KR100888574B1 - 배기 시스템 열교환기의 차체 탑재 구조 - Google Patents

배기 시스템 열교환기의 차체 탑재 구조 Download PDF

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Abstract

배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조에는 차체 플로어 아래쪽에 배치되어 있는 배기 시스템 열 교환기의 양호한 보호가 가능하도록 구비되어 있다. 상기 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 배기 가스와 엔진 냉각수 사이의 열 교환을 수행하고, 전방 플로어 패널 (68) 에 형성되어 있는 플로어 터널 (70) 의 하부 측에 배치되어 있게 된다. 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 차체 상하 방향의 최하부는 차체 프레임의 차체 크로스 부재 (80) 및 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 의 최하부보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하고 있다
Figure R1020070087782
배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조

Description

배기 시스템 열교환기의 차체 탑재 구조{VEHICLE BODY MOUNTING STRUCTURE FOR EXHAUST SYSTEM HEAT EXCHANGER}
본 발명은, 예를 들면 자동차의 배기 가스와 냉매 간의 열 교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기를 차체에 탑재하기 위한, 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조에 관한 것이다.
일본 특허 출원 (JP-A) No. 2006-105464 에 기술되어 있는 바와 같이, 엔진으로부터 배기 가스를 배출하는 배기 시스템에 있어서 촉매 변환기와 머플러 사이에, 배기 가스와 냉매 간의 열 교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기가 배치되는 구조가 공지되어 있다.
하지만, 상기 종래 기술에서는, 배기 시스템 열 교환기가 차체 플로어 아래에 배치되는 경우, 노면과의 간섭이나 공중에 흩날리는 돌 등으로부터 배기 시스템 열 교환기를 보호하는 것에 대한 고려가 이루어지지 않았다.
본 발명은 상기 사실에 비추어, 차체 플로어 아래쪽에 배치된 배기 시스템 열 교환기의 양호한 보호가 가능한 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 제 1 실시예로서 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조는, 차체 플로어의 하부 측에 위치하는 배기 시스템 열교환기에 탑재되어, 배기 가스와 냉매 사이의 열교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기의 최하부가 차체 프레임의 차체 상하 방향의 최하부보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하게 된다.
상기 실시예에 의하면, 차체 프레임은 차체 상하 방향으로 배기 시스템 열 교환기의 아래쪽에 돌출되기 때문에, 어떠한 노면상의 간섭이 나타나는 경우, 차체 프레임이 노면과 접촉하기 쉽다. 그리하여, 배기 시스템 열 교환기는 노면 간섭으로부터 보호될 수 있다.
이러한 방식으로, 상기 실시예에 의한 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조에 있어서, 차체 플로어 아래쪽에 배치된 배기 시스템 열 교환기는 잘 보호될 수 있다. 본 발명의 배기 시스템 열 교환기(의 최하부)는, 배기 가스와 냉매 사이에서 열교환이 일어나는 부분(의 최하부)을 의미하며, 다른 부속 부품들은 차체 프레임보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 돌출될 수 있다.
상기 실시예에 있어서 상기 차체 프레임은, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 일 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하는 제 1 부재와, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 반대편 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하는 제 2 부재를 포함하도록 구성될 수 있다.
상기 실시예에 의하면, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 일 단부측은 제 1 부재에 의해 노면 간섭으로부터 보호되며, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 반대편 단부측은 제 2 부재에 의해 노면 간섭으로부터 보호된다. 이 때문에, 배기 시스템 열 교환기에 대한 노면 등의 간섭을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
상기 실시예에서, 상기 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향은 실질적으로 차체의 전후 방향을 따르게 되며, 제 1 부재는 상기 제 2 부재에 대해 전후 방향으로 앞쪽에 배치될 수 있고, 상기 제 1 부재의 차체 상하 방향의 최하부는 제 2 부재의 차체 상하 방향의 최하부보다 차체 상하 방향의 위쪽에 배치될 수 있다.
상기 실시예에 의하면, 제 1 및 제 2 부재 중에 제 2 부재는 차체 전후 방향으로 상대적으로 뒤쪽으로 위치되어 있고, 반면 제 2 부재는 제 1 부재에 대해 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 돌출되어 있기 때문에, 차체 플로어 아래로 흐르는 주행풍 일부의 유동 방향은 제 2 부재에 의해 열 교환기 측으로 안내된다. 이에 의해, 예를 들면 배기 시스템 열 교환기의 냉매의 과열이 방지될 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향은 실질적으로 차체의 전후 방향을 따르게 되며, 배기 시스템 열 교환기는 차체 플로어에 구비된 플로어 터널에 배치되고, 상기 차체 프레임은 한 쌍의 터널 측면 보강재를 포함하는 데, 터널 측면 보강재의 각 길이 방향이 실질적으로 차체의 전후 방향을 따르며, 상기 터널 측면 보강재 쌍은 상기 차체 플로어에서 플로어 패널의 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 향하는 개구의 차폭 방향 양측 단부로부터, 상기 배기 시스템 열 교환기보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 돌출하도록 구비된다.
상기 실시예에 의하면, 터널 측면 보강재는 차체 플로어의 외면 (차체 상하 방향의 하부면) 에서 플로어 터널의 아래쪽 방향 개구단을 따라 배치되고, 그 터널 측면 보강재의 차체 상하 방향의 하단은 플로어 터널에 배치된 배기 시스템 열 교환기의 최하부보다 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 돌출하게 된다. 즉, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 각 부분은 이러한 터널 측면 보강재에 의해 노면 간섭을 효과적으로 방지한다.
본 발명의 제 2 실시예로서 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조는, 차체 플로어의 하부 측에 배치되어 있고 길이 방향이 실질적으로 차체 전후 방향을 따르며, 배기 가스와 냉매와의 열 교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기와, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 앞쪽 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하는 제 1 부재, 그리고 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 뒤쪽 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하며, 최하부가 제 1 부재의 차체 상하 방향 최하부보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하는 제 2 부재를 포함한다.
상기 실시예에 의하면, 제 2 부재는 제 2 부재의 차체 전후 방향의 앞쪽 측면에 위치하는 제 1 부재보다 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 돌출되기 때문에, 차체 바닥 아래로 흐르는 주행풍 일부는 제 2 부재에 의해 배기 시스템 열 교환기 쪽 으로 안내된다 (유동 방향이 변화됨). 이에 의하여, 예를 들면 배기 시스템 열 교환기의 냉매의 과열이 방지될 수 있다.
상기 실시예에서, 상기 제 1 부재의 차체 상하 방향의 상부측 면은, 경사면의 차체 전후 방향의 뒤쪽 측면이 경사면의 차체 전후 방향의 앞쪽 측면보다 위쪽에 있도록 위치된 기울어진 경사면을 포함할 수 있다.
상기 실시예에 의하면, 차체 플로어 아래로 흐르는 주행풍의 일부는 제 1 부재의 경사면에 의해 배기 시스템 열 교환기 측으로 안내된다 (유동 방향이 변화됨). 이에 의하여, 예를 들면 배기 시스템 열 교환기의 냉매의 과열이 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 있어서의 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조는, 차체의 하부측에 위치하고 길이 방향이 실질적으로 차체 전후 방향을 따르며, 배기 가스와 냉매와의 열 교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기와, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 앞쪽 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하며, 차체 상하 방향으로 위쪽 및 차체 전후 방향으로 앞쪽을 모두 향하도록 하기 위한 경사면을 갖는 차체 프레임 부재를 포함한다.
상기 실시예에 의하면, 차체 바닥 아래로 흐르는 주행풍의 일부는 차체 프레임 부재의 경사면에 의해 배기 시스템 열 교환기 쪽으로 안내된다 (유동 방향이 변화됨). 이에 의하여, 예를 들면, 배기 시스템 열 교환기의 냉매의 과열이 효과적으로 방지될 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향은 실질적으로 차 체 전후방향을 따르며, 배기 시스템 열 교환기는 차체 전후 방향의 앞쪽 측면이 배기 시스템 열 교환기의 뒤쪽 측면보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 실시예에 의하면, 배기 시스템 열 교환기는 배기 시스템 열 교환기의 하부가 차체 전후 방향으로 앞쪽을 향하도록 하기 위해 기울어져서 지지된다. 이 때문에, 배기 시스템 열 교환기의 차체 전후 방향의 앞쪽 단부측에 대한 노면 상의 장애물 등에 의한 간섭 (걸림) 이 방지될 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 배기 시스템 열 교환기는 상기 냉매인 냉각액이 통과해 흐르도록 구비된 유로 및, 냉매의 유로의 차체 상하 방향 최상부의 차체 상하 방향 상부측과 연통되는 가스 방출부를 포함한다.
예를 들어 배기 가스를 배출하는 엔진이 정지하면서 냉각액의 순환이 정지되고, 배기 시스템 열 교환기의 잔열 때문에 냉각액이 끓게 되는 경우에는, 가스 기포가 발생할 수 있다. 상기 실시예에 의하면, 이러한 가스 기포는 배기 시스템 열 교환기의 냉각액 유로 방향의 최상부와 연통하는 가스 방출부에 모이거나, 또는 가스 방출부를 통하여 배출되어 배기 시스템 열 교환기 내부의 가스 기포의 축적이 억제될 수 있다.
본 발명의 제 4 실시예에 있어서의 배기 시스템 열 교환기를 위한 차체 탑재 구조는, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 일 단부측이 배기 시스템 열 교환기의 반대편 단부측보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하도록 기울어진 상태로 배치되어, 배기 가스와 냉각액 사이의 열 교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기 및, 배기 시스템 열 교환기의 냉각액의 유로의 차체 상하 방향 최상부의 차체 상하 방향 상부측과 연통된 가스 방출부를 포함한다.
예를 들어 배기 가스를 배출하는 엔진이 정지하면서 냉각액의 순환이 정지되고, 배기 시스템 열 교환기의 잔열 때문에 냉각액이 끓게 되는 경우에는, 가스 기포가 발생할 수 있다. 상기 실시예에 의하면, 이러한 가스 기포는 배기 시스템 열 교환기의 냉각액 유로 방향의 최상부와 연통하는 가스 방출부에 모이거나, 또는 가스 방출부를 통하여 배출되어 배기 시스템 열 교환기 내부의 가스 기포의 축적이 억제될 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 상기 가스 방출부는 배기 시스템 열 교환기의 냉각액 유로의 냉각액 유입부 또는 냉각액 유출부일 수 있다.
상기 실시예에 의하면, 차체에 대해 기울어져서 지지되는 배기 시스템 열 교환기에 있어서 냉각액 유로의 최상부에서의 냉각액 유입부 및/또는 냉각액 유출부의 일방 또는 쌍방에는 가스 방출부가 구비되어 있으며, 냉각액 유로에서 발생한 어떤 가스 기포도 상기 유입부 또는 유출부로부터 배출된다.
상기 실시예에 있어서, 배기 시스템 열 교환기의 외곽을 이루는 쉘은 냉각액 유로의 외벽으로서 구성될 수 있고, 상기 가스 방출부는 쉘의 차체 상하 방향 최상부에 구비될 수 있다.
상기 실시예에 의하면, 냉각액 유로는 배기 시스템 열 교환기의 최외곽층을 구성하고 있기 때문에, 다시 말해, 냉각액이 쉘을 통하여 외부 대기와의 열교환을 할 수 있기 때문에(대기에 의한 냉각), 비등에 의한 가스 기포의 발생이 억제될 수 있다. 나아가, 가스 방출부가 쉘에 구비되어 있기 때문에, 구조가 단순해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 배기 시스템 열 교환기를 위한 차체 탑재 구조는, 차체 바닥 아래에 배치된 배기 시스템 열 교환기의 양호한 보호가 가능하다는 뛰어난 효과를 갖는다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 전형적인 실시예를 기술하기로 한다.
본 발명의 전형적인 실시예에 따른 배기 시스템 열 교환기를 위한 차체 탑재 구조가 적용된 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 대해, 도 1 내지 도 10 을 참조하여 설명하기로 한다. 이하에서는 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 의 배기 가스 시스템의 개략적인 전체 구성, 열 교환기의 구성, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 가 탑재된 차체 (B) 의 개략적인 전체 구성 및, 차체 (B) 를 위한 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 탑재 구조 (탑재 자세) 에 대하여 순서대로 설명하기로 한다. 이하의 설명에 있어서, 간단히 상류·하류라는 용어를 사용하는 경우에는, 배기 가스 유동 방향의 상류·하류를 나타내는 것으로 한다. 또한 각 도면에 있어서 화살표 FR, 화살표 UP 및 화살표 W 는, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 가 적용된 차량의 차체 전후 방향의 앞쪽 (주행 방향), 차체 상하 방향의 상측 및 차폭 방향을 각각 가리키는 것으로 한다.
(배기 가스 시스템의 개략적인 전체 구성)
도 9a 는 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 의 저면도를 나타내고 있으며, 도 9b 는 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 의 측면도를 나타내고 있다. 도면에 나타나 있는 바와 같이, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에는 상류에서부터 하류로 순서대로, 배기 가스의 정화를 위한 촉매 변환기 (12), 엔진 난기 (warm-up) 촉진 및 열 보존을 위하여 배기 가스로부터 열을 회수하는 배기 시스템 열 교환기 (14) 및, 배기음의 감소 {소음(消音)} 를 위한 머플러 (16) 가 구비되어 있다. 이 구성요소들은 배기 파이프 (18) 에 직렬로 서로 연통되어 있다.
배기 파이프 (18A) 의 하류 단부는 촉매 변환기 (12) 의 상류에 연결되어 있고, 배기 파이프 (18A) 의 상류 단부는 내연 기관 (도시되어 있지는 않음) 의 배기 매니폴드에 연결되어 있으며, 이러한 방식으로 내연 기관으로부터 배기 가스가 도입된다. 또한, 촉매 변환기 (12) 및 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 각각의 길이 방향이 실질적으로 차체 전후 방향과 일치하며, 평면도 상에서 배기 파이프 (18B) 에 의해 실질적으로 서로 직선으로 연결되어 있다. 이 실시예에서는, 배기 파이프 (18A), 촉매 변환기 (12), 배기 파이프 (18B) 및 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 평면도 상에서 실질적으로 직선으로 배치되어 있게 된다. 그러나, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 하류 단부에 연결되어 배기 가스 유출 관부로서 역할을 하는 배기 파이프 (18C) 의 상류 단부는, 평면도 상에서 볼 때 차체 전후 방향에 경사를 이루도록 배치되어 있다. 이에 의하여, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 는, 예를 들면 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 후방에 배치될 연료 탱크 (도시되어 있지는 않음) 를 피하게 된다. 배기 파이프 (18C) 의 상세 구성은 후술하기로 한다.
머플러 (16) 의 길이 방향은 실질적으로 차체 전후 방향과 일치하며, 머플러 (16) 는, 예를 들면 상기 연료 탱크의 폭 방향과 평행하도록 배치되어 있다. 배기 파이프 (18C) 의 하류 단부는 머플러 유입 파이프 (22) 의 상류 단부에 연결되어 있다. 머플러 유입 파이프 (22) 의 상류부 (22A) 는 차체 전후 방향과 경사를 이루게 되어 배기 파이프 (18C) 와 실질적으로 직각을 형성하게 된다. 머플러 유입 파이프 (22) 의 하류부 (22B) 는 머플러 (16) 내에 주로 위치하고, 그 길이 방향은 차체 전후 방향과 일치한다. 머플러 유입 파이프 (22) 의 중간부 (22C) 는 구부러져 있어서 상기 상류부 (22A) 및 하류부 (22B) 를 연결하게 된다. 또한, 상류부 (24A) 가 머플러 (16) 내에 배치되어 있는 머플러 유출 파이프 (24) 는, 하류 단부에서 배기 가스 대기 방출부 (18D) 를 갖는 배기 파이프 (18E) 와 결합하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 의 배치는, 예를 들면 소형의 전륜 구동(FF) 차량에 적용된다.
(배기 시스템 열 교환기의 구조)
배기 시스템 열 교환기 (14) 는 배기 가스의 열이 냉매 또는 냉각액으로서 역할을 하는 엔진 냉각수에서 회수되도록 구성된다. 도 10 에 나타난 바와 같이, 배기 시스템 열 교환기 (14) 에는 배기 가스의 유동 경로와 엔진 냉각수의 유동 경로를 분할하는 격벽 파이프 (26) 가 구비된다. 이 실시예에서는, 격벽 파이프 (26) 의 파이프 내외벽에 나선형 모양으로 나선 홈 (26A, 26B) 이 형성되어 있다. 이 나선 홈 (26A) 과 나선 홈 (26B) 은 배기 가스와 엔진 냉각수 사이에서 열 교환이 수행되는 열 교환부 (14A) 의 대략 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있다. 격벽 파이프 (26) 의 전방 단부 및 후방 단부에는, 각각 열 교환부 (14A) 의 전방 및 후방으로 연장되는 배기 가스 도입부 (26C) 및 배기 가스 배출부 (26D) 가 존재한다.
내부 파이프 (28) 는 실질적으로 원통형 튜브 모양으로 형성되어 있으며, 격벽 파이프 (26) 내부에 동축상으로 배치되어 있다. 격벽 파이프 (26) 와 내부 파이프 (28) 사이에 형성된 공간은 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 배기 가스 유동 경로 (30) 이다. 또한, 격벽 파이프 (26) 는, 실질적으로 원통형 튜브 모양으로 형성되고 격벽 파이프 (26) 에 대해 동축상에 배치된 외부 파이프 (32) 에 의해 외주 측에서 덮여 있게 된다. 격벽 파이프 (26) 와 외부 파이프 (32) 사이의 공간은 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 이다.
배기 시스템 열 교환기 (14) 내부의 배기 가스 유동 경로에 있어서, 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 에 의해 형성된 영역은, 배기 가스와 엔진 냉각수 사이의 열 교환이 수행되는 열 교환부 (14A) 이며, 내부 파이프 (28) 는 열 교환부 (14A) 의 상류측 및 하류측으로 돌출되어 있다. 배기 시스템 열 교환기 (14) 에서 내부 파이프 (28) 내의 공간은, 배기 시스템 열 교환기 (14) 에서의 열 교환부 (14A) 를 통과하기 위한 바이패스 유동 경로 (36) 이다.
보다 구체적으로는, 도 10 에 나타난 바와 같이, 내부 파이프 (28) 의 상류 단부 (28A) 는 배기 파이프 (18B) 의 하류 단부에 연결되어 있고, 내부 파이프 (28) 의 하류 단부 (28B) 는 배기 가스 안내 파이프 (38) 의 상류 단부 (38A) 에 대략 동축상으로 연결되어 있다. 배기 가스 안내 파이프 (38) 대신에 내부 파이프 (28) 의 하류측이 연장될 수도 있다. 또한, 격벽 파이프 (26) 에서, 외부 파이프 (32) {엔진 냉각수 유동 경로 (34)} 의 상류측 밖으로 돌출된 부분 {열 교환부 (14A) 의 상류 부분} 은 배기 가스 도입부 (26C) 이다. 이 배기 가스 도입부 (26C) 의 전방 단부는 내부 파이프 (28) 의 상류 단부 (28A) 의 외주면에 기밀 상태로 연결되어 있다. 또한, 격벽 파이프 (26) 에서, 외부 파이프 (32) {엔진 냉각수 유동 경로 (34)} 로부터 하류측 밖으로 돌출된 부분 {열 교환부 (14A) 의 하류 부분} 은 배기 가스 배출부 (26D) 이다. 배기 가스 배출부 (26D) 는 단부 파이프 (40) 를 통하여 배기 가스 안내 파이프 (38) 에 기밀 상태로 연결되어 있다.
내부 파이프 (28) 에서 격벽 파이프 (26) 의 배기 가스 도입부 (26C) 의 내부에 해당하는 부분에는 바이패스 유동 경로 (36) 와 배기 가스 유동 경로 (30) 를 연통하는 관통 구멍 (42) 이 구비되어 있다. 즉, 관통 구멍 (42) 은 배기 가스 유동 경로 (30) {열 교환부 (14A)} 와 바이패스 유동 경로 (36) 사이의 분기 부분을 구성한다. 또한, 단부 파이프 (40) 에는 배기 가스 유동 경로 (30) 의 내부와 외부를 연통하는 관통 구멍 (44) 이 구비되어 있다. 관통 구멍 (44) 과 배기 가스 안내 파이프 (38) 의 하류 개구 단부 (38B) 는 각각, 배기 가스 출구 헤더 (48) 로의 개구 (합류) 가 된다. 배기 가스 출구 헤더 (48) 는, 상류 개구 단부가 단부 파이프 (40) 에 기밀 상태로 연결되어 있는 배기 시스템 열 교환기 후방 부 쉘 (46) 내에서 공간을 형성하고 있다.
따라서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 에서는, 바이패스 유동 경로 (36) 를 통하여 열 교환부 (14A) 를 통과하는 배기 가스가, 배기 가스 안내 파이프 (38) 의 내부를 통하여 배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46) 내부의 배기 가스 출구 헤더 (48) 에 이르도록 구성되어 있다. 하지만, 관통 구멍 (42) 을 통하여 배기 가스 유동 경로 (30) 를 통과한 배기 가스가, 배기 가스 안내 파이프 (38) 의 외부에 의해 관통 구멍 (44) 을 통과하여, 배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46) 에 있는 배기 가스 출구 헤더 (48) 에 이르도록 구성되어 있다.
또한, 배기 시스템 열 교환기 (14) 내에는 배기 가스 안내 파이프 (38) 의 하류 개구 단부 (38B) 를 개폐하기 위한 밸브 장치 (50) 가 구비되어 있다. 밸브 장치 (50) 에는, 배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46) 에 의해 지지되는 회전축 (52) 주위의 회전 운동에 의해 배기 가스 안내 파이프 (38) 의 하류 개구 단부 (38B) 가 닫히는 폐쇄 위치 (도 10 의 실선 참조) 및, 배기 가스 안내 파이프 (38) 의 하류 개구 단부 (38B) 가 열리는 개방 위치 (도 10 의 2점 쇄선 참조) 를 채택할 수 있는 밸브 (54) 가 구비되어 있다. 폐쇄 위치 상태의 밸브 (54) 는 배기 가스 안내 파이프 (38) 내의 하류 개구 단부 (38B) 주위에 구비된 밸브 시트 {시일 (seal)} 와 인접하도록 구성된다.
또한, 밸브 장치 (50) 에는, 밸브 (54) 가 폐쇄 위치로 편향되게 하기 위하여 회전축 (52) 에 편향력을 부여하는 리턴 스프링 (56) 이 구비되어 있다. 이에 의하여, 배기 시스템 열 교환기 (14) 에서, 배기 가스의 압력이 낮은 경우에는, 리턴 스프링 (56) 의 편향력으로 인하여 밸브 (54) 는 배기 가스 안내 파이프 (38), 즉 유동 경로 (36) 를 닫게 되고, 배기 가스는 열 교환부 (14A) 의 배기 가스 유동 경로 (30) 를 통과하게 되어 있다. 하지만, 배기 가스의 압력이 소정의 값 이상인 경우에는, 밸브 (54) 는 리턴 스프링 (56) 의 편향력에 저항하여 배기 가스의 압력에 따른 개방 위치를 채택하게 되어 있다. 이 실시예에서, 밸브 (54) 는 상기 내연 기관으로부터 최대 출력이 발생할 때 배기 가스 압력에서의 최대 개방도를 갖는 개방 위치를 채택하도록 설정되어 있다.
또한, 이 실시예에서, 밸브 장치 (50) 는 배기 가스와의 열교환을 수행하는 엔진 냉각수의 온도가 소정의 온도 이상인 경우에는, 밸브 (54) 가 배기 가스 압력과 관계없이 강제로 개방 위치를 유지하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 내부가 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 와 연통되어 있는 제 1 냉각수 유입 파이프 (58) 가, 배기 가스 유동 방향의 하류측에서 외부 파이프 (32) 와 연결되어 있다. 제 1 냉각수 유입 파이프 (58) 의 단부에는 열-액추에이터 (60) 가 배치되어 있고, 열-액추에이터 (60) 는 내부에 충전된 왁스의 열팽창에 의하여 리턴 스프링 (56) 의 편향력에 저항하여 회전축 (52) 으로부터 반경 방향으로 돌출되어 있는 레버 (도시되어 있지는 않음) 를 가압하게 되어, 그 결과 밸브 (54) 를 개방 위치 쪽으로 회전시키게 되어 있다. 이 실시예에서, 엔진 냉각수의 온도가 80℃ 이상인 경우, 열-액추에이터 (60) 는 배기 가스의 압력에 따른 상기 개방 위치보다 개방도가 더 큰 전개 위치 (도 10 의 1점 쇄선 참조) 까지 밸브 (54) 를 개방하도록 구성되어 있다.
도 10 에 나타난 바와 같이, 제 2 냉각수 유입 파이프 (62) 는 제 1 냉각수 유입 파이프 (58) 를 통하여 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 에 엔진 냉각수를 도입하기 위해 연결되어 있다. 또한, 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 로부터 엔진 냉각수를 밖으로 배출하기 위해, 냉각수 유출 파이프 (64) 가 외부 파이프 (32) 의 배기 가스 유동 방향의 상류측에 연결되어 있다. 냉각수 유출 파이프 (64) 는 외부 파이프 (32) 의 상하 방향으로 거의 정상 부분 (후술할 차체 (B) 에 대한 장착 위치에 있어서 최상부) 과 연통되어 있다. 제 2 냉각수 유입 파이프 (62) 는, 외부 파이프 (32) 의 상하 방향의 정상 부분의 약간 아래쪽에서 연통되어 있는 제 1 냉각수 유입 파이프 (58) 의 최상부에 배치되어 있으며, 제 2 냉각수 유입 파이프 (62) 는 외부 파이프 (32) 의 최상부보다 더 높은 지점인 제 1 냉각수 유입 파이프 (58) 의 부분과 연통하고 있다. 제 2 냉각수 유입 파이프 (62) 및 냉각수 유출 파이프 (64) 는, 적어도 엔진 냉각수 유동을 따라 내연 기관에 직렬이 되도록, 내연 기관, 라디에이터, 히터 코어를 포함하는 냉각수 순환 경로와 연결되어 있다.
이상에 의하면, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 배기 가스의 유동 방향이 엔진 냉각수의 유동 방향과 반대 방향인 대향류형 배기 시스템 열 교환기이다. 이 실시예에서는, 배기 가스가 나선 홈 (26A) 을 따라 나선 형상의 유동을 발생시키며, 또한 엔진 냉각수가 나선 홈 (26B) 을 따라 배기 가스의 유동 방향과는 반대 방향으로 나선 형상의 유동을 발생시키는 구성에 의하여, 배기 시스템 열 교환기 (14) 내에서 간결하고 고효율의 열 교환이 이루어지게 된다. 또한 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 바이패스 유동 경로 (36) 를 통과하는 배기 가스의 압력 손실 (배압) 이 배기 가스 유동 경로 (30) 를 통과하는 배기 가스로 인한 압력 손실에 비해 충분히 작아, 밸브 (54) 가 전개 상태인 경우 배기가스의 대부분이 바이패스 유동 경로 (36) 를 통과하게 되도록 구성되어 있다.
(차체 구조)
도 2 에는 차체 (B) 의 전방 구조가 저면도로 나타나 있으며, 도 3 에는 차체 (B) 의 전방 구조가 측면도로 나타나 있다. 이들 도면에 나타나 있는 바와 같이, 차체 (B) 에는 각각 차체 전후 방향을 길이 방향으로 한 좌우 한 쌍의 로커 (66) 가 구비되어 있다. 좌우 로커 (66) 는 차폭 방향 최외곽 프레임을 구성하고 있다. 좌우 로커 (66) 에는 전방 플로어 패널 (68) 의 차폭 방향으로 상이한 단부가 각각 접합되어 있다. 전방 플로어 패널 (68) 의 차폭 방향 중간 부분에는 플로어 터널 (70) 이 형성되어 있고, 이 플로어 터널 (70) 은 차체 상하 방향의 하부 쪽으로 개방되어 있다. 도 3 에 나타난 바와 같이, 플로어 터널 (70) 은 차체 전후 방향의 전방 쪽으로 개방되어 있으며, 전방 플로어 패널 (68) 의 전방 단부 (68A) 에 접합되어 있는 대쉬 패널 (72) 에 형성되어 있는 터널부 (72A) 쪽으로 연속되어 있다.
또한, 전방 플로어 패널 (68) 에는, 차체의 전방부 프레임을 형성하는 전방 사이드 부재 (74) 의 후방부 (74A) 가 플로어 터널 (70) 과 좌우 로커 (66) 사이의 하부면에 접합되어 있다. 전방 사이드 부재 (74) 의 후방부 (74A) 는 위쪽으로 개방되어 있는 단면이 모자 (hat) 모양으로 형성되어 있으며, 후방부 (74A) 는 전 방 플로어 패널 (68) 에 접합되어 폐단면을 형성한다. 전방 사이드 부재 (74) 의 후방부 (74A) 의 차체 전후 방향의 후방 단부 (74B) 측은, 차폭 방향의 외측에 위치하도록 기울어져 (구부러져) 있으며, 좌우 로커 (66) 에 접합 (연결) 되어 있다. 전방 사이드 부재 (74) 는 후방부 (74A) 의 전방측과 각각 연속적이고 대쉬 패널 (72) 의 하부면에 접합된 킥부 (kick portion) (74C) 를 갖는다. 전방부 (74E) 는, 전방 사이드 부재 (74) 의 킥부 (74C) 의 전방 단부 (74D) 각각에 연속적이어서 독립적인 폐단면을 형성한다. 전방 범퍼를 구성하는 전방 범퍼 보강재 (75) 는 전방부 (74E) 의 전방 단부 (74F) 사이에 걸쳐 있게 된다.
또한, 도 2 에 나타난 바와 같이, 플로어 터널 (70) 의 개구 단부 (70A) 의 차폭 방향 외곽 근방에는, 차체 전후 방향을 길이 방향으로 하는 터널 측면 보강재 (76) 가 각각 구비되어 있다. 각 터널 측면 보강재 (76) 는, 도 4 내지 도 8 에 나타난 바와 같이, 차체 상하 방향의 위쪽으로 개방되어 있는 단면을 갖는다. 플랜지 (76A) 는, 터널 측면 보강재 (76) 각각의 개구 단부로부터 연장되고, 전방 플로어 패널 (68) 의 하부면 및 플로어 터널 (70) 의 측면에 각각 접합되어, 폐단면 골격 구조를 형성하고 있다. 플로어 크로스 부재 (78) 는, 각각 차체 (B) 의 차폭 방향의 중앙에 대해 같은 측에 있는 각각의 터널 측면 보강재 (76) 와 전방 사이드 부재 (74) 의 후방부 (74A) 사이에 걸쳐 있다. 플로어 크로스 부재 (78) 는 각각 전방 플로어 패널 (68) 의 하부면에 접합되어, 차폭 방향으로 형성된 폐단면 골격 구조를 형성하고 있다.
또한, 도 2 및 도 3 에 나타난 바와 같이, 좌우측 터널 측면 보강재 (76) 에 는, 차폭 방향으로 형성되어 있고, 차체 전후 방향으로 같은 위치에서 터널 측면 보강재 (76) 사이에 걸쳐 있는 차체 크로스 부재 (80) 로서 역할을 하는 좌우 플로어 크로스 부재 (78) 가 있게 된다. 도 7 및 도 8 에 나타난 바와 같이, 차체 크로스 부재 (80) 는 차체 상하 방향으로 하부 쪽으로 개방되어 있는 대략 모자 모양의 단면을 갖고, 전면에서 바라볼 때 전체적으로 차체 상하 방향에서 상부 쪽으로 개방된 모자 모양을 갖도록 형성되어 있다. 좌우 한 쌍의 플랜지 (80A) 는 차체 크로스 부재 (80) 의 상부를 향하는 개구 끝단으로부터 차폭 방향으로 돌출되어 있고, 터널 측면 보강재 (76) 의 하부면 (76B) 에 접합되어 있다. 이 때문에, 차체 상하 방향으로 플로어 터널 (70) 아래를 가로지르는 차체 크로스 부재 (80) 의 교차부 (80B) (의 상부면) 는 차체 상하 방향으로 터널 측면 보강재 (76) 의 하부면 (76B) 보다 더 낮은 곳에 위치하고 있다.
전방 사이드 부재 (74) 의 후방부 (74A) 및 차폭 방향으로 차체 (B) 의 동일 측면상에 위치한 터널 측면 보강재 (76) 에는, 전방 플로어 패널 (68) 의 전방 단부 (68A) 를 따라 위치한 크로스 부재 (82) 가 걸쳐 있게 된다. 또한, 전방 사이드 부재 (74) 의 후방부 (74A) 및 차폭 방향으로 차체 (B) 의 동일 측면 상에 위치하는 좌우 로커 (66) 에는, 전방 플로어 패널 (68) 의 전방 단부 (68A) 를 따라 배치된 크로스 부재 (84) 가 걸쳐 있게 된다.
또한, 도 2 에 나타난 바와 같이, 서브 프레임 (서스펜션 부재) (86) 이 차체 (B) 에 구비되어 전방 플로어 패널 (68) 의 전방에 배치되어 있다. 서브 프레임 (86) 은 평면도 상에서 대략 직사각형 프레임 모양이 되도록 형성되어 있으 며, 차체 전후 방향으로 형성되고, 각각의 후방 단부 (88A) 가 차폭 방향 중앙에 대해 상대적으로 같은 측 상에 위치하고 있는 전방 사이드 부재 (74) 의 킥부 (74C) 에 고정되어 있는, 좌우 한 쌍의 사이드 레일 (88) 을 갖고, 차폭 방향으로 형성되고 사이드 레일 (88) 의 좌우 쌍의 후방 단부 (88A) 사이에 걸쳐 있는 엔진 리어 마운트 지지 부재 (후방 크로스 부재) (90) 를 가지며, 또한 차폭 방향으로 형성되고 사이드 레일 (88) 의 좌우 쌍의 전방 단부 (88B) 사이에 걸쳐 있는 전방 크로스 부재 (92) 를 갖는다.
이 실시예에서는 상기 배기 가스를 배출하는 내연 기관 (도시되어 있지는 않음), 좌우 전방 휠을 지지하는 전방 서스펜션 등이 서브 프레임 (86) 에 장착되어 있다. 좀 더 구체적으로는, 리어 마운트 지지부 (90A) 가 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 에 구비되어, 내연 기관의 후방부를 지지하기 위한 엔진 마운트 (도시되어 있지는 않음) 가 고정되게 된다. 또한, 전방 서스펜션을 구성하는 로어암을 지지하기 위한 전·후 한쌍의 로어암 지지부 (88C, 88D) 가 사이드 레일 (88) 의 좌우 쌍에 각각 형성되어 있다. 또한, 사이드 부재 연결부 (88E) 가 사이드 레일 (88) 의 좌우 쌍의 로어암 지지부 (88C, 88D) 사이에 구비되고, 전방 사이드 부재 (74) 의 전방부 (74E) 에 연결되어 있다.
도 1 에 나타난 바와 같이, 상기 서브 프레임 (86) 의 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 는, 차체 상하 방향에서 차체 크로스 부재 (80) 의 교차부 (80B) 위쪽에 위치하고 있다.
또한, 차체 (B) 는 대쉬 패널 (72) 에 의하여 변속기 (도시되어 있지는 않 음) 가 배치되어 있는 엔진룸 (E) 과, 변속 레버 장치 (도시되어 있지는 않음) 가 배치되어 있는 차실 (C) 로 분할되어 있다. 변속기와 변속 레버 장치는 변속 케이블 (94) 에 의해 조작 가능하게 연결되어 있다. 변속 케이블 (94) 은 엔진룸 (E) 으로부터 플로어 터널 (70) 을 통과하고 그 플로어 터널 (70) 의 상부 벽 (70B) 을 통과하여 차실 (C) 에 이르고 있다.
(배기 시스템 열 교환기 탑재 구조)
도 2 에 나타난 바와 같이, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에서, 배기 파이프 (18A) 및 촉매 변환기 (12) 는 엔진룸 (E) 내에 배치되고, 도 3 에 나타난 바와 같이 배기 파이프 (18B) 는 플로어 터널 (70) 의 전방향 개방 단부 (70C) 를 통과하여 플로어 터널 (70) 에 이르고 있다. 차체 전후 방향으로 형성되어 있는 상기 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 플로어 터널 (70) 내에 배치되어 있다. 또한, 머플러 (16) 는 터널 측면 보강재 (76) 에 대해 상대적으로 차폭 방향으로 외곽에 위치하고 있으며, 저면도 상으로 배기 파이프 (18C) 가 터널 측면 보강재 (76) 를 횡단하고 있다.
차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에서, 배기 시스템은 전체적으로, 도 9a 및 도 9b 에 나타난 바와 같이 지지대 (96, 98, 100) 에 의해 차체 (B) 내에서 지지되고 있다. 이 실시예에 있어서, 지지대 (96) 는 배기 시스템 열 교환기 (14) 를 구성하는 격벽 파이프 (26) 의 배기 가스 배출부 (26D) 에 접합되어 고정되어 있고, 지지대 (98) 는 머플러 (16) 의 전방 단부 (16A) 에 접합되어 고정되어 있으며, 지지대 (100) 는 배기 파이프 (18E) 의 후방부에 접합되어 고정되어 있다. 이들 지지대 (96, 98, 100) 는, 각각의 차체측 상에 지지대 (도면에서 생략되었음) 에 의해 삽입된 지지 고무 (102) 내에 삽입되어, 차체 (B) 에 대해 탄성적으로 지지된다. 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 의 질량 중심 (G) 은, 지지 고무 (102) 에 의해 지지대 (96, 98, 100) 의 지지 위치를 연결하고 있는 가상선으로 나타나는 삼각형 (T) 내부에 있도록 구성되어 있다.
또한, 도 1 에 나타난 바와 같이, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는, 전방 단부 (14B) 가 후방 단부 (14C) (배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46) 측) 보다 차체 상하 방향으로 더 위쪽에 위치하도록 수평면에 대해 (후방으로) 기울어져 있다. 또한, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 전방 단부 (14B) 는, 제 1 부재 또는 차체 프레임으로서의 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 보다 차체 상하 방향으로 더 위쪽에 위치하고 있다. 후방 단부 (14C) 는 제 2 부재 또는 차체 프레임으로서의 차체 크로스 부재 (80) 보다 차체 상하 방향으로 더 위쪽에 위치하고 있다.
좀 더 구체적으로는, 도 1 에 나타난 바와 같이, 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 는, 아래쪽으로 개방되어 있는 모자 모양의 단면으로 형성되어 있는 상단 부재 (104) 의 플랜지 사이에 하단 부재 (106) 가 연결된 폐단면 구조를 갖고 있다. 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 의 상단 벽 (108) 은, 차체 상하 방향의 상부 측을 향하며 차체 전후 방향의 전방을 향하도록 기울어진 전방 경사면 (108A) 및, 전방 경사면 (108A) 의 후방과 연속하고, 차체 상하 방향으로 상부 측을 향하고 차체 전후 방향으로 후방을 향하도록 기울어진 후방 경사면 (108B) 으로 이루어진다. 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 전방 단부 (14B) 는 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 의 후방 경사면 (108B) 위쪽에 주로 위치하고 있다.
또한, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 후방 단부 (14C) 를 구성하는 배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46) 은 차체 크로스 부재 (80) 의 바로 위쪽에 분리되어 (비접촉으로) 배치되어 있다. 따라서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 최하단부인 후방 단부 (14C) 의 최하단부 (14D) 는, 차체 크로스 부재 (80) 보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하고 있다. 또한, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 차체 전후 방향의 전방에 위치하고 있는 배기 파이프 (18B) 는, 엔진 리어 마운트 부재 (90) 의 전방 경사면 (108A) 에 대해 차체 상하 방향으로 위쪽을 통과하고 있으며, 전방 경사면 (108A) 으로부터 분리되어 (비접촉하고) 있다.
또한, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 도 3 에 나타난 바와 같이, 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 와 차체 크로스 부재 (80) 사이에는, 배기 시스템 열 교환기 (14) 가 터널 측면 보강재 (76) 의 하부면 (76B) 위쪽에 위치하고 있다. 다시 말해서, 도 4 및 도 8 에 나타난 바와 같이, 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 와 차체 크로스 부재 (80) 사이에는, 좌우 터널 측면 보강재 (76) 가 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 각각의 길이 방향의 최하단부 (14E) 보다 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 돌출되어 있다. 그럼으로써, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 전·후·좌·우로부터, 배기 시스템 열 교환기 (14) 에 대해 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 돌출되어 있는 차체 프레임에 의하여 둘러싸여 있다.
특히, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 열 교환부 (14A) 는, 최하단부 (14E) 가 차체 전후 방향 전체 길이에 대하 여 터널 측면 보강재 (76) 의 하부면 (76B) 보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 있도록 위치하고 있다. 다시 말해, 터널 측면 보강재 (76) 는 차체 상하 방향으로 최하단부 {열 교환부 (14A) 의 후방 단부에서의 최하단부 (14E)} 보다 아래쪽에 위치하고 있는 하부면 (76B) 을 가지며, 본 발명에 있어서의 차체 프레임에 대응하는 것으로 이해할 수 있다.
또한, 상기와 같이 전체적으로 후방으로 경사를 갖도록 배치된 배기 시스템 열 교환기 (14) 에 있어서, 외부 파이프 (32) 의 전방 단부 근방에서 상부쪽에 연결되어 있는 냉각수 유출 파이프 (64) 의 최하단부 (64A) 는, 엔진 냉각 유동 경로 (34) 의 대략 최상부와 연통되어 있고, 본 발명의 가스 방출부의 기능 (후술) 을 갖게 된다. 냉각수 유출 파이프 (64) 에는 열 호스 (도시되어 있지는 않음) 가 연결되어 있고, 그 열 호스를 통해 상기 내연 기관의 냉각수 순환 경로 (워터 펌프) 와 연통되어 있다. 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 냉각수 유출 파이프 (64) 는 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 전방 단부 (14B) 에 배치되어 있기 때문에, 열 호스는 냉각수 유출 파이프 (64) 와 내연 기관을 최단 거리로 연결하는 구성으로 되어 있다. 다시 말해, 배기 가스로부터 열 교환부 (14A) 를 통하여 엔진 냉각수에 회수된 열이 빠져나가는 것을 억제하도록 구성되어 있다.
또한, 도 3 에 나타난 바와 같이, 변속 케이블 (94) 은 플로어 터널 (70) 의 상부 벽 (70B) 을 통하여, 차체 상하 방향으로 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 위쪽으로 빠져나온다. 즉, 변속 케이블 (94) 이 플로어 터널 (70) 내의 배기가스로부터 소량의 복사열을 갖게 되고 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 상부에 배열됨 으로써, 열 손상에 대한 예방책이 간소화되고 변속 케이블 (94) 의 수명이 증가하게 된다.
또한, 도 3 에 나타난 바와 같이, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46) 의 상류 단부에 연결되어 있는 배기 파이프 (18C) 는, 배기 시스템 열 교환기 (14) 와 머플러 (16) {머플러 유입구 파이프 (22)} 사이에서 굽어진 모양의 최저부 (110) 로 형성되어 있다. 이에 의하여, 열 교환부 (14A) 에 의해 냉각된 배기 가스로부터 응축된 응축수가, 배기 시스템 열 교환기 (14) {배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46)} 에 축적되지 않고 배기 파이프 (18C) 로부터 배출될 수 있게 된다. 배기 파이프 (18C) 로부터 배출된 응축수는 배기 가스가 배출되면서 머플러 (16) 내에 기화 (안개화) 되어, 배기 파이프 (18E) 로부터 시스템 외부로 배출된다.
이제 본 실시예의 작용을 설명하기로 한다.
상기 구성의 차량용 배기 시스템 열 교환기에 있어서, 엔진 냉각수 온도가 낮은 경우에는, 밸브 (54) 가 열-액추에이터 (60) 로부터 자유로워, 밸브 장치 (50) 는 자압 (self-pressure) 밸브로서 작용한다. 이 때문에, 배기 가스 압력이 낮은 운전 환경에서는, 배기 가스 안내 파이프 (38), 즉, 바이패스 유동 경로 (36) 는 리턴 스프링 (56) 의 편향력에 의해 닫히게 된다. 그리하여, 배기 가스는 열 교환부 (14A) 의 배기 가스 유동 경로 (30) 를 통하여 흐르게 되어, 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 내를 흐르는 엔진 냉각수에 대해 열교환이 이루어진다. 이로 인해, 내연 기관의 난기 운전이 촉진되고, 시동시에 저온에서도 열을 유지할 수 있게 된다.
예를 들면 가속 또는 언덕 오르기와 같은 내연 기관의 출력이 증가하는 운전 조건 하에서 배기 가스의 압력이 상승하는 경우에는, 밸브 (54) 는 배기 가스 압력에 의해 작동되고, 리턴 스프링 (56) 의 편향력에 대항하여 화살표 A 방향으로 회전 운동하며, 개방 위치에 이르게 된다. 그럼으로써, 배기 가스는 주로 바이패스 유동 경로 (36) 내를 흐르게 되고, 배기 가스가 배기 가스 유동 경로 (30) 내를 흐르는 경우와 비교해 배압이 감소된다. 다시 말해, 자압 밸브로서 기능하는 밸브 장치 (50) 가 구비된 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 내연 기관의 난기 운전을 위한 열의 회수에 앞서 출력을 확보하기 위해 배압이 감소되는 경우에는, 배기 가스는 열 교환부 (14A) 를 우회하여 바이패스 유동 경로 (36) 를 통과해 흐르기 때문에, 배압의 자동적인 감소가 이루어지게 된다. 그러면, 내연 기관이 최대 출력을 발생하는 경우, 밸브 (54) 는 배기 가스 압력에 의하여 도 10 에서 2점 쇄선으로 나타낸 위치로 유도된다.
또한, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 엔진 냉각수 온도가 80℃ 이상이 되는 경우에는, 열-액추에이터 (60) 의 푸쉬 로드 (push rod) 는 회전축 (52) (도시되어 있지는 않음) 을 밀게 되고, 밸브 (54) 를 전개 상태로 유지하게 된다. 그럼으로써, 배기 가스는 주로 바이패스 유동 경로 (36), 배기 가스 안내 파이프 (38) 및, 배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46) 의 배기 가스 출구 헤더 (48) 를 통과해 흐르며, 배기 파이프 (18C) 로부터 배출된다. 다시 말해, 배기 가스로부터 열을 회수할 필요가 없는 조건에서의 운전시에는, 배기 가스 유동 경로는 바이패스 유동 경로 (36) 로 자동으로 전환하게 된다.
여기서, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 차체 상하 방향 최하단부 (14D) {본 실시예에서 배기 시스템 열 교환기 후방부 쉘 (46)} 는 차체 크로스 부재 (80) 보다 아래쪽에 위치하기 때문에, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 차량 주행에 수반되는 노면 간섭으로부터 보호된다. 특히, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 전방 단부 (14B) 가 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 위쪽에 위치하고 있고, 또한 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 후방 단부 (14C) 가 차체 크로스 부재 (80) 의 위쪽에 위치하고 있기 때문에, 배기 시스템 열 교환기 (14) 에 대한 노면 간섭은 발생하기 어렵다. 다시 말해, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 노면 간섭으로부터 직접적으로 충격 하중 (손상) 을 받는 것이 방지된다.
또한 특히, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 와 차체 크로스 부재 (80) 사이의 좌우 터널 측면 보강재 (76) 는 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 길이 방향 위치의 최하단부 (14E) 에 대해 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 돌출되어 있어서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 전·후·좌·우 네 방향으로부터의 노면 간섭으로부터 보호될 수 있다. 하지만, 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 와 차체 크로스 부재 (80) 사이의 좌우 터널 측면 보강재 (76) 는, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 길이 방향에서 대략 전체 길이 (차체 크로스 부재 (80) 의 근방 일부를 제외한 전체 길이) 를 따라 배기 시스템 열 교환기의 최하단부 (14E) 에 대해 차체 상하 방향으로 아래쪽에 돌출되어 있기 때문에, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 노면 간섭으로부터 훨씬 더 효과적으로 보호된다. 특히, 열 교환부 (14A) {외부 파이프 (32)} 내를 흐르는 엔진 냉각수는 터널 측면 보강재 (76) 에 의해 전체 길이를 따라 노면 간섭으로부터 훨씬 더 효과적으로 보호된다.
또한, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 전방 단부 (14B) {의 최하단부 (14E) 중 하나} 가 후방 단부 (14C) {최하단부 (14E) 의 최하단부 (14D)} 보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하도록 하기 위해 경사를 이루고 있기 때문에, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 차체 전후 방향의 전방 단부 (14B) 는 차체 주행에 수반하는 노면 (R) 상의 장애물들에 의한 간섭 (걸림) 이 방지될 수 있다.
또한, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 차체 크로스 부재 (80) 는, 도 1 의 화살표 (F1) 에 의해 나타난 바와 같이, 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 보다 차체 상하 방향으로 더 아래쪽에 배치되어 있기 때문에, 주행풍이 차체 크로스 부재 (80) 에 의해 (막히게 되어) 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 열 교환부 (14A) 쪽으로 안내된다. 이 때문에, 주행풍은 열 교환부 (14A) 를 구성하는 외부 파이프 (32) 에 부딪히도록 할 수 있다. 또한, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 도 1 의 화살표 (F2) 에 의해 나타난 바와 같이, 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 의 상부면의 앞부분이 전방 경사면 (108A) 이기 때문에, 주행풍은 전방 경사면 (108A) 에 의해 안내되고, 열 교환부 (14A) 를 구성하는 외부 파이프 (32) 에 부딪히도록 할 수 있다. 이에 의하여, 고속 주행 등과 같 이 배기 가스가 바이패스 유동 경로 (36) 를 통해 흐르는 경우의 운전 조건에 있어서, 엔진 냉각수 온도가 상승하고, 라디에이터의 부하 상승이 방지된다.
또한, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 냉각수 유출 파이프 (64) 가 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 의 최상부와 연통하고 있어서, 만약 엔진 냉각수보다 낮은 비중의 외부 물질이 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 내로 들어온 경우에는, 엔진 냉각수의 순환이 정지된 상태라 할지라도, 그 외부 물질은 냉각수 유출 파이프 (64) 로부터 배출된다. 그렇게 함으로써, 예를 들면, 내연 기관의 고부하 운전 직후에 내연 기관이 정지된 경우에는, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 잔여열이 엔진 냉각수를 끓게 만들고 가스 기포가 발생하는 경우라 할지라도, 그러한 가스 기포는 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 로부터 냉각수 유출 파이프 (64) 를 통하여 배출되어 엔진 냉각수의 냉각과 함께 제거된다. 즉, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 엔진 냉각수 (34) 내의 가스 기포 등의 외부 물질의 축적이 방지될 수 있다.
또한, 냉각수 유출 파이프 (64) 는 가스 방출부로서 사용되기 때문에, 다시 말해, 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 로부터 배출된 외부 물질이 엔진 냉각수 순환과 함께 열 교환부 (14A) 로부터 제거될 수 있기 때문에, 내연 기관의 재시동시에 배기 가스 열로 인한 가스 방출부 내의 축적된 가스 기포의 팽창이 없게 된다. 또한, 가스 방출부로서 별도의 부재를 구비할 필요가 없으며, 열 교환 성능에 영향을 주지 않고 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 내의 외부 물질의 축적을 방지할 수 있 는 구성이 실현된다.
또한, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 에 있어서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 의 열 교환부 (14A) 의 최외곽 층은 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 로서 구성되어 있기 때문에, 다시 말해, 엔진 냉각수는 외부 파이프 (32) 를 통하여 외부 공기와의 열교환 (대기 냉각) 을 수행할 수 있기 때문에, 엔진 냉각수가 끓음에 따른 기포의 발생 자체가 억제될 수 있다. 또한, 냉각수 유출 파이프 (64) 는 외부 파이프 (32) 에 간단하게 구비되기 때문에, 구조가 단순해질 수 있다.
또한, 냉각수 유출구 파이프 (64) 가 본 발명의 가스 방출부인 실시예를 들었으나, 본 발명은 그에 한정되지는 않으며, 본 발명의 가스 방출부가 엔진 냉각수의 순환이 정지된 경우에 기능하면 충분하다. 예를 들면, 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 의 엔진 냉각수의 유동이 반대 방향이 되고 엔진 냉각수에 대한 유입구가 가스 방출부로서 기능하도록 구성될 수 있으며, 또는 엔진 냉각수가 열 교환부 (14A) 의 길이 방향으로 왕복하도록 하고 엔진 냉각수의 유입구 및 유출구가 가스 방출부로서 기능하도록 엔진 냉각수 유동 경로 (34) 를 구성할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 가 노면의 간섭으로부터 배기 시스템 열 교환기 (14) 를 보호하는 기능, 주행풍에 의한 냉각 촉진 기능 및, 내연 기관 엔진이 정지된 경우의 가스 기포의 제거 기능을 나타내는 예를 들었지만, 본 발명은 그에 한정되지는 않으며, 상기 기능 가운데 1 이상의 기능이 나타나도록 차량용 배기 시스템 탑재 구조 (10) 를 구성하여도 충분하다.
따라서, 길이 방향의 일 단부측이 나머지 단부측보다 차체 상하 방향으로 더 높이 있도록 경사를 갖는 배기 시스템 열 교환기 (14) 에 대한 가스 방출부의 구성에 있어서는, 배기 시스템 열 교환기 (14) 가 차체 크로스 부재 (80), 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 및/또는 한 쌍의 터널 측면 보강재 (76) 중 하나 이상에 의해 보호되도록 하는 구성이나, 주행풍이 열 교환부 (14A) 로 안내되도록 하는 구성으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 화살표 (F1) 의 주행풍이 안내되도록 하기 위해 차체 크로스 부재 (80) 가 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 보다 차체 상하 방향으로 더 아래쪽에 배치되는 구성, 또는 화살표 (F2) 의 주행풍이 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 의 전방 경사면 (108A) 에 의해 안내되는 구성에 있어서는, 배기 시스템 열 교환기 (14) 가 차체 크로스 부재 (80), 엔진 리어 마운트 지지 부재 (90) 및/또는 한 쌍의 터널 측면 보강재 (76) 중 하나 이상에 의해 보호되도록 하는 구성이나, 가스 방출부가 구비되는 구성에 한정되는 것은 아니다. 그러한 경우에 있어서, 주행풍 (F1) 을 발생시키는 안내 부재는 차체 프레임으로부터 구성되는 것에 한정되지는 않는다.
또한, 배기 시스템 열 교환기 (14) 가 차체 크로스 부재 (80), 엔진 리어 마운트 부재 (90) 및/또는 한 쌍의 터널 측면 보강재 (76) 중 하나 이상에 의해 보호되는 구성에 있어서, 주행풍인 열 교환부 (14A) 에 안내되는 구성, 가스 방출부가 구비되어 있는 구성이나, 배기 시스템 열 교환기 (14) 가 경사를 이루어 배치되는 구성에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 배기 시스템 열 교환기 (14) 가 실질적으로 차 체 전후 방향을 따라 그 길이를 갖는 실시예를 들었지만, 본 발명은 그에 한정되는 것은 아니며, 배기 시스템 열 교환기 (14) 는 평면도 상으로 차체 전후 방향과 경사를 이루어 배치되거나, 또는 차폭 방향을 따라서 배치될 수도 있다.
앞서 설명한 본 발명의 실시예는 설명과 예시를 위한 것들이다. 실시예들은 본 발명을 명확한 형태로 한정하려는 의도가 아니다. 당업자에게 있어 다양한 변형이 가능함은 자명하다. 상기 실시예들은 본 발명의 원리와 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해 선택된 것이며, 당업자로 하여금 발명을 다양한 실시 형태와 예상되는 특정한 용도에 적합한 다양한 변형에 대한 이해를 가능케 한다. 본 발명의 범위는 이하의 청구항 및 그 균등 범위에 한하여 정해진다.
도 1 은 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 배기 시스템 탑재 구조의 관련 부분을 나타내는 측단면도.
도 2 는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 배기 시스템 탑재 구조를 나타내는 저면도.
도 3 은 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 차량 배기 시스템 구조를 나타내는 측면도.
도 4 는 도 2 의 4-4 지점의 단면도.
도 5 는 도 2 의 5-5 지점의 단면도.
도 6 은 도 2 의 6-6 지점의 단면도.
도 7 은 도 2 의 7-7 지점의 단면도.
도 8 은 도 2 의 8-8 지점의 단면도.
도 9a 는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 배기 시스템 탑재 구조의 배기 가스 시스템을 나타내는 저면도.
도 9b 는 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 배기 시스템 탑재 구조를 나타내는 측면도.
도 10 은 본 발명의 전형적인 실시예에 따른 배기 시스템 탑재 구조에 포함되는 배기 시스템 열 교환기의 측단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 차량용 배기 시스템 탑재 구조
14 열 교환기 14A 열 교환부
14B 전방 단부 14C 후방 단부
14D, 14E 최하단부 18 배기 파이프
26 격벽 파이프 26A, 26B 나선 홈
28 내부 파이프 30 배기 가스 유동 경로
32 외부 파이프 34 엔진 냉각수 유동 경로
36 바이패스 유동 경로 38 배기 가스 안내 파이프
46 후방부 쉘 50 밸브 장치
64 냉각수 유출 파이프 68 전방 플로어 패널
70 플로어 터널 72 대쉬 패널
86 서브 프레임 90 리어 마운트 지지 부재
108 경사면

Claims (16)

  1. 배기 가스와 냉매 사이의 열 교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기의 최하부가 차체 프레임의 차체 상하 방향의 최하부보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하도록, 차체 플로어의 하부 측에 배치된 배기 시스템 열 교환기를 탑재한 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조에 있어서,
    상기 차체 프레임은, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 일 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하고 있는 제 1 부재 및, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 반대쪽 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하고 있는 제 2 부재를 포함하는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  2. 배기 가스와 냉매 사이의 열 교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기의 최하부가 차체 프레임의 차체 상하 방향의 최하부보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하도록, 차체 플로어의 하부 측에 배치된 배기 시스템 열 교환기를 탑재한 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조에 있어서,
    상기 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향은 실질적으로 차체 전후 방향을 따르며, 배기 시스템 열 교환기는 차체 플로어에 구비되어 있는 플로어 터널에 배치되어 있으며,
    상기 차체 프레임은, 각각의 터널 측면 보강재의 길이 방향이 차체 전후 방향을 따르고 있고, 차체 플로어 내의 플로어 터널의 차체 상하 방향으로 아래쪽을 향하는 개구의 차폭 방향 양측 단부로부터, 배기 시스템 열 교환기보다 차체 상하 방향으로 아래쪽으로 돌출되도록 구비되어 있는 한 쌍의 터널 측면 보강재를 포함하는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향은 실질적으로 차체 전후 방향을 따르며, 상기 제 1 부재는 상기 제 2 부재에 대해 차체 전후 방향으로 전방에 배치되어 있으며, 상기 제 1 부재의 차체 상하 방향의 최하부는, 상기 제 2 부재의 차체 상하 방향 최하부보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하고 있는 배기 시스템 열교환기의 차체 탑재 구조.
  4. 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조로서,
    차체 플로어의 하부 측에 배치되어 있으면서, 배기 시스템 열 교환기의 길이방향이 실질적으로 차체 전후 방향을 따르며, 상기 배기 시스템 열 교환기가 배기 가스와 냉매 사이의 열 교환을 수행하게 되는 배기 시스템 열 교환기,
    배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 전방 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하고 있는 제 1 부재 및,
    배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 후방 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 위치하면서, 제 2 부재의 차체 상하 방향 최하부가 제 1 부재의 차체 상하 방향 최하부보다 차체 상하 방향으로 더 아래쪽에 위치하고 있는 제 2 부재를 포함하는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 부재의 차체 상하 방향의 상측면은 경사면을 포함하고, 상기 경사면은 경사면의 차체 전후 방향의 후측이 경사면의 차체 전후 방향의 앞측보다 위쪽에 있도록 기울어진 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 부재의 차체 상하 방향의 상측면은 경사면을 포함하고, 상기 경사면은 경사면의 차체 전후 방향의 후측이 경사면의 차체 전후 방향의 앞측보다 위쪽에 있도록 기울어진 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  7. 차체 플로어의 하부 측에 배치되어 있으면서, 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향이 실질적으로 차체 전후 방향을 따르며, 상기 배기 시스템 열 교환기가 배기 가스와 냉매 사이의 열교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기 및,
    배기 시스템 열 교환기의 전방 단부측보다 차체 상하 방향으로 아래쪽에 배치되는 차체 프레임 부재를 포함하는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조로서,
    상기 차체 프레임 부재는 차체 상하 방향으로 위쪽을 향하고 차체 전후 방향으로 전방을 향하도록 기울어진 경사면을 갖는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향이 실질적으로 차체 전후 방향을 따르며, 상기 배기 시스템 열 교환기의 차체 전후 방향의 앞측이 후측보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하도록 배치되어 있는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 배기 시스템 열 교환기는 냉매로서 냉각액이 통과해 흐르는 유동 경로와, 그 냉각액의 유동 경로의 차체 상하 방향의 상부측으로부터 차체 상하 방향의 최상부에 연통되는 가스 방출부를 포함하는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  10. 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조로서,
    상기 배기 시스템 열 교환기의 길이 방향의 일 단부측이 나머지 단부측보다 차체 상하 방향으로 위쪽에 위치하도록 경사져 배치되고, 배기 가스와 냉각액 사이의 열교환을 수행하는 배기 시스템 열 교환기 및,
    배기 시스템 열 교환기의 냉각액 유동 경로에서의 차체 상하 방향의 상부측으로부터 차체 상하 방향의 최상부에 연통되도록 구비되어 있는 가스 방출부를 포함하는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 가스 방출부는 배기 시스템 열 교환기의 냉각액 유동 경로의 냉각액 유입부 또는 배출부의 적어도 일방인 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 가스 방출부는 배기 시스템 열 교환기의 냉각액 유동 경로의 냉각액 유입부 또는 배출부의 적어도 일방인 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 배기 시스템 열 교환기의 외곽을 형성하고 있는 쉘은 상기 냉각액 유동 경로의 외부벽으로서 구성되어 있고, 상기 가스 방출부는 상기 쉘의 차체 상하 방향의 최상부에 구비되는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 배기 시스템 열 교환기의 외곽을 형성하고 있는 쉘은 상기 냉각액 유동 경로의 외부벽으로서 구성되어 있고, 상기 가스 방출부는 상기 쉘의 차체 상하 방향의 최상부에 구비되는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  15. 제 10 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 배기 시스템 열 교환기의 외곽을 형성하고 있는 쉘은 상기 냉각액 유동 경로의 외부벽으로서 구성되어 있고, 상기 가스 방출부는 상기 쉘의 차체 상하 방향의 최상부에 구비되는 배기 시스템 열 교환기의 차체 탑재 구조.
  16. 삭제
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