KR100543215B1 - 냉각 팬 속도 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

냉각 팬 속도 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진과 연동하여 회전하는 냉각 팬의 속도를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 차량의 제동 시 제동 압력, 냉각수의 온도 및 엔진 회전속도에 기초하여 냉각 팬의 속도를 제어하는 냉각 팬 속도 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 차량의 제동 시 제동압력을 측정하는 압력센서와, 엔진의 속도를 측정하는 엔진속도센서와, 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서와, 상기 제동압력, 엔진속도 및 냉각수 온도에 기초하여 냉각팬의 속도를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 냉각 전자제어유닛과, 상기 제어신호에 따라 유체 커플링에 유입되는 오일량을 제어하는 유량 제어장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

냉각 팬 속도 제어장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING COOLING FAN SPEED}
도 1은 본 발명에 의한 냉각 팬 속도 제어장치.
도 2는 본 발명에 의한 냉각 팬 속도 제어방법.
도 3은 유량 증가에 따른 입력 회전속도와 출력 회전속도의 관계를 나타낸 그래프(유체 커플링 데이터 맵).
도 4는 입력 회전속도 증가에 따른 유량과 출력 회전속도의 관계를 나타낸 그래프(유체 커플링 데이터 맵).
도 5는 제동압력에 따른 냉각 팬 회전속도 증가분의 변화를 나타낸 그래프.
도 6는 제동 시 냉각 팬 속도를 제어하는 경우 제동압력에 따른 제동력의 변화를 나타낸 그래프.
** 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 **
1 : 엔진 2 : 변속기
3 : 제동장치 4 : 압력센서
5 : 유량 제어장치 6 : 냉각 전자제어유닛
7 : 유체 커플링 8 : 냉각 팬
9 : 수온센서 10 : 엔진속도센서
본 발명은 엔진과 연동하여 회전하는 냉각 팬의 속도를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 차량의 제동 시 제동 압력, 냉각수의 온도 및 엔진 회전속도에 기초하여 냉각 팬의 속도를 제어하는 냉각 팬 속도 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
종래의 냉각 팬 속도 제어장치는 제동장치의 작동과 관계 없이 냉각수의 온도가 일정한 온도 이하로 유지되도록 냉각 팬의 속도를 제어하였다.
그러나, 차량의 제동 시 변속기 내부에 장착된 리타더 또는 습식 브레이크의 발열로 인하여, 제동장치의 수명이 단축될 수 있고, 냉각수 온도의 상승을 초래하므로 냉각 팬 속도의 증가에 따른 연료소모가 증가할 수 있다. 즉, 열의 시간 지연 특성으로 인하여 냉각수 온도 상승 후 냉각 팬의 속도가 상승하므로 냉각 동력 손실로 인한 연료소모가 증가하게 된다. 특히, 장시간의 내리막길 주행 시 제동장치가 지속적으로 작동되므로 브레이크의 파열 가능성이 높아지고 냉각수의 온도가 더욱 높아지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 차량의 제동 시 냉각 팬의 속도를 제어함으로써 엔진 브레이크 효과를 증가시키고 외부 동력을 이용하여 연료소모를 감소시킬 수 있는 냉각 팬 속도 제어장치 및 그 방법을 제 공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 의한 냉각 팬 속도 제어장치는 차량의 제동 시 제동압력을 측정하는 압력센서와, 엔진의 속도를 측정하는 엔진속도센서와, 냉각수의 온도를 측정하는 수온센서와, 상기 제동압력, 엔진속도 및 냉각수 온도에 기초하여 냉각 팬의 속도를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 냉각 전자제어유닛과, 상기 제어신호에 따라 유체 커플링에 유입되는 오일량을 제어하는 유량 제어장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 냉각 팬 속도 제어방법은 차량의 제동 시 제동압력을 측정하는 단계와, 상기 측정된 제동압력와 소정의 설정값을 비교하여, 상기 측정된 제동압력이 소정의 설정값보다 크면 냉각수의 온도를 측정하고, 작으면 아무런 동작도 수행하지 않는 단계와, 상기 측정된 냉각수의 온도와 온도 하한값을 비교하여, 상기 측정된 냉각수의 온도가 온도 하한값보다 작으면 현재 유체 커플링의 유량을 유지하고, 온도 하한값보다 크면 엔진의 회전속도를 측정하는 단계와, 상기 측정된 제동압력 및 엔진회전속도 그리고 현재 냉각 팬 속도를 이용하여 냉각 팬 제어속도를 계산하는 단계와, 상기 냉각 팬 제어속도를 얻을 수 있는 유체 커플링의 유량을 도출하는 단계와, 상기 도출된 유량에 따라 유량제어밸브의 개도량을 제어하여 냉각 팬 속도를 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 냉각 팬 속도 제어장치의 구성도를 나타낸다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 냉각 팬 속도 제어장치는 엔진(1), 변속기(2), 제동장치(3), 압력센서(4), 유량 제어장치(5), 냉각 전자제어유닛(6), 유체 커플링(7), 냉각 팬(8), 수온센서(9) 및 엔진속도센서(10)를 포함하여 구성되어 있다.
압력센서(4)는 제동장치(3)의 작동 유압 라인 상에 설치되어 차량의 제동 시 운전자가 밟는 제동페달의 작동정도에 비례하는 제동압력을 측정하고, 수온센서(9)는 냉각수 통로에 설치되어 냉각수의 온도를 측정한다. 엔진속도센서(10)는 엔진의 회전속도를 측정한다.
유체 커플링(7)의 입력축은 엔진(1)과 연결되고 유체 커플링(7)의 출력축은 냉각 팬(8)과 연결되어 있어서, 엔진(1)의 구동력이 유체 커플링(7)을 통해 냉각 팬(8)에 전달되어 냉각 팬(8)이 회전하게 된다. 유체 커플링(7)의 입력 회전속도는 엔진(1)의 회전속도에 비례하고, 출력 회전속도는 유체 커플링(7) 내의 오일량에 의해 결정된다. 따라서, 냉각 팬(8)의 회전속도는 유체 커플링(7)에 공급되는 오일량에 의해 제어된다.
유체 커플링(7)에 유입되는 오일은 변속기(2) 내부에 장착되어 있는 유압 펌프(미도시)에서 공급받으며, 유량 제어장치(5)가 냉각 전자제어유닛(6)의 제어에 의해 유량제어밸브(미도시)의 개도량을 결정하여 유량 커플링(7)에 유입되는 오일량을 조절한다. 즉, 냉각 전자제어유닛(6)은 압력센서(4), 수온센서(9) 및 엔진속도센서(10)로부터 각각 제동 압력, 냉각수의 온도 및 엔진 회전속도를 입력받아 유량 제어장치(5)에 냉각 팬(8)의 회전속도를 제어하기 위한 제어신호를 출력하면, 유량 제어장치(5)는 이 제어신호에 따라 유량제어밸브의 개도량을 결정한다.
상기와 같이 구성된 냉각 팬 속도 제어장치의 동작을 상세히 설명한다.
도 2는 냉각 팬 속도 제어방법의 순서도를 나타낸다. 도 2에서, 차량의 제동 시 압력센서(4)에 의해 제동 압력을 측정하고(S1), 측정된 제동 압력을 소정의 설정값과 비교한다(S2). 측정된 제동 압력이 소정의 설정값보다 크면 냉각수 통로에 설치된 수온센서(9)로부터 냉각수의 온도를 측정하고(S3), 작으면 아무런 동작도 수행하지 않는다. 여기서, 소정의 설정값을 미리 정해 놓은 이유는 압력센서(4)와 냉각 전자제어유닛(6)을 연결하는 전기 케이블에 생기는 노이즈에 의해 오작동이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
다음, 측정된 냉각수의 온도를 엔진(1)의 원활한 동작을 위해 미리 설정해 놓은 온도 하한값과 비교한다(S4). 냉각수의 온도가 온도 하한값보다 작으면 현재 유체 커플링(7)의 유량을 유지하고(S5), 온도 하한값보다 크면 엔진속도센서(10)로부터 엔진의 회전속도를 측정한다(S6).
다음, 상기 측정된 제동 압력 및 엔진 회전속도 그리고 현재 냉각 팬 속도를 이용하여 냉각 팬의 속도를 계산한다(S7). 냉각 팬 속도를 산출하는 과정에서 제동 압력을 고려하는 이유는 냉각 팬 회전속도의 3제곱에 비례하여 냉각 동력이 인출되므로 미미한 차량의 제동 시 순간적인 냉각 팬 속도의 증가는 차량 제동력의 급속한 증가를 유발하여 승차감을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다.
단계(S7)에서 냉각 팬 제어속도가 계산되면, 이 회전속도를 얻을 수 있는 유체 커플링(7)의 유량을 유체 커플링 실험을 통해 작성된 데이터 맵(도 3 및 도 4 참조)으로부터 도출한다(S8). 도출된 유량을 제어하기 위해 유량 제어밸브의 개도량을 펄스폭(PWM) 변조 방식에 의해 조절한다(S9). 상기와 같이 유체 커플링(7)의 유량을 제어함으로써, 냉각 팬 회전 속도가 제어된다.
도 5는 제동압력에 따른 냉각 팬 회전 속도의 변화량을 나타낸 그래프이다.
제동 압력과 제동력이 선형적으로 비례하도록 냉각 팬의 속도를 증가시키기 위해서는, 제동 압력의 최대값과 측정된 제동 압력 비의 제곱근에 비례하도록 해야 한다. 따라서, 냉각 팬의 속도 증가분은 제동 압력의 최대값과 측정된 제동 압력 비의 제곱근, 엔진회전속도 및 최대 냉각 팬 회전속도와 현재 냉각 팬 회전속도의 차에 대한 함수로 나타낼 수 있다. 이를 수학식(1)으로 나타내면 다음과 같다.
Figure 112003051185175-pat00001
최종적인 냉각 팬 제어속도는 현재 냉각 팬 회전속도에 상기 냉각 팬 속도 증가분을 더하여 구한다. 제동 압력의 임의 비율(n%)에서 냉각 팬 회전속도가 최대가 되는데, 이러한 임의 비율은 차량의 특성에 따라 다르다.
도 6은 차량 제동 시 냉각 팬 회전속도를 제어했을 때 제동장치(리타더, 기계식 브레이크), 냉각장치 및 엔진에 의해 발휘되는 제동력을 도시한 그래프이다.
제동장치에 의한 제동력은 제동페달의 작동력과 비례하므로 제동압력과 비례하여 선형적으로 증가하고, 냉각장치에 의한 제동력은 엔진 브레이크의 효과와 동일하므로 외부 동력에 의해 냉각 팬의 회전속도가 증가함에 따라 제동력도 증가하 여 최대 냉각 팬 회전속도에 도달하면 제동력이 일정해진다.
실제 냉각 팬의 속도증가에 따른 제동 소요동력(HP_B2)은 냉각 팬 속도비의 3제곱에 비례하므로, 냉각 팬 속도 증가 전의 팬 속도를 n1, 냉각 팬 구동 소요동력을 HP_B1, 냉각 팬 속도 증가 후의 팬 속도를 n2라고 하면 제동 소요동력(HP_B2 )은 다음의 수학식(2)과 같다.
Figure 112003051185175-pat00002
따라서, 차량의 제동 시 냉각 팬 속도 증가에 의해 냉각 팬 속도 증가 전보다 매우 큰 제동력을 얻을 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 차량의 제동 시 제동상태를 고려하여 냉각 팬의 속도를 증가시키기 때문에 차량의 제동력을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 제동장치의 발열을 감소시키고 추가적인 냉각이 수행되므로 냉각 동력 손실의 감소로 연료소모량을 줄일 수 있으며, 장시간의 내리막길 주행상태에서 제동장치의 열적 스트레스를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 차량의 제동 시 제동압력을 측정하는 압력센서와,
    엔진의 속도를 측정하는 엔진속도센서와,
    냉각수의 온도를 측정하는 수온센서와,
    상기 제동압력, 엔진속도 및 냉각수 온도에 기초하여 냉각 팬의 속도를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 냉각 전자제어유닛과,
    상기 제어신호에 따라 유체 커플링에 유입되는 오일량을 제어하는 유량 제어장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유량 제어장치는 펄스폭 변조 방식으로 유량제어밸브의 개도량을 조절하여 상기 유체 커플링에 유입되는 오일량을 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각 전자제어유닛은 상기 측정된 제동압력 및 엔진속도 그리고 현재 냉각 팬 속도를 이용하여 냉각 팬 제어속도를 계산하고, 이 냉각 팬 제어속도를 얻을 수 있는 유체 커플링의 오일량을 도출함으로써, 냉각 팬의 속도를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    차량의 제동 시 냉각 팬 속도증가분과 현재 냉각 팬 속도를 더하여 냉각 팬 제어속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 냉각 팬 속도 증가분은 제동 압력의 최대값과 측정된 제동 압력 비의 제곱근, 엔진회전속도 및 최대 냉각 팬 회전속도와 현재 냉각 팬 회전속도의 차에 대한 함수를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    유체 커플링 실험에서 작성한 데이터 맵을 이용하여 상기 냉각 팬 제어속도를 얻을 수 있는 유체 커플링의 오일량을 도출하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어장치.
  7. 차량의 제동 시 제동압력을 측정하는 단계와,
    상기 측정된 제동압력와 소정의 설정값을 비교하여, 상기 측정된 제동압력이 소정의 설정값보다 크면 냉각수의 온도를 측정하고, 작으면 아무런 동작도 수행하지 않는 단계와,
    상기 측정된 냉각수의 온도와 온도 하한값을 비교하여, 상기 측정된 냉각수 의 온도가 온도 하한값보다 작으면 현재 유체 커플링의 유량을 유지하고, 온도 하한값보다 크면 엔진의 회전속도를 측정하는 단계와,
    상기 측정된 제동압력 및 엔진회전속도 그리고 현재 냉각 팬 속도를 이용하여 냉각 팬 제어속도를 계산하는 단계와,
    상기 냉각 팬 제어속도를 얻을 수 있는 유체 커플링의 유량을 도출하는 단계와,
    상기 도출된 유량에 따라 유량제어밸브의 개도량을 제어하여 냉각 팬 속도를 제어하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    차량의 제동 시 냉각 팬 속도증가분과 현재 냉각 팬 속도를 더하여 냉각 팬 제어속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 냉각 팬 속도 증가분은 제동 압력의 최대값과 측정된 제동 압력 비의 제곱근, 엔진회전속도 및 최대 냉각 팬 회전속도와 현재 냉각 팬 회전속도의 차에 대한 함수를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 유체제어밸브의 개도량을 펄스폭 변조방식에 의해 조절하는 것을 특징 으로 하는 냉각 팬 속도 제어방법.
  11. 제 7항에 있어서,
    유체 커플링 실험에서 작성한 데이터 맵을 이용하여 상기 냉각 팬 제어속도를 얻을 수 있는 유체 커플링의 유량을 도출하는 것을 특징으로 하는 냉각 팬 속도 제어방법.
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