KR100475799B1 - 디젤엔진의 흡입공기 과급장치 및 그 제어방법 - Google Patents

디젤엔진의 흡입공기 과급장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압하는 터보차저가 장착되는 디젤엔진의 최고 출력구간에서 인터쿨러의 저항에 의해 과급압력이 떨어지는 것을 보상하기 위한 디젤엔진의 흡입공기 과급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로,
배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압하는 터보차저가 배기매니폴드 후측에 장착되고, 터보차저와 서지탱크를 잇는 흡기라인의 도중에 과급과정에서 고온이 된 흡입공기를 적당한 온도로 식혀주기 위한 인터쿨러가 장착되는 디젤엔진에 있어서,
상기한 터보차저의 터빈으로 유입되는 배기가스의 압력을 측정하기 위해 터빈의 전방에 형성되는 제1압력측정기와;
터보차저에서 과급되어 상기한 인터쿨러로 유입되는 흡입공기의 압력을 측정하기 위한 제2압력측정기와;
상기 인터쿨러를 통과한 흡입공기의 압력을 측정하기 위한 제3압력측정기와;
엔진이 고속출력구간일 때 상기 인터쿨러의 저항으로 인해 손실된 과급압을 보상하기 위해 터보차저의 출력이 향상되도록 웨이스트 게이트가 더 닫히도록 하기 위한 액츄레이터의 로드 측에 연결되는 부압라인과;
상기한 부압라인을 통과하는 압력을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브; 가 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤엔진의 흡입공기 과급장치 및 그 제어방법{Air intake charge system of diesel engine and control method thereof}
본 발명은 디젤엔진의 흡입공기 과급장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압하는 터보차저가 장착되는 디젤엔진의 최고 출력구간에서 인터쿨러의 저항에 의해 과급압력이 떨어지는 것을 보상하기 위한 디젤엔진의 흡입공기 과급장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진에는 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압한 후 연소실로 공급되도록 하는 터보차저가 형성되어 있다.
도 3은 디젤엔진의 일반적인 공기흡입시스템을 간략하게 도시한 것으로서, 엔진(11)으로 공급되는 흡입공기는 에어덕트(12)로 유입되어 에어클리너(13)에서 정화된 후, 배기가스의 배출압력으로 회전되는 터보차져(14)에 의해 가압된다. 그러나 터보차저(14)에서 가압된 공기는 과다하게 온도가 상승(약 120℃)되므로서 공기의 밀도가 낮아져 엔진의 출력을 향상시키지 못하게 된다. 이를 개선하기 위해서 상기한 터보차저(14)에서 가압된 공기를 냉각하기 위한 인터쿨러(15)가 형성된다.
상기한 인터쿨러(15)에서 냉각된 공기는 스로틀밸브의 개도량에 따라서 스로틀바디(16)에서 스월을 일으키며 흡기매니폴드(17)를 거쳐 연소실로 유입된다.
이렇게 연소실로 유입된 공기는 연료와 함께 연소되어 배기가스가 되고, 배기가스는 배기매니폴드(18)로 배출되어 상기한 터보차저(14)를 가동시키고, 상기 터보차저(14)를 통과한 배기가스는 배기관에 형성된 촉매에서 유해성분이 산화 및 환원된 후 머플러를 통해 대기로 배출된다.
그리고 엔진의 부하 및 회전수에 따라서 과급공기의 압력이 조절되도록 상기 터보차저(14)로 공급되는 배기가스의 양을 조절하기 위한 웨이스트 게이트(19)가 터보차저(14)의 하우징 일측에 형성된다. 상기한 웨이스트 게이트(19)는 별도로 형성되는 액츄에이터(20)에 의해 작동되는데, 상기 액츄에이터(20)는 터보차저(14)에서 가압된 흡입공기량에 따라서 작동량이 결정된다. 예를 들어 과급공기의 압력이 적정치 보다 낮을 경우, 전자제어장치에서는 상기 액츄에이터(20)와 연결되는 밸브를 개방하여 상기 액츄에이터의 하우징(21) 내부로 압력이 전달되므로서, 상기 하우징(21) 내부에 형성된 다이아프램(22)이 밀리고, 상기 웨이스트 게이트(19)를 작동시키는 로드(23)가 전진되므로서 터보차저(14)의 작동성을 높여 과급공기의 압력이 높아지는 것이다.
그러나 터보차저에서 과급된 흡입공기는 상기한 인터쿨러를 통과하면서 인터쿨러의 공기저항에 의해 그 압력이 저하되는데, 이는 엔진이 고속회전영역인 경우에 더욱 뚜렷하게 발생된다. 즉, 도 4와 같이 인터쿨러로 유입되는 압력과 출력되는 압력의 차이가 발생하게 되므로서 저하된 과급압 만큼 엔진의 출력이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압하는 터보차저가 장착되는 디젤엔진의 최고 출력구간에서 인터쿨러의 저항에 의해 과급압력이 떨어지는 것을 보상하기 위한 디젤엔진의 흡입공기 과급장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압하는 터보차저가 배기매니폴드 후측에 장착되고, 터보차저와 서지탱크를 잇는 흡기라인의 도중에 과급과정에서 고온이 된 흡입공기를 적당한 온도로 식혀주기 위한 인터쿨러가 장착되는 디젤엔진에 있어서,
상기한 터보차저의 터빈으로 유입되는 배기가스의 압력을 측정하기 위해 터빈의 전방에 형성되는 제1압력측정기와;
터보차저에서 과급되어 상기한 인터쿨러로 유입되는 흡입공기의 압력을 측정하기 위한 제2압력측정기와;
상기 인터쿨러를 통과한 흡입공기의 압력을 측정하기 위한 제3압력측정기와;
엔진이 고속출력구간일 때 상기 인터쿨러의 저항으로 인해 손실된 과급압을 보상하기 위해 터보차저의 출력이 향상되도록 웨이스트 게이트가 더 닫히도록 하기 위한 액츄레이터의 로드 측에 연결되는 부압라인과;
상기한 부압라인을 통과하는 압력을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브; 가 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의해 형성되는 흡입공기 과급장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 위한 과급장치를 작동시키기 위한 플로우차트이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 11은 종래 기술의 설명에서와 같이 엔진을 지시하는 것이며, 도면부호 30은 본 발명에 의해 웨이스트 게이트를 단속하기 위한 액츄에이터를 지시하는 것이다.
상기한 엔진(11)의 연소실 상부의 양측에는 흡기매니폴드(17)와 배기매니폴드(18)가 형성되고, 상기 배기매니폴드(18)의 후방에는 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡기를 과급하기 위한 터보차저(14)가 형성된다. 또한, 터보차저(14)에서 흡입공기를 과급하는 과정에서 고온이 된 흡입공기의 식히기 위한 인터쿨러(15)가 형성된다.
그리고 상기한 터보차저(14)의 터빈으로 유입되는 배기가스의 압력을 측정하기 위한 제1압력측정기(41)가 상기 터보차저(14)의 터빈 전방에 형성된다. 그리고 상기한 인터쿨러(15)로 유입되는 흡입공기의 압력과, 상기 인터쿨러(15)를 통과한 흡입공기의 압력을 측정하기 위한 제2압력측정기(42) 및 제3압력측정기(43)가 각각 인터쿨러(15)의 전후방에 형성된다.
그리고 엔진(11)이 고속출력구간일 때 상기한 인터쿨러(14)의 저항으로 인해 손실된 과급압을 보상하기 위해 터보차저의 출력이 향상되도록 웨이스트 게이트(19)가 더 닫히도록 하기 위한 액츄에이터(30) 로드(32) 측의 하우징(31)에 부압라인(35)이 연결되다. 특히, 상기 부압라인(35)은 엔진(11)의 흡기매니폴드(17) 측에서 발생되는 부압이 작용되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기한 부압라인(35)의 도중에는 통과되는 압력을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(36)가 형성된다.
이상과 같이 형성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의해 형성되는 디젤 엔진이 시동되면 배기가스의 배출압력에 의해서 터보차저가 작동된다. 이에 따라서 에어클리너(13)를 통과한 흡입공기는 가압되어 인터쿨러(15)로 유도되어 적정온도로 냉각된 후 서지탱크(16)를 거쳐 연소실로 공급된다.
그리고 엔진이 고속출력구간이 되었을 경우에는 인터쿨러(15)로 유입되는 흡입공기와 인터쿨러(15)를 통과한 흡입공기의 압력에 차이가 발생되는데, 이 압력차이는 상기한 제2압력측정기(42)와 제3압력측정기(43)에서 측정된다. 또한, 상기한 터보차저(14)의 터빈측으로 유입되는 배기가스의 압력이 상기한 제1압력측정기(41)에 의해서 측정된다.
상기와 같이 제1압력측정기(41), 제2압력측정기(42), 제3압력측정기(43)에서 측정된 각각의 압력값(P0,P1,P2,P3)은 전자제어장치(ECU)에 전달된다. 상기 전자제어장치에는 엔진의 운전속도를 판단하는 엔진회전수(RPM)가 입력된다.
전자제어장치에서는 상기와 같이 입력받은 후, 제2압력측정기(42)와 제3압력측정기(43)에서 입력된 인터쿨러(15) 전후방의 압력차이(P2-P3)를 계산하고, 그 차이값(P2-P3)이 기준치(P4) 이상인가를 판단하게 된다. 여기서, P2는 제2압력측정기(42)에서 측정되는 인터쿨러 전방의 흡입공기의 압력이고, P3은 제3압력측정기(43)에서 측정되는 인터쿨러 후방의 흡입공기의 압력이며, P4는 인터쿨러 전후방에서 측정되는 압력차이에 따라 솔레노이드 밸브(36)를 작동시킬 것인지의 여부를 판단하기 위한 기준값으로 전자제어장치에 설정되는 값이다.
상기한 판단결과에서 인터쿨러 전후방의 압력차(P2-P3)가 기준치(P4) 이상인 것으로 판단되면, 상기한 부압라인(35)의 솔레노이드 밸브(36)를 작동시켜 상기 부압라인(35)을 통해 엔진에서 발생된 부압이 액츄에이터(30)의 로드(32) 측으로 전달되도록 한다. 상기 엑츄에이터(30)의 로드(32) 측으로 부압이 작용하게 되므로서, 상기 로드(32)는 전진하게 되고, 상기 웨이스트 게이트(19)는 보다 더 닫혀지게 된다.
따라서 상기한 터보차저(14)의 터빈으로 공급되는 배기가스의 압력이 증가되므로 터보차저의 회전력이 증가되고 흡입공기를 가압하는 힘이 커지게 되므로서, 상기한 인터쿨러(15)로 유입되는 흡입공기의 압력이 높아지게 된다. 즉, 인터쿨러(25)를 통과하며 손실된 흡입공기의 압력이 보상되는 것이다.
그리고 상기한 제1압력측정기(41)에서는 상기한 터보차저(14)의 터빈 측으로 유입되는 배기가스의 압력(P0, P1)을 측정하게 되는데, 전자제어장치(ECU)에서는 이때 측정되는 배기가스의 압력(P1)이 전과정에서 측정되었던 배기가스의 압력(P0)과의 차이를 판단하게 된다. 즉, 이 단계에서는 터보차저(14)의 터빈 측으로 유입되는 배기가스 압력변화량(P1-P0)을 구하게 되는 것이다. 이 과정에 의해서 구해진 배기가스 압력변화량(P1-P0)이 기준치(P) 이상이면, 엔진(11)의 운전상태는 최고출력구간에서 벗어난 것으로 판단되어 상기한 솔레노이드 밸브(36)의 작동이 멈춰진다. 반대로 상기 배기가스 압력변화량(P1-P0)이 기준치(P) 이하일 경우에는 엔진(11)이 계속해서 최고출력구간인 것으로 판단되므로 상기한 솔레노이드 밸브(36)의 작동이 유지된다. 여기서, P1은 제1압력측정기(41)에서 측정되는 현재의 배기가스의 압력을 지시하는 것이며, P0는 제1압력측정기(41)에서 측정된 이전의 배기가스의 압력을 지시하는 것이며, P는 상기한 제1압력측정기(41)에서 측정되는 배기가스의 압력변화량(P1-P0)에 의해서 엔진의 운전상태를 판단하기 위해 전자제어장치에 설정되는 기준값이다.
상기와 같이 구성되고 작동되는 본 발명은 디젤엔진의 최고출력구간에서 인터쿨러를 통과하면서 손실되는 흡입공기의 압력을 보상해주므로서 엔진의 최고출력구간에서의 출력이 향상될 뿐만 아니라, 최고출력구간에서도 엔진의 연비가 향상되는 커다란 장점이 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 형성되는 흡입공기 과급장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 위한 과급장치를 작동시키기 위한 플로우차트.
도 3 및 도 4는 종래기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 엔진 14 : 터보차저
15 : 인터쿨러 16 : 서지탱크
17 : 흡기매니폴드 18 : 배기매니폴드
19 : 웨이스트 게이트 30 : 액츄에이터
31 : 하우징 32 : 로드
35 : 부압라인 36 : 솔레노이드 밸브
41 : 제1압력측정기 42 : 제2압력측정기
43 : 제3압력측정기

Claims (3)

  1. 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압하는 터보차저가 배기매니폴드 후측에 장착되고, 터보차저와 서지탱크를 잇는 흡기라인의 도중에 과급과정에서 고온이 된 흡입공기를 적당한 온도로 식혀주기 위한 인터쿨러가 장착되는 디젤엔진에 있어서,
    상기한 터보차저(14)의 터빈으로 유입되는 배기가스의 압력을 측정하기 위해 터빈의 전방에 형성되는 제1압력측정기(41)와;
    터보차저에서 과급되어 상기한 인터쿨러(15)로 유입되는 흡입공기의 압력을 측정하기 위한 제2압력측정기(42)와;
    상기 인터쿨러(15)를 통과한 흡입공기의 압력을 측정하기 위한 제3압력측정기(43)와;
    엔진이 고속출력구간일 때 상기 인터쿨러(15)의 저항으로 인해 손실된 과급압을 보상하기 위해 터보차저(14)의 출력이 향상되도록 웨이스트 게이트(19)가 더 닫히도록 하기 위한 액츄에이터(30)의 로드(32) 측에 연결되는 부압라인(35)과;
    상기한 부압라인(35)을 통과하는 압력을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(36); 가 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 흡입공기 과급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 부압라인(35)으로는 엔진(11)의 흡기매니폴드(17) 측에서 발생되는 부압이 작용되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 흡입공기 과급장치.
  3. 엔진이 고속출력구간인 경우, 엔진회전수(RPM), 터보차저의 터빈 측으로 유입되는 배기가스의 압력(P1), 상기 터보차저에서 과급되어 인터쿨러로 유입되는 흡입공기의 압력(P2), 인터쿨러를 통과한 흡입공기의 압력(P3)을 측정하는 단계와;
    상기 단계에서 측정된 인터쿨러로 유입되는 흡입공기의 압력(P2)과, 인터쿨러를 통과한 흡입공기의 압력(P3)의 차이가 기준치 이상인가를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 그 차이값(P2-P3)이 기준치(P4) 이상이면 부압라인에 형성되는 솔레노이드 밸브를 작동시켜 터보차저의 작동성능을 향상되도록 하여 인터쿨러로 공급되는 과급공기의 압력을 높이는 단계와;
    터보차저의 터빈 측으로 유입되는 배기가스의 압력(P0, P1)을 측정하여 그 압력변화량(P1-P0)이 기준치(P) 이상인가를 판단하는 단계와;
    상기 단계에서 배기가스의 압력변화량(P1-P0)이 기준치(P) 이상이면 엔진이 고속출력구간에서 벗어난 것으로 판단하여 솔레노이드의 작동을 정지시키는 단계; 를 포함하여 작동되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 흡입공기 과급장치의 제어방법.
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