KR101156849B1 - 열교환 튜브 번들 - Google Patents

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마티유 챈프라우
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발레오 떼르미끄 모떼르
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Abstract

모듈은 흡입 공기 쿨러(2)와 재순환된 배기 가스 쿨러(4)를 포함한다. 상기 흡입 공기 쿨러(2)는 흡입 공기 입구 매니폴드(34)와 흡입 공기 출구 매니폴드(36)를 포함한다. 입구 라인(38)은 공급 공기 쿨러(2)의 입구 매니폴드(34)에 연결되며, 출구 라인(40)은 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)에 연결된다. 재순환된 배기 가스 쿨러(4)는 재순환된 배기 가스 입구 매니폴드(74)와, 재순환된 출구 매니폴드(76)를 포함한다. 재순환된 배기 가스 입구 라인(42)은 재순환된 배기 가스 입구 매니폴드에 연결된다. 제 1 바이패스는 입구 매니폴드를 재순환된 배기 가스 쿨러의 출구 매니폴드에 직접 연결한다. 본 발명은 차량에 적용될 수 있다.

Description

열교환 튜브 번들{HEAT EXCHANGER MODULE FOR ADJUSTING THE TEMPERATURE OF INTAKE GAS IN A HEAT ENGINE FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 내연기관의 연소실에 유입되는 가스를 냉각하거나 가열하기 위한 열교환기에 관한 것이다.
특히 본 발명은 공급 공기 쿨러와, 재순환된 배기 가스 쿨러를 포함하는 열교환 튜브 번들에 관한 것으로서; 상기 공급 공기 쿨러는 공급 공기 입구 매니폴드와, 공급 공기 출구 매니폴드와, 상기 입구 매니폴드에 연결되는 공급 공기 입구 라인과, 상기 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드에 연결되는 공급 공기 출구 라인을 포함하며; 상기 재순환된 배기 가스 쿨러는 재순환된 배기 가스 입구 매니폴드와, 재순환된 배기 가스 출구 매니폴드와, 상기 재순환된 배기 가스 쿨러의 입구 매니폴드에 연결되는 재순환된 배기 가스 입구 라인을 포함한다.
과급된 내연기관에는, 특히 디젤 엔진이나 가솔린 엔진에는 "과급공기"로 불리우는 압축 공기가 공급되며, 상기 과급공기는 엔진으로부터의 배기 가스가 공급되는 과급기로부터 방출된다.
공기가 엔진에 유입되기 전에는 이러한 공기를 냉각할 필요가 있다. 이를 위해 통상적으로 쿨러가 사용되며; 이러한 쿨러는 과급공기 쿨러로 불리우며, 일반적으로는 공급 공기 쿨러로 불리운다.
또한, 배기 가스가 더욱 완전히 연소되기 위해서는 배기 가스의 일부를 엔진 입구로 재순환시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 가스의 온도는 매우 높은 온도(400℃ 내지 900℃)이기 때문에, 액체 냉각제가 공급되어 있는 또 다른 열교환기로 가스를 순환시킴으로써, 상기 가스를 냉각시키는 것으로 알려져 있다.
콜드 시동 상태에서 엔진의 온도 상승을 개선하기 위해, 간혹 과급공기 쿨러가 바이패스되는 구조체도 있다. 또한, 콜드 시동 상태에서 오염을 감소시키기 위해 배기 가스 쿨러가 바이패스되는 구조체도 존재한다.
그러나, 이러한 공지의 구조체는 흡입 공기의 온도 제어를 허용하지 않는다. 과급공기 쿨러와 이를 둘러싸고 있는 바이패스 사이로 흡입 공기를 분배하는데 사용되며, 또한 재순환된 배기 가스 쿨러와 이러한 쿨러를 둘러싸고 있는 바이패스 사이에서 재순환된 배기 가스를 냉각시키는데 사용되는 밸브는, 공급 공기 유량과 재순환된 가스 유량을 각각 조정하는데 사용되지만, 그 온도를 조정하는데는 사용되지 않는다. 쿨러를 떠나가는 가스형 유체의 온도는 허용되지만, 제어되지는 않는다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 단점을 해소할 수 있는 열교환 튜브 번들을 제공하는 것이다. 이러한 목적은 본 발명의 열교환 튜브 번들이 제 1 바이패스를 포함하므로써 달성되며; 상기 제 1 바이패스는 재순환된 배기 가스 쿨러의 입구 매니폴드를 출구 매니폴드에 직접 연결하며, 상기 열교환 튜브 번들에 내장된다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 열교환 튜브 번들은 제 2 바이패스를 포함하며; 이러한 제 2 바이패스는 공급 공기 쿨러의 입구 매니폴드를 출구 매니폴드에 직접 연결하며, 상기 열교환 튜브 번들에 내장된다.
열교환 튜브 번들에 바이패스(또는 바이패스들)를 내장시키면, 그 크기를 감소시키는 작용을 하며, 이에 따라 차량 엔진 격벽에서의 점유 체적을 감소시킨다. 또한, 단일의 공급 공기 입구 및 단일의 재순환된 배기 가스 입구를 포함하기 때문에, 모듈의 연결이 간단해진다.
상술한 바에 있어서, "내장된 바이패스"는 바이패스가 공급 공기 입구 또는 재순환된 배기 가스 입구의 다운스트림을 시작하여, 차량의 챔버에 유입되는 공급 공기 및 재순환된 배기 가스의 혼합물의 출구의 업스트림을 종료시킨다는 것을 의미한다.
상기 열교환 튜브 번들은 재순환된 배기 가스를 재순환된 배기 가스 쿨러와 제 1 바이패스 사이로 분배하는 제 1 분배 수단을 포함한다.
또한, 상기 열교환 튜브 번들은 공급 공기를 공급 공기 쿨러와 제 2 바이패스 사이로 분배하는 제 2 분배 수단을 포함한다.
양호한 실시예에서, 본 발명의 모듈은 미리 설정된 법칙에 따라, 냉각되거나 가열된 입구 가스와, 냉각되지도 않고 가열되지도 않는 입구 가스와, 냉각된 재순환된 배기 가스와, 냉각되지도 않고 가열되지도 않는 재순환된 배기 가스의 비율을 조정하기 위하여, 상기 제 1 분배 수단 및 제 2 분배 수단에 연결되는 제어 수단을 포함한다.
양호한 실시예에서, 제 1 바이패스 및 제 2 바이패스는 상이하며, 서로 분리되어 있다. 또 다른 양호한 실시예에서, 상기 제 1 바이패스 및 제 2 바이패스는 단일의 바이패스에 병합되어 있다.
상기 모듈은 흡입 공기 유량과 재순환된 배기 가스 유량 및 흡입 혼합물의 온도를 관리하기 위하여, 예를 들어 회전 밸브 등과 같은 적어도 하나의 비례 밸브를 포함한다.
양호한 실시예에서, 바이패스와 흡입 공기 및 재순환된 배기 가스 분배 수단은 열교환 튜브 번들에 부가되는 서브모듈을 구성한다.
공급 공기 쿨러의 입구 매니폴드에서 공급 공기의 입구와, 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드로부터 재순환된 배기 가스와 선택적으로 혼합되는 이러한 공급 공기의 출구는 열교환 튜브 번들에서 동일한 쪽에 배치된다. 또 다른 실시예에서, 공급 공기의 입구와 이러한 공급 공기의 출구는 모듈의 상이한 쪽에 배치된다.
재순환된 배기 가스 라디에이터에서 재순환된 배기 가스의 순환은 U형 루트를 따라 2개의 통로에서 이루어진다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 열교환 튜브 번들은 재순환된 배기 가스 쿨러의 출구 매니폴드에 연결되는 재순환된 배기 가스 입구 라인과, 상기 재순환된 배기 가스를 출구 매니폴드와 이송 채널 사이로 분배하기 위하여 출구 매니폴드와 이송 채널의 연결부에 배치되는 밸브를 포함하며; 상기 출구 매니폴드는 제 1 바이패스를 구성하며, 상기 쿨러는 냉각될 재순환된 배기 가스의 일부를 입구 매니폴드로 이송하는 이송 채널을 포함한다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 열교환 튜브 번들은 재순환된 배기 가스에 의해 횡단되지 않는 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드의 영역에 배치되는 공급 공기 온도의 센서를 포함한다.
이를 위하여, 재순환된 배기 가스 쿨러는 재순환된 배기 가스에 의해 횡단되지 않는 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드의 영역을 정렬하기 위하여, 공급 공기 쿨러의 길이보다 짧은 길이를 갖는다.
본 발명의 또 다른 양호한 특징에 따르면, 공급 공기 쿨러는 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드를 향해 상기 가스를 이탈시켜 재순환된 배기 가스로부터의 입자에 의해 공급 공기 쿨러의 튜브 번들의 포울링을 피하므로써 공급 공기/재순환된 배기 가스 혼합물을 개선시키기 위하여, 상기 재순환된 배기 가스의 출구와 대면하도록 배치된 재순환된 배기 가스 디플렉터를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 재순환된 배기 가스는 재순환된 배기 가스 쿨러의 출구 매니폴드로부터 출구 오리피스를 거쳐 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드를 통과하며, 상기 출구 오리피스의 단면적은 재순환된 배기 가스 쿨러에서 가스를 위한 유동 면적과 동일하거나 이보다 작다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 재순환된 배기 가스는 재순환된 배기 가스 쿨러의 출구 매니폴드로부터 출구 오리피스를 거쳐 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드를 통과하며, 상기 출구 오리피스의 단면적은 재순환된 배기 가스 쿨러에서 가스를 위한 유동 면적보다 크며, 상기 재순환된 배기 가스 쿨러의 출구 매니폴드와 상기 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드는 분기부에 의해 서로 연결된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 재순환된 배기 가스는 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드내로 직접 흐르고, 이러한 매니폴드는 재순환된 배기 가스 쿨러를 위한 출구 매니폴드의 역할을 기능적으로 실행한다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열교환 튜브 번들의 조립된 상태를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 열교환 튜브 번들의 확대 사시도,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 열교환 튜브 번들의 저면도,
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 열교환 튜브 번들의 바이패스의 상세도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열교환 튜브 번들의 개략 평면도,
도 6 및 도 7은 도 5에서 열교환 튜브 번들의 실시예에 대한 변형예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열교환 튜브 번들의 개략도,
도 9 내지 도 11은 도 8의 열교환 튜브 번들의 실시예에 대한 변형예를 도시 한 도면,
도 12는 도 11에 도시된 실시예의 변형예를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 열교환 튜브 번들의 개략도,
도 14는 도 12에 도시된 실시예의 변형예를 도시한 도면,
도 15는 단일의 바이패스를 포함하는 열교환 튜브 번들의 개략도.
도 1 및 도 2는 흡입 공기 및 재순환된 배기 가스의 혼합물의 온도를 제어하기 위한, 본 발명에 따른 열교환 튜브 번들의 사시도 및 확대사시도이다. 도 3은 이러한 모듈의 저면도이다.
상기 모듈은 도면부호 2로 도시된 공급 공기 쿨러와, 도면부호 4로 도시된 재순환된 배기 가스 쿨러를 포함한다(도 2 참조). 상기 배기 가스 쿨러(4)는 공급 공기 라디에이터(2)에 배치된다. 이러한 실시예에서, 2개의 열교환기는 공급 공기/재순환된 배기 가스 혼합물을 개선하기 위해 동일한 깊이 및 동일한 길이를 갖지만, 이러한 길이와 깊이는 상이할 수도 있다. 상기 쿨러(2, 4)는 덮개(8)에 의해 밀폐되는 하우징(6)에 장착된다.
실시예에 있어서, 열교환기(2, 4)는 평탄한 열교환기이다. 공급 공기 쿨러(2)는 일반적으로 사각형 형태의 스탬핑된 판(10)의 중첩부로 구성되어 있다. 각각의 판은 평탄하게 종료되는 외주방향 돌기로 둘러싸이는 거의 평탄한 바닥 벽을 포함한다. 상기 바닥 및 돌기는 냉각제 액체의 흐름을 위해 설계되는 얕은 보울 형태를 결정한다. 상기 판은 그 평탄부에 의해 조립된 쌍을 이루면서 집단화되어 있다. 또한, 각각의 판에 의해 형성된 사각형의 단변을 따라 2개의 보스(12)가 형성된다. 각각의 보스(12)의 바닥은 냉각제 액체를 위한 흐름 통로를 포함한다. 한쌍의 판의 보스는 쌍을 이루는 인접한 판의 보스에 저항한다. 따라서, 냉각제 액체를 위한 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드가 형성된다.
쌍을 이루는 판의 보스는 냉각될 공급 공기를 위한 흐름 채널(20)을 서로 결정한다. 일반적으로, 흐름 채널(20)에는 주름잡힌 삽입체(21)가 배치된다.
이와 유사하게, 배기 가스 쿨러(4)는 일반적으로 사각형 형태를 이루는 판(22)의 중첩부로 구성되어 있으며, 그 형태는 공급 공기 쿨러의 판의 형태와 동일하거나 상이할 수도 있다. 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 판(22)은 배기 가스의 흐름을 위한 통로(24)를 결정한다. 일반적으로 물인, 엔진 냉각회로의 냉각제 액체는 설정된 쌍의 두 판 사이에서 결정된 보울(bowl)로 흐른다. 마지막으로, 판의 보스는 냉각제 액체를 위한 입구 매니폴드(26) 및 출구 매니폴드(28)를 결정한다.
실시예에 있어서, 공급 공기 쿨러(2)의 냉각회로와 배기 가스 쿨러(4)의 냉각회로는 평행하게 장착된다. 이러한 방식에 따라, 열교환 튜브 번들은 냉각제 액체를 위한 단일의 입구 및 단일의 출구를 포함한다. 하우징(6)에는 공급 공기를 위한 입구 매니폴드(34) 및 출구 매니폴드(36)가 설치된다. 상기 입구 매니폴드(34)는 공기 입구 라인(38)과, 공기 출구 라인(40)의 출구 매니폴드(36)를 포함한다. 상기 하우징(6)은 재순환된 배기 가스 입구 라인(42)을 포함한다. 한편, 재순환된 배기 가스의 출구는 제공되지 않는데; 그 이유는 이러한 가스들은 공급 공기와 혼합되어, 궁극적으로 열교환 튜브 번들의 출구 라인(40)을 통해 배출되기 때문이다.
재순환된 배기 가스 쿨러(4)는 쿨러의 열교환 튜브 번들과 대향하여 배치되는 입구 매니폴드(35)와, 출구 매니폴드(도시않음)을 포함하며; 또는 출구 매니폴드는 제공되지 않을 수도 있다. 이 경우, 상기 매니폴드(36)는 재순환된 배기 가스 쿨러(도 2)를 위한 출구 매니폴드로서 작용한다. 입구 매니폴드(35) 및 출구 매니폴드는 하우징(6)의 밀폐 덮개(8)의 아래에 고정된다(도 2).
상술한 바와 같이, 예를 들어 엔진 냉각제 등과 같은 냉각제 액체의 입구 및 출구는 공급 공기 쿨러(2) 및 재순환된 배기 가스 쿨러(4)에 공통적으로 사용된다(도 1). 냉각회로의 물은 화살표(48)로 도시된 바와 같이 입구(44)를 통해 열교환 튜브 번들에 유입되며, 그후, 쿨러(2, 4) 사이로 분배된다. 쿨러에 유입된 후, 냉각수는 화살표(50)로 도시된 바와 같이 출구(46)를 통해 열교환 튜브 번들을 빠져나간다.
본 발명의 주요한 특징에 따르면, 도 1 내지 도 4에 도시된 열교환 튜브 번들은 공급 공기 바이패스와, 순환된 배기 가스 바이패스를 포함하며; 이러한 바이패스들은 열교환 튜브 번들에 내장된다. 특히, 이러한 실시예에서, 상기 두 바이패스는 도면부호(52)(도 1 및 도 4 참조)로 도시된 단일의 바이패스로 병합된다. 바이패스 라인(52)은 항상 열교환 튜브 번들의 하우징(6)의 내부에 배치되는 것은 아니다. 그 반대로, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 하우징의 외부에 배치될 수도 있다. 그러나, 상기 바이패스(52)는 이러한 바이패스의 입구가 공급 공기 입구(38) 및 재순환된 배기 가스 입구(42)의 다운스트림이라는 의미로 내장된다. 또한, 공급 공기 및 재순환된 배기 가스에 공통적인 바이패스의 출구는 이러한 두 가스에 공통적으로 사용되는 출구 라인(40)의 상류에 배치된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열교환 튜브 번들은 라인(54)을 포함하며; 쿨러(4)의 열교환 튜브 번들을 둘러싸기 위하여, 이러한 라인을 통해 재순환 배기 가스가 바이패스(52)에 유입된다. 밸브(56)는 이러한 배기 가스의 유량을 조정하는데 사용된다. 또한, 바이패스(52)상에 정렬되어 있는 밸브(58)는 바이패스(52)를 통해 흐르고 라디에이터(2)의 열교환 튜브 번들을 둘러싸는 공급 공기의 유량을 조정하는데 사용된다.
상기 밸브(56)는 재순환된 배기 가스 쿨러의 바이패스내로 흐르는 또한 재순환된 배기 가스 쿨러내로 흐르는, 재순환된 배기 가스의 유량을 단독으로 동시에 관리할 수 있다. 이와 마찬가지로, 밸브(58)는 공급 공기의 바이패스내로 흐르는 또한 공급 공기 쿨러내로 흐르는, 공급 공기의 유량을 관리할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 열교환 튜브 번들의 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 이러한 열교환 튜브 번들은 평면도로 보았을 때, 신장된 사각형 형태를 취한다. 엔진 과급기로부터의 공급 공기의 입구(38)와 공급 공기 및 냉각된 배기 가스의 혼합물의 출구(40)는 하우징의 동일한 단변을 따라 배치된다. 과급공기 쿨러(2)의 바이패스(62)는 대향의 단변을 따라 배치된다. 밸브(64)는 바이패스(62)의 단면적을 조정하는데 사용된다.
재순환된 배기 가스 쿨러(4)는 점선의 사각형 형태로 도시되어 있다. 상기 재순환된 배기 가스 쿨러는 과급공기 쿨러(2)의 위에 배치된다. 이러한 실시예에서, 그 길이는 과급공기 쿨러의 길이보다 짧다. 바이패스(66)는 쿨러(4)를 둘러싸는데 사용된다. 실시예에 있어서, 바이패스(66)는 입구(38) 및 출구(40)와 동일한 하우징의 단변을 따라 배치된다. 달리 말하면, 바이패스(62, 66)는 열교환 튜브 번들의 대향하는 변을 따라 배치된다. 재순환된 배기 가스는 라인(68)을 따라 유입된다. 상기 입구는 쿨러(4) 및 바이패스 라인(66)에 공통적으로 사용된다. 냉각수의 입구(44) 및 출구(46)는 과급공기 라디에이터(2) 및 배기 가스 쿨러(4)에 공통적으로 사용된다.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 열교환 튜브 번들의 일부인 쿨러(4)의 실시예에 대한 2개의 다른 변형예를 도시하고 있다.
도 6에서, 쿨러(4)는 2개의 밸브 즉, 흐름 밸브(70)와 바이패스 밸브(72)를 포함한다. 상기 밸브(70, 72)는 재순환된 배기 가스의 유량을 조정하는데 사용되며; 달리 말하면, 배기 가스의 일부는 엔진을 떠나며, 제2시간에 엔진의 연소실내로 분사되도록 재순환된다. 배기 가스의 재순환되지 않은 부분은 대기로 직접 방출된다. 상기 바이패스 밸브(72)는 바이패스를 개폐하는데 사용된다. 밸브(72)가 개방되었을 때, 상기 재순환된 배기 가스는 쿨러(4)를 둘러싸고 출구 매니폴드(76)로 직접 유입된다. 이와는 달리, 밸브(72)가 폐쇄되었을 때, 배기 가스는 쿨러의 열교환 튜브 번들을 통과하며, 출구 매니폴드(76)에 유입되기 전에 냉각된다. 그후, 냉각되거나 냉각되지 않은 배기 가스는 내부에 배치되어 있는 출구 오리피스(78)를 통해 출구 매니폴드(76)를 떠나며, 상기 출구 매니폴드는 과급공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)와 연결되어 있다. 상기 오리피스(78)는 쿨러(2)내의 가스의 흐름 단면적보다 작거나 동일한 단면적을 갖는다. 배기 가스를 이탈시키기 위하여, 출구 매니폴드(36)에는 디플렉터(도시않음)가 제공된다. 도 6, 도 7에 있어서, 쿨러(4)의 입구 매니폴드는 도면부호 74로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 실시예의 변형예에 따른 모듈은 단일의 밸브(80)를 포함한다. 이러한 밸브는 재순환된 배기 가스의 유량을 제어하는데 사용되며, 또한 바이패스 라인(66)을 개폐하는데 사용된다.
상술한 바와 같이, 배기 가스 쿨러(4)의 길이는 재순환 배기 가스 출구(78)(도 5)로부터 멀리 배치된 출구 매니폴드(36)의 구역(84)을 배치하기 위하여, 과급공기 쿨러(2)의 길이보다 짧다. 흡입 공기 온도를 측정하기 위하여, 구역(84)에는 온도 센서(86)가 배치된다.
또한, 화살표(88)로 도시된 바와 같이, 흡입 공기의 흐름 방향은 상기 공기가 배기 가스 쿨러(4)에 도달하기 전에 온도 센서(86)와 만나도록 형성된다. 이러한 배치로 인해, 상기 온도 센서(86)는 재순환된 배기 가스에 포함되어 있는 검댕에 의해 포울링되지 않는다.
도 8은 본 발명에 따른 열교환 튜브 번들의 제 3 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 과급기 출구(38)에서의 과급공기 입구와, 공기와 냉각된 배기 가스(40)의 가스형 혼합물의 출구는 열교환 튜브 번들의 대향하는 작은 변을 따라 배치된다. 공급 공기의 유량을 제어하기 위해 또한 과급공기 쿨러(2)를 바이패스하는 바이패스 라인(62)을 개폐하기 위해, 단일의 밸브(92)가 사용된다. 상기 배기 가스 쿨러(4)는 바이패스 라인(66)에 연결된 입구 라인(68)을 포함한다.
상술한 실시예(도 5 내지 도 7)에서, 쿨러(4)의 길이는 재순환된 배기 가스에 포함되어 있는 검댕에 의해 오염되지 않는 구역(84)을 배치하기 위하여, 과급공기 쿨러(2)의 길이보다 짧다. 흡입 공기 온도 센서(86)는 이러한 구역(84)에 배치된다. 화살표(94)로 도시된 바와 같이, 바이패스 라인(62)으로부터의 공급 공기는 다음과 같은 방식으로 즉, 흡입 공기가 재순환된 배기 가스와 혼합되기 전에 온도 센서(86) 위를 흐르는 방식으로 흐르게 되므로, 상기 센서(86)는 배기 가스에 의해 포울링되지 않는다.
도 9 내지 도 11은 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 실시예에 대한 제3변형예를 도시하고 있다. 도 9에 있어서, 이러한 쿨러는 비례 형태의 밸브(70), 예를 들어 재순환된 배기 가스의 유량을 조정하는데 사용되는 볼 밸브와, 바이패스 라인(66)을 개폐하는데 사용되며 온/오프 모드로 작동되는 밸브(72)를 포함한다.
이와는 달리 도 10에 있어서, 재순환된 배기 가스 라디에이터는 재순환된 배기 가스의 유량을 조정하는 기능과 바이패스 라인(66)을 개폐하는 기능을 동시에 실행하는 단일 밸브를 포함한다.
마지막으로, 도 11에 있어서, 사각형 배기 가스 라디에이터는 열교환 튜브 번들을 영역(98) 및 영역(100)으로 분리하는 격벽(96)을 포함한다. 재순환된 배기 가스의 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 열교환 튜브 번들의 양측에 배치되지는 않지만, 열교환 튜브 번들의 동일한 장변을 따라 배치된다. 입구 매니폴드(102) 및 출구 매니폴드(104)는 격벽(96)에 배치된 밸브(72)에 의해 서로 분리된다. 열교환 튜브 번들의 다른쪽에는 배기 가스를 열 교환 영역(98)으로부터 영역(100)으로 통과시키기 위한 격벽(106)이 배치된다. 따라서, 재순환된 배기 가스는 화살표(108)로 도시된 바와 같이 U 형태로 흐르게 된다.
도 12는 재순환된 배기 가스가 "I" 패턴으로 흐르는, 쿨러(4)의 실시예에 대한 또 다른 변형예를 도시하고 있다. 재순환된 배기 가스 입구 라인(68)은 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 출구 매니폴드(76)에 연결된다. 이러한 방식에 따라, 재순환된 배기 가스는 바이패스 라인을 통과할 필요없이, 출구 매니폴드에 직접 유입된 후, 오리피스(78)를 통해 배출된다. 따라서, 출구 매니폴드는 바이패스의 역할을 수행한다. 냉각될 가스의 일부는 입구 매니폴드(74)에서 종료되는 이송 채널(75)을 통해 열교환기의 상류로 이송된다. 볼 밸브(80)는 출구 매니폴드(76)와 이송 채널(75)의 연결부에 배치된다. 이러한 밸브는 출구 매니폴드와 이송 채널 사이에서 재순환된 배기 가스의 분배와 유량을 제어한다. 변형예로서, 2개의 밸브가 제공될 수도 있다. 입구 매니폴드(74)에 도달한 가스는 오리피스(78)를 통해 열교환기를 떠나서 재순환된 가스의 냉각되지 않은 부분과 혼합되기 전에, 화살표(108)로 도시된 바와 같이 열교환 튜브 번들(4)을 통과한다.
도 13은 본 발명에 따른 열교환 튜브 번들의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예는 도 1 내지 도 4를 참조한 설명에 대응한다. 이러한 모듈은 흡입 공기 및 재순환된 배기 가스에 공통인, 단일의 바이패스 라인(52)을 포함한다. 과급기를 떠나는 흡입 공기의 입구(38)와 흡입 공기 및 냉각된 재순환된 배기 가스의 혼합물의 출구(40)는 열교환기의 하우징(6)의 동일한 단변을 따라 배치된다. 재순환된 배기 가스는 흡입라인(42)을 통해 유입된다. 라인(54)은 재순환된 배기 가스의 일부를 바이패스(52)로 이송하는데 사용된다.
라인(42, 54)의 연결부에 배치된 밸브(56)는 재순환된 배기 가스의 유량을 제어하는 동시에 라인(54)을 개폐시킨다, 즉, 재순환된 배기 가스의 바이패스의 라인을 개폐시킨다. 단일의 밸브(58)는 과급기의 출구에서 흡입 유량을 제어하며, 흡입 공기 바이패스 라인(52)을 개폐시킨다.
이러한 실시예에서, 재순환된 배기 가스 쿨러의 길이는 과급공기 쿨러(2)의 길이보다 짧다. 그러나, 재순환된 배기 가스의 작동모드에 있어서, 달리 말하면 배기 가스의 일부가 열교환 튜브 번들에서 재순환될 때, 흡입 공기 온도는 구역(84)에 배치된 온도 센서(86)에 의해 측정되지 않지만; 예를 들어 공기 및 배기 가스의 유량 및 그 온도의 값이 내장된 컴퓨터를 사용하여, 예측가능한 수학적 모델에 의해 측정된다. 따라서, 센서는 포울링이라는 위험성을 피할 수 있게 한다.
공통의 바이패스 라인(52)에 의해 형성된 조립체와, 이러한 바이패스 라인에 연결된 입구(38) 및 출구(40)와, 재순환된 배기 가스의 입구(42)와, 라인(54)과, 밸브(56)와, 공기흐름 제어밸브(58)는 본 발명의 열교환 튜브 번들의 주요 부분에 부가되는 서브모듈을 구성할 수 있다.
도 14는 도 13에서 쿨러(4)의 실시예에 대한 또 다른 변형예를 도시하고 있다. 이러한 실시예는 출구 오리피스(78)가 출구 매니폴드(76)의 전체 길이를 따라 연장된다는 사실로 인해 구별된다. 이러한 변형예에서는 쿨러(4)의 길이가 공급 공기 쿨러(2)의 길이보다 짧다는 사실을 감안하여, 분기부(87)를 구성하는 벽이 두개의 매니폴드 사이에 천이부를 제공한다. 출구 오리피스(78)의 단면적은 재순환된 배기 가스 쿨러의 단면적보다 크며; 이에 따라, 쿨러(4)를 횡단하는 압력강하를 감소시키며, 공급 공기와 재순환된 가스의 혼합을 개선시킨다.
도 15는 본 발명에 따른 열교환 튜브 번들을 포함하는 차량의 엔진(140)의 열에너지를 관리하기 위한 시스템을 도시하고 있다. 이러한 시스템은 공급 공기 쿨러(2)와, 재순환된 배기 가스 쿨러(4)를 포함한다. 공급 공기는 음압을 조정하기 위해, 흐름 제어밸브(39)가 장착되는 라인(38)을 통해 입구 매니폴드(34)에 유입된다. 냉각후, 공급 공기는 출구 매니폴드(36)를 통과하며, 라인(40)을 통해 쿨러를 떠난다. 상술한 실시예와는 달리, 공급 공기 쿨러는 바이패스를 포함하고 있지 않다. 모든 공급 공기는 쿨러(2)에서 냉각된다. 한편, 재순환된 배기 가스 쿨러(4)는 상술한 실시예에서처럼 바이패스(66)를 포함한다. 흐름 밸브(70)는 입구 라인(68)에 장착된다. 분배 밸브(72)는 쿨러와 바이패스(66) 사이의 분배를 조정한다. 쿨러(4)는 출구 매니폴드(36)가 2개의 쿨러와 공통이기 때문에, 출구 매니폴드를 포함하지 않는다. 따라서, 매니폴드(36)는 재순환된 배기 가스 쿨러(4)를 위한 출구 매니폴드의 역할을 수행한다.
모듈(1)은 차량의 고온 냉각회로 및 저온 냉각회로에 연결된다. 고온 회로는 엔진(140)을 통해 냉각제 액체를 순환시키는 메인 펌프(142)를 포함한다. 엔진을 횡단한 후, 상기 액체는 4방 밸브(V1)에 의해 다양한 지점들 사이로 분배된다. 이러한 액체는 가열 라디에이터(146)가 장착된 바이패스(144)를 따른다. 또한 상기 액체는 액체를 냉각하지 않고 펌프(142)로 이송하는 바이패스 라인(148)도 따른다. 밸브(V1)의 제 3 채널은 냉각제 액체를 고온 라디에이터(150)로 이송하는 라인(145)에 연결되어 있다. 그 출구에서, 액체는 라인(152)에 의해 펌프로 복귀된다. 마지막으로, 밸브(V1)의 제 4 채널은 액체를 저온 라디에이터(158)로 이송하는 라인(154)에 연결되며, 상기 저온 라디에이터에서 개체는 고온 라디에이터보다 낮은 온도로 냉각된다. 라디에이터 후방에는 3방 밸브(V2)가 배치된다. 채널(V21)은 라인(166)에 연결되어 있으며, 쿨러(2, 4)를 횡단하는 순환 펌프(164)를 포함한다. 채널(V22)은 저온 라디에이터를 떠나는 라인에 연결되어 있으며, 제 3 채널은 액체를 엔진으로 복귀시키는 라인(170)에 연결된다. 밸브(V1, V2)의 위치에 따르면, 모듈(1)에는 고온(100℃)의 액체 또는 저온(40℃ 내지 60℃)의 액체가 공급된다. 따라서, 상기 쿨러(2)는 2가지 모드로 작동된다. 쿨러가 액체를 저온으로 이송할 때는 공급 공기 쿨러로서 작용하게 된다. 쿨러가 액체를 고온으로 이송할 때는 공급 공기 히터로서 작용하게 된다. 한편, 쿨러(4)는 재순환된 배기 가스 쿨러로만 작용된다.

Claims (19)

  1. 자동차의 내연 기관에 들어가는 흡입 공기 혼합물 및 재순환된 배기 가스의 온도를 조절하는 열교환 튜브 번들로서, 공급 공기 쿨러(cooler)(2) 및 재순환된 배기 가스 쿨러(4)를 포함하고, 상기 공급 공기 쿨러(2)는 공급 공기 입구 매니폴드(34) 및 공급 공기 출구 매니폴드(36)를 포함하며, 상기 공급 공기 쿨러(2)의 입구 매니폴드(34)에 공급 공기 입구 라인(38)이 연결되고, 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)에 공급 공기 출구 라인(40)이 연결되며, 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)는 재순환된 배기 가스 입구 매니폴드(74) 및 재순환된 배기 가스 출구 매니폴드(76)를 포함하고, 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 입구 매니폴드(74)에 재순환된 배기 가스 입구 라인(42, 68)이 연결된, 열교환 튜브 번들에 있어서,
    상기 입구 매니폴드(74)를 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 출구 매니폴드(76)에 직접 연결하고 상기 열교환 튜브 번들에 통합된 제 1 바이패스(52, 66)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입구 매니폴드(34)를 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)에 직접 연결하고, 상기 열교환 튜브 번들에 통합된 제 2 바이패스(52, 62)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스를 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)와 상기 제 1 바이패스(52, 66) 사이에 분배하는 제 1 분배 수단(56, 70, 72, 80)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 공기를 상기 공급 공기 쿨러(2)와 상기 제 2 바이패스(52, 62) 사이에 분배하는 제 2 분배 수단(58, 60, 92)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스를 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)와 상기 제 1 바이패스(52, 66) 사이에 분배하는 제 1 분배 수단(56, 70, 72, 80), 및 상기 공급 공기를 상기 공급 공기 쿨러(2)와 상기 제 2 바이패스(52, 62) 사이에 분배하는 제 2 분배 수단(58, 60, 92)을 더 포함하고,
    상기 제 1 분배 수단 및 상기 제 2 분배 수단에 연결되어, 냉각된 또는 가열된 입구 가스, 냉각되지도 않고 가열되지도 않은 입구 가스, 냉각된 재순환된 배기 가스, 및 냉각되지도 않고 가열되지도 않은 재순환된 배기 가스의 비율을 조절하는 제어 수단(180)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 및 상기 제 2 바이패스는 별개이고 서로 분리된 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 바이패스 및 상기 제 2 바이패스는 단일 바이패스(52)로 병합된 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡입 공기 유량(flow rate)과 상기 재순환된 배기 가스 유량의 둘 모두뿐만 아니라 상기 흡입 혼합물의 온도를 관리하는 적어도 하나의 비례식 밸브(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 바이패스, 흡입 공기 및 재순환된 배기 가스 분배 수단은 상기 열교환 튜브 번들에 부가되는 서브모듈(submodule)을 구성하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 공기 쿨러(2)의 입구 매니폴드(34)의 상기 흡입 공기의 입구(38)와, 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)로부터의, 상기 재순환된 배기 가스와 선택적으로 혼합되는 이 공급 공기의 출구(40)는 상기 열교환 튜브 번들의 동일측을 따라서 위치된 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 공기 쿨러의 입구 매니폴드(34)의 상기 공급 공기의 입구(38)와, 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)로부터의, 상기 재순환된 배기 가스와 선택적으로 혼합되는 이 공급 공기의 출구(40)는 상기 열교환 튜브 번들의 상이한 측에 위치된 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4) 내의 상기 재순환된 배기 가스의 순환은 "U" 형상의 루트를 따라서 2개의 통로에서 발생되는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 출구 매니폴드(76)에 재순환된 배기 가스 입구 라인(68)이 연결되고, 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 출구 매니폴드(76)는 상기 제 1 바이패스(66)를 구성하며,
    상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)는 냉각될 상기 재순환된 배기 가스의 일부를 상기 입구 매니폴드(74)로 운반하는 이송 채널(75)과, 상기 출구 매니폴드(76)와 상기 이송 채널(75)의 교차점에 배열되어 상기 재순환된 배기 가스를 상기 출구 매니폴드(76)와 상기 이송 채널(75) 사이에 분배하는 밸브(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스에 의해 횡단되지 않는 상기 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드(36)의 구역(84)에 위치된 상기 흡입 공기 온도의 센서(86)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)는 상기 재순환된 배기 가스에 의해 횡단되지 않는 상기 공급 공기 쿨러의 출구 매니폴드의 구역(84)을 배치하기 위해 상기 공급 공기 쿨러(2)의 길이보다 짧은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 공기 쿨러(2)는 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)를 향해 가스를 전환시키기 위해 상기 재순환된 배기 가스의 출구(78)를 향하여 배열된 재순환된 배기 가스 디플렉터(deflector)(87)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스는 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 출구 매니폴드(76)로부터 출구 오리피스(78)를 경유하여 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36) 안으로 이동하고, 상기 출구 오리피스(78)의 단면적은 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 가스를 위한 유동 면적과 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스는 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 출구 매니폴드(76)로부터 출구 오리피스(78)를 경유하여 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36) 안으로 이동하고, 상기 출구 오리피스(78)의 단면적은 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 가스를 위한 유동 면적보다 크며, 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)의 출구 매니폴드(76)와 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36)는 분기부(87)에 의해 서로 연결된 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재순환된 배기 가스는 상기 공급 공기 쿨러(2)의 출구 매니폴드(36) 안으로 직접 유동하고, 이 매니폴드는 상기 재순환된 배기 가스 쿨러(4)를 위한 출구 매니폴드의 역할을 기능적으로 행하는 것을 특징으로 하는
    열교환 튜브 번들.
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