KR20140134322A

KR20140134322A - 과급 공기 냉각 장치

Info

Publication number: KR20140134322A
Application number: KR1020147028405A
Authority: KR
Inventors: 파이트 브루게서; 올리버 피셔; 위르겐 슈텔리그
Original assignee: 말레 인터내셔널 게엠베하
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2014-11-21
Also published as: WO2013135546A1; CN104114831B; CN104114831A; US9951677B2; KR101982138B1; EP2825742A1; DE102012204121A1; EP2825742B1; US20150075750A1

Abstract

본 발명은 특히 차량의 내연 기관(5)의 신기(fresh air) 시스템(4)을 위한 과급 공기 냉각 장치에 관한 것으로, 이 과급 공기 냉각 장치는, 과급 공기 덕트(6)를 포함하는 하우징(2); 및 내부 냉각제 경로(8) 및 외부 과급 공기 경로(9)를 갖는 열교환기(3)를 가지며, 하우징(2)은 장착 개구(10)를 가지며, 이 장착 개구를 통해 열교환기(3)가 이 열교환기(3)의 길이 방향(11)으로 하우징(2) 안으로 밀려 들어갈 수 있고, 따라서, 밀려 들어간 상태에서, 상기 과급 공기 덕트(6)는 과급 공기 경로(9)를 통과하며, 하우징(2)은 열교환기(3)를 수용하는 수용 영역(47)에서 적어도 하나의 벽(13; 48)을 가지며, 이 벽(13; 48)은 탄성적으로 설계되어 있으며, 열교환기(3)가 수용 영역(7) 안으로 밀려 들어가면, 벽은 열교환기(3)가 수용 영역(47) 안으로 밀려 들어가 있지 않을 때 나타나는 이완 상태로부터, 열교환기(3)가 수용 영역(47) 안으로 밀려 들어가 있을 때 나타나는 긴장 상태로 변하며, 벽(13; 38)에 의해 한정되는 수용 영역(47)의 내측 단면(16; 49)은 긴장 상태에서는 이완 상태와 비교하여 탄성적으로 넓어지며 또한 프리스트레스(prestressed) 방식으로 열교환기(3)의 외측 단면(50)에 직접 지탱된다.

Description

과급 공기 냉각 장치{CHARGE-AIR COOLING DEVICE}

본 발명은 특히 차량에 배치되는 내연 기관의 신기(fresh air) 시스템을 위한 과급 공기 냉각 장치에 관한 것이다.

과급 공기 냉각 장치는, 신기가 내연 기관의 연소실에 공급되기 전에, 과급식 내연 기관에서 과급으로 가열되는 신기를 냉각하는데 필요하다. 이에 의해, 과급 공기의 집단 유동(mass flow)이 증가될 수 있으며, 동시에 연소 온도 및 배출량이 감소될 수 있다.

통상적으로, 과급 공기 냉각 장치는 과급 공기 덕트를 포함하는 하우징을 포함하는데, 이 하우징은 내연 기관의 신기 시스템에 결합될 수 있고, 따라서 그 신기 시스템의 신기 흐름이 하우징의 신기 덕트를 관류하게 된다. 또한, 과급 공기 냉각 장치는 보통 열교환기를 포함하는데, 이 열교환기는 내부 냉각제 경로 및 외부 과급 공기 경로를 갖는다. 여기서, 열교환기가 하우징 안에 배치되기 때문에, 열교환기의 외부 과급 공기 경로는 과급 공기 덕트에 결합되고, 과급 공기 덕트에서 안내되는 과급 공기의 흐름은 필연적으로 열교환기의 과급 공기 경로를 통해 안내된다. 내부 냉각제 경로에는 냉각제가 순환한다. 열교환기는 예컨대 내연 기관의 냉각 회로에 연결될 수 있기 때문에, 내연 기관의 냉각 회로의 냉각제는 또한 열교환기의 냉각제 경로를 관류하게 된다. 마찬가지로, 열교환기는 또한 별도의 냉각 회로에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 과급 공기로부터 열이 추출될 수 있다.

하우징 안에 열교환기를 수용할 수 있는 다양한 방안이 있다. 예컨대, 하우징은 여러 개, 예컨대 2개의 하우징 쉘로 이루어질 수 있는데, 그래서 열교환기는, 하우징을 폐쇄하기 위해 제 2 하우징 쉘이 제 1 하우징 쉘에 고정 연결되기 전에, 제 1 하우징 쉘 안으로 삽입될 수 있다. 대안적으로, 하우징에 장착 개구를 제공하는 것도 마찬가지로 가능한데, 이 장착 개구를 통해 열교환기를 이 열교환기의 길이 방향으로 하우징 안으로 밀어 넣을 수 있다. 밀려 들어간 상태에서, 과급 공기 덕트는 과급 공기 경로를 통과하게 된다.

특정의 장착 유형 또는 제조 유형에 상관 없이, 과급 공기의 유동에 대한 누설이 가능한 한 적게 되도록 열교환기를 하우징 안에 배치해야 하는 과제가 존재하게 되는데, 그 누설에 의해 과급 공기 유동이 열교환기 또는 과급 공기 경로를 우회할 수 있다. 그러한 누설은 예컨대 열교환기를 밀어 넣을 때 선두가 되는 그 열교환기의 길이 방향 단부의 영역, 즉 열교환기의 후방 기부에서 일어날 수 있다. 이러한 누설을 방지하기 위해, 예컨대 별도의 시일링 요소에 의해 동작하고 이에 의해 제조하는데 상대적으로 많은 비용이 들게 되는 시일링 수단이 기본적으로 있을 수 있다.

본 발명은, 서두에서 언급한 종류의 과급 공기 냉각 장치에 대해, 특히 저렴하게 제조될 수 있는 것에 의해 개선된 실시 형태를 제안하는 과제를 다루고 있다. 또한, 추가로 과급 공기 유동에 대한 누설을 방지하기 위해 충분한 시일을 이룰 수 있어야 한다.

본 과제는 본 발명에서 특히 독립 청구항의 내용으로 해결된다. 유리한 실시 형태들은 종속 청구항들의 내용이다.

본 발명은, 열교환기가 밀려 들어갈 때 그 열교환기를 수용하는 수용 영역에서 하우징에 적어도 하나의 탄성 벽을 제공하는 일반적인 아이디어에 기초하고 있는데, 열교환기가 수용 영역 안으로 밀려 들어가면, 탄성 벽은 열교환기가 수용 영역 안으로 밀려 들어가 있지 않을 때 나타내는 이완 상태로부터 열교환기가 수용 영역 안으로 밀려 들어가 있을 때 나타내는 긴장(stressed) 상태로 변하게 된다. 편리하게는, 벽에 의해 한정된는 수용 영역의 내측 단면이 이완 상태와 비교하여 긴장 상태에서 탄성적으로 넓어지고, 프리스트레스(prestressed) 방식으로 열교환기의 외측 단면에 대해 직접 지탱되도록, 수용 영역에서 하우징과 열교환기가 서로 조화를 이룬다. 프리스트레스식 지탱을 통해, 하우징과 열교환기 사이의 충분한 시일을 실현하는 것이 간단하게 된다. 여기서, 벽과 열교환기 사이의 접촉 영역에는 기본적으로 별도의 요소로 설계된 시일이 없어도 되는 실시 형태가 바람직하다.

적어도 탄성 벽의 영역에서, 바람직하게는 플라스틱이 되는 하우징 재료는, 보통 금속 재료로 이루어진 열교환기와의 직접적인 접촉으로 충분한 시일을 실현하는데 특히 적합하도록 선택될 수 있다. 또한, 과급 공기 덕트를 향하는 내측면에서 적어도 각 탄성 벽의 영역에서 예컨대 2-성분 기술로 하우징에 시일링 재료, 예컨대 고무형 탄성중합체 플라스틱으로 코팅하거나 또는 하우징을 그러한 재료로 형성하는 것도 특히 가능하다.

일 유리한 실시 형태에 따르면, 하우징의 탄성 벽은 수용 영역에서 과급 공기 덕트를 바람직하게는 횡으로 통과하는 열교환기의 길이 방향에 평행하게 연장되어 있는 덕트 벽으로 형성될 수 있으며, 긴장 상태에서 그 덕트 벽은 열교환기의 바람직하게는 평평한 길이 방향 측부에 접촉하게 된다. 그러므로, 특히 각 측벽의 영역에서는 별도의 시일이 필요 없다.

여기서, 이완 상태에서 각각의 덕트 벽은 과급 공기 덕트 쪽으로 볼록하게 만곡되어 있으며 그리고/또는 과급 공기 턱트에서 서로 맞은 편에 있는 두 개의 덕트 벽이 제공되며 긴장 상태에서 그들 덕트 벽은 서로 반대쪽을 향하는 열교환기의 두 길이 방향 측부에 접촉되는 실시 형태가 바람직하다.

다른 실시 형태에서, 본 발명은, 장착 개구의 맞은 편에서 하우징에 오목부를 제공하는 일반적인 아이디어에 기초하고 있는데, 그 오목부는 측방에서 오목벽에 의해 둘러싸여 있고 하우징 안에 배치되며, 또한 열교환기는 그의 후방 기부로 밀려 들어갈 때 오목부 안으로 들어갈 수 있도록 열교환기에 적합하게 되어 있다. 장착 상태에서 열교환기는 밀려 들어간 상태를 취하게 되는데, 이 상태에서 열교환기의 후방 기부는 하우징의 오목부에 결합하게 된다. 오목부에 후방 기부를 수용함으로써, 그 후방 기부의 영역에서 누설이 상당히 감소된다. 추가로, 후방 기부와 오목부 사이에 비교적 간단한 시일링 수단이 실현될 수 있다. 예컨대, 둘레 방향 시일이 제공될 수 있는데, 이 시일은 오목벽에 대해 후방 기부를 시일링한다. 그러나, 후방 기부의 영역에서는 기본적으로 별도의 요소로 설계된 시일이 없어도 되는 실시 형태가 바람직하다. 특히 유리한 실시 형태에서, 오목벽은 탄성적으로 설계되어 있으며, 그래서 후방 기부가 오목부 안으로 밀려 들어가면, 오목벽은 이완 상태(후방 기부가 오목부 안으로 밀려 들어가 있지 않을 때 나타남)로부터 후방 기부가 오목부 안으로 밀려 들어가 있을 때 나타내는 긴장 상태로 변하게 된다. 긴장 상태에서, 오목벽으로 둘러싸여 있는 오목부의 내측 단면은 이완 상태와 비교하여 탄성적으로 넓어지는데, 즉 확대되어, 긴장 상태에서 내측 단면은 프리스트레스 방식으로 후방 기부의 외측 단면에 직접 지탱된다. 후방 기부와 오목벽 사이의 이러한 프리스트레스식 직접 접촉으로 인해 상당한 시일링 효과가 얻어지게 되어, 기본적으로 이 영역에서는 별도의 시일이 필요 없다.

유리한 다른 개량예에 따르면, 밀려 들어간 상태에서 후방 기부는 이제 플레이와 무관하게 오목부에 결합할 수 있다. 열교환기의 길이 방향에 대한 반경 방향으로 플레이와 무관하게 되므로, 개선된 시일링 효과가 얻어진다. 추가적으로 또는 대안적으로, 후방 기부는 밀려 들어간 상태에서 추가적인 또는 별도의 시일이 없이 오목부에 결합할 수 있다. 그러므로, 후방 기부의 영역에서는 구성 요소, 즉 별도의 시일이 필요 없으며, 이에 의해, 본 명세서에서 제공된 방안은 특히 저렴하게 실현될 수 있다.

다른 유리한 실시 형태에서, 오목벽은 폐쇄된 둘레 방식으로 후방 기부의 외측 단면에 지탱될 수 있다. 이렇게 해서, 후방 기부의 영역에서 누설의 위험이 추가적으로 감소될 수 있다. 바람직하게는, 오목벽은 후방 기부의 외측 단면에 납작하게 지탱되며, 그리하여 특히 갭 시일(gap seal)에 있어서의 시일링 효과가 추가적으로 개선된다.

다른 유리한 실시 형태에 따르면, 후방 기부는 실질적으로 직사각형인 외측 단면을 가질 수 있다. 실질적으로 직사각형인 외측 단면은, 4개의 코너를 통해 서로 연결되는 4개의 곧은 변을 특징으로 하는데, 코너는 예컨대 제조상의 이유로 둥글게 될 수도 있다. 후방 기부가 직사각형 외측 단면을 가지면, 오목벽은 편리하게는 4개의 코너 영역을 통해 서로 연결되는 4개의 길이 방향 부분을 갖게 된다. 이완 상태에서 오목벽의 길이 방향 부분은 내측 단면 쪽으로 볼록하게 만곡될 수 있거나 직선형일 수 있다. 긴장 상태에서 오목벽의 길이 방향 부분은 실질적으로 직선형이거나 또는 이완 상태와 비교하여 더 작은 곡률로 내측 단면 쪽으로 볼록하게 만곡된다. 오목벽의 탄성을 통해, 이 오목벽은 이완 상태로부터 긴장 상태로 변할 때 탄성 변형될 수 있는데, 특히 둘레 방향으로 긴장되며, 이완 상태에서 안쪽으로 만곡되어 있거나 곧게 되어 있는 오목벽의 길이 방향 부분은, 긴장 상태로 변할 때 긴장을 받는 탄성 요소로서 작용하게 된다. 프리스트레싱을 통해, 열교환기의 유입측과 열교환기의 유출측 사이에 더 큰 압력차가 있는 경우에도 오목벽과 후방 기부 사이의 접촉이 보장될 수 있다.

다른 유리한 실시 형태에 따르면, 열교환기는 후방 기부의 맞은 편에서 다른 길이 방향 단부에서 전방 기부를 가질 수 있으며, 이 전방 기부는 냉각제 입구 및 냉각제 출구를 포함한다. 여기서 이들 냉각제 입구와 냉각제 출구는 내부 냉각제 경로와 유체 연결되어 있다. 냉각제 연결부가 전방 기부에 위치됨으로 해서, 후방 기부가 시일링되면서 오목부 안에 수용되는 것이 간단하게 된다.

특히 유리한 다른 개량예에 따르면, 전방 기부는 장착 상태에서 하우징의 장착 개구를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 장착 상태에서 전방 기부는 하우징의 일 구성품을 형성하여, 하우징의 외측 표면부의 일 영역은 전방 기부의 외측부로 형성된다. 이렇게 해서, 장착 개구를 폐쇄하기 위한 별도의 덮개가 필요 없다.

그러나, 대안적으로, 장착 개구를 폐쇄하기 위한 별도의 덮개가 제공되는 실시 형태도 가능한데, 그 덮개는 냉각제 연결부를 가지며, 덮개가 장착되면 그 냉각제 연결부는 냉각제 입구 및 냉각제 출구와 유체 연결된다.

다른 유리한 추가 개량예에서, 냉각제 입구 및 냉각제 출구는 내연 기관의 냉각 회로와 유체 연결되도록 되어 있다. 따라서, 열교환기는 차량의 기존 냉각 회로에 특히 간단하게 통합될 수 있다.

다른 유리한 실시 형태에서, 열교환기는, 유입측에서 과급 공기 덕트 안에 배치되는 유입측에서 길이 방향 단부들 사이에 있는 냉각기 공기 입구, 및 유입측의 맞은 편에 있는 유출측에서 과급 공기 덕트 안에서 유출측에 배치되는 냉각기 공기 출구를 가질 수 있다. 또한, 열교환기는 그의 길이 방향 단부 사이에서 그리고 유입측과 유출측 사이에서 상측부 및 이의 맞은 편에 있는 하측부를 가질 수 있다. 이제 상측부의 영역에서 또는 하측부의 영역에서 과급 공기 유동의 누설을 줄이기 위해, 상측부는 이제 하우징에 대해 상측 시일링 요소에 의해 시일링될 수 있으며, 추가적으로 또는 대안적으로 하측부는 하우징에 대해 하측 시일링 요소에 의해 시일링될 수 있다. 이러한 시일링 요소는 편리하게는 열교환기의 전체 길이에 걸쳐 있는데, 즉 전체 상측부를 따라 또는 전체 하측부를 따라 바람직하게는 전방 기부에서부터 후방 기부까지 열교환기의 길이 방향으로 연장되어 있다.

여기서, 상측 시일링 요소는 열교환기의 상측부에 고정되거나 또는 하측 시일링 요소가 열교환기의 하측부에 고정되는 실시 형태가 특히 편리하다. 따라서, 각각의 시일링 요소는 각 시일링 요소의 장착을 용이하게 하는 열교환기의 일 구성품이다.

다른 유리한 추가 개량예에서, 상측 시일링 요소는 하우징의 상측 영역과 함께 열교환기를 위한 길이 방향 가이드를 형성할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하측 시일링 요소는 하우징의 하측 영역과 함께 열교환기를 위한 길이 방향 가이드를 형성할 수 있다. 각각의 시일 및 관련된 하우징 영역의 도움으로 길이방향 가이드를 실현하면, 열교환기의 후방 기부가 오목부에 들어가도록 열교환기가 길이방향 가이드를 통해 하우징 안으로 특히 간단하게 밀려 들어갈 수 있기 때문에, 열교환기의 장착이 간단하게 된다.

여기서, 상측 시일링 요소가 위쪽으로 열려 있는 길이 방향 홈을 가지며 이 길이 방향 홈에는 하우징의 상측 영역이 결합하고 이를 위해 그 상측 영역이 상측 웨브로 되어 있는 다른 개량예가 특히 편리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하측 시일링 요소는 아래쪽으로 열려 있는 길이 방향 홈을 가질 수 있으며, 이 길이 방향 홈에는 하우징의 하측 영역이 결합하고 이를 위해 그 하측 영역은 하측 웨브로 되어 있다. 여기서 각각의 길이 방향 가이드는 설부 및 홈 가이드로 설계되어 있는데, 이 가이드는 또한 서랍 가이드로 설계될 수 있고, 특히 간단하게 실현될 수 있으며 또한 열교환기를 길이방향으로 효율적으로 안내할 수 있다는 특징이 있다.

다른 유리한 실시 형태에 따르면, 열교환기는 평관(flat tube) 열교환기로 되어 있을 수 있고, 여기서 여러 개의 제 1 평관이 서로 평행하게 입구 덕트로부터 방향 전환 덕트까지 이르며, 또한 여러 개의 제 2 평관이 서로 평행하게 방향 전환 덕트로부터 출구 덕트까지 이른다. 유리하게는, 방향 전환 덕트는 이제 후방 기부에 구성되어 있고, 입구 덕트 및 출구 덕트는 전방 기부에 구성된다. 이러한 유형의 구성을 통해, 열교환기는 과급 공기 경로에 대해 방향 전환 덕트를 시일링하기 위해 후방 기부의 영역에서 어떠한 시일링 수단도 필요로 하지 않는다. 또한, 그래서 냉각제 입구와 냉각제 출구는 동일한 기부, 즉 전방 기부에 간단하게 배치될 수 있는데, 이리하여 마찬가지로 시일링 수단이 간단하게 된다.

열교환기가 금속으로 되어 있고, 하우징이 플라스틱으로 만들어져 있는 실시 형태가 특히 유리하다. 금속 열교환기는, 특히 높은 열전달 능력을 가지며 또한 동시에 비교적 컴팩트하게 구성될 수 있다는 특징이 있다. 한편, 플라스틱 하우징은 특히 저렴하게 제조될 수 있다. 특히, 하우징을 플라스틱으로 만들면, 탄성적인 오목벽을 갖는 구성이 가능하게 된다. 플라스틱의 탄성으로 인해, 추가로 하우징을 존재할 수 있는 열적 이유로 인해 변하는 열교환기의 치수에 적합하게 할 수 있다.

하우징은 여러 개의 개별적인 과급 공기 관을 가지며 과급 공기 덕트가 그들 과급 공기 관 안으로 이어져 있으며 과급 공기 관은 내연 기관의 개별적인 실린더와 관련되어 있는 실시 형태가 유리하다. 이 경우, 과급 공기 냉각 장치의 하우징은 신기 시스템의 유출측 단부를 형성하고, 신기 시스템을 내연 기관의 공기 입구측에 연결하는 역할을 한다.

본 발명의 다른 중요한 특징 및 이점들은, 도면의 도움과 함께 종속 청구항, 도면 및 도면의 관련 설명으로부터 잘 알 수 있을 것이다.

위에서 언급한 그리고 아래에서 더 설명할 특징들은, 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이, 각각 제시된 조합 뿐만 아니라 다른 조합으로 또는 단독으로도 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

본 발명의 바람직한 예시적인 실시 형태가 도면에 도시되어 있고 이하의 설명으로 더 자세히 설명하도록 하며, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 또는 기능적으로 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도면은 각각 모식적으로 도시되어 있다.

도 1은 과급 공기 냉각 장치를 그의 열교환기의 길이방향에 평행한 단면으로 잘라서 본 단면도이다.
도 2는 과급 공기 냉각 장치를 열교환기의 길이방향에 대해 횡방향으로 잘라서 본 단면도로, 열교환기는 생략되어 있다.
도 3은 도 2에서와 같은 단면도로, 하지만 열교환기가 삽입되어 있다.
도 4는 도 3에서와 같은 단면도로, 하지만 열교환기의 길이방향에 대해 축방향으로 오프셋된 단면으로 잘라서 본 것이다.

도 1 내지 도 4에 따르면, 과급 공기 냉각 장치(1)는 하우징(2) 및 열교환기(3)를 포함한다. 열교환기(3)는 하우징(2) 안에 삽입된다. 도 1, 도 3, 및 도 4는 장착 상태를 나타내는데, 이 장착 상태에서 열교환기(3)는 하우징(2) 안에 삽입되어 있다. 이와는 달리, 도 2는 비장착 상태를 나타내며, 이 비장착 상태에서는 열교환기(3)가 없는데, 즉 하우징(2) 안에 삽입되어 있지 않다.

냉각 장치(1)는 신기(fresh air) 시스템(4)(도 1에서 파선으로 표시되어 있음)에 사용되기 위해 제공되며, 그 신기 시스템에 의해 신기가 내연 기관(5)(마찬가지로 도 1에서 파선으로 표시되어 있음)에 공급될 수 있다. 내연 기관(5)은 과급되며 바람직하게는 차량에 배치되고 그 차량을 구동시키는 역할을 한다. 하우징(2)은 과급 공기 덕트(6)를 포함한다. 하우징(2)이 신기 시스템(4)에 통합된 상태에서, 과급 공기 덕트(6)는 신기 시스템(4)에서 전달되는 과급 공기의 흐름(도 1에서 화살표(7)로 표시되어 있음)을 안내하게 된다. 과급 공기는 여기서 과급 장치(여기에는 나타나 있지 않음), 특히 배기가스 터보 과급기의 압축기에 의해 과급되며, 따라서 그 과급 공기의 압력과 온도가 증가 된다. 이제 과급 공기 냉각 장치(1)는 과급 공기를 냉각시키는 역할을 하게 된다. 이를 위해, 열교환기(3)는 내부 냉각제 경로(8)(도 1에서 화살표로 표시되어 있음) 및 외부 과급 공기 경로(9)(마찬가지로, 화살표로 표시되어 있음)를 갖고 있으며, 이들 두 경로는 매체에 대해 분리된 방식으로 하지만 열전달 방식으로 서로 연결되어 있다.

하우징(2)은 장착 개구(10)를 갖고 있는데, 이 개구를 통해 열교환기(3)가 그의 길이 방향(11)으로 하우징(2) 안으로 밀려 들어갈 수 있다. 밀려 들어간 상태(도 1, 도 3 및 도 4에 도시되어 있음)에서, 하우징(2)의 과급 공기 덕트(6)가 열교환기(3)의 과급 공기 경로(9)를 통과하도록 열교환기(3)가 하우징(3) 안에 위치된다. 열교환기(3)를 수용하기 위해, 하우징(2)은 수용 영역(47)을 갖고 있는데, 이 영역은 과급 공기 덕트(6)를 통해 실질적으로 횡으로 연장되어 있다.

이제 하우징(2)은 이 수용 영역(47)에서 장착 개구(10)의 맞은 편에서, 과급 공기 덕트(6)를 향하는 내측면에 있는 오목부(12)를 갖는데, 이 오목부는 도 2 및 도 3에 따르면 측방에서 오목벽(13)에 의해 둘러싸여 있다. 도 1 및 도 3에 따르면, 열교환기(3)는 밀려 들어갈 때 선두가 되는 그의 길이 방향 단부(14)에서 후방 기부(15)를 가지며, 열교환기(3)가 밀려 들어간 상태에서 그 후방 기부는 오목부(12)에 결합하게 된다. 지금 오목벽(13)은 탄성적으로 설계되어 있어, 후방 기부(15)가 밀려 들어가면 오목벽은 도 2에 도시되어 있는 이완 상태(열교환기(3)가 없거나 또는 후방 기부(15)가 오목부(12) 안으로 밀려 들어가 있지 않을 때 나타남)로부터 긴장(stressed) 상태(도 3에서 볼 수 있음)로 변할 수 있다. 그래서 그 긴장 상태는 후방 기구(15)가 오목부(12) 안으로 들어가 있을 때 존재한다. 오목벽(13)은 오목부(12)의 내측 단면(16 또는 16')을 둘러싸며, 도 3에 따른 긴장 상태에 있는 내측 단면(16)은 도 2에 따른 이완 상태에 있는 내측 단면(16')과 비교하여 넓어져 있다. 긴장 상태에서, 내측 단면(16)은 프리스트레스(prestressed) 방식으로 후방 기부(15)의 외측 단면(17)에 직접 지탱된다. 오목벽(13)의 탄성 및 그의 치수는, 밀려 들어간 상태에 있는 후방 기부(15)가 플레이와 무관한 방식으로 오목부(12)에 결합되도록 선택된다. 도 3에 따른 오목벽(13)은 폐쇄된 둘레 방식으로 후방 기부(15)의 외측 단면(17)에 접촉하게 되며, 추가로 둘레 방향으로 평평한 접촉이 바람직하다. 이와 관련하여, 여기서 오목벽(13)과 후방 기부(15) 사이의 시일링된 접촉이 실현될 수 있으며, 냉각 장치(1)에서는, 후방 기부(15)의 영역에서 오목벽(13)에 대한 추가적인 별도의 시일이 없어도 된다. 오목벽(13)의 탄성에 의해, 긴장 상태로의 변화시 특히 오목벽(13)의 둘레 방향 탄성 팽창과 관련하여 탄성 변형이 일어날 수 있다.

여기에 나타나 있는 실시 형태에서, 후방 기부(15)는 실질적으로 직사각형인 외측 단면을 갖는다. 오목벽(13)은 4개의 길이 방향 부분(18) 및 4개의 코너 영역(19)을 갖는다. 둘레 방향으로 서로 인접하는 모든 두 길이 방향 부분(18)은 코어 영역(19)을 통해 서로 연결되어 있다. 도 2에 따른 이완 상태에서, 길이 방향 부분(18)은 내측 단면(16') 또는 오목부(12)의 내부 쪽으로 볼록하게 만곡되어 있다. 한편, 도 3에 따른 긴장 상태에서는, 길이 방향 부분(18)은 직선형으로 된다. 대안적으로, 도 3에 따른 긴장 상태에서는 길이 방향 부분(18)이 내측 단면(16) 또는 오목부(12)의 내부 쪽으로 볼록하게 하지만 도 2에 따른 이완 상태에서 보다 더 작은 곡률로, 즉 더 큰 곡률 반경으로 만곡되는 실시 형태 역시 기본적으로 가능하다. 다른 실시 형태에서는, 길이 방향 부분(18)은 (또한) 이완 상태에서 실질적으로 직선형으로 될 수 있다. 편리하게는, 긴장 상태로 변하면, 길이 방향 부분(18)은 그의 길이 방향으로 주로 회전과 긴장을 받게 된다.

도 1에 따르면, 열교환기(3)는 그의 후방 기부(15)의 맞은 편에서 다른 길이 방향 단부(20)에서 전방 기부(21)를 갖는다. 이 전방 기부(21)는 냉각제 입구(22) 및 냉각제 출구(23)를 갖는데, 이들 입구와 출구는 내부 냉각제 경로(8)와 유체 연결되어 있다. 나타나 있는 실시예에서, 전방 기부(21)는 장착 개구(10)를 폐쇄하여, 전방 기부(21)는 하우징(2)의 외측 구성품을 형성하게 된다. 열교환기(3)의 냉각제 연결부, 즉 냉각제 입구(22) 및 냉각제 출구(23)는 여기서 내연 기관(5)의 냉각 회로(24)(화살표로 표시되어 있음)와 유체 연결될 수 있도록 되어 있다. 다시 말해, 과급 공기 냉각 장치(1)의 열교환기(3)는 내연 기관(5)의 냉각 회로(24)에 통합될 수 있다.

도 4에 따르면, 열교환기(3)는, 유입측에서 과급 공기 덕트(6) 안에 배치되어 있는 유입측(25)에서 길이 방향 단부(14, 20) 사이에 있는 냉각기 공기 입구(26), 및 유출측에서 과급 공기 덕트(6) 안에 배치되어 있는 유출측(27)에서 냉각기 공기 출구(28)를 갖는다. 여기서, 유입측(25)과 유출측(27)은 서로 맞은 편에 있고, 냉각기 공기 입구(26)와 냉각기 공기 출구(28)도 마찬가지다. 열교환기(3)는 그의 길이 방향 단부(14, 20) 사이에서 그리고 유입측(25)과 유출측(27) 사이의 둘레 방향으로 상측부(29) 및 이의 맞은 편에 있는 하측부(30)를 추가로 갖고 있다. 도 4의 실시예에서, 상측부(29)는 하우징(2)에 대해 상측 시일링 요소(31)에 의해 시일링되며, 하측부(30)는 하우징(2)에 대해 하측 시일링 요소(32)에 의해 시일링된다. 여기서 상측 시일링 요소(31)는 상측부(29), 즉 열교환기(3)에 고정된다. 여기서 하측 시일링 요소(32) 또한 하측부(30), 즉 열교환기(3)에 고정된다.

상측 시일링 요소(31)는, 상측부(29)에서 열교환기(3)를 우회하려고 하는 과급 공기 유동(7)의 상측 누설 유동(33)(취소 화살표로 나타나 있음)을 방지한다. 하측 시일링 요소(32)는, 하측부(30)에서 열교환기(3)를 우회하려고 하는 과급 공기 유동(7)의 하측 누설 유동(34)(마찬가지로 취소 화살표로 나타나 있음)을 방지한다.

상측 시일링 요소(31)는 하우징(2)의 상측 영역(35)과 협력하여, 하우징(2) 내의 열교환기(3)를 위한 길이 방향 가이드를 형성하게 된다. 본 실시예에서, 하측 시일링 요소(32) 또한 하우징(2)의 하측 영역(36)과 협력하여, 하우징(2) 내의 열교환기(3)를 위한 길이 방향 가이드를 형성하게 된다. 도 4의 실시예에서, 이를 위해 상측 시일링 요소(31)는 위쪽으로 열려 있는 길이 방향 홈(37)을 갖는데, 이 홈 안에 하우징(2)의 상측 영역(35)이 결합하며, 그 상측 영역은 이를 위한 상측 웨브를 형성하도록 되어 있다. 이와 유사한 방식으로, 하측 시일링 요소(32)는 아래쪽으로 열려 있는 길이 방향 홈(38)을 가지며, 이 홈 안에 하우징(2)의 하측 영역(36)이 결합되며, 그 하측 영역은 이를 위한 하측 웨브로 형성되어 있다.

도 4에 나타나 있는 시일링 요소(31, 32)에 추가적으로 또는 대안적으로, 하우징(2)과 열교환기(3) 사이의 충분한 또는 추가적인 시일이 적어도 하나의 탄성 덕트 벽(48)의 도움으로 또한 실현될 수 있는데, 그 탄성 덕트 벽은 수용 영역(47)에서 하우징(2)에 구성될 수 있다. 도 4의 실시예에서, 2개의 그러한 탄성 덕트 벽(48)이 제공되어 있는데, 이들 벽은 과급 공기 덕트(6)에서 서로 맞은 편에 있다. 위에서 언급한 오목 벽(13)과 유사한 방식으로, 열교환기(3)가 수용 영역(47) 안으로 밀려 들어오면 이들 덕트 벽(48)은 열교환기(3)가 수용 영역(47) 안으로 밀려 들어가 있지 않을 때 나타내는 이완 상태로부터 열교환기(3)가 수용 영역(47) 안으로 밀려 들어가 있을 때 나타내는 긴장 상태로 변하게 된다. 도 4에 나타나 있는 긴장 상태에서, 두 덕트 벽(48)으로 한정되는 수용 영역(47)의 내측 단면(49)이 이제 이완 상태와 비교하여 탄성적으로 넓어져 있고, 또한 도 4에 따르면 프리스트레스 방식으로 열교환기(3)의 외측 단면(50)에 직접 지탱된다. 여기서 두 덕트 벽(48)은 길이 방향 측부(51)에서 열교환기(3)의 외측 단면(50)에 각각 지탱된다. 도 4의 실시예에서, 두 길이 방향 측부(51)는 상측부(29) 및 하측부(30)로 형성된다.

하우징(2)과 열교환기(3) 사이의 원하는 시일링되고 편리하게 프리스트레스를 받는 접촉을 이룰 수 있도록, 이완 상태의 두 덕트 벽(38)은 과급 공기 덕트(6) 쪽으로 볼록하게 만곡되고 또한 이완 상태에서만 각각의 길이 방향 측부(51)에 적합한 형상(특히, 직선형)을 취하도록 할 수 있다.

도 3 및 도 4에 따르면, 열교환기(3)는 편리하게는 평관(flat tube) 열교환기로 되어 있는데, 이러한 열교환기는 여러 개의 제 1 평관(39) 및 여러 개의 제 2 평관(40)을 갖고 있으며, 이들 평관은 각각 서로 평행하다. 제 1 평관(39)은 열교환기(3)의 길이 방향(11)에 대해 횡으로 서로 적층되어 제 1 평관 적층체(41)를 형성한다. 본 실시예에서, 제 1 평관 적층체(41)는 유입측에 배치된다. 제 2 평관(40)은 제 1 평관(39)과 유사하에 서로 적층되어 제 2 평관 적층체(42)를 형성하고, 나타나 있는 실시예에서 제 2 평관 적층체는 유출측에 배치된다. 그러나, 제 1 평관(39)이 유출측에 배치되고 제 2 평관(40)은 유입측에 배치되는 다른 구성이 바람직하다. 도 1에 따르면, 열교환기(3)는 후방 기부(15)에서 방향 전환 덕트(43)를 가지며 또한 전방 기부(21)에서는 입구 덕트(44)와 출구 덕트(45)를 갖는다. 제 1 평관(39)은 입구 덕트(44)로부터 방향 전환 덕트(43) 까지 이른다. 제 2 평관(40)은 방향 전환 덕트(43)로부터 출구 덕트(45) 까지 이른다. 냉각제 입구(22)는 입구 덕트(44)와 유체 연결되어 있다. 냉각제 출구(22)는 출구 덕트(45)와 유체 연결되어 있다. 도 1에 나타나 있는 실시 형태에서, 입구 덕트(44)는 과급 공기 경로(9)에서 출구 덕트(45)의 상류에 배치되며, 이렇게 해서, 직접 흐름 원리에 따른 연결이 있게 된다. 위에서 이미 언급한 바람직한 실시 형태(나타나 있지는 않음)에서, 대향류(counter-current) 원리를 실현하기 위해, 입구 덕트(44)는 과급 공기 경로(9)에서 유출측에 배치되고, 그러면 출구 덕트(45)는 과급 공기 경로(9)에서 유입측에 배치된다.

각각의 냉각 유체와 평관(39, 40) 사이의 열전달을 개선하기 위해 와류 발생기(더 상세히는 나타나 있지 않음)가 평관(39, 40) 안에 배치된다. 적층 방향에 대해 횡으로 또한 평관(39, 40)의 길이 방향에 대해 횡으로 외부 과급 공기 경로(9)의 형성을 위한 중간 공간을 형성하기 위해, 평관(39, 40)은 각각의 적층 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 과급 공기와 평관(39, 40) 사이의 열전달을 개선하기 위해, 서로 인접하는 평관(39, 40)을 이격시키기 위한 와류 발생기가 또한 제공될 수 있다.

도 1에 따르면, 하우징(2)은 여러 개의 개별적인 과급 공기 관(46)을 갖는데, 이들 관은 내연 기관(5)의 개별적인 실린더와 관련되어 있다. 하우징(2)의 과급 공기 덕트(6)는 개별적인 과급 공기 관(46) 안으로 이어져 있다. 따라서, 열교환기(3)에 의해 냉각되는 과급 공기 흐름(7)은 과급 공기 관(46)을 경유하여 내연 기관(5)의 연소실에 이르게 된다.

편리하게는, 열교환기(3)는 금속으로 만들어지는데, 즉 금속 평관(39, 40) 및 금속 기부(15, 21)를 포함한다. 이와는 달리, 하우징(2)은 바람직하게는 플라스틱으로 만들어진다. 특히, 하우징은 단일체 또는 다부분 사출 성형품이다.

Claims

특히 차량의 내연 기관(5)의 신기(fresh air) 시스템(4)을 위한 과급 공기 냉각 장치로서,
과급 공기 덕트(6)를 포함하는 하우징(2); 및
내부 냉각제 경로(8) 및 외부 과급 공기 경로(9)를 갖는 열교환기(3)를 가지며,
상기 하우징(2)은 장착 개구(10)를 가지며, 이 장착 개구를 통해 열교환기(3)가 이 열교환기(3)의 길이 방향(11)으로 하우징(2) 안으로 밀려 들어갈 수 있고, 밀려 들어간 상태에서, 상기 과급 공기 덕트(6)는 과급 공기 경로(9)를 통과하며,
상기 하우징(2)은 상기 열교환기(3)를 수용하는 수용 영역(47)에서 적어도 하나의 벽(13; 48)을 가지며,
상기 벽(13; 48)은 탄성적으로 설계되어 있으며, 열교환기(3)가 상기 수용 영역(7) 안으로 밀려 들어가면, 상기 벽은 열교환기(3)가 수용 영역(47) 안으로 밀려 들어가 있지 않을 때 나타나는 이완 상태로부터, 열교환기(3)가 수용 영역(47) 안으로 밀려 들어가 있을 때 나타나는 긴장 상태로 변하며,
상기 벽(13; 38)에 의해 한정되는 상기 수용 영역(47)의 내측 단면(16; 49)은 긴장 상태에서는 이완 상태와 비교하여 탄성적으로 넓어지며 또한 프리스트레스(prestressed) 방식으로 열교환기(3)의 외측 단면(50)에 직접 지탱되는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
각각의 벽은 과급 공기 덕트(6)를 통해 열교환기(3)의 길이 방향(11)에 평행하게 연장되어 있는 덕트 벽(48)이며, 긴장 상태에서 덕트 벽은 열교환기(3)의 길이 방향 측부(51)에 지탱되는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 2 항에 있어서,
이완 상태에서 각각의 덕트 벽(48)은 과급 공기 덕트(6) 쪽으로 볼록하게 만곡되어 있으며, 그리고/또는
과급 공기 턱트(6)에서 서로 맞은 편에 있는 두 개의 덕트 벽(48)이 제공되며, 긴장 상태에서 그들 덕트 벽은 서로 반대쪽을 향하는 열교환기(3)의 두 길이 방향 측부(51)에 지탱되는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용 영역(47)에서 하우징(2)은 장착 개구(10)의 맞은 편에 있는 오목부(12)를 가지며,
상기 각각의 벽은 오목부(12)를 측방에서 둘러싸는 오목벽(13)이고,
열교환기(3)는 밀려 들어갈 때 선두가 되는 그의 길이 방향 단부(14)에서 밀려 들어간 상태에서 오목부(12)에 결합하게 되는 후방 기부(15)를 가지며, ,
상기 오목벽(13)은 탄성적으로 설계되어 있으며, 상기 후방 기부(15)가 오목부(12) 안으로 밀려 들어가면, 상기 오목벽은 후방 기부(15)가 오목부(12) 안으로 밀려 들어가 있지 않을 때 나타나는 이완 상태로부터, 후방 기부(15)가 오목부(12) 안으로 밀려 들어가 있을 때 나타나는 긴장 상태로 변하고,
상기 오목벽(13)으로 둘러싸여 있는 상기 오목부(12)의 내측 단면(16)은, 긴장 상태에서는 이완 상태와 비교하여 탄성적으로 넓어지며, 프리스트레스 방식으로 후방 기부(15)의 외측 단면(17)에 직접 지탱되는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 4 항에 있어서,
밀려 들어간 상태에서 상기 후방 기부(15)는 플레이와 무관하고, 그리고/또는 추가적인 그리고/또는 별도의 시일링이 없는 방식으로 상기 오목부(12)에 결합하며, 그리고/또는
상기 오목벽(13)은 폐쇄된 둘레 방식으로 후방 기부(15)의 외측 단면(17)에 접촉하는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후방 기부(15)는 실질적으로 직사각형인 외측 단면(17)을 가지며,
상기 오목벽(13)은 4개의 길이 방향 부분(18)을 가지며, 이들 길이 방향 부분은 4개의 코너 영역(19)을 통해 서로 연결되어 있고,
이완 상태에서 상기 길이 방향 부분(18)은 상기 내측 단면(16) 쪽으로 볼록하게 만곡되어 있거나 직선형이며,
긴장 상태에서 상기 길이 방향 부분(18)은 실질적으로 직선형이거나 또는 이완 상태와 비교하여 더 작은 곡률로 상기 내측 단면(16) 쪽으로 볼록하게 만곡되는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기(3)는 후방 기부(15)의 맞은 편에서 다른 길이 방향 단부(20)에서 전방 기부(21)를 가지며, 이 전방 기부는 냉각제 입구(22) 및 냉각제 출구(23)를 가지며, 이들 냉각제 입구와 출구는 내부 냉각제 경로(8)와 유체 연결되어 있고, 특히, 상기 전방 기부(21)는 상기 장착 개구(10)를 폐쇄할 수 있거나 또는 장착 개구(10)를 폐쇄하기 위해 별도의 덮개가 제공될 수 있으며, 덮개는 냉각제 연결부를 가지며, 덮개가 장착되면 냉각제 연결부는 냉각제 입구(22) 및 냉각제 출구(23)와 유체 연결되는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 냉각제 입구(22) 및 냉각제 출구(23)는 내연 기관(5)의 냉각 회로(24) 또는 별도의 냉각 회로와 유체 연결되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기(3)는, 유입측에서 과급 공기 덕트(6) 안에 배치되는 유입측(25)에서 길이 방향 단부(14, 20) 사이에 있는 냉각기 공기 입구(26), 및 상기 유입측(25)의 맞은 편에 있는 유출측에서 과급 공기 덕트(6) 안에 배치되는 유출측(27)에 있는 냉각기 공기 출구(28)를 가지며,
상기 열교환기(3)는, 그의 길이 방향 단부(14, 20) 사이에서 그리고 상기 유입측(25)과 유출측(27) 사이에서 상측부(29) 및 이의 맞은 편에 있는 하측부(30)를 가지며,
상기 상측부(29)는 하우징(2)에 대해 상측 시일링 요소(31)에 의해 시일링되며 그리고/또는 상기 하측부(30)는 하우징에 대해 하측 시일링 요소(32)에 의해 시일링되는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 상측 시일링 요소(31)는 열교환기(3)의 상측부(29)에 고정되며, 그리고/또는
상기 하측 시일링 요소(32)는 열교환기(3)의 하측부(30)에 고정되는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 상측 시일링 요소(31)는 상기 하우징(2)의 상측 영역(35)과 협력하여, 열교환기(3)를 위한 길이 방향 가이드를 형성하며, 그리고/또는
상기 하측 시일링 요소(32)는 하우징(2)의 하측 영역(36)과 협력하여, 열교환기(3)를 위한 길이 방향 가이드를 형성하는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 상측 시일링 요소(31)는 위쪽으로 열려 있는 길이 방향 홈(37)을 가지며, 이 길이 방향 홈에는 하우징(2)의 상기 상측 영역(35)이 결합하고 이 상측 영역은 상측 웨브로 되어 있으며, 그리고/또는
상기 하측 시일링 요소(32)는 아래쪽으로 열려 있는 길이 방향 홈(38)을 가지며, 이 길이 방향 홈에는 하우징(2)의 상기 하측 영역(36)이 결합하고 이 하측 영역은 하측 웨브로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기(3)는 평관(flat tube) 열교환기로 되어 있고,
여러 개의 제 1 평관(39)이 서로 평행하게 입구 덕트(44)로부터 방향 전환 덕트(43)까지 이르며,
여러 개의 제 2 평관(40)이 서로 평행하게 상기 방향 전환 덕트(43)로부터 출구 덕트(45)까지 이르며,
상기 방향 전환 덕트(43)는 상기 후방 기부(15)에 구성되어 있고, 상기 입구 덕트(44) 및 출구 덕트(45)는 전방 기부(21)에 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열교환기(3)는 금속으로 되어 있고, 하우징(2)은 플라스틱으로 만들어져 있는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(2)은 여러 개의 개별적인 과급 공기 관(46)을 가지며, 상기 과급 공기 덕트(6)가 그들 과급 공기 관 안으로 이어져 있으며, 상기 과급 공기 관은 내연 기관(5)의 개별적인 실린더와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는, 과급 공기 냉각 장치.