KR100727165B1 - 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 냉각수를 단속하는 서머스탯을 기계식이 아닌 전자 제어식으로 변경하고, 이를 통해 자동차 및 엔진의 상태에 맞는 최적의 냉각 조건을 구현하되, 특히 히터로 유동되는 냉각수를 제어하기 위하여 히터 솔레노이드 밸브를 히터 라인의 중간에 연결하여 선택적으로 단속함으로써, 엔진의 냉각 성능을 개선시켜 자동차 전체의 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

전자 제어식 서머스탯, 냉각 시스템, 히터 솔레노이드 밸브

Description

전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법{Cooling system by electronic controlling type thermostat and method for controlling the same}

도 1은 본 발명에 따른 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템을 나타내는 개략적인 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템의 제어 방법을 나타내는 플로우 차트,

도 3은 종래의 냉각 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 워터 펌프 20 : 엔진

30 : 라디에이터 40 : 서머스탯

50 : 히터 코어 55 : 히터 솔레노이드 밸브

60 : 바이패스 라인

본 발명은 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 냉각수를 단속하는 서머스탯을 기계식이 아닌 전자 제어식으로 변경하고, 이를 통해 자동차 및 엔진의 상태에 맞는 최적의 냉각 조건을 구현하되, 특히 히터로 유동되는 냉각수를 제어하기 위하여 히터 솔레노이드 밸브를 히터 라인의 중간에 연결하여 선택적으로 단속함으로써, 엔진의 냉각 성능을 개선시켜 자동차 전체의 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 운행시 엔진 연소실 내의 온도가 대략 1500℃ 이상의 고온에 달하므로, 이를 적절히 냉각시켜주지 않을 경우 엔진 몸체를 구성하는 부품의 파손, 윤활유의 점도 감소와 변질, 혼합가스의 팽창에 의한 흡입효율의 저하, 이상 연소 등이 발생되며, 엔진 작동이 악화되어 운전 불능상태를 초래하는 엔진의 과열 현상이 발생된다.

이와는 반대로, 엔진의 온도가 너무 낮은 과냉상태인 경우에는, 실린더 내로 흡입되는 무화 혼합가스의 가솔린이 충분히 가스화하지 않고 연소상태가 불량하게 되어 연료 소비량이 증가하며, 미연소 가솔린이 실린더 벽에 남아 윤활유를 희박하게 하고 엔진의 작동과 내구성에 악영향을 미친다.

이에 엔진에는 연소실, 실린더, 밸브 장치 등의 온도를 엔진의 작동에 가장 적합한 온도를 유지하기 위해 냉각시스템을 설치한다.

이러한 냉각시스템은 외부의 공기를 엔진부위로 유입하여 고온의 엔진을 냉 각하는 공냉식과 냉각수를 엔진의 연소실부위로 순환시켜 고온의 엔진을 냉각시키는 수냉식이 있지만, 통상 공랭식은 상대적으로 낮은 냉각성능으로 인해 오토바이와 같은 2륜 차량 등에 이용되는 반면 수냉식은 대부분의 자동차에 사용되고 있다.

이러한, 냉각시스템 중 수냉식 냉각시스템은 물의 순환방식에 따라 자연순환식과 강제순환식으로 구분되는데, 이중 강제순환식은 자동차 엔진의 대표적인 방식으로 워터 펌프(100)를 이용해 냉각수를 강제 순환시켜 냉각하는 방식이며, 이 방식의 주요 구성품으로는 라디에이터(300), 서머스탯(400), 히터 코어(500) 등이 있다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 서머스탯(400)은 실린더 헤드의 라디에이터(300)의 수로 출구에 설치되어 있는 바, 상기 서머스탯(400)은 수온에 따라 자동적으로 작동하며, 냉각수의 온도가 낮으면 밸브를 차단하여 냉각수가 라디에이터(300)로 유입되는 것을 방지하여 온도 상승을 유도하고, 수온이 일정 온도(70 ~ 80℃)로 올라가면 압축시키면서 하강하여 밸브가 서서히 열려 냉각수가 라디에이터(300)로 유입되어 다시 온도가 하강하도록 유도하게 된다.

이때, 사용되는 종래의 서머스탯(400)은 기계식 방식으로 이루어지며, 그 내부에 왁스를 충전하여 냉각수 온도에 따라 왁스의 팽창을 통해 통로의 개폐 작동을 수행하게 되는데, 이는 냉각 응답 속도의 저하 및 연비 저하를 야기시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 엔진의 냉각수를 단속하는 서머스탯을 기계식이 아닌 전자 제어식으로 변경하고, 이를 통해 자동차 및 엔진의 상태에 맞는 최적의 냉각 조건을 구현하되, 특히 히터로 유동되는 냉각수를 제어하기 위하여 히터 솔레노이드 밸브를 히터 라인의 중간에 연결하여 선택적으로 단속함으로써, 엔진의 냉각 성능을 개선시켜 자동차 전체의 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 발명의 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 엔진과, 상기 엔진에서 가열된 냉각수를 냉각하는 라디에이터와, 냉각수를 강제 순환시키기 위한 워터 펌프와, 냉각수 온도에 따라 냉각수가 라디에이터로 선택적으로 유입되도록 하는 서머스탯과, 엔진 및 라디에이터의 냉각수가 공급되는 히터 유닛의 히터 코어를 포함하는 냉각 시스템에 있어서,

상기 서머스탯(40)은 냉각수 온도에 따라 개폐되어 냉각수가 라디에이터(30) 측으로 선택적으로 유입될 수 있도록 하는 전자 제어식 스텝모터 방식인 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 히터 코어(50)로 공급되는 냉각수를 단속하기 위해 냉각수가 공급되는 히터 라인에 온,오프 방식의 히터 솔레노이드 밸브(55)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템을 제어함에 있어서,

엔진 ECU에서 엔진(20)의 출구 냉각수 온도를 감지하는 제1단계와;

라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도를 감지하는 제2단계와;

상기 엔진(20)과 라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도차가 설정 기준 온도값 이상일 경우, 또는 상기 라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도의 상승률이 설정 기준값 이상일 경우를 판단하는 제3단계와;

상기 온도 조건을 만족하는 상태에서, 엔진(20)의 출구 냉각수 온도가 설정 기준 온도값 이상이면, 스텝 모터를 구동시켜 서머스탯(40)을 작동시키는 제4단계와;

상기 엔진(20)의 출구 냉각수 온도가 설정 기준 온도값 이하로 하강할 경우, 상기 스텝 모터를 정지시켜 서머스탯(40)의 작동을 해제하는 제5단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템을 나타내는 개략적인 블록도이며, 도 2는 본 발명에 따른 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템의 제어 방법을 나타내는 플로우 차트를 도시한 것으로, 도면부 호 10은 워터 펌프를, 도면부호 30은 라디에이터를, 도면부호 40은 서머스탯을, 도면부호 50은 히터 코어를, 도면부호 60은 바이패스 라인을 나타내며, 각각의 화살표는 냉각수 순환을 위한 냉각수 라인을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(20) 내부를 순환한 냉각수가 라디에이터(30)로 공급될 수 있도록 냉각수 파이프에 의해 엔진(20)과 라디에이터(30)가 상호 연결되어 있고, 엔진(20)에는 냉각수를 강제 순환시키기 위한 워터 펌프(10)와, 냉각수 온도에 따라 개폐되어 냉각수가 라디에이터(30) 측으로 선택적으로 유입될 수 있도록 하는 전자 제어식 스텝모터 방식의 서머스탯(40)이 설치되어 있다.

특히, 상기 엔진(20)의 냉각수가 공급되는 히터 유닛의 히터 코어(50)가 구비되어 있는데, 이때 상기 차량 엔진의 워엄 업(warm-up)시 냉각수 온도에 따라 히터 코어(50)로 공급되는 냉각수를 선택적으로 단속하기 위하여 히터 라인에 온,오프 방식의 히터 솔레노이드 밸브(55)가 장착되어 있다.

이때, 상기 히터 솔레노이드 밸브(55)는 차량 엔진의 워엄 업(warm-up)시, 즉 서머스탯(40)이 오픈되기 전에, 엔진(20)의 냉각수 유동을 제어하는 기능을 수행하는 바, 엔진을 냉각시키고자 할 경우, 히터 솔레노이드 밸브(55)를 오픈시켜 엔진(20) 내의 냉각수 유동이 활발하게 되어 적절한 엔진(20) 냉각이 이루어지도록 하는 반면, 엔진의 온도를 상승을 유도하고자 할 경우, 상기 히터 솔레노이드 밸브(55)를 차단시켜 엔진(20) 내의 냉각수 유동이 거의 정체되어 엔진(20)의 빠른 워엄 업을 유도할 수 있도록 되어 있다.

상기 히터 솔레노이드 밸브(55)의 차단에 의한 냉각수 유동 정체시 엔진(20) 금속면의 온도가 급속히 상승하여 연소 효율 증대에 따른 연비 향상의 효과가 있으며, 오일 온도 상승에 따른 마찰 손실을 저감시키게 되어 워엄 업시 브레이크의 부압 등을 개선시키게 된다.

물론, 상기 히터 솔레노이드 밸브(55)는 히터가 작동할 경우에는 온도에 상관없이 온 작동하여 오픈 구동하게 되고, 이로써 엔진(20)의 냉각을 수행하게 됨은 당연하다.

한편, 상기 서머스탯(40)의 완전한 개방 구조일 경우, 차단되는 구조로서, 엔진의 워엄 업(warm up)시에만 개방 가능한 구조인 바이패스 라인(60)은, 종래의 바이패스 라인(60)에 비하여 상대적으로 그 직경이 작게 형성되어 있는 바, 냉각 수의 온도가 60℃ 이하에서는 엔진(20)을 흐르는 냉각수 유량이 매우 적음을 알 수 있다.

즉, 상기 온도하에서는 유동이 거의 정체되어 바이패스 라인(60)을 통해 흐르지 않게 되며, 이로 인하여 엔진(20)의 빠른 시동이 가능하게 됨은 물론, 히터의 유량 확보에 유리한 이점이 있다.

이후, 엔진의 냉각수 온도가 점진적으로 상승하여 설정 기준 온도값에 도달할 경우, 상기 히터 솔레노이드 밸브(55)가 열리게 되어 엔진(20)을 냉각시키게 된다.

이하, 상기와 같은 기술적 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템의 제어방법을 도 2의 플로우 차트를 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔진 ECU에서 엔진(20)의 출구 냉각수 온도를 감지하는 동시에, 라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도를 감지하여 상기 냉각수 온도차가 설정 기준 온도값(20℃) 이상이거나, 또는 상기 라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도를 감지하여 냉각수 온도의 상승률이 설정 기준값(4℃/s) 이상일 경우, 이때의 엔진(20)의 출구 냉각수 온도가 설정 기준 온도값(90℃) 이상이면, 스텝 모터를 구동시켜 서머스탯(40)을 작동시킴으로써, 엔진(20)으로 냉각수의 공급이 이루어져 적절한 엔진(20)의 냉각이 이루어지도록 하게 된다.

이후, 상기 엔진(20)의 출구 냉각수 온도가 설정 기준 온도값(20℃) 이하로 하강할 경우, 상기 스텝 모터를 정지시켜 서머스탯(40)의 작동을 해제함으로써, 엔진(20)으로 냉각수의 공급을 차단시켜 엔진(20)의 온도 상승을 유도하게 된다.

따라서, 본 발명은 냉각수의 온도에 따라 구동하는 서머스탯 및 히터 솔레노이드 밸브를 통해 일정한 온도하에서 엔진으로의 선택적인 냉각수 공급을 도모할 수 있게 되어 엔진의 상태에 맞는 최적의 냉각 조건을 구현 가능하도록 함으로써, 엔진의 냉각 성능을 개선시킬 수 있게 되며, 결국에는 자동차 전체의 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템 및 그 제어방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

1) 냉각 수온 상승에 따른 냉각 손실 및 오일 온도 상승에 따른 마찰 손실을 저감시키게 되며, 이로 인한 워엄 업 시 브레이크의 부압 등을 개선시키게 된다.

2) 고수온시 냉각수로의 전열량이 감소되는 동시에, 라디에이터의 방열 성능이 증대되어 라디에이터 팬의 작동시간 및 작동 빈도를 감소시키게 된다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템을 제어함에 있어서,

   엔진 ECU에서 엔진(20)의 출구 냉각수 온도를 감지하는 제1단계와;

   라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도를 감지하는 제2단계와;

   상기 엔진(20)과 라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도차가 설정 기준 온도값 이상일 경우, 또는 상기 라디에이터(30)의 출구 냉각수 온도의 상승률이 설정 기준값 이상일 경우를 판단하는 제3단계와;

   상기 온도 조건을 만족하는 상태에서, 엔진(20)의 출구 냉각수 온도가 설정 기준 온도값 이상이면, 스텝 모터를 구동시켜 서머스탯(40)을 작동시키는 제4단계와;

   상기 엔진(20)의 출구 냉각수 온도가 설정 기준 온도값 이하로 하강할 경우, 상기 스텝 모터를 정지시켜 서머스탯(40)의 작동을 해제하는 제5단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전자 제어식 서머스탯을 적용한 냉각 시스템의 제어 방법.

Images