KR20090034162A - 차량의 히터 시스템 - Google Patents

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KR20090034162A
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이승주
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 초기 시동시에 엔진과 접속되는 에너지 변환장치를 통해 냉각수를 신속하게 가열할 수 있도록 한 차량의 히터 시스템에 관한 것으로,
별도의 보일러를 가진 프리히터의 설치나 전기식 히터, 전기자동차에서 활용되는 히트 펌프(HEAT PUMP) 등을 사용하는 상기 종래의 방식들은 구조가 복잡하고 전류소비 과다 등의 문제점이 있었던 바,
자동차 엔진의 일측에 전자클러치와 임펠러가 내장된 에너지 변환장치를 엔진과 벨트로 구동할 수 있도록 설치하고, 상기 에너지 변환장치로부터 히터유니트로 관로를 연결하여 차량 초기 시동시 냉각수의 온도가 규정치 이하일 때 에너지 변환장치를 구동시켜 엔진의 동력에너지를 열에너지로 변환하여 냉각수를 가열하도록 하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의하면 시동초기 냉각수온이 낮아 실내 난방이 불가능할 때에 엔진의 강력한 동력을 순간적으로 열에너지로 변환하여 실내 난방성능을 향상시킬 수 있게 되며, 별도의 프리히터를 사용하거나 연료를 연소하지 않기 때문에 원가를 절감할 수 있게 됨은 물론 매연 발생을 억제할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
히터, 에너지 변환장치, 히터 유니트, 3방향밸브, 엔진

Description

차량의 히터 시스템 {a heater system for a vehicle}
본 발명은 차량의 히터 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 초기 시동시에 엔진과 접속되는 에너지 변환장치를 통해 냉각수를 신속하게 가열할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 있어서 겨울철 초기 시동시 엔진의 냉각수는 냉각되어 온도가 상승하기 전까지는 온풍기(히터)를 켤 수 없다.
이런 불편함을 해소하기 위해 여러가지 방법이 고안되었는데, 그 대표적인 방법이 별도의 보일러를 가진 프리히터의 설치나 전기식 히터, 전기자동차에서 활용되는 히트 펌프(HEAT PUMP) 등을 사용하는 방법이다.
그러나 상기 종래의 방식들은 구조가 복잡하고 전류소비 과다 등의 문제점이 있다.
예를 들면 공개특허공보 제2005-0069062호에는 도 1과 같이 엔진 냉각수를 열원으로 흡입되는 공기를 가열하는 히터 코어(10); 가열된 공기를 토출하여 차실 내로 공급하는 히터 팬(20); 및 상기 히터 코어(10)의 하류에 설치되는 보조 가열 수단(30);을 포함하되, 상기 보조 가열 수단(30)은, 연료탱크(50)와 연결되어 공급되는 연료를 연소시키는 버너(32); 및 상기 히터 코어(10)의 하류에 설치되어 상기 버너(32)로부터 공급되는 열을 방출하는 방열기(31); 를 포함하는 차량의 히터 장치가 기재되어 있다.
상기 종래기술은 시동초기 냉각수가 저온일 때 히터를 가동하기 위한 방식으로 프리히터(PRE-HEATER)를 설치하여 냉각수 가열대신 공기를 직접 가열하는 방식인 바, 이 종래기술에서 사용하는 프리히터는 차량의 연료(주로 경유)를 버너에서 연소하는 방식으로 구조가 복잡하고 고가이므로 원가 상승을 유발하는 문제가 있다.
또한 상기 종래기술은 정차중 프리히터 가동시 매연 발생되어 실내로 유입되는 문제가 있으며, 냉각수를 가열하는 기능이 없으므로 동절기 또는 혹한지역 엔진 시동성에도 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것이며, 그 목적이 고가의 프리히터의 사용 없이 차량 초기 시동시에 냉각수를 신속하게 가열하여 차량 난방을 간편하게 할 수 있도록 하는 차량의 히터 시스템을 제공하는 데에 있는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 자동차 엔진의 일측에 전자클러치와 임펠러가 내장된 에너지 변환장치를 엔진과 벨트로 구동할 수 있도록 설치하고, 상기 에너지 변환장치로부터 히터유니트로 관로를 연결하여 차량 초기 시동시 냉각수의 온도가 규정치 이하일 때 에너지 변환장치를 구동시켜 엔진의 동력에너지를 열에너지로 변환하여 냉각수를 가열하도록 하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 자동차 엔진의 일측에 운동에너지를 열에너지로 변환시키는 에너지 변환장치를 엔진과 벨트로 접속하여 구동할 수 있도록 설치하고, 상기 에너지 변환장치를 순환관로를 통해 히터유니트에 접속하며, 차량 초기 시동시 냉각수의 온도가 규정치 이하일 때 상기 에너지 변환장치를 구동시켜 엔진의 동력에너지를 열에너지로 변환하여 냉각수를 가열하고, 가열된 냉각수를 히터유니트에 공급하도록 하여서 되는 것이다.
본 발명에 있어서 운동에너지를 열에너지로 변환시키는 에너지 변환장치는 냉각수 유입구와 냉각수 유출구가 마련되는 하우징의 내부에 임펠러가 설치되고, 임펠러 구동축에 전자클러치가 설치되며, 전자클러치에 엔진과 접속되는 구동풀리가 접속되는 형태를 갖는다.
그리고 엔진측 관로와 에너지 변환장치측 관로 연결부에는 3방향밸브가 설치된다.
본 발명에 의하면 시동초기 냉각수온이 낮아 실내 난방이 불가능할 때에 엔진의 강력한 동력을 순간적으로 열에너지로 변환하여 실내 난방성능을 향상시킬 수 있게 되며, 별도의 프리히터를 사용하거나 연료를 연소하지 않기 때문에 원가를 절감할 수 있게 됨은 물론 매연 발생을 억제할 수 있게 되는 등의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이하 본 발명의 구체적인 기술내용을 첨부도면에 의거하여 더욱 자세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에는 본 발명의 한 실시예의 구성도가 도시되어 있다.
본 발명은 도 2와 같이 자동차 엔진(100)의 일측에 운동에너지를 열에너지로 변환시키는 에너지 변환장치(110)를 엔진(100)과 벨트(103)로 접속하여 구동할 수 있도록 설치하고, 상기 에너지 변환장치(110)를 순환관로(102)를 통해 히터유니트(120)에 접속하며, 차량 초기 시동시 냉각수의 온도가 규정치 이하일 때 상기 에너지 변환장치(110)를 구동시켜 엔진(100)의 동력에너지를 열에너지로 변환하여 냉각수를 가열하고, 가열된 냉각수를 히터유니트(120)에 공급하도록 하여서 되는 것이다.
도 3에는 동 실시예의 에너지 변환장치의 종단면도가 도시되어 있다.
본 발명에 있어서 운동에너지를 열에너지로 변환시키는 에너지 변환장 치(110)는 도 3과 같이 냉각수 유입구(111a)와 냉각수 유출구(111b)가 마련되는 하우징(111)의 내부에 임펠러(112)가 설치되고, 임펠러 구동축(113)에 전자클러치(114)가 설치되며, 전자클러치(114)에 엔진과 접속되는 구동풀리(115)가 접속되는 형태를 갖으며, 엔진(100) 구동에 의해 하우징(111) 내부의 임펠러(112)가 냉각수내에서 고속 회전하여 물분자의 마찰에 의해 온도를 상승시키게 된다.
본 발명에 있어서 엔진(100)측 관로와 에너지 변환장치(110)측 관로 연결부에는 3방향밸브(130)가 설치된다.
본 발명은 열역학의 일과 에너지 법칙을 이용하여 자동차 엔진의 동력에너지를 열에너지로 직접 변환하는 에너지 변환장치(110)를 히터유니트(120)에 접속하여 에너지 변환장치(110)에서 가열한 냉각수를 히터유니트(120)로 공급함으로써 차량 실내를 순간적으로 난방할 수 있도록 한 것이다.(일과 에너지의 관계 : 운동에너지를 열에너지로 변환시 1cal = 4.2j)
도 4에는 본 발명의 한 실시예의 작동회로도가 도시되어 있고, 도 5에는 동 실시예의 제어흐름도가 도시되어 있다.
도 4의 작동회로도와 같이 히터스위치(201; S/W)를 온하면 워터펌프(202; W/P) 및 블로어팬(203; B/F)이 작동하고, 제어유니트(ECU)에서 냉각수 온도를 검출하게 된다.
상기에서 제어유니트(ECU)는 냉각수 온도가 규정치(난방을 할 수 있는 온도) 이하일 때에 제어스위치(204)를 온시켜 에너지 변환장치(110)의 전자클러치(114)에 전원을 공급하고, 3방향밸브(130)의 엔진측 관로를 차단하게 된다.
그리고 냉각수 온도가 규정치 이상일 때에 제어유니트(ECU)는 제어스위치(204)를 오프시켜 에너지 변환장치(110)의 전자클러치(114)에 전원을 차단하고, 에너지 변환장치(110) 측 관로를 차단하게 된다.
이처럼 본 발명에 있어서는 차량의 초기 시동시 히터스위치(201)가 온이고, 냉각수 온도가 규정치 이하이면 제어유니트(ECU)가 에너지 변환장치(110)의 전자클러치(114)를 연결하게 되며, 그에 따라 에너지 변환장치(110)는 엔진(100)측과 연결된 벨트(103)에 의해 구동된다.
상기에서 에너지 변환장치(110)가 구동됨에 따라 교반기 내부의 냉각수는 교반되어 마찰로 온도가 상승하게 되며, 온도가 상승한 냉각수는 순환관로(102)를 통해 히터유니트(120)로 이동하게 되며 온풍을 토출할 수 있게 한다.
본 발명에 있어서 엔진(100)측 관로와 에너지 변환장치(110)측 관로 연결부에 설치되는 3방향밸브(130)는 에너지 변환장치(110)가 작동할 때에 엔진(100)측 관로를 막고, 작동하지 않을 때에(냉각수 온도가 충분히 올라갔을 때) 에너지 변환장치(110)측 관로를 막게 된다.
한편 차량의 시동 후 일정한 시간이 지나 엔진(100) 내부의 냉각수 온도가 상승하면 제어유니트(ECU)의 제어스위치가 차단되어 에너지 변환장치(110)의 전자클러치(114)의 전원을 차단하게 되고, 그에 따라 에너지 변환장치(110)의 작동이 정지되며, 이 때 3방향밸브(130)는 에너지 변환장치(110)측 관로를 막아 냉각수가 에너지 변환장치(110)를 통과하지 않고 엔진(100)으로 순환하여 히터유니트(120)로 들어가게 한다.
본 발명의 차량의 히터 시스템 제어방법은 히터스위치가 온인지를 판단하는 단계; 히터스위치가 온인 경우 냉각수온이 규정치 이하인지를 판단하는 단계; 그리고 냉각수온이 규정치 이하이면 전자클러치 온하여 에너지 변환장치를 작동함으로써 냉각수온을 상승시키는 단계;로 이루어진다.
참고적으로 본 발명에 있어서 에너지 변환장치(110) 작동시 일과 에너지의 관계를 설명하면 다음과 같다.
승용차기준 난방성능은 대략 3000~5000 Kcal/h인 바, 예를 들어 10마력의 동력으로 에너지 변환장치(110) 구동할 때에 발생되는 열량은 1마력= 632 Kcal/h, 10마력= 632x10 = 6320 Kcal/h이 되어 난방에 필요한 열량을 충분하게 확보할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 프리히터를 사용하는 히터 시스템의 구성도
도 2는 본 발명의 한 실시예의 구성도
도 3은 동 실시예의 에너지 변환장치의 종단면도
도 4는 동 실시예의 작동회로도
도 5는 동 실시예의 제어흐름도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 자동차 엔진 102 : 순환관로
103 : 벨트 110 : 에너지 변환장치
111 : 하우징 111a : 냉각수 유입구
111b : 냉각수 유출구 112 : 임펠러
113 : 임펠러 구동축 114 : 전자클러치
115 : 구동풀리 120 : 히터유니트
130 : 3방향밸브

Claims (4)

  1. 자동차 엔진(100)의 일측에 운동에너지를 열에너지로 변환시키는 에너지 변환장치(110)를 엔진(100)과 벨트(103)로 접속하여 구동할 수 있도록 설치하고, 상기 에너지 변환장치(110)를 순환관로(102)를 통해 히터유니트(120)에 접속하며, 차량 초기 시동시 냉각수의 온도가 규정치 이하일 때 상기 에너지 변환장치(110)를 구동시켜 엔진(100)의 동력에너지를 열에너지로 변환하여 냉각수를 가열하고, 가열된 냉각수를 히터유니트(120)에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 히터 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 에너지 변환장치(110)는 냉각수 유입구(111a)와 냉각수 유출구(111b)가 마련되는 하우징(111)의 내부에 임펠러(112)가 설치되고, 임펠러 구동축(113)에 전자클러치(114)가 설치되며, 전자클러치(114)에 엔진과 접속되는 구동풀리(115)가 접속되는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 차량의 히터 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엔진(100)측 관로와 에너지 변환장치(110)측 관로 연결부에는 3방향밸브(130)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 히터 시스템.
  4. 자동차 엔진(100)의 일측에 운동에너지를 열에너지로 변환시키는 에너지 변환장치(110)를 엔진(100)과 벨트(103)로 접속하여 구동할 수 있도록 설치하고, 상기 에너지 변환장치(110)를 순환관로(102)를 통해 히터유니트(120)에 접속하며, 차량 초기 시동시 냉각수의 온도가 규정치 이하일 때 상기 에너지 변환장치(110)를 구동시켜 엔진(100)의 동력에너지를 열에너지로 변환하여 냉각수를 가열하고, 가열된 냉각수를 히터유니트(120)에 공급하도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 히터 시스템에 있어서,
    히터스위치가 온인지를 판단하는 단계; 히터스위치가 온인 경우 냉각수온이 규정치 이하인지를 판단하는 단계; 그리고 냉각수온이 규정치 이하이면 전자클러치 온하여 에너지 변환장치를 작동함으로써 냉각수온을 상승시키는 단계;로 이루어지는 차량의 히터 시스템의 제어방법.
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KR20160099319A (ko) 2015-02-12 2016-08-22 동환산업 주식회사 차량의 보조난방장치용 프리 히터

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