KR101394051B1 - 차량용 엔진 냉각 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

차량용 엔진 냉각 시스템 및 그 제어방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은 엔진으로 냉각수를 공급하는 워터펌프가 상기 엔진의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서, 상기 엔진의 냉각수 배출구 측에 장착되는 제어밸브; 상기 제어밸브와 상기 라디에이터를 상호 연결하며, 상기 라디에이터와 상기 워터펌프를 연결하는 제1 유로; 상기 라디에이터의 출구 측에서 상기 워터펌프 사이에 배치되어 상기 제1 유로를 통해 연결되는 TOC; 상기 TOC와 상기 제어밸브를 상호 연결하며, 상기 엔진으로부터 배출된 냉각수를 상기 TOC로 직접 유동시키는 제2 유로; 및 상기 제어밸브와 상기 워터펌프를 상호 연결하는 제3 유로 상에 배치되는 히터를 포함한다.

Description

차량용 엔진 냉각 시스템 및 그 제어방법{ENGINE COOLING SYSTEM FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD IN THE SAME}
본 발명은 차량용 엔진 냉각 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진 시동부터 웜업 전 과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공하도록 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 연소실에서 발생한 열의 일부는 실린더 헤드와 실린더 블록, 흡배기 밸브 및 피스톤 등에 흡수된다.
이들 구성 부품은 그 온도가 과도하게 상승되면, 열변형이 일어나거나 실린더 내벽의 유막이 파괴되어 윤활 불량현상이 일어나게 되고, 이로 인한 열적 장애가 발생하게 된다.
상기한 엔진의 열적 장애는 연소불량, 노킹 혹은 프리 이그니션과 같은 이상연소를 일으켜서 피스톤이 용손되는 등의 중대한 손상을 줄뿐만 아니라 열효율도 저하되고, 출력도 저하하게 되는 문제점이 있다. 반대로, 엔진의 과도한 냉각은 출력, 연비의 악화 및 실린더의 저온 마모 등 문제점이 있어, 냉각수 온도를 적정하게 제어할 필요가 있다.
이에 따라, 차량에는 엔진을 냉각시키기 위한 냉각 시스템이 구비되어 냉각라인을 통해 냉각수를 엔진으로 순환시키게 되는데, 이러한 엔진 냉각 시스템은 보통 워터 펌프를 통해 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 엔진의 실린더 블록, 실린더 헤드를 통과시켜 냉각하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 엔진 냉각 시스템은 단순히 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 엔진으로 순환시킴에 따라, 엔진의 작동 조건에 따른 냉각수 유입량 조절이 어려워 효율적인 냉각이 어려워지는 단점이 있다.
또한, 엔진의 고속/고부하 운전조건에서는 과열된 연소실에 의해 엔진의 전체적인 온도가 상승되며, 이로 인해, 동력성능 및 연비가 저하되고, 엔진의 전체적인 내구성이 저하되며, 시동 초기에는 엔진을 빠르게 웜업 시키지 못하여 소요동력 증가로 인해 전체적인 연비가 낮아지는 문제점도 있다.
이를 방지하기 위해 종래에는 전동식 워터펌프를 이용하거나 왁스를 전기열로 히팅하여 개변온도를 조절하는 전자식 써모스탯을 적용하거나 엔진 냉각 시스템의 웜업 회로에 ATF 워머를 설치하는 방법을 이용하였으나, 엔진 내부의 냉각수 유동 저항을 감소시키고 라디에이터의 방열 성능을 크게 증가시키기 위한 부가적인 비용이 추가되는 문제점이 있고, 비용 및 투입된 노력에 비하여 그 효과도 크지 않은 단점이 있다.
또한 자동변속기의 조기 웜업을 통해 자동변속기 마찰을 저감시키는 ATF 워머를 적용할 경우 ATF 워머의 웜업시 뜨거워진 냉각수열을 이용하기 위하여 웜업 회로 내에 설치함에 따라, 히터 라인측 냉각수 유량 감소, 히터 측으로 공급되는 엔진열 감소로 인해 연비 및 비용이 증가되고, 별도의 바이패스 밸브 등을 추가로 설치해야만 하여 패키지 성이 떨어지는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엔진으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진 시동부터 웜업 전 과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공함으로써, 차량의 전체적인 냉각성능과 에어컨 냉방성능을 향상시키고, 연비를 개선하도록 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서, 엔진으로 냉각수를 공급하는 워터펌프가 상기 엔진의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서, 상기 엔진의 냉각수 배출구 측에 장착되는 제어밸브; 상기 제어밸브와 상기 라디에이터를 상호 연결하며, 상기 라디에이터와 상기 워터펌프를 연결하는 제1 유로; 상기 라디에이터의 출구 측에서 상기 워터펌프 사이에 배치되어 상기 제1 유로를 통해 연결되는 TOC; 상기 TOC와 상기 제어밸브를 상호 연결하며, 상기 엔진으로부터 배출된 냉각수를 상기 TOC로 직접 유동시키는 제2 유로; 및 상기 제어밸브와 상기 워터펌프를 상호 연결하는 제3 유로 상에 배치되는 히터를 포함하고, 상기 TOC와 상기 워터펌프 사이에는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 상호 연결하여 EOC(Engine Oil Cooler)장착될 수 있다.
상기 제어밸브는 전동식 유로 조절 타입의 3-Way 밸브로 이루어질 수 있다.
삭제
상기 EOC는 상기 TOC와 병렬로 배치될 수 있다.
상기 라디에이터와 상기 워터펌프 사이에는 상기 라디에이터로부터 배출되는 냉각수를 일정유량 바이패스 시켜 상기 워터펌프로 공급하는 바이패스 유로가 형성될 수 있다.
상기 바이패스 유로에는 개폐밸브가 장착될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템은 엔진으로 냉각수를 공급하는 워터펌프가 상기 엔진의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서, 상기 엔진의 냉각수 배출구 측에 장착되는 제어밸브; 상기 제어밸브와 상기 라디에이터를 상호 연결하며, 상기 라디에이터와 상기 워터펌프를 연결하는 제1 유로; 상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에서 상기 제어밸브를 상호 연결하는 제2 유로 상에 배치되는 TOC; 상기 TOC와 직렬로 배치되어 상기 제2 유로 상에 배치되고, 상기 제1 유로와 연결되는 EOC; 및 상기 제어밸브와 상기 워터펌프를 상호 연결하는 제3 유로 상에 배치되는 히터를 포함한다.
상기 제1 유로에는 상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에 개폐밸브가 장착될 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법은 엔진으로 냉각수를 공급하는 워터펌프가 상기 엔진의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터를 포함하되, 상기 엔진의 냉각수 배출구 측에 장착되어 라디에이터와 제1 유로를 통해 연결되고, 제1 유로 상에 배치되는 TOC와 제2 유로를 통해 연결되며, 히터와 제3 유로를 통해 연결되는 제어밸브와, 상기 제1 유로와 제2 유로의 사이에서 상기 TOC와 병렬로 배치되는 EOC를 더 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템에서 계절별 모드에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 계절별 모드는 하절기 엔진웜업 모드, 하절기 오일 웜업 모드, 하절기 냉각수온 조절 모드, 및 하절기 최대 냉각성능 요구 모드와, 동절기 엔진웜업 모드, 동절기 엔진 웜업 및 난방모드, 난방 및 오일 히팅모드, 및 난방 및 냉각수온 조절 모드로 각각 구분되며, 상기 하절기 엔진웜업 모드와 상기 동절기 엔진웜엄 모드에서는 상기 엔진으로 유입된 냉각수의 외부 배출을 방지하여 상기 엔진의 온도가 급상승되도록 상기 제어밸브가 제1, 제2, 및 제3 유로를 각각 폐쇄하여 상기 엔진의 내부에 고온의 냉각수를 머물게 할 수 있다.
상기 하절기 오일 웜업 모드에서는 상기 제어밸브가 상기 제1, 제3 유로는 폐쇄시킨 상태로, 상기 제2 유로를 개방하여 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 상기 TOC와 상기 EOC로 유입시켜 상기 TOC와 상기 EOC를 각각 통과하는 변속기오일 및 엔진오일의 온도를 상승시킬 수 있다.
상기 하절기 냉각수온 조절 모드에서는 상기 제어밸브가 상기 라디에이터와 연결된 제1 유로를 개방하는 동시에, 상기 제2 유로를 개방하여 상기 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수와 엔진으로부터 배출된 과열된 냉각수를 혼합하여 적정 수준의 온도로 유지시킨 상태로, 상기 TOC와 상기 EOC를 통과하여 상기 엔진으로 공급할 수 있다.
상기 EOC는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 통해 유입되는 냉각수가 일정유량 통과될 수 있다.
상기 하절기 최대 냉각성능 모드에서는 상기 제어밸브가 상기 제1 유로를 개방하여 상기 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 최대 유량으로 상기 라디에이터에 공급하고, 상기 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 상기 TOC와 상기 EOC를 통과시킨 후, 상기 엔진으로 공급할 수 있다.
상기 동절기 엔진 웜업 및 난방모드에서는 실내 난방을 극대화하도록 상기 제어밸브가 상기 제3 유로를 개방하여 상기 엔진을 통과한 고온의 냉각수를 상기 히터로 통과시킨 후, 다시 상기 엔진으로 공급할 수 있다.
상기 동절기 난방 및 오일 히팅모드에서는 상기 제어밸브가 상기 제2 유로와 상기 제3 유로를 개방하여 상기 엔진으로부터 배출된 고온의 냉각수를 상기 TOC, 상기 EOC, 및 상기 히터로 각각 공급하여 상기 엔진으로 다시 순환시킬 수 있다.
상기 동절기 난방 및 냉각수온 조절 모드에서는 상기 제어밸브가 상기 제1, 제2, 및 제3 유로를 모두 개방하여 상기 라디에이터와, 상기 TOC와, 상기 EOC와, 상기 히터를 각각 통과시키면서 냉각수를 순환시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템 및 그 제어방법에 의하면, 엔진으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진 시동부터 웜업 전과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공함으로써, 차량의 전체적인 냉각성능과 에어컨 냉방성능 및 난방성능을 향상시키고, 연비를 개선하는 효과가 있다.
또한, 써모스텟 밸브를 대신하여 전동식 유로 조절 타입의 3-Way 밸브 적용을 통해 운행조건에 따른 냉각수의 유동방향 및 유량을 신속히 제어함으로써, 밸브 작동의 신뢰성과 전체 시스템의 효율을 향상시키는 효과도 있다.
또한, 엔진과 라디에이터로부터 배출되는 냉각수를 자유롭게 TOC(Transmission Oil Cooler), EOC(Engine Oil Cooler)로 공급하도록 엔진, 라디에이터, TOC, 및 EOC를 연결하는 냉각수 유로를 최적으로 배치하여 레이아웃을 간소화하고, 조건에 따라 각 구성요소로 냉각수를 자유롭게 공급하는 동시에, 유량을 극대화할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법을 설명하기 위한 하절기 각 모드별 엔진 냉각 시스템의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법을 설명하기 위한 동절기 각 모드별 엔진 냉각 시스템의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100)은, 엔진(101)으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진(101) 시동부터 웜업 전과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공함으로써, 차량의 전체적인 냉각성능과 에어컨 냉방성능을 향상시키고, 연비를 개선할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100)은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 엔진(101)으로 냉각수를 공급하는 워터펌프(103)가 상기 엔진(101)의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진(101)을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터(105)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100)은 제어밸브(107), 제1 유로(109), TOC(111 : Transmission Oil Cooler), 제2 유로(113), 히터(119)를 더 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 제어밸브(107)는 상기 엔진(101)의 냉각수 배출구 측에 장착되어 상기 엔진(101)으로부터 배출되는 냉각수의 유동흐름을 제어하게 된다.
상기 제1 유로(109)는 상기 제어밸브(107)와 상기 라디에이터(105)를 상호 연결하며, 상기 라디에이터(105)와 상기 워터펌프(103)를 연결한다.
본 실시예에서, 상기 TOC(111)는 상기 라디에이터(105)의 출구 측에서 상기 워터펌프(103) 사이에 배치되어 상기 제1 유로(109)를 통해 연결된다.
상기 제2 유로(113)는 상기 TOC(111)와 상기 제어밸브(107)를 상호 연결하며, 상기 엔진(101)으로부터 배출된 냉각수를 상기 라디에이터(105)의 통과 없이 상기 TOC(111)로 직접 유동시키게 된다.
그리고 상기 히터(119)는 상기 제어밸브(107)와 상기 워터펌프(103)를 상호 연결하는 제3 유로(117) 상에 배치된다.
여기서, 상기 제어밸브(107)는 전동식 유로 조절 타입의 3-Way 밸브로 이루어질 수 있으며, 상기 각 유로(109, 113, 117)의 선택적인 개폐와 개폐량 조절을 통하여 상기 엔진(101)으로부터 배출되는 고온의 냉각수 유량을 정밀하게 제어하게 된다.
한편, 본 실시예에서, 상기 TOC(111)와 상기 워터펌프(103) 사이에는 상기 제1 유로(109)와 상기 제2 유로(113)를 상호 연결하여 EOC(115 : Engine Oil Cooler)가 장착될 수 있다.
이러한 EOC(115)는 상기 TOC(111)와 병렬로 배치될 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100)의 작동 및 제어방법을 도 2와 도 3을 통하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법을 설명하기 위한 하절기 각 모드별 엔진 냉각 시스템의 작동 상태를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법을 설명하기 위한 동절기 각 모드별 엔진 냉각 시스템의 작동 상태를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법은, 전술한 바와 같이 구성되는 차량용 엔진 냉각 시스템(100)에서 차량의 계절별 모드에 따라 상기 제어밸브(107)의 제어를 통해 냉각수의 유동을 제어하게 된다.
여기서, 상기한 계절별 모드는 하절기 엔진웜업 모드, 하절기 오일 웜업 모드, 하절기 냉각수온 조절 모드, 및 하절기 최대 냉각성능 요구 모드와, 동절기 엔진웜업 모드, 동절기 엔진 웜업 및 난방모드, 난방 및 오일 히팅모드, 및 난방 및 냉각수온 조절 모드로 각각 구분될 수 있다.
먼저, 상기 하절기 엔진웜업 모드와 상기 동절기 엔진웜업 모드에서는, 도 2의 (S1)과, 도 3의 (S10)에서 도시한 바와 같이, 상기 엔진(101)으로 유입된 냉각수의 외부 배출을 방지하여 상기 엔진(101)의 온도가 급상승되도록 상기 제어밸브(109)가 제1, 제2, 및 제3 유로(109, 113, 117)를 각각 폐쇄하여 상기 엔진(101)의 내부에 고온의 냉각수를 머물게 한다.
이에 따라, 상기 하절기 및 동절기 엔진웜업 모드는 상기 냉각수가 상기 라디에이터(105)나 TOC(111)의 통과 없이 유동이 정지되며, 상기 엔진(101)은 실린더 헤드, 실린더 블록의 금속표면 온도가 고온의 냉각수에 의해 급상승함으로써, 보다 신속하게 웜업이 이루어지게 된다.
본 실시예에서, 상기 하절기 오일 웜업 모드에서는, 도 2의 (S2)와 같이, 상기 제어밸브(107)가 상기 제1, 제3 유로(109, 117)는 폐쇄시킨 상태로, 상기 제2 유로(113)를 개방하여 엔진(101)을 통과하면서 과열된 냉각수를 상기 TOC(111)와 상기 EOC(115)로 유입시켜 상기 TOC(111)와 상기 EOC(115)를 각각 통과하는 변속기오일과 엔진오일의 온도를 상승시키게 된다.
여기서, 상기 EOC(115)는 상기 제1 유로(109)와 제2 유로(113)를 통해 유입되는 냉각수가 일정유량 통과될 수 있도록 상기 TOC(111)와 병렬로 배치되어 연결된다.
이에 따라, 상기 하절기 오일 웜업 모드는 엔진(101)을 냉각한 후 배출되는 고온의 냉각수를 상기 TOC(111)와 EOC(115) 내부를 통과하는 변속기오일 및 엔진오일의 온도 상승에 사용하여 엔진의 폐열원을 이용해 별도의 오일 히팅장치 없이도 각 오일의 온도를 빠르게 상승시킬 수 있다.
이 때, 상기 제1 유로(109)와 제3 유로(117)는 폐쇄됨으로써, 상기 라디에이터(105)와 히터(119)로의 냉각수 유입을 방지하고, 고온의 냉각수를 모두 상기 TOC(111)과 EOC(115)로 유입시킬 수 있어 각 오일의 히팅에 이용하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 하절기 냉각수온 조절 모드에서는, 도 2의 (S3)과 같이, 상기 제어밸브(107)가 상기 라디에이터(105)와 연결된 제1 유로(109)를 개방하는 동시에, 상기 제2 유로(113)를 개방하여 상기 라디에이터(105)를 통과하면서 냉각된 냉각수와 엔진(101)으로부터 배출된 과열된 냉각수를 혼합하여 적정 수준의 온도로 유지시킨 상태로, 상기 TOC(111)를 통과하여 상기 엔진(101)으로 공급하게 된다.
여기서, 상기 EOC(115)는 상기 제1 유로(109)와 상기 제2 유로(113)를 통해 유입되는 온도가 서로 상이한 냉각수가 일정유량 통과될 수 있다.
이에 따라, 상기 하절기 냉각수온 조절 모드는 하절기에 엔진(101)으로부터 배출되는 고온의 냉각수를 상기 제어밸브(107)가 적절히 분배하여 상기 라디에이터(105)와 TOC(111), 및 EOC(115)로 각각 공급한 후, 상기 엔진(101)으로 최종적으로 유입되는 냉각수의 온도를 적정 수준으로 제어하여 상기 엔진(101)으로 순환시키게 된다.
본 실시예에서, 상기 하절기 최대 냉각성능 모드에서는, 도 2의 (S4)와 같이, 상기 제어밸브(109)가 상기 제1 유로(109)를 개방하여 상기 엔진(101)으로부터 배출되는 냉각수를 최대 유량으로 상기 라디에이터(105)에 공급하고, 상기 라디에이터(105)를 통과하면서 냉각된 냉각수를 상기 TOC(111)와 상기 EOC(115)를 통과시킨 후, 상기 엔진(101)으로 공급하게 된다.
즉, 하절기 최대 냉각성능 모드는 상기 엔진(101)의 최대 냉각성능이 요구되는 모드로서, 상기 제어밸브(107)에 의해 엔진(101)으로부터 모든 유량의 냉각수를 상기 라디에이터(105)로 유입시켜 냉각함으로써, 엔진으로 유입되는 모든 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키게 된다.
이 때, 라디에이터(105)는 유입되는 냉각수의 유량을 극대화할 수 있고, 상기 라디에이터(105)를 통과하면서 냉각된 냉각수가 상기 TOC(111)와 EOC(115)를 통과함으로써, 각 오일의 냉각효율을 극대화 할 수 있다.
한편, 상기 하절기 최대 냉각성능 모드에서는 상기 제3 유로(117)가 폐쇄됨으로써, 히터(119)로 고온의 냉각수가 유입되는 것을 방지함에 따라, 차량의 냉방성능이 향상될 수 있다.
그리고 본 실시예에서, 상기 동절기 엔진 웜업 및 난방모드에서는, 도 3의 (S20)과 같이, 실내 난방을 극대화하도록 상기 제어밸브(107)가 상기 제3 유로(117)를 개방하여 상기 엔진(101)을 통과한 고온의 냉각수를 상기 히터(119)로 통과시킨 후, 다시 상기 엔진(101)으로 공급하게 된다.
그러면, 엔진(101)을 통과한 고온의 냉각수가 상기 히터(119)를 통과하게 됨으로써, 실내 난방을 위한 열교환 효율을 극대화시키게 된다.
이와 동시에, 냉각수는 상기 히터(119)를 통과하면서 일정온도 이상으로 유지된 상태로 다시 상기 엔진(101)으로 공급됨에 따라, 엔진(101)의 웜업을 보다 신속하게 진행할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 동절기 난방 및 오일 히팅모드에서는, 도 3의 (S30)과 같이, 상기 제어밸브(107)가 상기 제2 유로(113)와 상기 제3 유로(117)를 개방하여 상기 엔진(101)으로부터 배출된 고온의 냉각수를 상기 TOC(111), 상기 EOC(115), 및 상기 히터(119)로 각각 공급하여 상기 엔진(101)으로 다시 순환시키게 된다.
이에 따라, 상기 엔진(101)으로부터 배출된 고온의 냉각수는 상기 제어밸브(107)에 의해 상기 제2, 제3 유로(113, 117)로 적정 유량이 공급된다.
그러면, 고온의 냉각수는 상기 TOC(111)와 EOC(115)로 유입되어 각 오일을 히팅하는 동시에, 히터(119)를 통과하면서 실내 난방을 위한 열교환 효율 향상을 통해 난방을 수행하게 된다.
여기서, 상기 제어밸브(107)는 차량의 실내 난방에 여유가 있거나, 연비의 개선 목적이 우위에 있을 경우, 제2, 제3 유로(113, 117)의 개폐량을 조절함으로써, 오일의 열교환을 위해 사용되는 냉각수의 유량을 증가시킬 수 있다.
그리고 상기 동절기 난방 및 냉각수온 조절 모드에서, 도 3의 (S40)과 같이, 상기 제어밸브(107)가 상기 제1, 제2, 및 제3 유로(109, 113, 117)를 모두 개방하여 상기 라디에이터(105)와, 상기 TOC(111)와, 상기 EOC(115)와, 상기 히터(119)를 각각 통과시키면서 냉각수를 순환시키게 된다.
이에 따라, 각 유로(109, 113, 117)를 통해 유동되는 냉각수는 적절한 상태의 온도로 유지되어 상기 엔진(101)을 순환하게 된다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100) 및 그 제어방법을 적용하면, 엔진(101)으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진(101) 시동부터 웜업 전과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공함으로써, 차량의 전체적인 냉각성능과 에어컨 냉방성능 및 난방성능을 향상시키고, 연비를 개선할 수 있다.
또한, 써모스텟 밸브를 대신하여 전동식 유로 조절 타입의 3-Way 밸브가 적용된 제어밸브(107)를 통해 운행조건에 따른 냉각수의 유동방향 및 유량을 신속히 제어함으로써, 밸브 작동의 신뢰성과 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진(101)과 라디에이터(105)로부터 배출되는 냉각수를 자유롭게 TOC(111), EOC(115)로 공급하도록 엔진(101), 라디에이터(105), TOC(111 : Transmission Oil Cooler), 및 EOC(115 : Engine Oil Cooler)를 연결하는 냉각수 유로를 최적으로 배치하여 레이아웃을 간소화하고, 조건에 따라 각 구성요소로 냉각수를 자유롭게 공급하는 동시에, 유량을 극대화할 수 있는 이점도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(200)은 엔진(201)으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진(201) 시동부터 웜업 전과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공함으로써, 차량의 전체적인 냉각성능과 에어컨 냉방성능을 향상시키고, 연비를 개선할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(200)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 엔진(201)으로 냉각수를 공급하는 워터펌프(203)가 상기 엔진(201)의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진(201)을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터(205)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(200)은 제어밸브(207), 제1 유로(209), TOC(211 : Transmission Oil Cooler), 제2 유로(213), 히터(219)를 더 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 제어밸브(207)는 상기 엔진(201)의 냉각수 배출구 측에 장착되어 상기 엔진(201)으로부터 배출되는 냉각수의 유동흐름을 제어하게 된다.
상기 제1 유로(209)는 상기 제어밸브(207)와 상기 라디에이터(205)를 상호 연결하며, 상기 라디에이터(205)와 상기 워터펌프(203)를 연결한다.
본 실시예에서, 상기 TOC(211)는 상기 라디에이터(205)의 출구 측에서 상기 워터펌프(203) 사이에 배치되어 상기 제1 유로(209)를 통해 연결된다.
상기 제2 유로(213)는 상기 TOC(211)와 상기 제어밸브(207)를 상호 연결하며, 상기 엔진(201)으로부터 배출된 냉각수를 상기 라디에이터(205)의 통과 없이 상기 TOC(211)로 직접 유동시키게 된다.
그리고 상기 히터(219)는 상기 제어밸브(207)와 상기 워터펌프(203)를 상호 연결하는 제3 유로(217) 상에 배치된다.
여기서, 상기 제어밸브(207)는 전동식 유로 조절 타입의 3-Way 밸브로 이루어질 수 있으며, 상기 각 유로(209, 213, 217)의 선택적인 개폐와 개폐량 조절을 통하여 상기 엔진(201)으로부터 배출되는 고온의 냉각수 유량을 정밀하게 제어하게 된다.
한편, 상기 TOC(211)와 상기 워터펌프(203) 사이에는 상기 제1 유로(209)와 상기 제2 유로(213)를 상호 연결하여 EOC(215 : Engine Oil Cooler)장착될 수 있다.
이러한 EOC(215)는 상기 TOC(211)와 병렬로 배치될 수 있다.
여기서, 상기 라디에이터(205)와 상기 워터펌프(203) 사이에는 상기 라디에이터(205)로부터 배출되는 냉각수를 일정유량 바이패스 시켜 상기 워터펌프(203)로 공급하는 바이패스 유로(221)가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 바이패스 유로(221)에는 개폐밸브(223)가 장착될 수 있다.
즉, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(200)은 상기 바이패스 유로(221)와 개폐밸브(223)를 통하여 최대 차량 냉각성능 요구 시, 라디에이터(205)로부터 배출된 냉각수가 상기 TOC(211)와 EOC(215)를 통과하면서 발생되는 유동저항에 따른 라디에이터(205)의 통과유량을 증가시키게 된다.
또한, 상기 개폐밸브(223)는 외기의 온도가 높을 경우 운전조건에 따라 냉각수온이 높게 유지될 경우 개방되어 상기 라디에이터(205) 통과 유량을 증가시켜 냉각수온이 낮아지게 만드는 역할을 수행하게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 블록 구성도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(300)은 엔진(301)으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진(301) 시동부터 웜업 전과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공함으로써, 차량의 전체적인 냉각성능과 에어컨 냉방성능을 향상시키고, 연비를 개선할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(300)은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 엔진(301)으로 냉각수를 공급하는 워터펌프(303)가 상기 엔진(301)의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진(301)을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터(305)를 포함하여 구성된다.
여기서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(300)은 제어밸브(307), 제1 유로(309), TOC(311), EOC(315), 히터(319)를 더 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 제어밸브(307)는 상기 엔진(301)의 냉각수 배출구 측에 장착되어 상기 엔진(301)으로부터 배출되는 냉각수의 유동흐름을 제어하게 된다.
상기 제1 유로(309)는 상기 제어밸브(307)와 상기 라디에이터(305)를 상호 연결하며, 상기 라디에이터(305)와 상기 워터펌프(303)를 연결한다.
본 실시예에서, 상기 TOC(311)는 상기 라디에이터(305)와 상기 워터펌프(303)의 사이에서 상기 제어밸브(307)를 상호 연결하는 제2 유로(313) 상에 배치된다.
상기 EOC(315)는 상기 TOC(311)와 직렬로 배치되어 상기 제2 유로(313) 상에 배치되고 상기 라디에이터(305)와 워터펌프(303) 사이에서 상기 제1 유로(309)와 연결된다.
그리고 상기 히터(319)는 상기 제어밸브(307)와 상기 워터펌프(303)를 상호 연결하는 제3 유로(317) 상에 배치된다.
여기서, 상기 제1 유로(309)에는 상기 라디에이터(305)와 상기 워터펌프(303)의 사이에 개폐밸브(321)가 장착될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예와 또 다른 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(200, 300)은, 도 1 내지 도 3을 참조로 하여, 전술한 실시예와 동일한 기능 및 효과를 갖는 것으로 이하 더욱 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 각 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템(100, 200, 300) 및 그 제어방법을 적용하면, 엔진(101, 201, 301)으로부터 발생되는 폐열원을 효율적으로 이용하도록 엔진(101, 201, 301) 시동부터 웜업 전과정 및 전 운전영역 조건에 맞게 냉각수의 유동방향 및 유량을 조절하여 최적의 냉각계 환경을 제공함으로써, 차량의 전체적인 냉각성능과 에어컨 냉방성능 및 난방성능을 향상시키고, 연비를 개선할 수 있다.
또한, 써모스텟 밸브를 대신하여 전동식 유로 조절 타입의 3-Way 밸브가 적용된 제어밸브(107, 207, 307)를 통해 운행조건에 따른 냉각수의 유동방향 및 유량을 신속히 제어함으로써, 밸브 작동의 신뢰성과 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진(101, 201, 301)과 라디에이터(105, 205, 305)로부터 배출되는 냉각수를 자유롭게 TOC(111, 211, 311), EOC(115, 215, 315)로 공급하도록 엔진(101, 201, 301), 라디에이터(105, 205, 305), TOC(111, 211, 311), 및 EOC(115, 215, 315)를 연결하는 냉각수 유로를 최적으로 배치하여 레이아웃을 간소화하고, 조건에 따라 각 구성요소로 냉각수를 자유롭게 공급하는 동시에, 유량을 극대화할 수 있는 이점도 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100, 200, 300 : 엔진 냉각 시스템
101, 201, 301 : 엔진
103, 203, 303 : 워터펌프
105, 205, 305 : 라디에이터
107, 207, 307 : 제어밸브
109, 209, 309 : 제1 유로
111, 211, 311 : TOC
113, 213, 313 : 제2 유로
115, 215, 315 : EOC
117, 217, 317 : 제3 유로
119, 219, 319 : 히터
221 : 바이패스 유로
223, 321 : 개폐밸브

Claims (16)

  1. 엔진으로 냉각수를 공급하는 워터펌프가 상기 엔진의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서,
    상기 엔진의 냉각수 배출구 측에 장착되는 제어밸브;
    상기 제어밸브와 상기 라디에이터를 상호 연결하며, 상기 라디에이터와 상기 워터펌프를 연결하는 제1 유로;
    상기 라디에이터의 출구 측에서 상기 워터펌프 사이에 배치되어 상기 제1 유로를 통해 연결되는 TOC;
    상기 TOC와 상기 제어밸브를 상호 연결하며, 상기 엔진으로부터 배출된 냉각수를 상기 TOC로 직접 유동시키는 제2 유로; 및
    상기 제어밸브와 상기 워터펌프를 상호 연결하는 제3 유로 상에 배치되는 히터;를 포함하고,
    상기 TOC와 상기 워터펌프 사이에는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 상호 연결하여 EOC(Engine Oil Cooler)장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어밸브는
    전동식 유로 조절 타입의 3-Way 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 EOC는
    상기 TOC와 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터와 상기 워터펌프 사이에는
    상기 라디에이터로부터 배출되는 냉각수를 일정유량 바이패스 시켜 상기 워터펌프로 공급하는 바이패스 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바이패스 유로에는
    개폐밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  7. 엔진으로 냉각수를 공급하는 워터펌프가 상기 엔진의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터를 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템에 있어서,
    상기 엔진의 냉각수 배출구 측에 장착되는 제어밸브;
    상기 제어밸브와 상기 라디에이터를 상호 연결하며, 상기 라디에이터와 상기 워터펌프를 연결하는 제1 유로;
    상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에서 상기 제어밸브를 상호 연결하는 제2 유로 상에 배치되는 TOC;
    상기 TOC와 직렬로 배치되어 상기 제2 유로 상에 배치되고, 상기 제1 유로와 연결되는 EOC; 및
    상기 제어밸브와 상기 워터펌프를 상호 연결하는 제3 유로 상에 배치되는 히터;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 유로에는
    상기 라디에이터와 상기 워터펌프의 사이에 개폐밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템.
  9. 엔진으로 냉각수를 공급하는 워터펌프가 상기 엔진의 냉각수 유입구 측에 설치되고, 상기 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 외기와의 열교환을 통해 냉각시키는 라디에이터를 포함하되, 상기 엔진의 냉각수 배출구 측에 장착되어 라디에이터와 제1 유로를 통해 연결되고, 제1 유로 상에 배치되는 TOC와 제2 유로를 통해 연결되며, 히터와 제3 유로를 통해 연결되는 제어밸브와, 상기 제1 유로와 제2 유로의 사이에서 상기 TOC와 병렬로 배치되는 EOC를 더 포함하는 차량용 엔진 냉각 시스템에서 계절별 모드에 따른 차량용 엔진 냉각 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 계절별 모드는
    하절기 엔진웜업 모드, 하절기 오일 웜업 모드, 하절기 냉각수온 조절 모드, 및 하절기 최대 냉각성능 요구 모드와,
    동절기 엔진웜업 모드, 동절기 엔진 웜업 및 난방모드, 난방 및 오일 히팅모드, 및 난방 및 냉각수온 조절 모드로 각각 구분되며,
    상기 하절기 엔진웜업 모드와 상기 동절기 엔진웜엄 모드에서는
    상기 엔진으로 유입된 냉각수의 외부 배출을 방지하여 상기 엔진의 온도가 급상승되도록 상기 제어밸브가 제1, 제2, 및 제3 유로를 각각 폐쇄하여 상기 엔진의 내부에 고온의 냉각수를 머물게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하절기 오일 웜업 모드에서는
    상기 제어밸브가 상기 제1, 제3 유로는 폐쇄시킨 상태로, 상기 제2 유로를 개방하여 엔진을 통과하면서 과열된 냉각수를 상기 TOC와 상기 EOC로 유입시켜 상기 TOC와 상기 EOC를 각각 통과하는 변속기오일 및 엔진오일의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하절기 냉각수온 조절 모드에서는
    상기 제어밸브가 상기 라디에이터와 연결된 제1 유로를 개방하는 동시에, 상기 제2 유로를 개방하여 상기 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수와 엔진으로부터 배출된 과열된 냉각수를 혼합하여 적정 수준의 온도로 유지시킨 상태로, 상기 TOC와 상기 EOC를 통과하여 상기 엔진으로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 EOC는
    상기 제1 유로와 상기 제2 유로를 통해 유입되는 냉각수가 일정유량 통과되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 하절기 최대 냉각성능 모드에서는
    상기 제어밸브가 상기 제1 유로를 개방하여 상기 엔진으로부터 배출되는 냉각수를 최대 유량으로 상기 라디에이터에 공급하고, 상기 라디에이터를 통과하면서 냉각된 냉각수를 상기 TOC와 상기 EOC를 통과시킨 후, 상기 엔진으로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 동절기 엔진 웜업 및 난방모드에서는
    실내 난방을 극대화하도록 상기 제어밸브가 상기 제3 유로를 개방하여 상기 엔진을 통과한 고온의 냉각수를 상기 히터로 통과시킨 후, 다시 상기 엔진으로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 동절기 난방 및 오일 히팅모드에서는
    상기 제어밸브가 상기 제2 유로와 상기 제3 유로를 개방하여 상기 엔진으로부터 배출된 고온의 냉각수를 상기 TOC, 상기 EOC, 및 상기 히터로 각각 공급하여 상기 엔진으로 다시 순환시키는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 동절기 난방 및 냉각수온 조절 모드에서는
    상기 제어밸브가 상기 제1, 제2, 및 제3 유로를 모두 개방하여 상기 라디에이터와, 상기 TOC와, 상기 EOC와, 상기 히터를 각각 통과시키면서 냉각수를 순환시키는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각 시스템 제어방법.
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