KR101371486B1 - 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법 - Google Patents
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Abstract
압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법이 개시된다. 개시된 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법은, CNG 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법에 있어서, (a) 상기 엔진이 과급제어모드이며, 일반 주행으로 운전 중인 단계와; (b) 가속페달 값이 제어 설정값 이하인지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서, 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이하이라고 판단되면, 연료차단모드인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서, 상기 연료차단모드이라고 판단되면, 상기 엔진의 ECU의 제어에 따라 상기 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어모드를 실행하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
Description
본 발명은 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 안티서지밸브의 삭제가 가능하도록 하기 위해 그 가 개선된 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 압축천연가스(Compressed Natural Gas : 이하, CNG라 함) 엔진은 터보 웨이스트게이트 밸브를 통해 과급 공기량을 조절하며, 터보차저(Turbo Charger)와 엔진 사이의 스로틀바디라는 부품을 통해 엔진으로 유입되는 최종 공기량을 제어한다.
그리고 스로틀바디는 가속페달의 신호를 받아 엔진 ECU에 의해 제어된다. 차량 운행 중 감속을 위해 운전자가 가속 페달을 놓을 시 엔진 출력 감속을 위해 스로틀바디가 닫히게 된다.
여기서, 상기한 터보차저는 관성에 의해 계속 돌아가게 되어 터보차저와 스로틀바디 사이의 급격한 압력 상승과 함께 이음이 발생하게 된다. 이를 터보 서지 현상이라고 한다.
상기한 터보 서지는 터보의 컴프레서 휠 파손 및 축 절손을 유발할 수 있다. 이를 방지하고자 장착된 것이 안티서지밸브이다. 이 안티서지밸브의 경우에도 잦은 작동으로 밸브 내부의 다이어프램(재질: 고무)이 파손되는 문제점이 발생한다.
안티서지밸브 작동 시 공기의 흐름을 살펴보면 터보 후단의 고압 공기를 터보 전단의 저압 라인으로 재 순환시키는데, 이 흐름은 터보 과급 공기량을 조절하는 흡기 웨이스트게이트밸브와 동일한 공기 재순환 흐름을 가지고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 웨이스트게이트 컨트롤밸브(17)의 개폐량에 따라 웨이스트게이트 밸브(11)에 인가되는 압력을 제어하여 터보(12)로부터 엔진으로 유입되는 공기량 조절을 통해 엔진 출력을 제어하고 있다. 운전자는 감속시 가속페달을 놓고 가속페달 신호를 받은 ECU는 스로틀바디(13)의 내부 플랩을 닫아 엔진으로 유입되는 공기를 차단하여 엔진 출력을 줄인다.
하지만, 상기 터보(12)는 배기가스의 유동에 따라 회전하는 기구이므로, 스로틀바디(13)가 닫혀도 계속 회전을 유지(회전속도는 점점 줄어듦)하여 터보(12)와 스로틀바디(13) 사이의 공기 압력은 급격히 상승하게 된다. 이를 터보 서지라 하며 이때 서지 소음도 동시에 발생한다.
이렇게 발생한 서지는 터보 컴프레서 휠 파손 또는 축 절손을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위해 장착된 것이 안티서지밸브(15)인데, 이 안티서지밸브(15)의 역할은 터보 컴프레서 출구 서지 고압 공기를 다시 터보 입구 저압파이프 측으로 재순환시킴으로써 터보의 서지를 방지하도록 되어있다.
그리고 안티서지밸브(15)의 작동 원리를 살펴보면, 안티서지밸브(15)의 내부 다이어프램과 엔진 인테이크 매니폴드와 연결되어 있어, 스로틀바디(13)가 열린 경우 엔진 인테이크의 정압이 안티서지밸브(15)의 다이어프램을 눌러 밸브는 닫히게 되고, 스로틀바디(13)가 닫힐 경우에는 엔진 인테이크의 부압이 안티서지밸브(15)의 다이어프램을 당겨 밸브는 개방되는 구조로 되어 있다. 결국 스로틀바디(13)가 닫힐 경우마다 안티서지밸브(15)가 열려 터보 서지 현상을 방지하게 된다.
또한 안티서지밸브(15)를 설계할 경우, 흡기 부압에 의한 밸브가 개방될 수 있도록 밸브 원복 스프링력 및 재순환량을 결정하는 밸브 재순환 포트 사이즈 등 최적화를 위해서는 엔진 출력별 하드웨어 튜닝이 필요하며, 이로 인해 엔진별, 출력별 하드웨어 사양 상이가 불가피하다.
그리고 흡기 웨이스트게이트 밸브(11)의 작동을 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진 인테이크 압력 신호를 ECU가 받아 목표 압력과 비교하여 목표값을 초과할 경우, 흡기 웨이스트게이트 밸브(11)를 열어 엔진으로 유입되는 공기량을 스로틀바디(13) 전달에서 터보 컴프레서 입구측으로 재순환하여 제어한다.
결국 웨이스트게이트 밸브(11)와 안티서지밸브(15)의 목적은 상이하지만, 기능이 비슷한 재순환 밸브가 중복 장착된 것으로 볼 수 있다. 이는 설계 레이아웃면에서나 원가 측면에서나 불리한 점이 있다.
한편, 도 2에 도시된 화살표는 공기의 재순환 흐름을 나타내 보인 것이고, 도 1 및 도 2에서 설명하지 않은 도면부호 14는 터보 컴프레서 저압 파이프이고, 도면부호 16은 터보 컴프레서 고압 파이프를 각각 나타내 보인 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 기존의 안티서지밸브의 기능을 흡기 웨이스트게이트밸브로 전이시킴으로써, 안티서지밸브의 삭제가 가능하도록 한 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법은, CNG 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법에 있어서, (a) 상기 엔진이 과급제어모드이며, 일반 주행으로 운전 중인 단계와; (b) 가속페달 값이 제어 설정값 이하인지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서, 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이하이라고 판단되면, 연료차단모드인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서, 상기 연료차단모드이라고 판단되면, 상기 엔진의 ECU의 제어에 따라 상기 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어모드를 실행하는 단계와; (e) 상기 단계 (d) 수행 후, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하는지 판단하는 단계와; (f) 상기 단계 (e)에서, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하면, 상기 안티서지 제어모드를 해제하는 단계;를 포함하되,
상기 단계 (f)에서, 상기 안티서지 제어모드 해제 조건은 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이상이고, 상기 연료차단모드가 해제 상태이며, 상기 안티서지 제어모드가 맥시멈 타임이 초과한 것을 그 특징으로 한다.
상기 단계 (f)에서, 상기 안티서지 제어모드 해제 조건은 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이상이고, 상기 연료차단모드가 해제 상태이며, 상기 안티서지 제어모드가 맥시멈 타임이 초과한 것을 그 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진 ECU에 의해 제어됨으로 기계식 대비 정확한 제어가 가능하며, 밸브 열림량 및 개도 시간(재순환량) 제어가 가능하여, 엔진 출력별 사양의 단순화가 가능하다.
그리고 기존의 안티서지밸브의 기능을 흡기 웨이스트게이트밸브로 전이시킴으로써, 안티서지밸브의 삭제가 가능하여 원가절감에 기여할 수 있다.
도 1은 CNG 엔진의 요부 구성을 나타내 보인 사시도.
도 2는 도 1의 요부 구성의 상세도.
도 3은 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법이 적용된 CNG 엔진의 요부 구성의 사시도.
도 2는 도 1의 요부 구성의 상세도.
도 3은 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법이 적용된 CNG 엔진의 요부 구성의 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 순서도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법이 적용된 CNG 엔진의 요부 구성의 사시도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법은, 우선, CNG 엔진이 과급제어모드이며, 일반 주행으로 운전 중에(단계 110), 가속페달 값이 제어 설정값 이하인지 판단한다.(단계 120)
상기 단계 120에서, 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이하이라고 판단되면, 연료차단모드인지 판단한다.(단계 130)
상기 단계 130에서, 연료차단모드라고 판단되면, 상기 엔진의 ECU(21)의 제어에 따라 웨이스트게이트 밸브(11)를 이용한 안티서지 제어모드를 실행한다.(단계 140)
반면, 상기 단계 120에서 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이하이라고 판단되지 않고, 상기 단계 130에서 연료차단모드라고 판단되지 않으면, 상기 단계 110을 재 수행한다.
그리고 상기 단계 140 수행 후, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하는지 판단한다.(단계 150)
상기 단계 150에서, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하면, 상기 안티서지 제어모드를 해제하고, 상기 단계 110부터 로직을 재 수행한다.(단계 160)
반면, 상기 단계 150에서, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하지 못하면, 상기 단계 140을 재 수행한다.
한편, 상기 단계 160에서, 상기 안티서지 제어모드 해제 조건은, 가속페달 값이 제어 설정값 이상이고, 상기 연료차단모드가 해제 상태이며, 상기 안티서지 제어모드가 맥시멈 타임(Maximum time)이 초과할 때이다.
그리고 상기 단계 140에서, 웨이스트게이트 밸브(11)를 이용한 안티서지 제어모드 진입 조건은, 가속페달 값이 제어 설정값 이하이고, 상기 단계 130의 연료차단모드를 진입한 때이다.
상기한 두 개의 상기 안티서지 제어모드의 진입 조건을 모두 만족할 때, 엔진의 ECU(21)는 PWM 제어방식을 통해 웨이스트게이트 컨트롤밸브(17)를 제어하여, 웨이스트게이트 밸브(11)에 인가되는 공기압을 조절한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법을 부연 설명하면 다음과 같다.
터보 서지가 발생하는 경우는 차량 주행 중 스로틀바디(13)가 닫히는 경우로 운전자가 가속페달을 놓을 경우이다.
이렇게 가속페달을 놓는 경우는, 결국 연료차단모드와 관련이 있으므로, 연료차단모드 시 흡기 웨이스트게이트 밸브(11)를 개방하게 되면 안티서지밸브(15, 도 1 및 2 참조)의 기능을 대체할 수 있다.
이를 위해 ECU(21)의 로직에서, 웨이스트게이트 밸브(11)를 이용한 안티서지 제어 모드 진입 조건은, 1) 가속페달 값이 제어 설정값(엔지니어 캘리브레이션 값) 이하이고, 2) 연료차단 모드 진입이다,
상기 두 조건을 모두 만족 할 때, 엔진 ECU(21)는 PWM 제어방식을 통해 웨이스트게이트 컨트롤밸브(17)를 제어하여 웨이스트게이트 밸브(11)에 인가되는 공기압을 조절함으로써 밸브 개도량과 개도 시간을 제어하여 터보 서지압력을 터보(12) 입구단으로 재순환시킨다.
여기서, 안티서지 제어 모드 해제 조건은 아래와 같다.
1) 가속페달 값이 제어 설정값 이상이고, 2) 연료차단 모드가 해제 상태이며, 3) 안티서지 제어 모드 맥시멈 타임(엔지니어 캘리브레이션 값)을 초과한 때이다.
그리고 상기 웨이스트게이트 밸브(11)의 주 기능인 차량 가속시 과급제어모드와 감속시 또는 변속시 필요한 안티서지 제어모드는 서로 겹치지 않는 모드이므로 웨이스트게이트 밸브(17) 하나로 두 모드 제어가 가능하며, 엔진 ECU에 의해 밸브 개도량 및 개도 시간 제어가 가능함으로 엔진 출력별 상이한 안티서지밸브(15)를 한 개의 밸브로 캘리브레이션이 가능하다.
따라서, 기존의 안티서지밸브(도 1 및 도 2의 도면부호 15 참조)의 기능을 흡기 웨이스트게이트밸브(11)로 전이시킴으로써, 안티서지밸브(15)의 삭제(도 4의 원 'B' 참조)가 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11. 웨이스트게이트 밸브
12. 터보
13. 스로틀바디
15. 안티서지밸브
17. 웨이스트게이트 컨트롤밸브
21. ECU
12. 터보
13. 스로틀바디
15. 안티서지밸브
17. 웨이스트게이트 컨트롤밸브
21. ECU
Claims (6)
- CNG 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법에 있어서,
(a) 상기 엔진이 과급제어모드이며, 일반 주행으로 운전 중인 단계와;
(b) 가속페달 값이 제어 설정값 이하인지 판단하는 단계와;
(c) 상기 단계 (b)에서, 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이하이라고 판단되면, 연료차단모드인지 판단하는 단계와;
(d) 상기 단계 (c)에서, 상기 연료차단모드이라고 판단되면, 상기 엔진의 ECU의 제어에 따라 상기 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어모드를 실행하는 단계와;
(e) 상기 단계 (d) 수행 후, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하는지 판단하는 단계와;
(f) 상기 단계 (e)에서, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하면, 상기 안티서지 제어모드를 해제하는 단계;를 포함하되,
상기 단계 (f)에서, 상기 안티서지 제어모드 해제 조건은 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이상이고, 상기 연료차단모드가 해제 상태이며, 상기 안티서지 제어모드가 맥시멈 타임이 초과한 것을 특징으로 하는 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단계 (e)에서, 상기 안티서지 제어 작동의 설정시간을 만족하지 못하면, 상기 단계 (d)를 재 수행하는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 단계 (d)에서, 상기 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어모드 진입 조건은, 상기 가속페달 값이 제어 설정값 이하이고, 상기 단계 (c)의 상기 연료차단모드를 진입한 것을 특징으로 하는 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법. - 제5항에 있어서,
상기 안티서지 제어모드의 진입 조건을 모두 만족할 때, 상기 ECU는 PWM 제어방식을 통해 웨이스트게이트 컨트롤밸브를 제어하여 상기 웨이스트게이트 밸브에 인가되는 공기압을 조절하는 것을 특징으로 하는 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120147769A KR101371486B1 (ko) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020120147769A KR101371486B1 (ko) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101371486B1 true KR101371486B1 (ko) | 2014-03-10 |
Family
ID=50647885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120147769A KR101371486B1 (ko) | 2012-12-17 | 2012-12-17 | 압축천연가스 엔진의 웨이스트게이트 밸브를 이용한 안티서지 제어방법 |
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| KR (1) | KR101371486B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101718332B1 (ko) * | 2016-06-03 | 2017-03-21 | 한국건설기술연구원 | 가스파이프 라인용 안티 서지 밸브 |
| CN108825391A (zh) * | 2018-07-10 | 2018-11-16 | 潍柴西港新能源动力有限公司 | 提高天然气发动机瞬态响应的装置及其响应方法 |
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2012
- 2012-12-17 KR KR1020120147769A patent/KR101371486B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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