KR101483641B1 - 가변형 워터펌프 진단장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에 적용되는 가변형 워터펌프의 작동을 단속하는 클러치를 모니터링하여 고장 여부를 진단하는 가변형 워터펌프 진단방법으로,

본 발명은 엔진 RPM과 냉각수온 및 히터 스위치의 접점이 워터펌프 작동 오프 조건인지 판단하는 과정, 워터펌프 작동 오프 조건이면 클러치를 온 제어하여 워터펌프에 공급되는 엔진 동력을 차단시켜 풀리 만 공회전시키는 과, 클러치 온 제어에서 아마추어와 접촉되는 감지기의 신호가 설정된 일정시간 이상 신호가 검출되지 않으면 클러치의 고장으로 판정하여 고장코드를 저장하고, 경고등을 점등시키는 과정을 포함한다.

가변형 워터펌프, 고장 진단, 마그네틱 코일, 감지기

Description

가변형 워터펌프 진단장치 및 방법{APPARATUS FOR DIAGNOSIS SWITCHABLE WATER PUMP AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량에 적용되는 가변형 워터펌프에 관한 것으로, 더 상세하게는 워터펌프의 작동을 단속하는 클러치를 모니터링하여 고장 여부를 진단하는 가변형 워터펌프 진단장치 및 방법에 관한 것이다.

현재 차량 제작 메이커는 차량을 개발하는 과정에서 연비개선과 에미션 저감이라는 두 가지 목표를 동시에 달성하기 위해 노력하고 있는데, 이중에서 에미션 규제를 충족시키기 원가와 중량이 크게 증가함에도 불구하고 배기계의 촉매 로딩량을 높이거나 EGR 쿨러의 용량을 증가시키는 방법을 적용하고 있다.

일반적으로 차량에는 냉각수를 강제 순환시키는 방식이 적용되며, 이를 위해 엔진의 실린더 및 실린더 헤드에 냉각수로를 형성하고, 워터펌프의 작동으로 냉각수로에 냉각수를 강제로 공급시켜 엔진의 온도를 안정되게 유지시킨다.

도 1은 종래의 차량에 적용되는 워터펌프의 구성을 도시한 사시도이다.

워터펌프(100)는 몸체(110)와 상기 몸체(110)의 일측에 결합되어 지지되며 타이밍 벨트를 통해 연결되어 동력을 전달받는 풀리(130), 상기 풀리(130)의 중앙 에 결합되는 메인 샤프트의 일측 종단부에 결합되어 풀리(130)의 회전에 따라 회전되어 냉각수를 펌핑하는 임펠러(150)를 포함한다.

따라서, 엔진의 시동에 따라 타이밍 벨트를 통해 전달되는 동력에 의해 풀리(130)가 설정된 비율의 속도로 회전하게 되며, 이에 따라 메인 샤프트에 결합된 임펠러(150)가 회전하게 된다.

그러므로, 냉각수 유입구(170)로 공급되는 냉각수는 임펠러(150)의 회전력에 의해 도시되지 않은 실린더에 형성된 냉각수로에 펌핑(Pumping) 공급되어 엔진을 온도를 안정된 상태로 유지시켜 준다.

상기한 바와 같이 워터펌프는 타이밍 벨트를 통해 엔진의 여러 보기류 들과 맞물려, 엔진의 시동과 동시에 상시 동작되어 엔진의 워밍업 조건이나 냉각조건에 관계없이 냉각수를 순환시킨다.

따라서, 엔진이 워밍업 되어 있는 상태에서는 연비 및 배기가스의 안정화를 제공할 수 있으나, 엔진이 충분히 냉각되어 있는 상태에서 엔진이 시동되는 경우 냉각수의 순환에 따라 엔진의 워밍업 시간이 지연되고, 이에 따라 냉각된 구동부위의 마찰저항이 증가되어 마모된다.

또한, 엔진의 냉각에 의해 연소 효율이 떨어져 연료 소모량이 증가되고, 배기가스의 온도 상승이 지연되어 촉매의 활성화 시간이 지연되므로 배기가스에 유해성 물질이 다량으로 배출되어 에미션을 불안정하게 한다.

또한, 연료펌프의 상시 동작에 따라 크랭크축에 부하로 작용하게 되어 엔진의 출력 효율을 저하시키고, 이에 따라 연비 저하를 초래시키는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선시키기 위하여 워터펌프에 전자식 클러치를 적용하고, 엔진 RPM과 냉각수의 온도 및 난방을 위한 히터 작동 여부에 따라 전자식 클러치를 제어하여 워터펌프가 선택적으로 동작되도록 하는 기술이 적용되고 있다.

즉, 엔진 RPM이 설정된 일정 RPM 이상이거나 냉각수의 온도가 충분한 웜업이 이루어진 조건, 실내 난방을 위해 히터가 작동되는 조건에만 워터펌프가 작동되도록 함으로써, 연비 향상 및 에미션 안정화가 제공될 수 있도록 한다.

가변형 워터펌프에 고장이 발생되어 상기한 조건에 관계없이 상시적으로 동작되는 경우 연비향상 및 에미션 안정화의 효과를 기대할 수 없으며, 클러치가 개방 고착되는 경우 냉각수의 순환을 제공하지 못하여 엔진에 치명적인 손상을 발생시키는 문제점이 있다.

그러나, 종래의 차량에서는 가변형 워터펌프의 고장을 진단하여 그에 따른 적절한 대응을 제공하는 기술이 제공되지 않고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 가변형 워터펌프의 작동을 단속하는 클러치를 모니터링하여 고장 여부를 진단하고, 그에 따른 대응을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 가변형 워터펌프 진단장치는, 엔진의 RPM을 검출하는 RPM검출부; 냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부; 히터의 작동 여부를 검출하는 히터스위치; 냉각수를 순환시키는 워터펌프; 워터펌프에 전달되는 동력을 단속하는 클러치; 엔진RPM과 냉각수온, 히터 작동 여부에 따라 상기 클러치를 제어하여 워터펌프의 동작을 조정하는 제어부를 포함하며,

상기 제어부는 클러치의 작동 상태를 모니터링하여 고장 여부를 판정하고, 고장이 판정되면 코드를 저장함과 동시에 경고램프를 점등시킨다.

또한, 클러치는 제어부의 제어신호에 따라 자화되어 자기력을 발생시키는 마그네틱 코일; 마그네틱 코일의 자기력에 반응하는 아마추어; 아마추어의 동작을 검출하여 제어부에 제공하는 감지기를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 가변형 워터펌프 진단방법은, 엔진 RPM과 냉각수온 및 히터 스위치의 접점이 워터펌프 작동 오프 조건인지 판단하는 과정; 워터펌프 작동 오프 조건이면 클러치를 온 제어하여 워터펌프에 공급되는 엔진 동력을 차단시켜 풀리를 공회전시키는 과정; 상기 클러치 온 제어에서 아마추어와 접촉되는 감지기의 신호가 설정된 일정시간 이상 신호가 검출되지 않으면 클러치의 고장으로 판정하여 고장코드를 저장하고, 경고등을 점등시키는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 가변형 워터펌프의 진단을 통해 고장 여부를 신속하게 파악하여 그에 대한 정보를 제공함으로써 신속한 수리 교환이 이루어질 수 있도록 하여 운행에 안정성이 제공되고, 엔진 냉각계의 내구성에 안정성을 제공하여 신뢰성을 제공하는 효과가 기대된다.

아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 워터펌프 진단장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

본 발명은 RPM검출부(10), 수온검출부(20), 히터스위치(30), 제어부(40), 클러치(50) 및 워터펌프(60)를 포함한다.

RPM검출부(10)는 크랭크샤프트 혹은 캠샤프트의 각도 변화로부터 엔진의 RPM을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(40)에 제공한다.

수온검출부(20)는 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서로, 라디에이터 → 실린더 → 실린더 헤드 → 라디에이터로 이루어지는 냉각수의 순환경로에서 실린더 헤드의 출구측에 설치되어 실린더 헤드에서 토출되는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(40)에 제공한다.

히터스위치(30)는 운전자에 의해 선택되는 공조장치 스위치의 하나로, 히터의 작동 여부를 선택하는 정보를 제어부(40)에 제공한다.

제어부(40)는 엔진의 시동 온에 따라 엔진회전수의 조건과 냉각수의 온도 조건, 히터의 작동 여부의 조건에 따라 클러치(50)를 통해 워터펌프(60)의 작동을 단 계적으로 제어한다.

즉, 엔진 회전수가 설정된 기준 회전수, 예를 들어 3,000RPM을 초과하여 엔진이 고속으로 운전되는 상태이면 워터펌프(60)를 상시 작동시키고, 엔진 회전수가 기준 회전수 미만이나 냉각수의 온도가 설정된 제1기준온도, 예를 들어 85℃ 이상이면 엔진의 충분한 워밍업으로 판정하여 워터펌프(60)를 상시 작동시키며, 엔진 회전수 및 냉각수의 온도에 관계없이 히터 스위치가 작동 온으로 검출되면 실내의 신속한 난방을 제공하기 위하여 워터펌프(60)를 상시 작동시켜 냉각수의 순환을 제공한다.

또한, 제어부(40)는 냉각수의 온도 범위에 따라 워터펌프(60)의 작동 시간을 가변 조정한다.

그리고, 제어부(204)는 클러치(50)의 작동 상태를 모니터링하여 고장 여부를 판정하고, 고장이 판정되면 고장코드를 저장함과 동시에 경고등을 작동시켜 운전자로 하여금 신속한 수리 교환이 이루어질 수 있도록 한다.

클러치(50)는 상기 제어부(40)에서 인가되는 제어신호에 따라 단속되어 워터펌프(60)의 작동을 조정한다.

상기 클러치(50)는 제어부(40)의 제어신호에 따라 자화되어 자기력을 형성시키는 마그네틱 코일(51)과 상기 마그네틱 코일(51)의 자기력에 반응하여 이동되는 아마추어(53) 및 상기 아마추어(53)의 동작에 검출하여 제어부(40)에 제공하는 감지기(52)를 포함한다.

워터펌프(60)는 상기 클러치(50)에 의해 엔진의 동력이 차단되면 공회전하여 냉각수 순환을 실행하지 않고, 엔진의 동력이 연결되면 도시되지 않은 임펠러의 작동을 통해 냉각수 순환을 실행한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에서 가변형 워터펌프 진단 동작은 다음과 같다.

가변형 워터펌프가 적용되는 엔진의 시동이 온 되면 제어부(40)는 차량에 장착되는 다양한 센서를 통해 엔진 RPM과 냉각수온, 히터 스위치의 작동여부를 검출하여(S101) 워터펌프(60) 작동 오프 조건을 만족하는지 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 워터펌프(60)의 작동 오프조건이 아니면 제어부(40)는 클러치(50)에 공급되는 전원을 차단하여 클러치(50)를 오프 상태로 제어함으로써(S110), 타이밍 벨트를 통해 전달되는 엔진의 동력이 워터펌프(60)의 임펠러를 작동시켜 냉각수의 순환이 정상적으로 이루어지도록 한다(S111).

그러나, 상기 S102의 판단에서 워터펌프(60)의 작동 오프 조건이면 제어부(40)는 클러치(50)에 제어신호를 인가하여 마그네틱 코일(51)에 전류가 흐르도록 함으로써 마그네틱 코일(51)에 자기력을 발생시킨다(S103).

상기 마그네틱 코일(51)에서 발생되는 자기력은 아마추어(53)를 당겨 결합시키게 되며, 이에 따라 타이밍 벨트를 통해 전달되는 엔진의 동력은 워터펌프(60)에 전달되지 않는다.

즉, 타이밍 벨트가 연결되는 워터펌프(60)의 풀리는 공회전하고, 이에 따라 임펠러는 동작되지 않아 냉각수의 순환이 이루어지지 않는다(S104).

이때, 자기력에 의해 마그네틱 코일(51)쪽으로 이동되는 아마추어(53)는 감 지기(52)와 접촉하게 되므로, 감지기(53)는 아마추어(53)의 접촉 여부에 대한 정보를 제어부(40)에 제공한다.

따라서, 제어부(40)는 클러치(50)에 제어신호를 출력하여 워터펌프(60)와 엔진 동력의 연결을 단속시킨 상태에서 감지기(53)의 신호가 정상적으로 검출되는지 판단한다(S105).

상기 S105의 판단에서 감지기(52)의 신호가 검출되면 가변형 워터펌프는 정상적으로 동작되는 것으로 판정한다(S106).

그러나, 상기 S105의 판단에서 감지기(52)의 신호가 검출되지 않으면 시간 결과를 카운터하여(S107), 설정된 일정시간이 경과되었는지 판단한다(S108).

상기 S108의 판단에서 감지기(52)의 신호가 설정된 일정시간이 경과되기까지 검출되지 않으면 가변형 워터펌프의 고장으로 판정하여 고장코드를 저장함과 동시에 경고등을 점등시켜 운전자로 하여금 신속한 수리교환이 이루어질 수 있도록 한다(S109).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변형 워터펌프 진단장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변형 워터펌프의 진단절차를 도시한 흐름도이다.

도 3은 종래의 차량에 적용되는 워터펌프를 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : RPM 검출부 20 : 수온검출부

30 : 히터스위치 40 : 제어부

50 : 클러치 51 : 마그네틱 코일

52 : 감지기 53 : 아마추어

Claims (4)

1. 엔진의 RPM을 검출하는 RPM검출부;

   냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부;

   히터의 작동 여부를 검출하는 히터스위치;

   냉각수를 순환시키는 워터펌프;

   워터펌프에 전달되는 동력을 단속하는 클러치;

   엔진RPM과 냉각수온, 히터 작동 여부에 따라 상기 클러치를 제어하여 워터펌프의 동작을 조정하는 제어부;

   를 포함하며,

   상기 제어부는 클러치의 작동 상태를 모니터링하여 고장 여부를 판정하고, 고장이 판정되면 고장코드를 저장함과 동시에 경고등을 점등시키고,

   상기 클러치는,

   제어부의 제어신호에 따라 자화되어 자기력을 발생시키는 마그네틱 코일;

   마그네틱 코일의 자기력에 반응하여 이동하는 아마추어;

   아마추어의 동작에 검출하여 제어부에 제공하는 감지기;

   포함하는 가변형 워터펌프 진단장치.
2. 삭제
3. 엔진 RPM과 냉각수온 및 히터 스위치의 접점이 워터펌프 작동 오프 조건인지 판단하는 과정;

   워터펌프 작동 오프 조건이면 클러치를 온 제어하여 워터펌프에 공급되는 엔진 동력을 차단시켜 풀리만 공회전시키는 과정;

   상기 클러치 온 제어에서 아마추어와 접촉되는 감지기의 신호가 설정된 일정시간 이상 신호가 검출되지 않으면 클러치의 고장으로 판정하여 고장코드를 저장하고, 경고등을 점등시키는 과정;

   을 포함하는 가변형 워터펌프 진단방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 워터펌프 작동 온 조건이면 클러치를 오프 제어하여 워터펌프를 정상 작동시키고, 클러치 온 제어에서 감지기의 신호가 정상 검출되면 클러치를 정상으로 판정하는 가변형 워터펌프 진단방법.

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