KR100373643B1 - 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로 특히, 기존의 서모스탯 하우징상에 제1냉각수 바이패스 솔레노이드를 부가 설치하여 ECU에서 냉각온도 정보를 비교하여 서모스탯이 메인 밸브가 개방되는 온도에 이르기전에 제1냉각수를 바이패스시켜 냉각수온이 엔진의 완전 난기상태에서 유지되도록 하는 방식을 통해, 열 오버슈트로 인한 실린더 블럭과 실린더 헤드의 파손을 예방할 수 있고, 서지압력 발생에 따른 서모스탯과 라디에이터의 고장을 예방할 수 있으며, 열 오버슈트에 따른 냉각수온 변동으로 워밍업시 수온에 따른 불필요한 연료보정이 필요없도록 하여 연비를 대폭 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치 및 그 방법 {DEVICE FOR CONTROLLING THE COOLING WATER TEMPERATURE IN AUTOMOBILE ENGINE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로 더욱 상세히는, 열 오버슈트로 인한 실린더 블럭과 실린더 헤드의 파손을 예방할 수 있고, 서지압력 발생에 따른 서모스탯과 라디에이터의 고장을 예방할 수 있으며, 열 오버슈트에 따른 냉각수온 변동으로 워밍업시 수온에 따른 불필요한 연료보정이 필요없도록 하여 연비를 대폭 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.

종래의 자동차 엔진용 냉각 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이, 물 재킷(20)의 도입구측 통로에 배치된 서모스탯(thermostat ; 1)을 가지고 있고, 또 상기 물 재캣(20)의 상부 배출구(21)와 냉각팬(33)을 구비한 라디에이터(22)의 상부 도입구(23)와의 사이에 배치된 제2냉각액 통로(30)를 포함하고, 서머스탯(1)의 하부 도입부(29)와 연결된 상기 제2냉각액 통로(30)에는 서모스탯 캡(26)과 서모스탯 하우징(27) 및 물 펌프(28)가 배치되어 있다.

또한, 상기 라디에이터(22)를 통하지 않고 제1냉각액 통로(24)를 제2냉각액 통로(30)와의 연동시키기 위해 제1냉각액 통로(24)의 접합부(J)와, 서모스탯 하우징(27)과의 사이에 바이패스 통로(31)가 제공되어 있고, 그 서모스탯(1)은 제2냉각액 통로(30)를 막는 메인 밸브(12)와 바이패스 통로(31)의 바이패스 포트(port ;32)를 막는 바이패스 밸브(15)를 가지고 있다.

한편, 상기 서모스탯(1)은 도 2의 (a)(b)에서 나타낸 바와 같이, 서모액튜에이터(thermo-actuator ; 2)에 의해 작동되고, 그 서모 액튜에이터(2)는 강(鋼)으로 된 작동 로드(3)와, 그 작동 로드에 미끄러질 수 있게 결합되어 있는 탄력성의 시일 스풀(seal spool ; 5)을 포함하며, 상기 시일 스풀(5)은 왁스 팰릿(wax pallet ; 7)이 채워진 감온(感溫)실린더(8)내에 삽입되서 생기는 부피팽창에 따라 도 2의 (b)와 같이 열리게되고 반대로 온도가 내려가면 도 2의 (a)와 같이 닫히게 된다.

또한, 도 3에 나타내어진 바와 같이 서모스탯의 플랜지(16)에는 구멍(19)이 형성되어 있고, 그 구멍(19)에는 지글(jiggle)를 가진 지글 밸브(18) 및 그 기구(17)가 움직일 수 있게 결합되어 있다.

엔진 작동중에는 지글밸브(18)가 제2냉각액 통로(30)내 냉각액의 압력에 의해 폐쇄되고 엔진이 정지한 때에는 지글밸브가 개방되어 냉각액이 도 1과 같이 화살표 방향으로 보충될 수 있다.

한편, 차거운 엔진상태에서 서모스탯의 메인 밸브가 도 1에 나타내어진 바와같이 지글밸브도 냉각액 압력에 의해 폐쇄되는 한편, 메인 밸브에 합체되어 있는 바이패스 밸브는 완전히 개방된다.

그래서, 물 재킷의 배출구로부터 배출된 냉각액이 라디에이터를 통과하지 않고, 그 냉각액은 물 펌프에 의해 화살표로 나타낸 바와같이 제1냉각액 통로의 접합부(J)와 바이패스 통로와 서모스탯 하우징 및 물재킷의 도입구를 통해 순환된다.

그리하여, 서모스탯 하우징내 냉각액의 온도가 빠르게 상승하나, 라디에이터와 서모스탯 캡내의 냉각액은 순환하기 않기 때문에 그 안의 냉각액 온도(B)의 온도 상승속도는 느리게 된다.

따라서 도 4의 (a)(b) 그래프에서 나타내어진 바와 같이, 측정점 A에서의 온도 A1이 메인 밸브의 개방온도인 87℃로 돌지라도 측정점 B에서의 온도 B1은 단지 45℃가 되므로, 온도 A1과 온도 B1사이에는 42℃의 차이가 있다.

또, 서모스탯의 메인 밸브가 개방될 때 저온의 냉각액이 라디에이터의 하부 배출구로부터 흡인되어 제2냉각액 통로를 통해 서모스탯 하우징에 공급됨에 따라 측정점 B에서의 냉각액의 온도 B1가 13℃만큼 더욱 낮아진다.

그 결과, 제2냉각액 통로내 냉각액의 온도B1과 서모스탯 하우징내 냉각액의 온도 A1와의 차이가 55℃로 증가한다.

도 4의 (a)에서 빗금으로 나타낸 부분의 면적은 그 기간에서의 에너지 손실을 나타내고, 가로 좌표의 시간은 온도 A가 60℃인 시점부터의 경과시간을 나타낸다.

한편, 서모스탯의 열감도가 낮기 때문에 서모스탯의 응답이 냉각액 온도의 변화에 비하여 지체됨에 따라 온도가 소정의 개방온도 87℃보다 상당히 높게 된 후에 메인 밸브가 개방되고, 이 메인 밸브가 개방될 때 냉각액의 온도가 낮아진다.

그리고, 냉각액 온도가 소정의 폐쇄온도보다 상당히 낮게 저하한 후에 메인 밸브가 폐쇄되고, 그 후 냉각액 온도가 상승한다.

즉, 냉각액 온도의 제어에 있어서 도 4의 (b)에 도시한 것 처럼 큰 열 오버슈트(Heat Overshoot)가 발생하여 메인 벨브가 반복적으로 개폐되는 문제점이 생기고, 또 메인 밸브가 폐쇄될 때에는 메인 밸브의 상류측에 서지(Surge)압력이 발생하게 된다.

이와같은 열 오버슈트는 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드의 크랙(Crack)을 야기시키고 서지압력은 서모스탯과 라디에이터의 고장을 야기시키는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 이와같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기존의 서모스탯 하우징상에 제1냉각수 바이패스 솔레노이드를 부가 설치하여 열 오버슈트로 인한 실린더 블럭과 실린더 헤드의 파손을 예방할 수 있고, 서지압력 발생에 따른 서모스탯과 라디에이터의 고장을 예방할 수 있으며, 열 오버슈트에 따른 냉각수온 변동으로 워밍업시 수온에 따른 불필요한 연료보정이 필요없도록 하여 연비를 대폭 향상시킬 수 있는 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 기존의 서모스탯 하우징상에 제1냉각수 바이패스 솔레노이드를 부가 설치하고, ECU에서 냉각온도 정보를 비교하여 서모스탯이 메인 밸브가 개방되는 소정의 온도(일반적으로 냉각수온 83도부터 개방시작)에 이르기전에 제1냉각수를 바이패스시켜 냉각수온이 엔진의 완전난기상태(냉각수온 약 80도)부근에서 유지되도록 제어하므로써 달성할 수 있다.

따라서, 바이패스되는 냉각수 유량은 ECU에 의해 콘트롤됨과 동시에 제1냉각수온이 80도 이상 될 때까지 냉각수온조절도 이루어지므로 열 오버슈트 및 메인 밸브 상류측의 서지(surge)압력의 발생을 근본적으로 막을 수 있어 열 오버슈트로 인한 A,B지점의 온도차에 따른 에너지 손실을 개선할 수 있음은 물론, 실린더 블록과 실린더 헤드의 크랙을 예방할 수 있고, 또 서지 압력발생으로 인한 서모스탯과 라디에이터의 고장을 예방할 수 있는 것이다.

도 1은 종래 자동차 엔진용 냉각 시스템의 구성도.

도 2의 (a)(b)는 서모스탯의 작동상태를 보인 확대 단면도.

도 3은 지글 밸브의 구조도.

도 4의 (a)(b)는 아이들 방치일 경우 두 측정점(A,B)의 측온 결과와 열 오버슈트상태를 보인 그래프.

도 5는 본 발명 장치의 구성도.

도 6은 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.

* 도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 서모스탯 12 : 메인밸브

15 : 바이패스 밸브 20 : 물 재킷

22 : 아디에이터 24 : 제1냉각액 통로

30 : 제2냉각액 통로 33 : 냉각팬

40 : 전자제어 유니트 42 : 바이패스관

41 : 제1냉각수 바이패스 솔레노이드

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명 장치의 구성도를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 물 재킷(20)의 도입구측 통로에 서모스탯(1)이 배치되고, 상기 물 재캣(20)의 상부 배출구(21)와 냉각팬(33)을 구비한 라디에이터(22)의 상부 도입구(23)와의 사이에 배치된 제2냉각액 통로(30)를 포함하고, 서머스탯(1)의 하부 도입부(29)와 연결된 상기 제2냉각액 통로(30)에는 서모스탯 캡(26)과 서모스탯 하우징(27) 및 물 펌프(28)가 배치되며, 상기 라디에이터(22)를 통하지 않고 제1냉각액 통로(24)를 제2냉각액 통로(30)와의 연동시키기 위해 제1냉각액 통로(24)의 접합부(J)와, 서모스탯 하우징(27)과의 사이에 바이패스 통로(31)가 제공되고, 그 서모스탯(1)은 제2냉각액 통로(30)를 막는 메인 밸브(12)와 바이패스 통로(31)의 바이패스 포트(32)를 막는 바이패스 밸브(15)를 가지는 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치에 있어서,

상기 서모스탯 하우징(26)의 일측부에 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)를 부가 설치하여 상기 제2냉각액 통로(30)와 바이패스관(42)을 통해 연결시키되, 상기 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)는 전자제어 유니트(40)에서 엔진의 냉각수 온도정보를 비교하여 서모스탯(1)의 메인밸브(12)가 개방되는 온도(예를들어 80℃미만)에 이르기전에 제1냉각수가 바이패스되도록 제어하여 냉각수온이 엔진의 완전난기 상태부근에서 유지되도록 한 것을 특징으로 한다.

도 6은 본 발명 방법을 설명하기 위한 플로우챠트를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 각종 센서들로 각종 검출신호가 입력되면 소정 프로그램을 통해 자동차내의 전장품들에 대한 제어신호를 발생시키는 전자제어 유니트(40)에서 엔진의 냉각수온을 읽어들여 그에 대한 기울기를 계산한 후 냉각수온이 엔진의 완전 난기상태의 온도(약 80도) 이상인지를 계속 검출하는 단계와;

상기에서 검출한 결과 냉각수온이 엔진의 완전 난기상태 이상이면 상기 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)를 구동시켜 냉각수온 기울기에 따라 설정된 듀디로 제1냉각수를 바이패스관(42)을 통해 제2냉각액 통로(30)측으로 흘려보내는 단계와;

이후 다시 냉각수온의 기울기를 계산하여 냉각수온의 기울기가 양의 값을 갖는지를 계속 검출하는 단계와;

상기에서 검출한 결과 냉각수온의 기울기가 양의 값을 가지면 상기 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)의 작동을 일시적으로 중지시키고 냉각수온 기울기가 설정된 값에 도달하였는지를 검출하는 단계와;

상기에서 검출한 결과 냉각수온 기울기가 설정된 값에 도달되었으면 바이패스 솔레노이드(41)의 작동을 중지시키고 서모스탯(1)에 의해서만 유량이 조절되도록 하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와같은 구성 및 단계로 이루어진 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 종래의 시스템에서 문제점으로 지적된 열 오버슈트를 개선하기 위하여 도 6에서 나타낸 바와같이, 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)를 서모스탯 하우징(27)에 부가시킨 것으로, 이 장치의 역할은 전자제어 유니트(40)에서 냉각온도 정보를 비교하여 서모스탯(1)이 메인 밸브(12)가 개방되는 소정의 온도(일반적으로 냉각수온 83도부터 개방시작)에 이르기전에 제1냉각수를 바이패스시켜 냉각수온이 엔진의 완전난기상태(냉각수온 약 80도)부근에서 유지되도록 한다.

여기에서 바이패스되는 냉각수 유량은 전자제어 유니트(40)에 의해 콘트롤되며 동시에 제1냉각수온이 80도 이상 될 때까지 냉각수 온조절도 이루어진다.

이렇게 제어가 이루어지게 되면 열 오버슈트 및 메인 밸브 상류측의 서지(surge)압력의 발생을 근본적으로 막을 수 있으므로 열 오버슈트로 인한 A,B지점의 온도차에 따른 에너지 손실을 개선하게 되고, 실린더 블록과 실린더 헤드의 크랙을 예방할 수 있고, 서지 압력발생으로 인한 서모스탯과 라디에이터의 고장을 예방할수 있게 된다.

또한 종래의 열 오버슈트에 따른 냉각수온의 맥동은 수온에 따른 워밍업시 연료 증량에도 영향을 끼치게 되는데, 메인밸브(12)가 최초 개방시부터 반복적으로개폐를 하게 될 때 B지점의 온도가 A지점의 온도보다 수십도 이상 차이가 날정도로 낮기 때문에 상기 전자제어 유니트(40)에서는 도시생략된 수온센서로부터 읽어들인 냉각수온이 워밍업 조건에 들어갈 경우, 연료를 농후(Rich)하게 보정하게 되어 연비에도 악영향을 끼치게된다.

그런데, 본 발명에서는 이 경우 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)를 80℃미만에서 작동시켜 제1냉각수를 바이패스관(42)을 통해 제2냉각액 통로(30)측으로 흘려보내 주므로써 수온센서로부터 측정되어지는 냉각수온의 변동값을 줄이게되어 엔진의 완전난기 상태에서 워밍업 보정시의 수온에 따른 연료증량분은 더 이상 필요없게 된다.

이때, 바이패이스되는 유량의 조절은 상기 전자제어 유니트(40)에서 임의시간동안 엔진의 회전수(RPM) 및 부하에 따라 설정된 기울기에 의해서 설정된 테이블에 따라 결정한다.

기울기가 양(Positive)의 값이면 바이패스 솔레노이드(41)를 작동시키지 않고 음(Negative)의 값일 경우에만 그 값에 따른 유량으로 작동되도록 하는데, 여기서 테이블의 특성은 음의 기울기일 경우, 기울기값이 크면 유량을 적게하고 반대로 작으면 유량을 크게하여 열 오버슈트를 최대로 줄일 수 있도록 되어 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기존의 서모스탯 하우징상에 제1냉각수 바이패스 솔레노이드를 부가 설치하여 ECU에서 냉각온도 정보를 비교하여 서모스탯이 메인 밸브가 개방되는 온도에 이르기전에 제1냉각수를 바이패스시켜냉각수온이 엔진의 완전 난기상태에서 유지되도록 하므로써, 열 오버슈트로 인한 실린더 블럭과 실린더 헤드의 파손을 예방할 수 있고, 서지압력 발생에 따른 서모스탯과 라디에이터의 고장을 예방할 수 있으며, 열 오버슈트에 따른 냉각수온 변동으로 워밍업시 수온에 따른 불필요한 연료보정이 필요없도록 하여 연비를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 물 재킷(20)의 도입구측 통로에 서모스탯(1)이 배치되고, 상기 물 재캣(20)의 상부 배출구(21)와 냉각팬(33)을 구비한 라디에이터(22)의 상부 도입구(23)와의 사이에 배치된 제2냉각액 통로(30)를 포함하고, 서머스탯(1)의 하부 도입부(29)와 연결된 상기 제2냉각액 통로(30)에는 서모스탯 캡(26)과 서모스탯 하우징(27) 및 물 펌프(28)가 배치되며, 상기 라디에이터(22)를 통하지 않고 제1냉각액 통로(24)를 제2냉각액 통로(30)와의 연동시키기 위해 제1냉각액 통로(24)의 접합부(J)와, 서모스탯 하우징(27)과의 사이에 바이패스 통로(31)가 제공되고, 그 서모스탯(1)은 제2냉각액 통로(30)를 막는 메인 밸브(12)와 바이패스 통로(31)의 바이패스 포트(32)를 막는 바이패스 밸브(15)를 가지는 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치에 있어서,

   상기 서모스탯 하우징(26)의 일측부에 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)를 부가 설치하여 상기 제2냉각액 통로(30)와 바이패스관(42)을 통해 연결시키되, 상기 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)는 전자제어 유니트(40)에서 엔진의 냉각수 온도정보를 비교하여 서모스탯(1)의 메인밸브(12)가 개방되는 온도(예를들어 80℃미만)에 이르기전에 제1냉각수가 바이패스되도록 제어하여 냉각수온이 엔진의 완전난기 상태부근에서 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어장치.
2. 각종 센서들로 각종 검출신호가 입력되면 소정 프로그램을 통해 자동차내의 전장품들에 대한 제어신호를 발생시키는 전자제어 유니트(40)에서 엔진의 냉각수온을 읽어들여 그에 대한 기울기를 계산한 후 냉각수온이 엔진의 완전 난기상태의 온도(약 80도) 이상인지를 계속 검출하는 단계와;

   상기에서 검출한 결과 냉각수온이 엔진의 완전 난기상태 이상이면 상기 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)를 구동시켜 냉각수온 기울기에 따라 설정된 듀디로 제1냉각수를 바이패스관(42)을 통해 제2냉각액 통로(30)측으로 흘려보내는 단계와;

   이후 다시 냉각수온의 기울기를 계산하여 냉각수온의 기울기가 양의 값을 갖는지를 계속 검출하는 단계와;

   상기에서 검출한 결과 냉각수온의 기울기가 양의 값을 가지면 상기 제1냉각수 바이패스 솔레노이드(41)의 작동을 일시적으로 중지시키고 냉각수온 기울기가 설정된 값에 도달하였는지를 검출하는 단계와;

   상기에서 검출한 결과 냉각수온 기울기가 설정된 값에 도달되었으면 바이패스 솔레노이드(41)의 작동을 중지시키고 서모스탯(1)에 의해서만 유량이 조절되도록 하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 냉각수 온도 제어방법.