KR20100058962A - 차량의 배기 제어장치 - Google Patents

Abstract

엔진의 배압 증가를 위한 밸브와 배기 브레이크의 기능을 하는 밸브를 별도로 구분하여 제어함으로써 엔진의 운전 영역 및 배기 브레이크 작동 영역에 따라 배기 브레이크와 배기가스 재순환 기능을 조절할 수 있는 차량의 배기 제어장치를 제공한다. 차량의 배기 제어장치는 브레이크 페달의 답입상태를 검출하는 브레이크 페달 위치 검출부, 엔진의 회전상태를 검출하는 엔진 회전수 검출부, 브레이크 페달 위치 검출부와 엔진 회전수 검출부로부터 입력되는 신호를 각각 분석하여 브레이크 페달 답입시 엔진의 회전상태에 따라 해당되는 밸브 개폐신호를 발생하는 제어부, 및 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 안내하는 배기통로에 구비되는 복수의 밸브를 가지며, 제어부로부터 공급되는 밸브 개폐신호의 입력에 따라 복수의 밸브가 선택적으로 구동되어 배기통로의 전부 또는 일부를 개폐하는 배기 단속부를 포함한다.

엔진, 배압, 배기, 브레이크, 제어

Description

차량의 배기 제어장치{EXHAUST GAS CONTROL DEVICE OF VEHICLE}

본 발명은 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 배기 제어장치에 관한 것이다.

차량의 제동장치로 사용되는 브레이크는 주제동장치와 부제동장치로 구분된다. 주제동장치는 휠 브레이크와 같이 주행속도를 감속시키거나 운행중에 일시적인 정차를 위해 사용한다. 부제동장치는 주차 브레이크, 감속 브레이크 등이 있다.

감속 브레이크는 마찰없이 제동 에너지를 열에너지로 변환시켜 제동력을 얻는 것이다. 예를 들어, 차량이 긴 언덕길을 내려갈 때에 브레이크 작용을 하여 주제동장치의 부하를 감소시킴으로써 이를 보호하는 기능을 한다.

감속 브레이크에는 배기 브레이크를 포함하여 와전류 감속 브레이크, 공기저항 감속 브레이크 등이 있다. 배기 브레이크는 배기포트를 폐쇄함과 동시에, 연료의 공급을 중단하여 엔진 브레이크 효과를 최대한 얻을 수 있다.

엔진의 배압 증가를 위한 밸브와 배기 브레이크의 기능을 하는 밸브를 별도 로 구분하여 제어함으로써 엔진의 운전 영역 및 배기 브레이크 작동 영역에 따라 배기 브레이크와 배기가스 재순환 기능을 조절할 수 있는 차량의 배기 제어장치를 제공한다.

차량의 배기 제어장치는 브레이크 페달의 답입상태를 검출하는 브레이크 페달 위치 검출부, 엔진의 회전상태를 검출하는 엔진 회전수 검출부, 브레이크 페달 위치 검출부와 엔진 회전수 검출부로부터 입력되는 신호를 각각 분석하여 브레이크 페달 답입시 엔진의 회전상태에 따라 해당되는 밸브 개폐신호를 발생하는 제어부, 및 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 안내하는 배기통로에 구비되는 복수의 밸브를 가지며, 제어부로부터 공급되는 밸브 개폐신호의 입력에 따라 복수의 밸브가 선택적으로 구동되어 배기통로의 전부 또는 일부를 개폐하는 배기 단속부를 포함한다.

배기통로에 구비되며, 엔진의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기 매니폴드에 가압된 공기를 공급하는 터보 차저를 더 포함하며, 배기 단속부는 터보 차저 출구측에 구비되어 터보 차저로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 단속할 수 있다.

복수의 밸브는 제어부로부터 공급되는 제1 밸브 제어신호의 입력에 따라 개폐되며, 배기통로를 닫아 배기 브레이크 기능을 하는 제1 밸브, 및 제어부로부터 공급되는 제2 밸브 제어신호의 입력에 따라 개폐되며, 배기통로를 닫아 배기 브레이크 기능 및 배기가스 재순환을 위한 배압 증대 기능을 하는 제2 밸브를 포함할 수 있다.

제1 밸브와 제2 밸브는 동축 선상에 구비되며, 제1 밸브는 배기통로의 내경에 대응하는 크기를 갖고 중공의 원판형으로 형성되고, 제2 밸브는 제1 밸브의 중공에 대응하는 원판형으로 형성될 수 있다.

배기 단속부는 제1 밸브와 제2 밸브의 축 결합상태를 지지하는 하우징, 제1 밸브와 연결되며, 제어부로부터 공급되는 제1 밸브 제어신호의 입력에 따라 구동되어 제1 밸브의 개폐동작에 필요한 동력을 제공하는 제1 구동부, 제2 밸브와 연결되며, 제어부로부터 공급되는 제2 밸브 제어신호의 입력에 따라 구동되어 제2 밸브의 개폐동작에 필요한 동력을 제공하는 제2 구동부, 하우징의 일측에 결합되며, 제1 구동부가 결합되는 제1 브라켓, 및 하우징의 타측에 결합되며, 제2 구동부가 결합되는 제2 브라켓을 더 포함할 수 있다.

제1 구동부와 제2 구동부는 공기 압력으로 구동되는 공압 엑츄에이터이며, 제1 밸브와 제2 밸브에 각각 링키지(linkage)로 연결될 수 있다.

제어부는 브레이크 페달 답입시 제1 구동부와 제2 구동부로 각각 밸브 닫힘신호를 공급하여 배기 브레이크 작동을 제어할 수 있다. 그리고 제어부는 엔진 회전수가 설정 회전수 이하이면, 제1 구동부와 제2 구동부로 각각 밸브 열림신호를 공급할 수 있다.

제어부는 엔진 회전수가 설정 회전수를 초과하여 증가되는 상태이면 제1 구동부로 밸브 열림신호를 공급하고, 제2 구동부로 밸브 닫힘신호를 공급하여 배압 증대 작동을 제어할 수 있다.

차량의 배기 제어장치는 터보 차저의 배압 증가를 위한 밸브와 배기 브레이크의 기능을 하는 밸브를 별도로 구분하여 개폐함으로써 엔진의 운전 영역이 높은 구간에서는 배압 증가 기능을 하는 밸브가 작동하도록 할 수 있다.

또한, 엔진 회전수가 내려갔을 경우에는 밸브의 작동을 단속하여 일반운전 상태를 유지시킬 수 있다.

또한, 엔진 운전영역에 따라 배기 브레이크와 배기가스 재순환 기능을 적절히 조절할 수 있다.

따라서, 유해가스 배출을 억제할 수 있으며, 이로 인해 환경 오염을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 본 명세서 및 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 배기 제어장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 배기 제어장치는 브레이크 페달 위치 검출부(20), 엔진 회전수 검출부(30), 제어부(40), 배기 단속부(100)를 포함한다.

브레이크 페달 위치 검출부(20)는 브레이크 페달의 답입상태를 검출한다. 브레이크 페달 위치 검출부(20)는 브레이크 페달의 답입상태에 따라 해당되는 브레이크 페달 위치 신호를 전기적으로 발생한다.

엔진 회전수 검출부(30)는 엔진의 회전상태를 검출하며, 해당되는 엔진 회전수 검출 신호를 발생한다. 엔진 회전수 검출부(30)는 엔진의 플라이휠 회전상태를 검출한다.

제어부(40)는 엔진 회전수 검출부(30), 브레이크 페달 위치 검출부(20)와 엔진 회전수 검출부(30)로부터 입력되는 신호를 각각 분석하여 브레이크 페달 답입시 엔진의 회전상태에 따라 해당되는 밸브 개폐신호를 발생한다.

배기 단속부(100)는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 안내하는 배기통로(12)에 구비되는 복수의 밸브(130)를 포함한다. 배기 단속부(100)는 제어부(40)로부터 공급되는 밸브 개폐신호의 입력에 따라 복수의 밸브(130)가 선택적으로 구동되어 배기통로(12)의 전부 또는 일부를 개폐한다.

본 발명의 실시예는 배기통로(12)에 구비되며, 엔진의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기 매니폴드에 가압된 공기를 공급하는 터보 차저(10)를 더 포함한다. 이러한 경우, 배기 단속부(100)는 터보 차저(10) 출구측에 구비되어 터보 차저(10)로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 단속할 수 있다.

배기 단속부(100)를 구성하는 복수의 밸브(130)는 제1 밸브(132), 제2 밸브(134)를 포함한다.

제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)는 동축 선상에 구비되며, 플랩 밸브(flap valve)로 이루어질 수 있다. 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)는 서로 다른 크기와 형상으로 이루어질 수 있다. 제1 밸브(132)는 제2 밸브(134)보다 더 큰 외경을 가지며, 제1 밸브(132)가 외측에 구비되고, 제1 밸브(132)의 내측에는 제2 밸브(134)가 구비된다.

제1 밸브(132)는 제어부(40)로부터 공급되는 제1 밸브 제어신호의 입력에 따라 개폐되며, 배기통로(12)를 닫아 배기 브레이크 기능을 한다. 제1 밸브(132)는 배기통로(12)의 내경에 대응하는 크기를 갖고 중공의 원판형으로 형성된다.

제2 밸브(134)는 제어부(40)로부터 공급되는 제2 밸브 제어신호의 입력에 따라 개폐되며, 배기통로(12)를 닫아 배기 브레이크 기능 및 배기가스 재순환을 위한 배압 증대 기능을 한다. 제2 밸브(134)는 제1 밸브(132)의 중공에 대응하는 원판형으로 형성된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 단속부의 분해 사시도이다. 그리고 도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도이며, 도 4는 도 1의 선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 배기 단속부(100)는 하우징(110), 제1 구동부(120), 제2 구동부(122), 제1 브라켓(125), 제2 브라켓(127)을 더 포함한다.

하우징(110)은 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)의 축 결합상태를 지지한다. 하우징(110)은 분할 구조로 이루어지며, 제1 하우징(112)과 제2 하우징(114)으로 구분된다. 제1 하우징(112)과 제2 하우징(114)은 장착 위치에 따라 어퍼 하우징(upper housing)과 로워 하우징(lower housing)으로 구분할 수 있다.

제1 구동부(120)는 제어부(40)로부터 공급되는 제1 밸브 제어신호의 입력에 따라 구동되어 제1 밸브(132)의 개폐동작에 필요한 동력을 제공한다.

제2 구동부(122)는 제2 밸브(134)와 연결되며, 제어부(40)로부터 공급되는 제2 밸브 제어신호의 입력에 따라 구동되어 제2 밸브(134)의 개폐동작에 필요한 동력을 제공한다.

제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)는 공기 압력으로 구동되는 공압 엑츄에이터이며, 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)에 각각 링키지(121, 123, linkage)로 연결될 수 있다. 제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)는 공압의 흐름을 단속하는 솔레노이드 밸브의 구동에 연동될 수 있다. 이러한 경우, 제어부(40)로부터 솔레노이드 밸브로 해당되는 밸브 제어신호를 입력하면 솔레노이드 밸브는 해당되는 유로를 개폐하여 각각의 구동부로 유입되는 공기 압력을 단속할 수 있다.

배기 브레이크와 배기가스 재순환 배압 증대를 위해 각각 구비되는 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)는 각각 제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)를 통해 독립적으로 구동된다. 각각의 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)는 각각의 제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)의 작동에 따라 연동되어 선형적으로 제어될 수 있다.

제1 브라켓(125)은 하우징(110)의 일측에 결합되며, 제1 구동부(120)가 결합된다.

제2 브라켓(127)은 하우징(110)의 타측에 결합되며, 제2 구동부(122)가 결합된다.

제어부(40)는 브레이크 페달 답입시 제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)로 각각 밸브 닫힘신호를 공급하여 배기 브레이크 작동을 제어한다. 그리고 제어부(40)는 엔진 회전수가 설정 회전수 이하이면, 제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)로 각각 밸브 열림신호를 공급한다.

또한, 제어부(40)는 엔진 회전수가 설정 회전수를 초과하여 증가되는 상태이면 제1 구동부(120)로 밸브 열림신호를 공급하고, 제2 구동부(122)로 밸브 닫힘신호를 공급하여 배압 증대 작동을 제어한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기 단속부(100)의 작동 영역을 비교한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예는 엔진의 운전영역을 저속 영역, 고속 영역, 배기 브레이크 영역으로 구분한다.

저속 영역에서는 배기 브레이크의 작동이 없는 상태를 가정한다. 저속 영역에서는 배기가스 재순환율 증대가 필요 없다. 따라서, 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)는 각각 열린 상태를 유지하도록 제어된다.

고속 영역에서는 배압 증대가 필요하다. 고속 영역에서는 배기 브레이크 작동이 없는 상태를 가정한다. 고속 영역에서는 배기가스 재순환율 증대가 필요하다. 따라서, 제1 밸브(132)는 열린 상태를 유지하도록 하고, 제2 밸브(134)는 닫힌 상태를 유지하도록 제어된다.

참고로, 배기가스 재순환장치(EGR ; Exhaust Gas Recirculation)는 배기 매니폴드에서 출구포트를 만들어 흡기 매니폴드로 배기가스가 순환될 수 있도록 연결시킬 수 있다.

배기가스는 엔진의 실린더 내에서 피스톤 운동에 의해 기통별로 순차적으로 발생하며, 흡기 매니폴드로 들어가는 배기가스의 압력은 높았다가 낮아지는 형태로 압력의 파장이 연속적으로 일어난다. 이러한 배기가스의 압력 변동을 배기 맥동이라 지칭한다.

한편, 터보 차저(10)에 의해 과급된 공기는 터보 차저(10)의 컴프레서 휠로 인해 일정한 압력의 형태를 유지한 상태로 인터쿨러를 통과하여 들어간다. 이러한 이유로 흡기 압력은 일정하게 유지된다. 그리고 흡기 압력과 배기 맥동의 차이에 따라 배기가스 재순환장치를 통해 흡기 매니폴드로 들어가는 배기가스의 재순환 양이 결정된다.

배기가스 재순환장치를 사용하는 영역은 저속 영역 및 고속 영역이며 배기 브레이크를 작동하는 영역에서는 배기가스 재순환이 이루어지지 않는다.

배기 브레이크 작동영역에서는 높은 배압의 저항을 필요로 하므로 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)가 모두 닫히도록 제어된다.

대부분의 상용차에는 배기 브레이크가 기본으로 장착되어 있다. 배기 브레이크는 연소된 배기가스가 엔진의 배기 매니폴드를 통하여 터보 차저(10)의 터빈 휠을 거쳐 배기관으로 들어가는 중간에 밸브를 설치하여 배기가스의 흐름을 단속한다. 이로 인해 엔진의 폭발과정이 제대로 이루어지지 않는다. 이는 배기계에 저항을 만들어 엔진의 원활한 운전을 막게 되고 이를 통해 차속을 감속시키게 된다.

상기한 바와 같이 배기 브레이크 미작동시에는 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)는 선택적으로 열려 있다. 즉, 엔진의 회전수에 따라 구분되는 고속 영역에서는 배압증가를 위해 제2 밸브(134)가 닫힘상태로 작동하며, 엔진 회전수(rpm)가 저속 영역으로 내려갔을 경우에는 제2 밸브(134)를 열림상태로 작동하여 일반운전 상태를 유지시킨다.

이와는 달리, 배기 브레이크 작동시는 제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)가 작동된다. 제1 구동부(120)와 제2 구동부(122)가 작동됨에 따라 제1 밸브(132)와 제2 밸브(134)는 배기통로(12)에서 닫힌 상태를 유지한다. 따라서, 배기통로(12)에서는 배압이 증가된다. 이때, 엔진이 연소하지 않으므로 배기가스 재순환장치는 사용되지 않는다.

배기 브레이크를 작동시키면 터보 차저(10)-배기 매니폴드-실린더의 폐구조에 의해 엔진 내부에 걸리는 압력이 높아지게 된다.

결국, 배기가스 재순환율을 높이기 위해서는 배압을 높이면 된다. 배압을 높이기 위해서는 터보 차저(10) 후단에 저항을 걸리게 하여 압력을 높여주어야 한다. 그러나 배기 브레이크를 작동한다는 것은 운전자가 브레이크를 작동하는 것이므로 엔진 연소와는 관계가 없다. 따라서, 배기가스 재순환장치를 사용할 수 없게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 배기 제어장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 단속부의 분해 사시도이다.

도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도이다.

도 4는 도 1의 선 Ⅳ-Ⅳ에 따른 단면도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기 단속부의 작동 영역을 비교한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 터보 차저 20 ; 브레이크 페달 위치 검출부

30 ; 엔진 회전수 검출부 40 ; 제어부

100 ; 배기 단속부 110 ; 하우징

120 ; 제1 구동부 122 ; 제2 구동부

130 ; 밸브 132 ; 제1 밸브

134 ; 제2 밸브

Claims (9)

1. 브레이크 페달의 답입상태를 검출하는 브레이크 페달 위치 검출부;

   상기 엔진의 회전상태를 검출하는 엔진 회전수 검출부;

   상기 브레이크 페달 위치 검출부와 상기 엔진 회전수 검출부로부터 입력되는 신호를 각각 분석하여 상기 엔진의 회전상태에 따라 해당되는 밸브 개폐신호를 발생하는 제어부, 및

   엔진으로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 안내하는 배기통로에 구비되는 복수의 밸브를 가지며, 상기 제어부로부터 공급되는 밸브 개폐신호의 입력에 따라 상기 복수의 밸브가 선택적으로 구동되어 상기 배기통로의 전부 또는 일부를 개폐하는 배기 단속부

   를 포함하는 차량의 배기 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배기통로에 구비되며, 상기 엔진의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기 매니폴드에 가압된 공기를 공급하는 터보 차저를 더 포함하며,

   상기 배기 단속부는 상기 터보 차저 출구측에 구비되어 상기 터보 차저로부터 배출되는 배기가스의 흐름을 단속하는 차량의 배기 제어장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수의 밸브는

   상기 제어부로부터 공급되는 제1 밸브 제어신호의 입력에 따라 개폐되며, 상기 배기통로를 닫아 배기 브레이크 기능을 하는 제1 밸브, 및

   상기 제어부로부터 공급되는 제2 밸브 제어신호의 입력에 따라 개폐되며, 상기 배기통로를 닫아 배기 브레이크 기능 및 배기가스 재순환을 위한 배압 증대 기능을 하는 제2 밸브

   를 포함하는 차량의 배기 제어장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 동축 선상에 구비되며, 상기 제1 밸브는 상기 배기통로의 내경에 대응하는 크기를 갖고 중공의 원판형으로 형성되고, 상기 제2 밸브는 상기 제1 밸브의 중공에 대응하는 원판형으로 형성되는 차량의 배기 제어장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 배기 단속부는

   상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 축 결합상태를 지지하는 하우징;

   상기 제1 밸브와 연결되며, 상기 제어부로부터 공급되는 제1 밸브 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 제1 밸브의 개폐동작에 필요한 동력을 제공하는 제1 구동부;

   상기 제2 밸브와 연결되며, 상기 제어부로부터 공급되는 제2 밸브 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 제2 밸브의 개폐동작에 필요한 동력을 제공하는 제2 구동부;

   상기 하우징의 일측에 결합되며, 상기 제1 구동부가 결합되는 제1 브라켓, 및

   상기 하우징의 타측에 결합되며, 상기 제2 구동부가 결합되는 제2 브라켓

   을 더 포함하는 차량의 배기 제어장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부는 공기 압력으로 구동되는 공압 엑츄에이터이며, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브에 각각 링키지(linkage)로 연결되는 차량의 배기 제어장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제어부는 브레이크 페달 답입시 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부로 각각 밸브 닫힘신호를 공급하여 배기 브레이크 작동을 제어하는 차량의 배기 제어장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 제어부는 엔진 회전수가 설정 회전수 이하이면, 상기 제1 구동부와 상기 제2 구동부로 각각 밸브 열림신호를 공급하는 차량의 배기 제어장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 제어부는 엔진 회전수가 설정 회전수를 초과하여 증가되는 상태이면 상기 제1 구동부로 밸브 열림신호를 공급하고, 상기 제2 구동부로 밸브 닫힘신호를 공급하여 배압 증대 작동을 제어하는 차량의 배기 제어장치.

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