KR101864930B1 - 차량용 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1 압력이 존재하는 제1 냉각 회로와, 제2 압력이 존재하는 제2 냉각 회로로 구성되며, 제1 냉각 회로 및 제2 냉각 회로는 통기를 위한 공통 평형 컨테이너를 공유하는, 차량용 냉각 시스템을 제안하고, 상기 냉각 시스템은 제1 압력이 제2 압력보다 낮은 경우 제1 냉각 회로가 수동 요소에 의해 제2 냉각 회로로부터 분리되도록 수동 요소를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 냉각 시스템{COOLING SYSTEM FOR A VEHICLE}

본 발명은 차량용 냉각 시스템에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 복수의 냉각 회로를 포함하는 냉각 시스템에 관한 것으로, 개별 냉각 회로들은 상이한 온도 레벨을 가진다. 상호작용, 예컨대 열전달을 통해 발생되는 냉각 회로들 중 하나에 대한 추가 부하를 방지하기 위해, 각각의 냉각 회로들은 통상적으로 각각의 경우 전용 평형 컨테이너(equalizing container)를 구비하고, 이후 냉각 회로들은 이를 통해 통기된다. 그 결과, 비교적 대형 설치 공간이 필요하며, 전체 중량이 증가한다. 또한, 개별 평형 컨테이너들에는 각각의 경우 블로우-오프 밸브 및/또는 냉각수 레벨 센서가 장착되어야 한다. 아울러, 제조 중에, 개별 평형 컨테이너들은 또한 개별 및 그에 따른 복잡한 충진을 필요로 한다.

게다가, 냉각 회로들이 통기를 위한 공통 평형 컨테이너를 공유하는 냉각 시스템이 종래 기술에 알려져 있다. 여기서, 그러나, 개별 냉각 회로들이 적어도 일시적으로 서로 분리되도록 하는 개별 전기 스위칭 밸브들의 구동 및 제어는 복잡하게 이루어진다.

본 발명의 목적은, 복수의 냉각 시스템이 비교적 큰 복잡성 없이 공통 평형 컨테이너를 공유할 수 있는, 차량을 위한 간단한 냉각 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 목적은, 제1 압력이 존재하는 제1 냉각 회로와, 제2 압력이 존재하는 제2 냉각 회로로 구성되며, 제1 냉각 회로 및 제2 냉각 회로는 통기를 위한 공통 평형 컨테이너를 공유하는, 차량용 냉각 시스템에 있어서, 냉각 시스템은 제1 압력이 제2 압력보다 낮은 경우 제1 냉각 회로가 수동 요소에 의해 제2 냉각 회로로부터 분리되도록 수동 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템을 통해 달성된다.

종래 기술과 비교할 때, 본 발명에 따른 냉각 시스템은, 제2 냉각 회로를 통한 제1 냉각 회로의 추가 부하를 방지하거나 억제하기 위해, 제1 냉각 회로가 특히 작동으로 인해 제2 냉각 회로로부터 분리되도록 수동 요소가 독립적으로 보장한다는 이점이 있다. 동시에, 수동 요소는, 상호작용, 예컨대 일방향 열부하가 전혀 예상되지 않거나 아주 적게 예상되는 상황에서, 냉각 회로들 사이의 분리가 철회되도록 보장하고, 그에 따라 공통 평형 컨테이너의 사용으로 제1 냉각 회로의 통기를 가능하게 한다. 독립적인 분리를 위해, 수동 요소는 제1 및 제2 냉각 회로 사이의 압력차 또는 압력 구배를 활용한다. 그 결과, 밸브들의 복잡한 작동을 생략한다. 최종적으로, 본 발명에 따른 냉각 시스템은 또한 평형 컨테이너수의 감소를 가능하게 한다.

여기서, 수동 요소는 환경적 변수로 인해, 즉 수동 요소의 환경을 묘사하는 물리적 파라미터 또는 파라미터 세트로 인해 그 상태를 고정하는 요소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 환경적 변수는 바람직하게는 냉각 시스템 또는 냉각 시스템의 일부, 특히 제2 냉각 회로가 가열될 때 값이 변경된다. 여기서, 특히 바람직하게는, 수동 요소는 환경, 즉 환경 변수에 압력-민감성 방식으로 반응하며, 작동으로 인해 냉각 회로들의 분리가 요구되는 경우 독립적으로 냉각 회로들의 분리를 보장한다. 예컨대, 제1 또는 제2 냉각 회로로서, 냉각 시스템은 엔진을 냉각하기 위한 냉각 회로, 즉 엔진 냉각 회로, 흡입 공기 냉각을 위한 냉각 회로, 또는 고전압 부품을 냉각하기 위한 냉각 회로를 포함한다. 여기서, 특히, 제1 냉각 회로의 온도 레벨은 제2 냉각 회로의 온도 레벨과 적어도 일시적으로 상이하게 제공된다.

본 발명의 유리한 실시예 및 개선예들은 도면을 참조한 설명 및 종속항들로부터 얻어질 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 수동 요소는 밸브, 특히 체크 밸브를 포함한다. 체크 밸브의 형태로, 적절한 수단이 제공될 수 있고, 제1 압력이 제2 압력보다 낮은 경우, 상기 수단을 통해 제1 냉각 회로가 제2 냉각 회로로부터 신뢰할 만하게 분리될 수 있다. 특히, 제1 냉각 회로는 제1 냉각 회로와 제2 냉각 회로 사이의 폐쇄를 보장하는 수동 요소에 의해 제2 냉각 회로로부터 분리된다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 능동 요소가 제1 작동 상태에서 제2 압력을 제1 압력보다 높게 유지하도록 제공된다. 그 결과, 분리를 위해 요구되는 압력차가 능동 요소 없이 달성되지 않지만, 분리의 철회가 바람직하지 않은 상황에서 분리가 유지될 수 있다. 이는 예컨대 제2 냉각 회로 내의 압력이 엔진 속도에 따라 좌우되는 경우이다. 그 결과, 예컨대 교통 체증 또는 느림보 운전(stop and go driving) 중에, 제2 냉각 회로의 온도가 온도 임계값을 초과하지만, 압력의 회전 속도 종속성으로 인해 제2 냉각 회로에서 분리를 위해 요구되는 제2 압력을 보장하는 속도 임계값을 엔진이 초과하지 않는 상황이 발생할 수 있다. 여기서, 예컨대 기계식 워터 펌프의 사용 시에 회전 속도 점프가 제2 냉각 회로에서 일어난다. 이러한 상황에서 제1 냉각 시스템의 추가 부하를 방지하기 위해, 냉각 시스템은 특히 수동 요소의 영역에서 제2 냉각 회로 내에 배치되는 능동 요소를 포함한다. 예컨대, 속도 임계값은 2000 rpm에 놓여있고, 온도 임계값은 예컨대 대략 40 ℃에 놓여있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 능동 요소는 차량의 제2 작동 상태에서 비활성화된다. 특히, 엔진 속도가 속도 임계값을 초과하고 제2 냉각 회로의 온도가 온도 임계값을 초과하는 경우, 차량은 제2 작동 상태에 존재한다. 엔진 속도가 속도 임계값을 초과하기 때문에, 제1 및 제2 냉각 회로의 원하는 분리를 위해 제공되는 제2 압력이 능동 요소의 작용 없이 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 차량이 제3 작동 상태인 경우 수동 요소를 통한 분리가 철회된다. 엔진 속도가 속도 임계값, 바람직하게는 추가적인 속도 임계값 미만이며 온도가 온도 임계값 미만인 경우, 차량은 바람직하게 제3 작동 상태에 존재한다. 제3 작동 상태에서, 제1 냉각 회로에 대한 추가 부하의 위험이 감소하며, 제1 및/또는 제2 냉각 회로에는 수동 요소를 통한 분리의 철회를 통해 공통 평형 컨테이너를 통한 통기 가능성이 제공된다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 능동 요소는 배기가스 터보차저 애프터런 펌프를 구비하며, 제2 냉각 시스템은 엔진 냉각을 위해 제공되며, 제1 냉각 시스템은 저온 냉각 회로이다. 배기가스 터보차저 애프터런 펌프에 의해, 그 압력 점프가 제1 작동 상태에서 체크 밸브의 폐쇄를 보장하기 위해 유리하게 사용될 수 있고, 그 결과 열 도입이 효과적으로 배제된다.

본 발명의 다른 대상은, 제1 냉각 회로가 제1 및 제2 작동 상태에서 수동 요소에 의해 제2 냉각 회로로부터 분리되고, 수동 요소에 의한 분리가 제3 작동 상태에서 철회되는, 상기 기술된 바와 같은 냉각 시스템의 작동 방법이다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 제1 작동 상태에서 제1 냉각 회로는 수동 요소에 대한 능동 요소의 직접 또는 간접 작용을 통해 제2 냉각 회로로부터 분리되는 것이 제공된다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 제1 냉각 회로 및/또는 제2 냉각 회로는 온도 임계값 미만인 제2 냉각 회로의 온도에서 공통 평형 컨테이너를 통해 통기되는 것이 제공된다.

본 발명의 추가적인 상세들, 특징들, 및 이점들은 도면, 및 도면을 이용한 바람직한 구현예들의 후술하는 설명으로부터 나타난다. 여기서, 도면은 본 발명의 본질적인 개념을 제한하지 않는 본 발명의 단지 예시적인 구현예들을 도시한다.

도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 차량용 냉각 시스템을 도시한다.

다양한 도면들에서, 동일한 부분들에는 항상 동일한 참조번호들이 부여되므로, 대개는 또한 각각의 경우 한 번만 지칭되거나 언급된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 차량용 냉각 시스템(1)을 도시한다. 여기서, 냉각 시스템(1)은 제1 냉각 회로(11), 바람직하게는 예컨대 흡입 공기 냉각을 위해 제공되는 저온 회로, 및 바람직하게는 엔진 냉각을 위해 제공되는 제2 냉각 회로(12)를 포함한다. 제2 냉각 회로(12)는 좌우측 라디에이터(5), 휠 세트 열교환기(4), 및/또는 고전압 열교환기(7)와 같은 복수의 냉각 유닛을 포함하고, 제1 냉각 회로(11)는 하나 이상의 저온 열교환기(6) 및/또는 저온 흡입 공기 냉각기(8)와 같은 복수의 냉각 유닛을 포함하는 것을 또한 고려할 수 있다. 여기서, 제1 냉각 회로(11) 및 제2 냉각 회로(12)는 바람직하게 각각의 온도 레벨로 인해 상이하다. 특히, 제1 냉각 회로(11)의 온도 레벨은 제2 냉각 회로(12)의 온도 레벨보다 낮다. 각각의 경우 개별 평형 컨테이너 대신에, 개별 냉각 회로들을 통기시키기 위한 공통 평형 컨테이너를 사용하는 것은 공간 절약, 중량 절약, 및 추가 비용 절약에 관한 이점을 제공한다. 아울러, 제조 중에 한번의 충진 작동만이 요구되는데, 이는 제조 공장의 용적 및 제조 시간에 긍정적인 영향을 미친다. 게다가, 단일 블로우-오프 밸브가 과도한 압력으로부터 모든 냉각 회로들을 보호하기에 충분하고, 하나의 공통 냉각수 레벨 센서만이 필요하다. 제2 냉각 회로(12)가 엔진 냉각 회로인 경우, 엔진 냉각 회로의 시스템 파일럿 압력이 모든 냉각 회로들에 대해 유효하게 될 수 있고, 그 결과 간접 흡입 공기 냉각기의 끓는 경향이 감소하며, 펌프 공동화가 감소한다. 이러한 다수의 이점에도 불구하고, 종래 기술에서는 공통 평형 컨테이너가 종종 생략되는 대신에, 냉각 회로들 사이의 열교환 및 그에 따른 더 낮은 온도 레벨을 갖는 냉각 회로에 대한 추가 부하 및 통기 저하를 방지하기 위해, 전용 평형 컨테이너가 각각의 냉각 회로에 제공된다. 도시된 본 발명의 예시적인 구현예에서, 제1 냉각 회로(11) 및 제2 냉각 회로(12)는 공통 평형 컨테이너를 구비하며, 제1 냉각 회로(11)의 제1 압력이 제2 냉각 회로(12)의 제2 압력보다 낮은 경우, 제1 냉각 회로(11)는 수동으로, 즉 수동 요소(10)에 의해 제2 냉각 회로(12)로부터 분리된다. 예컨대, 상기 수동 분리는 제1 냉각 회로(11)와 제2 냉각 회로(12) 사이에 배치되는 체크 밸브(13)를 통해 실현된다. 수동 요소(10)에 의한 분리가 있는 경우, 제1 냉각 회로(11)와 제2 냉각 회로(12) 사이의 열전달과 같은 상호작용이 억제되거나 심지어 방지될 수 있다. 제1 냉각 회로(11)의 제1 압력이 제2 냉각 회로(12)의 제2 압력보다 낮을 때, 분리는 수동 요소(10)를 통해, 특히 체크 밸브(13)에 의해 수행된다. 수동 요소(10)에서의 상기 압력 구배가 유지되는 한, 제1 및 제2 냉각 회로(11, 12)는 서로 분리된 상태로 유지되며, 열전달이 방지된다. 도시된 예시적인 구현예에서, 제2 냉각 회로(12)는 엔진 냉각 회로를 포함하고, 제1 냉각 회로(11)는 저온 회로를 포함한다. 게다가, 수동 요소(10)는 제2 압력이 제1 압력보다 높아지는 경우 독립적으로 저온 회로로부터의 엔진 회로의 분리를 보장하며, 제2 냉각 회로(12) 내의 압력 발달은 예컨대 자신의 온도를 통해 그리고 엔진 속도-종속 워터 펌프(17)를 통해 고정되는 것이 제공된다. 반대로, 제2 냉각 회로는 바람직하게 엔진 속도-독립 워터 펌프(16)를 포함한다. 특히 분리를 위해 요구되는 압력 구배(이 경우, 제2 압력이 제1 압력보다 높음)는, 엔진 속도가 속도 임계값, 예컨대 2000 rpm을 초과하고 제2 냉각 회로 내의 온도가 온도 임계값, 예컨대 40 ℃를 초과하는 경우, 추가적인 도움 없이 설정되는 것으로 규정된다. 능동 요소(14)가 바람직하게는 제2 냉각 회로(12) 내에 제공되는데, 이 능동 요소는 엔진 속도가 속도 임계값 미만이며 온도가 온도 임계값을 초과하는 경우 수동 요소(10)에서 원하는 압력 구배를 유지하거나 초래한다. 그 결과, 제2 냉각 회로(12)가 독립적으로 원하는 압력 구배를 보장할 수 없지만, 엔진 냉각 회로의 온도가 저온 회로에 대한 부하를 나타내므로, 수동 요소를 통한 분리의 철회가 바람직하지 않은 상황에서도 제2 냉각 회로(12)로부터의 제1 냉각 회로(11)의 분리가 보장될 수 있다. 특히, 제2 냉각 회로(12)의 온도가 온도 임계값을 초과하고 엔진 속도가 엔진 속도 임계값 미만인 경우에 차량은 제1 작동 상태인 반면, 제2 냉각 회로(12)의 온도가 온도 임계값을 초과하고 엔진 속도가 마찬가지로 엔진 속도 임계값을 초과하는 경우에 차량은 제2 작동 상태이다. 예컨대, 차량은 느림보 운전 또는 교통 체증 중에 제1 작동 상태를 취한다. 이러한 유형의 상황에서, 제1 및 제2 냉각 회로(11, 12)의 온도 레벨들 사이의 온도차는 비교적 높고, 냉각 회로들 사이의 분리의 철회는 제1 냉각 회로(11)에 대한 연관된 부하와 함께 대응하는 열전달로 이어질 것이다. 예컨대, 능동 요소(14)는 배기가스 터보차저 애프터런 펌프를 포함하며, 체크 밸브(13)가 폐쇄된 상태로 유지되고 열전달이 실질적으로 억제되거나 억제될 수 있는 방식으로, 펌프의 압력 점프는 제2 냉각 회로(12) 측의 수동 요소(10)에서 압력을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 특히, 능동 요소(14) 및 수동 요소(10)는, 제1 및 제2 작동 상태에서 폐쇄가 수동 요소(10)를 통해 일어나며 통기가 방지되는 방식으로 구성된다. 통기는 바람직하게 엔진이 예컨대 1000 rpm 미만의 속도를 가지며 제2 냉각 회로의 온도가 온도 임계값 미만인 제3 작동 상태에서 일어난다. 특히, 제3 작동 상태에서, 능동 요소(14)는 비활성화되고 제2 압력은 제1 압력보다 낮다. 그 결과, 제2 냉각 회로(12)를 통한, 특히 있을 수 있는 열 도입을 통한 제1 냉각 회로(11)에 대한 부하가 제1 및 제2 작동 상태에서의 부하에 비해 낮은 경우, 수동 요소(10)를 통한 분리가 자동으로 철회되며 통기가 이루어질 수 있다.

1 냉각 시스템
4 휠 세트 열교환기
5 좌우측 라디에이터
6 저온 열교환기
7 고전압 열교환기
8 흡입 공기 냉각 수단
10 수동 요소
11 제1 냉각 회로
12 제2 냉각 회로
13 체크 밸브
14 능동 요소
16 엔진 속도-독립 워터 펌프
17 엔진 속도-종속 워터 펌프

Claims (9)

1. 제1 압력이 존재하는 제1 냉각 회로(11)와, 제2 압력이 존재하는 제2 냉각 회로(12)로 구성되며, 제1 냉각 회로(11) 및 제2 냉각 회로(12)는 통기를 위한 공통 평형 컨테이너를 공유하는, 차량용 냉각 시스템에 있어서,
   냉각 시스템(1)은 제1 압력이 제2 압력보다 낮은 경우 제1 냉각 회로(11)가 수동 요소(10)에 의해 제2 냉각 회로(12)로부터 분리되도록 수동 요소(10)를 구비하고, 또한 제2 냉각 회로(12)의 온도가 온도 임계값을 초과하고, 엔진 속도가 엔진 속도 임계값 미만인 차량의 제1 작동 상태에서 제1 압력이 제2 압력보다 낮도록 보장하는 능동 요소(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 차량용 냉각 시스템(1).
2. 제1항에 있어서, 수동 요소(10)는 밸브를 포함하는, 차량용 냉각 시스템(1).
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 능동 요소(14)는 제2 냉각 회로(12)의 온도가 온도 임계값을 초과하고 엔진 속도가 엔진 속도 임계값을 초과하는 차량의 제2 작동 상태에서 비활성화되는, 차량용 냉각 시스템(1).
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차량이 제2 냉각 회로(12)의 온도가 온도 임계값 미만이고 엔진 속도가 1000rpm 미만인 제3 작동 상태인 경우, 수동 요소(10)를 통한 분리는 철회되는, 차량용 냉각 시스템(1).
6. 제1항에 있어서, 능동 요소(14)는 배기가스 터보차저 애프터런 펌프를 구비하며, 제2 냉각 회로(12)는 엔진 냉각을 위해 제공되고, 제1 냉각 회로(11)는 저온 냉각 회로인, 차량용 냉각 시스템(1).
7. 제1항 또는 제2항에 따른 냉각 시스템(1)의 작동 방법으로서,
   제1 냉각 회로(11)가 제1 및 제2 작동 상태에서 수동 요소(10)에 의해 제2 냉각 회로(12)로부터 분리되고, 수동 요소(10)에 의한 분리는 제3 작동 상태에서 철회되는, 냉각 시스템의 작동 방법.
8. 제7항에 있어서, 제1 작동 상태에서 제1 냉각 회로(11)는 수동 요소(10)에 대한 능동 요소(14)의 직접 또는 간접 작용을 통해 제2 냉각 회로(12)로부터 분리되는, 냉각 시스템의 작동 방법.
9. 제7항에 있어서, 제1 냉각 회로(11) 및 제2 냉각 회로(12) 중 적어도 하나의 냉각 회로는 제2 냉각 회로(12)의 온도가 온도 임계값 미만인 경우 공통 평형 컨테이너를 통해 통기되는, 냉각 시스템의 작동 방법.

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