KR100527980B1 - 배기브레이크를 겸하는 차량발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기압력을 이용하는 발전장치에 관한 것으로, 특히 배기브레이크의 역할을 겸하도록 한 차량발전장치에 관한 것으로, 배기브레이크 장치와 배기가스의 분출압력을 이용한 발전장치의 장점만을 취합한 것이다. 본 발명은 운전자가 풋 브레이크를 밟은 경우 즉 배기브레이크를 작동시킬 필요가 있는 경우에만, 배기가스가 터빈을 돌리도록 하여 배기 저항을 증가시켜 배기브레이크의 역할을 수행함과 동시에 상기 터빈의 회전으로 발전기를 돌려서 전력을 발생시키는 배기브레이크를 겸한 차량발전장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은, 차량의 배기가스를 이용한 발전장치에 있어서, 배기가스가 배출되는 배기관에 형성된 제 1배기통로 및 제 2배기통로와; 배기가스가 상기 제 1배기통로 또는 상기 제 2배기통로만을 통과하도록 조절하며, 스텝모터에 의해 구동되는 도어와; 상기 제 2배기통로의 내부에 발전기와 연결된 터빈을 구비하여, 평상시에는 배기가스가 상기 제 1배기통로를 통과하여 배출되고 브레이크 작동시에는 배기가스가 상기 제 2배기통로를 통과하여 배출되도록 함으로써, 상기 제 2배기통로의 상대적으로 큰 배기저항으로 인해 배기브레이크가 걸리도록 함과 동시에 상기 터빈을 이용하여 전기를 발생시키며, 브레이크 페달의 센서 신호를 입력받아 상기 스텝모터를 제어하고, 타이머를 구비하여 상기 배기브레이크의 작동시간이 소정시간 이상 경과하면 상기 배기브레이크의 작동을 멈추었다가 다시 작동시키는 ECU를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에, 배기브레이크의 과도한 작동으로 인한 엔진의 과부하를 방지할 수 있다.

Description

배기브레이크를 겸하는 차량발전장치{Generating system which using exhaust resistance}

본 발명은 배기압력을 이용하는 발전장치에 관한 것으로, 특히 배기브레이크의 역할을 겸하도록 한 차량발전장치에 관한 것이다.

상용 차량에 있어서, 제동력은 브레이크 페달을 밟아 작동하는 풋 브레이크만을 이용해서는 제동이 원활하지 못하고, 제동시에 발생하는 급격한 속도의 변화로 인한 충격이 크며, 또한 풋 브레이크만으로는 충분한 제동력을 얻지 못하는 경우가 빈번히 발생하게 된다.(특히 중대형 상용 차량이 급한 경사길을 내려갈 때가 그러한 경우다.) 이러한 경우 보통 엔진브레이크를 사용하게 되는데, 엔진브레이크란 엔진의 회전마찰 저항을 이용한 것으로서 배기밸브가 열려 배기다기관으로 배기가스가 배출될 때 배기가스 압력이 거의 대기압 상태(실제는 배기관내의 유효저항으로 대기압보다 약간 높다) 이므로 피스톤에 대한 저항의 크기가 적다. 따라서 이 엔진 브레이크의 효과를 증대시키기 위해 배기관 내에 배기브레이크 밸브를 설치하여 개폐시킴으로써 배기통로를 막아서 배기 행정에서 피스톤이 배기관내의 배기가스를 압축시키게 되고, 배기관내의 압력이 상승하여 그만큼 피스톤에 큰 저항으로 작용하게 된다.

도 1은 이러한 배기브레이크의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.

도시된 바와 같이, 배기밸브(12)가 개방되면 배기가스가 통과하게 되는 배기관(10)의 소정부위(머플러(14) 앞부분)에 배기브레이크밸브(16)를 구비하여. 배기브레이크밸브(16)를 단속함으로써 배기 저항을 증가시켜 피스톤(30) 운동에 저항을 증가시켜 엔진의 속도 및 회전수를 감소시키는 원리이다.

이러한 배기브레이크는 배기가스의 압력을 이용한 것이므로 풋 브레이크에 비해 작동이 충격적이지 않고, 또한 가장 저렴한 방식의 보조 제동 장치라고 할 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 배기브레이크 장치는 배기브레이크의 작동시에 발생하는 배기 저항으로 인한 에너지의 손실을 가져오는 문제점이 있다. 또한 종래에 소개된 기술 중에는 배기가스의 분출압력을 이용하여 팬을 구동하고 이로써 발전기를 구동하자는 것도 있었는데, 이 또한 팬의 구동 시에 발생하는 배기 저항의 증가로 인하여 실질적으로 엔진의 효율을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 배기브레이크 장치와 배기가스의 분출압력을 이용한 발전장치의 장점만을 취합한 것으로, 본 발명은 운전자가 풋 브레이크를 밟은 경우 즉 배기브레이크를 작동시킬 필요가 있는 경우에만, 배기가스가 터빈을 돌리도록 하여 배기 저항을 증가시켜 배기브레이크의 역할을 수행함과 동시에 상기 터빈의 회전으로 발전기를 돌려서 전력을 발생시키는 배기브레이크를 겸한 차량발전장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 차량의 배기가스를 이용한 발전장치에 있어서, 배기가스가 배출되는 배기관에 형성된 제 1배기통로 및 제 2배기통로와; 배기가스가 상기 제 1배기통로 또는 상기 제 2배기통로만을 통과하도록 조절하며, 스텝모터에 의해 구동되는 도어와; 상기 제 2배기통로의 내부에 발전기와 연결된 터빈을 구비하여, 평상시에는 배기가스가 상기 제 1배기통로를 통과하여 배출되고 브레이크 작동시에는 배기가스가 상기 제 2배기통로를 통과하여 배출되도록 함으로써, 상기 제 2배기통로의 상대적으로 큰 배기저항으로 인해 배기브레이크가 걸리도록 함과 동시에 상기 터빈을 이용하여 전기를 발생시키며, 브레이크 페달의 센서 신호를 입력받아 상기 스텝모터를 제어하고, 타이머를 구비하여 상기 배기브레이크의 작동시간이 소정시간 이상 경과하면 상기 배기브레이크의 작동을 멈추었다가 다시 작동시키는 ECU에 의해 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 배기브레이크를 겸하는 차량발전장치를 나타낸 구성도이다.

본 발명의 배기브레이크를 겸하는 차량발전장치는 배기관이 2개의 통로로 갈라지게 하여, 그 중 일측에 발전기와 연결되어 있는 터빈을 구비한다. 평상시에는 터빈이 없는(배기 저항이 적은) 배기통로를 통하여 배기가스가 배출되도록 하며, 브레이크의 작동시에는 터빈이 구비된(배기 저항이 큰) 배기통로를 통하여 배기가스가 배출되도록 함으로써 배기브레이크가 걸리도록 하며, 배기브레이크의 작동시에는 상기 터빈이 회전하여 발전기를 돌려줌으로써 배기브레이크의 작동과 함께 전력을 발생시킬 수 있도록 한 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기브레이크를 이용한 발전장치는 배기관(110)이 공명기(Resonator, 160)에 이르기 전에 제 1배기통로(112)와 제 2배기통로(114)로 분기되었다가 다시 합쳐지는 구조를 가지고 있으며, 상기 제 1배기통로(112)와 제 2배기통로(142)의 분기점에는 컨트롤러(134)의 제어에 따라 일측의 배기통로를 폐쇄하여 배기가스가 통과하는 통로를 변경시킬 수 있는 도어(120)를 구비하고 있다.

상기 제 1배기통로(112)는 종래의 배기관과 동일한 구조를 가지고 있으며, 상기 제 2배기통로(114)는 그 내부에 배기가스의 배출시에 발생되는 압력으로 회전할 수 있는 터빈(142)을 구비하고 있어서 제 1배기통로(112)보다 큰 배기 저항을 가지게 된다. 상기 터빈(142)은 차량용 발전기(140)에 직접 연결되어 있어서 터빈(142)이 회전하면 발전기(140)에서 발전이 이루어져 소정의 정류기(144)등을 거쳐 축전지(150)에 축전되는 구조를 가지고 있다.

상기 도어(120)는 컨트롤러(134)에 의해 작동하는 것으로 스텝모터(미도시)등을 이용하여 작동하게 되며, 상기 컨트롤러(134)는 ECU(132)에 의해 제어된다.

상기 ECU(132)는 브레이크 페달(130)에 설치된 센서로 부터 브레이크가 작동중이라는 신호를 받으면 컨트롤러(134)를 통해서 도어(120)가 제 1배기통로(112)를 폐쇄하여 배기가스가 제 2배기통로(114)로만 배출되도록 한다. 이 때 엔진에 지나친 배기 저항이 작용하여 엔진에 과부하가 걸리는 것을 방지하기 위해서는, ECU(132)에 배기브레이크의 작동시간을 측정할수 있는 타이머를 구비하여 배기브레이크의 작동이 소정시간이상 경과하면(즉, 제 2배기통로로 배기가스가 통과하는 시간이 소정시간이상 경과하면), 도어(120)가 제 1배기통로(112)를 개방하고 제 2배기통로(114)를 폐쇄하도록 이동하여 배기가스가 제 1배기통로(112)를 통하여 배출되도록 한 후, 다시 도어(120)를 제 1배기통로(112)를 폐쇄하고 제 2배기통로(114)를 개방하는 위치로 이동시켜서 배기브레이크의 과도한 작동으로 인한 엔진의 과부하를 방지하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따른 배기브레이크를 이용한 발전장치는 배기브레이크 작동시에 발생하는 에너지 손실을 이용하여 발전기를 구동하는 것으로, 단일한 배기관에 팬을 부착하여 배기 저항으로 인한 엔진효율의 저하가 발생하지 않게 된다. 또한 배기브레이크의 과도한 작동으로 엔진에 과부하가 걸리는 것을 방지하는 구조를 제공한다.

일반적인 배기브레이크 작동시 단순히 배기관을 여닫는 것으로 엔진속도의 저감을 꾀하는 것인데 반하여, 본 발명은 이때 손실되는 에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜 발전을 함으로써 손실되는 에너지를 이용할 수 있는 효과를 가져온다. 또한, 타이머를 구비하여 배기브레이크의 작동시간이 소정 시간 이상 경과하면 배기브레이크의 작동을 멈추었다가 다시 작동시킴으로써 배기브레이크의 과도한 작동으로 인한 엔진의 과부하를 방지할 수 있다.

한편, 시내 주행이나 산악지형의 주행시에 빈번한 브레이크 사용을 효과적인 엔진브레이크 발전으로 대체하여 브레이크 패드의 조기마모를 줄일 수도 있는 효과가 있다. 아울러 기존의 엔진내부에 설치되던 발전기를 대신하므로 엔진룸의 공간을 확보할 수 있으며 발전기가 비교적 온도가 높은 엔진룸에서 벗어나기 때문에 열로 인한 손실을 받는 것을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 배기브레이크의 개념을 나타낸 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 배기브레이크를 겸하는 차량발전장치의 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 관한 부호의 설명 >

110 : 배기관 112 : 제 1배기통로

114 : 제 2배기통로 120 : 도어

130 : 브레이크 페달 132 : ECU

134 : 컨트롤러 140 : 발전기

142 : 터빈 150 : 축전지

160 : 공명기(Resonator)

Claims (3)

1. 배기가스가 배출되는 배기관에 형성된 제 1배기통로 및 제 2배기통로와;

   배기가스가 상기 제 1배기통로 또는 상기 제 2배기통로만을 통과하도록 조절하며, 스텝모터에 의해 구동되는 도어와;

   상기 제 2배기통로의 내부에 발전기와 연결된 터빈을 구비하여, 평상시에는 배기가스가 상기 제 1배기통로를 통과하여 배출되고 브레이크 작동시에는 배기가스가 상기 제 2배기통로를 통과하여 배출되도록 함으로써, 상기 제 2배기통로의 상대적으로 큰 배기저항으로 인해 배기브레이크가 걸리도록 함과 동시에 상기 터빈을 이용하여 전기를 발생시키며,

   브레이크 페달의 센서 신호를 입력받아 상기 스텝모터를 제어하고, 타이머를 구비하여 상기 배기브레이크의 작동시간이 소정시간 이상 경과하면 상기 배기브레이크의 작동을 멈추었다가 다시 작동시키는 ECU를 더 포함하는 것을 특징으로 차량의 배기가스를 이용한 발전장치.
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