KR20070041875A - 터보 차져 보호 장치를 구비한 디젤 엔진 운전 장치 - Google Patents

터보 차져 보호 장치를 구비한 디젤 엔진 운전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진과, 상기 디젤 엔진에서 배출된 배기가스를 이용하여 구동되고, 흡입 공기를 압축시켜 연소실에 공급시킴으로써 디젤 엔진의 출력을 증대시키는 터보 차져를 포함하여 이루어지는 디젤 엔진 운전 장치에 있어서, 제 1 배출관은 공기를 흡입시키는 진공펌프와 연결되고, 제 2 배출관은 터보 차져에서 디젤 엔진으로 연결된 관과 연결되는 3방 전자 밸브; 일방(一方)은 상기 3방 전자 밸브의 유입관과 연결되고, 타방(他方)은 터보 차져에서 디젤 엔진으로 연결된 관과 연결되어 상기 진공펌프에서의 공기 흡입시 개방되는(열리는) 블로우 오프 밸브(Blow Off Valve); 및 상기 디젤 엔진의 운행이 가속에서 감속으로 전환되면 상기 3방 전자 밸브를 제어하여 제 2 배출관로를 폐쇄시키고, 제 1 배출관과 블로우 오프 밸브를 연결시켜 터보 차져에서 디젤 엔진으로 공급되는 공기 중 일부가 블로우 오프 밸브를 통해 배출되도록 하는 제어장치를 포함함을 특징으로 한다.
상기와 같이, 본 발명은 종래의 디젤엔진 운전장치에 터보 차져 보호장치를 더 구비함으로써 디젤 엔진 차량에서 엑셀레이터 단속시 공기의 역류로 터보 차져에 가해지는 충격을 최소화시켜 터보 차져의 수명을 연장시킬 수 있다.
디젤엔진, 터보 차져, 블로우 오프 밸브, 인터쿨러

Description

터보 차져 보호 장치를 구비한 디젤 엔진 운전 장치{Diesel Engine Operation Apparatus Having Turbo Charger Protective Device}
도 1은 일반적인 가솔린 차량에서의 엔진 운전 장치를 나타내는 도면.
도 2는 종래의 디젤 차량에서의 엔진 운전 장치를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디젤 차량에서의 엔진 운전 장치를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑셀레이터의 가속->감속 또는 감속->가속에 따른 터보 차져 보호장치의 동작 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 디젤 엔진 200 : 터보 차져
300 : 터보 차져 보호장치 310 : 진공펌프
320 : 3방 전자 밸브 330 : 블로우 오프 밸브(BOV)
340 : 제어장치 400 : 인터쿨러
a : 유입관 b : 제 1 배출관
c : 제 2 배출관
본 발명은 디젤 엔진 운전 장치에 관한 것으로, 특히 엔진의 주행중에 엑셀레이터의 갑작스런 단속시 엔진 쪽으로 공급되는 공기가 터보 차져 쪽으로 역류되는 것을 방지하기 위한 터보 차져 보호장치를 구비한 디젤엔진 운전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린 차량에서의 엔진 운전 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 가솔린 엔진(10)과, 상기 엔진(10)에서 배출된 배기가스에 의해 구동되고, 흡입 공기를 압축시키는 터보 차져(20) 및 상기 터보 차져(20)에서 압축된 공기를 냉각시켜 연소실에 공급시키는 인터쿨러(30)를 포함하여 이루어진다. 도면 부호 50은 써지탱크와 흡입 매니홀드와의 사이에 있는 스로틀 바디(Throttle Body)이다.
상기와 같은 가솔린 차량에서는 엔진(10)의 운행중 갑작스런 엑셀레이터의 단속으로 인해 엔진 쪽으로 공급되는 공기가 터보 차져(20) 쪽으로 역류되어 터빈에 충격을 가하는 문제점이 발생되었다.
이에, 가솔린 차량에서는 엑셀레이터의 단속시 스로틀 바디(50)내의 밸브를 닫히도록 하고, 또한 도 1에 도시된 바와 같이 터보 차져(20)와 엔진(10) 사이에 블로우 오프 밸브(Blow Off Valve; BOV)(40)를 장착하여 상기 공기를 대기중으로 배출시켰다. 즉, 운전자가 엑셀레이터를 가동시켰다가 떼면 상기 스로틀 바디(50)내의 밸브가 닫히고, 엔진과 트로틀 바디 사이의 압력이 대기압보다 낮아지므로 압 력차에 의해 블로우 오프 밸브(40)가 열린다. 이로 인해 인터쿨러(30)에서 엔진(10) 쪽으로 흐르는 공기 중 일부가 상기 블로우 오프 밸브(40)를 통해 외부로 빠져나간다.
그러나 종래의 디젤 차량에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 가솔린 차량에 구비된 트로틀 바디가 장착되어 있지 않아 운전자가 가속 중 엑셀레이터를 떼게 되면 인터쿨러(400)에서 엔진(100)으로 공급되는 공기의 양이 엔진(100)에서 필요로 하는 공기의 양보다 많아 터보 차져에 충격이 가해지는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 디젤 엔진 차량에서 엑셀레이터 단속시 공기의 역류로 터보 차져에 가해지는 충격을 완화하기 위한 터보 차져 보호장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명은 디젤 엔진과, 상기 디젤 엔진에서 배출된 배기가스를 이용하여 구동되고, 흡입 공기를 압축시켜 연소실에 공급시킴으로써 디젤 엔진의 출력을 증대시키는 터보 차져를 포함하여 이루어지는 디젤 엔진 운전 장치에 있어서, 제 1 배출관은 공기를 흡입시키는 진공펌프와 연결되고, 제 2 배출관은 터보 차져에서 디젤 엔진으로 연결된 관과 연결되는 3방 전자 밸브; 일방(一方)은 상기 3방 전자 밸브의 유입관과 연결되고, 타방(他方)은 터보 차져에 서 디젤 엔진으로 연결된 관과 연결되어 상기 진공펌프에서의 공기 흡입시 개방되는(열리는) 블로우 오프 밸브(Blow Off Valve); 및 상기 디젤 엔진의 운행이 가속에서 감속으로 전환되면 상기 3방 전자 밸브(3 Way Valve)를 제어하여 제 2 배출관로를 폐쇄시키고, 제 1 배출관과 블로우 오프 밸브를 연결시켜 터보 차져에서 디젤 엔진으로 공급되는 공기 중 일부가 블로우 오프 밸브를 통해 배출되도록 하는 제어장치를 포함함을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어장치는 상기 디젤 엔진의 운행이 감속에서 가속으로 전환되면 상기 3방 전자 밸브를 제어하여 제 2 배출관로를 개방시키고, 제 1 배출관로를 폐쇄시켜 블로우 오프 밸브가 닫히도록 함으로써 터보 차져에서 디젤 엔진으로의 정상적인 공기 유입이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
뿐만 아니라 본 발명에서는 상기 디젤 엔진 운행의 가속/감속 여부를 트로틀 포지션 센서(Throttle Position Sensor ; TPS)에 의한 엑셀레이터의 가속/감속의 판단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 터보 차져에서 흡입,압축된 공기를 냉각시키는 인터쿨러를 더 포함함을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디젤 차량에서의 엔진 운전 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 디젤 차량에서의 엔진 운전(운행) 장치는 크게 디젤 엔진(100), 터보 차져(200) 및 터보 차져 보호장치(300)를 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명에서는 상기 디젤 엔진 운전(운행) 장치에 인터쿨러(Intercooler)(400)를 더 포함할 수도 있다.
상기 디젤 엔진(100)은 실린더 안에 공기를 흡입·압축해서 고온·고압으로 한 후 여기에 액체연료를 분사하여 자연발화시킨 다음 피스톤을 작동시킴으로써 동력을 얻는 내연기관이다.
상기 터보 차져(200)는 상기 디젤 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 이용하여 구동되고, 또한 흡입 공기를 압축시켜 연소실에 공급시킴으로써 디젤 엔진(100)의 출력을 증대시킨다.
즉, 상기 터보 차져(200)는 2개의 터빈이 한 축으로 연결되어 있는데, 하나의 터빈은 엔진(100)에서 발생된 배기가스의 힘으로 회전이 이루어지고, 다른 하나의 터빈은 상기 터빈의 회전에 의해 함께 회전하면서 외부공기를 흡입시킨다.
상기 인터쿨러(400)는 상기 터보 차져(200)의 터빈에서 압축되어 고압, 고온이 된 흡입공기가 엔진 내부로 유입되기 전에 식혀주는 냉각기이다. 즉, 과급된 공기는 온도가 높기 때문에 체적 효율이 저하되고 노킹을 일으키기 쉬우므로 이것을 방지하기 위해 과급 공기를 상기 인터쿨러(400)를 통해 냉각시켜 엔진(100)에 공급한다.
상기 터보 차져 보호장치(300)는 상기 디젤 엔진(100)의 운행이 가속에서 감 속으로 전환되면, 다시 말하면 사용자(운전자)가 엑셀레이터를 밟다가 떼었을 때 역류되는 공기가 터보 차져(200)에 들어가는 것을 방지하기 위해 상기 공기를 외부(대기)로 배출시키는 장치이다.
상기 터보 차져 보호장치(300)는 진공 펌프(310), 3방 전자 밸브(320), 블로우 오프 밸브(Blow Off Valve; BOV)(330) 및 제어 장치(340)를 포함하여 이루어진다.
상기 진공 펌프(310)는 공기를 흡입하는 장치로, 이로 인해 상기 블로우 오프 밸브(330)가 열린다.
본 발명에서는 상기 진공펌프(310)를 도 3에 도시된 바와 같이 따로 구비시켜 3방 전자 밸브(320)에 연결시켜도 되지만, 종래 사용되는 진공펌프에 상기 3방 전자 밸브(320)를 직접 연결시켜도 무방하다.
상기 3방 전자 밸브(320)는 세 개의 관로, 즉 하나의 흡입관(a)과, 두 개의 배출관(이하, 각각 '제 1 배출관', 제 2 배출관'이라 함)(b)(c)으로 이루어지는데, 상기 흡입관(a)은 상기 블로우 오프 밸브(330)와 연결되고, 상기 제 1 배출관(b)은 상기 진공 펌프(310)와 연결되며, 상기 제 2 배출관(c)은 터보 차져(보다 정확히 설명하면, 인터쿨러임)에서 엔진으로 연결된 관(e)과 연결된다. 도면부호 d는 블로우 오프 밸브(330)와 인터쿨러에서 엔진으로 연결된 관(e)과 연결되는 관이며, f는 블로우 오프 밸브(330)에 형성된 배출관이다.
이에 따라, 상기 엔진(100)의 운전 상태에 따라 상기 흡입관(a)은 제 1 배출관(b) 또는 제 2 배출관(c)과 연결된다. 하기에보다 상세히 설명되겠지만, 여기서 간략히 설명하면 엑셀레이터를 밟아 가속(엑셀레이터가 '감속'에서 '가속'으로 전환 포함)시키면 상기 흡입관(a)은 제 2 배출관(c)과 연결되어 정상적으로 동작되며, 만약 엑셀레이터의 가속상태에서 엑셀레이터를 떼어(엑셀레이터가 '가속'에서 '감속'으로 전환')시키면 상기 흡입관(a)은 제 1 배출관(b)과 연결된다. 그러면 진공펌프(310)에 의해 공기가 흡입되어 블로우 오프 밸브(330)가 열리며, 이로 인해 인터쿨러에서 엔진으로 연결된 관(e)에 흐르는 공기가 블로우 오프 밸브(330)를 통해 대기중으로 배출된다.
상기 블로우 오프 밸브(330)는 그 일방(一方)이 상기 3방 전자 밸브의 유입관과 연결되고, 그 타방(他方)이 인터쿨러에서 디젤 엔진으로 연결된 관(e)과 연결되어 상기 진공펌프(310)에서의 공기 흡입시 개방된다.
상기 제어 장치(340)는 상기 제 3방 전자 밸브(320)를 제어한다. 즉, 상기 제어 장치(340)는 상기 디젤 엔진의 운행(엑셀레이터의 동작상태)이 가속에서 감속으로 전환되면 상기 3방 전자 밸브의 제 2 배출관로(c)를 폐쇄시키고, 제 1 배출관(a)과 블로우 오프 밸브(330)를 연결시킨다. 이에 따라 본 발명에서는 상기 인터쿨러(400)에서 엔진(100)으로 공급되는 공기 중 일부가 블로우 오프 밸브(330)를 통해 배출된다.
또한, 상기 제어장치(340)는 상기 디젤 엔진(100)의 운행(엑셀레이터의 동작상태)이 감속에서 가속으로 전환되면 상기 3방 전자 밸브의 제 2 배출관로(c)를 개방시키고, 제 1 배출관로(a)를 폐쇄시킨다. 이로 인해 본 발명에서는 상기 블로우 오프 밸브(330)도 닫혀 인터쿨러(400)에서 디젤 엔진(100)으로의 정상적인 공기 유 입이 이루어진다.
상기 도면에는 미도시 되어 있지만, 상기 디젤 엔진 운행의 가속/감속 여부를 트로틀 포지션 센서(Throttle Position Sensor ; TPS)에 의해 체크(판단)할 수 있다.
즉, 상기 트로틀 포지션 센서는 엑셀레이터의 누름 정도를 체크하여 제어장치(340)에 전달시키는데, 상기 누름 정도는 바람직하게는 RPM(Revolution Per Minute)으로 계산된다. 이에 따라, 상기 RPM 수치가 커졌다가 적어지면 가속에서 감속으로 전환된 것을 의미하며, 반대로 상기 RPM 수치가 적어졌다가 커지면 감속에서 가속으로 전환된 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 엑셀레이터의 가속->감속 또는 감속->가속에 따른 터보 차져 보호장치의 동작 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저 사용자(운전자)가 엑셀레이터를 밟아 가속을 시켰다고 가정하자. 그러면 트로틀 포지션 센서(TPS)에 의해 엑셀레이터 상태(엑셀레이터의 누름 정도 : RPM)가 측정(S101)되어 제어장치(340)에 전달되고, 상기 제어장치(340)는 정상적인 엔진 운전(운행)이 이루어지도록 터보 차져 보호장치(300)를 제어한다.
그런 후, 사용자(운전자)가 감속하기 위하여 엑셀레이터를 떼거나 단계별 엑셀레이터 누름 정도를 완화시켰을 때 엔진(100)의 운행은 가속에서 감속으로 바뀐다.(S102)
그러면 상기 제어장치(340)는 상기 3방 전자 밸브(320)를 제어하여 진공펌프(310)와 블로우 오프 밸브(330)가 연결되도록 한다. 즉, 상기 제어장치(340)는 상기 3방 전자 밸브(320)의 흡입관로(a)와 제 1 배출관로(b)를 연결시켜 상기 진공펌프(310)와 블로우 오프 밸브(330)가 연결시킨다. 이에 따라 상기 진공펌프(310)의 공기 흡입에 따른 상기 블로우 오프 밸브(330)가 열린다.(S104)
그러면 본 발명에서는 상기 인터쿨러(400)에서 디젤 엔진(100)으로 공급되는 공기 중 일부가 블로우 오프 밸브(330)를 통해 배출되어 원활한 공기 운행이 이루어진다.(S105)
또한, 상기와 같은 감속상태에서 사용자(운전자)가 엑셀레이터를 밟으면 엔진 운행 상태가 감속에서 가속으로 바뀌게 된다.(S102) 그러면 제어장치(340)는 상기 3방 전자 밸브(320)의 제 1 배출관로를 폐쇄시키고, 상기 3방 전자 밸브(320)의 제 2 배출관을 흡입관과 연결시킴으로써 블로우 오프 밸브(330)는 닫힌다. 이로 인해 상기 인터쿨러(400)에서 엔진(100)으로의 정상적인 공기 공급(유입)이 이루어진다.(S103)
상기와 같이 본 발명의 일실시예에서는 트로틀 포지션 센서를 이용하여 엑셀레이터의 가동상태를 파악하고, 이를 제어장치에서는 엑셀레이터의 가동상태에 따라 3방 전자 밸브를 제어하였다. 그러나 본 발명에서는 상기와 같은 방식으로도 가능하지만, 압력 게이지를 이용하는 방법도 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 본 발명에서는 압력게이지(압력센서 포함)를 이 용하여 인터쿨러(400)에서 엔진(100)으로 공급되는 공기의 양과, 엔진(100)에서 필요로 하는 공기의 양을 측정한다.
그런 후, 상기 인터쿨러(400)에서 엔진(100)으로 공급되는 공기의 양이 엔진(100)에서 필요로 하는 공기의 양보다 많으면, 즉 엔진(100)의 가속 중 운전자가 엑셀레이터를 뗀 경우에는 상기 제어장치(340)는 상기 3방 전자 밸브(320)를 제어하여 진공 펌프(310)와 블로우 오프 밸브(330)를 연결시킨다. 그러면 상기 블로우 오프 밸브는 열리게 되며, 상기 인터쿨러(400)에서 엔진(100)으로 공급되는 공기를 외부로 배출시킬 수 있다.
또한, 상기 인터쿨러(400)에서 엔진(100)으로 공급되는 공기의 양이 엔진(100)에서 필요로 하는 공기의 양보다 적거나 같으면 상기 제어장치(340)는 상기 3방 전자 밸브(320)를 제어하여 진공 펌프(310)와 연결된 3방 전자 밸브의 관로(a)를 폐쇄시킴으로써 인터쿨러(400)에서 디젤 엔진(100)으로의 정상적인 공기 유입이 이루어지도록 할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 종래의 디젤엔진 운전장치에 터보 차져 보호장치를 더 구비함으로써 디젤 엔진 차량에서 엑셀레이터 단속시 공기의 역류로 터보 차져에 가해지는 충격을 최소화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 터보 차져의 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 디젤 엔진과, 상기 디젤 엔진에서 배출된 배기가스를 이용하여 구동되고, 흡입 공기를 압축시켜 연소실에 공급시킴으로써 디젤 엔진의 출력을 증대시키는 터보 차져를 포함하여 이루어지는 디젤 엔진 운전 장치에 있어서,
    제 1 배출관은 공기를 흡입시키는 진공펌프와 연결되고, 제 2 배출관은 터보 차져에서 디젤 엔진으로 연결된 관과 연결되는 3방 전자 밸브;
    일방은 상기 3방 전자 밸브의 유입관과 연결되고, 타방은 터보 차져에서 디젤 엔진으로 연결된 관과 연결되어 상기 진공펌프에서의 공기 흡입시 개방되는(열리는) 블로우 오프 밸브; 및
    상기 디젤 엔진의 운행이 가속에서 감속으로 전환되면
    상기 3방 전자 밸브를 제어하여 제 2 배출관로를 폐쇄시키고, 제 1 배출관과 블로우 오프 밸브를 연결시켜 터보 차져에서 디젤 엔진으로 공급되는 공기 중 일부가 블로우 오프 밸브를 통해 배출되도록 하는 제어장치를 포함함을 특징으로 하는 디젤 엔진 운전 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 제어장치는 상기 디젤 엔진의 운행이 감속에서 가속으로 전환되면 상기 3방 전자 밸브를 제어하여 제 2 배출관로를 개방시키고, 제 1 배출관로를 폐쇄시켜 블로우 오프 밸브가 닫히도록 함으로써 터보 차져에서 디젤 엔진으로의 정상적인 공기 유입이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 운 전 장치.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 디젤 엔진 운행의 가속/감속 여부는 트로틀 포지션 센서(TPS)에 의한 엑셀레이터의 가속/감속의 판단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 운전 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 터보 차져에서 흡입,압축된 공기를 냉각시키는 인터쿨러를 더 포함함을 특징으로 하는 디젤 엔진 운전 장치.
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