(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを冷却する高温冷却水の放熱を行う高温ラジエータ、
低温ＥＧＲクーラーとターボチャージャーの水冷式インタークーラーを通過する低温冷却水の放熱を行う低温ラジエータ、
前記高温ラジエータと前記低温ラジエータに送風するクーリングファン、
前記高温冷却水をポンピングする高温冷却水ポンプ、
前記低温冷却水をポンピングする低温冷却水ポンプ、
車両の運転状態と環境要素により前記高温冷却水ポンプ、前記低温冷却水ポンプ、および前記クーリングファンを制御する制御部、
前記高温冷却水が通過する変速機オイル熱交換機、
前記変速機オイル熱交換機を通じて変速機オイルを循環させる変速機オイルポンプ、
前記高温冷却水が通過するアクスルオイル熱交換機、および
前記アクスルオイル熱交換機を通じてアクスルオイルを循環させるアクスルオイルポンプ、を含み、
前記制御部は、外気温度と降雨有無により前記クーリングファンの速度を加減することを特徴とする車両の熱管理システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記変速機オイルまたは前記アクスルオイルの温度が低いと判断される場合には、前記変速機オイルポンプまたは前記アクスルオイルポンプを作動させて変速機オイルまたはアクスルオイルをワームアップさせることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の車両の熱管理システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記低温冷却水の温度が設定値よりも高い場合には、前記低温冷却水ポンプの流量を増加させ、
前記高温冷却水の温度が設定値よりも高い場合には、電子サーモスタットを開放し、低い場合には、前記電子サーモスタットを閉鎖することを特徴とする請求項１に記載の車両の熱管理システム。
【請求項４】
前記制御部は、エンジンオイルの温度を感知し、前記エンジンオイルの温度が設定値より高い場合には、前記エンジンオイルがオイルクーラーを通過するようにし、低い場合には、前記オイルクーラーをバイパスするようにすることを特徴とする請求項１に記載の車両の熱管理システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記高温冷却水の温度が設定値よりも高い場合には、前記クーリングファンの速度を１段にし、その温度が低くならない場合には、前記クーリングファンの速度を前記１段よりも速い２段に設定することを特徴とする請求項１に記載の車両の熱管理システム。
【請求項６】
前記制御部は、低温冷却水ポンプベースマップに基づいて前記低温冷却水ポンプを作動させ、前記クーリングファンの速度により前記低温冷却水ポンプの速度を補正して前記低温冷却水ポンプを制御することを特徴とする請求項５に記載の車両の熱管理システム。
【請求項７】
前記制御部は、高温冷却水ポンプベースマップに基づいて前記高温冷却水ポンプを作動させ、前記クーリングファンの速度により前記高温冷却水ポンプの速度を補正して前記高温冷却水ポンプを制御することを特徴とする請求項５に記載の車両の熱管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の熱管理システムに係り、より詳しくは、従来の冷却システムで排出される熱を効率的に使用するために環境要素または運転条件を考慮して冷却系と潤滑系を制御する車両の熱管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に自動車のエンジンおよび変速機は、燃料の燃焼による熱発生と各運動部位の摩擦による熱発生により高温状態で運転される。高温のエンジンおよび変速機を冷却するために冷却水流路が形成され、電子サーモスタット４０により低温状態のエンジンの速いワームアップを図っているほか、冷却水の熱を下げるためのラジエータ及びラジエータの熱交換量の増大のためにクーリングファンが使用される。
一般にエンジンは、低温状態よりもワームアップ後の燃料消費率が小さいため、速いワームアップは燃費改善に役立つ。また、エンジンの耐久性に問題を起こさない程度の高温で運転することができれば燃費の向上に役立つ。
【０００３】
エンジンおよび変速機潤滑のためにエンジンオイルおよび変速機オイルが使用されるが、エンジンおよび変速機の運動部位と直接接触する潤滑オイルの場合、一般に高い温度で低い摩擦特性を示すため、これは燃費の向上に役立つ。しかし、一定の温度以上に過熱される場合、機械的な接触による部品の破損のおそれがあるため、自動車にはこれを防止するための熱交換機が設置される。このような熱交換機は外気温度が低い状態や雨が降る場合またはエンジンが低負荷または低速度で運転される場合、潤滑オイル温度が過度に低下して潤滑オイル粘性が大きくなり、機械的摩擦による動力損失を大きくする副作用がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０６５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、車速、外気温度、降雨有無、エンジン作動領域などによる発熱量および冷却量を考慮して、自動車の燃料消耗率を最小にできる車両の熱管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の車両の熱管理システムは、エンジンを冷却する高温冷却水の放熱を行う高温ラジエータ、低温ＥＧＲクーラーとターボチャージャーの水冷式インタークーラーを通過する低温冷却水の放熱を行う低温ラジエータ、前記高温ラジエータと前記低温ラジエータに送風するクーリングファン、前記高温冷却水をポンピングする高温冷却水ポンプ、前記低温冷却水をポンピングする低温冷却水ポンプ、車両の運転状態と環境要素により前記高温冷却水ポンプ、前記低温冷却水ポンプ、および前記クーリングファンを制御する制御部、前記高温冷却水が通過する変速機オイル熱交換機、前記変速機オイル熱交換機を通じて変速機オイルを循環させる変速機オイルポンプ、前記高温冷却水が通過するアクスルオイル熱交換機、および前記アクスルオイル熱交換機を通じてアクスルオイルを循環させるアクスルオイルポンプ、を含み、前記制御部は、外気温度と降雨有無により前記クーリングファンの速度を加減することを特徴とする。
【０００８】
前記制御部は、前記変速機オイルまたは前記アクスルオイルの温度が低いと判断される場合には、前記変速機オイルポンプまたは前記アクスルオイルポンプを作動させて変速機オイルまたはアクスルオイルをワームアップさせることを特徴とすることを特徴とする。
【０００９】
前記制御部は、前記低温冷却水の温度が設定値よりも高い場合には、前記低温冷却水ポンプの流量を増加させ、前記高温冷却水の温度が設定値よりも高い場合には、電子サーモスタットを開放し、低い場合には、前記電子サーモスタットを閉鎖することを特徴とする。
【００１０】
前記制御部は、エンジンオイルの温度を感知し、前記エンジンオイルの温度が設定値より高い場合には、前記エンジンオイルがオイルクーラーを通過するようにし、低い場合には、前記オイルクーラーをバイパスするようにすることを特徴とする。
【００１１】
前記制御部は、前記高温冷却水の温度が設定値よりも高い場合には、前記クーリングファンの速度を１段にし、その温度が低くならない場合には、前記クーリングファンの速度を前記１段よりも速い２段に設定することを特徴とする。
【００１２】
前記制御部は、低温冷却水ポンプベースマップに基づいて前記低温冷却水ポンプを作動させ、前記クーリングファンの速度により前記低温冷却水ポンプの速度を補正して前記低温冷却水ポンプを制御することを特徴とする。
【００１３】
前記制御部は、高温冷却水ポンプベースマップに基づいて前記高温冷却水ポンプを作動させ、前記クーリングファンの速度により前記高温冷却水ポンプの速度を補正して前記高温冷却水ポンプを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、エンジン、変速機、差動ギヤオイル温度などを最適制御することによって、駆動系の摩擦を低減させて自動車の燃料消耗率を減少させることができ、クーリングファン、冷却水ポンプなどの補器類の制御を通じて廃棄される熱の効率的な管理、及び冷却系負荷の分散による動力消耗の減少によって、自動車の燃料消耗率を減少させて自動車の燃費を改善する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例による自動車冷却システムの構成図である。
【図２】本発明の実施例による冷却系統合制御のブロック図である。
【図３】本発明の実施例による自動車冷却システムの統合制御のフローチャートである。
【図４】本発明の実施例によるエンジン冷却水温度制御のフローチャートである。
【図５】本発明の実施例によるエンジンオイルクーラーのバイパスバルブ制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施例によるギヤオイルウォーマー制御のフローチャートである。
【図７】本発明の実施例による低温冷却水ポンプを制御するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例による自動車冷却システムの構成図である。
図１に示す通り、自動車の冷却システムは、低温ラジエータ２０、高温ラジエータ２２、クーリングファン３０、高温冷却水ポンプ１０６、低温冷却水ポンプ１０８、オイルフィルター１１、第１オイルコントロールバルブ１１０、エンジンオイルポンプ１１２、第２オイルコントロールバルブ１１４、変速機６０、変速機オイルポンプ６４、変速機オイル熱交換機６２、アクスルオイルポンプ７４、アクスル７０、アクスルオイル熱交換機７２、空調機ヒーター１２８、空調機バルブ１３０、エンジンオイルクーラー１５、ターボチャージャー１３２、水冷式インタークーラー１３４、低温冷却水バルブ１３６、シリンダーブロック１２、低温ＥＧＲクーラー１３８、高温ＥＧＲクーラー１４０、および電子サーモスタット４０を含む。
【００１８】
低温冷却水は、低温ラジエータ２０、低温冷却水ポンプ１０８、および水冷式インタークーラー１３４と低温ＥＧＲクーラー１３８を循環する。
高温冷却水は、高温ラジエータ２２、高温冷却水ポンプ１０６、シリンダーブロック１２、高温ＥＧＲクーラー１４０、空調機ヒーター１２８、変速機オイル熱交換機６２、アクスルオイル熱交換機７２を循環する。
エンジンオイルは、エンジンオイルポンプ１１２、エンジンオイルクーラー１５、およびシリンダーブロック１２を循環し、エンジンオイルの温度によりバイパスライン１６を通じてエンジンオイルクーラー１５をバイパスする。ここで、第１、２オイルコントロールバルブ１１０、１１４がエンジンオイルをバイパスさせる。
【００１９】
本発明による実施例は、自動車の冷却システムで排出される熱の効率的な使用のための自動車冷却システムを提供するものである。冷却システムにおいて電子サーモスタット４０は、電子式で冷却水流量を繊細に調節が可能であり、制御部は、電子サーモスタット４０開度量を調節して冷却水流量を調節することによって冷却水の温度を高温に維持する。
【００２０】
クーリングファン３０は、マグネチッククラッチクーリングファン（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｌｕｔｃｈ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  Ｆａｎ）であって、クーリングファン３０の作動速度を調節して高温または低温冷却に最も効率的な領域を探して作動領域を変更する。作動領域は、図３および図４に示すように、クーリングファン３０が高温冷却水ポンプ１０６および電子サーモスタット４０と連結され、冷却水の温度により作動領域を０〜２段に変更することによってエンジンで消耗する動力を減少させることができる。
【００２１】
エンジンオイルクーラー１５の流路にはバイパスライン１６が設置され、バイパスライン１６に第２オイルコントロールバルブ１１４が設置される。制御部は、エンジンオイルの温度により第１、２オイルコントロールバルブ１１０、１１４の開閉を調節することによって、エンジンオイルの温度を一定に維持することができる。
しかも、エンジンオイルの温度は高温域で調節可能であり、エンジン運転領域の変更時に繊細な温度図節が可能で、エンジンの速いワームアップ効果を達成することができる。
変速機オイル熱交換機６２とアクスルオイル熱交換機７２は冷却水ラインに形成され、変速機オイルポンプとアクスルオイルポンプ６４、７４を利用して変速機とギヤのオイル温度を高温に維持し、オイルの速いワームアップを達成することができる。
【００２２】
図２は、本発明の実施例による冷却系統合制御のためのブロック図である。
図２に示すように、本発明の実施例による自動車冷却システムの統合制御は、感知部１２０により自動車の運転状態および環境要素を感知する感知段階と、設定部１０１で自動車の運転状態および環境要素により冷却系および潤滑系の動作目標を設定する設定段階と、判断部１０２で冷却系各部の動作状態を判断する判断段階とを含む。自動車の運転状態および環境要素を感知部１２０を通じて感知する。
【００２３】
感知部１２０は、各種状態を感知するセンサーであってもよく、感知部１２０は、冷却水温度、エンジンオイル温度、変速機オイル温度、エンジン速度、加速ペダル位置、自動車速度、外気温度、降雨有無が感知できる。加速ペダルの位置はエンジンに加えられる負荷を判断するためである。
即ち、統合制御器１００は、感知部１２０から信号が伝達され、感知部１２０で感知された自動車の運転状態および環境要素により冷却、潤滑系を制御する。  統合制御器１００は、自動車の運転状態および環境要素により冷却水温度、エンジンオイル温度、変速機オイル温度を設定し、これによる各制御要素別の制御量を設定する設定段階を経て、判断段階で各制御要素の制御有無を判断する。
【００２４】
前記設定段階では、自動車速度、エンジン負荷、外気温度および降雨有無により各部の制御温度および制御量を変更する。例えば、高速走行時には外部から流入する空気が多く自然冷却されるため、クーリングファン３０の作動速度を低く維持することができる。同様に外気温度が低い冬季や降雨時には容易に冷却することができるため、制御温度を高く維持しても大きく問題にならない。
しかし、坂道走行や外気温度が高い夏季の場合、エンジンが過熱するため、各部の制御温度を低くしてシステムの安定性を維持できるようにしなければならない。
【００２５】
エンジンの冷却水温度の調節は、各運転条件および環境要素により高温冷却水ポンプ１０６の制御速度により行われるが、電子サーモスタット４０作動温度よりも冷却水温度が高い場合、前記電子サーモスタット４０をオープンさせて冷却量を増加させる。
エンジンの熱発生が多くてより大きな冷却が必要な場合には、クーリングファン３０を作動して冷却水温度を下げるようにする。
【００２６】
また、変速機オイルの場合には、冷却水とオイルの変速機オイル熱交換機６２に通じる冷却水の温度を基準にワームアップ／クーリング制御して一定の温度範囲内で制御すれば、機械的な摩擦を減少させて燃料消費率を低減することができる。これはエンジンオイルの場合も同様で、一定の温度範囲内で制御が行われれば機械的な摩擦を減少させて燃料消費率を低減することができる。
このように本発明の統合制御器１００は、冷却、潤滑装置を効率的に制御して、クーリングファン３０、高温冷却水ポンプ１０６、低温冷却水ポンプ１０８の消耗動力を最少にし、エンジンおよび変速機の過冷および過熱を防止して最適の温度で運転可能にすることによって各部の摩擦による動力消耗を減少させることができる。
【００２７】
図３は、本発明の実施例による自動車冷却システムの統合制御のフローチャートである。
図３に示す通り、統合制御器１００は、段階Ｓ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、および段階Ｓ１５０を通じて水冷式インタークーラー１３４を通過する低温冷却水の温度を制御する。
水冷式インタークーラー１３４を通過する低温冷却水の温度が高い場合には、低温冷却水ポンプ１０８の流量を増加させて低温冷却水の温度を下げる。低温冷却水の温度が低下しなければ、クーリングファン３０の速度を上げる段階Ｓ４２０を遂行する。
併せて、低温冷却水の温度が目標温度まで下降する場合には、低温冷却水ポンプ１０８の作動をアイドル状態に維持する。
【００２８】
段階Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０、Ｓ２６０を通じて高温冷却水の温度が制御される。高温冷却水の温度が高い場合には、電子サーモスタット４０を一部または全部開放する。併せて、高温冷却水の温度が低下しない場合には、クーリングファン３０の速度を上げる段階Ｓ４２０を遂行する。
段階Ｓ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０、Ｓ３３０、Ｓ３４０、および段階Ｓ３５０を通じてエンジンオイルの温度を制御する。エンジンオイルの温度が高い場合には、第１、２オイルコントロールバルブ１１０、１１４を制御してエンジンオイルがエンジンオイルクーラー１５を通過するようにし、目標温度まで低くなれば、エンジンオイルがエンジンオイルクーラー１５をバイパスするようにする。
ここで、エンジンオイルが目標温度まで低下しない場合には、段階Ｓ２２０または段階Ｓ２１０が遂行され、冷却水温度の制御が行われる。
【００２９】
統合制御器１００は、段階Ｓ４００、Ｓ４１０、Ｓ４２０、Ｓ４３０、Ｓ４４０、Ｓ４５０、Ｓ４６０を通じてクーリングファンの速度制御を実施する。
高温冷却水の温度が設定温度（Ｔａ）を超える場合には、クーリングファン３０の速度を１段に高め、高温冷却水の温度により問題になる項目の温度が低くならない場合には、クーリングファン３０の速度を２段に高める。併せて、高温冷却水の温度が低くなれば、クーリングファン３０の速度をアイドル状態にする。
クーリングファン３０の速度が２段であり、高温冷却水の温度が低くならない場合には、段階Ｓ６００が遂行され、エンジンオイルの温度が設定温度（Ｔｂ）を超える場合には、警告灯を点灯し、エンジンの回転速度をアイドル状態に制限する。
【００３０】
段階Ｓ５００、Ｓ５１０、Ｓ５２０を通じて、変速機オイルとアクスルオイルの温度を設定値以上にワームアップさせる。変速機オイルとアクスルオイルの温度が設定値未満である場合には、変速機オイルポンプ６４とアクスルオイルポンプ７４を作動させて高温冷却水がオイルをワームアップさせる。ここで、変速機オイルとアクスルオイルの温度が設定値温度以上である場合には、段階Ｓ２１０を遂行する。
【００３１】
図４は、本発明の実施例によるエンジン冷却水温度制御のフローチャートである。
図４に示す通り、段階Ｓ７００でエンジンが作動する。段階Ｓ７１０でＴｔｈはサーモスタット開放温度を示す。
サーモスタット開放温度（Ｔｔｈ）は、車両の運転条件と外部環境、つまり、降雨有無、大気温度、吸気温度など図２に記載された条件により設定される。
段階Ｓ７２０で、ＴＨＴは冷却水温度を示し、冷却水温度がサーモスタット開放温度（Ｔｔｈ）よりも大きいか判断され、冷却水温度がサーモスタット開放温度（Ｔｔｈ）よりも高い場合、段階Ｓ７３０で電子サーモスタット４０が徐々に開放し始める。併せて、冷却水温度がサーモスタット開放温度（Ｔｔｈ）以下である場合には、段階Ｓ７２５が遂行される。
【００３２】
段階Ｓ７２５で、冷却水の温度がサーモスタット開放温度（Ｔｔｈ−１）よりも低い場合には、段階Ｓ７９０で電子サーモスタット４０が停止して徐々に閉鎖し始める。
段階Ｓ７４０で、クーリングファン３０がアイドルよりも速い１段に運転される１段冷却水温度とクーリングファン３０がより速い２段に運転される２段冷却水温度が設定される。
【００３３】
段階Ｓ７５０で冷却水温度が１段冷却水温度よりも高い場合には、段階Ｓ７６０でクーリングファン３０が１段に作動し、段階Ｓ７７０で冷却水温度が２段冷却水温度よりも高い場合には、段階Ｓ７８０でクーリングファン３０が２段に作動する。
段階Ｓ７５５で、冷却水温度がアイドル温度よりも高い場合には、段階Ｓ７５７でクーリングファン３０をアイドルに作動させ、アイドル温度よりも低い場合には、クーリングファン３０を停止させる。段階Ｓ７８０が遂行される時間は、段階Ｓ７８５によりクーリングファン３０を６０秒以上作動させる。
【００３４】
図５は、本発明の実施例によるエンジンオイルクーラーのバイパスバルブ制御のフローチャートである。
図５に示す通り、段階Ｓ３０１でエンジンが作動し、段階Ｓ３０２でエンジンオイル温度が冷却水温度よりも高いか判断される。
エンジンオイル温度が冷却水温度以下である場合には、段階Ｓ３０５を遂行し、エンジンオイル温度が冷却水温度よりも高い場合には、段階Ｓ３０３で、エンジンオイル温度が摂氏１２０度を超えるか判断される。
エンジンオイル温度が摂氏１２０度を超える場合には、段階Ｓ３０４が遂行され、超えない場合には、段階Ｓ３０５が遂行される。
【００３５】
図６は、本発明の実施例によるギヤオイルウォーマー制御のフローチャートである。
図６に示す通り、制御が開始し、段階Ｓ５０１でエンジンが作動しているか判断される。
段階Ｓ５０２で、トルクが発生しているか判断され、トルクが発生する場合には、段階Ｓ５０３を遂行し、発生しない場合には、段階Ｓ５０４を遂行する。
段階Ｓ５０３で、変速機オイルまたはアクスルオイルの温度が冷却水温度よりも高い場合には、段階Ｓ５０４が遂行され、変速機オイルまたはアクスルオイルの温度が冷却水温度以下である場合には、段階Ｓ５０６で変速機オイルポンプまたはアクスルオイルポンプが作動する。したがって、変速機オイルやアクスルオイルは冷却水によりワームアップされる。
【００３６】
段階Ｓ５０４で変速機オイルまたはアクスルオイルの温度が目標温度よりも低い場合には、段階Ｓ５０５で変速機オイルポンプ６４またはアクスルオイルポンプ７４を作動させ、変速機オイルやアクスルオイルを熱い冷却水でワームアップさせる。反対に、段階Ｓ５０４で変速機オイルまたはアクスルオイルの温度が目標温度よりも高い場合には、Ｓ５０６が遂行される。
【００３７】
図７は、本発明の実施例による低温冷却水ポンプを制御するためのフローチャートである。
図７に示す通り、段階Ｓ７００で制御を開始し、段階Ｓ７１０でエンジンが作動するか判断される。エンジンが作動しない場合には、段階Ｓ７９０で制御が終了する。
段階Ｓ７２０で、ＥＧＲガスの温度が目標温度よりも高い場合には、段階Ｓ７３０で低温冷却水バルブ１３６（Ｐ−ｖａｌｖｅ）の開度を増加させ、ＥＧＲガスの温度が目標温度と同一または低い場合には、段階Ｓ７４０が遂行される。
【００３８】
段階Ｓ７４０でＥＧＲガスの温度が目標温度−２よりも低い場合には、段階Ｓ７５０で低温冷却水バルブ１３６（Ｐ−ｖａｌｖｅ）の開度を減少させ、ＥＧＲガスの温度が目標温度−２と同一または大きい場合には、段階Ｓ７１０を遂行する。
段階Ｓ７６０で、低温冷却水ポンプ１０８が基本マップにより作動し、段階Ｓ７７０でクーリングファン３０の速度により低温冷却水ポンプ１０８の基本マップが補正され、段階Ｓ７８０で低温冷却水ポンプ１０８の速度が補正されたマップにより作動する。
【符号の説明】
【００３９】
１１：オイルフィルター
１２：シリンダーブロック
１５：エンジンオイルクーラー
１６：バイパスライン
２０：低温ラジエータ
２２：高温ラジエータ
３０：クーリングファン
４０：電子サーモスタット
６０：変速機
６２：変速機オイル熱交換機
６４：変速機オイルポンプ
７０：アクスル
７２：アクスルオイル熱交換機
７４：アクスルオイルポンプ
１０６：高温冷却水ポンプ
１０８：低温冷却水ポンプ
１１０：第１オイルコントロールバルブ
１１２：エンジンオイルポンプ
１１４：第２オイルコントロールバルブ
１２８：空調機ヒーター
１３０：空調機バルブ
１３２：ターボチャージャー
１３４：水冷式インタークーラー
１３６：低温冷却水バルブ
１３８：低温ＥＧＲクーラー
１４０：高温ＥＧＲクーラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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