일반기술

에너지 효율 향상 차량용 냉각장치

본 발명은 차량용 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 냉각수 온도를 가능한 고온으로 유지하여 방열기의 냉각효율을 높이고 냉각팬의 속도를 가능한 낮게 유지하여 냉각팬의 소요동력을 최소화하는 냉각장치에 관한 것이다. 수냉식 냉각장치에서는 냉각팬의 속도를 저속으로 유지하고 방열기의 냉각수 온도를 높게 유지하는 것이 냉각소요마력을 낮출 수 있는 방법이다. 그러나 기존의 수냉식 냉각장치에서는 1) 냉각장치의 시간지연 특성현상, 2) 외부 환경의 불확실성, 3) 발열장치와 방열기의 노후화에 따른 작동환경의 변화 등으로 인하여 이러한 제어방식을 사용하지 못하고 최적 냉각수 온도보다 낮게 냉각수 온도를 유지하며, 냉각수 온도에 따라 다양한 방법으로 냉각팬의 속도를 조절하고 있었다. 이와 같은 문제점을 인식하여 창출된 본 발명의 목적은 냉각장치의 시간지연 특성 현상에 의한 과열의 우려가 없어 최적의 냉각효율을 얻을 수 있는 높은 냉각수 온도를 사용할 수 있으며, 그에 따라 방열기의 방열효율이 향상되고 냉각팬의 소요동력을 최소화할 수 있는 차량용 냉각장치를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 차량의 운행환경 등 외부환경의 변화가 냉각팬 속도 조절을 위한 고려 요소로 반영될 수 있음에 따라 외부환경의 불확실성을 감안한 낮은 냉각수 온도가 아니라 최적의 냉각효율을 얻을 수 있는 높은 냉각수 온도를 사용할 수 있으며, 그에 따라 방열기의 방열효율이 향상되고 냉각팬의 소요동력을 최소화할 수 있는 차량용 냉각장치를 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 발열장치와 방열기의 노후화 등 작동환경의 변화가 냉각팬의 속도 조절을 위한 고려 요소로 반영될 수 있음에 따라 노후화를 감안한 낮은 냉각수 온도가 아니라 최적의 냉각효율을 얻을 수 있는 높은 냉각수 온도를 사용할 수 있으며, 그에 따라 방열기의 방열효율이 향상되고 냉각팬의 소요동력을 최소화할 수 있는 차량용 냉각장치를 제공하고자 하는 것이다.종래 냉각장치에서 최적의 냉각효율을 얻을 수 있는 높은 냉각수 온도를 사용할 수 없었던 데에는 크게 3가지의 문제점 내지 이유가 있었던 바, 그 각각에 대응하여 본 발명에서 문제해결책으로 개발된 방안은 다음의 3가지이다. 1) 냉각장치의 시간지연을 최소화하기 위하여 열평형을 고려한 냉각장치의 예견제어가 제공된다. 열평형을 고려한 예견 냉각제어방식은 엔진과 변속기 등 발열장치의 발열량을 예측하여 예측된 발열량에 맞는 방열량이 발생되도록 냉각팬을 미리 작동시키는 것이다. 냉각수 온도를 기준으로 냉각팬을 제어할 때의 필연적 현상인 발열과 방열의 이중적 시간지연 문제를 극복하여 냉각수 온도를 고온으로 유지하는 방법으로 본 발명에 채용된 것이 열평형을 고려한 냉각장치의 예견제어인 것이다. 2) 방열량의 실시간 계측과 발열량의 적응형 추정기로 외부 환경의 불확실성을 최소화하는 것이다. 발열량 추정기는 계측된 방열량에 따라 발열량 추정기를 학습시키는 적응형 추정기가 필요하며, 뉴로퍼지(neuro-fuzzy)방식의 발열량 추정기 혹은 유전알고리즘(genetic algorithm)방식의 발열량 추정기 등의 적응성이 우수한 지능제어방식의 발열량 추정기가 적용가능하다. 3) 방열장치와 발열장치의 노후화에 의한 냉각시스템의 변화는 학습제어로 대처하는 것이 가능하다. 즉, 노후화에 따른 작동환경의 변화는 냉각시스템의 열평형에 기초를 두는 방열인자와 발열인자의 학습제어로 대응이 가능하다. 방열기 효율과 냉각수 펌프효율 및 냉각팬 효율 등의 방열인자의 변화는 방열량의 정밀계측을 통하여 학습제어로 보정하고, 발열 인자들의 변화는 발열량 추정기에 의해 검지되는 발열인자의 노후화에 따른 변화를 통해 학습제어로 보정한다.