KR20230012185A - 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치 및 방법 - Google Patents

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박정훈
문성빈
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 열전소자에 의해 흡기온을 조절하여 엔진 성능을 향상시키는 한편, EM개선을 도모하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는, 흡기매니폴드 내에 흡기가 통과하는 유로에 설치되어 흡기온을 조절하는 열전소자;를 포함하여 구성되는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치 및 방법이 소개된다.

Description

흡기매니폴드의 흡기온 제어장치 및 방법{Apparatus and method for controlling intake air temperature in intake manifold}
본 발명은 열전소자에 의해 흡기온을 조절하여 엔진 성능을 향상시키는 한편, EM개선을 도모하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
가솔린엔진에서 흡입공기의 온도(흡기온)는 연소에 있어서 매우 중요한 인자이다.
가솔린엔진은 3원촉매 적용으로 인해 공연비(λ=1)를 제어해야 하므로, 흡입 공기량에 따라 연료 분사량을 제어할 수 밖에 없다.
특히, 더 많은 연료를 연소시켜 더 많은 에너지가 출력으로 전환되기 위해서는, 흡입 공기량을 증대시켜야 하는데, 이를 위해서는 흡입공기의 온도를 낮춰야 한다.
기존의 NA엔진(자연흡기엔진)의 경우, 특별한 흡기온 저감 기술이 적용된바 없다.
다만, T-GDI엔진의 경우는 과급기가 적용됨에 따라 공랭식/수냉식 인터쿨러를 적용하여 흡기온을 저감하고 있지만, 이는 패키지 측면에서 불리할 뿐만 아니라, 중량 및 원가가 상승하는 문제도 있다.
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.
KR 10-2019-0031387 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 열전소자에 의해 흡기온을 조절하여 엔진 성능을 향상시키는 한편, EM개선을 도모하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡기온 제어장치의 구성은, 흡기매니폴드 내에 흡기가 통과하는 유로에 설치되어 흡기온을 조절하는 열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 열전소자는 러너에 설치될 수 있다.
상기 열전소자는 어퍼쉘에 형성된 러너에 설치될 수 있다.
상기 흡기매니폴드 내에 흡기관의 길이를 가변하는 가변흡기기구가 마련되고; 상기 열전소자는 상기 가변흡기기구와 실린더헤드 장착부 사이에 설치될 수 있다.
상기 열전소자는 흡기매니폴드의 서지탱크 전단에 설치될 수 있다.
상기 유로와 연통하도록 장착홀이 형성되고; 상기 열전소자의 바디가 상기 유로를 침범하지 않으면서 장착홀에 장착될 수 있다.
상기 열전소자의 일면에 열교환핀이 형성되고; 상기 열교환핀이 유로 내에 배치될 수 있다.
차량의 주행상황을 반영하는 인자를 기반으로 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족시, 만족하는 해당 조건에 따라 열전소자에 인가되는 전류방향을 전환하여 열전소자의 흡열면과 발열면을 변경하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 배터리와 열전소자 사이에 연결된 H-Bridge회로의 스위칭 제어를 통해 전류방향을 전환하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 흡기온을 제어하는 방법으로서, 제어기가, 차량의 주행상황을 반영하는 인자를 기반으로 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족하는지 판단하는 조건판단단계; 제어기가, 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족시, 만족하는 해당 조건에 따라 열전소자에 인가되는 전류방향을 전환하여 열전소자의 흡열면과 발열면을 변경하는 전환단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상승조건 만족시, 유로측 열전소자가 발열면이 되도록 제어하여 흡기온을 상승시키고; 하강조건 만족시, 유로측 열전소자가 흡열면이 되도록 제어하여 흡기온을 하강시킬 수 있다.
냉각수온이 하한수온 이하이고, 외기온이 하한외기온 이하시, 상승조건을 만족할 수 있다.
냉각수온이 상한수온 이상이고, 외기온이 상한외기온 이상시, 하강조건을 만족할 수 있다.
엔진부하가 제1설정값 이상시, 하강조건을 만족할 수 있다.
엔진부하가 제2설정값 이상이고, 엔진RPM이 설정값 이상시, 하강조건을 만족할 수 있다.
상승조건과 하강조건 불만족시, 열전소자를 작동하지 않도록 제어할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 유로측 열전소자가 발열면이 되는 경우, 흡기매니폴드를 통과하는 흡입공기의 온도를 높이게 됨으로써, 냉시동시에 흡입공기의 온도를 상승시켜 EM 개선을 도모하는 것은 물론, 연료의 기화를 향상시켜 냉시동성을 개선하고 연료 분사량을 저감하는 효과가 있다.
더불어, 유로측의 열전소자가 흡열면이 되는 경우, 흡입공기의 열을 흡수하여 흡입공기의 온도를 낮추게 됨으로써, 흡입공기의 체적효율을 증대시켜 엔진 성능을 향상시키는 효과가 있다.
그리고, 흡입공기 온도를 저감함에 따라, 가솔린엔진의 노크 특성을 개선하게 됨으로써, 공연비 λ=1의 운전영역을 증대하여 연료의 농후영역 운전을 축소하게 되는바, 차량의 연비를 향상시키는 효과도 있다.
또한, 흡기온도가 저감되는 만큼, 인터쿨러의 사이즈를 감소하거나 제거 가능함으로써, 인터쿨러 장착에 소요되는 원가 및 중량을 저감하고 패키지를 개선하는 장점도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흡기매니폴드의 러너 별로 설치된 열전소자를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자가 러너에 설치되는 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 열전소자가 서지탱크 전단에 설치되는 구조를 나타낸 도면.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전류방향 제어 작용을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명에 따라 냉각수온 및 외기온을 기반으로 흡기온을 제어하는 로직을 예시한 플로우차트.
도 7은 본 발명에 따라 APS개도량 및 엔진회전수를 기반으로 흡기온을 제어하는 로직을 예시한 플로우차트.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 흡기매니폴드(100)의 러너(110) 별로 설치된 열전소자(200)를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 열전소자(200)가 러너(110)에 설치되는 구조를 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명은 흡기매니폴드(100) 내에 흡기가 통과하는 유로(120)에 설치되어 흡기온을 조절하는 열전소자(200);를 포함하여 구성이 된다.
구체적으로, 상기 흡기매니폴드(100) 내부에 형성된 흡기통로에 열전소자(200)를 설치하고, 열전소자(200)에 전류를 인가하여 펠티어 효과를 구현함으로써, 유로(120) 내에 위치한 열전소자(200)의 일면에서 발열 또는 흡열반응을 일으키게 된다.
이에, 유로(120)측의 열전소자(200) 면이 발열되는 경우, 흡입공기의 온도를 높이게 됨으로써, 특히 냉시동시에 EM을 개선할 수 있게 된다.
반면, 유로(120)측의 열전소자(200) 면이 흡열되는 경우에는, 흡입공기의 열을 흡수하여 흡기온을 낮추게 됨으로써, 흡입공기의 체적효율을 증대시켜 엔진 성능을 향상시키게 된다.
더불어, 흡입공기 온도를 저감함에 따라, 가솔린엔진의 노크 특성을 개선하게 된다. 따라서, EGR 비율을 개선 가능한 것은 물론, 공연비 λ=1의 운전영역을 증대하여 연료의 농후영역 운전을 축소하게 되는바, 차량의 연비를 향상시키게 된다.
또한, 흡기온도가 저감되는 만큼, 인터쿨러의 사이즈를 감소하거나 제거 가능함으로써, 인터쿨러 장착에 소요되는 원가 및 중량을 저감하고 패키지를 개선하게 된다.
아울러, 본 발명의 열전소자(200)가 설치되는 제1실시예로서, 상기 열전소자(200)는 흡기매니폴드(100)의 러너(110)에 설치될 수 있고, 바람직하게는 각 러너(110) 별로 설치될 수 있다.
즉, 4기통 엔진의 경우, 흡입공기는 흡기매니폴드(100)에 형성된 4개의 러너(110)를 각각 통과하여 실린더헤드로 유입될 수 밖에 없으므로, 각 러너(110) 별로 열전소자(200)를 설치함에 따라 실린더헤드에 유입되는 흡기온을 전체적으로 상승시키거나 하강시킬 수 있게 된다.
더 나아가, 상기 열전소자(200)는 어퍼쉘(100b)에 형성된 러너(110)에 설치될 수 있다.
예컨대, 흡기매니폴드(100)는 실린더헤드에 장착되는 로어쉘(100a)과, 상기 로어쉘(100a)의 반대편에서 로어쉘(100a)과 조립되는 어퍼쉘(100b)과, 상기 로워쉘과 어퍼쉘(100b) 사이에서 조립되는 센터쉘(부호 생략)을 포함하여 구성이 된다.
이처럼, 상기 열전소자(200)가 실린더헤드와 상대적으로 멀리 떨어져 있는 어퍼쉘(100b)에 설치됨으로써, 엔진에서 발생되는 열에 의한 영향을 최소화하게 되는바, 열전소자(200)에 의한 흡기온의 조절이 안정적으로 이루어지게 된다.
더불어, 본 발명에 적용되는 엔진에 상기 흡기매니폴드(100) 내에 흡기관의 길이를 가변하는 가변흡기기구(130)가 마련될 수 있다.
이 같은 구조에서, 상기 열전소자(200)는 상기 가변흡기기구(130)와 실린더헤드 장착부(140) 사이에 설치된다.
예컨대, 상기 가변흡기기구(130)로서 흡기매니폴드(100) 내에 가변흡기밸브가 설치되어, 흡기관의 길이를 길거나 짧게 가변하게 된다.
이 경우, 흡기관의 길이 변화에 관계없이 흡입공기는 가변흡기밸브 후단을 통과하여 실린더헤드에 유입될 수 밖에 없으므로, 가변흡기기구(130) 후단에 열전소자(200)를 설치함에 따라 실린더헤드에 유입되는 흡기온을 전체적으로 상승시키거나 하강시킬 수 있게 된다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 열전소자(200)가 서지탱크(150) 전단에 설치되는 구조를 나타낸 도면이다.
첨부된 도면은, 본 발명의 열전소자(200)가 설치되는 제2실시예 구조로서, 상기 열전소자(200)는 흡기매니폴드(100)의 서지탱크(150) 전단에 설치될 수 있다.
예컨대, 스로틀밸브의 후단과 흡기매니폴드(100)의 서지탱크(150) 사이에 위치한 흡기매니폴드(100)의 넥(160) 부분에 열전소자(200)가 설치되는 구조가 된다.
즉, 스로틀밸브를 통과한 흡입공기가 서지탱크(150)에 유입되기 전에 반드시 서지탱크(150) 전단에 위치한 넥(160) 부분을 통과하므로, 넥(160)에 열전소자(200)를 배치함에 따라 흡기매니폴드(100)를 통과하는 흡기공기의 온도를 상승시키거나 하강시킬 수 있게 된다.
한편, 도 2를 참조하여, 열전소자(200)가 장착되는 구조에 대해 구체적으로 살펴보면, 상기 유로(120)와 연통하도록 장착홀(112)이 형성되고; 상기 열전소자(200)의 바디(210)가 상기 유로(120)를 침범하지 않으면서 장착홀(112)에 장착될 수 있다.
예컨대, 상기 장착홀(112)의 내면이 열전소자(200)의 바디(210)의 외면에 대응하는 형상으로 형성되어 상기 바디(210)가 장착홀(112)에 맞추어 끼워지는 형태로 장착된다.
특히, 열전소자(200)의 바디(210)가 유로(120) 안쪽으로 돌출되지 않아, 바디(210)로 인해 유로(120)를 따라 흐르는 흡기의 유동을 방해하지 않도록 구성하게 된다.
더불어, 본 발명은 상기 열전소자(200)의 일면에 열교환핀(220)이 형성되고; 상기 열교환핀(220)이 유로(120) 내에 배치되는 구조가 된다.
즉, 유로(120)측을 향한 열전소자(200)에 방열 또는 흡열 기능의 열교환핀(220)을 돌출되게 형성함으로써, 열전소자(200)에서 흡입공기에 전달되는 열전달 효율을 향상시키게 된다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전류방향 제어 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 차량의 주행상황을 반영하는 인자를 기반으로 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족시, 만족하는 해당 조건에 따라 열전소자(200)에 인가되는 전류방향을 전환하여 열전소자(200)의 흡열면과 발열면을 변경하는 제어기(300);를 포함하여 구성이 된다.
예컨대, 상기 제어기(300)는 ECU일 수 있는 것으로, ECU에서 열전소자(200)의 제어가 이루어진다.
그리고, 열전소자(200)에 공급되는 전원의 안정성 확보를 위해 배터리(B)에서 제어기(300)에 전원이 공급되고, 제어기(300) 내의 메인릴레이 후단에서 열전소자(200)에 전원이 공급된다.
더불어, 배터리(B)에서 제공되는 전류의 방향이 주행상황에 따라 변경될 수 있어야 한다.
이를 위해, 본 발명의 제어기(300)는 배터리(B)와 열전소자(200) 사이에 연결된 H-Bridge회로(310)의 스위칭 제어를 통해 전류방향을 전환하도록 구성하게 된다.
예를 들어, 도 5에서 흡기온의 상승조건을 만족하여 흡기온의 상승이 요구되는 경우, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)를 온시키고, 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 오프시켜 유로(120)측 열전소자(200)를 발열면으로 제어하게 된다.
반면, 흡기온의 하강조건을 만족하여 흡기온의 하강이 요구되는 경우, 위와 반대로 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 온시키고, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)를 오프시켜 유로(120)측 열전소자(200)를 흡열면으로 제어하게 된다.
즉, 열전소자(200)에 인가되는 전류의 흐름방향에 따라 유로(120)측 열전소자(200)를 발열면과 흡열면으로 전환시키게 됨으로써, 흡입공기를 히팅하거나 냉각시켜 흡기온을 상승 또는 하강시키게 된다.
따라서, 냉시동시에는 흡입공기의 온도를 상승시켜 EM 개선을 도모하는 것은 물론, 연료의 기화를 향상시켜 냉시동성을 개선하고 연료 분사량을 저감하게 된다.
또한, 고부하 운전상황이나 고온 환경에서 운전시에는 흡입공기의 열을 흡수하여 흡기온을 낮추게 됨으로써, 흡입공기의 체적효율을 증대시켜 엔진 성능을 향상시키게 된다.
한편, 본 발명에 따른 흡기매니폴드(100)의 흡기온을 제어하는 방법으로서, 제어기(300)가, 차량의 주행상황을 반영하는 인자를 기반으로 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족하는지 판단하는 조건판단단계; 제어기(300)가, 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족시, 만족하는 해당 조건에 따라 열전소자(200)에 인가되는 전류방향을 전환하여 열전소자(200)의 흡열면과 발열면을 변경하는 전환단계;를 포함하여 구성이 된다.
차량의 주행상황을 반영하는 인자로는 냉각수온, 외기온, APS개도량, 엔진RPM 등이 있을 수 있다.
즉, 흡기온의 상승조건 또는 하강조건에 따라 열전소자(200)에 인가되는 전류의 흐름방향을 전환하여 유로(120)측 열전소자(200)를 발열면과 흡열면으로 전환시키게 됨으로써, 흡입공기를 히팅하거나 냉각시켜 흡기온을 상승 또는 하강시키게 된다.
참고로, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어기(300)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.
한편, 본 발명에서 흡기온의 상승조건 만족시, 유로(120)측 열전소자(200)가 발열면이 되도록 제어하여 흡기온을 상승시키고; 흡기온의 하강조건 만족시, 유로(120)측 열전소자(200)가 흡열면이 되도록 제어하여 흡기온을 하강시키도록 제어한다.
도 6은 본 발명에 따라 냉각수온 및 외기온을 기반으로 흡기온을 제어하는 로직을 예시한 플로우차트이다.
도면을 참조하면 냉각수온이 하한수온 이하이고, 외기온이 하한외기온 이하시, 상승조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 냉각수온 및 외기온이 흡기온의 상승조건을 만족하는 경우는, 냉시동 상황이나 콜드 EM구간과 같이 흡기온의 상승이 요구되는 주행상황으로서, 유로(120)측 열전소자(200)가 발열면이 되도록 제어하여 흡기온을 상승시키게 된다.
반면, 냉각수온이 상한수온 이상이고, 외기온이 상한외기온 이상시, 하강조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다.
즉, 냉각수온 및 외기온이 흡기온의 하강조건을 만족하는 경우는, 동력성능이 필요하거나 연료의 농후한 운전에 대응하여 흡기온의 저감이 필요한 주행상황으로서, 유로(120)측 열전소자(200)가 흡열면이 되도록 제어하여 흡기온을 하강시키게 된다.
도 7은 본 발명에 따라 APS개도량 및 엔진회전수를 기반으로 흡기온을 제어하는 로직을 예시한 플로우차트이다.
도면을 참조하면, 엔진부하가 제1설정값 이상시, 하강조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 참고로, 상기 엔진부하는 APS개도량으로 대체할 수 있다.
즉, APS개도량이 흡기온의 하강조건을 만족하는 경우, 유로(120)측 열전소자(200)가 흡열면이 되도록 제어하여 흡기온을 하강시키게 된다.
또한, 엔진부하가 제2설정값 이상이고, 엔진RPM이 설정값 이상시, 하강조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 엔진부하의 제2설정값은 엔진부하의 제1설정값보다 작은 값일 수 있다.
즉, APS개도량과 엔진RPM이 하강조건을 만족하는 경우, 유로(120)측 열전소자(200)가 흡열면이 되도록 제어하여 흡기온을 하강시키게 된다.
다만, 도 6 및 도 7과 같이, 흡기온의 상승조건과 흡기온의 하강조건을 모두 불만족시, 열전소자(200)를 작동하지 않도록 제어할 수 있다.
예컨대, 냉각수온이 상한수온과 하한수온 사이이거나, 외기온이 상한외기온과 하한외기온 사이인 경우, 흡기온의 상승조건과 흡기온의 하강조건을 모두 불만족한 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 엔진부하가 제2설정값 미만이거나, 엔진RPM이 설정값 미만시, 흡기온의 상승조건과 흡기온의 하강조건을 모두 불만족한 것으로 판단할 수 있다.
이처럼, 흡기온의 상승조건 및 하강조건을 불만족하는 경우는, 차량이 정상적으로 주행하는 상황이거나 연비주행상황인 경우로서, 열전소자(200)에 전류를 인가하지 않도록 제어하게 된다.
이하에서는, 열전소자(200)를 이용하여 흡기온을 제어하는 과정을 예시하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 6을 참조하여 냉각수온과 외기온을 기반으로 흡기온을 제어하는 작동을 설명하면, 차량의 주행과정에서 냉각수온과 외기온을 모니터링한다.
모니터링 과정에서 냉각수온이 -10℃ 이하가 되면(S10), 외기온이 -10℃ 이하가 되는지 판단한다(S11).
S11단계의 판단 결과, 외기온이 -10℃ 이하인 경우, 도 5의 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)를 온 작동하고, 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 오프 작동하여 열전소자(200)에 전류를 인가한다.
이에, 유로(120)측 열전소자(200)가 발열면이 되어 흡기온을 상승시키게 된다(S12).
한편, S10단계에서 냉각수온이 -10℃를 초과하는 경우, 냉각수온이 63℃ 이상이 되는지 판단한다(S13).
S13단계의 판단 결과, 냉각수온이 63℃ 이상인 경우, 외기온이 25℃ 이상이 되는지 판단한다(S14).
S14단계의 판단 결과, 외기온이 25℃ 이상인 경우, 도 5의 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 온 작동하고, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)를 오프 작동하여 열전소자(200)에 전류를 인가한다.
이에, 유로(120)측 열전소자(200)가 흡열면이 되어 흡기온을 저감시키게 된다(S15).
반면, S13단계의 판단 결과, 냉각수온이 63℃ 미만인 경우, 또한 S14단계의 판단 결과 외기온이 25℃ 미만인 경우에, 제1스위치(SW1) 내지 제4스위치(SW4)를 모두 오프 작동하여 열전소자(200)에 전류를 인가하지 않게 되고, 이에 열전소자(200)의 작동을 오프시키게 된다(S16).
또한, S11단계에서 외기온이 -10℃를 초과하는 경우에도, 열전소자(200)에 전류를 인가하지 않도록 제어하여 열전소자(200)를 작동시키지 않게 된다(S16).
다음으로, 도 7을 참조하여 APS개도량과 엔진RPM을 기반으로 흡기온을 제어하는 작동을 설명하면, 차량의 주행과정에서 APS개도량과 엔진RPM을 모니터링한다.
모니터링 과정에서 APS개도량이 80% 이상이 되는지 판단하여(S20), 80% 이상이 되는 경우, 도 5의 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 온 작동하고, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)를 오프 작동하여 열전소자(200)에 전류를 인가한다.
이에, 유로(120)측 열전소자(200)가 흡열면이 되어 흡기온을 저감시키게 된다(S23).
반면, APS개도량이 80% 이상이 아닌 경우, APS개도량 50% 이상인지 판단한다(S21).
S21단계의 판단 결과, APS개도량이 50% 이상인 경우, 엔진RPM이 5500RPM 이상이 되는지 판단한다(S22).
S22단계의 판단 결과, 엔진RPM이 5500RPM 이상인 경우, 도 5의 제2스위치(SW2)와 제3스위치(SW3)를 온 작동하고, 제1스위치(SW1)와 제4스위치(SW4)를 오프 작동하여 열전소자(200)에 전류를 인가한다.
이에, 유로(120)측 열전소자(200)가 흡열면이 되어 흡기온을 저감시키게 된다(S23).
반면, S21단계의 판단 결과, APS개도량이 50% 미만인 경우, 또한 S22단계에서 엔진RPM이 5500RPM 미만인 경우에, 제1스위치(SW1) 내지 제4스위치(SW4)를 모두 오프 작동하여 열전소자(200)에 전류를 인가하지 않게 되고, 이에 열전소자(200)의 작동을 오프시키게 된다(S24).
상술한 바와 같이, 본 발명은 유로(120)측 열전소자(200)가 발열면이 되는 경우, 흡기매니폴드(100)를 통과하는 흡입공기의 온도를 높이게 됨으로써, 냉시동시에 흡입공기의 온도를 상승시켜 EM 개선을 도모하는 것은 물론, 연료의 기화를 향상시켜 냉시동성을 개선하고 연료 분사량을 저감하게 된다.
특히, 유로(120)측의 열전소자(200)가 흡열면이 되는 경우, 흡입공기의 열을 흡수하여 흡입공기의 온도를 낮추게 됨으로써, 흡입공기의 체적효율을 증대시켜 엔진 성능을 향상시키게 된다.
더불어, 흡입공기 온도를 저감함에 따라, 가솔린엔진의 노크 특성을 개선하게 된다. 따라서, EGR 비율을 개선 가능한 것은 물론, 공연비 λ=1의 운전영역을 증대하여 연료의 농후영역 운전을 축소하게 되는바, 차량의 연비를 향상시키게 된다.
또한, 흡기온도가 저감되는 만큼, 인터쿨러의 사이즈를 감소하거나 제거 가능함으로써, 인터쿨러 장착에 소요되는 원가 및 중량을 저감하고 패키지를 개선하게 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.
100 : 흡기매니폴드
100a : 로워쉘
100b : 어퍼쉘
110 : 러너
112 : 장착홀
120 : 유로
130 : 가변흡기기구
140 : 장착부
150 : 서지탱크
160 : 넥
200 : 열전소자
210 : 바디
220 : 열교환핀
300 : 제어기
310 : H-Bridge회로
B : 배터리
SW1, SW2, SW3, SW4 : 제1스위치 내지 제4스위치

Claims (15)

  1. 흡기매니폴드 내에 흡기가 통과하는 유로에 설치되어 흡기온을 조절하는 열전소자;를 포함하고,
    상기 열전소자는 러너에 설치되는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전소자는 어퍼쉘에 형성된 러너에 설치되는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기매니폴드 내에 흡기관의 길이를 가변하는 가변흡기기구가 마련되고;
    상기 열전소자는 상기 가변흡기기구와 실린더헤드 장착부 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전소자는 흡기매니폴드의 서지탱크 전단에 더 설치되는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 유로와 연통하도록 장착홀이 형성되고;
    상기 열전소자의 바디가 상기 유로를 침범하지 않으면서 장착홀에 장착되는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열전소자의 일면에 열교환핀이 형성되고;
    상기 열교환핀이 유로 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    차량의 주행상황을 반영하는 인자를 기반으로 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족시, 만족하는 해당 조건에 따라 열전소자에 인가되는 전류방향을 전환하여 열전소자의 흡열면과 발열면을 변경하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어기는 배터리와 열전소자 사이에 연결된 H-Bridge회로의 스위칭 제어를 통해 전류방향을 전환하도록 구성한 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어장치.
  9. 청구항 1에 기재된 흡기매니폴드의 흡기온을 제어하는 방법으로서,
    제어기가, 차량의 주행상황을 반영하는 인자를 기반으로 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족하는지 판단하는 조건판단단계;
    제어기가, 흡기온의 상승조건 및 하강조건 만족시, 만족하는 해당 조건에 따라 열전소자에 인가되는 전류방향을 전환하여 열전소자의 흡열면과 발열면을 변경하는 전환단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상승조건 만족시, 유로측 열전소자가 발열면이 되도록 제어하여 흡기온을 상승시키고;
    하강조건 만족시, 유로측 열전소자가 흡열면이 되도록 제어하여 흡기온을 하강시키는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    냉각수온이 하한수온 이하이고, 외기온이 하한외기온 이하시, 상승조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    냉각수온이 상한수온 이상이고, 외기온이 상한외기온 이상시, 하강조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    엔진부하가 제1설정값 이상시, 하강조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    엔진부하가 제2설정값 이상이고, 엔진RPM이 설정값 이상시, 하강조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상승조건과 하강조건 불만족시, 열전소자를 작동하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 흡기온 제어방법.
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