KR101887694B1 - Variable control type turbo compound system for vehicle - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템에 관한 것으로, 특히 엔진의 배출가스 에너지를 회수하여 차량용 보조장치에 제공함으로써 연비가 저하되거나 출력이 감소되는 것을 방지함은 물론, 엔진의 운전 조건에 따라 배출가스의 에너지가 변화되는 것에 대응하여 차량용 보조장치에 전달되는 동력을 가변적으로 제어함으로써 운용 안정성을 보장하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a variable control type turbo compound system, and more particularly, to a system and method for recovering exhaust gas energy of an engine and providing the same to an auxiliary device for a vehicle, thereby preventing fuel consumption from being reduced or output being reduced, The present invention relates to a variable control type turbo compound system for a vehicle in which operation stability is ensured by variably controlling the power transmitted to a vehicle auxiliary device in response to a change in energy of the vehicle.

Description

가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템{Variable control type turbo compound system for vehicle}[0001] Variable control type turbo compound system for vehicle [0002]

본 발명은 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 배출가스 에너지를 회수하여 차량용 보조장치에 제공함으로써 연비가 저하되거나 출력이 감소되는 것을 방지함은 물론, 엔진의 운전 조건에 따라 배출가스의 에너지가 변화되는 것에 대응하여 차량용 보조장치에 전달되는 동력을 가변적으로 제어함으로써 운용 안정성을 보장하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a variable control type vehicle turbo compound system, and more particularly, to a system and method for recovering exhaust gas energy of an engine and providing the same to a vehicle auxiliary apparatus, And more particularly, to a variable control type turbo compound system for assuring operational stability by variably controlling the power transmitted to a vehicle auxiliary apparatus in response to a change in energy of exhaust gas.

일반적으로 탄화수소 연료를 사용하는 엔진의 연비를 개선하기 위해 경량화, 터보차저(turbocharger), 연료분사시스템, 냉각시스템 및 다운사이징과 같이 엔진, 부가장치 및 마찰 등 동력 발생 단계에서의 기술 개선이 주를 이루고 있다. Technological improvements in the power generation stage, such as lighter weight, turbochargers, fuel injection systems, cooling systems and downsizing, engines, additional equipment and friction, are commonly used to improve the fuel economy of engines using hydrocarbon fuel. .

그러나, 최근에는 동력 발생 이후의 단계에서 배출가스나 엔진 냉각수 등으로 버려지는 폐 에너지(Waste Energy)를 회수하여 전기 에너지 또는 기계 에너지로 재생시키는 기술에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.In recent years, however, research and development have been actively conducted on technologies for recovering waste energy discharged from exhaust gas or engine cooling water after electric power generation to electric energy or mechanical energy.

폐 에너지 회수 기술에 관심이 집중되는 주요한 이유는 높은 효율을 갖는 엔진에서조차 버려지는 에너지가 여전히 상당하며, 연비 개선을 위한 연소 및 엔진 주변장치에 대한 기술개발이 어느 정도 한계에 도달했다고 판단하기 때문이다. The main reason for the focus on the waste energy recovery technology is that even the energy consumed by high-efficiency engines is still significant, and that the development of combustion and engine peripherals for fuel efficiency has reached a certain level .

즉, 효율이 향상된 엔진의 일 예로서 대형의 상용 트럭용 디젤 엔진의 에너지 균형을 살펴보면, 연료의 최대 에너지 전환 효율은 42% 수준에 불과하고, 나머지 31%는 기계적 마찰 및 냉각 손실로 버려지고 27%는 배기 에너지 형태로 버려지고 있어서 여전히 그 한계를 극복하지 못하고 있기 때문이다.
In other words, as an example of an engine with improved efficiency, the energy balance of large diesel engines for commercial trucks shows that the maximum energy conversion efficiency of the fuel is only 42% and the remaining 31% is discarded due to mechanical friction and cooling loss. % Is discarded in the form of exhaust energy and still can not overcome the limit.

이에, 폐 에너지를 활용한 연비 향상 기술로서 현재 가장 활발하게 연구되고 있는 것으로는 엔진 배출가스의 운동 에너지를 회수하는 터보 컴파운드(Turbo Compound) 기술과, 배출가스와 엔진 냉각수 등으로부터 열에너지를 회수하는 열전 발전(Thermo-Electric Generator) 기술 및 랭킨 스팀 사이클(Rankine Steam Cycle) 기술이 있다.As a fuel efficiency improvement technology utilizing waste energy, the most active researches now are Turbo Compound technology for recovering kinetic energy of engine exhaust gas and thermoelectric power recovery for recovering thermal energy from exhaust gas and engine cooling water. (Thermo-Electric Generator) technology and Rankine Steam Cycle technology.

그 중 터보 컴파운드 기술만이 일부 중대형 트럭에 실제 적용되고 있는데, 터보 컴파운드 시스템은 엔진 배기계에 연료 공기의 흡기과급에 사용되는 터보차저 터빈(Turbocharger Turbine) 이외에 블로우 다운 터빈(Blow-down Turbine)을 더 장착함으로써 배출가스의 폐 에너지를 회수하며, 블로우 다운 터빈에서 회수한 에너지의 전달 방식에 따라 기계식과 전기식으로 구분된다.Among them, only turbo compound technology is actually applied to some medium and large trucks. The turbo compound system has a blow-down turbine in addition to the turbocharger turbine used for intake and exhaust of fuel air to the engine exhaust system. It recovers the waste energy of the exhaust gas by mounting it, and it is classified into mechanical type and electric type according to the energy transmission method recovered from the blowdown-turbine.

기계식은 도 1과 같이 엔진(10)의 배출가스 에너지를 기계적 일로 변환시키는 터보차저 터빈(11)으로 터보차저 콤프레서(12)를 작동시켜 엔진(10)에 연료용 압축 공기를 공급하고, 특히 블로우 다운 터빈(20)에서 생성된 동력은 변속기(31a)와 감속 기어(32a)로 이루어진 기계식 동력전달장치(30a)를 통해 크랭크축(40)에 전달함으로써 추가적인 연료 소모 없이 엔진(10)의 출력을 증가시킨다.1, the turbocharger compressor 12 is operated by a turbocharger turbine 11 that converts the exhaust gas energy of the engine 10 into a mechanical one to supply compressed air for fuel to the engine 10, The power generated by the down turbine 20 is transmitted to the crankshaft 40 through the mechanical power transmission device 30a including the transmission 31a and the reduction gear 32a so as to output the output of the engine 10 without additional fuel consumption .

전기식은 도 2와 같이 터보차저 터빈(11)으로 터보차저 콤프레서(12)를 작동시켜 엔진(10)에 압축 공기를 공급하고, 특히 블로우 다운 터빈(20)에서 생성된 동력은 발전기(31b)와 모터(32b)로 이루어진 전기식 동력전달장치(30b)를 통해 크랭크축(40)에 전달할 수 있어서, 배출가스 에너지를 전기에너지로 전환하여 활용하게 한다.
2, the turbocharger compressor 12 is operated by the turbocharger turbine 11 to supply the compressed air to the engine 10. Particularly, the power generated by the blowdown turbine 20 is supplied to the generator 31b Can be transmitted to the crankshaft 40 through the electric power transmission device 30b composed of the motor 32b so that the exhaust gas energy can be converted into electric energy for utilization.

한편, 종래에는 이상과 같이 엔진(10) 배출가스의 폐 에너지를 재생하여 크랭크축(40)의 출력을 증가시키고, 이때 차량용 에어컨디셔너의 압축기나, 냉각수 펌프, 연료 펌프 및 연료 팬(냉각 팬)과 같이 엔진(10)의 구동을 보조하는 보조기계류 등을 각각 크랭크축(40)에 연결하여 작동되게 하였다.As described above, in the related art, the waste energy of the exhaust gas of the engine 10 is regenerated to increase the output of the crankshaft 40. At this time, the compressor of the vehicle air-conditioner, the cooling water pump, the fuel pump, Auxiliary machinery and the like assisting the driving of the engine 10 are connected to the crankshaft 40 and operated.

따라서, 크랭크축(40)의 동력 중 일부를 압축기에 사용하기 때문에 차량 운전 시 에어컨디셔너(50)를 가동하면 동일한 출력을 유지하기 위해 추가적인 연료를 소모하게 되어 종전과 같이 연비가 악화됨은 물론 동일 연료 소모 시 출력이 감소되는 문제점이 있었다.Therefore, when a part of the power of the crankshaft 40 is used in the compressor, when the air conditioner 50 is operated during operation of the vehicle, additional fuel is consumed to maintain the same output. As a result, There is a problem in that the output is reduced.

또한, 블로우 다운 터빈(20)은 배출가스의 에너지를 회수하여 기계적 일로 변환시키는 것이므로 엔진의 배출가스가 가진 열에너지에 의존적일 수밖에 없는데, 이때 배출가스의 열에너지는 차량(엔진)의 운전 조건에 따라 변화한다.In addition, since the blowdown turbine 20 recovers the energy of the exhaust gas and converts it into mechanical one, it depends on the thermal energy of the exhaust gas of the engine. In this case, the heat energy of the exhaust gas varies depending on the operating conditions of the vehicle do.

따라서, 가변(transient) 운전 조건 하에서는 배출가스의 열에너지 역시 시시각각 변화하여 블로우 다운 터빈(20)에서 크랭크축(40)에 공급하는 동력도 변하게되므로 터보 컴파운드 시스템의 운영이 안정적이지 못하다는 문제점이 있었다.
Therefore, under the transient operating condition, the thermal energy of the exhaust gas also changes instantaneously, so that the power supplied to the crankshaft 40 by the blowdown turbine 20 also changes, so that the operation of the turbo compound system is not stable.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 엔진의 배출가스 에너지를 회수하여 차량용 보조장치에 제공함으로써 연비가 저하되거나 출력이 감소되는 것을 방지함은 물론, 엔진의 운전 조건에 따라 배출가스의 에너지가 변화되는 것에 대응하여 차량용 보조장치에 전달되는 동력을 가변적으로 제어함으로써 운용 안정성을 보장하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템을 제공하고자 한다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a vehicular auxiliary device that recovers exhaust gas energy of an engine, The present invention provides a variable control type turbo compound system that ensures operational stability by variably controlling the power transmitted to the vehicle auxiliary device in response to the change of the energy of the exhaust gas.

이를 위해, 본 발명에 따른 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템은 내연기관의 엔진과; 상기 엔진의 배출가스 배출측에 설치되며, 상기 배출가스의 에너지를 기계적 일로 변환시켜 폐 에너지를 회수하는 블로우 다운 터빈(blow-down turbine)과; 상기 블로우 다운 터빈에 연결되어 작동되는 동력전달장치와; 상기 엔진에 의해 회전되는 크랭크축과; 상기 크랭크축과 동력전달장치에 각각 연결되어 있어서 상기 크랭크축과 동력전달장치로부터 동력을 전달받아 구동되는 차량용 보조장치; 및 상기 엔진의 운전 조건에 따라 상기 크랭크축과 동력전달장치에서 상기 차량용 보조장치에 전달되는 동력을 각각 제어하는 제어유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.To this end, the variable control type vehicle turbo compound system according to the present invention comprises: an engine of an internal combustion engine; A blow-down turbine installed on an exhaust gas discharge side of the engine for converting energy of the exhaust gas into mechanical energy to recover waste energy; A power transmission device connected to and operated on the blowdown turbine; A crankshaft rotated by the engine; A vehicle auxiliary device connected to the crankshaft and the power transmission device and driven by receiving power from the crankshaft and the power transmission device; And a control unit for controlling the power transmitted to the vehicle auxiliary device from the crankshaft and the power transmission device, respectively, according to the operation condition of the engine.

이때, 상기 동력전달장치는 상기 블로우 다운 터빈의 출력측에 설치된 변속기 및 상기 변속기의 출력측에 설치된 감속 기어를 포함한 기계식 동력전달장치인 것이 바람직하다.The power transmission device may be a mechanical power transmission device including a transmission disposed on an output side of the blowdown-turbine and a reduction gear disposed on an output side of the transmission.

또한, 상기 동력전달장치는 상기 블로우 다운 터빈의 출력측에 설치된 발전기 및 상기 발전의 출력측에 설치된 모터를 포함한 전기식 동력전달장치인 것이 바람직하다.Preferably, the power transmission device is an electric power transmission device including a generator installed on an output side of the blowdown-turbine and a motor provided on an output side of the power generation.

또한, 상기 크랭크축은 제1액츄에이터를 통해 상기 차량용 보조장치에 연결되고, 상기 블로우 다운 터빈은 제2액츄에이터를 통해 상기 동력전달장치에 연결되고, 상기 동력전달장치는 제3액츄에이터를 통해 상기 차량용 보조장치에 연결되며, 상기 제어유닛은 상기 제1액츄에이터 내지 제3액츄에이터의 연결상태를 각각 제어하는 것이 바람직하다.Further, the crankshaft is connected to the vehicle auxiliary device through a first actuator, the blowdown turbine is connected to the power transmission device via a second actuator, and the power transmission device is connected to the vehicle auxiliary device via a third actuator, And the control unit controls the connection states of the first to third actuators, respectively.

또한, 상기 제어유닛은 상기 엔진의 운전 조건에 따라 상기 크랭크축과 동력전달장치 모두를 통해 상기 차량용 보조장치를 작동시키거나, 상기 크랭크축과 동력전달장치 중 어느 하나를 통해 상기 차량용 보조장치를 작동시키는 것이 바람직하다.Further, the control unit may be configured to operate the vehicle auxiliary device through both the crankshaft and the power transmission device in accordance with the operation condition of the engine, or to operate the vehicle auxiliary device via either the crankshaft and the power transmission device .

또한, 상기 제어유닛은 상기 동력전달장치와 차량용 보조장치의 연결상태를 제어함에 있어서, 상기 제2액츄에이터와 제3액츄에이터를 모두 연결시키거나, 상기 제2액츄에이터와 제3액츄에이터를 모두 연결 해제시키거나, 혹은 상기 제2액츄에이터는 연결시키고 제3액츄에이터는 연결 해제시키는 것이 바람직하다.In addition, in the control of the connection state between the power transmitting device and the vehicle auxiliary device, the control unit may connect both the second actuator and the third actuator, disconnect both the second actuator and the third actuator, , Or the second actuator is connected and the third actuator is disconnected.

또한, 상기 제어유닛은 상기 엔진이 가변 운전상태인 경우와 정속 운전상태인 경우로 구분하여 상기 크랭크축과 동력전달장치에서 상기 차량용 보조장치에 전달되는 동력을 각각 제어하는 것이 바람직하다.
It is preferable that the control unit separately controls the power transmitted to the vehicle auxiliary device from the crankshaft and the power transmitting device by dividing the engine into a variable operating state and a constant speed operating state.

이상과 같은 본 발명에 따른 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템에 의하면, 엔진의 배출가스 에너지를 블로우 다운 터빈에서 회수하여 다양한 차량용 보조장치에 다양한 형태로 제공하여 연비가 저하되거나 출력이 감소되는 것을 방지할 수 있게 한다.According to the present invention, the exhaust gas energy of the engine can be recovered from the blowdown turbine and supplied to various vehicle auxiliary devices in various forms, thereby preventing the fuel consumption from being reduced or the output being reduced. Let's do it.

또한, 본 발명에 따른 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템에 의하면, 엔진의 운전 조건에 따라 크랭크축과 동력전달장치에서 차량용 보조장치에 전달되는 동력을 각각 가변적으로 제어함으로써 시스템의 운용 안정성을 향상시킬 수 있게 한다.
Further, according to the variable control type vehicle turbo compound system according to the present invention, it is possible to improve the operational stability of the system by variably controlling the power transmitted to the vehicle auxiliary device from the crankshaft and the power transmission device, do.

도 1은 종래 기술에 따른 기계식 터보 컴파운드 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 전기식 터보 컴파운드 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변 제어식 터보 컴파운드 시스템을 나타낸 일 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변 제어식 터보 컴파운드 시스템을 나타낸 다른 실시예이다.
도 5는 본 발명에 따른 가변 제어식 터보 컴파운드 시스템의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic view of a mechanical turbo compound system according to the prior art;
2 is a schematic diagram showing an electric turbo compound system according to the prior art.
FIG. 3 is an embodiment showing a variable control type turbo compound system according to the present invention.
Figure 3 is another embodiment of a variable-controlled turbo compound system in accordance with the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation method of a variable control type turbo compound system according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 터보 컴파운드 시스템에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a vehicle turbo compound system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

단, 이하에서 설명되는 블로우 다운 터빈(blow-down turbine)은 파워 터빈(power turbine)이라고도 불리기도 하지만 그 명칭의 차이에도 불구하고 이들이 서로 동일한 구성임은 자명할 것이다.
However, the blow-down turbine described below may also be referred to as a power turbine, but it will be apparent that these blow-down turbines are identical in structure to each other.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템은 내연기관의 엔진(110)과, 엔진(110)의 배출가스 배출측에 설치된 블로우 다운 터빈(120)과, 블로우 다운 터빈(120)에 연결된 동력전달장치(130a, 130b)와, 엔진(110)에 의해 회전되는 크랭크축(140)과, 상기 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b)로부터 동력을 전달받아 구동되는 차량용 보조장치(150) 및 엔진(110)의 운전 조건에 따라 차량용 보조장치(150)에 전달되는 동력을 각각 제어하는 제어유닛(미도시)을 포함한다.3 and 4, the variable-control type turbo compound system for a vehicle according to the present invention includes an engine 110 of an internal combustion engine, a blowdown turbine 120 installed on the exhaust gas discharge side of the engine 110, A power transmission device 130a and 130b connected to the blowdown turbine 120 and a crankshaft 140 rotated by the engine 110. The crankshaft 140 and the power transmission devices 130a and 130b generate power And a control unit (not shown) for controlling the power transmitted to the vehicle auxiliary device 150 according to the driving conditions of the engine 110 and the driving auxiliary device 150, respectively.

물론, 필요에 따라서는 엔진(110)의 배출가스 배출측에 설치되며 배출가스의 에너지를 기계적 일로 변환시키는 터보차저 터빈(Turbocharger Turbine)(111) 및 상기 터보차저 터빈(111)에 의해 작동되며 연료용 공기를 압축하여 엔진(110)으로 과급시키는 터보차저 콤프레서(112)를 더 포함하여, 종전처럼 폐 에너지를 이용하여 연료용 공기를 공급할 수 있게 한다.Of course, if necessary, a turbocharger turbine 111 installed on the exhaust gas discharge side of the engine 110 for converting the energy of the exhaust gas into a mechanical one, and a turbine 110 driven by the turbocharger turbine 111, And a turbocharger compressor 112 for compressing the compressed air and supercharging the compressed air to the engine 110, so that the air for fuel can be supplied using waste energy as before.

이상과 같은 구성에 의하면, 블로우 다운 터빈(120)에서 배출가스의 폐 에너지를 회수하여 기계적 일로 변환(즉, 동력발생)시키고, 블로우 다운 터빈(120)에서 발생된 동력은 동력전달장치(130a, 130b)를 통해 차량용 보조장치(150)로 전달되므로, 크랭크축(140)과 함께 차량용 보조장치(150)를 작동시키는 구성으로 사용할 수 있게 한다.In this case, the blowdown turbine 120 recovers the waste energy of the exhaust gas to convert it into mechanical work (i.e., generates power), and the power generated by the blowdown turbine 120 is transmitted to the power transmission devices 130a, 130b to the vehicle auxiliary device 150 so that the vehicle auxiliary device 150 can be used together with the crank shaft 140 to operate the vehicle auxiliary device 150. [

따라서, 엔진(110)의 배출가스 에너지를 블로우 다운 터빈(120)에서 회수하여 차량용 보조장치(150)에 제공하므로, 차량용 보조장치(150)를 작동시키기 위해 추가적으로 연료를 소모할 필요가 없고, 그에 따라 연비가 저하되거나 출력이 감소되는 것을 방지할 수 있게 한다.Accordingly, since the exhaust gas energy of the engine 110 is recovered from the blowdown turbine 120 and provided to the vehicle auxiliary device 150, it is unnecessary to further consume the fuel to operate the vehicle auxiliary device 150, Thereby making it possible to prevent the fuel consumption from being lowered or the output from being reduced.

특히, 차량용 보조장치(150)가 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b)에 각각 연결되어 있어서 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b)로부터 동력을 전달받아 구동되고, 이때 제어유닛은 엔진(110)의 운전 조건에 따라 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b)에서 차량용 보조장치(150)에 전달되는 동력을 각각 제어하므로 터보 컴파운드 시스템을 안정적으로 운용할 수 있게 한다.
In particular, the vehicle auxiliary device 150 is connected to the crankshaft 140 and the power transmission devices 130a and 130b to receive power from the crankshaft 140 and the power transmission devices 130a and 130b, At this time, the control unit controls the power transmitted from the crankshaft 140 and the power transmitting devices 130a and 130b to the vehicle auxiliary device 150 according to the operation conditions of the engine 110, so that the turbo compound system can be stably operated I will.

한편, 도 3에 일 예로 도시한 바와 같이, 차량용 터보 컴파운드 시스템의 동력전달장치(130a)는 블로우 다운 터빈(120)의 출력측에 설치된 변속기(131a) 및 상기 변속기(131a)의 출력측에 설치되어 차량용 보조장치(150)로 동력을 전달하는 감속 기어(132a)를 포함한 기계식 동력전달장치(130a)가 사용될 수 있다.3, the power transmitting apparatus 130a of the turbo compound system for a vehicle includes a transmission 131a provided on the output side of the blowdown turbine 120 and a transmission 131b provided on the output side of the transmission 131a, A mechanical power transmission device 130a including a reduction gear 132a that transmits power to the auxiliary device 150 may be used.

변속기(131a)는 유체를 사용하는 방법과 직접 접촉식의 두 가지가 있고 이들 중 어느 것이나 사용될 수 있지만, 유체 커플링(Fluid Coupling) 등을 통한 유체식을 사용하면 직접 접촉식에 비해 동력 전달 효율이 다소 낮기는 하지만 매칭 개발 및 제어 등이 용이하여 시스템 구현성이 높다.There are two types of transmission 131a, one is fluid type and the other is direct contact type, and any one of them can be used. However, when fluid type is used through fluid coupling, power transmission efficiency Although it is somewhat low, it is easy to develop and control the matching, so that the system is highly implemented.

또한, 도 4에 일 예로 도시한 바와 같이, 차량용 터보 컴파운드 시스템의 동력전달장치(130a)는 폐 에너지를 전기 에너지로 변환한 후 차량용 보조장치(150)를 작동시키는 전기식 동력전달장치(130b)도 사용될 수 있다.4, the power transmitting apparatus 130a of the turbo compound system for a vehicle also includes an electric power transmitting apparatus 130b that converts waste energy into electric energy and then operates the vehicle auxiliary apparatus 150 Can be used.

전기식 동력전달장치(130b)는 블로우 다운 터빈(120)의 출력측에 설치된 발전기(131b) 및 상기 발전기(131b)의 출력측에 설치되어 발전 전력에 의해 작동되며 차량용 보조장치(150)에 연결된 모터(132b)를 포함한다.The electric power transmission device 130b includes a generator 131b installed on the output side of the blowdown turbine 120 and a motor 132b connected to the vehicle auxiliary device 150, which is installed on the output side of the generator 131b, ).

이러한 전기식 동력전달장치(130b)는 발전기(131b)의 발전 전력으로 차량의 배터리를 충전시켜 시동용 등으로 사용하거나, 발전 전력을 차량용 조명장치나 디스플레이장치와 같은 다양한 전기장치에 직접 공급함으로써 좀더 다양한 형태로 활용할 수 있게 한다. 또한, 기계식에 비해 시스템 비용이 고가이기는 하지만 더 넓은 운전범위에서 높은 효율을 유지할 수 있게 한다.
The electric power transmission device 130b may be used as a starter for charging the battery of the vehicle with the electric power generated by the electric generator 131b or by directly supplying the generated electric power to various electric devices such as a vehicle lighting device and a display device, It can be used as a form. In addition, the system cost is higher than that of the mechanical type, but it is possible to maintain high efficiency in a wider operating range.

또한, 본 발명에서 배출가스의 폐 에너지를 회수하여 재활용하는데 사용되는 차량용 보조장치(150)는 동력부하가 크고 차량의 핵심 제어 대상인 크랭크축(140)을 제외하고 폐 에너지를 회수하여 재활용할 수 있기만 하면 다양한 차량의 부품이 될 수 있다. Also, in the present invention, the vehicle auxiliary device 150 used for recovering and recycling the waste energy of the exhaust gas can recycle the waste energy except for the crankshaft 140, which is a key control target of the vehicle, You can become a part of various vehicles.

일 예로, 차량용 보조장치(150)는 주행 중 가동 시 연료 소모에 큰 영향을 주는 에어컨디셔너(151)이고, 에어컨디셔너(151)는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기 등으로 이루어져 있으므로, 압축기를 블로우 다운 터빈(120)으로 작동시키는 경우에는 블로우 다운 터빈(120)으로 압축용 모터를 작동시켜 냉매를 압축한다. For example, the vehicle auxiliary device 150 is an air conditioner 151 that greatly influences fuel consumption during running, and the air conditioner 151 is composed of a compressor, a condenser, an expansion valve, an evaporator, (120), the compression motor is operated by the blowdown turbine (120) to compress the refrigerant.

물론, 압축기 이외에 응축기, 팽창밸브 및 증발기도 블로우 다운 터빈(120)으로 작동시킬 수 있음은 자명하다.Of course, it is obvious that in addition to the compressor, the condenser, the expansion valve and the evaporator can also be operated by the blow-down turbine 120.

다른 예로, 차량용 보조장치(150)는 냉각수 펌프(152), 연료 펌프(153) 및 연료 팬(154) 등과 같이 엔진(110)의 구동을 보조하는 보조기계류(간략히, '보기류'라고도 함)도 사용될 수 있다.
As another example, the vehicle auxiliary device 150 may include an auxiliary machinery (briefly referred to as a "tow truck") that assists in driving the engine 110, such as a coolant pump 152, a fuel pump 153, Can also be used.

또한, 본 발명에서 크랭크축(140)은 제1액츄에이터(Actuator1)를 통해 차량용 보조장치(150)에 연결되고, 블로우 다운 터빈(120)은 제2액츄에이터(Actuator2)를 통해 동력전달장치(130a, 130b)에 연결되며, 동력전달장치(130a, 130b)는 제3액츄에이터(Actuator3)를 통해 차량용 보조장치(150)에 연결되어 있다.In the present invention, the crankshaft 140 is connected to the vehicle auxiliary device 150 through a first actuator, and the blowdown turbine 120 is connected to the power transmitting devices 130a, 130b through a second actuator (Actuator 2) And the power transmission devices 130a and 130b are connected to the vehicle auxiliary device 150 through a third actuator.

따라서, 크랭크축(140)과 블로우 다운 터빈(120)을 통해 각각 차량용 보조장치(150)를 작동시킬 수 있게 하고, 제어유닛을 통해 크랭크축(140)과 블로우 다운 터빈(120)의 동력전달을 각각 제어할 수 있는 환경을 제공한다.The crankshaft 140 and the blowdown turbine 120 can be operated respectively and the power transmission between the crankshaft 140 and the blowdown turbine 120 can be controlled through the control unit And provides an environment in which each can be controlled.

제어유닛은 중장비를 비롯한 각종 차량에 탑재되어 있는 ECU(Electronic Controller Unit)나 EPOS(Electronic Power Controller System)에 일체로 구비되거나 모듈화하여 별도로 구비될 수 있으며, 이러한 제어유닛을 통해 제1액츄에이터(Actuator1) 내지 제3액츄에이터(Actuator3)의 연결상태를 각각 제어한다.The control unit may be integrally provided in an ECU (Electronic Controller Unit) or an EPOS (Electronic Power Controller System) mounted on various vehicles such as heavy equipment, or may be separately provided as a module, and the first actuator (Actuator 1) To the third actuator (Actuator 3).

연결상태로는 크게 '연결'과 '연결 해제'로 구분된다. 물론, 필요에 따라서 상기 '연결'은 차량용 보조장치(150)로 전달되는 토크나 속도를 여러 단계로 조절할 수 있도록 마치 기어 변경처럼 여러 단계의 '연결'로 구분하고, 그 연결 정도를 각각 제어할 수도 있다.
The connection state is divided into 'connection' and 'disconnection'. Of course, if necessary, the 'connection' may be divided into several stages of 'connection' such as gear change so as to adjust the torque or speed transmitted to the vehicle auxiliary device 150 in various stages, It is possible.

또한, 제어유닛은 엔진(110)이 가변(transient) 운전상태인 경우와 그 외의 운전상태(예: 정속 운전상태)인 경우로 구분하여 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b)에서 차량용 보조장치(150)에 전달되는 동력을 각각 제어하는 것이 바람직하다.The control unit is also provided with a crankshaft 140 and power transmission devices 130a and 130b, which are divided into a case in which the engine 110 is in a transient operating state and a case in which the engine 110 is in another operating state It is preferable to control the power transmitted to the vehicle auxiliary device 150, respectively.

블로우 다운 터빈(120)은 엔진(110)의 배출가스가 가진 열에너지에 의존적이고 이때 배출가스의 열에너지는 차량(엔진)의 운전 조건에 따라 변하는데, 가변 운전 조건 하에서 배출가스의 열에너지가 시시각각 변화하면 블로우 다운 터빈(120)에서 차량용 보조장치(150)에 공급하는 동력도 가변된다.The blowdown turbine 120 depends on the thermal energy of the exhaust gas of the engine 110, and the thermal energy of the exhaust gas varies depending on the operating conditions of the vehicle (engine). When the thermal energy of the exhaust gas varies instantaneously under the variable operating conditions The power supplied from the blowdown turbine 120 to the vehicle auxiliary device 150 also varies.

따라서, 본 발명은 차량이 가변 운전상태인 경우와 그 외 운전상태인 경우로 구분하고, 운전상태에 별로 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b)에서 차량용 보조장치(150)에 전달되는 동력을 각각 제어하여 터보 컴파운드 시스템의 운영이 안정적으로 이루어질 수 있게 한다.Therefore, the present invention is divided into a case where the vehicle is in the variable operating state and a case where the vehicle is in the other operating state, and the crankshaft 140 and the power transmission devices 130a and 130b are transmitted to the vehicle auxiliary device 150 Respectively, so that the operation of the turbo compound system can be stably performed.

즉, 본 발명은 제어유닛을 통해 엔진(110)의 운전 조건에 따라 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b) 모두를 통해 차량용 보조장치(150)를 작동시키거나, 크랭크축(140)과 동력전달장치(130a, 130b) 중 어느 하나를 통해 차량용 보조장치(150)를 작동시킴으로써, 터보 컴파운드 시스템의 운영이 항상 안정적으로 이루어지도록 한다.That is, according to the present invention, the vehicle auxiliary device 150 is operated through both the crankshaft 140 and the power transmission devices 130a and 130b according to the operation conditions of the engine 110 via the control unit, or the crankshaft 140 And the power transmission devices 130a and 130b to operate the vehicle auxiliary device 150 so that the operation of the turbo compound system is always stable.

예컨대, 가변 운전상태인 경우에는 크랭크축(140)을 통해서만 차량용 보조장치(150)를 작동시키도록 제1액츄에이터(Actuator1)는 차량용 보조장치(150)와 연결시키고, 제2액츄에이터(Actuator2) 및 제3액츄에이터(Actuator3)는 차량용 보조장치(150)와의 연결을 해제시킨다. For example, in the variable operating state, the first actuator (Actuator 1) is connected to the vehicle auxiliary device 150 to actuate the vehicle auxiliary device 150 only through the crankshaft 140, and the second actuator 150 and the second actuator 3 Actuator 3 disconnects the vehicle auxiliary device 150 from the vehicle.

그 외, 정속 운전상태인 경우에는 블로우 다운 터빈(120)을 통해서만 차량용 보조장치(150)를 작동시키도록 제1액츄에이터(Actuator1)는 차량용 보조장치(150)와의 연결을 해제시키고, 제2액츄에이터(Actuator2) 및 제3액츄에이터(Actuator3)는 차량용 보조장치(150)와 연결시킨다. In addition, in the constant speed operation state, the first actuator Actuator 1 disconnects the vehicle auxiliary device 150 to operate the vehicle auxiliary device 150 only through the blowdown turbine 120, and the second actuator 150 Actuator 2 and Actuator 3 are connected to the vehicle auxiliary device 150.

또한, 동력전달장치(130a, 130b)와 차량용 보조장치(150)의 연결상태를 제어함에 있어서, 이상과 같이 제2액츄에이터(Actuator2)와 제3액츄에이터(Actuator3)를 모두 연결시키거나 해제시킬 수 있지만, 그 외 제2액츄에이터(Actuator2)는 연결시키고 제3액츄에이터(Actuator3)는 해제시키도록 제어할 수도 있다.Also, in controlling the connection state between the power transmitting devices 130a and 130b and the vehicle auxiliary device 150, it is possible to connect or disconnect both the second and third actuators 2 and 3 as described above , The second actuator (Actuator 2), and the third actuator (Actuator 3).

제어유닛에 의해 제2액츄에이터(Actuator2)는 연결되고 제3액츄에이터(Actuator3)는 연결이 해제되면, 특히 전기식 동력전달장치(130b)를 사용하는 경우 제2액츄에이터(Actuator2)에 의해 블로우 다운 터빈(120)과 발전기(131a)가 연결되어 발전 상태를 유지하므로, 발전기(131a)의 발전전력으로 차량용 배터리를 충전시키거나 각종 전기장치에 전원을 공급할 수 있어서 폐 에너지 회수율을 높일 수 있게 한다.
The second actuator 2 is connected by the control unit and the third actuator 3 is disconnected by the second actuator 2 when the electric power transmission device 130b is used, And the generator 131a are connected to maintain the power generation state, the vehicle battery can be charged with the generated power of the generator 131a or power can be supplied to the various electric devices, thereby making it possible to raise the waste energy recovery rate.

이하, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 가변 제어식 터보 컴파운드 시스템의 동작 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, an operation method of the variable control type turbo compound system according to the present invention will be described with reference to FIG.

먼저, 운전이 시작되면 제어유닛은 차량(엔진)의 운전상태를 감시하여 정속운전 상태인지의 여부를 판단(S110)한다. 운전상태의 감시는 상기 제어유닛에서 직접 수행하는 방식 이외에 ECU나 EPOS를 통해 수행된 후 그 결과를 제어유닛에 제공하는 방식도 사용될 수 있다.First, when the operation is started, the control unit monitors the operation state of the vehicle (engine) and determines whether it is in the constant speed operation state (S110). The monitoring of the operating state may be performed by an ECU or an EPOS other than the method directly performed by the control unit, and then the result of the operation may be provided to the control unit.

운전상태 감시결과 정속 운전상태인 경우에는 제어유닛의 제어하에 제2액츄에이터(Actuator2) 및 제3액츄에이터(Actuator3)와 차량용 부속장치는 연결(S121, S122)시키고, 제1액츄에이터(Actuator1)와 차량용 부속장치의 연결은 해제(S123)시킨다. In the constant-speed operation state, the second actuator (Actuator 2), the third actuator (Actuator 3) and the vehicle accessory device are connected (S 121 and S 122) under the control of the control unit, and the first actuator (Actuator 1) The connection of the apparatus is released (S123).

따라서, 블로우 다운 터빈(120)을 통해서만 차량용 부속장치를 작동시킴으로써 추가적인 연료 소모 없이도 차량용 부속장치를 작동시킬 수 있게 한다.Thus, operating the vehicle accessory device only through the blowdown turbine 120 allows operation of the vehicle accessory device without additional fuel consumption.

반면, 운전상태 감시결과 정속 운전상태가 아닌 경우에는 가변 운전상태인 것으로 판단하고, 제어유닛의 제어하에 제1액츄에이터(Actuator1)와 차량용 부속장치는 연결(S131)시키고, 제2액츄에이터(Actuator2) 및 제3액츄에이터(Actuator3)와 차량용 부속장치의 연결은 해제(S132, S133)시킨다. On the other hand, if it is determined that the vehicle is not in the constant speed operation state as a result of monitoring the operation state, it is determined that the vehicle is in the variable operation state, and the first actuator Actuator 1 and the vehicle accessory device are connected (S131) under the control of the control unit, The connection between the third actuator (Actuator 3) and the vehicle accessory device is released (S132, S133).

따라서, 크랭크축(140)을 통해서만 차량용 부속장치를 작동시킴으로써 배출가스 에너지의 변동으로 터보 컴파운드 시스템의 운영이 불안정해지는 것을 방지한다.Thus, by operating the vehicle accessory only through the crankshaft 140, fluctuations in the exhaust gas energy prevent the operation of the turbo compound system from becoming unstable.

물론, 블로우 다운 터빈(120)을 통해서만 차량용 부속장치를 작동시키거나, 크랭크축(140)을 통해서만 차량용 부속장치를 작동시키는 경우 이외에, 도시는 생략되었지만 더욱 다양하게 바뀔 수 있는 운전상태에 따라 블로우 다운 터빈(120)과 크랭크축(140) 모두를 통해 동시에 차량용 부속장치를 작동시키고, 이때 각각의 연결 정도를 단계별로 미세 조절하는 등의 제어도 가능함은 자명하다.
Of course, in addition to operating the vehicle accessory device only through the blowdown turbine 120, or operating the vehicle accessory device only through the crankshaft 140, the blowdown (not shown) It is apparent that it is also possible to control the vehicle accessories at the same time through both the turbine 120 and the crankshaft 140 and fine control the degree of connection of the vehicle at the same time.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. The specific embodiments of the present invention have been described above. It is to be understood, however, that the scope and spirit of the present invention is not limited to these specific embodiments, and that various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention. If you have, you will understand.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.

110: 엔진 111: 터보차저 터빈
112: 터보차저 콤프레서 120: 블로우 다운 터빈
130a: 기계식 동력전달장치 131a: 변속기
132a: 감속 기어 130b: 전기식 동력전달장치
131b: 발전기 132b: 모터
140: 크랭크축 150: 차량용 보조장치
Actuator1: 제1액츄에이터 Actuator2: 제2액츄에이터
Actuator3: 제3액츄에이터110: engine 111: turbocharger turbine
112: Turbocharger compressor 120: Blowdown turbine
130a: Mechanical power transmission device 131a: Transmission
132a: Reduction gear 130b: Electric power transmission device
131b: generator 132b: motor
140: Crankshaft 150: Car auxiliary device
Actuator 1: first actuator Actuator 2: second actuator
Actuator 3: Third actuator

Claims (7)

내연기관의 엔진;
상기 엔진의 배출가스 배출측에 설치되며, 상기 배출가스의 에너지를 기계적 일로 변환시켜 폐 에너지를 회수하는 블로우 다운 터빈(blow-down turbine);
상기 엔진에 의해 회전되며 상기 블로우 다운 터빈과 동력전달 가능하게 연결되는 크랭크축;
상기 블로우 다운 터빈과 상기 크랭크축 사이에 설치된 제1액츄에이터;
상기 제1액츄에이터와 상기 블로우 다운 터빈 사이에 설치되어 상기 블로우 다운 터빈으로부터 동력을 전달받는 동력전달장치;
상기 동력전달장치와 상기 제1액츄에이터 사이에 설치되는 차량용 보조장치; 및
상기 제1액츄에이터를 제어하여 상기 블로우 다운 터빈과 상기 차량용 보조장치의 연결 상태를 제어하는 제어유닛
을 포함하며,
상기 제어유닛은 상기 엔진이 정속 운전 조건인 경우 상기 제1액츄에이터를 제어하여 상기 크랭크축과 상기 차량용 보조장치의 동력 연결을 해제시키는 것을 특징으로 하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템.An engine of an internal combustion engine;
A blow-down turbine installed on an exhaust gas discharge side of the engine for converting energy of the exhaust gas into mechanical energy to recover waste energy;
A crankshaft rotated by the engine and connected to the blowdown turbine so as to be able to transmit power;
A first actuator disposed between the blowdown turbine and the crankshaft;
A power transmission device installed between the first actuator and the blowdown turbine and receiving power from the blowdown turbine;
A vehicle auxiliary device installed between the power transmission device and the first actuator; And
A control unit controlling the first actuator to control a connection state of the blowdown-turbine and the vehicular auxiliary device,
/ RTI >
Wherein the control unit controls the first actuator to release the power connection between the crankshaft and the vehicular auxiliary device when the engine is in the constant-speed running condition. 제1항에 있어서,
상기 차량용 보조장치와 상기 블로우 다운 터빈 사이에 설치되는 제3액츄에이터를 더 포함하며,
상기 제어유닛은 상기 엔진이 정속 운전 조건인 경우 상기 제3액츄에이터를 제어하여 상기 차량용 보조장치와 상기 블로우 다운 터빈을 동력전달 가능하게 연결하고, 상기 엔진이 가변 운전 조건인 경우 상기 제3액츄에이터를 제어하여 상기 차량용 보조 장치와 상기 블로우 다운 터빈의 동력 연결을 해제시키는 것을 특징으로 하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising a third actuator installed between the vehicle auxiliary device and the blowdown turbine,
Wherein the control unit controls the third actuator to connect the vehicle auxiliary device and the blowdown-turbine so as to transmit power, when the engine is in the constant-speed operation condition, and to control the third actuator when the engine is in the variable- And the blow-down turbine is released from the power connection between the vehicle auxiliary device and the blowdown-turbine. 제2항에 있어서,
상기 동력전달장치와 상기 블로우 다운 터빈 사이에 설치되는 제2액츄에이터를 더 포함하며,
상기 제어유닛은 상기 제2액츄에이터를 제어하여 상기 엔진이 정속 운전 조건인 경우 상기 동력전달장치와 상기 블로우 다운 터빈을 동력전달 가능하게 연결하고, 상기 엔진이 가변 운전 조건인 경우 상기 동력전달장치와 상기 블로우 다운 터빈의 동력 연결을 해제시키며,
상기 동력전달장치는 상기 블로우 다운 터빈의 출력측에 설치된 발전기 및 상기 발전의 출력측에 설치된 모터를 포함한 전기식 동력전달장치인 것을 특징으로 하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템.3. The method of claim 2,
Further comprising a second actuator installed between the power transmission device and the blowdown turbine,
Wherein the control unit controls the second actuator to connect the power transmitting device and the blowdown turbine so as to transmit power when the engine is in the constant speed operation condition, Disengages the power connection of the blowdown turbine,
Wherein the power transmission device is an electric power transmission device including a generator installed on an output side of the blowdown turbine and a motor provided on an output side of the power generation. 제3항에 있어서,
상기 발전기는 상기 차량의 배터리 및 상기 차량에 설치된 복수의 전기장치 중 하나 이상에 연결되어 전력 공급이 가능한 것을 특징으로 하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템.The method of claim 3,
Wherein the generator is connected to at least one of a battery of the vehicle and a plurality of electric devices installed in the vehicle to supply electric power. 제1항에 있어서,
상기 엔진의 배출가스 배출측의 상기 블로우 다운 터빈 상류에 설치되는 터보차저 터빈을 더 포함하며,
상기 터보차저 터빈은 상기 배출가스의 에너지를 기계적 일로 변환시켜 흡기측에 설치되는 터보차저 콤프레서를 작동시키는 것을 특징으로 하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템.The method according to claim 1,
And a turbocharger turbine installed upstream of the blowdown turbine on an exhaust gas discharge side of the engine,
Wherein the turbocharger turbine converts the energy of the exhaust gas into mechanical work to operate a turbocharger compressor installed on the intake side. 제1항에 있어서,
상기 차량용 보조장치는 에어컨디셔너 및 상기 엔진의 보조기계류 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 제어식 차량용 터보 컴파운드 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the vehicle auxiliary device comprises at least one of an air conditioner and an auxiliary machinery of the engine. 삭제delete
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