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KR101575318B1 - 자동차의 공기흐름 제어 시스템 - Google Patents

자동차의 공기흐름 제어 시스템 Download PDF

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KR101575318B1
KR101575318B1 KR1020140064214A KR20140064214A KR101575318B1 KR 101575318 B1 KR101575318 B1 KR 101575318B1 KR 1020140064214 A KR1020140064214 A KR 1020140064214A KR 20140064214 A KR20140064214 A KR 20140064214A KR 101575318 B1 KR101575318 B1 KR 101575318B1
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intercooler
radiator
air
duct
condenser
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남종우
조현
이준호
정한신
Original Assignee
현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템은, 공기와 연료를 혼합하고, 이를 연소실에서 연소시켜 회전력을 발생시키는 엔진, 상기 엔진의 상기 연소실로 공기를 전달하도록 차량의 전방에 형성되는 메인덕트, 외부공기와 열 교환을 통해서 내부를 지나는 유체를 냉각시키도록 상기 메인덕트와 인접하여 배치되는 방열부재, 상기 메인덕트에서 분기되어 상기 메인덕트를 흐르는 공기를 상기 방열부재 측으로 전달하는 보조덕트를 전달하는 보조덕트, 및 상기 방열부재로 공급되는 공기를 제어하도록 상기 보조덕트 내부에 배치되는 제어밸브를 포함할 수 있다.

Description

자동차의 공기흐름 제어 시스템{AIR FLOW CONTROL SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 전방에서 콘덴서, 인터쿨러, 및 라디에이터를 통과하는 외부공기를 제어하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 에어 덕트는 공기의 통로로서, 공기의 유입이 용이한 부분으로부터 공기의 공급이 필요한 부분까지 공기의 흐름을 유도하기 위한 파이프를 말한다.
예를 들어, 이러한 에어 덕트는 엔진에 흡입되는 공기를 유도하는 메인에어 덕트 혹은 브레이크를 냉각시키기 위한 브레이크에어덕트 등이 있다.
한편, 엔진의 온도를 보존하는 방안만이 수행되면, 필요에 따른 엔진의 냉각이 원활히 수행되지 못하고, 고속 주행 시에 연비가 악화되며, 고온의 배기 통로 주변 부품에 열해가 발생될 수 있다.
차량의 전방에는 방열부재로써 콘덴서, 인터쿨러, 및 라디에이터가 순차적으로 배치되고, 상기 콘덴서는 냉매를 콘덴싱(condensing)하는 것으로, 냉매에서 열을 외부로 방출하고, 상기 인터쿨러는 컴프레서(미도시)에서 압축된 압축공기에서 열을 외부로 방출하고, 상기 라디에이터는 엔진을 순환하는 냉각수에서 열을 외부로 방출한다.
차량의 컴팩트화 및 엔진의 레이아웃 등을 고려하여, 상기 콘덴서, 상기 인터쿨러, 및 상기 라디에이터 사이에는 좁은 공간이 형성되고, 외부공기는 상기 콘덴서, 상기 인터쿨러, 및 상기 라디에이터를 순차적으로 통과한다.
예를 들어, 상기 콘덴서를 통과하는 외부공기의 온도가 섭씨 45도인 경우, 상기 인터쿨러를 통과하는 외부공기의 온도는 섭씨 65도이고, 상기 라디에이터를 통과하는 외부공기의 온도는 섭씨 75도에 도달할 수 있고, 상기 라디에이터를 통과한 공기의 온도는 더 높아질 수 있다.
전술한 바와 같이, 방열부재를 통과하면서 냉각공기의 온도가 상승하여, 상기 인터쿨러 및 상기 라디에이터의 냉각효율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 따라서, 인터쿨러와 라디에이터를 흐르는 냉각공기의 온도를 저하시킴으로써 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있는 구조 및 시스템을 제안한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템은, 공기와 연료를 혼합하고, 이를 연소실에서 연소시켜 회전력을 발생시키는 엔진, 상기 엔진의 상기 연소실로 공기를 전달하도록 차량의 전방에 형성되는 메인덕트, 외부공기와 열 교환을 통해서 내부를 지나는 유체를 냉각시키도록 상기 메인덕트와 인접하여 배치되는 방열부재, 상기 메인덕트에서 분기되어 상기 메인덕트를 흐르는 공기를 상기 방열부재 측으로 전달하는 보조덕트를 전달하는 보조덕트, 및 상기 방열부재로 공급되는 공기를 제어하도록 상기 보조덕트 내부에 배치되는 제어밸브를 포함할 수 있다.
상기 방열부재는, 냉매에서 열에너지를 방사하는 콘덴서, 컴프레서에서 압축된 공기에서 열에너지를 방사하는 인터쿨러, 및 상기 엔진을 순환하는 냉각수에서 열에너지를 방사하는 라디에이터를 포함할 수 있다.
상기 보조덕트는 상기 콘덴서와 상기 인터쿨러 사이 공간 또는 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이 공간으로 외부공기를 공급하도록 각각 양측에 배치될 수 있다.
상기 메인덕트와 상기 보조덕트는 차량의 양측에 서로 대칭적으로 배치되고, 상기 보조덕트들 중 하나는 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이로 공기를 전달하도록 배치되고, 다른 하나는 상기 콘덴서와 상기 라디에이터 사이로 공기를 전달하도록 배치될 수 있다.
상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이에 배치되어 상기 라디에이터를 지나는 냉각수와 상기 인터쿨러를 지나는 공기의 온도차이에 의해서 작동되어 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이의 거리를 제어하는 거리 조절부를 포함할 수 있다.
상기 거리 조절부는 상기 라디에이터와 상기 인터쿨러 사이에서 양단부에 배치될 수 있다.
상기 거리 조절부는 상기 라디에이터를 지나는 냉각수와 상기 인터쿨러를 지나는 공기의 온도차이에 의해서 작동되는 형상기억합금을 포함할 수 있다.
엔진의 회전속도와 부하를 감지하고, 이 상태에 따라서 상기 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 고속고부하 조건으로 판단되면, 상기 콘덴서와 상기 인터쿨러 사이로 연결되는 상기 보조덕트의 상기 제어밸브를 열어주어, 상기 인터쿨러로 유입되는 외기의 공기량을 증가시킬 수 있다.
상기 제어부는, 저속고부하 조건으로 판단되면, 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이로 연결되는 상기 보조덕트의 상기 제어밸브를 열어주어, 상기 라디에이터로 유입되는 외기의 공기량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 차량의 전방에 배치되는 방열부재에 대한 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 3의 개략적인 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 작동상태를 보여주는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 전체적인 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 차량의 전방에 배치되는 방열부재에 대한 개략적인 측면도이다.
도 1을 참조하면, 방열부재는 콘덴서(100), 인터쿨러(110), 및 라디에이터(120)를 포함한다.
방열부재를 통과하면서 냉각공기의 온도가 상승하여, 상기 인터쿨러(110) 및 상기 라디에이터(120)의 냉각효율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120)를 흐르는 냉각공기의 온도를 저하시킴으로써 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있는 구조 및 시스템을 제안한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 개략적인 단면도이다.
자동차의 공기흐름 제어 시스템은 제어부(240), 엔진(250), 메인덕트(210), 에어크리너(200), 보조덕트(220), 제어밸브(230), 콘덴서(100), 인터쿨러(110), 및 라디에이터(120)를 포함한다.
상기 메인덕트(210)는 차체의 전방 양측에 배치되고, 외부공기를 상기 에어크리너(200)를 거쳐 엔진의 연소실로 공급한다.
그리고, 방열부재인 상기 콘덴서(100), 상기 인터쿨러(110), 및 상기 라디에이터(120)는 상기 메인덕트(210) 사이 차체의 전방 중앙에 배치된다.
상기 보조덕트(220)는 상기 메인덕트(210)에서 분기되어, 상기 콘덴서(100)와 상기 인터쿨러(110) 사이 공간 및 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이 공간으로 연결되어, 상기 메인덕트(210)를 흐르는 공기는 상기 보조덕트(220)를 통해서 상기 방열부재 사이 공간으로 공급된다.
상기 보조덕트(220)에는 상기 메인덕트(210)에서 상기 방열부재 사이들 공간으로 흐르는 공기를 제어하는 제어밸브(230)가 배치된다.
상기 제어밸브(230)는 별도의 제어부(미도시)에 의해서 제어되는데, 상기 제어밸브(230)는 엔진의 운행조건에 따라서 개도율이 가변적으로 제어되거나 온/오프 상태로 제어될 수 있다.
도 2에서는 상기 보조덕트(220)가 상기 콘덴서(100)와 상기 인터쿨러(110) 사이 및 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이로 외부공기를 공급할 수 있으나, 오늘쪽에 배치되는 보조덕트(220)는 상기 콘덴서(100)와 상기 인터쿨러(110) 사이로 외부공기를 공급하도록 배치되고, 왼쪽에 배치되는 보조덕트(220)는 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이로 외부공기를 공급하도록 배치될 수 있다.
따라서, 상기 제어부(240)는 상기 엔진(250)의 회전수와 부하를 감지하고, 고속고부하 조건에서는 상기 콘덴서(100)와 상기 인터쿨러(110) 사이로 연결되는 상기 보조덕트(220)의 상기 제어밸브(230)를 열어주어, 상기 인터쿨러(110)로 유입되는 외기의 공기량을 증가시킬 수 있다.
그리고, 상기 제어부(240)는 저속고부하 조건에서는 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이로 연결되는 상기 보조덕트(220)의 상기 제어밸브(230)를 열어주어, 상기 라디에이터(120)로 유입되는 외기의 공기량을 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 개략적인 단면도이다. 도 1 및 2와 비교하여 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 특징적인 차이점을 갖는 부분에 대해서 설명한다.
도 3을 참조하면, 왼쪽에 배치되는 상기 방열부재에서 상기 콘덴서(100)와 상기 라디에이터(120)는 차체의 폭 방향과 나란하게 배치되고, 상기 인터쿨러(110)는 차체의 폭 방향과는 미리 설정된 각을 두고 경사지게 배치된다.
따라서, 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이에 거리는 차체의 폭 방향으로 가변된다.
즉, 도 3에서, 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이의 거리는 왼쪽에서 오른쪽으로 점차 작아지도록 배치되고, 상기 인터쿨러(110)와 상기 콘덴서(100) 사이의 거리는 왼쪽에서 오른쪽으로 점차 커지도록 배치된다.
따라서, 상기 제어밸브(230)의 상태에 의해서, 왼쪽에 배치되는 상기 보조덕트(220)는 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이로 외부공기를 주로 공급할 수 있고, 오른쪽에 배치되는 상기 보조덕트(220)는 상기 콘덴서(100)와 상기 인터쿨러(110) 사이로 외부공기를 주로 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 개략적인 평면도이다. 도 1, 2, 및 3과 비교하여 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 특징적인 차이점을 갖는 부분에 대해서 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이에는 제1거리 조절부(400) 및 제2거리 조절부(410)가 배치된다. 상기 제1거리 조절부(400)와 상기 제2거리 조절부(410)는 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이에서 양단부에 각각 배치된다.
상기 제1거리 조절부(400)와 상기 제2거리 조절부(410)는 형상기억합금을 포함하고, 상기 형상기억합금은 상기 인터쿨러(110)에서 유입되는 압축공기의 온도, 상기 인터쿨러(110)에서 배출되는 압축공기의 온도, 상기 라디에이터(120)로 유입되는 고온냉각수의 온도, 상기 라디에이터(120)에서 배출되는 저온냉각수의 온도에 따라서 수축 또는 팽창되도록 설정된다.
예를 들어, 상기 제1거리 조절부(400)는 상기 인터쿨러(110)에서 배출되는 압축공기의 온도와 상기 라디에이터(120)로 유입되는 고온냉각수의 온도차이가 설정수치 이상이면 팽창하는 형상기억합금을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제2거리 조절부(410)는 상기 인터쿨러(110)로 유입되는 압축공기의 온도와 상기 라디에이터(120)에서 배출되는 저온냉각수의 온도차이가 설정수치 이상이면 수축하는 형상기억합금을 포함할 수 있다.
도 5는 도 3의 개략적인 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 자동차의 공기흐름 제어 시스템은 콘덴서(100), 인터쿨러(110), 브라켓(500), 제1거리 조절부(400), 제2거리 조절부(410), 및 라디에이터(120)를 포함한다.
상기 인터쿨러(110)의 후면의 양단부에는 상부에서 하부로 각각 브라켓(500)이 배치되고, 상기 라디에이터(120)의 전면의 양단부에는 상부에서 하부로 각각 브라켓(500)이 배치된다.
도시한 바와 같이, 상기 제1거리 조절부(400)와 상기 제2거리 조절부(410)는 상기 브라켓(500)의 상부와 하부에 각각 4개가 설치된다. 본 발명의 실시예에서 상기 브라켓(500)의 개수 및 위치는 설계 사양에 따라서 가변될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 작동상태를 보여주는 평면도이다. 도 1 내지 도 5와 비교하여 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 특징적인 차이점을 갖는 부분에 대해서 설명한다.
도 6을 참조하면, 상기 라디에이터(120)로 유입되는 고온냉각수의 온도와 상기 인터쿨러(110)에서 배출되는 저온압축공기의 온도차이가 설정수치 이상이면, 상기 제1거리 조절부(400)에 배치되는 형상기억합금이 팽창된다.
그리고, 상기 라디에이터(120)에서 배출되는 저온냉각수의 온도와 상기 인터쿨러(110)로 유입되는 고온압축공기의 온도차이가 설정수치 이상이면, 상기 제2거리 조절부(410)에 배치되는 형상기억합금이 수축된다.
따라서, 왼쪽에서 상기 인터쿨러(110)와 상기 라디에이터(120) 사이로 외부공기가 추가로 공급되도록 하고, 오른쪽에서 상기 콘덴서(100)와 상기 인터쿨러(110) 사이로 외부공기가 추가로 공급되도록 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 공기흐름 제어 시스템에 대한 전체적인 평면도이다. 도 1 내지 도 6와 비교하여 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 특징적인 차이점을 갖는 부분에 대해서 설명한다.
도 7을 참조하면, 상기 콘덴서(100)의 전방에 액티브에어플랩(AAF: active air flap)이 적용되고, 전방에 배치되는 가이드덕트(710)를 통해서 상기 액티브에어플랩(700)을 통과한 외부공기는 상기 콘덴서(100), 상기 인터쿨러(110), 및 상기 라디에이터(120)를 거쳐서 팬(720)을 통과한다.
그리고, 상기 액티브에어플랩(700) 근처에서 상기 가이드덕트(710)에 의해서 차체의 양측에 배치되는 상기 메인덕트(210)로 외부공기가 유입된다.
상기 메인덕트(210)로 공급되는 외부공기는 에어크리너(200)를 통해서 엔진의 연소실로 공급된다. 그리고, 상기 보조덕트(220)에 배치되는 상기 제어밸브(230), 상기 제1거리 조절부(400), 및 상기 제2거리 조절부(410)의 작동에 의해서 상기 콘덴서(100), 상기 인터쿨러(110), 및 상기 라디에이터(120)의 냉각효율이 효율적으로 제어된다.
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: 콘덴서 110: 인터쿨러
120: 라디에이터 200: 에어크리너
210: 메인덕트 220: 보조덕트
230: 제어밸브 400: 제1거리 조절부
410: 제2거리 조절부 500: 브라켓
700: 액티브에어플랩 710: 가이드덕트
720: 팬 240: 제어부
250: 엔진

Claims (10)

  1. 공기와 연료를 혼합하고, 이를 연소실에서 연소시켜 회전력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진의 상기 연소실로 공기를 전달하도록 차량의 전방에 형성되는 메인덕트;
    외부공기와 열 교환을 통해서 내부를 지나는 유체를 냉각시키도록 상기 메인덕트와 인접하여 배치되는 방열부재;
    상기 메인덕트에서 분기되어 상기 메인덕트를 흐르는 공기를 상기 방열부재 측으로 전달하는 보조덕트; 및
    상기 방열부재로 공급되는 공기를 제어하도록 상기 보조덕트 내부에 배치되는 제어밸브; 를 포함하고,
    상기 방열부재는,
    냉매에서 열에너지를 방사하는 콘덴서;
    컴프레서에서 압축된 공기에서 열에너지를 방사하는 인터쿨러; 및
    상기 엔진을 순환하는 냉각수에서 열에너지를 방사하는 라디에이터; 를 포함하고,
    상기 보조덕트는 상기 콘덴서와 상기 인터쿨러 사이 공간 또는 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이 공간으로 외부공기를 공급하도록 각각 양측에 배치되며,
    상기 메인덕트와 상기 보조덕트는 차량의 양측에 서로 대칭적으로 배치되고,
    상기 보조덕트들 중 하나는 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이로 공기를 전달하도록 배치되고, 다른 하나는 상기 콘덴서와 상기 라디에이터 사이로 공기를 전달하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이에 배치되어 상기 라디에이터를 지나는 냉각수와 상기 인터쿨러를 지나는 공기의 온도차이에 의해서 작동되어 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이의 거리를 제어하는 거리 조절부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 거리 조절부는 상기 라디에이터와 상기 인터쿨러 사이에서 양단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템.
  7. 제5항에서,
    상기 거리 조절부는 상기 라디에이터를 지나는 냉각수와 상기 인터쿨러를 지나는 공기의 온도차이에 의해서 작동되는 형상기억합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템.
  8. 제5항에서,
    엔진의 회전속도와 부하를 감지하고, 이 상태에 따라서 상기 제어밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템.
  9. 제8항에서,
    상기 제어부는,
    고속고부하 조건으로 판단되면, 상기 콘덴서와 상기 인터쿨러 사이로 연결되는 상기 보조덕트의 상기 제어밸브를 열어주어, 상기 인터쿨러로 유입되는 외기의 공기량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템.
  10. 제8항에서,
    상기 제어부는,
    저속고부하 조건으로 판단되면, 상기 인터쿨러와 상기 라디에이터 사이로 연결되는 상기 보조덕트의 상기 제어밸브를 열어주어, 상기 라디에이터로 유입되는 외기의 공기량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 공기흐름 제어 시스템.
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