KR20190117063A - 터보차져 냉각 시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

터보차져 냉각 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량의 터보차져 냉각 시스템은, 엔진의 시동 온에 따라 작동되어 냉각수를 강제 순환시키는 기계식 워터펌프, 코어를 통해 냉각수와 대기의 접촉 면적을 확장시켜 냉각수에 흡수된 열을 방열하는 라디에이터, 상기 라디에이터에 유입된 냉각수의 온도를 낮추는 냉각팬, 상기 엔진과 라디에이터 사이의 냉각수 유로에 설치되며, 상기 냉각수의 온도변화에 따라 밸브를 열거나 닫아 냉각수온을 조절하는 전자식 서모스탯, 터빈의 회전을 통해 흡입 공기의 양을 늘려 상기 엔진의 출력을 증가시키는 터보차져, 상기 차량의 운행에 따라 측정되는 각종 상태정보를 검출하는 상태정보 검출부 및시동 오프에 따른 엔진 정지 시 상기 상태정보로 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온이 기준치 이상이면 소정 작동시간 동안 상기 터보차져에 흐르는 냉각수가 상기 라디에이터로 흐를 수 있도록 상기 서모스탯의 밸브를 개방하는 제어부를 포함한다.

Description

터보차져 냉각 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TURBO CHARGER COOLING}

본 발명은 터보차져 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량 엔진에서의 냉각수 넘침이나 끓음을 방지하기 위한 터보차져 냉각 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진은 연소과정에서 고온을 발생하며 이중 상당량은 엔진을 구성하는 실린더 헤드, 실린더 블록 등으로 전도되어 부품의 강도를 저하시키므로 고장이나 수명 단축, 노킹이나 조기 점화 등의 연소 불량을 유발할 수 있다.

그래서, 차량에는 엔진의 냉각수 온도를 일정 수준의 온도(예; 80 ~ 90℃)로 유지시키기 위한 서모스탯(Thermostat)이 설치된다.

상기 서모스탯은 엔진과 라디에이터 사이에 설치되어 냉각수 온도변화에 따라 밸브가 열리거나 닫혀 엔진의 온도를 항상 일정하게 조절하는 장치로써 엔진의 냉각수 온도를 대략적으로 80 ~ 90℃로 유지하여 주는 역할을 한다.

한편, 도 1은 종래의 전동식 워터펌프가 적용된 엔진의 터보차져 냉각 시스템을 나타낸다.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 전동식 워터펌프가 적용된 엔진의 터보차져 냉각 시스템은 차량의 운행 중 시동 오프로 인한 엔진 정지시의 냉각수온과 평균 연료 소모량을 모니터링 하여 전동식 워터펌프 또는 보조 전동식 워터펌프의 작동 시간을 결정하고, 터보차져의 냉각을 위한 냉각수를 순환시켜 준다.

이때, 종래의 전동식 워터펌프가 적용된 엔진은 엔진 정지 시에도 전동식 워터펌프 구동이 가능하기 때문에 터보차져에 냉각수 공급이 가능하여 터보차져의 잠열로 인한 냉각수 넘침이나 끓음을 예방할 수 있다.

그러나, 전동식 워터펌프가 미적용된 엔진의 경우에는 엔진 정지 시 냉각수 순환이 불가하여 터보차져의 냉각수 끊음 및 냉각수의 외부 넘침 등이 발생되는 문제점이 있다.

좀더 구체적으로, 고부하 주행 중 차량을 급정지하여 엔진 시동을 끄는 경우 상기 터보차져의 잠열이 냉각수로 전달되어 냉각수가 끓어 리저버 탱크로 넘치게 되고, 끓어 넘친 냉각수에 의해 기화된 연기가 차량 밖으로 유출되는 문제점이 있다.

또한, 상기 터보차져의 과도한 잠열이 냉각수로 전달 시 발생되는 기화 소음과 냄새(연기)가 운전석으로 전달되어 불쾌감과 안전성에 문제를 야기하여 고객 클레임으로 이어지는 단점이 있다.

또한, 차량의 운행한 후 엔진 정지 시 터보차져가 냉각 되지 않으면, 터보차져 베어링부의 금속면 온도가 150℃ 이상으로 상승하여, 터보차져의 내구성에 문제가 발생될 수 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 전동식 워터펌프가 미적용된 차량의 운행 종료 후 냉각팬과 전기식 서모스탯을 소정시간 동안 추가로 작동시키는 알고리즘을 통해 터보차져의 잠열을 냉각시킴으로써 냉각수 끊음이나 넘침 문제를 방지하는 터보차져 냉각 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량의 터보차져 냉각 시스템은, 엔진의 시동 온에 따라 작동되어 냉각수를 강제 순환시키는 기계식 워터펌프; 코어를 통해 냉각수와 대기의 접촉 면적을 확장시켜 냉각수에 흡수된 열을 방열하는 라디에이터; 상기 라디에이터에 유입된 냉각수의 온도를 낮추는 냉각팬; 상기 엔진과 라디에이터 사이의 냉각수 유로에 설치되며, 상기 냉각수의 온도변화에 따라 밸브를 열거나 닫아 냉각수온을 조절하는 전자식 서모스탯; 터빈의 회전을 통해 흡입 공기의 양을 늘려 상기 엔진의 출력을 증가시키는 터보차져; 상기 차량의 운행에 따라 측정되는 각종 상태정보를 검출하는 상태정보 검출부; 및 시동 오프에 따른 엔진 정지 시 상기 상태정보로 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온이 기준치 이상이면 소정 작동시간 동안 상기 터보차져에 흐르는 냉각수가 상기 라디에이터로 흐를 수 있도록 상기 서모스탯의 밸브를 개방하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는 평균연료소모량 및 냉각수온이 기준치 이상이면 상기 냉각팬을 추가로 작동 하여 상기 라디에이터의 냉각수를 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기 서모스탯은 상기 차량의 상태정보에 따라 상기 제어부에서 인가되는 듀티(Duty)신호에 의해 발열량이 조절되어 왁스의 팽창력을 조절하는 히터가 구비되고, 상기 히터의 발열을 통한 왁스의 팽창력 조절로 상기 밸브의 개폐량을 가변 조절할 수 있다.

또한, 상기 상태정보 검출부는 차량의 시동여부, 엔진 작동 상태, 차속, 평균연료소모량, 냉각수온 및 오일온 중 적어도 하나의 터보차져 냉각 제어에 필요한 정보를 검출할 수 있다.

또한, 상기 터보차져 냉각 시스템은, 상기 엔진의 입구, 엔진 내부 및 엔진 출구의 냉각수온을 측정하기 위하여 각각 배치되는 냉각수온 센서; 유입되는 상기 냉각수를 통해 엔진오일의 온도를 낮추는 오일 쿨러; 및 상기 엔진의 냉각수 출구와 연결되어 상기 엔진을 통과한 냉각수를 공급받고, 공급받은 냉각수를 상기 라디에이터, 오일 쿨러, 히터 및 터보차져로 각각 분배하는 냉각수 제어 밸브유닛을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 차량의 상태정보에서 평균연료소모량과 냉각수온에 기초하여 각각 설정된 작동시간에 따라 상기 서모스탯 및 냉각팬을 추가 작동시키기 위한 제어신호를 인가할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 서모스탯 작동시간과 냉각팬 작동시간이 각각 단계별로 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블 및 냉각팬 작동 테이블을 저장하고, 이를 참조하여 상기 서모스탯 및 냉각팬의 작동시간을 각각 도출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 라디에이터를 통과하여 온도가 하락된 냉각수가 미세유량 순환되어 냉각수 제어 밸브유닛을 통해 상기 터보차져로 공급되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 냉각수온은 상기 엔진의 냉각수 출구와 연결된 냉각수 제어 밸브유닛에 설치된 냉각수온 센서로부터 검출된 값일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량에 적용된 터보차져 냉각 시스템의 터보차져 냉각 방법은, a) 운행 중 시동 오프된 차량의 상태정보를 수집하여 평균연료소모량 및 냉각수온을 검출하는 단계; b) 검출된 상기 평균연료소모량 및 냉각수온을 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블과 비교하여 기준치 이상이면 제1 작동시간을 산출하는 단계; c) 상기 평균연료소모량 및 냉각수온을 기 설정된 냉각팬 작동 테이블과 비교하여 기준치 이상이면 제2 작동시간을 산출하는 단계; 및 d) 상기 제1 작동시간 동안 상기 서모스탯을 개방하여 상기 터보차져에 흐르는 냉각수가 라디에이터로 흐를 수 있도록 제어하고, 상기 제2 작동시간 동안 상기 냉각팬을 추가 작동하여 상기 라디에이터에 유입된 상기 가열된 냉각수를 냉각시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기 b) 단계는, 세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 서모스탯 작동시간이 단계별로 설정된 상기 전기식 서모스탯 작동 테이블을 참조하여 상기 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온의 크기에 대응하는 상기 제1 작동시간을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 냉각팬 작동시간이 단계별로 설정된 상기 냉각팬 작동 테이블을 참조하여 상기 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온의 크기에 대응하는 상기 제2 작동시간을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 냉각수온이 기준치 미만이면, 전기식 서모스탯 작동 테이블에서 상기 평균연료소모량을 기준으로 설정된 제1 작동시간을 산출할 수 있다.

또한, 상기 d) 단계는, 상기 서모스탯 및 냉각팬의 추가 작동을 통해 상기 라디에이터를 통과한 냉각수가 냉각수 제어 밸브유닛을 통해 상기 터보차져로 공급되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 측면에 따른, 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량의 터보차져 냉각 시스템은, 엔진의 시동 온에 따라 작동되어 냉각수를 강제 순환시키는 기계식 워터펌프; 코어를 통해 냉각수와 대기의 접촉 면적을 확장시켜 냉각수에 흡수된 열을 방열하는 라디에이터; 상기 라디에이터에 유입된 냉각수의 온도를 낮추는 냉각팬; 상기 엔진과 라디에이터 사이의 냉각수 유로에 설치되며, 상기 냉각수의 온도변화에 따라 밸브를 열거나 닫아 냉각수온을 조절하는 전자식 서모스탯; 터빈의 회전을 통해 흡입 공기의 양을 늘려 상기 엔진의 출력을 증가시키는 터보차져; 상기 차량의 운행에 따라 측정되는 각종 상태정보를 검출하는 상태정보 검출부; 및 시동 오프에 따른 엔진 정지 시 상기 상태정보에서 검출된 오일온 및 냉각수온이 소정 기준치 이상이면 각각 설정된 작동시간 동안 상기 서모스탯의 및 냉각팬을 추가 작동시키는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는 각각 세로축(y)의 오일온과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 단계별 서모스탯 작동시간이 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블 및 냉각팬 작동 테이블을 저장하고, 이를 참조하여 상기 서모스탯 및 냉각팬의 작동시간을 각각 도출할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 라디에이터를 통과하여 온도가 하락된 미세유량의 냉각수가 터보차져로만 흐르도록 냉각수제어 밸브 유닛을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 차량의 고부하 주행 후 시동 오프된 상태에서 터보차져의 잠열을 전달 받은 냉각수가 라디에이터로 지나갈 수 있도록 서모스탯을 개방하고, 냉각팬을 추가 작동하여 라이에이터를 통과하는 냉각수를 냉각시킴으로써 냉각수 순환에 따른 터보차져를 냉각시킬 수 있다.

또한, 전동식 워터펌프가 미적용된 차량에서도 시동 오프 후 터보차져 냉각알고리즘을 통해 냉각수 끊음이나 넘침을 방지함으로써 고객 클래임 발생 문제를 해결할 수 있다.

또한, 차량의 터보차져의 냉각을 위해 별도로 구비되었던 전동식 워터펌프를 생략하고 제어 알고리즘만을 추가하여 터보차져의 냉각이 가능하도록 구현함으로써 양산비용이 절감되는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래의 전동식 워터펌프가 적용된 엔진의 터보차져 냉각 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시동 전 엔진 정지 단계(S1)로써 냉각수 미순환 상태를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시동 후 엔진 작동 단계(S2)로써 냉각수가 순환되는 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 고부하 운전 후 엔진 정지 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 엔진 정지 후 터보차져 냉각 제어 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 완료 상태를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템의 냉각 제어 상태를 나타낸다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 2내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템의 차량의 운행에 따른 단계별 냉각수 흐름 상태와 그 제어 방법을 나타낸다. 각 단계별 도면에 표시된 라인은 냉각수 유로를 의미하되, 굵게 표시된 라인과 화살표는 냉각수 순환 영역과 흐르는 방향을 나타내고, 상대적으로 얇게 표시된 라인은 냉각수 미순환 영역을 나타낸다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 시동 전 엔진 정지 단계(S1)로써 냉각수 미순환 상태를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 시동 후 엔진 작동 단계(S2)로써 냉각수가 순환되는 상태를 나타낸다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템(1)은 엔진(11), 라디에이터(12), 냉각팬(13), 서모스탯(14), 기계식 워터펌프(15), 냉각수 제어 밸브유닛(16), 오일쿨러(17), 히터(18), 터보차져(19), 리저버(20), 냉각수온 센서부(21), 상태정보 검출부(22) 및 제어부(23)를 포함한다.

엔진(11)과 라디에이터(12)는 냉각수 유로를 통해 연결되고, 냉각수 유로의 소정위치에 서모스탯(14)과 기계식 워터펌프(15)가 설치된다.

기계식 워터펌프(15)는 전자식 서모스탯(14)과 엔진(11) 사이의 냉각수 유로에 장착되어 엔진의 보기류와 벨트(체인)로 연결되고, 엔진(11)의 시동 온에 따라 작동되어 냉각수를 강제 순환시키는 역할을 한다.

라디에이터(12)는 코어(Core)를 통해 냉각수와 대기의 접촉 면적을 확장시켜 냉각수에 흡수된 열을 방열한다.

서모스탯(Electric Thermostat, 14)은 전자식으로 엔진(11)과 라디에이터(12) 사이의 냉각수 유로에 설치되며, 냉각수 온도변화에 따라 밸브를 열거나 닫아 냉각수온이 최적의 일정수준을 유지하도록 조절한다.

특히, 서모스탯(14)은 시동 오프로 엔진(11)이 정지된 이후에 차량의 상태정보에 따라 인가되는 제어신호에 의해 밸브를 열어(Open) 터보차져(19)의 잠열로 가열되어 부피가 팽창된 뜨거운 냉각수가 라디에이터(12)로 흐를 수 있도록 한다.

이러한 서모스탯(14)은 온도에 의해 신축하는 분말 상의 결정체가 밸브를 개폐시키는 왁스형으로 구성될 수 있다. 예컨대, 서모스탯(14)은 차량의 상태정보에 따라 제어부(23)에서 인가되는 듀티(Duty)신호에 의해 발열량이 조절되어 왁스의 팽창력을 조절하는 히터(18)가 구비되고, 상기 히터(18)의 발열을 통한 왁스의 팽창력 조절로 밸브의 개폐량을 가변 조절할 수 있다.

다만, 서모스탯(14)은 상기 왁스형에 한정되지 않으며, 에텔류의 팽창력을 이용하여 밸브를 개폐시키는 벨로즈형으로 구성될 수 있다.

냉각팬(13)은 모터 작동에 따른 팬을 회전하여 강제 송풍을 통해 라디에이터(12)에 유입된 뜨거운 냉각수의 온도를 냉각시킨다.

특히, 냉각팬(13)은 시동 오프로 엔진(11)이 정지된 이후에도 차량의 상태정보에 따라 인가되는 제어신호에 의해 작동되어 상기 라디에이터(12)로 유입된 상기 뜨거운 냉각수의 온도를 낮추는 역할을 한다.

한편, 엔진(11)은 실린더 블럭과 실린더 헤드를 포함하며, 상기 실린더 블럭의 일측에는 냉각수 입구가 형성되고, 상기 실린더 헤드의 타측에는 냉각수 출구가 형성된다.

냉각수 제어 밸브유닛(16)은 엔진(11)의 냉각수 출구와 연결되어 상기 실린더 헤드와 실린더 블럭을 각각 통과한 냉각수를 공급받고, 공급된 냉각수를 라디에이터(12), 오일 쿨러(17), 히터(18) 및 터보차져(19)로 각각 분배한다.

오일 쿨러(17)는 유입되는 냉각수를 통해 엔진오일의 온도를 낮추는 역할을 한다.

터보차져(19)는 배출가스 압력에 의한 터빈의 회전을 통해 흡입 공기의 양을 늘려 엔진(11)의 출력을 증가시킨다.

리저버(20)는 가압식으로 고압일 때에 라디에이터(12)에서 흘러나오는 냉각수를 저장하였다가 압력이 낮아진 때에 다시 라디에이터(12)로 공급한다.

냉각수온 센서부(21)는 엔진(11)이나 그 입구 및 출구의 냉각수온을 측정하기 위하여 각각 배치되며, 제1 냉각수온 센서(21-1), 제2 냉각수온 센서(21-2) 및 제3 냉각수온 센서(21-3)를 포함한다.

제1 냉각수온 센서(21-1)는 기계식 워터펌프(15)를 통해 실린더 블록으로 유입되는 엔진(11) 입구의 제1 냉각수온을 측정한다.

제2 냉각수온 센서(21-2)는 엔진(11) 내부의 실린더 블록 안의 냉각수온을 감지하도록 배치되어 엔진(11) 내부의 제2 냉각수온을 측정한다.

제3 냉각수온 센서(21-3)는 냉각수 제어 밸브유닛(16)에 배치되어 엔진(11)의 출구의 제3 냉각수온을 측정한다.

상태정보 검출부(22)는 차량의 각종 센서 및 제어장치로부터 차량의 운행에 따라 생성되거나 측정되는 각종 차량 상태정보를 수집한다.

예컨대, 상기 차량 상태정보는 터보차져 냉각 제어에 필요한 정보로써, 차량의 시동여부, 엔진 작동 상태, 차속, 평균연료 소모량, 냉각수온 및 오일온 등을 검출할 수 있다.

제어부(23)는 ECU(Electronic Control Unit)로써, 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각을 위한 전반적인 동작을 제어한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 고부하 운전 후 엔진 정지 상태를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 전동식 워터펌프가 미적용된 차량이 고속운전이나 등판운전을 수행한 후 바로 시동이 오프(OFF)되어 엔진이 정지되면, 그에 따른 냉각수의 유동(순환)도 정지된다.

이때, 차량에 전동식 워터펌프가 미적용된 경우에는 냉각수 순환이 불가하여 터보차져(19)에서 발생되는 고온의 잠열로 인해 가열된 냉각수가 발생되고, 종래에는 과도한 잠열로 인한 냉각수 끊음 및 냉각수의 외부 넘침 등이 발생되는 문제가 존재하였다.

이에, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(23)는 차량의 엔진 정지(시동 오프) 후 전기식 서모스탯(14)과 냉각팬(13)을 소정시간 동안 추가로 작동시키는 터보차져 냉각제어 알고리즘을 저장하고, 이를 통한 터보차져(19)의 냉각 제어를 수행하여 상기 잠열을 냉각시킴으로써 냉각수의 끊음이나 넘침 문제를 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 차량의 엔진 정지 후 터보차져 냉각 제어 상태를 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 완료 상태를 나타낸다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(23)는 차량의 시동 오프로 엔진 정지되면, 터보차져(19)의 잠열로 인해 가열된 냉각수가 라디에이터(12)로 지나갈 수 있게 서모스탯(14)의 밸브를 개방하고, 냉각팬(13)을 추가로 작동 시켜 라디에이터(12)의 냉각수를 냉각시키도록 제어한다.

이때, 제어부(23)는 차량의 상태정보를 수집하여 평균연료소모량과 냉각수온에 기초하여 설정된 작동시간에 따라 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)을 추가 작동시키기 위한 제어신호를 각각 생성할 수 있다.

제어부(23)는 차량의 운행에 따른 평균연료소모량 및 냉각수온을 토대로 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블 및 냉각팬 작동 테이블을 저장한다.

상기 전기식 서모스탯 작동 테이블에는 세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 서모스탯 작동시간이 단계별로 설정되고, 마찬가지로 상기 냉각팬 작동 테이블에는 세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 냉각팬 작동시간이 단계별로 설정된다. 여기서, 전기식 서모스탯 작동 테이블 및 냉각팬 작동 테이블의 설정 값들은 차종 별 다양한 시험 및 학습에 따라 변경될 수 있다.

제어부(23)는 직전의 차량 운행으로 수집된 평균연료소모량 및 냉각수온이 기준치 이상인 경우에 정해진 작동 시간대로 서모스탯(14)을 작동하여 냉각수를 순환시키고, 냉각팬(13)을 작동하여 라디에이터(12)에서 온도가 하락된 차가운 냉각수가 터보차져(19)로 유입될 수 있도록 한다. 이때, 상기 냉각수온은 터보차져(19)에 냉각수를 공급하는 냉각수 제어 밸브유닛(16)에 배치된 제3 냉각수온 센서(21-3)로부터 수집될 수 있다.

제어부(23)는 상기 평균연료소모량 및 냉각수온을 서모스탯 작동 테이블에 비교하여 각각 일정 기준치 이상인 경우에 정해진 작동시간 동안 서모스탯(14)의 밸브를 개방하는 제어신호를 생성하여 서모스탯(14)으로 인가한다. 가령, 평균연료소모량이 4ml/s이고, 냉각수온이 89.25℃인 조건일 경우 서모스탯(14)의 작동신호가 10초로 설정될 수 있다.

또한, 제어부(23)는 상기 수집된 차량의 평균연료소모량 및 냉각수온을 냉각팬 작동 테이블에 비교하여 일정 기준치 이상인 경우에 설정된 작동시간 냉각팬(13)을 구동하는 제어신호를 생성하여 냉각팬(13)으로 인가한다. 가령, 평균연료소모량이 4ml/s이고, 냉각수온이 89.25℃인 조건일 경우 냉각팬(13)의 작동신호가 120초로 설정될 수 있다.

따라서, 도 5에서와 같이 서모스탯(14)은 밸브를 열어(Open) 터보차져(19)로 인해 가열된 냉각수가 라디에이터(12)로 이동할 수 있도록 하고, 냉각팬(13)은 상기 라디에이터(12)의 가열된 냉각수 온도를 낮출 수 있다. 그리고, 라디에이터(12)를 통과하여 온도가 하락된 냉각수는 미세유량 순환되며 냉각수 제어 밸브유닛(16)을 통해 터보차져(19)로 공급된다.

이때, 제어부(23)는 라디에이터(12)를 통과하여 온도가 하락된 냉각수는 미세유량 순환되므로 터보차져(19)로만으로 흐르도록 냉각수 제어 밸브유닛(16)을 제어할 수 있다(도 5참조).

한편, 제어부(23)는 서모스탯(14)과 냉각팬(13)을 엔드(AND) 조합으로 항시 동시에 제어하는 것은 아니며, 작동 테이블 상의 제어조건에 따라 서모스탯(14) 하나만 작동시킬 수도 있다.

예컨대, 냉각수온이 기준치 미만인 경우(예; 84.00℃), 평균연료소모량에 따른 서모스탯(14)을 작동하여 터보차져(19)를 냉각시킬 수 있다. 이때, 냉각수온이 정상치이므로 별도의 냉각팬(13) 작동은 생략하되 라디에이터(12)로부터 터보차져(19)까지의 냉각수 유로에 남아 있는 잔여 냉각수가 순환되도록 서모스탯(14)을 개방함으로써 터보차져(19)의 잠열을 냉각시킬 수 있다.

이후, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)의 추가작동에 따른 냉각제로 인해 터보차져(19)가 저온으로 냉각된 상태를 보여준다.

한편, 전술한 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템(1)의 구성을 바탕으로 본 발명의 실시 예에 다른 터보차져 냉각 방법을 다음의 도 8을 통해 설명한다. 다만, 상기 터보차져 냉각 시스템(1)의 각 세부 구성은 하나의 시스템으로 통합될 수 있으므로 이하 터보차져 냉각 방법을 설명함에 있어서의 주체를 터보차져 냉각 시스템(1)으로 한다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 방법의 흐름에 서 S1 내지 S5 단계는 앞서 설명된 도 2 내지 도 6에 각각 대응되어 참조할 수 있으며, 일부 중복되는 설명은 생략될 수 있다.

터보차져 냉각 시스템(1)은 전동식 워터펌프가 미적용된 차량이 시동 오프 (OFF)상태에서 시동 온(ON) 되어 고속 및 등판 주행 등의 고부하 운전을 수행한 후 바로 시동 오프(OFF)하여 운행 종료된 상태를 가정한다(S1~S3 단계).

이때, 종래의 전동식 워터펌프가 미적용된 차량의 경우 터보차져의 냉각이 불가능하다.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템(1)은 차량이 시동 오프 되면 터보차져 냉각 알고리즘에 따른 터보차져 냉각 제어를 수행한다(S4).

터보차져 냉각 시스템(1)은 차량의 상태정보를 수집에 따른 평균연료소모량 및 냉각수온을 검출한다(S41). 이하, 편의상 평균연료소모량이 4ml/s이고, 냉각수온이 89.25℃로 검출된 것을 가정하여 설명한다.

터보차져 냉각 시스템(1)은 검출된 상기 평균연료소모량(예; 4ml/s) 및 냉각수온(예; 89.25℃)을 서모스탯 작동 테이블과 비교하여, 기준치 이상이면 그에 따른 제1 작동시간(예; 10초)을 산출한다(S42).

이때, 터보차져 냉각 시스템(1)은 세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 서모스탯 작동시간이 단계별로 설정된 상기 전기식 서모스탯 작동 테이블을 참조하여 상기 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온의 크기에 대응하는 상기 제1 작동시간을 도출할 수 있다.

터보차져 냉각 시스템(1)은 상기 제1 작동시간(예; 10초)동안 전기식 서모스탯(14)을 개방하여 터보차져(19)의 잠열로 가열된 냉각수가 라디에이터(12)로 흐르도록 제어한다(S43).

또한, 터보차져 냉각 시스템(1)은 검출된 상기 평균연료소모량(예; 4ml/s) 및 냉각수온(예; 89.25℃)을 냉각팬 작동 테이블과 비교하여, 기준치 이상이면 그에 따른 제2 작동시간(예; 120초)을 산출한다(S44).

이때, 터보차져 냉각 시스템(1)은 세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 냉각팬 작동시간이 단계별로 설정된 상기 냉각팬 작동 테이블을 참조하여 상기 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온의 크기에 대응하는 상기 제2 작동시간을 도출할 수 있다.

터보차져 냉각 시스템(1)은 상기 제2 작동시간(예; 120초) 동안 냉각팬(13)을 추가 작동하여 라디에이터(12)을 통과하는 상기 가열된 냉각수를 냉각시킨다(S45).

터보차져 냉각 시스템(1)은 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)의 추가 작동을 통해 라디에이터(12)를 통과한 냉각수가 냉각수 제어 밸브유닛(16)을 통해 터보차져(19)로 공급되도록 제어하고, 상기 제1 및 제2 작동시간이 완료되면 터보차져 냉각을 종료한다(S5).

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 차량의 고부하 주행 후 시동 오프된 상태에서 터보차져의 잠열을 전달 받은 냉각수가 라디에이터로 지나갈 수 있도록 서모스탯을 개방하고, 냉각팬을 추가 작동하여 라이에이터를 통과하는 냉각수를 냉각시킴으로써 냉각수 순환에 따른 터보차져를 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 전동식 워터펌프가 미적용된 차량에서도 시동 오프 후 터보차져 냉각알고리즘을 통해 냉각수 끊음이나 넘침을 방지함으로써 고객 클래임발생 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 차량의 터보차져의 냉각을 위해 별도로 구비되었던 전동식 워터펌프를 생략함으로써 생산비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.

예컨대, 전술한 본 발명의 실시 예에서는 평균여료소모량 및 냉각수온에 기초하여 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)의 작동시간을 제어하는 것으로 설명하였으나, 차량의 상태정보에서 평균연료소모량을 사용하지 않고 냉각수온과 오일온에 기초하여 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)의 작동시간을 제어할 수 있다.

제어부(23)는 차량의 운행에 따른 오일온 및 냉각수온을 기준으로 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블 및 냉각팬 작동 테이블을 저장한다. 여기서, 각각의 작동 테이블은 차종 별 다양한 시험 및 학습을 통해 도출될 수 있다.

제어부(23)는 직전의 차량 운행으로 수집된 오일온 및 냉각수온이 기준치 이상인 경우에 정해진 작동 시간대로 작동하여 서모스탯(14)을 개방하여 냉각수를 순환시키고, 냉각팬(13)을 작동하여 라디에이터(12)에서 온도가 하락된 차가운 냉각수가 터보차져(19)로 유입될 수 있도록 제어 로직을 변경하여 터보차져(19) 냉각을 수행할 수 있는 이점이 있다.

전술한 본 발며의 실시 예에서는 평균연료소모량 및 냉각수온을 고려한 작동 테이블 조건에 따라 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)의 작동시간이 결정되는 것으로 설명하였다.

그러나, 이에 한정되지 않으며 본 발명의 다른 실시 예에 따른, 제어부(23)는 평균연료소모량 및 냉각수온 중 어느 하나 이상이 기준치를 초과하더라도 그에 따른 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)의 작동시간을 결정할 수 있다.

따라서, 실제 엔진의 부하가 높은 상태에서 정지하여 터보차져(19)는 뜨거운 상태이나, 차량의 냉각 성능이 우수하여 냉각수온과 오일온이 낮은 경우에도 평균연료소모량 데이터를 참조하여, 전기식 서모스탯(14) 및 냉각팬(13)의 작동시간을 결정하여 제어할 수 있다.

이는, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 오일온 및 냉각수온을 고려한 작동 테이블 조건에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 도 8은 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템의 냉각 제어 상태를 나타낸다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 추가 실시 예에 따른 터보차져 냉각 시스템(1')은 전술한 실시 예와 기계식 워터펌프(15)가 아닌 전동식 워터펌프(15')를 적용한 점이 다르므로 중복된 설명은 생략하고 다른 점을 위주로 설명한다. 여기서, 전동식 워터펌프(15')는 냉방, 난방 및 웜업 향상을 하여 가변적으로 작동된다.

제어부(23)는 시동 오프에 따른 엔진 정지 시에도 상태정보에 따른 일정 작동시간 동안 전동식 워터펌프(15')를 작동시켜 냉각수를 순환시킴으로써 터보차져(19)로의 냉각수 공급이 가능한 이점이 있다.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 터보차져 냉각 시스템 11: 엔진
12: 라디에이터 13: 냉각팬
14: 서모스탯 15: 기계식 워터펌프
16: 냉각수 제어 밸브 유닛 17: 오일쿨러
18: 히터 19: 터보차져
20: 리저버 21: 냉각수온 센서부
22: 상태정보 검출부 23: 제어부

Claims (17)

1. 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량의 터보차져 냉각 시스템에 있어서,
   엔진의 시동 온에 따라 작동되어 냉각수를 강제 순환시키는 기계식 워터펌프;
   코어를 통해 냉각수와 대기의 접촉 면적을 확장시켜 냉각수에 흡수된 열을 방열하는 라디에이터;
   상기 라디에이터에 유입된 냉각수의 온도를 낮추는 냉각팬;
   상기 엔진과 라디에이터 사이의 냉각수 유로에 설치되며, 상기 냉각수의 온도변화에 따라 밸브를 열거나 닫아 냉각수온을 조절하는 전자식 서모스탯;
   터빈의 회전을 통해 흡입 공기의 양을 늘려 상기 엔진의 출력을 증가시키는 터보차져;
   상기 차량의 운행에 따라 측정되는 각종 상태정보를 검출하는 상태정보 검출부; 및
   시동 오프에 따른 엔진 정지 시 상기 상태정보로 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온이 기준치 이상이면 소정 작동시간 동안 상기 터보차져에 흐르는 냉각수가 상기 라디에이터로 흐를 수 있도록 상기 서모스탯의 밸브를 개방하는 제어부;
   를 포함하는 터보차져 냉각 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는
   평균연료소모량 및 냉각수온이 기준치 이상이면 상기 냉각팬을 추가로 작동 하여 상기 라디에이터의 냉각수를 냉각시키는 터보차져 냉각 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 서모스탯은
   상기 차량의 상태정보에 따라 상기 제어부에서 인가되는 듀티(Duty)신호에 의해 발열량이 조절되어 왁스의 팽창력을 조절하는 히터가 구비되고, 상기 히터의 발열을 통한 왁스의 팽창력 조절로 상기 밸브의 개폐량을 가변 조절하는 터보차져 냉각 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 상태정보 검출부는
   차량의 시동여부, 엔진 작동 상태, 차속, 평균연료소모량, 냉각수온 및 오일온 중 적어도 하나의 터보차져 냉각 제어에 필요한 정보를 검출하는 터보차져 냉각 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 엔진의 입구, 엔진 내부 및 엔진 출구의 냉각수온을 측정하기 위하여 각각 배치되는 냉각수온 센서;
   유입되는 상기 냉각수를 통해 엔진오일의 온도를 낮추는 오일 쿨러; 및
   상기 엔진의 냉각수 출구와 연결되어 상기 엔진을 통과한 냉각수를 공급받고, 공급받은 냉각수를 상기 라디에이터, 오일 쿨러, 히터 및 터보차져로 각각 분배하는 냉각수 제어 밸브유닛을 더 포함하는 터보차져 냉각 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 차량의 상태정보에서 평균연료소모량과 냉각수온에 기초하여 각각 설정된 작동시간에 따라 상기 서모스탯 및 냉각팬을 추가 작동시키기 위한 제어신호를 인가하는 터보차져 냉각 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는
   세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 서모스탯 작동시간과 냉각팬 작동시간이 각각 단계별로 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블 및 냉각팬 작동 테이블을 저장하고, 이를 참조하여 상기 서모스탯 및 냉각팬의 작동시간을 각각 도출하는 터보차져 냉각 시스템.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 라디에이터를 통과하여 온도가 하락된 냉각수가 미세유량 순환되어 냉각수 제어 밸브유닛을 통해 상기 터보차져로 공급되도록 제어하는 터보차져 냉각 시스템.
9. 제6항에 있어서,
   상기 냉각수온은
   상기 엔진의 냉각수 출구와 연결된 냉각수 제어 밸브유닛에 설치된 냉각수온 센서로부터 검출된 값인 터보차져 냉각 시스템.
10. 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량에 적용된 터보차져 냉각 시스템의 터보차져 냉각 방법에 있어서,
    a) 운행 중 시동 오프된 차량의 상태정보를 수집하여 평균연료소모량 및 냉각수온을 검출하는 단계;
    b) 검출된 상기 평균연료소모량 및 냉각수온을 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블과 비교하여 기준치 이상이면 제1 작동시간을 산출하는 단계;
    c) 상기 평균연료소모량 및 냉각수온을 기 설정된 냉각팬 작동 테이블과 비교하여 기준치 이상이면 제2 작동시간을 산출하는 단계; 및
    d) 상기 제1 작동시간 동안 상기 서모스탯을 개방하여 상기 터보차져에 흐르는 냉각수가 라디에이터로 흐를 수 있도록 제어하고, 상기 제2 작동시간 동안 상기 냉각팬을 추가 작동하여 상기 라디에이터에 유입된 상기 가열된 냉각수를 냉각시키는 단계;
    를 포함하는 터보차져 냉각 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 서모스탯 작동시간이 단계별로 설정된 상기 전기식 서모스탯 작동 테이블을 참조하여 상기 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온의 크기에 대응하는 상기 제1 작동시간을 도출하는 단계를 포함하는 터보차져 냉각 방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    세로축(y)의 평균연료소모량과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 냉각팬 작동시간이 단계별로 설정된 상기 냉각팬 작동 테이블을 참조하여 상기 검출된 평균연료소모량 및 냉각수온의 크기에 대응하는 상기 제2 작동시간을 도출하는 단계를 포함하는 터보차져 냉각 방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 냉각수온이 기준치 미만이면, 전기식 서모스탯 작동 테이블에서 상기 평균연료소모량을 기준으로 설정된 제1 작동시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 터보차져 냉각 방법.
14. 제10항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    상기 서모스탯 및 냉각팬의 추가 작동을 통해 상기 라디에이터를 통과한 냉각수가 냉각수 제어 밸브유닛을 통해 상기 터보차져로 공급되도록 제어하는 단계를 포함하는 터보차져 냉각 방법.
15. 전동식 워터펌프가 적용되지 않은 차량의 터보차져 냉각 시스템에 있어서,
    엔진의 시동 온에 따라 작동되어 냉각수를 강제 순환시키는 기계식 워터펌프;
    코어를 통해 냉각수와 대기의 접촉 면적을 확장시켜 냉각수에 흡수된 열을 방열하는 라디에이터;
    상기 라디에이터에 유입된 냉각수의 온도를 낮추는 냉각팬;
    상기 엔진과 라디에이터 사이의 냉각수 유로에 설치되며, 상기 냉각수의 온도변화에 따라 밸브를 열거나 닫아 냉각수온을 조절하는 전자식 서모스탯;
    터빈의 회전을 통해 흡입 공기의 양을 늘려 상기 엔진의 출력을 증가시키는 터보차져;
    상기 차량의 운행에 따라 측정되는 각종 상태정보를 검출하는 상태정보 검출부; 및
    시동 오프에 따른 엔진 정지 시 상기 상태정보에서 검출된 오일온 및 냉각수온이 소정 기준치 이상이면 각각 설정된 작동시간 동안 상기 서모스탯의 및 냉각팬을 추가 작동시키는 제어부;
    를 포함하는 터보차져 냉각 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는
    각각 세로축(y)의 오일온과 가로축(x)의 냉각수온이 조합된 단계별 서모스탯 작동시간이 설정된 전기식 서모스탯 작동 테이블 및 냉각팬 작동 테이블을 저장하고, 이를 참조하여 상기 서모스탯 및 냉각팬의 작동시간을 각각 도출하는 터보차져 냉각 시스템.
17. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 라디에이터를 통과하여 온도가 하락된 미세유량의 냉각수가 터보차져로만 흐르도록 냉각수제어 밸브 유닛을 제어하는 터보차져 냉각 시스템.

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