KR100890337B1

KR100890337B1 - 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러

Info

Publication number: KR100890337B1
Application number: KR1020070135074A
Authority: KR
Inventors: 정종화
Original assignee: 지엠대우오토앤테크놀로지주식회사
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-03-25

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러에 관한 것으로써, EGR쿨러에 넓은 방열면적을 갖는 방열핀을 부착하여 충분한 열교환을 유도하므로써 냉각의 효율을 높인 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러는 흡기구와 배기구를 가지는 EGR 쿨러(40)의 하우징(10)중 어느 일면에 형성된 방열핀 취부면(10a); 넓은 방열면적을 가지는 방열핀(210); 및 방열핀(210)을 방열핀 취부면(10a)에 고정하기 위한 방열핀 홀더(220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

배기가스 재순환장치, 냉각수, 열교환, 디젤엔진.

Description

디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러{Cooler of Diesel Engine Exhaust Gas Recirculation }

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러에 관한 것으로써, EGR쿨러에 넓은 방열면적을 갖는 핀을 부착하여 충분한 열교환을 유도하므로써 냉각의 효율을 높인 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러에 관한 것이다.

차량의 배출가스는 일산화탄소, 질소산화물, 탄화수소 등의 유해물질이 포함되어 있는 바, 연소과정에서 발생하는 3원소 중 일산화탄소와 탄화수소에 대하여 질소산화물은 항상 반대의 인과관계를 가지고 있다.

즉 실용적인 출력범위에서 일산화탄소와 탄화수소가 가장 감소하는 시점에 질소산화물은 가장 많이 발생한다. 즉 질소산화물은 연료가 완전연소할수록, 즉 엔진이 고온일수록 발생량이 증가하게 된다.

따라서 이러한 질소산화물의 배출가스 허용량은 관계법률로서 규제됨에 따라 배출가스를 줄이려는 다양한 기술이 개발되고 있다. 이러한 것중의 한 가지가 배기가스 재순환장치(EGR:Exhaust Gas Recirculation)이다.

이러한 배기가스 재순환장치는 유해물질의 급증없이 질소산화물의 발생량을 줄이기 위해서는 혼합비를 이론 공연비로 유지하면서 연소실로 흡입되는 혼합기 중에서 이미 연소된 가스의 일부를 공급하는 장치이다. 이처럼 연소된 가스의 일부를 공급하게 되면 이에 맞추어 새로운 가스의 유입은 줄어든다. 이렇게 되면 연소가스의 열용량이 증가하여 화염의 온도가 낮아지는 현상이 발생한다.

보다 상세하게는 EGR은 배출되는 가스 중 배기가스를 흡기계로 재순환시켜 실린더 내의 연소 온도를 낮추어 질소산화물의 발생을 억제하는 장치이다. 이처럼 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 수단으로 배기가스의 일부를 흡기계통에 되돌려서 혼합기가 연소할 때 최고 온도를 낮게 하여 질소산화물의 생성량을 적게 할 수 있다.

이와 같은 EGR의 구성 중에서 EGR의 쿨러는 고온의 배기 가스를 엔진 냉각수를 냉매로 하여 냉각하는 일종의 열교환장치이다.

도 1은 종래의 발명에 따른 디젤엔진의 EGR의 쿨러를 보여주는 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 디젤엔진의 EGR로 공급된 배기가스는 왼쪽의 흡기구(40a)를 통해서 흡입되어 오른 쪽의 배기구(40b)로 배출된다. 그런데 이러한 EGR의 하우징(10)에는 냉각수가 순환할 수 있도록 구성이 되어 있어서, 흡기구(40a)를 통해서 들어오는 배기가스의 온도는 배기구(40b)로 나오는 과정에서 냉각된다.

이러한 배기가스 재순환장치의 하우징(10)의 외부에는 냉각수가 유입 및 유출되는 송,출수구(70a,b)가 설치되고, 이 하우징(10)을 엔진에 장착하기 위한 브라켓(60)과 하우징(10)을 EGR통로에 장착하기 위한 플랜지(50)가 각각 구비된다. 또 이러한 하우징(10)의 일측 단부에는 단부 캡(30)이 조립되어 가스통로를 형성한다.

하지만 이러한 구성만으로는 480℃의 온도를 가지는 배기가스를 280℃이하의 온도로 낮추는 데는 한계가 있었다. 이처럼 배기가스의 온도가 높으면 배출되는 가스 중에서 질소산화물(NOx)의 생성량이 많아진다. 이것이 환경오염의 주범이 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 수냉식의 EGR 쿨러에 공냉식의 방열핀을 결합하므로써 EGR배기가스의 온도를 낮출 수 있는 디젤엔진의 EGR 쿨러를 제공하고자 하는 것이 본 발명의 제 1 목적이다.

본 발명의 제 2 목적은 공냉식의 방열핀을 부가함으로써 EGR 쿨러가 차지하는 부피를 줄여 패키지화가 유리하도록 하여 원가를 절감할 수 있는 디젤엔진의 EGR 쿨러를 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 목적,특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명하여질 것이다.

본 발명에 따른 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러는 흡기구와 배기구를 가지는 EGR 쿨러의 하우징중 어느 일면에 형성된 방열핀 취부면; 넓은 방열면적을 가지는 방열핀; 및 방열핀을 방열핀 취부면에 고정하기 위한 방열핀 홀더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 방열핀은 방열핀 홀더에 끼움 결합된다.

이와 같이 재질이 금속으로 되어 있는 방열핀을 EGR 쿨러의 상부에 배치함으로써 냉각수만을 사용하는 종래의 방식에 비하여 배기가스의 온도를 효과적으로 낮출 수 있다.

뿐만 아니라 효과적인 냉각을 위해서 EGR 쿨러의 크기를 크게 만들어야 하는 단점이 있었던 것에 비해 EGR 쿨러의 하우징의 상부에 방열핀을 배치하는 방식을 사용하여 EGR의 패키지화가 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치 쿨러의 구성을 보여주는 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, EGR 쿨러(40)의 하우징(10)의 측면에는 냉각수 파이프(70)가 설치되어 있고 하우징(10)의 취부면(10a) 상부에는 방열핀(210)을 고정시키기 위한 방열핀 홀더(220)가 구비되어 있다.

그래서 방열핀 홀더(220)은 방열핀(210)을 끼울 수 있는 홈(번호미부여)을 가지고 있어서, 방열핀(210)을 미끄러지듯이 끼우는 것이 용이하도록 구성되어 있다.

여기에 EGR 쿨러(40)의 흡기구(40a)로는 배기가스가 화살표 방향으로 흡입되도록 되어 있고, 배기구(40b)로는 화살표 방향으로 배기되도록 되어 있다. 이처럼 배기가스의 흡기구(40a)를 EGR 쿨러(40)의 상단에 배치시키는 것은 방열핀(210)이 그 윗부분에 붙어 있어서, 냉각의 효율을 높이기 위한 것이다.

즉 차량의 연소실에서 나오는 배기가스는 그 배출온도가 480℃정도인 데, EGR 쿨러(40)의 흡기구(40a)를 통과하면서 온도저하가 많이 발생한다. 그래서 최종 적으로 EGR 쿨러(40)의 배기구(40b)를 통해서 나오는 온도를 230℃이하로 낮출 수 있다.

방열핀(210)은 그 재질이 열전도성이 우수한 금속 재질(예로 알루미늄 또는 구리)로 구성된다. 이처럼 금속재질의 방열핀(210)을 통해서 EGR 쿨러의 하우징(10)의 높은 온도가 방열핀(210)으로 전달되도록 구성되어 있다.

[수학식 1]은 방열핀(210)의 면적을 통해서 열이 전달되는 것을 나타내는 수학식이다.

여기서, Q는 열량, k는 열전도계수, A는 면적, ΔT는 고온의 물체와 저온의 물체사이의 온도차이다.

따라서, 전달되는 열량(Q)은 열전도계수(k), 방열면적(A), 두 지점간의 온도차(ΔT)에 비례한다. 이처럼 열전도 계수가 클수록 방열면적이 넓을수록, 온도차가 클수록 전달되는 열량은 커진다. 하지만 이러한 열전달 시스템에서는 어느 일정정도의 시간이 흐르게 되면 두 지점간의 온도차는 평형을 이루게 된다. 이러한 상태를 "열적평형"이라고 한다.

그런데 이러한 구성의 최적화를 위해서는 EGR 쿨러(40)의 하우징에 삽입되는 방열핀(210)이 금속재질로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 방열핀(210)에 사용되는 비철금속재료로는 Al이나 Cu이 있다. 이러한 Al과 Cu는 대표적으로 열 전도도가 좋은 금속이다.

이처럼 방열핀(210)이 금속재질로 구성되어 있으면 아주 짧은 시간안에 EGR의 하우징(10)에 닿는 면과 외부 공기에 노출되는 상층면이 "열적 평형" 상태에 도달한다.

본 발명에 따른 디젤엔진의 EGR 쿨러(40)의 용도는 질소산화물(NOx)의 배출량을 줄이는 것이므로 배출되는 배기가스의 온도를 되도록 작게 만드는 것이 좋다. 하지만 본 발명에 따른 EGR 쿨러(40)가 이러한 공냉식의 한 가지 방식만으로 냉각을 하는 것은 아니다.

도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 측면부에는 냉각수파이프(70)가 설치되어 있다. 이러한 송수구(70a)를 통해서 들어온 냉각수는 출수구(70b)를 통해서 나가는 과정에서 EGR 쿨러(40)의 온도를 한층 더 낮춘다.

이러한 공냉식과 수냉식으로 냉각시키는 것을 결합하는 방법으로 본 발명에 따른 디젤엔진의 EGR 쿨러(40)의 경우에는 엔진에서 연소되어 나오는 공기의 온도를 230℃이하로 낮출 수 있다.

이로 말미암아 질소산화물(NOx)의 생성량이 저감되고 이것은 차량으로 인한 대기오염을 줄일 수 있는 효과적인 수단이 된다. 뿐만 아니라, 수냉식과 공냉식을 결합하므로써 패키지화가 가능하여 차량 내에서 디젤엔진의 EGR 쿨러(40)가 차지하는 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 발명에 따른 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 구성을 보여주는 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 구성을 보여주는 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10:하우징,

10a:방열핀 취부면,

30:단부캡,

40:배기가스 재순환장치,

40a:EGR의 흡기구,

40b:EGR의 배기구,

50:플랜지,

60:브라켓,

70a:송수구,

70b:출수구,

210:방열핀,

220:방열핀 홀더.

Claims

흡기구(40a)와 배기구(40b)를 가지는 EGR 쿨러(40)의 하우징(10)중 어느 일면에 형성된 방열핀 취부면(10a);

상기 방열된 취부면(10a)에 취부되는 방열핀(210); 및

상기 방열핀(210)을 상기 방열핀 취부면(10a)에 고정하기 위한 방열핀 홀더(220);를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러.
제 1항에 있어서,

상기 방열핀(210)은 상기 방열핀 홀더(220)에 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 재순환장치의 쿨러.