KR20160146242A - 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법 - Google Patents

터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 엔진 부압을 저장하는 진공챔버를 대신하여 브레이크 작동용 진공펌프의 부압을 이용하여 재순환 밸브를 용이하게 개폐 구동시킬 수 있도록 한 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 흡기매니폴드에 구성되는 진공챔버를 대신하여, 브레이크 작동을 위한 부압을 제공하는 진공펌프를 이용하여 재순환 밸브를 작동시킬 수 있도록 함으로써, 진공챔버 삭제에 따른 엔진 레이아웃 자유도를 향상시킬 수 있고, 제조원가 및 중량 감소를 도모할 수 있도록 한 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법{Device and method for operating RCV of turbo engine}
본 발명은 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 엔진 부압을 저장하는 진공챔버를 대신하여 브레이크 작동용 진공펌프의 부압을 이용하여 재순환 밸브를 용이하게 개폐 구동시킬 수 있도록 한 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.
엔진의 흡기측에 대기압보다 높은 압력으로 공기를 공급하면, 배기량이 동일한 엔진에서 연소실내에 충전되는 흡입 공기량이 증가하기 때문에 엔진 출력을 향상시킬 수 있는 점을 감안하여 터보차저 시스템이 채택되고 있다.
첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 터보차저 시스템은 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 운동에너지를 회수하여 엔진에 공급되는 흡기를 과급하기 위한 것으로서, 엔진 배기측에 장착되는 터보차저 터빈(12)과, 이 터보차저 터빈(12)과 동축으로 연결되어 흡기를 엔진에 과급하는 컴프레서(14) 등을 포함하여 구성된다.
따라서, 엔진의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스의 압력에 의하여 터보차저 터빈(12)이 회전하는 동시에 컴프레서(14)가 구동되고, 컴프레서(14)의 구동에 의하여 흡기공기가 엔진의 연소실로 가압 공급되는 과급이 이루어지고, 이러한 과급에 의하여 엔진의 연소실로 많은 양의 공기가 공급되어 흡기효율이 상승되고, 결국 엔진 출력을 향상시킬 수 있다.
한편, 가속페달을 밟음에 따른 엔진 가속 후 가속페달을 떼는 팁 아웃시, 스로틀 밸브가 닫히면서 엔진에 대한 공기 공급이 순간적으로 차단된다.
이에, 상기 스로틀 밸브가 급격하게 닫히면, 흡기 매니폴드(스로틀 밸브의 전단 위치)내의 흡입 공기는 터보차저 시스템의 컴프레서 출구부 압력을 급격히 상승시키고, 연이어 맥동파를 형성하면서 인터쿨러를 거쳐 컴프레서 측에 충격을 주는 동시에 서지 소음을 발생시킨다.
따라서, 흡기서지 압력을 제거해주는 것이 바람직하다.
상기 흡기서지 압력을 제거하는 방법으로서, 첨부한 도 1에서 보듯이 스로틀 밸브(16) 전단과 컴프레서(12)의 출구 사이의 흡기라인과, 흡기가 최초 유입되는 에어클리너(18)와 컴프레서(12)의 입구 사이의 흡기라인을 바이패스 라인(20)으로 연결하고, 이 바이패스 라인(20)에 재순환 밸브(22, RCV: recirculation valve)를 개폐 가능하게 장착하여, 서지 소음을 발생시키는 흡기공기의 압력을 컴프레서(12)의 전단으로 바이패스시켜 제거하는 방법이 사용되고 있다.
이때, 상기 재순환 밸브의 개폐 작동은 엔진 부압에 의하여 이루어진다.
여기서, 종래의 재순환 밸브 개폐를 위한 구성 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 종래의 재순환 밸브 개폐를 위한 구성을 도시한 개략도이고, 도 3은 종래의 재순환 밸브 개폐를 위한 작동 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 2에서 보듯이, 종래에는 재순환 밸브의 개폐 작동을 위한 엔진 부압을 저장하기 위하여, 흡기매니폴드(30)에 별도의 진공챔버(32)가 구성되고, 부압이 새지 않도록 진공챔버에 체크밸브(34)가 장착된다.
따라서, 상기 흡기 매니폴드의 런너내에 엔진 부압이 생성되는 단계와, 생성된 엔진 부압이 흡기 매니폴드에 형성된 진공챔버내에 저장되는 단계와, 재순환 밸브의 작동을 위한 제어신호를 인가하는 단계와, 진공챔버내에 저장된 엔진 부압에 의하여 재순환 밸브가 열림 작동하는 단계를 통하여, 흡기공기가 컴프레서의 전단으로 바이패스된다.
그러나, 흡기매니폴드의 내부에 진공챔버를 별도로 구성할 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 흡기매니폴드에 진공챔버를 일체로 성형하기 위한 금형 설계시, 흡기매니폴드의 런너와 다른 별도의 공간에 진공챔버가 구성되어야 하므로, 전체 흡기매니폴드의 셸(SHELL) 구조도 늘어나게 되는 등, 결국 엔진 전체 크기가 증가하는 요인이 된다.
둘째, 터보챠저 엔진의 경우, 가속시에는 흡기매니폴드 내부에 부압이 형성되지 않으므로, 계속 감속 및 가속이 반복될 때 재순환 밸브의 작동에 문제가 없도록 진공챔버의 용량도 크게 가져갈수록 유리하며, 이러한 점을 감안하면 진공챔버 크기가 커질 수 밖에 없고, 결국 엔진룸내 레이아웃 문제를 비롯하여 원가 및 중량상승을 초래하는 문제점이 따른다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 흡기매니폴드에 구성되는 진공챔버를 대신하여, 브레이크 작동을 위한 부압을 제공하는 진공펌프를 이용하여 재순환 밸브를 작동시킬 수 있도록 함으로써, 진공챔버 삭제에 따른 엔진 레이아웃 자유도를 향상시킬 수 있고, 제조원가 및 중량 감소를 도모할 수 있도록 한 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 터보차저용 컴프레서의 입구측 흡기라인과 출구측 흡기라인 사이에 연결되는 바이패스 라인과, 이 바이패스 라인에 개폐 가능하게 장착되는 재순환 밸브를 포함하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치에 있어서, 상기 재순환 밸브에 브레이크 작동을 위한 진공펌프를 연결하여서, 진공펌프의 부압에 의하여 재순환 밸브가 열림 작동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 가속페달에서 발을 떼는 팁 아웃에 따라 스로틀 밸브가 닫히는 단계와; 터보차저용 컴프레서의 입구측 흡기라인과 출구측 흡기라인 사이에 장착된 재순환 밸브에 작동을 위한 제어신호가 인가되는 단계와, 상시 작동되는 브레이크 작동용 진공펌프의 부압이 재순환 밸브로 공급되는 단계와; 흡기공기가 컴프레서의 입구측 흡기라인으로 바이패스되도록 진공펌프의 부압에 의하여 재순환 밸브가 열림 작동하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 브레이크 작동용 진공펌프는 엔진의 흡기용 캠샤프트의 회전에 따라 엔진 시동후 상시 부압을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 브레이크 작동용 진공펌프의 부압은 사용자가 가속페달에서 발을 떼는 팁 아웃시 재순환 밸브로 공급되고, 브레이크 페달을 밟았을 때 브레이크 작동기구로 공급되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 흡기매니폴드에 구성되는 진공챔버를 대신하여, 브레이크 작동을 위한 부압을 제공하는 진공펌프를 이용하여 재순환 밸브를 작동시킬 수 있도록 함으로써, 컴프레서 출구부 압력을 급격히 상승시키던 흡기를 컴프레서의 입구부로 용이하게 바이패스시킬 수 있고, 그에 따라 흡기 서지압에 따른 서지소음 등을 억제시킬 수 있다.
둘째, 기존의 진공챔버를 흡기 매니폴드로부터 배제 가능하고, 엔진 전체 크기가 다운 사이징되어 엔진 레이아웃 자유도를 향상시킬 수 있고, 흡기매니폴드로부터 진공펌프를 배제함에 따라 제조원가 및 중량 감소를 도모할 수 있다.
도 1은 터보차저 시스템을 포함하는 엔진의 흡배기계 구성을 도시한 개략도,
도 2는 종래의 재순환 밸브 개폐를 위한 구성을 도시한 개략도,
도 3은 종래의 재순환 밸브 개폐를 위한 작동 흐름을 나타낸 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 재순환 밸브 개폐를 위한 구성을 도시한 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 재순환 밸브 개폐를 위한 작동 흐름을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1을 참조로 전술한 바와 같이, 스로틀 밸브(16) 전단과 컴프레서(12)의 출구 사이의 흡기라인과, 흡기가 최초 유입되는 에어클리너(18)와 컴프레서(12)의 입구 사이의 흡기라인을 바이패스 라인(20)으로 연결하고, 이 바이패스 라인(20)에 재순환 밸브(22, RCV: recirculation valve)를 개폐 가능하게 장착하여, 서지 소음을 발생시키는 흡기공기의 압력을 컴프레서(12)의 전단으로 바이패스시켜 제거하는 방법이 사용되고 있다.
이때, 본 발명에 따른 재순환 밸브의 개폐 작동은 진공펌프의 부압에 의하여 이루어진다.
여기서, 본 발명에 따른 재순환 밸브 개폐를 위한 구성 및 동작을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 4는 본 발명에 따른 재순환 밸브 개폐를 위한 구성을 도시한 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 재순환 밸브 개폐를 위한 작동 흐름을 나타낸 순서도이다.
터보차저용 컴프레서의 입구측 흡기라인과 출구측 흡기라인이 바이패스 라인으로 연결되고, 이 바이패스 라인에 재순환 밸브가 개폐 가능하게 장착된 상태에서, 상기 재순환 밸브(22)에 브레이크 작동을 위한 진공펌프(36)를 직접 연결시킨다.
상기 브레이크 작동용 진공펌프(36)는 엔진의 흡기용 캠샤프트쪽에 취부되어, 엔진 시동후 흡기용 캠샤프트의 회전에 따라 작동하면서 상시 부압을 생성한다.
이때, 상기 브레이크 작동용 진공펌프(36)의 부압은 운전자가 브레이크 페달을 밟았을 때와, 운전자가 가속페달에서 발을 떼는 팁-아웃시 서로 구분되어 사용될 수 있다.
즉, 상기 브레이크 작동용 진공펌프(36)의 부압은 사용자가 가속페달에서 발을 떼는 팁 아웃시 재순환 밸브(22)로 공급되고, 브레이크 페달을 밟았을 때 브레이크 작동기구(예를 들어, 부스터)로 공급되므로, 진공펌프(36)의 부압을 2곳 이상에서 동시에 사용되지 않게 되고, 결국 팁 아웃시 재순환 밸브(22)로 부압을 원활하게 공급할 수 있다.
바람직하게는, 팁 아웃시 가속페달을 떼는 정도 즉, 가속페달을 떼는 정도의 척도인 페달개도량 미분값을 반영하여, 페달개도량 미분값이 일정값 이상일 때 재순환 밸브(22)에 부압을 공급할 수 있도록 한다.
따라서, 운전자가 가속페달에서 발을 떼는 팁 아웃에 따라 스로틀 밸브가 닫히면, 터보차저용 컴프레서의 입구측 흡기라인과 출구측 흡기라인 사이에 장착된 재순환 밸브(22)에 작동을 위한 제어신호가 인가되고, 상기와 같이 상시 작동되는 브레이크 작동용 진공펌프(36)의 부압이 재순환 밸브(22)로 공급되면, 진공펌프(36)의 부압에 의하여 재순환 밸브(22)가 순간적으로 열림 작동된다.
이에 따라, 컴프레서 출구부 압력을 급격히 상승시키던 흡기의 일부가 순간적으로 열림 작동된 재순환밸브(22)를 통과하여 컴프레서의 입구부로 용이하게 바이패스되고, 그에 따라 컴프레서의 출구부에서의 흡기압력이 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있으며, 또한 터보차저용 컴프레서에 의한 흡기 과급으로 인하여 흡기 서지압 및 서지 소음을 억제시킬 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 기존에 흡기매니폴드에 구성되는 진공챔버를 대신하여, 브레이크 작동을 위한 부압을 제공하는 진공펌프를 이용하여 재순환 밸브를 작동시킬 수 있도록 함으로써, 진공챔버 배제에 따른 엔진 레이아웃 자유도를 향상시킬 수 있고, 흡기매니폴드로부터 진공펌프를 배제함에 따라 제조원가 및 중량 감소를 도모할 수 있다.
10 : 엔진
12 : 터보차저 터빈
14 : 컴프레서
16 : 스로틀 밸브
18 : 에어클리너
20 : 바이패스 라인
22 : 재순환 밸브
30 : 흡기매니폴드
32 : 진공챔버
34 : 체크밸브
36 : 진공펌프

Claims (5)

  1. 터보차저용 컴프레서의 입구측 흡기라인과 출구측 흡기라인 사이에 연결되는 바이패스 라인과, 이 바이패스 라인에 개폐 가능하게 장착되는 재순환 밸브를 포함하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치에 있어서,
    상기 재순환 밸브에 브레이크 작동을 위한 진공펌프를 연결하여서, 진공펌프의 부압에 의하여 재순환 밸브가 열림 작동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 장치.
  2. 가속페달에서 발을 떼는 팁 아웃에 따라 스로틀 밸브가 닫히는 단계와;
    터보차저용 컴프레서의 입구측 흡기라인과 출구측 흡기라인 사이에 장착된 재순환 밸브에 작동을 위한 제어신호가 인가되는 단계와,
    상시 작동되는 브레이크 작동용 진공펌프의 부압이 재순환 밸브로 공급되는 단계와;
    흡기공기가 컴프레서의 입구측 흡기라인으로 바이패스되도록 진공펌프의 부압에 의하여 재순환 밸브가 열림 작동하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 브레이크 작동용 진공펌프는 엔진의 흡기용 캠샤프트의 회전에 따라 엔진 시동후 상시 부압을 생성하는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 브레이크 작동용 진공펌프의 부압은 사용자가 가속페달에서 발을 떼는 팁 아웃시 재순환 밸브로 공급되고, 브레이크 페달을 밟았을 때 브레이크 작동기구로 공급되는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    팁 아웃시 가속페달을 떼는 정도의 척도인 페달개도량 미분값이 일정값 이상일 때 재순환 밸브에 부압이 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진의 재순환 밸브 구동 방법.
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