KR100559899B1

KR100559899B1 - 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치

Info

Publication number: KR100559899B1
Application number: KR1020040018336A
Authority: KR
Inventors: 소강영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2006-03-15
Also published as: KR20050093094A

Abstract

본 발명은 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치에 관한 것으로, 가속페달의 릴리즈를 감지하기 위한 가속페달센서와; 상기 가속페달센서에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되면 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시키는 제어유니트를 포함하여 구성되어, 흡기측의 공기를 배기측으로 배출시켜서 터보 챠저의 컴프레서 서지의 발생을 방지한다.

Description

터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치 {Apparatus for preventing a compressor of turbo-charger from a surge}

도 1은 본 발명의 1실시예에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치의 구성도,

도 2는 본 발명의 2실시예에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치의 구성도,

도 3은 본 발명의 3실시예에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치의 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 디젤엔진 20 : 배기다기관

30 : 터보챠저 31 : 터빈

33 : 웨이스트 게이트 35 : 컴프레서

40 : 에어크리너 50 : 인터쿨러

60 : 흡기다기관 70 : 배기가스재순환밸브

80 : 제어유니트 81 : 가속페달센서

82 : 부스트압센서 83 : 배기압센서

84 : 차속센서 85 : 변속단센서

86 : 수온센서 90 : 웨이스트 게이트 구동수단

91 : 진공펌프 95 : 솔레노이드밸브

100 : 배리어블 지오메트리 터보챠저

101 : 터빈 103 : 컴프레서

110 : 엔진제어유니트 120 : 엔진알피엠센서

본 발명은 터보 챠저가 구비된 디젤엔진 차량에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 터보 챠저에 의해 디젤엔진 측으로 공급되는 고압의 공기가 디젤엔진내로 전부 흡입되지 못하고 터보 챠저의 컴프레서 측으로 역류되어 발생되는 컴프레서의 서지를 방지하는 장치에 관한 것이다.

최근 들어, 터보 챠저가 장착된 디젤엔진을 사용하는 차량들이 많이 제조되고 있다. 이와 같이 터보 챠저를 장착한 디젤엔진은, 엔진의 배기력을 이용하여 흡기압을 대기압 이상으로 높여 공급함으로써, 배기량이 같은 다른 엔진에 비해 다량의 공기를 엔진의 실린더내에 충진할 수 있어 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.

또한, 터보 챠저에는 과도한 부스트압을 방지하기 위해 웨이스트 게이트(waste gate)가 설치되는데, 이러한 웨이스트 게이트는 터보 챠저에 의해 공급되는 고압의 공기가 미리 설정된 최대 압력에 도달하면 배기가스중의 일부를 바 이패스시켜서 배기가스가 터빈의 회전에 사용되지 않도록 한다. 즉, 터보 챠저에 의해 공급되는 흡기압이 너무 크면 이상 연소가 발생되어 엔진이 손상될 우려가 있으므로, 배기가스를 바이패스시켜서 흡기압을 낮추는 것이다.

또, 디젤엔진의 흡기다기관과 배기다기관을 연결하는 배기가스재순환통로와 이 통로를 개폐하는 배기가스재순환밸브(EGR valve)가 설치되어 있어, 상기 배기가스재순환밸브가 개방되면 배기가스의 일부분이 디젤엔진의 흡기측으로 공급됨에 따라 혼합기중에 포함되는 불활성 가스의 비율이 증가하여, 연소온도가 내려가게 되므로, 질소산화물의 발생을 억제할 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 터보 챠저를 장착한 디젤엔진 차량은, 차량 급가속 후 가속 페달을 릴리즈할 때 연료가 차단되면서 엔진알피엠이 급격히 떨어지고, 이로 인해 터보 챠저에 의해 디젤엔진 측으로 공급되는 고압의 공기가 디젤엔진에 전부 흡입되지 못하고 터보 챠저의 컴프레서 측으로 역류하여 컴프레서의 서지가 발생될 수 있다. 즉, 차량 급가속 후 가속 페달을 릴리즈할 때 부스트압이 배기압 보다 높아져서 고압, 고온의 흡기가 터보 챠저의 컴프레서 측으로 역류하여 컴프레서의 서지가 발생함에 따라, 터보 챠저의 수명이 단축될 뿐만 아니라 컴프레서의 성능이 저하되고, 컴프레서의 서지 소음이 크게 발생되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으 로, 터보 챠저의 컴프레서 서지가 발생될 때 배기가스재순환밸브를 개방하여 흡기측의 공기를 배기측으로 배출시켜서 터보 챠저의 컴프레서 서지의 발생을 억제함으로써, 터보 챠저의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 컴프레서의 성능이 저하되는 것을 방지하며, 컴프레서의 서지 소음을 저감시킬 수 있는 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치는, 엔진의 배기력을 이용하여 흡기압을 높이기 위한 터보챠저와, 배기가스의 일부분을 흡기측으로 공급하기 위한 배기가스재순환밸브가 구비된 디젤엔진에 있어서, 가속페달의 릴리즈를 감지하기 위한 가속페달센서와; 상기 가속페달센서에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되면 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시키는 제어유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치는, 엔진의 배기력을 이용하여 흡기압을 높이는 배리어블 지오메트리 터보챠저와; 배기가스의 일부분을 흡기측으로 공급하기 위한 배기가스재순환밸브와; 엔진알피엠과 연료분사량이 미리 설정된 조건을 만족하면 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시킴과 더불어 상기 배리어블 지오메트리 터보 챠저의 터빈의 베인 각도를 완전히 개방시키는 제어수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 1실시예에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치의 구성도이다.

상기 도 1에서, 참조부호 10은 디젤엔진, 20은 배기다기관, 30은 터보챠저, 40은 에어크리너, 50은 인터쿨러, 60은 흡기다기관, 70은 배기가스재순환밸브, 80은 제어유니트, 81~86은 각종 센서들이다.

상기 터보챠저(30)는 터빈(31)과 컴프레서(35)를 포함하여 구성되어, 디젤엔진(10)에서 배기다기관(20)을 통해 배출되는 배기가스 에너지를 이용하여 에어크리너(40)를 통해 흡입되는 공기를 압축하여 인터쿨러(50) 및 흡기다기관(60)을 통해 디젤엔진(10)으로 공급하도록 되어 있다.

또한, 상기 인터쿨러(50)는 상기 터보챠저(30)에 의해 압축된 공기를 냉각시켜서 압축된 공기의 온도를 떨어뜨리도록 되어 있다.

또, 상기 배기가스재순환밸브(70)는 디젤엔진(10)의 흡기다기관(60)과 배기다기관(20)을 연결하는 배기가스재순환통로에 설치되어, 배기가스의 일부분이 디젤엔진(10)의 흡기측으로 공급하도록 되어 있다.

한편, 가속페달센서(81)는 가속페달의 릴리즈를 감지하여 제어유니트(80)로 입력하도록 되어 있고, 부스트압센서(82)는 디젤엔진(10)의 부스트압을 감지하여 제어유니트(80)로 입력하도록 되어 있으며, 배기압센서(83)는 디젤엔진(10)의 배기압을 감지하여 제어유니트(80)로 입력하도록 되어 있다.

상기 차속센서(84)는 차속을 감지하여 제어유니트(80)로 입력하도록 되어 있 고, 상기 변속단센서(85)는 자동변속기의 변속단을 감지하여 제어유니트(80)로 입력하도록 되어 있으며, 상기 수온센서(86)는 냉각수온을 감지하여 제어유니트(80)로 입력하도록 되어 있다.

상기 제어유니트(80)는 상기 가속페달센서(81)에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되면 배기가스재순환밸브(70)를 완전히 개방시켜서, 상기 배기가스재순환밸브(70)를 통해 흡기측의 공기를 배기측으로 배출시켜서 터보 챠저의 컴프레서 서지의 발생을 방지하도록 되어 있다.

또한, 좀더 바람직하게는, 상기 제어유니트(80)가, 상기 가속페달센서(81)에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되고, 상기 부스트압이 배기압 보다 크며, 차속이 기준속도(바람직하게는 45Km/H) 이상이고, 자동변속기의 변속단이 4단이 아니고, 냉각수온이 기준온도(바람직하게는 60℃) 이상이면 상기 배기가스재순환밸브(70)를 완전히 개방시키도록 하여, 배기가스재순환밸브(70)의 완전 개방을 좀더 정밀한 조건으로 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명의 2실시예에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치의 구성도로서, 상기한 본 발명의 2실시예는 본 발명의 1실시예에서 배기가스재순환밸브(70)를 완전히 개방시킬 때 터보챠저(30)의 터빈(31)에 구비된 웨이스트 게이트(33)를 함께 개방하도록 구성되어 있다는 점을 제외하고는 본 발명의 1실시예와 동일하다.

상기 도 2에서, 참조부호 32는 웨이스트 게이트이고, 90은 웨이스트 구동수단으로서, 진공펌프(91)와 솔레노이드밸브(95)를 포함하여 구성된다.

상기 웨이스트 게이트(32)는 터빈(31)에 구비되어, 미리 설정된 최대 과급압력에 도달하면 배기가스중의 일부를 바이패스시켜서 배기가스가 터빈(31)의 회전에 사용되지 않도록 한다.

그리고, 상기 솔레노이드밸브(95)는 제어유니트(80)의 제어에 따라 개방되어 상기 진공펌프(91)에 의해 생성되는 진공력을 상기 웨이스트 게이트(33)로 전달하여 상기 웨이스트 게이트(33)를 개방시키도록 되어 있다.

도 3은 본 발명의 3실시예에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치의 구성도로서, 상기한 본 발명의 3실시예에서, 터보 챠저(100)는 배리어블 지오메트리 터보챠저(VGT; Variable Geometry Turbo-charger)이고, 엔진제어유니트(110)는 엔진알피엠센서(120)에 의해 측정되는 엔진알피엠과 미리 프로그램된 맵에 의해 결정되는 연료분사량이 미리 설정된 조건(바람직하게는, 엔진알피엠이 1700rpm 이상임과 더불어 연료분사량이 8Q(1스트로크 당 8mg) 이하)을 만족하면, 배기가스재순환밸브(70)를 완전히 개방시킴과 더불어 배리어블 지오메트리 터보챠저(100)의 터빈(101)에 구비된 베인의 각도를 완전히 개방시키도록 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치의 작용 및 효과를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 1실시예에서, 디젤엔진(10)에서 연소된 배기가스는 배기다기관(20)을 통해 배출되고, 상기와 같이 배기다기관(20)을 통해 배출되는 배기가스가 터보챠저(30)의 터빈(31)을 회전시킨 다음 미도시된 소음기를 거쳐서 외부로 배출된다.

그리고, 상기 터보챠저(30)의 터빈(31)에 축으로 연결된 컴프레서(35)는 에어크리너(40)를 통해 공급되는 공기를 압축하여 고압의 공기를 인터쿨러(40)로 공급하고, 상기 컴프레서(35)에 의해 압축된 고압의 공기는 인터쿨러(50)에서 냉각된 다음 흡기다기관(60)을 통해 디젤엔진(10)으로 공급된다.

또한, 상기 디젤엔진(10)에서 배출되는 배기가스중 일부는 배기가스재순환밸브(70)를 통해 흡기다기관(60)을 통해 디젤엔진(10)으로 공급된다.

이때, 제어유니트(80)는 각종 센서들(81-86)의 감지신호를 입력받아서, 미리 프로그램된 조건을 만족하면 상기 배기가스재순환밸브(70)를 100% 개방하여 흡기측의 공기를 배기측으로 방출하여 흡기측의 부스트압을 낮추어 컴프레서(35)의 서지를 방지한다.

예를 들어, 상기 제어유니트(80)는 가속페달센서(81)에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되면 상기 배기가스재순환밸브(70)를 완전히 개방시킨다.

또한, 좀더 정밀한 방법으로, 상기 제어유니트(80)는 가속페달센서(81)에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되고, 부스트압센서(82)에 의해 감지된 부스트압이 배기압센서(83)에 의해 감지된 배기압 보다 크며, 차속센서(84)에 의해 감지된 차속이 기준속도(바람직하게는 45Km/H) 이상이고, 변속단센서(85)에 의해 감지된 자동변속기의 변속단이 4단이 아니고, 수온센서(86)에 의해 가지된 냉각수온이 기준온도(바람직하게는 60℃) 이상이면 상기 배기가스재순환밸브(70)를 완전히 개방시켜서, 상기 배기가스재순환밸브(70)를 통해 흡기측의 공기를 배기측으로 배출시켜서 터보 챠저의 컴프레서 서지의 발생을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 2실시예에서는, 제어유니트(80)가 본 발명의 1실시예에서와 같이 각종 센서들(81-86)의 감지신호를 입력받아서, 미리 프로그램된 조건을 만족하여 상기 배기가스재순환밸브(70)를 100% 개방시킬 때, 솔레노이드밸브(95)도 함께 개방시켜서 진공펌프(91)에 의해 생성되는 진공력을 웨이스트 게이트(33)로 전달하여 상기 웨이스트 게이트(33)를 개방시킨다.

즉, 풀(full) 서지가 발생될때는 본 발명의 1실시예와 같이 배기가스재순환밸브(70)만을 개방시켜도 컴프레서 서지가 방지되나, 라이트 팁 인(Light Tip In; 가속페달을 살짝 살짝 반복해서 밟는 상태)시에는 부스트압이 배기압 보다 커지지 않으므로 흡기측의 공기가 배기가스재순환밸브(70)를 통해 배기측으로 빠져나가지 못하는 경우가 생긴다.

따라서, 가속페달을 릴리즈할 때 웨이스트 게이트(33)를 개방시켜서 항상 부스트압이 배기압보다 높게 하여 흡기측의 공기가 배기가스재순환밸브(70)를 통해 배기측으로 빠져나가게 하여 컴프레서의 서지를 방지하는 것이다.

또한, 본 발명의 3실시예에서는, 엔진제어유니트(110)가 엔진알피엠센서(120)에 의해 측정되는 엔진알피엠과 미리 프로그램된 맵에 의해 결정되는 연료분사량이 미리 설정된 조건(바람직하게는, 엔진알피엠이 1700rpm 이상임과 더불어 연료분사량이 8Q 이하)을 만족하여, 배기가스재순환밸브(70)를 100% 개방시킬 때, 배리어블 지오메트리 터보챠저(100)의 터빈(101)의 베인 각도를 완전히 개방시킨다.

즉, 풀(full) 서지가 발생될 때는 배기가스재순환밸브(70)만을 개방시켜도 컴프레서 서지가 방지되나, 라이트 팁 인(Light Tip In; 가속페달을 살짝 살짝 반복해서 밟는 상태)시에는 부스트압이 배기압 보다 커지지 않으므로 흡기측의 공기가 배기가스재순환밸브(70)를 통해 배기측으로 빠져나가지 못하는 경우가 생긴다.

따라서, 배리어블 지오메트리 터보 챠저(100)의 터빈(101)의 베인 각도를 완전히 개방시켜서, 터빈 챠저(100)의 속도를 급격히 저하시키고 터보 챠저(100)의 관성으로 밀어 넣는 공기량을 줄임과 동시에 배기압도 저하시켜주므로, 컴프레서의 서지를 방지할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 터보 챠저의 컴프레서 서지가 발생될 때 배기가스재순환밸브를 개방하여 흡기측의 공기를 배기측으로 배출시켜서 터보 챠저의 컴프레서 서지의 발생을 억제함으로써, 터보 챠저의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 컴프레서의 성능이 저하되는 것을 방지하며, 컴프레서의 서지 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

엔진의 배기력을 이용하여 흡기압을 높이기 위한 터보챠저와, 배기가스의 일부분을 흡기측으로 공급하기 위한 배기가스재순환밸브가 구비된 디젤엔진에 있어서,

가속페달의 릴리즈를 감지하기 위한 가속페달센서와; 상기 가속페달센서에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되면 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시키는 제어유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치.
제 1 항에 있어서, 디젤엔진의 부스트압을 감지하는 부스트압센서와; 디젤엔진의 배기압을 감지하기 위한 배기압센서와; 차속을 감지하는 차속센서와; 자동변속기의 변속단을 감지하는 변속단센서와; 냉각수온을 감지하는 수온센서를 더 포함하는 한편, 상기 제어유니트는, 상기 가속페달센서에 의해 가속페달의 릴리즈가 감지되고, 상기 부스트압이 배기압 보다 크며, 차속이 기준속도 이상이고, 자동변속기의 변속단이 4단이 아니고, 냉각수온이 기준온도 이상이면 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시키는 것을 특징으로 하는 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치.
제 2 항에 있어서, 상기 기준속도는 45Km/H이고, 상기 기준온도는 60℃인 것 을 특징으로 하는 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치.
제 1 항에 있어서, 상기 터보 챠저의 웨이스트 게이트를 개폐하기 위한 웨이스트 게이트 구동수단을 더 포함하는 한편, 상기 제어유니트는, 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시킴과 동시에 상기 웨이스트 게이트를 개방하도록 상기 웨이스트 게이트 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치.
제 4 항에 있어서, 상기 웨이스트 게이트 구동수단은, 진공펌프와, 상기 제어유니트의 제어에 따라 개방되어 상기 진공펌프에 의해 생성되는 진공력을 상기 웨이스트 게이트로 전달하여 상기 웨이스트 게이트를 개방시키는 솔레노이드밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치.
엔진의 배기력을 이용하여 흡기압을 높이는 배리어블 지오메트리 터보챠저와; 배기가스의 일부분을 흡기측으로 공급하기 위한 배기가스재순환밸브와; 엔진알피엠과 연료분사량이 미리 설정된 조건을 만족하면 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시킴과 더불어 상기 배리어블 지오메트리 터보 챠저의 터빈의 베인 각도를 완전히 개방시키는 제어수단을 포함하여 구성된 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치.
제 6 항에 있어서, 상기 제어수단은 엔진제어유니트이고, 상기 엔진제어유니트는 엔진알피엠이 1700rpm 이상임과 더불어 연료분사량이 8Q 이하에서, 상기 배기가스재순환밸브를 완전히 개방시킴과 더불어 상기 배리어블 지오메트리 터보 챠저의 터빈의 베인 각도를 완전히 개방시키는 것을 특징으로 하는 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치.