KR100589423B1

KR100589423B1 - 차량의 냉각팬 가변속도 제어장치 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR100589423B1
Application number: KR1020040014514A
Authority: KR
Inventors: 신창현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2006-06-14
Also published as: KR20050089210A

Abstract

본 발명은 냉각팬 구동 초기시에 냉각팬 구동에 따른 일시적인 전기부하의 발생을 방지하기 위하여 냉각팬의 구동속도가 단계적으로 가속되도록 하기 위한 차량의 냉각팬 가변속도 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로,

라디에이터의 일측면에 장착되어 라디에이터를 통과하는 냉각수의 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 냉각팬이 설치되고, 상기 냉각팬의 구동을 ON/OFF하기 위한 구동모터 및 냉각팬 작동 스위치가 장착되는 냉각팬 구동장치에 있어서,

상기한 냉각팬 작동 스위치와 구동모터 사이에 직렬 연결되고, 상기 냉각팬 작동 스위치가 온(ON) 작동된 후, 일정 시간 동안 상기 구동모터의 회전속도가 일정수준까지 단계적으로 향상되면서 동작되도록 하는 가변속도 제어회로를 포함하여 구송되어지되,

상기한 가변속도 제어회로는,

상기 냉각팬 작동 스위치가 온 동작에 의해 다단계의 속도증가 동작이 이루어질 수 있도록 설정된 마이크로 프로세서 유닛(MPU)과; 상기 마이크로 프로세서 유닛의 디지털 신호의 출력을 아날로그 신호로 변환하기 위한 변환기(D/A)와; 상기 변환기의 출력 단자에 전압이 인가되어 온도변화가 일어나고, 그 온도변화에 따라 저항값이 변환되는 서머스터와; 상기 서머스터의 출력 전압에 의해 구동모터에 가해지는 전압을 제어하는 다이액(DIAC) 및 트라이액(TRIAC)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

가변속도 제어회로, 마이크로 프로세서 유닛, 다이액, 트라이액

Description

차량의 냉각팬 가변속도 제어장치 및 그 제어방법{Variable velocity controlling apparatus of cooling fan and controlling method thereof}

도 1은 본 발명에 의한 냉각팬 구동모터의 제어회로의 일실시예를 도시한 도면.

도 2는 도 1의 제어회로에서 측정되는 전압파형을 보여주는 그래프.

도 3은 본 발명에 의한 가변속도 제어회로의 실행을 위한 플로우 차트.

도 4 내지 도 5a, 도 5b, 도 5c는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 구동모터 32 : 냉각팬 작동 스위치

34 : 전원 40 : 가변속도 제어회로

41 : 마이크로 프로세서 유닛 42 : 변환기

43 : 서미스터 44 : 다이액

45 : 트라이액

본 발명은 차량의 냉각팬 가변속도 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로 서, 보다 상세하게는 냉각팬 구동 초기시에 냉각팬 구동에 따른 일시적인 전기부하의 발생을 방지하기 위하여 냉각팬의 구동속도가 단계적으로 가속되도록 하기 위한 차량의 냉각팬 가변속도 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

자동차의 엔진 일측에는 라디에이터가 마련되고, 상기 라디에이터의 후방에는 냉각팬이 설치되어 라디에이터 측으로 강제송풍되도록 구성되므로서, 차량 정차시와 엔진의 저속 주행시에도 충분한 엔진 냉각효과를 얻을 수 있도록 구성되어 있다.

차량의 냉각팬은 일반적으로 3~5장의 날개로 된 프로펠러 팬이 사용되며, 철판과 알루미늄 합금 또는 합성수지 등으로 소음발생이 적은 유선현상으로 제작된다. 그리고 냉각팬의 구동은 V벨트에 의해 펌프와 일체로 이루어지는 것과, 펌프와 팬을 별도로 만들어 팬을 전동모터로 구동되는 것 등이 있다. 그리고 냉각팬을 구동하는 구동모터는 라디에이터를 통과하는 냉각수의 온도에 따라서 그 작동여부가 결정될 수 있도록 라디에이터의 일측에는 수온스위치가 마련되는 것이 일반적이다.

한편, 엔진의 냉각성능향상을 위하여 일부의 차량에서는 냉각수의 온도에 따라서 1개 또는 2개의 냉각팬이 작동될 수 있도록 복수의 구동모터가 설치되는 경우도 있다.

도 4는 복수의 냉각팬 구동모터가 장착된 냉각시스템의 제어도를 도시한 것으로서, 냉각팬 구동을 위한 제1 모터(10)와 제2 모터(12)가 병렬로 구성되어 있으며, 전원을 동일하게 인가해 줌으로서 상기 모터가 동일한 속도로 회전되도록 구성되어 있다. 상기한 제1 모터(10)와 제2 모터(12)의 전원회로를 각각 개폐하도록 된 제1,2 릴레이 스위치(14,16)와, 선택적으로 상기 제1 모터(10)와 제2 모터(12)를 직렬 또는 병렬로 상호 연결상태를 바꾸게 된 제3 릴레이 스위치(18)와, 상기한 릴레이 스위치(14,16,18)들을 선택적으로 제어하여 상기 제1 모터(10) 및 제2 모터(12)의 작동속도를 조절하게 된 전자제어부(20a,20b)로 구성되어 있다.

여기서 상기 제1 릴리이 스위치(14)는 전자제어부(20a,20b)의 제어동작에 의해 제어전원(Vc)을 공급받아 상기 제1 모터(10)에 구동전원(Vd)이 공급되는 것을 제어하도록 구성된 것으로, 냉각팬을 사용하지 않을 때는 가동단자(22)가 중립에 위치하게 되어 제1,2 모터(10,12)에 전원이 공급되지 않고 정지되어 있는 상태를 유지하는 한편, 작동속도를 높이거나 낮추게 되는 경우 전자제어부(20a,20b)에 의해 상기 제1 릴레이 스위치의 가동단자(22)가 어느 한쪽으로 이동하여 구동전원(Vd)을 공급하게 된다.

즉, 상기 전자제어부(20a,20b)는 냉각팬의 작동속도에 따라 동작하도록 된 것으로, 냉각팬의 작동속도가 낮은 경우 전자제어부(20a)가 동자하게 되어 상기 제1 릴레이 스위치(14)로 제어전원(Vc)을 공급하게 됨으로서 가동단자(22)가 왼쪽으로 이동하여 제1 모터(10)에 구동전원(Vd)을 연결시켜 주게 된다.

또한, 냉각팬의 작동속도가 높은 경우에는 상기 전자제어부(20b)가 동작하게 되어 상기 제1 릴레이 스위치(14), 제2 릴레이 스위치(16) 및 제3 릴레이 스위치(18)에 각각 제어전원(Vc)이 공급되게 된다.

따라서 상기 제2 릴레이 스위치(16)는 평상시에는 개방된 전원을 유지하다가 냉각팬의 작동속도가 증가되는 경우 전자제어부가 동작되면서 제2 모터(12)에 구동 전원(Vd)이 공급된다.

이어서 제3 릴레이 스위치(18)는 상기 제1 모터(10)와 제2 모터(12) 간의 연결상태를 변경하도록 된 것으로서, 냉각팬의 동작속도를 고속으로 하는 경우 전자제어부(20b)가 상기 제3 릴레이 스위치(18)를 제어하여 제1 모터(10)와 제2 모터(12)를 병렬로 연결시키도록 되어 있다.

또한, 냉각팬의 동작속도를 저속으로 하는 경우는 상기 전자제어부(20b)가 상기 제3 릴레이 스위치(18)를 제어하여 상기 제1,2 모터(10,12)를 직렬로 연결시키게 된다.

즉, 이러한 연결구조는 2개의 모터를 이용하여 냉각수이 온도를 낮추도록 하되, 냉각수의 온도가 비교적 낮은 경우에는 2개의 모터를 직렬로 연결하여 모터에 제공되는 전압값이 분할되도록 하고, 냉각수의 온도가 비교적 높은 경우에는 2개의 모터를 직렬로 연결하여 모터에 제공되는 전압값이 각각 그대로 제공되도록 하여 강력한 모터 구동력을 발휘하도록 한다.

그러나 냉각수온이 특정 온도로 상승하면 도 2a에 도시된 바와 같이 기준점1,2에서 전기부하가 급격히 증가하여 원동기의 동력손실을 초래하고 엔진 회전수가 감소하는 불안정한 상태를 유발하는 문제점이 있다. 즉, 냉각팬 모터에 제공되는 전기부하력이 기준1과 기준2에서와 같이 급격히 상승하게 되면 냉각수온은 도 2b에 도시되는 바와 같이 냉각수의 온도가 일정하지 않고 변화가 심하게 발생하며, 또한 엔진의 회전수 역시 도 2c에서와 같이 불안정한 상태가 유지하게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 냉각팬 구동 초기시에 냉각팬 구동에 따른 일시적인 전기부하의 발생을 방지하기 위하여 냉각팬의 구동속도가 단계적으로 가속되도록 하기 위한 차량의 냉각팬 가변속도 제어장치 및 그 제어방법를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

상기한 가변속도 제어회로는,

이하, 본 발명에 의한 냉각팬 가변속도 제어장치 및 그 제어방법에 따른 구성 및 작동상태를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 냉각팬 구동모터의 제어회로의 일실시예를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 제어회로에서 측정되는 전압파형을 보여주는 그래프이며, 도 3은 본 발명에 의한 가변속도 제어회로의 실행을 위한 플로우 차트이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명이 적용되는 냉각팬의 구동모터를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의한 가변속도 제어회로를 지시하는 것이다.

본 발명에 의한 엔진 냉각팬 가변속도 제어장치의 적용을 위해서 냉각팬에 구동력을 제공하기 위한 1개의 구동모터(30)가 마련된다. 구동모터(30)의 동작은 엔진을 순환하는 냉각수온 온도를 측정한 수온센서의 온도에 따라서 전자제어부에서 제어에 의해서 이루어지게 되며, 이를 위해서 구동모터(30)를 ON/OFF 제어하기 위한 냉각팬 작동 스위치(32)가 마련된다. 상기한 냉각팬 작동 스위치(32)는 전원(34)과 냉각팬 구동모터(30) 사이에 직렬로 연결되어, 상기한 냉각팬 작동 스위치(32)가 온 작동될 경우에 상기 구동모터(30)에 전원이 인가되어 냉각팬이 회전되도록 구성되며, 상기한 냉각팬 작동 스위치(32)의 오프 동작시에는 구동모터(30)로의 전원인가가 차단되어 냉각팬은 회전되지 않도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 일반적인 냉각팬 구동회로에 본 발명의 목적달성을 위 한 가변속도 제어회로(40)가 추가되는데, 그 회로의 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.

본 발명에 의한 가변속도 제어회로(40)가 적용되면 종래의 일반적인 냉각팬 구동에서와는 달리, 본 발명이 적용된 냉각팬 구동 스위치(32)가 온(ON) 작동될 경우에 구동모터(30)에 가해지는 전압은 일정 전압의 위치까지 단계적으로 증가될 수 있도록 설정된다.

이를 위해, 냉각팬 구동 스위치(32)가 온(ON) 작동에 의해 다단계의 상승 동작이 이루어질 수 있도록 설정된 마이크로 프로세서 유닛(Micro Process Unit,41)이 구성되고, 상기 마이크로 프로세서 유닛(MPU, 41)의 디지털 신호의 출력을 아날로그 신호로 변환하는 변환기(D/A,42)가 상기 마이크로 프로세서 유닛(41)의 출력단자에 직렬 연결된다.

또한, 상기한 변환기(42)의 출력단자에 전압이 인가되어 온도변화가 일어나고, 그 온도변화에 따라 저항값이 변환되는 서미스터(43)가 접속되고, 상기 서미스터(43)의 출력 전압에 의해 구동모터(30)에 가해지는 전압을 제어하는 다이액(DIAC,44) 및 트라이액(TRIAC,45)이 서미스터(43)의 출력단자에 연속해서 직렬 연결되어 있어서 냉각팬의 구동속도의 상승이 다단계로 구현될 수 있도록 구성되는 것이다.

즉, 차량의 엔진이 시동되어 운전되는 과정에서 냉각수의 온도가 일정수준 이상으로 상승되게 되면, 전자제어부에서는 수온센서에서 측정된 냉각수온을 근거로 냉각팬을 구동시키게 된다.

이 과정에서 본 발명에 의한 가변속도 제어회로(40)에서는 구동모터(30) 측으로 인가되는 전압이 낮음에서 높음으로 도 2에서와 같이 단계적인 프로파일을 그리면서 상승되어진다. 즉, 마이크로 프로세서 유닛(41)에서 출력되는 전압은 이것의 출력단자에 연결된 변환기(42)를 거쳐 서미스터(43)의 온도가 상승되어지고, 상기 서머스터(43)의 저항값이 점차 감소되어 다이액(44) 및 트라이액(45)에 가해지는 전압도 단계적으로 증가되어지므로서 상기 다이액(44) 및 트라이액(45)을 통해서 구동모터(30)로 전달되는 전압도 증가되므로서 상기 구동모터(30)의 구동속도가 점차 단계적으로 빨라지게 되는 것이다.

따라서 차량의 주행중에 냉각팬 구동으로 인한 전기부하가 운전자에게 전달되므로서 발생되었던 불쾌한 승차감이 개선되어 운전자에게 보다 편안한 승차감이 제공될 수 있게 된다. 또한, 냉각팬의 초기구동시에 따른 소음발생량이 줄게 되는 커다란 장점이 있게 된다.

특히, 상기한 가변속도 제어회로(40)는 엔진의 로드(Load) 조건에 따라서 가변적으로 구동될 수 있도록 설정될 수 있다. 즉, 엔진 회전수, 스로틀 밸브의 열림량, 에어 컨디셔너의 작동 여부, 엔진의 전기적 부하(예를 들어, 실내등, 오디오 등, 헤드 램프, 시거 잭, 윈도우 브러쉬의 ON/OFF 여부 등) 등을 전자제어부에서 입력받아 전기적인 부하를 수치화하여 입력받아 엔진의 로드 상태가 파악하게 된다.

엔진에 걸려있는 로드가 많은 상태에서 엔진의 과열로 인한 냉각팬 구동시에는 도 2에 표시되는 'A'의 구간은 비교적 길게 하고, 'B'의 구간은 짧게 유도하여 냉각팬의 초기구동을 서서히 구동하여 엔진에 걸리는 로드를 최소화시켜 냉각팬 구동이 가변적으로 제어될 수 있게 된다.

그리고 엔진에 걸려 있는 로드가 적은 상태에서 냉각팬을 구동하는 경우에는 냉각팬의 초기구동시간은 길어지는 반면에 엔진이 과열되는 시간이 길어져서 엔진 과열로 인한 냉각수 효과가 떨어져 엔진이 과열되며, 엔진 오일 소모량이 많아지며, 엔진 온도 상승으로 인한 연료 소비율이 저하되며 녹킹(knocking) 발생율이 높아져 불리하게 된다. 따라서 이러한 경우에는 엔진 로드가 비교적 기준치(임계치)보다 적은 상태(에어 컨디셔너가 OFF된 경우, 전기부하는 낮은 경우, TPS 시그널에서 감지되는 값이 아이들(idle)이 아닌 파트(part) 로드 이상인 경우 등)에서는 'A'구간을 짧게 하고 'B'구간을 길게 하여 최대한 초기 냉각팬 구동 시간을 짧게 하여 엔진 냉각팬을 구동시켜 보다 빠른 냉각이 이루어지게 하면서, 냉각팬 구동을 위한 엔진 로드의 증가를 최소화시킨다. 만약, 전자제어부에서 판단되는 엔진의 과열정도가 심하여 냉각이 보다 빠르게 이루어지게 하면서 냉각팬 구동을 위한 전기 부하력에 공급 여력이 충분하다고 판단될 경우에는 초기 냉각을 가변적으로 제어하지 않고 바로 냉각팬이 바로 정상속도로 구동될 수 있도록 설정된다.

결국, 전자제어부로 입력되는 엔진의 운전조건들에 의해서 냉각팬의 운전 모드가 속도의 가변단계없이 바로 정상속도로 구동되게 할 것인지, 속도의 가변단계를 거치면서 냉각팬의 회전속도가 서서히 증가되도록 한 후 정상속도에 도달하도록 할 것인지가 결정되어진다.

특히, 상기와 같은 일련의 장치 및 제어를 위해서 'A' 구간과 'B'구간의 길 이는 엔진을 테스트하는 과정에서 다양한 운전환경을 조건으로 하여 구해질 수 있으며, 그 구해진 값을 기초로 마이크로 프로세서 유닛(41)에 맵이 작성되는 것이 바람직할 것이다.

따라서 엔진이 구동되면, 전자제어부에서는 각 센서에서 엔진의 로드 상태를 읽어들이게 되고, 엔진의 로드 상태에 따라서 냉각팬의 구동 모드를 실행하게 된다.

전자제어부에서 판단되는 냉각팬의 회전속도가 여러 단계를 거치면서 증가된 후 정상회전속도에 도달되도록 해야 할 경우에는, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 가변속도 제어회로(40)에서는 MPU(41)에 맵핑된 해당 모드를 구동시켜 구동모터(30)에 전달되는 전압이 여러 단계를 거치면서 점차로 상승되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 엔진의 냉각하기 위한 냉각팬이 구동이 정상적인 회전속도에 이르기까지 과정에서 점차로 회전속도가 증가되도록 하는 단계를 거치게 되므로서, 냉각팬의 구동에 따른 일시적인 전기부하가 방지되어 엔진의 출력향상 및 소음의 발생이 억제되어지는 장점이 있다. 또한, 엔진의 냉각성능향상을 위하여 복수의 냉각팬을 설치하지 않아도 되어 엔진 레이아웃 및 엔진의 제작비용 측면에서 유리하게 되는 커다란 장점이 있다.

Claims

라디에이터의 일측면에 장착되어 라디에이터를 통과하는 냉각수의 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 냉각팬이 설치되고, 상기 냉각팬의 구동을 ON/OFF하기 위한 구동모터 및 냉각팬 작동 스위치가 장착되는 냉각팬 구동장치에 있어서,

상기한 냉각팬 작동 스위치(32)와 구동모터(30) 사이에 가변속도 제어회로(40)가 직렬 연결되되,

상기 가변속도 제어회로(40)는, 상기 냉각팬 작동 스위치(32)가 온 동작에 의해 다단계의 속도증가 동작이 이루어질 수 있도록 설정된 마이크로 프로세서 유닛(MPU,41)과, 상기 마이크로 프로세서 유닛(41)의 디지털 신호의 출력을 아날로그 신호로 변환하기 위한 변환기(D/A,42)와, 상기 변환기(42)의 출력 단자에 전압이 인가되어 온도변화가 일어나고, 그 온도변화에 따라 저항값이 변환되는 서머스터(43)와, 상기 서머스터(43)의 출력 전압에 의해 구동모터(30)에 가해지는 전압을 제어하는 다이액(DIAC,44) 및 트라이액(TRIAC,45)으로 구성되어,

상기 냉각팬 작동 스위치(32)가 온(ON) 작동된 후, 일정 시간 동안 상기 구동모터(30)의 회전속도가 일정수준까지 단계적으로 향상되면서 동작되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각팬 가변속도 제어장치.
삭제
라디에이터의 일측면에 장착되어 라디에이터를 통과하는 냉각수의 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 냉각팬이 설치되고, 상기 냉각팬의 구동을 ON/OFF하기 위한 구동모터 및 냉각팬 작동 스위치가 장착되는 냉각팬 구동장치를 제어하는 방법에 있어서,

상기한 냉각팬 작동 스위치(32)의 ON 동작과 동시에 마이크로 프로세서 유닛(41)에서 출력되는 전압을 서미스터(43)의 온도하강에 따른 저항값 감소와 이로 인한 다이액(44)과 트라이액(45)의 전압상승를 통해 단계적으로 증가되도록 하는 과정을 통해, 상기 구동모터(30)의 회전속도를 단계적으로 증가시키면서 냉각팬을 구동하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 차량의 냉각팬 가변속도 제어방법.
삭제
제 3 항에 있어서,

상기한 구동모터(30)의 회전속도가 단계적으로 증가되도록 하는 단계의 이전단계에서는 엔진의 로드 상태를 읽어 들이는 단계와;

상기 단계에서 측정된 엔진의 로드 상태에 따라서 상기 마이크로 프로세서 유닛(41)에 맵핑된 회전속도 증가모드 중 해당모드가 선택되어 구동되는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각팬 가변속도 제어방법.