KR101518953B1 - 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 전동식 워터 펌프를 이용하여 엔진을 냉각하는 냉각 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법은, 엔진의 동작을 판단하는 단계; 상기 엔진이 동작 중이면, 냉각수의 온도를 조절하는 써모스탯(thermostat)이 오픈(open)되었는지 판단하는 단계; 상기 써모스탯이 오픈되었으면, 차량이 감속 상태인지를 판단하는 단계; 및 상기 써모스탯의 오픈 여부 및 상기 차량의 감속 상태 여부를 기초로 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING COOLING USING ELECTRICAL WATER PUMP}
본 발명은 자동차의 전동식 워터 펌프를 이용하여 냉각대상(예; 엔진)을 냉각하는 냉각 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 차량의 연비 개선 기술의 하나로 엔진(파워트레인) 냉각에 대한 여러 연구가 진행되고 있다. 이러한 여러 연구 중에서 기존의 기계식 워터 펌프를 대체하는 전동식 워터 펌프를 이용하는 전동 냉각 시스템이 많이 도입되고 개발되고 있다.
기존의 기계식 워터 펌프는 엔진 회전에 따라 비례하여 동작하므로, 냉각 요구량과는 상관없이 동작된다. 이러한 기계식 전동 펌프의 특성, 즉 냉각 요구량과는 상관없이 동작하는 특성은, 일부 구간에서 손실을 초래한다.
이러한 기계식 전동 펌프의 손실을 방지하기 위해 외부 제어에 의해 동작 가능한 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 시스템이 적극적으로 도입되고 있다.
전동식 워터 펌프의 경우 구동 속도를 가변시켜 냉각 대상 부품(예; 엔진)을 냉각하도록 하여 전력 소모를 줄이는 기술이 개발되어 있다.
전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 시스템은, 냉각 대상 부품의 온도와 열용량을 검출한 온도에 따라 전동식 워터 펌프의 구동 속도를 고속 또는 저속으로 구동하는 제어를 실시한다.
그러나, 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 시스템의 경우에도, 냉각 대상의 열용량을 기준으로 전동식 워터 펌프 시스템을 운전하면, 차량이 감속 후 재 가속할 경우 냉각 수온 상승으로 인하여 펌프 회전수가 증가하고 냉각팬이 작동하여 전력 소모량이 증가하는 경우가 발생할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
공개특허공보 제10-2011-0059385호 (2011.06.02) 공개특허공보 제10-2011-0120766호 (2011.11.04)
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 냉각량을 확보할 수 있도록 전동식 워터 펌프를 상황에 따라 제어함으로써 냉각 대상을 효과적으로 냉각할 수 있음은 물론 연비까지 향상시킬 수 있는 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
즉, 본 발명이 해결하려는 과제는, 차량이 충분히 난기되어서 써모스탯(thermostat)이 열렸을 경우, 감속 구간에서 전동식 워터 펌프의 속도를 증가시켜서 라디에이터를 과냉각시킨 후, 가속 구간에서 미리 확보한 냉각량을 활용하여 전동식 워터 펌프의 속도 증가 방지 및 쿨링팬 작동을 억제함으로써, 즉 차량의 가감속 운전에서 펌프 소모 동력 및 쿨링팬 작동을 억제함으로써 연비를 향상시킬 수 있는 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법은, 엔진의 동작을 판단하는 단계; 상기 엔진이 동작 중이면, 냉각수의 온도를 조절하는 써모스탯(thermostat)이 오픈(open)되었는지 판단하는 단계; 상기 써모스탯이 오픈되었으면, 차량이 감속 상태인지를 판단하는 단계; 및 상기 써모스탯의 오픈 여부 및 상기 차량의 감속 상태 여부를 기초로 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 차량이 감속 상태인지의 판단은 연료 차단(fuel cut) 상태인지를 판단하여 결정할 수 있다.
상기 연료 차단 상태이면, 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 연료 차단 상태가 아닌 조건에서의 속도 보다 설정값 추가 상승시켜 냉각량을 확보할 수 있다.
상기 써모스탯이 닫혀있으면, 엔진 출력 및 엔진 속도(RPM)를 기초로 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 제어할 수 있다.
상기 차량이 감속 상태가 아니면, 엔진 출력, 엔진 속도 및 차속을 기초로 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 제어할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 시스템은, 냉각수의 온도를 조절하기 위한 써모스탯; 차속을 검출하기 위한 차속 센서; 및 엔진의 파워 및 속도(RPM)를 산출하고, 연료 차단 상태를 판단하며, 전동식 워터 펌프 및 엔진의 동작을 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 차량이 충분히 난기되어 써모스탯(thermostat)이 열렸을 경우, 감속 구간에서 전동식 워터 펌프의 속도를 증가시켜 라디에이터를 과냉각시킨 후, 가속 구간에서 미리 확보한 냉각량을 활용하여 전동식 워터 펌프의 속도 증가 방지 및 쿨링팬 작동을 억제함으로써, 즉 차량의 가감속 운전에서 펌프 소모 동력 및 쿨링팬 작동을 억제함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 시스템을 도시한 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 시스템은, 냉각량을 확보할 수 있도록 전동식 워터 펌프를 상황(예; 감속 상태)에 따라 제어하는 시스템이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 시스템은, 엔진(10)을 냉각하는 냉각수의 온도를 조절하기 위한 써모스탯(30); 차속을 검출하기 위한 차속 센서(60); 및 엔진(10)의 파워 및 속도(RPM)를 산출하고, 연료 차단(fuel cut) 상태를 판단하며, 전동식 워터 펌프(EWP; electrical water pump)(20) 및 엔진(10)의 동작을 제어하는 제어기(100)를 포함할 수 있다.
상기 써모스탯(30)은 라이디에터(40)에 연결되고, 라디에이터(40)는 팬(50)의 회전에 의해 방열된다.
상기 엔진(10), EWP(20), 써모스탯(30), 라디에이터(40), 팬(50), 및 차속센서(60)는 기존의 차량에 이용되는 것들로 할 수 있으므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 제어기(100)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 및/또는 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어로서, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 EWP를 이용한 냉각 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성될 수 있다.
상기 제어기(100)는 엔진(10)를 제어하는 엔진제어기(ECU; engine control unit)를 포함하거나, 상기 엔진제어기에 포함되는 구성으로 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어기(100)는 엔진(10)이 온(ON) 상태인지, 즉 엔진(10)이 동작 중인지를 판단하다(S100).
엔진(10)이 동작 중인지의 판단은 기존의 방법에 따라 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
엔진(10)이 동작 중이면, 제어기(100)는 냉각수의 온도를 조절하는 써모스탯(30))이 오픈(open)되었는지 판단한다(S200). 써모스탯(30)이 오픈되었는지의 판단은 기존 기술에 의해 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
써모스탯(30)이 오픈되었으면, 제어기(100)는 차량이 감속 상태인지를 판단한다(S300).
본 발명의 실시예에서 차량의 감속 상태는 연료 차단 여부를 기초로 판단할 수 있다. 즉, 연료 차단이 있는 경우, 제어기(100)는 차량이 감속 상태인 것으로 판단하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성으로서 차속센서(60)로부터 입력되는 차속 신호의 변화량이 음수(-)인 경우 제어기(100)는 감속 상태로 판단할 수 있다.
S300 단계에서, 차량이 감속 상태이면, 즉 연료 차단 상태이면, 제어기(100)는 EWP(20)의 속도를 기존의 속도 보다 더 빠르게, 예를 들면 연료 차단 상태가 아닌 조건에서의 속도 보다 설정값 추가 상승시켜 냉각량을 더 확보한다(S400).
제어기(100)가 S400 단계를 수행할 경우, 연료 차단(Fuel cut) 감속 구간에서 전동식 워터 펌프(20)의 구동 속도가 기존 보다 커지고, 이에 따라 라디에이터(40)가 추가적으로 냉각되어, 여분의 냉각량을 확보하게 된다.
S400 단계 후, 차량이 재 가속할 때 EWP(20)의 속도는 기존 보다 낮게 유지되는데, 이는 S400 단계에서 냉각량을 확보하였기 때문이다.
제어기(100)가 S400 단계를 수행하면, 기존 보다 엔진(10)의 온도가 더 서서히 상승하게 되고, 이로 인해 쿨링 팬(50)의 작동 빈도수가 작게 된다.
따라서, 제어기(100)가 S400 단계를 수행하면, 감속 구간에서 냉각량을 미리 확보할 수 있기 때문에 EWP의 소비 전력을 절약할 수 있고, 엔진의 연료 소모 또한 감소시킬 수 있다.
한편, S200 단계에서 써모스탯(30)이 오픈되어 있지 않으면, 제어기(100)는 기존 방식과 같이 엔진 출력, 엔진 속도를 기초로 EWP(20)의 속도를 제어한다(S600).
또한, S300 단계에서 차량이 감속 상태에 있지 않으면, 제어기(100)는 기존 방식과 같이 엔진 출력, 엔진 속도 및 차속을 기초로 EWP(20)의 속도를 제어한다(S500).
제어기(100)는 상기 S200 단계 내지 S600 단계를 엔진(10)이 오프될 때까지, 즉 시동이 오프될 때까지 반복 수행한다(S700).
이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 차량이 충분히 난기되어 써모스탯(thermostat)이 열렸을 경우, 감속 구간에서 전동식 워터 펌프의 속도를 증가시켜 라디에이터를 과냉각시킨 후, 가속 구간에서 미리 확보한 냉각량을 활용하여 전동식 워터 펌프의 속도 증가 방지 및 쿨링팬 작동을 억제함으로써, 즉 차량의 가감속 운전에서 펌프 소모 동력 및 쿨링팬 작동을 억제함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 엔진 20: 전동식 워터 펌프(EWP)
30: 써모스탯 100: 제어기

Claims (6)

  1. 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법에 있어서,
    엔진의 동작을 판단하는 단계;
    상기 엔진이 동작 중이면, 냉각수의 온도를 조절하는 써모스탯(thermostat)이 오픈(open)되었는지 판단하는 단계;
    상기 써모스탯이 오픈되었으면, 차량이 감속 상태인지를 판단하는 단계; 및
    상기 써모스탯의 오픈 여부 및 상기 차량의 감속 상태 여부를 기초로 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 제어하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 차량이 감속 상태인지의 판단은
    차속센서로부터 입력되는 차속 신호의 변화량이 음수(-)인지를 판단하여 결정하며,
    상기 차속 신호의 변화량이 음수(-)이면, 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 상기 차속 신호의 변화량이 음수(-) 상태가 아닌 조건에서의 속도 보다 설정값 추가 상승시켜 냉각량을 확보하는 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 써모스탯이 닫혀있으면, 엔진 출력 및 엔진 속도(RPM)를 기초로 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 차량이 감속 상태가 아니면, 엔진 출력, 엔진 속도 및 차속을 기초로 상기 전동식 워터 펌프의 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 방법.
  6. 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 시스템으로서,
    냉각수의 온도를 조절하기 위한 써모스탯;
    차속을 검출하기 위한 차속 센서; 및
    엔진의 파워 및 속도(RPM)를 산출하고, 연료 차단 상태를 판단하며, 전동식 워터 펌프 및 엔진의 동작을 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 제1항 및 제4항 및 제5항 중의 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 전동식 워터 펌프를 이용한 냉각 제어 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008215094A (ja) * 2007-02-28 2008-09-18 Toyota Motor Corp 内燃機関の冷却装置
JP2011001933A (ja) * 2009-06-22 2011-01-06 Fuji Heavy Ind Ltd ウォーターポンプ制御装置

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