KR102506939B1 - 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

캠, 및 상기 캠의 회전에 연동하여 냉각수 통로를 개폐하는 밸브가 포함된 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템은, 상기 캠의 회전 각도를 제어하는 모터, 및 상기 밸브의 목표 밸브 개도를 상기 밸브의 마모 정도에 따른 보정 값을 이용하여 보정하며, 상기 보정 값에 의해 보정된 상기 목표 밸브 개도를 이용하여 상기 캠의 목표 회전 각도를 획득하며, 상기 목표 회전 각도에 기초하여 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템 및 제어 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF COOLANT CONTROL VALVE UNIT}
본 발명의 실시 예는 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
엔진은 연료의 연소에 의해 회전력을 발생시키며, 이와 함께 열 에너지를 배출한다. 차량에서는 이러한 엔진의 과열을 방지하기 위한 수단으로 냉각수가 사용된다. 냉각수는 차량의 엔진, 히터, 및 라디에이터 등을 순환하면서 열에너지를 흡수하고, 이를 외부로 방출한다.
엔진의 냉각수 온도가 낮으면 엔진 오일의 점성이 높아지고, 이로 인해 엔진의 마찰력이 증가하여 연료 소모가 증가할 수 있다. 또한, 배기가스의 온도가 천천히 상승하여 촉매가 활성화되는 시간이 길어질 뿐만 아니라, 배기가스의 품질이 저하될 수 있다. 또한, 히터의 기능이 정상화되는 시간이 길어져 사용자에게 불편을 줄 수 있다.
엔진의 냉각수 온도가 과열되면 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해 점화 시기를 조절해야 하므로 엔진의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 엔진 오일의 온도가 높아져 점성이 낮아지고, 이로 인해 엔진 오일의 윤활 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 차량 성능을 확보하기 위해서는 냉각수 유량을 적절히 제어할 필요가 있으며, 이를 위해 냉각수 제어 밸브 유닛이 차량 내에 탑재된다.
차량 내에 탑재되는 냉각수 제어 밸브 유닛은 모터, 모터에 의해서 회전하는 캠, 캠의 회전에 의해 개도가 조절되는 밸브를 포함하도록 구성될 수 있다. 이러한 구조의 냉각수 제어 밸브 유닛은, 모터에 의해서 캠이 회전하면 캠의 회전으로 밸브의 밸브 기둥이 눌리고, 밸브 기둥이 눌림으로 인해 스프링에 의해 닫혀 있던 밸브가 열리도록 동작한다. 따라서, 캠과 밸브 기둥 사이에 마찰이 항상 발생하며, 이로 인해 밸브의 작동 시간이 길어지면 상대적으로 강도가 낮은 밸브 기둥에 마모가 발생한다. 밸브 기둥의 마모는 밸브 기둥의 길이를 짧아지게 하여 밸브가 다 열렸을 때의 열림 높이를 변화시키며, 밸브가 열리기 시작하는 캠의 각도 또한 변화시킨다. 따라서, 냉각수 온도를 목표 온도로 제어하기 위해 냉각수 유량을 제어하는 과정에서 냉각수 유량의 정확한 조절이 어려워져 냉각수 온도 제어에 어려움을 겪을 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 통해 해결하려는 과제는 밸브 기둥 마모로 인한 밸브 개도 오차를 보상할 수 있는 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 캠, 및 상기 캠의 회전에 연동하여 냉각수 통로를 개폐하는 밸브가 포함된 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템은, 상기 캠의 회전 각도를 제어하는 모터, 및 상기 밸브의 목표 밸브 개도를 상기 밸브의 마모 정도에 따른 보정 값을 이용하여 보정하며, 상기 보정 값에 의해 보정된 상기 목표 밸브 개도를 이용하여 상기 캠의 목표 회전 각도를 획득하며, 상기 목표 회전 각도에 기초하여 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 캠의 회전 각도를 누적하여 회전 각도 누적 값을 획득하고, 상기 회전 각도 누적 값에 기초하여 상기 보정 값을 획득할 수 있다.
상기 보정 값은 상기 회전 각도 누적값이 클수록 증가할 수 있다.
상기 캠의 회전 각도를 감지하는 캠 위치 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 캠의 실제 회전 각도와 상기 목표 회전 각도 간의 차이 값에 기초하여 상기 모터를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 냉각수 제어 밸브 유닛의 운행조건과, 목표 냉각수온 및 현재 냉각수온 간의 차이 값에 기초하여 상기 목표 밸브 개도를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 모터에 의해 회전하는 캠, 및 상기 캠의 회전에 연동하여 냉각수 통로를 개폐하는 밸브가 포함된 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 방법은, 상기 밸브의 목표 밸브 개도를 획득하는 단계, 상기 밸브의 마모 정도에 따른 보정 값을 이용하여 상기 목표 밸브 개도를 보정하는 단계, 상기 보정 값에 의해 보정된 상기 목표 밸브 개도를 이용하여 상기 캠의 목표 회전 각도를 획득하는 단계, 및 상기 목표 회전 각도에 기초하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은, 상기 캠의 회전 각도를 누적하여 회전 각도 누적 값을 획득하는 단계, 및 상기 회전 각도 누적 값에 기초하여 상기 보정 값을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제어 방법은, 상기 캠의 실제 회전 각도를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 모터를 제어하는 단계는, 상기 실제 회전 각도와 상기 목표 회전 각도 간의 차이 값에 기초하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목표 밸브 개도를 획득하는 단계는, 상기 냉각수 제어 밸브 유닛의 운행조건을 획득하는 단계, 및 상기 운행조건과, 목표 냉각수온 및 현재 냉각수온 간의 차이 값에 기초하여 상기 목표 밸브 개도를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 냉각수 유량 조절용 밸브의 마모로 인한 밸브 개도 오차를 보상함으로써 냉각수온의 안정적인 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 시스템에서의 냉각수의 흐름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛에서의 캠의 회전 각도 누적 값과 밸브의 마모 정도에 따른 개도 보정 값 간의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 모드를 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각 시스템에서의 냉각수의 흐름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각시스템은 실린더 블럭(100), 실린더 헤드(105), 저압 이지알(EGR, Exhaust-Gas Recirculation) 쿨러(110), 히터 코어(115), 냉각수온 센서(120), 냉각수 제어 밸브 유닛(125), 라디에이터(radiator, 130), 오일 쿨러(135), 오일 컨트롤 밸브(140), 오일 공급 라인(142), 고압 이지알 밸브(145), 리저버(reservoir, 150), 및 냉각수 펌프(155)를 포함한다.
실린더 블럭(100)의 냉각수 입구측에는 냉각수 펌프(155)가 장착되어, 실린더 블럭(100)의 냉각수 입구측으로 냉각수를 펌핑한다. 냉각수 펌프(155)에 의해 펌핑된 냉각수는 실린더 블럭(100)과 실린더 헤드(105)로 분배된다.
실린더 블럭(100)의 냉각수 출구측에는 냉각수 제어 밸브 유닛(125)이 장착된다. 냉각수 제어 밸브 유닛(125)은 실린더 헤드(105)로부터 냉각수를 항시 공급받고, 실린더 블럭(100)의 냉각수 출구측 냉각수 통로의 개도율을 제어할 수 있다.
냉각수 제어 밸브 유닛(125)에는 실린더 헤드(105) 또는 실린더 블럭(100)에서 배출되는 냉각수의 온도를 감지하는 냉각수온 센서(120)가 배치된다.
냉각수 제어 밸브 유닛(125)은 히터 코어(115)와 라디에이터(130)로 분배되는 냉각수를 각각 제어할 수 있다. 냉각수 제어 밸브 유닛(125)에 의해 분배된 냉각수는 히터 코어(115)를 지나기 전에 저압 이지알 쿨러(110)를 지날 수 있다. 이 경우, 히터 코어(115)와 저압 이지알 쿨러(110)는 직렬로 배치되거나 병렬로 배치될 수 있다.
냉각수 제어 밸브 유닛(125)은 고압 이지알 밸브(145)와 오일 쿨러(135) 측으로는 냉각수를 항시 분배할 수 있다. 이에 따라, 실린더 블럭(100)과 실린더 헤드(105)를 순환하는 엔진 오일의 일부가 오일 쿨러(135)를 순환하면서 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 오일 공급 라인(142) 상에는 오일 컨트롤 밸브(140)가 배치된다. 여기서, 오일 컨트롤 밸브(140)는 능동적으로 제어되거나, 써모스탯과 같이 기계적으로 작동될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템을 개략적으로 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 일부 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛에서의 캠의 회전 각도 누적 값과 밸브의 마모 정도에 따른 개도 보정 값 간의 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛(125)의 제어 시스템은 냉각수 제어 밸브 유닛(125), 모터(300), 기어 박스(310), 캠 위치 감지 센서(320), 및 제어부(330)를 포함할 수 있다.
냉각수 제어 밸브 유닛(125)은 히터 코어(115), 저압 이지알 쿨러(110), 라디에이터(130), 오일 쿨러(135), 및 고압 이지알 밸브(145)로 분배되는 냉각수의 유량을 각각 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 냉각수 제어 밸브 유닛(125)은 하우징(200), 커버(210), 캠(220), 홀더(230), 탄성 부재(240), 및 밸브(250)를 포함할 수 있다.
하우징(200)의 하부에는 홀더(230)가 결합하며, 홀더(230)는 탄성 부재(240)의 하단을 지지할 수 있다.
탄성 부재(240)는 밸브(250)에 의해 냉각수 통로(201)가 폐쇄되도록, 밸브(250)의 하면을 지지할 수 있다.
밸브(250)는 밸브 갓(251) 및 밸브 기둥(또는 로드)(252)로 구성되는 포핏(poppet) 밸브일 수 있다.
밸브 갓(251)은 평평한 하면과 중심부로 갈수록 상부 방향으로 점차적으로 돌출되는 뾰족한 삿갓 형상의 상부면으로 이루어지며, 냉각수 통로(201)와 결합하여 냉각수 통로(201)를 개폐할 수 있다. 밸브 갓(251)의 하단은 탄성 부재(240)에 의해 지지되며, 밸브 갓(251)의 상단에는 밸브 기둥(252)가 형성될 수 있다. 밸브 기둥(252)은 상부 방향으로 설정 길이만큼 연장되어 형성되며, 상단 부분이 트랙(221)에 접할 수 있다.
캠(220)은 하부면에 설정된 경사와 높이를 갖는 트랙(221)이 형성될 수 있다. 트랙(221)은 캠(220)의 회전 각도에 따라서 밸브(250)를 하부 방향으로 이동시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 캠(220)이 회전하면 캠(220)의 회전에 연동하여 밸브 기둥(252)가 트랙(221)을 따라 이동하고, 이로 인해 밸브 기둥(252)가 아래 방향으로 이동하게 된다.
전술한 구조의 냉각수 제어 밸브 유닛(125)은, 캠(220)의 회전으로 밸브(250)의 밸브 기둥(252)가 아래 방향으로 눌려지고, 이로 인해 밸브 갓(251)이 탄성 부재(240)를 압축하여 냉각수 통로(201)가 오픈될 수 있다. 이 때, 냉각수 통로(201)의 개도율은 캠(220)의 회전 각도에 따라서 제어될 수 있다. 이는, 캠(220)의 회전 각도에 따라서 밸브 기둥(252)의 상단이 접하는 트랙(221) 내 위치가 달라지고, 트랙(221)은 위치에 따라 높이가 다르기 때문이다.
본 발명의 실시 예에서, 냉각수 제어 밸브 유닛(125)은 2개 이상의 트랙(221)과 이에 대응하는 2개 이상의 밸브(250)를 포함하며, 각각 서로 다른 밸브(250)에 의해 개도가 제어되는 2개 이상의 냉각수 통로(201)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 2를 예로 들면, 캠(220)의 하면에는 3개의 트랙(221)이 형성되고, 이에 대응하여 3개의 밸브(250a, 250b, 250c)가 장착된다. 또한, 냉각수 제어 밸브 유닛(125)의 하우징(200)에는 서로 다른 밸브(250a, 250b, 250c)에 의해 개도가 제어되는 냉각수 통로들(미도시)이 형성된다. 이들 냉각수 통로들 중 하나는 히터 코어(115) 및 저압 이지알 쿨러(110)와 연결될 수 있다. 또한, 냉각수 통로들 중 다른 하나는 라디에이터(130)와 연결되며, 나머지 하나는 실린더 블럭(100)과 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛은 도 2 및 3에 도시된 냉각수 제어 밸브 유닛에 한정되지 않으며, 적어도 2개의 냉각수 통로를 개폐할 수 있는 공지된 모든 냉각수 제어 밸브 유닛의 구조를 채택할 수 있음은 당연하다.
다시, 도 2를 보면, 모터(300)는 기어 박스(310)를 통해서 캠(220)의 회전 각도를 제어할 수 있다.
캠 위치 감지 센서(320)는 캠(220)의 회전 각도를 감지할 수 있다.
제어부(330)는 모터(300)의 구동을 제어하여 캠(220)의 회전 각도를 조절할 수 있다.
이를 위해, 제어부(330)는 캠(220)의 현재 회전 각도를 획득할 수 있다. 한편, 도 3에서는 제어부(330)가 캠 위치 감지 센서(320)를 통해 캠(220)의 회전 각도를 직접적으로 감지하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 제어부(330)는 레졸버(미도시) 등을 통해서 모터(300)의 회전 각도를 감지하고, 이로부터 캠(220)의 회전 각도를 간접적으로 연산할 수도 있다.
또한, 제어부(330)는 냉각수 제어 밸브 유닛(125)의 운행조건(냉각수온, 차속, 외기온, 엔진 부하 등)을 획득하고, 운행조건을 이용하여 캠(220)의 목표 회전 각도를 산출할 수 있다.
이하, 수학식 1 및 2를 참조하여 제어부(330)에서 캠(220)의 목표 회전 각도를 산출하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
제어부(330)는 운행조건이 획득되면, 이를 이용하여 아래의 수학식 1과 같이 목표 밸브 개도(θvalve)을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018092358932-pat00001
위 수학식 1에서, TM은 현재 냉각수온으로 냉각수온 센서(120)에 의해 검출된 값이고, TT는 목표 냉각수온을 나타낸다. 또한, KP는 비례(P) 게인을 나타내고, KS는 차속에 따른 개도 보정 값을 나타내며, KAT는 외기온에 따른 개도 보정 값을 나타내고, KL는 엔진 부하(엔진 토크 및 엔진 회전 속도(RPM))에 따른 개도 보정 값을 나타낸다. 또한, KI는 적분(I) 게인을 나타내고, a 및 b는 적분 구간을 나타낸다.
위 수학식 1에서, KS, KAT, 및 KL은 룩업 테이블을 이용하여 획득될 수 있다. 즉, 차속에 따른 개도 보정 값들, 외기온에 따른 개도 보정 값들, 및 엔진 부하에 따른 개도 보정 값들은 각각 룩업 테이블 형태로 저장되며, 제어부(330)는 차량의 현재 운행조건들을 각 룩업 테이블의 입력으로 사용하여 KS, KAT, 및 KL을 획득할 수 있다.
또한, 위 수학식 1에서, KP, KI, a, 및 b는 냉각수 제어 밸브 유닛(125)의 생산 과정에서 테스트를 통해 획득된 도출된 캘리브레이션(calibration) 값일 수 있다.
위 수학식 1을 참조하면, 목표 밸브 개도(θvalve)는 기본적으로 목표 냉각수온과 실제 냉각수온 간의 차이 값에 기초하여 결정되며, 여기에 운행조건에 의해 결정되는 개도 보정 값들(KS, KAT, 및 KL)과, 비례 게인(KP), 및 적분 게인(KI)이 적용되어 산출될 수 있다.
제어부(330)는 위 수학식 1을 이용하여 목표 밸브 개도(θvalve)이 산출되면, 아래의 수학식 2와 같이 밸브(250)의 마모 정도에 따른 개도 보정 값(KAging)을 이용하여 목표 밸브 개도를 보정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018092358932-pat00002
위 수학식 2에서, 개도 보정 값(KAging)은 캠(220)의 회전 각도를 누적한 값을 이용하여 획득될 수 있다. 밸브(250)의 밸브 기둥(252)은, 캠(220)의 회전으로 캠(220)의 트랙(221)과 밸브(250)의 밸브 기둥(252)가 마찰하는 횟수 및 시간이 늘어날수록 마모되는 정도가 더해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 신품인 밸브(250)가 냉각수 제어 밸브 유닛(125)에 장착된 시점부터 캠(220)의 회전 각도를 지속적으로 누적하고, 캠(220)의 회전 각도를 누적한 값에 기초하여 밸브(250)의 마모 정도에 따른 개도 보정 값(KAging)을 획득할 수 있다. 여기서, 캠(220)의 회전 각도를 누적한 값은, 밸브(250)의 교체 시 리셋될 수 있다.
아래의 표 1은 캠(220)의 회전 각도를 누적한 값에 따른 개도 보정 값(KAging)들의 일 예를 나타낸다.
표 1. 캠(220)의 회전 각도 누적값에 따른 개도 보정 값
Figure 112018092358932-pat00003
도 4 및 위 표 1을 참조하면, 개도 보정 값(KAging)은 캠(220)의 회전이 누적될수록 즉, 캠(220)의 회전 각도 누적 값이 증가할수록 그 크기가 점차 증가하도록 설정될 수 있다. 캠(220)의 회전 각도를 누적한 값에 따른 개도 보정 값(KAging)들은, 밸브의 생산 과정에서 테스트를 통해 도출되는 캘리브레이션 값들로, 서로 대응하는 회전 각도 누적 값과 개도 보정 값(KAging)이 맵핑된 룩업 테이블(이하, '개도 보정 값(KAging) 룩업 테이블'이라 명명하여 사용함) 형태로 저장되어 관리될 수 있다.
즉, 제어부(330)는 캠(220)의 회전 각도 누적 값이 산출되면, 이를 개도 보정 값(KAging) 룩업 테이블의 입력으로 입력하여 개도 보정 값(KAging)을 획득할 수 있다. 제어부(330)는 개도 보정 값(KAging) 룩업 테이블을 구성하는 입력 값 리스트에 현재 캠(220)의 회전 각도 누적 값이 존재하지 않으면, 개도 보정 값(KAging) 룩업 테이블로부터 현재 캠(220)의 회전 각도 누적 값과 가장 인접한 회전 각도 누적 값에 대응하는 개도 보정 값(KAging)들을 읽어오고, 이들 간의 보간을 통해 현재 캠(220)의 회전 각도 누적 값에 대응하는 개도 보정 값(KAging)을 획득할 수 있다. 표 1을 예로 들면, 현재 캠(220)의 회전 각도 누적 값이 1500˚인 경우, 제어부(330)는 회전 각도 누적 값이 1000˚인 경우의 개도 보정 값(KAging)과, 회전 각도 누적 값이 2000˚인 경우의 개도 보정 값(KAging) 간의 보간을 통해 회전 각도 누적 값 1500˚에 대응하는 개도 보정 값(KAging)을 산출할 수 있다.
제어부(330)는 위 수학식 2를 이용하여 밸브(250)의 목표 밸브 개도가 보정되면, 보정된 목표 밸브 개도(θT)을 이용하여 캠(220)의 목표 회전 각도를 획득할 수 있다.
아래의 표 2는 목표 밸브 개도(θT)에 따른 캠(220)의 목표 회전 각도들의 일 예를 나타낸다.
표 2. 목표 밸브 개도(θT)에 따른 캠(220)의 목표 회전 각도
Figure 112018092358932-pat00004
위 표 2를 참조하면, 캠(220)의 목표 회전 각도는 목표 밸브 개도(θT)이 증가할수록 그 크기가 점차 증가할 수 있다. 목표 밸브 개도(θT)에 따른 캠(220)의 목표 회전 각도들은, 냉각수 제어 밸브 유닛의 생산 과정에서 테스트를 통해 도출되는 캘리브레이션 값들로, 서로 대응하는 목표 밸브 개도(θT)와 목표 회전 각도가 맵핑된 룩업 테이블(이하, '캠 회전 각도 룩업 테이블'이라 명명하여 사용함) 형태로 저장되어 관리될 수 있다.
즉, 제어부(330)는 위 수학식 2를 통해 목표 밸브 개도(θT)이 획득되면, 이를 캠 회전 각도 룩업 테이블의 입력으로 입력하여 캠(220)의 목표 회전 각도를 획득할 수 있다.
밸브(250)의 밸브 기둥(252)가 마모될수록 밸브(250)의 전체 길이가 감소하므로, 밸브(250)가 원하는 개도를 이루기 위해서는 밸브(250)의 이동 거리를 증가시켜야 한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 전술한 바와 같이 캠(220)의 회전이 누적될수록 밸브 기둥(252)의 마모 정도가 심해진 것으로 추정하고, 목표 밸브 개도(θT)을 증가시켜 최종적으로 획득되는 캠(220)의 목표 회전 각도를 증가시킬 수 있다.
제어부(330)는 목표 회전 각도가 획득되면, 이를 캠(220)의 실제 회전 각도와 비교한다. 그리고, 두 회전 각도 간의 차이 값에 기초하여 캠(220)이 목표 회전 각도에 도달하도록 모터(300)의 회전을 제어할 수 있다.
제어부(330)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시 예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 방법을 개략적으로 도시한 것이다. 도 5의 제어 방법은 도 2에 도시된 제어 시스템의 제어부(330)에 의해 수행될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제어부(330)는 냉각수온과 외기온 등을 포함하는 냉각수 제어 밸브 유닛(125)의 운행조건을 획득한다(S100). 그리고, 이를 이용하여 목표 밸브 개도(위 수학식 1의 'θvalve'참조)을 획득한다(S110).
제어부(330)는 운행조건에 따른 목표 밸브 개도가 획득되면, 밸브(250)의 마모 정도에 따른 개도 보정 값(위 수학식 2의 'KAging'참조)을 이용하여 목표 밸브 개도를 보정한다(S120). 또한, 보정된 목표 밸브 개도(위 수학식 2의 'θT'참조)에 대응하여 캠(220)의 목표 회전 각도를 획득한다(S130).
이후, 제어부(330)는 캠(220)의 실제 회전 각도를 획득하고(S140), 캠(220)의 목표 회전 각도와 실제 회전 각도 간의 차이 값을 산출한다(S150). 그리고, 두 회전 각도 간의 차이 값에 기초하여 모터(300)의 회전을 조절함으로써, 캠(220)의 회전 각도를 제어한다(S160).
이후, 제어부(330)는 캠(220)의 목표 회전 각도와 실제 회전 각도 간의 차이 값이 임계치 이하가 될 때까지(S170), 상기 S140 단계 내지 S150 단계를 지속적으로 수행한다. 즉, 캠(220)의 실제 회전 각도가 상기 S130 단계를 통해 산출된 목표 회전 각도에 근접할 때까지 캠(220)의 회전 각도를 제어할 수 있다.
전술한 실시 예에 따르면, 냉각수 제어 밸브 유닛(125)은 밸브(250)의 마모가 진행될수록 동일한 운전조건에서의 캠(220)의 목표 회전 각도를 증가시킨다. 캠(220)의 회전 각도가 커질수록 밸브(250)의 하부 방향으로의 이동 거리가 증가하며, 이로 인해 밸브(250)의 개도 또한 증가한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 밸브 기둥(252)의 마모로 인해 짧아진 밸브(250)의 길이와 부족한 개도량을, 캠(220)의 회전 각도를 증가시킴으로써 보상할 수 있다.
이에 따라, 밸브(250)의 마모와 상관 없이 동일한 운전조건에서는 동일한 밸브(250) 개도를 유지함으로써, 냉각수온 제어의 안정성 및 정밀성이 증대될 수 있다.
통상적으로, 실린더 헤드(105)의 온도가 NOx의 발생량이 증가하고, 실린더 블럭(100)의 온도가 낮아지면 엔진의 연비가 악화된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 방법은, 냉각수온의 안정적인 제어를 통해 엔진의 연비를 향상시키고 배기가스 배출을 저감시킬 수 있다.
밸브(250)의 마모가 상당히 진행된 상태에서 밸브(250)의 마모 정도를 고려하지 않고 캠(220)의 회전 각도를 제어할 경우, 밸브(250)의 마모로 인해 밸브(250)의 개도 오차가 발생할 수 밖에 없다. 이러한 밸브(250)의 개도 오차는 냉각수온의 조절을 어렵게 하여, 밸브(250)의 열림 및 닫힘 횟수를 증가시킴으로써 밸브(250)의 마모를 가속화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 방법은, 밸브(250)의 마모에 따른 개도 오차를 보정함으로써, 냉각수의 목표 온도를 추종하는 과정에서 밸브(250)의 움직임을 최소화함으로써 밸브(250)의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 밸브(250)의 마모로 인한 개도 오차는 냉각수의 목표 온도와 현재 온도 간의 차이를 증가시키게 되고, 이로 인해 냉각수의 온도를 목표 온도로 조절하는 과정에서 엔진에 의해 가열된 고온 냉각수가 라디에이터(130)로 대량 공급되는 상황이 자주 발생할 수 있다. 라디에이터(130)로 대량의 고온 냉각수가 자주 공급되면, 수축/팽창으로 인한 라디에이터(130)의 열피로도가 누적되고 이로 인해 라디에이터(130)의 내구성이 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 방법은, 밸브(250)의 마모에 따른 개도 오차를 보정함으로써, 냉각수의 목표 온도를 추종하는 과정에서 라디에이터(130)의 열피로도를 감소시켜 라디에이터(130)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, DVD_ROM, DVD_RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.
100: 실린더 블록 105: 실린더 헤드
110: 저압 이지알 쿨러 115: 히터 코어
120: 냉각수온 센서 125: 냉각수 제어 밸브 유닛
130: 라디에이터 135: 오일 쿨러
140: 오일 컨트롤 밸브 142: 오일 공급 라인
145: 고압 이지알 밸브 150: 리저버
155: 냉각수 펌프 200: 하우징
210: 커버 220: 캠
221: 트랙 230: 홀더
240: 탄성 부재 250: 밸브
251: 밸브 갓 252: 밸브 기둥
300: 모터 310: 기어 박스
320: 캠 위치 감지 센서 330: 제어부

Claims (11)

  1. 캠, 및 상기 캠의 회전에 연동하여 냉각수 통로를 개폐하는 밸브가 포함된 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 시스템에 있어서,
    상기 캠의 회전 각도를 제어하는 모터, 및
    상기 밸브의 목표 밸브 개도를 상기 밸브의 마모 정도에 따른 보정 값을 이용하여 보정하며, 상기 보정 값에 의해 보정된 상기 목표 밸브 개도를 이용하여 상기 캠의 목표 회전 각도를 획득하며, 상기 목표 회전 각도에 기초하여 상기 모터를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 캠의 회전 각도를 누적하여 회전 각도 누적 값을 획득하고, 상기 회전 각도 누적 값에 기초하여 상기 보정 값을 획득하는 제어 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보정 값은 상기 회전 각도 누적 값이 클수록 증가하는 제어 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캠의 회전 각도를 감지하는 캠 위치 감지 센서를 더 포함하는 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 캠의 실제 회전 각도와 상기 목표 회전 각도 간의 차이 값에 기초하여 상기 모터를 제어하는 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 냉각수 제어 밸브 유닛의 운행조건과, 목표 냉각수온 및 현재 냉각수온 간의 차이 값에 기초하여 상기 목표 밸브 개도를 산출하는 제어 시스템.
  7. 모터에 의해 회전하는 캠, 및 상기 캠의 회전에 연동하여 냉각수 통로를 개폐하는 밸브가 포함된 냉각수 제어 밸브 유닛의 제어 방법에 있어서,
    상기 밸브의 목표 밸브 개도를 획득하는 단계,
    상기 캠의 회전 각도를 누적하여 획득된 회전 각도 누적 값에 기초하여 상기 밸브의 마모 정도에 따른 보정 값을 획득하는 단계,
    상기 보정 값을 이용하여 상기 목표 밸브 개도를 보정하는 단계,
    상기 보정 값에 의해 보정된 상기 목표 밸브 개도를 이용하여 상기 캠의 목표 회전 각도를 획득하는 단계, 및
    상기 목표 회전 각도에 기초하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함하는 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보정 값은 상기 회전 각도 누적 값이 클수록 증가하는 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 캠의 실제 회전 각도를 획득하는 단계를 더 포함하며,
    상기 모터를 제어하는 단계는, 상기 실제 회전 각도와 상기 목표 회전 각도 간의 차이 값에 기초하여 상기 모터를 제어하는 단계를 포함하는 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 목표 밸브 개도를 획득하는 단계는,
    상기 냉각수 제어 밸브 유닛의 운행조건을 획득하는 단계, 및
    상기 운행조건과, 목표 냉각수온 및 현재 냉각수온 간의 차이 값에 기초하여 상기 목표 밸브 개도를 산출하는 단계를 포함하는 제어 방법.
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