KR100589261B1

KR100589261B1 - 자동차의 배기가스 열교환 구조

Info

Publication number: KR100589261B1
Application number: KR1020040010713A
Authority: KR
Inventors: 이명길
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2006-06-15
Also published as: KR20050082294A

Abstract

본 발명은 엔진에서 배출되는 냉각수를 안내하는 배관과 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스를 안내하는 배관을 열교환부재로 연결하여 냉각수를 고온의 배기가스와 열교환함으로써 2차 가열된 냉각수를 히터코어로 순환시켜 난방효율을 높이고, 배기가스의 온도를 낮춤으로써 배기오염을 줄이며, 간단한 구조로 설치할 수 있는 자동차의 배기가스 열교환 구조에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자동차의 배기가스 열교환 구조는 자동차의 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 히터코어로 유입하기 위해 안내하는 안내관과, 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 안내하는 배기관과, 상기 안내관의 냉각수와 상기 배기관의 배기가스 상호간에 열교환 작용을 수행하는 열교환부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

엔진, 배기가스 재순환, EGR, 라디에이터, 엔진, EGR 쿨러, 히터코어

Description

자동차의 배기가스 열교환 구조{recycling system of waste gas}

도 1은 종래 배기가스 열교환 구조를 보인 계통도.

도 2는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 열교환 구조를 보인 계통도.

도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 열교환 구조의 열교환부재를 보인 요부 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1,101: 엔진 3,103: 배기다기관

7,107: 흡기다기관 9,109: 라디에이터

13,113: 히터코어 15,115: EGR 쿨러

17,117: EGR 밸브 110: 순환관

120: 안내관 130: 배기관

140: 열교환부재 142: 유입관

144: 열교환관 146: 유출관

150: 삼방밸브 160: 체크밸브

본 발명은 자동차의 배기가스 열교환 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진에서 배출되는 냉각수를 안내하는 배관과 엔진에서 배출되는 고온의 배기가스를 안내하는 배관을 열교환부재로 연결하여 냉각수를 고온의 배기가스와 열교환함으로써 2차 가열된 냉각수를 히터코어로 순환시켜 난방효율을 높이고, 배기가스의 온도를 낮춤으로써 배기오염을 줄이며, 간단한 구조로 설치할 수 있는 자동차의 배기가스 열교환 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에서는 차내를 난방하기 위한 난방장치가 구비되어 있는데, 이러한 차량 난방장치는 엔진에서 가열되어 배출된 냉각수를 히터코어에 공급함으로써 냉각수의 열을 이용하여 난방을 하고 있다.

또한, 최근 들어 자동차에 의한 배출가스 저감을 위해 배기가스재순환시스템(Exhaust Gas Recirculation System)을 채용하고 있는 차량이 늘어나고 있을 뿐만 아니라 점차 강화되는 배기가스 규제를 만족시키기 위해 재순환되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 배기가스재순환쿨러(Exhaust Gas Recirculation cooler)를 채용함으로써 배출가스를 저감시키고 있는 차량들도 늘어나고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 배기가스는 엔진(1)에서 배기다기관(3)을 통해 소음기로 배출되어 흡기다기관(7)을 통해 엔진(1)으로 공급하도록 되어 있다.

또한, 상기 라디에이터(9)는 엔진(1)에서 가열되어 배출된 고온의 냉각수를 냉각시켜서 엔진(1)으로 재순환시킴으로써 엔진(1)을 냉각시키도록 되어 있고, 가 열장치(11)는 엔진(1)에서 배출된 고온의 냉각수를 전기식 히터 또는 연료버너를 이용하여 2차로 가열한 후 히터코어(13)로 공급하도록 되어 있다.

그리고, 상기 히터코어(13)는 가열장치(11)에 의해 2차로 가열되어 공급된 냉각수의 열을 이용하여 차내를 난방시킨 다음 엔진(1)으로 냉각수를 재순환시키도록 되어 있다.

한편, 상기 배기다기관과 흡기다기관 사이에 개재되는 EGR 쿨러(15)는 엔진(1)에서 배출된 냉각수를 이용하여 엔진(1)에서 배기다기관(3)을 통해 공급되는 배기가스를 냉각시킨 다음 흡기다기관(7)을 통해 엔진(1)으로 재순환시키도록 되어 있고, 상기 EGR 밸브(17)는 배기다기관(3)과 EGR 쿨러(15)를 연결하는 배기가스재순환통로상에 설치되어 재순환되는 배기가스량을 제어하도록 되어 있다.

그러나, 종래의 차량 난방장치는 EGR 쿨러에서 배기가스와 열교환된 냉각수를 엔진에서 배출 후 2차 가열하기 위해 별도의 가열장치를 구비하였기 때문에 난방시스템의 구조가 복잡하였고, 설치비용도 증가하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 엔진에서 히터코어로 냉각수를 안내하는 안내관과 엔진에서 고온의 배기가스를 배기하는 배기관을 열교환부재로 연결함으로써 상호 열교환되어 2차 가열된 냉각수로 인해 난방성능을 향상시키고, 상대적으로 배기가스의 온도를 낮춰 Nox 등의 유해성분의 활성화를 막아 배기가스의 오염도를 낮추는 간단한 구조의 자동차의 배기가스 열교환 구조를 제공하려는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 히터코어(HeaterCore)와 엔진을 연결하여 냉각수를 유동시키는 안내관 및 EGR 쿨러(Exhaust Gas Recirculation Cooler)와 엔진을 연결하여 배기가스를 배출하는 배기관을 열교환부재로 연결하여 열교환되며 2차 가열된 냉각수를 통해 난방효율을 높이고, 온도가 낮게 된 배기가스를 분출함으로써 오염도를 줄이고자 한 자동차의 배기가스 열교환 구조를 제공하려는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 열교환 구조를 보인 계통도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 열교환 구조의 열교환부재를 보인 요부 단면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 배기가스 열교환 구조는 자동차의 엔진(101)으로부터 배출되는 냉각수를 히터코어(113)로 유입하기 위해 안내하는 안내관(120)과, 엔진(101)으로부터 배출되는 배기가스를 안내하는 배기관(130)과, 상기 안내관(120)의 냉각수와 상기 배기관(130)의 배기가스 상호간에 열교환 작용을 수행하는 열교환부재(140)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 차량의 내부에 구비되는 라디에이터(radiator,109)는 엔진(101)과 연결되어 엔진(101)의 작동시 상승하는 온도를 하강시키도록 냉각수를 순환시킨다.

즉, 상기 냉각수는 제 1관(111)을 통해 라디에이터(109)로부터 엔진(101)의 외부에 공급되어 엔진(101)에서 가열되어 배출된 고온의 열기를 냉각시킴과 아울러 고온의 열에너지를 빼앗아 제 2관(112)을 통해 라디에이터(109)로 되돌아와 공랭식으로 그 열기를 외부와 열교환하게 된다.

또한, 상기 엔진(101)은 히터코어(113)와 연결되어 있다.

상기 엔진(101)과 히터코어(113)는 안내관(120)으로 연결되어 엔진(101)의 열에너지를 빼앗은 냉각수를 히터코어(113)로 배출하게 된다.

한편, 상기 엔진(101)은 EGR 쿨러(115)와도 연결되어 있다.

즉, 상기 엔진(101)은 작동되면서 발생되는 배기가스를 배기다기관(103)을 거쳐 배기관(130)을 따라 EGR 쿨러(115)로 배기되게 된다.

이때, 상기 안내관(120)과 배기관(130) 사이에는 열교환부재(140)가 구비되어 안내관(120)과 배기관(130)을 연결한다.

그래서, 상기 안내관(120)의 냉각수는 배기관(130) 내부에서 배기되는 고온의 배기가스와 열교환되며, 2차 가열된 냉각수는 히터코어(113)로 유입되어 난방시 난방효율을 극대화하게 되고, 상대적으로 온도가 낮아진 배기가스는 유해원소의 배출을 감소시키게 된다.

이때, 상기 엔진(101)에서 배기관(130)을 통해 배기되는 배기가스의 온도는 300 내지 600℃ 정도이다.

한편, 2차 가열된 냉각수는 히터코어(113)에서 차체 난방에 에너지를 빼앗긴 후 순환관(110)을 통해 제 1관(111)을 따라 엔진(101)으로 순환된다.

또한, 상기 배기관(130)을 따라 EGR 쿨러(115)로 유입된 배기가스는 EGR 파이프(114)를 통해 흡기다기관(107)과 엔진(101)으로 순환된다.

이때, 상기 EGR 파이프(114) 상에는 EGR 밸브(117)가 구비되어 엔진(101)으로 재순환되는 배기가스량을 조절한다.

그리고, 도면에서 실선 지시선( →)은 냉각수의 흐름을 보인 것이고, 점선 지시선( …〉)은 배기가스의 흐름을 보인 것이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 열교환부재(140)는 안내관(120)과 배기관(130)을 연결하여 냉각수와 배기가스의 열교환이 일어나도록 한다.

이때, 상기 열교환부재(140)는 안내관(120)과 연결되어 냉각수를 유입하기 위한 유입관(142)과, 냉각수와 배기가스를 열교환하도록 유입관(142)에서 연장되어 배기관(130) 내부에 삽설되는 열교환관(144)과, 상기 열교환관(144)에서 연장되어 열교환된 냉각수를 안내관(120)으로 안내하는 유출관(146)으로 이루어진다.

상기 열교환부재(140)는 대략 'ㄷ'자 형상으로 이루어지며, 냉각수의 이동통로이다.

그리고, 상기 유입관(142)은 일단을 안내관(120)의 일측에 결합되고, 타단을 배기관(130) 내부에 삽입되게 설치된다.

상기 열교환관(144)의 일단은 유입관(142)의 타단과 결합되며, 배기관(130) 내부에 설치되고, 일정 길이를 갖도록 형성되어 그 내부를 유동하는 냉각수와 배기 관(130) 내부를 유동하는 배기가스가 열평형을 이루도록 한다.

그래서, 상기 열교환관(144)은 열전도계수가 큰 재질로 이루어지는 것이 당연하다.

또한, 상기 유출관(146)은 열교환관(144)의 타단과 연결되며, 그 끝단을 안내관(120)과 결합되어 열교환 또는 열평형된 냉각수를 히터코어(113)로 안내하게 된다.

이때, 상기 열교환부재(140)는 동일한 재질로 일체로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 열교환관(144)의 외주에는 냉각수와 배기가스의 열교환 면적을 극대화하기 위해 핀 또는 요철(도시하지 않음)을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 안내관(120)과 유입관(142)의 결합부분에는 선택적으로 냉각수의 방향을 선택하기 위해 삼방밸브(150)가 구비된다.

즉, 상기 엔진(101)에서 배출되는 냉각수는 선택적으로 열교환부재(140)의 유입관(142) 또는 안내관(120)을 따라 바로 히터코어(113)로 유동되도록 삼방밸브(150)로 조절하게 된다.

상기 삼방밸브(150)는 전자제어에 의해 개폐되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 유출관(146)의 끝단부에는 냉각수의 역류를 방지하기 위해 체크밸브(160)가 구비된다.

상기 체크밸브(160)는 냉각수가 안내관(120)에서 유출관(146)의 내부로 역류되는 것을 방지하기 위해 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 자동차 내부를 난방시 냉각수 온도가 설정치 보다 낮게 되면, 냉각수가 삼방밸브(150)의 유로전환에 의해 열교환부재(140)의 유입관(142)을 따라 배기관(130)의 내부에서 배기가스로부터 열에너지를 얻어 히터코어(113)로 유동되게 된다.

그리고, 상기 냉각수가 설정치 이상이 되면, 삼방밸브(150)는 유입관(142)방향을 밀폐하고 안내관(120) 방향을 개방하여 냉각수가 안내관(120)을 따라 직접적으로 히터코어(113)로 유동되도록 한다.

이때, 상기 냉각수는 체크밸브(160)에 의해 유출관(146)으로 역류되지 않는다.

그리고, 상기 냉각수의 설정온도는 80 내지 85℃의 범위로 하고, 가장 바람직하게 82℃로 하는 것이 좋다.

또한, 상기 냉각수의 온도가 높을수록 배기가스의 유동을 빠르게 하기 위해 EGR 밸브(117)의 개폐량을 증가시킨다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 배기가스 열교환 구조에 의하면, 엔진에서 배출되는 냉각수가 히터코어로 유입되기 전에 열교환부재를 통해 배기가스와 열교환되며 2차 가열되기 때문에 별도의 가열장치는 필요 없어 설치비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 상기 냉각수와 배기가스는 관 형상의 열교환부재에서 열교환되기 때문에 열교환되도록 구비된 종래의 EGR 쿨러는 구비하지 않아도 되어 설치비용을 줄일 수 있고, 설치구조를 간단하게 할 수 있는 효과도 있다.

또한, 엔진에서 배출되는 배기가스가 열전도계수가 큰 열교환부재에서 냉각수에 열에너지를 빼앗기기 때문에 유해물질의 활성화를 방지하여 공기오염을 줄일 수 있는 효과도 있다.

Claims

삭제
자동차의 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 히터코어로 유입하기 위해 안내하는 안내관과, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 안내하는 배기관 및 상기 안내관과 연결되어 상기 냉각수를 유입하기 위한 유입관과, 상기 냉각수와 배기가스를 열교환하도록 상기 유입관에서 연장되어 상기 배기관 내부에 삽설되는 열교환관과, 상기 열교환관에서 연장되어 열교환된 상기 냉각수를 상기 안내관으로 안내하는 유출관으로 이루어진 열교환부재로 구성되는 배기가스 열교환 구조에 있어서,

상기 안내관과 유입관의 결합부분에는 선택적으로 상기 냉각수의 방향을 선택하기 위해 삼방밸브가 구비되고;

상기 유출관의 끝단부에는 상기 냉각수의 역류를 방지하기 위해 체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 열교환 구조.
삭제