KR20050028106A

KR20050028106A - 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템

Info

Publication number: KR20050028106A
Application number: KR1020030064403A
Authority: KR
Inventors: 이병화
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-03-22

Abstract

본 발명은 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템에 관한 것으로, 인터쿨러(4)의 내부에 에어컨 냉매라인의 팽창밸브(14) 직후 부분과 유입관(22)으로 연결되고 증발기(15) 직전 부분과 배출관(24)으로 연결되어 에어컨의 저온 냉매가 흐를 수 있도록 된 열교환기(30)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 주행풍이 불지 않는 정지 아이들 시나 저속주행시에도 엔진(1)의 연소실로 공급되는 공기의 온도를 낮추어 줄 수 있게 됨으로써 충분한 양의 공기를 공급할 수 있으므로, 엔진 출력이 향상되고, 매연 등의 유해성분이 감소하는 효과가 있다.

Description

자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템{Inter cooler performance improving system of vehicles}

본 발명은 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템에 관한 것으로, 특히 에어컨의 냉매를 이용한 인터쿨러 성능 향상 시스템에 관한 것이다.

인터쿨러는 도 1에 도시된 바와 같이, 터보차저(3)가 장착된 차량에서 터보자저(3)에 의해 흡입공기가 압축 공급될 때 온도가 상승하여 엔진(1)의 연소실내 충진효율이 저하되는 것을 막기 위해 흡입공기를 냉각시켜 주는 장치이다.

따라서, 충분한 양의 공기가 연소실로 공급됨으로써 연료량을 증가시킬 수 있으므로 엔진 출력을 향상시킬 수 있고, 또한 연소상태가 양호해짐으로써 매연 및 유해 배기가스의 배출량도 감소시킬 수 있게 된다.

이를 위해 인터쿨러(4)는 엔진(1)의 배기가스 배출력에 의해 작동되는 터보차저(3)와 흡기매니폴드(2)의 사이에 설치된다.

한편, 도시된 바와 같은 공랭식 인터쿨러(4)의 냉각성능은 주행풍의 온도에 크게 영향 받는다.

그런데, 주행풍의 온도는 주행풍속에 크게 영향 받으며, 주행풍속은 차속에 비례한다. 따라서, 엔진 아이들(idle) 및 저속 주행시에는 주행풍속이 매우 작으므로 인터쿨러(4)에 의한 과급 공기 냉각 효과가 거의 없다는 문제점이 있었다.

실제로 엔진 아이들 상태의 실차에서 인터쿨러의 입구 공기온도와 출구 공기온도를 측정하여 비교해 보면 그 차이가 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.

따라서, 아이들 및 저속 주행시에는 터보차저(3)에 의해 과급되어 들어오는 공기를 냉각시켜 줄 수 없으므로 충진효율이 떨어져 엔진 출력이 감소하게 될 뿐만 아니라, 특히, 여름철 아이들 상태에서 급가속을 할 때(신호 대기중인 상태에서 급출발을 하는 경우) 공기의 온도가 높아 공급 공기량이 연료량에 비해 크게 부족하므로 미연소에 의한 매연이 다량으로 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 아이들 및 저속 주행시에도 인터쿨러가 흡입되는 공기를 충분히 냉각시켜 줄 수 있게 됨으로써 엔진 출력이 향상되고, 매연 발생량도 저감될 수 있도록 된 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인터쿨러의 내부에 에어컨 냉매라인의 팽창밸브 직후 부분과 유입관으로 연결되고 증발기 직전 부분과 배출관으로 연결되어 에어컨의 저온 냉매가 흐를 수 있도록 된 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템의 구성도로서, 본 발명은 인터쿨러(4)의 내부에 에어컨의 찬 냉매가 흐르는 열교환기(30)를 설치하여 인터쿨러(4)를 지나는 공기가 냉각될 수 있도록 된 것이다.

도시된 바와 같이, 엔진(1)의 흡기 시스템은 에어클리너(도시하지 않음)→터보차저(3)→인터쿨러(4)→흡기매니폴드(2)로 구성되어, 에어클리너에서 외기를 정화/흡입하고, 터보차저(3)에서 압축한 뒤, 인터쿨러(4)에서 냉각시켜, 흡기매니폴드(2)를 통해 분기시켜 각 연소실로 공급하고 있다.

한편, 차량의 에어컨 시스템은 도시된 바와 같이, 일반적으로 컴프레서(11)→콘덴서(12)→리시버 드라이어(13)→팽창밸브(14)→증발기(15)로 이루어져 있다.

따라서, 컴프레서(11)에서 기체상태의 냉매를 압축하여 콘덴서(12)로 보내면, 콘덴서(12)는 고온의 기체상태 냉매를 응축시켜 중온의 액체상태로 바꾸고, 팽창밸브(14)에서 냉매를 증발하기 쉬운 저온의 액체상태로 바꾸며, 마지막으로 증발기(15)에서 주변의 열을 빼앗아 기체상태로 증발됨으로써 냉각작용을 하게 된다.(미설명 부호 13은 리시버 드라이버로서, 이는 콘덴서(12)에서 응축되어 액화한 냉매를 일시적으로 저장하면서 동시에 액중의 수분과 먼지를 제거하는 역할을 한다.)

한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기 인터쿨러(4) 내부의 열교환기(30)에 가능한한 저온의 냉매를 흘려보내 주어야 인터쿨러(4)로 들어오는 고온의 공기를 효과적으로 냉각시켜 줄 수 있게 된다.

따라서, 에어컨 시스템의 냉매 순환라인에서 팽창밸브(14) 직후의 부분에서 냉매라인을 분지시켜 열교환기(30)로의 유입관(22)을 만든다.(팽창밸브(14)를 빠져 나온 냉매는 0℃에 가까운 저온저압의 액체상태이다. 이와 비교하여 볼 때 컴프레서(11)를 빠져나온 냉매는 약 70℃의 고온고압 기체상태이다.)

유입관(22)의 초입에는 냉매의 흐름을 차단 또는 연결하는 솔레노이드밸브(20)가 설치되며, 이 솔레노이드밸브(20)는 엔진제어유니트(ECU;40)에 의해 작동제어 된다.

또한, 인터쿨러(4)내 고온 공기와 열교환한 뒤의 냉매는 다소 온도가 상승되었다고는 하나, 냉매 라인 전체에서 볼 때 아직 저온의 액체상태이므로 이와 유사한 상태의 냉매가 흐르는 증발기(15) 직전 부분으로 배출되도록 열교환기(30)와 증발기(15) 직전 부분이 냉매라인을 연결하는 배출관(24)을 설치한다.

한편, 상기 인터쿨러(4)은 도 3에 도시된 바와 같이, 터보차저(3)에서 배출된 공기가 들어가는 입구부(4a)와 흡기매니폴드(2)로 냉각된 공기가 배출되는 출구부(4b) 및 이들의 사이에서 주행풍과 열교환하는 열교환부(4c)로 이루어지는데, 상기 열교환기(30)는 인터쿨러(4)의 출구부(4b) 내측에 설치된다.

상기 열교환기(30)의 구조는 다음과 같다.

상기 열교환기(30)는 팽창밸브(14)의 직후 부분으로부터 분지된 상기 유입관(22)의 끝부분에 연결되는 입구관(31)과, 증발기(15) 직전 부분으로 연결되는 상기 배출관(24)의 시작부분에 연결되는 출구관(32)과, 이 출구관(32)과 상기 입구관(31) 사이를 연결하되 다수의 관으로 이루어진 분지관(33) 및, 상기 입구관(31)에 설치된 밸브(34)로 이루어진다.

그리고, 상기 밸브(34)는 도 4에 도시된 바와 같이, 입구관(31)을 횡방향으로 가로 질러 설치되는 것으로, 중앙에 피스톤(35)이 내장되고, 피스톤(35)의 한쪽 공간에는 이를 탄지하는 스프링(36)이 내장되며, 다른 한쪽 공간(38)에는 왁스(39)가 충진되어 있다.

또한, 상기 피스톤(35)에는 입구관(31)의 통로와 동일 지름의 관통홀(35a)이 형성되어 있고, 한쪽 측부에 형성된 로드(35b)는 피스톤 설치공간과 상기 왁스(39) 충진 공간(38)을 연결하는 가이드공(37)에 삽입되어 왁스(39)와 맞닿아 있게 된다.

이제, 본 발명의 작용 및 효과를 설명한다.

본 발명은 에어컨 시스템의 냉매를 이용하는 것이므로, 기본적으로 에어컨이 작동하고 있어야 할 필요가 있다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 엔진이 시동되어 있고, 에어컨이 작동하고 있는 상태라면, 엔진제어유니트(40)는 차속센서를 통해 차속을 측정하여 측정 차속이 10km/h 이하 인지를 판단한다.

차속이 10km/h 초과일 경우에는 불어오는 주행풍에 의해서 인터쿨러(4)의 성능이 충분히 발휘되므로 에어컨 냉방성능의 감소를 감수하면서 본 발명 시스템을 작동시킬 이유가 없기 때문이다.

측정된 차속이 10km/h 이하일 경우, 엔진제어유니트(40)는 상기 솔레노이드밸브(20)를 on시켜 유입관(22)을 개방하여 열교환기(30)로 저온의 냉매가 흘러들 수 있도록 한다.

따라서, 저온 냉매가 열교환기(30)의 분지관(33)을 통과하면서 인터쿨러(4) 내부를 통과하는 공기와 열교환하여 이를 냉각시킴으로써 흡기매니폴드(2)를 통해 엔진(1)으로 공급되는 공기의 온도를 보다 더 낮추어 줄 수 있게 된다.

따라서, 전술한 바와 같이 연소실내 공기의 밀도를 향상시킬 수 있으므로 보다 많은 양의 연료를 분사할 수 있게 되어 엔진의 출력이 향상되고, 또한 충분한 양의 공기가 공급됨으로써 연소상태가 양호해져 미연소에 의한 매연등 유해 배기가스의 배출량이 줄어들게 된다.

한편, 아이들 상태이거나 10km/h 이하의 저속주행 상태이더라도 인터쿨러(4)내로 유입되는 공기의 온도가 40℃ 미만이면 이 경우 역시 굳이 냉방성능의 손실을 감수하면서 에어컨 냉매를 이용하여 흡입되는 공기의 온도를 낮출 필요가 없으므로 상기 밸브(34)는 다음과 같은 조건으로 작동하게 되어 있다.

즉, 인터쿨러(4) 내로 유입되는 공기의 온도가 40℃ 미만인 경우에, 상기 왁스(39)는 팽창하지 않는 상태로서, 이때 피스톤(35)에 의해 입구관(31)의 통로가 완전히 차단되어 있으므로 냉매가 분지관(33)으로 흐를 수 없게 된다.

그러나, 인터쿨러(4)로의 유입 공기 온도가 40~60℃의 수준이면 도 5에 도시된 바와 같이, 왁스(39)가 조금 팽창하여 스프링(36)을 압축시키면서 피스톤(35)이 이동하여 입구관(31)의 통로와 피스톤(35)의 관통홀(35a)이 부분일치하여 입구관(31)의 통로가 부분개방됨으로써 중간량의 냉매가 분지관(33)을 통해 흐르면서 인터쿨러(4)내 공기를 냉각시켜주게 된다.

그리고, 인터쿨러(4)내 공기 온도가 60℃를 넘게 되면 도 6에 도시된 바와 같이, 왁스(39)가 최대로 팽창하여 피스톤(35)를 이동시킴으로써 입구관(31)의 통로와 상기 관통홀(35a)이 완전히 일치하여 많은 양의 냉매가 분지관(33)을 통해 흐르면서 인터쿨러(4)내 공기를 냉각시켜주게 된다.

즉, 상기 밸브(34)는 인터쿨러(4) 내부 공기온도에 따라 그 개방정도가 조절되어 분지관(33)을 따라 흐르는 냉매의 양 즉, 인터쿨러(4) 내 공기와 열교환하는 냉매의 양을 적절히 조절함으로써 효율적으로 인터쿨러(4)의 작용을 보조하면서 냉방성능의 손실을 최소화시키는 역할을 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 에어컨 시스템의 저온 냉매를 이용하여 인터쿨러로 유입되는 공기를 냉각시켜 줄 수 있게 된다.

따라서, 엔진 연소실로 보다 많은 양의 공기를 공급할 수 있게 됨으로써 엔진의 출력을 향상시킬 수 있고, 특히 아이들 및 정지상태에서 급가속할 경우에도 공급연료량에 대해 충분한 양의 공기를 공급할 수 있게 됨으로써 미연소에 의한 매연 및 유해배기가스의 발생량을 크게 줄일 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 인터쿨러가 설치된 흡기 시스템의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 인터쿨러 성능 향상 시스템의 구성도,

도 3은 본 발명의 요부인 열교환기의 설치 상태도,

도 4 내지 도 6은 상기 열교환기의 밸브 부위 단면도로서,

도 4는 밸브가 닫혀 있는 상태의 단면도,

도 5는 밸브가 부분 개방된 상태의 단면도,

도 6은 밸브가 완전 개방된 상태의 단면도,

도 7은 본 발명의 제어 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 엔진, 2 : 흡기매니폴드,

3 : 터보차저, 4 : 인터쿨러,

11 : 컴프레서, 12 : 콘덴서,

13 : 리시버 드라이어, 14 : 팽창밸브,

15 : 증발기, 20 : 솔레노이드밸브,

22 : 유입관, 24 : 배출관,

30 : 열교환기, 31 : 입구관,

32 : 출구관, 33 : 분지관,

34 : 밸브, 35 : 피스톤,

35a : 관통홀, 35b : 로드,

36 : 스프링, 37 : 가이드공,

38 : 왁스 충진 공간, 39 : 왁스,

40 : 엔진제어유니트.

Claims

인터쿨러(4)의 내부에 에어컨 냉매라인의 팽창밸브(14) 직후 부분과 유입관(22)으로 연결되고 증발기(15) 직전 부분과 배출관(24)으로 연결되어 에어컨의 저온 냉매가 흐를 수 있도록 된 열교환기(30)가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 배출관(24)의 초입에 솔레노이드밸브(40)가 설치되고, 이 솔레노이드밸브(40)는 엔진제어유니트(40)에 의해 엔진이 아이들 상태이거나 저속주행시(10km/h 이하)일 경우에 on되어 개방되는 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 열교환기(30)는 상기 유입관(22)과 배출관(24)에 연결되는 입구관(31)과 출구관(32), 이들 입구관(31)과 출구관(32)의 사이를 연결하는 다수의 분지관(33) 및 상기 입구관(31)에 설치되는 밸브(34)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템.
제 3항에 있어서, 상기 밸브(34)는 관통홀(35a)이 형성된 피스톤(35)이 중간에 내장되고, 그 양측에 피스톤(35)을 탄지하는 스프링(36)과 인터쿨러(4)내 공기 온도에 따라 팽창하면서 피스톤(35)을 밀어 주어 입구관(31) 통로의 개방정도를 조절하는 왁스(39)를 구비한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 열교환기(30)는 인터쿨러(4)의 내부공간중 출구부(4b)에 내장되는 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 성능 향상 시스템.