KR20070110090A - 터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치및 이 장치의 작동 방법 - Google Patents

터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치및 이 장치의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조절 가능한 플랩(60), 매체 유입용 제1 단부 포트(10) 및 매체 유출용 제2 단부 포트(9)를 가진 흡입관으로서 신기 라인 부분(8)을 포함하는 터보 과급식 피스톤 내연기관(2)에 신기를 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 포트들 사이에는 상기 조절 가능한 플랩(60)용의 선회 가능하게 지지된 샤프트(59)가 관형 벽(58) 내에 마련되고, 상기 플랩(60)은 조절 목적을 위해 조절 장치(66)에 결합되며, 개구(67)를 가진 압축 공기 포트(42)는 상기 플랩(60)과 상기 제2 단부 포트(9) 사이에서 관형 내부 챔버(57)와 연통하고, 상기 압축 공기 포트(42)는 하나의 차단 위치와 임의의 개방 위치를 가진 밸브(70)를 포함하는 양 조절 장치(68)와 상호 작용하며, 상기 양 조절 장치(68)는 전자 제어 유닛(38)의 단자(39)에 연결된 전기 입력부(69)에 의해 작동될 수 있고, 상기 플랩(60)의 조절 장치(66)는, 상기 플랩(60)의 완전 개방된 위치가 상기 양 조절 장치(68)의 완전 차단된 위치에 할당되도록, 상기 양 조절 장치(68) 및/또는 전기 제어 유닛(38)에 의해 강제로 작동된다.
신기 라인 부분, 플랩, 단부 포트, 샤프트, 관형 벽, 관형 내부 챔버, 압축 공기 포트, 밸브, 양 조절 장치, 전자 제어 유닛, 입력부.

Description

터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치 및 이 장치의 작동 방법{DEVICE FOR SUPPLYING FRESH AIR TO A TURBOCHARGED PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 조절 가능한 플랩, 매체 유입용 제1 단부 포트 및 매체 유출용 제2 단부 포트를 가진 흡입 관으로서 신기 라인 부분을 포함하고, 상기 포트들 사이에는 상기 조절 가능한 플랩용의 선회 가능하게 지지된 샤프트가 관형 벽 내에 마련되고, 상기 플랩은 조절 목적을 위해 조절 장치에 결합되며, 개구를 가진 압축 공기 포트는 상기 플랩과 상기 제2 단부 포트 사이에서 관형 내부 챔버와 연통하는, 터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 장치를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
터보 과급식 피스톤 내연기관의 공지된 특성 중 하나는 차량에 가스가 공급될 때 이것이 일정한 지연 후에야 반응하는 것이고, 그 이유는 터보 과급기가 공급되는 공기량을 서서히만 증가시킬 수 있기 때문이며, 이를 토크 특성의 터보 래그라고 한다.
DE PS 39 06 312 에는 터보 래그의 단축을 위한 방법 및 구성이 공지되어 있는데, 여기서는 디젤 엔진의 가속 동안 압축 공기 저장기로부터 일정량의 공기가 흡입관 내로 주입되고, 이를 위해 연료 분사량이 조정된다. 터보 과급식 디젤 엔진은 자동 변속기 및 압축 공기 브레이크 장치를 구비한 도시 버스에 특히 적합하다. 도시 버스는 일정한 주행 사이클을 가지며, 디젤 엔진의 부하 및 회전수 사이클이 정확하게 예측될 수 있으므로, 공기 주입 시간 및 공기량이 예정될 수 있다. 원거리 교통에 사용되는 상용차에는 완전히 다른 조건이 주어진다. 이러한 상용차들은 규칙적인 주행 사이클을 주행하지 않으며, 부하가 넓은 한계 사이에서 변하며 운전자의 주행 방식이 큰 차이를 가질 수 있다. 상기 구성 및 방법에 의해 문제점들이 해결될 수 없다.
본 발명의 목적은 공기 주입이 차량의 주행 방식 및 부하에 따라 조정될 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이며, 이 장치는 조립 유닛으로서 디젤 엔진의 상이한 신기 라인 시스템에 조립될 수 있어야 한다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 가진 장치에 의해 달성된다. 방법에 관련한 상기 목적은 청구항 5의 특징에 의해 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 제시한다.
본 발명의 장점은 신기 라인 내의 플랩이 전자적으로 제어되어 작동된다는 것으로부터 제공된다. 즉, 플랩이 상기 선행 기술에서와 마찬가지로 신기 압력에 의해 자동으로 작동될 뿐만 아니라, 작동이 제어 유닛에 의해 특히 신기 압력, 바람직하게는 엔진 파라미터에 의존하여 검출되어 전자적으로 처리된다.
본 발명에 따라, 압축 공기 포트는 양 조절 장치를 포함하며, 상기 양 조절 장치는 하나의 차단 위치 및 임의의 개방 위치를 가진 밸브를 포함한다. 양 조절 장치는 또한 전자 제어 유닛의 출력부에 접속된 전기/전자 입력부를 갖는다. 상기 전자 제어 유닛의 제2 출력부에는 플랩의 조절 장치의 입력부가 접속됨으로써, 플랩의 완전히 개방된 위치가 양 조절 장치의 완전히 차단된 위치에 할당된다.
바람직하게는 전자 제어 유닛의 입력부들에는 하기 출력부들이 접속된다:
플랩과 매체 유입용 제1 단부 포트 사이의 관형 내부 챔버 내에 배치된 압력 측정기를 갖는, 제1 압력 센서의 출력부; 플랩과 매체 유출용 제2 단부 포트 사이의 관형 내부 챔버 내에 배치된 압력 측정기를 갖는, 제2 압력 센서의 출력부.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전자 제어 유닛 내에 토크 요구 신호가 하기 소스로부터 생긴다: 가속 페달, 구동 슬립 제어기, 정속 주행 장치, 전기 안정화 프로그램, 운전자 보조 시스템, 또는 엔진 제어 시스템에 외부 토크 요구를 제공하는 다른 시스템.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 전자 제어 유닛에 의한 직접적인 작동을 위해 플랩의 조절 장치가 위치 검출 센서로서 형성된다.
본 발명은 또한 차량 피스톤 내연기관, 특히 터보 과급식 디젤 엔진의 가속 및 방출 특성을 개선하기 위한 방법에 관한 것이며, 그 신기 공급 장치는 압축 공기 저장기를 포함하고, 상기 저장기 내에는 엔진 실린더의 흡입 라인 내로 조절된 상태의 일시적인 공기 주입을 위한 압축 공기가 저장된다.
본 발명에 따라 방법은 하기의 단계를 포함한다:
- 토크 요구 신호를 검출하고 데이터를 전자 제어 유닛에 공급하는 단계,
- 엔진 특성값을 검출하고 이 특성값을 전자 제어 유닛에 공급하는 단계,
- 플랩의 위치를 검출하고 그 값을 전자 제어 유닛에 공급하는 단계,
- 제1 단부 포트와 플랩 또는 제2 단부 포트와 플랩 사이의 신기 라인 부분의 내부 챔버 내의 공기 압력을 검출하고 압력값을 전자 제어 유닛에 공급하는 단계,
- 실린더 유입 밸브 및 플랩 사이의 흡입 라인의 내부 챔버 내의 공기 압력을 검출하고 압력값을 전자 제어 유닛에 공급하며, 플랩과 터보 압축기 사이의 흡입 라인의 내부 챔버 내의 공기 압력을 검출하고 압력값을 전자 제어 유닛에 공급하는 단계,
- 상기 데이터들 및 측정값들을 전자 제어 유닛 내에서 처리하여, 흡입 라인 내로 일시적인 공기 주입을 위한 압축 공기 밸브의 개폐를 위한 작동 출력 신호를 형성하는 단계,
- 폐쇄 방향으로의 공기 주입을 시작할 때 및 개방 방향으로의 공기 주입을 끝낼 때 플랩의 동시 작동 단계.
본 방법의 바람직한 실시예에 따라 하기 추가 단계가 실시된다:
- 제어 유닛 내에서 소프트웨어에 의해 가속도에 대한 운전자 요구의 평균 빈도를 검출하는 단계,
- 공기 주입의 지속 시간의 갑작스런 변동 없이, 공기 소비를 일정한 한계로 유지하기 위해, 운전자 요구의 검출된 평균 빈도에 대응하게 공기 주입 및 플랩 작동을 조절하는 단계.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 디젤 엔진의 실시예로 상세히 설명한다.
도 1은 터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치의 개략도.
도 2는 도 1에 따른 장치의 신기 라인 부분.
도 3은 유입 단부에서 볼 때 신기 라인 부분의 사시도.
도 4는 유출 단부에서 볼 때 신기 라인 부분의 사시도.
도 5는 상부에서 볼 때 신기 라인 부분의 사시도.
도 1에 따른 터보 과급식 디젤 엔진(2)은 일렬로 배치된 6개의 실린더(3)를 갖는다. 상기 실린더들의 흡입 라인(4)은 매니폴드(5)에 연결되고, 상기 매니폴드(5)는 연결 플랜지(7)를 가지며, 이 연결 플랜지에 신기 라인 부분(8)의, 매체 유출용 제2 단부 포트(9)가 연결된다. 매체 유입용 제1 단부 포트(10)는 라인(11)을 통해 급기 냉각기(13)의 유출구(12)와 연결되고, 급기 냉각기(13)의 유입구(14)는 라인(15)을 통해 터보 압축기(17)의 유출구(16)와 연결된다. 터보 압축기(17)의 유입구(18)에는 라인(20)을 가진 공기 필터(19)가 연결된다. 터보 압축기(17)는 배기 터보 과급기(22)의 일부를 형성하고, 상기 배기 터보 과급기의 배기 터빈(23)의 유입구(24)는 배기 매니폴드(26)의 유출구(25)에 연결된다. 터보 압축기(17) 및 배기 터빈(23)은 샤프트(21)에 고정된다. 실린더(3)는 배기 라인(27)을 통해 배기 매니폴드(26)에 연결된다. 배기 터빈(23)의 유출구(28)는 배기관(29)과 연결된다.
실린더(3)의 연료 공급은 분사 노즐(30)을 통해 이루어지며, 상기 분사 노즐의 제어는 전자 제어 유닛(38)의 제1 출력부(32)에 의해 라인(31)을 통해 이루어진다. 전자 제어 유닛(38)의 입력부(37)에는 전자 제어 유닛(33)의 출력부(34)가 라인(36)을 통해 접속된다. 제어 유닛(33)은 작동 부재를 가지며, 상기 작동 부재는 이 실시예에서 가속 페달(35)로서 형성된다. 전자 제어 유닛(38)의 전기 단자(39)는 라인(40)을 통해 신기 라인 부분(8)의 전기 단자(41)와 접속된다.
신기 라인 부분(8)은 압축 공기 포트(42)를 갖는다. 상기 압축 공기 포트(42)는 라인(43)을 통해 압축 공기 용기(45)의 유출 포트(44)에 연결된다. 압축 공기 용기(45)의 공급 포트(46)는 라인(47)을 통해 압축 공기 압축기(49)의 압축 공기 포트(48)에 연결된다. 라인(27) 내에 압력 조절기(50) 및 공기 건조기(51)가 설치된다. 압축 공기 압축기(49)는 흡입 스터브(52)를 갖는다. 흡입 스터브(52)는 공기 필터(53)를 갖는다. 압축 공기 압축기(49)의 샤프트(54)는 벨트 구동부(55)를 통해 터보 과급식 디젤 엔진의 메인 샤프트(56)와 연결된다.
도 2에는 신기 라인 부분(8)이 상세히 도시된다. 신기 라인 부분(8)은 관형으로 형성되고, 제1 단부 포트(10) 및 제2 단부 포트(9)를 갖는다. 상기 단부 포트들 사이에는 원형 횡단면의 내부 챔버(57)가 형성된다. 내부 챔버(57)는 벽(58)에 의해 둘러싸이며, 그 안에 플랩(60)의 샤프트(59)가 지지되고 안내된다. 플랩(60)은 내부 챔버(57)를 두 부분, 즉 제1 단부 포트(10)와 플랩(60) 사이에 형성 된 유입 챔버(61), 및 제2 단부 포트(9)와 플랩(60) 사이에 형성된 유출 챔버(62)로 나눈다. 플랩(60)은 하나의 폐쇄된 위치, 하나의 완전히 개방된 위치 및 그 사이의 임의의 위치들을 가지며, 상기 위치들은 샤프트(59)의 회전에 의해 조절된다. 조절 장치(66)는 이 실시예에서 전기 모터로서 형성되고, 입력부(74)와 출력부(65)를 갖는다. 상기 입력부 및 출력부는 전자 제어 유닛(38)의 라인(40)의 단자들에 접속된다. 조절 장치 입력부(74)를 통해 조절 장치(66)에 전류가 공급된다. 출력부(65)로부터 플랩(60)의 위치에 대한 신호가 출력된다. 벽(58) 내에서 압축 공기 유입구(67)는 제2 단부 포트(9)와 플랩(60) 사이에 형성되고, 거기에 양 조절 장치(68)를 가진 압축 공기 포트(42)가 연결된다. 양 조절 장치(68)는 완전히 차단된 위치도 갖는다. 밸브(70)를 가진 양 조절 장치(68)의 전기 제어 입력부(69)는 전자 제어 유닛(38)의 라인(40)에 접속된다.
유사하게, 전자 제어 유닛(38)의 라인(40)에는, 벽(58)에 고정된 압력 센서(72)의 출력부(71), 신기 라인 부분(8)의 유출 챔버(62) 내로 연장된 압력 센서(72)의 압력 측정기(73), 벽(58)에 고정된 압력 센서(72)의 유사한 출력부(71), 및 유입 챔버(61) 내로 연장되는 압력 센서(72)의 압력 측정기(73)가 접속된다.
장치(1)는 하기와 같이 동작한다: 회전수가 일정하면, 터보 과급식 디젤 엔진의 실린더에는 흡입 라인(4), 매니폴드(5), 신기 라인 부분(8), 라인(11), 급기 냉각기(13), 라인(15), 터보 압축기(17) 및 공기 필터(19)를 통해 신기가 공급된다. 배기 가스는 배기 라인(27), 배기 매니폴드(26), 배기 터빈(23) 및 배기관(29)를 통해 실린더(3)에서 배출된다.
운전자가 가속 페달(35)을 신속하게 가압하여, 토크 또는 엔진 회전수가 급증되어야 하면, 터보 과급식 디젤 엔진(2)은 더 많은 연료 및 더 많은 신기를 필요로 한다. 추가 연료가 실린더(3) 내로 안내되지만, 배기 터보 과급기(22)에 의해 공급되는 신기량의 증가가 불충분하다. 내부 챔버(57) 내에서 압력 측정기(73)에 의해 계속 측정되며 압력 센서(72)로부터 전자 제어 유닛(38)으로 안내되는 신기의 압력도 낮다. 이 작동 상태에서는 플랩(60)이 완전히 개방된다. 전자 제어 유닛(38)은 내부 챔버(57)의 압력이 충분히 신속하게 증가하지 않은 것을 검출하고, 제어 프로그램에 따라 추가의 공기 주입이 이루어져야 하는지를 검출한다.
제어 프로그램은 공기 주입이 시작되어야 할 때의 조건에 대한 예정된 정보를 갖는다. 공기 주입의 시작시, 플랩(60)은 폐쇄 방향으로 회전되어, 압축 공기 용기(45)로부터 유출 챔버(62) 내로의 압축 공기 주입을 해제한다. 공기 주입의 지속 시간도 압력차, 및 압력 측정기(73)에 의해 측정된 절대 압력을 고려하는 제어 프로그램에 의해 미리 주어진다.
직업적인 장거리 운전자 또는 버스 운전자는 평균 가속값을 요구하는 그 자신의 주행 방식을 갖는다. 그는 특성값이 검출되어 저장되고 처리될 수 있는 변속기의 특정 스위칭 점을 이용한다. 이는 전자 제어 유닛(38)의 계산 장치에서 이루어지고, 전자 제어 유닛(38)에서 플랩 작동 및 공기 주입의 지속 시간에 대한 소프트웨어에 의해 사용된다. 소프트웨어에 의해, 용기(45)로부터의 공기 소비가 너무 커서 브레이크 안전성에 부정적 영향을 주는 것이 방지되어야 하는데, 그 이유는 용기(45)가 안전성과 관련해서 가장 중요한 부품인 브레이크 시스템이 있는 전체 압축 공기 시스템의 일부이기 때문이다. 그럼에도, 가속 보조 수단에서의 갑작스런 변동은 허용되지 않는다.
상기 과제는 원칙적으로 플랩 작동 및 공기 주입의 지속시간이 운전자 요구의 빈도에 따라 제어 소프트웨어에 의해 적응적으로 조절됨으로써 해결된다. 이로 인해, 공기 소비가 일정한 한계 내에 유지되며, 공기 주입 지속 시간의 갑작스런 변동이 없다. 따라서, 운전자는 가속 보조 수단에서의 예기치 않은 변동, 즉 감소를 겪지 않는다.

Claims (6)

  1. 조절 가능한 플랩(60), 매체 유입용 제1 단부 포트(10) 및 매체 유출용 제2 단부 포트(9)를 가진 흡입관으로서 신기 라인 부분(8)을 포함하고, 상기 플랩(60)은 조절 목적을 위해 조절 장치(66)에 결합되며, 개구(67)를 가진 압축 공기 포트(42)는 상기 플랩(60)과 상기 제2 단부 포트(9) 사이에서 관형 내부 챔버(57)와 연통하는, 터보 과급식 피스톤 내연기관(2)에 신기를 공급하기 위한 장치에 있어서,
    상기 압축 공기 포트(42)는 하나의 차단 위치와 임의의 개방 위치를 가진 밸브(70)를 포함하는 양 조절 장치(68)와 상호 작용하며, 상기 양 조절 장치(68)는 전자 제어 유닛(38)의 단자(39)에 접속된 전기 입력부(69)에 의해 작동될 수 있고, 상기 플랩(60)의 조절 장치(66)는, 상기 플랩(60)의 완전 개방된 위치가 상기 양 조절 장치(68)의 완전 차단된 위치에 할당되도록, 상기 양 조절 장치(68) 및/또는 전기 제어 유닛(38)에 의해 강제로 작동되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(38)의 상기 입력부(39)에는, 한편으로는 상기 플랩(60)과 상기 제1 단부 포트(10) 사이의 관형 내부 챔버(61) 내에 배치된 압력 측정기(73)를 갖는 제1 압력 센서(72)의 출력부(71)와, 다른 한편으로는 상기 플랩(60)과 상기 제2 단부 포트(9) 사이의 관형 내부 챔버(62) 내에 배치된 압력 측정기(73)를 갖는 제2 압력 센서(72)의 출력부(71)가 접속되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(38) 내에 토크 요구 신호가, 이하의 소스, 즉 가속 페달, 구동 슬립 제어기, 정속 주행 장치, 전기 안정화 프로그램, 또는 엔진 제어 시스템에 외부 토크 요구를 제공하는 다른 시스템으로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(38)에 의한 직접적인 작동을 위해, 상기 조절 장치(66)가 위치 검출 센서(63)로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 과급식 피스톤 내연기관에 신기를 공급하기 위한 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 장치가 압축 공기 저장기를 포함하며, 이 압축 공기 저장기 내에는 엔진 실린더의 신기 라인 부분(8) 내로 조절된 상태로 일시적인 공기 주입을 위한 압축 공기가 저장되는, 차량 피스톤 내연기관, 특히 터보 과급식 디젤 엔진의 가속 및 방출 특성을 개선하기 위한 방법에 있어서,
    - 토크 요구 신호를 검출하고 데이터를 전자 제어 유닛(38)에 공급하는 단계,
    - 엔진 특성값을 검출하고 상기 특성값을 상기 전자 제어 유닛(38)에 공급하 는 단계,
    - 실린더 유입 밸브와 플랩(60) 사이의 흡입 라인의 내부 챔버 내의 공기 압력을 검출하여 압력값을 상기 전자 제어 유닛(38)에 공급하고, 상기 플랩(60)과 터보 압축기 사이의 흡입 라인의 내부 챔버 내의 공기 압력을 검출하여 그 압력값을 상기 전자 제어 유닛(38)에 공급하는 단계,
    - 상기 데이터들 및 측정값들을 상기 전자 제어 유닛(38) 내에서 처리하여, 상기 신기 라인 부분(8) 내로 일시적인 공기 주입을 위한 밸브(70)의 개폐를 위한 작동 출력 신호를 형성하고, 폐쇄 방향으로의 공기 주입을 시작할 때 및 개방 방향으로의 공기 주입을 끝낼 때 상기 플랩(60)을 동시에 작동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 피스톤 내연기관의 가속 및 방출 특성을 개선하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    - 상기 제어 유닛(38) 내에서 소프트웨어에 의해 가속에 대한 운전자 요구의 평균 빈도를 검출하는 단계,
    - 공기 주입의 지속 시간의 갑작스런 변동 없이, 공기 소비를 규정된 한계 내로 유지하기 위해, 상기 검출된 운전자 요구의 평균 빈도에 적응적으로 공기 주입 및 플랩 작동을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 피스톤 내연기관의 가속- 및 방출 특성을 개선하기 위한 방법.
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