KR20190012615A

KR20190012615A - 인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템

Info

Publication number: KR20190012615A
Application number: KR1020170095874A
Authority: KR
Inventors: 박정주
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-02-11
Also published as: KR102359940B1

Abstract

인터쿨러 및 이를 포함한 엔진 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시예에 의한 인터쿨러는 흡기 라인과 연결되는 상부 바디, 상기 상부 바디의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인을 통해 유입된 압축된 공기가 열 교환되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인과 연결되는 하부 바디를 포함하고, 상기 하부 바디에는 열 교환에 의해 발생한 응축수를 일시적으로 저장하는 저장 공간이 형성되는 챔버 바디가 구비될 수 있다.

Description

인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템 {INTERCOOLER AND ENGINE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인터쿨러 내부에서 생성된 응축수가 유동하는 것을 방지할 수 있는 인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템에 관한 것이다.

자동차의 엔진은 외부로부터 유입된 공기를 연료와 적절한 비율로 혼합하여 연소시켜 동력을 발생시킨다.

엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 엔진의 동력 발생을 위한 연소 후에는 배기가스가 발생되며 이러한 배기가스는 외부로 배출된다.

엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해, 엔진의 연소 효율을 높이기 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저 (turbocharger)가 사용되고 있다.

일반적으로 터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 돌린 후, 그 회전력을 이용하여 실린더로 고압의 공기를 공급하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다. 터보차저는 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있다.

터보차저의 컴프레서를 통해 압축된 공기는 온도가 높아져 팽창하기 때문에, 공기 중에 산소 밀도가 떨어진다. 따라서, 실린더로 공급되는 충진 효율이 낮아진다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 인터쿨러를 이용하여 터보차저의 컴프레서를 통해 압축된 고온의 공기를 냉각하여 공기 밀도를 높이고 실린더로 유입되는 공기의 흡입 효율을 높임으로써, 엔진의 연소 효율을 향상시킨다.

터보차저의 컴프레서에 의해 압축된 고온의 공기가 인터쿨러에서 열교환되어 온도가 낮아지면, 공기에 포함된 수증기가 응결되면서 응축수가 발생한다. 이때, 발생된 응축수는 인터쿨러의 하부에 고이게 된다.

그러나 차량이 주행하면, 인터쿨러의 하부에 고인 응축수가 유동하게 되고, 이로 인해 흡기 라인에 설치된 각종 부품(예를 들어, 브레이크 위치 센서)이 젖게 된다. 특히, 차량이 겨울철과 같은 추운 지역을 주행하면, 응축수에 젖은 부품들이 얼면서, 고장이 발생된다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 인터쿨러에서 생성된 응축수가 유동하는 것을 방지할 수 있는 인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 인터쿨러 내부에서 생성된 응축수가 유동하여 인터쿨러 주변 부품이 젖어 동결되는 것을 방지할 수 있는 인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러는 과급기에 의해 압축된 공기를 냉각시키기 위해 상기 과급기와 흡기 매니폴드 사이의 흡기 라인에 설치되는 인터쿨러에 있어서, 상기 흡기 라인과 연결되는 상부 바디, 상기 상부 바디의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인을 통해 유입된 압축된 공기가 열 교환되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인과 연결되는 하부 바디를 포함하고, 상기 하부 바디에는 열 교환에 의해 발생한 응축수를 일시적으로 저장하는 저장 공간이 형성될 수 있다.

상기 저장 공간에는 상기 응축수를 흡수하는 흡수체가 구비될 수 있다.

상기 흡수체는 금속 섬유를 적층한 후 고온 소결 공정을 통해 형성될 수 있다.

상기 흡수체에 형성되는 메쉬의 크기는 물 분자의 크기보다 작고 수증기 분자의 크기보다 클 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 엔진 시스템은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 복수의 실린더를 포함하는 엔진, 상기 실린더로 압축된 공기를 공급하는 과급기, 및 상기 과급기에서 압축된 고온의 공기를 냉각시키는 인터쿨러를 포함하고, 상기 인터쿨러는 흡기 라인과 연결되는 상부 바디, 상기 상부 바디의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인을 통해 유입된 압축된 공기가 열 교환되는 냉각 핀, 및 상기 냉각 핀의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인과 연결되며 열 교환에 의해 발생한 응축수를 일시적으로 저장하는 저장 공간이 형성되는 챔버 바디가 구비되는 하부 바디를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템에 의하면, 인터쿨러 내부에서 생성된 응축수가 인터쿨러 하부의 저장 공간에 구비되는 흡수체에 흡수되기 때문에, 응축수가 인터쿨러 내부에서 유동하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 인터쿨러 내부에서 생성된 응축수가 주변 부품들을 젖게 하는 것을 방지하여, 부품의 고장을 예방할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러가 적용되는 엔진 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 인터쿨러를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 "A" 표시부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러의 내부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러의 일부 단면을 도시한 도면이다.

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.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 인터쿨러 및 이를 포함하는 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러가 적용되는 엔진 시스템을 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 신기가 유입되는 흡기 라인(10), 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 복수의 실린더(21)을 포함하는 엔진(20), 상기 실린더(21)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(30), 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 신기를 압축하여 실린더(21)로 공급하는 과급기, 및 상기 과급기에서 압축된 공기를 냉각시키는 인터쿨러(50)를 포함한다.

상기 과급기는 기계식 터보차저 또는 전동식 슈퍼차저일 수 있다. 다만, 설명의 편의를 위해, 본 명세서에는 상기 과급기는 기계식 터보차저인 것으로 예를 들어 설명하도록 한다.

상기 터보차저(40)는 상기 배기 라인(30)에 구비되고 상기 실린더(21)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(41), 및 상기 흡기 라인(10)에 구비되고 상기 터빈(41)과 연동하여 회전하고 흡기를 압축하는 컴프레서(43)를 포함한다.

상기 인터쿨러(50)는 상기 컴프레서(43)의 하류와 흡기 매니폴드(23) 사이의 흡기 라인(10)에 설치되고, 상기 터보차저(40)의 컴프레서(43)에 의해 압축된 고온의 공기를 냉각시켜, 실린더로 공급되는 공기의 충진 효율을 높인다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 인터쿨러의 구조에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 인터쿨러를 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 "A" 표시부를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러의 내부를 도시한 도면이다. 그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인터쿨러의 일부 단면을 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 상기 인터쿨러(50)는 상부 바디(51), 하부 바디(55), 및 상기 상부 바디(51)와 상기 하부 바디(55)의 사이에 설치되는 냉각 핀(53)을 포함한다.

상기 상부 바디(51)는 상기 흡기 라인(10)과 연결되어, 터보차저(40)의 컴프레서(43)에 의해 압축된 공기가 유입된다.

상기 냉각 핀(53)(cooling fin)은 상기 상부 바디(51)의 하부에 설치되고, 상기 흡기 라인(10)을 통해 압축된 고온의 공기를 열 교환에 의해 냉각시킨다.

상기 하부 바디(55)는 상기 냉각 핀(53)의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인(10)과 연결된다. 상기 냉각 핀(53)에 의해 냉각된 공기는 상기 하부 바디(55)를 통해 배출되고 상기 흡기 라인(10)과 상기 흡기 매니폴드(23)를 거쳐 실린더로 공급된다.

상기 하부 바디(55)에는 저장 공간이 형성되는 챔버 바디(57)가 구비된다. 상기 챔버 바디(57)에 형성된 저장 공간에는 인터쿨러(50) 내부에서 생성된 응축수가 일시적으로 저장된다.

상기 챔버 바디(57)에 형성되는 저장 공간에는 인터쿨러(50) 내부에서 생성된 응축수를 흡수하는 흡수체(59)가 구비될 수 있다. 상기 흡수체(59)는 인터쿨러(50) 내부에서 생성된 응축수를 흡수하여 인터쿨러(50) 내부에서 응축수가 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 흡수체(59)는 마이크로 미터 단위의 금속 섬유를 한층 한층 적층한 후 고온 소결 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 금속 섬유에 의해 형성되는 메쉬의 크기는 물 분자의 크기보다 작고 수증기 분자의 크기보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 상기 흡수체(59)는 응축수를 흡수한 상태를 유지하고 응축수가 수증기로 기화되면, 수증기 상태로 흡기 라인을 통해 실린더로 배출될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 인터쿨러(50)가 적용된 엔진 시스템의 동작에 대해 상세하게 설명한다.

흡기 라인을 통해 외부에서 유입된 공기는 터보차저(40)의 컴프레서(43)에 의해 압축된다. 컴프레서(43)에 의해 압축된 고온의 공기는 흡기 라인에 설치된 인터쿨러(50)로 유입된다.

흡기 라인을 통해 인터쿨러(50)로 유입된 고온 고압의 공기는 인터쿨러(50)의 냉각 핀(53)을 통해 냉각된다. 이때, 고온 고압의 공기가 냉각되면서 인터쿨러(50) 내부에 응축수가 발생한다.

인터쿨러(50) 내부에서 생성된 응축수는 인터쿨러(50)의 하부 바디(55)에 구비된 챔버 바디(57)의 저장 공간으로 모이고, 상기 저장 공간에 모인 응축수는 흡수체(59)에 흡수된다. 따라서, 인터쿨러(50) 내부에서 응축수가 유동되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 인터쿨러(50) 주변의 각종 부품이 응축수에 의해 젖는 것을 방지할 수 있다.

그리고 흡수체(59)에 의해 흡수된 응축수는 인터쿨러(50) 내부를 순환하는 과급 공기(터보차저(40)에 의해 압축된 공기)에 의해 증발되고, 흡기 라인을 통해 수증기 형태로 실린더로 유입된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 인터쿨러(50) 및 엔진 시스템에 의하면, 인터쿨러(50) 내부에서 생성된 응축수가 챔버 바디(57)의 저장 공간에 구비되는 흡수체(59)에 흡수된 상태로 존재하기 때문에, 인터쿨러(50) 내부에서 응축수가 유동하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 인터쿨러(50) 주변의 부품이 응축수에 의해 젖어 파손되는 것을 예방할 수 있다.

또한, 인터쿨러(50) 내부에서 생성된 응축수가 실린더로 유입되는 것이 차단되기 때문에, 실린더로 유입된 응축수에 의해 연소가 불안정해지거나 응축수의 결빙으로 인해 흡기 라인이 막히는 것을 방지할 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: 흡기 라인
20: 엔진
21: 실린더
23: 흡기 매니폴드
30: 배기 라인
40: 터보차저
41: 터빈
43: 컴프레서
50: 인터쿨러
51: 상부 바디
53: 냉각 핀
55: 하부 바디
57: 챔버 바디
59: 흡수체

Claims

과급기에 의해 압축된 공기를 냉각시키기 위해 상기 과급기와 흡기 매니폴드 사이의 흡기 라인에 설치되는 인터쿨러에 있어서,
상기 흡기 라인과 연결되는 상부 바디;
상기 상부 바디의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인을 통해 유입된 압축된 공기가 열 교환되는 냉각 핀; 및
상기 냉각 핀의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인과 연결되는 하부 바디;
를 포함하고,
상기 하부 바디에는 열 교환에 의해 발생한 응축수를 일시적으로 저장하는 저장 공간이 형성되는 챔버 바디가 구비되는 인터쿨러.
제1항에 있어서,
상기 저장 공간에는 상기 응축수를 흡수하는 흡수체가 구비되는 인터쿨러.
제2항에 있어서,
상기 흡수체는 금속 섬유를 적층한 후 고온 소결 공정을 통해 형성되는 인터쿨러.
제2항에 있어서,
상기 흡수체에 형성되는 메쉬의 크기는 물 분자의 크기보다 작고 수증기 분자의 크기보다 큰 인터쿨러.
연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 복수의 실린더를 포함하는 엔진;
상기 실린더로 압축된 공기를 공급하는 과급기; 및
상기 과급기에서 압축된 고온의 공기를 냉각시키는 인터쿨러;
를 포함하고,
상기 인터쿨러는
흡기 라인과 연결되는 상부 바디;
상기 상부 바디의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인을 통해 유입된 압축된 공기가 열 교환되는 냉각 핀; 및
상기 냉각 핀의 하부에 설치되고 상기 흡기 라인과 연결되며 열 교환에 의해 발생한 응축수를 일시적으로 저장하는 저장 공간이 형성되는 챔버 바디가 구비되는 하부 바디;
를 포함하는 엔진 시스템.
제5항에 있어서,
상기 저장 공간에는 상기 응축수를 흡수하는 흡수체가 구비되는 엔진 시스템.
제6항에 있어서,
상기 흡수체는 금속 섬유를 적층한 후 고온 소결 공정을 통해 형성되는 엔진 시스템.
제6항에 있어서,
상기 흡수체에 형성되는 메쉬의 크기는 물 분자의 크기보다 작고 수증기 분자의 크기보다 큰 엔진 시스템.