KR20210156031A - 통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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정택수
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Abstract

통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 시스템은, 냉각수를 순환시키는 워터펌프; 상기 워터펌프로부터 냉각수가 공급되는 엔진의 실린더블록; 상기 실린더블록으로부터 업-플로우(up-flow) 방식으로 냉각수가 공급되는 실린더헤드; 상기 실린더헤드로부터 냉각수가 유입되도록 마련된 제1 유입구(INLET1)와 전자식으로 개폐 가능한 복수의 밸브로 구성되어 상기 제1 유입구(INLET1)를 통해 유입된 냉각수를 라디에이터, 히터 및 워터펌프의 전단으로 선택적으로 분배하는 통합유량제어밸브; 및 차량의 엔진상태에 따라 상기 통합유량제어밸브의 밸브 개도 제어를 통해 상기 냉각수의 분배경로와 유량을 통합 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INTEGRATED FLOW CONTROL VALVE CONTROL}
본 발명은 통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스플릿(Split) 냉각이 구현되지 않은 상용 디젤엔진 차량의 냉각계에 적용을 위한 통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량 엔진의 냉각을 위해서는 냉각수를 라디에이터와 엔진 사이로 순환시키면서 엔진의 열을 라디에이터로 방출시켜야 하며, 엔진에서 배출되는 냉각수는 써모스탯을 통해 라디에이터로 전달하고 있다.
최근 엔진의 열을 이용하여 냉간시 엔진을 빨리 웜업 시켜서 연비를 향상시키는 기술이 활발히 개발 및 적용 되고 있다. 내연기관에서 연소를 통해 얻어지는 실제 출력은 이론 열효율의 약 30% 수준인데 이는 엔진에서 발생하는 손실 때문이다. 엔진에서 발생하는 주요한 손실은 냉각손실, 배기손실, 미연손실, 기계적 마찰 손실, 펌핑 손실 등이 있다. 엔진의 열관리 제어는 냉간 시동 시 엔진에서 발생하는 열을 최대한 엔진을 웜업 하는데 이용함으로써, 연비, 출력 향상 및 배출가스 저감 효과를 얻는 기술을 말한다. 엔진 열관리 기술로는 전자식 써모스탯, 가변분리냉각, 통합유량제어밸브 등이 있다.
써모스탯은 엔진의 냉각을 위하여 냉각수를 라디에이터와 엔진 사이로 순환시키면서 엔진의 열을 라디에이터로 방출시키는 업 플로우(up-flow) 냉각 방식으로 주로 상용 디젤엔진에 적용되고 있다. 여기서, 상기 업 플로우(up-flow)는 블록을 통해 위 쪽의 헤드 측으로 냉각수가 흐르도록 하는 기존 상용 엔진의 냉각방식을 의미한다.
반면, 최근 개발되는 신형 엔진에는 냉각계의 손실을 줄이기 위하여 전자제어식 통합유량제어밸브의 적용이 확산되고 있다.
통합유량제어밸브는 엔진 냉각수의 유동을 엔진 조건에 따라 제어하는 구성으로서, 전자식 써모스탯, 가변분리 냉각 등의 기능을 모두 포함한 통합유량제어 기술이다.
통합유량제어밸브는 알루미늄 헤드와 블록으로 구성된 신형 엔진의 냉각계 손실을 줄이기 위하여 헤드와 블록을 별도로 냉각하는 분리(Split) 냉각 방식에 주로 적용되고 있다.
그러나 통합유량제어밸브는 신형 엔진의 분리(Split) 냉각 방식에 적용되는 특성상 상기 업 플로우(up-flow) 냉각 방식의 상용 엔진의 적용을 위한 구조와 제어 방안이 마련되어 있지 않아 다양한 엔진 적용의 확장에 한계가 있는 문제점이 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 분리(Split) 냉각 방식이 적용되지 않은 업 플로우(up-flow) 냉각 방식의 상용 엔진에 구현되어 전자식 냉각제어를 제공하는 통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 통합유량제어밸브 제어 시스템은, 냉각수를 순환시키는 워터펌프; 상기 워터펌프로부터 냉각수가 공급되는 엔진의 실린더블록; 상기 실린더블록으로부터 업-플로우(up-flow) 방식으로 냉각수가 공급되는 실린더헤드; 상기 실린더헤드로부터 냉각수가 유입되도록 마련된 제1 유입구(INLET1)와 전자식으로 개폐 가능한 복수의 밸브로 구성되어 상기 제1 유입구(INLET1)를 통해 유입된 냉각수를 라디에이터, 히터 및 워터펌프의 전단으로 선택적으로 분배하는 통합유량제어밸브; 및 차량의 엔진상태에 따라 상기 통합유량제어밸브의 밸브 개도 제어를 통해 상기 냉각수의 분배경로와 유량을 통합 제어하는 제어기;를 포함한다.
또한, 상기 통합유량제어밸브는 상기 라디에이터와 연결되는 제1 유출구(OUTLET1)에 구성된 제1 밸브; 상기 히터(Heater)와 연결되는 제2 유출구(OUTLET2)에 구성된 제2 밸브; 및 상기 워터펌프의 전단과 연결되는 제3 유출구(OUTLET3)에 구성된 제3 밸브;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합유량제어밸브는 상기 워터펌프 후단을 통해 SCR(Selective Catalyst Reduction) 혹은 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 쿨러를 거친 냉각수가 유입 되는 제2 유입구(INLET2)와 상기 제2 유입구(INLET2)의 밸브 개도를 조절하는 제4 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 엔진상태가 냉 시동 제어 조건인 경우 모든 밸브를 닫힘(Close)으로 제어하여 냉각수 유동 정지를 통해 신속한 웜업(Fast Warm up)을 유도할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 EGR 쿨러 및 SCR 중 적어도 하나의 동작에 따른 바이패스 제어 조건인 경우, 상기 제1 밸브와 제2 밸브는 닫힘(Close), 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 일정 개도 개방하는 유량 제어(Flow Control)를 통해 오일쿨러, EGR 쿨러 및 SCR 중 적어도 하나에 냉각수 유동을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 엔진상태가 히터제어 조건인 경우, 상기 제1 밸브는 닫힘(Close), 상기 제2 밸브는 유량 제어, 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하여 목표 냉각수온까지 웜업을 수행할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 엔진상태가 수온제어 조건인 경우, 상기 제2 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하고, 냉각수온에 따라 상기 제1 밸브와 제3 밸브의 각 개도를 선택적으로 가변제어 할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 엔진상태가 운전자의 풀 히팅(Full heating) 요구에 따른 최대난방 조건인 경우, 상기 제1 밸브, 제3 밸브와 제4 밸브는 닫힘(Close)으로 제어하고, 상기 제2 밸브의 유량 제어를 통해 오직 히터 측으로만 유동을 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 차량 제어기가 업-플로우(up-flow) 냉각방식 엔진의 실린더헤드와 연결되는 제1 유입구(INLET1), 라디에이터와 연결되는 제1 유출구(OUTLET1)에 구성된 제1 밸브, 히터와 연결되는 제2 유출구(OUTLET2)에 구성된 제2 밸브, 워터펌프와 연결되는 제3 유출구(OUTLET3)에 구성된 제3 밸브 및 상기 워터펌프를 통한 EGR 쿨러와 연결되는 제2 유입구(INLET2)에 구성된 제4 밸브를 포함하는 통합유량제어밸브를 제어하는 방법은, a) 차량의 운행에 따른 각종 센서로부터 운전정보를 수집하여 차량의 엔진상태를 파악하는 단계; b) 상기 엔진상태가 냉 시동 제어 조건이면, 모든 밸브를 닫힘(Close)으로 제어하여 냉각수 유동 정지를 통해 신속한 웜업을 유도하는 단계; c) 상기 엔진상태가 EGR 쿨러 및 SCR 중 적어도 하나의 동작에 따른 바이패스 제어 조건이면, 상기 제1 밸브와 제2 밸브는 닫힘(Close), 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 일정 개도 개방된 유량 제어(Flow Control)로 제어하는 단계; d) 상기 엔진상태가 히터제어 조건이면, 상기 제1 밸브는 닫힘(Close), 상기 제2 밸브는 유량 제어, 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하여 목표 냉각수온까지 웜업하는 단계; e) 상기 엔진상태가 수온제어 조건이면, 상기 제2 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하고, 냉각수온에 따른 상기 제1 밸브와 제3 밸브의 각 개도를 선택적으로 가변제어 하는 단계; 및 f) 상기 엔진상태가 최대난방 조건인 경우, 상기 제1 밸브, 제3 밸브와 제4 밸브는 닫힘(Close)으로 제어하고, 상기 제2 밸브의 유량 제어(F/C)를 통해 오직 히터 측으로만 유동을 발생시키는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 e) 단계는, 상기 제1 밸브를 유량 제어(F/C) 및 제3 밸브를 열림(Open)으로 제어하는 단계; 상기 제1 밸브와 제3 밸브를 유량 제어(F/C)로 제어하는 단계; 및 상기 제1 밸브를 유량 제어(F/C) 및 제3 밸브를 닫힘(Close)으로 제어하는단계;를 상기 냉각수온에 따라 선택적으로 제어 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 업 플로우(up-flow) 냉각 방식의 상용엔진에 적용된 기존 써모스탯 구조와 동일한 구조의 통합유량제어밸브를 적용하여 별도의 변경 없이 다양한 엔진에 전자식 통합유량제어 기술을 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 업 플로우(up-flow) 냉각 방식의 상용 엔진에 전자식 통합유량제어를 통한 유량을 정밀 제어함으로써 냉각수 온도 및 오일 온도 상승에 따른 연비 절감 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 시스템이 적용된 냉각 계통도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브의 구조와 종래 써모스탯 구조를 비교하여 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 적용 전후 냉각수 온도 및 오일 온도를 비교 평가한 결과를 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.
명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
명세서 전체에서, 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서, '포함한다', '가진다' 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 시스템이 적용된 냉각 계통도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 시스템은 상용 디젤엔진의 냉각계통에 적용되며, 냉각수를 순환시키는 워터펌프(1), 상기 워터펌프(1)로부터 냉각수가 공급되는 실린더블록(2), 실린더블록(2)으로부터 업-플로우(up-flow) 방식으로 냉각수가 공급되는 실린더헤드(3), 상기 실린더헤드(3)로부터 냉각수가 유입되도록 마련된 제1 유입구(INLET1)와 전자식으로 개폐 가능한 복수의 밸브(11, 12, 13)로 구성되어 상기 제1 유입구(INLET1)를 통해 유입된 냉각수를 라디에이터(4), 히터(5) 및 워터펌프(1)의 전단에 선택적으로 분배하는 통합유량제어밸브(ITM, 10) 및 차량의 엔진상태에 따라 상기 통합유량제어밸브(10)의 밸브 개도 제어를 통해 상기 냉각수의 분배경로와 유량을 통합 제어하는 제어기(20)를 포함한다. 상기 복수의 밸브는 제1 유출구(OUTLET1), 제2 유출구(OUTLET2) 및 제3 유출구(OUTLET3)의 각 설치 위치에 대응하여 제1 밸브(11), 제2 밸브(12) 및 제3 밸브(13)라 명명한다.
워터펌프(1)로부터 공급되는 냉각수는 바이패스(Bypass) 제어에 따라 분배되어 오일 쿨러(6), SCR(Selective Catalyst Reduction; 7) 및 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 쿨러(8) 중 적어도 하나로 분배될 수 있다.
이 때, 통합유량제어밸브(10)는 워터펌프(1) 후단을 통해 SCR(7) 또는 EGR 쿨러(8)로 흐르는 바이패스 경로(Bypss1/Bypss2)를 거친 냉각수가 유입 되는 제2 유입구(INLET2)와 상기 제2 유입구(INLET2)의 개도를 조절하는 제4 밸브(14)를 더 포함할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브의 구조와 종래 써모스탯 구조를 비교하여 나타낸다.
도 2를 참조하면, 종래 상용 디젤엔진의 냉각계통에는 기계식 써모스탯이 도 1의 통합유량제어밸브(10)와 동일한 위치에 배치된다. 써모스탯이 실린더헤드(Head)와 연결되는 INLET1, EGR 쿨러와 연결되는 INLET2, 라디에이터(Radiator)와 연결되는 OUTLET1, 히터(Heater)와 연결되는 OUTLET2, 바이패스(Bypass) 경로와 연결되는 OUTLET3이 구성되었다.
이를 대체한 본 발명의 실시 에에 따른 통합유량제어밸브(10)는 기존 써모스탯(Thermostat)과 출/입구(INLET/OUTLET) 구조와 1:1로 매칭된 동일한 구조를 가지며, 여기에 전자식 개폐기능을 부여할 수 있다.
다시말 하면, 통합유량제어밸브(10)는 종래 상용 디젤엔진의 구조 변경 없이 기존 써모스탯 위치에 대체 적용 가능한 구조를 갖는다.
즉, 통합유량제어밸브(10)는 실린더헤드(3)와 연결되는 제1 유입구(INLET1), 라디에이터와 연결되는 제1 유출구(OUTLET1)에 구성된 제1 밸브(11), 히터(Heater)와 연결되는 제2 유출구(OUTLET2)에 구성된 제2 밸브(12), 워터펌프(1)의 전단과 연결되는 제3 유출구(OUTLET3)에 구성된 제3 밸브(13) 및 상기 워터펌프(1)의 후단을 통해 바이패스 경로상의 SCR(7) 혹은 EGR 쿨러(8)를 거친 냉각수가 유입되는 제2 유입구(INLET2)에 구성된 제4 밸브(14)를 포함한다.
여기서, 제1 밸브(11), 제2 밸브(12), 제3 밸브(13) 및 제4 밸브(14)는 제어기(20)에서 인가되는 제어신호에 따른 모터의 구동으로 각 개도량이 조절될 수 있다.
제어기(20)는 차량의 엔진상태에 따른 냉각계통의 전반적인 동작을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)로써, 그 제어를 위한 적어도 하나의 프로그램 및 데이터를 메모리에 저장한다.
제어기(20)는 차량의 운행에 따른 각종 센서 및 타 제어기에서 센싱된 운전정보를 토대로 차량의 엔진상태를 파악하여 통합유량제어밸브(10)를 통해 엔진의 냉각수 흐름 및 유량을 제어한다.
상기 운전정보는 시동정보(ON/OFF), 차속, 냉각수온, 오일온, 배기온, 냉/난방 조작 신호 등을 포함하며, 상기 엔진상태는 냉시동 웜업 상태, 아이들/속도 별 주행상태, 난방 상태, 냉방 상태, EGR/SCR 작동 상태 등을 포함한다.
이러한 엔진의 냉각수 흐름 및 유량 제어를 위하여 제어기(20)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.
이러한 통합유량제어밸브 제어 방법은 아래의 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어 방법을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어기(20)는 차량의 운행에 따른 각종 센서로부터 운전정보를 수집하여 차량의 엔진상태를 판단한다.
예컨대, 제어기(20)는 차량의 운전정보로 수집된 엔진의 정보, 냉각수온, 냉/난방 조작 신호 및 EGR/SCR 작동 상태 등에 기초하여 차량의 엔진상태에 따른 Phase1 내지 Phase5의 제어 조건을 판단하고 이에 상응하는 냉각수 유동을 다음과 같이 제어할 수 있다.
제어기(20)는 차량의 엔진상태가 냉 시동 제어 조건인 경우(Phase1), 모든 밸브(11, 12, 13, 14)를 닫힘(Close)으로 제어하여 냉각수 유동 정지를 통해 신속한 웜업(Fast Warm up)을 유도한다.
차량의 시동 초기 냉간 조건에서는 오일의 높은 점도로 인해 마찰력이 증가하고 엔진의 낮은 온도로 인해 열손실이 증가하여 웜업된 조건 대비 연비가 좋지 않다. 이에 제어기(20)는 냉간 시동 시 엔진에서 발생하는 열을 최대한 엔진을 웜업하는데 이용하도록 하며 이를 통해 연비, 출력 향상 및 배출가스 저감 효과를 얻을 수 있다.
제어기(20)는 차량의 엔진상태가 EGR 쿨러 및 SCR 중 적어도 하나의 동작에 따른 바이패스 제어 조건인 경우(Phase2), 제1 밸브(11)와 제2 밸브(12)는 닫힘(Close), 제3 밸브(13)와 제4 밸브(14)는 일정 개도 개방한 유량 제어(Flow Control, F/C)를 통해 오일쿨러(6), EGR 쿨러(8) 및 SCR(7) 중 적어도 하나에 냉각수 유동을 발생시킬 수 있다.
또한, 제어기(20)는 차량의 엔진상태가 히터제어 조건인 경우(Phase3), 제1 밸브(11)는 닫힘(Close), 제2 밸브(12)는 유량 제어(F/C) 및 제3 밸브(13)와 제4 밸브(14)는 열림으로 제어하여 유동 정지 해제 후 목표 냉각수온까지 웜업을 수행할 수 있다.
또한, 제어기(20)는 차량의 엔진상태가 수온제어 조건인 경우(Phase4), 제2 밸브(12)와 제4 밸브(14)는 열림(Open)으로 제어하고, 냉각수온에 따른 제1 밸브(11)와 제3 밸브(13)는 각 개도를 선택적으로 가변제어 할 수 있다.
제어기(20)는 상기 가변제어 시 제1 밸브(11)를 유량 제어(F/C) 및 제3 밸브(13)를 열림(Open)으로 제어하거나, 제1 밸브(11)와 제3 밸브(13)를 유량 제어(F/C)로 제어하거나, 제1 밸브(11)를 유량 제어(F/C) 혹은 제3 밸브(13)를 닫힘(Close)으로 제어하여 라디에이터(4)와 바이패스 계통의 냉각수 유량을 기계식 써모스탯 거동과 동일하게 제어할 수 있다.
또한, 제어기(20)는 차량의 엔진상태가 운전자의 풀 히팅(Full heating) 요구에 따른 최대난방 조건인 경우(Phase5), 제1 밸브, 제3 밸브와 제4 밸브는 닫힘(Close)으로 제어하고, 제2 밸브의 유량 제어(F/C)를 통해 오직 히터 측으로만 유동을 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 최대난방 조건의 경우(Phase5) 바이패스 경로의 냉각수 유동을 제한하여 히터(5) 측으로의 유량을 최대한 확보하는 것이 목적인 점에서 상기 히터제어 조건인 경우(Phase3)와 구별된다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 적용 전후 냉각수 온도 및 오일 온도를 비교 평가한 결과를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 국제표준시험사이클인 WHTC 모드로 기존 써모스탯 대비 본 발명의 실시 예에 따른 통합유량제어밸브 제어를 평과한 결과를 비교한 그래프를 보여준다.
60도 이하 구간에서 통합유량제어밸브(ITM) 대비 써모스탯 냉각수 온도 높은 이유는 통합유량제어밸브(ITM)의 경우 유동정지 상태에서 수온센서까지 금속면 열전달이 오래 걸리지만 써모스탯의 경우 열전달 된 냉각수가 엔진 내 바이패스 되기 때문이며 이는 냉각수온도 측정 위치에 따른 결과이다.
특히, 82도~95도의 수온제어 구간에서는 통합유량제어밸브(ITM)의 경우 전자식 밸브 개도 제어를 통해 라디에이터와 바이패스 간 냉각수 유량 정밀 제어가 가능한 반면에 기존 써모스탯은 기계식 제어로 인해 써머스탯 열림-닫힘 정밀 제어 불가하여 냉각수 온도 및 오일 온도 상승에 따른 연비 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 업 플로우(up-flow) 냉각 방식의 상용엔진에 적용된 기존 써모스탯 구조와 동일한 구조의 통합유량제어밸브를 적용하여 별도의 변경 없이 다양한 엔진에 전자식 통합유량제어 기술을 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 업 플로우(up-flow) 냉각 방식의 상용 엔진에 전자식 통합유량제어를 통한 유량을 정밀 제어함으로써 냉각수 온도 및 오일 온도 상승에 따른 연비 절감 효과를 기대할 수 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: 워터펌프 2: 실린더블록
3: 실린더헤드 4: 라디에이터
5: 히터 6: 오일 쿨러
7: SCR 8: EGR 쿨러
10: 통합유량제어밸브 11: 제1 밸브
12: 제2 밸브 13: 제3 밸브
14: 제4 밸브 20: 제어기(ECU)

Claims (10)

  1. 통합유량제어밸브 제어 시스템에 있어서,
    냉각수를 순환시키는 워터펌프;
    상기 워터펌프로부터 냉각수가 공급되는 엔진의 실린더블록;
    상기 실린더블록으로부터 업-플로우(up-flow) 방식으로 냉각수가 공급되는 실린더헤드;
    상기 실린더헤드로부터 냉각수가 유입되도록 마련된 제1 유입구(INLET1)와 전자식으로 개폐 가능한 복수의 밸브로 구성되어 상기 제1 유입구(INLET1)를 통해 유입된 냉각수를 라디에이터, 히터 및 워터펌프의 전단으로 선택적으로 분배하는 통합유량제어밸브; 및
    차량의 엔진상태에 따라 상기 통합유량제어밸브의 밸브 개도 제어를 통해 상기 냉각수의 분배경로와 유량을 통합 제어하는 제어기;
    를 포함하는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통합유량제어밸브는
    상기 라디에이터와 연결되는 제1 유출구(OUTLET1)에 구성된 제1 밸브;
    상기 히터와 연결되는 제2 유출구(OUTLET2)에 구성된 제2 밸브; 및
    상기 워터펌프의 전단과 연결되는 제3 유출구(OUTLET3)에 구성된 제3 밸브;
    를 포함하는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 통합유량제어밸브는
    상기 워터펌프의 후단을 통해 SCR(Selective Catalyst Reduction) 혹은 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 쿨러를 거친 냉각수가 유입 되는 제2 유입구(INLET2)와 상기 제2 유입구(INLET2)의 밸브 개도를 조절하는 제4 밸브를 더 포함하는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 엔진상태가 냉 시동 제어 조건인 경우 모든 밸브를 닫힘(Close)으로 제어하여 냉각수 유동 정지를 통해 신속한 웜업(Fast Warm up)을 유도하는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 EGR 쿨러 및 SCR 중 적어도 하나의 동작에 따른 바이패스 제어 조건인 경우, 상기 제1 밸브와 제2 밸브는 닫힘(Close), 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 일정 개도 개방하는 유량 제어(Flow Control)를 통해 오일쿨러, EGR 쿨러 및 SCR 중 적어도 하나에 냉각수 유동을 발생시키는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 엔진상태가 히터제어 조건인 경우, 상기 제1 밸브는 닫힘(Close), 상기 제2 밸브는 유량 제어, 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하여 목표 냉각수온까지 웜업을 수행하는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 엔진상태가 수온제어 조건인 경우, 상기 제2 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하고, 냉각수온에 따라 상기 제1 밸브와 제3 밸브의 각 개도를 선택적으로 가변제어 하는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 엔진상태가 운전자의 풀 히팅(Full heating) 요구에 따른 최대난방 조건인 경우, 상기 제1 밸브, 제3 밸브와 제4 밸브는 닫힘(Close)으로 제어하고, 상기 제2 밸브의 유량 제어를 통해 오직 히터 측으로만 유동을 발생시키는 통합유량제어밸브 제어 시스템.
  9. 차량 제어기가 업-플로우(up-flow) 냉각방식 엔진의 실린더헤드와 연결되는 제1 유입구(INLET1), 라디에이터와 연결되는 제1 유출구(OUTLET1)에 구성된 제1 밸브, 히터와 연결되는 제2 유출구(OUTLET2)에 구성된 제2 밸브, 워터펌프와 연결되는 제3 유출구(OUTLET3)에 구성된 제3 밸브 및 상기 워터펌프를 통한 EGR 쿨러와 연결되는 제2 유입구(INLET2)에 구성된 제4 밸브를 포함하는 통합유량제어밸브를 제어하는 방법에 있어서,
    a) 차량의 운행에 따른 각종 센서로부터 운전정보를 수집하여 차량의 엔진상태를 파악하는 단계;
    b) 상기 엔진상태가 냉 시동 제어 조건이면, 모든 밸브를 닫힘(Close)으로 제어하여 냉각수 유동 정지를 통해 신속한 웜업을 유도하는 단계;
    c) 상기 엔진상태가 EGR 쿨러 및 SCR 중 적어도 하나의 동작에 따른 바이패스 제어 조건이면, 상기 제1 밸브와 제2 밸브는 닫힘(Close), 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 일정 개도 개방된 유량 제어(Flow Control)로 제어하는 단계;
    d) 상기 엔진상태가 히터제어 조건이면, 상기 제1 밸브는 닫힘(Close), 상기 제2 밸브는 유량 제어, 상기 제3 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하여 목표 냉각수온까지 웜업하는 단계;
    e) 상기 엔진상태가 수온제어 조건이면, 상기 제2 밸브와 제4 밸브는 열림(Open)으로 제어하고, 냉각수온에 따른 상기 제1 밸브와 제3 밸브의 각 개도를 선택적으로 가변제어 하는 단계; 및
    f) 상기 엔진상태가 최대난방 조건인 경우, 상기 제1 밸브, 제3 밸브와 제4 밸브는 닫힘(Close)으로 제어하고, 상기 제2 밸브의 유량 제어(F/C)를 통해 오직 히터 측으로만 유동을 발생시키는 단계;
    를 포함하는 통합유량제어밸브 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 e) 단계는,
    상기 제1 밸브를 유량 제어(F/C) 및 제3 밸브를 열림(Open)으로 제어하는 단계;
    상기 제1 밸브와 제3 밸브를 유량 제어(F/C)로 제어하는 단계; 및
    상기 제1 밸브를 유량 제어(F/C) 및 제3 밸브를 닫힘(Close)으로 제어하는단계;
    를 상기 냉각수온에 따라 선택적으로 제어 하는 통합유량제어밸브 제어 방법.
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