KR900007787B1 - 과급기가 달린 내연기관의 제어장치 - Google Patents

과급기가 달린 내연기관의 제어장치 Download PDF

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KR900007787B1 KR1019860006053A KR860006053A KR900007787B1 KR 900007787 B1 KR900007787 B1 KR 900007787B1 KR 1019860006053 A KR1019860006053 A KR 1019860006053A KR 860006053 A KR860006053 A KR 860006053A KR 900007787 B1 KR900007787 B1 KR 900007787B1
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히데오 가와무라
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이스즈지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

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Description

과급기가 달린 내연기관의 제어장치
제1도는 본 발명을 실현하기 위한 일실시예 블록도.
제2도는 과급기의 개략을 나타낸 구성 설명도.
제3도는 제1도에 나타낸 본 실시예의 작동의 일예를 나타낸 처리 플로우도.
제4도는 엔진 회전과 엔진 토오크와의 관련을 나타낸 곡선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 과급기 2 : 압축기 하우징
3 : 터어빈 하우징 4 : 센터 하우징
5 : 고정 베어링 6 : 부동금속(floating metal)
7 : 축 8 : 압축기 날개
9 : 터어빈 날개 10 : 스크롤
11 : 흡기관 12 : 디퓨저
13 : 자석 로우터 14 : 고항장력 금속원판
15 : 고정자 코어 16 : 고정자 코일
21 : 배기 매니폴드 22 : 흡기 매니폴드
23 : 제어장치 24 : 부우스트센서
25 : 분사펌프 26 : 부하센서
27 : 회전센서 28 : 악셀센서
29 : 기어센서 30 : 브레이크 포지션센서
31 : 전류 검출장치 32 : 바테리
33 : 부하 설정기 34 : 인버어터
35 : 전압 변환장치 36 : 전기장치
37 : 절환 스위치 38 : 저항기
본 발명은 과급기가 달린 엔진의 제어장치에 관하여, 특히 회전전기를 부설한 과급기를 갖는 엔진의 제어장치에 관한 것이다.
내연기관의 배기가스가 갖는 에너지를 이용하여 터어빈을 구동하고, 이 터어빈에 연동하는 압축기에 의하여 공기를 실린더 내로 과급하여 효율적으로 연료를 연소시키는 과급기가 차량에 탑재 되었다는 것은 공지된바다.
그리하여, 상기 과급기의 터어빈 축에 전동기 또는 발전기로서 작용하는 회전전기를 형성하고, 내연기관의 운전상태에 의하여 이 회전전기를 전동기 또는 발전기로서 작동 시키는 것도 제안되었다.(일본 특원소 58 -5l559).
한편, 차량의 제동장치로서, 예를 들면 디젤기관의 배기관을 닫음으로써, 엔진 브레이크 작용을 강화하여 차량에 제동을 거는 배기 브레이크가 널리 사용되고 있다.
일반적으로 과급기의 특성은 제4도에 나타낸 바와 같이, 내연기관이 중고속 회전시에는 배기 에너지도 크므로 터어빈의 회전도 고속으로 되어서 과급기압도 상승하여, 과급기를 불사용의 토오크 곡선 Ta에 비하여, 중고속시는 토오크가 향상한 Tb곡선이 얻어진다. 그러나 내연기관의 저속 회전시는 배기 에너지가 작으므로, 과급기를 구동하여도 충분한 부우스트압이 얻어지지 못하며, 따라서 지속시의 토오크가 약한 것이 보통이다.
이 저속시의 토오크의 향상을 위하여, 터어빈에 공급하는 노즐의 개도를 작게하여 터어빈 압력을 높이는 방법이 있으나, 노즐 개도의 가변장치를 행하는데는 원가가 높아지며, 고온의 배기가스중의 내구성의 보충이 난점으로 되어 있다.
또 상기의 배기 브레이크에 있어서는 배기관을 닫는 밀폐도가 높은 밸브의 설치를 필요로 하며, 고온 배기가스에 접하기 위한 밸브 재료나, 이 밸브의 개폐축의 윤활등에도 문제를 일으키고 있다.
또한 이 배기 브레이크에 있어서는 단지 배기관을 닫아서 배압을 높이므로써 엔진 브레이크 작용을 강하게 하는 것으로서, 배기 에너지의 유효 활용이 행해지지 못하고 있는 결점이 있었다.
따라서 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 발명의 목적은, 과급기의 터어빈 축에 전동-발전기를 형성하고, 엔진의 부하나 엔진의 회전 및 브레이크의 강약을 나타내는 신호에 의하여, 전동-발전기를 발전기로서 작동시켜서, 배기 브레이크용의 밸브를 형성함이 없이도 배기 브레이크가 효과적으로 작동하여 엔진 브레이크의 작용을 강화하며, 또한 터어빈 블레이드를 역회전함으로써, 배기 브레이크 힘에 의하여 강력한 엔진 브레이크의 효과가 얻어지는 과급기의 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배기 에너지를 유효하게 활용하여 전동-발전기를 발전기로서 작동시킴으로써 전기 에너지로 변환하고 바테리의 충전 전력으로서, 종래의 충전용 제네레이터의 탑재를 불필요로 하는, 과급기의 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 엔진의 저회전, 저출력시에, 전동-발전기를 전동기로서 작동시켜, 과급기의 과급조작을 조세하여, 엔진이 저회전이어도 큰 토오크가 얻어져서, 엔진 출력을 증대시키는 과급기의 제어장치를 제공함에 있다.
본 발명에서는, 내연기관의 배기 에너지에 의하여 구동되는 전동-발전기를 갖는 과급기에 있어서, 내연기관의 배기 브레이크 작동상태 검출수단을 형성함과 동시에, 이 검출수단으로 부터의 신호에 의하여, 상기 전동-발전기를 발전기로서 제어하는 수단을 가짐과 동시에, 배기 브레이크 작용을 더욱 강력하게 할 경우에는, 전동-발전기를 전동기로서 작용시켜, 배기 터어빈을 역회전 제어하는 수단을 갖는 과급기의 제어장치가 제공된다.
다에 본 발명의 실시예를 도에 의하여 상세히 설명한다.
제1도는, 본 발명을 실현하기 위한 일실시예 블록도이며, 제2도는 과급기의 개략을 나타낸 구성 설명도이다.
도면에 있어, (1)은 과급기, (2)는 압축기 하우징, (3)은 터어빈 하우징, (4)는 센터 하우징으로서, 센터 하우징 (4)의 중심부 양단에는 고정 베어링(5) 및 이 고정 베어링(5)내에서 접동 회전하는 부동금속(floating metal : 6)이 형성되어 있으며, 이 부동금속(6)에는 축(7)의 양단부가 회전 자재하게 지지되어 있다.
그리하여 축(7)의 양단에는 압축기 날개(8) 및 터어빈 날개(9)가 장착되어, 각각 압축기 하우징(2) 및 터어빈 하우징(3)의 내부에 수납되어 있다. 터어빈 날개(9)는 스크롤(10)에 송기되는 배기가스의 에너지를 받아서 회전하며, 축(7)을 통하여 압축기 날개(8)를 회전시키며, 흡기관(11)으로 부터 도입한 공기를 디퓨저(12)에 의하여 압력 변환하여 내연기관의 실린더에 압송 하도록 동작한다.
또 상기 축(7)의 중앙 부근에는 희토류 원소를 함유한, 축 방향으로 긴 실린더상의 자석 로우터(13)가 설치되어 강력한 자력을 유지하고 있다. 그리하여 이 양단면이 고항장력 금속원판(l4)에 의하여 고정 유지되며, 또한 자석 로우터(13)의 외주를 탄소 섬유로 권장하고 있으므로, 초고속도 회전에 의한 원심력이나 진동을 받아도 강고한 자석 로우터로서의 내구력을 갖고 있다.
(15)는 자석 로우터(13)에 대향하는 고정자 코어로서, 자석 로우터(13)의 회전에 의하여 고정자 코일(16)에 교류전압을 유기한다. 그리하여 자석 로우터(13), 고정자 코어(15), 고정자 코일(16)에 의하여 구성하는 교류기는 전동-발전기(MG)를 구성한다.
제1도에 있어, (21)은 내연기관(20)의 배기포트에 연통하는 배기 매니폴드로서, 과급기(1)의 스크롤(10)이 연통하며, 또 디퓨저(12)에는 흡기관(11)을 통하여 흡기 매니폴드(22)가 연통하여 있으며, 이 흡기 매니폴드(22)에는 부우스트압을 검출하여 제어장치(23)에 신호를 송출하는 부우스트센서(24)가 형성되어 있다. (25)는 내연기관(20)에 부설한 분사펌프로서, 이 분사펌프(25)의 연료 분사량을 검출하여 내연기관의 부하를 검출하는 수단으로 되는 부하센서(26)가 형성되어, 부하 신호를 제어장치(23)에 송출한다. 그리고 분사펌프(25)로 부터 내연기관(20)에의 연료 분사량은, 제어장치(23)이 발하는 제어신호에 의하여 제어된다.
또 내연기관(20)에는 크랭크의 회전수 검출수단이 되는 회전센서(27)가 형성되어, 검출한 신호를 제어장치(23)에 송출한다.
(28)은 악셀페달의 답량을 검출하는 악셀센서, (29)는 변속기의 변속기어를 선택하는 셀렉트레버의 포지션을 검출하는 기어센서, (30)은 배기브레이크의 브레이크 효과의 강약의 포지션을 검출하여 엔진 브레이크 작동상태 검출수단이 되는 브레이크 포지션센서이며, 이들 센서에 의하여 검출한 관련신호는, 각각 제어장치(23)에 송출된다.
다음에 (31)은 상기 전동-발전기(MG)의 고정자 코일(16)에 접속된 전류 검출장치로서, 전등-발전기(MG)가 발전기 작동시에는 그 출력전류를 검출하여, 전동기 작동시에는 바테리(32)로 부터의 공급 전류를 검출함과 동시에, 이 공급 전류와 바테리(32)에의 충전 전류를 적산 연산하여, 바테리(32)의 축전량이 검출되므로, 이 축전량이나 전류의 검출에 의한 신호를 제어장치(23)에 송출하도록 구성되어 있다. (33)은 전동-발전기(MG)가 발전기로서 작동시의 출력 전력을 설정하는 부하설정기로서 이 출력 전력의 설정은 제어장치의 지령에 의하여 제어된다. 인버어터(34)는 바테리(32)로 부터 전압 변환장치(35)를 통한 직류를 교류로 변환하여 전동-발전기(MG)에 공급하는 것으로서, 이 인버어터(34)의 내부에는 제어장치(23)에 의하여 제어되는 전류제어기(34a)를 갖고 있다. 그리고 (36)은 차량에 형성되어 있는 다른 전기장치이며, (38)은 저항기, (37)은 부하 설정기(33)을 통한 전류를 저항기(38)에 절환하는 절환 스위치이다.
제3도는 제1도에 나타낸 본 실시예의 작동의 일예를 나타낸 처리 플로우도로서, 제3도에 따라서 본 실시예의 작동을 설명한다.
차량의 주행중에 있어, 분사펌프(25)에 형성한 부하센서(26)의 신호로 부터 엔진부하(L)이 소정의 부하(L0) 보다 작고, 또 기어센서(29)와 악셀센서(28)과의 신호에 의하여, 변속단이 배기 브레이크의 작동에 적합하고 악셀폐달을 밟지 않는 경우에는 배기 브레이크의 필요로 판단하여, 배기 미니폴드(21)로 부터 배출되는 배기 에너지에 부하를 걸도록 전동-발진기(MG)를 발전기로서 작동시킨다. 그리하여(S2)의 스텝에의하여 브레이크 포지션센서(30)로 부터의 신호를 체크하여, 배기 브레이크 힘을 최대로 하는 포지션(Ⅰ)의 경우에는, 발전 전류가 최대로 되도록 부하 설정기(33)를 제어하여, 바테리(32)를 대전류에 의하여 충전한다(S3), (S4). 또한 배기 브레이크의 효과를 크게하기 위하여는, 전동-발전기(MG)가 전동기로 되어서 역회전하는 바와 같이 이 전동-발전기(MG)에 인버어터(34)로 부터 전력을 공급하여, 터어빈 날개(9)에 의하여 배기 브레이크 효과를 강화할 수도 있다(S5).
그리고 S3에 의하여 브레이크 포지션센서(30)으로 부터의 신호가 포지션 Ⅱ의 경우에는 S6으로 전진하여, 중간정도의 배기 브레이크로 하므로 발전 전류도 중간 정도로 하며, 또 포지신 Ⅲ의 경우에는 더욱 브레이크 힘을 약하게 하므로 발전 전류를 작게하도록 부하 설정기(33)를 제어한다(S7), (S8).
다음에 부하센서(26)의 신호로 부터 엔진 부하(L)이 소정의 엔진 부하(L0)보다 크고, 회전센서(27)의 신호로 부터 엔진 회전속도(N)이 소정의 회전속도(N0)보다 저속이며, 그리고 엔진 부하(L)이 대부하(L1)보다 클 경우, 즉 엔진이 저회전으로서 대출력이 요구될 경우에는, 인버어터(34)를 작동시켜서 바테리(32)로부터의 직류를 소정의 교류로 변환하여, 전동-발전기(MG)를 전동기 작동으로 하고 압축기 날개(8)의 회전을 조세하여 과급기를 흡기 매니폴드(22)에 압송한다(S10), (S11). 그리하여 이 흡기 매니폴드(22)에 형성한 부우스트 센서(24)로 부터의 신호에 의하여, 부우스트 압(P)이 소정의 부우스트 압(P1)보다 작을때는 인버어터(34)로 부터 전동-발전기(MG)에의 공급 전류를 증가하고, 부우스트 압(P)가 (P1)보다 클때는 이 공급전류를 감하여, 저속시의 내연 기관의 출력을 증대하도록 제어한다(S12).
상기와 같이 배기 브레이크가 필요할때에는 전동-발전기(MG)를 발전기 작동에 의하여 바테리(32)를 충전하며, 내연기관의 저속에서의 출력 증대시에는 전동기 작동에 의하여 바테리(32)로 부터 전류를 공급하는데, 전류 검출장치(31)는 이들 전류를 검출하여, 이 전류의 적산 연산을 행한다. 그리하여 바테리(32)의 축전전력(W1)과, 전동기 작동시키는 공급분의 적산전력(W)을 비교하여, 이(W)가 커지면, 바테리(32)가 과방전이 되므로, 인버어터(34)에의 전류 공급을 정지하고, 또한 분사펌프(25)에 지령하여 연료 유량을 감소시켜서 연료과다에 의한 배기가스의 스모크 발생을 방지한다(S13), (S14).
또 (S13)에 의하여 축전전력(W1)이 적산전력(W) 보다 클 경우에는 (S16)으로 전진하는데, 이 스텝에 의하여 축전전력(W1)이 바테리(32)의 축전 용량(W0) 보다 커지면, 바테리(32)가 과충전으로 되어 파손의 염려가 생기므로, 절환 스위치(37)을 저항기(38)의 축으로 절환하여, 부하 설정기(33)으로 부터의 부하 전류를 저항기(38)에 인도한다.
그리고 (S9) 및 (S10)에 의하여, 엔진 회전속도(N)가 소정회전속도(N0)보다 고속이며, 엔진 부하가 대부하(L1)보다 작을 경우에는 (S15)로 전진하며, 엔진 회전 및 엔진 부하를 측정하며, 이들의 값에 따른 발전기 출력으로 되도록 부하 설정기(33)를 제어하여 바테리(32)의 충전을 행한다. 그리하여 이 충전 전류나, 다른 전기장치(36)에의 공급전류도 전류 검출장치(31)을 경유하므로, 상술과 같이 적산 연산에 포함되어서 처리됨은 물론이다.
상술과 같이 본 발명은 과급기의 터어빈축에 전동-발전기를 형성하고, 엔진의 부하나 엔진의 회전 및 브레이크의 강약을 나타내는 신호에 의하여, 전동-발전기를 제어하므로, 배기 브레이크용의 밸브를 형성하지 않아도 배기 브레이크가 효과적으로 작동하여 엔진 브레이크의 작용을 강화하며, 더우기 터어빈 블레이드를 역회전 함으로써, 배기 브레이크 힘에 의하여 강력한 엔진 브레이크의 효과를 얻을 수가 있다.
또 배기 에너지를 유효하게 활용하여 전동-발전기에 의하여 전기 에너지로 변환하여, 바테리의 충전전력으로 하므로, 종래의 충전용 제네레이터의 탑재가 불필요하게 된다.
또한 본 발명에서의 엔진의 저회전. 저출력시에, 전동-발전기를 전동기로서 작동시켜, 과급기의 과급 조작을 조세하므로, 엔진이 저회전하여도 큰 토오크를 얻을 수가 있으며, 제4도의 TC에 나타낸 바와 같이 엔진의 저회전시의 토오크가 향상하여 엔진 출력이 증대하는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 내연기관에 의하여 구동되는 차량의 김속시에 있어, 이 내연기관에 배기 브레이크를 작용 시킬것인지의 여부를 판단하는 수단과, 상기 수단이 내연기관에 배기 브레이크를 작용 시킨다고 판단 했을때, 내연기관의 배기 매니폴드에 접속한 배기 터어빈의 부하로서 작용시켜 배기 브레이크 힘을 증강시키는 수단을 포함하는 과급기의 회전축에 회전전기를 형성한 과급기를 갖는 내연기관의 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 배기 터어빈의 부하로서 작용시켜 배기 브레이크 힘을 증강시키는 수단이 과급기의 회전축에 형성한 발전기임을 특징으로 하는 과급기가 달린 내연기관의 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 배기 터어빈의 부하로서 작용시켜 배기 브레이크 힘을 증강시키는 수단이 배기 터어빈을 역회전 시키는 수단임을 특징으로 하는 과급기가 달린 내연기관의 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 배기 터어빈을 역회전시키는 수단이 과급기의 회전축에 형성한 회전전기를 모우터로서 작동시키는 수단임을 특징으로 하는 과급기가 달린 내연기관의 제어장치.
  5. 차량을 구동하는 내연기관의 배기 매니폴드에 접속된 배기 터어빈과, 배기 터어빈의 회전축에 형성된 압축기와 동축의 회전축에 형성된, 발전기와 전동기로서 작용하는 회전전기와, 내연기관의 배기 브레이크 모우드를 검출하는 수단과, 내연기관의 배기 브레이크 모우드시에 회전전기를 발전기로서 작용시키는 수단과, 발전기의 발전 전력을 발전기의 부하로서 소비하는 수단과를 포함하는 과급기의 회전축에 회전전기를 형성한 과급기를 갖는 내연기관의 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 발전기에 의하여 발전되는 전력을 충전하는 충전수단을 갖는 것을 특징으로 하는 과급기가 달린 내연기관의 제어장치.
  7. 차량을 구동하는 내연기관의 배기 매니폴드에 접속된 배기 터어빈과, 배기 터어빈의 회전축에 형성된 압축기와 동축의 회전축에 형성된 발전기와 전동기로서 작용하는 회전전기와, 회전전기를 전동기 구동하는 인버어터와, 내연기관의 배기 브레이크 모우드를 검출하는 수단과, 배기 브레이크의 작용 힘의 크기를 판단하는 수단과, 배기 브레이크의 작용 힘이 소정치보다 클때, 인버어터를 구동하여 회전전기를 전동기로서 작용하여, 배기 터어빈을 역회전 시키는 수단과, 배기 브레이크의 작용 힘이 소정치보다 작을때, 회전전기를 발전기로서 작용시키는 수단과, 발전기의 발전력을 발전기의 부하로서 소비하는 수단과를 포함하는 과급기의 회전축에 회전전기를 형성한, 과급기를 갖는 내연기관의 제어장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 발전기에 의하여 발전되는 전력을 충전하는 충전수단을 형성함을 특징으로 하는 과급기가 달린 내연기관의 제어장치.
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