KR20020074508A - 터보과급기 및 터보과급기의 작동을 위한 장치 - Google Patents

Abstract

터보과급기의 전환을 위한 장치 및 그러한 장치를 포함하는 터보과급기에 관한 것이다. 상기 장치는 가변적인 터빈 구조를 가진 터보과급기(1) 및 조절된 액추에이터를 포함하는 다른 터보과급기에 사용된다. 전환 신호(P)를 이용하여 과급압 조절기(2)에 의한 조절 모드(A)에서 과급압 제어장치(3)에 의한 비조절 모드(B)로 전환되고, 지연장치(4)가 제공되며, 상기 장치에 의해 전환 신호(B)가 지연 생성될 수 있다.

Description

터보과급기 및 터보과급기의 작동을 위한 장치 {Device for operating a turbocharger and a turbocharger}

특히 근래 디젤 엔진에서 터보과급기의 사용이 증가되었으며, 상기 터보과급기는 조절 가능한 터빈 구조를 갖는다. 터빈의 기류 인공 차단 특성이 끊임없이 변경 가능한 가변적인 터빈 구조에 의해 에너지적으로 유리한 터보과급기의 제어가 이루어질 수 있다. 터보과급기는 실제 엔진 작동점에서 조절됨으로써 배기가스 방출 및 연료 소모와 관련한 최적화가 가능해진다. 특정 엔진 모드 영역에서의 그러한 터보과급기는 과급압 조절기의 차단을 통한 조절 모드에서 제어 모드로 전환된다. 상기 전환은 조절 가능한 터빈 구조를 가진 터보과급기에서 다음과 같은 문제점을 야기한다:내연기관이 낮은 엔진 rpm 및 적은 연료량으로 작동되면, 높은 과급압이 바람직하며, 그 때문에 터보과급기의 터빈 확산기가 폐쇄 위치로 전환된다. 터빈 확산기의 폐쇄는 엔진의 조절 모드로부터 제어 모드로의 전환 시점에서 터보과급기의 압축기가 일정 시간 동안 동작점에서 작동되도록 할 수 있으며, 상기 동작점은 압축기 특성필드에서 "압축펌핑"이라고 한다. 이것은 유입 공기유동량 및역류된 배기가스 유동량이 강하게 진동하도록 하고, 그 때문에 한편으로는 배기가스 배출이 악화되고 다른 한편으로는 차량의 공기흡입 시스템에 유동 소음이 크게 나타날 수 있다. 또한 예를 들어 엔진에 의해 흡입된 공기의 강한 진동에 의해 분사량이 제한되면, 상기 "압축 폄핑"은 엔진 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서 승차감이 나빠진다.

본 발명은 종속 청구항 제 1항 및 7항에 따른 터보과급기 및 내연기관, 특히 디젤 엔진용 베기가스 터보과급기의 작동을 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 과급압 조절기 및 터보과급기를 포함하는 본 발명에 따른 실시예의 개략도.

도 2는 도 1에 따른 실시예의 지연 장치의 블록 회로도.

도 3a는 선행 기술에 따른 터보과급기의 전환시 시간 경과에 대한 유입 공기량 및 과급압 조절기의 듀티 싸이클.

도 3b는 본 발명에 따른 장치를 포함하는 터보과급기의 전환 지연시 유입 공기량 및 과급압 조절기의 듀티 싸이클.

본 발명의 목적은 가변적인 터빈 구조를 갖는 터보과급기 및 터보과급기용 전환장치를 제공하는 것으로, 상기 터보과급기는 모든 작동 상태에서 균일하고 최적으로 작동하며, 특히 터보과급기의 조절 모드와 제어 모드 사이의 전환 영역에서 개선되도록 한다. 상기 목표는 청구항 제 1항에 따른 장치 및 청구항 제 7항에 따른 터보과급기에 의해 달성된다. 바람직한 실시예 및 개선이 각각 종속 청구항에 나타나 있다.

과급압 조절기의 전환을 위한 전환 신호가 지연되도록 하는 지연 장치에 의해 과급압 조절기는 조절 모드에서 제어 모드로 전환시 일정 시간을 더 스위치 온 되도록 한다. 따라서 터보과급기의 실제 과급압은 "압축펌핑"이 더 이상 나타나지 않는 수치로 감소된다. 과급압 조절기가 실제 과급압을 이에 상응하여 감소시킴으로써 차량 공기 흡입 시스템 내에 유동 소음이 바람직한 감소가 이루어진다. 따라서 과급압 조절기의 제어 모드에서 더욱 큰 고정된 과급압이 달성됨으로써 차량이 계속하여 가속될 때 동력 확대가 이루어질 수 있다. 따라서 엔진의 수명은 엔진 및 터보과급기의 모든 작동 모드에서 개선된다. 또한 본 발명에 의해 엔진의 배기가스방출 수치가 감소된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 조절 모드에서 제어 모드로 전환하기 위한 전환 신호가 엔진의 작동 모드에 따라 가변적으로 지연 가능하다. 따라서 장치는 각 엔진의 다양한 작동 모드에서 역학적으로 반응하며, 그 때문에 전환 지연 효과가 높아진다. 배기가스 억제 및 차량 동력이 계속 개선된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 지연 장치는 엔진에 따른 시상수를 갖는다. 유형에 관계없이 다양한 엔진에서 최대로 선택가능한 상기 시상수에 의해 장치는 다양한 엔진 유형에 매칭될 수 있다. 한번 확실하게 세팅된 시상수에 의해 장치는 간단하고 저렴하게 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 전환 신호를 생성하기 위해 히스테리시스 회로는 전환 한계로서 상위 특성 곡선 및 하위 특성 곡선을 갖는다. 상기 전환 한계를 초과하면 바람직하게 전환 신호가 직접 나타나는 것이 아니라 지연되어 나타난다. 때문에 터보과급기는 조절 및 제어 모드 사이의 전환 영역에서 동작 영역으로 작동될 수 있으며, 상기 터보과급기는 "압축펌핑"을 방지한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 장치는 기존의 터보과급기 시스템내에 추후 조립될 수 있도록 조절된다. 이것은 장치가 추후에도 차량 동력 및 배기가스 방출의 개선을 위해 터보과급기 시스템에 장착될 수 있는 장점을 갖는다.

청구항 제 7항에 따른 공기 유동량의 압축을 위한 터보과급기는 압축 비율의 조절을 위한 가변적인 터빈 구조 및 조절 모드에서 제어 모드로 터보과급기의 지연 전환을 위한 지연 장치를 구비한다. 바람직한 실시예에 따라 지연 장치는 터보과급기에 통합된다. 즉 추가 부품이 필요하지 않다.

이와 관련한 바람직한 실시예에 따라 지연 장치는 중앙 엔진 제어장치의 일부이다. 따라서 모든 제어 시스템이 포함되고 따라서 신호 생성 및 변형 사이의 간단한 경로가 생기는 것이 장점이다.

본 발명은 도면에 의해 상세히 설명된다.

도 1에는 본 발명에 따른 터보과급기의 전환을 위한 장치가 개략적으로 전체 도면에 도시된다. 터보과급기(1)는 가변적인 터빈 구조를 가지며, 과급압 조절기(2)에 의해 조절된다. 가변적인 터빈 구조는 공지된 방법으로, 예를 들어 터보과급기의 조절 가능한 터빈 날개에 의해 구현되거나 공지된 다른 형태를 갖는다. 엔진의 특정 작동 모드에서-도면에 도시되지 않음- 과급압 조절기(2)에 의한 조절 모드(A)에서 과급압 제어기(3)에 의한 비조절 모드(B)으로 전환된다. 상기 전환은전환 신호(P)에 의해 이루어지고, 상기 신호는 히스테리시어스 스위치(5)에서 초기 입력값으로서 엔진 rpm 및 분사량에 의해 생성된다. 히스테리시어스 스위치(5)는 상위 특성 곡선 및 하위 특성 곡선을 가지며, 상기 특성 곡선을 모두 초과하거나 각 하나의 특성 곡선을 초과할 경우 전환 신호(P)가 발생된다. 지연된 전환 신호(P_t)는 지연 장치(4)에 안내되고, 상기 지연 장치에 의해 지연된 전환 신호(P_t)가 생성된다. 지연된 전환 신호(P_t)는 작동 방식 A 와 B 사이에서 전환을 위해 과급압 조절기(2) 및 과급압 조절기(3)에 송신된다. 지연 장치(4)내의 전환 신호(P)의 시간적 지연을 위해 지연 장치(4)에 시상수(K)가 저장된다. 상기 시상수 만큼 지연 장치내의 입력 신호(P)가 일시적으로 지연된다. 시상수(K)는 다양한 엔진 유형에 적합하도록 변형될 수 있다. 대안적으로 시상수(K)는 가변적인 시간 지연값에 의해 대체될 수 있고, 상기 값은 예컨대 엔진의 작동 상태에 따라 변형하도록 한다. 지연 장치(4)내의 일시적인 지연의 목적은 각각 다른 방법으로 실현될 수 있다.

도 2에서 도 1의 실시예의 본 발명에 따른 지연 장치가 블록 회로도의 형태로 도시된다. 전환 신호(P)는 히스테리시스 회로(5)에 의해 형성되고, 상기 스위치는 입력 신호로서 분사량(q_mot)를 포함한다. 히스테리시스 회로(5)는 상위 특성 곡선(5.1) 및 하위 특성 곡선(5.2)으로 구성되고, 각각 상기 특성 곡선들은 엔진 rpm(n_mot)에 대한 한계값을 형성한다. 특성 곡선(5.1, 5.2)의 초과시 스위치(5)에 신호(P)가 생성되고, 상기 신호는 터보과급기의 작동을 조절 모드(A)에서 비조절 모드(B)로 전환한다. 터보과급기의 전환시 가변적인 터빈 구조에 의해 나타날 수 있는 "압축펌핑"을 방지하기 위해 신호(P)는 지연 장치(4)에서 도면에 도시되지 않은 과급압 조절기(2)의 지연된 전환 신호(P_T)에 의해 전환되도록 일시적인 상수값(K) 만큼 지연된다. 따라서 압축기 내의 현재 과급압은 일정 값으로 감소하고, 상기 값에서 흡입된 공기 유동량의 급격한 변동 및 재생된 배기가스 부피의 유동을 뜻하는 "압축펌핑"은 나타나지 않는다.

도 3a는 선행 기술에 따른 터보과급기의 전환시 시간에 의한 과급압 조절기 및 유입 공기 유동량의 듀티싸이클의 도표를 도시한다. 이와 달리 도 3b는 본 발명에 따른 장치가 사용된 차이점을 갖는 도표를 도시한다. 도 3a의 하위 영역에 펄스(t1 및 t2)가 동시에 주어지는 것이 분명하며, 이것은 과급압 조절기(2)가 일시적으로 지연되지 않고 전환되는 것을 의미한다. 전환 신호(P)는 과급압 조절기(2)에 직접 주어진다. 오른쪽 영역에서 유입 공기 유동량(y₁) 곡선이 과급압 조절기의 지연되지 않은 차단 후 일시적으로 높은 수치로 상승하고 과급압 조절기(y₂)의 듀티 싸이클은 조절기 차단시 즉시 높은 수치로 상승한다. 이것은 과급압 조절기의 차단이 소위 "압축펌핑"을 야기함을 뜻한다.

도 3b에서는 이와 달리 본 발명에 따른 장치가 제공되며, 때문에 대응하는 곡선이 균일하다. 차단은 t2 와 달리 일시적으로 지연된 펄스(t1)에서 나타나는 2초동안 지연되어 이루어진다. 이러한 방식으로 과급압 조절기는 2초 이상 스위치 온 되도록 허용하고, 때문에 유입 공기량의 유동(y₁) 곡선은 균일하게 도표의 오른쪽 영역에서 하강한다. 과급압 조절기(y₂)의 듀티 싸이클도 더 이상 어떠한 수치로 급상승하는 것이 아니라, 균일하게 상승한다. 따라서 조절 가능한 터빈 구조를 갖는 터보과급기에서 "압축펌핑"이 작동 방식의 전환시 효과적으로 차단하는 본 발명에 따른 장치의 효과가 도시된다.

도면부호

1 터보과급기

2 과급압 조절기

3 과급압 제어장치

4 지연장치

5 히스테리시스 회로

5.1 히스테리시스 회로의 상위 특성 곡선

5.2 히스테리시스 회로의 하위 특성 곡선

n_mot엔진rpm

q_mot분사량

P 전환 신호

P_T지연 전환 신호

T 지연

t₁,t₂시간 펄스

y₁유입 공기 유동량

y₂과급압 조절기의 듀티싸이클

Claims (9)

1. 과급압 조절을 위한 과급압 조절기(2)를 포함하며, 터보과급기(1)는 전환 신호(P)를 이용하여 과급압 조절기(2)에 의한 조절 모드(A)에서 과급압 제어장치(3)에 의한 비조절 모드(B)로 전환되는 가변적인 터빈 구조를 갖는 내연기관, 특히 디젤 엔진용 터보과급기(1)의 전환 장치에 있어서,

   지연장치(4)를 포함하며, 상기 지연장치에 의해 전환 신호(P)가 지연 발생될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전환 신호(P)가 엔진의 작동 상태에 따라 가변적으로지연 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 지연장치(4)가 엔진에 따른 상수(K)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 시상수(K)가 2초인 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전환 신호(P)의 생성을 위해 전환 한계값으로서 상위 특성 곡선 및 하위 특성 곡선을 가진 히스테리시스 회로(5)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치가 기존 터보과급기 시스템 내에 차후 조립될 수 있도록 조정되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 압축비의 조절을 위한 가변적인 터빈 구조를 포함하는 엔진, 특히 디젤 엔진의 공기 유동량의 압축을 위한 터보과급기에 있어서,

   청구항 제 1항 내지 6항에 따른 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보과급기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 지연장치(4)가 과급압 조절기(2)에 통합되는 것을 특징으로 하는 터보과급기.
9. 제 7항에 있어서, 상기 지연장치(4)가 중앙 엔진 제어장치의 구성 성분인 것을 특징으로 하는 터보과급기.