KR20090065382A - 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변용량 터보 차저에서 사용하는 진공 모듈레이터를 동작시킬 때 진공 모듈레이터에 보정값을 적용하여 동작시킴으로서 동작 상황이 변동되어도 적절한 동작을 얻을 수 있도록 하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법에 관한 것으로서, 가변용량 터보 차저의 제어 방법에 있어서, 모니터링 조건을 설정하는 단계, 차량의 베인 컨트롤 액츄에이터의 설정치를 변화시키는 단계, 진공 모듈레이터의 특성을 구하는 단계, 최종 더티값을 이용하여 보정 계수를 구하는 단계, 상기 보정 계수에 의하여 더티값에 의해 보정을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

차량, 가변용량 터보 차저, 진공 모듈레이터

Description

가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법{A control method for Vacuum modulator in Variable Geometry Turbocharger}

본 발명은 가변용량 터보 차저에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 가변용량 터보 차저에서 사용하는 진공 모듈레이터를 동작시킬 때 진공 모듈레이터에 보정값을 적용하여 동작시킴으로서 동작 상황이 변동되어도 적절한 동작을 얻을 수 있도록 하여 배기 가스의 저감과 차량 주행 성능을 향상시킬 수 있는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 터보 차저 시스템은 엔진 폭발시 발생하는 배기가스의 배기압력과 열에너지로 터빈을 회전시켜 동일 회전축상의 임펠러를 회전시킴으로써, 에어 클리너를 통해 유입되는 공기를 엔진의 연소실속으로 밀어 넣어 주어 흡기과급을 통해 공기 충진율을 높이게 되며, 이에 따라 엔진의 출력 향상 및 배기가스 저감을 도모하는 장치이다.

상기한 터보 차저 시스템에서 가변형 터보 차저는 터빈으로 유입되는 배기가스의 유로 면적을 가변시켜 터빈에 가해지는 배기가스의 에너지를 변화시킴으로써, 기존의 WGT(Waste Gate Turbo Charger)에 비교하여 고(高)출력화 되고, 동시에 저 속에서 토크를 증대시킬 수 있도록 고안된 시스템이다.

상기에서 터빈으로 유입되는 배기가스의 유로 면적을 제어하는 데에는 베인(Vane) 등의 회전기구가 이용되며, 회전 기구로서의 터보 특성은 터빈 회전속도로 나타내어지며, 회전 속도는 엔진에서 터빈으로 유입되는 배기 에너지에 의해 결정된다.

따라서, 저속/저유량의 구간에서는 베인 간의 유로를 좁혀 배기가스의 속도를 증가시켜 에너지 변환이 최대치가 될 수 있도록 하고, 배기 가스의 유량이 증가하는 고속/고유량의 구간에서는 베인 간의 유로를 넓게 하여 목표 출력이 유지될 수 있도록 제어된다.

상기한 바와 같은 종래의 가변형 터보 차저의 제어 방식은 엔진의 부하 조건에 따라 부스트(Booster) 압력이 설정되면 제어수단의 제어신호에 따라 액츄에이터는 설정된 부스트 압력값을 맞추기 위해 회전 기구를 개폐시키게 된다.

상기와 같이 동작하는 가변용량 터보 차저(Variable Geometry Turbocharger; 이하 VGT라 함)는 종전의 웨이스트 게이트 터보 차저(WGT;: Waste Gate Turbocharger)에 비해 전 RPM 영역에서 보다 최적에 가까운 부스트 압(boost pressure)을 얻게 해 준다.

이때, VGT를 구성하는 하드웨어에 편차가 있어도, 보정 로직의 적용에 의해 적절한 동작을 보이고 있다. 그러나, VGT를 구성하는 하드웨어 중에서 차량의 EM 이나 운전성에 많은 영향을 주지만 보정이 도입되지 않은 부품이 진공 모듈레이터이다.

진공 모듈레이터가 동작할 때 주변 상화에 따른 보정이 이루어지지 않는 경우, 일산화탄소 배출량은 30% 이상 증가하고, 차량의 가속 시간은 0.3초 정도 늦어지는 문제점이 있었다. 이는 가변용량 터보 차저의 베인(vane)을 조절하는 베인 컨트롤 액츄에이터가 진공 모듈레이터의 편차에 의해 동일한 조건에서도 동일한 액츄에이터의 작동을 나타내지 않기 때문이다.

따라서, 진공 모듈레이터는 베인의 설정 상태를 상/중/하한치로 함에 따라 차량의 정속 주행 모두에서도 상당한 작동 차이를 나타내고 있고, 가속 영역에서도 500hpa 이상의 차이를 나타내는 문제점이 있었다.

따라서, 차량의 주행 성능 향상과 배기 가스 저감을 위해 진공 모듈레이터의 보정을 필요로 하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 모니터링 구간을 설정하여 모니터링 구간에서의 차량 엔진의 진공 모듈레이터의 특성을 파악한 후 그 특성에 맞는 보정값을 추가하여 진공 모듈레이터의 설정 상태에 관계없이 항상 중앙값에 가까운 동작량이 나타나게 하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법은, 가변용량 터보 차저의 제어 방법에 있어서, 모니터링 조건 을 설정하는 단계, 차량의 베인 컨트롤 액츄에이터의 설정치를 변화시키는 단계, 진공 모듈레이터의 특성을 구하는 단계, 최종 더티값을 이용하여 보정 계수를 구하는 단계, 상기 보정 계수에 의하여 더티값에 의해 보정을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 베인 컨트롤 액츄에이터의 설정치는 상중하로 구분하여 적용한다.

상기 보정을 적용하는 단계는 얻어진 보정 계수를 최종 더티값에 곱하여 얻어진 값을 적용한다.

상기 보정 계수는 모니터링 조건이 지속되는 동안 저장된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 가변용량 터보 차저에서 사용하는 진공 모듈레이터의 보정값을 얻음으로써 배기 가스를 저감하고 차량의 가속 성능을 향상시키는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법의 구성을 나타내는 플로우 차트이다.

도면을 참조하여 본 발명에 의한 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법의 구성을 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명을 시행하기 위한 모니터링 조건을 다음과 같이 설정한다.

운전자에 의해 차량의 엔진이 시동한 후, 엔진을 아이들 운전 상태로 설정한다. 차량 주행 시에는 차량의 주행풍에 의해 부스트 거동이 변화될 수 있기 때문에 차량은 주행이 이루어지지 않고 정차 상태로 한다.

엔진의 냉각수의 온도는 섭씨 80℃ 이상이 되도록 한다. 냉각수 온도가 일정 이상이 되지 않으면 냉각 수온에 맞추어 보정해야 할 요소가 많아지기 때문에 정확한 부스트압을 측정할 수 없기 때문이다.

엔진으로 흡기되는 공기의 온도는 20℃ 이상 40℃ 이하를 유지한다. 공기의 온도가 이 범위를 벗어나면 공기 밀도에 의해 오차가 유발될 수 있기 때문이다.

그리고, 베인 컨트롤 액츄에이터에는 포지션 센서를 장착하여, 더티(duty)를 찾을 수 있도록 한다. 이와 같이 모니터링 조건이 성립한 상태에서, 차량의 EGR 밸브를 셔트 오프(shut off)시켜 EGR 밸브의 편차에 의한 오차가 나타나지 않도록 설정하고, 진공 모듈레이터의 특성을 구한다.

상기와 같이 모니터링 조건이 설정된 후, 부스트압을 측정하고, 측정된 실제 부스트압과 목표 부스트압의 차이를 환산한다. 여기서, 대기압에 의한 오차를 제거하기 위해 목표 부스트압은 대기압보다 일정 이상(약 20hpa) 높게 설정하는 것이 바람직하다.

모니터링 조건이 설정된 후, 부스트압을 측정하고 이에 따라 진공 모듈레이터를 보정하기 위한 작업을 수행한다.

우선, 베인 컨트롤 액츄에이터를 설정하고 여러 수치로 설정한다. 이때, 베인 컨트롤 액추에이터의 설정 상태는 상한치와 하한치로 각각 설정 상태를 변화시키면서, 베인 컨트롤 액추에이터가 중앙치로 설정되었을 때와 동등하게 동작하는 더티(duty)값을 찾도록 한다.

도 2는 아이들 상태에서 진공 모듈레이터가 중앙값에 가까운 거동을 하기 위해 필요한 더티값을 보여준다. 즉, 엔진이 아이들 상태로 동작할 때 더티값이 67% 대비하여 하한치의 경우 10% 정도 더티를 증가시키고, 상한치의 경우는 6% 정도의 더티를 저감시킴으로써 중앙치에 가까운 거동을 보이게 된다.

따라서, 모니터링 구간 설정을 통해 진공 모듈레이터의 특성을 파악하고, 진공 모듈레이터 특성과 인가되는 더티에 따라 베인 컨트롤 액츄에이터가 어떻게 변화하는 지 파악할 수 있다면 특성에 상관없이 중앙치에 맞는 거동이 가능할 것이다.

가용 영역에서 베인 컨트롤 액추에이터의 상/하한치 특성을 선형적으로 나타내기 때문에 상/하한치 보정값을 산출하면 진공 모듈레이터의 특성 커브를 통해 더티값을 찾을 수 있다.

예를 들어, 진공 모듈레이터의 중앙치 70%에서 베인 컨트롤 액츄에이터가 10mm 움직이고, 하한치로 설정하였을 때 7mm 움직였다면 실제로 하한치에서의 더티값은 75% 내지 70% 이상이 필요하다. 따라서 75%로 가정하면 중앙치 70%에는 보정 계수는 "1"이 되고, 하한치 70%에서는 보정 계수는 "75%/70%=1.07"이 되는 것이다.

상기와 같이 얻어진 보정 계수에 더티값을 곱하여, 보정 계수가 적용된 더티값을 구한다.

보정이 적용된 더티값에 의한 진공 모듈레이터의 특성이 결정되면 새로운 모니터링 조건이 만족할 때까지 진공 모듈레이터의 특성을 유지하며, 진공 모듈레이터를 동작시킨다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명에서 사용하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법의 구성을 나타내는 플로우 차트.

도 2는 아이들 상태에서 진공 모듈레이터가 중앙값에 가까운 거동을 하기 위해 필요한 더티값을 나타내는 그래프.

Claims (4)

1. 가변용량 터보 차저의 제어 방법에 있어서,

   모니터링 조건을 설정하는 단계,

   차량의 베인 컨트롤 액츄에이터의 설정치를 변화시키는 단계,

   진공 모듈레이터의 특성을 구하는 단계,

   최종 더티값을 이용하여 보정 계수를 구하는 단계,

   상기 보정 계수에 의하여 더티값에 의해 보정을 적용하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 베인 컨트롤 액츄에이터의 설정치는 상중하로 구분하여 적용하는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 보정 계수는 최종 더티값에 승산하여 얻어진 보정을 적용하는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법.
4. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,

   상기 보정 계수는 모니터링 조건이 지속되는 동안 저장되는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 차저의 진공 모듈레이터 제어 방법.

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