KR20200112109A

KR20200112109A - 차량용 쿨링팬 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20200112109A
Application number: KR1020190032071A
Authority: KR
Inventors: 김완규; 주지로
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2020-10-05

Abstract

본 발명은 차량용 쿨링팬 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하기 전에 쿨링팬의 속도를 팬 클러치의 최대속도보다 낮은 속도로 중간 제어하여서, 이후 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달할 때 팬 클러치가 완전 접합(full engagement) 상태로 작동되는 것을 최소화할 수 있는 차량용 쿨링팬 제어 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

Description

차량용 쿨링팬 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling cooling fan for vehicle}

본 발명은 차량용 쿨링팬 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 엔진 동력을 쿨링팬에 전달하기 위한 팬 클러치의 완전 접합(full engagement) 상태를 최소화할 수 있는 차량용 쿨링팬 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 대형 상용 트럭은 연비개선을 위해 전자식 팬 클러치를 이용한 쿨링팬이 적용되고 있다. 상기 쿨링팬은 팬 클러치와 풀리를 통해 엔진 크랭크축과 연결되어 벨트로 구동되며, 상기 전자식 팬 클러치는 유체 주입에 따라 접합 제어된다.

엔진은 적절한 냉각이 필요하기 때문에 엔진 냉각수는 설정된 목표냉각수온으로 유지되어야 하며, 이에 종래의 쿨링팬은 엔진 냉각수온을 목표냉각수온으로 수렴 및 유지시키기 위해 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하면 작동하게 되며, 팬 클러치는 쿨링팬을 목표속도에 도달시키기 위해 완전 접합 (full engagement) 상태가 된다.

그러나 상기 팬 클러치의 완전 접합 시, 쿨링팬의 동력소모량이 증가하여 그에 따른 엔진의 동력손실이 증가하고 차량 연비 및 등판성능이 저하되며, 또한 쿨링팬의 속도 변화가 심하여 작동소음이 발생하는 문제점이 있다.

공개특허 제2009-0113619호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하기 전에 쿨링팬의 속도를 팬 클러치의 최대속도보다 낮은 속도로 중간 제어하여서, 이후 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달할 때 팬 클러치가 완전 접합(full engagement) 상태로 작동되는 것을 최소화할 수 있는 차량용 쿨링팬 제어 장치 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 팬 클러치를 통해 전달되는 엔진 동력에 의해 구동되는 쿨링팬; 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하기 전에 상기 쿨링팬의 회전속도를 쿨링팬의 최대속도보다 낮은 속도로 제어하여 작동시키는 전자제어유닛;을 포함하는 차량용 쿨링팬 제어 장치를 제공한다.

여기서 상기 최대속도는 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달할 때 엔진의 목표속도이고, 상기 전자제어유닛은 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하면 팬 클러치를 100%의 듀티비로 접합시킨다.

또한 상기 전자제어유닛은 엔진 냉각수온이 목표냉각수온보다 일정치 낮게 설정된 기준온도에 도달하면 100% 미만의 듀티비로 팬 클러치를 접합시키며, 상기 기준온도에 따라 쿨링팬의 목표속도를 설정하고 상기 쿨링팬의 목표속도에 따라 팬 클러치의 접합 듀티비를 제어한다.

또한 본 발명에서는, 엔진 냉각수온을 실시간으로 감지하여 목표냉각수온보다 작은 값으로 설정되는 기준온도와 비교하는 단계; 엔진 냉각수온이 상기 기준온도에 도달하면, 팬 클러치를 통해 엔진 동력을 전달받아 구동되는 쿨링팬의 회전속도를 쿨링팬의 최대속도보다 낮은 속도로 작동시키는 단계;를 포함하는 차량용 쿨링팬 제어 방법도 제공한다.

본 발명에 따른 쿨링팬 제어에 의하면, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하기 전에 쿨링팬이 중간속도(최대속도보다 작은 속도임)로 작동되도록 팬 클러치를 제어함으로써 이후 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하게 되더라도 상기 팬 클러치가 완전 접합 모드로 작동되는 시간이 감소되며, 그에 따라 쿨링팬에 의한 엔진 동력 소모를 감소시킬 수 있어 동력성능 및 연비 개선을 도모할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 쿨링팬의 급격한 속도 변화로 인한 소음 발생을 저감시킬 수 있으며, 쿨링팬이 중간속도로 작동됨에 따라 쿨링팬을 이용한 엔진냉각수의 제어온도가 상향되며, 그에 따라 엔진오일온도가 상승되어 마찰손실이 감소되는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 쿨링팬 제어 장치를 나타낸 블록도
도 2는 본 발명에 따른 차량용 쿨링팬 제어 방법을 나타낸 순서도

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 엔진 냉각수온을 목표냉각수온에 수렴 유지시키기 위해 쿨링팬의 회전속도를 제어함에 있어서, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달할 때 팬 클러치가 완전 접합 상태로 작동됨에 따라 엔진 동력 손실이 크게 발생하는 문제를 방지하기 위해, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하기 전에 쿨링팬의 속도를 팬 클러치의 최대속도보다 낮은 속도로 중간 제어하여, 이후 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달함에 따라 팬 클러치가 완전 접합 모드로 작동되는 것을 최소화할 수 있도록 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 쿨링팬 제어 장치는 전자식 팬 클러치(2)를 통해 전달되는 엔진 동력에 의해 구동되는 쿨링팬(3)의 작동을 제어하기 위해, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)에 도달하기 전에 쿨링팬(3)의 회전속도(목표회전수)를 최대속도보다 낮은 속도로 제어하는 전자제어유닛(1)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 쿨링팬(3)은 엔진을 순환하여 승온된 냉각수를 방열하여 냉각시키는 라디에이터의 방열 효율을 증대시키기 위해 흡인 기류를 발생시킬 수 있도록 구성되는 것으로, 엔진 냉각수온에 따라 요구되는 속도로 구동된다.

상기 전자제어유닛(1)은, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)에 도달하기 전에 상기 목표냉각수온(T2)의 소정 백분율에 해당하는 온도값으로 설정된 기준온도(T1)가 될 때, 상기 쿨링팬(3)의 회전속도를 쿨링팬(3)의 최대속도보다 낮은 속도로 제어함으로써, 아직 목표냉각수온(T2)에 도달하지 않은 엔진 냉각수온의 상승을 최대한 억제하게 된다.

여기서, 상기 최대속도는 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)에 도달할 때에 쿨링팬(3)의 목표속도이고, 상기 목표냉각수온(T2)은 엔진 회전속도 및 연료소모량에 따라 가변 설정된다. 상기 기준온도(T1)는 목표냉각수온(T2)보다 일정치 이상 낮은 온도값으로 설정되며, 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)에 도달하기 전에 쿨링팬(3)의 작동 시작점을 판단하기 위한 온도값으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 상기 기준온도(T1)는 목표냉각수온(T2)의 80% ~ 90% 수준의 온도값으로 설정될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 종래의 쿨링팬은 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달되면 팬 클러치를 통해 엔진 동력을 전달받아 구동되고, 이때 팬 클러치는 쿨링팬을 목표속도에 빠르게 도달시키기 위해 완전 접합 상태(듀티비 100%)가 된다.

상기 전자제어유닛(1)은 엔진 회전속도 및 연료소모량에 따라 설정된 목표냉각수온(T2)에 따라 실시간으로 쿨링팬(3)의 목표속도(최대속도)를 계산하여 결정하되, 엔진 냉각수온이 상기 목표냉각수온(T2)에 도달하기 전에 쿨링팬(3)의 회전속도를 상기 목표속도보다 낮은 속도값으로 제어함으로써 팬 클러치(2)가 부분 접합 상태(듀티비 100% 미만)로 제어된다.

여기서 상기 전자제어유닛(1)은 기준온도(T1)에 따라 쿨링팬(3)의 목표속도를 계산하여 결정하고, 상기 쿨링팬(3)의 목표속도에 따라 팬 클러치(2)의 접합율(접합 듀티비)을 제어한다. 상기 접합율은 엔진 동력을 쿨링팬(3)에 전달하여 쿨링팬(3)이 구동가능하게 하는 팬 클러치(2)의 듀티비를 말한다. 전자제어유닛(1)은 쿨링팬(3)의 목표속도에 따라 팬 클러치(2)의 접합 듀티비를 조절하여 쿨링팬(3)의 회전속도를 제어할 수 있다.

즉, 상기 전자제어유닛(1)은 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)보다 낮은 기준온도(T1)에 도달하면 100% 미만(예를 들어, 40% ~ 60%)의 듀티비로 팬 클러치(2)를 접합시키게 된다. 이때 팬 클러치(2)는, 펄스폭변조(PWM) 방식으로 작동 제어되며, 쿨링팬(3)으로 동력전달이 가능한 접합 모드 및 불가능한 해제 모드가 반복적으로 전환된다. 상기 팬 클러치(2)는 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)에 도달하기 전까지 100% 미만의 접합 듀티비로 제어될 수 있다.

이후 엔진 냉각수온이 점차적으로 상승하여 목표냉각수온(T2)에 도달하게 되면, 상기 전자제어유닛(1)은 팬 클러치(2)를 100%의 듀티비로 완전 접합시킨다.

또한 상기 전자제어유닛(1)은 엔진 냉각수온이 기준온도(T1) 미만일 때는 쿨링팬(3)을 작동시키지 않는다. 이때 팬 클러치(2)는 해제 모드로 유지되어 쿨링팬(3)에 엔진 동력을 전달하지 않는다.

아울러 상기 전자제어유닛(1)은, 쿨링팬(3)의 작동시, 엔진 회전속도와 쿨링팬(3)의 실제속도를 기초로 쿨링팬(3)의 회전속도를 피드백 제어하여서 상기 기준온도(T1)에 따른 목표속도 또는 목표냉각수온(T2)에 따른 목표속도를 추종시킬 수 있다.

여기서 상기 전자제어유닛(1)은 엔진 시스템의 제어를 위해 차량내에 구비되는 엔진제어기일 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 쿨링팬 제어 장치는 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)에 도달하기 전에 쿨링팬(3)이 중간속도(최대속도보다 작은 속도임)로 작동되도록 팬 클러치(2)를 제어함으로써 이후 엔진 냉각수온이 목표냉각수온(T2)에 도달하게 되더라도 상기 팬 클러치(2)가 완전 접합 모드로 작동되는 시간이 감소되며, 그에 따라 쿨링팬(3)에 의한 엔진 동력 소모를 감소시킬 수 있어 동력성능 및 연비 개선을 도모할 수 있다. 또한 상기 쿨링팬(3)은 급격한 속도 변화가 감소되어 작동소음이 개선된다.

그리고 상기 쿨링팬(3)이 중간속도로 작동됨에 따라 쿨링팬(3)을 이용한 엔진냉각수의 제어온도가 상향되며, 그에 따라 엔진오일온도가 상승되어 마찰손실이 감소되는 효과도 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명의 쿨링팬 제어 과정을 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 엔진 회전속도(회전수), 엔진 연료소모량, 엔진 냉각수온, 엔진 냉각수를 순환시키는 워터펌프의 작동 상태 등의 정보가 실시간으로 검출되며, 검출된 엔진 회전속도 및 연료소모량을 기초로 목표냉각수온(T2)이 결정된다.

기준온도(T1)는 상기 목표냉각수온(T2)의 소정 백분율 수준으로 설정되며, 아래 식 1과 같이 계산될 수 있다.

식1 : 기준온도(T1) = 목표냉각수온(T2) × A % ( A = 80 ~ 90 )

그리고 엔진 냉각수온이 상기 기준온도(T1)일 때 요구되는 쿨링팬(3)의 목표속도 및 엔진 냉각수온이 상기 목표냉각수온(T2)일 때 요구되는 쿨링팬(3)의 목표속도를 계산한다.

이어서 엔진 냉각수온을 기준온도(T1)와 비교하고, 엔진 냉각수온이 기준온도(T1) 미만이면 팬 클러치(2)를 해제 모드(접합 듀티비 0%)로 제어하고 쿨링팬(3)을 미작동시킨다.

그리고 엔진 냉각수온이 기준온도(T1)에 도달하면 팬 클러치(2)의 접합 듀티비를 소정 듀티비로 제어하여 쿨링팬(3)을 작동시킨다. 이때 팬 클러치(2)의 접합 듀티비는 100% 보다 일정치 낮은 백분율 값으로 설정되며, 예를 들어 40% ~ 60%으로 설정될 수 있다. 상기 쿨링팬(3)이 작동되는 동안, 엔진 회전속도와 쿨링팬(3)의 실제속도를 기초로 쿨링팬(3)의 회전속도를 피드백 제어하여서 상기 기준온도(T1)에 따른 목표속도를 추종시킨다.

또한 엔진 냉각수온이 더 상승하여 기준온도(T1)보다 높은 목표냉각수온(T2)에 도달하면 팬 클러치(2)의 접합 듀티비를 100%로 제어하여 쿨링팬(3)을 작동시킨다. 이때 쿨링팬(3)은 작동가능한 최대속도를 목표속도로 하여 작동된다. 상기 쿨링팬(3)의 작동시, 엔진 회전속도와 쿨링팬(3)의 실제속도를 기초로 쿨링팬(3)의 회전속도를 피드백 제어하여서 쿨링팬(3)이 목표냉각수온(T2)에 따른 목표속도를 추종하도록 한다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 전자제어유닛
2 : 팬 클러치
3 : 쿨링팬

Claims

팬 클러치를 통해 전달되는 엔진 동력에 의해 구동되는 쿨링팬;
엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하기 전에 상기 쿨링팬의 회전속도를 쿨링팬의 최대속도보다 낮은 속도로 제어하여 작동시키는 전자제어유닛;
을 포함하는 차량용 쿨링팬 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 최대속도는 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달할 때 엔진의 목표속도인 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전자제어유닛은 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하면 팬 클러치를 100%의 듀티비로 접합시키는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전자제어유닛은 엔진 냉각수온이 목표냉각수온보다 일정치 낮게 설정된 기준온도에 도달하면 100% 미만의 듀티비로 팬 클러치를 접합시키는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 전자제어유닛은 기준온도에 따라 쿨링팬의 목표속도를 설정하고, 상기 쿨링팬의 목표속도에 따라 팬 클러치의 접합 듀티비를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 전자제어유닛은 엔진 냉각수온이 기준온도 미만이면 쿨링팬을 미작동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 목표냉각수온은 엔진 회전속도 및 연료소모량을 기초로 가변 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 장치.
엔진 냉각수온을 실시간으로 감지하여 목표냉각수온보다 작은 값으로 설정되는 기준온도와 비교하는 단계;
엔진 냉각수온이 상기 기준온도에 도달하면, 팬 클러치를 통해 엔진 동력을 전달받아 구동되는 쿨링팬의 회전속도를 쿨링팬의 최대속도보다 낮은 속도로 작동시키는 단계;
를 포함하는 차량용 쿨링팬 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 최대속도는 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달할 때 엔진의 목표속도인 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 엔진 냉각수온이 목표냉각수온에 도달하면 팬 클러치를 100%의 듀티비로 접합시키는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 엔진 냉각수온이 기준온도에 도달할 때 상기 팬 클러치를 100% 보다 일정치 낮은 백분율 값의 듀티비로 접합시키는 것을 특징으로 하는 차량용 쿨링팬 제어 방법.