KR20200040946A - 차량용 엔진 냉각 시스템 - Google Patents

차량용 엔진 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은, 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 복수의 연소실을 포함하는 엔진과, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 일부를 입력받고 다시 배기가스를 상기 엔진으로 재공급하는 이지알(Exhaust Gas Recirculation; EGR)장치와, 상기 엔진과 엔진 냉각수 라인으로 연결되어 엔진 냉각회로를 형성하고, 상기 엔진 냉각수 라인에 흐르는 엔진 냉각수에 의해 상기 엔진에서 발생된 열을 외부로 방출하는 메인 라디에이터와, 상기 EGR 장치와 EGR 냉각수 라인으로 연결되어 EGR 냉각회로를 형성하고, 상기 EGR 냉각수 라인에 흐르는 EGR 냉각수에 의해 상기 EGR 장치에서 발생된 열을 외부로 방출하는 서브 라디에이터와, 상기 엔진 냉각수 라인과 상기 EGR 냉각수 라인을 서로 연결하고, 상기 엔진 냉각수가 상기 EGR 냉각수 라인으로 흐르거나 차단하도록 개폐되는 액추에이터, 및 상기 엔진 냉각수의 온도 및 차량 운전 조건에 따라 상기 액추에이터를 개폐하도록 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

차량용 엔진 냉각 시스템 {ENGINE COOLING SYSTEM FOR A VEHICLE}
본 발명은 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것으로, 운전 조건에 따라 냉각수가 엔진 냉각회로 및 전기동력 냉각회로를 순환하도록 개폐되는 밸브를 갖는 차량용 엔진 냉각 시스템에 관한 것이다.
차량은 엔진 냉각 시스템을 가지고 있으며, 이러한 엔진 냉각 시스템은 엔진의 과열을 방지하는데, 엔진의 열을 외부로 방출하는 구조를 갖는다.
여기서, 냉각수는 뜨거운 엔진의 열을 제거하기 위해서, 엔진 블록과 실린더헤드를 순환하고, 가열된 냉각수는 차량의 전방에 배치되는 라디에이터를 통해서 흐르고, 라디에이터는 냉각수의 열을 외부로 방출한다. 이러한 냉각 시스템은 다양한 밸브를 사용하며 엔진 냉각회로를 구성한다.
한편, 하이브리드 차량(hybrid electric vehicle)은 엔진과 배터리 전원을 함께 사용한다. 즉, 하이브리드 차량은 엔진의 동력과 모터의 동력을 효율적으로 조합하여 사용한다. 하이브리드 차량은 엔진과 모터의 파워 분담비에 따라 마일드(mild) 타입과 하드(hard) 타입으로 구분할 수 있다. 마일드 타입의 하이브리드 차량은 알터네이터 대신에 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기(MHSG; mild hybrid starter & generator)가 구비된다.
마일드 하이브리드 차량은 MHSG를 이용하여 주행 상태에 따라 엔진 토크를 보조할 수 있으며, 회생제동을 통해 배터리(예를 들어, 48 V 배터리)를 충전할 수 있다. 이에 따라, 마일드 하이브리드 차량의 연비가 향상될 수 있다.
마일드 하이브리드 적용 차량은 시동 발전기, 하이브리드 전력 제어 유닛, 오일펌프 제어 유닛을 포함하는 전기동력(PE; Power Electronics) 시스템을 갖는다. 이러한 전기동력 시스템은 엔진을 냉각시키기 위한 엔진 냉각회로와 별도로, 전기동력 냉각회로를 통해 냉각되어야 한다.
엔진 냉각회로와 전기동력 냉각회로는 각각 냉각수 통로, 라디에이터, 냉각수 펌프를 구비하고, 3웨이(3-way) 밸브의 개폐를 통해, 통합 냉각 또는 개별 냉각을 하게 된다.
그런데, 엔진 냉각회로와 전기동력 냉각회로에 요구되는 냉각수 용량이 상이한 가운데, 각각의 라디에이터를 직렬 연결함으로써, 엔진 냉각수 유량 기준으로 각 냉각수 통로의 사이즈를 키워야 하는 제한이 있다. 또한, 전기동력 시스템 내 온도 제한 요소를 고려하면 고온의 엔진 냉각수가 전기동력 시스템에 공급되면, 전기동력 시스템 부품의 손상이 우려된다. 또한, 통합에서 분리 냉각시 전기동력 시스템에 잔류하는 고온의 냉각수를 식히기 위해 별도의 냉각수 펌프를 통해 추가적으로 전기동력 시스템 냉각 회로를 운영해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진 냉각수와 전기동력 냉각수를 분리하여 각 시스템 유량에 맞추어 최적화하고, 고온의 엔진 냉각수가 전기동력 시스템에 잔류하는 것을 최소화하기 위한 차량용 엔진 냉각 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은, 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 복수의 연소실을 포함하는 엔진을 포함하는 엔진 시스템과, 차량의 주행 상태에 따라 상기 엔진 시스템의 엔진 토크를 보조하는 전기동력(PE; Power Electronics) 시스템과, 상기 엔진 시스템과 엔진 냉각수 라인으로 연결되어 엔진 냉각회로를 형성하고, 상기 엔진 냉각수 라인에 흐르는 엔진 냉각수에 의해 상기 엔진 시스템에서 발생된 열을 외부로 방출하는 메인 라디에이터와, 상기 PE 시스템과 PE 냉각수 라인으로 연결되어 PE 냉각회로를 형성하고, 상기 PE 냉각수 라인에 흐르는 PE 냉각수에 의해 상기 PE 시스템에서 발생된 열을 외부로 방출하는 서브 라디에이터와, 상기 엔진 냉각수 라인과 상기 PE 냉각수 라인을 서로 연결하고, 상기 엔진 냉각수가 상기 PE 냉각수 라인으로 흐르거나 차단하도록 개폐되는 2way 밸브, 및 상기 엔진 냉각수의 온도 및 차량 운전 조건에 따라 상기 2way 밸브를 개폐하도록 제어하는 제어기를 포함한다.
상기 엔진 시스템은, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 일부를 입력받고 다시 배기가스를 상기 엔진으로 재공급하는 이지알(EGR; Exhaust Gas Recirculation)장치를 더 포함할 수 있다.
상기 EGR 장치는, 상기 EGR 장치로 유입되는 배기가스를 냉각시키는 EGR 쿨러를 포함할 수 있다.
상기 PE 시스템은, 상기 PE 냉각수를 펌핑하여 상기 PE 냉각회로를 순환하도록 하기 위한 전동식 워터 펌프(Electric Water Pump; EWP)를 포함할 수 있다.
상기 PE 시스템은, 상기 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기(HSG; Hybrid starter & Generator)를 포함할 수 있다.
상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터는 병렬 연결될 수 있다.
상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터는 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은, 상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터에 인접한 위치에 구비되어 고온의 엔진 냉각수 및 EGR 냉각수를 추가 냉각시키는 칠러(chiller)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은, 상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터를 사이에 두고 상기 칠러와 마주하는 위치에 구비되는 쿨링팬을 더 포함할 수 있다.
상기 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터의 맞닿는 양측 부위에는 상기 메인 라디에이터와 서브 라디에이터 각각의 영역을 분리하는 영역 분리판이 구비될 수 있다.
상기 2way 밸브는 상기 영역 분리판에 설치되어, 상기 2way 밸브의 개폐에 따라 상기 엔진 냉각수의 순환 경로가 변경될 수 있다.
상기 2way 밸브는 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터의 맞닿는 양측 부위에 각각 구비된 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브를 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인지 판단하고, 상기 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 미만인 경우, 상기 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브가 폐쇄되도록 제어하여, 상기 엔진 냉각수가 상기 엔진 냉각회로를 순환하고 상기 PE 냉각수가 상기 PE 냉각회로를 각각 순환하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인 경우, 상기 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브가 개방되도록 제어하여, 상기 엔진 냉각수와 상기 PE 냉각수가 혼합되어 상기 엔진 냉각회로와 상기 PE 냉각회로에 동시에 순환하도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 차량의 저온 시동시 상기 PE 시스템의 승온이 필요한 경우, 상기 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브 중 어느 하나가 개방되도록 제어하여, 상기 엔진 냉각수와 상기 PE 냉각수가 혼합되어 상기 엔진 냉각회로와 상기 PE 냉각회로에 동시에 순환하도록 제어할 수 있다.
상기 제1 온도는 90℃ 내지 120℃일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진 냉각수를 차량 운전 조건 중 냉각수 온도 조건에 따라 선택적으로 서브 라디에이터에 주입이 가능하므로, 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터에서 엔진 냉각수와 외기온이 높은 온도차로 열전달이 가능함에 따라 엔진 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 기존 라디에이터에서 영역 분리판 및 2way 밸브만 추가하면 하나의 라디에이터로 엔진 냉각 및 PE 냉각 역할이 동시에 수행될 수 있으므로, 투자비 축소가 가능하다.
또한, 엔진 냉각수를 서브 라디에이터에 활용시 PE 시스템 내 전동식 워터 펌프의 미작동이 가능하므로, 연비가 개선될 수 있다.
또한, 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터를 일체형으로 구성함에 따라 조립성이 향상되고, 차급/차종별 공용화 및 표준화에 유리하다.
또한, 차량의 레이아웃의 단순화로 차량 전면 냉각계의 유효 면적 확보 및 탑승자 공간 확보에 유리하다.
또한, EV(electric vehicle) 모드시 엔진 시스템의 냉각수를 열원으로 활용하여 PE 시스템의 고전압 배터리의 승온 시간을 단축할 수 있어, 저온 환경 내 차량 주행 중 EV 모드 연장시 연비 개선이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 라디에이터 및 칠러를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 라디에이터, 칠러, 및 쿨링팬을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서, 평시 주행 모드인 경우 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서, 가혹 주행 모드인 경우 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서, 차량의 저온 시동시 PE 시스템의 승온이 필요한 경우 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 라디에이터 및 칠러를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 라디에이터, 칠러, 및 쿨링팬을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 엔진 냉각 시스템(100)은, 엔진 시스템(10)과, 전기동력(PE; Power Electronics) 시스템(20)과, 메인 라디에이터(30)와, 서브 라디에이터(40)와, 2way 밸브(52, 54), 및 제어기(미도시)를 포함한다.
엔진 시스템(10)은 엔진을 포함하며, 엔진은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 복수의 연소실을 포함한다. 엔진에는 연소실로 공급되는 흡기가스(외기)가 흐르는 흡기 라인과 연소실에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 라인이 구비된다.
흡기 라인의 출구에는 복수의 연소실로 흡기가스를 분배하는 흡기 매니폴드가 장착된다. 배기 라인의 입구에는 복수의 연소실에서 배출되는 배기가스를 배기 라인으로 모으는 배기 매니폴드가 장착된다.
엔진의 연소실로 공급되는 흡기가스는 흡기 라인과 흡기 매니폴드를 통해 엔진의 연소실로 공급되고, 엔진의 연소실에서 배출되는 배기가스는 배기 매니폴드와 배기 라인을 통해 외부로 배출된다. 이 때, 배기 라인에는 배기가스를 정화시키는 배기가스 정화장치가 설치될 수 있다.
엔진 시스템(10)은 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 일부를 입력받고 다시 배기가스를 엔진으로 재공급하는 이지알(EGR; Exhaust Gas Recirculation)장치를 더 포함할 수 있고, EGR 장치는 EGR 장치로 유입되는 배기가스를 냉각시키는 EGR 쿨러(12)를 포함할 수 있다.
EGR 라인에 의해 구현되는 EGR 장치는 엔진의 운전 상태에 따라 질소산화물의 배출량을 저감시킬 필요가 있을 때에, 배기가스의 일부를 엔진의 흡기계에 공급하여 연소실로 유입시키면, 체적이 변하지 않는 불활성 가스인 배기가스가 상대적으로 혼합기의 밀도를 저하시켜 연료의 연소시 화염 전파 속도가 저하됨으로써, 연료의 연소 속도가 저하됨과 더불어 연소 온도의 상승도 억제되어 질소산화물의 생성이 억제되게 된다.
PE 시스템(20)은 차량의 주행 상태에 따라 엔진 시스템(10)의 엔진 토크를 보조한다. PE 시스템(20)은 엔진을 시동하거나 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기(HSG; hybrid starter & generator)(22)를 포함할 수 있다.
또한, PE 시스템(20)은 PE 시스템(20)을 순환하는 PE 냉각수를 펌핑하여 PE 냉각회로를 순환하도록 하는 전동식 워터 펌프(EWP; Electric Water Pump)(24)를 포함할 수 있다. EWP(24)는 PE 냉각수가 PE 시스템(20)을 통과하여 서브 라디에이터(40)를 통해 순환하도록 하는 압력을 제공한다.
또한, PE 시스템(20)은 하이브리드 차량에 적용되는 통합 제어기인 하이브리드 전력 제어 유닛(HPCU; Hybrid Power Control Unit)(26), PE 시스템(20)에 사용되는 오일을 펌핑하는 전동식 오일 펌프, 및 오일 펌프를 제어하는 오일 펌프 제어 유닛(28) 등의 구성을 포함할 수 있다.
메인 라디에이터(30)는 엔진 시스템(10)과 엔진 냉각수 라인(15)으로 연결되어 엔진 냉각회로를 형성한다. 그리고, 엔진 냉각수 라인(15)에 흐르는 엔진 냉각수에 의해 엔진 시스템(10)에서 발생된 열을 외부로 방출한다.
엔진 냉각회로에는 엔진 냉각수 펌프가 구비되어, 엔진 냉각수가 엔진 냉각회로를 순환할 수 있는 압력을 제공할 수 있다.
엔진 시스템(10)에서 발생된 열은 엔진 냉각수에 전이되고, 엔진 냉각수는 메인 라디에이터(30) 내의 가는 관들로 보내져 주행중 발생되는 바람(주행풍)과 라디에이터(30) 본체 근방에 장착된 쿨링팬(45)에 의해 냉각된다. 그리고, 냉각된 엔진 냉각수는 다시 엔진 시스템(10)에 보내지고 엔진 시스템(10)의 열을 전달받게 된다.
서브 라디에이터(40)는 PE 시스템(20)과 PE 냉각수 라인(25)으로 연결되어 PE 냉각회로를 형성한다. 그리고, PE 냉각수 라인(25)에 흐르는 PE 냉각수에 의해 PE 시스템(20)에서 발생된 열을 외부로 방출한다.
한편, 메인 라디에이터(30)와 서브 라디에이터(40)는 병렬로 연결될 수 있고, 일체로 형성될 수 있다.
일체로 형성된 메인 라디에이터(30)와 서브 라디에이터(40)에 인접한 위치에 칠러(chiller)(60)가 더 구비될 수 있다. 칠러(60)는 엔진 냉각수 및 EGR 냉각수와 에어컨 가스 사이를 열교환하여 냉각하는 별도의 냉각장치이다. 저온의 에어컨 가스는 엔진 냉각수 및 EGR 냉각수와의 열교환을 통해 열을 흡수하고, 에어컨 가스 내 저장된 열은 기존 차량의 에어컨 냉각 시스템을 활용하여 차량 외부로 방출된다. 이러한 별도의 냉각장치인 칠러(60)는 메인 라디에이터(30)와 서브 라디에이터(40)의 열교환 수행을 보조하며, 조건별 엔진 냉각수 및 EGR 냉각수의 과냉각이 필요한 경우 추가 냉각장치로서 역할을 수행한다.
또한, 일체로 형성된 메인 라디에이터(30)와 서브 라디에이터(40)를 사이에 두고, 칠러(60)와 마주하는 위치에 쿨링팬(45)이 더 구비될 수 있다. 쿨링팬(45)은 메인 라디에이터(30) 본체에 장착될 수 있다. 쿨링팬(45)은 전동 냉각팬일 수 있다. 전동 냉각팬은 차량의 시동이 꺼지더라도 수온 센서(29)가 일정 온도 이상의 온도로 냉각수의 온도를 감지하면, 기계적으로 써모스탯이 열리고, 전동 냉각팬이 회전하여 라디에이터를 식히도록 자동으로 동작될 수 있다.
일체로 형성된 메인 라디에이터(30)와 서브 라디에이터(40)의 마주하는 양측에는 영역 분리판(35)이 구비될 수 있다. 즉, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 라디에이터(30) 및 서브 라디에이터(40)의 맞닿는 양측 부위 즉, 메인 라디에이터(30)의 양측 하단과 서브 라디에이터(40)의 양측 상단에 메인 라디에이터(30)와 서브 라디에이터(40) 각각의 영역을 분리하는 영역 분리판(35)이 구비될 수 있다.
한편, 2way 밸브(52, 54)는 엔진 냉각수 라인(15)과 PE 냉각수 라인(25)을 서로 연결하고, 엔진 냉각수가 PE 냉각수 라인(25)으로 흐르거나 차단하도록 개폐된다.
2way 밸브(52, 54)는 2way 솔레노이드 밸브가 장착된 것일 수 있다. 솔레노이드 밸브는 전자 코일의 전자력을 사용해 자동적으로 밸브를 개폐시킬 수 있다. 솔레노이드 밸브는 도선을 나선형으로 감아서 전기가 통전되면 자장의 힘에 의해 열리고 닫힐 수 있다.
또한, 2way 밸브(52, 54) 대신에, 왁스형 써모스탯 또는 전자식 써모스탯을 이용할 수 있다.
왁스형 써모스탯은, 금속 케이스에 왁스를 밀봉하고, 그 케이스 중앙에 플런저(plunger)를 설치해, 본체에 고정한 구조이다. 플런저는 본체에 고정된 상태이고, 왁스가 들어있는 케이스는 플런저 상에서 왕복 운동이 가능하다.
왁스형 써모스탯의 경우, 냉각수 온도가 약 80℃정도로 상승하면, 왁스가 녹기 시작하고, 왁스가 녹으면서 체적이 증대되면, 왁스 케이스는 플런저로부터 밀려나게 되고, 결국 밸브가 열리게 된다. 밸브가 열리면 뜨거워진 엔진 냉각수가 라디에이터로 흘러 들어가 냉각된다. 냉각수 온도가 내려가면, 스프링이 왁스 케이스를 밀어 플런저 상의 원위치로 복귀시킨다. 이렇게 되면 밸브는 완전히 닫히고, 냉각수는 라디에이터 쪽으로 순환하지 않게 된다.
전자식 써모스탯은, 왁스 케이스 내에 가열 엘리먼트(heating element)가 내장된 형태이다. 엔진의 운전 조건에 따라 제어기가 가열 엘리먼트에 전류를 공급하여 냉각수의 열 외에 전기적으로 왁스를 가열할 수 있다.
2way 밸브(52, 54)는 영역 분리판(35)에 설치되어, 2way 밸브(52, 54)의 개폐에 따라 엔진 냉각수의 순환 경로를 변경시킬 수 있다. 2way 밸브(52, 54)는 메인 라디에이터(30) 및 서브 라디에이터(40)의 맞닿는 양측 부위에 각각 구비된 제1 2way 밸브(52) 및 제2 2way 밸브(54)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서, 평시 주행 모드인 경우 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서, 가혹 주행 모드인 경우 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에서, 차량의 저온 시동시 PE 시스템의 승온이 필요한 경우 냉각수의 흐름을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 제어기는 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인지 판단한다. 엔진 냉각수의 온도는 엔진 냉각수 라인(15)에 설치되는 냉각수 센서에 의해 측정될 수 있다. 또한, PE 냉각수의 온도 또는 엔진 냉각수와 PE 냉각수가 혼합된 냉각수 온도는 PE 냉각수 라인(25)에 설치되는 수온 센서(29)에 의해 측정될 수 있다.
엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 미만인 경우 즉, 평시 주행 모드인 경우, 제어기는 제1 2way 밸브(52) 및 제2 2way 밸브(54)가 폐쇄되도록 제어한다. 이 때, 제1 온도는 약 90℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
제1 2way 밸브(52) 및 제2 2way 밸브(54)가 폐쇄되면, 엔진 냉각수는 엔진 냉각회로를 순환하고, PE 냉각수는 PE 냉각회로를 순환하게 된다. 이 때, PE 냉각수를 펌핑하여 PE 냉각회로를 순환하도록 하기 위해, 전동식 워터 펌프(24)가 작동된다. 엔진 시스템(10)에서 가열된 엔진 냉각수는 메인 라디에이터(30)를 거쳐 냉각되고, 다시 엔진 시스템(10)으로 유입된다.
도 6을 참조하면, 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인 경우, 제어기는 제1 2way 밸브(52) 및 제2 2way 밸브(54)가 개방되도록 제어한다. 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인 경우는 가혹 주행 모드이다. 가혹 주행 모드는 예를 들어, 엔진이 과열될 수 있는 고속, 고온의 환경, 차량 견인 시 등의 주행 모드가 될 수 있다.
제1 2way 밸브(52) 및 제2 2way 밸브(54)가 개방되면, 엔진 냉각수는 엔진 냉각회로를 순환하고, 개방된 제1 2way 밸브(52) 및 제2 2way 밸브(54)를 통해 서브 라디에이터(40)도 통과하게 된다. 엔진 시스템(10)에서 가열된 엔진 냉각수는 메인 라디에이터(30)와 서브 라디에이터(40)를 거쳐 냉각되고, 다시 엔진 시스템(10)으로 유입된다. 이 때, PE 시스템(20)의 전동식 워터 펌프(24)는 작동하지 않는다.
도 7을 참조하면, 차량의 저온 시동시 PE 시스템(20)의 승온이 필요한 경우, 제어기는 제1 2way 밸브(52) 및 제2 2way 밸브(54) 중 어느 하나가 개방되도록 제어한다. PE 시스템(20)의 PE 냉각수 온도는 수온 센서(29)에 의해 측정될 수 있다. 이 때, 엔진 냉각수와 상기 PE 냉각수가 혼합되어 상기 엔진 냉각회로와 상기 PE 냉각회로에 동시에 순환된다. 엔진 냉각회로에서 흐르는, 상대적으로 고온의 엔진 냉각수가 PE 냉각회로로 보내어지고, 엔진 냉각수가 함유하고 있는 고온의 냉각수가 PE 시스템(20)을 승온하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 엔진 냉각수를 차량 운전 조건 중 냉각수 온도 조건에 따라 선택적으로 서브 라디에이터에 주입이 가능하므로, 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터에서 엔진 냉각수와 외기온이 높은 온도차로 열전달이 가능함에 따라 엔진 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 기존 라디에이터에서 영역 분리판 및 2way 밸브만 추가하면 하나의 라디에이터로 엔진 냉각 및 PE 냉각 역할이 동시에 수행될 수 있으므로, 투자비 축소가 가능하다.
또한, 엔진 냉각수를 서브 라디에이터에 활용시 PE 시스템 내 전동식 워터 펌프의 미작동이 가능하므로, 연비가 개선될 수 있다.
또한, 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터를 일체형으로 구성함에 따라 조립성이 향상되고, 차급/차종별 공용화 및 표준화에 유리하다.
또한, 차량의 레이아웃의 단순화로 차량 전면 냉각계의 유효 면적 확보 및 탑승자 공간 확보에 유리하다.
또한, EV(electric vehicle) 모드시 엔진 시스템의 냉각수를 열원으로 활용하여 PE 시스템의 고전압 배터리의 승온 시간을 단축할 수 있어, 저온 환경 내 차량 주행 중 EV 모드 연장시 연비 개선이 가능하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 차량용 엔진 냉각 시스템 10: 엔진 시스템
12: EGR 쿨러 15: 엔진 냉각수 라인
20: 전기동력(PE) 시스템 22: 시동 발전기
24: 전동식 워터 펌프 25: PE 냉각수 라인
26: 하이브리드 전력 제어 유닛 28: 오일 펌프 제어 유닛
29: 수온 센서 30: 메인 라디에이터
35: 영역 분리판 40: 서브 라디에이터
45: 쿨링팬 52: 제1 2way 밸브
54: 제2 2way 밸브 60: 칠러

Claims (16)

  1. 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 복수의 연소실을 포함하는 엔진을 포함하는 엔진 시스템;
    차량의 주행 상태에 따라 상기 엔진 시스템의 엔진 토크를 보조하는 전기동력(PE; Power Electronics) 시스템;
    상기 엔진 시스템과 엔진 냉각수 라인으로 연결되어 엔진 냉각회로를 형성하고, 상기 엔진 냉각수 라인에 흐르는 엔진 냉각수에 의해 상기 엔진 시스템에서 발생된 열을 외부로 방출하는 메인 라디에이터;
    상기 PE 시스템과 PE 냉각수 라인으로 연결되어 PE 냉각회로를 형성하고, 상기 PE 냉각수 라인에 흐르는 PE 냉각수에 의해 상기 PE 시스템에서 발생된 열을 외부로 방출하는 서브 라디에이터;
    상기 엔진 냉각수 라인과 상기 PE 냉각수 라인을 서로 연결하고, 상기 엔진 냉각수가 상기 PE 냉각수 라인으로 흐르거나 차단하도록 개폐되는 2way 밸브; 및
    상기 엔진 냉각수의 온도 및 차량 운전 조건에 따라 상기 2way 밸브를 개폐하도록 제어하는 제어기를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에서,
    상기 엔진 시스템은,
    상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 일부를 입력받고 다시 배기가스를 상기 엔진으로 재공급하는 이지알(EGR; Exhaust Gas Recirculation)장치를 더 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  3. 제 2 항에서,
    상기 EGR 장치는,
    상기 EGR 장치로 유입되는 배기가스를 냉각시키는 EGR 쿨러를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  4. 제 1 항에서,
    상기 PE 시스템은,
    상기 PE 냉각수를 펌핑하여 상기 PE 냉각회로를 순환하도록 하기 위한 전동식 워터 펌프(Electric water pump; EWP)를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  5. 제 1 항에서,
    상기 PE 시스템은,
    상기 엔진을 시동하거나 상기 엔진의 출력에 의해 발전하는 시동 발전기(HSG; hybrid starter & generator)를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  6. 제 1 항에서,
    상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터는 병렬 연결된 차량용 엔진 냉각 시스템.
  7. 제 6 항에서,
    상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터는 일체로 형성된 차량용 엔진 냉각 시스템.
  8. 제 1 항에서,
    상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터에 인접한 위치에 구비되고, 에어컨(air conditioner) 장치를 이루는 구성요소로서, 압축기에서 고온고압으로 압축된 냉매를 냉각시키는 칠러(chiller)를 더 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  9. 제 8 항에서,
    상기 메인 라디에이터와 상기 서브 라디에이터를 사이에 두고 상기 칠러와 마주하는 위치에 구비되는 쿨링팬을 더 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  10. 제 7 항에서,
    상기 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터의 맞닿는 양측 부위에는 상기 메인 라디에이터와 서브 라디에이터 각각의 영역을 분리하는 영역 분리판이 구비된 차량용 엔진 냉각 시스템.
  11. 제 10 항에서,
    상기 2way 밸브는 상기 영역 분리판에 설치되어, 상기 2way 밸브의 개폐에 따라 상기 엔진 냉각수의 순환 경로가 변경되는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  12. 제 11 항에서,
    상기 2way 밸브는 메인 라디에이터 및 서브 라디에이터의 맞닿는 양측 부위에 각각 구비된 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  13. 제 12 항에서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인지 판단하고,
    상기 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 미만인 경우,
    상기 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브가 폐쇄되도록 제어하여, 상기 엔진 냉각수가 상기 엔진 냉각회로를 순환하고 상기 PE 냉각수가 상기 PE 냉각회로를 각각 순환하도록 제어하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  14. 제 13 항에서,
    상기 제어기는,
    상기 엔진 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인 경우, 상기 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브가 개방되도록 제어하여, 상기 엔진 냉각수와 상기 PE 냉각수가 혼합되어 상기 엔진 냉각회로와 상기 PE 냉각회로에 동시에 순환하도록 제어하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  15. 제 12 항에서,
    상기 제어기는,
    차량의 저온 시동시 상기 PE 시스템의 승온이 필요한 경우, 상기 제1 2way 밸브 및 제2 2way 밸브 중 어느 하나가 개방되도록 제어하여, 상기 엔진 냉각수와 상기 PE 냉각수가 혼합되어 상기 엔진 냉각회로와 상기 PE 냉각회로에 동시에 순환하도록 제어하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  16. 제 13 항에서,
    상기 제1 온도는 90℃ 내지 120℃인 차량용 엔진 냉각 시스템.
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