KR20040024193A - 터보차저 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 배기 다기관과 배기관 사이에 구비된 바이패스 관의 소정의 위치에 구비되어 있는 바이패스 밸브의 열림정도를 제어하여 터보차저의 터빈측의 배기 압력을 제어할 목적으로;

차량의 고지 주행여부를 판단하는 단계와; 엔진 부하에 따른 과급압 변화를 판단하는 단계와; 부스터 압력 변화에 따른 과급압 변화를 판단하는 단계와; 엔진 과열여부에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 단계와; 배기가스 온도 변화에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 단계로 이루어져 있어서, 부가장치 적용에 대한 추가비용을 절감할 수 있으며, 엔진의 내구력 강화 및 고장진단을 통해 차량의 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

터보차저 제어방법{a method for turbo charger controling in vehicle}

본 발명은 차량용 터보차저에 관한 것으로써 더욱 상세하게는 터보차저의 휠 회전수를 직접적인 물리적 마찰이 아닌 배기압력을 조절하여 터보차저의 휠 회전수를 제어하기 위한 터보차저 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 터보차저(20)는 엔진 실린더 내에 제한된 용적에 비해 보다 큰 출력을 얻기 위해 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 흡기 다기관(12)에 설치하여 공기량을 증대시켜 흡기 밀도를 대기압 이상으로 가압하여 실린더 내에 공급시켜 기관의 충전효율을 높이고 평균 유효압력을 높여 출력을 증대시킨다.

즉, 엔진(10)으로부터 배출되는 배출가스에 의해 배기 다기관(14)와 연결되어 있는 터보차저(20)의 터빈이 회전에 의해 콤퓨레셔가 회전하여 흡입되는 공기를 대기압 이상의 압력으로 흡기 다기관(12)을 통해 엔진(10)으로 공급된다.

그러나, 상기와 같이 작동되는 터보차저는 차량 과열 및 터보차저의 휠 회전수 과다 상승에 의해 기계적 손상의 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 방법이 대한민국 특허 공개번호 제 1999-060740 호 및 대한민국 특허 공개 번호 제 1999-051676호에 상세히 설명되어 있다.

즉, 상기한 종래의 방법은 터보차저의 휠 회전수 과다 상승을 방지하기 위해 주로 배기압을 지연시킴으로써 회전수를 줄이는 방법으로, 물리적으로 터보차저의 휠에 직접적인 마찰을 가하거나(대한민국 특허 공개번호 제2001 - 002371호) 부가적인 물체 예를들어 회전 추와 같은 저항체를 붙이거나(대한민국 특허 공개번호 제1999 - 040529호), 흡기 또는 배기쪽의 단면적을 조절하기 위하여 일정의플랩(Flap)을 붙이는 등 대부분 기계적인 방법에 의해 배기압을 떨어뜨려 휠의 회전수를 낮추는 제어 방식이다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 휠 회전수가 160,000 ~ 200,000 rpm 정도로 매우 빨리 회전하는 터보차저의 회전수를 정밀하게 제어할 수 없을 뿐 아니라, 고속 회전하는 휠 자체에 손상을 주기 쉽고, 실제 제작을 통해 양산적용하기 어려운 문제점 등을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진의 배기 다기관과 배기관 사이에 구비된 바이패스 관의 소정의 위치에 구비되어 있는 바이패스 밸브의 열림정도를 제어하여 터보차저의 터빈측의 배기 압력을 제어함으로써, 대기압이 낮은 고지에서 터보차저의 휠 회전수를 제어할 수 있는 터보차저 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 터보차저를 구비한 엔진 구성도 이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저 제어장치 구성 블럭도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저 제어 방법 동작 순서도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 엔진 12 : 흡기 다기관 14 : 배기 다기관

16 : 배기관 18 : 공기 정화기 20 : 터보차저

22 : 인터쿨러 24 : 바이패스 관 26 : 바이패스 밸브

100 : 차량 동작상태 검출장치 110 : 엔진 회전수 검출부

120 : 연료량 검출부 130 : 부스터 압력 검출부

140 : 대기압 검출부 150 : 유온 검출부

160 : 배기가스 온도 검출부 200 : 엔진 제어 장치

300 : 구동장치

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

차량의 고지 주행여부를 판단하는 단계와;

엔진 부하에 따른 과급압 변화를 판단하는 단계와;

부스터 압력 변화에 따른 과급압 변화를 판단하는 단계와;

엔진 과열여부에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 단계와;

배기가스 온도 변화에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 단지 일예로 제시된 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저 제어장치 구성 블록도 이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저 제어 방법 동작 순서도 이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터보차저 제어장치는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차량의 동작 변화를 검출하는 차량 동작상태 검출장치(100)와;

상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되어 인가되는 엔진 회전수, 연료량, 부스트 압, 대기압, 유온 및 배기가스 온도 등을 입력받아, 고지대를 주행중인 차량에서 과급압이 엔진 부하에 따른 초기 설정 값 이상이면, 부스트 압력 변화에 따른 과급압 변화를 판단하여 기준치를 초과하면 엔진 과열 여부와 배기 온도 변화에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하기 위해 바이패스 밸브 제어신호를 출력하는 엔진 제어 장치(200)와;

상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 터보차저의 터빈 출력 배기압을 조절하기 위해 바이패스 밸브의 열림 정도를 조절하는 구동장치(300)로 이루어져 있다.

상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부(110)와;

차량 동작상태 변화에 따라 엔진으로 공급되는 연료량 변화를 검출하는 연료량 검출부(120)와;

차량 동작상태 변화에 따라 엔진 부스터의 압력 변화를 검출하는 부스터 압력 검출부(130)와;

차량의 주행 지역 변화에 따라 가변되는 대기압 변화를 검출하는 대기압 검출부(140)와;

차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 오일의 온도 변화를 검출하는 유온 검출부(150)와;

차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 배기가스 온도 변화를 검출하는 배기가스 온도 검출부(160)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 터보차저 제어 방법을 첨부한 도 1 및 도 3을 참조하여 설명한다.

터보차저를 구비한 차량의 엔진이 시동되면, 엔진 제어 장치(200)는 사용되는 모든 변수를 초기화시키고, 차량이 주행을 시작하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량 동작 상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수, 연료량, 부스트 압, 대기압, 유온 및 배기가스 온도 변화 등을 검출한다(S100).

이에, 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 엔진 회전수, 연료량, 부스트 압, 대기압, 유온 및 배기가스 온도 변화 등을 입력받기 위해 소정의 제어신호를 출력하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 인가되는 제어신호에 동기되어 검출되는 엔진 회전수, 연료량, 부스트 압, 대기압, 유온 및 배기가스 온도 변화 등을 출력한다.

엔진 제어 장치(100)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되어 인가되는 엔진 회전수, 연료량, 부스트 압, 대기압, 유온 및 배기가스 온도 변화 등을 입력받아, 먼저 차량이 고지대를 주행여부를 판단하기 위해 대기압이 제1 설정 값 이하인가를 판단한다(S110).

터보차저의 오버 스피드(Over-Speed)가 가장 쉽게 일어나는 조건이 대기압이 낮은 고지대이다. 따라서 대기압 센서를 이용하여 대기압이 평지의 대기압과 동일한 제1 설정 값(예:730mmHg) 이하라고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 터보차저(20)의 콤퓨레셔(미부호)를 통해 엔진(10)으로 흡입되는 과급압(B1)의 변화를 판단한다(S120).

즉, 차량의 주행하는 위치가 고지라 할지라도 일차적으로 엔진으로 흡입되는 과급압(B1)이 메모리에 설정된 제2 설정값(B0) 이하가 되면 터보 차저 휠의 회전수 과다 현상이 발생하지 않는다.

따라서, 상기(S120)에서 엔진(10)으로 흡입되는 과급압(B1)이 메모리에 설정된 제2 설정 값(B0)보다 높다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 차량의 각 운전상태에서 엔진 부하에 따라 메모리에 설정되어 있는 부스터 압력 기준 값이 제3 설정값(B2)과 현재 주행중인 차량의 부스트 압력(B1)를 비교한다(S130).

상기에서 주행중인 차량의 부스트 압(B1)이 차량의 각 운전상태에서 엔진 부하에 따라 각각 메모리에 설정되어 있는 부스터 압력 기준 값인 제3 설정 값(B2)보다 높다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 주행중인 차량의 오일온도인 유온 변화(T1)를 판단하여 엔진 과열여부를 판단한다(S140).

즉, 엔진 오일은 엔진 상태를 가장 직접적으로 나타낼 뿐 아니라 유온에 따른 오일 점도 등은 터보차저(20)의 휠 속도에 직접적인 영향을 미친다.

따라서, 상기에서 주행중인 차량의 엔진 유온(T1)이 제4 설정 값(T0)보다 높다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 엔진 과열상태라 판단 한 후, 배기가스 온도를 이용해 도 1에 도시되어 있는 바이패스 관(24)에 구비된 바이패스 밸브(26)를 제어하여 열림정도를 결정한다.

즉, 엔진 제어장치(200)는 엔진의 오일 온도에 의해 엔진 과열이라고 판단되면 엔진에서 배출되는 배기가스 온도(T_A)의 온도를 모니터링 한 후, 터보차저(20)의 휠 속도를 급격히 저하시키기 위해 바이패스 밸브 오픈 정도를 조절하기 위한 제어 신호를 출력한다(S150,S160).

구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 도 1에 도시되어 있는 바이패스 밸브(26)를 소정의 열림정도로 오픈시킨다.

따라서, 상기에서 바이패스 밸브(26)가 열림에 따라, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 일부는 바이패스 관(24)를 통해 배기관(16)으로 배출됨에 따라, 터보차저(20)의 터빈(미부호)측을 통과하는 배기가스량이 줄어들어 터보차저 휠의 속도를 저감시킨다.

상기에서, 과도한 배기가스 바이패스에 의한 터보차저 휠 속도 저하는 급격한 엔진 출력 저하를 가져오게 됨에 따라 운전자는 차량의 이상현상으로 판단할 수 있다.

따라서, 엔진 제어 장치(200)는 상기한 엔진의 과도한 출력저하를 방지하기위해 바이패스 밸브 오픈 제어 이 후에 터보차저를 통과하여 배출되는 배기가스 온도(T_B)를 모티터링 한 후, 상기(S150) 바이패스 밸브 오픈 전의 배기가스 온도(T_A)와 바이패스 밸브 오픈 제어 후의 배기가스 온도(T_B)의 차를 산출한 다음, 상기에서 산출되는 배기가스 온도 차(T_A - T_B)가 제 5 설정 값보다 낮은가를 판단한다(S170,S180)

상기에서 바이패스 밸브 오픈 전의 배기가스 온도(T_A)와 바이패스 밸브 오픈 제어 후의 배기가스 온도(T_B)의 차이 값이 제 5 설정 값보다 낮은 온도로 떨어짐이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 차량 동작상태 변화에 따라 바이패스 밸브(26) 열림 정도를 제어하는 통상의 바이패스 밸브 제어신호를 출력하여 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 터보차저(20) 바이패스 됨을 줄여 엔진 출력 저하를 방지한다(S190).

하지만, 상기(S180)에서 바이패스 밸브 오픈 전의 배기가스 온도(T_A)와 바이패스 밸브 오픈 제어 후의 배기가스 온도(T_B)의 차가 제 5 설정 값 이상임이 판단되면, 엔진 과열여부를 판단하는 단계(S140)로 리턴한다.

상기에서 엔진의 상태가 과열 상태가 아님이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 통상의 바이패스 밸브 제어신호를 출력하는 단계(S190)를 수행한다.

이로써, 터보차저의 휠 속도 제어를 물리적으로 직접적인 마찰이나 부가장치를 이용하지 않고, 터보차저의 터빈측의 배기압력을 바이패스 밸브에 의해 제어함으로써, 부가장치 적용에 대한 추가비용을 절감할 수 있으며, 엔진의 내구력 강화 및 고장진단을 통해 차량의 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 엔진의 배기 다기관과 배기관 사이에 구비된 바이패스 관의 소정의 위치에 구비되어 있는 바이패스 밸브의 열림정도를 제어하여 터보차저의 터빈측의 배기 압력을 제어함으로써, 부가장치 적용에 대한 추가비용을 절감할 수 있으며, 엔진의 내구력 강화 및 고장진단을 통해 차량의 엔진 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 차량의 고지 주행여부를 판단하는 단계와;

   엔진 부하에 따른 과급압 변화를 판단하는 단계와;

   부스터 압력 변화에 따른 과급압 변화를 판단하는 단계와;

   엔진 과열여부에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 단계와;

   배기가스 온도 변화에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차저 제어방법.
2. 제 1 항에 있어서, 엔진 과열여부에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 방법은,

   엔진 과열상태가 판단되면 터보차저 휠 속도를 급속 저하시키는 바이패스 밸브 제어신호를 출력하는 단계와;

   상기 단계에서 엔진이 정상상태이면 터보차저 휠 속도를 통상의 상태로 제어하는 바이패스 밸브 제어신호를 출력하는 단계를 포함하는 터보차저 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 배기가스 온도 변화에 따라 터보차저 휠 속도를 제어하는 방법은,

   터보차저 휠 속도 급속 저하 제어 전, 후의 배기가스 온도 차를 산출하여 비교하는 단계와;

   상기 단계에서 산출되는 배기가스 온도가 설정 값 이하로 저하됨이 판단되면 통상의 바이패스 밸브 제어신호를 출력하여 터보차저 휠 속도를 제어하는 단계와;

   상기 단계에서 배기가스 온도가 설정 값 이상을 유지하면 엔진 과열여부를 판단하는 단계를 수행하는 것을 포함하는 터보차저 제어 방법.