KR102288891B1 - 상용차용 공기공급장치 및 공기공급방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 상용차용 공기공급장치는 에어클리너로부터 공기를 공급받는 터보 컴프레서와 엔진 사이를 연결하도록 마련되어, 터보 컴프레서로부터 토출되는 압축공기를 엔진으로 이송시키는 제1유로; 에어클리너와 에어컴프레서 사이를 연결하도록 마련되어, 에어클리너로부터 토출되는 공기를 에어컴프레서로 이송시키는 제2유로; 제1유로와 제2유로 사이를 연결하는 제3유로; 및 제3유로 상에 설치되어, 제1유로로부터 제2유로로 이송되는 공기량을 조절하는 밸브;를 포함할 수 있다.

Description

상용차용 공기공급장치 및 공기공급방법 {APPARATUS AND METHOD OF SUPPLYING AIR FOR COMMERCIAL VEHICLE}
본 발명은 에어컴프레서의 효율을 향상시키는 상용차용 공기공급장치 및 공기공급방법에 관한 것이다.
최근 차량에 장착되는 엔진에는 흡입되는 공기의 충전 효율을 증대시키기 위하여 배기가스에 의하여 작동되어 흡기를 과급하는 터보차저 장치가 장착되고 있다.
이러한 터보차저는 엔진의 배기관 측에 설치되는 터빈과 엔진의 흡기관 측에 설치된 컴프레서가 회전축으로 서로 연결되도록 구성된다. 상기 터빈은 엔진의 작동에 의해 발생되는 배기가스가 통과하면서 회전하며, 상기 컴프레서는 터빈의 회전력에 의해 함께 회전하여 흡기장치로 공급되는 공기를 과급시킨다.
한편, 일반적으로 상용차에 적용되는 에어컴프레서는 엔진과 연결되어 엔진 회전에 의해 구동되면서 공기를 압축하도록 마련되며, 압축된 공기는 별도의 에어탱크에 저장되어 브레이크나 에어서스펜션, 도어 등에 공급되어 사용된다.
이러한 에어컴프레서는 실린더와 헤드로 이루어지며, 실린더의 피스톤 왕복 운동에 의하여 외부로부터 흡입되어 내부에 저장된 공기를 압축하는 구성을 가지고 있다. 이와 같이 압축된 공기는 별도로 구비된 에어탱크에 임시로 저장되고, 필요시 적절한 장치에 압축 공기를 공급하는 구성으로 사용되고 있다.
하지만, 상기 에어컴프레서는 승객의 안전을 위해 마련된 것으로, 에어탱크를 일정 압력으로 유지시키기 위해 지속적인 작동이 요구된다. 따라서, 에어컴프레서를 작동시키기 소모되는 동력이 큰 편이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2010-0035956 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 터보 컴프레서로부터 토출되는 공기를 에어컴프레서에 일부 공급하도록 제어함으로써, 에어컴프레서의 구동 효율을 상승시키는 상용차용 공기공급장치 및 공기공급방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상용차용 공기공급장치는 에어클리너로부터 공기를 공급받는 터보 컴프레서와 엔진 사이를 연결하도록 마련되어, 상기 터보 컴프레서로부터 토출되는 압축공기를 엔진으로 이송시키는 제1유로; 상기 에어클리너와 에어컴프레서 사이를 연결하도록 마련되어, 상기 에어클리너로부터 토출되는 공기를 에어컴프레서로 이송시키는 제2유로; 상기 제1유로와 제2유로 사이를 연결하는 제3유로; 및 상기 제3유로 상에 설치되어, 상기 제1유로로부터 제2유로로 이송되는 공기량을 조절하는 밸브;를 포함할 수 있다.
차량상태 또는 엔진부하에 기반하여 상기 밸브를 온/오프(ON/OFF) 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 차량이 아이들(idle) 상태일 경우, 상기 밸브를 온(ON) 제어하여 상기 제3유로를 통해 공기가 유동하도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부는 엔진부하가 기준값보다 클 경우, 상기 밸브를 오프(OFF) 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1유로 상에 마련되되, 상기 제1유로에 제3유로가 연결되는 지점과 엔진 사이에 마련되어 가속페달 답입량에 따라 동작하는 스로틀밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달설하기 위한 본 발명에 따른 상용차용 공기공급방법은 제어부가 차량상태를 확인하는 단계; 상기 확인단계 수행결과, 차량이 아이들(idle) 상태가 아닐 경우, 상기 제어부가 엔진부하를 기준값과 비교하는 단계; 상기 비교단계 수행결과, 엔진부하가 기준값을 초과할 경우, 상기 제어부가 밸브를 오프(OFF) 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 확인단계 수행결과, 차량이 아이들(idle) 상태일 경우, 상기 제어부가 밸브를 온(ON) 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 비교단계 수행결과, 엔진부하가 기준값 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 온(ON)제어단계를 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 상용차용 공기공급장치 및 공기공급방법에 따르면, 아이들(idle) 상황이나 엔진 저부하 상황에서 터보 컴프레서의 여유 공기를 에어컴프레서로 토출함으로써 에어컴프레서의 일을 줄여 연비를 저감시킬 수 있다.
또한, 팁아웃(Tip-Out) 시, 터보 컴프레서 후단 측으로 역류하는 공기를 에어컴프레서 측으로 빼냄으로써, 터보 컴프레서 측에서 소음, 진동 및 고장이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 공기공급장치를 간략히 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 공기공급방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상용차용 공기공급장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 공기공급장치를 간략히 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 상용차용 공기공급장치는 에어클리너(10)로부터 공기를 공급받는 터보 컴프레서(20)와 엔진(30) 사이를 연결하도록 마련되어, 상기 터보 컴프레서(20)로부터 토출되는 압축공기를 엔진으로 이송시키는 제1유로(60); 상기 에어클리너(10)와 에어컴프레서(40) 사이를 연결하도록 마련되어, 상기 에어클리너(10)로부터 토출되는 공기를 에어컴프레서(40)로 이송시키는 제2유로(70); 상기 제1유로(60)와 제2유로(70) 사이를 연결하는 제3유로(80); 및 상기 제3유로(80) 상에 설치되어, 상기 제1유로(60)로부터 제2유로(70)로 이송되는 공기량을 조절하는 밸브(90);를 포함할 수 있다.
상기 엔진(30)은 외부 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 연료와 혼합하여 연소시킴으로써 차량 동력을 형성한다.
이때, 상기 엔진(30)에 외기가 필터링없이 그대로 흡입되면, 공기 중에 포함된 오염물질이 엔진(30) 연소실에 유입되어, 엔진(30)의 연소 효율을 저감시킬 수 있다. 따라서, 엔진(30)에 외부 공기를 유입시키기 전에 외부 공기 중에 포함된 이물질을 최대한 제거할 필요가 있다.
이를 위해 에어클리너(10)는 흡입된 외부 공기로부터 불순물을 필터링하는 역할을 수행한다. 즉, 에어클리너(10) 내부에는 필터부재가 형성되어, 에어클리너(10) 내부로 유입된 외기들이 필터부재를 통과하면서 불순물들이 제거된다. 이렇게 상기 에어클리너(10)를 거쳐 정화된 공기는 엔진(30)으로 공급되거나, 에어컴프레서(40)로 공급되도록 마련된다.
본 발명에서 에어클리너(10)와 엔진(30) 사이에는 공기 과급성능을 부가하기 위해 터보차저가 마련된다.
즉, 터보차저는 터보 터빈(25)이 엔진(30) 배기 측과 연결되고, 터보 컴프레서(20)가 엔진(30) 흡기 측과 연결되도록 마련되어, 엔진(30)으로부터 배출되는 배기가스에 의해 터보 터빈(25)이 회전하면, 연결된 터보 컴프레서(20)가 함께 회전하여 에어클리너(10)로부터 공급받은 공기를 압축하는 역할을 수행한다.
이와 같이 터보 컴프레서(20)를 거쳐 압축된 공기가 엔진(30)의 실린더로 공급됨으로써 공기 과급역할을 수행할 수 있다.
아울러, 상용차량에는 에어클리너(10)로부터 공급받은 공기를 압축하는 에어컴프레서(40)가 별도로 마련된다. 상기 에어컴프레서(40)를 통해 압축된 공기는 에어탱크(50)에 저장되고, 에어탱크(50)에 저장된 압축공기를 브레이크, 클러치 등을 강력한 힘으로 작동시키는데 사용한다.
여기서, 상기 에어컴프레서(40)는 엔진 기어와 직결되어 작동하도록 마련되고, 에어탱크(50) 내부의 압력을 일정수준으로 유지시키기 위해 지속적으로 작동된다.
본 발명은 터보 컴프레서(20)에 의해 압축된 공기 일부를 에어컴프레서(40)에 전달하여 과도한 동력이 에어컴프레서(40) 작동에 소모되는 것을 방지하기 위하여 마련된다.
따라서, 터보 컴프레서(20)로부터 엔진(30)으로 공기를 이송시키는 유로인 제1유로(60)와, 에어클리너(10)로부터 에어컴프레서(40)로 공기를 이송시키는 유로인 제2유로(70)가 서로 연결되도록 제3유로(80)가 마련되고, 상기 제3유로(80)가 밸브(90)에 의해서 개폐제어됨으로써, 터보 컴프레서(20)로부터 토출되는 공기의 여유분을 에어컴프레서(40) 흡입구 측으로 전달하여 에어컴프레서(40)의 일을 줄여 연비절감 효과를 발현시킨다.
특히, 본 발명은 단일의 파이프와 밸브(90) 만으로 연비저감 효과를 발현할 수 있는 구조이기 때문에, 기존 상용차량에 적용하기에도 용이하다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 상기 제1유로(60) 상에 마련되되, 상기 제1유로(60)에 제3유로(80)가 연결되는 지점과 엔진(30) 사이에 마련되어 가속페달 답입량에 따라 동작하는 스로틀밸브(95);를 더 포함할 수 있다.
즉, 운전자가 가속페달에서 발을 떼는 팁아웃(Tip Out) 상황에서, 스로틀밸브(95)가 닫히면서 공기가 엔진(30)으로 공급되지 않는데, 이때 터보 컴프레서(20)에서의 공기는 지속적으로 토출되기 때문에 터보 컴프레서(20) 측의 압력이 급격히 증가하여 터보 컴프레서(20)의 블레이드에 충격이 발생하거나, 소음, 진동 및 고장이 발생할 수 있다. 본 발명의 제3유로(80) 구성에 의하면 스로틀밸브(95)가 닫혀서 흡기공기의 역류가 발생하여도, 이를 제2유로(70) 측으로 빼내는 안티서지의 역할을 수행할 수 있는바, 터보 컴프레서(20) 측의 소음, 진동 발생을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 상용차용 공기공급장치는 차량상태 또는 엔진부하에 기반하여 상기 밸브(90)를 온/오프(ON/OFF)제어하는 제어부(미도시);를 더 포함할 수 있다.
즉, 제어부는 차량 주행모드, 엔진부하와 같은 차량 데이터들을 센싱하고, 센싱된 데이터들에 기반하여 밸브(90)의 온/오프(ON/OFF) 여부를 제어함으로써, 적절한 상황에서 터보 컴프레서(20) 압축된 압축공기가 에어컴프레서(40) 측으로 유입되도록 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 제어부는 차량이 아이들(idle) 상태일 경우, 상기 밸브(90)의 온(ON)제어하여 상기 제3유로(80)를 통해 공기가 유동시킬 수 있다.
즉, 차량이 아이들(idle) 상태일 경우에, 엔진(30)은 많은 양의 압축 공기를 요구하지 않는다. 하지만, 배기가스에 의해 터보 컴프레서(20)는 지속적으로 동작하기 때문에, 제어부는 밸브(90)를 개방하여 터보 컴프레서(20)로부터 토출되는 여유분의 압축공기를 에어컴프레서(40)에 전달함으로써, 에어컴프레서(40)가 보다 용이하게 에어탱크(50)의 압력을 유지할 수 있도록 보조한다.
따라서, 에어컴프레서(40) 작동에 소모되는 동력을 줄일 수 있어, 연비 저감효과를 발현시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 엔진부하가 기준값을 초과할 경우, 상기 밸브(90)를 오프(OFF) 제어할 수 있다.
즉, 차량에 엔진부하가 증가하는 고부하 상황에서는 엔진(30)이 과급된 공기를 상대적으로 많이 요구하는 상황이기 때문에, 엔진 성능이 저하되는 것을 방지하기 위해 밸브(90)를 닫음으로써, 에어컴프레서(40) 측으로 과급 공기가 빠져나가는 것을 방지한다.
반대로, 차량에 엔진부하가 높지 않은 저부하 상황에서는 엔진(30)이 요구되는 과급공기의 양이 고부하 상황에 비해 상대적으로 적기 때문에, 제어부는 여유분의 공기를 에어컴프레서(40) 측으로 전달하기 위해 밸브(90)를 열수 있다.
여기서, 상기 기준값은 엔진부하가 고부하 또는 저부하 상황인지를 가늠하는 지표가 되도록 설정된 값으로써, 차량 및 설계자에 따라 가변되어 설정될 수 있는 것인바, 특정값으로 한정되어서는 안될 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상용차용 공기공급방법에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상용차용 공기공급방법을 도시한 순서도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 상용차용 공기공급방법은 제어부(미도시)가 차량상태를 확인하는 단계(S100); 상기 확인단계(S100) 수행결과, 차량이 아이들(idle) 상태가 아닐 경우, 상기 제어부가 엔진부하를 기준값과 비교하는 단계(S110); 상기 비교단계(S110) 수행결과, 엔진부하가 기준값을 초과할 경우, 상기 제어부가 밸브(90)를 오프(OFF) 제어하는 단계(S120);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 확인단계(S100) 수행결과, 차량이 아이들(idle) 상태일 경우, 상기 제어부가 밸브를 온(ON) 제어하는 단계(S130);를 더 포함할 수 있다.
상기 비교단계(S110) 수행결과, 엔진부하가 기준값 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 온(ON)제어단계(S130)를 실시할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 상용차용 공기공급장치에 따르면, 아이들(idle) 상황이나 엔진 저부하 상황에서 터보 컴프레서의 여유 공기를 에어컴프레서로 토출함으로써 에어컴프레서의 일을 줄여 연비를 저감시킬 수 있다.
또한, 팁아웃(Tip-Out) 시, 터보 컴프레서 후단 측으로 역류하는 공기를 에어컴프레서 측으로 빼냄으로써, 터보 컴프레서에 역류하는 공기가 부딪혀 소음 및 진동이 발생하거나 블레이트 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 에어클리너 20: 터보 컴프레서
25: 터보 터빈 30: 엔진
40: 에어컴프레서 50: 에어탱크
60: 제1유로 70: 제2유로
80: 제3유로 90: 밸브
95: 스로틀밸브

Claims (8)

  1. 에어클리너로부터 공기를 공급받는 터보 컴프레서와 엔진 사이를 연결하도록 마련되어, 상기 터보 컴프레서로부터 토출되는 압축공기를 엔진으로 이송시키는 제1유로;
    상기 에어클리너와 에어컴프레서 사이를 연결하도록 마련되어, 상기 에어클리너로부터 토출되는 공기를 에어컴프레서로 이송시키는 제2유로;
    상기 제1유로와 제2유로 사이를 연결하는 제3유로; 및
    상기 제3유로 상에 설치되어, 상기 제1유로로부터 제2유로로 이송되는 공기량을 조절하는 밸브;를 포함하는 상용차용 공기공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    차량상태 또는 엔진부하에 기반하여 상기 밸브를 온/오프(ON/OFF) 제어하는 제어부;를 더 포함하는 상용차용 공기공급장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 차량이 아이들(idle) 상태일 경우, 상기 밸브를 온(ON) 제어하여 상기 제3유로를 통해 공기가 유동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 상용차용 공기공급장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는 엔진부하가 기준값보다 클 경우, 상기 밸브를 오프(OFF) 제어하는 것을 특징으로 하는 상용차용 공기공급장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유로 상에 마련되되, 상기 제1유로에 제3유로가 연결되는 지점과 엔진 사이에 마련되어 가속페달 답입량에 따라 동작하는 스로틀밸브;를 더 포함하는 상용차용 공기공급장치.
  6. 청구항 2의 상용차용 공기공급방법에 있어서,
    제어부가 차량상태를 확인하는 단계;
    상기 확인단계 수행결과, 차량이 아이들(idle) 상태가 아닐 경우, 상기 제어부가 엔진부하를 기준값과 비교하는 단계;
    상기 비교단계 수행결과, 엔진부하가 기준값을 초과할 경우, 상기 제어부가 밸브를 오프(OFF) 제어하는 단계;를 포함하는 상용차용 공기공급방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 확인단계 수행결과, 차량이 아이들(idle) 상태일 경우, 상기 제어부가 밸브를 온(ON) 제어하는 단계;를 더 포함하는 상용차용 공기공급방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 비교단계 수행결과, 엔진부하가 기준값 이하일 경우, 상기 제어부는 상기 온(ON)제어단계를 실시하는 것을 특징으로 하는 상용차용 공기공급방법.
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