KR20150058941A - 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법 - Google Patents

가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법은 엔진이 러닝(Running)상태이고, 히터 블로우(50-1)가 온(On)상태이면, 외기온과 냉각수온이 체크된 후 난방모드가 수행되고, 난방모드에서는 엔진(1)에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구(40)를 거쳐 히터 블로우(50-1)로 보내짐으로써 운전자의 난방 요구시 난방 성능 저하 없이 난방 요구가 충족되고, 특히 엔진 효율과 차량 연비를 향상하는 기본 성능이 유지되면서도 요구하는 난방 성능 충족을 통한 사용영역 확장이 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법{Mode Control Method of Variable Divide Cooling System in Vehicle}
본 발명은 가변분리냉각시스템에 관한 것으로, 특히 엔진 효율 향상과 차량 연비 향상을 위한 가변분리냉각제어 성능이 유지되면서도 난방 성능 저하 없이 난방 요구를 충족시킬 수 있는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 연비 개선을 위해 다양한 장치가 적용되며, 이러한 장치의 예로서 냉각시스템을 이용한 연비 개선 방식이 있다.
냉각시스템을 이용한 방식은 엔진 블록이 고온 냉각수에 의해 신속하게 온도 상승됨으로써 피스톤 기구의 마찰 저감으로 연비가 개선되는 방식이다. 이는 가변분리냉각시스템으로 칭한다.
그러므로, 가변분리냉각시스템은 일반 냉각시스템의 냉각수 순환이 워터펌프에서 엔진 블록 및 헤드로 공급된 냉각수가 라디에이터에서 냉각된 후 다시 엔진으로 순환되는 방식과 차이를 갖는 방식이다.
일례로, 가변분리냉각시스템에는 일반 냉각시스템에 비해 엔진 블록측에 설치된 유로차단밸브와 이에 연계된 유로 라인을 설치하고, 엔진의 작동 상태가 특정 조건을 만족할 때 유로차단밸브를 제어해 엔진 블록측 냉각수 흐름이 정체되도록 함으로써 엔진블록내 냉각수가 엔진 열을 신속하게 흡수하게 된다.
또한, 가변분리냉각시스템에서는 엔진 블록과 실린더 헤드를 통과한 가열된 냉각수가 쓰로틀바디의 결빙 방지 및 차량 히터의 난방을 위해 공급된다.
이와 같이, 가변분리냉각시스템은 낮은 온도의 엔진 블록에 의한 마찰 손실 축소로 연비를 향상 시키고 동시에 실린더 헤드측 냉각수 유량 증가에 의한 실린더 헤드의 온도 저감으로 연소 특성도 향상시킬 수 있고, 이를 위해 엔진의 냉각수 순환을 최적으로 제어하게 된다.
국내특허공개 10-2007-0032587(2007년03월22일)
하지만, 가변분리냉각시스템은 냉각수 순환의 변경에 따른 난방장치의 성능 저하를 가져온다는 불편이 있게 된다.
이는, 유로차단밸브의 작동으로 냉각수가 엔진 블록에 정체됨으로써 난방 공조 장치인 블로워의 히터측으로 공급되는 유량 저감이 일어나고, 히터측 공급 유량 저감은 난방 성능 저하를 가져옴으로써 특히 겨울철 고객 불만이 가중되는 한 원인이 될 수밖에 없다.
이러한 난방 성능 저하는 단지 엔진의 조건인 부하, 토크, 회전수(RPM), 냉각수온 만 적용된 유로차단밸브의 작동 조건에 기인된다.
그러므로, 가변분리냉각시스템에서는 난방 공조 장치의 가동 여부가 전혀 고려되지 않고 냉각수 순환 변경을 위한 유로차단밸브의 작동이 이루어진다는 한계가 있을 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 냉각수흐름을 엔진 블록내에서 정체시켜야 할 때 운전자의 난방 의지와 차량의 환경 조건을 종합적으로 판단한 후 냉각수 순환 흐름이 제어됨으로써 난방 성능 저하 없이 난방 요구가 충족되고, 특히 엔진 효율과 차량 연비를 향상하는 기본 성능이 유지되면서도 요구하는 난방 성능 충족을 통한 사용영역 확장이 이루어지는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법은 가변분리냉각시스템의 냉각수 순환제어가 난방모드와 예열모드 및 냉각모드로 구분되고; 상기 난방모드는 엔진이 러닝(Running)상태이고, 히터 블로우가 온(On)상태이면, 외기온과 냉각수온이 체크된 후 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 난방모드는 상기 외기온의 설정 조건이 만족되어야 만 상기 냉각수온이 체크되고, 상기 외기온의 설정 조건은 외기온 < 설정값이며, 상기 설정값은 난방을 요구하는 외기온도이다.
상기 냉각수온의 설정 조건은 냉각수온 ≥ 설정값이며, 상기 설정값은 난방이 가능한 냉각수온의 온도이다.
상기 난방모드에서는 상기 엔진에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구를 거쳐 상기 히터 블로우로 보내지고, 상기 엔진에서 나온 냉각수가 라디에이터로 보내지지 않으며, 워터펌프는 WTC(Water Temperature Control)에서 냉각수를 펌핑하여 상기 엔진으로 다시 보내준다.
상기 예열모드는 상기 외기온의 설정 조건이 만족되지 않거나 상기 냉각수온의 설정 조건이 만족되지 않고, 상기 엔진의 작동 상태가 엔진 블록의 예열이 필요한 조건일 때 수행되며, 상기 엔진 블록의 예열이 필요한 조건은 엔진의 부하, 토크, 엔진 회전수(RPM), 냉각수온이다.
상기 예열모드에서는 상기 엔진에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구를 차단되어져 엔진 불록에 정체되고, 상기 엔진에서 나온 냉각수는 라디에이터로 보내지지 않고 히터 블로우와 WTC(Water Temperature Control)로 보내지며, 워터펌프는 WTC(Water Temperature Control)에서 냉각수를 펌핑하여 상기 엔진으로 다시 보내준다.
상기 냉각모드는 상기 엔진의 작동 상태가 상기 난방모드와 상기 예열모드를 요구하지 않을 때 수행된다.
상기 냉각모드에서는 상기 엔진에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구를 거쳐 상기 히터 블로우로 보내지고, 상기 엔진에서 나온 냉각수가 라디에이터로 보내지며, 상기 라디에이터에서 나온 냉각수가 WTC(Water Temperature Control)로 보내지고, 워터펌프는 상기 WTC에서 냉각수를 펌핑하여 상기 엔진으로 다시 보내준다.
이러한 본 발명은 엔진 효율과 차량 연비를 향상하는 기본 성능이 유지되면서도 난방 요구 시 난방 성능 저하 없이 난방 요구를 충족시킴으로써 가변분리냉각시스템의 고객 불만 원인이 제거되고, 특히 난방 성능 충족을 통한 가변분리냉각시스템의 사용영역이 확장되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 난방 요구가 차량 환경 조건과 운전자 난방 의지의 종합적 판단으로 이루어짐으로써 냉각수흐름을 엔진 블록내에서 정체시켜야 하는 엔진 조건에 대한 변경이 요구되지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 엔진 블록내 냉각수 정체를 위한 엔진 조건 변경이 요구되지 않음으로써 기존의 가변분리냉각제어로직에 대한 개선 및 업데이트가 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가변분리냉각시스템 모드별 제어의 동작흐름이고, 도 2는 본 발명에 따른 모드별 제어가 적용된 가변분리냉각시스템 구성이며, 도 3은 본 발명에 따른 가변분리냉각시스템이 난방 모드로 제어되는 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 가변분리냉각시스템이 예열 모드로 제어되는 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 가변분리냉각시스템이 냉각 모드로 제어되는 상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 싱시예에 따른 가변분리냉각시스템 모드별 제어의 동작흐름을 나타낸다.
도시된 바와 같이, S10의 엔진이 러닝(Running) 상태에 진입되면, S30-1의 난방모드, S50-1의 예열모드, S70-1의 냉각모드가 엔진을 포함한 차량 조건에 따라 구분됨으로써 가변분리냉각시스템은 모드별 제어 로직으로 제어된다.
이러한 모드별 제어 로직이 적용되는 가변분리냉각시스템은 도 2를 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, 가변분리냉각시스템은 LH 블록(3)에서 냉각수가 유입되는 LH 헤드(5)와 RH 블록(3-1)에서 냉각수가 유입되는 LH 헤드(5)로 구성된 엔진(1),고온 냉각수를 냉각한 후 엔진(1)으로 보내주는 라디에이터(10), 냉각수 온도를 검출해 냉각수 순환제어를 하는 WTC(Water Temperature Control)(20), 냉각수를 강제 순환시키는 워터펌프(30), 냉각수를 LH 블록(3)과 RH 블록(3-1)에 정체시켜주는 블록유로차단기구(40), 고온 냉각수와 열교환하는 냉각수 열교환기구(50)로 구성된다.
상기 블록유로차단기구(40)는 엔진의 부하, 토크, RPM, 냉각수온으로부터 엔진의 작동 상태를 판단하는 ECU(Engine Control; Unit)의 제어로 오픈(Open) 및 클로즈(Close)된다.
상기 냉각수 열교환기구(50)는 난방장치의 히터와 공기 흡입량을 제어하는 쓰로틀 밸브가 포함된다.
이와 함께, 상기 가변분리냉각시스템에는 냉각수 순환라인(10-1)이 엔진(1)과 라디에이터(10)를 이어주고, WTC 연결라인(20-1)이 냉각수 순환라인(10-1)에서 분기되어져 라디에이터(10)와 WTC(20)를 이어주며, WTC 바이패스라인(30-1)이 WTC(20)와 워터펌프(30)를 이어주고, 블록 연결라인(40-1)이 블록유로차단기구(40)와 LH 블록(3) 및 RH 블록(3-1)을 각각 이어주며, 블록 바이패스라인(40-2)이 냉각수 순환라인(10-1)으로 연결되고, 냉각수 분기라인(50-1)이 냉각수 순환라인(10-1)에서 분기되어져 블록 바이패스라인(40-2)과 냉각수 열교환기구(50)로 이어진다.
다시 도1을 참조하면, S30-1의 난방모드는 S10의 엔진이 러닝(Running)상태로 진입한 후 S20과 같이 히터 블로우와 외기온에 대한 조건이 충족되고, 이어 S30과 같이 냉각수온에 대한 조건이 충족될 때 수행된다.
그러므로, 난방모드는 운전자의 난방 의지와 차량의 환경 조건을 종합적으로 판단한 후 냉각수 순환 흐름이 제어될 수 있다.
S20에서는 히터 블로우 = 온(On)과 외기온 < 설정값에 대한 조건 충족이 판단된다. 이때, 외기온의 설정값은 겨울철과 같이 운전자가 난방을 요구하는 외기온도를 의미한다.
본 실시예에서, 히터 블로우가 온(On)되더라도 외기온 설정값이 체크되는 것은 히터 블로우 가동시 가변분리냉각 제어가 항상 금지되는 현상을 방지하기 위함이다. 이러한 이유는 난방 의지와 상관없이 항상 히터 블로우를 가동한 상태로 차량 주행이 이루어지면, 가변분리냉각 시스템의 본래 목적인 연비 개선 효과에 제약이 많이 발생함을 방지하기 위함이다.
S30에서는 냉각수온 ≥ 설정값에 대한 조건이 충족이 판단된다. 이때, 냉각수온의 설정값은 엔진 냉각수온이 차량의 난방을 위해 충분한 값 이상인 온도를 의미한다.
S30-1의 난방모드는 도3을 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, 난방모드로 가변분리냉각시스템이 운용되면, 블록유로차단기구(40)는 오픈(Open)상태로 전환된다. 그러므로, 블록유로차단기구(40)에는 LH 블록(3)과 RH 블록(3-1)에서 나온 설정 온도 이상의 냉각수가 블록 연결라인(40-1)을 통해 유입되고, 블록유로차단기구(40)로 유입된 설정 온도 이상의 냉각수는 블록 바이패스라인(40-2)로 배출된다.
그러면, 냉각수 분기라인(50-1)에는 블록 바이패스라인(40-2)에서 나와 냉각수 순환라인(10-1)으로 유입된 설정 온도 이상의 냉각수가 들어오고, 냉각수 분기라인(50-1)으로 들어온 설정 온도 이상의 냉각수가 냉각수 열교환기구(50)인 난방장치의 히터와 공기 흡입량을 제어하는 쓰로틀 밸브를 덥혀주게 된다.
이때, 워터펌프(30)는 WTC 바이패스라인(30-1)을 통해 냉각수가 강제 펌핑됨으로써 냉각수 순환라인(10-1)으로 나온 냉각수는 라디에이터(10)를 거치지 않고 엔진(1)으로 순환된다.
다시 도1을 참조하면, S40은 엔진의 작동 상태를 판단하는 단계로서, 이는 S20의 히터 블로우 = 온(On)과 외기온 < 설정값에 대한 조건 충족이 이루어지지 않거나 또는 S30의 냉각수온 ≥ 설정값에 대한 조건이 충족되지 않을 때 수행된다.
이때, 엔진의 작동 상태를 판단하는 조건인자는 엔진의 부하, 토크, 엔진 회전수(RPM), 냉각수온이 적용된다. 일례로, 부하, 토크, 회전수(RPM), 냉각수온 = 설정값이며, 상기 설정값은 엔진 블록의 예열이 필요한 조건의 값을 의미한다.
S40에서 엔진의 작동 상태 조건이 충족되지 않으면 가변분리냉각시스템의 제어가 중지되지만 엔진의 작동 상태 조건 충족이 이루어질 때는 S50과 같이 블록유로차단기구가 클로즈(Close)로 전환된다. 이로 인해, S50-1의 예열모드가 수행된다.
S50-1의 예열모드는 S60과 같이 블록유로차단기구의 해제조건충족(클로즈(Close)->오픈(Open))이 충족될 때 까지 이루어진다.
이때, 블록유로차단기구의 해제조건충족은 엔진 블록의 예열이 필요하지 않은 부하, 토크, 회전수(RPM), 냉각수온의 조건의 값을 의미한다.
S50-1의 예열모드는 도 4를 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, 예열모드로 가변분리냉각시스템이 운용되면, 블록유로차단기구(40)는 클로즈(Close)상태로 전환된다. 그러므로, 블록유로차단기구(40)에는 LH 블록(3)과 RH 블록(3-1)에서 나온 냉각수가 블록 연결라인(40-1)을 통해 유입되지 않게 된다.
이로 인해, 블록유로차단기구(40)의 블록 바이패스라인(40-2)을 통해 냉각수 분기라인(50-1)으로 보내지는 냉각수 흐름이 형성되지 않는다.
이때, 워터펌프(30)는 WTC 바이패스라인(30-1)을 통해 냉각수가 강제 펌핑됨으로써 냉각수 순환라인(10-1)으로 나온 냉각수는 라디에이터(10)를 거치지 않고 엔진(1)으로 순환된다.
다시 도1을 참조하면, S70은 S60에서 블록유로차단기구의 해제조건이 충족됨으로써 블록유로차단기구가 클로즈(Close)->오픈(Open)으로 전환된 상태이다. 그러므로, S70-1의 냉각모드가 수행된다.
S70-1의 냉각모드는 도 5를 통해 예시된다.
도시된 바와 같이, 냉각모드로 가변분리냉각시스템이 운용되면, 블록유로차단기구(40)는 오픈(Open)상태로 전환된다. 그러므로, 블록유로차단기구(40)에는 LH 블록(3)과 RH 블록(3-1)에서 나온 고온 냉각수가 블록 연결라인(40-1)을 통해 유입되고, 블록유로차단기구(40)로 유입된 고온 냉각수는 블록 바이패스라인(40-2)로 배출된다.
그러면, 냉각수 분기라인(50-1)에는 블록 바이패스라인(40-2)에서 나와 냉각수 순환라인(10-1)으로 유입된 고온 냉각수가 들어오고, 고온 냉각수는 냉각수 분기라인(50-1)을 통해 냉각수 열교환기구(50)로 보내지고 동시에 냉각수 순환라인(10-1)이 이어진 라디에이터(10)로 보내진다.
이로 인해, 엔진(1)에서 나온 고온 냉각수는 라디에이터(10)의 열교환 작용으로 저온 냉각수로 전환되고, 저온 냉각수는 WTC 연결라인(20-1)을 통해 라디에이터(10)에서 WTC(20)로 배출된다.
그러므로, 워터펌프(30)에서는 WTC 바이패스라인(30-1)을 통해 저온 냉각수가 강제 펌핑됨으로써 엔진(1)에는 저온 냉각수가 순환된다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법은 엔진이 러닝(Running)상태이고, 히터 블로우(50-1)가 온(On)상태이면, 외기온과 냉각수온이 체크된 후 난방모드가 수행되고, 난방모드에서는 엔진(1)에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구(40)를 거쳐 히터 블로우(50-1)로 보내짐으로써 운전자의 난방 요구시 난방 성능 저하 없이 난방 요구가 충족되고, 특히 엔진 효율과 차량 연비를 향상하는 기본 성능이 유지되면서도 요구하는 난방 성능 충족을 통한 사용영역 확장이 이루어질 수 있다.
1 : 엔진 3 : LH 블록
3-1 : RH 블록 5 : LH 헤드
5-1 : RH 헤드 10 : 라디에이터
10-1 : 냉각수 순환라인 20 : WTC(Water Temperature Control)
20-1 : WTC 연결라인 30 : 워터펌프
30-1 : WTC 바이패스라인 40 : 블록유로차단기구
40-1 : 블록 연결라인 40-2 : 블록 바이패스라인
50 : 냉각수 열교환기구 50-1 : 냉각수 분기라인

Claims (9)

  1. 가변분리냉각시스템의 냉각수 순환제어가 난방모드와 예열모드 및 냉각모드로 구분되고; 상기 난방모드는 엔진이 러닝(Running)상태이고, 히터 블로우가 온(On)상태이면, 외기온과 냉각수온이 체크된 후 수행되는 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 난방모드는 상기 외기온의 설정 조건이 만족되어야 만 상기 냉각수온이 체크되고, 상기 외기온의 설정 조건은 외기온 < 설정값이며, 상기 설정값은 난방을 요구하는 외기온도인 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 냉각수온의 설정 조건은 냉각수온 ≥ 설정값이며, 상기 설정값은 난방이 가능한 냉각수온의 온도인 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 난방모드에서는 상기 엔진에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구를 거쳐 상기 히터 블로우로 보내지고, 상기 엔진에서 나온 냉각수가 라디에이터로 보내지지 않으며, 워터펌프는 WTC(Water Temperature Control)에서 냉각수를 펌핑하여 상기 엔진으로 다시 보내주는 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 예열모드는 상기 외기온의 설정 조건이 만족되지 않거나 상기 냉각수온의 설정 조건이 만족되지 않고, 상기 엔진의 작동 상태가 엔진 블록의 예열이 필요한 조건일 때 수행되는 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 엔진 블록의 예열이 필요한 조건은 엔진의 부하, 토크, 엔진 회전수(RPM), 냉각수온인 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 예열모드에서는 상기 엔진에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구를 차단되어져 엔진 불록에 정체되고, 상기 엔진에서 나온 냉각수는 라디에이터로 보내지지 않고 히터 블로우와 WTC(Water Temperature Control)로 보내지며, 워터펌프는 WTC(Water Temperature Control)에서 냉각수를 펌핑하여 상기 엔진으로 다시 보내주는 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각모드는 상기 엔진의 작동 상태가 상기 난방모드와 상기 예열모드를 요구하지 않을 때 수행되는 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 냉각모드에서는 상기 엔진에서 나온 냉각수가 블록유로차단기구를 거쳐 상기 히터 블로우로 보내지고, 상기 엔진에서 나온 냉각수가 라디에이터로 보내지며, 상기 라디에이터에서 나온 냉각수가 WTC(Water Temperature Control)로 보내지고, 워터펌프는 상기 WTC에서 냉각수를 펌핑하여 상기 엔진으로 다시 보내주는 것을 특징으로 하는 가변분리냉각시스템 모드별 제어 방법.
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