KR20200016125A - 터보차저용 냉각수 순환구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일단부가 히터코어에 연결되고, 타단부가 워터펌프에 연결되어 히터코어의 냉각수를 워터펌프로 공급하는 히터파이프와, 터보차저로부터 상기 히터파이프로 연결되는 드레인파이프를 포함하고, 상기 드레인파이프가 히터파이프에 연결되는 위치는, 상기 드레인파이프로부터 히터파이프로 유입되는 냉각수 또는 버블에 의한 영향이 상기 히터코어에 미치지 않도록 하는 특정위치이다.

Description

터보차저용 냉각수 순환구조{COOLING WATER CIRCULATION STRUCTURE FOR TURBOCHARGER}
본 발명은 대기개방식 냉각시스템에서 터보차저로부터 토출된 냉각수가 히터코어로 끓어 넘쳐 소음 및 진동이 발생하는 현상을 최소화하는 터보차저용 냉각수 순환구조에 관한 것이다.
차량에는 가열된 엔진을 냉각하기 위해 냉각수가 공급되고, 엔진으로부터 배출된 냉각수는 라디에이터에서 냉각된 후, 다시 엔진으로 공급되도록 마련된다.
냉각수는 엔진과 라디에이터를 순환하면서 엔진을 적정 온도로 유지시키는 역할을 수행한다. 여기서, 라디에이터에는 냉각팬이 인접하게 설치되는데, 이에 따라 라디에이터로 공급된 냉각수는 냉각팬을 통해 불어오는 외부공기로 인해 냉각이 촉진된다. 아울러, 일부 냉각수는 엔진으로부터 공조장치의 히터코어로 공급될 수 있다.
라디에이터에는 라디에이터 캡이 설치되는데, 라디에이터 캡은 라디에이터의 내부에 채워진 냉각수의 온도와 압력이 설정된 값보다 높으면 개방되어 냉각수를 리저버로 오버플로우시키고, 라디에이터의 냉각수로 부족해지면 리저버로부터 다시 라디에이터로 공급되도록 동작하여, 라디에이터의 내부에 냉각수의 양과 온도 및 압력을 제어하는 역할을 수행한다.
차량이 고출력으로 운행되거나 장시간 운행되는 경우, 또는 터보차저가 구동되는 경우와 같이 엔진이 과열된 상태에서, Key-off에 의해 차량의 시동이 꺼지면, 냉각장치의 작동도 동시에 멈추면서 엔진이 과열될 수 있다. 즉, 시동이 꺼진 직후에는 엔진이 주행중인 상태와 같이 과열되나, 냉각장치의 작동이 멈추어 엔진에서 발생한 열이 외부로 방출되지 않아 엔진 및 터보차저가 과열될 수 있는 것이다.
이렇게, 시동이 꺼진 직후에 엔진 및 터보차저가 과열되면, 엔진과 터보차저 내부에서 냉각수 보일링(boiling)이 발생한다. 즉, 엔진이나 터보차저 내부의 냉각수가 과열되어 냉각수가 끓게 되면, 냉각수로부터 버블이 발생되고, 버블이 냉각수 라인 또는 히터코어 라인으로 이동하면서 타격음과 진동을 발생시켜 차량의 상품성을 저해시키는 요인이 되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR20-1998-0045545 U
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차량의 시동 오프 후 재시동시 과열된 상태의 터보차저에 냉각수가 공급되어 버블이 발생하더라도, 버블이 히터코어로 유입되는 것을 방지함으로써 실내 소음 유입을 차단하여 차량의 상품성을 개선할 수 있는 터보차저용 냉각수 순환구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보차저용 냉각수 순환구조는,
일단부가 히터코어에 연결되고, 타단부가 워터펌프에 연결되어 히터코어의 냉각수를 워터펌프로 공급하는 히터파이프; 및
터보차저로부터 상기 히터파이프로 연결되는 드레인파이프를 포함하고;
상기 드레인파이프가 히터파이프에 연결되는 위치는, 상기 드레인파이프로부터 히터파이프로 유입되는 냉각수 또는 버블에 의한 영향이 상기 히터코어에 미치지 않도록 하는 특정위치인 것을 특징으로 한다.
상기 특정위치는 상기 히터파이프가 히터코어에 연결되는 일단부 보다 상기 워터펌프에 연결되는 타단부에 더 가깝게 위치할 수 있다.
상기 드레인파이프의 길이는 상기 드레인파이프 내부의 냉각수 수용용량이 상기 터보차저 워터자켓의 냉각수 수용용량의 2/3보다 크게 되도록 설정될 수 있다.
상기 특정위치는 상기 히터파이프의 일단부로부터 히터파이프 직경의 5배 거리만큼 이격된 지점과 상기 타단부 사이의 영역 내에 위치될 수 있다.
상기 터보차저는 엔진의 배기포트에서 토출되는 배기가스가 상기 배기포트보다 상측으로 유동하여 유입되도록 위치된 상향식 터보차저일 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 터보차저용 냉각수 순환구조에 따르면, 차량 시동 오프후 재시동시 과열된 터보차저에 의해 냉각수 버블이 발생하더라도 이로 인한 영향이 히터코어로 전달되는 것을 방지하여 실내로 소음 및 진동이 전달되는 정도를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터보차저용 냉각수 순환구조를 간단히 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 히터파이프 및 드레인파이프의 실시예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 터보차저용 냉각수 순환구조를 적용한 차량의 구성품들을 도시한 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 터보차저용 냉각수 순환구조는 일단부(10a)가 히터코어(100)에 연결되고, 타단부(10b)가 워터펌프(110)에 연결되어 히터코어(100)의 냉각수를 워터펌프(110)로 공급하는 히터파이프(10); 및 터보차저(120)로부터의 냉각수를 상기 히터파이프로 드레인시킬 수 있도록 상기 히터파이프(10)에 연결되는 드레인파이프(20)가 구비된다.
본 발명에서 상기 드레인파이프(20)가 히터파이프(10)에 연결되는 위치는, 상기 드레인파이프(20)로부터 히터파이프(10)로 유입되는 냉각수 또는 버블에 의한 영향이 상기 히터코어(100)에 미치지 않도록 하는 특정위치이다.
즉, 본 발명 실시예는 터보차저(120)로부터 냉각수를 드레인시키는 드레인파이프(20)가 히터파이프(10)에 연결되는 위치를 상기 특정위치로 설정함에 의해, 상기 터보차저(120)로부터 상기 드레인파이프(20)를 통해 상기 히터파이프(10)로 유입되는 냉각수 및 버블에 의한 영향이 상기 히터파이프(10)를 역류하여 상기 히터코어(100)로 전달되는 것을 저감 내지는 방지하도록 하여, 차량 실내로 소음 및 진동이 전달되는 것을 억제하도록 하는 것이다.
차량에는 엔진(130)을 냉각하도록 냉각수가 순환되는데, 엔진(130)과의 열교환에 의해 승온된 냉각수는 라디에이터(Radiator)를 거치면서 냉각되고, 다시 엔진(130)으로 공급되면서 엔진(130) 냉각을 위한 냉각수 순환이 이루어진다.
이때, 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수 또는 리저버탱크(Reservoir Tank)에 잔존하는 냉각수는 워터펌프(110, Water Pump)에 의해 엔진(130)으로 전달되어 냉각수 순환이 이루어진다.
터보차저(120)는 엔진(130)으로부터 토출된 냉각수를 전달받아 냉각이 이루어지도록 마련되고, 다시 워터펌프(110)로 회수되어 냉각수 순환이 이루어지도록 한다.
히터코어(100)는 엔진(130)의 실린더헤드 상부에 설치된 WTC(Water Temperature Controller)를 통해 배출되는 냉각수를 전달받도록 마련되어, 선택적으로 고온의 냉각수를 이용하여 차량의 난방공조에 활용하도록 마련된다.
상기 히터코어(100)를 거친 냉각수는 다시 워터펌프(110)로 전달됨으로써 엔진(130)의 냉각수 순환이 이루어지도록 마련된다.
이와 같이, 상기 히터코어(100)로부터 워터펌프(110)로 냉각수를 전달하도록 구비된 파이프를 본 발명에서는 히터파이프(10)라고 명명한다. 상기 히터파이프(10)의 일단부(10a)는 히터코어(100)에 연결되고, 타단부(10b)는 워터펌프에 연결된다.
한편, 터보차저(120)로부터 분기되어 히터파이프(10) 상에 연결되는 파이프는 본 발명에서 드레인파이프(20)라고 명명한다.
즉, 드레인파이프(20)는 터보차저(120)로부터 토출된 냉각수를 히터파이프(10)로 전달하여 궁극적으로 냉각수를 워터펌프(110)로 전달하는 역할을 수행하게 된다.
일반적으로, 차량이 고출력으로 운행되거나, 장시간 운행되거나 또는 터보차저(120)가 구동되는 운행상황에서는 엔진(130)의 온도가 충분히 높게 되는데, 이 상태에서 차량의 시동이 오프(Key off)되면 워터펌프(110)의 작동도 함께 멈추게 되면서 엔진(130)과 터보차저(120)가 과열된 상태로 유지될 수 있다.
만약 이러한 상황에서 차량이 재시동되면, 냉각수가 과열된 터보차저(120)를 거치면서 끓게 되는 보일링(boiling) 현상이 발생하게 된다. 이러한 보일링 현상에 의해 냉각수에서는 버블이 발생하게 되는데, 터보차저(120)로부터 배출된 냉각수가 드레인파이프(20)로부터 히터파이프(10)로 전달되는 과정에서 냉각수 버블이 워터펌프(110)가 아닌 히터코어(100)로 전달되는 현상이 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이 히터코어(100)는 차량의 실내 공조를 위해 구비된 구성이기 때문에 냉각수 버블이 히터코어(100)로 전달되면, 냉각수 끓음음, 타격음, 진동이 차량 실내로 유입되어 승객에게 직접적으로 소음 및 진동이 작용하게 된다. 이는 차량의 상품성을 크게 저하시키는 요인이 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 상기 드레인파이프(20)가 히터파이프(10)에 연결되는 상기 특정위치를 적절히 선정함에 의해, 상기 드레인파이프(20)로부터 히터파이프(10)로 유입되는 냉각수 및 버블에 의한 영향으로 히터코어(100)를 통해 차량 실내로 소음 및 진동이 전달되는 현상이 발생하지 않도록 하는 것이다.
상기 특정위치는 상기 히터파이프(10)가 히터코어(100)에 연결되는 일단부 보다 상기 워터펌프에 연결되는 타단부에 더 가깝게 위치하도록 설정될 수 있다.
즉, 상기와 같은 특정위치의 선정에 의해 상기 드레인파이프(20)로부터의 냉각수 및 버블 등이 상기 히터파이프(10)를 역류하여 히터코어(100)로 전달되기 어렵게 하고, 일부의 역류가 발생하더라도 히터코어(100)에 이르기 전에 그 영향이 소멸되도록 함으로써, 히터코어(100)를 통해 소음 및 진동이 실내로 전달되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
구체적으로, 상기 특정위치는 상기 히터파이프(10)의 일단부로부터 히터파이프(10) 직경의 5배 거리(5D)만큼 이격된 지점과 상기 타단부 사이의 영역 내에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 드레인파이프(20)의 길이는 상기 드레인파이프(20) 내부의 냉각수 수용용량이 상기 터보차저(120) 워터자켓의 냉각수 수용용량의 2/3보다 크게 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 터보차저(120)의 워터자켓은 터보차저(120) 내부를 냉각수가 거치면서 냉각이 이루어지도록 마련된 냉각수 유로를 의미한다.
즉, 드레인파이프(20)가 터보차저(120)로부터 발생된 냉각수 버블을 상당부분 그 내부에 보관하도록 마련됨으로써, 냉각수 버블이 히터코어(100)로 전달되는 것을 방지하도록 하는 것이다.
따라서, 터보차저(120)로부터 발생한 냉각수 버블이 대부분 드레인파이프(20) 내부에서 사라지게 되는 바, 히터코어(100)를 통해 실내로 유입되어 소음 및 진동이 발생할 가능성을 최소화할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에서 터보차저(120)는 엔진(130)의 배기포트에서 토출되는 배기가스가 상기 배기포트보다 상측으로 유동함에 의해 터보차저(120)로 유입될 수 있도록, 터보차저(120)가 상기 배기포트 상측에 위치한 상향식 터보차저(120)인 것을 특징으로 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상향식 터보차저(120)는 엔진(130)보다 상측에 구비됨을 확인할 수 있다.
상향식 터보차저(120)의 경우, 엔진(130)보다 터보차저(120)의 높이가 높기 때문에, 엔진 시동 오프에 의해 워터펌프가 멈추면, 냉각수가 터보차저(120)로 공급되지 않고, 이에 따라 터보차저(120) 내부에는 냉각수 유출입이 없어 터보차저(120)가 고열의 상태를 유지하게 된다.
이후, 차량이 재시동되면 갑작스럽게 냉각수가 고열의 터보차저(120)로 공급되면서 보일링 현상으로 인한 소음 및 진동이 크게 발생하게 된다. 따라서, 본 발명은 상기와 같은 상향식 터보차저(120)에 적용함으로써 냉각수 보일링에 의한 실내 진동 및 소음 발생 현상을 최소화할 수 있다.
참고로, 도 1에서 WTC는 Water Temperature Controller, ETC는 Electric Throttle Controller, O/C는 오일쿨러, Reservoir는 리저버탱크를 의미한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 터보차저(120)용 냉각수 순환구조에 따르면, 차량 시동 오프후 재시동시 과열된 터보차저(120)에 의해 냉각수 버블이 발생하더라도 상기 냉각수 버블 자체 또는 이로 인한 영향이 상기 히터코어(100)로 전달되는 것을 방지하여 실내로 소음 및 진동이 전달되는 정도를 최소화할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 히터파이프
10a: 일단부
10b: 타단부
20: 드레인파이프
40: 연결호스
100: 히터코어
110: 워터펌프
120: 터보차저
130: 엔진

Claims (5)

  1. 일단부가 히터코어에 연결되고, 타단부가 워터펌프에 연결되어 히터코어의 냉각수를 워터펌프로 공급하는 히터파이프; 및
    터보차저로부터 상기 히터파이프로 연결되는 드레인파이프를 포함하고;
    상기 드레인파이프가 히터파이프에 연결되는 위치는, 상기 드레인파이프로부터 히터파이프로 유입되는 냉각수 또는 버블에 의한 영향이 상기 히터코어에 미치지 않도록 하는 특정위치인 것
    을 특징으로 하는 터보차저용 냉각수 순환구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 특정위치는 상기 히터파이프가 히터코어에 연결되는 일단부 보다 상기 워터펌프에 연결되는 타단부에 더 가깝게 위치하는 것
    을 특징으로 하는 터보차저용 냉각수 순환구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 드레인파이프의 길이는 상기 드레인파이프 내부의 냉각수 수용용량이 상기 터보차저 워터자켓의 냉각수 수용용량의 2/3보다 크게 되도록 설정되는 것
    을 특징으로 하는 터보차저용 냉각수 순환구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 특정위치는 상기 히터파이프의 일단부로부터 히터파이프 직경의 5배 거리만큼 이격된 지점과 상기 타단부 사이의 영역 내에 위치된 것
    을 특징으로 하는 터보차저용 냉각수 순환구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 터보차저는 엔진의 배기포트에서 토출되는 배기가스가 상기 배기포트보다 상측으로 유동하여 유입되도록 위치된 상향식 터보차저인 것
    을 특징으로 하는 터보차저용 냉각수 순환구조.

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