KR20040101030A

KR20040101030A - 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관

Info

Publication number: KR20040101030A
Application number: KR1020040036040A
Authority: KR
Inventors: 오노데라야수유키; 니시야마토시히코; 이토우타쿠미
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2004-12-02
Also published as: DE102004024861A1; CN100455782C; CN1573055A; US7032382B2; US20050160733A1; JP2004346776A

Abstract

본 발명은 압축기가 서징 영역에 접근하는 것을 회피함과 아울러 양호한 토크를 얻을 수 있는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 배기 터빈 과급기(20)의 압축기(21) 출구 통로와, 배기 터빈(22) 입구 통로를 바이패스 관로(23)로 연통하고, 바이패스 밸브(24)를 설치한다. 밸브 컨트롤러(30)에 의해서 디젤 엔진(1)의 운전상태가 저속, 고부하 영역으로 되었을 때에 바이패스 밸브(24)를 제어하여 바이패스 관로(23)를 개방방향으로 조정한다. 급기의 일부가 배기 관로(4)에 유입됨으로써 배기 터빈(22)이 보다 많이 회전하고, 급기 유량이 증가하여 디젤 엔진(1)의 출력이 높게 된다. 또한, 급기 유량의 증가에 의해 압축기(21)가 서징 영역에 접근하는 것을 방지할 수 있다.

Description

급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH SUPPLY AIR BYPASS CONTROL DEVICE}

본 발명은 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기 터빈 과급기를 갖고, 배기 가스에 의해서 압축기를 구동하여 과급하는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관에 관한 것이다.

가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등의 내연기관에는 배기 터빈 과급기를 구비한 것이 있다. 배기 터빈 과급기는 내연기관으로부터의 배기 가스의 압력을 이용하여 터빈을 회전시키고, 이 터빈의 회전력에 의해서 압축기를 구동하여 내연기관에 과급을 행하는 것이다. 이와 같이 배기 터빈 과급기를 구비한 내연기관으로서는 압축기의 출구 통로와 터빈의 입구 통로를 연통시킨 바이패스 회로를 구비한 것이 있다.

[특허문헌1]

일본 특허 공개 2001-165000호 공보(제9~10페이지, 제 1 도)

이 바이패스 회로를 구비한 내연기관은 배기 재순환 시스템, 소위 EGR (Exhaust Gas Recirculation) 장치가 효율좋게 운전하기 위해 설치되어 있는 것이다. EGR 장치는 배기 가스의 일부를 내연기관으로의 흡기에 환류시켜 흡기 중의 산소 농도를 저하시키고, 내연기관에서의 연소 온도를 내림으로써 배기 가스 중의 질소산화물(NOx)의 발생을 억제하는 것이므로 이와 같은 EGR 장치를 구비한 내연기관에는 NOx 배출량을 측정하여 배출량이 소정값보다 많은 경우에는 배기 재순환을 행한다. 이 때, 내연기관의 흡기압이 배기압보다 높고, 배기 가스가 흡기측으로 흐르기 어려운 경우에는 바이패스 회로를 개방하여 흡기의 일부를 배기 통로로 흐르게하여 흡기압을 저하시키고, 배기 재순환을 용이하게 한다. 이와 같은 제어를 행함으로써 EGR을 효율좋게 행할 수 있다.

그런데, 예컨대, 유압 셔블과 같은 건설기계용 엔진에서는 저속 운전에 있어서도 고부하(높은 저속 토크)가 필요로 되는 경우가 있다. 이와 같은 건설기계용 엔진에 배기 터빈 과급기를 매칭시킬 때, 압축기의 쵸크 유량보다 소유량측이 되는 고효율의 작동점을 엔진의 정격점으로서 이용하면 저속, 고부하 영역 운전시의 압축기의 작동점이, 압축기의 동작이 불안정하게 되는 서징(surging) 영역 근방으로 되어 버리는 경우가 있다.

특히, 상기한 바와 같은 EGR 장치를 구비한 엔진에서는 흡기의 일부에 배기 가스가 환류하여 흡기 용적이 적게 되기 때문에 필요한 출력에 부합하는 흡기량을 확보하기 위해서 과급기에 있어서는 고압력비 과급을 행할 필요가 있다. 그러나, 고압력비 과급 타입의 압축기를 사용하면 사용가능한 유량 범위인 쵸크 유량 및 서징 유량 사이의 범위가 좁게 되는 경향이 있으므로 배기 터빈 과급기와 엔진의 매칭이 더욱 곤란하게 된다.

저속, 고부하 영역에서의 압축기의 작동점이 서징 영역에 접근하는 매칭을 회피하기 위해서는 광역 타입의 압축기를 이용하는 것이 고려되지만 일반적으로 광역 타입의 압축기는 압력비가 낮고, 또한, 고속 회전속도로 사용할 수 없으므로 고압력비 과급용으로서는 최적이 아니다.

본 발명은 목적은 고압력비, 고회전 타입의 압축기로 서징을 회피함과 아울러 양호한 저속 토크가 얻어지는 내연기관을 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 내연기관의 시스템을 도시하는 개략도이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 개폐밸브 개방도 제어수단의 기억부의 맵을 도시하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 급기(給氣) 바이패스 제어장치의 동작을 도시하는 플로우차트이다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 내연기관의 시스템을 도시하는 개략도이다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 개폐밸브 개방도 제어수단의 기억부의 맵을 도시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 급기 바이패스 제어장치의 동작을 도시하는 플로우차트이다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 내연기관의 시스템을 도시하는 개략도이다.

도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 개폐밸브 개방도 제어수단의 기억부의 맵을 도시하는 도면이다.

도 9는 본 발명의 개폐밸브 개방도 제어수단의 기억부의 맵의 변형예를 도시하는 도면이다.

도 10은 본 발명의 내연기관의 시스템의 변형예를 도시하는 개략도이다.

도 11은 본 발명의 내연기관의 시스템의 다른 변형예를 도시하는 개략도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 디젤 엔진(내연기관) 2 … 엔진 본체

3 … 급기 관로 4 … 배기 관로

11 … 엔진 회전속도 검출수단(내연기관 회전속도 검출수단)

12 … 연료분사량 검출수단 13 … 검출수단(운전상태 검출수단)

14 … 급기압 검출수단 15 … 급기 유량 검출수단

16 … 과급기(過給器) 회전속도 검출수단

20 … 배기 터빈 과급기(과급기) 21 … 압축기

22 … 배기 터빈 23 … 바이패스 관로(연통로)

24 … 바이패스 밸브(개폐밸브)

30 … 밸브 컨트롤러(개폐밸브 개방도 제어수단)

40 … 급기 제어장치(급기 바이패스 제어장치)

본 발명의 청구항 1에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관은 외기를 흡입, 가압하여 내연기관에 공급하는 압축기 및 이 압축기를 구동하는 배기 터빈을 갖는 과급기; 상기 압축기의 출구 통로 및 상기 배기 터빈의 입구 통로를 연통하는 연통로; 이 연통로에 설치된 개폐밸브; 상기 내연기관의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단; 및 상기 운전상태 검출수단으로부터의 신호에 기초하여 상기 내연기관의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브를 개방방향으로 개구시키는 개폐밸브 개방도 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

이 구성의 본 발명에 의하면 개폐밸브 개방도 제어수단은 내연기관의 저속, 고부하 영역에서 내연기관의 개폐밸브를 제어하여 개구시킴으로써 급기의 일부가 내연기관을 통과하지 않고 배기 터빈 입구 통로에 유입되므로 압축기 시스템 회로의 스로틀 정도가 변화하고, 내연기관의 저속 운전에 있어서의 압축기의 작동점이 대유량측으로 이동한다. 또한, 급기의 일부가 배기 터빈 입구에 유입되는 것에 의한 배기 터빈의 작동의 증가에 의해 배기 터빈 회전이 증가한다. 이상의 결과, 압축기의 작동점이 서징 한계로부터 대폭적으로 멀어지고, 압축기의 동작이 안정됨과 아울러 내연기관에 공급되는 공기량도 증가하고, 저속 토크가 증가한다.

또한, 내연기관의 사용범위 내에서의 압축기의 작동영역이 서징 영역 근방으로 되는 것이 양호하게 회피되므로 고압력비, 고회전 타입의 압축기를 채용할 수있게 되고, 내연기관의 사용범위에 대해서 압축기의 선택 설계의 자유도가 높게 된다.

또한, 상기 개폐밸브는 연통로를 전체 개방, 전체 폐쇄하는, 소위 ON, OFF의 2위치 제어인 것이나, 전체 개방, 전체 폐쇄, 반 개방의 3위치 제어인 것, 또는 연통로의 개방도를 무단계로 또는 4위치 이상의 다단계로 조정할 수 있는 것 등이 채용가능하다.

본 발명의 청구항 2에 기재된 급기 바이패스 장치를 구비한 내연기관은 청구항1에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관에 있어서 상기 개폐밸브는 개방도를 조정할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성의 본 발명에 의하면 개폐밸브가 개방도를 조정할 수 있게 구성되어 있으므로 내연기관의 운전상태에 따라 필요 최소한의 개방도로 제어할 수 있게 된다. 이로써, 연통로로 흐르는 급기 유량이 최소한으로 억제되고, 내연기관에 공급되는 급기 유량이 많게 된다. 또한, 예컨대, 동일한 내연기관에서 사양이 다른 출력을 설정하는 경우에는 각각 필요로 하는 저속 토크에 따라 개폐밸브의 개방도를 설정함으로써 유연한 대응이 가능하게 된다.

본 발명의 청구항3에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관은 청구항1 또는 청구항2에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 상기 과급기의 작동상태를 검출하는 과급기 작동상태 검출수단이고, 상기 개폐밸브 개방도 제어수단은 상기 과급기 작동상태 검출수단으로부터의 신호에 기초하여 상기 압축기의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로판단한 경우에 상기 개폐밸브를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 한다.

이 구성의 본 발명에 의하면 과급기 작동상태 검출수단에 의해서 압축기의 작동상태를 검출하고, 압축기의 작동상태가 서징 영역 근방으로 되었을 때에 개폐밸브 개방도 제어수단이 개폐밸브를 제어하여 개방방향으로 개구시킴으로써 압축기의 급기 유량이 많게 되고, 압축기의 작동상태가 서징 영역으로부터 멀어져 작동이 안정되게 된다.

또한, 개폐밸브 개방도 제어수단이 과급기 작동상태 검출수단으로부터의 검출량을 감시하는 것이므로 내연기관의 운전상태로부터 압축기의 작동상태를 추정하는 경우와 다르고, 압축기의 작동상태를 직접 감시함으로써 압축기의 서징 영역 회피가 보다 확실하게 된다.

본 발명의 청구항4에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관은 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 상기 내연기관으로의 연료분사량을 검출하는 연료분사량 검출수단; 및 상기 내연기관의 회전속도를 검출하는 내연기관 회전속도 검출수단을 구비하고: 상기 개폐밸브 개방도 제어수단은 상기 연료분사량 검출수단으로부터의 연료분사량 및 상기 내연기관 회전속도 검출수단으로부터의 내연기관 회전속도에 기초하여 상기 내연기관의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우, 또는, 상기 압축기의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 한다.

이 구성의 본 발명에 의하면 연료분사량 및 내연기관 회전속도로부터 내연기관의 운전상태가 파악되므로 이들 검출수단이 미리 설정하여 둔 운전상태 범위 내, 즉, 내연기관의 운전상태가 저속 고부하 영역인 것으로 판단되었을 때, 또는, 압축기의 작동상태가 서징 영역 근방인 것으로 판단되었을 때에 개폐밸브 개방도 제어수단이 개폐밸브를 제어하여 개방방향으로 개구시킨다. 그러면, 압축기의 급기의 일부가 배기 터빈의 입구 통로에 유입되고, 배기 터빈의 회전이 증가하여 압축기의 유량이 증가하고, 내연기관의 저속 토크가 증대하며, 또한, 압축기가 서징 영역에 접근하는 것이 양호하게 회피된다.

연료분사량 및 내연기관의 회전속도는 통상 내연기관의 운전 제어에 이용하는 검출 파라미터이므로 이들 검출량을 유용(流用)함으로써 내연기관의 운전상태의 검출이 간단하게 된다. 따라서, 새로이 검출수단을 설치하는 일없이 급기 바이패스 제어장치가 구성가능하게 된다.

본 발명의 청구항5에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관은 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 상기 과급기의 급기압을 검출하는 급기압 검출수단과, 상기 과급기의 급기 유량을 검출하는 급기 유량 검출수단을 구비하고, 상기 개폐밸브 개방도 제어수단은 상기 급기압 검출수단으로부터의 급기압 및 상기 급기 유량 검출수단으로부터의 급기 유량에 기초하여 상기 내연기관의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우, 또는, 상기 압축기의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 한다.

이 구성의 본 발명에 의하면 압축기에 의한 급기압 및 급기 유량으로부터 압축기의 작동상태가 파악되므로 이들 검출결과에 기초하여 압축기의 작동상태를 직접 감시하여 개폐밸브를 제어함으로써 압축기가 서징 영역에 접근하는 것이 확실하게 회피되어 압축기의 동작이 안정된다.

본 발명의 청구항6에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관은 청구항1 내지 청구항3 중 어느 한 항에 기재된 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관에 있어서, 상기 운전상태 검출수단은 상기 과급기의 회전속도를 검출하는 과급기 회전속도 검출수단과, 상기 과급기의 급기 유량을 검출하는 급기 유량 검출수단을 구비하고, 상기 개폐밸브 개방도 제어수단은 상기 과급기 회전속도 검출수단으로부터의 과급기 회전속도 및 상기 급기 유량 검출수단으로부터의 급기 유량에 기초하여 상기 내연기관의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우, 또는, 상기 압축기의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 한다.

이 구성의 본 발명에 의하면 과급기의 회전속도 및 과급기에 의한 급기 유량으로부터 압축기의 작동상태가 파악되므로 이들 검출결과에 기초하여 압축기의 작동상태를 직접 감시하고, 개폐밸브를 제어함으로써 압축기가 서징 영역에 접근하는 것이 확실하게 회피되어 압축기의 동작이 안정된다.

이하, 본 발명의 각 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 후술하는 제 2 실시형태 이후에, 이하에 설명하는 제 1 실시형태에서의 구성 부품과 동일 부품 및 마찬가지의 기능을 갖는 부품에는 동일 부호를 붙이고, 설명을 간단하게 또는 생략한다.

[제 1 실시형태]

도 1에는 제 1 실시형태에 의한 디젤 엔진(내연기관)(1)의 시스템을 도시하는 개략도가 도시되어 있다. 이 도 1에 있어서 디젤 엔진(1)은 내부에 복수(본 실시형태에서는 4개)의 연소실이 형성된 엔진 본체(2)와, 연소실에 급기를 공급하는 급기 관로(3)와, 연소실 외부로 배기 가스를 배출하는 배기 관로(4)와, 디젤 엔진 (1)을 냉각하기 위한 냉각 기구(5)와, 엔진 본체(2)의 동작을 제어하는 엔진 컨트롤러(10)와, 엔진 본체(2)로의 과급을 행하기 위하여 급기를 압축하는 배기 터빈 과급기(과급기)(20)를 구비하고 있다.

급기 관로(3)와 엔진 본체(2) 사이에는 급기 관로(3)로부터의 급기가 각각의 연소실에 분배되도록 흡기 매니폴드(3A)가 설치되어 있다. 또한, 엔진 본체(2)와 배기 관로(4) 사이에는 각각의 연소실로부터의 배기가 통합되어 배기 관로(4)에 유입되도록 배기 매니폴드(4A)가 설치되어 있다.

냉각 기구(5)는 엔진 본체(2) 내에 수납된 크랭크축(도시안함) 등에 구동되는 펌프(8)를 구비하고, 펌프(8)에 의해서 압송된 냉각수는 디젤 엔진(1)의 엔진 본체(2), 배기 터빈 과급기(20), 도시하지 않은 오일 쿨러 등의 냉각이 필요한 부위를 냉각한 후, 냉각 기구(5)에 설치된 라디에이터(6)에 의해 공냉되도록 되어 있다. 또한, 급기 관로(3)의 도중에는 배기 터빈 과급기(20)에 의해 압축된 공기를 냉각하기 위한 애프터 쿨러(7)가 설치되어 있다.

상기 라디에이터(6) 및 애프터 쿨러(7)는 엔진 본체(2)에 설치되고, 또한,크랭크축 등에 의해 회전 구동되는 팬(9)에 의해서 그 냉각작용이 촉진되도록 되어 있다.

엔진 컨트롤러(10)는 엔진 본체(2)의 회전속도를 검출하는 엔진 회전속도 검출수단(내연기관 회전속도 검출수단)(11) 및 연소실로의 연료분사량을 검출하는 연료분사량 검출수단(12)을 구비한 검출수단(운전상태 검출수단)(13)에 접속되고, 이들 검출수단(13)으로부터 각각 엔진 회전속도(N)의 검출신호 및 연료분사량(F)의 검출신호를 수신하고 있다. 엔진 컨트롤러(10)는 이들 검출신호에 의해 디젤 엔진 (1)의 운전상태를 파악하고, 상태에 따라 연소실로의 연료분사량이나 연료분사 타이밍 등의 제어를 행하고 있다.

여기서, 엔진 회전속도 검출수단(11)은, 예컨대, 엔진 본체(2)의 크랭크축의 회전속도를 검출하는 것 등이 채용가능하고, 또한, 연료분사량 검출수단(12)은, 예컨대, 연료 분사 펌프의 조속기(governor)의 위치를 검출하거나 커먼 레일(common rail)이 설치되어 있을 때에 커먼 레일의 연료압이나 연료분사노즐의 전자밸브의 개방시간 등으로부터 연료분사량을 검출하는 것 등이 채용가능하다.

배기 터빈 과급기(20)는 배기 관로(4)의 도중에 설치된 배기 터빈(22)과, 급기 관로(3)의 도중에 설치되고, 배기 터빈(22)에 연결된 압축기(21)를 구비하고 있다. 흡기 관로(3)에서의 압축기(21)의 출구 통로와, 배기 관로(4)에서의 배기 터빈 (22)의 입구 통로는 바이패스 관로(연통로)(23)로 연통하고 있고, 이 바이패스 관로(23)에는 바이패스 관로(23)의 개방도를 조정하는 바이패스 밸브(개폐밸브)(24)가 설치되어 있다. 이 바이패스 밸브(24)는 니들밸브, 나비밸브, 전자밸브 등 임의의 구성의 밸브를 채용할 수 있고, 본 실시형태에서는 바이패스 관로(23)를 전체 개방 또는 전체 폐쇄하는 2위치 제어의 밸브가 채용되어 있다.

이와 같은 바이패스 밸브(24)에는 이 바이패스 밸브(24)의 동작을 제어하는 밸브 컨트롤러(개폐밸브 개방도 제어수단)(30)이 접속되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는 배기 터빈 과급기(20), 바이패스 관로(23), 바이패스 밸브(24), 검출수단(13) 및 밸브 컨트롤러(30)를 구비하여 본 발명의 급기 제어장치(급기 바이패스 제어장치)(40)가 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 바이패스 컨트롤러(30)는 엔진 컨트롤러(10)를 통해서 검출수단(13)에 접속되어 있기 때문에 급기 제어장치(40)는 엔진 컨트롤러(10)도 포함해서 구성되어 있다.

밸브 컨트롤러(30)는 엔진 컨트롤러(10)에 접속되고, 엔진 컨트롤러(10)로부터 엔진 회전속도(N)의 검출신호 및 연료분사량(F)의 검출신호를 수신할 수 있게 되어 있다.

밸브 컨트롤러(30)는 엔진 컨트롤러(10)로부터의 각 검출신호를 수신하는 입력부(31)와, 이 입력부(31)로부터의 입력신호에 대해서 최적의 바이패스 밸브(24)의 개방도가 미리 설정되고, 맵이나 테이블 등으로서 기억되어 있는 기억부(32)와, 기억부(32)에 기억된 정보에 기초하여 최적의 바이패스 밸브(24)의 개방도를 결정하는 제어부(33)와, 제어부(33)로부터의 개방도의 조정 지령[개방도 제어신호(C)]을 바이패스 밸브(24)에 출력하는 출력부(34)를 구비하고 있다.

기억부(32)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 디젤 엔진(1)의 운전상태에 따른 바이패스 밸브(24)의 개방도(A)를 도시한 맵(M1)을 기억하고 있다. 맵(M1)은 횡축을 엔진 회전속도(N)로 하고, 종축을 연료분사량(F)으로 한 그래프 상에서 각각의 디젤 엔진(1)의 운전상태에 따른 바이패스 밸브(24)의 개방도(A)와 그 개방도(A)를 유지하는 시간(T)이 설정되어 있다.

여기서, 본 실시형태에서는 바이패스 밸브(24)의 개방도(A)는 디젤 엔진(1)의 운전상태가 저속, 고부하 영역에 있어서 100%(전체 개방)의 개방도를 A1로 하고, 그 외에는 0%(전체 폐쇄)의 개방도를 A0으로 하도록 설정되어 있다. 즉, 도 2에 있어서 엔진 회전속도(N)가 비교적 낮고, 또한, 연료분사량(F)이 비교적 높은 영역(도 2의 경사선 부분)에서는 개방도(A1)로 되고, 그 외의 영역에서는 개방도 (A0)로 되어 있다. 또한, 개방도(A1)을 유지하는 시간은 미리 소정 시간(T1) 일정하게 설정되어 있다.

또한, 저속, 고부하 영역은 디젤 엔진(1) 및 배기 터빈 과급기(20)의 성능범위나 사용범위 등을 감안하여 적절하게 설정된다. 예컨대, 저속 영역에 있어서 거의 과급이 행해지지 않고, 저속 토크가 올라가지 않는 경우에 보다 높은 저속 토크를 필요로 하는 사용영역이나, 또는, 디젤 엔진(1)에 의해 부하가 걸림으로써 압축기(21)의 작동영역이 서징 영역에 접근할 가능성이 있는 사용영역 등이 적절하게 설정된다.

이와 같은 구성의 디젤 엔진(1)은 다음과 같이 동작한다.

우선, 디젤 엔진(1)의 운전 중에는 배기 터빈 과급기(20)는 배기 가스에 의해서 배기 터빈(22)을 회전시키고, 압축기(21)를 구동함으로써 엔진 본체(2)로의 과급을 행하고 있다. 엔진 컨트롤러(10)는 엔진 본체(2)의 엔진 회전속도(N) 및 연료분사량(F) 등의 신호로부터 엔진 본체(2)의 운전상태를 파악하여 연료분사 타이밍이나 연료분사량 등을 제어함과 아울러 밸브 컨트롤러(30)로 엔진 회전속도(N) 및 연료분사량(F)의 검출신호를 송신한다.

밸브 컨트롤러(30)에서는, 도 3의 플로우차트에 도시되는 바와 같이, 우선 스텝11(S11)에 있어서 엔진 컨트롤러(10)로부터의 엔진 회전속도(N) 및 연료분사량 (F)의 검출신호를 입력부(31)에서 수신한다. 이어서, S12에 있어서 제어부(33)가 이들 검출량을 기억부(32)의 맵(M1) 상에서 비교하고, S13에 있어서 바이패스 밸브 (24)의 개방도(A)를 결정한다. 또한, S14에 있어서 제어부(33)는 S13에서 결정한 개방도(A)에 대응하는 개방도 제어신호(C)를 출력부(34)에 출력한다. 즉, 개방도 (A)가 개방도(A1)일 때는 개방도 전체 개방 신호를, 개방도(A)가 개방도(A0)일 경우에는 개방도 전체 폐쇄 신호를 출력한다. S14에 있어서 S13에서 결정한 개방도 (A)가 전체 개방의 개방도(A1)인 것으로 판단한 경우에는 S15로 진행하고, 출력부 (34)가 바이패스 밸브(24)에 개방도 전체 개방 신호를 출력함으로써 바이패스 밸브 (24)는 바이패스 관로(23)를 전체 개방하고, 상기 개방도(A1)를 소정 시간(T1) 유지한다.

바이패스 관로(23)가 전체 개방되면 급기의 일부가 바이패스 관로(23)를 통해서 배기 관로(4)에 유입되고, 배기압이 상승한다. 이 배기압의 상승에 따라 배기 터빈(22)의 회전이 증가하고, 압축기(21)를 더욱 회전시킴으로써 압축기(21)의 급기 유량이 증가하여 디젤 엔진(1)의 저속 토크가 증대한다.

바이패스 밸브(24)는 바이패스 관로(23)를 소정 시간(T1) 전체 개방한 후,바이패스(23)를 전체 폐쇄한다. 그 후, 밸브 컨트롤러(30)는 S11로 돌아와서 바이패스 밸브(24)의 제어를 반복해서 행한다.

한편, S14에 있어서 S13에서 결정한 개방도(A)가 전체 폐쇄의 개방도(A0)인 경우에는 출력부(34)가 바이패스 밸브(24)에 개방도 전체 폐쇄 신호를 출력함으로써 바이패스 밸브(24)를 전체 폐쇄로 유지한다.

이와 같이, 바이패스 밸브(24)의 개방도(A)가 전체 폐쇄(A0)로 설정되는 저속 저부하 영역에서는 저부하이기 때문에 배기 터빈(22)을 고속으로 회전시킬 필요가 없고, 또한, 고속 영역에서는 통상 필요한 배기압을 확보할 수 있고, 바이패스 관로(23)를 전체 폐쇄로 하여도 배기압에 의해서 배기 터빈(22)을 고속으로 회전시켜 양호하게 압축기(21)를 작동시킬 수 있으므로 엔진 본체(2)에 있어서 각각 필요한 저속 토크를 유지할 수 있다.

또한, 개방도(A)가 전체 폐쇄의 개방도(A0)인 경우에는 출력부(34)로부터 개방도 전체 폐쇄 신호를 출력하지 않아도 좋다. 즉, 밸브 컨트롤러(30)는 개방도(A)를 전체 개방의 개방도(A1)로 조정할 필요가 있는 경우에만 출력부(34)로부터 개방 제어신호(C)를 출력하도록 구성되고, 바이패스 밸브(24)는 개방 제어신호(C)를 수신한 때에만 바이패스 관로(23)의 개방도를 전체 개방으로 하도록 구성되어 있어도 좋다.

이와 같은 급기 제어장치(40)를 구비한 디젤 엔진(1)에 의하면 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(1) 압축기(21)의 출구 통로와 배기 터빈(22)의 입구 통로를 연통하는 바이패스 관로(23)가 설치되고, 밸브 컨트롤러(30)가, 디젤 엔진(1)의 운전상태가 저속, 고부하 영역일 때에 바이패스 밸브(24)를 소정 시간(T1) 전체 개방으로 함으로써 급기의 일부가 배기 관로(4)에 유입되고, 배기압을 상승시켜 압축기(21)의 급기 유량을 증대시킬 수 있다. 따라서, 엔진 본체(2)의 저속 토크를 증대시킬 수 있다.

(2) 또한, 저속, 고부하 영역에서 바이패스 관로(23)를 전체 개방함으로써 압축기(21)의 급기 유량이 증대하므로 압축기(21)의 작동영역이 서징 영역에 접근하는 일없이 압축기(21)를 안정하고 양호하게 작동할 수 있다. 반대로, 이와 같은 제어를 행함으로써 압축기(21)가 서징 영역에 접근하는 것을 방지할 수 있으므로 압축기(21)의 작동 가능 범위를 보다 넓게 할 수 있고, 압축기(21)의 디젤 엔진(1)으로의 적용 범위가 넓어지고, 압축기(21)의 범용성을 향상시킬 수 있다.

(3) 디젤 엔진(1)의 운전상태를 검출하는 검출수단(13)으로서, 엔진 컨트롤러(10)에 있어서 엔진 본체(2)의 제어를 위해 원래 필요로 되는 엔진 회전속도 검출수단(11) 및 연료분사량 검출수단(12)으로부터 검출량을 거둬들이는 것이므로, 밸브 컨트롤러(30)를 위해 검출수단을 새로이 설치할 필요가 없고, 밸브 컨트롤러 (30)의 구성을 간단하게 할 수 있고, 급기 제어장치(40)의 제조비용을 저감할 수 있다.

(4) 바이패스 밸브(24)가 2위치 제어의 밸브로 구성되고, 바이패스 관로(23)를 전체 개방 또는 전체 폐쇄함으로써 바이패스 관로(23)의 개방도를 제어하는 것이므로 밸브 컨트롤러(30)의 제어를 간단하게 할 수 있고, 제어부(33)의 구성을 간단하게 할 수 있다.

또한, 바이패스 밸브(24)의 개방도(A)를 전체 개방으로 유지하는 유지 시간 (T)이 미리 일정한 소정 시간(T1)으로 설정되어 있으므로 바이패스 밸브(24)의 개방도 제어를 보다 한층 간단하게 할 수 있다.

또한, 기억부(32)가 맵(M1)을 구비하고, 각 엔진 회전속도(N) 및 연료분사량 (F)에 따른 바이패스 밸브(24)의 개방도(A)를 미리 설정, 기억하고 있으므로 제어부(33)는 검출수단(13)으로부터의 검출량을 맵(M1)과 비교하는 것만으로 개방도(A)를 결정할 수 있고, 이것에 의해서도 제어부(33)의 구조를 간단하게 할 수 있다.

[제 2 실시형태]

이어서, 본 발명의 제 2 실시형태에 관해서 설명한다. 제 2 실시형태는 제 1 실시형태에 있어서의 디젤 엔진(1)의 급기 제어장치(40)에 있어서 검출수단(13)이 다른 것이다.

도 4에는 제 2 실시형태에 의한 디젤 엔진(1)의 시스템을 도시하는 개략도가 도시되어 있다. 이 도 4에 있어서 급기 제어장치(40)에는 디젤 엔진(1)의 운전상태를 검출하는 검출수단(13)으로서, 압축기(21)에 의한 급기압(P)을 검출하는 급기압 검출수단(14)과, 압축기(21)에 의한 급기 유량(R)을 검출하는 급기 유량 검출수단 (15)을 구비한 압축기 작동상태 검출수단이 설치되어 있다. 급기압 검출수단(14) 및 급기 유량 검출수단(15)은 모두 흡기 매니폴드(3A)에 설치되고, 흡기 매니폴드 (3A)에 있어서의 엔진 본체(2)의 흡기압 및 흡기 유량을 검출함으로써 압축기(21)에 의한 급기압(P) 및 급기 유량(R)을 검출할 수 있게 되어 있다.

밸브 컨트롤러(30)의 기억부(32)는, 도 5에 도시되는 바와 같이, 디젤 엔진(1)의 운전상태에 따라 바이패스 관로(23)의 개방도(A)가 설정된 맵(M2)을 기억하고 있다. 맵(M2)에는 횡축을 급기 유량(R)으로 하고, 종축을 급기압(P)으로 한 압축기(21)의 성능선도 상에서, 각각의 디젤 엔진(1)의 운전상태에 따른 바이패스 관로(23)의 개방도(A)와 그 개방도(A)의 유지 시간(T)이 설정되어 있다.

여기서, 도 5에 있어서 선(B)은 압축기(21)의 서징 영역의 한계 영역을 나타내는 서징 한계선(B)으로 되어 있고, 서징 한계선(B)보다 저급기 유량측, 또한, 고급기압측의 영역[도 5에 있어서 서징 한계선(B)보다 좌측의 영역]은 압축기(21)의 작동이 불안정하게 되는 서징 영역으로 되어 있다.

바이패스 관로(23)의 개방도(A)는 급기압(P) 및 급기 유량(R)이 모두 낮은 범위에서, 또한, 서징 한계선(B) 근방에 있어서 전체 개방의 A1로, 그 외에 전체 폐쇄의 A0으로 설정되어 있다. 즉, 디젤 엔진(1)의 운전상태가 저속, 고부하 영역으로 되는 경우의 압축기(21)의 작동범위에서 개방도(A)가 전체 개방의 A1로 설정되게 된다. 또한, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 개방도(A1)의 유지 시간(T)은 일정한 소정 시간(T1)으로 설정되어 있다.

또한, 통상 압축기(21)의 서징 한계를 도시하는 압축기(21)의 성능선도는 종축을 압축기(21)의 입구압(대기압)과 출구압의 압력비로 표시하지만 맵(M2)에서는 미리 압력비에 대기압을 곱해서 입구압[급기압(P)]의 값으로서 표시하고 있다. 물론, 맵(M2)의 종축을 압력비로 표시하고, 제어부(33)에 연산부를 설치 등을 하여 급기압(P)으로부터 압력비를 연산한 후에 맵(M2)과의 비교를 행하여도 좋다.

이와 같은 급기 제어장치(40)에서는, 도 6의 플로우차트에 도시되는 바와 같이, 밸브 컨트롤러(30)는 급기압 검출수단(14)으로부터의 급기압(P)의 검출량과, 급기 유량 검출수단(15)으로부터의 급기 유량(R)의 검출량을 수신하고(S21), 제어부(33)에 있어서 기억부(32)에 기억되어 있는 맵(M2)과의 비교를 행하여(S22) 개방도(A)를 결정한다(S23). 이 때, 맵(M2) 상에서 설정된 바이패스 관로(23)의 개방도 (A)가 전체 개방의 개방도(A1)인 경우(S24에 있어서 Yes)에는 출력부(34)로부터 개방도 조정신호(C)를 출력하고, 바이패스 밸브(24)는 바이패스 관로(23)를 전체 개방하고, 소정 시간(T1) 유지한다(S25).

그러면, 급기의 일부가 배기 관로(4)에 유입되기 때문에 배기압이 상승하고, 배기 터빈(22)의 회전이 증가하므로 압축기(21)에서의 급기 유량이 상승한다. 이로써, 예컨대, 도 5의 점(G)에 있어서의 압축기(21)의 작동점이 바이패스 관로(23)를 전체 개방함으로써 점(H)으로 이동하고, 압축기(21)의 작동점이 서징 영역에 들어가는 것을 방지한다.

한편, 맵(M2) 상에서 설정된 개방도(A)가 전체 폐쇄의 A0인 경우에는 제어부 (33)는 출력부(34)로부터 개방도 비조정 신호를 출력하여 바이패스 밸브(240를 전체 폐쇄로 유지한다. 또한, 출력부(34)가 바이패스 밸브(24)에 신호를 출력하지 않고, 바이패스 밸브(24)를 전체 폐쇄 그대로 함으로써 바이패스 관로(23)의 개방도를 전체 폐쇄로 유지한다.

이와 같은 제 2 실시형태에 의하면 제 1 실시형태의(1),(2) 및(4)의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어지는 것 외에 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(5) 기억부(32)가 압축기(21)의 작동범위를 표시하는 성능선도 상에서 바이패스 관로(23)의 개방도(A)를 설정한 맵(M2)을 기억하고 있으므로 바이패스 관로 (23)의 개방도(A)를 압축기(21)의 작동범위에 대해서 설정할 수 있고, 압축기(21)의 작동범위가 서징 영역에 접근하지 않도록 설정할 수 있다. 따라서, 압축기(21)의 작동점을 서징 영역에 접근하는 일없이 안정하게 작동시킬 수 있다.

(6) 검출수단(13)이 급기압 검출수단(14) 및 급기 유량 검출수단(15)을 구비한 압축기 작동상태 검출수단으로 되어 있으므로 압축기(21)로부터의 검출량을 직접 거둬들임으로써 압축기(21)의 작동상태를 정확하게 파악할 수 있고, 이것에 의해서도 압축기(21)가 서징 영역에 접근하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

[제 3 실시형태]

이어서, 본 발명의 제 3 실시형태에 관해서 설명한다. 제 3 실시형태는 제 1 실시형태의 검출수단(13)이 다른 것이다.

도 7에는 제 3 실시형태에 의한 디젤 엔진(1)의 시스템을 도시하는 개략도가 도시되어 있다. 이 도 7에 있어서 급기 제어장치(40)에는 디젤 엔진(1)의 운전상태를 검출하는 검출수단(13)으로서, 압축기(21)에 의한 급기 유량(R)을 검출하는 급기 유량 검출수단(15)과, 배기 터빈 과급기(20)의 회전속도(Nc)를 검출하는 과급기 회전속도 검출수단(16)을 구비한 과급기 작동상태 검출수단이 설치되어 있다.

급기 유량 검출수단(15)은 제 2 실시형태와 마찬가지로 흡기 매니폴드(3A)에 설치되어 해당 부분의 엔진 본체(2)의 흡기 유량을 검출함으로써 압축기(21)에 의한 급기 유량(R)을 검출할 수 있게 되어 있다.

과급기 회전속도 검출수단(16)은 압축기(21)에 설치되고, 압축기(21)의 회전날개의 통과를 검출함으로써 압축기(21)의 회전속도(Nc)를 검출하는 것이나, 배기 터빈(22)과 압축기(21)를 연결하는 회전축의 회전속도를 검출하는 것 등 임의의 검출수단이 채용가능하다.

밸브 컨트롤러(30)의 기억부(32)는 도 8에 도시되는 바와 같은 맵(M3)을 구비하고 있다. 맵(M3)은 횡축이 압축기(21)에 의한 급기 유량(R)이고, 종축이 압축기(21)의 입구압(대기압)과 출구압의 압력비(Pa)로 된, 압축기(21)의 성능선도로 되어 있다. 상기 도 8에 있어서 선(D)은 압축기(21)의 동일 회전속도선도를 도시하고 있다. 디젤 엔진(1)의 회전속도가 작게 되면 압축기(21)의 회전속도(Nc)도 작게 되지만, 도 8에 도시되는 바와 같이, 회전속도(Nc)가 감소하면 이 감소에 따라 압축기(21)의 압력비(Pa)도 작게 된다. 또한, 이들 선(D)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 압축기(21)의 회전속도(Nc)가 일정할 때, 급기 유량(R)이 적게 됨에 따라 압축기(21)의 작동점이 서징 한계선(B)에 접근하는 것을 알았다.

따라서, 맵(M3)에서는 압축기(21)의 회전속도(Nc)가 작은 범위(도 8의 저압력비의 범위)에서 또한 급기 유량(R)이 작은 범위에 있어서 바이패스 관로(23)의 개방도(A)를 개방도(A1)로 하고, 그 외를 A0으로 설정하고 있다. 또한, 제 3 실시형태에 있어서도 개방도(A1)의 유지 시간(T)은 일정한 소정 시간(T1)으로 설정되어 있다.

이와 같은 급기 제어장치(40)에서는 제 2 실시형태와 마찬가지로 제어부(33)는 급기 유량 검출수단(15) 및 압축기 회전속도 검출수단(16)으로부터의 검출량을 맵(M3) 상에서 비교하여 개방도(A)를 결정한다. 개방도(A)가 전체 개방의 개방도(A1)이면 바이패스 밸브(24)를 전체 개방으로, 또한, 개방도(A)가 전체 폐쇄의 개방도(A0)이면 바이패스 밸브(24)를 전체 폐쇄로 한다.

이와 같은 제 3 실시형태에 의하면 제 1 실시형태의(1),(2) 및(4)의 효과와 마찬가지의 효과, 및 제 2 실시형태의(5)의 효과와 마찬가지의 효과가 얻어지는 것 외에 다음과 같은 효과가 얻어진다.

(7) 검출수단(13)이 급기 유량 검출수단(15) 및 압축기 회전속도 검출수단 (16)을 구비한 압축기 검출수단으로 되어 있으므로 제 2 실시형태의(6)의 효과와 마찬가지로 압축기(21)의 작동점을 검출량으로부터 직접 구할 수 있고, 압축기(21)가 서징 영역에 접근하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.

예컨대, 개폐밸브는 전체 개방 또는 전체 폐쇄의 2위치 제어로 되어 있었지만 이것에 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 연통로를 전체 개방, 전체 폐쇄 외에 반개방의 위치에서 유지할 수 있는 개폐밸브를 설치하여 연통로의 개방도를 3위치에서 제어하면 급기 바이패스 제어장치를 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 이와 같은 3위치 제어에 한정되지 않고, 연통로의 개방도를 4위치 이상의 다단계 또는 무단계로 제어가능한 개폐밸브를 설치하여 제어하여도 좋다.

연통로의 개방도를 다단계 또는 무단계로 조정가능한 경우에는 미리 기억부에, 내연기관의 운전상태 검출결과에 기초하여 연통로의 개방도를 설정하여 두면 좋다. 즉, 예컨대, 제 1 실시형태에 있어서 바이패스 밸브(24)가 다단계로 조정가능한 것을 채용한 경우에는 기억부(32)는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 미리 맵 (M4)에 연료분사량(F) 및 엔진 회전속도(N)에 대한 바이패스 관로(23)의 개방도를 다단계로 설정하여 기억하여 두면 좋다. 도 9에서는, 예컨대, 개방도(A1)를 100%(전체 개방)로 하고, 개방도(A2)를 70%, 개방도(A3)를 50%, 개방도(A0)를 0%(전체 폐쇄)로 설정 등을 하면 좋다.

또한, 기억부에는 맵이나 테이블의 상태로 기억되어 있는 것에 한정되지 않고, 예컨대, 연산식이 기억되어 있어도 좋다. 특히, 개폐밸브의 개방도가 무단계로 조정가능하게 되어 있는 경우에는 개폐밸브의 개방도를 연속적으로 조정할 수 있고, 보다 한층 정밀한 급기 바이패스 제어가 가능하다.

개폐밸브를 개방방향으로 개구시키는 경우의 개방도의 유지 시간은 각 실시형태에서는 미리 설정된 일정한 소정 시간(T1)이었지만 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 내연기관의 운전상태에 따라 각각 적절히 설정하여도 좋다. 즉, 예컨대, 기억부에 있어서 연통로를 전체 개방하는 경우의 유지 시간을, 보다 고부하측에서 보다 긴 유지 시간이 되도록 각각 개별적으로 설정하여 두고, 개폐밸브 개방도 제어수단에 의해서 연통로의 개방도 및 그 유지 시간 양쪽을 제어하여도 좋다.

또한, 개폐밸브의 개폐 타이밍은 맵이나 테이블 등으로 기억부에 미리 설정되어 있는 것에 한정되지 않고, 예컨대, 제어부에 있어서 내연기관의 운전상태의 운전상태 검출수단으로부터의 검출결과에 기초하여 감시하여 개폐밸브의 개폐 타이밍을 제어하여도 좋다. 즉, 예컨대, 운전상태가 미리 설정된 범위 내로 되었을 때에 개폐밸브를 개구시키고, 운전상태가 미리 설정된 범위 밖으로 되었을 때에 개폐밸브를 폐쇄방향으로 제어한다. 이와 같이 제어하면 개폐밸브의 개방도의 유지 시간을 미리 설정할 필요가 없고, 제어가 간단하게 되고, 또한, 실시간의 제어가 가능하므로 정확하게 제어할 수 있다.

개폐밸브의 개방도는 전체 개방이나 전체 폐쇄에 한정되지 않고, 내연기관의 운전범위나, 연통로의 치수, 과급기의 작동범위 등을 감안하여 적절히 설정할 수 있음으로써, 예컨대, 저속, 고부하 영역에서 개폐밸브를 전체 개방하고, 고속 영역에서는 개방도를 20%로 유지하거나, 또는 고속 영역에서는 개폐밸브를 전체 폐쇄하고, 저속, 고부하 영역에서 개방도를 50%로 하는 것 등 개폐밸브의 개방도는 자유롭게 설정하여도 좋다. 요컨대, 개폐밸브의 개방도는 내연기관의 운전상태가 저속, 고부하 영역일 때에 연통로를 개구시키는 방향으로 제어되면 좋다.

운전상태 검출수단은 제 2 실시형태에서는 흡기 매니폴드(3A)에 있어서 압축기(21)의 급기 유량(R) 및 급기압(P)을 검출하고 있었지만 이것에 한정되지 않는다. 예컨대, 급기 유량(R)은 급기압(P)으로부터 연산에 의해서 검출하여도 좋다. 이 경우에는 도 10에 도시되는 바와 같이, 밸브 컨트롤러(30)는 급기압(P) 및 엔진 회전속도(N)로부터 압축기(21)의 압력비 및 급기 유량(R)을 산출하는 연산부(35)를 구비하고 있다. 입력부(31)에는 급기압 검출수단(14)로부터의 급기압(P)의 검출량과, 엔진 회전속도 검출수단(11)으로부터의 엔진 회전수(N)의 검출량이 입력된다. 연산부(35)에서는 급기압(P)으로부터 압축기(21)의 압력비를 계산하고, 이 압력비와, 검출된 엔진 회전속도(N)로부터 급기 유량(R)을 산출한다. 또한, 제어부(33)가 이들 압력비 및 급기 유량(R)의 연산량과 맵을 비교함으로써 바이패스 관로(23)의개방도(A)를 결정한다.

또한, 압력비는 급기압(P)으로부터 연산되는 것에 한정되지 않고, 예컨대, 급기 온도로부터 산출되어도 좋다. 또한, 급기 온도에 관해서는 압축기의 출구 온도를 직접 계측하는 것이나 흡기 매니폴드에 의해 계측된 흡기 온도로부터 애프터 쿨러의 효율 등을 감안하여 압축기의 출구 온도를 수정 계산 등을 하여 검출하여도 좋다.

제 1 실시형태에서는 디젤 엔진(1)의 엔진 회전속도(N)와 연료분사량(F)을 엔진 컨트롤러(10)를 통해서 검출하고 있지만 이것에 한정되지 않는 검출수단(13)의 신호의 직접 밸브 컨트롤러(30)에 입력하여도 좋다.

검출수단은 엔진 회전속도(N)나 연료분사량(F), 압축기에 의한 급기 유량 (R), 급기압(P), 압축기 회전속도(Nc) 등을 검출하는 것에 한정되지 않고, 앞에 서술한 급기 온도 등과 같이, 디젤 엔진의 운전상태가 파악가능한 것이면 임의의 것을 채용할 수 있다.

디젤 엔진의 구성은 각 실시형태의 것에 한정되지 않고, 예컨대, 도 11에 도시되는 바와 같이, 배기 재순환 시스템(EGR)(50)을 설치하여도 좋다. 도 11에 있어서 디젤 엔진(1)에는 급기 관로(3)와 배기 매니폴드(4A)를 연통하는 EGR 관로(51)가 설치되어 있다. 이 EGR 관로(51)에는 EGR 관로(51)를 개폐하는 EGR 밸브(52)와, 배기 매니폴드(4A)로부터의 배기를 냉각하는 EGR 쿨러(53)가 설치되어 있다. 급기 관로(3)측의 EGR 관로(51) 단부는 급기 관로(3)에 설치된 벤투리(venturi)(3B)의 협소부에 연통하고 있다.

디젤 엔진(1)의 운전상태가 저속, 고부하 영역인 경우에는 통상 급기압이 배기압보다 높게 되므로 EGR 관로(51)를 개방하여도 EGR이 양호하게 행해지지 않는 경우가 있다. 종래의 EGR을 구비한 내연기관에서는 EGR 효율의 향상을 위하여 내연기관의 흡기압이 배기압보다 높은 경우에 바이패스 회로를 개방하는 것이므로 통상 중속도, 고부하인 경우에 바이패스 회로를 개방하게 된다. 따라서, 이와 같은 바이패스 회로제어를 행하여도 저속, 고부하 영역에서는 바이패스 회로가 개방되지 않고, 여전히 저속, 고부하 영역에서의 문제는 남아 버린다.

이것에 대해서 본 발명의 급기 제어장치(40)와 같이, 바이패스 관로(23)를 구비한 것에 의하면 디젤 엔진(1)이 저속 고부하 영역일 때에 바이패스 관로(23)를 개방방향으로 제어하면 급기의 일부가 배기 관로(4)에 유입되어 급기압이 낮게 되므로 EGR을 양호하게 행할 수 있고, 고 EGR율을 실현할 수 있다.

또한, EGR의 형식도 상기의 것에 한정되지 않고, 예컨대, 벤투리의 입구측과 출구측을 연통하는 바이패스 관로를 설치하여 벤투리를 통과하는 흡기량을 조정하는 구성으로 되어 있어도 좋고, 또는, 벤투리가 설치되어 있지 않아도 좋다.

내연기관은 디젤 엔진에 한정되지 않고, 가솔린 엔진 등 과급을 행할 필요가 있는 임의의 내연기관을 채용할 수 있다.

본 발명을 실시하기 위한 양호한 구성, 방법 등은 이상의 기재로 개시되어 있지만 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 주로 특정 실시형태에 관해 특별히 도시되고, 또한, 설명되어 있지만 본 발명의 기술적 사상 및 목적의 범위로부터 이탈하는 일은 없고, 이상 서술하는 실시형태에 대해서 형상, 재질, 수량, 그 외의 상세한 구성에 있어서 당업자가 여러가지 변형을 가할 수 있는 것이다.

따라서, 상기 개시한 형상, 재질 등을 한정한 기재는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 예시적으로 기재한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니므로 이들 형상, 재질 등의 한정의 일부 또는 전부의 한정을 벗어난 부재의 명칭으로의 기재는 본 발명에 포함되는 것이다.

본 발명의 내연기관에 의하면 고압력비, 고회전 타입의 압축기로 서징을 회피함과 아울러 양호한 저속 토크가 얻을 수 있다.

Claims

급기 바이패스 제어장치(40)를 구비한 내연기관(1)에 있어서,

외기를 흡입, 가압하여 내연기관(1)에 공급하는 압축기(21) 및 이 압축기(21)를 구동하는 배기 터빈(22)을 갖는 과급기(20);

상기 압축기(21)의 출구 통로(3) 및 상기 배기 터빈(22)의 입구 통로(4)를 연통하는 연통로(23);

이 연통로(23)에 설치된 개폐밸브(24);

상기 내연기관(1)의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단(13); 및

상기 운전상태 검출수단(13)으로부터의 신호에 기초하여 상기 내연기관(1)의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브(24)를 개방방향으로 개구시키는 개폐밸브 개방도 제어수단(30)을 구비한 것을 특징으로 하는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관.
제1항에 있어서, 상기 개폐밸브(24)는 개방도를 조정할 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단(13)은 상기 과급기(21)의 작동상태를 검출하는 과급기 작동상태 검출수단(13)이고,

상기 개폐밸브 개방도 제어수단(30)은 상기 과급기 작동상태 검출수단(13)으로부터의 신호에 기초하여 상기 압축기(21)의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브(24)를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 하는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단(13)은 상기 내연기관(1)으로의 연료분사량을 검출하는 연료분사량 검출수단(12); 및

상기 내연기관(1)의 회전속도를 검출하는 내연기관 회전속도 검출수단(11)을 구비하고:

상기 개폐밸브 개방도 제어수단(30)은 상기 연료분사량 검출수단(12)으로부터의 연료분사량 및 상기 내연기관 회전속도 검출수단(11)으로부터의 내연기관 회전속도에 기초하여 상기 내연기관(1)의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우, 또는, 상기 압축기(21)의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브(24)를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 하는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단(13)은 상기 과급기(21)의 급기압을 검출하는 급기압 검출수단(14)과, 상기 과급기(21)의 급기 유량을 검출하는 급기 유량 검출수단(15)을 구비하고,

상기 개폐밸브 개방도 제어수단(30)은 상기 급기압 검출수단(14)으로부터의 급기압 및 상기 급기 유량 검출수단(15)으로부터의 급기 유량에 기초하여 상기 내연기관(1)의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우, 또는, 상기 압축기(21)의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브(24)를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 하는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 운전상태 검출수단(13)은 상기 과급기(21)의 회전속도를 검출하는 과급기 회전속도 검출수단(16)과, 상기 과급기(21)의 급기 유량을 검출하는 급기 유량 검출수단(15)을 구비하고,

상기 개폐밸브 개방도 제어수단(30)은 상기 과급기 회전속도 검출수단(16)으로부터의 과급기 회전속도 및 상기 급기 유량 검출수단(15)으로부터의 급기 유량에 기초하여 상기 내연기관(1)의 운전상태를 저속, 고부하 영역에 있는 것으로 판단한 경우, 또는, 상기 압축기(21)의 작동상태를 서징 영역 근방인 것으로 판단한 경우에 상기 개폐밸브(24)를 개방방향으로 개구시키는 것을 특징으로 하는 급기 바이패스 제어장치를 구비한 내연기관.