KR0169225B1

KR0169225B1 - 자동차용 엔진의 연소제어장치

Info

Publication number: KR0169225B1
Application number: KR1019960015639A
Authority: KR
Inventors: 성우명
Original assignee: 양재신; 대우자동차주식회사
Priority date: 1996-05-11
Filing date: 1996-05-11
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR970075271A

Abstract

본 발명은 자동차용 엔진의 연소제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스중의 산소농도를 측정하는 것에 의해 혼합기의 상태를 판단하고, 판단결과에 따라 혼합기의 상태를 조절하는 자동차용 엔진의 연소제어장치에 관한 것으로서, 적어도 두 개이상의 실린더를 구비하고, 각각의 실린더에 연결되어 실린더내로 혼합기를 공급하는 흡기분기관(16)(26)(36)(46)을 갖는 흡기다기관(60)과, 연소후 실린더내의 배기가스를 배출하도록 각각의 실린더에 연결되는 배기분기관(14)(24)(34)(44)을 갖는 배기다기관(50)과, 각종센서의 신호를 받아 엔진상태를 제어하는 엔진제어부(70)를 구비한 자동차의 엔진에 있어서, 상기 각각의 실린더에서 배출되는 배가가스중의 농도를 독립적으로 감지하여 그에 비례하는 전기적 신호를 엔진제어부(70)로 출력하는 수개의 산소센서와, 엔진제어부(70)로부터 산소센서의 출력신호를 전달받아 내장된 설정값과 비교판단하여 제어신호를 출력하는 연소제어부(80)와, 연소제어부(80)에 의해 항시 일정한 압력을 유지하는 압축공기를 보유하도록 제어되는 에어탱크(96)와, 에어탱크(96)내의 압축공기를 각각의 실린더의 흡기분배관으로 유도공급하는 수개의 공급관(19)(29)(39)(49)과, 각각의 공급관에 설치되며 상기 연소제어부(80)의 제어신호에 따라 압축공기의 공급량을 제어하는 수개의 개폐밸브(18)(28)(38)(48)를 구비함을 특징으로 한다.

Description

자동차용 엔진의 연소제어장치

제1도는 본 발명에 따른 엔진 연소제어장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 평면개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10,20,30,40 : 실린더 12,22,32,42 : 산소센서

14,24,34,44 : 배기분기관 16,26,36,46 : 흡기분기관

18,28,38,48 : 개폐밸브 19,29,39,49 : 공급관

50 : 배기다기관 60 : 흡기다기관

70 : 엔진제어부 80 : 연소제어부

90 : 콤프레셔 91 : 유도관

92 : 공기여과기 93 : 드레인밸브

94 : 역류방지밸브 95 : 안전밸브

96 : 에어탱크 97 : 정압밸브

98 : 압력감지계

본 발명은 자동차용 엔진의 연소제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스중의 산소농도를 측정하는 것에 의해 혼합기의 상태를 판단하고, 판단결과에 따라 혼합기의 상태를 조절하는 자동차용 엔진의 연소제어장치에 관한 것이다.

통상적으로 자동차는 가솔린 또는 디젤 등을 연료로하여, 이들 연료와 공기를 적절한 비율로 혼합한 혼합기를 실린더내로 공급하여 연소시킴으로써 구동력을 얻을 수 있게 되는 것을, 상기 실린더는 흡입, 압축, 폭발, 배기행정(이하 '4행정'이라 함) 순차적으로 수행하며 폭발행정시의 피스톤의 하강력에 의해 크랭크축을 회전시켜 회전출력을 얻을 수 있게 된다.

또한 실린더는 상기한 바와 같이 주로 4행정기관이 사용되고 있으며, 대부분의 자동차는 엔진출력을 높이기 위하여 4개 이상의 실린더를 구비하고 있다. 이때 각각의 실린더는 상기와 같은 4행정을 교번하여 이루도록 구성된다.

상기 혼합기는 밸브수단에 의해 제어공급되는 공기에 연료분사노즐을 통해 소정량의 연료를 분사하여 형성되는 것으로, 문헌에 따르면 가장 공기와 연료의 이상적인 혼합비는 약 15:1이 좋다. 이러한 이상적인 혼합비는 엔진의 출력 및 배기다기관에서 검출되는 배기가스의 상태 즉, 연소효율등을 측정하여 데이터화 되는 것으로서 이 혼합비가 이상적인 상태를 유지하지 못할 경우에는 연소효율이 떨어지게 되고, 그로 인해 엔진출력이 급격히 저하되는 것은 물론 불완전 연소로 인해 배기가스중의 유독성분 예를들면, 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 등의 증가로 인해 대기오염등 다수의 문제가 수반된다.

따라서 최근에는 상기 각각의 실린더에서 배출되는 배기가스를 배출하는 분기관과 분기관의 단부를 한곳에서 집합시켜 배기계통으로 안내하는 수집관으로 이루어진 배기다기관에 산소센서를 설치하여 배기가스의 산소(O₂)농도를 측정하고, 산소센서의 측정값을 내장된 기준값과 비교판단하여 제어신호를 출력하는 제어부와, 제어부에서 출력된 신호에 따라 상기 흡기다기관내로 유입되기 이전의 혼합기로의 공기공급을 증가시키거나 또는 감소시키도록 초우크밸브를 제어하는 구동부를 구비하여 이상적인 혼합비를 유지하도록 하는 연소제어장치가 개발되어 있다.

그러나 이러한 종래의 연소제어장치는 각각의 실린더를 독립적으로 제어할 수 없으므로 각각의 실린더간에 연소효율이 차이가 발생할 때 이에 대한 보상을 이룰 수 없으므로 차량의 진동은 물론 엔진출력이 떨어지는 문제를 갖고 있었다.

즉, 상기 산소센서는 배기다기관중 수집관상에 설치되어 실린더전체에서 배출되어 배기가스의 혼합체로부터 산소농도를 측정하게 되므로, 연료와 공기가 충분히 혼합되지 않는 상태에서 실린더내로 흡입될 경우 어느 하나의 실린더에 혼합비가 적절하지 않게 되는데, 이로 인해 각각의 실린더에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 감지하지 못하게 된다. 따라서 이를 해결하지 않게 되면 각각의 실린더가 균일하게 작동하는 것을 구현할 수 없으므로 실린더간의 출력불일치로 인해 전체적인 엔진출력이 떨어지는 것은 물론 연소효율 또한 저하되고, 그로인해 차량의 진동발생의 원인으로 작용하게 된다. 이는 나아가서 연료소모가 증가하는 등의 문제가 수반되는 것은 물론 자동차에 있어서 매우 중요한 요소인 엔진에 중대한 악영향을 주게되는 것이다.

이에 본 발명은 상기한 문제를 고려하여 안출된 것으로서, 그 목적은 각각의 실린더에 공급되는 혼합기를 항시 일정하게 유지할 수 있도록 하므로써 각각의 실린더의 연소성능을 양호한 상태로 일치시키므로써 진동을 미연에 방지하고, 엔진출력 및 연소효율을 양호하게 유지할 수 있도록 하는 자동차용 엔진의 연소제어장치를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 적어도 두 개이상의 실린더를 구비하고, 각각의 실린더에 연결되어 실린더내로 혼합기를 공급하는 흡기분기관을 갖는 흡기다기관과, 연소후 실린더내의 배기가스를 배출하도록 각각의 실린더에 연결되는 배기분기관을 갖는 배기다기관과, 각종센서의 신호를 받아 엔진상태를 제어하는 엔진제어부를 구비한 자동차의 엔진에 있어서, 상기 각각의 실린더에서 배출되는 배가가스중의 농도를 독립적으로 감지하여 그에 비례하는 전기적 신호를 엔진제어부로 출력하는 수개의 산소센서와, 엔진제어부로부터 산소센서의 출력신호를 전달받아 내장된 설정값과 비교판단하여 제어신호를 출력하는 연소제어부와, 연소제어부에 의해 항시 일정한 압력을 유지하는 압축공기를 보유하도록 제어되는 에어탱크와, 에어탱크내의 압축공기를 각각의 실린더의 흡기분배관으로 유도공급하는 수개의 공급관과, 각각의 공급관에 설치되며 상기 연소제어부의 제어신호에 따라 압축공기의 공급량을 제어하는 수개의 개폐밸브를 구비하여 달성될 수 있다.

즉, 산소가스를 배기다기관의 분기관상에 설치하여 각각의 실린더에서 배출되는 배기가스 속의 산소농도를 측정하고, 이를 각각 기준값과 비교하여 혼합비 제어가 요구되는 실린더에 해당하는 개폐밸브의 개방량을 줄이거나 크게하여 항시 일정한 혼합비를 유지할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도에는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 연소제어장치의 바람직한 실시예의 구성이 도시되어 있는데, (편의상 4개의 실린더를 구비하는 4기통엔진의 예를 든다) 이에 따르면 본 발명은 4개의 실린더(10)(20)(30)(40)를 갖는 실린더블록(1)이 구비된다.

각각의 실린더(10)(20)(30)(40)에는 혼합기를 실린더내로 공급하는 수개의 흡기분기관(16)(26)(36)(46)을 갖는 흡기다기관(60)과, 실린더로부터 배출되는 배기가스를 배기계통으로 안내하는 수개의 배기분기관(14)(24)(34)(44)를 갖는 배기다기관(50)이 연결된다.

본 발명에 따르면 상기 각각의 배기분기관(14)(24)(34)(44)에는 실린더(10)(20)(30)(40)로부터 배출되는 배기가스 속의 산소농도를 측정하여 이에 비례하는 전기적 신호를 엔진제어부(70)로 출력하는 산소센서(12)(22)(32)(42)가 구비되어 있다. 상기 엔진제어부(70)로 인가된 산소농도 측정치를 엔진제어부(70)로부터 전달받아 각각의 측정값을 기준값과 비교판단하는 연소제어부(80)를 구비한다.

한편, 본 발명은 콤프레셔(90)로부터 발생되는 압축공기를 저장하는 에어탱크(96)가 설치된다. 상기 콤프레셔(90)로부터 에어탱크(96)가 압축공기를 안내하는 유도관(91)에는 공기여과기(92)내에 수집되는 물을 배출하는 드레인밸브(93)가 제공된다. 또한 유도관(91)에는 압축공기의 역류를 방지하는 역류방지밸브(94)를 설치함이 바람직하다.

또한, 상기 유도관(91)상에는 콤프레셔(90)의 발생압에 의해 에어탱크(96)내에 과부하가 걸릴경우 이를 보상하여 에어탱크(96)가 항시 일정한 공기압을 유지토록 하는 안전밸브(95)가 설치된다.

상기 에어탱크(96)에는 탱크내의 압력을 감지하여 연소제어부(80)로 감지신호를 출력하는 압력감지계(98)가 설치되며, 탱크내부에 보유된 압축공기를 각각의 흡기분기관(16)(26)(36)(46)으로 공급하는 공급관(19)(29)(39)(49)이 연결된다. 본 발명에 따르면 각각의 흡기분기관(16)(26)(36)(46)에는 관로내를 통과하는 공기유량을 가감제어하는 개폐밸브(18)(28)(38)(48)가 설치된다. 이들 개폐밸브(18)(28)(38)(48)는 상기 연소제어부(80)에 의해 제어된다. 또한 상기 흡기분기관(16)(26)(36)(46)상에는 개폐밸브(18)(28)(38)(48)로 공급되는 공기압을 안정하게 유지시킬 수 있도록 정압밸브(97)가 설치되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 콤프레셔(90)가 동작하여 압축공기를 발생시킨다. 이 압축공기는 유도관(91)을 따라 에어탱크(96)내에 저장되며 에어탱크내에 소정의 압력이 유지되면 연소제어부(80)에서는 콤프레셔의 작동을 중단시키게 된다. 유도관(91)으로 이송되는 압축공기는 역류방지밸브(94)에 의해 역류가 방지되며, 압축공기내에 포함되는 먼지 등의 이물질 및 습기등은 공기여과기(92)에서 필터링되어 정화된 공기만이 에어탱크(96)로 공급된다. 여과시 걸러진 습기등은 드레인밸브(93)를 통해 배수된다.

그리고 각각의 산소센서(12)(22)(32)(42)에서 배기분기관(14)(24)(34)(44)으로 배출되는 배기가스중의 산소농도를 검출하여 산소농도에 비례하는 크기의 전기적인 신호를 출력하게 된다. 엔진제어부(70)에서는 상기 산소센서(12)(22)(32)(42)들의 출력값 및 현재 엔진의 상태를 판단하여 연소제어부(80)로 제어신호를 출력하게 된다.

연소제어부(80)에서는 미리 내장되어 있는 설정값(가장 이상적인 혼합비를 갖는 연료의 연소시 배기되는 가스의 산소농도에 비례하는 값)과 상기 산소센서(12)(22)(32)(42)에서 측정된 출력값을 비교하여 제어신호를 출력하게 된다. 이때 어느 하나의 실린더 또는 그 이상의 실린더에서 측정값이 설정값보다 작게되면, 혼합기에서의 공기비율이 떨어짐을 판단하여 연소제어부(80)에서는 해당하는 실린더에 연결된 개폐밸브를 개방하여 에어탱크(96)내의 압축공기를 공급하게 된다. 에어탱크(96)로부터 공급되는 압축공기는 정압밸브(97)를 통과하며 감압되므로 항시 감압된 상태의 일정한 압력을 유지하게 된다.

상기와 같은 공급되는 압축공기의 감압은 에어탱크는 공기공급을 위한 충분한 압력을 유지할 필요가 있으므로 비교적 높은 압력을 필요로 하는 반면, 공급되는 공기가 필요이상의 높은 압력으로 공급할 때 이미 연료와 공기가 혼합된 상태의 혼합기내에 재분사되는 상기의 압축공기가 층류를 형성하여 혼합이 원활하게 이루어지지 않게될 우려가 있으므로, 이를 방지하기 위하여 이상적인 상태의 압을 갖는 상태에서 분사시키기 위하여 요구되고 있다. 이러한 작용은 산소센서에서 측정되는 산소농도의 값이 이상적인 수치로 될때까지 지속되고 대체적으로 그 시간은 길지 않게 된다. 이때 에어탱크(96)는 공기를 방출하므로써 압력이 떨어지게 되므로 압력감지계(98)에서 압력감소를 감지하여 연소제어부(80)로 신호를 출력하게 되고, 연소제어부(80)에서는 이에 따라 콤프레셔(90)를 가동하여 에어탱크(96)에서 소모된 양 만큼의 공기를 보충시키게 된다.

한편, 최초에 혼합기를 형성하는 필요한 외부공기는 실린더내의 피스톤의 하강력에 의해 실린더내로 흡입되므로 피스톤작동에 비례하여 공급되고, 연료는 가속페달에 의해 비례제어되고 있으므로 혼합비가 혼합기의 농도가 엷어지는 경우는 거의 발생하지 않게될 것이다. 다시말해 공기량은 피스톤승강에 따라 자연제어되는데 반해 연료는 강제 제어되고, 특히 주행시에는 대부분 연료량이 증가하는 형태로 제어되므로 혼합기는 일시적으로 농도가 짙어지는 현상만을 나타낸다. 따라서 배기가스중의 산소농도는 낮아지는 현상이 나타나는 경우가 대부분이고, 산소농도가 높아지는 현상 즉, 혼합기의 농도가 엷어지는 현상에 대한 제어는 필요치 않게 된다.

본 발명에 따르면 에어탱크(96)내의 압축공기를 이용하여 혼합기에 필요한 공기를 공급토록하여 외부공기의 도입에 필요한 각종 장치를 필요로 하지 않게 구성할 수도 있다. 이때에는 상기 각각의 개폐밸브들은 폐쇄되어 있지 않고 항시 일정한 개방량(이상적인 혼합비를 유지하는데 필요한 공기량을 공급할 수 있는 크기)유지하고 있다가, 산소센서의 측정값에 따라 제어신호를 출력하는 연소제어부(80)에 의해 개방량을 크게 하거나 또는 작게 하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 연소제어장치는 각각의 실린더에서 배출되는 가스중의 산소농도를 각각 체크하여 이를 기준값과 비교판단하고, 판단결과에 따라 각각의 실린더로 진입하기 직전의 혼합기내에 공기를 보충공급토록 하므로써 어느 하나의 실린더의 이상연소에 대해 대처할 수 있게 되므로 항시 이상적인 혼합비를 유지할 수 있게 되고, 그에 따라 엔진출력효율 및 연소효율을 양호하게 유지할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims

적어도 두 개이상의 실린더를 구비하고, 각각의 실린더에 연결되어 실린더내로 혼합기를 공급하는 흡기분기관(16)(26)(36)(46)을 갖는 흡기다기관(60)과, 연소후 실린더내의 배기가스를 배출하도록 각각의 실린더에 연결되는 배기분기관(14)(24)(34)(44)을 갖는 배기다기관(50)과, 각종센서의 신호를 받아 엔진상태를 제어하는 엔진제어부(70)를 구비한 자동차의 엔진에 있어서, 상기 각각의 실린더에서 배출되는 배기가스중의 농도를 독립적으로 감지하여 그에 비례하는 전기적 신호를 엔진제어부(70)로 출력하는 수개의 산소센서(12)(22)(32)(42)와, 엔진제어부(70)로부터 산소센서의 출력신호를 전달받아 내장된 설정값과 비교판단하여 제어신호를 출력하는 연소제어부(80)와, 연소제어부(80)에 의해 항시 일정한 압력을 유지하는 압축공기를 보유하도록 제어되는 에어탱크(96)와, 에어탱크(96)내의 압축공기를 각각의 실린더의 흡기분배관으로 유도공급하는 수개의 공급관(19)(29)(39)(49)과, 각각의 공급관에 설치되며 상기 연소제어부(80)의 제어신호에 따라 압축공기의 공급량을 제어하는 수개의 개폐밸브(18)(28)(38)(48)를 구비함을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 연소제어장치.
제1항에 있어서, 상기 에어탱크(96)는 일측에 탱크내의 압력을 감지하여 연소제어부(80)로 감지신호를 출력하는 압력감지계(98)를 구비하고, 압력감지계의 감지신호를 인가받는 연소제어부(80)에 의해 선택적으로 온·오프되는 콤프레셔(90)와 유도관(91)으로 연결되어 압력을 공급받게 됨과 동시에 일정한 압력을 유지하도록 제어됨을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 연소제어장치.
제2항에 있어서, 상기 유동관상에는 압축공기의 역류를 방지하는 역류방지밸브(94)와, 압축공기중의 불순물 및 습기를 제어하는 공기여과기(92)와, 여과된 습기를 배출하는 드레인밸브(93)가 제공됨을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 연소제어장치.
제1항에 있어서, 상기 산소센서(12)(22)(32)(42)는 흡기분기관(16)(26)(36)(46)상에 각각 설치됨을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 연소제어장치.
제1항에 있어서, 상기 각각의 개폐밸브(18)(28)(38)(48)는 항시 닫혀 있는 상태를 유지하고, 연소제어부(80)의 신호에 따라 개방되어 필요한 양만큼의 공기공급을 허용토록함을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 연소제어장치.
제1항에 있어서, 상기 각각의 개폐밸브(18)(28)(38)(48)는 무신호시 일정한 크기로 개방되어 있는 상태를 유지하고, 연소제어부(80)의 신호에 따라 비례작동되어 개방되어 필요한 양만큼의 공기공급을 허용토록함을 특징으로 하는 자동차용 엔진의 연소제어장치.