KR20140076218A - 엔진커버를 이용한 냉각시스템 - Google Patents

엔진커버를 이용한 냉각시스템 Download PDF

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KR20140076218A
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김종혁
박대성
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 과급기를 적용한 엔진에서 엔진으로 공급되는 압축공기를 엔진커버의 인터쿨러 기능을 이용하여 냉각시키는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 과급기 엔진의 엔진커버와 흡기 매니폴드 사이를 순환하는 열교환매체를 이용하여 엔진으로 공급되는 압축공기를 냉각시키는 새로운 형태의 압축공기 냉각시스템을 구현함으로써, 냉각 유로를 최소화하여 엔진 냉각 효율을 상승시킬 수 있고, 무게와 원가를 절감할 수 있는 엔진커버를 이용한 냉각시스템을 제공한다.

Description

엔진커버를 이용한 냉각시스템{Cooling system using engine cover for vehicle}
본 발명은 엔진커버를 이용한 냉각시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과급기를 적용한 엔진에서 엔진으로 공급되는 압축공기를 엔진커버의 인터쿨러 기능을 이용하여 냉각시키는 시스템에 관한 것이다.
세계적으로 연비와 성능을 동시에 만족시키기 위하여 선진 자동차 메이커들은 과급기를 통한 엔진 다운사이징 기술개발에 총력을 기울이고 있다.
이러한 과급기는 자연흡기 엔진에 비하여 연소에 필요한 공기를 더욱 많이 공급하여 엔진 연소효율을 높이는 장치이다.
현재 출시되고 있는 과급기 엔진의 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 인터쿨러를 차량 앞쪽에 위치하여 수냉식 간접 냉각을 하거나 공랭식 직접 냉각을 사용한다.
예를 들면, 공랭식 직접 냉각의 경우 터보차져를 통해 압축된 공기가 온도가 높아지면 냉각을 위해 압축된 공기를 차량 전방의 인터쿨러로 보낸다.
인터쿨러에서 주행풍에 의해 냉각된 공기는 다시 흡기 매니폴드로 유입되어 엔진으로 공급된다.
그러나, 이러한 냉각방식으로는 유로가 길어서 압력 강하로 인한 엔진의 효율 손실이 일어나고 원가나 무게가 증가된다.
또한, 인터쿨러와 라디에이터를 겹쳐서 사용하여 인터쿨러를 지나서 더워진 공기가 라디에이터를 냉각하므로, 라디에이터의 전체적인 엔진 냉각 효율이 떨어지게 된다.
따라서, 종래의 과급기 엔진에서 인터쿨러가 차량 전방에 위치하거나, 간접 수냉식 인터쿨러를 사용하더라도 엔진 전방의 인터쿨러를 통하여 물을 냉각시켜 공기를 냉각시키기 때문에 효율이 저하되고, 이로 인하여 유로가 길어지며 인터쿨러를 통해 덥혀진 공기가 라디에이터를 냉각시킴으로 인하여 엔진의 냉각 효율을 저해하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 과급기 엔진의 엔진커버와 흡기 매니폴드 사이를 순환하는 열교환매체를 이용하여 엔진으로 공급되는 압축공기를 냉각시키는 새로운 형태의 압축공기 냉각시스템을 구현함으로써, 냉각 유로를 최소화하여 엔진 냉각 효율을 상승시킬 수 있고, 무게와 원가를 절감할 수 있는 엔진커버를 이용한 냉각시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 엔진커버를 이용한 냉각시스템은 다음과 같은 특징이 있다.
상기 엔진커버를 이용한 냉각시스템은 과급기 엔진에서 엔진으로 공급되는 압축공기를 냉각시키는 시스템으로서, 엔진커버에 설치되며 외부 공기와의 접촉을 통해 내부를 흐르는 물을 냉각시키는 열교환기와, 상기 열교환기로부터 연장되어 흡기 매니폴드의 내부 영역에 배관되며 내부를 흐르는 물을 이용하여 주변의 압축공기를 냉각시키는 열교환용 파이프와, 상기 열교환기와 열교환용 파이프 간에 물을 순환시켜주는 펌프를 포함하는 구조로 이루어진다.
따라서, 상기 엔진커버를 이용한 냉각시스템은 열교환기와 열교환용 파이프 사이를 순환하는 물과 흡기 매니폴드의 내부로 유입되는 압축공기 간의 열교환 작용을 통해 엔진으로 공급되는 압축공기를 냉각시킬 수 있는 특징이 있다.
여기서, 상기 열교환기는 양쪽의 헤더 사이에서 일정간격을 유지하면서 나란하게 배치되는 다수의 코어 플레이트를 포함할 수 있으며, 상기 헤더에 있는 입구측에서 출구측측으로 물의 일방향 흐름을 유지하면서 외부 공기와 열교환을 수행하는 방식으로 이루어질 수 있다.
이러한 열교환기의 경우 엔진커버의 내측 면적을 절개하여 조성한 공간부 내에 배치하여, 엔진커버의 바깥쪽에서 안쪽으로 유입되는 공기를 이용하여 열교환을 수행할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 열교환기는 엔진커버의 양편에 각각 배치되는 한쌍으로 이루어지도록 하는 동시에 상기 열교환용 파이프는 흡기 매니폴드의 내부에 나란하게 배치되는 한쌍으로 이루어지도록 하여, 각 열교환기와 열교환기용 파이프가 하나씩 연결되어 있는 타입으로 구성할 수 있다.
한편, 상기 엔진커버를 이용한 냉각시스템의 다른 예로서, 본 발명에서는 엔진커버에 설치되면서 타보차져측 및 흡기 매니폴드측과 연결되는 유로를 가지고 있고 외부 공기와의 접촉을 통해 내부를 흐르는 압축공기를 냉각시키는 열교환기를 포함하는 구조로 이루어지는 한편, 터보차져측에서 압축된 공기를 엔진 상부의 엔진커버 일체형의 열교환기로 보내 공기를 냉각하여 흡기 매니폴드측으로 직접 공급할 수 있는 형태의 냉각시스템을 적용할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 엔진커버를 이용한 냉각시스템은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 인터쿨러 타입의 엔진커버와 흡기 매니폴드 사이를 순환하는 열교환매체를 이용하여 과급기의 압축공기를 냉각시켜줌으로써, 압축공기를 공급하는 유로를 최소화하여 압력 손실을 줄일 수 있는 등 엔진의 효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 엔진커버측을 활용하여 엔진을 냉각함으로써, 라디에이터와의 간섭을 배제할 수 있는 등 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 엔진커버를 인터쿨러로 사용함으로써, 무게를 절감할 수 있고 레이아웃을 향상시킬 수 있는 등 엔진 컴팩트화를 도모할 수 있다.
넷째, 압축공기를 공급하는 유로를 최소화하고 엔진커버 삭제가 가능함으로써, 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 종래 과급기 엔진에서 인터쿨러의 배치관계를 나타내는 사진
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템을 나타내는 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템을 나타내는 정면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템을 나타내는 평면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템의 설치위치를 나타내는 사시도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템의 작동상태를 나타내는 사시도 및 평면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템을 나타내는 사시도, 정면도 및 평면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 냉각시스템은 과급기 엔진의 엔진커버에 인터쿨러 역할을 하는 열교환기를 배치하고, 터보차져를 통해 압축된 공기를 엔진커버측 열교환기로 보내서 냉각시킨 후에 엔진으로 공급함으로써, 엔진 연소 효율을 높일 수 있는 시스템으로 이루어진다.
이를 위하여, 상기 엔진커버(10)에 설치되는 열교환기(11)가 마련되고, 이때의 열교환기(11)는 엔진커버(10)를 통해 유입되는 외부 공기와의 접촉을 통해 그 내부를 흐르는 물, 즉 압축공기와의 열교환을 마치고 온도가 올라간 고온의 물을 냉각시키는 역할을 수행하게 된다.
그리고, 엔진측의 흡기 매니폴드(12)의 내부 영역에는 열교환용 파이프(13)가 배관되며, 이때의 열교환용 파이프(13)는 엔진커버(10)에 있는 열교환기(11)측과 연결되어 있어서, 열교환기(11)측에서 제공하는 물, 즉 공기와의 열교환을 마치고 온도가 내려간 냉각수를 이용하여 흡기 매니폴드(12)의 내부로 유입되는 압축공기를 냉각시키는 역할을 하게 된다.
이렇게 상기 엔진커버(10)에 있는 열교환기(11)와 흡기 매니폴드(12)에 있는 열교환용 파이프(13)가 서로 연결됨에 따라 열교환기(11)측과 열교환용 파이프(13)측 간에 물이 계속 순환할 수 있는 경로가 조성되고, 다시 말해 서로 위아래에서 근접 배치되어 있는 엔진커버(10)와 흡기 매니폴드(12)가 속해 있는 영역 내에 물 순환을 위한 경로가 조성되고, 이렇게 조성되는 경로를 따라 순환하는 물의 열교환 작용에 의해 터보차져에서 압축된 공기의 냉각이 이루어질 수 있게 된다.
여기서, 상기 열교환기(11)와 열교환용 파이프(13) 간의 물 순환을 위한 경로 중에서 흡기 매니폴드(12)를 경유하는 구간의 경로, 즉 흡기 매니폴드(12)의 내부에 설치되는 열교환용 파이프(13)의 열교환 작용에 의해 흡기 매니폴드(12)의 내부에서 압축공기가 직접 냉각되는 방식이므로, 종전과 같이 압축공기의 유로를 밖으로 길게 형성하지 않아도 되고, 결국 유로 구간을 최소화할 수 있어 엔진의 효율 손실을 줄일 수 있게 된다.
또한, 상기 열교환기(11)는 내부를 흐르는 물과 외부 공기와의 접촉성을 확보하기 위한 구조를 가지게 된다.
이를 위하여, 서로 일정거리를 두고 배치되는 2개의 헤더(15a,15b)가 양쪽에 각각 나란히 배치되고, 이렇게 배치되는 양쪽의 헤더(15a,15b) 사이에는 헤드 간을 가로질러 배치되는 다수의 코어 플레이트(16)가 연결된다.
그리고, 상기 코어 플레이트(16)들은 서로 일정간격을 유지하면서 나란하게 배치되며, 이때의 각 코어 플레이트(16) 사이에 조성되는 간격으로 공기가 통과하면서 열교환이 이루어질 수 있게 된다.
상기 2개의 헤더(15a,15b) 중에서 1개의 헤더(15a)에는 열교환용 파이프(13)에서 연장되는 2개의 라인과 각각 연결되는 입구(17)와 출구(18)가 형성되어 있는 동시에 이때의 입구(17)가 형성되는 영역과 출구(18)가 형성되는 영역은 서로 격리되는 구조를 이룰 수 있게 되는 한편, 나머지 1개의 헤더(15b)는 길이방향을 따라 그대로 통하는 구조를 이룰 수 있게 된다.
또한, 상기 헤더(15a,15b) 사이에 연결되는 코어 플레이트(16)들은 헤더(15a,15b)사이를 가로질러 중간에 위치되어 있는 격벽(14)에 의해 입구측 영역에 배치되는 한 묶음과 출구측 영역에 배치되는 한 묶음으로 구분되어 각각 배치될 수 있게 된다.
이에 따라, 상기 입구(17)를 통해 앞쪽의 헤더(15a)의 한쪽으로 들어온 물은 입구측 영역에 배치되는 코어 플레이트(16)를 따라 흐른 후, 뒷쪽의 헤더(15b)로 보내지게 되고, 계속해서 출구측 영역에 배치되는 코어 플레이트(16)를 경유하여 앞쪽의 헤더(15a)의 다른 한쪽으로 유입된 후에 출구(18)를 통해 빠져나가게 된다.
이러한 열교환기(11)는 엔진커버(10)에 일체식으로 설치될 수 있으며, 이를 위해 엔진커버(10)에는 그 내측 면적을 절개하여 조성한 공간부(19)가 형성되고, 이렇게 형성된 공간부(19) 내에 열교환기(11)가 배치될 수 있게 된다.
이때, 상기 열교환기(11)는 엔진커버(10)의 공간부(19) 내에 설치되는 틀 구조의 프레임(20)에 결합되는 구조로 지지될 수 있게 된다.
이렇게 열교환기(11)가 엔진커버(10)의 공간부(19)를 가로막는 자세로 설치됨에 따라 엔진커버(10)의 바깥쪽(윗쪽)에서 안쪽(아래쪽)으로 유입되는 공기에 의해 코어 플레이트(16)를 흐르는 물과의 열교환이 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에서 제공하는 냉각시스템의 경우 하나의 엔진커버에서 2개의 열교환기와 열교환용 파이프를 운용하는 타입으로 이루어질 수 있게 된다.
예를 들면, 상기 엔진커버(10)의 양편에 만들어진 2곳의 공간부(19) 내에 각각의 열교환기(11)가 배치되고, 또 흡기 매니폴드(12)의 내부에는 2개의 열교환용 파이프(13)가 나란하게 배치되며, 이러한 2개씩의 열교환기(11)와 열교환용 파이프(13)가 1개씩 서로 연결된다.
또한, 상기 열교환기(11)와 열교환용 파이프(13) 사이에 흐르는 물을 순환시켜주는 수단으로 전자식 펌프(미도시)가 마련되며, 이때의 펌프는 물의 순환경로, 즉 열교환기(11)와 열교환용 파이프(13) 간을 연결하는 파이프상에 연결 설치될 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템의 설치위치를 나타내는 사시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상기 냉각시스템은 열교환기(11)과 열교환용 파이프(13)를 포함하며, 엔진룸 내에서 상기 열교환기(11)는 엔진커버(10)상에, 상기 열교환용 파이프(13)는 흡기 매니폴드(12)의 내부에 각각 배치된다.
그리고, 상기 엔진커버(10)에 배치되는 열교환기(11)의 바로 윗쪽에 배치되는 후드(21)에는 공기유입홀(22)이 형성된다.
이에 따라, 상기 공기유입홀(22)을 통해 엔진룸 내로 들어온 주행풍은 바로 밑에 위치되어 있는 열교환기(11)측과 열교환을 수행한 후 엔진측으로 보내질 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서는 위의 일 실시예와 같은 간접 수냉식 냉각을 사용하는 방식 이외에도 직접 공랭식 냉각을 사용하는 방식을 적용할 수 있다.
예를 들면, 상기 엔진커버(10)에는 헤더, 코어 플레이트 등을 포함하는 구조로 이루어진 열교환기(11), 즉 간접 수냉식 냉각에 적용되는 열교환기와 동일한 구조를 갖는 열교환기(11)가 설치되고, 이때의 열교환기(11)의 입구(17)와 출구(18)는 타보차져측에서 연장되는 유로와 흡기 매니폴드측으로 연장되는 유로가 각각 연결 설치된다.
따라서, 터보차져측에서 보내진 압축된 공기는 엔진커버 일체형의 열교환기로 보내져 외부 공기와의 직접적인 열교환을 통해 냉각되고, 계속해서 이렇게 냉각된 압축공기는 흡기 매니폴드를 거쳐 엔진으로 공급할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진커버를 이용한 냉각시스템의 작동상태를 나타내는 사시도 및 평면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 엔진커버(10)에 있는 열교환기(11)와 흡기 매니폴드(12)에 있는 열교환용 파이프(13) 사이에 물의 순환이 이루어지는 상태에서, 흡기 매니폴드측 열교환용 파이프(13)에 차가운 물이 통과하면서 그 주변의 압축된 공기를 냉각시키고, 온도가 높아진 물은 열교환기(11)를 경유하면서 외부 공기와의 열교환을 통해 다시 냉각된 상태가 되어, 열교환용 파이프(13)로 다시 보내져 흡기 매니폴드(12) 내의 압축된 공기를 냉각시킨다.
이러한 과정이 계속 반복되면서 흡기 매니폴드(12)로 유입된 압축공기의 냉각이 이루어지게 되고, 이렇게 냉각된 압축공기가 엔진으로 공급될 수 있게 되는 것이다.
이와 같이, 본 발명에서는 수냉식 간접 냉각방식(또는 공랭식 직접 냉각방식)을 사용하여 과급기 엔진에서의 압축공기를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 냉각시스템을 구축함으로써, 냉각 유로의 최소화를 통해 엔진 냉각 효율을 상승시킬 수 있고, 무게와 원가를 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
10 : 엔진커버 11 : 열교환기
12 : 흡기 매니폴드 13 : 열교환용 파이프
14 : 격벽 15a,15b : 헤더
16 : 코어 플레이트 17 : 입구
18 : 출구 19 : 공간부
20 : 프레임 21 : 후드
22 : 공기유입홀

Claims (5)

  1. 과급기 엔진에서 엔진으로 공급되는 압축공기를 냉각시키는 시스템으로서,
    엔진커버(10)에 설치되며 외부 공기와의 접촉을 통해 내부를 흐르는 물을 냉각시키는 열교환기(11);
    상기 열교환기(11)로부터 연장되어 흡기 매니폴드(12)의 내부 영역에 배관되며 내부를 흐르는 물을 이용하여 주변의 압축공기를 냉각시키는 열교환용 파이프(13);
    상기 열교환기(11)와 열교환용 파이프(13) 간에 물을 순환시켜주는 펌프;
    를 포함하며, 상기 열교환기(11)와 열교환용 파이프(13) 사이를 순환하는 물과 흡기 매니폴드(12)의 내부로 유입되는 압축공기 간의 열교환 작용을 통해 엔진으로 공급되는 압축공기를 냉각시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 엔진커버를 이용한 냉각시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기(11)는 양쪽의 헤더(15a,15b) 사이에서 일정간격을 유지하면서 나란하게 배치되는 다수의 코어 플레이트(16)를 포함하며, 상기 헤더(15a)에 있는 입구(17)측에서 출구측(18)측으로 물의 일방향 흐름을 유지하면서 외부 공기와 열교환을 수행할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 엔진커버를 이용한 냉각시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환기(11)는 엔진커버(10)의 내측 면적을 절개하여 조성한 공간부(19) 내에 배치되어, 엔진커버(10)의 바깥쪽에서 안쪽으로 유입되는 공기를 이용하여 열교환을 수행할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 엔진커버를 이용한 냉각시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열교환기(11)는 엔진커버(10)의 양편에 각각 배치되는 한쌍으로 이루어지는 동시에 상기 열교환용 파이프(13)는 흡기 매니폴드(12)의 내부에 나란하게 배치되는 한쌍으로 이루어져, 각 열교환기와 열교환기용 파이프가 하나씩 연결되어 있는 타입으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진커버를 이용한 냉각시스템.
  5. 과급기 엔진에서 엔진으로 공급되는 압축공기를 냉각시키는 시스템으로서,
    엔진커버(10)에 설치되면서 타보차져측 및 흡기 매니폴드측과 연결되는 유로를 가지고 있고 외부 공기와의 접촉을 통해 내부를 흐르는 압축공기를 냉각시키는 열교환기(11)를 포함하며,
    터보차져측에서 압축된 공기를 엔진 상부의 엔진커버 일체형의 열교환기로 보내 공기를 냉각하여 흡기 매니폴드측으로 직접 공급할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 엔진커버를 이용한 냉각시스템.
KR1020120144536A 2012-12-12 2012-12-12 엔진커버를 이용한 냉각시스템 KR20140076218A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108930604A (zh) * 2018-07-20 2018-12-04 芜湖清柏白露智能信息科技有限公司 自结皮发动机罩盖

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