KR20150055312A - 건설기계용 엔진 흡기장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고산지대에서와 같이 공기량이 희박한 장소에서 작업하는 경우, 엔진의 연소실측으로 공급되는 공기량(air intake)이 요구량보다 적을 경우에 별도의 에어공급라인을 통해 보충 공급할 수 있도록 한 것으로,
본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치는,
엔진;
상기 엔진의 연소실에 에어 인테이크 라인을 통해 연결되며, 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 외부공기 중에 포함되는 이물질을 여과시키는 에어클리너;
상기 엔진의 배기 매니폴드에 연결되고, 터빈의 회전시 상기 에어클리너를 통과하여 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축시키는 터보차저;
상기 터보차저로부터 상기 엔진의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러;
압축공기공급원으로부터의 압축공기를 상기 터보차저의 유입구에 선택적으로 공급하는 추가 에어공급라인;
상기 추가 에어공급라인의 소정위치에 개폐가능하게 설치되는 밸브;
상기 터보차저의 부스트압력을 계측하는 부스트압력센서, 상기 부스트압력센서에 의해 계측된 부스트압력값에 의해 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 엔진에서 요구되는 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일할 경우 상기 밸브의 닫힘에 의해 상기 추가 에어공급라인을 폐쇄시키고, 상기 에어 인테이크 공급량이 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우 상기 밸브의 열림에 의해 상기 추가 에어공급라인을 개방시킴;을 특징으로 하는 건설기계용 엔진 흡기장치를 제공한다.

Description

건설기계용 엔진 흡기장치 및 그 제어방법{engine air intake device and method thereof for consruction machine}

본 발명은 건설기계용 엔진 흡기장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 고산지대에서와 같이 공기량이 희박한 장소에서 작업하는 경우, 엔진의 연소실측으로 공급되는 공기량(air intake)이 요구량보다 적을 경우에 별도의 에어공급라인을 통해 보충 공급할 수 있도록 한 건설기계용 엔진 흡기장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진은 표준 대기 및 고도가 0m인 기준으로 제작된다. 그러나 고도가 높아짐에 따라 공기밀도, 특히 산소의 양이 감소되어 엔진의 출력이 급격히 저하된다. 예컨대 고도가 3,000m기준에서는 평지(0m) 대비 대략 75%로 공기밀도가 저하된다.

따라서 평지 고도(0m)와 공기밀도(1.0)를 기준으로 개발된 엔진의 경우에는 요구된 토크를 생성하기 위하여 해당 토크에 대응하는 연료를 분사하지만 산소량이 상대적으로 적게 유입된다. 이로써 연료는 불완전 연소되고 이는 연료 공급이 과잉됨을 의미한다. 또한 연료의 불완전 연소로 인하여 과도한 매연이 발생될 수 있다.

도 1에 도시된 종래 기술의 건설기계용 엔진 흡기장치는,

엔진(1)과,

상기 엔진(1)의 연소실에 에어 인테이크 라인(air intake line)(2)을 통해 연결되며, 상기 엔진(1)의 연소실에 흡입되는 외부공기 중에 포함되는 이물질을 여과시키는 에어클리너(air cleaner)(3)와,

상기 엔진(1)의 배기 매니폴드(미도시됨)에 연결되고, 상기 배기 매니폴드를 통과하는 배기가스에 의한 터빈의 회전시 상기 에어클리너(3)를 통과하여 상기 엔진(1)의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축하여 상기 엔진(1)의 출력을 향상시키는 터보 차저(turbo charger)(4)와,

상기 엔진(1)의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러(5)를 구비한다.

전술한 구성에 의하면, 고산지대에서 굴삭기 등을 이용하여 작업할 경우, 대기상 공기량이 희박한 장소에서는 엔진(1)의 연소실에 공급되는 흡기량이 엔진(1)에서 요구하는 요구량보다 부족하게 된다. 이로 인해 연소시 흡기량이 충분히 않아 엔진(1)의 순간 토크가 저하되어 작업성이 떨어지며, 불완전 연소로 인해 스모그 현상이 발생되어 대기오염을 초래할 수 있는 문제점을 갖는다.

특허출원 10-2001-0085355호에 자동차용 디젤 엔진의 고압 공기 공급시스템이 개시되어 있다.

본 발명의 실시예는, 공기량이 희박한 특정장소에서 작업하는 경우, 엔진의 연소실측으로 공급되는 공기량이 요구량보다 적을 경우에 별도의 에어공급라인을 통해 보충 공급하여 엔진의 출력 저하되는 것을 방지하고, 스모그 발생을 방지할 수 있도록 한 건설기계용 엔진 흡기장치 및 그 제어방법과 관련된다.

본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치는,

엔진;

상기 엔진의 연소실에 에어 인테이크 라인을 통해 연결되며, 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 외부공기 중에 포함되는 이물질을 여과시키는 에어클리너;

상기 엔진의 배기 매니폴드에 연결되고, 터빈의 회전시 상기 에어클리너를 통과하여 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축시키는 터보차저;

상기 터보차저로부터 상기 엔진의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러;

압축공기공급원으로부터의 압축공기를 상기 터보차저의 유입구에 선택적으로 공급하는 추가 에어공급라인;

상기 추가 에어공급라인의 소정위치에 개폐가능하게 설치되는 밸브;

상기 터보차저의 부스트압력을 계측하는 부스트압력센서, 상기 부스트압력센서에 의해 계측된 부스트압력값에 의해 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 엔진에서 요구되는 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일할 경우 상기 밸브의 닫힘에 의해 상기 추가 에어공급라인을 폐쇄시키고, 상기 에어 인테이크 공급량이 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우 상기 밸브의 열림에 의해 상기 추가 에어공급라인을 개방시킴;을 특징으로 하는 건설기계용 엔진 흡기장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법은,

엔진; 상기 엔진의 연소실에 에어 인테이크 라인을 통해 연결되는 에어클리너; 상기 에어클리너를 통과하여 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축시키는 터보차저; 상기 터보차저로부터 상기 엔진의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러; 압축공기공급원으로부터의 압축공기를 상기 터보차저의 유입구에 선택적으로 공급하는 추가 에어공급라인; 상기 추가 에어공급라인의 소정위치에 개폐가능하게 설치되는 밸브; 상기 터보차저의 부스트압력을 계측하는 부스트압력센서를 구비하는 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법에 있어서:

상기 부스트압력센서에 의해 계측된 상기 터보차저의 부스트압력값에 의해 에어 인테이크 공급량을 연산하는 단계;

상기 연산된 에어 인테이크 공급량과 상기 엔진에서 요구되는 에어 인테이크 요구량의 대소 관계를 판단하는 단계; 및

상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일한 경우 상기 밸브의 닫힘에 의해 상기 추가 에어공급라인을 폐쇄시키고, 상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우 상기 밸브의 열림에 의해 상기 추가 에어공급라인을 개방시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 의하면, 상기 밸브는 상기 추가 에어공급라인을 차단하는 초기상태와, 전기적신호의 인가시 상기 추가 에어공급라인을 개방시키도록 온 상태로 절환되는 솔레노이드밸브가 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 추가 에어공급라인을 개방시킨 후, 상기 부스트압력센서에 의해 부스트압력값을 재차 계측하되 재차 계측된 부스트압력값에 의해 상기 에어 인테이크 공급량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예는 아래와 같은 이점을 갖는다.

공기량이 희박한 특정장소에서 작업하는 경우, 엔진의 연소실측으로 공급되는 공기량이 요구량보다 적을 경우에 별도의 에어공급라인을 통해 보충 공급함에 따라, 엔진의 출력 저하되는 것을 방지하고 스모그 발생되는 것을 방지함에 따라 신뢰성을 갖게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치의 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법의 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치는, 엔진(1);

상기 엔진(1)의 연소실에 에어 인테이크 라인(air intake line)(2)을 통해 연결되며, 상기 엔진(1)의 연소실에 흡입되는 외부공기 중에 포함되는 먼지 등의 이물질을 여과시키는 에어클리너(3);

상기 엔진(1)의 배기 매니폴드(미도시됨)에 연결되고, 터빈의 회전시 상기 에어클리너(3)를 통과하여 상기 엔진(1)의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축시키는 터보차저(turbo charger)(4);

상기 터보차저(4)로부터 상기 엔진(1)의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러(5);

압축공기공급원(7)(air compressor)으로부터의 압축공기를 상기 터보차저(4)의 유입구에 선택적으로 공급하는 추가 에어공급라인(additional air line)(6);

상기 추가 에어공급라인(6)의 소정위치에 개폐가능하게 설치되는 밸브(미도시됨);

상기 엔진(1)의 소정위치에 설치되고, 상기 터보차저(4)의 부스트압력(boost pressure)을 계측하는 부스트압력센서(미도시된 boost pressure sensor), 상기 부스트압력센서에 의해 계측된 부스트압력값에 의해 연산된 에어 인테이크(air intake) 공급량이 상기 엔진(1)에서 요구되는 에어 인테이크(air intake) 요구량보다 많거나 동일할 경우(에어 인테이크 공급량 ≥ 에어 인테이크 요구량) 상기 밸브의 닫힘(close)에 의해 상기 추가 에어공급라인(6)을 폐쇄시키고, 상기 에어 인테이크 공급량이 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우(에어 인테이크 공급량 〈 에어 인테이크 요구량) 상기 밸브의 열림(open)에 의해 상기 추가 에어공급라인(6)을 개방시킴;을 특징으로 한다.

상기 밸브는 상기 추가 에어공급라인(6)을 차단하는 초기상태와, 전기적신호의 인가시 상기 추가 에어공급라인(6)을 개방시키도록 온(ON) 상태로 절환되는 솔레노이드밸브가 사용될 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법은, 엔진(1); 상기 엔진(1)의 연소실에 에어 인테이크 라인(2)을 통해 연결되는 에어클리너; 상기 에어클리너(3)를 통과하여 상기 엔진(1)의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축시키는 터보차저(4); 상기 터보차저(4)로부터 상기 엔진(1)의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러(5); 압축공기공급원(air compressor)(7)으로부터의 압축공기를 상기 터보차저(4)의 유입구에 선택적으로 공급하는 추가 에어공급라인(6); 상기 추가 에어공급라인(6)의 소정위치에 개폐가능하게 설치되는 밸브(미도시됨); 상기 터보차저(4)의 부스트압력을 계측하는 부스트압력센서(미도시됨)를 구비하는 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법에 있어서:

상기 부스트압력센서에 의해 계측된 상기 터보차저(4)의 부스트압력값에 의해 에어 인테이크 공급량을 연산하는 단계(S10);

상기 연산된 에어 인테이크 공급량과, 상기 엔진(1)에서 요구되는 에어 인테이크 요구량의 대소 관계를 판단하는 단계(S20); 및

상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일한 경우(에어 인테이크 공급량 ≥ 에어 인테이크 요구량) 상기 밸브의 닫힘(close)에 의해 상기 추가 에어공급라인(6)을 폐쇄시키고(S30A), 상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우(에어 인테이크 공급량 〈 에어 인테이크 요구량) 상기 밸브의 열림(open)에 의해 상기 추가 에어공급라인(6)을 개방시키는 단계(S30B);를 포함한다.

상기 추가 에어공급라인(6)을 개방시킨 후, 상기 부스트압력센서에 의해 부스트압력값을 재차 계측하되, 재차 계측된 부스트압력값에 의해 상기 에어 인테이크 공급량을 연산하는 단계(S40)를 더 포함 수 있다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 의한 건설기계용 엔진 흡기장치 및 그 제어방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 부스트압력센서에 의해 계측된 상기 터보차저(4)의 부스트압력값에 의해 에어 인테이크 공급량을 연산한다(S10).

S20에서와 같이, 상기 부스트압력값에 의해 연산된 에어 인테이크 공급량과, 상기 엔진(1)의 연소실에서 요구되는 에어 인테이크 요구량의 대소 관계를 판단한다(S20). 상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일한 경우(에어 인테이크 공급량 ≥ 에어 인테이크 요구량)에 "S30A"로 진행하고, 상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우(에어 인테이크 공급량 〈 에어 인테이크 요구량)에는 "S30B"로 진행한다.

S30A에서와 같이, 상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일한 경우(에어 인테이크 공급량 ≥ 에어 인테이크 요구량)에, 상기 밸브(일 예로서 솔레노이드밸브가 사용됨)의 초기상태인 닫힘(close)에 의해 상기 추가 에어공급라인(6)을 폐쇄시킨다. 이로 인해 상기 에어클리너(3)를 통과하는 외부공기만이 상기 에어 인테이크 라인(2)을 통과하여 상기 터보차저(4)의 유입구에 공급될 수 있다.

S30B에서와 같이, 상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우(에어 인테이크 공급량 〈 에어 인테이크 요구량)에, 외부로부터 인가되는 전기적신호에 의해 상기 밸브를 열림(open)상태로 전환시킴에 따라 상기 추가 에어공급라인(6)을 개방시킬 수 있다. 이로 인해 상기 에어클리너(3)를 통과하는 외부공기가 상기 에어 인테이크 라인(2)을 통과하여 상기 터보차저(4)의 유입구에 공급되고, 또한 상기 압축공기공급원(7)으로부터 토출되는 압축공기가 상기 추가 에어공급라인(6)을 통과하여 상기 터보차저(4)의 유입구에 공급될 수 있다.

S40에서와 같이, 상기 밸브의 열림으로 인해 상기 추가 에어공급라인(6)을 개방시킨 후, 상기 부스트압력센서에 의해 터보차저(4)의 부스트압력값을 재차 계측한다.

상기 재차 계측된 부스트압력값에 의해 상기 에어 인테이크 공급량을 연산하되, 연산된 에어 인테이크 공급량에 따라, 상기 에어클리너(3) 및 에어 인테이크 라인(2)을 통과하는 외부공기를 상기 터보차저(4)의 유입구에 공급하거나, 또는 상기 에어클리너(3) 및 에어 인테이크 라인(2)을 통과하는 외부공기 및 상기 압축공기공급원(7)으로부터의 압축공기를 상기 추가 에어공급라인(6)을 통과시켜 터보차저(4)의 유입구에 공급하는 것을 과정을 반복할 수 있다.

1; 엔진
2; 에이 엔테이크 라인(air intake line)
3; 에어클리너(air cleaner)
4; 터보차저(turbo charger)
5; 인터쿨러
6; 추가 에어공급라인(additional air line)
7; 압축공기공급원(air compressor)

Claims (4)

1. 엔진;
   상기 엔진의 연소실에 에어 인테이크 라인을 통해 연결되며, 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 외부공기 중에 포함되는 이물질을 여과시키는 에어클리너;
   상기 엔진의 배기 매니폴드에 연결되고, 터빈의 회전시 상기 에어클리너를 통과하여 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축시키는 터보차저;
   상기 터보차저로부터 상기 엔진의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러;
   압축공기공급원으로부터의 압축공기를 상기 터보차저의 유입구에 선택적으로 공급하는 추가 에어공급라인;
   상기 추가 에어공급라인의 소정위치에 개폐가능하게 설치되는 밸브;
   상기 터보차저의 부스트압력을 계측하는 부스트압력센서, 상기 부스트압력센서에 의해 계측된 부스트압력값에 의해 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 엔진에서 요구되는 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일할 경우 상기 밸브의 닫힘에 의해 상기 추가 에어공급라인을 폐쇄시키고, 상기 에어 인테이크 공급량이 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우 상기 밸브의 열림에 의해 상기 추가 에어공급라인을 개방시킴;을 특징으로 하는 건설기계용 엔진 흡기장치.
2. 엔진; 상기 엔진의 연소실에 에어 인테이크 라인을 통해 연결되는 에어클리너; 상기 에어클리너를 통과하여 상기 엔진의 연소실에 흡입되는 흡입공기를 압축시키는 터보차저; 상기 터보차저로부터 상기 엔진의 연소실에 유입되는 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러; 압축공기공급원으로부터의 압축공기를 상기 터보차저의 유입구에 선택적으로 공급하는 추가 에어공급라인; 상기 추가 에어공급라인의 소정위치에 개폐가능하게 설치되는 밸브; 상기 터보차저의 부스트압력을 계측하는 부스트압력센서를 구비하는 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법에 있어서:
   상기 부스트압력센서에 의해 계측된 상기 터보차저의 부스트압력값에 의해 에어 인테이크 공급량을 연산하는 단계;
   상기 연산된 에어 인테이크 공급량과 상기 엔진에서 요구되는 에어 인테이크 요구량의 대소 관계를 판단하는 단계; 및
   상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 많거나 동일한 경우 상기 밸브의 닫힘에 의해 상기 추가 에어공급라인을 폐쇄시키고, 상기 연산된 에어 인테이크 공급량이 상기 에어 인테이크 요구량보다 적을 경우 상기 밸브의 열림에 의해 상기 추가 에어공급라인을 개방시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 밸브는 상기 추가 에어공급라인을 차단하는 초기상태와, 전기적신호의 인가시 상기 추가 에어공급라인을 개방시키도록 온 상태로 절환되는 솔레노이드밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 건설기계용 엔진 흡기장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 추가 에어공급라인을 개방시킨 후, 상기 부스트압력센서에 의해 부스트압력값을 재차 계측하되 재차 계측된 부스트압력값에 의해 상기 에어 인테이크 공급량을 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 엔진 흡기장치의 제어방법.

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