KR20020046543A - 터보차저 엔진의 연비 향상 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보차저의 작동압력을 조절하기 위해서 터보차저에서 가압된 흡입공기의 압력으로 작동되는 웨이스트 게이트 밸브의 일측에 스로틀밸브의 상태에 따라서 작동되는 솔레노이드 밸브를 추가로 형성하므로서 상기한 웨이스트 게이트 밸브의 작동성을 향상시켜 결과적으로 엔진의 출력이 향상되도록 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치 및 그 제어방법에 관한 것으로,

터보차저의 터빈 하우징에 형성되는 웨이스트 게이트를 작동하기 위해서, 터보차저에서 가압된 흡입공기의 공기압에 의해 작동하는 웨이스트 게이트 밸브에 있어서,

상기한 웨이스트 게이트 밸브의 일측에 별도의 피스톤이 추가로 형성되고, TPS에서 측정되는 스로틀밸브의 개도 상태에 따라서 전자제어장치(ECU)의 제어에 따라 상기한 피스톤을 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

터보차저 엔진의 연비향상장치 및 그 제어방법{Fuel consumption improvement apparatus for turbo charger engine and control method thereof}

본 발명은 터보차저 엔진의 연비향상장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터보차저의 작동압력을 조절하기 위해서 터보차저에서 가압된 흡입공기의 압력으로 작동되는 웨이스트 게이트 밸브의 일측에 스로틀밸브의 상태에 따라서 작동되는 솔레노이드 밸브를 추가로 형성하므로서 상기한 웨이스트 게이트 밸브의 작동성을 향상시켜 결과적으로 엔진의 출력이 향상되도록 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진에는 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압한 후 연소실로 공급되도록 하는 터보차저가 형성되어 있다.

도 4는 디젤엔진의 일반적인 흡입공기 공급시스템을 간략하게 도시한 것으로서, 엔진(11)으로 공급되는 흡입공기는 에어덕트(12)로 유입되어 에어클리너(13)에서 정화된 후, 배기가스의 배출압력으로 회전되는 터보차져(14)에 의해 가압되고, 가압된 흡입공기는 인터쿨러(15)에서 냉각된 후, 스로틀밸브(16)의 개도량에 따라서 스로틀바디(17)에서 스월을 일으키며 연소실로 유입되도록 구성된다.

엔진(11)의 배기매니폴드에서 배출되어 상기한 터보차저(14)를 가동시킨 배기가스는 배기관에 형성된 촉매(18)에서 유해성분이 산화 및 환원된 후 머플러를 통해 대기로 배출된다.

그리고 각 엔진의 부하 및 회전수에 따라서 과급공기의 압력조정을 위해서 상기 터보차저(14)로 공급되는 배기가스의 양을 조절하기 위한 웨이스트게이트(19)가 터보차저(14)의 하우징 일측에 형성된다.

상기한 웨이스트 게이트(19)는 별도로 형성되는 웨이스트 게이트 밸브(20)에 의해 작동되는데, 상기 액츄에이터(20)는 터보차저(14)에서 가압된 흡입공기량에 따라서 작동량이 결정된다.

따라서 엔진(11)으로 흡입되는 흡입공기량이 과다하게 되면, 웨이스트 게이트 밸브(20)로 공급되는 공기압이 증가되므로서 상기 웨이스트 게이트 밸브(20)가 작동되어 상기 웨이스트 게이트(19)를 개방시킨다. 이렇게 웨이스트 게이트(19)가 개방되면 터보차저(14)로 직접 공급되는 배기가스의 일부가 배기파이프 측으로 바로 배기되므로서 터보차저(14)의 회전속도를 줄여 흡입공기의 유속을 저하시킨다.

반대로 흡입공기량이 적어지면 웨이스트 게이트 밸브(20)로 공급되는 공기압이 감소되어 리턴스프링(21)에 의해서 상기한 웨이스트 게이트 밸브(20)는 후퇴되므로서 개방되었던 웨이스트 게이트(19)를 차단시킨다. 이와 같이 웨이스트 게이트(19)가 닫히면 연소실에서 배출되는 배기가스의 전부가 터보차저(14)의 터어빈을 회전시키게 되므로서 흡입공기의 양이 증대되는 것이다.

그러나 상기와 같은 웨이스트 게이트 밸브는 최대 과급압에 의해서만 제어되기 때문에 일반 운전자들의 운전영역인 부분부하에서는 터보차저가 장착되지 않은 엔진에 비해 배압이 상승되는 요인으로 작용되므로서 배압의 상승으로 동급엔진보다 연비가 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 보다상세하게는 터보차저의 작동압력을 조절하기 위해서 터보차저에서 가압된 흡입공기의 압력으로 작동되는 웨이스트 게이트 밸브의 일측에 스로틀밸브의 상태에 따라서 작동되는 솔레노이드 밸브를 추가로 형성하므로서 상기한 웨이스트 게이트 밸브의 작동성을 향상시켜 결과적으로 엔진의 출력이 향상되도록 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

터보차저의 터빈 하우징에 형성되는 웨이스트 게이트를 작동하기 위해서, 터보차저에서 가압된 흡입공기의 공기압에 의해 작동하는 웨이스트 게이트 밸브에 있어서,

상기한 웨이스트 게이트 밸브의 일측에 별도의 피스톤이 추가로 형성되고, TPS에서 측정되는 스로틀밸브의 개도 상태에 따라서 전자제어장치(ECU)의 제어에 따라 상기한 피스톤을 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브가 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 청구항 2 기재에 의하면,

TPS가 스로틀밸브 개도각을 측정하는 제1단계와;

상기 TPS의 측정값에 의해서 스로틀밸브가 급변되었는가를 판단하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 스로틀밸브가 급변되지 않은 것으로 판단되었을 경우, TPS에서 측정된 TPS값이 기준값(40%) 이하로 판단되면 전자제어장치(ECU)가 솔레노이드 밸브를 작동시켜 피스톤을 압축하는 제3단계; 로 진행되어 피스톤이 압축됨에따라 웨이스트 게이트 밸브가 작동되고, 웨이스트 게이트가 개방되어 터보차저로 공급되는 배압이 감소되므로서 엔진의 연비가 향상되도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 구성되는 연비향상장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 의해 형성되는 웨이스트 게이트 밸브의 구성도.

도 3은 본 발명에 의해 구성되는 웨이스트 게이트 밸브가 작동되는 과정을 설명하기 위한 플로우차트.

도 4는 일반적인 디젤엔진의 흡입공기 시스템을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 엔진 12 : 에어덕트

13 : 에어클리너 14 : 터보차저

15 : 인터쿨러 16 : 스로틀밸브

17 : 스로틀바디 18 : 촉매

19 : 웨이스트 게이트 30 : 웨이스트 게이트 밸브

31 : 밸브 32 : 리턴스프링

33 : 피스톤 34 : 솔레노이드 밸브

35 : TPS

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 구성되는 연비향상장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 의해 형성되는 웨이스트 게이트 밸브의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 의해 구성되는 웨이스트 게이트 밸브가 작동되는 과정을 표시한 플로우차트이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성되는 웨이스트 게이트 밸브를 지시하는 것으로서, 일반적인 흡입공기 시스템은 종래와 같이 형성되므로서 종래기술 설명에서 사용된 부호를 그대로 인용하기로 한다.

상기한 웨이스트 게이트 밸브(30)는 하우징 내부로 밸브(31)와, 상기 밸브(31)을 탄력지지하기 위한 스프링(32)과, 상기 밸브(31)의 타측에 형성되는 피스톤(33)과, 상기 피스톤(33)을 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브(34)로써 구성된다.

상기한 솔레노이드 밸브(34)는 TPS(Throttle position sensor)(35)에서 측정되는 스로틀 밸브(16)의 개도각에 따라서 전자제어장치(ECU)의 제어에 의해 작동되는 것으로서, 상기한 스로틀밸브(16)의 개도량이 커지면 커질수록 상기한 솔레노이드 밸브(34)의 작동량이 커지게 하는 것이다.

상기한 솔레노이드 밸브(34)는 전자식 공압제어가 이루어지므로서 상기한 웨이스트 게이트(19)의 개폐량을 엔진의 부분부하시에 그 정도에 따라 제어가 가능하게 된다. 따라서 엔진의 부분부하시인 경우에는 연비를 향상시키게 되고, 엔진이 고부하시인 경우에는 엔진의 출력성능이 향상시키게 되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 터보차저 엔진의 연비향상장치의 작동을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

엔진(11)이 가동되면 연료가 연소됨에 따라서 배기가스가 배출되는데, 터보차저(14)가 장착된 디젤엔진에서는 상기의 배출가스로 하여금 상기 터보차저(14)의 터빈을 회전시켜 흡입공기를 가압하므로서 엔진(11)의 연소실로 충분한 흡입공기를 공급하게 된다.

또한, 상기한 터보차저(14)가 형성되는 터빈 하우징의 일측에 형성된 웨이스트 게이트(19)는 가압된 흡입공기의 압력에 의해서 개폐가 결정되어 터보차저(14)를 공급되는 배출가스의 양을 조절하게 된다.

그런데 이 과정에서 본 발명에 의해 형성된 웨이스트 게이트 밸브(30)는 TPS(35)에 의해 측정된 스로틀밸브(16)의 개도량이 전자제어장치(ECU)에 전해지고, 상기한 전자제어장치(ECU)는 스로틀밸브(16)의 개도량에 따라 미리 설정된 제어값에 의해 상기 웨이스트 게이트 밸브(30)와 연결된 솔레노이드 밸브(34)를 작동시키게 된다.

따라서 상기한 솔레노이드 밸브(34)는 웨이스트 게이트 밸브(30)를 적정량 이동시키게 되므로서, 상기한 웨이스트 게이트(19)를 각 엔진의 상황에 맞게 개방 및 폐쇄시키게 되며, 경우에 따라서는 상기한 웨이스트 게이트(19)를 부분적으로개폐시키게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 웨이스트 게이트 밸브가 터보차저에서 가압된 흡입공기의 공기압에 의해서만 작동되는 것이 아니고, 스로틀밸브의 개도량에 따라서도 부분적인 작동이 가능하게 되므로서, 엔진이 부분부하시인 경우에는 연비를 향상시키게 되고 엔진이 고부하시인 경우에는 엔진의 출력성능을 향상시키게 되는 커다란 장점이 있는 것이다

Claims (5)

1. 터보차저의 터빈 하우징에 형성되는 웨이스트 게이트를 작동하기 위해서, 터보차저에서 가압된 흡입공기의 공기압에 의해 작동하는 웨이스트 게이트 밸브에 있어서,

   상기한 웨이스트 게이트 밸브(30)의 일측에 별도의 피스톤(33)이 추가로 형성되고, TPS(35)에서 측정되는 스로틀밸브(16)의 개도각 상태에 따라서 전자제어장치(ECU)의 제어에 따라 상기한 피스톤(33)을 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브(34)가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치.
2. TPS(35)가 스로틀밸브(16) 개도각을 측정하는 제1단계와;

   상기 TPS(35)의 측정값에 의해서 스로틀밸브(16)가 급변되었는가를 판단하는 제2단계와;

   상기 제2단계에서 스로틀밸브(16)가 급변되지 않은 것으로 판단되었을 경우, TPS(35)에서 측정된 TPS값이 기준값(40%) 이하로 판단되면 전자제어장치(ECU)가 솔레노이드 밸브(34)를 작동시켜 피스톤(33)을 압축하는 제3단계; 로 진행되어 피스톤(33)이 압축됨에 따라 웨이스트 게이트 밸브(30)가 작동되고, 웨이스트 게이트(19)가 개방되어 터보차저(14)로 공급되는 배압이 감소되므로서 엔진의 연비가 향상되도록 한 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치의 제어방법.
3. 제 2항에 있어서,

   제2단계에서 스로틀밸브(16)가 급변된 것으로 판단되었을 경우, 상기 스로틀밸브(16)가 급히 열린상태인가, 급히 닫힌상태인가를 판단하는 제4단계와;

   상기 제5단계에서 스로틀밸브(16)가 급히 열린상태로 판단되어 솔레노이드 밸브(34)의 피스톤(33)을 원위치시키는 제5단계; 를 더 포함하므로서 상기한 피스톤(33)이 원위치되고, 웨이스트 게이트(19)가 닫히게 되어 터보차저(14)로 공급되는 배출가스의 양이 증대되므로서 엔진의 출력이 증대되는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치의 제어방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기한 제4단계에서 스로틀밸브(16)가 급히 닫힌상태로 판단되면 전자제어장치(ECU)가 상기한 솔레노이드 밸브(34)를 작동시켜 피스톤(33)을 압축하여 웨이스트 게이트(19)를 개방되도록 하는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치의 제어방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   TPS(35)에서 측정된 TPS값이 기준값(40%) 이상으로 판단되면 솔레노이드 밸브(34)의 리턴스프링(32)에 의해 피스톤(33)이 원위치되고, 상기한 웨이스트 게이트(19)가 닫혀 터보차저(14)로 공급되는 배출가스의 양이 증대되므로서 엔진출력이 최대로 되는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 연비향상장치의 제어방법.