KR101704340B1 - 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 수냉부를 이용하여 인터쿨러 입구를 통과한 흡기의 온도를 안정화하면서, 공냉부를 이용하여 인터쿨러의 냉각효율을 극대화하고, 이에 따라 엔진 동력 및 연비 성능을 극대화할 수 있다.

Description

에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템 및 그 제어방법{HYBRID INTERCOOLER SYSTEM INTEGRATED WITH AIR CONDITIONING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 보다 상세하게는 수냉부를 이용하여 인터쿨러 입구를 통과한 흡기의 온도를 안정화하면서, 공냉부를 이용하여 인터쿨러의 냉각효율을 극대화할 수 있는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 터보차저는 엔진으로 공급되는 흡입공기를 배기가스의 배출력에 의해 압축하여 실린더 내에 공급함으로써, 기관의 흡기 충전 효율을 높이고, 평균 유효압력을 높여 출력을 증대시키는 과급구조이다.
이와 같은 터보차저는 통상 압축기와 터빈을 동축선상에 배치하여, 배기관을 통해 배출되는 배기가스의 배출력에 의해 터빈을 회전시켜 상기 터빈과 동축선상에 배치된 압축기를 회전시킴으로써, 흡기 매니폴드를 통해 유입되는 공기를 압축하여 실린더에 공급하는 구조이다.
한편, 상기와 같은 터보차저에 의해 압축된 공기는 고온화되어, 이를 그대로 연소실로 공급하면 공기밀도의 증대 비율이 감소하여 충전효율이 저하되거나 노킹을 유발하기가 쉽다. 이러한 과급된 공기의 온도를 낮추기 위해서 구비하는 것이 인터쿨러이다. 도 1은 종래의 인터쿨러를 설명하는 도면이다. 도 1을 참조할 때, 인터쿨러를 통과하면서 냉각된 흡입공기는 고밀도가 유지되고 저온화되어 연소력을 향상시키게 되는 것이다.
인터쿨러는 냉각방식에 따라서 통상 공냉식과 수냉식으로 나누어진다. 공냉식 인터쿨러는 과급된 공기가 다수개의 튜브를 통과하면서, 상기 튜브에 일체로 형성된 냉각핀을 통과하는 차가운 공기에 의해 냉각되는 구조이다. 이에 비해 수냉식 인터쿨러는 상기 튜브와 접하는 냉각유로에 의해 냉각되는 구조이다.
일반적으로 공냉식 인터쿨러는 냉각효율이 좋으나, 외기온의 변화 등에 의해 안정적인 효율을 기대하기 어려운 문제점이 있었다. 또한, 수냉식 인터쿨러는 안정적인 효율을 유지할 수 있으나, 공냉식에 비해 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
등록실용신안공보 제0094280호 (1996.02.02)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공냉식 인터쿨러와 수냉식 인터쿨러를 일체화하고, 별도의 냉각라인 없이 에어컨 시스템을 이용하여 수냉식 인터쿨러를 냉각함으로써, 인터쿨러의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템은 복수 개의 압축 흡기 통로(110)의 외벽을 통과하는 외기와 열교환하여, 상기 압축 흡기 통로(110)의 내부를 통과하는 압축 흡기를 냉각하는 공냉부(100); 및 상기 압축 흡기 통로(110)의 외벽을 둘러싼 수냉부 냉매와 상기 공냉부(100)에서 냉각된 압축 흡기를 열교환시키는 수냉부(200);를 포함한다.
상기 수냉부(200)는 상기 압축 흡기 통로를 둘러싼 수냉부 냉매탱크(210); 및 리시버 드라이버(310)로부터 분기되고, 상기 수냉부 냉매탱크(210)를 관통하며, 컴프레서(320)와 연통되는 바이패스라인(220);을 포함하고, 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 전, 후단의 상기 바이패스라인(220) 상에 각각 장착되어, 상기 바이패스라인(220)을 개방 또는 폐쇄하는 제 1 바이패스밸브(331) 및 제 2 바이패스밸브(332);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템은 상기 리시버 드라이버(310)와 팽창밸브(360)를 연통하는 팽창라인(230); 상기 팽창밸브(360)와 히팅코어(370)를 연통하는 증발라인(240); 상기 팽창라인(230) 상에 장착되어, 상기 팽창라인(230)을 개방 또는 폐쇄하는 제 1 에어컨밸브(333); 상기 히팅코어(370)와 상기 컴프레서(320)를 연통하는 압축라인(250); 상기 압축라인(250) 상에 장착되어, 상기 압축라인(250)을 개방 또는 폐쇄하는 제 2 에어컨밸브(334); 상기 컴프레서(320)와 에어컨 컨덴서(340)를 연통하는 응축라인(260); 및 상기 에어컨 컨덴서(340)와 상기 리시버 드라이버(310)를 연통하는 기액분리라인(270);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템은 상기 압축 흡기가 상기 공냉부(100)를 통과한 후, 상기 수냉부(200)를 통과하도록 상기 공냉부(100)와 상기 수냉부(200)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 바이패스라인(220)은 상기 압축 흡기 통로(110)와 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 내벽 사이를 관통하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 바이패스라인(220)은 상기 압축 흡기 통로(110)와 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 내벽 사이를 관통하는 구간에서 복수 개로 분기되는 것을 특징으로 한다.
상기 수냉부 냉매탱크(210)는 상면에 돌출형성된 수냉부 냉매 주입구(211); 및 상기 수냉부 냉매 주입구(211)를 개방 또는 폐쇄하는 수냉부 냉매캡(212);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 에어컨 시스템의 작동신호 인가여부를 판단하는 작동신호 판단단계(S100); 에어컨 시스템이 작동신호가 인가된 경우에는, 제 1 에어컨밸브(333) 및 제 2 에어컨밸브(334)를 개방하고 컴프레서(320)를 작동시키는 에어컨 시스템 작동개시단계(S200); 상기 에어컨 시스템 작동개시단계(S200) 후, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 공기의 온도를 측정하는 제 1 온도측정단계(S300); 상기 제 1 온도측정단계(S300)에서 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 1 온도판단단계(S400); 및 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는 경우에는, 제 1 바이패스밸브(331) 및 제 2 바이패스밸브(332)를 개방하는 제 1 수냉부 작동개시단계(S500);를 포함한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도 이하인 경우에는, 제 1 바이패스밸브(331) 또는 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하는 제 1 수냉부 작동중지단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 에어컨 시스템이 작동신호가 인가되지 않은 경우에는, 상기 제 1 에어컨밸브(333) 및 상기 제 2 에어컨밸브(334)를 폐쇄하고, 상기 컴프레서(320)의 작동을 중지시키는 에어컨 시스템 작동중지단계(S700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 상기 에어컨 시스템 작동중지단계(S700) 후, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 공기의 온도를 측정하는 제 2 온도측정단계(S800);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 상기 제 2 온도측정단계(S800)에서 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 2 온도판단단계(S900);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는 경우에는, 상기 제 1 바이패스밸브(331) 및 상기 제 2 바이패스밸브(332)를 개방하고, 상기 컴프레서(320)를 작동시키는 제 2 수냉부 작동개시단계(S1000);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도 이하인 경우에는, 상기 제 1 바이패스밸브(331) 또는 상기 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하고, 상기 컴프레서(320)의 작동 중지상태를 유지하는 제 2 수냉부 작동중지단계(S1100);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 수냉부를 이용하여 인터쿨러 입구를 통과한 흡기의 온도를 안정화하면서, 공냉부를 이용하여 인터쿨러의 냉각효율을 극대화하고, 이에 따라 엔진 동력 및 연비 성능을 극대화할 수 있다.
또한, 공냉부의 출구측에 수냉부를 배치하여 공냉부에서 1차적으로 냉각된 압축흡기가 수냉부에서 2차적으로 냉각되도록 함으로써, 수냉부에 공급되는 에어컨 시스템의 냉매를 제어하여 인터쿨러에서 배출되는 압축흡기의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 수냉부를 냉각하기 위한 별도의 냉각라인 없이 에어컨 시스템을 이용하여 수냉식 인터쿨러를 냉각함으로써, 중량 및 원가상승을 방지할 수 있다.
또한, 엔진의 연소실에 안정적인 흡기온을 제공함으로써, 엔진의 노킹(knocking)현상을 저감시킬 수 있다.
또한, 인터쿨러의 냉각효율 증대에 따라, 범퍼의 개구부를 축소할 수 있으므로, 공기저항을 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있고, 디자인의 자유도를 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 인터쿨러를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 부분사시도.
도 3은 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템에서 수냉부의 단면사시도.
도 4는 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템에서 수냉부의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 블록도.
도 6은 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법의 순서도.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 부분사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템에서 수냉부의 단면사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템에서 수냉부의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 블록도이다. 도 2 내지 도 5를 참조할 때, 본 발명에 따른 하이브리드형 인터쿨러 시스템은 공냉부(100) 및 수냉부(200)를 포함한다.
공냉부(100)는 복수 개의 압축 흡기 통로(110)의 외벽을 통과하는 외기와 열교환하여, 상기 압축 흡기 통로(110)의 내부를 통과하는 압축 흡기를 냉각하는 역할을 한다. 또한, 수냉부(200)는 상기 압축 흡기 통로(110)의 외벽을 둘러싼 수냉부 냉매와 상기 공냉부(100)에서 냉각된 압축 흡기를 열교환시키는 역할을 한다.
이때, 상기 압축 흡기가 상기 공냉부(100)를 통과한 후, 상기 수냉부(200)를 통과하도록 상기 공냉부(100)와 상기 수냉부(200)가 배치된다. 따라서, 터보차저에서 압축된 고온의 흡입공기(압축 흡기)는 우선 냉각효율이 높은 공냉부(100)를 거치면서 1차적으로 냉각되고, 2차적으로 수냉부(200)를 거치면서 안정적으로 냉각된다. 또한, 후술하는 것과 같이, 인터쿨러에서 압축흡기와의 열교환에 의해 가열된 수냉부 냉매는 에어컨 냉매와의 열교환에 의해 다시 저온(즉, 상기 압축흡기에 비해 상대적 저온)으로 냉각되는 것이다.
즉, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템이 압축 흡기의 온도를 고온에서 중온, 저온으로 냉각하는 과정 중, 중온에서 저온으로 냉각하는 구간에 수냉부를 배치하여 소모되는 에너지를 최소화하면서도, 상기 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 흡기 온도를 효과적으로 제어하기 위함이다. 이하, 본 발명의 수냉부(200)에 대해 상세히 설명한다.
수냉부(200)는 수냉부 냉매탱크(210) 및 바이패스라인(220)을 포함한다. 상기 수냉부 냉매탱크(210)는 상기 압축 흡기 통로(110)를 둘러싸도록 배치된다. 또한, 상기 수냉부 냉매탱크(210) 내부에는 수냉부 냉매가 충진된다. 상기 수냉부 냉매는 비열을 고려하여 다양한 매질이 사용될 수 있으며, 특히 변속기 오일과 유사한 매질을 사용한 경우에는 반영구적으로 사용할 수 있다.
상기 수냉부 냉매탱크(210)는 상면에 돌출형성된 수냉부 냉매 주입구(211) 및 상기 수냉부 냉매 주입구(211)를 개방 또는 폐쇄하는 수냉부 냉매캡(212)을 포함한다. 따라서, 수냉부 냉매가 반영구적으로 사용가능한 냉매가 아닌 경우에는 수냉부 냉매 주입구(211)를 통해 수냉부 냉매를 보충할 수 있고, 보충 후에는 수냉부 냉매캡(212)으로 수냉부 냉매 주입구(211)를 폐쇄할 수도 있다.
바이패스라인(220)은 리시버 드라이버(310)로부터 분기되고, 상기 수냉부 냉매탱크(210)를 관통하며, 컴프레서(320)와 연통된다. 즉, 상기 바이패스라인(220) 내부에는 리시버 드라이버(310)에서 배출된 액체상태의 에어컨 냉매가 흐르게 되고, 상기 에어컨 냉매는 바이패스라인(220)을 통해 컴프레서(320)로 유입되는 것이다. 이때, 상기 컴프레서(320)는 기체상태의 에어컨 냉매를 압축하여, 고압의 기체상태의 에어컨 냉매를 배출하는 역할을 한다. 또한, 상기 에어컨 컨덴서(340)는 상기 컴프레서(320)에서 배출된 고압의 기체상태의 에어컨 냉매를 액체상태로 응축시키는 역할을 한다. 또한, 상기 리시버 드라이버(310)는 상기 에어컨 컨덴서(340)에서 배출된 에어컨 냉매 중 기체상태의 에어컨 냉매를 분리하여, 액체상태의 에어컨 냉매만을 배출하는 역할을 한다.
바이패스라인(220) 중 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 전단의 상기 바이패스라인(220) 상에는 제 1 바이패스밸브(331)가 장착되고, 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 후단의 상기 바이패스라인(220) 상에는 제 2 바이패스밸브(332)가 장착된다. 상기 제 1 바이패스밸브(331) 및 상기 제 2 바이패스밸브(332)는 상기 바이패스라인(220)을 개방하여, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매를 바이패스라인(200) 내부로 유입시킬 수 있다. 이 경우에는, 상기 수냉부(200)에 의해 둘러싸인 압축 흡기 라인(110)의 내부를 흐르는 압축 흡기가 냉각된다.
또한, 상기 제 1 바이패스밸브(331) 및 상기 제 2 바이패스밸브(332)는 상기 바이패스라인(220)을 폐쇄하여, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매를 바이패스라인(200) 내부로 유입되는 것을 차단시킬 수 있다. 이 경우에는, 상기 수냉부(200)에 의해 둘러싸인 압축 흡기 라인(110)의 내부를 흐르는 압축 흡기가 효율적으로 냉각되지 않게 된다.
상기 제 1 바이패스밸브(331) 및 상기 제 2 바이패스밸브(332)는 선택적으로 개방 또는 폐쇄될 수도 있고, 동시에 개방 또는 폐쇄될 수도 있다.
또한, 바이패스라인(220)은 상기 압축 흡기 통로(110)와 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 내벽 사이를 관통하도록 배치된다. 따라서, 수냉부 냉매는 압축 흡기 통로(110) 내부를 흐르는 압축 흡기를 냉각하고, 바이패스라인(220) 내부의 액체상태의 냉매는 수냉부 냉매를 냉각하는 것이다. 이때, 바이패스라인(220)은 상기 압축 흡기 통로(110)와 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 내벽 사이를 관통하는 구간에서 복수 개로 분기된다. 이는 바이패스라인(220)의 수냉부 냉매탱크(210)의 내부 관통 구간에서 에어컨 냉매를 원활하게 순환시키기 위함이다.
수냉부(200)는 팽창라인(230), 증발라인(240), 압축라인(250), 응축라인(260) 및 기액분리라인(270)을 포함한다. 또한, 상기 팽창라인(230), 증발라인(240), 압축라인(250), 응축라인(260) 및 기액분리라인(270)은 차량의 에어컨 시스템에서 사용되는 라인들이다.
이중, 팽창라인(230)은 상기 리시버 드라이버(310)와 팽창밸브(360)를 연통하는 역할을 한다. 여기서 팽창밸브(360)는 고압 액체 상태의 에어컨 냉매가 기화하기 용이하도록 팽창시키는 역할을 한다. 또한, 팽창라인(230) 내부에는 상기 에어컨 컨덴서(340)에서 응축된 액체상태의 냉매가 흐르게 된다.
증발라인(240)은 상기 팽창밸브(360)와 히팅코어(370)를 연통하는 역할을 한다. 여기서, 히팅코어(370)는 액체 상태의 냉매를 기화시키고, 이때의 흡열반응을 이용하여 상기 히팅코어(370)의 외부공기를 냉각하는 역할을 한다. 이때, 증발라인(240) 내부에는 팽창밸브(360)에서 팽창된 기체생태의 냉매가 흐르게 된다.
압축라인(250)은 상기 히팅코어(370)와 상기 컴프레서(320)를 연통하는 역할을 한다. 이때, 압축라인(250) 내부에는 팽창밸브(360)에서 기화되어 히팅코어(370)에서 차량 내부의 공기와 열교환된 기체상태의 냉매가 흐르게 된다.
응축라인(260)은 상기 컴프레서(320)와 상기 에어컨 컨덴서(340)를 연통하는 역할을 한다. 이때, 응축라인(260) 내부에는 컴프레서(320)에서 압축된 고압 기체상태의 냉매가 흐르게 된다.
또한, 기액분리라인(270)은 상기 에어컨 컨덴서(340)와 상기 리시버 드라이버(310)를 연통하는 역할을 한다. 이때, 기액분리라인(270) 내부에는 에어컨 컨덴서(340)에서 응축된 액체상태의 에어컨 냉매와 응축되지 않은 기체상태의 에어컨 냉매가 혼합되어 흐르게 된다.
또한, 본 발명은 상기 팽창라인(230) 상에 장착되어, 상기 팽창라인(230)을 개방 또는 폐쇄하는 제 1 에어컨밸브(333) 및 상기 압축라인(250) 상에 장착되어, 상기 압축라인(250)을 개방 또는 폐쇄하는 제 2 에어컨밸브(334)를 포함한다. 상기 제 1 에어컨밸브(333) 및 상기 제 2 에어컨밸브(334)는 선택적으로 개방 또는 폐쇄될 수도 있고, 동시에 개방 또는 폐쇄될 수도 있다.
상기 제 1 에어컨밸브(333)는 상기 팽창라인(230)을 개방하여, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매를 팽창밸브(360) 내부로 유입시킬 수 있다. 이에 따라 팽창밸브(360)의 내부에서 팽창하여 저온의 기체상태가 된 에어컨 냉매는, 히팅코어(370)에서 차량 내부의 공기와 열교환을 하여, 차량 내부를 냉방하게 된다.
상기 제 2 에어컨밸브(334)는 상기 압축라인(250)을 개방하여, 상기 히팅코어(370)에서 열교환된 기체상태의 냉매를 컴프레서(320) 내부로 유입시킬 수 있다. 이에 따라, 열교환된 기체상태의 냉매는 컴프레서(320)에서 고압상태로 압축되는 것이다.
이와 반대로, 상기 제 1 에어컨밸브(333)는 상기 팽창라인(230)을 폐쇄하여, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매가 팽창밸브(360) 내부로 유입되는 것을 차단시킬 수 있다. 또한, 상기 제 2 에어컨밸브(334)는 상기 압축라인(250)을 폐쇄하여, 상기 히팅코어(370)에서 열교환된 기체상태의 냉매가 컴프레서(320) 내부로 유입되는 것을 차단시킬 수 있다. 즉, 차량 내부의 냉각이 불필요한 경우에는, 에어컨 시스템을 가동함과 동시에 상기 제 1 바이패스밸브(331) 및 상기 제 2 바이패스밸브(332)를 개방하여 상기 수냉부(200)에 의해 둘러싸인 압축 흡기 라인(110)의 내부를 흐르는 압축 흡기를 냉각하는 것과 별개로, 상기 제 1 에어컨밸브(333) 및 상기 제 2 에어컨밸브(334)를 폐쇄하여 차량 내부의 냉각을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법의 순서도이다. 도 6을 참조할 때, 본 발명에 따른 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법은 작동신호 판단단계(S100), 에어컨 시스템 작동개시단계(S200), 제 1 온도측정단계(S300), 제 1 온도판단단계(S400), 제 1 수냉부 작동개시단계(S500), 제 1 수냉부 작동중지단계(S600), 에어컨 시스템 작동중지단계(S700), 제 2 온도측정단계(S800), 제 2 온도판단단계(S900), 제 2 수냉부 작동개시단계(S1000) 및 제 2 수냉부 작동중지단계(S1100)를 포함한다.
작동신호 판단단계(S100)는 에어컨 시스템의 작동신호 인가여부를 판단하는 단계이다. 본 발명은 에어컨 시스템과 하이브리드형 인터쿨러 시스템을 통합한 것을 특징으로 하며, 이에 따라 에어컨 시스템의 작동여부를 고려하여 하이브리드형 인터쿨러 시스템(특히, 수냉부)을 제어하기 때문에, 상기 작동신호 판단단계(S100)를 우선적으로 수행하는 것이다.
에어컨 시스템 작동개시단계(S200)는 에어컨 시스템이 작동신호가 인가된 경우에는, 제 1 에어컨밸브(333) 및 제 2 에어컨밸브(334)를 개방하고 컴프레서(320)를 작동시키는 단계이다. 이에 따라, 팽창라인(230)이 개방되어 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매가 팽창밸브(360) 내부로 유입된다. 이후 팽창밸브(360)에서 팽창하여 저온의 기체상태가 된 에어컨 냉매는 히팅코어(370)에서 차량 내부의 공기와 열교환을 하여, 차량 내부를 냉방한다. 상기 히팅코어(370)에서 열교환된 기체상태의 냉매는 컴프레서(320) 내부로 유입되며, 열교환된 기체상태의 에어컨 냉매는 컴프레서(320)에서 고압상태로 압축된다. 즉, 차량 내부를 냉각시키는 에어컨 시스템에 작동하게 되는 것이다.
제 1 온도측정단계(S300)는 상기 에어컨 시스템 작동개시단계(S200) 후, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 공기의 온도를 측정하는 단계이다. 또한, 제 1 온도판단단계(S400)는 상기 제 1 온도측정단계(S300)에서 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 단계이다.
즉, 터보차저에 의해 압축된 공기(흡기)는 고온화되어, 이를 그대로 연소실로 공급하면 공기밀도의 증대 비율이 감소하여 충전효율이 저하되거나 노킹을 유발한다. 따라서, 이를 방지하기 위해, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 흡기의 온도와 기설정된 기준온도를 비교하여, 에어컨 시스템의 냉매를 이용하여 냉각수 탱크(200)에 저장된 냉매를 더욱 냉각할 필요가 있는지 여부를 판단하는 것이다. 이때, 기설정된 기준온도는 충전효율이 저하되거나 노킹을 유발하는 온도로써, 차량의 종류 또는 설계자의 의도 등에 따라 달리 설정될 수 있다.
제 1 수냉부 작동개시단계(S500)는 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는 경우에는, 제 1 바이패스밸브(331) 및 제 2 바이패스밸브(332)를 개방하는 단계이다. 이에 따라, 상기 바이패스라인(220)이 개방되어, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매가 바이패스라인(200) 내부로 유입된다. 따라서, 상기 수냉부(200)에 의해 둘러싸인 압축 흡기 라인(110)의 내부를 흐르는 압축 흡기가 냉각되는 것이다.
제 1 수냉부 작동중지단계(S600)는 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도 이하인 경우에는, 제 1 바이패스밸브(331) 또는 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하는 단계이다. 이에 따라, 상기 바이패스라인(220)이 폐쇄되어, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매가 더이상 바이패스라인(200) 내부로 유입되지 않도록 차단한다. 상기한 바와 같이, 현재 상태는 제 1 온도측정단계(S300)에서 측정된 압축 흡기의 온도가 지나치게 높지 않은 상태이다. 또한, 운전자의 의지에 의해 에어컨 시스템이 작동 중인 상태이다. 따라서 에어컨 시스템의 에어컨 냉매의 기화에 따른 차량 내부의 냉방성능을 최대화하도록, 제 1 바이패스밸브(331) 또는 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하는 것이다.
에어컨 시스템 작동중지단계(S700)는 에어컨 시스템의 작동신호가 인가되지 않은 경우에는, 상기 제 1 에어컨밸브(333) 및 상기 제 2 에어컨밸브(334)를 폐쇄하고, 상기 컴프레서(320)의 작동을 중지시키는 단계이다. 이에 따라, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매가 팽창밸브(360) 내부로 유입되는 것이 차단된다. 또한, 상기 히팅코어(370)에서 열교환된 기체상태의 에어컨 냉매가 컴프레서(320) 내부로 유입되는 것이 차단된다.
즉, 차량 내부의 냉각이 불필요한 경우(운전자의 의지로 에어컨 시스템의 작동을 중지한 경우)에는, 에어컨 시스템의 에어컨 냉매를 이용하여 냉각수 탱크(200)에 저장된 수냉부 냉매를 더욱 냉각할 필요가 있는지 여부에 관계없이, 차량 내부의 냉방을 방지하는 것이다.
제 2 온도측정단계(S800)는 상기 에어컨 시스템 작동중지단계(S700) 후, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 공기의 온도를 측정하는 단계이다. 또한, 제 2 온도판단단계(S900)는 상기 제 2 온도측정단계(S800)에서 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 단계이다.
즉, 상기 제 1 온도측정단계(S300) 및 상기 제 1 온도판단단계(S400)와 마찬가지로, 터보차저에 의해 압축된 공기(흡기)는 고온화된다. 따라서, 이를 그대로 연소실로 공급하면 공기밀도의 증대 비율이 감소하여 충전효율이 저하되거나 노킹을 유발한다. 이를 방지하기 위해, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 흡기의 온도와 기설정된 기준온도를 비교하여, 에어컨 시스템의 에어컨 냉매를 이용하여 냉각수 탱크(200)에 저장된 냉매를 더욱 냉각할 필요가 있는지 여부를 판단하는 것이다.
이때, 기설정된 기준온도는 충전효율이 저하되거나 노킹을 유발하는 온도로써, 차량의 종류 또는 설계자의 의도 등에 따라 달리 설정될 수 있다. 또한, 상기 제 2 온도판단단계(S900)의 기설정된 기준온도와 상기 제 1 온도판단단계(S400)의 기설정된 기준온도는 동일하게 설정될 수도 있고, 서로 다르게 설정될 수도 있다.
제 2 수냉부 작동개시단계(S1000)는 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는 경우에는, 상기 제 1 바이패스밸브(331) 및 상기 제 2 바이패스밸브(332)를 개방하고, 상기 컴프레서(320)를 작동시키는 단계이다. 이에 따라, 상기 바이패스라인(220)이 개방되어, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매가 바이패스라인(200) 내부로 유입된다. 또한, 상기 컴프레서(320)를 작동시켜, 차량 냉방을 배제한 채 압축 흡기의 냉각을 위해 에어컨 시스템을 작동시킨다. 따라서, 상기 수냉부(200)에 의해 둘러싸인 압축 흡기 라인(110)의 내부를 흐르는 압축 흡기가 냉각되는 것이다.
제 2 수냉부 작동중지단계(S1100)는 상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도 이하인 경우에는, 상기 제 1 바이패스밸브(331) 또는 상기 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하고, 상기 컴프레서(320)의 작동 중지상태를 유지하는 단계이다. 이에 따라, 상기 바이패스라인(220)이 폐쇄되어, 리시버 드라이버(310)에서 배출된 저온의 액체상태의 에어컨 냉매가 더이상 바이패스라인(200) 내부로 유입되지 않도록 차단한다.
상기한 바와 같이, 현재 상태는 제 2 온도측정단계(S800)에서 측정된 압축 흡기의 온도가 지나치게 높지 않은 상태이다. 또한, 운전자의 의지에 의해 에어컨 시스템의 작동이 중지된 상태이다. 따라서, 에어컨 시스템의 작동이 불필요하므로, 에어컨 시스템의 작동에 따른 연비 저하를 방지하기 위해, 제 1 바이패스밸브(331) 또는 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하면서, 상기 컴프레서(320)의 작동 중지상태를 유지하는 것이다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
100 공냉부
110 압축 흡기 통로
200 수냉부
210 냉각수 탱크
211 냉각수 주입구
212 냉각수 캡
220 바이패스라인
230 팽창라인
240 증발라인
250 압축라인
260 응축라인
270 기액분리라인
310 리시버드라이버
320 컴프레서
330 밸브
331 제 1 바이패스밸브
332 제 2 바이패스밸브
333 제 1 에어컨밸브
334 제 2 에어컨밸브
340 에어컨 컨덴서
360 팽창밸브
370 히팅코어

Claims (20)

  1. 복수 개의 압축 흡기 통로(110)의 외벽을 통과하는 외기와 열교환하여, 상기 압축 흡기 통로(110)의 내부를 통과하는 압축 흡기를 냉각하는 공냉부(100); 및
    상기 압축 흡기 통로(110)의 외벽을 둘러싼 수냉부 냉매와 상기 공냉부(100)에서 냉각된 압축 흡기를 열교환시키는 수냉부(200);
    를 포함하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템에 있어서,
    상기 수냉부(200)는 상기 압축 흡기 통로를 둘러싼 수냉부 냉매탱크(210); 및
    리시버 드라이버(310)로부터 분기되고, 상기 수냉부 냉매탱크(210)를 관통하며, 컴프레서(320)와 연통되는 바이패스라인(220);
    을 포함하고,
    상기 수냉부 냉매탱크(210)의 전, 후단의 상기 바이패스라인(220) 상에 각각 장착되어, 상기 바이패스라인(220)을 개방 또는 폐쇄하는 제 1 바이패스밸브(331) 및 제 2 바이패스밸브(332);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 리시버 드라이버(310)와 팽창밸브(360)를 연통하는 팽창라인(230);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 팽창밸브(360)와 히팅코어(370)를 연통하는 증발라인(240);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 팽창라인(230) 상에 장착되어, 상기 팽창라인(230)을 개방 또는 폐쇄하는 제 1 에어컨밸브(333);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 히팅코어(370)와 상기 컴프레서(320)를 연통하는 압축라인(250);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압축라인(250) 상에 장착되어, 상기 압축라인(250)을 개방 또는 폐쇄하는 제 2 에어컨밸브(334);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 컴프레서(320)와 에어컨 컨덴서(340)를 연통하는 응축라인(260);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 에어컨 컨덴서(340)와 상기 리시버 드라이버(310)를 연통하는 기액분리라인(270);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 압축 흡기가 상기 공냉부(100)를 통과한 후, 상기 수냉부(200)를 통과하도록 상기 공냉부(100)와 상기 수냉부(200)가 배치되는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 바이패스라인(220)은 상기 압축 흡기 통로(110)와 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 내벽 사이를 관통하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 바이패스라인(220)은 상기 압축 흡기 통로(110)와 상기 수냉부 냉매탱크(210)의 내벽 사이를 관통하는 구간에서 복수 개로 분기되는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 수냉부 냉매탱크(210)는 상면에 돌출형성된 수냉부 냉매 주입구(211);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 수냉부 냉매탱크(210)는 상기 수냉부 냉매 주입구(211)를 개방 또는 폐쇄하는 수냉부 냉매캡(212);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템.
  14. 에어컨 시스템의 작동신호 인가여부를 판단하는 작동신호 판단단계(S100);
    에어컨 시스템이 작동신호가 인가된 경우에는, 제 1 에어컨밸브(333) 및 제 2 에어컨밸브(334)를 개방하고 컴프레서(320)를 작동시키는 에어컨 시스템 작동개시단계(S200);
    상기 에어컨 시스템 작동개시단계(S200) 후, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 공기의 온도를 측정하는 제 1 온도측정단계(S300);
    상기 제 1 온도측정단계(S300)에서 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 1 온도판단단계(S400); 및
    상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는 경우에는, 제 1 바이패스밸브(331) 및 제 2 바이패스밸브(332)를 개방하는 제 1 수냉부 작동개시단계(S500);
    를 포함하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도 이하인 경우에는, 제 1 바이패스밸브(331) 또는 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하는 제 1 수냉부 작동중지단계(S600);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    에어컨 시스템이 작동신호가 인가되지 않은 경우에는, 상기 제 1 에어컨밸브(333) 및 상기 제 2 에어컨밸브(334)를 폐쇄하고, 상기 컴프레서(320)의 작동을 중지시키는 에어컨 시스템 작동중지단계(S700);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 에어컨 시스템 작동중지단계(S700) 후, 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 출구에서의 압축 공기의 온도를 측정하는 제 2 온도측정단계(S800);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 2 온도측정단계(S800)에서 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 제 2 온도판단단계(S900);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도를 초과하는 경우에는, 상기 제 1 바이패스밸브(331) 및 상기 제 2 바이패스밸브(332)를 개방하고, 상기 컴프레서(320)를 작동시키는 제 2 수냉부 작동개시단계(S1000);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 기설정된 기준온도 이하인 경우에는, 상기 제 1 바이패스밸브(331) 또는 상기 제 2 바이패스밸브(332) 중 어느 하나 이상을 폐쇄하고, 상기 컴프레서(320)의 작동 중지상태를 유지하는 제 2 수냉부 작동중지단계(S1100);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어컨 시스템과 통합된 하이브리드형 인터쿨러 시스템의 제어방법.
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