KR19990009962U - 과급기 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 차속과 부하량에 대응되게 과급기의 터빈에 공급되는 배기압을 연산하고, 터빈의 흡입구의 연면적을 조절하여 터빈에 공급되는 배기압의 흐름을 조절할 수 있도록 한 것으로, 이는 엔진의 연소실과 배기장치 사이에 설치되어서 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 회전되는 터빈과, 이 터빈과 회전축으로 연결되며 외부공기를 압축 흡입하여 흡기관을 통해 연소실에 공급되게 하는 압축기를 갖는 과급기에 있어서, 차속을 감지하는 차속센서(1)와, 차량의 부하량을 감지하는 부하량 센서(2)와, 흡입구(5b) 내에 설치되어있는 밸브(6)의 개도량을 감지하는 개도량 센서(7)와, 차속과 부하량에 의해 터빈(4)에 공급되는 배기압을 연산하고 이를 개도량과 대비하여 밸브(6)의 개도량을 조절하기위한 제어신호를 출력하는 ECU(3)와, ECU(3)의 제어하에 개폐되어서 진공 어큐뮬레이터(10)에서 밸브 액츄에이터(8)에 가해지는 공기압을 조절하는 솔레노이드 밸브(9)와, 이 솔레노이드 밸브(9)를 통한 공기압에 의해 작동되어서 밸브(4)가 개폐되게 하는 밸브 액츄에이터(8)와, 흡입구(5b) 내에 설치되며 밸브 액츄에이터(8)에 연동되어서 터빈(4)에 공급되는 배기압을 조절하는 밸브(6)로 구성된 과급기 제어장치에 관한 것이다.

Description

과급기 제어장치

본 고안은 과급기 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차속과 부하량에 대응되게 과급기의 터빈에 공급되는 배기압을 연산하고, 터빈의 흡입구의 연면적을 조절하여 터빈에 공급되는 배기압의 흐름을 조절할 수 있도록 하는 과급기 제어장치(control system of a turbo-charger)에 관한 것이다.

엔진의 출력을 향상시키기위해서 흡기다기관에 설치한 공기펌프, 즉 과급기는 일반적인 엔진은 피스톤의 하강행정에서 발생되는 진공으로 혼합기를 흡입하여 출력향상을 얻을 수 없기 때문에 과급기 라는 공기펌프를 설치하여 강제적으로 많은 공기량을 실린더(연소실)에 공급시켜 엔진의 출력 및 회전력의 증대하는 한편, 연료소비율을 향상시킨다. 이러한 과급기는 배기가스에 의해 작동되는 배기 터빈식과 엔진의 동력을 이용하는 루트식이 있는데, 과급기를 설치하면 엔진의 중량은 10∼15%가 증가되는데 반하여 엔진의 출력은 35∼45%가 증가되어 전체적으로 엔진의 출력이 향상되는 것이다.

이러한 종래 과급기의 일 실시예에 대해서 살펴보면, 연소실과 배기관 사이에 설치되어 있는 터빈과, 연소실과 흡기관 사이에 설치되어 있는 압축기가 회전자로서 1개의 회전축의 양단에 장치되어 있으며, 이들이 원활하게 회전하도록 회전축에는 저널 베어링이 설치되어 있으며, 터빈 케이스와 압축기 케이스, 베이링 케이스의 내부에 이들이 각각 내설되어 있으며, 베이링 케이스의 내부에는 엔진의 윤활계통과 같은 회로에 의해 강제적으로 윤활유가 급유되도록 되어 있다.

이러한 과급기는 유동하는 에너지(연소실에서 배기관을 통해서 배출되는 배기가스를 말한다)를 이용하여 터빈을 회전시킴으로써, 이에 연동하여 압축기가 회전함으로 압축된 공기(흡기관을 통해서 연소실로 공급되는 공기를 말한다)가 연소실로 흡입되어 엔진의 출력을 향상시키게 된다. 즉, 엔진에 흡입되는 공기를 원활하게 공급함으로써 엔진에 공급되는 연료를 안정되게 연소시킬 수 있으며, 더 나아가서는 엔진의 출력을 향상시킴과 동시에 유해한 배기가스의 배출을 억제할 수 있는 것이다.

또한, 흡기관과 배기관 사이에 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)를 설치하고, 흡기관을 통해 연소실에 유입되는 공기압에 가해지도록 한다. 그리하면, 연소실에 유입되는 공기압이 정상적일때에는 웨이스트 게이트 밸브가 닫힌 상태를 유지하기때문에 연소실에서 배출되는 배기가스가 터빈에 그대로 가해지지만, 엔진의 고속 회전으로 인하여 연소실에 유입되는 공기압을 일정압을 초과하게 되면, 웨이스트 게이트 밸브가 열리면서 연소실에서 배출되는 배기가스 중 일부가 터빈을 거치지 않고 웨이스트 게이트 밸브를 통해서 바로 배기장치로 배출되게 된다.

이에따라 터빈과 압축기의 회전수가 감소되면서 압축기를 통해 유입되는 공기압이 낮아지게 되는 것이다. 즉, 웨이스트 게이트 밸브의 개폐 동작으로 인하여 연소실에 유입되는 공기압을 일정압 이하로 조절할 수 있는 것이다.

여기서, 터빈(101)과 연결되는 흡입구(102)가 도 1과 도 2에 도시한 것처럼 일정한 형상을 가지고 형성되어있기 때문에 터빈(101)에 유입되는 배기압에 비례하게 터빈(101)의 회전하게 된다.

터빈의 동작특성은 터빈의 반경과 흡입구의 면적에 따라 좌우되는데, 일반적으로 터빈의 반경과 흡입구의 면적이 유동되지 않기 때문에 차량의 속도나 부하량에 대응되게 터빈의 회전속도를 조절하지 못하는 결점이 있다. 즉, 차량의 저속운전시에는 필요한 저속 토오크나 응답성이 부족하게 되며, 또한 차량의 고속 운전시에는 필요한 출력증대를 유도할 수 없다는 결점을 갖는다.

이에 본 고안은 상기한 바와같은 종래의 결점을 해결하기위해서 안출된 것으로, 흡입구 내에 격판을 내설하여 상하로 구획하고, 이 중 하나의 흡입구 내에 밸브를 가설하여 차속과 부하량에 따라 밸브를 개폐함으로써, 터빈의 회전속도를 조절할 수 있도록 하는 과급기 제어장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래 과급기의 일부를 도시한 단면도.

도 2는 도 1의 요부 확대단면도.

도 3은 본 고안에 따른 과급기를 도시한 구성도.

도 4는 도 3의 요부 확대단면도.

도 5는 본 고안의 동작상태를 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 차속센서 2 : 부하량 센서

3 : ECU 4 : 터빈

5a, 5b : 흡입구 6 : 밸브

7 : 개도량 센서 8 : 밸브 액츄에이터

9 : 솔레노이드 밸브 10 : 진공 어큐뮬이터

11 : 도어

상기한 바와같은 목적을 달성하기위한 본 고안은 엔진의 연소실과 배기장치 사이에 설치되어서 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 회전되는 터빈과, 이 터빈과 회전축으로 연결되며 외부공기를 압축 흡입하여 흡기관을 통해 연소실에 공급되게 하는 압축기를 갖는 과급기에 있어서, 차속을 감지하는 차속센서와, 차량의 부하량을 감지하는 부하량 센서와, 흡입구 내에 설치되어있는 밸브의 개도량을 감지하는 개도량 센서와, 차속과 부하량에 의해 터빈에 공급되는 배기압을 연산하고 이를 개도량과 대비하여 밸브의 개도량을 조절하기위한 제어신호를 출력하는 ECU와, ECU의 제어하에 개폐되어서 진공 어큐뮬레이터에서 밸브 액츄에이터에 가해지는 공기압을 조절하는 솔레노이드 밸브와, 이 솔레노이드 밸브를 통한 공기압에 의해 작동되어서 밸브가 개폐되게 하는 밸브 액츄에이터와, 흡입구 내에 설치되며 밸브 액츄에이터에 연동되어서 터빈에 공급되는 배기압을 조절하는 밸브를 포함하여 구성되어짐을 특징으로 한다.

이하 본 고안의 일 실시예에 따른 구성을 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 따른 과급기를 도시한 구성도이고, 도 4는 도 3의 요부 확대단면도이며, 도 5는 본 고안의 동작상태를 도시한 흐름도이다.

도 3은 본 고안에 따른 과급기를 도시한 구성도로서, ECU(3)에는 차속을 감지하는 차속센서(1)와, 차량의 부하량을 감지하는 부하량 센서(2) 그리고 흡입구(5b) 내에 설치되어있는 밸브(6)의 개도량을 감지하는 개도량 센서(7)가 각각 연결되어있다.

차속과 부하량에 의해 터빈(4)에 공급되는 배기압을 연산하고 이를 개도량과 대비하여 밸브(6)의 개도량을 조절하기위한 제어신호를 출력하는 ECU(3)의 제어하에 개폐되어서 진공 어큐뮬레이터(10)에서 밸브 액츄에이터(8)에 가해지는 공기압을 조절하는 솔레노이드 밸브(9)가 어큐뮬레이터(10)와 밸브 액츄에이터(8) 사이에 설치되고, 이 솔레노이드 밸브(9)를 통한 공기압에 의해 작동되어서 밸브(4)가 개폐되게 하는 밸브 액츄에이터(8)가 밸브(4)에 결합되어있다.

즉, 터빈(4)에 공급되는 배기압을 조절하는 밸브(6)는 흡입구(5b) 내에 설치되어서 밸브 액츄에이터(8)에 연동되게 한다.

그리고, 진공 어큐뮬레이터(10)에는 흡기 매니폴드 또는 서지탱크가 연결되고, 이 입구에는 도어(11)를 설치하여 진공 어큐뮬레이터(10)의 내압에 따라 도어(11)가 개폐되어서 진공 어큐뮬레이터(10)의 내압을 일정압 이상으로 조절할 수 있도록 한다.

도 4는 터빈과 연결되는 흡입구를 보인 단면도로서, 터빈(4)에 배기압이 공급되는 흡입구가 격판에 의해 두 개의 흡입구(5a)(5b)로 구획되고, 이 흡입구(5b) 내에 밸브(6)가 설치되어있다.

도 5는 본 고안의 동작상태를 도시한 흐름도로서, 차속과 부하량을 감지하고, 이를 기초로 공기 흡입량, 즉 밸브(6)의 개도량(A)을 연산하고, 이를 밸브(6)의 개도량(B)과 대비하여 밸브(6)의 개도량을 조절함을 보이고 있다.

이와같이 구성된 본 고안의 작용을 도 5에 의해서 설명한다.

차속 센서(1)에 의해 감지되는 차속(또는 엔진회전수 센서가 감지하는 엔진회전수를 말한다)과 부하량 센서(2)에 의해 감지되는 부하량(예를 들면, 스로틀위치센서가 감지하는 스로틀 위치값이나 가속페달 위치센서가 감지하는 가속페달 작동위치 등을 말한다)을 인가(S51)(S52)받은 ECU(3)는 우선 이들로부터 엔진의 연소실에 공급되어야 하는 공기 흡입량을 연산하게 된다(S53).

그리고, 이 공기 흡입량을 기초로 흡입구(5b) 내에 설치된 밸브(6)의 개도량(A)을 연산하게 된다(S54). 즉, 차속과 부하량에 부합되는 터빈(4)의 회전속도를 연산하고, 연산된 회전속도로 터빈(4)을 회전시키기위해서는 연소실에서 유입되는 배기가스가 얼마의 속도로 터빈(4)을 회전시켜야 하며, 이를 위해서는 밸브(6)의 개도량을 얼마로 해야 하는지를 연산하는 것이다. 물론, 이들값을 연산하기위한 각종 데이터는 ECU(3) 또는 이와 연결되는 메모리에 저장되어있다.

이렇게 밸브(6)의 개도량(A)을 연산한 후 ECU(3)는 이를 개도량 센서(7)에 의해 감지(S55)되는 개도량(B)과 대비(S56)하여 연산된 개도량(A)이 현재의 개도량(B)과 같은지를 확인하게 된다.

그 결과 연산된 개도량(A)과 현재의 개도량(B)이 같으면, 밸브(6)가 현재상태를 유지하도록, 그리고 연산된 개도량(A)과 현재의 개도량(B)이 다르면 밸브(6)의 개도량을 조절(S57)하기위한 제어신호를 솔레노이드 밸브(9)에 출력하게 된다.

이에따라 진공 어큐뮬레이터(10)의 공기압이 솔레노이드 밸브(9)를 통해 밸브 액츄에이터(8)에 가해져 밸브(6)의 개도량이 조절되는 것이다.

여기서, 진공 어큐뮬레이터(10)에 충진되어있는 공기압은 진공 어큐뮬레이터(10)의 내압에 따라 도어(11)가 작동되어서 진공 어큐뮬레이터(10)를 흡기 매니폴드나 혹은 서지탱크 등에 연결함으로써, 진공 어큐뮬레이터(10) 내의 압력을 일정압 이상으로 유지할 수 있는 것이다.

그러므로 차속이나 부하량에 따라 배기가스가 유입되는 터빈의 흡입구의 면적이 조절되면서 터빈에 가해지는 배기가스의 속도를 달리하여 차속이나 부하량에 대응되게 터빈, 즉 압축기의 회전속도를 조절할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 고안은 차량이 저속 운행하는 중에는 터빈 내에 유입되는 배기가스의 유속을 빠르게 하여 엔진의 출력을 증대시킴과 아울러 가속 응답성을 빠르게 하고, 차량이 고속 운행하는 중에는 많은 량의 배기가스가 터빈 내로 유입되어서 터빈의 회전속도를 향상시킴으로써 터빈에 연동되는 압축기의 회전속도를 빠르게 하여 압축공기를 증대함으로 엔진출력을 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (3)

1. 엔진의 연소실과 배기장치 사이에 설치되어서 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 회전되는 터빈과, 이 터빈과 회전축으로 연결되며 외부공기를 압축 흡입하여 흡기관을 통해 연소실에 공급되게 하는 압축기를 갖는 과급기에 있어서,

   차속을 감지하는 차속센서(1)와;

   차량의 부하량을 감지하는 부하량 센서(2);

   흡입구(5b) 내에 설치되어있는 밸브(6)의 개도량을 감지하는 개도량 센서(7);

   차속과 부하량에 의해 터빈(4)에 공급되는 배기압을 연산하고 이를 개도량과 대비하여 밸브(6)의 개도량을 조절하기위한 제어신호를 출력하는 ECU(3);

   ECU(3)의 제어하에 개폐되어서 진공 어큐뮬레이터(10)에서 밸브 액츄에이터(8)에 가해지는 공기압을 조절하는 솔레노이드 밸브(9);

   이 솔레노이드 밸브(9)를 통한 공기압에 의해 작동되어서 밸브(4)가 개폐되게 하는 밸브 액츄에이터(8);

   흡입구(5b) 내에 설치되며 밸브 액츄에이터(8)에 연동되어서 터빈(4)에 공급되는 배기압을 조절하는 밸브(6)를 포함하여 구성되어짐을 특징으로 하는 과급기 제어장치
2. 제 1항에 있어서, 이 터빈(4)에 배기압이 공급되는 흡입구가 격판에 의해 두 개의 흡입구(5a)(5b)로 구획되고, 이 흡입구(5b) 내에 밸브(6)가 설치되어짐을 특징으로 하는 과급기 제어장치
3. 제 1항에 있어서, 이 진공 어큐뮬레이터(10)에는 흡기 매니폴드 또는 서지탱크가 연결되고, 이 입구에는 도어(11)를 설치하여 진공 어큐뮬레이터(10)의 내압에 따라 도어(11)가 개폐되어서 진공 어큐뮬레이터(10)의 내압을 일정압 이상으로 조절할 수 있도록 함을 특징으로 하는 과급기 제어장치