KR20110026768A - 전자제어 워터펌프를 이용한 차량의 엔진 냉각시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 엔진 냉각시스템을 엔진구동력을 이용하던 기계식 워터펌프를 이용한 냉각시스템에서 엔진구동력을 이용하지 않는 전자제어 워터펌프를 이용한 전자제어 방식의 엔진 냉각시스템으로 개선함으로써 엔진의 초기마모 해소에 따른 엔진 수명 향상, 소실동력의 최소화, 연비 향상, 유해 배출가스 저감을 이룰 수 있고, 하절기에는 히터코어로의 불필요한 냉각수 순환에 따른 냉방손실을 줄이며 동절기에는 엔진 정지시에도 난방이 가능하도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 냉각수를 냉각하는 라디에이터와, 냉각수를 엔진과 상기 라디에이터로 순환시키는 워터펌프를 구비한 차량의 엔진 냉각시스템에 있어서;

상기 라디에이터의 냉각수 출구측에 연결된 냉각수 공급유로에 전자제어 워터펌프가 설치되고, 상기 전자제어 워터펌프의 냉각수 출구측에는 엔진으로 들어가는 냉각수와 히터코어로 들어가는 냉각수를 제어할 수 있는 2-웨이 밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 냉각시스템 및 그 제어방법이 제공된다.

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Description

전자제어 워터펌프를 이용한 차량의 엔진 냉각시스템 및 그 제어방법{engine cooling system of car and method for controlling the same}

본 발명은 차량에 적용되는 엔진냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 엔진 냉각시스템을 전자제어 워터펌프를 이용한 전자제어 방식의 엔진 냉각시스템으로 개선한 것이다.

1980년 이후 국내에서는 자동차의 급격한 증가로 인하여 21세기 현재 1인당 0.8대의 차량을 보유하게 되었으며, 따라서 자동차는 점차 인간에게 없어서는 안 될 교통수단이 되었다.

하지만 아직 전 세계 양산자동차의 기술력으로는 동력원의 주원료인 화석연료에 크게 의존하고 있다. 이에 화석연료를 사용함에 따른 많은 문제점이 확인되었고 이를 보완하기 위해 양산업체는 많은 자본을 투자하고 있는 실정이다.

그 중 하나는 엔진의 효율을 높여 연료소비효율을 높이고 이에 따른 유해 배출가스를 저감하는 것으로서, 이를 위해 엔진의 기계식 제어 시스템은 전자제어 시스템으로 차츰 변화되고 있다.

하지만 아직 엔진 제어시스템 중에서도, 엔진 냉각을 위한 냉각수 순환시스 템은 도 1에 도시된 바와 같이 기존의 기계식 구동에 의한 워터펌프를 이용한 시스템이 사용되어지고 있다.

참고로, 도 1을 참조하여 기존의 엔진 냉각시스템의 작용을 간단히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 엔진의 워밍업이 끝난 상태에서는 기계식 워터펌프의 구동에 의해 냉각수는 엔진 내부를 순환하면서 냉각작용을 수행하게 되고, 이에 따라 온도가 높아진 냉각수는 서모스탯의 작용에 의해 라디에이터 플로우(Radiator flow)를 따라 라디에이터로 유입되며 라디에이터를 지나면서 방열하여 냉각되어 다시 기계식 워터펌프로 유입된다.

한편, 엔진이 워밍업되기 전이어서 엔진의 온도가 일정온도 이하인 상태에서는 냉각수의 라디에이터 플로를 따른 순환이 이루어질 필요가 없으므로 바이패스플로를 따른 순환이 이루어지게 된다. 즉, 기계식 워터펌프의 구동에 의해 냉각수는 엔진내부에서만 순환하게 된다.

그리고, 동절기 엔진 구동에 의해 냉각수가 난방 가능온도(약 40℃)까지 상승한 상태에서는 히터코어측으로 냉각수를 보내어 난방에 사용할 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 작동하는 기존의 기계식 워터펌프를 적용한 엔진 냉각시스템에는 다음과 같은 여러가지 문제점이 수반되고 있다.

먼저, 기존의 기계식 워터펌프를 이용한 엔진 냉각시스템에서는 엔진의 전면부에 워터펌프를 설치해야만 하는 제약이 따른다. 이는 엔진 크랭크축의 동력을 이용하기 위함으로서 상기 크랭크축에 벨트로 연결되기 때문이다.

그리고, 엔진의 전면부에 워터펌프를 설치해야만 하는 제약은 다음과 같은 문제점을 야기하게 되는데, 가장 많은 열이 발생되는 주행시 엔진의 전면부는 라디에이터 그릴로 흡입되는 찬 공기와 라디에이터에 의해 냉각되는 냉각수가 가장 먼저 접하는 부분이라 크게 문제가 되지 않지만 엔진의 후면부는 전면부에 비해 냉각 속도가 느려 엔진부품의 내구성이 떨어지게 된다.

또한, 기존의 엔진 냉각시스템은 워터펌프가 엔진의 전면부에 장착되어 엔진 크랭크축에 연결되어 있음으로 인해, 엔진이 회전하게 되면 항시 워터펌프는 구동하게 된다. 이는 엔진이 워밍업이 되기 전, 엔진의 온도가 일정온도 이하에서는 냉각수가 순환할 필요가 없음에도 불구하고 순환하는 것을 의미하는 것으로, 냉각수가 순환하게 되면 오히려 엔진의 워밍업 시간이 지연되며 엔진의 초기마모가 증가하고 수명 또한 단축된다.

한편, 상기한 엔진의 워밍업 시간 지연 및 엔진의 초기마모 문제를 해결하기 위해 서모스탯(Thermostat)을 장착하여 엔진의 냉각수온도가 일정온도 이하에서는 라디에이터로 순환되지 않게 하여 냉각수의 온도가 유지되도록 하는 기능을 추가하였다.

하지만 냉각수 온도가 낮을시 서모스탯의 작용에 의해 라디에이터로 가는 유로가 닫혀 냉각수의 라디에이터를 통한 순환은 불가능함에도 불구하고, 일단 시동이 걸리면 기계식 워터펌프의 구동에 의해 냉각수는 계속 엔진 내부에서 순환하므로 엔진 내부의 냉각수 압력은 증가하게 된다.

이는 워터펌프 구동에 저항을 가하게 되며 엔진의 구동력에 손실을 가져온다. 또한 벨트 구동에 의하여 워터펌프가 작동함으로 구동력의 손실이 추가되며 워터펌프의 구동축의 베어링부와 스러스트 부분이 힘을 받게 되어 일정기간이 지나게 되면 냉각수 누수현상의 위험이 있다.

이러한 문제점으로 인해 워터펌프 또한 소모성 부품으로 구분되어지고 있다.

그리고, 기존에는 차량의 고속 운전이 이루어진 후 바로 정차시 엔진 블록은 아주 고온으로 가열된 상태인데 반해 워터펌프는 정지상태가 되므로 더이상 냉각수의 순환이 이루어지지지 못하게 되며, 이로 인해 냉각수의 온도가 규정 온도 이상으로 상승하게 되면 엔진의 각종 부품의 내구성에 악영향을 미치게 된다.

상기한 바와 같이, 기존의 엔진 냉각시스템은 여러가지 많은 문제점을 내포하고 있어 그에 대한 개선이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차량의 엔진 냉각시스템을 엔진구동력을 이용하던 기계식 워터펌프를 이용한 냉각시스템에서 엔진구동력을 이용하지 않는 전자제어 워터펌프를 이용한 전자제어 방식의 엔진 냉각시스템으로 개선함으로써 엔진의 초기마모 해소에 따른 엔진 수명 향상, 소실동력의 최소화, 연비 향상, 유해 배출가스 저감을 이룰 수 있고, 하절기에는 히터코어로의 불필요한 냉각수 순환에 따른 냉방손실을 줄이며 동절기에는 엔진 정지시에도 난방이 가능하도록 한 차량의 엔진 냉각시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 형태에 따르면, 냉각수를 냉각하는 라디에이터와, 냉각수를 엔진과 상기 라디에이터로 순환시키는 워터펌프를 구비한 차량의 엔진 냉각시스템에 있어서;

상기 라디에이터의 냉각수 출구측에 연결된 냉각수 공급유로에 전자제어 워터펌프가 설치되고, 상기 전자제어 워터펌프의 냉각수 출구측에는 엔진으로 들어가는 냉각수와 히터코어로 들어가는 냉각수를 제어할 수 있는 2-웨이 밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 냉각시스템이 제공된다.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 냉각수를 냉각하는 라디에이터와, 냉각수를 엔진과 상기 라디에이터로 순환시키는 워터펌 프를 구비한 차량의 엔진 냉각시스템에 있어서;

상기 엔진의 후면부 블록에 워터펌프 설치면이 구비되고, 상기 워터펌프 설치면에 전자제어 워터펌프가 설치되되 상기 엔진의 후면부 블록에는 전자제어 워터펌프의 배출구와 연통되는 냉각수 유입구가 형성되며, 상기 전자제어 워터펌프의 냉각수 유입구측에는 상기 전자제어 워터펌프로 들어가는 냉각수와 히터코어측으로부터 들어오는 냉각수를 제어할 수 있는 2-웨이 밸브가 연결되고, 상기 2-웨이 밸브는 라디에이터의 냉각수 출구측에 연결된 냉각수 공급유로에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 냉각시스템이 제공된다.

본 발명의 엔진냉각 시스템의 효과는 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 따르면 엔진제어장치(ECU)에 입력된 알고리즘을 이용하여 차량 엔진의 냉각수 온도, 엔진블록의 온도, 차량속도와 엔진 회전수에 따라 전자식 워터펌프의 ON, OFF 제어와 회전수 제어를 효과적으로 하게된다. 즉, 워밍업시 엔진 내부의 냉각수 압력증가없이 냉각수의 순환을 차단할 수 있으며, 고속 주행후의 정차에 의한 엔진 정지시에도 엔진의 온도를 확인하여 냉각수 순환 제어를 할 수 있으므로 엔진의 각종 부품의 내구성을 높일 수 있게 된다.

둘째, 워밍업시 냉각수의 순환을 차단함에 있어 기존에 발생하던 엔진 냉각수 압력 증가에 의한 엔진의 구동력 손실 현상이 해소되며, 이에 따라 워터펌프 구동축의 베어링부와 스러스트 부분에 가해지는 응력도 해소되어 오랜기간이 지나도 냉각수 누수현상의 위험이 없다.

셋째, 본 발명에 따른 2-웨이 밸브는 기존의 서모스탯의 기능에서 업그레이드 된 기능을 수행함으로써, 1차적으로 엔진냉각 필요시에는 차량 라디에이터로 냉각수 순환을 시키게 되며, 냉각수 온도가 난방을 위해 설정한 온도에 도달한 경우에는 2차적으로 차량 실내 히터코어로 난방을 위해 냉각수를 순환시킬 수 있다.

넷째, 차량 보조난방 기능을 이용하여 동절기 차량운행후 정차시 시동을 켜지 않은 상태에서도 차량실내 난방을 할 수 있으며, 또한 하절기 불필요한 냉각수 순환을 제어함으로써 실내 냉방손실을 줄일 수 있게 된다.

즉, 동절기때 차량 주행에 의해 냉각수가 난방 가능한 온도 이상인 상태인 경우에 엔진 정지시에도 일정 시간동안 차량 실내 난방이 가능하므로, 차량 실내 난방을 위해 기존에 행해지던 엔진 가동에 의한 연료소비를 줄일 수 있게 된다.

다섯째, 배터리 세이버를 통해 차량 보조난방장치를 구동함에 있어 차량 배터리를 보호할 수 있으며, 평상시 차량의 배터리 상황을 파악할 수 있어 난감한 상황에 대처할 수 있게 된다.

여섯째, 엔진의 전면부는 라디에이터 그릴로 흡입되는 외기와 라디에이터를 통해 냉각된 냉각수에 의해 냉각이 잘되나, 엔진의 후면부는 외기의 접근이 용이하지 않으며 접촉을 하더라도 전면부를 통과하여 과열된 상황이고 냉각수 또한 블록을 지나면서 상당히 과열된 상황이라 엔진의 후면부의 부품들은 전면부의 부품의 내구성에 비해 짧은데, 본 발명은 이를 방지하기 위해 전자제어 워터펌프를 엔진의 후면부나 엔진과 별개로 장착하여 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수를 엔진의 후면부로 유입시킴에 따라 엔진 부품의 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시를 위한 바람직한 실시예들을 첨부도면 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예1]

도 2는 본 발명의 전자제어 워터펌프를 이용한 차량 엔진 냉각시스템 구성도로서, 본 실시예에 따르면, 냉각수를 냉각하는 라디에이터(1)와, 냉각수를 엔진(2)과 상기 라디에이터(1)로 순환시키는 워터펌프를 구비한 차량 엔진 냉각시스템에 있어서, 상기 라디에이터(1)의 냉각수 출구측에 연결된 냉각수 공급유로에 전자제어 워터펌프(3)가 설치되고, 상기 전자제어 워터펌프(3)의 냉각수 출구측에는 엔진(2)으로 들어가는 냉각수와 히터코어(4)로 들어가는 냉각수를 제어할 수 있는 2-웨이 밸브(5)가 연결되어 구성된다.

이때, 상기 엔진(2)의 냉각수 출구측은 라디에이터(1)의 냉각수 유입측에 바로 연결되고, 히터코어(4)의 냉각수 출구측에 연결된 유로(14)는 상기 엔진(2)의 냉각수 출구측과 라이에이터의 냉각수 유입측을 연결하는 유로(12)에 접속된다.

상기 전자제어 워터펌프(3)는 엔진제어장치(ECU; Engine Controll Unit)(도시는 생략함)에 입력된 알고리즘을 이용하여 차량 엔진의 냉각수 온도, 엔진 블록의 온도 제어를 수행하게 되며, 차량속도와 엔진 회전수에 따라 전자식 워터펌프의 온/오프(ON/OFF) 제어와 회전수 제어가 이루어지게 된다.

한편, 상기 전자제어 워터펌프(3)는 BLDC(Brushless DC)모터를 장착한 펌프로 구성됨이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 차량 엔진 냉각시스템의 작용은 다음과 같다.

먼저, 도 2의 (a)를 참조하여 엔진의 초기 시동시(즉, 냉간시)에 대해 설명한다.

엔진의 초기 시동시(즉, 냉간시)에는 엔진(2)의 온도가 낮아서 냉각수의 순환이 필요없는 상태이다.

따라서, 엔진의 초기 시동시에는 엔진의 예열을 돕기 위해 전자제어 워터펌프(3)는 가동되지 않으며, 이에 따라 냉각수가 신속히 설정온도(예; 85℃)에 도달할 수 있게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 차량 엔진 냉각시스템에서는 엔진의 초기 시동시 전자제어 워터펌프(3)가 구동하지 않으므로 엔진(2) 내부의 냉각수는 순환이 없으며 이에 따라 엔진(2) 내부의 냉각수 압력 증가도 없어, 기존의 냉각수의 엔진 내부 순환에 의한 엔진의 워밍업 시간 지연 및 엔진의 초기마모 현상을 해소할 수 있게 된다.

다음으로, 도 2의 (b)를 참조하여 엔진의 워밍업이 완료되고 난 후에 대해 설명한다.

엔진의 워밍업이 완료되고 나서 냉각수의 온도가 설정 온도 이상이 된 경우에는 냉각수의 온도를 측정하는 센서(도시는 생략함)와 엔진 블록의 온도를 측정하는 센서(도시는 생략함)로부터 검출된 냉각수 및 엔진의 온도, 차량의 속도, 엔진의 회전수 등에 따라 전자제어 워터펌프(3)의 회전수를 제어함으로써 엔진(2)의 냉각수 온도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

이때, 기본적으로 상기 냉각수는 온도가 일정 온도(예; 85℃) 이상에서는 라디에이터(1)의 배출측에 연결된 유로를 따라 전자제어 워터펌프(3)로 유입된 다음 이에 연결된 2-웨이 밸브(5)로 흘러들어가고, 다시 2-웨이 밸브(5)와 엔진(2)의 후면부 블록을 연결하는 유로(13)를 통해 엔진 블록 내부로 유입되어 도면상 점선으로 표시된 내부 유로(15)를 따라 순환한 다음, 엔진 블록에서 나와 다시 라디에이터(1)로 유입되어 냉각되는 순환과정을 거치게 된다. 그리고, 상기 냉각수 온도가 일정 온도(예; 85℃)보다 낮은 온도에서는 전자제어 워터펌프(3)를 오프시켜 냉각수의 순환을 정지시키게 된다.

한편, 고속주행후 엔진 정지시에도 엔진의 온도를 확인하여 냉각수 순환제어를 시행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면 엔진이 정지하면 냉각수의 순환이 이루어지지 않던 종래와는 달리, 고속주행후 엔진 정지시에도 엔진의 온도를 검출하여 엔진(2)의 온도가 규정 온도 이상일 경우에는 전자제어 워터펌프(3)를 가동하여 냉각수를 순환시켜 엔진(2) 온도를 낮춤으로써 엔진 내부 부품의 내구성을 높이게 된다.

이때 냉각수 순환경로는 상기한 엔진(2)의 워밍업 완료후의 냉각수 순환 경로와 동일하다.

다음으로 도 2의 (c)를 참조하여 차량 실내 난방시에 대해 설명한다.

겨울철 차량실내 난방시에는 전자제어 워터펌프(3)를 가동하면서 2-웨이 밸브(5)의 제어를 통해 히터코어(4)측에 따뜻해진 냉각수를 공급하게 된다. 즉, 겨울철 차량 실내 냉방은 과열된 엔진(2)의 열을 낮추는 과정에서 냉각수가 얻은 잔열 을 이용하는 것으로서, 차량 정차후 시동을 끈 상태에서 운전자가 차량 실내에 거주시 냉각수의 온도가 난방에 사용될 수 있는 온도(예; 40℃) 이상이면 전자제어 워터펌프(3)를 가동하면서 엔진 냉각순환유로를 개방하고, 이와 더불어 히터코어(4)측으로도 냉각수가 유입되도록 2-웨이 밸브(5)를 제어한다. 이때 차량 엔진의 온도가 규정 온도(예; 150℃) 이하인 경우에는 라디에이터(1) 후방의 냉각팬은 가동시키지 않는 것이 좋다.

즉, 본 실시예에 따르면, 동계시 차량 정차후 차량 실내의 난방을 위해서는 엔진(2)과 냉각수가 가지고 있는 잔열을 이용하여 일정시간 동안 차량 실내 난방이 가능하다. 이는 같은 조건에서 난방이 필요할 경우 기계식 워터펌프 가동을 위해 불가피하게 엔진의 구동이 필요한 기존과는 달리 공회전에 따른 연료소비와 유해가스의 배출 현상을 해소할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에 따르면, 하절기에는 2-웨이 밸브(5)의 제어를 통해 히터코어(4)측으로 불필요하게 냉각수가 유입되지 못하도록 함으로써, 히터코어(4)로의 불필요한 냉각수 순환에 따른 냉방손실을 줄일 수 있게 된다. 즉, 히터코어(4)측에 연결되는 2-웨이 밸브(5)의 유로를 닫아 히터코어(4)측으로 냉각수 유입을 차단하게 되는데, 이는 실내측에 위치한 히터코어(4)측으로 상대적으로 높은 온도인 냉각수가 유입될 경우, 차량용 에어컨의 증발기의 효율을 저하시켜 냉방손실을 초래하기 때문이다.

한편, 본 실시예에 따르면 냉각수를 엔진의 후면부로 유입시킴에 따라 엔진 부품의 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다

즉, 엔진의 냉각시스템은 공랭식과 수냉식을 같이 활용하고 있는데, 엔진의 전면부는 라디에이터 그릴로 흡입되는 외기와 라디에이터를 통해 냉각된 냉각수에 의해 냉각이 잘되나, 엔진의 후면부는 외기의 접근이 용이하지 않으며 접촉을 하더라도 전면부를 통과하여 과열된 상황이고 냉각수 또한 블록을 지나면서 상당히 과열된 상황이라 엔진의 후면부의 부품들은 전면부의 부품의 내구성에 비해 짧은데, 본 실시예에서는 이를 방지하기 위해 전자제어 워터펌프를 엔진과 별개로 장착하여 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수를 엔진의 후면부로 유입시킴에 따라 엔진 부품의 내구성을 높이는 효과를 거둘 수 있게 된다.

[실시예2]

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량 엔진 냉각시스템 구성도로서, 본 실시예에 따르면, 냉각수를 냉각하는 라디에이터(1)와, 냉각수를 엔진(2)과 상기 라디에이터(1)로 냉각수를 순환시키는 워터펌프를 구비한 차량의 엔진 냉각시스템에 있어서; 상기 엔진(2)의 후방측에 워터펌프 설치면(2a)이 구비되고, 상기 워터펌프 설치면(2a)에 전자제어 워터펌프(3)가 설치되되 상기 엔진(2)의 후면부 블록에는 전자제어 워터펌프(3)의 배출구(미도시)와 연통되는 냉각수 유입구(미도시)가 형성되며, 상기 전자제어 워터펌프(3)의 냉각수 유입구측에는 상기 전자제어 워터펌프(3)로 들어가는 냉각수와 히터코어(4)측으로부터 들어오는 냉각수를 제어할 수 있는 2-웨이 밸브(5)가 연결되고, 상기 2-웨이 밸브(5)는 라디에이터(1)의 냉각수 출구측에 연결된 냉각수 공급유로에 연결되어 구성된다.

상기 워터펌프의 배출구는 워터펌프 자체에 형성된 것으로, 워터펌프가 엔진(2)의 후면부에 요입 형성된 워터펌프 설치면(2a) 상에 고정됨에 따라 상기 설치면에 위치한 엔진 블록의 냉각수 유입구(미도시)와 일치하게 된다. 즉, 본 실시예의 전자제어 워터펌프(3)의 기본 장착 구조는 기존의 엔진 냉각시스템에서 기존의 기계식 워터펌프를 엔진 전면에 요입형성된 펌프설치면에 장착할 때와 동일한 방식을 취하게 된다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 차량 엔진 냉각시스템의 작용은 다음과 같다.

먼저, 도 3의 (a)를 참조하여 엔진의 초기 시동시(즉, 냉간시)에 대해 설명한다.

엔진(2)의 초기 시동시는 엔진의 온도가 낮아서 냉각수의 순환이 필요없는 상태이다.

따라서, 엔진(2)의 초기 시동시에는 엔진의 예열을 돕기 위해 전자제어 워터펌프(3)는 가동되지 않으며, 이에 따라 냉각수가 신속히 설정온도(예; 85℃)에 도달할 수 있게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 차량 엔진 냉각시스템에서 역시, 엔진(2)의 초기 시동시 전자제어 워터펌프(3)가 구동하지 않으므로 엔진(2) 내부의 냉각수는 순환이 없으며 이에 따라 엔진(2) 내부의 냉각수 압력 증가도 없어, 기존의 냉각수의 엔진 내부 순환에 의한 엔진의 워밍업 시간 지연 및 엔진의 초기마모 현상을 해소할 수 있게 된다.

다음으로, 도 3의 (b)를 참조하여 엔진 워밍업이 완료된 후에 대해 설명한 다.

엔진(2)의 워밍업이 완료되고 난 후에는 냉각수의 온도를 측정하는 센서(도시는 생략함)와 엔진 블록의 온도를 측정하는 센서(도시는 생략함)로부터 검출된 냉각수 및 엔진의 온도, 차량의 속도, 엔진의 회전수 등에 따라 전자제어 워터펌프(3)의 온/오프 및 회전수를 제어함과 아울러 2-웨이 밸브(5)를 제어함으로써 엔진(2)의 냉각수 온도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

이때, 기본적으로 상기 냉각수는 온도가 일정 온도(예; 85℃) 이상에서는 라디에이터(1)의 배출측에 연결된 유로를 따라 유동한 다음 2-웨이 밸브(5)를 통해 이에 연결된 전자제어 워터펌프(3)로 유입되고, 다시 전자제어 워터펌프(3)의 배출구와 연결된 엔진(2)의 후면부 블록의 유입구를 통해 엔진 블록 내부로 유입되어 도면상 점선으로 표시된 내부 유로(15)를 따라 순환한 다음, 엔진 블록에서 나와 다시 라디에이터(1)로 유입되어 냉각되는 순환과정을 거치게 된다.

그리고, 상기 냉각수 온도가 일정 온도(예; 85℃)보다 낮은 온도에서는 전자제어 워터펌프(3)를 오프시켜 냉각수의 순환을 정지시키게 된다.

한편, 고속주행후 엔진 정지시에도 엔진(2)의 온도를 확인하여 냉각수 순환제어를 시행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면 엔진(2)이 정지하면 냉각수의 순환이 이루어지지 않던 종래와는 달리, 고속주행후 엔진(2) 정지시에도 엔진의 온도를 검출하여 엔진(2)의 온도가 규정 온도 이상일 경우에는 전자제어 워터펌프(3)를 가동하여 냉각수를 순환시켜 엔진(2) 온도를 낮춤으로써 엔진 내부 부품의 내구성을 높이게 된다.

이때 냉각수 순환경로는 상기한 엔진의 워밍업 완료후의 냉각수 순환 경로와 동일하다.

다음으로, 도 3의 (c)를 참조하여 차량실내 난방시에 대해 설명한다.

겨울철 차량실내 난방시에는 전자제어 워터펌프(3)를 가동하면서 2-웨이 밸브(5)의 제어를 통해 히터코어(4)측에 따뜻해진 냉각수를 공급하게 된다. 즉, 겨울철 차량 실내 냉방은 과열된 엔진(2)의 열을 낮추는 과정에서 냉각수가 얻은 잔열을 이용하는 것으로서, 차량 정차후 시동을 끈 상태에서 운전자가 차량 실내에 거주시 냉각수의 온도가 난방에 사용될 수 있는 온도(예; 40℃) 이상이면 전자제어 워터펌프(3)를 가동하면서 엔진(2) 냉각을 위한 순환유로를 개방하고, 이와 더불어 히터코어(4)측으로도 냉각수가 유입되도록 2-웨이 밸브(5)를 제어한다. 즉, 히터펌프의 유입구 측에 연결된 2-웨이 밸브(5)를 개방함으로써 전자제어 워터펌프(3)의 구동시 엔진(2)측으로부터 히터코어(4)측으로 흘러들어가 히터코어(4)를 덥힌 냉각수가 2-웨이 밸브(5)를 통해 전자제어 워터펌프(3)로 유입된 다음 엔진(2)으로 재유입될 수 있도록 한다.

이때 차량 엔진의 온도가 규정 온도(예; 150℃) 이하인 경우에는 라디에이터(1) 후방의 냉각팬은 가동시키지 않는 것이 좋다.

즉, 본 실시예에 따르면, 동계시 차량 정차후 차량 실내의 난방을 위해서는 엔진과 냉각수가 가지고 있는 잔열을 이용하여 일정시간 동안 차량 실내 난방이 가능하다. 이는 같은 조건에서 난방이 필요할 경우 기계식 워터펌프 가동을 위해 불가피하게 엔진(2)의 구동이 필요한 기존과는 달리 공회전에 따른 연료소비와 유해 가스의 배출 현상을 해소할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예의 냉각수 유로 구조는 전술한 제1실시예에서와는 달라지게 되는데, 전술한 제1실시예에서는 엔진(2)으로부터 나와서 라디에이터(1)로 유입되는 냉각수 유로(12)상에 히터코어(4)에서 나오는 냉각수 유로(14)가 접속되는 구조인 반면, 본 실시예에 있어서는 엔진(2)으로부터 나와서 라디에이터(1)로 유입되는 냉각수 유로와, 상기 엔진(2)으로부터 나와서 히터코어(4)측으로 유입되는 냉각수의 유로가 완전히 분리된 구조를 취한다.

그리고, 본 실시예 역시, 하절기에는 2-웨이 밸브(5)의 제어를 통해 히터코어(4)측으로 불필요하게 냉각수가 유입되지 못하도록 함으로써, 히터코어(4)로의 불필요한 냉각수 순환에 따른 냉방손실을 줄일 수 있게 된다. 즉, 히터코어(4)측에 연결되는 2-웨이 밸브(5)의 유로를 닫아 히터코어(4)측으로 냉각수 유입을 차단하게 되는데, 이는 실내측에 위치한 히터코어(4)측으로 상대적으로 높은 온도인 냉각수가 유입될 경우, 차량용 에어컨의 증발기의 효율을 저하시켜 냉방손실을 초래하기 때문이다.

한편, 본 실시예 역시 전술한 제1실시예에서와 마찬가지로 냉각수를 엔진의 후면부로 유입시킴에 따라 엔진 부품의 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다

즉, 엔진의 전면부는 라디에이터 그릴로 흡입되는 외기와 라디에이터를 통해 냉각된 냉각수에 의해 냉각이 잘되나, 엔진의 후면부는 외기의 접근이 용이하지 않으며 접촉을 하더라도 전면부를 통과하여 과열된 상황이고 냉각수 또한 블록을 지나면서 상당히 과열된 상황이라 엔진의 후면부의 부품들은 전면부의 부품의 내구성 에 비해 짧은데, 본 실시예에서는 이를 방지하기 위해 전자제어 워터펌프를 엔진의 후면부에 장착하여 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수를 엔진의 후면부로 유입시킴으로써 엔진 부품의 내구성을 높일 수 있게 된다.

[실시예3]

도 4는 본 발명에 적용되는 차량용 배터리 세이버의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명에 적용되는 차량용 배터리 세이버의 상세 구성을 나타낸 블록도로서, 본 실시예의 차량용 배터리 세이버(22)는 전술한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 차량 엔진 냉각시스템에 공통적으로 적용가능하다.

즉, 본 실시예의 구성에 따르면, 상기 전자제어 워터펌프(3)는 차량의 배터리 주전원을 공급받아 구동하게 되며, 상기 차량 배터리(21)의 주전원 라인에는 설정된 전압값이 검출되면 배터리 주전원을 직접 차단 제어하는 배터리 세이버(22)가 직접 연결된다.

그리고, 도 5를 참조하면, 상기 배터리 세이버(22)는, 메인 시스템에 전원을 공급하기 위한 배터리(21)의 전압을 검출하기 위한 전압 검출부와, 상기 배터리(21) 전압을 계산하여 현재 전압을 나타내는 주변 인터페이스 컨트롤러(PIC)와, 상기 배터리(21) 상태 및 전압 크기를 나타내기 위한 검출 전압 표시부와, 검출된 배터리(21) 전압의 크기가 설정된 크기가 되면 전원을 차단하는 주전원 차단부를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 배터리 세이버 시스템은 배터리(21)와 배터리 세이 버(22) 사이에 구성되어 배터리 세이버(22)에 의해 주전원이 차단된 상태에서 운전자가 시동을 걸기 위해 강제 구동 신호 입력부(31)를 통하여 강제 구동 신호가 입력되면 배터리 전원을 배터리 세이버(22)를 거치지 않고 바로 차량 메인 전원 제어부(23)로 공급되도록 하여 차량 시동이 이루어지도록 하는 전원 공급 선택부(32)를 더 포함하여 구성된다.

한편, 주전원 차단부(36)는 주변 인터페이스 컨트롤러(PIC)(34)의 제어 신호에 의해 스위칭되어 배터리 주전원을 제어하는 릴레이로 구성된다.

그리고 전원 공급 선택부(32)는 강제 구동 신호 입력부(31)를 통하여 입력되는 강제 구동 신호에 의해 스위칭 동작을 하여 배터리 전원이 배터리 세이버(22)를 거치지 않고 직접 차량 메인 전원 제어부(23)로 공급되도록 하는 릴레이로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 작용은 다음과 같다.

엔진이 정지한 상황에서도 각종 기기들은 작동을 하기 위해 전력을 필요로 하는데, 엔진 정지시는 따로 전력 생산이 없어 배터리(21)에 저장된 전력만을 소비하게 된다.

이로 인해 만약 본 발명의 엔진 냉각시스템을 적용하여 차량 정차후 엔진(2)을 끈상태에서 엔진과 냉각수가 가지고 있는 잔열을 이용하여 일정시간 동안 차량 실내 난방을 하기 위해 전자제어 워터펌프(3)를 구동하는 경우등에 있어서, 사용자가 주의를 기울이지 않는 경우 배터리 용량의 한계로 인해 배터리(21)가 방전될 우려가 높다.

이에 본 실시예에서는 차량 배터리(21)의 주전원 라인에 직접연결되어 설정된 전압값이 검출되면 배터리(21) 주전원을 직접 차단 제어하는 배터리 세이버(22)가 구비됨으로써, 배터리 방전을 근원적으로 차단함으로써 배터리 보호에 만전을 기할 수 있게 되며, 배터리 방전에 따른 사용자의 불편함을 효과적으로 해소할 수 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한 여러가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능함은 물론이다.

따라서, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예들로 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명은 현재 주로 자동차에 응용되어 제품화될 예정으로서, 엔진 냉각수의 제어가 기존의 기계식 시스템에서 보다 더욱 정확해졌으며, 이외에 하절기의 냉방효율의 증가와 동절기의 무시동 차량보조 난방장치로의 사용이 가능해짐에 이에 따른 엔진효율증가와 연비저감, 엔진 내구성 향상, 차량배터리 보호가 가능해져 차후 에너지 효율을 높이기 위한 양산차량에 설치될 것으로 전망되므로 산업상 이용 가능성이 매우 높은 발명이다.

도 1은 기존의 기계식 차량 엔진 냉각 시스템 구성도

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량 엔진 냉각시스템 구성도

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량 엔진 냉각시스템 구성도

도 4는 본 발명에 적용되는 차량용 배터리 세이버의 구성을 나타낸 블록도

도 5는 본 발명에 적용되는 차량용 배터리 세이버의 상세 구성을 나타낸 블록도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 라디에이터 2: 엔진

2a: 워터펌프 설치면 3: 전자제어 워터펌프

4: 히터코어 5: 2-웨이 밸브

21: 배터리 22: 배터리 세이버

Claims (9)

1. 냉각수를 냉각하는 라디에이터와, 냉각수를 엔진과 상기 라디에이터로 순환시키는 워터펌프를 구비한 차량의 엔진 냉각시스템에 있어서;

   상기 라디에이터의 냉각수 출구측에 연결된 냉각수 공급유로에 전자제어 워터펌프가 설치되고,

   상기 전자제어 워터펌프의 냉각수 출구측에는 엔진으로 들어가는 냉각수와 히터코어로 들어가는 냉각수를 제어할 수 있는 2-웨이 밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 냉각시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엔진의 냉각수 출구측은 라디에이터의 냉각수 유입측에 바로 연결되고, 히터코어의 냉각수 출구측은 상기 엔진의 냉각수 출구측과 라이에이터의 냉각수 유입측을 연결하는 유로에 접속되는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 냉각시스템.
3. 냉각수를 냉각하는 라디에이터와, 냉각수를 엔진과 상기 라디에이터로 냉각수를 순환시키는 워터펌프를 구비한 차량의 엔진 냉각시스템에 있어서;

   상기 엔진의 후면부 블록에 워터펌프 설치면이 구비되고,

   상기 워터펌프 설치면에 전자제어 워터펌프가 설치되되 상기 엔진의 후면부 블록에는 전자제어 워터펌프의 배출구와 연통되는 냉각수 유입구가 형성되며,

   상기 전자제어 워터펌프의 냉각수 유입구측에는 상기 전자제어 워터펌프로 들어가는 냉각수와 히터코어측으로부터 들어오는 냉각수를 제어할 수 있는 2-웨이 밸브가 연결되고,

   상기 2-웨이 밸브는 라디에이터의 냉각수 출구측에 연결된 냉각수 공급유로에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 냉각시스템.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 전자제어 워터펌프는 차량의 배터리 주전원을 공급받아 구동하게 됨을 특징으로 하는 차량의 엔진 냉각시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 차량 배터리의 주전원 라인에 직접 연결되어 설정된 전압값이 검출되면 배터리 주전원을 직접 차단 제어하는 배터리 세이버가 구비됨을 특징으로 하는 차량용 엔진 냉각시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 배터리 세이버는,

   메인 시스템에 전원을 공급하기 위한 배터리의 전압을 검출하기 위한 전압 검출부;

   상기 배터리 전압을 계산하여 현재 전압을 나타내는 주변 인터페이스 컨트롤 러(PIC);

   상기 배터리 상태 및 전압 크기를 나타내기 위한 검출 전압 표시부;

   검출된 배터리 전압의 크기가 설정된 크기가 되면 전원을 차단하는 주전원 차단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 냉각시스템.
7. 제 1 항 또는 제 3 항의 차량 엔진 냉각시스템에 있어서,

   엔진의 온도가 낮아서 냉각수의 순환이 필요없는 초기 시동시에는 전자제어 워터펌프를 가동하지 않고,

   엔진의 워밍업이 완료되고 냉각수의 온도가 설정 온도 이상이 된 경우에는 냉각수 및 엔진의 온도, 차량의 속도, 엔진의 회전수 등에 따라 전자제어 워터펌프의 회전수를 제어하게 되며,

   차량실내 난방시에는 전자제어 워터펌프를 가동하면서 2-웨이 밸브의 제어를 통해 히터코어측에 따뜻해진 냉각수를 공급하게 되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 냉각시스템 제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   고속주행후 엔진 정지시에 엔진의 온도를 검출하여 엔진의 온도가 규정 온도 이상일 경우에는 전자제어 워터펌프를 가동하여 냉각수를 순환시켜 엔진 온도를 낮추게 되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 냉각시스템 제어방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   하절기에는 2-웨이 밸브의 제어를 통해 히터코어측으로 불필요하게 냉각수가 유입되지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 냉각시스템 제어방법.

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