KR20130001371A

KR20130001371A - 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130001371A
Application number: KR1020110062061A
Authority: KR
Inventors: 김진만
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-04

Abstract

본 발명은 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법 및 장치에 관한 것으로, 2단 터보차져 엔진의 흡기계에서 리크가 발생하는 경우 이에 대한 정보를 신속하게 진단해서 차량 탑승자가 이때의 상황을 신속하게 알려주게 됨으로써 심각한 엔진의 손상을 미리 예방할 수 있게 되고, 이를 통해 차량의 안전 운행을 도모할 수 있도록 된 것이다.

Description

2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DIAGNOSING LEAKAGE INTAKE SYSTEM TWO STAGE TURBO CHARGER ENGINE}

본 발명은 엔진으로 공급되는 흡입공기를 2번에 걸쳐서 압축하여 공급하는 2단 터보차져 엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡기계의 리크를 진단하기 위한 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법 및 장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 2단 터보차져 시스템은 흡입공기를 2번에 걸쳐서 압축하여 연소실로 공급하므로 엔진의 배기량당 출력을 크게 증대시킬 수 있고, 엔진의 저속시에도 상대적으로 작은 크기의 고압측 터보장치를 이용하여 저속 토크를 향상시킬 수 있다.

또한, 단일 터보 시스템의 경우에는 웨이스트게이트에 의해 에너지가 외부로 버려지게 되는 것을 2단 터보차져 시스템에서는 저압측 터보장치에서 한번 더 재생되어 연비를 향상시킬 수 있는 등의 장점이 있다.

도 1은 종래의 2단 터보차져 시스템을 설명하기 위한 도면으로, 엔진(1)의 배기매니폴드 및 흡기매니폴드에 연결된 고압측 터보장치(3)와, 상기 고압측 터보장치(3)에 연결된 저압측 터보장치(5)가 구비되어 있으며, 고압터빈(7)에는 웨이스트게이트밸브(9)가 구비되고, 고압컴프레셔(11)에서 나오는 공기는 인터쿨러(13)를 통하여 냉각된 후 엔진(1)으로 공급되도록 되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 2단 터보차져 시스템은 엔진(1)의 배기매니폴드로부터 토출되는 배기가스의 유동에너지를 이용하여 상기 고압터빈(7)및 저압터빈(15)이 회전하고, 상기 저압터빈(15)을 통과한 배기가스는 후처리장치(17)와 머플러(19)를 경유한 후 배기된다.

그리고, 에어클리너(21)를 통과한 신기는 저압컴프레셔(23)에서 1차적으로 압축된 후, 고압컴프레셔(11)에서 2차적으로 재 압축된 다음 인터쿨러(13)를 통해서 엔진(1)으로 공급되게 된다.

엔진(1)이 고속 운전상태로 접어들게 되면, 배기매니폴드로부터 토출되는 유량에 비하여 고압측 터보장치(3)의 용량의 부족하므로 상기 웨이스트게이트밸브(9)를 개방하여 배기가스를 바이패스시키게 되어 있다.

그리고, 2단 터보차져 시스템은 컴프레셔 출구단의 온도 상승을 방지하기 위하여 고압컴프레셔(11)와 저압컴프레셔(23) 사이에 공압밸브(25)와 중간쿨러(27)를 구비하고 있다.

차량 시동이나 출발 및 급 가속시에는 공압밸브(25)가 닫혀진 상태가 됨으로써 저압컴프레셔(23)를 통과한 압축공기는 바로 고압컴프레셔(11)로 흡입되고, 이로 인해 데드 볼륨이 축소됨에 따라 차량의 동력 성능 향상 및 연비가 향상된다.

그러나, 고속 운전상태와 같이 고 회전 고 부하 영역에서는 고압컴프레셔(11)에서 나오는 압력에 의해 공압밸브(25)가 개방되는 바, 그러면 저압컴프레셔(23)를 통과한 압축공기는 바로 고압컴프레셔(11)로 공급되지 않고 중간쿨러(27)를 통과하면서 냉각된 다음 고압컴프레셔(11)로 흡입되며, 이에 따라 컴프레셔 출구단의 온도 상승을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 배기매니폴드를 통해 배출되는 배기가스를 흡기매니폴드쪽으로 재순환시켜서 엔진의 출력 성능을 향상시킬 수 있도록 EGR밸브(29)와 EGR쿨러(31)가 설치된 구조로 되어 있다.

그런데, 종래의 2단 터보차져 시스템은 신기가 엔진(1)으로 공급되는 흡기계에서 리크 발생시 이를 검출할 수 있는 방안이 없었다.

흡기계의 리크는 주로 인터쿨러(13)가 손상되거나 또는 인터쿨러(13) 전후단의 연결호스 소손 또는 연결호스의 연결상태 불량으로 인해 발생하며, 흡기계에 리크가 발생하게 되면 엔진 성능의 저하 및 매연이 심하게 발생하는 등 다양한 문제가 발생하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 에어클리너를 통과한 신기의 흡입공기량과 엔진의 흡기매니폴드로 공급되는 공기의 압력을 이용해서 흡기계의 리크 발생여부를 진단할 수 있도록 된 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법은, 에어클리너를 통과한 신기의 흡입공기량을 측정하는 단계와; 인터쿨러를 통과한 압축공기가 엔진의 흡기매니폴드로 공급되는 과정에서 압축공기가 통과하는 통로의 부스트압을 측정하는 단계와; 상기 신기의 흡입공기량에 대한 정보와 상기 부스트압에 대한 정보를 이용해서 흡기계의 리크 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 흡기계의 리크 발생 여부를 판단할 때에는 배기매니폴드로부터 배출되는 배기가스가 흡기매니폴드쪽으로 재순환되지 못하도록 EGR밸브가 닫힌 상태에서 진행되는 것이 바람직하다.

보다 바람직한 진단 방법은. 흡기계에 리크가 발생하지 않은 정상상태에서 신기의 흡입공기량과 부스트압을 각각 측정하고; 상기 신기의 흡입공기량에 대한 목표 값과 상기 부스트압에 대한 목표 값을 각각 산정하고; 현재 상황에서의 신기의 흡입공기량과 부스트압을 각각 측정하였을 때; 상기 M1－M2＞X1인 상황과 상기 P1－P2＜X2인 상황이 동시에 발생하면서 일정시간 동안 지속되면 흡기계에 리크가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 진단 방법은 상기 흡기계에 리크 발생시 차량 탑승자가 흡기계 리크에 대한 정보를 알 수 있도록 경보장치가 작동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 장치는 신기의 흡입공기량을 측정하는 MAF센서와; 엔진의 흡기매니폴드와 연결된 공기통로의 부스트압을 측정하는 MAP센서와; 상기 MAF센서로부터 전달된 신호와 상기 MAP센서로부터 전달된 신호를 이용해서 흡기계의 리크 발생 여부를 판단하는 컨트롤러를 포함하는 것을 측징으로 한다.

상기 MAF센서는 에어클리너와 저압컴프레셔 사이의 공기통로에 설치된 것이 바람직하고, 상기 MAP센서는 인터쿨러와 엔진의 흡기매니폴드 사이의 공기통로에 설치된 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 진단 장치는 차량 탑승자가 흡기계 리크에 대한 정보를 알 수 있도록 상기 컨트롤러의 제어신호에 의해 작동하는 경보장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 2단 터보차져 엔진의 흡기계에서 리크가 발생하는 경우 이에 대한 정보를 신속하게 진단해서 차량 탑승자가 이때의 상황을 신속하게 알려주게 됨으로써 심각한 엔진의 손상을 미리 예방할 수 있게 되고, 이를 통해 차량의 안전 운행을 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 2단 터보차져 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따라 흡기계의 리크를 진단할 수 있는 2단 터보차져 시스템의 도면,
도 3은 본 발명에 따른 흡기계 리크 진단 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

2단 터보차져 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 엔진(1)의 배기매니폴드 및 흡기매니폴드에 연결된 고압측 터보장치(3)와, 상기 고압측 터보장치(3)에 연결된 저압측 터보장치(5)가 구비되어 있다.

상기 고압측 터보장치(3)는 엔진(1)의 배기측으로부터 배기가스를 공급받도록 연결된 고압터빈(7)과, 상기 고압터빈(7)과 연결된 고압컴프레셔(11)로 구성되고, 상기 고압터빈(7)에는 웨이스트게이트밸브(9)가 구비되는 바, 상기 고압컴프레셔(11)에서 나오는 공기는 인터쿨러(13)를 통하여 냉각된 후 엔진(1)으로 공급된다.

상기 저압측 터보장치(5)는 고압터빈(7)을 통과한 배기가스의 유동에너지에 의해 회전하는 저압터빈(15)과, 상기 저압터빈(15)과 연결된 저압컴프레셔(23)로 구성되고, 상기 저압터빈(15)을 통과한 배기가스는 후처리장치(17)와 머플러(19)를 경유한 후 배기된다.

엔진(1)이 고속 운전상태로 접어들게 되면, 배기매니폴드로부터 토출되는 유량에 비하여 고압측 터보장치(3)의 용량의 부족하므로 상기 웨이스트게이트밸브(9)를 개방하여 배기가스를 바이패스시키게 된다.

한편, 본 발명에 따른 실시예는 상기와 같은 2단 터보차져 시스템에서 신기가 엔진(1)으로 공급되는 흡기계에 리크가 발생하는 경우 이때의 상황을 검출할 수 있는 구성을 갖추고 있다.

즉, 흡기계의 리크는 주로 인터쿨러(13)가 손상되거나 또는 인터쿨러(13) 전후단의 연결호스 소손 또는 연결호스의 연결상태 불량으로 인해 발생하게 되는데, 본 발명은 흡기계의 리크를 검출할 수 있도록 신기의 흡입공기량(M1)을 측정하는 MAF센서(33; Mass Air Flow sensor)와, 엔진(1)의 흡기매니폴드와 연결된 공기통로의 부스트압(P1)을 측정하는 MAP센서(35; Manifold Absolute Pressure sensor)와, 상기 MAF센서(33)로부터 전달된 신호와 상기 MAP센서(35)로부터 전달된 신호를 이용해서 흡기계의 리크 발생 여부를 판단하는 컨트롤러(37)와, 차량 탑승자가 흡기계 리크에 대한 정보를 알 수 있도록 상기 컨트롤러(37)의 제어신호에 의해 작동하는 경보장치(39)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 MAF센서(33)는 에어클리너(21)와 저압컴프레셔(23) 사이의 공기통로에 설치되고, 상기 MAP센서(35)는 인터쿨러(13)와 엔진(1)의 흡기매니폴드 사이의 공기통로에 설치된 구조가 바람직하다.

그리고, 상기 경보장치(39)는 운전석에 위치하도록 설치된 것이 바람직하며, 종류로는 경고등을 점등하는 장치이거나 또는 경고음을 발생하는 장치가 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법에 대해서는 도 2와 도 3을 참조로 설명한다.

흡기계의 리크를 진단하기 전에 컨트롤러(37)는 EGR밸브(29)가 열린 상태인가를 먼저 체크하게 되는 바(단계 S1), EGR밸브(29)가 열린 상태이면 진단을 종료하게 되고(단계 S2), EGR밸브(29)가 닫힌 상태이면 진단을 실시할 수 있는 상황이 된다.

또한, 본격적으로 흡기계의 리크를 진단하기 전에 흡기계에 리크가 발생하지 않은 정상상태에서 신기의 흡입공기량(M2)과 부스트압(P2)을 각각 측정하고(단계 S3), 측정된 신기의 흡입공기량(M2)에 대한 목표 값(X1)과 측정된 부스트압(P2)에 대한 목표 값(Y1)을 각각 산정하게 된다.(단계 S4)

목표 값(X1,Y1)의 산정이 완료되고 나면 이때부터 흡기계의 리크를 본격적으로 진단하게 되는 바, 즉 현재 상황에서의 신기의 흡입공기량(M1)과 부스트압(P1)을 각각 측정하게 된다.(단계 S5)

상기와 같이 현재 상황에서의 신기의 흡입공기량(M1)과 부스트압(P1)을 각각 측정하고 나면, 컨트롤러(37)는 상기 M1－M2＞X1인 상황과 상기 P1－P2＜X2인 상황이 동시에 발생하는 상황인가를 판단하고, 동시에 M1－M2＞X1인 상황과 상기 P1－P2＜X2인 상황이 일정시간 동안 지속되는 상태인가를 판단하게 된다.(단계 S6)

이때, 컨트롤러(37)가 상기 M1－M2＞X1인 상황과 상기 P1－P2＜X2인 상황이 동시에 발생한 상태이면서, 동시에 M1－M2＞X1인 상황과 상기 P1－P2＜X2인 상황이 일정시간 동안 지속되는 상태라고 판단하게 되면, 상기 컨트롤러(37)는 흡기계에 리크가 발생한 것으로 판단하게 된다.(단계 S7)

그리고, 컨트롤러(37)가 흡기계에 리크가 발생한 것으로 판단하게 되면, 후속조치로 제어신호를 보내서 경고장치를 작동시키게 되고, 차량 탑승자는 경고장치를 작동을 통해 흡기계의 리크 상황임을 인지하고, 차량을 정비를 위한 조취를 취하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는 2단 터보차져 엔진의 흡기계에서 리크가 발생하는 경우, 이에 대한 정보를 신속하게 진단해서 차량 탑승자가 이때의 상황을 신속하게 알려주게 됨으로써 심각한 엔진의 손상을 미리 예방할 수 있게 되고, 이를 통해 차량의 안전 운행을 도모할 수 있게 된다.

1 - 엔진 13 - 인터쿨러
21 - 에어클리너 23 - 저압컴프레셔
29 - EGR밸브 33 - MAF센서
35 - MAP센서 37 - 컨트롤러
39 - 경보장치

Claims

에어클리너(21)를 통과한 신기의 흡입공기량(M1)을 측정하는 단계와;
인터쿨러(13)를 통과한 압축공기가 엔진(1)의 흡기매니폴드로 공급되는 과정에서 압축공기가 통과하는 통로의 부스트압(P1)을 측정하는 단계와;
상기 신기의 흡입공기량(M1)에 대한 정보와 상기 부스트압(P1)에 대한 정보를 이용해서 흡기계의 리크 발생 여부를 판단하는 단계
를 포함하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 흡기계의 리크 발생 여부를 판단할 때에는 배기매니폴드로부터 배출되는 배기가스가 흡기매니폴드쪽으로 재순환되지 못하도록 EGR밸브(29)가 닫힌 상태에서 진행되는 것
을 특징으로 하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법.
청구항 1에 있어서,
흡기계에 리크가 발생하지 않은 정상상태에서 신기의 흡입공기량(M2)과 부스트압(P2)을 각각 측정하고;
상기 신기의 흡입공기량(M2)에 대한 목표 값(X1)과 상기 부스트압(P2)에 대한 목표 값(Y1)을 각각 산정하고;
현재 상황에서의 신기의 흡입공기량(M1)과 부스트압(P1)을 각각 측정하였을 때;
상기 M1－M2＞X1인 상황과 상기 P1－P2＜X2인 상황이 동시에 발생하면서 일정시간 동안 지속되면 흡기계에 리크가 발생한 것으로 판단하는 것
을 특징으로 하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 흡기계에 리크 발생시 차량 탑승자가 흡기계 리크에 대한 정보를 알 수 있도록 경보장치(39)가 작동하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 방법.
신기의 흡입공기량(M1)을 측정하는 MAF센서(33)와;
엔진(1)의 흡기매니폴드와 연결된 공기통로의 부스트압(P1)을 측정하는 MAP센서(35)와;
상기 MAF센서(33)로부터 전달된 신호와 상기 MAP센서(35)로부터 전달된 신호를 이용해서 흡기계의 리크 발생 여부를 판단하는 컨트롤러(37)
를 포함하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 MAF센서(33)는 에어클리너(21)와 저압컴프레셔(23) 사이의 공기통로에 설치된 것
을 특징으로 하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 장치.
청구항 5에 있어서, 상기 MAP센서(35)는 인터쿨러(13)와 엔진(1)의 흡기매니폴드 사이의 공기통로에 설치된 것
을 특징으로 하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 장치.
청구항 5에 있어서, 차량 탑승자가 흡기계 리크에 대한 정보를 알 수 있도록 상기 컨트롤러(37)의 제어신호에 의해 작동하는 경보장치(39)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 터보차져 엔진의 흡기계 리크 진단 장치.