KR101316444B1

KR101316444B1 - 차량 쿨러 시스템

Info

Publication number: KR101316444B1
Application number: KR1020120087685A
Authority: KR
Inventors: 한정재
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2013-10-08
Also published as: US9353705B2; US20140041643A1

Abstract

본 발명의 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템은 적어도 1단계 이상으로 구분된 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 엔진 냉각계로부터 공급받은 냉각수를 상기 EGR쿨러(1)를 거치지 않고 상기 오일쿨러(5)로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러(1)를 거친 후 상기 오일쿨러(5)로 보내주는 냉각수라인(10)과; 상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 오일펌프로부터 공급받은 오일을 상기 EGR쿨러(1)를 거치지 않고 상기 오일쿨러(5)로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러(1)를 거친 후 상기 오일쿨러(5)에서 나온 오일의 이물질을 걸러주는 오일필터(30)로 보내주는 오일라인(20)이 포함됨으로써, 냉간 시동 시 EGR 쿨러(1)를 통한 냉각수 차압 최소화로 워터펌프의 동력손실을 저감하고 특히 오일 웜업(Warm Up)도달 시간의 단축으로 구동계통의 윤활상태를 최적으로 유지하는특징을 갖는다.

Description

차량 쿨러 시스템{Cooler System in Vehicle}

본 발명은 차량의 오일쿨러와 EGR쿨러에 관한 것으로, 특히 냉간 시동 시 오일이 EGR가스와 열교환 작용을 구현하여 오일의 웜업(Warm Up)도달 시간이 크게 단축되고, EGR 쿨러 히로의 냉각수 차압이 최소화됨으로써 워터펌프의 동력손실도 저감될 수 있도록 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 배기가스를 이용하는 EGR 가스는 높은 온도로 인한 NOx 생성을 낮추도록 관리되어야 하고, 반면 오일펌프와, 실린더 블록과 피스톤의 마찰, 크랭크샤프트 및 기타 엔진 구성부를 윤활시켜 주는 엔진오일은 높은 동점도를 갖는 낮은 온도가 되지 않도록 관리되어야 한다.

이를 위해, EGR 가스는 냉각수(또는 부동액)와 열교환 작용이 일어나는 EGR쿨러를 순환함으로써 NOx 생성을 증가시키는 높은 온도 상태가 해소될 수 있다.

또한, 엔진오일은 냉각수와 열교환 작용이 일어나는 오일쿨러를 순환함으로써 마찰력 악화를 가져오는 낮은 온도 상태가 해소될 수 있다.

특히, 엔진 오일이 냉각수로 가열됨으로써 차량 주행 시 냉간 상태에서 오일온도가 빠르게 웜업(Warm Up)될 수 있고, 이를 통해 엔진의 윤활부에서 마찰력이 저감됨으로써 차량의 연비효율이 향상될 수 있다.

통상, 냉각수의 온도를 높여주는 열의 근원은 엔진에서 발생되는 연소(EGR 가스 포함)에너지이며, 연소가스로 발생하는 엔진 열이 보다 효율적으로 이용될 필요가 있다.

이러한 예로서, 엔진열을 활용하는 기술로는 잔여 열을 저장하였다가 냉간 시 열을 공급하는 HE(Heat Storage)기술과, 버려지는 배기가스 폐열을 재순환하여 웜업(Warm Up) 특성을 향상시키는 EHRS(Exhaust Heat Recirculation System)기술을 예로 들 수 있다.

상기와 같은 HE(Heat Storage)기술이나 또는 EHRS(Exhaust Heat Recirculation System)기술로 냉각수나 또는 오일 온도를 보다 빠르게 높여줌으로써, 연소 효율을 보다 향상하고 특히 연비 최적화도 높일 수 있다.

통상, EGR 쿨러와 오일쿨러 및 냉각수가 냉각계를 구성하면, EGR 가스라인은 EGR 쿨러를 직접 통과하거나 바이패스되는 레이아웃을 갖는 반면, 냉각수라인은 EGR 쿨러를 상시 통과하는 레이아웃을 갖는다.

이러한 측면은 엔진 오일은 높은 동점도를 갖지 않도록 높은 온도의 냉각수(부동액)로부터 열을 흡수해야 하고, 반면 EGR가스는 온도를 낮추도록 낮은 온도의 냉각수(부동액)에 열을 방출해야 함에 기인되는 측면이다.

그러나, 상기와 같은 냉각계 구성은 냉각수를 매개체로 한 EGR 쿨러와 오일쿨러간 간접적인 열교환 작용이 일어 날 수밖에 없고, 이로 인해 특히 냉간 시에 오일 온도를 올리는데 시간소요가 많아 오일펌프의 토출압 상승을 가져올 수 있다.

일례로, 오일펌프의 토출압 상승은 오일압력의 상승을 가져오고, 오일압력 상승은 엔진 마찰계통의 면압 증대를 가져옴으로써 엔진 구동계의 마찰력이 좋지 않을 수밖에 없다.

특히, 낮은 온도의 오일은 고동점도 및 고압의 오일압을 형성함으로써 엔진 부품의 내마모성을 떨어뜨리고 소음을 유발하는 등 엔진의 내구성이 저하될 수밖에 없다.

그러므로, EGR 쿨러와 오일쿨러에서 냉각수 순환을 위한 레이아웃은 열교환(Heating and Cooling)을 통하여 가스(EGR가스) 특히 유체(엔진 오일)의 온도 제어에 매우 중요할 수밖에 없다.

국내특허공개10-2006-0022782(2006년03월13일)

상기 특허문헌은 오일 쿨러 하우징의 내측으로 EGR 쿨러를 수용시킴으로써 오일 쿨러가 EGR 쿨러와 함께 구성될 수 있는 예를 나타낸다.

이를 위해, 상기 특허문헌은 엔진의 실린더 블럭 일측면에 냉각수가 지나기 위한 입구와 출구를 갖춘 쿨러 하우징 안착면에 볼트체결되는 오일 쿨러와, 쿨러 하우징에 더 형성된 EGR 라인을 위한 EGR 입구와 EGR 출구로 체결된 EGR쿨러로 구성된다.

이를 통해, 상기 특허문헌은 실린더 블럭의 일측면에 형성되는 오일 쿨러의 쿨러 하우징에 EGR 쿨러가 내장됨으로써 EGR 쿨러의 냉각을 위한 냉각수 라인의 구성이 불필요하게 되어 엔진의 레이아웃 측면에서 유리한 측면이 제공된다.

하지만, 상기 특허문헌도 냉각수라인이 EGR 쿨러를 상시 통과하는 레이아웃을 가짐으로써 오일 쿨러와 EGR 쿨러의 독립적인 냉각계 구성에서 발생되는 불리함을 해소할 수 없게 된다.

즉, 냉간 시에 오일 온도 상승에 시간소요가 많음으로써 오일펌프의 토출압 상승을 가져오고, 오일펌프의 토출압 상승으로 오일압력이 상승됨으로써 엔진 마찰계통의 면압 증대와 함께 엔진 구동계의 마찰력 증대를 가져오는 종래 현상이 발생될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 내부로 EGR 가스가 흐르는 EGR 쿨러를 중심으로 배열된 냉각수라인과 오일라인으로 오일쿨러가 직렬로 연결되고, 엔진 구동상태에 맞춰 냉각수와 오일이 EGR 가스 열과 열교환되고, 특히 냉간 시동 시 오일이 엔진 열로 가열된 냉각수를 이용한 열교환작용으로 오일 웜업(Warm Up)도달 시간이 크게 단축됨으로써 구동계통의 윤활상태를 최적으로 유지할 수 있고, 냉간 시동 시 EGR 가스와 열교환으로 인한 냉각수 차압이 최소화됨으로써 워터펌프의 동력손실을 저감할 수 있는 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 쿨러 시스템은 적어도 1단계 이상으로 구분된 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 냉각수와 오일에 열을 전달해 주는 EGR가스가 내부를 거친 후 외부로 배출되거나, 상기 내부를 거치지 않고 외부로 직접 배출되는 EGR쿨러와;

내부를 순환한 후 외부로 배출되는 냉각수에서 열을 빼앗는 오일이 흐르는 오일쿨러와;

상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 엔진 냉각계로부터 공급받은 냉각수를 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러로 보내주는 냉각수라인과;

상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 오일펌프로부터 공급받은 오일을 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러에서 나온 오일의 이물질을 걸러주는 오일필터로 보내주는 오일라인;

이 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)는 엔진 냉간초기와 엔진 웜업 및 엔진 풀웜업으로 구분되고; 상기 냉각수라인은 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 웜업 조건에서 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 냉각수를 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 풀웜업조건에서 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러로 보내주며; 상기 오일라인은 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 풀웜업조건에서 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 오일을 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 웜업 조건에서 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일필터로 보내준다.

상기 EGR쿨러에는 유입된 냉각수가 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 냉각수순환라인과, 유입된 오일이 상기 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 오일순환라인과, 연소후 엔진에서 나온 배기가스로부터 공급받은 EGR가스가 내부를 순환한 후 빠져나가거나 내부순환 없이 외부로 바로 빠져나가게 하는 ECB가 포함된다.

상기 냉각수순환라인과 상기 오일순환라인은 각각 유입구와 배출구로 연결된 다수의 배관라인으로 형성되며, 상기 ECB는 온(On)오프(Off)밸브이다.

상기 냉각수라인은 상기 EGR쿨러로 연결된 냉각수유입배관과, 상기 오일쿨러로 직접 연결되도록 상기 냉각수유입배관에서 분기된 냉각수분기배관과, 상기 냉각수유입배관의 분기위치에 설치된 냉각수밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 냉각수를 상기 냉각수분기배관으로 보내주는 냉각수연결배관과, 상기 오일쿨러를 순환한 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수배출배관으로 구성된다.

상기 냉각수밸브는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브이다.

상기 오일라인은 상기 오일쿨러에 연결된 오일유입배관과, 상기 EGR쿨러에 연결되도록 상기 오일유입배관에서 분기된 오일분기배관과, 상기 오일유입배관의 분기위치에 설치된 오일밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 오일을 상기 오일배출배관으로 보내주는 오일연결배관으로 구성된다.

상기 오일밸브는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브이다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 쿨러 시스템은 유입된 냉각수가 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 냉각수순환라인과, 유입된 오일이 상기 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 오일순환라인과, 연소후 엔진에서 나온 배기가스로부터 공급받은 EGR가스가 적어도 1단계 이상으로 구분된 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 내부를 순환한 후 빠져나가거나 내부순환 없이 외부로 바로 빠져나가게 하는 ECB가 포함된 EGR쿨러와;

상기 EGR쿨러로 연결된 냉각수유입배관과, 상기 오일쿨러로 직접 연결되도록 상기 냉각수유입배관에서 분기된 냉각수분기배관과, 상기 냉각수유입배관의 분기위치에 설치된 냉각수밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 냉각수를 상기 냉각수분기배관으로 보내주는 냉각수연결배관과, 상기 오일쿨러를 순환한 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수배출배관으로 이루어진 냉각수라인과;

상기 오일쿨러에 연결된 오일유입배관과, 상기 EGR쿨러에 연결되도록 상기 오일유입배관에서 분기된 오일분기배관과, 상기 오일유입배관의 분기위치에 설치된 오일밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 오일을 상기 오일배출배관으로 보내주는 오일연결배관으로 이루어진 오일라인;

이 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)는 엔진 냉간초기와 엔진 웜업 및 엔진 풀웜업으로 구분되고; 상기 ECB는 상기 엔진 냉간초기에 오픈(Open)으로 전환됨으로써 상기 EGR 가스의 내부순환 없이 외부로 바로 빠져나가게 하고, 반면 상기 엔진 웜업 및 상기 엔진 풀웜업시에 클로즈(Closed)로 전환됨으로써 상기 EGR 가스를 내부 순환시킨 후 빠져나가게 하며; 상기 냉각수밸브는 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 웜업시 오픈(Open)으로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 냉각수를 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 풀웜업시 클로즈(Closed)로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러로 보내주고; 상기 오일밸브는 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 풀웜업시 클로즈(Closed)로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 오일을 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 웜업시 오픈(Open)으로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일필터로 보내준다.

상기 ECB는 온(On)오프(Off)밸브이고, 상기 냉각수밸브와 상기 오일밸브는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브이다.

이러한 본 발명은 엔진 구동상태에 맞춰 냉각수와 오일이 EGR 가스 열과 열교환되고, 특히 냉간 시동 시 오일이 EGR 가스와 열교환 작용을 구현함으로써 오일 웜업(Warm Up)도달 시간이 크게 단축되고, 저온 오일로 인한 고동점도가 가져오던 마찰력의 악 영향 없이 구동계통의 윤활상태가 최적으로 유지될 수 있고 특히 연비가 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 냉간 시동 시에도 구동계통의 윤활상태가 최적으로 유지됨으로써 내마모성 향상 및 피로강도를 높여 내구성이 크게 향상되고, 특히 엔진의 윤활상태를 빠르게 최적점에 도달시켜줌으로써 소음과 진동이 크게 줄어드는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 엔진 구동상태에 맞춰 냉각수와 오일이 EGR 가스 열과 열교환됨으로써 냉간 시동 시 EGR 쿨러를 통한 냉각수 차압 최소화로 워터펌프의 동력손실과 오일 쿨러 및 EGR 쿨러의 전열량을 크게 개선하고, 특히 EGR쿨러 파울링(Fouling)현상도 크게 개선되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템에 구비된 다수의 밸브의 작동조건표이며, 도 3은 본 발명에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템의 엔진냉간 초기 작동상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템의 웜업(Warm Up)시 작동상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템의 풀웜업(Full Warm Up)시 작동상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템의 오일온도선도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 일체형 쿨러 시스템은 냉각수와 오일에 열을 전달해 온도를 낮추는 EGR가스가 흐르는 EGR쿨러(1)와, 냉각수로부터 열을 흡수해 온도를 높이는 오일이 흐르는 오일쿨러(5)와, 엔진 구동상태에 맞춰 엔진 냉각계로부터 공급받은 냉각수를 EGR쿨러(1)와 오일쿨러(5)로 순환시켜주는 냉각수라인(10)과, 엔진 구동상태에 맞춰 오일펌프(7)로부터 공급받은 오일을 EGR쿨러(1)와 오일쿨러(5)로 순환시켜주는 오일라인(20)으로 구성된다.

상기 EGR쿨러(1)에는 유입된 냉각수가 EGR 가스 열을 흡수해 온도 상승된 후 빠져나가도록 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인(2)과, 유입된 오일이 EGR 가스 열을 흡수해 온도 상승된 후 빠져나가도록 오일을 순환시키는 오일순환라인(3)과, 연소후 엔진에서 나온 배기가스로부터 공급받은 EGR가스가 EGR쿨러(1)의 내부순환 후 빠져나가거나 EGR쿨러(1)의 내부순환 없이 바로 빠져나가게 하는 ECV(4)가 포함된다.

상기 냉각수순환라인(2)은 EGR쿨러(1)의 내부에서 냉각수가 다단계로 순환되도록 다수로 배열된 배관으로 구성되고, 상기 오일순환라인(3)은 EGR쿨러(1)의 내부에서 오일이 다단계로 순환되도록 다수로 배열된 배관으로 구성된다.

통상, 상기 냉각수순환라인(2)과 상기 오일순환라인(3)은 직선으로 배열되지만 필요할 경우 지그재그로 배열될 수 있다.

상기 ECB(4)는 컨트롤러(통상 ECU)의 제어로 개폐되는 온(On)-오프(Off) 밸브이다.

상기 오일쿨러(5)는 오일펌프(7)로부터 오일이 유입되고 엔진으로 공급되는오일내 불순물을 걸러주는 오일필터(30)로 오일을 배출하는 레이아웃을 갖는다.

상기 냉각수라인(10)은 냉각수를 EGR쿨러(1)로 보내주도록 EGR 쿨러(1)와 연결된 냉각수유입배관(11)과, EGR 쿨러(1)를 거치지 않은 냉각수를 오일쿨러(5)로 보내주도록 상기 냉각수유입배관(11)에서 분기되어 오일쿨러(5)와 연결된 냉각수분기배관(12)과, 상기 냉각수유입배관(11)의 분기위치에 설치된 냉각수밸브(13)와, EGR 쿨러(1)를 거친 냉각수를 오일쿨러(5)로 보내주도록 EGR 쿨러(1)에서 상기 냉각수분기배관(12)으로 연결된 냉각수연결배관(14)과, 오일쿨러(5)를 순환한 냉각수를 외부로 배출시켜주는 냉각수배출배관(15)으로 구성된다.

상기 냉각수유입배관(11)은 EGR쿨러(1)의 냉각수순환라인(2)의 입구부위로 연결되고, 상기 냉각수연결배관(14)은 EGR쿨러(1)의 냉각수순환라인(2)의 출구부위로 연결된다.

상기 냉각수밸브(13)는 컨트롤러(통상 ECU)의 제어로 개폐되는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브이다.

상기 오일라인(20)은 오일을 오일쿨러(5)로 보내주도록 오일쿨러(5)와 연결된 오일유입배관(21)과, 오일을 EGR쿨러(1)로 보내주도록 상기 오일유입배관(21)에서 분기되어 EGR 쿨러(1)와 연결된 오일분기배관(22)과, 상기 오일유입배관(21)의 분기위치에 설치된 오일밸브(23)와, EGR 쿨러(1)를 거친 오일을 오일쿨러(5)에서 오일필터(30)로 이어진 오일배출배관(25)으로 보내주도록 연결된 오일연결배관(24)으로 구성된다.

상기 오일분기배관(22)은 EGR쿨러(1)의 오일순환라인(3)의 입구부위로 연결되고, 상기 오일배출배관(24)은 EGR쿨러(1)의 오일순환라인(3)의 출구부위로 연결된다.

상기 오일밸브(23)는 컨트롤러(통상 ECU)의 제어로 개폐되는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브이다.

한편, 도 2는 EGR쿨러(1)의 ECB(4)와 냉각수라인(10)의 냉각수밸브(13) 및 오일라인(20)의 오일밸브(23)의 작동조건을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 오일온도(T_Oil) 및 냉각수온도(T_CW)의 온도항목(A)은 낮은 온도인 LOW(a)와 중간 온도인 M(b) 및 높은 온도인 H(c)로 구분되고, 이러한 온도상태로 엔진의 웜업 도달상태가 판단될 수 있다.

상기 온도항목(A)은 90도를 기준으로 높은 온도인 H(c)가 설정된다.

이로부터 ECB(4)와 냉각수밸브(13) 및 오일밸브(23)는 냉각수와 오일의 온도에 따라 오픈(Open) 또는 클로즈(Close)됨을 알 수 있다.

일례로, LOW(a)일 때 ECB(4)와 냉각수밸브(13)는 오픈(Open)되지만 오일밸브(23)는 클로즈(Close)되며, M(b)일 때 ECV(4)는 클로즈(Close)되지만 냉각수밸브(13)와 오일밸브(23)는 오픈(Open)되고, H(c)일 때 ECV(4)와 냉각수밸브(13) 및 오일밸브(23)는 모두 클로즈(Close)된다.

한편, 도 3은 본 실시예에 따른 일체형 쿨러 시스템의 엔진 냉간 초기 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, ECB(4)가 오픈(Open)으로 전환됨으로써 EGR 가스는 EGR 쿨러(1)의 내부를 순환하지 않고 외부로 직접 빠져나가고, 냉각수밸브(13)가 오픈(Open)으로 전환됨으로써 엔진으로부터 제공된 냉각수는 냉각수분기배관(12)을 이용해 오일쿨러(5)에 직접 공급되며, 오일밸브(23)가 클로즈(Close)로 전환됨으로써 오일펌프(7)로부터 제공된 오일은 오일유입배관(21)을 이용해 오일쿨러(5)로 직접 들어간다.

이는, 도 2에서 Low(a)상태를 의미한다.

상기와 같이 엔진 냉간 초기에 EGR 쿨러(1)는 EGR 가스를 바이패스 시키고, 오일 쿨러(5)는 오일라인(20)의 오일유입배관(21)으로 오일이 직접 공급되며, 동시에 냉각수라인(10)의 냉각수분기배관(12)으로 냉각수가 직접 공급된다.

그러므로, 냉간 시동임에도 불구하고, 오일은 엔진 열로 가열된 냉각수를 이용한 열교환작용으로 오일 웜업(Warm Up)도달 시간을 크게 단축할 수 있고, 이로부터 저온 오일로 인한 고동점도가 가져오던 마찰력의 악 영향 없이 구동계통의 윤활상태가 최적으로 유지될 수 있고 특히 연비가 향상된다.

또한, 엔진 열로 가열된 냉각수가 EGR 가스와 열교환 작용을 하지 않음으로써 냉각수 차압을 최소화 해 워터펌프의 동력손실도 저감할 수 있고, 특히 EGR 가스의 과냉 방지로 EGR쿨러 파울링(Fouling)현상도 크게 개선된다.

한편, 도 4는 본 실시예에 따른 일체형 쿨러 시스템의 웜업(Warm Up)시 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, ECB(4)가 클로즈(Close)로 전환됨으로써 EGR 가스는 EGR 쿨러(1)의 내부를 순환한 후 외부로 빠져나가고, 냉각수밸브(13)가 오픈(Open)으로 전환됨으로써 엔진으로부터 제공된 냉각수는 냉각수분기배관(12)을 이용해 오일쿨러(5)에 직접 공급되며, 오일밸브(23)가 오픈(Open)으로 전환됨으로써 오일펌프(7)로부터 제공된 오일은 오일쿨러(5)로 공급되지 않고 오일분기배관(22)을 이용해 EGR 쿨러(1)로 들어간다.

이는, 도 2에서 M(b)상태를 의미한다.

상기와 같이 엔진 웜업구간에 EGR 쿨러(1)는 EGR 가스를 내부로 순환시키고, 오일 쿨러(5)는 오일 공급이 없는 상태에서 냉각수라인(10)의 냉각수분기배관(12)으로 냉각수가 직접 공급된다.

그러므로, 오일은 EGR 쿨러(1)의 오일순환라인(3)을 거치면서 EGR 가스 열을 빼앗아 온도 상승된 후 출구에 연결된 오일연결배관(24)으로 나온 다음, 오일배출배관(25)을 이용해 오일쿨러(5)를 거치지 않고 오일필터(30)로 직접 공급된다.

이로 인해, 냉간 시동 구간을 지난 웜업 시 오일은 고온의 EGR가스를 이용한 열교환작용으로 덥혀지고, EGR 가스는 냉각수에 열을 빼앗기지 않고 오일로만 열을 모두 전달해줌으로써 오일 웜업(Warm Up)도달 시간을 크게 단축할 수 있고, 이로부터 저온 오일로 인한 고동점도가 가져오던 마찰력의 악 영향 없이 구동계통의 윤활상태가 최적으로 유지될 수 있고 특히 연비가 더욱 향상된다.

특히, EGR 가스는 오일로 열을 빼앗김으로써 온도가 낮아져 NOx를 저감할 수 있다.

한편, 도 5는 본 실시예에 따른 일체형 쿨러 시스템의 풀웜업(Full Warm Up)시 작동상태를 나타낸다.

도시된 바와 같이, ECB(4)가 클로즈(Close)로 전환됨으로써 EGR 가스는 EGR 쿨러(1)의 내부를 순환한 후 외부로 빠져나가고, 냉각수밸브(13)가 클로즈(Close)로 전환됨으로써 엔진으로부터 제공된 냉각수는 EGR 쿨러(1)를 거친 후 오일쿨러(5)로 공급되며, 오일밸브(23)가 클로즈(Close)로 전환됨으로써 오일펌프(7)로부터 제공된 오일은 오일유입배관(21)을 이용해 오일쿨러(5)로 직접 들어간다.

이는, 도 2에서 H(c)상태를 의미한다.

그러므로, 냉각수는 EGR 쿨러(1)의 냉각수순환라인(2)을 거치면서 EGR 가스 열을 빼앗아 온도 상승된 후 출구에 연결된 냉각수연결배관(13)으로 나온 다음, 냉각수분기배관(12)을 이용해 오일쿨러(5)로 공급된다.

이로 인해, 웜업 구간을 지난 풀 웜업시 EGR 가스는 냉각수에 열을 빼앗김으로써 온도가 더욱 낮아져 NOx를 더욱 저감할 수 있다.

또한, 오일은 EGR 가스 열로 가열된 냉각수를 이용한 열교환작용으로 오일온도를 적정하게 유지해줌으로써 구동계통의 윤활상태는 저온 오일로 인한 고동점도가 가져오던 마찰력의 악 영향 없이 최적으로 유지될 수 있고, 이로부터 엔진의 윤활상태가 빠르게 최적점에 도달됨으로써 소음과 진동도 크게 줄어 든다.

한편, 도 6은 본 실시예에 따른 일체형 쿨러 시스템의 오일온도선도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 일체형 쿨러시스템의 오일이 목표온도(Tt)에 도달되는 웜업도달시간(Ta)이 일반적인 쿨러시스템의 오일이 목표온도(Tt)에 도달되는 웜업도달시간(Tb)에 비해 상대적으로 신속하게 이루어짐을 알 수 있다.

특히, 상기와 같이 오일의 웜업이 신속하게 이루어짐으로써 EGR 쿨러(1)의 의 전열량이 기존대비 약 2.0KW 개선되고, 또한 오일쿨러(5)의 전열량이 기존대비 약 1.4KW 개선됨이 실험적으로 입증되었다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 일체형으로 이루어진 차량 쿨러 시스템은 적어도 1단계 이상으로 구분된 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 엔진 냉각계로부터 공급받은 냉각수를 상기 EGR쿨러(1)를 거치지 않고 상기 오일쿨러(5)로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러(1)를 거친 후 상기 오일쿨러(5)로 보내주는 냉각수라인(10)과; 상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 오일펌프로부터 공급받은 오일을 상기 EGR쿨러(1)를 거치지 않고 상기 오일쿨러(5)로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러(1)를 거친 후 상기 오일쿨러(5)에서 나온 오일의 이물질을 걸러주는 오일필터(30)로 보내주는 오일라인(20)이 포함됨으로써, 냉간 시동 시 EGR 쿨러(1)를 통한 냉각수 차압 최소화로 워터펌프의 동력손실을 저감하고 특히 오일 웜업(Warm Up)도달 시간의 단축으로 구동계통의 윤활상태를 최적으로 유지할 수 있다.

1 : EGR쿨러 2 : 냉각수순환라인
3 : 오일순환라인 4 : ECB
5 : 오일쿨러 7 : 오일펌프
10 : 냉각수라인 11 : 냉각수유입배관
12 : 냉각수분기배관 13 : 냉각수밸브
14 : 냉각수연결배관 15 : 냉각수배출배관
20 : 오일라인 21 : 오일유입배관
22 : 오일분기배관 23 : 오일밸브
24 : 오일연결배관 25 : 오일배출배관
30 : 오일필터

Claims

적어도 1단계 이상으로 구분된 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 냉각수와 오일에 열을 전달해 주는 EGR가스가 내부를 거친 후 외부로 배출되거나, 상기 내부를 거치지 않고 외부로 직접 배출되는 EGR쿨러와;
내부를 순환한 후 외부로 배출되는 냉각수에서 열을 빼앗는 오일이 흐르는 오일쿨러와;
상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 엔진 냉각계로부터 공급받은 냉각수를 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러로 보내주는 냉각수라인과;
상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 오일펌프로부터 공급받은 오일을 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 직접 보내주거나, 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러에서 나온 오일의 이물질을 걸러주는 오일필터로 보내주는 오일라인;
이 포함된 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)는 엔진 냉간초기와 엔진 웜업 및 엔진 풀웜업으로 구분되고;
상기 냉각수라인은 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 웜업 조건에서 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 냉각수를 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 풀웜업조건에서 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러로 보내주며;
상기 오일라인은 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 풀웜업조건에서 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 오일을 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 웜업 조건에서 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일필터로 보내주는 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 EGR쿨러에는 유입된 냉각수가 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 냉각수순환라인과, 유입된 오일이 상기 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 오일순환라인과, 연소후 엔진에서 나온 배기가스로부터 공급받은 EGR가스가 내부를 순환한 후 빠져나가거나 내부순환 없이 외부로 바로 빠져나가게 하는 ECB가 포함된 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 냉각수순환라인과 상기 오일순환라인은 각각 유입구와 배출구로 연결된 다수의 배관라인으로 형성되며, 상기 ECB는 온(On)오프(Off)밸브인 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각수라인은 상기 EGR쿨러로 연결된 냉각수유입배관과, 상기 오일쿨러로 직접 연결되도록 상기 냉각수유입배관에서 분기된 냉각수분기배관과, 상기 냉각수유입배관의 분기위치에 설치된 냉각수밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 냉각수를 상기 냉각수분기배관으로 보내주는 냉각수연결배관과, 상기 오일쿨러를 순환한 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수배출배관으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 냉각수밸브는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브인 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 오일라인은 상기 오일쿨러에 연결된 오일유입배관과, 상기 EGR쿨러에 연결되도록 상기 오일유입배관에서 분기된 오일분기배관과, 상기 오일유입배관의 분기위치에 설치된 오일밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 오일을 상기 오일배출배관으로 보내주는 오일연결배관으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 7에 있어서, 상기 오일밸브는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브인 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
유입된 냉각수가 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 냉각수순환라인과, 유입된 오일이 상기 EGR 가스 열을 흡수하도록 순환되는 오일순환라인과, 연소후 엔진에서 나온 배기가스로부터 공급받은 EGR가스가 적어도 1단계 이상으로 구분된 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)에 맞춰 내부를 순환한 후 빠져나가거나 내부순환 없이 외부로 바로 빠져나가게 하는 ECB가 포함된 EGR쿨러와;
내부를 순환한 후 외부로 배출되는 냉각수에서 열을 빼앗는 오일이 흐르는 오일쿨러와;
상기 EGR쿨러로 연결된 냉각수유입배관과, 상기 오일쿨러로 직접 연결되도록 상기 냉각수유입배관에서 분기된 냉각수분기배관과, 상기 냉각수유입배관의 분기위치에 설치된 냉각수밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 냉각수를 상기 냉각수분기배관으로 보내주는 냉각수연결배관과, 상기 오일쿨러를 순환한 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수배출배관으로 이루어진 냉각수라인과;
상기 오일쿨러에 연결된 오일유입배관과, 상기 EGR쿨러에 연결되도록 상기 오일유입배관에서 분기된 오일분기배관과, 상기 오일유입배관의 분기위치에 설치된 오일밸브와, 상기 EGR 쿨러에서 나온 고온 오일을 상기 오일배출배관으로 보내주는 오일연결배관으로 이루어진 오일라인;
이 포함된 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 9에 있어서, 상기 엔진의 웜업 상태(Warm Up Status)는 엔진 냉간초기와 엔진 웜업 및 엔진 풀웜업으로 구분되고;
상기 ECV는 상기 엔진 냉간초기에 오픈(Open)으로 전환됨으로써 상기 EGR 가스의 내부순환 없이 외부로 바로 빠져나가게 하고, 반면 상기 엔진 웜업 및 상기 엔진 풀웜업시에 클로즈(Closed)로 전환됨으로써 상기 EGR 가스를 내부 순환시킨 후 빠져나가게 하며;
상기 냉각수밸브는 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 웜업시 오픈(Open)으로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 냉각수를 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 풀웜업시 클로즈(Closed)로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일쿨러로 보내주고;
상기 오일밸브는 상기 엔진 냉간초기와 상기 엔진 풀웜업시 클로즈(Closed)로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거치지 않고 상기 오일쿨러로 상기 오일을 직접 보내주는 반면, 상기 엔진 웜업시 오픈(Open)으로 전환됨으로써 상기 EGR쿨러를 거친 후 상기 오일필터로 보내주는 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.
청구항 10에 있어서, 상기 ECB는 온(On)오프(Off)밸브이고, 상기 냉각수밸브와 상기 오일밸브는 솔레노이드밸브이거나 온(On)오프(Off)밸브인 것을 특징으로 하는 차량 쿨러 시스템.