KR20130020011A - 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

터보 차져 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130020011A
KR20130020011A KR1020110082357A KR20110082357A KR20130020011A KR 20130020011 A KR20130020011 A KR 20130020011A KR 1020110082357 A KR1020110082357 A KR 1020110082357A KR 20110082357 A KR20110082357 A KR 20110082357A KR 20130020011 A KR20130020011 A KR 20130020011A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
air
air tank
actual
engine
pressure
Prior art date
Application number
KR1020110082357A
Other languages
English (en)
Inventor
신범식
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020110082357A priority Critical patent/KR20130020011A/ko
Publication of KR20130020011A publication Critical patent/KR20130020011A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/02—Other fluid-dynamic features of induction systems for improving quantity of charge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
    • F02D23/005—Controlling engines characterised by their being supercharged with the supercharger being mechanically driven by the engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

터보 차져 시스템이 개시된다. 개시된 터보 차져 시스템은 ⅰ)엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 터빈과, ⅱ)터빈과 동일 축으로 연결되며 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 컴프레셔와, ⅲ)컴프레셔와 흡기 매니폴드를 연결하는 흡기 라인에 연결되며, 엔진의 요구 부스트 압력에 따라 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 실질적으로 조절하는 에어 탱크와, ⅳ)배기 가스의 온도 및 엔진의 기준 부스트 압력을 기준으로 에어 탱크에 대한 공기의 유출입을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

터보 차져 시스템 및 그 제어 방법 {TURBO-CHARGER SYSTEM AND CONTROL METHOD OF THE SAME}
본 발명의 실시예는 터보 차져 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진에서 연소에 필요한 공기를 확보하기 위해 공기를 과급하는 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 외부의 공기를 유입한 다음 그 유입된 공기와 연료를 적절한 비율로 혼합하여 엔진에서 연소시키게 된다.
엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있게 되며, 엔진의 연소 효율을 높이기 위한 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보 차져 시스템(turbo charger system)이 사용되고 있다.
터보 차져 시스템은 엔진의 배기 계통으로 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기를 가압함으로써 엔진의 연소실로 유입되는 흡기의 충진 효율이 높아지도록 하는 것으로, 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있는 추세이다.
이러한 터보 차져 시스템에 있어, 엔진의 운전 조건에 따라 배기 가스의 온도가 낮은 저부하 및 저속 구간에서는 배기 가스의 에너지가 작아 부스트 압력이 낮게 형성되고, 배기 가스의 온도가 높은 고부하 및 고속 구간에서는 부스트 압력이 과도하게 상승하여 엔진의 폭발 압력을 과도하게 상승시킴으로써 엔진의 손상을 야기시킬 수 있다.
이를 방지하기 위해 종래 기술에서는 배기 가스의 에너지를 일부분 바이패스시켜 흡입 공기가 과도하게 압축되는 것을 방지하는 웨스트게이트(Wastegate) 기술과, 배기 가스를 배출시키지 않고 배기 가스의 유입 면적을 조정하는 VGT(Variable Geometry Turbocharger) 기술이 개시된 바 있다.
그런데, 이와 같은 종래 기술은 엔진의 운전 조건에 따라 고부하 및 고속 조건에서만 엔진 보호 측면에서 부스트 압력을 낮추는 기능을 할 뿐, 저부하 및 저속 조건에서 낮은 부스트 압력을 보상하는데 한계가 있다.
본 발명의 실시예들은 엔진의 운전 조건에 따른 배기 가스의 온도에 근거하여 엔진에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력을 간단한 구성으로서 용이하게 조절할 수 있도록 한 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템은, ⅰ)엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 터빈과, ⅱ)상기 터빈과 동일 축으로 연결되며 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 컴프레셔와, ⅲ)상기 컴프레셔와 흡기 매니폴드를 연결하는 흡기 라인에 연결되며, 엔진의 요구 부스트 압력에 따라 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 실질적으로 조절하는 에어 탱크를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템은, 배기 가스의 온도 및 엔진의 기준 부스트 압력에 따라 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 에어 탱크에 저장하거나 그 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 매니폴드로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템은, 상기 에어 탱크의 기설정된 내부 압력에 따라 공기를 상기 터빈의 후단 측으로 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템은, 배기 가스의 온도 및 엔진의 기준 부스트 압력을 기준으로, 상기 에어 탱크에 대한 공기의 유출입을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템은, 상기 흡기 라인 및 상기 에어 탱크에 각각 설치되는 제1 및 제2 압력 센서와, 상기 흡기 라인과 상기 에어 탱크를 연결하는 연결 라인에 설치되는 제어 밸브와, 상기 에어 탱크에 연결되게 설치되는 세이프티 밸브와, 상기 세이프티 밸브와 상기 터빈의 후단 측을 연결하는 배출 라인을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템은, ⅰ)엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 터빈과, ⅱ)상기 터빈과 동일 축으로 연결되며 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 컴프레셔와, ⅲ)상기 컴프레셔와 흡기 매니폴드를 연결하는 흡기 라인에 연결되며, 엔진의 요구 부스트 압력에 따라 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 실질적으로 조절하는 에어 탱크와, ⅳ)배기 가스의 온도 및 엔진의 기준 부스트 압력을 기준으로, 상기 에어 탱크에 대한 공기의 유출입을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스의 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인가를 판단하고, 상기 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인 것으로 판단되면 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인가를 판단하며, 상기 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인 것으로 판단되면 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 상기 에어 탱크의 기준 내부 압력 미만인지를 판단하고, 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 기준 내부 압력 미만인 것으로 판단되면 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 상기 에어 탱크로 공급한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 터빈과, 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 컴프레셔와, 엔진의 요구 부스트 압력에 따라 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 조절하는 에어 탱크를 포함하는 터보 차져 시스템을 제어하기 위한 것으로서, (a) 상기 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스의 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인가를 판단하고, (b) 상기 (a) 단계에서 상기 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인 것으로 판단되면, 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인가를 판단하며, (c) 상기 (b) 단계에서 상기 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 상기 에어 탱크의 기준 내부 압력 미만인지를 판단하고, (d) 상기 (c) 단계에서 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 기준 내부 압력 미만인 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 상기 에어 탱크로 공급한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 상기 (a) 단계에서, 상기 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 미만인 조건에서 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은가를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 라인으로 방출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 큰 조건에서 상기 제어 밸브를 폐쇄할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 상기 (b) 단계에서, 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 미만인 조건에서 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은가를 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 라인으로 방출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 큰 조건에서 상기 제어 밸브를 폐쇄할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법은, 상기 (c) 단계에서, 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 상기 에어 탱크의 기설정된 기준 내부 압력을 초과하는 조건에서 상기 세이프티 밸브를 개방할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진의 운전 조건에 따른 배기 가스의 온도에 근거하여 엔진에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력을 에어 탱크를 통해 용이하게 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진의 운전 조건에 따른 배기 가스의 온도에 근거하여 부스트 압력을 상승시키는 고부하 및 고속 구간에서 에어 탱크에 공기를 저장하고 있다가 부스트 압력이 낮게 되는 저부하 및 저속 구간에서 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 매니폴드에 공급함으로써 부스트 압력이 낮은 저부하 및 저속 구간에서도 높은 부스트 압력을 형성시켜 엔진의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 엔진의 저부하 및 저속 구간에서의 토크가 차량의 가속감에 크게 영향을 미치는 인자로서 작용하므로, 엔진의 저부하 및 저속 구간에서 차량의 가속을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 부스트 압력이 높은 영역에서 공기를 에어 탱크에 저장하고 있다가 부스트 압력이 낮은 영역에서 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 매니폴드로 유입시킴으로써 공기 충진 효율을 높일 수 있고, 엔진의 연비 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 부스트 압력이 과도하게 상승하는 조건에서 에어 탱크를 통해 부스트 압력을 흡수할 수 있으므로, 과도한 부스트 압력과 이에 따른 최고 폭발 압력 상승을 막아 엔진을 보할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템을 개략적으로 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템(100)은 엔진(1)으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기를 가압함으로써 엔진(1)의 연소실로 유입되는 흡기의 충진 효율을 향상시키기 위한 과급 시스템이다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템(100)은 기본적으로, 터빈(10)과, 컴프레셔(20)를 포함하고 있다.
상기 터빈(10)은 엔진(1)의 배기 매니폴드와 연결되는 배기 라인(3)에 설치되며 배기 가스의 배기 압력에 의해 회전하고, 컴프레셔(20)는 엔진(1)의 흡기 매니폴드와 연결되는 흡기 라인(5)에 설치되고 터빈(10)과 동일 축으로 연결되며 흡입 공기를 가압하여 흡기 매니폴드로 공급한다.
도면에서 미설명된 참조 부호 11은 터빈(10)의 전단측 배기 라인(3)과 컴프레셔(20)의 후단측 흡기 라인(5)을 연결하는 EGR 라인을 나타내고, 참조 부호 12는 EGR 라인(11)에 설치되어 EGR 가스를 쿨링하는 EGR 쿨러를 나타내며, 참조 부호 14는 EGR 라인(11)에 설치되는 EGR 밸브, 참조 부호 15는 흡기 라인(5)에 설치되는 공연비 센서를 나타낸다.
그리고, 도면에서 참조 부호 21은 흡기 라인(5)에 설치되어 흡입 공기를 쿨링하는 인터 쿨러를 나타내며, 참조 부호 7은 터빈(10)의 후단 측에서 배기 라인(3)에 설치되는 머플러를 나타내며, 참조 부호 9는 컴프레셔(20)의 전단 측에서 흡기 라인(5)에 설치되어 흡기 공기를 필터링하며 공기량을 감지하는 에어 필터를 나타낸다.
상기에서와 같은 본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템(100)은 엔진(1)의 운전 조건에 따른 배기 가스의 온도에 근거하여 엔진(1)에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력을 간단한 구성으로서 용이하게 조절할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템(100)은 에어 탱크(40)와, 제1 및 제2 압력 센서(P1, P2)와, 제어 밸브(50)와, 세이프티 밸브(60)를 포함하며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에서, 상기 에어 탱크(40)는 엔진(1)의 운전 조건에 따른 배기 가스의 온도에 근거하여 엔진(1)에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력을 조절하기 위한 것이다.
상기 에어 탱크(40)는 엔진(1)의 요구 부스트 압력에 따라 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 조절할 수 있다.
상기 에어 탱크(40)는 배기 가스의 온도 및 엔진(1)의 기준 부스트 압력에 따라 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 저장하거나 그 저장된 공기를 흡기 매니폴드로 공급할 수 있다.
즉, 상기 에어 탱크(40)는 엔진(1)의 고속 고부하 조건에서 배기 가스의 온도가 높아 엔진(1)의 기준 부스트 압력을 초과한 경우, 그 초과분의 공기를 저장할 수 있다.
또한, 상기 에어 탱크(40)는 저속 저부하 조건에서 배기 가스의 온도가 낮아 엔진(1)의 기준 부스트 압력이 부족한 경우, 그 부족분의 공기를 흡기 매니 폴드로 공급할 수 있다.
그리고, 상기 에어 탱크(40)는 기설정된 내부 압력에 따라 공기를 터빈(10)의 후단 측으로 배출할 수 있다.
이러한 에어 탱크(40)는 공기를 저장할 수 있는 저장 공간을 지니며 연결 라인(41)을 통해 흡기 라인(5)과 연결되는 바, 흡기 라인(5)을 통해 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 저장 공간에 저장하거나 그 저장 공간에 저장된 공기를 연결 라인(41)을 통해 흡기 매니폴드로 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 압력 센서(P1)는 위에서 언급한 바 있는 인터 쿨러(21)의 후단 측에서 흡기 라인(5)에 설치되는 것으로, 흡기 라인(5)을 통해 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력(p1)을 감지하기 위한 것이다.
상기 제1 압력 센서(P1)는 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력(p1)을 감지하고, 그 감지 신호를 제어부(90)로 출력한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제2 압력 센서(P2)는 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)을 감지하기 위한 것으로서, 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)을 감지하고 그 감지 신호를 제어부(90)로 출력한다.
여기서, 상기 제어부(90)는 터보 차져 시스템(100)의 전반적인 운용 및 배기 가스의 온도 및 엔진(1)의 기준 부스트 압력을 기준으로 에어 탱크(40)에 대한 공기의 유출입을 제어하기 위한 것이다.
이 경우, 상기 제어부(90)는 제1 압력 센서(P1)로부터 제공받은 감지 신호로서 흡기 매니폴드의 실제 공기 공급 압력(p1)과 엔진(1)의 목표 흡기 압력인 기준 공기 공급 압력(p0)을 비교 판단할 수 있다.
그리고, 상기 제어부(90)는 제2 압력 센서(P2)로부터 제공받은 감지 신호로서 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)과 에어 탱크(40)의 기준 내부 압력(pT)을 비교 판단할 수 있다.
한편, 상기 제어부(90)는 엔진(1)의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스의 실제 배기 온도(T1)를 감지하고, 그 감지 신호에 따라 실제 배기 온도(T1)와 기준 배기 온도(T0)를 비교 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어 밸브(50)는 흡기 라인(5)과 에어 탱크(40)를 연결하는 연결 라인(41)에 설치되며, 제어부(90)로부터 인가되는 제어 신호에 따라 연결 라인(41)의 유로를 선택적으로 개폐할 수 있다.
상기 제어 밸브(50)는 연결 라인(41)을 개방하여 흡기 라인(5)을 통해 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 에어 탱크(40)로 공급하거나 그 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 흡기 라인(5)으로 공급할 수 있게 한다.
그리고, 상기 제어 밸브(50)는 연결 라인(41)을 폐쇄하여 흡기 라인(5)을 통해 흡기 매니폴드로 공급되는 공기가 에어 탱크(40)로 공급되는 것을 차단하거나 그 에어 탱크(40)에 저장된 공기가 흡기 라인(5)으로 공급되는 것을 차단할 수 있다.
예를 들면, 상기 제어 밸브(50)는 전기적인 신호에 의해 연결 라인(41)의 유로를 개폐시킬 수 있는 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 세이프티 밸브(60)는 에어 탱크(40)에 연결되게 설치되는 안전 밸브로서, 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)이 에어 탱크(40)의 기준 내부 압력(pT)을 초과하는 경우 그 에어 탱크(40) 내부의 공기를 배출하는 기능을 하게 된다.
여기서, 상기 세이프티 밸브(60)는 배출 라인(70)을 통해 터빈(10)의 후단 측에서 배기 라인(3)에 연결될 수 있다.
즉, 상기 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)이 에어 탱크(40)의 기준 내부 압력(pT)을 초과하는 경우, 에어 탱크(40) 내부의 공기는 세이프티 밸브(60)에 의해 배출되며, 배출 라인(70)을 통해서 터빈(10) 후단 측의 배기 라인(3)으로 배출될 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템(100)의 제어 방법을 앞서 개시된 도 1 및 하기의 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
도 2를 참조하면, 우선 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 회전수와 연료량을 기준으로 엔진(1)의 목표 흡기 압력인 기준 공기 공급 압력(p0)을 예측하며, 제1 압력 센서(P1)를 통해 흡기 매니폴드의 실제 공기 공급 압력(p1)을 감지하고, 제2 압력 센서(P2)를 통해 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)을 감지한다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스의 온도를 공연비 센서(15)를 통해 터빈(10)의 전단측 배기 가스의 실제 배기 온도(T1)를 예측할 수 있다(S11 단계).
이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스의 실제 배기 온도(T1)가 기준 배기 온도(T0) 이상인지를 판단한다(S12 단계).
상기 S12 단계에서, 실제 배기 온도(T1)가 기준 배기 온도(T0) 이상인 것으로 판단되면, 엔진(1)의 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력(p1)이 엔진(1)의 목표 흡기 압력인 기준 공기 공급 압력(p0) 이상인가를 판단한다(S13 단계).
상기 S13 단계에서, 실제 공기 공급 압력(p1)이 기준 공기 공급 압력(p0) 이상인 것으로 판단되면, 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)이 에어 탱크(40)의 기준 내부 압력(pT) 미만인지를 판단한다(S14 단계).
여기서, 상기 에어 탱크(40)의 기준 내부 압력(pT)은 에어 탱크(40)의 안전을 고려한 기설정된 최고 압력을 나타낸다.
상기 S14 단계에서, 상기 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)이 에어 탱크(40)의 기준 내부 압력(pT) 미만인 것으로 판단되면, 에어 탱크(40)의 세이프티 밸브(60)를 폐쇄하고, 제어 밸브(50)를 개방하여 엔진(1)의 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 에어 탱크(40)로 공급한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 온도가 기준 온도 보다 높게 되어 엔진(1)에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력을 초과하는 경우, 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 에어 탱크(40)에 저장할 수 있다.
즉, 엔진(1)의 고속 고부하 조건에서 배기 가스의 온도가 높아 엔진(1)의 기준 부스트 압력을 초과한 경우, 그 초과분의 공기를 상기 에어 탱크(40)에 저장할 수 있다.
한편, 상기 S12 단계에서, 실제 배기 온도(T1)가 기준 배기 온도(T0) 미만인 조건인 경우에는 흡기 매니폴드의 실제 공기 공급 압력(p1)과 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)의 차가 0 보다 작은가를 판단한다(S17 단계).
상기 S17 단계에서, 실제 공기 공급 압력(p1)과 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)의 차가 0 보다 작은 것으로 판단되면, 본 발명의 실시예에서는 에어 탱크(40)의 세이프티 밸브(60)를 폐쇄하고(S15 단계), 제어 밸브(50)를 개방(S16 단계)하여 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 연결 라인(41)을 통해 흡기 라인(5)으로 방출한다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 온도가 기준 온도 보다 낮게 되어 엔진(1)에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력이 부족한 경우, 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 부스트 압력의 부족분 만큼 흡기 매니폴드로 공급할 수 있다.
즉, 저속 저부하 조건에서 배기 가스의 온도가 낮아 엔진(1)의 기준 부스트 압력이 부족한 경우, 그 부족분의 공기 만큼 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 흡기 매니 폴드로 공급할 수 있다.
또한, 상기 S17 단계에서 실제 공기 공급 압력(p1)과 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)의 차가 0 보다 큰 조건인 경우에는, 제어 밸브(50)를 폐쇄할 수 있다(S18 단계).
다른 한편으로, 상기 S13 단계에서 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력(p1)이 엔진(1)의 목표 흡기 압력인 기준 공기 공급 압력(p0) 미만인 조건인 경우에는, 상기 S17 단계에서와 같이 실제 공기 공급 압력(p1)과 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)의 차가 0 보다 작은가를 판단한다.
상기에서, 실제 공기 공급 압력(p1)과 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)의 차가 0 보다 작은 것으로 판단되면, 본 발명의 실시예에서는 에어 탱크(40)의 세이프티 밸브(60)를 폐쇄하고(S15 단계), 제어 밸브(50)를 개방(S16 단계)하여 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 연결 라인(41)을 통해 흡기 라인(5)으로 방출할 수 있다.
또한, 상기에서 실제 공기 공급 압력(p1)과 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)의 차가 0 보다 큰 조건에서는 상기 S18 단계에서와 같이 제어 밸브(50)를 폐쇄할 수 있다.
또 다른 한편으로, 상기 S14 단계에서, 상기 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)이 에어 탱크(40)의 기설정된 기준 내부 압력(pT)을 초과하는 조건에서는 위에서 언급한 바 있는 세이프티 밸브(60)를 개방할 수 있다(S19 단계).
따라서, 본 발명의 실시예에서는 에어 탱크(40)의 실제 내부 압력(p2)이 기설정된 실제 내부 압력(pT)을 초과하는 때, 그 초과분에 대한 공기량을 세이프티 밸브(60)를 통해 배출하고, 이렇게 배출된 공기를 배출 라인(70)을 통해 터빈(10)의 후단 측으로 공급할 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 상기 터보 차져 시스템(100) 및 그 제어 방법에 의하면, 엔진(1)의 운전 조건에 따른 배기 가스의 온도에 근거하여 엔진(1)에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력을 에어 탱크(40)를 통해 용이하게 조절할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 온도가 기준 온도 보다 높게 되어 엔진(1)에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력을 초과하는 경우, 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 에어 탱크(40)에 저장할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스의 온도가 기준 온도 보다 낮게 되어 엔진(1)에서 요구하는 유입 공기의 부스트 압력이 부족한 경우, 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 부스트 압력의 부족분 만큼 흡기 매니폴드로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 에어 탱크(40)의 내부 압력이 기준 압력을 초과하는 경우, 초과분에 대한 공기량을 세이프티 밸브를 통해 배출하고, 그 배출 공기를 배출 라인(70)을 통해 터빈(10)의 후단 측으로 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 엔진(1)의 운전 조건에 따른 배기 가스의 온도에 근거하여 부스트 압력을 상승시키는 고부하 및 고속 구간에서 에어 탱크(40)에 공기를 저장하고 있다가 부스트 압력이 낮게 되는 저부하 및 저속 구간에서 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 흡기 매니폴드에 공급함으로써 부스트 압력이 낮은 저부하 및 저속 구간에서도 높은 부스트 압력을 형성시켜 엔진의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 엔진의 저부하 및 저속 구간에서의 토크가 차량의 가속감에 크게 영향을 미치는 인자로서 작용하므로, 엔진의 저부하 및 저속 구간에서 차량의 가속을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 부스트 압력이 높은 영역에서 공기를 에어 탱크(40)에 저장하고 있다가 부스트 압력이 낮은 영역에서 에어 탱크(40)에 저장된 공기를 흡기 매니폴드로 유입시킴으로써 공기 충진 효율을 높일 수 있고, 엔진의 연비 향상을 도모할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 부스트 압력이 과도하게 상승하는 조건에서 에어 탱크(40)를 통해 부스트 압력을 흡수할 수 있으므로, 과도한 부스트 압력과 이에 따른 최고 폭발 압력 상승을 막아 엔진을 보할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1... 엔진 3... 배기 라인
5... 흡기 라인 10... 터빈
20... 컴프레셔 40... 에어 탱크
50... 제어 밸브 60... 세이프티 밸브
70... 배출 라인 90... 제어부
P1... 제1 압력 센서 P2... 제2 압력 센서

Claims (13)

  1. 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 터빈;
    상기 터빈과 동일 축으로 연결되며 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 컴프레셔; 및
    상기 컴프레셔와 흡기 매니폴드를 연결하는 흡기 라인에 연결되며, 엔진의 요구 부스트 압력에 따라 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 실질적으로 조절하는 에어 탱크
    를 포함하는 터보 차져 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    배기 가스의 온도 및 엔진의 기준 부스트 압력에 따라 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 에어 탱크에 저장하거나 그 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 매니폴드로 공급하고,
    상기 에어 탱크의 기설정된 내부 압력에 따라 공기를 상기 터빈의 후단 측으로 배출하는 터보 차져 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    배기 가스의 온도 및 엔진의 기준 부스트 압력을 기준으로, 상기 에어 탱크에 대한 공기의 유출입을 제어하는 제어부
    를 포함하는 터보 차져 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 흡기 라인 및 상기 에어 탱크에 각각 설치되는 제1 및 제2 압력 센서와,
    상기 흡기 라인과 상기 에어 탱크를 연결하는 연결 라인에 설치되는 제어 밸브와,
    상기 에어 탱크에 연결되게 설치되는 세이프티 밸브와,
    상기 세이프티 밸브와 상기 터빈의 후단 측을 연결하는 배출 라인
    을 포함하는 터보 차져 시스템.
  5. 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 터빈;
    상기 터빈과 동일 축으로 연결되며 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 컴프레셔;
    상기 컴프레셔와 흡기 매니폴드를 연결하는 흡기 라인에 연결되며, 엔진의 요구 부스트 압력에 따라 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 실질적으로 조절하는 에어 탱크; 및
    배기 가스의 온도 및 엔진의 기준 부스트 압력을 기준으로, 상기 에어 탱크에 대한 공기의 유출입을 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스의 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인가를 판단하고, 상기 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인 것으로 판단되면 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인가를 판단하며, 상기 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인 것으로 판단되면 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 상기 에어 탱크의 기준 내부 압력 미만인지를 판단하고, 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 기준 내부 압력 미만인 것으로 판단되면 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 상기 에어 탱크로 공급하는 터보 차져 시스템.
  6. 엔진의 배기 매니폴드와 연결되는 터빈과, 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되는 컴프레셔와, 엔진의 요구 부스트 압력에 따라 흡기 매니폴드로 공급되는 공기량을 조절하는 에어 탱크를 포함하는 터보 차져 시스템의 제어 방법으로서,
    (a) 상기 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스의 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인가를 판단하고,
    (b) 상기 (a) 단계에서 상기 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 이상인 것으로 판단되면, 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인가를 판단하며,
    (c) 상기 (b) 단계에서 상기 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 이상인 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 상기 에어 탱크의 기준 내부 압력 미만인지를 판단하고,
    (d) 상기 (c) 단계에서 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 기준 내부 압력 미만인 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기를 상기 에어 탱크로 공급하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 실제 배기 온도가 기준 배기 온도 미만인 조건에서 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은가를 판단하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 라인으로 방출하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 큰 조건에서 상기 제어 밸브를 폐쇄하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 흡기 매니폴드로 공급되는 공기의 실제 공기 공급 압력이 기준 공기 공급 압력 미만인 조건에서 상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은가를 판단하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 작은 것으로 판단되면, 상기 에어 탱크의 세이프티 밸브를 폐쇄하고, 제어 밸브를 개방하여 상기 에어 탱크에 저장된 공기를 흡기 라인으로 방출하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 실제 공기 공급 압력과 상기 에어 탱크의 실제 내부 압력의 차가 0 보다 큰 조건에서 상기 제어 밸브를 폐쇄하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
  13. 제6 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 에어 탱크의 실제 내부 압력이 상기 에어 탱크의 기설정된 기준 내부 압력을 초과하는 조건에서 상기 세이프티 밸브를 개방하는 터보 차져 시스템의 제어 방법.
KR1020110082357A 2011-08-18 2011-08-18 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법 KR20130020011A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110082357A KR20130020011A (ko) 2011-08-18 2011-08-18 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110082357A KR20130020011A (ko) 2011-08-18 2011-08-18 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130020011A true KR20130020011A (ko) 2013-02-27

Family

ID=47898026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110082357A KR20130020011A (ko) 2011-08-18 2011-08-18 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130020011A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111465755A (zh) * 2017-12-07 2020-07-28 沃尔沃卡车集团 用于控制车辆中的燃烧发动机的涡轮增压器系统的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111465755A (zh) * 2017-12-07 2020-07-28 沃尔沃卡车集团 用于控制车辆中的燃烧发动机的涡轮增压器系统的方法
CN111465755B (zh) * 2017-12-07 2021-12-14 沃尔沃卡车集团 用于控制车辆中的燃烧发动机的涡轮增压器系统的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8096123B2 (en) System and method for mode transition for a two-stage series sequential turbocharger
US10197003B2 (en) Control device for supercharging system
US7047740B2 (en) Boost pressure estimation apparatus for internal combustion engine with supercharger
US8176735B2 (en) Control device for multi-stage turbochargers
US10428748B2 (en) Control device for supercharging system
JP5433009B2 (ja) ウェイストゲート制御システムおよびその方法
US20100139267A1 (en) Secondary air system for a combustion engine breathing system
EP2357337B1 (en) Supercharger control device for internal combustion engine
KR101826551B1 (ko) 엔진 제어 장치 및 방법
US20110036332A1 (en) Supercharger control device for internal combustion engine
JP4601695B2 (ja) 内燃機関の電動過給機制御装置
US6655141B1 (en) Airflow system for engine with series turbochargers
KR20120015386A (ko) 터보차져의 웨이스트 게이트 작동 제어 시스템
US10018162B2 (en) Driving device for driving a vehicle as well as method and computer program product for operating this driving device
KR20130020011A (ko) 터보 차져 시스템 및 그 제어 방법
JP2011111929A (ja) 内燃機関及びその制御方法
JP2008038811A (ja) 過給機付き内燃機関
JP2018193899A (ja) 圧縮天然ガス機関の吸排気構造
US10465598B2 (en) Internal combustion engine with exhaust-gas turbocharging arrangement
JP4872787B2 (ja) ２ステージターボシステム
JP2003322039A (ja) 過給機付エンジンの給気冷却制御装置
KR100559899B1 (ko) 터보 챠저의 컴프레서 서지 방지장치
JP2012052441A (ja) 内燃機関の点火制御装置
JP2017214891A (ja) ターボ過給機付エンジン
JP6784325B2 (ja) 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment