시켜 미소 유량을 공급하고, 라디에이터 측 포트(113)는 closing 상태를 유지시켜 미소 유량 제어를 하면서 웜업을 유지하고 공조 웜업을 시작한다.

도시에서 실선 표시가 완전 개방된 상태에서 웜업된 냉각수의 흐름을 나타낸 것이며, 점선 표시가 미소 개방된 상태에서 웜업된 냉각수의 흐름을 나타낸 것이다.

다음, 도 9a 내지 도 9c는 state 4 상태에 관한 것으로, 도 9a는 엔진 냉각시스템, 도 9b는 통합 유량제어 밸브, 도 9c는 개도 상황을 나타낸 것이다.

도시와 같이, state 4는 온도 조절 구간으로서, 밸브 바디(120)가 보다 회전하여 EGR 쿨러 측 포트(111) 및 히터코어 측 포트(112)는 완전 개방하고, 라디에이터 측 포트(113)는 완전 개방 또는 가변 제어함으로써 온도를 제어한다.

진한 실선 표시가 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수의 흐름을 나타낸다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 통합 유량제어 밸브는 단일 레이어로 밸브 바디의 회전 각도 변화에 의해서 각 포트를 제어함으로써 기존에 비해 높이 등 크기를 작게 하고, 엔진 냉각시스템 구성 상 패키지성을 높여줄 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

100 : 통합 유량제어 밸브
110 : 하우징
111 : EGR 쿨러 측 포트
112 : 히터코어 측 포트
113 : 라디에이터 측 포트
114 : 냉각수 유입구
120 : 밸브 바디
121 : 냉각수 유출구 122 : 유입홀
130 : 액츄에이터

Claims (9)

1. 냉각수 유입구, EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트가 형성된 하우징; 및
   상기 하우징 내에 구비되어 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트의 개도를 제어하는 밸브 바디를 포함하고,
   상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트는 상기 하우징의 둘레를 따라 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브 바디는 상기 하우징의 중심축을 기준으로 회전 동작됨으로써 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트의 개도를 제어하는 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 밸브 바디를 구동시키는 액츄에이터를 더 포함하고,
   상기 밸브 바디는 상기 액츄에이터에 축 결합됨으로써 상기 하우징의 둘레 방향을 따라 회전 동작되는 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징은 평면상 원형의 외관을 갖는 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트는 상기 하우징의 둘레를 따라서 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트 순으로 배열 형성되는 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트의 단면적의 크기는 상기 EGR 쿨러 측 포트, 히터코어 측 포트 및 라디에이터 측 포트 순으로 크게 형성되는 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 밸브 바디는 둘레 형상이 상기 평면상 원형인 하우징 형상에 대응되며, 반경 방향으로 일 측에는 일정한 각도로 개방된 형태의 냉각수 유출구가 형성된 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 밸브 바디에는 상기 냉각수 유입구와 관통되는 유입홀이 형성되고, 상기 유입홀을 통해 유입되는 냉각수는 상기 냉각수 유출구로 통하는 것을 특징으로 하는,
   단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브.
9. 청구항 1의 단일 레이어 타입 통합 유량제어 밸브가 엔진과 라디에이터 간에 구비되며, 상기 EGR 쿨러 측 포트는 EGR 쿨러 측 유로와 연통되고, 상기 히터코어 측 포트는 히터코어 측 유로와 연통되며, 상기 라디에이터 측 포트는 라디에이터 측 유로와 연결되는 엔진 냉각시스템.

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