KR20170070504A - 수냉식 인터쿨러 냉각장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수냉식 인터쿨러로 유입되는 냉각수를 에어컨의 증발기를 이용하여 사전에 냉각되도록 함으로써, 냉각효율이 증대되도록 한 수냉식 인터쿨러 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치는, 수냉식 인터쿨러(11)와 저온라디에이터(13)를 냉각수가 순환하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치에 있어서, 상기 수냉식 인터쿨러(11)와 상기 저온라디에이터(13)를 연결하는 배관에 상기 냉각수와 차량의 냉방장치의 냉매가 열교환하는 열교환기(21)가 설치되고, 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법은, 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수를 에어컨의 냉매와 열교환시키는 것으로 결정하는 제어개시단계(S130)와, 에어컨의 압축기(24)의 듀티를 상승시키는 압축기 듀티 상승단계(S140)와, 상기 제어개시단계(S130) 이전보다 차량의 실내온도가 상승되는 쪽으로 공조장치를 제어하는 실내공조 제어단계(S150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수냉식 인터쿨러 냉각장치 및 그 제어방법{COOLING APPARATUS FOR WATER CHARGE AIR COOLER AND METHOD FOR CONTROLLING OF THE SAME}
본 발명은 차량의 수냉식 인터쿨러 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수냉식 인터쿨러로 유입되는 냉각수를 에어컨의 증발기를 이용하여 사전에 냉각되도록 함으로써, 냉각효율이 증대되도록 한 수냉식 인터쿨러 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
터보차저가 장착된 차량에서는 상기 터보차저의 압축기로 배출된 공기를 냉각시켜 엔진으로 유입되도록 함으로써 출력을 향상시키는 인터쿨러가 장착된다.
상기 인터쿨러 중에는 냉각수를 순환시켜 엔진으로 유입되는 공기를 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 인터쿨러(WCAC; Water Charge Air Cooler)가 있다.
상기 수냉식 인터쿨러는 도 1에 도시된 바와 같이 수냉식 인터쿨러(111)와 저온라디에이터(113)를 냉각수가 순환할 수 있도록 배관으로 연결하고, 전동식 워터펌프(112)를 이용하여 냉각수를 순환시킨다.
상기 수냉식 인터쿨러(111)은 상기 수냉식 인터쿨러(111)로 유입된 고온의 공기와 저온의 냉각수가 열교환하여, 고온의 공기를 냉각시킨다.
이러한 종래기술에 따른 수냉식 인터쿨러(111)는 엔진의 출력이 높을수록 상기 저온라디에이터(113)의 크기를 키워야 하는 문제점이 있었다. 즉, 출력이 높아질수록 상기 수냉식 인터쿨러(111)에서 냉각시켜야 하는 공기의 양도 늘어나고, 이에 따라 저온라디에이터(113)의 크기가 커질 수 밖에 없다.
또한, 하절기에는 외기온이 높으므로, 상기 수냉식 인터쿨러(111)에서 더 큰 냉각성능이 요구되지만, 상기 저온라디에이터(113)의 효율은 저하되는 문제점이 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 '열교환장치 및 이를 적용한 자동차용 수냉식 인터쿨러'에 관한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2010-0130806 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 수냉식 인터쿨러를 냉각시키는 냉각수를 차량 냉방장치의 냉매와도 열교환하도록 함으로써, 냉각효율이 상승되도록 한 수냉식 인터쿨러 냉각장치 및 그 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치는, 수냉식 인터쿨러와 저온라디에이터를 냉각수가 순환하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치에 있어서, 상기 수냉식 인터쿨러와 상기 저온라디에이터를 연결하는 배관에 상기 냉각수와 차량의 냉방장치의 냉매가 열교환하는 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 상기 저온라디에이터로부터 상기 수냉식 인터쿨러로 냉각된 냉각수를 공급하는 배관에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는, 증발기로부터 배출된 냉매가 통과하도록 상기 냉방장치의 증발기와 압축기 사이에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 압축기는 펄스폭변조(PWM : Pulse With Modulation)로 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 압축기는 상기 냉방장치의 공조부하에 상기 냉각수의 냉각에 필요한 냉각부하를 추가하여 듀티(duty)가 제어되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법은, 수냉식 인터쿨러와 저온라디에이터를 연결하는 배관에 냉각수와 차량의 냉방장치의 냉매가 열교환하는 열교환기가 설치되는 수냉식 인터쿨러 냉각장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 수냉식 인터쿨러로 유입되는 냉각수를 에어컨의 냉매와 열교환시키는 것으로 결정하는 제어개시단계와, 에어컨의 압축기의 듀티를 상승시키는 압축기 듀티 상승단계와, 상기 제어개시단계 이전보다 차량의 실내온도가 상승되는 쪽으로 공조장치를 제어하는 실내공조 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어개시단계 이전에, 터보차저의 압력 또는 온도를 입력받는 터보차저 부스트 압력 및 온도 입력단계와, 상기 터보차저의 압력이 미리 설정된 제어개시 압력보다 높은지 비교하거나, 상기 터보차저의 온도와 외기 온도의 차이가 미리 설정된 제어개시 온도차이보다 높은지를 비교하는 터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계가 수행되고, 상기 터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계에서 터보차저 부스트 압력이 상기 제어개시 압력보다 높거나, 터보차저 부스트의 온도가 제어개시 온도차이보다 크면 상기 제어개시단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 실내공조 제어단계는 실내로 공급되는 공기에 온기가 더 많이 포함되도록 템프도어를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 실내공조 제어단계는 블로워의 회전수를 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 실내공조 제어단계는 실내로 공급되는 공기가 차량 실내의 바닥을 향하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치 및 그 제어방법에 따르면, 저온라디에이터로부터 배출되어 수냉식 인터쿨러로 유입되는 냉각수를 냉매를 통하여 추가로 냉각시킴으로써, 수냉식 인터쿨러의 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 수냉식 인터쿨러의 효율이 높아짐으로써, 저온라디에이터의 크기를 소형화가 가능해지므로, 차량의 연비를 높일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치를 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치를 도시한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치는, 수냉식 인터쿨러(11)와 저온라디에이터(13)를 냉각수가 순환하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치에 있어서, 상기 수냉식 인터쿨러(11)와 상기 저온라디에이터(13)를 연결하는 배관에 상기 냉각수와 차량의 냉방장치의 냉매가 열교환하는 열교환기(21)가 설치된다.
수냉식 인터쿨러(11)는 저온라디에이터(13)와 배관을 통하여 연결되고, 상기 배관을 통하여 냉각수가 순환되도록 함으로써, 상기 수냉식 인터쿨러(11)는 터보차저로 유입되는 공기를 냉각시킨다.
상기 수냉식 인터쿨러(11)와 상기 저온라디에이터(13)를 연결하는 배관중에서 어느 하나의 배관에는 워터펌프(12)가 설치되어, 상기 수냉식 인터쿨러(11)와 상기 저온라디에이터(13) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 바람직하게는 상기 워터펌프(12)가 설치된 배관은 상기 수냉식 인터쿨러(11)로부터 상기 저온라디에이터(13)로 냉각수가 유동하는 배관이고, 나머지 배관은 상기 저온라디에이터(13)로부터 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 냉각수가 유동하는 배관이 된다. 아울러, 상기 워터펌프(12)는 전동식 워터펌프가 될 수 있다.
본 발명에서는 상기 저온라디에이터(13)로부터 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 냉각수가 유동하는 배관에 상기 냉각수와 차량의 냉방장치의 냉매가 열교환하는 열교환기(21)가 설치되도록 한다.
상기 저온라디에이터(13)에서 냉각된 냉각수는 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되기전에 상기 열교환기(21)에서 추가로 냉각되므로, 상기 수냉식 인터쿨러(11)에서 흡기되는 공기의 냉각효율을 높일 수 있다.
예컨대, 하절기에서는 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 공기의 온도가 높은 상태이어서 상기 수냉식 인터쿨러(11)로부터 배출되는 공기의 온도를 충분히 낮추지 못하는데, 상기 열교환기(21)를 통하여 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 더욱 냉각된 냉각수를 공급함으로써, 상기 수냉식 인터쿨러(11)의 냉각성능이 향상된다.
특히, 하절기에는 냉방장치의 가동 빈도가 매우 높은 시기이므로, 상기 열교환기(21)에서 냉각수의 냉각이 촉진된다.
혹서기에는 차량의 엔진룸으로 유입되는 외기온이 40℃~50℃까지 상승하고 이에 따라 상기 수냉식 인터쿨러(11)에서 더 많은 냉각용량이 필요하고, 상기 저온라디에이터(13)의 효율은 낮아지게 되는데, 상기 냉각수와 상기 냉방장치의 냉매를 열교환시킴으로써, 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수를 추가로 냉각시킴으로써, 상기 수냉식 인터쿨러(11)의 냉각용량을 증대시킬 수 있다. 상기 증발기(22)를 통과한 냉매의 온도는 대략 10℃ 이내 이므로, 상기 열교환기(21)에서 냉각수를 추가로 냉각시킬 수 있다.
상기 열교환기(21)는 차량의 냉방장치에서 순환하는 냉매가 통과함으로써, 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수와 열교환하는데, 상기 냉방장치에서 증발기(22)와 압축기(24) 사이에 설치되는 것이 바람직하다.
차량의 냉방장치에서 증발기(22)로부터 배출된 냉매가 압축기(24)로 유입되기 전에 상기 열교환기(21)를 통과하도록 한다. 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환하는 증발기(22)를 통과한 냉매가 상기 열교환기(21)에서 냉각수와 열교환함으로써, 상기 수냉식 인터쿨러(11)의 냉각효율을 높인다.
상기와 같이, 상기 증발기(22)를 통과한 냉매와 냉각수를 열교환함으로써, 외기온도가 높은 조건에서 냉방장치를 사용할 때 남는 저온 냉매를 효율적으로 사용할 수 있고, 상기 압축기(24)의 입구측 냉매가스 온도는 높여서 압력을 상승시키므로 상기 압축기(24)의 석션 손실도 줄어든다.
상기 압축기(24)는 외부가변 압축기가 적용되고, 펄스폭변조(PWM: Pulse With Modulation)로 제어될 수 있는데, 실내 공조부하에 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수의 냉각에 필요한 냉각부하를 추가적으로 고려하여 듀티(duty)를 제어한다.
한편, 실내의 공급되는 온도를 제어하기 위해 냉기의 혼합량을 제어하는 도어의 개도량이나 블로워의 회전속도의 조절로 증발기(22)에서 방열되는 양이 줄어들면, 상기 증발기(22)로부터 더 낮은 온도의 냉매가 배출되므로, 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수의 온도는 더 낮출수 있어서, 상기 수냉식 인터쿨러(11)의 냉각성능은 더 향상된다.
미설명 부호 23, 25는 차량의 냉방장치에서 냉매의 흐름을 제어하는 감온식 팽창밸브(TXV; Thermal Expansion　Valve)와 콘덴서이다.
한편, 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법은, 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수를 에어컨의 냉매와 열교환시키는 것으로 결정하는 제어개시단계(S130)와, 에어컨의 압축기(24)의 듀티를 상승시키는 압축기 듀티 상승단계(S140)와, 상기 제어개시단계(S130) 이전보다 차량의 실내온도가 상승되는 쪽으로 공조장치를 제어하는 실내공조 제어단계(S150)를 포함한다.
터보차저 부스트 압력 및 온도 입력단계(S110)는 터보차저에 구비된 압력센서 및 온도센서로부터 터보차저 부스트 압력과 온도를 입력받는 단계이다. 수냉식 인터쿨러(11)의 냉각효율을 높이기 위해 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수를 에어컨의 증발기(22)를 통과한 냉매와 열교환하는데, 그 제어조건으로서, 터보차저의 부스트 압력 또는 온도를 이용한다.
상기 수냉식 인터쿨러(11)의 온도가 상승할 수 있는 조건으로, 상기 터보차저 부스트 압력이 높거나, 상기 터보차저로부터 배출되는 출구의 온도와 외기의 온도차이가 큰 경우가 상기 수냉식 인터쿨러(11)의 온도가 상승할 수 있는 조건이 된다.
터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계(S120)는 상기 압력센서 및 온도센서로부터 입력된 터보차저 부스트 압력 또는 온도를 미리 정해진 제어개시 압력 또는 제어개시 온도차이와 비교하는 단계이다.
상기 터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계(S120)에서는 터보차저 부스트 압력 또는 온도차이가 미리 정해진 제어개시 압력 또는 제어개시 온도차이와 비교하여, 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수를 상기 열교환기(21)에서 냉각할 것인지를 판단하게 된다.
상기 제어개시 압력은 1bar로 설정하여, 상기 터보 차저 부스트 압력이 상기 제어개시 압력보다 높은 경우에, 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수를 상기 열교환기(21)에서 냉매와 열교환하도록 한다.
한편, 상기 제어개시 온도차이는 터보차저 출구의 공기온도와 외기 온도의 차이가 50℃를 초과하는 경우로 설정되어, 터보차저 출구의 공기온도와 외기 온도의 차이가 50℃를 초과하는 경우에 상기 열교환기에서 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수와 상기 냉매와 열교환되도록 한다. 상기 터보차저 출구의 온도는 상기 터보차저의 온도센서로 측정할 수 있고, 외기의 온도는 외부로부터 엔진으로 유입되는 온도를 이용할 수 있다.
제어개시단계(S130)는 터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계(S120)에서는 제어개시 압력과 제어개시 온도차이 중 어느 하나를 만족하는 경우, 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수와 에어컨의 증발기(22)를 통과한 냉매를 상기 열교환기에서 열교환하는 것으로 결정하는 단계이다.
압축기 듀티 상승단계(S140)에서는 상기 열교환기(21)에서 상기 저온라디에이터(13)로부터 상기 수냉식 인터쿨러(11)로 유입되는 냉각수의 온도를 낮추기 위해, 상기 열교환기(21)로 유입되는 냉매가 더 많이 유동할 수 있도록 에어컨의 작동량이 많아지도록 압축기의 듀티를 상승시킨다.
실내공조 제어단계(S150)는 상기 압축기 듀티 상승단계(S140)에서 에어컨의 압축기(24)의 작동이 늘어남에도 불구하고, 동일한 실내온도를 유지할 수 있도록 차량의 공조장치를 제어한다. 상기 압축기 듀티 상승단계(S140)에서 압축기(24)의 작동이 늘어남에 따라 상기 열교환기(21)에서 열교환하기 전과 같은 방식으로 공조장치를 제어하면, 실내로 유입되는 공기의 온도가 낮아지게 되는데, 이를 방지하기 위하여, 공조장치에서는 상대적으로 차량의 실내온도를 따뜻하게 제어하는 쪽으로 제어한다.
예컨대, 템프도어를 온기가 더 많이 유입되도록 제어하거나, 블로워의 회전속도를 낮춤으로써, 차량의 실내온도를 따뜻해지도록 지는 쪽으로 제어할 수 있다. 아울러, 공기의 배출방향을 하향시켜 차량 실내의 바닥을 향하도록 제어함으로써, 차량의 실내온도를 따뜻해지는 쪽으로 제어할 수 있다.
11 : 수냉식 인터쿨러
12 : 전동식 워터펌프
13 : 저온라디에이터
21 : 열교환기
22 : 증발기
23 : 패창밸브
24 : 압축기
25 : 콘덴서
111 : 수냉식 인터쿨러
112 : 전동식 워터펌프
113 : 저온라디에이터
S110 : 터보차저 부스트 압력 및 온도 입력단계
S120 : 터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계
S130 : 제어개시단계
S140 : 압축기 듀티 상승단계
S150 : 실내공조 제어단계

Claims (10)

  1. 수냉식 인터쿨러와 저온라디에이터를 냉각수가 순환하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치에 있어서,
    상기 수냉식 인터쿨러와 상기 저온라디에이터를 연결하는 배관에 상기 냉각수와 차량의 냉방장치의 냉매가 열교환하는 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 저온라디에이터로부터 상기 수냉식 인터쿨러로 냉각된 냉각수를 공급하는 배관에 설치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는
    증발기로부터 배출된 냉매가 통과하도록 상기 냉방장치의 증발기와 압축기 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압축기는 펄스폭변조(PWM : Pulse With Modulation)로 제어되는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 냉방장치의 공조부하에 상기 냉각수의 냉각에 필요한 냉각부하를 추가하여 듀티가 제어되는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치.
  6. 수냉식 인터쿨러와 저온라디에이터를 연결하는 배관에 냉각수와 차량의 냉방장치의 냉매가 열교환하는 열교환기가 설치되는 수냉식 인터쿨러 냉각장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 수냉식 인터쿨러로 유입되는 냉각수를 에어컨의 냉매와 열교환시키는 것으로 결정하는 제어개시단계와,
    에어컨의 압축기의 듀티를 상승시키는 압축기 듀티 상승단계와,
    상기 제어개시단계 이전보다 차량의 실내온도가 상승되는 쪽으로 공조장치를 제어하는 실내공조 제어단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어개시단계 이전에,
    터보차저의 압력 또는 온도를 입력받는 터보차저 부스트 압력 및 온도 입력단계와,
    상기 터보차저의 압력이 미리 설정된 제어개시 압력보다 높은지 비교하거나, 상기 터보차저의 온도와 외기 온도의 차이가 미리 설정된 제어개시 온도차이보다 높은지를 비교하는 터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계가 수행되고,
    상기 터보차저 부스트 압력 및 온도 상승판단단계에서 터보차저 부스트 압력이 상기 제어개시 압력보다 높거나, 터보차저 부스트의 온도가 제어개시 온도차이보다 크면 상기 제어개시단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 실내공조 제어단계는 실내로 공급되는 공기에 온기가 더 많이 포함되도록 템프도어를 제어하는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 실내공조 제어단계는 블로워의 회전수를 낮추도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 실내공조 제어단계는 실내로 공급되는 공기가 차량 실내의 바닥을 향하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 수냉식 인터쿨러 냉각장치의 제어방법.
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