KR101481179B1 - 하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 모드에서도 실내 난방이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진 동력축에 연동하는 기계식 워터펌프의 입력측에 체크밸브를 설치하고, 엔진 및 모터의 냉각수 통로 출구측에 솔레노이드 밸브를 설치하여, 아이들 스탑 모드 진입시 엔진에 잔존하는 고온 및 고압의 냉각수가 솔레노이드 밸브를 통해 저온 및 저압의 히터코어로 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법을 제공한다.
하이브리드, 차량, 난방, 제어, 아이들 스탑, 체크밸브, 솔레노이드 밸브

Description

하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법{Device and method for controlling heater system of hybrid vehicle}
본 발명은 하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량의 아이들 스탑 모드에서도 실내 난방이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
하이브리드 차량은 엔진 뿐만 아니라 모터 구동원을 보조 동력원으로 채택하여 배기가스 저감 및 연비 향상을 도모할 수 있는 미래형 차량으로서, 여러가지 파워 트레인을 구축할 수 있지만 그 일례를 살펴보면, 엔진, 모터, 트랜스미션이 일축상에 직결되어 있고, 엔진 및 모터는 클러치에 의하여 동력 전달 가능하게 연결되어 있으며, 또한 상기 트랜스미션은 구동축에 동력을 전달할 수 있게 연결되어 있다.
이러한 하이브리드 차량에 있어서, 상기 모터의 동력을 트랜스미션으로 전달하여 모터 동력만을 이용하는 순수 전기자동차 모드인 EV(electric vehicle) 주행 모드가 구현된다.
또한, 엔진의 동력을 구동축에 전달하기 위하여 상기 엔진과 모터 사이에 배열된 클러치를 연결하게 되면, 엔진 및 모터의 동력을 함께 이용한 HEV 주행 모드, 즉 엔진의 동력을 주동력으로 하면서 모터의 동력을 보조동력으로 이용하는 HEV(hybrid electric vehicle) 주행모드가 구현될 수 있다.
특히, 하이브리드 차량에는 신호 대기와 같은 상황 등에서 브레이킹을 통해 정지하는 경우, 엔진을 정지시키는 아이들 스탑(ISG: Idle Stop-Go) 모드가 적용되고 있으며, 이러한 아이들 스탑 모드는 아이들 상태에서 소모되는 연료를 절약할 수 있는 연비 상승 효과를 제공한다.
그러나, 하이브리드 차량의 엔진이 정지되는 아이들 스탑 모드에서는 실내 냉방을 위한 압축기가 작동하지 않고, 실내 난방의 경우에는 엔진으로부터 열을 공급받을 수 없는 문제점이 있다.
이러한 점을 감안하여, 하이브리드 차량의 아이들 스탑 모드시 냉난방 성능을 향상시킬 수 있는 종래기술들이 아래와 같이 제시되어 왔다.
첫번째 방법은 아이들 스탑 모드 진입시 배터리 전력을 이용하는 전동식 워터펌프를 구동시켜 고온의 냉각수를 순환시킴으로써, 난방 성능을 향상시키는데 있다.
두번째 방법은 아이들 스탑 모드 진입시 블로워 단수를 줄이거나, 내외기량을 조절하는 플랩(flap)의 개도량을 조절하여, 냉난방 지속 시간을 증가시키는데 있다.
셋번째 방법은 온도조절용 도어 개도량, 에어컨 온/오프 상태 등 냉난방 장치의 여러가지 작동 조건들을 미리 판단한 후, 아이들 스탑 모드의 진입 여부를 결정하는데 있다.
네번째 방법은 아이들 스탑 모드 진입시 PTC 보조히터와 같은 전기적인 히터를 사용하여 난방 효과를 증대시키는데 있다.
이와 같이, 하이브라드 차량의 구동 방식 및 엔진 냉각 및 난방계 구동 방식에 따라, 아이들 스탑 모디시에도 난방성능을 일정 수준으로 유지시키는 여러가지 기술이 제시되고 있으며, 크게 전동식 워터펌프 및 PTC 보조히터 등을 사용하는 기술이 주를 이루고 있다.
그러나, 상기한 종래기술들은 비교적 고가의 장치(전동식 워터펌프, PTC 보조히터 등)들을 사용하기 때문에 원가상승 측면에서 불리한 단점이 있고, 하이브리드 자동차의 경우는 배터리의 용량이 매우 크기 때문에 상기한 종래기술을 적용할 수 있으나, 일반 가솔린 및 디젤 차량에 아이들 스탑 모드를 적용한 경우에는 배터리의 용량이 작고 전압도 12V로 낮기 때문에 시동이 꺼진 후에 사용하기 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 하이브리드 차량의 아이들 스탑 모드에서 쾌적한 냉/난방 성능을 확보할 수 있도록 공조 장치의 추가적인 보완 수단으로 워터펌프측에 체크밸브를 연결하고, 엔진의 냉각수 출구측에 솔레노이드 밸브를 장착하여, 하이브리드 차량의 아이들 스탑 모드시 뿐만아니라 일반 가솔린 및 디젤 차량의 아이들 스탑 모드시에도 난방성능을 향상시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량용 난방 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진 동력축에 연동하는 기계식 워터펌프의 입력측에 체크밸브를 설치하고, 엔진 및 모터의 냉각수 통로 출구측에 솔레노이드 밸브를 설치하여, 아이들 스탑 모드 진입시 엔진에 잔존하는 고온 및 고압의 냉각수가 솔레노이드 밸브를 통해 저온 및 저압의 히터코어로 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 난방 제어 장치를 제공한다.
바람직한 구현예로서, 아이들 스탑 모드 진입시, 상기 체크밸브로부터 엔진 및 모터 냉각수 통로를 거쳐, 솔레노이브 밸브까지 순간적인 밀폐공간이 되도록 한 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 구현예로서, 아이들 스탑 진입시 상기 솔레노이드 밸브는 95% 정도까지 닫혀져 노즐화되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 정상 주행시, 냉각수 순환라인의 워터펌프가 구동되는 동시에 엔진 및 모터의 냉각수 통로 출구측에 설치된 솔레노이드 밸브를 완전 오픈시켜, 난방을 위한 냉각수 흐름이 히터코어쪽으로 정상 순환되는 단계와; 아이들 스탑 모드 진입시, 상기 워터펌프가 정지되는 동시에 솔레노이드 밸브의 닫힘정도를 95% 정도로 제어하여, 엔진에 잔존하는 고온 및 고압의 냉각수가 솔레노이드 밸브를 통해 저온 및 저압의 히터코어로 흐르는 단계와; 히터코어로 흐른 고온의 냉각수가 공기블로워에 의하여 흡입되는 외기와 열교환을 하여 실내 난방이 지속적으로 이루어지는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 난방 제어 방법을 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 아이들 스탑 모드 진입시, 상기 워터펌프의 입력측에 배치되는 체크밸브로부터 엔진 및 모터 냉각수 통로를 거쳐, 솔레노이브 밸브까지 순간적인 밀폐공간이 되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면 워터펌프측에 체크밸브를 연결하고, 엔진의 냉각수 출구측에 솔레노이드 밸브를 장착하여, 아이들 스탑 모드시에도 일정 시간 동안 고온의 냉각수가 히터코어로 흐르도록 함으로써, 일정 시간 동안 실내 난방을 지속적으로 유지시킬 수 있다.
기존의 전동식 워터펌프, PTC 보조히터 등과 같은 고가의 부품에 비하여, 저가의 체크밸브 및 솔레노이드 밸브만을 사용함에 따라, 난방 성능 향상 뿐만아니라 원가 절감에도 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 난방 제어 장치를 아이들 스탑 모드가 적용될 수 있는 일반 가솔린/디젤 차량에도 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 난방 제어 장치를 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 난방 제어 장치는 엔진 또는 모터의 동력축에 연계된 기계식 워터펌프(12)의 입력측에 체크밸브(10)를 설치하고, 엔진의 냉각수 통로 출구측에 솔레노이드 밸브(20)를 설치한 점에 특징이 있다.
이때, 상기 솔레노이드 밸브(20)의 출구측 냉각수 흐름라인은 라디에이터(14)쪽 또는 히터코어(16)쪽으로 분기되고, 라디에이터(14)쪽 라인에는 써모스탯(18)이 설치된다.
상기 체크밸브(10)는 워터펌프(12)가 구동함에 따라 냉각수를 엔진 및 모터의 냉각수 경로(도 1의 A로 지시된 화살표 방향)로 흘려 보내지만, 그 역방향(도 1의 B로 지시된 화살표 방향)으로는 냉각수의 유동을 차단하는 역할을 한다.
상기 솔레노이드 밸브(20)는 평상시 시동을 켜고 끄는 것과 상관없이 항상 열려있지만, 아이들 스탑 모드 진입시 즉, 엔진 시동이 꺼진 경우에는 밸브개도를 95% 이상 닫힘을 유지하여, 냉각수가 엔진 냉각수 경로로부터 빠져나가려는 유동 면적을 현저하게 감소시키는 기능을 수행한다.
상기 써모스탯(18)은 난방 운전의 경우에 외기온이 낮고 냉각수의 온도도 높지 않기 때문에 대부분 닫혀 있게 되고, 물론 냉각수의 온도가 높아지면 열림으로 자동 전환되어 냉각수가 라디에이터(14)로 순환되어 냉각된다.
상기 히터코어(16)는 히터코어로 공급되는 고온의 냉각수와 차가운 외기간의 열교환이 일어나게 하여, 난방을 위한 따듯한 공기를 실내로 공급하는 역할을 한다.
여기서, 상기한 구성을 기반으로 이루어지는 본 발명의 하이브리드 차량용 난방 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 난방 제어 장치를 나타내는 순서도이다.
먼저, 아이들 스탑 모드가 아닌 정상적인 주행상태 즉, 엔진 및 모터, 엔진 또는 모터의 구동으로 차량 주행이 이루어지는 상태에서는 엔진 또는 모터의 동력축에 연계된 기계식 워터펌프(10)가 구동되고, 고온의 냉각수 온도를 감지한 서모스탯(18)이 오픈된 상태가 되어, 엔진으로부터의 냉각수가 라디에이터(14)로 순환되어 냉각된다.
이러한 정상 주행상태에서, 아이들 스탑 모드 진입 조건을 만족하여 차량이 아이들 스탑 모드로 진입하면, 엔진 시동이 꺼지게 되고, 동시에 ECU(미도시됨)에서 상기 솔레노이드 밸브(20)에 신호를 보내어, 솔레노이드 밸브(20)를 닫아주게 되며, 이때 솔레노이드 밸브(20)의 최대 닫힘정도를 100%가 아닌 95%정도로 설정하여, 솔레노이드 밸브(20)가 노즐(Nozzle)과 같은 효과를 얻을 수 있도록 한다.
한편, 상기 체크밸브(10)는 냉각수 흐름 유동을 워터펌프(12) 및 엔진쪽 방향(도 1의 B로 지시된 화살표 방향)으로 차단하는 구조로 되어 있기 때문에, 아이들 스탑 모드 진입시 엔진 정지와 함께 워터펌프(12)가 정지되는 경우, 상기 체크밸브(10)를 시작으로 워터펌프(12) 및 엔진의 냉각수 경로, 그리고 솔레노이드 밸브(20)까지의 구간은 순간적으로 밀폐되는 공간(이하, 임시 밀폐구간이라 칭함)이 된다.
이에, 엔진에 남아있는 열과, 체크밸브(10)를 시작으로 워터펌프(12) 및 엔진의 냉각수 경로, 그리고 솔레노이드 밸브(20)까지의 임시 밀폐구간에 의해 그 내부에 남아 있는 냉각수는 일정시간 동안 비교적 고온과 고압의 상태로 유지된다.
이때, 아이들 스탑 모드로 진입하더라도, 외기를 히터코어로 유입시키는 공기블로워는 계속 작동하기 때문에 히터코어(16)는 실내로 열을 계속 빼앗기게 되어, 상기 솔레노이드 밸브(20: 닫힘정도를 95%정도로 조절된 상태)와 체크밸브(10)의 동작에 의하여 압력과 온도가 높아진 임시 밀폐구간에 비하여 상대적으로 저온 및 저압인 상태로 유지된다.
따라서, 아이들 스탑 모드로 진입한 후에도 엔진의 냉각수 경로 즉, 임시 밀폐공간내에서 고온 상태를 유지하고 있는 냉각수가 고압 영역에서 저압영역으로 이동하게 된다.
다시 말해서, 임시 밀폐공간내에서 고온 상태를 유지하고 있는 냉각수가 솔레노이드 밸브(10: 닫힘정도를 95%정도로 조절되어 노즐 구조로 전환된 상태)를 통해 저온 및 저압상태인 히터코어(16)로 흐르게 되어, 일정 시간 동안 난방이 지속 될 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 임시 밀폐공간과 히터 코어(16)가 상호간에 열적 평형상태(Thermal equilibrium)에 도달할 때까지는 상기 임시 밀폐구간에서 히터코어(16)로 고온의 냉각수가 지속적으로 흐르게 되어, 결국 아이들 스탑 상태에서도 배터리 등을 이용한 전원 공급없이도 일정시간 동안 난방효과가 지속될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 난방 제어 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 난방 제어 장치를 나타내는 순서도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 체크밸브 12 : 워터펌프
14 : 라디에이터 16 : 히터코어
18 : 써모스탯 20 : 솔레노이드 밸브

Claims (5)

  1. 엔진 동력축에 연동하는 기계식 워터펌프의 입력측에 체크밸브를 설치하고, 엔진 및 모터의 냉각수 통로 출구측에 솔레노이드 밸브를 설치하고, 상기 솔레노이드 밸브의 출구측 냉각수 흐름라인은 라디에이터쪽 또는 히터코어쪽으로 분기되도록 하여,
    아이들 스탑 모드 진입시 상기 체크밸브로부터 엔진 및 모터 냉각수 통로를 거쳐, 솔레노이브 밸브까지 순간적인 밀폐공간이 되도록 하고, 상기 솔레노이드 밸브는 95% 정도까지 닫혀져 노즐화되도록 하여,
    엔진에 잔존하는 고온 및 고압의 냉각수가 솔레노이드 밸브를 통해 저온 및 저압의 히터코어로 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 난방 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 정상 주행시, 냉각수 순환라인의 워터펌프가 구동되는 동시에 엔진 및 모터의 냉각수 통로 출구측에 설치된 솔레노이드 밸브를 완전 오픈시켜, 난방을 위한 냉각수 흐름이 히터코어쪽으로 정상 순환되는 단계와;
    아이들 스탑 모드 진입시, 상기 워터펌프가 정지되는 동시에 솔레노이드 밸브의 닫힘정도를 95% 정도로 제어하여, 엔진에 잔존하는 고온 및 고압의 냉각수가 솔레노이드 밸브를 통해 저온 및 저압의 히터코어로 흐르는 단계와;
    히터코어로 흐른 고온의 냉각수가 공기블로워에 의하여 흡입되는 외기와 열교환을 하여 실내 난방이 지속적으로 이루어지는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 난방 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 아이들 스탑 모드 진입시, 상기 워터펌프의 입력측에 배치되는 체크밸브로부터 엔진 및 모터 냉각수 통로를 거쳐, 솔레노이브 밸브까지 순간적인 밀폐공간이 되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 난방 제어 방법.
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