KR0141658B1 - 디이젤 엔진의 매연 저감장치 - Google Patents

디이젤 엔진의 매연 저감장치

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이다가끼 유끼오
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Abstract

가속시 가속특성 또는 배기가스성분을 양호하게 하기 위하여 연료분사시기의 진각제어 또는 EGR 제어를 하도록 한 디이젤 엔진에 있어서, 그렇게한 제어의 폐해인 자유가속시의 스모그 발생을 충분히 억제한다. TPS 목표치 연산부(1)가 TPS 목표치를 연산한다. 이 TPS 목표치는 가속도시에는 진각방향으로 제어된다. 자유가속 검출부(2)가 자유가속도를 검출한다. 자유가속이 검출될 때, TPS 목표치 댐퍼부(3)가 진각률을 TPS 목표치 보다도 완화된 TPS 댐프목표치를 연산한다. 보정부(4)는 통상은 TPS 목표치를 선택하여 최종적인 목표치로서 출력하지만, 자유가속시는 TPS 댐프목표치를 선택하여 한다. 자유가속시에는 이 진각률 댐핑제어 뿐만 아니라 EGR 률의 댐핑제어로 하여도 좋다.

Description

디이젤 엔진의 매연 저감장치
제 1 도는 본 발명의 한 실시예의 기능 구성을 나타낸 블럭도.
제 2 도는 동 실시예에 있어서의 TPS목표치의 감쇠의 모습을 나타낸 도면.
제 3 도는 동 실시예에 있어서의 연료분사시기 제어의 전체 흐름을 나타낸 순서도.
제 4 도는 제 3 도중의 감쇠 제어처리의 상세를 나타낸 순서도.
제 5 도는 본 발명의 다른 실시예의 기능구성을 나타낸 블럭도.
제 6 도는 동 실시예에 있어서의 EGR률의 감소된 모습을 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : TPS 목표치 연산부2,41 : 자유가속 검출부
3 : TPS 목표치 댐퍼부4 : 보정부
42 : 타이머 및 EGR 댐핑제어부43 : 타이머 및 EGR 통상제어부
본 발명은 디이젤 엔진의 자유가속 일 때의 매연저감을 도모하는 장치에 관한 것이다.
디이젤 엔진에 있어서 가속조종시에 순조로운 가속을 얻기 위하여 연료분사시기를 진각(進角)방향으로 제어하는 장치는 공지되어 있다(예컨대, 일본국 특허 공개 소 60-201051호).
이러한 종래 기술은 통상의 가속도, 즉 엔진에 정상인 부하가 걸린 상태에서의 가속을 순조로히 할 수 있도록 진각량을 제어한다. 그 때문에 자유가속, 즉 엔진에 부하가 걸려 있지 않은 상태에서의 가속도 (무감각)할 때에는 이러한 통상 가속도용의 진각량은 진각하기를 지나쳐서 매연이 증가한다고 하는 문제가 발생하였다.
또, 가속시의 배기가스내의 질소산화물 저감을 위하여 배기가스의 일부를 엔진흡기구에 되돌아오게 하는 배기가스 재순환(EGR)이라 일컬어지는 제어도 공지되어 있으나, 이것도 진각제어의 경우와 마찬가지로 자유가속시에는 배기가스의 복귀률(EGR률)이 과다하게 되어서 매연이 증가한다고 하는 문제를 발생하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 가속시의 가속특성 또는 배기가스 성분을 양호하게 하기 위하여 연료분사시기의 진각제어 또는 EGR제어를 하도록 한 디이젤 엔진에 있어서, 그러한 제어의 폐해인 자유가속시의 매연발생을 충분히 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발생의 매연 저감장치는 자유가속을 검출하는 수단과, 자유가속이 검출될 때 연료분사시기의 진각 또는 EGR률의 증가를 통상의 가속시 보다 완화하는 방향으로 제어댐핑하는 제어수단 등을 구비하고 있다.
통상의 가속시에는 종래 기술에 따라서 연료분사시기가 진각되고, 혹은 EGR률이 증가되어서 순조로운 가속이나 배기가스 성분의 개선을 도모하게 된다. 한편, 자유가속시에는 통상의 가속시에 비하여 연료분사시기의 진각 또는 EGR률의 증가가 억제된다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 상세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명에 관한 매연 저감장치의 한 실시예의 기능을 나타낸 블록도이다. 이 제 1 도에 나타낸 기능블록은 프로그램된 컴퓨우터에 의하여 실현할 수 있다.
제 1 도에 있어서, TPS 목표치 연산부(1)는 타이머 포지션센서(TPS)의 출력신호의 목표치를 결정하기 위한 것이다.
여기에서 주지하는 바와같이 TPS는 디이젤 엔진의 연료분사 타이밍을 제어하는 부품인 타이머 피스톤의 위치를 검출하기 위한 센서이며, 이 TPS의 출력신호치가 TPS 목표치(TPS_S)에 일치하도록 타이머 피스톤의 위치를 피이드백제어하는 것이 종래로부터 실행되고 있는 연료분사시기 제어의 기본 동작이다.
그래서, TPS 목표치 연산부(1)은 엔진회전수(N)나 가속개방(A)등의 신호를 입력하여 TPS 목표치(TPS_S)를 연산한다. 이 연산을 예컨대 미리 준비한 맵에서 구하는 등의 발생으로 실시하지만 공지된 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하였다.
TPS 목표치(TPS_S)는 주기적으로, 예컨대 20ms 마다에 연산되어 보정부(4)에 보내진다. 보정부(4)는 통상시에는 이 TPS 목표치(TPS_S)를 그대로 최종적인 TPS 목표치로서 출력하고 있으나, 나중에 설명하는 자유가속 검출부(2)에 의하여 조작되는 댐핑플러그(DMP)가 ON상태에 있을 때에는 나중에 설명하는 TPS 목표치 댐퍼부(3)에서 입력되는 TPS 댐프목표치(TPS_D)를 최종적인 TPS 목표치로서 선택하여 출력한다. 이 보정부(4)에서 출력되는 최종적인 TPS 목표치가 상술한 타이머 피스톤 위치 제어의 목표치로서 사용된다.
이 실시예의 주요한 특징은 자유가속 검출부(2)와 TPS 목표치 댐퍼부(3)등에 있다.
자유가속 검출부(2)는 TPS 목표치 연산부(1)에서 20ms 마다 TPS 목표치(TPS_S)를 받아서, 그 때의 엔진이 자유가속상태에 있는지 않은지 판단하여 자유가속상태에 있다고 판단하였을 때에는 댐핑플러그(DMP)를 ON상태로 한다.
다음에 댐핑플러그가 커졌을 때의 조건과 꺼졌을 때의 조건을 뜻한다.
A) 켜지는 조건
댐핑플러그(DMP)가 OFF상태에 있을 때에 다음의 a)에서 e)의 전체조건의 앤드가 성립하면, 자유가속이 개시되었다고 판단되어 댐핑플러그(DMP)가 켜진다.
a)엔진회전수(N) ≤ 소정의 상용(常用) 상한회전수(N_D) (예컨대, 6000 rpm 이하의 고정 또는 가변의 적당치)
b) 전주기의 TPS 목표치 (TPS_Sn-1) 소정의 제 2 댐프 목표치 전환 최소한계 (TPS_DH) (제 2 도 참조)
c) 가속개방 변화량 (△A) 소정의 가속 변화량 최소한계치 (△A_D)
d) 엔진회전수 변화량 (△N) 소정의 엔진회전수 변화량 최소한계치 (△N_D)
e) TPS 목표치 변화량 (△TPS_S) ≥ 소정의 제 1 댐프목표치 진각률 (K1) (제 2 도 참조)
B) 꺼지는 조건
댐핑플러그(DMP) 가 ON 상태에 있을 때 다음의 f)에서 h)의 조건의 오어 (OR)가 성립하면 자유가속상태가 해소한 또는 나중에 설명하는 댐핑제어가 종료하였다고 판단되어서 댐핑플러그(DMP)가 꺼진다.
f) 엔진회전수 (N) 전술한 상용 상한회전수 (N_D)
g) 앞주기의 TPS 댐프목표치 (TPS_Dn-1) ≥ 전술한 제 2 댐프목표치 전환 최소한계 (TPS_DH) (제 2 도 참조)
h) 현주기의 TPS 댐프목표치 (TPS_Dn) ≥ 현주기의 TPS 목표치 (TPS_Sn)
이상과 같은 조건판단에 따라서, 자유가속 검출부(2)는 댐핑플러그(DMP)를 켠다거나 끈다거나 한다. 이 댐핑플러그(DMP)가 ON 상태있는 동안 TPS 목표치 댐퍼부(3)가 TPS 댐프목표치 (TPS_D)를 연산하여 보정부(4)에 출력한다. 이미 설명한 바와같이 보정부(4)는 댐핑플러그(DMP)가 ON 상태에 있는 동안 TPS 목표치(TPS_S)대신에 TPS 댐프목표치(TPS_D)를 최종적인 TPS 목표치로서 선택한다.
제 2 도는 TPS 댐프목표치(TPS_D)의 한 예를 뜻한다.
제 2 도에 있어서, 파선으로 나타낸 것은 자유가속의 경우의 TPS 목표치(TPS_S)의 변화이며, 가속의 급속한 조작에 따라서 대략 스텝상태에서 단숨에 진각한다. 이에 대하여 TPS 댐프목표치(TPS_D)는 실선으로 나타낸 바와같이 예컨대 3단계의 진각률로서, 비교적 완만하게 진각하여 나아간다. 이와같이 완만하게 진각하여 나아감에 따라 자유가속시의 지나친 진각이 해소되어 매연이 저감된다.
제 3 도는 본 실시예에 의한 분사시기 제어의 전체동작을 나타낸 순서도이다.
실제의 컴퓨우터에 의한 분사시기 제어에서는 본 실시예에 직접 관련하지 않는 여러가지의 처리동작도 할 수 있으나, 그러한 설명을 쓸데없이 복잡화한 것 뿐이기 때문에 제 3 도에서는 도해를 생략하였다.
제 3 도에 있어서, 먼저 엔진회전수나 가속개방 등의 연산에 필요한 변수를 입력하여 (스텝 11). 이것들에 기초하여 TPS 목표치를 연산한다 (스텝 12).
다음으로 댐핑 제어처리를 하여 최종적인 TPS 목표치를 결정한다 (스텝 13).
이 댐핑 제어처리에서는 이미 설명한 제 1 도의 자유가속 검출부 (2), TPS 목표치 댐퍼부 (3) 및 보정부 (4)의 동작이 포함된다.
최종적인 TPS 목표치를 결정하였다면, 이것과 TPS로부터의 피이드백 신호와의 편차를 이용하여 PID연산을 하고 (스텝 14), 그 결과에 따라서 타이머 피스톤 작동기인 타이밍 제어밸브의 구동펄스를 생성하여 출력한다 (스텝 15). 이에따라 타이머 피스톤 위치가 조정되어서 연료분사시기가 제어된다.
이상의 처리는 20ms 마다 반복된다.
제 4 도는 제 3 도의 댐핑제어처리 (스텝 13)의 상세를 나타낸 순서도이다.
제 4 도에 있어서, 먼저 상세히 설명한 댐핑플러그(DMP)의 켜지는 조건중에서 a)와 b)를 판단하여 (스텝 21,22), 양자 모두 만족하고 있다면, 다음에 댐핑플러그(DMP)의 상태를 검사한다 (스텝 S23). 댐핑플러그(DMP)가 OFF상태에 있으면 따라서 상술한 켜지는 조건의 c), d) 및 e)를 판단하여 (스텝 24,25,26), 모두 자유가속이 개시되었다고 판단하여 댐핑플러그(DMP)를 켠다 (스텝 27).
또, 이상의 스텝(21)에서 스텝(26)까지의 과정에서 돌리는 조건의 어느 하나라도 만족하고 있지 않으면 자유가속은 실행되고 있지 않다고 판단하여 댐핑플러그(DMP)를 끈다(이미 OFF상태에 있으면 OFF상태를 유지) (스텝 34).
그런데, 상술한 스텝(27)에서 댐핑플러그(DMP)를 켰다면 다음에 제 2 도에 나타낸 TPS 댐프목표치(TPS_D)의 연산으로 전진한다. 우선, 전주기의 TPS 목표치(TPS_Sn-1)가 제 2 도에 나타낸 제 1 댐프목표치 전환 최소한계치 (TPS_DL)보다 작은지 않은지를 판단하여 (스텝 28), 작으면 (즉, 지각측에 있으면 ), 앞주기의 TPS 댐프목표치 (TPS_Dn-1)에 제 2 도에 나타낸 제 1 진각률 (K1)을 가산한 값을 현주기의 TPS 댐프목표치(TPS_Dn)이라 하고 (스텝 30), 크면 (즉, 진각측에 있으면 앞주기의 TPS 댐프목표치(TPS_Dn-1)에 제 2 도에 나타낸 제 2 진각률 (K2)을 가산한 값을 현주기의 TPS 댐프목표치 (TPS_Dn)이라 한다 (스텝 31).
또, 상술한 스텝(23)에서 댐핑플러그(DMP)가 이미 ON 상태에 되어 있을 경우에도 TPS 댐프목표치(TPS_D)의 연산으로 진행한다. 이러한 경우에는 우선 앞주기의 TPS 댐프목표치 (TPS_Dn-1)가 제 2 도에 나타낸 제 1 댐프목표치 전환 최소한계치 (TPS_DL) 보다 작은지 않은지를 판단하고 (스텝 29), 그 결과에 따라서 상기와 마찬가지로 스텝(30) 또는 스텝(31)에 진행하여 현주기의 TPS 댐프목표치(TPS_Dn)를 계산한다.
스텝(30) 또는 (31)에서 현주기의 TPS 댐프목표치(TPS_Dn)를 구하였으면, 다음에 이 TPS 댐프목표치(TPS_Dn)가 현주기의 TPS 목표치(TPS_Sn)를 초과하고 있지 않은지 어떤지를 검사하여 (스텝 32), 초과하고 있지 않으면 현주기의 TPS 목표치 (TPS_Sn)의 값을 지금 구한 TPS 댐프목표치(TPS_Dn)의 값으로 보정하여 (스텝 33), 이 보정된 TPS 목표치(TPS_Sn)를 최종적인 TPS 목표치로서 댐핑제어처리에서 산출된다. 한편, 초과하고 있으면 댐핑제어의 종료라 판단하여, 스텝(34)에 진행하여 댐핑플러그(DMP)를 끈다.
스텝(34)에서 댐핑플러그(DMP)를 껏다면, 이어서 TPS 댐프목표치(TPS_Dn)의 값을 TPS 목표치 (TPS_Sn)와 같은 값으로 정정한 다음 (스텝 35), TPS 목표치(TPS_Sn) 를 최종적인 TPS 목표치로서 댐핑제어처리에서 산출한다.
다음에, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 제 5 도에 본 실시예의 기능구성을 개략을 나타내었다.
이 실시예에서는 자유가속 검출부(41)가 자유가속 검출을 위한 판단요소로서 엔진회전수(N)와 가속개방 (A)에 가하여 연료분사펌프의 아이들 레버위치를 검출하는 아이들스위치로부터의 신호(ID-SW)와, 변속기의 중립위치를 검출하는 중립스위치로부터의 신호(NT-SW)와, 클러치의 단절상태를 검출하는 클러치스위치로부터의 신호(CL-SW)를 입력하고 있다. 이러한 스위치 신호를 이용함에 따라 엔진회전수 (N)와 가속개방(A)의 대소 및 변화율만으로 판단하는 경우에 비교하여 보다 정확하게 통상의 가속도 와 자유가속 등을 구별할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 연료분사시기의 진작 제어 뿐만 아니라 통상제어부(43)에서 EGR제어도 하고 있어, 자유가속시에는 댐핑제어부(42)에 의하여 진각분사시기의 진각과 EGR 률의 쌍방에 대하여 댐핑제어를 하게 된다.
제 6 도는 EGR 률의 댐핑제어의 예를 나타낸 것이다. 통상의 EGR 제어에 의하면 파선으로 나타낸 바와같이 자유가속시에는 대략 스텝상태에서 단숨에 EGR 률이 증가한다. 한편, 댐핑제어의 의하면 실선으로 나타낸 바와같이 완만하게 EGR 률을 증가시키며, 혹은 1점 쇄선으로 나타낸 바와같이 EGR 률의 상한을 낮은 값으로 제한한다. 이에 따라, 자유가속의 배기가스의 되돌아오는 양이 감소하기 때문에 매연이 저감한다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 그 이상으로도 여러가지의 다른 형태에서 본 발명을 실시할 수 있다.
예컨대, 연료분사시기를 검출하기 위하여 최초의 실시예에서는 TPS의 신호를 이용하였으나, 연료분사노즐의 니이들밸브의 리프트 검출신호를 이용하여 크랭크 회전주기에 있어서의 리프트의 발생시기를 연료분사시기로서 검출하여도 좋다.
또, 자유가속을 검출하기 위한 판단요소로서 실시예에서는 여러가지의 것을 열거하였으나, 이것들만을 이용하여 판단할 수도 있으며, 혹은 다른 요소를 이용하여 판단할 수도 있다.
이상으로 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 자유가속시에는 연료분사시기의 진각 또는 EGR 률을 통상의 가속시 보다 억제하도록 하고 있으므로 자유가속시의 매연이 저감된다.

Claims (12)

  1. 가속시에 연료분사시기를 운전상태에 따라서 진각하는 진각제어장치를 구비한 디이젤 엔진의 매연저감장치에 있어서, 자유가속을 검출하는 수단과 자유가속이 검출될 때, 진각제어장치에 의한 연료분사시기의 진각을 완화하는 댐핑제어수단등을 구비한 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 매연저감장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 댐핑제어수단은 운전상태에 따라서 연료분사시기 제어량의 목표치, 즉 TPS 목표치를 연산출력하는 TPS연산수단과, 연료분사시기 제어량 댐프목표치, 즉 TPS 목표치를 연산 출력하는 댐핑수단과, 가속상태에 따라서 TPS 목표치, TPS 댐프목표치중의 한가지를 선택하여 선택한 값을 최종적인 TPS 목표치로서 출력하는 선택수단 등을 구비하여 TPS의 출력신호가 최종적인 TPS 목표치에 일치하도록 피이드백 제어하는 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 매연저감장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 선택수단은 자유가속 검출수단에 의하여 통상의 가속이 검출될 때에는 TPS 목표치를 선택하고, 자유가속이 검출될 때에는 TPS 댐프목표치를 선택하는 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 매연저감장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 선택수단은 자유가속이 검출될 때에는 댐핑플러그를 켜고, 통상의 가속이 검출될 때에는 댐핑플러그를 끄는 플러그수단을 구비하여 플러그의 켠다, 끈다에 따라서 TPS 목표치, TPS 댐프목표치중의 한가지를 출력하는 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 매연저감장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 운전상태는 엔진회전수와 가속개방을 포함한 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 매연저감장치.
  6. 가속시에 EGR 률을 운전상태에 따라서 증가시키는 EGR 제어장치를 구비한 디이젤 엔진의 매연저감장치에 있어서, 자유가속을 검출하는 수단과, 자유가속이 검출될 때, EGR 제어장치에 의한 EGR 률의 증가를 완화하는 댐핑제어수단등을 구비한 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 매연저감장치.
  7. 가속시에 연료분사시기를 진각하는 진각제어장치를 구비한 디이젤 엔진의 스모그 저감방법에 있어서, 운전상태의 데이터를 입력하고 운전상태의 데이터에 따라서 TPS 목표치를 연산하여 자유가속상태에 있는지 어떤지를 검출하고, 연료분사시기의 진각을 완화하기 위한 TPS 댐프목표치중의 한가지를 선택하여 선택된 값을 댐핑제어를 실행하기 위한 최종적인 TPS 목표치로서 출력하는 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 스모그 저감방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 자유가속에 있을 때에는 댐핑플러그를 ON 상태로 하고, 자유가속에 있지 않을 때에는 댐핑플러그를 OFF 상태로 하는 스텝을 더욱 구비하여 댐핑플러그가 ON 상에 있을 때에는 최종적인 TPS 목표치로서 TPS 목표치를 선택하며, 댐핑플러그가 OFF 상태에 있을 때에는 최종적인 TPS 목표치로서 TPS 댐프목표치를 선택하는 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 스모그 저감방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 댐핑플러그가 오프상태에 있을 때, 다음의 모든 조건이 만족되는지 아닌지를 판단하여,
    a)엔진회전수(N) ≤ 소정의 상용 상한 회전수(N_D)
    b) 전주기의 TPS 목표치 (TPS_Sn-1) 소정의 제 2 댐프 목표치 전환 최소한계 (TPS_DH)
    c) 가속개방 변화량 (△A) 소정의 가속 변화량 최소한계치 (△A_D)
    d) 엔진회전수 변화량 (△N) 소정의 엔진회전수 변화량 최소한계치 (△N_D)
    e) TPS 목표치 변화량 (△TPS_S) ≥ 소정의 제 1 댐프목표치 진각률 (K1)
    댐핑 진각률이 ON 상태에 있을 때, 다음의 조건이 만족되는지 아닌지를 판단하여,
    f) 엔진회전수 (N) 전술한 상용 상한회전수 (N_D)
    g) 앞주기의 TPS 댐프목표치 (TPS_Dn-1) ≥ 제 2 댐프목표치 전환 최소한계치 (TPS_DH)
    h) 현주기의 TPS 댐프목표치 (TPS_Dn) ≥ 현주기의 TPS 목표치 (TPS_Sn)
    댐핑플러그가 오프상태에 있을 때, a)에서 e)의 전체조건이 만족되면 자유가속이 개시되었다고 판단하며, 댐핑플러그가 ON 상태에 있을 때, f)에서 h)의 전체조건이 만족되면, 자유가속이 해소하였다고 판단하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 스모그 저감방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 최종적인 TPS 목표치와 TPS의 피이드백치와의 편차를 연산하고, 편차에 따라서 PID 를 연산하여, PID 연산의 결과에 따라서 연료분사시기를 조정하기 위하여 TPS의 위치를 판단하는 스텝을 또한 구비한 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 스모그 저감방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 운전상태는 엔진회전수와 가속개방을 포함하는 것을 디이젤 엔진의 스모그 저감방법.
  12. 가속시에 EGR 률을 증가시키는 EGR 제어장치를 구비하는 디이젤 엔진의 스모그 저감방법에 있어서 운전상태의 데이터를 입력하고, 운전상태의 데이터에 따라서 TPS 목표치를 연산하여 자유가속상태에 있는지 어떤지를 검출하고, EGR 률의 증가를 완화하기 위하여 TPS 댐프목표치를 연산하여 운전상태에 따라서 TPS 목표치, TPS 댐프목표치중의 한가지를 선택하며, 선택된 값을 댐핑제어를 실행하기 위한 최종적인 TPS 목표치로서 출력하는 것을 특징으로 하는 디이젤 엔진의 스모그 저감방법.
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