KR20220038993A - 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법 및 엔진 시스템 - Google Patents

냉각수온 기반 엔진과열방지 방법 및 엔진 시스템 Download PDF

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정재성
박성규
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 엔진 시스템(1)에 적용된 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법은 엔진(10)에서 나온 냉각수가 ITM 밸브(40)의 개도 제어로 진단 시작 시 라디에이터(23)에 대한 분배 차단 (즉, 라디에이터 닫힘)에서 진단 중 라디에이터(23)에 대한 분배(즉, 라디에이터 열림)로 전환되면서 히터 코어(25B)와 ATF 워머(25A)중 어느 하나로 분배됨을 확인하고, 제1,2 냉각수온 센서(30A,30B)에 의한 엔진(10)의 입/출구 냉각수 온도차(T)로 결정된 온도차 범위별 팩터(B)를 팩터 누적값(A)으로 하여 컨트롤러(50)가 냉각수 양 부족을 진단한 후 림프 홈 제어 모드에 따른 연료분사장치(70A)의 연료분사제어 및 냉각팬(70B)의 라디에이터(23)에 대한 냉각 효율 상승과 함께 경고등(70C)의 운전자 경고로 냉각수온 상승 예측 상태에서 ITM 밸브(40)의 완전 열림전환을 통해 냉각수 과열을 방지하면서 최소한의 차량 이동을 가능하게 하여 급격한 상황 변화가 발생되지 않도록 하는 특징을 갖는다.

Description

냉각수온 기반 엔진과열방지 방법 및 엔진 시스템{Method for Prevention Engine Overheat Based on Coolant Temperature and Engine System thereof}
본 발명은 냉각수온 제어에 관한 것으로, 특히 냉각수온이 급격히 올라가는 냉각수 유량 부족을 냉각수온 센서만으로 진단하여 엔진에 연계된 기계 장치들을 보호할 수 있는 냉각수온 기반 엔진과열방지 제어가 수행되는 엔진 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 동력원으로 내연 기관 엔진(이하 엔진)을 사용하는 경우 엔진 냉각수(이하 냉각수)는 엔진을 냉각하는 중요한 수단 중 하나이다.
그러므로 엔진은 과열에 의한 파손으로 엔진 토크를 이용하는 기계장치 동작이 어려워지는 냉각수 부족에 민감할 수밖에 없다.
이로 인하여 엔진 시스템은 엔진의 정상적인 동작 유지를 위해 냉각수 양 및 냉각수 온도에 대한 지속적인 모니터링을 수행한다.
일례로 상기 엔진 시스템은 엔진 냉각계에 유량 센서와 온도 센서를 적용한 센서방식 냉각수 모니터링을 수행한다. 이 경우 상기 유량 센서는 엔진 냉각계를 순환하는 냉각수 양에 대한 모니터링에 적용되고, 상기 온도 센서는 냉각수온 센서를 사용하여 엔진 냉각계를 순환하는 냉각수 온도에 대한 모니터링에 적용된다.
그러므로 상기 센서방식 냉각수 모니터링은 유량 센서의 냉각수 유량 모니터링으로 냉각수 양의 부복 또는 결핍을 방지하고, 냉각수온 센서를 통해 기준 값 이하의 냉각수 온도, 기준 값 이상의 냉각수 온도 및 특정 시간 동안 센서 값 변화량으로 냉각수온 모니터링이 수행됨으로써 특정 값 이상의 냉각수 온도에 대해 운전석의 클러스터에서 냉각수 과열(도는 엔진 과열)을 표시 및 경고하여 준다.
이로부터 상기 엔진 시스템은 엔진 과열 및 파손될 수 있는 위험성 없이 안전하게 운영될 수 있다.
미국등록특허 9,188,051(2014.06.24)
하지만, 상기 센서방식 냉각수 모니터링은 하기와 같은 한계를 가지고 있다.
일례로 상기 유량 센서는 비용상의 문제로 대부분의 차량에 적용되지 못하고 있다.
그리고 상기 냉각수온 센서는 냉각수 온도의 기준 값에 대해 특정 온도 값 이상의 검출을 냉각수(또는 엔진)에 대한 과열 정보로 확인하지만, 상기 과열 정보는 엔진의 동작을 바로 멈춰야 하는 위험한 상황을 나타냄으로써 엔진 시스템의 냉각계 수리를 위한 차량 이동이나 엔진 토크를 이용해 기계 장치로 수행하던 작업을 아무런 준비 없이 멈춰야 하는 급격한 상황 변화가 올 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 냉각수 온도를 기반으로 한 냉각수 유량 부족 진단으로 선제적으로 냉각수온 상승이 예측됨으로써 기준온도에 대한 특정 온도 이상으로 파악되던 냉각수 과열 정보의 한계를 해소하고, 특히 냉각수온 상승 예측 상태에서 ITM(Integrated Thermal Management) 개도와 엔진 및 냉각팬을 이용한 Fail Safe 제어로 냉각수 과열을 최대한 늦게 진행시킴으로써 엔진 및 이에 연계된 기계장치들을 보호하면서 최소한의 차량 이동을 가능하게 하여 급격한 상황 변화가 발생되지 않는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법 및 엔진 시스템의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법은 ITM 밸브의 냉각수 분배를 위한 ITM State의 특정한 상태가 컨트롤러에서 확인되는 밸브확인제어 단계; 엔진의 입구에서 제1 냉각수온 센서로 검출된 입구 냉각수 온도와 상기 엔진의 출구에서 제2 냉각수온 센서로 검출된 출구 냉각수 온도에 대한 입/출구 냉각수 온도차가 확인되고, 상기 입/출구 냉각수 온도차의 영역에 따른 팩터에 의해 냉각수 양 부족이 확인되는 냉각수유량 진단제어 단계; 및 상기 ITM 밸브의 개도 제어로 상기 냉각수가 분배되면서 냉각수 냉각으로 냉각수 온도 상승이 지연되는 엔진보호제어 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 ITM State는 라디에이터에 대한 상기 냉각수의 분배 상태가 상기 ITM 밸브의 개도 제어로 변화되면서 히터 코어와 ATF 워머중 어느 하나로 이루어진 열교환장치로 분배되는 ITM State 3, ITM State 4, ITM State 5 중 어느 하나를 상기 특정한 상태로 적용한다.
바람직한 실시예로서, 상기 ITM State 3은 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터의 닫힘인 반면 상기 히터 코어의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머의 열림으로 제어한다.
바람직한 실시예로서, 상기 ITM State 4는 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터의 일부 열림인 반면 상기 히터 코어의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머의 열림으로 제어한다.
바람직한 실시예로서, 상기 ITM State 5는 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터의 열림인 반면 상기 히터 코어의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머의 열림으로 제어한다.
바람직한 실시예로서, 상기 ITM State는 ITM State 1 및 ITM State 2를 포함하고, 상기 ITM State 1은 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터와 상기 ATF 워머의 닫힘인 반면 상기 히터 코어의 열림으로 제어하며, 상기 ITM State 2는 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터와 상기 히터 코어의 닫힘인 반면 상기 ATF 워머의 일부 열림으로 제어한다.
바람직한 실시예로서, 상기 냉각수유량 진단제어 단계는, 상기 입구 냉각수 온도와 상기 출구 냉각수 온도로 상기 입/출구 냉각수 온도차가 확인되는 단계, 상기 입/출구 냉각수 온도차에 대한 영역을 확인하여 온도차 범위별 팩터가 결정되는 단계, 상기 입/출구 냉각수 온도차에 대한 반복 확인 횟수만큼 상기 온도차 범위별 팩터가 결정되어 팩터 누적값으로 산출되는 단계, 및 상기 팩터 누적값으로 상기 냉각수 양 부족이 확인되는 냉각수 부족 진단 단계로 수행된다.
바람직한 실시예로서, 상기 입/출구 냉각수 온도차는 상기 출구 냉각수 온도에서 상기 입구 냉각수 온도를 뺀 온도 차이값으로 산출되며, 상기 온도차 범위별 팩터는 상기 온도 차이값의 크기에 따라 서로 다른 팩터 부여값으로 적용된다.
바람직한 실시예로서, 상기 온도 차이값은 10℃ 단위로 구분되고, 상기 팩터 부여값은 온도 차이값 중 0℃에 대해 -1, 10℃에 대해 0, 20℃에 대해 1, 30℃에 대해 2 및 40℃에 대해 3으로 설정된다.
바람직한 실시예로서, 상기 냉각수 양 부족은 상기 팩터 누적값이 팩터 임계값(Threshold) 보다 큰 값에서 확인된다.
바람직한 실시예로서, 상기 엔진보호제어 단계는, 상기 냉각수가 라디에이터로 분배되면서 히터 코어와 ATF 워머중 어느 하나로 이루어진 열교환장치로 분배되도록 상기 ITM 밸브를 완전 열림으로 전환시켜 주는 단계, 및 상기 냉각수 냉각을 위해 상기 엔진과 연계된 기계장치가 작동되는 단계로 수행된다.
바람직한 실시예로서, 상기 기계장치는 상기 엔진의 림프 홈 제어 모드에서 연료분사를 제어하는 연료분사장치 및 외부 공기를 송풍하여 상기 라디에이터로 보내주는 냉각팬 중 어느 하나이다.
바람직한 실시예로서, 상기 ITM 밸브의 개도 제어 또는 상기 기계장치의 작동 제어 시 운전석 클러스터에서 경고등이 점등된다.
바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 상기 엔진의 작동 중지 시 상기 팩터에 대해 리셋 초기화하거나 메모리 저장한다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진 시스템은 엔진의 입구에서 냉각수 입구 온도를 검출하는 제1 냉각수온 센서와 출구에서 냉각수 출구 온도를 검출하는 제2 냉각수온 센서로 이루어진 냉각수온 센서; 냉각수를 라디에이터와 연계된 열교환장치로 분배해 주는 ITM 밸브, 상기 냉각수가 상기 ITM 밸브의 개도 제어로 진단 시작 시 닫힘에서 진단 중 열림으로 전환되는 상기 라디에이터와 함께 상기 열교환장치로 분배됨을 확인하고, 상기 입구 냉각수 온도와 상기 출구 냉각수 온도의 차로 산출된 입/출구 냉각수 온도차로 온도차 범위별 팩터를 팩터 누적값으로 산출하여 냉각수 양 부족을 진단하면, 상기 ITM 밸브를 완전 열림으로 제어하는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러의 제어로 작동되어, 상기 냉각수에 대한 온도 상승을 지연시켜 주는 비상제어 시스템이 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 열교환장치는 상기 냉각수와 열 교환으로 외기온도를 올려주는 히터 코어와 변속기 오일을 냉각수와 열 교환하는 ATF 워머를 포함한다.
바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 이머전시 맵을 구비하고, 상기 이머전시 맵은 상기 입/출구 냉각수 온도차를 10℃ 단위로 하여 온도차 범위별 팩터로 하고, 상기 온도차 범위별 팩터는 상기 온도차에 때라 서로 다른 팩터 부여값으로 적용되고, 상기 팩터 부여값은 팩터 누적값(A)으로 환산되어 팩터 임계값보다 큰 값에서 상기 냉각수 양 부족의 진단으로 확인된다.
바람직한 실시예로서, 상기 비상제어 시스템은 연료분사를 림프홈제어 모드의 조건으로 전환하는 연료분사장치, 상기 라디에이터로 외부 공기를 송풍하는 냉각팬, 및 운전석 클러스터에서 점등되는 경고등을 포함한다.
이러한 본 발명의 엔진 시스템에 적용된 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 냉각수온 센서의 온도 값으로 냉각수온을 상승시키는 냉각수 유량 부족을 진단함으로써 유량 센서의 사용 없이도 냉각수 유량의 이상 유무가 파악될 수 있다. 둘째, 냉각수 과열을 미리 예측함으로써 기준 온도 대비 특정 온도 이상의 과열 정보에 의한 사후 확인이 아니므로 운전자는 사전 확인을 할 수 있다. 셋째, 냉각수 과열 예측 시 냉각수 과열을 최대한 늦게 진행시키는 Fail Safe 제어로 엔진 구동이 유지됨으로써 최소한의 차량 이동을 가능하게 한다. 넷째, Fail Safe 제어가 ITM 밸브와 엔진 및 냉각팬에 적용되어 엔진 출력 제한 및 빠른 냉각수온 저하를 가능하게 함으로써 냉각수가 부족하여 엔진의 과열이 예상되는 현상에서 엔진 파열 방지 및 냉각계에 대한 점검 및 수리가 가능하게 된다. 다섯째, ITM 밸브가 냉각수의 모든 유로를 열면서 냉각팬이 최대로 동작함으로써 냉각수에 대한 냉각 효율이 극대화될 수 있다. 여섯째, 냉각수 누수/부족에 대한 상황을 운전석 클러스터 표시로 미리 확인한 운전자가 위험한 상황을 만나기 전에 냉각 시스템을 점검/수리할 수 있도록 유도함으로써 엔진 및 이에 연계된 기계장치들을 보호하면서 시스템 파손을 방자할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법의 순서도이며, 도 2는 본 발명에 따른 냉각수온 기반 엔진과열방지 제어가 수행되는 엔진 시스템의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 엔진 시스템의 냉각계에 적용된 ITM 밸브의 밸브 State 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 엔진 시스템이 냉각수 부족에 대처하는 작동 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, 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법은 밸브확인제어(S10~S30), 냉각수유량 진단제어(S40~S80), 엔진보호제어(S90) 및 진단 초기화 제어(S100~S300)로 수행된다.
특히 상기 냉각수유량 진단제어(S40~S80)는 엔진의 냉각수 입구와 냉각수 출구에 대해 입/출구 냉각수 온도차(T)의 계산을 반복하고, 이로부터 누적 팩터(Factor((A)를 얻은 후 누적 팩터(Factor((A)에 대한 확인을 통해 냉각수 부족 진단이 이루어짐으로써 별도의 유량 센서의 사용이 없이 냉각수온 센서만으로 엔진의 냉각수 양을 진단하여 준다.
또한, 상기 엔진보호제어(S90)는 냉각수온 센서로 확인된 냉각수 양 부족(또는 결핍)에 대해 운전자 경고 하에서 통합유량제어밸브인 ITM 밸브 개도의 완전 열림(Full Open)으로 냉각수 추가 상승 방지를 하면서 엔진 토크 제한 및 냉각 팬 최대 동작이 이루어지는 페일 세이프(Fail Safe) 제어로 실행함으로써 냉각수 온도과열 및 엔진 과열을 선제적으로 방지하여 준다.
그러므로 상기 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법은 유량 센서가 미 적용된 엔진 시스템이 냉각수온 센서만으로 냉각수 양의 부족으로 과열이 되는 상황을 미리 인식하여, 엔진 파손을 보호하면서 냉각계의 냉각 효율 극대화를 통해 냉각수 부족 또는 결핍 상황에서 정비소 방문까지 필요한 차량 이동 거리 확보가 가능한 특징을 구현할 수 있다.
도 2를 참조하면, 엔진 시스템(1)은 엔진(10), 냉각계(20), 냉각수온 센서(Water Temperature Sensor)(30), ITM 밸브(Integrated Thermal Management Valve)(40), 컨트롤러(50) 및 비상제어 시스템(70)을 포함한다.
일례로 상기 엔진(10)은 크랭크 샤프트와 연계된 피스톤이 왕복 운동하는 연소실을 갖춘 실린더 블록(10A)과 캠샤프트와 연계된 밸브 장치를 갖춘 실린더 헤드(10B)로 구성된 내연기관 엔진이고, 상기 내연기관 엔진은 도시되지 않았으나 일반적으로 요구되는 내연기관 엔진 구성요소를 모두 포함한다.
특히 상기 실린더 블록(10A)은 냉각수 블록 출구로 ITM 밸브(40)에 냉각수를 배출하고, 상기 실린더 헤드(10B)는 냉각수 헤드 출구로 ITM 밸브(40)에 냉각수를 배출한다.
일례로 상기 냉각계(20)는 워터펌프(21), 라디에이터(23) 및 열교환 장치(25)를 포함한다. 상기 워터펌프(21)는 엔진(10)과 냉각계(20)에 대한 냉각수 순환을 형성하여 주고, 크랭크샤프트와 벨트 또는 체인 연결된 기계식 워터펌프(Mechanic Water Pump) 또는 컨트롤러(50)의 제어로 구동되는 전동식 워터펌프(Electronic Water Pump)이다. 상기 라디에이터(23)는 냉각수를 냉각하고, 냉각팬(70B)에서 유입해 송풍하는 공기를 통해 냉각 효율을 높여 준다.
특히 상기 열교환 장치(25)는 변속기 오일(Auto Transmission Fluid)을 냉각수와 열 교환하여 온도를 올려주는 ATF 워머(Auto Transmission Fluid Warmer)(25A), 외기온도를 엔진 냉각수와 열 교환으로 올려주는 히터 코어(Heater Core)(25B)로 구성된다. 하지만 상기 열교환 장치(25)는 배기가스 중 엔진으로 보내지는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 가스 온도를 엔진 냉각수와 열 교환으로 내려주는 EGR 쿨러(Exhaust Gas Recirculation Cooler), 엔진 오일을 냉각수와 열 교환으로 올려주는 오일 워머(Oil Warmer) 등을 더 포함할 수 있다.
일례로 상기 냉각수온 센서(30)는 엔진(10)으로 들어오고 나가는 냉각수 온도를 검출하여 컨트롤러(50)에 제공한다. 이를 위해 상기 냉각수온 센서(30)는 블록(10A)의 입구쪽 온도를 검출하는 제1 냉각수온 센서(30A), 블록(10A)과 헤드(10B)의 출구쪽 온도를 검출하는 제2 냉각수온 센서(30B)로 구성된다.
일례로 상기 ITM 밸브(40)는 블록(10A)과 헤드(10B)의 출구에서 나온 냉각수를 유입하여 컨트롤러(50)의 밸브 개도 제어로 냉각계(20)의 라디에이터(23) 및 열교환 장치(25)에 대한 냉각수 분배를 형성하여 준다. 이를 위해 상기 ITM 밸브(40)는 밸브위치센서(40A)를 구비하고, 상기 밸브위치센서(40A)가 검출한 밸브 개도 위치를 컨트롤러(50)에 전송한다.
특히 상기 ITM 밸브(40)는 컨트롤러(50)의 밸브 개도 제어로 State 1 내지 State 5를 냉각수제어모드(도 3 참조)로 구현한다.
일례로 상기 컨트롤러(50)는 냉각계(20)에 대한 냉각수제어모드를 위해 ITM 밸브(40)의 밸브 개도 매칭 및 밸브확인제어(S10~S30), 냉각수유량 진단제어(S40~S80), 엔진보호제어(S90) 및 진단 초기화 제어(S100~S300)를 위한 로직 또는 프로그램이 저장된 메모리를 구비하고, ITM(1)에 대한 밸브 제어 신호를 PWM(Pulse Width Modulation) Duty로 출력하며, 프로그램 또는 알고리즘의 로직 프로세싱을 구현하는 중앙처리기(Central Processing Unit)로 작동된다.
이를 위해 상기 컨트롤러(50)는 ITM 밸브(40)에 대한 제어 신호를 출력하고, 입력유닛(50-1)과 Fail Safe 출력 유닛(50-2) 및 이머전시 맵(60)에 연계된다. 상기 입력유닛(50-1)은 엔진(10)과 냉각계(20)에 대한 정보 검출을 기본 기능으로 하여 냉각수온과 밸브 개도를 검출한다. 상기 Fail Safe 출력 유닛(50-2)은 비상제어 시스템(70)으로 제어 신호를 전송한다. 상기 이머전시 맵(60)은 입/출구 냉각수 온도차(T)에 대한 누적 팩터(Factor((A)를 매칭 한다.
이하에서 상기 컨트롤러(50), 상기 입력유닛(50-1), 상기 Fail Safe 출력 유닛(50-2) 및 상기 이머전시 맵(60)은 도 4를 통해 상세히 설명된다.
일례로 상기 비상제어 시스템(70)은 연료분사장치(70A), 냉각팬(70B) 및 경고등(70C)과 함께 ITM 밸브(40) 및 냉각계(20)의 구성요소를 포함한다. 상기 연료분사장치(70A)는 엔진(10)의 실린더 헤드(10B)에 구비되어 컨트롤러(50)의 림프 홈 모드 제어로 연료 분사 양을 줄여 엔진 토크가 줄어들도록 한다. 상기 냉각팬(70B)은 컨트롤러(50)의 제어로 구동되어 라디에이터(23)에 외부 공기를 송풍하여 준다. 상기 경고등(70C)은 운전석 클러스터(Cluster)에 구비되어 컨트롤러(50)의 제어로 냉각수 부족 또는 결핍을 알려주도록 점등 또는 표시된다.
이하 도 1의 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법을 도 2 내지 도 4를 통해 상세히 설명한다. 이 경우 제어주체는 컨트롤러(50)이고, 제어대상은 ITM 밸브(40), 워터펌프(21), 라디에이터(23), 열교환 장치(25), 연료분사장치(70A), 냉각팬(70B) 및 경고등(70C) 중 어느 하나 이상이다.
먼저 컨트롤러(50)는 밸브확인제어(S10~S30)에 진입하고, 이를 S10의 엔진 ON 시 S20의 엔진 냉각계 정보 검출 단계에 이어 S30의 ITM State 조건 충족 여부를 확인 단계로 수행한다. 이 경우 상기 엔진 ON(S10)은 IG_Key ON에 의한 엔진(10)의 시동 동작이므로 통상적인 과정과 같이 엔진 ECU(Electronic Control Unit)(도시되지 않음)에서 인식되어 컨트롤러(50)로 전송된다.
도 2를 참조하면, 컨트롤러(50)는 연계된 입력유닛(50-1)의 검출 정보인 엔진 센서(도시되지 않음)가 검출한 엔진(10)의 엔진 회전수(Revolution Per Minute), 제1,2 냉각수온 센서(30A,30B)가 검출한 냉각계(20)의 냉각수온도, 밸브위치센서(40A)가 검출한 ITM 밸브(40)의 밸브 개도 위치를 확인하고, 이를 통해 상기 엔진 냉각계 정보 검출(S20)을 수행한다.
또한, 컨트롤러(50)는 엔진 냉각계 정보 중 ITM 밸브(40)의 밸브 개도 위치에서 현재 ITM State로 ITM State 조건 충족 확인(S30)을 수행한다.
일례로 상기 ITM State 조건 충족 확인(S30)은 ITM 밸브(40)가 ITM State 3 이상인 경우를 적용하여 이루어진다.
도 3을 참조하면, 상기 ITM 밸브(40)의 ITM State 선도는 밸브 열림(Open) 및 닫힌(Closed)에 대한 밸브개도 각도(예, 0~250°)에서 라디에이터(23), ATF 워머(25A) 및 히터 코어(25B)의 각각으로 분배되는 냉각수 유량을 나타낸다.
일례로 상기 ITM State 1에서, 냉각수는 라디에이터(23)와 ATF 워머(25A)로 분배되지 않는 반면 히터 코어(25B)로 분배된다. 이는 ITM 밸브(40)의 개도 제어가 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터(23)와 상기 ATF 워머(25A)의 닫힘인 반면 상기 히터 코어(25B)의 열림으로 이루어짐을 의미한다.
상기 ITM State 2에서 냉각수는 라디에이터(23)와 히터 코어(25B)로 분배되지 않는 반면 ATF 워머(25A)에 대한 분배를 줄여 준다. 이는 ITM 밸브(40)의 개도 제어가 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터(23)와 상기 히터 코어(25B)의 닫힘인 반면 상기 ATF 워머(25A)의 일부 열림으로 이루어짐을 의미한다.
상기 ITM State 3에서, 냉각수는 라디에이터(23)로 분배되지 않는 반면 히터 코어(25B)에 대한 분배를 줄여 주면서 ATF 워머(25A)에 대한 분배를 유지하여 준다. 이는 ITM 밸브(40)의 개도 제어가 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터(23)의 닫힘인 반면 상기 히터 코어(25B)의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머(25A)의 열림으로 이루어짐을 의미한다.
상기 ITM State 4에서, 냉각수는 라디에이터(23)에 대한 분배를 줄여 주는 반면 히터 코어(25B)에 대한 분배를 증가시켜 주면서 ATF 워머(25A)에 대한 분배를 유지하여 준다. 이는 ITM 밸브(40)의 개도 제어가 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터(23)의 일부 열림인 반면 상기 히터 코어(25B)의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머(25A)의 열림으로 이루어짐을 의미한다.
상기 ITM State 5에서, 냉각수는 라디에이터(23)에 대한 분배를 유지하는 반면 히터 코어(25B)에 대한 분배를 줄여 주면서 ATF 워머(25A)에 대한 분배를 증가시켜 준다. 이는 ITM 밸브(40)의 개도 제어가 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터(23)의 열림인 반면 상기 히터 코어(25B)의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머(25A)의 열림으로 이루어짐을 의미한다.
그러므로 상기 ITM State 조건 충족 확인(S30)은 ITM 밸브(40)가 ITM State 3 이상인 경우에서 냉각수 부족 시 냉각수 과열 또는 엔진 과열로 인한 위험성을 초래할 수 있다.
이로부터 컨트롤러(50)는 상기 ITM State 조건 충족 확인(S30)을 통해 현재의 냉각수제어모드가 ITM State 3, ITM State 4 및 ITM State 5 중 어느 하나인 경우 냉각수유량 진단제어(S40~S80)로 진입한다.
이어 컨트롤러(50)는 냉각수유량 진단제어(S40~S80)에 진입하고, 이를 S40의 엔진의 입/출구 냉각수 온도차 계산 단계, S50의 온도차 범위별 팩터 결정 단계, S60의 온도차 계산 반복 단계, S70의 누적 팩터 계산 단계, S80의 냉각수 부족 진단 단계로 수행한다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러(50)는 연계된 입력유닛(50-1)의 검출 정보 중 제1,2 냉각수온 센서(30A,30B)가 각각 검출한 엔진(10)의 블록(10A)으로 들어가는 입구 냉각수 온도 및 엔진(10)의 블록(10A)과 헤드(10B)에서 나가는 출구 냉각수 온도를 컨트롤러(50)를 구성하는 데이터 프로세서(51)에서 각각 확인한다. 이어 컨트롤러(50)는 로직 프로세서(52)에서 하기의 입/출구 냉각수 온도차 산출식으로 엔진의 입/출구 냉각수 온도차 계산(S40)을 수행한다.
입/출구 냉각수 온도차 산출식 : T = Toutlet - Tinlet
어기서 “T”는 입/출구 냉각수 온도차이고, “Tinlet”는 제1 냉각수온 센서(30A)가 검출한 온도를 엔진(10)의 엔진입구 온도로 나타낸 것이며, “Toutlet”는 제2 냉각수온 센서(30B)가 검출한 엔진(10)의 엔진출구 온도로 나타낸 것이며, “-”는 두 값의 빼기를 나타내는 기호이다.
이어 컨트롤러(50)는 판단 프로세서(53)에서 입/출구 냉각수 온도차(T)의 결과 값을 이용하고, 하기의 팩터 부여식으로 온도차 범위별 팩터 결정(S50)을 한다.
팩터 부여식 : t = T -> B
여기서 ”t"는 이머전시 맵(60)의 맵핑 온도차이고, "="는 두 값이 동일함을 나타내는 기호이며, “B"는 온도차 범위별 팩터이고, “->”는 “t = T”인 조건에서 t = T가 B로 부여됨을 나타낸다.
특히 상기 맵핑 온도차(t)는 약 10℃ 단위로 온도 영역을 구분하는데, 이는 입/출구 냉각수 온도차(T)가 약 12℃ 이하인 경우를 정상적인 냉각수 유량으로 설정함에 따른다.
그러므로 상기 이머전시 맵(60)의 맵핑 온도차(t)는 0℃,10℃,20℃,30℃,40℃으로 구분하고, 이들 각각에 대해 온도차 범위별 팩터(B)를 B1,B2,B3,B4,B5로 부여한다.
즉, 0℃는 B1과 매칭 되어 팩터 부여값을 -1로, 10℃는 B2와 매칭 되어 팩터 부여값을 0, 20℃는 B3와 매칭 되어 팩터 부여값을 1, 30℃는 B4와 매칭 되어 팩터 부여값을 2, 40℃는 B5와 매칭 되어 팩터 부여값을 3으로 설정하여 준다. 하지만 맵핑 온도차(t), 온도차 범위별 팩터(B) 및 팩터 부여값은 이보다 더 좁거나 넓게 설정될 수 있다.
그 결과 컨트롤러(50)는 판단 프로세서(53)를 통해 온도차 범위별 팩터 결정(S50)이 이루어진다.
일례로 컨트롤러(50)는 “T = Toutlet - Tinlet“의 결과가 0℃(T)인 경우 온도차 범위별 팩터(B)에 B1을 팩터 부여값으로 하여 ”-1(B1)"을 설정하여 준다. 반면 “T = Toutlet - Tinlet“의 결과가 40℃(T)인 경우 온도차 범위별 팩터(B)에 B5를 팩터 부여값으로 하여 ”3(B5)"을 설정함과 같이 10℃(T)에 대해 순차적으로 숫자를 1씩 높여 준다.
이 경우 컨트롤러(50)는 S40의 엔진의 입/출구 냉각수 온도차 계산 단계 및 S50의 온도차 범위별 팩터 결정 단계에서 얻은 온도차 범위별 팩터(B)의 B1 내지 B5의 어느 하나의 팩터 부여값에 대한 온도차 계산 1차 횟수로 하여 n=1로 설정한다. 특히 컨트롤러(50)는 S10의 엔진 ON 확인에 따른 최초 시동 시엔 n = 0으로 설정함으로써 불필요한 횟수 카운트 누적을 방지하여 준다.
이어 컨트롤러(50)는 온도차 계산 반복(S60)을 수행하고, 상기 온도차 계산 반복(S60)은 B1 내지 B5의 5가지로 분류한 팩터 부여값을 확인하는 과정이다.
그러므로 상기 온도차 계산 반복(S60)은 진단 과정에서 B1 내지 B5 중 B5가 확인될 경우 5회 반복될 수 있으나, 40℃의 맵핑 온도차(t)인 B5는 상대적으로 큰 온도차 값이므로 실제적인 진단 과정에선 발생되지 않을 수 있으므로 5회까지 반복되지 않을 수 있다. 이는 30℃의 맵핑 온도차(t)인 B4에 대해서도 동일할 수 있다.
이후 컨트롤러(50)는 누적 팩터 계산(S70)을 수행한 후 냉각수 부족 진단(S80)을 판단하고, 이를 위해 하기의 팩터 누적값 확인식 및 냉각수량 진단식을 적용한다.
팩터 누적값 확인식 : A = B1 +,…, + B5 또는 A = B1 +,…, + B4 또는 A = B1 +,…, + B3
냉각수량 진단식 : A > C ?
여기서 "A"는 팩터 누적값이고, “B1,B2,B3,B4,B5"는 각각 팩터 부여값이며, ”C"는 냉각수량 부족의 팩터 임계값(Threshold)으로 약 12℃ 의 냉각수 온도차(T)를 고려하여 맵핑 온도차(t)의 20℃에 맞춰 1로 설정되거나 또는 30℃에 맞춰 2로 설정되고, “+”는 두 값의 합산 기호이며, “>”는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.
그 결과 컨트롤러(50)는 온도차 계산 반복(S60)의 과정에서 “A = B1 +,…, + B5”의 5회 또는 “A = B1 +,…, + B4”의 4회“ 또는 “A = B1 +,…, + B3”의 3회를 수행한 다음, 그 결과로부터 “ A > C”에서 팩터 누적값(A)이 1 또는 2인 팩터 임계값(C) 이상인 경우 냉각수 부족 상황을 인식하고, S90의 엔진보호제어 단계로 전환한다.
계속해서 컨트롤러(50)는 상기 엔진보호제어(S90)를 페일 세이프(Fail Safe) 제어로 실행함으로써 냉각수 부족 상황에서 냉각수 온도과열 및 엔진 과열을 선제적으로 방지하여 준다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러(50)는 Fail Safe 출력 유닛(50-2)과 연계되어 라디에이터(23), ATF 워머(25A), 히터 코어(25B), 연료분사장치(70A), 냉각팬(70B) 및 경고등(70C) 중 어느 하나 이상을 직접적으로 제어함으로써 페일 세이프(Fail Safe) 제어를 실행하여 준다.
일례로 컨트롤러(50)는 데이터 프로세서(51)를 통해 페일 세이프(Fail Safe) 출력 유닛(50-2)의 밸브 출력 포트(55)를 작동시켜 준다.
즉, 컨트롤러(50)는 데이터 프로세서(51)의 ITM 전방향 개방 신호(a)를 밸브 출력 포트(55)로 보내 ITM 밸브 위치 제어를 ITM 밸브(40)로 출력한다. 그러면 상기 ITM 밸브(40)는 완전 열림(Full Open)으로 전환하여 라디에이터(23)와 ATF 워머(25A) 및 히터 코어(25B)에 연결된 모든 방향을 열어줌으로써 엔진(10)을 나온 냉각수가 라디에이터(23)와 ATF 워머(25A) 및 히터 코어(25B)에 각각 분배되도록 한다.
이로부터 냉각계(20)는 냉각수를 사용하는 모든 장치가 고온의 냉각수와 열교환하여 냉각수 온도를 낮추는데 크게 기여한다.
동시에 컨트롤러(50)는 판단 프로세서(53)를 통해 Fail Safe 출력 유닛(50-2)의 엔진 출력 포트(56), 팬 출력 포트(57) 및 경고 출력 포트(58)의 각각을 작동시켜 준다.
즉, 컨트롤러(50)는 판단 프로세서(53)의 limp Home Mode(b)를 엔진 출력 포트(56)로 보내 연료분사장치(70A)의 연료 분사 양을 줄이면서 기타 연계 장치들을 림프 홈 모드로 진입하도록 함으로써 엔진(1)0의 엔진 토크를 줄여 냉각수 온도 상승을 억제하는데 크게 기여한다.
그리고 컨트롤러(50)는 판단 프로세서(53)의 팬 구동신호(c)를 엔진 출력 포트(56)로 보내 냉각팬(70B)이 최대한으로 동작되도록 함으로써 냉각수 온도 상승을 억제하는데 크게 기여한다.
더불어 컨트롤러(50)는 판단 프로세서(53)의 운전자경고신호(d)를 경고 출력 포트(58)로 보내 운전석 클러스터(Cluster)에서 경고등(70C)이 냉각수 부족 또는 결핍을 알려줌으로써 운전자에게 냉각수 유량 부족에 의한 냉각수 과열로 엔진(10) 및 이에 장착된 기계장치 파손 위험성에 대한 수리/점검을 유도하여 준다.
최종적으로 컨트롤러(50)는 진단 초기화 제어(S100~S300)로 진입하고, 이를 S100의 엔진 OFF 시 S200의 팩터 값 리셋 또는 S300의 팩터 값 저장 단계로 수행한다.
일례로 상기 엔진 OFF(S100)은 엔진 ECU에 의한 IG_Key OFF 확인 정보를 받아 컨트롤러(50)가 인식한다.
일례로 상기 팩터 값 리셋(S200)은 S70의 누적 팩터 계산 결과를 컨트롤러(50)의 메모리에서 삭제함으로써 불필요한 데이터가 메모리 공간을 점유하지 않도록 한다. 반면 상기 팩터 값 저장(S300)은 S70의 누적 팩터 계산 결과를 컨트롤러(50)의 메모리에 저장함으로써 추후 엔진(10)에 대한 정비 시 OBD의 정보로 이용할 수 있도록 한다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(1)에 적용된 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법은 엔진(10)에서 나온 냉각수가 ITM 밸브(40)의 개도 제어로 진단 시작 시 라디에이터(23)에 대한 분배 차단 (즉, 라디에이터 닫힘)에서 진단 중 라디에이터(23)에 대한 분배(즉, 라디에이터 열림)로 전환되면서 히터 코어(25B)와 ATF 워머(25A)중 어느 하나에도 분배됨을 확인하고, 제1,2 냉각수온 센서(30A,30B)에 의한 엔진(10)의 입/출구 냉각수 온도차(T)로 결정된 온도차 범위별 팩터(B)를 팩터 누적값(A)으로 하여 컨트롤러(50)가 냉각수 양 부족을 진단한 후 림프 홈 제어 모드에 따른 연료분사장치(70A)의 연료분사제어 및 냉각팬(70B)의 라디에이터(23)에 대한 냉각 효율 상승과 함께 경고등(70C)의 운전자 경고로 냉각수온 상승 예측 상태에서 ITM 밸브(40)의 완전 열림전환을 통해 냉각수 과열을 방지하면서 최소한의 차량 이동을 가능하게 하여 급격한 상황 변화가 발생되지 않도록 한다.
1 : 엔진 시스템
10 : 엔진 10A : 실린더 블록
10B : 실린더 헤드
20 : 냉각계 21 : 워터펌프
23 : 라디에이터 25 : 열교환 장치
25A : ATF 워머(Auto Transmission Fluid Warmer)
25B : 히터 코어(Heater Core)
30 : 냉각수온 센서(Water Temperature Sensor)
30A,30B : 제1,2 냉각수온 센서
40 : ITM 밸브(Integrated Thermal Management Valve)
40A : 밸브위치센서
50 : 컨트롤러 50-1 : 입력유닛
50-2 : Fail Safe 출력 유닛
51 : 데이터 프로세서 52 : 로직 프로세서
53 : 판단 프로세서 55 : 밸브 출력 포트
56 : 엔진 출력 포트 57 : 팬 출력 포트
58 : 경고 출력 포트 60 : 이머전시 맵
70 : 비상제어 시스템
70A : 연료분사장치 70B : 냉각팬
70C : 경고등

Claims (20)

  1. ITM 밸브(Integrated Thermal Management Valve)의 냉각수(Coolant) 분배를 위한 ITM State의 특정한 상태가 컨트롤러에서 확인되는 밸브확인제어 단계;
    엔진의 입구에서 제1 냉각수온 센서로 검출된 입구 냉각수 온도와 상기 엔진의 출구에서 제2 냉각수온 센서로 검출된 출구 냉각수 온도에 대한 입/출구 냉각수 온도차가 확인되고, 상기 입/출구 냉각수 온도차의 영역의 영역에 따른 팩터(Factor)에 의해 냉각수 양 부족이 확인되는 냉각수유량 진단제어 단계; 및
    상기 ITM 밸브의 개도 제어로 상기 냉각수가 분배되면서 냉각수 냉각으로 냉각수 온도 상승이 지연되는 엔진보호제어 단계
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 ITM State는
    라디에이터에 대한 상기 냉각수(Coolant)의 분배 상태가 상기 ITM 밸브의 개도 제어로 변화되면서 히터 코어와 ATF 워머중 어느 하나로 이루어진 열교환장치로 분배되는 ITM State 3, ITM State 4, ITM State 5 중 어느 하나를 상기 특정한 상태로 적용하는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 ITM State 3은
    상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터의 닫힘인 반면 상기 히터 코어의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머의 열림으로 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 ITM State 4는
    상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터의 일부 열림인 반면 상기 히터 코어의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머의 열림으로 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  5. 청구항 2에 있어서, 상기 ITM State 5는
    상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터의 열림인 반면 상기 히터 코어의 일부 열림과 함께 상기 ATF 워머의 열림으로 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 ITM State는 ITM State 1 및 ITM State 2를 포함하고,
    상기 ITM State 1은 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터와 상기 ATF 워머의 닫힘인 반면 상기 히터 코어의 열림으로 제어하며,
    상기 ITM State 2는 상기 냉각수의 분배에 대해 상기 라디에이터와 상기 히터 코어의 닫힘인 반면 상기 ATF 워머의 일부 열림으로 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각수유량 진단제어 단계는,
    상기 입구 냉각수 온도와 상기 출구 냉각수 온도로 상기 입/출구 냉각수 온도차가 확인되는 단계,
    상기 입/출구 냉각수 온도차에 대한 영역을 확인하여 온도차 범위별 팩터가 결정되는 단계,
    상기 입/출구 냉각수 온도차에 대한 반복 확인 횟수만큼 상기 온도차 범위별 팩터가 결정되어 팩터 누적값으로 산출되는 단계, 및
    상기 팩터 누적값으로 상기 냉각수 양 부족이 확인되는 냉각수 부족 진단 단계
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 입/출구 냉각수 온도차는 상기 출구 냉각수 온도에서 상기 입구 냉각수 온도를 뺀 온도 차이값으로 산출되며,
    상기 온도차 범위별 팩터는 상기 온도 차이값의 크기에 따라 서로 다른 팩터 부여값으로 적용되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 온도 차이값은 10℃ 단위로 구분되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 팩터 부여값은
    온도 차이값 중 0℃에 대해 -1, 10℃에 대해 0, 20℃에 대해 1, 30℃에 대해 2 및 40℃에 대해 3로 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 냉각수 양 부족은 상기 팩터 누적값(A)이 팩터 임계값(Threshold) 보다 큰 값에서 확인되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진보호제어 단계)는,
    상기 냉각수(Coolant)가 라디에이터로 분배되면서 히터 코어와 ATF 워머 중 어느 하나로 이루어진 열교환장치로 분배되도록 상기 ITM 밸브를 완전 열림(Full Open)으로 전환시켜 주는 단계, 및
    상기 냉각수 냉각을 위해 상기 엔진과 연계된 기계장치가 작동되는 단계
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 기계장치는
    상기 엔진의 림프 홈 제어 모드에서 연료분사를 제어하는 연료분사장치 및 외부 공기를 송풍하여 상기 라디에이터로 보내주는 냉각팬 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 ITM 밸브의 개도 제어 또는 상기 기계장치의 작동 제어 시 운전석 클러스터(Cluster)에서 경고등이 점등되는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 엔진의 작동 중지 시 상기 팩터(Factor)에 대해 리셋 초기화하거나 메모리 저장하는 것을 특징으로 하는 냉각수온 기반 엔진과열방지 방법.
  16. 엔진의 입구에서 냉각수 입구 온도를 검출하는 제1 냉각수온 센서와 출구에서 냉각수 출구 온도를 검출하는 제2 냉각수온 센서로 이루어진 냉각수온 센서;
    냉각수를 라디에이터와 연계된 열교환장치로 분배해 주는 ITM 밸브(Integrated Thermal Management Valve),
    상기 냉각수가 상기 ITM 밸브의 개도 제어로 진단 시작 시 닫힘에서 진단 중 열림으로 전환되는 상기 라디에이터와 함께 상기 열교환장치로 분배됨을 확인하고, 상기 입구 냉각수 온도와 상기 출구 냉각수 온도의 차로 산출된 입/출구 냉각수 온도차로 온도차 범위별 팩터를 팩터 누적값으로 산출하여 냉각수 양 부족을 진단하면, 상기 ITM 밸브를 완전 열림(Full Open)로 제어하는 컨트롤러; 및
    상기 컨트롤러의 제어로 작동되어, 상기 냉각수에 대한 온도 상승을 지연시켜 주는 비상제어 시스템
    이 포함되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 열교환장치는 상기 냉각수와 열 교환으로 외기온도를 올려주는 히터 코어와 변속기 오일(Auto Transmission Fluid)을 냉각수와 열 교환하는 ATF 워머를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는 이머전시 맵을 구비하고,
    상기 이머전시 맵은 상기 입/출구 냉각수 온도차를 10℃ 단위로 하여 온도차 범위별 팩터로 하고, 상기 온도차 범위별 팩터는 상기 온도차에 때라 서로 다른 팩터 부여값으로 적용되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 팩터 부여값은 팩터 누적값으로 환산되어 팩터 임계값(Threshold) 보다 큰 값에서 상기 냉각수 양 부족의 진단으로 확인되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  20. 청구항 16에 있어서, 상기 비상제어 시스템은
    연료분사를 림프홈제어 모드의 조건으로 전환하는 연료분사장치, 상기 라디에이터로 외부 공기를 송풍하는 냉각팬, 및 운전석 클러스터(Cluster)에서 점등되는 경고등을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9188051B1 (en) 2014-06-24 2015-11-17 GM Global Technology Operations LLC System and method of thermal management for an engine

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100411079B1 (ko) * 2000-12-30 2003-12-18 기아자동차주식회사 엔진 냉각 시스템 진단 방법 및 시스템
KR100589140B1 (ko) * 2003-09-20 2006-06-12 현대자동차주식회사 차량의 냉각시스템 제어방법
KR100897125B1 (ko) 2007-12-17 2009-05-14 현대자동차주식회사 자동차의 냉각수 부족 진단 방법
JP2010065671A (ja) * 2008-09-15 2010-03-25 Denso Corp 車両用冷却システムの故障診断装置
KR20110062409A (ko) * 2009-12-03 2011-06-10 현대자동차주식회사 냉각수 부족 진단 방법
JP5136623B2 (ja) * 2010-11-11 2013-02-06 トヨタ自動車株式会社 水温センサ異常判定装置
JP2012241610A (ja) * 2011-05-19 2012-12-10 Toyota Motor Corp 内燃機関の冷却装置
US8683854B2 (en) * 2012-03-30 2014-04-01 Ford Global Technologies, Llc Engine cooling system control
KR20130124789A (ko) * 2012-05-07 2013-11-15 현대자동차주식회사 연료전지 차량의 냉각계 수위 감지 장치 및 방법
JP5949371B2 (ja) * 2012-09-19 2016-07-06 アイシン精機株式会社 発電源の冷却装置
US20180298806A1 (en) * 2014-10-28 2018-10-18 Borgwarner Inc. A fluid system and method of making and using the same
JP6461221B2 (ja) * 2017-03-30 2019-01-30 株式会社Ｓｕｂａｒｕ エンジンの制御装置
KR102440603B1 (ko) * 2017-10-24 2022-09-05 현대자동차 주식회사 이지알 쿨러를 구비한 엔진 냉각시스템
KR102398887B1 (ko) * 2017-10-25 2022-05-18 현대자동차주식회사 차량용 냉각시스템의 제어방법
KR102452470B1 (ko) * 2018-05-15 2022-10-11 현대자동차주식회사 차량용 냉각수온센서 고장 진단방법
CN108915840B (zh) * 2018-07-10 2020-07-07 中车大连机车车辆有限公司 冷却水的温度控制方法、装置及系统
CN109386374B (zh) * 2018-12-18 2020-06-23 安徽江淮汽车集团股份有限公司 一种发动机水温传感器诊断方法及模块
CN111237045A (zh) * 2020-01-10 2020-06-05 一汽解放汽车有限公司 一种故障诊断方法、装置、车辆及存储介质

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9188051B1 (en) 2014-06-24 2015-11-17 GM Global Technology Operations LLC System and method of thermal management for an engine

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