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KR20010027782A - 차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법 - Google Patents

차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법 Download PDF

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KR20010027782A
KR20010027782A KR1019990039690A KR19990039690A KR20010027782A KR 20010027782 A KR20010027782 A KR 20010027782A KR 1019990039690 A KR1019990039690 A KR 1019990039690A KR 19990039690 A KR19990039690 A KR 19990039690A KR 20010027782 A KR20010027782 A KR 20010027782A
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류정열
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Abstract

냉각수온에 따라 냉각수의 순환을 제어하기 위한 서모스탯(thermostat)의 고장을 진단하는 방법이 개시되어 있다. 개시된 방법은, 진단조건을 만족하는지 판단하는 제 1 단계; 제 1 단계에서 진단 조건을 만족할 경우 냉각수온이 제 1 소정치에 도달했는지 판단하는 제 2 단계; 제 2 단계에서 냉각수온이 소정치에 도달하지 않으면, 시동시로부터의 누적흡기량과 시동시의 냉각수온에 따른 예상 누적흡기량을 비교하여 누적흡기량이 예상 누적흡기량보다 큰 경우 서모스탯이 고장인 것으로 판단하는 제 3 단계; 및 제 2 단계에서 냉각수온이 소정치에 도달한 경우, 냉각수온과 유출수온의 변화율을 각각 비교하고, 변화율들이 각각 제 2 및 제 3 소정치 이하이면 서모스탯이 고장인 것으로 판단하는 제 4 단계를 포함한다. 이에 따르면, 엔진의 시동시 냉각수온에 따른 누적흡기량 및 냉각수온과 유출수온의 변화율로 서모스탯의 고장을 판단하기 때문에, 매우 정확한 서모스탯의 고장 진단이 가능하다.

Description

차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법{Method for diagnosing thermostat of engine cooling system for a motor vehicle}
본 발명은 구동시 많은 열이 발생되는 차량용 엔진을 냉각시키기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수의 온도변화율을 감지하는 것에 의해 냉각수의 순환을 제어하는 서모스탯(thermostat)의 고장을 진단하는 방법에 관한 것이다.
차량용 엔진의 실린더에 형성된 연소실에서 발생되는 연소가스의 온도는 대략 2,000℃ 이상이며, 이 열의 상당량이 실린더와 실린더 헤드, 피스톤, 및 밸브 등으로 전달된다. 이와 같이 엔진 구성 부품으로 연소가스의 열이 전달되는 것에 의해, 엔진 구성 부품의 온도가 과도하게 상승되면, 부품의 열변형이 일어나거나 실린더 벽의 윤활 불량에 따른 중대한 열적 장해가 발생된다. 또한, 연소 상태도 나빠지고, 노크 또는 조기 점화와 같은 이상 연소로 인해 엔진의 출력이 저하될 뿐만 아니라 피스톤의 용손과 같은 부품의 손상이 발생된다.
따라서, 차량에는 엔진의 작동시 연소가스에 의해 발생된 열을 냉각시키기 위한 냉각 장치가 필수적으로 구비되어 있다. 이러한 냉각 장치는 공기를 이용한 공냉식과 물을 이용한 수냉식으로 크게 구분되는 바, 4행정 내연기관을 채택한 차량은 거의 대부분 수냉식 엔진 냉각장치를 사용하고 있다.
도 1은 일반적인 수냉식 엔진 냉각 장치의 일 예를 보인 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 수냉식 엔진 냉각장치는 연소실이 형성된 엔진의 실린더 및 실린더 헤드(이하, 엔진(1)로 통칭함)를 둘러싸고 있는 뤄터재킷(2), 냉각수를 압송하기 위한 워터펌프(3), 냉각수를 외기와 열교환시키기 위한 라디에이터(4), 냉각수의 온도에 따라 작동되며 라디에이터(4)의 열교환 작용을 촉진시키기 위한 냉각팬(5), 및 워터재킷(2)과 라디에이터(4) 사이에 설치된 서모스탯(thermostat)(6)을 포함하고 있다.
워터재킷(2)에는 냉각수가 순환되는 통로가 형성되어 있으며, 이 냉각수 통로는 라디에이터(4)와 연결되어 있고, 그 중간 일측에 워터펌프(3)가 설치되어 있다. 또한, 워터재킷의 냉각수 통로 일측에는 순환되는 냉각수의 온도를 검출하기 위한 냉각수온 센서(7)가 설치되어 있다.
이에 따라 워터펌프(3)가 작동되면, 냉각수가 워터재킷(2)의 냉각수 통로를 따라 순환되면서 엔진(1)으로 전달된 연소가스의 열을 흡수하여 엔진(1)을 냉각시킨다. 엔진(1)의 열을 흡수하여 그 온도가 상승된 냉각수는 라디에이터(4)로 순환되고, 라디에이터(4)에서 외기와 열교환되어 냉각된다. 라디에이터(4)에서 냉각된 냉각수는 다시 워터펌프(3)에 의해 워터재킷(2)으로 압송되어 엔진(1)을 냉각시키게 된다. 이때, 냉각수온 센서(7)에서 검출되는 냉각수온이 소정치 이상 상승되면 라디에이터(4)에서의 냉각수의 열교환이 촉진되도록 냉각팬(5)이 구동된다.
그러나, 엔진(1)이 지나치게 냉각되면 연소에서 발생된 열량 중에서 냉각에 의해 손실되는 열량이 커, 엔진(1)의 열효율이 낮아지고 연료소비량이 증가되는 등의 문제가 발생된다.
이를 방지하기 위해, 워터재킷(2)과 라디에이터(4) 사이에 설치된 서모스탯(6)이 냉각수온에 따라 냉각수의 순환을 제어함으로써 냉각수의 온도를 일정하게 유지한다. 서모스탯(6)은 통상적으로 워터재킷(2)의 냉각수 통로의 출구측에 설치되어 있으며, 워터재킷(2)으로부터 유출되는 냉각수의 온도가 소정온도(통상적으로 80~90℃) 이하로 떨어지면 폐쇄되어, 냉각수 통로를 폐쇄함으로써 냉각수가 워터재킷(2)의 냉각수 통로를 통해 순환하는 것을 방지한다. 이 경우, 워터펌프(3)는 정지되거나, 그렇지 않으면 워터펌프(3)에 의해 압송되는 냉각수가 워터재킷(2)으로 순환되지 않고 별도의 통로를 통해 워터펌프(3)로부터 라디에이터(4)의 입구측으로 바이패스된다.
그런데, 이러한 차량용 엔진냉각장치에 있어서, 서모스탯(6)이 고장나 정상적으로 작동되지 못할 경우 냉각수의 순환이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 특히, 서모스탯(6)이 일부 개방된 상태로 유지되면, 시동시 냉각수가 순환됨으로써 정상적인 경우보다 냉각수온이 낮게 유지되어 배출가스가 증가되어 대기 오염을 유발할 우려가 있다.
따라서, 대부분의 차량에는 서모스탯(6)의 고장을 진단하는 기능이 채택되어 있다. 이 기능은 차량이 시동되고 나서 서모스탯(6)이 처움으로 개방되는 순간의 냉각수온 변화량을 검출하고 그에 따라 서모스탯(6)의 고장을 진단한다.
그러나, 상기와 같이 종래에는 단순히 서모스탯이 개방되는 순간의 냉각수 변화량만으로 서모스탯의 고장을 진단함으로써, 에어컨의 작동 여부 또는 차량의 급가속 등과 같은 차량의 각종 운전 조건에 따라 서모스탯의 고장을 잘못 진단하게 되는 경우가 많다는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하고자 하는 노력에서 안출된 것으로, 차량의 각종 운전 조건에 관계없이 서모스탯의 고장 여부를 정확하게 진단할 수 있는 차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 차량용 엔진 냉각 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서모스탯 고장진단방법을 수행하기 위한 구성을 가지는 차량용 엔진 냉각 장치의 구성을 개략적으로 보인 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진 냉각 장치의 서모스탯 고장 진단 방법을 설명하기 위한 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 ; 엔진 4 ; 라디에이터
6 ; 서모스탯 7 ; 냉각수온 센서
8 ; 냉각수관 9 ; 유출수온 센서
상기와 같은 목적은, 진단조건을 만족하는지 판단하는 제 1 단계; 제 1 단계에서 진단 조건을 만족할 경우 냉각수온이 제 1 소정치에 도달했는지 판단하는 제 2 단계; 제 2 단계에서 냉각수온이 소정치에 도달하지 않으면, 시동시로부터의 누적흡기량과 시동시의 냉각수온에 따른 예상 누적흡기량을 비교하여 누적흡기량이 예상 누적흡기량보다 큰 경우 서모스탯이 고장인 것으로 판단하는 제 3 단계; 및 제 2 단계에서 냉각수온이 소정치에 도달한 경우, 냉각수온과 유출수온의 변화율을 각각 비교하고, 변화율들이 각각 제 2 및 제 3 소정치 이하이면 서모스탯이 고장인 것으로 판단하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법에 의해 달성된다.
제 4 단계는 차량의 부하 조건을 판단하는 4a단계를 포함하며, 제 2 및 제 3 소정치는 4a단계에서 판단된 부하 조건에 따라 다른 값을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계 및 제 4 단계에서 상기 서모스탯이 고장인 것으로 판단될 경우, 이를 운전자에게 알리기 위하여 경보장치를 작동시키는 제 5 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서모스탯 고장진단방법을 수행하기 위한 구성을 가지는 차량용 엔진냉각장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서모스탯 고장진단방법의 흐름도다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서모스탯 고장진단방법을 수행하기 위하여 엔진냉각장치의 서모스탯(6)과 라디에이터(4)를 연결하는 냉각수관(8)의 일측에 유출수온 센서(9)가 설치된다. 이 유출수온 센서(9)는 엔진(1)을 냉각하고 난 다음 서모스탯(6)을 통과하여 라디에이터(4)로 유출되는 냉각수온을 검출한다.
한편, 도 3의 흐름도를 참조하여 본 발명을 설명한다.
엔진(1)의 시동이 켜지면, 우선 진단 조건을 판단한다(S1). 진단 조건은 시동시 냉각수온 센서(7)의 냉각수온(T1a)과 흡기온(Taa)으로 판단한다. 만약 시동시의 냉각수온(T1a)과 흡기온(Taa)이 소정의 온도 범위를 만족하면 진단 조건이 만족된 것으로 판단하여 본 발명에 따른 진단방법을 계속 수행하고, 그렇지 않으면 본 발명에 따른 진단방법의 수행을 중지한다. 여기서, 이 진단 조건은 엔진(1)이 냉시동 상태인지를 판단하는 조건이다. 즉, 엔진(1)이 온시동(warm start) 상태일 경우 시동시의 냉각수온(T1a)이 이미 서모스탯(6)의 개방 온도를 초과함으로써 서모스탯(6)이 개방된 상태에서 엔진(1)의 시동이 이루어질 수 있다. 따라서, 이로 인한 오진단을 배제하기 위해 엔진(1)이 냉시동 상태인 경우에만 본 발명에 따른 진단방법을 계속 수행하는 것이다.
S1 단계에서, 진단 조건을 만족하는 것으로 판단되면, 냉각수온이 제 1 소정치(T10)에 도달되었는지 판단한다(S2). 여기서, 제 1 소정치(T10)는 서모스탯(6)의 개방 온도보다 조금 낮은 온도로서, 대략 72~77℃다.
만약 냉각수온(T1)이 제 1 소정치(T10)에 도달하지 않았으면, S3 단계를 수행한다. S3 단계를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 서모스탯 고장진단방법을 수행하는 차량의 전자제어유닛에는 엔진(1)의 시동시 냉각수온(T1a)에 따른 냉각수온(T1)이 특정 온도에 도달되기까지 필요한 예상 누적흡기량의 맵(map)이 저장되어 있다. 그리고, 차량의 흡기 시스템에 설치된 흡기량 센서로부터 검출되는 흡기량이 엔진1의 시동시부터 계속 합산되어 누적된다.
S3 단계에서는 이렇게 합산된 누적흡기량과 저장되어 있는 예상 누적흡기량 맵 상의 시동시 냉각수온(T1a)에 따른 예상 누적흡기량을 비교한다.
비교 결과, 누적흡기량이 예상 누적흡기량보다 큰 경우, 이는 냉각수온(T1)이 소정치까지 도달하는데 정상적인 경우보다 더 많은 시간이 소요됨을 의미하며, 곧 서모스탯(6)이 일부 개방 상태로 고정되어 엔진(1)의 시동시부터 냉각수가 순환되는 경우이다. 따라서, 누적흡기량이 예상 누적흡기량보다 큰 경우 서모스탯(6)이 고장난 것으로 판단한다.
비교 결과, 누적흡기량이 예상 누적흡기량보다 적은 경우, 냉각수온(T1)은 정상적으로 상승되고 있다는 것을 의미하므로, 다시 S2 단계로 되돌아간다.
S2 단계에서, 만약, 냉각수온(T1)이 제 1 소정치(T10)에 도달되었으면, 차량의 부하 조건을 판단한다(S4). 여기서, 차량의 부하 조건은 차속과 엔진(1)의 회전수로 판단한다.
만약, 차량이 고부하 조건에서 운전 중인 것으로 판단되면, 시동시로부터 서모스탯(6)의 개방온도까지의 냉각수온의 변화량(??T1) 및 서모스탯의 개방온도로부터 냉각팬(5)이 작동되는 냉각수온까지의 유출수온의 변화량(??T2)을 각각 제 2 및 제 3 소정치(T11)(T21)와 비교한다(S5). 여기서, 냉각수온 및 유출수온의 변화량(??T1)(??T2)이 모두 제 2 및 제 3 소정치(T11)(T21) 이하이면 서모스탯(6)이 고장난 것으로 판단한다.
차량이 저부하 조건에서 운전 중인 것으로 판단되면, 시동시로부터 서모스탯(6)의 개방온도까지의 냉각수온의 변화량(??T1) 및 서모스탯(6)의 개방온도로부터 냉각팬(5)이 작동되는 냉각수온까지의 유출수온의 변화량(??T2)을 각각 제 4 및 제 5 소정치(T12)(T22)와 비교한다(S6). 여기서, 냉각수온 및 유출수온의 변화량(??T1)(??T2)이 모두 제 4 및 제 5 소정치(T12)(T22) 이하이면 서모스탯(6)이 고장난 것으로 판단한다.
즉, S5 및 S6 단계는 운전 조건에 따라 S3 단계에서 판단하지 못한 서모스탯(6)의 고장을 판단하는 것이다. 예를 들어 엔진(1)의 시동후 바로 급가속 운전이 이루어지면, 엔진(1)의 회전수가 급상승되므로 냉각수온(T1)도 급상승된다. 그런데, 이러한 경우에는 서모스탯(6)이 고장나 일부 개방된 상태에서도 냉각수온이 빨리 상승되기 때문에 S3 단계에서 서모스탯(6)의 고장을 판단할 수 없다.
따라서, 이러한 경우 서모스탯(6)의 고장을 판단하기 위한 것이 S5 및 S6 단계이며, 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
서모스탯(6)이 정상인 경우 시동직후에는 서모스탯(6)이 폐쇄된 상태를 유지하게 된다. 따라서, 급가속시에도 워터재킷(2) 내의 냉각수온(T1)은 급상승되지만 서모스탯(6)과 라디에이터(4) 사이의 냉각수관(8) 내의 유출수온(T2)은 상승되지 않는다. 워터재킷(2) 내의 냉각수온(T1)이 서모스탯(6)의 개방온도에 도달하여 서모스탯(6)이 개방되면 워터재킷(2) 내의 물이 서모스탯(6)을 통과하여 라디에이터(4)로 유출된다. 이에 따라 유출수온 센서(9)에서 검출되는 냉각수관(8)의 유출수온(T2)은 급상승된다.
그러나, 서모스탯(6)이 일부 개방된 상태로 고장난 경우에는 엔진(1)의 시동후 냉각수가 처음부터 워터재킷(2)과 라디에이터4를 통해 순환되기 때문에 워터재킷(2)의 냉각수온(T1) 및 냉각수관(8)의 유출수온(T2)이 동시에 급상승된다. 따라서, 냉각수온(T1)이 서모스탯(6)의 개방온도까지 도달될 때까지의 시간에 따른 변화율(??T1)이 정상인 경우에 비해서는 낮고, 또한, 냉각수온(T1)이 서모스탯의 개방온도에서 냉각팬 작동온도까지 상승될 때의 유출수온의 변화율(??T2)도 정상인 경우에 비하여 낮다.
S5 단계와 S6 단계는 이러한 냉각수온 및 유출수온의 변화율(??T1)(??T2)을 검출하여 서모스탯(6)의 고장 여부를 판단하며, 다만 차량의 부하조건에 따라 다른 기준값을 적용한다는 점만이 상이하다.
한편, S3, S5, 및 S6 단계에서 서모스탯(6)이 고장인 것으로 판단되면, 경보 장치(미도시)를 작동시킨다. 경보 장치는 인스트루먼트 패널의 일측에 설치된 경고등 또는 경음기일 수 있다. 이러한 경보 장치의 작동에 의해 운전자는 서모스탯(6)의 고장을 인식하여, 서모스탯(6)의 교환을 위한 조치를 취할 수 있게 된다.
참고로, 만약 서모스탯(6)이 폐쇄된 상태로 고정된 경우에는 냉각수온(T1)이 계속 상승된다. 따라서, 이는 냉각수온 센서(7)와 연결된 수온계(temperature gauge)를 통해 나타나게 되어, 운전자가 인식할 수 있다.
상기된 바와 같은 본 발명은, 엔진의 시동시 냉각수온에 따른 누적흡기량 및 냉각수온과 유출수온의 변화율로 서모스탯의 고장을 판단하기 때문에, 종래에 비해 매우 정확한 서모스탯의 고장 진단이 가능한 장점이 있다. 따라서, 정확한 서모스탯의 고장 검출 및 그에 따른 서모스탯의 적시 교체가 가능하여, 시동시 배출 가스를 저감할 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술된 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지 내에서 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 진단조건을 만족하는지 판단하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서 진단 조건을 만족할 경우 냉각수온이 제 1 소정치에 도달했는지 판단하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서 냉각수온이 소정치에 도달하지 않으면, 시동시로부터의 누적흡기량과 시동시의 냉각수온에 따른 예상 누적흡기량을 비교하여 누적흡기량이 예상 누적흡기량보다 큰 경우 서모스탯이 고장인 것으로 판단하는 제 3 단계; 및
    상기 제 2 단계에서 냉각수온이 소정치에 도달한 경우, 냉각수온과 유출수온의 변화율을 각각 비교하고, 변화율들이 각각 제 2 및 제 3 소정치 이하이면 서모스탯이 고장인 것으로 판단하는 제 4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 단계는 차량의 부하 조건을 판단하는 4a단계를 포함하며, 상기 제 2 및 제 3 소정치는 상기 4a단계에서 판단된 부하 조건에 따라 다른 값을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진냉각장치의 서모스탯 고장진단방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 단계 및 제 4 단계에서 상기 서모스탯이 고장인 것으로 판단될 경우, 이를 운전자에게 알리기 위하여 경보장치를 작동시키는 제 5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진냉각장치의 고장진단방법.
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