부스트 컨트롤러

터보차저가 장착된 내연기관에서, 부스트 컨트롤러(영어: Boost controller)는 터보차저가 생성하는 부스트 압력을 높이기 위해 사용되는 장치이다. 이는 웨이스트게이트에 가해지는 부스트 압력을 줄여서 달성된다.

작동

3포트 솔레노이드 방식의 부스트 컨트롤러

4포트 솔레노이드 방식의 부스트 컨트롤러 (듀얼 포트 웨이스트게이트에 사용)

부스트 컨트롤러의 목적은 웨이스트게이트의 레퍼런스 포트에 가해지는 부스트 압력을 줄여, 웨이스트게이트가 설계된 것보다 더 높은 부스트 압력을 허용하도록 속이는 것이다.

많은 부스트 컨트롤러는 전기 솔레노이드에 의해 열리고 닫히는 니들 밸브를 사용한다. 솔레노이드에 대한 펄스 폭을 변경함으로써 솔레노이드 밸브는 특정 시간 동안 열리도록 명령될 수 있다. 이는 밸브를 통한 공기 압력의 유량을 효과적으로 변경하여, 웨이스트게이트의 레퍼런스 포트로 가는 대신 배출되는 공기의 양을 바꾼다. 솔레노이드는 공기 흐름을 제한하고 작동의 온/오프 특성을 균일하게 하기 위해 공기 제어 라인에 소구경 제한 장치를 설치해야 할 수 있다. PID 컨트롤러가 있는 2포트 솔레노이드 블리드 시스템은 공장 출고 터보차저 차량에서 흔히 볼 수 있다.

대안적인 설계는 스테퍼모터를 사용하는 것이다. 이러한 설계는 모터의 위치와 속도에 따라 공기 흐름을 미세하게 제어할 수 있지만, 전체 공기 흐름 용량이 낮을 수 있다. 일부 시스템은 스테퍼모터와 함께 솔레노이드를 사용하며, 스테퍼모터는 미세 제어를, 솔레노이드는 거친 제어를 허용한다.

제어 시스템

대부분의 현대적 설계는 솔레노이드 또는 스테퍼모터를 통해 부스트를 제어하기 위해 전자 제어 장치를 사용하는 전자식 부스트 컨트롤러이다. 작동 원리는 웨이스트게이트 액추에이터에 전달되는 공기 압력을 제어하는 구형 수동 부스트 컨트롤러와 동일하다. 전자 컨트롤러는 수동 컨트롤러에 비해 부스트 압력 관리에 더 큰 유연성을 더한다.

전자식 부스트 컨트롤러의 작동은 두 가지 제어 시스템 중 하나로 관리될 수 있다:

• 개방 루프는 더 간단한 옵션으로, 제어 출력이 스로틀 각도 및 엔진 속도 (RPM)와 같은 다른 입력에만 기반한다. 개방 루프 시스템은 부스트 압력 모니터링을 포함하지 않으므로, 부스트 압력은 외부 변수(예: 날씨 조건 또는 엔진 냉각수 온도)에 따라 달라질 수 있다. 이러한 이유로 개방 루프 시스템은 덜 일반적이다.
• 폐쇄 루프 시스템은 목표 부스트 압력을 가능한 한 가깝게 유지하기 위해 매니폴드 압력 센서의 피드백에 의존한다. 이러한 시스템은 더 정교하며 다양한 상황에서 부스트 압력을 더 정확하게 제어할 수 있다.

장점

부스트 컨트롤러는 웨이스트게이트를 더 자주 닫힌 위치에 유지함으로써 더 많은 배기 가스가 터보차저를 통과하도록 하여 터보 지연을 줄이고 부스트 임계값을 낮춘다.

단점

부스트 컨트롤러의 효과에도 불구하고, 웨이스트게이트 액추에이터 스프링이 너무 약하면 웨이스트게이트가 의도한 것보다 일찍 열릴 수 있다. 이는 배기 가스 배압이 웨이스트게이트 밸브 자체를 밀어 액추에이터와 상관없이 밸브를 열게 하기 때문이다. 따라서 웨이스트게이트 액추에이터의 특정 스프링 강성에 대해 부스트 컨트롤러의 효과에는 상한선이 있다.

고장 시 과도한 부스트 압력을 방지하기 위해 부스트 컨트롤러는 고장 모드가 어떤 압력도 배출하지 않도록 설계되어야 한다. 예를 들어, 솔레노이드 방식의 부스트 컨트롤러는 비활성화된 위치(솔레노이드의 일반적인 고장 모드)에 있을 때 모든 공기를 웨이스트게이트로 보내야 한다. 그렇지 않으면 부스트 컨트롤러가 웨이스트게이트에 부스트 압력이 도달하지 못하게 하는 위치에 고착되어 부스트가 빠르게 통제 불능으로 상승할 수 있다.

또한 전자 시스템, 추가 호스, 솔레노이드 및 제어 시스템은 비용과 복잡성을 증가시킨다. 그럼에도 불구하고 최근에는 대부분의 자동차 제조업체가 터보차저 엔진에 부스트 컨트롤러를 사용한다.

대안

과거에는 부스트 압력이 흡기 매니폴드에 도달하기 전에 일부 흡기 공기를 제한하거나 배출하여 제어되었다. 흡기 공기를 제한하는 설계는 흡기에 버터플라이 밸브를 사용하여 원하는 부스트에 접근함에 따라 공기 흐름을 제한할 수 있다. 흡기 공기를 배출하는 설계는 블로오프 밸브와 유사하게 작동했지만, 원하는 부스트 압력을 유지하기 위해 지속적으로 작동했다. 이러한 방법은 효율성, 열 및 신뢰성 측면에서 큰 희생을 초래하므로 현대 시스템에서는 거의 사용되지 않는다.

가변 지오메트리 터보차저는 부스트 수준을 관리하는 데 사용될 수 있어 외부 부스트 컨트롤러의 필요성을 없앤다. 또한 웨이스트게이트 자체도 터보차저의 부스트 압력을 관리하는 데 사용된다는 점에서 부스트 컨트롤러와 유사한 기능을 한다.