KR20130054623A - 하이브리드 버스용 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나의 냉각팬을 이용하여 엔진과 하이브리드 부품을 동시에 냉각시킬 수 있는 하이브리드 버스용 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 버스용 냉각장치는, 하이브리드 버스의 동력원인 엔진과 하이브리드 유닛을 냉각시키기 위해서 장착되는 하이브리드 버스용 냉각장치에 있어서, 엔진(30)과 하이브리드 유닛(40)에서 배출된 냉각수를 냉각시키고, 에어컨(50)에서 배출된 냉매를 냉각시키며, 유압모터(61)에서 배출된 작동유를 냉각시키는 라디에이터 모듈(10)과, 상기 라디에이터 모듈(10)에 외부의 공기가 공급되도록 구비되고 상기 유압모터(61)에 의해 회전하는 냉각팬(20)과, 상기 냉각팬(20)의 회전을 제어하는 제어부(70)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 버스용 냉각장치{Cooling apparatus for hybrid bus}
본 발명은 하이브리드 유닛이 적용된 버스의 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하나의 냉각팬을 이용하여 엔진과 하이브리드 부품을 동시에 냉각시킬 수 있는 하이브리드 버스용 냉각장치에 관한 것이다.
이산화탄소를 저감하기 위한 최근의 자동차에 대한 기술 흐름의 하나인 하이브리드 자동차는 엔진과 모터를 동시에 구비하여 필요에 따라 엔진 또는 모터를 선택하여 운전하거나 모두 작동시켜 동력을 발생시키도록 한다.
이러한 하이브리드 자동차는 승용차뿐만 아니라, 상용차에도 적용되고 있으며, 특히 승객을 수송하는데 사용되는 버스에도 적용되고 있다.
한편, 하이브리드 버스에는 동력발생을 위한 엔진과 모터가 모두 구비되는 바, 엔진의 구동에 의해 발생하는 열과 모터를 비롯한 하이브리드 부품에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각장치가 구비되어 있다.
종래 기술에 따른 하이브리드 버스용 냉각장치의 구성을 살펴보면, 엔진과 하이브리드 부품용 냉각장치가 별개의 유닛으로 장착되는 관계로 버스의 내부에 설치하기 위한 공간에 대한 제약이 많았고, 중복되는 부품의 장착으로 인하여 생산원가가 상승되는 문제점을 갖고 있다.
또한, 중복되는 부품의 추가 구동에 따른 동력 소모로 인하여, 연비가 저하되는 문제가 있고, 이를 제어하기 위한 별도의 제어로직이 구성되어야 하는 문제점이 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 엔진과 독립적으로 하이브리드 부품을 냉각시키는 기술이 개시되어 있는 바, 엔진을 냉각시키는 위한 냉각장치와 하이브리드 부품을 냉각시키기 위한 냉각장치가 별도로 구성되어, 앞서 설명한 바와 같은 문제점을 지니고 있다.
KR 10-2002-0052381 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 하이브리드 버스에 장착되는 엔진과 하이브리드 유닛을 하나의 냉각팬에 의해서 냉각시킬 수 있는 하이브리드 버스용 냉각장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 하이브리드 버스용 냉각장치는, 하이브리드 버스의 동력원인 엔진과 하이브리드 유닛을 냉각시키기 위해서 장착되는 하이브리드 버스용 냉각장치에 있어서, 엔진과 하이브리드 유닛에서 배출된 냉각수를 냉각시키고, 에어컨에서 배출된 냉매를 냉각시키며, 유압모터에서 배출된 작동유를 냉각시키는 라디에이터 모듈과, 상기 라디에이터 모듈에 외부의 공기가 공급되도록 구비되고 상기 유압모터에 의해 회전하는 냉각팬과, 상기 냉각팬의 회전을 제어하는 제어부를 포함한다.
특히, 상기 라디에이터 모듈은, 엔진 워터펌프 및 상기 엔진과 냉각수가 유동하도록 연결되고, 상기 엔진에서 배출된 고온의 냉각수를 냉각시키는 엔진 라디에이터와, 하이브리드 워터펌프와 상기 하이브리드 유닛과 냉각수 유동하도록 연결되어 하이브리드 유닛을 냉각시킨 고온의 냉각수를 냉각시키는 하이브리드 라디에이터와, 에어컨과 냉매가 순환되도록 연결되어 냉매를 냉각시키는 에어컨 열교환기 및 상기 유압모터와 작동유가 유도되도록 연결되어 유압모터에서 배출된 작동유를 냉각시키는 오일쿨러가 하나의 프레임 내부에 구비되어 상기 냉각팬에 의해서 방열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 라디에이터 모듈에서, 에어컨 열교환기와 오일쿨러는 차량의 전방측에 위치하고, 엔진 라디에이터와 하이브리드 라디에이터는 상기 에어컨 열교환기와 오일쿨러의 후방에 위치하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 프레임의 외측에는 상기 라디에이터 모듈로 유입되는 공기의 흐름을 가이드하는 에어가이드가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 유압모터는 상기 유압펌프에서 공급된 작동유에 의해 구동하여 상기 냉각팬을 회전시키고, 상기 유압모터에서 배출된 작동유는 상기 오일쿨러를 거쳐 상기 유압펌프에 작동유를 공급하는 오일탱크로 유동하며, 상기 유압펌프와 유압모터 사이에 제어부에 의해 작동하는 오일밸브가 구비된다.
상기 제어부는 상기 엔진 워터펌프, 하이브리드 워터펌프, 에어컨 및 오일밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 하이브리드 유닛을 순환하는 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서로부터 입력된 냉각수의 온도와, 엔진으로부터 입력된 엔진의 회전수(rpm)및 상기 라디에이터 모듈의 전방에 구비된 외기온센서로부터 입력된 외기의 온도 이용하여 오일밸브의 개방정도를 제어하여 냉각팬의 속도를 제어하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 하이브리드 버스용 냉각장치에 따르면, 하나의 냉각팬을 이용하여 엔진과 하이브리드 부품을 동시에 냉각시킴으로써, 중복되는 구성요소의 감소로 인하여 차량의 내부 공간이 확대되고, 중복되는 부품의 감소로 인하여 생산원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 엔진과 하이브리드 부품을 하나의 냉각팬으로 냉각시키게 되므로, 별도의 냉각팬을 이용하여 냉각시키는 종래기술에 비하여 냉각장치를 구동하는데 소요되는 동력을 감소시킬 수 있어 연비 향상에도 도움이 된다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 버스의 냉각장치를 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 버스의 냉각장치에서 라디에이터 모듈과 냉각팬을 도시한 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 버스의 냉각장치에서 라디에이터 모듈의 일례를 촬영한 사진.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 하이브리드 버스의 냉각장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 버스의 냉각장치는, 하나의 라디에이터 모듈(10)에 엔진(30), 하이브리드 유닛(40), 에어컨(50) 및 유압모터(61)에서 배출된 냉각수, 냉매 및 작동유를 냉각시키도록 한다.
종래기술에 따르면, 특히, 엔진(30)과 하이브리드 유닛(40)을 별개의 냉각팬(20)에 의해 냉각되도록 하여 중복되는 부품이 많이 소요될 수 밖에 없었다.
그러나, 본 발명에 따른 하이브리드 버스의 냉각장치에서는 하나의 라디에이터 모듈(10)의 내부에 엔진(30), 하이브리드 유닛(40), 에어컨(50) 및 유압모터(61)에 연결된 복수의 라디에이터를 설치하고, 이를 하나의 냉각팬(20)을 이용하여 냉각시킴으로써, 중복되는 부품을 줄이고, 효율적을 운전이 가능하도록 한다.
이를 도 1 및 도 2를 통하여 살펴보면, 라디에이터 모듈(10)에는 각각 엔진(30), 하이브리드 유닛(40), 에어컨(50) 및 유압모터(61)에 연결된 엔진 라디에이터(12), 하이브리드 라디에이터(13), 에어컨 열교환기(14) 및 오일쿨러(15)가 하나의 프레임(11)의 내부에 패키징되어 있다.
즉, 상기 라디에이터 모듈(10)에는 일정한 공간을 형성할 수 있도록 프레임(11)이 구비되고, 상기 프레임(11)의 내부에 엔진 라디에이터(12), 하이브리드 라디에이터(13), 에어컨 열교환기(14) 및 오일쿨러(15)가 구비된다.
엔진 라디에이터(12)는 엔진(30)과 상기 엔진(30)으로 냉각수를 공급하는 엔진 워터펌프(31)와 유로를 연결되고, 상기 엔진 워터펌프(31)에 의해서 냉각수가 순환된다.
하이브리드 라디에이터(13)는 모터, 인버터 등이 구비된 하이브리드 유닛(40)과 상기 하이브리드 유닛(40)의 냉각을 위해서 하이브리드 유닛(40)으로 냉각수를 공급하는 하이브리드 워터펌프(41)와 내부에 냉각수가 순환하는 유로에 의해 연결된다.
마찬가지로, 에어컨 열교환기(14)도 에어컨(50)과 냉매유로를 통하여 연결되어 에어컨(50)에서 발생된 열을 에어컨 열교환기(14)에서 방출하고, 후술되는 유압모터(61)도 오일쿨러(15)와 연결되어 가열된 작동유를 냉각시킬 수 있다.
한편, 상기 라디에이터 모듈(10)에서 에어컨 열교환기(14)와 오일쿨러(15)는 전방에 배치되고, 엔진 라디에이터(12)와 하이브리드 라디에이터(13)는 후방에 배치되도록 한다. 특히, 에어컨 열교환기(14)는 엔진 라디에이터(12)의 전방에 위치하고, 오일쿨러(15)는 하이브리드 라디에이터(13)의 전방에 위치하는 것이 바람직하다.
통상적으로 엔진 라디에이터(12)의 내부를 유동하는 냉각수의 온도가 나머지 하이브리드 라디에이터(13), 에어컨 열교환기(14) 또는 오일쿨러(15)보다 높으므로, 후방에 배치되도록 한다. 만약, 다른 라디에이터보다 고온인 엔진 라디에이터(12)가 다른 라디에이터보다 전방에 위치하면, 외기가 엔진 라디에이터(12)를 통과하였을 때, 고온이 되어 다른 라디에이터를 냉각시키기에 부적합하므로 상대적으로 고온인 엔진 라디에이터(12)는 후방에 배치된다.
한편, 하이브리드 라디에이터(13)와 오일쿨러(15)는, 오일쿨러(15)가 후방에 위치하고, 하이브리드 라디에이터(13)가 전방에 위치할 수도 있으나, 만약 오일쿨러(15)가 후방에 위치하면, 후술되는 냉각팬(20)과의 간격을 추가로 확보해야 하고, 상대적으로 작은 크기의 오일쿨러(15)가 후방에 위치하면 외기의 유동에서도 불리하므로, 오일쿨러(15)가 하이브리드 라디에이터(13)보다 전방에 위치한다.
아울러, 상기 프레임(11)의 둘레에는 공기의 흐름을 안내하는 에어가이드(16)가 구비되는 것이 바람직하다.
냉각팬(20)은 상기 라디에이터 모듈(10)의 전방 또는 후방, 바람직하게는 상기 라디에이터 모듈(10)의 후방에 구비된다.
상기 냉각팬(20)은 모터에 의해서 구동되는데, 그 예의 하나로서, 유압펌프(63)에서 공급된 작동유가 공급되면 회전력을 발생시키는 유압모터(61)에 의해 작동되도록 구성할 수 있다. 즉, 상기 냉각팬(20)은 오일밸브(64)가 개방되면, 유압펌프(63)에서 가압된 작동유가 유압모터(61)를 거치면서 냉각팬(20)의 구동시키고, 오일쿨러(15)로 배출된다. 이후, 작동유는 오일탱크(62)로 리턴되도록 순환한다. 상기 냉각팬(20)의 속도를 오일밸브(64)의 개방정도를 제어하여 유압모터(61)로 유입되는 작동유의 양을 제어함으로써 제어한다.
한편, 상기 냉각팬(20)에 인접하도록 슈라우드(21)를 구비하여, 냉각팬(20)으로 유입되는 공기의 흐름을 제어할 수 있다.
제어부(70)는 엔진(30)을 순환하는 냉각수 또는 하이브리드 유닛(40)을 순환하는 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서(71), 외부에서 유입되는 공기의 온도를 측정하는 외기온센서(72)를 비롯한 각종 센서로부터 하이브리드 버스에 대한 정보를 받아, 냉각이 필요한 부분을 작동시키도록 제어한다. 즉, 엔진(30)의 냉각이 필요하면, 엔진 워터펌프(31)를 작동시키고, 하이브리드 유닛(40)의 냉각이 필요하면 하이브리드 워터펌프(41)를 작동시키며, 에어컨(50)이 작동되도록 냉매를 순환시키고, 냉각수, 냉매 및 작동유의 냉각을 위하여 냉각팬(20)으로 작동유가 공급되도록 오일밸브(64)의 개폐 및 개방정도를 제어한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 하이브리드 버스의 작용에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 버스는 엔진(30), 하이브리드 유닛(40), 에어컨(50)의 작동에 따른 냉각을 하나의 라디에이터 모듈(10)에서 실시되도록 한다.
즉, 엔진(30)이 가동함에 따라 엔진(30)의 내부에 냉각수의 수온은 수온센서(71)로 측정하고, 이와 함께 엔진(30)의 회전수(rpm)를 측정하여 제어부(70)로 출력하면, 제어부(70)는 엔진(30)으로 냉각수를 순환하기 위하여 엔진 워터펌프(31)를 구동시킨다. 엔진 워터펌프(31)가 가동하면, 냉각수는 엔진 워터펌프(31), 엔진(30), 라디에이터 모듈(10)의 엔진 라디에이터(12)를 순환하여 엔진(30)을 냉각시킨다.
한편, 하이브리드 유닛(40)이 작동하는 경우에는 하이브리드 유닛(40) 내부의 모터, 인버터 등을 냉각시키기 위해서, 하이브리드 워터펌프(41)는 냉각수가 하이브리드 유닛(40)과 하이브리드 라디에이터(13)를 순환하도록 작동된다.
아울러, 상기 에어컨(50)이 작동하면 냉매는 에어컨(50)과 에어컨 열교환기(14)를 순환하게 된다.
상기와 같이, 엔진(30), 하이브리드 유닛(40) 또는 에어컨(50) 중 어느 하나 또는 둘 이상으로부터 냉각수 또는 냉매가 라디에이터 모듈(10)로 순환하면, 라디에이터 모듈(10)에서는 냉각수 또는 냉매를 냉각시키기 위해서 냉각팬(20)을 회전시킨다.
마찬가지로 에어컨(50)이 작동하는 경우에도, 에어컨 열교환기(14)를 순환하는 냉매를 냉각시키기 위해서 냉각팬(20)을 이용하여 외부의 공기를 유입시키게 된다.
한편, 냉각팬(20)은 작동시키기 위한 유압모터(61)의 작동으로 작동유의 온도가 상승하는 경우에도, 상기 오일쿨러(15)로 작동유가 순환하면서 냉각된다.
이때, 상기의 냉각수, 냉매 또는 작동유를 냉각시키기 위해서, 라디에이터 모듈(10)의 내부에 엔진 라디에이터(12), 하이브리드 라디에이터(13), 에어컨 열교환기(14) 및 오일쿨러(15)를 설치하고, 상기 라디에이터 모듈(10)에 하나의 냉각팬(20)을 설치함으로써, 각 부분을 냉각시키기 위해서 별도의 냉각장치를 설치하지 않아도 된다.
이때, 냉각이 필요하지 않은 부분은, 라디에이터 모듈(10)로 냉각팬(20)을 통하여 외부의 공기가 유입되더라도, 냉각수 또는 냉매가 순환되지 않으므로 과냉각되는 현상이 발생하지 않는다. 예컨대, 엔진(30)은 냉각이 되어야 하나, 하이브리드 유닛(40)은 작동하지 않아 냉각이 필요없는 경우, 엔진 워터펌프(31)는 통하여 냉각수를 순환시키면서, 냉각팬(20)을 작동시키면 라디에이터 모듈(10)에서 엔진(30)의 냉각수를 냉각시키게 된다. 하지만, 하이브리드 유닛(40)의 냉각수는 하이브리드 워터펌프(41)가 작동하지 않으므로, 하이브리드 유닛(40)에서는 냉각이 일어나지 않는다.
따라서, 상기 제어부(70)는 엔진(30), 하이브리드 유닛(40), 에어컨(50) 및 유압모터(61)의 작동에 따라 냉각유무를 결정하고, 냉각이 필요한 부분으로 냉각된 냉각수, 냉매 또는 작동유가 공급되도록 제어한다.
아울러, 외기온센서(72)를 통하여 차량의 주행에 따라 상기 라디에이터 모듈(10)로 유입되는 공기의 온도를 감지하여, 냉각팬(20)의 회전이 필요없이, 단순히 외기의 유입으로 냉각이 가능한 경우에는 냉각팬(20)이 작동하지 않도록 할 수도 있다.
10 : 라디에이터 모듈 11 : 프레임
12 : 엔진 라디에이터 13 : 하이브리드 라디에이터
14 : 에어컨 열교환기 15 : 오일쿨러
16 : 에어가이드 20 : 냉각팬
21 : 슈라우드 30 : 엔진
31 : 엔진 워터펌프 40 : 하이브리드 유닛
41 : 하이브리드 워터펌프 50 : 에어컨
61 : 유압모터 62 : 오일탱크
63 : 유압펌프 64 : 오일밸브
70 : 제어부 71 : 수온센서
72 : 외기온센서

Claims (7)

  1. 하이브리드 버스의 동력원인 엔진과 하이브리드 유닛을 냉각시키기 위해서 장착되는 하이브리드 버스용 냉각장치에 있어서,
    엔진과 하이브리드 유닛에서 배출된 냉각수를 냉각시키고, 에어컨에서 배출된 냉매를 냉각시키며, 유압모터에서 배출된 작동유를 냉각시키는 라디에이터 모듈과,
    상기 라디에이터 모듈에 외부의 공기가 공급되도록 구비되고 상기 유압모터에 의해 회전하는 냉각팬과,
    상기 냉각팬의 회전을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 버스용 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터 모듈은,
    엔진 워터펌프 및 상기 엔진과 냉각수가 유동하도록 연결되고, 상기 엔진에서 배출된 고온의 냉각수를 냉각시키는 엔진 라디에이터와,
    하이브리드 워터펌프와 상기 하이브리드 유닛과 냉각수 유동하도록 연결되어 하이브리드 유닛을 냉각시킨 고온의 냉각수를 냉각시키는 하이브리드 라디에이터와,
    에어컨과 냉매가 순환되도록 연결되어 냉매를 냉각시키는 에어컨 열교환기 및
    상기 유압모터와 작동유가 유도되도록 연결되어 유압모터에서 배출된 작동유를 냉각시키는 오일쿨러가
    하나의 프레임 내부에 구비되어 상기 냉각팬에 의해서 방열되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 버스용 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 라디에이터 모듈에서,
    에어컨 열교환기와 오일쿨러는 차량의 전방측에 위치하고, 엔진 라디에이터와 하이브리드 라디에이터는 상기 에어컨 열교환기와 오일쿨러의 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 버스용 냉각장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 프레임의 외측에는 상기 라디에이터 모듈로 유입되는 공기의 흐름을 가이드하는 에어가이드가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 버스용 냉각장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유압모터는 상기 유압펌프에서 공급된 작동유에 의해 구동하여 상기 냉각팬을 회전시키고,
    상기 유압모터에서 배출된 작동유는 상기 오일쿨러를 거쳐 상기 유압펌프에 작동유를 공급하는 오일탱크로 유동하며,
    상기 유압펌프와 유압모터 사이에 제어부에 의해 작동하는 오일밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 버스용 냉각장치.
  6. 제1항 또는 제2항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 엔진 워터펌프, 하이브리드 워터펌프, 에어컨 및 오일밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 버스용 냉각장치.
  7. 제1항 또는 제2항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 하이브리드 유닛을 순환하는 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서로부터 입력된 냉각수의 온도와, 엔진으로부터 입력된 엔진의 회전수(rpm)및 상기 라디에이터 모듈의 전방에 구비된 외기온센서로부터 입력된 외기의 온도 이용하여 오일밸브의 개방정도를 제어하여 냉각팬의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 버스용 냉각장치.
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