KR101513587B1 - Flow path variable type intake air cooling apparatus using vortex tube and its controlling method - Google Patents

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이현섭
임석연
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동명대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to an air flow path variable type sucked air cooling apparatus of an engine system including an inhalation line connected to an intake manifold where a turbine of a turbo charger is installed, and including an exhaust line connected to an exhaust manifold where a compressor is installed. The air flow path variable type sucked air cooling apparatus comprises: a cooling part including a plurality of vortex tubes connected in parallel by a plurality of inhalation branch lines branched from the inhalation line between the compressor and the intake manifold; a bypass line connecting an inlet side of the cooling part of the inhalation line and an outlet side of the cooling part of the inhalation line in order to detour the cooling part; a first electron control valve provided to control the opening and closing of the bypass line and the amount of opening angle; a first pressure sensor and a second pressure sensor respectively installed in the inhalation line on the inlet side of the cooling part and in the inhalation line on the outlet side of the cooling part; and a controller controlling the opening and closing of the first electron control valve controlling the amount of opening angle based on a measured pressure information of the first pressure sensor and the second pressure sensor.

Description

볼텍스 튜브를 이용하는 유로가변형 흡입공기 냉각장치 및 그 제어방법{FLOW PATH VARIABLE TYPE INTAKE AIR COOLING APPARATUS USING VORTEX TUBE AND ITS CONTROLLING METHOD}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a variable-flow intake-air cooling apparatus using a vortex tube,

본 발명은 내연기관 엔진 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 볼텍스 튜브(vortex tube)를 이용하는 유로가변형 흡입공기 냉각장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal combustion engine system, and more particularly, to a flow path variable intake air cooling apparatus using a vortex tube and a control method thereof.

볼텍스 튜브(Vortex Tube)는, 고속으로 회전하는 공기의 자발적인 에너지 분리현상을 이용하여 고온 및 저온의 공기를 생성하는 장치이다. 볼텍스 튜브는, 전기 및 전자 장비의 소형 냉각수단으로 많이 이용되어 왔지만, 최근에는 엔진시스템(특히, 자동차 엔진시스템)에 적용되어 외부로부터 공급된 공기의 온도를 낮추어 엔진의 출력을 향상시키는 수단으로도 이용되고 있다.Vortex Tube is a device that generates high temperature and low temperature air using spontaneous energy separation phenomenon of air rotating at high speed. [0002] Vortex tubes have been widely used as small-sized cooling means for electric and electronic equipments. Recently, however, the vortex tubes have been applied to engine systems (particularly, automobile engine systems) to lower the temperature of the air supplied from the outside, .

볼텍스 튜브가 적용된 엔진시스템은 본 출원인에 의해 출원되어 2008년 1월 4일 등록된 한국등록특허 제10-10-0793981호에 잘 개시되어 있다. 개시된 바에 따르면, 볼텍스 튜브가 인터쿨러를 대체하여 엔진시스템에 적용된다.An engine system to which a vortex tube is applied is disclosed in Korean Patent No. 10-10-0793981 filed by the present applicant and registered on Jan. 4, According to the disclosure, a vortex tube is substituted for an intercooler and applied to an engine system.

엔진시스템은 샤프트로 연결된 터빈과 컴프레서로 구성된 터보차저를 포함하는데, 볼텍스 튜브는, 컴프레서를 통해 소정의 압력으로 압축된 공기를 냉기와 온기로 분리하도록, 컴프레서와 흡기매니폴드 사이에 배치된다. 볼텍스 튜브가 컴프레서에서 소정의 압력으로 압축된 공기를 냉기와 온기로 분리하고 이 중 냉기를 엔진에 공급함으로써 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다. 하지만, 종래기술은 볼텍스 튜브 내의 유동 저항이 큰 경우, 흡입공기가 엔진으로 원활하게 공급되지 못하는 단점이 있다.The engine system includes a turbocharger composed of a turbine coupled to a shaft and a compressor, wherein the vortex tube is disposed between the compressor and the intake manifold to separate the compressed air at a predetermined pressure through the compressor into cold and warm air. The output of the engine can be improved by separating the compressed air of the vortex tube at a predetermined pressure from the compressor into cold air and warm air and supplying cold air to the engine. However, when the flow resistance in the vortex tube is large, the prior art has a disadvantage in that the intake air can not be smoothly supplied to the engine.

이러한 이유로 본 발명자는 흡입공기가 볼텍스 튜브가 있는 특정 유로를 흐를 때 큰 저항이 발생할 경우, 흡입공기가 흐르는 유로를 변경할 수 있는 흡입공기 냉각 장치와 제어에 대한 필요성을 인식하게 되었다.For this reason, the inventors have recognized the need for an intake-air cooling device and control that can change the flow path of the intake air when a large resistance occurs when the intake air flows through a specific flow path with the vortex tube.

한국특허등록 제10-0793981호(등록일자 2008년 10월 4일)Korean Patent Registration No. 10-0793981 (Date of Registration October 4, 2008)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 흡입공기가 볼텍스 튜브가 있는 특정 유로를 흐를 때 큰 저항이 발생할 경우, 흡입공기가 흐르는 유로를 변경할 수 있는 흡입공기 냉각 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide an intake air cooling device capable of changing a flow path through which intake air flows when a large resistance occurs when intake air flows through a specific flow path with a vortex tube.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 흡입공기 냉각장치를 포함하는 엔진시스템에서, 흡입공기가 흐르는 특정 유로에서 특정 볼텍스 튜브로 인해 큰 유동 저항이 발생할 경우, 냉각 효율을 떨어뜨리지 않는 범위 내에서 유로를 적절히 변경하는 제어방법을 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is to provide an engine system including an intake air cooling device in which, when a large flow resistance occurs due to a specific vortex tube in a specific flow passage through which intake air flows, Is appropriately changed.

본 발명의 일 측면에 따라 흡기매니폴드에 연결되고 터보차저의 터빈이 설치된 흡기라인과, 배기매니폴드에 연결되고 터보차저의 압축기가 설치된 배기라인을 포함하는 엔진시스템의 유로 가변형 흡입공기 냉각장치가 제공되며, 이 유로 가변형 흡입공기 냉각장치는, 상기 압축기와 상기 흡기매니폴드 사이에서 상기 흡기라인으로부터 분기된 복수개의 흡기 분기라인들에 의해 병렬로 연결된 복수개의 볼텍스 튜브들 포함하는 냉각파트와; 상기 냉각파트를 우회하도록, 상기 흡기라인의 냉각파트 입구 측과 상기 흡기라인의 냉각파트 출구 측을 연결하는 바이패스라인과; 상기 바이패스라인의 개폐 및 개도량 조절을 위해 제공되는 제1 전자 제어밸브과; 상기 냉각파트의 입구 측 흡기라인 및 상기 냉각파트의 출구 측 흡기라인 각각에 설치된 제1 압력센서 및 제2 압력센서와; 상기 제1 압력센서와 상기 제2 압력센서의 측정 압력 정보를 기초로 상기 제1 전자 제어밸브의 개폐를 제어하고 개도량을 조절하는 제어기를 포함한다. 일 실시예에 따라, 상기 흡기 분기라인들의 분기점과 상기 흡기 분기라인들의 합류점 각각에 상기 제어기에 의해 제어되는 제2 전자 제어밸브와 제3 전자 제어밸브가 설치된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a flow path variable intake air cooling apparatus of an engine system including an intake line connected to an intake manifold and a turbine of a turbocharger, and an exhaust line connected to an exhaust manifold and equipped with a compressor of a turbocharger Wherein the variable intake air cooling apparatus includes a cooling part including a plurality of vortex tubes connected in parallel by a plurality of intake branching lines branched from the intake line between the compressor and the intake manifold; A bypass line connecting the cooling part inlet side of the intake line and the cooling part outlet side of the intake line so as to bypass the cooling part; A first electronic control valve provided for opening / closing and regulating opening of the bypass line; A first pressure sensor and a second pressure sensor provided respectively on an inlet-side intake line of the cooling part and an outlet-side intake line of the cooling part; And a controller for controlling the opening and closing of the first electronic control valve and adjusting the opening amount based on the measured pressure information of the first pressure sensor and the second pressure sensor. According to one embodiment, a second electronic control valve and a third electronic control valve, which are controlled by the controller, are installed at each of the branch point of the intake branch lines and the junction point of the intake branch lines.

본 발명의 다른 측면에 따라, 전술한 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법이 제공되며, 이 제어방법은, (a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계와; (b) 상기 제1 압력센서의 측정 압력이 기준치보다 크면 상기 제1 전자 제어밸브를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 상기 바이패스라인으로 유도하는 단계를 포함하며, 상기 제1 압력센서의 측정 압력과 상기 제2 압력센서의 측정 압력 사이의 차이가 미리 정해진 설정치보다 크면, 설정치 대비 압력 차이에 따라, 상기 제1 전자 제어밸브의 개도량을 변화시킨다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method of the aforementioned channel-variable intake air cooling apparatus, comprising the steps of: (a) causing intake air to flow through the cooling part to the intake manifold; (b) opening the first electronic control valve to guide at least a portion of the intake air to the bypass line if the measured pressure of the first pressure sensor is greater than a reference value, wherein the measured pressure of the first pressure sensor And the measured pressure of the second pressure sensor is larger than a predetermined value, the opening amount of the first electronic control valve is changed in accordance with the pressure difference with respect to the set value.

전술한 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 다른 제어방법은 (a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계와, (b) 상기 제1 압력센서의 측정 압력이 기준치보다 크면 상기 제1 전자 제어밸브를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 상기 바이패스라인으로 유도하는 단계와; (c) 측정된 엔진의 구동조건과 미리 설정된 복수의 엔진의 구동조건들을 비교하여, 상기 복수개의 볼텍스 튜브들 전체에 또는 상기 볼텍스 튜브들 중 선택된 볼텍스 튜브에 흡입공기를 공급하는 단계를 포함할 수 있다.(A) causing intake air to flow to the intake manifold through the cooling part; (b) if the measured pressure of the first pressure sensor is larger than the reference value, Opening the first electronic control valve to direct at least a portion of the intake air to the bypass line; (c) comparing the driving conditions of the measured engine with the driving conditions of a plurality of predetermined engines to supply intake air to the selected one of the plurality of vortex tubes or to the selected one of the vortex tubes have.

또한, 상기 제어방법은, (a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계; 및 (b) 상기 제1 압력센서의 측정 압력이 기준치보다 크면 상기 제1 전자 제어밸브를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 상기 바이패스라인으로 유도하는 단계를 포함하며, 상기 제1 압력센서와 상기 제2 압력센서에서 측정된 압력 정보 및 엔진의 구동조건을 이용하여, 상기 볼텍스 튜브들을 흐르는 흡입공기의 유량비를 제어할 수 있다. The control method may further include the steps of: (a) causing intake air to flow through the cooling part to the intake manifold; And (b) if the measured pressure of the first pressure sensor is greater than a reference value, opening the first electronic control valve to guide at least a portion of the intake air to the bypass line, The flow rate of the intake air flowing through the vortex tubes can be controlled using the pressure information measured by the second pressure sensor and the driving conditions of the engine.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 압축기와 흡기매니폴드 사이에서 흡기라인에 설치되는 하나 이상의 볼텍스 튜브를 갖는 냉각파트와, 상기 냉각파트를 우회하도록, 상기 흡기라인의 냉각파트의 입구 측과 상기 흡기라인의 냉각파트의 출구 측을 연결하는 바이패스라인를 포함하는 흡입공기 냉각장치의 제어방법이 제공되며, 이 제업방법은, (a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계와; (b) 상기 냉각파트 입구 측 압력이 기준치를 초과할 때, 상기 흡입공기의 적어도 일부를 상기 냉각파트에서 상기 바이패스라인으로 유로 변경하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 흡입공기 냉각장치는 제어기와, 상기 냉각파트의 입구 측 압력을 측정하여 상기 제어기에 제공하는 제1 압력센서와 상기 냉각파트의 출구 측 압력을 측정하여 상기 제어기에 제공하는 제2 압력센서를 더 포함하되, 상기 (b) 단계는 상기 제1 압력센서에서 측정된 압력이 기준치보다 크고 상기 제1 압력센서의 측정 압력과 상기 제2 압력센서의 측정 압력 사이의 차이가 미리 정해진 설정치보다 크면, 설정치 대비 압력 차이에 따라, 상기 제1 전자 제어밸브의 개도량을 변화시킨다.According to still another aspect of the present invention there is provided a cooling system comprising: a cooling part having at least one vortex tube installed in an intake line between a compressor and an intake manifold; There is provided a control method of an intake air cooling apparatus including a bypass line connecting an outlet side of a cooling part of a line, the method comprising the steps of: (a) causing intake air to flow to the intake manifold via the cooling part; Wow; (b) changing at least a portion of the intake air from the cooling part to the bypass line when the inlet pressure of the cooling part exceeds a reference value. The intake air cooling apparatus includes a controller, a first pressure sensor for measuring an inlet-side pressure of the cooling part and providing the inlet-side pressure to the controller, and a second pressure sensor for measuring an outlet- Wherein when the pressure measured by the first pressure sensor is greater than a reference value and the difference between the measured pressure of the first pressure sensor and the measured pressure of the second pressure sensor is greater than a predetermined set value, , And changes the opening amount of the first electronic control valve in accordance with the pressure difference with respect to the set value.

본 발명에 따르면, 볼텍스 튜브 내부의 유동 저항으로 인해 엔진으로 공기가 원활하게 공급되지 못하는 종래기술의 문제점을 해결한다. 볼텍스 튜브를 포함하는 냉각파트에 복수의 볼텍스 튜브들을 병렬로 제공하면, 볼텍스 튜브들의 사이즈를 작게 설계하는 것이 가능하다.According to the present invention, the problem of the prior art that the air is not smoothly supplied to the engine due to the flow resistance inside the vortex tube is solved. Providing a plurality of vortex tubes in parallel on a cooling part including a vortex tube makes it possible to design the size of the vortex tubes small.

도 1은 내연기관 엔진시스템에 적용된 본 발명의 일 실시예에 따른 유로 가변형 흡입공기 냉각장치 및 그 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입공기 냉각장치의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 흡입공기 냉각장치의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.1 is a block diagram for explaining a flow path variable intake air cooling apparatus and a control method thereof applied to an internal combustion engine system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a control method of the intake air cooling apparatus according to another embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a control method of the intake air cooling apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 구체적으로 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided as examples for allowing a person skilled in the art to sufficiently convey the idea of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms.

<제1 실시예>&Lt; Embodiment 1 >

도 1은 내연기관 엔진시스템에 적용된 본 발명의 제1 실시예에 따른 유로가변형 흡입공기 냉각장치 및 그 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.1 is a block diagram for explaining a flow path variable intake air cooling apparatus and a control method thereof according to a first embodiment of the present invention applied to an internal combustion engine system.

도 1을 참조하면, 엔진시스템은 엔진(1)과, 흡기라인(7)에 연결된 흡기매니폴드(2)와, 배기파이프(8)에 연결된 배기매니폴드(3)와, 터보차저(4)와, 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)를 포함한다. 상기 엔진(1)은 바람직하게는 자동차용 커먼레일 디젤엔진(common rail diesel engine)일 수 있다.1, the engine system includes an engine 1, an intake manifold 2 connected to the intake line 7, an exhaust manifold 3 connected to the exhaust pipe 8, a turbocharger 4, And a flow path variable intake air cooling device 5. The engine 1 may preferably be a common rail diesel engine for automobiles.

상기 흡기매니폴드(2)는 상기 흡기라인(7)을 통해 공기를 흡입하며, 상기 흡기라인(7)에는 에어클리너(미도시됨)가 설치될 수 있다. 터보차저(4)는 샤프트에 의해 서로 연결된 터빈(41)과 압축기(42)를 포함하며, 터빈(41)은 배기파이프(8)에 설치되고, 압축기(42)는 에어클리너(미도시됨)와 흡기매니폴드(2) 사이에서 흡기라인(7)에 설치된다. 상기 터빈(41)은 배기파이프(8) 상에 설치되어 배기파이프(8)를 흐르는 배기가스에 의해 회전 동력을 발생시킨다. 터빈(41)을 지난 배기가스는 외부로 배기되는 것이 일반적이다. EGR 시스템이 적용되는 경우, 배기가스 일부가 재순환되어 흡기매니폴드로 다시 공급될 수 있다. 상기 압축기(42)는 터빈(41)의 회전력에 의해 작동하여 압축 공기를 만들어 이를 흡기라인(7)을 통해 흡기매니폴드(2)에 공급한다. The intake manifold 2 sucks air through the intake line 7 and an air cleaner (not shown) may be installed in the intake line 7. The turbocharger 4 includes a turbine 41 and a compressor 42 connected to each other by a shaft and the turbine 41 is installed in an exhaust pipe 8. The compressor 42 is an air cleaner And the intake manifold (2). The turbine 41 is installed on the exhaust pipe 8 and generates rotational power by the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 8. The exhaust gas passing through the turbine 41 is generally exhausted to the outside. When the EGR system is applied, a part of the exhaust gas may be recirculated and supplied again to the intake manifold. The compressor 42 is operated by the rotational force of the turbine 41 to generate compressed air and supply it to the intake manifold 2 through the intake line 7.

또한 상기 배기파이프(8) 상에는 배기가스정화장치(DPF 또는 삼원촉매전환장치, 미도시)와 머풀러가 설치될 수 있다.An exhaust gas purifier (DPF or three-way catalytic converter, not shown) and a muffler may be installed on the exhaust pipe 8.

한편, 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)는 복수개의 볼텍스 튜브들(본 실시예에서는, 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b))이 병렬로 연결되어 이루어진 냉각파트(A)를 흡기라인(7)에 포함한다. 볼텍스 튜브는 고속으로 회전하는 공기의 자발적인 에너지 분리현상을 이용하여 고온 공기와 저온의 공기를 생성하여 다른 경로로 내보내도록 구성된다.On the other hand, the flow path variable intake air cooling apparatus 5 includes a cooling part A in which a plurality of vortex tubes (in this embodiment, first and second vortex tubes 50a and 50b) are connected in parallel, (7). The vortex tube is configured to generate high temperature air and low temperature air using a spontaneous energy separation phenomenon of air rotating at high speed, and to send out the other path.

또한, 상기 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)는 상기 냉각파트(A)를 우회하도록 설치된 바이패스라인(55)과, 상기 바이패스라인(55)에 설치된 제1 전자 제어밸브(56')를 포함한다. 제1 전자 제어밸브(56')는 제어기(58)에 의해 전자적으로 제어된다. The flow path variable intake air cooling apparatus 5 includes a bypass line 55 installed to bypass the cooling part A and a first electronic control valve 56 'provided on the bypass line 55 . The first electronic control valve 56 'is electronically controlled by the controller 58.

또한, 상기 흡입공기 냉각장치(5)는 냉각파트(A)의 입구 측 또는 터보차저(4)의 압축기(42)의 출구 측 흡기라인(7)에 제1 압력센서(57a)를 구비한다. 상기 냉각파트(A)의 하류 흡기라인(7)에는 제2 압력센서(57b)가 설치될 수 있다.The intake air cooling device 5 also has a first pressure sensor 57a at the inlet side of the cooling part A or the intake line 7 at the outlet side of the compressor 42 of the turbocharger 4. A second pressure sensor 57b may be installed on the downstream intake line 7 of the cooling part A. [

상기 냉각파트(A)는 흡기라인(7)에서 분기된 복수개의 흡기 분기라인, 즉, 제1 및 제2 흡기 분기라인(7a, 7b) 각각에 제1 볼텍스 튜브(50a)와 제2 볼텍스 튜브(50b)를 병렬로 구비한다. The cooling part A includes a first vortex tube 50a and a second vortex tube 50b in a plurality of intake branch lines branched from the intake line 7, that is, first and second intake branch lines 7a and 7b, (50b) in parallel.

상기 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b)의 입구 측에 있고 상기 흡기라인(7)으로부터 상기 제1 및 제2 흡기 분기라인(7a, 7b)으로 분기되는 분기점에는 3웨이 밸브 타입의 제2 전자 제어밸브(56a)가 설치되고, 상기 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b)의 냉기 출구 측에 있고 상기 제1 및 제2 흡기 분기라인(7a, 7b)이 하나의 흡기라인(7)에서 다시 합류하는 합류점에는 3웨이 밸브 타입의 제3 전자 제어밸브(56b)가 설치된다.A three-way valve-type valve (not shown) is provided at a branch point on the inlet side of the first and second vortex tubes 50a and 50b and branched from the intake line 7 to the first and second intake branch lines 7a and 7b. 2 electronically controlled valve 56a is provided and the first and second intake branch lines 7a and 7b are located on the cold air outlet side of the first and second vortex tubes 50a and 50b and one intake line 7, a third electromagnetic control valve 56b of a three-way valve type is provided at a confluence point where the valves are merged again.

또한, 상기 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b)는 제1 및 제2 온기 출구 라인(53a, 53b)을 구비하며, 상기 제1 및 제2 온기 출구 라인(53a, 53b)은 제4 전자 제어밸브(56")에 의해 연결된다.The first and second vortex tubes 50a and 50b have first and second warm outlet lines 53a and 53b and the first and second warm outlet lines 53a and 53b are connected to the fourth Is connected by an electronic control valve 56 ".

상기 제어기(58)는 상기 제1 압력센서(57a)에 의해 측정된 압력, 즉, 상기 냉각파트(A)의 입구 측 압력이 미리 정해진 설정 압력보다 크면 상기 제1 전자 제어밸브(56')를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 바이패스라인(55)으로 유도한다. 또한, 상기 제어기(58)는 설정 압력 대비 볼텍스 튜브(50) 입구 측 압력의 증가비율에 따라 상기 제1 전자 제어밸브(56')의 개도량을 증가시킨다. 또한, 상기 제어기(58)는 제1 압력센서(57a)가 측정한 입구 측 압력에 비해 제2 압력센서(57b)가 측정한 출구 측 압력이 설정 압력보다 높게 차이가 나면 설정치 대비 압력 차이에 따라 상기 제1 전자 제어밸브(56')의 개도량을 변화시킬 수 있다.When the pressure measured by the first pressure sensor 57a, that is, the inlet pressure of the cooling part A is greater than a predetermined set pressure, the controller 58 controls the first electronic control valve 56 ' To direct at least a portion of the intake air to the bypass line (55). In addition, the controller 58 increases the amount of opening of the first electronic control valve 56 'according to the increasing ratio of the inlet-side pressure of the vortex tube 50 to the set pressure. If the outlet-side pressure measured by the second pressure sensor 57b is higher than the set-up pressure as compared with the inlet-side pressure measured by the first pressure sensor 57a, the controller 58 determines The opening amount of the first electronic control valve 56 'can be changed.

또한, 본 실시예에 따르면, 상기 제어기(58)는 제1 압력센서(57a)에서 측정된 압력값에 따라, 제1 전자 제어밸브(56')는 물론이고, 제2 및 제3 전자 제어밸브(56a, 56b)와 제4 전자 제어밸브(56)도 선택적으로 개방한다.According to the present embodiment, the controller 58 also controls the first and second electronic control valves 56 and 56 as well as the first electronic control valve 56 ', depending on the pressure value measured at the first pressure sensor 57a. (56a, 56b) and the fourth electromagnetic control valve (56).

제어기(58)는, 측정 압력에 따라, 제1 전자 제어밸브(56')를 제어하여, 냉각파트(A)를 거치지 않고 바이패스라인(55)을 거쳐 우회하여 엔진으로 들어가는 흡입공기의 양을 조절한다.  The controller 58 controls the first electronic control valve 56 'in accordance with the measured pressure to bypass the bypass line 55 without passing through the cooling part A to reduce the amount of intake air entering the engine .

또한, 제어기(58)는, 구동 조건에 따라, 제2 및 제3 전자 제어밸브(56a, 56b), 특히 제2 전자 제어밸브(56a)를 제어하여, 상기 냉각파트(A)로 유입된 흡입공기가 제1 볼텍스 튜브(50a)만을 통과하거나 제2 볼텍스 튜브(50b)만을 통과하거나 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b) 모두를 통과하도록 할 수 있다.The controller 58 also controls the second and third electromagnetic control valves 56a and 56b and in particular the second electromagnetic control valve 56a in accordance with the driving conditions to control the suction of the cooling part A Air can pass through only the first vortex tube 50a or only through the second vortex tube 50b or through both the first and second vortex tubes 50a and 50b.

이를 위해, 제어기(58)는 부하조건(rpm 등)에 따라, 제2 및 제3 전자 제어밸브(56a, 56b)를 제어하여, 흡입공기가 제1 볼텍스 튜브(50a) 또는 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b) 모두를 통과하도록 제어할 수 있다. To this end, the controller 58 controls the second and third electronic control valves 56a, 56b in accordance with the load conditions (rpm, etc.) so that the intake air flows through the first vortex tube 50a or the first and second It can be controlled to pass through both the vortex tubes 50a and 50b.

상기 제어기(58)는, 측정된 엔진의 구동조건(기관회전수 및 부하조건 등)이 미리 설정된 엔진의 구동조건(기관회전수 및 부하조건 등) R1 미만이면, 제1 볼텍스 튜브(50a)로 흡입공기가 공급되도록 제2 전자 제어밸브(56a)를 제어하고, 측정된 엔진의 구동조건(기관회전수 및 부하조건 등)이 미리 설정된 엔진의 구동조건(기관회전수 및 부하조건 등) R1 이상 R2 이하이면, 제2 볼텍스 튜브(50b)로 흡입공기가 공급되도록 제2 제어 밸브(56a)를 제어하고, 측정된 엔진의 구동조건(기관회전수 및 부하조건 등)이 미리 설정된 엔진의 구동조건(기관회전수 및 부하조건) R2를 초과하면 흡입공기가 1 볼텍스 튜브(50a)와 제2 볼텍스 튜브(50b) 모두에 공급되도록 제2 전자 제어밸브(56a)를 제어할 수 있다.If the measured driving conditions (such as the engine speed and the load condition) of the engine are less than the preset driving condition (engine speed and load condition) R1 of the engine, the controller 58 controls the first vortex tube 50a (Engine rotational speed and load condition, etc.) of the engine to be measured is controlled to a predetermined engine operating condition (engine rotational speed and load condition, etc.) R1 or more R2, the second control valve 56a is controlled so that the intake air is supplied to the second vortex tube 50b, and when the measured driving conditions (such as the engine speed and the load condition) (Engine rotational speed and load condition) If R2 is exceeded, the second electronic control valve 56a can be controlled so that the intake air is supplied to both the one vortex tube 50a and the second vortex tube 50b.

또한, 흡입공기가 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b)를 통과하도록 하는 경우에, 제2 및 제3 전자 제어밸브(56a, 56b)의 개도량 조절을 통해, 제1 및 제2 볼텍스 튜브(50a, 50b) 각각을 흐르는 흡입공기 양의 비를 조절할 수도 있다. Further, when the intake air is caused to pass through the first and second vortex tubes 50a and 50b, through adjustment of the opening amounts of the second and third electromagnetic control valves 56a and 56b, the first and second vortex tubes 50a and 50b, The ratio of the amount of intake air flowing through each of the tubes 50a and 50b may be adjusted.

상기 냉각파트(A) 내 볼텍스 튜브의 개수에 제한을 둘 필요는 없다. 튜브 어레이(A)에 복수의 볼텍스 튜브를 둠으로써 앞선 실시예의 볼텍스 튜브보다 작은 크기로 볼텍스 튜브를 설계할 수 있다. 튜브 어레이(A) 내 볼텍스 튜브들의 용량은 다른 것이 바람직하지만 같아도 된다.There is no need to limit the number of the vortex tubes in the cooling part (A). By placing a plurality of vortex tubes in the tube array A, the vortex tube can be designed smaller than the vortex tube of the previous embodiment. The volume of the vortex tubes in the tube array (A) may be the same but different.

<제2 실시예>&Lt; Embodiment 2 >

도 2는 내연기관 엔진시스템에 적용된 본 발명의 제2 실시예에 따른 유로가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram for explaining a control method of a flow path variable intake air cooling apparatus according to a second embodiment of the present invention applied to an internal combustion engine system.

앞선 실시예와 마찬가지로, 엔진시스템은 엔진(1)과, 흡기라인(7)에 연결된 흡기매니폴드(2)와, 배기파이프(8)에 연결된 배기매니폴드(3)와, 샤프트에 의해 서로 연결된 터빈(41) 및 압축기(42)를 갖는 터보차저(4)와, 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)를 포함한다. As in the previous embodiment, the engine system includes an engine 1, an intake manifold 2 connected to the intake line 7, an exhaust manifold 3 connected to the exhaust pipe 8, A turbocharger 4 having a turbine 41 and a compressor 42, and a flow path variable intake air cooling device 5.

본 실시예에 따른 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)는 냉각파트로 흡기라인(7) 일부 구간에 설치된 하나의 볼텍스 튜브(50)를 포함한다. 또한, 상기 흡입공기 냉각장치(5)는, 상기 볼텍스 튜브(50), 더 나아가서는, 상기 볼텍스 튜브(50)를 포함하는 냉각파트를 우회하는 바이패스라인(55)을 포함한다. 앞선 실시예와 마찬가지로, 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)는 바이패스라인(55)에 설치된 전자 제어밸브(56')를 포함한다. 또한, 상기 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)는, 상기 전자 제어밸브(56')의 제어를 위해, 상기 볼텍스 튜브(50)의 입구 측(또는, 전단) 흡기라인(7)에 설치된 제1 압력센서(57a)와, 상기 볼텍스 튜브(50)의 냉기 출구 측(또는, 후단) 흡기라인(7)에 설치된 제2 압력센서(57b)를 포함한다.The flow path variable intake air cooling apparatus 5 according to the present embodiment includes one vortex tube 50 installed in a part of the intake line 7 as a cooling part. The intake air cooling device 5 also includes a bypass line 55 bypassing the cooling part including the vortex tube 50 and furthermore the vortex tube 50. As in the previous embodiment, the flow path variable intake air cooling apparatus 5 includes an electronic control valve 56 'provided in the bypass line 55. [ The flow path variable intake air cooling apparatus 5 is also provided with a first variable valve timing control valve 56 which is provided in the inlet line 7 on the inlet side (or the front end) of the vortex tube 50 for controlling the electronic control valve 56 ' A pressure sensor 57a and a second pressure sensor 57b installed on the cold air outlet side (or the rear end) of the intake line 7 of the vortex tube 50.

상기 제어기(58)는 상기 제1 압력센서(57a)에 의해 측정된 압력, 즉, 볼텍스 튜브(50)의 입구 측 압력이 미리 정해진 설정 압력(즉, 기준치)보다 크면 상기 전자 제어밸브(56')를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 바이패스라인(55)으로 유도한다. 또한, 상기 제어기(58)는 설정 압력(즉, 기준치) 대비 볼텍스 튜브(50) 입구 측 압력(즉, 측정 압력)의 증가비율에 따라 상기 전자 제어밸브(56')의 개도량을 증가시킨다. 또한, 상기 제어기(58)는 제1 압력센서(57a)가 측정한 입구 측 압력에 비해 제2 압력센서(57b)가 측정한 출구 측 압력이 설정 압력보다 높게 차이가 나면 설정치 대비 압력 차이에 따라 상기 전자 제어밸브(56')의 개도량을 변화시킨다.When the pressure measured by the first pressure sensor 57a, that is, the inlet pressure of the vortex tube 50 is greater than a predetermined set pressure (i.e., the reference value), the controller 58 controls the electromagnetic control valve 56 ' To open at least a portion of the intake air to the bypass line 55. In addition, the controller 58 increases the opening amount of the electronic control valve 56 'in accordance with the increasing ratio of the inlet-side pressure (i.e., measuring pressure) of the vortex tube 50 to the set pressure (i.e., reference value). If the outlet-side pressure measured by the second pressure sensor 57b is higher than the set-up pressure as compared with the inlet-side pressure measured by the first pressure sensor 57a, the controller 58 determines And changes the opening amount of the electronic control valve 56 '.

<제3 실시예>&Lt; Third Embodiment >

도 2는 내연기관 엔진시스템에 적용된 본 발명의 제3 실시예에 따른 유로 가변형 흡입공기 냉각장치를 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram for explaining a flow path variable intake air cooling apparatus according to a third embodiment of the present invention applied to an internal combustion engine system.

앞선 실시예와 마찬가지로, 엔진시스템은 엔진(1)과, 흡기라인(7)에 연결된 흡기매니폴드(2)와, 배기파이프(8)에 연결된 배기매니폴드(3)와, 샤프트에 의해 서로 연결된 터빈(41) 및 압축기(42)를 갖는 터보차저(4)와, 흡입공기 냉각장치(5)를 포함한다. As in the previous embodiment, the engine system includes an engine 1, an intake manifold 2 connected to the intake line 7, an exhaust manifold 3 connected to the exhaust pipe 8, A turbocharger 4 having a turbine 41 and a compressor 42, and an intake air cooling device 5.

또한, 상기 흡입공기 냉각장치(5)는, 앞선 실시예와 마찬가지로, 냉각파트로 흡기라인(7) 일부 구간에 설치된 하나의 볼텍스 튜브(50)를 포함한다. 또한, 상기 유로 가변형 흡입공기 냉각장치(5)는, 상기 볼텍스 튜브(50), 더 나아가서는, 상기 볼텍스 튜브(50)를 포함하는 냉각파트를 우회하는 바이패스라인(55)을 포함한다.The intake air cooling device 5 includes a single vortex tube 50 provided in a part of the intake line 7 as a cooling part, as in the previous embodiment. The flow path variable intake air cooling apparatus 5 further includes a bypass line 55 bypassing the cooling part including the vortex tube 50 and furthermore the vortex tube 50.

앞선 실시예와 마찬가지로, 흡입공기 냉각장치(5)는 바이패스라인(55)에 설치된 제어밸브를 포함하지만, 이 제어밸브는, 앞선 실시예와 달리, 체크밸브(56)로 이루어진다. 상기 체크밸브(56)는 상기 볼텍스 튜브(50)의 입구 측 압력이 기준치를 초과할 때 자연적으로 그리고 물리적으로 바이패스라인(55)을 개방하도록 구성됨으로써, 볼텍스 튜브(50) 내 큰 유동 저항이 발생하고 이로 인해 볼텍스 튜브(50)의 입구 측 압력이 일정 이상의 압력치를 초과하면, 상기 바이패스라인(55)을 개방하여 흡기매니폴드(2) 측으로 원활하게 공기가 흡입되도록 해준다.As in the previous embodiment, the intake air cooling device 5 includes a control valve provided in the bypass line 55, but this control valve is made up of the check valve 56, unlike the previous embodiment. The check valve 56 is configured to open the bypass line 55 naturally and physically when the inlet pressure of the vortex tube 50 exceeds a reference value so that a large flow resistance in the vortex tube 50 When the inlet-side pressure of the vortex tube 50 exceeds a predetermined pressure value, the bypass line 55 is opened to allow air to be sucked smoothly toward the intake manifold 2 side.

1: 엔진 2: 흡기매니폴드
3: 배기매니폴드 4: 터보차저
5: 흡입공기 냉각장치 7: 흡기라인
8: 배기파이프 50, 50a, 50b: 볼텍스 튜브
56, 56',56a, 56b, 56": 제어밸브 1: Engine 2: Intake manifold
3: Exhaust manifold 4: Turbocharger
5: Suction air cooling device 7: Suction line
8: exhaust pipe 50, 50a, 50b: vortex tube
56, 56 ', 56a, 56b, 56 "

Claims (7)

흡기매니폴드에 연결되고 터보차저의 터빈이 설치된 흡기라인과, 배기매니폴드에 연결되고 터보차저의 압축기가 설치된 배기라인을 포함하는 엔진시스템의 유로 가변형 흡입공기 냉각장치에 있어서,
상기 압축기와 상기 흡기매니폴드 사이에서 상기 흡기라인으로부터 분기된 복수개의 흡기 분기라인들에 의해 병렬로 연결된 복수개의 볼텍스 튜브들 포함하는 냉각파트;
상기 냉각파트를 우회하도록, 상기 흡기라인의 냉각파트 입구 측과 상기 흡기라인의 냉각파트 출구 측을 연결하는 바이패스라인;
상기 바이패스라인의 개폐 및 개도량 조절을 위해 제공되는 제1 전자 제어밸브;
상기 냉각파트의 입구 측 흡기라인 및 상기 냉각파트의 출구 측 흡기라인 각각에 설치된 제1 압력센서 및 제2 압력센서; 및
상기 제1 압력센서와 상기 제2 압력센서의 측정 압력 정보를 기초로 상기 제1 전자 제어밸브의 개폐를 제어하고 개도량을 조절하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유로 가변형 흡입공기 냉각장치. A variable flow intake air cooling system of an engine system including an intake line connected to an intake manifold and equipped with a turbine of a turbocharger, and an exhaust line connected to an exhaust manifold and equipped with a compressor of a turbocharger,
A cooling part including a plurality of vortex tubes connected in parallel by a plurality of intake branching lines branched from the intake line between the compressor and the intake manifold;
A bypass line connecting the cooling part inlet side of the intake line and the cooling part outlet side of the intake line so as to bypass the cooling part;
A first electronic control valve provided for opening and closing the bypass line and regulating opening amount;
A first pressure sensor and a second pressure sensor provided respectively on an inlet-side intake line of the cooling part and an outlet-side intake line of the cooling part; And
And a controller for controlling the opening and closing of the first electronic control valve and adjusting the opening amount based on the measured pressure information of the first pressure sensor and the second pressure sensor. 청구항 1에 있어서, 상기 흡기 분기라인들의 분기점과 상기 흡기 분기라인들의 합류점 각각에 상기 제어기에 의해 제어되는 제2 전자 제어밸브와 제3 전자 제어밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 유로 가변형 흡입공기 냉각장치. The flow path variable intake-air cooling apparatus according to claim 1, wherein a second electronic control valve and a third electronic control valve, which are controlled by the controller, are installed at each of the branch point of the intake branch lines and the junction point of the intake branch lines. 청구항 1에 기재된 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법으로서,
(a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계; 및
(b) 상기 제1 압력센서의 측정 압력이 기준치보다 크면 상기 제1 전자 제어밸브를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 상기 바이패스라인으로 유도하는 단계를 포함하며,
상기 제1 압력센서의 측정 압력과 상기 제2 압력센서의 측정 압력 사이의 차이가 미리 정해진 설정치보다 크면, 설정치 대비 압력 차이에 따라, 상기 제1 전자 제어밸브의 개도량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법.A control method for a channel-variable intake-air cooling apparatus according to claim 1,
(a) causing intake air to flow through the cooling part to the intake manifold; And
(b) opening the first electronic control valve to guide at least a portion of the intake air to the bypass line if the measured pressure of the first pressure sensor is greater than a reference value,
Characterized in that the opening amount of the first electronic control valve is changed in accordance with the pressure difference with respect to the set value when the difference between the measured pressure of the first pressure sensor and the measured pressure of the second pressure sensor is larger than a predetermined set value A control method of a variable flow intake air cooling apparatus. 청구항 2에 기재된 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법으로서,
(a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계; 및
(b) 상기 제1 압력센서의 측정 압력이 기준치보다 크면 상기 제1 전자 제어밸브를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 상기 바이패스라인으로 유도하는 단계를 포함하며,
상기 제1 압력센서와 상기 제2 압력센서에서 측정된 압력 정보 및 엔진의 구동조건을 이용하여, 상기 볼텍스 튜브들을 흐르는 흡입공기의 유량비를 제어하는 것을 특징으로 하는 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법.A control method for a channel-variable intake-air cooling apparatus according to claim 2,
(a) causing intake air to flow through the cooling part to the intake manifold; And
(b) opening the first electronic control valve to guide at least a portion of the intake air to the bypass line if the measured pressure of the first pressure sensor is greater than a reference value,
Wherein the controller controls the flow rate of the intake air flowing through the vortex tubes by using the pressure information measured by the first pressure sensor and the second pressure sensor and the driving condition of the engine . 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법으로서,
(a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계; 및
(b) 상기 제1 압력센서의 측정 압력이 기준치보다 크면 상기 제1 전자 제어밸브를 개방하여 흡입공기의 적어도 일부를 상기 바이패스라인으로 유도하는 단계와;
(c) 측정된 엔진의 구동조건과 미리 설정된 복수의 엔진의 구동조건들을 비교하여, 상기 복수개의 볼텍스 튜브들 전체에 또는 상기 볼텍스 튜브들 중 선택된 볼텍스 튜브에 흡입공기를 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법.A control method of the channel variable intake air cooling apparatus according to claim 1 or 2,
(a) causing intake air to flow through the cooling part to the intake manifold; And
(b) opening the first electronic control valve to guide at least a portion of the intake air to the bypass line if the measured pressure of the first pressure sensor is greater than a reference value;
(c) comparing driving conditions of the measured engine with driving conditions of a plurality of predetermined engines, and supplying intake air to the selected one of the plurality of the vortex tubes or to the selected one of the vortex tubes Wherein the control unit controls the flow rate of the intake air. 압축기와 흡기매니폴드 사이에서 흡기라인에 설치되는 하나 이상의 볼텍스 튜브를 갖는 냉각파트와, 상기 냉각파트를 우회하도록, 상기 흡기라인의 냉각파트의 입구 측과 상기 흡기라인의 냉각파트의 출구 측을 연결하는 바이패스라인를 포함하는 흡입공기 냉각장치의 제어방법으로서,
(a) 흡입공기가 상기 냉각파트를 거쳐 흡기매니폴드로 흐르도록 하는 단계; 및
(b) 상기 냉각파트 입구 측 압력이 기준치를 초과할 때, 상기 흡입공기의 적어도 일부를 상기 냉각파트에서 상기 바이패스라인으로 유로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유로 변경형 흡입공기 냉각장치의 제어방법.A cooling part having at least one vortex tube installed in an intake line between a compressor and an intake manifold and an inlet side of a cooling part of the intake line and an outlet side of a cooling part of the intake line And a bypass line connected to the bypass line,
(a) causing intake air to flow through the cooling part to the intake manifold; And
(b) changing at least a part of the intake air from the cooling part to the bypass line when the inlet pressure of the cooling part exceeds a reference value, / RTI &gt; 청구항 6에 있어서, 상기 흡입공기 냉각장치는 제어기와, 상기 냉각파트의 입구 측 압력을 측정하여 상기 제어기에 제공하는 제1 압력센서와 상기 냉각파트의 출구 측 압력을 측정하여 상기 제어기에 제공하는 제2 압력센서를 더 포함하되, 상기 (b) 단계는 상기 제1 압력센서에서 측정된 압력이 기준치보다 크고 상기 제1 압력센서의 측정 압력과 상기 제2 압력센서의 측정 압력 사이의 차이가 미리 정해진 설정치보다 크면, 설정치 대비 압력 차이에 따라, 상기 제1 전자 제어밸브의 개도량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 유로 가변형 흡입공기 냉각장치의 제어방법.7. The intake air cooling apparatus according to claim 6, wherein the intake air cooling apparatus includes a controller, a first pressure sensor for measuring an inlet-side pressure of the cooling part and providing the measured pressure to the controller, (B), wherein the pressure measured by the first pressure sensor is greater than a reference value and the difference between the measured pressure of the first pressure sensor and the measured pressure of the second pressure sensor is greater than a predetermined And changes the opening amount of the first electronic control valve in accordance with the pressure difference with respect to the set value if it is larger than the set value.
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