KR102114411B1 - 차량 내 열교환기로 냉각제를 운송하는 냉각 시스템 제어 방법 - Google Patents

차량 내 열교환기로 냉각제를 운송하는 냉각 시스템 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량(1) 내 열교환기(18)로 냉각제를 운송하는 냉각 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 작동 조건 중에 냉각 시스템 내 서모스탯(6)이 부분 개방 상태에 있을 때, 이 방법은 - 열교환기(18) 내 매체의 소망하는 냉각 온도(T)를 추정하는 단계, - 라디에이터(7b)를 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00060
과 라디에이터 우회 라인(9)을 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00061
를 계산하는 단계, - 열교환기(18) 내 매체가 소망하는 온도(T)로 냉각될 때 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00062
과 냉각제 온도 t3의 조합을 계산하는 단계, - 선택된 유속
Figure 112018076551467-pct00063
과 온도 t3 조합의 냉각제가 열교환기(18)를 향하도록 유동 제어 기구(23)를 조절하는 단계를 포함한다.

Description

차량 내 열교환기로 냉각제를 운송하는 냉각 시스템 제어 방법
본 발명은 차량 내 열교환기로 냉각제를 운송하는 냉각 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.
차량 내에서 연소 엔진을 냉각하는 냉각 시스템이 많은 경우에 다양한 시스템의 다양한 매체들을 냉각하는 데에 사용된다. 냉각제 시스템의 냉각제가 응축기 내 AC 시스템의 작동 매체, 차지 에어 쿨러 내의 차지 에어, 배기가스 쿨러 내의 순환 배기가스 및 응축기 내 WHR 시스템의 작동 매체를 냉각하는 데에 사용될 수 있다.
WHR 시스템의 열 효율을 높이기 위해, 응축기 내에서 작동 매체는 냉각제에 의해 가능하면 낮은 응축 온도로 그리고 실질적으로 서브냉각 없이 냉각되어야 한다. 이에 따라, 작동 매체는 특정 값의 냉각 효과로 냉각되어야 한다. 그러나 WHR 시스템의 증발기 내에서의 작동 매체의 가열은 특히 WHR 시스템이 연소 엔진의 배기가스로부터 열에너지를 흡수할 때 작동 조건에 따라 달라진다. 응축기 내에서 작동 매체에 요구되는 냉각도 그에 대응되는 방식으로 달라진다. 응축기 내 작동 매체의 냉각을 급속하게 조절하도록 특히 WHR 시스템이 높은 열 효율을 수용할 때 응축기 내에서 실질적으로 연속적으로 응축 온도를 유지할 때 작동 매체를 급속하게 조절하도록 냉각 시스템을 제어하는 것은 어렵다.
US2013/0118423호는 순환하는 냉각제가 모터를 냉각시키는 냉각 회로를 도시하고 있다. 냉각 회로는 WHR 시스템의 응축기에서 냉각제가 작동 매체를 냉각시키는 냉각 라인과 작동 매체가 응축기를 지나치게 하는 우회 라인을 포함한다. 우회 라인을 통과하는 냉각제 유동은 특정 압력에서 개방되는 릴리프 밸브에 의해 조절된다.
본 발명의 목적은, 열교환기 내에서 매체를 거의 연속적으로 냉각하기 위해, 조절 가능한 유속과 온도에서 냉각제를 열교환기로 운송하도록 냉각 시스템을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징부에 규정되어 있는 방법에 의해 달성된다. 이 방법은 열교환기 내 매체의 소망하는 냉각 온도와 그 소망하는 온도로 매체를 냉각하기 위해 필요로 하는 냉각 효과를 추정하는 시작 단계를 포함한다. 서모스탯이 부분 개방되어 있을 때, 서모스탯은 제1 냉각제 유속은 라디에이터 라인을 향하게 하고, 제2 냉각제 유속은 라디에이터 우회 라인을 향하게 한다. 제1 냉각제 유속이 라디에이터를 떠날 때 제1 온도에 있고, 제1 냉각제 유속은 제2 온도에 있다. 서모스탯이 부분적으로 개방되어 있을 때, 매체를 소망하는 온도로 냉각하기 위해, 제1 온도에 있는 제1 냉각제 유속과 제2 온도에 있는 제2 냉각제 유속의 적당한 혼합물이 열교환기를 향하게 할 수 있다. 냉각제의 제1 온도 및 제2 온도는 온도 센서로 측정될 수 있다. 그러나 제1 냉각제 유속과 제2 냉각제 유속을 높은 정밀도로 측정하는 유량계를 설치하는 것은 복잡하고 비용이 많이 든다. 유량계를 설치하지 않도록 하기 위해, 라디에이터를 통과하는 제1 냉각제 유속이 계산됨에 따라, 라디에이터 내 냉각 효과가 추정된다. 이 경우, 라디에이터를 통과하는 제1 냉각제 유속을 높은 정밀도로, 간단한 방식으로 그리고 저렴한 비용으로 추정할 수 있다. 제2 냉각제 유속은 총 냉각제 유속과 제1 냉각제 유속 간의 차이로 계산될 수 있다. 냉각 시스템 내 총 냉각제 유속은 냉각 시스템 내에서 총 냉각제 유속을 제공하는 펌프의 성능 데이터에 관한 정보를 사용하여 추정할 수 있다.
제1 냉각제 유속, 제2 냉각제 유속 및 냉각제 유속들의 온도가 추정되면, 열교환기 내에서 매체를 소망하는 온도로 냉각하는 냉각제 유속과 온도의 조합을 계산할 수 있다. 최종 단계는 그 냉각제 유속과 온도의 조합으로 열교환기를 향하도록 유동 제어 기구를 조절하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 이 방법은 전술한 시작 단계에서 다시 시작한다. 적당한 유속과 온도 조합의 냉각제가 항상 열교환기로 전달되어 열교환기 내의 매체를 거의 연속적으로 소망하는 온도로 냉각시키도록, 이 방법은 상대적으로 빈번하게 수행될 수 있다. 열교환기 내의 매체를 냉각시키는 냉각 시스템은 차량에서 연소 엔진을 냉각하는 냉각 시스템과 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은 열교환기 내 매체가 소망하는 온도로 냉각될 때 복수의 냉각제 유속 및 냉각제 온도의 조합을 계산하는 단계 및 상기 조합들 중 하나를 선택하는 단계를 포함한다. 통상적으로, 열교환기 내 매체가 소망하는 온도로 냉각될 때 복수의 냉각제 유속과 온도 조합을 계산할 수 있다. 이 경우, 가장 바람직한 조합을 선택할 수 있다. 그러나 열교환기를 향하는 냉각제 유속은 지나치게 작지 않아야 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은 라디에이터를 통과하는 냉각 기류(cooling air flow) 및 가변 기류에서 라디에이터의 성능 데이터에 관한 정보를 사용하여 라디에이터 내 냉각 효과를 추정하는 단계를 포함한다. 라디에이터의 냉각 능력은 다양한 작동 조건에서 통상적으로 잘 기술되어 있다. 이러한 정보, 라디에이터를 통과하는 실제 기류와 공기 온도를 참고하여, 라디에이터 내에서의 냉각 효과를 추정할 수 있다. 차량 속도, 라디에이터를 통해 공기를 가압하는 라디에이터 팬 속도를 사용하여 라디에이터를 통과하는 실제 기류가 추정된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은 라디에이터 내 냉각제의 냉각 효과의 정보, 라디에이터 내에서 냉각제 온도의 강하 및 냉각제의 비열 용량을 사용하여 라디에이터 라인을 통과하는 냉각제 유속을 계산하는 단계를 포함한다. 식
Figure 112018076551467-pct00001
에 따라 냉각제 유속이 계산될 수 있다. 여기서, 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00002
만이 미지의 파라미터이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 작동 조건 중에서 서모스탯이 폐쇄된 상태에 있을 때에, 이 방법은 열교환기 내 매체의 소망하는 냉각 온도를 추정하는 단계, 매체가 소망하는 온도를 수용할 때 열교환기를 향하게 되는 냉각제 온도로 하기 위해 필요로 하는 냉각제 유속을 계산하는 단계, 계산된 유속이 열교환기를 향하도록 유동 제어 기구를 조절하는 단계를 포함한다. 이 경우, 서모스탯은 전체 냉각제 유속이 라디에이터 우회 라인을 향하게 한다. 전체 냉각제 유속 및 냉각제 온도를 알고 있다. 이 경우, 전체 냉각 유속 중에서 소망하는 온도로 매체를 냉각하기 위해 열교환기를 향해야 하는 비율을 계산하기가 상대적으로 복잡하지 않다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 작동 조건 중에서 서모스탯이 완전히 개방된 위치에 있을 때, 이 방법은, 열교환기 내 매체의 소망하는 냉각 온도를 추정하는 단계, 매체가 소망하는 온도를 수용할 때 열교환기를 향하게 되는 냉각제 온도로 하기 위해 필요로 하는 냉각제 유속을 계산하는 단계, 계산된 유속이 열교환기를 향하도록 유동 제어 기구를 조절하는 단계를 포함한다. 이 경우, 서모스탯은 전체 냉각제 유속이 라디에이터 라인을 향하게 한다. 전체 냉각제 유속 및 냉각제 온도는 알고 있다. 이 경우, 전체 냉각제 유속 중에서 매체를 소망하는 온도로 냉각하기 위해 열교환기를 향하게 해야 하는 비율을 계산하기가 상대적으로 복잡하지 않다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은 열교환기 내 매체의 실제 냉각 온도 정보를 수신하는 단계, 실제 냉각 온도를 소망하는 온도와 비교하는 단계, 및 열교환기 내 매체의 실제 냉각 온도와 소망하는 온도 사이에 나타날 수 있는 차이를 제거하기 위해 밸브를 조절하는 단계를 포함한다. 그러한 피드백을 사용함으로써, 열교환기 내 매체의 실제 냉각 온도와 소망하는 냉각 온도 사이에 일어날 수 있는 차이를 없애기 위해, 열교환기를 향하는 냉각제 유속을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은 열교환기 라인을 향하는 냉각제 유속을 밸브로 무단 방식으로 조절하는 단계를 포함한다. 이 경우, 열교환기를 향하는 냉각제 유속을 높은 정밀도로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은 가변 유속 및 온도에서 냉각제를 WHR 시스템의 작동 매체를 특정 응축 온도로 냉각시키는 응축기로 운송하는 단계를 포함한다. WHR-시스템에서 높은 열효율을 연속적으로 유지하기 위해서는, 다양한 작동 조건에서 응축기 내 작동 매체의 냉각 효과를 조절할 수 있어야 한다. 또는 냉각제는 AC 시스템의 응축기 내 작동 매체, 차지 에어 쿨러 내의 차지 에어 또는 배기가스 쿨러 내의 순환 배기가스를 탱각하는 데에 사용된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 이 방법은 열교환기 우회 라인 및/또는 열교환기 라인 내에 유동 저항을 조절하는 유동 제어 기구에 의해 열교환기를 향하는 냉각제 유속을 조절하는 단계를 포함한다. 이 경우, 유동 제어 기구는 열교환기 우회 라인 및/또는 열교환기 라인 내에 배치되어 있는 하나 또는 복수의 조절 가능한 스로틀 밸브를 포함할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면들을 참고하여 일 예시로 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 WHR 시스템의 응축기 내에서 작동 매체를 냉각하는 냉각 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시형태를 설명하는 흐름도이다.
도 1은 개략적으로 도시되어 있는 차량(1)을 구동하는 연소 엔진(2)을 도시하는 도면이다. 연소 엔진(2)은 디젤 엔진일 수 있다. 차량(1)은 중대형 차량일 수 있다. 차량(1)은 냉각 시스템 내에서 냉각제를 순환시키는 펌프(4)가 제공되어 있는 엔진 입구 라인(3)을 포함하는 냉각 시스템을 포함한다. 펌프(4)는 연소 엔진(2)을 통해 냉각제 유속(
Figure 112018076551467-pct00003
)을 제공한다. 냉각제가 연소 엔진(2)을 통해 순환할 때, 냉각제가 엔진 출구 라인(5)에 수용된다. 서모스탯(6)이 엔진 출구 라인(5) 끝부분에 배치되어 있다. 서모스탯(6)은 온도 t2에서 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00004
을 받아들인다. 냉각 시스템은 냉각제를 라디에이터(8)를 통해 흐르게 하는 라디에이터 라인(7)을 포함한다. 라디에이터 라인(7)은 라디에이터 입구 라인(7a)과 라디에이터 출구 라인(7b)을 포함한다. 냉각 시스템은 냉각제가 라디에이터(8)를 지나치게 하는 우회 라인(9)을 포함한다. 라디에이터 우회 라인(9)과 라디에이터 출구 라인(7b)은 연결 라인(10)을 통해 서로 연결되어 있다. 연결 라인(10)은 제1 연결 지점(9a)을 통해 라디에이터 우회 라인(9)에 연결되어 있고, 제2 연결 지점(7c)을 통해 라디에이터 출구 라인(7b)에 연결되어 있다.
냉각제 온도 t2가 서모스탯(6)의 규제 온도보다 낮으면 서모스탯(6)이 폐쇄된다. 폐쇄된 상태에서, 서모스탯(6)은 전체 냉각제 유속
Figure 112019117454871-pct00005
이 라디에이터 우회 라인(9)을 향하게 한다. 그러나 서모스탯 우회 라인(6a)을 통해 엔진 출구 라인(5)에서 냉각제 유속의 일부를 라디에이터 라인(7)으로 향하게 할 수 있다. 서모스탯 우회 라인(6a)을 통과하는 냉각제 유속은 밸브(6b)에 의해 조절된다. 냉각제 온도 t2가 규제 온도보다 약간 높은 온도 범위 내에 있으면 서모스탯(6)이 부분적으로 개방된다. 서모스탯(6)이 일부 개방된 위치에서, 서모스탯(6)은 냉각제 유속의 제1 부분
Figure 112019117454871-pct00006
은 라디에이터 라인(7)을 향하게 하고, 냉각제 유속의 제2 부분
Figure 112019117454871-pct00007
은 라디에이터 우회 라인(9)을 향하게 한다. 냉각제 온도가 서모스탯(6)이 부분적으로 개방되는 상기 온도 범위에서의 최고 높은 온도보다도 높은 경우, 서모스탯(6)이 완전히 개방된다. 서모스탯(6)이 완전 개방된 위치에서, 서모스탯(6)은 냉각제 유속
Figure 112019117454871-pct00008
이 라디에이터 라인(7)을 향하게 한다. 램 공기와 라디에이터 팬(11)은 라디에이터(8)를 통한 냉각 공기 유동을 제공한다. 라디에이터(8)에서 냉각제는 온도(t1)로 냉각된다.
차량에 WHR 시스템(Waste Heat Recovery System)이 제공되어 있다. WHR 시스템은 폐쇄된 회로(13)에서 작동 매체를 가압하여 순환시키는 펌프(12)를 포함한다. 이 경우, 작동 매체는 에탄올이다. 그러나 예컨대 R245fa 같은 다른 종류의 작동 매체를 사용할 수도 있다. 펌프(12)는 작동 매체를 가압하여 증발기(14)로 순환시킨다. 작동 매체는 증발기(14)에서 예를 들면 연소 엔진에서 오는 배기가스에 의해 가열된다. 증발기(14)에서 작동 매체는 작동 매체가 증발하는 온도로 가열된다. 증발기(14)로부터 팽창기(15)로 작동 매체가 순환한다.
가압되고 가열된 작동 매체는 팽창기(15) 내에서 팽창한다. 팽창기(15)는 회전 운동을 발생시키고, 이 회전 운동은 적당한 기계적 트랜스미션(16)을 통해 차량(1)의 파워트레인의 샤프트(17)로 전달될 수 있다. 또는 팽창기(15)는 기계에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기에 연결될 수 있다. 전기에너지는 배터리 내에 저장될 수 있다. 작동 매체가 팽창기(15)를 통과한 후, 응축기(18)를 향한다. 응축기(18)에서 작동 매체는 냉각 시스템에서 오는 냉각제에 의해 작동 매체가 응축되는 온도로 냉각된다. 작동 매체는 응축기(18)에서부터 리시버(19)를 향한다. 펌프(12)는 리시버(19) 하부로부터 작동 매체를 빨아들여서 액체 상태에 있는 작동 매체만이 펌프(12)로 공급되게 한다. 제1 제어 유닛(20)은 WHR 시스템을 제어한다. 제1 제어 유닛(20)은 펌프(12)와 팽창기(15)의 작동을 제어한다. WHR 시스템은 배기가스로부터 나오는 열에너지가 기계에너지나 전기에너지로 변환될 수 있게 한다.
배기가스 온도와 이에 따른 증발기(14) 내 작동 매체의 가열 효과는 작동 조건이 달라짐에 따라 변동한다. WHR 시스템 내에서 거의 연속적으로 높은 열 효율을 유지하기 위해, 응축기(18) 내 작동 매체는 냉각 효과를 조절하면서 냉각되어야 한다. 다른 작동 조건에서 응축 압력을 가능하면 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 그러나 실제적인 이유로 WHR 시스템 내에 음압이 생기지 않도록 하는 것이 적절하다. 이러한 사실들에 비추어 보면, 응축기(18) 내의 작동 매체에 1바(bar) 바로 위의 응축 압력으로 냉각을 제공하는 것이 적절하다. 그 결과로, 높은 열 효율을 유지하기 위해, 배기가스로부터 공급되는 열 에너지를 감안하여 응축 압력이 1바 바로 위의 압력이 되도록 응축기(18) 내 작동 매체의 냉각 효과를 조절할 필요가 있다. 작동 매체 에탄올의 응축 온도는 1바에서 78℃이다. 이 경우, 응축기(18) 내 응축 온도가 78℃ 바로 위 온도가 되게 하는 것이 적절하다.
냉각 시스템은 냉각제를 응축기(18)를 통과하게 하는 응축기 라인(22)을 포함한다. 응축기 라인(22)은 냉각제가 응축기(18)를 향하게 하는 응축기 유입 라인(22a)을 포함한다. 응축기 유입 라인(22a)은 라디에이터 배출 라인(7b) 및/또는 연결 라인(10)으로부터 제2 연결 지점(7c)을 거쳐 냉각제를 받아들인다. 응축기 라인(22)은 냉각제를 응축기(18)로부터 엔진 유입 라인(3)을 구비하는 제3 연결 지점(22c)으로 향하게 하는 응축기 배출 라인(22b)을 포함한다. 제3 연결 지점은 엔진 유입 라인(3) 내에 그리고 펌프(4) 상류에 배치되어 있는 밸브(23) 하류 지점에 배치되어 있다. 제1 연결 지점(9a)과 제3 연결 지점(22c) 사이에 배치되어 있는 엔진 유입 라인(3) 부분은 응축기 우회 라인(3a)을 규정한다. 밸브(23)는 응축기 우회 라인(3a) 내에서 냉각제에 대해 무단 방식으로 조절 가능한 유동 저항을 제공한다. 응축기 라인(22)은 냉각제에 대해 일정한 유동 저항을 제공한다. 스로틀 밸브일 수 있는 밸브(23)를 사용함으로써, 응축기 라인(22)에서의 일정한 유동 저항과 관련하여 응축기 우회 라인(3a)에서 유동 저항을 조절할 수 있다. 이에 따라 응축기 라인(22)을 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00009
과 관련하여 응축기 우회 라인(3a)을 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00010
을 조절할 수 있다.
제2 제어 유닛(24)은 밸브(6)와 밸브(23)를 제어한다. 제1 온도 센서(25)는 주변 온도를 검출한다. 제2 온도 센서(26)는 엔진 배출 라인(5) 내 냉각제의 온도(t2)를 검출한다. 제3 온도 센서(27)는 라디에이터 배출 라인(7b) 내 냉각제의 온도(t1)를 검출한다. 제2 제어 유닛(24)은 상기 온도 센서들(25-27)로부터 실제 온도에 관한 정보를 거의 연속적으로 수신한다. 제2 제어 유닛(24)은 제1 제어 유닛(20)으로부터 WHR 시스템의 작동 조건에 관한 정보도 수신한다. 또한, 제2 제어 유닛(24)은 차량 속도 와 라디에이터 팬(11) 속도 같은 차량의 작동 파라미터(28)에 관한 정보를 수신한다. 제2 제어 유닛(24)은 변동하는 공기 유동에서 라디에이터(8)의 성능 데이터에 관해 저장되어 있는 정보에 접근할 수 있다. 팽창 탱크(29)는 정적 라인(20)을 통해 밸브(23) 하류 그리고 펌프(4) 상류 지점에서 엔진 유입 라인(3)에 연결되어 있다. 온도 센서(21) 또는 압력 센서는 응축기(18) 내의 응축 온도 또는 응축 압력을 검출한다.
도 2는 가변 유속
Figure 112018076551467-pct00011
과 가변 온도 t3에서 냉각제를 응축기(18)로 향하게 하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 이 방법은 단계 31에서 시작한다. 단계 32에서, 제어 유닛(24)은 차량(1)의 관련 작동 파라미터에 관한 정보를 수신한다. 작동 파라미터는 차량(1) 속도 및 라디에이터 팬(10) 속도를 포함한다. 작동 파라미터는 엔진 부하와 배기가스 온도를 포함할 수 있다. 제어 유닛(24)은 WHR 시스템의 관련 작동 파라미터에 관한 정보도 수신한다. 제어 유닛(24)은 예를 들면 온도 센서(21)로부터 응축기(18) 내 실제 응축 온도 Ta에 관한 정보를 수신한다. 단계 33에서, 제어 유닛(24)은 응축기(18) 내에서 작동 매체의 소망하는 응축 온도를 추정한다. 작동 매체로 에탄올이 사용되는 경우, 대부분의 작동 조건에서 작동 매체의 바람직한 응축 온도는 80℃이다. 제어 유닛(24)은, 단계 34에서, 작동 매체가 소망하는 응축 온도 T를 수용할 때 응축기(18) 내에서 작동 매체에 대해 요구되는 냉각 효과 Qc를 추정한다.
단계 35에서, 제어 유닛(24)은 엔진 배출 라인(5) 내 냉각제 온도 t2에 관한 정보를 수신한다. 엔진 배출 라인(5) 내 냉각제 온도 t2가 서모스탯(6)의 규제 온도보다 낮은 작동 조건에서, 이 방법은 단계 36으로 계속된다. 제어 유닛(24)은 서모스탯(6)이 폐쇄된 상태에 있음을 인지하고, 온도 t2에서 전체 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00012
가 라디에이터 우회 라인(9)을 향하게 한다. 이 경우, 제어 유닛(24)은 응축기(18)를 향하는 냉각제의 온도 t2와 응축기 내에서 필요로 하는 냉각 효과 Qc에 관한 정보를 갖고 있다. 또한, 제어 유닛(24)은 냉각제와 작동 매체의 열용량 및 응축기(18)의 성능 데이터 같은 필수 파라미터에 접근한다. 이 사실에 비추어 보면, 단계 37에서, 소망하는 응축 온도 T에서 작동 매체가 응축하는 냉각 효과 Qc로 응축기(18) 내 작동 매체를 냉각시키기 위해, 제어 유닛(24)은 온도 t2에서 응축기(18)를 향하게 요구되는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00013
를 계산할 수 있다.
단계 38에서, 밸브(23)가 열교환기 우회 라인(3a)에서, 라디에이터 우회 라인(9) 내의 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00014
가 열교환기 라인(22)을 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00015
와 열교환기 우회 라인(3a)을 통과하는 나머지 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00016
로 분할되는 유동 저항을 제공하도록 제어 유닛(24)이 밸브(23)를 제어한다. 나머지 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00017
는
Figure 112018076551467-pct00018
-
Figure 112018076551467-pct00019
로 계산될 수 있다. 단계 39에서, 제어 유닛(24)은 온도 센서(21)로부터 실제 응축 온도 Ta에 관한 정보를 수신한다. 단계 39에서, 제어 유닛(24)은 실제 응축 온도 Ta와 소망하는 응축 온도 T를 비교한다. 실제 응축 온도 Ta와 소망하는 응축 온도 T 사이에 차이가 있으면, 그러한 차이를 제거하기 위해, 제어 유닛(24)은, 단계 39에서, 추가로 밸브(23)를 조절한다. 그런 다음, 이 방법은 단계 31에서 다시 시작한다.
단계 35에서, 엔진 배출 라인(5) 내에서 냉각제 온도 T2가 서모스탯(6)이 부분적으로 개방되는 온도 범위에 있는 경우, 이 방법은 단계 41에서 계속된다. 이 경우, 서모스탯(6)은 제1 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00020
는 라디에이터 라인(7)을 향하게 하고, 제2 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00021
는 라디에이터 우회 라인(9)을 향하게 한다. 라디에이터(8) 내에서 제1 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00022
는 온도 t1로 냉각된다. 단계 42에서, 제어 유닛(24)은 기류와 공기 온도가 변할 때 라디에이터(8)의 성능 데이터를 사용하여 라디에이터(8) 내에서의 냉각 효과 Qr을 추정한다. 라디에이터(8)를 통과하는 기류는 차량(1) 속도와 라디에이터 팬(10) 속도의 정보를 사용하여 추정된다. 제어 유닛(24)은 온도 센서(25)로부터 주변 공기의 온도에 관한 정보를 수신한다. 단계 43에서, 제어 유닛(42)은 식
Figure 112018076551467-pct00023
에 따라 라디에이터(8)를 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00024
를 계산한다. 라디에이터 내에서의 냉각 효과 Qr은 위 식에서 추정된다. 여기서, cp는 냉각제의 열용량이고, t2는 온도 센서(27)에서 수신되며, t1은 온도 센서(27)로부터 수신된다. 이에 따라, 위 식에서 라디에이터(8)를 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00025
만이 미지의 매개변수이므로, 라디에이터(8)를 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00026
가 계산될 수 있다. 라디에이터 우회 라인(9)을 통과하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00027
는
Figure 112018076551467-pct00028
로 계산될 수 있다. 여기서,
Figure 112018076551467-pct00029
는 펌프(4)에 의해 획정되는 냉각 시스템 내 총 냉각제 유속이다.
제어 유닛(24)은 이제 라디에이터 라인(7) 내 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00030
및 냉각제 온도 t1에 관한 정보와, 라디에이터 우회 라인(9) 내 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00031
및 냉각제 온도 t2에 관한 정보를 갖고 있다. 이 경우, 라디에이터 라인(7)에서 오는 온도 t1의 전체 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00032
는 열교환기 라인(22)과 응축기(18)를 향한다. 그러나, 밸브(23)를 사용하여 열교환기 라인(22) 내에 온도 t2의 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00033
의 가변 양을 도입할 수 있다. 단계 44에서, 제어 유닛(24)은 응축기 내에서 작동 매체가 소망하는 응축 온도 T에서 응축되는 데에 요구되는 냉각 효과 Qc를 제공하는 가능한 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00034
와 온도 t3 조합을 계산한다. 일부 작동 조건 중에, 그러한 조합의 수는 상대적으로 클 수 있다. 응축기(18)를 향하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00035
가 지나치게 적은 조합은 배제될 수 있다. 단계 45에서, 제어 유닛(24)은 응축기(18)를 향하게 되는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00036
와 냉각제 온도 t3의 조합 중 가장 우호적인 조합을 선택한다. 단계 46에서, 선택된 유속
Figure 112018076551467-pct00037
과 온도 t3의 조합으로 된 냉각제를 열교환기 라인(22)과 응축기(18)를 향하게 하기 위해, 제어 유닛(24)은 밸브(23)와 열교환기 우회 라인(3a) 내의 유동 저항을 조절한다.
제어 유닛(24)은 온도 센서(21)로부터 응축기(18) 내에서의 실제 응축 온도에 관한 정보를 수신한다. 단계 39에서, 제어 유닛(24)은 실제 응축 온도 Ta와 소망하는 응축 온도 T를 비교한다. 실제 응축 온도 Ta와 소망하는 응축 온도 T 사이에 차이가 있으면, 제어 유닛(24)은 발생 가능한 차이를 제거하기 위해 단계 40에서 밸브(23)를 추가로 조절한다. 그런 다음, 이 방법은 단계 31에서 재시작한다.
단계 35에서, 엔진 배출 라인(5) 내 냉각제 온도 t2가 서모스탯(6)이 일부 개방되어 있는 상기 온도 범위 중에서 가장 높은 온도보다 높은 경우, 이 방법은 단계 47에서 계속된다. 서모스탯(6)이 완전히 개방되어 엔진 배출 라인(5)으로부터 전체 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00038
가 라디에이터 라인(7)과 라디에이터(8)를 향하게 한다. 단계 48에서, 제어 유닛(24)은, 작동 매체가 소망하는 응축 온도 T에서 응축하는 추정 냉각 효과 Qc로 응축기(18) 내에서 냉각되도록 하기 위해, 온도 t1에서 응축기(18)를 향하게 해야 하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00039
를 계산한다. 이 경우, 제어 유닛(24)은 온도 센서(27)로부터 냉각제 온도 t1에 관한 정보를 수신한다. 또한, 제어 유닛(24)은 냉각제와 작동 매체의 열용량 cp 같은 필요 파라미터와 응축기(18)의 성능 데이터에 접근한다. 이러한 사실을 고려하면, 제어 유닛(24)이 온도 t1에서 응축기(18)를 향하게 하는 데에 필요한 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00040
를 계산할 수 있다.
단계 49에서, 제어 유닛(24)은 라디에이터 라인(7) 내 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00041
이 열교환기 라인(22)을 통하는 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00042
과 열교환기 우회 라인(3a)을 통하는 나머지 냉각제 유속
Figure 112018076551467-pct00043
로 분할되는 지점에서 열교환기 우회 라인(3a) 내에 유동 저항을 제공하도록 밸브(23)를 제어한다. 단계 39에서, 제어 유닛(24)은 온도 센서(21)로부터 실제 응축 온도 Ta에 관한 정보를 수신한다. 단계 39에서, 제어 유닛(24)은 실제 응축 온도 Ta와 소망 응축 온도 T를 비교한다. 실제 응축 온도 Ta와 소망 응축 온도 T 사이에 차이가 존재하는 경우, 제어 유닛(24)은 단계 39에서 상정 가능한 차이를 제거하기 위해 밸브를 추가로 조절한다. 그런 다음, 이 방법은 단계 31에서 재시작한다.
본 발명이 기재되어 있는 실시형태들로 한정되지 않으며, 특허청구범위의 범위 내에서 자유로이 변경될 수 있다. 예를 들면, 라디에이터 우회 라인(3a) 내에 배치되어 있는 하나의 조절 가능한 밸브(23) 외에 다른 유형의 유동 제어 기구를 사용할 수 있다. 또한, 응축기(18) 내 작동 매체가 아닌 열교환기 내의 다른 매체를 냉각시킬 수 있다. 예를 들면, 차지드 에어 쿨러 내의 차지된 에어, 배기가스 쿨러 내의 순환 배기가스, 응축기 내 AC 시스템의 작동 매체를 냉각시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 차량(1) 내 열교환기(18)에 냉각제를 운송하는 냉각 시스템을 제어하는 방법으로, 상기 냉각 시스템은,
    - 냉각제를 냉각제가 제1 온도 t1로 냉각되는 라디에이터(8)로 향하게 하는 라디에이터 라인(7),
    - 냉각제가 라디에이터(8)를 지나치게 하는 라디에이터 우회 라인(9),
    - 라디에이터 라인(7)과 라디에이터 우회 라인(9)으로부터 냉각제를 받아들여 그 냉각제를 열교환기(18)를 향하게 하는 열교환기 라인(22),
    - 라디에이터 라인(7)과 라디에이터 우회 라인(9)으로부터 냉각제를 받아들이고, 그 냉각제가 열교환기(18)를 지나치게 하는 열교환기 우회 라인(3a),
    - 제2 온도(t2)에서 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00066
    를 받아들이는 서모스탯(6)으로, 서모스탯(6)이 폐쇄된 위치에서는 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00067
    이 라디에이터 우회 라인 (7)을 향하게 하고, 서모스탯(6)이 부분 개방된 위치에서는 제1 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00068
    은 라디에이터 라인(7)을 향 하게 하고, 제2 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00069
    은 라디에이터 우회 라인(9)을 향하게 하며, 완전 개방된 위치에서는 냉각제 전체 유속
    Figure 112019117454871-pct00070
    을 라디에이터 라인(7)을 향하게 하는 서모스탯(6), 및
    - 라디에이터 라인(7) 및 라디에이터 우회 라인(9)으로부터 냉각제를 열교환기 라인(22) 및/또는 열교환기 우회 라인(3a)을 향하게 하는 유동 제어 기구(23)를 포함하되, 작동 조건에서 서모스탯(6)이 부분 개방된 위치에 있을 때, 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
    - 열교환기(18) 내 매체의 소망하는 냉각 온도(T)를 추정하는 단계,
    - 라디에이터(8)를 통과하는 냉각 기류 및 기류가 변할 때의 라디에이터(8) 성능 데이터에 관한 정보를 사용하여 라디에이터(8) 내 냉각제의 냉각 효과(Qr)를 추정하는 단계,
    - 라디에이터(8) 내 냉각제의 냉각 효과(Qr), 라디에이터(8) 내 냉각제의 온도 강하 t1-t2 및 냉각제의 비열 용량(cp) 정보를 사용하여 라디에이터 라인(7)을 통과하는 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00071
    을 계산하는 단계,
    - 라디에이터 우회 라인(9)을 통과하는 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00072
    을 계산하는 단계,
    - 열교환기(18) 내 매체가 소망하는 온도(T)로 냉각될 때의 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00073
    과 냉각제 온도 t3의 조합을 계산하는 단계,
    - 선택된 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00074
    및 온도 t3의 조합이 열교환기 라인(22)과 열교환기(18)를 향하도록 유동 제어 기구(23)를 조절하는 단계.
  2. 제1항에 있어서,
    - 열교환기(18) 내 매체가 소망하는 온도(T)로 냉각될 때 복수의 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00075
    및 냉각제 온도 t3의 조합을 계산하는 단계 및
    - 상기 조합들 중 하나를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    작동 조건 중에서 서모스탯(6)이 폐쇄된 상태에 있을 때에, 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
    - 열교환기(18) 내 매체의 소망하는 냉각 온도(T)를 추정하는 단계,
    - 매체가 소망하는 온도(T)를 수용할 때 열교환기(18)를 향하게 되는 제2 온 도 t2로 하기 위해 필요로 하는 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00076
    을 계산하는 단계,
    - 계산된 유속
    Figure 112019117454871-pct00077
    이 열교환기(18)를 향하도록 유동 제어 기구(23)를 조절하는 단계.
  4. 제1항에 있어서,
    작동 조건 중에서 서모스탯(6)이 완전히 개방된 위치에 있을 때, 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
    - 열교환기(18) 내 매체의 소망하는 냉각 온도(T)를 추정 하는 단계,
    - 매체가 소망하는 온도(T)를 수용할 때 열교환기(18)를 향하게 되는 제1 온 도 t1로 하기 위해 필요로 하는 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00078
    을 계산하는 단계,
    - 계산된 유속
    Figure 112019117454871-pct00079
    이 열교환기(18)를 향하도록 유동 제어 기구(23)를 조절하는 단계.
  5. 제1항에 있어서,
    다음 단계들을 포함 하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
    - 열교환기 내 매체의 실제 냉각 온도(Ta) 정보를 수신하는 단계,
    - 실제 냉각 온도(Ta)를 소망하는 온도(T)와 비교하는 단계, 및
    - 열교환기 내 매체의 실제 냉각 온도(Ta)와 소망하는 온도(T) 사이에 나타 날 수 있는 차이를 제거하기 위해 유동 제어 기구(23)를 조절하는 단계.
  6. 제1항에 있어서,
    다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
    - 열교환기 라인(22)을 향하는 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00080
    을 무단 방식으로 조절하는 단계.
  7. 제1항에 있어서,
    다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
    - 유동 제어 기구(23)에 의해 열교환기 우회 라인(3a) 내의 유동 저항을 조절함으로써 열교환기 라인(22)을 향하는 냉각제 유속
    Figure 112019117454871-pct00081
    을 조절하는 단계.
  8. 제1항에 있어서,
    다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템 제어 방법.
    - 가변 유속
    Figure 112019117454871-pct00082
    및 가변 온도 t3에서 냉각제를 WHR 시스템의 작동 매체를 특정 응축 온도로 냉각시키는 응축기(18)로 운송하는 단계.
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