KR20210096853A

KR20210096853A - 2포트 방식 통합유량제어 밸브를 이용한 차량 열관리 시스템 및 냉각회로제어 방법

Info

Publication number: KR20210096853A
Application number: KR1020200010389A
Authority: KR
Inventors: 박철수; 박준식; 이봉상; 김대광
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-08-06
Also published as: DE102020110517A1; US20210231046A1; US11073069B1

Abstract

본 발명의 차량 열관리 시스템(100)은 복수개의 냉각 회로(100-1,100-2,100-3)에 열교환장치로 적용된 히터 코어(200), 라디에이터(300), EGR 쿨러(500), 오일워머(600). ATF 워머(700) 및 EHRS(800)를 경유하는 엔진(110)의 엔진냉각수가 ITM(1)의 밸브개도제어로 선택적인 냉각수 흐름을 형성할 수 있도록 하고, 특히 EHRS(800)의 배기가스로 오일워머(600)로 가는 냉각수에 열량을 공급하므로 웜업전후의 냉각수 제어를 위한 ITM(1)의 출구포트 제어가 하나의 레이볼(10)에 의한 2개의 출구 포트(3B-1,3B-2)로 가능함으로써 냉각회로 구성 최적화를 위한 ITM(1)의 크기 축소 및 비용저감으로 가격 경쟁력 향상과 함께 차량 탑재성도 높여주는 특징이 구현된다.

Description

2포트 방식 통합유량제어 밸브를 이용한 차량 열관리 시스템 및 냉각회로제어 방법{Vehicle Thermal Management System having 2-Ports Type Integrated Thermal Management Valve and Coolant Circuit Control Method of Vehicle Thermal Management System Thereof}

본 발명은 차량 열관리 시스템에 관한 것으로, 특히 배기열회수장치와 열교환 장치가 연계된 냉각회로에 대한 냉각수 분배 제어로 냉각회로 최적화를 위한 통합유량제어밸브의 크기 축소가 가능하면서 코스트 절감도 이루어지는 차량 열관리 시스템 관한 것이다.

일반적으로 차량 열관리 시스템(Vehicle Thermal Management System, 이하 VTMS)은 고연비와 고성능의 동시 충족이 가능한 고온의 엔진 냉각수 분배를 위해 냉각회로제어에 냉각수 통합형 유량제어 밸브(이하, 통합유량제어밸브(Integrated Thermal Management Valve)를 적용한다.

이러한 이유는 상기 통합유량제어밸브는 VTMS의 냉각회로를 구성함으로써 차량 또는 엔진 운전 조건에 따라 달라지는 엔진 냉각수 분배를 효과적으로 수행할 수 있기 때문이다.

일례로 상기 통합유량제어밸브는 엔진냉각수 유입을 위한 유입구(Inlet)와 함께 4 포트(Port)의 출구(Outlet)를 갖추고, 상기 4 포트의 4방향(4 Way)으로 VTMS를 냉각시스템, EGR(Exhaust Gas Recirculation)시스템, ATF(Auto Transmission Fluid)시스템, 히터시스템의 각각에 연계시킴으로써 엔진 운전 상태에 따른 고온의 엔진냉각수로 열교환장치의 열교환 성능 및 효과가 최대화될 수 있도록 한다.

미국등록특허 9,188,051(2014.06.24)

하지만, 상기 4 포트 방식 통합유량제어밸브는 크기측면에서 VTMS의 냉각회로 최적화에 부적합하게 크기가 크고 비용 측면에서 VTMS의 범용화에 부적합하게 고가인 단점을 갖고 있다.

특히 상기 4 포트 방식 통합유량제어밸브가 갖는 크기 및 가격의 경쟁력 개선은 엔진의 고성능화에 따른 복잡하고 콤팩트 한 엔진룸 레이아웃 측면에서 더욱 요구될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 배기열회수장치를 연계하여 통합유량제어밸브의 2방향(2 Way)로 열교환 장치에 대한 냉각회로 구성이 가능함으로써 냉각회로 구성 최적화를 위한 밸브 크기 축소가 이루어질 수 있고, 특히 1개의 볼을 이용한 2방향 전환으로 밸브 단가가 낮춰짐으로써 가격 경쟁력 향상과 함께 차량 탑재성도 높여 줄 수 있는 2포트 방식 통합유량제어 밸브를 이용한 차량 열관리 시스템 및 냉각회로 제어 방법의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 열관리 시스템은 엔진의 엔진 냉각수 출구에 이어진 냉각수 유입구로 냉각수를 받고, 히터코어, EGR 쿨러, 오일워머 및 ATF 워머 중 최소 1개 이상을 포함하는 열교환장치와 라디에이터의 각각에 이어진 냉각수 출구유로로 냉각수를 분배하는 ITM; 상기 엔진의 엔진 냉각수 입구의 전단에 위치하는 워터펌프 및 상기 엔진 냉각수 입구의 전단에서 분기되어 상기 열교환장치에 연결되는 냉각수 분기유로가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 냉각수 분기유로에 배기열회수장치가 설치되고, 상기 냉각수 분기유로는 상기 열교환장치로 상기 오일워머를 적용하여 연결된다.

바람직한 실시예로서, 상기 ITM은 하나의 레이어 볼을 내장하고, 상기 레이어 볼은 상기 냉각수 출구유로를 2개의 출구 포트로 형성한 제1 레이어, 상기 냉각수 유입구를 2개의 입구 포트로 형성한 제2 레이어로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 냉각수 출구유로는 상기 열교환 장치로 이어지는 열교환 장치 출구 유로, 상기 라디에이터로 이어지는 라디에이터 출구 유로로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 열교환 장치 출구 유로는 상기 히터코어 또는 상기 EGR 쿨러로 이어지면서 상기 오일워머 또는 상기 ATF 워머로 이어지도록 2개의 유로로 분기되며, 상기 열교환 장치 출구 유로를 나온 냉각수는 상기 2개의 유로로 분배된다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 냉각수 출구는 엔진 헤드 냉각수 출구 및 엔진 블록 냉각수 출구로 구분되고, 상기 냉각수 유입구는 상기 엔진 헤드 냉각수 출구와 연결되는 엔진 헤드 냉각수 유입구 및 상기 엔진 블록 냉각수 출구와 연결되는 엔진 블록 냉각수 유입구로 구분된다.

바람직한 실시예로서, 상기 ITM의 밸브 개도는 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구와 상기 엔진 블록 냉각수 유입구의 열림 또는 닫힘을 상반되게 형성해 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구의 열림은 상기 냉각수가 상기 엔진 헤드 냉각수 출구로 나가는 패러럴 플로우(Parallel Flow)를 엔진 내부에서 형성하고, 상기 엔진 블록 냉각수 유입구의 열림은 상기 냉각수가 상기 엔진 블록 냉각수 출구로 나가는 크로스 플로우(Cross Flow)를 형성한다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법은 ITM에서 워터펌프와 라디에이터로 순환되는 엔진의 냉각수를 엔진 헤드 냉각수 유입구와 엔진 블록 냉각수 유입구로 유입하여 히터코어, EGR 쿨러, 오일워머, ATF 워머 및 배기열회수장치 중 최소 1개 이상 포함하는 열교환장치에 대해 냉각수 출구유로의 라디에이터 출구 유로를 나와 라디에이터 방향으로 나가는 냉각수를 분배하여 주고, 상기 워터펌프 와 연결된 냉각수 분기유로가 상기 배기열회수장치에서 나온 냉각수를 합류시켜주며; 상기 냉각수 출구유로의 열교환 장치 출구 유로에 이어져 냉각수 분배가 이루어지는 상기 히터코어, 상기 EGR 쿨러, 상기 오일워머 및 상기 ATF 워머 중 상기 오일워머에 대해 상기 냉각수 분기유로의 냉각수 흐름 조절이 이루어지고; 밸브 컨트롤러에 의한 상기 ITM의 밸브 개도 제어로 차량 열관리 시스템의 엔진 냉각수 제어모드를 유동정지제어, 상기 미소유량제어, 상기 히터유량제어, 연비우선제어 및 고부하 제어 중 어느 하나가 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 유동정지제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구를 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로 및 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 닫아준다.

바람직한 실시예로서, 상기 미소유량제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구를 열어주면서 상기 열교환 장치 출구 유로를 일부 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 닫아준다.

바람직한 실시예로서, 상기 히터유량제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로를 모두 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 닫아준다.

바람직한 실시예로서, 상기 연비우선제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로를 모두 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구를 닫아 주면서 상기 라디에이터 출구 유로를 일부 열어준다.

바람직한 실시예로서, 상기 고부하 제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구를 닫아주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로 및 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 열어준다.

바람직한 실시예로서, 상기 유동정지제어, 상기 미소유량제어, 상기 히터유량제어, 상기 연비우선제어 및 상기 고부하 제어는 차량 운전정보의 운전조건으로 결정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 밸브 컨트롤러는 엔진정지 시 상기 ITM의 밸브 개도를 최대 냉각 위치로 개방시켜 준다.

이러한 본 발명의 차량 열관리 시스템의 냉각회로 제어는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 차량 열관리 시스템(VTMS)이 배기열회수장치와 연계된 냉각회로를 구성함으로써 통합유량제어 밸브를 사용하면서도 최적화된 냉각회로 구성이 가능하다. 둘째, 배기열회수장치와 열교환 장치의 연계로 냉각회로제어에 포트 수량 축소가 가능함으로써 냉각회로 최적화 구성에 유리하도록 4포트-4방향(4 Port-4 Way) 방식 대비 통합유량제어밸브의 크기가 약 60% 축소될 수 있다. 셋째, 2포트-2방향(2 Port-2 Way) 방식 통합유량제어밸브로 밸브 단가가 낮춰짐으로써 기존 밸브 대비 가격 경쟁력 향상이 가능하다. 넷째, 2포트-2방향(2 Port-2 Way) 방식 통합유량제어밸브가 갖는 작은 사이즈 및 낮은 단가를 장점으로 하여 차량 열관리 시스템이 적용된 차량에 대한 탑재성을 높여 줄 수 있다. 다섯째, 차량 열관리 시스템의 냉각회로제어가 배기열회수장치의 냉각수 유량을 이용함으로써 차량 열관리 시스템과 연계되는 냉각시스템, EGR시스템, ATF시스템, 히터시스템에 적용된 열교환장치와 엔진냉각수 간 열교환 성능 및 효과가 그대로 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 2 layer 레이어의 2포트 방식 통합유량제어 밸브를 이용한 차량 열관리 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 통합유량제어 밸브에 적용된 1개의 레이어 볼로 2개의 레이어(Layer)를 구성한 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 통합유량제어 밸브 동작 시 엔진 헤드와 엔진 블록의 출구 포트 간 상반동작으로 엔진 내부에서 엔진냉각수가 패러럴 플로우 또는 크로스 플로우를 형성하는 상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 2포트 방식 통합유량제어 밸브가 적용된 차량 열관리 시스템의 냉각회로 제어 방법의 동작 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따른 유동정지제어 시 통합유량제어 밸브의 밸브개폐선도이고, 도 6은 본 발명에 따른 웜업 조건에서 유동정지제어로 냉각회로가 동작되는 상태이며, 도 7은 본 발명에 따른 미소유량제어 시 통합유량제어 밸브의 밸브개폐선도이고, 도 8은 본 발명에 따른 웜업 조건에서 미소유량제어로 냉각회로가 동작되는 상태이며, 도 9는 본 발명에 따른 히터유량제어 시 통합유량제어 밸브의 밸브개폐선도이고, 도 10은 본 발명에 따른 웜업 조건에서 히터유량제어로 냉각회로가 동작되는 상태이고, 도 11은 본 발명에 따른 연비우선제어 시 통합유량제어 밸브의 밸브개폐선도이며, 도 12는 본 발명에 따른 웜업외 조건에서 연비우선제어로 냉각회로가 동작되는 상태이고, 도 13은 본 발명에 따른 고부하 제어 시 통합유량제어 밸브의 밸브개폐선도이며, 도 14는 본 발명에 따른 웜업외 조건에서 고부하 제어로 냉각회로가 동작되는 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, 차량 열관리 시스템(100))(Vehicle Thermal Management System, 이하 VTMS)은 엔진(110)의 엔진냉각수가 유/출입되는 통합유량제어밸브(1)(Integrated Thermal Management Valve,이하 ITM), 엔진냉각수가 순환되는 냉각회로(100-1,100-2,100-3), 엔진(110)의 배기가스가 흐르는 배기열회수장치(800)(Exhaust Heat Recovery Systems, 이하 EHRS) 및 밸브 컨트롤러(1000)를 포함한다.

특히 상기 EHRS(800)는 냉각회로(100-1,100-2,100-3)의 구성요소인 워터펌프(120)와 복수개의 열교환 장치 중 어느 하나의 열교환 장치를 냉각수 분기유로(107)로 연결함으로서 냉각수 분기 폐회로를 형성하며, 엔진(100)의 전단부위에 설치된다.

그러므로 상기 VTMS(100)는 엔진냉각수가 냉각수 분기유로(107)를 통해 EHRS(800)로 우회된 후 열교환 장치(예, 오일워머(600)와 ATF 워머(700))로 보내짐으로써 온도 상승이 필요한 엔진(110)의 초기 가동 시 엔진(110) 및 엔진오일/ATF오일에 대한 웜업(Warm Up)을 동시에 빠르게 구현할 수 있다.

이하에서 냉각수는 엔진냉각수를 의미한다.

일례로 상기 ITM(1)은 밸브 하우징에 내장된 1개의 레이어 볼(10)로 2개의 입구 포트에서 엔진(110)의 냉각수를 유입하고 2개의 출구 포트에서 유입된 냉각수를 냉각회로(100-1,100-2,100-3)에 배분한다. 그러므로 상기 ITM(1)은 2개의 출구 포트 제어로 냉각회로의 가변유동패턴을 제어해 주는 2 포트구성으로 기존 4포트 방식 ITM 대비 작동 성능은 동일하면서도 밸브 단가 저감과 함께 밸브 크기를 약 60% 축소할 수 있는 장점이 있다.

일례로 상기 엔진(110)은 내연기관 엔진이고, 엔진 블록(예, 실린더와 피스톤 및 크랭크 샤프트 등을 포함한 실린더 블록)의 일측으로 구비된 엔진 냉각수 입구(111)를 냉각수가 들어오는 입구 포트로 형성하며, 엔진 블록(예, 실린더 블록)의 타측으로 구비된 엔진 냉각수 출구를 냉각수가 빠져나가는 출구 포트로 형성한다.

특히 상기 엔진 냉각수 입구(111)는 엔진 냉각 시스템(100-1)의 제1 냉각수 라인(101)으로 워터펌프(120)의 출구단과 연결된다. 그리고 상기 엔진 냉각수 출구는 엔진 헤드 냉각수 출구(112-1)와 엔진 블록 냉각수 출구(112-2)로 구분되고, 상기 엔진 헤드 냉각수 출구(112-1)는 엔진 헤드(예, 캠 샤프트와 밸브계 등을 포함한 실린더 헤드)에 형성되어 ITM(1)의 2개의 입구 포트 중 1개에 연결되고, 상기 엔진 블록 냉각수 출구(112-2)는 엔진 블록에 형성되어 ITM(1)의 2개의 입구 포트 중 나머지 1개에 연결된다.

나아가 상기 엔진(110)에는 제 1 WTS(Water Temperature Sensor)(130-1), 제 2 WTS(Water Temperature Sensor)(130-2)를 포함한다. 상기 제 1 WTS(130-1)는 엔진(110)의 엔진 냉각수 입구(111)쪽 온도를 상기 제 2 WTS(130-2)는 엔진(110)의 엔진 냉각수 출구(112)쪽 온도를 각각 검출하여 밸브 컨트롤러(1000)로 전송한다.

구체적으로 상기 냉각회로(100-1,100-2,100-3)는 ITM(1)에서 분배된 냉각수를 순환시켜 엔진 온도를 낮추어 주는 냉각수 순환 시스템(100-1), ITM(1)에서 분배된 냉각수가 순환되는 복수개의 열교환 장치를 갖춘 제1 냉각수 분배 시스템(100-2) 및 ITM(1)에서 분배된 냉각수가 순환되는 복수개의 열교환 장치를 갖춘 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)으로 구성된다.

이 경우 상기 열교환장치에는 외기온도를 엔진 냉각수와 열교환으로 올려주는 히터코어(200), 엔진(110)에서 나온 고온의 냉각수 온도를 외기와 열교환으로 낮춰주는 라디에이터(300), 배기가스 중 엔진으로 보내지는 EGR 가스 온도를 엔진 냉각수와 열교환으로 내려주는 EGR 쿨러(500), 엔진 오일 온도를 엔진 냉각수와 열교환으로 올려주는 오일워머(600), ATF 온도(변속기유 온도)를 엔진 냉각수와 열교환으로 올려주는 ATF 워머(700)가 포함된다.

일례로 상기 냉각수 순환 시스템(100-1)은 엔진 냉각수를 펌핑하여 냉각수 순환 흐름을 형성하는 워터펌프(120) 및 라디에이터(300)로 구성되고, ITM(1)의 2개의 출구 포트 중 하나의 출구 포트와 연결된 제1 냉각수 유로(101)로 워터펌프(120)/라디에이터(300)/엔진(110)에 대한 냉각수 순환 흐름을 형성 한다.

이를 위해 상기 워터펌프(120)는 펌프 하우징 포트 또는 워터펌프 출구단에 냉각수 분기유로(107)를 연결함으로써 엔진(110)으로 복귀되는 냉각수가 엔진 전단에 위치된 EHRS(800)로 우회될 수 있도록 하고, 전동식 워터펌프(Electronic Water Pump)를 적용함으로써 웜업 시 ITM(1)의 냉각수 분배가 중단된 상태에서 밸브 컨트롤러(1000)의 제어로 엔진 전단에서 냉각수를 EHRS(800)로 우회시켜 준다. 상기 제1 냉각수 라인(101)은 ITM(1)의 2개의 출구 포트 중 1개의 출구 포트에 연결됨으로써 ITM(1)에서 나온 냉각수가 라디에이터(300)로 보내지는 경로를 형성하고, 워터펌프(120)에서 EHRS(800)를 거쳐 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 열교환 장치 중 오일워머(600)에 연결됨으로써 엔진오일에 대한 빠른 웜업을 가능하게 한다.

일례로 상기 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)은 히터코어(200) 및 EGR 쿨러(500)를 열교환 장치로 적용하고, ITM(1)의 2개의 출구 포트 중 나머지 하나의 출구 포트와 연결된 제2 냉각수 유로(102)로 히터코어(200)/EGR 쿨러(500)/엔진(110)에 대한 냉각수 순환 흐름을 형성한다.

이를 위해 상기 히터코어(200)와 상기 EGR 쿨러(500)는 직렬로 배열되고, 상기 제2 냉각수 유로(102)는 워터펌프(120)의 입구부위로 이어진 제1 냉각수 유로(101)에 연결됨으로써 제1 냉각수 유로(101)와 하나의 라인으로 합쳐진다.

일례로 상기 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)은 오일워머(600)와 ATF 워머(700)를 열교환 장치로 적용하고, ITM(1)의 2개의 출구 포트 중 나머지 하나의 출구 포트와 연결된 제2 냉각수 유로(102)에서 분기된 제3 냉각수 유로(103)로 오일워머(600)/ATF 워머(700)/엔진(110)에 대한 냉각수 순환 흐름을 형성한다.

이를 위해 상기 오일워머(600)와 ATF 워머(700)는 직렬로 배열되고, 상기 제3 냉각수 유로(103)는 워터펌프(120)의 입구부위로 이어진 제1 냉각수 유로(101)에 연결됨으로써 제1 냉각수 유로(101)와 하나의 라인으로 합쳐진다.

일례로 상기 밸브 컨트롤러(1000)는 ITM(1)에 대한 밸브 개도 제어로 냉각수 순환 시스템(100-1)의 라디에이터(300)를 순환하는 제1 냉각수 유로(101)의 냉각수 흐름, 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)의 히터코어(200)와 EGR 쿨러(500)를 순환하는 제2 냉각수 유로(102)의 냉각수 흐름, 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 오일워머(600)와 ATF 워머(700)를 순환하는 제3 냉각수 유로(103)의 냉각수 흐름을 수행하며, 웜업 조건에서 워터펌프(120)에 대한 구동 제어로 EHRS(800)를 지나 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 오일워머(600) 및 ATF 워머(700)로 합류되는 냉각수 분기유로(107)의 냉각수 우회 흐름을 수행하여 준다.

이를 위해 상기 밸브 컨트롤러(1000)는 정보입력기(1000-1) 및 가변분리 냉각 맵(1000-2)과 데이터 공유를 위해 CAN(Controller Area Network)으로 연계된다.

특히 상기 정보입력기(1000-1)는 엔진 시스템을 제어하는 엔진 제어기로서, IG on/off신호, 차속, 엔진부하, 엔진온도, 냉각수온도, 변속유온도, 외기온도, ITM 동작신호, 엑셀/브레이크 페달 신호 등을 검출해 입력 데이터로 밸브 컨트롤러(1000)에 제공함으로써 밸브 컨트롤러(1000)가 차속, 엔진부하, 엔진온도, 냉각수온도, 변속유온도, 외기온도 등을 운전조건으로 적용할 수 있도록 한다. 상기 가변분리 냉각 맵(1000-2)은 ITM(1)의 밸브 개도를 엔진 냉각수 온도 조건과 차량정보에 따른 운전조건에 매칭하는 ITM 맵을 구비한다.

이로부터 상기 밸브 컨트롤러(1000)는 ITM(1)의 밸브 개도 제어를 위한 밸브 개도 신호 출력이 이루어지고, 로직 또는 프로그램 저장 장소로 메모리를 구비하여 프로그램 또는 알고리즘의 로직 프로세싱을 구현하는 중앙처리기(Central Processing Unit)로 동작된다.

한편, 도 2는 ITM(1)에 대한 세부 구성의 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 ITM(1)은 2개의 출구 포트를 형성한 밸브 하우징(3), 액추에이터(6), 감속기(7), 볼 샤프트(7-1) 및 레이어 볼(10)을 포함한다.

일례로 상기 밸브 하우징(3)은 레이어 볼(10)이 수용되는 내부공간을 형성하고, 내/외부공간에서 냉각수 유입을 위한 2개의 입구 포트 및 냉각수 배출을 위한 2개의 출구 포트를 형성한다. 특히 상기 밸브 하우징(3)은 엔진(110)의 초기 운전 시 EGR 쿨러(500)에서 필요한 냉각수 공급으로 응축수 발생 방지 및 감온성 개선이 이루어지도록 리크 홀을 구비할 수 있고, 상기 리크 홀을 나온 냉각수는 제2 냉각수 유로(102)로 흘러간다.

일례로 상기 액추에이터(6)는 밸브 컨트롤러(1000)로 제어되는 DC(Direct Current) 또는 스텝(Step) 모터를 적용하고, 모터 축으로 감속기(7)와 연결된다. 상기 감속기(7)는 모터로 회전되는 모터 기어와 볼 샤프트(7-1)로 레이어 볼(10)을 회전시키는 밸브 기어로 구성된다.

일례로 상기 레이어 볼(10)은 제1 레이어(10A)와 제2 레이어(10B)로 구분된 1개의 레이어 볼로 이루어지고, 상기 제2 레이어(10B)를 2개의 입구 포트로 하여 엔진(110)으로부터 냉각수를 밸브 하우징(3)으로 유입하며, 상기 제1 레이어(10A)를 2개의 출구 포트로 하여 엔진(110)의 냉각수를 냉각회로(100-1,100-2,100-3)로 배분하여 준다.

이를 위해 상기 제1 레이어(10A)에 연계된 2개의 출구 포트는 밸브하우징(3)에서 밸브 냉각수 출구포트를 형성하고, 상기 밸브 냉각수 출구포트는 열교환 장치 출구 유로(3B-1)와 라디에이터 출구 유로(3B-2)로 구분된다. 특히 상기 열교환 장치 출구 유로(3B-1)는 밸브하우징(3)에서 1개의 유로(즉, 라인)로 나와 2개의 유로(즉, 라인)로 나눠(즉, 분기)됨으로써 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)의 제2 냉각수 유로(102)와 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 제3 냉각수 유로(103)에 각각 이어지는 반면 상기 라디에이터 출구 유로(3B-2)는 밸브하우징(3)에서 1개의 유로(즉, 라인)로 나와 냉각수 순환 시스템(100-1)의 제1 냉각수 유로(101)에 이어진다.

또한, 상기 제2 레이어(10B)에 연계된 2개의 입구 포트는 밸브하우징(3)에서 밸브 냉각수 유입구(3A)를 형성하고, 상기 밸브 냉각수 유입구(3A)는 엔진 헤드 냉각수 출구(112-1)와 연결되는 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1), 밸브하우징(3)에서 엔진 블록 냉각수 출구(112-2)와 연결되는 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)로 각각 구분된다.

그러므로 상기 냉각수 순환 시스템(100-1)은 밸브 컨트롤러(1000)의 밸브 개도 제어로 ITM(1)의 라디에이터 출구 유로(3B-2)에서 나온 냉각수를 제1 냉각수 유로(101)를 통해 라디에이터(300)로 보내 순환시켜 준다.

그리고 상기 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)은 밸브 컨트롤러(1000)의 밸브 개도 제어로 ITM(1)의 열교환 장치 출구 유로(3B-1)에서 나온 냉각수가 제2 냉각수 유로(102)를 통해 EGR 쿨러(500)와 히터코어(200)로 보내짐으로써 EGR 사용 시점 단축에 의한 연비 개선과 더불어 난방 성능 개선이 가능하다.

또한, 상기 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)은 웜업이외 조건에서 밸브 컨트롤러(1000)의 밸브 개도 제어로 ITM(1)의 열교환 장치 출구 유로(3B-1)에서 나온 냉각수가 제3 냉각수 유로(103)에 흘러 오일 쿨러(600) 및 ATF 워머(700)로 보내지고, 특히 웜업 조건에서 밸브 컨트롤러(1000)의 워터펌프(120)의 구동 제어로 EHRS(800)를 거쳐 냉각수 분기유로(107)로 나온 바이 패스 냉각수가 제3 냉각수 유로(103) 흘러 오일 쿨러(600) 및 ATF 워머(700)로 보내짐으로써 엔진오일/ATF 오일이 동시에 빠르게 웜업 성능을 개선할 수 있다.

한편, 도 3은 ITM(1)에 대한 밸브 컨트롤러(1000)의 제어로 레이어 볼(10)의 제1 레이어(10A)가 형성하는 엔진 내부 냉각수 패턴의 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 상기 엔진 내부 냉각수 패턴은 패러럴 플로우(Pf, Parallel Flow),와 크로스 플로우(Cf, Cross Flow)로 구분된다.

일례로 상기 패러럴 플로우는 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)를 열어 엔진 헤드 냉각수 출구(112-1)와 100% 연통시키는 반면 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)를 닫아 엔진 블록 냉각수 출구(112-2)와 100% 차단함으로써 엔진(110)의 내부에서 냉각수가 헤드 쪽으로 만 나가도록 하여 형성된다. 그러므로 상기 패러럴 플로우는 엔진(110)의 블록 온도를 상향시켜 연비가 개선되는데 적용될 수 있다.

반면 상기 크로스 플로우는 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)를 열어 엔진 블록 냉각수 출구(112-2)와 100% 연통시키는 반면 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)를 닫아 엔진 헤드 냉각수 출구(112-1)와 100% 차단함으로써 엔진(110)의 내부에서 냉각수가 블록 쪽으로 만 나가도록 하여 형성된다. 그러므로 상기 크로스 플로우는 엔진(110)의 블록 온도를 하향시켜 노킹 및 내구성이 개선되는데 적용될 수 있다.

특히 상기 밸브 컨트롤러(1000)는 패러럴 플로우(Pf)와 크로스 플로우(Cf) 사이에서 스위칭 영역(Switching Range)이 형성되도록 ITM(1)의 밸브 개도를 제어할 수 있다.

일례로 상기 스위칭 영역(Switching Range)은 웜업 구간과 난방 구간을 제외한 온도 조절 구간에서 라디에이터 “0~100%”및 “100%~0” 구간을 운전 조건에 따라 스위칭 함으로써 유동 패턴 제어로 구현될 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 14는 VTMS(100)가 2포트 방식 ITM(1)을 이용한 차량 열관리 시스템 냉각회로제어 방법을 예시한다. 이 경우 제어주체는 밸브 컨트롤러(1000)이고. 제어 대상은 밸브 개도가 제어되는 ITM(1)을 기본으로 하여 웜업 시 워터펌프(120) 및 열교환장치의 각각에 대한 동작을 포함한다.

도 4를 참조하면, 2포트 방식 ITM(1)을 이용한 차량 열관리 시스템 냉각회로제어 방법은 밸브 컨트롤러(1000)에 의한 열교환 시스템의 ITM 가변 제어 정보 검출(S10)로 엔진냉각수 제어모드 판단(S20)이 이루어진 후 가변분리냉각 밸브 제어(S30~S60)가 수행된다.

구체적으로 밸브 컨트롤러(1000)는 S10의 열교환 시스템의 ITM 가변 제어 정보 검출 단계를 수행하고, 상기 열교환 시스템의 ITM 가변 제어 정보 검출(S10)을 위해 정보입력기(1000-1)에서 제공한 IG on/off신호, 차속, 엔진부하, 엔진온도, 냉각수온도, 변속유온도, 외기온도, ITM 동작신호, 엑셀/브레이크 페달 신호 등을 입력 데이터로 확인한다. 또한 밸브 컨트롤러(1000)는 VHS(100)의 냉각수 회로(100-1,100-2,100-3)를 구성하는 히터코어(200)), 라디에이터(300), EGR 쿨러(500), 오일워머(600), ATF 워머(700), EHRS(800)에 대한 작동 상태를 파악하여 VHS(100)의 운전정보로 확인한다.

계속해서 밸브 컨트롤러(1000)는 S20의 엔진냉각수 제어모드 판단 단게를 수행하고, 상기 엔진냉각수 제어모드 판단(S20)을 위해 정보입력기(1000-1)의 입력 데이터를 가변분리 냉각 맵(1000-2)의 ITM 맵으로 ITM(1)의 밸브 개도를 엔진 냉각수 온도 조건과 매칭한다. 이로부터 밸브 컨트롤러(1000)는 엔진냉각수 제어모드 판단(S20)에 ITM 가변 제어 검출 정보 중 차속, 엔진부하, 엔진온도, 냉각수온도, 변속유온도, 외기온도 등을 운전조건으로 적용하고, 그 검출 값으로 각각 다른 운전조건을 구분하여 준다.

이어 밸브 컨트롤러(1000)는 S30~S60의 가변분리냉각 밸브 제어 단계로 진입하고, 상기 가변분리냉각 밸브 제어(S30~S60)를 웜업 조건 제어(S30~S33), 요구조건 제어(S40~S42) 및 엔진정지(예, IG OFF)에 따른 엔진정지제어(S50~S60)로 구분한다.

특히 상기 웜업 조건 제어(S30~S33)와 상기 요구조건 제어(S40~S42)는 운전조건에 따른 천이조건을 모드 전환으로 하여 엔진(110)의 웜업 전후를 구분함으로써 웜업시에는 EHRS(800)의 배기가스를 사용하다 웜업완료후에는 EHRS(800)의 배기가스를 우회(Bypass)하여 냉각수로의 전열량이 최소화될 수 있다. 이로부터 상기 웜업 조건 제어(S30~S33)는 EHRS(800)의 배기가스 사용을 통해 빠른 엔진 웜업과 빠른 오일 웜업(예, 엔진오일/변속기유(ATF))을 동시에 구현하면서도 EGR의 사용 시점 단축에 의한 연비 개선과 함께 히터의 난방 성능 개선이 이루어지는데 기여한다.

일례로 밸브 컨트롤러(1000)는 상기 웜업 조건 제어(S30~S40)에 대해 S30의 웜업 제어 조건을 이용하여 신속한 웜업의 필요성을 판단한 후 운전조건에 따라 S31의 유동정지제어, S32의 미소유량제어, S33의 히터유량제어 중 하나의 제어 단계로 진입한다. 또한 밸브 컨트롤러(1000)는 상기 요구조건 제어(S40~S42)에 대해 S40의 웜업 후 제어 요구 판단 후 운전조건에 따라 S41의 연비우선제어, S42의 고부하 제어중 하나의 제어 단계로 진입한다.

일례로 밸브 컨트롤러(1000)는 상기 엔진정지제어(S50~S60)에 대해 S50의 엔진정지 판단 후 S60의 엔진정지제어로 수행된다. 이 경우 상기 엔진정지제어(S60)는 엔진(110)이 엔진정지(IG off) 상태이므로 ITM(1)이 밸브 컨트롤러(1000)에 의해 최대 냉각 위치에서 열린 상태로 전환된다.

이하 상기 유동정지제어(S31), 상기 미소유량제어(S32), 상기 히터유량제어(S33), 연비우선제어(S41), 고부하 제어(S42)의 각각에서 ITM(1)에 대한 밸브 개도 동작 및 VTMS(100)의 냉각수 순환 시스템(100-1)/제1 냉각수 분배 시스템(100-2)/제2 냉각수 분배 시스템(100-3)에 대한 냉각수 분배 동작은 하기와 같다.

도 5 및 도 6은 웜업 조건에서 유동정지제어(S31) 시 ITM(1)과 VTMS(100)의 냉각회로(100-1,100-2,100-3)에 대한 동작상태 및 ITM(1)의 밸브개폐선도를 예시한다.

도 5를 참조하면, 상기 유동정지제어(S31)에서 ITM(1)의 밸브 개도는 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)의 열림 및 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘으로 하면서 열교환 장치 출구 유로(3B-1)의 닫힘 및 라디에이터 출구 유로(3B-2)의 닫힘으로 제어된다. 그러므로 상기 ITM(1)은 엔진(110)의 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)를 ITM 제어 포인트로 한다.

도 6을 참조하면, 상기 유동정지제어(S31)에서 ITM(1)은 냉각수 분배를 하지 않음으로써 냉각수 순환 시스템(100-1)의 제1 냉각수 유로(101), 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)의 제2 냉각수 유로(102) 및 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 제3 냉각수 유로(103)는 냉각수 흐름을 형성하지 않는다.

그러나 밸브 컨트롤러(1000)는 워터펌프(120)를 구동하여 엔진(110)으로 들어가는 냉각수 중 일부를 냉각수 분기유로(107)로 우회시키고, 우회 냉각수가 EHRS(800)의 배기가스와 열교환으로 온도 상승된 상태로 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 오일워머(600)로 유입된다. 그러므로 상기 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)은 냉각수 분기유로(107)를 통해 제3 냉각수 유로(103)에 우회 냉각수가 흐르고, 상기 제3 냉각수 유로(103) 상에 설치된 오일워머(600)와 ATF 워머(700)는 배기가스로 온도 상승된 우회 냉각수와 열교환을 수행할 수 있다.

그 결과 상기 유동정지제어(S31)는 라디에이터(300)/히터코어(200)/EGR 쿨러(500)의 각각에 대한 포트 닫힘(Close) 상태를 유지함으로써 엔진냉각수의 빠른 웜업과 엔진(110)의 빠른 웜업이 이루어짐과 더불어 오일워머(600) 및 ATF 워머(700)에 대한 EHRS(800)의 열량 공급으로 엔진 및/또는 변속기 오일의 빠른 웜업이 이루어진다. 특히 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘(Close)로 엔진 블록 출구는 막아 블록 내부의 냉각수 유동을 최소화함으로써 블록 온도를 높여 연비 개선이 이루어진다.

도 7 및 도 8은 웜업 조건에서 미소유량제어(S32) 시 ITM(1)과 VTMS(100)의 냉각회로(100-1,100-2,100-3)에 대한 동작상태 및 ITM(1)의 밸브개폐선도를 예시한다.

도 7을 참조하면, 상기 미소유량제어(S32)에서 ITM(1)의 밸브 개도는 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)의 열림 및 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘으로 하면서 열교환 장치 출구 유로(3B-1)의 점진적인 일부 열림 및 라디에이터 출구 유로(3B-2)의 닫힘으로 제어된다. 그러므로 상기 ITM(1)은 엔진(110)의 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)와 열교환 장치 출구 유로(3B-1)를 ITM 제어 포인트로 한다.

도 8을 참조하면, 상기 미소유량제어(S32)에서 ITM(1)은 점진적으로 일부 냉각수에 대해 냉각수 분배를 함으로써 냉각수 순환 시스템(100-1)의 제1 냉각수 유로(101)에는 냉각수 흐름이 형성되지 않지만 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)의 제2 냉각수 유로(102) 및 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 제3 냉각수 유로(103)의 각각에는 전체 냉각수 중 일부 냉각수가 점진적으로 증가되는 냉각수 흐름이 형성된다.

그러나 밸브 컨트롤러(1000)는 워터펌프(120)를 구동하여 엔진(110)으로 들어가는 냉각수 중 일부를 냉각수 분기유로(107)로 우회시키고, 우회 냉각수가 EHRS(800)의 배기가스와 열교환으로 온도 상승된 상태로 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 오일워머(600)로 유입된다. 그러므로 상기 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)은 열교환 장치 출구 유로(3B-1)를 통한 ITM(1)의 분배 냉각수와 함께 냉각수 분기유로(107)를 통한 우회 냉각수가 제3 냉각수 유로(103)로 흐르고, 상기 제3 냉각수 유로(103) 상에 설치된 오일워머(600)와 ATF 워머(700)는 분배 냉각수와 우회 냉각수가 합쳐진 냉각수와 열교환을 수행할 수 있다.

그 결과 상기 미소유량제어(S32)는 라디에이터(300)에 대한 포트 닫힘(Close)을 유지하면서 히터코어(200)/EGR 쿨러(500)/오일워머(600)/ATF 워머(700)의 각각에 대한 점진적인 포트 열림(Open)을 형성함으로써 엔진냉각수의 빠른 웜업과 엔진(110)의 온도를 균일한 상태로 하여 빠른 웜업이 이루어짐과 더불어 오일워머(600) 및 ATF 워머(700)에 대한 EHRS(800)의 열량 공급으로 엔진 및/또는 변속기 오일의 빠른 웜업이 이루어진다. 특히 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘(Close)로 엔진 블록 출구는 막아 블록 내부의 냉각수 유동을 최소화함으로써 블록 온도를 높여 연비 개선이 이루어진다.

도 9 및 도 10은 웜업 조건에서 히터유량제어(S33) 시 ITM(1)과 VTMS(100)의 냉각회로(100-1,100-2,100-3)에 대한 동작상태 및 ITM(1)의 밸브개폐선도를 예시한다.

도 9를 참조하면, 상기 히터유량제어(S33)에서 ITM(1)의 밸브 개도는 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)의 열림 및 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘으로 하면서 열교환 장치 출구 유로(3B-1)의 완전한 열림 및 라디에이터 출구 유로(3B-2)의 닫힘으로 제어된다. 그러므로 상기 ITM(1)은 엔진(110)의 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)와 열교환 장치 출구 유로(3B-1)를 ITM 제어 포인트로 한다.

도 10을 참조하면, 상기 히터유량제어(S33)에서 ITM(1)은 냉각수 분배를 일부 제한함으로써 냉각수 순환 시스템(100-1)의 제1 냉각수 유로(101)에는 냉각수 흐름이 형성되지 않지만 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)의 제2 냉각수 유로(102) 및 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 제3 냉각수 유로(103)의 각각에는 충분한 냉각수 흐름이 형성된다.

반면 밸브 컨트롤러(1000)는 워터펌프(120)를 구동하지 않고 정지시킴으로써 HRS(800)가 배기가스를 바이패스시키므로 냉각수로의 전열량이 최소화되면서 우회 냉각수에 의한 별도의 오일 웜업 기능이 수행되지 않는다. 그러므로 상기 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)은 열교환 장치 출구 유로(3B-1)를 통한 ITM(1)의 분배 냉각수 만 제3 냉각수 유로(103)로 흐르고, 상기 제3 냉각수 유로(103) 상에 설치된 오일워머(600)와 ATF 워머(700)는 분배 냉각수와 열교환을 수행할 수 있다.

그 결과 상기 히터유량제어(S33)는 라디에이터(300)에 대한 포트 닫힘(Close)을 유지하면서 히터코어(200)/EGR 쿨러(500)/오일워머(600)/ATF 워머(700)의 각각에 대한 완전한 포트 열림(Open)을 형성함으로써 엔진(110)은 웜업완료 상태가 되면서 히터코어(200) 및 EGR 쿨러(500에 대한 충분한 냉각수 유량 확보로 난방 성능에 문제가 없도록 한다. 특히 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘(Close)로 엔진 블록 출구는 막아 블록 내부의 냉각수 유동을 최소화함으로써 블록 온도를 높여 연비 개선이 이루어진다.

도 11 및 도 12는 웜업외 조건에서 연비우선제어(S41) 시 ITM(1)과 VTMS(100)의 냉각회로(100-1,100-2,100-3)에 대한 동작상태 및 ITM(1)의 밸브개폐선도를 예시한다.

도 11을 참조하면, 상기 연비우선제어(S41)에서 ITM(1)의 밸브 개도는 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)의 열림 및 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘으로 하면서 열교환 장치 출구 유로(3B-1)의 완전한 열림 및 라디에이터 출구 유로(3B-2)의 점진적인 일부 열림으로 제어된다. 그러므로 상기 ITM(1)은 엔진(110)의 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)와 열교환 장치 출구 유로(3B-1) 및 라디에이터 출구 유로(3B-2)를 ITM 제어 포인트로 한다.

도 12를 참조하면, 상기 연비우선제어(S41)에서 ITM(1)은 냉각수 분배를 전체적으로 함으로써 냉각수 순환 시스템(100-1)의 제1 냉각수 유로(101)에는 점진적인 냉각수 흐름이 형성되면서 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)의 제2 냉각수 유로(102) 및 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 제3 냉각수 유로(103)의 각각에는 충분한 냉각수 흐름이 형성된다.

그 결과 상기 연비우선제어(S41)는 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 라디에이터 출구 유로(3B-2)에 대한 밸브컨트롤러(1000)의 가변제어로 라디에이터(300) 쪽 일부 포트 열림(Open)을 형성함으로써 엔진 출구쪽 제 2 WTS(130-2)의 온도를 제어하여 준다. 둘째, 히터코어(200)/EGR 쿨러(500)/오일워머(600)/ATF 워머(700)의 각각에 대한 완전한 포트 열림(Open)을 형성함으로써 엔진(110)은 웜업완료 상태가 되면서 히터코어(200) 및 EGR 쿨러(500에 대한 충분한 냉각수 유량 확보로 난방 성능에 문제가 없도록 제어하여 준다. 셋째, 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 닫힘(Close)로 엔진 블록 출구는 막아 블록 내부의 냉각수 유동을 최소화함으로써 블록 온도를 높여 연비 개선이 이루어지도록 제어하여 준다.

도 13 및 도 14는 웜업외 조건에서 고부하 제어(S42) 시 ITM(1)과 VTMS(100)의 냉각회로(100-1,100-2,100-3)에 대한 동작상태 및 ITM(1)의 밸브개폐선도를 예시한다.

도 13을 참조하면, 상기 고부하 제어(S42)에서 ITM(1)의 밸브 개도는 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)의 닫힘 및 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 열림으로 하면서 열교환 장치 출구 유로(3B-1)의 완전한 열림 및 라디에이터 출구 유로(3B-2)의 완전한 열림으로 제어된다. 그러므로 상기 ITM(1)은 엔진(110)의 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)와 열교환 장치 출구 유로(3B-1) 및 라디에이터 출구 유로(3B-2)를 ITM 제어 포인트로 한다.

도 14를 참조하면, 상기 고부하 제어(S42)에서 ITM(1)은 냉각수 분배를 전체적으로 함으로써 냉각수 순환 시스템(100-1)의 제1 냉각수 유로(101)에는 충분한 냉각수 흐름이 형성되면서 제1 냉각수 분배 시스템(100-2)의 제2 냉각수 유로(102) 및 제2 냉각수 분배 시스템(100-3)의 제3 냉각수 유로(103)의 각각에도 충분한 냉각수 흐름이 형성된다.

그 결과 상기 고부하 제어(S42)는 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 라디에이터 출구 유로(3B-2)에 대한 밸브컨트롤러(1000)의 가변제어로 라디에이터(300) 쪽 완전한 포트 열림(Open)을 형성함으로써 엔진 출구쪽 제 2 WTS(130-2)의 온도를 제어하여 주고, 이를 통하여 고속/고부하 운전 시 엔진(110)의 온도를 낮추도록 제어하여 준다. 둘째, 히터코어(200)/EGR 쿨러(500)/오일워머(600)/ATF 워머(700)의 각각에 대한 완전한 포트 열림(Open)을 형성함으로써 엔진(110)은 웜업완료 상태가 되면서 히터코어(200) 및 EGR 쿨러(500에 대한 충분한 냉각수 유량 확보로 난방 성능에 문제가 없도록 제어하여 준다. 셋째, 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2)의 열림(Open)로 엔진 블록 출구는 열어 블록의 온도와 헤드의 유동 패턴을 완전한 크로스 플로우(Full Cross Flow)로 구현함으로써 연소실의 온도 편차와 수준을 낮추어 성능과 내구성을 우선시하는 제어를 하여 준다.

한편, 상기 밸브 컨트롤러(1000)는미소유량제어(S32)에서 히터유량제어(S33)의 개시 전까지나 또는 미소유량제어(S32), 히터유량제어(S33), 연비우선제어(S41), 고부하 제어(S42)의 어느 하나에서, 상기 ITM(1)의 밸브 개도에 대해 열교환 장치 출구 유로(3B-1)를 일정시간 동안 풀 열림(Full Open)으로 유지하고, 엔진 헤드 냉각수 유입구(3A-1)와 엔진 블록 냉각수 유입구(3A-2가 형성하는 교차 구간(Switching Range)의 진입 시 열교환 장치 출구 유로(3B-1)를 닫힘(Close)으로 변경시켜 주며, 상기 교차 구간(Switching Range)의 경과 시 열교환 장치 출구 유로(3B-1)를 일정시간 동안 풀 닫힘(Full Close)으로 유지해 준다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량 열관리 시스템(100)은 복수개의 냉각 회로(100-1,100-2,100-3)에 열교환장치로 적용된 히터 코어(200), 라디에이터(300), EGR 쿨러(500), 오일워머(600). ATF 워머(700) 및 EHRS(800)를 경유하는 엔진(110)의 엔진냉각수가 ITM(1)의 밸브개도제어로 선택적인 냉각수 흐름을 형성할 수 있도록 하고, 특히 EHRS(800)의 배기가스로 오일워머(600)로 가는 냉각수에 열량을 공급하므로 웜업전후의 냉각수 제어를 위한 ITM(1)의 출구포트 제어가 하나의 레이볼(10)에 의한 2개의 출구 포트(3B-1,3B-2)로 가능함으로써 냉각회로 구성 최적화를 위한 ITM(1)의 크기 축소 및 비용저감으로 가격 경쟁력 향상과 함께 차량 탑재성도 높여 준다.

1 : 통합유량제어밸브(Integrated Thermal Management Valve)
3A : 냉각수 유입구 3A-1 : 엔진 헤드 냉각수 유입구
3A-2 : 엔진 블록 냉각수 유입구
3B-1 : 열교환 장치 출구 유로
3B-2 : 라디에이터 출구 유로
6 : 액추에이터 7 : 감속기
7-1 : 볼 샤프트 10 : 레이어 볼(Layer Ball)
10A : 배출 레이어 10B : 유입 레이어
100 : 차량 열관리 시스템(Vehicle Thermal Management System)
100-1 : 냉각수 순환 시스템
101 : 제1 냉각수 유로 100-2 : 제1 냉각수 분배 시스템
102 : 제2 냉각수 유로 100-3 : 제2 냉각수 분배 시스템
103 : 제3 냉각수 유로 107 : 냉각수 분기유로
110 : 엔진 111 : 엔진 냉각수 입구
112-1 : 엔진 헤드 냉각수 출구
112-2 : 엔진 블록 냉각수 출구
120 : 워터펌프
130-1,130-2 : 제 1,2 WTS(Water Temperature Sensor)
200 : 히터코어 300 : 라디에이터
500 : EGR 쿨러 600 : 오일워머
700 : ATF 워머
800 : 배기열회수장치(Exhaust Heat Recovery Systems)
1000 : 밸브 컨트롤러 1000-1 : 정보 입력기
1000-2 : 가변분리냉각 맵

Claims

엔진의 엔진 냉각수 출구에 이어져 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구, 히터코어와 EGR 쿨러, 오일워머 및 ATF 워머 중 최소 1개 이상을 포함하는 열교환장치와 라디에이터의 각각에 이어져 냉각수가 분배되는 냉각수 출구유로를 구비한 ITM(Integrated Thermal Management Valve);
상기 엔진의 엔진 냉각수 입구의 전단에 위치하는 워터펌프; 및
상기 엔진 냉각수 입구의 전단에서 분기되어 상기 열교환장치 중 어느 하나에 연결되는 냉각수 분기유로
가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 분기유로에는 EHRS(Exhaust Heat Recovery Systems)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 냉각수 분기유로는 상기 오일워머에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 ITM은 하나의 레이어 볼을 내장하고, 상기 레이어 볼은 상기 냉각수 출구유로를 2개의 출구 포트로 형성한 제1 레이어, 상기 냉각수 유입구를 2개의 입구 포트로 형성한 제2 레이어로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 냉각수 출구유로는 상기 열교환 장치로 이어지는 열교환 장치 출구 유로, 상기 라디에이터로 이어지는 라디에이터 출구 유로로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 열교환 장치 출구 유로는 상기 히터코어 또는 상기 EGR 쿨러로 이어지면서 상기 오일워머 또는 상기 ATF 워머로 이어지도록 2개의 유로로 분기되며, 상기 열교환 장치 출구 유로를 나온 냉각수는 상기 2개의 유로로 분배되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 엔진 냉각수 출구는 엔진 헤드 냉각수 출구 및 엔진 블록 냉각수 출구로 구분되고, 상기 냉각수 유입구는 상기 엔진 헤드 냉각수 출구와 연결되는 엔진 헤드 냉각수 유입구 및 상기 엔진 블록 냉각수 출구와 연결되는 엔진 블록 냉각수 유입구로 구분되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 7에 있어서, 상기 ITM의 밸브 개도는 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구와 상기 엔진 블록 냉각수 유입구의 열림 또는 닫힘을 상반되게 형성해 주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구의 열림은 상기 냉각수가 상기 엔진 헤드 냉각수 출구로 나가는 패러럴 플로우(Parallel Flow)를 엔진 내부에서 형성하고, 상기 엔진 블록 냉각수 유입구의 열림은 상기 냉각수가 상기 엔진 블록 냉각수 출구로 나가는 크로스 플로우(Cross Flow)를 형성하는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템.
ITM(Integrated Thermal Management Valve)에서 워터펌프와 라디에이터로 순환되는 엔진의 냉각수가 엔진 헤드 냉각수 유입구와 엔진 블록 냉각수 유입구를 통해 유입되고, 라디에이터 출구 유로를 통해 라디에이터 방향으로 나가는 냉각수를 분배하며, 열교환 장치 출구 유로를 통해 히터코어와 EGR 쿨러, 오일워머 및 ATF 워머 중 최소 1개 이상 포함하는 열교환 장치 방향으로 나가는 냉각수를 분배하고, 상기 워터펌프와 연결된 냉각수 분기유로가 상기 열교환 장치 중 어느 하나에 연결되며;
상기 냉각수 분기유로를 통해 EHRS(Exhaust Heat Recovery Systems)에서 나온 냉각수 흐름이 상기 오일워머에 대해 조절되고;
밸브 컨트롤러에 의한 상기 ITM의 밸브 개도 제어로 차량 열관리 시스템의 엔진 냉각수 제어모드를 유동정지제어, 상기 미소유량제어, 상기 히터유량제어, 연비우선제어, 고부하 제어 중 어느 하나가 수행되는
것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 유동정지제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구를 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로 및 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 닫아주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 미소유량제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구를 열어주면서 상기 열교환 장치 출구 유로를 일부 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 닫아주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 히터유량제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로를 모두 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 닫아주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 연비우선제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로를 모두 열어주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구를 닫아 주면서 상기 라디에이터 출구 유로를 일부 열어주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 고부하 제어에서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구를 닫아주는 반면 상기 엔진 블록 냉각수 유입구와 상기 열교환 장치 출구 유로 및 상기 라디에이터 출구 유로를 모두 열어주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 11 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동정지제어, 상기 미소유량제어, 상기 히터유량제어, 상기 연비우선제어 및 상기 고부하 제어는 차량 운전정보의 운전조건으로 결정되는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 밸브 컨트롤러는 엔진정지 시 상기 ITM의 밸브 개도를 최대 냉각 위치로 개방시켜 주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 ITM은 상기 미소유량제어, 상기 히터유량제어, 상기 연비우선제어, 상기 고부하 제어의 어느 하나에 대해, 상기 열교환 장치 출구 유로를 일정시간 동안 풀 열림(Full Open)으로 유지해 주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 18에 있어서, 상기 ITM은 상기 엔진 헤드 냉각수 유입구와 상기 엔진 블록 냉각수 유입구가 형성하는 교차 구간(Switching Range)의 진입 시 상기 열교환 장치 출구 유로를 닫힘(Close)으로 변경시켜 주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.
청구항 19에 있어서, 상기 ITM은 상기 교차 구간(Switching Range)의 경과 시 상기 열교환 장치 출구 유로를 일정시간 동안 풀 닫힘(Full Close)으로 유지해 주는 것을 특징으로 하는 차량 열관리 시스템 냉각회로 제어 방법.