KR102132030B1 - 차량용 냉각시스템 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 정차 상태에서 목표 냉각수온을 미리 낮추도록 제어하여 동력성능을 확보하도록 한 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 차속 및 엔진회전수를 기반으로 엔진운전조건을 판단하고; ISG기능이 작동하는지 판단하며; 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건이고, 상기 ISG기능이 작동하지 않는 상태로 판단되면, 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온보다 하강하여 설정하고; 상기 하강 설정된 목표 냉각수온을 추종하도록 냉각수온을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법이 소개된다.

Description

차량용 냉각시스템 제어방법{METHOD FOR CONTROLLED COOLING SYSTEM OF VEHICLES}

본 발명은 차량의 정차 상태에서 목표 냉각수온을 미리 낮추도록 제어하여 동력성능을 확보하도록 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, 차량의 냉각수 온도가 목표 냉각수온을 추종하도록 제어하게 되고, 상기 목표 냉각수온은 엔진회전수와 엔진부하 테이블에 의해 조절이 가능할 수 있다.

예컨대, 엔진회전수가 낮은 저RPM 운전영역보다 상대적으로 높은 고RPM 운전영역에서 목표 냉각수온이 낮아지도록 조절이 되고, 이를 통해 연료소모량을 줄이게 되어 연비향상에 기여하게 된다.

그런데, 차량이 정차되어 있는 상태에서 출발하는 경우, 엔진회전수가 급격하게 상승하여 고RPM 운전영역으로 진입하게 되면 목표 냉각수온이 낮아지게 되는데, 냉각수온센서에서 측정되는 냉각수온이 목표 냉각수온에 도달하기까지는 수 초 이상의 시간이 소요된다.

즉, 차량이 출발하여 고RPM운전영역에서 진입하게 되더라도, 냉각수온은 여전히 목표 냉각수온에 도달하지 못하고 상대적으로 높은 냉각수온에서 운전이 되는바, 냉각수온이 목표 냉각수온에 도달하기까지의 시간만큼 연료소모량이 더 증가하게 되고, 이는 출력 손실로 이어져 차량의 동력성능평가시, 동력성능이 떨어지는 결과를 초래하는 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, 차량의 정차 상태에서 목표 냉각수온을 미리 낮추도록 제어하여 동력성능을 확보하도록 한 차량용 냉각시스템 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 컨트롤러가 차속 및 엔진회전수를 기반으로 엔진운전조건을 판단하는 단계; 컨트롤러가 ISG(Idle Stop & Go)기능이 작동하는지 판단하는 단계; 컨트롤러가 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건이고, 상기 ISG기능이 작동하지 않는 상태로 판단되면, 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온보다 하강하여 설정하는 단계; 및 컨트롤러가 상기 하강 설정된 목표 냉각수온을 추종하도록 냉각수온을 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 저부하운전조건은 상기 차속이 O이고, 엔진회전수가 특정회전수 이하일 수 있다.

상기 특정회전수는 아이들회전수일 수 있다.

상기 하강 설정된 목표 냉각수온은 흡기온도와 외기온도의 관계로 결정될 수 있다.

상기 목표 냉각수온의 하강변화량은 흡기온도와 외기온도에 비례할 수 있다.

상기 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온보다 낮게 설정한 후에, 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건을 벗어나는지 판단하는 단계; 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건을 벗어나는 경우, 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온으로 복원하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, ISG기능이 오프되고, 차량이 정차한 경우에, 목표 냉각수온을 낮추도록 제어함으로써, 차량 발진에 따른 고부하운전조건에서 차량의 냉각수온을 낮추게 되는바, 연료소모량을 줄여 차량의 동력성능을 확보하는 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 발명에서 목표 냉각수온을 결정하는 흡기온도와 외기온도 테이블을 예시한 도면.
도 4는 저부하운전조건 및 고부하운전조건에서 냉각수온에 따른 연료소모율을 비교하여 나타낸 도면.
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 실린더헤드의 출구측 유로 상에 헤드출구수온센서(WTS1)가 설치되며, 엔진 블록의 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 토출포트(11)와, 히터코어(50)가 배치된 유로에 연결되는 토출포트(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, 특정 운전조건에서 목표 냉각수온을 미리 낮추도록 제어할 수 있다.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명은 컨트롤러(C)가 차속 및 엔진회전수를 기반으로 엔진운전조건을 판단하는 단계와, 컨트롤러(C)가 ISG(Idle Stop & Go)기능이 작동하는지 판단하는 단계와, 컨트롤러(C)가 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건이고, 상기 ISG기능이 작동하지 않는 상태로 판단되면, 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온보다 하강하여 설정하는 단계 및, 컨트롤러(C)가 상기 하강 설정된 목표 냉각수온을 추종하도록 제어하는 단계를 포함하여 구성이 된다.

여기서, ISG기능이 작동하지 않는 상태로는, 바람직하게는 차량에 ISG기능이 탑재되어 있으나 사용자에 의해 ISG기능이 오프된 상태일 수 있고, 또는 차량에 ISG기능이 탑재되어 있지 않아 ISG기능을 작동할 수 없는 상태일 수도 있을 것이다.

그리고, 상기 차속이 0이고, 엔진회전수가 특정회전수 이하인 경우 저부하운전조건을 만족하는 것으로 판단할 수 있다. 이때에, 상기 특정회전수는 아이들회전수일 수 있다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 엔진회전수가 상대적으로 낮거나 저속으로 주행하는 경우에는 냉각수온이 높을수록 연료소모량이 적으나, 반대로 엔진회전수가 상대적으로 높거나 고속으로 주행하는 경우, 또는 급가속시에는 냉각수온이 낮을수록 연료소모량이 적다.

이에, 차량의 발진시에는 순간적으로 엔진회전수가 상승하는 고부하 운전조건에 진입하기 때문에 냉각수온이 낮을수록 연비가 좋고, 노킹 발생을 억제하게 된다.

이 같은 원리에 의해, 본 발명에서는 ISG기능이 오프되고, 차량이 정차되어 엔진아이들 상태로 운전이 되는 경우에, 목표 냉각수온을 낮추도록 제어함으로써, 차량의 출발시점에서 냉각수온(3개의 수온센서 중 하나(ex : WTS2)에서 측정된 냉각수온)이 이미 목표 냉각수온에 상당히 수렴하고 있는 상태가 된다.

따라서, 차량 발진과 함께 고부하운전조건에 진입한 시점에 차량의 냉각수온이 낮은 상태에 있으므로, 연료소모량을 줄이게 되어 차량의 동력성능을 확보할 수 있게 된다.

한편, 도 3과 같이 본 발명에서는 상기 하강 설정된 목표 냉각수온이 흡기온도와 외기온도의 관계로 결정될 수 있다.

그리고, 상기 목표 냉각수온의 하강변화량은 특정 온도범위 내에서 흡기온도와 외기온도에 비례하여 결정될 수 있다.

예컨대, 외기온이 34℃, 흡기온도가 50℃인 경우 목표 냉각수온을 5℃ 낮추어 설정하고, 외기온이 35℃, 흡기온도가 60℃인 경우 목표 냉각수온을 10℃ 낮추어 설정할 수 있다.

아울러, 도 2와 같이 본 발명에서는, 상기 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온보다 낮게 설정한 후에, 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건을 벗어나는지 판단하는 단계와, 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건을 벗어나는 경우, 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온으로 복원하는 단계를 포함하여 구성이 된다.

예컨대, 상기 차속이 0 초과이고, 엔진회전수가 아이들회전수 초과인 경우 저부하운전조건을 벗어난 것으로 판단할 수 있다.

즉, 엔진회전수가 상승하여 차속이 0을 초과하게 되면, 하강 설정된 목표 냉각수온의 설정이 해제되고, 기존에 설정된 목표 냉각수온으로 설정이 복귀된다. 이때에, 기존의 목표 냉각수온은 엔진회전수와 엔진부하의 관계로 설정이 될 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 냉각시스템의 제어과정을 설명하면, 먼저 차속이 0인지 판단하여 차량의 정차상태를 판단하고(S10), 차속이 0인 경우 엔진회전수가 아이들회전수인지 판단한다(S20).

S20단계의 판단 결과, 엔진회전수가 아이들회전수인 경우, ISG기능이 오프되는지 판단하고(S30), ISG기능 오프시, 흡기온도와 외기온도의 테이블을 이용하여 목표 냉각수온을 하강 설정하여, 동력성능확보모드에 진입한다(S40).

이때에, 냉각수온이 목표 냉각수온보다 낮은 특정온도(75℃)를 초과하는지 판단하게 되고(S50), 판단 결과 냉각수온이 상기 특정온도를 초과하는 경우에 동력성능확보모드에 진입하도록 제어할 수 있다.

이에, 동력성능확보모드에 진입하면, 냉각수온을 목표 냉각수온까지 낮추기 위해 전동식 워터펌프를 작동하고, 유량제어밸브를 작동하여 라디에이터(30)가 연결된 유로의 포트를 개방하며, 냉각팬을 작동하도록 제어할 수 있다.

이 후, 차량이 발진하여, 차속이 0을 초과하면(S60), 하강 설정된 목표 냉각수온을 다시 기존에 설정된 목표 냉각수온으로 상승 설정하여, 동력성능확보모드를 해제하게 된다(S70).

아울러, 도 5에 도시된 냉각시스템은 유량제어밸브가 없이, 전기식 써모스탯과, 블록 기계식 서모스탯 및 단유로 히터밸브가 조합된 구성으로, 이 같은 냉각시스템의 경우 동력성능확보모드에 진입하면, 냉각수온을 목표 냉각수온까지 낮추기 위해 전동식 워터펌프를 작동하고, 전기식 써모스탯을 개방하여 라디에이터(30) 측의 냉각수 유량을 증대시키며, 냉각팬을 작동하도록 제어할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 ISG기능이 오프되고, 차량이 정차한 경우에, 목표 냉각수온을 낮추도록 제어함으로써, 차량 발진에 따른 운전조건에서 차량의 냉각수온을 낮추게 되는바, 연료소모량을 줄여 차량의 동력성능을 확보할 수 있게 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 : 입구수온센서
WTS3 : 블록출구수온센서

Claims (6)

1. ISG기능이 탑재된 차량용 냉각시스템 제어방법으로서,
   컨트롤러가 차속 및 엔진회전수를 기반으로 엔진운전조건을 판단하는 단계;
   컨트롤러가 ISG(Idle Stop & Go)기능이 작동하는지 판단하는 단계;
   컨트롤러가 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건이고, 상기 ISG기능이 오프되어 작동하지 않는 상태로 판단되면, 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온보다 하강하여 설정하는 단계; 및
   컨트롤러가 상기 하강 설정된 목표 냉각수온을 추종하도록 냉각수온을 제어하는 단계;를 포함하고,
   상기 하강 설정된 목표 냉각수온은 흡기온도와 외기온도의 관계로 결정되며,
   상기 목표 냉각수온의 하강변화량은 흡기온도와 외기온도에 비례하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 저부하운전조건은 상기 차속이 O이고, 엔진회전수가 특정회전수 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 특정회전수는 아이들회전수인 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온보다 낮게 설정한 후에, 상기 엔진운전조건이 저부하운전조건을 벗어나는지 판단하는 단계;
   상기 엔진운전조건이 저부하운전조건을 벗어나는 경우, 목표 냉각수온을 기설정된 목표 냉각수온으로 복원하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉각시스템 제어방법.

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