KR20040009297A

KR20040009297A - 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치

Info

Publication number: KR20040009297A
Application number: KR1020020043207A
Authority: KR
Inventors: 안진한
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-01-31

Abstract

본 발명은 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치에 관한 것으로, 압축기의 구동에 따라 압축된 외기를 특정의 요소에 저장하였다가 엔진의 부하 및 속도 등의 차량의 전 운전 조건에 따라 엔진의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량을 최적의 상태로 제어함으로써, 엔진의 저속 가동 영역에서 배기 가스중 포함되는 입자상 물질의 양을 최소한으로 줄임과 더불어, 엔진의 고속 가동 영역에서 흡입 공기의 바이 패스에 따른 불필요한 출력의 손실을 배제시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진(10)의 배기 계통으로 유출되는 배기 가스에 의해 구동되어 흡기 계통으로 유입되는 외기를 고압으로 압축시키는 터보 차져(12)와, 이 터보 차져(12)를 통해 압축된 공기를 공급받아 이를 저장하는 고압의 공기 저장 탱크(14) 및, 이 공기 저장 탱크(14)에 저장된 압축 공기를 상기 엔진(10)의 운전 조건에 따라 흡기 계통으로 공급하도록 개도량이 제어되는 메인 솔레노이드 밸브(16)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치{electronic control type turbo charger system for automotive vehicles}

본 발명은 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 부하 및 차량의 속도와 같은 차량의 운전 조건에 따라 엔진으로 유입되는 흡입 공기량을 최적의 상태로 제어하여 배기 가스중 포함되는 입자상 물질의 양을 최소한으로 줄일 수 있도록 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진에 구비되는 과급 장치는 연소실내에서 혼합기의 연소시 흡기 효율을 극대화시킴으로써 연소후 엔진으로부터 생성되는 출력을 최대로 얻기 위한 것인 바, 상기와 같은 과급 장치에는 엔진의 크랭크 샤프트로부터 구동력을 얻어 작동되는 수퍼 차져와 엔진의 배기 계통으로 배출되는 배기 가스로부터 구동력을 얻어 작동되는 터보 차져가 있다.

여기서, 상기 터보 차져 장치는 배기 관로상에 설치된 터빈 휠의 구동에 따라 흡기 관로상에 설치된 압축기 휠을 구동시켜 외부로부터 유입되는 공기를 압축시키도록 되어 있는 바, 이때 압축된 외기의 온도를 저감시켜 흡기의 충진율을 상승시키기 위한 인터 쿨러를 구비하고 있다.

한편, 상기와 같은 터보 차져 장치에서는 엔진의 회전수 대비 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량이 도 1의 일점 쇄선으로 도시된 바와 같이 적정의 수준을 유지하여야만 한다.

그런데, 종래의 터보 차져 장치에서는 엔진의 저속 가동 영역에서 낮은 배기의 압력으로 인해 엔진의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량이 도 1의 (가) 영역에서와 같이, 실제 필요한 적정의 수준 보다 작기 때문에, 연소후 배출되는 배기가스중에는 오염 물질의 일종인 입자상 물질이 과다한 단점과; 가속시 흡입 공기량이 작기 때문에, 응답성이 떨어지는 이른 바 터보-랙(turbo-lag)이 발생되기도 하는 단점이 있다.

또한, 엔진의 고속 가동 영역에서는 도 1의 (나) 영역에서와 같이, 엔진의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량이 과다하여 엔진의 연소압의 과도한 상승으로 인해 엔진의 내구 성능을 저하시키게 되는 단점이 있다.

이에 따라, 종래에는 엔진의 저속 가동 영역에서 과다하게 배출되는 입자상 물질을 줄이고자, 터보 차져 장치에 있어 높은 부스트압으로 흡입 성능이 향상된 압축기를 흡기 관로상에 설치하기도 하는 데, 이 경우에는 엔진의 저속 가동 영역에서 배출되는 입자상 물질의 양은 줄일 수 있으나, 엔진의 고속 가동 영역에서 과다한 양의 흡입 공기를 엔진의 흡기 관로와 배기 관로 사이를 연결해 주는 웨이스트 게이트(도시안됨)를 통해 바이 패스시켜야만 하므로, 불필요한 출력의 낭비를 초래하게 된다.

또한, 이와 같은 방법은 엔진의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량을 엔진의 부하 및 속도 등 차량의 운전 조건에 따라 정밀하게 제어하기가 어려운 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 압축기의 구동에 따라 압축된 외기를 특정의 요소에 저장하였다가 엔진의 부하 및 속도 등의 차량의전 운전 조건에 따라 엔진의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량을 최적의 상태로 제어함으로써, 엔진의 저속 가동 영역에서 배기 가스중 포함되는 입자상 물질의 양을 최소한으로 줄임과 더불어, 엔진의 고속 가동 영역에서 흡입 공기의 바이 패스에 따른 불필요한 출력의 손실을 배제시킬 수 있도록 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진의 배기 계통으로 유출되는 배기 가스에 의해 구동되어 흡기 계통으로 유입되는 외기를 고압으로 압축시키는 터보 차져와, 이 터보 차져를 통해 압축된 공기를 공급받아 이를 저장하는 고압의 공기 저장 탱크 및, 이 공기 저장 탱크에 저장된 압축 공기를 상기 엔진의 운전 조건에 따라 흡기 계통으로 공급하도록 개도량이 제어되는 메인 솔레노이드 밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 터보 차져 장치에 있어 엔진의 회전수 대비 흡입 공기량의 정도를 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 전자 제어식 터보 차져 장치를 도시한 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 전자 제어식 터보 차져 장치에 있어, 제어 유니트의 입/출력 관계를 도시한 블럭도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-엔진12-터보 차져

14-공기 저장 탱크16-메인 솔레노이드 밸브

18-인터 쿨러20-첵 밸브

22-서브 솔레노이드 밸브24-온도 검출 센서

26-압력 검출 센서

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전자 제어식 터보 차져 장치를 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전자 제어식 터보 차져 장치에 있어 제어 유니트의 입/출력 관계를 도시한 블럭도이다.

본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 흡기 계통과 배기 계통 사이에 설치되어 배기 계통으로 유출되는 배기 가스에 의해 구동되어 흡기 계통으로 유입되는 외기를 고압으로 압축시키는 터보 차져(12)와, 이 터보 차져(12)를 통해압축된 공기를 공급받아 이를 저장하는 고압의 공기 저장 탱크(14) 및, 이 공기 저장 탱크(14)에 저장된 압축 공기를 엔진의 부하 및 속도 등 차량의 운전 조건에 따라 상기 엔진(10)의 흡기 계통에 최적의 양으로 제어하여 공급하도록 개도량이 제어되는 메인 솔레노이드 밸브(16)를 갖추고 있는 바, 상기 터보 차져(12)와 공기 저장 탱크(14) 및 메인 솔레노이드 밸브(16)는 각각 제1관로(L1)상에 배치된다.

그리고, 상기 제1관로(L1)상에는 상기 터보 차져(12)와 공기 저장 탱크(14) 사이로 고압으로 압축된 공기를 냉각시켜 흡기의 충진 효율을 향상시키기 위한 인터 쿨러(18)가 설치되어 있고, 상기 제1관로(L1)상에는 상기 공기 저장 탱크(14)의 전단에 압축 공기의 유동 방향을 일방향으로 제한해 주는 첵 밸브(20)가 설치되어 있다.

또한, 상기 공기 저장 탱크(14)의 후단과 상기 인터 쿨러(18)의 후단 사이에는 제1관로(L1)로부터 분기되어 이들 사이를 연결하는, 즉 상기 인터 쿨러(18)의 후단과 상기 엔진(10)의 흡기 계통 사이를 직접적으로 연결해 주는 제2관로(L2)가 설치되고, 이 제2관로(L2)상에는 상기 메인 솔레노이드 밸브(16)와는 별도로 역시 개도량이 제어되는 서브 솔레노이드 밸브(22)가 구비되어 있다.

한편, 상기 공기 저장 탱크(14)에는 내부에 저장된 고압의 압축 공기에 대한 온도와 압력을 각각 검출하는 온도 검출 센서(24)와 압력 검출 센서(26)가 구비되어 있는 바, 이 온도 검출 센서(24)와 압력 검출 센서(26)를 통해 검출된 온도와 압력은 상기 공기 저장 탱크(14)내 저장된 압축 공기에 대한 양을 산출하는 데 기본 데이터로 활용된다.

그리고, 상기 온도 검출 센서(24)와 압력 검출 센서(26)는 각각 엔진(10)의 작동시 상기 공기 저장 탱크(14)내 온도와 압력을 검출하여 이를 제어 유니트(28)에 송출하고, 상기 메인 솔레노이드 밸브(16)와 서브 솔레노이드 밸브(22)는 상기 제어 유니트(28)의 제어를 받아 이의 개도량이 결정된다.

즉, 상기 제어 유니트(28)는 도 3에 도시된 바와 같이, 주행중 엔진 회전수에 대한 정보와, 가속 페달의 답입량에 따른 운전자의 가속 의지에 대한 정보를 입력받아 이로 부터 현재 엔진(10)의 운전 조건을 파악한다.

또한, 상기 제어 유니트(28)는 상기 온도 검출 센서(24)와 압력 검출 센서(26)를 통해 검출된 온도와 압력을 매개로 하여 상기 공기 저장 탱크(14)내 저장된 압축 공기의 양을 추정한다.

그리고, 상기 제어 유니트(28)는 엔진의 회전수와 가속 페달의 개도량을 근거로 하여 파악된 운전 조건에 부합하는 최적의 요구 공기량을 산출하게 된다.

이후, 상기 제어 유니트(28)는 메인 솔레노이드 밸브(16)의 개도량을 제어하여, 상기 엔진(10)의 흡기 계통으로 엔진의 부하 및 속도 등과 같은 차량의 운전 조건에 부합되는 최적의 흡입 공기량이 공급될 수 있도록 한다.

즉, 상기 제어 유니트(28)는 엔진(10)이 저속 가동 영역에서 작동중일 경우에는, 낮은 배기의 압력으로 인해 엔진(10)의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량이 작아지지 않도록 제어하여 연소후 배출되는 배기 가스중 포함되는 오염 물질의 일종인 입자상 물질을 최소화시킬 수 있게 된다.

이와 더불어, 상기 제어 유니트(28)는 가속시 흡입 공기량의 부족에 따른 응답성의 저하로 기인되는 터보-랙(turbo-lag)이 발생도 배제시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 제어 유니트(28)는 엔진(10)이 고속 가동 영역에서 작동중일 경우에는, 엔진(10)의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량의 과다로 인해 엔진(10)의 연소압이 과도하게 상승되지 않도록 제어하여 엔진(10)의 내구 성능의 저하를 방지할 수 있게 된다.

그리고, 상기 제어 유니트(28)는 메인 솔레노이드 밸브(16)의 고장 여부를 판단하기 위해 메인 솔레노이드 밸브(16)로부터 피드백 신호를 받도록 되어 있다.

이 경우, 상기 메인 솔레노이드 밸브(16)의 고장을 제어 유니트(28)가 검출하게 되면, 이 제어 유니트(28)는 상기 서브 솔레노이드 밸브(22)의 개도량을 제어하여, 상기 터보 차져(12)로부터 압축된 공기가 공기 저장 탱크(14)를 거치지 않고 제2관로(L2)를 거쳐 엔진(10)의 흡기 계통으로 직접 공급될 수 있도록 하여, 주행중 엔진(10)의 꺼짐을 방지하게 된다.

또한, 상기 제어 유니트(28)는 공기 저장 탱크(14)내 저장된 압축 공기의 양이 부족하다고 판단될 경우에도, 상기 서브 솔레노이드 밸브(22)의 개도량을 제어하여 엔진(10)의 흡기 계통으로 유입되는 흡입 공기량이 부족하지 않도록 해 준다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치에 의하면, 주행중 엔진으로부터 부하와 속도 등과 같은 차량의 운전 조건에 대한 정보를 입력받은 다음, 이를 통해 엔진에서 필요한 최적의 요구 공기량을 산출하고서 이에 따라 엔진의 흡기 계통으로 유입되는 공기의 유입량을 정밀하게 제어함으로써, 엔진의 저속 가동 영역에서 오염 물질의 배출 정도를 최소화시키며, 엔진의 고속 가동 영역에서 연소압의 과도한 상승을 막아 내구 성능의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

엔진(10)의 배기 계통으로 유출되는 배기 가스에 의해 구동되어 흡기 계통으로 유입되는 외기를 고압으로 압축시키는 터보 차져(12)와, 이 터보 차져(12)를 통해 압축된 공기를 공급받아 이를 저장하는 고압의 공기 저장 탱크(14) 및, 이 공기 저장 탱크(14)에 저장된 압축 공기를 상기 엔진(10)의 운전 조건에 따라 흡기 계통으로 공급하도록 개도량이 제어되는 메인 솔레노이드 밸브(16)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 공기 저장 탱크(14)에는 저장된 고압의 압축 공기에 대한 온도와 압력을 각각 검출하는 온도 검출 센서(24)와 압력 검출 센서(26)가 구비된 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 터보 차져(12)와 공기 저장 탱크(14) 및 메인 솔레노이드 밸브(16)는 각각 제1관로(L1)상에 배치되어 엔진(10)의 흡기 계통으로 연결된 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 공기 저장 탱크(14)의 전단에는 압축 공기의 유동 방향을 일방향으로 제한하는 첵 밸브(20)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 공기 저장 탱크(14)의 전단과 후단 사이에는 제1관로(L1)로부터 분기되어 상기 엔진(10)의 흡기 계통과 직접 연결되는 제2관로(L2)가 설치되고, 이 제2관로(L2)상에는 개도량이 제어되는 서브 솔레노이드 밸브(22)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치.
제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,

상기 메인 솔레노이드 밸브(16)와 서브 솔레노이드 밸브(22)는 각각 상기 엔진(10)의 운전 조건에 따라 흡기 계통에서 필요로 하는 요구 공기량을 산출하도록 된 제어 유니트(28)의 제어에 따라 개도량이 조절되고, 상기 제어 유니트(28)는 상기 온도 검출 센서(24)와 압력 검출 센서(26)로부터 상기 공기 저장 탱크(14)내 저장된 압축 공기의 양을 검출하여 상기 메인 솔레노이드 밸브(16)와 서브 솔레노이드 밸브(22)의 개방을 선별적으로 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 전자 제어식 터보 차져 장치.