KR101755489B1 - 엔진 순환 냉각수의 제어방법 및 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엔진 순환 냉각수의 제어방법은, 엔진의 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 기준입구온도를 선택하는 단계, 상기 기준입구온도를 기준으로 냉각수제어 밸브유닛의 개도율을 제어하는 단계, 상기 엔진의 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 실제입구온도를 감지하는 단계, 상기 엔진의 냉각수 출구측을 흐르는 냉각수의 실제출구온도를 감지하는 단계, 및 상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값을 연산하는 단계, 상기 차이값의 크기에 따라서 상기 기준입구온도를 가변시킬 수 있다.

Description

엔진 순환 냉각수의 제어방법 및 제어시스템{CONTROL METHOD OF ENGINE CIRCULATING COOLANT AND THE CONTROL SYSTEM THEREOF}
본 발명은 엔진의 냉각수 출구측과 입구측의 온도를 감지하고, 이에 따라서 전자식 냉각수 제어밸브를 제어함으로써 냉각수온을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 엔진 순환 냉각수의 제어방법 및 제어시스템에 관한 것이다.
종래에는 엔진을 순환하는 냉각수의 온도를 제어하기 위해서, 기계식 써모스탯을 이용하였으며, 이러한 기계식 써모스탯은 냉각수의 온도가 상승하면 왁스가 팽창하여 라디에이터로 연결된 냉각수유로를 개방하여, 냉각수의 온도를 제어하는 구조를 갖는다.
이러한 기계식 써모스탯은 엔진의 출구온도를 제어하기 위해서 엔진의 냉각수출구측에 배치되거나, 엔진의 입구온도를 제어하기 위해서 엔진의 냉각수입구측에 배치되는데, 전자를 엔진출구제어방식이라고 부르고, 후자를 엔진입구제어방식이라고 부른다.
전자의 장점은 엔진에서 흘러나오는 냉각수의 온도를 감지하여 제어하기 때문에 냉각수의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있으나, 냉각수 온도 감지 위치가 출구측에 위치하기 때문에 제어의 정밀도가 떨어질 수 있다.
반면, 후자의 장점은 엔지의 입구측에서 냉각수의 온도를 감지하기 때문에, 냉각수온의 출렁거림이 작고, 제어의 정밀도가 높을 수 있으나, 엔진의 출력에 따라서 출구온도가 급격히 증가할 수 있다.
본 발명의 목적은 엔진의 입구제어방식과 출구제어방식의 장점을 구현하면서, 냉각수의 온도를 보다 정확하고 신속하게 제어할 수 있는 엔진 순환 냉각수의 제어방법 및 제어시스템을 제공하는 것이다.
특히, 엔진의 출구측 냉각수온도와 입구측 냉각수온도의 차이값에 따라서 냉각수의 입구온도 기준값을 보정함으로써, 보다 엔진을 순환하는 냉각수의 온도를 정확하고 신속하게 제어할 수 있는 냉각수 제어방법 및 제어시스템을 제공하는 것이다.
또한, 냉각수제어 밸브유닛은 전자식으로 제어되는 것으로서, 라디에이터로 공급되는 냉각수와 상기 라디에이터를 바이패스하는 냉각수를 각각 제어하여 엔진의 입구측으로 공급되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있는 냉각수 제어방법 및 제어시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 엔진 순환 냉각수의 제어방법은, 엔진의 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 기준입구온도를 선택하는 단계, 상기 기준입구온도를 기준으로 냉각수제어 밸브유닛의 개도율을 제어하는 단계, 상기 엔진의 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 실제입구온도를 감지하는 단계, 상기 엔진의 냉각수 출구측을 흐르는 냉각수의 실제출구온도를 감지하는 단계, 및 상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값을 연산하는 단계, 상기 차이값의 크기에 따라서 상기 기준입구온도를 가변시킬 수 있다.
상기 기준입구온도는 상기 엔진의 냉각수 출구측을 흐르는 냉각수의 실제출구온도를 기준으로 선택될 수 있다.
상기 냉각수제어 밸브유닛은 상기 엔진의 출구측에서 배출되는 냉각수를 라디에이터 측으로 공급하거나, 상기 라디에이터를 바이패스시켜 상기 엔진의 입구측으로 공급하되, 상기 냉각수제어 밸브유닛의 개도율에 따라서 상기 라디에이터와 상기 엔진의 입구측으로 분배되는 냉각수를 각각 제어할 수 있다.
상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값이 커질수록, 상기 기준입구온도의 보정값을 크게 할 수 있다.
상기 기준입구온도가 낮아지면, 상기 냉각수제어 밸브유닛은 상기 라디에이터로 공급되는 냉각수의 양을 늘릴 수 있다.
상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값이 커질수록, 상기 기준입구온도를 낮출 수 있다.
상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도는 각각 제1,2냉각수냉각수온센서에 의해서 감지될 수 있다.
냉각수펌프에 의해서 상기 엔진의 상기 냉각수입구측으로 냉각수가 펌핑될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진 순환 냉각수의 제어시스템은, 연소과정을 통해서 회전력을 생성하고, 냉각수 입구측으로 냉각수를 공급받으며, 냉각수 출구측으로 냉각수를 배출하도록 설정된 엔진, 상기 냉각수 입구측과 상기 냉각수 출구측에 각각 설치되어 냉각수의 온도를 감지하는 제1,2냉각수냉각수온센서, 상기 엔진의 일측에 설치되고, 냉각수의 열을 외부로 방열하도록 설치된 라디에이터, 상기 냉각수 출구측에 설치되어 상기 엔진에서 배출되는 냉각수를 상기 라디에이터로 분배하거나, 상기 라디에이터를 바이패스하여 상기 냉각수 입구측으로 분배하도록 설정된 냉각수제어 밸브유닛, 및 상기 제1,2냉각수냉각수온센서를 통해서 냉각수의 온도를 감지하고, 상기 냉각수제어 밸브유닛을 제어하되, 상기 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 기준입구온도를 선택하고, 상기 기준입구온도를 기준으로 상기 냉각수제어 밸브유닛의 개도율을 제어하며, 상기 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 실제입구온도를 감지하고, 상기 냉각수 출구측을 흐르는 냉각수의 실제출구온도를 감지하며, 상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값을 연산하고, 상기 차이값의 크기에 따라서 상기 기준입구온도를 가변시키는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 기준입구온도는 상기 엔진의 냉각수 출구측을 흐르는 냉각수의 실제출구온도를 기준으로 선택될 수 있다.
상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값이 커질수록, 상기 기준입구온도의 보정값을 크게 할 수 있다.
상기 기준입구온도가 낮아지면, 상기 냉각수제어 밸브유닛은 상기 라디에이터로 공급되는 냉각수의 양을 늘릴 수 있다.
상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값이 커질수록, 상기 기준입구온도를 낮출 수 있다.
상기 엔진의 상기 냉각수입구측에 배치되어 냉각수를 상기 냉각수출구측으로 펌핑하는 냉각수펌프를 포함할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 엔진의 출구측 냉각수온도와 입구측 냉각수온도의 차이값에 따라서 냉각수의 입구온도 기준값을 보정함으로써, 보다 엔진을 순환하는 냉각수의 온도를 정확하고 신속하게 제어할 수 있다.
여기서, 냉각수제어 밸브유닛은 전자식으로 제어되는 것으로서, 라디에이터로 공급되는 냉각수와 상기 라디에이터를 바이패스하는 냉각수를 각각 제어하여 엔진의 입구측으로 공급되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
즉, 냉각수를 냉각시키도록 배치되는 라디에이터에서 유입되는 냉각수와 냉각수제어 밸브유닛에서 바이패스된 냉각수의 유량비를 제어하여 엔진의 입구측으로 공급되는 냉각수의 온도를 제어하여, 실제 엔진을 흐르는 냉각수의 온도를 보다 적극적으로 추종하도록 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 순환 냉각수의 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 순환 냉각수의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수제어 밸브유닛의 작동 원리를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수제어의 패턴을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 순환 냉각수의 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진 순환 냉각수의 제어시스템은 엔진(100), 제1 냉각수온센서(130), 제2 냉각수온센서(140), 냉각수제어 밸브유닛(110), 라디에이터(120), 냉각수펌프(150), 및 제어부(160)를 포함한다.
상기 제1 냉각수온센서(130)는 상기 엔진(100)의 냉각수 입구측에 배치되어, 입구측을 흐르는 냉각수의 온도를 감지하고, 상기 제2 냉각수온센서(140)는 상기 엔진(100)의 냉각수 출구측에 배치되어, 출구측을 흐르는 냉각수의 온도를 감지한다.
상기 라디에이터(120)는 공급되는 냉각수의 열을 외부로 방열하는 기능을 수행하고, 상기 냉각수펌프(150)는 상기 라디에이터(120) 또는 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)으로부터 공급되는 냉각수를 펌핑하여 냉각수가 상기 엔진(100)의 입구측에서 출구측으로 순환되도록 한다.
상기 냉각수제어 밸브유닛(110)은 상기 제어부(160)에 의해서 전자식으로 제어되어 상기 라디에이터(120)로 공급되는 냉각수와 상기 라디에이터(120)를 바이패스하는 냉각수를 각각 제어할 수 있다. 아울러, 냉각수의 온도가 설정수치 이하일 경우에는 냉각수가 흐르지 않도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)은 상기 제어부(160)에 의해서 전자식으로 제어되어 상기 라디에이터(120)로 공급되는 냉각수와 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)을 바이패스하는 냉각수의 유량을 연속적으로 가변적으로 제어할 수 있다.
상기 제어부(160)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
먼저, 상기 제어부(160)는 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)을 제어하되, 미리 설정된 기준입구온도를 기준으로 상기 엔진(100)의 입구측 냉각수온을 제어한다. 즉, 상기 엔진(100)의 입구측 냉각수온이 기준입구온도(예를 들어, 섭씨 90도)에 도달하도록 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)을 제어한다.
다음, 상기 제1 냉각수온센서(130) 및 상기 제2 냉각수온센서(140)를 통해서, 상기 엔진(100)의 입구측 냉각수온의 실제입구온도와 실제출구온도를 감지하고, 상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값을 연산한다.
그리고, 상기 차이값에 따라서 상기 기준입구온도를 가변시키고, 가변된 기준입구온도를 기준으로 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)을 다시 제어한다. 따라서, 상기 엔진(100)을 순환하는 냉각수의 온도를 보다 적극적으로 제어할 수 있고, 상기 엔진(100)의 부하에 따라서 냉각수온을 가변적으로 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 순환 냉각수의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S200에서 운전조건을 감지한다, 여기서 운전조건은 엔진의 알피엠, 토크, 외기온, 등을 포함한다.
S210에서 상기 제어부(160)는 냉각수의 기준입구온도를 맵 데이터로부터 선택한다. 상기 기준입구온도는 미리 설정된 데이터로부터 선택된 수치이거나, 상기 제2 냉각수온센서(140)에 의해서 감지되는 냉각수의 실제출구온도일 수 있다.
S220에서 상기 제어부(160)는 상기 기준입구온도를 기준으로 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)을 제어한다. 즉, 냉각수의 입구온도가 상기 기준입구온도를 추종하도록 상기 제어부(160)는 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)의 밸브 각도를 연속적으로 제어하여, 라디에이터(120)를 흐르는 냉각수의 유량과 냉각수제어 밸브유닛(110)을 흐르는 냉각수의 유량을 제어하여, 상기 엔진(100)의 입구측으로 합류되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
여기서, S225에서 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)의 밸브개도를 제어하기 위해서 PID제어를 수행할 수 있다.
S230에서 상기 제어부(160)는 상기 제2 냉각수온센서(140)를 통해서 냉각수의 실제출구온도를 감지한다. 아울러, 상기 제1 냉각수온센서(130)를 통해서 냉각수의 실제입구온도를 감지하고, S230에서 상기 제어부(160)는 냉각수의 실제입구온도와 실제출구온도 사이의 차이값을 연산한다.
그리고, S240에서 상기 제어부(160)는 상기 차이값이 설정값보다 크고, 이 상태로 설정시간 지속되는지 판단한다.
상기 차이값이 설정값보다 크지 않거나, 상기 차이값이 설정값보다 큰 상태가 설정시간 지속되지 않으면, S220을 수행하여 상기 라디에이터와 상기 냉각수제어 밸브유닛을 지나는 냉각수를 정상적으로 제어하고, 상기 차이값이 설정값보다 크고, 이 상태가 설정시간 지속되면, S250에서 냉각수의 기준입구온도를 보정 또는 가변시킨다.
만약, 상기 실제입구온도와 실제출구온도 사이의 차이값이 설정값보다 크고, 이 상태가 설정시간 지속되면, 상기 엔진의 입구측을 흐르는 냉각수의 실제입구온도를 낮게 보정할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(160)는 상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값이 커질수록, 상기 엔진(100)의 부하가 증가하는 것으로 판단하여, 상기 기준입구온도를 더욱 낮출수 있다.
아울러, 상기 제어부(160)는 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)을 통해서, 상기 기준입구온도가 낮아지면, 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)에서 상기 라디에이터(120)로 공급되는 냉각수의 양을 가변적으로 늘릴 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각수제어 밸브유닛의 작동 원리를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 냉각수제어 밸브유닛(110)은 밸브하우징(300), 및 로터리밸브(310)를 포함한다. 상기 로터리밸브(310)에는 내부에서 외부로 냉각수가 흐르는 포트(305)가 설정된 위치에 형성된다.
상기 로터리밸브(310)의 회전위치에 따라서 상기 포트(305)는 상기 라디에이터(120) 또는 바이패스유로와 선택적으로 연결되어, 상기 로터리밸브(310)의 중심부로 공급된 냉각수가 상기 라디에이터(120) 또는 바이패스유로로 분배된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉각수제어의 패턴을 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 상기 로터리밸브(310)의 회전위치를 나타내고, 세로축은 상기 포트(305)의 개도량을 나타낸다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 로터리밸브(310)의 회전위치가 60도인 지점에서, 상기 바이패스유로 측으로는 포트가 100% 개방되고, 상기 라디에이터(120) 측으로는 포트가 0%를 나타낸다.
그리고, 상기 로터리밸브(310)의 회전위치가 80도인 지점에서, 상기 바이패스유로 측으로는 포트가 약 80% 개방되고, 상기 라디에이터(120) 측으로는 포트가 약 20%개방되며, 상기 로터리밸브(310)의 회전위치에 따라서 상기 라디에이터(120) 측 또는 상기 바이패스유로 측으로 연결된 상기 포트(305)의 개도율이 연속적으로 가변될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 엔진(100)의 냉각수 입구측과 냉각수 출구측의 온도를 각각 감지하고, 냉각수의 온도를 제어함으로써, 엔진(100)의 출구측 냉각수 온도를 비교적 일정하게 유지할 수 있고, 엔진(100)의 부하에 따른 냉각수 온도변화를 최소화할 수 있다.
아울러, 기존의 기계식 써모스탯을 이용한 엔진에서는, 엔진의 입구와 출구 위치에 따라서 냉각수 온도의 제어성이 다르게 나타나서, 설계상에 제약이 많았으나, 본 기술에서는 냉각수제어밸브의 위치에 상관없이 엔진(100)의 입구와 출구 온도에 따라서 제어가 되기 때문에 설계의 자유도가 높다.
또한, 급가속이나 급정거와 같은 과도구간에서 냉각수의 제어성이 안정적으로 유지된다.
아울러, 본 발명의 실시예에서, 제1냉각수온센서(130)는 라디에이터(120)의 출구측과 냉각수제어 밸브유닛(110)의 출구측이 합류하는 부분의 하류측에 냉각수펌프(150)와 엔진의 냉각수입구 사이에 배치되고, 제2냉각수온센서(140)는 엔진(100)의 냉각수 출구측에 설치되고, 엔진(100)의 냉각수 입구측 온도와 출구 온도 사이의 차이값에 따라서 냉각수제어 밸브유닛(110)의 개도율을 PID제어함으로써, 라디에이터(120)를 지나는 냉각수와 냉각수제어 밸브유닛(110)을 지나는 냉각수를 연속적으로 제어함으로써, 보다 정확하고 신속하게 엔진(100)의 입구측 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
아울러, 입구측 온도와 출구 온도 사이에 차이값이 설정값을 초과하는 것으로 판단되면, 입구측 온도를 하강시키거나, 상승시켜서 엔진(100)의 과도구간에서 냉각수의 온도를 보다 적극적으로 제어할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진 110: 냉각수제어 밸브유닛
120: 라디에이터 130: 제1 냉각수온센서
140: 제2 냉각수온센서 150: 냉각수펌프
160: 제어부 300: 밸브하우징
305: 포트 310: 로터리밸브

Claims (14)

  1. 엔진의 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 기준입구온도를 선택하는 단계;
    상기 기준입구온도를 기준으로 냉각수제어 밸브유닛의 개도율을 제어하여 라디에이터를 지나는 냉각수의 유량을 연속적으로 제어하는 단계;
    상기 엔진의 냉각수 입구측을 흐르는 냉각수의 실제입구온도를 감지하는 단계;
    상기 엔진의 냉각수 출구측을 흐르는 냉각수의 실제출구온도를 감지하는 단계; 및
    상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값을 연산하는 단계; 및
    상기 차이값의 크기에 따라서 상기 기준입구온도를 가변시켜, 가변된 상기 기준입구온도를 추종하도록 상기 냉각수제어 밸브유닛의 개도율을 제어하는 단계; 를 포함하되,
    상기 냉각수제어 밸브유닛은 상기 엔진의 출구측에서 배출되는 냉각수를 라디에이터 측으로 공급하거나, 상기 라디에이터를 바이패스시켜 상기 엔진의 입구측으로 공급하되, 상기 냉각수제어 밸브유닛의 개도율에 따라서 상기 라디에이터로 공급되는 냉각수와 상기 라디에이터를 바이패스하는 냉각수를 각각 제어하되,
    상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도 사이의 차이값이 커질수록, 상기 기준입구온도를 낮추고, 상기 기준입구온도가 낮아지면, 상기 냉각수제어 밸브유닛은 상기 라디에이터로 공급되는 냉각수의 양을 늘리는 것을 특징으로 하는 엔진 순환 냉각수의 제어방법.
  2. 제1항에서,
    상기 기준입구온도는 상기 엔진의 냉각수 출구측을 흐르는 냉각수의 실제출구온도를 기준으로 선택되는 것을 특징으로 하는 엔진 순환 냉각수의 제어방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에서,
    상기 실제입구온도와 상기 실제출구온도는 각각 제1,2냉각수냉각수온센서에 의해서 감지되는 것을 특징으로 하는 엔진 순환 냉각수의 제어방법.
  8. 제1항에서,
    냉각수펌프에 의해서 상기 엔진의 상기 냉각수입구측으로 냉각수가 펌핑되는 것을 특징으로 하는 엔진 순환 냉각수의 제어방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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