KR20150071154A - 차량용 냉각시스템 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전자식 단속장치의 단속 작동 여부에 따라 워터펌프의 구동을 제어하고, 팬클러치의 구동 제어를 통해 차량의 냉각시스템을 제어하는 방법으로서, 냉각수온을 측정하는 측정단계; 차량의 주행상태를 반영하는 출력값에 따라 팬클러치의 회전수를 제어하기 위한 목표 냉각수온을 다르게 설정하는 맵설정단계; 상기 냉각수온을 상기 목표 냉각수온 이하로 냉각하기 위한 팬클러치의 목표회전수를 계산하는 계산단계; 및 상기 워터펌프의 구동 여부, 또는 상기 냉각수온과 목표냉각수온의 비교 결과에 따라 팬클러치의 회전수를 조절하여 제어하는 제어단계;를 포함하여 구성되는 차량용 냉각시스템 제어방법이 소개된다.

Description

차량용 냉각시스템 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING OF COOLING SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 냉각시스템 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자식으로 구동하는 워터펌프의 구동조건과 팬클러치의 구동 조건을 연동하여 통합 제어함으로써, 연비를 향상시킬 수 있도록 한 차량용 냉각시스템 제어방법에 관한 것이다.

최근 자동차의 연비를 향상시키기 위해 자동차에 설치되는 여러 부품들이 전자 제어식으로 변화하고 있는 추세에 있다.

특히, 엔진을 구성하는 각 부품들의 과열 방지를 위하여 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프 역시 기존의 기계식 벨트 구동 방식에서 전자제어 방식으로 개발 및 적용되어가고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 기계식 워터펌프를 나타낸 도면이다.

첨부된 도면을 참조하면, 종래의 기계식 워터펌프(1)는 엔진의 크랭크축과 연결된 벨트 구동에 의해 작동하는 방식으로, 엔진의 시동 후에 엔진과 함께 상시 구동된다.

그런데, 상기한 기계식 워터펌프는 냉각수의 냉각이 불필요한 저온, 저부하 영역에서도 엔진이 회전함에 따라 상시 작동하게 됨으로써, 불필요한 냉각수 순환에 의해 동력손실이 발생되는 것은 물론, 냉시동 후 아이들시에는 엔진 웜업에 필요한 시간이 길어 마찰손실이 발생되어 연비가 저하되는 문제가 발생되었다.

상기한 문제를 해결하기 위해 상기 워터펌프를 기존의 벨트구동 방식에서 전자석클러치를 이용한 전자 제어방식으로 구동하는 워터펌프를 개발하고 있다.

이러한, 전자 제어식 워터펌프는 냉각수 온도와 부하 조건 등에 따라 펌프 회전수를 변동함으로써, 엔진의 빠른 웜업으로 인한 마찰 손실 저감과 펌프 구동부하 저감을 통하여 연비를 향상시키게 된다.

그러나, 상기한 워터펌프가 미동작되는 경우, 냉각수온의 상승으로 인해 팬클러치의 동작 빈도를 증가시켜 연비 효과를 약화시키는 문제가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1998-0077076 A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 전자식으로 구동하는 워터펌프의 구동조건과 팬클러치의 구동 조건을 연동하여 통합 제어함으로써, 연비를 향상시킬 수 있도록 한 차량용 냉각시스템 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전자식 단속장치의 단속 작동 여부에 따라 워터펌프의 구동을 제어하고, 팬클러치의 구동 제어를 통해 차량의 냉각시스템을 제어하는 방법으로서, 냉각수온을 측정하는 측정단계; 차량의 주행상태를 반영하는 출력값에 따라 팬클러치의 회전수를 제어하기 위한 목표 냉각수온을 다르게 설정하는 맵설정단계; 상기 냉각수온을 상기 목표 냉각수온 이하로 냉각하기 위한 팬클러치의 목표회전수를 계산하는 계산단계; 및 상기 워터펌프의 구동 여부, 또는 상기 냉각수온과 목표냉각수온의 비교 결과에 따라 팬클러치의 회전수를 조절하여 제어하는 제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 맵설정단계에서, 차량의 주행상태를 반영하는 출력값은 엔진토크와, 엔진회전수일 수 있다.

상기 엔진토크 및 엔진회전수가 각각 설정된 기준값 이하시, 상기 목표 냉각수온이 더 높은 온도로 설정될 수 있다.

상기 제어단계는, 상기 워터펌프의 구동시, 팬클러치의 회전수를 상기 목표회전수에 수렴하여 회전하도록 피드백제어하는 피드백제어단계; 상기 워터펌프의 비구동시, 팬클러치의 회전수를 아이들 상태로 회전하도록 제어하는 아이들제어단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제어단계는, 상기 냉각수온이 상기 목표 냉각수온 이상시, 팬클러치의 회전수를 상기 목표회전수에 수렴하여 회전하도록 피드백제어하는 피드백제어단계; 상기 냉각수온이 상기 목표 냉각수온 미만시, 팬클러치의 회전수를 아이들 상태로 회전하도록 제어하는 아이들제어단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 워터펌프의 구동 여부, 또는 냉각수온에 따라 팬클러치의 회전수를 목표 냉각수온에 상응하여 설정된 목표회전수에 수렴하도록 제어함으로써, 팬클러치의 단독 제어가 아닌 팬클러치의 구동조건을 전자식 워터펌프의 구동조건과 연계하여 통합 제어하는바, 최적화된 연비 효과를 발휘하는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 기계식 워터펌프를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 차량용 냉각시스템 제어방법을 나열한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 차량용 냉각시스템 제어방법의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 팬클러치의 구동 여부를 위한 목표 냉각수온맵을 예시하여 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프에 적용된 전자석 클러치의 작동구조를 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 차량용 냉각시스템 제어방법을 나열한 도면이며, 도 3은 본 발명에 의한 차량용 냉각시스템 제어방법의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 팬클러치의 구동 여부를 위한 목표 냉각수온맵을 예시하여 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 전자식 워터펌프에 적용된 전자석 클러치의 작동구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 차량용 냉각시스템 제어방법은, 크게 측정단계(S10)와, 맵설정단계(S20)와, 계산단계(S30) 및 제어단계(S40)를 포함하여 구성된다.

도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 전자식 단속장치의 단속 작동 여부에 따라 워터펌프의 구동을 제어하고, 팬클러치의 구동 제어를 통해 차량의 냉각시스템을 제어하는 방법으로서, 냉각수온을 측정하는 측정단계(S10); 차량의 주행상태를 반영하는 출력값에 따라 팬클러치의 회전수를 제어하기 위한 목표 냉각수온을 다르게 설정하는 맵설정단계(S20); 상기 냉각수온을 상기 목표 냉각수온 이하로 냉각하기 위한 팬클러치의 목표회전수를 계산하는 계산단계(S30); 및 상기 워터펌프의 구동 여부, 또는 상기 냉각수온과 목표냉각수온의 비교 결과에 따라 팬클러치의 회전수를 조절하여 제어하는 제어단계(S40);를 포함하여 구성된다.

즉, 상기 워터펌프의 구동 여부, 또는 냉각수온에 따라 팬클러치의 회전수를 적절하게 조절하여 제어하게 된다. 따라서, 상용엔진 등에서 전자식 워터펌프를 적용하여 차량의 연비를 향상시키고, 또한 팬클러치의 단독 제어가 아닌 팬클러치의 구동조건을 전자식 워터펌프의 구동조건과 연계하여 통합 제어함으로써, 보다 최적화된 연비 효과를 이끌어 낼 수 있게 된다.

여기서, 상기 워터펌프는 냉각수온과 기준온도를 비교하여 상기 냉각수온이 기준온도를 초과시 워터펌프가 구동하도록 제어하게 되는데, 이때 상기 기준온도는 엔진회전수 및 엔진토크에 따라 변경되도록 맵을 설정할 수 있다. 그리고, 상기 기준온도는 상기 엔진회전수 및 엔진토크가 기준값 이하에서 더 높은 온도로 설정될 수 있다.

이에 따라, 차량의 부하가 저부하이고, 냉각수온이 상대적인 저온영역에서 워터펌프의 구동을 단속하기 위한 전자석클러치에 의해 워터펌프에 전달되는 엔진 동력을 단절하거나 또는 최소화함으로써, 워터펌프가 비구동되거나 슬립구동되고, 이로 인해 엔진 동력손실을 줄여 연비를 개선할 수 있으며, 아이들시 웜업 시간 단축을 통해 마찰손실을 저감하게 된다.

도 4를 참조하면, 본 발명은 상기 맵설정단계(S20)에서, 차량의 주행상태를 반영하는 출력값은 엔진토크와, 엔진회전수일 수 있다.

여기서, 상기 엔진토크 및 엔진회전수가 각각 설정된 기준값 이하시, 상기 목표 냉각수온이 더 높은 온도로 설정될 수 있다.

즉, 엔진토크 및 엔진회전수가 기준값 이하로 제한되는 차량의 부하조건에서는 상기 기준값을 초과하는 운전영역에 비해 상대적으로 냉각수온의 상승 정도가 크지 않으므로, 상기 목표 냉각수온을 상기 기준값을 초과하는 운전영역보다 상대적으로 높게 설정하면, 팬클러치의 구동시간을 적절하게 감소하여 제어할 수 있어 연비를 향상시키게 되는 것이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에서, 상기 제어단계(S40)는, 상기 워터펌프의 구동시, 팬클러치의 회전수를 상기 목표회전수에 수렴하여 회전하도록 피드백제어하는 피드백제어단계; 상기 워터펌프의 비구동시, 팬클러치의 회전수를 아이들 상태로 회전하도록 제어하는 아이들제어단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 워터펌프의 비구동 상태는 엔진의 동력이 전자석클러치에 의해 워터펌프에 전달되지 않아 워터펌프가 회전하지 않거나, 혹은 전자석클러치에서의 슬립동작에 의해 엔진의 동력이 워터펌프에 일부 전달되어 워터펌프가 최대 회전수보다 낮은 회전수로 회전하는 상태일 수 있다.

그리고, 상기 피드백제어는 PI제어에 의해 출력값을 산출하여 제어할 수 있다.

즉, 상기 워터펌프가 구동되는 상태에서는, 팬클러치가 함께 회전되면서 상기 목표회전수에 수렴하도록 팬클러치의 회전수를 제어하고, 상기 워터펌프의 비구동 상태에서는, 팬클러치의 회전을 최소화하는 아이들 상태로 팬클러치의 회전수를 제어하게 되는 것이다.

따라서, 워터펌프의 구동 여부에 따라 팬클러치의 회전수를 연동 제어하게 되는바, 냉각성능을 향상시키는 것은 물론, 불필요한 팬클러치의 회전을 방지하여 연비를 향상시키게 된다.

아울러, 본 발명에서, 상기 제어단계(S40)는, 상기 냉각수온이 상기 목표 냉각수온 이상시, 팬클러치의 회전수를 상기 목표회전수에 수렴하여 회전하도록 피드백제어하는 피드백제어단계; 상기 냉각수온이 상기 목표 냉각수온 미만시, 팬클러치의 회전수를 아이들 상태로 회전하도록 제어하는 아이들제어단계;를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 피드백제어는 PI제어에 의해 출력값을 산출하여 제어할 수 있다.

즉, 상기 냉각수온이 목표 냉각수온 이상으로 높은 상태에서는, 팬클러치가 회전되면서 상기 목표회전수에 수렴하도록 팬클러치의 회전수를 제어하고, 상기 냉각수온이 목표 냉각수온 미만으로 낮은 상태에서는, 팬클러치의 회전을 최소화하는 아이들 상태로 팬클러치의 회전수를 제어하게 되는 것이다.

따라서, 팬클러치의 회전수 제어를 통해 냉각성능을 향상시키는 것은 물론, 불필요한 팬클러치의 회전을 방지하여 연비를 향상시키게 된다.

여기서, 상기 팬클러치의 회전제어는 팬클러치의 작동실에 유입되는 유체의 유량을 조절하는 밸브를 통해 제어할 수 있는 것으로, 피드백제어시에는 PWM의 듀티비를 1~100%로 설정할 수 있을 것이며, 아이들제어시에는 PWM의 듀티비를 0%로 설정할 수 있을 것이다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 단속장치(20)로는 전자석 클러치가 사용될 수 있다.

상기한 전자석 클러치의 구성에 대해 살펴보면, 워터펌프(10)의 내부에 임펠러(12)가 회전 가능하게 구비되고, 상기 임펠러(12)의 중앙에 회전축(11)의 일단이 고정되어 상기 임펠러(12)와 함께 회전된다. 그리고, 상기 회전축(11)의 둘레에 베어링(B)을 매개로 하여 솔레노이드코일(32)을 갖는 케이스(31) 및 풀리(30)가 상기 회전축에 대해 상대 회전 가능하게 설치되고, 상기 풀리(30)의 단부에는 냉각링(33)이 결합되어 상기 풀리(30)와 구속 상태로 함께 회전되며, 상기 냉각링(33)의 둘레에는 자석에 붙는 자성체(34)가 구비된다.

아울러, 상기 회전축의 타단에는 탄성 변형이 가능한 탄성부재(21)(바람직하게는 판스프링)가 설치되며, 상기 탄성부재(21)의 일면에는 상기 풀리(30)와 마주하도록 디스크(22)가 결합된다. 이때, 솔레노이드코일(32)에 전류가 인가되지 않은 상태에서는, 상기 풀리(30)와의 사이에 소정 간격의 갭이 마련되도록 디스크(22)가 설치되어야 할 것이다.

그리고, 상기 탄성부재(21)의 타면에는 상기 냉각링(33)의 자성체(34)와 마주하도록 영구자석(23)이 설치된다.

이에, 상기 솔레노이드코일(32)의 전원 인가시, 탄성부재(21)의 탄성력을 이겨내고 디스크(22)가 풀리(30) 측으로 이동 및 압착되어 풀리(30)와 함께 회전축 및 임펠러(12)가 함께 회전되는바, 워터펌프의 구동이 개시된다.

이 후, 상기 솔레노이드코일(32)의 전원 인가 해제시, 탄성부재(21)의 탄성 복원력에 의해 디스크(22)가 냉각링(33) 방향으로 복뒤 이동되어 풀리(30)에 대해 회전축이 상대 회전됨으로써, 워터펌프가 비구동 상태로 전환된다.

상기한 구성에 의해, 상기 전자석 클러치의 작동시, 디스크(22)와 풀리(30)가 상호 압착되면서 워터펌프(10)의 회전축(11)과, 크랭크축에 연동하는 풀리(30)가 함께 회전되어 워터펌프(10)가 구동될 수 있으며, 상기 전자석 클러치의 미작동시 디스크(22)와 풀리(30) 사이에 갭이 생성되면서 상기 워터펌프(10)의 회전축(11)이 상기 풀리(30)에 대해 상대 회전되어 워터펌프(10)의 회전축(11)이 비구동되거나 슬립구동될 수 있게 된다.

여기서, 본 발명에서는 상기한 바와 같이, 상기 전자석 클러치의 미작동시 워터펌프(10)를 비구동 또는 슬립구동 상태로 제어할 수 있게 된다.

즉, 상기 냉각링(33)의 자성체(34)와 마주하여 영구자석(23)이 설치됨으로써, 상기 자성체(34)와 영구자석(23) 사이에는 와전류가 발생된다.

이에, 상기 영구자석(23)의 자기장 세기가 강한 경우, 강한 와전류에 의해 풀리(30)의 회전에 대해 상대적으로 낮은 슬립율로 워터펌프를 슬립구동 제어할 수 있다. 반면 상기 영구자석(23)의 자기장의 세기가 약한 경우, 약한 와전류에 의해 풀리(30)의 회전에 대해 상대적으로 높은 슬립율로 워터펌프(10)를 슬립구동 제어하거나 또는, 슬립율이 '100%'인 워터펌프의 비구동 상태로 제어할 수도 있는 것이다.

여기서, 상기 전자석 클러치는 본 발명의 단속장치(20)를 실시하기 위한 바람직한 예시로서, 상기 전자석 클러치의 구조는 다양하게 변형될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

S10 : 측정단계 S20 : 맵설정단계
S30 : 계산단계 S40 : 제어단계

Claims (5)

1. 전자식 단속장치의 단속 작동 여부에 따라 워터펌프의 구동을 제어하고, 팬클러치의 구동 제어를 통해 차량의 냉각시스템을 제어하는 방법으로서,
   냉각수온을 측정하는 측정단계;
   차량의 주행상태를 반영하는 출력값에 따라 팬클러치의 회전수를 제어하기 위한 목표 냉각수온을 다르게 설정하는 맵설정단계;
   상기 냉각수온을 상기 목표 냉각수온 이하로 냉각하기 위한 팬클러치의 목표회전수를 계산하는 계산단계; 및
   상기 워터펌프의 구동 여부, 또는 상기 냉각수온과 목표냉각수온의 비교 결과에 따라 팬클러치의 회전수를 조절하여 제어하는 제어단계;를 포함하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 맵설정단계에서, 차량의 주행상태를 반영하는 출력값은 엔진토크와, 엔진회전수인 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진토크 및 엔진회전수가 각각 설정된 기준값 이하시, 상기 목표 냉각수온이 더 높은 온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어단계는,
   상기 워터펌프의 구동시, 팬클러치의 회전수를 상기 목표회전수에 수렴하여 회전하도록 피드백제어하는 피드백제어단계;
   상기 워터펌프의 비구동시, 팬클러치의 회전수를 아이들 상태로 회전하도록 제어하는 아이들제어단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어단계는,
   상기 냉각수온이 상기 목표 냉각수온 이상시, 팬클러치의 회전수를 상기 목표회전수에 수렴하여 회전하도록 피드백제어하는 피드백제어단계;
   상기 냉각수온이 상기 목표 냉각수온 미만시, 팬클러치의 회전수를 아이들 상태로 회전하도록 제어하는 아이들제어단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.

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