JP2016511355A - 自動車の統合機能型熱交換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気ガス再循環装置と水冷式オイルクーラおよび排熱再生システムにそれぞれ個別的に設けられる熱交換器を単一のパッケージに統合して、関連部品の共用的活用とともに、組立作業性を改善し、設備の構築に必要な経済的費用を節減することのできる自動車の統合機能型熱交換装置を提供する。【解決手段】本発明の熱交換装置は、エンジンの排気経路中に設けられ、冷却水熱交換回路とオイル熱交換回路に接続する熱交換器と、排気経路中で熱交換器を迂回するように接続されるバイパス経路と、排気経路から分岐されてエンジンの吸気系統と接続する再循環経路と、排気経路とバイパス経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第１調節バルブと、排気経路と再循環経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第２調節バルブと、バイパス経路と再循環経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第３調節バルブとを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の統合機能型熱交換装置に関するものであって、特に、排気ガス再循環装置の熱交換器と水冷式オイルクーラの熱交換器および排熱再生システムの熱交換器を単一のパッケージに統合するとともに、これに合わせて排気ガスの排出経路と冷却水およびオイルの流動経路をそれぞれ適切に配置することで、関連部品の共用的活用を可能にし、組立性を改善し、経済性を追求することのできる自動車の統合機能型熱交換装置に関するものである。
一般的に、自動車でエンジンの燃焼後発生する排気ガスの熱源を活用する装置としては、大きく、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ；Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）、水冷式オイルクーラ（ＯＩＬ ＣＯＯＬＥＲ）、排熱再生システム（ＥＨＲＳ；Ｅｘｈａｕｓｔ Ｈｅａｔ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ）、および暖房用ヒータ（ＨＥＡＴＥＲ）が挙げられる。
まず、排気ガス再循環装置は、排気ガスの持つ高温の熱源を冷却させるためのクーラを備えなければならず、このようなクーラは、排気ガスの規制に関連する関係法令を満足させなければならない。そして、水冷式オイルクーラは、エンジンおよび／または変速機のオイルから熱を放射させて設備の適切な冷却性能を確保しなければならない。
また、排熱再生システムは、エンジン冷却水、エンジンオイル、変速機オイル、またはキャビンを加熱させるためのもので、搭乗者の便宜を向上させたり、燃料の消費を低減し、二酸化炭素の排出を低下させる効果を実現する。
一例として、従来の排熱再生システムは、図１０に示されているように、エンジン５１の排気系統５１ａに単一の流動経路として交通可能に接続された排気管路５３と、前記排気管路５３に対して並列に分枝接続された分岐管路５３ａと、前記分岐管路５３ａのうちのいずれか１つの特定管路に限って設けられた熱交換器５５と、前記分岐管路５３ａを経て排出される排気ガスの流動経路を調節するために設けられるバイパスバルブ５７と、キャビンの内部空間を加熱するためのヒートコア５９と、前記ヒートコア５９と前記熱交換器５５との間を交通可能にするように設けられる接続管路６１とを含む。図面において、参照符号６３は前記排気管路５３中に設けられるターボチャージャであり、６５は前記ターボチャージャ６３の後端部で前記排気管路５３中に設けられる触媒コンバータであり、６７は前記排気管路５３の末端部に設けられる消音器に相当する。
しかし、排気ガスの廃熱を利用する従来の排気ガス再循環装置、水冷式オイルクーラ、排熱再生システム、および暖房用ヒータはいずれも排気ガスとの熱交換のための設備を個別的に構築するため、空間的占有問題をもたらすだけでなく、それぞれの流体に対する流動経路を確保するためには管路用部品を付加的に設けなければならないことから、経済的負担を加重させる問題を抱える。
そこで、本発明は、上記の諸問題に鑑みてなされたものであって、排気ガス再循環装置と水冷式オイルクーラおよび排熱再生システムにおいて、それぞれの設備に個別的に要求される熱交換器を単一のパッケージに統合して適用することで、関連部品の共用的活用を追求すると同時に、組立作業性を改善し、設備の構築に必要な経済的費用を節減することのできる自動車の統合機能型熱交換装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、単一のパッケージで作製された熱交換器に対して、各設備との交通のための排気ガスと冷却水およびオイルの流動経路を最適な状態に構築すると同時に、各流動経路に対する開閉程度をエンジンの運転状況に合わせて自動的に調節することで、全体システムの運用効率を大きく向上させ、燃料の消費率を低下させ、有害成分の排出を著しく低減可能にすることを目的とする。
上記の目的を達成するための本発明は、エンジンの排気経路中に設けられ、冷却水熱交換回路とオイル熱交換回路にそれぞれ接続する熱交換器と、前記排気経路中で前記熱交換器を迂回するように接続されるバイパス経路と、前記排気経路から分岐されて前記エンジンの吸気系統と接続する再循環経路と、前記排気経路と前記バイパス経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第１調節バルブと、前記排気経路と前記再循環経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第２調節バルブと、前記バイパス経路と前記再循環経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第３調節バルブとを備える。
本発明の実施形態によれば、前記排気経路は、前記エンジンから前記熱交換器に至るように配置される流入経路と、前記熱交換器からテールパイプに至るように配置される流出経路とからなり、前記バイパス経路は、前記流入経路から前記流出経路に至るように分岐接続される。
本発明の実施形態によれば、前記第１調節バルブは、前記流入経路と前記バイパス経路との間の分岐地点に設けられ、前記第２調節バルブは、前記流出経路と前記再循環経路との間の分岐地点に設けられる。
本発明の実施形態によれば、前記再循環経路は、前記流出経路から分岐接続されるメイン再循環経路と、前記バイパス経路から前記メイン再循環経路に至るように分岐接続されるサブ再循環経路とからなり、前記第２調節バルブは、前記流出経路と前記メイン再循環経路との間の分岐地点に設けられ、前記第３調節バルブは、前記バイパス経路と前記サブ再循環経路との間の分岐地点に設けられる。
本発明の実施形態によれば、前記熱交換器は、排気ガスの流入と流出のための排気接続部と、冷却水の流入と流出のための冷却水接続部と、オイルの流入と流出のためのオイル接続部とを備え、前記冷却水熱交換回路と接続する第１コアユニットと、前記オイル熱交換回路と接続する第２コアユニットとをさらに含む。
本発明の実施形態によれば、前記第１コアユニットと前記第２コアユニットはそれぞれ、同心円状に内／外側に配置され、前記排気接続部は、前記第１コアユニットの底面部に形成されながら、周縁部位にフランジを具備したエンドキャップによって仕上げられ、前記冷却水接続部は、前記第２コアユニットの外側部位で左／右両端部に設けられ、前記オイル接続部は、前記第２コアユニットに対して前記冷却水接続部からそれぞれ離隔した部位に設けられる。
本発明の実施形態によれば、前記第１コアユニットと前記第２コアユニットはそれぞれ、上下方向で層状に配置され、前記排気接続部は、前記第１コアユニットの左／右両端部に形成されながら、エンドキャップによって仕上げられ、前記冷却水接続部は、前記第１コアユニットの下部と前記第２コアユニットの上部にそれぞれ設けられ、前記オイル接続部は、前記第２コアユニットに対してそれぞれ離隔した部位に設けられる。
本発明は、自動車の排気ガス再循環装置と水冷式オイルクーラおよび排熱再生システムに対する設備の構築において、それぞれ個別的に必要な熱交換器を単一のパッケージに統合可能なため、関連部品の共用的活用による経済性を追求するとともに、部品の組立に対する作業性を大きく改善することができ、特に、各設備の構成において、個別的に必要な経路を単一のパッケージに合わせて統合配置することで、エンジンルームの内部に各種部品を配置するに際して占有空間を大きく縮小可能なため、限られた空間の効率的な活用を可能にする効果を提供する。
また、本発明は、単一のパッケージに統合される熱交換器から、各設備との交通のための排気ガスと冷却水およびオイルの流動経路を最適な状態に構築し、それぞれの流動経路に対する開閉程度をエンジンの運転状況に合わせて自動的に調節可能なため、全体システムの運用効率を大きく向上させると同時に、燃料の消費率を低下させ、大気中に排出される排気ガス中に含まれている有害成分に相当する二酸化炭素の含有量を大きく減少させることができる効果を提供する。
本発明に係る自動車の統合機能型熱交換装置に対する全体構成を概略的に示す図である。 本発明に係る自動車の統合機能型熱交換装置における主要部位の構成状態を示す斜視図である。 図２に示された熱交換器のみを別途に分離して示す斜視図である。 図３に示された熱交換器の他の実施形態を示す斜視図である。 本発明の統合機能型熱交換装置において、エンジンの運転状態に応じた可変的な制御により伴う排気ガスの流動経路に対する変化を示す図である。 本発明の統合機能型熱交換装置において、エンジンの運転状態に応じた可変的な制御により伴う排気ガスの流動経路に対する変化を示す図である。 本発明の統合機能型熱交換装置において、エンジンの運転状態に応じた可変的な制御により伴う排気ガスの流動経路に対する変化を示す図である。 本発明の統合機能型熱交換装置において、エンジンの運転状態に応じた可変的な制御により伴う排気ガスの流動経路に対する変化を示す図である。 本発明の統合機能型熱交換装置において、エンジンの運転状態に応じた可変的な制御により伴う排気ガスの流動経路に対する変化を示す図である。 従来の排熱再生システムの構成を概略的に示す図である。
以下、本発明の実施形態を、添付した例示図面を参照して詳細に説明する。
図１を参照すれば、エンジン１０は、排気系統と接続し、燃焼後各気筒ごとに発生する排気ガスを単一の経路に合流させて大気中に排出するための排気経路１２を備える。熱交換器１４は、排気ガスによる廃熱を利用して前記エンジン１０の冷却水と前記エンジン１０および／または変速機（図示せず）のオイルとの独立した熱交換のために、前記排気経路１２中に設けられる。すなわち、前記熱交換器１４は、前記排気経路１２を通して排出される排気ガスの持つ高温の廃熱を回収する機能を果たす。
このために、前記排気経路１２は、前記エンジン１０から前記熱交換器１４の前端部に至るように配置される流入経路１２ａと、前記熱交換器１４の後端部からテールパイプ（図示せず）に至るように配置される流出経路１２ｂとから構成される。すなわち、前記排気経路１２は、前記熱交換器１４を中心として前端部位に位置して前記エンジン１０の排気系統と直接的に交通する流入経路１２ａと、前記熱交換器１４を中心として後端部位に位置してテールパイプと直接的に交通する流出経路１２ｂとに区分できる。
また、前記熱交換器１４は、排気ガスと冷却水との間の熱交換のために冷却水の流動を案内する冷却水熱交換回路（Ｃｏｏｌａｎｔ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ）と、冷却水とオイルとの間の熱交換のためにオイルの流動を案内するオイル熱交換回路（Ｏｉｌ Ｈｅａｔ Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔ）とを別途に備える。
バイパス経路１６は、前記排気経路１２中で前記熱交換器１４を迂回して配置されるように設けられていて、前記エンジン１０の燃焼後発生する排気ガスは、前記熱交換器１４を経ることなく、消音器を経て大気中に直に排出される。すなわち、前記バイパス経路１６は、前記排気経路１２の流入経路１２ａから分枝されて前記排気経路１２の流出経路１２ｂと直接交通するように設けられていて、前記エンジン１０の燃焼後発生する排気ガスは、前記熱交換器１４を経由せずに迂回して排出可能になる。
再循環経路１８は、前記排気経路１２から分枝されて前記エンジン１０の吸気経路（図示せず）と接続するように設けられていて、前記エンジン１０から排出される排気ガスは、吸気系統を通して燃焼室内に再供給される一連の再循環過程を経ることになる。すなわち、前記再循環経路１８は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂから分枝されて前記エンジン１０の吸気系統と直接交通するように配置されるメイン再循環経路１８ａと、前記バイパス経路１６から前記流出経路１２ｂに至る経路中で分枝されて前記メイン再循環経路１８ａに分岐接続され、前記エンジン１０の吸気系統と間接的に交通するように配置されるサブ再循環経路１８ｂとから構成される。
第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａと前記バイパス経路１６との間の分岐地点に設けられる。すなわち、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａ中で前記バイパス経路１６と接続する分岐地点に設けられ、前記排気経路１２の流入経路１２ａを通して前記熱交換器１４に提供される排気ガスの供給量を調節する機能を果たす。
この場合、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａと前記バイパス経路１６との間の分岐地点でそれぞれの経路に向けたバルブの開放程度を、エンジンの運転状態に応じて自動的に制御する比例制御式開閉バルブからなる。
第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂと前記再循環経路１８との間の分岐地点に設けられる。すなわち、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂ中で前記再循環経路１８のメイン再循環経路１８ａと接続する分岐地点に設けられ、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを通して排出される排気ガスのうち、前記エンジン１０の吸気系統に再供給される排気ガスの再循環量を調節する機能を果たす。
この場合、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂと前記再循環経路１８のメイン再循環経路１８ａとの間の分岐地点でそれぞれの経路に向けたバルブの開放程度を、エンジンの運転状態に応じて自動的に制御する比例制御式開閉バルブからなる。
第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６と前記再循環経路１８との間の分岐地点に設けられる。すなわち、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６中で前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂと接続する分岐地点に設けられ、前記バイパス経路１６を通して排出される排気ガスのうち、前記エンジン１０の吸気系統に再供給される排気ガスの再循環量を調節する機能を果たす。
この場合、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６と前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂとの間の分岐地点でそれぞれの経路に向けたバルブの開放程度を、エンジンの運転状態に応じて自動的に制御するオン／オフ式開閉バルブからなる。
一方、前記第１調節バルブ２０と前記第２調節バルブ２２および前記第３調節バルブ２４に対するそれぞれの作動に対する一連の制御過程は、前記エンジン１０の始動状態を含む冷却水の水温と各種オイルの油温などの走行に関連する諸情報の検出により、予め設定されたロジッグを追従して自動的に行われる。
図２を参照すれば、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２中で流入経路１２ａと前記バイパス経路１６の入口との間の分岐地点に設けられ、前記熱交換器１４に向けた流路の開度量を可変的に調節するために、バルブの回転角度を制御するステップモータ類のアクチュエータ２０ａと、前記アクチュエータ２０ａの作動に応じて流路内に位置したバルブプレート（図示せず）の旋回角度を従属的に調節するために、回転支持軸（図示せず）と結合される回転部材２０ｂとを備える。
前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２中で流出経路１２ｂと前記再循環経路１８中のメイン再循環経路１８ａの入口との間の分岐地点に設けられ、前記再循環経路１８のメイン再循環経路１８ａに向けた流路の開度量を可変的に調節するために、バルブの回転角度を制御するステップモータ類のアクチュエータ２２ａと、前記アクチュエータ２２ａの作動に応じて流路内に位置したバルブプレート（図示せず）の旋回角度を従属的に調節するために、回転支持軸（図示せず）と結合される回転部材２２ｂとを備える。
前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６と前記再循環経路１８中のサブ再循環経路１８ｂの入口との間の分岐地点に設けられ、前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂに向けた流路の開閉状態をオン／オフ方式で二元化して調節する油圧または空圧式のアクチュエータ２４ａと、前記アクチュエータ２４ａの作動に応じて流路内に位置したバルブプレート（図示せず）の旋回角度を従属的に調節するために、回転支持軸（図示せず）と結合されるリンク部材２４ｂとを備える。
図２と図３をそれぞれ参照すれば、前記熱交換器１４は、前記冷却水熱交換回路との接続のために排気ガスと冷却水に対する流動をそれぞれ独立して案内する第１コアユニット２６と、前記オイル熱交換回路との接続のために冷却水とオイルに対する流動をそれぞれ独立して案内する第２コアユニット２８とを備える。
一例として、図３に示されているように、前記第１コアユニット２６と前記第２コアユニット２８は略Ｕ字形状からなり、同心円状にそれぞれ内／外側に位置するように配置される。この場合、前記熱交換器１４は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを通した排気ガスの流入とともに、前記排気経路１２の流出経路１２ｂと前記再循環経路１８を通して行われる排気ガスの再循環のための一対の排気接続部（図示せず）と、前記エンジン１０との間で冷却水の流入と流出のための一対の冷却水接続部３０と、前記エンジン１０および／または変速機（図示せず）との間でオイルの流入と流出のための一対のオイル接続部３２とを備える。
ここで、前記排気接続部は、前記排気経路１２中で流入経路１２ａと流出経路１２ｂに対する交通のために前記第１コアユニット２６の底面部で接続ポート（図示せず）を形成すると同時に、前記排気経路１２との緊密な結合のために底面部の周縁部位にフランジ３４ａを一体に具備したエンドキャップ３４によって仕上げられる。
また、前記冷却水接続部３０は、前記第２コアユニット２８の上部側周縁の外側部位で左／右両端部にそれぞれ対向するように離隔した位置に設けられ、前記オイル接続部３２は、前記第２コアユニット２８に対して前記冷却水接続部３０と別途の位置でそれぞれ離隔した部位に設けられる。
本発明の他の実施形態として、前記熱交換器１４は、図４に示されているように、全体的な外形からみてＩ字形状からなる。すなわち、排気ガスと冷却水との間の熱交換のための前記第１コアユニット２６は下部に配置され、冷却水とオイルとの間の熱交換のための前記第２コアユニット２８が前記第１コアユニット２６の上部に層状に配置される。
この場合、前記熱交換器１４は、上／下部にそれぞれ冷却水の流入と流出のための冷却水接続部３０を設け、上側に位置した前記第２コアユニット２８に対してそれぞれ離隔した位置にオイルの流入と流出のためのオイル接続部３２を設け、下側に位置した前記第１コアユニット２６の左／右側両端部に排気ガスの再循環のための一対の排気接続部（図示せず）を設けると同時に、前記排気経路１２との緊密な結合のためにエンドキャップ３４によって仕上げられる。
一方、以下、前記のような構成の本発明に係る自動車の多機能型熱交換装置において、排気ガスの排出経路と再循環経路を説明する。
図５を参照すれば、冷間始動時、排気ガスの再循環が要求されると、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを経て前記熱交換器１４に至るバルブの開度量を約５０〜９９％程度の範囲内で調節し、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを経て前記再循環経路１８のメイン再循環経路１８ａに至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節され、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を経て前記排気経路１２の流出経路１２ｂに向けた流動経路を完全に遮断するように調節される。
すなわち、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを通して前記熱交換器１４と前記バイパス経路１６に至る経路を同時に開放させながら、それぞれの経路に対する開放程度を所定の範囲内で従属的に調節し、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを通して大気中に排出される流動経路のみを開放させ、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を通して前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂを経てメイン再循環経路１８ａに至る流動経路のみを開放させる。
これによって、前記排気経路１２を通した排気ガスの流動経路は、前記熱交換器１４を経て前記流出経路１２ｂに向けるように設定されると同時に、前記バイパス経路１６を経て前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂとメイン再循環経路１８ａを通して前記エンジン１０に再供給されるように設定される。この過程で、冷却水とオイルはまだ加熱されていない状態に相当する。
図６を参照すれば、冷間始動時、排気ガスの再循環が不要であれば、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａから分枝されて前記バイパス経路１６に至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節され、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを経て前記再循環経路１８のメイン再循環経路１８ａに至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節され、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を経て前記排気経路１２の流出経路１２ｂに向けた流動経路を完全に遮断するように調節される。
すなわち、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを通して前記熱交換器１４に至る経路のみを開放させ、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを通して大気中に排出される流動経路のみを開放させ、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を通して前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂを経てメイン再循環経路１８ａに至る流動経路のみを開放させるが、前記第１調節バルブ２０の開閉作用による前記バイパス経路１６への排気ガスの供給がないので、前記再循環経路１８を通した排気ガスの流動は行われなくなる。
これによって、前記排気経路１２を通した排気ガスの流動経路は、前記熱交換器１４を経て前記流出経路１２ｂのみに向けるように設定され、前記バイパス経路１６と前記再循環経路１８を通した流動経路はすべて遮断される。この過程で、冷却水とオイルはまだ加熱されていない状態に相当する。
図７を参照すれば、冷間始動後所定の時間が経過した状態で、排気ガスの再循環が要求されると、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを経て前記バイパス経路１６に至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節され、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを経て前記再循環経路１８に至るバルブの開度量を約５０〜９９％程度の範囲内で調節し、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を経て前記排気経路１２の流出経路１２ｂに向けた流動経路を完全に遮断するように調節される。
すなわち、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを通して前記熱交換器１４に向けた流動経路のみを開放させ、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを通して前記再循環経路１８に至る経路と前記流出経路１２ｂを通して大気中に排出される流動経路を同時に開放させながら、それぞれの経路に対する開放程度を所定の範囲内で従属的に調節し、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を通して前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂを経てメイン再循環経路１８ａに至る流動経路のみを開放させる。
これによって、前記排気経路１２を通した排気ガスの流動経路は、前記熱交換器１４を経て前記流出経路１２ｂに向けるように設定されると同時に、前記再循環経路１８のメイン再循環経路１８ａを通して前記エンジン１０に再供給されるように設定される。この過程で、冷却水とオイルはすべて加熱されていない状態である。
また、冷間始動後所定の時間が経過した状態で、排気ガスの再循環が不要であれば、前記第１調節バルブ２０と前記第２調節バルブ２２および前記第３調節バルブ２４に対する個別的な制御が行われるが、この過程は、図６と同一の状態であるので、詳細な説明を省略する。
図８を参照すれば、始動後所定時間が経過して冷却水の加熱がある程度行われた状態で、排気ガスの再循環が要求されると、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを経て前記熱交換器１４に至るバルブの開度量を約５０〜９９％程度の範囲内で調節し、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを経て大気中に到達する排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節され、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を経て前記再循環経路１８のサブ再循環経路１８ｂに至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節される。
すなわち、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを通して前記熱交換器１４と前記バイパス経路１６に至る経路を同時に開放させながら、それぞれの経路に対する開放程度を所定の範囲内で従属的に調節し、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを通して前記再循環経路１８に至る経路のみを開放させ、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を通して前記排気経路１２の流出経路１２ｂを経由して大気中に至る流動経路のみを開放させる。
これによって、前記排気経路１２を通した排気ガスの流動経路は、前記熱交換器１４を経た後、前記再循環経路１８を通して前記エンジン１０に向けるように設定されると同時に、前記バイパス経路１６を経由して大気中に排出されるように設定される。この過程で、冷却水はある程度加熱された状態であるが、オイルはまだ加熱されていない状態である。
図９を参照すれば、始動後所定時間が経過して冷却水の加熱がある程度行われた状態で、排気ガスの再循環が不要であれば、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを経て前記熱交換器１４に至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節され、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを経て前記再循環経路１８に至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節され、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を経て前記再循環経路１８に至る排気ガスの流動経路を完全に遮断するように調節される。
すなわち、前記第１調節バルブ２０は、前記排気経路１２の流入経路１２ａを通して前記バイパス経路１６に向けた流動経路のみを開放させ、前記第２調節バルブ２２は、前記排気経路１２の流出経路１２ｂを通して大気中に至る流動経路のみを開放させ、前記第３調節バルブ２４は、前記バイパス経路１６を通して前記排気経路１２の流出経路１２ｂを経て大気中に至る経路のみを開放させる。
これによって、前記排気経路１２を通した排気ガスの流動経路は、前記熱交換器１４と前記再循環経路１８を経ることなく、前記バイパス経路１６を経由して直に大気中に至るように設定される。この過程で、冷却水はある程度加熱された状態であるが、オイルはまだ加熱されていない状態である。
一方、始動後所定の時間が経過して冷却水とオイルの加熱がすべてある程度行われた状態で、排気ガスの再循環が要求されるかまたは不要な場合において、前記第１調節バルブ２０と前記第２調節バルブ２２および前記第３調節バルブ２４に対する作動状態はそれぞれ図８と、図９と同一であるので、それに係る詳細な説明は省略する。
また、走行中、運転者の意志による加速の要求がある場合において、前記第１調節バルブ２０と前記第２調節バルブ２２および前記第３調節バルブ２４に対する作動状態は図９と同一であるので、それに係る詳細な説明もともに省略する。
以上、本発明の好ましい実施形態について、添付した図面を参照して説明したが、本発明は、上述した特定の実施形態によって限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術的思想と以下に記載される請求範囲の均等範囲内で多様な形態の修正および変形が可能であることはいうまでもない。
本発明は、自動車の統合機能型熱交換装置に関するものであって、特に、排気ガス再循環装置の熱交換器と水冷式オイルクーラの熱交換器および排熱再生システムの熱交換器を単一のパッケージに統合するとともに、これに合わせて排気ガスの排出経路と冷却水およびオイルの流動経路をそれぞれ適切に配置することで、関連部品の共用的活用を可能にし、組立性を改善し、経済性を追求することのできる自動車の統合機能型熱交換装置に関するものである。
１０ エンジン
１２ 排気経路
１２ａ 流入経路
１２ｂ 流出経路
１４ 熱交換器
１６ バイパス経路
１８ 再循環経路
１８ａ メイン再循環経路
１８ｂ サブ再循環経路
２０ 第１調節バルブ
２２ 第２調節バルブ
２４ 第３調節バルブ
２６ 第１コアユニット
２８ 第２コアユニット
３０ 冷却水接続部
３２ オイル接続部
３４ エンドキャップ
３４ａ フランジ

Claims (13)

  1. エンジンの排気経路中に設けられ、冷却水熱交換回路とオイル熱交換回路に接続する熱交換器と、
    前記排気経路中で前記熱交換器を迂回するように接続されるバイパス経路と、
    前記排気経路から分岐されて前記エンジンの吸気系統と接続する再循環経路と、
    前記排気経路と前記バイパス経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第１調節バルブと、
    前記排気経路と前記再循環経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第２調節バルブと、
    前記バイパス経路と前記再循環経路との間で排気ガスの流動経路を調節する第３調節バルブとを備えることを特徴とする自動車の統合機能型熱交換装置。
  2. 前記排気経路は、
    前記エンジンから前記熱交換器に至るように配置される流入経路と、
    前記熱交換器からテールパイプに至るように配置される流出経路とからなることを特徴とする請求項１に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  3. 前記バイパス経路は、前記流入経路から前記流出経路に至るように分岐接続されることを特徴とする請求項２に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  4. 前記第１調節バルブは、前記流入経路と前記バイパス経路との間の分岐地点に設けられ、前記第２調節バルブは、前記流出経路と前記再循環経路との間の分岐地点に設けられることを特徴とする請求項２に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  5. 前記再循環経路は、
    前記流出経路から分岐接続されるメイン再循環経路と、
    前記バイパス経路から前記メイン再循環経路に至るように分岐接続されるサブ再循環経路とからなることを特徴とする請求項２に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  6. 前記第２調節バルブは、前記流出経路と前記メイン再循環経路との間の分岐地点に設けられることを特徴とする請求項５に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  7. 前記第３調節バルブは、前記バイパス経路と前記サブ再循環経路との間の分岐地点に設けられることを特徴とする請求項５に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  8. 前記熱交換器は、
    排気ガスの流入と流出のための排気接続部と、
    冷却水の流入と流出のための冷却水接続部と、
    オイルの流入と流出のためのオイル接続部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  9. 前記熱交換器は、
    前記冷却水熱交換回路と接続する第１コアユニットと、
    前記オイル熱交換回路と接続する第２コアユニットとを備えることを特徴とする請求項８に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  10. 前記第１コアユニットと前記第２コアユニットはそれぞれ、同心円状に内／外側に配置されることを特徴とする請求項９に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  11. 前記排気接続部は、前記第１コアユニットの底面部に形成されながら、周縁部位にフランジを具備したエンドキャップによって仕上げられ、
    前記冷却水接続部は、前記第２コアユニットの外側部位で左／右両端部に設けられ、
    前記オイル接続部は、前記第２コアユニットに対して前記冷却水接続部からそれぞれ離隔した部位に設けられることを特徴とする請求項１０に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  12. 前記第１コアユニットと前記第２コアユニットはそれぞれ、上下方向で層状に配置されることを特徴とする請求項９に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
  13. 前記排気接続部は、前記第１コアユニットの左／右両端部に形成されながら、エンドキャップによって仕上げられ、
    前記冷却水接続部は、前記第１コアユニットの下部と前記第２コアユニットの上部にそれぞれ設けられ、
    前記オイル接続部は、前記第２コアユニットに対してそれぞれ離隔した部位に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の自動車の統合機能型熱交換装置。
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