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KR101601091B1 - 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치 및 이를 이용한 제어 방법 - Google Patents

터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치 및 이를 이용한 제어 방법 Download PDF

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KR101601091B1
KR101601091B1 KR1020130161449A KR20130161449A KR101601091B1 KR 101601091 B1 KR101601091 B1 KR 101601091B1 KR 1020130161449 A KR1020130161449 A KR 1020130161449A KR 20130161449 A KR20130161449 A KR 20130161449A KR 101601091 B1 KR101601091 B1 KR 101601091B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치는, 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진; 배기 가스에 의해 작동하는 터빈과 회전축으로 연결된 컴프레서가 외부 공기를 압축하여 상기 엔진의 연소실로 과급하는 터보차저; 상기 엔진의 연소실에서 조기 점화 여부를 감지하는 감지 센서; 및 상기 감지 센서를 통해 상기 엔진의 연소실에서 조기 점화가 발생한 것을 감지하면, 요구 토크량과 상기 연소실의 점화 시기 및 공연비로부터 상기 연소실로 공급되는 과급 압력을 조절하여 조기 점화를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 조기 점화가 발생했을 때, 연소실로 공급되는 다량의 연료량에 따른 과급 압력을 조절하여 엔진의 토크 변화를 최소화할 수 있다.

Description

터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치 및 이를 이용한 제어 방법 {Control Apparatus of Engine having Turbocharger and Method Thereof}
본 발명은 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고압축비 터보 엔진에서 쉽게 발생하는 조기 점화 현상이 발생할 때, 운전자가 조기 점화를 인지하지 못하도록 하는 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 외부의 공기를 유입한 다음 유입된 공기와 연료를 적절한 비율로 혼합하여 엔진에서 연소시켜 동력을 발생한다.
엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해, 엔진의 연소 효율을 높이기 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저 (turbocharger)가 사용되고 있다.
이러한 터보차저는 엔진의 배기 계통으로 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기를 가압함으로써 엔진의 연소실로 유입되는 흡기의 충진 효율이 높아지도록 하는 것으로, 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있다.
이러한 터보차저를 구비한 엔진에는 압축 행정의 말기에 스파크에 의해 점화되기 전에 연소실의 과열로 인해 혼합 가스가 자연 발화되는 현상인 조기 점화 현상이 발생한다. 조기 점화 현상이 지속적으로 발생하면, 엔진의 출력이 저하되고 노킹(knocking) 현상이 발생하여 엔진이 손상되는 문제가 발생한다.
또한, 조기 점화 현상은 운전자에게 불편함을 초래하고, 이로 인해 차량의 성능에 대해 불만을 제기하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터보차저를 구비한 엔진에서 조기 점화가 발생할 때, 신속하게 조기 점화 현상을 억제하는 것을 목적으로 한다.
또한, 조기 점화 현상을 억제할 때, 엔진의 토크 변동을 최소화하여 운전자가 조기 점화 현상을 인지하는 것을 억제하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치는, 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진; 배기 가스에 의해 작동하는 터빈과 회전축으로 연결된 컴프레서가 외부 공기를 압축하여 상기 엔진의 연소실로 과급하는 터보차저; 상기 엔진의 연소실에서 조기 점화 여부를 감지하는 감지 센서; 및 상기 감지 센서를 통해 상기 엔진의 연소실에서 조기 점화가 발생한 것을 감지하면, 요구 토크량과 상기 연소실의 점화 시기 및 공연비로부터 상기 연소실로 공급되는 과급 압력을 조절하여 조기 점화를 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 연소실로 공급되는 과급 압력을 조절하여 조기 점화가 억제되면, 공연비를 증가시킬 수 있다.
상기 제어부는, 상기 연소실로 공급되는 과급 압력을 조절하여 조기 점화가 억제되지 않으면, 림프 홈 모드로 전환할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법은, 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법에 있어서, 상기 엔진의 연소실에 조기 점화가 발생했는지 여부를 감지하는 단계; 상기 엔진의 연소실에 조기 점화가 발생한 것을 감지하면, 상기 연소실로 농축된 연료를 공급하는 단계; 및 요구 토크량, 점화 시기, 공연비로부터 상기 연소실로 공급되는 공기의 과급압력을 조절하는 단계;를 포함할 수 있다.
조기 점화가 억제되었는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 연소실로 공급되는 공기의 과급 압력을 조절하여 조기 점화가 억제된 것으로 판단되면, 상기 연소실로 공급되는 연료의 공연비를 일정 값으로 증가시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
조기 점화가 억제되지 않은 것으로 판단되면, 림프 홈 모드로 전환하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치 및 방법에 의하면, 조기 점화가 발생했을 때, 연소실로 공급되는 다량의 연료량에 따른 과급 압력을 조절하여 엔진의 토크 변화를 최소화할 수 있다.
조기 점화를 억제하는 과정에서 엔진 토크 변화가 최소화되어, 운전자가 조기 점화 현상을 인지하지 못하게 된다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 제어 신호를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치는, 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진(10)과, 상기 엔진(10)의 연소실(12)로 압축된 공기를 공급하는 터보차저(20), 상기 연소실(12)의 조기 점화 여부를 감지하는 감지 센서(30), 및 상기 연소실(12)에서 발생하는 조기 점화를 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
상기 터보차저(20)는 상기 엔진(10)의 연소실(12)에서 연소되어 배출되는 배기 가스에 의해 작동하는 터빈과 회전축으로 연결된 컴프레서가 외부 공기를 압축하여 상기 엔진(10)의 연소실(12)로 압축된 공기를 공급한다.
상기 엔진(10)의 연소실(12)에는 조기 점화 여부를 감지하는 감지 센서(30)가 구비된다. 상기 감지 센서(30)는 감지된 신호를 상기 제어부(40)로 제공한다.
상기 제어부(40)는 상기 감지 센서(30)를 통해 상기 엔진(10)의 연소실(12)에서 조기 점화가 발생한 것을 감지하면, 요구 토크량과 상기 연소실(12)의 점화 시기 및 공연비로부터 상기 연소실(12)로 공급되는 과급 압력을 조절한다.
상기 제어부(40)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 연소실(12)에서 조기 점화가 발생하면, 상기 엔진(10)의 연소실(12)로 공급되는 연료를 농축(enrichment)하여 공급한다. 즉, 상기 연소실(12)로 순간적으로 많은 양의 연료를 공급하면, 상기 연소실(12)의 온도가 낮아져 조기 점화가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이와 같이, 상기 연소실(12)로 순간적으로 많은 양의 연료가 공급되면 엔진의 토크가 급격하게 증가한다. 엔진 토크가 급격하게 상승하면, 운전자가 연소실(12)에서 조기 점화 현상이 발생한 것을 인지하게 되고, 이러한 현상이 지속적으로 발생하면 운전자가 차량의 성능에 대해 불만을 가지게 된다.
따라서 상기 연소실(12)로 공급되는 압축 공기의 압력을 조절할 필요가 있다. 상기 연소실(12)로 공급되는 과급 압력은 요구 토크와, 점화 시기, 그리고 공연비로 구성되는 함수에 의해 결정된다.
이때, 상기 제어부(40)에 의해 과급 압력을 적절히 조절하여 엔진의 토크 변화를 조절할 수 있다. 이때, 상기 제어부(40)가 엔진의 토크 변화가 최소화되도록 과급 압력을 조절하면, 운전자는 조기 점화가 발생한 것을 인지하지 못하게 된다.
여기서 공연비(람다)는 공기와 연료의 중량비(공기 중량/연료 중량)를 말한다. 공연비의 값이 커진다는 것은 공기의 중량비가 커진다는 것으로 상대적으로 희박한 혼합 가스를 의미한다. 반대로 공연비의 값이 작아진다는 것은 공기의 중량 비율이 적어진다는 것으로 상대적으로 농후한 혼합 가스가 된다는 것을 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 터보차저가 구비된 엔진의 제어 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 연소실(12)에 구비된 감지 센서(30)로부터 조기 점화가 발생했는지 여부를 감지한다(S10).
만약, 엔진(10)의 연소실(12)에 조기 점화가 발생한 것을 감지하면, 상기 상기 연소실(12)로 농축된 연료를 공급한다(S20). 즉, 상기 연소실(12)로 순간적으로 농축된 연료를 공급하면 상기 연소실(12)의 온도가 낮아져 조기 점화 현상을 억제할 수 있다.
상기 제어부(40)는 요구 토크량과, 점화 시기, 공연비로부터 상기 연소실(12)로 공급되는 공기의 과급 압력을 조절한다(S30). 이때, 상기 연소실(12)로 공급되는 과급 압력을 조절하여 엔진 토크의 변화를 최소화한다.
즉, 조기 점화로 인해 엔진의 토크가 급격하게 증가하면, 운전자가 조기 점화가 발생한 것을 인지하게 된다. 따라서 운전자가 조기 점화를 인지하지 못하도록 상기 제어부(40)는 상기 연소실(12)로 공급되는 공기의 과급 압력을 조절하여 엔진의 토크 변화를 최소화하도록 제어한다.
그리고 상기 감지 센서(30)의 감지 신호로부터 조기 점화가 억제되었는지 여부를 판단한다(S40). 이때, 조기 점화가 억제되었는지 여부는 상기 감지 센서(30)로부터 전송된 신호를 통해 판단할 수 있다.
상기 연소실(12)에서 발생한 조기 점화가 억제되었으면, 상기 제어부(40)는 상기 연소실(12)로 공급되는 연료량을 정상상태로 감소시킨다(S50). 즉, 엔진이 정상화된 것으로 판단하여, 정상상태로 엔진을 제어한다.
그러나 연소실(12)로 공급되는 연료의 농축량과 과급 압력을 조절했음에도 불구하고, 조기 점화가 억제되지 않으면, 엔진이 비정상 상태인 것으로 판단한다. 그리고 상기 제어부(40)는 엔진을 림프 홈(limp home) 모드로 전환시켜 운전한다(S60). 이와 같이, 엔진을 림프 홈 모드로 전환함으로써, 엔진의 파손되는 것을 방지하고, 운전자의 안전을 보장할 수 있다.
림프 홈 모드는 엔진(10)이 부품의 고장으로 인해 갑자기 멈추어 운전자의 안전을 해치는 것을 방지하기 위한 모드이다. 림프 홈 모드시에는 상기 제어부(40)는 차량의 속도를 일정 속도 이하로 제한한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 엔진(10)의 연소실(12)에서 조기 점화가 발생한 것을 감지하면(도 3 (d) 라인 참조), 상기 제어부(40)는 상기 연소실(12)로 순간적으로 많은 양의 연료를 공급하여 연소실(12)의 온도를 낮추도록 한다(도 3 (a) 라인 참조).
상기 연소실(12)로 공급되는 많은 양의 연료에 의해 토크의 변화가 심해지는 것을 방지하기 위해, 상기 연소실(12)로 공급되는 공기의 과급 압력을 제어한다(도 3 (b) 라인 참조).
이와 같이, 연소실(12)로 공급되는 연료량과 공기의 과급 압력을 조절하여 엔진 토크의 변화를 최소화함으로써(도 3 (c) 라인 참조), 운전자는 조기 점화가 발생한 것을 인지하지 못하게 된다.
그리고 조기 점화가 억제되었으면, 연소실(12)로 공급되는 연료량을 서서히 원래의 상태로 감소시키고, 이에 따라 연소실(12)로 공급되는 공기의 과급 압력도 서서히 원래 상태로 유지한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 엔진
12: 연소실
20: 터보차저
30: 감지 센서
40: 제어부

Claims (6)

  1. 연료를 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진;
    배기 가스에 의해 작동하는 터빈과 회전축으로 연결된 컴프레서가 외부 공기를 압축하여 상기 엔진의 연소실로 과급하는 터보차저;
    상기 엔진의 연소실에서 조기 점화 여부를 감지하는 감지 센서; 및
    상기 감지 센서를 통해 상기 엔진의 연소실에서 조기 점화가 발생한 것을 감지하면, 공연비를 감소시켜 상기 연소실로 농축된 연료를 공급하여 조기 점화를 억제하고, 농축된 연료가 상기 연소실로 공급되어 발생하는 엔진의 토크 변화를 최소화하도록 요구 토크량과 상기 연소실의 점화 시기 및 공연비로부터 상기 연소실로 공급되는 과급 압력을 조절하며, 상기 연소실로 공급되는 연료의 농축량과 과급 압력을 조절하여 조기 점화가 억제되지 않으면, 차량의 속도를 일정 속도 이하로 제한하는 림프 홈 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제어부는
    상기 연소실로 공급되는 과급 압력을 조절하여 조기 점화가 억제되면, 공연비를 증가시키는 것을 특징으로 하는 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법에 있어서,
    상기 엔진의 연소실에 조기 점화가 발생했는지 여부를 감지하는 단계;
    상기 엔진의 연소실에 조기 점화가 발생한 것을 감지하면, 공연비를 감소시켜 상기 연소실로 농축된 연료를 공급하여 조기 점화를 억제하는 단계;
    농축된 연료가 상기 연소실로 공급되어 발생하는 엔진의 토크 변화를 최소화하도록 요구 토크량, 점화 시기, 공연비로부터 상기 연소실로 공급되는 공기의 과급압력을 조절하는 단계;
    조기 점화가 억제되었는지 여부를 판단하는 단계; 및
    조기 점화가 억제되지 않은 것으로 판단되면, 차량의 속도를 일정 속도 이하로 제한하는 림프 홈 모드로 전환하는 단계;
    를 포함하는 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연소실로 공급되는 공기의 과급 압력을 조절하여 조기 점화가 억제된 것으로 판단되면, 상기 연소실로 공급되는 연료의 공연비를 일정 값으로 증가시키는 단계;
    를 더 포함하는 터보차저를 구비한 엔진의 제어 방법.
  6. 삭제
KR1020130161449A 2013-12-23 2013-12-23 터보차저를 구비한 엔진의 제어 장치 및 이를 이용한 제어 방법 Active KR101601091B1 (ko)

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