KR20040049097A - 차량용 서모스탯의 고장 진단방법 - Google Patents

Abstract

엔진의 발열량과 상사할 수 있는 실린더 흡입 공기량을 실시간으로 검출하여 냉각수의 단위온도 상승당 흡입 공기량의 구배를 이용하여 냉각수의 순환을 제어하는 서모스탯(thermostat)의 고장을 진단하는 차량용 서모스텟의 고장 진단방법을 제공하는 것을 목적으로 하며,

냉각수온을 검출하는 제1단계; 상기 제1단계에서, 검출된 냉각수온이 모니터링 구간내에 있는가를 판단하는 제2단계; 상기 제2단계에서 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나면 리턴되며, 상기 냉각수온이 모니터링 구간내에 있으면, 실시간 냉각수온을 검출하는 제3단계; 상기 제 3단계에 이어, 실린더 흡입 공기량의 누적 데이터를 저장하는 제4단계; 상기 제3단계에서 검출되는 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하였는가를 판단하는 제5단계; 상기 제5단계에서, 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하지 않으면, 상기 제3단계로 리턴되며, 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하는 경우, 그 때까지의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 상기 제4단계에서 저장된 흡입 공기량의 구배값을 산출하는 제6단계; 상기 제6단계의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하였는가를 판단하는 제7단계; 상기 제7단계에서, 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하는 경우, 서모스탯을 고장으로 판단하는 제8단계; 상기 제7단계에서, 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하지 않은 경우, 상기냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나는가를 판단하는 제9단계; 상기 제9단계에서, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나는 경우, 상기 서모스탯을 정상으로 판단하는 제10단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 서모스텟의 고장 진단방법을 제공한다.

Description

차량용 서모스탯의 고장 진단방법{A METHOD FOR THERMOSTAT FAIL DIAGNOSIS OF VEHICLES}

본 발명은 차량용 서모스텟의 고장 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 발열량과 상사할 수 있는 실린더 흡입 공기량을 실시간으로 검출하여 냉각수의 단위온도 상승당 흡입 공기량의 구배를 이용하여 냉각수의 순환을 제어하는 서모스탯(thermostat)의 고장을 진단하는 차량용 서모스텟의 고장 진단방법에 관한 것이다.

차량용 엔진의 실린더내 연소실에서 발생되는 연소가스의 온도는 대략 2,000℃ 이상이며, 이 열의 상당량이 실린더와 실린더 헤드, 피스톤, 및 밸브 등으로 전달된다. 이와 같이 엔진 구성 부품으로 연소가스의 열이 전달되는 것에 의해, 엔진 구성 부품의 온도가 과도하게 상승되면, 부품의 열변형이 일어나거나 실린더 벽의 윤활 불량에 따른 중대한 열적 장해가 발생된다.

또한, 연소 상태도 나빠지고, 노크 또는 조기 점화와 같은 이상 연소로 인해 엔진의 출력이 저하될 뿐만 아니라 피스톤의 용착과 같은 부품의 손상이 발생된다.

따라서, 차량에는 엔진의 작동시 연소가스에 의해 발생된 열을 냉각시키기 위한 냉각장치가 필수적으로 구비되어 있다. 이러한 냉각장치는 공기를 이용한 공냉식과 물을 이용한 수냉식으로 크게 구분되며, 4행정 내연기관을 채택한 차량은 거의 대부분 수냉식 엔진 냉각장치를 사용하고 있다.

도 1은 일반적인 수냉식 엔진 냉각 장치의 일 예를 보인 것이다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 수냉식 엔진 냉각장치는 연소실이 형성된 엔진의 실린더 및 실린더 헤드(이하, 엔진(1)로 통칭함)를 둘러싸고 있는 워터재킷(2), 냉각수를 압송하기 위한 워터펌프(3), 냉각수를 외기와 열교환시키기 위한 라디에이터(4), 냉각수의 온도에 따라 작동되며 라디에이터(4)의 열교환 작용을 촉진시키기 위한 냉각팬(5), 및 워터재킷(2)과 라디에이터(4) 사이에 설치된 서모스탯(thermostat)(6)을 포함하고 있다.

워터재킷(2)에는 냉각수가 순환되는 통로가 형성되어 있으며, 이 냉각수 통로는 라디에이터(4)와 연결되어 있고, 그 중간 일측에 워터펌프(3)가 설치되어 있다.

또한, 워터재킷의 냉각수 통로 일측에는 순환되는 냉각수의 온도를 검출하기위한 냉각수온센서(7)가 설치되어 있다.

이에 따라 워터펌프(3)가 작동되면, 냉각수가 워터재킷(2)의 냉각수 통로를 따라 순환되면서 엔진(1)으로 전달된 연소가스의 열을 흡수하여 엔진(1)을 냉각시킨다.

엔진(1)의 열을 흡수하여 그 온도가 상승된 냉각수는 라디에이터(4)로 순환되고, 라디에이터(4)에서 외기와 열교환되어 냉각된다. 라디에이터(4)에서 냉각된 냉각수는 다시 워터펌프(3)에 의해 워터재킷(2)으로 압송되어 엔진(1)을 냉각시키게 된다. 이때, 냉각수온센서(7)에서 검출되는 냉각수온이 소정치 이상 상승되면 라디에이터(4)에서의 냉각수의 열교환이 촉진되도록 냉각팬(5)이 구동된다.

그러나, 엔진(1)이 지나치게 냉각되면 연소에서 발생된 열량 중에서 냉각에 의해 손실되는 열량이 커서, 엔진(1)의 열효율이 낮아지고 연료소비량이 증가되는 등의 문제가 발생된다.

이를 방지하기 위해, 워터재킷(2)과 라디에이터(4) 사이에 설치된 서모스탯(6)이 냉각수온에 따라 냉각수의 순환을 제어함으로써 냉각수의 온도를 일정하게 유지한다. 서모스탯(6)은 통상적으로 워터재킷(2)의 냉각수 통로의 출구측에 설치되어 있으며, 워터재킷(2)으로부터 유출되는 냉각수의 온도가 소정온도(통상적으로 80~90℃) 이하로 떨어지면 폐쇄되어, 냉각수 통로를 폐쇄함으로써 냉각수가 워터재킷(2)의 냉각수 통로를 통해 순환하는 것을 방지한다. 이 경우, 워터펌프(3)는 정지되거나, 그렇지 않으면 워터펌프(3)에 의해 압송되는 냉각수가 워터재킷(2)으로 순환되지 않고 별도의 통로를 통해 워터펌프(3)로부터라디에이터(4)의 입구측으로 바이패스된다.

그런데, 이러한 차량용 엔진냉각장치에 있어서, 서모스탯(6)이 고장나 정상적으로 작동되지 못할 경우 냉각수의 순환이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 특히, 서모스탯(6)이 일부 개방된 상태로 유지되면, 시동시 냉각수가 순환됨으로써 정상적인 경우보다 냉각수온이 낮게 유지되어 배출가스가 증가되어 대기 오염의 원인이 된다.

따라서, 대부분의 차량에는 서모스탯(6)의 고장을 진단하는 기능이 채택되어 있다. 이 기능은 차량이 시동되고 나서 서모스탯(6)이 처음으로 개방되는 순간의 냉각수온 변화량을 검출하고 그에 따라 서모스탯(6)의 고장을 진단한다.

이러한 방식은 서모스탯이 작동온도에 도달할 때까지 엔진의 발열량에 상당하는 실린더 흡입 공기량을 적분하여, 흡입 공기량의 적분치가 경계값을 넘어서면, 서모스탯을 고장으로 판단하는 보쉬(bosch) 방식(서모스탯 입구제어)과 유사하며, 이외에도 서모스탯이 열릴 때, 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 엔진으로 유입되어 냉각수온센서에서 검출된 냉각수온이 떨어질 때, 냉각수의 냉각 양으로 서모스탯의 고장여부를 판단하는 보쉬방식(서모스탯 출구제어)이 있으며, 현재의 냉각수온과 모델링된 냉각수온이 경계치 이상 오차가 발생하면, 서모스탯을 고장으로 판단하는 지멘스(gimens) 방식이 있다.

그러나 상술한 바와 같은 종래의 보쉬(bosch) 방식(서모스탯 입구제어)과 지멘스(gimens) 방식은 히터가 작용할 경우, ECU에서 히터의 작동을 고려하지 않은것으로, 히터에서 방열되는 열량을 보상할 수 없으며, 이에 따라 서모스탯이 정상작동 하더라도 서모스탯이 항상 개방되어 있다고 판단할 소지가 있으며, 상기한 보쉬(bosch) 방식(서모스탯 출구제어)은 서모스탯이 개방되어 있어도 엔진으로부터 열전도 되어 예열된 냉각수가 유입됨으로 냉각수온이 하강하지 않아 적용이 불가할 수 있는 등의 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 발열량과 상사할 수 있는 실린더 흡입 공기량을 실시간으로 검출하여 냉각수의 단위온도 상승당 흡입 공기량의 구배를 이용하여 냉각수의 순환을 제어하는 서모스탯(thermostat)의 고장을 진단하는 차량용 서모스텟의 고장 진단방법을 제공하는 것이다.

도 1은 차량용 엔진 냉각 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.

도 2는 본 발명의 차량용 서모스탯의 고장 진단방법을 구현하기 위한 시스템의 블록도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 서모스탯의 고장 진단방법의 흐름도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명에 따른 차량용 서모스텟의 고장 진단방법은

냉각수온을 검출하는 제1단계; 상기 제1단계에서, 검출된 냉각수온이 모니터링 구간내에 있는가를 판단하는 제2단계; 상기 제2단계에서 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나면 리턴되며, 상기 냉각수온이 모니터링 구간내에 있으면, 실시간 냉각수온을 검출하는 제3단계; 상기 제 3단계에 이어, 실린더 흡입 공기량의 누적 데이터를 저장하는 제4단계; 상기 제3단계에서 검출되는 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하였는가를 판단하는 제5단계; 상기 제5단계에서, 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하지 않으면, 상기 제3단계로 리턴되며, 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하는 경우, 그 때까지의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 상기 제4단계에서 저장된 흡입 공기량의 구배값을 산출하는 제6단계; 상기 제6단계의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하였는가를 판단하는 제7단계; 상기 제7단계에서, 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하는 경우, 서모스탯을 고장으로 판단하는 제8단계; 상기 제7단계에서, 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하지 않은 경우, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나는가를 판단하는 제9단계; 상기 제9단계에서, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나는 경우, 상기 서모스탯을 정상으로 판단하는 제10단계를 포함하는 것을 특징으로 하며,

상기 제9단계에서, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나지 않는 경우, 상기 제4단계에서 ECU에 저장되는 실린더 흡입 공기량의 누적 데이터를 리셋한 후, 상기 제3단계로 리턴되는 제11단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 차량용 서모스탯의 고장 진단방법을 구현하기 위한 시스템의 블록도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 서모스탯의 고장 진단방법의 흐름도이다.

먼저, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서모스탯 고장 진단방법을 수행하기 위해서는 엔진냉각장치의 서모스탯과 라디에이터를 연결하는 냉각수관의 일측에 냉각수온센서(10)를 구성하여 엔진을 냉각하고 난 다음 서모스탯을 통과하여 라디에이터로 유출되는 냉각수의 온도를 검출하도록 한다.

그리고 실린더로 흡입되는 공기량을 검출하는 공기흐름센서(20; A.F.S)를 포함하여 전자제어유닛(30; ECU; 이하, ECU로 칭함)이 상기 냉각수온센서(10)와 공기흐름센서(20)로부터 입력되는 신호를 처리하여 서모스탯의 고장 또는 정상을 판단하게 되며, 서모스탯이 고장인 경우, 이를 알리기 위하여 계기판 상에 경고등(40)을 구성할 수 있다.

상기한 바와 같은 시스템을 통하여 본 발명에 따른 차량용 서모스텟의 고장 진단방법을, 도 3을 통하여 설명하면, 먼저, 상기 ECU(30)는 냉각수온센서(10)로부터 냉각수온을 검출한다.(S10)

그리고 상기 단계(S10)에서 검출된 냉각수온이 모니터링 구간내에 있는가를 판단하게 되는데(S20), 상기 모니터링 구간은 냉각수온센서로부터 검출되는 냉각수온의 최저온도를 10℃로 하고, 최고온도를 75℃로 하여 이루어지는 냉각수 온도구간으로 설정된다.

이어서, 상기 단계(S20)에서 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나면 상기 단계(S10)로 리턴되며, 상기 냉각수온이 모니터링 구간내에 있으면, ECU(30)는 냉각수온센서(10)로부터 실시간 냉각수온을 검출한 신호를 입력받게 된다.(S30)

동시에, 상기 ECU(30)는 공기흐름센서(20)로부터 실시간 실린더 흡입 공기량의 누적 데이터를 저장하게 된다.(S40)

이러한 ECU(30)의 구동 중에, 상기 ECU(30)는 상기 단계(S30)에서 검출되는 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하였는가를 판단하게 되는데,(S50)

상기 단계(50)에서, ECU(30)가 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하지 않은 것으로 판단하면, 상기 단계(S30)로 리턴되며, 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하는 것으로 판단하면, 그 때까지의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 상기 제4단계에서 저장된 흡입 공기량의 구배값을 산출하게 된다.(S60)

그 다음, 상기 ECU(30)는 상기 단계(S60)의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하였는가를 판단하게 되는데, 상기 경계치는 냉각수온에 따라 ECU(30)에 맵 테이블로 설정된 흡입 공기량의 목표 구배값으로 이루어진다.

즉, 상기 단계(70)에서, 상기 ECU(30)는 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하는 경우에 서모스탯을 고장으로 판단하게 되며,(S80) 상기 단계(S70)에서, 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하지 않은 경우에는, 상기 냉각수온이 상기 모니터링 구간을 벗어나는가를 다시 판단하게 된다.(S90)

이어서, 상기 단계(S90)에서, ECU(30)는 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나는 경우, 상기 서모스탯을 정상으로 판단하게 되며,(S10) 만약, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나지 않는 경우에는, 상기 단계(S40)에서 ECU(30)에 저장되는 실린더 흡입 공기량의 누적 데이터를 리셋한 후, 상기 단계(S30)로 리턴되어 재 구동하게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 서모스텟의 고장 진단방법에 의하면, 엔진의 발열량과 상사할 수 있는 실린더 흡입 공기량을 실시간으로 검출하여 냉각수의 단위온도 상승당 흡입 공기량의 구배를 이용하여 냉각수의 순환을 제어하는 서모스탯(thermostat)의 고장을 진단하게 됨으로, 히터의 열교환율이 낮은 냉각수의 저온구간에서도 히터의 작동 유무와 상관없이 서모스탯의 고장 유무를 정확하게 판별할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 냉각수온을 검출하는 제1단계;

   상기 제1단계에서, 검출된 냉각수온이 모니터링 구간내에 있는가를 판단하는 제2단계;

   상기 제2단계에서 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나면 리턴되며, 상기 냉각수온이 모니터링 구간내에 있으면, 실시간 냉각수온을 검출하는 제3단계;

   상기 제 3단계에 이어, 실린더 흡입 공기량의 누적 데이터를 저장하는 제4단계;

   상기 제3단계에서 검출되는 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하였는가를 판단하는 제5단계;

   상기 제5단계에서, 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하지 않으면, 상기 제3단계로 리턴되며, 실시간 냉각수온이 단위온도(1℃) 이상 상승하는 경우, 그 때까지의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 상기 제4단계에서 저장된 흡입 공기량의 구배값을 산출하는 제6단계;

   상기 제6단계의 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하였는가를 판단하는 제7단계;

   상기 제7단계에서, 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하는 경우, 서모스탯을 고장으로 판단하는 제8단계;

   상기 제7단계에서, 냉각수온의 단위온도(1℃) 상승당, 흡입 공기량의 구배값이 설정된 경계치를 초과하지 않은 경우, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나는가를 판단하는 제9단계;

   상기 제9단계에서, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나는 경우, 상기 서모스탯을 정상으로 판단하는 제10단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 서모스탯의 고장 진단방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제9단계에서, 상기 냉각수온이 모니터링 구간을 벗어나지 않는 경우, 상기 제4단계에서 ECU에 저장되는 실린더 흡입 공기량의 누적 데이터를 리셋한 후, 상기 제3단계로 리턴되는 제11단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 서모스탯의 고장 진단방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 모니터링 구간은

   냉각수온센서로부터 검출되는 냉각수온의 최저온도를 10℃로 하고, 최고온도를 75℃로 하여 이루어지는 냉각수 온도구간으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 서모스탯의 고장 진단방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 경계치는

   냉각수온에 따라 ECU에 맵 테이블로 설정된 흡입 공기량의 목표 구배값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 서모스텟의 고장 진단방법.