KR20150094775A - 엔진 흡기 열관리 장치 및 관련된 열관리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터보과급기(5)를 구비한 엔진(3)의 흡기 열관리 장치(1)에 관한 것으로서, 상기 장치는,
- 상기 콤프레셔(5a)와 엔진(3) 사이의 공기 취입 회로(9) 내에 위치되는 제 1 열교환기(7),
- 상기 엔진(3)의 메인 배기 라인(12) 상에 위치되고, 배기 가스로부터 열 에너지를 수집하고, 상기 에너지를 가열 루프(A) 내에서 순환하는 열전달 유체에 전달하는 제 2 열교환기(10)를 포함하고,
상기 제 1 열교환기(7)의 상기 열전달 유체 유입구(7a)는 상기 제 2 열교환기(10)의 상기 열전달 유체 유출구(10b)에 연결되고, 상기 제 1 열교환기(7)의 상기 열전달 유체 유출구(7b)는 상기 제 2 열교환기(10)의 상기 열전달 유체 유입구(10a)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어 상기 가열 루프(A)를 형성한다.

Description

엔진 흡기 열관리 장치 및 관련된 열관리 방법{ENGINE INTAKE AIR THERMAL MANAGEMENT DEVICE AND ASSOCIATED THERMAL MANAGEMENT METHOD}
본 발명은 자동차의 내연 엔진, 특히 공기 취입 회로 내에 열교환기를 포함하는 터보과급식 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치에 관한 것이다.
추운 날씨 조건에서, 내연 엔진, 특히 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 시동 및 그 온도 상승의 면에서 어려움이 있다. 더 구체적으로, 촉매 컨버터 또는 입자 필터와 같은 배기 가스 처리 장치가 충분히 유효화될 수 있도록 배기 가스가 충분한 온도에 도달하기 전에 가열 기간이 요구된다. 더욱, 추운 날씨 조건은 냉간 시동 중에 연소의 곤란을 유발할 수 있고, 그 결과 연료의 과소비 및 오염 배기 가스의 증가를 초래한다.
터보과급기 및 흡기를 냉각시키기 위해 공기 취입 회로 내에 위치되는 열교환기를 구비하는 차량의 경우에 공지된 해결책은 배기 가스의 온도가 더 신속하게 상승하도록 바이패스 회로를 이용하여 상기 열교환기를 바이패스하는 것이다. 더욱, 만일 차량이 또한 배기 가스 재순환 시스템을 구비하면, 상기 배기 가스 재순환 시스템 내에 위치되는 열교환기를 바이패스하도록 바이패스 회로를 사용하여 공기 취입 회로 내에 고온의 배기 가스를 안내하는 것이 또한 공지되어 있다.
추가의 공지된 해결책은 공기 취입 회로의 열교환기의 바이패스 회로 내에서 공개 공보 DE 10 2007 029 036 A1에 개시된 바와 같은 전열기를 이용하여, 또는 심지어 공개 공보 DE 10 2007 005 246 A1에 개시된 바와 같은 공기 취입 회로의 열교환기의 바이패스 회로 내에 항상 위치되어 배기 가스 재순환 시스템 내에 위치된 열교환기에 연결되는 제 2 열교환기를 이용하여 공기 취입의 공기를 직접적으로 가열하는 것이다.
그러나, 흡기를 가열하기 위한 이와 같은 해결책은 사용되는 에너지의 면에서 비싸고, 또는 온도 상승을 위해 요구되는 시간이 부적당하고, 엔진 실 내에서 큰 공간을 차지하므로 만족스럽지 않다.
그러므로 본 발명의 목적 중 하나는 종래 기술의 결점을 개선하고, 특히 추운 날씨 조건에서, 개량된 흡기 열관리 장치 뿐만 아니라 그 열관리를 위한 방법을 제공하는 것이다.
그러므로 본 발명은 터보과급기를 구비하는 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는
- 열전달 유체 유입구 및 열전달 유체 유출구를 포함하고, 콤프레셔와 엔진 사이에서 공기 취입 회로 내에 위치되는 제 1 열교환기,
- 엔진의 메인 배기 라인 상에 위치되고, 배기 가스로부터 열 에너지를 수집하고, 에너지를 열전달 유체 유출구와 열전달 유체 유입구 사이의 가열 루프 내에서 순환하는 열전달 유체에 전달하는 제 2 열교환기를 포함하고,
제 1 열교환기의 열전달 유체 유입구는 제 2 열교환기의 열전달 유체 유출구에 연결되고, 제 1 열교환기의 열전달 유체 유출구는 제 2 열교환기의 열전달 유체 유입구에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어 가열 루프를 형성한다.
이와 같이 메인 배기 라인 상에 직접적으로 제 2 열교환기를 설치하면 제 1 열교환기의 영역 내의 흡기를 가열하기 위해 사용 및 회수할 수 있는 열 에너지를 최대화할 수 있다. 그러므로, 이것에 의해 추운 날씨 조건에서 냉간 시동 중에 엔진의 온도를 더 신속하게 상승시킬 수 있고, 연소를 향상시킬 수 있다. 이러한 향상된 연소의 결과 연료 소비의 감소 및 오염 배기가스의 감소가 얻어진다.
본 발명의 하나의 실시형태에 따르면, 본 열관리 장치는 본 열관리 장치는 터빈의 하류의 배기 라인 상에 위치되는 배기 가스 분기로를 포함하는 소위 저압 시스템인 배기 가스 회수 시스템을 더 포함하고, 제 2 열교환기는 터빈과 배기 가스 회수 시스템의 분기로 사이에 위치된다.
이와 같이 터빈과 배기 가스 회수 시스템의 분기로 사이에 제 2 열교환기를 위치시키면, 제 2 열교환기는 상기 배기 가스 회수 시스템을 위한 열교환기의 역할을 할 수 있고, 따라서 필요한 경우 공기 취입 회로로 복귀되기 위한 배기 가스를 냉각시킬 수 있다. 더욱, 이 경우, 메인 배기 라인 상에 직접적으로 제 2 열교환기를 위치시키면, 심지어 배기 가스 회수 시스템이 폐쇄된 경우에도, 배기 가스로부터 열 에너지가 회수될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 제 2 열교환기는 배기 가스 처리 장치의 하류에 위치된다.
이것은, 상기 장치를 통과하는 배기 가스가 제 2 열교환기에 의한 열 에너지의 제거에 노출되지 않으므로, 배기 가스 처리 장치의 효율 및 온도 상승을 보장할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 메인 배기 라인은 제 2 열교환기의 바이패스 회로를 포함하고, 그 개방 및 폐쇄는 바이패스 밸브에 의해 제어된다.
이것으로 인해, 흡기를 가열하거나 배기 가스를 냉각시킬 필요가 없는 경우, 제 2 열교환기는 바이패스될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 제 1 열교환기는 또한,
- 제 1 열교환기의 열전달 유체 유출구를 저온 라디에이터의 열전달 유체 유입구에 연결하고, 저온 라디에이터의 열전달 유체 유출구를 제 1 열교환기의 열전달 유체 유입구에 연결하는 냉각 루프(B),
- 제 1 열교환기의 열전달 유체 유입구와 열전달 유체 유출구를 연결하는 바이패스 루프에 연결되고,
그리고,
- 가열 루프(A), 냉각 루프(B) 또는 바이패스 루프(C) 중 하나 내에서 열전달 유체의 순환을 제어하기 위해 가열 루프(A), 냉각 루프(B)와 바이패스 루프(C) 사이의 접점 중 하나에 제어 밸브(22)가 위치되고,
- 열전달 유체의 유동을 유발시키기 위해 가열 루프(A), 냉각 루프(B)와 바이패스 루프(C) 사이의 접점 중 하나와 제 1 열교환기(7) 사이에 열전달 유체 순환 펌프(24)가 위치된다.
상기 흡기가 엔진의 실린더 내에서 연소를 위해 지나치게 고온인 경우, 냉각 루프는 제 1 열교환기를 흡기의 냉각기의 역할을 하도록 할 수 있고, 따라서 제 1 열교환기는 실린더에 도달하는 흡기의 양을 냉각에 의해 증대시키도록 할 수 있다. 흡기를 냉각시키는 것 또는 가열시키는 것이 불필요한 경우 바이패스 루프(C)는 유용하고, 이것은 비등의 발생을 방지하기 위해 열전달 유체를 여전히 순환시킬 수 있고, 또한 열전달 유체를 균질화시킬 수 있다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 제어 밸브는 열전달 유체 유입구 및 3개의 열전달 유체 유출구를 포함하고, 열전달 유체 유입구는 제 1 열교환기의 열전달 유체 유출구에 연결되고, 3개의 열전달 유체 유출구의 각각은 가열 루프, 냉각 루프 또는 바이패스 루프 중 하나에 연결된다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 제어 밸브는 3개의 열전달 유체 유입구 및 1개의 열전달 유체 유출구를 포함하고, 열전달 유체 유출구는 제 1 열교환기의 열전달 유체 유입구에 연결되고, 3개의 열전달 유체 유입구의 각각은 가열 루프, 냉각 루프 또는 바이패스 루프 중 하나에 연결된다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면, 제 2 열교환기는 특히 엔진의 열관리 시스템을 포함하는 엔진의 열관리를 위한 루프에 또한 연결된다.
상기 제 2 열교환기와 열관리 루프 사이의 연통에 의해, 예를 들면, 승객실 또는 엔진의 가열이 촉진될 수 있다. 더욱, 이것에 의해 배기 가스 회수 시스템을 위한 배기 가스의 냉각이 허용될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면,
- 제 2 열교환기는 엔진의 열관리 시스템에 병렬로 연결되고, 엔진의 열관리를 위한 루프는 제 2 열교환기의 상류의 가열 루프와 제 2 열교환기의 하류에서 분기하는 2개의 루프를 연결하고,
- 가열 루프 또는 엔진의 열관리를 위한 루프 중 하나 내의 열전달 유체의 순환을 제어하기 위해, 가열 루프와 엔진의 열관리를 위한 루프 사이의 접점 중 하나에 3 방향 밸브가 위치된다.
본 발명의 추가의 실시형태에 따르면,
- 제 2 열교환기의 열전달 유체 유입구는 기계식 펌프의 하류에 위치된 엔진의 열관리를 위한 루프의 열전달 유체의 부분 분기로 및 엔진 내에서 순환하는 열전달 유체의 유량을 제어하기 위한 수단에 연결되고, 각각은 엔진의 열관리 시스템에 속하고,
- 다음에 제 2 열교환기의 열전달 유체 유출구는 엔진의 열관리를 위한 루프 내에서 열전달 유체 재주입 지점에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고,
- 가열 루프는 제 2 열교환기의 열전달 유체 유출구와 상기 엔진의 열관리를 위한 루프 내의 열전달 유체 재주입 지점을 연결하는 제 1 열교환기의 바이패스 회로를 포함하고, 바이패스 회로는 개방/폐쇄 밸브를 포함한다.
이러한 본 발명의 실시형태에 의해 가열 루프의 내측에서 열전달 유체의 순환로 내의 열전달 유체 순환 펌프를 생략할 수 있다. 더 구체적으로, 본 실시형태에서, 가열 루프 내측의 열전달 유체의 순환은 엔진의 열관리를 위한 루프의 기계식 펌프에 의해 보장될 수 있다. 더욱, 이것은 배기 가스에 의해서만 방출된 칼로리의 전부를 엔진의 흡기에 되돌리는 것을 가능하게 한다. 엔진 내에서 열전달 유체의 유량은 엔진 내에서 순환되는 열전달 유체의 유량을 제어하기 위한 수단에 의해 완전히 차단될 수 있다.
본 발명은 더욱 엔진의 흡기의 온도의 열관리를 위한 방법에 관한 것으로, 참조 변수의 함수로서, 다음의 연속적인 작동 모드 중 하나를 통과할 수 있는 열관리 장치를 포함한다.
- 제어 밸브가 가열 루프를 폐쇄시키는 흡기를 위한 가열 모드로서, 열전달 유체는 제 2 열교환기를 통해 배기 가스로부터의 열 에너지를 회수하고, 제 1 단계에서 제 1 열교환기의 영역 내의 흡기 내에만, 그리고 다음에 제 2 단계에서 엔진 내에서 순환하는 열전달 유체 내에 에너지를 되돌리는, 가열 모드,
- 제어 밸브가 냉각 루프를 폐쇄하는 냉각 모드로서, 열전달 유체는 제 1 열교환기를 통해 흡기로부터 열 에너지를 회수하고, 저온 라디에이터의 영역 내에 에너지를 소산시키는, 냉각 모드,
- 제어 밸브가 바이패스 루프를 폐쇄시키는 바이패스 모드로서, 흡기는 가열되지도 또는 냉각되지도 않고, 열전달 유체는 열전달 유체 유출구로부터 제 1 열교환기의 열전달 유체 유입구로 직접 순환되는, 바이패스 모드,
- 제어 밸브는 바이패스 루프 및 냉각 루프의 양자 모두 내에서의 열전달 유체의 통과를 허용하는 제어 모드.
이러한 최종 제어 모드는 흡기의 온도의 더욱 정확한 제어를 가능하게 한다.
본 발명에 따른 관리 방법의 실시형태에 따르면, 관리 장치는 열전달 유체가 제 2 열교환기와 엔진의 열관리를 위한 루프 사이에서 순환되는 일탈 모드 내로 진입할 수도 있는 관리 장치이다.
이러한 일탈 모드는 흡기를 가열할 필요가 없는 경우에 사용될 수 있다. 배기 가스로부터 제거된 열 에너지는 승객실의 가열을 보조하기 위해, 엔진의 온도 상승에 기여하기 위해, 또는 심지어 배기 가스 회수 시스템에서 배기 가스를 이용하기 위해 상기 배기 가스를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 관리 방법의 실시형태에 따르면, 일탈 모드로의 이동은 3 방향 밸브를 이용하여 엔진의 상기 열관리를 위한 루프를 향해 열전달 유체를 방향전환시킴으로써 구현된다.
본 발명에 따른 관리 방법의 실시형태에 따르면, 일탈 모드로의 이동은 개방/폐쇄 밸브를 통해 제 1 열교환기의 바이패스 회로를 개방시킴으로써 구현된다.
본 발명의 추가의 특징 및 장점은 예시적인 그리고 비제한적인 실시예로서 제공되는 다음의 설명을 읽음으로써 더 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 내연 엔진 및 그것의 흡기 열관리 장치의 개략도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 흡기 열관리 장치의 열전달 유체의 순환을 위한 루프의 개략도이다.
도 3은 제 2 실시형태에 따른 흡기 열관리 장치의 열전달 유체의 순환을 위한 루프의 개략도이다.
다양한 도면에서 동일한 요소는 동일한 참조번호를 갖는다.
도 1은 터보과급기(5) 및 흡기 열관리 장치(1)를 구비하는 내연 엔진(3)의 개략도를 도시한다.
이 엔진(3), 특히 디젤 엔진은 실린더 내에서의 연소를 위한 공기를 제공하는 공기 취입 회로(9) 뿐만 아니라 배기 가스의 방출을 위한 메인 배기 라인(12)을 포함한다. 엔진(3)은 또한 메인 배기 라인(12) 내에 위치되는 터빈(5b) 및 공기 취입 회로(9) 내에 위치되는 콤프레셔(5a)를 포함하는 터보과급기(5)를 포함한다.
메인 배기 라인(12)은 또한 터빈(5b)의 하류에 배기 가스 처리 장치(16), 예를 들면, 촉매 컨버터 및/또는 입자 필터를 포함할 수 있다.
열관리 장치(1)는 콤프레셔(5a)와 엔진(3) 사이의 공기 취입 회로(9) 내에 위치되는 열전달 유체 유입구(7a) 및 열전달 유체 유출구(7b)를 포함하는 제 1 열교환기(7)를 포함한다. 열관리 장치(1)는 또한 엔진(3)의 메인 배기 라인(12) 상에 위치되는 제 2 열교환기(10)를 포함하고, 이 제 2 열교환기(10)는 배기 가스로부터 열 에너지를 수집하고, 열전달 유체 유출구(10b)로부터 제 2 열교환기(10)가 연결되는 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)까지의 가열 루프(A) 내에서 순환하는 열전달 유체에 상기 에너지를 전달한다.
그러면 가열 루프(A)는 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유출구(7b)와 제 2 열교환기(10)의 열전달 유체 유입구(10a)의 직접 또는 간접 연결에 의해 형성된다.
이와 같이 메인 배기 라인(12) 상에 직접적으로 제 2 열교환기(10)를 설치하면 제 1 열교환기(7)의 영역 내의 흡기를 가열하기 위해 사용 및 회수할 수 있는 열 에너지를 최대화할 수 있다.
그러므로 이것은 흡기의 신속한 온도 상승을 가능하게 하고, 연소를 향상시킨다. 또한, 연료 소비의 감소 및 오염 배기가스의 감소가 관찰된다.
엔진의 온도 상승 단계 중에 엔진에 의해 방출되는 오염 배기 가스를 감소시키기 위해. 이것은 또한 추운 날씨 조건에서 냉간 시동 중에 엔진의 온도를 더 신속하게 상승시키는 것 및 연소를 향상시키는 것에 기여한다. 열관리 장치(1)는 또한 가열 루프(A)의 내부의 열전달 유체의 순환로 내에 열전달 유체 순환 펌프(24)를 포함한다.
열관리 장치(1)는 또한 배기 가스 회수 시스템(14), 소위 저압 시스템을 포함할 수 있다. 따라서 메인 배기 라인(12)은 터빈(5b)의 하류에 위치되는 배기 가스를 위한 분기로(141) 및 콤프레셔(5a)의 상류의 공기 취입 회로(9) 내에 방출되는 배기 가스 처리 장치(16)를 포함한다. 배기 가스 회수 시스템(14)의 개방 및 폐쇄는 배기 가스 회수 시스템(14) 내에 유입되는 배기 가스의 유량을 제어할 수 있는 밸브(140)에 의해 제어된다.
이 경우, 제 2 열교환기(10)는 터빈(5b)과 바람직하게 배기 가스 처리 장치(16)의 하류의 배기 가스 회수 시스템(14)의 분기로(141) 사이에 위치된다. 이것은, 상기 장치를 통과하는 배기 가스가 제 2 열교환기에 의한 열 에너지의 제거에 노출되지 않으므로, 배기 가스 처리 장치의 효율 및 온도 상승을 보장할 수 있다.
이와 같이 터빈(5b)과 배기 가스 회수 시스템(14)의 분기로(141) 사이에 제 2 열교환기(10)를 위치시키면, 제 2 열교환기(10)는 상기 배기 가스 회수 시스템을 위한 열교환기의 역할을 할 수 있고, 따라서 필요한 경우 공기 취입 회로(9)로 복귀되기 위한 배기 가스를 냉각시킬 수 있다. 더욱, 이 경우, 메인 배기 라인(12) 상에 직접적으로 제 2 열교환기를 위치시키면, 심지어 배기 가스 회수 시스템(14)이 폐쇄된 경우에도, 배기 가스로부터 열 에너지가 회수될 수 있다.
흡기를 가열시키는 것 또는 배기 가스를 냉각시키는 것이 불필요한 경우, 메인 배기 라인(12) 상에 위치되는 바이패스 회로(18)를 통해 제 2 열교환기(10)를 바이패스할 수 있고, 그 개방 및 폐쇄는 밸브(180)에 의해 제어된다.
제 1 열교환기(7)는 또한 상기 흡기가 엔진(3)의 실린더 내에서 연소를 위해 지나치게 고온인 경우에 공지된 방식으로 흡기를 냉각시키도록 작용할 수 있고, 따라서 냉각에 의해 실린더에 도달하는 흡기의 양을 증가시킬 수 있다. 이것을 달성하기 위해, 제 1 열교환기(7)는 또한 열전달 유체의 순환을 위한 상이한 루프를 도시하고 있는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 냉각 루프(B)에 연결된다.
이 냉각 루프(B)는 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유출구(7b)를 저온 라디에이터(20)의 열전달 유체 유입구(20a)에 연결하고, 상기 저온 라디에이터(20)의 열전달 유체 유출구(20b)를 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)에 연결한다.
제 1 열교환기(7)는 또한 상기 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)와 열전달 유체 유출구(7b)를 함께 연결하는 바이패스 루프(C)에 연결될 수도 있다. 흡기를 냉각시키는 것 또는 가열시키는 것이 불필요한 경우 이러한 바이패스 루프(C)는 유용하고, 이것은 비등의 발생을 방지하기 위해 열전달 유체를 여전히 순환시킬 수 있고, 또한 열전달 유체를 균질화시킬 수 있다.
도 2 및 도 3이 보여주는 바와 같이, 가열 루프(A), 냉각 루프(B) 또는 바이패스 루프(C) 중 하나 내에서의 열전달 유체의 순환을 제어하기 위해, 가열 루프(A), 냉각 루프(B) 및 바이패스 루프(C) 사이의 접점 중 하나에 제어 밸브(22)가 위치된다.
이러한 제어 밸브(22)는 필요에 따라 제 1 열교환기(7)의 상류 또는 하류에 위치될 수 있다.
따라서, 제어 밸브(22)는 제 1 열교환기(7)의 하류에 위치될 수 있고, 따라서 열전달 유체 유입구 및 3개의 열전달 유체 유출구를 포함하고, 열전달 유체 유입구는 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유출구(7b)에 연결되고, 3개의 열전달 유체 유출구의 각각은 가열 루프(A), 냉각 루프(B) 또는 바이패스 루프(C) 중 하나에 연결된다.
유사하게, 제어 밸브(22)는 제 1 열교환기(7)의 상류에 위치될 수 있고, 따라서 3개의 열전달 유체 유입구와 하나의 열전달 유체 유출구를 포함하고, 열전달 유체 유출구는 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)에 연결되고, 3개의 열전달 유체 유입구는 가열 루프(A), 냉각 루프(B) 또는 바이패스 루프(C) 중 하나에 연결된다.
열전달 유체의 유동을 유발시키기 위해 가열 루프(A), 냉각 루프(B)와 바이패스 루프(C) 사이의 접점 중 하나와 제 1 열교환기(7) 사이에 열전달 유체 순환 펌프(24)가 위치된다.
도 2 및 도 3에 더 도시된 바와 같이, 제 2 열교환기(10)는 또한 엔진의 열관리를 위한 루프(D)에 연결된다. 엔진의 이러한 열관리를 위한 루프(D)는 특히 엔진(3) 내에서 순환하는 열전달 유체의 유량을 제어하기 위한 수단(34)이 배치되는 엔진(3)의 열관리 시스템을 포함한다. 예로서, 이와 같은 유량을 제어하기 위한 수단(34)은 비례 개방/폐쇄 밸브일 수 있다.
제 2 열교환기(10)와 열관리를 위한 루프(D) 사이의 연통에 의해, 예를 들면, 승객실 또는 엔진(3)의 가열이 촉진될 수 있다. 더욱, 이러한 연결은 흡기의 가열이 불필요한 경우 배기 가스 회수 시스템(14)을 위한 배기 가스의 냉각을 위해 요구된다.
도 2에 도시된 제 2 열교환기(10)와 열관리를 위한 루프(D) 사이의 연결의 제 1 실시형태에 따르면, 상기 제 2 열교환기(10)는 엔진(3)의 열관리 시스템에 병렬로 연결된다. 제 2 열교환기(10)의 상류에서 엔진의 열관리를 위한 루프(D)는 가열 루프(A)와 연결되고, 상기 제 2 열교환기(10)의 하류에서 2개의 분기 루프에 연결된다.
상기 가열 루프(A) 또는 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 중 하나 내의 열전달 유체의 순환을 제어하기 위해, 가열 루프(A)와 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 사이의 접점 중 하나에 3 방향 밸브(36)가 위치된다.
도 3에 도시된 제 2 열교환기(10)와 열관리를 위한 루프(D) 사이의 연결의 제 2 실시형태에 따르면, 제 2 열교환기(10)의 열전달 유체 유입구(10a)는 엔진의 열관리를 위한 루프(D)의 열전달 유체의 부분 분기로(340)에 연결된다.
다음에 제 2 열교환기(10)의 열전달 유체 유출구(10b)는 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 내에서 열전달 유체 재주입 지점(320)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다.
더욱, 이 제 2 실시형태에서, 가열 루프(A)는 제 1 열교환기(7)의 바이패스 회로(38)를 포함한다. 상기 바이패스 회로(38)는 제 2 열교환기(10)의 열전달 유체 유출구(7b)와 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 내의 열전달 유체 재주입 지점(320)을 직접 연결하고, 상기 바이패스 회로(38)는 또한 개방/폐쇄 밸브(380)를 포함한다.
재주입 지점(320)은 가열 루프(A) 내의 유체의 유동 방향에 따라 기계식 펌프(30)의 하류에 위치된다.
엔진의 열관리를 위한 루프(D)는, 엔진 내에서 순환되는 열전달 유체의 유량이 완전히 차단될 수 있도록, 바람직하게 비례 개폐식 밸브를 더 포함한다. 밸브(34)를 폐쇄함으로써 얻어지는 이와 같은 차단은 특히 제거되는 칼로리의 전부를 배출 라인으로부터 엔진의 흡기로 전달하는 것을 촉진시킨다. 더욱, 밸브의 특정의 개방 정도에 따라, 제거되는 칼로리를 부분적으로 배출 라인으로부터 엔진으로 그리고 상기 엔진에 공급되는 흡기로 전달할 수 있다.
다음에 제 2 열교환기(10)의 열전달 유체 유출구(10b)의 간접 연결은 제 1 열교환기(7)와 제어 밸브(22)에 의해 구현된다.
이러한 제 2 실시형태에 의해 가열 루프(A)의 내측에서 열전달 유체의 순환로 내의 열전달 유체 순환 펌프(24)를 생략할 수 있다. 더 구체적으로, 본 실시형태에서, 가열 루프(A) 내측의 열전달 유체의 순환은 엔진의 열관리를 위한 루프(D)의 기계식 펌프(30)에 의해 보장될 수 있다.
순환이 발생하는 열전달 유체 순환 루프에 따르면, 엔진(3)의 흡기의 온도의 열관리를 위한 방법을 규정할 수 있다. 이러한 관리 방법은 열전달 유체가 순환되는 루프를 선택함으로써 하나의 작동 모드로부터 다른 작동 모드로의 흡기 열관리 장치(1)의 이동에 대응한다. 특히, 이러한 선택은 제어 장치, 예를 들면, 전자 제어 장치에 의해 방출되는 참조 변수의 함수로서 이루어진다.
다양한 작동 모드는 다음과 같다.
- 제어 밸브(22)가 가열 루프(A)를 폐쇄시키는 흡기를 위한 가열 모드로서, 열전달 유체는 제 2 열교환기(10)를 통해 배기 가스로부터의 열 에너지를 회수하고, 제 1 열교환기(7)의 영역에서 의 흡기 내에 상기 에너지를 되돌린다. 이 작동 모드는 제 1 열교환기(7)의 영역 내에서 흡기를 가열하기 위해 사용된다.
- 제어 밸브(22)가 냉각 루프(B)를 폐쇄하는 냉각 모드로서, 열전달 유체는 제 1 열교환기(7)를 통해 흡기로부터 열 에너지를 회수하고, 저온 라디에이터(20)의 영역 내에서 상기 에너지를 소산시킨다. 이 냉각 모드는 제 1 열교환기(7)의 영역 내에서 흡기를 냉각시키기 위해 사용된다.
- 제어 밸브(22)가 바이패스 루프(C)를 폐쇄시키는 바이패스 모드로서, 흡기는 가열되지도 또는 냉각되지도 않고, 열전달 유체는 열전달 유체 유출구(7b)로부터 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)로 직접 순환된다. 이 작동 모드는 흡기를 가열 또는 냉각시키는 것이 불필요하지만, 비등의 발생을 방지하고 열전달 유체를 균질화시키기 위해 열전달 유체를 순환시키는 것은 여전히 요구되는 경우에 특히 사용된다.
- 제어 밸브(22)가 바이패스 루프(C) 및 냉각 루프(B)의 양자 모두 내로의 열전달 유체의 이동을 허용하는 제어 모드. 이 실시형태는 흡기의 온도의 정확한 제어를 실시하기 위해 사용될 수 있다.
제 2 열교환기(10)가 또한 엔진(3)의 열관리를 위한 루프에 연결되는 경우, 열관리 방법은 추가의 작동 모드, 즉, 제 2 열교환기와 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 사이에서 열전달 유체가 순환되는 일탈 모드를 포함할 수 있다.
이러한 일탈 모드는 흡기를 가열할 필요가 없는 경우에 사용될 수 있다. 배기 가스로부터 제거된 열 에너지는 승객실의 가열을 보조하기 위해, 엔진의 온도 상승에 기여하기 위해, 또는 심지어 배기 가스 회수 시스템(14)에서 배기 가스를 이용하기 위해 상기 배기 가스를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다.
이 실시형태는 또한 냉각 모드 또는 바이패스 모드와 동시에 사용될 수 있다.
이 마지막 작동 모드에서, 이 구현형태는 제 2 열교환기(10)와 열관리용 루프(D) 사이의 연결의 실시형태에 따라 변화된다.
도 2에 도시된 제 1 실시형태에 따르면, 일탈 모드는 열전달 유체를 엔진의 열관리를 위한 루프(D)를 향해 안내하는 3 방향 밸브(36)를 이용하여 얻어진다.
도 3에 도시된 제 2 실시형태에 따르면, 일탈 모드는 제 1 열교환기(7)의 바이패스 회로(38)를 개방시키는 개방/폐쇄 밸브(380)로 인해 얻어진다.
따라서, 본 흡기 열관리 장치(1)는, 제 2 열교환기(10)의 메인 배기 라인(12) 상에 직접 위치시키는 것 및 공기 취입 회로(9) 내에 위치되는 제 1 열교환기(7)와의 그 직접 연결에 기인되어, 흡기 온도의 상승 및 연소를 개선할 수 있고, 따라서 추운 날씨 조건에서 연료 소비 및 오염 배기 가스를 감소시킬 수 있다는 것을 분명히 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 터보과급기(5)를 구비한 내연 엔진(3)을 위한 흡기 열관리 장치(1)로서, 상기 장치는,
    - 열전달 유체 유입구(7a) 및 열전달 유체 유출구(7b)를 포함하고, 콤프레셔(5a)와 상기 엔진(3) 사이에서 공기 취입 회로(9) 내에 위치되는 제 1 열교환기(7),
    - 상기 엔진(3)의 메인 배기 라인(12) 상에 위치되고, 배기 가스로부터 열 에너지를 수집하고, 상기 에너지를 열전달 유체 유출구(10b)와 열전달 유체 유입구(10a) 사이의 가열 루프(A) 내에서 순환하는 열전달 유체에 전달하는 제 2 열교환기(10)를 포함하고,
    상기 제 1 열교환기(7)의 상기 열전달 유체 유입구(7a)는 상기 제 2 열교환기(10)의 상기 열전달 유체 유출구(10b)에 연결되고,
    상기 제 1 열교환기(7)의 상기 열전달 유체 유출구(7b)는 상기 제 2 열교환기(10)의 상기 열전달 유체 유입구(10a)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어 상기 가열 루프(A)를 형성하는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기 열관리 장치는 터빈(5b)의 하류의 상기 메인 배기 라인(12) 상에 위치되는 배기 가스 분기로(141)를 포함하는 소위 저압 시스템인 배기 가스 회수 시스템(14)을 더 포함하고,
    상기 제 2 열교환기(10)는 상기 터빈(5b)과 상기 배기 가스 회수 시스템(14)의 분기로(141) 사이에 위치되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기(10)는 상기 배기 가스 처리 장치(16)의 하류에 위치되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 배기 라인(12)은 상기 제 2 열교환기(10)의 바이패스 회로(18)를 포함하고, 상기 바이패스 회로(18)의 개방 및 폐쇄는 바이패스 밸브(180)에 의해 제어되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기(7)는 또한,
    - 상기 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유출구(7b)를 저온 라디에이터(20)의 열전달 유체 유입구(20a)에 연결하고, 상기 저온 라디에이터(20)의 열전달 유체 유출구(20b)를 상기 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)에 연결하는 냉각 루프(B),
    - 상기 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)와 열전달 유체 유출구(7b)를 연결하는 바이패스 루프(C)에 연결되고,
    - 상기 가열 루프(A), 상기 냉각 루프(B) 또는 상기 바이패스 루프(C) 중 하나 내에서 상기 열전달 유체의 순환을 제어하기 위해 상기 가열 루프(A), 상기 냉각 루프(B)와 상기 바이패스 루프(C) 사이의 접점 중 하나에 제어 밸브(22)가 위치되고,
    - 상기 열전달 유체의 유동을 유발시키기 위해 상기 가열 루프(A), 상기 냉각 루프(B)와 상기 바이패스 루프(C) 사이의 접점 중 하나와 상기 제 1 열교환기(7) 사이에 열전달 유체 순환 펌프(24)가 위치되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 밸브(22)는 열전달 유체 유입구 및 3개의 열전달 유체 유출구를 포함하고, 상기 열전달 유체 유입구는 상기 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유출구(7b)에 연결되고, 상기 3개의 열전달 유체 유출구의 각각은 상기 가열 루프(A), 상기 냉각 루프(B) 또는 상기 바이패스 루프(C) 중 하나에 연결되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어 밸브(22)는 3개의 열전달 유체 유입구 및 하나의 열전달 유체 유출구를 포함하고, 상기 열전달 유체 유출구는 상기 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)에 연결되고, 상기 3개의 열전달 유체 유입구의 각각은 상기 가열 루프(A), 상기 냉각 루프(B) 또는 상기 바이패스 루프(C) 중 하나에 연결되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 열교환기(10)는 특히 상기 엔진(3)의 열관리 시스템을 포함하는 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D)에 또한 연결되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    - 상기 제 2 열교환기(10)는 상기 엔진(3)의 열관리 시스템에 병렬로 연결되고, 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D)는 상기 제 2 열교환기(10)의 상류의 상기 가열 루프(A)와 상기 제 2 열교환기(10)의 하류에서 분기하는 2개의 루프를 연결하고,
    - 상기 가열 루프(A) 또는 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 중 하나 내의 열전달 유체의 순환을 제어하기 위해, 상기 가열 루프(A)와 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 사이의 접점 중 하나에 3 방향 밸브(36)가 위치되는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    - 상기 제 2 열교환기(10)의 상기 열전달 유체 유입구(10a)는 기계식 펌프(30)의 하류에 위치된 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D)의 열전달 유체의 부분 분기로(340) 및 상기 엔진 내에서 순환하는 상기 열전달 유체의 유량을 제어하기 위한 수단(34)에 연결되고, 각각은 상기 엔진(3)의 열관리 시스템에 속하고,
    - 다음에 상기 제 2 열교환기(10)의 열전달 유체 유출구(10b)는 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 내에서 열전달 유체 재주입 지점(320)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고,
    - 상기 가열 루프(A)는 상기 제 2 열교환기(10)의 열전달 유체 유출구(10b)와 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 내의 상기 열전달 유체 재주입 지점(320)을 연결하는 상기 제 1 열교환기(7)의 바이패스 회로(38)를 포함하고, 상기 바이패스 회로(38)는 개방/폐쇄 밸브(380)를 포함하는
    터보과급기를 구비한 내연 엔진을 위한 흡기 열관리 장치.
  11. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 열관리 장치(1)를 포함하는 엔진(3)의 흡기의 온도를 열관리하기 위한 방법에 있어서,
    상기 열관리 장치(1)는, 참조 변수의 함수로서, 다음의 연속적인 작동 모드, 즉
    - 상기 제어 밸브(22)가 상기 가열 루프(A)를 폐쇄시키는 상기 흡기를 위한 가열 모드로서, 상기 열전달 유체는 상기 제 2 열교환기(10)를 통해 상기 배기 가스로부터의 열 에너지를 회수하고, 제 1 단계에서 상기 제 1 열교환기(7)의 영역 내에서 흡기 내에만, 그리고 다음에 제 2 단계에서 상기 엔진 내에서 순환하는 상기 열전달 유체 내에 상기 에너지를 되돌리는, 가열 모드,
    - 상기 제어 밸브(22)가 상기 냉각 루프(B)를 폐쇄하는 냉각 모드로서, 상기 열전달 유체는 상기 제 1 열교환기(7)를 통해 상기 흡기로부터 열 에너지를 회수하고, 상기 저온 라디에이터(20)의 영역 내에서 상기 에너지를 소산시키는, 냉각 모드,
    - 상기 제어 밸브(22)가 상기 바이패스 루프(C)를 폐쇄시키는 바이패스 모드로서, 상기 흡기는 가열되지도 또는 냉각되지도 않고, 상기 열전달 유체는 상기 열전달 유체 유출구(7b)로부터 상기 제 1 열교환기(7)의 열전달 유체 유입구(7a)로 직접 순환되는, 바이패스 모드,
    - 상기 제어 밸브(22)가 상기 바이패스 루프(C) 및 상기 냉각 루프(B)의 양자 모두 내에서의 열전달 유체의 통과를 허용하는 제어 모드 중 하나를 통과할 수 있는
    열관리 장치를 포함하는 엔진의 흡기의 온도를 열관리하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 관리 장치는 제 8 항에 청구된 바와 같은 관리 장치(1)이고,
    상기 관리장치는 또한 상기 열전달 유체가 상기 제 2 열교환기(10)와 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D) 사이에서 순환하는 일탈 모드 내로 진입할 수 있는
    열관리 장치를 포함하는 엔진의 흡기의 온도를 열관리하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 관리 장치(1)는 제 9 항에 청구된 바와 같은 관리 장치(1)이고,
    상기 일탈 모드로의 이동은 상기 3 방향 밸브(36)를 이용하여 상기 엔진의 열관리를 위한 루프(D)를 향하여 상기 열전달 유체의 방향을 전환시킴으로써 구현되는
    열관리 장치를 포함하는 엔진의 흡기의 온도를 열관리하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 관리 장치(1)는 제 10 항에 청구된 바와 같은 관리 장치(1)이고,
    상기 일탈 모드로의 이동은 상기 개방/폐쇄 밸브(380)를 통해 상기 제 1 열교환기(7)의 상기 바이패스 회로(38)를 개방시킴으로써 구현되는
    열관리 장치를 포함하는 엔진의 흡기의 온도를 열관리하기 위한 방법.
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