KR20120105792A - 차량의 냉각 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

차량의 냉각 시스템이 개시된다. 개시된 차량의 냉각 시스템은, 엔진에서 발생하는 배기 가스 중의 유해물질을 제거하기 위한 후처리장치를 포함하고 있는 차량에 구성되는 것으로서, ⅰ)라디에이터의 전방 측에 배치되며 엔진으로 공급되는 공기를 냉각하는 인터쿨러와, ⅱ)인터쿨러의 전방 측에 설치되며 인터쿨러로 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬과, ⅲ)인터쿨러 및 냉각 팬 사이에서 인터쿨러의 전면에 구성되며 인터쿨러로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단하거나 개방하는 블라인드유닛을 포함한다.

Description

차량의 냉각 시스템 및 그 제어 방법 {COOLING SYSTEM FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명의 예시적인 실시예는 차량의 냉각 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스 후처리장치를 지닌 차량의 냉각 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 배기가스는 엔진으로부터 연소된 혼합기가 배기관을 통하여 대기 중으로 방출되는 가스를 말하며, 이러한 배기가스에는 주로 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있다.
한편, 디젤 엔진 차량은 연비, 출력면에서 우수함에도 불구하고 가솔린 엔진과는 달리 배기가스 내에 질소산화물과 입자상 물질이 상당히 많이 함유되어 있다.
이러한 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 저감시키는 방법으로는 각종 촉매를 구비하는 후처리장치를 사용하여 배기 가스 중의 유해물질을 제거하는데, 상기 후처리장치는 기설정된 온도 범위(대략 150℃ 이상)에서 배기 가스의 후처리 활성화가 이루어진다.
다른 한편으로, 차량에는 일예에 따른 냉각 시스템으로서 터보차져에 의해 가압되며 온도가 상승된 흡입 공기를 냉각시키기 위한 인터쿨러와, 인터쿨러의 전방 측에서 인터쿨러로 냉각 공기를 공급하기 위한 냉각 팬을 구비하고 있다.
따라서, 종래 기술에서는 냉각 팬을 통해 인터쿨러로 냉각 공기를 공급함으로써 인터쿨러를 통하여 엔진으로 공급되는 흡입 공기를 냉각 공기로서 냉각시킬 수 있다.
또 다른 한편으로, 상용 차량의 경우는 핫(hot) 모드와 콜드(cold) 모드로 구분할 수 있는데, 이중 콜드 모드에서는 언급한 바 있는 후처리장치의 활성화 온도를 빠르게 높이기 위해 분사시기 지연, 후분사, 흡기 쓰로틀 등을 활용하고 있다.
그런데, 종래 기술에서는 상기와 같이 흡기 쓰로틀을 사용할 경우, 펌핑 손실이 커지게 되고, 공기량 부족으로 인한 매연 및 각종 EM 악화를 초래한다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 종래 기술에서는 상기와 같이 분사시기 지연이나 후분사 등을 실제 활용하고 있는데, 이 경우는 엔진의 연비를 악화시키는 저해 요인으로서 작용하고 있는 실정이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 더욱 간단한 구조로서 차량의 콜드(cold) 모드 시 후처리장치의 활성화 온도를 빠르게 높일 수 있도록 한 차량의 냉각 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템은, 엔진에서 발생하는 배기 가스 중의 유해물질을 제거하기 위한 후처리장치를 포함하고 있는 차량에 구성되는 것으로서, ⅰ)라디에이터의 전방 측에 배치되며 엔진으로 공급되는 공기를 냉각하는 인터쿨러와, ⅱ)상기 인터쿨러의 전방 측에 설치되며 상기 인터쿨러로 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬과, ⅲ)상기 인터쿨러 및 냉각 팬 사이에서 상기 인터쿨러의 전면에 구성되며 상기 인터쿨러로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단하거나 개방하는 블라인드유닛을 포함한다.
또한, 상기 차량의 냉각 시스템에 있어서, 상기 블라인드유닛은 상기 인터쿨러의 전면을 개방하는 개방구를 지닌 프레임과, 상기 프레임에 설치되며 모터의 정역 구동에 의해 회전하는 다수의 날개부재들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 냉각 시스템은, 상기 엔진에서 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차량의 냉각 시스템에 있어서, 상기 제어기는 상기 온도 센서의 감지 신호에 따라 상기 모터에 제어 신호를 인가할 수 있다.
그리고, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템 제어 방법은, (a) 엔진에서 배출되는 배기 가스의 온도가 기설정된 범위인지를 판단하는 과정과, (b) 상기 (a) 과정에서 배기 가스의 온도가 기설정된 범위 미만이면, 블라인드유닛을 작동시켜 인터쿨러의 전면을 폐쇄하고, 냉각 팬에 의해서 인터쿨러로 공급되는 냉각 공기를 차단하는 과정을 포함한다.
상기 차량의 냉각 시스템 제어 방법은, 상기 (a) 과정에서 배기 가스의 온도가 기설정된 범위를 초과하면, 상기 블라인드유닛을 작동시켜 상기 인터쿨러의 전면을 개방하고, 상기 냉각 팬을 통해 냉각 공기를 상기 인터쿨러로 공급할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템에 의하면, 차량의 핫(hot) 모드 및 콜드(cold) 모드 시, 냉각 팬을 통해 인터쿨러로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 블라인드유닛으로서 차단하거나 개방할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 차량의 콜드 모드 시, 인터쿨러로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 블라인드유닛을 통해 차단하여 엔진으로 공급되는 흡입 공기의 냉각을 억제함으로써 후처리장치의 활성화 온도를 빠르게 높일 수 있으므로, 결과적으로는 매연 및 각종 EM을 저감할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템에 적용되는 블라인드유닛을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템(100)은 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스 중의 유해물질을 제거하기 위한 후처리장치(3)를 지닌 상용 차량에 적용될 수 있다.
여기서, 상기 엔진(1)은 상용 디젤 엔진일 수 있다. 그리고 상기 후처리장치(3)는 배기 가스에 포함되어 있는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC)를 제거하기 위한 것으로서, 예를 들면 배기 라인에 구성되는 SCR, DOC, DPF, CPE 등을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 후처리장치(3)는 촉매를 사용하여 배기 가스 중의 유해물질을 제거하는데, 그 촉매는 기설정된 온도 범위(대략 150℃ 이상으로 이하에서는 편의상 "활성화 온도" 라고 한다)에서 배기 가스의 후처리 활성화가 이루어진다.
한편, 상기 엔진(1)의 전방 측에는 엔진(1)을 순환하면서 데워진 냉각수를 방열 냉각하는 라디에이터(5)를 구성하고 있는 바, 이러한 라디에이터(5)의 결합 구조는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술이므로 본 명세서에서 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 의한 상기 냉각 시스템(100)은 차량의 콜드(cold) 모드 시, 후처리장치(3)의 활성화 온도를 빠르게 높이기 위해 엔진(1)에 유입되는 공기가 냉각되는 것을 방지할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 상기 차량의 냉각 시스템(100)은 기본적으로 라디에이터(5) 외에 인터쿨러(10)와, 냉각 팬(30)과, 블라인드유닛(50)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
상기에서, 인터쿨러(10)는 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기를 냉각시키기 위한 것으로서, 예를 들면 터보차져(도면에 도시되지 않음)에 의해 가압되며 온도가 상승된 흡입 공기를 냉각시키기 위한 것이다.
이러한 인터쿨러(10)는 엔진 룸에서 라디에이터(5)의 전방 측에 배치되며, 일 예로서 당 업계에 널리 알려진 에어댐 타입의 인터쿨러 장치로서 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 냉각 팬(30)은 인터쿨러(10)의 전방 측에 설치되며, 그 인터쿨러(10)로 냉각 공기를 공급하는 기능을 하게 된다. 이 때 냉각 공기는 차량의 주행 시 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 주행풍일 수 있으며, 냉각 팬(30)의 구동에 의해 인터쿨러(10)로 강제 송풍될 수도 있다.
도면에서 미설명된 참조 부호 20은 에어 덕트(도면에 도시되지 않음)를 통해 유입되며 배기 가스의 배출 압력에 의해 터보차져로 공급되는 흡입 공기를 정화하기 위한 에어 클리너를 나타낸다.
본 실시예에서, 상기 블라인드유닛(50)은 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단하거나 개방하는 기능을 하게 된다.
즉, 상기 블라인드유닛(50)은 차량의 핫(hot) 모드 시, 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 개방하여 인터쿨러(10)를 통해 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기를 냉각시킬 수 있다.
그리고, 상기 블라인드유닛(50)은 차량의 콜드(cold) 모드 시, 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단하여 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기의 냉각을 억제함으로써 후처리장치(3)의 활성화 온도를 빠르게 높일 수 있다.
상기한 블라인드유닛(50)은 도 2에서와 같이 프레임(61)과, 다수의 날개부재들(71)을 포함하여 이루어지는 바, 프레임(61)은 인터쿨러(10) 및 냉각 팬(30) 사이에서 인터쿨러(10)의 전면 측에 장착될 수 있다.
상기 프레임(61)은 예를 들면 인터쿨러(10)의 전면에 대응하는 사각틀 형태로서 이루어질 수 있으며, 인터쿨러(10)의 전면을 개방하는 개방구(63)를 형성하고 있다.
상기 날개부재(71)는 소정 폭과 길이를 지닌 블라인더로서, 프레임(61)의 개방구(63)에 상호 평행하며 수직 방향으로 다수 개 배치되고, 모터(81)의 정역 구동에 의해 수평/수직 방향으로 회전 가능하게 설치된다.
즉, 상기 날개부재들(71)은 차량의 핫(hot) 모드 시, 모터(81)의 정회전 구동으로서 상호 평행하게 수평 방향으로 회전하며 프레임(61)의 개방구(63)를 오픈시키는 바, 이 경우는 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 개방하여 그 인터쿨러(10)를 통해 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기를 냉각시킬 수 있다.
그리고, 상기 날개부재들(71)은 차량의 콜드(cold) 모드 시, 모터(81)의 역회전 구동으로서 수직 방향으로 회전하며 프레임(61)의 개방구(63)를 폐쇄시키는 바, 이 경우는 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단하여 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기의 냉각을 억제함으로써 후처리장치(3)의 활성화 온도를 빠르게 높일 수 있다.
한편, 차량의 핫(hot) 모드 및 콜드(cold) 모드에서 상기 블라인드유닛(50)의 모터(81) 구동은 제어기(90)에 의해 제어되는 바, 이를 위해 본 실시예에서는 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하는 온도 센서(95)를 포함하고 있다.
상기 온도 센서(95)는 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력하는 통상적인 구조의 온도 검출 수단으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제어기(90)는 온도 센서(95)로부터 감지 신호를 제공받고, 측정된 배기 가스의 온도와 기설정된 배기 가스의 온도 범위를 비교 판단하여 블라인드유닛(50)의 모터(81)에 정역 구동 신호(제어 신호)를 인가한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템 제어 방법을 앞서 개시한 도면들 및 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
도면을 참조하면, 우선 본 실시예에서는 엔진(1)이 작동하는 상태에서(S10 단계), 온도 센서(95)가 배기 가스의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기(90)로 출력한다(S20 단계).
여기서, 엔진(1)으로는 터보차져(도면에 도시되지 않음)에 의해 가압되며 온도가 상승된 흡입 공기가 공급된다. 그리고, 엔진(1)에서는 배기 가스가 배출되는데, 배기 가스는 후처리장치(3)에 의해 각종 유해물질이 제거된 상태로 배출된다.
이 경우, 제어기(90)는 온도 센서(95)로부터 감지 신호를 제공받고, 측정된 배기 가스의 온도와 기설정된 배기 가스의 온도 범위를 비교 판단한다. 즉, 제어기(90)는 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스의 온도가 기설정된 범위인지를 판단한다.
상기 과정에서, 배기 가스의 온도가 기설정된 범위를 초과하는 것(대략 150℃ 이상)으로 판단되면(S30 단계), 제어기(90)는 블라인드유닛(50)의 모터(31)에 소정의 제1 제어 신호를 인가한다. 이 때 본 실시예에서는 상기한 판단 모드를 언급한 바 있는 차량의 핫(hot) 모드로 정의할 수 있다.
즉, 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스의 온도가 기설정된 범위를 초과하면, 제어기(90)는 블라인드유닛(50)의 모터(31)에 제1 제어 신호로서 정회전 구동 신호를 인가한다.
그러면, 상기 모터(31)의 정회전 구동으로서 블라인드유닛(50)의 날개부재들(71)은 상호 평행하게 수평 방향으로 회전하며 프레임(61)의 개방구(63)를 오픈시킨다(S40 단계).
따라서, 상기와 같은 차량의 콜드(hot) 모드에서는 블라인드유닛(50)의 날개부재들(71)을 통해 프레임(61)의 개방구(63)를 오픈시킴으로써 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 개방한다(S50 단계).
이로써 본 실시예에서는 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 개방함에 따라 인터쿨러(10)를 통해 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기를 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 제어기(90)는 온도 센서(95)로부터 감지 신호를 제공받아 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스의 온도가 기설정된 범위인지를 판단하는데, 배기 가스의 온도가 기설정된 범위 미만(대략 150℃ 미만)으로 판단되면, 제어기(90)는 블라인드유닛(50)의 모터(31)에 소정의 제2 제어 신호를 인가한다.
이 때 본 실시예에서는 상기한 판단 모드를 언급한 바 있는 차량의 콜드(cold) 모드로 정의할 수 있다.
이와 같이 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스의 온도가 기설정된 범위 미만이면, 제어기(90)는 블라인드유닛(50)의 모터(31)에 제2 제어 신호로서 역회전 구동 신호를 인가한다.
그러면, 상기 모터(31)의 역회전 구동으로서 블라인드유닛(50)의 날개부재들(71)은 수직 방향으로 회전하며 프레임(61)의 개방구(63)를 폐쇄시킨다(S60 단계).
따라서, 상기와 같은 차량의 콜드(cold) 모드에서는 블라인드유닛(50)의 날개부재들(71)을 통해 프레임(61)의 개방구(63)를 폐쇄시킴으로써 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단한다(S70 단계).
이로써 본 실시예에서는 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단함에 따라, 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기의 냉각을 억제함으로써 후처리장치(3)의 활성화 온도를 빠르게 높일 수 있게 된다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량의 냉각 시스템(100)에 의하면, 차량의 핫(hot) 모드 및 콜드(cold) 모드 시, 냉각 팬(30)을 통해 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 블라인드유닛(50)으로서 차단하거나 개방할 수 있다.
본 실시예에서는 차량의 콜드 모드 시, 인터쿨러(10)로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 블라인드유닛(50)을 통해 차단하여 엔진(1)으로 공급되는 흡입 공기의 냉각을 억제함으로써 후처리장치(3)의 활성화 온도를 빠르게 높일 수 있으므로, 결과적으로는 매연 및 각종 EM을 저감할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1... 엔진 3... 후처리 장치
5... 라디에이터 10... 인터쿨러
20... 에어 클리너 30... 냉각 팬
50... 블라인드유닛 61... 프레임
63... 개방구 71... 날개부재
81... 모터 90... 제어기
95... 온도 센서

Claims (5)

  1. 엔진에서 발생하는 배기 가스 중의 유해물질을 제거하기 위한 후처리장치를 포함하고 있는 차량에 구성되는 것으로서,
    라디에이터의 전방 측에 배치되며 엔진으로 공급되는 공기를 냉각하는 인터쿨러;
    상기 인터쿨러의 전방 측에 설치되며 상기 인터쿨러로 냉각 공기를 공급하는 냉각 팬; 및
    상기 인터쿨러 및 냉각 팬 사이에서 상기 인터쿨러의 전면에 구성되며 상기 인터쿨러로 유입되는 냉각 공기의 흐름을 차단하거나 개방하는 블라인드유닛
    을 포함하는 차량의 냉각 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 블라인드유닛은,
    상기 인터쿨러의 전면을 개방하는 개방구를 지닌 프레임과,
    상기 프레임에 설치되며 모터의 정역 구동에 의해 회전하는 다수의 날개부재들
    을 포함하는 차량의 냉각 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 엔진에서 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하고 그 감지 신호를 제어기로 출력하는 온도 센서를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 온도 센서의 감지 신호에 따라 상기 모터에 제어 신호를 인가하는 차량의 냉각 시스템.
  4. (a) 엔진에서 배출되는 배기 가스의 온도가 기설정된 범위인지를 판단하는 과정; 및
    (b) 상기 (a) 과정에서 배기 가스의 온도가 기설정된 범위 미만이면, 블라인드유닛을 작동시켜 인터쿨러의 전면을 폐쇄하고, 냉각 팬에 의해서 인터쿨러로 공급되는 냉각 공기를 차단하는 과정
    을 포함하는 차량의 냉각 시스템 제어 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 (a) 과정에서 배기 가스의 온도가 기설정된 범위를 초과하면, 상기 블라인드유닛을 작동시켜 상기 인터쿨러의 전면을 개방하고, 상기 냉각 팬을 통해 냉각 공기를 상기 인터쿨러로 공급하는 차량의 냉각 시스템 제어 방법.
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