KR102487183B1 - 차량용 냉각 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템은, 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 냉각수 일부를 전달받아 다시 상기 실린더 블록으로 전달하는 EGR 쿨러, 상기 실린더 블록으로부터 냉각수를 전달받는 실린더 헤드, 상기 실린더 헤드로부터 전달받은 냉각수를 복수 개의 냉각수 라인으로 선택적으로 전달하는 열 관리 모듈, 상기 복수 개의 냉각수 라인으로부터 전달되는 냉각수를 상기 실린더 블록으로 전달하는 워터 펌프 및 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

차량용 냉각 시스템{CONTROL SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 운전 조건에 따라서 엔진의 부품들을 각각 흐르는 냉각수를 제어하여 워밍업 성능과 냉각성능을 향상시키는 냉각 시스템에 관한 것이다.
엔진은 연료의 연소에 의해서 회전력을 발생시키면서 열에너지를 배출하고, 냉각수는 엔진, 히터, 및 라디에이터 등을 순환하면서 열에너지를 흡수하고, 이를 외부로 방출한다.
엔진의 냉각수 온도가 낮으면, 오일의 점성이 높아져서 마찰력이 증가하고, 연료소모가 늘어나며, 배기가스의 온도가 천천히 상승하여 촉매가 활성화되는 시간이 길어질 뿐만 아니라, 배기가스의 품질이 저하될 수 있다. 아울러, 히터의 기능이 정상화되는 시간이 길어져 사용자에게 불편을 줄 수 있다.
엔진의 냉각수 온도가 과열되면, 노킹이 발생하고, 이를 억제하기 위해서 점화시기를 조절해야 하므로 엔진의 성능이 저하될 수 있으며, 윤활유의 온도가 과도하면 점성이 낮아져서 윤활의 기능이 저하될 수 있다.
따라서, 엔진의 특정부위는 냉각수의 온도를 높게 유지하고, 다른 부위는 낮게 유지하는 등 하나의 밸브 유닛을 통해서 여러 개의 냉각요소를 제어하는 기술이 적용되고 있다.
하나의 열 관리 모듈이 라디에이터, 히터 코어, 이지알 쿨러, 오일 쿨러, 또는 실린더 블럭을 지나는 냉각수를 각각 제어하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 선행문헌으로써, 일본 특개 2015-59615가 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.
본 발명의 목적은 간단한 구성으로 냉각 효율 향상 및 빠른 웜업이 가능한 차량용 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템은 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 냉각수 일부를 전달받아 다시 상기 실린더 블록으로 전달하는 EGR 쿨러, 상기 실린더 블록으로부터 냉각수를 전달받는 실린더 헤드, 상기 실린더 헤드로부터 전달받은 냉각수를 복수 개의 냉각수 라인으로 선택적으로 전달하는 열 관리 모듈, 상기 복수 개의 냉각수 라인으로부터 전달되는 냉각수를 상기 실린더 블록으로 전달하는 워터 펌프 및 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 냉각수온 및 외기 온도를 포함하는 운행 정보를 바탕으로 미리 설정된 복수개의 작동 모드로 상기 열 관리 모듈을 제어할 수 있다.
상기 복수 개의 냉각수 라인은 히터를 경유하는 제1 냉각수 라인, 라디에이터를 경유하는 제2 냉각수 라인 및 열교환기를 경유하는 제3 냉각수 라인을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 작동 모드는 상기 제2, 3 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 난방 모드를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 작동 모드는 상기 제1, 2, 3 냉각수 라인을 모두 폐쇄하는 정지 모드를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 작동 모드는 상기 제1, 2 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제3 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 열교환 모드를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 작동 모드는 상기 제2 냉각수 라인을 폐쇄하고, 상기 제3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 히터 제어 모드를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 작동 모드는 상기 제1, 3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제2 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 수온 제어 모드를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템은 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 냉각수 일부를 전달받아 다시 상기 실린더 블록으로 전달하는 EGR 쿨러, 상기 실린더 블록으로부터 냉각수를 전달받는 실린더 헤드, 상기 실린더 헤드로부터 전달받은 냉각수를 히터를 경유하는 제1 냉각수 라인, 라디에이터를 경유하는 제2 냉각수 라인 또는 열교환기를 경유하는 제3 냉각수 라인으로 선택적으로 전달하는 열 관리 모듈, 상기 각 냉각수 라인으로부터 전달되는 냉각수를 상기 실린더 블록으로 전달하는 워터 펌프 및 냉각수온 및 외기 온도를 포함하는 운행정보를 바탕으로 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제2, 3 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 난방 모드를 구현할 수 있다.
상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제1, 2, 3 냉각수 라인을 모두 폐쇄하는 정지 모드를 구현할 수 있다.
상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제1, 2 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제3 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 열교환 모드를 구현할 수 있다.
상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제2 냉각수 라인을 폐쇄하고, 상기 제3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 히터 제어 모드를 구현할 수 있다.
상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제1, 3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제2 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 수온 제어 모드를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 간단한 구성으로 냉각 효율 향상 및 빠른 웜업이 가능한 차량용 냉각 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템에 적용될 수 있는 열 관리 모듈을 도시한 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 작동 모드를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 구성도고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템에 적용될 수 있는 열 관리 모듈을 도시한 일부 사시도이다.
도 1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템은 실린더 블록(100), 상기 실린더 블록(100)과 직접 연결되어 상기 실린더 블록(100)의 냉각수 일부를 전달받아 다시 상기 실린더 블록(100)으로 전달하는 EGR 쿨러(110), 상기 실린더 블록(110)으로부터 냉각수를 전달받는 실린더 헤드(105), 상기 실린더 헤드(105)로부터 전달받은 냉각수를 복수 개의 냉각수 라인으로 선택적으로 전달하는 열 관리 모듈(TMM; Thermal Management Module; 125), 상기 복수 개의 냉각수 라인으로부터 전달되는 냉각수를 상기 실린더 블록(100)으로 전달하는 워터 펌프(155) 및 상기 열 관리 모듈(125)의 작동을 제어하는 제어기(300)를 포함한다.
상기 제어기(300)는 냉각 수온 센서(120) 및 외기온 센서(122)로부터 전달되는 냉각수온 및 외기 온도를 포함하는 운행 정보를 바탕으로 미리 설정된 복수개의 작동 모드로 상기 열 관리 모듈(300)을 제어할 수 있다.
상기 복수 개의 냉각수 라인은 히터(115)를 경유하는 제1 냉각수 라인(201), 라디에이터(130)를 경유하는 제2 냉각수 라인(202) 및 열교환기를 경유하는 제3 냉각수 라인(203)을 포함할 수 있다.
상기 열교환기는 예를 들어, 오일 쿨러(114) 및/또는 ATF(Auto transmission fluid) 워머(112) 일 수 있다.
상기 EGR 쿨러(110)는 별도의 제어 밸브 등으로 냉각을 제어하지 않아 냉각수 라인이 단순해 질 수 있다.
즉, 상기 실린더 블록(100)의 냉각수 흐름이 정체되면, 상기 EGR 쿨러(110)로의 냉각수 흐름도 정체되며, 따라서 상대적으로 차가운 냉각수가 흘러 배기가스가 응축되는 가능성을 차단할 수 있다.
상기 라디에이터(130)를 경유하는 상기 제2 냉각수 라인(202)에서 별도의 냉각수 라인이 분기하여 리저버 탱크(116)를 경유할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 열 관리 모듈(125)은 캠(210), 상기 캠(210)에 형성된 트랙, 상기 트랙에 접촉하는 로드, 상기 로드에 결합된 밸브 및 상기 밸브를 탄성 지지하는 탄성 부재를 포함하고, 상기 밸브는 냉각수 통로를 개폐한다.
상기 캠(210)의 하부에는 설정된 경사와 높이를 갖는 복수 개의 트랙, 예를들어, 제1,2,3 트랙(320a, 320b, 320c)이 형성되고, 상기 로드, 예를 들어 제1, 2, 3 로드(215a, 215b, 215c)가 구비되어 상기 캠(210)의 회전위치에 따라서 상기 각 트랙(320a, 320b, 320c)과 접촉한 상기 각 로드(215a, 215b, 215c)가 그 하부로 이동할 수 있다. 그리고, 상기 탄성부재도 3개, 예를 들어 제1, 2, 3 탄성부재(225a, 225b, 225c)가 구비되어 상기 각 로드(215a, 215b, 215c)를 탄성 지지한다.
상기 캠(210)의 회전위치에 따라 상기 각 탄성 부재(225a, 225b, 225c)가 압축되면서, 상기 각 로드(215a, 215b, 215c)에 장착된 제1, 2, 3 밸브(220a, 220b, 220c)가 제1, 2, 3 냉각수 통로(230a, 230b, 230c)를 개폐할 수 있다. 여기서, 상기 캠(210)의 회전위치에 따라서 각 냉각수 통로의 개도율이 제어될 수 있다.
상기 제어부(300)는 운행조건(냉각수온, 외기온 등)과 캠 위치 감지센서(600)로부터 수신된 상기 캠(210)의 위치를 이용하여 상기 모터(305)를 제어하고, 상기 모터(305)는 기어 박스(310)를 통해서 상기 캠(210)의 회전위치를 가변시킨다.
상기 캠 위치 감지센서(600)는 상기 캠(210)의 회전위치를 직접적으로 감지하는 센서일 수 있고, 상기 제어부(300)는 레졸버(미표시) 등을 통해서 상기 모터(305)의 회전위치를 감지하여 상기 캠(210)의 회전위치를 간접적으로 연산할 수 있다.
상기 제1 냉각수 통로(230a)는 상기 히터(115)를 경유하는 상기 제1 냉각수(201) 라인과 연결되고, 상기 제2 냉각수 통로(230b)는 상기 라디에이터(130)를 경유하는 상기 제2 냉각수 라인(202)과 연결되며, 상기 제3 냉각수 통로(230c)는 상기 열교환기를 경유하는 상기 제3 냉각수 라인(203)과 연결된다.
상기 제어부(300)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 각 작동 모드를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 열 관리 모듈은 도2에 열 관리 모듈에 한정되지 않으며, 적어도 3개의 냉각수통로를 개폐할 수 있는 공지된 모든 열 관리 모듈의 구조를 채택할 수 있음은 당연하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 작동 모드를 나타낸 그래프이다.
도3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각 시스템의 각 작동 모드를 설명한다.
도3에서, 가로축은 상기 캠(210)의 회전위치(rotation position of cam)를 나타내고, 세로축은 상기 각 밸브(220a, 220b, 220c)의 개도율을 나타낸다.
상기 제어기(300)는 상기 열 관리 모듈(125)의 작동을 제어하여 상기 제2, 3 냉각수 라인(202, 203)을 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인(201)의 개도량을 제어하는 난방 모드(Phase 3)를 구현할 수 있다.
난방 요구 시 상기 히터(115)로만 냉각수를 흐르도록 할 수 있다. 즉, 냉각 수온과 외기온이 일정 온도 이상 낮을 경우, 상기 제2, 3 냉각수 통로(202, 203)를 닫고 상기 히터(115)와 연결된 상기 제1 냉각수 통로(201)를 열어 히터 성능을 향상시킨다.
상기 제어기(300)는 상기 열 관리 모듈(125)의 작동을 제어하여 상기 제1, 2, 3 냉각수 라인(201, 202, 203)을 모두 폐쇄하는 정지 모드(Phase 1)를 구현할 수 있다.
상기 정지 모드에서는 냉각수 유동을 정지하여 패스트 웜업(FAST WARM UP)이 가능하다. 즉, 엔진 온도를 최대한 빨리 상승 시켜 연비 향상 및 유해 배기 가스 발생을 억제할 수 있다.
이 경우, 별도의 밸브 등의 구성 없이 상기 EGR 쿨러로의 냉각수 흐름도 차단하여 차가운 냉각수로 인한 배기 가스의 응축 현상을 억제할 수 있다.
상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제1, 2 냉각수 라인(201, 202)을 폐쇄한 상태에서, 상기 제3 냉각수 라인(203)의 개도량을 제어하는 열교환 모드(Phase 4)를 구현할 수 있다.
상기 열교환 모드에서는 유동 정지 해제 후 목표 냉각 수온까지 웜업을 수행한다. 즉 상기 열교환기로 냉각수가 공급되며, 유동 정지 해제 후 냉각수 온도 급변을 줄이면서 목표 냉각 수온까지 부드러운(Smooth)한 냉각수의 온도 수렴이 가능하며, 웜업 시간을 단축 시킬 수 있다.
상기 제어기(300)는 상기 열 관리 모듈(125)의 작동을 제어하여 상기 제2 냉각수 라인(202)을 폐쇄하고, 상기 제3 냉각수 라인(203)을 개방한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인(201)의 개도량을 제어하는 히터 제어 모드(Phase 2)를 구현할 수 있다.
상기 히터 제어 모드에서는 상기 히터(115)와 열교환기로 냉각수가 동시에 전달된다.
상기 제어기(300)는 상기 열 관리 모듈(125)의 작동을 제어하여 상기 제1, 3 냉각수 라인(201, 203)을 개방한 상태에서, 상기 제2 냉각수 라인(202)의 개도량을 제어하는 수온 제어 모드(Phase 5)를 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 냉각 시스템에 의하면 간단한 구성으로 냉각 효율 향상 및 빠른 웜업이 가능하다.
상기 EGR 쿨러의 냉각을 위한 별도의 제어 밸브 등이 필요하지 않아 냉각수 라인이 단순해 질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 냉각 시스템에 의하면 열 관리 모듈의 제어로 다양한 냉각 모드 구현이 가능하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 실린더 블록 105: 실린더 헤드
110: 이지알 쿨러 115: 히터
116: 리저버 탱크 120: 냉각수온 센서
125: 열 관리 모듈 130: 라디에이터
215a: 제1 로드 215b: 제2 로드
215c: 제3 로드 220a: 제1 밸브
220b: 제2 밸브 220c: 제3 밸브
300: 제어부 305: 모터

Claims (14)

  1. 실린더 블록;
    상기 실린더 블록과 직접 연결되어 상기 실린더 블록의 냉각수 일부를 전달받아 다시 상기 실린더 블록으로 전달하는 EGR 쿨러;
    상기 실린더 블록으로부터 냉각수를 전달받는 실린더 헤드;
    상기 실린더 헤드로부터 전달받은 냉각수를 복수 개의 냉각수 라인으로 선택적으로 전달하는 열 관리 모듈;
    상기 복수 개의 냉각수 라인으로부터 전달되는 냉각수를 상기 실린더 블록으로 전달하는 워터 펌프; 및
    상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하는 제어기;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제어기는 냉각수온 및 외기 온도를 포함하는 운행 정보를 바탕으로 미리 설정된 복수개의 작동 모드로 상기 열 관리 모듈을 제어하는 냉각 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 복수 개의 냉각수 라인은
    히터를 경유하는 제1 냉각수 라인;
    라디에이터를 경유하는 제2 냉각수 라인; 및
    열교환기를 경유하는 제3 냉각수 라인;
    을 포함하는 냉각 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 복수 개의 작동 모드는
    상기 제2, 3 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 난방 모드;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  5. 제3항에서,
    상기 복수 개의 작동 모드는
    상기 제1, 2, 3 냉각수 라인을 모두 폐쇄하는 정지 모드;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  6. 제3항에서,
    상기 복수 개의 작동 모드는
    상기 제1, 2 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제3 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 열교환 모드;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  7. 제3항에서,
    상기 복수 개의 작동 모드는
    상기 제2 냉각수 라인을 폐쇄하고, 상기 제3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 히터 제어 모드;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  8. 제3항에서,
    상기 복수 개의 작동 모드는
    상기 제1, 3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제2 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 수온 제어 모드;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  9. 실린더 블록;
    상기 실린더 블록과 직접 연결되어 상기 실린더 블록의 냉각수 일부를 전달받아 다시 상기 실린더 블록으로 전달하는 EGR 쿨러;
    상기 실린더 블록으로부터 냉각수를 전달받는 실린더 헤드;
    상기 실린더 헤드로부터 전달받은 냉각수를 히터를 경유하는 제1 냉각수 라인, 라디에이터를 경유하는 제2 냉각수 라인 또는 열교환기를 경유하는 제3 냉각수 라인으로 선택적으로 전달하는 열 관리 모듈;
    상기 각 냉각수 라인으로부터 전달되는 냉각수를 상기 실린더 블록으로 전달하는 워터 펌프; 및
    냉각수온 및 외기 온도를 포함하는 운행정보를 바탕으로 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하는 제어기;
    를 포함하는 냉각 시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제2, 3 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 난방 모드를 구현하는 냉각 시스템.
  11. 제9항에서,
    상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제1, 2, 3 냉각수 라인을 모두 폐쇄하는 정지 모드를 구현하는 냉각 시스템.
  12. 제9항에서,
    상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제1, 2 냉각수 라인을 폐쇄한 상태에서, 상기 제3 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 열교환 모드를 구현하는 냉각 시스템.
  13. 제9항에서,
    상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제2 냉각수 라인을 폐쇄하고, 상기 제3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제1 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 히터 제어 모드를 구현하는 냉각 시스템.
  14. 제9항에서,
    상기 제어기는 상기 열 관리 모듈의 작동을 제어하여 상기 제1, 3 냉각수 라인을 개방한 상태에서, 상기 제2 냉각수 라인의 개도량을 제어하는 수온 제어 모드를 구현하는 냉각 시스템.
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