KR20050048143A - 엔진 냉각 및 차량 난방 기능을 갖는 복합 열교환 장치와그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진냉각 및 차량난방 기능을 갖는 복합 열교환장치와 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 히터팬과 방열기가 설치되어 있는 공조덕트에 실내로 통하는 송풍구멍과 대기로 연결되는 개구부를 형성하고, 상기 송풍구멍 또는 개구부를 선택적으로 개방시키는 절환밸브를 형성하되, 상기 절환밸브는 히터의 작동여부 또는 냉각수온도에 따라 송풍구멍 또는 개구부가 개방되도록 제어하는 ECU의 제어에 의해 절환되도록 구성하므로서, 엔진 냉각에 가장 취약한 여름철, 고 rpm, 고부하 운전영역일때 방열기를 통과하는 냉각수를 냉각시켜 엔진 냉각에 일조하도록 하여 라디에이터의 열적부담을 줄여주고, 라디에이터를 냉각시키기 위해 작동하는 냉각팬의 작동빈도를 줄여주어 밧데리의 충방전 성능 개선 및 엔진냉각성능 개선의 효과를 기대할 수 있도록 한 엔진냉각 및 차량난방 기능을 갖는 복합 열교환장치와 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

엔진냉각 및 차량난방 기능을 갖는 복합 열교환장치와 그 제어방법{Thermal exchanger and control method thereof}

본 발명은 엔진냉각 및 차량난방 기능을 갖는 복합 열교환장치와 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 엔진 냉각에 가장 취약한 여름철, 고 rpm, 고부하 운전영역일때 방열기를 통과하는 냉각수를 냉각시켜 엔진 냉각에 일조하도록 하여 라디에이터의 열적부담을 줄여주고, 라디에이터를 냉각시키기 위해 작동하는 냉각팬의 작동빈도를 줄여주어 밧데리의 충방전 성능 개선 및 엔진냉각성능 개선의 효과를 기대할 수 있도록 한 엔진냉각 및 차량난방 기능을 갖는 복합 열교환장치와 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에는 엔진을 효과적으로 냉각시키기 위해 냉각수가 순환되고 있으며, 이러한 냉각수를 이용한 냉각수회로로는 도 4 에 도시된 바와같이 제 1 및 제 2 엔진 냉각회로와 차량 난방회로가 구성된다.

상기 제 1 엔진 냉각회로(ⓐ)는 냉각수가 워터펌프(2)→엔진(1)→라디에이터(3)→써모스타트(4)→워터펌프(2)의 순서로 순환되면서 엔진(1)을 냉각시키게되고,

상기 제 2 엔진 냉각회로(ⓑ)는 냉각수가 엔진(1)→오일쿨러(5)→써모스타트(4)→워터펌프(2)의 순서로 순환되면서 냉각수가 오일쿨러(5)를 통과하면서 오일냉각에 사용된 후 엔진(1)으로 재공급되어 엔진(1)을 냉각시키게되며,

상기 난방회로(ⓒ)는 냉각수가 엔진(1)→EGR쿨러(6)→캡히터(7)→써모스타트(4)→워터펌프(2)의 순서로 순환하면서 겨울철 히터캡(7)을 통해 차량 실내로 공급되는 공기를 가열하여 난방기능이 구현되도록 하고, 또한 엔진의 저 rpm, 저부하조건일때 NOx 의 발생량을 저감시키기 위해 엔진으로 공급되는 EGR가스를 냉각시키는 용도로서 사용된다.

그러나, 종래의 난방회로는 난방기능이 사용되지 않는 여름철, 특히 엔진이 고 rpm, 고부하 조건(EGR 가스가 엔진으로 공급되지 않음)으로 운전될때에는 전혀 사용할 필요가 없게되는데, 이러한 경우에도 상기 난방회로를 통해 일정양의 냉각수가 순환하게되므로 그만큼 냉각수 손실이 발생하게되는 것이다.

즉, 전체적인 냉각수량 중에서 엔진냉각회로와 난방회로가 차지하는 냉각수 유량분포를 살펴보면, 제 1 엔진냉각회로가 70%, 제 2 엔진냉각회로가 10%, 난방회로가 20%를 차지하게되는데, 상기 설명과같이 난방기능이 필요없는 여름철, 그리고, EGR가스가 엔진으로 공급되지 않는 조건, 즉, 엔진이 고rpm, 고부하조건으로 구동할때에도 냉각수가 불필요하게 난방회로로 순환되므로 그만큼 냉각수량에 손실이 발생하면서 엔진냉각효율이 떨어지게되는 것이다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 히터팬과 방열기가 설치되어 있는 공조덕트에 실내로 통하는 송풍구멍과 대기로 연결되는 개구부를 형성하고, 상기 송풍구멍 또는 개구부를 선택적으로 개방시키는 절환밸브를 형성하되, 상기 절환밸브는 히터의 작동여부 또는 냉각수온도에 따라 송풍구멍 또는 개구부가 개방되도록 제어하는 ECU의 제어에 의해 절환되도록 구성하므로서, 엔진 냉각에 가장 취약한 여름철, 고 rpm, 고부하 운전영역일때 방열기를 통과하는 냉각수를 냉각시켜 엔진 냉각에 일조하도록 하여 라디에이터의 열적부담을 줄여주고, 라디에이터를 냉각시키기 위해 작동하는 냉각팬의 작동빈도를 줄여주어 밧데리의 충방전 성능 개선 및 엔진냉각성능 개선의 효과를 기대할 수 있도록 한 엔진냉각 및 차량난방 기능을 갖는 복합 열교환장치와 그 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

히터팬이 설치되어 있는 공조덕트에 냉각수가 통과하는 방열기가 형성되어 있는 것에 있어서,

상기 공조덕트에 실내와 연통되도록 송풍구멍을 형성하고, 공조덕트의 일단에 대기와 연통되는 개구부를 형성하며, 상기 송풍구멍에는 ECU의 제어신호에 따라 송풍구멍 또는 개구부가 선택적으로 개방되도록 하는 절환밸브를 형성하되,

상기 ECU는 히터스위치가 온상태일때 상기 절환밸브가 송풍구멍을 개방하도록 제어하고, 히터스위치가 오프상태이면서 냉각수 온도가 기준온도 이상일때 절환밸브가 개구부를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

엔진 구동시 히터 스위치(17)의 온동작여부를 판단하는 제 1 단계와;

제 1 단계의 판단결과 히터 스위치(17)가 온상태이면 ECU(16)가 절환밸브(14)를 송풍구멍(15) 측으로 개방시켜 난방동작이 이루어지도록 제어하는 제 2 단계와;

상기 제 1 단계의 판단결과 히터스위치(17)가 오프상태이면 냉각수의 온도가 기준온도 이상인지를 판단하는 제 3 단계와;

상기 제 3 단계의 판단결과 냉각수 온도가 기준온도 이상이면 절환밸브가 대기측을 개방하도록 제어하여 방열기(12)를 통과하는 냉각수의 온도가 하락하도록 하는 제 4 단계; 로 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 3 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 설명에 있어서 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호 표기하여 중복설명을 피하기로 한다.

도면부호 10 은 공조덕트를 나타내며, 상기 공조덕트(10)에는 난방회로의 일부 구성요소로서 냉각수가 통과되는 방열기(12)와 상기 방열기(12)로 공기를 통과시켜 공기가 방열기(12)를 통과하는 냉각수 온도에 의해 온도상승하도록 하는 히터팬(13)이 설치된다.

그리고, 상기 방열기(12)의 출력측에는 차량의 실내로 통하는 송풍구멍(15)과 대기중으로 통하는 개구부(11)가 서로 다른 위치에 형성되어 있다.

본 발명에서는 상기 공조덕트(10)의 일정위치에 송풍구멍(15) 또는 개구부(11)가 선택적으로 개방되도록 하는 절환밸브(14)를 형성하며, 이 절환밸브(14)는 ECU(16)의 제어에 의해 절환되도록 구성한다.

상기 ECU(16)는 히터스위치(17) 및 수온센서(18)에서 감지되는 냉각수 온도에 따라 상기 절환밸브(14)를 절환제어하게되는데,

그 제어동작은 도 3 에 도시된 바와같이 겨울철 히터스위치(17)가 온동작하였을때에는 히터팬(13)을 구동시킴과 동시에 절환밸브(14)가 송풍구멍(15)을 개방하고 개구부(11)를 차단하도록 절환시켜 방열기(12)를 통과하면서 온도 상승한 더운공기가 송풍구멍(15)을 통해 실내로 공급되어 난방기능이 구현되도록 하고,

히터스위치(17)가 오프된 상태에서 수온센서(18)에서 감지되는 냉각수 온도가 기준온도(예를들면 105℃) 보다 높을때에는 ECU(16)가 송풍구멍(15)이 차단되고, 개구부(11)가 개방되도록 절환밸브(14)를 절환시키므로서, 히터팬(13)의 구동에 의해 발생된 바람이 방열기(12)를 통과하여 개구부(11)를 통해 대기중으로 배출되면서 방열기(12)를 통과하는 냉각수를 냉각시키도록 하는 것이다.

상기 설명과같이 구성된 본 발명의 동작을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

겨울철에 운전자가 난방기능을 이용하기 위하여 히터스위치(17)를 온동작시키면, ECU(16)는 히터팬(13)을 작동시킴과 동시에 절환밸브(14)를 절환시켜 송풍구멍(15)이 개방되도록 한다.

이에따라 히터팬(13)의 작동에 의해 송풍된 공기가 방열기(12)를 통과하면서 온도상승된 후 송풍구멍(15)을 통해 차량의 실내로 공급되므로서 난방기능이 이루어지게된다.

한편, 여름철 엔진이 고 rpm, 고 부하조건으로 운전되어 수온센서(18)에서 감지되는 냉각수 온도가 기준온도 이상이면,

ECU(16)는 히터팬(13)을 온동작시키면서 절환밸브(14)를 절환시켜 개구부(11)가 개방되도록 한다.

상기 설명과같이 개구부(11)가 개방되면 히터팬(13)에서 송풍된 공기가 방열기(12)를 통과하면서 개구부(11)를 통해 대기중으로 배출되고, 이 과정에서 공기가 방열기(12)를 통과하는 냉각수로부터 열을 흡수하면서 냉각수를 냉각시키게되는 것이다.

상기와같이 방열기(12)를 통해 냉각된 냉각수는 다시 써모스탯(4)과 워터펌프(2)를 통해 엔진(1)으로 재공급되어 엔진을 냉각시키는데 보조적인 역할을 수행할 수 있게되며, 이러한 효과에 의해 라디에이터의 열적부담(냉각용량)을 줄여줄 수 있게되어 냉각팬의 작동빈도수를 줄여줄 수 있고, 냉각팬의 소비전력을 줄여줌에 따라 밧데리의 충반전효율을 개선시킬 수 있게되는 효과를 기대할 수 있다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 히터팬과 방열기가 설치되어 있는 공조덕트에 실내로 통하는 송풍구멍과 대기로 연결되는 개구부를 형성하고, 상기 송풍구멍 또는 개구부를 선택적으로 개방시키는 절환밸브를 형성하되, 상기 절환밸브는 히터의 작동여부 또는 냉각수온도에 따라 송풍구멍 또는 개구부가 개방되도록 제어하는 ECU의 제어에 의해 절환되도록 구성하므로서, 엔진 냉각에 가장 취약한 여름철, 고 rpm, 고부하 운전영역일때 방열기를 통과하는 냉각수를 냉각시켜 엔진 냉각에 일조하도록 하여 라디에이터의 열적부담을 줄여주고, 라디에이터를 냉각시키기 위해 작동하는 냉각팬의 작동빈도를 줄여주어 밧데리의 충방전 성능 개선 및 엔진냉각성능 개선의 효과를 기대할 수 있도록 한 엔진냉각 및 차량난방 기능을 갖는 복합 열교환장치와 그 제어방법을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 복합 열교환장치를 보인 도면.

도 2 는 본 발명의 작동상태를 보인 도면.

도 3 은 본 발명의 제어과정을 보인 플로우챠트.

도 4 는 종래의 엔진냉각 및 차량난방회로를 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 10 : 공조덕트

11 : 개구부 12 : 방열기

13 : 히터팬 14 : 절환밸브

15 : 송풍구멍 16 : ECU

17 : 히터스위치 18 : 수온센서

Claims (2)

1. 히터팬(13)이 설치되어 있는 공조덕트(10)에 냉각수가 통과하는 방열기(12)가 형성되어 있는 것에 있어서,

   상기 공조덕트(10)에 실내와 연통되도록 송풍구멍(15)을 형성하고, 공조덕트(10)의 일단에 대기와 연통되는 개구부(11)를 형성하며, 상기 송풍구멍(15)에는 ECU(16)의 제어신호에 따라 송풍구멍(15) 또는 개구부(11)가 선택적으로 개방되도록 하는 절환밸브(14)를 형성하되,

   상기 ECU(16)는 히터스위치(17)가 온상태일때 상기 절환밸브(14)가 송풍구멍(15)을 개방하도록 제어하고, 히터스위치(17)가 오프상태이면서 냉각수 온도가 기준온도 이상일때 절환밸브(14)가 개구부를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각 및 차량 난방기능을 갖는 복합 열교환장치.
2. 엔진 구동시 히터 스위치(17)의 온동작여부를 판단하는 제 1 단계와;

   제 1 단계의 판단결과 히터 스위치(17)가 온상태이면 ECU(16)가 절환밸브(14)를 송풍구멍(15) 측으로 개방시켜 난방동작이 이루어지도록 제어하는 제 2 단계와;

   상기 제 1 단계의 판단결과 히터스위치(17)가 오프상태이면 냉각수의 온도가 기준온도 이상인지를 판단하는 제 3 단계와;

   상기 제 3 단계의 판단결과 냉각수 온도가 기준온도 이상이면 절환밸브가 대기측을 개방하도록 제어하여 방열기(12)를 통과하는 냉각수의 온도가 하락하도록 하는 제 4 단계; 로 진행되는 것을 특징으로 하는 엔진 냉각 및 차량 난방기능을 갖는 복합 열교환장치 제어방법.