KR100187978B1 - 린번엔진의 공연비제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 희박공연비 상태에서 급가속시 중속/중부하공연비로 신속하게 변화시켜 이론공연비로 도달하는 시간을 단축시켜 줌으로써 가속감을 향상시키는 동시에 질소산화물의 배기를 감소시키도록 한 린번엔진의 공연비제어방법에 관한것으로, 냉각수의 온도를 전자 제어부가 감지하여 엔진의 웜업이 완료되었는지의 여부를 판단하는 단계(단계1)와, 엔진의 웜업이 완료되면 엔진의 희박구간인지를 판단하여 희박구간이 아니면 리턴단계로 가서 처음부터 다시 시작하도록 하는 단계(단계2)와, 엔진의 희박구간인 경우 트로틀밸브의 열리는 속도를 전자제어부가 감지하는 단계(단계3)와, 트로틀밸브의 열림 속도가 설정값을 기준으로 급가속인지 아닌지를 판단하여 급가속이 아닌 경우 희박공연비로 운전하도록 하는 단계(단계4)와, 트로틀밸브의 열림속도가 설정값보다 커서 급가속신호를 받게 되는 경우 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 작으면 희박공연비로 운전하도록 하는 단계(단계5)와, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰 경우 이론공연비로 운전하도록 하는 단계(단계6)와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 이론공연비로 계속 운전하도록 하는 단계(단계7)와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 작으면 희박공연비로 운전되도록 하는 단계(단계8)와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 중속/중부하공연비로 운전하도록 하는 단계(단계9)와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 작으면 처음부터 다시 시작하도록 리턴되는 단계(단계10);로 된 린번엔진의 공연비제어방법이다.

Description

린번엔진의 공연비제어방법

제1도는 본 발명의 플로우 챠트도.

제2도는 본 발명의 플로우 챠트에 의한 엔진의 회전수와 부하의 관계를 나타낸 그래프.

제3도는 종래 엔진의 개략적인 연료분사장치의 구성도.

제4도는 린번엔진의 개략적인 연료분사장치의 구성도.

제5도는 제4도의 플로우 챠트에 의한 엔진의 회전수와 부하의 관계를 나타낸 그래프.

본 발명은 희박공연비 상태에서 급가속시 중속/중부하공연비로 신속하게 변화시켜 이론공연비로 도달하는 시간을 단축시켜 줌으로써 가속감을 향상시키는 동시에 질소산화물의 배기를 감소시키도록 한 린번엔진의 공연비제어방법에 관한 것이다.

종래 엔진은 제3도와 같이, 실린더(10)의 연소실내에 연료가 균일하게 섞여서 분사되도록 1 또는 2개로 구획하는 흡기포트(20)와, 연소된 배기가스를 배기시키도록 1 또는 2개로 구획하는 배기포트(40)와, 실린더(10)의 연소실내에 분사된 혼합기에 스파크를 발생시켜 점화하는 스파크플러그(50)로 구성되어 있다.

이러한 엔진은 저속 또는 고속, 저부하 또는 고부하에 관계없이 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 균일하게 혼합시켜 흡기포트(20)를 통하여 실린더(10)의 연소실내로 분사하도록 되어 있다.

이때, 공기와 연료의 공연비는 14.5 : 1의 이론공연비에서 운전을 행하도록 되어 있으므로 배기되는 배기가스는 삼원촉매에 의하여 질소산화물(NOx)을 90% 이상 정화할 수 있으나 연비의 중가요인이 되는 문제점이 있었다.

따라서 종래 엔진의 문제점을 해결하고자 린번엔진이 개발되었다.

즉, 린번엔진은 배출가스의 청정화와 연료절감을 위하여 주로 더불 오버 헤드 캠(Double Over Head Cam)차량에 적용되는 것으로 그 구조는 제4도와 같이, 실린더(10)의 연소실과 연통되게 2개의 흡기포트(20a)(20b)를 구획하여 메인트로틀밸브의 개도정도와 엔진의 회전수가 일정치 이하인 겨우 서지탱크의 부압에 의해 폐쇄되도록 일측 흡기포트(20a)에는 매니폴드 트로틀밸브(30)를 설치하고, 다른 타측의 흡기포트(20b)로만 연료와 공기가 흡입되면서 소용돌이를 발생시켜 연소실내에서 분사된 연료가 균일하게 섞이지 않도록 성충화시키도록 되어 있으며, 연소된 배기가스를 배기시키도록 1 또는 2개로 배기포트(40)를 구획하고, 실린더(10)의 연소실내에 분사된 혼합기에 스파크를 발생시켜 점화하도록 스파크플러그(50)를 설치하여 린번엔진을 구성하였다.

이와같은 린번엔진의 작동원리는, 서지탱크로 공급되어 일시 저장된 공기는 흡기매니폴드로 안내되며, 흡기매니폴드로 안내된 공기는 메인트로를밸브의 개도정도와 엔진의 회전수가 일정치 이하인 경우 서지탱크의 부압에 의하여 매니폴드 트로틀밸브(30)를 폐쇄하여 2개의 흡기포트(20a)(20b)중 한 곳의 흡기포트(20a)로는 공기의 공급을 차단하고, 다른 타측의 흡기포트(20b)로만 연료와 공기를 흡입하면서 소용돌이를 발생시켜서 실린더(10)의 연소실로 공급되도록 하며, 실린더(10)의 연소실로 공급된 공기와 연료는 소용돌이현상에 의하여 연소실내를 소용돌이치면서 회동을 하게 되는데, 이때 분사된 연료가 균일하게 섞이지 않도록 성충화시킴으로써 점화플러그주위에 농후한 혼합기를 형성하여 점화가 되도록 하여 실린더전체적으로 희박한 혼합기상태에서도 확실한 점화를 할 수가 있는 것이다.

여기서 성충화된 농후한 혼합기란 공기와 연료가 상호 균일하게 혼합된 것이 아니로 소용돌이치는 공기속에 연료가 뭉쳐져 있는 상태를 말하며, 연료의 일부는 소용돌이치는 공기중에 희박하게 혼합되어 있는 상태이다.

즉, xk측의 흡기포트(20b)로만 연료와 공기를 흡입시키되 실린더내에서의 소용돌이현상에 의해 혼합기상태를 성충화시켜서 연소되도록 함으로써 보다 적은 연료에 의해서도 엔진이 구동되도록 하는 것이다.

한편 메인트로틀밸브의 개도정도와 엔진의 회전수가 일정치 이상이 되면 일측의 흡기포트(20a)에 설치된 매니폴드 트로틀밸브(30)를 완전히 개방시켜 양측 흡기포트(20a)(20b)에 의해서 연료와 공기가 동시에 흡입되도록 하여 보다 많은 혼합기가 실린더내로 유입되는 것이다.

따라서 기존의 엔진은 엔진의 구동상태에 관계없이 항상 공기와 연료의 비율을 14.5 : 1로 유지하도록 되어 있으나, 린번엔진의 희박연소방식은 22-23:1로 운전하도록 되어 있으므로 이러한 희박연소상태에서는 안정된 운전을 행하기 위하여는 상술한 바와같이 연소실내에 소용돌이를 형성시키도록 하였던 것이다.

이와같이 린번엔진은 공연비를 22-23:1의 희박한 공연비에서 운전함으로써 연비 및 질소산화물(NOx)이 감소되며, 이때 녕비는 공연비14.5 : 1에 비하여 약 10% 정도 개선되며 엔진에서 배출되는 생질소산화물은 약 80% 정도 감소된다.

그런데 린번엔진의 희박연소는 주로 중속, 중부하 이하에서 행하고, 고속, 고부하의 경우에는 일반엔진과 동일하게 고연비 14.5 : 1로 운전하게 된다.

그러나, 현재 사용중인 삼원촉매는 이론 공연비부근에서만 질소산화물의 정화능력이 있고 이보다 희박한 공연비에서의 정화효율은 거의 없다.

따라서 희박운전시에는 엔진에서 배출되는 생 질소산화물이 그대로 배출되게 되므로 일반엔진보다 대기중으로 배출되는 질소산화물량이 많이 되며, 또한 희박공연비상태에서 가속을 행하는 경우에는 당연히 일반엔진에 비하여 가속감이 저하되고 부하도 높아 질수산화물의 배출량도 많게 되는 문제점이 있었다.

즉, 린번엔진은 제5도의 회전수와 부하조건에 대한 그래프를 참고하여 설명하면, 희박공연비 상태에서 고속/고부하조건이 되면 희박공연비에서 이론공연비로 변화하게 되며, 이와반대로 이론공연비 상태에서 저속/저부하조건이 되면 이론공연비에서 희박공연비로 변화하도록 되어 있다.

이때, 희박공연비와 이론공연비의 중간에는 중속/중부하조건시 연료분사 공연비조건이 있으며, 중속/중부하공연비에서 희박공연비에 근접함에 따라 공연비가 점차적으로 중가하게 되고, 이론공연비에 근점함에 따라 공연비가 점차적으로 감소하도록 되어 있다. 그러나 운전자가 급가속을 하는 경우 고속/고부하조건의 이론공연비 상태에서 혼합기를 분사하여야 되는데, 희박공연비에서 급가속을 할 때 이론공연비로 변화되는 부하가 상당히 높아 미처 중속/중부하조건을 거치지 못하고 희박공연비 상태에서 가속이 되므로 가속에 필요한 혼합기를 분사하지 못하여 가속감이 현저하게 떨어지게 되었다.

즉, 희박공연비에서 급가속을 할 때 중속/중부하공연비를 거쳐 이론공연비에 도달할 때까지 설정된 시간이 경과한 뒤 가속이 행하게 되므로 가속감이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서 희박공연비 상태에서 급가속을 행하는 경우 가속감이 저하되고 부하도 높아 질소산화물의 배출량도 많게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 희박공연비 상태에서 급가속시 중속/중부하공연비로 신속하게 변화시켜 이론공연비로 도달하는 시간을 단시켜 줌으로써 가속감을 향상시키는 동시에 질소산화물의 배기를 감소시키고자 린번엔진의 공연비 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 냉각수의 온도를 전자제어부가 감지하여 엔진의 웜업이 완료되었는지의 여부를 판단하는 단계와, 엔진의 웜업이 완료되면 엔진이 희박구간인지를 판단하여 희박구간이 아니면 리턴단계로 가서 처음부터 다시 시작하도록 하는 단계와, 엔진의 희박구간인 경우 트로틀밸브의 열리는 속도를 전자제어부가 감지하는 단계와, 트로틀밸브의 열림속도가 설정값을 기준으로 급가속인지 아닌 지를 판단하여 급가속이 아닌 경우 희박공연비로 운전하도록 하는 단계와, 트로틀밸브의 열림속도가 설정값보다 커서 급가속신호를 받게 되는 경우 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 작으면 희박공연비로 운전하도록 하는 단계와, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰 경우 이론공연비로 운전하도록 하는 단계와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 이론공연비로 계속 운전하도록 하는 단계와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 작으면 희박공연비로 운전되도록 하는 단계와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 중속/중부하공연비로 운전하도록 하는 단계와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 작으면 처음부터 다시 시작하도록 리턴되는 단계;로 된 린번엔진의 공연비 제어방법이 본 발명의 특징이다.

이하 본 발명 린번엔진의 공연비제어방법의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면 제1도에서, 냉각수의 온도를 전자제어부가 감지하여 엔진의 웜업이 완료되었는지의 여부를 판단하는 단계(단계1)와, 엔진의 웜업이 완료되면 엔진의 희박구간인지를 판단하여 희박구간이 아니면 리턴단계로 가서 처음부터 다시 시작하도록 하는 단계(단계2)와, 엔진의 희박구간인 경우 트로틀밸브의 열리는 속도를 전자제어부가 감지하는 단계(단계 3)와, 트로틀밸브의 열림속도가 설정값을 기준으로 급가속인지 아닌지를 판단하여 급가속이 아닌 경우 희박공연비로 운전하도록 하는 단계(단계4)와, 트로틀밸브의 열림속도가 설정값보다 커서 급가속신호를 받게 되는 경우 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 작으면 희박공연비로 운전하도록 하는 단계(단계5)와, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰 경우 이론공연비로 운전하도록 하는 단계(단계6)와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 이론공연비로 계속 운전하도록 하는 단계(단계7)와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 작으면 희박공연비로 운전되도록 하는 단계(단계8)와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 중속/중부하공연비로 운전하도록 하는 단계(단계9)와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 처음부터 다시 시작하도록 리턴되는 단계(단계10);로 된 린번엔진의 공연비제어방법이다.

이와같은 본 발명 린번엔진의 공연비제어방법을 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.

단계1은 엔진이 처음 시동되어 냉각수의 온도가 설정된 온도로 상승되어 고속/고부하로 구동할 수 있을 정도로 웜업이 완료되었거나, 운전중 정차 또는 고속/고부하 운전시에 관계없이 냉각수의 온도가 설정된 온도로 유지하고 있는 상태인 경우 전자제어부가 이를 감지하여 프로그램이 정상작동되도록 한다.

단계2는 냉각수의 온도가 설정된 온도로 유지하고 있는 경우 엔진의 운전상태가 희박구간인지를 판단하여 희박구간이 아니면 리턴단계로 가서 처음부터 다시 시작하도록 한다.

즉, 엔진이 운전하기 용이한 상태가 아니므로 냉각수의 온도가 설정된 온도를 될 때까지 엔진을 다시 웜업시키도록 한다.

단계3은 엔진의 운전상태가 희박구간인 경우 트로틀밸브의 열리는 속도 즉, 트로틀밸브의 열림각도의 변화속도를 전자제어부가 감지하여 입력된 데이타와 비교판단을 하게 된다.

상기 트로틀밸브는 서지탱크로 유입되는 공기의 공급량을 조절하는 밸브로서, 실린더와 서지탱크사이에 설치된 매니폴드 트로틀밸브를 가리키는 것은 아니다.

단계4는 트로틀밸브의 열림속도가 설정값을 기준으로 급가속인지 아닌지를 판단하여 급가속이 아닌 경우 희박공연비로 운전하도록 한다.

이는 급가속이 아닌 상태란 정차중이러나 점차적으로 가속을 하고 있는 상태이므로 희박공연비 상태에서 저속/저부하상태로 운전을 하도록 하는 것이다.

단계5는 트로틀밸브의 열림속도가 설정값보다 커서 급가속신호를 받게 되는 경우 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 작으면 희박공연비로 운전하도록 한다.

즉, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 작다는 것은 저속/저부하가 운전상태이므로 희박공연비로 혼합기를 분사하도록 하는 것이며, 또한 현재의 부하가 중속/중부하의 조건과 동일하거나 이와 비슷한 조건인 경우에는 중속/중부하공연비로 혼합기를 분사하면 되는 것이다.

단계6은 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰 경우 이론공연비로 운전하도록 한다.

즉, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 크다는 것은 고속/고부하 상태이므로 이에 필요한 혼합기를 분사하여야 되므로 이론공연비로 혼합기를 분사하게 되는 것이다.

또한 단계9의 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 크면 그 신호를 받아서 이론공연비로 다시 운전하도록 한다.

단계7은 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 이론공연비로 계속 운전하도록 한다.

즉, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 크다는 것은 고속/고부하로 운전하여야 되는 것을 의미하므로 이론공연비로 계속 혼합기를 공급하여야 되는 것이다.

단계8은 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 작으면 희박공연비로 운전되도록 한다.

즉, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 작다는 것은 저속/저부하로 운전하여야 되는 것을 의미하므로 희박공연비로 운전되도록 하여 연비를 향상시키도록 한다.

또한, 단계4와 단계5의 신호를 받아서 희박공연비로 운전되도록 한다.

단계9는 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 이론공연비로 운전하도록 한다.

즉, 이 단계9가 본 발명의 특징으로서, 희박공연비에서 급가속을 할 때 이론공연비로 변화되는 부하가 상당히 높게 발생되면 그신호를 단계5로 송신하여 중속/중부하의 상태부터 가속되게 중속/중부하공연비로 분사시켜 주게 된다.

예컨데, 제5도와 같이 미처 중속/중부하조건을 거치지 못하고 희박공연비 상태에서 갑자기 고속/고부하조건의 이론공연비로 혼합기를 분사하게 되면 연소과정에 의하여 중속/중부하공연비를 거쳐 이론공연비에 도달할 때까지 설정된 시간이 경과하게 되므로 연소가 불완전연소되어 출력이 떨어져 가속되지 않는 동시에 질소산화물의 배출요인이 되는 문제점이 있게 된다.

따라서 제2도와 같이 희박공연비 상태에서 급가속시 중속/중부하공연비로 신속하게 변화시켜 중속/중부하에서 부터 가속되게 하여 이론공연비로 도달하는 시간을 단축시켜 줌으로써 가속감을 향상시키는 동시에 질소산화물의 배출을 감소시킬 수가 있는 것이다.

단계10은 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하k 이론공연비의 조건보다 작으면 정상작동이므로 처음부터 다시 시작되도록 한다.

즉, 단계1의 웜업상태로 되돌아 가서 상술한 각 단계를 다시 거치도록 하면 되는 것이다.

이와같이 본 발명은 희박공연비 상태에서 급가속시 중속/중부하공연비로 신속하게 변화시켜 이론공연비로 도달하는 시간을 단축시켜 줌으로써 가속감을 향상시키는 동시에 질소산화물의 배기를 감소시킬 수 있는 잇점이 있는 것이다.

Claims (1)

1. 냉각수의 온도를 전자제어부가 감지하여 엔진의 웜업이 완료되었는지의 여부를 판단하는 단계와, 엔진의 웜업이 완료되면 엔진의 희박구간인지를 판단하여 희박구간이 아니면 리턴단계로 가서 처음부터 다시 시작하도록 하는 단계와, 엔진의 희박구간인 경우 트로틀밸브의 열리는 속도를 전자제어부가 감지하는 단계와, 트로틀밸브의 열림속도가 설정값을 기준으로 급가속인지 아닌지를 판단하여 급가속이 아닌 경우 희박공연비로 운전하도록 하는 단계와, 트로틀밸브의 열림속도가 설정값보다 커서 급가속신호를 받게 되는 경우 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 작으면 희박공연비로 운전하도록 하는 단계와, 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰 경우 이론공연비로 운전하도록 하는 단계와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 이론공연비로 계속 운전하도록 하는 단계와, 이론공연비로 운전시 현재의 부하가 중속/중부하의 조건보다 작으면 희박공연비로 운전하도록 하는 단계와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 큰지 작은지를 판단하여 크면 중속/중부하공연비로 운전하도록 하는 단계와, 희박공연비 상태로 운전시 현재의 부하가 이론공연비의 조건보다 작으면 처음부터 다시 시작하도록 리턴되는 단계; 로 된 것을 특징으로 하는 린번엔진의 공연비제어방법.