KR102440580B1 - 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러, 및 이를 구비한 엔진시스템 - Google Patents

응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러, 및 이를 구비한 엔진시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러는 양단부가 개방된 케이싱 안쪽에 배치되되, 상기 케이싱의 상하 방향으로 설정된 간격을 두고 배열되며, 상기 케이싱의 길이방향으로 연장되는 냉각수 튜브들, 상기 케이싱의 일측 개방부를 커버하도록 배치되고, 재순환 배기가스가 들어오는 입구 공간이 하측에 형성되고, 상기 냉각수 튜브들에 의해서 냉각된 재순환 배기가스가 배출되는 출구 공간이 상측에 각각 형성되는 입출구 캡, 상기 입출구 캡 안에서 상기 출구 공간과 상기 입구 공간을 상하로 나누도록 배치되고, 일단부는 상기 냉각수 튜브들 중 하나의 일단부에서 상기 입출구 캡의 내측면으로 연장되는 격벽, 및 상기 케이싱의 타측 개방부를 커버하도록 배치되고, 상기 격벽을 기준으로 상기 입구 공간과 상기 냉각수 튜브들 중 한쪽을 지난 재순환배기가스를 상기 냉각수 튜브들 중 다른 쪽과 상기 출구 공간으로 흐르도록 유도하는 방향 전환 캡을 포함하고, 상기 격벽에는 상기 출구 공간에 형성된 응축수를 상기 입구 공간으로 유도하는 응축수통로가 형성될 수 있다.

Description

응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러, 및 이를 구비한 엔진시스템{EGR COOLER HAVING CONDENSATE DISCHARGING STRUCTURE, AND ENGINE SYSTEM HAVING THIS}
본 발명은 재순환 배기가스(또는 이지알 가스)를 냉각시키는 과정에서 형성되는 응축수를 냉각튜브에서 배출시키는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러, 및 이를 구비한 엔진시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에는 배기가스의 일부를 다시 흡기 라인으로 재순환시켜 연소시 최고 온도를 낮춤으로써 NOx의 발생을 억제하여 주는 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR)시스템이 장착된다.
엔진은 각각의 운전 영역에 따라 목표 공기량이 설정되고, EGR 듀티비를 제어함으로써 EGR 가스량과 신기(fresh air)의 흡입량을 조절한다. 상기 EGR 가스량은 각 운전 영역별로 미리 결정되어 있고, 현재의 운전 영역을 판정하여 EGR 밸브를 제어하여 재순환되는 배기가스의 양을 조절한다.
또한, 내연기관에서는 밸브가 열려 있는 짧은 시간 안에 충분한 흡기가 어려워, 터보 차저로 적극적으로 밀어 넣으면 실린더 내의 공기 충진 효율이 증가하고, 이와 함께 폭발압력도 올라가서 출력이 향상된다.
저압 이지알 시스템은 엔진에 공급되는 신기(fresh air)를 공급하는 흡기 라인과, 상기 엔진으로부터 발생되는 저온 저압의 배기가스를 외부로 배출하도록 형성된 배기 라인과, 상기 배기 라인으로부터 분기되어 상기 흡기 라인과 연결되어 상기 배기가스가 재순환하도록 통로를 제공하는 저압 이지알 라인과, 상기 저압 이지알 라인의 분기점에 설치되어 재순환하는 배기가스의 양을 조절하는 저압 이지알 밸브 및 상기 흡기 라인과 배기 라인을 연결하는 터보 차져을 포함한다.
또한, 고압 이지알 시스템은 배기 매니폴드(exhaust manifold)으로부터 배출되는 고온 고압의 배기가스 일부를 고압 이지알 밸브를 이용하여 분기시켜 고압 이지알 라인을 통과시키고, 상기 고압 이지알 라인을 통과한 고온 고압의 배기가스는 고압 이지알 쿨러를 통과하면서 냉각되어 흡기 매니폴드(intake manifold)를 거쳐 다시 엔진에 공급된다.
그리고, 저압 이지알 시스템과 고압 이지알 시스템에서 재순환 배기가스를 냉각시키기 위해서는 각각 저압 이지알 쿨러와 고압 이지알 쿨러가 배치되고, 이러한 이지알 쿨러에 의해서 재순환 배기가스가 냉각되고, 흡기측으로 재순환된다.
한편, 재순환 배기가스가 이지알 쿨러에 의해서 냉각되면서 배기가스에 포함된 수분이 응축되면서, 응축수가 배출되고, 이 응축수가 엔진의 흡기측으로 들어가면 엔진이 손상될 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 공개특허 10-2016-0031855 대한민국 공개특허 10-2012-0011565
본 발명의 목적은 이지알 쿨러에 의해서 형성된 응축수를 엔진의 흡기측으로 들어가지 못하도록 하여 엔진의 손상을 미연에 방지할 수 있는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러, 및 이를 구비한 엔진시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러는 양단부가 개방된 케이싱 안쪽에 배치되되, 상기 케이싱의 상하 방향으로 설정된 간격을 두고 배열되며, 상기 케이싱의 길이방향으로 연장되는 냉각수 튜브들, 상기 케이싱의 일측 개방부를 커버하도록 배치되고, 재순환 배기가스가 들어오는 입구 공간이 하측에 형성되고, 상기 냉각수 튜브들에 의해서 냉각된 재순환 배기가스가 배출되는 출구 공간이 상측에 각각 형성되는 입출구 캡, 상기 입출구 캡 안에서 상기 출구 공간과 상기 입구 공간을 상하로 나누도록 배치되고, 일단부는 상기 냉각수 튜브들 중 하나의 일단부에서 상기 입출구 캡의 내측면으로 연장되는 격벽, 및 상기 케이싱의 타측 개방부를 커버하도록 배치되고, 상기 격벽을 기준으로 상기 입구 공간과 상기 냉각수 튜브들 중 한쪽을 지난 재순환배기가스를 상기 냉각수 튜브들 중 다른 쪽과 상기 출구 공간으로 흐르도록 유도하는 방향 전환 캡을 포함하고, 상기 격벽에는 상기 출구 공간에 형성된 응축수를 상기 입구 공간으로 유도하는 응축수통로가 형성될 수 있다.
상기 응축수통로는 상기 격벽에 형성된 홀에 의해서 형성될 수 있다.
상기 응축수통로는 상기 격벽의 단부와 상기 입출구 캡의 내측 단면 사이의 틈으로 형성될 수 있다.
상기 격벽의 양측 가장자리와 상기 입출구 캡의 내측 양측면은 용접되고, 용접되지 않은 단부측에 상기 격벽과 상기 입출구 캡의 내측 단면 사이에 상기 틈이 형성될 수 있다.
상기 냉각수 튜브들은 수평선을 기준으로 상기 입출구 캡이 배치된 방향으로 설정각도 하부로 기울어져 상기 냉각수 튜브들 사이의 응축수가 상기 출구 공간으로 유입되도록 할 수 있다.
상기 입출구 캡에는 상기 입구 공간과 연결되는 입구와 상기 출구 공간과 연결되는 출구가 형성되고, 상기 입구를 통해서 재순환 배기가스가 들어오고, 상기 출구를 통해서 냉각된 재순환 배기가스가 배출될 수 있다.
상기 케이싱의 일측과 타측에는 상기 냉각수 튜브들로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 파이프와 상기 냉각수 튜브들로부터 냉각수가 배출되는 냉각수 배출 파이프가 각각 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러를 구비한 엔진시스템은 엔진의 배기측에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기라인, 및 상기 배기라인을 흐르는 배기가스의 일부가 이지알 라인을 따라서 흡기라인으로 재순환되되, 이 재순환 배기가스를 냉각시키도록 상기 이지알 라인 상에 배치되는 제1항에 따른 이지알 쿨러, 상기 배기라인에 설치되는 후처리 장치를 더 포함하고, 상기 이지알 라인은 상기 후처리장치의 하류측의 상기 배기라인에서 분기될 수 있다.
상기 이지알 라인에서 상기 이지알 쿨러의 하류측에 배치되어 재순환 배기가스의 흐름양을 제어하는 이지알밸브를 포함할 수 있다.
상기 후처리 장치는 DOC(diesel oxidation catalyst), 또는 DPF(diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 이지알 쿨러를 경사지게 배치하고, 경사면을 따라서 생성된 응축수가 냉각수 튜브의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 냉각수 튜브에서 배출된 냉각수가 격벽에 도달했을 때, 격벽에 형성된 응축수 배출홀 또는 격벽과 하우징 사이에 용접되지 않은 틈을 통해서 하부로 배출됨으로써, 응축수가 흡기측으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 이지알 쿨러를 구비한 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 일부 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 일부 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명과 관련된 이지알 쿨러를 구비한 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진시스템은 구성요소로써 엔진(100), 컴프레서(114)와 터빈(112)을 포함하는 터보 차저(110), DOC(115), DPF(120), 이지알 쿨러(130), 및 이지알 밸브(135)를 포함한다.
배기라인에는 터보 차저(110)의 터빈(112), DOC(115), 및 DPF(120)가 순차적으로 배치되고, 흡기라인은 상기 터보 차저(110)의 상기 컴프레서(114)를 통해서 상기 엔진(100)의 연소실과 연결된다.
상기 이지알 쿨러(130)와 이지알 밸브(135)는 하나의 예에서, 저압 이지알 라인에 배치되는 바, 상기 저압 이지알 라인은 DPF(120)의 하류측의 배기라인에서 분기되어 컴프레서(114)의 상류측의 흡기라인으로 합류될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 이지알 쿨러(130)는 재순환 배기가스를 냉각시키는 과정에서 응축수를 발생시키며, 이 응축수가 상기 흡기측으로 이동하는 것을 방지하여 엔진(100)의 트러블을 용이하게 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 이지알 쿨러(130)는 구성요소로써 브라켓(200), 방향 전환 캡(220), 케이싱(215), 냉각수 공급 파이프(210), 냉각수 배출 파이프(205), 및 입출구 캡(225)을 포함한다.
상기 브라켓(200)을 통해서 상기 이지알 쿨러(130)는 엔진(100)의 일측에 고정되고, 상기 입출구 캡(225)의 하부에 형성된 입구를 통해서 재순환배기가스가 들어오고, 재순환배기가스는 상기 케이싱(215)의 하부, 상기 방향 전환 캡(220), 상기 케이싱(215)의 상부, 상기 입출구 캡(225)의 상부, 및 상기 입출구 캡(225)의 출구를 통해서 흡기라인으로 재순환된다.
상기 케이싱(215) 안에는 냉각수 튜브가 상부에서 하부로 설정된 간격을 두고 배열되고, 상기 냉각수 튜브 안으로는 냉각수가 흐르고, 상기 냉각수 튜브 사이로 재순환배기가스가 흐르는 구조를 갖는다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 이지알 쿨러(130)는 상기 케이싱(215) 내부에는 상기 냉각수 튜브(300)들이 하부에서 상부로 설정된 간격을 두고 배열되고, 이들 사이로 재순환 배기가스가 통과한다.
상기 케이싱(215)은 양단이 개방된 파이프 구조를 가지며, 상기 케이싱(215) 안에 상기 냉각수 튜브(300)들이 배치되며, 일단에는 상기 입출구 캡(225)이 체결되고, 타단에는 상기 방향 전환 캡(220)이 체결된다.
상기 입출구 캡(225)의 내부에는 하부의 입구 공간(314)과 상부의 출구 공간(312)을 나누도록 중간부위에 격벽(310)이 배치된다. 상기 격벽(310)의 일단은 상기 냉각수 튜브(300)들 중 하나의 단부면과 접하고, 타단은 상기 입출구 캡(225)의 내측 단면과 대응하되, 상기 격벽(310)의 타단부와 상기 입출구 캡(225)의 내측 단면 사이에는 틈(350)이 형성된다.
상기 냉각수 튜브(300)들은 상기 격벽(310)을 중심을 기준으로 하부의 제1 냉각영역(302)과 상부의 제2 냉각영역(304)을 포함하고, 재순환배기가스는 상기 입구 공간(314), 상기 제1 냉각영역(302), 상기 방향 전환 캡(220), 상기 제2 냉각영역(304), 상기 출구 공간(312)을 순차적으로 흐른다.
본 발명의 실시예에서, 상기 케이싱(215)과 상기 냉각수 튜브(300)들은 수평선에 대해서 상기 입출구 캡 방향으로 설정각(α)을 두고 하부로 경사진 구조를 갖는다.
따라서, 상기 제1 냉각영역(302)을 지나는 재순환 배기가스에서 형성된 응축수는 경사진 상기 냉각수 튜브(300)들을 따라서 상기 입구 공간(314) 측으로 흘러서, 흡기측으로 공급되지 않는다.
그리고, 상기 제2 냉각영역(304)을 지나는 재순환 배기가스에서 형성된 응축수는 경사진 상기 냉각수 튜브(300)들을 따라서 상기 출구 공간(312)으로 흐르고, 상기 격벽(310)과 상기 입출구 캡(225) 사이에 형성된 틈(350)을 통해서 하부로 이동하여, 흡기측으로 공급되지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 냉각수가 상기 냉각수 튜브(300)들의 내부로 분배되는 구조에 대해서는 공지기술을 참조하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 일부 분해 사시도이고, 도 3과 비교하여 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 특징적인 차이점에 대해서만 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 격벽(310)의 양측과 단부는 상기 입출구 캡(225)의 내측 양측면과 내측 단면과 각각 접합되고, 상기 격벽(310)에 응축수 배출홀(400)이 형성된다. 따라서, 상기 격벽(310)의 상부측에 모인 응축수가 상기 응축수 배출홀(400)을 통해서 하부로 이동하여 응축수가 흡기측으로 공급되지 않는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이지알 쿨러의 일부 사시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 격벽(310)의 양측 가장자리와 상기 입출구 캡(225)의 내측 양측면은 서로 연속적으로 접합되어 접합부(500, 550)를 형성하고, 상기 격벽(310)의 단부와 상기 입출구 캡(225)의 내측 내면 사이에는 용접되지 않고, 응축수 배출틈(350)이 형성된다.
따라서, 재순환배기가스의 냉각 과정에서 형성된 응축수는 상기 격벽(310)의 상부로 모이고, 모인 응축수는 상기 응축수 배출틈(350)을 따라서 하부로 이동하여 흡기측으로 공급되지 않는다. 따라서, 응축수에 의한 엔진(100)의 트러블을 용이하게 방지할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진 110: 터보 차저
112: 터빈 114: 컴프레서
115: DOC 120: DPF
130: 이지알 쿨러 135: 이지알 밸브
200: 브라켓 205: 냉각수 배출 파이프
210: 냉각수 공급 파이프 215: 케이싱
220: 방향 전환 캡 225: 입출구 캡
300: 냉각수 튜브 302: 제1 냉각영역
304: 제2 냉각영역 310: 격벽
312: 출구 공간 314: 입구 공간
350: 응축수 배출틈 400: 응축수 배출홀
500, 550: 접합부

Claims (11)

  1. 양단부가 개방된 케이싱 안쪽에 배치되되, 상기 케이싱의 상하 방향으로 설정된 간격을 두고 배열되며, 상기 케이싱의 길이방향으로 연장되는 냉각수 튜브들;
    상기 케이싱의 일측 개방부를 커버하도록 배치되고, 재순환 배기가스가 들어오는 입구 공간이 하측에 형성되고, 상기 냉각수 튜브들에 의해서 냉각된 재순환 배기가스가 배출되는 출구 공간이 상측에 각각 형성되는 입출구 캡;
    상기 입출구 캡 안에서 상기 출구 공간과 상기 입구 공간을 상하로 나누도록 배치되고, 일단부는 상기 냉각수 튜브들 중 하나의 일단부에서 상기 입출구 캡의 내측면으로 연장되는 격벽; 및
    상기 케이싱의 타측 개방부를 커버하도록 배치되고, 상기 격벽을 기준으로 상기 입구 공간과 상기 냉각수 튜브들 중 한쪽을 지난 재순환배기가스를 상기 냉각수 튜브들 중 다른 쪽과 상기 출구 공간으로 흐르도록 유도하는 방향 전환 캡;
    을 포함하고, 상기 격벽에는 상기 출구 공간에 형성된 응축수를 상기 입구 공간으로 유도하는 응축수통로가 형성된 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러.
  2. 제1항에서,
    상기 응축수통로는 상기 격벽에 형성된 응축수 배출홀에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러.
  3. 제1항에서,
    상기 응축수통로는 상기 격벽의 단부와 상기 입출구 캡의 내측 단면 사이의 응축수 배출틈으로 형성된 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러.
  4. 제3항에서,
    상기 격벽의 양측 가장자리와 상기 입출구 캡의 내측 양측면은 용접되고, 용접되지 않은 단부측에 상기 격벽과 상기 입출구 캡의 내측 단면 사이에 상기 응축수 배출틈이 형성된 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러.
  5. 제1항에서,
    상기 냉각수 튜브들은 수평선을 기준으로 상기 입출구 캡이 배치된 방향으로 설정각도 하부로 기울어져 상기 냉각수 튜브들 사이의 응축수가 상기 출구 공간으로 유입되도록 하는 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러.
  6. 제1항에서,
    상기 입출구 캡에는 상기 입구 공간과 연결되는 입구와 상기 출구 공간과 연결되는 출구가 형성되고,
    상기 입구를 통해서 재순환 배기가스가 들어오고, 상기 출구를 통해서 냉각된 재순환 배기가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러.
  7. 제1항에서,
    상기 케이싱의 일측과 타측에는 상기 냉각수 튜브들로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 파이프와 상기 냉각수 튜브들로부터 냉각수가 배출되는 냉각수 배출 파이프가 각각 연결된 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러.
  8. 엔진의 배기측에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기라인; 및
    상기 배기라인을 흐르는 배기가스의 일부가 이지알 라인을 따라서 흡기라인으로 재순환되되, 이 재순환 배기가스를 냉각시키도록 상기 이지알 라인 상에 배치되는 제1항에 따른 이지알 쿨러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러를 구비한 엔진시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 배기라인에 설치되는 후처리 장치; 를 더 포함하고,
    상기 이지알 라인은 상기 후처리 장치의 하류측의 상기 배기라인에서 분기된 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러를 구비한 엔진시스템.
  10. 제8항에서,
    상기 이지알 라인에서 상기 이지알 쿨러의 하류측에 배치되어 재순환 배기가스의 흐름양을 제어하는 이지알밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러를 구비한 엔진시스템.
  11. 제9항에서,
    상기 후처리 장치는 DOC(diesel oxidation catalyst), 또는 DPF(diesel particulate filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 응축수 배출구조를 갖는 이지알 쿨러를 구비한 엔진시스템.
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