KR100527473B1

KR100527473B1 - A surge controlling method for turbo charger on diesel engine

Info

Publication number: KR100527473B1
Application number: KR10-2003-0100807A
Authority: KR
Inventors: 권순형
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2005-11-09
Also published as: KR20050068989A

Abstract

터보 차저가 장착되는 디젤 엔진에서 가속 페달의 팁 아웃(Tip Out)시에 연소실에 과급되는 흡기 압력과 연소실에서의 배기 압력 차이를 검출하여 차압이 발생하는 경우 EGR 밸브를 제어하여 터보 차저에서의 서지(Surge) 발생을 방지하도록 하는 것으로,In a diesel engine equipped with a turbocharger, when the tip of the accelerator pedal is tipped out, the difference between the intake pressure supercharged in the combustion chamber and the exhaust pressure in the combustion chamber is detected. To prevent the occurrence of surge,

주행 과정에서 가속페달의 변위와 터보 차저에 의해 연소실로 과급되는 흡기 압력과 연소실에서 배출되는 배기 압력을 검출하는 과정과, 가속 페달의 팁 아웃이 검출되는지를 판단하는 과정과, 가속 페달의 팁 아웃이 검출되면 연소실로의 흡기 압력과 연소실에서 배출되는 배기 압력 간에 편차가 검출되는지를 판단하는 과정과, 흡기 압력이 배기 압력 보다 높은 상태로 압력 간의 편차가 검출되면, 차압의 함수로 결정되는 듀티 값의 적용으로 EGR 밸브를 제어하여 터보 차저 컴푸레셔내의 흡기 압력을 상대적으로 낮은 압력을 유지하는 배기측으로 빠르게 배출시켜 서지가 발생되지 않도록 하는 과정을 포함한다.The process of detecting the displacement of the accelerator pedal and the intake pressure supercharged into the combustion chamber by the turbocharger and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber, determining whether the tip-out of the accelerator pedal is detected, and the tip-out of the accelerator pedal Is detected, a process for determining whether a deviation is detected between the intake pressure into the combustion chamber and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber, and if a deviation between the pressures is detected while the intake pressure is higher than the exhaust pressure, the duty value determined as a function of the differential pressure. The control of the EGR valve may include the step of quickly discharging the intake pressure in the turbocharger compressor to the exhaust side maintaining a relatively low pressure, so that no surge is generated.

Description

Surge control method for turbochargers in diesel engines {A SURGE CONTROLLING METHOD FOR TURBO CHARGER ON DIESEL ENGINE}

본 발명은 차량에 탑재되는 디젤 엔진에 관한 것으로, 더 상세하게는 터보 차저/인터쿨러가 장착되는 커먼 레일 디젤 엔진에서 가속 페달의 팁 아웃(Tip Out)시에 연소실에 과급되는 흡기 압력과 연소실에서 배출되는 배기 압력 간의 차이를 검출하여 차압이 발생하는 경우 EGR 밸브를 제어하여 터보 차저에서의 서지(Surge) 발생을 방지하도록 하는 디젤 엔진에서 터보 차저의 서지 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diesel engine mounted on a vehicle, and more particularly, in a common rail diesel engine equipped with a turbocharger / intercooler, and discharged from the combustion chamber and the intake pressure supercharged in the combustion chamber at the tip out of the accelerator pedal. The present invention relates to a surge control method of a turbocharger in a diesel engine that detects a difference between exhaust pressures and controls an EGR valve to prevent a surge from occurring in the turbocharger when a differential pressure is generated.

차량의 폭발적인 증가에 따른 배기가스의 영향으로 환경문제는 심각한 상황에 봉착하고 있으며, 이에 따른 지구 온난화로 다양한 기상 이변이 속출되고 있는 상태이다.Due to the explosion of vehicles and the impact of exhaust gas, environmental problems are in serious trouble, and global warming is causing various weather events.

따라서, 자동차 배기가스에 의한 환경 오염을 방지하기 위하여 각 나라에서는 엄격한 법규를 제정하여 차량의 배기가스에 대한 규제를 한층 강화하고 있다.Therefore, in order to prevent environmental pollution by vehicle exhaust gas, each country has enacted strict laws and regulations to further restrict the vehicle exhaust gas.

특히 디젤 엔진이 탑재되는 차량에 대한 배기가스의 규제는 더욱 강화되고 있어, 고압 직접 분사가 수행되는 커먼 레일 방식을 적용하여 차량의 성능 및 환경 규제에 대응하고 있다.In particular, the regulation of exhaust gas on vehicles equipped with diesel engines is being tightened, and the common rail system in which high pressure direct injection is performed is applied to respond to vehicle performance and environmental regulations.

또한, 에어 클리너를 통해 유입되는 공기를 엔진의 연소실속으로 밀어 넣어 주어 흡기 과급을 통해 공기 충진율을 높이게 되며, 이에 따라 엔진의 출력 향상 및 배기가스 저감을 도모하도록 하는 터보 차저 시스템이 적용되고 있다.In addition, the turbocharger system is applied to push the air introduced through the air cleaner into the combustion chamber of the engine to increase the air filling rate through the intake supercharging, thereby improving the engine output and reducing the exhaust gas.

통상적으로, 디젤 엔진이 장착되는 소형 상용 차량의 경우 흡배기계는 기존 승용 차량이나 승합 차량에 비하여 차량의 형상에 의한 이유로 인하여 복잡하고, 긴 레이아웃(Layout)이 요구된다.In general, in the case of a small commercial vehicle equipped with a diesel engine, the intake and exhaust machine is complicated and long layout is required due to the shape of the vehicle, compared to the existing passenger vehicle or the passenger vehicle.

따라서, 터보 차저 전후의 압력 변동을 적절히 매칭 할 수 없어 가속 페달을 급격히 팁 아웃하는 경우 도 3에 도시된 바와 같이 엔진 RPM이 급격히 떨어지면서 터보 차저로부터 과급되는 공기가 연소실로 공급되지 못하여 순간적으로 과급되는 흡기 압력이 연소실에서의 배기 압력 보다 높아지는 역전 구간이 발생한다.Therefore, if the pressure pedal before and after the turbocharger can not be properly matched, and the accelerator pedal is tipped out abruptly, as shown in FIG. 3, the supercharged air from the turbocharger cannot be supplied to the combustion chamber as the engine RPM drops sharply. An inversion section is generated in which the intake pressure which becomes becomes higher than the exhaust pressure in a combustion chamber.

이때, 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 터보 차저의 컴푸레셔에는 공기의 분압이 발생되고, 컴푸레셔에 의해 과급된 공기가 입구측으로 역류하여 공기의 온도를 상승시키는 서지가 발생되며, 디퓨저에서 공기 흐름 비가 급격히 감소되는 현상이 발생한다.At this time, as can be seen in Figures 2 and 3, the partial pressure of the air is generated in the compressor of the turbocharger, the surge charged by the compressor flows back to the inlet side to generate a surge to increase the temperature of the air, the diffuser In this case, the air flow ratio rapidly decreases.

따라서, 벽에 부딪히는 것과 같은 충격파가 발생되고, 이에 따라 엔진에서는 순간적인 압력 변동이 발생되는 문제점이 있다.Therefore, a shock wave, such as hitting the wall is generated, there is a problem that the instantaneous pressure fluctuation occurs in the engine.

또한, 상대적으로 농후한 EGR 개스가 연소실로 유입되어 입자성 물질(PM) 및 블랙 스모그(Black Smoke)을 배출시키게 되는 문제점이 발생된다.In addition, there is a problem that the relatively rich EGR gas is introduced into the combustion chamber to discharge particulate matter (PM) and black smoke (Black Smoke).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 터보 차저가 장착되는 디젤 엔진에서 가속 페달을 순간적으로 팁 아웃하는 경우 연소실에 과급되는 흡기 압력과 연소실의 배기 압력 차이를 검출하여 차압이 발생하는 경우 EGR 밸브를 개방시켜 흡기 압력이 배기측으로 빠져나도록 함으로써, 과급되는 흡기 압력을 감소시켜 터보 차저에서의 서지 및 소음 발생을 방지하도록 한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to detect the difference between the intake pressure and the exhaust pressure of the combustion chamber supercharged in the combustion chamber when tipping out the accelerator pedal momentarily in a diesel engine equipped with a turbocharger When the differential pressure is generated by opening the EGR valve to allow the intake pressure to escape to the exhaust side, the supercharged intake pressure is reduced to prevent the occurrence of surge and noise in the turbocharger.

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상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 주행 과정에서 가속페달의 변위와 터보 차저에 의해 연소실로 과급되는 흡기 압력과 연소실에서 배출되는 배기 압력을 검출하는 과정과; 가속 페달의 팁 아웃이 검출되는지를 판단하는 과정과; 가속 페달의 팁 아웃이 검출되면 연소실로의 흡기 압력과 연소실에서 배출되는 배기 압력 간에 편차가 검출되는지를 판단하는 과정과; 흡기 압력이 배기 압력 보다 높은 상태로 압력 간의 편차가 검출되면, 차압의 함수로 결정되는 듀티 값의 적용으로 EGR 밸브를 제어하여 터보 차저 컴푸레셔내의 흡기 압력을 상대적으로 낮은 압력을 유지하는 배기측으로 빠르게 배출시켜 서지가 발생되지 않도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진에서 터보 차저의 서지 제어한다.The present invention for realizing the above object, the process of detecting the displacement of the accelerator pedal and the intake pressure supercharged into the combustion chamber by the turbocharger and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber; Determining whether tip out of the accelerator pedal is detected; Determining whether a deviation is detected between the intake pressure into the combustion chamber and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber when the tip-out of the accelerator pedal is detected; When the deviation between the pressures is detected while the intake pressure is higher than the exhaust pressure, the EGR valve is controlled by applying a duty value determined as a function of the differential pressure to quickly reduce the intake pressure in the turbocharger compressor to the exhaust side maintaining a relatively low pressure. Surge control of the turbocharger in the diesel engine, characterized in that it comprises a process of discharging so that the surge is not generated.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이 터보 차저가 장착된 디젤 차량이 주행하는 상태에서 제어수단은 가속페달 센서로부터 가속페달의 변위(ACC)에 대한 정보와 압력센서를 통해 터보 차저에 의해 연소실로 과급되는 흡기 압력 및 연소실에서 배출되는 배기 압력에 대한 신호를 검출한다(110).As shown in FIG. 4, the control means is supercharged into the combustion chamber by the turbocharger through the pressure sensor and information on the displacement of the accelerator pedal from the accelerator pedal sensor while the diesel vehicle equipped with the turbocharger is running. Signals for the intake pressure and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber are detected (110).

상기 검출되는 정보중에서 가속페달의 변위(ACC) 정보가 팁 아웃(ACC=0)으로 검출되는지를 판단한다(120).It is determined whether the acceleration pedal displacement (ACC) information is detected as tip out (ACC = 0) among the detected information (120).

가속페달의 팁 아웃(ACC=0)이 검출되면 연소실로 과급되는 흡기 압력과 연소실에서 배출되는 배기 압력을 비교하여 편차(DeltaP)가 검출되는지를 판단한다(130).When the tip out (ACC = 0) of the accelerator pedal is detected, it is determined whether the deviation DeltaP is detected by comparing the intake pressure supercharged into the combustion chamber and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber (130).

상기에서 과급되는 흡기 압력과 배기 압력의 편차, 즉 과급되는 흡기 압력이 배기 압력 보다 높은 상태인지를 판단한다.It is determined whether the difference between the supercharged intake pressure and the exhaust pressure, that is, the supercharged intake pressure is higher than the exhaust pressure.

상기 130의 판단에서 과급되는 흡기 압력이 배기 압력 보다 높아 편차(DeltaP)가 있는 것으로 판단되면 차압의 함수로 설정된 듀티(Duty_tip)를 추출하여 이를 통한 제어로 EGR 밸브를 개방시킴으로써 과급되는 흡기가 상대적으로 낮은 압력을 유지하고 있는 배기측으로 빠르게 배출되도록 함으로써, 터보 차저에서 서지가 발생되지 않도록 한다(140).즉, 컴푸레셔에서 과급되는 흡기를 배기측으로 빠르게 배출시켜, 흡기의 역류가 발생되지 않도록 하여 서지가 발생되지 않도록 하는 것이다.그러나, 상기 130의 판단에서 과급되는 흡기 압력이 배기 압력 보다 낮은 상태를 유지하는 경우 정상적인 흡기 압력이 유지되고 있는 것으로 판단하여 EGR 밸브를 통상적인 듀티(Duty)의 적용을 통해 제어한다(210).If it is determined in step 130 that the supercharged intake pressure is higher than the exhaust pressure and there is a deviation (DeltaP), the intake air supercharged by extracting the duty (Duty_tip) set as a function of the differential pressure and opening the EGR valve with control therethrough is relatively By quickly discharging to the exhaust side which maintains the low pressure, the surge is prevented from occurring in the turbocharger (140). That is, the intake air charged from the compressor is quickly discharged to the exhaust side so that the reverse flow of the intake air is not generated. However, when the supercharged intake pressure is lower than the exhaust pressure in the judgment of 130, it is determined that the normal intake pressure is maintained, and the EGR valve is applied with the normal duty. Control through 210.

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상기한 설명에 대하여 도 5를 참조하여 보충하면 다음과 같다.The above description will be supplemented with reference to FIG. 5 as follows.

터보 차저에 의해 과급되는 흡입 공기량에 따라 설정된 3차원의 EGR 듀티 제어 맵으로부터 EGR 밸브 제어를 위한 듀티(Duty)가 결정되어 제어되고 있는 상태에서 가속페달의 팁 아웃이 검출되는 경우 과급되는 흡기 압력과 배기 압력을 비교하여 그 편차가 있는 경우 흡기 압력(Pin)과 배기 압력(Pex)에 대한 차압의 함수로 설정되는 팁 아웃에 따른 듀티(Duty_Tip)을 결정하여 이를 통해 EGR 밸브를 개방시킴으로써, 과급되는 흡기가 상대적으로 낮은 압력을 유지하는 배기측으로 빠르게 배출되도록 하여, 컴푸레셔측의 압력을 낮추어 터보 차저에서의 서지 발생이 발생되지 않도록 한다.When the tip out of the accelerator pedal is detected while the duty for controlling the EGR valve is determined and controlled from the three-dimensional EGR duty control map set according to the amount of intake air charged by the turbocharger, By comparing the exhaust pressure and determining the duty (Duty_Tip) according to the tip out, which is set as a function of the differential pressure on the intake pressure Pin and the exhaust pressure Pex, and opening the EGR valve through this, The intake air is quickly discharged to the exhaust side which maintains a relatively low pressure, so that the pressure on the compressor side is lowered to prevent the occurrence of surge in the turbocharger.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 팁 아웃에 의해 과급되는 흡기 압력이 배기 압력을 초과하는 경우 그 편차에 따라 EGR 밸브를 개방시켜 흡기 압력을 배기측으로 빠르게 배출시킴으로써 터보 차저에서 서지가 발생되지 않게 된다.또한, 과급되는 흡기 압력과 배기 압력의 역전이 발생되지 않도록 함으로써, 주행간 블랙 스모그 및 입사성 물질의 생성이 배제되어 디젤 엔진의 안정성을 제공한다.As described above, in the present invention, when the intake pressure supercharged by the tip-out exceeds the exhaust pressure, the surge is not generated in the turbocharger by quickly discharging the intake pressure to the exhaust side by opening the EGR valve according to the deviation. In addition, by reversing the supercharged intake and exhaust pressures, the generation of black smog and incident materials between runs is eliminated, providing stability of the diesel engine.

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도 1은 종래의 디젤 엔진 터보 차저에서 서지 발생 원리를 도시한 도면.1 illustrates the principle of surge generation in a conventional diesel engine turbocharger.

도 2는 종래의 디젤 엔진 터보 차저에서 팁 아웃에 따른 서지 발생 원리를 도시한 도면.2 is a view illustrating a surge generation principle according to tip out in a conventional diesel engine turbocharger.

도 3은 디젤 엔진의 터보 차저에서 흡기압과 배기압의 측정 결과에 대한 그래프.3 is a graph of measurement results of intake pressure and exhaust pressure in a turbocharger of a diesel engine.

도 4는 본 발명에 따른 디젤 엔진에서 터보 차저의 서지 제어를 실행하는 일 실시예의 흐름도.4 is a flow chart of one embodiment for implementing surge control of a turbocharger in a diesel engine according to the invention.

도 5는 도 4에 대한 상세 설명을 도시한 도면.FIG. 5 shows a detailed description of FIG. 4. FIG.

Claims

Detecting the displacement of the accelerator pedal and the intake pressure supercharged into the combustion chamber by the turbocharger and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber during the driving process;

Determining whether tip out of the accelerator pedal is detected;

Determining whether a deviation is detected between the intake pressure into the combustion chamber and the exhaust pressure discharged from the combustion chamber when the tip-out of the accelerator pedal is detected;

When the deviation between the pressures is detected while the intake pressure is higher than the exhaust pressure, the EGR valve is controlled by applying a duty value determined as a function of the differential pressure to quickly reduce the intake pressure in the turbocharger compressor to the exhaust side maintaining a relatively low pressure. Surge control method of a turbocharger in a diesel engine, characterized in that it comprises a step of discharging so that a surge is not generated.

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