KR20210066557A

KR20210066557A - 차량의 인터쿨러

Info

Publication number: KR20210066557A
Application number: KR1020190155952A
Authority: KR
Inventors: 이준희; 이장신
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-07
Also published as: CN112855337A; US11274888B2; US20210164741A1

Abstract

본 발명은 과급공기가 통과하도록 직선적으로 배열된 다수의 튜브; 상기 튜브가 배열된 방향을 따라 직선 이동함에 의해, 상기 튜브들 중 적어도 2개 이상의 입구를 개폐할 수 있도록 설치된 셔터; 상기 셔터를 직선 이동시키도록 구비된 액츄에이터를 포함하여 구성되고, 상기 다수의 튜브는 상기 셔터에 의해 개폐 가능한 조절튜브와 상기 셔터와 무관하게 항상 개방되는 냉각튜브로 구분되고, 상기 조절튜브는 상기 냉각튜브의 하측에 위치하는 구성이다.

Description

차량의 인터쿨러{INTERCOOLER OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 과급장치에서 압축된 공기를 냉각시키는 인터쿨러에 관한 기술이다.

터보차저 등과 같은 과급장치는 엔진으로 흡입되는 공기를 압축하여 엔진의 흡입공기량 증대로 엔진의 출력을 향상시키기 위해 사용된다.

그러나, 과급장치에서 공기가 압축되면, 공기의 온도가 상승하여 밀도가 낮아지므로, 인터쿨러를 통해 이를 냉각시켜 밀도를 상승시킨 상태에서 엔진으로 공급하도록 한다.

상기 인터쿨러는 과급장치에서 토출된 공기를 통과시키는 다수의 튜브가 외부의 차가운 공기 또는 냉각수와 열교환을 하면서 냉각된 후 엔진의 연소실로 공급되도록 구성된다.

상기 과급장치에서 인터쿨러로 유입되는 압축공기의 양이나 온도는 과급장치의 작동상황에 따라 변화하며, 추운 겨울 등과 같이 외기온이 상대적으로 매우 낮은 조건에서는 인터쿨러를 통과하는 공기가 과냉각되는 경우가 발생한다.

특히, 엔진이 저속 저부하 영역에서 운전되는 영하의 외기온 상황에서는 인터쿨러로 공급되는 공기의 양도 작고 온도도 상대적으로 낮은데, 인터쿨러를 냉각시키는 외기온이 매우 낮아서, 상기 인터쿨러를 통과하는 공기가 과냉각되면서 다량의 응축수가 생성되고, 이렇게 생성된 응축수는 차량을 추운 실외에 장시간 주차하거나 방치하는 동안에 결빙될 수 있다.

상기와 같이 응축수가 인터쿨러 내에서 결빙되면, 상기 인터쿨러를 통과하는 공기의 통로인 튜브가 막히게 되고, 이는 차량의 시동 불량 및 출력저하 현상을 유발한다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1020190012615 A

본 발명은 과급장치로부터 인터쿨러를 통과하면서 냉각되는 공기의 과냉각 및 응축수 생성을 저감 내지 방지할 수 있도록 함으로써, 엔진의 원활한 시동성을 안정적으로 확보하고, 응축수 결빙으로 인한 엔진 출력 저하 현상을 방지할 수 있도록 한 차량의 인터쿨러를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 인터쿨러는,

과급공기가 통과하도록 직선적으로 배열된 다수의 튜브;

상기 튜브가 배열된 방향을 따라 직선 이동함에 의해, 상기 튜브들 중 적어도 2개 이상의 입구를 개폐할 수 있도록 설치된 셔터;

상기 셔터를 직선 이동시키도록 구비된 액츄에이터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 다수의 튜브는 상기 셔터에 의해 개폐 가능한 조절튜브와 상기 셔터와 무관하게 항상 개방되는 냉각튜브로 구분되고;

상기 조절튜브는 상기 냉각튜브의 하측에 위치할 수 있다.

상기 조절튜브와 냉각튜브는 모두 상하 방향으로 등간격을 이루어 배치될 수 있다.

상기 냉각튜브는 상기 조절튜브들 보다 조밀한 간격으로 배치될 수 있다.

상기 셔터는 2개의 개구부와 3개의 셔터부가 상기 튜브들의 배치 방향을 따라 배치된 플레이트로 이루어지며;

상기 2개의 개구부는 서로의 상하방향 폭이 상이하고;

상기 3개의 셔터부는 서로의 상하방향 폭이 상이하게 구성될 수 있다.

상기 3개의 셔터부는 상측에 위치한 것일수록 상하방향 폭이 좁아지고;

상기 2개의 개구부는 하측에 위치한 것이 상하방향 폭이 좁게 형성될 수 있다.

상기 조절튜브의 상하방향 폭은 A로 일정하고;

상기 조절튜브들 사이의 간격은 2A로 일정하며;

상기 셔터부는 상측의 것부터 상하방향 폭이 A, 1.5A, 2A로 상이하고;

상기 개구부는 상측의 것부터 상하방향 폭이 1.5A, A로 상이하게 형성될 수 있다.

상기 튜브들의 입구에는 상기 셔터의 직선 이동을 가이드할 수 있도록 서포트가이드가 구비될 수 있다.

상기 액츄에이터는

상기 셔터에 일체로 구비된 래크와;

상기 래크에 치합되는 피니언을 구동하도록 구비된 모터;

를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 과급장치로부터 인터쿨러를 통과하면서 냉각되는 공기의 과냉각 및 응축수 생성을 저감 내지 방지할 수 있도록 함으로써, 엔진의 원활한 시동성을 안정적으로 확보하고, 응축수 결빙으로 인한 엔진 출력 저하 현상을 방지할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 인터쿨러의 주요부를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 인터쿨러의 주요부를 분해하여 도시한 도면,
도 3은 도 1의 인터쿨러에서 셔터를 구동하는 액츄에이터를 설명한 도면,
도 4는 본 발명 인터쿨러의 셔터와 조절튜브의 구체적인 실시예를 설명한 도면,
도 5는 도 1의 인터쿨러에서 셔터가 조절튜브들을 모두 폐쇄시킨 상태로부터 모두 개방시키는 상태로 조절되는 과정을 차례로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 비교하여 도시한 도면,
도 7은 차량의 부하에 따라 본 발명 인터쿨러의 튜브 열림량이 변화하는 것을 설명한 그래프,
도 8은 모터를 구동하여 차량부하에 따라 셔터를 제어함에 따른 튜브 열림량의 속도 조절이 가능함을 설명한 그래프이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명 차량의 인터쿨러는 과급공기가 통과하도록 직선적으로 배열된 다수의 튜브(1); 상기 튜브(1)가 배열된 방향을 따라 직선 이동함에 의해, 상기 튜브들 중 적어도 2개 이상의 입구를 개폐할 수 있도록 설치된 셔터(3); 상기 셔터(3)를 직선 이동시키도록 구비된 액츄에이터를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 직선적으로 배열된 다수의 튜브(1)를 셔터(3)를 사용하여 그 입구를 개폐할 수 있도록 함에 의해, 과급공기가 과냉각되거나 응축수 발생이 우려되는 상황에서는 상기 셔터(3)로 일부 튜브의 입구를 차단함으로써, 과급공기의 과냉각 및 응축수 생성을 저감 내지는 방지할 수 있도록 하는 것이다.

물론 상기와 같이 응축수의 발생 자체가 저감 내지 방지되면, 차량을 추운 외부에 장시간 주차하거나 방치하여도, 응축수 결빙에 의한 시동 불량이나 엔진 출력 저하 현상이 방지되게 된다.

본 발명 실시예들에서, 상기 다수의 튜브(1)는 상기 셔터(3)에 의해 개폐 가능한 조절튜브(1-1)와 상기 셔터(3)와 무관하게 항상 개방되는 냉각튜브(1-2)로 구분되고, 상기 조절튜브(1-1)는 상기 냉각튜브(1-2)의 하측에 위치하는 구성이다.

즉, 상기 다수의 튜브(1)는 상하방향으로 직선적으로 배치되어 있고, 이들 중 상기 조절튜브(1-1)는 하측에 냉각튜브(1-2)는 상측에 위치하도록 구성된 것이다.

도 6을 참조하면, 좌측의 실시예는 상기 조절튜브(1-1)와 냉각튜브(1-2)는 모두 상하 방향으로 등간격을 이루어 배치된 구성이며, 우측의 실시예는, 상기 냉각튜브(1-2)가 상기 조절튜브(1-1)들 보다 조밀한 간격으로 배치된 구성이다.

따라서, 도 6의 우측 실시예는 좌측의 실시예에 비해 조절튜브(1-1)의 수량은 동일하게 하측에 3개씩이지만, 냉각튜브(1-2)의 수량은 더 많이 보유할 수 있어서, 보다 냉각성능 확보에 중점을 준 실시예라고 할 수 있다.

본 발명 실시예들에서는 공통적으로 상기 셔터(3)는 2개의 개구부(3-1)와 3개의 셔터부(3-2)가 상기 튜브(1)들의 배치 방향을 따라 배열된 플레이트로 이루어지며; 상기 2개의 개구부(3-1)는 서로의 상하방향 폭이 상이하고; 상기 3개의 셔터부(3-2)는 서로의 상하방향 폭이 상이하게 구성된다.

상기 3개의 셔터부(3-2)는 상측에 위치한 것일수록 상하방향 폭이 좁아지고; 상기 2개의 개구부(3-1)는 하측에 위치한 것이 상하방향 폭이 좁게 형성된 구조이다.

보다 구체적으로 도 4를 참조하면, 상기 조절튜브(1-1)의 상하방향 폭을 A라고 할 때, 상기 조절튜브(1-1)들의 상하방향 폭은 A로 모두 일정하고; 상기 조절튜브(1-1)들 사이의 간격은 2A로 일정하며; 상기 셔터부(3-2)는 상측의 것부터 상하방향 폭이 A, 1.5A, 2A로 상이하고; 상기 개구부(3-1)는 상측의 것부터 상하방향 폭이 1.5A, A로 상이하게 형성된 구조이다.

상기와 같은 치수관계에 의해, 상기 액츄에이터를 구성하는 모터(5)를 구동하여 상기 셔터(3)가 상하로 이동되면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 3개의 조절튜브(1-1)를 모두 폐쇄시키는 상태로부터 3개의 조절튜브(1-1)를 모두 개방시키는 상태로 조절할 수 있게 되며, 이 과정에서 상기 조절튜브(1-1)들 전체의 입구 개도는 점진적으로 증감하게 되어, 결과적으로 도 7 및 도 8과 같이 차량의 부하에 따라 전체 튜브(1)들의 입구의 열림량(이하, 단순히 "튜브 열림량"으로 표현하기로 함)을 선형적으로 가변시킬 수 있게 되는 것이다.

본 실시예들에서, 상기 튜브(1)들의 입구에는 상기 셔터(3)의 직선 이동을 가이드할 수 있도록 서포트가이드(7)가 구비되어 있고, 상기 액츄에이터는 상기 셔터(3)에 일체로 구비된 래크(9)와, 상기 래크(9)에 치합되는 피니언(11)을 구동하도록 구비된 상기 모터(5)로 구성된다.

따라서, 상기 모터(5)를 구동하면 상기 래크(9)가 직선 이동함에 의해 상기 셔터(3)가 상하로 승강하면서 상기 조절튜브(1-1)들의 개도를 조절하게 되는 것이다.

또한, 상기 모터(5)는 차량의 외기온 등을 입력 받아 상기 모터(5)를 구동하여 적절한 수준으로 상기 튜브(1)의 입구 열림량을 조절할 수 있는 컨트롤러에 의해 제어되도록 구성되는 것이 바람직하다.

참고로, 도 2에서 상기 튜브(1)들에는 내부에 이너냉각핀(13)이 설치되고 외부에는 아웃터냉각핀(15)이 설치되어 열교환 면적의 확대를 도모하고 있고, 상기 튜브(1)들의 입구측에는 플레이트 형상의 헤더(19)가 구비되어 있으며, 상기 셔터(3)와 액츄에이터 등의 부품은 상기 튜브(1)들의 입구로 과급장치로부터의 과급공기를 한꺼번에 공급할 수 있도록 내부에 공간을 구비한 인렛탱크(17)의 내부에 수용되도록 구성되어 있다.

물론, 상기 튜브(1)들의 반대편에는 아웃렛탱크가 구비되어 상기 튜브(1)들을 통과하면서 냉각된 공기를 함께 모아서 엔진으로 공급할 수 있도록 한다.

도 7을 참조하면, 상술한 바와 같이 상기 모터(5)를 구동하여 차량의 부하가 변화함에 따라 상기 튜브 열림량을 조절할 수 있어서, 본 발명과 같은 셔터(3) 등의 구성이 없는 종래의 경우에는 차량 부하의 변화에 무관하게 튜브 열림량이 일정한 것에 비하여, 차량 부하의 변화에 따라 튜브 열림량을 연속적으로 선형적으로 가변시킬 수 있으며, 저속 저부하 영역에서는 튜브 열림량을 종래에 비하여 상대적으로 작게 형성할 수 있어서, 과급공기의 과냉각과 응축수 생성을 그만큼 저감시킬 수 있으므로, 도 7의 해칭된 영역은 과급공기의 과냉각에 의한 응축수 생성 저감량으로도 해석될 수 있는 것이다.

도 8은 모터(5)를 구동하여 차량부하에 따라 셔터(3)를 제어함에 따라 튜브 열림량의 속도 조절이 가능함을 다수의 점선으로 표현한 것으로서, 동일한 수준의 차량 부하 증감에 대해서도 서로 다른 기울기로 튜브 열림량을 조절할 수 있어서, 본 발명은 차량 주위의 공기온도, 엔진 출력 요구량 등 차량의 각종 상황을 고려하여, 최적의 튜브 열림량 조절이 가능하도록 함을 나타내는 것이다.

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 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 튜브
1-1; 조절튜브
1-2; 냉각튜브
3; 셔터
3-1; 개구부
3-2; 셔터부
5; 모터
7; 서포트가이드
9; 래크
11; 피니언
13; 이너냉각핀
15; 아웃터냉각핀
17; 인렛탱크
19; 헤더

Claims

과급공기가 통과하도록 직선적으로 배열된 다수의 튜브;
상기 튜브가 배열된 방향을 따라 직선 이동함에 의해, 상기 튜브들 중 적어도 2개 이상의 입구를 개폐할 수 있도록 설치된 셔터;
상기 셔터를 직선 이동시키도록 구비된 액츄에이터;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 튜브는 상기 셔터에 의해 개폐 가능한 조절튜브와 상기 셔터와 무관하게 항상 개방되는 냉각튜브로 구분되고;
상기 조절튜브는 상기 냉각튜브의 하측에 위치하는 것
을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 2에 있어서,
상기 조절튜브와 냉각튜브는 모두 상하 방향으로 등간격을 이루어 배치된 것
을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각튜브는 상기 조절튜브들 보다 조밀한 간격으로 배치되는 것
을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 2에 있어서,
상기 셔터는 2개의 개구부와 3개의 셔터부가 상기 튜브들의 배치 방향을 따라 배치된 플레이트로 이루어지며;
상기 2개의 개구부는 서로의 상하방향 폭이 상이하고;
상기 3개의 셔터부는 서로의 상하방향 폭이 상이하게 구성된 것
을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 5에 있어서,
상기 3개의 셔터부는 상측에 위치한 것일수록 상하방향 폭이 좁아지고;
상기 2개의 개구부는 하측에 위치한 것이 상하방향 폭이 좁게 형성된 것
을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 5에 있어서,
상기 조절튜브의 상하방향 폭은 A로 일정하고;
상기 조절튜브들 사이의 간격은 2A로 일정하며;
상기 셔터부는 상측의 것부터 상하방향 폭이 A, 1.5A, 2A로 상이하고;
상기 개구부는 상측의 것부터 상하방향 폭이 1.5A, A로 상이하게 형성된 것
을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 1에 있어서,
상기 튜브들의 입구에는 상기 셔터의 직선 이동을 가이드할 수 있도록 서포트가이드가 구비된 것
을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.
청구항 1에 있어서,
상기 액츄에이터는
상기 셔터에 일체로 구비된 래크와;
상기 래크에 치합되는 피니언을 구동하도록 구비된 모터;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 인터쿨러.