KR20070062201A - 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터빈으로 입력되는 공기에 에어 클리너를 설치하고 그 통로상에 에어밸브를 설치하여 입력되는 공기의 양을 조정함으로써 에어 레귤레이터의 품질 오차 및 유체 특성으로 인하여 발생되는 언더 부스트 및 오버 부스트를 보상할 수 있는, 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치에 관한 것으로서, 흡입되는 공기에 포함되어 있는 불순물을 걸러내기 위해서 파이프를 이용하여 터빈 및 컴프레셔에 연결된 에어 클리너; 상기 파이프의 중간에 공기를 공급 또는 차단시킬 수 있게 설치되는 액츄에이터; 상기 액츄에이터를 동작시키기 위한 공기를 제공하기 위해서 공급관으로 연결되는 에어 탱크; 공기를 공급 또는 차단하기 위해 상기 공급관의 중간에 설치되는 에어밸브; 상기 에어밸브를 작동시키기 위해 구비된 ECU; 및 상기 ECU로 신호를 입력하는 맵센서 및 RPM 센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
터보차저, 액츄에이터, 맵센서, 터빈, 컴프레셔, 파이프, 공급관

Description

천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치{Warning device for breakage of turbocharger}
도 1은 종래의 천연가스 엔진의 터보차저가 장착되어 있는 시스템의 구성도이다.
도 2는 종래의 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템에 있어서 웨이스트게이트 밸브의 제어부분을 보충 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템에 있어서 엔진 회전수에 대한 부스트 압력을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 설치 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 세부 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 부스트압력 비교 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 동작 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
15 : 에어 클리너 16 : 에어 탱크
17 : 에어 밸브 18 : ECU
19 : 액츄에이터 20 : RPM 센서
21 : 맵센서
본 발명은 터보차저 분야에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로 말하자면 터빈으로 입력되는 공기에 에어 클리너를 설치하고 그 통로상에 에어밸브를 설치하여 입력되는 공기의 양을 조정함으로써 에어 레귤레이터의 품질 오차 및 유체 특성으로 인하여 발생되는 언더 부스트 및 오버 부스트를 보상할 수 있는, 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치에 관한 것이다.
일반적으로 터보차저(turbocharger)는 엔진에서 손실되는 동력, 즉 엔진에서 손실되는 배출가스를 이용하여 흡입 공기량을 늘려줌으로써 엔진의 출력을 높이기 위한 것으로서, 동일축상의 터빈과 컴프레서, 센터하우징 그리고 웨이스트게이트 밸브로 구성되며, 상기한 터빈과 컴프레서는 휠과 하우징으로 구성되고, 상기한 휠은 축의 양끝단에 설치되는 구조로 이루어진다.
상기한 바와 같은 구조를 갖는 터보차저는 천연가스 또는 경유를 연료로 사용하는 버스, 트럭과 같은 상용차 부문, 산업용 엔진 부문 등에 광범위하게 설치되어 사용되고 있는데, 천연가스를 연료로 사용하는 천연가스 엔진의 경우에는 보다 정교하게 부스트 압력을 제어하기 위하여 웨이스트 게이트 밸브를 사용하며 상기한 웨이스트 게이트 밸브는 엔진 ECM에 의해 제어되는 구조로 이루어지며, 그리고 경유를 연료로 사용하는 디젤 엔진의 경우에는 에어 컴프레셔의 압력이 900mmHg 정도의 일정수준에서 웨이스트 게이트 밸브가 동작하여 흡기 부스트 압력이 증가 또는 감소되는 구조로 이루어진다.
이와 같이 과급장치인 터보차저에서는 웨이스트게이트 밸브의 제어를 통하여 부스트(boost) 압력을 제어함으로써 상기한 부스트 압력 제어를 통하여 차량 출력이 가감되는 구조로 이루어지게 되는데, 상기한 웨이스트게이트 밸브는 과급압력이 규정값 이상으로 상승되어 엔진이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 1은 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템의 구성도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템의 구성은, 천연가스가 저장되어 있는 천연가스 탱크(1)와, 천연가스를 고압으로 송출하기 위한 록오프 밸브(2)와, 록오프 밸브(2)를 통과한 천연가스의 압력을 조정하기 위한 레귤레이터(3)와, 천연가스의 열교환을 하기 위한 열교환기(4)와, 천연가스의 양을 제어하기 위한 연료량 제어밸브(5)와, 천연가스와 피드백되는 배출가스를 혼합하기 위한 믹서기(6)와, 혼합가스의 양을 조정하기 위한 스로틀바디(7)와, 혼합가스에 의해 회전동력을 발생시키는 엔진몸체(8)와, 배출가스를 압축시키기 위한 터빈및컴프레셔(9)와, 피드백 배출가스의 양을 제어하기 위한 웨이스트게이트 밸브(10)와, 웨이스트게이트 밸브(10)의 동작을 제어하기 위하여 천연가스 탱크(1)의 압력을 이를 감압하여 2Bar로 제어되도록 하기 위한 에어 레귤레이터 (11)와, 운전자의 답력을 감지하여 이를 전기적인 신호로 출력하기 위한 액셀페달센서(12)와, 웨이스트게이트 밸브(10)의 제어를 통하여 부스트 압력을 제어함으로써 차량 출력이 가감되도록 하는 엔진 ECM(13)과, 상기한 엔진 ECM(12)에 연결되어 있는 ICM(14)을 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템의 작용은 다음과 같다.
흡기측에 초과 과급(오버 부스트)이 발생하면 에어 압력이 웨이스트게이트 밸브(10)에 전달되어 웨이스트게이트 밸브(10)를 열어줌으로써 흡기압을 낮추어주고, 언더 부스트가 발생하면 웨이스트게이트 밸브(10)를 닫아줌으로써 흡기압을 높여준다.
도 2는 종래의 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템에 있어서 웨이스트게이트 밸브의 제어부분을 보충 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 웨이스트게이트 밸브(10)는 엔진 ECM(13)이 PWM 방식으로 제어한다. 즉, 엔진 ECM(10)에서 웨이스트게이트 밸브(10)에 인가되는 펄스의 듀티율(duty ratio)을 가변시켜 웨이스트게이트 밸브(10)의 온/오프되는 시간을 제어함으로써 에어공급량을 제어한다.
엔진 ECM(10)에서 웨이스트게이트 밸브(10)를 제어하기 위해서는 천연가스 탱크(1)로부터 공급되는 천연가스의 압력을 이용하는데, 이 압력은 실제 8~10 Bar 정도 되지만, 에어 레귤레이터(11)는 이를 감압하여 2Bar가 되도록 한 후에 이를 웨이스트게이트 밸브(10)에 공급한다.
도 3은 종래의 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템에 있어서 엔진 회전수에 대한 부스트 압력을 보여주는 그래프이다. 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 엔진 ECM(13)이 웨이스트게이트 밸브(10)를 제어함에 따라 엔진회전수가 1200 rpm에서 최대 토크가 발생되고 2000rpm에서 최대 출력이 형성된다.
그러나, 이와 같은 종래의 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템에 있어서, 품질오차 및 유체특성상 상기한 에어 레귤레이터(11)가 2Bar 로 정확히 제어되지 못함으로써, 에어 레귤레이터(11)의 압력이 2Bar 보다 큰 경우에는 웨이스트게이트 밸브(10)의 제어가 언더 부스트되어 차량이 출력이 떨어지고, 에어 레귤레이터(11)의 압력이 2Bar 보다 작은 경우에는 웨이스트 게이트 밸브(10)의 제어가 오버 부스트되어 차량이 출력이 정상보다 과다하게 높아져서 터보차저가 파손되거나 트랜스미션에 손상을 주게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터빈으로 입력되는 공기에 에어 클리너를 설치하고 그 통로상에 에어밸브를 설치하여 입력되는 공기의 양을 조정함으로써 에어 레귤레이터의 품질 오차 및 유체 특성으로 인하여 발생되는 언더 부스트 및 오버 부스트를 보상할 수 있는, 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실시예는 입력되는 공기의 양을 조정함으로써 에어 레귤레이터의 품질 오차 및 유체 특성으로 인하여 발생되는 언더 부스트 및 오버 부스트를 보상할 수 있는 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치에 있어서, 흡입되는 공기에 포함되어 있는 불순물을 걸러내기 위해서 파이프를 이용하여 터빈 및 컴프레셔에 연결된 에어 클리너; 상기 파이프의 중간에 공기를 공급 또는 차단시킬 수 있게 설치되는 액츄에이터; 상기 액츄에이터를 동작시키기 위한 공기를 제공하기 위해서 공급관으로 연결되는 에어 탱크; 공기를 공급 또는 차단하기 위해 상기 공급관의 중간에 설치되는 에어밸브; 상기 에어밸브를 작동시키기 위해 구비된 ECU; 및 상기 ECU로 신호를 입력하는 맵센서 및 RPM 센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 설치 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 세부 구성도이다.
도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 구성은, 천연가스가 저장되어 있는 천연가스 탱크(1)와, 천연가스를 고압으로 송출하기 위한 록오프 밸브(2)와, 록오프 밸브(2)를 통과한 천연가스의 압력을 조정하기 위한 레귤레이터(3)와, 천연가스의 열교환을 하기 위한 열교환기(4)와, 천연가스의 양을 제어하기 위한 연료량 제어밸브(5)와, 천연가스와 피드백되는 배출가스를 혼합하기 위한 믹서기(6)와, 혼합가스의 양을 조정하기 위한 스로틀바디(7)와, 혼합가스에 의해 회전동력을 발생시키는 엔 진몸체(8)와, 배출가스를 압축시키기 위한 터빈및컴프레셔(9)와, 피드백 배출가스의 양을 제어하기 위한 웨이스트게이트 밸브(10)와, 웨이스트게이트 밸브(10)의 동작을 제어하기 위하여 천연가스 탱크(1)의 압력을 이를 감압하여 2Bar로 제어되도록 하기 위한 에어 레귤레이터(11)와, 운전자의 답력을 감지하여 이를 전기적인 신호로 출력하기 위한 액셀페달센서(12)와, 웨이스트게이트 밸브(10)의 제어를 통하여 부스트 압력을 제어함으로써 차량 출력이 가감되도록 하는 엔진 ECM(13)과, 상기한 엔진 ECM(13)에 연결되어 있는 ICM(14)을 포함하여 이루어지는 천연가스 엔진에 터보차저가 장착되어 있는 시스템에 있어서, 흡입되는 공기에 포함되어 있는 불순물을 걸러내기 위한 에어 클리너(15)를 파이프를 이용하여 상기 터빈및컴프레셔(9)에 연결하고, 상기한 파이프의 중간에 공기를 공급 또는 차단시킬 수 있는 액츄에이터(19)를 설치하고, 상기한 액츄에이터(19)를 동작시키기 위한 공기를 제공하기 위한 에어 탱크(16)를 공급관을 이용하여 연결하고, 상기한 공급관의 중간에 공기를 공급 또는 차단하기 위한 에어밸브(17)를 설치하고, 상기한 에어밸브를 작동시키기 위한 ECU(18)를 설치하고, 상기한 ECU(18)에 맵센서(19)와 RPM 센서(20)를 설치하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치의 작용을 도 7의 동작 흐름도를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 동작이 시작되면(S1), ECU(18)는 RPM 센서(20)로부터 입력되는 신호를 이용하여 시동이 되어 있는지 안되어 있는지를 판단한다(S2).
시동이 안되어 있는 경우에 ECU(18)는 동작을 종료하고, 시동이 되어 있는 경우에 ECU(18)는 맵센서(21)로부터 입력되는 신호와 웨이스트게이트 페일신호를 통해 부스트 신호를 입력받아 목표값과 실제값의 부스트(Y)를 계산하여(S3), 부스트(Y)가 기준값보다 큰지를 판단한다(S4).
부스트(Y)가 기준값보다 높으면 ECU(18)는 에어 밸브(17)를 제어하여 액츄에이터(19)를 조금씩 닫기 시작하고 부스트(Y)가 기준값보다 낮으면 ECU(18)는 에어 밸브(17)를 제어하여 액츄에이터(19)를 조금씩 열어줌으로써 이를 통해 부스트 제어가 회복되도록 한다(S5).
이 경우에, ECU(18)는 에어밸브(17)를 PWM 제어함으로써 액츄에이터(19)를 PWM 제어하게 되는데, ECU(18)로부터 출력되는 PWM 신호가 100%이면 액츄에이터(19)가 완전히 닫히게 되고, ECU(18)로부터 출력되는 PWM 신호가 0%이면 액츄에이터(19)가 완전히 열리게 된다.
도 6은 웨이스트 게이트 제어가 페일일 경우에, 에어클리너(15)가 설치되어 있는 경우와 에어클리너(15)가 설치되어 있지 않은 경우에, 에어클리너(15)가 설치되어 있는 경우의 부스트압력이 목표부스트값에 근사하게 접근해가는 모습을 보여주고 있다.
이와 같은 보상 제어가 이루어짐과 동시에, 엔진 ECM(13)은 흡기측에 초과 과급(오버 부스트)이 발생하면 에어 압력이 웨이스트게이트 밸브(10)에 전달되어 웨이스트게이트 밸브(10)를 열어줌으로써 흡기압이 낮추어지도록 하고, 언더 부스트가 발생하면 웨이스트게이트 밸브(10)를 닫아줌으로써 흡기압이 높여지도록 한 다.
지금까지, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은, 터빈으로 입력되는 공기에 에어 클리너를 설치하고 그 통로상에 에어밸브를 설치하여 입력되는 공기의 양을 조정함으로써 에어 레귤레이터의 품질 오차 및 유체 특성으로 인하여 발생되는 언더 부스트 및 오버 부스트를 보상할 수 있는, 효과를 갖는다.

Claims (3)

  1. 입력되는 공기의 양을 조정함으로써 에어 레귤레이터의 품질 오차 및 유체 특성으로 인하여 발생되는 언더 부스트 및 오버 부스트를 보상할 수 있는 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치에 있어서,
    흡입되는 공기에 포함되어 있는 불순물을 걸러내기 위해서 파이프를 이용하여 터빈 및 컴프레셔에 연결된 에어 클리너;
    상기 파이프의 중간에 공기를 공급 또는 차단시킬 수 있게 설치되는 액츄에이터;
    상기 액츄에이터를 동작시키기 위한 공기를 제공하기 위해서 공급관으로 연결되는 에어 탱크;
    공기를 공급 또는 차단하기 위해 상기 공급관의 중간에 설치되는 에어밸브;
    상기 에어밸브를 작동시키기 위해 구비된 ECU; 및
    상기 ECU로 신호를 입력하는 맵센서 및 RPM 센서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 ECU는, 부스트가 기준값보다 높으면 에어 밸브를 제어하여 액츄에이터를 조금씩 닫기 시작하고 부스트가 기준값보다 낮으면 ECU는 에어 밸브를 제어하여 액츄에이터를 조금씩 열어줌으로써 이를 통해 부스트 제어가 회복되도록 하는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장 치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 ECU는 에어밸브를 PWM 제어함으로써 액츄에이터를 PWM 제어하는 것을 특징으로 하는 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치.
KR1020050121991A 2005-12-12 2005-12-12 천연가스 엔진의 터보차저의 부스트 보상장치 KR20070062201A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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