KR20180058878A - 차량용 에어컴프레서 제어시스템 및 방법 - Google Patents

차량용 에어컴프레서 제어시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어컴프레서의 차징시 발생하는 소음을 저감하기 위한 기술에 관한 것으로, 에어컴프레서에 유입되는 흡기량을 조절하는 흡기조절밸브; 상기 에어컴프레서에 의해 압축된 압축공기가 저장되는 에어탱크; 및 상기 에어탱크 내에 압축공기의 충진이 필요한 차징조건 만족시, 엔진회전수에 따라 흡기조절밸브의 개도상태를 가변하여 제어하는 제어기;를 포함하여 구성되는 차량용 에어컴프레서 제어시스템 및 방법이 소개된다.

Description

차량용 에어컴프레서 제어시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING AIR COMPRESSOR OF VEHICLES}
본 발명은 에어컴프레서의 차징시 발생하는 소음을 저감하기 위한 차량용 에어컴프레서 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
대형 상용차량의 엔진에서 에어컴프레서는 브레이크 뿐만 아니라 각종 편의장치에 사용되기 때문에 에어컴프레서의 용량은 계속적으로 증대되는 추세에 있다.
다만, 에어컴프레서의 용량이 증가할수록 에어컴프레서의 동작에 따른 토크변동이 커지고, 이로 인해 기어트레인의 각가속도 변동량을 증대시키게 되어, 기어 래틀소음을 증가시키는 주 원인이 되고 있다.
한편, 상용 차량의 배기규제가 강화됨에 따라 기존 EUI(Electronic Unit Injector) 분사시스템에서 커먼레일 시스템으로 전환되고 있다.
이 같은, EUI 분사시스템은 엔진 연소음이 크기 때문에 에어컴프레서 차징시 발생하는 래틀소음이 마스킹되어 문제가 되지 않는다. 하지만, 커먼레일 시스템으로 전환되면서 연소음이 크게 개선되면서, 오히려 에어컴프레서 차징시 발생하는 래틀소음이 부각되는 문제가 발생되고 있다.
이 같은 차징으로 인한 기어 래틀소음을 줄이기 위해서는 근본적으로 에어컴프레서의 용량을 축소하거나, 기어백래쉬 축소, 기어트레인 이너시아 증대 등의 방안이 있을 수 있지만, 현실적으로 적용할 수 있는 부분이 제한적이고 원가상승 및 중량증대에 대한 위험부담이 큰 단점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2005-264886 A
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 에어컴프레서의 차징시 발생하는 소음을 저감하기 위한 차량용 에어컴프레서 제어시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제어시스템의 구성은, 에어컴프레서에 유입되는 흡기량을 조절하는 흡기조절밸브; 상기 에어컴프레서에 의해 압축된 압축공기가 저장되는 에어탱크; 및 상기 에어탱크 내에 압축공기의 충진이 필요한 차징조건 만족시, 엔진회전수에 따라 흡기조절밸브의 개도상태를 가변하여 제어하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 흡기조절밸브는, 상기 에어컴프레서의 전단에 배치될 수 있다.
상기 에어탱크 내부의 압력을 측정하는 압력센서;를 더 포함하고, 상기 제어기는, 상기 에어탱크 내부의 압력에 따라 차징조건을 만족하는지 여부를 판단할 수있다.
상기 제어기는, 상기 차징조건을 만족하고 엔진회전수가 아이들회전수인 경우, 흡기조절밸브를 일부 폐쇄상태로 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 차징조건을 만족하고 엔진회전수가 아이들회전수가 아닌 경우, 흡기조절밸브를 완전 개방상태로 제어할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 차징조건 불만족시, 흡기조절밸브를 완전 개방상태로 제어하면서, 에어컴프레서에 의한 공기 압축작동을 제한하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 제어방법의 구성은, 에어탱크 내에 압축공기의 충진이 필요한 차징조건을 만족하는지 판단하는 차징판단단계; 상기 차징조건 만족시, 엔진회전수에 따라 흡기조절밸브의 개도상태를 가변하여 에어컴프레서에 유입되는 흡기량을 조절하는 흡기량조절단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 엔진 아이들 상태에서 에어컴프레서의 차징 작동이 필요한 경우, 흡기조절밸브를 작동하여 에어컴프레서에 유입되는 흡기유량을 축소시킴으로써, 토크 변동의 저감을 통해 기어 래틀소음을 저감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 에어컴프레서 제어시스템을 이루는 구성요소들을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 에어컴프레서 제어방법의 제어 흐름을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따라 에어컴프레서의 압축 제한 작동에 적용 가능한 구조를 예시하여 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 차량용 에어컴프레서 제어시스템은, 에어컴프레서(20)와, 흡기조절밸브(10)와, 에어탱크(40) 및 제어기(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 에어컴프레서(20)는 상용 차량의 엔진의 크랭크축 회전에 연동하여 작동되는 것으로, 통상 엔진의 피스톤 작동과 유사한 왕복형 피스톤을 이용하여 압축공기를 생성할 수 있다.
그리고, 흡기조절밸브(10)는 상기 에어컴프레서(20)에 유입되는 흡기량을 조절하는 것으로, 예컨대 신기가 유입되는 에어클리너(11)와 에어컴프레서(20) 사이의 흡기라인 상에 배치되어, 제어기(50)의 제어신호에 따라 개도량이 조절될 수 있다.
바람직하게는, 상기 흡기조절밸브(10)는 상기 에어컴프레서(20)의 전단에 배치되어, 에어컴프레서(20) 내부에 유입되는 흡기유량을 조절할 수 있다.
에어탱크(40)는, 상기 에어컴프레서(20)에 의해 만들어진 압축공기를 저장할 수 있다.
특히, 제어기(50)는 상기 에어탱크(40) 내에 압축공기의 충진이 필요한 차징조건을 만족하는 경우, 엔진회전수에 따라 흡기조절밸브(10)의 개도상태를 가변하여 제어할 수 있다.
이때에, 상기 제어기(50)는 에어탱크(40) 내부의 압력에 따라 차징조건을 만족하는지 여부를 판단하게 되는바, 본 발명에서는 상기 에어탱크(40) 내부의 공기 압력을 측정하기 위한 압력센서(41)가 더 구비될 수 있다.
예컨대, 상기 에어탱크(40) 내부의 압력이 설정압력 미만인 경우 차징조건을 만족하여 차징이 필요한 것으로 판단할 수 있고, 반대로 에어탱크(40) 내부의 압력이 설정압력 이상인 경우에는 차징조건을 불만족하여 차징이 불필요한 것으로 판단할 수 있다.
이에, 상기 제어기(50)는, 상기 차징조건을 만족하고 엔진회전수가 아이들회전수인 경우, 흡기조절밸브(10)를 일부 폐쇄상태로 제어하는 래틀저감모드로 작동할 수 있다.
즉, 엔진 아이들시는 여타 주행 상황에 비해 정숙한 운전이 이루어져 소음이 마스킹되기 어렵다.
이에, 엔진 아이들 상태에서 에어컴프레서(20)의 차징 작동이 필요한 경우, 흡기조절밸브(10)를 작동하여 개도량을 축소함으로써, 에어컴프레서(20)에 유입되는 흡기유량을 축소시키게 된다. 이에 따라, 에어컴프레서(20)의 압축비가 저감되어 부하가 감소하고 토크 변동이 저감됨으로써, 기어트레인의 각가속도 변동량이 감소되는바, 래틀소음이 저감된다.
더불어, 본 발명에서는 상기 차징조건을 만족하고 엔진회전수가 아이들회전수가 아닌 경우, 상기 제어기(50)를 통해 흡기조절밸브(10)를 완전 개방상태로 제어하는 정상모드로 작동할 수 있다.
즉, 엔진 아이들상태 이 외의 주행상황의 경우에는, 흡기조절밸브(10)의 개도량을 풀오픈 상태로 작동함으로써, 에어컴프레서(20)에 정상적으로 흡기유량이 유입되도록 하면서 차징 작동하게 된다.
아울러, 상기 차징조건 불만족시에는, 흡기조절밸브(10)를 완전 개방상태로 제어하면서, 에어컴프레서(20)에 의한 공기 압축작동을 제한하도록 제어하는 연비모드로 작동할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하여, 상기 에어컴프레서(20)에 의한 공기 압축작동을 제한하는 방식에 대해 예시하여 설명하면, 본 발명에서는 에어컴프레서(20)에서 압축된 공기가 전자식 에어 프로세싱 유닛(30)(E-APU)을 통해 에어탱크(40)에 저장될 수 있고, 에어컴프레서(20)에는 그 헤드부(21)에 설치된 개폐밸브(23)의 작동을 통해서 공기의 압축작용이 발생하는 인접한 실린더끼리 상호 연통되는 상태로 개방 가능하게 구성될 수 있다.(미설명부호 C는 쿨러로서 에어컴프레셔로부터 발생된 이물질이 E-APU에 유입되는 것을 방지하고, 압축공기 온도를 냉각함)
여기서, 상기 전자식 에어 프로세싱 유닛(30)에 대해 간단히 살펴보면, CAN통신을 통해 제어기(50)로부터 차량 정보를 제공받아서, 에어공급을 최적화하여 제어(연비 효과)하고, 공기 통과유량을 파악하여 이를 능동적으로 제습함으로써 공기의 상태를 최적화하여 공급하는 장치이다.
즉, 에어탱크(40) 내부의 압력이 설정압력 이상이 되어 차징이 완료되면, 상기 전자식 에어 프로세싱 유닛(30)에서 압축공기를 에어컴프레서(20)의 개폐밸브(23)로 공급하고, 이 압축공기의 힘으로 개폐밸브(23)가 작동되면서 각 실린더에 형성된 기통홀이 서로 연통되는바, 인접한 2개의 실린더가 연통된다.
이에, 에어컴프레서(20)의 피스톤이 왕복운동되더라도, 실린더 내부의 공기가 개폐밸브(23)를 통해 인접한 다른 실린더 내부로 유동되기 때문에 공기 압축량이 크게 축소되어 엔진이 받는 부하가 작아지게 되고, 이에 연비가 향상될 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 차량용 에어컴프레서 제어방법은, 차징판단단계와, 흡기량조절단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 차징판단단계에서는, 에어탱크(40) 내에 압축공기의 충진이 필요한 차징조건을 만족하는지 판단할 수 있다.
그리고, 상기 흡기량조절단계에서는, 상기 차징조건 만족시, 엔진회전수에 따라 흡기조절밸브(10)의 개도상태를 가변하여 에어컴프레서(20)에 유입되는 흡기량을 조절할 수 있다.
도 2를 참조하여, 에어컴프레서(20)의 작동을 제어하는 과정을 상세하게 설명하면, 먼저 에어탱크(40) 내부의 압력을 차징작동 여부의 기준이 되는 설정압력과 비교한다(S10).
비교 결과 에어탱크(40) 내부의 압력이 설정압력 미만시, 차징이 필요한 것으로 판단하고, 설정압력 이상시에는 차징이 불필요한 것으로 판단한다.
이에, 차징이 불필요한 경우, 흡기조절밸브(10)를 완전 개방 제어하면서 공기의 압축을 제한하는 연비모드로 작동 제어한다(S50).
한편, S10단계의 판단 결과, 차징이 필요한 경우 현재 엔진회전수가 아이들회전수인지 판단한다(S20).
판단 결과, 현재 엔진회전수가 아이들회전수인 경우, 흡기조절밸브(10)를 일부 폐쇄 제어하면서 공기를 압축하는 래틀저감모드로 작동 제어한다(S30).
반면, 현재 엔진회전수가 아이들회전수가 아닌 경우, 흡기조절밸브(10)를 완전 개방 제어하면서 공기를 압축하는 정상모드로 작동 제어한다(S40).
상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진 아이들 상태에서 에어컴프레서(20)의 차징 작동이 필요한 경우, 흡기조절밸브(10)를 작동하여 개도량을 축소함으로써, 에어컴프레서(20)에 유입되는 흡기유량을 축소시킨다. 따라서, 에어컴프레서(20)의 압축비가 저감되어 부하가 감소되고, 토크 변동이 저감됨으로써, 기어 래틀소음이 저감된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 흡기조절밸브 20 : 에어컴프레서
23 : 개폐밸브 30 : 전자식 에어 프로세싱 유닛
40 : 에어탱크 41 : 압력센서
50 : 제어기

Claims (7)

  1. 에어컴프레서에 유입되는 흡기량을 조절하는 흡기조절밸브;
    상기 에어컴프레서에 의해 압축된 압축공기가 저장되는 에어탱크; 및
    상기 에어탱크 내에 압축공기의 충진이 필요한 차징조건 만족시, 엔진회전수에 따라 흡기조절밸브의 개도상태를 가변하여 제어하는 제어기;를 포함하는 차량용 에어컴프레서 제어시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기조절밸브는, 상기 에어컴프레서의 전단에 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컴프레서 제어시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 에어탱크 내부의 압력을 측정하는 압력센서;를 더 포함하고,
    상기 제어기는,
    상기 에어탱크 내부의 압력에 따라 차징조건을 만족하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컴프레서 제어시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 차징조건을 만족하고 엔진회전수가 아이들회전수인 경우, 흡기조절밸브를 일부 폐쇄상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컴프레서 제어시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 차징조건을 만족하고 엔진회전수가 아이들회전수가 아닌 경우, 흡기조절밸브를 완전 개방상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컴프레서 제어시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 차징조건 불만족시, 흡기조절밸브를 완전 개방상태로 제어하면서, 에어컴프레서에 의한 공기 압축작동을 제한하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컴프레서 제어시스템.
  7. 에어탱크 내에 압축공기의 충진이 필요한 차징조건을 만족하는지 판단하는 차징판단단계;
    상기 차징조건 만족시, 엔진회전수에 따라 흡기조절밸브의 개도상태를 가변하여 에어컴프레서에 유입되는 흡기량을 조절하는 흡기량조절단계;를 포함하는 차량용 에어컴프레서 제어방법.
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