KR101577366B1 - 과급식 연소 기관용 장치 - Google Patents

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졸탄 카르도스
에릭 쇠더베르그
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 과급 연소 기관(2)용 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 냉매가 순환하는 제1 냉각 시스템에서 공기를 압축하도록 구성된 적어도 하나의 압축기(6a, 6b)와, 연소 기관이 정상 작동하는 중에 상기 제1 냉각 시스템 내의 냉매보다 낮은 온도에 있는 냉매가 순환하는 제2 냉각 시스템과, 인입 도관(8)에 적용되며 제2 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해 냉각되도록 구성된 적어도 하나의 급기 냉각기(9a, 9c)를 포함한다. 상기 제2 냉각 시스템은, 이 제2 냉각 시스템 안에서 순환하는 냉매의 적어도 일부가 이 제2 냉각 시스템 내에서 1회 순환하는 중에 2단계의 온도 저하 단계를 거칠 수 있도록, 제1 라디에이터 요소(24)와, 상기 제1 라디에이터 요소(24)와 직렬로 설치된 제2 라디에이터 요소(36)를 포함한다.

Description

과급식 연소 기관용 장치{ARRANGEMENT FOR A SUPERCHARGED COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 특허청구범위의 청구항 1의 전제부에 따른 과급식 연소 기관용 장치(arrangement)에 관한 것이다.
과급식 연소 기관으로 공급되는 공기의 양은 공기의 압력뿐만 아니라 공기의 온도에 따라서도 달라진다. 연소 기관으로 가능한 한 최대량의 공기를 공급하려면 공기가 연소 기관에 이르렀을 때에 그 공기의 압력은 높아야 하고 온도는 낮아야 한다. 공기를 고압으로 압축시킬 필요가 있을 때에, 공기를 두 단계로 압축하는 것이 유리하다. 이를 위해, 공기를 제1 단계로 압축시키는 제1 터보 유닛의 압축기와 공기를 제2 압축 단계로 압축시키는 제2 터보 유닛의 압축기를 포함할 수 있다. 이들 두 압축 단계 사이에서 공기를 냉각시키는 것은 공지된 기술이다. 제1 단계의 압축을 거친 공기를 냉각하게 되면 공기의 비체적이 더 낮아진다. 즉, 단위 중량 당 체적이 더 작아진다. 압축기는 일반적으로 공기를 받아서 압축하는 일정 체적의 공간을 가지므로, 위와 같이 공기를 중간에 냉각시키게 되면 많은 양의 공기가 제2 압축기 안으로 흡인되어서 제2 단계의 압축을 받게 된다. 따라서, 압축 단계들 사이에서 공기를 가능한 한 낮은 온도로 냉각하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 단계의 압축 후에도 가능한 한 많은 양의 압축 공기가 연소 기관 안으로 도입될 수 있도록 하는 낮은 온도까지 공기를 냉각시키는 것도 바람직하다.
본 발명의 목적은 압축된 공기가 연소 기관으로 도입되기 전에 아주 낮은 온도까지 냉각될 수 있도록 하는 과급식 연소 기관용 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 특허청구범위의 청구항 1의 특징부에 나타낸 특징적 구성들에 의해 특징지어지는 서두에 언급한 종류의 장치에 의해 달성된다. 공기가 압축될 때에, 공기를 압축시키는 압력과 관련되어서 온도가 상승된다. 따라서, 공기가 고압으로 압축될 때에, 공기가 연소 기관으로 도입되기 전에 저온으로 냉각될 수 있도록 하기 위해서는 공기를 효율적으로 냉각시킬 수 있어야 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 저온 냉각 시스템(low-temperature cooling system)이라고 칭할 수 있는, 제2 단계 냉각 시스템을 구비하는 장치(arrangement)를 사용한다. 따라서, 급기 냉각기(charge air cooler)에서 공기를 냉각시키는 냉매는 급기 냉각기를 통해서 보내질 때에 저온으로 유지될 있다. 공급 냉각기는, 급기 냉각기 안으로 들어오는 차가운 냉매가 급기 냉각기로부터 나오는 공기와 접촉할 수 있도록, 소위 대향류 열교환기 형태로 하는 것이 바람직하다. 급기 냉각기를 적절한 크기로 구성함으로써, 급기가 냉매의 온도에 근접한 온도까지 냉각될 수 있다. 따라서, 급기는 연소 기관으로 도입되기 전에 저온이 된다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 제2 냉각 시스템 내의 냉매를 제1 라디에이터 요소에서 공기로 냉각시킬 수 있게 한다. 이에 의하면 냉매가 제1 라디에이터 요소에서 양호하게 냉각될 수 있게 하는 간단한 방법을 제공할 수 있게 된다. 냉매를 더 효과적으로 냉각시킬 수 있게 하기 위해서 라디에이터 팬이 강제 공기류를 제1 라디에이터 요소를 통해서 제공할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 냉매를 가능한 한 효과적으로 냉각시키는 것이 제1 라디에이터 요소에서 달성될 수 있도록 하기 위해, 공기를 주변 온도에 대응하는 온도로 유지시키게 되면 유리하다. 제2 냉각 시스템 내의 냉매를 주변 온도로 유지된 공기에 의해 제2 라디에이터에서 냉각시킬 수 있도록 구성하는 것이 유리하다. 이에 따라, 냉매는 주변 온도에 근접한 온도로까지 냉각될 수 있다. 여기서도, 냉매를 더 효과적으로 냉각시킬 수 있게 하기 위해서 라디에이터 팬이 강제 공기류를 제2 라디에이터 요소를 통해서 제공할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 제2 냉각 시스템은 제1 라디에이터 요소에 의해 제1 단계의 냉각을 받는 냉매로 채워진 제1 도관과, 제2 라디에이터 요소에 의해 제2 단계의 냉각을 받는 냉매로 채워진 제2 도관을 포함한다. 따라서, 상기 제2 냉각 시스템은 제1 온도에 있는 제1 도관 내의 냉매와 제2 온도에 있는 제2 도관 내의 냉매를 갖게 된다. 서로 다른 온도에 있는 냉매는 서로 다른 냉각 조건을 갖는 구성부품과 매체를 냉각시키는 데 사용될 수 있다. 제2 냉각 시스템은 냉매를 사용한 후에 그 냉매를 제1 라디에이터 요소로 다시 보내는 도관을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 도관은 냉매가 냉각을 위해 이미 사용된 다수의 냉각기로부터 나온 가온된 냉매를 모아서 보낼 수 있다. 이 도관은 가온된 냉매를 제1 라디에이터 요소로 보내고, 그 제1 라디에이터 요소 안에서 다시 냉각된다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 제2 냉각 시스템은 제1 급기 냉각기로 냉매를 보내도록 구성된 도관과, 추가 급기 냉각기로 냉매를 보내도록 구성된 것으로서, 실질적으로 동일한 온도의 냉매를 각각의 급기 냉각기로 보내는 도관을 포함한다. 공기가 고압으로 압축될 때, 공기가 다수의 급기 냉각기에서 하나 이상의 냉각 단계를 거치도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 냉각 시스템으로부터 나온 냉매는 2개의 급기 냉각기 내의 공기를 냉각시키는 데 사용된다. 제2 냉각 시스템은 급기 냉각기로 냉매를 보내도록 구성된 적어도 하나의 도관과, 공기가 아닌 다른 매체를 냉각시키기 위해 냉매를 라디에이터로 보내도록 구성된 적어도 하나의 도관을 포함할 수 있다. 차량을 예로 들어 보면, 냉매에 의해 저온으로 냉각시키는 것이 바람직한 구성부품 및 매체가 다수 있는데, 일례로 오일 냉각기 내의 기어박스 오일, 공기조화 시스템의 냉각기 및 다수의 전기 제어 유닛들이 있다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 제1 냉각 시스템은 연소 기관을 냉각시키도록 구성된다. 공기가 압축된 후에 그 압축 공기를 제1 단계의 냉각을 거치게 하는 기존의 냉각 시스템에서 냉매를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 냉매는 정상 작동 중에는 분명이 80 내지 100℃의 온도에 있지만, 그 온도는 일반적으로는 압축 공기의 온도보다는 확실히 낮다. 그 후, 제2 냉각 시스템 내의 냉매에 의해서 공기를 낮은 온도까지 낮추는 제2 단계의 냉각을 거칠 수 있다.
본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따르면, 본 발명의 장치는 배기 도관을 인입 도관에 연결하는 복귀 도관을 포함하고, 이에 의해 배기 가스가 상기 복귀 도관을 거쳐서 배기 도관으로부터 인입 도관까지 재순환할 수 있게 된다. EGR(배기 가스 재순환)이라고 알려져 있는 기술은 연소 기관에서의 연소 공정으로부터 배기 가스의 일부를 재순환시키는 공지된 방법이다. 재순환 배기 가스는 인입 공기와 혼합되어 연소 기관으로 들어가는데, 그 혼합물이 엔진의 실린더로 들어가지 전에 행해진다. 공기에 배기 가스를 추가하게 되면 연소 온도가 보다 더 낮아지게 되고, 그 결과 배기 가스 중의 질소 산화물 NOx의 함량이 특히 낮아진다. 대량의 배기 가스를 연소 기관으로 공급하게 되면, 배기 가스가 연소 기관으로 도달하기 전에 배기 가스를 효과적으로 냉각시킬 수 있게 하는 것도 필요하다. 복귀 도관은 제2 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해 냉각되도록 구성된 EGR 냉각기를 포함할 수 있다. 따라서, 배기 가스는 이들이 공기와 혼합되어서 연소 기관으로 들어가기 전에 순환하고 있는 공기와 동일한 저온으로까지 냉각을 거칠 수 있다.
이하에서는 다음과 같은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 과급 디젤 엔진용 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 과급 디젤 엔진용 장치를 도시하는 도면이다.
도 1은 개략적으로 도시한 차량(1)에 동력을 발생시키는 과급 연소 기관용 장치를 도시하고 있다. 여기서 연소 기관은 디젤 기관(2)을 가지고 예시하였다. 디젤 기관(2)은 중차량(heavy vehicle)(1)에 동력을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 디젤 기관(2)은 냉매가 순환하는 제1 냉각 시스템에 의해 냉각된다. 이하에서는 제1 냉각 시스템을 연소 기관의 냉각 시스템이라 칭한다. 디젤 기관(2)의 실린더들로부터 나온 배기 가스는 배기 매니폴드(3)를 거쳐서 배기 도관(4)으로 보내진다. 디젤 기관(2)은 터빈(5a) 및 압축기(6a)를 구비하는 제1 터보 유닛과, 터빈(5b) 및 압축기(6b)를 구비하는 제2 터보 유닛을 구비한다. 대기압보다 높은 압력의 배기 도관(4) 내의 배기 가스는 초기에는 제2 터보 유닛의 터빈(5b)으로 보내진다. 이에 따라, 터빈(5b)에는, 연결부를 통해서 제2 터보 유닛의 압축기(6b)로 전달되는 구동력이 제공된다. 그 후, 배기 가스는 배기 도관(4)을 거쳐서 제1 터보 유닛의 터빈(5a)으로 보내진다. 이에 따라, 터빈(5a)에는, 연결부를 통해서 제1 터보 유닛의 압축기(6a)로 전달되는 구동력이 제공된다.
본 발명의 장치는 공기를 연소 기관(2)으로 보내도록 구성된 인입 도관(8)을 포함한다. 제1 터보 유닛의 압축기(6)는 공기 필터(7)를 거쳐서 상기 인입 도관(8)으로 흡인되는 공기를 압축한다. 이어서 그 공기는 제2 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해서 제1 급기 냉각기(9a)에서 냉각된다. 제2 냉각 시스템은, 정상 작동 중에는 연소 기관의 냉각 시스템의 냉매의 온도보다 낮은 온도로 유지되는 냉매를 수용한다. 제1 급기 냉각기(9a)를 떠나는 압축되고 냉각된 공기는 도관(8) 안으로 해서 제2 터보 유닛의 압축기(6b)로 보내지고, 거기서 제2 압축 단계를 거친다. 그 후, 그 공기는 도관(8)을 거쳐서 제2 급기 냉각기(9b)로 보내지고, 거기서 그 공기는 연소 기관의 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해 냉각된다. 최종적으로 급기는 급기를 제2 냉각 시스템 내의 냉매로 냉각시키는 제3 급기 냉각기(9c)에서 냉각된다.
본 발명의 장치는 배기 도관(4)으로부터 나온 배기 가스를 재순환시키는 복귀 도관(11)을 포함한다. 복귀 도관(11)은 배기 도관(4)과 인입 도관(8) 사이의 연장부를 갖는다. 복귀 도관(11)은 이 복귀 도관(11) 내의 배기류를 차단할 수 있는 EGR 밸브(12)를 포함한다. EGR 밸브(12)는 배기 도관(4)으로부터 복귀 도관(11)을 거쳐서 인입 도관(8)으로 보내지는 배기 가스의 양을 단계적으로 제어하는 데에도 사용될 수 있다. 제1 제어 유닛(13)은 디젤 기관(2)의 현재의 작동 상태와 관련한 정보를 기준으로 해서 EGR 밸브(12)를 제어하도록 구성된다. 복귀 도관(11)은 배기 가스가 제1 단계의 냉각을 거치도록 하는 냉매-냉각식 제1 EGR 냉각기(14a)를 포함한다. 상기 제1 EGR 냉각기(14a) 내에서 배기 가스는 연소 기관의 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해 냉각된다. 이어서 배기 가스는 냉매-냉각식 제2 EGR 냉각기(14b)에서 제2 단계의 냉각을 거친다. 상기 제2 EGR 냉각기(14b) 내에서 배기 가스는 제2 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해 냉각된다.
과급 디젤 엔진(2)에서의 특정 작동 상황에서는, 배기 도관(4) 내의 배기 가스의 압력은 인입 도관(8) 내의 압축 공기의 압력보다 낮다. 이와 같은 작동 상황에서는, 복귀 도관(11) 내의 배기 가스를 인입 도관(8) 내의 압축 공기와 바로 혼합시키는 것은 특별한 보조 수단 없이는 불가능하다. 이를 위해서는, 예를 들면 형상이 가변적인 벤츄리(16) 또는 터보 유닛을 사용할 수 있다. 연소 기관(2)이 과급 오토 기관(Otto engine)인 경우, 복귀 도관(11) 내의 배기 가스는 인입 도관(8)으로 바로 보내질 수 있는데, 그 이유는 오토 기관의 배기 도관(4) 내의 배기 가스의 압력은 실질적으로 모든 작동 상황에서 인입 도관(8)의 압축 공기의 압력보다 높기 때문이다. 배기 가스가 인입 도관(8) 내의 압축 공기와 혼합된 후, 그 혼합물은 매니폴드(17)를 거쳐서 디젤 엔진(2)의 각 실린더로 보내진다.
연소 기관(2)은 연소 기관의 냉각 시스템의 냉매 펌프(18)에 의해 순환되는 냉매에 의해 공지의 방식으로 냉각된다. 본류의 냉매가 연소 기관(2)을 냉각시킨다. 이 경우, 냉매는 오일 냉각기(15)의 모터 오일도 냉각시킨다. 냉매가 연소 기관(2)을 냉각시킨 후, 그 냉매는 도관(21)으로 들어가서 리타더용의 오일 냉각기 요소(28)로 들어간다. 냉매가 오일 냉각기 요소(28) 안의 오일을 냉각한 후에 도관(21) 안으로 들어가서 써모스탯(19)으로 보내진다. 써모스탯(19)은 냉매의 온도에 따라서 가변량의 냉매를 도관(21a) 및 도관(21b)으로 보낸다. 상기 도관(21a)은 냉매를 연소 기관(2)으로 보내고, 반면에 도관(21b)은 냉매를 차량의 전방부에 장착된 라디에이터(20)로 보낸다. 냉매가 정상 작동 온도에 이르렀을 때에, 실질적으로 모든 냉매는 냉각을 위해 라디에이터(20)로 보내진다. 냉각 시스템 내의 냉매 중 소량의 일부 냉매는 연소 기관을 냉각시키는 데 사용되지 않고 2개의 병렬로 배치한 도관(22a, 22b) 안으로 보내진다. 도관(22a)은 냉매를 제2 급기 냉각기(9b)로 보내고, 여기서 냉매는 압축 공기를 냉각한다. 도관(22b)은 냉매를 제1 EGR 냉각기(14a)로 보내고, 여기서 냉매는 재순환하는 배기 가스가 제1 단계의 냉각을 받도록 한다. 제2 급기 냉각기(9b) 내의 공기를 냉각시킨 냉매와 제1 EGR 냉각기(14a) 내의 배기 가스를 냉각시킨 냉매는 도관(22c)에서 모인다. 도관(22c)은 냉매를 삼방향 밸브(19)와 펌프(18) 사이에 위치한 냉각 시스템의 한 위치로, 즉 냉매가 라디에이터(20)로부터 나온 차가운 냉매와 혼합되게 되는 위치로 보내진다.
제2 냉각 시스템은 펌프(27)에 의해 냉매가 순환하는 도관 회로(26)를 포함한다. 제2 냉각 시스템의 라이데이터 요소(24)는 차량(1)의 주변부에서 라디에이터(20)의 전방에 장착된다. 이 경우, 상기 주변부는 차량의 전방부에 위치하고 있는 곳이다. 라디에이터 팬(25)은 라디에이터 요소(24)와 라디에이터(20)를 통과하는 주변 공기류를 발생시키도록 구성된다. 라디에이터 요소(24)가 라디에이터(20)의 전방에 위치되므로, 라디에이터 요소(24) 내의 냉매는 주위 온도에 있는 공기에 의해 냉각된다. 라디에이터 요소(24)에서 냉각된 냉매는 도관(26a)에서 받아들인다. 냉매는 도관(26a) 내에서는 제1 온도에 있다. 제2 냉각 시스템은 차량의 주변부에 장착된 별도의 라디에이터 요소(36)를 포함한다. 라디에이터 팬(37)은 라디에이터 요소(36)를 통과하는 공기류를 발생시키도록 구성된다. 라디에이터 팬(37)은 전기 모터(38)로 구동된다. 냉매는 라디에이터 요소(36)에서 주위 온도에 있는 공기에 의해 냉각된다. 별도의 라디에이터 요소(36)에서 냉각된 냉매는 도관(26i)에서 받아들인다. 도관(26i) 내의 냉매의 온도는 도관(26a) 내의 냉매의 온도보다 낮다. 도관(26i) 내의 냉매의 온도는 주변부의 온도와 근접한 것이 바람직하다. 다수의 병렬 배치된 도관(26c 내지 26h)이 도관(26i)으로부터 연장된다. 도관(26c)은 제1 압축기(6a)에 의해 압축된 공기를 냉각시키기 위한 제1 급기 냉각기(9a)로 냉매를 보낸다. 도관(26d)은 제2 압축기(6b)에 의해 압축된 공기를 냉각시키기 위한 제3 급기 냉각기(9c)로 냉매를 보낸다. 도관(26e)은 기어박스 오일을 냉각시키기 위한 오일 냉각기(35)로 냉매를 보낸다. 도관(26f)은 재순환 배기 가스를 냉각시키기 위한 제2 EGR 냉각기(14b)로 냉매를 보낸다. 도관(26g)은 공기조화 시스템 내의 냉각기를 냉각시키기 위해 응축기(39)로 냉매를 보낸다. 도관(26h)은 전기 장치들을 냉각시키기 위한 라디에이터(40)로 냉매를 보낸다. 도관 회로(26)는 냉매를 받고 상기한 바와 같은 구성부품들을 냉각시키는 데 사용된 후에는 그 냉매를 라디에이터 요소(24)로 되돌려 보내는 도관(26b)을 포함한다.
제1 연결 도관(30)은 제2 냉각 시스템을 연소 기관의 냉각 시스템에 연결시킨다. 제1 연결 도관(30)의 한 단부는 제2 냉각 시스템의 제2 도관(26b)에 연결되고, 타 단부는 제1 냉각 시스템의 도관(21)에 연결된다. 제1 연결 도관(30)이 제1 삼방향 밸브(32)를 거쳐서 도관(21)에 연결된다. 연소 기관의 냉각 시스템에 있는 냉매는 제1 삼방향 밸브(32)에 근접한 도관(21)에서 최고 온도가 된다. 제2 연결 도관(33)은 제2 냉각 시스템을 제1 냉각 시스템에 연결한다. 제2 연결 도관(33)이 제2 삼방향 밸브(34)를 거쳐서 제2 냉각 시스템의 도관(26i)에 연결된다. 제2 삼방향 밸브(34)는 도관(26i) 중의 한 위치, 즉 냉매가 제2 냉각 시스템에서 최저 온도 에 있게 되는 위치에 설치된다. 상기 삼방향 밸브(32, 34)를 제어하도록 제2 제어 유닛이 구성된다.
디젤 기관(2)의 작동 중에, 배기 가스는 배기 도관(4)을 거쳐서 유동하여 터보 유닛의 터빈(5a, 5b)을 구동시킨다. 따라서, 터빈(5a, 5b)에는 터보 유닛의 압축기(6a, 6b)를 구동하는 구동력이 제공된다. 제1 터보 유닛의 압축기(6a)는 주변 공기를 공기 필터(7)를 거쳐서 안으로 끌어들이고 인입 도관(8) 내의 공기가 제1 압축 단계를 받도록 한다. 따라서, 공기의 압력과 온도가 증가한다. 압축된 공기는 제2 냉각 시스템 내의 냉매에 의해 제1 급기 냉각기(9a) 내에서 냉각된다. 바람직한 상황으로는, 제2 냉각 시스템으로부터 도관(26c) 안으로 들어온 냉매가 제1 급기 냉각기(9a)에 이르렀을 때에는 주변 온도에 근접한 온도에 있게 되는 것이다. 따라서, 압축된 공기는 제1 급기 냉각기(9a)에서 주변 온도에 근접한 온도로 냉각된다. 냉각된 공기는 이전보다 낮은 비체적을 갖는다. 즉, 단위 중량 당 더 작은 체적을 갖는다. 따라서, 공기는 더욱 더 작아진다. 압축기는 공기를 받아서 압축하는 일정 체적으로 된 공간을 갖는 것이 일반적이다. 제1 급기 냉각기(9a)에서 공기를 냉각하게 되면, 제2 터보 유닛의 압축기(6b)에서 더 많은 양의 공기를 압축하는 것을 가능하게 한다. 여기서 공기는 더욱 더 높은 압력을 받는 제2 단계 압축을 받는다. 이어서 압축된 공기는 제2 급기 냉각기(9b)를 통해서 보내지고, 상기 제2 급기 냉각기에서는 압축된 공기가 연소 기관의 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해 냉각된다. 여기서, 압축된 공기는 연소 기관의 냉각 시스템 내의 냉매의 온도에 근접한 온도까지 냉각된다. 이어서 압축된 공기는 제3 급기 냉각기(9c)로 보내지고, 상기 제3 급기 냉각기에서는 압축된 공기가 제2 냉각 시스템으로부터 나온 냉매에 의해 냉각된다. 여기서, 압축된 공기는 주변 온도에 근접한 온도까지 냉각된다.
디젤 기관(2)의 대부분의 작동 상태에서, 제어 유닛(13)은 배기 도관(4) 내의 배기 가스의 일부가 복귀 도관(11)으로 들어갈 수 있도록 EGR 밸브(12)를 개방 상태로 유지한다. 배기 도관(4) 내의 배기 가스는 제1 EGR 냉각기(14a)에 이르렀을 때에는 약 500 내지 600℃의 온도를 유지한다. 재순환하는 배기 가스는 제1 EGR 냉각기(14a)에서 제1 단계의 냉각을 받는다. 여기서, 연소 기관의 냉각 시스템의 냉매가 냉각 매체로 사용된다. 차량의 정상 작동 중에, 상기 냉매는 70 내지 100℃ 범위의 온도에 있게 된다. 이에 따라, 재순환 배기 가스는 냉매의 온도에 근접한 온도까지 제1 단계의 냉각을 받게 된다. 그 후에, 배기 가스는 제2 EGR 냉각기(14b)로 보내진다. 제2 EGR 냉각기(14b)는 제2 냉각 시스템의 도관(26i)으로부터 나온 냉매에 의해 냉각된다. 제2 EGR 냉각기(14b)의 크기를 적절하게 함으로써, 재순환 배기 가스는 주변 온도에 근접한 온도로 냉각될 수 있다. 이에 따라, 복귀 도관(11) 내의 배기 가스가 제3 급기 냉각기(9c) 내의 압축 공기와 실질적으로 동일한 온도까지 냉각된다.
이렇게 압축된 공기는 3 냉각 단계를 거친다. 압축기(6a, 6b)에서의 압축과 압축 사이에 공기를 냉각하게 되면, 공기가 압축기(6b)에 의해 제2 단계의 압축을 받았을 때에 비체적이 상당히 낮아진다. 따라서, 비교적 대량의 공기가 압축기(6b)에 의해서 제2 단계의 압축을 받을 수 있게 된다. 이어서 압축된 공기는 제2 급기 냉각기(9b)와 제3 급기 냉각기(9c)에서 주변 온도와 실질적으로 대응하는 온도까지 냉각된다. 배기 가스와 압축 공기 모두는 이들이 혼합될 때에 주변 온도에 실질적으로 대응하는 온도에 있게 된다. 따라서, 실질적으로 최적량의 재순환 배기 가스와 실질적으로 최적량의 공기가 고압으로 연소 기관 안으로 보내질 수 있게 된다. 따라서, 성능은 높이면서 배기 가스 중의 질소 산화물은 최적으로 감소시킨 연소 기관의 연소가 가능해진다.
제2 냉각 시스템 내의 냉매를 다른 냉각 목적용으로도 사용할 수 있다. 도관(26e)은 실질적으로 주변 온도와 같은 온도를 유지하는 냉매를 제2 냉각 시스템으로부터 기어박스 오일을 냉각시키는 라디에이터(35)로 보낸다. 도관(26g)은 실질적으로 주변 온도와 같은 온도를 유지하는 냉매를 공기 조화 시스템의 냉각기를 냉각시키는 응축기(39)로 보내고, 도관(26h)은 실질적으로 주변 온도와 같은 온도를 유지하는 냉매를 차량(1)의 전기 제어 장치들을 냉각시키기 위한 라디에이터(40)로 보낸다. 제2 냉각 시스템 내의 냉매가 각 구성부품들을 냉각시킨 후에, 도관(26b)에 모여진다. 도관(26b)은 가온된 냉매를 새로운 냉각을 위해 라디에이터 요소(24, 26)로 보내진다.
제어 유닛(31)은, 정상 작동 중에는, 제1 냉각 시스템과 제2 냉각 시스템 사이에서 아무런 열교환이 발생하지 않도록 하는 위치에 제1 삼방향 밸브(32)와 제2 삼방향 밸브(34)를 유지시킬 수 있도록 구성된다. 그런데, 압축 공기와 재순환 배기 가스의 효과적인 냉각으로 인해 냉각기(9c, 14b)에 빙결이 생길 수 있다. 냉각기(9c, 14b) 내에 얼음 형성의 위험이 있음을 나타내는 정보나 혹은 얼음이 형성되었음을 나타내는 정보를 받은 경우, 상기 제2 제어 유닛(31)은 펌프(27)의 작동을 중지한다. 제2 제어 유닛(31)은 제1 삼방향 밸브(32)를, 연소 기관의 냉각 시스템으로부터 나온 가온된 냉매가 제1 연결 도관(30)을 거쳐서 제2 냉각 시스템으로 보내지도록 하는 위치에 유지시킨다. 상기 제1 삼방향 밸브(32)는 제2 위치에서는 가온된 냉매를 제2 냉각 시스템 내의 정상 유동 방향과 반대되는 방향으로 보낸다. 이렇게 해서, 연소 기관의 냉각 시스템으로부터 나온 가온된 냉매 제3 급기 냉각기(9c) 및 제2 EGR 냉각기(14b)를 통해서 반대 방향으로 유동하게 된다. 가온된 냉매는 상기 제3 급기 냉각기(9c) 및/또는 제2 EGR 냉각기(14b) 내에 형성되는 얼음을 급속히 녹인다. 소정의 시간이 경과하거나, 상기 제3 급기 냉각기(9c) 및/또는 제2 EGR 냉각기(14b) 내에서 얼음이 녹았음을 나타내는 정보를 받게 되면, 제2 제어 유닛(31)은 삼방향 밸브(32, 34)를 그 각각의 제1 위치로 되돌린다. 이에 따라, 급기 냉각기(10) 및/또는 제2 EGR 냉각기(15) 내에 형성되는 얼음을 쉽고 효과적으로 제거할 수 있다.
이 실시예의 경우에서, 차량(1)에는 오일 냉각식 리타더가 설치되어 있다. 리타더 오일은 연소 기관의 냉각 시스템 내의 냉매에 의해 오일 냉각기 요소(28) 안에서 냉각된다. 리타더의 제동 능력은, 일반적으로는, 리타더가 작동될 때에 발생하는 열에너지를 냉각시키기 위한 냉각 시스템의 능력에 의해 제한된다. 리타더가 작동될 때의 정보를 받을 수 있도록 제2 제어 유닛(31)이 구성된다. 이와 같은 정보가 발생하면, 상기 제2 제어 유닛(31)은 제2 냉각 시스템 내의 펌프(27)의 스위치를 끈다. 상기 제2 제어 유닛은 또한 삼방향 밸브(32, 34)를 제3 위치로 위치시키기도 한다. 이 때에, 상기 제1 삼방향 밸브(32)는 연소 기관의 냉각 시스템으로부터 나온 가온된 냉매를 제1 연결 도관(30)을 거쳐서 제2 냉각 시스템으로 보낸다. 이 실시예의 경우에서, 상기 제1 삼방향 밸브(32)는 가온된 냉매가 제2 냉각 시스템에서 정상 유동 방향으로 유동하도록 보낸다. 가온된 냉매는 상기 제1 삼방향 밸브(32)로부터 라디에이터 요소(24, 36)로 보내고, 여기서 냉매는 주변 온도로 유지된 공기에 의해 냉각된다. 여기서, 냉매는 도관(26i)을 거쳐서 제2 삼방향 밸브(34)로 보내지기 전까지 효과적인 냉각을 받게 된다. 제3 위치에 있게 되는 상기 제2 삼방향 밸브(34)는 냉매를 제1 연결 도관(33)을 거쳐서 연소 기관의 냉각 시스템으로 되돌려 보낸다. 리타더가 작동하는 중에, 오일 냉각기(28) 내의 오일을 냉각시킨 냉매는 일부가 연소 기관의 라디에이터(20)로 보내지고 또한 일부가 제2 냉각 시스템의 라디에이터 요소(24)로 보내진다. 이것은, 리타더가 작동될 때에 냉매가 상당히 향상된 수준으로 냉각된다는 것을 의미한다. 결과적으로, 냉매가 최대로 허용 가능한 온도에 이르기 전까지 상당히 긴 시간 동안 리타더가 작동될 수 있다.
도 2는 별도의 라디에이터 요소(36)가 제2 냉각 시스템 내의 다른 위치에 배치한 선택적인 실시예를 도시하는 도면이다. 그러나 여기서도, 라디에이터 요소(36) 내의 냉매는 주변 온도로 유지되는 공기에 의해 냉각된다. 라디에이터(36)를 통해 주변 공기가 유동할 수 있도록 하기 위해 라디에이터 팬(37)이 설치된다. 상기 냉각 팬(37)은 전기 모터(38)에 의해 구동된다. 이 경우, 도관(26c, 26d, 26e, 26f)은 냉매를 도관(26a)으로부터 각 냉각기(9a, 9c, 14b, 35)로 보낸다. 라디에이터 요소(24) 내에서 냉매는 상기 연결된 냉각기(9a, 9c, 14b, 35) 내에서 소망하는 수준의 냉각이 달성될 수 있도록 하기에 충분히 낮은 온도로 냉각된다. 따라서, 별도의 라디에이터 요소(36)는 도관(26a) 내의 냉매를 더욱 더 낮은 온도로 냉각시키는 추가 냉각 단계를 거치게 한다. 도관(26g, 26h)은 냉매를 도관(26i)으로부터 냉각기(39, 40)로 보낸다. 냉매를 추가로 낮은 온도로 냉각시키는 것은 냉각기(39, 40)에 의해 제공된다. 이어서 모든 냉각기(9a, 9c, 14b, 35, 39, 40)로부터 나온 냉매는 라디에이터 요소(24)에서 새롭게 냉각될 수 있도록 하기 위해 도관(26b)으로 보내진다.
본 발명은 도면을 참조하여 설명한 상기 실시예에 국한되지 않고, 특허청구범위 내에서 자유롭게 변경할 수 있다.

Claims (10)

  1. 과급 연소 기관(2)용 장치로서, 상기 과급 연소 기관(2)으로 대기압 이상의 압력을 갖는 공기를 보내도록 구성된 인입 도관(8); 상기 인입 도관(8) 내의 공기를 압축하도록 구성된 적어도 하나의 압축기(6a, 6b); 배기 도관(4)을 상기 인입 도관(8)에 연결시키는 복귀 도관(11)으로서, 배기 가스가 배기 도관(4)으로부터 인입 도관(8)으로 재순환할 수 있도록 거쳐가게 하는 복귀 도관(11); 상기 인입 도관(8) 내의 압축 공기를 급기 냉각기(9b)에서 냉각시키고 상기 복귀 도관(11) 내의 재순환 배기 가스를 EGR 냉각기(14a)에서 냉각시킬 수 있도록 한 냉매가 순환하는 제1 냉각 시스템; 및 연소 기관이 정상 작동하는 중에는 상기 제1 냉각 시스템의 냉매보다 낮은 온도에 있는 냉매가 순환하는 제2 냉각 시스템을 포함하는, 과급 연소 기관(2)용 장치에 있어서,
    상기 제2 냉각 시스템은, 이 제2 냉각 시스템 안에서 순환하는 냉매의 적어도 일부가 이 제2 냉각 시스템 내에서 1회 순환하는 중에 2단계의 온도 저하 단계를 거칠 수 있도록, 제1 라디에이터 요소(24)와, 상기 제1 라디에이터 요소(24)와 직렬로 설치된 제2 라디에이터 요소(36)를 포함하고,
    상기 제2 냉각 시스템 내의 냉매가, 상기 인입 도관(8) 내의 압축 공기를 적어도 추가의 급기 냉각기(9a, 9c)에서 냉각시키고 상기 복귀 도관(11) 내의 재순환 배기 가스를 EGR 냉각기(14b)에서 냉각시킬 수 있게 한 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉각 시스템 내의 냉매는 제1 라디에이터 요소(24)에서 공기에 의해 냉각되게 한 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각 시스템 내의 냉매는 상기 제2 라디에이터 요소(36) 내에서 주변 온도로 유지되는 공기에 의해 냉각되게 한 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 냉각 시스템은, 냉매가 제1 라디에이터 요소(24)에 의해서 제1 냉각 단계를 받도록 한 제1 도관(26a)과, 냉매가 제2 라디에이터 요소(36)에 의해서 제2 냉각 단계를 받도록 한 제2 도관(26i)을 포함하는 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각 시스템은 냉매를 사용한 후에 냉매를 제1 라디에이터 요소(24)로 되돌려 보내는 도관(26b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각 시스템은, 냉매를 상기 추가의 급기 냉각기 중 한 급기 냉각기(9a)로 보내도록 구성된 도관(26c)과, 냉매를 상기 추가의 급기 냉각기 중 다른 한 급기 냉각기(9c)로 보내도록 구성된 도관(26d)을 포함하고, 상기 도관(26c, 26d)들은 냉매를 각 급기 냉각기(9a, 9c)에 실질적으로 동일한 온도로 보낼 수 있도록 병렬로 배치된 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 냉각 시스템은 냉매를 상기 추가의 급기 냉각기(9a, 9c)로 보내도록 구성된 적어도 하나의 도관(26c, 26d)과, 공기가 아닌 다른 매체를 냉각시키기 위한 냉각기(14b, 35, 39, 40)로 냉매를 보내도록 구성된 도관(26e 내지 26h)을 포함하는 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉각 시스템은 연소 기관(2)을 냉각시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 과급 연소 기관용 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
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