KR20230017945A - 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치 - Google Patents

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신재석
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Abstract

본 발명은 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치에 관한 것으로, 타행 주행 시 보조 브레이크가 발생하는 제동력을 충분히 확보하면서 상기 보조 브레이크의 제동력 확보로 인한 배기가스의 온도 저하를 방지하도록 한 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치를 제공하는데 목적이 있다.

Description

디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치 {Device for preventing braking power decrease of diesel engine system}
본 발명은 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치에 관한 것으로, 상세하게는 보조 브레이크가 발생하는 제동력을 충분히 확보하면서 상기 보조 브레이크의 제동력 확보로 인한 배기가스의 온도 저하를 방지하기 위한 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진을 탑재한 차량은 엔진 배기가스에 포함되어 있는 유해성분의 대기 배출을 저감하기 위하여 엔진 배기라인에 촉매 컨버터를 구비한다.
상기 촉매 컨버터는 촉매를 이용하여 엔진 배기가스에 포함된 유해성분을 무해한 성분으로 산화시키거나 환원시켜 정화하는 장치이다.
상기 촉매 컨버터를 이용한 유해성분의 정화를 위해서는 배기가스의 온도를 적정한 온도 범위 이내로 유지시켜야 한다. 배기가스의 온도가 적정 범위 내로 유지되지 못하고 하강하면, 대기로 배출되는 배기가스 내 유해물질량이 증가하게 된다.
한편, 대형트럭이나 버스와 같은 상용 차량의 운전자는, 가속페달의 작동을 해제하고 타행 주행을 할 때, 차량 무게에 의해 증가하는 주행속도를 조절하기 위하여 보조 브레이크를 작동시킨다.
상기 보조 브레이크는 흡기, 압축, 폭발, 배기의 4행정으로 동작하는 디젤 엔진을 탑재한 차량에서 사용하는 엔진 브레이크와 리타더(retarder) 등이 있다. 그리고 상기 엔진 브레이크는 배기(exhaust) 브레이크와 제이크(jake) 브레이크가 있다.
상용 차량은 보조 제동력을 증대시키기 위하여 다양한 조합으로 보조 제동 시스템을 구성하고 있다. 예를 들어, 보조 제동 시스템은 리타더와 제이크 브레이크로 구성될 수 있고 또는 리타더와 배기 브레이크로 구성될 수 있다.
상기 제이크 브레이크와 배기 브레이크는 엔진의 흡기 및 배기의 유동 저항을 높임에 의해 제동력을 발생시키므로 고유량의 배기 유동이 발생해야만 필요한 제동력을 확보할 수 있다.
그러나, 배기 브레이크 및 제이크 브레이크의 제동력을 확보하기 위하여 배기 유량을 증가시키는 경우, 배기가스의 온도가 하강하게 된다. 배기가스의 온도 하강은 대기로 배출되는 배기가스 내 유해물질의 함량 증가를 초래하게 된다.
그렇다고 배기 브레이크 및 제이크 브레이크의 작동 시 배기가스의 온도 하강을 방지하기 위하여 배기 유량을 감소시키게 되면 차량의 제동력이 감소되는 것을 회피할 수 없게 된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 타행 주행 시 보조 브레이크가 발생하는 제동력을 충분히 확보하면서 상기 보조 브레이크의 제동력 확보로 인한 배기가스의 온도 저하를 최대한 방지하도록 한, 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치를 제공하는데 목적이 있다.
이에 본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여: 변속기의 출력을 소모하도록 선택적으로 작동됨에 의해 제동력을 발생하는 리타더와, 엔진에서 배출되는 배기가스의 유동 저항을 증가시키도록 선택적으로 작동됨에 의해 제동력을 발생하는 엔진 브레이크를 포함하는 보조 브레이크; 엔진 흡기라인과 엔진 배기라인의 유로를 개폐하는 가스유량제어유닛 ; 및 타행 주행 중 상기 보조 브레이크가 작동되면, 운전자가 상기 보조 브레이크에 요구하는 요구제동력과 상기 리타더에 의해 발생하는 제동력 간에 차이인 제1제동력차이를 정해진 기준제동력과 비교하는 제어유닛;을 포함하며, 상기 제어유닛은 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 미만이면 상기 가스유량제어유닛의 개도율을 상기 제1제동력차이 및 엔진 속도를 기준으로 결정하고 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 제어유닛은, 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 미만인 경우 엔진 속도를 정해진 기준속도와 비교할 수 있으며, 엔진 속도가 상기 기준속도 미만이면 상기 가스유량제어유닛의 개도율을 상기 제1제동력차이와 엔진 속도를 기준으로 결정하여 제어하고, 엔진 속도가 상기 기준속도 이상이면 엔진 흡기라인의 흡입공기 유량과 엔진 배기라인의 배기가스 유량을 최대화하도록 상기 가스유량제어유닛의 개도율을 결정하고 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스유량제어유닛은 엔진 배기라인과 엔진 흡기라인을 연결하는 배기 재순환라인의 유로를 개폐하는 이지알 밸브를 포함하며, 상기 엔진 배기라인으로 배출된 배기가스의 일부는 상기 이지알 밸브의 개도율에 따라 배기 재순환라인 및 엔진 흡기라인으로 유입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스유량제어유닛은 터보차저를 포함한다. 상기 터보차저는: 엔진 배기라인에 배치되어 배기가스에 의해 구동되는 터빈; 엔진 흡기라인에 배치되어 상기 터빈에 연동하여 구동되고, 상기 엔진 흡기라인으로 유입되는 흡입공기를 압축하는, 컴프레서; 및 상기 터빈에 구비되어 터빈으로 공급되는 배기가스의 유량을 조절하는 베인;을 포함하여 구성되며, 상기 베인의 개도율에 따라 터빈의 하류에 배치된 촉매 컨버터쪽으로 흐르는 배기가스의 유량이 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스유량제어유닛은 엔진 흡기라인에 설치된 흡기밸브를 포함하며, 상기 흡기밸브의 개도율에 따라 엔진 흡기라인으로 유입되는 흡입공기의 유량이 조절되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 이상이면, 상기 이지알 밸브의 개도율을 정해진 제1개도율로 제어하고, 상기 베인의 개도율을 정해진 제2개도율로 제어하면서 상기 흡기밸브의 개도율을 정해진 제3개도율로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유닛은, 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 미만인 경우 엔진 속도가 상기 기준속도 이상이면, 상기 이지알 밸브의 개도율을 정해진 제1개도율로 제어하고, 상기 베인의 개도율을 정해진 제2개도율로 제어하면서 상기 흡기밸브의 개도율을 정해진 제3개도율로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 촉매 컨버터는 상기 터빈을 통과하여 유입되는 배기가스를 정화하도록 구성된 것임을 특징으로 한다.
상기한 과제의 해결 수단에 의하면 본 발명은, 타행 주행 시 보조 브레이크가 발생하는 제동력을 충분히 확보함으로써 주행 안정성을 증대하는 동시에, 상기 보조 브레이크의 제동력 확보로 인한 배기가스의 온도 저하를 최대한 방지함으로써 대기로 배출되는 배기가스 내 유해물질량을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진 시스템의 구성을 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진 시스템에 적용되는 보조 브레이크를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치를 도시한 도면
도 4는 본 발명에 따른 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 방법을 도시한 도면
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예를 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디젤 엔진 시스템은 디젤 엔진(100)과 보조 브레이크(110) 및 가스유량제어유닛(120) 등을 포함하여 구성된다.
디젤 엔진(100)은 연료 연소 시 발생하는 배기가스를 배기 매니폴드(106)를 통해 엔진 배기라인(101)으로 배출하며, 상기 엔진 배기라인(101)은 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물(NOx) 등의 유해물질을 정화하기 위하여 촉매 컨버터(140)가 배치 구비된다.
상기 촉매 컨버터(140)는, 배기가스의 유동방향을 기준으로 터보차저(122)에 구비된 터빈(123)의 하류에 배치되며, 터빈(123)을 통과하여 공급되는 배기가스를 정화하도록 구성된다. 상기 촉매 컨버터(140)는 SCR(Selective Catalyst Reduction) 장치라고도 칭한다.
보조 브레이크(110)는 차륜(105)에 직접 제동력을 제공하는 주브레이크(service brake)와 별도로 차량에 구비되는 제동장치이다. 보조 브레이크(110)는 제동력의 증대를 위하여 다양한 조합으로 구성될 수 있다. 상기 차량은 상용 차량일 수 있다.
구체적으로 보조 브레이크(110)는 엔진 배기계 등에 구비되는 엔진 브레이크(111)와 엔진 동력전달계에 구비되는 리타더(114)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 엔진 브레이크(111)는 배기 브레이크(112)와 제이크 브레이크(113) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
배기 브레이크(112)는 엔진 배기라인(101)에 구비되어 디젤 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 유동 저항을 증가시키도록 선택적으로 작동됨으로써 제동력을 발생하는 장치이다. 이러한 배기 브레이크(112)는 엔진 배기라인(101)의 가스 유로를 개폐하는 배기밸브일 수 있다.
예를 들어, 배기 브레이크(112)는 디젤 엔진(100)의 폭발 행정이 일어난 후 배기밸브를 강제로 닫아 디젤 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 유동을 방해함으로써 제동력을 발생시킬 수 있다.
제이크 브레이크(113)는 배기 브레이크(112)와 마찬가지로 배기가스의 유동 저항을 증가시키도록 선택적으로 작동됨으로써 제동력을 발생하는 장치이다. 이때 제이크 브레이크(113)는 엔진 배기라인(101)이 아니라 디젤 엔진(100) 내부에 구비되는 밸브일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 리타더(114)는 변속기(104)에 장착되어 변속기(104)의 출력을 소모하도록 선택적으로 작동됨으로써 제동력을 발생하는 장치이다. 변속기(104)는 디젤 엔진(100)에서 발생하는 동력을 속도에 따라 필요한 회전력으로 바꾸어 차륜(105)측으로 전달하는 장치이다.
상기 리타더(114)는, 변속기(104)의 출력축에 연결되어 회전하는 로터와 상기 로터의 외측에 배치된 스테이터로 구성된 유체 클러치일 수 있다. 상기 로터는 변속기(104)의 출력축과 함께 회전하도록 구성되며, 상기 로터와 스테이터 사이 공간에 선택적으로 작동유체가 공급된다. 상기 로터는 작동유체 내에서 회전하는 경우 유체의 점성저항으로 인하여 회전저항이 발생하고 그에 따라 변속기(104)의 출력을 소모한다. 즉, 리타더(114)는 상기 로터가 작동유체 내에서 회전하면서 변속기(104)의 출력을 소모하도록 구성된 장치이다. 리타더(114)는 변속기(104)의 출력을 소모함에 의하여 결과적으로 디젤 엔진(100)의 동력을 손실시켜 제동력을 발생한다.
이러한 리타더(114)는 통상적으로 상기 로터와 스테이터의 밀접도를 검출하는 센서를 구비할 수 있다. 리타더(114)의 센서가 검출한 신호는 제어유닛(130)에 전송될 수 있으며, 제어유닛(130)은 리타더(114)에 구비된 센서가 전송하는 신호를 기반으로 리타더(114)에 의하여 발생하는 제동력을 산출하도록 구성될 수 있다.
상기 리타더(114)는 로터가 작동유체 내에서 회전하면서 변속기(104)의 출력을 소모함에 따라 열이 발생하게 되며, 그 발열량이 한계 열량 이상이 되면 제동력이 감소하게 된다. 따라서, 리타더(114)가 장시간 구동되는 경우, 초기에는 운전자의 요구제동력을 만족시킬 수 있으나 일정 시간이 경과하여 리타더(114)의 발열량이 한계 열량에 도달하면 운전자의 요구제동력에 미달하는 제동력을 발생하게 된다.
상기 제어유닛(130)은 차량 내 기구비되어 있는 제어기일 수 있다. 또한, 제어유닛(130)은 차량 내 구비되어 있는 둘 이상의 제어기로 구성될 수도 있다.
보조 브레이크(110)는 차량 실내에 구비된 작동레버(115)를 조작함에 의해 작동시킬 수 있다. 운전자가 작동레버(115)를 조작하여 보조 브레이크(110)를 작동시키면 엔진 브레이크(111)와 리타더(114)가 함께 작동하여 제동력을 발생하게 된다.
가스유량제어유닛(120)은 엔진 흡기라인(102)의 가스 유로와 엔진 배기라인(101)의 가스 유로를 개폐하는 장치이다. 도 3에 보듯이 가스유량제어유닛(120)은, 이지알(EGR: exhaust gas recirculation) 밸브(121)와 터보차저(122) 및 흡기밸브(126)를 포함한다.
이지알 밸브(121)는 배기 재순환라인(103)의 유로를 개폐하도록 구성된다. 배기 재순환라인(103)은 엔진 배기라인(101)과 엔진 흡기라인(102)을 연결하는 가스유동라인이다. 도 1을 참조하면, 배기 재순환라인(103)은 배기 매니폴드(106)의 하류와 흡기 매니폴드(107)의 상류를 연결하도록 구성된다.
이지알 밸브(121)는, 배기 재순환라인(103)의 유로를 개방하도록 작동할 때, 디젤 엔진(100)에서 터보차저(122)의 상류쪽으로 배출되는 배기가스의 일부를 배기 재순환라인(103)으로 유입시킬 수 있다. 따라서, 배기 재순환라인(103)을 통하여 엔진 흡기라인(102)으로 유입되는 배기가스의 유량은 이지알 밸브(121)의 개도율에 따라 결정될 수 있다.
이지알 밸브(121)는 제어유닛(130)에서 결정한 개도율에 따라 구동될 수 있다. 디젤 엔진(100)에서 엔진 배기라인(101)으로 배출된 배기가스의 일부는, 이지알 밸브(121)의 개도율에 따라 배기 재순환라인(103)으로 유입되며, 엔진 흡기라인(102)을 통해 디젤 엔진(100)으로 환류될 수 있다.
예를 들어, 이지알 밸브(121)의 개도율이 0%인 경우, 배기가스는 엔진 흡기라인(102)으로 유입되지 못한다. 이지알 밸브(121)의 개도율이 0%를 초과하는 경우, 배기가스는 배기 재순환라인(103)에 유입될 수 있으며 배기 재순환라인(103)을 통과하여 엔진 흡기라인(102)으로 유입된다. 이지알 밸브(121)의 개도율이 증가할수록 배기 재순환라인(103) 및 엔진 흡기라인(102)으로 유입되는 배기가스의 유량이 증가할 수 있다.
제어유닛(130)은 엔진 속도와 제1제동력차이를 기초로 이지알 밸브(121)의 개도율을 제어할 수 있다. 이를 위하여 엔진 속도와 제1제동력차이를 기초로 이지알 밸브(121)의 개도율을 결정하기 위한 이지알 밸브 개도율 결정맵이 사전 구성되어 제어유닛(130)에 저장될 수 있다. 상기 제1제동력차이는 운전자의 요구제동력과 리타더(114)의 제동력 간에 차이값이다.
도 1에 보듯이, 터보차저(122)는 터빈(123)과 컴프레서(124) 및 베인(125)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 터보차저(122)는 베인(125)의 개도율을 가변적으로 제어하는 가변 지오메트리 터보차저(VGT: Variable Geometry Turbocharger)이다.
터빈(123)은 엔진 배기라인(101)에 배치되어 엔진 배기라인(101)에 흐르는 배기가스에 의하여 구동하도록 구성된다. 터빈(123)은 배기가스의 유동에너지에 의하여 회전하도록 구성된다.
컴프레서(124)는 엔진 흡기라인(102)에 배치되어 상기 터빈(123)과 함께 회전하도록 구성된다. 컴프레서(124)는 터빈(123)과 동축으로 연결되어 일체로 회전한다. 컴프레서(124)는 터빈(123)에 연동하여 구동됨으로써 엔진 흡기라인(102)으로 유입되는 흡입공기를 압축하도록 구성된다.
베인(125)은 상기 터빈(123)에 구비되어 터빈(123)으로 공급되는 배기가스의 유량을 조절하도록 구성된다. 베인(125)의 개도율을 조절함으로써 터빈(123)으로 공급되는 배기가스의 유량을 제어할 수 있다. 베인(125)의 개도율은, 제어유닛(130)에 의하여 작동 제어되는 액추에이터를 통하여 조절될 수 있다.
베인(125)의 개도율을 증가시키면 터빈(123)으로 유입되는 배기가스의 유량이 증가하고, 베인(125)의 개도율을 감소시키면 터빈(123)으로 유입되는 배기가스의 유량이 감소한다. 이때, 터빈(123)으로 유입된 배기가스는 터빈(123)을 회전시키면서 통과한 다음 배기 브레이크(112) 및 촉매 컨버터(140)쪽으로 흐르게 된다.
즉, 베인(125)의 개도율이 증가함에 따라 터빈(123)을 회전시키면서 통과하여 촉매 컨버터(140)쪽으로 흐르는 배기가스의 유량이 증가하게 되고, 베인(125)의 개도율이 감소함에 따라 터빈(123)을 회전시키면서 통과하여 배기 브레이크(112) 및 촉매 컨버터(140)쪽으로 흐르는 배기가스의 유량이 감소하게 된다.
또한, 터빈(123)으로 유입되는 배기가스의 유량이 증가하면 컴프레서(124)에 의한 흡기 부스트압이 높아지고, 터빈(123)으로 유입되는 배기가스의 유량이 감소하면 컴프레서(124)에 의한 흡기 부스트압이 낮아진다.
제어유닛(130)은 엔진 속도와 제1제동력차이를 기초로 베인(125)의 개도율을 제어할 수 있다. 이를 위하여 엔진 속도와 제1제동력차이를 기초로 베인(125)의 개도율을 결정하기 위한 베인 개도율 결정맵이 사전 구성되어 제어유닛(130)에 저장될 수 있다.
흡기밸브(126)는 엔진 흡기라인(102)에 설치되어 엔진 흡기라인(102)의 가스 유로를 개폐하는 장치이다. 흡기밸브(126)는 상기 컴프레서(124)의 상류에 배치될 수 있다.
흡기밸브(126)는 제어유닛(130)에 의하여 결정되는 개도율에 따라 작동되며, 흡기밸브(126)의 개도율에 따라 엔진 흡기라인(102)으로 유입되는 흡입공기의 유량이 조절된다. 구체적으로는, 흡기밸브(126)의 개도율 및 베인(125)의 개도율에 따라 엔진 흡기라인(102)으로 유입되는 흡입공기의 유량이 조절된다.
제어유닛(130)은 엔진 속도와 제1제동력차이를 기초로 흡기밸브(126)의 개도율을 제어할 수 있다. 이를 위하여 엔진 속도와 제1제동력차이를 기초로 흡기밸브(126)의 개도율을 결정하기 위한 흡기밸브 개도율 결정맵이 사전 구성되어 제어유닛(130)에 저장될 수 있다.
도 3을 참조하면, 제어유닛(130)은 보조 브레이크(110)의 작동 개시를 위한 작동레버(115)의 신호(즉, 작동신호)를 입력받도록 구성된다.
작동레버(115)는 보조 브레이크(110)를 작동시키기 위한 조작부이다. 작동레버(115)는 운전자 조작에 의하여 작동신호를 발생하며, 제어유닛(130)은 상기 작동신호를 입력받으면 보조 브레이크(110)를 작동시킨다.
또한, 제어유닛(130)은 상기 작동신호를 전달받으면 상기 작동신호를 기초로 보조 브레이크(110)에 대한 운전자의 요구제동력을 결정하도록 구성된다. 상기 요구제동력은 운전자가 보조 브레이크(110)에 기대하고 요구하는 제동력이다.
구체적으로, 제어유닛(130)은 운전자의 요구제동력을 사전에 정해진 보조제동력값으로 저장하고 있으며, 제어유닛(130)은 작동레버(115)의 작동신호가 입력되면 상기 보조제동력값을 운전자의 요구제동력값으로 결정한다.
한편 제어유닛(130)은, 타행 주행 중 작동레버(115)의 작동신호를 입력받으면, 보조 브레이크(110)를 작동시키고 가스유량제어유닛(120)의 작동을 제어한다. 또한 제어유닛(130)은, 보조 브레이크(110)의 작동이 요구되면 리타더(114)와 엔진 브레이크(111)를 동시 작동시킨다.
아울러, 도 1에서 미설명된 도면부호 128 및 129는 이지알 쿨러(128)와 인터쿨러(129)이다. 이지알 쿨러(128)는 이지알 밸브(121)를 통과하여 배기 재순환라인(103)으로 유입된 배기가스를 냉각시키기 위한 장치이다. 인터쿨러(129)는 컴프레서(124)를 통하여 압축된 흡입공기를 냉각시키기 위한 장치이다.
이하, 첨부된 도 4를 참조하여 보조 브레이크(110)의 작동 시 가스유량제어유닛(120)의 제어 방법을 설명하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이 제어유닛(130)은, 차량이 타행(coasting) 주행하는 중에 운전자가 작동레버(115)를 작동시키면 보조 브레이크(110)를 작동시킨다(S100,S110).
운전자가 가속페달과 제동페달을 밟지 않고 타력으로 주행하면, 엔진(100)은 아이들링 상태에 진입한다.
보조 브레이크(110)가 작동되어 리타더(114)의 제동력 및 엔진 브레이크(111)의 제동력이 발생하면, 제어유닛(130)은 운전자의 요구제동력과 리타더(114)의 제동력 간에 차이(즉, 제1제동력차이)를 기준제동력(A)과 비교한다(S120).
상기 리타더(114)의 제동력은 리타더(114)의 구동에 의해 실제로 발생하는 제동력이다. 예를 들어, 리타더(114)의 제동력은 차량의 속도 및 리타더(114)의 냉각을 위한 냉각수의 온도에 따라 달라질 수 있다.
상기 기준제동력(A)은 상기 요구제동력에 대한 일정 비율의 제동력값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 기준제동력(A)은 요구제동력의 50%인 제동력값 또는 요구제동력의 50%보다 좀더 작은 제동력값으로 정해질 수 있다. 이때 상기 기준제동력(A) 값은 제어유닛(130)에 저장될 수 있다.
제어유닛(130)은, 상기 S120 단계에서 비교한 결과 상기 제1제동력차이가 기준제동력(A) 미만이면, 바로 S140 단계에 진입하여 가스유량제어유닛(120)의 개도율을 상기 제1제동력차이 및 엔진 속도를 기준으로 결정하고 제어할 수 있다(S140).
상기 제1제동력차이가 기준제동력(A) 미만인 경우, 리타더(114)의 제동력이 최대한 발생한 것으로 판단할 수 있다. 리타더(114)의 제동력은 엔진 브레이크(111)의 제동력보다 크기 때문에, 리타더(114)의 제동력이 최대로 발생한 경우 엔진 브레이크(111)의 제동력을 최대로 확보하지 않아도 운전자의 요구제동력을 일정 비율 이상 확보할 수 있게 되므로 배기가스의 유량을 최대로 증가시킬 필요가 없게 된다.
따라서 제어유닛(130)은, 상기 제1제동력차이가 기준제동력(A) 미만인 경우, 저장되어 있는 개도율 결정맵에 따라 가스유량제어유닛(120)의 개도율을 결정하고 제어함으로써 촉매 컨버터(140)쪽으로 공급되는 배기가스의 유량을 최적화시킬 수 있다.
이때 상기 개도율 결정맵은 이지알 밸브 개도율 결정맵과 베인 개도율 결정맵 및 흡기밸브 개도율 결정맵을 포함하며, 각각의 개도율 결정맵은 배기가스의 유량을 최적화하여 결정함으로써 촉매 컨버터(140)의 성능을 유지시킬 수 있도록 구성되어 있다.
일반적으로 엔진 배기라인(101)에서 상기 촉매 컨버터(140)쪽으로 흐르는 배기가스의 유량이 증가하는 경우, 배기가스의 온도가 상대적으로 하강하게 된다.
따라서 제어유닛(130)은 상기 개도율 결정맵을 통해 가스유량제어유닛(120)의 개도율을 결정하고 제어함으로써, 촉매 컨버터(140)의 성능을 유지하는 범위내에서 엔진 브레이크(111)의 제동력을 발생시킨다.
촉매 컨버터(140)는 촉매를 이용하여 배기가스 내 유해성분을 정화하는 장치이므로, 촉매 컨버터(140)의 성능을 확보하기 위해서는 배기가스의 온도가 적정 범위 내로 유지되어야 한다.
또한 엔진 브레이크(111)는, 배기가스의 유동 저항을 이용하여 제동력을 발생하므로, 엔진(100)의 저속 운전 영역에서는 상대적으로 작은 제동력을 발생하게 되고, 엔진(100)의 고속 운전 영역에서는 상대적으로 큰 제동력을 발생하게 된다.
이러한 엔진 브레이크(111)의 작동 특징은 운전자도 인지하고 있는 사항이며, 운전자는 엔진(100)의 고속 운전 영역에서 작동레버(115)를 작동시킬 때 엔진 브레이크(111)의 제동력이 정상적으로 발생하기를 기대하게 된다.
따라서, 엔진(100)의 고속 운전 영역에서는 배기가스의 유량 감소로 인한 제동력 손실을 최소화하고 엔진 브레이크(111)의 제동력을 확보하는 것이 필요하다.
이에 제어유닛(130)은, 상기 S140 단계에 진입하기 전에 S130 단계에 진입하여 엔진 속도를 기준속도(B)와 비교할 수 있다(S130). 다시 말해, 제어유닛(130)은 상기 S120 단계에 이어서 S130 단계를 실행할 수 있다. 이때, 상기 기준속도(B)는 엔진(100)의 저속 운전 영역과 고속 운전 영역을 구분하는 속도 값으로 정해질 수 있다. 예를 들어, 상기 기준속도(B)는 1500rpm 일 수 있다.
제어유닛(130)은, 상기 S130 단계에서 비교한 결과 엔진 속도가 상기 기준속도(B) 미만이면, 다시 말해 엔진(100)이 저속으로 회전 중이면, 상기 S140 단계에 진입하여 가스유량제어유닛(120)을 제어유닛(130)의 개도율 결정맵에서 결정한 개도율에 따라 가변적으로 작동시킬 수 있다(S140).
상기 개도율 결정맵은 실시간 엔진 속도와 제1제동력차이를 기준으로 가스유량제어유닛(120)의 개도율을 결정한다. 따라서 상기 S140 단계에서 가스유량제어유닛(120)의 개도율을 상기 개도율 결정맵에 의하여 결정하고 제어하면, 배기가스 및 흡입공기의 유량이 최적화되면서 촉매 컨버터(140)쪽으로 유동되는 배기가스의 온도가 적절하게 유지된다. 배기가스의 온도가 적절하게 유지됨에 따라 배기가스의 온도 저하에 따른 촉매 컨버터(140)의 성능 저하를 방지할 수 있으며, 결과적으로 촉매 컨버터(140)의 성능을 정상적으로 유지시킬 수 있게 된다.
또한 제어유닛(130)은, 상기 S140 단계에 이어서, 작동레버(115)의 신호를 기초로 보조 브레이크(110)의 작동 유지가 필요한지를 판단할 수 있다(S160). 보조 브레이크(110)의 작동이 지속되는 경우 제어유닛(130)은 상기 S120 단계를 재실행할 수 있으며, 보조 브레이크(110)의 작동이 해제되는 경우 제어유닛(130)은 운전자 요구에 따라 차량을 재가속 모드에 진입시킬 수 있다.
이때, 차량이 재가속 모드에 진입하더라도 촉매 컨버터(140)의 성능이 유지되고 있기 때문에 대기로 배출되는 배기가스 내 유해성분의 함량이 적정 수치 이하로 유지될 수 있다.
한편, 상기 S130 단계에서 비교한 결과 엔진 속도가 상기 기준속도(B) 이상인 경우, 다시 말해 엔진(100)이 고속으로 회전 중인 경우, 엔진 브레이크(111)의 제동력을 최대로 확보하는 것이 필요하다.
따라서, 제어유닛(130)은 엔진 브레이크(111)의 최대 제동력을 확보하기 위하여 엔진 흡기라인(102)의 흡입공기 유량과 엔진 배기라인(101)의 배기가스 유량을 최대화하도록 가스유량제어유닛(120)의 개도율을 결정하고 제어한다.
이때 제어유닛(130)은, 배기라인(101)의 배기가스 유량을 증대하거나 또는 최대화하기 위하여, 이지알 밸브(121)의 개도율(%)을 정해진 제1개도율로 제어함으로써 배기가스가 배기 재순환라인(103)으로 유입되는 것을 최소화하거나 또는 차단하고, 터보차저(122)에 구비된 베인(125)의 개도율을 정해진 제2개도율로 제어하면서 흡기밸브(126)의 개도율을 정해진 제3개도율로 제어함으로써(S150) 촉매 컨버터(140)쪽으로 유동되는 배기가스의 유량 및 흡기라인(102)으로 유입되는 흡입공기의 유량을 최대한 증가시킨다.
여기서, 상기 제1개도율은 배기가스가 배기 재순환라인(103)으로 유입되는 것을 최소화하거나 또는 차단할 수 있는 이지알 밸브(121)의 개도율 값으로 정해질 수 있으며, 예를 들어 0% ~ 2% 의 값으로 정해질 수 있다. 또한, 상기 제2개도율은 촉매 컨버터(140)쪽으로 유동되는 배기가스의 유량을 가능한 증가시킬 수 있는 베인(125)의 개도율 값으로 정해질 수 있으며, 예를 들어 30% ~ 100% 의 값으로 정해질 수 있다. 또한, 상기 제3개도율은 흡기라인(102)으로 유입되는 흡입공기의 유량을 가능한 증가시킬 수 있는 흡기밸브(126)의 개도율 값으로 정해질 수 있으며, 예를 들어 80% ~ 100% 의 값으로 정해질 수 있다.
이 경우, 배기가스의 온도가 하강됨에 따라 촉매 컨버터(140)의 성능이 저하될 수 있기는 하나, 보조 브레이크(110)의 제동력을 충분히 확보하여 차량의 주행 안정성을 확보하게 된다.
또한 상기 S120 단계에서 비교한 결과 제1제동력차이가 기준제동력(A) 이상인 경우에도, 엔진 브레이크(111)의 제동력을 최대로 확보하기 위하여, 제어유닛(130)은 이지알 밸브(121)의 개도율을 정해진 제1개도율로 제어하고 베인(125)의 개도율을 정해진 제2개도율로 제어하면서 흡기밸브(126)의 개도율을 정해진 제3개도율로 제어한다(S150).
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 또한 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예일뿐이므로 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
100 : 디젤 엔진 101 : 엔진 배기라인
102 : 엔진 흡기라인 103 : 배기 재순환라인
104 : 변속기 105 : 차륜
106 : 배기 매니폴드 107 : 흡기 매니폴드
110 : 보조 브레이크 111 : 엔진 브레이크
112 : 배기 브레이크 113 : 제이크 브레이크
114 : 리타더 115 : 작동레버
120 : 가스유량제어유닛 121 : 이지알 밸브
122 : 터보차저 123 : 터빈
124 : 컴프레서 125 : 베인
126 : 흡기밸브 128 : 이지알 쿨러
129 : 인터쿨러 130 : 제어유닛
140 : 촉매 컨버터

Claims (8)

  1. 변속기의 출력을 소모하도록 선택적으로 작동됨에 의해 제동력을 발생하는 리타더와, 엔진에서 배출되는 배기가스의 유동 저항을 증가시키도록 선택적으로 작동됨에 의해 제동력을 발생하는 엔진 브레이크를 포함하는 보조 브레이크;
    엔진 흡기라인과 엔진 배기라인의 유로를 개폐하는 가스유량제어유닛 ; 및
    타행 주행 중 상기 보조 브레이크가 작동되면, 운전자가 상기 보조 브레이크에 요구하는 요구제동력과 상기 리타더에 의해 발생하는 제동력 간에 차이인 제1제동력차이를 정해진 기준제동력과 비교하는 제어유닛;을 포함하며,
    상기 제어유닛은 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 미만이면 상기 가스유량제어유닛의 개도율을 상기 제1제동력차이 및 엔진 속도를 기준으로 결정하고 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 미만인 경우 엔진 속도를 정해진 기준속도와 비교하며, 엔진 속도가 상기 기준속도 미만이면 상기 가스유량제어유닛의 개도율을 상기 제1제동력차이와 엔진 속도를 기준으로 결정하여 제어하고, 엔진 속도가 상기 기준속도 이상이면 엔진 흡기라인의 흡입공기 유량과 엔진 배기라인의 배기가스 유량을 최대화하도록 상기 가스유량제어유닛의 개도율을 결정하고 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가스유량제어유닛은 엔진 배기라인과 엔진 흡기라인을 연결하는 배기 재순환라인의 유로를 개폐하는 이지알 밸브를 포함하며, 상기 엔진 배기라인으로 배출된 배기가스의 일부는 상기 이지알 밸브의 개도율에 따라 배기 재순환라인 및 엔진 흡기라인으로 유입되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스유량제어유닛은 터보차저를 포함하며, 상기 터보차저는:
    엔진 배기라인에 배치되어 배기가스에 의해 구동되는 터빈;
    엔진 흡기라인에 배치되어 상기 터빈에 연동하여 구동되고, 상기 엔진 흡기라인으로 유입되는 흡입공기를 압축하는, 컴프레서; 및
    상기 터빈에 구비되어 터빈으로 공급되는 배기가스의 유량을 조절하는 베인;
    을 포함하여 구성되며, 상기 베인의 개도율에 따라 터빈의 하류에 배치된 촉매 컨버터쪽으로 흐르는 배기가스의 유량이 조절되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스유량제어유닛은 엔진 흡기라인에 설치된 흡기밸브를 포함하며, 상기 흡기밸브의 개도율에 따라 엔진 흡기라인으로 유입되는 흡입공기의 유량이 조절되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 이상이면, 상기 이지알 밸브의 개도율을 정해진 제1개도율로 제어하고, 상기 베인의 개도율을 정해진 제2개도율로 제어하면서 상기 흡기밸브의 개도율을 정해진 제3개도율로 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어유닛은, 상기 제1제동력차이가 상기 기준제동력 미만인 경우 엔진 속도가 상기 기준속도 이상이면, 상기 이지알 밸브의 개도율을 정해진 제1개도율로 제어하고, 상기 베인의 개도율을 정해진 제2개도율로 제어하면서 상기 흡기밸브의 개도율을 정해진 제3개도율로 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 촉매 컨버터는 상기 터빈을 통과하여 유입되는 배기가스를 정화하도록 구성된 것임을 특징으로 하는 디젤 엔진 시스템의 제동력 저하 회피 장치.
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