KR100680536B1 - 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가솔린 엔진의 노킹이 엔진의 흡기 조건에 따라 보다 정밀하게 제어될 수 있도록 하므로서 엔진의 출력저하를 방지할 뿐만 아니라 엔진의 정숙성 및 쾌적성이 향상될 수 있도록 하기 위한 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로,
엔진의 흡기계의 도중으로 엔진의 노킹 제어에 필요한 물이 분사되도록 하기 위한 인젝터가 형성되는 엔진의 노킹 제어를 위한 시스템에 있어서,
엔진을 순환하며 가열된 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와;
상기 라디에이터를 통과하는 물의 일부를 공급받고, 경우에 따라 이 물에 열을 가하여 수증기로 변환되도록 하기 위한 컨덴서와;
상기한 컨덴서를 통과한 물 또는 수증기를 펌핑하기 위한 워터 펌프와;
상기한 워터 펌프에서 펌핑된 물 또는 수증기가 흡기계의 도중에 분사될 수 있도록 엔진의 흡기계 도중에 장착되는 인젝터와;
상기한 인젝터로 상황에 따라서 물 또는 수증기가 선택적으로 제공되도록 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
상기한 컨덴서는 엔진의 배기계의 도중에 형성되어지되, 상기 배기계를 통과하는 배기가스와 물이 열교환될 수 있도록 상기 배기계의 외주연 측으로 물통로가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 제 1항에 의한 노킹 제어장치가 구비된 엔진의 흡기계 도중 에 흡기온 센서와 습도 센서가 추가로 장착된 구조에 있어서,
상기한 흡기온 센서에서 흡입공기의 온도를 측정하는 단계와; 상기한 습도 센서에서 흡입공기의 습도를 측정하는 단계와; 상기한 측정단계에서 측정된 흡기온과 습도을 제어부에 설정된 설정값과 비교하는 단계와; 상기 비교단계에서 측정값과 설정값의 비교결과에 따라 상기 인젝터로 분사되는 물이 액상 상태인지 기상상태인지를 결정하는 단계; 를 포함하여 동작이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
흡기계, 물분사, 수증기, 인젝터, 노크

Description

배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법{Multi-stage knock control using water-steam combind injection system that has an exhaust condensation method}
도 1은 본 발명에 의해서 구성된 엔진의 노킹 제어장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의해 구성된 엔진의 노킹 제어장치에서 인젝터로 물이 공급되는 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 노킹 제어장치에서 인젝터로 수증기가 공급되는 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 의한 컨덴서의 단면구성도.
도 5는 본 발명에 의한 엔진 노킹 제어장치의 작동을 위한 블럭 다이아그램.
도 6은 본 발명에 의한 엔진 노킹 제어장치의 동작을 위한 플로우차트.
도 7은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 엔진 13 : 흡기계
14 : 배기계 15 : 라디에이터
16 : TWC 17 : UCC
30 : 인젝터 32 : 메인 공급 파이프
34 : 레귤레이터 40 : 컨덴서
41 : 케이스 42 : 물통로
43 : 라디에이터 물공급 라인 44 : 라디에이터 물 리턴 라인
47 : 물 공급 파이프 48 : 수증기 공급 파이프
49 : 워터 세퍼레이터 50 : 펌프
53 : 3웨이 밸브 54 : 펌프 물 리턴 파이프
55 : 리턴 밸브 60 : 제어부
61 : 흡기온 센서 62 : 습도 센서
본 발명은 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가솔린 엔진의 노킹이 엔진의 흡기 조건에 따라 보다 정밀하게 제어될 수 있도록 하므로서 엔진의 출력저하를 방지할 뿐만 아니라 엔진의 정숙성 및 쾌적성이 향상될 수 있도록 하기 위한 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
가솔린 엔진과 디젤 엔진의 적용되고 있는 대부분의 노킹 제어장치로는 흡입공기가 유입되는 흡기계의 도중에 물을 분사하여 주므로서 흡입공기의 온도가 낮춰지도록 하여 결과적으로 엔진의 출력이 증대될 수 있도록 하는 시스템이다. 이와 같이 엔진의 노킹 제어를 위한 대표적인 시스템이 도 7에 도시되는 바와 같은 흡기물분사 시스템이다.
즉, 엔진(10)의 양측에는 흡배기를 위한 흡기 매니폴드(11)와 배기 매니폴드(12)가 접속되고, 특히 엔진(10)의 흡기 매니폴드(11)와 연결되는 흡기계의 도중에는 흡기계로의 물분사를 위한 워터 인젝터(20)가 장착된다.
상기한 워터 인젝터(20)은 워터 라인(21)을 통하여 별도로 마련되는 워터 탱크(22)와 연결되어진다. 또한, 상기한 워터 탱크(22)의 일측에는 워터 탱크(22) 내에 저장된 물을 펌핑하여 상기한 인젝터(20)로 공급되도록 하기 위한 워터 펌프(23)가 장착되고, 상기한 워터 탱크(22) 내의 물의 압력을 측정하기 위한 레귤레이터(24)가 장착된다. 또한, 상기한 워터 라인(21)의 도중에는 물의 정화를 위한 필터(25)가 형성될 수 있다.
즉, 상기한 워터 펌프(23)에서 펌핑된 워터 탱크(22) 내의 물이 상기한 워터 라인(21)을 따라서 상기 인젝터(20)로 공급되도록 구성되는 것이다.
특히, 상기한 인젝터(20)는 물의 분사시기를 조절하기 위한 제어부의 제어에 의해서 동작될 수 있도록 설정된다.
상기한 예의 엔진의 물분사 시스템 이외에도 대한민국 특허청에서 발행된 공개번호 특2003-0021466호, 공개번호 특2003-0042248호, 공개번호 특2003-0050456호 등을 통해서 다양한 방식의 엔진의 물분사 시스템을 확인할 수 있다.
즉, 기존의 스파크 점화엔진의 노킹제어는 엔진의 실린더 블럭에 장착되어 있는 노크 센서를 이용하여 노킹 발생시 진동신호를 전자제어장치(ECU)에서 특정 방식으로 처리하여 노킹 여부를 판단하여 노킹 강도에 따라서 점화시기를 지각시킨다. 노크 센서(Knock sensor)에서 발생한 신호는 증폭한 뒤에 주파수 대역으로 밴드-패스(Band-pass) 필터링을 하여 노크 윈도우(Knock window)에서 적분하여 최종 노크 강도를 계산한다. 이렇게 계산된 노크 강도를 기준값과 비교하여 기맵핑된 지연점화시기 맵(Map)에 따라서 점화시기를 지연시켜 노킹 제어를 하게 된다.
이와 같이 점화시기지각만으로 노킹 제어를 하게 되면 엔진의 토크 및 출력 감소를 수반하기 때문에 토크 저하를 방지하기 위하여 공기보조 분사시스템, 연료분사량 증대(Fuel enrichment)를 적용한 EGR 시스템, 흡기물 분사 등의 다양한 방식의 기술이 제안되고 있는 실정이다. 이들 중 연비와 에미션(Emission)에 영향을 주지 않고서는 노킹 제어에 보다 효과적일 수 있는 것이 흡기물분사 시스템이다. 그리고 초음파 진동에 의한 물의 미립화를 유도한 흡기물 분사 시스템까지도 제안되고 있는 실정이다.
그런데 상기한 다양한 예와 같은 종래의 노킹 제어 기술의 경우에는 엔진의 운전 중에 노킹이 발생되면, 주로 기맵핑된 점화시기의 지각 맵에 의해서만 노킹 강도에 따른 점화시기의 지각이 이루어지게 되므로서 보다 정밀하지 못한 노킹을 제어하여 엔진의 토크 및 출력감소가 수반되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 흡기 물분사 시스템의 경우에는 일반적으로 수분을 분사시키기 위해 워터 탱크와 워터 펌프, 워터 인젝션 밸브, 워터 인젝터로 구성되며, 전자제어장치(ECU)에 맵핑된 양을 공급하도록 워터 인젝션 밸브를 작동시켜 공급량을 제어하게 되고, 워터 펌프에서 펌핑은 되었으나 인젝션 밸브를 통과하지 못하고 잉여 되는 물은 다시 워터 탱크로 리턴되어진다. 따라서 이와 같은 물분사 시스템에서는 운전자가 주기적으로 워터 탱크에 물을 공급해주어야만 하는 불편함이 따르는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 가솔린 엔진의 노킹이 엔진의 흡기 조건에 따라 보다 정밀하게 제어될 수 있도록 하므로서 엔진의 출력저하를 방지할 뿐만 아니라 엔진의 정숙성 및 쾌적성이 향상될 수 있도록 하기 위한 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
엔진의 흡기계의 도중으로 엔진의 노킹 제어에 필요한 물이 분사되도록 하기 위한 인젝터가 형성되는 엔진의 노킹 제어를 위한 시스템에 있어서,
엔진을 순환하며 가열된 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와;
상기 라디에이터를 통과하는 물의 일부를 공급받고, 경우에 따라 이 물에 열을 가하여 수증기로 변환되도록 하기 위한 컨덴서와;
상기한 컨덴서를 통과한 물 또는 수증기를 펌핑하기 위한 워터 펌프와;
상기한 워터 펌프에서 펌핑된 물 또는 수증기가 흡기계의 도중에 분사될 수 있도록 엔진의 흡기계 도중에 장착되는 인젝터와;
상기한 인젝터로 상황에 따라서 물 또는 수증기가 선택적으로 제공되도록 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
상기한 컨덴서는 엔진의 배기계의 도중에 형성되어지되, 상기 배기계를 통과하는 배기가스와 물이 열교환될 수 있도록 상기 배기계의 외주연 측으로 물통로가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 제 1항에 의한 노킹 제어장치가 구비된 엔진의 흡기계 도중에 흡기온 센서와 습도 센서가 추가로 장착된 구조에 있어서,
상기한 흡기온 센서에서 흡입공기의 온도를 측정하는 단계와; 상기한 습도 센서에서 흡입공기의 습도를 측정하는 단계와; 상기한 측정단계에서 측정된 흡기온과 습도을 제어부에 설정된 설정값과 비교하는 단계와; 상기 비교단계에서 측정값과 설정값의 비교결과에 따라 상기 인젝터로 분사되는 물이 액상 상태인지 기상상태인지를 결정하는 단계; 를 포함하여 동작이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의해 구성된 엔진의 노킹 제어장치와 그 제어방법에 따른 구성 및 작용상태를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의해서 구성된 엔진의 노킹 제어장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의해 구성된 엔진의 노킹 제어장치에서 인젝터로 물이 공급되는 상태를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 노킹 제어장치에서 인젝터로 수증기가 공급되는 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 의한 컨덴서의 단면구성도이고, 도 5는 본 발명에 의한 엔진 노킹 제어장치의 작동을 위한 블럭 다이아그램이며, 도 6은 본 발명에 의한 엔진 노킹 제어장치의 동작을 위한 플로우차트를 도시 한 도면이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 인젝터를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의해 구성된 컨덴서를 지시하는 것이며, 일부의 도면부호는 종래기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 인용된다.
상기한 인젝터(30)는 엔진(10)으로 흡입공기가 유입되도록 안내하기 위한 흡기계의 도중에 장착되는 것으로, 본 발명에 의한 인젝터(30)에서는 물 또는 수증기가 선택적으로 분사될 수 있도록 구성된다.
상기한 인젝터(30)로 제공되는 물 또는 수증기가 저장되기 위한 워터 탱크는 본 발명에 의한 구조에서는 별도로 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 종래기술에 의한 워터 탱크를 대신하기 위하여 본 발명에서는 라디에이터(15)를 통과하는 물이 사용될 수 있도록 상기 인젝터(30)와 라디에이터(15) 간에는 워터 공급 라인이 배관된다.
본 발명에서는 상기 인젝터(30)로 보다 효율적인 물공급을 위하여 상기한 라디에이터(15)에서 제공되는 물이 액상의 물과 기상의 수증기 상태로 구분하여 제공되도록 한다. 이를 위하여 액상의 물을 기상의 수증기 상태로 변환시켜주기 위한 컨덴서(40)가 필요하게 되는데, 본 발명에서는 상기 컨덴서(40)가 엔진의 배기계의 도중에 형성된다.
컨덴서(40)의 바람직한 장착위치는 엔진 후방의 TWC(16)와 UCC(17) 사이의 배기계 도중이다. TWC(16)는 엔진(10)의 배기 매니폴드 바로 후측에 마련되는 촉배 컨버터를 지시하는 것이고, UCC(17)는 차량의 언더 패널 하측에 마련되는 촉매를 지시하는 것이다.
도면에서와 같이 TWC(16)와 UCC(17) 사이의 배기계는 하측을 향하여 경사진 기울기를 갖도록 절곡형성되며, 이렇게 경사진 배기계의 외측에 상기한 컨덴서(40)가 장착된다.
즉, 상기한 경사진 배기계(14)의 외주연을 컨덴서(40)의 케이스(41)가 감싸는 상태로 상기 컨덴서가 장착되며, 상기한 배기계의 외주연과 케이스(41)의 내측면 사이에는 라디에이터(15) 측에서 제공된 냉각수가 지나면서 배기가스의 열과 열교환될 수 있도록 하기 위한 물통로(42)가 마련된다.
상기한 물통로(42)는 라디에이터 물공급 라인(43)와 라디에이터 물 리턴 라인(44)을 통해서 상기한 라디에이터(15)와 연결되는데, 가열된 물이 상측에 위치되는 원리를 이용하여 상기 케이스(41)에 일단이 접속되는 상기 라디에이터 물 리턴 라인(44)의 접속위치는 라디에이터 물공급 라인(43)의 접속 위치보다 높은 위치에 설정된다.
한편, 상기한 케이스(41)의 내측 도중은 상기한 인젝터(30) 측으로 물 또는 수증기가 공급될 수 있도록 하기 위하여 상기한 케이스(41)의 상하측에는 상기 인젝터 측을 향하여 각각 물 배출통로(45) 및 수증기 배출통로(46)가 형성된다. 마찬가지로 온도가 높은 상태의 유체가 상부에 위치되는 원리를 이용하여 상기 물 배출통로(45)는 케이스(41)의 하부측에 수증기 배출통로(46)는 케이스(41)의 상부측에 위치된다.
그리고 상기한 물 배출통로(45)에는 물공급 파이프(47)의 일측단이 접속되 고, 수증기 배출통로(46)에는 수증기 공급 파이프(48)의 일측단이 접속된다. 즉, 상기한 컨덴서(40)의 물통로(42)를 통과하며 발생되는 물과 수증기는 각각 다른 파이프를 통하여 인젝터로 공급될 수 있도록 구성된다.
상기와 같이 케이스(41) 내측에 마련된 물통로(42)를 통과하며 생성되는 수증기가 물과는 구분되어 저장될 수 있도록 상기한 컨덴서(40)의 케이스(41)는 그 중간부가 절곡형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 인젝터(30)로 공급되는 물 또는 수증기에 포함된 이물질이 여과될 수 있도록 하기 위하여 상기 물공급 파이프(47)와 수증기 공급 파이프(48)에는 각각 워터 필터(47a) 및 수증기 필터(48a)가 장착된다.
상기한 물 공급 파이프(47)를 통과하는 물이 상기 인젝터(30)로 펌핑될 수 있도록 하기 위해서 상기한 물 공급 파이프(47)의 도중에는 펌프(50)가 형성될 수 있다. 한편, 상기한 수증기 공급 파이프(48)를 통과하는 수증기는 그 자체가 지니는 기상 상태의 높은 압력으로 인젝터(30)까지 흐를 수 있으므로서, 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에서는 별도의 펌핑장치가 장착되지 않았지만 필요한 경우에는 수증기의 압력을 증대시켜주기 위한 펌핑장치가 장착될 수도 있는 것이다.
상기한 펌프(50)는 상기한 물 공급 파이프(47)의 도중에 마련되는 워터 탱크(51)의 내부에 형성되거나, 워터 탱크(51)가 형성되지 않을 경우에는 상기 물 공급 파이프(47)의 도중에 마련되어 물 공급 파이프(47)를 흐르는 물이 직접 펌핑되도록 구성될 수 있는 것이다.
한편, 상기한 수증기 공급 파이프(48)의 도중에는 수증기에서 액상 상태의 물을 분리해내기 위한 워터 세퍼레이터(49)가 장착되고, 이 세퍼레이터(49)에서 분리되는 액상상태의 물은 상기한 펌프(50) 측으로 유도될 수 있도록 상기 워터 세퍼레이터(49)와 펌프(50) 전방의 물 공급 파이프(47) 간에는 물 분리 라인(52)이 연결된다.
상기와 같이 물과 수증기를 각각 분리하여 흐를 수 있도록 배관되는 물 공급 파이프(47)와 수증기 공급 파이프(48)는 어느 위치에서 서로 합류하게 되는데, 이 합류부에는 인젝터(30)로 흐르는 유체가 액상의 물 또는 기상의 수증기에서 선택될 수 있도록 하기 위한 3웨이 밸브(53)가 장착된다.
또한, 상기한 펌프(30)에서 펌핑된 후 상기 펌프(30)와 3웨이 밸브(53) 사이를 통과되는 물의 압력이 소정압력 이상이 되면, 일부의 물이 상기 펌프(50)를 향하여 리턴될 수 있도록 하기 위한 펌프 물 리턴 파이프(54)가 상기한 펌프(50)의 후방측 물 공급 파이프(47)의 도중과 펌프(50) 사이에 연결된다. 그리고 상기한 펌프 물 리턴 파이프(54)의 도중에는 소정압력 이상에서만 개방동작되는 리턴 밸브(55)가 장착된다.
상기 3웨이 밸브(53)와 인젝터(30) 간에는 메인 공급 파이프(32)로써 연결되어지며, 상기한 메인 공급 파이프(32)의 도중에는 인젝터(30)에서 분사되는 물 또는 수증기의 압력이 자동으로 조절되도록 하기 위한 레귤레이터(34)가 장착된다.
특히, 상기한 인젝터(30)로 분사되는 유체의 상태가 액상 또는 기상인 것을 선택하기 위한 제어부(60)로 흡입공기의 상태를 측정하여 제공하기 위한 흡기온 센서(61)와 습도 센서(62)가 상기한 인젝터(30) 전방의 흡기계(13) 도중에 장착된다. 상기한 제어부(50)에는 흡기온 센서(61)와 습도 센서(62)에서 측정된 측정값 이외에도 본 발명에 의한 노킹 제어장치를 제어하기 위한 정보로서 차량의 엔진 속도 정보와 흡기계로 입력되는 공기량 정보가 더 제공될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 각종 센서에서 측정된 측정값을 입력받은 제어부(60)에서는 미리 설정된 설정값과 측정값에서 얻어지는 값을 기초로 하여 상기한 3웨이 밸브(53)의 절환 방향을 결정하게 된다. 상기한 3웨이 밸브(53)의 절환방향에 따라서 상기한 인젝터(30)로 입력되는 물의 상태는 액상 또는 기상으로 결정되어진다.
이상과 같이 구성되는 노킹 제어장치의 제어방법에 따른 작동순서에 따라서 본 발명에 의한 장치를 작동과정을 설명한다.
본 발명에 의한 노킹 제어장치는 흡기온 센서에서 흡입공기의 온도를 측정하는 단계와, 습도 센서에서 흡입공기의 습도를 측정하는 단계와, 측정된 흡기온과 흡기습도를 제어부에 설정된 설정값과 비교하는 단계와, 비교단계에서 비교된 결과값에 따라서 상기한 인젝터로 물을 액상으로 분사할 것인지 기상으로 분사할 것인지를 결정하는 단계를 포함하여 작동이 이루어진다.
특히, 상기한 비교단계에서 인젝터의 분사상태가 워터 인젝션(water injection)으로 이루어질 것인지 베이퍼 인젝션(vapor injection)으로 이루어질 것인지를 결정하기 위한 기준으로 표준상대습도 조건(20℃에서 습도65%)에서 설정된 상대습도(f_RH)가 사용된다. 이 상대습도값(f_RH)과 비교되기 위한 저강도 노크(slight indensity knock) 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_1)과 고강도 노크(heavy indensity knock) 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_2)은 엔진의 주행조건에 따른 대상 맵핑을 통하여 얻어진 흡기온과 상대습도에 따라 제어부에 기설정된다.
상기한 비교단계에서 상대습도(f_RH)가 저강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_1)보다 낮으면 인젝터에서는 물 또는 수증기의 분사기 이루어지지 않도록 비교단계의 상부 단계로 작동단계가 상승된다.
그리고 비교단계에서 상대습도(f_RH)가 저강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_1)과 고강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_2) 사이에 해당되면 워터 인젝션이 이루어지도록 동작된다.
만약, 비교단계에서 상대습도(f_RH)가 고강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_2)보다 높게 판단되는 경우에는 베이퍼 인젝션이 이루어질 수 있도로 동작되어진다.
즉, 본 발명에 의한 장치 및 방법에 의하면 엔진의 운전상황에 따라서 흡기계로 노킹 저감을 위한 물 또는 수증기가 선택적으로 분사되고, 노킹의 강도가 낮을 경우에는 물 또는 수증기의 분사기 이루어지지 않게 되는 것이다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 가솔린 엔진의 노킹이 흡기 조건에 따라서 보다 정밀하게 제어되므로서, 종래의 가솔린 엔진의 노킹 발생시 점화시기 지각만에 의한 엔진의 토크 및 출력저하를 방지하는 커다란 성능향상 효과를 얻을 수 있다. 또한, 흡기계로 분사되는 물을 저장하는 워터 탱크로의 물 보충을 위한 작업이 삭제되는 대신에 라디에이터를 흐르는 물의 일부가 컨덴서로 유입되고, 컨덴서에서 가공된 물 또는 수증기가 상기한 인젝터로 공급되므로서 워터 탱크로의 물보충을 위한 별도의 작업을 수행하지 않아도 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (25)

  1. 엔진의 흡기계의 도중으로 엔진의 노킹 제어에 필요한 물이 분사되도록 하기 위한 인젝터가 형성되는 엔진의 노킹 제어를 위한 시스템에 있어서,
    엔진(10)을 순환하며 가열된 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터(15)와;
    상기 라디에이터(15)를 통과하는 물의 일부를 공급받고, 상기 엔진(10)으로 흡입되는 공기의 상대습도가 고강도 노크 시의 상대습도 임계값보다 높은 경우에 물에 열을 가하여 수증기로 변환되도록 하기 위한 컨덴서(40)와;
    상기한 컨덴서(40)를 통과한 물 또는 수증기를 펌핑하기 위한 펌프(50)와;
    상기한 펌프(50)에서 펌핑된 물 또는 수증기가 흡기계의 도중에 분사될 수 있도록 엔진의 흡기계(13) 도중에 장착되는 인젝터(30)와;
    상기한 인젝터(30)로 물 또는 수증기가 선택적으로 제공되도록 제어하기 위한 제어부(60); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 컨덴서(40)는 엔진의 배기계(14)의 도중에 형성되어지되, 상기 배기계(14)를 통과하는 배기가스와 물이 열교환될 수 있도록 상기 배기계(14)의 외주연 측으로 물통로(42)가 형성된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기한 컨덴서(40)의 물통로(42) 상측에는 수증기의 배출을 유도하기 위한 수증기 배출통로(46)가 형성되고, 상기 물통로(42)의 하측에는 물의 배출을 유도하기 위한 물 배출통로(45)가 형성된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기한 컨덴서(40)의 케이스(41)의 일측에는 각각 상기한 라디에이터(15)로부터 물을 공급받기 위한 라디에이터 물공급 라인(43)이 접속되고, 상기 케이스(41) 내의 물통로(42)를 통과한 물이 상기 라디에이터(15) 측으로 다시 리턴될 수 있도록 하기 위한 라디에이터 물 리턴 라인(44)이 접속된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기한 라디에이터 물공급 라인(43)은 컨덴서(40)의 케이스(41)에서 하부측에 접속되고, 상기한 라디에이터 물 리턴 라인(44)은 컨덴서(40)의 케이스(41)에서 상부측에 접속된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기한 컨덴서(40)의 케이스(41)는 그 물통로(42)를 통과하는 액상의 물은 하측에 위치되고 기상의 물은 상측에 위치되는 것이 구분될 수 있도록 그 중간부가 절곡형성된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기한 컨덴서(40)와 펌프(50) 사이에 물 또는 수증기의 흐름을 유도하기 위한 공급 파이프는 물 공급 파이프(47)와 수증기 공급 파이프(48)로 양측에 분리형성되는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기한 수증기 공급 파이프(48)의 도중에는 수증기 중에 포함된 불순물을 여과하기 위한 수증기 필터(48a)가 형성된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기한 물 공급 파이프(47)의 도중에는 물 중에 포함된 불순물을 여과하기 위한 워터 필터(47a)가 형성된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용 분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기한 수증기 공급 파이프(48)의 도중에는 상기 수증기 공급 파이프를 통과하는 액상의 물을 분리해내기 위한 워터 세퍼레이터(49)가 장착된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기한 워터 세퍼레이터(49)에서 분리되는 물은 펌프(50) 측으로 흐를 수 있도록 상기 워터 세퍼레이터(49)와 펌프(50) 간에는 물 분리 라인(52)이 접속되는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기한 수증기 공급 파이프(48)와 물 공급 파이프(47)는 펌프(50)의 후방측에서 연결되어지되, 이 연결부에는 상기 인젝터(30) 측으로 수증기 또는 물이 선택적으로 공급될 수 있도록 하기 위한 3 웨이 밸브(53)가 장착된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기한 펌프(50)와 3웨이 밸브(53)가 위치된 사이의 물 공급 파이프(47)의 도중에는 상기한 인젝터(30)를 향하는 물의 압력이 소정 압력 이상일 경우에는 일부의 물이 다시 펌프(50) 측으로 향하도록 하기 위한 워터 펌프 물 리턴 파이프(54)가 연결된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기한 워터 펌프 물 리턴 파이프(54)의 도중에는 일정압력 이상일 경우에만 개방동작되는 리턴 밸브(55)가 장착된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기한 인젝터(30)와 펌프(50) 측을 연결하는 메인 공급 파이프(32)의 도중에는 물 또는 수증기의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(34)가 장착된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기한 인젝터(30)가 위치되는 흡기계의 인젝터 전방측에는 흡입공기의 온도를 측정하기 위한 흡기온 센서(61)가 장착된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기한 인젝터(30)가 위치되는 흡기계의 인젝터 전방측에는 흡입공기의 습도를 측정하기 위한 습도 센서(62)가 더 장착된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기한 흡기온 센서(61)와 습도 센서(62)에서 측정된 측정값은 상기한 제어부(60)로 입력되고, 제어부(60)로 입력된 흡기계의 흡기온과 습도를 기초로 상기 인젝터(30)로 분사되는 물의 상태가 선택되도록 설정된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기한 제어부(60)에는 차량의 엔진 속도 정보 및 흡기계로 입력되는 공기량 정보가 더 입력되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기한 컨덴서(40)는 배기계(14)의 TWC(16)와 UCC(17) 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치.
  21. 제 1 항에 의한 노킹 제어장치가 구비된 엔진의 흡기계 도중에 흡기온 센서와 습도 센서가 추가로 장착된 구조에 있어서,
    상기한 흡기온 센서에서 흡입공기의 온도를 측정하는 단계와;
    상기한 습도 센서에서 흡입공기의 습도를 측정하는 단계와;
    상기한 측정단계에서 측정된 흡기온과 습도를 제어부에 설정된 설정값과 비교하는 단계와;
    상기 비교단계에서 측정값과 설정값의 비교결과에 따라 상기 인젝터로 분사되는 물이 액상 상태인지 기상상태인지를 결정하는 단계; 를 포함하여 동작이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기한 비교단계는 흡기온 센서와 습도센서에서 측정된 흡기온과 습도를 기초로 얻어진 상대습도(f_RH)를 제어부에 기설정된 저강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_1) 및 고강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_2)과 비교하도록 이 루어지는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 상대습도(f_RH)가 저강도 노크시의 상대습도 임계값(f_RH_th_1)보다 낮은 것으로 판단되면, 다시 흡기온과 흡기 습도를 측정하는 단계로 되돌아가 워터 인젝션이나 베이퍼 인젝션이 수행되지 않도록 동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 상대습도(f_RH)가 저강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_1)과 고강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_2) 사이에 해당되는 것으로 판단되면, 인젝터에서 액상의 워터 인젝션이 진행되도록 동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어방법.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 상대습도(f_RH)가 고강도 노크 시의 상대습도 임계값(f_RH_th_2)보다 높은 것을 판단되면, 인젝터에서 수증기상태의 베이퍼 인젝션이 진행되도록 동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어방법.
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