KR100534965B1

KR100534965B1 - 터보 차저 보호 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100534965B1
Application number: KR10-2003-0060572A
Authority: KR
Inventors: 김인수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-08-30
Filing date: 2003-08-30
Publication date: 2005-12-09
Also published as: KR20050022379A

Abstract

본 발명은 터보 차저 보호 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 터보 차저의 터빈 온도를 측정하는 온도감지센서와; 상기 온도감지센서로부터 온도를 입력받아 제어 신호를 출력하는 제어 수단과; 상기 터빈의 온도가 일정 이상일 경우에 상기 제어 수단의 제어 신호에 따라 상기 터빈의 회전수를 감소시키는 회전수 줄임수단을 포함하여 구성됨으로써, 터보 차저의 온도가 과도하게 높아지는 경우에 압축공기를 터빈회전방향에 대해 역방향으로 분사하여 터빈의 회전수를 인위적으로 감소시키고, 차량의 속도 및 부하를 떨어트림과 동시에 운전자에게 경고등으로 알려 터보 차저를 보호할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

터보 차저 보호 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROTECTING TURBO CHARGER}

본 발명은 디젤 엔진 등에 구비되는 터보 차저에 관한 것으로서, 특히 터보 차저의 온도가 과도하게 높아지는 경우 압축 공기를 터빈 회전 방향과 역방향으로 분사하여 터빈의 회전수를 감소시킴으로써 터보 차저를 보호할 수 있도록 한 터보 차저 보호 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진에는 흡입되는 공기의 충진 효율을 증대시키기 위하여 배기 가스에 의하여 작동되어 흡기를 과급시키도록 터보 차저 시스템을 적용하고 있다.

여기서, 대한민국 특허공개번호 '2002-0024395'에 터보 차저의 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 한 터보차저 시스템이 개시된 바 있다.

상기 개시된 터보차저 시스템은, 엔진(9)의 초기 시동에 따른 저속 저부하시에는 ECU(29)가 솔레노이드 밸브(31)를 열어 에어탱크(15) 내에 저장된 압축공기를 상기 바이패스 관로(27)와 압축 공기 관로(23)를 통하여 터보 차저(5)의 터빈(1) 흡입 측으로 공급하여 터빈(1)을 회전시켜 터보 차저(5)의 컴프레서(3)의 회전력을 확보하게 되고, 이에 따라 엔진(9)에는 인터쿨러(21)를 거친 냉각 압축 공기가 충분히 공급되어 엔진(9)의 충진효율을 높여 출력을 증대시키도록 구성되어 있다.

그리고 엔진(9)이 고속으로 회전하게 되면, ECU(29)는 상기 솔레노이드 밸브(31)를 닫아 상기 에어 컴프레서(3)로부터 생성되는 압축공기를 상기 터보 차저(5)의 터빈(1)의 흡입측으로 공급하여 터빈(1)을 회전시킴으로서 터보 차저(5)의 컴프레서(3)의 회전력을 확보하도록 구성된다.

이때, 상기 터빈(1)을 회전시킨 압축 공기는 리턴 관로(25)를 통하여 다시 에어탱크(15)에 저장되어 엔진(9)의 시동 초기에 저속 저부하 상태에서 사용할 수 있게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 터보차저 시스템에 의하면, 엔진 출력에 영향을 받지 않고 별도로 구성된 에어 컴프레서(13) 및 에어 탱크(15)를 이용하여 터보차저(5)를 구동하도록 되어있으나, 고속 고부하 조건에서 엔진을 운전할 경우, 정확한 신기 공기량과 압축공기 및 터빈 회전용 공기량의 산정이 명시되지 않아 불완전 연소 또는 이상연소의 위험성이 있다.

또한, 상온의 저속 저부하 조건에서는 압축공기를 이용하여 응답성을 높일 수 있으나, 동절기와 같이 대기온도가 -10℃이하인 냉시동 조건에서는 통상의 터보차저(5)와 달리 신기로 사용되는 압축공기가 배기가스를 통한 열전달이 전혀 없기 때문에 엔진 난기에 상당한 시간을 요하게 된다.

그 뿐만 아니라, 터빈(1)을 회전시킨 압축공기를 리턴시켜 다시 에어탱크(15) 내에 저장한 후 재사용한다고 되어 있으나 터빈(1)을 회전시킨 공기는 이미 팽창되어 압력이 낮기 때문에 원래의 에어 탱크(15)로 보내기 위해서는 별도의 가압 장치가 필요하고, 상기한 에어 컴프레서(13), 에어 탱크(15), 리턴 관(25)으로 들이 필요하므로 설치비가 많이 들고 장치가 복잡해지는 문제점들이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 터보 차저의 온도가 과도하게 높아지는 경우에 압축공기를 터빈회전방향에 대해 역방향으로 분사할 수 있도록 구성됨으로써 터빈의 회전수를 인위적으로 감소시켜 차량의 속도 및 부하를 떨어트림과 동시에 운전자에게 경고등으로 알려 터보 차저를 보호할 수 있도록 한 터보 차저 보호 시스템 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 터보 차저 보호 시스템은, 터보 차저의 터빈 온도를 측정하는 온도감지센서와; 상기 온도감지센서로부터 온도를 입력받아 제어 신호를 출력하는 제어 수단과; 상기 터빈의 온도가 일정 이상일 경우에 상기 제어 수단의 제어 신호에 따라 상기 터빈의 회전수를 감소시키는 회전수 줄임수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 터보 차저 보호 시스템은, 엔진 회전수(RPM)와 터보 차저 온도(T)를 감지하는 단계와; 터보 차저 온도(T)가 미리 설정한 엔진 RPM의 한계 온도(T limit) 이상일 경우, 솔레노이드 밸브를 열어 압축공기 분사하는 단계와; 상기 단계 후 일정시간이 경과하면 솔레노이드 밸브를 닫아서 공기 분사를 중단하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 터보 차저 보호 시스템이 도시된 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 터보 차저가 도시된 일부 절개 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 터보 차저가 도시된 횡단면도이다.

본 발명에 따른 터보 차저(40)는 터빈(T)과 컴프레서(C)로 구성되어 상기 터빈(T)이 엔진(53)의 배기 매니폴드(55)로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 관로(67)로 연결되고, 상기 컴프레서(C)는 인터쿨러(57)를 통하여 엔진(53)에 신기를 공급하기 위하여 흡기 매니폴드(59)와 관로(69)로 연결된다.

그리고 상기 터빈측으로 공급되는 배기가스를 배출하기 위한 배출관로(61)와, 상기 신기를 흡입하기 위하여 에어 클리너(63)와 연결되는 흡입관로(65)가 구성된다.

이와 같은 터보 차저(40)는 엔진의 배기가스 배출 압에 의해 상기 터보 차저(40)의 터빈(T)이 회전하면, 이와 샤프트를 통하여 연결된 컴프레서(C)가 회전하면서 에어 클리너(63)로부터 신기를 공급받아 흡기 매니폴드(59)로 압축 냉각 공기를 공급하도록 구성된다.

이와 같은 터보 차저에 구비되는 본 발명의 보호 시스템은 터보 차저(40)의 터빈(T) 온도를 측정하는 온도감지센서(70)와, 상기 온도감지센서(70)로부터 온도를 입력받아 제어 신호를 출력하는 제어 수단인 ECU(75)와, 상기 터빈(T)의 온도가 일정 이상일 경우에 상기 ECU(75)의 제어 신호에 따라 상기 터빈(T)의 회전수를 감소시키는 회전수 줄임수단을 포함한다.

여기서, 상기 회전수 줄임수단은 압축된 공기가 저장된 압축공기 탱크(80)와, 상기 압축 공기탱크(80)에 연결되어 압축 공기를 터빈(T) 회전 방향에 대하여 역방향으로 분사하는 공기 분사관(85)과, 상기 압축공기 탱크(80)와 공기분사관(85) 사이의 관로 상에 구비되어 상기 ECU(75)의 제어에 따라 관로를 개폐하는 솔레노이드 밸브(83)로 구성된다.

상기 공기 분사관(85)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 터빈 날개(44) 접선 방향에 대하여 0 ~ 30°범위로 분사할 수 있도록 설치되고, 엔진의 출력에 따라 직경 5mm ~ 15mm의 것으로 할 수 있다.

한편, 운전석의 계기 패널에는 상기 터빈(T)의 온도가 일정 이상일 경우에 상기 ECU(75)의 신호에 따라 경고 신호를 발생시키는 경고 수단인 경고등(77)이 구비된다. 그리고, 상기 ECU(75)는 도 2에 도시된 바와 같이 엔진의 연료 분사량 및 엔진 회전수도 입력받도록 구성되는 것이 바람직하다.

도 3과 도 4에서 참조 번호 41은 터빈 하우징이고, 42는 블로워 하우징이며, 43은 축 케이스이다.

이와 같은 상기 터보 차저 보호 시스템은 터보 차저(40) 터빈(T) 측에 장착된 온도감지센서(70)를 통해 ECU(75)가 신호를 입력받는다. 이 때 터빈(T)의 온도 값이 계속하여 설정치 이상으로 높게 나타날 경우, ECU(75)는 운전 패널의 경고등(77)을 점등시킴과 동시에 압축공기 탱크(80)와 연결된 솔레노이드 밸브(83)를 개방시켜 터빈 회전방향에 대해 역방향으로 터빈 날개(44)에 압축공기를 분사하여 터빈(T)의 회전수를 줄인다.

도 5는 본 발명에 따른 터보 차저 보호 방법이 도시된 순서도이다.

먼저, 엔진 회전수(RPM)와 터보 차저(40)의 터빈 온도(T)를 읽는다. 이후 터보 차저(40)의 터빈 온도(T)가 미리 설정해 둔 해당 엔진 RPM의 한계 온도(T2) 이상일 경우, ECU(75)는 운전 패널에 터보 차저(40) 과열 경고등(77)을 표시하고, 솔레노이드 밸브(83)를 열어 압축공기 분사를 개시한다.

여기서, 한계 온도(T2)는 엔진 회전수에 따라 설정할 수 있는데 예를 들면, 대형 버스의 경우 최대 성능점일 때 약 700℃, 800RPM일 때 약 650℃, 1000RPM일 때 약 620℃, 1500RPM일 때 약 550℃로 두고 그 사이구간은 선형화로 ECU(75)가 계산해서 자동으로 설정할 수 있다.

이와 같이 공기분사 개시 후, 일정시간, 예를 들어 10 ~ 20초 정도가 지나면 ECU는 솔레노이드 밸브(83)를 닫아서 공기분사를 중단한다.

그리고 경고등(77)과 압축공기 분사 후 ECU(75)는 경고등(77) 점등 횟수(N)를 계산하여 일정시간, 예를 들면 5분, 내에 경고등 횟수(N)가 미리 정한 한계치(N2) 이상이 될 경우, ECU(75)는 연료량을 강제적으로 줄여 엔진 부하가 저부하가 되게 하고 엔진 RPM도 1000RPM이하로 되게 한다.

이와 같이 정해진 시간, 예를 들어 5분 이내에 경고등(77) 점멸이 5회 이상 계속될 경우, ECU(75)는 연료량을 강제적으로 줄여 엔진이 저부하가 되게 하므로 터보 차저(40)가 열화되어 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 터보 차저 보호 시스템 및 보호 방법은 터보 차저의 온도가 과도하게 높아지는 경우에 압축공기를 터빈회전방향에 대해 역방향으로 분사함으로써 터빈의 회전수를 인위적으로 감소시켜 차량의 속도 및 부하를 떨어트림과 동시에 운전자에게 경고등으로 알려 터보 차저를 보호할 수 있는 이점을 갖게 된다.

도 1은 종래 터보 차저 시스템이 도시된 블록 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 터보 차저 보호 시스템이 도시된 블록 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 터보 차저가 도시된 일부 절개 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 터보 차저가 도시된 횡단면도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

40 : 터보 차저 44 : 터빈 날개

70 : 온도감지센서 75 : ECU

77 : 경고등 80 : 압축공기탱크

83 : 솔레노이드 밸브 85 : 공기 분사관

Claims

터보 차저의 터빈 온도를 측정하는 온도감지센서와;

상기 온도감지센서로부터 온도를 입력받아 제어 신호를 출력하는 제어 수단과;

상기 터빈의 온도가 일정 이상일 경우에 상기 제어 수단의 제어 신호에 따라 상기 터빈의 회전수를 감소시키는 회전수 줄임수단을 포함한 것을 특징으로 하는 터보 차저 보호 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 터빈의 온도가 일정 이상일 경우에 상기 제어 수단의 신호에 따라 경고 신호를 발생시키는 경고 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 터보 차저 보호 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 회전수 줄임수단은 압축된 공기가 저장된 압축공기 탱크와, 상기 압축 공기탱크에 연결되어 압축 공기를 터빈 회전 방향에 대하여 역방향으로 분사하는 공기 분사관과, 상기 압축공기 탱크와 공기분사관 사이의 관로상에 구비되어 상기 제어수단의 제어에 따라 관로를 개폐하는 밸브 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 터보 차저 보호 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 공기 분사관은 상기 터빈 날개 접선 방향에 대하여 0 ~ 30°범위로 분사할 수 있도록 설치된 것을 특징으로 하는 터보 차저 보호 시스템.
엔진 회전수(RPM)와 터보 차저 온도(T)를 감지하는 단계와;

터보 차저 온도(T)가 미리 설정한 엔진 RPM의 한계 온도(T limit) 이상일 경우, 솔레노이드 밸브를 열어 압축공기 분사하는 단계와;

상기 단계 후 일정시간이 경과하면 솔레노이드 밸브를 닫아서 공기 분사를 중단하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 터보 차저 보호 방법.
제 5 항에 있어서,

상기에서 터보 차저 온도(T)가 미리 설정한 엔진 RPM의 한계 온도(T limit) 이상일 경우, 운전 패널에 터보 차저 과열 경고등을 표시하고;

경고등 점등 횟수를 계산하여 일정시간 또는 일정 횟수 이상이 될 경우, 연료 분사량을 강제적으로 줄여 엔진 부하가 저부하가 되게 하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 터보 차저 보호 방법.