KR20020042131A - 차량용 인터쿨러 바이패스 장치 - Google Patents

Abstract

차량용 인터쿨러 바이패스 장치가 개시된다. 개시된 차량용 인터쿨러 바이패스 장치는, 엔진과; 상기 엔진의 각 실린더에 연결 설치되어 혼합기를 상기 실린더에 안내하는 흡기 매니폴드와; 상기 흡기 매니폴드에 적어도 하나 이상의 연결관을 통하여 연결 설치되어 상기 엔진에 공기를 압송하여 상기 엔진의 출력을 향상시키는 터보차저와; 상기 흡기 매니폴드의 일측에 설치되어 흡기공기의 온도와 압력을 검출하는 흡기센서와; 상기 흡기 온도센서가 흡기공기의 온도를 검출한 전기적 신호가 입력되도록 상기 엔진이 장착되는 차량에 설치된 ECU와; 압축된 공기를 저장하여 각 작동부에 공급하는 역할을 하도록 상기 차량에 설치된 공기탱크와; 상기 ECU의 신호에 따라 온/오프 작동되어 상기 공기탱크로부터 입력되는 공기를 제어토록 하는 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브의 출력압에 따라 스트로크가 결정되도록 상기 연결관에 설치되어 공기의 유입을 제어하는 바이패스 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 연비향상 및 유해가스의 저감을 도모할 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 인터쿨러 바이패스 장치{APPARATUS FOR BYPASSING INTER COOLER FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 인터쿨러 바이패스 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉시동시 또는 한냉지에서 화이트 스모크 발생을 방지하고 적극적인 공기량 제어가 이루어져 연비향상 및 유해가스가 저감될 수 있도록 개선된 차량용 인터쿨러 바이패스 장치에 관한 것이다.

일반적인 엔진에 출력 향상을 위해 터보차저(Turbo Charger)와 인터쿨러(Inter cooler)가 설치된 엔진이 티시아이 엔진(TCI engine)이다.

특히, 디젤 티시아이 엔진은 터보차저를 통해 과급공기를 연소실에 공급하기 때문에, 이 과급으로 인해 공급되는 공기는 고온, 고압화된다. 따라서 인터쿨러를 통해 공기온을 다운시키고, 공기밀도를 상승시켜 요구하는 엔진 체적 효율을 달성하도록 되어 있다.

상기 인터쿨러는 고속 고부하에서 적절한 급기의 냉각이 가능하도록 세팅된다. 특히 최대 토오크 RPM과 최대 파워 RPM에서 적절한 냉각효율을 낼 수 있도록 설계가 이루어진다. 따라서 저속 저부하시에는 과냉이 발생하고, 이것이 겨울철이나 한냉지에서 화이트 스모크를 발생시킨다.

상기와 같은 이유로 흡기 매니폴드 측에 에어 히팅 시스템을 설치하여 냉각된 공기를 다시 가열하는 모순된 장치가 장착되어 있다.

또한 급가속시 터보래그(turbo lag)에 의한 순간적인 공기량 부족 현상이 발생하는데 인터쿨러가 갖는 좁은 관로는 공기저항을 통해 공기량 부족 현상을 초래하게 되어 연비가 저하되고 유해가스가 많이 배출된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 냉시동시 또는 한냉지에서 화이트 스모크 발생을 방지하고, 적극적인 공기량 제어가 이루어져 연비향상 및 유해가스가 저감될 수 있도록 한 차량용 인터쿨러 바이패스 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 인터쿨러 바이패스 장치의 구성을 나타낸 개략도.

도 2는 도 1에 채용된 바이패스 밸브의 단면 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 인터쿨러 바이패스 장치의 작동을 순차적으로 설명한 개략적인 플로차트.

도 4 내지 도 5는 도 2의 바이패스 밸브의 작동 상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 엔진20. 흡기 매니폴드

30. 연결관41. 터보차저

50. 흡기센서60. ECU

72. 솔레노이드 밸브80. 바이패스 밸브

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 인터쿨러 바이패스 장치는, 엔진과; 상기 엔진의 각 실린더에 연결 설치되어 혼합기를 상기 실린더에 안내하는 흡기 매니폴드와; 상기 흡기 매니폴드에 적어도 하나 이상의 연결관을 통하여 연결 설치되어 상기 엔진에 공기를 압송하여 상기 엔진의 출력을 향상시키는 터보차저와; 상기 흡기 매니폴드의 일측에 설치되어 흡기공기의 온도와 압력을 검출하는 흡기센서와; 상기 흡기 온도센서가 흡기공기의 온도를 검출한 전기적 신호가 입력되도록 상기 엔진이 장착되는 차량에 설치된 ECU와; 압축된 공기를 저장하여 각 작동부에 공급하는 역할을 하도록 상기 차량에 설치된 공기탱크와; 상기 ECU의 신호에 따라 온/오프 작동되어 상기 공기탱크로부터 입력되는 공기를 제어토록 하는 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브의 출력압에 따라 스트로크가 결정되도록 상기 연결관에 설치되어 공기의 유입을 제어하는 바이패스 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 차량용 인터쿨러 바이패스 장치를 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 인터쿨러 바이패스 장치는, 엔진(10)과, 상기 엔진(10)의 각 실린더에 연결 설치되어 혼합기를 실린더에 안내하는 흡기 매니폴드(20)와, 상기 흡기 매니폴드(20)에 적어도 하나 이상의 연결관(30)을 통하여 연결 설치되어 엔진(10)에 공기를 압송하여 엔진(10)의 출력을 향상시키는 터보차저(41)와, 상기 흡기 매니폴드(20)의 일측에 설치되어 흡기공기의 온도와 압력을 검출하는 흡기센서(50)와, 상기 흡기센서(50)가 흡기공기의 온도를 검출하는 전기적 신호가 입력되도록 상기 엔진(10)이 장착되는 차량에 설치된 ECU(60)와, 압축된 공기를 저장하여 각 작동부에 공급하는 역할을 하도록 상기 차량에 설치된 에어탱크(71)와, 상기 ECU(60)의 신호에 따라 온/오프(on/off) 작동되어 에어탱크(71)로부터 입력되는 공기를 제어토록 하는 솔레노이드 밸브(72)와, 상기 솔레노이드 밸브(72)의 출력압에 따라 스트로크(stroke)가 결정되도록 연결관(30)에 설치되어 공기의 유입이 제어되도록 하는 바이패스 밸브(80)를 포함하여 구성된다.

상기 ECU(60)는 엔진(10)의 부하를 감지하기 위한 엑셀 페달 센서(APS; Acceleration Pedal Sensor)(61)와, 엔진(10)의 회전수를 감지하기 위한 엔진 속도 센서(ESS; Engine Speed Sensor)(62)와, 대기압을 감지하기 위한 대기압 센서(BPS; Barometric Pressure Sensor)(63)와 전기적인 신호가 입력되도록 설치된다.

그리고 상기 에어탱크(71)와 솔레노이드 밸브(72) 사이에는 에어탱크(71) 내의 압력이 일정 압력으로 제어되도록 하는 에어 레귤레이터(73)가 설치된다.

상기 연결관(30)은 바이패스 밸브(80)가 설치된 제1연결관(31)과, 상기 터보차저(41)에서 상기 흡기 매니폴드(20) 사이에 설치되는 인터쿨러를 경유토록 설치된 제2연결관(32)으로 이루어진다.

그리고 상기 바이패스 밸브(80)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 에어탱크(71)와 연결되어 공기가 유동되도록 하는 바이패스부(81)와, 상기 바이패스부(81)에 직교되게 소정의 공간을 형성하는 직교통로부(82)와, 상기 직교통로부(82)에 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 바이패스부(81)를 개폐하는 개폐부재(83)를 포함하여 구성된다.

상기 개폐부재(83)에는 관통공(83a)이 형성되어 개폐부재(83)의 슬라이딩에 따라 바이패스부(81)가 개폐되도록 한다.

이때, 상기 직교통로부(82)의 일측에는 상기 개폐부재(83)의 슬라이딩 거리를 한정토록 하는 걸림턱(84)이 형성되고, 상기 걸림턱(84)에 상기 개폐부재(83)가 걸리도록 이 개폐부재(83)의 단부에는 걸림부(83b)가 형성되며, 상기 걸림턱(84)과 걸림부(83b) 사이에는 스프링(85)이 개재 설치된다.

상기 차량의 일측에는 솔레노이드 밸브(72)에 정상적으로 작동이 되지 않으면 이를 경고토록 하는 경고부(91)가 마련되고, 상기 경고부(91)는 경고 램프로 이루어진다.

또한 상기 솔레노이드 밸브(72)는, 도1에 도시된 바와 같이, 입력압, 출력압, 및 대기압의 연결 사이에 설치되어 작동되도록 3웨이 마그네틱 솔레노이드 밸브(72)로 이루어진다.

상기 흡기센서(50)는 전술한 바와 같이, 매니폴드 에어 압력 센서(MAPS)와,매니폴드 에어 온도 센서(MATS)를 포함하여 구성된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 인터쿨러 바이패스 장치의 작동을 순차적으로 나타내 보인 플로차트가 도 3에 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 우선, 상기 엔진(10)의 회전수를 읽고,(단계 110) 그리고 엔진(10) 공기량을 환산하기 위해 흡기 매니폴드(20)의 온도 및 압력을 각 센서를 통해 읽는다.(단계 120)

이어서, 엑셀 페달 센서(61)를 통해 엔진(10) 부하를 읽는다.(단계 130) 그리고 상기 각 센서들과 솔레노이드 밸브(72)가 정상 상태인지를 판단한다.(단계 140,150) 상기 단계 140 및 150에서 각 센서와 솔레노이드 밸브(72)가 각각 정상이면 급가감속이 이루어졌는지 그 여부를 판단한다.(단계 160)

상기 단계 160에서 급가감속이 이루어지지 않는다면, 솔레노이드 밸브(72) 작동 듀티를 계산하고,(단계 170) 솔레노이드 밸브(72)를 작동시킨다.(단계 180)

한편 상기 단계 140, 150, 및 160에서 상기 각 센서와 솔레노이드 밸브(72)가 정상이 아니거나, 급가감속이 이루어졌으면 현재의 프로세스를 중단하고, 특히 상기 솔레노이드 밸브(72)가 정상이 아니면 경고 램프를 점등시킨다.(단계 190)

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 바이패스 밸브(80)의 작동압 제어에 있어서, 그 작동압은 상기 에어탱크(71)의 압을 이용한다. 상기 에어탱크(71) 내의 예컨대 8∼9bar의 압력은 에어 레귤레이터(73)를 통해 일정 압력으로 제어되고, 상기 솔레노이드 밸브(72)에 입력압으로 공급된다. 그리고 상기 솔레노이드 밸브(72)는 대기압과 출력압의 연결 통로를 온/오프함으로써 입력압과 출력압의 차를 조절하는데 상기한 출력압이 바이패스 장치에 작용한다.

또한 솔레노이드 밸브(72)의 작동 제어에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브(72)는 3웨이 마그네틱 솔레노이드 밸브(72)로서 그 내부의 마그네틱 밸브가 입력압, 출력압, 대기압의 연결 사이에 설치되어 ECU(60)의 전기 신호에 따라 온/오프 작동함으로써 출력 압력을 조절한다. 시동전 입력압은 모두 출력압으로 작동하고, 아이들과 저속부하시 입력압과 출력압의 차이는 작고, 고속 고부하로 진행됨에 따라 출력압은 대기압에 접근한다.

그리고 상기 솔레노이드 밸브(72)의 출력압에 따라 바이패스 밸브(80)의 스트로크(stroke)가 결정되고, 출력압이 입력압과 같으면 상기한 스트로크는 최대가 되고, 상기 바이패스 밸브(80)의 바이패스부(81)는 도 4에 도시된 바와 같이, 풀 오픈(full open)이 된다. 즉, 이 경우에는 저속, 저부하의 경우이다.

또한 상기 스프링(85)의 압은 출력압이 대기압에 접근하면, 출력압을 이기고 스트로크는 0으로 접근한다. 따라서 상기 바이패스 밸브(80)의 바이패스부(81)는 도 5에 도시된 바와 같이 폐쇄된다. 즉, 이 경우는 고속 고부하시의 상태이다.

그리고 급가감속시 상기 솔레노이드 밸브(72)의 작동이 정지됨에 따라 출력압과 입력압은 다시 동일하게 되어 상기 바이패스 밸브(80)는 풀 오픈이 되고, 인터쿨러의 저항없이 흡기 매니폴드(20)로 공기를 빠르게 유입시킬 수 있다.

그리고 전술한 바와 같이, 상기 엔진(10)의 부하를 감지하기 위해 엑셀 페달 센서(61)를 장착하고, 상기 엔진(10) 회전수 감지를 위해 엔진 속도 센서(62)를 채용하며, 상기 엔진(10)에 공급되는 공기량을 감지하기 위해 흡기센서(50)인 매니폴드 에어 압력 센서와 매니폴드 에어 온도 센서를 각각 채용한다.

또한 엔진(10)의 부하 및 회전수에 따른 솔레노이드 듀티 맵(MAP)과 매니폴드 에어 압력 센서와 매니폴드 에어 온도 센서에 따른 듀티 맵을 채용한다. 이에 따라 매니폴드 에어 압력 센서와 매니폴드 에어 온도 센서의 입력값으로 환산한다.

그리고 각 센서 고장시 솔레노이드 밸브(72)의 작동을 중지하고, 상기한 듀티 맵을 선택적으로 사용할 수 있는 소프트웨어 스위치를 마련한다. 이어서 급가감속시에는 솔레노이드 밸브(72)의 작동을 중지하고, 솔레노이드 밸브(72) 고장시 즉시 이를 운전자에게 경고 램프를 점등하여 운전자에게 즉시 인지토록 한다. 또한 각 센서 고장시 백업값을 채용토록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 인터쿨러 바이패스 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

냉시동시 또는 한냉지에서 터보차저 압축기의 고온고압의 흡기를 냉각된 흡기와 혼합시킴으로 과냉을 방지할 수 있고, 화이트 스모크의 발생을 방지할 수 있다. 그리고 상기한 화이트 스모크의 방지를 위해 마련되는 에어 히터를 대체할 수 있다.

적극적인 공기량 제어에 의해 연비향상, 유해가스를 저감시킬 수 있다.

또한 급가속시 터보래그에 의한 필요 공기량 공급 지연을 보상하여, 스모크 저감을 도모하고 차량 응답성을 향상시킨다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 엔진과;

   상기 엔진의 각 실린더에 연결 설치되어 혼합기를 상기 실린더에 안내하는 흡기 매니폴드와;

   상기 흡기 매니폴드에 적어도 하나 이상의 연결관을 통하여 연결 설치되어 상기 엔진에 공기를 압송하여 상기 엔진의 출력을 향상시키는 터보차저와;

   상기 흡기 매니폴드의 일측에 설치되어 흡기공기의 온도와 압력을 검출하는 흡기센서와;

   상기 흡기 온도센서가 흡기공기의 온도를 검출한 전기적 신호가 입력되도록 상기 엔진이 장착되는 차량에 설치된 ECU와;

   압축된 공기를 저장하여 각 작동부에 공급하는 역할을 하도록 상기 차량에 설치된 에어탱크와;

   상기 ECU의 신호에 따라 온/오프 작동되어 상기 에어탱크로부터 입력되는 공기를 제어토록 하는 솔레노이드 밸브와;

   상기 솔레노이드 밸브의 출력압에 따라 스트로크가 결정되도록 상기 연결관에 설치되어 공기의 유입을 제어하는 바이패스 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 ECU는 상기 엔진의 부하를 감지하기 위한 엑셀 페달 센서와, 엔진의 회전수를 감지하기 위한 엔진 속도 센서와, 대기압을 감지하기 위한 대기압 센서와 전기적인 신호가 입력되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 에어탱크와 상기 솔레노이드 밸브 사이에는 상기 에어탱크 내의 압력이 일정 압력으로 제어되도록 하는 에어 레귤레이터가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 연결관은 상기 바이패스 밸브가 설치된 제1연결관과;

   상기 터보차저에서 상기 흡기 매니폴드 사이에 설치되는 인터쿨러를 경유토록 설치된 제2연결관;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 바이패스 밸브는,

   상기 에어탱크와 연결되어 공기가 유동되도록 하는 바이패스부와;

   상기 바이패스부에 직교되게 소정의 공간을 형성하는 직교통로부와;

   상기 직교통로부에 슬라이딩 가능하게 설치되어 상기 바이패스부를 개폐하는개폐부재;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 직교통로부의 일측에는 상기 개폐부재의 슬라이딩 거리를 한정토록 하는 걸림턱이 형성되고, 상기 걸림턱에 상기 개폐부재가 걸리도록 상기 개폐부재의 단부에는 걸림부가 형성되며, 상기 걸림턱과 상기 걸림부 사이에는 스프링이 개재된 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 차량의 일측에는 상기 솔레노이드 밸브에 정상적으로 작동이 되지 않으면 이를 경고토록 하는 경고부가 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 경고부는 램프로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 솔레노이드 밸브는,

   3웨이 마그네틱 솔레노이드 밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 인터쿨러 바이패스 장치.