KR102131790B1 - 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법은, 현재의 엔진 운전 영역에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 단계, 현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 목표 엔진 온도의 조정 여부를 결정하는 단계, 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 단계, 예상 오일 온도를 기설정된 허용 오일 온도와 비교하는 단계 및 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위 내에 존재하는 경우, 목표 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.

Description

운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치{Method and apparatus for controlling engine temperature by operating region}

본 발명은 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 엔진 회전수와 공기량(흡기량)에 따라 엔진 온도(냉각수 온도)를 달리 제어하는 가변 제어 방식의 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

엔진은 연소과정에서 대략 2000 ~ 2500℃의 고온을 발생시키며, 이중 상당량의 에너지는 엔진을 구성하는 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤 밸브 등으로 전도되어 부품의 강도를 저하시키므로 고장이나 수명 단축, 노킹이나 조기 점화 등의 연소 불량을 발생시킬 수 있다.

또한, 엔진이 과도하게 냉각된 경우에는 열량 손실이 크기 때문에 엔진의 효율이 떨어지고, 그에 따라 연료 소비량을 증가시키게 된다. 따라서 차량에는 엔진의 냉각수 온도를 대략적으로 80 ~ 90℃로 유지시키기 위한 서모스탯(Thermostat)이 설치된다.

서모스탯(Thermostat)은 엔진과 라디에이터 사이에 설치되어 냉각수 온도변화에 따라 밸브의 변위를 발생시켜 라디에이터로 흐르는 냉각수 유량을 조절하여 냉각수가 적정온도로 유지될 수 있도록 함으로써, 엔진의 냉각수 온도를 대략적으로 80 ~ 90℃로 유지시켜 준다.

즉 서모스탯(Thermostat)은 냉각수 온도가 설정온도 이상인 경우 냉각수가 라디에이터를 순환하도록 밸브의 변위를 발생시키고, 설정온도 이하에서는 폐쇄하여 라디에이터를 순환하지 않고 바이패스 유로를 통해 순환될 수 있도록 기능한다.

종래 기계식 서모스탯은, 설정된 온도의 조건에서 내장된 왁스의 팽창에 따라 단순히 밸브를 개폐하는 방식이다. 때문에 고성능화 및 고효율화가 요구되는 추세에서 차량의 주행환경이나 기타 여건 등의 변화에 적극적이고 능동적으로 대응하는데 한계가 있다.

이처럼 냉각수 온도에 의한 왁스의 팽창으로 작동되는 기계식 서모스탯의 단점을 보완하기 위해 전자식 서모스탯이 개발되었고 이미 실차에 적용되는 추세에 있다. 전자식 서모스탯은 인위적으로 왁스의 팽창을 제어할 수 있는 가변제어방식이다.

전자식 서모스탯은 차량의 주행상태나 부하상태에 따라 히터의 발열량 조절을 통해 왁스의 팽창을 제어하며, 이를 통해 밸브의 개폐율을 조정한다. 이에 따라 라디에이터를 순환하는 냉각수의 유량이 조절되고 냉각수 온도가 가변적으로 제어됨으로써 연비 개선과 에미션 안정화를 도모할 수 있다.

한편, 차량의 냉각성능은 차량의 전부하(Full Load) 조건을 적용하여 설정되고 있으나, 실제 차량의 주행조건은 전부하 상태의 70% 이내 범위에서 이루어진다. 따라서 엔진이 필요 이상으로 과냉각되는 현상이 발생하고, 이로 인해 연비의 손실, 에미션 악화가 유발된다.

그러므로 부분부하(Partial load)의 운전조건에서는 냉각수 온도를 올려주고, 전부하의 운전조건에서는 냉각수 온도를 낮추어 냉각수 온도를 항상 최적의 상태로 유지할 수 있는 제어기술이 요구된다.

그러나 종래의 전자식 서모스탯을 이용한 엔진 온도 제어 기술은, 차량의 주행상태를 적용하여 단순히 엔진 온도(냉각수 온도)를 가변하는 방식으로, 엔진 온도 변화에 따른 노킹 발생이나 오일 온도 변화 등 엔진 구동 특성에 영향을 미치는 여러 조건에 대하여 능동적으로 대응하지 못하는 단점이 있다.

한국등록특허 제10-1241213호(등록일 2013.03.04)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 엔진의 운전 영역(회전수 및 공기량)에 따라 엔진 온도(냉각수 온도)를 가변 제어하는 방식으로, 엔진 효율과 성능을 향상시킬 수 있는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 엔진 온도 변화에 따른 노킹 발생이나 오일 온도 변화 등 엔진 구동 특성에 영향을 미치는 조건에 대하여 능동적으로 대응할 수 있는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

a) 현재의 엔진 운전 영역에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 단계;

b) 현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 목표 엔진 온도의 조정 여부를 결정하는 단계;

c) 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 단계;

d) 예상 오일 온도를 기설정된 허용 오일 온도와 비교하는 단계; 및

e) 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위 내에 존재하는 경우, 목표 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법을 제공한다.

여기서 상기 a) 단계에서는, 엔진 회전수와 공기량별 목표 엔진 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 회전수와 공기량에 대해 목표 엔진 온도를 계산할 수 있다.

또한, 상기 b) 단계에서 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되지 않으면, 목표 엔진 온도 조정을 생략하고, 이후 c) 단계에서는 상기 a) 단계에서 계산된 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산할 수 있다.

또한, 상기 b) 단계에서 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되면, 소정의 학습 단계를 거쳐 목표 엔진 온도를 조정하고, 이후 c) 단계에서는 학습을 통해 조정된 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산할 수 있다.

여기서, 목표 엔진 온도 조정을 위한 상기 학습 단계는 바람직하게,

b-1) 노킹 감지 시점에 점화각을 지각시키는 단계;

b-2) 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 발생하지 않는 최저 엔진 온도를 추출하고 추출된 최저 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계;

b-3) 지각시켰던 점화각을 정상 점화각까지 단계적으로 진각시키면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하는 단계; 및

b-4) 노킹 발생 없이 정상 점화각에 도달하면, 엔진 온도를 단계적으로 상승시키면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하는 단계;를 포함하며,

상기 b-3) 단계 또는 b-4) 단계에서 중간에 노킹이 발생하면, 노킹 발생 이전의 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습할 수 있다.

바람직하게는, 상기 b-3) 단계에서 정상 점화각에 도달하기 전 노킹이 발생하면, 상기 최저 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하고, 노킹 발생 이전의 점화각을 점화각 제어를 위한 제어값으로 학습할 수 있다.

또한 본 발명의 일 측면에 따른 엔진 온도 제어 방법에 따르면,

d') 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어난 경우, 예상 오일 온도를 상기 허용 오일 온도 범위의 최대값과 비교하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, e') 상기 최대값과의 비교 결과에 따라 결정되는 다른 제어 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

여기서, 예상 오일 온도가 상기 최대값을 초과하면, 상기 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 상기 최대값에 대응되는 허용 최대 엔진 온도를 역으로 계산하고, 계산된 허용 최대 엔진 온도로 엔진 온도를 제어할 수 있다.

이와는 달리, 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어나고 상기 최대값보다 작으면, 상기 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 허용 오일 온도 범위의 최소값에 대응되는 허용 최소 엔진 온도를 역으로 계산하고, 계산된 허용 최소 엔진 온도로 엔진 온도를 제어할 수 있다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

엔진과 라디에이터 사이에 설치되는 전자식 서모스탯; 및

현재의 엔진 운전 영역 정보를 수신하고, 수신된 정보를 분석하여 목표 엔진 온도를 계산하고, 현재의 엔진 온도가 계산된 목표 엔진 온도에 도달할 수 있도록 상기 서모스탯의 개폐를 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 현재의 엔진 운전 영역에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 목표 엔진 온도 계산부와, 현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 목표 엔진 온도의 조정 여부를 결정하는 목표 엔진 온도 학습 조정부와, 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 오일 온도 계산부와, 예상 오일 온도를 기설정된 허용 오일 온도와 비교하는 오일 온도 비교부 및 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위 내에 존재하는 경우, 목표 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

여기서 상기 목표 엔진 온도 계산부는, 엔진 회전수와 공기량별 목표 엔진 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 회전수와 공기량에 대해 목표 엔진 온도를 계산할 수 있다.

그리고 상기 목표 엔진 온도 학습 조정부는, 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되지 않으면, 목표 엔진 온도 조정을 생략하고, 목표 엔진 온도 계산부에 의해 계산된 목표 엔진 온도를 목표값으로 인식하고 상기 오일 온도 계산부에 전송할 수 있다.

또한, 상기 목표 엔진 온도 학습 조정부는, 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되면, 소정의 학습을 거쳐 목표 엔진 온도를 조정하고, 조정된 목표 엔진 온도를 목표값으로 인식하고 상기 오일 온도 계산부에 전송할 수 있다.

상기 목표 엔진 온도 학습 조정부는 바람직하게, 노킹 감지 시 노킹 감지 시점에 점화각을 지각시키기 위한 점화제어 명령을 점화부에 출력하고, 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 발생하지 않는 최저 엔진 온도를 추출하고 추출된 최저 엔진 온도로 엔진 온도가 제어될 수 있도록 상기 제어부에 온도제어 명령을 출력하며, 지각시켰던 점화각을 정상 점화각까지 단계적으로 진각시키기 위한 점화제어 명령을 다시 상기 점화부에 출력하면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하고, 노킹 발생 없이 정상 점화각에 도달하면, 엔진 온도를 단계적으로 상승시키기 위한 온도제어 명령을 상기 제어부에 출력하면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하며, 점화각을 단계적으로 진각시키는 과정 또는 엔진 온도를 최저 엔진 온도에서 단계적으로 상승시키는 과정 중 노킹이 발생하면, 노킹 발생 이전의 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하도록 설정될 수 있다.

이때, 상기 정상 점화각에 도달하기 전 노킹이 발생하면, 상기 최저 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하고, 노킹 발생 이전의 점화각을 점화각 제어를 위한 제어값으로 학습할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 엔진 온도 제어 장치에 적용된 상기 오일 온도 비교부는, 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어난 경우, 예상 오일 온도를 상기 허용 오일 온도 범위의 최대값과 비교할 수 있다.

이 경우, 예상 오일 온도가 상기 최대값을 초과하면, 상기 오일 온도 계산부는 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 상기 최대값에 대응되는 허용 최대 엔진 온도를 역으로 계산하고 제어부에 출력하며, 상기 제어부는 계산된 허용 최대 엔진 온도로 엔진 온도를 제어할 수 있다.

이와는 달리, 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어나고 상기 최대값보다 작으면, 상기 오일 온도 계산부는 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 허용 오일 온도 범위의 최소값에 대응되는 허용 최소 엔진 온도를 역으로 계산하고 제어부에 출력하며, 상기 제어부는 계산된 허용 최소 엔진 온도로 엔진 온도를 제어할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치에 의하면, 엔진의 운전 영역(회전수 및 공기량)에 따라 엔진 온도(냉각수 온도)를 가변 제어하는 방식으로, 엔진 온도를 운전 영역에 알맞은 온도로 제어하기 때문에 엔진의 효율과 성능 향상을 기대할 수 있다.

또한 본 발명은, 엔진 온도 가변 제어를 위한 목표 엔진 온도를 설정함에 있어 엔진 온도 변화에 따른 노킹 발생이나 오일 온도 변화가 엔진 구동 특성에 영향을 미치는 조건을 고려하여 목표 엔진 온도(냉각수 온도)를 조정함으로써, 엔진 구동 특성에 악영향을 미치는 조건에 대해 능동적으로 대응할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치를 개략 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법을 설명하기 위한 개략 순서도.
도 3은 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도.
도 4는 목표 엔진 온도 조절을 위한 학습에 사용되는 제어 흐름도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치를 개략 도시한 개략도로서, 이를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 온도 제어 장치의 구성 및 기능부터 먼저 살펴보기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치는, 전자식 서모스탯(10)과 이를 제어하는 제어기(20)를 포함한다. 전자식 서모스탯(10)은 엔진과 라디에이터 사이에 설치되며, 제어기(20)는 차량의 주행상태나 부하상태에 따라 서모스탯(10)의 히터 발열량을 제어하여 왁스의 팽창 정도를 조절함으로써 밸브의 개폐 및 개방량을 제어한다.

제어기(20)는 바람직하게, 현재의 엔진 운전 영역 정보를 수신하고, 수신된 정보를 분석하여 목표 엔진 온도를 계산한다. 그리고 현재의 엔진 온도가 계산된 목표 엔진 온도에 도달하도록 하는데 필요한 밸브 제어값을 결정하고, 결정된 밸브 제어값으로 상기 서모스탯(10)의 개폐 및 개방량을 제어하며, 이를 통해 결국 엔진 온도(냉각수 온도)가 제어된다.

제어기(20)는 바람직하게 도 1과 같이, 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 운전 영역(엔진 회전수, 공기량)에 대해 최상의 엔진 효율이 발휘될 수 있는 목표 엔진 온도를 계산하는 목표 엔진 온도 계산부(22)를 포함한다. 또한 현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 목표 엔진 온도의 조정 여부를 결정하는 목표 엔진 온도 학습 조정부(24)를 포함한다.

목표 엔진 온도 계산부(22)는, 엔진 회전수와 공기량별 목표 엔진 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 회전수와 공기량에 대해 목표 엔진 온도를 계산하고, 상기 목표 엔진 온도 학습 조정부(24)는 현재의 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 상기 계산된 목표 엔진 온도를 목표값으로 사용하거나, 소정의 학습을 거쳐 목표 엔진 온도를 조정한다.

참고로, 목표 엔진 온도를 계산함에 있어 상기 목표 엔진 계산부가 이용하는 상기 맵 데이터는, 엔진 회전수와 공기량 2가지 인자에 대하여 안정적인 연소와 최적의 엔진 효율을 끌어낼 수 있는 엔진 온도를 반복 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 도출하고, 상기 회전수와 공기량의 2가지 인자에 대해 행렬 형태로 데이터화한 것일 수 있다.

목표 엔진 온도 학습 조정부(24)는 구체적으로, 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되지 않으면, 목표 엔진 온도 계산부(22)에 의해 계산된 목표 엔진 온도를 그대로 목표값으로 인식하고 후술하는 오일 온도 계산부(25)에 전송하며, 노킹이 감지되면 소정의 학습을 거쳐 목표 엔진 온도를 조정하고, 조정된 목표 엔진 온도를 목표값으로 인식하고 오일 온도 계산부(25)에 전송한다.

목표 엔진 온도 학습 조정부(24)는 바람직하게, 노킹 감지 시 노킹 감지 시점에 점화각을 지각시키기 위한 점화제어 명령을 미도시된 점화부에 출력한다. 그리고 현재의 엔진 운전 영역에 대해 노킹이 발생하지 않는 최저 엔진 온도를 다른 맵 데이터를 이용해 추출하고, 추출된 최저 엔진 온도로 엔진 온도가 제어될 수 있도록 후술하는 제어부(28)에 온도제어 명령을 출력한다.

목표 엔진 온도 학습 조정부(24)는 또한, 지각시켰던 점화각을 정상 점화각까지 단계적으로 진각시키기 위한 점화제어 명령을 다시 상기 점화부에 출력하면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하고, 노킹 발생 없이 정상 점화각에 도달하면, 엔진 온도를 단계적으로 상승시키기 위한 온도제어 명령을 제어부(28)에 출력하면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인한다.

그리고, 점화각을 단계적으로 진각시키는 과정 또는 엔진 온도를 최저 엔진 온도에서 단계적으로 상승시키는 과정 중 노킹이 발생하면, 노킹 발생 이전의 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 최종 학습한다. 특히 정상 점화각에 도달하기 전 노킹이 발생하면, 상기 최저 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하고, 노킹 발생 이전의 점화각을 점화각 제어를 위한 제어값으로 학습한다.

제어기(20)는 또한, 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산 또는 결정하는 오일 온도 계산부(25)와, 예상 오일 온도를 기설정된 허용 오일 온도와 비교하는 오일 온도 비교부(26) 및 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위 내에 존재하는 경우, 목표 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 제어부(28)를 포함한다.

오일 온도 비교부(26)는 또한, 예상 오일 온도가 기설정된 상기 허용 오일 온도 범위를 벗어난 경우, 예상 오일 온도를 상기 허용 오일 온도 범위의 최대값과 비교하고, 그 결과 예상 오일 온도가 상기 최대값을 초과하면, 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 상기 최대값에 대응되는 허용 최대 엔진 온도를 역으로 계산하고 상기 제어부(28)에 출력한다.

이와는 달리, 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어나고 상기 최대값보다도 작은 경우 오일 온도 계산부(25)는, 오일 온도를 저장한 상기 맵 데이터를 이용하여 허용 오일 온도 범위의 최소값에 대응되는 허용 최소 엔진 온도를 역으로 계산하고 제어부(28)에 출력하며, 제어부(28)는 서모스탯(10)을 제어하여 계산된 허용 최소 엔진 온도로 엔진 온도를 제어한다.

이하, 전술한 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치에 의해 수행되는 엔진 온도 제어 과정을 도 2 및 도 3의 순서도를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법을 설명하기 위한 개략 순서도이며, 도 3은 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법은 우선, 현재의 엔진 운전 영역에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 단계(S100)를 포함한다. S100 단계에서는 앞서도 언급했듯이, 엔진 회전수와 공기량별 목표 엔진 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 회전수와 공기량에 대해 목표 엔진 온도를 계산할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법은 또한, 현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 목표 엔진 온도의 조정 여부를 결정하는 단계(S200)를 포함한다. S200 단계에서는 바람직하게, 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되지 않으면 목표 엔진 온도 조정을 생략하며, 노킹이 감지되면 소정의 학습 단계(S250)를 거쳐 목표 엔진 온도를 조정한다.

목표 엔진 온도 조절을 위한 학습에 관해서는 이후 도 4를 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

목표 온도가 결정되면, 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 단계(S300)가 연이어 수행된다. 여기서 목표 엔진 온도는, 현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라, 상기 S100 단계에서 계산된 목표 엔진 온도이거나, S250 단계를 통한 학습을 거쳐 조정된 목표 엔진 온도일 수 있다.

즉 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되지 않으면, 목표 엔진 온도 조정을 생략하기 때문에, 이후 S300 단계에서는 상기 S100 단계에서 계산된 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하고, 노킹이 감지되면, 소정의 학습 단계를 거쳐 목표 엔진 온도를 조정하는 과정을 거치기 때문에, S300 단계에서는 학습을 통해 조정된 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 것이다.

목표 엔진 온도를 결정함에 있어 예상 오일 온도를 고려하는 이유는, 엔진 온도의 직접적인 영향을 받는 오일 온도는 그 온도에 따라 윤활 성능이 현저히 저하되거나, 점도 증가로 피스톤의 승강 운동에 저항체로 작용하여 엔진 효율을 떨어뜨리는 요인이 되며, 때문에 목표 엔진 온도가 오일 온도를 적정 수준으로 유지시킬 수 있는 온도인지 판단하기 위해 고려하는 것이다.

좀 더 구체적으로, 엔진 온도를 너무 높게 제어하여 오일 온도가 너무 높아지면, 엔진 구성 요소 사이에 윤활막을 정상적으로 생성하지 못해 엔진 마모가 쉽게 발생하고, 반대로 엔진 온도를 지나치게 낮게 제어하여 오일 온도가 너무 낮아지면, 오일의 점도 증가로 오히려 마찰 손실이 커져 결국 엔진의 효율이 떨어지기 때문에, 오일 온도가 주요 제어 인자로 고려되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법은 또한, S300 단계에서 계산된 상기 예상 오일 온도를 기설정된 허용 오일 온도와 비교하는 단계(S400)를 포함한다. 그리고 예상 오일 온도가 상기 기설정된 허용 오일 온도 범위 내에 존재하는 경우, 목표 엔진 온도(조정 또는 비조정된 목표 엔진 온도)로 엔진 온도를 제어하는 단계(S500)를 포함한다.

예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어난 경우에 대비하여 본 발명은, 예상 오일 온도를 상기 허용 오일 온도 범위의 최대값과 비교하는 단계(S420)를 더 포함한다. 그리고 상기 최대값(허용 오일 온도 범위의 최대값)과의 비교 결과에 따라 결정되는 다른 제어 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계(520)를 더 포함한다.

구체적으로, S420 단계를 통한 비교 결과, 예상 오일 온도가 상기 최대값을 초과하면, 전술한 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 상기 최대값에 대응되는 허용 최대 엔진 온도를 역으로 계산(또는 추출)하고(S522), 맵 데이터 통해 계산된 허용 최대 엔진 온도로 엔진 온도를 제어(S524)하도록 구성될 수 있다.

이와는 달리, 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어나고 상기 최대값보다도 작으면, 상기 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 상기 허용 오일 온도 범위의 최소값에 대응되는 허용 최소 엔진 온도를 역으로 계산(또는 추출)하고(S526), 계산된 허용 최소 엔진 온도로 엔진 온도를 제어(S528)하도록 구성될 수 있다.

도 4는 앞서 언급한 목표 엔진 온도 조절을 위한 학습에 사용되는 제어 흐름도로서, 목표 엔진 온도 조절을 위한 학습은 전술한 바와 같이, 현재의 운전 영역에 노킹이 감지된 경우를 전제로 한다.

도 4를 참조하면, 학습 단계(S250)는 구체적으로, 노킹이 감지 되면 그 시점에 점화각을 지각시키는 단계(S252)를 포함한다. 또한 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 운전 영역(현재의 엔진 회전수 및 공기량)에 대해 노킹이 발생하지 않는 최저 엔진 온도를 추출하고 추출된 최저 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계(S254)를 포함한다.

노킹이 지속적으로 발생할 경우 엔진에 심각한 손상이 초래될 수 있다. 때문에 노킹이 감지되면 우선적으로 S252 단계에서 점화각 지각을 통해 노킹을 억제하는 것이며, S254 단계에서 사용되는 맵 데이터는 반복 실험 또는 시뮬레이션을 통해 엔진 회전수와 공기량별 노킹이 발생하지 않는 최저 엔진 온도 추출하고 그 결과물을 테이블 형태로 저장한 것일 수 있다.

S254 단계 이후에는, 지각시켰던 점화각을 정상 점화각까지 단계적으로 진각시키면서 중간에 노킹 발생 여부를 지속적으로 확인하는 단계(S256)가 수행된다. 이 과정에서 정상 점화각에 도달하기 전 노킹이 발생하면, 상기 최저 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하고, 노킹 발생 이전의 점화각을 점화각 제어를 위한 제어값으로 학습한다(S257).

즉 정상 점화각까지 단계적으로 점화각을 진각하는 과정에서, 정상 점화각에 도달하기 전 노킹이 발생된 경우에는, 노킹 발생 이전의 점화각과 현재의 엔진 온도(S254 단계에서 추출 또는 계산된 현재 운전 영역에서의 노킹 발생을 억제할 수 있는 최저 엔진 온도)가 최적의 조합이므로, 최저 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하고, 노킹 발생 이전의 점화각을 학습하는 것이다.

만약, 점화각을 단계적으로 진각시키는 제어를 통해 노킹 발생 없이 정상 점화각에 도달하면, 현재의 엔진 온도(최저 엔진 온도)를 단계적으로 상승시키면서 중간에 노킹 발생 여부를 지속적으로 확인하는 단계(S258)를 수행하게 되고, 이 과정에서 중간에 노킹이 발생하면, 노킹 발생 이전의 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습한다(S259).

즉 엔진 온도를 단계적으로 상승시키는 과정에서 노킹이 발생한 경우, 노킹 발생 이전의 현재의 엔진 온도가 최적의 온도이므로, 이를 목표 엔진 온도로 학습하는 것이다. 예를 들어, 엔진 온도를 1℃씩 상승시킬 경우 90℃에서 노킹이 발생하면, 그 이전 온도인 89℃를 노킹 발생을 억제하면서 현재의 엔진 영역에서 엔진 효율이 최적으로 발휘될 수 있는 엔진 온도로 학습하는 것이다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따른 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법 및 장치에 의하면, 엔진의 운전 영역(회전수 및 공기량)에 따라 엔진 온도(냉각수 온도)를 가변 제어하는 방식으로, 엔진 온도를 운전 영역에 알맞은 온도로 제어하기 때문에 엔진의 효율과 성능 향상을 기대할 수 있다.

또한 본 발명은, 엔진 온도 가변 제어를 위한 목표 엔진 온도를 설정함에 있어 엔진 온도 변화에 따른 노킹 발생이나 오일 온도 변화가 엔진 구동 특성에 영향을 미치는 조건을 고려하여 목표 엔진 온도(냉각수 온도)를 조정함으로써, 엔진 구동 특성에 악영향을 미치는 조건에 대해 능동적으로 대응할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 전자식 서모스탯
20 : 제어기
22 : 목표 엔진 온도 계산부
24 : 목표 엔진 온도 학습 조정부
25 : 오일 온도 계산부
26 : 오일 온도 비교부
28 : 제어부

Claims (20)

1. a) 현재의 엔진 운전 영역에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 단계;
   b) 현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 목표 엔진 온도의 조정 여부를 결정하는 단계;
   c) 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 단계;
   d) 예상 오일 온도를 기설정된 허용 오일 온도와 비교하는 단계; 및
   e) 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위 내에 존재하는 경우, 목표 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 a) 단계에서는,
   엔진 회전수와 공기량별 목표 엔진 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 회전수와 공기량에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 b) 단계에서 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되지 않으면, 목표 엔진 온도 조정을 생략하고,
   이후 c) 단계에서는 상기 a) 단계에서 계산된 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 b) 단계에서 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되면, 소정의 학습 단계를 거쳐 목표 엔진 온도를 조정하고,
   이후 c) 단계에서는 학습을 통해 조정된 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   목표 엔진 온도 조정을 위한 학습 단계는,
   b-1) 노킹 감지 시점에 점화각을 지각시키는 단계;
   b-2) 현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 발생하지 않는 최저 엔진 온도를 추출하고 추출된 최저 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계;
   b-3) 지각시켰던 점화각을 정상 점화각까지 단계적으로 진각시키면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하는 단계; 및
   b-4) 노킹 발생 없이 정상 점화각에 도달하면, 엔진 온도를 단계적으로 상승시키면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하는 단계;를 포함하며,
   상기 b-3) 단계 또는 b-4) 단계에서 중간에 노킹이 발생하면, 노킹 발생 이전의 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 b-3) 단계에서 정상 점화각에 도달하기 전 노킹이 발생하면, 상기 최저 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하고, 노킹 발생 이전의 점화각을 점화각 제어를 위한 제어값으로 학습하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   d') 예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어난 경우, 예상 오일 온도를 상기 허용 오일 온도 범위의 최대값과 비교하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   e') 상기 최대값과의 비교 결과에 따라 결정되는 다른 제어 온도로 엔진 온도를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   예상 오일 온도가 상기 최대값을 초과하면, 상기 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 상기 최대값에 대응되는 허용 최대 엔진 온도를 역으로 계산하고, 계산된 허용 최대 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
   
10. 제 8 항에 있어서,
    예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어나고 상기 최대값보다 작으면, 상기 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 허용 오일 온도 범위의 최소값에 대응되는 허용 최소 엔진 온도를 역으로 계산하고, 계산된 허용 최소 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 방법.
    
11. 엔진과 라디에이터 사이에 설치되는 전자식 서모스탯; 및
    현재의 엔진 운전 영역 정보를 수신하고, 수신된 정보를 분석하여 목표 엔진 온도를 계산하고, 현재의 엔진 온도가 계산된 목표 엔진 온도에 도달할 수 있도록 상기 서모스탯의 개폐를 제어하는 제어기;를 포함하며,
    상기 제어기는,
    현재의 엔진 운전 영역에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 목표 엔진 온도 계산부와,
    현재 엔진 운전 영역에서의 노킹 발생 여부에 따라 목표 엔진 온도의 조정 여부를 결정하는 목표 엔진 온도 학습 조정부와,
    엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 목표 엔진 온도에 대해 예상 오일 온도를 계산하는 오일 온도 계산부와,
    예상 오일 온도를 기설정된 허용 오일 온도와 비교하는 오일 온도 비교부 및
    예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위 내에 존재하는 경우, 목표 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
12. 삭제
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 목표 엔진 온도 계산부는,
    엔진 회전수와 공기량별 목표 엔진 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 현재의 엔진 회전수와 공기량에 대해 목표 엔진 온도를 계산하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 목표 엔진 온도 학습 조정부는,
    현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되지 않으면, 목표 엔진 온도 조정을 생략하고, 목표 엔진 온도 계산부에 의해 계산된 목표 엔진 온도를 목표값으로 인식하고 상기 오일 온도 계산부에 전송하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
15. 제 11 항에 있어서,
    상기 목표 엔진 온도 학습 조정부는,
    현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 감지되면, 소정의 학습을 거쳐 목표 엔진 온도를 조정하고, 조정된 목표 엔진 온도를 목표값으로 인식하고 상기 오일 온도 계산부에 전송하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 목표 엔진 온도 학습 조정부는,
    노킹 감지 시 노킹 감지 시점에 점화각을 지각시키기 위한 점화제어 명령을 점화부에 출력하고,
    현재의 엔진 운전 영역에서 노킹이 발생하지 않는 최저 엔진 온도를 추출하고 추출된 최저 엔진 온도로 엔진 온도가 제어될 수 있도록 상기 제어부에 온도제어 명령을 출력하며,
    지각시켰던 점화각을 정상 점화각까지 단계적으로 진각시키기 위한 점화제어 명령을 다시 상기 점화부에 출력하면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하고,
    노킹 발생 없이 정상 점화각에 도달하면, 엔진 온도를 단계적으로 상승시키기 위한 온도제어 명령을 상기 제어부에 출력하면서 중간에 노킹 발생 여부를 확인하며,
    점화각을 단계적으로 진각시키는 과정 또는 엔진 온도를 최저 엔진 온도에서 단계적으로 상승시키는 과정 중 노킹이 발생하면, 노킹 발생 이전의 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 정상 점화각에 도달하기 전 노킹이 발생하면, 상기 최저 엔진 온도를 목표 엔진 온도로 학습하고, 노킹 발생 이전의 점화각을 점화각 제어를 위한 제어값으로 학습하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
18. 제 11 항에 있어서,
    상기 오일 온도 비교부는,
    예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어난 경우, 예상 오일 온도를 상기 허용 오일 온도 범위의 최대값과 비교하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
19. 제 18 항에 있어서,
    예상 오일 온도가 상기 최대값을 초과하면, 상기 오일 온도 계산부는 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 상기 최대값에 대응되는 허용 최대 엔진 온도를 역으로 계산하고 제어부에 출력하며,
    상기 제어부는 계산된 허용 최대 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.
    
20. 제 18 항에 있어서,
    예상 오일 온도가 기설정된 허용 오일 온도 범위를 벗어나고 상기 최대값보다 작으면, 상기 오일 온도 계산부는 엔진 온도별 예상 오일 온도를 저장한 맵 데이터를 이용하여 허용 오일 온도 범위의 최소값에 대응되는 허용 최소 엔진 온도를 역으로 계산하고 제어부에 출력하며,
    상기 제어부는 계산된 허용 최소 엔진 온도로 엔진 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 운전 영역에 따른 엔진 온도 제어 장치.

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