KR100391628B1 - 차량용 디젤엔진의 터보 차져 보호방법 - Google Patents

Abstract

디젤엔진의 터보 차져 압축기 입, 출력 흡기온과 흡기압 및 터보 차져 회전수 변화에 따라 과급압력 조절 변위를 제어할 목적으로;

전원이 인가되면, 사용되는 모든 변수를 초기화하고, 엔진 운전 조건 만족상태를 판단하는 단계와; 터보 차져 회전수에 따른 과급압력 조절 개도를 설정하는 단계와; 부스터 비율에 따른 과급압 조절 개도를 설정하는 단계와; 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화에 따라 과급압력 조절 개도를 제어하는 단계로 이루어져 있어서, 터보 차져 압축기의 서징(Serging)과 초킹(Choking)을 방지할 수 있어, 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 디젤엔진의 터보 차져 보호방법{A METHOD FOR TURBO CHARGER PROTECTING OF DIESEL ENGINE IN VEHICLE}

본 발명은 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터보 차져의 작동상태 변화에 따라 과급압력 조절 액츄에이터를 제어하여 터보 차져를 보호하기 위한 차량용 디젤엔진의 터보 차져 보호방법에 관한 것이다.

일반적으로 터보 차져는 배기 밸브를 통과 방출되는 배기가스를 먼저 터빈 하우징의 외측 원주로부터 터빈 날개에 유입되어 터빈을 회전시키고, 각각의 터빈 날개 사이의 통로를 따라 축 중심부에서 배기관으로 배출된다.

상기 터빈과 직결된 압축기가 회전하면 축 중심 부근의 흡기는 원심력에 의해 외주방향으로 가속되어 흡기실에 들어간다. 흡기실의 디퓨저에서 각각의 공기통로의 체적이 확대되기 때문에 흡기의 속도에너지는 압력에너지로 변환된다. 즉, 속도는 낮아지고 압력은 상승한다.

이와 같은 원리로 압축기 축의 중심부의 흡입구로부터 흡입된 공기는 압축기 하우징의 외주 측으로 연속적으로 압입된다. 이 압축공기를 흡기다기관에 연결하면 흡기밸브가 열릴 때마다, 새로운 압축공기가 실린더 내에 충진되게 된다.

상기와 같이 동작하는 터보 차져에 있어서, 종래에는 엔진의 성능에 맞는 터보 차져를 압축기 성능 맵의 한도 내에서 일대일로 매칭(Matching)시켜 상기 터보 차져의 성능 향상을 기하였다.

또한, 과급압력 조절에 따라 고속운전시 배기가스를 터보 차져의 터빈을 거치지 않고 흘러 보냄으로서 터보 차져의 성능 향상을 기하였다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 엔진 회전수에 따른 압력 변화에 따라 과급압력 조절 변위가 선형적으로 변함으로 최적의 터보 차져 성능매칭이 어려운 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 엔진 운전 모드 조건에서 디젤엔진의 터보 차져 압축기 입, 출력 흡기온과 흡기압 및 터보 차져 회전수 변화에 따라 과급압력 조절 변위를 제어하기 위한 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

전원이 인가되면, 사용되는 모든 변수를 초기화하고, 엔진 운전 조건을 판단하는 단계와;

상기 단계에서 엔진 운전 조건이 운전모드 조건이면 터보 차져 회전수에 따른 과급압력 조절 개도를 설정하고, 부스트 비율을 산출하는 단계와;

상기단계에서 부스트 비율이 산출되면, 부스터 비율에 따른 과급압 조절 개도를 설정한 후, 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화를 판단하여 과급압력 조절 개도 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 디젤엔진의 터보 차져 보호장치 구성 블럭도.

도 2는 본 발명에 적용되는 차량용 디젤엔진의 터보 차져 보호방법 동작 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 과급압력 조절 변위 그래프.

도 4는 종래의 과급압력 조절 변위 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 차량 주행상태 검출수단 110 : 터보 차져 회전수 검출부

120 : 터보 차져 압축기 흡기압 검출부

130 : 터보차져 압축기 흡기온 검출부

140 : 터보 차져 압축기 배기압 검출부

150 : 터보 차져 압축기 배기온 검출부

160 : 엔진 회전수 검출부

200 : 엔진 제어 수단 300 : 구동수단

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호 장치 구성 블록도로서, 차량 주행상태 검출장치(100)는 차량의 주행 상태에 따라 가변 출력되는 차량 주행 상태를 검출하고, 제어 장치(200)는 상기 차량 주행 상태 검출 장치(100)에서 검출된 신호를 입력받고자 소정의 제어신호를 상기 차량 주행 상태 검출 장치(100)에 출력하고, 상기 제어신호에 따라 동기 되어 출력되는 터보 차져 회전수, 터보 차져 압축기 흡기압, 터보 차져 압축기 흡기온, 터보 차져 압축기 배기압, 터보 차져 압축기 배기온 및 엔진 회전수 등을 입력받아, 터보 차져 회전수에 따른 과급압력 조절 개도 설정 값 만족상태에 따라 터빈 회전수에 따른 과급압력 조절 개도 제어신호를 출력하고, 부스터 비율에 따른 과급압 조절 개도 설정 값 만족상태에 따라 부스터 비율에 따른 과급압 조절 개도를 조절 제어신호를 출력하며, 구동장치(300) 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 따라 동기 되어 과급압력 조절 개도를 조절한다.

상기 차량 주행상태 검출장치(100)는 차량의 주행상태에 따라 가변되는 터보 차져의 회전수를 검출하는 터보 차져 회전수 검출부(110)와; 차량의 주행상태에 따라 가변되는 터보 차져 압축기 흡기압을 검출하는 터보 차져 압축기 흡기압 검출부(120)와; 차량의 주행상태에 따라 가변되는 터보 차져 압축기 흡기온을 검출하는 터보 차져 압축기 흡기온 검출부(130)와; 차량의 주행상태에 따라 가변되는 터보 차져 압축기 배기압을 검출하는 터보 차져 압축기 배기압 검출부(140)와; 차량의 주행상태에 따라 가변되는 터보 차져 압축기 배기온을 검출하는 터보 차져 압축기 배기온 검출부(150)와; 차량 주행상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수를 검출하여 엔진 제어에 적용하는 엔진 회전수 검출부(160)로 구비되어 있다.

상기한 구성으로 이루어진 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호 방법을 첨부한 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다.

차량에 전원이 인가되면, 제어장치(200)는 사용되는 모든 변수를 초기화하며, 차량 주행 상태 검출 장치(100)는 차량 주행 상태에 따라 가변되는 터보 차져 회전수, 터보 차져 압축기 흡기압, 터보 차져 압축기 흡기온, 터보 차져 압축기 배기압, 터보 차져 압축기 배기온 및 엔진 회전수 등을 검출한다.

이에 제어 장치(200)는 소정의 제어신호를 상기 차량 주행 상태 검출 장치(100)로 출력하고, 차량 주행 상태 검출 장치(100)는 상기 제어 장치(200)에서 출력된 소정의 제어신호에 의해 동기 되어 검출된 터보 차져 회전수, 터보 차져 압축기 흡기압, 터보 차져 압축기 흡기온, 터보 차져 압축기 배기압, 터보 차져 압축기 배기온 및 엔진 회전수 등을 출력한다.

제어 장치(200)는 상기 차량 주행상태 검출장치(100)로부터 출력되는 터보 차져 회전수, 터보 차져 압축기 흡기압, 터보 차져 압축기 흡기온, 터보 차져 압축기 배기압, 터보 차져 압축기 배기온 및 엔진 회전수 등을 입력받아, 엔진 운전 조건 만족상태를 판단한다(S100,S110).

상기에서 엔진 운전 조건 판단은 마그네틱 픽업을 통해 인가되는 엔진 회전수를 제어장치(200)가 인가받아 시동준비 단계의 아이들링 단계와 운전모든 단계로 판단하는 조건이다.상기에서 운전모드 단계는 엔진 회전수가 아이들 회전수(예 : 500rpm) 이상으로 소정의 시간(예 : 200ms)이상 검출되면 운전 모드 단계로 판단한다.

터보차저 회전수	10000	30000	60000	70000	80000	90000	100000	110000
에어실린더 변위량(mV)

단, 상기 에어 실린더 변의량(mV)은 대상 실험을 통하여 적용(0.5V ~4.5V)상기에서 엔진 운전 조건을 만족하지 않으면, 제어장치(200)는 모든 제어를 종료하고 메인 루틴으로 리턴 한다.

이어서, 제어장치(200)는 기 설정된 프로그램에 의해 터보 차져 콤퓨레셔의 후단 압력과 대기압, 흡기다기관 내의 흡기압을 흡기압과 대기압 및 압력센서들로부터 인가되는 신호를 입력받아 하기의 수학식 1 의해 연산하여 부스터 비율(예 : 0.5 ~ 3.0)을 산출한다(S130). 부스터 비율 = (콤퓨레셔 후단압력 + 대기압)/(흡기 다기관 내 압력/13.6 + 대기압)

	1000	1200	1400	1500	1600	1800	2000	2200	2400
0.5
0.7
0.9
1.1
1.5
2
2.5

( X측은 엔진 회전수(rpm)이고, Y축은 부스터 비율 이다.)상기에서 산출된 부스터 비율에 따라 제어장치(200)는 메모리에 기 설정된 과급압력 조절 개도 맵을 설정한다(S140).

상기에서 터보 차져 회전수에 따른 과급압력 조절 개도 맵과 부스터 비율에 따른 과급압력 조절 개도 맵이 설정됨에 따라, 제어장치(200)는 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화 값이 소정의 설정 값(예 : 95000rpm) 이상임이 판단되면, 상기(S120) 설정된 터보 차져 회전수에 따른 과급압 조절 개도 맵을 적용하여 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 과급압력 조절 개도를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력한다(S160).

하지만, 상기에서 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화 값이 소정의 설정 값(예 : 95000rpm) 이하임이 판단되면, 상기(S140)에서 설정된 부스터 비율에 따른 과급압력 조절 개도 맵을 적용하여 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 과급압력 조절 개도를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력한다(S170).

구동장치(300)는 상기 제어장치(200)에서 출력되는 과급압력 조절 개도 제어 신호에 따라 동기되어 에어 실린더(도면에 도시되어 있지 않음)를 통해서 과급압력 조절 액츄에이터를 작동시켜 과급압력 조절 개도를 조절한다.

이로서, 터보차져의 속도에 따라 과급압력 조절 개도 맵을 추가 적용으로 여러 기후 조건(예 : 고지)에서 설정된 이상의 터보차져 속도가 될 경우 에어 실린더를 통해서 과급압력 액츄에이터를 작동시키거나, 부스터 비율에 따른 과급압력 조절 개도 맵을 추가 적용하여 콤퓨레셔 입, 출력 온도 압력 및 터보차져 속도변화를 통해서 이중으로 터보차져를 보호하도록 함으로서, 터보 차져 압축기의 서징(Serging)과 초킹(Choking)을 방지할 수 있어, 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법은 디젤엔진의 터보 차져 압축기 입, 출력 흡기온과 흡기압 및 터보 차져 회전수 변화에 따라 과급압력 조절 변위를 제어함으로써, 터보 차져 압축기의 서징(Serging)과 초킹(Choking)을 방지할 수 있어, 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 전원이 인가되면, 사용되는 모든 변수를 초기화하고, 엔진 운전 조건을 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 엔진 운전 조건이 운전모드 조건이면 터보 차져 회전수에 따른 과급압력 조절 개도를 설정하고, 부스트 비율을 산출하는 단계와;

   상기단계에서 부스트 비율이 산출되면, 부스터 비율에 따른 과급압 조절 개도를 설정한 후, 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화를 판단하여 과급압력 조절 개도 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법.
2. 제 1항에 있어서, 엔진 운전 조건 판단은 엔진 회전수가 아이들 회전수 이상으로 소정의 시간 이상 검출되면 운전모드 단계로 판단하는 조건인 것을 포함한 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법.
3. 제 1항에 있어서, 엔진 운전 조건이 아이들 모드이면 제어단계를 수행하지 않고 메인 루틴으로 리턴 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법.
4. 제 1항에 있어서, 터보 차져 회전수에 따른 과급압력 조절 개도 설정은, 검출되어 입력되는 터보 차져 회전수를 기 설정된 프로그램에 의해 연산하여 산출되는 값에 따라 메모리에 기 저장되어 있는 터보 차져 회전수에 따른 과급압력 조절 개도 맵에서 설정하는 것을 특징으로 하는 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법.
5. 제 1항에 있어서, 부스터 비율에 따른 과급압 조절 개도 설정은 검출되어 입력되는 터보 차져 압축기의 흡, 배기 온도 및 압력과 터보 차져 회전수를 연산하여 부스터 비율을 산출하는 단계와;

   상기 단계에서 산출된 부스터 비율에 따라 기 설정된 프로그램에 의해 메모리에 저장된 과급압 조절 개도 맵을 설정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법.
6. 제 1항에 있어서, 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화에 따라 과급압력 조절 개도 제어 방법은, 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화 값이 소정의 설정 기준 값 이하이면, 터보 차져 회전수에 따른 과급압 조절 개도 맵을 적용하여 과급압력 조절 개도를 제어하는 단계와;

   상기 단계에서 엔진 회전수 변화에 따른 터보 차져 회전수 변화 값이 소정의 설정 기준 값 이상이면, 부스터 비율에 따른 과급압력 조절 개도 맵을 적용하여 과급압력 조절 개도를 제어하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 디젤 엔진의 터보 차져 보호방법.