KR20120045899A - 차량의 배기계 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예는 차량의 배기계 냉각장치가 개시된다. 개시된 차량의 배기계 냉각장치는, ⅰ)터보차져를 통해 과급되며 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 메인 인터쿨러와, ⅱ)엔진 룸으로 유입되는 주행풍을 배기 매니폴드로 유도하기 위해 배기 매니폴드와 연결되게 설치되는 에어 덕트유닛과, ⅲ)상기 메인 인터쿨러와 연결되게 설치되며, 상기 에어 덕트유닛의 공기 유동 경로 상에 구성되는 서브 인터쿨러를 포함한다.

Description

차량의 배기계 냉각장치 {COOLING SYSTEM FOR VEHICLE EXHAUST SYSTEM}

본 발명의 예시적인 실시예는 차량의 배기계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보차져 차량의 배기 계통을 효율적으로 냉각시킬 수 있도록 한 차량의 배기계 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 외부의 공기를 유입한 다음 그 유입된 공기와 연료를 적절한 비율로 혼합하여 엔진에서 연소시키게 된다.

엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있게 되며, 엔진의 연소 효율을 높이기 위한 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보 차져가 사용되고 있다.

이러한 터보 차져는 엔진의 배기계로 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기를 가압함으로써 엔진의 연소실로 유입되는 흡기의 충진 효율이 높아지도록 하는 것으로, 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있는 추세이다.

터보 차져의 장착 차량에서 배기 계통 특히, 배기 매니폴드의 온도를 낮추는 것은 엔진의 출력과 연비에 높은 상관관계를 가진다는 것은 자명한 사실이다.

또한, 터보 차져 차량의 높은 출력에 대응하여 배기 계통에 많은 열해 문제가 발생하게 되는데 그 중의 하나가 배기 계통의 크랙 현상이다.

예를 들면 배기 계통의 열해 문제로 배기 매니폴드와 배기 매니폴드 스테이에 크랙이 발생하고, WCC HSG 상부, 배기 매니폴드의 런너 플랜지, 터보 차져의 임펠러 HSG에 대하여 크랙이 발생하게 되므로, 인터쿨러 등의 효율을 증대시켜 배기 계통을 냉각시켜 줄 필요가 있다.

이와 같은 문제가 발생하는 대표적인 이유로는 예를 들어 FR 엔진의 경우, 벨트 보기류가 배기 계통으로 유입되는 주행풍을 막고 있기 때문에, 낮은 온도의 외부 주행풍이 배기 계통으로 원활하게 전달되지 못하기 때문이다.

이를 개선하기 위해 최근에는 차량의 후드에 공기 유입구(당 업계에서는 통상적으로 "나카홀" 이라고도 한다)를 구성하여 공기 유입구를 통해 유입되는 낮은 온도의 외부 공기로서 배기 계통을 냉각시키고 있다.

그런데, 상기와 같이 차량의 후드에 공기 유입구를 적용할 경우에는 엔진과 후드의 갭이 부족하여 상호 간섭이 일어나고, 공기 유입구를 통해 이물질 유입되며, 후드의 강성 증가로 인한 보행자 보호 성능이 저하된다는 문제점이 제기되고 있다.

한편, 터보차져 차량의 출력 성능은 언급한 바 있는 인터쿨러의 사이즈와 밀접한 관계가 있는 바, 터보차져 차량의 높은 출력에 대응하기 위하여 인터쿨러의 사이즈를 증대시킬 수도 있다.

그런데, 이는 인터쿨러의 상하측에 백빔과 언더 커버가 장착되고, 후방에 쿨링 모듈이 설치되므로, 엔진 룸의 레이아웃 상 인터쿨러의 사이즈를 증대시키는데에는 한계가 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 배기 계통으로 주행풍을 원활하게 유입시켜 배기 계통의 크랙 현상을 방지할 수 있으며, 주행풍을 효율적으로 활용하면서 인터쿨러의 효율을 더욱 증대시킬 수 있도록 한 차량의 배기계 냉각장치를 제공한다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기계 냉각장치는, ⅰ)터보차져를 통해 과급되며 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 메인 인터쿨러와, ⅱ)엔진 룸으로 유입되는 주행풍을 배기 매니폴드로 유도하기 위해 배기 매니폴드와 연결되게 설치되는 에어 덕트유닛과, ⅲ)상기 메인 인터쿨러와 연결되게 설치되며, 상기 에어 덕트유닛의 공기 유동 경로 상에 구성되는 서브 인터쿨러를 포함한다.

또한, 상기 차량의 배기계 냉각장치에 있어서, 상기 에어 덕트유닛은 상기 주행풍을 가이드 하는 에어 가이드와, 상기 서브 인터쿨러를 사이에 두고 상기 에어 가이드와 연결되는 에어 덕트관을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 차량의 배기계 냉각장치에 있어서, 상기 메인 인터쿨러는 제1 연결라인을 통해 상기 터보차져와 연결되며, 제2 연결라인을 통해 상기 흡기 매니폴드와 연결될 수 있다.

또한, 상기 차량의 배기계 냉각장치에 있어서, 상기 서브 인터쿨러는 상기 터보차져와 연결된 제1 연결라인의 일 부분과 연결되는 유입부와, 상기 메인 인터쿨러와 연결된 제1 연결라인의 나머지 부분과 연결되는 유출부와, 상기 유입부 및 유출부와 각각 연결되는 다수열의 제1 및 제2 튜브와, 상기 제1 튜브와 제2 튜브를 연결하는 연결부를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 차량의 배기계 냉각장치에 있어서, 상기 서브 인터쿨러는 U자 형태의 공기 흐름을 형성할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기계 냉각장치에 의하면, 터보차져로부터 과급된 흡입 공기를 U자 타입의 서브 인터쿨러를 통해 1차적으로 냉각하고, 메인 인터쿨러를 통해 2차적으로 냉각할 수 있으므로, 엔진 룸의 레이아웃 상 메인 인터쿨러의 사이즈를 증대시키지 않고서도 메인 인터쿨러의 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 엔진 룸으로 유입되는 주행풍을 에어 덕트유닛을 통해 배기 계통으로 원활하게 유도하여 높은 온도의 배기 계통을 주행풍으로서 냉각시킬 수 있으므로, 배기 계통의 크랙 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 에어 덕트유닛을 통해 주행풍으로서 배기 계통을 냉각시키면서 서브 인터쿨러를 냉각시킬 수 있으므로, 주행풍을 효율적으로 활용하면서 메인 인터쿨러의 효율도 증대시킬 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시에에 따른 차량의 배기계 냉각장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시에에 따른 차량의 배기계 냉각장치에 적용되는 서브 인터쿨러를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시에에 따른 차량의 배기계 냉각장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시에에 따른 차량의 배기계 냉각장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기계 냉각장치(100)는 터보차져(1)가 장착된 차량의 배기 계통에 적용될 수 있다.

여기서, 상기 터보차져(1)는 엔진의 배기 매니폴드(3)를 통해 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기를 가압함으로써 엔진의 연소실로 유입되는 흡기의 충진 효율이 높아지도록 하기 위한 것이다.

상기 터보차져(1)는 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진에 적용되고 있으며, 이러한 터보차져(1)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 터보차져 시스템으로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에 의한 상기 차량의 배기계 냉각장치(100)는 배기 매니폴드(3) 등의 배기 계통으로 주행풍을 원활하게 유입시켜 배기 계통의 크랙 현상을 방지할 수 있으며, 주행풍을 효율적으로 활용하여 인터쿨러 장치의 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상기 차량의 배기계 냉각장치(100)는 메인 인터쿨러(10)와, 에어 덕트유닛(30)과, 서브 인터쿨러(70)를 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 상기 메인 인터쿨러(10)는 터보차져(1)를 통해 과급되며 흡기 매니폴드(5)로 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 것이다.

이러한 메인 인터쿨러(10)는 엔진 룸에서 전방 측에 배치되며, 당 업계에서 널리 알려진 에어댐 타입의 인터쿨러 장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 메인 인터쿨러(10)는 연결 호스로서의 제1 연결라인(11)을 통해 터보차져(1)와 연결되며, 제2 연결라인(12)을 통해 흡기 매니폴드(5)와 연결되게 설치된다.

본 실시예에서, 상기 에어 덕트유닛(30)은 예를 들어 FR 엔진의 특성상 차량의 주행 시 라디에이터 그릴이나 범퍼커버의 하부에 형성된 개구홀을 통해 엔진 룸으로 유입되는 주행풍이 벨트 보기류 등에 의해 막혀 배기 계통의 배기 매니폴드(3) 등으로 원활하게 유입되지 못하기 때문에, 이를 감안하여 주행풍을 배기 계통으로 원활하게 유입시킴으로써 그 배기 계통을 주행풍으로서 냉각시키기 위한 것이다.

상기 에어 덕트유닛(30)은 엔진 룸으로 유입되는 주행풍을 배기 계통의 배기 매니폴드(3)로 유도하기 위한 것으로서, 배기 매니폴드(3)와 상호 연결되게 구성된다.

이와 같은 에어 덕트유닛(30)은 엔진 룸으로 유입되는 주행풍을 가이드 하는 에어 가이드(31)와, 뒤에서 더욱 설명될 서브 인터쿨러(70)를 사이에 두고 에어 가이드(31)와 연결되는 에어 덕트관(33)을 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 서브 인터쿨러(70)는 엔진 룸의 레이아웃을 감안하여 메인 인터쿨러(10)의 사이즈를 증대시키지 않고도 메인 인터쿨러(10)의 효율을 증대시켜 터보차져 차량의 높은 출력에 대응하기 위한 것이다.

상기 서브 인터쿨러(70)는 메인 인터쿨러(10)와 연결되게 설치되며, 에어 덕트유닛(30)의 공기 유동 경로 상에 구성될 수 있다.

즉, 상기 서브 인터쿨러(70)는 작은 크기로서 터보차져(1)와 메인 인터쿨러(10)를 연결하는 제1 연결라인(11) 중간에 장착된다.

이러한 서브 인터쿨러(70)는 도 2에서와 같이, 터보차져(1)와 연결된 제1 연결라인(11)의 일 부분과 연결되는 유입부(71)와, 메인 인터쿨러(10)와 연결된 제1 연결라인(11)의 나머지 부분과 연결되는 유출부(73)와, 유입부(71) 및 유출부(73)와 각각 연결되는 다수열의 제1 및 제2 튜브(75, 77)와, 다수 열의 제1 튜브(75)와 제2 튜브(77)를 연결하는 연결부(79)를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 유입부(71)는 터보차져(1)와 연결되며 다수 열의 제1 튜브(75)를 통해 연결부(79)와 연결되고, 유출부(73)는 메인 인터쿨러(10)와 연결되며 다수 열의 제2 튜브(77)를 통해 연결부(79)와 연결될 수 있다.

여기서, 상기 연결부(79)는 다수 열의 제1 튜브(75)와 제2 튜브(77)를 연결하는 연결 통로를 형성하고 있다.

따라서, 상기한 서브 인터쿨러(70)는 터보차져(1)를 통해 과급된 공기가 유입부(71)로 유입되고, 다수 열의 제1 튜브(75)를 통해 연결부(79)로 유입되며, 그 연결부(79)를 통해 다수 열의 제2 튜브(77)로 유입되면서 유출부(73)를 통해 배출되며 메인 인터쿨러(10)로 유입될 수 있는 U자 형태의 공기 흐름을 형성하게 되는 것이다.

이 경우, 상기 서브 인터쿨러(70)는 U자 형태의 공기 흐름을 형성하므로, 본 실시예에서 U-타입의 인터쿨러로 정의할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 배기계 냉각장치(100)의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시에에 따른 차량의 배기계 냉각장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에서 터보차져(1)를 통해 과급된 비교적 높은 온도의 공기는 제1 연결라인(11)을 따라 유동하며 서브 인터쿨러(70)의 유입부(71)를 통해 다수 열의 제1 튜브(75)를 거쳐 연결부(79)로 유입되고, 그 연결부(79)를 통해 다수 열의 제2 튜브(77)를 거쳐 유출부(73)를 통해 배출되면서 1차적으로 냉각된다.

그리고, 상기 서브 인터쿨러(70)를 거치며 1차적으로 냉각된 공기는 제1 연결라인(11)을 통해 메인 인터쿨러(10)로 유입되면서 2차적으로 냉각된 상태에서 제2 연결라인(12)을 통해 흡기 매니폴드(5)로 유입되는 바, 본 실시예에서는 이렇게 냉각된 흡입 공기가 흡기 매니폴드(5)로 유입되면서 엔진의 출력을 향상시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 실시예에서는 U자 타입의 서브 인터쿨러(70)를 통해 흡입 공기를 1차적으로 냉각하고, 메인 인터쿨러(10)를 통해 2차적으로 냉각할 수 있으므로, 엔진 룸의 레이아웃 상 메인 인터쿨러(10)의 사이즈를 증대시키지 않고서도 메인 인터쿨러(10)의 효율을 증대시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 벨트 보기류 등이 배기 계통의 배기 매니폴드(3) 등으로 유입되는 주행풍을 막더라도 그 주행풍이 에어 덕트유닛(30)을 통해 배기 계통의 배기 매니폴드(3) 등으로 원활하게 유입됨으로써 배기 계통의 높은 온도를 주행풍으로서 냉각시킬 수 있다.

이러한 과정을 더욱 구체적으로 설명하면, 엔진 룸으로 유입되는 주행풍은 에어 덕트유닛(30)의 에어 가이드(31)에 가이드되면서 에어 덕트관(33)으로 유입되는데, 서브 인터쿨러(70)를 거치며 에어 덕트관(33)으로 유입된다.

그리고, 상기 에어 덕트관(33)으로 유입되는 주행풍은 배기 매니폴드(3)로 유입되면서 배기 계통을 냉각시킬 수 있게 된다. 상기한 과정에 서브 인터쿨러(70)는 에어 가이드(31)로 유입되는 주행풍에 의해 냉각될 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 엔진 룸으로 유입되는 주행풍을 에어 덕트유닛(30)을 통해 배기 계통으로 원활하게 유도하여 높은 온도의 배기 계통을 주행풍으로서 냉각시킬 수 있으므로, 배기 계통의 크랙 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 에어 덕트유닛(30)을 통해 주행풍으로서 배기 계통을 냉각시키면서 서브 인터쿨러(70)를 냉각시킬 수 있으므로, 주행풍을 효율적으로 활용하면서 메인 인터쿨러(10)의 효율도 증대시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10... 메인 인터쿨러 11... 제1 연결라인
12... 제2 연결라인 30... 에어 덕트유닛
31... 에어 가이드 33... 에어 덕트관
70... 서브 인터쿨러 71... 유입부
73... 유출부 75... 제1 튜브
77... 제2 튜브 79... 연결부

Claims (5)

1. 터보차져를 통해 과급되며 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 메인 인터쿨러;
   엔진 룸으로 유입되는 주행풍을 배기 매니폴드로 유도하기 위해 배기 매니폴드와 연결되게 설치되는 에어 덕트유닛; 및
   상기 메인 인터쿨러와 연결되게 설치되며, 상기 에어 덕트유닛의 공기 유동 경로 상에 구성되는 적어도 하나의 서브 인터쿨러
   를 포함하는 차량의 배기계 냉각장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 에어 덕트유닛은,
   상기 주행풍을 가이드 하는 에어 가이드와, 상기 서브 인터쿨러를 사이에 두고 상기 에어 가이드와 연결되는 에어 덕트관을 포함하여 이루어지는 차량의 배기계 냉각장치.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 메인 인터쿨러는 제1 연결라인을 통해 상기 터보차져와 연결되며, 제2 연결라인을 통해 상기 흡기 매니폴드와 연결되는 차량의 배기계 냉각장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 서브 인터쿨러는,
   상기 터보차져와 연결된 제1 연결라인의 일 부분과 연결되는 유입부와,
   상기 메인 인터쿨러와 연결된 제1 연결라인의 나머지 부분과 연결되는 유출부와,
   상기 유입부 및 유출부와 각각 연결되는 다수열의 제1 및 제2 튜브와,
   상기 제1 튜브와 제2 튜브를 연결하는 연결부를 포함하여 이루어지는 차량의 배기계 냉각장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 서브 인터쿨러는 U자 형태의 공기 흐름을 형성하는 차량의 배기계 냉각장치.

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