KR20200140116A - Egr쿨러 - Google Patents

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KR20200140116A
KR20200140116A KR1020190066920A KR20190066920A KR20200140116A KR 20200140116 A KR20200140116 A KR 20200140116A KR 1020190066920 A KR1020190066920 A KR 1020190066920A KR 20190066920 A KR20190066920 A KR 20190066920A KR 20200140116 A KR20200140116 A KR 20200140116A
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KR1020190066920A
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최재석
이기석
김용훈
이양걸
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현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

개시된 EGR쿨러는, 서로 이격된 복수의 튜브; 복수의 튜브를 수용하도록 엔진 측에 마련된 수용공간; 냉각수를 상기 복수의 튜브에 가이드하는 냉각수 가이드; 및 상기 수용공간을 폐쇄하는 커버;를 포함할 수 있다. 상기 수용공간은 엔진의 워터자켓과 소통하는 입구포트를 가지고, 상기 수용공간은 상기 입구포트를 통해 엔진의 워터자켓으로부터 냉각수를 수용하도록 구성될 수 있다.

Description

EGR쿨러{EXHAUST GAS RECIRCULATION COOLER}
본 발명은 엔진에 삽입되는 EGR쿨러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수가 EGR쿨러 내의 튜브들에 대해 균일하게 가이드됨으로써 냉각수는 튜브들에 대해 균일하게 분배될 수 있고, 이에 EGR쿨러의 냉각성능을 개선할 수 있는 EGR쿨러에 관한 것이다.
자동차의 배기가스 배출 규제에 따라 질소산화물 등의 배기가스를 저감시키는 여러 기술이 개발되고 있으며, 그 중 하나가 배기가스 중의 일부를 흡기부로 재순환시켜 배기가스 속에 포함되어 있는 NOx 등의 배출을 감소시킬 수 있는 EGR(Exhaust Gas Recirculation)시스템이 있다.
최근에는 가솔린엔진 등의 연소 개선(예컨대, knocking 저감)을 통해 연비(대략 1.5%~2.0%)를 개선할 수 있는 cooled EGR시스템이 널리 이용되고 있다. cooled EGR시스템에서 EGR가스가 엔진의 배기계로부터 엔진의 흡기계 측으로 재순환됨에 따라 혼합기의 산소 농도가 낮아지고, 이에 동일한 발화조건에서 자체 발화가 억제되고 점화시기를 최적화함으로써 연비를 개선할 수 있다. 한편, 저부하 운전조건에서는 펌핑로스의 저감에 의해 연비가 개선될 수 있다.
cooled EGR시스템은 총 시스템 재료비 중에서 대략 34% 수준으로 재료비가 과다하게 차지하는 단점이 있었다. 이에, cooled EGR시스템의 적용을 확대를 위하여 재료비를 절감할 필요가 있다.
EGR쿨러가 엔진의 실린더블록 또는 실린더헤드에 삽입되는 기술이 개발되고 있다. 엔진의 실린더블록 또는 실린더헤드는 EGR쿨러를 수용하는 수용공간을 가지고, 수용공간은 엔진의 워터자켓과 소통하도록 구성되며, EGR쿨러는 EGR가스가 통과하는 복수의 튜브를 가지고, 인접한 튜브들이 서로 이격됨으로써 인접한 튜브들 사이에는 틈새가 한정된다. 이에, 냉각수가 엔진의 워터자켓으로부터 수용공간으로 흘러들어감에 따라 냉각수는 인접한 튜브들 사이의 틈새로 흐르고, 이에 냉각수가 튜브를 통해 흐르는 EGR가스를 냉각한다. 하지만, 냉각수가 EGR쿨러 내에서 균일하게 분배되지 않는다. 예컨대, 냉각수가 EGR쿨러의 주변부에 배치된 튜브의 둘레에만 집중적으로 흐르고 EGR쿨러의 중앙부에 배치된 튜브의 둘레에는 거의 흐르지 않음으로써 EGR쿨러의 냉각효율이 저하되는 단점이 있다. 특히, EGR쿨러의 튜브 내에서 보일링이 발생하여 EGR쿨러의 페일링(fail)이 발생할 위험성이 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 냉각수가 EGR쿨러 내의 튜브들에 대해 균일하게 가이드됨으로써 냉각수는 튜브들에 대해 균일하게 분배될 수 있고, 이에 EGR쿨러의 냉각성능을 개선할 수 있는 EGR쿨러를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 EGR쿨러는,
서로 이격된 복수의 튜브;
복수의 튜브를 수용하도록 엔진 측에 마련된 수용공간;
냉각수를 상기 복수의 튜브에 가이드하는 냉각수 가이드; 및
상기 수용공간을 폐쇄하는 커버;를 포함할 수 있다.
상기 수용공간은 엔진의 워터자켓과 소통하는 입구포트를 가질 수 있고, 상기 수용공간은 상기 입구포트를 통해 엔진의 워터자켓으로부터 냉각수를 수용하도록 구성될 수 있다.
상기 냉각수 가이드는 상기 수용공간의 입구포트로부터 상기 복수의 튜브를 향해 냉각수를 가이드하도록 구성될 수 있다.
상기 냉각수 가이드는 상기 수용공간의 입구포트와 인접한 부분으로부터 상기 복수의 튜브의 중간부까지 감싸는 테이퍼진 터널 형상일 수 있다.
상기 냉각수 가이드는 중앙 가이드벽과, 중앙 가이드벽의 각 사이드에 연결된 한 쌍의 사이드 가이드벽을 포함할 수 있다.
상기 중앙 가이드벽은 상기 수용공간의 내면과 기밀하게 접촉하는 제1단부 및 최외측에 배치된 튜브의 중간부에 직접적으로 부착되는 제2단부를 가질 수 있다.
상기 중앙 가이드벽은 상기 제1단부로부터 상기 제2단부까지 테이퍼질 수 있다.
상기 각 사이드 가이드벽은 상기 수용공간의 내면과 기밀하게 접촉하는 제1단부 및 상기 복수의 튜브의 측면에 직접적으로 부착되는 제2단부를 가질 수 있다.
상기 각 사이드 가이드벽은 상기 제1단부로부터 제2단부까지 테이퍼질 수 있다.
상기 수용공간은 상기 냉각수 가이드에 의해 수용공간의 입구포트와 인접한 제1공간 및 상기 수용공간의 입구포트로부터 멀어진 제2공간으로 구획될 수 있다.
상기 냉각수 가이드는 상기 수용공간의 입구포트와 소통하는 개구를 가지고, 상기 개구는 수용공간의 입구포트와 동일한 형상일 수 있다.
상기 커버는 냉각수를 배출하는 출구포트를 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 튜브 및 한 쌍의 헤더가 엔진의 워터자켓과 소통하는 엔진의 수용공간에 수용된 구조에서, 냉각수가 냉각수 가이드에 의해 엔진의 워터자켓으로부터 튜브들 사이의 틈새로 균일하게 분배하도록 가이드됨으로써 EGR쿨러의 냉각성능을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 EGR쿨러가 엔진의 실린더블록의 수용공간으로부터 분리된 상태를 도시한 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 EGR쿨러를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 냉각수 가이드 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 EGR쿨러를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 화살표 A 부분을 확대한 도면이다.
도 6은 도 5의 B-B선을 따라 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 EGR쿨러(10)는 서로 이격된 복수의 튜브(11)와, 복수의 튜브(11)를 수용하도록 엔진(1) 측에 마련된 수용공간(15)과, 복수의 튜브(11)들에 냉각수를 가이드하는 냉각수 가이드(20)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 각 튜브(11)는 그 내부에 EGR가스가 흐름을 허용하도록 구성되고, 복수의 튜브(11)는 한 쌍의 헤더(12, 13)들 사이에서 병렬적으로 배치될 수 있다. 각 튜브(11)의 양단이 한 쌍의 헤더(12, 13)에 개별적으로 소통하도록 연결될 수 있다. 튜브(11)들이 서로 간에 이격됨으로써 틈새(G1, G2)들이 인접한 튜브(11)들 사이에서 한정될 수 있고, 냉각수가 튜브(11)들 사이의 틈새(G1, G2)들로 흐를 수 있다. 일 예에 따르면, 복수의 튜브(11)가 제1방향(도 4의 D1 방향 참조)을 따라 서로 이격됨으로써 제1틈새(G1)가 제1방향을 따라 인접한 튜브(11)들 사이에 한정될 수 있고, 복수의 튜브(11)가 제2방향(도 6의 D2 방향 참조)을 따라 이격됨으로써 제2틈새(G2)가 제2방향을 따라 인접한 튜브(11)들 사이에 한정될 수 있다. 여기서, 제1방향(D1)은 튜브(11)들이 적층되는 방향일 수 있고, 제2방향(D2)은 각 튜브(11)의 폭방향에 대응하는 방향일 수 있다.
각 튜브(11)는 그 상면 및 하면에 형성된 복수의 돌기(11a)를 가질 수 있고, 각 튜브(11)의 돌기(11a)들이 인접한 다른 튜브(11)의 돌기(11a)들과 용접 통해 결합됨으로써 제1방향을 따라 인접한 튜브(11)들은 제1틈새(G1)로 이격될 수 있다.
수용공간(15)은 엔진(1) 측에 마련될 수 있고, 수용공간(15)은 엔진(1)의 외측을 향해 개방되어 있다. 복수의 튜브(11) 및 한 쌍의 헤더(12, 13)가 수용공간(15)에 수용됨으로써 EGR쿨러(10)는 엔진(1)에 일체형으로 결합될 수 있다. 수용공간(15)은 엔진(1)의 워터자켓(3)과 소통하는 입구포트(16)를 가질 수 있고, 냉각수가 엔진(1)의 워터자켓(3)으로부터 입구포트(16)를 통해 수용공간(15)으로 흘러들어갈 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 1과 같이 수용공간(15)이 엔진(1)의 실린더블록(2) 내에 한정될 수 있고, 이에 복수의 튜브(11) 및 한 쌍의 헤더(12, 13)는 엔진(1)의 실린더블록(2) 측에 삽입됨으로써 EGR쿨러(10)가 엔진의 실린더블록(2) 측에 일체형으로 결합될 수 있다. 수용공간(15)은 입구포트(16)를 통해 실린더블록(2)의 워터자켓(3)과 소통할 수 있고, 냉각수가 실린더블록(2)의 워터자켓(3)으로부터 입구포트(16)를 통해 수용공간(15)으로 흘러들어갈 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 수용공간(15)이 엔진(1)의 실린더헤드(미도시) 측에 형성될 수 있고, 이에 복수의 튜브(11) 및 한 쌍의 헤더(12, 13)는 엔진(1)의 실린더헤드(미도시) 측에 삽입됨으로써 EGR쿨러(10)가 엔진(1)의 실린더헤드 측에 일체형으로 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 EGR쿨러(10)는 수용공간(15)의 개구를 밀봉적으로 폐쇄하는 커버(17)를 포함할 수 있고, 커버(17)에 의해 수용공간(15)은 엔진(1) 내에서 밀폐될 수 있다.
커버(17)는 냉각수를 배출하는 출구포트(18)를 가질 수 있고, 냉각수 배출관(19)이 출구포트(18)에 밀봉적으로 연결될 수 있다.
한 쌍의 헤더(12, 13)가 커버(17)의 내측면에 밀봉적으로 결합될 수 있고, EGR가스 유입관(6) 및 EGR가스 배출관(7)이 해당하는 각 헤더(12, 13)에 개별적으로 연결될 수 있다. EGR가스 유입관(6)은 커버(17)를 통과하여 해당하는 헤더(12, 13)와 소통하도록 밀봉적으로 결합될 수 있고, 이에 EGR가스 유입관(6)은 EGR가스가 각 튜브(11)로 유입됨을 허용할 수 있다. EGR가스 배출관(7)은 커버(17)를 관통하여 해당하는 헤더(12, 13)와 소통하도록 밀봉적으로 결합될 수 있고, 이에 EGR가스 배출관(7)은 EGR가스가 각 튜브(11)로부터 배출됨을 허용할 수 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 냉각수 가이드(20)는 수용공간(15)의 입구포트(16)로부터 복수의 튜브(11)들 사이의 틈새(G1, G2)들을 향해 냉각수를 가이드하도록 구성될 수 있다. 이에, 냉각수가 엔진(1)의 워터자켓(3)으로부터 수용공간(15)의 입구포트(16)를 통해 수용공간(15) 내로 유입되면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 냉각수는 냉각수 가이드(20)에 의해 튜브(11)들 사이의 틈새(G1, G2)들로 가이드될 수 있다(도 5 및 도 6의 화살표 K방향 참조).
도 2, 도 3, 및 도 6을 참조하면, 냉각수 가이드(20)는 수용공간(15)의 입구포트(16)와 인접한 부분으로부터 튜브(11)들의 중간부까지 감싸는 테이퍼진 터널(tapered tunnel)형상일 수 있다.
냉각수 가이드(20)는 중앙 가이드벽(21)과, 중앙 가이드벽(21)의 각 사이드(side)에 연결된 한 쌍의 사이드 가이드벽(22)을 포함할 수 있다.
중앙 가이드벽(21)은 수용공간(15)의 내면과 기밀하게 접촉하는 제1단부(21a) 및 최외측에 배치된 튜브(11)의 중간부와 직접적으로 부착되는 제2단부(21b)를 가질 수 있다. 중앙 가이드벽(21)은 제1단부(21a)로부터 제2단부(21b)까지 테이퍼질 수 있다.
각 사이드 가이드벽(22)은 수용공간(15)의 내면과 기밀하게 접촉하는 제1단부(22a) 및 튜브(11)의 측면에 직접적으로 부착되는 제2단부(22b)를 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 중앙 가이드벽(21)의 제1단부(21a) 및 각 사이드 가이드벽(22)의 제1단부(22a)가 수용공간(15)의 내면과 기밀하게 접촉하고, 중앙 가이드벽(21)의 제2단부(21b) 및 각 사이드 가이드벽(22)의 제2단부(22b)가 튜브(11)들에 직접적으로 부착됨으로써 수용공간(15)은 냉각수 가이드(20)에 의해 수용공간(15)의 입구포트(16)와 인접한 제1공간(15a) 및 수용공간(15)의 입구포트(16)로부터 멀어진 제2공간(15b)으로 구획될 수 있다.
또한, 중앙 가이드벽(21)은 제1공간(15a) 및 제2공간(15b)을 소통시키는 하나 이상의 소통공(23)을 가질 수 있다.
냉각수 가이드(20)는 수용공간(15)의 입구포트(16)와 직접적으로 소통하는 개구(25)를 가질 수 있고, 개구(25)는 수용공간(15)의 입구포트(16)와 면하는 사이드 가이드벽(22) 및 중앙 가이드벽(21)이 연결된 부분에 형성될 수 있다. 특히, 개구(25)는 수용공간(15)의 입구포트(16)와 동일한 형상일 수 있다. 예컨대, 수용공간(15)의 입구포트(16)가 원형이면 개구(25)는 그에 대응하는 사이즈의 원형일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 복수의 튜브(11) 및 한 쌍의 헤더(12, 13)가 엔진(1)의 워터자켓(3)과 소통하는 엔진의 수용공간(15)에 수용된 구조에서, 냉각수가 냉각수 가이드(20)에 의해 엔진(1)의 워터자켓(3)으로부터 튜브(11)들 사이의 틈새(G1, G2)로 균일하게 분배하도록 가이드됨으로써 EGR쿨러의 냉각성능을 개선할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 엔진
2: 실린더블록
3: 워터자켓
6: EGR가스 유입관
7: EGR가스 배출관
10: EGR쿨러
11: 튜브
12, 13: 헤더
G1: 제1틈새
G2: 제2틈새
15: 수용공간
16: 입구포트
17: 커버
18: 출구포트
20: 냉각수 가이드
21: 중앙 가이드벽
22: 사이드 가이드벽
25: 개구

Claims (12)

  1. 서로 이격된 복수의 튜브;
    복수의 튜브를 수용하도록 엔진 측에 마련된 수용공간;
    냉각수를 상기 복수의 튜브에 가이드하는 냉각수 가이드; 및
    상기 수용공간을 폐쇄하는 커버;를 포함하는 EGR쿨러.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용공간은 엔진의 워터자켓과 소통하는 입구포트를 가지고, 상기 수용공간은 상기 입구포트를 통해 엔진의 워터자켓으로부터 냉각수를 수용하도록 구성되는 EGR쿨러.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각수 가이드는 상기 수용공간의 입구포트로부터 상기 복수의 튜브를 향해 냉각수를 가이드하도록 구성되는 EGR쿨러.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각수 가이드는 상기 수용공간의 입구포트와 인접한 부분으로부터 상기 복수의 튜브의 중간부까지 감싸는 테이퍼진 터널 형상인 EGR쿨러.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉각수 가이드는 중앙 가이드벽과, 중앙 가이드벽의 각 사이드에 연결된 한 쌍의 사이드 가이드벽을 포함하는 EGR쿨러.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 중앙 가이드벽은 상기 수용공간의 내면과 기밀하게 접촉하는 제1단부 및 최외측에 배치된 튜브의 중간부에 직접적으로 부착되는 제2단부를 가진 EGR쿨러.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중앙 가이드벽은 상기 제1단부로부터 상기 제2단부까지 테이퍼진 EGR쿨러.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 각 사이드 가이드벽은 상기 수용공간의 내면과 기밀하게 접촉하는 제1단부 및 상기 복수의 튜브의 측면에 직접적으로 부착되는 제2단부를 가지는 EGR쿨러.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 각 사이드 가이드벽은 상기 제1단부로부터 제2단부까지 테이퍼진 EGR쿨러.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 수용공간은 상기 냉각수 가이드에 의해 수용공간의 입구포트와 인접한 제1공간 및 상기 수용공간의 입구포트로부터 멀어진 제2공간으로 구획되는 EGR쿨러.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 냉각수 가이드는 상기 수용공간의 입구포트와 소통하는 개구를 가지고, 상기 개구는 수용공간의 입구포트와 동일한 형상인 EGR쿨러.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버는 냉각수를 배출하는 출구포트를 가지는 EGR쿨러.
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