KR101382767B1 - 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수퍼차저의 작동을 운전자 요구 토크에 맞는 필요 공기량을 공급하는 수준으로 제어하여, 운전자 요구 토크를 정밀하게 충족시킬 수 있도록 한 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 운전자 요구 토크에 따른 요구 공기량을 계산한 후, 요구 공기량이 기준 자연 흡기 공기량 이상이면 슈퍼 차저를 작동시켜 흡기를 과급시키고, 반대로 요구 공기량이 기준 자연 흡기 공기량 이하이면 슈퍼 차저를 미작동시키는 동시에 자연 흡기를 위한 바이패스 밸브를 오픈시키는 등의 제어를 통하여, 수퍼차저의 작동시 압력손실을 방지할 수 있고, 수퍼차저 미작동시 흡기에 대한 유로저항을 최소화시킬 수 있도록 한 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법{Device and method for adjusting air supply amount of engine having supercharger}

본 발명은 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수퍼차저의 작동을 운전자 요구 토크에 맞는 필요 공기량을 공급하는 수준으로 제어하여, 운전자 요구 토크를 정밀하게 충족시킬 수 있도록 한 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

엔진의 연소실 내부로 공기를 억지로 밀어넣어 공급하는 동시에 그에 맞게 연료 분사량도 증가시키면, 동일한 배기량임에도 불구하고 더 많은 에너지가 발생하여 보다 높은 출력을 얻을 수 있으며, 이러한 점을 착안하여 엔진의 구동력을 이용하여 회전력을 얻고 그 회전력을 통해 엔진으로 유입되는 공기량을 증가시키는 장치를 수퍼차저라 한다.

종래의 수퍼차저가 적용된 엔진 흡기 시스템을 첨부한 도 3을 참조로 살펴보면 다음과 같다.

10 : 에어덕트

11 : 에어클리너

13 : 바이패스라인

14 : 과급라인

15 : 쓰로틀 밸브

16 : 바이패스 밸브

17 : 수퍼차저

18 : 인터쿨러

20 : 흡기 매니폴드

에어덕트(10)에 설치되는 에어클리너(11)와, 에어클리너 출구부에 장착되는 쓰로틀밸브(15)와, 쓰로틀밸브(15)로부터 엔진의 흡기 매니폴드(20)까지 연장되는 에어공급라인에 차례로 설치되는 컴프레서(22) 및 인터쿨러(18)와, 흡기 매니폴드(20)로 공급되지 못한 일부 과급 공기가 컴프레서(22) 전단부로 순환되도록 한 바이패스라인(13) 및 바이패스라인(13)에 장착되는 바이패스밸브(16)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 컴프레서(22)는 엔진의 크랭크축과 구동벨트로 연결되어 작동되면서 흡기 매니폴드(20)쪽으로 흡기를 과급시키는 수퍼차저 역할을 하고, 인터쿨러(18)는 컴프레서(22)에서 압축된 흡기공기를 냉각시켜 흡기 매니폴드(20)로 보내는 역할을 한다.

또한, 상기 컴프레서 대신에 전동식 수퍼차저가 사용되기도 한다.

따라서, 에어덕트로 유입된 외기가 컴프레서 즉, 기계식 수퍼차저에서 압축되어 흡기 매니폴드로 과급되도록 함으로써, 엔진의 연소실 내부로 공급되는 공기량이 증가하는 동시에 그에 맞게 연료 분사량도 증가시켜 줌에 따라 보다 높은 엔진 출력을 얻을 수 있다.

그러나, 종래의 수퍼차저가 적용된 엔진은 다음과 같은 단점이 있다.

차량의 엔진 토크 및 출력은 증대되지만, 엔진의 목표 토크 또는 운전자의 요구 토크에 관계없이 수퍼차저가 지속적으로 작동하여 수퍼차저의 수명 및 내구성을 떨어뜨릴 수 있고, 운전자가 요구하는 토크를 정밀하게 충족시키지 못하는 단점이 있다.

즉, 운전자 요구 토크가 단순히 에어클리너의 전단부와 컴프레서 입구 간에 위치된 스로틀밸브의 개폐량으로 결정되지만, 엔진 동력에 의하여 항시 작동하는 수퍼차저에 의하여 운전자가 요구하는 토크 이상으로 엔진이 작동하게 되므로, 운전자가 요구하는 토크를 정밀하게 충족시키지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 운전자 요구 토크에 따른 요구 공기량을 계산한 후, 요구 공기량이 기준 자연 흡기 공기량 이상이면 슈퍼 차저를 작동시켜 흡기를 과급시키고, 반대로 요구 공기량이 기준 자연 흡기 공기량 이하이면 슈퍼 차저를 미작동시키는 동시에 자연 흡기를 위한 바이패스 밸브를 오픈시키는 등의 제어를 통하여, 수퍼차저의 작동시 압력손실을 방지할 수 있고, 수퍼차저 미작동시 흡기에 대한 유로저항을 최소화시킬 수 있도록 한 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 전단은 분기되어 에어덕트의 에어클리너 배출포트에 각각 연결되고, 후단은 합쳐져서 흡기 매니폴드에 연결되는 바이패스라인 및 과급라인과; 상기 바이패스라인 및 과급라인이 합쳐진 후단부에 장착되는 쓰로틀 밸브와; 상기 바이패스라인에 장착되어, 수퍼차저 미작동시 완전 열림되거나 수퍼차저 작동시 열림량 제어되는 바이패스 밸브와; 상기 과급라인에 차례로 장착되는 전동식 수퍼차저 및 인터쿨러와; 운전자 요구토크에 따라 수퍼차저의 작동 여부 및 바이패스 밸브의 개폐 정도를 제어하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 제어부는: 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량을 계산하여 수퍼차저의 작동 여부를 결정하는 수퍼차저 제어 결정부와; 수퍼차저 미작동시 또는 수퍼차저 작동시 바이패스밸브의 개폐량을 제어하는 바이패스 밸브 제어부와; 수퍼차저 미작동시의 아이들 운전 제어를 실시하고, 수퍼차저 작동시 목표 RPM을 계산하여 제어하는 수퍼차저 제어부; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량을 계산하여 수퍼차저의 작동 여부를 결정하는 수퍼차저 제어 결정 단계와; 수퍼차저 미작동시 및 작동시, 에어덕트의 에어클리너 배출포트에서 흡기 매니폴드로 연결된 바이패스라인의 바이패스 밸브의 개폐량을 제어하는 바이패스 밸브 제어 단계와; 수퍼차저 미작동시 및 작동시 에어덕트의 에어클리너 배출포트에서 흡기 매니폴드로 연결된 과급라인의 수퍼차저에 대한 작동 RPM을 제어하는 수퍼차저 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 상기 수퍼차저 제어 결정 단계는 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량이 기준 자연 흡기공기량보다 크면 수퍼차저를 작동시키는 것으로 결정하고, 작으면 수퍼차저 미작동으로 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스 밸브 제어 단계는: 수퍼차저 미작동시 바이패스 밸브를 완전 열림으로 작동시키는 단계와; 수퍼차저 작동시 요구 공기량이 바이패스 밸브 통과 공기량보다 크면 바이패스 밸브를 완전 닫힘으로 작동시키는 단계와; 수퍼차저 작동시 요구 공기량이 바이패스 밸브 통과 공기량보다 작으면 바이패스 밸브의 필요 열림량을 계산하여 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수퍼차저 제어 단계는: 수퍼차저 미작동시 수퍼차저를 아이들 RPM으로 제어하는 단계와; 수퍼차저 작동시 바이패스라인 및 과급라인이 합쳐진 부분에 장착된 쓰로틀 밸브의 전단 압력을 계산하는 단계와; 계산된 쓰로틀 밸브의 전단 압력에 따라 쓰로틀 밸브를 최대로 열어줄 수 있는 수퍼차저의 목표 RPM을 계산하는 단계와; 수퍼차저를 목표 RPM으로 작동시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 운전자 요구 토크에 따른 요구 공기량이 기준 자연 흡기 공기량 이상이면 슈퍼 차저를 작동시켜 흡기를 과급시키고, 반대로 요구 공기량이 기준 자연 흡기 공기량 이하이면 슈퍼 차저를 미작동시키는 동시에 자연 흡기를 위한 바이패스 밸브를 오픈시키는 등의 제어를 통하여, 수퍼차저의 작동시 압력손실을 방지할 수 있고, 그에 따라 수퍼차저의 내구성 및 수명을 연장시킬 수 있다.

또한, 수퍼차저 미작동시 바이패스 밸브가 완전 오픈되어 흡기에 대한 유로저항을 최소화시킬 수 있다.

또한, 기존의 엔진 동력에 의하여 항시 작동하는 기계식 수퍼차저에 비하여, 운전자 요구토크에 따라 전동식 수퍼차저를 작동 또는 미작동으로 제어하여 수퍼차저의 작동 손실을 최소화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치를 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 방법을 설명하는 순서도,
도 3은 종래의 수퍼차저 적용 엔진의 흡기 시스템을 나타낸 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치를 나타내는 개략도로서, 에어덕트(10)의 에어클리너(11)로부터 2개의 에어공급라인 즉, 바이패스라인(13)과 과급라인(14)이 연장되어 흡기 매니폴드(20)에 합쳐져 연결된다.

즉, 상기 바이패스라인(13)과 과급라인(14)의 전단은 분기되어 에어덕트(10)의 에어클리너(11)의 배출포트에 각각 연결되고, 후단은 합쳐져서 흡기 매니폴드(20)에 연결된다.

이때, 상기 바이패스라인(13) 및 과급라인(14)이 합쳐진 부분 즉, 흡기 매니폴드(20)의 전단부 위치에는 쓰로틀 밸브(15)가 장착되는 바, 이 쓰로틀 밸브(15)는 수퍼차저 미작동시 부하제어를 담당하고, 수퍼차저 작동시 최대한 열림으로 제어되어 수퍼차저의 펌핑 손실이 최소화되도록 한다.

한편, 상기 바이패스라인(13)에는 수퍼차저 미작동시 완전 열림되거나 수퍼차저 작동시 그 열림량이 제어되는 바이패스 밸브(16)가 장착된다.

또한, 상기 과급라인(14)에는 전동식 수퍼차저(17) 및 인터쿨러(18)가 차례로 장착되는 바, 전동식 수퍼차저(17)는 차량의 배터리 전원을 이용하여 구동된다.

특히, 본 발명에 따른 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치는 수퍼차저(17)의 작동 여부 및 바이패스 밸브(16)의 개폐 조절을 운전자 요구토크에 따라 결정하여 제어하는 제어부(30)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 제어부(30)는 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량을 계산하여 수퍼차저의 작동 여부를 결정하는 수퍼차저 제어 결정부(32)와, 수퍼차저 미작동시 또는 수퍼차저 작동시 바이패스 밸브(16)의 개폐량을 제어하는 바이패스 밸브 제어부(34)와, 수퍼차저 미작동시의 아이들 운전 제어를 실시하고, 수퍼차저 작동시 목표 RPM을 계산하여 수퍼차저를 작동 제어하는 수퍼차저 제어부(36)를 포함한다.

여기서, 상기한 구성으로 기반으로 하는 본 발명의 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 방법을 첨부한 도 1 및 도 2를 참조로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 수퍼차저 제어 결정부(32)에서 운전자가 가속페달을 밟음에 따른 운전자 요구 토크, 즉 운전자가 요구하는 엔진 토크를 맞추기 위해 필요한 요구 공기량을 계산한다.

이어서, 계산된 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량에 따라, 수퍼차저(17)의 작동 여부를 결정하는 바, 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량이 기준 자연 흡기공기량보다 크면 수퍼차저(17)를 작동시키는 것으로 결정하여 과급이 이루어지도록 한다.

반면, 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량이 기준 자연 흡기공기량보다 작으면 바이패스라인(13)을 통하여 공급되는 기준 자연 흡기공기량만으로도 충분한 과급이 이루어지므로 수퍼차저(17)를 미작동하는 것으로 결정한다.

상기 수퍼차저(17)를 작동시키는 것으로 결정되면, 바이패스 밸브 제어부(34)에 의한 수퍼차저 작동시 바이패스 밸브(16)의 개폐량 제어가 이루어지고, 또한 수퍼차저 제어부(36)에서 수퍼차저 작동시 목표 RPM을 계산하여 수퍼차저를 작동시키는 제어가 이루어진다.

즉, 상기 수퍼차저(17) 작동시 바이패스라인( 및 과급라인이 합쳐진 부분에 장착된 쓰로틀 밸브(15)의 전단 압력을 계산하고, 계산된 쓰로틀 밸브(15)의 전단 압력에 따라 쓰로틀 밸브를 최대로 열어줄 수 있는 수퍼차저의 목표 RPM을 계산한 후, 계산된 목표 RPM으로 수퍼차저가 작동되도록 한다.

이때, 상기 수퍼차저 작동시 요구 공기량이 바이패스 밸브 통과 공기량보다 크면 바이패스 밸브(16)를 완전 닫힘으로 제어하여, 수퍼차저(17)의 펌핑 압력이 손실되지 않도록 함으로써, 수퍼차저에 의한 과급이 흡기 매니폴드(20)로 용이하게 공급될 수 있고, 이와 함께 수퍼차저 작동시 쓰로틀 밸브(15)를 최대한 열림으로 제어하여 수퍼차저의 펌핑 손실을 최소화시킬 수 있다.

반면, 상기 수퍼차저 작동시 요구 공기량이 바이패스 밸브 통과 공기량보다 작으면, 디시말해서 요구 공기량을 충족시키기 위한 수퍼차저의 목표압력 대비 바이패스 밸브(16)를 통과하여 흡기 매니폴드로 흐르는 공기압력이 더 높을 경우에는 바이패스 밸브(16)의 필요 열림량을 계산한 후, 계산된 결과에 따른 바이패스 밸브(16)의 열림량으로 제어하여, 바이패스 밸브(16)를 통과하여 쓰로틀밸브(15)쪽으로 흐르는 공기량을 감소시켜 줌으로써, 수퍼차저의 과급을 위한 빠른 목표 압력 제어가 이루어질 수 있다.

한편, 상기 수퍼차저(17)를 미작동시키는 것으로 결정되면, 바이패스 밸브 제어부(34)는 바이패스 밸브(16)를 완전 열림으로 제어하여, 에어클리너(11)로부터 바이패스라인(13)쪽으로 공급되는 공기가 흡기 매니폴드(20)로 용이하게 공급되도록 하고, 이때 수퍼차저 제어부(36)는 수퍼차저 미작동 결정에 따라 수퍼차저(17)를 아이들 RPM으로 제어하여 수퍼차저가 불필요하게 작동되지 않도록 함으로써, 수퍼차저의 작동 손실을 최소화시킬 수 있고, 수퍼차저의 내구성 및 수명을 연장시킬 수 있다.

10 : 에어덕트
11 : 에어클리너
13 : 바이패스라인
14 : 과급라인
15 : 쓰로틀 밸브
16 : 바이패스 밸브
17 : 수퍼차저
18 : 인터쿨러
20 : 흡기 매니폴드
22 : 컴프레서
30 : 제어부
32 : 수퍼차저 제어 결정부
34 : 바이패스 밸브 제어부
36 : 수퍼차저 제어부

Claims (6)

1. 전단은 분기되어 에어덕트의 에어클리너 배출포트에 각각 연결되고, 후단은 합쳐져서 흡기 매니폴드에 연결되는 바이패스라인 및 과급라인과;
   상기 바이패스라인 및 과급라인이 합쳐진 후단부에 장착되는 쓰로틀 밸브와;
   상기 바이패스라인에 장착되어, 수퍼차저 미작동시 완전 열림되거나 수퍼차저 작동시 열림량 제어되는 바이패스 밸브와;
   상기 과급라인에 차례로 장착되는 전동식 수퍼차저 및 인터쿨러와;
   운전자 요구토크에 따라 수퍼차저의 작동 여부 및 바이패스 밸브의 개폐 정도를 제어하는 제어부;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어부는:
   운전자 요구토크에 따른 요구 공기량을 계산하여 수퍼차저의 작동 여부를 결정하는 수퍼차저 제어 결정부와;
   수퍼차저 미작동시 또는 수퍼차저 작동시 바이패스밸브의 개폐량을 제어하는 바이패스 밸브 제어부와;
   수퍼차저 미작동시의 아이들 운전 제어를 실시하고, 수퍼차저 작동시 목표 RPM을 계산하여 제어하는 수퍼차저 제어부;
   로 구성된 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치.
   
3. 운전자 요구토크에 따른 요구 공기량을 계산하여 수퍼차저의 작동 여부를 결정하는 수퍼차저 제어 결정 단계와;
   수퍼차저 미작동시 및 작동시, 에어덕트의 에어클리너 배출포트에서 흡기 매니폴드로 연결된 바이패스라인의 바이패스 밸브의 개폐량을 제어하는 바이패스 밸브 제어 단계와;
   수퍼차저 미작동시 및 작동시 에어덕트의 에어클리너 배출포트에서 흡기 매니폴드로 연결된 과급라인의 수퍼차저에 대한 작동 RPM을 제어하는 수퍼차저 제어 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 수퍼차저 제어 결정 단계에서,
   운전자 요구토크에 따른 요구 공기량이 기준 자연 흡기공기량보다 크면 수퍼차저를 작동시키는 것으로 결정하고, 작으면 수퍼차저 미작동으로 결정하는 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 방법.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 바이패스 밸브 제어 단계는:
   수퍼차저 미작동시 바이패스 밸브를 완전 열림으로 작동시키는 단계와;
   수퍼차저 작동시 요구 공기량이 바이패스 밸브 통과 공기량보다 크면 바이패스 밸브를 완전 닫힘으로 작동시키는 단계와;
   수퍼차저 작동시 요구 공기량이 바이패스 밸브 통과 공기량보다 작으면 바이패스 밸브의 필요 열림량을 계산하여 제어하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 방법.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 수퍼차저 제어 단계는:
   수퍼차저 미작동시 수퍼차저를 아이들 RPM으로 제어하는 단계와;
   수퍼차저 작동시 바이패스라인 및 과급라인이 합쳐진 부분에 장착된 쓰로틀 밸브의 전단 압력을 계산하는 단계와;
   계산된 쓰로틀 밸브의 전단 압력에 따라 쓰로틀 밸브를 최대로 열어줄 수 있는 수퍼차저의 목표 RPM을 계산하는 단계와;
   수퍼차저를 목표 RPM으로 작동시키는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 수퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 방법.

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