KR102664118B1

KR102664118B1 - 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크

Info

Publication number: KR102664118B1
Application number: KR1020190066921A
Authority: KR
Inventors: 정성빈
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: CN112049719A; DE102019129755B4; KR20200140117A; US20200386145A1; DE102019129755A1; US11230962B2; CN112049719B

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가압식 리저버탱크는, 냉각수 및 기체를 수용하는 수용공간을 가진 탱크바디; 및 상기 탱크바디에 일체로 결합된 이젝터를 포함하고, 상기 이젝터는 기체 발생원에서 발생된 기체가 상기 탱크바디로 유입되기 전에 상기 탱크바디 내에 수용된 냉각수에 의해 상기 기체를 냉각하도록 구성될 수 있다.

Description

이젝터 일체형 가압식 리저버탱크{RESERVOIR TANK WITH INTEGRATED EJECTOR}

본 발명은 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량용 냉각시스템의 기체 발생원(라디에이터, 엔진측 워터재킷, 터보차저측 워터재킷 등)으로부터 리저버탱크로 흡입되는 기체를 냉각수를 이용하여 냉각할 수 있는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 운행 시, 엔진 연소실 내의 폭발온도는 대략 1500℃ 정도의 고온에 달한다. 이를 적절히 냉각시켜주지 않을 경우에는 엔진과열로 엔진을 비롯한 각종 부품의 파손, 윤활유 점도의 감소와 이상 연소 등의 문제점이 있으며, 결과적으로 엔진이 작동 불능 상태가 될 수 있다. 이에 엔진의 냉각을 위한 냉각시스템이 차량에 탑재된다.

냉각시스템은 엔진의 실린더블록 및 실린더헤드 형성된 워터자켓과, 워터자켓에 유체적으로 연결된 라디에이터와, 워터자켓에서 가열된 냉각수를 이용하여 차내로 공급되는 공기를 가열하는 히터코어와, 워터자켓 및 라디에이터에 유체적으로 연결된 리저버탱크를 포함한다.

또한, 엔진의 일측에는 터보차저(Turbocharger)가 인접하게 배치되고, 터보 차저는 내연기관에서 필연적으로 발생하는 엔진의 배출가스 압력을 이용해 터빈을 돌린 후, 이 회전력을 이용해 흡입하는 공기를 대기압보다 강한 압력으로 밀어넣어 출력을 높이기 위한 장치이다.

한편, 터보차저는 배기가스의 열과 터빈의 높은 회전수로 인해 베어링 등의 이상 마모 및 소착 등이 발생할 수 있다. 이에, 터보차저의 내부에는 워터자켓이 형성되고, 터보차의 워터자켓은 엔진의 냉각수라인을 통해 엔진의 워터자켓에 유체적으로 연결된다.

리저버탱크는 대기개방식 리저버탱크(non-pressurized reservoir tank) 및 가압식 리저버탱크(pressurized reservoir tank)로 구분된다. 최근에는 엔진의 고성능화에 따라 가압식 리저버탱크가 주로 사용되고 있는 추세이다.

가압식 리저버탱크는 그 상단에 장착된 압력 캡에 의해 리저버탱크의 내부압력을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 가입식 리저버탱크는 엔진의 워터자켓 및/또는 터보차저의 워터자켓 등에 디개싱라인(degasing line)을 통해 직접적으로 연결됨으로써 엔진의 워터자켓 및/또는 터보차저의 워터자켓 등에서 발생한 기체가 디개싱라인을 통해 리저버탱크로 흡입됨으로써 공기빼기(디개싱, degasing)가 효과적으로 이루어질 수 있다.

한편, 냉각수의 순환 모드 등에 따라 엔진의 워터자켓, 터보차저의 워터자켓, 라디에이터 등에서 고온의 기체가 발생할 수도 있고, 이러한 고온의 기체는 디개싱라인을 통해 리저버탱크로 흡입될 수 있다. 특히, 엔진시스템 상에서 엔진의 워터자켓에 비해 터보차저의 워터자켓 상에서 고온의 기체가 발생할 가능성이 높다. 이에 고온의 기체를 리저버탱크 측으로 흡입하는 고온 디개싱은 터보차저의 워터자켓에서 주로 진행될 수 있다.

통상적으로 차량의 시동장치가 키온(key on)상태인 경우에는 냉각시스템의 워터펌프가 냉각수를 순환시킴으로써 라디에이터에서 냉각수의 냉각이 가능하고, 이에 엔진의 워터자켓을 통과한 저온 냉각수가 터보차저의 워터자켓으로 유입됨으로써 터보차저가 적절히 냉각될 수 있다.

하지만, 차량의 시동장치가 키오프(key off) 상태인 경우에는 냉각시스템의 워터펌프가 작동하지 않으므로 냉각수가 순환하지 않고, 이에 라디에이터에 의해 냉각수가 냉각되지 못하므로 터보차저의 워터자켓에서 잔류된 냉각수가 터보차저의 고온으로 인해 기화함으로써 고온의 기체가 발생할 수 있고, 터보차저의 워터자켓에서 발생된 고온의 기체는 압력차이에 의해 디개싱라인을 통해 리저버탱크의 내부로 흡입될 수 있다. 이와 같이, 고온의 기체가 리저버탱크의 내부로 흡입됨에 따라 냉각수의 온도가 차량의 주행 중 관리되는 냉각수의 최대 온도를 초과할 수 있다. 예컨대, 차량의 주행 중에 관리되는 냉각수의 최대 온도가 110℃일 수 있지만, 시동장치의 키오프(key off) 상태에서 냉각수의 온도는 리저버탱크 내로 흡입되는 고온의 기체로 인해 냉각수의 최대 온도인 110℃를 훨씬 초과하는 140℃가까이 상승할 수 있다.

이와 같이, 시동장치의 키오프 상태에서 리저버탱크 내로 흡입되는 고온의 기체가 가압식 리저버탱크를 열화시키는 단점이 있었다. 예컨대, 가압식 리저버탱크는 그 내열온도가 최대 120℃로 제작되어 있고, 냉각수의 온도가 고온의 기체로 인해 140℃ 가까이 상승하므로 가압식 리저버탱크의 열화가 초래될 수 있다.

또한, 시동장치의 키오프 상태에서 고온의 기체가 리저버탱크 내로 흡입됨에 따라 가압식 리저버탱크 내에서 기포 소음이 초래되는 단점이 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 안출된 것으로, 차량용 냉각시스템의 기체 발생원(라디에이터, 엔진측 워터재킷, 터보차저측 워터재킷 등)으로부터 리저버탱크로 흡입되는 기체의 온도를 냉각수를 이용하여 냉각할 수 있는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가압식 리저버탱크는,

냉각수 및 기체를 수용하는 수용공간을 가진 탱크바디; 및

상기 탱크바디에 일체로 결합된 이젝터를 포함하고,

상기 이젝터는 기체 발생원에서 발생된 기체가 상기 탱크바디로 유입되기 전에 상기 탱크바디 내에 수용된 냉각수에 의해 상기 기체를 냉각하도록 구성될 수 있다.

상기 이젝터는 제1통로와, 상기 제1통로에 일렬로 연결된 제2통로와, 상기 제1통로 및 상기 제2통로 사이에 위치한 노즐과, 상기 제2통로에 연결된 제3통로를 포함하고,

상기 제1통로는 상기 기체 발생원에서 발생된 기체가 흡입됨을 허용하도록 구성되며, 상기 제3통로는 상기 탱크바디에 수용된 냉각수가 흡입됨을 허용하도록 구성될 수 있다.

상기 이젝터는 이젝터 바디 및 상기 이젝터 바디로부터 연장된 흡입관을 포함하고, 상기 제1통로, 상기 제2통로, 및 상기 노즐은 상기 이젝터 바디 내에서 상기 이젝터 바디의 축선방향을 따라 연장되고, 상기 제3통로는 상기 흡입관 내에서 상기 흡입관의 축선방향을 따라 연장될 수 있다.

상기 탱크바디는 어퍼 탱크바디 및 로어 탱크바디를 포함하고, 상기 어퍼 탱크바디는 어퍼 수용공간을 가지며, 상기 로어 탱크바디는 로어 수용공간을 가질 수 있다.

상기 흡입관은 그 하단에 위치한 입구를 가지며, 상기 흡입관의 입구는 상기 로어 탱크바디의 로어 수용공간 내에 위치할 수 있다.

상기 이젝터는 상기 이젝터 바디로부터 상기 로어 탱크바디를 향해 연장된 가이드관을 더 포함하고, 상기 가이드관은 상기 제2통로와 직접적으로 소통하는 가이드통로를 가질 수 있다.

상기 가이드관은 그 하단에 위치한 출구를 가지고, 상기 가이드관의 출구는 상기 로어 탱크바디의 로어 수용공간 내에 위치할 수 있다.

상기 로어 탱크바디는 상기 가이드관의 출구를 둘러싸는 원통형상의 내측벽을 포함할 수 있다.

상기 로어 탱크바디는 냉각수를 배출하는 리턴측 니플을 가지고, 상기 리턴측 니플은 상기 로어 수용공간 내에 위치한 입구 및 상기 로어 탱크바디의 외측에 위치한 출구를 가질 수 있다.

상기 어퍼 탱크바디는 상기 흡입관을 둘러싸는 어퍼 격벽을 가지고, 상기 어퍼 격벽은 하나 이상의 어퍼 개구를 가질 수 있다.

상기 로어 탱크바디는 상기 흡입관의 출구 및 상기 리턴측 니플의 입구를 둘러싸는 로어 격벽을 가질 수 있고, 상기 로어 격벽은 하나 이상의 로어 개구를 가질 수 있다.

상기 이젝터 바디는 그 내면에 인서트되는 인서트관을 더 포함하고, 상기 인서트관은 내열성 재질로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 라디에이터, 엔진측 워터재킷, 터보차저측 워터재킷 등에서 발생된 고온 기체가 디개싱라인을 통해 리저버탱크 내로 유입되기 전에 리저버 탱크 내에 수용된 저온 냉각수에 의해 미리 냉각됨으로써 리저버탱크의 열화, 리저버탱크 내에서의 기포 소음 등을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크가 장착된 차량용 냉각시스템의 일 형태를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크가 장착된 차량용 냉각시스템의 다른 형태를 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크의 어퍼 탱크바디를 도시한 저면 사시도(bottom perspective view)이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크의 어퍼 탱크바디를 도시한 상면 사시도(top perspective view)이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크를 도시한 부분 측단면도이다.

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 1을 참조하면, 차량용 냉각시스템(10)은 엔진(1)의 내부에 형성된 엔진측 워터자켓(11)과, 엔진측 워터자켓(11)에 유체적으로 연결된 라디에이터(12)와, 라디에이터(12) 및 엔진측 워터자켓(11)에 유체적으로 연결된 가압식 리저버탱크(13)와, 엔진(1)에 인접한 터보차저(2)의 내부에 형성된 터보측 워터자켓(14)과, 엔진측 워터자켓(11)에 유체적으로 연결된 히터코어(15)를 포함할 수 있다.

엔진측 워터자켓(11)은 엔진(1)의 실린더블록 및 실린더헤드에 형성될 수 있고, 라디에이터(12)로부터 공급되는 냉각수가 엔진측 워터자켓(11)을 순환함으로써 엔진(1)이 적절히 냉각될 수 있다.

라디에이터(12)는 로어 라디에이터호스(21) 및 어퍼 라디에이터호스(22)를 통해 엔진측 워터자켓(11)과 유체적으로 소통할 수 있다. 라디에이터(12)는 차량의 전방그릴에 인접하게 배치됨으로써 외기 등에 의해 라디에이터(12)가 냉각될 수 있고, 냉각팬(미도시)이 라디에이터(12)의 후방측에 인접하게 배치될 수도 있다. 라디에이터(12)에 의해 냉각된 저온 냉각수는 로어 라디에이터호스(21)를 통해 엔진측 워터자켓(11)으로 이송될 수 있고, 냉각수가 엔진측 워터자켓(11)을 순환함에 따라 가열될 수 있으며, 가열된 냉각수는 어퍼 라디에이터호스(22)를 통해 엔진측 워터자켓(11)으로부터 라디에이터(12)로 환류(flow back)될 수 있다.

가압식 리저버탱크(13)는 라디에이터측 디개싱라인(23)을 통해 라디에이터(12)와 유체적으로 소통할 수 있다. 냉각수가 라디에이터(12) 내에서 기화됨으로써 기체가 라디에이터(12) 내에서 발생할 수 있고, 기체는 라디에이터측 디개싱라인(23)을 통해 가압식 리저버탱크(13) 내로 흡입될 수 있다. 라디에이터측 디개싱라인(23)의 일단은 가압식 리저버탱크(13)의 상단 측에 직접적으로 결합될 수 있고, 라디에이터측 디개싱라인(23)의 타단은 라디에이터(12) 측에 연결될 수 있다. 특히, 라디에이터측 디개싱라인(23)의 일단이 결합되는 위치는 가압식 리저버탱크(13) 내에 수용되는 냉각수의 설정된 최대 수위 보다 높게 위치할 수 있다.

가압식 리저버탱크(13)는 리턴호스(24)를 통해 차량용 냉각시스템(10)과 유체적으로 소통할 수 있고, 이에 가압식 리저버탱크(13)에 수용된 냉각수가 차량용 냉각시스템(10)으로 환류될 수 있다. 예컨대, 가입식 리저버탱크(13)는 엔진측 워터자켓(11) 및/또는 라디에이터(12)에 유체적으로 연결될 수 있고, 가압식 리저버탱크(13) 내에 저장된 냉각수는 리턴호스(24)를 통해 엔진측 워터자켓(11) 및/또는 라디에이터(12)로 환류(flow back) 될 수 있다. 도 1 및 도 2는 가입식 리저버탱크(13)가 리턴호스(24)를 통해 엔진측 워터자켓(11)에 연결됨을 예시한다.

가압식 리저버탱크(13)는 그 상단에 압력캡(13a)을 가질 수 있고, 압력캡(13a)은 가압식 리저버탱크(13)의 내부압력을 일정하게 유지하도록 구성될 수 있다.

터보측 워터자켓(14)은 엔진(1)에 인접한 터보차저(2)의 내부에 형성될 수 있고, 터보측 워터자켓(14)은 한 쌍의 터보측 연결통로(14a, 14b)를 통해 엔진측 워터자켓(11) 또는 라디에이터(12)와 유체적으로 소통할 수 있다.

도 1을 참조하면, 터보측 워터자켓(14)은 한 쌍의 터보측 연결통로(14a, 14b)를 통해 라디에이터(12)에 유체적으로 소통할 수 있고, 이에 터보측 워터자켓(14) 및 엔진측 워터자켓(11)은 라디에이터(12)에 대해 병렬로 연결된다.

도 2를 참조하면, 터보측 워터자켓(14)은 한 쌍의 터보측 연결통로(14a, 14b)를 통해 엔진측 워터자켓(11)에 유체적으로 소통할 수 있고, 이에 터보측 워터자켓(14) 및 엔진측 워터자켓(11)은 라디에이터(12)에 대해 직렬로 연결된다.

터보측 워터자켓(14)은 터보측 디개싱라인(25)을 통해 가압식 리저버탱크(13)와 유체적으로 소통할 수 있다. 냉각수가 터보측 워터자켓(14) 내에서 기화됨으로써 고온의 기체가 발생할 수 있고, 고온의 기체는 터보측 디개싱라인(25)을 통해 가압식 리저버탱크(13) 내로 흡입될 수 있다.

히터코어(15)는 한 쌍의 연결통로(15a, 15b)를 통해 엔진측 워터자켓(11)에 유체적으로 연결될 수 있다. 냉각수가 엔진측 워터자켓(11)을 흘러감에 따라 가열되고, 가열된 냉각수의 적어도 일부가 히터코어(15)로 흘러들어갈 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크(13)는 냉각수의 기화에 의해 발생된 고온의 기체가 가압식 리저버탱크(13)의 내부로 수용되기 전에 가압식 리저버탱크(13) 내에 수용된 냉각수에 의해 냉각하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크(13)는 냉각수 및 기체를 수용하는 수용공간(33, 34)을 가진 탱크바디(30) 및 탱크바디(30)측에 일체로 결합된 이젝터(40)를 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 탱크바디(30)는 어퍼 탱크바디(31) 및 로어 탱크바디(32)를 포함할 수 있고, 어퍼 탱크바디(31) 및 로어 탱크바디(32)는 분리가능하게 결합될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 어퍼 탱크바디(31)는 그 상단에 압력캡(13a)이 장착되는 개구(31b)를 가질 수 있다. 어퍼 탱크바디(41)는 디개싱측 니플(51, degassing-side nipple)을 가질 수 있고, 라디에이터측 디개싱라인(23)이 디개싱측 니플(51)에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 어퍼 탱크바디(31)는 냉각수 및 기체 등을 수용하는 어퍼 수용공간(33)을 가질 수 있고, 개구(31b) 및 디개싱측 니플(51)은 어퍼 수용공간(33)과 소통할 수 있다.

도 3 및 도 5를 참조하면, 로어 탱크바디(32)는 냉각수를 수용하는 로어 수용공간(34)을 가질 수 있다. 로어 탱크바디(32)는 냉각수를 차량용 냉각시스템(10)으로 배출하는 리턴측 니플(52, return-side nipple)을 가질 수 있고, 리턴호스(24)가 리턴측 니플(52)에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 리턴측 니플(52)은 로어 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34) 내에 위치한 입구(52a) 및 로어 탱크바디(32)의 외측에 위치한 출구(52b)를 가질 수 있다. 이에 냉각수가 리턴측 니플(52)로부터 엔진측 워터자켓(11) 및 라디에이터(12) 측으로 흘러감으로써 엔진측 워터자켓(11) 및/또는 라디에이터(12)에 대해 냉각수를 보충할 수 있다.

탱크바디(30)는 투명성 재질로 이루어질 수 있고, 이를 통해 냉각수의 수위를 육안으로 용이하게 확인할 수 있다. 도 3을 참조하면, 어퍼 탱크바디(31)가 투명성 재질로 이루어질 수 있다.

도 6을 참조하면, 냉각수 및 기체가 탱크바디(30)의 수용공간(33, 34) 내에 유입됨에 따라 냉각수층(W)이 어퍼 탱크바디(31)의 어퍼 수용공간(33) 및 로어 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34)에 일정한 수위(L)로 수용될 수 있고, 기체층(V)이 냉각수의 수위(L) 위에 수용될 수 있다.

이젝터(40)는 고온의 기체가 탱크바디(30)의 수용공간(33, 34)으로 완전히 유입되기 전에 고온의 기체와 저온의 냉각수를 혼합함으로써 고온의 기체를 냉각하도록 구성될 수 있다. 특히, 이젝터(40)는 고온의 기체를 고속으로 분사함으로써 가압식 리저버탱크(13) 내에 수용된 저온의 냉각수를 흡입하고, 이를 통해 고온의 기체 및 저온의 냉각수를 혼합함으로써 고온의 기체를 저온의 냉각수에 의해 냉각하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 시동스위치의 키오프(key off) 등과 같이 냉각수가 냉각시스템(10) 내에서 순환하지 않는 조건에서 터보차저(2)의 높은 열(고온)로 인해 터보측 워터자켓(14) 내에서 냉각수가 기화될 수 있고, 이로 인해 고온의 기체가 터보측 워터자켓(14) 내에서 다량으로 발생할 수 있으므로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 이젝터(40)는 터보측 디개싱라인(25)과 직접적으로 소통하도록 구성될 수 있다.

이젝터(40)는 어퍼 탱크바디(31)의 상단에 주조 공정을 통해 일체로 결합(integrally coupled or molded)될 수 있고, 이에 의해 어퍼 탱크바디(31) 및 이젝터(40)는 단일체(unitary one-piece structure)로 구성될 수 있다.

이젝터(40)는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1통로(41)와, 제1통로(41)에 일렬로 연결된 제2통로(42)와, 제2통로(42)에 연결된 제3통로(43)와, 제1통로(41) 및 제2통로(42) 사이에 위치한 노즐(45)을 포함할 수 있다.

제1통로(41)는 기체 발생원에서 발생된 기체가 흡입됨을 허용하도록 구성되고, 제3통로(43)는 탱크바디(30)에 수용된 냉각수가 흡입됨을 허용하도록 구성될 수 있다. 제1통로(41), 제2통로(42), 노즐(45)은 이젝터(40)의 길이방향을 따라 일렬로 연결될 수 있고, 제3통로(43)는 제1통로(41) 및 제2통로(42)에 대해 일정각도로 교차하도록 제2통로(42)에 연결될 수 있다. 특히, 제3통로(43)는 제1통로(41) 및 제2통로(42)에 대해 직교하도록 제2통로(42)에 연결될 수 있다. 제2통로(42)는 제1통로(41)의 직경 보다 작은 직경을 가질 수 있고, 제3통로(43)은 제2통로(42)의 직경와 동일하거나 미세하게 작은 직경을 가질 수 있다.

이젝터(40)는 길게 연장된 이젝터 바디(46)와, 이젝터 바디(46)로부터 연장된 흡입관(47)을 포함할 수 있다.

이젝터 바디(46)는 어퍼 탱크바디(31)의 외벽에 일체로 결합될 수 있고, 이에 이젝터 바디(46) 및 어퍼 탱크바디(31)는 단일체로 구성될 수 있다. 이젝터 바디(46)는 어퍼 탱크바디(31)의 외벽으로부터 돌출한 니플(46a)을 가질 수 있고, 터보측 디개싱라인(25) 등과 같은 디개싱라인이 니플(46a)에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 이젝터 바디(46)는 제1통로(41), 제2통로(42), 및 노즐(45)을 한정할 수 있고, 제1통로(41), 제2통로(42), 및 노즐(45)는 이젝터 바디(46) 내에서 이젝터 바디(46)의 축선방향을 따라 연장될 수 있다. 특히, 제1통로(41), 제2통로(42), 및 노즐(45)은 이젝터 바디(46)의 축선방향을 따라 일렬로 연결될 수 있다.

흡입관(47)은 이젝터 바디(46)로부터 로어 탱크바디(32)를 향해 연장될 수 있다. 흡입관(47)은 그 하단에 위치한 입구(47a)를 가질 수 있고, 흡입관(47)의 입구(47a)는 로어 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34) 내에 위치할 수 있다. 특히, 흡입관(47)의 입구(47a)는 로어 탱크바디(32)의 바닥과 인접하고, 흡입관(47)의 입구(47a)가 어퍼 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34)과 직접적으로 소통할 수 있다. 흡입관(47)은 제3통로(43)를 한정할 수 있고, 제3통로(43)는 흡입관(47) 내에서 흡입관(47)의 축선방향을 따라 연장될 수 있고, 제3통로(43)는 입구(47a) 및 제2통로(42)를 소통시킬 수 있으며, 제3통로(43)의 상단이 제2통로(42)와 직접적으로 소통할 수 있다. 제3통로(43)의 상단은 노즐(45)의 하류단에 인접하게 배치될 수 있다. 제3통로(43)는 제1통로(41) 및 제2통로(42)에 대해 직교하도록 배치될 수 있다. 제3통로(43)의 직경이 제2통로(42)의 직경과 동일하거나 제2통로(42)의 직경 보다 미세하게 작게 형성될 수 있다.

제1통로(41)는 라디에이터(12), 엔진측 워터자켓(11), 터보측 워터자켓(14) 등과 같은 기체 발생원과 디개싱라인을 통해 직접적으로 소통하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 터보측 디개싱라인(25)은 터보측 워터자켓(14)과 이젝터(40)의 제1통로(41)를 소통시키도록 구성될 수 있다. 이에, 터보측 워터자켓(14) 내에서 발생된 고온의 기체가 터보측 디개싱라인(25)을 통해 이젝터(40)의 제1통로(41) 내로 유입될 수 있다. 고온의 기체는 터보측 워터자켓(14) 및 가압식 리저버탱크(13) 사이의 압력차이로 인해 터보측 디개싱라인(25)을 통해 이젝터(40)의 제1통로(41)로 유입될 수 있다. 이젝터(40)의 제1통로(41)로 유입된 고온의 기체는 노즐(45)을 통과하면서 속도가 빨라지고 압력이 낮아짐으로써 제2통로(42) 측에서 부압이 발생하고, 이에 로어 탱크바디(32)의 수용공간(33, 34)에 수용된 냉각수가 흡입관(47)의 제3통로(43)를 거쳐 이젝터(40)의 제2통로(42) 측으로 흡입될 수 있다. 이에, 고온의 기체와 저온의 냉각수가 제2통로(42)에서 혼합됨으로써 고온의 기체가 냉각될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 금속 등과 같은 내열성 재질을 가진 인서트관(49)이 이젝터 바디(46)의 내면에 인서트될 수 있고, 인서트관(49)은 제1통로(41)의 내경과 동일한 내경을 가질 수 있다. 특히 인서트관(49)은 니플(46a)의 내면에 인서트될 수 있다. 고온의 기체가 이젝터 바디(46)의 제1통로(41)로 유입될 때 인서트관(49)이 기체의 열을 견딜수 있으므로 이젝터 바디(46)의 내열성이 개선될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이젝터(40)는 이젝터 바디(46)으로부터 로어 탱크바디(32)를 향해 연장된 가이드관(48)을 더 포함할 수 있다.

가이드관(48)은 제2통로(42)와 직접적으로 소통하는 가이드통로(44)를 가질 수 있고, 가이드통로(44)는 제2통로(42)에 대해 직교할 수 있다. 고온의 기체 및 저온의 냉각수가 제2통로(42) 내에서 혼합되고, 기체를 함유한 냉각수는 가이드관(48)을 통해 로어 탱크바디(32)의 수용공간(34) 측으로 직접적으로 가이드할 수 있다. 가이드관(48)은 그 하단에 위치한 출구(48b)를 가질 수 있고, 가이드통로(44)는 출구(48b) 및 제2통로(42)를 소통시키도록 구성된다. 가이드관(48)의 출구(48b)은 로어 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34) 내에 위치할 수 있다. 특히, 가이드관(48)의 출구(48b)는 로어 탱크바디(32)의 바닥과 인접하며, 가이드관(48)의 출구(48b)는 로어 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34)과 직접적으로 소통할 수 있다.

가이드관(48)이 없을 경우에는 혼합된 기체 및 냉각수가 어퍼 탱크바디(31)의 어퍼 수용공간(33) 및/또는 로어 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34)으로 무분별하게 분사됨에 따라 소음이 심하게 발생할 수 있다. 이에 대해, 본 발명의 실시예에 따른 이젝터(40)는 고온의 기체 및 저온의 냉각수를 가이드관(48)에 의해 로어 탱크바디(32)의 수용공간에 수용된 냉각수 측으로 직접적으로 가이드함으로써 소음 발생이 상대적으로 최소화될 수 있다.

도 6을 참조하면, 로어 탱크바디(32)는 가이드관(48)의 출구(48b)를 둘러싸는 원통형상의 내측벽(68)을 포함할 수 있고, 내측벽(68)의 내면은 가이드관(48)의 외면과 반경방향으로 이격될 수 있다. 이에 의해, 기체가 함유된 냉각수가 가이드관(48)의 출구를 통해 배출되는 기체를 함유한 냉각수가 내측벽(68)의 내면과 직접적으로 충돌함으로써 기체로 인한 버블링(bubbling)이 방지될 수 있으므로 소음 발생이 최소화될 수 있다.

기체를 함유한 냉각수가 가이드관(48)을 통해 로어 탱크바디(32)의 로어 수용공간(34)에 유입되므로 기체가 냉각수층(W) 내에 함유된다. 기체가 냉각수층(W)으로부터 분리되는 데 일정 시간이 소요될 수 있다. 이에 기체가 냉각수층(W)으로부터 분리되기 전에 기체를 함유한 냉각수가 가압식 리저버탱크(13)의 리턴측 니플(52)을 통해 냉각시스템의 워터펌프로 유입될 경우 워터펌프의 내구성이 저하될 수 있고, 워터펌프의 캐비테이션이 심화됨에 따라 엔진의 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

기체가 로어 탱크바디(32)의 리턴측 니플(52)의 입구(52a) 측으로 유입됨을 최소화하기 위하여, 격벽(33, 34)이 리턴측 니플(52)의 입구(52a)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 도 4 및 도 6을 참조하면, 어퍼 탱크바디(31)는 이젝터(40)의 흡입관(47)을 둘러싸는 어퍼 격벽(61)을 가질 수 있고, 어퍼 격벽(61)은 하나 이상의 어퍼 개구(63)를 가질 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 로어 탱크바디(32)는 흡입관(47)의 출구 및 리턴측 니플(52)의 입구(52a)를 둘러싸는 로어 격벽(62)을 가질 수 있고, 로어 격벽(62)은 하나 이상의 로어 개구(64)를 가질 수 있다. 어퍼 격벽(61)의 하단과 로어 격벽(62)의 상단이 서로 맞붙음으로써(abut) 어퍼 격벽(61) 및 로어 격벽(62)은 탱크바디(30) 내에서 수직방향으로 연속될 수 있고, 어퍼 격벽(61) 및 로어 격벽(62)은 리턴측 니플(52)의 입구(52a)와 인접한 공간 및 그의 주변 공간을 부분적으로 구획할 수 있다. 이에 의해, 어퍼 격벽(61) 및 로어 격벽(62)은 이젝터(40)의 흡입관(47) 및 리턴측 니플(52)의 입구를 포위함으로써 기체는 격벽(61, 62)에 의해 냉각수층(W)으로부터 1차적으로 분리될 수 있고, 이를 통해 기체가 리턴측 니플(52)의 입구(52a) 측으로 유입될 가능성을 최소화할 수 있다. 그리고, 냉각수 및 기체는 어퍼 개구(63) 및 로어 개구(64)를 통해 어퍼 격벽(61) 및 로어 격벽(62)의 내측공간과 외측공간으로 소통할 수 있다.

차량의 시동장치가 키오프(key off) 상태 등과 같이 냉각시스템의 워터펌프가 작동하지 않은 조건에서, 터보측 워터자켓(14) 내에 잔류된 냉각수가 터보차저의 높은 열(고온)에 의해 기화됨으로써 고온의 기체가 발생한다. 고온의 기체는 터보측 워터자켓(14) 및 가압식 리저버탱크(13) 사이의 압력차이로 인해 터보측 디개싱라인(25)을 통해 이젝터(40)의 제1통로(41)로 흡입될 수 있다. 이젝터(40)의 제1통로(41)로 유입된 고온의 기체는 노즐(45)을 통과하면서 속도가 빨라지고 압력이 낮아짐으로써 제2통로(42) 측에서 부압이 발생하고, 탱크바디(30)에 수용된 저온의 냉각수는 제3통로(43)를 거쳐 이젝터(40)의 제2통로(42) 측으로 흡입될 수 있다. 이에, 고온의 기체와 저온의 냉각수가 제2통로(42)에서 혼합됨으로써 고온의 기체는 냉각될 수 있다. 예컨대, 차량의 시동장치가 키오프(key off) 상태에서 터보측 워터자켓(14)에서 발생된 기체의 온도는 대략 140℃이고, 로어 라디에이터호스(21)를 통과하는 냉각수 온도는 대략 110℃이며, 고온의 기체는 이젝터(40)의 제2통로(42)에서 냉각수가 혼합됨에 따라 기체의 온도가 저감될 수 있다.

종래기술에 따르면, 140℃ 정도의 고온 기체가 가압식 리저버탱크가 직접적으로 수용될 경우에는 그 내열성을 고려하여 디개싱호스의 재질이 최대 150℃의 온도를 견딜 수 있는 강화 내열호스이었고, 가압식 리저버탱크의 재질은 나일론 계열(예컨대, PA66 등)이었다. 이에 그 재료비가 상대적으로 높아지고, 또한 PA66은 그 재질적 특성 상 투명도가 상당히 낮아 가압식 리저버탱크 내에 수용된 냉각수의 양을 육안으로 식별하기 어려운 단점이 있었다.

반면에, 본 발명은 터보측 워터자켓(14) 등에서 발생된 고온의 기체가 이젝터(40)의 제2통로(42) 상에서 저온의 냉각수에 의해 저감될 수 있으므로 가압식 리저버탱크(13)이 저렴한 일반 PP재질로 구성될 수 있다. 이로 인해, 종래기술에 비해 본 발명은 그 재료비를 대폭 절감할 수 있고, 또한 PP재질은 그 재질특성 상 투명도가 상대적으로 높일 수 있으므로 가압식 리저버탱크 내에 수용된 냉각수의 양을 육안으로 식별하기 용이한 장점이 있다.

또한, 고급차량의 경우에는 전동식 워터펌프를 추가하고, 시동스위치의 키오프 이후에 일정시간 동안 전동식 워터펌프를 구동함으로써 냉각시스템 상에서 냉각수를 순환하는 방식을 채택하였다. 이에 반해, 본 발명은 기체의 에너지를 이용하여 저온의 냉각수를 흡입함으로써 기체의 온도를 저감할 수 있으므로 별도의 전동식 워터펌프를 장착할 필요가 없고, 또한 엔진의 고성능화에 따른 가압식 리저버탱크의 적용 등을 고려하면 그 제조원가를 대폭 절감할 수 있다.

본 발명에 따르면, 가압식 리저버탱크(13)는 터보측 워터자켓(14)에서 발생된 고온의 기체의 온도를 저감하도록 터보측 디개싱라인(25)가 이젝터(40)에 연결된 것으로 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정하지 않고 라디에이터(12) 내에서 발생된 고온의 기체 또는 엔진측 워터자켓(11) 내에서 발생된 고온의 기체를 저감시키도록 라디에이터측 디개싱라인 또는 엔진측 디개싱라인 등이 이젝터(40)에 연결될 수도 있다. 즉, 기체 발생원이 터보측 워터자켓(14)에만 한정되지 않고, 라디에이터(12), 엔진측 워터자켓(11) 등과 같이 냉각수의 기화로 인해 고온의 기체가 발생할 수 있는 다양한 부분일 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: 터보차저
10: 차량용 냉각시스템 11: 엔진측 워터자켓
12: 라디에이터 13: 가압식 리저버탱크
13a: 압력캡 14: 터보측 워터자켓
14a, 14b: 연결통로 15: 히터코어
21: 로어 라디에이터호스 22: 어퍼 라디에이터호스
23: 라디에이터측 디개싱라인 24: 리턴호스
25: 터보차저측 디개싱라인 30: 탱크바디
31: 어퍼 탱크바디 32: 로어 탱크바디
33: 어퍼 수용공간 34: 로어 수용공간
40: 이젝터 41: 제1통로
42: 제2통로 43: 제3통로
44: 가이드통로 45: 노즐
46: 이젝터 바디 47: 흡입관
48: 가이드관 49: 인서트관
51: 디개싱측 니플 52: 리턴측 니플
61: 어퍼 격벽 62: 로어 격벽

Claims

냉각수 및 기체를 수용하는 수용공간을 가진 탱크바디; 및
상기 탱크바디에 일체로 결합된 이젝터를 포함하고,
상기 이젝터는 기체 발생원에서 발생된 기체가 상기 탱크바디로 유입되기 전에 상기 탱크바디 내에 수용된 냉각수에 의해 상기 기체를 냉각하도록 구성되는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 1에 있어서,
상기 이젝터는 제1통로와, 상기 제1통로에 일렬로 연결된 제2통로와, 상기 제1통로 및 상기 제2통로 사이에 위치한 노즐과, 상기 제2통로에 연결된 제3통로를 포함하고,
상기 제1통로는 상기 기체 발생원에서 발생된 기체가 흡입됨을 허용하도록 구성되며, 상기 제3통로는 상기 탱크바디에 수용된 냉각수가 흡입됨을 허용하도록 구성되는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 2에 있어서,
상기 이젝터는 이젝터 바디 및 상기 이젝터 바디로부터 연장된 흡입관을 포함하고,
상기 제1통로, 상기 제2통로, 및 상기 노즐은 상기 이젝터 바디 내에서 상기 이젝터 바디의 축선방향을 따라 연장되고,
상기 제3통로는 상기 흡입관 내에서 상기 흡입관의 축선방향을 따라 연장되는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 3에 있어서,
상기 탱크바디는 어퍼 탱크바디 및 로어 탱크바디를 포함하고,
상기 어퍼 탱크바디는 어퍼 수용공간을 가지며, 상기 로어 탱크바디는 로어 수용공간을 가지는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 4에 있어서,
상기 흡입관은 그 하단에 위치한 입구를 가지며, 상기 흡입관의 입구는 상기 로어 탱크바디의 로어 수용공간 내에 위치하는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 5에 있어서,
상기 이젝터는 상기 이젝터 바디로부터 상기 로어 탱크바디를 향해 연장된 가이드관을 더 포함하고,
상기 가이드관은 상기 제2통로와 직접적으로 소통하는 가이드통로를 가지는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 6에 있어서,
상기 가이드관은 그 하단에 위치한 출구를 가지고, 상기 가이드관의 출구는 상기 로어 탱크바디의 로어 수용공간 내에 위치하는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 7에 있어서,
상기 로어 탱크바디는 상기 가이드관의 출구를 둘러싸는 원통형상의 내측벽을 포함하는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 4에 있어서,
상기 로어 탱크바디는 냉각수를 배출하는 리턴측 니플을 가지고, 상기 리턴측 니플은 상기 로어 수용공간 내에 위치한 입구 및 상기 로어 탱크바디의 외측에 위치한 출구를 가지는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 9에 있어서,
상기 어퍼 탱크바디는 상기 흡입관을 둘러싸는 어퍼 격벽을 가지고, 상기 어퍼 격벽은 하나 이상의 어퍼 개구를 가지는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 9에 있어서,
상기 로어 탱크바디는 상기 흡입관의 출구 및 상기 리턴측 니플의 입구를 둘러싸는 로어 격벽을 가질 수 있고, 상기 로어 격벽은 하나 이상의 로어 개구를 가지는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.
청구항 3에 있어서,
상기 이젝터 바디는 그 내면에 인서트되는 인서트관을 더 포함하고, 상기 인서트관은 내열성 재질로 이루어지는 이젝터 일체형 가압식 리저버탱크.