KR101821963B1 - 엔진 배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치 - Google Patents

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발레오 시스템므 떼르미끄
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Abstract

본 발명은 엔진(1), 특히 차량 엔진의 배기 가스 재순환 회로를 위한 냉각 장치에 관한 것으로서, 상기 회로는 배기 가스의 순환을 제어하기 위한 밸브(2)를 포함하며, 상기 장치는 상기 재순환 회로를 통과하는 배기 가스와 냉매 유체 사이에서 열을 교환하도록 의도된, EGR 교환기로 알려진 열 교환기(3)와, 상기 밸브를 냉각하는 밸브 냉각 수단(4)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 장치는, 상기 밸브 냉각 수단(4)이 상기 밸브 냉각 수단(4)을 통과하는 제 1 유체를 갖도록 구성되는, 고온 냉각 루프로 알려진 냉각 루프(5)와, 상기 EGR 교환기(3)가 상기 제 1 유체의 온도보다 낮은 온도의 제 2 유체를 통과시키도록 구성되는, 저온 냉각 루프로 알려진 제 2 냉각 루프(12)를 포함한다. 본 발명은 또한 배기 가스 재순환 회로와 이러한 냉각 장치의 조립체에 관련되며, 엔진 공기 공급 회로 및 이러한 조립체를 포함하는, 엔진, 특히 과급 디젤 엔진에 차지 가스(charge gas)를 공급하기 위한 시스템에 또한 관련된다.

Description

엔진 배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치{COOLING DEVICE FOR AN ENGINE EXHAUST GAS RECIRCULATION CIRCUIT}
본 발명은 엔진, 특히 차량 엔진의 배기 가스 재순환 회로를 위한 냉각 장치에 관한 것이다. 본 발명은 이러한 배기 가스 재순환 회로 및 이러한 냉각 장치의 조립체에 또한 관련된다. 본 발명은 엔진에 공기를 공급하기 위한 회로 및 이러한 조립체를 포함하는, 상기 엔진, 특히, 과급 디젤 엔진(supercharged diesel engine)에 유입 가스를 공급하기 위한 시스템에 또한 관련된다.
현재, 엔진으로부터 배기 가스를 빼내고 이러한 배기 가스를 상기 엔진의 유입측에 분사하는 방식이 알려져 있고, 이는 오염 방출물 감소 측면에서 이루어진다. 이러한 가스는 일반적으로 "Exhuast Gas, Recirculated"를 나타내는 EGR, 또는 재순환 배기 가스로 알려져 있다. 유입측으로의 EGR의 흐름은 밸브에 의해 제어되고, EGR 교환기로 알려진 열 교환기에 의해 냉각된다.
최근에, EGR 교환기 및 밸브는 하나의 동일한 냉각 루프 내에 통합된다.
출원인은 이에 따라 수많은 문제점이 나타남을 발견하였고 본 발명은 이러한 문제점들의 취급에 착수한다.
이를 위해, 본 발명은 엔진, 특히 차량 엔진의 배기 가스 재순환 회로를 위한 냉각 장치에 관련되고, 상기 회로는 배기 가스의 순환을 제어하기 위한 밸브를 포함하며, 상기 장치는, 상기 재순환 회로를 통과하는 배기 가스와 냉각 유체 사이에서 열을 교환하도록 구성되는, EGR 교환기로 알려진 열 교환기와, 상기 밸브를 냉각하기 위한 밸브 냉각 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는, 상기 밸브 냉각 수단이 상기 밸브 냉각 수단을 통과하는 제 1 유체를 갖도록 구성되는, 고온 루프로 알려진 냉각 루프와, 상기 제 1 유체의 온도보다 낮은 온도에 있도록 구성된 제 2 유체가 상기 EGR 교환기를 통과하도록 구성되는, 저온 루프로 알려진 제 2 냉각 루프를 포함한다.
"루프"는 직접적으로 혹은 호스 또는 등가물을 통해 서로 연결되는 장비의 조립체, 특히 교환기를 의미하고, 상기 장비 및 호스는 상기 루프를 통과하는 유체를 갖는다. 다시 말해서, 상기 고온 및 저온 루프는 각각 EGR 순환 제어 밸브 냉각 수단 및 EGR 교환기를 포함한다.
이는 그 후, 하나의 단일한 독자 냉각 루프를 단점으로 하지 않는 해법을 가능하게 하고, 소산될 열이 최적으로 확산되게 한다. 이는 밸브에서의 응축물 형성 및 파울링(fouling) 위험을 또한 감소시킨다. 추가적으로, 밸브 영역에서 EGR의 냉각을 제한함으로써, 오염을 감소시키기 위해 엔진 배기 라인에 사용되는 촉매 컨버터를 시동시키기 위해 유익한, 특히, EGR 교환기를 2번 통과하는 경우에, 냉각이 제한되도록 하는 EGR을 갖는 것이 가능하다.
다양한 실시예에 따르면,
- 상기 고온 및 저온 루프 각각은 주변 공기의 스트림과 각각 상기 제 1 및 제 2 유체 사이에서 열을 교환하는, 고온 냉각 라디에이터 및 저온 냉각 라디에이터로 각각 알려진 열 교환기를 포함하고,
- 상기 저온 루프는 인터쿨러를 포함하고, 상기 인터쿨러는 엔진 공기 공급 회로를 통과하는 공기와 상기 저온 루프의 유체 사이에서 열을 교환하며,
- 상기 인터쿨러, EGR 교환기 및 저온 라디에이터는 상기 저온 루프 내에서 유체가 흐르는 방향으로 직렬로 장착되고,
- 상기 고온 루프는 가열 라디에이터를 포함하고, 상기 고온 루프는, 상기 가열 라디에이터를 통과하는 공기를 가열하기 위해, 상기 가열 라디에이터를 통과하는 공기와 상기 밸브 냉각 수단을 떠나는 상기 제 1 유체 사이에서 열을 교환하도록 구성된다.
본 발명은 앞서 언급한 배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치와, 배기 가스의 순환을 제어하기 위한 밸브를 포함하는 배기 가스 재순환 회로의 조립체에 또한 관련된다.
일 실시예에 따르면, 상기 밸브(2)는 본체를 포함하고, 상기 밸브(2)를 냉각하기 위한 상기 밸브 냉각 수단(4)은 상기 제 1 유체가 상기 밸브를 통해 유동할 수 있도록 상기 본체 내에 형성된 덕트로 구성된다.
발명은 엔진, 특히, 과급 디젤 엔진에 유입 가스를 공급하기 위한 장치에 또한 관련되며, 상기 장치는, 상술한 바와 같은 조립체와, 상기 엔진에 공기를 공급하기 위한 회로를 포함하며, 상기 배기 가스 재순환 회로는 상기 공기 공급 회로와 연통된다.
몇몇 실시예에 따르면,
- 상기 공기 공급 회로는 공기의 순환을 제어하기 위한 밸브를 포함하고,
- 상기 시스템은, 상기 엔진으로부터의 배기 가스에 의해 구동되는 터빈과, 상기 공급 회로를 통해 순환하는 공기를 압축하도록 상기 터빈에 의해 구동되는 압축기를 구비한 터보과급기를 더 포함하며, 상기 배기 가스 재순환 회로는 상기 터빈의 상류측에서 배기 가스를 빼내서, 상기 배기 가스를 상기 압축기 하류측의 공기 공급 회로 내로 유입시킨다.
본 발명은 제한적인 의도 없이 단지 예시적인 사항으로 제시되는, 그리고 첨부 도면을 동반하는, 다음의 상세한 설명에 비추어 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 냉각 장치의 고온 및 저온 루프의 일례를 각각 개략적으로 도시하는 도면,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시되는 냉각 장치에 연계된, 본 발명에 따른 차량 유입 가스 공급 시스템의 일례를 개략적으로 도시하는 도면.
도 1 및 도 2에 도시되는 바와 같이, 본 발명은 차량 엔진(1), 특히 연소 엔진(예컨대, 디젤 엔진)의 배기 가스 재순환 회로를 위한 냉각 장치에 관한 것이다. 아래에 상세하게 제시되는 바와 같이, 상기 회로는 배기 가스의 순환을 제어하기 위한 밸브(2)를 포함한다. 상기 밸브(2)는 예컨대, 상기 회로를 통과하는 EGR의 유량을 조절할 수 있도록 설계된다.
본 발명에 따른 장치는, 상기 재순환 회로를 통과하는 배기 가스와 냉각 유체 사이에서 열을 교환시키도록 의도된, EGR 교환기로 알려진 열 교환기(3)와, EGR의 순환을 제어하는 상기 밸브(2)를 냉각하기 위한 밸브 냉각 수단(4)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 장치는 도 1에 구체적으로 도시되는 고온 루프로 알려진 냉각 루프(5)를 포함하고, 제 1 유체가 상기 냉각 루프를 통과한다. 상기 냉각 루프(5)는 예컨대, 상기 엔진(1)을 냉각하도록 구성되고, 주변 공기의 스트림과 상기 제 1 유체 사이에서 열을 교환하는, 고온 냉각 라디에이터로 알려진 냉각 라디에이터(6)를 포함할 수 있다.
상기 고온 냉각 루프는 예컨대, 물 출구 헤더(7), 서모스탯(thermostat)(8), 및 펌프(9)를 더 포함한다. 물 출구 헤더(7)는 엔진(1) 상에 직접 장착되고, 덕트(10)에 의해 고온 냉각 라디에이터(6)에 연결된다. 고온 냉각 라디에이터(6)와, 엔진(1)으로의 상기 제 1 유체의 유입구(1a) 사이에 덕트(11)가 존재한다.
펌프(9)는 고온 냉각 라디에이터(6)와 엔진(1)을 연결하는 덕트(11) 상에 제공되고, 서모스탯(8)은 물 출구 헤더(7)와 고온 냉각 라디에이터(6)를 연결하는 파이프(10) 상에 제공된다.
펌프(9)는 유체를 상기 엔진(1)을 통해 순환하게 하고, 제 1 유체는 열 에너지를 수득함으로써 엔진을 냉각한다. 그 후 제 1 유체는 물 출구 헤더(7)에 유입되고, 서모스탯(8)이 오픈되어 있을 경우, 물 출구 헤더(7)와 고온 냉각 라디에이터(6)를 연결하는 덕트(10)를 따라 이동한다. 그 후 상기 고온 냉각 라디에이터(6)에 유입되어, 고온 냉각 라디에이터(6)와 엔진(1)을 연결하는 파이프(11)를 따라 엔진으로 돌아가기 전에 냉각된다.
본 발명에 따른 장치는 도 2에 세부적으로 제시된, 저온 루프로 알려진 제 2 냉각 루프(12)를 또한 포함하며, 제 2 유체가 상기 제 2 냉각 루프(12)를 통과한다. 상기 저온 루프는, 예컨대, 저온 냉각 라디에이터로 알려진 냉각 라디에이터(13)를 포함하는데, 냉각 라디에이터(13)는 이 냉각 라디에이터를 통해 순환하도록 의도된 제 2 유체와 주변 공기의 스트림 사이에서 열을 교환한다.
본 발명에 따르면, 상기 고온 루프(5)는 EGR의 순환을 제어하는 상기 밸브(2)의 냉각 수단(4)이 상기 밸브 냉각 수단(4)을 통과하는 제 1 유체를 갖도록 구성되고, 상기 제 2 루프는 상기 제 1 유체의 온도보다 낮은 온도에 있도록 구성된 상기 제 2 유체가 EGR 교환기(3)를 통과하도록 구성된다.
이는 그 후, 밸브 및 교환기에, 더욱 최적화될 수 있는, 별도의 냉각 회로를 할당함으로써 장치의 전체 작동을 개선시킨다.
상기 제 1 및 제 2 유체는 예컨대, 글리콜 첨가제를 함유한 물 등과 동일한 화학적 속성의 열전달 유체이다.
도시되는 실시예에 따르면, 상기 고온 및 저온 루프(5, 12)는 서로 독립적이며, 서로 연통되지 않는다. 그러나, 고온 및 저온 냉각 라디에이터(6, 13)의 열-소산 기능을 공유하는 관점에서 상기 루프들이 서로 연통하도록 설비될 수 있다.
상기 고온 및 저온 라디에이터(6, 13)는 예컨대, 하나의 동일한 스트림의 공기가 이들을 직렬로 통과하도록 서로에 대해 위치한다. 다시 말해서, 이들은 공기 스트림이 유동하는 방향으로 줄지어 위치한다. 마찬가지로, 이들이 서로 위아래에 배열될 수도 있다. 이들은, 예컨대, 차량의 전방에 단일 유닛으로 부착될 수 있는 모듈일 수 있다.
이제 고온 루프(5)로 되돌아가 보면, 이는 하나의 경로(14)를 더 포함할 수 있고, 상기 경로(14)는 고온 라디에이터(6)를 우회해서, 물 출구 헤더(7)와, 엔진(1)으로의 제 1 유체의 유입구(1a)를 연결한다. 상기 우회 경로(14)는 서모스탯(8)이 닫혔을 때, 즉, 엔진(1)이 냉각될 필요가 없을 때, 상기 제 1 유체를 통과시키기 위한 것이다.
도시되는 실시예에 따르면, 고온 루프(5)는 가열 라디에이터(15)를 또한 포함한다. 이는, 예컨대, 차량의 승객 격실에 대한 온도 제어(climate control)를 제공하는 설비의 가열 라디에이터이다. 상기 루프(5)는, 상기 가열 라디에이터를 통과하는 공기를 가열하기 위해, 상기 밸브(2)의 냉각 수단(4)을 떠나는 제 1 유체와 상기 가열 라디에이터(15)를 통과하는 공기 사이에서 열을 교환하도록 구성된다.
도시되는 예에 따르면, 상기 고온 루프(5)는, 한편으로는 엔진으로의 제 1 유체의 유입구(1a)를 연결하고, 다른 한편으로는 밸브(2)로의 제 1 유체의 유입구 및 가열 라디에이터(15)로의 제 1 유체의 유입구를 연결하는 파이프(16)를 포함한다. 상기 고온 루프(5)는, 또한, 한편으로는 밸브(2)로부터의 제 1 유체의 유출구 및 가열 라디에이터(15)로부터의 제 1 유체의 유출구를 연결하고, 다른 한편으로는 물 출구 헤더(7)를 연결하는 파이프(17)를 포함한다. 다시 말해서, 밸브(2) 및 가열 라디에이터(15)는 제 1 유체가 유동하는 방향에 평행하게 놓인다. 따라서, 밸브(2)에 의해 회로 내로 소산되는 열 에너지는 특히, 우회 경로(14)를 통해, 가열 라디에이터(15)에 도달할 수 있다.
이제 저온 루프(12)로 되돌아가면, 이는 제 2 유체를 순환시키기 위한 저온 펌프(18)를 포함할 수 있다.
상기 저온 루프(12)는 예컨대, 인터쿨러(19)를 더 포함한다. 인터쿨러(19)는 엔진(1)의 공기 공급 회로를 통과하는 공기와 상기 저온 루프(12)의 유체 사이에서 열을 교환하도록 의도된다.
도시되는 실시예에 따르면, 인터쿨러(19), EGR 교환기(3) 및 저온 라디에이터(13)는 유체가 저온 루프(12) 내에서 유동하는 방향으로 직렬로 장착된다.
본 발명은, 또한, 앞서 언급한 배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치와, 배기 가스의 순환을 제어하기 위한 밸브를 포함하는 배기 가스 재순환 회로의 조립체에 관련된다.
상기 밸브(2)는 예컨대, 본체를 포함하고, 상기 밸브(2)의 냉각 수단(4)은 상기 제 1 유체가 상기 밸브(2)를 통해 유동할 수 있도록 상기 본체 내에 형성된 덕트(도시되지 않음)로 구성된다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 밸브(2) 및 EGR 교환기는 그 순서로, EGR이 유동하는 방향으로 직렬로 장착된다.
도시되지는 않았으나, EGR이 EGR 교환기를 우회하게 하는 덕트와, 상기 우회 덕트를 열거나 닫는 우회 밸브로 알려진 밸브가 존재할 수 있다. 냉각을 위해, 상기 우회 밸브는 상기 고온 루프 내에 통합될 수 있다.
본 발명은 엔진, 특히, 과급 디젤 엔진에 유입 가스를 공급하기 위한 시스템에 또한 관련된다.
도 3을 다시 참조하면, 상기 공급 시스템은 상기 엔진에 공기를 공급하기 위한 공기 공급 회로(20) 및 상술한 조립체를 포함하는 것을 확인할 수 있다. 도면부호(21)로 도시되는 상기 조립체의 배기 가스 재순환 회로는, 예컨대, 상기 엔진(1)에 유입 가스를 분배하는 매니폴드(22)에서 상기 공기 공급 회로(20)와 연통된다.
상기 공기 공급 회로는 예컨대, 공기의 순환을 제어하기 위한 밸브(23)를 포함하며, 상기 밸브(23)는 특히 공기의 유량을 조절하고, 배기 가스 재순환 회로(21)의 밸브(2)와 협력하여 EGR 유량을 조절하는 데 기여한다.
상기 시스템은 터빈(25) 및 압축기(27)를 구비한 터보과급기(24)를 더 포함할 수 있는데, 상기 터빈(25)은 엔진(1)으로부터 배출된 배기 가스가 흐르는 경로(26)에 배치되고, 이러한 배기 가스에 의해 구동되며, 상기 압축기는 공급 회로를 통해 유동하는 공기를 압축하도록 터빈(25)에 의해 구동된다. 상기 배기 가스 재순환 회로(21)는 터빈(25)의 상류측에서 배기 가스를 빼내서, 배기 가스를 압축기(27)의 하류측의 공기 공급 회로(20) 내로 유입시킨다.
상기 공기 공급 회로(20)에는, 인터쿨러(19)와, 공기의 순환을 제어하는 밸브(23)가 상기 공급 회로(20)의 공기가 유동하는 방향에서 그 순서로 직렬로 제공되며, 이는 EGR이 상기 공급 회로(20) 내로 분사되는 지점과 터빈(27) 사이에 위치한다.

Claims (10)

  1. 엔진(1)의 배기 가스 재순환 회로(21)를 위한 냉각 장치로서, 상기 회로는 배기 가스의 순환을 제어하기 위한 밸브(2)를 포함하고, 상기 장치는 상기 재순환 회로(21)를 통과하는 배기 가스와 냉각 유체 사이에서 열을 교환하도록 구성되는, EGR 교환기로 알려진 열 교환기(3)와, 상기 밸브를 냉각하기 위한 밸브 냉각 수단(4)을 포함하는, 배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치에 있어서,
    상기 냉각 장치는, 상기 밸브 냉각 수단(4)이 상기 밸브 냉각 수단(4)을 통과하는 제 1 유체를 갖도록 구성되는, 고온 루프로 알려진 냉각 루프(5)와, 상기 제 1 유체의 온도보다 낮은 온도에 있도록 구성된 제 2 유체가 상기 EGR 교환기(3)를 통과하도록 구성되는, 저온 루프로 알려진 제 2 냉각 루프(12)를 포함하고,
    상기 고온 루프(5)는, 상기 엔진(1)으로의 제 1 유체의 유입구와 상기 밸브(2)로의 제 1 유체의 유입구를 연결하는 파이프(16), 및 상기 밸브(2)로부터의 제 1 유체의 유출구와 상기 엔진(1)으로부터의 제 1 유체의 유출구를 연결하는 파이프(17)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고온 및 저온 루프(5, 12) 각각은 주변 공기의 스트림과 각각 상기 제 1 및 제 2 유체 사이에서 열을 교환하는, 고온 냉각 라디에이터 및 저온 냉각 라디에이터로 각각 알려진 열 교환기(6, 13)를 포함하는
    배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 저온 루프는 인터쿨러(19)를 포함하고, 상기 인터쿨러는 엔진 공기 공급 회로를 통과하는 공기와 상기 저온 루프의 유체 사이에서 열을 교환하는
    배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 인터쿨러(19), 상기 EGR 교환기(3) 및 상기 저온 냉각 라디에이터(13)는 상기 저온 루프 내에서 유체가 흐르는 방향으로 직렬로 장착되는
    배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고온 루프는 가열 라디에이터(15)를 포함하고, 상기 고온 루프는, 상기 가열 라디에이터를 통과하는 공기를 가열하기 위해, 상기 가열 라디에이터(15)를 통과하는 공기와 상기 밸브 냉각 수단(4)을 떠나는 상기 제 1 유체 사이에서 열을 교환하도록 구성되는
    배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치.
  6. 배가 가스 재순환 회로(21)의 조립체에 있어서,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 배기 가스 재순환 회로용 냉각 장치와, 배기 가스의 순환을 제어하기 위한 밸브(2)를 포함하는
    배기 가스 재순환 회로의 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 밸브(2)는 본체를 포함하고, 상기 밸브(2)를 냉각하기 위한 밸브 냉각 수단(4)은, 상기 제 1 유체가 상기 밸브를 통해 유동할 수 있도록 상기 본체 내에 형성된 덕트로 구성되는
    배기 가스 재순환 회로의 조립체.
  8. 엔진에 유입 가스를 공급하기 위한 시스템에 있어서,
    제 6 항에 따른 조립체와,
    상기 엔진에 공기를 공급하기 위한 공기 공급 회로(20)를 포함하며,
    상기 배기 가스 재순환 회로(21)는 상기 공기 공급 회로(20)와 연통되는
    엔진에 유입 가스를 공급하기 위한 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공기 공급 회로는 공기의 순환을 제어하기 위한 밸브(23)를 포함하는
    엔진에 유입 가스를 공급하기 위한 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔진으로부터의 배기 가스에 의해 구동되는 터빈(25)과, 상기 공급 회로(20)를 통해 유동하는 공기를 압축하도록 상기 터빈(25)에 의해 구동되는 압축기(27)를 구비한 터보과급기(24)를 더 포함하고,
    상기 배기 가스 재순환 회로(21)는 상기 터빈(25)의 상류측에서 배기 가스를 빼내서, 상기 배기 가스를 상기 압축기(27) 하류측의 상기 공기 공급 회로 내로 유입시키는
    엔진에 유입 가스를 공급하기 위한 시스템.
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