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KR102075137B1 - 차량용 냉각시스템 제어방법 - Google Patents

차량용 냉각시스템 제어방법 Download PDF

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KR102075137B1
KR102075137B1 KR1020180104641A KR20180104641A KR102075137B1 KR 102075137 B1 KR102075137 B1 KR 102075137B1 KR 1020180104641 A KR1020180104641 A KR 1020180104641A KR 20180104641 A KR20180104641 A KR 20180104641A KR 102075137 B1 KR102075137 B1 KR 102075137B1
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South Korea
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temperature sensor
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flow control
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이수호
최의철
박준식
김용훈
권민영
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현대자동차(주)
기아자동차(주)
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Abstract

본 발명은 수온센서의 고장이 발생하더라도 냉각수온의 제어가 가능하도록 한 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 엔진입구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하; 수온센서들의 고장 여부를 진단하며; 상기 엔진입구수온센서의 고장 진단시, 헤드출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법이 소개된다.

Description

차량용 냉각시스템 제어방법{METHOD FOR CONTROLLED COOLING SYSTEM OF VEHICLES}
본 발명은 수온센서의 고장이 발생하더라도 냉각수온의 제어가 가능하도록 한 차량용 냉각시스템 제어방법에 관한 것이다.
차량의 시동 초기 냉간 조건에서 엔진은 충분히 웜업된 조건 대비 연비가 좋지 않다. 그 이유는, 냉간시 오일 온도가 낮은 상태에서 오일의 높은 점도로 인해 엔진의 마찰이 크고, 또한 실린더 벽면의 온도가 낮아 벽면으로의 열손실이 크며, 연소 안정성이 떨어지기 때문이다.
따라서, 차량의 연비 향상 및 엔진 내구성 향상을 위해서는 시동 초기에 엔진의 온도를 정상 온도로 빠르게 승온시켜주는 것이 필요하다.
이를 위해, 차량의 냉간 시동시, 엔진에서 발생하는 열을 최대한 엔진을 웜업하는데 이용함으로써, 연비와 출력을 향상하면서, 배출가스 저감 효과를 얻도록 하는 기술이 다양하게 제안되고 있으며, 대표적으로 유동정지밸브, 클러치 타입 워터펌프, 전동식 워터펌프, 통합유량제어밸브 등을 들 수 있다.
이 중, 통합유량제어밸브는 엔진 내에 냉각수를 단순 정지하는 제어 뿐만 아니라 냉각수의 유량을 미소하게 가변하여 제어함으로써, 오일 워머 혹은 ATF 워머 등에 승온된 냉각수를 우선 공급하게 되고, 이에 엔진 오일과 변속기 오일, 그리고 엔진 전체의 온도를 동시에 빠르게 승온할 수 있어 최적의 신속한 엔진 웜업을 구사할 수가 있다.
한편, 기존의 통합유량제어밸브가 구비된 냉각시스템에는 엔진입구측에 수온센서가 배치되고, 상기 수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 통합유량제어밸브의 작동을 제어하고, 이에 냉각수온을 조절한다.
그런데, 기존 냉각시스템의 경우 상기 수온센서의 고장이 발생하는 경우, 냉각수온을 측정할 수 없어 통합유량제어밸브의 제어가 불가능하게 되고, 이에 엔진이 과열되거나 페일이 발생하는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2004-137981 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 수온센서의 고장이 발생하더라도 냉각수온의 제어가 가능하도록 한 차량용 냉각시스템 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진의 입구측에 엔진입구수온센서가 설치되고, 실린더헤드 출구측에 헤드출구수온센서가 설치되며, 실린더블록 출구측에 블록출구수온센서가 설치되고, 엔진 후단에 유량제어밸브가 설치되며, 상기 유량제어밸브와 실린더헤드의 냉각수출구가 상시 개방 상태로 연결되며, 상기 유량제어밸브와 실린더블록의 냉각수출구 사이에 유량제어밸브의 작동에 의해 개도량 조절이 가능한 블록포트가 마련되는 냉각시스템으로서, 컨트롤러가 엔진입구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계; 컨트롤러가 수온센서들의 고장 여부를 진단하는 단계; 및 컨트롤러가 상기 엔진입구수온센서의 고장 진단시, 헤드출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 엔진입구수온센서와 헤드출구수온센서의 고장 진단시, 블록포트를 개방하는 단계; 상기 블록출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 모든 수온센서의 고장 진단시, 유량제어밸브에 연결된 모든 포트를 개방하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 구성은, 엔진의 전단에 엔진입구수온센서가 설치되고, 엔진 후단에 유량제어밸브가 설치되고, 엔진과 유량제어밸브 사이에 엔진출구수온센서가 설치되는 냉각시스템으로서, 컨트롤러가 엔진입구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계; 컨트롤러가 수온센서들의 고장 여부를 진단하는 단계; 및 컨트롤러가 상기 엔진입구수온센서의 고장 진단시, 엔진출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 일부 수온센서의 페일이 발생한 경우, 정상 수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하고, 모든 수온센서의 페일이 발생한 경우에는 모든 포트를 개방하여 냉각수를 유동하도록 제어함으로써, 수온센서 고장시에 발생할 수 있는 엔진 과열 및 페일 현상을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 적용 가능한 냉각시스템 구성의 실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 냉각시스템 제어방법을 나타낸 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 유량제어밸브의 회전각도에 대한 각 포트의 개도선도.
도 4는 및 도 5는 본 발명에 적용 가능한 냉각시스템 구성의 다른 실시예를 도시한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 적용 가능한 차량용 냉각시스템의 구성을 간략하게 예시한 도면으로, 엔진(20)의 입구측 유로 상에 엔진입구수온센서(WTS2)가 설치되고, 엔진(20) 실린더헤드의 출구측 유로 상에 헤드출구수온센서(WTS1)가 설치되며, 엔진(20) 실린더블록의 출구측 유로 상에 블록출구수온센서(WTS3)가 설치된다.
그리고, 상기 헤드출구수온센서(WTS1)의 후단에 통합유량제어밸브(이하, '유량제어밸브'로 칭함)(10)가 설치된다. 이러한, 유량제어밸브(10)에는 다수의 포트가 마련되는데, 상기 유량제어밸브(10) 내부에 구비된 밸브바디의 회전 작동을 통해 각 포트의 개도량을 한 번에 가변 제어하게 되고, 이에 각 포트를 통해 유동되는 냉각수 유동량을 조절할 수 있게 된다.
예컨대, 상기 유량제어밸브(10)에는 적어도 3개 이상의 토출포트가 각각 마련될 수 있고, 상기 각 토출포트는 라디에이터(30)와, 오일쿨러(40) 등의 오일열교환기와, 히터코어(50)가 배치된 유로에 각각 연결이 된다.
특히, 라디에이터(30)가 배치된 유로에 연결된 라디에이터포트(11)와, 히터코어(50)가 배치된 유로에 연결되는 히터코어포트(12)는, 상기 유량제어밸브(10)의 작동에 의해 그 개도량이 조절되어 상기 유로들에 공급되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있다.
아울러, 상기 엔진(20) 실린더블록의 냉각수출구와, 실린더헤드의 냉각수출구가 상기 유량제어밸브(10)에 각각 독립적으로 연결이 되고, 이때에 상기 유량제어밸브(10)와 실린더헤드의 냉각수출구는 상시 개방된 상태로 연결이 된다.
다만, 상기 실린더블록의 냉각수출구와 연결되는 유량제어밸브(10)에는 블록포트(13)가 마련되고, 상기 블록포트(13)는 상기 유량제어밸브(10)의 작동에 의해 그 개도량이 조절되어, 실린더블록에서 유량제어밸브(10)에 토출되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있게 구성이 된다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 냉각시스템을 제어하는 방법으로, 정상운전조건에서 유량제어밸브(10)에 활용되는 수온센서의 고장시에도 냉각수온을 측정하여 유량제어밸브(10)를 안정적으로 제어할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명은 컨트롤러(C)가 엔진입구수온센서(WTS2)에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하는 단계와, 컨트롤러(C)가 수온센서들의 고장 여부를 진단하는 단계 및, 컨트롤러(C)가 상기 엔진입구수온센서(WTS2)의 고장 진단시, 헤드출구수온센서(WTS1)에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하는 단계를 포함하여 구성이 된다.
여기서, 상기 수온센서의 고장 진단은 EMS(엔진 메니지먼트 시스템)에서 단선/단락코드를 인식하는 경우일 수 있고, 냉각수온 신호가 들어오기는 하나 그 신호값의 오차가 큰 경우에 고장으로 진단할 수 있다.
즉, 모든 수온센서가 정상인 일반적인 주행상황에서는 엔진입구수온센서(WTS2)에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)를 제어함으로써, 냉각수온을 조절하게 된다.
하지만, 상기 엔진입구수온센서(WTS2)의 페일이 발생하는 경우에는, 엔진입구수온센서(WTS2)에서 측정되는 냉각수온 신호가 들어오지 않거나 부정확하므로, 헤드출구수온센서(WTS1)에서 측정되는 냉각수온으로 대체하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하게 되고, 이에 엔진(20)이 과열되거나 페일이 발생하는 것을 방지하게 된다.
한편, 본 발명에서는 상기 엔진입구수온센서(WTS2)와 헤드출구수온센서(WTS1)의 고장 진단시, 블록포트를 개방하는 단계와, 상기 블록출구수온센서(WTS3)에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하는 단계를 더 포함하여 구성이 된다.
즉, 블록포트를 개방하여 이른바 가변 분리냉각을 해제하면, 엔진(20)으로 유입되는 냉각수가 실린더헤드 뿐만 아니라 실린더블록으로도 통과하기 때문에 실린더블록 출구에서 측정되는 냉각수온과 실린더헤드 출구에서 측정되는 냉각수온이 서로 비슷해지게 된다.
따라서, 엔진입구수온센서(WTS2) 뿐만 아니라 헤드출구수온센서(WTS1)도 페일이 발생한 경우에는, 블록출구수온센서(WTS3)에서 측정된 냉각수온을 활용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하게 된다.
앞서 기재된 가변 분리냉각(Split Cooling) 기술에 대해 간단하게 설명하면, 실린더헤드 대비하여 실린더블록의 냉각수 유량을 감소시키면, 실린더블록의 온도가 실린더헤드의 온도에 비해 낮게 제어가 된다.
이처럼 제어하면, 연소실 헤드부는 낮은 온도로 제어가 되어 연소안정성을 유지하게 되고, 실린더블록은 냉각수 온도가 높게 제어되어 피스톤과 실린더 라이너의 마찰이 감소되면서 연비를 저감하게 되는데, 이를 가변 분리냉각기술이라 일컫는다.
이와 같은 가변 분리냉각 기술은 유량제어밸브(10)의 작동을 통해 블록포트의 개도량을 제어하여 구현이 되는 것으로, 예컨대 상기 유량제어밸브(10)의 내부에 밸브바디가 설치되고, 상기 밸브바디에 모터의 구동력이 제공되어 유량제어밸브(10)의 내부에서 소정각도 범위 내에서 회전 작동된다.
그리고, 상기 밸브바디의 회전각도가 변화함에 따라 유량제어밸브(10)에 마련된 라디에이터포트(11)와, 히터코어포트(12) 및 블록포트(13)의 개방량이 조절되도록 밸브바디의 측면에 유량조절홀이 형성될 수 있다.
즉, 상기 밸브바디가 회전됨에 따라 각 유량조절홀이 그와 대향된 위치에 배치된 각 포트와 중첩되면 해당 포트가 개방되면서 냉각수의 유동이 이루어지고, 반대로 각 유량조절홀이 그와 대향된 위치에 배치된 각 포트와 겹쳐지지 않으면 해당 포트가 폐쇄되면서 상기 포트를 통해서는 냉각수의 유동이 이루어지지 않게 된다.
첨부 도면 도 3은 본 발명에 따른 유량제어밸브(10)의 회전각도에 대한 각 포트의 개도선도를 도시한 것으로서, 상기 개도선도의 X축은 밸브의 전체 회전각도(좌측 끝부분과 우측 끝부분 사이의 구간)이고, Y축은 각 포트의 개도율을 나타낸다.
즉, 유량제어밸브(10)의 작동에 의해 회전각도가 변화함에 따라 유량제어밸브(10)가 State2 내지 State8 구간 중 어느 한 구간에 위치할 수 있고, 각 구간에서 라디에이터포트(11)와 히터코어포트(12) 및 블록포트(13)의 개도량을 조절하여 냉각수의 유량을 조절할 수 있게 된다.
이에, 도시된 도면을 참조하면, 유량제어밸브(10)의 각도가 70°~ 100°구간에서 가변 분리냉각기술이 구현이 되고, 가변 분리냉각 기술의 해제가 요구되는 경우에는 모터의 PI제어를 통해 유량제어밸브(10)의 각도를 100°~ 160°구간에 위치함으로써, 블록포트가 개방되면서 가변 분리냉각을 해제하게 된다.
더불어, 본 발명은 상기 모든 수온센서의 고장 진단시, 유량제어밸브(10)에 연결된 모든 포트를 개방하는 단계를 더 포함하여 구성이 된다.
즉, 엔진입구수온센서(WTS2)와 헤드출구수온센서(WTS1) 뿐만 아니라, 블록출구수온센서(WTS3)도 페일이 발생한 경우에는, 냉각수온을 기반으로 유량제어밸브(10)의 제어가 이루어질 수 없으므로, 모든 포트가 개방된 위치(ex : 165°)로 유량제어밸브(10)를 이동하여 엔진(20)을 보호하게 된다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명에 적용 가능한 냉각시스템의 다른 실시예들을 도시한 것으로, 엔진(20)의 전단에 엔진입구수온센서(WTS2)가 설치되고, 엔진(20) 후단에 유량제어밸브(10)가 설치되며, 엔진(20)과 유량제어밸브(10) 사이에 엔진출구수온센서가 설치된다.
이 같은 구성의 냉각시스템을 제어하는 방법으로, 컨트롤러(C)가 엔진입구수온센서(WTS2)에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하는 단계와, 컨트롤러(C)가 수온센서들의 고장 여부를 진단하는 단계 및, 컨트롤러(C)가 상기 엔진입구수온센서(WTS2)의 고장 진단시, 엔진출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하는 단계를 포함하여 구성이 된다.
즉, 도 4의 경우, 모든 수온센서가 정상인 일반적인 주행상황에서는 엔진입구수온센서(WTS2)에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하고, 엔진입구수온센서(WTS2)의 페일시, 엔진출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어한다.
그리고, 도 5의 경우, 모든 수온센서가 정상인 일반적인 주행상황에서는 엔진(20) 전단에서 측정된 냉각수온을 기반으로 엔진입구 냉각수온을 모델링하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하고, 엔진입구수온센서(WTS2)의 페일시, 엔진출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어한다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 냉각시스템의 제어과정을 설명하면, 냉각회로 내에 구비된 수온센서들의 페일이 발생하는지 진단한다.
진단 결과, 엔진입구수온센서(WTS2)의 고장 진단시(S10), 헤드출구수온센서(WTS1)에서 측정되는 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하고(S20), 이에 냉각수온을 조절한다.
이 후, 엔진입구수온센서(WTS2)와 함께 헤드출구수온센서(WTS1)도 고장이 발생하는 경우(S30), 유량제어밸브(10)의 작동을 통해 블록포트를 개방하여 가변 분리냉각을 해제하고, 블록출구수온센서(WTS3)에서 측정되는 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하며(S40), 이에 냉각수온을 조절하게 된다.
이 후, 엔진입구수온센서(WTS2)와, 헤드출구수온센서(WTS1)은 물론 블록출구수온센서(WTS3)마저도 고장이 발생하는 경우(S50), 유량제어밸브(10)를 작동하여 모든 포트가 개방되는 위치로 이동하도록 제어하게 된다(S60).
따라서, 본 발명은 일부 수온센서의 페일이 발생한 경우, 정상 수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브(10)의 작동을 제어하고, 모든 수온센서의 페일이 발생한 경우에는 모든 포트를 개방하여 냉각수를 유동하도록 제어함으로써, 수온센서 고장시에 발생할 수 있는 엔진(20) 과열 및 페일 현상을 방지하게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 유량제어밸브
20 : 엔진
30 : 라디에이터
C : 컨트롤러
WTS1 : 헤드출구수온센서
WTS2 : 엔진입구수온센서
WTS3 : 블록출구수온센서

Claims (4)

  1. 엔진의 입구측에 엔진입구수온센서가 설치되고, 실린더헤드 출구측에 헤드출구수온센서가 설치되며, 실린더블록 출구측에 블록출구수온센서가 설치되고, 엔진 후단에 유량제어밸브가 설치되며, 상기 유량제어밸브와 실린더헤드의 냉각수출구가 상시 개방 상태로 연결되며, 상기 유량제어밸브와 실린더블록의 냉각수출구 사이에 유량제어밸브의 작동에 의해 개도량 조절이 가능한 블록포트가 마련되는 냉각시스템으로서,
    컨트롤러가 엔진입구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계;
    컨트롤러가 수온센서들의 고장 여부를 진단하는 단계; 및
    컨트롤러가 상기 엔진입구수온센서의 고장 진단시, 헤드출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계;를 포함하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진입구수온센서와 헤드출구수온센서의 고장 진단시, 블록포트를 개방하는 단계;
    상기 블록출구수온센서에서 측정된 냉각수온을 이용하여 유량제어밸브의 작동을 제어하는 단계;를 포함하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모든 수온센서의 고장 진단시, 유량제어밸브에 연결된 모든 포트를 개방하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
  4. 삭제
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