KR101588761B1

KR101588761B1 - 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템

Info

Publication number: KR101588761B1
Application number: KR1020140053635A
Authority: KR
Inventors: 남종우; 이준호; 조현; 정한신
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2016-01-26
Also published as: US9523305B2; KR20150126224A; DE102014117496B4; DE102014117496A1; CN105041443B; US20150315955A1; CN105041443A

Abstract

본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템은, 냉각수를 냉각시키는 라디에이터; 상기 라디에이터의 일측에 엔진을 냉각시킨 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 유입 탱크; 상기 라디에이터의 타측에 상기 냉각수 유입 탱크로부터 쿨링 핀을 순환한 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 배출 탱크; 상기 냉각수 유입 탱크 및 냉각수 배출 탱크의 외측에 상기 냉각수 유입 탱크와 냉각수 배출 탱크에 저장된 냉각수와 열 교환하는 상 변화 물질을 저장하는 PCM 탱크; 및 상기 상 변화 물질의 상을 변환시키는 변환 수단;을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템에 의하면, 라디에이터의 양측에 냉매 저장 탱크를 구비함으로써, 별도의 냉매 저장 탱크를 구비할 필요가 없어 차량 엔진 룸의 설계 자유도를 높일 수 있다.

Description

차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템 {CONTROL SYSTEM OF FLOWING AIR INTO VEHICLE ENGINE ROOM}

본 발명은 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 냉각 성능과 공력 성능을 향상시킬 수 있는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 냉각을 위한 라디에이터와, 공조 장치(air conditioner)의 냉매 응축을 위한 콘덴서가 차량에 장착되고, 냉각 팬을 구동하여 라디에이터와 콘덴서의 온도를 낮추게 된다. 차량의 초기 시동시에는 엔진의 온도가 적정 수준까지 빨리 상승하는 것이 연비에 유리하고, 초기 시동 이후에는 엔진의 온도를 적정 온도로 유지하는 것이 필요하다.

전통적으로, 냉각 팬은 엔진의 구동에 의해 작동 하던 방식이 사용되었으며, 이러한 기계식 방식은 냉각 팬이 엔진이 구동할 때 항상 구동하여 차량의 연비가 악화되는 단점이 있다.

최근에는 전기 모터를 구동하는 방식이 이용되고 있는데, 차량의 운행 상태에 따라 필요 시에만 냉각 팬을 구동하여 연비가 보다 개선되는 효과가 있어 그 사용이 증대되고 있다.

한편, 차량의 주행 속도가 증가하면 공력(aero-dynamic) 특성이 차량의 연비 및 속도에 많은 영향을 미치게 되며, 고속에서 차량의 엔진 룸으로 유입되는 공기를 차단하게 되면, 공기가 엔진 룸을 통과하며 발생하는 항력이 줄어들어 연비가 개선될 수 있다.

본 발명은, 차량의 냉각 성능과 공력 성능을 향상시킬 수 있는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

냉각 팬의 작동을 최소화 하고, 필요 시에는 엔진 룸으로 유입되는 공기를 차단하여 항력을 줄일 수 있는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템은 냉각수를 냉각시키는 라디에이터; 상기 라디에이터의 일측에 엔진을 냉각시킨 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 유입 탱크; 상기 라디에이터의 타측에 상기 냉각수 유입 탱크로부터 쿨링 핀을 순환한 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 배출 탱크; 상기 냉각수 유입 탱크 및 냉각수 배출 탱크의 외측에 상기 냉각수 유입 탱크와 냉각수 배출 탱크에 저장된 냉각수와 열 교환하는 상 변화 물질을 저장하는 PCM 탱크; 및 상기 상 변화 물질의 상을 변환시키는 변환 수단;을 포함할 수 있다.

상기 상 변화 물질은 아세트산 나트륨일 수 있다.

상기 변환 수단은, 상기 상 변화 물질의 내부에 구비된 금속판; 및 상기 금속판의 형상을 변화시키는 전자석;을 포함할 수 있다.

상기 라디에이터와 상기 엔진의 사이에 구비되고 팬 모터와 팬 블레이드를 포함하는 냉각 팬이 장착된 팬 쉬라우드; 상기 팬 블레이드의 작동 면적에 대응하여 상기 팬 쉬라우드에 구비되며, 공기가 통과하는 면적이 원주 방향을 따라 가변되는 로터리 셔터; 상기 팬 쉬라우드에 구비되며, 상기 로터리 셔터가 장착되지 않은 부분의 일부를 개폐하는 복수 개의 팬 플랩; 및 를 더 포함할 수 있다.

상기 로터리 셔터는 동일 회전 축을 중심으로 회전 가능하게 구비되는 복수 개의 셔터 블레이드; 및 상기 복수 개의 셔터 블레이드를 회전시켜 공기가 통과하는 면적을 가변시키는 셔터 엑추에이터;를 포함할 수 있다.

상기 셔터 블레이드는 상기 셔터 엑추에이터의 작동에 의해 상기 회전 축을 중심으로 회전하는 작동 블레이드; 및 상기 작동 블레이드의 회전에 따라 부채꼴(fanwise)로 펼쳐지거나 접히도록 상기 회전 축을 중심으로 겹쳐 구비되는 복수 개의 서브 블레이드;를 포함할 수 있다.

상기 셔터 블레이드에는 각각 작동 돌기가 형성되며, 상기 작동 블레이드가 펼쳐지거나 접히면, 상기 복수 개의 서브 블레이드 중 어느 하나의 서브 블레이드가 펼쳐지거나 접히고, 순차적으로 나머지 서브 블레이드가 펼쳐지거나 접힐 수 있다.

상기 복수 개의 팬 플랩에는 전자석이 구비되어 상기 전자석으로 공급되는 전류에 따라 상기 복수 개의 팬 플랩이 개폐될 수 있다.

상기 라디에이터와 상기 라디에이터의 전방에 구비되는 콘덴서의 사이에는 유량 제어 셔터 장치가 더 구비되고, 상기 유량 제어 셔터 장치는 쌍으로 구비되는 수직 지지부; 상기 수직 지지부에 펼쳐지거나 접히도록 구비되는 복수 개의 공기 플랩; 상기 공기 플랩을 선택적으로 펼치는 딜리버리 유닛; 상기 공기 플랩을 선택적으로 회전시키는 회전 유닛; 및 차량의 작동 상태에 따라 상기 딜리버리 유닛 및 상기 회전 유닛의 작동을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

상기 수직 지지부는 그 하방을 따라 그 폭이 좁아지는 가이드 레일;을 포함하고, 상기 복수 개의 공기 플랩에는 각각 상기 복수 개의 공기 플랩이 상기 가이드 레일의 설정된 위치에 위치할 수 있도록 상기 가이드 레일의 폭에 대응하는 크기의 스타퍼가 구비될 수 있다.

상기 딜리버리 유닛은 상기 어느 하나의 가이드 레일에 구비되는 딜리버리 스크류; 상기 복수 개의 공기 플랩 중 최하부의 공기 플랩을 지지하며, 상기 딜리버리 스크류에 치합하여 상기 딜리버리 스크류의 회전시 상기 최하부 공기 플랩의 위치를 조절하는 딜리버리 플레이트; 및 상기 딜리버리 스크류를 선택적으로 회전시키는 딜리버리 모터;를 포함할 수 있다.

상기 회전 유닛은 상기 복수 개의 공기 플랩에 각각 결합된 회전 기어; 상기 다른 어느 하나의 가이드 레일에 구비되며, 선택적으로 상기 회전기어들에 치합하는 회전 스크류; 및 상기 회전 스크류를 선택적으로 회전시키는 회전 모터;를 포함할 수 있다.

상기 딜리버리 유닛은 상기 어느 하나의 가이드 레일에 구비되는 딜리버리 스크류; 및 상기 복수 개의 공기 플랩 중 최하부의 공기 플랩을 지지하며, 상기 딜리버리 스크류에 치합하여 상기 딜리버리 스크류의 회전시 상기 최하부 공기 플랩의 위치를 조절하는 딜리버리 플레이트;를 포함하며, 상기 회전 유닛은 상기 복수 개의 공기 플랩에 각각 결합된 회전 기어; 및 상기 다른 어느 하나의 가이드 레일에 구비되며, 선택적으로 상기 회전기어들에 치합하는 회전 스크류;를 포함하고, 상기 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 장치는 상기 딜리버리 스크류 또는 상기 회전 스크류를 선택적으로 회전시키는 작동모터;를 더 포함할 수 있다.

상기 엔진 룸을 감싸는 인캡슐레이션;을 더 포함할 수 있다.

차량의 작동 상태에 따라 상기 로터리 셔터의 개방 면적, 상기 복수 개의 팬 플랩의 개폐, 상기 냉각 팬, 상기 딜리버리 유닛, 및 상기 회전 유닛의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 복수 개의 팬 플랩이 닫히고, 상기 로터리 셔터가 완전히 닫히며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 전개되어 완전히 닫히고, 상기 냉각 팬의 작동이 오프(off)되는 제1 모드; 상기 복수 개의 팬 플랩이 닫히고, 상기 로터리 셔터가 완전히 열리며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 전개된 상태에서 상기 공기 플랩의 작동 회전각이 제어되고, 상기 냉각 팬의 작동이 오프되는 제2 모드; 상기 복수 개의 팬 플랩이 열리고, 상기 로터리 셔터가 완전히 열리며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 전개된 상태에서 상기 공기 플랩이 완전히 열리고, 상기 냉각 팬의 작동이 오프되는 제3 모드; 및 상기 복수 개의 팬 플랩이 닫히고, 상기 로터리 셔터의 열린 면적이 제어되며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 접히고, 상기 냉각 팬의 작동이 제어되는 제4 모드;를 포함할 수 있다.

상기 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템은 대기온을 측정하여 해당 신호를 출력하는 대기온 센서; 차량의 속도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 속도 센서; 에어 컨디셔닝 내부 압력을 측정하여 해당 신호를 출력하는 에어 컨디셔닝 압력 센서; 에어 컨디셔닝 스위치의 작동 신호를 측정하여 해당 신호를 출력하는 에어 컨디셔닝 스위치 센서; 냉매 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 냉매온 센서; 및 상기 로터리 셔터의 개방 면적을 측정하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 각 센서로부터 해당 신호를 바탕으로 차량의 작동상태를 판단하고, 상기 차량의 작동 상태에 따라 상기 제1 모드 내지 제4 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 로터리 셔터, 상기 복수 개의 플랩 및 상기 냉각 팬의 작동을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템에 의하면, 라디에이터의 양측에 냉매 저장 탱크를 구비함으로써, 별도의 냉매 저장 탱크를 구비할 필요가 없어 차량 엔진 룸의 설계 자유도를 높일 수 있다.

또한, 냉매 저장 탱크의 외측에 PCM 저장 탱크를 구비함으로써, 냉매와 PCM과의 열교환을 통해 라디에이터의 냉각 효율을 상승시킬 수 있다.

또한, 냉각 팬의 사용을 차량의 주행 상태에 따라 제어하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있고, 차량에 유입되는 공기량을 조절하여 공력 성능을 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템을 도시한 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 라디에이터, 냉매 저장 탱크, 및 PCM 탱크의 구성을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 팬 쉬라우드의 구성을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 팬 쉬라우드의 팬 플랩을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 유량 제어 셔터 장치를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 유량 제어 셔터 장치의 일부 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 유량 제어 셔터 장치의 공기 플랩이 접힌 상태를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 의한 팬 쉬라우드 및 유량 제어 셔터 장치의 작동 모드를 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템을 도시한 단면도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템을 나타낸 블록도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템을 도시한 개념도이다. 도 3(a)는 엔진 룸 내부로 공기가 유입되는 경우를 도시한 것이고, 도 3(b)는 엔진 룸 내부로 공기가 차단되는 경우를 도시한 것이다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 장치는 라디에이터(80), 상기 라디에이터(80)의 양측에 구비되는 냉각수 유입 탱크(810) 및 냉각수 배출 탱크(830), 상기 라디에이터(80)의 전방과 후방에 구비되어 상기 엔진(70)으로 유입되는 공기량을 조절하는 유량 조절 셔터 방치와 팬 쉬라우드(30), 상기 팬 쉬라우드(30)의 후방에 구비되는 냉각 팬(20), 그리고 상기 팬 쉬라우드(30), 냉각 팬(20), 및 상기 유량 조절 셔터 장치를 제어하는 제어부(100)를 포함한다.

그리고 상기 라디에이터(80)의 전방에는 콘덴서(82)가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템은 상기 엔진 룸을 감싸는 인캡슐레이션(90)을 더 포함할 수 있으며, 상기 인캡슐레이션(90)은 상기 엔진(70)에서 발생하는 소음 및 진동이 상기 차체(10) 외부로 전달되는 것을 억제하고, 주행풍이 상기 엔진 룸으로 유입되면 주행풍을 안내하여 항력(drag)을 감소시키는 기능을 한다.

또한, 상기 인캡슐레이션(90)은 상기 엔진(70)에서 발생하는 열을 보존하여 차량의 정차 후 일정 시간 이내에 재운행 할 때, 상기 엔진(70)이 최적 작동 온도로 운전되도록 할 수 있다.

상기 인캡슐레이션(90)은 엔진 룸 내에서 상기 엔진(70)의 상부, 측면부, 및 하부를 감싸도록 형성된다. 즉, 상기 인캡슐레이션(90)은 상기 엔진(70)의 전체를 완전히 감싸도록 형성되지 않고, 일부는 개방되도록 형성된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템은, 상기 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템은 대기온을 측정하여 해당 신호를 출력하는 대기온 센서(110), 차량의 속도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 속도 센서(120), 에어 컨디셔닝 내부 압력을 측정하여 해당 신호를 출력하는 에어 컨디셔닝 압력 센서(130), 에어 컨디셔닝 스위치의 작동 신호를 측정하여 해당 신호를 출력하는 에어 컨디셔닝 스위치 센서(140), 냉매 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 냉매온 센서(150), 및 상기 로터리 셔터(400)의 개방 면적을 측정하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서(170)를 포함한다. 상기 제어부(100)는 각 센서들의 해당 출력 신호를 입수하여 상기 차량의 작동 상태를 판단하고 상기 냉각 팬(20), 상기 팬 쉬라우드(30), 및 유량 제어 셔터 장치(31)의 작동을 제어 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 라디에이터(80), 냉매 저장 탱크, 및 PCM 탱크(820)의 구성을 도시한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 라디에이터(80)는 엔진(70)을 냉각시켜 온도가 높아진 냉각수를 공기에 의해 냉각시키는 쿨링 핀을 포함하고, 상기 쿨링 핀의 일측에는 엔진(70)을 냉각시킨 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 유입 탱크(810)가 구비되고, 및 상기 쿨링 핀의 타측에는 상기 냉각수 유입 탱크(810)로부터 상기 쿨링 핀을 순환한 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 배출 탱크(830)가 구비된다.

상기 냉각수 유입 탱크(810) 및 냉각수 배출 탱크(830)의 외측에는 상 변화 물질이 저장되는 PCM(phase change material) 탱크(820)가 구비된다. 상기 PCM 탱크(820)에 저장된 상 변화 물질은 상기 냉각수 유입 탱크(810)와 상기 냉각수 배출 탱크(830)에 일시 저장된 냉각수와 서로 열 교환이 이루어진다.

상기 상 변화 물질은 아세트산 나트륨(SAT: sodium acetate tri-hydrate)과 같은 과포화 용액일 수 있다.

그리고 상기 상 변화 물질의 상을 변화시키는 변환 수단이 구비된다. 상기 변환 수단은 상기 상 변화 물질의 내부에 구비된 금속판, 및 상기 금속판의 형상을 변화시키는 전자석을 포함하여 구성된다.

상기 금속판은 탄성력을 가지는 얇은 판재로, 상기 금속판은 반구 형상의 PCM 탱크(820)의 내부에 요철 형상으로 형성된다.

상기 전자석이 자기력을 발생시키면, 상기 금속판이 전자석이 위치한 방향으로 이동하다가 상기 PCM 탱크에 부딪혀 요철 형상의 금속판이 변형한다. 그리고 요철 형상의 금속판의 변형에 의해 상기 PCM 탱크(820) 내부의 상 변화 물질에 충격을 가하게 된다.

아세트산 나트륨과 같은 과포화 용액은 매우 불안정한 상태이기 때문에, 작은 충격에도 쉽게 반응한다. 따라서 상기 전자석을 이용하여 상기 금속판의 형상을 변화시켜 아세트산 나트륨에 충격을 가하면, 액체 상태였던 아세트산 나트륨이 고체 상태로 변하면서 발열 반응이 일어난다. 그러나 상기 아세트산 나트륨이 열을 흡수하면 융해되면서 다시 액체 상태로 변화한다.

이와 같은 원리를 이용하여, 엔진의 냉각수를 효율적으로 냉각시키고, 필요에 따라 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

구체적으로, 상기 엔진(70)의 냉각이 필요한 경우에는, 상기 냉각수 유입 탱크(810)와 냉각수 배출 탱크(830)에 저장된 냉각수로부터 상기 PCM 탱크(820)에 저장된 상 변화 물질로 열이 이동한다. 냉각수로부터 열을 흡수한 상 변화 물질은 액체 상태로 변화한다(도 4(a) 참조).

이와 같이, 엔진을 냉각시키면서 뜨거워진 냉각수가 라디에이터(80)를 통과하기 전후에 상 변화 물질과의 열 교환이 이루어진다. 따라서, 냉각수의 냉각 효율이 증가하는 효과를 가진다.

이와 반대로, 상기 엔진(70)을 냉각할 필요가 없는 상태에서는 상기 전자석을 이용하여 상기 PCM 탱크(820) 내의 금속판을 변형시킨다. 상기 금속판이 변형되면서 상기 PCM 탱크(820) 내의 상 변화 물질에 충격을 가하면, 액체 상태였던 상 변화 물질이 고체 상태로 변하면서 발열 반응이 일어난다(도 4(b) 참조).

그리고 상 변화 물질에서 발생한 열이 상기 냉각수 유입 탱크(810)와 냉각수 배출 탱크(830)에 저장된 냉각수로 이동하게 된다. 따라서 냉각수의 온도를 일정 온도 이상으로 유지할 수 있다.

여기서 엔진(70)의 냉각이 필요 없는 상태는, 예를 들면 차량의 엔진(70) 시동 후 일정 시간 상기 엔진(70)의 웜업이 필요한 상태, 엔진(70)의 시동을 오프하여 상기 엔진(70)의 온도를 유지할 필요가 있는 상태, 차량이 고속 저부하 상태로 주행하는 상태일 수 있다.

그리고 라디에이터(80)의 양측에 냉매 저장 탱크를 구비함으로써, 냉각수 라인에 별도의 냉매 저장 탱크를 구비할 필요가 없어 차량 엔진 룸의 설계 자유도를 높일 수 있다.

냉각수의 순환 과정에 대해 간략히 설명하면, 엔진(70)의 내부를 순환하여 온도가 높아진 냉각수는 상기 냉각수 유입 탱크(810)에 일시 저장된다. 상기 냉각수 유입 탱크(810)에 저장된 냉각수는 PCM 탱크(820) 내의 상 변화 물질과 열 교환이 이루어진다. 그리고 상기 냉각수 유입 탱크(810)에 일시 저장된 냉각수는 상기 라디에이터(80)를 순환하면서 외부에서 유입되는 공기와의 열 교환을 통해 냉각된다. 그리고 상기 라디에이터(80)를 순환한 냉각수는 상기 냉각수 배출 탱크(830)에 일시 저장된다. 상기 냉각수 배출 탱크(830)에 일시 저장된 냉각수는 상기 PCM 탱크(820) 내의 상 변화 물질과 열 교환이 이루어진다. 그리고 상기 냉각수 배출 탱크(830)에 저장된 냉각수는 다시 엔진(70)의 내부로 유입된다. 이때, 냉각수의 순환은 워터 펌프(72)의 동작에 의해 이루어진다.

이하에서는, 상기 팬 쉬라우드(30)와 냉각 팬(20)의 구성에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 팬 쉬라우드(30)의 구성을 도시한 평면도이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 의한 팬 쉬라우드(30)의 팬 플랩(600)을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 팬 쉬라우드(30)에는 팬 모터(22)와 팬 블레이드(24)를 포함하는 냉각 팬(20)이 장착된다. 그리고 상기 팬 블레이드(24)의 작동 면적에 대응하여 상기 팬 쉬라우드(30)에 구비되어 공기가 통과하는 면적이 원주 방향을 따라 가변되는 로터리 셔터(400)가 구비된다. 그리고 상기 로터리 셔터(400)가 장착되지 않은 부분의 일부를 개폐하는 복수 개의 팬 플랩(600)이 상기 팬 쉬라우드(30)에 구비된다. 그리고 차량의 작동 상태에 따라 상기 로터리 셔터(400)의 개방 면적, 상기 복수 개의 팬 플랩(600)의 개폐 및 상기 냉각 팬(20)의 작동을 제어하는 제어부(100)가 포함된다.

상기 로터리 셔터(400)는 동일 회전 축(420)을 중심으로 회전 가능하게 구비되는 복수 개의 셔터 블레이드(500) 및 상기 복수 개의 셔터 블레이드(500)를 회전시켜 공기가 통과하는 면적을 가변시키는 셔터 엑추에이터(440)를 포함한다.

상기 셔터 엑추에이터(440)는 정방향 또는 역방향 회전이 가능한 서보 모터일 수 있고, 마운팅 서포터(450)를 통해 상기 팬 쉬라우드(30)에 장착될 수 있다.

상기 셔터 블레이드(500)는 상기 셔터 엑추에이터(440)의 작동에 의해 상기 회전 축(420)을 중심으로 회전하는 작동 블레이드(520) 및 상기 작동 블레이드(520)의 회전에 따라 부채꼴(fanwise)로 펼쳐지거나 접히도록 상기 회전 축(420)을 중심으로 겹쳐 구비되는 복수 개의 서브 블레이드(540)를 포함한다.

상기 작동 블레이드(520)가 펼쳐지거나 접히면, 상기 복수 개의 서브 블레이드(540) 중 어느 하나의 서브 블레이드(540)가 펼쳐지거나 접히고, 순차적으로 나머지 서브 블레이드(540)가 펼쳐지거나 접힐 수 있다.

상기 작동 블레이드(520)와 상기 서브 블레이드(540)가 상기 회전 축(420)을 중심으로 서로 겹쳐지고, 상기 엑추에이터의 작동으로 상기 작동 블레이드(520)가 상기 회전 축(420)을 중심으로 일정 각도 회전하면, 상기 작동 블레이드(520)에 형성된 작동 돌기에 의해 상기 작동 블레이드(520)와 최인접한 서브 블레이드(540)의 작동 돌기가 이끌려 회전하게 된다.

이러한 방식으로, 도면에 표시된 각각의 서브 블레이드(540)(54a, 54b, 54c, 54d)들이 순차적으로 부채꼴로 펼쳐지게 된다.

반대로, 상기 엑추에이터가 상기 작동 블레이드(520)를 반대 방향으로 회전시키면 상기 작동 블레이드(520)의 반대편 작동 돌기에 의해 상기 작동 블레이드(520)와 최인접한 서브 블레이드(540)(54a)의 작동 돌기를 밀어 역방향으로 회전하게 된다.

이러한 방식으로, 도면에 표시된 각각의 서브 블레이드(540)(54a, 54b, 54c, 54d)들이 순차적으로 접히게 된다.

상기 서브 블레이드(540) 중 최 말단의 서브 블레이드(540)(54d)에는 마운팅 돌기(580)가 형성되어, 상기 팬 쉬라우드(30)에 고정될 수 있다.

이하에서는, 상기 유량 셔터 제어 장치의 구성에 대해 구체적으로 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 유량 제어 셔터 장치(31)를 도시한 사시도이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 유량 제어 셔터 장치(31)의 일부 사시도이다. 그리고 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 유량 제어 셔터 장치(31)의 공기 플랩(337)이 접힌 상태를 도시한 사시도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 유량 제어 셔터 장치(31)는 쌍으로 구비되는 수직 지지부, 상기 수직 지지부에 펼쳐지거나 접히도록 구비되는 복수 개의 공기 플랩(337), 상기 공기 플랩(337)을 선택적으로 펼치는 딜리버리 유닛 및 상기 플랩을 선택적으로 회전시키는 회전 유닛(150)을 포함하여 구성된다.

상기 수직 지지부는 수직 지지부 커버(332)와 상기 수직 지지부 커버(332) 내측에 구비되며, 그 하방을 따라 그 폭이 좁아지는 가이드 레일(335)을 포함하고, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)에는 각각 상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 상기 가이드 레일(335)의 설정된 위치에 위치할 수 있도록 상기 가이드 레일(335)의 폭에 대응하는 크기의 스타퍼(339)가 구비된다.

상기 가이드 레일(335)은 전방 가이드 레일(335)과 후방 가이드 레일(335)을 포함하고, 상기 전방 가이드 레일(335)과 후방 가이드 레일(335) 사이의 거리는 그 하방을 따라 그 폭이 좁아진다. 그리고, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)에 각각 결합된 스타퍼(339)(39a~39j)는 상기 전방 가이드 레일(335)과 후방 가이드 레일(335) 사이의 거리에 비례하여 그 하방으로 갈수록 그 크기가 점차 감소한다.

상기 딜리버리 유닛은 상기 어느 하나의 가이드 레일(335), 예를 들어 상기 전방 가이드 레일(335)에 구비되는 딜리버리 스크류, 상기 복수 개의 공기 플랩(337) 중 최하부의 공기 플랩(337))을 지지하며, 상기 딜리버리 스크류에 치합하여 상기 딜리버리 스크류의 회전시 상기 최하부 플랩의 위치를 조절하는 딜리버리 플레이트 및 상기 딜리버리 스크류를 선택적으로 회전시키는 딜리버리 모터를 포함할 수 있다.

상기 회전 유닛(150)은 상기 복수 개의 플랩에 각각 결합된 회전 기어(352), 상기 다른 어느 하나의 가이드 레일(335), 예를 들어 상기 후방 가이드 레일(335)에 구비되며, 선택적으로 상기 회전기어들에 치합하는 회전 스크류(354) 및 상기 회전 스크류(354)를 선택적으로 회전시키는 회전 모터(356)를 포함할 수 있다.

이하에서는, 상기 유량 제어 셔터 장치(31)의 동작에 대해 설명한다.

상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 접힌 상태에서, 상기 차량의 작동 상태에 따라, 상기 제어부(100)가 상기 딜리버리 모터를 작동 시키면, 상기 딜리버리 스크류가 회전하며, 상기 딜리버리 스크류와 치합된 딜리버리 플레이트가 하강하게 된다.

그러면, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)에 각각 결합된 스타퍼(339)는 그 크기가 상기 전방 가이드 레일(335)과 후방 가이드 레일(335) 사이의 거리에 대응하여, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 각각 설정된 위치에 위치하게 된다.

그 후, 상기 차량의 작동 상태에 따라, 상기 제어부(100)가 상기 회전 모터(356)를 작동 시키면, 상기 회전 스크류(354)가 회전하며, 상기 회전 기어(352)를 회전시켜 상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 회전하게 되며, 상기 복수 개의 공기 플랩(337) 사이로 흐르는 공기의 유량을 제어하게 된다.

그리고, 상기 차량의 작동 상태에 따라, 상기 제어부(100)가 상기 복수 개의 공기 플랩(337)을 접을 때에는 그 역순으로 상기 회전 모터(356)와 상기 딜리버리 모터의 작동을 제어한다.

이하에서는, 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 장치의 작동 모드에 대해 설명한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 장치의 작동 모드는 다음의 네 개의 모드로 구분될 수 있다.

제1 모드는 상기 복수 개의 팬 플랩(600)이 닫히고, 상기 로터리 셔터(400)가 완전히 닫히며, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 전개되어 완전히 닫히고, 상기 냉각 팬(20)의 작동이 오프(off)되는 모드이다.

제2 모드는 상기 복수 개의 팬 플랩(600)이 닫히고, 상기 로터리 셔터(400)가 완전히 열리며, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 전개된 상태에서 상기 공기 플랩(337)의 작동 회전각이 제어되고, 상기 냉각 팬(20)의 작동이 오프되는 모드이다.

제3 모드는 상기 복수 개의 팬 플랩(600)이 열리고, 상기 로터리 셔터(400)가 완전히 열리며, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 전개된 상태에서 상기 공기 플랩(337)이 완전히 열리고, 상기 냉각 팬(20)의 작동이 오프되는 모드이다.

그리고 제4 모드는 상기 복수 개의 팬 플랩(600)이 닫히고, 상기 로터리 셔터(400)의 열린 면적이 제어되며, 상기 복수 개의 공기 플랩(337)이 접히고, 상기 냉각 팬(20)의 작동이 제어되는 모드이다.

상기 제1 모드는 공력 성능이 요구되는 경우 또는 냉각이 필요 없는 상태로, 예를 들어, 차량의 엔진(70) 시동 후 일정 시간 상기 엔진(70)의 웜업이 필요한 상태, 엔진(70)의 시동을 오프(off)하여 상기 엔진(70)의 온도를 유지할 필요가 있는 상태, 차량이 고속 저부하 상태로 주행하는 상태 등일 일 수 있다. 상기 해당 조건은 설정된 맵에 미리 저장되고, 상기 제어부(100)가 상기 맵과 상기 차량의 작동 상태를 비교하여 결정할 수 있다.

상기 제2 모드는 공력 성능과 냉각을 동시에 최적화 할 수 있는 상태로, 상기 냉각 팬(20)의 작동이 없이 상기 공기 플랩(337)의 개방 면적 제어에 따라 가능하며, 저속 상태일 수 있다. 상기 해당 조건은 설정된 맵에 미리 저장되고, 상기 제어부(100)가 상기 맵과 상기 차량의 작동 상태를 비교하여 결정할 수 있다.

제3 모드는 고속 고부하 조건에 해당하는 모드일 수 있고, 고속 상태에서 상기 냉각 팬(20)의 작동 없이도 상기 엔진(70)의 냉각이 가능한 상태 일 수 있다. 상기 해당 조건은 설정된 맵에 미리 저장되고, 상기 제어부(100)가 상기 맵과 상기 차량의 작동 상태를 비교하여 결정할 수 있다.

제4 모드는 저속 고부하 조건에서 냉각 성능을 유지하는 상태일 수 있으며, 상기 냉각 팬(20)의 작동은 냉각수 온도, 차속 등에 따라 결정될 수 있다. 상기 해당 조건은 설정된 맵에 미리 저장되고, 상기 제어부(100)가 상기 맵과 상기 차량의 작동 상태를 비교하여 결정할 수 있다.

상기 저속 또는 고속 조건은 예를 들어, 차속이 대략 30-40kph 또는 대략 90-110kph 으로 할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 부하 조건은 예를 들어, 엔진(70) RPM 이 2000~4000으로 저부하 또는 고부하 상태를 판단할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 장치 및 이를 포함하는 공기 유량 제어 시스템은 냉각 팬(20)과, 팬 쉬라우드(30), 및 유량 제어 셔터 장치(31)의 사용을 차량의 주행 상태에 따라 제어하여 냉각 성능을 향상시킬 수 있고, 차량에 유입되는 공기량을 조절하여 공력 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 엔진(70)을 냉각시킨 냉각수가 순환하는 과정에서, 냉각수 유입 탱크(810)와 냉각수 유출 탱크에 일시 저장된 냉각수의 열이 PCM 탱크(820)에 저장된 상 변화 물질로 이동하면서 열 교환이 이루어진다. 따라서 엔진(70)의 냉각 성능이 향상된다.

또한, 엔진(70)의 냉각이 필요 없는 경우에는, PCM 탱크(820)에 저장된 상 변화 물질의 열이 냉각수 유입 탱크(810)와 냉각수 유출 탱크 내의 냉각수로 이동하면서 열 교환이 이루어진다. 따라서, 엔진 룸의 내부를 일정 온도로 유지할 필요가 있는 경우 엔진 룸 내부의 온도를 일정 온도로 유지하는 것이 쉬워진다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 차체 20: 냉각 팬
22: 팬 모터 24: 팬 블레이드
31: 유량 제어 셔터 장치 332: 수직 지지부 커버
335: 가이드 레일 337: 공기 플랩
339: 스타퍼 350: 회전 유닛
352: 회전 기어 354: 회전 스크류
356: 회전 모터 358: 작동 모터
30: 팬 쉬라우드 400: 로터리 셔터
420: 회전 축 440: 셔터 엑추에이터
450: 마운팅 서포터 500: 셔터 블레이드
520: 작동 블레이드 540: 서브 블레이드
580: 마운팅 돌기 600: 팬 플랩
70: 엔진 80: 라디에이터
810: 냉각수 유입 탱크 820,840: PCM 탱크
82: 콘덴서 90: 인캡슐레이션
100: 제어부 110: 대기온 센서
120: 속도 센서 130: 에어 컨디셔닝 압력 센서
140: 에어 컨디셔닝 스위치 센서 150: 냉매온 센서
170: 위치 센서

Claims

냉각수를 냉각시키는 라디에이터;
상기 라디에이터의 일측에 엔진을 냉각시킨 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 유입 탱크;
상기 라디에이터의 타측에 상기 냉각수 유입 탱크로부터 쿨링 핀을 순환한 냉각수가 유입되어 일시 저장되는 냉각수 배출 탱크;
상기 냉각수 유입 탱크 및 냉각수 배출 탱크의 외측에 상기 냉각수 유입 탱크와 냉각수 배출 탱크에 저장된 냉각수와 열 교환하는 상 변화 물질을 저장하는 PCM 탱크; 및
상기 상 변화 물질의 상을 변환시키는 변환 수단;
을 포함하고,
상기 변환 수단은,
상기 상 변화 물질의 내부에 구비된 금속판; 및
상기 금속판의 형상을 변화시키는 전자석;
을 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 상 변화 물질은 아세트산 나트륨인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 라디에이터와 상기 엔진의 사이에 구비되고 팬 모터와 팬 블레이드를 포함하는 냉각 팬이 장착된 팬 쉬라우드;
상기 팬 블레이드의 작동 면적에 대응하여 상기 팬 쉬라우드에 구비되며, 공기가 통과하는 면적이 원주 방향을 따라 가변되는 로터리 셔터;
상기 팬 쉬라우드에 구비되며, 상기 로터리 셔터가 장착되지 않은 부분의 일부를 개폐하는 복수 개의 팬 플랩; 및
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 로터리 셔터는
동일 회전 축을 중심으로 회전 가능하게 구비되는 복수 개의 셔터 블레이드; 및
상기 복수 개의 셔터 블레이드를 회전시켜 공기가 통과하는 면적을 가변시키는 셔터 엑추에이터;
를 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 셔터 블레이드는
상기 셔터 엑추에이터의 작동에 의해 상기 회전 축을 중심으로 회전하는 작동 블레이드; 및
상기 작동 블레이드의 회전에 따라 부채꼴(fanwise)로 펼쳐지거나 접히도록 상기 회전 축을 중심으로 겹쳐 구비되는 복수 개의 서브 블레이드;
를 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제6항에 있어서,
상기 셔터 블레이드에는
각각 작동 돌기가 형성되며,
상기 작동 블레이드가 펼쳐지거나 접히면, 상기 복수 개의 서브 블레이드 중 어느 하나의 서브 블레이드가 펼쳐지거나 접히고, 순차적으로 나머지 서브 블레이드가 펼쳐지거나 접히는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 복수 개의 팬 플랩에는 전자석이 구비되어 상기 전자석으로 공급되는 전류에 따라 상기 복수 개의 팬 플랩이 개폐되는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 라디에이터와 상기 라디에이터의 전방에 구비되는 콘덴서의 사이에는 유량 제어 셔터 장치가 더 구비되고,
상기 유량 제어 셔터 장치는
쌍으로 구비되는 수직 지지부;
상기 수직 지지부에 펼쳐지거나 접히도록 구비되는 복수 개의 공기 플랩;
상기 공기 플랩을 선택적으로 펼치는 딜리버리 유닛;
상기 공기 플랩을 선택적으로 회전시키는 회전 유닛; 및
차량의 작동 상태에 따라 상기 딜리버리 유닛 및 상기 회전 유닛의 작동을 제어하는 제어부;
를 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제9항에 있어서,
상기 수직 지지부는
그 하방을 따라 그 폭이 좁아지는 가이드 레일;
을 포함하고,
상기 복수 개의 공기 플랩에는 각각 상기 복수 개의 공기 플랩이 상기 가이드 레일의 설정된 위치에 위치할 수 있도록 상기 가이드 레일의 폭에 대응하는 크기의 스타퍼가 구비된 것을 특징으로 하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제10항에 있어서,
상기 딜리버리 유닛은
상기 어느 하나의 가이드 레일에 구비되는 딜리버리 스크류;
상기 복수 개의 공기 플랩 중 최하부의 공기 플랩을 지지하며, 상기 딜리버리 스크류에 치합하여 상기 딜리버리 스크류의 회전시 상기 최하부 공기 플랩의 위치를 조절하는 딜리버리 플레이트; 및
상기 딜리버리 스크류를 선택적으로 회전시키는 딜리버리 모터;
를 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제10항에 있어서,
상기 회전 유닛은
상기 복수 개의 공기 플랩에 각각 결합된 회전 기어;
상기 다른 어느 하나의 가이드 레일에 구비되며, 선택적으로 상기 회전기어들에 치합하는 회전 스크류; 및
상기 회전 스크류를 선택적으로 회전시키는 회전 모터;
를 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제10항에 있어서,
상기 딜리버리 유닛은
상기 어느 하나의 가이드 레일에 구비되는 딜리버리 스크류; 및
상기 복수 개의 공기 플랩 중 최하부의 공기 플랩을 지지하며, 상기 딜리버리 스크류에 치합하여 상기 딜리버리 스크류의 회전시 상기 최하부 공기 플랩의 위치를 조절하는 딜리버리 플레이트;를 포함하며,
상기 회전 유닛은
상기 복수 개의 공기 플랩에 각각 결합된 회전 기어; 및
상기 다른 어느 하나의 가이드 레일에 구비되며, 선택적으로 상기 회전기어들에 치합하는 회전 스크류;
를 포함하고,
상기 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 장치는
상기 딜리버리 스크류 또는 상기 회전 스크류를 선택적으로 회전시키는 작동모터;
를 더 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 엔진 룸을 감싸는 인캡슐레이션;
을 더 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제9항에 있어서,
차량의 작동 상태에 따라 상기 로터리 셔터의 개방 면적, 상기 복수 개의 팬 플랩의 개폐, 상기 냉각 팬, 상기 딜리버리 유닛, 및 상기 회전 유닛의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 복수 개의 팬 플랩이 닫히고, 상기 로터리 셔터가 완전히 닫히며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 전개되어 완전히 닫히고, 상기 냉각 팬의 작동이 오프(off)되는 제1 모드;
상기 복수 개의 팬 플랩이 닫히고, 상기 로터리 셔터가 완전히 열리며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 전개된 상태에서 상기 공기 플랩의 작동 회전각이 제어되고, 상기 냉각 팬의 작동이 오프되는 제2 모드;
상기 복수 개의 팬 플랩이 열리고, 상기 로터리 셔터가 완전히 열리며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 전개된 상태에서 상기 공기 플랩이 완전히 열리고, 상기 냉각 팬의 작동이 오프되는 제3 모드; 및
상기 복수 개의 팬 플랩이 닫히고, 상기 로터리 셔터의 열린 면적이 제어되며, 상기 복수 개의 공기 플랩이 접히고, 상기 냉각 팬의 작동이 제어되는 제4 모드;
를 포함하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.
제15항에 있어서,
상기 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템은
대기온을 측정하여 해당 신호를 출력하는 대기온 센서;
차량의 속도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 속도 센서;
에어 컨디셔닝 내부 압력을 측정하여 해당 신호를 출력하는 에어 컨디셔닝 압력 센서;
에어 컨디셔닝 스위치의 작동 신호를 측정하여 해당 신호를 출력하는 에어 컨디셔닝 스위치 센서;
냉매 온도를 측정하여 해당 신호를 출력하는 냉매온 센서; 및
상기 로터리 셔터의 개방 면적을 측정하여 해당 신호를 출력하는 위치 센서;
를 더 포함하며,
상기 제어부는 상기 각 센서로부터 해당 신호를 바탕으로 차량의 작동상태를 판단하고, 상기 차량의 작동 상태에 따라 상기 제1 모드 내지 제4 모드 중 어느 하나의 모드로 상기 로터리 셔터, 상기 복수 개의 플랩 및 상기 냉각 팬의 작동을 제어하는 차량 엔진 룸 공기 유량 제어 시스템.