KR20080048671A - 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 와셔액을 가열할 수 있도록 하는 기능은 물론, 하이브리드 차량에 탑재된 엔진의 냉각수를 신속하고 능동적으로 가열할 수 있도록 함으로써, 차량에 차지하는 공간 및 부품수를 최소화하면서도, 배기유해성분을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한다.

Description

하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템 및 그 제어방법{coolant heating system for a hybrid vehicle and a control method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템의 구성을 설명한 도면,

도 2는 도 1의 전열수단의 일예를 도시한 상세도,

도 3은 본 발명의 제어방법을 설명한 순서도,

도 4는 냉각수가 바이패스관로를 통과하면서 전열수단으로 가열되는 상태를 설명한 도면,

도 5는 냉각수가 바이패스관로를 통과하지 않고 제1밸브수단을 통해 직접 엔진으로 공급되는 상태를 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 엔진 3; 스로틀바디

5; 라디에이터 7; 합류점

9; 서모스탯 11; 제1밸브수단

15; 바이패스관로 17; 제2밸브수단

19; 제3밸브수단 21; 와셔액저장탱크

23; 와셔노즐 25; 와셔액공급관로

27; 전열수단 29; 냉각수온센서

31; 실내히터코어 33; 전열바디

35; 전열체 37; 열교환유체

39; 제4밸브수단 41; 제5밸브수단

45; 고전압배터리

47; 전압조절장치 49; 필터

본 발명은 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와셔히터를 이용하여 엔진 냉각수를 가열할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

와셔히터는 겨울철에 차량의 윈드쉴드글래스 표면에 성에나 눈이 쌓여 있을 경우, 짧은 시간에 제거하고자 사용되는 것으로서, 엔진 룸의 일부분을 차지하고 있으면서도 겨울철이라는 한시적인 기간에만 쓰이고 있고, 사용되는 용도 또한 일시적이라 할 수 있다.

현재 하이브리드 자동차는 배기유해성분 저감을 위해 주행 중 데워진 냉각수를 정차 시 저장한 후, 재 시동 시 냉각수온을 빠르게 올리는 방법이 사용되고 있다.

이는 하이브리드 자동차가 장시간 정차하는 아이들스탑(Idle stop) 모드 이 후, 재 시동하면 차가워진 엔진온도에 의해 배기 가스가 많이 배출되기 때문이다.

그러나 상기한 바와 같은 냉각수 저장 장치로는 장시간 정차 시 냉각수 온도를 유지하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 차량의 와셔액을 가열할 수 있도록 하는 기능은 물론, 하이브리드 차량에 탑재된 엔진의 냉각수를 신속하고 능동적으로 가열할 수 있도록 함으로써, 차량에 차지하는 공간 및 부품수를 최소화하면서도, 배기유해성분을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템은

엔진을 통과한 냉각수가 스로틀바디와 라디에이터로 각각 분지되어 공급되고, 상기 스로틀바디와 라디에이터를 통과한 냉각수는 합류점에서 합쳐져서 다시 엔진으로 순환되도록 구성되며, 상기 합류점과 라디에이터 사이에는 서모스탯이 구비된 하이브리드 차량에 있어서,

상기 합류점과 엔진 사이에 설치된 제1밸브수단과;

상기 합류점의 냉각수가 제1밸브수단을 우회하여 엔진으로 공급될 수 있도록 구비된 바이패스관로와;

상기 바이패스관로의 합류점측과 엔진측을 각각 개폐할 수 있도록 구비된 제2밸브수단 및 제3밸브수단과;

와셔액저장탱크로부터 와셔노즐로 와셔액을 공급하는 와셔액공급관로와 상기 바이패스관로를 전기를 이용하여 동시 또는 선택적으로 가열할 수 있도록 구비된 전열수단과;

상기 엔진의 냉각수 유입측에 구비된 냉각수온센서와;

상기 냉각수온센서의 신호를 받고 상기 전열수단과 제1밸브수단과 제2밸브수단 및 제3밸브수단을 제어하는 컨트롤러;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템의 제어방법은 냉각수온이 소정값 미만인지를 판단하는 수온판단단계와;

냉각수온이 소정값 미만이면, 상기 전열체에 전기를 공급하고, 상기 제1밸브수단과 제4밸브수단을 폐쇄하고, 상기 제2밸브수단과 제3밸브수단 및 제5밸브수단을 개방하는 냉각수가열단계와;

상기 냉각수가열단계 수행중 냉각수온이 상기 소정값 미만인지를 반복적으로 판단하여, 냉각수온이 소정값 이상이면 상기 전열체의 전기 공급을 중단하고, 상기 제1밸브수단을 개방하고, 상기 제2밸브수단과 제3밸브수단 및 제5밸브수단을 폐쇄하는 가열중단단계와;

상기 가열중단단계 이후 엔진회전수가 0이면 아이들스탑모드로 판단하고 현 상태를 유지하는 아이들스탑단계와;

상기 아이들스탑단계 이후 엔진회전수가 0이 아니면 상기 수온판단단계로 제어를 옮기고, 엔진회전수가 0이고 시동스위치가 오프이면 차량정지로 판단하고 제어를 종료하는 단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2을 참조하면, 본 발명 실시예의 냉각수 가열 시스템은 엔진(1)을 통과한 냉각수가 스로틀바디(3)와 라디에이터(5)로 각각 분지되어 공급되고, 상기 스로틀바디(3)와 라디에이터(5)를 통과한 냉각수는 합류점(7)에서 합쳐져서 다시 엔진(1)으로 순환되도록 구성되며, 상기 합류점(7)과 라디에이터(5) 사이에는 서모스탯(9)이 구비되어 있고; 상기 합류점(7)과 엔진(1) 사이에 설치된 제1밸브수단(11)과; 상기 합류점(7)의 냉각수가 제1밸브수단(11)을 우회하여 엔진(1)으로 공급될 수 있도록 구비된 바이패스관로(15)와; 상기 바이패스관로(15)의 합류점측과 엔진측을 각각 개폐할 수 있도록 구비된 제2밸브수단(17) 및 제3밸브수단(19)과; 와셔액저장탱크(21)로부터 와셔노즐(23)로 와셔액을 공급하는 와셔액공급관로(25)와 상기 바이패스관로(15)를 전기를 이용하여 동시 또는 선택적으로 가열할 수 있도록 구비된 전열수단(27)과; 상기 엔진(1)의 냉각수 유입측에 구비된 냉각수온센서(29)와; 상기 냉각수온센서(29)의 신호를 받고 상기 전열수단(27)과 제1밸브수단(11)과 제2밸브수단(17) 및 제3밸브수단(19)을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

도면에는 상기 엔진(1)으로부터 유출되는 냉각수가 실내히터코어(31)를 경유하는 내용도 도시되어 있으나, 본 발명의 주요한 기술적 내용과는 무관하며, 상기 컨트롤러의 도시는 생략하였다.

상기 전열수단(27)은 도 2에 도시된 바와 같이 전열바디(33)와; 상기 전열바디(33) 내에 구비되어, 전기가 공급되면 발열하는 전열체(35)와; 상기 전열체(35) 주위와 상기 전열바디(33) 내측을 관통하는 와셔액공급관로(25) 및 바이패스관로(15) 주위를 유동할 수 있도록 상기 전열바디(33)에 충전된 열교환유체(37)와; 상기 전열체(35) 주위와 상기 와셔액공급관로(25) 주위 사이에 설치되어, 상기 열교환유체(37)가 통과하는 것을 단속하도록 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 제4밸브수단(39)과; 상기 전열체(35) 주위와 상기 바이패스관로(15) 주위 사이에 설치되어, 상기 열교환유체(37)가 통과하는 것을 단속하도록 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 제5밸브수단(41)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 전열수단(27)은 전열바디(33)를 상기 와셔액공급관로(25) 및 바이패스관로(15)가 각각 이격되어 관통되도록 되어 있고, 상기 전열체(35)가 상기 전열바디(33) 내에 설치되어 있어서, 상기 전열체(35)에서 발생된 열을 상기 열교환유체(37)가 상기 와셔액공급관로(25) 및/또는 상기 바이패스관로(15)에 전달할 수 있도록 된 것이다.

상기 전열체(35)로는 니크롬선 등이 사용될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제1밸브수단(11) 내지 제5밸브수단(41)은 상기 컨트롤러의 전기적 제어신호에 의해 작동되는 솔레노이드밸브로 구성하였다.

한편, 도 1에는 상기 전열체(35)로 공급할 전기를 하이브리드 차량의 고전압배터리(45)로부터 전압조절장치(47)를 통해 공급할 수 있도록 구성하였고, 상기 와셔액은 와셔액저장탱크(21)로부터 필터(49)를 통해 여과된 후 상기 전열바디(33)를 거쳐 와셔노즐(23)로 공급되도록 되어 있어서, 겨울철과 같이 와셔액의 동결이 우려되는 상황에서도 상기 전열체(35)에서 제공한 열로 와셔액을 가열하여 와셔액의 원활한 공급이 가능하도록 하였다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템을 제어하는 방법을 도 3을 참조하여 살펴본다.

도 3을 참조하면, 상기 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템을 제어하는 방법은 냉각수온이 소정값 미만인지를 판단하는 수온판단단계와; 냉각수온이 소정값 미만이면, 상기 전열체(35)에 전기를 공급하고, 상기 제1밸브수단(11)과 제4밸브수단(39)을 폐쇄하고, 상기 제2밸브수단(17)과 제3밸브수단(19) 및 제5밸브수단(41)을 개방하는 냉각수가열단계와; 상기 냉각수가열단계 수행중 냉각수온이 상기 소정값 미만인지를 반복적으로 판단하여, 냉각수온이 소정값 이상이면 상기 전열체(35)의 전기 공급을 중단하고, 상기 제1밸브수단(11)을 개방하고, 상기 제2밸브수단(17)과 제3밸브수단(19) 및 제5밸브수단(41)을 폐쇄하는 가열중단단계와; 상기 가열중단단계 이후 엔진회전수가 0이면 아이들스탑모드로 판단하고 현 상태를 유지하는 아이들스탑단계와; 상기 아이들스탑단계 이후 엔진회전수가 0이 아니면 상기 수온판단단계로 제어를 옮기고, 엔진회전수가 0이고 시동스위치가 오프 이면 차량정지로 판단하고 제어를 종료하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 수온판단단계는 처음 엔진(1)이 시동되면 수행하고, 상기 아이들스탑단계 이후 제어가 넘어오면 수행되면서 반복적으로 본 발명의 제어를 수행하도록 한다.

여기서, 상기 냉각수온을 판단하는 소정값이란 배기가스 유해성분을 최소화할 수 있는 냉각수온으로서 각 엔진(1)에 따라 실험에 의해 얻어지는 값이며, 상기 컨트롤러는 상기 냉각수온센서(29)로부터 측정한 냉각수온을 상기 소정값과 비교한다.

상기 수온판단단계 결과, 냉각수온이 소정값 미만이면, 상기 냉각수가열단계를 수행하여 전열체(35)에 전기를 공급하고, 상기 제1밸브수단(11)과 제4밸브수단(39)을 폐쇄하고, 상기 제2밸브수단(17)과 제3밸브수단(19) 및 제5밸브수단(41)을 개방한다.

이때, 상기 서모스탯(9)은 냉각수온이 낮은 상태이므로 상기 라디에이터(5)를 통과하는 냉각수의 유동을 차단하고 있고, 상기 제1밸브수단(11)이 차단되어 있어서, 상기 합류점(7)에서는 스로틀바디(3)를 통과한 냉각수만이 상기 제2밸브수단(17)을 통과하여 바이패스관로(15)로 유입되게 된다.

상기와 같이 바이패스관로(15)로 유입된 냉각수는 도 4와 같이 상기 전열바디(33)를 통과하면서, 상기 전열체(35)로부터 가열된 상기 열교환유체(37)에 의해 가열된 후 상기 제3밸브수단(19)을 통해 상기 엔진(1)으로 공급되어, 엔진(1)을 신속하게 가열시켜서, 엔진(1)의 냉시동에 의한 배기가스 유해물질의 증가를 억제하 게 된다.

상기 컨트롤러는 상기 냉각수가열단계 수행중 냉각수온이 상기 소정값 미만인지를 반복적으로 판단하여, 냉각수온이 소정값 이상이면 상기 전열체(35)의 전기 공급을 중단하고, 상기 제1밸브수단(11)을 개방하고, 상기 제2밸브수단(17)과 제3밸브수단(19) 및 제5밸브수단(41)을 폐쇄하는 가열중단단계를 수행한다.

상기 가열중단단계를 수행하면, 상기 합류점(7)에서의 냉각수는 더 이상 상기 바이패스관로(15)를 경유하지 않고, 도 5와 같이 상기 제1밸브수단(11)을 통과하여 엔진(1)으로 직접 공급되며, 이와 같은 상태는 엔진(1)이 충분히 웜업되어 엔진(1)의 냉각이 요구되는 상태로서, 상기 전열수단(27)으로는 더 이상 냉각수를 가열하기 위한 열을 발생시키지 않아도 되는 것이다.

상기 가열중단단계 이후 엔진(1)이 보통의 상태와 같이 작동하다가 엔진회전수가 0으로 되면, 엔진(1)이 정지한 것이므로 상기 컨트롤러는 차량이 아이들스탑모드에 있는 것으로 판단하고 현 상태를 유지하는 아이들스탑단계를 수행한다.

상기 아이들스탑단계 이후 엔진회전수가 0이 아니면, 엔진(1)이 다시 작동되는 것이므로 상기 수온판단단계로 제어를 옮겨서, 엔진(1)의 냉각수온이 배기가스 유해물질을 발생시키는 정도인지를 다시 판단하면서, 상기한 바와 같은 제어를 반복적으로 수행한다.

그런데, 만약 엔진회전수가 0이고 시동스위치가 오프이면 상기 컨트롤러는 차량정지로 판단하고 제어를 종료하는 단계를 수행한다.

물론, 상기 전열수단(27)으로 와셔액을 가열하는 기능도 수행되는 바, 와셔 액의 가열이 필요한 경우에는 상기 제4밸브수단(39)을 개방하고 상기 제5밸브수단(41)은 차단된 상태에서 와셔액을 전열수단(27)으로 통과시키면 와셔액이 가열되어 와셔노즐(23)로 분출되게 된다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 차량의 와셔액을 가열할 수 있도록 하는 기능은 물론, 하이브리드 차량에 탑재된 엔진의 냉각수를 신속하고 능동적으로 가열할 수 있도록 함으로써, 차량에 차지하는 공간 및 부품수를 최소화하면서도, 배기유해성분을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한다.

Claims (5)

1. 엔진을 통과한 냉각수가 스로틀바디와 라디에이터로 각각 분지되어 공급되고, 상기 스로틀바디와 라디에이터를 통과한 냉각수는 합류점에서 합쳐져서 다시 엔진으로 순환되도록 구성되며, 상기 합류점과 라디에이터 사이에는 서모스탯이 구비된 하이브리드 차량에 있어서,

   상기 합류점과 엔진 사이에 설치된 제1밸브수단과;

   상기 합류점의 냉각수가 제1밸브수단을 우회하여 엔진으로 공급될 수 있도록 구비된 바이패스관로와;

   상기 바이패스관로의 합류점측과 엔진측을 각각 개폐할 수 있도록 구비된 제2밸브수단 및 제3밸브수단과;

   와셔액저장탱크로부터 와셔노즐로 와셔액을 공급하는 와셔액공급관로와 상기 바이패스관로를 전기를 이용하여 동시 또는 선택적으로 가열할 수 있도록 구비된 전열수단과;

   상기 엔진의 냉각수 유입측에 구비된 냉각수온센서와;

   상기 냉각수온센서의 신호를 받고 상기 전열수단과 제1밸브수단과 제2밸브수단 및 제3밸브수단을 제어하는 컨트롤러;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 전열수단은

   전열바디와;

   상기 전열바디 내에 구비되어, 전기가 공급되면 발열하는 전열체와;

   상기 전열체 주위와 상기 전열바디 내측을 관통하는 와셔액공급관로 및 바이패스관로 주위를 유동할 수 있도록 상기 전열바디에 충전된 열교환유체와;

   상기 전열체 주위와 상기 와셔액공급관로 주위 사이에 설치되어, 상기 열교환유체가 통과하는 것을 단속하도록 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 제4밸브수단과;

   상기 전열체 주위와 상기 바이패스관로 주위 사이에 설치되어, 상기 열교환유체가 통과하는 것을 단속하도록 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 제5밸브수단;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1밸브수단 내지 제5밸브수단은 상기 컨트롤러의 전기적 제어신호에 의해 작동되는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템.
4. 청구항 3의 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템을 제어하는 방법은

   냉각수온이 소정값 미만인지를 판단하는 수온판단단계와;

   냉각수온이 소정값 미만이면, 상기 전열체에 전기를 공급하고, 상기 제1밸브수단과 제4밸브수단을 폐쇄하고, 상기 제2밸브수단과 제3밸브수단 및 제5밸브수단을 개방하는 냉각수가열단계와;

   상기 냉각수가열단계 수행중 냉각수온이 상기 소정값 미만인지를 반복적으로 판단하여, 냉각수온이 소정값 이상이면 상기 전열체의 전기 공급을 중단하고, 상기 제1밸브수단을 개방하고, 상기 제2밸브수단과 제3밸브수단 및 제5밸브수단을 폐쇄하는 가열중단단계와;

   상기 가열중단단계 이후 엔진회전수가 0이면 아이들스탑모드로 판단하고 현 상태를 유지하는 아이들스탑단계와;

   상기 아이들스탑단계 이후 엔진회전수가 0이 아니면 상기 수온판단단계로 제어를 옮기고, 엔진회전수가 0이고 시동스위치가 오프이면 차량정지로 판단하고 제어를 종료하는 단계;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템 제어방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 수온판단단계 결과 냉각수온이 소정값 이상이면, 상기 가열중단단계를 수행하는 것

   을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 냉각수 가열 시스템 제어방법.

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