KR20110120766A - 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치 및 방법 - Google Patents

하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 방열량에 따라 전동식 워터펌프의 온/오프 구동과 구동량을 제어하는 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 엔진에서 배출되는 냉각수 온도와 엔진에 유입되는 냉각수 온도를 검출하여 온도차를 산출하는 과정, 온도차에 순환되는 냉각수 유량을 적용하여 엔진 방열량을 산출하는 과정, 엔진 방열량에 비례하는 구동량을 결정하여 전동식 워터펌프를 제어하는 과정을 포함한다.
따라서, 엔진의 안정된 온도를 유지시켜 엔진 효율을 높이고, 핫 스팟의 발생이 방지되어 안정성이 제공된다.

Description

하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROL WATER PUMP OF HYBRID VEHICLE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 방열량에 따라 전동식 워터펌프의 온/오프 구동과 구동량을 제어하는 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
자동차에 대한 강화된 배기가스의 규제를 만족시키고, 연비 향상을 제공하기 위하여 하이브리드 자동차가 개발되고 있으며, 일부 양산되어 운행되고 있다.
하이브리드 자동차는 다양한 형태가 있으나, 통상적으로 동력원으로 엔진과 모터가 적용되며, 주행 상황과 차량의 조건에 따라 모터로만 구동되는 EV(전기차)모드, 엔진과 모터를 함께 구동력으로 사용하는 HEV(하이브리드)모드가 제공된다.
그리고, 하이브리드 자동차는 감속시에 모터를 역회전시키는 회생제동을 통해 전기를 생산하여 배터리에 저장하며, 정차시에는 엔진을 시동 오프하고 출발시 모터로 엔진을 재시동시키는 아이들 스톱 앤 고(Idle Stop and Go) 제어를 통해 연비 향상 및 배기가스의 안정화를 제공한다.
상기한 하이브리드 자동차에는 통상적으로 엔진의 과열을 방지하기 위하여 냉각수를 강제 순환시키는 방식이 적용되며, 이를 위해 엔진의 실린더 블록과 실린더 헤드에 냉각수로를 형성하고, 워터펌프의 작동으로 냉각수로에 냉각수를 강제로 순환시켜 엔진이 과열되는 것을 방지하여 준다.
워터펌프는 벨트를 통해 엔진의 여러 보기류 들과 맞물려, 엔진의 시동과 동시에 상시 동작되어 엔진의 워밍업 조건이나 냉각조건에 관계없이 상시적으로 냉각수를 순환시킨다.
따라서, 엔진이 워밍업 되어 있는 상태에서는 연비 및 배기가스의 안정화를 제공할 수 있으나, 엔진이 충분히 냉각되어 있는 상태에서 엔진이 시동되는 경우 냉각수의 순환에 따라 엔진의 워밍업 시간이 지연되고, 이에 따라 냉각된 구동부위의 마찰에 의한 구동손실이 증가된다.
또한, 엔진의 냉각에 의해 연소 효율이 떨어져 연료 소모량이 증가되고, 배기가스의 온도 상승이 지연되어 촉매의 활성화 시간이 지연되므로 배기가스에 유해성 물질이 다량으로 배출되어 에미션을 불안정하게 한다.
또한, 연료펌프의 상시 동작에 따라 크랭크축에 부하로 작용하게 되어 엔진의 출력 효율을 저하시키고, 이에 따라 연비 저하를 초래시키는 문제점이 있다.
특히, 전동식 워터펌프가 적용되는 경우 엔진에 배출되는 냉각수의 온도를 기준으로 전동식 워터펌프를 제어하는 경우 엔진이 요구하는 냉각 요구량에 대비하여 반응시간이 느리므로, 엔진 내부의 핫 스팟(Hot Spot) 발생에 대한 대응이 어려우며 때로는 엔진이 과냉되어 엔진 효율을 저하시키는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 하이브리드 자동차에 전동식 워터펌프를 적용하고, 엔진의 방열량에 따라 전동식 워터펌프의 온/오프 구동과 구동량을 제어하도록 하여 최적의 냉각효율을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진에서 배출되는 냉각수의 온도에 따라 순환 방향을 결정하는 서모스탯; 엔진과 서모스탯 사이에 장착되어 냉각수를 순환시키는 전동식 워터펌프를 포함하며,
엔진에서 냉각기로 순환되는 냉각수 온도를 검출하는 제1수온센서; 냉각기를 순환하여 엔진으로 유입되는 냉각수 온도를 검출하는 제2수온센서; 상기 제1,2수온센서에서 검출되는 냉각수 온도차와 순환되는 냉각수 유량을 적용하여 엔진의 방열량을 결정하고, 방열량에 비례하는 구동량으로 상기 전동식 워터펌프를 제어하는 제어부를 포함하는 하이브리드 차량의 워터펌프 제어장치를 제공한다.
상기 엔진의 방열량은 차종에 따라 반복적인 실험을 통해 시험 값으로 결정되며, 엔진토크 및 엔진속도에 따른 2차원 맵으로 구성된다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진에서 배출되는 냉각수 온도와 엔진에 유입되는 냉각수 온도를 검출하여 온도차를 산출하는 과정; 상기 산출된 온도차에 순환되는 냉각수 유량을 적용하여 엔진 방열량을 산출하는 과정; 상기 산출된 엔진 방열량에 비례하는 구동량을 결정하여 전동식 워터펌프를 제어하는 과정을 포함하는 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어방법을 제공한다.
이와 같은 본 발명은 하이브리드 자동차에서 엔진의 방열량에 비례하는 전동식 워터펌프의 구동으로 냉각수의 순환을 최적으로 조정함으로써, 엔진 내부에서의 핫 스팟(Hot Spot) 발생이 방지되어 안정성이 제공되고, 엔진의 과열 및 과냉각이 방지되어 엔진 효율을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어 타이밍을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 자기 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 동력원인 엔진(100)과 제1수온센서(110), 제2수온센서(120), 라디에이터(130), 서모스탯(140), 전동식 워터펌프(150) 및 제어부(150)를 포함한다.
제1수온센서(110)는 엔진(100)에서 배출되어 냉각기로 순환되는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(160)에 제공한다.
제2수온센서(120)는 냉각기인 라디에이터(130) 혹은 바이패스(By Pass) 라인을 순환한 다음 엔진(100)으로 유입되는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(160)에 제공한다.
라디에이터(130)는 코어(Core)를 통해 냉각수와 대기의 접촉 면적을 확장시켜 냉각수에 흡수된 열을 방열시키고, 일측에는 냉각수의 온도 조건과 차량의 운전조건에 따라 방열 효과를 높여주기 위하여 강제 송풍을 제공하는 쿨링팬(도시되지 않음)이 장착된다.
서모스탯(140)은 엔진(100)에서 배출되는 냉각수의 온도에 따라 냉각수의 순환 방향을 바이패스 라인 혹은 라디에이터(130)로 결정하여 순환시킨다.
전동식 워터펌프(150)는 엔진(100)과 서모스탯(140)의 사이에 장착되며, 제어부(160)에서 인가되는 제어신호에 따라 온/오프 구동과 구동량이 제어되어 냉각수의 순환을 실행한다.
상기 전동식 워터펌프(150)는 클러치 방식의 워터펌프 혹은 전자식 워터펌프 중 어느 하나가 적용된다.
제어부(160)는 엔진(100)의 동작에 따라 냉각 요구량인 방열량을 산출하고, 방열량에 비례하는 구동량으로 전동식 워터펌프(150)의 구동을 제어한다.
상기 제어부(160)는 엔진(100)에서 배출되어 냉각기로 순환되는 냉각수의 온도를 제1수온센서(110)를 통해 검출하고, 냉각기를 순환한 다음 엔진(100)으로 유입되는 냉각수의 온도를 제2수온센서(120)를 통해 검출하여 온도의 차이를 산출하고, 엔진(100)과 냉각기 사이에 흐르는 유량을 곱 연산하여 엔진(100)의 방열량을 산출하며, 하기와 같이 표현된다.
Q(방열량) = m(유량) × c(비열) × △T(온도차)
상기 엔진(100)의 방열량은 차종에 따라 반복적인 실험을 통해 시험 값으로 결정할 수 있으며, 엔진토크 및 엔진속도에 따른 2차원 맵으로 표현할 수 있다.
상기 제어부(160)는 외기온도, 엔진 회전수, ISG 등의 운전정보 및 환경정보를 분석하여 냉각 시스템에서 에러가 검출되면 경고 메시지를 출력함과 동시에 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 진입하여 전동식 워터펌프(150)를 상시 작동시킨다.
상기 제어부(160)는 엔진(100)의 방열량이 급상승하는 경우 냉각수의 온도가 저온인 조건에 대하여 고온인 조건에서 핫 스팟(Hot Spot) 발생에 더 취약하므로, 냉각수의 온도에 따라 구동량을 증가시켜 전동식 워터펌프(150)를 구동시킨다.
예를 들어, 냉각수의 온도가 일정한 상황에서 엔진(100)의 방열량이 증가하면 엔진(100)의 방열량에 비례하는 구동량으로 전동식 워터펌프(150)를 제어하고, 엔진(100)의 방열량과 냉각수의 온도가 함께 증가하게 되면 엔진(100)의 방열량에 비례하는 구동량을 결정한 다음 냉각수의 온도에 따른 보정 펙터를 적용하여 최종적인 구동량을 결정하여 전동식 워터펌프(150)의 구동을 제어한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
하이브리드 자동차에서 제어부(160)는 모든 센서들로부터 운전정보와 다양한 환경정보를 검출하여(S101) 냉각 시스템을 진단하며(S102) 냉각 시스템의 진단 결과 정상상태를 유지하고 있는지를 판단한다(S103).
상기 S103에서 냉각 시스템이 비정상적인 상태로 판단되면 제어부(160)는 설정된 소정의 형식으로 경고 메시지를 출력한 다음(S113) 림프 홈 모드로 진입하여 설정된 구동량으로 전동식 워터펌프(150)를 상시 작동시켜 일정량의 냉각수 유량을 상시적으로 순환시킨다(S114).
그러나, 상기 S103에서 냉각 시스템이 정상적인 상태로 판단되면 제어부(160)는 엔진(100)에서 배출되어 냉각기로 순환되는 냉각수의 온도를 제1수온센서(110)를 통해 검출하고, 냉각기를 순환한 다음 엔진(100)으로 유입되는 냉각수의 온도를 제2수온센서(120)를 통해 검출하여 온도의 차이를 산출한다(S104).
상기 산출되는 온도의 차이에 엔진(100)과 냉각기 사이에 흐르는 냉각수의 유량을 곱 연산하여 엔진(100)의 방열량을 산출한다(S105).
상기 산출되는 엔진(100)의 방열량이 냉각수의 순환이 필요한 온도로 설정되는 기준온도 이상인지를 판단한다(S106).
상기 S106에서 엔진(100)의 방열량이 설정된 기준온도 미만이면 제어부(160)는 전동식 워터펌프(150)를 오프 상태로 유지하여 냉각수의 순환이 실행되지 않도록 한다(S107).
그러나, 상기 S106에서 엔진(100)의 방열량이 설정된 기준온도 이상으로 판단되면 엔진(100)의 방열량에 비례하는 구동량(구동속도)를 결정하여(S108) 전동식 워터펌프(150)의 구동을 제어함으로써, 냉각수를 순환시킨다(S109).
상기와 같이 엔진(100)의 방열량에 비례하는 구동량으로 전동식 워터펌프(150)의 구동을 제어하는 과정에서 엔진(100)의 방열량과 냉각수의 온도가 함께 증가하여 제1수온센서(110)에서 검출되는 냉각수의 온도가 설정된 기준온도(A℃)를 초과하였는지 판단한다(S110).
상기 기준온도(A℃)는 운전 부하에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 대략적으로 85℃ 내지 95℃로 설정된다.
상기 S110에서 냉각수의 온도가 상승하여 설정된 기준온도(A℃)를 초과하지 않았으면 상기 S108의 과정으로 리턴하여 방열량에 비례하는 구동량으로 전동식 워터펌프(150)의 구동을 유지한다.
그러나, 상기 S110에서 냉각수의 온도가 설정된 기준온도(A℃)를 초과한 상태이면 엔진(100)의 방열량에 비례하는 구동량을 결정하고 냉각수의 온도에 따른 보정 펙터를 적용하여 최종적인 구동량(구동속도)을 결정한 다음(S111), 최종 결정된 구동량으로 전동식 워터펌프(150)의 구동을 제어하여 냉각수를 순환시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 냉각수의 온도가 일정한 구간에서는 엔진 방열량에 따라 전동식 워터펌프의 구동을 제어하고, 엔진 방열량과 냉각수의 온도가 동시에 상승하여 냉각수온에 따른 펙터 보정 적용구간에 진입되면 엔진 방열량과 냉각수 온도의 조건이 적용되어 전동식 워터펌프의 구동이 제어된다.
따라서, 엔진의 냉각 요구량에 대한 냉각수 유량의 순환을 제공함으로써, 엔진 내부에서의 핫 스팟이 발생되는 것을 방지하고, 엔진의 과냉이 방지되어 엔진의 효율을 향상시킨다.
100 : 엔진 110 : 제1수온센서
120 : 제2수온세서 130 : 라디에이터
140 : 서모스탯 150 : 전동식 워터펌프
160 : 제어부

Claims (5)

  1. 엔진에서 배출되는 냉각수의 온도에 따라 순환 방향을 결정하는 서모스탯;
    엔진과 서모스탯 사이에 장착되어 냉각수를 순환시키는 전동식 워터펌프;
    를 포함하며,
    엔진에서 냉각기로 순환되는 냉각수 온도를 검출하는 제1수온센서;
    냉각기를 순환하여 엔진으로 유입되는 냉각수 온도를 검출하는 제2수온센서;
    상기 제1,2수온센서에서 검출되는 냉각수 온도차와 순환되는 냉각수 유량을 적용하여 엔진의 방열량을 결정하고, 방열량에 비례하는 구동량으로 상기 전동식 워터펌프를 제어하는 제어부;
    를 포함하는 하이브리드 차량의 워터펌프 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 냉각 시스템에서 이상이 검출되면 경고 메시지를 출력함과 동시에 림프 홈 모드로 진입하여 설정된 구동량으로 전동식 워터펌프를 제어하여 냉각수를 상시 순환시키는 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 냉각수 온도가 일정한 상황에서 엔진 방열량에 비례하는 구동량으로 전동식 워터펌프를 제어하고,
    엔진 방열량과 냉각수 온도가 증가하면 엔진 방열량에 비례하는 구동량을 결정하고 냉각수 온도에 따른 보정 펙터를 적용한 최종 구동량으로 전동식 워터펌프를 제어하는 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어장치.
  4. 엔진에서 배출되는 냉각수 온도와 엔진에 유입되는 냉각수 온도를 검출하여 온도차를 산출하는 과정;
    상기 산출된 온도차에 순환되는 냉각수 유량을 적용하여 엔진 방열량을 산출하는 과정;
    상기 산출된 엔진 방열량에 비례하는 구동량을 결정하여 전동식 워터펌프를 제어하는 과정;
    을 포함하는 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각수 온도가 일정하면 엔진 방열량에 비례하는 구동량으로 전동식 워터펌프를 제어하는 과정;
    엔진 방열량과 냉각수 온도가 증가하면 엔진 방열량에 비례하는 구동량을 결정하고 냉각수 온도에 따른 보정 펙터를 적용한 최종 구동량을 결정하여 전동식 워터펌프를 제어하는 과정;
    을 더 포함하는 하이브리드 자동차의 워터펌프 제어방법.
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