KR20140057386A - 배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러 및 배기가스 쿨러를 구비한 배기가스 재순환 시스템 - Google Patents

배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러 및 배기가스 쿨러를 구비한 배기가스 재순환 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 모터 차량의 배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러에 관한 것으로, 상기 배기가스 재순환 시스템은 전체 냉각강도(PG) 및 전체 압손계수(DG)를 갖는다. 배기가스 쿨러는: 적어도 하나의 냉각 덕트(22, 22') 및 적어도 하나의 추가 덕트(24, 24')를 갖는 적어도 하나의 냉각부(20, 20'); 냉각부들(20, 20') 중 적어도 하나를 우회하는 적어도 하나의 바이패스; 및 적어도 하나의 닫힘부재(42)를 갖는 배기가스 라우팅 장치(40)를 포함하며, 냉각 덕트(22, 22')는 제1 냉각강도(P1) 및 제1 압손계수(D1)를 갖고 추가 덕트(24, 24')는 제2 냉각강도(P2) 및 제2 압손계수(D2)를 갖는다. 제1 냉각강도(P1)는 제2 냉각강도(P2)보다 크고 제1 압손계수(D1)는 제2 압손계수(D2)보다 크다. 닫힘부재(42)는 전체 냉각강도(PG) 및/또는 전체 압손계수(DG)를 증가시키기 위하여 배기가스가 추가 덕트(24, 24')를 통해 흐르는 것을 거의 차단하기에 적합하다.

Description

배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러 및 배기가스 쿨러를 구비한 배기가스 재순환 시스템{EXHAUST GAS COOLER FOR AN EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM, AND AN EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM WITH SUCH AN EXHAUST GAS COOLER}
본 발명은 배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러 및 이러한 배기가스 쿨러를 포함하는 배기가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
본 기술 분야에서, 배기가스가 엔진의 청정 공기 측으로 부분적으로 유입됨에 따른 오염물질의 배출을 피하기 위한 엔진 기술이 알려져 있다. 따라서, 엔진의 동작 상태에 따라 배기가스를 냉각하는 것이 요구된다. 특히, 낮은 엔진 온도 및/또는 낮은 엔진 로드(load)에서 동시에 배기가스를 냉각시키는 것은 원치 않는다. 이러한 목적을 위해서, 바이패스(bypass)가 쿨러를 우회하도록(bypassing) 구비되며, 적절한 밸브 설정은 얼마만큼 배기가스를 바이패스 및 쿨러 각각을 통해 흐르게 할 것인지를 제어한다.
이러한 구성의 쿨러는 유럽특허공개공보 EP 1 277 945 A1에 개시되었다. 쿨러는 냉각재를 공급 및 방출하는 포트들을 구비한 하우징을 포함한다. 또한, 바이패스 파이프는, 재순환된 배기가스를 적어도 부분적으로 배이패스 파이프를 통해 흐르게 하여 냉각되지 않도록 하는 방식으로, 쿨러를 우회하도록 구비된다.
본 발명의 목적은 추가의 수행지점(duty point)을 갖는 배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 특허청구범위의 청구항 1에 따른 배기가스 쿨러와 청구항 11에 따른 배기가스 재순환 시스템을 제안한다. 본 발명에 따른 배기가스 쿨러의 바람직한 실시예들은 청구항 2 내지 10으로 설명된다.
본 발명에 따르면, 특히 모터 차량의 배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러는 전체 냉각강도(total cooling power) 및 전체 압손계수(total pressure loss coefficient)를 포함한다. 배기가스 쿨러는, 적어도 하나의 냉각 덕트(cooling duct) 및 적어도 하나의 추가 덕트(additional duct)를 구비한 적어도 하나의 냉각부(cooling portion), 적어도 하나의 냉각부 중 하나를 우회하는 적어도 하나의 바이패스(bypass), 및 적어도 하나의 닫힘부재(closing member)를 구비한 배기가스 라우팅 장치(exhaust gas routing device)를 포함한다. 적어도 하나의 냉각 덕트는 제1 냉각강도 및 제1 압손계수를 포함하며, 적어도 하나의 추가 덕트는 제2 냉각강도 및 제2 압손계수를 포함한다. 제1 냉각강도는 제2 냉각강도보다 크고, 및/또는, 제1 압손계수는 제2 압손계수보다 크다. 닫힘부재는 추가 덕트 내로 배기가스의 흐름을 대부분 차단함으로써 전체 냉각강도 계수 및/또는 전체 압손계수를 증가시킬 수 있다.
본 실시예는, 추가의 제3 수행지점이 구비되어, 만약 이 제3 수행지점이 예를 들어 추가의 판매 시장에서 요구되지 않으면, 청구항 1의 수단에서 예를 들어 표준 편향 매니폴드(standard deflecting manifold)와 같은 일반적인 배기가스 라우팅 장치로 배기가스 라우팅 장치를 대체하도록, 용이하게 제거될 수 있는 이점을 가진다. 앞의 두 수행지점들은 이러한 교환에 영향을 받지 않는다. 프리쿨러(precooler)의 활용이 선행될 수 있다. 따라서, 가볍고 컴팩트한 디자인의 배기가스 쿨러가 가능하다.
높은 냉각강도는 배기가스의 낮은 출구 온도가 안정된 입구 온도로 냉각되도록 한다. 압손계수는 부품(component)을 통한 특정 흐름을 유지하기 위해 유입과 유출 사이에 압력 차이가 요구된다는 것을 알려준다.
바람직하게, 배기가스 쿨러는 배기가스에 의해 독립적으로 흐르기에 적합하고 서로 평행한 적어도 두 개의 덕트를 구비하며, 제1 도관은 냉각 덕트에 연결되고 제2 도관은 추가 덕트에 연결되며, 닫힘부재는 제2 도관 내에 배치된다. 바람직하게 제1 도관 및 제2 도관은 벽에 의해 분리된다.
본 실시예는, 닫힘부재의 열림 및 닫힘이 제2 도관의 흐름 공간에 영향을 주지 않으며, 이로 인해 냉각부의 압손계수가 닫힘부재를 열고 닫는 데에 있어 영향을 받지 않는 이점이 있다. 이 실시예는 또한, 냉각 덕트에 의해 배기가스 라우팅 장치로 공급된 배기가스가 추가 덕트에 의해 공급된 배기가스의 독립적인 추가 냉각부로 공급될 수 있는 이점을 갖는다.
바람직하게, 닫힘부재는 해치(hatch) 또는 밸브로서 구성된다. 바람직하게, 닫힘부재는 스트로크 밸브로서 배열된다.
바람직한 실시예에서, 배기가스 쿨러는 배기가스 라우팅 장치를 통해 연결된 두 냉각부들을 포함한다.
배기가스 라우팅 장치는 배기가스에 의해 서로로부터 독립적으로 흐를 수 있는 적어도 두 개의 평행한 덕트들을 포함하면 닫힘부재는 제2 도관 내에 배치되며, 냉각부에 의해 추가 덕트를 통해 제2 도관에 배기가스가 공급되면 배기가스는 제2 냉각부의 추가 덕트로 흘러가, 두 냉각부를 갖는 실시예는 특히 이점적이다. 따라서, 닫힘부재의 닫음은 배기가스 라우팅 장치의 위쪽 방향의 제1 냉각부의 추가 덕트 내로의 배기가스의 흐름과, 배기가스 라우팅 장치의 아래 방향의 제2 냉각부의 추가 덕트 내로의 배기가스의 흐름을 동시에 방해하게 한다.
배기가스 쿨러의 바람직한 실시예에서, 배기가스 라우팅 장치를 결합하는 연결 표면을 형성하기 위하여, 냉각부들은 동일 평면을 이룬다.
이 실시예는 배기가스 라우팅 장치가 두 냉각부들 사이에 쉽게 배치될 수 있는 이점적인 효과를 가진다. 또한 이 실시예는 필요에 따라 배기가스 라우팅 장치가 제3 수행지점을 비활성화하기 위해서 간단한 편향 매니폴드에 의해 대체되도록 한다. 바람직하게, 배기가스 쿨러는 U자형 쿨러로 형성된다.
선택적으로, 쿨러는 또한 I자형 쿨러로 형성될 수 있다.
바람직하게, 배기가스 쿨러는 닫힘부재가 적어도 하나의 냉각부의 추가 덕트를 닫는 것을 특징으로 한다.
이 실시예는 닫힘부재가 냉각부의 아래방향 또는 윗방향에 배치됨에 따라 독립적으로 추가 덕트를 통해 흐르는 배기가스의 흐름을 차단하는 기술적 효과를 갖는다.
바람직하게, 배기가스 쿨러는 유입 방향 및 유출 방향에 의해서, 유입 방향이 유출 방향에 거의 평행하고 바람직하게는 이와 반대 방향으로 연장하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 냉각 덕트는 바람직하게 파동형 방식(wavelike manner)으로 형성되고 더 바람직하게는 냉각 채널의 전체 길이 이상으로 연장하는 냉각부재를 구비한다. 냉각부재는 또한 터뷸레이터(tubulator)로서 설계될 수 있다. 바람직하게, 냉각부재는 또한 "웰핀(wellfin)" 또는 "윈렛(winlet)"으로 설계될 수 있다. 바람직하게, 냉각부재는 냉각 덕트를 통해 흐르는 배기가스의 난류(turbulence)를 유발하기에 적합하다.
이 실시예는 냉각 덕트들의 향상된 냉각강도를 제공한다. 또한, 이 실시예에서 추가 덕트는 추가 냉각부재를 삽입함으로써 냉각 덕트로 변형될 수 있다. 반대로, 냉각 덕트는 냉각부재를 제거함으로써 추가 덕트로 변형될 수 있다. 이러한 변형의 실시예는 다른 냉각강도를 갖는 서로 다른 수행지점들이 추가의 구성적 노력이나 냉각부에 요구되는 일반적 설계를 변화하지 않고 제공될 수 있다는 이점을 갖는다. 배기가스 라우팅 장치, 특히 닫힘부재는 단지 상황에 따라 적용되기를 필요로 할 뿐이다.
바람직하게, 냉각 덕트 및 추가 덕트는 실질적으로 동일한 횡단면을 갖는다. 이 실시예에서, 냉각 덕트들은 추가 덕트들로, 또한 그 반대로도 변형될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 횡단면은 냉각 덕트 및/또는 추가 덕트의 전체 길이에 대하여 거의 일정하다. 압손은 냉각 덕트 또는 추가 덕트에 의해 유발되고 부품을 통해 흐르는 횡단면에 따라 얻어질 수 있기 때문에, 일정한 횡단면은 요구되는 압손을 달성하기 위하여 요구되는 길이 계산을 가능하게 한다.
바람직하게, 횡단면은 거의 직사각형이다. 바람직하게, 횡단면은 신장된 홀(elongated hole)의 모양을 갖는다.
본 발명에 따른 배기가스 재순환 시스템은 본 발명에 따른 배기가스 쿨러를 포함한다.
본 발명에 따른 배기가스 쿨러와 본 발명에 따른 배기가스 재순환 시스템의 자세한 사항 및 이점들은 아래에서 바람직한 예시적인 실시예들의 설명을 통해 자명해질 것이다. 예시적 실시예들을 도시한 개략적인 도면들이 도시된다.
본 명세서에 포함되어 있음.
도 1은 제1 실시예에 대응하는 본 발명에 따른 배기가스 쿨러의 개략적인 도면이다.
도 1a는 제1 실시예에 대응하는 본 발명에 따른 배기가스 쿨러의 냉각부의 상세도이다.
도 2는 제1 실시예에 대응하는 본 발명에 따른 배기가스 쿨러의 배기가스 라우팅 장치의 개략적인 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 대응하는 본 발명에 따른 배기가스 쿨러의 유입 방향 및 유출 방향을 가로지르는 단면도이다.
도 4는 닫힘부재가 열림 위치에 있는 제2 실시예에 대응하는 본 발명에 따른 배기가스 쿨러의 유입 방향 및 유출 방향을 가로지르는 단면도이다.
도 5는 닫힘부재가 닫힘 위치에 있는 제2 실시예에 대응하는 본 발명에 따른 배기가스 쿨러의 유입 방향 및 유출 방향을 가로지르는 단면도이다.
본 발명에 따른 배기가스 쿨러(10)는 적어도 하나의 냉각부(20, 20'), 적어도 하나의 바이패스(미도시), 및 배기가스 라우팅 장치(40)를 포함한다.
도면에 도시된 예시적 실시예들 모두에서, 배기가스 쿨러(10)는 배기가스 라우팅 장치(40)를 통해 연결된 두 개의 냉각부들(20, 20')로 구성된다. 배기가스 라우팅 장치(40)는 제1 냉각부(20) 및 제2 냉각부(20') 사이에 배치된다(interposed). 냉각될 배기가스는 유입 방향(E)을 따라 제1 냉각부(20)로 들어와 유출 방향(A)을 따라 제2 냉각부(20')를 빠져나간다. 배기가스 라우팅 장치(40)는 바람직하게 배기가스의 흐름 방향에 역방향이다. 따라서, 배기가스 쿨러(10)는 특히 최소의 요구 공간으로 제조될 수 있는 소위 U자형 쿨러로서 형성될 수 있다.
배기가스 라우팅 장치(40)는 구동 부재(43)에 의해 구동될 수 있는 닫힘부재(42)를 포함한다.
닫힘부재(42)는 냉각부들(20, 20') 중 하나의 적어도 하나의 추가 덕트(24, 24')를 통해 흐르는 배기가스를 차단하기에 적합하다. 바람직한 방식으로, 닫힘부재(42)는, 특히 제2 실시예의 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 냉각부들(20, 20') 모두의 추가 덕트(24, 24')를 닫는다.
바람직한 실시예에서, 배기가스 라우팅 장치(40)는 배기가스 라우팅 장치(40)를 제1 도관(44) 및 제2 도관(46)으로 분리하는 벽(47)을 포함한다. 배기가스 쿨러(10)의 이 실시예에서, 닫힘부재(42)는 오직 냉각부들(20, 20') 모두 중 적어도 하나의 추가 덕트(24, 24') 만을 닫는다. 양 도관들(44, 46)의 분리에 기인하여, 도관(46)의 입구 또는 출구 중 하나를 닫도록 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 두 도관들(44, 46)은 벽(47)에 의해 형성된다.
도 4 및 5에 도시된 실시예에서, 벽(47)은 제공되지 않는다. 그러므로, 두 냉각부들(20, 20') 사이에 배치된 배기가스 라우팅 장치(40)의 닫힘부재(42)는 제1 냉각부(20)의 추가 덕트(24)의 출구를 닫음과 동시에 제2 냉각부(20')의 추가 덕트(24')의 입구를 닫는다.
배기가스 라우팅 장치(40)는 배기가스의 흐름 방향으로 제1 냉각부(20) 및 제2 냉각부(20') 사이에 배치된다(interposed). 제1 냉각부(20)의 출구 개방부를 형성하는 표면 및 제2 냉각부(20')의 입구 개방부를 형성하는 표면은 함께 연결 표면(30)을 구성하며, 이 연결 표면(30)을 따라 배기가스 라우팅 장치(40)가 배치된다. 이를 통해, 이 실시예에서 배기가스 라우팅 장치(40)는 연결 표면(30) 상에 배기가스 라우팅 장치(40)를 올려놓는 간단한 방식으로 제1 냉각부(20) 및 제2 냉각부(20') 사이에 배치될 수 있다.
제1 실시예를 구체적으로 도시한 도 1a를 참조하면, 냉각부(20, 20')는 5개의 냉각 덕트(22, 22') 및 추가 덕트(24, 24')를 각각 포함한다. 5개의 냉각 덕트들(22, 22') 내에는 냉각 부재(25)가 각각 구비되어, 냉각 덕트들(22, 22')를 통해 흐르는 배기가스의 난류(turbulence)를 유발하며, 이로써 냉각 덕트들(22, 22')의 냉각강도를 증가시킨다. 도면들에 도시된 양 실시예들에서, 냉각 덕트들(22, 22')은 오로지 냉각 부재(25)의 존재 또는 부재에 의해 추가 덕트들(24, 24')과 구별된다. 그 외에 냉각 덕트들(22, 22') 및 추가 덕트들(24, 24')의 횡단면은 동일하다. 특히 도 1a를 참조하면, 냉각 덕트들(22, 22') 및 추가 덕트들(24, 24')은 실질적으로 거의 직사각형인, 바람직하게는 신장된 홀의 모양을 갖는 횡단면을 갖는다.
배기가스 쿨러(10)의 이 실시예는 다양한 방식으로 냉각 덕트(22, 22')로부터 대응하는 냉각 부재(25)를 제거함으로써, 냉각 덕트들(22, 22')이 추가 덕트들(24, 24')로 변형되도록 한다. 역으로, 추가 덕트(24, 24')는 냉각 부재(25)를 추가 덕트(24, 24')에 삽입함으로써 냉각 덕트(22, 22')로 변형될 수 있다. 따라서, 배기가스 쿨러(10)는 추가 덕트들(24, 24')로 사용되는 덕트들(22, 22', 24, 24')의 수를 변화시킴에 따라 다른 수행지점들로 설정될 수 있다.
특히, 배기가스 쿨러(10)의 다양한 요구를 갖는 다양한 판매 시장용의 모터 차량에 배기가스 쿨러(10)가 설치될 때 배기가스 쿨러(10)가 바람직하게 활용된다. 그러면, 냉각 덕트들(22, 22') 및 추가 덕트들(24, 24'), 그리고 냉각부(20, 20')의 길이는, 냉각부들(20, 20')이 청구항 1의 배기가스 라우팅 장치(40) 대신 표준 편향 매니폴드(바이패스 파이프에 의해 제공된 수행지점을 포함하는)에 연결될 때, 두 개의 수행지점들이 판매 시장들 중 하나의 요구를 따르도록 제공될 수 있도록 하는 방식으로 선택된다. 만약 추가적인 판매 시장이 있다면, 추가적인 수행지점은 더 높은 냉각강도를 허용하도록 요구되며, 표준 편향 장치는 배기가스 라우팅 장치(40)에 의해 대체되어, 제3 수행지점이 간단한 방식으로 제공된다.
예시적인 활용을 위해, 배기가스 쿨러(10)는 450°의 온도에서 시간당 100kg의 배기가스가 공급된다. 쿨러의 바깥쪽을 향하는 표면의 온도는 95°이다. 배기가스 쿨러(10)가 개방된 닫힘부재(42)(수행지점 2)로 구동되면, 27.5mbar의 압손이 201°의 배기가스 출구 온도에서 달성된다. 닫힘부재(42)가 닫힌 경우(수행지점 3), 53mbar의 압손이 달성되며, 출구 온도는 단지 174°이다. 따라서, 전체 냉각강도(PG)는 실질적으로 닫힘부재(42)가 닫힌 경우보다 열린 경우에 더 낮다.
10 배기가스 쿨러
20 냉각부
20' 냉각부
22 냉각 덕트
22' 냉각 덕트
24 추가 덕트
24' 추가 덕트
25 냉각 부재
30 연결 표면
40 배기가스 라우팅 장치
42 닫힘부재
43 열림 부재
44 도관
46 도관
47 벽
E 유입 방향
A 유출 방향
PG 전체 냉각강도
P1 냉각강도
P2 냉각강도
DG 전체 압손계수
D1 압손계수
D2 압손계수

Claims (11)

  1. 전체 냉각강도(PG) 및 전체 압손계수(DG)를 갖는 특히 모터 차량용 배기가스 재순환 시스템을 위한 배기가스 쿨러로서,
    적어도 하나의 냉각 덕트(22, 22') 및 적어도 하나의 추가 덕트(24, 24')를 구비한 적어도 하나의 냉각부(20, 20');
    적어도 하나의 냉각부(20, 20') 중 하나를 우회하는 적어도 하나의 바이패스;
    적어도 하나의 닫힘부재(42)를 구비한 배기가스 라우팅 장치(40);
    제1 냉각강도(P1) 및 제1 압손계수(D1)를 갖는 적어도 하나의 냉각 덕트(22, 22'), 및 제2 냉각강도(P2) 및 제2 압손계수(D2)를 갖는 적어도 하나의 추가 덕트(24, 24')를 포함하며,
    제1 냉각강도(P1)는 제2 냉각강도(P2)보다 크고, 제1 압손계수(D1)는 제2 압손계수(D2)보다 크며,
    전체 냉각강도(PG) 계수 및 전체 압손계수(DG)는 닫힘부재(42)가 추가 덕트(24, 24')로의 배기가스의 흐름을 거의 차단할 때 증가하는 배기가스 쿨러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    배기가스 라우팅 장치(40)는 배기가스가 독립적으로 흐르기에 적합하며 평행하게 달리는 적어도 두 개의 도관(44, 46)를 가지며,
    제1 도관(44)은 냉각 덕트(22, 22')에 연결되고 제2 도관(46)은 추가 덕트(24, 24')에 연결되며,
    닫힘부재(42)는 제2 도관(46) 내에 배치되는 배기가스 쿨러.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    두 개의 냉각부(20, 20')는 배기가스 라우팅 장치(40)를 통해 연결되는 배기가스 쿨러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    냉각부(20, 20')는 배기가스 라우팅 장치(40)를 결합하는 연결 표면(30)을 형성하기 위해 동일 평면인 배기가스 쿨러.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    닫힘부재(42)는 적어도 하나의 냉각부(20, 20')의 추가 덕트(24, 24')를 닫는 배기가스 쿨러.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유입 방향(E)은 유출 방향(A)에 평행하고 바람직하게 유출 방향(A)에 반대 방향으로 연장하는 배기가스 쿨러.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 덕트(22, 22')는 냉각 부재(25)를 구비하며, 냉각 부재는 바람직하게 파도형으로 형성되고, 더 바람직하게, 냉각 덕트(22, 22')의 전체 길이에 걸쳐 연장하는 배기가스 쿨러.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 덕트(22, 22') 및 추가 덕트(24, 24')는 실질적으로 동일한 횡단면을 갖는 배기가스 쿨러.
  9. 제 8 항에 있어서,
    횡단면은 냉각 덕트(22, 22') 및/또는 추가 덕트(24, 24')의 전체 길이에 걸쳐 거의 일정한 배기가스 쿨러.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    횡단면은 실질적으로 직사각형인 배기가스 쿨러.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 쿨러를 포함하는 배기가스 재순환 시스템.
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