KR20200070719A - 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인터쿨러 냉각회로의 구성 중 인터쿨러 입구 냉각라인에 컴프레서 하우징으로 연장되는 서브 냉각라인을 분기 형성하고, 인터쿨러의 입구 냉각라인과 서브 냉각라인이 만나는 지점에 밸브를 설치하여, 냉간시와 열간시 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 가변시켜 줌으로써, 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지 효과를 동시에 얻을 수 있도록 한 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템을 제공하고자 한 것이다.

Description

엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템{COOLING CIRCUIT SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인터쿨러 냉각라인에 컴프레서 하우징으로 분기되는 서브 냉각라인 및 밸브를 장착하여 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지 효과를 동시에 얻을 수 있도록 한 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관의 출력 향상, 연비 향상을 도모하기 위하여 배기가스를 이용한 터보차저 등의 과급기가 이용되고 있다.

상기 터보차저는 배기 통로를 흐르는 배기가스를 이용하여 터빈을 구동하는 동시에 터빈과 동축으로 연결된 컴프레서를 구동시켜 흡기를 과급시킴으로써, 내연 기관의 출력을 상승시키는 역할을 한다.

이때, 상기 컴프레서에 의하여 과급되는 공기는 온도 상승에 의하여 공기 밀도가 낮아지기 때문에 내연기관의 출력을 더 향상시키기 위하여 컴프레서의 출구 하류 측에 인터쿨러를 배치하여 공기를 냉각하여 밀도를 높여서 연소실로 공급되도록 하고 있다.

참고로, 상기 인터쿨러는 외부공기의 흐름에 의해 냉각을 하는 공랭식 인터쿨러와 냉각수에 의해 냉각을 하는 수랭식 인터쿨러가 있다.

한편, 상기 터보차저의 컴프레서에서 압축된 공기는 고온 고압 상태이고, 이 고온 고압 상태의 공기가 인터쿨러의 냉각경로를 흐르는 차가운 냉각수와 열교환을 하면, 공기 중에 포함된 수분이 응축되어 수증기와 같은 응축수가 생성되고, 이 응축수는 인터쿨러의 중력 방향의 하부에 축적되어 인터쿨러의 부식을 초래하게 된다.

더욱이, 추운 겨울에는 인터쿨러에 쌓인 응축수가 결빙되면서 공기 입구 및 통로를 막아서 인터쿨러가 파손되는 등의 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 기존의 엔진 냉각회로에 포함되어 있던 컴프레서 하우징을 배제하고, 배제된 컴프레서 하우징을 인터쿨러 냉각회로에 포함시키기 위하여, 인터쿨러 냉각회로의 구성 중 인터쿨러 입구 냉각라인에 컴프레서 하우징으로 분기 연결되는 서브 냉각라인을 연장 형성하고, 인터쿨러의 입구 냉각라인과 서브 냉각라인이 만나는 지점에 밸브를 설치하여, 냉간시와 열간시 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 가변시켜 줌으로써, 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지 효과를 동시에 얻을 수 있도록 한 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 인터쿨러 냉각회로 중 전동식 워터펌프로부터의 인터쿨러 냉각수가 흐르는 인터쿨러 입구 냉각라인에 컴프레서 하우징으로 직접 연장되는 서브 냉각라인을 분기 형성하고, 상기 인터쿨러 입구 냉각라인과 서브 냉각라인이 만나는 지점에 밸브를 설치하여, 상기 밸브의 개폐 제어를 통하여 냉간 조건시의 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 컴프레서 하우징 쪽으로만 가변시키거나, 열간 조건시의 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 인터쿨러 및 컴프레서 하우징 쪽으로 가변시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템을 제공한다.

바람직하게는, 상기 냉간 조건과 열간 조건을 판단하기 위하여 전동식 워터펌프의 출구측에 인터쿨러 냉각수 온도를 측정하는 온도센서와, 이 온도센서의 신호에 의하여 상기 밸브 개폐 제어를 하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제어기는 온도센서의 신호를 수신하여, 인터쿨러 냉각수의 온도가 임계온도 미만이면 냉간 조건으로 판단하여 상기 밸브를 닫힘 제어하고, 인터쿨러 냉각수의 온도가 임계온도 이상이면 열간 조건으로 판단하여 상기 밸브를 열림 제어하는 것을 특징으로 한다.

이에, 상기 냉간 조건시 제어기에 의한 밸브의 닫힘 제어에 의하여, 전동식 워터펌프로부터의 인터쿨러 냉각수가 인터쿨러 입구 냉각라인으로부터 컴프레서 하우징의 냉각수 통로로만 흐르도록 한 것을 특징으로 한다.

반면, 상기 열간 조건시 제어기에 의한 밸브의 열림 제어에 의하여, 전동식 워터펌프로부터의 인터쿨러 냉각수가 인터쿨러 입구 냉각라인으로부터 인터쿨러 및 컴프레서 하우징의 냉각수 통로로 모두 흐르도록 한 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 인터쿨러 냉각수가 임계온도 미만인 냉간 조건시 인터쿨러 냉각수를 인터쿨러로 흐르는 것을 일시적으로 차단하는 동시에 컴프레서 하우징 내 냉각경로로 흐르도록 하여, 엔진 냉각수에 의한 컴프레서 냉각 부족을 인터쿨러 냉각수가 냉각해줌으로써, 컴프레서의 냉각이 용이하게 이루어질 수 있다.

둘째, 컴프레서의 용이한 냉각으로 인하여 컴프레서에 의하여 과급되는 흡기 공기의 냉각이 인터쿨러 통과 전에 미리 이루어질 수 있으므로, 이로 인하여 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

셋째, 인터쿨러 냉각수가 임계온도 이상(예, 기존 차가운 냉각수 대비 다소 따듯해진 상태)인 열간 조건시 인터쿨러 냉각수를 인터쿨러로 흐르도록 함으로써, 기존에 고온 고압 상태의 흡기 공기가 인터쿨러의 냉각경로를 흐르는 차가운 냉각수와 열교환을 하여 응축수가 생성되는 것을 최소화시킬 수 있다.

넷째, 기존에 엔진 냉각수 회로에 포함되어 있던 컴프레서 하우징을 배제하여 인터쿨러 냉각수 회로에 포함시킴으로써, 컴프레서에 대한 냉각 효과는 인터쿨러 냉각수에 의하여 그대로 유지시킬 수 있고, 동시에 기존의 엔진 냉각수 회로에서 컴프레서 하우징 경로가 배제됨에 따라 엔진 냉각수 회로의 경로 단축으로 엔진 성능 개선을 도모할 수 있다.

도 1은 인터쿨러 냉각회로와 엔진 냉각회로가 별도로 구비된 차량에 있어서, 기존의 엔진 냉각회로를 도시한 도면,
도 2는 인터쿨러 냉각회로와 엔진 냉각회로가 별도로 구비된 차량에 있어서, 기존의 인터쿨러 냉각회로를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템의 냉간 조건시 냉각수 흐름 상태를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템의 열간 조건시 냉각수 흐름 상태를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1 및 도 2는 각각 인터쿨러 냉각회로와 엔진 냉각회로가 별도로 구비된 차량에 있어서, 엔진 냉각회로와 인터쿨러 냉각회로를 나타낸다.

수냉식 인터쿨러의 경우에는 엔진 냉각회로와 별도의 냉각수 흐름이 필요하여 엔진 냉각회로와 별도의 인터쿨러 냉각회로가 구비된다.

도 1의 기존의 엔진 냉각회로를 참조하면, 엔진 냉각수는 엔진의 실린더 헤드 및 블록 외에 EGR 쿨러, 터보차저의 터빈 회전을 지지하는 터보베어링 및 컴프레서를 감싸는 컴프레서 하우징(10)을 순환하게 된다.

실질적으로는, 엔진 냉각수가 순환할 때 컴프레서 하우징(10)에 구비된 냉각수 통로(미도시됨)를 따라 흐르면서 컴프레서를 냉각하게 된다.

상기 컴프레서에 의하여 과급되는 공기는 고온 상태로서 공기 밀도가 낮아지기 때문에 내연기관의 출력을 더 향상시키기 위하여 고온 상태의 공기를 냉각하여 밀도를 높여서 연소실로 공급하는 것이 바람직하다.

하지만, 엔진 냉각수의 순환 경로가 길기 때문에 컴프레서를 감싸는 컴프레서 하우징(10)의 냉각수 통로를 통과하는 엔진 냉각수만으로는 컴프레서의 냉각이 부족한 단점이 있다.

본 발명에 따르면, 기존의 엔진 냉각회로에 포함되어 있던 컴프레서 하우징(10)을 엔진 냉각회로에서 삭제하고, 인터쿨러 냉각회로에 포함시킨 점에 특징이 있다.

통상, 인터쿨러 냉각회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 인터쿨러 냉각수가 저장된 리저버 탱크(11)와, 리저버 탱크(11) 내의 인터쿨러 냉각수를 펌핑하는 전동식 워터펌프(13)를 포함하고, 전동식 워터펌프(13)의 구동에 의하여 인터쿨러 냉각수가 인터쿨러 입구 냉각라인(14)을 경유하여 수냉식 인터쿨러(15) 및 라디에이터(16)를 순환하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 컴프레서 하우징(10)을 인터쿨러 냉각회로에 포함시키기 위하여, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이 상기 인터쿨러 냉각회로 중 전동식 워터펌프(13)로부터의 인터쿨러 냉각수가 흐르는 인터쿨러 입구 냉각라인(14)에 상기 컴프레서 하우징(10)으로 직접 연장되어 연결되는 서브 냉각라인(20)을 분기 형성하여, 인터쿨러 냉각수가 컴프레서 하우징(10)으로 순환 가능한 상태가 되도록 하고, 상기 인터쿨러 입구 냉각라인(14)과 서브 냉각라인(20)이 만나는 지점에 밸브(22)가 설치된다.

상기 밸브(22)는 3방향 밸브로서 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 개폐 제어를 통해 가변시키는 구조이면 제한되지 않고 모두 적용 가능하다.

이에, 상기 밸브(22)의 개폐 제어를 통하여 냉간 조건시의 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 컴프레서 하우징(10) 쪽으로만 흐르게 하거나, 열간 조건시의 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 인터쿨러(15) 및 컴프레서 하우징(10) 쪽으로 모두 흐르게 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 냉간 조건과 열간 조건을 판단하기 위하여 전동식 워터펌프(13)의 출구측에 인터쿨러 냉각수 온도를 측정하는 온도센서(24)와, 이 온도센서(24)의 신호에 의하여 상기 밸브(22)의 개폐 제어를 하는 제어기(26)가 구비될 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 냉각 회로 시스템의 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템의 냉간 조건시 냉각수 흐름 상태를 나타내고, 도 5는 본 발명에 따른 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템의 열간 조건시 냉각수 흐름 상태를 나타낸다.

먼저, 상기 전동식 워터펌프(13)의 출구측에 장착된 온도센서(24)에서 인터쿨러 냉각수 온도를 측정하여 제어기(26)에 전송한다.

이어서, 상기 제어기(26)에서 온도센서(24)의 신호를 수신하여, 냉간 조건인지 열간 조건인지를 판정한다.

상기 제어기(26)의 판정 결과, 인터쿨러 냉각수의 온도가 임계온도 미만이면 냉간 조건으로 판단하여 상기 밸브(22)를 닫힘 제어함으로서, 인터쿨러 냉각수의 흐름이 인터쿨러 쪽은 차단되는 동시에 컴프레서 하우징(10) 쪽으로 허용되는 상태가 된다.

이에, 상기 냉간 조건시 전동식 워터펌프(13)로부터 토출되는 인터쿨러 냉각수가 인터쿨러 입구 냉각라인(14)으로부터 서브 냉각라인(20)를 경유하여 컴프레서 하우징(10)의 냉각수 통로로 흐르게 된다.

위와 같이, 인터쿨러 냉각수가 임계온도 미만인 냉간 조건시 인터쿨러 냉각수를 인터쿨러(15)로 흐르는 것을 일시적으로 차단하는 동시에 컴프레서 하우징(10)의 냉각통로로 흐르도록 함으로써, 인터쿨러 냉각수에 의하여 컴프레서 하우징 내의 터보차저 컴프레서의 냉각이 용이하게 이루어질 수 있다.

특히, 상기 컴프레서에 의하여 과급되는 공기는 온도 상승에 의하여 공기 밀도가 낮아지기 때문에 내연기관의 출력을 더 향상시키기 위하여 공기를 냉각하여 밀도를 높여서 연소실로 공급하는 것이 요구되는 점을 감안할 때, 터보차저 컴프레서의 용이한 냉각으로 인하여 컴프레서에 의하여 과급되는 흡기 공기의 냉각이 인터쿨러 통과 전에 미리 이루어질 수 있으므로, 이로 인하여 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

반면, 상기 제어기(26)에서 온도센서(24)의 신호를 수신하여, 냉간 조건인지 열간 조건인지를 판정한 결과, 인터쿨러 냉각수의 온도가 임계온도 이상이면 열간 조건으로 판단하여 상기 밸브(22)를 열림 제어함으로써, 인터쿨러 냉각수의 흐름이 컴프레서 하우징(10) 및 인터쿨러(15) 쪽으로 모두 허용되는 상태가 된다.

위와 같이, 인터쿨러 냉각수가 임계온도 이상(예, 기존 차가운 냉각수 대비 다소 따듯해진 상태)인 열간 조건시 인터쿨러 냉각수를 컴프레서 하우징(10) 외에 인터쿨러(15)로 흐르도록 함으로써, 기존에 고온 고압 상태의 흡기 공기가 인터쿨러의 냉각경로를 흐르는 차가운 냉각수와 열교환을 하여 응축수가 생성되는 것을 최소화시킬 수 있고, 응축수 최소화에 따른 동절기 빙결 현상을 방지할 수 있다.

10 : 컴프레서 하우징
11 : 리저버 탱크
13 : 전동식 워터펌프
14 : 인터쿨러 입구 냉각라인
15 : 인터쿨러
16 : 라디에이터
20 : 서브 냉각라인
22 : 밸브
24 : 온도센서
26 : 제어기

Claims (5)

1. 인터쿨러 냉각회로 중 전동식 워터펌프로부터의 인터쿨러 냉각수가 흐르는 인터쿨러 입구 냉각라인에 컴프레서 하우징으로 직접 연장되는 서브 냉각라인을 분기 형성하고, 상기 인터쿨러 입구 냉각라인과 서브 냉각라인이 만나는 지점에 밸브를 설치하여,
   상기 밸브의 개폐 제어를 통하여 냉간 조건시의 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 컴프레서 하우징 쪽으로만 가변시키거나, 열간 조건시의 인터쿨러 냉각수의 흐름 방향을 인터쿨러 및 컴프레서 하우징 쪽으로 가변시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉간 조건과 열간 조건을 판단하기 위하여 전동식 워터펌프의 출구측에 인터쿨러 냉각수 온도를 측정하는 온도센서와, 이 온도센서의 신호에 의하여 상기 밸브 개폐 제어를 하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제어기는 온도센서의 신호를 수신하여, 인터쿨러 냉각수의 온도가 임계온도 미만이면 냉간 조건으로 판단하여 상기 밸브를 닫힘 제어하고, 인터쿨러 냉각수의 온도가 임계온도 이상이면 열간 조건으로 판단하여 상기 밸브를 열림 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 냉간 조건시 제어기에 의한 밸브의 닫힘 제어에 의하여, 전동식 워터펌프로부터의 인터쿨러 냉각수가 인터쿨러 입구 냉각라인으로부터 컴프레서 하우징의 냉각수 통로로 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 열간 조건시 제어기에 의한 밸브의 열림 제어에 의하여, 전동식 워터펌프로부터의 인터쿨러 냉각수가 인터쿨러 입구 냉각라인으로부터 인터쿨러 및 컴프레서 하우징의 냉각수 통로로 모두 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 엔진 성능 개선 및 인터쿨러 결빙 방지용 냉각 회로 시스템.

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