KR20150119851A - 내부 연소 엔진용 연료를 가열하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내부 연소 엔진용 연료를 가열하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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다비드 제라르
파노 람파나리보
파스칼 에메리
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

하이브리드 차량 연소 엔진(1)의 시동시에 연료를 가열하기 위한 방법으로서, 상기 연료 가열 방법에서 상기 연료의 온도(T_GO)와 차량 외측의 온도(T_ext)가 제1 문턱값(T_GO_lim1) 및 상기 제1 문턱값보다 높은 제2 문턱값(T_GO_lim2)에 대하여 비교되며, 상기 제1 문턱값(T_GO_lim1) 아래에서는 상기 차량의 시동이 금지되고, 상기 제2 문턱값(T_GO_lim2) 위에서는 상기 연료가 가열되지 않은 채로 상기 엔진이 시동될 것이며, 외부 온도(T_ext)가 상기 2개의 문턱값들(T_GO_lim1, T_GO_lim2) 사이에 포함되는 때에 상기 연료는 상기 차량 배터리(6)를 위한 냉각 회로(8)와의 열의 교환에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 방법.

Description

내부 연소 엔진용 연료를 가열하기 위한 방법 및 장치{Method and device for heating fuel for an internal combustion engine}
본 발명은 내부 연소 엔진에 의해 이용되는 연료를 가열함에 관한 것이다.
더 구체적으로는, 본 발명은 차량 연소 엔진의 시동시에 연료를 가열하기 위한 방법에 관한 것인바, 그 연료 가열 방법에서 상기 연료의 온도와 차량 외측의 온도가 제1 문턱값 및 상기 제1 문턱값보다 높은 제2 문턱값에 대하여 비교되며, 상기 제1 문턱값 아래에서는 상기 차량이 시동되는 것이 방지되고, 상기 제2 문턱값 위에서는 상기 연료가 가열되지 않은 채로 상기 엔진이 시동된다.
또한 본 발명은 차량의 연료 탱크와 연소 엔진 사이의 연료 가열 장치, 및 그러한 장치가 장착된 하이브리드 차량에 관한 것이다.
본 발명은 전기 모터를 연소 엔진과 결합시키는 하이브리드 차량들에서 바람직하게 이용되나 배타적으로 이용되지는 않는다.
연소 엔진들이 냉간 시동되는 때에 연료를 가열시키고 그 차량의 시동을 촉진하기 위하여 상기 연료에 열량을 제공하는 것이 필요할 수 있다. 이 가열 요건은, 예컨대 압축-점화 엔진들에서 이용되는 연료와 같은, 직접-분사 디젤 엔진 내의 연료에 관한 것이다.
연료 고형화(fuel waxing)를 제한하고 디젤 필터의 막힘을 방지하기 위하여 상기 엔진을 시동할 때 충분한 열량이 제공되어야만 하는바, 상기 디젤 필터의 막힘은 공급 다기관 내에서의 압력 강하를 유발하며, 이는 불안정(instability), 엔진 정지(stalling), 및 심지어는 시동 실패로 귀결될 수 있다.
알려진 제1 해결법에 따르면, 디젤의 가열은 분사 시스템에 의해 제공되는 열량의 회수에 기초할 수 있다. 그 원리에는, 연료로 하여금 짧은 루프(short loop) 내에서 디젤 필터의 유입구를 향하여 유동하게 함이 수반된다.
알려진 다른 일 해결법은 연료 회로 내에 설치된 전기 히터를 통한 열량의 제공에 기초한다. 그 원리에는, 전도성 재료에 전류를 공급함으로써 열에너지를 발생시킴이 수반된다.
연료 공급 회로 상에 진짜(genuine) 가열 장치를 제공함이 이미 제안되었다. 특히 프랑스 등록특허 제2,481,751호에는 디젤 엔진을 위한 연료 공급 네트워크가 설명되는바, 여기에는 상기 엔진의 분사 시스템과 펌프 사이에 상기 차량의 배터리에 의해 전력을 공급받는 연료 가열 장치가 포함된다.
현재, CO2 배출의 감소에는 차량의 전기 소비의 최적화가 요구된다. 따라서 디젤 가열 해결법은 차량 시동 국면 동안에 소비에 부정적인 영향을 미치지 않고 효율적이어야만 한다. 언급된 간행물에 설명된 해결법은 많은 양의 전기를 소비하는 단점을 가진다. 더욱이, 그것은 새로운 시동 방법(starting strategies)을 가능하게 하는 하이브리드 차량 아키텍처(hybrid vehicle architectures)에 적합하지 않다.
본 발명은, 하이브리드 차량의 시동 국면 중 연소 엔진의 가열을 돕기 위하여 하이브리드 차량 트랙션 배터리들에 의한 작동 중에 방출되는 현저한 양의 열을 최대한 이용(exploit)하도록 의도된다.
이 목적으로, 상기 외측 온도가 2개의 온도 문턱값들 사이에 있다면 상기 연료는 상기 차량의 배터리의 냉각 회로와의 열교환에 의해 가열될 것이 제안된다.
바람직하게는, 상기 외측 온도 또는 상기 연료의 온도가 제2의 더 높은 문턱값을 초과하면 상기 연료의 가열이 정지된다.
본 발명에 따르면, 상기 연료는 열교환기를 통과함으로써 가열되는바, 상기 차량의 배터리의 냉각수 회로가 상기 열교환기를 가로지른다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은, 첨부된 도면을 참조하여 제공되는 본 발명의 비한정적 실시례의 다음 설명을 읽는 때에 명확해질 것인바, 상기 첨부된 도면인 단일 도면에는 제안된 시스템의 전체적인 아키텍처(architecture)가 도시된다.
그 도면의 하이브리드 아키텍처는 연소 엔진(1) 및 상기 연소 엔진의 연료 공급 회로(22)를 포함한다. 전기 트랙션 기계(electric traction machine; 3)는 (미도시된, 결합 수단을 이용하여) 상기 연소 엔진(1), 및 상기 차량의 변속기(transmission; 4)에 결합되거나 그 반대이다. 전기 트랙션 배터리(6)는 전기를 전기 기계(3)에 공급한다. 상기 전기 트랙션 배터리(6)는 냉각 회로(8)에 의해 열교환기(7)에 연결된다. 상기 아키텍처의 구성요소들의 조립체는 모니터링 수단(9)에 의해 제어된다. 연료 탱크(11)와 상기 연소 엔진(2) 사이의 주 연료 회로는 상기 열교환기(7)를 통과한다. 상기 주 연료 회로에는 상기 열교환기(7) 주위의 우회로(2a)가 구비된다.
상기 장치는 복수개의 센서들(미도시)을 구비하는바, 그 센서들은 연료-온도 센서, 외측-온도 센서, 및 배터리-냉각수 온도 센서를 포함한다. 상기 센서들 모두로부터의 신호들은 상기 모니터링 수단(9)에 의해 수신된다.
상기 조립체는 다음과 같이 제어된다: 정상 작동 중에 상기 연소 엔진(1), 상기 전기 트랙션 기계(3), 및 이들 개별의 연료 및 전기 공급원들은 상기 모니터링 수단(9)에 의해 제어된다.
시동 국면에, 측정된 외측 온도(T_ext)가 제1 문턱값(T_GO_lim1) 아래라면(T_ext < T_GO_lim1), 연료가 차단(blocked)되므로 상기 연소 엔진를 시동하는 것이 가능하지 않다. 상기 차량은 상기 전기 기계(3)만의 효과로써 움직일 수 있다. 상기 차량은 전기 모드로 움직여야 한다.
상기 모니터링 수단은 상기 외측 온도보다 높은 제2 연료 온도 문턱값(T_GO_lim2)도 설정한다. 상기 외측 온도가 상기 2개의 문턱값들 사이라면(T_GO_lim1 < T_exterieure < T_GO_lim2), 2가지 상황이 있다.
상기 연료의 온도(T_GO)가 상기 제2 문턱값 아래라면(T_GO < T_GO_lim2), 상기 차량은, 상기 모니터링 수단에 의해 이루어진 결정(decision) 및 다른 작동 조건들의 함수로서 전기 모드 또는 연소 모드로 구동될 수 있다. 상기 배터리를 위한 냉각수는 관련된 냉각 회로를 통해 유동한다. 예를 들어 냉각은 물-온도 센서에 의해 제어된다. 연료 온도 센서는 상기 연소 엔진의 연료 공급 회로 내에서 상기 연료의 온도를 측정한다. 이 영역(zone) 내에서, 상기 차량이 시동되는 때에 상기 연료의 온도는 상기 외측 온도와 원칙적으로 같기 때문에 상기 연료는 보통 시동을 위하여 가열될 필요가 있다. 이 경우에 상기 교환기는 작동 중이며, 상기 냉각 회로와 상기 연료 공급 회로 사이에 열량이 교환된다. 이 열교환에 의해 상기 연료가 가열되며, 상기 연소 엔진의 시동이 촉진된다.
상기 외측 온도 또는 상기 연료의 온도가 상기 제2 문턱값들 초과하면 상기 연료의 가열은 정지된다:
a) 상기 연료의 온도가 상기 제2 문턱값을 초과한다면(T_GO > T_GO_lim2), 상기 연료는 충분히 따뜻하다. 더 이상 상기 연료를 가열할 필요가 없다. 상기 교환기는 우회될 수 있다.
b) 상기 외측 온도가 상기 제2 문턱값을 초과한다면(T_GO_lim2 < T_exterieure), 상기 연료는 시동하기에 충분히 따뜻하고, 가열될 필요가 없다. 상기 교환기는 우회될 수 있다.
요약하자면, 상기 연료의 온도와 상기 차량 외측의 온도가 제1 문턱값 및 상기 제1 문턱값보다 높은 제2 문턱값에 대하여 비교되는바, 상기 제1 문턱값 아래에서는 상기 차량이 시동되는 것이 방지되고, 상기 제2 문턱값 위에서는 상기 연료가 가열되지 않은 채로 상기 엔진이 시동된다. 상기 2개의 문턱값들 사이에서 상기 연료는 상기 차량의 배터리의 냉각 회로와의 열교환에 의해 가열된다.
마지막으로, 배터리 냉각 회로와 상기 연소 엔진을 위한 연료 공급 회로 사이의 교환기는 (도면에는 도시되지 않은) 연료 회로의 고온 부분(hot portion)과도 열을 교환할 수 있는바, 상기 연료 회로의 고온 부분은 연료 탱크로의 귀환 회로이다. 그 후 그 연료 귀환 회로가 상기 열교환기를 통과함으로써 상기 열교환기는, 분사기들 또는 고압 펌프로부터 상기 탱크로 귀환하는 연료의 가열을 제한하는 데에도 이용될 수 있다.
본 발명의 장점들은 많으나 특히, 상기 외측 온도의 함수로서 상기 연소 엔진을 시동함, 및 시동시에 상기 연료를 가열하는 것을 돕고 상기 연소 엔진의 시동의 품질을 증가시키기 위하여 배터리 냉각 회로를 이용함의 이점이 포함된다.
상기 도면의 비한정적 예시로서 도시된 하이브리드 차량으로서, 적어도 하나의 연소 엔진(1), 및 냉각수 회로가 제공되는 트랙션 배터리에 의해 전력을 공급받는 전기 기계(3)를 갖춘 하이브리드 차량의 경우에, 상기 연료의 온도가 상기 제2 문턱값보다 낮다면, 상기 차량이 전기 구동원(3)만을 이용하여 움직일 수 있다. 그 후 상기 차량이 움직이고 있는 때에 상기 연료의 온도가 이 문턱값에 도달했다면 상기 연소 엔진이 시동된다.

Claims (10)

  1. 차량 연소 엔진(1)의 시동시에 연료를 가열하기 위한 방법으로서, 상기 연료 가열 방법에서 상기 연료의 온도(T_GO)와 차량 외측의 온도(T_ext)가 제1 문턱값(T_GO_lim1) 및 상기 제1 문턱값보다 높은 제2 문턱값(T_GO_lim2)에 대하여 비교되며, 상기 제1 문턱값(T_GO_lim1) 아래에서는 상기 차량이 시동되는 것이 방지되고, 상기 제2 문턱값(T_GO_lim2) 위에서는 상기 연료가 가열되지 않은 채로 상기 엔진이 시동되며, 상기 외측 온도(T_ext)가 상기 2개의 문턱값들(T_GO_lim1, T_GO_lim2) 사이에 있는 때에 상기 연료는 상기 차량의 배터리(6)의 냉각 회로(8)와의 열교환에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외측 온도(T_ext) 또는 상기 연료의 온도(T_GO)가 상기 제2 문턱값(T_GO_lim2)을 초과하면 상기 연료의 가열이 정지되는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배터리의 냉각 회로(8)는 상기 엔진의 고압 펌프 또는 분사기들로부터 상기 엔진의 귀환 회로(return circuit)를 통하여 탱크(9)로 귀환하는 연료의 가열을 제한하는 데에 이용되는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 방법.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 연료의 온도(T_GO)가 상기 제2 문턱값(T_GO_lim2)보다 낮다면, 상기 차량이 전기 구동원(3)만을 이용하여 움직이는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 연료의 온도(T_GO)가 상기 제2 문턱값에 도달되었다면 상기 차량이 움직이고 있는 때에 상기 연소 엔진(1)이 시동되는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 방법.
  6. 연료 온도 센서 및 외측 온도 센서를 구비한 차량의 연료 탱크(9)와 연소 엔진(1) 사이의 연료 가열 장치로서, 상기 연료는, 상기 차량의 배터리(6)의 냉각수 회로(8)가 가로지르는 열교환기(7)를 통과함으로써 가열되는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서, 연료 회로(2)는 상기 열교환기(7)에 대한 우회로(bypass; 2a)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 엔진(1)으로부터 상기 탱크(9)로 귀환하는 연료의 온도(T_GO)가 제한될 수 있도록, 연료 귀환 회로(fuel return circuit)도 상기 열교환기(7)를 통과하는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 장치.
  9. 제6항, 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 연료 가열 장치는 배터리-냉각수 온도 센서(battery-cooling-water temperature sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 장치.
  10. 적어도 하나의 연소 엔진, 및 냉각수 회로(8)가 제공되는 트랙션 배터리(6)에 의해 동력을 받는 전기 기계(3)를 갖춘 하이브리드 차량으로서, 상기 하이브리드 차량은 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 연료 가열 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연료 가열 장치.
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