KR20040003130A - a device and the method for turbo charger controling of diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터보 차저(turbo charger)에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 운전자의 선택의지에 따라 차량의 엔진 성능을 조절할 수 있는 터보차저 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbo charger, and more particularly, to a turbocharger control device and a method for controlling an engine performance of a vehicle according to a driver's choice.
일반적으로 터보차저는 엔진 실린더 내에 제한된 용적에 비해 보다 큰 출력을 얻기 위해 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 흡기 다기관에 설치하여 공기량을 증대시켜 흡기 밀도를 대기압 이상으로 가압하여 실린더 내에 공급시켜 기관의 충전효율을 높이고 평균 유효압력을 높여 출력을 증대시킨다.In general, the turbocharger is installed in the intake manifold as shown in FIG. 1 to obtain a larger output than the limited volume in the engine cylinder, increases the air volume, pressurizes the intake density above atmospheric pressure, and supplies it to the cylinder. Increase efficiency by increasing efficiency and average effective pressure.
즉, 엔진(20)으로부터 배출되는 배출가스에 의해 터보차저(10)의 터빈(22)이 회전에 의해 콤퓨레셔(11)가 회전하여 흡입되는 공기를 대기압 이상의 압력으로 흡기 다기관(12)를 통해 엔진(20)으로 공급함에 있어서, 종래에는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 콤퓨레셔(11)를 통해 공급되는 과급압은 흡기 다기관(12)을 통해 엔진으로 공급될 뿐 아니라, 바이패스관(13)을 통해 액츄에이터(14)로도 공급된다.That is, the compressor 22 rotates by the turbine 22 of the turbocharger 10 rotated by the exhaust gas discharged from the engine 20 so that the air sucked into the intake manifold 12 at a pressure higher than atmospheric pressure. In supplying to the engine 20 through, as shown in FIG. 1, the boost pressure supplied through the compressor 11 is not only supplied to the engine through the intake manifold 12 but also bypassed. It is also supplied to the actuator 14 through the tube 13.
따라서, 상기 콤퓨레셔(11)를 통해 공급되는 과급압이 액츄에이터(14)에 공급된다.Therefore, the boost pressure supplied through the compressor 11 is supplied to the actuator 14.
상기 액츄에이터(14)에 공급되는 과급압이 소정의 압력 이상이 되면, 상기 과급압에 의해 바이패스 밸브(15)가 열려 배기 다기관(21)으로부터 배출되는 배출가스의 일부가 터빈(22)를 거치지 않고 배기관(23)으로 바이패스되어 대기중으로배출된다.When the boost pressure supplied to the actuator 14 is equal to or higher than a predetermined pressure, the bypass valve 15 opens due to the boost pressure so that a part of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 21 passes through the turbine 22. It is bypassed to the exhaust pipe 23 and discharged to the atmosphere.
상기에서 과급 공기압은 엔진 회전수 및 차량 부하에 따라 결정됨에 따라 인위적으로 조절이 불가능하다.In the above, the boost air pressure is artificially impossible to be adjusted according to the engine speed and the vehicle load.
그러나, 상기한 종래의 방법은 엔진 무 부하시 가속페달을 최대로 조작하면 매연(smoke)이 과다하게 발생되고, 불필요한 출력 사용으로 연비 악화 및 차량 출발시 출발성 불량 등의 문제점을 내포하고 있다.However, the above-described conventional method produces excessive smoke when the accelerator pedal is operated at no load, and has problems such as deterioration of fuel efficiency and poor start-up at vehicle departure due to unnecessary power usage.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대형 상용 디젤 엔진에서 바이패스 밸브를 엔진 회전수, 과급 공기압 및 운전자의 차량 주행의지에 따라 자동으로 제어하여 터보 차저의 동작을 제어함으로써, 엔진 성능 활용을 최대화 할 수 있는 터보 차저 제어 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, by controlling the operation of the turbocharger by automatically controlling the bypass valve according to the engine speed, the boost air pressure and the driver's vehicle driving intention in a large commercial diesel engine In addition, the present invention provides a turbocharger control device and a method for maximizing engine performance utilization.
도 1은 종래의 터보차저 제어 장치 구성도 이고,1 is a configuration diagram of a conventional turbocharger control device,
도 2는 본 발명에 적용되는 터보차저 제어 장치 구성 블록도 이고,2 is a block diagram of a turbocharger control device applied to the present invention,
도 3은 본 발명에 적용되는 터보차저 제어 방법 동작 순서도 이며,3 is a flowchart illustrating an operation of a turbocharger control method applied to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 터보 차저 제어 장치 구성도 이다.4 is a configuration diagram of a turbocharger control device according to the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
10 : 터보 차저 11 : 콤퓨레셔 12 : 흡기 다기관10 turbocharger 11 compressor 12 intake manifold
14 : 액츄에이터 15 : 바이패스 밸브 20 : 엔진14: actuator 15: bypass valve 20: engine
21 : 배기 다기관 22 : 터빈 23 : 배기관21 Exhaust Manifold 22 Turbine 23 Exhaust Pipe
100 : 차량 동작상태 검출수단 110 : 가속페달 개도 검출부100: vehicle operating state detection means 110: accelerator pedal opening degree detection unit
120 : 부스트 압 검출부 130 : 엔진 회전수 검출부120: boost pressure detection unit 130: engine speed detection unit
140 : 모드 선택 스위치 상태 검출부 200 : 제어수단140: mode selection switch state detection unit 200: control means
300 : 구동수단 400 : 공압 조절기300: drive means 400: pneumatic regulator
500 : 에어탱크500: air tank
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,
차량의 동작상태 변화 및 운전자의 의지에 따라 가변되는 차량 동작상태 및 스위치 조작상태를 검출하는 차량 동작상태 검출수단과;Vehicle operating state detecting means for detecting a vehicle operating state and a switch operating state which are varied in accordance with the change of the operating state of the vehicle and the will of the driver;
상기 차량 동작상태 검출수단에서 검출되는 가속페달 개도, 부스트 압, 엔진 회전수 및 모드 선택 스위치 상태 등을 입력받아 운전자의 선택 스위치 조작상태를 판단하여 터보 차저의 배출가스 바이패스 밸브의 열림정도를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하는 제어수단과;Controls the opening degree of the exhaust gas bypass valve of the turbocharger by determining the driver's selection switch operation state by receiving the accelerator pedal opening degree, the boost pressure, the engine speed, and the mode selection switch state detected by the vehicle operation state detecting means. Control means for outputting a predetermined control signal for transmitting the control signal;
상기 제어수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어, 바이패스 밸브를 완전 개방 또는 전폐 및 듀티 구동시키는 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Synchronizing with the control signal output from the control means, characterized in that the drive means for driving the bypass valve fully open or fully closed and duty.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은,Another invention for achieving the above object,
운전자의 모드 선택 스위치 조작에 따른 차량 주행의지를 판단하여, 바이패스 밸브의 상태를 제어하여 터보차저 동작상태를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by outputting a predetermined control signal for controlling the turbocharger operation state by controlling the state of the bypass valve by determining the driving intention of the vehicle according to the driver's mode selection switch operation.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 적용되는 터보차저 제어 장치 구성 블록도 이고, 도 3은 본 발명에 적용되는 터보차저 제어 방법 동작 순서도 이며, 도 4는 본 발명에 따른 터보 차저 제어 장치 구성도 이다.2 is a block diagram of a turbocharger control device applied to the present invention, Figure 3 is a flow chart of the turbocharger control method applied to the present invention, Figure 4 is a block diagram of a turbocharger control device according to the present invention.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명에 따른 터보차저 제어 장치의 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화 및 운전자의 의지에 따라 가변되는 차량 동작상태 및 모드 스위치 조작상태를 검출한다.As shown in FIG. 2, the apparatus 100 for detecting a vehicle operating state of the turbocharger control apparatus according to the present invention detects a vehicle operating state and a mode switch operating state that vary according to a change in the operating state of the vehicle and the driver's will. .
제어장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 가속페달 개도, 부스트 압, 엔진 회전수 및 모드 선택 스위치 상태 등을 입력받아 운전자의 모드 선택 스위치 조작상태를 판단하여 터보 차저의 배출가스 바이패스 밸브의 상태를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력한다.The control device 200 receives the accelerator pedal opening degree, the boost pressure, the engine speed, and the mode selection switch state detected by the vehicle operation state detection device 100 to determine the driver's mode selection switch operation state to determine the operation of the turbocharger. A predetermined control signal for controlling the state of the exhaust gas bypass valve is output.
구동장치(300)는 상기 제어장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어, 바이패스 밸브를 완전 개방 또는 전폐 및 듀티 구동시킨다.The driving device 300 synchronizes the control signal output from the control device 200 to drive the bypass valve completely open or fully closed and duty driven.
상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 운전자의 가속페달 조작상태 변화에 따라 가변되는 가속페달 개도 변화를 검출하는 가속페달 개도 검출부(110)와;The vehicle operation state detection apparatus 100 includes an accelerator pedal opening degree detection unit 110 for detecting a change in the accelerator pedal opening degree which varies according to a change in an accelerator pedal operation state of a driver;
차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 부스트 압력 변화를 검출하는 부스트 압 검출부(120)와;A boost pressure detection unit 120 for detecting a change in engine boost pressure that varies according to a vehicle operating state change;
차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부(130)와;An engine speed detection unit 130 that detects a change in engine speed that varies according to a vehicle operating state change;
운전자의 차량 주행의지에 따라 선택되는 주행모드 선택 스위치 위치 변화를 검출하는 모드 선택 스위치 상태 검출부(140)로 이루어져 있다.The mode selection switch state detection unit 140 detects a change in the driving mode selection switch position selected according to the driver's willingness to drive the vehicle.
상기한 구성으로 이루어진 터보차저 제어 방법을 첨부한 도 3 및 도 4를 참조하여 대형 상용 디젤 엔진 차량을 예를 들어 설명한다.A large commercial diesel engine vehicle will be described with reference to FIGS. 3 and 4 with the turbocharger control method having the above-described configuration as an example.
대형 상용 디젤 엔진 차량에서, 엔진이 시동되면 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량 동작상태 및 운전자의 스위치 조작상태에 따라 가변되는 가속페달 개도, 부스트 압, 엔진 회전수 및 모드 선택 스위치 상태 등을 검출한다.In a large commercial diesel engine vehicle, when the engine is started, the vehicle operation state detecting apparatus 100 may adjust the accelerator pedal opening degree, the boost pressure, the engine speed, and the mode selection switch state that are varied according to the vehicle operation state and the driver's switch operation state. Detect.
이에, 제어장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 가속페달 개도, 부스트 압, 엔진 회전수 및 모드 선택 스위치 상태 등을 입력받기 위해 소정의 제어신호를 출력하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 검출되는 가속페달 개도, 부스트 압, 엔진 회전수 및 모드 선택 스위치 상태 등을 출력한다.Accordingly, the control device 200 outputs a predetermined control signal to receive the accelerator pedal opening degree, the boost pressure, the engine speed, and the mode selection switch state detected by the vehicle operation state detection device 100, and the vehicle operation. The state detection device 100 outputs the detected accelerator pedal opening degree, boost pressure, engine speed, and mode selection switch state.
제어장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 출력되는 가속페달 개도, 부스트 압, 엔진 회전수 및 모드 선택 스위치 상태 등을 입력받아, 차량 운전 모드 선택 스위치 상태를 판단한다(S100,S110).The control device 200 receives the accelerator pedal opening degree, the boost pressure, the engine speed, and the mode selection switch state output from the vehicle operation state detection device 100 to determine the vehicle driving mode selection switch state (S100, S110).
상기에서 운전자가 차량을 출발시키기 위해 모드 선택 스위치를 엔진 출력 향상 모드로 전환됨이 판단되면, 제어장치(200)는 도 4에 도시되어 있는 바이패스밸브(15)를 100% 오픈 시키기 위한 소정의 제어신호를 출력한다(S120).When it is determined that the driver switches the mode selection switch to the engine output enhancement mode to start the vehicle, the control apparatus 200 controls the predetermined control to open the bypass valve 15 shown in FIG. 4 by 100%. Output a signal (S120).
구동장치(300)는 상기 제어장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 100%로 오픈되어 도 4에 도시되어 있듯이 에어탱크(400)에서 공급되는 6 ~ 9BAR의 공압을 액츄에이터(14)에 구비된 스프링(미부호)의 힘을 이길 수 있는 정도의 소정의 공압(예 : 2BAR)으로 일정하게 조절하는 공압 조절기(500)를 통해 공급되는 공압을 액츄에이터(14)로 공급한다.The driving device 300 is opened at 100% in synchronization with the control signal output from the control device 200 and as shown in FIG. 4, the air pressure of 6 to 9 BAR supplied from the air tank 400 to the actuator 14. The pneumatic pressure is supplied to the actuator 14 through the pneumatic regulator 500 which is constantly adjusted to a predetermined pneumatic pressure (for example, 2BAR) to the extent that the force of the spring (unsigned) provided.
상기 액츄에이터(14)와 연결되어 있는 바이패스 밸브(15)는 상기 공급되는 공압에 의해 완전히 개방된다.The bypass valve 15, which is connected to the actuator 14, is completely opened by the supplied pneumatic pressure.
상기에서 바이패스 밸브(15)가 완전 개방됨에 따라, 엔진(20)에서 배출되는 배출가스의 일부가 배기 다기관(21)에 구비된 배기관(23)으로 배출됨에 따라 터보차저(10)의 터빈(22)측으로 배출되는 배출가스 압력이 낮아져 상기 터빈(22)의 회전력을 저하시킨다.As the bypass valve 15 is fully opened in the above, a part of the exhaust gas discharged from the engine 20 is discharged to the exhaust pipe 23 provided in the exhaust manifold 21 so as to discharge the turbine of the turbocharger 10 ( The pressure of the exhaust gas discharged to 22) is lowered to lower the rotational force of the turbine 22.
상기 터빈(22)의 회전력이 저하됨에 따라 콤퓨레셔(11)에 의해 압축되어 엔진으로 공급되는 흡기압 또한 저하되어 엔진의 공연비가 농후하게 되어 엔진 폭발력이 높아져 차량 출발시 출발성능이 향상되게 된다.As the rotational force of the turbine 22 decreases, the intake pressure supplied by the compressor 11 and supplied to the engine is also lowered, thereby increasing the air-fuel ratio of the engine and increasing the engine explosive force, thereby improving starting performance when the vehicle starts. .
운행중인 차량에서 운전자가 모드 선택 스위치를 매연 저감 모드로 선택함이 판단되면, 제어장치(200)는 바이패스 밸브(15)를 전폐시키기 위한 소정의 제어신호를 구동장치(300)로 출력한다(S130).When it is determined that the driver selects the mode selection switch as the smoke reduction mode in the vehicle in operation, the control device 200 outputs a predetermined control signal to the driving device 300 to close the bypass valve 15 ( S130).
구동장치(300)는 상기 제어장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 상기 공압 조절기(500)에서 일정압력으로 공급되는 공압이 액츄에이터(14)로 공급되지 못하도록 차단시킨다.The driving device 300 blocks the pneumatic pressure supplied by the pneumatic regulator 500 at a constant pressure from being supplied to the actuator 14 in synchronization with the control signal output from the control device 200.
따라서, 상기 공압 조절기(500)를 통해 공급되는 공압이 액츄에이터(14)에 영향을 미치지 못함에 따라, 상기 액츄에이터(14)에 구비된 스프링(미부호)이 원위치로 복원된다.Therefore, as the pneumatic pressure supplied through the pneumatic regulator 500 does not affect the actuator 14, the spring (unsigned) provided in the actuator 14 is restored to its original position.
이에 따라, 상기 액츄에이터(14)와 연결되어 있는 바이패스 밸브(15)는 스프링의 복원에 따라 전폐되어 배기 다기관(21)과 배기관(23)를 분리시킨다.Accordingly, the bypass valve 15 connected to the actuator 14 is closed in accordance with the restoration of the spring to separate the exhaust manifold 21 and the exhaust pipe 23.
따라서, 엔진에서 배출되는 배출가스는 배기 다기관(21)과 연결되어 있는 터보차저(10)의 터빈(22)측을 통해 배기관(23)으로 배출된다.Therefore, the exhaust gas discharged from the engine is discharged to the exhaust pipe 23 through the turbine 22 side of the turbocharger 10 connected to the exhaust manifold 21.
상기 터보차저(10)의 터빈(22)은 배출가스 압력에 의해 회전력이 증대되고, 그에 따라 콤퓨레셔(11)의 회전력이 상승하여 엔진으로 흡입되는 흡기압이 증가하여 엔진으로 공급되는 공기량이 증가함에 따라 공연비가 희박해져 배출되는 배기가스가 저감됨에 따라 매연이 적게 발생된다.The turbine 22 of the turbocharger 10 increases the rotational force by the pressure of the exhaust gas, thereby increasing the rotational force of the compressor 11 to increase the intake pressure sucked into the engine, thereby increasing the amount of air supplied to the engine. As it increases, the air-fuel ratio is diminished, and as the exhaust gas is reduced, soot is generated less.
하지만, 운전자가 모드 선택 스위치를 일반 주행 모드로 선택함이 판단되면, 제어장치(200)는 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 가속페달 개도 변화, 엔진 부스트 압 및 엔진 회전수 변화에 따라 설정된 프로그램에 의해 바이패스 밸브(15)의 열림 작동거리를 조절하기 위한 소정의 듀티 제어신호를 출력한다(S140).However, when it is determined that the driver selects the mode selection switch as the normal driving mode, the control apparatus 200 may be configured to the program set according to the change of the accelerator pedal opening degree, the engine boost pressure, and the engine speed which are changed according to the change of the vehicle operation state. By outputting a predetermined duty control signal for adjusting the opening operation distance of the bypass valve 15 (S140).
구동장치(300)는 상기 제어 장치(200)에서 출력되는 소정의 듀티 제어신호에 동기되어 열림 정도가 가변됨에 따라, 공압 조절기(500)로부터 공급되는 공압을 변화시켜 액츄에이터(14)로 공급한다.As the opening degree is changed in synchronization with a predetermined duty control signal output from the control device 200, the driving device 300 changes the pneumatic pressure supplied from the pneumatic regulator 500 and supplies it to the actuator 14.
따라서, 액츄에이터(14)는 구동장치(300)의 열림정도에 따라 상기 공압 조절기(500)로부터 공급되는 공압에 의해 그 작동거리가 조절되어 바이패스 밸브(14)의 열림정도를 조절한다.Accordingly, the actuator 14 adjusts the opening degree of the bypass valve 14 by adjusting the operating distance by the pneumatic pressure supplied from the pneumatic regulator 500 according to the opening degree of the driving device 300.
상기에서 바이패스 밸브(14)의 열림정도에 따라 배기 다기관(21)을 통해 배출되는 배기가스 에너지가 터보 차저(10)의 터빈(22)의 동작을 변화시킴에 따라, 상기 터빈(22)과 연동되어 회전하는 콤퓨레셔(11)의 과급압이 결정되어 엔진의 동작상태를 변화시킨다.As the exhaust gas energy discharged through the exhaust manifold 21 according to the opening degree of the bypass valve 14 changes the operation of the turbine 22 of the turbocharger 10, the turbine 22 and The boost pressure of the compressor 11, which rotates in conjunction with it, is determined to change the operating state of the engine.
이로써, 운전자의 모드 선택 스위치 조작 결정에 따라, 출발시 및 주행중인 차량에 적절한 과급 공기압을 공급함으로써, 차량 출발성능을 향상시킬 수 있고, 매연 발생을 저감시킬 수 있으며, 차량 연비를 향상시킬 수 있다.In this way, according to the driver's mode selection switch operation decision, by supplying the appropriate boost air pressure to the vehicle at the time of starting and driving, the vehicle starting performance can be improved, soot generation can be reduced, and vehicle fuel economy can be improved. .
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 대형 상용 디젤 엔진에서 바이패스 밸브를 엔진 회전수, 과급 공기압 및 운전자의 차량 주행의지에 따라 자동으로 제어하여 터보 차저의 동작을 제어함으로써, 차량 출발성능을 향상시킬 수 있고, 매연 발생을 저감시킬 수 있으며, 차량 연비를 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention can improve the vehicle starting performance by controlling the operation of the turbocharger by automatically controlling the bypass valve according to the engine speed, the boost air pressure, and the driver's intention to drive the vehicle in a large commercial diesel engine. In addition, it is possible to reduce the generation of soot and to improve vehicle fuel economy.
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