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KR20190135105A - 차량의 서지 발생 방지방법 - Google Patents

차량의 서지 발생 방지방법 Download PDF

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KR20190135105A
KR20190135105A KR1020180060131A KR20180060131A KR20190135105A KR 20190135105 A KR20190135105 A KR 20190135105A KR 1020180060131 A KR1020180060131 A KR 1020180060131A KR 20180060131 A KR20180060131 A KR 20180060131A KR 20190135105 A KR20190135105 A KR 20190135105A
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intake
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Abstract

본 발명에 따른 차량의 서지 방지방법은 제어부가 가속페달의 팁 아웃이 검출되는지 감지하는 단계; 가속페달의 팁 아웃이 검출될 경우, 제어부가 엔진 연소실의 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값을 기설정된 설정값과 비교하는 단계; 및 차이값이 설정값보다 클 경우, 제어부가 터보차저 후단에 구비된 슈퍼차저를 일반회전수보다 작은 값인 설정회전수로 구동시키고, 슈퍼차저의 상류 지점으로부터 분기되어 슈퍼차저의 하류 지점과 연결된 바이패스라인 상에 구비되어 개폐동작하는 바이패스밸브를 개방 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

차량의 서지 발생 방지방법 {METHOD OF PREVENTING SURGE FOR VEHICLE}
본 발명은 팁 아웃으로 인한 서지 발생이 예측될 경우에 서지 현상 발생을 방지하는 차량의 서지 발생 방지방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 엔진 성능을 높이고 연비를 향상시키기 위한 다양한 장치들이 적용되어진다.
대표적인 장치로는 터보차저(Turbo Charger)가 있는데, 터보차저는 엔진으로 공급되는 흡입공기를 배기가스의 도움을 받아 압축해줌으로써, 엔진의 성능향상과 연비향상에 기여하는 역할을 수행한다.
하지만, 터보차저만으로는 세계적인 고유가 및 각종 규체에 따른 연비향상 및 친환경 대두로 더욱 높아지고 있는 연료저감 및 연비개선에 대한 목표 추세를 따르는데 어려움이 있다.
이에 따라, 최근 차량에는 터보차저와 더불어 슈퍼차저(Super Charger)가 적용되고 있다. 슈퍼차저는 엔진으로 공급되는 흡입공기를 엔진의 도움을 받아 압축하도록 마련된다.
엔진시스템이 터보차저와 슈퍼차저로 구성되면, 저속 터보랙구간에서는 슈퍼차저를 바이패스하는 바이패스제어밸브를 차단하고 대신 슈퍼차저와 터보차저를 직렬로 연결함으로써 터보차저와 함께 슈퍼차저를 동시에 구동해 공기를 흡입하여 엔진의 응답속도 및 저속 토크를 개선할 수 있다.
반면, 일반 운전 조건에서는 바이패스제어밸브를 개방하고, 슈퍼차저와 터보차저의 연결을 차단함으로써 슈퍼차저를 거치지 않고 공기를 흡입하게 하여 불필요한 연비 및 동력 소모를 최소화한다.
한편, 이와 같이 터보차저가 장착된 차량에서 가속페달 팁 아웃(Tip Out) 시, 엔진 RPM이 급격히 떨어지면서 터보차저로부터 과급되는 공기가 연소실로 공급되지 못하여 순간적으로 과급되는 흡기 압력이 연소실에서의 배기압력보다 높아지는 역전 구간이 발생한다.
이때, 터보차저의 컴프레서에는 공기의 분압이 발생되고, 컴프레서에 의해 과급된 공기가 입구측으로 역류하여 공기의 온도를 상승시키는 서지(surge)현상이 발생된다.
이에 따라, 종래에는 팁 아웃 시 흡기압력이 배기압력보다 높아지는 상황에서 발생하는 서지를 개선하기 위해 EGR 밸브를 순간적으로 개방하여 흡기 측의 공기를 배기부로 배출하여 흡기 매니폴드의 압력을 강하시키는 방법을 제안하였다.
하지만, 흡기측의 공기를 배기측으로 바로 배출하게 되면서 저온의 가스가 후처리장치에 직접흘러가게 되어 후처리 촉매의 온도가 저하되는 현상이 발생하였다.
이는 촉매가 승온되기 전 조건에서는 촉매 활성화 시점이 늦어지는 원인이되어 EM 배출량이 급격히 증가하는 문제점이 발생하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR10-2005-0068989 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 팁아웃으로 인한 서지현상이 예측될 경우, 터보차저 후단에 장착된 슈퍼차저 및 슈퍼차저 바이패스라인을 활용하여 공기를 흡입함으로써, 서지 발생을 방지하는 차량의 서지 방지방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 서지 방지방법은 제어부가 가속페달의 팁 아웃이 검출되는지 감지하는 단계; 가속페달의 팁 아웃이 검출될 경우, 제어부가 엔진 연소실의 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값을 기설정된 설정값과 비교하는 단계; 및 차이값이 설정값보다 클 경우, 제어부가 터보차저 후단에 구비된 슈퍼차저를 일반회전수보다 작은 값인 설정회전수로 구동시키고, 슈퍼차저의 상류 지점으로부터 분기되어 슈퍼차저의 하류 지점과 연결된 바이패스라인 상에 구비되어 개폐동작하는 바이패스밸브를 개방 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
제어부는 가속페달 답입량이 0이고, 가속페달 답입량의 변화기울기가 설정기울기 미만일 경우에 가속페달의 팁 아웃이 검출된다고 판단하는 것을 특징으로 할 수 있다.
설정회전수는 흡기 유량 중 50%의 유량이 압력변동없이 슈퍼차저를 통과할 수 있도록 하는 회전수인 것을 특징으로 할 수 있다.
제어부는 흡기 유량에 따라 맵핑된 데이터맵으로부터 설정회전수를 도출하여 슈퍼차저를 구동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
제어부는 개방 제어단계 후, 비교단계를 재실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.
차이값이 설정값 이하일 경우, 제어부가 슈퍼차저를 일반회전수로 구동시키고, 바이패스밸브를 폐쇄 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 서지 방지방법에 따르면 가속페달 팁 아웃(tip out)으로 인한 터보 서지 발생을 방지할 수 있는바, 터보 컴프레서의 내구성 및 NVH 성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 저온의 흡기 공기를 바로 배기 측으로 배출하지 않아도 되는바, 촉매 승온 및 보온 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 서지 방지방법을 도시한 순서도,
도 2는 본 발명의 서지방지가 요구될 경우에 차량의 서지 방지장치를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 서지방지가 요구되지 않을 경우에 차량의 서지 방지장치를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 서지 방지장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 서지 방지방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 서지방지가 요구될 경우에 차량의 서지 방지장치를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 차량의 서지 방지방법은 제어부(50)가 가속페달의 팁 아웃(Tip-out)이 검출되는지 감지하는 단계(S100); 가속페달의 팁 아웃이 검출될 경우, 제어부(50)가 엔진(40) 연소실의 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값을 기설정된 설정값과 비교하는 단계(S110); 및 차이값이 설정값보다 클 경우, 제어부(50)가 터보차저(10) 후단에 구비된 슈퍼차저(20)를 일반회전수보다 작은 값인 설정회전수로 구동시키고, 슈퍼차저(20)의 상류 지점으로부터 분기되어 슈퍼차저(20)의 하류 지점과 연결된 바이패스라인(30) 상에 구비되어 개폐동작하는 바이패스밸브(35)를 개방 제어하는 단계(S120);를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 터보차저(10)와 슈퍼차저(20)가 적용된 차량의 흡배기구조는 엔진(40)으로 흡입되는 공기는 터보차저의 컴프레서(14)와 슈퍼차저(20)의 컴프레서를 통해 선택적으로 압축되고, 엔진(40)으로부터 배출되는 배기가스는 터보차저의 터빈(12)을 회전시켜 동축상에 구비된 컴프레서(14)에 동력을 제공하도록 마련된다.
구체적으로, 엔진(40)으로부터 배출된 배기가스는 일반적으로 터보차저(10)의 터빈(12)과 배기가스 후처리장치(DPF:Diesel Particulate Filter)를 거쳐 외부로 배출되는데, 그중 일부가 LP-EGR(Low Pressure-Exhaust Gas Recirculation)을 통해 엔진(10)의 흡기단 측으로 다시 전달된다.
이렇게 LP-EGR을 통해 전달된 배기가스는 에어클리너 박스로부터 공급된 공기와 함께 터보차저(10)의 컴프레서(14)를 거치면서 압축된다.
터보차저(10)의 컴프레서(14)를 통해 압축된 흡기는 인터쿨러를 거치게 되는데, 인터쿨러의 후단에는 흡기를 슈퍼차저(20)로 전달하는 라인과, 슈퍼차저(20)의 상류지점과 하류지점을 연결하여 슈퍼차저(20)를 바이패스시키는 바이패스라인(30)이 구비된다.
여기서, 바이패스라인(30) 상에는 흡기 유동을 제어하는 바이패스밸브(35)가 구비되고, 바이패스밸브(35)의 동작에 따라 흡기가 슈퍼차저(20)를 거치거나, 바이패스(bypass)되어 엔진(10)으로 전달된다.
종래에, 슈퍼차저(20)가 동작할 경우에는 바이패스밸브(35)를 완전히 폐쇄하여 슈퍼차저(20)를 통해서만 흡기가 유동하도록 하고, 슈퍼차저(20)가 미구동되는 경우에는 바이패스밸브(35)를 완전히 개방하여 흡기가 슈퍼차저(20)를 모두 바이패스하도록 마련되었다.
하지만, 본 발명은 가속페달 팁 아웃 상황으로 인한 서지 발생이 예측되는 경우에 슈퍼차저(20)를 일반회전수보다 작은 값인 설정회전수로 구동시키면서, 동시에 바이패스밸브(35)를 개방 제어함으로써, 터보 컴프레서(14) 후단부의 유효 용적을 순간적으로 증대시켜 흡기 압력을 저하시키고, 이로 인해 연소실 흡기 압력이 배기압력보다 높아져 서지(surge)현상이 발생하는 것을 방지한다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 제어부(50)는 가속페달 답입량이 0이고, 가속페달 답입량의 변화기울기가 설정기울기(α) 미만일 경우에 가속페달의 팁 아웃이 검출된다고 판단한다.
이를 위해, 제어부(50)는 가속페달 팁 아웃 상황을 검출하기 위해 APS(Accelerator Pedal Sensor)로부터 가속페달 답입량 신호를 전달받도록 마련된다.
가속페달 팁 아웃(Tip out) 조건에서는 터보차저(10)의 터빈 휠 관성과 배기측 잔여에너지로 인해 터보차저(10)의 회전수가 점진적으로 감소하게 되지만, 흡기 유량은 팁 아웃(Tip out)과 동시에 감소하기 때문에 순간적으로 흡기 압력이 배기압력보다 증가하여 서지 현상이 일어나게 된다.
따라서, 가속페달의 팁 아웃 조건을 정확히 판단하여 서지 상황을 예측하는 것이 중요한데, 단순히 가속페달의 답입량이 0이라는 조건만으로는 정확한 가속페달의 팁 아웃 조건을 확인할 수 없는바, 가속페달 답입량의 변화기울기를 설정기울기(α)와 비교하여 순간적인 가속페달 팁 아웃(Tip out) 조건을 정확하게 검출할 수 있다.
이와 같이, 가속페달 팁 아웃(Tip out)을 검출한 제어부(50)는 서지 발생 가능성이 있는지 보다 정확히 판단하기 위해, 엔진 연소실의 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값을 기설정된 설정값(β)과 비교한다(S110).
이를 위해, 제어부(50)는 엔진(40) 연소실의 흡기압력과 배기압력 데이터를 별도로 구비된 압력센서들로부터 수신하도록 마련된다.
즉, 제어부(50)는 엔진 연소실의 흡기압력이 배기압력보다 높아지는 상황이 감지되면 공기가 역류하는 서지 현상이 예측된다고 판단하여 후속 로직을 진행하면 되는데, 압력 측정 과정에서 오차가 발생할 수도 있는바, 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값을 오차가 반영된 설정값(β)과 비교함으로써, 흡기압력이 배기압력보다 높지 않은 상황에서 개방제어단계(S120)가 수행되는 것을 방지할 수 있다.
만약, 엔진 연소실의 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값이 설정값(β)보다 큰 경우라면, 제어부(50)는 기존에 맵핑되어 있던 일반회전수보다 작은 값인 설정회전수로 슈퍼차저(20)를 구동시키고, 바이패스밸브(35)를 개방시켜 터보 컴프레서(14) 후단의 흡기 용적을 최대로 확보함으로써, 흡기압력을 저감시킨다.
이때, 도 2에 화살표로 도시된 바와 같이 흡기는 슈퍼차저(20) 및 바이패스라인(30)을 모두 유동하게 되고, 이에 따라 흡기 용적이 최대가 되어 흡기압력이 저감하게 된다.
여기서, 설정회전수는 흡기 유량 중 50%의 유량이 압력변동없이 슈퍼차저(20)를 통과할 수 있도록 하는 회전수인 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 엔진(40)으로 공급되는 전체 흡기 유량 중 절반은 슈퍼차저(20)를 통해 전달되고, 나머지 절반은 바이패스유로(30)를 통해 전달되도록 마련됨으로써, 흡기 용적을 최대한 확보하여 흡기 압력이 저감되면서 서지 현상을 방지한다.
여기서, 슈퍼차저(20)의 회전수가 과도하게 높으면, 흡기가 압축되면서 엔진 연소실의 흡기압력이 증가하고, 이로 인해 오히려 서지 현상이 발생할 수 있는바, 슈퍼차저(20)의 회전수는 흡기가 압력변동없이 통과하도록 하는 설정회전수로 설정되는 것이 바람직하다.
이때, 제어부(50)는 흡기 유량에 따라 맵핑된 데이터맵으로부터 설정회전수를 도출하여 슈퍼차저(20)를 구동하도록 마련될 수 있다.
즉, 제어부(50)는 흡기 유량을 입력으로 하고, 설정회전수를 출력으로 하는 데이터맵을 저장하고, 그에 따라 수신된 흡기 유량 데이터를 이용하여 설정회전수를 도출하여 별도의 산출과정없이 슈퍼차저(20)를 신속하게 구동시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제어부(50)는 개방제어단계(S120) 후, 비교단계(S110)를 재실시한다.
또한, 비교단계(S110) 수행결과, 차이값이 설정값 이하일 경우, 제어부(50)가 슈퍼차저(20)를 일반회전수로 구동시키고, 바이패스밸브(35)를 폐쇄 제어하는 단계(S130);를 더 포함할 수 있다.
즉, 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값이 설정값(β) 이하가 됨으로써, 서지 현상이 예측되지 않는다면 슈퍼차저(20)를 기존 제어방식에 따라 일반회전수로 구동시키고, 바이패스밸브(35)를 폐쇄함으로써, 슈퍼차저(20)를 통한 흡기 압축이 원활하게 이루어지도록 한다.
여기서, 일반회전수는 기존에 전체 흡기 유량이 유동가능하도록 한 회전수를 의미한다.
도 3은 본 발명의 서지방지가 요구되지 않을 경우에 차량의 서지 방지장치를 도시한 도면이다. 즉, 슈퍼차저(20)를 일반회전수로 구동시키고, 바이패스밸브(35)를 폐쇄하면 도 3에 도시된 화살표와 같이 흡기가 슈퍼차저(20)를 통해서만 엔진(40)으로 전달된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 서지 방지방법에 따르면 가속페달 팁 아웃(tip out)으로 인한 터보 서지 발생을 방지할 수 있는바, 터보 컴프레서의 내구성 및 NVH 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 저온의 흡기 공기를 바로 배기 측으로 배출하는 제어를 수행하지 않아도 되는바, 촉매 승온 및 보온 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
S100: 감지단계
S110: 비교단계
S120: 개방제어단계
S130: 폐쇄제어단계
10: 터보차저
12: 터빈
14: 컴프레서
20: 슈퍼차저
30: 바이패스라인
35: 바이패스밸브
40: 엔진
50: 제어부

Claims (6)

  1. 제어부가 가속페달의 팁 아웃이 검출되는지 감지하는 단계;
    가속페달의 팁 아웃이 검출될 경우, 제어부가 엔진 연소실의 흡기압력에서 배기압력을 뺀 차이값을 기설정된 설정값과 비교하는 단계; 및
    차이값이 설정값보다 클 경우, 제어부가 터보차저 후단에 구비된 슈퍼차저를 일반회전수보다 작은 값인 설정회전수로 구동시키고, 슈퍼차저의 상류 지점으로부터 분기되어 슈퍼차저의 하류 지점과 연결된 바이패스라인 상에 구비되어 개폐동작하는 바이패스밸브를 개방 제어하는 단계;를 포함하는 차량의 서지 방지방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 가속페달 답입량이 0이고, 가속페달 답입량의 변화기울기가 설정기울기 미만일 경우에 가속페달의 팁 아웃이 검출된다고 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 서지 방지방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    설정회전수는 흡기 유량 중 50%의 유량이 압력변동없이 슈퍼차저를 통과할 수 있도록 하는 회전수인 것을 특징으로 하는 차량의 서지 방지방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 흡기 유량에 따라 맵핑된 데이터맵으로부터 설정회전수를 도출하여 슈퍼차저를 구동시키는 것을 특징으로 하는 차량의 서지 방지방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제어부는 개방 제어단계 후, 비교단계를 재실시하는 것을 특징으로 하는 차량의 서지 방지방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    차이값이 설정값 이하일 경우, 제어부가 슈퍼차저를 일반회전수로 구동시키고, 바이패스밸브를 폐쇄 제어하는 단계;를 더 포함하는 차량의 서지 방지방법.
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