KR100559835B1 - 차량용 매연 저감 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 매연 저감 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서 터보차저를 구비한 디젤 엔진에서 차량의 운전조건에 따라 필요한 양 만큼 엔진 흡기로 공기량을 조절하여 보내줄 목적으로;

엔진과; 상기 엔진에서 배출되는 배기가스의 흐름에 따라 대기압을 소정의 압력으로 압축하여 공급하는 터보차저와; 상기 터보차저로부터 압축되어 인가되는 공기를 냉각시켜 엔진으로 공급하는 인터쿨러를 구비한 디젤 엔진에 있어서, 상기 디젤 엔진은, 상기 인터쿨러에서 냉각되어 인가되는 공기의 흐름을 차량의 주행 조건에 따라 변화시켜 조절하여 엔진 내부로 공급하는 공급 공기 조절부를 더 구비하여 이루어져 있어서, 전 운전영역에 걸쳐 요구되는 공기량을 만족시킬 수 있고, 특히 디젤 차량에서 항시 문제가 되는 저속 주행시의 스모그를 대폭 감속시키고 또한 터보-렉 현상도 개선할 수 있으며, 메인 밸브의 고장여부를 판단하여 메인 밸브 계통이 고장이 발생하더라도 바이패스 밸브를 통하여 터보차저로부터의 압축 공기가 고압 공기 탱크를 거지치 않고 바이패스 통로를 통하여 엔진 흡기측으로 인가됨으로써 주행중 엔진 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.

Description

차량용 매연 저감 시스템 및 그 제어방법{a system and the method for fall of smoke in diesel engine of car}

도 1은 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 시스템 구조도 이고,

도 2는 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 제어 장치 구성 블록도 이고,

도 3은 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 제어 방법 동작 순서도 이고,

도 4는 일반적인 터보차저 성능 곡선도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 엔진 20 : 터보차저 30 : 인터쿨러

40 : 공급공기 조절부 41 : 고압공기탱크 42 : 공기온도 센서

43 : 공기압력센서 44 : 일방향 체크밸브 45 : 메인 밸브

46 : 바이패스 밸브

51 : 제1 관로 52 : 제2 관로 53 : 제3 관로

54 : 제4 관로 55 : 제5 관로 56 : 제6 관로

100 : 차량 동작상태 검출장치 110 : 엔진 회전수 검출부

120 : 가속패달 개도 검출부 130 : 고압탱크 공기압 검출부

140 : 고압탱크 공기온도 검출부 150 : 메인 밸브 동작 검출부

200 : 제어장치 300 : 구동장치

310 : 메인 밸브 구동부 320 : 바이패스 밸브 구동부

본 발명은 디젤 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터보차저를 구비한 디젤 엔진에서 저속 구간 주행시 공기의 흐름을 조절하여 매연(smoke)의 발생을 저감하기 위한 차량용 매연 저감 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터보차저를 구비한 디젤엔진에서는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 저속으로 주행시 저속영역은 낮은 배기압력 때문에 흡입 공기량이 요구되는 공기량보다 적어 스모그 증가 및 터보-렉(Turbo-Lag) 현상의 원인이 되며, 반면 고속영역에서는 흡입 공기량이 요구되는 공기량보다 과다하여 압력 상승에 따른 내구성에 문제가 있다.

특히, 현재는 저속 주행시 매연(smoke)의 과다 문제를 해결하기 위해 저속 주행 영역에서의 흡입 공기량을 증가시키고 있으며, 이로 인해 과다해진 고속 주행 영역에서의 흡입 공기는 웨스트-게이트(Waste-Gate)를 통해 바이패스(By-Pass)시키는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 정밀한 공기량 제어가 힘들고 터보 차저에서 압축시킨 공기를 그냥 바이패스 시킴으로서 에너지 낭비로 인해 연비가 악화되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 터보차저를 구비한 디젤 엔진에서 차량의 운전조건에 따라 엔진으로 흡입되는 공기 량을 조절하여 인가하기 위한 차량용 매연 저감 시스템 및 그 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

엔진과; 상기 엔진에서 배출되는 배기가스의 흐름에 따라 대기압을 소정의 압력으로 압축하여 공급하는 터보차저와; 상기 터보차저로부터 압축되어 인가되는 공기를 냉각시켜 엔진으로 공급하는 인터쿨러를 구비한 디젤 엔진에 있어서,

상기 디젤 엔진은, 상기 인터쿨러에서 냉각되어 인가되는 공기의 흐름을 차량의 주행 조건에 따라 변화시켜 조절하여 엔진 내부로 공급하는 공급 공기 조절부를 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서 공급 공기 조절부는 인터쿨러로부터 공급되는 공기를 소정의 고압으로 저장하는 고압공기 탱크와; 상기 고압공기 탱크에 저장된 공기 온도를 검출하는 공기온도 센서와; 상기 고압공기 탱크에 저장된 공기압력을 검출하는 공기압력 센서와; 상기 인터쿨러와 고압공기 탱크 사이에 구비되어 상기 인터쿨러로부터 인가되는 공기를 고압공기 탱크로 유입되도록 하고, 상기 고압공기 탱크에 유입된 공기의 누설을 방지하는 일방향 체크 밸브와; 상기 고압공기 탱크에 저장된 압축공기를 소정의 듀티 제어신호 따라 엔진으로 공급되는 공기의 흐름을 조절하는 메인 밸브와; 상기 인터쿨러로부터 인가되는 공기를 소정의 듀티 제어신호에 따라 엔진으로 공급되는 공기의 흐름을 조절하는 바이패스 밸브와; 상기 메인 밸브에 구비되어, 이 메인 밸브의 동작상태를 검출하는 메인 밸브 동작 검출센서로 구비되어 이 루어져 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은,

터보차저를 구비한 디젤 엔진 차량에서 주행중 검출되어 인가되는 엔진 운전조건 대비 요구되는 흡입 공기량을 산출하는 단계와;

상기 단계에서 산출된 엔진 운전 조건 대비 요구되는 흡입 공기량에 따라 엔진 내부로 공기를 공급하기 위해 메인 밸브 또는 바이패스 밸브로 소정의 듀티 제어신호를 출력하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 시스템 구조도 이고, 도 2는 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 제어 장치 구성 블록도 이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 제어 방법 동작 순서도 이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 차량용 매연 저감 시스템은 엔진(10)과; 상기 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 흐름에 따라 대기압을 소정의 압력으로 압축하여 공급하는 터보차저(20)와; 상기 터보차저(20)로부터 압축되어 인가되는 공기를 냉각시켜 엔진으로 공급하는 인터쿨러(30)를 구비한 디젤 엔진에 있어서,

상기 디젤 엔진은, 상기 인터쿨러(30)에서 냉각되어 인가되는 공기의 흐름을 차량의 주행 조건에 따라 변화시켜 조절하여 엔진 내부로 공급하는 공급 공기 조절부(40)를 더 구비하여 이루어져 있다.

상기 공급 공기 조절부(40)는 인터쿨러(30)로부터 공급되는 공기를 소정의 고압으로 저장하는 고압공기 탱크(41)와; 이 고압공기 탱크(41)에 저장된 공기 온도를 검출하는 공기온도 센서(42)와; 상기 고압공기 탱크(41)에 저장된 공기압력을 검출하는 공기압력 센서(43)가 구비되어 있다.

그리고, 상기 인터쿨러(30)와 고압공기 탱크(41) 사이에 구비되어 상기 인터쿨러(30)로부터 인가되는 공기를 고압공기 탱크(41)로 유입되도록 하고, 이 고압공기 탱크(41)에 유입된 공기의 누설을 방지하는 일방향 체크 밸브(44)가 구비되어 있는 데, 이 일방향 체크 밸브(44)의 일측은 상기 인터쿨러(30)와 제1 관로(51)에 의해 연결 구비되고, 상기 일방향 체크 밸브(44)의 타측은 고압공기 탱크(41)의 일측과 제2 관로(52)로 연결 구비된다.

이어서, 상기 고압공기 탱크(41)의 타측은 이 고압공기 탱크(41)에 저장된 압축공기를 소정의 듀티 제어신호에 따라 엔진(10)으로 공급되는 공기의 흐름을 조절하는 메인 밸브(45)의 일측과 제4 관로(54)로 연결 구비되며, 이 메인 밸브(45)의 타측은 제5 관로(55)에 의해 엔진(10)의 흡기관(미부호)과 연결되어 있다.

그리고, 제1 관로(51)에서 분지되는 제3 관로(53)는 상기 인터쿨러(30)로부터 인가되는 공기를 소정의 듀티 제어신호에 따라 엔진(10)으로 공급되는 공기의 흐름을 조절하는 바이패스 밸브(46)의 일측에 연결되고, 이 바이패스 밸브(46)의 타측은 제5 관로(55)에서 분지된 제6 관로(56)가 연결 구비되어 있다.

따라서, 터보차저(20)에 의해 압축되어 인터쿨러(30)에 의해 냉각된 흡입 공기는 차량의 주행상태 변화에 따라 공급 공기 조절부(40)에 의해 가변적으로 엔진(10)으로 공급된다.

그리고, 상기 메인 밸브(45)에는 이 메인 밸브(45)의 정상 동작상태를 검출하는 메인 밸브 동작 검출센서(미도시)가 구비되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 제어 장치 구성 블록도로서, 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수, 가속패달 개도, 고압 탱크 공기압 및 공기 온도와 메인 밸브 동작상태를 검출하는 차량 동작상태 검출 장치(100)와; 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되어 인가되는 엔진 회전수, 가속패달 개도, 고압 탱크 공기압 및 공기 온도와 메인 밸브 동작상태를 입력받아, 엔진 운전 조건 대비 고압공기 탱크의 공기량 적정여부를 비교 판단하여 엔진 내부로 공급되는 공기의 흐름을 조절하기 위한 소정의 밸브 제어신호를 출력하는 제어장치(200)와; 상기 제어 장치(200)에서 출력되는 소정의 밸브 제어신호에 동기되어 메인 밸브 또는 바이패스 밸브를 온/오프 구동시키는 구동장치(300)로 이루어져 있다.

상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부(110)와; 운전자의 가속패달 조작상태 변화에 따라 개도가 가변됨을 검출하는 가속패달 개도 검출부(120)와; 터보차저에 의해 압축되어 고압탱크 내에 저장된 공기의 압력을 검출하는 고압공기 탱크 공기압 검출부(130)와; 이 고압공기 탱크 내에 저장된 공기의 온도를 검출하는 고압탱크 공기온도 검출부(140)와; 메인 밸브의 정상동작 여부를 검출하는 메인 밸브 동작 검출부(150)로 구비된다.

상기에서 구동장치(300)는 제어장치(200)에서 출력되는 듀티 제어신호에 따라 고압공기 탱크(41)에 저장되어 있는 축압공기를 엔진(10)으로 조절 공급하기 위 해 듀티 구동되는 메인 밸브 구동부(310)와; 상기 제어장치(200)에서 출력되는 듀티 제어신호에 따라 인터쿨러(30)에서 인가되는 공기조절하여 엔진(10)으로 공급하기 위해 듀티 구동되는 바이패스 밸브 구동부(320)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 차량용 매연 저감 시스템의 제어 방법을 첨부한 도 3을 참조하여 예를 들어 설명한다.

주행중인 터보차저를 구비한 디젤 엔진 차량에서 먼저, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수, 가속패달 개도, 고압 탱크 공기압 및 공기 온도와 메인 밸브 동작상태를 검출한다.

이에, 제어장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 엔진 회전수, 가속패달 개도, 고압 공기 탱크 공기압 및 공기 온도와 메인 밸브 동작상태의 신호를 입력받아 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 운전 조건 대비 엔진에서 요구되는 흡입 공기량을 산출한 후, 고압 공기 탱크 내 공기량 정도를 판단한다(S100 ~ S120).

이 때, 엔진의 운전 조건 대비 요구되는 흡입 공기량에 비해 고압 공기 탱크 내 공기량 정도가 충분하면, 제어 장치(200)는 도 1에 도시되어 있는 고압 공기 탱크(41)에 저장된 축압공기를 엔진(10)으로 공급하기 위해 먼저, 메인 밸브(45)가 정상적으로 작동하고 있는가를 판단한다(S130).

상기에서 메인 밸브(45)가 정상적으로 작동하고 있음이 판단되면, 제어 장치(200)는 메인 밸브(45)를 듀티 제어하기 위한 소정의 메인 밸브 구동 듀티 제어신호를 구동장치(300)의 메인 밸브 구동부(310)로 출력한다.

상기에서 메인 밸브 구동부(310)가 구동 제어됨에 따라, 도 1에 도시되어 있는 메인 밸브(45)의 구동이 듀티 조절되어, 고압 공기 탱크(41) 내 저장된 축압 공기가 메인 밸브(45)를 통해 요구되는 흡입 공기량만큼 엔진(10) 내부로 공급된다.

이 때, 고압 공기 탱크(41)에 저장된 축압 공기가 엔진(10)으로 공급됨에 따라, 인터쿨러(30)를 통하여 인가되는 축압공기는 고압 공기 탱크(41)에서 공기가 빠져나간 만큼 상기 고압 공기 탱크(41)에 저장된다.

하지만, 상기 S120에서 고압 공기 탱크(41) 내 공기량이 부족한 경우 제어 장치(200)는 차량 엔진의 운전 조건 대비 요구되는 흡입 공기량을 판단한 후, 도 1에 도시되어 있는 바이패스 밸브(46)를 통해 인터쿨러(30)에서 공급되는 공기량을 조절하여 엔진(10)으로 공급하기 위한 바이패스 밸브 구동 듀티 신호를 바이패스 밸브 구동부(320)로 출력한다(S150).

따라서, 상기 바이패스 밸브 구동부(320)는 상기 제어장치(200)에서 출력되는 구동 듀티 제어신호에 따라, 바이패스 밸브(46)의 상태가 제어되어 인터쿨러(30)를 통해 인가되는 공기량이 조절되어 엔진(10) 내부로 공급된다.

또한, 상기(S130)에서 메인 밸브(45)가 정상적으로 동작되지 않음이 판단되면, 제어장치(200)는 바이패스 밸브(46)의 구동을 듀티 제어하여 이 바이패스 밸브(46)를 통해 터보차저(20)에 의해 축압되어 인터쿨러(30)에서 냉각된 공기를 엔진(10)으로 공급한다. 즉, 상기 바이패스 밸브(46)는 공기량이 부족하거나 메인 밸브(45) 페일시에 대비하여 구동된다.

그리고, 고압 공기 탱크(41)에 저장상태가 충만한 상태에서 초기 시동 또는 공연비를 농후하게 할 필요가 있을 시에는 엔진 내부로 공기를 유입시키지 않기 위해 메인 밸브(45)와 바이패스 밸브(46)의 상태를 닫음 상태를 유지하므로, 터보차 저(20)에 의해 축압되는 공기는 인터쿨러(30)에 구비된 대기 밸브(미도시)를 통하여 대기중으로 배출된다.

이로서, 차량의 엔진 운전 조건에 따라 엔진 내부로 흡입되는 공기량을 가변적으로 공급하여 줌으로써, 차량이 저속구간을 주행할 때 매연의 발생을 저감할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 매연 저감 시스템 및 제어 방법은 터보차저를 구비한 디젤 엔진에서 차량의 운전조건에 따라 필요한 양 만큼 엔진 흡기로 공기량을 조절하여 보내줌으로서, 전 운전영역에 걸쳐 요구되는 공기량을 만족시킬 수 있고, 특히 디젤 차량에서 항시 문제가 되는 저속 주행시의 스모그를 대폭 감속시키고 또한 터보-렉 현상도 개선할 수 있다.

그리고, 메인 밸브의 고장여부를 판단하여 메인 밸브 계통이 고장이 발생하더라도 바이패스 밸브를 통하여 터보차저에서 오는 압축 공기가 고압 공기 탱크를 거지치 않고 바이패스 통로를 통하여 엔진 흡기측으로 인가됨으로써 주행중 엔진 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.

Claims (6)

1. 엔진과, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스의 흐름에 따라 대기압을 소정의 압력으로 압축하여 공급하는 터보차저와, 상기 터보차저로부터 압축되어 인가되는 공기를 냉각시켜 엔진으로 공급하는 인터쿨러를 구비한 디젤 엔진에 있어서,

   상기 디젤 엔진은 인터쿨러에서 냉각되어 인가되는 공기의 흐름을 차량의 주행 조건에 따라 변화시켜 엔진 내부로 공급되는 공기량을 조절하기 위해, 상기 인터쿨러로부터 공급되는 공기를 소정의 고압으로 저장하는 고압공기 탱크와; 상기 고압공기 탱크에 저장된 공기 온도를 검출하는 공기온도 센서와; 상기 고압공기 탱크에 저장된 공기압력을 검출하는 공기압력 센서와; 상기 인터쿨러와 고압공기 탱크 사이에 구비되어 상기 인터쿨러로부터 인가되는 공기를 고압공기 탱크로 유입되도록 하고, 상기 고압공기 탱크에 유입된 공기의 누설을 방지하는 일방향 체크 밸브와; 상기 고압공기 탱크에 저장된 압축공기를 소정의 듀티 제어신호에 따라 구동 제어되어 엔진으로 공급되는 공기의 흐름을 조절하는 메인 밸브와; 상기 인터쿨러로부터 인가되는 공기를 소정의 듀티 제어신호에 따라 구동 제어되어 엔진으로 공급되는 공기의 흐름을 조절하는 바이패스 밸브와; 상기 메인 밸브측에 구비되어, 이 메인 밸브의 동작상태를 검출하는 메인 밸브 동작 검출센서를 포함하는 공급 공기 조절부로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 시스템.
2. 삭제
3. 터보차저를 구비한 디젤 엔진 차량에서 주행중 검출되어 인가되는 엔진 운전조건 대비 요구되는 흡입 공기량을 산출하는 단계와;

   상기 단계에서 산출된 엔진 운전 조건 대비 요구되는 흡입 공기량에 따라 엔진 내부로 공기량을 조절하여 공급하되, 상기 엔진의 운전 조건 대비 요구되는 흡입 공기량에 비해 고압 공기 탱크 내 공기량 정도가 충분한지 여부를 판단하는 단계와;

   상기 판단결과, 고압 공기 탱크 내 공기량이 엔진 운전 조건 대비 요구되는 흡입 공기량보다 부족한 경우 엔진의 흡기측으로 공급되는 인터쿨러로부터의 공기 흐름을 조절하기 위한 바이패스 밸브 구동 듀티 제어신호를 바이패스 밸브 구동부로 출력하지만, 상기 고압 공기 탱크 내 공기량이 엔진의 운전 조건 대비 요구되는 흡입 공기량에 비해 충분하게 존재하는 경우 메인 밸브가 정상 동작상태인지 여부를 판단하는 단계와;

   상기 판단결과, 메인 밸브의 동작이 정상상태인 경우 엔진의 흡기측으로 공급되는 고압공기탱크로부터의 압축 공기 흐름을 조절하기 위한 메인 밸브 구동 듀티 제어신호를 메인 밸브 구동부로 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 시스템의 제어 방법.
4. 삭제
5. 제 3항에 있어서, 상기 메인 밸브가 정상 동작되지 않음이 판단되면, 바이패스 밸브 구동제어를 위한 듀티 제어신호를 바이패스 밸브 구동부로 출력하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 시스템의 제어 방법.
6. 삭제

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