KR20180009745A - 내연 기관 및 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소 엔진 및 냉각 시스템을 구비한 내연기관에 관한 것으로, 상기 냉각 시스템은 냉각제 펌프, 메인 냉각기(30), 난방 열 교환기(28), 상기 난방 열 교환기(28)를 우회하는 바이패스(34), 상기 연소 엔진 내 냉각제 채널들 및 하나 이상의 국부 냉각제 온도에 따라 냉각제를 조절하여 분배하기 위한 액추에이터를 갖춘 조절 장치를 포함하며, 상기 액추에이터(22)가 단일 방향으로 구동될 때 조절 장치는 - 제1 위치(72)에서, 연소 엔진 및 난방 열 교환기(28)를 통과하는 냉각제 유동은 허용하고, 바이패스(34) 및 메인 냉각기(30)를 통과하는 냉각제 유동은 저지하며, - 제2 위치(88)에서, 추가로 바이패스(34)를 통과하는 냉각제 유동을 허용하며, - 제3 위치(96)에서는, 추가로 메인 냉각기(30)를 통과하는 냉각제 유동을 허용하며, 이와 같은 내연 기관은, 조절 장치(16)가 제1 위치(72) 이전에 놓여 있는 제로 위치(58)에서는 연소 엔진(10)을 통과하는 냉각제 유동을 저지하고, 난방 열 교환기(28)를 통과하는 냉각제 유동을 허용하는 것을 특징으로 한다.

Description

내연 기관 및 자동차

본 발명은, 내연 기관 및 상기 내연 기관을 구비한 자동차에 관한 것이다.

자동차용 내연 기관은 일반적으로 냉각 시스템을 구비하며, 이 냉각 시스템 내에서는 냉각제가 하나 이상의 냉각 회로 내에 있는 하나 또는 복수의 펌프에 의해 펌핑되고, 이때 열 에너지가 냉각 회로 내에 통합된 구성 요소, 특히 연소 엔진 그리고 오일 냉각기 및/또는 인터쿨러에 의해 흡수된다. 이어서 상기 열 에너지는 주변 열(ambient heat) 교환기, 이른바 메인 (수냉식) 냉각기 내에서, 그리고 간헐적으로는 난방 열 교환기 내에서 주변 공기로, 난방 열 교환기의 경우에는 자동차 실내 공간의 공기 조화를 위해 제공된 주변 공기로 방출된다.

최근 자동차의 냉각 시스템은 수배 더 많은 냉각 회로를 구비한다. 예를 들면, 섹션 방식으로 통합된 형태로 형성된 소위 대형 냉각 회로 또는 메인 냉각 회로와 소형 냉각 회로를 제공하는 것이 공지되어 있으며, 이 경우 서모스탯(thermostat) 제어식 밸브에 의해 냉각제가 대형 냉각 회로 또는 소형 냉각 회로를 통해 안내된다. 이는 냉각제의 온도에 따라 수행되며, 그 결과 예를 들어 내연 기관의 웜업 단계에서 냉각제가 사전 설정된 작동 온도에 아직 도달하지 않은 경우에는, 냉각제가 소형 냉각 회로 내에서 이송되고, 이로 인해 메인 냉각기, 즉, 냉각제가 주변 공기로의 열 전달에 의해 주로 냉각되는 주변 열 교환기가 우회된다. 그와 달리, 냉각제가 작동 온도 범위에 도달하면, 서모스탯 제어식 밸브에 의해 냉각제가 대형 냉각 회로 내에서 이송됨으로써, 결과적으로 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달에 의해 냉각 시스템의 과열이 방지된다. 그와 달리, 제2 주변 열 교환기로서의 난방 열 교환기는 통상 소형 냉각 회로 내에 통합되어 있으며, 이로 인해 이미 내연 기관의 웜업 단계에서도 자동차 실내 공간의 가열이 가능해진다.

운전 구동력이 오로지 내연 기관에 의해서만 발생하는, 종래 방식으로 구동되는 자동차에서는, 일반적으로 소위 기계 구동식 냉각제 펌프가 사용되며, 이와 같은 냉각제 펌프는 내연 기관 자체에 의해 구동된다. 이와 같은 기계 구동식 냉각제 펌프는 간단한 구조적 형상을 갖고 때문에 비용 효율적으로 제조될 수 있다. 하지만 기계 구동식 냉각제 펌프에서는, 관련 연소 엔진의 출력 샤프트(예컨대 크랭크 샤프트 또는 캠 샤프트)의 회전수에 대한 냉각제 펌프의 구동 회전수의 의존성이 불리하게 작용할 수 있다. 종래 방식으로 구동되는 자동차에서는 이미, 상대적으로 낮은 회전수에서의 충분한 이송 용량과 관련된 냉각제 펌프의 설계가 연소 엔진의 출력 샤프트의 회전수가 높은 경우에 이송 용량의 과대 치수 설계(over-dimensioning)를 초래할 수 있을 정도로, 상기와 같은 의존성이 부정적으로 작용할 수 있다. 하지만, 이와 같은 문제점은, 기계 구동식 냉각제 펌프의 조절 가능한 구성에 의해 방지되거나 적어도 약화될 수 있다. 이와 같은 조절 가능한 기계 구동식 냉각제 펌프는 예를 들어 DE 10 2010 044 167 A1호로부터 공지되어 있다.

따라서, 최근 자동차의 냉각 시스템에서는, 냉각제의 용적 흐름의 메인 조절이 조절 가능한 냉각제 펌프에 의해 이루어질 수 있는 한편, 각각 상이한 냉각 수요를 갖는 개별 구성 요소로의 용적 흐름의 분배는 능동적으로, 그리고 특히 서모스탯을 통해 제어되는 밸브에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, DE 103 42 935 A1호는, 연소 엔진에 의해 기계식으로 구동되는 펌프를 포함하는 냉각 회로를 갖춘 내연 기관을 개시하고 있다. 이로써, 펌프의 이송 용적 흐름은 연소 엔진의 회전수에 좌우된다. 냉각 회로 내에 통합된 복수의 열 교환기, 특히 내연 기관의 실린더 크랭크 하우징 및 실린더 헤드의 냉각 채널들 그리고 내연 기관에 의해 구동되는 자동차의 실내 공간 난방을 위한 난방 열 교환기에 대해 각각 조정된 냉각제 용적 흐름에 도달하기 위해, 각각 개별적으로 제어 가능한 복수의 조절 밸브가 냉각 회로 내에 통합되어 있다. 그렇기 때문에, DE 103 42 935 A1호로부터 공지된 냉각 시스템은 구조적으로 복잡하다.

특허 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관은 지금까지 공개되지 않은 독일 특허 출원 제10 2014 219 252.8호에 기술되어 있다. 이 내연 기관은 조절 장치를 포함하고, 이 조절 장치는 제1 차단 슬라이드를 움직이는 액추에이터 및 제1 차단 슬라이드에 의해 때때로 함께 움직이는 제2 차단 슬라이드를 이용해서, 내연 기관의 냉각 시스템의 다양한 구성 요소에 대해 작동에 따라 조정된 냉각제 공급이 비교적 간단한 방식으로 구현될 수 있게 한다. 이 경우, 기계식으로, 다시 말해 내연 기관의 연소 엔진의 샤프트에 의해 구동되는 냉각제 펌프가 사용된다.

하이브리드 차량, 다시 말해 운전 구동력이 적어도 일시적으로 내연 기관에 의해 (직접적으로 또는 간접적으로) 발생할 뿐만 아니라 전동기에 의해서도 발생하는, 하이브리드 운전 구동 장치를 갖춘 자동차에서는, 자동차가 작동 중에 있고 특히 또한 전기 운전 구동 장치에 의해 작동된다 해도, 내연 기관의 연소 엔진이 빈번하게 그리고 더군다나 더 장시간동안 스위치-오프되어 있게 된다. 하이브리드 차량의 이와 같은 작동 상태에서도 냉각 시스템의 기능성을 (부분적으로) 유지하기 위해, 예를 들어 파워 트레인의 개별 구성 요소의 냉각 및/또는 자동차 실내 공간의 온도 조절을 가능하게 하기 위해, 하이브리드 차량에서는 전기 구동식 냉각제 펌프가 더 많이 사용되며, 이 전기 구동식 냉각제 펌프의 구동은 오로지 이를 위해 제공된 전동기에 의해서만 수행된다. 이를 위해 시중에서 구할 수 있는 전동기 냉각제 펌프 유닛은 상대적으로 비싸다.

또한, DE 20 2008 005 103 U1호에는 연소 엔진의 보조 장치 및 특히 냉각수 펌프가 V 벨트 구동(v-belt drive)을 통해 전동기에 의해 구동될 수 있는 가능성이 개시되어 있다.

이러한 종래 기술에 근거하여 본 발명의 과제는, 복수의 구성 요소를 포함하는 냉각 시스템을 갖춘 내연 기관에서, 개별 구성 요소를 통과하는 냉각제 유동의 조정을 가급적 간단하고 비용 효율적인 방식으로 가능하게 하는 것이다. 이 경우, 특히 내연 기관의 연소 엔진의 비작동 시, 특히 냉각 시스템의 난방 열 교환기로의 냉각제 이송이 가능해야 한다.

상기 과제는, 특허 청구항 1에 따른 내연 기관에 의해서 해결된다. 이와 같은 내연 기관을 갖춘 자동차는 특허 청구항 13의 대상이다. 본 발명에 따른 내연 기관 및 본 발명에 따른 자동차의 바람직한 실시예들은 또 다른 특허 청구항들의 대상이고, 본 발명의 이하 설명에서 기술된다. 특허 청구항 15의 대상은 또한 본 발명에 따른 자동차를 작동하기 위한 방법이다.

본 발명은, 한 편으로는 하나 이상의 연소 엔진 및 냉각 시스템을 구비한 내연 기관에 관한 것이며, 이 경우 냉각 시스템은 하나 이상의 냉각제 펌프; 메인 냉각기; 난방 열 교환기; 난방 열 교환기를 우회하는 바이패스; 연소 엔진 내 냉각제 채널들; 그리고 하나 이상의 국부 냉각제 온도에 따라 냉각제의 분배를 조절하기 위한 (바람직하게는 전기식의, 경우에 따라서는 유압식의 그리고/또는 공압식의) 액추에이터를 갖춘 조절 장치;를 포함하며, 상기 조절 장치는 액추에이터가 하나의 (제어 또는 운동) 방향으로 구동될 때,

- 제1 위치에서, 연소 엔진 및 난방 열 교환기를 통과하는 냉각제 유동을 허용하고, 바이패스 및 주변 열 교환기를 통과하는 냉각제 유동은 저지하며,

- 제2 위치에서, 추가로 바이패스를 통과하는 냉각제 유동을 허용하고,

- 제3 위치에서는, 추가로 (적어도 제1 위치에 비해) 메인 냉각기를 통과하는 냉각제 유동을 허용한다.

상기와 같은 내연 기관은, (관류와 관련하여 냉각제에 의해 조절될 수 있는) 냉각 시스템의 개별 구성 요소의 지능형 스위치-온/오프 시퀀스에 의해 상기 구성 요소들을 단 하나의 구동 액추에이터를 이용하여 조절할 수 있게 한다.

특히 본원에서는, 조절 장치의 제1 위치에서는 상대적으로 적은 용적 흐름의 냉각제만이 냉각제 펌프에 의해 냉각 시스템의 (메인 냉각기를 우회하는) 소형 냉각 회로를 통해 이송되는 구성이 가능하며, 이 경우 (적어도 부분적으로) 연소 엔진 및 난방 열 교환기만이 관류된다. 냉각제의 상대적으로 적은 용적 흐름만이 연소 엔진을 통해 이송됨으로써, 특히 내연 기관의 웜엄 단계에서 냉각제의 상응하는 부분량의 신속한 가열이 가능할 수 있고, 그 결과로 난방 열 교환기의 효과 및 이와 더불어 바람직하게 내연 기관에 의해서 구동되는 자동차 난방 장치의 효과가 상대적으로 이른 시점에 나타날 수 있다.

따라서, "난방 열 교환기"란, 냉각 시스템의 냉각제로부터 자동차 실내 공간의 가열을 위해 제공된 주변 공기로의 열 전달이 수행되는 열 교환기로 이해된다. 이로써, 난방 열 교환기는 메인 냉각기와 마찬가지로 주변 열 교환기이다.

조절 장치의 제2 위치에 바이패스를 추가 연결함으로써, 내연 기관의 작동 온도가 증가하면, 소형 냉각 회로 내에서 그리고 이로써 메인 냉각기를 우회하여 연소 엔진을 통해 냉각제의 더 큰 용적 흐름이 이송됨으로써, 냉각 시스템의 과열이 방지될 수 있다. 이 경우, 난방 열 교환기를 우회하는 바이패스가 바람직할 수 있는데, 그 이유는 난방 열 교환기의 유동 가이드의 횡단면 및 난방 열 교환기 쪽으로 그리고 난방 열 교환기로부터 멀어지는 방향으로 뻗는 냉각 시스템의 라인들의 횡단면에 의해 제한되는, 난방 열 교환기를 통과하는 최대 용적 흐름이 바람직하게는 상대적으로 작게 치수 설계되고, 그 결과 조절 장치의 제2 위치에서 냉각제의 전체 용적 흐름이 난방 열 교환기를 통해 안내될 수 없고, 안내되어서도 안 되기 때문이다. 이는 특히, 난방 열 교환기가 조절 장치의 제1 위치 및 그에 후속하는 모든 위치들에서 냉각제에 의해 관류되기 때문에 적용된다.

그 다음에, 조절 장치의 제3 위치에서는, 특히 냉각제의 냉각만을 목적으로 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달에 의해 메인 냉각기의 연결이 이루어진다. 이로써, 조절 장치의 제3 위치에서 냉각 시스템의 대형 냉각 회로 내에서 냉각제가 이송된다.

제3 위치에서 전체 냉각제가 난방 열 교환기 또는 메인 냉각기를 통해 안내되는 것을 보장하기 위해, 본 발명에 따른 내연 기관의 바람직한 일 실시예에서는, 조절 장치가 제3 위치에서 바이패스를 통과하는 냉각제 유동을 재차 저지하는 구성이 제안될 수 있다.

상기와 같은 내연 기관에서는 본 발명에 따라, 조절 장치가 제1 위치 이전에 놓인 제로 위치에서 연소 엔진을 통과하는 냉각제 유동은 저지하고, 난방 열 교환기를 통과하는 냉각제 유동을 허용하는 구성이 제안된다.

그럼으로써, 특히 특허 청구항 1의 전제부에 언급된 냉각 시스템의 구성 요소와 관련하여 냉각제 펌프 및 난방 열 교환기(그리고 부분적으로는 조절 장치)만 포함할 수 있는 냉각제용 가열 회로가 제공될 수 있다. 이는, 냉각 시스템의 각각의 또는 나머지 모든 (냉각될) 구성 요소를 냉각하기 위한 냉각 기능이 불필요한 경우에도, 난방 열 교환기의 기능을 활용할 수 있게 하고, 그럼으로써 특히 (바람직하게는 운전 구동력을 발생시키기 위한) 하나 이상의 본 발명에 따른 내연 기관을 포함하는 본 발명에 따른 자동차의 실내 공간 난방 장치를 작동시킬 수 있게 한다.

이는 특히, 본 발명에 따른 내연 기관의 연소 엔진이 작동되지 않음으로써, 냉각제에 의해 특히 메인 냉각기로 이송되어 그곳에서 주변 공기로 방출되어야 하는 폐열이 상기 연소 엔진에서는 전혀 발생하지 않는 경우일 수 있다. 이는 예를 들어 내연 기관의 연소 엔진이 작동되지 않는 경우와 관련될 수 있지만, 내연 기관의 다른 구성 요소(및 이로써 내연 기관 자체) 및 경우에 따라서는 본 발명에 따른 자동차에 대해서도 동일하게 적용된다. 그러한 경우는 예를 들어 연소 엔진이 자동차의 정지 상태에서 자동으로 스위치-오프되는 경우("자동 스타트/스톱 시스템")일 수 있으며, 이 경우에는 자동차의 실내 공간 난방 장치의 기능도 유지되어야 한다. 더 나아가, 자동차가 사용 전에 예열되어야 하는 경우에는 자동차를 위한 상응하는 작동 상태가 가능하다("보조 가열 기능").

더 나아가, 추가의 전기식 운전 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 경우에는, 자동차(및 경우에 따라서는 내연 기관의 다른 구성 요소)의 작동이 동시에 이루어지는 경우에 내연 기관의 연소 엔진의 비작동이 나타날 수 있다. 운전 구동력이 전기식 운전 구동 장치에 의해서만 발생하는 하이브리드 차량의 작동 상태들에서는, 연소 엔진에 의해 연료가 소비되지 않도록 하기 위해, 연소 엔진은 일반적으로 작동되지 않는다. 하지만, 이와 같은 작동 상태들에서도 필요에 따라 실내 공간 난방 장치의 기능이 제공되어야 한다.

연소 엔진의 비작동 상태에서도 냉각제 펌프의 구동을 가능하게 하기 위해, 바람직하게는 냉각제 펌프의 이송 요소 및 특히 펌프 휠이 전동기에 의해 구동될 수 있는 구성이 제안될 수 있다.

이 경우, 전동기를 위한 가급적 유연한 배치가 가능하도록, 바람직하게는 이송 요소가 기어를 통해서, 특히 벨트 기어(예컨대 톱니 벨트 기어)를 통해 또는 톱니 휠 기어를 통해 전동기에 의해 구동될 수 있는 구성도 제안될 수 있다.

더 바람직하게, 이 경우 전동기 및/또는 전동기에 속하는 파워 전자 장치를 냉각하기 위한 냉각 펌프 구동 냉각 회로가 제공될 수 있다. 상기 냉각 펌프 구동 냉각 회로가 바람직하게 직접 형성됨으로써, 냉각제 펌프의 이송 요소에 의해 이송되는 냉각제(특히 냉각제 펌프에 의해 이송되는 전체 흐름의 부분 흐름)는 오로지 전동기 및/또는 전동기에 속하는 파워 전자 장치를 통해서만 안내되고, 다른 구성 요소의 냉각을 위해서는 이용되지 않는다.

더욱 바람직하게는, 전동기 및/또는 전동기에 속하는 파워 전자 장치가 동일한 하우징 내에 수용되거나 이 하우징에 고정되고, 그 하우징 내부에 냉각제 펌프도 통합되는 구성이 제안될 수 있다. 특히, 이렇게 함으로써, 냉각 펌프 구동 냉각 회로를 형성하는 냉각 채널들을 적어도 부분적으로 상기 하우징 내에 통합하는 것이 가능할 수 있다. 특히 바람직하게는, (단일 부재로 또는 복수의 부재로 구성된) 하우징이 (적어도) 냉각제 펌프, 조절 장치 및 전동기 그리고 선택적으로는 전동기에 속하는 파워 전자 장치까지도 수용하거나 통합하는 구성이 제안될 수 있다.

더 나아가, 본 발명에 따라 제공된, 내연 기관의 냉각제 펌프를 전기식으로 구동할 수 있는 가능성에 의해, 연소 엔진의 회전수가 상대적으로 낮은 경우에도 냉각제 펌프의 이송 용량 및 이로써 냉각 시스템의 냉각 출력을 기계식으로 구동되는 냉각제 펌프에 비해 증가시킬 수 있는 가능성이 상대적으로 간단한 방식으로 제공된다. 연소 엔진의 회전수가 상대적으로 낮은 경우에 개선된 상기와 같은 냉각 출력은 연소 엔진을 더 높은 압축비로 동작할 수 있게 하며, 이 경우 더 높은 압축비로 인해 일반적으로 나타나는, 특히 연소 엔진의 회전수가 상대적으로 낮은 경우에 관찰될 수 있는 더 높은 노킹(knocking) 경향은 개선된 냉각 출력에 의해 보상될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해 특히, 연소 엔진을 앳킨슨 엔진(atkinson motor)으로서 형성하거나, 적어도 그로부터 유도되는 앳킨슨 공정에서 작동할 수 있도록 형성하는 것이 가능해질 수 있으며, 이는 적어도 부분적으로 연소 엔진 내 가스의 상대적으로 높은 압축비와 결부될 수 있고, 이로써 상대적으로 높은 노킹 경향과도 결부될 수 있다.

앳킨슨 엔진은 공지된 바에 따라 기본적으로, 한 편으로 흡입 및 압축을 위한 그리고 다른 한 편으로 팽창과 배출을 위한 상이한 피스톤 행정 및 이에 의한 행정 체적을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 특징은, 크랭크 샤프트와 피스톤 사이에 있는 추가의 로커 암(rocker arm) 및 추가의 커넥팅 로드에 의해서 구현될 수 있다. 크랭크 샤프트가 1회 회전할 때, 피스톤은 2회 왕복 운동한다. 장점은, 피스톤의 연장된 팽창 행정에 의해 가스가 더 많이 팽창되고, 이로써 배기가스 온도가 강하할 수 있으며, 이로 인해 효율이 증가할 수 있다는 점이다. 하지만, 그와 동시에 행정 챔버 고유의 출력도 감소한다. 소위 유도된 앳킨슨 공정에서는, 종래의 4행정 왕복 피스톤 엔진(특히 오토 엔진)에서의 상이한 피스톤 행정들의 작용이 변경된 밸브 제어 시간 및 특히 배출 밸브의 연장된 개방 시간에 의해 시뮬레이션된다.

조절 장치의 제로 위치에서는 연소 엔진(및 특히 또한 규칙적으로 열 에너지를 냉각제로 전달하는 나머지 모든 구성 요소)의 관류가 제공되지 않기 때문에, 상기 연소 엔진(및 또한 다른 구성 요소들)은 실내 공간 난방 장치를 위한 열원으로서 생략된다. 그렇기 때문에, 바람직하게 냉각 시스템 내부에는, 조절 장치의 제로 위치에서 냉각제에 의해 관류될 수 있는(또는 냉각제 펌프의 작동 중에 관류되는) 가열 장치가 통합되어 있다. 이로써, 예를 들어 전기식 가열 장치(예컨대 PTC 가열 소자) 또는 화학식 가열 장치(예컨대 잠열 저장기)일 수 있는 상기 가열 장치는 내연 기관 또는 자동차의 상응하는 작동 상태에서, 자동차 실내 공간 난방 장치의 기능성을 유지하기 위해, 대체 열원으로서 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 내연 기관의 더욱 바람직한 일 실시예에서는, 조절 장치가 제1, 제2 및/또는 제3 위치에서, 특히 제로 위치를 제외한 모든 위치에서 냉각제 펌프와 난방 열 교환기 간의 직접적인(즉, 특허 청구항 1의 전제부에 언급된 나머지 구성 요소들 중 하나 이상의 구성 요소를 통하지 않는) 연결을 저지하는 구성이 제안될 수 있다. 이와 같은 실시예는, 조절 장치가 제로 위치에서 냉각 시스템의 냉각제 라인들에 의해 형성된, 냉각제 펌프와 연소 엔진 간의 연결을 차단하는 동시에 냉각제 펌프와 난방 열 교환기 간의 연결을 허용함으로써, 구조적으로 바람직한 방식으로 달성될 수 있다. 두 가지 동작 모두 특히 단 하나의 폐쇄 요소에 의해 이루어질 수 있다. 그로 인해, 연소 엔진의 작동 동안 냉각제의 일부가 직접 냉각제 펌프로부터 난방 열 교환기로 이송되어, 상기 냉각제 부분이 내연 기관의 냉각될 구성 요소 및 특히 연소 엔진으로부터 열 에너지를 흡수하지 않게 되는 상황이 방지될 수 있지만, 이는 연소 엔진의 작동 중에 특히 필요에 따라 제공되는 추가 가열 장치의 작동을 생략하기 위해서 의도된 것이다.

바람직하게는, 제로 위치(및 내연 기관 또는 자동차의 비작동 시 제3 위치)를 제외한 조절 장치의 모든 위치들이 연소 엔진의 작동 중에만 조정되는 구성이 제안될 수 있다.

본 발명에 따른 내연 기관의 연소 엔진의 바람직한 냉각은, 연소 엔진의 실린더 하우징(특히 실린더 크랭크 하우징) 뿐만 아니라 실린더 헤드까지도 각각 하나 이상의 냉각 채널을 구비하는 경우에 달성될 수 있으며, 이 경우 냉각 채널은 조절 장치에 의해서 제어되어 필요에 따라 냉각제에 의해서 관류된다. 이 경우에는 특히, 조절 장치가 제1 위치에서는 실린더 헤드의 냉각제 채널을 통과하는 냉각제 유동을 허용하고, 실린더 하우징의 냉각제 채널을 통과하는 냉각제 유동을 저지하는 구성이 제안될 수 있다. 이렇게 함으로써, 내연 기관의 연소 엔진의 작동 중에 웜업 단계 동안 냉각제가, 실린더 하우징에 비해 더 높은 열적 하중을 받고 이와 같은 내연 기관의 작동 상태에서 필요에 따라 냉각제로부터 계속해서 열 에너지를 흡수하는 질량을 갖는 내연 기관의 실린더 헤드(및 난방 열 교환기)만을 통해 안내되는 상황에 도달할 수 있으며, 이로 인해서는 난방 열 교환기의 가열 능력을 위해 바람직한 냉각제의 신속한 가열뿐만 아니라 그와 동시에 이미 실린더 헤드를 위한 냉각도 달성될 수 있다. 그와 달리, 실린더 하우징의 냉각제 채널의 관류는 아직까지 제공되어 있지 않으며, 이로 인해서는 이와 같은 작동 상태에서 실린더 하우징의 실린더 벽의 더욱 신속한 가열에 도달할 수 있으며, 이는 실린더와 피스톤 간의 마찰 손실 및 내연 기관의 방출 특성에 긍정적으로 작용한다.

실린더 하우징의 냉각제 채널이 냉각 시스템 내부에 접속되는 과정은 바람직하게 제2 위치와 제3 위치 사이에 놓여 있는 조절 장치의 중간 위치에서 비로소 이루어지며, 이 경우 내연 기관의 작동 온도는 이미 실린더 하우징의 냉각도 유의미하거나 필요한 정도까지 상승할 수 있다.

본 발명에 따른 내연 기관의 더 바람직한 일 실시예에서는, 조절 장치의 2개 이상의 위치 간 조정이 단계적으로 또는 무단으로 가능함으로써, 조절 장치가 하나 또는 복수의 부분단으로 조절될 수 있고, 이들 단계에 보유될 수도 있다. 본 실시예에 의해, 실제 필요에 따라 냉각제를 이용한 개별 구성 요소들의 관류량의 조정이 더욱 개선될 수 있다.

또한, 조절 장치가 내연 기관의 연소 엔진의 작동 특성맵에 따라 조절 장치의 2개 이상의 위치 사이에서 그리고 특히 제2 위치와 제3 위치 사이에서 조정될 수 있는 구성이 제안될 수 있다. 이와 같은 작동 특성맵에서는, 특히 내연 기관의 연소 엔진이 작동되는 회전수에 대해 부하가 표시될 수 있다. 그럼으로써, 바람직한 방식으로 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달은 메인 냉각기 내에서 작동 상태에 따라 그리고 결과적으로 연소 엔진의 열 발생에 따라 제어될 수 있다. 이와 같은 방식은 예를 들어, 냉각제의 온도를 가급적 일정하게 유지하는 것 또는 필요에 따라 특히 연소 엔진의 작동 상태에 좌우될 수 있는 규정된 값(범위)까지 조절할 수 있게 한다. 특히, 부하 및/또는 회전수가 상대적으로 낮은 경우에는, 상응하게 높은 오일 온도 및 이로써 상대적으로 적은 마찰 손실을 야기할 수 있는 더 높은 냉각제 온도가 설정 또는 조절될 수 있다. 그와 달리, 부하 및/또는 회전수가 더 높은 경우에는, 연소 엔진을 열적인 과부하로부터 보호하기 위해 냉각제 온도가 하강할 수 있다. 이렇게 함으로써, 예를 들어 온도 센서를 이용한 상응하는 조절과 달리, 이전에 이미 이루어진 온도 변동에 반응하도록 구성되지 않은 냉각제 온도의 예측 조절도 가능해질 수 있다. 이 경우에는 특히 바람직하게, 연소 엔진의 작동 특성맵에 따라 2개 이상의 위치 사이에서 단계적으로 또는 연속적으로 조정이 수행되는 구성이 제안될 수 있다.

구조적으로 비교적 간단히 구현될 수 있는 본 발명에 따른 내연 기관의 일 실시예에서는, 조절 장치가 액추에이터에 의해 병진 운동 및/또는 회전 운동을 하는 차단 슬라이드를 포함하고, 액추에이터에 의해서 야기되는 상기 차단 슬라이드의 동작이 조절 장치의 위치들에 상응하는 유입구 및/또는 배출구의 폐쇄 또는 개방을 유도하며, 이들 유입구 및/또는 배출구가 (상응하는 냉각제 라인과 조합되어) 조절 장치를 냉각 시스템의 상응하는 구성 요소들과 유체 안내식으로 연결하는 구성이 제안될 수 있다.

가능하다면, 조절 장치가 하나 이상의 차단 슬라이드를 포함하는 것이 바람직할 수 있으며, 이 경우에는 바람직하게, 차단 슬라이드들 중 제1 차단 슬라이드만 액추에이터에 의해서 작동되는 한편, 다른 차단 슬라이드의 동작은 (제1 차단 슬라이드의 동작의 하나 이상의 섹션 내에서) 제1 차단 슬라이드에 의해 야기되는 구성이 제안될 수 있다.

조절 장치가, 액추에이터에 의해 작동되는 제1 차단 슬라이드 및 제1 차단 슬라이드에 의해서 작동되는 제2 차단 슬라이드를 포함하는 것이 구조적으로 바람직한 것으로 밝혀졌으며, 이 경우 제2 차단 슬라이드의 폐쇄 위치가 조절 장치의 제로 위치에 준하고, 제2 차단 슬라이드가 제1 위치에 도달하기 위해 개방 위치로 움직임으로써, 제2 차단 슬라이드는 (바람직하게는 오직) 조절 장치의 제로 위치 및 제1 위치에 도달하기 위해서만 제공된다. 이 경우 특히 바람직하게는, 제1 차단 슬라이드가 자신의 운동 범위 내에서 부분적으로만 제2 차단 슬라이드와 함께 움직이는 구성이 제공될 수 있다. 이는 특히, 본 발명에 따른 내연 기관의 바람직한 실시예에서 제로 위치와 제1 위치 사이에서 (그리고 필요에 따라 다른 방식으로) 조절 장치를 조정하는 경우에만 작동되는 제2 차단 슬라이드의 간소화된 실시예를 가능하게 하는 한편, 조절 장치를 다른 위치들 사이에서 조정하는 경우에는 더 이상 제1 차단 슬라이드에 의한 제2 차단 슬라이드의 작동이 수행되지 않는다. 이와 같은 제1 차단 슬라이드와 제2 차단 슬라이드의 결합은 예를 들어 커플링 레버 기어장치, 몰티즈 크로스 기어장치(Maltese Cross gear) 및/또는 캠 기구(cam mechanism)에 의해서 달성될 수 있다.

경우에 따라 제1 차단 슬라이드에 지속적으로 결합되어 있지 않는 제2 차단 슬라이드의 위치 고정은 특히 강제 결합 방식에 기초할 수 있는데, 이 경우 제2 차단 슬라이드의 작동을 위해서는, 제2 차단 슬라이드의 질량으로 인해, 즉 관성 또는 중력에 기인하여, 그리고/또는 제2 차단 슬라이드에 가해지는 냉각제의 유압으로 인해, 제2 차단 슬라이드의 지지 작용에 의해 가능해진 운동 방향들로 발생하는 힘보다 큰, 상기 강제 결합을 극복하는 힘이 필요하다. 대안적으로 또는 보완적으로는, 형상 결합 방식의 위치 고정도 제안될 수 있다. 이 경우에는 특히 제2 차단 슬라이드의 위치 고정이 제1 차단 슬라이드에 의해서 이루어질 수 있다.

구조적으로 간단한, 특히 설치 공간 수요와 관련해서 바람직한 본 발명에 따른 내연 기관의 일 실시예는, 차단 슬라이드(들)가 회전 슬라이드로서 형성되는 것을 특징으로 한다.

조절 장치의 액추에이터의 구동은 더 바람직하게는 연소 엔진에 할당된 국부 온도에 따라 수행되며, 이로써 국부 온도는 특히 바람직하게 냉각제 채널 내에서 (특히 바람직하게는 상기 냉각제 채널의 유입구보다 배출구에 더 가까이 놓여 있는 지점에서) 그리고/또는 상기 냉각제 채널의 배출구에 연결된 냉각 시스템 섹션 내에서 측정된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 내연 기관은 연소 엔진의 냉각제 채널 내에 또는 냉각제의 유동 방향으로 볼 때 상기 냉각제 채널에 바로 연결되는 냉각제 라인 내에 배치된 냉각제 온도 센서를 구비할 수 있다.

이때, 단 하나의 온도 센서만 제공되어야 하는 경우, 이 온도 센서는 바람직하게 연소 엔진의 실린더 헤드의 냉각제 채널 내에 배치된다. 또는, 조절 장치가 실린더 헤드 내 냉각제의 국부 온도뿐만 아니라 실린더 하우징 내 냉각제의 국부 온도에 따라서도 제어됨으로써, 조절 장치를 이용한 냉각제 분배의 개선된 조절이 달성될 수 있다. 그에 따라, 실린더 헤드의 냉각제 채널 내에 배치된 제1 냉각제 온도 센서 및 실린더 하우징의 냉각제 채널 내에 배치된 제2 냉각제 온도 센서가 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 자동차는 특히 휠 기반의 자동차(바람직하게 승용차 또는 차차)일 수 있다.

특히 특허청구범위 및 특허청구범위를 전반적으로 설명하는 명세서 부분에 나오는 부정관사("하나" 및 "하나의")는 수사가 아닌 부정관사 자체로서 이해되어야 한다. 따라서, 부정관사로써 상응하게 구체화된 구성 요소는 적어도 하나는 존재하고 여러 개 존재할 수도 있다는 의미일 수 있다.

본 발명에 따른 내연 기관은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 내연 기관의 개략적인 블록 회로도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내연 기관용 조절 장치의 제1 사시도이다.
도 3은 도 2에 따른 조절 장치의 제2 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 따른 조절 장치의 분해도이다.
도 5는 부분적으로만 도시된 하우징을 가진, 도 2 내지 도 4에 따른 조절 장치의 도이다.
도 6은 액추에이터와 상기 액추에이터에 의해서 직/간접적으로 작동되는, 도 2 내지 도 5에 따른 조절 장치의 차단 슬라이드를 단독 도시한 도이다.
도 7은 제로 위치에 있는 조절 장치를 갖춘 도 2 내지 도 6에 따른 조절 장치의 횡단면도이다.
도 8은 제1 위치에 있는, 도 7에 따른 조절 장치의 도이다.
도 9는 전동기를 이용한, 도 2 내지 도 8에 따른 조절 장치의 하우징 내에 통합된 냉각제 펌프의 구동부의 도이다.
도 10은 냉각제를 이용하여, 냉각제 펌프의 구동 시 관련 조절 장치의 상이한 위치들에 따라, 본 발명의 도 1에 따른 내연 기관의 개별 구성 요소들의 관류를 나타낸 그래프이다.

도 1은, 본 발명에 따른 내연 기관을 개략적으로 보여준다. 본 발명에 따른 내연 기관은, 예를 들어 오토(Otto) 원리 또는 디젤 원리에 따라 동작하는 왕복 피스톤 연소 엔진으로서 형성될 수 있고 실린더 하우징(12) 및 실린더 헤드(14)를 포함하는 연소 엔진(10)을 포함한다. 또한, 내연 기관은 제1 차단 슬라이드(18), 제2 차단 슬라이드(20) 및 액추에이터(22)를 갖춘 조절 장치(16)를 더 구비한다. 제1 차단 슬라이드(18)는 액추에이터(22)에 의해서 작동될 수 있는 한편, 제2 차단 슬라이드(20)는 제1 차단 슬라이드(18)의 가능한 전체 동작의 일 섹션 내에서 제1 차단 슬라이드에 의해 함께 움직인다.

조절 장치(16)는 내연 기관의 냉각 시스템 내에 통합되어 있다. 상기 냉각 시스템 내부에는, 실린더 하우징(12) 및 실린더 헤드(14)의 냉각제 채널들(24, 26), 난방 열 교환기(28), 메인 냉각기(30) 및 냉각제 펌프(32)가 더 통합되어 있다. 이때, 냉각 시스템의 개별 구성 요소들은 냉각제 라인들을 통해 유체 안내 방식으로 연결되어 있다. 또한, 냉각 시스템은 바이패스(34)를 더 포함하며, 이 바이패스는 난방 열 교환기(28)뿐만 아니라 메인 냉각기(30)까지도 우회하여 조절 장치(16)의 배출구(84)를 냉각제 펌프(32)의 유입구(46)와 연결한다.

도 2 내지 도 9는, 도 1에 따른 조절 장치(16)의 가능한 구조적 실시예를 보여준다. 이 조절 장치(16)에서 차단 슬라이드(18, 20)는, 개별적인 회전 방향에 따라 조절 장치(16)를 관류하는 냉각제를 위한 유입구 및 배출구를 폐쇄 또는 개방하는 회전 슬라이드의 형태로 형성되어 있다.

조절 장치(16)는 하우징(36)을 포함하며, 하우징 내부에는 임펠러 펌프로서 형성된 냉각제 펌프(32)의 펌프 휠(38)도 회전할 수 있게 통합되어 있다. 펌프 휠(38)의 회전 및 이로써 냉각 시스템 내에서 냉각제의 이송은, 톱니 벨트 기어를 통해 펌프 휠(38)의 샤프트(40)와 연결되어 있는 전동기(108)에 의해 실행된다. 톱니 벨트 기어는 펌프 휠(38)의 샤프트(40)와 연결된 제1 풀리(pulley, 42), 전동기(108)의 모터 샤프트와 연결된 제2 풀리(110) 및 톱니 벨트(112)를 포함한다(도 9 참조).

제2 톱니 휠(110)은, 실린더 헤드 하우징(114)으로부터 돌출되어 있는 캠 샤프트 커버(116)의 일 섹션을 포트(pot) 형태로 둘러싸며, 이 경우 상기 캠 샤프트 커버(116) 섹션은, 실린더 헤드 하우징(114)으로부터 돌출하며 전동기(108)의 샤프트에 대해 대략 동축으로 정렬된 캠 샤프트(118)의 단부 섹션을 포트 형태로 둘러싼다. 이와 같은 실린더 헤드(14)는 (관련된 구조적 변경 없이) 본 도면에 도시된 바와 같은 전동기(108)에 의해 구동되는 냉각제 펌프(32)와의 조합뿐만 아니라 냉각제 펌프(32)의 기계식 구동에도 적합하며, 이 경우 전동기(108) 및 캠 샤프트 커버(116)의 생략 하에 톱니 벨트 기어의 부재로서 적합한 (제2) 풀리가 실린더 헤드 하우징(114)으로부터 돌출하는 캠 샤프트(118)의 단부 섹션과 연결되어 있다. 전동기(108)를 이용하거나 캠 샤프트(118)를 이용하는 냉각제 펌프(32)의 선택적 구동은, 특히 내연 기관이 하이브리드 차량 내에서 추가의 전기식 운전 구동 장치와 조합되는지 아니면 이와 같은 조합이 종래의 자동차에 제공되어 있지 않은지에 따라 선택될 수 있다. 전자의 경우에는 전동기(108)를 이용한 냉각제 펌프(32)의 구동에 의해 관련 장점들이 구현될 수 있는 한편, 후자의 경우에는 캠 샤프트(118)에 의한 냉각제 펌프(32)의 구동이 더 비용 효율적으로 실현될 수 있다.

냉각제의 이송을 위해, 냉각제가 냉각제 펌프(32)의 제1 유입구(44) 및 제2 유입구(46)를 통해서 펌프 휠(38)에 공급된다. 제1 유입구(44)는 냉각제 라인을 통해서 메인 냉각기(30)의 배출구(50)와 연결되어 있다. 제2 유입구(46)는 냉각제 라인을 통해서 바이패스(34)뿐만 아니라 난방 열 교환기(28)의 배출구(52)와도 연결되어 있다. 이 경우, 바이패스(34)를 형성하는 냉각제 라인이 채널로서 하우징(36) 내에 통합되는 구성이 제안된다.

펌프 휠(38)의 회전에 의해, 냉각제가 하우징(36) 내부에 형성된 냉각제 채널(54)을 통과하여 조절 장치(16)의 제1 배출구(56)로 안내된다. 상기 제1 배출구(56)는 조절 장치(16)의 제로 위치(58)에서, 폐쇄 위치에 있는 제2 차단 슬라이드(20)의 폐쇄 요소(60)에 의해 폐쇄되어 있다(도 7 참조). 이로 인해, 연소 엔진(10)을 통과하는 냉각제 이송이 저지된다. 하지만, 그와 동시에 펌프 휠(38)로부터 유래하는 냉각제 채널(54)과 조절 장치(16)의 제2 배출구(120) 간의 연결이 폐쇄 요소(60)에 의해 개방됨으로써, 냉각제 펌프(32)에 의해서 이송되는 냉각제는 제2 배출구(120) 및 (도 4 및 도 5에 도시되어 있지 않은) 배출 노즐(124)을 통해서 예를 들어 전기식으로 구동되는 가열 장치(122)를 경유하여 난방 열 교환기(28)의 유입구(64)로 그리고 이곳으로부터 재차 냉각제 펌프(32)로 안내된다. 그에 따라, 조절 장치(16)의 제로 위치(58)에서는, 냉각제가 가열 장치(122), 난방 열 교환기(28) 및 냉각제 펌프(32)만을 포함하는 가열 회로 내에서 이송된다. 이는, 특히 본 발명에 따른 내연 기관을 포함하는 하이브리드 차량에서 운전 구동력이 오직 추가의 전기식 운전 구동 장치에 의해서만 일시적으로 공급되는 동안과 같이, 연소 엔진(10)의 비작동 시 그리고 그와 동시에 난방 열 교환기(28)를 통해 열 에너지가 공급되는 실내 공간 난방 장치의 기능이 요구될 때 제공된다.

조절 장치(16)의 제로 위치(58)에서 제1 차단 슬라이드(18)는, 냉각제 라인을 통해 난방 열 교환기(28)의 유입구(64)와도 연결되어 있는 조절 장치(16)의 제3 배출구(62)가 제1 차단 슬라이드(18)의 제1 폐쇄 요소(66)에 의해 폐쇄되어 있는 정렬 상태에 있다.

내연 기관의 저온 시동 동안에는, 전동기(108)가 작동되지 않음으로써 냉각제가 냉각 시스템을 통해 이송되지 않는다. 내연 기관의 저온 시동은, 내연 기관의 구성 요소들이 실질적으로 주변 온도에 상응하지만 적어도 규정된 한계 온도보다 낮은 온도를 갖는 것을 특징으로 한다. 이러한 방식으로 냉각 시스템의 냉각될 다양한 구성 요소들을 위한 냉각제의 냉각 작용이 방지됨으로써, 이들 구성 요소 및 특히 주로 내연 기관의 작동 중에 폐열을 전달하는 실린더 헤드(14)가 가급적 신속히 가열되며, 이는 연료 소비 및 연소 엔진(10)에 의해서 발생하는 배기가스의 조성에 긍정적으로 작용한다.

내연 기관의 저온 시동 후에, 그리고 실린더 헤드(14)의 배출구(68) 가까이에서 냉각제 채널(26) 내에 통합된 제1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정되는 국부 냉각제 온도에 대해 규정된 제1 한계값에 도달한 후에는, 액추에이터(22)에 의해서 제로 위치(58)로부터 제1 위치(72)로 조절 장치(16)의 조정이 이루어진다. 이를 위해, 액추에이터(22)는, 냉각제 온도 센서(70)의 신호가 전송되는 내연 기관의 엔진 제어부(86)에 의해서 제어된다. 이 경우, 제로 위치(58)로부터 제1 위치(72)로의 조절 장치(16)의 조정은, 제1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 국부 냉각제 온도에 따라, 온도 상승과 연관된 제1 차단 슬라이드(18)의 회전 및 제1 차단 슬라이드와 여전히 회전 결합되어 있는 제2 차단 슬라이드(20)의 회전에 의해 단계적으로 또는 연속으로 실시된다. 이 경우, 차단 슬라이드(18, 20)의 일시적인 역회전도 가능할 수 있다. 제1 차단 슬라이드(18)의 회전은, 샤프트(48)를 통해 제1 차단 슬라이드(18)와 연결되어 있는 액추에이터(22)에 의해서 이루어진다.

조절 장치(16)의 제1 위치에서는 제2 차단 슬라이드(20)가 개방 위치에 있으며, 이 개방 위치에서는 제1 배출구(56)가 더 이상 폐쇄 요소(60)에 의해서 폐쇄되어 있지 않고 오히려 실질적으로 완전히 개방되어 있다. 하지만, 그와 동시에 이때는 제2 차단 슬라이드(20)의 폐쇄 요소(60)가 제2 배출구(120)를 폐쇄함으로써, 연소 엔진(10)을 우회하는 가열 회로가 단속된다.

조절 장치(16)의 제1 위치에서 제1 차단 슬라이드(18)는, 제1 차단 슬라이드의 제1 폐쇄 요소(66)가 제3 배출구(62)를 더 이상 폐쇄하지 않고 오히려 실질적으로 완전히 개방하는 정렬 상태에 있다. 그와 동시에, 제1 차단 슬라이드(18)의 제2 폐쇄 요소(74)는 실린더 하우징(12)의 배출구(76)와 연결되어 있는 조절 장치(16)의 제1 유입구(78), 냉각제 라인을 통해 메인 냉각기(30)의 유입구(80)와 연결되어 있는 조절 장치(16)의 제4 배출구(82), 및 바이패스(34)와 연결된 조절 장치(16)의 제5 배출구(84)를 폐쇄한다. 이로써, 조절 장치(16)의 제1 위치에서는, 냉각제 펌프(32)에 의해서 야기되는 냉각제의 순환 이송이 냉각제 펌프(32), 조절 장치(16), 실린더 헤드(14) 및 난방 열 교환기(28)를 포함하는 소형 냉각 회로 내에서만 야기된다.

실린더 헤드(14) 내에서 제1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 국부 냉각제 온도에 대해 규정된 제2 한계값에 도달한 후에, 조절 장치(16)는 제1 위치(72)로부터 제2 위치(88)로 조정된다. 이 경우, 제1 차단 슬라이드(18)는, 제5 배출구(84)가 제2 폐쇄 요소(74)에 의해 점진적으로 개방되는 방향으로 회전하며, 그 결과 바이패스(34)가 난방 열 교환기(28)에 대해 병렬로 소형 냉각 회로 내에 통합된다. 이때, 조절 장치(16)의 제1 유입구(78) 및 제4 배출구(82)는 계속해서 제1 차단 슬라이드(18)에 의해서 폐쇄되어 있는다. 이와 같은 제1 차단 슬라이드(18)의 작동 동안 제2 차단 슬라이드(20)는 자신의 개방 위치를 그대로 유지하는데, 그 이유는 제2 차단 슬라이드가 더 이상 제1 차단 슬라이드(18)에 회전 결합되어 있지 않기 때문이다.

바이패스(34)가 냉각 회로 내에 통합됨으로써, 실린더 헤드(14)를 위한 상응하게 높은 냉각 출력에 도달하기 위해, 전체적으로 이송되는 냉각제의 용적 흐름이 증가할 수 있다.

제1 차단 슬라이드(18)가 제2 차단 슬라이드(20)에 간헐적으로만 회전 결합되는 동작은 세그먼트 치합부(94)에 의해서 야기되며, 이 세그먼트 치합부는 제1 차단 슬라이드(18)가 조절 장치(16)의 제로 위치(58)와 제1 위치(72) 사이에서 왕복으로 회전되는 경우에만 서로 결합 상태에 있다. 제2 차단 슬라이드(20)를 개방 위치에 위치 고정하는 과정은, 제1 차단 슬라이드(18)의 세그먼트 치합부(94)에 연결되는 환형 섹션(104)이 제2 차단 슬라이드(20)의 세그먼트 치합부(94)에 연결되는 오목한 홈(106) 내에 결합하여 제1 차단 슬라이드(18)의 회전 시 미끄럼 방식으로 작동됨으로써, 제1 차단 슬라이드(18)에 의한 형상 결합 방식으로 달성된다.

실린더 헤드(14) 내에서 제1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 국부 냉각제 온도에 대해 규정된 제3 한계값에 도달한 후에 그리고/또는 실린더 하우징(12) 내에서 실린더 하우징(12)의 배출구(76) 가까이에 배치된 제2 냉각제 온도 센서(90)에 의해 측정된 국부 냉각제 온도에 대해 규정된 제1 한계값에 도달한 후에, 조절 장치(16)는 제2 위치(88)로부터 중간 위치(92)로 조정된다. 이 경우, 제1 차단 슬라이드(18)는, 제2 폐쇄 요소(74)가 추가로 또한 조절 장치(16)의 제1 유입구(78)를 점진적으로 개방하는 정렬 상태로 회전된다. 그 결과, 이 경우 제2 폐쇄 요소에 의해서는 조절 장치(16)의 제4 배출구(82)만 폐쇄된 상태로 유지되고, 이로써 메인 냉각기(30)의 관류는 저지된다. 따라서, 중간 위치(92)에서는, 냉각제에 의한 실린더 하우징(12)의 관류도 제공된다.

실린더 헤드(14) 내에서 제1 냉각제 온도 센서(70)에 의해 측정된 국부 냉각제 온도에 대해 규정된 제4 한계값에 도달한 후에 그리고/또는 실린더 하우징(12) 내에서 제2 냉각제 온도 센서(90)에 의해 측정된 국부 냉각제 온도에 대해 규정된 제2 한계값에 도달한 후에 그리고/또는 엔진 제어부(86) 내에 저장된 내연 기관의 작동 특성맵에 따라, 조절 장치(16)는 중간 위치(92)로부터 제3 위치(96)로 조정된다. 이 경우에는, 조절 장치(16)의 제3 배출구(82)의 점진적인 개방 및 그 결과로서 메인 냉각기(30)가 대형 냉각 회로 내에 통합되는 동작이 이루어지는 한편, 그와 동시에 조절 장치(16)의 제4 배출구(84)는 제1 차단 슬라이드(18)의 제2 폐쇄 요소(74)에 의해 점진적으로 재차 폐쇄된다(도 10 참조). 이렇게 함으로써, 난방 열 교환기(28)를 통해서 안내되는 냉각제 유동의 비교적 적은 부분을 제외하고, 냉각제가 완전히 메인 냉각기(30)를 통해서 안내되고 그 내부에서 주변 공기로의 열 전달에 의해 냉각되는 과정이 보장된다.

조절 장치(16)의 제3 위치(96)는 내연 기관의 비작동을 위해서도 제공된다. 이와 같은 상황에 의해서는, 한 편으로, 예를 들어 내연 기관에 의해 구동될 수 있는 자동차의 비작동 중에 마르텐 손상(marten damage)에 의해 야기될 수 있는 조절 장치 액추에이터의 결함 시에도, 냉각 시스템의 (기능적으로 제한된) 작동을 계속해서 보장해 줄 수 있는 "페일 세이프(fail safe) 기능"이 구현된다. 더 나아가, 내연 기관의 비작동 중에 조절 장치의 제3 위치(96)는 관리 작업의 틀 안에서 이루어지는 냉각 시스템의 채움 및 비움 과정을 용이하게 해준다.

조절 장치(16)의 하우징(36)은, 제1 배출구(56), 제1 유입구(78), 및 실린더 헤드(14)의 배출구(68)와 연결되어 있는 제2 유입구(98)를 형성하는 측에 연소 엔진(10)의 실린더 헤드(14)와의 직접적인 나사 결합을 위해서 제공되어 있다.

하우징(36) 내에서 제1 차단 슬라이드(18) 및 제2 차단 슬라이드(20)의 밀봉은 각각 [판 스프링(102)에 의해서] 스프링 하중을 받는 환형 밀봉 요소(100)를 통해 실현된다.

10: 연소 엔진
12: 실린더 하우징
14: 실린더 헤드
16: 조절 장치
18: 제1 차단 슬라이드
20: 제2 차단 슬라이드
22: 액추에이터
24: 실린더 하우징의 냉각제 채널
26: 실린더 헤드의 냉각제 채널
28: 난방 열 교환기
30: 메인 냉각기
32: 냉각제 펌프
34: 바이패스
36: 하우징
38: 펌프 휠
40: 샤프트
42: 제1 풀리
44: 냉각제 펌프의 제1 유입구
46: 냉각제 펌프의 제2 유입구
48: 샤프트
50: 메인 냉각기의 배출구
52: 난방 열 교환기의 배출구
54: 냉각제 채널
56: 조절 장치의 제1 배출구
58: 조절 장치의 제로 위치
60: 제2 차단 슬라이드의 폐쇄 요소
62: 조정 장치의 제3 배출구
64: 난방 열 교환기의 유입구
66: 제1 차단 슬라이드의 제1 폐쇄 요소
68: 실린더 헤드의 배출구
70: 제1 냉각제 온도 센서
72: 조절 장치의 제1 위치
74: 제1 차단 슬라이드의 제2 폐쇄 요소
76: 실린더 하우징의 배출구
78: 조절 장치의 제1 유입구
80: 메인 냉각기의 유입구
82: 조절 장치의 제4 배출구
84: 조절 장치의 제5 배출구
86: 엔진 제어부
88: 조절 장치의 제2 위치
90: 제2 냉각제 온도 센서
92: 조절 장치의 중간 위치
94: 세그먼트 치합부
96: 조절 장치의 제3 위치
98: 조절 장치의 제2 유입구
100: 밀봉 요소
102: 판 스프링
104: 환형 섹션
106: 홈
108: 전동기
110: 제2 풀리
112: 톱니 벨트
114: 실린더 헤드 하우징
116: 캠 샤프트 커버
118: 캠 샤프트
120: 조절 장치의 제2 배출구
122: 가열 장치
124: 연결 노즐

Claims (15)

1. 냉각제 펌프(32), 메인 냉각기(30), 난방 열 교환기(28), 상기 난방 열 교환기(28)를 우회하는 바이패스(34), 상기 연소 엔진(10) 내 냉각제 채널(24, 26) 및 하나 이상의 국부 냉각제 온도에 따라 냉각제를 조절하여 분배하기 위한 액추에이터(22)를 갖춘 조절 장치(16)를 포함하는 냉각 시스템과 연소 엔진(10)을 구비한 내연기관으로서,
   상기 액추에이터(22)가 단일 방향으로 구동될 때, 상기 조절 장치(16)는,
   - 제1 위치(72)에서, 연소 엔진(10) 및 난방 열 교환기(28)를 통과하는 냉각제 유동은 허용하고, 바이패스(34) 및 메인 냉각기(30)를 통과하는 냉각제 유동은 저지하며,
   - 제2 위치(88)에서, 추가로 바이패스(34)를 통과하는 냉각제 유동을 허용하며,
   - 제3 위치(96)에서는, 추가로 메인 냉각기(30)를 통과하는 냉각제 유동을 허용하는, 내연 기관에 있어서,
   상기 조절 장치(16)가 제1 위치(72) 이전에 놓여 있는 제로 위치(58)에서는 연소 엔진(10)을 통과하는 냉각제 유동을 저지하고, 난방 열 교환기(28)를 통과하는 냉각제 유동을 허용하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
2. 제1항에 있어서, 조절 장치(16)의 제로 위치(58)에서 냉각제에 의해 관류될 수 있는 가열 장치(122)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조절 장치(16)가 제1 위치(72), 제2 위치(88) 및/또는 제3 위치(96)에서 냉각제 펌프(32)와 난방 열 교환기(28) 간의 직접 연결을 저지하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치(16)가 제3 위치(96)에서 바이패스(34)를 통과하는 냉각제 유동을 재차 저지하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치는 액추에이터(22)에 의해 작동되는 제1 차단 슬라이드(18) 및 상기 제1 차단 슬라이드(18)에 의해 작동되는 제2 차단 슬라이드(20)를 포함하며, 상기 제2 차단 슬라이드(20)의 폐쇄 위치가 조절 장치의 제로 위치인 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
6. 제5항에 있어서, 제1 차단 슬라이드(18)가 자신의 운동 범위 내에서 국부적으로만 제2 차단 슬라이드(20)와 함께 움직이는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 차단 슬라이드(18, 20)가 회전 슬라이드로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진(10)의 냉각제 채널(24, 26) 내에 배치된 냉각제 온도 센서(70, 90)를 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치(16)가 내연 기관의 작동 특성맵에 따라 제2 위치(88)와 제3 위치(96) 사이에서 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제 펌프(32)의 이송 요소가 전동기(108)에 의해 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
11. 제10항에 있어서, 이송 요소가 기어장치를 통해 전동기(108)에 의해 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 전동기(108) 및/또는 관련 파워 전자 장치를 냉각하기 위한 냉각 펌프 구동 냉각 회로를 구비한 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
13. 운전 구동력을 발생시키기 위해 제공된, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 내연 기관을 구비한 자동차.
14. 제13항에 있어서, 추가의 전기 운전 구동 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 자동차.
15. 제14항에 따른 자동차를 구동하기 위한 방법에 있어서,
    연소 엔진(10)의 비작동 시 그리고 전기 운전 구동 장치에 의한 운전 구동력의 발생 시, 조절 장치(16)는 제로 위치에 보유되는 것을 특징으로 하는, 자동차 구동 방법.

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