KR101734782B1

KR101734782B1 - 통합 egr 쿨러

Info

Publication number: KR101734782B1
Application number: KR1020160126727A
Authority: KR
Inventors: 양일석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2017-05-11
Also published as: KR20160119026A

Abstract

본 발명은 EGR쿨러 시스템에 관한 것으로, 배기매니폴드와 흡기매니폴드를 연통하는 쿨링코어와 쿨링코어가 내삽되는 통합하우징을 포함하며, 통합하우징에는, 통합하우징에 장착된 열감응장치 작동시에만 통합하우징으로 유입된 냉각수를 배출하는 제1배출포트 및, 항상 통합하우징으로 유입된 냉각수를 배출하는 제2배출포트가 형성된다. EGR쿨러로 유입되는 냉각수 수량이 극대화된다. 이로 인하여, 냉각효율이 극대화되며, 쿨링코어의 크기가 축소 가능하다.

Description

통합 EGR 쿨러{INTEGRATED EGR COOLER}

본 발명은 통합 EGR 쿨러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 EGR쿨러가 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 히터 또는 라디에이터로 분배시키는 통합 EGR 쿨러에 관한 것이다.

종래 EGR 쿨러 시스템에는 EGR가스를 냉각하는 EGR쿨러, 재순환 타이밍 및 EGR가스의 양을 조절하는 EGR밸브, 흡기매니폴드 또는 배기매니폴드와 EGR밸브를 연결하는 EGR파이프, EGR쿨러로 냉각수를 유동시키는 냉각 호스 등이 구비된다.

도 1 내지 도 2를 참조하여, 종래 EGR쿨러 시스템에서의 냉각수 순환 회로를 설명하면 다음과 같다. EGR쿨러(3)로 유입된 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수 회로는 일반적으로, 엔진(1)으로부터 배출된 냉각수가 유입되는 수온조절장치(2; WTC; WATER TEMPERATURE CONTROL), 수온조절장치(2; WTC; WATER TEMPERATURE CONTROL)를 통해 엔진(1)으로부터 배출된 냉각수를 분배 받는 EGR쿨러(3) 및 히터(4), EGR쿨러(3) 및 히터(4)로부터 냉각수를 전달받고 냉각수를 재차 엔진(1)의 유입시키는 워터펌프(5)를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래 EGR쿨러(3)는, EGR쿨러(3) 전단에 위치하며 배기가스가 유입되어 쿨링코어(8)로 분배하는 인렛탱크(7)와, 다수의 직선튜브로 구성되며 내측에는 유입된 배기가스가 접촉되고, 외측에는 냉각수가 접촉되어 열교환이 발생되는 쿨링코어(8)와, 쿨링코어(8)를 이루는 다수의 직선튜브를 감싸는 구조로 다수의 직선튜브 외측에서 냉각수 흐름을 유도하는 바디(9)와, 냉각수를 외부로부터 바디(9)로 유입시키거나, 바디(9)로부터 냉각수를 외부로 배출하도록 바디(9)에 부착된 니플(10; NIPPLE)과, 쿨링코어(8)를 통해 냉각된 배기가스를 외부로 유출시키는 아웃렛 탱크(11)를 포함한다.

그러나, 종래 EGR쿨러는, 히터로 공급되는 유량과 동등하거나 또는 적은 유량의 냉각수가 공급되었으므로, 냉각 효율에 한계가 있었다.

또한, 종래 EGR쿨러 및 수온조절장치에는, 냉각수 유입 및 배출을 위하여, 니플 및 아웃렛 탱크 등과 같은 동일한 부품이 반복적으로 구비되어야 했었다.

또한, 종래 EGR쿨러는 관련 부품을 별도 장착하기 위한 공간 확보가 필요하였으며, 이로 인하여, 레이아웃 설계에 어려움이 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0002739호(2012.01.09.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 수온조절장치(WTC; WATER TEMPERATURE CONTROL)가 EGR쿨러에 통합된 통합 EGR 쿨러를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예의 EGR쿨러 시스템은, 배기매니폴드와 흡기매니폴드를 연통하는 쿨링코어와 쿨링코어가 내삽되는 통합하우징을 포함하며, 통합하우징에는, 통합하우징에 장착된 열감응장치 작동시에만 통합하우징으로 유입된 냉각수를 배출하는 제1배출포트 및, 항상 통합하우징으로 유입된 냉각수를 배출하는 제2배출포트가 형성될 수 있다.

또한, 제1배출포트가 라디에이터와 연결되어 제1 분배라인을 형성하며, 제2배출포트가 히터와 연결되어 제2 분배라인을 형성할 수 있다.

위와 같은 본 발명의 통합 EGR 쿨러에 따르면, 수온조절장치(WTC; WATER TEMPERATURE CONTROL) 및 EGR쿨러가 통합됨으로써, 엔진으로부터 배출된 냉각수가 EGR쿨러로 제일먼저 유입되므로, EGR쿨러로 유입되는 냉각수 수량이 극대화된다. 이로 인하여, 냉각효율이 극대화되며, 쿨링코어의 크기가 축소 가능하다.

또한, 냉각수 유입 및 배출을 위한 부품이 최소화되며, 엔진룸 레이아웃 설계가 용이해진다.

또한, EGR쿨러의 크기가 축소되고, 부품 수가 감소 되므로, 차량의 총 중량이 감소 되며, 궁극적으로 연비가 향상된다.

도 1은 종래 EGR쿨러에 적용되는 냉각수 흐름을 나타낸 블럭도,
도 2는 종래 EGR쿨러의 개요도,
도 3은 본 발명의 일실시예의 통합 EGR 쿨러의 장착 예시도,
도 4는 도 3의 통합 EGR 쿨러의 냉각수 흐름을 나타낸 블록도,
도 5는 도 3의 통합 EGR 쿨러의 분해 사시도,
도 6은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 쿨링코어의 사시도,
도 7은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 쿨링코어의 정면도,
도 8은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 EGR밸브하우징의 사시도,
도 9는 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 EGR밸브하우징의 다른 사시도,
도 10은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 EGR밸브하우징의 요부 단면도,
도 11은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 통합하우징의 사시도,
도 12는 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 통합하우징의 정면도,
도 13은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 통합하우징의 다른 사시도,
도 14는 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 통합하우징의 저면도,
도 15는 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 아답터의 사시도,
도 16은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 아답터의 다른 사시도,
도 17은 도 3의 통합 EGR 쿨러에 장착되는 가스켓의 사시도이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 통합 EGR 쿨러은, EGR쿨러(100)에 열감응장치로써 써모스탯(T.S.)이 장착되고, 써모스탯(T.S.)이 작동될 때에만, EGR쿨러(100)로 유입된 냉각수를 배출하는 제1 분배라인(L1)이 형성되고, EGR쿨러(100)로 유입된 냉각수를 항상 배출하는 제2 분배라인(L2)이 형성된 것을 특징으로 한다.

EGR쿨러(100)는, 배기매니폴드와 연결되는 제1 챔버(111) 및 흡기매니폴드와 연결되는 제2 챔버(112)가 형성된 EGR밸브하우징(110)과, 제1 챔버(111) 및 제2 챔버(112)를 연통하도록 EGR밸브하우징(110)에 장착된 쿨링코어(120) 및, 쿨링코어(120)가 내삽되도록 EGR밸브하우징(110)에 장착된 통합하우징(130)을 포함한다. EGR밸브하우징(110)은, 제2 챔버(112)와 연결된 EGR밸브(113)를 포함한다.

쿨링코어(120)는, 나선(SPRIAL) 또는 딤플(DIMPLE) 형태의 표면 굴곡을 갖는 U형튜브(121)를 U형상으로 밴딩(BENDING)하여 제작된다. 쿨링코어(120)는, U 형상으로 만곡된 다수개의 U형튜브(121)와, 다수개의 U형튜브(121)가 용접되고, EGR밸브하우징(110)에 면접촉되는 플레이트(122) 및 U형튜브(121)가 이루는 중심공간에 위치하도록, 플레이트(122)로부터 연장 형성된 세퍼레이터(123)를 포함한다. 세퍼레이터(123)는, 냉각수가 U 형상인 다수개의 U형튜브(121)를 따라 흐르도록 냉각수를 가이드 하게 된다.

통합하우징(130)은, 통합하우징(130)의 외형을 이루며 길이방향 일면과 폭방향 일면이 개구된 바디(131)와, 개구된 바디(131)의 길이방향 일면에 장착되고, 엔진(200)으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 유입포트(T5)가 형성된 아답터(132) 및, 바디(131)와 아답터(132) 사이에 개재되는 가스켓(133)을 포함한다.

아답터(132) 및 가스켓(133)은, 실린더 헤드 후방으로부터 냉각수를 공급받고, 엔진(200)으로부터 공급받은 냉각수의 흐름을 쿨링코어(120) 또는 써모스탯(T.S.)으로 분리하게 된다. 아답터(132)의 일면에는 엔진(200)에 장착될 수 있도록 하는 실린더 헤드 장착부(134)가 형성되며, 그 반대면에는 통합하우징(130)을 고정하기 위한 통합하우징 장착부(135)가 형성된다.

가스켓(133)에는, 바디(131) 내부로 냉각수를 유도하는 메인통로(H1)와, 바디(131) 내측에 구비된 쿨링코어(120)를 향해 냉각수가 고르게 유도될 수 있도록 메인통로(H1) 일측에 형성된 보조통로(H2) 및, 냉각수를 바디(131)에 장착된 써모스탯(T.S.)으로 유도하기 위한 바이패스통로(H3)가 형성된다.

바디(131)는, 써모스탯(T.S.)이 장착되도록 바디(131)에 형성되고, 바이패스통로(H3)와 연통된 장착포트(T1)와, 장착포트(T1)로 유입되었던 냉각수를 워터펌프(500)로 순환시키기 위해서, 장착포트(T1) 일측에 형성된 바이패스포트(T2) 및, 바디(131)로부터 냉각수를 배출하도록, 아답터(132)와 대칭을 이루는 면에 형성된 제1배출포트(T3)를 포함한다. 본 발명의 일실시예에서, 제1배출포트(T3)는 라디에이터(400)와 연결된다.

EGR밸브하우징(110)에는, 개구된 바디(131)의 폭방향 일면을 통해 EGR밸브하우징(110)으로 흐르는 냉각수를 바디(131) 외부로 배출하는 제2배출포트(T4)가 형성된다. 본 발명의 일실시예에서, 제2배출포트(T4)는 히터(300)와 연결된다. 히터(300)는, 냉각수와 유입된 외기(AIR) 사이에 열교환을 발생시킨다. 히터(300)를 통해서 냉각수의 온도는 저감되고, 유입된 외기의 온도는 상승된다. 외기는 외부로 방출 될 수 있으며, 필요시 객실로 유입됨으로써, 차량 난방에 사용된다. 위와 같이 구성되는 본 발명의 EGR쿨러(100)는, 배기매니폴드로부터 EGR밸브하우징(110)으로 배기가스가 유입되고, 쿨링코어(120)로 유입된다. 이때, EGR밸브하우징(110)으로 유입된 냉각수에 의하여 쿨링코어(120)로 유입된 배기가스의 온도는 감소 된다. EGR밸브(113)가 개구됨과 동시에 쿨링코어(120)에 유입되었던 배기가스는 흡기매니폴드로 재순환된다.

이때, 통합하우징(130)으로 유입되는 냉각수의 흐름은 다음과 같다. 엔진(200) 좀더 정확히는 실린더 헤드로부터 냉각수가 배출된다. 엔진(200)으로부터 배출된 냉각수는 아답터(132)에 형성된 냉각수 유입포트(T5)를 통해 아답터(132)와 가스켓(133) 사이로 유입된다. 이때, 냉각수는 가스켓(133)에 형성된 메인통로(H1) 및 보조통로(H2)를 통해서, 바디(131) 내부로 유입된다. 바디(131) 내부로 유입된 냉각수는 전도 및 복사를 통해서, 쿨링코어(120) 내부에 존재하는 배기가스의 온도를 흡수하게 된다.

한편, 가스켓(133)에 형성된 바이패스통로(H3)를 통해서 엔진(200)으로 배출된 상태의 냉각수가 써모스탯(T.S.)이 장착된 장착포트(T1)로 유입된다. 장착포트(T1)로 유입되었던 냉각수는 바이패스포트(T2)를 통해서 워터펌프(500)로 흐르게 된다. 써모스탯(T.S.)은 바이메탈로 제작되며, 특정온도 이상일 때, 제1배출포트(T3)를 개구하도록 작동된다.

바디(131) 내부로 유입되었던 냉각수는 지속적으로, EGR밸브하우징(110)에 형성된 제2배출포트(T4)를 통해 히터(300)로 유입된다. 히터(300)로 유입되는 냉각수는 워터펌프(500)로 흐르게 되고, 궁극적으로 엔진(200)에 형성된 워터자켓으로 재유입된다.

또한, 엔진(200)으로부터 배출된 냉각수의 온도가 특정온도 이상일 때, 써모스탯(T.S.)과 연결된 단속밸브는 제1배출포트(T3)를 개구하도록 작동되고, 바디(131)로 유입되었던 냉각수는 제1배출포트(T3)를 통해서 라디에이터(400)로 유입되어 외부로 열을 배출하게 된다. 그 후, 냉각수는 라디에이터(400)에서 워터펌프(500)로 흐르게 되고, 궁극적으로 엔진(200)에 형성된 워터자켓으로 재유입된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

00: EGR쿨러 110: EGR밸브하우징
111: 제1 챔버 112: 제2 챔버
113: EGR밸브 120: 쿨링코어
130: 통합하우징 131: 바디
132: 아답터 133: 가스켓
200: 엔진 300: 히터
400: 라디에이터 500: 워터펌프
L1: 제1 분배라인 L2: 제2 분배라인
T.S.: 써모스탯 H1: 메인통로
H2: 보조통로 H3: 바이패스통로
T1: 장착포트 T2: 바이패스포트
T3: 제1배출포트 T4: 제2배출포트
T5: 냉각수 유입포트

Claims

배기가스가 유동하는 쿨링코어; 및
바디와, 상기 바디의 일면에 장착되는 아답터와, 상기 바디와 상기 아답터 사이에 개재되는 가스켓을 구비하는 통합하우징을 포함하며;
상기 바디는, 상기 쿨링코어가 수용되는 내부 공간과, 상기 내부 공간을 라디에이터와 연결하며, 단속밸브가 장착되는 제1배출포트와, 상기 내부 공간과는 독립되도록 마련되며, 상기 단속밸브를 제어 가능한 열감응장치가 장착되는 장착포트와, 상기 장착포트를 워터펌프와 연결하는 바이패스포트를 구비하고,
상기 아답터는, 엔진으로부터 냉각수가 유입되는 냉각수 유입포트를 구비하며,
상기 가스켓은, 상기 냉각수 유입포트로 유입된 냉각수 중 어느 일부를 상기 내부 공간으로 유입시키는 메인통로와, 상기 냉각수 유입포트로 유입된 냉각수 중 다른 일부를 상기 장착포트로 유입시키는 바이패스통로를 구비하고,
상기 열감응장치는, 상기 장착포트로 유입된 냉각수가 미리 정해진 특정 온도 이상일 때 상기 제1배출포트가 선택적으로 개방되어 상기 내부 공간으로 유입된 냉각수가 상기 라디에이터에 공급되도록 상기 단속밸브를 제어하는 통합 EGR 쿨러.
제1항에 있어서,
상기 통합하우징은,
상기 내부 공간과 히터를 연결하는 제2배출포트를 더 포함하는 통합 EGR 쿨러.
제1항에 있어서,
배기매니폴드와 연결된 제1 챔버와, 흡기매니폴드와 연결되는 제2 챔버를 구비하며, 상기 바디의 타면에 장착되는 EGR밸브하우징을 더 포함하며,
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버는, 상기 쿨링코어에 의해 연통되는 통합 EGR 쿨러.
제3항에 있어서,
상기 쿨링코어는, U 형상으로 만곡된 다수개의 U형튜브와, 상기 다수개의 U형튜브가 장착되고, 상기 EGR밸브하우징에 면접촉되는 플레이트와, 상기 다수개의 U형튜브가 이루는 중심공간에 위치하도록 상기 플레이트로부터 연장 형성된 세퍼레이터를 포함하는 통합 EGR 쿨러.
제4항에 있어서,
상기 EGR밸브하우징은, 상기 제2 챔버와 연결된 EGR밸브를 더 구비하는 통합 EGR 쿨러.
제1항에 있어서,
상기 가스켓은,
상기 메인통로 일측에 형성되며 상기 냉각수 중 나머지 일부를 상기 쿨링코어를 향하도록 상기 내부 공간으로 유입시키는 보조통로를 더 구비하는 통합 EGR 쿨러.