KR100405686B1 - 자동차의 워터펌프 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 자동차의 워터펌프 제어방법은, 냉각 시스템을 구비한 차량에 있어서, 시동 스위치의 신호와 실린더 블록 및 헤드의 소정 위치에 각각 설치되는 냉각수온센서에서 검출되는 냉각수온의 변화로부터 엔진이 시동 온을 유지하고 있는지를 판단하는 단계와, 엔진이 시동 온을 유지하고 있는 것으로 판단되면 실린더 블록에 설치된 냉각수온센서에서 검출되는 냉각수온을 설정된 제1 임계온도와 비교하는 단계와, 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 설정된 제1 임계온도 이하로 판단되면 현재의 엔진 상태로부터 촉매의 온도를 설정된 로직을 통해 추정하고, 추정된 촉매 온도와 설정된 제2 임계온도를 비교하는 단계와, 추정된 촉매 온도가 설정된 제2 임계온도 이하이면 워터펌프의 구동을 오프시키는 단계와, 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 설정된 제1 임계온도 이상이면 추정된 촉매 온도와 설정된 제3 임계온도를 비교하는 단계와, 추정된 촉매 온도가 설정된 제3 임계온도 이하이면 워터펌프의 구동을 오프시키는 단계 및, 추정된 촉매 온도가 설정된 제2 임계온도 이상이거나 설정된 제3 임계온도 이상이면 워터펌프의 구동조건으로 판정하여 액츄에이터를 통해 워터펌프를 구동시켜 냉각수를 순환시키는 단계를 포함하여, 엔진 시동시 냉각수 온도와 배기가스 온도 및 촉매 온도를 고려하여 워터펌프의 구동 여부를 제어함으로써 배기가스 중 탄화수소의 발생량을 저감시킬 수 있다.
Description
본 발명은 자동차의 워터펌프 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 시동시 일정 조건하에서 엔진의 워터펌프를 오프시킴으로써 배출가스중 THC(Tetrahydrocannabinol)의 발생량을 저감시키기 위한 자동차의 워터펌프 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관이 장착된 자동차에는 엔진의 작동시 발생되는 열을 교환하기 위한 냉각수단이 구비된다. 이러한 냉각수단에 의하여 자동차는 적절한 열교환을 수행할 수 있게 되며, 엔진의 과열을 방지하고 연속적인 출력 발생을 가능케 된다.
이러한 냉각수단을 포함한 자동차의 냉각 시스템의 개략적인 구조가 도1에 도시되어 있다.
도1에 도시된 자동차의 냉각 시스템은, 엔진의 연소열에 의해 뜨거워진 냉각수를 워터펌프(17)에 의해 강제 순환시키고 이를 라디에이터(14, 15)를 통과시켜 열을 방출하게 한 다음, 다시 엔진으로 순환시키는 수냉식을 채택하고 있다.
상기 수냉식 냉각 시스템은 엔진의 시동시 냉각수가 일정한 온도에 도달할 때까지 냉각수의 냉각을 방지하기 위하여 열전대(13)를 구비한다. 그래서 엔진 시동시에는 열전대(13)가 닫혀 냉각수를 실린더 블록(11)으로부터 냉각수 통로(12)를 거쳐 다시 실린더 블록(11)으로 순환시킴으로써, 냉각수온이 적정한 수온이 되도록 한다. 이어서, 엔진 작동에 의해 냉각수온이 일정치에 도달하게 되면, 열전대(13)가 열려 냉각수가 실린더 블록(11)으로부터 냉각수 통로(12)를 거쳐 핀(15)이 부착된 라디에이터 튜브(14)를 순환하고 워터펌프(17)에 의해 다시 실린더 블록(11)으로 유입되게 된다.
이때 워터펌프(17)는 크랭크 샤프트에 직결된 플리(16)와 벨트로 체결되어 엔진의 시동과 동시에 구동되면서 냉각수를 강제 순환시키게 되며, ECU 등의 전자적 제어수단에 의한 제어를 받지 않는다.
그러나, 이상 설명한 종래기술에 있어서, 워터펌프(17)는 단지 냉각수의 강제 순환을 목적으로 크랭크 샤프트에 연결되어 구동되었기 때문에, 엔진이 과냉각되어 배출가스중의 THC 함량이 증가되는 문제점이 있다.
그리고 연비의 향상을 목적으로 한 워터펌프 온/오프 제어기술은, 워터펌프의 구동 저항이 실제 주행시의 주행 저항에서 차지하는 비율이 작아 THC의 저감 효과가 미소하게 되는 단점이 있다.
그러므로 최근 내연기관의 배기가스에 대한 규제가 강화되고 있는 점을 고려하면, 냉각 시스템에 의한 엔진의 냉각 과정을 적절히 제어하여 배출가스중의 THC 함량을 저감시키기 위한 기술적 수단이 요구된다.
본 발명은 상기 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 시동시 일정 조건하에서 엔진의 워터펌프를 오프시킴으로써 배출가스중 THC의 발생량을 저감시키기 위한 자동차의 워터펌프 제어방법을 제공하는 데 있다.즉, 엔진의 시동 초기시에 워터펌프를 오프시키게 되면, 연소실에서 발생한 연소열의 전달이 유리한 위치와 상대적으로 불리한 위치에서 냉각수온의 온도차가 커지게 되므로, 이에 따라 연소실과 가까운 실린더 벽면의 온도를 워터펌프 구동시에 비해 빨리 상승시켜 화염 전파가 떨어지는 것을 해소하여 탄화수소가 생성되지 않는다.또한, 실린더 헤드부의 수온이 가장 급격히 상승함으로써 배기포트 주변의 온도가 높아지게 되어, 배기가스 중의 탄화수소 환원반응을 촉진함으로써 THC의 농도를 감소시킬 수 있게 된다.따라서, 엔진의 구성 재료에 열화가 발생하지 않고 실린더 및 흡기 매니폴드의 과도한 온도 상승에 의해 출력의 저하가 발생되지 않으며, 촉매에 의한 배기가스의 정화 효율이 만족스러운 상태에 도달하는 조건이 만족되기까지 워터펌프를 오프 상태로 유지시켜 THC의 발생량을 저감시키고자 하는데 있다.
도1은 일반적인 자동차의 냉각 시스템의 개략적인 구성도.
도2는 본 발명에 따른 자동차의 워터펌프 제어장치에 대한 개략적 구성도.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 자동차의 워터펌프 제어방법의 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 실린더 블록 12 : 냉각수 통로
13 : 열전대 14 : 라디에이터 튜브
15 : 핀 16 : 풀리
17 : 워터펌프 18 : 냉각팬
19 : 바이패스 밸브
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차의 워터펌프 제어방법은, 냉각 시스템을 구비한 차량에 있어서, 시동 스위치의 신호와 실린더 블록 및 헤드의 소정 위치에 각각 설치되는 냉각수온센서에서 검출되는 냉각수온의 변화로부터 엔진이 시동 온을 유지하고 있는지를 판단하는 단계와; 상기에서 엔진이 시동 온을 유지하고 있는 것으로 판단되면 실린더 블록에 설치된 냉각수온센서에서 검출되는 냉각수온을 설정된 제1 임계온도와 비교하는 단계와; 상기의 비교에서 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 설정된 제1 임계온도 이하로 판단되면 현재의 엔진 상태로부터 촉매의 온도를 설정된 로직을 통해 추정하고, 추정된 촉매 온도와 설정된 제2 임계온도를 비교하는 단계와; 상기의 비교에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제2 임계온도 이하이면 워터펌프의 구동을 오프시키는 단계와; 상기에서 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 설정된 제1 임계온도 이상이면 상기에서 추정된 촉매 온도와 설정된 제3 임계온도를 비교하는 단계와; 상기의 비교에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제3 임계온도 이하이면 워터펌프의 구동을 오프시키는 단계 및; 상기 단계에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제2 임계온도 이상이거나 상기 단계에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제3 임계온도 이상이면 워터펌프의 구동조건으로 판정하여 액츄에이터를 통해 워터펌프를 구동시켜 냉각수를 순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 제어 유니트는 ECU(Electronic Control Unit)로 구현된다.
도2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 워터 펌프 제어장치는, 차량내 각종 데이터를 검출하는 감지수단으로 시동 스위치(21)와, 실린더 블록 및 실린더 헤드에 각각 구비된 냉각수온 센서(22, 23)를 포함하고, 시동온이 유지되는 경우 실린더 블록에 설치된 냉각수온센서(22) 및 실린더 헤드에 설치된 냉각수온센서(23)의 신호에 따라 HC 저감 제어를 위한 제어신호를 출력하는 ECU(26)와, 상기 ECU(26)에서 인가되는 제어신호에 따라 구동되어 워터펌프(28)의 구동 여부를 단속하는 액츄에이터(27)를 포함하여 이루어진다.
상기 실린더 헤드의 냉각수온센서(23)는 2번 연소실과 3번 연소실 사이에 장착되어 실린더 헤드를 순환하는 냉각수의 온도를 검출하고, 상기 실린더 블록의 냉각수온센서(22)는 연소실 직하부의 열전대 위치에 장착되어 실린더 블록을 순환하는 냉각수의 온도를 검출한다.ECU(26)에는 실린더 헤드 및 실린더 블록내의 냉각수온에 따라 워터펌프(28)의 동작을 제어하기 위한 알고리즘이 설정되며, 워터펌프(28)의 구동을 제어하기 위한 실린더 헤드에서 검출되는 냉각수온에 대한 임계값과 실린더 블록에서 검출되는 냉각수온에 대한 임계값이 설정된다.또한, 배기가스의 온도와 촉매 내부의 온도를 모델링하는 맵 값과 이에 따라 워터펌프(28)의 구동 여부를 제어하기 위한 임계값이 설정된다.상기 배기가스의 온도와 촉매 내부의 온도에 대한 모델링은 3원 촉매 시스템의 과다한 온도 상승에 의한 열화 현상을 방지하기 위하여 반복적인 학습을 통해 취득한 정보들을 이용하여 배기가스 온도와 촉매 내부의 온도를 추적하는 로직으로, 이는 양산 차량에서 배기가스 온도나 촉매 온도를 측정하는 센서를 부착하지 않음으로 신뢰할 수 있는 모델 온도를 계산하고, 계산된 이 모델 온도가 설정된 임계값을 초과하는 경우 배기가스 온도와 촉매의 온도를 낮추기 위한 제어에 적용된다.즉, 모델 온도는 운전중인 엔진 상태에서 엔진의 회전수, 부하, 냉각수온, 흡기온, 점화시기, 공연비, 흡입 공기유량 등의 정보들을 이용하여 설정된 맵 테이블로부터 산출하는 배기가스 온도와 촉매온도이다..
또한, ECU(26)의 제어신호에 따라 워터펌프(28)의 온/오프 상태를 단속하는 엑츄에이터(27)는 워터펌프(28)의 구동을 직접 제어하는 모터 또는 크랭크 샤프트로부터 전달된 동력을 단순히 온/오프하는 솔레노이드 밸브 등으로 구현될 수 있으며, 그 종류와 제어로직은 본 발명에 의해 한정되지 않는다.
도3에는 본 발명의 실시예에 의한 순서도가 도시되어 있다.
도3에 따르면, ECU(26)는 차량내 시동 스위치(21)의 신호와 실린더 블록 및 실린더 헤드에 설치되어 있는 냉각수온센서(22)(23)로부터 검출되는 냉각수의 온도변화를 통해 엔진의 시동 여부를 확인하게 된다(ST21).
그래서 엔진의 시동을 확인하게 되면, ECU(26)는 실린더 블록의 냉각수온센서(22)에서 검출된 실린더 블록 수온을 설정된 제1 임계온도와 비교한다. 상기 제1 임계온도는 온도지수 80°C로 설정하는 것이 바람직하다(ST22).
상기 단계 ST22에서 엔진의 시동 후 냉각수온이 적정한 수준으로 상승되지 않음으로써 실린더 블록 수온이 80℃에 미달됨이 확인되면, ECU(26)는 촉매 온도를 읽어 들여 설정된 제2 임계온도와 비교한다. 상기 제2 임계온도는 온도지수 625℃로 설정하는 것이 바람직하다(ST23).
상기 단계 ST23에서 촉매 온도가 제2 임계온도 이하임이 확인되면, ECU(26)는 워터펌프 구동 조건이 성립되지 않은 것으로 판단하여 워터펌프(28)의 구동을 방지하고 그 상태를 유지한다(ST24).따라서, 연소실 온도가 빠르게 상승되도록 하여 양호한 화염 전파가 유지되어 완전 연소가 이루어지도록 한다.
상기 단계 ST24에 의해 워터펌프(28)의 구동이 방지되는 상태는 ECU(26)가 설정된 제1 해제 조건의 성립을 확인하게 될 때까지 계속 유지된다.상기 제1 해제 조건은 실린더 블록 수온이 상기 제1 임계온도를 초과하고 실린더 헤드 수온이 설정된 제4 임계온도를 초과하는 경우에 성립된다.그래서 상기 제1 해제 조건이 성립되지 않는 동안은 워터펌프(28)의 구동 방지 상태가 계속 유지된다(ST25).
상기 제1 임계온도는 ST22에서 설정된 값이고, 상기 제4 임계온도는 온도지수 110°C로 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 단계 ST22에서 엔진 시동 후 냉각수가 충분히 가열되어 실린더 블록 수온이 상기 제1 임계온도인 80°C 보다 크거나 같은 경우, 촉매 온도를 설정된 제3 임계온도와 비교하여 워터펌프(28)의 구동 여부를 결정하게 된다. 상기 제3 임계온도는 온도지수 480。C로 설정하는 것이 바람직하다(ST26).
상기 단계 ST26에서 촉매 온도가 제3 임계온도 이하임이 확인되면, ECU는 워터펌프 구동 조건이 성립되지 않은 것으로 판단하여 워터펌프(28)의 구동을 방지하고 그 상태를 유지하게 된다(ST27).따라서, 연소실 온도가 빠르게 상승되어 안정된 화염 전파에 의해 완전 연소가 이루어지도록 하여 HC가 발생되지 않도록 하여준다.
상기 단계 ST27에 의해 워터펌프(28)의 구동이 방지되는 상태는 ECU(26)가 설정된 제2 해제 조건의 성립을 확인하게 될 때까지 계속 유지된다.상기 제2 해제 조건은 맵핑된 배기가스 온도가 설정된 제5 임계온도를 초과하고 실린더 헤드 수온이 상기 제4 임계온도를 초과하는 경우에 성립된다.그래서 상기 제2 해제 조건이 성립되지 않는 동안은 워터펌프(28)의 구동 방지 상태가 계속 유지된다(ST28).
상기 제4 임계온도는 상기 단계 ST25에서 설정된 값이며, 상기 제5 임계온도는 온도지수 405。C로 설정하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 단계 ST23에서 촉매 온도가 제2 임계온도를 초과하거나, 상기 단계 ST25에서 제1 해제 조건이 성립되거나, 상기 단계 ST26에서 촉매 온도가 제3 임계온도를 초과하거나, 상기 단계 ST28에서 제2 해제 조건이 만족되는 경우의 어느 하나에 있어서, ECU(26)는 워터펌프(28)의 구동 조건이 성립된 것으로 판정하게 된다(ST29).
상기 단계 ST29에서 워터펌프(28)의 구동 조건이 성립됨을 확인하게 되면, ECU(26)는 상기 워터펌프(28)에 연결되어 있는 엑츄에이터(27)에 제어신호를 출력하여 상기 엑츄에이터(27)에 연동되는 워터펌프(28)가 구동되도록 한다(ST30).
본 발명의 자동차의 워터펌프 제어방법에 따르면, 엔진 시동시 냉각수의 온도와 배기가스의 온도 및 촉매의 온도를 고려하여 워터펌프의 구동 여부를 제어할 수 있게 됨으로써, 배출가스 중 THC 발생량을 저감시키는 효과가 있다.
예를 들어, 1.6 DOHC A/T 차량에 본 발명을 적용하게 되면 미적용시에 비해 THC 함량이 약 16%의 저감됨을 확인할 수 있다. 이에 따라 워터펌프의 구동에 의한 수냉식 가솔린 엔진에 있어서는 상기한 바와 유사한 수준의 배기가스 개선 효과를 기대할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위를 한정하는 것이 아니다.
Claims (5)
- 냉각 시스템을 구비한 차량에 있어서,(a) 시동 스위치의 신호와 실린더 블록 및 헤드의 소정 위치에 각각 설치되는 냉각수온센서에서 검출되는 냉각수온의 변화로부터 엔진이 시동 온을 유지하고 있는지를 판단하는 단계와;(b) 상기에서 엔진이 시동 온을 유지하고 있는 것으로 판단되면 실린더 블록에 설치된 냉각수온센서에서 검출되는 냉각수온을 설정된 제1 임계온도와 비교하는 단계와;(c) 상기의 비교에서 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 설정된 제1 임계온도 이하로 판단되면 현재의 엔진 상태로부터 촉매의 온도를 설정된 로직을 통해 추정하고, 추정된 촉매 온도와 설정된 제2 임계온도를 비교하는 단계와;(d) 상기의 비교에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제2 임계온도 이하이면 워터펌프의 구동을 오프시키는 단계와;(e) 상기에서 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 설정된 제1 임계온도 이상이면 상기 (c)단계에서 추정된 촉매 온도와 설정된 제3 임계온도를 비교하는 단계와;(f) 상기의 비교에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제3 임계온도 이하이면 워터펌프의 구동을 오프시키는 단계 및;상기 (c)단계에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제2 임계온도 이상이거나 상기 (e) 단계에서 추정된 촉매 온도가 설정된 제3 임계온도 이상이면 워터펌프의 구동조건으로 판정하여 액츄에이터를 통해 워터펌프를 구동시켜 냉각수를 순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 워터펌프 제어방법.
- 상기 제 1항에 있어서,상기 워터펌트의 구동이 오프를 유지하는 (d) 단계에서 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 제1 임계온도 이하이고, 실린더 헤드에 설치된 냉각수온센서에서 검출되는 실린더 헤드내의 냉각수온이 설정된 제4 임계온도 이하이면 워터펌프의 구동 오프 상태를 유지하고, 실린더 블록내의 냉각수온이 상기 제1 임계온도 이상이고, 실린더 헤드내의 냉각수온이 설정된 제4 임계온도 이상이면 워터펌프 구동 오프 해지의 조건으로 판정하여 액츄에이터를 통해 워터펌프를 구동시켜 냉각수를 순환시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 워터펌프 제어방법.
- 삭제
- 상기 제 1항에 있어서,상기 워터펌트의 구동이 오프를 유지하는 (f) 단계에서 현재의 엔진 상태에서 설정된 로직을 통해 배기가스의 온도를 추정하고, 추정되는 배기가스 온도가 설정된 제5 임계온도 이하이고, 실린더 헤드내의 냉각수온이 설정된 제4 임계온도 이하이면, 워터펌프의 구동 오프 상태를 유지하고, 상기 추정되는 배기가스 온도가 설정된 제5 임계온도 이상이고 실린더 헤드내의 냉각수온이 설정된 제4 임계온도 이상이면 워터펌프 구동 오프 해지의 조건으로 판정하여 액츄에이터를 통해 워터펌프를 구동시켜 냉각수를 순환시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 워터펌프 제어방법.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20091103 Year of fee payment: 7 |
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