KR101013966B1 - 터보차저를 구비한 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진은, 압축기와 스로틀밸브 사이 흡기라인에서 분기되어 상기 압축기의 전단 상기 흡기라인으로 연결된 제1바이패스라인, 상기 제1바이패스라인을 개방하거나 폐쇄하도록 상기 제1바이패스라인 중간에 설치된 제1제어밸브 및 상기 제1제어밸브에 정압 또는 부압을 선택적으로 공급하여 상기 제1제어밸브가 열리는 압력을 조절하는 제어부를 포함한다.
따라서, 팁아웃 시 상기 제1제어밸브를 신속하게 개방함으로써 상기 압축기에서 발생하는 소음 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있고, 부스팅 시에는 상기 흡기라인의 압력을 제2설정된 압력까지 상승시킴으로써 연료 소비를 저감시키고 출력을 상승시킬 수 있다.
터보차저, 바이패스라인, 제어밸브, 솔레노이드, 정압, 부압

Description

터보차저를 구비한 엔진{ENGINE THAT EQUIPPS WITH TURBO CHARGER}
본 발명은 터보차저를 구비한 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소음이 저감되고 흡기효율이 향상된 터보차저를 구비한 엔진에 관한 것이다.
가솔린 엔진에서는 흡입 공기를 전자식 스로틀밸브로 제어하는데, 급 감속시 상기 스로틀밸브는 닫히게 되어 흡기공기의 역류가 발생한다.
특히 터보차저가 장착된 경우 압축기의 휠과 역류된 공기가 부딪히면서 소음과 진동이 발생할 뿐만 아니라 이의 내구성이 저하될 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 압축기 전단과 후단 사이에 바이패스라인이 형성되고, 그 중간에 솔레노이드에 의해서 컨트롤되는 제어밸브가 설치된다.
도 4는 일반적인 터보차저를 구비한 엔진의 작동 상태를 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 시간(sec), 오른쪽 세로축은 퍼센트(%), 왼쪽 세로축은 압력(pressure)을 나타낸다. 또한, 제1선(400)은 스로틀밸브의 개도를 나타내고, 제2선(410)은 가속페달의 누름량을 나타내며, 제3선(420)은 흡기라인의 부스팅 압력을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 스로틀밸브가 닫히는 상태 즉, 팁아웃 시 상기 부스팅 압력이 순간 높아지고, 상기 압축기의 휠에서 소음과 진동이 발생하는 문제점이 있다.
팁아웃 시 상기 압축기의 휠에서 발생되는 소음과 진동을 저감시키기 위해서 상기 제어밸브에 상수값(K)이 낮은 스프링이 설치되면 부스팅 압력이 낮은 상태에서 바이패스라인이 개방되어 흡기효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 팁아웃 시 압축기의 휠에서 발생되는 소음을 저감시키되 부스팅 시 흡기효율을 향상시키는 터보차저를 구비한 엔진을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보차저를 구비한 엔진은, 압축기와 스로틀밸브 사이 흡기라인에서 분기되어 상기 압축기의 전단 상기 흡기라인으로 연결된 제1바이패스라인, 상기 제1바이패스라인을 개방하거나 폐쇄하도록 상기 제1바이패스라인 중간에 설치된 제1제어밸브 및 상기 제1제어밸브에 정압 또는 부압을 선택적으로 공급하여 상기 제1제어밸브가 열리는 압력을 조절하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제1제어밸브의 개도를 컨트롤하는 제1솔레노이드, 상기 제1솔레노이드와 상기 스로틀밸브 후단의 부압탱크를 연결하는 부압라인 및 상기 제1솔레노이드와 상기 스로틀밸브 전단의 상기 흡기라인을 연결하는 제1정압라인을 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1솔레노이드를 제어하여 상기 부압라인을 통해서 상기 제1제어밸브를 컨트롤하거나 상기 정압라인을 통해서 상기 제1제어밸브를 컨트롤한다.
아울러, 상기 터빈의 후단 상기 배기라인에서 분기되어 상기 터빈의 전단 상기 배기라인으로 연결된 제2바이패스라인, 상기 제2바이패스라인 중간에 설치된 제 2제어밸브, 제어압이 통하도록 상기 제2제어밸브와 제2컨트롤라인으로 연결된 제2솔레노이드 및 상기 제2솔레노이드와 상기 스로틀밸브 전단의 상기 흡기라인을 연결하는 제2정압라인을 포함하고, 상기 제1정압라인은 상기 제2정압라인에서 분기되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어부는, 상기 스로틀밸브의 위치를 감지하고, 상기 스로틀밸브가 닫히는 팁아웃(tip out) 상태에서, 상기 제1부압라인을 통해서 부압을 공급하여 상기 압축기와 상기 스로틀밸브 사이에 제1설정된 압력에서 상기 제1제어밸브가 열리도록 한다.
아울러, 상기 제어부는 상기 스로틀밸브의 위치를 감지하고, 상기 스로틀밸브가 열리는 부스팅(Boosting) 상태에서, 상기 제1정압라인을 통해서 정압을 공급하여 상기 압축기와 상기 스로틀밸브 사이에 제2설정된 압력에서 상기 제1제어밸브가 열리지 않도록 하되, 상기 제2설정된 압력은 상기 제1설정된 압력보다 높다.
또한, 상기 제1제어밸브에는, 상기 압축기과 상기 트로틀밸브 사이 상기 흡기라인과 통하는 제1유로가 형성되고, 상기 압축기의 전단부와 통하는 제2유로가 형성되며, 상기 제1,2유로를 선택적으로 폐쇄하는 스프링이 설치되되, 상기 정압은 상기 스프링의 탄성력을 부가하고, 상기 부압은 상기 스프링의 탄성력을 감소시켜 상기 스프링이 열리는 압력을 조절한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터보차저를 구비한 엔진에 의하면, 팁아웃 시 제1제어밸브를 신속하게 개방함으로써 상기 압축기에서 발생하는 소음 진동을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
아울러, 부스팅 시에는 상기 흡기라인의 압력을 제2설정된 압력까지 상승시킴으로써 연료 소비를 저감시키고 출력을 상승시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 공기를 엔진(105) 내부로 공급하는 흡기라인(100a, 100b), 배기가스를 외부로 배출하는 배기라인(110) 및 상기 배기라인(110)과 상기 흡기라인(100a, 100b)에 각각 설치된 터빈(130)과 압축기(125)를 통하여 흡기효율을 향상시키는 터보차저(120)를 포함한다.
상기 흡기라인(100a, 100b)에는 제1바이패스라인(140)이 설치되고, 상기 제1바이패스라인(140)은 상기 압축기(125)의 후단(100b)과 전단(100a)을 연결한다. 아울러, 상기 제1바이패스라인(140)에는 제1제어밸브(V1)가 설치된다.
제1솔레노이드(155)는 제1컨트롤라인(175)을 통해서 상기 제1제어밸브(V1)와 연결되고, 상기 제1솔레노이드(155)로 제1정압라인(180)과 제1부압라인(170)이 연결되며, 상기 제1부압라인(170)은 스로틀밸브(190) 후단의 부압탱크와 연결된다.
상기 배기라인(110)에는 제2바이패스라인(145)이 설치되고, 상기 제2바이패스라인(145)은 상기 터빈(130)의 후단과 전단을 연결한다. 아울러, 상기 제2바이패 스라인(145)에는 제2제어밸브(V2)가 설치된다.
제2솔레노이드(150)는 제2컨트롤라인(165)을 통해서 상기 제2제어밸브(V2)와 연결되고, 상기 제2솔레노이드(150)로 제2정압라인(160)이 연결되며, 상기 제2정압라인(160)은 스로틀밸브(190) 전단부와 연결된다. 아울러, 상기 제1정압라인(180)은 상기 제2정압라인(160)에서 T 분기되어 상기 제1솔레노이드(155)와 연결된다.
상기 스로틀밸브(190)가 일정 시간 열린 상태 즉, 부스팅 시 상기 압축기(125)의 후단(100b) 압력이 상승하게 되고, 이때 갑자기 상기 스로틀밸브(190)가 닫히면, 흡기공기가 역류하면서 상기 압축기 날개에 부딪힌다. 따라서, 상기 압축기(125) 날개에서 소음 진동이 발생하고 그 내구성이 떨어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 팁아웃 시 상기 제1제어밸브(V1)를 낮은 압력에서 신속하게 개방함으로써 상기 압축기(125)에서 발생하는 소음 진동을 효과적으로 저감시키고, 그 내구성도 증진시킬 수 있다.
좀 더 상세하게 설명하면, 팁아웃 시 상기 제1솔레노이드(155)는 상기 제1부압라인(170)을 통해서 상기 제1제어밸브(V1)로 부압(negative pressure: 대기압보다 낮은 압력)이 공급된다. 따라서, 상기 제1제어밸브(V1)는 상기 압축기(125)의 후단(100b) 압력이 제1설정된 압력(예를 들어 1bar)에서 신속하게 열린다.
또한, 부스팅 시 상기 제1솔레노이드(155)는 상기 제1정압라인(180)을 통해서 상기 제1제어밸브(V1)로 정압(plus pressure: 대기압보다 높은 압력)이 공급된다. 따라서, 상기 제1제어밸브(V1)는 상기 압축기(125)의 후단(100b) 압력이 제2설정된 압력(예를 들어, 2.3bar)보다 높은 압력에서 열린다.
따라서, 부스팅 시에는 상기 흡기라인(100a, 100b)의 압력을 제2설정된 압력까지 상승시킴으로써 흡기효율을 상승시키되, 팁아웃 시에는 상기 제1제어밸브(V1)를 신속하게 열어줌으로써 상기 흡기라인(100a, 100b)의 압력을 신속하게 해소하여, 팁 아웃 시 상기 압축기(125)의 날개에서 발생되는 소음과 진동을 저감시킬 수 있다.
상기 스로틀밸브(190)에는 스로틀포지션센서(185)가 배치되고, 상기 스로틀포지션센서(185)는 스로틀밸브(190)의 열림각도를 감지한다. 또한, 상기 스로틀포지션센서(185)는 전자제어유닛(ECU)과 전기적으로 연결된다.
상기 전자제어유닛(ECU)은 상기 스로틀포지션센서(185)로부터 전달되는 신호를 분석하여 부스팅 상태인지 팁아웃 상태인지를 판단한다.
또한, 상기 전자제어유닛(ECU)은 부스팅 상태에서 상기 제1솔레노이드(155)를 온/오프 제어하여 상기 제1정압라인(180)을 통해서 상기 제1제어밸브(V1)로 정압을 공급하고, 팁아웃 상태에서는 상기 제1솔레노이드(155)를 온/오프 제어하여 상기 제1부압라인(170)을 통해서 상기 제1제어밸브(V1)로 부압을 공급한다.
상기 제2바이패스라인(145), 상기 제2제어밸브(V2), 상기 제2솔레노이드(150) 및 상기 제2정압라인(160)에 관한 내용에 관해서는 상세한 설명을 생략한다. 아울러, 본 발명의 실시예에 따른 상기 제1제어밸브(V1)의 구조에 대해서는 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어밸브의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1제어밸브(V1)에는 하단부에 제1,2유로(205, 210) 가 형성되고, 상기 제1유로(205)는 상기 압축기(125) 후단부(100b)와 연결되고, 상기 제2유로(210)는 상기 압축기(125)의 전단부(100a)와 연결된다.
또한, 상기 제1제어밸브(V1)의 상단부에 제3유로(220)가 형성되고, 상기 제3유로(220)는 상기 제1솔레노이드(155)를 통해서 상기 제1정압라인(180)과 상기 제1부압라인(170)에 연결된다.
상기 제1제어밸브(V1) 내부에는 상기 제1유로(205)를 폐쇄하는 다이아프램 캡(230)과 상기 캡(230)을 탄성 지지하는 스프링(240)이 설치되고, 상기 압축기(125)의 후단부(100b)의 압력이 높아지면 상기 스프링(240)이 수축하면서 상기 제1유로(205)와 상기 제2유로(210)가 통하게 된다.
한편, 상기 제1솔레노이드(155)에 의해서 상기 스프링(240)이 배치된 상기 캡(230)의 내부공간으로 부압이 형성되면 상기 스프링(240)은 제1설정된 압력(1.3bar) 보다 낮은 압력에서 신속하게 열린다.
그러나, 상기 제1솔레노이드(155)에 의해서 상기 스프링(240)이 배치된 상기 캡(230)의 내부 공간으로 정압이 형성되며 상기 스프링(240)은 제2설정된 압력(2.3bar) 보다 높은 압력에서 열린다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 제어 플로우 차트이다.
본 발명의 실시예에 따른 제어방법은, 상기 스로틀밸브(190)의 위치를 감지하는 제1단계(S10), 상기 위치 신호를 바탕으로 팁아웃 상태를 판단하는 제2단계(S20), 팁아웃 시 상기 제1솔레노이드(155)를 닫는 제3단계(S30), 상기 제1제어 밸브(V1)로 부압을 공급하는 제4단계(S40), 팁아웃이 아닐 때 상기 제1솔레노이드(155)를 여는 제5단계(S50) 및 상기 제1제어밸브(V1)로 정압을 공급하는 제6단계(S60)를 포함한다.
본 발명의 부스팅 조건에서 상기 제1제어밸브(V1)는 1.3bar에서 오픈되는 상기 스프링(240)이 설치되나, 상기 제1제어밸브(V1)의 다이어프램 내부 공간으로 정압이 공급됨으로써 2.3bar에서도 열리지 않는다. 따라서, 부스팅 시 흡기효율이 향상된다.
아울러, 팁아웃 조건에서 상기 제1제어밸브(V1)의 다이어프램 내부 공간으로 부압이 공급됨으로써 상기 제1제어밸브(V1)가 신속하게 오픈되어 상기 압축기(125)의 휠에서 발생되는 소음과 진동을 효과적으로 저감시킨다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제어밸브의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 제어 플로우 차트이다.
도 4는 일반적인 터보차저를 구비한 엔진의 작동 상태를 보여주는 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100a, 100b: 흡기라인
105: 엔진
110: 배기라인
120: 터보차저
125: 압축기
130: 터빈
140: 제1바이패스라인
145: 제2바이패스라인
150: 제2솔레노이드
155: 제1솔레노이드
160: 제2정압라인
165: 제2컨트롤라인
170: 제1부압라인
175: 제1컨트롤라인
180: 제1정압라인
190: 스로틀밸브
205, 210, 220: 제1,2,3유로
230: 캡
240: 스프링
400, 410, 420: 제1,2,3선
V1: 제1제어밸브
V2: 제2제어밸브
ECU: 전자제어유닛

Claims (6)

  1. 배기라인에 설치된 터빈과 흡기라인에 설치된 압축기를 이용하여 흡입효율을 향상시키는 터보차저를 구비한 엔진에 있어서,
    상기 압축기와 스로틀밸브 사이 상기 흡기라인에서 분기되어 상기 압축기의 전단 상기 흡기라인으로 연결된 제1바이패스라인;
    상기 제1바이패스라인을 개방하거나 폐쇄하도록 상기 제1바이패스라인 중간에 설치된 제1제어밸브;
    상기 제1제어밸브에 정압 또는 부압을 선택적으로 공급하여 상기 제1제어밸브가 열리는 압력을 조절하는 제어부;
    상기 제1제어밸브의 개도를 컨트롤하는 제1솔레노이드;
    상기 제1솔레노이드와 상기 스로틀밸브 후단의 부압탱크를 연결하는 부압라인; 및
    상기 제1솔레노이드와 상기 스로틀밸브 전단의 상기 흡기라인을 연결하는 제1정압라인을 포함하고, 상기 제어부는,
    상기 제1솔레노이드를 제어하여 상기 부압라인을 통해서 상기 제1제어밸브를 컨트롤하거나 상기 정압라인을 통해서 상기 제1제어밸브를 컨트롤하되, 상기 스로틀밸브의 위치를 감지하고, 상기 스로틀밸브가 닫히는 팁아웃(tip out) 상태에서, 상기 제1부압라인을 통해서 부압을 공급하여 상기 압축기와 상기 스로틀밸브 사이에 형성된 제1설정된 압력에서 상기 제1제어밸브가 열리도록 하는 터보차저를 구비한 엔진.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 터빈의 후단 상기 배기라인에서 분기되어 상기 터빈의 전단 상기 배기라인으로 연결된 제2바이패스라인;
    상기 제2바이패스라인 중간에 설치된 제2제어밸브;
    제어압이 통하도록 상기 제2제어밸브와 제2컨트롤라인으로 연결된 제2솔레노이드; 및
    상기 제2솔레노이드와 상기 스로틀밸브 전단의 상기 흡기라인을 연결하는 제2정압라인을 포함하고,
    상기 제1정압라인은 상기 제2정압라인에서 분기되는 터보차저를 구비한 엔진.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 스로틀밸브의 위치를 감지하고, 상기 스로틀밸브가 열리는 부스팅(Boosting) 상태에서, 상기 제1정압라인을 통해서 정압을 공급하여 상기 압축기와 상기 스로틀밸브 사이에 형성된 제2설정된 압력에서 상기 제1제어밸브가 열리지 않도록 하되, 상기 제2설정된 압력은 상기 제1설정된 압력보다 높은 터보차저를 구비한 엔진.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1제어밸브에는, 상기 압축기과 상기 트로틀밸브 사이 상기 흡기라인과 통하는 제1유로가 형성되고, 상기 압축기의 전단부와 통하는 제2유로가 형성되며,
    상기 제1,2유로를 선택적으로 폐쇄하는 스프링이 설치되되, 상기 정압은 상기 스프링의 탄성력을 부가하고, 상기 부압은 상기 스프링의 탄성력을 감소시켜 상기 스프링이 열리는 압력을 조절하는 터보차저를 구비한 엔진.
KR1020080081529A 2008-08-20 2008-08-20 터보차저를 구비한 엔진 KR101013966B1 (ko)

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