KR101680398B1 - 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

배기 가스 터보 과급기(4), 신선한 가스 공급 장치(5), 공기 처리 시스템(23) 및 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 급기될 수 있는 압축기(6)를 가진 차량 공기 시스템, 및 엔진 제어 장치(31)를 포함하는 차량(1)의 내연기관(2)의 급기압(p)을 조절하기 위한 방법은 내연기관(2)에 대한 토크 요구를 검출하고, 차량 공기 시스템의 현재 급기압(p)을 결정하며 현재 압력을 결정하는 단계; 현재 급기압(p)을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압(Psoll)과 비교하고 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력을 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력과 비교하는 단계; 및 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기(6)에 공급하는 것을 중단함으로써 급기압(p)을 조절하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 상응하는 장치에 관한 것이다.

Description

차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REGULATING A CHARGE AIR PRESSURE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A VEHICLE}
본 발명은 배기 가스 터보 과급기, 신선한 가스 공급 장치, 공기 처리 시스템 및 상기 배기 가스 터보 과급기에 의해 급기될 수 있는 압축기를 가진 차량 공기 시스템, 및 엔진 제어 장치를 포함하는 차량의 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법, 및 상응하는 장치에 관한 것이다.
배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관은 특정 작동 상태에서, 특히 토크 요구시, 배기 가스 터보 과급기에 의해 압축된 신선한 가스의 불충분한 공급 단계를 가지며, 이로 인해 소위 터보 랙(turbo lag)이 생긴다. 터보 랙을 없애기 위해, 증가된 공기 수요가 신선한 가스 공급 장치에 의한 추가의 신선한 가스 공급에 의해 커버된다. 추가의 신선한 공기는 예컨대 차량 공기 시스템의 압축 공기 저장기에서 빼내질 수 있다. 이를 위해, 압축 공기를 공급하기 위한 해당 압축기가 상기 증가된 수요에 대해 설계되어야 한다. 이러한 압축기는 급기될 수 있다. 즉, 상기 압축기가 배기 가스 터보 과급기로부터 나온 압축된 공기를 사용할 수 있다.
이 경우 단점은 내연기관이 배기 가스 터보 과급기에 의해 압축된 신선한 공기를 필요로 하는 작동 점에 있는지 또는 필요로 하지 않는 작동점에 있는지의 여부와는 상관없이, 압축된 공기가 유동 방향으로 볼 때 배기 가스 터보 과급기 후방에서 빼내진다는 것이다. 이는 허용될 수 없는 출력 저하를 일으킬 수 있다.
압축기들은 주로 기계식으로 구동된다. 소위 클러치 압축기의 장점은 지난 수년 동안 꾸준히 상승한 연료 가격으로 인해 다시 부각되었다. 연속해서 급기되는 압축기들은 특히 미국에서 선행 기술이다. 예컨대, DE 102008004807A1에는 급기식 클러치 압축기가 공지되어 있다.
전자식으로 조절되는 공기 처리 시스템들도 선행 기술이며, 압축 공기로 제동되는 상용차에 조립된다. 신선한 가스 공급 장치는 예컨대 WO2006/089779A1에 공지되어 있다. 모든 시스템들은 연료 절감, 배출 및/또는 차량의 과도 성능과 관련한 장점을 제공한다. 그러나, 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관의 요구를 고려한 전체 포텐셜은 구현되지 않는다.
본 발명의 과제는 상기 단점을 없애거나 또는 현저히 감소시키고 다른 장점을 갖는, 배기 가스 터보 과급기를 구비한 차량의 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 과제는 상응하는 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항 및 제 6항의 특징들을 포함하는 방법에 의해 해결된다. 상기 과제는 또한 청구항 제 12항 및 제 15항의 특징들을 포함하는 장치에 의해 해결된다.
본 발명의 사상은 내연기관에 대한 토크 요구시, 급기압의 조절이 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단함으로써 이루어지는 것이고, 이로 인해 급기압이 신속히 그 설정값으로 상승하며 터보 랙이 현저히 줄어든다. 최선의 소비와 더불어 탁월한 가속값이 얻어진다.
이로 인해, 또한 하기 장점이 얻어질 수 있다:
- 차량 공기 시스템에 공기를 공급하거나 또는 차량 공기 시스템을 공기로 채우기 위해, 급기된 상태에서, 특히 차량의 코스팅(coasting) 또는 브레이크 단계에서 압축기의 최대 공기 송출,
- 차량 공기 시스템을 채우기 위해, 급기된 상태에서, 특히 내연기관이 최대량의 신선한 공기를 필요로 하지 않거나 또는 너무 큰 급기압이 존재하는 단계(예컨대, 부분 부하 또는 웨이스트 게이트 단계)에서, 압축기의 최대 공기 송출.
이에 따라, 배기 가스 터보 과급기, 신선한 가스 공급 장치, 공기 처리 시스템 및 상기 배기 가스 터보 과급기에 의해 급기될 수 있는 압축기를 가진 차량 공기 시스템, 및 엔진 제어 장치를 포함하는 차량의 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 제 1 방법은
- 내연기관에 대한 토크 요구를 검출하고, 차량 공기 시스템의 현재 급기압을 결정하고 현재 압력을 결정하는 단계;
- 현재 급기압을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압과 비교하고
- 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력을 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력과 비교하는 단계; 및
- 상기 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단함으로써 급기압을 조절하는 단계를 포함한다.
엔진 제어 장치, 전자식 공기 처리 시스템 및 급기된 압축기의 지능적 조절이 이루어짐으로써, 신선한 가스 공급 장치에 의해 추가의 공기 수요가 커버된다. 또한, 배기 가스 터보 과급기를 구비한 내연기관의 성능과 관련한 단점들이 방지된다.
토크 요구시, 예컨대 가속 페달의 작동시, 내연기관이 예컨대 배기 가스 터보 과급기의 최대의 신선한 공기 공급을 필요로 하는 단계들은 엔진 제어 장치에 의해 검출되고, 엔진 제어 장치는 관련 현재 급기압을 결정하며, 상기 현재 급기압은 너무 낮은 급기압에서 예컨대 신호를 발생시키기 위해 설정값과 비교된다. 상기 신호는 공기 처리 시스템에 공급되고, 상기 공기 처리 시스템은 차량 공기 시스템의 현재 압력 레벨을 기초로, 이 단계에서 압축기가 압축 공기를 송출해야 하는지의 여부를 결정한다. 차량 공기 시스템의 상기 압력이 충분하면, 예컨대 압축기가 스위치-오프됨으로써, 배기 가스 터보 과급기로부터 압축기로 압축된 공기의 공급이 중단된다. 이것은 전기 구동부를 구비한 압축기에서, 상기 전기 구동부가 스위치-오프됨으로써 이루어진다. 압축기가 스위칭 가능한 커플링 장치를 통해 내연기관과 연결되면, 스위칭 가능한 커플링 장치는 분리될 수 있다. 2가지 구동 방식과 다른 것의 조합도 가능하다.
이로써, 압축된 공기가 스위치-오프된 압축기에 대해 분기되지 않기 때문에 내연기관의 유입 또는 배출 매니폴드에서 급기압이 신속히 상승될 수 있다. 토크 요구가 종료되면, 압축기가 다시 스위치-온되거나 또는 스위치-온을 위해 해제된다.
압축기의 스위치-오프는 엔진 제어 장치, 공기 처리 시스템 및/또는 압축기 시스템 제어 장치에 의해 실시될 수 있다.
또한, 배기 가스 터보 과급기, 신선한 가스 공급 장치, 공기 처리 시스템 및 압축기를 가진 차량 공기 시스템, 및 엔진 제어 장치를 포함하고, 상기 배기 가스 터보 과급기로부터 나온 압축된 공기 또는 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 나온 공기가 상기 압축기에 공급되는, 차량의 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 제 2 방법은
- 내연기관에 대한 토크 요구를 검출하고, 차량 공기 시스템의 현재 급기압을 결정하고 현재 압력을 결정하는 단계;
- 현재 급기압을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압과 비교하고
- 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력을 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력과 비교하는 단계; 및
- 상기 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단함으로써, 또는 상기 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 작으면, 상기 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것 및 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 나온 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단함으로써, 급기압을 조절하는 단계를 포함한다.
여기서는 상기 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같은 경우에, 상기 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단하기 위해 압축기가 스위치-오프될 뿐만 아니라(전술한 바와 같이), 토크 요구의 단계 동안 차량 공기 시스템의 채움, 즉 압축기의 작동이 반드시 필요한 극단의 경우에도, 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것이 중단되고, 동시에 압축기가 계속 송출한다. 이는 이 경우에 압축기가 하나 이상의 밸브의 전환 스위칭에 의해 하나 이상의 다른 공기 소스와 연결됨으로써 가능해질 수 있다. 예컨대, 배기 가스 터보 과급기의 임펠러에 대한 압축기 유입부의 연결이 밸브에 의해 폐쇄되고, 압축기 유입부가 다른 밸브에 의해 다른 공기 소스, 예컨대 주변 공기와 연결된다. 압축기는 이 경우 급기된 상태가 아니지만, 필요한 압축 공기가 발생될 수 있고, 동시에 급기압이 최적으로 조절된다.
급기압들의 비교는 엔진 제어 장치에 의해 이루어질 수 있다. 예컨대, 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작으면 신호가 발생된다. 발생된 신호는 공기 처리 시스템에 제공되고, 공기 처리 시스템은 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력과 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력을 비교한다. 그러나, 공기 처리 시스템이 급기압들을 비교하는 것도 가능하다. 이를 위해, 추가의 제어 장치가 사용될 수 있고, 많은 조합들도 가능하다.
또한, 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단하는 것은 엔진 제어 장치, 공기 처리 시스템 및/또는 압축기 시스템 제어 장치에 의해 실시될 수 있다. 여기서도, 다른 조합들도 가능하다.
차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치는 압축된 급기를 발생시키는 배기 가스 터보 과급기; 압축된 급기 및 추가의 신선한 가스를 내연기관에 공급하는 신선한 가스 공급 장치; 차량 공기 시스템을 제어하고 차량 공기 시스템의 현재 압력을 결정하기 위한 공기 처리 시스템을 구비한 차량 공기 시스템; 차량 공기 시스템용 압축 공기를 발생시키는 압축기로서, 압축기에 압축된 급기를 공급하기 위해 배기 가스 터보 과급기와 연결된 압축기; 내연기관을 제어하고 내연기관에 대한 토크 요구를 검출하며 현재 급기압을 결정하는 엔진 제어 장치를 포함하고, 상기 엔진 제어 장치는 현재 급기압을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압과 비교하고, 현재 급기압이 설정 급기압보다 작으면 신호를 발생시키며, 이 신호를 공기 처리 시스템으로 전달하도록 형성되고, 상기 공기 처리 시스템 및/또는 엔진 제어 장치는 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력과 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력을 비교하고, 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단함으로써, 급기압을 조절하도록 형성된다.
상기 장치는 특히 전술한 제 1 방법을 실시하기에 적합하다.
차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 다른 장치는 압축된 급기를 발생시키는 배기 가스 터보 과급기; 압축된 급기 및 추가의 신선한 가스를 내연기관에 공급하는 신선한 가스 공급 장치; 차량 공기 시스템을 제어하고 차량 공기 시스템의 현재 압력을 결정하는 공기 처리 시스템을 구비한 차량 공기 시스템; 차량 공기 시스템용 압축 공기를 발생시키는 압축기로서, 압축기에 압축된 급기를 공급하기 위해 그리고 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 나온 급기를 공급하기 위해 배기 가스 터보 과급기와 연결될 수 있는 압축기; 내연기관을 제어하고 내연기관에 대한 토크 요구를 검출하는 엔진 제어 장치를 포함하고, 상기 엔진 제어 장치는 현재 급기압을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압과 비교하고, 현재 급기압이 설정 급기압보다 작으면 신호를 발생시키며, 이 신호를 공기 처리 시스템으로 전달하도록 형성되고, 상기 공기 처리 시스템 및/또는 엔진 제어 장치는 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력과 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력을 비교하고, 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단함으로써, 그리고 결정된 현재 급기압이 상응하는 설정 급기압보다 작고 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 작으면, 배기 가스 터보 과급기에 의해 공급되는 압축된 공기를 압축기에 공급하는 것 및 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 나온 공기를 압축기에 공급하는 것을 중단함으로써, 급기압을 조절하도록 형성된다.
상기 장치는 전술한 제 2 방법을 실시하기에 특히 적합하다.
압축기는 흡입 공기 밸브를 통해 하나 이상의 다른 공기 소스와 연결될 수 있고 급기 밸브를 통해 배기 가스 터보 과급기와 연결될 수 있다. 다른 공기 소스는 예컨대 주변 공기 및/또는 다른 배기 가스 터보 과급기로부터 나온 공기 또는 다른 공기 압축기 장치로부터 나온 공기일 수 있다.
장치는 엔진 제어 장치, 공기 처리 시스템, 신선한 가스 공급 장치 및 압축기 시스템 제어 장치의 연결을 위해 버스 장치를 포함할 수 있다. 이 버스 장치는 예컨대 기존 CAN 버스 또는 별도의 버스일 수 있다.
본 발명에 의해, 선행 기술의 단점을 없애거나 또는 현저히 감소시키고 다른 장점을 갖는, 배기 가스 터보 과급기를 구비한 차량의 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 내연기관에 대한 토크 요구시 가속 페달 위치를 시간에 따라 도시한 다이어그램.
도 2는 도 1의 다이어그램과 관련해서 내연기관의 상이한 작동 상태에서 급기압의 상이한 압력 프로파일을 나타낸 다이어그램.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예의 블록 다이어그램.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예의 블록 다이어그램.
동일한 부재들 또는 동일한 기능을 하는 기능 유닛들은 도면들에서 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1에는 내연기관에 대한 토크 요구시 가속 페달 위치(GS)를 시간에 따라 나타낸 다이어그램이 도시된다. 도 1은 도 2 및 도 3과 관련해서 설명된다. 도 2는 도 1의 다이어그램과 관련해서 내연기관의 상이한 작동 상태에서 급기압(p)의 상이한 압력 프로파일(p1, p2, p3)을 나타낸다. 도 3은 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시예의 블록 다이어그램이다.
먼저, 도 3이 설명된다. 차량(1)은 직사각형 박스로 도시된다. 차량은 예컨대 WO2006/089779A1에 설명된 바와 같은 신선한 가스 공급 장치(5)와 연결된 흡입 매니폴드(14)를 구비한 내연기관(2)을 포함한다. 신선한 가스 공급 장치(5)는 한편으로는 급기 라인(13)을 통해 배기 가스 터보 과급기(4)의 임펠러 압력 라인(11)과 연결되고, 다른 한편으로는 예컨대 압축 공기 저장기로부터 나온 추가 공기용 추가 공기 라인(15)과 연결된다. 배기 가스 터보 과급기(4)는 공기 유입부(9)로부터 공기 필터(3) 및 임펠러 흡입 라인(10)을 통해 압축을 위한 흡입 공기를 얻는다. 또한, 급기 라인(13)과 임펠러 압력 라인(11)은 노드 점(12)에서 압축기 유입 라인(16)과 통한다. 압축기 유입 라인(16)은 압축기(6)의 공기 유입부와 연결되고, 상기 압축기는 급기 라인(13)으로부터 나와 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 압축된 공기를 압축 및 송출하기 위해 제공된다. 따라서, 압축기(6)는 소위 급기되는 압축기(6)이다. 압축기(6)는 내연기관(2)에 의해 스위칭 가능한 커플링 장치(7) 및 압축기 구동부(8)를 통해 구동된다. 스위칭 가능한 커플링 장치(7)는 예컨대 전자기식으로, 유압식으로, 공압식으로 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 압축기 시스템 제어 장치(27)는 커플링 장치(7)의 제어를 위해 커플링 장치(7)와 적합한 방식으로 연결된다. 압력 센서(26)는 흡입 매니폴드(14) 내의 급기압(p)을 측정하기 위해 압축기 시스템 제어 장치(27)와 연결된다. 제어 라인들 및 신호 라인들은 파선으로 도시된다.
토크 요구시, 예컨대 차량(1)의 추월시 가속을 위한 자발적인 부하 요구시, 차량(1)의 가속 페달이 0%의 시점(T1)(코스팅 모드: coasting mode)에서 예컨대 100% 조절된 풀 스로틀(full throttle) 위치인 가속 페달 위치(GS)로 조절된다. 동시에(도 2 참고) 급기압(p)은 설정 급기압(Psoll)으로 표시되는 최대치까지 증가한다. 이 경우, 급기압(p)은 급기압(p2)으로서 도 3의 장치에 따라 상승하고 시점(T1)과 제 2 시점(T2) 사이의 대략 중간에서 설정 급기압(Psoll)에 이른다. 이 시점(T2)에서, 운전자는 더 이상 전부하를 필요로 하지 않으며 가속 페달을 예컨대 20....30%의 가속 페달 위치로 되돌린다. 이는 일정한 속도의 주행에 상응할 수 있다. 급기압(p)은 떨어진다.
시간(T1-T2) 동안 내연기관은 터보 과급기(4)의 최대로 이용 가능한 신선한 공기를 필요로 하므로, 운전자의 부하 요구가 충족될 수 있다. 동시에, 신선한 가스 공급 장치(5)는 추가 공기를 흡입 매니폴드(14) 내로 공급한다. 이 단계에서 급기된 압축기(6)가 압축된 신선한 공기를 급기 라인(13)으로부터 유동 방향으로 배기 가스 터보 과급기(4) 후방에서 분기시키면, 도 2에 급기압의 프로파일이 주어진다. 이 급기압(p3)이 훨씬 더 느리게 상승하므로, 훨씬 더 낮은 가속 및 연비 증가와 더불어 내연기관(1)의 최적 작동점의 더 늦은 도달이 나타난다.
급기압(p)을 조절하기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해, 급기압(p1)의 프로파일이 얻어진다. 이는 급기압 라인(13)으로부터 압축기(4)로의 압축된 급기의 공급이 중단됨으로써 이루어진다. 상기 제 1 실시예(도 3)에서는 이 단계에서 압축기(6)가 스위치-오프된다. 즉, 이 실시예에서는 시간(T1-T2) 동안 스위치-오프된다. 이를 위해, 예컨대 엔진 제어 장치(31)(도 4 참고)에 의해 결정되는, 시점(T1)에서 토크 요구의 시작시 현재 급기압(p)은 이 실시예에서 압력 센서(26)에 의해 측정되고, 압축기 시스템 제어 장치(27)에서 저장된(예컨대 표 형태로 또는 곡선 형태로) 설정-급기압(Psoll)과 비교된다. 이는 예컨대 엔진 제어 장치(31)의 신호에 의해 활성화되고, 상기 신호는 시점(T1)에 압축기 시스템 제어 장치(27)에, 예컨대 버스 장치(32)(도 4 참고)로서 CAN-버스를 통해 공급된다. 동일한 시점에, 엔진 제어 장치(31)의 신호가 공기 처리 시스템(23)에 공급되고(도 4 참고), 상기 공기 처리 시스템은 차량 공기 시스템(압축 공기 브레이크 시스템 포함)을 제어하고 모니터링한다. 공기 처리 시스템(23)은 (도시되지 않은) 공기 저장기의 현재 공기 압력을 설정 작동 압력과 비교한다. 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같고 동시에 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작으면, 스위칭 가능한 커플링 장치(7)가 분리됨으로써, 압축기(6)가 압축기 시스템 제어 장치(27) 또는 공기 처리 시스템(23)에 의해 스위치-오프된다. 시점(T2)에 도달하면(또는 사전에 설정 가능한 또는 계산 가능한 시간 후에), 압축기(6)는 커플링 장치(7)의 결합에 의해 다시 스위치-온된다. 시점(T3)까지의 시간(T2) 동안, 급기압(p2) 곡선에서 보다 더 낮은 급기압(p) 및 급기압(p3) 곡선과 동일한 급기압이 주어진다. 이는 문제가 없는데, 그 이유는 여기서 부하 요구가 더 이상 주어지지 않기 때문이다. 압축기(6)가 시간(T1-T2)동안 스위치-오프되는지 또는 스위치-오프되지 않는지의 여부를 결정하는 것은 (전자) 공기 처리 시스템(23)에만 관련되는데, 그 이유는 극단의 경우(예컨대, 브레이크 시스템의 압력 레벨이 사전에 정해질 수 있는 하한에 있는 경우) 압축기(6)가 압축 공기를 공급해야 하기 때문이다. 그러나, 이러한 극단의 경우는 매우 드물게만 나타날 수 있다.
도 4에 블록 회로도로 도시된 본 발명에 따른 장치의 제 2 실시예에서는, 전술한 극단의 경우의 단점이 피해진다.
도 4는 실린더(33), 흡입 매니폴드(14) 및 배출 매니폴드(34)를 포함하는 6 실린더 기관인 내연기관(2)을 약간 더 상세히 도시한다. 또한, 배출 매니폴드(34)와 배기 가스 배출부(37) 사이의 배기 가스 터빈(35) 및 압축기 압력 라인(11)과 압축기 흡입 라인(10) 사이의 압축기(36)를 가진 배기 가스 터보 과급기(4)가 상세히 도시된다.
전술한 엔진 제어 장치(31)는 예컨대 CAN-버스 등일 수 있는 버스 장치(32)와 연결된다.
압축기(6)는 이 실시예에서 배기 챔버(29) 및 밸브 장치(28)와 함께 도시되고, 압축기 시스템(30)에서 밸브들(24, 25)(예컨대 전자기식 또는 전자 공기식 밸브) 및 압축기 시스템 제어 장치(27)와 연결된다. 제어 라인들은 파선 또는 일점쇄선으로 도시된다. 압력 센서(26)는 여기서 밸브(24, 25)를 통해 압축기 시스템 제어 장치(27)에 연결된다. 압축기 시스템 제어 장치(27)는 또한 버스 장치(32)를 통해 엔진 제어 장치(31), 공기 처리 시스템(23) 및 신선한 가스 공급 장치(5)와 통한다.
도 4에 따른 장치에서, 압축기(6)의 압축기 구동부(8)는 내연기관(2)과 직접 연결된다(도 3에서와 같은 커플링 장치(7)도 가능). 압축기(6)는 공기 처리 시스템(23)의 출력 라인(22)과 연결되고, 상기 공기 처리 시스템(23)은 버스 장치(32)에 연결된다.
압축기 유입 라인(16)은 연결점(9)을 통해 흡입 공기 연결 섹션(18) 및 급기 연결 섹션(21)과 통한다. 급기 연결 섹션(21)은 급기 밸브(25)를 통해 압축기 급기 라인(20)과 연결되고, 압축기 급기 라인(20)은 노드점(12)을 통해 급기 라인(13) 및 압축기 압력 라인(11)과 통한다. 신선한 가스 공급 장치(5)는 도 3과 관련해서 이미 설명되었다. 압축기 압력 라인(11)은 노드점(12)과 배기 가스 터보 과급기(4)의 압축기(36) 사이에 급기 냉각기(38)를 포함한다. 흡입 공기 연결 섹션(18)은 흡입 공기 밸브(24)를 통해 압축기 흡입 공기 라인(17)과 연결되고, 압축기 흡입 공기 라인은 필터(3) 하부에서 필터 및 압축기 흡입 라인(10)과 통한다.
밸브들(24 및 25)에 의해 압축기(6)는 한편으로는 급기된 압축기(6)로서 그리고 다른 한편으로는 압축기(6)로서 다른 공기 소스로부터 나온, 예컨대 주변으로부터 나온 또는 다른 공기 저장기로부터 또는 다른 터보 과급기로부터 나온 흡입 공기로 작동될 수 있다.
상기 제 2 실시예에서, 예컨대 커플링 장치(7)가 제공되면, 압축기(6)는 전술한 바와 같이 차량 공기 시스템의 현재 압력이 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같고 동시에 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작으면 스위치-오프될 수 있다.
커플링 장치(7)가 제공되지 않으면, 압축기(6)는 이 경우 밸브들(24 및 25)에 의해 급기 모드로부터 흡입 모드로 전환된다. 급기 밸브(25)가 폐쇄되어, 압축기 압력 라인(11)으로부터 압축된 급기의 공급을 중단시킨다. 동시에, 흡입 공기 밸브(24)가 개방되어 압축기 유입 라인(16)을 필터(3)와 연결함으로써, 압축기(6)가 흡입 모드로 작동한다. 밸브들(24 및 25)이 압축기 시스템 제어 장치(27)에 의해, 다른 장치, 예컨대 공기 처리 시스템(23) 및/또는 엔진 제어 장치(31)에 의해서도 제어될 수 있다. 이들은 고유의 제어 장치를 포함할 수도 있다.
운전자의 토크 요구에도 불구하고 전자식 공기 처리 시스템(23)이 차량 공기 시스템 내로 공기가 공급되는 것을 결정하는 전술한 극단의 경우가 나타나면, 전자식 공기 처리 시스템(23)이 버스 장치(32)를 통해 하나의 신호를 밸브들(24 및 25)을 제어하기 위한 압축기 시스템 제어 장치(27)로 전달함으로써, 흡입 모드로의 전환이 이루어진다(전술한 바와 같이). 따라서, 항상 최적의 급기압(p)이 존재함으로써, 탁월한 가속력과 차량(1)의 내연기관(2)의 최선의 연비가 주어진다.
본 발명은 전술한 실시예로 제한되지 않는다. 본 발명은 청구항의 범위에서 변형 가능하다.
예컨대, 커플링 장치(7)가 제공되지 않으면, 압축된 급기 공급의 중단시 압축기(6)는 흡입 모드로 전환될 수 있고, 동시에 제로 송출로 작동될 수 있다. 이는 예컨대 배기 챔버 조절 및/또는 밸브 장치(28)에 의해 이루어질 수 있다.
압축기(6)가 내연기관(2)에 의해 커플링 장치(7)를 통해 그리고 전기 구동부에 의해 구동될 수도 있다. 커플링 장치(7)가 분리되고 전기 구동부가 스위치-오프됨으로써, 압축기(6)가 스위치-오프될 수 있다.
압축기(6)의 전환 스위칭 및/또는 스위치-온/오프를 위한 밸브들(24, 25)에 대한 제어 신호들은 엔진 제어 장치(31), 공기 처리 시스템(23), 압축기 시스템 제어 장치(27), 밸브 제어 유닛 또는 유사한 것에 의해 상이한 압력들의 비교에 따라 버스 장치(32) 또는 다른 인터페이스를 통해 안내될 수 있다.
물론, 모든 제어 유닛들(31, 23, 27) 및 다른 제어 유닛이 하나의 제어 장치에 통합되거나 또는 분배될 수 있다. 설정값들은 공지된 바와 같이 표 형태로 각각의 제어 장치의 메모리 장치에 분산되어 또는 중앙에 저장되거나 및/또는 적합한 알고리즘에 따라 계산될 수 있다.
1 차량
2 내연기관
3 공기 필터
4 배기 가스 터보 과급기
5 신선한 가스 공급 장치
6 압축기
7 커플링 장치
8 압축기 구동부
9 공기 유입부
10 압축기 흡입 라인
11 압축기 압력 라인
12 노드 점
13 급기 라인
14 흡입 매니폴드
15 추가 공기 라인
16 압축기 유입 라인
17 압축기 흡입 공기 라인
18 흡입 공기 연결 섹션
19 연결점
20 압축기 급기 라인
21 급기 연결 섹션
22 압축기 출력 라인
23 공기 처리 시스템
24 흡입 공기 밸브
25 급기 밸브
26 압력 센서
27 압축기 시스템 제어 장치
28 밸브 장치
29 압축기 배기 챔버
30 압축기 시스템
31 엔진 제어 장치
32 버스 장치
33 실린더
34 배출 매니폴드
35 배기 가스 터빈
36 압축기
37 배기 가스 배출부
38 급기 냉각기
GS 가속 페달 위치
p1, p2, p3, p4 급기압
Psoll 설정 급기압
t 시간
T1...3 시점

Claims (18)

  1. 배기 가스 터보 과급기(4), 신선한 가스 공급 장치(5), 공기 처리 시스템(23) 및 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 급기될 수 있는 압축기(6)를 가진 차량 공기 시스템, 및 엔진 제어 장치(31)를 포함하는 차량(1)의 내연기관(2)의 급기압(p)을 조절하기 위한 방법으로서,
    (ⅰ) 상기 내연기관(2)에 대한 토크 요구를 검출하고, 상기 차량 공기 시스템의 현재 급기압(p)을 결정하고 현재 압력을 결정하는 단계;
    (ⅱ) 상기 현재 급기압(p)을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압(Psoll)과 비교하고, 상기 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력을 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력과 비교하는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력이 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단함으로써 상기 급기압(p)을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 현재 급기압(p)의 비교가 상기 엔진 제어 장치(31)에 의해 이루어지고, 상기 엔진 제어 장치는 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작으면 신호를 발생시키고, 발생된 신호는 상기 공기 처리 시스템(23)에 전달되고, 상기 공기 처리 시스템은 상기 차량 공기 시스템의 상기 결정된 현재 압력을 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력과 비교하는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단하기 위해, 상기 압축기(6)가 스위치-오프되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 압축기(6)의 스위치-오프가 상기 엔진 제어 장치(31), 상기 공기 처리 시스템(23) 또는 압축기 시스템 제어 장치(27)에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 스위치-오프시, 전기로 구동되는 압축기(6)에서, 전기 구동부가 스위치-오프되거나, 스위칭 가능한 커플링 장치(7)를 통해 구동부와 결합되는 압축기(6)에서, 상기 커플링 장치(7)가 분리되거나, 또는 전기 구동부에 의해 그리고 스위칭 가능한 커플링 장치(7)를 통해 다른 구동부에 의해 구동되는 압축기(6)에서, 상기 전기 구동부가 스위치-오프되고 상기 스위칭 가능한 커플링 장치(7)가 분리되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  6. 배기 가스 터보 과급기(4), 신선한 가스 공급 장치(5), 공기 처리 시스템(23) 및 압축기(6)를 가진 차량 공기 시스템, 및 엔진 제어 장치(31)를 포함하고, 상기 압축기(6)에는 상기 배기 가스 터보 과급기(4)로부터 나온 압축된 공기 또는 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 나온 공기가 공급되는, 차량(1)의 내연기관(2)의 급기압(p)을 조절하기 위한 방법으로서,
    (ⅰ) 상기 내연기관(2)에 대한 토크 요구를 검출하고, 상기 차량 공기 시스템의 현재 급기압(p)을 결정하고 현재 압력을 결정하는 단계;
    (ⅱ) 상기 현재 급기압(p)을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압(Psoll)과 비교하고, 상기 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력을 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력과 비교하는 단계; 및
    (ⅲ) 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력이 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단함으로써, 또는 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력이 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 작으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것 및 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 나온 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단함으로써 상기 급기압(p)을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력이 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단하기 위해 상기 압축기(6)가 스위치-오프되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 스위치-오프시, 전기로 구동되는 압축기(6)에서, 전기 구동부가 스위치-오프되거나, 스위칭 가능한 커플링 장치(7)를 통해 구동부와 결합되는 압축기(6)에서, 상기 커플링 장치(7)가 분리되거나, 또는 전기 구동부에 의해 그리고 스위칭 가능한 커플링 장치(7)를 통해 다른 구동부에 의해 구동되는 압축기(6)에서, 상기 전기 구동부가 스위치-오프되고 상기 스위칭 가능한 커플링 장치(7)가 분리되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단하기 위해, 상기 압축기(6)가 하나 이상의 밸브(24, 25)의 전환 스위칭에 의해 하나 이상의 다른 공기 소스와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급기압들의 비교가 상기 엔진 제어 장치(31)에 의해 이루어지고, 상기 엔진 제어 장치는 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작으면 신호를 발생시키고, 발생된 신호는 상기 공기 처리 시스템(23)에 전달되고, 상기 공기 처리 시스템은 상기 차량 공기 시스템의 상기 결정된 현재 압력을 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력과 비교하는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  11. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것의 중단이 상기 엔진 제어 장치(31), 상기 공기 처리 시스템(23) 또는 압축기 시스템 제어 장치(27)에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 방법.
  12. 차량(1)의 내연기관(2)의 급기압(p)을 조절하기 위한 장치로서,
    a) 압축된 급기를 발생시키는 배기 가스 터보 과급기(4);
    b) 압축된 급기 및 추가의 신선한 가스를 상기 내연기관(2)에 공급하는 신선한 가스 공급 장치(5);
    c) 차량 공기 시스템을 제어하고 차량 공기 시스템의 현재 압력을 결정하기 위한 공기 처리 시스템(23)을 구비한 차량 공기 시스템;
    d) 상기 차량 공기 시스템용 압축 공기를 발생시키는 압축기(6)로서, 상기 압축기(6)에 압축된 급기를 공급하기 위해 상기 배기 가스 터보 과급기(4)와 연결된 압축기; 및
    e) 상기 내연기관을 제어하고, 상기 내연기관(2)에 대한 토크 요구를 검출하며 현재 급기압(p)을 결정하는 엔진 제어 장치(31)를 포함하고,
    f) 상기 엔진 제어 장치(31)는 상기 현재 급기압(p)을 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압(Psoll)과 비교하고, 상기 현재 급기압(p)이 설정 급기압(Psoll)보다 작으면 신호를 발생시키며, 이 신호를 상기 공기 처리 시스템(23)으로 전달하도록 형성되고,
    g) 상기 공기 처리 시스템(23) 또는 상기 엔진 제어 장치(31)는 상기 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력과 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력을 비교하고, 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력이 상기 차량 공기 시스템의 상기 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단함으로써, 급기압을 조절하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 전기로 구동되는 압축기(6)에서, 전기 구동부가 상기 공기 처리 시스템(23) 또는 엔진 제어 장치(31)와 연결되거나, 스위칭 가능한 커플링 장치(7)를 통해 구동부와 결합된 압축기(6)에서, 상기 커플링 장치(7)가 상기 공기 처리 시스템(23) 또는 상기 엔진 제어 장치(31)와 연결되거나, 또는 전기 구동부에 의해 그리고 스위칭 가능한 커플링 장치(7)를 통해 다른 구동부에 의해 구동되는 압축기(6)에서, 상기 전기 구동부 및 상기 스위칭 가능한 커플링 장치(7)가 상기 공기 처리 시스템(23) 또는 상기 엔진 제어 장치(31)와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치.
  14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 장치가 제 1항에 따른 방법을 실시하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치.
  15. 차량(1)의 내연기관(2)의 급기압(p)을 조절하기 위한 장치로서,
    ⅰ) 압축된 급기를 발생시키는 배기 가스 터보 과급기(4);
    ⅱ) 압축된 급기 및 추가의 신선한 가스를 내연기관(2)에 공급하는 신선한 가스 공급 장치(5);
    ⅲ) 차량 공기 시스템을 제어하고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력을 결정하기 위한 공기 처리 시스템(23)을 구비한 차량 공기 시스템;
    ⅳ) 상기 차량 공기 시스템용 압축 공기를 발생시키는 압축기(6)로서, 상기 압축기(6)에 압축된 급기를 공급하기 위해 그리고 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 급기를 공급하기 위해 상기 배기 가스 터보 과급기(4)와 연결될 수 있는 압축기; 및
    ⅴ) 상기 내연기관을 제어하고, 상기 내연기관(2)에 대한 토크 요구를 검출하며, 현재 급기압(p)을 결정하는 엔진 제어 장치(31)를 포함하고,
    ⅵ) 상기 엔진 제어 장치(31)는 상기 현재 급기압(p)과 상기 토크 요구에 상응하는 설정 급기압(Psoll)을 비교하고, 상기 현재 급기압(p)이 설정 급기압(Psoll)보다 작으면 신호를 발생시키며, 이 신호를 상기 공기 처리 시스템(23)으로 전달하도록 형성되고,
    ⅶ) 상기 공기 처리 시스템(23) 또는 상기 엔진 제어 장치(31)는 상기 차량 공기 시스템의 결정된 현재 압력과 상기 차량 공기 시스템의 설정 작동 압력을 비교하고, 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력이 상기 차량 공기 시스템의 상기 설정 작동 압력보다 크거나 같으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것을 중단함으로써, 그리고 상기 결정된 현재 급기압(p)이 상응하는 설정 급기압(Psoll)보다 작고 상기 차량 공기 시스템의 현재 압력이 상기 차량 공기 시스템의 상기 설정 작동 압력보다 작으면, 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 의해 공급되는 압축된 공기를 상기 압축기(6)에 공급하는 것 및 하나 이상의 다른 공기 소스로부터 나온 공기를 압축기(6)에 공급하는 것을 중단함으로써, 급기압(p)을 조절하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 압축기(6)는 흡입 공기 밸브(24)를 통해 하나 이상의 다른 공기 소스에 연결될 수 있고 급기 밸브(25)를 통해 상기 배기 가스 터보 과급기(4)에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치.
  17. 제 12항 또는 제 15항에 있어서, 상기 장치는 상기 엔진 제어 장치(31), 상기 공기 처리 시스템(23), 상기 신선한 가스 공급 장치(5) 및 압축기 시스템 제어 장치(27)의 연결을 위해 버스 장치(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 장치는 제 6항에 따른 방법을 실시하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 내연기관의 급기압을 조절하기 위한 장치.
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