KR20190072865A

KR20190072865A - 엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어방법 및 엔진 시스템

Info

Publication number: KR20190072865A
Application number: KR1020170173974A
Authority: KR
Inventors: 이수호; 최재석; 권민영; 이준호; 김용훈; 이양걸
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-06-26
Also published as: KR102394827B1; US10844743B2; DE102018220705B4; US20190186292A1; DE102018220705A1

Abstract

본 발명의 엔진 시스템(1)의 터보차저 키 오프 냉각제어방법은 검출된 엔진RPM, IG_ON/OFF, 냉각수온도, 오일온도, 외기온도에 기반하여 엔진정지시 터보차저 냉각라인(6)의 엔진냉각수 순환이 상기 냉각수온도와 상기 오일온도로 보조 전동워터펌프(5)의 동작을 요구하지 않는 차량의 고 냉각성능에서 이루어지는 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어와 이에 반하는 노말 냉각성능에서 이루어지는 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어로 구분되어 터보차저(4)의 냉각이 이루어짐으로써 보조 전동워터펌프(5)가 적용되더라도 고 냉각성능차량에서도 터보차저(4)에 대한 열해가 방지되는 특징을 갖는다.

Description

엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어방법 및 엔진 시스템{Method for Turbo Charger Key Off Cooling Control Based on Engine Load and Engine System thereof}

본 발명은 터보차저 냉각제어에 관한 것으로, 특히 키 오프(KEY OFF)에 의한 엔진 정지시에도 엔진부하에 기반하여 터보차저 냉각제어가 이루어지는 엔진 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 터보차저가 과급한 흡기를 공급받는 엔진 시스템은 엔진 정지(엔진 KEY OFF(키 오프))시 터보차저 냉각이 이루어져야 함으로써 터보차저 냉각 시스템을 구비한다.

이러한 이유는 차량은 고부하 주행직후 엔진 정지시 터보차저의 냉각수가 기화되어 소음을 발생하고 반면 엔진 시동시 냉각수가 고열의 터보차저에 유입되면서 진동 및 이음 발생하기 때문이다.

이를 위해 상기 터보차저 냉각 시스템은 터보차저 냉각수 라인과 보조 전동워터펌프 및 터보차저 냉각제어기로 구성되고, 엔진 KEY OFF에 의한 엔진 정지시 터보차저 키 오프 냉각제어를 수행한다. 여기서 상기 보조 전동워터펌프는 엔진 정지시에 터보차저의 냉각수 흐름을 만들기 위한 저용량의 전기식 워터펌프로서, 상기 보조 전동워터펌프는 엔진 정지시 엔진과 함께 동작 정지되는 기계식 워터펌프를 대신하여 준다.

일례로 상기 터보차저 키 오프 냉각제어는 운행중 키 오프에 의한 엔진 정지시 냉각수온과 엔진오일온을 모니터링하고, 작동시간이 제한되는 낮은 외기온 조건을 적용하면서 보조 전동워터펌프의 작동시간을 결정하고, 결정된 작동시간으로 보조 전동워터펌프를 동작시켜주는 온도기반 방식이다.

따라서 상기 온도기반 터보차저 키 오프 냉각제어는 엔진 정지시에 터보차저를 열해로부터 보호하는 냉각수 흐름을 형성시켜 줌으로써 터보차저에 대한 내구성을 확보함과 더불어 끓음 소음(즉, 고열의 터보차저로 유입된 냉각수의 끓어 넘침에 따른 소음)을 방지하여 준다.

국내공개특허 10-2015-0061430(2015년06월04일)

하지만 상기 온도기반 터보차저 키 오프 냉각제어는 보조 전동워터펌프를 냉각수와 엔진오일의 온도에 기반하여 동작시켜줌으로써 엔진 정지와 보조 전동워터펌프 동작 간 제어 부조화를 발생시킬 수 있다.

일례로 상기 제어 부조화는 엔진 정지시에도 보조 전동워터펌프를 동작시키지 않는 상태로서, 이는 엔진의 고부하 등판 운전으로 부하가 커진 상태에서 갑자기 엔진 정지를 하는 경우에는 터보차저로 냉각수를 공급해줘야 하나 냉각수온과 오일온의 모니터링 온도가 고부하 운전시에도 낮게 유지된 경우 보조 전동워터펌프의 동작을 결정하지 않기 때문이다.

그러므로 상기 온도기반 터보차저 키 오프 냉각제어는 냉각 성능이 좋은 엔진 시스템 적용 차량에선 보조 전동워터펌프제어가 적용되더라도 열해로부터 터보차저를 완전하게 보호하기 어렵고, 특히 차량의 냉각성능이 고성능화 되고 있는 현 시점에서 그 한계성이 더욱 커질 수밖에 없는 방식이다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 엔진 정지시 엔진부하에 따른 보조 전동워터펌프 동작으로 터보차저에 대한 냉각수공급이 유지됨으로써 열해와 내구성 저하 및 소음 발생으로부터 터보차저가 보호되고, 특히 엔진부하의 평균 연료 소모량으로 작동시간이 결정됨으로써 고부하 운전시에도 냉각수온과 오일온이 낮게 유지되는 고 냉각성능 차량에서도 보조 전동워터펌프의 동작이 이루어지는 터보차저 키 오프 냉각제어방법 및 엔진 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터보차저 키 오프 냉각제어방법은 엔진정지시 터보차저 컨트롤러에 의해 보조 전동워터펌프의 동작을 요구하지 않는 냉각수온도와 오일온도로 차량의 고 냉각성능이 확인되면, 터보차저 냉각라인으로 엔진냉각수를 순환시켜주는 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진정지는 고부하 운전직 후 Key Off로 이루어진다. 상기 엔진냉각수의 순환은 상기 보조 전동워터펌프의 냉각 팬 가동으로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어는, (A) 상기 고 냉각성능의 확인이 이루어지는 차량냉각성능구분제어 단계, (B) 상기 고 냉각성능의 확인시 상기 보조 전동워터펌프를 동작시켜주기 위한 최종작동시간이 산출되는 고 냉각성능차량 제어 단계, (C) 상기 최종작동시간으로 상기 보조 전동워터펌프가 동작되어 상기 엔진냉각수의 순환이 이루어지는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 차량냉각성능구분제어 단계는, (a-1) 상기 엔진정지 전 고부하 운전조건이 확인되는 단계, (a-2) 상기 냉각수온도의 검출값이 엔진동작시 냉각수온으로 상기 오일온도의 검출값이 엔진동작시 오일온으로 각각 설정되는 단계, (a-3) 상기 엔진정지에 대한 Key Off가 확인되는 단계, (a-4) 상기 엔진동작시 냉각수온과 상기 엔진동작시 오일온으로 상기 고 냉각성능의 확인이 이루어지는 단계로 구분된다.

바람직한 상기 차량냉각성능구분제어 단계의 실시예로서, 상기 엔진동작시 냉각수온과 상기 엔진동작시 오일온은 각각 임계값을 적용하고, 상기 임계값미만 조건이 상기 고 냉각성능의 확인에 이용된다. 상기 엔진동작시 냉각수온은 90℃가 상기 임계값으로 설정되고, 상기 엔진동작시 오일온은 100℃가 상기 임계값으로 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 고 냉각성능차량 제어 단계는, (b-1) 상기 최종작동시간의 산출이 엔진온도 적용과 연료소모량 적용으로 구분되는 단계, (b-2) 상기 엔진온도 적용시 상기 냉각수온도의 검출값이 엔진정지시 냉각수온으로 상기 오일온도의 검출값이 엔진정지시 오일온으로 각각 설정되는 단계, (b-3) 상기 연료소모량 적용시 상기 보조 전동오일펌프의 평균 연료 소모량이 설정되는 단계, (b-4) 상기 엔진온도 적용에 따른 온도기반 작동시간과 상기 연료소모량 적용에 따른 연료기반 작동시간이 계산되는 단계, (b-5) 상기 온도기반 작동시간과 상기 연료기반 작동시간 중 어느 하나가 상기 최종작동시간으로 사용되는 단계로 구분된다.

바람직한 상기 고 냉각성능차량 제어 단계의 실시예로서, 상기 엔진정지시 냉각수온과 상기 엔진정지시 오일온은 각각 임계값을 적용하고, 상기 임계값 미만 조건이 상기 온도기반 작동시간으로 계산된다. 상기 엔진정지시 냉각수온은 95℃가 상기 임계값으로 설정되고, 상기 엔진정지시 오일온은 110℃가 상기 임계값으로 설정된다. 상기 평균 연료 소모량은 임계값을 적용하고, 상기 임계값 이상 조건이 상기 연료기반 작동시간으로 계산된다. 상기 평균 연료 소모량은 6ml/s가 상기 임계값으로 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 고 냉각성능이 확인되지 않으면, 상기 터보차저 냉각라인으로 상기 엔진냉각수를 순환시켜주는 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어로 전환된다.

바람직한 실시예로서, 상기 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어는, (D) 상기 냉각수온도의 검출값이 엔진정지시 냉각수온으로 상기 오일온도의 검출값이 엔진정지시 오일온으로 각각 설정되는 단계, (E) 상기 엔진정지시 냉각수온과 상기 엔진정지시 오일온에 기반한 온도기반 작동시간이 계산되는 단계, (F) 상기 온도기반 작동시간에 검출된 외기온도에 따른 외기온 가중치가 적용되어 최종작동시간으로 사용되는 단계, (F) 상기 최종작동시간으로 상기 엔진냉각수의 순환이 이루어진다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진 시스템은 엔진RPM, IG_ON/OFF, 냉각수온도, 오일온도, 외기온도가 시스템 정보로 검출하고, 엔진정지시 터보차저 냉각라인의 엔진냉각수 순환이 상기 냉각수온도와 상기 오일온도로 보조 전동워터펌프의 동작을 요구하지 않는 차량의 고 냉각성능에서 이루어지는 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어, 상기 보조 전동워터펌프의 동작을 요구하는 상기 차량의 노말 냉각성능에서 이루어지는 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어로 구분해주는 터보차저 컨트롤러; 가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서,상기 터보차저 컨트롤러는 데이터 입력부를 구비하고, 상기 데이터 입력부는 악셀페달 눌림량, 차속, 엔진RPM, IG_ON/OFF 신호, 냉각수온도, 오일온도, 외기온도를 시스템 정보로 검출한다.

바람직한 실시예로서, 상기 터보차저 컨트롤러는 엔진부하별 상기 보조 전동워터펌프의 냉각팬 작동시간 매칭 테이블이 제공되는 엔진부하기반 타임 맵과 엔진온도기반 타임 맵 및 상기 보조 전동워터펌프의 냉각팬 작동시간에 대한 작동시간 가중치 테이블이 제공되는 외기온 가중치 맵을 구비한다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진부하기반 타임 맵은 상기 보조 전동워터펌프의 평균 연료 소모량에 기반된다. 상기 외기온 가중치 맵은 상기 외기온도와 상기 작동시간의 매칭에 따른 시간 단축에 기반된다. 상기 엔진온도기반 타임 맵은 상기 냉각수온도와 상기 오일온도에 기반된다.

이러한 본 발명의 엔진 시스템에 적용된 터보차저 키 오프 냉각 제어는 엔진부하에 기반됨으로써 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 엔진 정지와 보조 전동워터펌프 동작 간 제어 부조화에 의한 보조 전동워터펌프의 미 동작 현상이 근본적으로 해소된다. 둘째, 제어 부조화 해소로 엔진 정지시 항시 보조 전동워터펌프가 동작됨으로써 터보차저 내구성이 향상된다. 셋째, 보조 전동워터펌프의 동작제어에 차량의 평균 연료 소모량을 이용함으로써 소음 및 진동의 발생 없는 터보차저의 냉각수 순환이 이루어진다. 넷째, 엔진 정지시 보조 전동워터펌프의 동작유지로 베어링등의 온도가 규정이하로 ?어짐으로써 터보차저 기능 평가에 대한 충족이 용이하다. 다섯째, 고부하 운전시에도 냉각수온과 오일온을 낮게 유지시키는 고 냉각성능 차량에서도 보조 전동워터펌프 동작에 의해 터보자저가 열해로부터 보호됨으로써 내구성 저하 및 소음 발생이 방지된다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어가 구현되는 엔진 시스템의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 엔진부하기반 타임 맵의 엔진부하기반 타임 테이블이고, 도 4는 본 발명에 따른 외기온 가중치 맵의 외기온 가중치 테이블이며, 도 5는 본 발명에 따른 엔진온도기반 타임 맵의 엔진온도기반 타임 테이블이고, 도 6은 본 발명에 따른 컨트롤러의 팬 제어 맵에 기반된 제어 듀티 테이블이고, 도 7은 본 발명에 따른 엔진 시스템의 터보차저 냉각 시스템 동작 상태이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어방법은 고부하 운전조건 후 엔진정지(KEY OFF)시 고 냉각성능차량과 노말 냉각성능차량을 판단하는 차량냉각성능구분제어를 수행하고(S10~S40), 이를 바탕으로 고 냉각성능차량 제어 수행(S50~S80)한 후 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어(S90)로 이어지거나 또는 노말 냉각성능차량 제어 수행(S100~S130)한 후 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어(S140)로 이어진다.

이하에서, “고 냉각성능차량“은 엔진의 고부하 등판 후 갑작스러운 엔진 정지시 냉각수온과 오일온이 보조 전동워터펌프 동작을 요구하지 않는 온도로 냉각될 수 있는 성능이고, ”노말 냉각성능차량“은 엔진의 고부하 등판 후 갑작스러운 엔진 정지시 냉각수온과 오일온이 보조 전동워터펌프 동작을 요구하는 온도로 고온을 유지하는 성능으로 정의된다.

특히 상기 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어(S50~S90)는 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어(S100~S140) 대비 엔진부하를 대표하는 연료소모량 개념이 도입됨으로써 냉각수온에 무관한 열해가혹조건 판단이 가능하면서 더불어 외기온과 냉각수온에 따른 보조EWP 작동 시간 제어도 가능한 특징을 구현한다.

그러므로 상기 엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어방법은 보조 전동워터펌프를 구비한 차량의 서킷 주행 및 고속 정속 혹은 가감속 운전시 냉각수온이 낮은 상태에서 엔진 KEY OFF시 열해발생방지를 연료 소모량 기준의 KEY OFF 냉각팬 작동 로직으로 적합하다.

도 2를 참조하면, 엔진 시스템(1)은 엔진냉각수회로(1-1)(도 7 참조)가 적용된 엔진(2)과 함께 터보차저 냉각 시스템(3), 터보차저 컨트롤러(10)를 포함한다.

구체적으로 상기 터보차저 냉각 시스템(3)은 터보차저(4), 보조 전동워터펌프(5) 및 터보차저 냉각회로(6)로 구성된다.

일례로 상기 터보차저(4)는 배기가스로 엔진으로 공급되는 신기를 과급하여 준다. 상기 보조 전동워터펌프(5)는 엔진 정지시 엔진과 함께 동작 정지되는 기계식 워터펌프를 대신하여 엔진 정지시 터보차저의 냉각수 흐름을 만들어 주는 저용량의 전기식 워터펌프이다. 상기 터보차저 냉각회로(6)는 엔진냉각수회로(1-1)에서 터보차저(4)로 엔진냉각수를 공급하는 인렛 파이프(7)와 터보차저(4)애서 엔진냉각수가 나오는 냉각수 피드 파이프(8) 및 터보차저(4)에서 나온 엔진냉각수가 엔진냉각수회로(1-1)로 복귀되는 냉각수 아웃렛 파이프(9)로 이루어진다.

그러므로 상기 터보차저 냉각 시스템(3)의 터보차저(4), 보조 전동워터펌프(5) 및 터보차저 냉각회로(6)는 통상적인 터보차저 냉각 시스템 구성요소이다.

구체적으로 상기 터보차저 컨트롤러(10)는 엔진RPM, IG_ON/OFF,냉각수온, 오일온, 외기온 등을 엔진 시스템(1)의 시스템 정보로 하고, 이를 이용하여 차량냉각성능구분제어와 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어 및 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어로 구분된 엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어를 구현하도록 제어 듀티 신호를 출력한다. 이를 위해 상기 터보차저 컨트롤러(10)는 데이터 입력부(10-1)와 팬 제어 맵(20)을 포함한다.

일례로 상기 데이터 입력부(10-1)는 터보차저 컨트롤러(10)가 시스템 정보로 읽어 들이는 악셀페달 눌림량, 차속, 엔진RPM, IG_ON/OFF,냉각수온, 오일온, 외기온 등을 검출한다. 상기 팬 제어 맵(20)은 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어(S50~S90)과 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어(S100~S140)에 이용되는 엔진부하기반 타임 맵(20-1), 외기온 가중치 맵(20-2), 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어(S100~S140)에 이용되는 엔진온도기반 타임 맵(20-3)으로 구분된다. 상기 엔진부하기반 타임 맵(20-1)과 상기 엔진온도기반 타임 맵(20-3)의 각각은 엔진부하별 보조 전동워터펌프(5)의 냉각팬 작동시간 매칭 테이블을 제공하고, 상기 외기온 가중치 맵(20-2)은 작동시간 가중치 테이블을 제공한다.

이하 상기 엔진부하기반 터보차저 키 오프 냉각제어방법을 도 2 내지 도 7을 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어주체는 데이터 입력부(10-1), 엔진부하기반 타임 맵(20-1), 외기온 가중치 맵(20-2), 엔진온도기반 타임 맵(20-3)에 연계된 터보차저 컨트롤러(10)이고, 제어대상은 터보차저 컨트롤러(10)의 제어 듀티 테이블(또는 제어 듀티 맵)을 이용한 냉각 팬 작동 듀티 값에 따른 터보차저 냉각 시스템(3)의 보조 전동워터펌프(5)에 구비된 냉각팬이다.

터보차저 컨트롤러(10)는 차량냉각성능구분제어를 수행하고, 상기 차량냉각성능구분제어(S10~S40)는 S10의 고부하 운전조건 확인 단계, S20의 엔진온도 검출 단계, S30의 고부하 운전직후 엔진정지 검출 단계, S40의 차량냉각성능 판단 단계로 구분된다.

도 2를 참조하면, 터보차저 컨트롤러(10)는 악셀페달 눌림량, 차속, 엔진RPM, IG_ON/OFF, 냉각수온, 오일온, 외기온 등을 입력 데이터로 읽고, 이중 악셀페달 눌림량, 차속, 엔진RPM의 검출 값으로 고속고부하 등판주행의 고부하 운전조건을 판단한다. 또한 터보차저 컨트롤러(10)는 IG_OFF 신호로 엔진정지를 판단한다. 그리고 터보차저 컨트롤러(10)는 엔진온도로 검출된 냉각수온과 오일온을 이용하여 차량냉각성능을 하기 식으로 판단한다.

차량냉각성능 판단 : A < a and B < b

여기서 “<”는 두 값의 크기를 나타내는 부등호이고, “A”는 엔진동작시 냉각수온이며, “a”는 임계값(Threshold)으로 약 90℃로 설정되고, “B” 엔진동작시 오일온이며, “b”는 임계값(Threshold)으로 약 100℃로 설정된다.

이로부터 터보차저 컨트롤러(10)는 엔진동작시 냉각수온(A)이 임계값(a) 미만이면서 동시에 엔진동작시 오일온(B)이 임계값(b) 미만인 조건에 대한 충족을 고 냉각성능차량으로 판단하고 반면 미충족을 노말냉각성능차량으로 판단한다.

이어 터보차저 컨트롤러(10)는 고 냉각성능차량 제어(S50~S80)를 수행하고, 상기 고 냉각성능차량 제어는 S60~S62-2의 엔진온도 적용단계, S70~S72-2의 연료소모량 적용단계, S80의 최종 작동시간 선택단계로 구분된다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 고 냉각성능차량 제어(S50~S80)에 적용되는 엔진부하기반 타임 맵(20-1)과 외기온 가중치 맵(20-2) 및 엔진온도기반 타임 맵(20-3)의 테이블 구축 예를 나타낸다. 이 경우 FCO_T는 연료소모량, FCO_T는 연료 소모량을 일정 시간동안 평균한 값, FCO_T_RAW는 순간 연료 소모량, C_T_FCO_T_CLC(예,0~65535초)은 연료소모량(FCO_T)을 연산하기 위한 시간을 의미한다.

도 3의 엔진부하기반 타임 맵(20-1)의 테이블은 고속고부하 등판주행기반 엔진부하, 냉각수온/오일온 기반 엔진온도가 보조 전동워터펌프(5)의 냉각팬 작동시간과 매칭되어 구축된다. 그러므로 상기 테이블은 TCO와 FCO_T에 따른 KEY OFF 후 평균 연료 소모량에 따른 보조 전동워터펌프(5)의 냉각 팬 작동 시간 산출을 위해 터보차저 컨트롤러(10)에서 이용된다.

도 4의 외기온 가중치 맵(20-2)의 테이블은 TCO와 FCO_T로 연산된 시간에 외기온 조건에 따라 줄일 수 있는 작동시간이 매칭되어 구축된다. 그러므로 상기 테이블은 엔진부하기반 냉각팬 작동시간과 엔진온도기반 냉각팬 작동시간에 대한 시간 가중치 산출을 위해 터보차저 컨트롤러(10)에서 이용된다.

도 5의 엔진온도기반 타임 맵(20-3)의 테이블은 냉각수온/오일온 기반 엔진온도가 보조 전동워터펌프(5)의 냉각팬 작동시간과 매칭되어 구축된다. 그러므로 상기 테이블은 기존과 같이 냉각수온과 오일온에 따른 전동워터펌프(5)의 냉각 팬 작동 시간 산출을 위해 터보차저 컨트롤러(10)에서 이용된다.

구체적으로 상기 엔진온도 적용단계(S60~S62-2)는 S60의 엔진온도 판단 단계, S61-1의 외기온가중치 적용 단계, S62-1의 온도기반 작동시간 No1 산출 단계, S62-1의 외기온가중치 적용 단계, S62-2의 온도기반 작동시간 No2 산출 단계로 수행된다. 반면 상기 연료소모량 적용단계(S70~S72-2)는 S70의 연료소모량 판단 단계, S71-1의 외기온가중치 적용 단계, S72-1의 연료기반 작동시간 No1 산출 단계, S72-1의 외기온가중치 적용 단계, S72-2의 연료기반 작동시간 No2 산출 단계로 수행된다.

터보차저 컨트롤러(10)는 엔진온도 판단(S60)과 연료소모량 판단(S70)을 위해 하기 식을 각각 적용한다.

엔진온도 판단 : A-1 < a-1 and B-1 < b-1

연료소모량 판단 : K > K-1

여기서 “>”는 두 값의 크기를 나타내는 부등호이고, “A-1”은 엔진정지시 냉각수온이며, “a-1”는 임계값(Threshold)으로 약 95℃로 설정되고, “B-1” 엔진정지시 오일온이며, “b-1”은 임계값(Threshold)으로 약 110℃로 설정되고, “K”는 평균 연료 소모량으로 터보차저(4)의 냉각을 위한 보조 전동오일펌프(5)의 가동시 소모된 연료량의 평균이며, “K-1”은 임계값(Threshold)으로 약 6ml/s로 설정된다.

이로부터 터보차저 컨트롤러(10)는 엔진정지시 냉각수온(A-1)이 임계값(a-1) 미만이면서 동시에 엔진정지시 오일온(B-1)이 임계값(b) 미만인 조건 충족시 온도기반 작동시간 No1을 반면 조건 미 충족시 온도기반 작동시간 No2로 산출한다. 또한 터보차저 컨트롤러(10)는 평균 연료 소모량(K)이 임계값(K-1) 이상인 조건 충족시 연료기반 작동시간 No1을 반면 조건 미 충족시 연료기반 작동시간 No2로 산출한다.

그 결과 S80의 최종 작동시간 선택단계에서는 온도기반 작동시간 No1, 온도기반 작동시간 No2, 연료기반 작동시간 No1, 연료기반 작동시간 No2의 어느 하나가 최종 작동시간으로 선택된다.

이후 터보차저 컨트롤러(10)는 S90의 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어 단계를 수행한다. 이는 보조 전동워터펌프(5)의 냉각팬이 온도기반 작동시간 No1, 온도기반 작동시간 No2, 연료기반 작동시간 No1, 연료기반 작동시간 No2의 어느 하나의 최종 작동시간에 맞춰 구동됨으로써 터보차저(4)에는 터보차저 냉각회로(6)를 통해 엔진 냉각수 순환이 이루어진다.

도 6을 참조하면, 터보차저 컨트롤러(10)의 작동시간 연산로직은 IP_T_POP_BAS(냉각수온과 연료소모량 기준 매핑 값)과 IP_T_POP_FAC(외기온을 기준한 가중치 값)를 곱하여 냉각 팬 작동 시간 연산을 수행하고, 작동 듀티 연산 로직은 ID_CFAPWM_ES_S(외기온에 따른 엔진룸 냉각 차이 값)를 발생하는 외기온과 냉각수온에 따라 냉각팬 작동 듀티 결정을 수행한다. 그러므로 터보차저 컨트롤러(10)의 제어 듀티 테이블(또는 제어 듀티 맵)은 외기온과 냉각수온에 따른 KEY OFF 후 냉각 팬 작동 듀티 값으로 예시된다.

도 7을 참조하면, 엔진 시스템(1)은 엔진(2)이 정지된 상태이므로 엔진냉각수회로(1-1)에서는 엔진냉각수 순환 흐름이 형성되지 않는 반면 터보차저 냉각 시스템(3)의 터보차저 냉각라인(6)에는 엔진(2)에서 나온 엔진냉각수가 순환한다.

이를 위해 터보차저 컨트롤러(10)는 엔진부하기반 타임 맵(20-1)에서 온도기반 작동시간 No1, 온도기반 작동시간 No2, 연료기반 작동시간 No1, 연료기반 작동시간 No2의 어느 하나의 최종 작동시간을 매칭하고, 그 매칭 값에 맞춰 제어 듀티 테이블(또는 제어 듀티 맵)에서 제어 듀티를 출력하여 보조 전동워터펌프(5)의 냉각팬을 가동시켜준다.

그 결과 상기 터보차저 냉각라인(6)에서는 엔진냉각수가 냉각수 인렛 파이프(7)에서 터보차저(4)로 간 후 냉각수 피드 파이프(8)을 거쳐 냉각수 아웃렛 파이프(9)로 나오는 순환흐름이 형성된다.

한편 터보차저 컨트롤러(10)는 차량냉각성능구분제어(S10~S40)에서 엔진동작시 냉각수온(A)이 임계값(a) 이상이거나 엔진동작시 오일온(B)이 임계값(b) 이상 이거나 엔진동작시 냉각수온(A)과 엔진동작시 오일온(B)이 모두 임계값(b) 이상인 경우 노말 냉각성능차량 제어(S100~S130)를 수행한다.

상기 노말 냉각성능차량 제어(S100~S130)는 S110의 엔진온도 판단 단계, S120의 온도기반 작동시간 산출 단계, S130의 외기온가중치 적용 단계로 수행된다.

터보차저 컨트롤러(10)는 엔진온도 판단(S110)을 위해 하기 식을 각각 적용한다.

엔진온도 판단 : A-1 < a-1 and B-1 < b-1

이 경우 상기 엔진온도 판단식은 고 냉각성능차량 제어(S50~S80)에 적용된 S60의 엔진온도 판단 단계의 엔진온도 판단식과 동일한 인자와 조건을 적용한다.

그러므로 상기 노말 냉각성능차량 제어(S100~S130)에서 S80의 최종 작동시간 선택단계에서 선택된 온도기반 작동시간 No1 또는 온도기반 작동시간 No2가 적용된다. 이로부터 상기 온도기반 작동시간 No1과 상기 온도기반 작동시간 No2의 어느 하나는 최종작동시간으로 적용된다.

이후 터보차저 컨트롤러(10)는 S140의 온도부하기반 터보차저 키오프 냉각제어 단계를 수행한다. 이는 보조 전동워터펌프(5)의 냉각팬이 온도기반 작동시간 No1 또는 온도기반 작동시간 No2중 하나를 최종 작동시간으로 하고 더불어 엔진온도기반 타임 맵(20-3)의 매칭 값에 맞춘 제어 듀티 테이블(또는 제어 듀티 맵)의 제어 듀티 출력으로 가동됨을 의미한다.

그러므로 상기 온도부하기반 터보차저 키오프 냉각제어(S140)에서도 도 7과 같이 터보차저 냉각라인(6)은 엔진냉각수가 냉각수 인렛 파이프(7)에서 터보차저(4)로 간 후 냉각수 피드 파이프(8)를 거쳐 냉각수 아웃렛 파이프(9)로 나오는 순환흐름을 형성한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(1)의 터보차저 키 오프 냉각제어방법은 검출된 엔진RPM, IG_ON/OFF, 냉각수온도, 오일온도, 외기온도에 기반하여 엔진정지시 터보차저 냉각라인(6)의 엔진냉각수 순환이 상기 냉각수온도와 상기 오일온도로 보조 전동워터펌프(5)의 동작을 요구하지 않는 차량의 고 냉각성능에서 이루어지는 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어와 이에 반하는 노말 냉각성능에서 이루어지는 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어로 구분되어 터보차저(4)의 냉각이 이루어짐으로써 보조 전동워터펌프(5)가 적용되더라도 고 냉각성능차량에서도 터보차저(4)에 대한 열해가 방지된다.

1 : 엔진 시스템 1-1 : 엔진냉각수회로
2 : 엔진 3 : 터보차저 냉각 시스템
4 : 터보차저 5 : 보조 전동워터펌프
6 : 터보차저 냉각라인 7 : 냉각수 인렛 파이프
8 : 냉각수 피드 파이프 9 : 냉각수 아웃렛 파이프
10 : 터보차저 컨트롤러 10-1 : 데이터 입력부
20 : 팬 제어 맵 20-1 : 엔진부하기반 타임 맵
20-2 : 외기온 가중치 맵 20-3 : 엔진온도기반 타임 맵
20-4 : 제어 듀티 맵

Claims

엔진정지시 터보차저 컨트롤러에 의해 보조 전동워터펌프의 동작을 요구하지 않는 냉각수온도와 오일온도로 차량의 고 냉각성능이 확인되면, 터보차저 냉각라인으로 엔진냉각수를 순환시켜주는 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어;
가 포함되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진정지는 고부하 운전직 후 Key Off로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진냉각수의 순환은 상기 보조 전동워터펌프의 냉각 팬 가동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어는, (A) 상기 고 냉각성능의 확인이 이루어지는 차량냉각성능구분제어 단계, (B) 상기 고 냉각성능의 확인시 상기 보조 전동워터펌프를 동작시켜주기 위한 최종작동시간이 산출되는 고 냉각성능차량 제어 단계, (C) 상기 최종작동시간으로 상기 보조 전동워터펌프가 동작되어 상기 엔진냉각수의 순환이 이루어지는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 차량냉각성능구분제어 단계는, (a-1) 상기 엔진정지 전 고부하 운전조건이 확인되는 단계, (a-2) 상기 냉각수온도의 검출값이 엔진동작시 냉각수온으로 상기 오일온도의 검출값이 엔진동작시 오일온으로 각각 설정되는 단계, (a-3) 상기 엔진정지에 대한 Key Off가 확인되는 단계, (a-4) 상기 엔진동작시 냉각수온과 상기 엔진동작시 오일온으로 상기 고 냉각성능의 확인이 이루어지는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 엔진동작시 냉각수온과 상기 엔진동작시 오일온은 각각 임계값(Threshold)을 적용하고, 상기 임계값(Threshold) 미만 조건이 상기 고 냉각성능의 확인에 이용되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 엔진동작시 냉각수온은 90℃가 상기 임계값(Threshold)으로 설정되고, 상기 엔진동작시 오일온은 100℃가 상기 임계값(Threshold)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 고 냉각성능차량 제어 단계는, (b-1) 상기 최종작동시간의 산출이 엔진온도 적용과 연료소모량 적용으로 구분되는 단계, (b-2) 상기 엔진온도 적용시 상기 냉각수온도의 검출값이 엔진정지시 냉각수온으로 상기 오일온도의 검출값이 엔진정지시 오일온으로 각각 설정되는 단계, (b-3) 상기 연료소모량 적용시 상기 보조 전동오일펌프의 평균 연료 소모량(K)이 설정되는 단계, (b-4) 상기 엔진온도 적용에 따른 온도기반 작동시간과 상기 연료소모량 적용에 따른 연료기반 작동시간이 계산되는 단계, (b-5) 상기 온도기반 작동시간과 상기 연료기반 작동시간 중 어느 하나가 상기 최종작동시간으로 사용되는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 엔진정지시 냉각수온과 상기 엔진정지시 오일온은 각각 임계값(Threshold)을 적용하고, 상기 임계값(Threshold) 미만 조건이 상기 온도기반 작동시간으로 계산되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 9에 있어서, 상기 엔진정지시 냉각수온은 95℃가 상기 임계값(Threshold)으로 설정되고, 상기 엔진정지시 오일온은 110℃가 상기 임계값(Threshold)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 평균 연료 소모량은 임계값(Threshold)을 적용하고, 상기 임계값(Threshold) 이상 조건이 상기 연료기반 작동시간으로 계산되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 평균 연료 소모량은 6ml/s가 상기 임계값(Threshold)으로 설정되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 고 냉각성능이 확인되지 않으면, 상기 터보차저 냉각라인으로 상기 엔진냉각수를 순환시켜주는 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어로 전환되는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
청구항 13에 있어서, 상기 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어는, (D) 상기 냉각수온도의 검출값이 엔진정지시 냉각수온으로 상기 오일온도의 검출값이 엔진정지시 오일온으로 각각 설정되는 단계, (E) 상기 엔진정지시 냉각수온과 상기 엔진정지시 오일온에 기반한 온도기반 작동시간이 계산되는 단계, (F) 상기 온도기반 작동시간에 검출된 외기온도에 따른 외기온 가중치가 적용되어 최종작동시간으로 사용되는 단계, (F) 상기 최종작동시간으로 상기 엔진냉각수의 순환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차저 키 오프 냉각제어방법.
엔진RPM, IG_ON/OFF, 냉각수온도, 오일온도, 외기온도가 시스템 정보로 검출하고, 엔진정지시 터보차저 냉각라인의 엔진냉각수 순환이 상기 냉각수온도와 상기 오일온도로 보조 전동워터펌프의 동작을 요구하지 않는 차량의 고 냉각성능에서 이루어지는 엔진부하기반 터보차저 키오프 냉각제어, 상기 보조 전동워터펌프의 동작을 요구하는 상기 차량의 노말 냉각성능에서 이루어지는 온도기반 터보차저 키오프 냉각제어로 구분해주는 터보차저 컨트롤러;
가 포함되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
청구항 15에 있어서, 상기 터보차저 컨트롤러는 데이터 입력부를 구비하고, 상기 데이터 입력부는 악셀페달 눌림량, 차속, 엔진RPM, IG_ON/OFF 신호, 냉각수온도, 오일온도, 외기온도를 시스템 정보로 검출하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
청구항 15에 있어서, 상기 터보차저 컨트롤러는 엔진부하별 상기 보조 전동워터펌프의 냉각팬 작동시간 매칭 테이블이 제공되는 엔진부하기반 타임 맵과 엔진온도기반 타임 맵 및 상기 보조 전동워터펌프의 냉각팬 작동시간에 대한 작동시간 가중치 테이블이 제공되는 외기온 가중치 맵을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 엔진부하기반 타임 맵은 상기 보조 전동워터펌프의 평균 연료 소모량에 기반되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 외기온 가중치 맵은 상기 외기온도와 상기 작동시간의 매칭에 따른 시간 단축에 기반되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
청구항 17에 있어서, 상기 엔진온도기반 타임 맵은 상기 냉각수온도와 상기 오일온도에 기반되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.