KR19990022965A - 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치 - Google Patents

두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치 Download PDF

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Abstract

두개의 별개의 실린더 뱅크(2, 3)로 이루어지는 내연기관(1)의 두개의 배기 터보 챠저(6, 8, 7, 9) 사이의 회전수 편차를 확실하게 식별할 수 있는 장치로서, 이 장치는 두개의 실린더 뱅크(2, 3)의 두개의 배기 매니폴드(4, 5)의 배기 터빈(6, 7)의 전방에 형성된 압력 사이의 차를 검출하여 이 검출한 압력차가 소정의 역치를 상회하는 경우에 관련하는 회전수 편차를 신호화 하는 장치(23, 24)를 포함한다.

Description

두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치
국제 공개 공보 제 90/03503 호에 V 형 엔진이 공지되어 있다. 이 V 형 엔진은 두개의 실린더 뱅크로 이루어지고 각 실린더 뱅크에 배기 터보 챠저를 갖추고 있다. 충전압 조정부가 설치되어 있고 이 충전압 조정부는 두개의 실린더 블록의 흡기 매니폴드내에 동일한 압력이 형성되도록 조정한다. 두개의 흡기 매니폴드에서 측정된 압력에 의존해서 두개의 실린더 블록의 배기 매니폴드내에 설치되는 배기 가스 터빈의 회전수를 조정하고, 두개의 흡기 매니폴드내의 압력이 동일한 크기로 되도록 한다. 배기가스 터빈의 회전수의 조정은 바이패스 밸브를 거쳐서 행해진다.
두개의 배기 매니폴드 중의 한 개에 예를들자면 촉매의 차단, 충전압 조정부의 고장 또는 배기 가스 터빈의 장해 등과 같은 에너지가 발생한 경우 이것은 두개의 배기 터보 챠저의 다른 회전수에 의해 느껴진다. 따라서 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차는 어떤 고장을 나타낸다. 이 어떠한 고장은 경우에 따라서 이들 두개의 배기 터보 챠저 중의 한개를 장래에 파손시킬지도 모른다.
빨리 고장을 식별하여 비용이 많이 드는 장래의 파손을 회피하기 위한 수단을 강구하기 위해서는, 두개의 별개의 실린더 뱅크로 이루어지는 내연기관의 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차를 식별하는 장치를 제공해야 할 것이다.
본 발명은 두개의 별개의 실린더 뱅크로 이루어지는 내연기관의 두개의 배기 터보 챠저(exhaust turbocharge) 사이의 회전수 편차를 식별하는 장치로서, 각 실린더 뱅크에 배기 가스 터빈을 갖춘 배기 매니폴드가 소속하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차를 식별하는 장치에 관한 것이다.
도 1 은 두개의 배기 터보 챠저를 갖는 내연기관의 블록 회로도이고, 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별을 위해 두개의 배기 매니폴드내의 압력이 측정된다.
도 2 는 두개의 배기 터보 챠저를 갖는 엔진의 블록 회로도이고 회전수 편차 식별을 위해 두개의 배기 매니폴드내의 가스 질량(내지는 가스량)이 측정된다.
청구항 제 1 항의 특징부분에 기재된 구성에 의하면, 이 장치는 두개의 배기 매니폴드 내의 배기 가스 터빈의 전방에 형성된 압력 또는 가스 질량(내지는 가스량) 사이의 차를 검출하는 장치로 구성된다. 이 검출된 차가 소정의 역치를 상회하는 경우에, 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차가 신호화 된다. 두개의 실린더 뱅크의 배기 매니폴드 내의 압력비 또는 가스질량비 내지는 가스량비는 다음 사실에 관한 신뢰할 수 있는 정보를 공급한다. 즉 중대한 회전수 편차가 두개의 배기 터보 챠저 사이에 존재하는가 어떤가 하는 사실에 관한 정보를 공급한다.
종속 청구항에 의하면 측정되는 압력차 내지는 가스질량(내지는 가스량)의 차에 대한 역치는 흡기 매니폴드내의 공기질량(내지는 공기량) 또는 엔진의 회전수 및/또는 부하에 의존한다.
회전수 편차가 식별된 경우에, 배기 터보 챠저의 보다 큰 손해를 회피하는 갖가지 수단이 강구된다. 이 배기 터보 챠저의 폐쇄 루프 제어 회로를 중단하고, 그 대신에 조정량을 공급하거나 또는 실린더 선택성 연료 분사를 작게 하거나 또는 스로틀 밸브를 최대한으로 개구하는 것을 제한한다.
도면에 도시된 두개의 실시예에 의거하여 이하에서 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1 에는 개략적으로 두개의 실린더 뱅크(2, 3)로 이루어지는 V 형 엔진 또는 대향 실린더 엔진(1)이 도시되어 있다. 각 실린더 뱅크(2, 3)는 각자 개별적인 배기 매니폴드(4, 5)를 갖는다. 각 배기 매니폴드(4, 5)에는 배기 터보 챠저의 배기 가스 터빈(6, 7)이 설치되어 있다. 배기 매니폴드(4)의 배기 가스터빈(6)은 과급기(8)를 구동하고, 배기 매니폴드(5)의 배기 가스터빈(7)은 과급기(9)를 구동한다. 두개의 과급기(8, 9)는 흡기 매니폴드(10)의 흡기 공기를 압축한다. 이 흡기 매니폴드(10)는 도시된 실시예에서는 관으로 구성되어 있고 이 관의 중간에는 충전 공기 냉각기(11) 및 스로틀 밸브(12)가 설치되어 있다. 이 스로틀 밸브(12)의 후방에서 흡기 매니폴드(10)가 두개의 실린더 뱅크(2, 3)로 분기되어 있다. 이 공통 흡기 매니폴드(10)는 병렬 접속된 두개의 과급기(8, 9)의 입력측에서 분기되고, 이 두개의 과급기(8, 9)의 출력측은 충전 공기 냉각기(11)의 전방에서 통합되어 있다. 두개의 실린더 뱅크(2, 3)에 1 개의 공통의 흡기 매니폴드를 설치하는 대신에 각 실린더 뱅크(2, 3)는 독자적인 흡기 매니폴드를 갖추어도 좋다. 이 흡기 매니폴드 중에 소속하는 과급기(8, 9)가 흡기 공기를 압축한다.
배기 가스터빈(6, 7)에는 각각 바이패스 선로(13, 14)가 설치되어 있다. 이 바이패스 선로(13, 14) 중에 있는 밸브(15, 16)에 의해 바이패스 유량, 즉 배기 가스터빈(6, 7)의 회전수 및 이 결과로 과급기(8, 9)에 의해 발생되는 흡기 매니폴드내의 충전압이 조정된다. 충전압 조정 또는 충전압 제어를 위해 조정소자가 설치되어 있다. 이 조정 소자는 도 1 에 도시된 실시예에서는 공지된 방법으로 타이밍 제어 밸브(17) 및 압력 검지 박스(18, 19)로 이루어진다. 이 압력 검지 박스(18, 19)는 로트(lot)를 거쳐서 바이패스 밸브(15, 16)의 열림을 조정한다. 타이밍 제어 밸브(17)에는 흡기 매니폴드에 접속된 선로(20)를 거쳐서 두개의 과급기(8, 9)에 의해 발생되는 충전압이 직접 가해진다. 공통의 흡기 매니폴드(10)를 위해 단지 한개의 타이밍 제어 밸브만이 필요로 된다. 이 타이밍 제어 밸브의 출력 압력은 선로(21, 22)를 거쳐서 두개의 배기 터보 챠저의 압력 검지 박스에 같은 분량씩 분배된다. 이 타이밍 제어 밸브(17)는 제어기기(23)에서 선로(24)를 거쳐서 펄스의 폭이 변조된 제어 클록 신호를 받는다.
압력센서(25)는 배기 가스터빈(6, 7) 전방의 두개의 배기 매니폴드(4, 5)내의 압력을 측정하므로써 압력차를 검출한다. 이 압력차를 이 압력센서(25)는 선로(26)를 거쳐서 전기 신호로서 제어기기(23)에 공급한다. 압력차는 두개의 터보 챠저의 회전수가 서로 편차되어 있는 경우에 항상 발생한다. 회전수 편차는, 예를들자면 압력 검지 박스(18, 19) 또는 바이패스 밸브(15, 16) 또는 배기 터보 챠지의 배기 가스터빈(6, 7)이 고장인가 또는 배기 가스터빈(6, 7)의 출력관내에 있는 촉매(27, 28)가 차단되어 있는 경우에 발생한다.
제어기기(23)는 두개의 배기 매니폴드(4, 5)의 압력차를 소정의 역치와 비교하여 이 압력차가 이 역치를 넘으면 비로서 두개의 배기 터보 챠저 사이의 관련하는 회전수 편차를 신호화 한다. 이 역치를 넘으면 압력차는 어떤 것의 배기 매니폴드내에 결함이 있고 이 결함이 두개의 배기 터보 챠저 중의 한개에 의해 큰 파손을 장래적으로 부여할 가능성이 있음을 표시하고 있다. 즉 에러 때문에 한쪽의 배기 터보 챠저의 회전수가 저하하는 경우에, 충전압 조정부는 다른쪽의 배기 터보 챠저의 회전수를 높여서, 이 다른쪽의 배기 터보 챠저가 고장난 배기 터보 챠저가 저하한 충전압을 보상하도록 한다. 그러나 회전수를 과도하게 지나치게 올리면 배기 터보 챠저의 파괴를 초래할 가능성도 있다.
제어기기(23)는 압력차가 역치를 아주 단시간이 아닌 소정의 비교적 긴 시간에 걸쳐서 초과하는 경우에만이 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차를 신호화한다. 이렇게 하는 것도 단시간의 회전수 편차라면 배기 터보 챠저에 있어서 장래의 파손을 유발시키지 않기 때문이다.
압력차에 대한 역치는 흡기 매니폴드내의 공기질량(내지는 공기량)에 의존해서 설정이 되거나 또는 엔진의 회전수 및/또는 부하에 의존해서 설정되는가 중의 하나이다. 흡기 매니폴드내의 공기질량(내지는 공기량) 또는 엔진의 회전수 혹은 부하가 저하하면 할수록 배기 터보 챠저 사이의 보다 작은 회전수 편차를 식별하기 위해서 역치는 저하된다. 두개의 배기 터보 챠저중 한쪽이 고장난 이유로 다른쪽의 배기 터보 챠저에 의해 높은 충전압을 공급하지 않으면 안되는 경우에는 이 사용이 가능한 배기 터보 챠저는 특별한 보호수단을 강구하는 일 없이 위험한 높은 회전수 영역에서 제어된다. 따라서 역치가 비교적 낮아서 회전수 편차가 빨리 식별되는 경우에 사용이 가능한 배기 터보 챠저가 위험한 높은 회전수 영역에서 제어되기 이전에 다음의 보호수단 중의 한개 또는 복수의 보호수단이 조속히 강구된다.
보호수단의 한개는 회전수 편차가 식별된 경우에 제어기기(23)가 충전압 폐쇄 루프 제어 회로를 중단하고 조정량을 선로(29 또는 30)를 거쳐서 바이패스밸브(15 또는 16)에 공급하는 것이다. 이 바이패스 밸브(15, 16)에 대한 조정량은 회전수 및 부하에 의존하는 특성 맵에서 도출된다. 여하튼 이 조정량은 배기 가스터빈(6, 7)이 위험성이 없는 회전수 영역에 머물도록 설정된다.
제 2 의 보호수단은 회전수 편차가 식별된 경우에 제어기기(23)가 제어선로(31)를 거쳐서 실린더 선택성 연료 분사를 적게하는 것이다. 곧 연료분사를 적게하므로서 배기 가스가 플래쉬 가스에 의해 희석되고 이것에 의해 이 배기가스의 엔탈피가 저감된다. 이 결과 내연기관의 부하 레벨이 저감되고 상응하여 필요한 충전압이 저감 제어된다. 따라서 배기 터보 챠저 중의 한개가 너무 높은 회전수 영역에 다다를 위험은 이미 존재하지 않는다.
제 3 의 보호수단에서는 기계의 부하 레벨을 다음 사실에 의해 비교적 낮은 값으로 제한한다. 즉 제어기기(23)가 선로(32)를 거쳐서 스로틀 밸브(12)의 최대 개구를 제한하는 제어 신호를 송출하므로서 비교적 낮은 값으로 제한한다.
이들의 보호수단의 각각을 단독으로 적용해도 좋고 복수의 보호수단을 함께 적용해도 좋다. 이 경우 각 보호수단마다 압력차에 대한 다른 역치를 설정할 수가 있다.
상술한 실시예의 경우와 같이 두개의 배기 매니폴드(4, 5)의 압력차를 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차식별의 판단기준으로서 사용하는 대신에 두개의 배기 매니폴드(4, 5)로 측정된 가스 질량 내지는 가스량 사이의 차를 제어기기(23)가 회전수 편차에 관해서 평가할 수도 있다. 이를 위해서 도 2 에 도시된 실시예에서는 배기 매니폴드(4, 5)중에 가스 질량 또는 가스량의 측정기기(33, 34)가 내장되고 이 측정기기(33, 34)의 출력 신호가 선로(35, 36)를 거쳐서 제어기기(23)로 공급된다. 그밖의 점에서 이 제 2 실시예는 도 1 에 도시된 장치와 같고 동일한 참조 부호가 사용되고 있다.

Claims (7)

  1. 두개의 별개의 실린더 뱅크로 이루어지는 내연기관의 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차를 식별하는 장치로서, 각 실린더 뱅크에 배기 가스 터빈을 갖는 배기 매니폴드가 소속하는, 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치에 있어서,
    두개의 배기 매니폴드(4, 5)의 배기 터빈(6, 7)의 전방에 형성되는 압력 또는 가스 질량(내지는 가스량) 사이의 차를 검출하여, 이 검출된 차가 소정의 역치를 상회하고 있는 경우에 회전수 편차를 신호화 하는 장치(23, 25, 33, 34)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 검출된 차가 역치를 소정의 시간에 걸쳐서 상회하는 경우에 회전수 편차가 신호화 되는 것을 특징으로 하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 역치가 흡기 매니폴드(10)내의 공기질량(내지는 공기량)에 의존하는 것을 특징으로 하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 역치가 엔진의 회전수 및 부하에 의존하는 것을 특징으로 하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치는 회전수 편차가 식별된 경우에 각 배기 터보 챠저에 소속하는 충전압 조정부(15, 16)에 대해서 조정량을 공급하고, 이 조정량은 회전수 및 부하에 의존하는 특성 맵에서 도출되는 것을 특징으로 하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치는 회전수 편차가 식별된 경우에 실린더 선택성 연료분사를 적게하는 것을 특징으로 하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치는 회전수 편차가 식별된 경우에 스로틀 밸브(12)의 최대 열림을 제한하는 것을 특징으로 하는 두개의 배기 터보 챠저 사이의 회전수 편차 식별 장치.
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