KR20190045993A - 차량용 냉각회로 - Google Patents

차량용 냉각회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수냉식 전장부품과 수냉식 인터쿨러 및 모터의 배치구조를 개선하여 ATF의 빠른 승온작용을 통해 연비를 향상시키는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 서브 수냉각라인 상에 배치된 전장부품; 상기 서브 수냉각라인 상에서 상기 전장부품과 병렬 배치된 인터쿨러; 및 상기 전장부품 및 인터쿨러를 통과한 냉각수를 냉각시키는 서브라디에이터;를 포함하여 구성되는 차량용 냉각회로가 소개된다.

Description

차량용 냉각회로{COOLING CIRCUIT FOR VEHICLES}
본 발명은 수냉식 전장부품과 수냉식 인터쿨러 및 모터의 배치구조를 개선하여 ATF의 빠른 승온작용을 통해 연비를 향상시키는 차량용 냉각회로에 관한 것이다.
ATF는 자동변속기의 작동유로 사용되는 오일로서, 자동변속기 내에서 동작유체로서 사용되는 것은 물론, 윤활작용과, 냉각작용에 관여하고 있다.
그런데, 냉시동 초기나 저온 환경에서는 ATF의 점도가 높은 상태로 유동이 되는바, 내부마찰, 관로저항 등에 의해 동력손실이 발생하게 되어 연비가 저하되는 문제가 있고, 또한 제어밸브 등이 원활하게 작동하지 못하게 되어 변속충격이나 변속 불량 등을 유발하는 문제도 발생된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
US 7649273 B
본 발명은 수냉식 전장부품과 수냉식 인터쿨러 및 모터의 배치구조를 개선하여 ATF의 빠른 승온작용을 통해 연비를 향상시키는 차량용 냉각회로를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 서브 수냉각라인 상에 배치된 전장부품; 상기 서브 수냉각라인 상에서 상기 전장부품과 병렬 배치된 인터쿨러; 및 상기 전장부품 및 인터쿨러를 통과한 냉각수를 냉각시키는 서브라디에이터;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 전장부품과 인터쿨러를 통과한 냉각수가 통합되는 지점의 후단에 오일열교환기가 배치될 수 있다.
상기 서브라디에이터는 냉각수가 상기 전장부품과 인터쿨러로 분기되는 지점의 전단에 배치될 수 있다.
상기 서브 수냉각라인 상에 배치되어 냉각수를 순환 작동시키는 워터펌프;를 더 포함하고, 상기 워터펌프는 냉각수가 상기 전장부품과 인터쿨러로 분기되는 지점과 서브라디에이터 사이에 배치되며; 상기 서브라디에이터는 상기 오일열교환기와 워터펌프 사이에 배치될 수 있다.
상기 전장부품이 복수 배치되는 경우, 직렬 배치될 수 있다.
상기 오일열교환기가 오일냉각라인 상에 배치되고; 상기 오일냉각라인 상에 변속기와 구동모터가 각각 배치되어 냉각이 이루어질 수 있다.
엔진을 통과한 냉각수를 냉각하기 위해 메인라디에이터가 배치된 메인 수냉각라인;을 더 포함하고, 상기 서브 수냉각라인과 상기 메인 수냉각라인은 각각 독립적으로 구성될 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 극저온 환경에서 EV모드로 주행시, 전장품에서 발열되는 열을 이용하여 ATF의 온도를 상승시키고, 또한 엔진모드로 주행시에는 인터쿨러와 구동모터에서 발열되는 열을 이용하여 ATF의 온도를 상승시키게 됨으로써, ATF의 승온작용에 따라 연비를 개선하는 효과가 있다.
더욱이, 전장부품과 인터쿨러가 병렬 배치되고, 오일열교환기가 함께 배치된 서브 수냉각라인을 구성함으로써, 상기 구성요소들을 별개 냉각하기 위한 냉각라인을 추가적으로 구성할 필요가 없어, 냉각회로 구현에 필요한 원가 및 중량을 저감하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 냉각회로의 배치 구조를 예시하여 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 냉각회로의 배치 구조를 예시하여 나타낸 것으로, 전장부품(100)과, 인터쿨러(110) 및 오일열교환기(120)를 포함하여 구성할 수 있다.
먼저, 전장부품(100)은 서브 수냉각라인(10) 상에 배치될 수 있는 것으로, 인버터와, 하이브리드 차량의 시동 및 발전기능이 가능한 HSG(Hybrid Starter Generator)가 포함될 수 있고, 바람직한 예시로서 인버터와 HSG가 직렬로 배치될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 차량용 냉각회로(100)는 엔진(170)과 구동모터(150)의 회전동력을 함께 또는 단독으로 사용하여 주행이 가능한 하이브리드 차량에 적용될 수 있는 것으로, 상기 전장부품(100)은 하이브리드 차량에 사용되는 수냉식 PE(Power Electronics)전장부품일 수 있다.
그리고, 인터쿨러(110)는 상기 서브 수냉각라인(10) 상에서 상기 전장부품(100)과 병렬로 배치될 수 있다.
예컨대, 상기 전장부품(100)이 배치된 유로의 전단에서 두 개의 유로로 분기가 되는데, 하나의 유로에 상기 전장부품(100)이 배치되고, 나머지 하나의 유로에 인터쿨러(110)가 배치될 수 있다. 상기 인터쿨러(110)는 수냉식 인터쿨러(110)일 수 있다.
다음으로, 서브라디에이터(130)는 상기 전장부품(100) 및 인터쿨러(110)를 통과한 냉각수를 냉각시키는 역할을 하는 것으로, 상기 서브 수냉각라인(10) 상에 배치될 수 있다.
예컨대, 상기 서브라디에이터(130)는 냉각수가 상기 전장부품(100)과 인터쿨러(110)로 분기되는 지점의 전단에 배치될 수 있는 것으로, 상기 전장부품(100)과 수냉식 인터쿨러(110)의 냉각이 상기 서브라디에이터(130)를 통해 통합하여 구현될 수 있다.
즉, 상기 서브라디에이터(130)를 통과하면서 냉각이 이루어진 냉각수에 의해 인버터 및 HSG 등의 전장부품(100)은 물론 인터쿨러(110)를 통과시켜 냉각시킬 수 있게 된다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명은 전장부품(100)과 인터쿨러(110)가 병렬 형태로 배치된 냉각라인을 구성함으로써, 이들 구성요소들을 하나의 냉각라인에서 냉각하게 되는바, 전장부품(100)과 인터쿨러(110)의 냉각을 위한 추가적인 냉각라인의 구현이 불필요하여 냉각회로 구현에 필요한 원가 및 중량을 저감하게 된다.
특히, 본 발명은 전장부품(100)과 인터쿨러(110)가 병렬 구조로 배치됨으로써, 전장부품(100)의 작동에 의한 발열에 의해 냉각수가 상승하게 되더라도, 상승된 냉각수가 인터쿨러(110)에 유입되지 않게 되고, 이에 전장부품(100)의 발열로 인한 인터쿨러(110)의 냉각성능 및 효율 저하를 방지하게 된다.
아울러, 본 발명은 상기 전장부품(100)과 인터쿨러(110)를 통과한 냉각수가 통합되는 지점의 후단에 오일열교환기(120)가 배치될 수 있다.
예컨대, 상기 전장부품(100)과 인터쿨러(110)가 배치된 두 개의 유로가 다시 합쳐지는 지점의 후단에 오일열교환기(120)가 배치될 수 있다.
여기서, 상기 오일열교환기(120)는 ATF쿨러 또는 ATF워머일 수 있는 것으로, 냉각수가 ATF(Automatic Transmission Fluid)와 열교환된다.
즉, 차량을 EV모드로 주행하는 경우, 냉각수가 오일열교환기(120)에 흐르기 전에 전장부품(100)을 통과하기 때문에 냉각수의 온도가 상승하기는 하지만, 전장부품(100)의 발열량이 작기 때문에 냉각수를 이용한 ATF의 냉각이 가능하다.
다만, 극저온 환경에서 차량을 EV모드로 주행하는 경우에는, 전장부품(100)의 발열에 의해 일반 주행환경에 비해 냉각수의 온도 상승량이 상대적으로 커지게 됨으로써, 냉각수가 ATF의 온도 상승에 기여하여 ATF의 온도를 승온시키게 된다.
그리고, 차량이 엔진모드로 주행시에도, 냉각수를 이용하여 하이브리드 전장부품과 함께 병렬 배치된 인터쿨러(110)를 각각 통과하여 합류한 후, ATF를 냉각시키게 된다.
물론, 엔진모드의 경우에는 전장부품(100)과 인터쿨러(110)의 발열량이 상대적으로 크긴 하지만, 고온환경에서 전장부품(100)과 인터쿨러(110)를 통과한 냉각수의 온도가 약 80℃ 수준이고, ATF의 온도는 약 120℃ 수준이기 때문에 냉각수에 의해 ATF를 냉각시킬 수 있게 된다.
다만, 극저온 환경에서 차량을 엔진모드로 주행하는 경우에는, 전장부품(100)의 발열과 함께 인터쿨러(110)의 발열을 통해 냉각수의 온도가 상승됨으로써, ATF의 온도를 승온시킬 수 있게 된다.
계속해서, 상기 서브 수냉각라인(10) 상에 워터펌프(140)가 배치되어 냉각수를 순환 작동시킬 수 있다.
예컨대, 상기 워터펌프(140)는 전동식 워터펌프일 수 있는 것으로, 냉각수가 상기 전장부품(100)과 인터쿨러(110)로 분기되는 지점과 서브라디에이터(130) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 서브라디에이터(130)는 상기 오일열교환기(120)와 워터펌프(140) 사이에 배치될 수 있다.
즉, 서브라디에이터(130)를 통과하면서 냉각이 이루어진 냉각수가 HSG와 인버터, OPU 등의 전장부품(100)을 통과하면서 냉각하게 되는데, 전동식 워터펌프(140)의 작동을 통해 냉각수를 순환 작동시킬 수 있다.
특히, 본 발명은 EV모드시에도 변속기(160)의 오일 순환을 위해서 OPU(Oil Pump Unit)의 경우 항상 작동하고 있기 때문에 OPU의 발열이 발생된다. 이에, OPU의 냉각을 위해 전동식 워터펌프(140)가 구동되면, 이때의 냉각수 순환으로 ATF의 냉각이 가능하므로 ATF 냉각만을 위한 워터펌프(140)의 구동 전력 손실을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기 오일열교환기(120)가 오일냉각라인(20) 상에 배치되어, 서브 수냉각라인(10)을 따라 흐르는 냉각수와 열교환이 이루어지게 된다.
그리고, 상기 오일냉각라인(20) 상에는 변속기(160)와 구동모터(150)가 각각 배치되어 변속기(160) 오일에 의해 냉각이 이루어지게 된다.
즉, 전장부품(100)과 인터쿨러(110)의 경우 서브 수냉각라인(10)을 따라 흐르는 냉각수에 의해 냉각이 이루어지고, 변속기(160)와 구동모터(150)의 경우는 변속기 오일을 통해 냉각이 이루어지게 되는데, 외부의 온도 조건에 따라 오일열교환기(120)에서 냉각수와 오일이 열교환되면서 냉각/승온이 이루어지게 된다.
아울러, 본 발명은 엔진(170)을 통과한 냉각수를 냉각하기 위해 메인라디에이터(180)가 배치된 메인 수냉각라인(30)이 더 마련될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 메인 수냉각라인(30) 상에도 냉각수를 순환 작동시키기 위한 워터펌프가 구비될 수 있다.
특히, 상기 서브 수냉각라인(10)과 상기 메인 수냉각라인(30)은 각각 독립적으로 구성이 된다. 즉, 상기 서브 수냉각라인(10)을 따라 흐르는 냉각수와 메인 수냉각라인(30)을 따라 흐르는 냉각수가 서로 독립적인 냉각라인을 따라 흐르면서 냉각을 실시하게 된다.
즉, 본 발명은 메인 수냉각라인(30)과, 서브 수냉각라인(10) 및 오일냉각라인(20)이 포함되어 구성이 되는 것으로, 차량의 주행모드 및 외기온 조건에 따라 각 냉각라인을 따라 흐르는 냉각수 및 오일의 열교환을 통해 냉각/승온 작용이 이루어지게 된다.
예컨대, 엔진(170)을 구동하여 차량을 주행하는 엔진모드에서, 외기온이 고온인 운전조건에서는 메인 수냉각라인(30)의 냉각수에 의해 엔진 냉각이 이루어지고, 오일냉각라인(20)의 ATF에 의해 변속기(160)의 냉각이 이루어지되, 오일열교환기(120)에서 서브 수냉각라인(10)의 냉각수와 ATF의 열교환되어 인터쿨러(110) 및 오일열교환기(120)의 냉각이 이루어지게 된다.
또한, 상기 엔진모드에서 외기온이 저온인 운전조건에서는, 인터쿨러(110)의 냉각에 이용된 냉각수와 ATF가 오일열교환기(120)에서 열교환되면서 ATF의 승온이 이루어지게 된다.
아울러, 구동모터(150)를 구동하여 차량을 주행하는 EV모드에서, 외기온이 고온인 운전조건에서는 ATF에 의해 구동모터(150)의 냉각이 이루어지면서, 서브 수냉각라인(10)의 냉각수에 의해 전장품 및 오일열교환기(120)의 냉각이 이루어지게 된다.
또한, 상기 EV모드에서 외기온이 저온인 운전조건에서는, 전장품의 냉각에 이용된 냉각수와 ATF가 오일열교환기(120)에서 열교환되면서 ATF의 승온이 이루어지게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 극저온 환경에서 EV모드로 주행시, 전장품에서 발열되는 열을 이용하여 ATF의 온도를 상승시키고, 또한 엔진모드로 주행시에는 인터쿨러(110)와 구동모터(150)에서 발열되는 열을 이용하여 ATF의 온도를 상승시키게 됨으로써, ATF의 승온작용에 따라 연비를 개선하게 된다.
더욱이, 전장부품(100)과 인터쿨러(110)가 병렬 배치되고, 오일열교환기(120)가 함께 배치된 서브 수냉각라인(10)을 구성함으로써, 상기 구성요소들을 별개 냉각하기 위한 냉각라인을 추가적으로 구성할 필요가 없어, 냉각회로 구현에 필요한 원가 및 중량을 저감하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 서브 수냉각라인 20 : 오일냉각라인
30 : 메인 수냉각라인
100 : 전장부품 110 : 인터쿨러
120 : 오일열교환기 130 : 서브라디에이터
140 : 워터펌프 150 : 구동모터
160 : 변속기 170 : 엔진
180 : 메인라디에이터

Claims (7)

  1. 서브 수냉각라인 상에 배치된 전장부품;
    상기 서브 수냉각라인 상에서 상기 전장부품과 병렬 배치된 인터쿨러; 및
    상기 전장부품 및 인터쿨러를 통과한 냉각수를 냉각시키는 서브라디에이터;를 포함하는 차량용 냉각회로.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전장부품과 인터쿨러를 통과한 냉각수가 통합되는 지점의 후단에 오일열교환기가 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각회로.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브라디에이터는 냉각수가 상기 전장부품과 인터쿨러로 분기되는 지점의 전단에 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각회로.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 서브 수냉각라인 상에 배치되어 냉각수를 순환 작동시키는 워터펌프;를 더 포함하고,
    상기 워터펌프는 냉각수가 상기 전장부품과 인터쿨러로 분기되는 지점과 서브라디에이터 사이에 배치되며;
    상기 서브라디에이터는 상기 오일열교환기와 워터펌프 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각회로.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전장부품이 복수 배치되는 경우, 직렬 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각회로.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 오일열교환기가 오일냉각라인 상에 배치되고;
    상기 오일냉각라인 상에 변속기와 구동모터가 각각 배치되어 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각회로.
  7. 청구항 1에 있어서,
    엔진을 통과한 냉각수를 냉각하기 위해 메인라디에이터가 배치된 메인 수냉각라인;을 더 포함하고,
    상기 서브 수냉각라인과 상기 메인 수냉각라인은 각각 독립적으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각회로.
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