KR20020081277A

KR20020081277A - 배기압의 검출에 의한 가변형상의 터보 과급기 제어방법및 시스템

Info

Publication number: KR20020081277A
Application number: KR1020027009589A
Authority: KR
Inventors: 시버리치매토우제이.; 테리웨슬리제이.; 머피브라이언제이.
Original assignee: 인터내셔널 엔진 인터렉츄얼 프로퍼티 캄파니, 엘엘씨
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2001-01-20
Publication date: 2002-10-26
Also published as: BR0107977A; CA2397972C; KR100751672B1; AU2001234503A1; EP1250523B1; US6418719B2; JP2003527520A; WO2001055575A1; ATE310159T1; EP1250523A1; JP4603752B2; DE60114987T2; US20010032465A1; CA2397972A1; MXPA02007228A; DE60114987D1

Abstract

본원은 가변형 기하형상 터보 과급기를 제어하는데 엔진의 배기배압(1210)을 사용하는 시스템과 방법을 제공하는 것이다. 제어 시스템은 엔진 매개변수에 기본한 소망의 배기배압(1205)을 결정한다. 다음, 소망의 배기배압(1205)은 측정된 배기배압(1210)과 소망의 배기배압(1205) 사이에 차(1215)를 결정하도록 측정된 배기배압(1210)과 대비된다. 그 차의 값(1215)은 듀티사이클(1220)을 결정하는데 사용된다. 변경 실시예에서, 배기가스 압력(1615)은 엔진 매개변수에 기본하여 정해진 듀티사이클(1605)을 조정하는데 사용된다. 측정된 배기배압(1615)과 소망의 배기배압(1610) 사이에 차(1620)는 배기 압력 제어 듀티사이클(1625)을 정하는데 사용된다. 다음, 기본 듀티사이클(1605)이 배기 압력 제어 듀티사이클(1625)에 의해 조정되어 터보 과급기 듀티사이클(1630)에 보내진다.

Description

배기압의 검출에 의한 가변형상의 터보 과급기 제어방법 및 시스템{CONTROL OF A VARIABLE GEOMETRY TURBOCHARGER BY SENSING EXHAUST PRESSURE}

수많은 내연기관은 엔진성능을 개선하기 위해 과급기를 사용한다. 과급기는 엔진으로의 흡기 밀도를 증가시킨다. 공기밀도가 높을수록 엔진에서 소모하는 연료량은 증가한다. 그 결과, 엔진의 출력이 높아진다.

과급기는 전형적으로 동축으로 연결된 압축기와 터빈을 갖고 있다. 상기 터빈은 휘일에 부착된 블레이드를 갖고 있으며, 이들은 축에 장착되어 있다. 터빈하우징은 터빈을 감싸며, 엔진의 배기가스 매니폴드에 연결된다. 상기 터빈하우징은 배기가스를 터빈 블레이드로 지향시키는 베인을 갖고 있다. 압축기는 다른 휘일에 부착된 블레이드를 갖고 있으며, 이들 또한 축에 장착된다. 압축기하우징은 압축기를 감싸며, 엔진의 흡기 매니폴드에 연결되어 있다. 압축기하우징은 압축기를 도와 흡기를 압축하기 위한 베인을 포함한다. 상기 압축기하우징은 터빈하우징과는 격리되어 있다.

작동시 배기가스는 배기가스 매니폴드를 거쳐 터빈하우징을 지나간다. 터빈하우징의 베인은 상기 배기가스를 터빈 블레이드로 지향시킨다. 배기가스 압력은 터빈을 회전시키고, 이에 의해 압축기가 회전하게 된다. 회전하는 압축기는 흡기를 압축한다. 그 결과, 고밀도의 공기가 흡기 매니폴드에 제공된다.

터보 과급기에 있어서, 배기가스 압력은 흡기 압력에 직접적인 영향을 미친다. 배기가스 압벽이 증가함에 따라, 터빈과 압축기는 더욱 빠르게 회전한다. 빠르게 회전하는 압축기는 흡기 압력을 증가시킨다. 배기가스 압력이 감소됨에 따라 악영향이 발생된다.

대부분의 터보 과급기는 고정된 형태를 지니고 있다. 터빈의 베인과 압축기하우징은 정지되어 있다. 설계시, 고정된 형상을 갖는 터보 과급기는 특정한 엔진속도 및 로드에서 효과적으로 작동한다. 역으로, 의도하지 않은 엔진속도와 로드에서는 효과적으로 작동되지 않는다.

엔진속도가 낮을 때, 배기가스 압력은 낮아진다. 터빈을 작동시키는 필요한 최소값 보다 낮을 경우도 있다. 엔진이 공회전 상태 또는 저속 상태로부터 가속됨에 따라, 엔진로드가 증가되는 시간으로부터 터빈을 회전시킬 수 있는 배기가스 압력이 형성되는 시간까지는 지연(delay)이 있게 된다. 터빈이 회전하였을 때 조차도, 배기가스 압력은 압축기가 필요로 하는 흡기 압력을 생성하는데 필요로 할 정도로 빠르게, 터빈을 회전시킬 수 있는 고압에 도달하지 못한다.

배기가스 압력은 엔진 속도의 증가시 증가하게 된다. 어떤 시점에서, 압력은 터보 과급기를 압도할 수 있게 된다. 압도된 터보 과급기는 엔진성능을 저하시킨다. 또한, 압도된 터보 과급기와 연관된 높은 배기압은 터보 과급기를 피로하게하고, 밀봉을 손상시키는 등의 문제를 유발하게 된다.

효율을 개선하기 위하여, 고정된 형상을 갖는 터보 과급기에 의해 낮은 엔진속도에서 높은 압축기속도를 제공하게 된다. 터빈하우징의 베인은 일반적으로 배기가스 압력의 증가를 작게 한다. 또한, 상기 베인은 배기가스 흐름을 터빈 블레이드의 일부로 향해 지향시킨다. 이러한 변화는 낮은 엔진속도에서도 터보 과급기의 성능을 개선시키는 반면에, 엔진속도가 높을 때는 터보 과급기의 성능에 악영향을 미친다. 베인의 협소함(narrowing)은 배기가스 압력을 낯추고, 이것은 터보 과급기를 오버드라이빙시키게 된다.

이러한 오버드라이빙을 피하기 위하여, 고정된 형상을 갖는 터보 과급기는 터빈과 배기가스 매니폴드 사이에 위치된 웨이스트 게이트(waste gate) 또는 이와 유사한 밸브를 포함한다. 배기가스 압력이 어떤 시점에 도달하였을 때, 상기 웨이스트 게이트는 배기가스를 터빈으로부터 분기시킨다. 이러한 접근방식은 오버드라이빙 조건에 응답하여 이를 교정한다. 그러나, 응답이 이루어지기 전에 그러한 상태가 발생되도록 기다려야 한다. 또한 이러한 동작은 에너지를 소비하게 되고 부가적인 설비를 필요로 하게 된다.

새로운 터보 과급기는 가변적인 형상을 갖고 있다. 터빈 및/또는 압축기하우징은 유동 영역과 유동방향을 변화시키도록 이동하는 가변형 노즐을 갖고 있다.

가변형 노즐 터빈(VNT) 터보 과급기는 전형적으로 피봇 주위에서 개방위치와 폐쇄위치 사이에서 회전하는 곡선형 노즐을 포함한다. 일부 경우에 있어서, 폐쇄위치는 노즐 사이에 작은 갭(gap)을 남긴다. 다른 실시예에 있어서, 폐쇄되었을때는 노즐이 접촉하며, 이것은 배기가스가 터빈으로 흐르는 것을 정지시킨다. 상기 노즐은 링 또는 이와 유사한 장치에 의해 서로 연결되어 일체로 움직인다. 전자 제어모듈은 전자신호를 전송하여 솔레노이드나 공압밸브 등을 작동시킨다.

배기가스 압력이 낮을 때, 상기 노즐은 폐쇄되어 배기가스가 흐를 수 있는 협소한 영역을 형성한다. 상기 협소한 영역은 터빈하우징을 통한 가스 유동을 제한하여 배기가스 압력을 증가시킨다. 또한, 상기 노즐은 터빈 블레이드의 팁에서 배기가스를 가장 적절히 지향시킨다. 이와 같이 지향된 유동과 높은 압력에 의해 터빈은 가장 빠른 비율로 곧 회전을 시작하게 된다. 그 결과, VNT 터보 과급기는 낮은 엔진속도에서 필요로 하는 높은 압축기속도를 제공한다.

배기가스 압력이 증가함에 따라, 노즐이 개방되어 가스 유동에 대한 제한을 완화시킨다. 상기 가스 유동은 터빈 블레이드의 전체 길이를 향하게 된다. 제한이 작을수록 그리고 가스 유동이 넓을수록, 상기 터빈과 압축기는 이러한 상태에서 노즐이 폐쇄되는 경우 보다 느리게 회전한다. 그 결과, 터보 과급기는 오버드라이빙 조건에 응답하여 이를 교정할 수 있게 된다.

VNT 터보 과급기의 성능을 최적화하기 위해서는 적절한 노즐 제어가 필요하다. 특히 차량의 내연기관은 일정하게 변화되는 요구사항을 갖고 있다. 어느 한 순간, 엔진은 저속이 될 수도 있다. 그 다음 순간, 상기 엔진은 고속으로 된다. 엔진 부하와 기타 다른 변수들은 거의 일정하게 변화한다. 따라서, 상기 노즐은 새롭게 작동되는 조건을 신속히 조정해야만 한다. 만일 노즐의 폐쇄가 늦어져서 엔진이 고속에서 저속으로 진행될 경우, 터보 과급기는 필요로 하는 흡기 압력을제공할 수 없을 것이다. 만일 노즐의 개방이 늦어져서 엔진이 저속에서 고속으로 진행된다면, 상기 터보 과급기는 오버드라이빙 될 것이다.

대부분의 엔진에 있어서, VNT 터보 과급기는 흡기 압력에 의해 제어된다. 측정된 흡기 압력은 필요로 하는 흡기 압력과 비교되어 진다. 센서는 흡기 매니폴드에 위치되어 상기 측정된 흡기 압력을 결정한다. 엔진의 전자제어모듈(ECM) 또는 기타 다른 마이크로프로세서는 엔진 속도, 엔진 로드, 주위 공기압 등과 같은 엔진 작동변수에 기초하여, 필요로 하는 흡기 압력을 결정한다. 만일 측정된 흡입압력이 필요로 하는 흡입압력 보다 높다면, 상기 ECM은 측정된 흡입압력과 필요로 하는 흡입압력이 같아질 때까지 노즐을 개방한다. 역으로, 만일 측정된 흡입압력이 필요로 하는 흡입압력 보다 낮다면, 상기 ECM은 흡입 압력이 같아질 때까지 노즐을 폐쇄한다.

노즐을 개폐하기 위하여, 상기 ECM은 솔레노이드, 공압밸브 또는 상기 노즐을 제어하는 기타 다른 장치에 전자 신호를 전송한다. 듀티사이클이나 전자신호의 강도는 노즐의 위치를 결정한다. 상기 듀티사이클은 노즐을 그 폐쇄위치로 이동시키는데 필요로 하는 전체 전기신호의 비율을 의미한다. 듀티사이클이 노즐 위치를 표시하는 반면, 특정의 노즐위치를 위한 듀티사이클은 터보 과급기로부터 터보 과급기로 변화된다.

흡기 압력은 VNT 터보 과급기의 성능을 최적화하기에 부적절한다. 일반적으로 흡기 압력은 노즐이 폐쇄됨에 따라 증가한다. 그러나, 흡기 압력이 최대수준에 도달한 후, 이어서 노즐이 계속 폐쇄되는 경우 흡기 압력이 감소되는 위치가 있다.

도1은 흡기 압력과 터빈 듀티사이클(노즐 위치) 사이의 관계를 도시하고 있다. 터빈 듀티사이클이 20% 내지 60%로 증가함에 따라, 흡기 압력은 7 내지 28 in. Hg 로 증가하게 된다. 터빈 듀티사이클이 60퍼센트로 증가하면, 흡기 압력은 감소된다. 상기 노즐은 터빈으로의 가스 유동을 제한하여, 압축기를 느려지게 할 수 있다. 따라서, 흡기 압력은 80퍼센트의 듀티사이클에서 18in. Hg로 감소된다. 이러한 값을 지날 때 노즐이 폐쇄된다.

노즐이 최대 흡기 압력의 위치를 지나 폐쇄되었을 때는 터빈을 횡단하는 가스 유동을 방지한다. 상기 터빈과 압축기는 배기가스 유동이 느려질 수록 서서히 회전한다. 그러나, 배기가스 압력은 극적으로 상승한다. 저속의 압축기와 높은 배기가스 압력의 이와 같은 조합은 엔진 토오크를 감소시키고, 연료 소비를 증가시킨다. 상기 터보 과급기는 엔진에 과도한 배기압력을 제공하고 있다. 이러한 과도한 배기압력은 엔진으로부터 워크(work)를 효과적으로 "빼앗아(steal)", 높은 배기가스 압력을 생성한다. 이것은 엔진을 공기 압축기로 회전시키므로써 변속기로부터 동력을 일탈시킨다.

최대 흡기압력은 주로 배기가스 체적에 의존한다. 엔진 속도가 낮을 수록, 최대 흡기 압력인 높은 듀티사이클로 생성된다(노즐이 더 많이 폐쇄된다). 엔진 속도가 높을 수록, 최대 흡기 압력은 낮은 듀티사이클로 생성된다(노즐이 더 많이 개방된다). 이러한 효과는 노즐이 완전히 폐쇄되는 VNT 터보 과급기에서 더욱 잘 인식할 수 있다.

흡기 압력에 기초하여 VNT 터보 과급기를 제어하는 것은 어렵다. 흡기 압력이 높을수록, 상기 ECM은 노즐의 개폐를 적절히 결정할 수 없다. 예를 들어 도1에 있어서, 2개의 듀티사이클에는 25in. Hg의 흡기 압력이 생성되어 있다. 듀티사이클에 따라, 노즐을 개방하면 흡기 압력이 감소되거나 증가된다. 이와 마찬가지로, 노즐의 폐쇄는 흡기 압력을 증가시키거나 폐쇄시킨다. 만일 터보 과급기가 완전히 폐쇄되는 노즐을 포함하는 경우 이러한 문제는 더욱 악화된다.

제어에 따른 문제와 함께, 흡기 압력에 기초한 제어기는 터보 과급기가 오버드라이빙될 때 과도한 배기가스 압력 상태를 인식하거나 이에 어드레스할 수 없다. 이러한 조건은 흡기 압력이 최대값에 도달하기 전에 발생될 수도 있다.

과도한 배기가스 압력을 어드레스하기 위하여, 일부 터보 과급기는 배기가스 매니폴드에 배기가스 압력센서를 포함하고 있다. 한가지 방법에 따르면, ECM은 배기가스 압력이 설정 레벨에 도달하였을 때 노즐을 개방하는 것이다. ECM은 배기가스 압력이 적절한 레벨로 복귀할 때까지 노즐을 계속해서 개방한다. 다른 실시예에서는 흡기 압력을 배기가스 압력과 비교하고 있다. 압력간 편차가 설정 레벨에 도달하였을 때, 상기 ECM은 그 압력간 편차가 적절한 레벨로 복귀할 때까지 노즐을 개방한다.

이러한 접근방식은 과도한 배기가스 압력에 응답하지만, 오버드라이빙 조건이 이미 존재한 후에 작동하게 된다. 또한, 이러한 방식은 부가적인 설비 즉, 센서와 그 관련의 제어 인터페이스를 필요로 하게 된다. 또한, 터보 과급기를 작동시켰을 때, "시소(seesaw)" 효과를 발생하기도 한다. 흡기 압력이 필요로 하는 흡기 압력 보다 낮을 때, ECM은 노즐을 폐쇄한다. 이러한 동작은 배기가스 압력을증가시켜 터빈과 압축기를 보다 빠르게 구동시킨다. 배기가스 압력이 설정의 레벨을 초과하였을 때, ECM은 노즐을 개방하여, 배기가스 압력을 감소시킨다. 이때, 만일 측정된 흡기 압력이 필요로 하는 흡기 압력 보다 낮을 경우, ECM은 노즐을 폐쇄하여 흡기 압력을 증가시킨다. 이러한 시소 효과는 엔진의 작동변수가 변화될 때까지 지속된다.

또 다른 실시예에서, VNT 터보 과급기는 가변형 베인의 위치를 검출하므로써 제어된다. 설정된 맵은 엔진 속도 및 엔진 부하와 같은 엔진 조건에 기초하여 필요로 하는 베인 위치를 제공한다. 이러한 엔진 조건이 변화하였을 때, 상기 가변형 베인은 이러한 상태를 위한 필요로 하는 베인 위치로 이동한다. 이론적으로, 필요로 하는 베인 위치는 필요로 하는 흡입 폭발 압력을 제공한다. 그러나, 베인 위치는 엔진 조건의 변화에 따른 배기가스 체적과 압력의 가변성을 적절히 조정할 수 없다. 또한, 흡입 폭발 압력과 베인 위치에 따른 관계는 터보 과급기 사이의 제조공차가 작아지지 않는한 에러를 갖게 된다.

따라서, 가변적으로 엔진 작동이 변화되는 상태하에서 과도한 배기가스 압력과 오버드라이빙 조건을 피할 수 있으면서, 허용가능한 흡입 폭발 압력을 최대로 하는 터보 과급기 제어시스템이 요망되고 있다.

본 발명은 과급기용 제어시스템에 관한 것으로서, 특히 배기가스 압력을 검출하여 내연기관의 가변형상의 터보 과급기를 제어하는 제어시스템에 관한 것이다.

도1은 VNT 터보 과급기를 위한 터빈 듀티사이클과 흡기 압력을 비교하는 도면.

도2는 본 발명에 따른 터보 과급기 제어시스템이 제공된 터보 과급기를 포함하는 디젤엔진의 사시도.

도3은 도2의 터보 과급기의 확대사시도.

도4는 도2의 터보 과급기를 개략적으로 도시한 도면.

도5는 본 발명에 따른 터보 과급기 제어 인터페이스의 블록도.

도6은 본 발명에 따른 터보 과급기를 위한 폐쇄루프 제어의 제1실시예를 도시한 블록도.

도7은 본 발명에 따른 필요로 하는 배기배압을 결정하기 위한 셋포인트 테이블을 도시한 도면.

도8은 VNT 터보 과급기를 위한 터빈 듀티사이클과 배기가스 압력을 비교한 도면.

도9는 흡기압력 및 배기가스 압력을 VNT 터보 과급기를 위한 터빈 듀티사이클과 비교한 도면.

도10은 본 발명에 따른 터보 과급기를 위한 폐쇄루프 제어의 제2실시예를 도시한 블록도.

도11은 본 발명에 따른 터보 과급기를 위한 폐쇄루프 제어의 제3실시예를 도시한 블록도.

도12는 본 발명에 따른 VNT 터보 과급기를 제어하는 방법을 도시한 도면.

도13은 본 발명에 따른 혹한 워밍업으로 VNT 터보 과급기를 제어하는 방법을 도시한 도면.

도14는 본 발명에 따른 엔진 제동으로 VNT 터보 과급기를 제어하는 방법을 도시한 도면.

도15는 본 발명에 따른 배기가스 재순환 능력으로 VNT 터보 과급기를 제어하는 방법을 도시한 도면.

도16은 본 발명에 따른 VNT 터보 과급기를 제어하는 또 다른 방법을 도시한 도면.

본 발명은 가변적인 형상을 갖는 터보 과급기를 제어하기 위하여 엔진의 배기배압(exhaust back pressure)을 사용하는 방법 및 시스템을 제공한다. 상기 제어시스템은 엔진 속도와 엔진 부하에 기초하여 필요로 하는 배기배압을 결정한다.필요로 하는 배기배압은 측정된 배기배압과 비교된 후, 측정된 배압과 필요로 하는 배압 사이의 편차를 결정한다. 측정된 배압과 필요로 하는 배압 사이의 편차는 터보 과급기를 위한 듀티사이클을 결정하는데 사용된다.

배기배압은 종래 기술에 비해 상당한 제어성을 제공한다. 이렇게 강화된 제어성에 의해 혹한에서의 터보 과급기의 제어와, 워밍업, 엔진 제동, 및 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation: EGR) 능력이 강화된다. 혹한일 때, "여분의(extra)" 배기 압력은 엔진의 연료 소비를 증가시키며, 이에 따라 엔진의 워밍업 시간을 단축시킨다.

제동시, 엔진은 차량을 느리게 하는데 사용된다. 높은 배기가스 압력은 네거티브 토오크를 증가시켜 엔진을 느려지게 한다. 엔진속도의 감소는 변속기가 결합되었을 때 차량을 느려지게 한다. 엔진 제동은 크루이즈 제어(cruise control)를 증대시키는데 바람직하다. EGR 엔진에 있어서, 제어시스템은 배기가스 압력이 항상 흡기 압력 보다 높아지는 것을 보장한다. 이에 의해, 배기가스는 필요에 따라 흡기 매니폴드로 유입될 수 있다. 또한, EGR과 관련된 부가의 설비를 필요로 하지 않게 된다.

이러한 실시예는 터보 과급기를 위한 듀티사이클을 결정하는데 배기배압을 사용하지만, 다른 실시예에서는 다른 작동변수에 의해 결정된 듀티 사이크를 조정하는데 배기가스 압력을 사용한다. 또 다른 실시예에 따르면, 베이스 듀티사이클은 엔진 속도와 엔진 부하에 의해 결정된다. 측정된 배기배압과 필요로 하는 배기배압 사이의 편차는 배기 압력 제어 듀티사이클데 사용된다. 그후, 상기 베이스듀티사이클은 배기 압력 제어 듀티사이클에 의해 조정되어, 터보 과급기에 조정된 듀티사이크를 제공한다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도2 내지 도4에는 본 발명에 따라 배기가스 압력을 검출하여 제어되는 터보 과급기(110)를 포함하는 내연기관(100)이 도시되어 있다. 도2는 엔진(100)에 장착된 터보 과급기(110)의 사시도이고, 도3은 도2에 도시된 터보 과급기(110)의 확대사시도이다. 도4는 엔진(100)에 장착된 터보 과급기(110)를 개략적으로 도시하고 있다(엔진의 한쪽만 도시되었다).

상기 내연기관(100)은 V형 압축점화 또는 디젤엔진 이다. 터보 과급기(100)는 가변형 노즐 터빈(VNT) 터보 과급기 이다. 도4에는 4개의 실린더만 도시되었지만, 본 발명은 실린더 갯수가 다른 경우에도 사용될 수 있다. 엔진은 스파크점화부를 가지며, 직렬식 또는 기타 다른 형태를 취할 수도 있다. 본 발명은 가변형 압축기 노즐을 포함하는, 가변형상의 터보 과급기에도 적용될 수 있다. 단지 하나의 터보 과급기만 도시되었지만, 본 발명은 복수의 터보 과급기가 구비된 엔진에도 적용될 수 있다.

터보 과급기(110)는 압축기하우징(220)에 연결된 터빈하우징(210)을 포함한다. 상기 터빈하우징(210)은 내연기관(100)의 배기 매니폴드(2300에 연결된다. 압축기하우징은 흡기 매니폴드(235)에 연결된다. 도면에는 엔진(100)상에 터보 과급기에 대한 실시예만 도시되었지만, 다른 장착 실시예도 사용될 수 있다.

상기 터빈하우징(210)은 축(250)에 장착되어 있는 터빈(245)을 둘러싼다. 터빈은 제어 솔레노이드(240)에 의해 작동되는 가변형 노즐(도시않음)을 포함한다. 제어 솔레노이드 대신에, 공압밸브 또는 기타 다른 제어밸브장치가 사용될 수 있다. 제어 솔레노이드(240)는 노즐을 개폐하여, 노즐 사이에 약간의 간극을 형성하거나 또는 노즐이 완전히 폐쇄되었을 때는 간극을 형성하지 않는다. 노즐이 완전히 폐쇄될 수 없는 다른 터보 과급기도 사용될 수 있다.

압축기 하우징(220)은 축(250)에 장착된 압축기(222)를 둘러싸며, 상기 압축기(222)를 터빈(245)에 연결한다. 축(250)을 제외하곤, 압축기하우징(220)은 터빈하우징(210)과 격리되어 있다. 압축기하우징(220)은 엔진(100)을 위한 흡기 압축을 도와주는 베인(도시않음)을 포함한다. 상기 베인은 선택적이며, 다양한 형태로사용된다.

배기배압 센서(255)는 배기가스 압력의 감지를 위해 배기 매니폴드(230)에 작동적으로 설치된다. 배기배압 센서(255)는 측정된 배기배압을 나타내는 압력 신호를 전자 제어 모듈(도시 않음)에 제공한다. 센서가 사용되는 중에, 다른 수단은 배기배압의 신호를 판단하여 제공하는데 사용된다. 첨부 도면이 배기배압 센서(255)의 위치를 나타내었지만, 이것은 배기가스 매니폴드(230)와 접속하는 터빈 하우징(210)의 부분과 배기가스 매니폴드(230)에 다른 장소에 배치될 수 있다.

전자 제어 모듈은 제어 솔레노이드(240)에 제어신호를 보내어 측정된 배기배압에 기본하여 노즐을 개폐 한다. 전자 제어 모듈은 엔진을 제어하는데 사용되는 마이크로프로세서 이다. 그리고, 엔진과 터어빈을 제어하는데 마이크로프로세서를 분리할 수 있는 것이다. 이러한 시나리오에서는, 엔진 마이크로프로세서가 모니터링과 제어목적으로 터보 과급기 마이크로프로세서에 연결되어야 한다.

도5는 본 발명에 따르는 터보 과급기용 제어 인터페이스의 블록 다이어그램이다. 속도 센서(505)와 로드 센서(510)는 ECM(electronic control module)(515)에 개별적으로 엔진속도와 엔진로드의 전자신호를 보낸다. 배기배압 센서(255)는 ECM(515)에 측정된 배기배압(MEBP:measured exhaust back pressure)의 전자신호를 보낸다.

다른 미리 정해진 엔진 매개변수(520)는 ECM(515)에 제공된다. 다른 미리 정해진 엔진 매개변수(520)는 주변 공기압, 차량 속도, 엔진 온도, 및 엔진과 차량의 다른 일반적인 동작 매개변수를 포함한다.

센서가 전자신호를 제공하는 것으로 도시되었지만, 다른 수단이 ECM(515)에 필수 입력치를 제공하는데 사용될 수 있다. 또한, 상기 입력은 ECM(515)이 터보 과급기를 제어하도록 이들이 번역되는 동안에는 마그네틱 또는 옵티칼 신호와 같은 전자신호와는 다른 신호이다.

ECM(515)은 일시 또는 영구 스토리지의 능력이 있는 전자 또는 데이타 스토리지 매체(525)에 연결되거나 포함한다. 상기 전자 또는 데이타 스토리지 매체는 PROM, EPROM, EEPROM, 플래시 메모리, 마그네틱, 옵티칼, 및 상기 디바이스의 조합체를 구비한다. 전자 또는 데이타 스토리지 매체는 ROM, RAM, KAM(keep-alive memory) 및 그와 같은 것들로 제어 시스템에서 기능을 한다.

ECM(515)은 DEBP(desired exhaust back pressure)와 MEBP(measured exhaust back pressure)를 대비한다. ECM(515)은 엔진 속도와 엔진 로드를 비교하여 DEBP를 판단하고, 전자 또는 데이타 스토리지 매체(525)에 데이타를 맵(map)으로 그린다. ECM(515)은 MEBP와 DEBP사이에 차(△EBP)를 판단한다. △EBP에 기본하여, ECM(515)은 펄스 폭 변조 신호를 펄스 폭 변조(PWM:pulse width modulated) 드라이버(530)에 보낸다. 펄스 폭 변조 신호와 드라이버가 사용되지만, 다른 타입의 신호와 드라이버가 사용될 수도 있다.

PWM드라이버(530)는 터보 과급기(110)에 제어 솔레노이드(240)에 듀티사이클을 결정하여 제공한다. 제어 솔레노이드(240)는 듀티사이클에 기본하여 터빈 노즐을 개폐한다.

도6은 본 발명에 따르는 터보 과급기용 폐쇄-루프 제어 전략의 제1실시예를나타낸 도면이다. 엔진속도와 엔진로드 신호는 이들이 각각 제1로우-패스 필터(610)와 제2로우-패스 필터(615)를 통하여 지나간 후에 설정점 테이블(605)로 보내진다. 설정점 테이블(605)은 엔진속도와 엔진로드에 기본한 DEBP를 결정한다. 다음, DEBP는 섬머(620)로 보내진다. 명백하게, 도6의 DEBP는 도10에 도시된 다양한 케이스의 특정 케이스 또는 기본 케이스 이다. 따라서, 기본 케이스에서는, 도6의 DEBP는 도10의 기본 DEBP이고, 그리고 도6의 설정점 테이블(605)은 도10의 기본 설정점 테이블(605)이다.

다른 미리 정해진 엔진 매개변수는 도10에 대해 논의되는 바와 같이 엔진속도와 로드에 더해지거나 제위치에 DEBP를 결정하는데 사용된다. 만일, 다른 또는 부가적 엔진운영 매개변수가 사용되면, 운영 데이타는 상기 매개변수에 기본한 DEBP를 인식한다.

도6에 연속하여, MEBP(measured exhaust back pressure)가 로우-패스 필터(625)를 통해 지나가고 그리고 섬머(620)에 보내진다. 섬머(620)는 MEBP와 DEBP 사이에 차(△EBP)를 판단한다. 섬머는 PWM(pulse width modulated)드라이버(630)로 △EBP를 보낸다.

△EBP에 기본하여, PWM드라이버(630)가 정해지고 터보 과급기(110)로 듀티사이클을 제공한다. 듀티사이클은 △EBP에 응답하여 유용하게 터보 과급기에 노즐을 개방 또는 폐쇄한다.

제1어프로치에서, PWM드라이버(630)가 노즐의 현재위치에 대하여 증가적으로 노즐을 개폐한다. 예를 들면, 듀티사이클은 △EBP에 기본한 추가 3도로 노즐을 개방한다. 노즐을 개방 또는 폐쇄하는 증분량은 고정되거나 △EBP의 크기와 관련하여 변경된다.

제2어프로치에서, PWM드라이버(630)는 그 구역을 무시하고 특정적으로 미리 정해진 위치로 노즐을 개폐한다. 예를 들면, 듀티사이클은 이들이 △EBP에 기본한 15도 개방 이도록 노즐이 동작한다.

각각의 어프로치는 DEBP를 달성하도록 노즐을 위치설정하며 소망 결과를 달성한다. 그리고, 제1어프로치는 노즐 위치에 대한 증분 조정이 DEBP를 달성하는데 필요하면 그를 위해서 더욱 적합하게 된다. 역으로, 제2어프로치는 DEBP를 달성하는데 노즐위치에 대한 주 조정이 필요하게 되면 더욱 적합하게 된다.

제3어프로치는 제1과 제2어프로치를 결합한 것이다. 만일, EBP의 크기가 대형이거나 임계치를 초과하면, 듀티사이클은 노즐의 현재 위치를 고려하지 않은 DEBP를 달성하도록 노즐을 움직인다. 만일, EBP의 크기가 임계치 밑이거나 또는 그보다 작으면, 듀티사이클은 노즐의 현재 위치에 증가적으로 따라서 노즐을 움직인다.

제어 전략은 제어 시스템을 다른 매개변수가 결합해제하는데 제공되지 않는 한 지속적으로 자체 반복한다. 상기 다른 매개변수는 터보 과급기 결합/결합해제 스위치, 엔진 공회전 제어, 그리고 유사한 제어 잇점을 포함한다.

제어 전략부의 양호한 실행 비율은 125Hz 정도에 있다. 그리고, 상기 실행은 엔진상태의 변수의 변화 시에 특정적으로 서행 또는 급행 한다. 예를 들면, 서행 실행은 엔진상태가 급하게 변화지 않을 때에 보다 적합한 것이다.

도7은 특정한 엔진 로드와 속도용의 DEBP를 판단하는 간략하게 된 설정점 테이블(605)을 나타낸 도면이다. 예를 들어, 상기 테이블은 연료 비율이 55이고 엔진속도가 1400RPM이면 63in.Hg의 DEBP를 나타낸다. 사용 시에, 상기 테이블은 모든 운영 엔진속도와 엔진 로드용의 전체 범위의 DEBP를 포함하도록 확장된다.

터보 과급기 설계와 크기는 듀티사이클과 노즐위치 간에 관계를 변경한다. 예를 들어, 일 설계에 듀티사이클은 노즐 10도를 개방한다. 다른 설계에서의 동일한 듀티사이클은 노즐 12도를 개방한다. 동일 설계이면서 다른 크기의 터보 과급기는 동일한 불일치를 나타낸다.

대비적으로, 동일한 설계와 크기의 터보 과급기는 개방되는 노즐과 듀티사이클 간에 일정한 상관관계를 가진다. 그리고, 이들은 일 터보 과급기로부터 다음 터보 과급기로의 제작 변수를 가진다. 이러한 제작 변수는 대체로 감소되며 그리고 통계적으로 그 운영범위 전반에 걸쳐서 터보 과급기의 경험적 분석을 통해서 소거된다.

터보 과급기의 경험적 테스팅은 주어진 엔진 운영 매개변수(예를 들면 엔진 로드와 속도)용 DEBP를 결정한다. 상기 테스팅은 과도한 배기압력과 오버드라이빙 상태를 피하면서 흡입 공기 부스트를 최대로하는 DEBP 또는 DEBP의 범위를 결정한다. 적절한 통계적 분석은 동일한 설계와 크기의 터보 과급기 간에 임의적인 제작 변수를 거의 소거 한다.

본 발명은 배기배압을 유리하게 감지하여 가변형 기하형상 터보 과급기를 제어하는 것이다. 도8에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드 압력과 터빈 듀티사이클(노즐 위치)간에는 직접적인 상관관계가 있다. 배기배압을 감지하여, 노즐이 필요한 배기배압에 기본하여 보다 적합하게 재배치 된다.

도8에서, 노즐은 25% 밑에 터빈 듀티사이클에서 완전 개방된다. 노즐은 75% 이상의 터빈 듀티사이클에서 완전 폐쇄된다. 커브의 외형과 구역이 배기 가스량으로 변화하는 동안, 상관관계는 엔진의 다른 작동 수준을 통해서 유지된다.

터빈 듀티사이클에서의 상대적으로 작은 변화를 위한 배기가스 압력에서의 효과적인 변화는 중요한 것이다. 이러한 효과적인 변화는 본 발명의 제어능력을 향상시킨다. 이상적으로는, 최적한 운영위치에서 또는 그와 근접하여 즉, 과도한 배기압력 또는 오버드라이빙 상태에 도달하지 않는 최고 흡입 부스트 압력에서 동작하는 것이 바람직하다. 실질적으로, 이러한 최적한 운영위치에 일관되게 가깝게 가기란 매우 어려운 것이다. 엔진상태의 변화와 같은 터보 과급기의 운영 및 제작 변수가 문제를 혼합시킨다.

또한, 흡입 공기압력은 듀티사이클 변화로 효과적으로 변화하지 않는다. 이러한 어려움 때문에, 흡입 공기압력에 기본한 많은 컨트롤러가 에러 마진을 크게 포함하여 과도한 배기가스 압력과 오버드라이빙 상태를 피하는 것이다. 대비하여, 듀티사이클에 변화에 대한 배기가스 압력에서의 유효한 변화는 최적한 운영위치에서 또는 그에 근접하여 본 발명이 동작할 수 있게 한다. 도9는 터빈 듀티사이클과 배기가스 및 흡입공기 압력을 비교하여 나타낸 도면이다.

이러한 양호한 제어가 본 발명의 복수의 변경 실시예를 가능하게 한다. 이러한 변경 실시예는 DEBP를 조정하는 단계를 포함하여 추운 날씨에서의 엔진의 워밍업, 엔진 브레이킹, 및 EGR(exhaust gas recirculation)과 같은 부가적인 잇점을 제공한다. 도시하지 않은 유사한 잇점이 더해질 수 있다. 이러한 부가적인 잇점에는 터빈, 대기압 조정 및 그와 같은 것의 과속도 보호가 포함된다.

도10은 본 발명에 따르는 터보 과급기용의 폐쇄-루프 제어 전략부의 제2실시예를 나타낸 도면이다. 엔진속도와 엔진로드 신호는 이들이 개별적으로 제1 및 제2로우-패스 필터(610,615)를 통해 지나간 후에 설정점 테이블(605,705,805,905)에 보내진다. 기본 설정점 테이블(605)은 엔진속도와 엔진로드에 기본한 DEBP-BASE(base desired exhaust back pressure)를 결정한다.

추운날씨에 워밍업을 제공하기 위해, 엔진온도 신호가 제3로우-패스 필터(710)를 통해 지나간 후에 온도 설정점 테이블(705)로 보내진다. 엔진온도 신호는 엔진오일, 엔진냉각제, 또는 다른 유사한 수단에 센서를 통해 제공된다. 온도 설정점 테이블(705)은 엔진속도, 로드 및, 온도에 기본한 DEBP-T(temperature desired exhaust back pressure)를 결정한다. 엔진이 냉각되어 공회전하면, DEBP-T가 증가하여 엔진 워밍업이 빠르게 된다. 엔진이 고속도로 운영되거나 엔진로드가 높으면, DEBP-T는 상기 상태에서 배기배압을 증가시킬 필요가 거의 없기 때문에 로우 또는 제로가 된다. DEBP-T는 DEBP섬머(635)로 보내진다.

엔진 브레이킹이 요망되면, 차량 속도용 신호와 다른 브레이킹 매개변수가, 제4로우-패스 필터(810)와 제5로우-패스 필터(815)를 통해 지나간 후에 브레이킹 설정점 테이블(805)로 보내진다. 다른 브레이킹 매개변수에는 ABS브레이크, 크루우즈 제어 설정, 비상 브레이크 활성(activation), 및 다른 유사한 신호 또는 관련매개변수가 포함된다. 브레이킹 설정점 테이블(805)은 엔진속도, 엔진로드, 차량속도, 및 다른 매개변수에 기본한 DEBP-BRAKE를 결정한다. DEBP-BRAKE는 DEBP섬머(635)로 보내진다.

EGR(exhaust gas recirculation)이 요망되면, EGR신호가 제6로우-패스 필터(910)를 통해 지나간 후에 EGR설정점 테이블(905)에 보내진다. EGR설정점 테이블(905)은 엔진속도와 엔진로드에 기본한 DEBP-EGR(EGR desired exhaust back pressure)을 결정한다. DEBP-EGR은 DEBP섬머(635)로 보내진다. 이러한 잇점이 엔진에 대한 EGR의 량을 제어하는데 사용되는 반면에, 그 객체가 흡입 부수트 압력보다 배기가스 압력이 더 높게 보장하는 것이다. 이러한 사실은 흡입 공기 매니폴드에 배기가스가 유입하기에 충분한 압력을 보장하도록 벤추리와 유사한 디바이스의 가격이 높아지는 것을 방지한다.

DEBP섬머(635)에서, DEBP-BASE, DEBP-T, DEBP-BRAKE, 및 DEBP-EGR은 DEBP-TOT(total desired exhaust back pressure)를 산출하도록 연합된다. DEBP-TOT는 섬머(620)로 보내진다.

MEBP(measured exhaust back pressure)는 제7로우-패스 필터(625)를 통해 지나가서 섬머(620)에 보내진다. 섬머(620)는 MEBP와 DEBP-TOT와의 사이에 차(△EBP)를 결정한다. 섬머(620)는 PWM(pulse width modulated)드라이버(630)로 △EBP를 보낸다.

△EBP에 기본하여, PWM드라이버(630)가 결정되고 터보 과급기(110)에 듀티사이클을 제공한다. 듀티사이클은 △EBP에 적절한 응답으로 터보 과급기에 노즐을개방 또는 폐쇄한다.

상술된 바와 같이, PWM드라이버(630)는 노즐의 현재위치와 관련하여 증가식으로 노즐을 개방 및 폐쇄한다. 다르게는, PWM드라이버(630)는 그 구역을 고려하지 않은 특정 위치로 노즐을 개방 및 폐쇄 한다. 이러한 어프로치는 합성될 수 있다.

제어 전략부는 다른 매개변수가 제어 시스템을 결합해제하도록 제공되지 않는다면 자체적으로 지속적으로 반복한다. 제어 전략부의 양호한 실행 비율은 125Hz 정도에 있다. 그리고 상기 실행은 엔진상태의 변수가 변화하면 특정적으로 서행 또는 급행으로 된다.

추운날씨에 워밍업, 엔진 브레이킹, 및 EGR이 단일 실시예에서 기술되어져 있지만, 이들은 분리하여 또는 임의적으로 연합하여 사용할 수 있다. 다른 잇점도 또한 임의적인 실시예에 유사하게 포함시킬 수 있다. 상기 잇점은 터빈, 대기압 조정, 및 그와 같은 것의 과속도를 보호하는 것을 포함한다. 주변 공기압력은 터보 과급기가 다양한 고도 상태로 조정되도록 계량된다. 또한, 운영 매개변수(예를 들어, 엔진속도, 엔진로드, 및 그외 다른 것)는 터보 과급기(110)를 제어하는데, 단일, 전체, 또는 임의적인 조합으로 사용된다.

도11은 본 발명에 따르는 터보 과급기용 폐쇄-루프 제어 전략의 제3실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서, 배기가스 압력은 일부 다른 미리 정해진 엔진 매개변수에 의해 듀티사이클을 조정하는데 사용된다. 대비하여, 이전 실시예는 배기가스 압력에 기본한 듀티사이클을 설정한다. 엔진속도와 엔진로드 신호는 이들이 제1로우-패스 필터(610)와 제2로우-패스 필터(615)를 개별적으로 통해 지나간 후에 설정점 테이블(605)과 베이스 듀티사이클 설정점 테이블(650)로 보내진다. 설정점 테이블(605)은 엔진속도와 엔진로드에 기본한 DEBP를 결정한다.

MEBP(measured exhaust back pressure)는 로우-패스 필터(625)를 통해 지나가 섬머(620)로 보내진다. 섬머(620)는 MEBP와 DEBP 간에 차(△EBP)를 결정한다. 섬머는 PWM드라이버(630)로 △EBP를 보낸다. △EBP에 기본하여, PWM드라이버(630)가 결정하여 섬머(655)에 DUTY CYCLE-EP(exhaust pressure duty cycle)을 제공한다.

베이스 설정점 테이블(650)은 엔진속도와 엔진로드에 기본한 DUTY CYCLE-BASE(base duty cycle)를 결정한다. 상기 매개변수는 기본 듀티사이클이 다른 매개변수에 의해 정해지기 때문에 예를 들어 나타낸 것이다. DUTY CYCLE-BASE는 섬머(655)로 보내진다.

섬머(655)는 DUTY CYCLE-EP와 DUTY CYCLE-BASE를 합성하여 정하여서 터보 과급기(110)로 DUTY CYCLE-VNT(turbocharger duty cycle)를 보낸다. DUTY CYCLE-VNT는 적절하게 터보 과급기에 노즐을 개방 또는 폐쇄한다. 이러한 방식에서는 DUTY CYCLE-BASE가 △EBP에 의해 조정된다.

제어 전략부는 다른 매개변수가 제어 시스템을 결합해제하도록 제공되지 않는다면 자체적으로 지속적으로 반복한다. 컨트롤 전략부의 양호한 실행 비율은 125Hz 정도에 있다. 그리고 상기 실행은 엔진상태의 변수가 변화하면 특정적으로 서행 또는 급행으로 된다. 물론, 제어 전략도 제2실시예에 기술된 추운날씨에 엔진 워밍업, 엔진 브레이킹, 그리고 EGR잇점을 포함한다. 따라서, 운영 매개변수(예를 들면, 엔진속도, 엔진로드, 및 그외 다른 것들)는 단일적으로, 함께, 또는 임의적인 조합되어 사용되어 도10에 대해서 기술된 바와 유사하게 터보 과급기(110)를 제어한다.

도12는 본 발명에 따르는 배기배압을 사용하는 가변식 노즐 터보 과급기를 제어하는 방법을 나타낸 도면이다. 단계(1205)에서, DEBP는 엔진속도와 엔진로드로부터 정해진다. 다른 엔진 또는 차량 매개변수가 엔진속도와 로드에 더해져 사용될 수 있다. 종래 경험적 테스팅은 엔진속도와 로드의 전체 운영범위에 기초한 DEBP의 맵을 제공한다. 운영 시에, 상기 맵은 속도와 로드에 기본한 DEBP를 결정하는데 사용된다. DEBP는 터보 과급기의 과속과 주변 공기압력의 변경이 피해지도록 조정된다.

단계(1210)에서, MEBP(measured exhaust back pressure)는 배기가스 매니폴드에 배치된 센서로부터 정해진다. 다른 감지 디바이스는 전기적 또는 다른 신호가 배기가스 압력의 표시를 제공하는 한에서는 다른 구역과 같이 사용될 수 있다.

단계(1215)에서, DEBP와 MEBP사이에 차(△EBP)가 정해진다. 단계(1220)에서, 터보 과급기의 듀티사이클은 △EBP에 기본하여 정해진다.

도13은 본 발명에 따르는 추운날씨에 워밍업 성능을 가진 가변형 노즐 터보 과급기를 제어하는데 배기배압을 사용하는 방법을 나타낸 도면이다. 단계(1305)에서, DEBP-BASE는 엔진속도와 엔진로드로부터 정해진다. 다른 엔진 또는 차량의 매개변수는 엔진속도와 로드에 더해지거나 그 위치에서 사용된다.

단계(1310)에서, DEBP-T는 엔진온도, 엔진속도, 및 엔진로드로부터 정해진다. 엔진온도는 그를 결정하는 엔진오일에 센서, 냉각제에 센서, 또는 다른 적절한 수단에 의해 제공된다. 엔진속도 또는 엔진로드가 높으면, DEBP-T는 거의 없거나 전혀 없다.

단계(1320)에서 DEBP-TOT가 정해진다. DEBP-BASE는 DEBP-T에 의해 조정되어 DEBP-TOT를 제공한다. 단계(1330)에서, MEDP가 배기가스 매니폴드에 배치된 센서로부터 일반적으로 정해진다. 단계(1340)에서, DEBP-TOT와 MEBP사이에 차(△EBP)가 정해진다. 단계(1350)에서, 터보 과급기의 듀티사이클이 정해진다.

도14는 본 발명에 따르는 능력을 가진 엔진 브레이킹을 구비한 가변형 노즐 터보 과급기를 제어하는데 배기배압을 사용하는 방법에 나타낸 도면이다. 단계(1405)에서 DEBP-BASE는 엔진속도와 엔진로드로부터 정해진다. 다른 엔진 또는 차량 매개변수는 엔진속도와 로드에 더하여 사용될 수 있다.

단계(1410)에서, DEBP-BRAKE는 엔진속도, 엔진로드, 차량속도 및 다른 미리 정해진 브레이킹-관련 엔진 매개변수로부터 정해진다. 상기 다른 엔진 매개변수는 ABS브레이크 동작, 비상 브레이크 활성, 크루이즈 제어 활성, 및 그와 같은 것들을 포함한다.

단계(1415)에서, DEBP-TOT가 정해진다. DEBP-BASE는 DEBP-BRAKE에 의해 조정되어 DEBP-TOT를 제공한다.

단계(1420)에서, MEBP는 배기가스 매니폴드에 배치된 센서로부터 일반적으로 정해진다. 단계(1425)에서, DEBP-TOT와 MEBP 사이에 차(△EBP)가 정해진다.단계(1430)에서, 터보 과급기의 듀티사이클이 정해진다.

도15는 본 발명에 따르는 EGR성능을 가진 가변식 노즐 터보 과급기를 제어하는데 배기배압을 사용하는 방법을 나타낸 도면이다. 단계(1505)에서, DEBP-BASE는 엔진속도와 엔진로드로부터 정해진다. 다른 엔진 또는 차량 매개변수가 엔진속도와 로드에 더하여서 또는 그 위치에 사용될 수 있다.

단계(1510)에서, DEBP-EGR은 엔진온도, 엔진속도, 및 EGR요구로부터 저해진다. 본 발명이 EGR을 제어하는데 사용되는 반면에, 이것은 배기압력이 흡입공기 압력보다 높도록 보장하는데 사용된다. EGR요구는 EGR컨트롤러 또는 유사한 디바이스에 의해 제공된다.

단계(1515)에서, DEBP-TOT가 정해지고, DEBP-BASE는 DEBP-EGR에 의해 조정되어 DEBP-TOT를 제공한다.

단계(1520)에서, MEBP가 배기가스 매니폴드에 배치된 센서로부터 일반적으로 정해진다. 단계(1525)에서는 DEBP-TOT와 MEBP사이에 차(△EBP)가 정해진다. 단계(1530)에서, 터보 과급기의 듀티사이클이 정해진다.

도12-15에 기술된 방법은 엔진의 추운날씨에서의 예열, 엔진 브레이킹, 및 EGR성능을 가진 터보 과급기를 제어하는데 배기배압을 사용하는 방법으로 합성하는 기술로서 이러한 사실은 당분야의 기술인에게는 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

도16은 본 발명에 따르는 배기가스 압력을 사용하는 가변식 노즐 터보 과급기를 제어하는 변경 방법을 나타낸 도면이다. 단계(1605)에서, DUTY CYCLE-BASE는 엔진속도와 엔진로드로부터 정해진다. 다른 엔진 또는 차량 매개변수가 엔진속도와 로드에 더해져 사용될 수 있다.

단계(1610)에서는, DEBP가 엔진속도와 엔진로드로부터 정해진다. 다른 엔진 또는 차량 매개변수가 엔진속도와 로드에 더해지거나 제위치에서 사용될 수 있다.

단계(1615)에서는, MEBP가 배기가스 매니폴드에 배치된 센서로부터 일반적으로 정해진다. 단계(1620)에서는, DEBP와 MEBP사이에 차(△EBP)가 정해진다. 단계(1625)에서는 DUTY CYCLE-EP가 EBP에 기본하여 정해진다. 단계(1630)에서는, DUTY CYCLE-BASE가 DUTY CYCLE-EP에 의해 조정되어 DUTY CYCLE-VNT를 제공한다.

상술된 본 발명의 실시예는 예로서만 기술되어진 것이다. 따라서, 당분야의 기술인은 본 발명의 정신과 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서의 변경 및 개조를 이룰 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 제어 시스템은 가변식 노즐 터빈을 갖추고 또는 갖추지 않고 가변형 노즐 압축기를 가진 터보 과급기에 적용할 수 있는 것이다. 제어 시스템은 복합 터보 과급기에 사용될 수 있다. 또한, 시스템에 제어논리는 상기 제어논리와 동일한 기능을 이행하는 전자회로로 대체될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술된 실시예에 한정되는 것이 아니며, 상기 실시예는 설명을 목적으로만 기술된 것이며, 따라서 본 발명은 첨부 청구범위에 의해서만 제한되는 것이다.

Claims

내연기관에 사용되는 작동식으로 접속된 터빈과 압축기 하우징을 가진 가변 기하형상 터보 과급기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

전체 소망 배기배압을 결정하는 단계와;

측정된 배기배압을 결정하는 단계와;

전체 소망 배기배압과 측정된 배기배압사이에 차(△EBP)를 결정하는 단계와;

상기 차(△EBP)에 기본하여 듀티사이클을 결정하는 단계 및;

연산된 듀티사이클에 기본하여 터보 과급기 노즐을 작동시키는 단계를 포함하며;

상기 노즐은 전체 소망 배기배압을 달성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 노즐은 작동에 앞서 존재하는 노즐 위치에 대해 증량적으로 운영되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 노즐은 작동에 앞서 존재하는 노즐 위치를 고려하지 않고 미리 정해진 노즐 위치를 취하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 전체 소망 배기배압은 기본 소망 배기배압, 온도 소망배기배압, 브레이킹 소망 배기배압, 또는 EGR소망 배기배압인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 전체 소망 배기배압은 기본 소망 배기배압, 온도 소망 배기배압, 브레이킹 소망 배기배압, 및 EGR소망 배기배압의 임의적 조합인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 전체 소망 배기배압은 기본 소망 배기배압, 온도 소망 배기배압, 브레이킹 소망 배기배압, 및 EGR소망 배기배압을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제1항에 있어서, 차(△EBP)는 컨트롤러에서 연산되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 전자 제어 모듈, 엔진 마이크로프로세서, 또는 터보 과급기 마이크로프로세서인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제8항에 있어서, 컨트롤러는 듀티사이클을 결정하는 펄스 폭 변조 드라이버에 대한 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제9항에 있어서, 펄스 폭 변조 드라이버는 듀티사이클을 노즐용 제어 디바이스에 제공하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제10항에 있어서, 제어 디바이스는 제어 솔레노이드 또는 공압 밸브인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제1항에 있어서, 노즐은 25%이하에 듀티사이클에서 완전 개방하고 그리고 75%이상에 듀티사이클에서 완전 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
내연기관에 사용되는 작동식으로 접속된 터빈과 압축기 하우징을 가진 가변식 기하형상 터보 과급기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

기본 듀티사이클을 결정하는 단계와;

전체 소망 배기배압을 결정하는 단계와;

측정된 배기배압을 결정하는 단계와;

전체 소망 배기배압과 측정된 배기배압사이에 차(△EBP)를 결정하는 단계와;

상기 차(△EBP)에 기본하여 배기 압력 듀티사이클을 결정하는 단계와;

배기 압력 듀티사이클에 의해 기본 듀티사이클을 조정하여 터보 과급기 듀티사이클을 결정하는 단계 및;

터보 챠저 듀티사이클에 기본하여 터보 과급기 노즐을 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 노즐은 작동에 앞서 존재하는 노즐 위치에 대해 증량적으로 운영되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 노즐은 작동에 앞서 존재하는 노즐 위치를 고려하지 않고 미리 정해진 노즐 위치를 취하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 기본 듀티사이클은 엔진속도와 엔진로드에 기본한 기본 듀티사이클 설정점 테이블을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 기본 듀티사이클은 엔진온도, 엔진속도, 그리고 엔진로드에 기본한 기본 듀티사이클 설정점 테이블을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 기본 듀티사이클은 브레이킹 매개변수, 차량속도, 엔진속도 그리고 엔진로드에 기본한 기본 듀티사이클 설정점 테이블을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 기본 듀티사이클은 EGR신호, 엔진속도 및 엔진로드에기본한 기본 듀티사이클 설정점 테이블을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 상기 기본 듀티사이클은 엔진온도, 브레이킹 매개변수, 차량속도, EGR신호, 엔진속도 및 엔진로드에 기본한 기본 듀티사이클 설정점 테이블을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제16항에 있어서, 전체 소망 배기배압은 기본 소망 배기배압, 온도 소망 배기배압, 브레이킹 소망 배기배압, 또는 EGR소망 배기배압인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제16항에 있어서, 전체 소망 배기배압은 기본 소망 배기배압, 온도 소망 배기배압, 브레이킹 소망 배기배압, 또는 EGR소망 배기배압의 임의적 조합인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제16항에 있어서, 전체 소망 배기배압은:

기본 소망 배기배압;

온도 소망 배기배압;

브레이킹 소망 배기배압; 및

EGR소망 배기배압을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 차(△EBP)는 컨트롤러에서 연산되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제24항에 있어서, 상기 컨트롤러는 전자 제어 모듈, 엔진 마이크로프로세서, 또는 터보 과급기 마이크로프로세서인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제24항에 있어서, 컨트롤러는 듀티사이클을 결정하는 펄스 폭 변조 드라이버에 대한 펄스 폭 변조 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제26항에 있어서, 펄스 폭 변조 드라이버는 듀티사이클을 노즐용 제어 디바이스에 제공하는 것을 특징으로 하는 제어방법.
제27항에 있어서, 제어 디바이스는 제어 솔레노이드 또는 공압 밸브인 것을 특징으로 하는 제어방법.
제13항에 있어서, 노즐은 25%이하에 듀티사이클에서 완전 개방하고 그리고 75%이상에 듀티사이클에서 완전 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
내연기관에 사용되는 작동식으로 접속된 터빈과 압축기 하우징을 가진 가변식 기하형상 터보 과급기용 제어 시스템에 있어서, 상기 제어 시스템은:

배기배압 측정 신호를 발생할 수 있는 배기배압 센서와;

터보 과급기 노즐을 활성화 시킬수 있는 제어 디바이스 및;

배기배압 측정신호를 처리할 수 있는 컨트롤러를 포함하며;

상기 컨트롤러는 배기배압 측정신호와 적어도 일 미리 정해진 엔진 매개변수에 기본하여 제어 디바이스에 대한 제어신호를 발생하여 터보 과급기 노즐을 활성으로 하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제30항에 있어서, 적어도 일 미리 정해진 엔진 매개변수는 차량 속도, 엔진속도, 엔진로드, 엔진온도, 또는 주변 공기 온도인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제30항에 있어서, 상기 컨트롤러는 전자 제어모듈, 엔진 마이크로프로세서, 또는 터보 과급기 마이크로프로세서인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제30항에 있어서, 상기 제어 디바이스는 제어 솔레노이드 또는 공압 밸브인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제30항에 있어서, 상기 측정신호는 전자, 마그네틱, 또는 옵티칼인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.