KR20030044805A

KR20030044805A - 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단

Info

Publication number: KR20030044805A
Application number: KR1020020073885A
Authority: KR
Inventors: 토마스 부흐홀쯔
Original assignee: 보그워너 인코포레이티드
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2003-06-09
Also published as: EP1316695A1; DE50111700D1; JP2003206743A; US20030133242A1; EP1316695B1; KR100927390B1; JP4031701B2; US6894883B2

Abstract

팬을 구동하는 점성 커플링(팬 클러치)과 설정 온도 값과 냉각 시스템의 측정 실제 온도(냉각제 온도)가 공급되는 제어 유닛(PID 조속기)을 갖는, 자동차의 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단이 기재되어 있다. 제어 수단(PID 조속기)은 리미터(limiter)의 하류에 연결되며, 리미터는 출력 속도 대 입력 속도의 비(比)를 지정 한계값(입력 속도의 x%)보다 낮게 유지시킨다. 실제 냉각제 온도가 제어 유닛(PID 조속기)의 설정 온도 값보다 더 높은 지정 임계 온도를 초과할 때, 과열 방지 논리 회로가 리미터를 디스에이블(disable)시킨다.

Description

내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단{CONTROL MEANS FOR A FAN OF A COOLING SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단에 관한 것이다.

점성 커플링(유체 커플링)에 의해 구동되는 팬을 갖는 자동차의 내연기관의 냉각 시스템에서는, 커플링의 슬립이 제어 유닛에 의해 제어됨으로써 냉각 시스템의 온도가 조절될 수 있는 것이 알려져 있다. 냉각 요구가 증가됨에 따라, 커플링의 맞물림 정도, 즉, 출력 속도 대 입력 속도의 비(比)도 증가한다. 하지만, 이러한 비가 증가됨에 따라, 즉 슬립이 감소함에 따라, 커플링의 챔버(chamber)부터 점성 유체를 외부로 펌핑하고 커플링의 맞물림 정도를 요구되는 낮은 값으로 감소시키는데 요구되는 시간이 증가한다. 고도(高度)의 맞물림 상태에서 점성 커플링의 이러한 시간 지연은 엔진 부하의 감소에도 팬이 지속적으로 불필요하게 구동된다는 단점을 갖는다. 이와 같은 지속적인 구동은 한편으로는 바람직하지 않은 엔진 냉각을 야기하며, 다른 한 편으로는 에너지 및 연료의 과도한 소비를 야기한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 단점들을 해소하고 엔진의 에너지 및 연료 소비를 감소시키는, 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 1의 특징부를 갖는 제어 수단에 의해서 달성된다.

본 발명의 유익한 실시예는 종속항에 명시되어 있다.

본 발명은 팬의 속도의 저감에 따른 시간 지연은 출력 속도 대 입력 속도의 비(比)의 특정 값 위에서만 중요하다는 사실을 이용한다. 그래서, 출력 속도 대 입력 속도의 비(맞물림)를 지정 한계값(specifiable limit) 미만에서, 즉 한계값을 넘어설 경우 팬의 지연 시간이 급속하게 증가되는 그러한 한계값 미만에서 유지시키는 리미터(limiter)가 사용된다. 이러한 슬립 제한으로 인해, 냉각은 내연기관의 일반적인 작동 동안에 영향을 받지 않는데, 이는 평균 엔진 성능에서 요구되는 냉각 용량이 리미터가 작동하게 되는 값보다 아래에서 유지되기 때문이다.

높은 엔진 부하의 경우에 엔진 온도가 증가하게 되면, 그래서 슬립 제한에 의해 조절되는 팬의 냉각 용량이 더 이상 충분하지 않게 되면, 본 발명에 따라서,과열 보호 장치가 작동되어 리미터를 작동 중지시키며, 그래서 점성 커플링의 맞물림, 즉 출력 속도 대 입력 속도의 비가 슬립 제한의 지정 한계값보다 위로 상승될 수 있다. 에너지 및 연료의 불필요한 소비를 수반하는 팬의 바람직하지 않은 지속적인 구동은 그래서 높은 냉각 용량이 실제로 요구되는 경우처럼 더 적은 경우에만 발생한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 팬은 한편으로는 냉각 시스템의 설정 온도 값이 공급되며 다른 한편으로는 냉각 시스템의 측정 실제 온도가 공급되는 제어 유닛에 의해서 제어된다. 이러한 제어 유닛은 리미터의 하류(downstream)에 연결되며, 그래서 출력 속도 대 입력 속도의 비가 지정 한계값보다 아래에 있는 한 통상적인 방법으로 작동 상태에 있게 된다. 이러한 한계값을 초과하게 되면, 리미터는 출력 속도 대 입력 속도의 비의 추가적인 증가를 방지하며 그래서 팬의 성능을 제한한다. 리미터의 하류의 제어 유닛과 마찬가지로, 냉각 시스템의 측정 실제 온도는 과열 보호 장치에도 공급되며, 이 과열 보호 장치에는 제어 유닛에 지정된 설정 온도 값보다 더 높은 임계 온도가 지정된다. 이러한 임계 온도를 초과하게 되면, 우선순위 논리 회로(priority logic)가 제어 유닛을 통한 팬의 제어를 디스에이블(disable)시키며, 팬은 그 최대 맞물림까지 속도가 증가될 수 있는데, 이 최대 맞물림에서 출력 속도 대 입력 속도의 비는 100%에 근접한다.

이하에서는, 본 발명이 도면에 제시된 예를 통해서 상세하게 설명된다.

도 1은 제어 수단 전체의 블록도.

도 2는 출력 속도 대 입력 속도의 비(比)(맞물림)에 대한 팬의 지연 시간의 종속관계를 보여주는 다이어그램.

도 3은 본 발명에 따라 제어되는 팬의 출력 속도를 냉각 시스템의 온도의 함수로 보여주는 다이어그램.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 내연기관의 냉각 시스템용 팬의 제어 시스템의 블록도를 보여준다.

팬(도시되지 않음)은 점성 커플링(팬 클러치)을 통해서 구동된다. 팬의 속도는 커플링(팬 클러치)을 통해 내부 신속 제어 루프(internal rapid control loop)에서 제어된다. 설정 속도 값이 소망 값(desired value)(요청)으로 공급되는 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)이 이러한 용도로 사용된다. 측정된 팬 속도는 제어 루프를 통해서 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 실제 팬 속도로 공급된다.

냉각제의 온도를 제어할 수 있도록 팬이 내연기관의 냉각 시스템에 작용한다. 냉각 시스템의 냉각제의 온도가 측정되고, 온도 측정치(냉각제의 온도)가 제어 유닛에 실제 값으로 공급되며, 제어 유닛은 PID 조속기(governor)로 설계된다. 냉각 시스템의 온도 설정값이 이 제어 유닛(PID 조속기)에 공급된다. 편차에 따라서, 제어 유닛(PID 조속기)은 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 제어 신호(요청)를 설정값으로 주게된다.

이러한 제어 신호(요청)는 제어 유닛(PID 조속기)의 하류에 연결된 리미터(입력 속도의 x%로 제한함)와 우선순위 논리 회로를 통해서 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)으로 전송된다.

엔진 속도 및 선택적으로는 변속비(transmission ration)에 의해 야기되는 점성 커플링(팬 클러치)의 입력 속도가 리미터에 공급된다. 리미터는 제어 유닛(PID 조속기)에 의해서 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 정정 변수(correcting variable)로 공급되는 설정 속도 값을 입력 속도의 x%의 지정 한계값으로 제한한다. 제어 유닛(PID 조속기)에 의해서 정정 변수로 공급되는 소망 입력 속도가 입력 속도의 x%의 지정 한계값보다 더 작은 한, 리미터는 제어 유닛(PID 조속기)에 의해 공급되는 이 소망 입력 속도를 변경시키지 않고 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 설정값으로 전송한다. 제어 유닛(PID 조속기)에 의해 정정 변수로 공급되는 입력 속도가 입력 속도의 x%의 한계값을 초과하도록 증가되면, 리미터는 이 입력 속도의 x%의 지정 한계값만을 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 설정 속도 값(요청)으로 공급한다.

냉각 시스템에서 측정되는 냉각제 온도는 제어 유닛(PID 조속기)과 과열 방지 논리 회로에 병렬로 공급된다. 과열 방지 논리 회로는 측정된 냉각제 온도를, 냉각 시스템의 설정 온도 값보다 위에 있으며 그리고 엔진 및/또는 냉각 시스템에 손상을 주는 냉각제 온도 보다 낮은 지정 임계 온도와 비교한다. 측정된 냉각제 온도가 지정 임계 온도를 초과하면, 과열 방지 논리 회로가 최대 입력 속도에 해당하는 소망 입력 속도 값(요청)을 우선순위 논리 회로를 통해서 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 공급한다.

우선순위 논리 회로는 과열 보호 논리 회로로부터 나오는 신호가 존재하지 않는 한 제어 유닛(PID 조속기)으로부터 나오는 입력 속도의 신호를 리미터를 통해서 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 공급한다. 과열 보호 논리 회로로부터 신호가 나오면, 이 신호는 우선순위 논리 회로에 의해서 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)으로 유도되며, 제어 유닛(PID 조속기)으로부터 나오는 신호는 차단된다.

제어 수단의 작동을 설명하기 위해서, 먼저 도 2가 참조된다.

도 2의 다이어그램에는, 초(second) 단위의 팬의 측정 지연 시간이 출력 속도 대 입력 속도의 비(맞물림)의 함수로 백분율로 그려져 있다. 여기서, 지연 시간은 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)으로부터 소망 입력 속도 값이 제거되고 난 후에 점성 커플링(팬 클러치)의 출력 속도가 1/e로 감소되는, 즉 63%가 감소되는 시간(time span)으로 정의된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 출력 속도 대 입력 속도의 비가 75%에서 90%로 증가할 때, 지연 시간은 약 6초에서 10초로 약간만 증가한다. 다른 한편으로, 90%를 초과하는 (속도의) 비에서는, 지연 시간의 급격한 증가가 발견되며, 예를 들어 97%의 (속도의) 비에서는 약 38초로 증가한다. 본 발명에 따르면, 리미터의 이러한 추이에서, 90%의 한계값(x%), 즉 지연 시간에 있어서 급격한 상승보다 여전히 아래에 있는 한계값이 지정된다. 제어 수단의 작동 모드는 도 3의 다이어그램으로부터 분명하게 되며, 이 도 3에는 팬 속도가 냉각제 온도의 함수로 그려져 있다. 낮은 냉각제 온도에서, 팬은 저속의 일정한 아이들링 속도(팬 클러치 아이들링 속도)로 구동된다. 냉각 시스템의 온도가 설정 온도 값(PID 조속기의 설정값)에 이르자마자, 제어 유닛(PID 조속기)이 작동하게 된다. 제어 수단은 점성 커플링(팬 클러치)의 출력 속도 및 팬의 속도를 제어함으로써 냉각제 온도를 지정된 설정값(냉각 시스템의 온도 설정값)으로 일정하게 유지시킨다. 이러한 범위에서, 제어 수단은 내연기관의 정상 작동 상태에 있으며, 즉 자동차의 대부분의 이동 작동 중에 있다. 이례적인 엔진 부하에 의해서 냉각제에 급격한 가열이 일어나면, 예를 들어 입력 속도의 90%인 리미터의 지정 한계값을 초과하는 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 대한 설정 속도 값이 요구된다. 이제 슬립 제한이 활성화되어 커플링 제어 유닛(팬 클러치 조속기)에 지정된 설정 속도 값을 예를 들면 90%인 지정 슬립 제한 한계값에서 유지시킨다. 리미터의 작용으로 인해, 팬 속도가 증가하지 않기 때문에, 냉각제 온도는 제어 유닛(PID 조속기)의 설정값보다 더 높게 증가할 수 있다. 그리고 나서, 냉각제 온도가 과열 방지 논리 회로에 지정된 임계 온도(보호 논리 회로의 절환점)보다 높게 증가하면, 과열 방지 논리 회로는 우선순위 논리 회로를 통해서 커플링 제어 논리 회로(팬 클러치 조속기)에 바람직하게는 최대 속도보다 더 높은 소망 입력 속도를 지정한다. 점성 커플링의 출력 속도 대 입력 속도의 비는 물리적으로 가능한 최대값을 갖는데, 이러한 최대값은 예를 들면 입력 속도의 97%에 있게 된다. 따라서, 최소 슬립의 점성 커플링은 최대 맞물림 상태에 있으며, 그래서 팬은 가능한 최대의 냉각 용량을 제공한다. 냉각제 온도가 다시 과열 방지 임계 온도(보호 논리 회로의 절환점)보다 아래로 떨어지면, 과열 방지 논리 회로는 어떠한 출력 신호도 발생시키지 않으며, 리미터와 함께 제어 유닛(PID 조속기)은 시간 지연을 갖는 팬 속도의 감소 이후에 다시 작동 상태가 된다.

리미터를 통한 출력 속도 대 입력 속도의 비의 제한에 의해서, 과열 방지 임계 온도보다 아래의 온도 범위에서 팬의 오랜 지연 시간 및 이와 결부된 에너지 손실과 연료의 소모가 방지된다. 오랜 지연 시간의 단점은 과도한 엔진 부하에서 이례적인 경우에만 발생한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진 부하의 감소시에 팬이 지속적으로 구동되는 것을 방지하여 바람직한 엔진 냉각을 보장하며, 에너지 및 연료의 소비를 절감하는 등의 효과를 갖는다.

Claims

팬을 구동하는 점성 커플링(팬 클러치) 및 설정 온도 값(냉각 시스템의 온도 설정값)과 냉각 시스템의 측정 실제 온도(냉각제 온도)가 공급되는 제어 유닛(PID 조속기)을 갖는, 자동차의 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단에 있어서,

리미터(limiter)가 상기 점성 커플링(팬 클러치)의 출력 속도 대 입력 속도의 비(比)(맞물림)를 지정 한계값(입력 속도의 x%) 보다 낮게 유지시키며,

상기 냉각 시스템의 실제 온도(냉각제 온도)가 상기 설정 온도 값(냉각 시스템의 온도 설정값)보다 더 높은 지정 임계 온도(보호 논리 회로의 절환점)를 초과할 때에, 과열 보호 논리 회로가 출력 속도 대 입력 속도의 비(맞물림)의 최대값에서 상기 리미터에 독립적으로 점성 커플링(팬 클러치)을 제어하는

것을 특징으로 하는, 자동차의 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단.
제 1항에 있어서,

상기 제어 유닛은 PID 제어 유닛(PID 조속기)인 것을 특징으로 하는, 자동차의 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 리미터는 상기 제어 유닛(PID 조속기)의 하류에 연결되며,

상기 리미터는 상기 출력 속도 대 입력 속도의 비(맞물림)가 상기 지정 한계값(입력 속도의 x%)보다 아래에 있을 때 상기 제어 유닛(PID 조속기)의 정정 변수(correcting variable)를 상기 점성 커플링의 소망 입력 속도(desired input speed)로 공급하며,

상기 리미터는 상기 지정 한계값이 초과될 때 상기 지정 한계값(입력 속도의 x%)에 지정되는 한계값에 상응하는 소망 입력 속도를 상기 점성 커플링(팬 클러치)에 공급하는

것을 특징으로 하는, 자동차의 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단.
제 1 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 실제 냉각제 온도는 상기 제어 유닛(PID 조속기)과 상기 과열 보호 논리 회로에 병렬로 공급되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어 유닛(PID 조속기)의 제어 신호는 상기 리미터와 상기 과열 방지 논리 회로에 의해서, 상기 과열 보호 논리 회로가 제어 신호를 전송할 때 슬립 제한(slip limitation)에 의해서 상기 제어 유닛(PID 조속기)의 상기 제어 신호를 차단하는 우선순위 논리 회로(priority logic)를 통해서 상기 점성 커플링(팬 클러치)에 공급되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 내연기관의 냉각 시스템의 팬 제어 수단.