KR101769747B1 - 차량용 엔진 냉각 시스템 - Google Patents

차량용 엔진 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 과급기로부터 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러가 차량의 첫 주행 및 공회전 시에는 공기 흐름 방향으로 냉각팬 뒤쪽에 장착된 보조 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하고, 주행 시에는 냉각팬 앞쪽에 설치된 메인 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하여 첫 주행 시 발생할 수 있는 터보랙을 효과적으로 저감시키는 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 엔진 냉각 시스템{Vehicle engine cooling system}
본 발명은 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 과급기로부터 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러가 차량의 첫 주행 및 공회전 시에는 공기 흐름 방향으로 냉각팬 뒤쪽에 장착된 보조 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하고, 주행 시에는 냉각팬 앞쪽에 설치된 메인 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하여 첫 주행 시 발생할 수 있는 터보랙을 효과적으로 저감시키는 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 기관을 사용하는 차량에 있어서 엔진의 출력을 향상시키기 위해 엔진의 실린더 내부로 압축공기를 공급하는 과급기를 사용한다. 상기 과급기는 배기가스나 외부공기를 이용하여 터빈을 구동시키고 그로 인해 발생하는 압축공기를 실린더 내부에 공급함으로써 엔진의 출력 증강을 도모한다.
그러나 상기 과급기에 의해 급속히 압축된 공기는 온도가 매우 높아져 부피가 팽창하고 산소 밀도가 떨어지게 되어 결과적으로 실린더안의 충전효율을 떨어트려 출력이 향상되기는 고사하고 그와 반대로 출력이 저하되는 현상이 발생된다.
이에 따라, 과급기에 의해서 압축된 고온의 공기를 인터쿨러를 이용하여 냉각시키게 되면 공기 밀도가 올라가 실린더의 흡입효율이 높아지고, 엔진의 연소효율이 향상되어 연비가 높아지는 것은 물론 이산화탄소 및 매연 등 환경에 유해한 배기가스의 배출도 크게 줄어든다.
이러한 역할을 담당하는 인터쿨러는 냉각방식에 따라 수랭식과 공랭식으로 나눌 수 있다. 수랭식 인터쿨러는 인터쿨러를 냉각시킬 때 차량의 냉각수나 물을 이용하여 인터쿨러를 냉각시키는 방식으로 냉각효율은 우수하나 구조가 복잡하여 설치가 어려울 뿐만 아니라 유지보수가 어렵다는 문제점이 있어 일반적으로 공기를 이용하여 인터쿨러를 냉각시키는 공랭식 인터쿨러를 많이 사용한다.
일반적으로 가장 많이 사용되는 공랭식 인터쿨러(1)의 일예를 도 1에 도시하였으며, 상기 도 1에 도시한 인터쿨러는 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 제1헤더탱크(10) 및 제2헤더탱크(20); 상기 제1헤더탱크(10) 또는 제2헤더탱크(20)에 각각 형성되어 공기가 유입되는 입구파이프(30) 및 배출되는 출구파이프(40); 상기 제1헤더탱크(10) 및 제2헤더탱크(20)에 양 단이 고정되어 공기 통로를 형성하는 복수개의 튜브(50); 및 상기 튜브(50) 사이에 개재되는 핀(60); 을 포함하여 형성된다.
이 때, 상기 인터쿨러(1)는 외부 공기가 엔진의 배기압에 의한 터빈의 회전에 의해 압축된 상태로 강제 송풍되어 상기 입구파이프(30)를 통해 상기 제1헤더탱크(10)로 유입된다.
상기 제1헤더탱크(10)로 유입된 공기는 상기 튜브(50)의 공기 유로를 따라 상기 제2헤더탱크(20)로 이동되면서 외부 핀(60) 사이를 통과하는 공기와 열교환 되어 냉각되고, 상기 제2헤더탱크(20)의 출구파이프(40)를 통해 배출된다.
공냉식 인터쿨러는 상기 인터쿨러의 설치위치에 따라 그 기능이 다르게 나타나는데, 인터쿨러를 엔진의 위쪽에 설치하는 경우 배관이 짧아져 응답성이 좋아진다는 장점이 있으나 냉각효율이 저하된다는 단점이 있다.
따라서 차량의 주행 중 발생되는 주행풍에 의해 효율적으로 냉각될 수 있도록 차량의 전방, 즉 공기 흐름 방향으로 냉각팬의 앞쪽에 설치되는데, 이런 경우, 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 과급기, 인터쿨러 및 엔진 사이에 연결되는 긴 배관으로 인해 공기가 엔진까지 전달되는 시간이 길어져 터보랙이 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 과급기로부터 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러가 차량의 첫 주행 및 공회전 시에는 공기 흐름 방향으로 냉각팬 뒤쪽에 장착되어 엔진과의 거리가 더 가까운 보조 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하고, 주행 시에는 냉각팬 앞쪽에 설치된 메인 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하여 첫 주행 시 발생할 수 있는 터보랙을 효과적으로 저감시키는 차량용 엔진 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템은 엔진(200); 상기 엔진(200)에 과급 공기를 공급하는 과급기(300); 상기 과급기(300)와 엔진(200) 사이에 연결되어 상기 과급기(300)에서 압축된 공기를 냉각시키며, 응축기(410), 라디에이터(420) 및 냉각팬(430)으로 구성된 쿨링모듈(400)에 장착되는 인터쿨러(100); 를 포함하여 형성되는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서, 상기 인터쿨러(100)는 공기 흐름 방향으로 상기 냉각팬(430) 전방에 설치되는 메인 인터쿨러(110) 및 상기 냉각팬(430) 후방에 설치되는 보조 인터쿨러(120)로 구성되어, 상기 과급기(300)로부터 공급된 압축공기가, 차량 주행 초기 및 공회전 시에는 상기 보조 인터쿨러(120)로만 공급되어 냉각되고, 주행 시에는 상기 메인 인터쿨러(110)로만 공급되어 냉각되도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량용 엔진 냉각 시스템은 상기 과급기(300)로부터 압축공기가 전달되는 호스라인이 분기되어 상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)로 각각 연결되되, 상기 호스라인이 분기되는 지점에는 밸브(500)가 구비되어 차량 주행 상태에 따라 공기의 흐름 방향이 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브(500)는 삼방밸브(3-way Valve)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량용 엔진 냉각 시스템은 상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)가 공기흐름 방향에 나란하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 차량용 엔진 냉각 시스템은 상기 보조 인터쿨러(120)의 폭 및 너비가 상기 메인 인터쿨러(110)보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템은 과급기로부터 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러가 차량의 첫 주행 또는 공회전 시에는 공기 흐름 방향으로 냉각팬 뒤쪽에 장착되어 엔진과의 거리가 더 가까운 보조 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하고, 주행 시에는 냉각팬 앞쪽에 설치된 메인 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하여 첫 주행 시 발생할 수 있는 터보랙을 효과적으로 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템은 큰 방열량이 필요로 하지 않는 첫 수행 또는 공회전 시에 소형의 보조 인터쿨러를 사용함으로써, 항상 메인 인터쿨러를 사용하는 것에 비해 에너지 소모량을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 일반적인 인터쿨러를 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 차량용 엔진 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 것을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 메인 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 또 다른 예를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 메인 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 또 다른 예를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 보조 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 예를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 보조 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 또 다른 예를 나타낸 사시도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 일반적인 인터쿨러를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 차량용 엔진 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 것을 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 메인 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 또 다른 예를 나타낸 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 메인 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 또 다른 예를 나타낸 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 보조 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 예를 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 보조 인터쿨러가 쿨링모듈에 장착된 또 다른 예를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템(1000)은 크게 엔진(200), 상기 엔진(200)에 과급 공기를 공급하는 과급기(300) 및 인터쿨러(100)를 포함하여 형성된다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템(1000)에 구비되는 상기 인터쿨러(100)는 상기 과급기(300)와 엔진(200) 사이에 연결되어 상기 과급기(300)에서 압축된 공기를 냉각시키는 것으로, 응축기(410), 라디에이터(420) 및 냉각팬(430)으로 구성된 쿨링모듈(400)에 장착된다.
상기 인터쿨러(100)는 공기 흐름 방향으로 상기 냉각팬(430) 전방에 설치되는 메인 인터쿨러(110) 및 상기 냉각팬(430) 후방에 설치되는 보조 인터쿨러(120)로 구성된다.
도 4에서 도시된 인터쿨러(100)는 메인 인터쿨러(110)가 공기 흐름 방향으로 상기 응축기(410) 전면의 하단부에 장착되었으나, 상기 메인 인터쿨러(110)는 도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이 상기 라디에이터(420) 측면 또는 하단에 장착될 수도 있으므로 상기 냉각팬(430) 전방에 설치되는 한 그 위치에 있어서 한정하지 않는다.
상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)는 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 제1헤더탱크(101) 및 제2헤더탱크(102)와, 상기 제1헤더탱크(101) 또는 제2헤더탱크(102)에 형성되어 공기가 유입되는 입구파이프(130) 및 배출되는 출구파이프(140)와, 상기 제1헤더탱크(101) 및 제2헤더탱크(102)에 양단이 고정되어 공기 유로를 형성하는 튜브(150) 및 상기 튜브(150) 사이에 개재되는 핀(160)을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)는 상술한 바와 같이 그 구성에 있어서 동일하나, 상기 보조 인터쿨러(120)의 폭 및 너비가 상기 메인 인터쿨러(110)보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 특징을 가진 상기 보조 인터쿨러(120)는 과급기(300)로부터 공급된 압축공기의 방열성능이 메인 인터쿨러(110)보다 저하되지만, 첫 주행 또는 공회전 시와 같이 많은 방열량을 필요로 하지 않는 모드에 적합하다.
또한, 상기 보조 인터쿨러(100)는 상기 냉각팬(430)의 후방에 설치되어 상기 엔진(200) 및 과급기(300)에 연결되는 호스 라인의 길이가 상기 메인 인터쿨러(110)에 비해 짧아 공기의 통과 속도가 빠르다.
따라서 본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템(1000)은 차량의 주행상태에 따라 상기 과급기(300)에서 압축된 공기가 냉각되어 상기 엔진(200)으로 전달되는 호스라인을 다르게 함으로써 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)가 선택적으로 사용되도록 한다.
도 3 및 도 4를 참고로 본 발명의 차량용 엔진(200) 냉각 시스템(1000)을 설명하면,
상기 차량용 엔진 냉각 시스템은 상기 과급기(300)로부터 압축공기가 전달되는 호스라인이 분기되어 상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)로 각각 연결되되, 상기 호스라인이 분기되는 지점에는 밸브(500)가 구비되어 차량 주행 상태에 따라 공기의 흐름 방향이 조절될 수 있다.
또한, 상기 차량용 엔진 냉각 시스템은 상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)의 출구파이프(140)와 각각 연결된 호스라인이 합쳐져 상기 엔진(200)과 연결된다.
이 때, 상기 밸브(500)는 분기되는 지점에서 상기 공기가 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120) 중 어느 하나로 공기가 유동되도록 밸브(500)를 열어줄 수도 있지만, 경우에 따라 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)로 공기가 모두 유동되도록 삼방밸브일 수 있다.
또한, 상기 밸브(500)는 상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120) 중 어느 하나만 공기가 유동되도록 한쪽 통로를 개방하고, 나머지 통로는 폐쇄시킬 수 있는 개폐밸브일 수도 있다.
도 3 및 도 4를 참고로 본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템의 작동을 설명하면,
먼저, 차량에 시동이 걸리게 되면, 상기 엔진(200) 및 과급기(300)가 작동하며, 상기 과급기(300)에서는 인터쿨러(100)를 통해 냉각된 압축공기를 상기 엔진(200)으로 공급하고자 한다.
이 때, 과급기(300)를 통한 압축공기가 엔진(200)까지 도달하는데 걸리는 시간이 오래 걸리지 않도록 상기 밸브(500)는 상기 보조 인터쿨러(120) 쪽으로 개방된다.
상기 보조 인터쿨러(120)로 공급된 압축 공기는 상기 보조 인터쿨러(120) 내부를 순환하며 냉각되어 엔진(200)으로 공급된다.
차량이 일정 속도 이상으로 주행하여 많은 방열량이 필요한 경우, 상기 밸브(500)는 상기 메인 인터쿨러(110) 쪽으로 개방된다.
상기 메인 인터쿨러(110)로 공급된 압축 공기는 상기 메인 인터쿨러(110) 내부를 순환하며 주행풍에 의해 냉각되어 엔진(200)으로 공급된다.
상기 차량용 엔진 냉각 시스템(1000)은 엔진(200)의 공회전이 일정 시간 이상 지속되는 경우도 상술한 첫 주행 시와 동일하게 상기 보조 인터쿨러(120)가 작동될 수 있다.
한편, 상기 차량용 엔진 냉각 시스템은 상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)가 공기 흐름 방향에 나란하게 형성되는 것이 바람직하다.
공랭식 인터쿨러(100)의 특성상, 상기 인터쿨러(100)는 주행풍에 의해 내부에 유동되는 압축공기가 냉각되는데, 상기 메인 인터쿨러(110)와 마찬가지로 상기 보조 인터쿨러(120)도 공기 흐름 방향에 나란하게 형성되어 주행풍에 의해 냉각될 수 있으며, 상기 냉각팬(430) 후방에 설치됨으로써 상기 냉각팬(430)의 뒤쪽 바람도 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 보조 인터쿨러(120)는 공기 흐름 방향으로 상기 냉각팬(430)의 후방에 형성될 수 있는데, 상기 냉각팬(430)의 뒤쪽 바람이 효과적으로 전달될 수 있도록 팬의 움직임에 방해되지 않는 한 인접하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 보조 인터쿨러(120)는 도 8에서 도시된 바와 같이, 상기 냉각팬(430)의 하우징(431)과 브라켓(121)에 의해 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 브라켓(121)은 상기 보조 인터쿨러(120)가 상기 냉각팬(430)의 송풍구(432) 높이에 위치되도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 보조 인터쿨러(120)는 도 9에서 도시된 바와 같이, 상기 냉각팬(430)의 하우징(431)에 공기 흐름 방향으로 돌출형성된 상기 보조 인터쿨러 안착부(122)에 안착될 수도 있다.
상기 보조 인터쿨러(120)의 장착 방법은 상술한 바와 같은 방법으로 한정되지 않으며, 보다 효율적인 것으로 얼마든지 변경 실시 가능하다.
이에 따라, 본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템은 과급기로부터 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러가 차량의 첫 주행 또는 공회전 시에는 공기 흐름 방향으로 냉각팬 뒤쪽에 장착되어 엔진과의 거리가 더 가까운 보조 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하고, 주행 시에는 냉각팬 앞쪽에 설치된 메인 인터쿨러로 공기가 흐르도록 하여 첫 주행 시 발생할 수 있는 터보랙을 효과적으로 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 차량용 엔진 냉각 시스템은 큰 방열량이 필요로 하지 않는 첫 수행 또는 공회전 시에 소형의 보조 인터쿨러를 사용함으로써, 항상 메인 인터쿨러를 사용하는 것에 비해 에너지 소모량을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 차량용 엔진 냉각 시스템
100 : 인터쿨러
110 : 메인 인터쿨러 120 : 보조 인터쿨러
101 : 제1헤더탱크 102 : 제2헤더탱크
130 : 입구파이프 140 : 출구파이프
150 : 튜브 160 : 핀
200 : 엔진
300 : 과급기
400 : 쿨링모듈
410 : 응축기 420 : 라디에이터
430 : 냉각팬
431 : 하우징 432 : 송풍구
500 : 밸브

Claims (5)

  1. 엔진(200);
    상기 엔진(200)에 과급 공기를 공급하는 과급기(300);
    상기 과급기(300)와 엔진(200) 사이에 연결되어 상기 과급기(300)에서 압축된 공기를 냉각시키며, 응축기(410), 라디에이터(420) 및 냉각팬(430)으로 구성된 쿨링모듈(400)에 장착되는 인터쿨러(100); 를 포함하여 형성되는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서,
    상기 인터쿨러(100)는, 공기 흐름 방향으로 상기 냉각팬(430) 전방에 설치되는 메인 인터쿨러(110) 및 상기 냉각팬(430) 후방에 설치되는 보조 인터쿨러(120)로 구성되어,
    상기 과급기(300)로부터 공급된 압축공기가, 차량 주행 초기 및 공회전 시에는 상기 보조 인터쿨러(120)로만 공급되어 냉각되고, 주행 시에는 상기 메인 인터쿨러(110)로만 공급되어 냉각되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 차량용 엔진 냉각 시스템은
    상기 과급기(300)로부터 압축공기가 전달되는 호스라인이 분기되어 상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)로 각각 연결되되,
    상기 호스라인이 분기되는 지점에는 밸브(500)가 구비되어 차량 주행 상태에 따라 공기의 흐름 방향이 조절되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 밸브(500)는
    삼방밸브(3-way Valve)인 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 차량용 엔진 냉각 시스템은
    상기 메인 인터쿨러(110) 및 보조 인터쿨러(120)가 공기흐름 방향에 나란하게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 차량용 엔진 냉각 시스템은
    상기 보조 인터쿨러(120)의 폭 및 너비가 상기 메인 인터쿨러(110)보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
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