KR20020046504A - 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치 - Google Patents

엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 초기 시동시에 배기가스의 배기열을 이용하여 냉각수를 가열함으로써 실내난방성능을 향상시켜 편의성을 증대시킬 수 있는 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치에 관한 것으로, 이 난방 보조 장치는 촉매 컨버터(6)와 배기 머플러(14)사이의 배기 파이프(8)일부를 분리하여 만든 제 1 및 제 2분기관(12)과, 촉매 컨버터(6)로부터 배출된 배기가스를 제 1분기관(10)과 제 2분기관(10, 12)중 하나로 공급하기 위한 배기관 밸브(20)와, 제 2분기관(12)에 설치된 배기 열교환기(16)와, 엔진(2)에서 배출된 냉각수를 배기 열교환기(16)로 공급하도록 냉각수 유입관(36)에 연결된 바이패스관(24)과, 엔진(2)으로부터 배출된 냉각수를 히터 코어(30)로 직접 공급하거나 바이패스관(24)을 통해 배기 열교환기(16)로 공급하는 냉각수 밸브(22)와, 외기온센서(42), 냉각수온 센서(44) 및 실내 블로어 스위치(46)로부터 전달되는 입력신호를 바탕으로 냉각수 밸브(22)와 배기관 밸브(20)를 온/오프 제어하는 제어유닛(40)으로 구성된다.

Description

엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치{SUB HEATING SYSTEM USING EXHAUST GASES FOR AN ENGINE}
본 발명은 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 엔진의 초기 시동시에 배기가스의 배기열을 이용하여 냉각수를 가열함으로써 실내난방성능을 향상시켜 편의성을 증대시킬 수 있는 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치에 관한 것이다.
최근, 배기가스의 규제가 강화되고 동력성능의 향상이 요구되고 있으며, 이러한 요구에 대응하기 위하여 디젤엔진에서는 여러 가지 신기술이 개발되어 적용되고 있다. 이러한 신기술의 하나로서 기존의 간접분사엔진에서 직접분사엔진으로 변경되어 가는 추세이며 그로 인해, 엔진의 출력은 향상되고 배기가스는 저감되나 냉각수로의 열전달은 줄어들어 엔진 냉각수의 상승비율과 온도가 기존의 간접분사방식의 엔진에 비하여 낮은 실정이다.
이것은 엔진 냉각수를 열원으로 사용하는 실내 난방성능이 상대적으로 저조하게 되는 결과를 초래하였으며, 이를 해소하기 위한 방안으로 실내 난방성능을 위한 별도의 전기식 히터나 연료연소식 히터를 이용하여 냉각수를 가열하는 시스템을 개발하여 실차에 적용하고 있다.
그러나, 전기식 플러그 히터는 과도한 소비전력 때문에 연료소비가 과다하고 성능이 낮으며, 연료연소식 히터는 시스템 전체의 구조가 복잡하고 가격이 비싼 단점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 배기가스의 배기열을 이용하여 히터를 가열함으로써 별도의 열원없이도 실내를 난방할 수 있는 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 난방 보조장치가 설치된 엔진의 구성을 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 난방 보조장치의 제어관계를 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 난방 보조장치의 작동과정을 나타내는 흐름도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
2:엔진 4:배기 매니폴드
6:촉매 컨버터 8:배기 파이프
10, 12:제 1, 2분기관 14:배기 머플러
16:배기 열교환기 18:엔드 파이프
20:배기관 밸브 22:냉각수밸브
24:바이패스관 30:히터 코어
32:냉각수 유출관 36:냉각수 유입관
40:제어유닛 42:외기온센서
44:냉각수온센서 46:블로어 스위치
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치는 엔진의 배기 다기관을 통해 배출되는 배기가스 중의 유해가스를 정화하기 위한 촉매 컨버터와, 촉매 컨버터를 지나 배기 파이프로 배출되는 배기가스의 소음을 줄이기 위한 배기 머플러와, 냉각수 유입관을 통해서 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 이용하여 실내를 난방하는 히터 코어를 포함한 차량의 엔진에 있어서, 촉매 컨버터와 배기 머플러사이의 배기 파이프일부를 분리하여 만든 제 1 및 제 2분기관과, 촉매 컨버터로부터 배출된 배기가스를 제 1분기관과 제 2배기관중 하나로 공급하기 위한 배기관 밸브와, 제 2분기관에 설치된 배기 열교환기와, 엔진에서 배출된 냉각수를 배기 열교환기로 공급하도록 냉각수 유입관에 연결된 바이패스관과, 엔진으로부터 배출된 냉각수를 히터 코어로 직접 공급하거나 바이패스관을 통해 배기 열교환기로 공급하는 냉각수 밸브와, 외기온센서, 냉각수온 센서 및 실내 블로어 스위치로부터 전달되는 입력신호를 바탕으로 냉각수 밸브와 배기관 밸브를 온/오프 제어하는 제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 난방 보조장치가 설치된 엔진의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
자동차의 실내는 모든 기후조건과 실내환경에 따라서 최적의 온도 및 습도를 유지하여야 하며, 특히 추운 겨울철에는 난방장치를 작동시켜 실내를 따뜻하게 하여야 한다. 이를 위해서 대시보드 내에는 냉각수가 지나는 히터 코어(30)가 설치되어 있다. 히터 코어(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 냉각수 유입관(36)을 통해서 엔진(2)의 냉각을 마친 냉각수가 유입되는 한편, 히터 코어(30)를 통과한 냉각수는 냉각수 유출관(32)을 통해서 엔진으로 공급된다.
또한, 엔진(2)의 배기가스는 배기 매니폴드(4)를 통해서 촉매 컨버터(6)로 유입되어 유해가스의 정화가 이루어지게 되며, 정화된 배기가스는 배기 파이프(8)를 통해서 배기 머플러(14)를 지나 소음이 저감된 후에 엔드 파이프(18)를 통해서 배출된다.
이러한 구성의 차량용 엔진에 있어서, 배기가스의 열원을 이용하여 실내를 난방하기 위한 방안으로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 배기 파이프(8)의 일부를 분기하여 제 1분기관(10)과 제 2분기관(12)을 나누었다. 또, 제 2분기관(12)에는 엔진(2)으로부터 배출된 냉각수의 일부가 지나면서 배기가스의 열에 의해 가열되도록 하는 배기 열교환기(16)가 설치되어 있다.
촉매 컨버터(6)의 후단 배기 파이프(8)에는 차량의 운전 조건에 따라서 배기가스가 제 1분기관(10)으로 공급되거나 제 2분기관(12)으로 공급되도록 유로를 변화시키는 배기관 밸브(20)가 설치되어 있다.
한편, 냉각수 유입관(36)에는 엔진(2)으로부터 배출된 냉각수를 배기 열교환기(16)로 바이패스시키기 위한 바이패스관(24)이 연결되어 있으며, 냉각수 유입관(36)에는 냉각수의 유로를 가변시켜 바이패스관(24)을 통해 배기 열교환기(16)로 공급되거나 히터 코어(30)로 직접 공급되도록 하는 냉각수 밸브(22)가 설치되어 있다.
제어유닛(ECU)(40)은 차량의 각부에 설치된 센서들로부터 전달되는 입력신호를 바탕으로 현재의 차량의 상태를 판단한 다음, 냉각수 밸브(22)와 배기관 밸브(20)를 온/오프시켜 실내를 난방하게 되는데, 이를 다음의 도 2와 3에서 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 난방 보조장치의 제어관계를 나타내는 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 난방 보조장치의 작동과정을 나타내는 흐름도이다.
제어유닛(40)은 외기온센서(42)로부터 전달되는 대기온도와, 냉각수온 센서(44)로부터 전달되는 냉각수의 온도 및 실내 블로어 스위치(46)로부터 전달되는 온/오프 신호를 바탕으로 냉각수 밸브(22)와 배기관 밸브(20)에 출력신호를 보내 이를 온/오프시킨다.
즉, 제어유닛(40)은 외기온센서(42)로부터의 외기온도가 가령, 5℃이하이고, 상기 냉각수온 센서(44)로부터의 냉각수 온도가 써머스탯 개방온도(가령, 80℃)이하이고, 실내 블로어 스위치(46)가 온상태일 경우에 냉각수 밸브(22)와 배기관 밸브(20)에 제어신호를 보내 배기가스를 배기 열교환기(16)로 공급하는 한편,엔진(2)으로부터 배출되는 냉각수를 바이패스관(24)을 통해 상기 배기 열교환기(16)로 배이패스시켜 가열된 다음 히터 코어(30)로 공급되도록 제어한다.
도 3의 단계S1에서 엔진시동이 온상태로 판단되면, 제어유닛(40)은 외기온도가 5℃이하인지를 판단하고(단계S2), 외기온도가 5℃이하인 경우(단계S2에서 Y)에는 냉각수 온도가 80℃이하인지를 판단한다(단계S3). 다음에, 실내 블로어 스위치(46)의 온/오프 상태를 판단한 다음(단계S4), 온상태일 경우에는 다음의 단계S5로 진행하여 배기관 밸브(20)에 제어신호를 보내 제 2분기관(12)이 연통되도록 함과 동시에, 냉각수 밸브(22)에도 제어신호를 보내 바이패스관(24)이 연통되도록 한다.
그에 따라, 촉매 컨버터(6)를 지난 배기가스는 제 2분기관(12)을 통과하면서 바이패스관(24)을 통해 배기 열교환기(16)를 지나는 냉각수를 가열하게 되며, 배기 열교환기(16)를 지나면서 가열된 냉각수는 히터 코어(30)로 유입되어 실내를 난방하게 된다.
한편, 외기온도가 5℃이상(단계S2에서 N)이고, 냉각수 온도가 80℃이상이며(단계S3에서 N)이고, 실내 블로어 스위치(46)가 오프된 경우(단계S4에서 N)에, 단계S6으로 진행되어 제 1분기관(10) 및 냉각수 유입관(36)을 연통시킨다. 그로 인해, 촉매 컨버터(6)를 지난 배기가스는 제 1분기관(10)을 거쳐 배기 머플러(14)로 전달되는 한편, 엔진(2)에서 배출된 냉각수는 냉각수 유입관(36)을 통해 곧바로 히터 코어(30)로 배출되어 통상의 경우와 같이 차실내를 난방하게 된다.
이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 엔진에서 배출되는 냉각수를 배기 파이프의 분기관에 설치된 배기 열교환기로 공급하여 가열시킨 다음, 히터 코어로 보내기 때문에 별도의 열원없이도 실내를 난방할 수 있으므로, 종래의 전기 플러그 히터나 연료 연소식 히터에 비해서 구조가 간단하고 유지비가 저렴하다. 특히, 초기 시동시에도 신속하게 실내를 난방할 수 있기 때문에 승객에게 편의성을 증대시킨다.

Claims (2)

  1. 엔진의 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스 중의 유해가스를 정화하기 위한 촉매 컨버터와, 촉매 컨버터를 지나 배기 파이프로 배출되는 배기가스의 소음을 줄이기 위한 배기 머플러와, 냉각수 유입관을 통해서 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 이용하여 실내를 난방하는 히터 코어를 포함한 차량의 엔진에 있어서,
    상기 촉매 컨버터(6)와 상기 배기 머플러(14)사이의 배기 파이프(8)일부를 분리하여 만든 제 1 및 제 2분기관(12)과,
    상기 촉매 컨버터(6)로부터 배출된 배기가스를 상기 제 1분기관(10)과 제 2분기관(12)중 하나로 공급하기 위한 배기관 밸브(20)와,
    상기 제 2분기관(12)에 설치된 배기 열교환기(16)와,
    엔진(2)에서 배출된 냉각수를 상기 배기 열교환기(16)로 공급하도록 상기 냉각수 유입관(36)에 연결된 바이패스관(24)과,
    상기 엔진(2)으로부터 배출된 냉각수를 상기 히터 코어(30)로 직접 공급하거나 상기 바이패스관(24)을 통해 상기 배기 열교환기(16)로 공급하는 냉각수 밸브(22)와,
    외기온센서(42), 냉각수온 센서(44) 및 실내 블로어 스위치(46)로부터 전달되는 입력신호를 바탕으로 상기 냉각수 밸브(22)와 상기 배기관 밸브(20)를 온/오프 제어하는 제어유닛(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어유닛(40)은 상기 외기온센서(42)로부터의 외기온도가 가령, 5℃이하이고, 상기 냉각수온 센서(44)로부터의 냉각수 온도가 써머스탯 개방온도(가령, 80℃)이하이고, 상기 실내 블로어 스위치(46)가 온상태일 경우에 냉각수 밸브(22)와 상기 배기관 밸브(20)에 제어신호를 보내 상기 배기가스를 상기 배기 열교환기(16)로 공급하는 한편, 상기 엔진(2)으로부터 배출되는 냉각수를 상기 바이패스관(24)을 통해 상기 배기 열교환기(16)로 배이패스시켜 가열된 다음 상기 히터 코어(30)로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배기열을 이용한 난방 보조장치.
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