KR20200006779A

KR20200006779A - Egr 쿨러

Info

Publication number: KR20200006779A
Application number: KR1020180080561A
Authority: KR
Inventors: 윤성일; 이동영; 박도준; 윤석진; 윤인성
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-21
Also published as: EP3594605B1; US20200018266A1; CN110714859A; EP3594605A1; US10683832B2; CN110714859B

Abstract

EGR 쿨러가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 EGR 쿨러는 배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 EGR 쿨러에 있어서, 박스형상으로 이루어져 배기가스가 유입 및 배출되는 배기가스입구와 배기가스출구가 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 유입 및 배출되는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되며, 상면과 하면에 각각 내측으로 돌출된 복수개의 포밍부가 형성되는 하우징, 상기 하우징의 내부에서 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나가는 배기가스가 이동하도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 복수개의 튜브, 및 복수개의 상기 튜브를 상기 하우징 내부에서 지지하면서 냉각수가 흐르는 공간에 배치되도록 상기 하우징과 튜브 사이, 및 각 상기 튜브 사이사이에 배치되는 복수개의 서포터를 포함하며, 상기 하우징과 튜브 사이에 배치되는 서포터는 상기 포밍부를 통해 지지되어 상기 하우징 및 튜브와 함께 브레이징 접합된다.

Description

EGR 쿨러{EXHAUST GAS RECIRCULATION COOLER}

본 발명은 EGR 쿨러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하우징 내부에 구성되는 튜브가 브레이징 접합 시, 하중에 의해 하측으로 처지는 것을 방지하기 위한 EGR 쿨러에 관한 것이다.

일반적으로 배기가스 재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation, 이하, EGR이라 함) 장치는 배기가스의 일부를 흡기계로 재순환시켜 실린더 내의 연소온도를 낮춤으로써 질소 산화물(NOx)의 발생을 억제하기 위한 장치이다.

즉, 상기 EGR 장치는 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 흡기 라인으로 순환시켜 혼합기 속의 산소량을 줄이고, 배기가스의 배출량을 줄이며, 배기가스 내의 유해물질을 저감시키는 기능을 한다.

이러한 EGR 장치는 배기가스를 냉각시키는 EGR 쿨러를 포함한다.

상기 EGR 쿨러는 배기가스와 냉각수 사이의 열교환을 수행하여 배기가스의 지나친 온도 상승을 방지하도록 하는 일종의 열교환기 역할을 한다.

상기 EGR 쿨러는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 복수개 적층되는 튜브를 포함한다.

이때, 상기 하우징의 내부에는 냉각수 통로가 형성되고, 상기 튜브의 내부에는 배기가스 통로가 형성된다.

상기 튜브는 하우징의 내부에 일정간격 이격되어 복수개 적층된 상태로, 상기 하우징과 브레이징 접합을 통해 설치된다.

그러나 종래 기술에 따른 EGR 쿨러는 상기 하우징과 튜브의 브레이징 접합 시, 상기 튜브가 자중에 의해 하측으로 처지는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따른 EGR 쿨러는 상기 하우징이 냉각수 리크(leak) 검사 시, 부풀어 오르는 현상이 발생하는 문제점도 있다.

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 발명의 실시 예는 하우징의 상면과 하면에 형성된 복수개의 포밍부를 통해 서포터와 함께, 튜브를 직접적으로 브레이징 접합되도록 함으로써, 상기 튜브의 처짐을 방지하는 EGR 쿨러를 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 EGR 쿨러에 있어서, 박스형상으로 이루어져 배기가스가 유입 및 배출되는 배기가스입구와 배기가스출구가 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 유입 및 배출되는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되며, 상면과 하면에 각각 내측으로 돌출된 복수개의 포밍부가 형성되는 하우징, 상기 하우징의 내부에서 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나가는 배기가스가 이동하도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 복수개의 튜브, 및 복수개의 상기 튜브를 상기 하우징 내부에서 지지하면서 냉각수가 흐르는 공간에 배치되도록 상기 하우징과 튜브 사이, 및 각 상기 튜브 사이사이에 배치되는 복수개의 서포터를 포함하며, 상기 하우징과 튜브 사이에 배치되는 서포터는 상기 포밍부를 통해 지지되어 상기 하우징 및 튜브와 함께 브레이징 접합되는 EGR 쿨러를 제공할 수 있다.

또한, 상기 하우징은 제1 패널과 제2 패널의 길이방향 양단부가 상호 겹치기 접합되어 박스형으로 구성되고, 상기 제1 패널과 제2 패널의 각 상면과 하면에 복수개의 포밍부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 서포터는 평평한 평면부와, 상기 평면부 사이에 형성된 복수개의 관통홀과, 상기 관통홀 사이의 일정구간이 일측으로 돌출되는 복수개의 볼록부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 포밍부는 상기 하우징과 튜브 사이에 배치되는 서포터의 평면부 일측에 접촉된 상태로 브레이징 접합될 수 있다.

또한, 상기 하우징은 제1 모재와, 상기 제1 모재의 일측면에 접합되는 제1 접합층으로 이루어진 2층구조로 형성되고, 상기 튜브는 중앙에 형성된 제2 모재와, 상기 제2 모재의 양 외측면에 가각 형성된 확산 방지층과, 상기 각 확산 방지층의 각 외측면에 형성된 제2 접합층으로 이루어진 5층구조로 형성될 수 있다.

또한, 상기 서포터의 포밍부는 상기 하우징과 튜브 사이에 개재되어 상기 하우징의 제1 접합층과 상기 튜브의 제2 접합층에 의해 브레이징 접합되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 튜브 내부에 배치되고, 상기 튜브의 상면과 하면에 일정패턴을 따라 선택적으로 접합되는 냉각핀을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 일정패턴은 요철형상으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 하우징의 상면과 하면에 형성된 복수개의 포밍부를 통하여 서포터를 개재한 상태로 튜브와 브레이징 접합되도록 구성함으로써, 자중에 의한 상기 튜브의 처짐을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시 예는 하우징이 복수개의 포밍부에 의해 서포터 및 튜브와 직접적으로 접합됨으로써, 상기 하우징이 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있다.

이로 인해, 상기 하우징의 배기가스 리크현상을 방지할 수도 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 조립 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 조립 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 소재를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

또한, 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 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 조립 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 조립 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러의 소재를 나타낸 도면이다.

차량의 EGR(Exhaust Gas Recirculation: 배기가스 재순환) 장치는 엔진으로부터 발생하는 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드로 재순환시켜 실린더 내의 연소온도를 낮춤으로써, 질소 산화물의 발생을 억제하는 역할을 한다.

이러한 EGR 장치는 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 설치되어 상기 배기 매니폴드에서 흡기 매니폴드로 이동하는 배기가스를 냉각시키기 위한 EGR 쿨러(1)를 포함한다.

이때, 상기 EGR 쿨러(1)는 배기가스와 냉각수 사이의 열교환을 수행하여 배기가스의 지나친 온도 상승을 방지한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)의 구조는 다양한 열교환기에 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)는 하우징(10), 튜브(20), 냉각핀(30), 및 서포터(40)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 제1 패널(10a)과 제2 패널(10b)이 상호 결합되어 박스형상으로 이루어진다.

좀더 상세하게, 상기 하우징(10)은 길이방향의 일측과 타측이 일방향으로 절곡된 제1 패널(10a)과, 상기 제1 패널(10a)과 대응되게 길이방향의 일측과 타측이 일방향으로 절곡된 제2 패널(10b)로 이루어진다.

이때, 상기 제2 패널(10b)의 길이방향 양단에는 상기 제1 패널(10a)을 감싸도록 각 외측으로 단차지게 형성된 접합부(11)를 포함한다.

이때, 상기 접합부(11)는 경우에 따라 상기 제1 패널(10a)에 형성될 수도 있다.

상기 하우징(10)은 프레스 공정에 의해 제조될 수 있다.

상기와 같은 하우징(10)은 상기 제1 패널(10a)과 제2 패널(10b)로 이루어지는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이이에 한정되는 것은 아니며, 압출성형 등을 통해 일체로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 하우징(10)은 내부에 냉각수 통로가 형성된다.

이러한 하우징(10)은 재순환되는 배기가스를 냉각시키는 냉각수가 상기 냉각수 통로를 통해 이동하도록 구성되고, 이를 위해, 상기 하우징(10)에는 냉각수 유입구(13a) 및 냉각수 배출구(13b)가 형성된다.

즉, 상기 하우징(10)의 외측에 형성된 냉각수 유입구(13a)와 냉각수 배출구(13b)를 통해 냉각수가 상기 하우징(10)의 내부에 유입되고 배출된다.

또한, 상기 하우징(10)의 상면과 하면 상에는 복수개의 포밍부(15)가 각각 형성되며, 예를 들어, 상기 제1 패널(10a)과 제2 패널(10b)의 각 상면과 하면에 3개씩 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 하우징(10)에 형성된 포밍부(15)는 상기 제1 패널(10a)과 제2 패널(10b)의 각 상면과 하면에 3개씩 형성되는 것을 예로 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 포밍부(15)의 개수는 변경하여 적용할 수 있다.

상기 포밍부(15)는 상기 하우징(10)의 내측을 향하여 돌출된다.

이러한 포밍부(15)는 상기 제1 패널(10a)과 제2 패널(10b)의 프레스 공정 시, 함께 형성될 수 있다.

또한, 상기 하우징(10)의 일측 단부에는 컵 플레이트(17)가 장착되어 배기가스가 유입 및 배출되도록 구성된다.

이때, 상기 컵 플레이트(17)에는 배기가스가 유입되고 배출될 수 있도록 중심부에 구획단(17a)에 형성된다.

즉, 상기 컵 플레이트(17)에 형성된 구획단(17a)에 의해 배기가스입구와 배기가스출구가 구분될 수 있다.

또한, 상기 하우징의 타측 단부에는 캡(19)이 끼워진다.

다시 말해, 상기 하우징(10)의 일측 단부에는 배기가스가 유입되는 컵 플레이트(17)가 형성되고, 타측 단부에는 캡(19)이 형성되어 이물질의 등의 유입을 방지하게 된다.

상기와 같은 하우징(10)은 외면 일측에 형성된 브라켓(B)을 통해 필요한 곳에 장착된다.

그리고 상기 튜브(20)는 상기 배기가스의 진행 방향의 양단부가 개방된 사각의 박스로 이루어져 내부에 상기 배기가스가 이동하는 배기가스 통로가 형성된다.

상기 튜브(20)는 높이가 낮고 폭이 넓은 직사각형의 단면으로 이루어진다.

또한, 상기 튜브(20)는 상기 하우징(10)의 내부에서 상하방향으로 복수개 적층된다.

이러한 튜브(20)는 상기 하우징(10)의 내부에서 상하방향으로 복수개 적층된 상태로, 양단부의 고정부재(21)에 의해 장착된다.

상기 고정부재(21)에는 상기 복수개의 튜브(20)의 선단부 일정구간이 관통되도록 상기 튜브가 배치된 방향으로 슬롯(23)이 형성된다.

이때, 상기 컵 플레이트(17)에 끼워지는 일측 고정부재(21)는 상기 컵 플레이트(17) 상에 형성된 구획단(17a)에 의해 고정된다.

다시 말해, 상기 컵 플레이트(17)에 끼워지는 일측 고정부재(21)는 상기 구획단(17a)과, 상기 컵 플레이트(17)의 일면에 형성된 끼움홈(17b)을 통해 설치된다.

그리고 상기 튜브(20)의 각 내부에는 냉각핀(30)이 설치된다.

상기 냉각핀(30)은 일정패턴으로 이루어져 상기 튜브(20)의 상면과 하면에 선택적으로 접합된다.

예를 들어, 상기 냉각핀(30)은 요철형상으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 냉각핀(30)은 교차하면서 상기 튜브(20)의 상면과 하면에 접합된다.

그리고 상기 서포터(40)는 상기 하우징(10)과 튜브(20) 사이, 및 상기 튜브(20) 사이사이에 배치된다.

상기 서포터(40)는 일정간격으로 배치된 상기 튜브(20)를 지지해주는 역할을 한다.

이러한 서포터(40)는 전체적으로 분포된 평면부(41)와 복수개의 볼록부(43)로 이루어진다.

좀더 상세하게는, 상기 서포터(40)는 전체적인 형상이 플레이트 형상으로 이루어진다.

이러한 서포터(40)는 평평하게 이루어진 평면부(41)와, 상기 평면부(41) 사이에 형성된 복수개의 관통홀(45)을 포함한다.

또한, 상기 서포터(40)는 상기 관통홀(45) 사이의 일정구간이 일측으로 돌출되는 복수개의 볼록부(43)가 형성된다.

이때, 상기 하우징(10)과 튜브(20) 사이에 배치되는 서포터(40)는 복수개의 각 포밍부(15)가 상기 평면부(41)의 일측에 접촉되도록 배치된다.

상기 서포터(40)는 볼록부(43)를 통해 전체적인 높이가 형성되어 상기 튜브를 지지하게 된다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러에 적용되는 하우징(10)은 제1 모재(100)와, 상기 제1 모재(100)의 일측면에 접합되는 제1 접합층(110)으로 이루어진 2층구조로 형성된다.

이때, 상기 제1 모재(100)는 알루미늄-망간(Al-Mn) 합금으로 이루어진 A3000 계열의 소재로 형성되며, 예를 들어, A0370 소재일 수 있다.

또한, 상기 제1 접합층(110)은 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금으로 이루어진 A4000 계열의 소재로 형성되며, 예를 들어, A4343 소재일 수 있다.

그리고 상기 튜브(20)는 중앙에 형성된 제2 모재(200)와, 상기 제2 모재(200)의 양 외측면에 각각 형성된 확산 방지층(210)과, 상기 각 확산 방지층(210)의 각 외측면에 형성된 제2 접합층(220)으로 형성된다.

상기 확산 방지층(210)은 브레이징 공정 시, 제2 모재(200)의 성분이 다른 곳으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.

이때, 상기 제2 모재(200)는 알루미늄-망간(Al-Mn) 합금으로 이루어진 A3000 계열의 소재로 형성되며, 예를 들어, A0328 소재일 수 있다.

또한, 상기 확산 방지층(210)은 순 알루미늄으로 이루어진 A1000 계열의 소재로 형성되며, 예를 들어, A0140 소재일 수 있다.

또한, 상기 제2 접합층(210)은 알루미늄-실리콘(Al-Si) 합금으로 이루어진 A4000 계열의 소재로 형성되며, 예를 들어, A4045 소재일 수 있다.

상기와 같이 구성되는 하우징(10)과 튜브(20) 사이에 배치되는 서포터(40)는 상기 포밍부(15)에 대응하는 부분이 상기 제1 접합층(110)과 상기 튜브(20)의 제2 접합층(220)에 의해 브레이징 공정으로 접합된다.

즉, 상기 튜브(20)의 포밍부(15)에 대응하는 서포터(40)는 상기 하우징(1)과 튜브 사이에 개재된 상태로, 직접적으로 접촉되어 상기 제1 접합층(110)과 제2 접합층(220)에 의해 브레이징 접합된다.

여기서 상기 브레이징(Brazing) 접합은 접합하고자하는 모재보다 낮은 용융온도를 가지는 용가재를 사용하여 상기 모재는 용융시키지 않고, 상기 용가재만 용융시켜 접합시키는 방법이다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)는 하우징(10)의 상면과 하면에 형성된 복수개의 포밍부(15)를 통하여 서포터(40)와 함께, 튜브(20)가 직접적으로 접촉되어 접합되게 함으로써, 브레이징 접합 시, 자중에 의한 상기 튜브(20)의 처짐을 방지할 수 있다.

더불어, 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)는 상기 포밍부(15) 및 서포트(40)와 함께 상기 튜브(20)를 지지함으로써, 상기 튜브(20)가 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있다.

이로 인해, 본 발명의 실시 예에 따른 EGR 쿨러(1)는 상기 하우징(10)의 배기가스 리크(leak)현상을 방지할 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: EGR 쿨러 10: 하우징
11: 접합부 13a: 냉각수 유입구
13b: 냉각수 배출구 15: 포밍부
17: 컵 플레이트 19: 캡
20: 튜브 21: 고정부재
23: 슬롯 30: 냉각핀
40: 서포터 41: 평면부
43: 볼록부 45: 관통홀
100: 제1 모재 110: 제1 접합층
200: 제2 모재 210: 확산 방지층
220: 제2 접합층

Claims

배기라인으로부터 배기가스를 전달받고, 냉각된 배기가스를 흡기라인으로 재순환시키는 EGR 쿨러에 있어서,
박스형상으로 이루어져 배기가스가 유입 및 배출되는 배기가스입구와 배기가스출구가 형성되고, 상기 배기가스를 냉각하기 위한 냉각수가 유입 및 배출되는 냉각수입구와 냉각수출구가 각각 형성되며, 상면과 하면에 각각 내측으로 돌출된 복수개의 포밍부가 형성되는 하우징;
상기 하우징의 내부에서 상기 배기가스입구에서 상기 배기가스출구로 지나가는 배기가스가 이동하도록 상기 하우징 내부에 설정된 간격을 두고 배열되는 복수개의 튜브; 및
복수개의 상기 튜브를 상기 하우징 내부에서 지지하면서 냉각수가 흐르는 공간에 배치되도록 상기 하우징과 튜브 사이, 및 각 상기 튜브 사이사이에 배치되는 복수개의 서포터;
를 포함하며,
상기 하우징과 튜브 사이에 배치되는 서포터는 상기 포밍부를 통해 지지되어 상기 하우징 및 튜브와 함께 브레이징 접합되는 EGR 쿨러.
제1항에 있어서,
상기 하우징은
제1 패널과 제2 패널의 길이방향 양단부가 상호 겹치기 접합되어 박스형으로 구성되고, 상기 제1 패널과 제2 패널의 각 상면과 하면에 복수개의 포밍부가 형성되는 EGR 쿨러.
제1항에 있어서,
상기 서포터는
평평한 평면부와, 상기 평면부 사이에 형성된 복수개의 관통홀과, 상기 관통홀 사이의 일정구간이 일측으로 돌출되는 복수개의 볼록부가 형성되는 EGR 쿨러.
제3항에 있어서,
상기 포밍부는
상기 하우징과 튜브 사이에 배치되는 서포터의 평면부 일측에 접촉된 상태로 브레이징 접합되는 EGR 쿨러.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 제1 모재와, 상기 제1 모재의 일측면에 접합되는 제1 접합층으로 이루어진 2층구조로 형성되고,
상기 튜브는 중앙에 형성된 제2 모재와, 상기 제2 모재의 양 외측면에 가각 형성된 확산 방지층과, 상기 각 확산 방지층의 각 외측면에 형성된 제2 접합층으로 이루어진 5층구조로 형성되는 EGR 쿨러.
제5항에 있어서,
상기 서포터의 포밍부는
상기 하우징과 튜브 사이에 개재되어 상기 하우징의 제1 접합층과 상기 튜브의 제2 접합층에 의해 브레이징 접합되는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.
제1항에 있어서,
상기 튜브 내부에 배치되고, 상기 튜브의 상면과 하면에 일정패턴을 따라 선택적으로 접합되는 냉각핀을 더 포함하는 EGR 쿨러.
제7항에 있어서,
상기 일정패턴은 요철형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 EGR 쿨러.