KR101251485B1

KR101251485B1 - Air heater for vehicle

Info

Publication number: KR101251485B1
Application number: KR1020070071883A
Authority: KR
Inventors: 이정환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2013-04-05
Also published as: KR20090008712A

Abstract

본 발명은 발열부재에 장시간의 연속적인 통전이 이루어지더라도 발열부재의 온도에 따른 열 팽창 및 수축 작용으로서 전원의 공급을 자동 제어하여 발열부재의 발열 온도 범위를 일정하게 유지시킴으로써 전기적인 쇼트 및 화재의 발생을 방지하고, 엔진의 냉시동성을 향상시킬 수 있는 차량용 에어 히터를 제공한다.According to the present invention, even if the heating element is continuously energized for a long time, electrical short and fire are maintained by automatically controlling the supply of power by thermal expansion and contraction action according to the temperature of the heating element to maintain a constant heating temperature range of the heating element. To prevent the occurrence of, and to provide a vehicle air heater that can improve the cold startability of the engine.

흡입 공기, 에어, 히터, 발열부재, 이동부재, 탄성부재, 스위칭 모듈 Intake air, air, heater, heating member, moving member, elastic member, switching module

Description

Automotive Air Heater {AIR HEATER FOR VEHICLE}

본 발명은 디젤 엔진의 공기 흡입계에 적용되는 에어 히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발열체의 온도 범위를 일정하게 유지시킬 수 있는 온도 자동 제어 방식의 차량용 에어 히터에 관한 것이다.The present invention relates to an air heater applied to an air intake system of a diesel engine, and more particularly, to a vehicle air heater of a temperature automatic control system capable of maintaining a constant temperature range of a heating element.

일반적으로 디젤 엔진은 실린더 내에 공기를 흡입하여 압축할 때 약 500~550℃에 달하는 압축열을 이용하여 분사된 연료를 착화 연소시키게 되므로, 겨울철과 같이 외부에서 유입되는 흡입 공기의 온도가 낮을 때 엔진을 냉 시동하는 경우 그 흡입 공기를 강제로 가열시킬 수 있는 에어 히터(air heater)가 흡기 매니폴드에 구비된다.In general, a diesel engine ignites and combusts the injected fuel using the heat of compression of about 500 to 550 ° C. when the air is sucked into the cylinder and compressed. Therefore, when the temperature of the intake air is low, such as in winter, the engine In the case of cold starting, an air heater capable of forcibly heating the intake air is provided in the intake manifold.

상기 에어 히터는 엔진의 냉각수온에 따라 정해진 시간 만큼 예열 및 후열 작동이 이루어지며, 통상적인 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 그 작동이 제어된다.The air heater performs preheating and postheating operation for a predetermined time according to the cooling water temperature of the engine, and its operation is controlled by a conventional electronic control unit (ECU).

이러한 에어 히터는 도 3에 도시된 바와 같이, 고정 프레임(1)에 띠상의 금속판으로 이루어진 발열체(3)가 지그재그 형태로 배치되어 전기적인 통전이 이루어짐으로써 열을 발생시킬 수 있는 구조로 이루어진다.As shown in FIG. 3, the air heater has a structure in which heat generator 3 made of a band-shaped metal plate is arranged in a zigzag form on the fixed frame 1 to generate heat by performing electrical energization.

그런데, 종래 기술에 따른 에어 히터는 장시간 동안 작동되거나 회로 상의 문제로 인해 발열체(3)에 대하여 연속적인 통전이 이루어지게 되면, 발열체(3)의 온도가 1000℃ 이상 과도하게 상승하게 된다.However, when the air heater according to the prior art is operated for a long time or a continuous energization is made to the heating element 3 due to a problem in the circuit, the temperature of the heating element 3 is excessively increased by more than 1000 ℃.

따라서 종래에는 상기와 같이 발열체(3)의 온도가 과도하게 상승하는 경우, 도면에서와 같이 발열체(3)의 열 팽창으로 인해 금속판이 휘어지면서 전기적인 쇼트를 야기시키거나 화재를 발생시키는 등의 문제점을 내포하고 있다. 이로써 현재의 양산 엔진에서는 에어 히터 작동 시간의 한계를 두고 있는 바, 이는 엔진의 냉시동성에 불리한 영향으로 작용하게 된다.Therefore, in the related art, when the temperature of the heating element 3 excessively rises as described above, the metal plate is bent due to thermal expansion of the heating element 3 as shown in the drawing, causing an electrical short or causing a fire. It implies As a result, the current production engine has a limit on the air heater operating time, which has an adverse effect on the cold startability of the engine.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로써, 발열체에 장시간의 연속적인 통전이 이루어지더라도 발열체의 온도에 따른 열 팽창 및 수축 작용으로서 전원의 공급을 자동 제어하여 발열체의 발열 온도 범위를 일정하게 유지시킬 수 있는 차량용 에어 히터를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was created to solve the problems described above, even if a long time continuous energization to the heating element, the thermal expansion and contraction action according to the temperature of the heating element to automatically control the supply of power to the heating temperature of the heating element It is an object of the present invention to provide a vehicle air heater that can maintain a constant range.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 에어 히터는, 디젤 엔진의 흡기 매니폴드에 구비되어 연소실로 유입되는 흡입 공기를 가열하기 위한 것으로서, 상기 흡기 매니폴드에 장착되는 고정 프레임과, 지그재그 형태로 절곡된 띠상의 금속판으로 이루어지며 양단부가 상기 고정 프레임에 설치된 연결 단자 및 접지 단자와 연결되어 전원 공급부로부터 인가되는 전원의 전기 저항으로서 열을 발생시키는 발열부재와, 절연성을 지니며 상기 고정 프 레임에 지지되고 상기 발열부재의 길이 방향측 양쪽 끝부분에 접촉되게 배치되며 상기 발열부재의 열 팽창에 의해 상기 발열부재의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치되는 이동부재와, 상기 이동부재와 상기 고정 프레임 사이에 배치되어 상기 이동부재를 지지하면서 그 이동부재에 의해 탄성 변형이 이루어지는 탄성부재와, 상기 고정 프레임에 설치되어 상기 탄성부재의 탄성 변형으로서 상기 전원 공급부와 상기 연결 단자를 선택적으로 스위칭 연결하는 스위칭 모듈을 포함한다.The vehicle air heater according to an exemplary embodiment of the present invention for achieving the above object, is provided in the intake manifold of the diesel engine for heating the intake air flowing into the combustion chamber, it is mounted on the intake manifold And a heat generating member made of a band-shaped metal plate bent in a zigzag shape and having both ends connected to a connection terminal and a ground terminal installed in the fixed frame to generate heat as an electric resistance of a power applied from a power supply unit, and an insulating property. A moving member which is supported by the fixing frame and is disposed to be in contact with both ends of the lengthwise side of the heating member, and is installed to be movable in the longitudinal direction of the heating member by thermal expansion of the heating member; When disposed between the moving member and the fixed frame to support the moving member And an elastic member that is elastically deformed by the movable member, and a switching module installed on the fixed frame to selectively switch the power supply unit and the connection terminal as the elastic deformation of the elastic member.

상기 차량용 에어 히터에 있어서, 상기 스위칭 모듈은 상기 탄성부재와 연결되는 스위치 단자와, 상기 연결 단자와 연결되면서 상기 스위치 단자와 스위칭 접속되는 제1 접속 단자, 및 상기 전원 공급부와 연결되면서 상기 스위치 단자와 스위칭 접속되는 제2 접속 단자로서 이루어지는 것이 바람직하다.In the vehicle air heater, the switching module may include a switch terminal connected to the elastic member, a first connection terminal connected to the connection terminal and switching connected to the switch terminal, and the switch terminal connected to the power supply unit. It is preferable that it is comprised as a 2nd connection terminal connected by switching.

상기 차량용 에어 히터는, 상기 고정 프레임에 설치되어 상기 이동부재 및 상기 탄성부재를 지지하는 지지 브라켓을 더욱 포함할 수 있다.The vehicle air heater may further include a support bracket installed on the fixed frame to support the moving member and the elastic member.

상기 차량용 에어 히터에 있어서, 상기 탄성부재는 판스프링으로 이루어지는 것이 바람직하다.In the vehicle air heater, the elastic member is preferably made of a leaf spring.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 발열부재에 장시간의 연속적인 통전이 이루어지더라도 발열부재의 온도에 따른 열 팽창 및 수축 작용으로서 전원의 공급을 자동 제어하여 발열부재의 발열 온도 범위를 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 발열부재의 과도한 온도 상승을 막고, 그 발열부재의 과열로 인한 전기적인 쇼트 또는 화재 발생을 방지할 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present invention as described above, even if a long time continuous energization to the heat generating member, the heat supply temperature by the heat expansion and contraction action according to the temperature of the heat generating member by automatically controlling the supply of power Since the range can be kept constant, an excessive temperature rise of the heat generating member can be prevented, and an electrical short or fire caused by overheating of the heat generating member can be prevented.

또한 본 발명의 예시적인 실시예는 히터의 작동 시간에 한계가 있었던 종래와 달리, 발열부재의 과열에 관계 없이 히터의 작동 시간을 장시간으로 할 수 있으므로 엔진의 냉시동성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the exemplary embodiment of the present invention can improve the cold startability of the engine since the operating time of the heater can be extended for a long time regardless of the overheating of the heat generating member, unlike the conventional case in which the operating time of the heater is limited.

이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the preferred configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 에어 히터의 구성을 개략적으로 도시한 평면 구성도이다.1 is a plan view schematically illustrating a configuration of a vehicle air heater according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어 히터(100)는 디젤 엔진의 공기 흡입계에 설치되어 연소실로 공급되는 흡입 공기를 강제적으로 가열시키기 위한 것으로서, 발열체를 일정한 온도 범위로 유지시킬 수 있는 구조로 이루어진다.Referring to Figure 1, the vehicle air heater 100 according to an embodiment of the present invention is installed in the air intake system of the diesel engine for forcibly heating the intake air supplied to the combustion chamber, maintaining the heating element in a constant temperature range It is made of structure that can be made.

이러한 차량용 에어 히터(100)는 고정 프레임(10)과, 고정 프레임(10)에 설치되는 발열부재(30)와, 발열부재(30)의 열 팽창에 의해 이동 가능한 이동부재(50)와, 이동부재(50)에 의해 탄성 변형이 이루어지는 탄성부재(70)와, 탄성부재(70)의 탄성 변형으로서 발열부재(30)에 전원을 선택적으로 제공하기 위한 스위칭 모듈(90)을 포함하여 구성된다.The vehicle air heater 100 includes a fixed frame 10, a heat generating member 30 installed on the fixed frame 10, a movable member 50 movable by thermal expansion of the heat generating member 30, and moving. And a switching module 90 for selectively providing power to the heat generating member 30 as the elastic deformation of the elastic member 70.

상기 고정 프레임(10)은 디젤 엔진의 공기 흡입계에 있어 흡기 매니폴드에 고정되게 설치되며, 도면에 도시된 바와 같이 사각 틀 형태의 프레임으로서 이루어진다.The fixed frame 10 is installed to be fixed to the intake manifold in the air intake system of the diesel engine, as shown in the figure is made as a frame of a rectangular frame shape.

여기서, 도면을 기준으로 고정 프레임(10)의 상측 부분에는 배터리와 같은 전원 공급부(20)와 전기적으로 연결되는 연결 단자(11)가 설치되어 있으며, 고정 프레임(10)의 하측 부분에는 그라운드(ground)에 접지되는 접지 단자(13)가 각각 설치되어 있다.Here, a connection terminal 11 electrically connected to a power supply 20 such as a battery is installed at an upper portion of the fixed frame 10, and a lower portion of the fixed frame 10 is grounded based on the drawing. Ground terminals 13 are respectively provided.

상기 발열부재(30)는 전원 공급부(20)로부터 제공되는 전원의 전기적인 저항에 의해 열을 발생시킬 수 있는 금속 발열체로서 구성되는 바, 지그재그 형태로 절곡된 띠상의 금속판(31)으로 이루어진다.The heat generating member 30 is configured as a metal heating element capable of generating heat by the electrical resistance of the power provided from the power supply 20, and is made of a band-shaped metal plate 31 bent in a zigzag form.

이러한 발열부재(30)는 상기 금속판(31)이 길이 방향(도면에서의 좌우측 방향)을 따라 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되고 그 양단이 교호적으로 연결된 형태를 취한다.The heat generating member 30 has a shape in which the metal plate 31 is disposed in a straight line at an arbitrary interval along the longitudinal direction (left and right directions in the drawing) and both ends thereof are alternately connected.

이 때 발열부재(30)의 한쪽 단부는 고정 프레임(10)의 연결 단자(11)와 연결되며, 다른 한쪽 단부는 접지 단자(13)와 연결된다.At this time, one end of the heat generating member 30 is connected to the connection terminal 11 of the fixing frame 10, the other end is connected to the ground terminal (13).

본 실시예에서, 상기 이동부재(50)는 고정 프레임(10)에 지지되고, 발열부재(30)의 길이 방향측 양쪽 끝부분에 접촉되게 배치되며, 발열부재(30)의 열 팽창에 의해 그 발열부재(30)의 길이 방향으로 이동 가능하게 설치된다.In the present embodiment, the movable member 50 is supported by the fixed frame 10, disposed in contact with both ends of the longitudinal direction of the heat generating member 30, by the thermal expansion of the heat generating member 30 It is installed to be movable in the longitudinal direction of the heat generating member (30).

이러한 이동부재(50)는 고정 프레임(10)의 좌우측 부분에 각각 설치된 지지 브라켓(60)에 지지되며, 발열부재(30)의 길이 방향측 양쪽 끝부분에 각각 대응하여 고정 프레임(10)의 상하측을 향하여 배치되는 복수의 애자(insulator)로서 이루어진다.The movable member 50 is supported by the support brackets 60 installed on the left and right portions of the fixed frame 10, respectively, and corresponds to the upper and lower sides of the fixed frame 10 corresponding to both ends of the longitudinal direction of the heat generating member 30. It is made up of a plurality of insulators arranged towards the side.

상기 탄성부재(70)는 고정 프레임(10)의 좌우측 부분과 이동부재(50) 사이에 개재되며, 고정 프레임(10)의 상하측을 향하여 배치되는 복수의 판 스프링으로서 이루어진다. 이러한 탄성부재(70)는 이동부재(50)를 실질적으로 지지하면서 그 이동부재(50)에 의해 탄성 변형을 하게 된다.The elastic member 70 is interposed between the left and right portions of the fixed frame 10 and the movable member 50, and is formed as a plurality of leaf springs disposed upward and downward of the fixed frame 10. The elastic member 70 is elastically deformed by the movable member 50 while substantially supporting the movable member 50.

본 실시예에서, 상기 스위칭 모듈(90)은 고정 프레임(10)에 설치되어 탄성부재(70)의 탄성 변형으로서 전원 공급부(20)와 연결 단자(11)를 선택적으로 스위칭 연결하기 위한 것이다.In this embodiment, the switching module 90 is installed in the fixed frame 10 to selectively switch the power supply unit 20 and the connection terminal 11 as an elastic deformation of the elastic member 70.

이러한 스위칭 모듈(90)은 탄성부재(70) 즉, 복수의 판 스프링 중 어느 하나와 연결되는 스위치 단자(91)와, 고정 프레임(10)의 연결 단자(11)와 연결되면서 스위치 단자(91)와 스위칭 접속되는 제1 접속 단자(93), 및 전원 공급부(20)와 연결되면서 스위치 단자(91)와 스위칭 접속되는 제2 접속 단자(95)로 이루어진다.The switching module 90 is connected to the switch terminal 91 connected to any one of the elastic members 70, that is, a plurality of leaf springs, and the connection terminal 11 of the fixed frame 10, the switch terminal 91 And a first connection terminal 93 that is switched and connected to the power supply unit 20, and a second connection terminal 95 that is switched to the switch terminal 91 while being connected to the power supply unit 20.

여기서, 스위치 단자(91)는 제1 접속 단자(93) 및 제2 접속 단자(95)와 동시에 스위칭 접속이 가능한 핀 형태로 이루어지며, 제1 접속 단자(93)는 전기 케이블을 통해 연결 단자(11)와 연결되고, 제2 접속 단자(95) 또한 전기 케이블을 통해 전원 공급부(20)와 연결될 수 있다.Here, the switch terminal 91 is made in the form of a pin capable of switching connection with the first connection terminal 93 and the second connection terminal 95 at the same time, the first connection terminal 93 is a connection terminal ( 11), and the second connection terminal 95 may also be connected to the power supply unit 20 through an electric cable.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 에어 히터(100)의 작용을 설명하면, 먼저 스위칭 모듈(90)의 스위치 단자(91)가 제1 접속 단자(93) 및 제2 접속 단자(95)와 스위칭 접속된 상태에서, 발열부재(30)는 전원 공급부(20)로부터 인가되는 전원을 제공받아 전기적인 저항에 의해 열을 발생시킨다.Referring to the operation of the vehicle air heater 100 according to the exemplary embodiment of the present invention configured as described above, first, the switch terminal 91 of the switching module 90 is the first connection terminal 93 and the second connection In a state of being connected to the terminal 95 by switching, the heat generating member 30 receives power applied from the power supply 20 to generate heat by an electrical resistance.

이 상태에서 발열부재(30)에 대하여 장시간 통전이 이루어지게 되면, 발열부 재(30)의 금속판(31)은 도 2에 도시된 바와 같이 길이 방향 즉, 고정 프레임(10)의 좌우측 부분을 향하여 열 팽창하게 된다.In this state, when electricity is supplied to the heat generating member 30 for a long time, the metal plate 31 of the heat generating member 30 faces the longitudinal direction, that is, the left and right portions of the fixing frame 10 as shown in FIG. 2. Thermal expansion.

그리고 이동부재(50)는 발열부재(30)의 열 팽창에 의해 고정 프레임(10)의 좌우측 방향으로 이동하게 되며, 탄성부재(70)는 이동부재(50)와 고정 프레임(10)의 좌우측 부분 사이에서 이동부재(50)에 의해 압착된다.And the movable member 50 is moved in the left and right direction of the fixed frame 10 by the thermal expansion of the heat generating member 30, the elastic member 70 is the left and right portions of the movable member 50 and the fixed frame 10 It is compressed by the moving member 50 in between.

이에 따라 스위칭 모듈(90)의 스위치 단자(91)는 탄성부재(70)와 연결되어 있기 때문에, 제1 접속 단자(93) 및 제2 접속 단자(95)로부터 떨어지게 된다. 그러면 전원 공급부(20)로부터 발열부재(30)에 제공되는 전원이 차단되면서 그 발열부재(30)는 더 이상 발열되지 않고 점차 온도가 하강하게 된다.Accordingly, since the switch terminal 91 of the switching module 90 is connected to the elastic member 70, the switch terminal 91 is separated from the first connection terminal 93 and the second connection terminal 95. Then, while the power provided to the heat generating member 30 from the power supply 20 is cut off, the heat generating member 30 does not generate any more heat and gradually decreases in temperature.

이러한 경우 발열부재(30)는 온도가 하강함에 따라 원래의 상태로 수축되는 바, 이동부재(50)는 탄성부재(70)의 탄성 복원력에 의해 원래 위치로 되돌아 가게 되고, 스위칭 모듈(90)의 스위치 단자(91)는 제1 접속 단자(93) 및 제2 접속 단자(95)와 스위칭 접속이 이루어지게 된다.In this case, the heating member 30 is contracted to its original state as the temperature decreases, and the moving member 50 is returned to its original position by the elastic restoring force of the elastic member 70, and the switching module 90 The switch terminal 91 has a switching connection with the first connection terminal 93 and the second connection terminal 95.

따라서 본 실시예에 의한 에어 히터(100)는 엔진의 냉각수온에 따라 일정 시간 작동하게 되는 바, 장시간 작동이나 회로 상의 문제로 인해 발열부재(30)에 대하여 연속적인 통전이 이루어지더라도 상술한 바와 같은 작용에 의해 발열부재(30)가 일정한 온도 범위를 유지하게 된다.Therefore, the air heater 100 according to the present embodiment is operated for a predetermined time according to the cooling water temperature of the engine, even if continuous power is made to the heat generating member 30 due to a long time operation or a problem on the circuit as described above. By the same action, the heat generating member 30 maintains a constant temperature range.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.Since these drawings are for reference in describing exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 에어 히터의 작용을 설명하기 위한 평면 구성도이다.2 is a plan view illustrating the operation of a vehicle air heater according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 종래 기술에 따른 차량용 에어 히터를 도시한 평면 구성도이다.Figure 3 is a plan view showing a vehicle air heater according to the prior art.

Claims

In the air heater for a vehicle provided in the intake manifold of the diesel engine for heating the intake air flowing into the combustion chamber,

A fixed frame mounted to the intake manifold;

A heat generating member made of a band-shaped metal plate bent in a zigzag shape and having both ends connected to a connection terminal and a ground terminal installed in the fixed frame to generate heat as an electric resistance of a power applied from a power supply unit;

A movable member having an insulating property and supported by the fixed frame and disposed to be in contact with both ends of the heat generating member in the longitudinal direction, and being installed to be movable in the longitudinal direction of the heat generating member by thermal expansion of the heat generating member;

An elastic member disposed between the movable member and the fixed frame to support the movable member and to be elastically deformed by the movable member; And

And a switching module installed on the fixed frame and selectively switching the power supply unit and the connection terminal as an elastic deformation of the elastic member.

The method according to claim 1,

The switching module,

And a switch terminal connected to the elastic member, a first connection terminal connected to the connection terminal and switched to the switch terminal, and a second connection terminal connected to the power supply and switched to the switch terminal. A vehicle air heater, characterized in that.

The method according to claim 1,

The heating member is a vehicle air heater, characterized in that the metal plate is arranged in a straight state at any interval along the longitudinal direction and both ends thereof are alternately connected.

The method according to claim 1,

The vehicle air heater further comprises a support bracket installed on the fixed frame to support the movable member and the elastic member.

The method according to claim 1,

The air heater for a vehicle, wherein the elastic member is formed as a leaf spring.