KR20160046251A - 인터쿨러를 갖는 엔진시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 갖는 엔진시스템은, 흡기라인을 흐르는 공기를 압축하는 터보차저, 상기 터보차저의 하류측에 설치되어 공기를 냉각시키는 인터쿨러, 상기 터보차저와 상기 인터쿨러를 지나서 공급되는 공기를 통해서 연소를 수행하는 엔진, 및 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기라인에서 상기 흡기라인의 일측으로 재순환시키는 이지알라인을 포함하고, 상기 인터쿨러는, 상류측에 설치되는 제1인터쿨러코어, 및 상기 제1인터쿨러코어와 설정된 간격을 두고 배치되는 제2인터쿨러코어를 포함하고, 상기 이지알라인은 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어 사이로 합류될 수 있다.

Description

인터쿨러를 갖는 엔진시스템{ENGINE SYSTEM HAVING INTER COOLER}

본 발명은 흡기라인에 설치되어 흡기공기를 냉각시키고, 배기라인의 배기가스를 흡기라인의 일측으로 재순환시켜서 연료소모를 줄이고 출력을 향상시키며 흡기를 냉각시키는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진은 가솔린엔진에 비하여 연료의 소모가 적고 효율이 좋다고 알려져 있다. 통상 40%정도의 효율을 내고 있으며, 이는 디젤엔진의 고압축비에 따른 것이다.

최근의 엔진에서는 보다 큰 출력을 얻을 수 있도록 터보차저(Turbo charge)와 인터쿨러(Inter cooler) 등을 추가로 구비한다.

이와 같이 터보차저를 적용한 엔진은 터보차저의 압축기에 의해 배기가스나 외부공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 발생된 과급공기(고온의 압축공기)를 엔진측으로 공급한다.

하지만, 급속히 압축된 공기는 터보차저의 열과 그 압축과정에서 발생하는 열을 흡수하여 밀도가 낮아지게 되고, 결과적으로 엔진 연소실 내의 충전효율을 떨어뜨린다.

이에, 인터쿨러를 사용함으로써 과급공기를 냉각하여 높은 밀도를 얻을 수 있으며, 그 결과 보다 많은 공기를 엔진 연소실 내로 흡입시켜 높은 출력을 얻을 수 있다.

디젤엔진에서 NOx를 줄이기 위해서 배기가스 재순환 장치(exhaust gas recirculation device)가 적용되고 있으며, 터보차저의 상류측을 흐르는 배기가스를 흡기측으로 공급하는 고압이지알시스템(HP EGR system)이 적용될 수 있다.

인터쿨러의 효율저하를 방지하기 위해서 고압 이지알 가스는 인터쿨러의 하류측으로 공급되는데, 이지알가스와 흡기의 혼합이 충분하지 않고, 혼합가스의 균일도가 저하되어 전체적인 효율이 저하될 수 있다.

즉, 흡기매니폴드로 공급된 흡기가 연소실로 균일하게 공급되지 않을 수 있다. 아울러, 인터쿨러로 유입되는 흡기의 균일도가 떨어져서 인터쿨러의 냉각효율이 저하될 수 있다.

본 발명의 목적은 배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 재순환 배기가스와흡기의 혼합성과 분배성을 향상시키고, 조립성 및 유지보수를 용이하게 하고, 생산비용을 줄일 수 있는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템을 제공하는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 갖는 엔진시스템은, 흡기라인을 흐르는 공기를 압축하는 터보차저, 상기 터보차저의 하류측에 설치되어 공기를 냉각시키는 인터쿨러, 상기 터보차저와 상기 인터쿨러를 지나서 공급되는 공기를 통해서 연소를 수행하는 엔진, 및 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기라인에서 상기 흡기라인의 일측으로 재순환시키는 이지알라인을 포함하고, 상기 인터쿨러는, 상류측에 설치되는 제1인터쿨러코어, 및 상기 제1인터쿨러코어와 설정된 간격을 두고 배치되는 제2인터쿨러코어를 포함하고, 상기 이지알라인은 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어 사이로 합류될 수 있다.

상기 이지알라인은 상기 터보차저의 터빈과 상기 엔진 사이의 상기 배기라인에서 분기되는 고압이지알라인일 수 있다.

상기 인터쿨러는 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어가 내부에 장착되는 인터쿨러케이싱을 포함할 수 있다.

상기 이지알라인에는 재순환되는 배기가스의 흐름을 제어하는 이지알밸브가배치될 수 있다.

상기 이지알라인을 통해서 공급되는 재순환 배기가스는 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어 사이에 형성된 공간으로 적어도 두 개의 분배구를 통해서 분배될 수 있다.

상기 제1인터쿨러코어의 제1냉각효율은 상기 제2인터쿨러코어의 제2냉각효율보다 높게 설정되고, 상기 제1,2냉각효율은 유출입 공기온도 차이에 의해서 연산될 수 있다.

상기 제1인터쿨러코어 또는 상기 제2인터쿨러코어는 알루미늄 재질로 만들어질 수 있다.

상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어는 냉각수를 통해서 상기 흡기라인을 흐르는 공기 또는 배기가스를 냉각시키는 수냉식일 수 있다.

상기 제2인터쿨러코어를 지난 냉각수가 상기 제1인터쿨러코어로 공급될 수 있다.

상기 제1인터쿨러는 상기 엔진의 흡기매니폴드에 직접 연결될 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 인터쿨러가 제1인터쿨러코어와 제2인터쿨러코어로 구성되고, 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어 사이에 공간을 형성하여, 흡기 및 재순환 배기가스의 유동균일도를 개선할 수 있다.

또한, 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어 사이로 배기가스를 재순환시키고, 상기 제1인터쿨러코어가 이지알쿨러의 기능을 수행하도록 함으로써, 조립성 및 생산비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 인터쿨러를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러의 일부 확대 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 갖는 엔진시스템의 일부 분해 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명과 관련된 인터쿨러를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 엔진시스템은 흡기라인(100), 터보차저(110), 인터쿨러(120), 엔진(130), 배기라인(140), 이지알라인(150), 이지알밸브(160), 및 이지알쿨러(170)를 포함한다.

외기는 상기 흡기라인(100), 상기 터보차저(110)의 컴프레서, 및 상기 인터쿨러(120)를 통해서 상기 엔진(130)의 연소실로 공급되고, 상기 연소실에서는 연료와 함께 연소되어 회전력을 발생시킨다.

상기 엔진(130)에서 연소된 배기가스는 상기 배기매니폴드와 상기 배기라인(140)을 통해서 이동하고, 상기 배기라인을 흐르는 배기가스는 상기 터보차저(110)의 터빈을 회전시켜서 상기 터보차저(110)의 컴프레서를 회전시키고, 상기 컴프레서는 상기 흡기라인(100)을 흐르는 공기를 압축시킨다.

상기 인터쿨러(120)는 상기 터보차저(110)에 의해서 압축되어 가열된 외기를 냉각시키고, 상기 이지알라인(150)은 상기 터보차저(110)와 상기 배기매니폴드 사이의 상기 배기라인에서 분기되어 상기 인터쿨러(120)의 하류측 상기 흡기라인(100)으로 합류된다.

상기 이지알라인(150)에는 재순환되는 배기가스를 제어하는 이지알밸브(160)와 재순환되는 배기가스를 냉각시키는 이지알쿨러(170)가 배치된다.

본 발명과 관련된 도 1의 구성에서, 상기 이지알쿨러(170)를 지난 재순환 배기가스가 상기 인터쿨러(120)의 하류측으로 공급되고, 재순환 배기가스의 분배성이 악화되어 상기 엔진(130)의 연소실로 재순환 배기가스를 균일하게 공급할 수 없다.

아울러, 상기 이지알쿨러(170)와 상기 인터쿨러(120)를 별도로 구성함으로써, 조립이 어렵고 생산비용이 증가할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 인터쿨러(120)는 인터쿨러케이싱(220), 제1인터쿨러코어(200), 및 제2인터쿨러코어(210)를 포함한다.

상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210)는 설정된 간격을 두고 배치되고, 상기 제1인터쿨러코어(200)는 상기 흡기라인(100)의 하류측에 배치되고, 상기 제2인터쿨러코어(210)는 상기 흡기라인(100)의 상류측에 배치된다.

상기 이지알라인(150)은 상기 터보차저(110)의 상기 터빈과 상기 배기매니폴드 사이의 상기 배기라인(140)에서 분기되어 상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210) 사이로 합류된다.

상기 흡기라인(100)을 흐르는 외기는 상기 제2인터쿨러코어(210)와 상기 제1인터쿨러코어(200)를 순차적으로 지나면서 냉각되고, 상기 이지알라인(150)을 흐르는 재순환 배기가스는 상기 제1인터쿨러코어(200)를 지나면서 냉각된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210)는 수냉식 타입으로, 별도의 저온냉각수 라인을 흐르는 저온 냉각수가 상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210)를 통해서 흡기와 재순환배기가스를 냉각시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시예에서, 상기 이지알라인(150)을 통해서 상기 제1인터쿨러코어(200)의 상류측으로 공급되는 재순환 배기가스가 상기 제1인터쿨러코어(200)를 지나면서 흡기와 균일하게 혼합되어 전체적인 재순환 배기가스의 균일도가 상승하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러의 일부 확대 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 인터쿨러(120)의 상기 인터쿨러케이싱(220) 안에 상기 제2인터쿨러코어(210)와 상기 제1인터쿨러코어(200)가 흡기의 흐름방향으로 설정된 간격을 두고 배치되고, 상기 제2인터쿨러코어(210)와 상기 제1인터쿨러코어(200)는 흡기의 흐름방향 (길이방향)으로 각각 설정된 길이(length)를 갖는다.

상기 제1인터쿨러코어(200)의 길이는 상기 제2인터쿨러코어(210)의 길이보다 짧고, 그 폭은 동일하다. 따라서, 상기 제1인터쿨러코어(200)의 냉각효율은 상기 제2인터쿨러코어(210)의 냉각효율보다 낮을 수 있다. 본 발명의 실시예에서 상기 냉각효율은 입구와 출구 사이의 온도차이를 이용하여 연산될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제1인터쿨러코어(200)는 상기 이지알라인(150)을 흐르는 재순환배기가스를 냉각시키는 이지알쿨러의 기능을 수행하고, 상기 제1인터쿨러코어(200)는 상기 흡기라인(100)을 흐르는 흡기와 재순환배기가스의 혼합 균일도를 향상시키는 분배의 기능도 수행한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러를 갖는 엔진시스템의 일부 분해 사시도이다.

도 4를 참조하면, 흡기매니폴드(400)에 상기 인터쿨러(120)가 직접 체결되고, 상기 인터쿨러(120)로 상기 흡기라인(100)이 연결된다.

상기 인터쿨러(120)는 상기 인터쿨러케이싱(220), 상기 제1인터쿨러코어(200), 및 상기 제2인터쿨러코어(210)를 포함하고, 상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210) 사이에는 설정된 혼합공간이 형성된다.

상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210) 사이에 형성된 상기 혼합공간으로 상기 이지알라인(150)을 흐르는 재순환 배기가스가 골고루 분배된다.

특히, 상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210) 사이에는 재순환 배기가스를 분배하는 분배구(410)가 설정된 간격을 두고 배치되고, 상기 이지알라인(150)은 각각의 상기 분배구(410)와 연결된다.

상기 분배구(410)에서 분사되는 재순환 배기가스는 상기 혼합공간에서 상기 제2인터쿨러코어(210)를 지난 흡기와 혼합되고, 상기 제1인터쿨러코어(200)를 지나서 상기 흡기매니폴드(400)로 직접 공급된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 인터쿨러(120)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 인터쿨러(120)의 상기 제1인터쿨러코어(200)가 알루미늄 재질로 형성되어 스테인레스 스틸에 비해서 원가가 절감되고, 중량이 절감되며, 열전도도가 향상될 수 있다.

또한, 상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210)는 저온냉각수를 통해서 흡기와 재순환배기가스를 냉각시키는 수냉식이고, 상기 저온냉각수는 저온냉각수펌프와 저온라디에이터를 순환할 수 있다. 뿐만 아니라, 저온냉각수는 상기 제1인터쿨러코어(200)와 상기 제2인터쿨러코어(210)를 순차적으로 통과하거나 병렬형으로 동시에 통과할 수도 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 흡기라인 110: 터보차저
120: 인터쿨러 130: 엔진
140: 배기라인 150: 이지알라인
160: 이지알밸브 170: 이지알쿨러
200: 제1인터쿨러코어 210: 제2인터쿨러코어
220: 인터쿨러케이싱 400: 흡기매니폴드
410: 분배구

Claims (10)

1. 흡기라인을 흐르는 공기를 압축하는 터보차저;
   상기 터보차저의 하류측에 설치되어 공기를 냉각시키는 인터쿨러;
   상기 터보차저와 상기 인터쿨러를 지나서 공급되는 공기를 통해서 연소를 수행하는 엔진; 및
   상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기라인에서 상기 흡기라인의 일측으로 재순환시키는 이지알라인; 을 포함하고,
   상기 인터쿨러는,
   상류측에 설치되는 제1인터쿨러코어; 및
   상기 제1인터쿨러코어와 설정된 간격을 두고 배치되는 제2인터쿨러코어; 를 포함하고, 상기 이지알라인은 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어 사이로 합류되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
2. 제1항에서,
   상기 이지알라인은
   상기 터보차저의 터빈과 상기 엔진 사이의 상기 배기라인에서 분기되는 고압이지알라인인 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
3. 제1항에서,
   상기 인터쿨러는
   상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어가 내부에 장착되는 인터쿨러케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
4. 제1항에서,
   상기 이지알라인에는 재순환되는 배기가스의 흐름을 제어하는 이지알밸브가배치되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
5. 제1항에서,
   상기 이지알라인을 통해서 공급되는 재순환 배기가스는 상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어 사이에 형성된 공간으로 적어도 두 개의 분배구를 통해서 분배되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
6. 제1항에서,
   상기 제1인터쿨러코어의 제1냉각효율은 상기 제2인터쿨러코어의 제2냉각효율보다 높게 설정되고, 상기 제1,2냉각효율은 유출입 공기온도 차이에 의해서 연산되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
7. 제1항에서,
   상기 제1인터쿨러코어 또는 상기 제2인터쿨러코어는 알루미늄 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
8. 제1항에서,
   상기 제1인터쿨러코어와 상기 제2인터쿨러코어는 냉각수를 통해서 상기 흡기라인을 흐르는 공기 또는 배기가스를 냉각시키는 수냉식인 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
9. 제8항에서,
   상기 제2인터쿨러코어를 지난 냉각수가 상기 제1인터쿨러코어로 공급되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.
10. 제1항에서,
    상기 제1인터쿨러는 상기 엔진의 흡기매니폴드에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 인터쿨러를 갖는 엔진시스템.

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