KR20050056522A - Diesel engine having valance shaft driven motor and method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진 및 제어방법에 관한 것으로서, 크랭크 샤프트, 오일 펌프 기어, 아이들 기어 및 밸런스 샤프트를 구비하는 디젤 엔진에 있어서, 상기 아이들 기어와 치합되지 않도록 장착된 밸런스 샤프트; 상기 밸런스 샤프트의 일단에 장착되는 구동모터; 및 상기 디젤 엔진의 엔진 회전수와 엔진 냉각수온과 터보챠저 압력값 및 연료량의 정보를 통하여, 상기 냉각수온이 일정온도 이하이고, 상기 디젤 엔진의 구동이 급가속 및 등판중이라 판단되면 상기 구동모터를 정지시키도록 하는 ECU를 구비한다.The present invention relates to a diesel engine and a control method using a motor driven balance shaft, comprising: a diesel engine having a crank shaft, an oil pump gear, an idle gear and a balance shaft, comprising: a balance shaft mounted so as not to be engaged with the idle gear; A driving motor mounted to one end of the balance shaft; And the driving motor when it is determined that the cooling water temperature is lower than a predetermined temperature and the driving of the diesel engine is suddenly accelerated and climbing based on information on the engine speed, the engine cooling water temperature, the turbocharger pressure value, and the fuel amount of the diesel engine. ECU to stop the operation.
Description
본 발명은 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 저온시동시, 차량의 등판 및 급가속시 모터 구동 밸런스 샤프트의 구동을 일시적으로 정지시켜 엔진의 동력손실을 줄임으로써 냉시동성 향상 및 매연 저감을 꾀하도록 하는 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진 및 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a diesel engine and a control method using a motor drive balance shaft, and more particularly, to temporarily stop driving of the motor drive balance shaft during low temperature start-up and rapid acceleration of a diesel engine. The present invention relates to a diesel engine and a control method using a motor drive balance shaft to reduce cold losses and improve cold startability.
일반적으로 디젤 차량의 운행시 소음 및 진동의 감소를 위하여 밸런스 샤프트를 장착하는 엔진이 증가되고 있다. In general, engines equipped with a balance shaft have been increased in order to reduce noise and vibration when driving a diesel vehicle.
그러나 상기 디젤 차량의 엔진에 장착된 밸런스 샤프트는 냉시동성을 악화시킬 뿐만 아니라 차량의 등판시에도 매연의 발생을 높이고 있다.However, the balance shaft mounted on the engine of the diesel vehicle not only deteriorates cold startability, but also increases the generation of smoke during climbing of the vehicle.
이에 따라 상기 디젤 차량의 냉시동성을 향상시키기 위해 냉시동시 점도가 낮은 오일의 공급을 일시적으로 지연시켜 냉시동성을 개선할 목적으로, 오일펌프와 오일쿨러의 사이에 냉시동시 오일펌프에서 펌핑되는 일정량의 오일을 저장하여 오일이 오일쿨러를 통해 메인 갤러리로 공급되는 시간이 지연되도록 함으로써, 엔진의 시동성이 향상되도록 한다. 또한, 원심력을 이용한 밸런스 샤프트의 적용을 통하여 저rpm시에는 밸런스 샤프트가 작동되지 않게 함으로써, 냉시동성 및 차량의 동력 성능을 향상시키도록 한다. Accordingly, in order to improve the cold startability by temporarily delaying the supply of low viscosity oil during cold start to improve cold startability of the diesel vehicle, a certain amount of pumped oil is pumped from the oil pump during cold start between the oil pump and the oil cooler. The oil is stored to delay the time the oil is supplied to the main gallery through the oil cooler, thereby improving the engine's startability. In addition, the balance shaft is not operated at low rpm through the application of the balance shaft using centrifugal force, thereby improving cold startability and power performance of the vehicle.
그러나, 오일펌프에서 펌핑되는 일정량의 오일을 저장하여 오일이 오일쿨러를 통해 메인 갤러리로 공급되는 시간이 지연되도록 하는 것은 오일팬 내의 오일량이 충분치 않을 경우 피스톤이 소착되는 현상이 발생할 우려가 있다. 또한, 원심력을 이용한 밸런스 샤프트를 장기간에 걸쳐 사용할 경우 키 홈의 마모 등으로 인해 밸런스 샤프트가 전혀 작동하지 않을 가능성이 있고, 운전자가 가,감속을 반복적으로 행하여 엔진이 저rpm 조건이 빈번하게 되는 경우는 이로 인한 관성 토크의 변화로 오히려 운전자로 하여금 떨림을 느끼게 할 우려가 있는 문제점이 있다.However, storing a certain amount of oil pumped from the oil pump to delay the time that the oil is supplied to the main gallery through the oil cooler may cause the piston to sinter when the amount of oil in the oil pan is insufficient. In addition, if the balance shaft using centrifugal force is used for a long time, the balance shaft may not operate at all due to the wear of the key groove, and if the driver repeatedly executes acceleration and deceleration, the engine is frequently subjected to low rpm conditions. Therefore, there is a problem in that the driver may feel trembling due to the change in inertia torque.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 디젤 엔진의 저온시동시, 차량의 등판 및 급가속시 모터 구동 밸런스 샤프트의 구동을 일시적으로 정지시켜 엔진의 동력손실을 줄임으로써 냉시동성 향상 및 매연 저감을 꾀하도록 하는 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above-described problems, the cold start by reducing the power loss of the engine by temporarily stopping the drive of the motor drive balance shaft during low temperature start of the diesel engine, the back of the vehicle and rapid acceleration An object of the present invention is to provide a diesel engine and a control method using a motor drive balance shaft for improving dynamics and reducing smoke.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진은, 크랭크 샤프트, 오일펌프 기어, 아이들 기어 및 밸런스 샤프트를 구비하는 디젤 엔진에 있어서, 상기 아이들 기어와 치합되지 않도록 장착된 밸런스 샤프트; 상기 밸런스 샤프트의 일단에 장착되는 구동모터; 및 상기 디젤 엔진의 엔진 회전수와 엔진 냉각수온과 터보챠저 압력값 및 연료량의 정보를 통하여, 상기 냉각수온이 일정온도 이하이고, 상기 디젤 엔진의 구동이 급가속 및 등판중이라 판단되면 상기 구동모터를 정지시키도록 하는 ECU;를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the diesel engine using the motor drive balance shaft of the present invention for achieving the above object, in a diesel engine having a crank shaft, an oil pump gear, an idle gear and a balance shaft, a balance shaft mounted so as not to engage with the idle gear. ; A driving motor mounted to one end of the balance shaft; And the driving motor when it is determined that the cooling water temperature is lower than a predetermined temperature and the driving of the diesel engine is suddenly accelerated and climbing based on information on the engine speed, the engine cooling water temperature, the turbocharger pressure value, and the fuel amount of the diesel engine. ECU to stop the; characterized in that it comprises a.
본 발명에 있어서, 상기 ECU는, 상기 엔진 회전수가 낮아지고 상기 연료의 소모량이 상승되며, 상기 터보챠저의 터빈 압력값이 초기 터빈 압력값보다 낮을 경우 상기 차량의 등판 및 급가속으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the ECU, when the engine speed is lowered, the consumption of the fuel is increased, when the turbine pressure value of the turbocharger is lower than the initial turbine pressure value, it is determined that the back of the vehicle and rapid acceleration It is done.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진의 제어방법은, (a) 아이들 기어와 치합되지 않도록 장착되며 ECU제어에 의한 구동모터의 구동으로 동작되는 밸런스 샤프트를 구비하는 디젤 엔진의 엔진 회전수와 냉각수온과 잔여 연료량 및 터보챠저 압력값을 센싱하는 단계; (b) 상기 단계의 냉각수온이 저온으로 상기 디젤 엔진의 저온 시동으로 판단되면 상기 구동모터를 구동 정지시키는 단계; (c) 상기 단계(a)의 디젤 엔진 구동중 엔진 회전수와 상기 연료 소모량 및 상기 터보챠저의 압력값의 센싱으로 차량의 등판으로 판단하면 상기 구동모터의 구동을 정지시키는 단계; 및 (d) 상기 밸런스 샤프트의 구동 정지 후 일정 시간 후 상기 (a) 단계로 피드백 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The control method of the diesel engine using the motor drive balance shaft of the present invention for achieving the above object is (a) a diesel having a balance shaft mounted so as not to be engaged with the idle gear and operated by the drive of the drive motor by the ECU control. Sensing an engine speed of the engine, a coolant temperature, a residual fuel amount, and a turbocharger pressure value; (b) stopping the driving motor when the cooling water temperature of the step is determined to be a low temperature start of the diesel engine at a low temperature; (c) stopping the driving of the driving motor when it is determined that the back of the vehicle is detected by sensing the engine speed, the fuel consumption, and the pressure value of the turbocharger while driving the diesel engine of step (a); And (d) feeding back to the step (a) after a certain time after the driving stop of the balance shaft.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 차량의 운행중 엔진 회전수가 급격히 하강됨과 함께 상기 연료 소모량이 일정 이상으로 상승되며, 상기 터보챠저의 터빈 압력이 초기 터빈 압력보다 낮은 경우 차량의 등판으로 판단하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the step (c), the engine speed during the operation of the vehicle is drastically lowered and the fuel consumption rises above a certain level, when the turbine pressure of the turbocharger is lower than the initial turbine pressure to the back of the vehicle It is characterized by judging.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진 및 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, a diesel engine and a control method using a motor driving balance shaft according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 밸런스 샤프트의 장착을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a diesel engine using a motor drive balance shaft according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a view schematically showing the mounting of the balance shaft of FIG.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진(100)은, 크랭크 샤프트(11), 오일펌프 기어(13), 아이들 기어(15) 및 밸런스 샤프트(10)를 구비하는 디젤 엔진에 관한 것으로서, 아이들 기어(15)와 치합되지 않도록 장착된 밸런스 샤프트(10)와, 밸런스 샤프트(10)의 일단에 장착되는 구동모터(20)와, 디젤 엔진의 엔진 회전수와 엔진 냉각수온과 터보챠저 압력값 및 연료량의 정보를 통하여 냉각수온이 일정온도 이하이고 디젤 엔진의 구동이 급가속 및 등판중이라 판단되면 구동모터(20)를 정지시키도록 하는 ECU(30)를 구비한다.1 and 2, the diesel engine 100 using the motor drive balance shaft according to the present invention includes a crank shaft 11, an oil pump gear 13, an idle gear 15, and a balance shaft ( 10. A diesel engine having a 10), comprising a balance shaft (10) mounted so as not to be engaged with an idle gear (15), a drive motor (20) mounted at one end of the balance shaft (10), and a diesel engine The ECU 30 which stops the driving motor 20 when it is determined that the cooling water temperature is below a certain temperature and the driving of the diesel engine is rapidly accelerating and climbing through the information of the rotation speed, the engine cooling water temperature, the turbocharger pressure value, and the fuel amount. ).
상기 밸런스 샤프트(10)는 아이들 기어(15)와 치합되지 않도록 장착된다. 즉, 상기 밸런스 샤프트(10)는 아이들 기어(15)에 근접 이격되도록 장착되어, 아이들 기어(15) 작동에 따라 무관하게 독립적으로 구동되도록 장착된다. 이러한 밸런스 샤프트(10)의 일단에는 구동모터(20)가 장착되어 밸런스 샤프트(10)의 독립적인 구동이 가능하도록 한다.The balance shaft 10 is mounted not to be engaged with the idle gear 15. That is, the balance shaft 10 is mounted to be spaced apart from the idle gear 15 so as to be independently driven according to the operation of the idle gear 15. One end of the balance shaft 10 is equipped with a drive motor 20 to enable independent driving of the balance shaft 10.
상기 구동모터(20)는 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency) 인버터 시스템을 적용하여 독립적으로 구동된다. 이러한 구동모터(20)의 구동은 ECU(30)의 제어로 구동된다. 상기 ECU(30)는 디젤 엔진의 엔진 rpm, 냉각수 온도, 잔여 연료량, 터보챠저 압력 센싱값을 전송받아 차량의 급가속 및 언덕의 등판중으로 판단되면 구동모터(20)의 구동을 정지시키도록 한다. 즉, 상기 ECU(30)는 엔진 회전수가 낮아지는 상태에서 연료의 소모량이 상승됨 또는, 터보챠저의 터빈 압력값이 초기 터빈 압력값 보다 낮을 경우 차량의 등판 및 급가속으로 판단하여 구동모터(20)의 구동을 정지시키도록 한다. 이러한 차량의 등판 및 급가속시 구동모터(20)의 정지는 저rpm 에서는 밸런스 샤프트(10)가 작동되지 않도록 하여 냉시동성 및 차량의 동력 성능을 향상시키고자 함이다. 또한 상기 냉각수온이 저온으로 디젤 엔진이 저온 시동으로 판단되면 구동모터(20)의 구동을 정지시킨다. 이러한 냉각수온의 저온 판별은 섭씨 -5℃를 기준으로 그 이하일 경우에는 밸런스 샤프트(10)의 구동을 정지하도록 한다. 이러한 냉각수온도의 저온시 밸런스 샤프트(10)의 구동 정지시킴은 냉시동시 점도가 낮은 오일의 공급을 일시적으로 지연시켜 냉시동성을 개선하기 위함이다.The drive motor 20 is independently driven by applying a variable voltage variable frequency (VVVF) inverter system. The driving of the drive motor 20 is driven by the control of the ECU (30). The ECU 30 receives the engine rpm, the coolant temperature, the remaining fuel amount, the turbocharger pressure sensing value of the diesel engine, and stops the driving of the driving motor 20 when it is determined that the vehicle is undergoing rapid acceleration and hill climbing. That is, the ECU 30 determines that the fuel consumption of the fuel is increased while the engine speed is lowered, or that the turbine pressure value of the turbocharger is lower than the initial turbine pressure value. To stop the operation. The stop of the driving motor 20 during the climbing and rapid acceleration of the vehicle is to improve the cold startability and the power performance of the vehicle by preventing the balance shaft 10 from operating at a low rpm. In addition, when the cooling water temperature is low and the diesel engine is determined to start at low temperature, the driving of the driving motor 20 is stopped. The low temperature determination of the cooling water temperature stops driving of the balance shaft 10 when the temperature is lower than -5 ° C. The stop of driving of the balance shaft 10 at a low temperature of the coolant temperature is to improve cold startability by temporarily delaying supply of oil having a low viscosity during cold start.
도 3을 참조하여 본 발명의 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진의 제어방법을 설명한다.A control method of a diesel engine using the motor drive balance shaft of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
먼저, 아이들 기어(15)와 치합되지 않도록 장착되며 ECU(30)제어에 의한 구동모터(20)의 구동으로 동작되는 밸런스 샤프트(10)를 구비하는 디젤 엔진의 엔진 회전수와 냉각수온과 잔여 연료량 및 터보챠저 압력 센싱값을 센싱한다.(S11)First, the engine speed, the coolant temperature, and the remaining fuel amount of a diesel engine having a balance shaft 10 mounted so as not to be engaged with the idle gear 15 and operated by driving of the drive motor 20 by the ECU 30 control. And a turbocharger pressure sensing value (S11).
이어서, 냉각수 온도가 일정 온도 이하인지 여부를 판단한다.(S12) 이러한 냉각수 온도 판별의 기준 온도는 섭씨 -5℃ 이하일 경우로서, 냉각수 온도가 섭씨 -5℃이하일 경우 구동모터(20)로의 전원 공급을 차단하여 밸런스 샤프트(10)의 구동을 정지시키도록 한다.(S13) 이러한 냉각수 온도의 섭씨 -5℃ 이하에서 밸런스 샤프트(10)의 구동을 정지시킴으로, 냉시동시 점도가 낮은 오일의 공급을 일시적으로 지연시켜 냉시동성을 개선하도록 한다.Subsequently, it is determined whether the coolant temperature is lower than or equal to a predetermined temperature. (S12) When the reference temperature of the coolant temperature determination is -5 ° C or lower, and the coolant temperature is -5 ° C or lower, power is supplied to the driving motor 20. To stop the driving of the balance shaft 10 (S13) by stopping the driving of the balance shaft 10 at -5 ° C or less of the cooling water temperature, thereby temporarily supplying oil having a low viscosity during cold startup. Delay to improve cold startability.
다음, ECU(30)는 엔진 rpm이 하강되고 연료 소모량이 상승되며, 현재 터빈 압력값이 초기 터빈 압력값 보다 저하된다고 판단되면(S14), 차량의 등판 및 가속됨으로 판단하여 구동모터(20)로의 전원 공급을 차단하여 밸런스 샤프트(10)의 구동을 정지시키도록 한다.(S13) 이러한 차량의 등판은 차량의 운행중 엔진 회전수가 급격히 하강됨과 함께 연료 소모량이 일정 이상으로 상승되며, 터보챠저의 터빈 압력이 초기 터빈 압력보다 낮은 경우 차량의 등판으로 판단하도록 한다.Next, the ECU 30 determines that the engine rpm is lowered and the fuel consumption is increased, and the current turbine pressure value is lower than the initial turbine pressure value (S14). The power supply is cut off to stop the driving of the balance shaft 10. (S13) The back of such a vehicle rapidly reduces the engine speed during operation of the vehicle and increases fuel consumption above a certain level, thereby increasing the turbine pressure of the turbocharger. If it is lower than the initial turbine pressure, it is determined as the back of the vehicle.
이어서, 상기 단계(S12)의 냉각수온이 섭씨 -5℃ 이상의 일정 온도이고, 차량의 등판 및 급가속 조건이 아닐 경우에는 구동모터(20)에 전원을 공급하여 밸런스 샤프트(10)가 정상 구동되도록 한다.(S15)Subsequently, when the cooling water temperature of the step S12 is a constant temperature of -5 ° C. or more, and is not a backrest and rapid acceleration condition of the vehicle, power is supplied to the driving motor 20 so that the balance shaft 10 is normally driven. (S15)
다음, 상기 구동모터(20)의 정지후 일정 시간 경과됨으로 판단되면(S16) 상기 단계(S11)로 피드백하여 각 단계를 재수행하도록 한다. 여기서 상기 구동모터(20)의 구동 온 상태에서도 일정시간 후에 피드백으로 상기 각 단계의 순차적인 재수행함은 물론이다.Next, when it is determined that a predetermined time has elapsed after the driving motor 20 stops (S16), the process is fed back to the step S11 to perform each step again. Here, of course, even after the drive-on state of the drive motor 20, the step of re-sequential re-execution of each step as a feedback after a certain time.
상기와 같은 본 발명에 따른 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진 및 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The diesel engine and the control method using the motor drive balance shaft according to the present invention as described above has the following effects.
차량이 저온 시동시 밸런스 샤프트의 작동을 정지시킴으로써, 냉시동시 점도가 낮은 오일의 공급을 일시적으로 지연시켜 냉시동성을 개선하도록 한다.By stopping the operation of the balance shaft when the vehicle starts at low temperature, it is possible to temporarily delay the supply of low viscosity oil during cold start to improve cold startability.
또한, 차량의 등판 및 급가속시에 엔진은 저rpm 조건이 도고 밸런스 샤프트 구동으로 동력이 손실되어 결과적으로 과다한 양의 연료분사를 가져와 매연이 다량 발생 될 경우 밸런스 샤프트의 구동을 정지시켜 매연의 발생을 막고 차량성능을 향상시키도록 한다. In addition, the engine has a low rpm condition and power is lost due to the balance shaft driving, resulting in an excessive amount of fuel injection, and in case of a large amount of smoke, the engine stops driving the balance shaft to generate smoke. To improve vehicle performance.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications or other embodiments falling within the scope equivalent to the present invention are possible by those skilled in the art. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined by the following claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진을 개략적으로 도시한 도면.1 is a view schematically showing a diesel engine using a motor drive balance shaft according to a preferred embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 밸런스 샤프트의 장착을 개략적으로 도시한 도면.FIG. 2 shows schematically the mounting of the balance shaft of FIG. 1; FIG.
도 3은 도 1의 인버터 모터 구동 밸런스 샤프트를 이용한 디젤 엔진의 제어 흐름도.3 is a control flowchart of a diesel engine using the inverter motor drive balance shaft of FIG.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10...밸런스 샤프트 11...크랭크 샤프트10 ... balance shaft 11 ... crankshaft
13...오일 펌프 기어 15...아이들 기어13 ... oil pump gear 15 ... child gear
20...구동모터 30...ECU20 ... drive motor 30 ... ECU
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