KR20000022357A - 내연 기관의 냉각 제어 장치 및 냉각 제어 방법 - Google Patents

Abstract

엔진 제어0 유닛(24)에는 냉각팬(12a)의 동작 또는 비동작 상태를 나타내는 정보, 엔진(1)으로부터 토출되는 냉각수의 온도를 나타내는 정보, 그 이외의 엔진의 운전 상태를 나타내는 파라미터가 공급된다.

엔진 제어 유닛(24)에 있어서는 특히, 냉각팬의 동작 상황을 나타내는 정보에 기초하여 라디에이터(2)에 의해 이루어지는 냉각수의 온도 강하량을 테이블 형식의 맵으로부터 판독하도록 프로그램되어 있고, 냉각 수온의 변화를 예측하여 온도 관리를 이룰 수 있다.

따라서 엔진이 과열되지 않을 정도로의 고온 상태로 운전될 수 있으며, 연료 소비의 향상을 도모할 수 있는 동시에, 유해한 배기 가스의 발생도 극력 억제할 수 있게 된다.

Description

내연 기관의 냉각 제어 장치 및 냉각 제어 방법

자동차 등에 사용되는 내연 기관(이하, 엔진이라 약칭)에 있어서는 이것을 냉각하기 위해서 일반적으로 라디에이터를 이용하는 수냉식 냉각 장치가 사용되고 있다.

이러한 종류의 냉각 장치에 있어서는 엔진에 도입하는 냉각수의 온도를 제어하기 위해서 라디에이터측에서 순환되는 냉각수의 양을 조절하는 열팽창체를 이용한 서모스탯(Thermostat), 혹은 전기 제어에 의한 밸브 유닛이 사용되고 있다.

도 13은 전기 제어에 의한 밸브 유닛을 이용한 자동차용 엔진의 냉각 장치의 일례를 도시한 것이다.

도면 부호(1)는 실린더 블록(1a) 및 실린더 헤드(1b)로 구성된 엔진이고, 이 엔진(1)의 실린더 블록(1a) 및 실린더 헤드(1b) 내에는 화살표(c)로 나타낸 유체 통로가 형성되어 있다.

또한 도면 부호(2)는 열교환기 즉, 라디에이터를 나타내고, 이 라디에이터(2)에는 주지하는 바와 같이 유체 통로(2c)가 형성되어 있고, 라디에이터(2)의 냉각수 입구부(2a) 및 냉각수 출구부(2b)는 상기 엔진(1) 사이에서 냉각수를 순환시키는 냉각수 통로(3)에 접속되어 있다.

냉각수 통로(3)는 엔진(1)의 상부에 설치된 냉각수 유출부(1d)로부터 라디에이터(2)의 상부에 설치된 냉각수 유입부(2a)까지 연통하는 유출측 냉각수 통로(3a)와, 라디에이터(2)의 하부에 설치된 냉각수 유출부(2b)로부터 엔진(1)의 하부에 설치된 냉각수 유입부(1e)까지 연통하는 유입측 냉각수 통로(3b)와, 양 냉각수 통로(3a, 3b)의 도중 부위를 접속하는 바이패스 통로(3c)로 구성되어 있다.

이들 엔진(1), 라디에이터(2), 냉각수 통로(3)에 의해 냉각 매체의 순환로(4)가 형성되어 있다. 그리고, 바이패스 통로(3c)의 분기부와 라디에이터(2)의 냉각수 유입부(2a)와의 사이의 유출측 냉각수 통로(3a)에는 전기 제어에 의한 밸브 유닛(5)이 접속되어 있다.

이 밸브 유닛(5)에는 예컨대, 버터플라이 밸브가 사용되고 있고, 밸브 유닛(5)내에 배치된 예컨대, 전기 모터(도시하지 않음)의 정역전(正逆轉) 작용에 의해 개폐 동작되고, 라디에이터(2)측으로 송출되는 냉각수의 유량을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 상기 유입측 냉각수 통로(3b)와 바이패스 통로(3c)의 접속부에는 예컨대, 서미스터 등의 온도 검출 소자(6)가 배치되어 있다. 이 온도 검출 소자(6)에 의한 검출치는 변환기(7)에 의해 엔진 제어 유닛(이하 ECU라 약칭)(8)이 인식 가능한 데이터로 변환되어 엔진 전체의 운전 상태를 제어하는 상기 ECU(8)에 공급되도록 구성되어 있다.

ECU(8)로부터는 상기 온도 검출 소자(6)에 의한 냉각수의 온도 검출치에 기초하여 모터 제어 회로(9)에 대하여 제어 신호가 공급되도록 이루어지고, 모터 제어 회로(9)는 ECU(8)로부터의 제어 신호에 의해 배터리(10)로부터, 밸브 유닛(5)에 배치된 상기 모터에 대하여 구동 전류가 공급되도록 구성되어 있다.

또, 도 13에 있어서 도면 부호(11)는 엔진(1)의 유입부(1e) 부분에 배치된 워터 펌프(water pump)이고, 엔진(1)의 도시하지 않은 크랭크축의 회전에 의해 회전축이 회전되어 냉각수를 강제적으로 순환시키는 것이다. 또한, 도면 부호(12)는 라디에이터(2)에 강제적으로 냉각풍을 주입하기 위한 팬 유닛이고, 냉각팬(12a)과 이것을 회전 구동시키는 전동 모터(12b)로 구성되어 있다.

이상의 구성에 있어서, 엔진(1)의 기동과 함께, 상기 워터 펌프(11)가 회전하여 냉각수를 강제로 순환시킨다. 이 경우, 엔진 기동 직후에는 온도 검출 소자(6)에 의해 검출되는 냉각수의 온도가 낮기 때문에, ECU(8)로부터 밸브 유닛(5)을 폐쇄 밸브 상태로 하는 신호가 출력되고, 버터플라이 밸브의 개방도를 제어하는 도시하지 않은 모터의 구동에 의해 밸브가 폐쇄된 상태로 제어된다.

이 때문에, 엔진(1)으로부터 토출되는 냉각수의 대부분은 바이패스 통로(3c)를 통해서 순환하도록 이루어지고, 라디에이터(2)에 의한 냉각수의 방열 작용은 적다.

그리고 엔진(1)이 가열되어 냉각수의 수온이 상승하면, 온도 검출 소자(6)에 의해 검출되는 냉각수의 온도에 따라 ECU(8)로부터는 밸브 유닛(5)을 개방시키는 신호가 공급되고, 버터플라이 밸브는 개방된다.

따라서 냉각수는 밸브의 개방도에 따라 라디에이터(2)측으로 순환하고, 팬 유닛(12)에 의해 강제로 냉각된다. 이 라디에이터(2)를 순환한 냉각수는 바이패스 통로(3c)를 순환한 냉각수와 혼합되어 엔진(1)의 통로(c)를 흘러 엔진(1)을 냉각한다.

전술한 냉각 장치에 있어서는, 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수와 바이패스 통로를 순환한 냉각수가 혼합되어 엔진을 냉각하도록 이루어지고, 밸브 유닛은 라디에이터측과 바이패스 통로측 냉각수의 혼합 부분에 배치된 서미스터 등의 온도 검출 소자에 의한 온도 정보에 의해 개폐된다.

그리고, 강제 냉각 수단으로서의 상기 팬 유닛(12)에 있어서의 팬 모터(12b)도 예컨대, 냉각 수온이나 그 이외의 엔진 운전 상태의 파라미터를 이용하여 간헐적으로 온(On) 또는 오프(Off) 제어가 이루어지고, 종합적으로 엔진을 일정 온도의 범위로 유지시키도록 작용시킨다.

그런데, 전술한 냉각 제어는 라디에이터측과 바이패스 통로측 냉각수의 혼합 수온(이하 Tmix라 약칭)이 변화한 것을 온도 검출 소자가 감지한 후, ECU에 의해서 밸브의 개방도를 제어하는 것이며, 또한 이것에 상기 팬 유닛(12)에 의한 강제 냉각 작용이 간헐적으로 가해진다.

따라서, 특히 차의 정차중의 아이들링(idling) 상태에 있어서, 상기 팬 유닛(12)이 동작 또는 정지한 경우에는 그 방열 효과의 변화가 급격하고, 냉각수의 온도 관리가 매우 곤란해진다.

도 14는 이 상태의 일례를 도시한 것이며, 상기 팬 유닛(12)의 동작 또는 정지(도 14에 있어서는 ON. OFF로 표시)에 따라, 상기 혼합 수온(Tmix)을 극단적으로 상하하여, 그 폭 ±α는 상당히 커진다.

일반적으로 엔진은 과열에 이르지 않을 정도의 고온도 상태에 있어서 운전하므로써, 연료 소비가 향상되고, 또한 유해 가스의 발생을 어느 정도까지 억제할 수 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 대폭적인 헌팅(Hunting)이 발생하는 경우에 있어서는, 엔진이 과열 상태에 이르는 최악인 상태를 피하기 위해서, 상기 혼합 수온(Tmix)을 상당히 낮게 설정하지 않을 수 없고, 이 때문에 연료 소비 등을 희생해야만 하는 기술적 과제를 가지고 있었다.

본 발명은 예컨대, 자동차용 엔진 등의 내연 기관과 열교환기 사이에 냉각 매체의 순환로를 형성하고, 내연 기관을 냉각시키기 위한 냉각 제어 장치 및 냉각 제어 방법에 관한 것으로, 특히 내연 기관내에 순환되는 냉각 매체의 온도를 가장 적합한 상태로 제어할 수 있도록 한 냉각 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각 제어 장치를 자동차용 엔진에 적용한 실시 형태를 나타내는 구성도.

도 2는 도 1에 도시한 장치에 이용되는 유량 제어 수단의 일부를 단면 상태로 나타낸 구성도.

도 3은 도 1에 도시한 장치에 이용되는 제어 유닛(ECU)의 구성을 나타낸 블록도.

도 4는 도 1에 도시한 장치의 작용을 설명하기 위한 흐름도.

도 5는 도 4에 도시한 루틴에 대하여 차단 처리 루틴의 제1 실시 형태를 나타낸 흐름도.

도 6은 도 5에 도시한 처리 루틴에 있어서 사용되는 맵의 형태를 나타낸 구성도.

도 7은 도 6에 도시한 맵의 상세한 구성을 나타낸 구성도.

도 8은 도 5에 도시한 처리 루틴에 있어서 사용되는 다른 맵의 형태를 나타낸 구성도.

도 9는 도 4에 도시한 루틴에 대하여 차단 처리 루틴의 제2 실시 형태를 나타낸 흐름도.

도 10은 도 9에 도시한 처리 루틴에 있어서 사용되는 맵의 형태를 나타낸 구성도.

도 11은 도 9에 도시한 처리 루틴에 있어서 사용되는 다른 맵의 형태를 나타낸 구성도.

도 12는 도 11에 도시한 맵의 상세한 구성을 나타낸 구성도.

도 13은 종래의 냉각 제어 장치의 일례를 나타낸 구성도.

도 14는 도 13에 도시한 냉각 제어 장치에 의한 냉각수의 온도 변화 상황을 나타낸 타임차트.

본 발명은 전술한 기술적 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 특히 냉각팬의 동작 정보를 받아들여 냉각수의 온도 추이를 예측하는 방식으로 온도 관리를 이루어 전술한 바와 같은 대폭적인 헌팅이 발생하지 않는 냉각 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

전술한 목적을 해결하기 위해서 이루어진 본 발명에 관한 내연 기관의 냉각 제어 장치는 내연 기관내에 형성된 유체 통로와 열교환기에 형성된 유체 통로 사이에 냉각 매체의 순환로를 형성하고, 상기 순환로에서 냉각 매체를 순환시키므로써 내연 기관에서 발생하는 열을 상기 열교환기에 의해 방열시키도록 구성한 내연 기관의 냉각 제어 장치로서, 상기 내연 기관과 열교환기 사이의 순환로에서의 냉각 매체의 유량을 제어하는 유량 제어 수단과, 상기 열교환기에 배치되어 이 열교환기를 간헐적으로 강제 냉각하는 강제 냉각 수단과, 적어도 상기 강제 냉각 수단의 동작 상태 또는 비동작 상태를 나타내는 제1 정보와, 상기 유량 제어 수단에 의한 냉각 매체의 유량을 나타내는 제2 정보와, 상기 내연 기관으로부터 토출되는 냉각 매체의 온도를 나타내는 제3 정보와, 외부 기온을 나타내는 제4 정보와, 상기 열교환기에 접촉하는 풍량의 정도를 나타내는 제5 정보를 받아 상기 유량 제어 수단에 있어서의 냉각 매체의 유량을 제어하기 위한 지령 신호를 생성하는 제어 유닛으로 구성된다.

이 경우, 상기 제어 유닛에, 추가로 상기 열교환기를 통과하는 냉각 매체의 양을 나타내는 제6 정보가 공급되고, 상기 제1 정보 내지 제5 정보와 함께 상기 유량 제어 수단에 있어서의 냉각 매체의 유량을 제어하기 위한 지령 신호를 생성하도록 구성되는 경우도 있다.

또한 바람직한 실시 형태에 있어서는, 상기 제1 정보로서, 열교환기에 냉각풍을 주입하기 위한 팬을 회전 구동시키는 전동 모터의 구동 또는 정지 상태에 따라 생성되는 정보가 이용되고, 상기 제2 정보로서, 통형의 냉각 매체 통로중에 배치되며, 냉각 매체의 유동량을 변화시킬 수 있는 밸브의 개방도에 따라 생성되는 정보가 이용된다.

또한, 상기 제5 정보로서, 내연 기관을 탑재하는 차량의 속도 정보가 이용되고, 상기 제6 정보로서, 상기 내연 기관의 회전수와 상기 유량 제어 수단인 밸브의 개방도에 따라 생성된 정보가 이용된다.

그리고, 바람직한 실시 형태에 있어서는 상기 제어 유닛에는 상기 제1 정보 내지 제5 정보에 기초하여 상기 열교환기에 의해 강하하는 냉각 매체의 온도 강하 데이터를 구하는 제1 테이블과, 상기 제1 테이블에 의해 구해진 온도 강하 데이터에 기초하여 상기 유량 제어 수단에 의해 제어되는 냉각 매체의 유량 정도를 구하는 제2 테이블이 구비된다.

또, 상기 제1 정보 내지 제5 정보에 상기 제6 정보를 더하여 상기 열교환기에 의해 강하하는 냉각 매체의 온도 강하 데이터를 제1 테이블로부터 구하도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명에 관한 내연 기관의 냉각 제어 방법은 내연 기관내에 형성된 유체 통로와 열교환기에 형성된 유체 통로 사이에서 냉각 매체의 순환로를 형성하고, 상기 순환로중에 냉각 매체를 순환시키므로써 내연 기관에서 발생하는 열을 상기 열교환기에 의해 방열시키도록 구성한 내연 기관의 냉각 제어 방법으로서, 적어도 상기 열교환기를 강제 냉각하는 강제 냉각 수단의 동작 상태 또는 비동작 상태를 나타내는 제1 정보와, 상기 내연 기관과 열교환기 사이의 순환로에서의 냉각 매체의 유량을 제어하는 유량 제어 수단에 의한 냉각 매체의 유량을 나타내는 제2 정보와, 상기 내연 기관으로부터 토출되는 냉각 매체의 온도를 나타내는 제3 정보와, 외부 기온을 나타내는 제4 정보와, 상기 열교환기에 접촉하는 풍량의 정도를 나타내는 제5 정보를 취입하는 단계와, 강제 냉각 수단의 동작 상태에 따라 각각 열교환기에 의해 강하하는 냉각 매체의 온도 강하 데이터를 구하는 단계와, 상기 온도 강하 데이터에 기초하여 상기 유량 제어 수단에 의해 제어되는 냉각 매체의 최적 유량 정도를 구하는 단계와, 상기 냉각 매체의 최적 유량 정도에 기초하여 상기 열교환기로 유입되는 냉각 매체의 유량 제어를 실행하는 단계로 이루어진다.

또한, 상기 제1 정보 내지 제5 정보를 취입하는 단계에 있어서, 상기 제1 정보 내지 제5 정보에 더하여, 상기 열교환기를 통과하는 냉각 매체의 양을 나타내는 제6 정보를 더 취입하도록 되는 경우도 있다.

이상과 같이 이루어진 내연 기관의 냉각 제어 장치 및 냉각 제어 방법에 의하면, 제1 내지 제5 정보, 또는 이것에 제6 정보를 취입하고, 열교환기로서의 라디에이터에 대한 강제 냉각 수단 즉, 냉각팬의 동작 상황이 판별된다.

그리고, 냉각팬의 동작 상황에 따라 라디에이터에 의해 이루어지는 냉각 매체 즉, 냉각수의 온도 강하가 산정된다. 이것에 기초하여 유량 제어 수단으로서의 예컨대, 버터플라이 밸브에 의해 제어되는 냉각 매체의 최적 유량 정도 즉, 가장 적합한 밸브의 개방도 데이터를 구할 수 있다.

계속해서, 구해진 가장 적합한 밸브의 개방도 데이터에 기초하여 냉각수의 유량 제어 즉, 밸브의 개폐 제어가 행해진다.

이 경우, 라디에이터에 의해 이루어지는 냉각수의 온도 강하량은 예컨대, 실제 데이터를 저장한 맵으로부터 빼낼 수 있고, 이 데이터에 기초하여 밸브의 가장 적합한 개방도가 결정된다.

이와 같이 특히 냉각팬의 동작에 의해 냉각수의 온도 변화가 급격히 생기는 점에 착안하여, 이것에 따라 밸브의 개폐 제어를 하기 위해서, 온도 관리의 대응을 시급히 취할 수 있다. 이 때문에, 설정 온도에 대한 대폭적인 헌팅의 발생을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 엔진이 과열에 이르지 않을 정도의 고온도의 상태에서 운전할 수 있고, 연료 소비의 향상을 도모할 수 있는 동시에, 유해한 배기 가스의 발생도 극력 억제할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 관한 내연 기관의 냉각 제어 장치 및 제어 방법에 대해서, 도면에 나타낸 실시 형태에 기초하여 설명한다.

도 1은 자동차용 엔진의 냉각 제어 장치에 적용한 전체 구성을 나타낸 것이다. 또 도 1에 있어서, 도 13에 도시한 종래의 장치와 동일 도면 부호 부분은 각각 대응하는 부분을 나타내고 있고, 따라서 각각의 구성 및 작용의 설명은 적당히 생략한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 내연 기관으로서의 엔진(1)의 상부에 설치된 냉각 매체로서의 냉각수 유출부(1d)와, 열교환기로서의 라디에이터(2)의 상부에 설치된 냉각수 유입부(2a) 사이에 배치된 유출측 냉각수 통로(3a)에는 유량 제어 수단으로서의 밸브 유닛(21)이 플랜지에 의해 접속되어 있다.

또한, 상기 엔진(1)에 있어서의 냉각수 유출부(1d)에는 예컨대, 서미스터 등의 온도 검출 소자(22)가 배치되어 있다. 이 온도 검출 소자(22)에 의한 검출치 즉, 엔진 출구 수온에 관한 정보(이하, 이것을 제3 정보라 함)는 변환기(23)에 의해 엔진 제어 유닛(이하 ECU라 약칭함)(24)이 인식 가능한 데이터로 변환되고, 엔진 전체의 운전 상태를 제어하는 상기 ECU(24)에 공급되도록 구성되어 있다.

또한, 도 1에 나타내는 실시 형태에 있어서는, 밸브 유닛(21)에 배치된 후술하는 각도 센서로부터 얻어지는 버터플라이 밸브의 회전 각도를 나타내는 신호(이하, 이것을 제2 정보라 함)가 ECU(24)에 공급되도록 구성되어 있다.

또 도시하고 있지 않지만, 상기 제어 유닛(24)에는 그 이외에 강제 냉각 수단으로서의 팬 유닛(12)에 있어서의 팬 모터(12b)의 동작 상태 또는 비동작 상태를 나타내는 신호(이하, 이것을 제1 정보라 함), 외부 기온을 나타내는 신호(이하, 이것을 제4 정보라 함), 라디에이터에 접촉하는 풍량의 정도 즉, 속도를 나타내는 신호(이하, 이것을 제5 정보라 함) 및 열교환기를 통과하는 냉각 매체의 양을 나타내는 신호 즉, 엔진의 회전수 정보(이하, 이것을 제6 정보라 함)도 공급되도록 구성되어 있다.

상기 ECU(24)는 이들 제1 내지 제5 정보 또는 이것에 제6 정보를 더하여, 후술하는 연산 처리를 실행하고, 밸브 유닛(21)에 부여하는 지령 신호를 생성한다.

이 지령 신호는 모터 제어 회로(25)에 공급되고, 모터 제어 회로(18)는 배터리(10)로부터 공급되는 전류를 제어하며, 밸브 유닛(21)에 구비된 후술하는 직류 모터에 대하여 구동 전류를 부여하도록 구성되어 있다.

또한 ECU(24)로부터는 예컨대, 릴레이 장치에 의한 모터 제어 회로(26)에도 온, 오프의 지령 신호가 공급되도록 이루어지고, 모터 제어 회로(26)를 통해 배터리(10)로부터 팬 모터(12b)에 대하여 간헐적으로 구동 전류를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 팬 모터(12b)의 온 동작에 의해 라디에이터(2)는 공냉(空冷)에 의한 강제 냉각이 행해진다.

도 2는 전술한 밸브 유닛(21)의 구성을 모식적으로 도시한 것이다. 이 밸브 유닛(21)에는 전술한 바와 같이 직류 모터(21a)가 구비되어 있다. 이 직류 모터(21a)는 상기 모터 제어 회로(25)로부터의 구동 전류를 받아 정방향 및 역방향으로 회전 구동되는 것으로, 이 모터(21a)의 구동축은 감속 기어(21b)에 결합되어 있다.

이 감속 기어(21b)는 버터플라이 밸브(21c)의 구동축에 결합되어 있다. 버터플라이 밸브(21c)는 통형의 냉각 매체 통로(21c1)와, 통로(21c1)중에 배치된 평판형 밸브(21c2)에 의해 구성되어 있다. 이 밸브(21c2)는 냉각수의 유동 방향에 대하여, 그 평면 방향의 각도가 구동축으로서의 지지축(21c3)의 회전각에 의해, 냉각수의 유량이 제어되도록 이루어진다. 즉, 냉각수의 유동 방향에 대하여, 그 평면 방향의 각도가 0° 부근에서 개방 밸브 상태가 되고, 냉각수의 유동 방향에 대하여, 그 평면 방향의 각도가 90° 부근에서 폐쇄 밸브 상태가 된다. 그리고, 그 중간 각도를 적당히 취하므로써, 냉각수의 유량은 선형으로 제어된다.

또 상기 지지축(21c3)의 감속 기어(21b)에 대향하는 타단부에는 각도 센서(21d)가 결합되어 있고, 이 각도 센서(21d)에 의해 버터플라이 밸브(21c)의 회전 각도(이하, 개방도라 함)를 인식할 수 있다. 그리고 각도 센서(21d)의 출력은 전술한 바와 같이 ECU(24)에 공급되도록 구성되어 있다. 도 3은 상기 ECU(24)의 기본 구성을 나타낸 것이다. 이 ECU(24)에는 상기 제1 내지 제6 정보 등을 받아 ECU가 인식 가능한 디지털 신호 등으로 변환하는 신호 처리부(24a)와, 이 신호 처리부(24a)에 의해 처리된 입력 데이터와, 메모리(24c)에 테이블 형식으로 저장된 후술하는 각종 데이터를 비교하는 비교부(24b)와, 이 비교부(24b)에 의한 비교 결과를 연산 처리하여 상기 밸브 유닛(21) 등에 지령 신호를 출력하는 신호 처리부(24d)로 구성되어 있다.

이어서 도 1 내지 도 3에 도시한 자동차 엔진의 냉각 제어 장치의 작용에 대해서, 도 4 이후에 도시한 주로 상기 ECU(24)가 실행하는 제어 순서에 따라 설명한다.

도 4는 버터플라이 밸브의 개방도를 제어하기 위한 메인 순서를 나타낸 것이다. 우선, 엔진이 기동되면 단계 S11에 있어서, 밸브 유닛(21)에 있어서의 각도 센서(21d)에서의 개방도 정보에 기초하여 버터플라이 밸브(21c)의 현재 개방도가 취입된다. 그리고, 단계 S12에 있어서, 후술하는 목표 개방도와 현재 개방도가 비교되고, 현재 개방도에 대하여 목표 개방도가 큰지의 여부가 판정된다. 이 판정 결과가 "예"인 경우에는 단계 S13으로 이동하고, 버터플라이 밸브(21c)가 개방된다. 이것은 ECU(24)로부터 모터 제어 회로(9)에 지령 신호를 보내고, 밸브 유닛(21)에 있어서의 직류 모터(21a)에 대하여 밸브(21c)가 개방되는 방향으로 일정 시간 구동 전류를 부여하므로써 달성된다.

그리고, 단계 S14에 있어서 엔진이 정지했는지 여부를 판정하고, 엔진이 정지하지 않은 경우에는 단계 S11로 되돌아가서 같은 루틴(routine)을 반복한다. 상기 단계 S12에 있어서, 현재 개방도에 대하여 목표 개방도가 크지 않다면 즉, "아니오"라고 판정되면 단계 S15로 이동하고, 버터플라이 밸브(21c)를 폐쇄한다. 이것은 상기와 같이 ECU(24)로부터 모터 제어 회로(9)에 지령 신호를 보내고, 밸브 유닛(21)에 있어서의 직류 모터(21a)에 대하여 밸브(21c)가 폐쇄되는 방향으로 일정시간 구동 전류를 부여하므로써 달성된다.

이렇게 하여 엔진이 구동중에 있어서는, 항상 버터플라이 밸브(21c)의 개방도를 조정하는 메인 루틴을 반복한다.

도 5는 상기 메인 루틴을 일정 시간마다 차단하는 차단 처리 루틴의 제1 실시 형태를 나타낸 것이다. 즉, 단계 S21에 있어서 예컨대, 일정 시간마다, 엔진 출구 수온(제3 정보), 밸브 개방도(제2 정보), 외부 기온(제4 정보), 속도(제5 정보)가 취입된다.

상기 엔진 출구 수온은 상기 온도 검출 소자(22)로부터 초래되는 것이고, 밸브 개방도는 밸브 유닛(21)에 있어서의 각도 센서(21d)로부터 초래되며, 외부 기온 및 속도는 도시하고 있지 않지만 온도 검출기 및 속도계 등으로부터 얻을 수 있다.

그리고, 단계 S22에 있어서, 엔진 출구 수온(Th)과 외부 기온과의 차(ΔT)를 구할 수 있다. 그리고 단계 S23으로 이동하여, 라디에이터 팬이 온 상태인지의 여부가 판단된다. 이것은 강제 냉각 수단으로서의 팬(12a)이 가동하고 있는지의 여부를 판단하는 것으로, ECU(24) 자체로부터 출력되는 팬 모터(12b)의 구동 지령 신호의 유무에 의해 판단할 수 있다.

여기서, 라디에이터 팬이 온 상태(Yes)라고 판단하면, 단계 S24로 이동하고, 도 6 및 도 7에 도시된 테이블 형식의 맵 ①을 판독하여, 라디에이터에서의 온도 강하(Td)를 산출한다.

즉, 도 6은 밸브 개방도에 대응한 각 맵을 나타내고 있고, 도 7은 그 1개의 밸브 개방도에 대응하여 기술된 라디에이터에서의 온도 강하 데이터(Td)를 나타낸 것이다. 이 온도 강하 데이터(Td)는 단계 S22에 있어서 구한 온도차(ΔT) 즉, 외부 기온(Th)과, 단계 S21에서 취입한 속도와의 행렬로 이루어져 있고, 각각 대응한 온도 강하 데이터(Td11∼Td94)의 데이터가 기술되어 있다. 따라서 이와 같은 맵 ①로부터 라디에이터에서의 온도 강하 데이터(Td)를 구할 수 있다.

또, 도 6 및 도 7에 도시된 테이블 형식의 맵 ①은 지면에서의 표현상, 2차원으로 표시되어 있지만, 이들은 3차원 데이터로서 도 3에 있어서의 메모리(24c)에 저장되어 있다.

또한, 도 6에 있어서는 지면 및 설명의 편의상, 9종류의 밸브 개방도에 대응한 맵을 나타내고, 또한 도 7에 있어서도 4종류의 온도차, 9종류의 속도에 대응한 온도 강하 데이터의 기술 상황을 나타내고 있지만, 이들 중간치에 있어서는 소위 중간 보간(補間)을 달성하므로써, 각각 대응한 온도 강하 데이터(Td)를 구할 수도 있다.

도 5로 되돌아가서, 단계 S23에 있어서 라디에이터 팬이 온 상태가 "아니오"라고 판단하면, 단계 S25로 이동하고, 맵 ②로부터 라디에이터에서의 온도 강하(Td)를 산출한다. 이 맵 ②도 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같은 형태로서, 결과적으로 도 7에 도시한 온도 강하 데이터(Td11∼Td94)의 각 수치가 라디에이터 팬이 온일 때의 특성으로 기술되어 있다.

또 이 맵 ②도, 상기 맵 ①과 동일하게 도 3에 있어서의 메모리(24c)에 저장되고, 맵 ①과 맵 ②를 포함하여 4차원의 데이터로 구축시키도록 하여도 좋다.

다음에 단계 S26에 있어서는 단계 S24 또는 단계 S25에 있어서 구한 온도 강하 데이터(Td)와, 단계 S21에서 취입한 엔진 출구 수온(Th)에 의해 라디에이터 통과 후의 수온(Tc=Th-Td)를 산출한다. 그리고, 단계 S27에 있어서는, 단계 S26에 있어서 구한 수온(Tc)을 이용하여 유량비를 산출한다. 이 유량비는 엔진으로 유입되는 냉각수의 목표 온도와, 수온(Tc)과, 엔진 출구 수온(Th)에 의해 산출한다. 즉, 유량비=[(목표온도)-Tc]/[Th-Tc]의 연산이 이루어진다.

계속해서 단계 S28로 이동하여, 맵 ③으로부터 밸브 개방도의 기본 개방도(Do)를 산출한다. 이 맵 ③의 일례를 도 8에 나타내고 있고, 상기 단계 S27에 있어서 구한 유량비에 대응한 기본 밸브 개방도(Do)를 도 8에 나타내는 맵 ③로부터 얻을 수 있다.

이렇게 하여 기본 밸브 개방도(D11)를 구하기 위하여, 상기 버터플라이 밸브(21c)의 개방도를 설정하면, 이론적으로는 엔진으로 유입되는 냉각수의 온도가 전술한 목표 온도로 설정되게 되지만, 현실적으로는 여러가지 외란 요소에 의해, 목표 온도의 부근에 수렴되지 않는 상태가 발생한다.

그래서, 단계 S29에 있어서 PID 제어량의 산출 서브 루틴(sub-routine)이 실행된다. 이 PID(추종 제어량)의 연산에 의해, 밸브의 개방도가 변화하여 냉각수의 엔진 유입구의 온도 변화에 이를 때까지의 시간적인 지연을 보정하기 위한 미소한 정방향의 개방도 데이터가 산출된다.

그리고, 단계 S30에 있어서, 밸브의 목표 개방도가 산출된다. 이것은 단계 S28에 있어서 산출된 기본 개방도(Do)에 대하여, 단계 S28에 있어서 산출된 PID 제어량을 보정치로서 더하는 것이다.(목표 개방도=Do+PID)

이렇게 하여 얻어진 목표 개방도가 도 4에 나타내는 메인 루틴에 있어서의 단계 S12에 있어서의 목표 개방도로서 이용된다. 따라서 상기 메인 루틴의 작용에 의해, 버터플라이 밸브(21c)의 개방도가 조정되고, 엔진으로 유입되는 냉각수의 온도를 거의 목표 온도로 설정시킬 수 있다.

또, 상기 단계 S29에 있어서는, PID 제어량의 산출 서브 루틴을 실행하도록 하고 있지만, 이 서브 루틴에 있어서는 PID 제어량에 더하여, 퍼지 제어에 의한 보정치도 포함시켜 밸브의 목표 개방도를 설정하도록 구성하므로써, 보다 이상적인 밸브의 개폐 제어를 이룰 수 있게 된다.

다음에 도 9는 상기 도 4에 도시한 메인 루틴을 일정 시간마다 차단하는 차단 처리 루틴의 제2 실시 형태를 나타낸 것이다.

또, 이 도 9에 도시한 차단 처리 루틴의 대부분은 상기 도 5에 도시한 차단 처리 루틴과 동일하고, 이하에 대해서는 도 5에 도시한 루틴과의 차이점을 주로 설명한다.

우선 단계 S41에 있어서 일정 시간마다, 엔진 출구 수온(제3 정보), 밸브 개방도(제2 정보), 외부 기온(제4 정보), 속도(제5 정보), 엔진 회전수(제6 정보)가 취입된다.

이 단계 S41에 있어서는, 도 5의 단계 S21에 대하여 엔진 회전수(제6 정보)도 취입하도록 한 점에 차이가 있다. 이 엔진의 회전수에 관한 정보는 엔진의 회전력에 의해 워터 펌프(11)가 구동되고 있고, 따라서 엔진의 회전수에 따라 냉각수의 송출 정도가 변화하기 때문에, 이 파라미터도 이용하도록 하고 있다.

계속해서 단계 S42에 있어서는, 맵 ④로부터 라디에이터의 통과 유량(L)을 구한다. 맵 ④의 일례가 도 10에 도시되어 있고, 엔진 회전수와 밸브 개방도에 대응시켜 냉각수의 라디에이터의 통과 유량(L)을 구할 수 있다.

그리고 단계 S43으로 이동하지만, 단계 S43 내지 단계 S46까지는, 도 5에 있어서의 단계 S22 내지 단계 S25와 동일하여 그 설명은 생략한다. 단, 단계 S45에 있어서 이용되는 맵 ⑥은 도 11 및 도 12에 도시된 것이 이용된다.

즉, 도 11은 속도에 대응한 각 맵을 나타내고 있고, 도 12는 그 1개의 속도에 대응하여 기술된 라디에이터에서의 온도 강하 데이터(Td)를 나타낸 것이다. 이 온도 강하 데이터(Td)는 단계 S43에 있어서 구한 온도차(ΔT) 즉, 외부 기온(Th)과, 단계 S42에서 구한 라디에이터의 통과 유량(L)과의 행렬로 이루어져 있고, 각각 대응한 온도 강하 데이터(Tdxx)의 데이터가 기술되어 있다. 따라서 이와 같은 맵 ⑥으로부터 라디에이터에서의 온도 강하 데이터(Td)를 구할 수 있다.

또한, 단계 S46에 있어서 이용되는 맵 ⑥도, 도 11 및 도 12에 도시된 것과 동일 형태의 것이 이용된다. 단 도 12에 있어서의 온도 강하 데이터(Tdxx)의 수치는 다르며 라디에이터 팬이 온일 때의 냉각 특성으로부터의 값이 된다.

이렇게 하여 맵 ⑤ 또는 맵 ⑥에 의해 온도 강하 데이터(Tdxx)를 구하고, 이하 단계 S47 내지 단계 S51에 나타내는 루틴을 실행하지만, 이들은 도 5에 나타내는 단계 S26 내지 단계 S30과 동일하여 그 설명은 생략한다. 또한, 도 9에 나타내는 차단 처리 루틴에 의해 구해진 목표 개방도는 도 4에 나타내는 메인 루틴에 있어서의 단계 S12에 있어서의 목표 개방도로서 이용되는 것도 동일하다.

또 이상은 본 발명의 냉각 제어 장치를 자동차용 엔진에 적용한 실시 형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 이러한 특정한 것에 한정되지 않고, 그 이외의 내연 기관에 적용하므로써, 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 냉각 매체의 유량 제어 수단으로서 버터플라이 밸브를 이용하고 있지만, 버터플라이 밸브에 제한되지 않고 예컨대, 포펫 밸브(puppet valve)를 채용하여 그 리프트량을 수치화하여 냉각 매체의 유량을 제어할 수도 있으며, 이러한 구성에 있어서도 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 전술한 테이블 형식으로 이루어진 각 맵에 대해서도, 도면에 도시한 특정한 것에 한정되지 않고, 본 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지 형태를 취할 수 있다.

Claims (10)

1. 내연 기관내에 형성된 유체 통로와 열교환기에 형성된 유체 통로 사이에서 냉각 매체의 순환로를 형성하고, 상기 순환로에서 냉각 매체를 순환시키므로써 내연 기관에서 발생하는 열을 상기 열교환기에 의해 방열시키도록 구성한 내연 기관의 냉각 제어 장치로서,

   상기 내연 기관과 열교환기 사이의 순환로에서의 냉각 매체의 유량을 제어하는 유량 제어 수단과;

   상기 열교환기에 배치되어 이 열교환기를 간헐적으로 강제 냉각하는 강제 냉각 수단과;

   상기 강제 냉각 수단의 동작 상태 또는 비동작 상태 중 하나 이상을 나타내는 제1 정보와, 상기 유량 제어 수단에 의한 냉각 매체의 유량을 나타내는 제2 정보와, 상기 내연 기관으로부터 토출되는 냉각 매체의 온도를 나타내는 제3 정보와, 외부 기온을 나타내는 제4 정보와, 상기 열교환기에 접촉하는 풍량의 정도를 나타내는 제5 정보를 받아, 상기 유량 제어 수단에 있어서의 냉각 매체의 유량을 제어하기 위한 지령 신호를 생성하는 제어 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛에, 추가로 상기 열교환기를 통과하는 냉각 매체의 양을 나타내는 제6 정보가 공급되고, 상기 제1 정보 내지 제5 정보와 함께 상기 유량 제어 수단에 있어서의 냉각 매체의 유량을 제어하기 위한 지령 신호를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 정보는 열교환기에 냉각풍을 주입하기 위한 팬을 회전 구동시키는 전동 모터의 구동 또는 정지 상태에 따라 생성되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 정보는 통형의 냉각 매체 통로중에 배치되고, 냉각 매체의 유동량을 변화시킬 수 있는 밸브의 개방도에 따라 생성되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제5 정보는 내연 기관을 탑재하는 차량의 속도 정보에 따라 생성되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 제6 정보는 상기 내연 기관의 회전수와 상기 유량 제어 수단의 밸브 개방도에 따라 생성되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛에는 상기 제1 정보 내지 제5 정보에 기초하여 상기 열교환기에 의해 강하하는 냉각 매체의 온도 강하 데이터를 구하는 제1 테이블과,

   상기 제1 테이블에 의해 구해진 온도 강하 데이터에 기초하여, 상기 유량 제어 수단에 의해 제어되는 냉각 매체의 유량 정도를 구하는 제2 테이블이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
8. 제2항에 있어서, 상기 제어 유닛에는 상기 제1 정보 내지 제6 정보에 기초하여 상기 열교환기에 의해 강하하는 냉각 매체의 온도 강하 데이터를 구하는 제1 테이블과,

   상기 제1 테이블에 의해 구해진 온도 강하 데이터에 기초하여, 상기 유량 제어 수단에 의해 제어되는 냉각 매체의 유량 정도를 구하는 제2 테이블이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 장치.
9. 내연 기관내에 형성된 유체 통로와 열교환기에 형성된 유체 통로 사이에 냉각 매체의 순환로를 형성하고, 상기 순환로에서 냉각 매체를 순환시키므로써 내연 기관에서 발생하는 열을 상기 열교환기에 의해 방열시키도록 구성되는 내연 기관의 냉각 제어 방법으로서,

   상기 열교환기를 강제 냉각하는 강제 냉각 수단의 동작 또는 비동작 상태 중 하나 이상을 나타내는 제1 정보와, 상기 내연 기관과 열교환기 사이의 순환로에서의 냉각 매체의 유량을 제어하는 유량 제어 수단에 의한 냉각 매체의 유량을 나타내는 제2 정보와, 상기 내연 기관으로부터 토출되는 냉각 매체의 온도를 나타내는 제3 정보와, 외부 기온을 나타내는 제4 정보와, 상기 열교환기에 접촉하는 풍량의 정도를 나타내는 제5 정보를 취입하는 단계와;

   강제 냉각 수단의 동작 상태에 따라 각각 열교환기에 의해 강하하는 냉각 매체의 온도 강하 데이터를 구하는 단계와;

   상기 온도 강하 데이터에 기초하여 유량 제어 수단에 의해 제어되는 냉각 매체의 최적 유량 정도를 구하는 단계와;

   상기 냉각 매체의 최적 유량 정도에 기초하여 상기 열교환기로 유입되는 냉각 매체의 유량 제어를 실행하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 정보 내지 제5 정보를 취입하는 단계에 있어서, 상기 제1 정보 내지 제5 정보에 더하여, 상기 열교환기를 통과하는 냉각 매체의 양을 나타내는 제6 정보를 추가로 취입하도록 한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 냉각 제어 방법.