KR100374867B1 - 터보랙 방지용 축압 부스터 시스템 및 그 충진과 방출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보차저 엔진을 적용하는 차량의 발진시 발생되는 터보랙 현상을 방지하여 차량의 발진가속 성능을 향상시키도록 하는 터보랙 방지용 축압 부스터 시스템 및 그 충진과 방출방법에 관한 것이다.

이같은 본 발명은, 고압의 공기를 저장하는 축압용기와, 축압용기와 플래넘 챔버를 연결하는 호스, 이 연결부에 장착되는 축압밸브, 플래넘 챔버 입구에 장착되는 흡기스로틀 밸브, 이 두 밸브를 구동하는 솔레노이드밸브와 진공펌프, 그리고 이들을 구동하는 엔진제어유닛, 부스트압센서, 차속센서, 스로틀개도센서를 포함하여 구성하므로서, 축압 부스터를 통해 터보차저 엔진을 적용하는 차량의 발진시 발생되는 터보랙 현상을 방지하여 차량의 발진가속 성능을 향상시킬수 있도록 하는 터보랙 방지용 축압 부스터 시스템 및 그 충진과 방출방법을 제공한다.

Description

터보랙 방지용 축압 부스터 시스템 및 그 충진과 방출방법{Pressure booster system and store/output method thereof}

본 발명은 차량의 터보차저 엔진에 관한 것으로서, 특히 축압 부스터를 통해 터보차저 엔진을 적용하는 차량의 발진시 발생되는 터보랙 현상을 방지하여 차량의 발진가속 성능을 향상시키도록 하는 터보랙 방지용 축압 부스터 시스템 및 그 충진과 방출방법에 관한 것이다.

종래 터보 인터쿨러 디젤엔진은 도 1에 도시된 바와같이, 터빈(1)과 컴프레서(2)로 구성되는 터보차저를 사용하여 흡입공기량을 증가시켜 출력을 향상시키는구조를 이루고 있다.

즉, 배기가스가 배기관(3)을 통해 터빈(1)을 통과하면서 상기 터빈(1)에 에너지를 공급하게 되고, 상기 터빈(1)은 축(4)에 의해 연결된 컴프레서(2)에 상기와 같은 에너지를 회전에너지로 전달하게 된다.

이때, 상기 컴프레서(2)는 흡입공기를 압축한 후 이를 인터쿨러(5)와 플래넘챔버(6)를 통해 흡기매니폴드(7)로 보내므로서, 상기 흡입공기는 자연흡기엔진에 비해 높은 밀도로 엔진(8)에 공급되는 것이다.

그러나, 종래의 터보차저 장착 엔진은 차량이 발진시 터보랙 현상으로 인해 흡입공기량이 부족하여 그 출력이 일시적으로 적게 나오는 현상이 있으며, 특히 경사로에서 등판 발진시 터보랙 현상이 심하여 엔진의 출력저하 및 매연의 다량 방출원인이 되는 문제점을 갖고 있다.

즉, 엔진의 부하나 회전수가 급격히 변화할 때 터빈(1)에 전달되는 에너저의 일부만이 컴프레서(2)로 전달되고, 나머지는 터보차저의 관성을 이긴 후 그 회전부품들을 가속시키는데 사용하는 관계로, 엔진이 가속하거나 부하가 증가할 때 공급되는 부스트압은 동일한 순간 회전수와 연료량에 대해 정상상태일 때에 비하여 낮은 수준을 유지하는 폐단이 따랐다.

그러므로, 상기와 같은 폐단으로 부터 흡입 공기량이 그 분사연료량이 연소하는데 정삭적으로 공급되는 공기량에 비하여 부족함을 의미하고, 이로인하여 엔진의 연소성능이 저하되어 스모크 발생과 더불어 순간 토크 부족을 유발하게 되었다.

즉, 종래에는 터보차저의 관성으로 인해 컴프레서(2)가 충분히 빨리 흡입공기를 공급하지 못하므로서, 상기와 같은 터보랙 현상은 불과 수 사이클의 엔진 회전기간 동안 무부하와 전부하 연료의 연료량 차이가 큰 고마력 엔진일수록 심하게 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 고압의 공기를 저장하는 축압용기와, 축압용기와 플래넘 챔버를 연결하는 호스, 이 연결부에 장착되는 축압밸브, 플래넘 챔버 입구에 장착되는 흡기스로틀 밸브, 이 두 밸브를 구동하는 솔레노이드밸브와 진공펌프, 그리고 이들을 구동하는 엔진제어유닛, 부스트압센서, 차속센서, 스로틀개도센서를 포함하여 구성하므로서, 축압 부스터를 통해 터보차저 엔진을 적용하는 차량의 발진시 발생되는 터보랙 현상을 방지하여 차량의 발진가속 성능을 향상시킬수 있도록 하는 터보랙 방지용 축압 부스터 시스템 및 그 충진과 방출방법을 제공하려는 것이다.

도 1은 종래에 적용되는 터보 인터쿨러 디젤엔진의 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예로 터보 인터쿨러 디젤엔진에 축압부스터가 장착된 상태를 보인 구성도.

도 3은 본 발명의 일실시예로 축압 부스터를 제어하는 블럭회로도.

도 4는 발명의 일실시예로 축압용기의 충진방법을 보인 플로우챠트.

도 5는 본 발명의 일실시예로 축압용기의 방축방법을 보인 플로우챠트.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 ; 터빈 2 ; 컴프레서

3 ; 배기관 4 ; 축

5 ; 인터쿨러 6 ; 플래넘 챔버

7 ; 흡기매니폴드 8 ; 엔진

9 ; 흡기스로틀밸브 10; 부스트압센서

20; 스로틀개도센서 30; 차속센서

40; 엔진제어유닛 50; 제 1 솔레노이드밸브

60; 제 2 솔레노이드밸브 70; 축압용기

80; 축압밸브

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예로 터보 인터쿨러 디젤엔진에 축압부스터가 장착된 상태를 보인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예로 축압 부스터를 제어하는 회로도 이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와같이, 터보차저를 사용하여 흡입공기량을 증가시켜 출력을 향상시키도록 터빈(1), 컴프레서(2), 인터쿨러(5), 플래넘 챔버(6) 등을 포함하는 터보 인터쿨러 디젤엔진에 있어서,

상기 플래넘 챔버(6)의 입구에 흡기스로틀밸브(9)를 장착하되, 상기 플래넘 챔버(6)의 내부 압력을 측정하는 부스트압센서(10)와;

상기 흡기스로틀밸브(9)의 개도상태를 감지하는 스토틀개도센서(20) 및, 차속을 감지하는 차속센서(30)와;

상기 각 센서(10)(20)(30)로 부터 감지되는 신호에 따라 터보 인터쿨러 디젤엔진의 터보랙 현상을 방지하도록 시스템 각부를 제어하는 엔진제어유닛(ECU)(40)와;

상기 엔진제어유닛(40)의 제어에 따라 흡기스로틀밸브(9)의 개도각도를 조절하도록 구동하는 제 1 솔레노이드밸브(50) 및 제 2 솔레노이드밸브(60)와;

플래넘 챔버(6)와 호스(100)를 통해 연결되어 고압의 공기를 저장하거나 또는 방출하는 축압용기(70)와;

호스(100)의 내부에 장착하되, 상기 제 2 솔레노이드밸브(60)의 구동에 따라 축압용기(70)로 고압의 공기를 저장시키거나 또는 축압용기(70)에 저장된 고압의 공기를 플래넘 챔버(6)로 공급하도록 개폐가 이루어지는 축압밸브(80); 로 구성함을 특징으로 한다.

다른 일면에 따라, 상기 축압용기(70)로의 고압 공기를 충진방법은 도 4에 도시된 바와같이,

부스트센서(10)로 부터 감지된 플래넘 챔버(6)내의 부스트 압력과 설정압력은 물론 축압용기(70)가 방출된 상태인가를 판단하는 단계와;

상기 판단결과 부스트압력이 설정된 압력보다 작으면 타이머의 작동을 종료하고, 부스트압력이 설정압력보다 크고 축압용기(70)가 방출된 상태이면 타이머 작동을 실시한 후 그 작동된 타이머의 시간과 설정시간을 비교하는 단계와;

상기 비교결과 타이머의 작동시간이 설정된 시간보다 크면 제 2 솔레노이드밸브(60)의 구동으로 부터 축압밸브(80)를 개방하여 축압용기(70)의 압력을 플래넘 채버(6)의 압력과 동일하게 유지한 후 그 충진시간을 체크하는 단계와;

상기 단계로 부터 충진시간이 설정된 충진시간보다 크면 축압밸브(80)를 닫아 축압용기(70)로 고압의 공기를 저장한 후 이를 축압스위치를 통해 표시하는 단계; 로 이루어지며,

또 다른 일면에 따라, 상기 축압용기(70)로 저장된 고압 공기의 방출방법은도 5에 도시된 바와같이,

스로틀개도센서(20)와 차속센서(30)로 부터 감지된 흡기스토틀밸브(9)의 개도각도 및 차속과 설정각도는 물론 설정 차속과 각각 비교하는 단계와;

상기 비교결과 흡기스로틀밸브(9)의 개도각도 및 차속이 설정치보다 크면 타이머를 작동시킨 후 흡기스로틀밸브(9)의 개도각도와 설정치를 비교하는 단계와;

상기 비교결과 개도각도가 설정치보다 작으면 타이머의 작동을 종료한 후 종료된 타이머의 작동시간과 설정시간을 비교하여 스로틀개도의 시간에 따른 기울기가 설정기울기보다 급격한지를 판단하는 단계와;

상기 비교결과 스로틀개도의 시간에 따른 기울기가 설정기울기보다 급격하면 터보랙 발생조건임을 판단한 후 타이머를 작동시켜 축압밸브(80)를 개방한 후 흡기스로틀밸브(9)를 닫아 축압용기(70)에 저장된 고압의 공기를 플래넘 챔버(6)로 공급하는 단계와;

상기 단계로 부터 축압용기(70)에 저장된 고압의 공기가 플래넘 챔버(6)로 공급시 다시 축압밸브(80)를 닫고 흡기스로틀밸브(9)를 개방한 후 축압용기(70)의 방출상태를 축압스위치를 통해 표시하는 단계; 로 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서, 상기 타이머는 엔진제어유닛(40)으로 제어되는 내부 회로도로서 본 발명에서는 도시하지 않음.

더불어, 상기 축압스위치는 축압용기(70)의 충진과 방출을 표시하는 논리 스위치로서, 상기 축압스위치가 "0"을 표시하면 축압용기(70)가 충진상태이고, "1"을 표시하면 축압용기(70)가 방출상태를 나타낸다.

이와같이 구성된 본 발명의 일실시예에 대한 작용을 첨부된 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 엔진의 정상작동으로 배기가스가 배기관(3)을 통해 터빈(1)을 통과하면서 상기 터빈(1)에 에너지를 공급하게 되고, 상기 터빈(1)은 축(4)에 의해 연결된 컴프레서(2)에 상기와 같은 에너지를 회전에너지로 전달한다.

그러면, 상기 컴프레서(2)는 흡입공기를 압축한 후 이를 인터쿨러(5)와 플래넘챔버(6)를 통해 흡기매니폴드(7)로 보내므로서, 상기 흡입공기는 자연흡기엔진에 비해 높은 밀도로 엔진(8)에 공급된다.

이때, 엔진이 정상적일 경우 부스트압센서(10)에서는 플래넘 챔버(6)의 내부압력을 측정한 후 이를 엔진제어유닛(40)으로 출력하게 되는 바,

상기 엔진제어유닛(40)에서는 부스트압센서(10)로 부터 측정된 플래넘 챔버(6)의 내부압력이 설정된 압력(예; 1.5기압 절대압)으로 올라가는 경우, 제 2 솔레노이드밸브(60)를 구동시켜 상기 플래넘 챔버(6)와 연결된 호스(100)내의 축압밸브(80)를 개방시킨다.

그러면, 상기 축압밸브(80)의 개방으로 부터 플래넘 챔버(6)의 압력이 축압용기(70)로 호스(100)를 통해 유입되므로서, 상기 축압용기(70)의 압력은 플래넘 채버(6)의 압력과 동일하게 유지된다.

이때, 상기 엔진제어유닛(40)에서는 상기 축압용기(70)로의 고압 공기 유입시간 즉, 충진시간을 체크한 후, 그 충진시간이 설정된 충진시간보다 크면 축압밸브(80)를 제 2 솔레노이드밸브(60)를 구동시키면서 다시 닫아 축압용기(70)로 고압의 공기를 저장하는 한편, 이를 논리스위치인 축압스위치를 통해 표시하게 되는 것이다.

즉, 상기 축압스위치가 "0"을 표시하면 축압용기(70)가 충진상태임을 나타내게 되는 것이다.

한편, 상기 엔진제어유닛(40)은 스로틀개도센서(20)와 차속센서(30)로 부터 감지된 신호 즉, 스로틀개도센서(20)와 차속센서(30)로 부터 감지된 흡기스토틀밸브(9)의 개도각도 및 차속을 설정각도는 물론 설정 차속과 각각 비교하게 되는데,

상기 비교결과 흡기스로틀밸브(9)의 개도각도 및 차속이 설정치보다 클 경우 상기 엔진제어유닛(40)은 타이머를 작동시킨 후 흡기스로틀밸브(9)의 개도각도와 설정치를 다시 비교하게 된다.

이때, 상기 개도각도가 설정치보다 작으면, 상기 엔진제어유닛(40)에서는 타이머의 작동을 종료한 후 종료된 타이머의 작동시간과 설정시간을 비교하므로서, 스로틀개도의 시간에 따른 기울기가 설정기울기보다 급격한지를 판단한다.

그리고, 상기 판단결과 스로틀개도의 시간에 따른 기울기가 설정기울기보다 급격하면, 상기 엔진제어유닛(40)에서는 이를 터보랙 발생조건임을 판단한 후 타이머를 작동시킴과 동시에 제 2 솔레노이드밸브(60)를 구동시켜 축압밸브(80)를 개방시키는 한편, 제 1 솔레노이드밸브(50)를 구동시켜 흡기스로틀밸브(9)를 닫도록 한다.

그러면, 상기 흡기스로틀밸브(9)의 닫힘과 축압밸브(80)의 개방으로 부터 축압용기(70)에 저장된 고압의 공기는 호스(100)를 통해 플래넘 챔버(6)로 공급되므로서, 터보 인터쿨러의 디젤엔진은 정상적인 연소가 이루어질수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 엔진제어유닛(40)은 축압용기(70)에 저장된 고압의 공기가 플래넘 챔버(6)로 공급시 다시 제 1 및 제 2 솔레노이드밸브(50)(60)를 구동시켜 축압밸브(80)를 닫고 흡기스로틀밸브(9)를 개방한 후, 상기 축압용기(70)의 방출상태를 논리스위치인 축압스위치를 통해 표시하는 제어동작을 수행하게 된다.

여기서, 상기 축압스위치가 "1"을 표시하면 축압용기(70)가 방출상태임을 나타내게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 고압의 공기를 저장하는 축압용기와, 축압용기와 플래넘 챔버를 연결하는 호스, 이 연결부에 장착되는 축압밸브, 플래넘 챔버 입구에 장착되는 흡기스로틀 밸브, 이 두 밸브를 구동하는 솔레노이드밸브와 진공펌프, 그리고 이들을 구동하는 엔진제어유닛, 부스트압센서, 차속센서, 스로틀개도센서를 포함하여 구성하므로서, 축압 부스터를 통해 터보차저 엔진을 적용하는 차량의 발진시 발생되는 터보랙 현상을 방지하여 차량의 발진가속 성능을 향상시킬수 있도록 하는 터보랙 방지용 축압 부스터 시스템 및 그 충진과 방출방법을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

Claims (3)

1. 터보차저를 사용하여 흡입공기량을 증가시켜 출력을 향상시키는 터보 인터쿨러 디젤엔진에 있어서,

   플래넘 챔버의 입구에 흡기스로틀밸브를 장착하되, 상기 플래넘 챔버의 내부 압력을 측정하는 부스트압센서와;

   상기 흡기스로틀밸브의 개도상태를 감지하는 스토틀개도센서 및, 차속을 감지하는 차속센서와;

   상기 각 센서로 부터 감지되는 신호에 따라 터보 인터쿨러 디젤엔진의 터보랙 현상을 방지하도록 시스템 각부를 제어하는 엔진제어유닛와;

   상기 엔진제어유닛의 제어에 따라 흡기스로틀밸브의 개도각도를 조절하도록 구동하는 제 1 솔레노이드밸브 및 제 2 솔레노이드밸브와;

   플래넘 챔버와 호스를 통해 연결되어 고압의 공기를 저장하거나 또는 방출하는 축압용기와;

   호스의 내부에 장착하되, 상기 제 2 솔레노이드밸브의 구동에 따라 축압용기로 고압의 공기를 저장시키거나 또는 축압용기에 저장된 고압의 공기를 플래넘 챔버로 공급하도록 개폐가 이루어지는 축압밸브; 로 구성함을 특징으로 하는 터보랙 방지용 축압 부스터 시스템.
2. 부스트센서로 부터 감지된 플래넘 챔버내의 부스트 압력과 설정압력은 물론축압용기가 방출된 상태인가를 판단하는 단계와;

   상기 판단결과 부스트압력이 설정된 압력보다 작으면 타이머의 작동을 종료하고, 부스트압력이 설정압력보다 크고 축압용기가 방출된 상태이면 타이머 작동을 실시한 후 그 작동된 타이머의 시간과 설정시간을 비교하는 단계와;

   상기 비교결과 타이머의 작동시간이 설정된 시간보다 크면 제 2 솔레노이드밸브의 구동으로 부터 축압밸브를 개방하여 축압용기의 압력을 플래넘 채버의 압력과 동일하게 유지한 후 그 충진시간을 체크하는 단계와;

   상기 단계로 부터 충진시간이 설정된 충진시간보다 크면 축압밸브를 닫아 축압용기로 고압의 공기를 저장한 후 이를 축압스위치를 통해 표시하는 단계; 로 진행함을 특징으로 하는 터보랙 방지용 축압 부스터의 충진방법.
3. 스로틀개도센서와 차속센서로 부터 감지된 흡기스토틀밸브의 개도각도 및 차속과 설정각도는 물론 설정 차속과 각각 비교하는 단계와;

   상기 비교결과 흡기스로틀밸브의 개도각도 및 차속이 설정치보다 크면 타이머를 작동시킨 후 흡기스로틀밸브의 개도각도와 설정치를 비교하는 단계와;

   상기 비교결과 개도각도가 설정치보다 작으면 타이머의 작동을 종료한 후 종료된 타이머의 작동시간과 설정시간을 비교하여 스로틀개도의 시간에 따른 기울기가 설정기울기보다 급격한지를 판단하는 단계와;

   상기 비교결과 스로틀개도의 시간에 따른 기울기가 설정기울기보다 급격하면 터보랙 발생조건임을 판단한 후 타이머를 작동시켜 축압밸브를 개방한 후 흡기스로틀밸브를 닫아 축압용기에 저장된 고압의 공기를 플래넘 챔버로 공급하는 단계와;

   상기 단계로 부터 축압용기에 저장된 고압의 공기가 플래넘 챔버로 공급시 다시 축압밸브를 닫고 흡기스로틀밸브를 개방한 후 축압용기의 방출상태를 축압스위치를 통해 표시하는 단계; 로 진행함을 특징으로 하는 터보랙 방지용 축압 부스터의 방출방법.