KR20120059902A - 자동차 - Google Patents

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KR20120059902A
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Abstract

본 발명은 에너지 효율을 높이는 자동차에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 자동차는, 엔진; 상기 엔진과 각각 또는 동시에 구동되는 모터; 상기 엔진 또는 상기 모터에서 발생된 열을 전달받아 차실 내로 열을 공급하는 제 1 히터코어; 상기 모터에 공급되는 전력을 변환하는 전력변환부; 및 상기 전력변환부에서 발생되는 열을 전달받아 상기 차실 내로 열을 공급하는 제 2 히터코어를 포함한다.

Description

자동차 {Automobile}
본 발명은 자동차에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에너지 효율을 높이는 자동차에 관한 것이다.
최근 환경 문제와 고유가로 인하여 하이브리드 자동차가 각광받고 있다. 하이브리드 자동차는 휘발유 또는 경유 등으로 구동되는 엔진과 전기로 구동되는 모터를 동시에 장착하여 일반 자동차에 비해 연비 및 유해 가스 배출량을 획기적으로 줄인 자동차를 말한다. 하이브리드 자동차는 내연 기관과 모터를 상황별로 각각 또는 동시에 구동한다.
모터는 자동차 내부에 장착된 배터리로부터 전력을 공급받고, 배터리는 자동차의 감속시 충전된다. 배터리로부터 공급되는 전력은 변환을 거쳐 모터로 전달되고 이 때 전력을 변환하는 부품들은 매우 많은 열을 발생한다. 이러한 전력 변환 부품들을 냉각시키면서 발생되는 열을 효율적으로 이용할 필요가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 에너지 효율을 높이는 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 전력 변환 부품들을 냉각시키며 발생되는 열을 이용하는 자동차를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 자동차는, 엔진; 상기 엔진과 각각 또는 동시에 구동되는 모터; 상기 엔진 또는 상기 모터에서 발생된 열을 전달받아 차실 내로 열을 공급하는 제 1 히터코어; 상기 모터에 공급되는 전력을 변환하는 전력변환부; 및 상기 전력변환부에서 발생되는 열을 전달받아 상기 차실 내로 열을 공급하는 제 2 히터코어를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 자동차에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　인버터 및 컨버터 등이 포함된 전력변환부를 효율적으로 냉각시키는 장점이 있다.
둘째,　전력변환부에서 발생되는 열을 이용하여 차실을 난방하는 장점도 있다.
셋째,　엔진과 모터의 구동여부 및 열 발생 여부에 따라 엔진, 모터, 또는 전력변환부에서 발생되는 열을 이용하여 효율적으로 차실을 난방하는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차에 대한 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 엔진 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 엔진 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모터 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모터 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모터 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차의 일부 구조도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차의 일부 구조도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 자동차를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차에 대한 개략적인 구조도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는, 엔진(121)과, 엔진(121)과 각각 또는 동시에 구동되는 모터(141)와, 엔진(121) 또는 모터(141)에서 발생된 열을 전달받아 차실(2) 내로 열을 공급하는 제 1 히터코어(111)와, 모터(141)에 공급되는 전력을 변환하는 전력변환부(131)와, 전력변환부(131)에서 발생되는 열을 전달받아 차실(2) 내로 열을 공급하는 제 2 히터코어(112)를 포함한다.
엔진(121)은 휘발유 또는 경유와 공기 등의 산화제를 연소실에서 연소시켜 에너지를 얻어 동력을 발생하는 내연기관이다. 엔진(121)은 발생된 기계적 에너지로 자동차를 구동한다. 엔진(121)은 냉각수에 의하여 냉각된다. 엔진(121)은 제 1 라디에이터(124)와 연결되어 엔진(121)에서 발생되는 열이 냉각수를 통하여 제 1 라디에이터(124)로 이동하여 엔진(121)은 냉각된다. 냉각수는 열을 전달하는 다양한 종류의 액체를 의미하며 물에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예에서 "연결된다"함은 냉각수가 흐를 수 있도록 유로가 연결됨을 의미한다.
엔진(121)은 제 1 히터코어(111)와 연결되어 엔진(121)에서 발생되는 열이 냉각수를 통하여 제 1 히터코어(111)로 이동한다.
제 1 라디에이터(124)는 냉각수와 외부 공기를 열교환하여 냉각수의 열을 외부 공기에 전달한다. 즉, 제 1 라디에이터(124)는 냉각수를 냉각한다. 제 1 라디에이터(124)에는 외부 공기를 송풍하는 제 1 송풍팬(126)이 구비되어 외부 공기와 냉각수의 열교환을 촉진시킨다.
모터(141)는 전기에너지를 기계적 에너지로 변환하여 동력을 발생하여 자동차를 구동한다. 모터(141)는 배터리(미도시)에서 공급되어 전력변화부(131)에서 변환된 전력을 공급받아 구동된다. 모터(141)는 엔진(121)과 각각 또는 동시에 구동될 수 있다. 모터(141)는 전기 에너지를 발생할 수 있다. 모터(141)에서 발생되는 전력은 전력변환부(131)에서 변환되어 배터리에서 충전된다.
모터(141)는 냉각수에 의하여 냉각된다. 모터(141)는 전기가변변속기(142)를 통하여 열교환기(125)와 연결되어 모터(141)에서 발생된 열은 냉각수를 통하여 열교환기(125)로 이동된다.
전기가변변속기(142)는 엔진(121) 및/또는 모터(141)의 동력을 전달하고 분배한다. 전기가변변속기(142)는 전기적으로 구동되어 무한대의 변속비가 가능한 EVT(electrically-mechanical variable transmission)이다.
전기가변변속기(142)는 열교환기(125)와 연결되어 전기가변변속기(142)에서 발생된 열은 냉각수를 통하여 열교환기(125)로 이동된다.
열교환기(125)는 엔진(121)을 흐르는 냉각수와 전기가변변속기(142) 및 모터(141)를 흐르는 냉각수를 열교환한다. 전기가변변속기(142) 및 모터(141)에서 발생된 열은 열교환기(125)에서 전달되어 냉각수를 통하여 제 1 라디에이터 및/또는 제 1 히터코어로 이동된다.
제 1 펌프(122)는 냉각수를 유동하여 냉각수가 엔진(121), 제 1 라디에이터(124), 및 열교환기(125), 제 1 히터코어(111)로 흐르도록 한다.
서모스탯(123)은 냉각수가 일정 온도 이상이되면 제 1 라디에이터(124)로 냉각수가 흐르도록 개방된다. 서모스탯(123)은 냉각수의 온도가 섭씨 88도 이상일 때 개방되는 것이 바람직하다. 서모스탯(123)이 개방되면 제 1 라디에이터(124)가 냉각수가 흘러 냉각수가 냉각된다.
제 1 히터코어(111)는 냉각수의 열을 차실(2) 내의 실내 공기와 열교환하여 차실(2) 내로 열을 공급한다. 차실(2)는 자동차 내부에 승객이 탑승하는 공간이다. 제 1 히터코어(111)는 엔진(121) 및 열교환기(125)와 연결되어 엔진(121) 및/또는 모터(141)에서 발생되는 열을 전달받아 차실(2) 내로 공급한다.
제 1 히터코어(111)에는 실내 공기를 송풍하는 차실 송풍팬(114)이 구비되어 실내 공기와 냉각수의 열교환을 촉진시키고, 차실(2) 내의 풍량 및/또는 풍속을 조절한다.
전력변환부(131)는 모터(141)에 공급되는 전력을 변환하는 인버터 또는 컨버터 등의 부품이 조합된 것이다. 전력변환부(131)는 모터(141)가 전력을 발생할 때 모터(141)에서 발생되는 전력을 변환할 수 있다. 전력변환부(131)는 DC/DC 컨버터, 고전압 컨버터(HDC), 저전압 컨버터(LDC) 및 인버터를 포함할 수 있다.
전력변화부(131)는 제 2 라디에이터(135)와 연결되어 전력변화부(131)에서 발생되는 열이 냉각수를 통하여 제 2 라디에이터(135)로 이동하여 전력변화부(131)는 냉각된다. 또한, 전력변환부(131)는 제 2 히터코어(112)와 연결되어 전력변환부(131)에서 발생되는 열이 냉각수를 통하여 제 2 히터코어(112)로 이동한다.
제 2 라디에이터(135)는 외부 공기를 열교환하여 냉각수의 열을 외부 공기에 전달한다. 즉, 제 2 라디에이터(135)는 냉각수를 냉각한다. 제 2 라디에이터(135)에는 외부 공기를 송풍하는 제 2 송풍팬(136)이 구비되어 외부 공기와 냉각수의 열교환을 촉진시킨다. 제 2 라디에이터(135)는 제 1 라디에이터(124)와 병렬로 배치될 수 있으며, 이 때 제 2 송풍팬(136)은 제 1 송풍팬(126)과 동일한 것이 된다.
제 2 히터코어(112)는 냉각수의 열을 차실(2) 내의 실내 공기와 열교환하여 차실(2) 내로 열을 공급한다. 제 2 히터코어(112)는 전력변화부(131)와 연결되어 전력변화부(131)에서 발생되는 열을 전달받아 차실(2) 내로 공급한다. 제 2 히터코어(112)는 제 1 히터코어(111)와 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있다. 본 실시예에서 제 2 히터코어(112)는 제 1 히터코어(111)보다 차실(2)에서 가깝도록 직렬로 배치된다. 제 2 히터코어(112)에서 발생되는 열이 제 1 히터코어(111)보다 작은 것이 일반적이므로 제 2 히터코어(112)가 차실(2)에 가깝게 배치되는 것이 바람직하다.
제 2 히터코어(112)에는 차실 송풍팬(114)이 구비되어 차실 송풍팬(114)에 의하여 열교환이 촉진된다.
제 2 펌프(132)는 냉각수를 유동하여 냉각수가 전력변환부(131), 제 2 라디에이터(135), 및 제 2 히터코어(112)로 흐르도록 한다.
제 1 밸브(133)는 제 2 히터코어(112)로 흐르는 냉각수를 조절하며, 제 2 밸브(134)는 제 2 라디에이터(135)로 흐르는 냉각수를 조절한다.
피티시 히터(113)는 제 1 히터코어(111) 또는 제 2 히터코어(112)가 발생하는 열이 부족한 경우 전기 에너지에 의하여 가열되어 열을 발생하는 장치이다. 피티시 히터(113)에서 발생된 열은 차실 송풍팬(114)에 의하여 차실(2) 내로 공급된다. 피티시 히터(113)는 제 1 히터코어(111) 및/또는 제 2 히터코어(112)와 직렬 또는 병렬로 배치된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 엔진 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
엔진(121)이 구동하는 제 1 펌프(122)가 작동되어 냉각수를 유동한다. 엔진(121)에서 발생되는 열은 제 1 히터코어(111)로 이동한다. 또한, 전기가변변속기(142)에서 발생되는 열은 열교환기(125)로 이동되고 열교환기(125)에서 열교환되어 제 1 히터코어(111)로 이동한다.
모터(141)가 구동하거나 발전하는 경우 모터(141)에서 발생되는 열은 열교환기(125)로 이동되고 열교환기(125)에서 열교환되어 제 1 히터코어(111)로 이동한다.
제 1 히터코어(111)는 엔진(121), 모터(141), 또는 전기가변변속기(142)에서 발생된 열을 전달받아 차실(2) 내로 열을 공급한다. 제 1 히터코어(111)에서 발생되는 열이 부족한 경우 피티시 히터(113)가 작동되어 열을 발생할 수 있다.
모터(141)가 구동되지도 발전하지도 않는 경우 전력변환부(131)에서 열이 발생되지 않으므로 도 2와 같이 제 1 밸브(133) 및 제 2 밸브(134)는 폐쇄되고 제 2 펌프(132)는 구동하지 않는다.
또한, 모터(141)가 구동하거나 발전하더라도 전력변환부(131)에서 발생되는 열이 적은 경우 도 2와 같이 제 1 밸브(133) 및 제 2 밸브(134)는 폐쇄되고 제 2 펌프(132)는 구동하지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 엔진 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
엔진(121)에서 발생되는 열이 과하여 냉각수가 일정 온도 이상이되면 서모스탯(123)이 개방되어 제 1 라디에이터(124)로 냉각수가 흐른다. 제 1 라디에이터(124)에서 냉각수는 실외 공기와 열교환되어 냉각된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모터 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
도 4는 엔진(121)은 구동되지 않고 모터(141)만 구동되는 경우이다.
모터(141) 및 전기가변변속기(142)에서 발생되는 열은 열교환기(125)로 이동되고 열교환기(125)에서 열교환되어 제 1 히터코어(111)로 이동한다. 제 1 히터코어(111)는 모터(141) 및 전기가변변속기(142)에서 발생된 열을 전달받아 차실(2) 내로 열을 공급한다.
전력변환부(131)에서 열이 발생하는 경우 제 1 밸브(133)가 개방되고 제 2 펌프(132)가 작동된다. 전력변환부(131)에서 발생된 열은 제 2 히터코어(112)로 이동한다. 제 2 히터코어(112)는 전력변환부(131)에서 발생된 열을 전달받아 차실(2) 내로 열을 공급한다.
제 1 히터코어(111) 및 제 2 히터코어(112)에서 발생되는 열이 부족한 경우 피티시 히터(113)가 작동되어 열을 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모터 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
전력변환부(131)에서 열이 과다하게 발생하는 경우 제 2 밸브가 개방되어 전력변환부(131)에서 발생된 열이 냉각수를 통하여 제 2 라디에이터(135)로 이동된다. 제 2 라디에이터는 냉각수를 외부 공기와 열교환하여 냉각수를 냉각한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차의 모터 구동시 동작을 나타내는 도면이다.
차실(2)의 난방이 필요없거나 제 1 히터코어(111)가 차실(2)에 필요한 열을 모두 공급하는 경우 제 1 밸브(133)가 폐쇄되고 제 2 밸브(134)만 개방되어 전력변환부(131)에서 발생된 열은 모두 제 2 라디에이터(135)로 이동할 수 있다.
이 경우 제 1 히터코어(111)가 공급하는 열이 부족해 질 때, 피티시 히터(113)를 가동하지 않고 제 1 밸브(133)를 개방하여 전력변화부(131)의 열이 제 2 히터코어(112)로 이동되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차의 일부 구조도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차는 제 2 히터코어(112)가 제 1 히터코어(111) 보다 차실(2)에서 멀게 직렬로 배치될 수 있다. 제 2 히터코어(112)에서 발생되는 열이 제 1 히터코어(111)에서 발생되는 열보다 많은 경우 이와 같이 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차의 일부 구조도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차는 제 2 히터코어(112)와 제 1 히터코어(111)가 병렬로 배치된다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자동차는 차실 송풍팬(114)에서 송풍되는 실내 공기를 제 1 히터코어(111) 또는 제 2 히터코어(112)으로 선택적으로 송풍할 수 있는 송풍 조절부(115)가 구비될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
111: 제 1 히터코어 112: 제 2 히터코어
113: 피티시 히터 114: 차실 송풍팬
121: 엔진 122: 제 1 펌프
123: 서모스탯 124: 제 1 라디에이터
125: 열교환기 125: 제 1 송풍팬
131: 전력변환부 132: 제 2 펌프
133: 제 1 밸브 134: 제 2 밸브
135: 제 2 라디에이터 136: 제 2 송풍팬
141: 모터 142: 전기가변변속기

Claims (5)

  1. 엔진;
    상기 엔진과 각각 또는 동시에 구동되는 모터;
    상기 엔진 또는 상기 모터에서 발생된 열을 전달받아 차실 내로 열을 공급하는 제 1 히터코어;
    상기 모터에 공급되는 전력을 변환하는 전력변환부; 및
    상기 전력변환부에서 발생되는 열을 전달받아 상기 차실 내로 열을 공급하는 제 2 히터코어를 포함하는 자동차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력변환부에서 발생되는 열을 전달받아 냉각하는 제 2 라디에이터를 더 포함하는 자동차.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전력변환부와 상기 제 2 히터코어 사이에 배치되어 상기 전력변환부에서 상기 제 2 히터코어로 흐르는 냉각수를 조절하는 제 1 밸브; 및
    상기 전력변환부와 상기 제 2 라디에이터 사이에 배치되어 상기 전력변환부에서 상기 제 2 라디에이터로 흐르는 냉각수를 조절하는 제 2 밸브를 더 포함하는 자동차.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 히터코어 및 상기 제 2 히터코어는 직렬로 배치되는 자동차.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 히터코어 및 상기 제 2 히터코어는 병렬로 배치되는 자동차.
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