KR102440511B1 - 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법 및 디젤엔진 시스템 - Google Patents

최적오일온도방식 다일루션 제어 방법 및 디젤엔진 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 디젤엔진 시스템(1)의 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법은 엔진오일의 다일루션 발생시 목포오일온도에 대한 피드백 제어(feedback control)의 목포오일온 최적화로 다일루션 해소가 이루어지는 선제적 다일루션 제어를 수행하고, 선제적 다일루션 제어시 컨트롤러(20)에 의한 다일루션 밸브(10-3)의 개폐제어로 엔진(2)의 냉각수 회로(3)에 설치된 오일 쿨러(7)와 EGR 밸브(10-2)로 가는 엔진 냉각수 유량 조절이 이루어짐으로써 엔진오일의 다일루션 현상에 대한 선제적 예방이 가능하고, 특히 엔진 데이터에 기반한 최적 오일온도제어로 차량 사용 환경에서의 다일루션 정도에 따른 오일점도 변화가 반영된 다일루션 해소를 구현하는 특징이 있다.

Description

최적오일온도방식 다일루션 제어 방법 및 디젤엔진 시스템{Method for Dilution Control with Optimum Oil Temperature and Diesel Engine System}
본 발명은 오일의 다일루션(Dilution)의 제어에 관한 것으로, 특히 다일루션의 발생 조건을 선제적으로 해소해주는 최적오일온도방식 다일루션 제어가 구현되는 디젤엔진시스템에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 차량은 촉매를 사용하여 배기가스의 입자상 물질(Particulate Matters)을 포집 및 제거하고, 이를 통해 유로 6 등과 같은 각국의 배기규제를 충족한다.
상기 촉매 중 입자상 물질을 포집하는 CPF(Catalyzed Particulate Filter), NMHC(Non-Methane HydroCarbons)의 변환이 이루어지는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)와 달리 Soot(그을음)의 포집 후 태우는 DPF(Diesel Particulate Filter)와 요소수(Urea)의 환원작용으로 NOx를 제거하는 SCR(Selective Catalytic Reduction)은 연료 후 분사 촉매로 구분된다.
특히 상기 연료 후 분사 촉매는 디젤엔진시스템에 연료 후 분사 매핑 적용을 통한 오일 다일루션 제어가 이루어진다. 이러한 이유는 후 분사 연료가 엔진 오일에 다일루션을 발생시킬 수 있음에 기인된다.
이 경우 상기 다일루션은 촉매 재생 시 사용되는 연료 후 분사에 의해 연료가 엔진의 오일(예, 엔진 오일)에 혼입되어 오일 희석률을 의미하고, 이는 오일 점도를 낮춰 베어링/크랭크/콘로드/터보차저 등과 같은 엔진 시스템을 구성하는 엔진부품에 대한 파손 위험성을 높이고, 오일유면의 상승을 가져와 블로오버 가스 발생 가능성을 높이며, 특히 디젤링(Dieseling, 엔진 오일을 원인으로 하여 엔진 과열로 키 오프 후 단시간 동안 엔진 회전이 계속되는 현상) 발생 및 엔진 고장(예, Fail)의 위험성을 가져온다.
그러므로 상기 연료 후 분사 매핑은 엔진 데이터와 매칭된 오일온도제어로 촉매에 대한 후분사 제어가 이루어짐으로써 디젤엔진시스템이 다일루션 현상에서 빠르게 빠져 나올 수 있다.
국내공개특허 10-2015-0072716(2015.06.30)
하지만 상기 연료 후분사 매핑 방식은 오일온도제어가 다일루션 발생시 이루어짐으로써 다일루션의 진행시 디젤엔진시스템이 다일루션 상황에 그대로 방치될 수밖에 없고, 더구나 매핑 방식의 적용은 다일루션 해결을 위한 시스템의 매핑제약조건으로 다일루션의 진행에 대한 근본적인 개선을 어렵게 하고 있다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 목표오일온도에 대한 피드백 제어를 적용함으로써 선제적 방식으로 오일의 다일루션 현상을 해소하고, 특히 엔진 데이터에 따른 최적 오일온도제어가 적용됨으로써 차량 사용 환경에서의 다일루션 정도에 따른 오일점도 변화가 반영된 다일루션 해소를 구현하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법 및 디젤엔진시스템의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법은 엔진오일의 다일루션 발생조건 형성시 컨트롤러에 의한 목표오일온도의 피드백 제어로 다일루션 해소를 수행하는 선제적 다일루션 제어가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 다일루션 발생조건 형성은 상기 엔진오일의 오일레벨을 적용하여 판단된다.
바람직한 실시예로서, 상기 선제적 다일루션 제어는, (A) 엔진의 동작에 따른 디젤엔진 시스템의 검출된 시스템 데이터로부터 상기 엔진오일의 다일루션 오일레벨 도달이 판별되는 단계, (B) 상기 다일루션 오일레벨 도달시 오일온도 검출로 상기 목표오일온도에 대한 상기 피드백 제어가 수행되는 단계, (C) 상기 피드백 제어를 상기 다일루션 해소가 판단되도록 다일루션 오일레벨 해제시까지 지속시켜주는 단계로 수행된다.
바람직한 실시예로서, 상기 다일루션 오일레벨 도달은 오일용량레벨에 다일루션 기준값을 더하여 판단된다.
바람직한 실시예로 상기 피드백 제어는, (b-1) 검출된 검출오일온도가 상기 목표오일온도에 도달되지 않았는지 확인되는 단계, (b-2) 상기 검출오일온도의 도달전 검출된 검출오일레벨로 상기 다일루션 오일레벨 해제가 이루어졌는지 확인되는 단계, (b-3) 상기 다일루션 오일레벨 해제전 상기 목표오일온도에 대한 목표오일온도 변경 후 상기 엔진오일에서 재 검출된 검출오일온도가 상기 목표오일온도 변경에 도달되는지 확인되는 단계, (b-4) 상기 목표오일온도 변경이 상기 다일루션 오일레벨 해제시까지 반복되는 단계로 수행된다.
바람직한 실시예로 상기 피드백 제어에서, 상기 검출오일온도는 상기 목표오일온도 초과를 미 도달 조건으로 판단한다. 상기 검출오일레벨은 오일용량레벨에 다일루션 기준값을 뺀 값 미만일 때 해제 조건으로 판단한다. 상기 목표오일온도 변경은 상기 목표오일온도에 오일온도증가량을 더하여 상향조정된다. 상기 검출오일온도의 도달시 상기 피드백 제어 중지 후 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환된다.
바람직한 실시예로 상기 피드백 제어에서, 상기 검출오일온도의 상기 목표오일온도 도달시 상기 피드백 제어가 중지되고, 상기 검출오일온도에 기반하여 상기 시스템 데이터의 검출에 따른 상기 선제적 다일루션 제어를 반복하는 엔진상태반영제어가 수행되거나 또는 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환된다. 상기 엔진상태반영제어는 상기 검출오일온도로 구분된 엔진냉각수에 의한 오일히팅이 이루어지는 엔진냉간제어, 상기 엔진냉각수에 의한 오일냉각이 방지되는 엔진온간제어로 구분된다. 상기 엔진냉간제어는 상기 검출오일온도가 엔진냉각수온도보다 높은 조건에서 오일쿨러에 대한 엔진냉각수 유량증가를 위해 다일루션 밸브의 오일쿨러측 개방 대비 EGR밸브측 개방축소가 이루어진다. 상기 엔진온간제어는 상기 검출오일온도가 엔진냉각수온도보다 높으면서 설정 오일온도 미만인 조건에서 오일쿨러에 대한 엔진냉각수 유량 차단을 위해 다일루션 밸브의 오일쿨러측 개방폐쇄가 이루어진다.
바람직한 실시예로 상기 피드백 제어에서, 상기 다일루션 오일레벨 해제시 상기 피드백 제어 중지 후 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환되고, 상기 엔진노말제어는 오일클러와 EGR 밸브로 엔진냉각수 유량이 공급되도록 다일루션 밸브를 완전개방시켜준다.
바람직한 실시예로서, 상기 엔진오일의 다일루션 발생조건 미형성시 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환되고, 상기 엔진노말제어는 오일클러와 EGR 밸브로 엔진냉각수 유량이 공급되도록 다일루션 밸브를 완전개방시켜준다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤엔진 시스템은 엔진을 순환하는 엔진 냉각수가 흐르는 냉각수 회로, 상기 냉각수 회로에 설치되어 오일 쿨러와 EGR 밸브로 공급되는 엔진 냉각수 유량을 개폐방향으로 제어하는 다일루션 밸브가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 다일루션 밸브는 상기 오일 쿨러의 상기 엔진 냉각수가 흐르는 오일쿨러 라인과 상기 EGR 밸브의 상기 엔진 냉각수가 흐르는 EGR 밸브 라인을 연결하고, 상기 오일 쿨러와 상기 EGR 밸브의 각 방향으로 개폐된다.
바람직한 실시예로서, 상기 다일루션 밸브는 컨트롤러로 제어되고, 상기 컨트롤러는 상기 엔진을 순환하는 엔진오일의 다일루션 발생에 따른 목표오일온도의 피드백 제어로 이루어지는 목표오일온 최적화시 상기 다일루션 밸브를 상기 오일 쿨러와 상기 EGR 밸브의 각 방향으로 개폐 제어해 준다. 상기 컨트롤러에는 상기 다일루션 밸브의 개폐제어에 연계된 다일루션 맵이 포함된다.
바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 상기 다일루션 발생을 상기 엔진오일의 오일레벨로 판단한다.
이러한 본 발명의 디젤엔진시스템은 엔진오일에 대한 선제적 다일루션 제어가 이루어짐으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 오일온도의 피드백 제어에 의한 선제적 다일루션 제어로 다일루션의 발생이 근본적으로 해소된다. 둘째, 목표오일온도로 오일온도의 피드백 제어가 이루어짐으로써 엔진 데이터에 따른 최적 오일온도에 기반된다. 셋째, 엔진 데이터에 따른 오일온도 적용으로 오일 다일루션 완화를 위한 목표 오일온 상승과 오일 다일루션 완화시 목표 오일온 유지 등과 같이 오일온도 고/저에 따른 적합한 대응이 이루어진다. 넷째, 오일온도 고/저에 따른 구별로 오일 다일루션 감소에 반한 낮은 오일압에 의한 오일 열화 심화와 하드웨어 내구성에 불리한 높은 오일온도조건, 오일 다일루션 증가에 반한 양호한 오일압에 의한 오일 열화 완화와 하드웨어 내구성에 유리한 낮은 오일온도조건에 대한 최적 조화가 이루어진다. 다섯째, 오일온도 고/저의 최적 조화로 오일 다일루션 제어가 이루어짐으로써 디젤엔진 시스템의 콘 로드와 베어링 등에 대한 파손 발생이 방지된다.
도 1은 본 발명에 따른 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법의 순서도이며, 도 2는 본 발명에 따른 최적오일온도방식 다일루션 제어가 수행되는 디젤엔진 시스템의 예이고, 도 3은 본 발명에 따른 최적오일온도방식 다일루션 제어의 선제적 다일루션 제어 순서도이며, 도 4는 본 발명에 따른 오일 다일루션 선도의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 디젤엔진 시스템의 선제적 다일루션 제어에 의한 동작 상태이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법은 차량의 엔진시동(IG ON)시 엔진 RPM, 엔진오일온도, 오일레벨 등의 시스템 데이터 검출에 따른 엔진 오일의 다일루션 발생조건 판단(S10~S40)이 이루어지고, 다일루션 발생인 경우 다일루션 제어를 수행하지 않는 다일루션 정상제어(S50-1) 대비 선제적 다일루션 제어(S50-2)로 피드백제어(feedback control)의 목표오일온도와 엔진 웜업(engine warm-up)의 오일온과 엔진냉각수온이 고려된 다일루션 제어 수행 후 엔진노말제어(S70)로 전환하여 엔진정지(IG OFF)시까지 오일온도 유지제어가 수행된다.
그 결과 상기 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법은 선제적 다일루션 제어의 피드백을 통해 오일 다일루션 완화 부족시 목표 오일온 상승 및 오일 다일루션 완화시 목표 오일온 유지로 오일온도 고,저에 따른 장단점을 유지할 수 있고, 특히 운전시간에 관련된 오일 희석률 변화로부터 운전 시간 증가에 따라 일정 오일온(예, 120~130℃)에서 오일 다일루션이 감소됨으로써 디젤엔진 시스템의 오일압 감소 및 콘 로드와 베어링의 파손에 대한 오일 다일루션의 영향을 방지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 디젤엔진시스템(1)은 엔진(2), 냉각수 회로(3), 워터 펌프(5), 라디에이터(6), 오일 쿨러(7), 히터(8), EGR 쿨러(9), 밸브 유닛(10), 오일레벨센서(11)를 하드웨어 구성요소로 하고, 컨트롤러(20)를 제어 구성요소로 포함한다.
일례로, 상기 엔진(2)은 실린더블록과 실린더 헤드를 갖춘 내연기관이고, 냉각수 회로(3)와 연결되어 엔진냉각수 순환과 함께 실린더 블록 하부로 구비된 엔진오일탱크(도시되지 않음)의 엔진오일이 순환되고, 컨트롤러(20)로 제어된다. 또한 상기 엔진(2)에는 냉각수온센서(WTS; Water Temperature Sensor)가 구비된다.
일례로, 상기 냉각수 회로(3)는 엔진(2)을 중심으로 하여 라디에이터 라인(3-1), 오일쿨러 라인(3-2), 히터라인(3-3), EGR 쿨러 라인(3-4), EGR 밸브 라인(3-5)으로 구분된다. 상기 라디에이터 라인(3-1)은 엔진(2)의 엔진 냉각수 밸브(10-1)에서 나와 라디에이터(6)를 지나가 엔진(2)의 워터 펌프(5)에 이어진다. 상기 오일쿨러 라인(3-2)은 엔진(2)의 엔진 냉각수 밸브(10-1) 및 다일루션 밸브(10-3)를 거쳐 오일 쿨러(7)를 지나가 라디에이터 라인(3-1)과 분리되어 워터 펌프(5)에 이어간다. 상기 히터라인(3-3)은 EGR 쿨러(9)에서 나와 히터(8)를 지나 오일쿨러 라인(3-2)과 연결된다. 상기 EGR 쿨러 라인(3-4)은 엔진(2)의 엔진 냉각수 밸브(10-1)를 거쳐 히터(8)로 이어지도록 EGR 쿨러(9)를 지나간다. 상기 EGR 밸브 라인(3-5)은 다일루션 밸브(10-3)에서 나와 EGR 밸브(10-2)를 지나 오일쿨러 라인(3-2)과 연결된다.
일례로, 상기 워터 펌프(5)는 엔진냉각수를 순환시키고, 컨트롤러(20)로 제어된다. 상기 라디에이터(6)는 열교환으로 고온 냉각수를 저온 냉각수로 전환시켜주고, 컨트롤러(20)로 제어된다. 상기 오일 쿨러(7)는 열교환으로 고온 오일을 저온 오일로 전환시켜주고, 컨트롤러(20)로 제어된다. 상기 히터(8)는 차실내 난방에 고온 냉각수를 이용하고, 컨트롤러(20)로 제어된다. 상기 EGR 쿨러(9)는 열교환으로 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 가스 온도를 낮춰주고, 컨트롤러(20)로 제어된다. 여기서 상기 EGR 쿨러(9)는 터보차저의 뒤쪽에서 EGR가스를 뽑아 쓰는 저압방식의 LP-EGR에 적용된다, 반면 상기 EGR 밸브(10-2)는 터보차저의 앞쪽에서 EGR가스를 뽑아 쓰는 고압방식의 HP-EGR에 적용된다, 그러므로 상기 디젤엔진시스템(1)에는 EGR 밸브(10-2)로 전환되는 LP-EGR 및 HP-EGR으로 구성된 EGR 시스템이 적용된다.
일례로, 상기 밸브 유닛(10)은 엔진(20)의 3-Way 밸브와 함께 엔진 냉각수 밸브(10-1), EGR 밸브(10-2), 다일루션 밸브(10-3)를 포함하고, 밸브(10-1,10-2,10-3)의 각각은 컨트롤러(20)로 제어된다. 상기 엔진 냉각수 밸브(10-1)는 3방향의 제어로 라디에이터 라인(3-1)과 오일쿨러 라인(3-2) 및 EGR 쿨러 라인(3-4)에 대한 엔진(2)의 냉각수 흐름을 제어한다. 상기 EGR 밸브(10-2)는 EGR가스의 흐름 방향을 제어함으로써 EGR 시스템을 LP-EGR과 HP-EGR로 동작시켜준다. 상기 다일루션 밸브(10-3)는 오일쿨러(7) 및 EGR 밸브(10-2)에 대한 냉각수 유량 조절이 이루어지도록 오일쿨러 라인(3-2)과 EGR 밸브 라인(3-5)을 연결한다. 그러므로 상기 디젤엔진시스템(1)에는 엔진 냉각수 밸브(10-1)와 EGR 밸브(10-2)가 통상적인 밸브로 구성된 상태에서 다일루션 밸브(10-3)를 더 구성함으로써 선제적 다일루션 제어(S50-2)가 가능하다.
일례로, 상기 오일레벨센서(11)는 엔진오일탱크(도시되지 않음)의 오일레벨을 검출하여, 컨트롤러(20)로 전송한다.
일례로, 상기 컨트롤러(20)는 데이터 입력부(20-1)와 연계하여 디젤엔진 시스템(1)의 전체를 제어하고, 다일루션 맵(20-2)과 연계하여 다일루션 정상제어(S50-1)와 선제적 다일루션 제어(S50-2) 및 엔진노말제어(S70)로 구분된 선제적 다일루션 제어를 수행한다. 특히 상기 데이터 입력부(20-1)는 엔진탑재센서(도시되지 않음)가 검출한 엔진RPM(revolution per minute), 엔진냉각수온, 엔진오일온, 오일레벨, H/W ON/OFF 신호(예, 워터 펌프(5), 히터(8), EGR 쿨러(9), 엔진 냉각수 밸브(10-1), EGR 밸브(10-2), 다일루션 밸브(10-3) 등)를 입력정보로 처리한다. 상기 다일루션 맵(20-2)은 컨트롤러(20)의 엔진냉간제어와 엔진온간제어 및 엔진노말제어를 위해 데이터 입력부(20-1)의 입력정보에 기반하여 엔진냉간제어신호(x)와 엔진온간제어신호(y) 및 엔진노말제어신호(z)를 생성하여 준다.
이하 상기 최적오일온도적용 다일루션 제어 방법을 도 2 내지 도 5를 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어 주체는 데이터 입력부(20-1)와 다일루션 맵(20-2)에 연계된 컨트롤러(20)이고, 제어 대상은 디젤엔진 시스템(1)의 각 하드웨어 구성요소이며, 동작설명은 다일루션 밸브(10-3)의 제어에 기반하여 설명된다.
컨트롤러(20)는 차량의 엔진시동(IG ON)에 따른 디젤엔진시스템(1)의 엔진오일에 대한 다일루션의 조건생성 여부를 판단하는 다일루션 조건발생 판단제어를 수행한다.
도 2를 참조하면, IG ON에 따른 엔진(2)의 동작이 이루어지면 컨트롤러(20)는 디젤엔진제어시스템(1)의 각 하드웨어 및 냉각수 회로(3)를 설정된 초기제어로직으로 제어하며, 차량탑재센서의 검출값인 엔진RPM, 엔진냉각수온, 엔진오일온, 오일레벨, H/W ON/OFF 신호 등을 입력 정보로 읽어 들인다.
그러므로 상기 다일루션 조건발생 판단제어는 S10의 IG ON 검출단계, S20의 시스템 데이터 검출 단계, S30의 엔진오일판단 단계, S40의 다일루션 발생 판단 단계로 수행된다.
특히 S20의 시스템 데이터 검출 단계에선 입력 정보중 엔진 RPM, 엔진오일온도, 오일레벨을 시스템 데이터로 적용하여 엔진오일에 대한 판단을 수행한다. S30의 엔진오일판단 단계에선 검출오일레벨과 오일용량레벨 및 다일루션 기준레벨을 적용함으로써 오일 레벨에 근거한 엔진오일판단을 수행한다.
이를 위해 컨트롤러(20)는 하기의 엔진 오일 판단식을 적용한다.
엔진 오일 판단식 : n > K+z
여기서 “n”은 엔진동작시 검출오일레벨이며, “K”는 오일용량레벨이고, “z”는 다일루션 기준값으로서 약 1cm가 적용되며, “K+z"은 다일루션 발생 오일레벨이고, “ >”는 두 값의 크기를 나타내는 부등호로서, “n > K+z”은 “n”의 값이 “K와 z의 합”초과임을 의미한다.
그러므로 S40의 다일루션 발생 판단 단계에선 검출오일레벨(n)이 다일루션 발생 오일레벨(K+z) 미만인 경우 S50-1의 다일루션 정상제어단계로 전환되고 반면 검출오일레벨(n)이 다일루션 발생 오일레벨(K+z) 이상인 경우 S50-2의 선제적 다일루션 제어가 구분된다.
그 결과 컨트롤러(20)는 S50-1의 다일루션 정상제어에선 다일루션 발생 방지를 위한 오일온제어가 요구되지 않으므로 다일루션 오일온제어의 기능을 OFF 상태로 유지한다, 반면 컨트롤러(20)는 S50-2의 선제적 다일루션 제어에선 다일루션 발생 방지를 위한 오일온제어가 요구되므로 다일루션 오일온제어의 기능을 ON 상태로 전환한다, 이 경우 상기 선제적 다일루션 제어에선 목표오일온도와 엔진 웜업이 고려되어 다일루션 오일온제어를 수행한다.
이어 컨트롤러(20)는 다일루션 정상제어(S50-1)와 선제적 다일루션 제어해제(S60) 후 엔진노말제어(S70)로 전환하고, 이를 S80의 IG OFF 시까지 지속한다.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(20)는 디젤엔진 시스템(1)에 대한 엔진노말 제어신호(z)의 출력으로 다일루션 밸브(10-3)를 제어함으로써 엔진노말제어로 전환한다. 이 경우 상기 엔진노말제어는 오일쿨러 라인(3-2)과 EGR 밸브 라인(3-5)이 모두 열려지도록 다일루션 밸브(10-3)를 완전개방(즉, Full Open)함으로써 오일쿨러(7)와 EGR 밸브(10-2)의 각각으로 충분한 엔진냉각수가 공급되는 상태이다. 그 결과 오일쿨러(7)와 EGR 밸브(10-2)로 각각 공급된 충분한 엔진냉각수는 오일온과 EGR 가스온의 과다 상승을 방지함으로써 디젤엔진 시스템(1)의 하드웨어는 콘 로드와 베어링의 파손에 영향을 끼치는 오일 다일루션 영향으로부터 보호될 수 있다.
한편 컨트롤러(20)에 의한 상기 선제적 다일루션 제어(S50-2)는 도 3을 통해 예시된다.
도 3을 참조하면, 상기 선제적 다일루션 제어(S50-2)는 피드백 오일온도제어 모드(S51~S54)와 엔진상태반영모드(S55~S55-1,S56~S56-1)로 구분된다.
컨트롤러(20)는 피드백 오일온도제어 모드(S51~S54)를 S51의 오일온도 제어 ON 단계, S52의 목표오일온도 도달 확인 단계, S53의 다일루션 조건해제확인 단계, S54의 목표오일온도 변경 단계로 수행하고, 그 구체적인 수행은 하기와 같다.
상기 오일온도 제어 ON 단계(S51)에서는 목표오일온도에 대한 설정으로 목표오일온도 설정값이 적용된다. 이 경우 상기 목표오일온도 설정값은 오일 다일루션 감소하나 오일압 저하와 함께 오일 열화 심화로 하드웨어 내구성에 불리한 높은 오일온도 및 오일압 양호와 함께 오일 열화 완화로 하드웨어 내구성에 유리하나 오일 다일루션 증가를 가져오는 낮은 오일온도 등과 같은 오일 온도 고/저에 따른 장단점이 반영된 온도로 설정된다.
도 4를 참조하면, 130℃의 오일온에서 운전 시간에 따른 오일희석률 변화선도로부터 운전 시간 증가에 따라 오일 다일루션 특성이 예시된다. 이로부터 상기 목표오일온도 설정값은 약 120℃로 설정된다. 하지만 상기 목표오일온도 설정값은 열화유 분석 결과를 적용하여 다른 값으로 적용될 수 있다.
상기 목표오일온도 도달 확인 단계(S52)에서는 목표오일온도 설정값에 대한 도달여부가 판단된다. 이 경우 컨트롤러(20)는 하기의 목표오일온도 도달식을 적용한다.
목표오일온도 도달식 : B > A
여기서 “A”는 목표오일온도 설정값과 동일한 초기목표오일온도이므로 약 120℃이고, “B”는 판단시점의 검출오일온도이며, “>”는 두 값의 크기 관계를 나타낸 부등호로서 “B > A”는 검출오일온도가 초기목표오일온도 초과임을 나타낸다.
그 결과 컨트롤러(20)는 검출 오일온도(B)가 초기목표 오일온도(A) 미만인 경우 엔진상태반영모드(S55~S55-1,S56~S56-1)로 전환되는 반면 이상인 경우 다일루션 조건해제확인 단계(S53)로 진입한다.
상기 다일루션 조건해제확인 단계(S53)에서는 다일루션 조건 해제로 다일루션 발생 해소여부가 판단된다. 이 경우 컨트롤러(20)는 하기의 다일루션 해제식을 적용한다.
다일루션 조건 해제식 : n < K-z
여기서 “n”은 다일루션시 검출오일레벨이고, “K”는 오일용량레벨, “z”는 다일루션 기준값으로서 약 1cm가 적용되고, “K-z”은 다일루션 해제 오일레벨이며, “ <”는 두 값의 크기를 나타내는 부등호로서, “n < K-z”는 “n”의 값이 z를 뺀 K의 값”미만임을 의미한다.
그 결과 컨트롤러(20)는 다일루션시 검출오일레벨(n)이 다일루션 해제 오일레벨(K-z) 이하인 경우 선제적 다일루션제어 해제(S60)로 전환되는 반면 초과인 경우 목표오일온도 변경 단계(S54)로 진입한다.
상기 목표오일온도 변경 단계(S54)에서는 목표오일온도 변경이 이루어진다. 이 경우 컨트롤러(20)는 하기의 목표오일온도 변경식을 적용한다.
목표오일온도 변경식 : D = A+a
여기서 “D”는 목표오일온도 조정값이며, "A"는 초기목표오일온도이고, “a”는 오일온도증가량으로 약 0.1℃를 적용하며, “A+a”는 변경 목표오일온도이고, “=” 는 두 값이 동일함을 나타내는 부등호로서, “D = A+a”는 “D”의 값이 A와 a을 합한 값과 동일함을 의미한다.
그 결과 컨트롤러(20)는 S51의 오일온도 제어 ON 단계에서 적용된 목표오일온도 설정값을 목표오일온도 조정값(D)으로 변경하고, 상기 목표오일온도 조정값(D)을 적용하여 조건 충족시까지 S52~S54 단계를 반복한다.
이로부터 상기 피드백 오일온도제어 모드(S51~S54)는 오일 다일루션 완화 안될시 목표 오일온 상승을 반면 오일 다일루션 완화시 목표 오일온 유지를 해 줌으로써 오일온도 고,저에 따라 장단점이 반영되도록 오일 다일루션 완화 여부를 피드백으로 목표 오일온 최적화 제어가 이루어질 수 있다.
한편 상기 엔진상태반영모드(S55~S55-1,S56~S56-1)에서는 S55~S55-1의 엔진냉간제어와 S56~S56-1의 엔진온간제어로 구분된다.
상기 엔진냉간제어(S55~S55-1)는 검출오일온도(B)가 초기목표오일온도(A) 미만 조건시 S55의 엔진 웜업 판단 단계, S55-1의 엔진냉간제어 단계를 수행한다.
상기 엔진 웜업 판단 단계(S55)에서는 하기의 엔진 웜업 판단식이을 적용된다.
엔진 웜업 판단식 : B > F
여기서, “B"는 검출 오일온도이고, “F”는 검출 엔진냉각수온도이며, “>”는 두 값의 크기 관계를 나타낸 부등호로서 “B > F”는 검출 오일온도(B)가 검출 엔진냉각수온도(F) 초과임을 나타낸다.
그 결과 컨트롤러(20)는 검출 오일온도(B)가 검출 엔진냉각수온도(F) 이상인 경우 엔진온간제어(S56~S56-1)로 진입하는 반면 미만인 경우 다일루션 S55-1의 엔진냉간제어 단계로 전환한다.
상기 엔진냉간제어 단계(S55-1)에서는 오일히팅제어를 통한 엔진냉간제어가 구현된 후 S20의 시스템 데이터 검출 단계로 복귀하여 다일루션 조건발생 판단제어를 반복한다.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(20)는 디젤엔진 시스템(1)에 대한 엔진냉간제어신호(x)의 출력으로 다일루션 밸브(10-3)를 제어함으로써 엔진냉각제어로 전환한다. 이 경우 상기 엔진냉간제어는 EGR 밸브 라인(3-5) 대비 오일쿨러 라인(3-2)이 더 많이 열려지도록 다일루션 밸브(10-3)를 제어함으로써 EGR 밸브(10-2)측 궤도 축소에 반해 오일쿨러(7)측 궤도 증가에 의한 냉각수 유량 증대가 이루어진다. 그 결과 오일쿨러(7)는 EGR 밸브(10-2)대비 충분한 엔진냉각수를 공급받음으로써 엔진오일이 고온의 엔진 냉각수와 열교환으로 히팅되고, 엔진(2)은 오일 히팅으로 냉간상태를 빠르게 벗어날 수 있다.
상기 엔진온간제어(S56~S56-1)는 검출 오일온도(B)가 검출 엔진냉각수온도(F) 이상 조건시 S56의 엔진고부하 판단 단계, S56-1의 엔진온간제어 단계를 수행한다.
상기 엔진고부하 판단 단계(S56)에서는 하기의 엔진고부하 판단식이 적용된다.
엔진고부하 판단식 : B > B-1
여기서, “B"는 검출 오일온도이고, “B-1”은 확인엔진오일온도로서 약 140℃의 오일온도 설정값을 적용하며,“>”는 두 값의 크기 관계를 나타낸 부등호로서 “B > B-1”은 검출 오일온도(B)가 오일온도 설정값(B-1) 초과임을 나타낸다.
그 결과 컨트롤러(20)는 검출 오일온도(B)가 오일온도 설정값(B-1) 이상인 경우 선제적 다일루션제어 해제(S60)로 전환되는 반면 미만인 경우 엔진냉간제어(S56-1)로 진입한다.
상기 엔진온간제어 단계(S56-1)에서는 오일냉각방지제어를 통한 엔진온간제어가 구현된 후 S20의 시스템 데이터 검출 단계로 복귀하여 다일루션 조건발생 판단제어를 반복한다.
도 5를 참조하면, 컨트롤러(20)는 디젤엔진 시스템(1)에 대한 엔진온간제어신호(y)의 출력으로 다일루션 밸브(10-3)를 제어함으로써 엔진온각제어로 전환한다. 이 경우 상기 엔진온간제어는 오일쿨러 라인(3-2)이 차단되면서 EGR 밸브 라인(3-5)이 열려지도록 다일루션 밸브(10-3)를 제어함으로써 오일쿨러 라인(3-2)측으로 냉각수 유량이 공급되지 않게 된다. 그 결과 오일쿨러(7)는 EGR 밸브(10-2)대비 엔진냉각수 공급이 차단됨으로써 고온 엔진 냉각수와 저온 엔진오일의 열교환 차단으로 엔진온간상태가 유지된다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디젤엔진 시스템(1)의 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법은 엔진오일의 다일루션 발생시 목표오일온도에 대한 피드백 제어(feedback control)의 목표오일온 최적화로 다일루션 해소가 이루어지는 선제적 다일루션 제어를 수행하고, 선제적 다일루션 제어시 컨트롤러(20)에 의한 다일루션 밸브(10-3)의 개폐제어로 엔진(2)의 냉각수 회로(3)에 설치된 오일 쿨러(7)와 EGR 밸브(10-2)로 가는 엔진 냉각수 유량 조절이 이루어짐으로써 엔진오일의 다일루션 현상에 대한 선제적 예방이 가능하고, 특히 엔진 데이터에 기반한 최적 오일온도제어로 차량 사용 환경에서의 다일루션 정도에 따른 오일점도 변화가 반영된 다일루션 해소를 구현할 수 있다.
1 : 디젤엔진시스템 2 : 엔진
3 : 냉각수 회로 3-1 : 라디에이터 라인
3-2 : 오일쿨러 라인 3-3 : 히터라인
3-4 : EGR 쿨러 라인 3-5 : EGR 밸브 라인
5 : 워터 펌프 6 : 라디에이터
7 : 오일 쿨러 8 : 히터
9 : EGR 쿨러 10 : 밸브 유닛
10-1 : 엔진 냉각수 밸브 10-2 : EGR 밸브
10-3 : 다일루션 밸브 11 : 오일레벨센서
20 : 컨트롤러 20-1 : 데이터 입력부
20-2 : 다일루션 맵

Claims (20)

  1. 엔진오일의 다일루션 발생조건 형성시 컨트롤러에 의한 목표오일온도의 피드백 제어(feedback control)로 다일루션 해소를 수행하는 선제적 다일루션 제어가 포함되고;
    (B) 다일루션 오일레벨 도달시 오일온도 검출로 상기 목표오일온도에 대한 상기 피드백 제어의 단계가 수행되며,
    상기 피드백 제어는, (b-1) 검출된 검출오일온도가 상기 목표오일온도에 도달되지 않았는지 확인되는 단계, (b-2) 상기 검출오일온도의 도달전 검출된 검출오일레벨로 다일루션 오일레벨 해제가 이루어졌는지 확인되는 단계, (b-3) 상기 다일루션 오일레벨 해제 전 상기 목표오일온도에 대한 목표오일온도 변경 후 상기 엔진오일에서 재 검출된 검출오일온도가 상기 목표오일온도 변경에 도달되는지 확인되는 단계, (b-4) 상기 목표오일온도 변경이 상기 다일루션 오일레벨 해제가 이루어질 때까지 반복되는 단계로 수행되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 다일루션 발생조건 형성은 상기 엔진오일의 오일레벨을 적용하여 판단되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 선제적 다일루션 제어는, (A) 상기 피드백 제어의 수행 전, 엔진의 동작에 따른 검출된 시스템 데이터로부터 상기 엔진오일의 다일루션 오일레벨 도달이 판별되는 단계를 수행하고, (C) 상기 피드백 제어를 상기 다일루션 해소가 판단되도록 상기 다일루션 오일레벨 해제 시까지 지속시켜주는 단계
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 다일루션 오일레벨 도달은 오일용량레벨에 다일루션 기준값을 더하여 판단되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 검출오일온도는 상기 목표오일온도 초과를 미 도달 조건으로 판단하는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 검출오일레벨은 오일용량레벨에 다일루션 기준값을 뺀 값 미만일 때 해제 조건으로 판단하는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 목표오일온도 변경은 상기 목표오일온도에 오일온도증가량을 더하여 상향조정되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 검출오일온도의 도달시 상기 피드백 제어의 중지 후 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 검출오일온도의 상기 목표오일온도 도달시 상기 피드백 제어가 중지되고, 상기 검출오일온도에 기반하여 엔진의 동작에서 검출된 시스템 데이터의 검출에 따른 상기 선제적 다일루션 제어를 반복하는 엔진상태반영제어가 수행되거나 또는 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 엔진상태반영제어는 상기 검출오일온도로 구분된 엔진냉각수에 의한 오일히팅이 이루어지는 엔진냉간제어, 상기 엔진냉각수에 의한 오일냉각이 방지되는 엔진온간제어로 구분되는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 엔진냉간제어는 상기 검출오일온도가 엔진냉각수온도보다 높은 조건에서 오일쿨러에 대한 엔진냉각수 유량증가를 위해 다일루션 밸브의 오일쿨러측 개방 대비 EGR 밸브측 개방축소가 이루어지는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 엔진온간제어는 상기 검출오일온도가 엔진냉각수온도보다 높으면서 설정 오일온도 미만인 조건에서 오일쿨러에 대한 엔진냉각수 유량 차단을 위해 다일루션 밸브의 오일쿨러측 개방폐쇄가 이루어지는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 다일루션 오일레벨 해제가 이루어질 때 상기 피드백 제어의 중지 후 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환되고, 상기 엔진노말제어는 오일클러와 EGR 밸브로 엔진냉각수 유량이 공급되도록 다일루션 밸브를 완전개방(full open)시켜주는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진오일의 다일루션 발생조건 미형성시 오일온도 유지제어가 이루어지는 엔진노말제어로 전환되고, 상기 엔진노말제어는 오일클러와 EGR 밸브로 엔진냉각수 유량이 공급되도록 다일루션 밸브를 완전개방(full open)시켜주는 것을 특징으로 하는 최적오일온도방식 다일루션 제어 방법.
  16. 엔진을 순환하는 엔진 냉각수가 흐르는 냉각수 회로;
    상기 냉각수 회로에 설치되어 오일 쿨러와 EGR 밸브로 공급되는 엔진 냉각수 유량을 개폐방향으로 제어하며, 상기 오일 쿨러의 상기 엔진 냉각수가 흐르는 오일쿨러 라인과 상기 EGR 밸브의 상기 엔진 냉각수가 흐르는 EGR 밸브 라인을 연결하고, 상기 오일 쿨러와 상기 EGR 밸브의 각 방향으로 개폐되는 다일루션 밸브;가 포함되고;
    상기 다일루션 밸브는 컨트롤러로 제어되고, 상기 컨트롤러는 상기 엔진을 순환하는 엔진오일의 다일루션 발생에 따른 목표오일온도의 피드백 제어로 이루어지는 목표오일온 최적화시 상기 다일루션 밸브를 상기 오일 쿨러와 상기 EGR 밸브의 각 방향으로 개폐제어해 주는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 시스템.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러에는 상기 다일루션 밸브의 개폐제어에 연계된 다일루션 맵이 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 시스템.
  20. 청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 다일루션 발생을 상기 엔진오일의 오일레벨로 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 시스템.
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