KR101583889B1 - 차량의 오일온도 조절장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수 온도가 EGR 가스 중 HC, 카본 성분이 응축되어 배기관에서 분기된 유로에 설치되는 EGR밸브(1)와 상기 EGR밸브(1)를 통과한 배기가스를 냉각수와 열교환하는 EGR쿨링경로(3)와 오일과 열교환하는 오일히팅경로(5) 및 그대로 통과시키는 바이패스경로(7)를 통해 엔진 흡기관으로 전달할 수 있도록 구성된 통합열교환기(9)에 흡착될 수 있는 경계조건이 되는 제1기준온도(T1) 미만인지를 판단하는 제1온도판단단계(S10)와; 상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 미만인 경우에는, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 개방하고, 상기 스윙밸브(15)는 상기 EGR쿨링경로(3)를 완전히 닫는 상태로 제어하는 제1모드실시단계(S20); 를 포함하되, 상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상인 경우에는, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이지만, 엔진이 충분히 웜업이 완료되었다고 판단할 수 있는 최저온도인 제2기준온도(T2) 미만이거나, 오일 온도가 오일의 점도 변화가 거의 일정 값에 수렴하여 윤활상태가 이미 충분히 최적의 상태에 도달하였다고 판단할 수 있는 온도인 제3기준온도(T3) 미만인지를 판단하는 제2온도판단단계(S30)와; 상기 제2온도판단단계(S30) 수행결과, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이면서 상기 제2기준온도(T2) 미만이거나, 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 미만인 경우에는, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 닫은 상태에서, 현재의 NOx증가율에 따라 상기 스윙밸브(15)의 개도를 서로 반대방향으로 제어하는 제2모드실시단계(S40);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 오일온도 조절장치 및 그 제어방법{OIL TEMPERATURE CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 오일온도 조절장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 배기가스의 열을 이용하여 오일의 온도를 조절하도록 하는 기술에 관한 것이다.
차량의 초기 시동시 엔진이나 변속기 오일은 온도가 낮은 상태에서 웜업(warm up) 과정을 거치게 되고, 이후 적절한 온도가 되어 엔진과 변속기가 운전하는데 이상적인 온도로 유지되는 것이 필요하다.
오일의 웜업 방식은 일반적으로 엔진 연소실 내 워터자켓을 통하여 냉각수가 1차적으로 웜업되고, 냉각수는 다시 오일과의 열교환을 통하여 2차적으로 오일을 웝업하는 방식이 널리 사용되고 있으나, 이 방식은 웜업이 느리다는 단점이 있어서 최근에는 높은 온도의 배기열을 이용하여 빠르게 웜업하는 방식도 많이 적용되고 있다.
배기열을 이용하는 열교환기의 경우, 단계별로 (웜업 전, 웜업 중, 웜업 후 등) 배기가스와 오일을 적절하게 제어해야 한다. 상대적으로 높은 온도의 배기열과 상대적으로 낮은 온도의 오일이 열교환을 하기 때문에 적절하지 못한 열교환 시, 파울링 (Fouling)과 오일 탄화(Carbonization) 등의 내구 문제와 HC, CO, NOx 등의 배기가스 배출물 발생에 영향을 미치기 때문이다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020040033790 A
본 발명은 배기가스의 열을 이용하여 오일의 신속하고 적절한 웜업이 이루어질 수 있도록 함으로써, 엔진 및 변속기의 마찰이 저감되고 오일펌프의 구동력이 감소되도록 하여 연비와 내구성이 향상될 수 있도록 하며, 최적의 윤활 조건에 이르는 시간을 단축하여 소음 및 진동을 저감시킬 수 있도록 하고 EGR 냉각 효율을 증대시킬 수 있도록 한 차량의 오일온도 조절장치 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 차량의 오일온도 조절장치 제어방법은 냉각수 온도가 EGR 가스 중 HC, 카본 성분이 응축되어 배기관에서 분기된 유로에 설치되는 EGR밸브(1)와 상기 EGR밸브(1)를 통과한 배기가스를 냉각수와 열교환하는 EGR쿨링경로(3)와 오일과 열교환하는 오일히팅경로(5) 및 그대로 통과시키는 바이패스경로(7)를 통해 엔진 흡기관으로 전달할 수 있도록 구성된 통합열교환기(9)에 흡착될 수 있는 경계조건이 되는 제1기준온도(T1) 미만인지를 판단하는 제1온도판단단계(S10)와; 상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 미만인 경우에는, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 개방하고, 상기 스윙밸브(15)는 상기 EGR쿨링경로(3)를 완전히 닫는 상태로 제어하는 제1모드실시단계(S20); 를 포함하되, 상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상인 경우에는, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이지만, 엔진이 충분히 웜업이 완료되었다고 판단할 수 있는 최저온도인 제2기준온도(T2) 미만이거나, 오일 온도가 오일의 점도 변화가 거의 일정 값에 수렴하여 윤활상태가 이미 충분히 최적의 상태에 도달하였다고 판단할 수 있는 온도인 제3기준온도(T3) 미만인지를 판단하는 제2온도판단단계(S30)와; 상기 제2온도판단단계(S30) 수행결과, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이면서 상기 제2기준온도(T2) 미만이거나, 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 미만인 경우에는, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 닫은 상태에서, 현재의 NOx증가율에 따라 상기 스윙밸브(15)를 제어하는 제2모드실시단계(S40);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 배기가스의 열을 이용하여 오일의 신속하고 적절한 웜업이 이루어질 수 있도록 함으로써, 엔진 및 변속기의 마찰이 저감되고 오일펌프의 구동력이 감소되도록 하여 연비와 내구성이 향상될 수 있도록 하며, 최적의 윤활 조건에 이르는 시간을 단축하여 소음 및 진동을 저감시킬 수 있도록 하고 EGR 냉각 효율을 증대시킬 수 있도록 한다. 또한, 오일 온도와 EGR가스를 최적의 온도로 조절할 수 있어서 파울링 및 오일 과열 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 오일온도 조절장치의 실시예를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 통합열교환기의 구조를 예시한 도면,
도 3은 도 2의 통합열교환기를 단면도 형식으로 설명한 개념도,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 EGR가스가 EGR쿨링경로를 통과하지 않고 완전히 바이패스하는 상태를 설명한 도면,
도 6은 오일 가열과 EGR가스 냉각이 부분적으로 동시에 이루어지는 상태를 도시한 도면,
도 7은 오일 가열만 이루어지는 상태를 도시한 도면,
도 8은 EGR가스 냉각만 이루어지는 상태를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 차량의 오일온도 조절장치 제어방법의 실시예를 도시한 순서도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 차량의 오일온도 조절장치의 실시예는, 배기관에서 분기된 유로에 설치되는 EGR밸브(1)와; 상기 EGR밸브(1)를 통과한 배기가스를 냉각수와 열교환하는 EGR쿨링경로(3)와 오일과 열교환하는 오일히팅경로(5) 및 그대로 통과시키는 바이패스경로(7)를 통해 엔진 흡기관으로 전달할 수 있도록 구성된 통합열교환기(9)와; 상기 배기관에 설치된 NOx센서(11)와; 상기 NOx센서(11)의 신호를 받아 상기 통합열교환기(9)를 제어하는 컨트롤러(13)를 포함하여 구성된다.
상기 통합열교환기(9)에는 상기 컨트롤러(13)의 제어에 의해 상기 EGR쿨링경로(3)를 향하는 배기가스 통로와, 상기 오일히팅경로(5) 및 상기 바이패스경로(7)를 향하는 배기가스 통로 중 회동됨에 의해 선택적으로 어느 하나를 완전히 닫을 수 있도록 구성된 스윙밸브(15)와, 상기 바이패스경로(7)를 개폐할 수 있도록 설치된 바이패스밸브(17)가 구비된다.
상기 통합열교환기(9)의 오일히팅경로(5) 주변에는 오일이 순환하면서 배기가스와 열교환이 이루어지도록 오일이 순환되며, 상기 순환되는 오일의 유로를 단속하도록 오일조절밸브(19)가 더 구비된다.
즉, 본 발명은 종래 배기가스를 냉각시켜서 엔진 흡기관으로 공급하는 EGR쿨러와 오일히터의 기능 및 배기가스 바이패스 기능을 일체의 상기 통합열교환기(9)에서 수행하도록 한 것으로서, 상기 NOx센서(11)의 신호 및 기타의 정보를 받아 상기 컨트롤러(13)가 상기 스윙밸브(15)와 바이패스밸브(17)를 적절히 제어하도록 함으로써, 배기가스의 열을 이용하여 오일의 신속하고 적절한 웜업이 이루어질 수 있도록 하고, EGR 냉각 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 것이다.
물론, 상기와 같이 오일의 신속하고 적절한 웜업이 이루어지면, 엔진 및 변속기의 마찰이 저감되고 오일펌프의 구동력이 감소되도록 하여 연비와 내구성이 향상될 수 있도록 하며, 최적의 윤활 조건에 이르는 시간을 단축하여 소음 및 진동을 저감시킬 수 있도록 하게 된다.
한편, 본 실시예에서, 상기 통합열교환기(9)는 상기 EGR밸브(1) 쪽으로 연결되고 상기 스윙밸브(15)가 설치된 유입플랜지부(21)와; 상기 유입플랜지부(21)에 연결되며, 상기 바이패스경로(7)를 중심으로 상기 EGR쿨링경로(3) 및 오일히팅경로(5)가 나란히 배치되어, 상기 스윙밸브(15)가 회동됨에 따라 상기 EGR쿨링경로(3)로 배기가스가 통과하도록 하는 상태와 상기 오일히팅경로(5) 및 바이패스경로(7)로 배기가스가 통과하도록 하는 상태가 전환되도록 형성된 교환기바디(23)와; 상기 교환기바디(23)와 엔진 흡기관을 연결하도록 설치된 유출플랜지부(25)로 이루어져 있다.
또한, 상기 교환기바디(23)의 상기 유출플랜지부(25) 쪽에는 상기 바이패스경로(7)를 개폐할 수 있도록 상기 바이패스밸브(17)가 설치되어 있다.
즉, 상기 스윙밸브(15)는 도 5의 상태와 같이 상기 EGR쿨링경로(3)를 향한 배기가스 경로를 밀폐하거나, 도 8의 상태와 같이 상기 오일히팅경로(5) 및 바이패스경로(7)를 한꺼번에 밀폐하도록 구성되어 있어서, 상기 바이패스밸브(17)의 개폐는 상기 스윙밸브(15)가 도 5의 상태와 같이 상기 오일히팅경로(5) 및 바이패스경로(7)를 개방하고 있는 상태에서만 의미가 있도록 구성된 것이다.
상기 통합열교환기(9)의 EGR쿨링경로(3) 주변에는 냉각수가 순환하도록 구성되고, 상기 오일히팅경로(5) 주변에는 오일과 상기 냉각수가 서로 별도의 경로로 순환하도록 구성된다.
따라서, 상기 EGR쿨링경로(3) 주변에서는 상기 냉각수와 배기가스가 열교환하여 엔진으로 공급될 EGR가스의 냉각이 이루어지게 되며, 상기 오일히팅경로(5) 주변에서는 상기 배기가스와 오일이 열교환하여, 오일의 웜업이 이루어지고, 오일의 웜업이 충분한 상황에서는 상기 냉각수에 의해 오일이 냉각되어 일정한 수준으로 오일의 온도가 유지될 수 있도록 한다.
본 발명에 따라 상기한 바와 같은 오일온도 조절장치를 제어하는 방법은, 상기 냉각수 온도가 EGR 가스 중 HC, 카본 성분이 응축되어 상기 통합열교환기(9)에 흡착될 수 있는 경계조건이 되는 제1기준온도(T1) 미만인지를 판단하는 제1온도판단단계(S10)와; 상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 미만인 경우에는, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 개방하고, 상기 스윙밸브(15)는 상기 EGR쿨링경로(3)를 완전히 닫는 상태로 제어하는 제1모드실시단계(S20)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 제1온도판단단계(S10)에서는 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 미만인 경우, 도5와 같이, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 개방한 상태에서 상기 스윙밸브(15)를 제어하여 상기 EGR쿨링경로(3)를 완전히 닫도록 함으로써, 배기관으로부터 상기 EGR밸브(1)를 통과한 배기가스를 상기 오일히팅경로(5)와 바이패스경로(7)로만 통과시키도록 하여, 냉시동 직후 등의 경우에 신속하게 배기가스에 의해 오일이 가열되어 신속한 오일 웜업이 이루어질 수 있도록 하고 EGR가스가 지나치게 낮은 온도로 엔진에 공급되지 않고 상기 바이패스경로(7)를 통하여 바로 엔진으로 공급되도록 하며, EGR 가스 중 HC, 카본 성분이 응축되어 상기 통합열교환기(9)의 EGR쿨링경로(3)에 흡착되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명 실시예는, 상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상인 경우에는, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이지만, 엔진이 충분히 웜업이 완료되었다고 판단할 수 있는 최저온도인 제2기준온도(T2) 미만이거나, 오일 온도가 오일의 점도 변화가 거의 일정 값에 수렴하여 윤활상태가 이미 충분히 최적의 상태에 도달하였다고 판단할 수 있는 온도인 제3기준온도(T3) 미만인지를 판단하는 제2온도판단단계(S30)와;
상기 제2온도판단단계(S30) 수행결과, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이면서 상기 제2기준온도(T2) 미만이거나, 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 미만인 경우에는, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 닫은 상태에서, 현재의 NOx증가율에 따라 상기 스윙밸브(15)를 제어하는 제2모드실시단계(S40)를 포함하여 구성된다.
상기 제2모드실시단계(S40)에서는, 상기 NOx센서(11)에서 측정된 신호를 바탕으로 한 현재의 NOx증가율이 NOx배출 기준을 초과하여 추가적으로 EGR가스의 냉각이 필요하다고 판단할 수 있는 NOx증가율 최저값인 NOx기준값(C1)을 초과하는 경우에는, 상기 스윙밸브(15)가 상기 EGR쿨링경로(3)로 배기가스 유입량이 증가되는 방향으로 제어하고, 상기 현재의 NOx증가율이 상기 NOx기준값(C1) 이하인 경우에는 상기 스윙밸브(15)가 상기 오일히팅경로(5) 및 바이패스경로(7)로 배기가스 유입량이 증가되는 방향으로 제어한다.
즉, 본 발명은 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1)와 상기 제2기준온도(T2) 사이이거나, 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 미만인 경우에는, 도 6과 같이, 상기 바이패스밸브(17)는 완전히 닫은 상태에서 배기관에서 촉매컨버터(27)를 통과한 배기가스 중의 NOx증가율이 상기 NOx기준값(C1)을 초과하여 NOx가 기준치 이상 방출될 것이 염려되는 상황이면, 상기 EGR가스의 냉각이 더 필요하므로 상기 스윙밸브(15)로 EGR쿨링경로(3)를 향하는 배기가스 유량을 증가시키도록 제어하고, 반대의 경우에는 반대로 EGR쿨링경로(3)를 향하는 배기가스 유량을 감소시키도록 하는 피이드백 제어를 수행하여, NOx 배출 기준을 충족시킬 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명 실시예는, 상기 제2온도판단단계(S30) 수행결과, 상기 냉각수 온도가 상기 제2기준온도(T2) 이상이거나, 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 이상인 경우라고 판단되면, 이와 같은 온도조건을 확인하는 제3온도판단단계(S50)와; 상기 제3온도판단단계(S50) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제2기준온도(T2) 이상이거나, 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 이상인 경우에는, 상기 스윙밸브(15)가 상기 오일히팅경로(5) 및 바이배스경로를 완전히 닫는 상태로 제어하는 제3모드실시단계(S60)를 포함하여 구성된다.
즉, 상기 냉각수 온도가 상기 제2기준온도(T2) 이상 또는 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 이상인 경우에는 엔진이 상당히 고온의 환경에서 운전되고 있는 상황이므로, 상기 스윙밸브(15)로 상기 오일히팅경로(5)를 완전히 닫아서, 엔진으로 공급되는 모든 EGR가스가 도 8과 같이 EGR쿨링경로(3)에서 충분히 냉각되어 엔진으로 공급되도록 함으로써, NOx배출을 최대한 억제할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; EGR밸브
3; EGR쿨링경로
5; 오일히팅경로
7; 바이패스경로
9; 통합열교환기
11; NOx센서
13; 컨트롤러
15; 스윙밸브
17; 바이패스밸브
19; 오일조절밸브
21; 유입플랜지부
23; 교환기바디
25; 유출플랜지부
T1; 제1기준온도
T2; 제2기준온도
T3; 제3기준온도
C1; NOx기준값
S10; 제1온도판단단계
S20; 제1모드실시단계
S30; 제2온도판단단계
S40; 제2모드실시단계
S50; 제3온도판단단계
S60; 제3모드실시단계

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 냉각수 온도가 EGR 가스 중 HC, 카본 성분이 응축되어 배기관에서 분기된 유로에 설치되는 EGR밸브(1)와 상기 EGR밸브(1)를 통과한 배기가스를 냉각수와 열교환하는 EGR쿨링경로(3)와 오일과 열교환하는 오일히팅경로(5) 및 그대로 통과시키는 바이패스경로(7)를 통해 엔진 흡기관으로 전달할 수 있도록 구성된 통합열교환기(9)에 흡착될 수 있는 경계조건이 되는 제1기준온도(T1) 미만인지를 판단하는 제1온도판단단계(S10)와;
    상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 미만인 경우에는, 바이패스밸브(17)를 완전히 개방하고, 스윙밸브(15)는 상기 EGR쿨링경로(3)를 완전히 닫는 상태로 제어하는 제1모드실시단계(S20); 를 포함하되,
    상기 제1온도판단단계(S10) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상인 경우에는, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이지만, 엔진이 충분히 웜업이 완료되었다고 판단할 수 있는 최저온도인 제2기준온도(T2) 미만이거나, 오일 온도가 오일의 점도 변화가 거의 일정 값에 수렴하여 윤활상태가 이미 충분히 최적의 상태에 도달하였다고 판단할 수 있는 온도인 제3기준온도(T3) 미만인지를 판단하는 제2온도판단단계(S30)와; 상기 제2온도판단단계(S30) 수행결과, 상기 냉각수 온도가 상기 제1기준온도(T1) 이상이면서 상기 제2기준온도(T2) 미만이거나, 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 미만인 경우에는, 상기 바이패스밸브(17)를 완전히 닫은 상태에서, 현재의 NOx증가율에 따라 상기 스윙밸브(15)를 제어하는 제2모드실시단계(S40);를 포함하고,
    상기 제2모드실시단계(S40)에서는,
    NOx센서(11)에서 측정된 신호를 바탕으로 한 현재의 NOx증가율이 NOx배출 기준을 초과하여 추가적으로 EGR가스의 냉각이 필요하다고 판단할 수 있는 NOx증가율 최저값인 NOx기준값(C1)을 초과하는 경우에는, 상기 스윙밸브(15)가 상기 EGR쿨링경로(3)로 배기가스 유입량이 증가되는 방향으로 제어하고, 상기 현재의 NOx증가율이 상기 NOx기준값(C1) 이하인 경우에는 상기 스윙밸브(15)가 상기 오일히팅경로(5) 및 바이패스경로(7)로 배기가스 유입량이 증가되는 방향으로 제어하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 오일온도 조절장치 제어방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2온도판단단계(S30) 수행결과, 상기 냉각수 온도가 상기 제2기준온도(T2) 이상이거나, 상기 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 이상인 경우라고 판단되면, 이와 같은 온도조건을 확인하는 제3온도판단단계(S50)와;
    상기 제3온도판단단계(S50) 수행결과, 냉각수 온도가 상기 제2기준온도(T2) 이상이거나, 오일 온도가 상기 제3기준온도(T3) 이상인 경우에는, 상기 스윙밸브(15)가 상기 오일히팅경로(5) 및 바이배스경로를 완전히 닫는 상태로 제어하는 제3모드실시단계(S60);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 오일온도 조절장치 제어방법.
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