KR101626623B1

KR101626623B1 - 글로 플러그의 통전 제어장치 및 글로 플러그

Info

Publication number: KR101626623B1
Application number: KR1020100044914A
Authority: KR
Inventors: 마나부 오키나카; 도시유키 나카무라
Original assignee: 니혼도꾸슈도교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2016-06-01
Also published as: KR20100123633A; EP2251539A3; EP2251539B1; US8352151B2; EP2251539A2; JP5396144B2; JP2010265816A; US20100292908A1

Abstract

(과제) 엔진에 걸리는 부하의 상태가 과도상태에 있을 때 글로 플러그에 대한 통전을 행해서, 배기가스의 환류량을 증가시킬 수 있는 글로 플러그의 통전 제어장치 및 글로 플러그를 제공한다.
(해결수단) 가속시 등, 엔진에 걸리는 부하가 증가하는 과도상태에 있어서(S14 : YES), EGR량의 증가를 지시하는 지시신호를 ECU에 출력한다(S18). 또한 글로 플러그의 발열저항체에 대한 통전을 저항값(PI) 제어에 의해 행하고(S20), 발열저항체의 온도를 목표온도에서 안정된 상태로 유지해서 연소의 안정성을 높인다. 이것에 의해, 가속시에도 엔진출력을 저하시키지 않고 EGR량을 증가시켜서 NOx의 발생을 효과적으로 억제한다.

Description

글로 플러그의 통전 제어장치 및 글로 플러그{Electricity-Supply Control Apparatus for Glow plug, and Glow Plug}

본 발명은, 엔진에 부착되는 글로 플러그가 가지는 발열저항체에 대한 통전(通電)을 제어하는 글로 플러그의 통전 제어장치 및 글로 플러그에 관한 것이다.

종래, 자동차의 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 복귀측으로 되돌리고, 다시 흡기(吸氣)시키는 배기 재순환(이하, 「EGR(Exhaust Gas Recirculation)」이라고 한다)이라고 불리는 기술이 알려져 있다. EGR를 행하면, 엔진에 흡입되는 공기 중의 산소농도가 저하되기 때문에 연료의 연소가 완만해지고, 또한, 흡입 공기 중에는 산소보다도 열용량이 큰 이산화탄소의 농도가 높아지기 때문에 연소온도의 상승이 억제된다. 그 결과, 질소산화물(NOx)의 생성이 억제되어, 배기가스 중의 NOx 농도를 저감(低減)시킬 수 있다.

한편, EGR량[배기가스의 재순환량을 말한다. 이 EGR량은, 환류(還流) 통로로부터의 환류량이 비율로서 표기되기도 하지만, 이하, 본 발명에 있어서 EGR량을 비율(%)로 표기할 때에는, 엔진의 실린더로 도입되는 대기와 EGR이 혼합된 것에서 EGR이 차지하는 비율을 나타내는 것으로 한다. 또한 엄밀하게는,｛(흡기 가스 중의 EGR의 CO₂)－(대기 중의 CO₂)｝/｛(배기가스 중의 CO₂)－(대기 중의 CO₂)｝라는 계산에 의해 CO₂ 농도로부터 구할 수 있다.]을 증가시키면 흡입공기의 온도가 내려가서 산소농도가 저하되고, 연료의 연소상태가 불안정하게 되어 엔진의 출력저하나 실화를 야기할 우려가 있다. 그 구체적인 예를 도 6에 나타낸다. 여기에서는 시험용 엔진을 사용해서, 아이들링(idling)상태(약 700rpm)에서 엑셀 페달을 최대로 밟음으로써 엔진 회전수를 급상승시켰다. 이때, EGR를 행하지 않은 경우(EGR량 0%)의 엔진 회전수 증가상황을 실선으로 나타낸다. 또, 동일한 조건에서, EGR량을 10%로 한 경우의 엔진 회전수 증가상황을 1점 쇄선으로 나타내고, EGR량을 14.9%로 한 경우의 엔진 회전수 증가상황을 2점 쇄선으로 나타낸다. 또한 EGR량을 18.8%로 한 경우의 엔진 회전수 증가상황을 점선(A)으로 나타내고, EGR량을 23%로 한 경우의 엔진 회전수 증가상황을 점선(B)으로 나타낸다. 이 시험에 의하면, EGR량에 관계없이 엔진 회전수가 약 3000rpm에 도달하면 포화상태가 되어, 엔진의 최대 회전수에 차이가 발생하지 않는다. 그러나, EGR량을 증가시킬수록, 엔진 회전수가 약 700rpm에서 약 3000rpm으로 증가할 때까지 걸리는 시간이 증가하는 것을 알 수 있다. 즉, EGR량을 증가시키는 만큼, 토크가 저하되는 것을 알 수 있다.

그러나, 엔진의 냉간(冷間) 시동, 또는 냉간 시동 직후 등, 엔진이 충분히 데워져 있지 않을 때에는, 시동을 보조하거나 안정적인 구동을 위해 글로 플러그가 사용된다. 그리고, 이러한 경우에는, 흡입공기의 온도가 낮기 때문에 NOx의 저감을 기대할 수 있다. 착화성을 확보하면서 NOx를 저감시키는 것에 있어서는, 글로 플러그의 온도를 1100℃ 이상으로 하면 좋은 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 한층 더 NOx의 저감을 도모하려면 EGR량을 증가시키면 좋지만, 연소의 불안정화를 야기한다. 따라서, 글로 플러그에 대한 통전이 이루어지는 엔진의 냉간 시동시에 EGR량을 증가시켜서, NOx의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

발명자 등에 의하면, 냉간 시동시뿐만 아니라, 가속시 등의 엔진에 걸리는 부하가 증가할 때에도, 글로 플러그의 통전을 행하면 엔진의 안정적인 구동을 기대할 수 있는 것을 알 수 있었다. 구체적으로 시험의 결과를 도 7에 나타낸다. 여기에서는 상기와 동일한 시험용 엔진을 사용해서, 아이들링상태(약 700rpm)에서 엑셀 페달을 최대로 밟아서 가속을 행하였다. 이때, EGR를 행하지 않은 경우(EGR량 0%)의 엔진 회전수 증가상황을 실선으로 나타내고, 이것을 기준이 되는 엔진 회전수 증가상황으로 한다. 그리고, 글로 플러그를 1100℃로 가열하고 EGR량을 적절히 변경하면서, 기준과 거의 동일한 엔진 회전수 증가상황(엔진 회전수가 약 700rpm에서 약 3000rpm으로 증가할 때까지 걸리는 시간이나, 최대 회전수가 과도기(過渡期)에 있어서 기준과 거의 동일하게 되는 상황)이 얻어졌을 때(1점 쇄선으로 나타낸다)의 EGR량을 구한 결과, 7.2%였다. 같은 형태로, 글로 플러그를 1200℃, 1300℃로 가열했을 때에, 기준과 거의 동일한 엔진 회전수 증가상황이 얻어졌을 때(각각, 2점 쇄선, 점선으로 나타낸다)의 EGR량을 구한 결과, 각각, 8.9%, 10.9%였다. 이 시험에 의하면, 가속시 등 엔진에 걸리는 부하가 증가한 상황에서도, 글로 플러그를 가열해서 그 온도를 높이면, 연소를 보다 안정시킬 수 있고, 따라서, 엔진출력을 저하시키지 않고, EGR량을 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

특허문헌 1 : 일본국 특허공개공보 제2008－89233호 특허문헌 2 : 일본국 특허공개공보 제2008－196311호

그러나, 자동차의 엑셀 페달을 밟았을 때 연료 분사량이 증가하기 때문에, 리치(rich) 분위기가 되기 쉬우므로 NOx 발생량의 증감(변화)이 커질 우려가 있다. NOx의 저감을 도모하는데에는 가능한 한 EGR량을 증가시키는 것이 바람직하지만, 엔진 회전수가 증가할 때에는 엔진 내에서 발생하는 와류(swirl) 등의 영향을 글로 플러그가 받기 쉬워지기 때문에, 발열온도가 변화하기 쉽고 안정되기 어려운 상황에 있다. 구체적으로, 도 8에 나타낸 바와 같이, 엔진에 걸리는 부하가 급격하게 증가할 때(엔진 회전수가 단시간 내에 상승할 때)에는 글로 플러그의 온도도 크게 변화하며, 본 예에서는 약 220℃의 온도 변화 폭이 발생하고 있다. 와류 등의 영향으로 글로 플러그의 온도가 변화해서 일시적인 온도저하가 야기되었을 때, EGR량이 적절하지 않으면 토크의 저하가 발생해서 운전 성능을 해칠 우려가 있다. EGR량을 적절하게 하는데에는, 가속시에 있어서의 글로 플러그의 온도 안정화를 도모하면 좋지만, 글로 플러그의 발열상황이나 엔진 내에서의 와류 발생상황이 자동차에 따라 개체 차이를 일으킬 수 있다. 따라서, 엔진마다, 글로 플러그의 온도와 엔진 회전수 증가상황을 매핑(mapping)하지 않으면 글로 플러그의 온도 안정화가 어렵고, 또, 매핑을 행하면 비용이 소요된다. 따라서 종래에는, 운전 성능의 확보를 우선해서, 가속시에는 토크 저하를 야기할 우려가 있는 EGR을 행하지 않는 운용이 이루어졌다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 엔진에 걸리는 부하의 상태가 과도(過渡)상태에 있을 때 글로 플러그에 대한 통전을 행해서, 배기가스의 환류량을 증가시킬 수 있는 글로 플러그의 통전 제어장치 및 글로 플러그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 형태에 의하면, 엔진의 흡기통로와 배기통로의 사이를 접속하는 환류통로에 형성된 환류밸브의 개폐를 제어해서, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 일부를 흡기측으로 환류시키는 환류량을 조정하는 외부장치에 접속됨과 아울러, 상기 엔진에 부착되는 글로 플러그가 가지는 발열저항체에 대한 통전을 제어하는 글로 플러그의 통전 제어장치에 있어서, 상기 엔진의 시동 후에 있어서, 상기 외부장치에서 얻어진 상기 엔진의 구동상태에 관한 정보에 기초해서, 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가, 저부하측에서 고부하측으로 이행하는 과도상태에 있는지의 여부를 판단하는 과도판단수단과; 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가 상기 과도상태에 있다고 판단된 경우에, 상기 발열저항체에 통전을 행하는 통전수단과; 상기 발열저항체에 대한 통전에 맞춰서, 상기 배기가스의 상기 환류량을 증가시킬 수 있는 것을 알리는 알림신호를 상기 외부장치에 대해서 출력하는 출력수단;을 구비한 글로 플러그의 통전 제어장치가 제공된다.

제 1 형태에서는, 가속시 등의 엔진에 걸리는 부하의 상태가 저부하측에서 고부하측으로 이행하는 과도상태에서 발열저항체에 대한 통전을 행해서, 연소의 안정성을 높임과 아울러, 외부장치에 대해서, 배기가스의 환류량을 증가시키도록 알림신호를 출력할 수 있다. 즉, 배기가스의 환류량이 증가함에 따라 발생할 수 있는 연소 안정성의 저하를, 발열저항체에 대한 통전에 의해 억제함으로써, 엔진출력의 유지와 배기가스의 정화를 양립시킬 수 있는 것이다. 따라서, 과도상태에서의 운전 성능을 해치지 않고 배기가스의 환류량을 증가시킬 수 있으므로, 종래보다 확실하게 NOx의 발생을 억제할 수 있다.

또, 제 1 형태는, 상기 통전수단에 의해 상기 발열저항체에 대한 통전을 행할 때에 상기 발열저항체의 저항값을 취득하는 취득수단을 구비하면 좋다. 그리고, 상기 통전수단은, 취득된 상기 발열저항체의 저항값이, 상기 발열저항체의 승온(昇溫) 목표로 하는 온도에 대응하는 상기 발열저항체의 목표 저항값에 일치하도록, 상기 발열저항체에 대한 통전량을 제어해도 좋다. 과도상태에서는 엔진의 연소실 내에 대한 흡기량이나 배기량의 변화가 커지기 때문에, 와류 등에 의해 발열저항체의 온도변화가 격렬해지기 쉽다. 또, 엔진출력을 저하시키지 않고 환류시키는 배기가스의 환류량의 상한은 발열저항체의 온도에 따라 변화한다. 제 1 형태에서는, 발열저항체에 대한 통전량을, 발열저항체의 저항값이 목표 저항값에 일치하도록 제어할 수 있으므로, 과도상태에서의 엔진 회전수 등의 파라미터와 발열저항체의 온도에 대한 매핑을 행하지 않고도, 발열저항체의 온도 안정화를 용이하게 도모할 수 있다. 따라서, 과도상태에서 배기가스의 환류량를 세세하게 조정하지 않고도 충분하고 확실하게 NOx의 발생을 억제할 수 있다.

또, 제 1 형태에 있어서, 상기 알림신호에는, 상기 발열저항체의 승온목표로하는 온도에 대응시킨 상기 환류량의 증가분에 관한 정보가 포함되어도 좋다. 제 1 형태에서는, 외부장치에 대해서 출력하는 알림신호에 환류량의 증가분에 관한 정보를 포함시킴으로써, 단지 환류량을 증가시킬 수 있는 상태에 있는 것을 알릴 뿐만 아니라, 구체적으로 증가시킬 수 있는 환류량을 알릴 수 있다. 따라서 외부장치에서는, 통전 제어장치로부터 보내진 알림신호에 포함되는 환류량의 증가분에 관한 정보에 따라, 배기가스의 환류량을 증가시키는 처리를 행하면 충분하므로, 환류량의 증가분을 산출하기 위한 복잡한 연산회로를 조립하지 않고도, 가속시에도 배기가스를 용이하게 정화할 수 있는 시스템을 구축할 수 있다.

또, 제 1 형태는, 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가 상기 과도상태에 있다고 판단된 경우에, 또한 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가, 소정의 이행상태보다 급격하게 저부하측에서 고부하측으로 이행하는 급변(急變)상태에 있는지의 여부를 판단하는 급변판단수단을 구비해도 좋다. 그리고, 상기 통전수단에 의한 상기 발열저항체에 대한 통전과, 상기 출력수단에 의한 상기 알림신호의 출력이, 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가 상기 급변상태에 있다고 판단된 경우에 행해져도 좋다. 과도상태에 있어도 엔진에 걸리는 부하 증가의 정도가 비교적 작은 경우, 비(非) 가속시와 동등하게 배기가스를 환류시키면 NOx의 발생을 충분히 억제할 수 있는 경우도 있다. 따라서, 배기가스의 환류량 증가는, 과도상태 중이더라도, 급변상태라고 판단된 경우에만 행하는 것만으로도, 엔진출력의 유지와 배기가스의 정화를 충분히 양립시킬 수 있다.

또, 제 1 형태에 있어서, 상기 통전수단은, 상기 발열저항체의 온도가 1200℃ 이상이 되도록 상기 발열저항체에 대한 통전을 행해도 좋다. 발열저항체의 온도를 높이면, NOx의 발생을 억제하는데 있어서, 보다 많은 배기가스를 환류시켜도 엔진출력을 충분히 유지할 수 있다. 그리고, 발열저항체의 온도를 1200℃ 이상으로 하면, 엔진출력을 유지한 상태에서 배기가스의 환류량을 보다 효과적으로 증가시킬 수 있다.

본 발명의 제 2 형태에 의하면, 제 1 형태에 관한 글로 플러그의 통전 제어장치에 접속되어 통전상태를 제어하는 글로 플러그에 있어서, 상기 엔진 회전수가, 아이들링상태에서의 제 1 회전수로부터, 상기 제 1 회전수보다 큰 제 2 회전수에 도달할 때까지 걸리는 시간을 X라고 하고, 상기 발열저항체의 온도가, 비(非) 통전상태 및 아이들링상태에서, 상기 엔진으로부터의 받는 열에 의해 가열되는 제 1 온도에서, 상기 제 1 온도보다 높으며 상기 발열저항체의 승온목표로 하는 제 2 온도로 승온될 때까지 걸리는 시간을 Y라고 했을 때에, Y/X≤0.6을 만족하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그가 제공된다. Y/X가 커질수록, 엔진출력을 유지한 상태에서 배기가스의 환류량을 증가시키는 한도가 낮아지고, NOx의 발생을 효과적으로 억제하기 어려워진다. Y/X가 0.6 이하인 경우, 0.6보다 큰 경우에 비해서 발열저항체의 승온속도와 엔진 회전수 상승속도의 양호한 밸런스를 얻을 수 있으므로, NOx의 발생을 충분히 억제할 수 있다.

또, 제 2 형태에 있어서, 상기 발열저항체의 상기 제 2 온도를 1200℃로 했을 때에, 0.5≤Y≤3.0[sec.]를 만족해도 좋다. 발열저항체를 신속하게 승온시킬 수 있으면, 배기가스의 환류량(EGR량)을 증가시켜도 엔진에 대한 부하가 억제되고, 승온시간이 3.0초 이내이면 NOx의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 또, Y는 작을수록 바람직하지만, Y가 0.5초 미만인 경우에는, 단위시간당 발열저항체에 공급하는 전력을 크게 하거나, 보다 고가인 재료를 사용해서 급속히 승온시킬 수 있는 발열저항체를 개발할 필요가 있으므로, 제조원가의 상승을 야기할 우려가 있다.

도 1은 엔진(10)의 흡/배기계의 개략적인 구성을 나타내는 도면
도 2는 GCU(30)에서 실행되는 통전 제어프로그램의 메인 루틴의 플로차트
도 3은 엔진에 걸리는 부하가 증가할 때의 NOx의 발생량을, 엔진에 걸리는 부하의 상태는 변경하지 않고, 발열저항체의 목표온도를 다르게 해서 비교한 그래프
도 4는 Y/X와 NOx의 발생량의 관계를 나타내는 그래프
도 5는 글로 플러그의 발열저항체의 승온시간과 NOx의 발생량의 관계를 나타내는 그래프
도 6은 EGR량의 차이에 따라 엔진 회전수 증가상황이 다른 모습을 나타내는 그래프
도 7은 엔진 회전수 증가상황이 일정하게 되도록, 발열저항체의 목표온도와 EGR량을 조정해서 비교한 그래프
도 8은 발열저항체에 대한 통전을 행할 때, 와류 등의 영향을 받아서 엔진 회전수가 변화함에 따라, 발열저항체의 온도가 변화하는 모습을 나타내는 그래프

이하, 본 발명을 구체화한 글로 플러그의 통전(通電) 제어장치 및 글로 플러그의 일 실시형태에 대해서, 도면을 참조해서 설명한다. 본 실시형태에서는, 글로 플러그의 일례로서, 자동차의 디젤 엔진(10, 이하에서는 간단히 「엔진」이라고 한다)의 시동 보조 및 구동 안정성의 향상을 위해 사용되는 글로 플러그(20)를 예로 들어서, 이 글로 플러그에 대한 통전을 제어하는 글로 제어장치(30, GCU 「Glow Control Unit」)를 통전 제어장치의 일례로서 설명한다.

도 1에 나타낸 GCU(30)는 글로 플러그(20)에 대한 통전을 제어하는 장치이며, 도시하지 않는 배터리로부터 전력을 공급받아서 구동된다. GCU(30)는 공지의 CPU, EEPROM, 및 RAM(도시생략)을 탑재하고, CPU가 실행하는 각종 프로그램에 따라 글로 플러그(20)에 대한 통전을 제어한다. GCU(30)는 공지의 자동차 전자제어장치(40, ECU「Electronic Control Unit」)와, CAN(Controller Area Network)을 사용한 통신에 의해 접속되어 있다. 또한 ECU(40)가 본 발명에 있어서의 「외부장치」에 상당한다.

또한 도 1에서는, GCU(30)에 의해 통전 제어되는 글로 플러그(20)나, 글로 플러그(20)가 부착되는 엔진(10)의 실린더(11)를 하나만 나타내지만, 실제 엔진에는 복수의 실린더가 형성되어 있고, 글로 플러그나, 이것에 대응하는 GCU(30) 내의 통전 회로는, 실린더의 수만큼 형성되어 있다. GCU(30)에 의한 통전 제어는, 각 글로 플러그에 대해서 각각 독립적으로 행해지지만, 제어방법은 동일하다. 따라서 본 실시형태의 설명에서는, 임의의 하나의 글로 플러그(20)에 대한 GCU(30)가 행하는 통전 제어에 대해서는 이하에 설명한다.

이어서, 엔진(10)의 실린더(11)에는, 흡기(吸氣)통로(50)와 배기통로(60)가 접속되어 있고, 각각, 흡기밸브(51)와 배기밸브(61)의 개폐에 의해 실린더(11)의 내부와 연이어 통하게 된다. 또, 실린더(11)에는, 상기한 글로 플러그(20)와 인젝터(12)가 부착되어 있다. 인젝터(12)는, 도시하지 않는 연료 파이프를 통해서 공급되는 고압 처리된 연료를, 전자밸브의 개폐에 의해 실린더(11) 내로 분사한다. 인젝터(12)는 ECU(40)에 접속되어 ECU(40)에 의해 분사 타이밍을 제어한다.

또, 글로 플러그(20)는, 예를 들면, 절연 세라믹으로 이루어지는 기체(基體)에, 텅스텐이나 몰리브덴 등의 고융점 재료를 사용해서 발열 패턴을 형성하고 고온에서 소성(燒成)함으로써, 발열저항체(21)가 되는 소위 세라믹 글로 플러그를 사용하고 있다. 발열온도를 1200℃ 이상으로 하는 것과 같이 고온영역에서 사용하는데에는 세라믹 글로 플러그가 바람직하지만, 내열성을 포함한 내구성을 확보할 수 있다면, Fe－Cr 합금이나 Ni－Cr 합금 등이 발열저항체로서 피복(sheath)의 내부에 배치되어 이루어지는, 소위 메탈 글로 플러그를 사용해도 좋다. 본 실시형태에서는, 발열저항체(21)로서 자신의 온도상승에 따라 저항값이 증가하는 정(正)의 상관관계를 가지는(환언하면, 저항 온도계수가 정(正)의 값을 가진다) 것을 사용하고 있다. 메탈 글로 플러그를 사용하는 경우에도 상기와 마찬가지로, 발열저항체의 온도와 저항값의 관계가 정의 상관관계를 가지면 좋다. 또한 글로 플러그에 대해서는 공지이므로 상세한 설명은 생략한다.

이어서, 흡기 통로(50)에는 흡기 스로틀(52)이 형성되어 있고, 흡기 스로틀(52)의 상류측에는 인터쿨러(53)가 형성되어 있다. 또한 인터쿨러(53)의 상류측에는 컴프레서(54)가 형성되어 있다. 컴프레서(54)는 흡기되는 공기를 압축하고, 인터쿨러(53)는 압축열에 의해 팽창한 공기를 냉각해서 압축밀도를 높인다.

또, 배기통로(60)에는 터빈(62)이 형성되어 있고, 터빈(62)은 샤프트(65)를 통해서 흡기측의 컴프레서(54)에 연결되어 있다. 배기통로(60)를 유통하는 배기가스에 의해 터빈(62)이 구동되면 컴프레서(54)가 연동되어 흡기통로(50)를 유통하는 공기가 압축된다.

그리고 흡기통로(50)와 배기통로(60)의 사이에는, 환류(還流)통로(70)가 형성되어 있다. 환류통로(70)는, 배기통로(60)를 유통하는 배기가스의 일부를 흡기통로(50)측으로 재순환시키기 위한 유로(流路)를 형성한다. 환류통로(70)의 상류측(배기통로(60)측)에는 EGR(exhaust gas recirculation)쿨러(71)가 형성되어 있어서, 배기통로(60)에서 환류통로(70) 내로 도입되는 배기가스가 냉각된다. 또, 환류통로(70)의 하류측에는 EGR스로틀(72)이 형성되어 있고, ECU(40)에 의해 개방도(%)가 제어되어, EGR량이 조정된다. 또한 EGR량이 조정될 때에는, 흡기 스로틀(52)의 개방도도 아울러서 변경되어, 실린더(11)로 도입되는 공기 중의 외기(外氣)와 EGR량의 비율이 조정된다. 또, EGR스로틀(72)이 본 발명에 있어서의 「환류밸브」에 상당한다.

상기와 같이 구성된 엔진(10)에서는, 흡기통로(50)를 유통해서 흡기밸브(51)에서 실린더(11) 내로 도입되는 공기가 피스톤(13)에 의해 압축되고, 압축열에 의해 고온이 된 상태에서, 엑셀 페달(도시생략)을 밟는 양에 따라 인젝터(12)로부터 분사되는 연료와 혼합·착화되어, 폭발로 발생하는 연소압에 의해 피스톤(13)을 구동시켜서 동력을 발생시킨다. 냉간(冷間) 시동시에는 엔진(10)이 아직 충분히 데워져 있지 않기 때문에 착화가 불안정하지만, 글로 플러그(20)에 대한 통전에 의해 발열저항체(21)가 가열되어, 발화의 안정성을 도모할 수 있다. 연소 후의 배기가스는 배기밸브(61)에서 배기통로(60)로 배출되고, 배기통로(60)를 유통해서 터빈(62)을 구동시키면서, 도시 생략한 정화장치를 통해서 차 밖으로 배출된다. 한편, 터빈(62)은 샤프트(65)를 통해서 컴프레서(54)를 구동시키고, 흡기통로(50)로 도입되는 새로운 공기를 압축한다. 압축된 공기는 고온이 되고, 팽창에 의해 밀도가 저하되지만, 인터쿨러(53)를 통과할 때에 냉각되어 고(高)밀도화된다. 그리고 흡기 스로틀(52)의 개방에 의해 흡기밸브(51)를 통해서 실린더(11) 내로 도입되는데, 이때, 환류통로(70)를 통해서 배기가스의 일부가 혼합된다. 그리고 배기가스가 혼합된 공기가 실린더(11) 내로 도입되고 연소가 발생했을 때, 산소농도의 저하에 수반한 연소의 완만화와, 이산화탄소농도의 증가에 수반한 연소온도상승의 억제에 의해 NOx의 생성이 억제되는 것이다.

본 실시형태에서는, 상기와 같은 EGR에 의한 NOx 생성의 억제를, 엔진(10)에 걸리는 부하가 증가했을 때에도 행하고 있다. 그리고, 부하가 증가했을 때에 EGR량을 증가시키는 것에 있어서는, EGR에 수반한 온도저하에 의해 연소가 불안정하게 되지 않도록, 글로 플러그(20)의 발열저항체(21)에 대한 통전을 행할 필요가 있다. 또한 단지 글로 플러그(20)에 대한 통전을 행할 뿐만 아니라, 발열저항체(21)의 온도를 확실하게 목표로 하는 온도에 유지시킬 필요도 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 글로 플러그(20)에 대한 통전을 PI(proportional integral) 제어방식에 의해서 행하고 있다.

그리고, PI 제어방식에 의한 글로 플러그(20)에 대한 통전 제어를 행하는데 있어서, 발열저항체(21)의 온도와 저항값의 상관관계에 대해서, 캘리브레이션(calibration, 보정)을 행하고 있다. 여기에서, 캘리브레이션의 원리에 대해서 간단하게 설명한다.

각각의 글로 플러그, 특히 발열저항체의 저항값에는 여러 요인에 의한 불균등이 발생하며, 동일 품번의 것이어도, 온도와 저항값의 관계가 동일 품번 내에서 일치하는 것은 아니어서, 상기 불균등의 영향을 받는다. 그러나, 투입 전력의 적산량(積算量)과 발열량의 관계는 저항값에 의존하지 않기 때문에 비교적 불균등이 작다. 따라서, 기준으로 하는 발열저항체에 통전을 행하고, 그 온도상승을, 제어목표로 하는 온도(목표온도)에서 포화(飽和)시켜서, 그때까지의 투입 전력의 적산량(적산 전력량)을 구한다. 이 적산 전력량을, 캘리브레이션의 대상으로 하는(별개체의) 발열저항체에 투입하면, 대상인 발열저항체의 온도를 목표온도로 할 수 있다. 그러므로, 이때의 교정 대상인 발열저항체의 저항값을, 목표 저항값에 대응한 보정 전 저항값으로서 구한다. 그리고, 캘리브레이션 대상의 발열저항체의 저항값이 목표 저항값이 되도록 PI 제어를 행하면, 발열저항체의 온도를 목표온도로 유지할 수 있게 된다.

본 실시형태의 GCU(30)에서는, 글로 플러그(20)에 첫 번째 통전을 행할 때(출하 시점이나 교환 시점 등)에 발열저항체(21)의 캘리브레이션을 행하고, 발열저항체의 개체 차이를 고려한 목표 저항값을 취득해서, 도시 생략한 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)에 기억시키고 있다. 그리고, 후술하는 통전 제어프로그램에서 읽어들여서, 발열저항체(21)의 저항값이 목표 저항값이 되도록 PI 제어를 행하는 것이다.

또한 목표 저항값을 취득하는데 있어서, 본 실시형태에서는 발열저항체(21)의 목표온도를 1200℃ 이상(예를 들면 1300℃)으로 설정하고 있다. 상기한 바와 같이, NOx 저감효과는 발열저항체(21)의 온도를 1100℃ 이상으로 한 경우에 인정되지만, 후술하는 실시예 1에 의하면, 1200℃ 이상으로 하면 보다 현저한 NOx 저감효과를 얻을 수 있다.

이어서, GCU(30)가 글로 플러그(20)에 대해서 행하는 통전 제어의 구체적인 예에 대해, 도 1을 참조해서 도 2에 나타낸 통전 제어프로그램의 플로차트에 따라 설명한다. 또한 플로차트의 각 스텝에 대해서는 「S」라고 간략하게 기재한다. 또, 엔진(10)의 냉간 시동, 또는 냉간 시동 직후에는, 시동을 보조하거나 안정적인 구동을 위해 글로 플러그(20)에 대한 통전을 행하지만, 통전 제어프로그램은, 상기 통전이 종료되고 나서 실행되는 것으로 한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 통전 제어프로그램이 실행되면, 우선 초기설정이 행해진다(S10). 여기에서는, EEPROM(도시생략)에 기억되어 있는 발열저항체(21)의 목표 저항값을 RAM으로 읽어들여서, 후술하는 바와 같이 엔진에 걸리는 부하가 증가되어 통전(저항값 PI 제어)을 행할 때에 사용한다. 목표 저항값은, 엔진에 걸리는 부하가 증가되어 통전을 행할 때에 발열저항체(21)의 유지 목표로 하는 목표온도(예 1300℃)에 대응시켜서, 상기한 캘리브레이션에 의해 미리 설정된 저항값이다. 또, 후술하는, 목표온도에 대응하는 EGR스로틀(72)의 개방도 증가분(%)(즉 EGR량의 증가분)도 미리 EEPROM에 기억되어 있어서 RAM으로 읽어들인다.

이어서, 엔진의 구동상태에 관한 정보가 취득된다(S12). 이 처리에서는, CAN에 의해 접속된 ECU(40)에서, 엔진(10)의 구동상태가 과도(過渡)상태에 있는지의 여부를 판단하기 위해 필요한 정보가 취득된다. 구체적으로는, 엑셀 페달을 밟은 양, 엔진 회전수, 연료 분사량, 연료 분사 횟수 등, 엔진(10)의 구동상태에 관한 정보를 얻는다. 또한 과도상태란, 엔진(10)에 걸리는 부하의 상태가 저부하측에서 고부하측으로 이행하는 상태에 있는 것을 말한다. 환언하면, 엔진(10)에 걸리는 부하의 상태가 증가 중인 경우를 말하고, 무부하에서 저부하로 이행하거나, 중부하에서 고부하로 이행하는 경우 등, 부하가 증가측으로 변동하는 과도기에 있는 상태를 가리킨다.

그리고, 얻어진 정보를 기초로, 엔진(10)이 과도상태에 있는지의 여부를 판단한다(S14). 상세에 대해서는 공지이기 때문에 생략하지만, 예를 들면 엑셀 페달을 밟은 양이나 엔진 회전수가 단시간 동안에 크게 증가한 경우 등, 엔진(10)의 구동상태에 관한 정보를 과거 수차례분 기억하고, 시간당 변화를 해석함으로써, 엔진(10)이 과도상태에 있는지의 여부에 대해서 판단할 수 있다.

엔진(10)이 과도상태가 아니면(S14 : NO), S12로 돌아와서 엔진의 구동상태에 관한 새로운 정보를 취득한다. 엔진(10)이 과도상태에 있는 경우(S14 : YES), 그 과도상태가 급변상태에 있는지의 여부에 대해서 더 판정한다(S16). 급변상태란, 엔진(10)에 걸리는 부하의 상태가 상기한 과도상태에 있고, 그 중에서도, 소정의 이행상태보다 급격하게 저부하측에서 고부하측으로 이행하는 상태에 있는 것을 말한다. 환언하면, 엔진(10)에 걸리는 부하의 상태가, 단지 증가중일 뿐만 아니라, 소정의 증가분보다도 더 크게 증가 중인 경우를 말한다. 예를 들면, 시간당 엑셀 페달을 밟은 양이 소정의 크기(%)보다 큰 경우, 또는 엔진 회전수의 변화(차이)가 소정의 회전수보다 큰 경우 등을 급변상태로서 판정할 수 있다. 기준이 되는 소정값은 엔진의 구동상태에 관한 정보의 종류에 따라 다르지만, 취급하는 정보에 따라 미리 설정해서 EEPROM에 기억시켜 두면 좋다.

엔진(10)이 급변상태가 아니면(S16 : NO), 상기와 같은 형태로, S12로 돌아와서 엔진의 구동상태에 관한 새로운 정보를 취득한다. 엔진(10)이 급변상태에 있는 경우(S16 : YES), CAN를 통해서 ECU(40)에 지시신호가 출력된다(S18). 이 지시신호는 ECU(40)에 EGR스로틀(72)의 개방도의 증가분(%)을 지시하는 것이며, 실린더로 도입되는 가스 중의 EGR 비율을 증가시키는 것이다. 상기한 바와 같이, 글로 플러그(20)에 대한 통전을 행하고, 발열저항체(21)의 온도를 목표온도(예 1300℃)에 유지함으로써, 엔진에 걸리는 부하가 증가되었을 때에 엔진(10)의 출력을 저하시키지 않고 EGR량을 증가시킬 수 있다. 목표온도와 증가 가능한 EGR량의 관계는 미리 실험 등에 의해 구해져 있고, 목표온도에 대응하는 EGR스로틀(72) 개방도의 증가분(%)이 EEPROM에 기억되어 있다. 지시신호에는 S10에서 RAM으로 읽어들인 EGR스로틀(72)의 개방도의 증가분(%)이 포함된다. 또한 지시신호가 본 발명에 있어서의 「알림신호」에 상당한다.

ECU(40)에서는, 수신한 지시신호에 따라서, EGR스로틀(72)의 개방도를 증가분(%)에 따라 증가시킨다(원래 엔진에 걸리는 부하가 증가되었을 때에 EGR를 행하지 않는 설정인 경우는, EGR스로틀(72)을 개방하고, 그 개방도는 증가분(%)에 따라 개방하는 것으로 한다). 이것에 의해, 환류통로(70)를 통해 배기통로(60)측에서 흡기통로(50)측으로, 보다 많은 배기가스가 도입되어 실린더(11) 내로 도입되게 된다. 실린더(11) 내에서의 연료의 연소는 보다 완만화되고, 또한 연소온도의 상승도 억제되어 NOx의 발생이 한층 더 억제되게 된다.

통전 제어프로그램에서는 EGR량의 증가에 맞춰서 글로 플러그(20)에 대한 통전이 행해진다. 여기에서는, 발열저항체(21)의 저항값이 목표 저항값에 가까워지도록, 저항값과 목표 저항값의 차이에 따라 듀티(duty) 비율을 변화시키는 PI 제어에 의해, 발열저항체(21)에 대한 통전이 행해진다(S20). 또한 엔진의 구동상태에 관한 정보의 취득이 다시 행해지고(S22), 상기와 같은 형태로, 엔진(10)이 과도상태(여기에서는 급변상태)에 있는지의 여부를 판단한다(S24). 급변상태가 계속되고 있으면(S24 : NO), S20로 돌아와서 발열저항체(21)의 저항값 PI 제어가 계속된다.

엔진(10)의 과도상태(급변상태)가 계속되는 중에는, 글로 플러그(20)에 대한 통전과 EGR량의 증가도 계속된다. 그리고, 엔진(10)이 급변상태가 아니라고 판단되어 급변상태가 종료되면(S24 : YES) 통전을 종료시키기 때문에, 발열저항체(21)에 대한 전력의 투입이 정지된다(S26). 또한 부하가 증가되었을 때에 있어서의 EGR량의 증가가 정지되기 때문에, ECU(40)에 대해서 종료신호가 출력된다(S28). ECU(40)에서는, 수신한 종료신호에 따라서 EGR스로틀(72)의 개방도를 원래의 상태로 되돌린다(원래부터 엔진에 걸리는 부하가 증가되었을 때에 EGR를 행하지 않는 설정인 경우에는, EGR스로틀(72)의 개방도를 통상시의 개방도로 한다). 그리고 S12로 돌아와서 다음번의 과도상태에 대한 이행에 대비해서 대기한다.

이와 같이, 통전 제어프로그램에서는, 엔진(10)이 과도상태에 있다고 판단하면, ECU(40)에 대해 EGR량을 증가시키도록 지시하는 지시신호를 출력함과 아울러, 글로 플러그(20)에 통전을 행하고, 발열저항체(21)의 온도가 목표온도가 되도록 유지한다. 여기에서, ECU(40)가 지시신호를 받아 EGR스로틀(72)의 개방도를 지시된 증가분에 맞춰서 크게 하였다고 해도, 실제로 배기가스의 혼입량이 증가된 공기가 실린더(11) 내로 도입되어 NOx의 저감효과가 발휘되기까지는 타임랙(timelag)이 발생한다. 또, 글로 플러그(20)에 대한 통전을 개시하고 나서, 발열저항체(21)의 온도가 목표온도에 도달할 때까지도 마찬가지로 타임랙이 발생한다. 한편, 과도상태로 이행되고 나서(엔진에 걸리는 부하가 증가하기 시작하고 나서) 엔진 회전수가 상승하고, NOx의 발생이 증대하기까지도 타임랙이 있다. 본 실시예에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 환류통로(70)를 실린더(11)의 흡기밸브(51) 및 배기밸브(61)의 근방에 형성함으로써, 엔진 회전수의 상승과 NOx의 저감효과가 발휘되기까지의 타임랙이, 본 발명의 효과를 얻는데 있어서 문제가 되지 않도록 하고 있다. 글로 플러그(20)에 대한 통전에 의해 토크 저하를 피하면서 NOx 저감효과를 발휘시키는데에는, 발열저항체(21)의 승온(昇溫)속도와의 관계가 중요하다고 할 수 있지만, 상기 타임랙을 흡수하기 위한 수단은, 엔진 자체, EGR스로틀의 제어방식, 그 외 보조기구 등을 포함한 엔진 구성·제어에 의해 좌우된다. 따라서, 상기 타임랙이, 이상적으로는 제로, 혹은 실질적으로 문제가 되지 않도록 엔진을 구성하거나 제어하면 좋으며, 그 구체적 수단은 제한되지 않는다.

이때, 엔진(10)이 아이들링상태에 있는 경우에, 글로 플러그(20)에 대한 통전을 개시하고 나서, 발열저항체(21)의 온도가 목표온도에 도달하기까지 걸리는 시간(이하 간단히 승온시간이라고 한다)을 Y[sec.]라고 한다. 단, 아이들링상태에 있어서, 글로 플러그(20)가 비 통전상태이더라도 발열저항체(21)가 실린더(11) 내의 열을 받기 때문에, 발열저항체(21)의 승온시간(Y)은 엔진(10)의 냉간 시동시보다도 짧다. 또, 아이들링상태에서 엑셀 페달을 최대로 밟아서 엔진(10)이 최대 회전수(본 실시형태에서는 약 3000rpm)에 도달하기까지 걸리는 시간을 X[sec.]라고 한다. 이때, 후술하는 실시예 2에 의하면, NOx의 발생을 효과적으로 억제하려면, Y/X를 0.6 이하로 하면 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한 발열저항체(21)의 목표온도를 1200℃로 설정한 경우, 후술하는 실시예 3에 의하면, 0.5≤Y≤3.0[sec.]이면 NOx의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 각종 변형이 가능한 것은 물론이다. 본 실시형태에서는, 엔진(10)의 냉간 시동시의 시동을 보조하기 위해서나, 시동 직후의 안정적인 구동을 위해 행해지는 글로 플러그(20)에 대한 통전이 종료되고 나서, 통전 제어프로그램을 실행했지만, 시동 직후의 안정적인 구동을 위한 통전과 병행해서 통전 제어프로그램을 실행해도 좋다. 또, 본 통전 제어프로그램을 시동을 보조하거나 안정적인 구동을 위한 통전 프로그램과 통합해도 좋다.

또, 엔진(10)이 과도상태에 있는지의 여부의 판단에 대해서, 본 실시형태에서는, ECU(40)로부터 취득한 엔진(10)의 구동상태에 관한 정보를 기초로 해서, GCU(30)측에서 과도상태의 유무에 대한 해석을 행하였다. 이때의 판단 결과를 수회분 기억해서, 엔진(10)의 과도상태가 연속해서 계속되는 경우에 비로소, 엔진(10)이 과도상태에 있다고 판정해도 좋다. 또는, 과도상태의 유무에 대한 해석을 ECU(40)측에서 행하고, GCU(30)측에서는 그 분석결과를 취득하도록 해도 좋다.

또한 ECU(40)로부터 취득하는 엔진(10)의 구동상태에 관한 정보에 기초해서, 운전자의 운전성향을 해석해서 과도상태나 급변상태로의 이행을 예측할 수 있도록 해도 좋다. 예를 들면, 엑셀 페달을 밟은 양의 변화와, 엔진 회전수의 변화의 관계 등을 기록해서 공지의 수법에 의해 해석을 행하면, 운전자마다의 운전성향을 알 수 있다. 그러면, 해석 후에는, 엑셀 페달을 밟은 양의 변화를 모니터하는 것에 의해, 엔진(10)의 구동상태가 과도상태 혹은 급변상태로 이행되려는 타이밍을 추측하는 것도 가능하게 된다. 따라서, 과도상태나 급변상태로 이행되려는 상태를 검지함으로써, 추측에 의해 글로 플러그(20)에 대한 통전을 개시하도록 하면, EGR량의 증가에 수반한 NOx 발생을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다. 또, 승온속도가 비교적 느린 발열저항체를 사용한 글로 플러그이더라도 본 발명의 효과를 충분히 얻을 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 엔진(10)이 급변상태에 있는 경우에, 글로 플러그(20)에 대한 통전과 EGR량의 증가를 지시했지만, 과도상태에 있는 경우에 글로 플러그(20)에 대한 통전과 EGR량의 증가를 지시해도 좋다. 이 경우, 과도상태와 급변상태에 있어서, 발열저항체(21)의 목표온도와 EGR량의 증가량을 다르게 하도록 해도 좋다.

또, 엔진(10)의 흡/배기계는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 환류통로(70)를 1개 가지는 타입의 것을 예로 들었지만, 과급기(터빈(62) 및 컴프레서(54))보다도 배기통로(60)의 하류측의 위치와, 과급기보다도 흡기통로(50)의 상류측의 위치에서 접속하는 제 2 환류통로를 가지는 타입의 것이어도 좋다.

또, 발열저항체(21)의 목표온도를 임의로 설정할 수 있도록 해도 좋다. 발열저항체(21)의 목표온도와, 엔진출력을 떨어뜨리지 않고 증가시킬 수 있는 EGR량(EGR스로틀(72)의 개방도의 증가분(%))을 미리 구해 두고, 테이블화해서 GCU(30)의 EEPROM(도시생략)에 기억시켜 둔다. 통전 제어프로그램에서는, 설정된 목표온도에 대응하는 EGR량을 테이블로부터 읽어들여서, 지시신호에 포함시키면 좋다. 물론, 엔진에 걸리는 부하가 증가되었을 때에 EGR의 증가량을 임의로 설정할 수 있도록 해도 좋고, 이 경우에는 상기한 테이블로부터 발열저항체(21)의 목표온도를 설정하면 좋다.

또한, 본 실시형태에서는, 통전 제어장치의 일례로서 GCU(30)를 들었지만, 통전 제어장치는, 예를 들면 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 칩을 사용한 전자회로로서 제공되고, ECU에 일체로 조립되어도 좋다. 이 경우에는, ECU를 통전 제어장치의 일례로 간주하며, ECU의 내부 회로에서 EGR의 제어를 행하는 회로를 외부장치로 간주하면 좋고, 글로 플러그에 대한 통전·비 통전을 전환하는 FET(Field Effect Transistor) 등의 스위치 소자는 별도로 형성하면 좋다.

<실시예 1>

이어서, 발열저항체의 목표온도의 설정과 NOx 저감효과의 관계에 대해서 평가를 행하였다. 이 평가시험에서는, 시험용 엔진{터보 과급기(turbo charger)를 탑재한 커먼레일식 직접 분사형 3L 엔진(common rail type direct injection 3L engine)}을 아이들링상태(약 700rpm)에서 구동시키고, 그 후, 엑셀 페달을 최대로 밟았다. 본 시험용 엔진의 엑셀 페달을 최대로 밟았을 때의 엔진 회전수는 약 3000rpm이다. 그리고, 이하의 5종류의 조건을 설정해서 각각의 조건 하에서 배출된 배기가스 중에 포함되는 NOx의 농도를 측정하였다.

조건 1 : 글로 플러그에 대한 통전을 행하지 않고, 또한, EGR도 행하지 않는다.

조건 2 : 글로 플러그에 대한 통전은 행하지 않지만, EGR스로틀을 4.7% 개방한 상태에서 EGR를 행하였다.

조건 3 : 발열저항체의 목표온도를 1100℃로 설정하고, 글로 플러그에 대한 통전을 행하였다. 또한, 엔진에 걸리는 부하의 상태가 조건 2의 경우와 같은 상태가 되도록 EGR스로틀의 개방도를 조정하였다.

조건 4 : 발열저항체의 목표온도를 1200℃로 설정하고, 글로 플러그에 대한 통전을 행하였다. 또한, 엔진에 걸리는 부하의 상태가 조건 2의 경우와 같은 상태가 되도록 EGR스로틀의 개방도를 조정하였다.

조건 5 : 발열저항체의 목표온도를 1300℃로 설정하고, 글로 플러그에 대한 통전을 행하였다. 또한, 엔진에 걸리는 부하의 상태가 조건 2의 경우와 같은 상태가 되도록 EGR스로틀의 개방도를 조정하였다. 이 시험의 결과를 도 3에 나타낸다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 글로 플러그에 대한 통전을 행하지 않고 EGR도 행하지 않은 경우(조건 1)에 비해서, EGR(4.7%)을 행한 경우(조건 2)에는 NOx의 발생량이 큰 폭으로 저하되었다. 이어서, 글로 플러그에 대한 통전을 행하면서 엔진에 걸리는 부하의 상태가 조건 2와 같아지도록 EGR량을 조정한 경우(조건 3 ~ 5), EGR량을 증가시킬 수 있고 NOx 발생량을 한층 더 저하시킬 수 있었다. 이때, 발열저항체의 목표온도가 높을수록 NOx 발생량이 저하된 정도가 컸다. 이때, 글로 플러그에 대한 통전을 행하지 않은 조건 2의 경우를 기준으로 각 조건 3 ~ 5의 경우의 NOx 발생량을 비교하였다. 그 결과, 목표온도를 1100℃로 한 조건 3의 경우의 NOx 발생량이 저하된 정도에 비해서, 목표온도를 1200℃, 1300℃로 한 조건 4, 5의 경우의 NOx 발생량이 저하된 정도가 한층 더 큰 것이 확인되었다. 따라서, 발열저항체의 목표온도를 1200℃ 이상으로 설정하면 보다 현저한 NOx 저감효과가 얻어지는 것을 알 수 있었다.

<실시예 2>

이어서, 글로 플러그의 발열저항체의 승온시간(아이들링상태에서 엔진으로부터 받는 열에 의한 온도에서 목표온도에 도달할 때까지 걸리는 시간)과 엔진 회전수의 상승시간(아이들링상태에서의 엔진 회전수로부터, 엑셀 페달을 최대로 밟아서 최대 회전수에 도달할 때까지 걸리는 시간)의 관계에 대해서 평가를 행하였다. 이 평가시험에서는, 우선, 실시예 1과 같이 시험용 엔진을 아이들링상태(본 실시예에서는 약 700rpm)에서 구동시켰다. 이어서, 엑셀 페달을 최대로 밟아서, 밟은 직후의 엔진 회전수가 최대 회전수(엑셀 페달을 최대로 밟았을 때의 회전수로서, 본 실시예에서는 약 3000rpm)에 도달할 때까지 걸리는 시간을 X라고 정의하였다. 이 시간(X)은, 엔진에 걸리는 부하(예를 들면, 비탈길 주행, 차량 중량 등의 외적 부하, 또는 엑셀 페달을 밟은 양, EGR량 등의 내적 부하 등)에 따라 변화한다. 이때, 엔진에 걸리는 부하 중, 변동 요인을 EGR량으로 한정하고(다른 조건은 일정하게 해서), 시간(X)을 5초로 설정하였다.

그리고, 엑셀 페달을 밟음과 동시에 발열저항체에 대한 통전을 개시하고, 발열저항체의 온도가, 현재의 온도(아이들링상태에서 연소에 의해 가열된 온도이며, 본 발명에 있어서는 「제 1 온도」에 상당한다)에서 목표온도(본 발명에 있어서의 「제 2 온도」에 상당하는 것이며, 본 시험에 있어서는 1300℃)에 도달할 때까지의 시간(Y)이 0.5초가 되도록 PWM제어에 의한 조정을 행하고, 목표온도 도달 후에는 목표온도로 유지하였다. 이때의 Y/X는 0.1이 된다. 또, 통전과 동시에 EGR량의 증가를 행하고, 시간(X)이 5초가 되도록 EGR스로틀의 개방도를 조정하였다. 이 상태에서, 엑셀 페달을 밟은 직후에서부터 엔진 회전수가 최대 회전수에 도달할 동안에 배출된 배기가스 중에 포함된 NOx의 농도를 측정하였다. 마찬가지로, 시간(Y)을 1.0 ~ 4.0초의 범위에서 0.5초 마다 변경하고, 시간(X)이 5초가 되도록 EGR량의 증가량을 조정하면서, 각 조건하에서 배기가스 중에 포함된 NOx의 농도를 측정하였다. 이 시험에 의해, Y/X를 0.1 ~ 0.8의 범위에서 0.1씩 다르게 한 8종류의 조건 하에서 각각의 NOx 농도를 얻었다. 그리고 Y/X가 0.1일 때의 NOx 농도를 100%로 하고, Y/X가 0.2 ~ 0.8일 때의 상대적인 NOx 농도의 증가량(%)을 각각 구하였다. 이 시험의 결과를 도 4에 나타낸다.

도 4에 나타낸 바와 같이, Y/X가 커질수록 NOx 농도의 증가량이 증가해 가는 경향이 보이며, Y/X가 0.6 이하인 경우에는 NOx 농도의 증가량을 160% 이하로 억제할 수 있었다. 그러나, Y/X가 0.7일 때에는 250%, 0.8일 때에는 350%가 되어, 증가의 정도가 0.1 ~ 0.6까지의 증가의 정도에 비해서 커졌다. Y/X가 작을수록 글로 플러그를 신속하게 1300℃로 승온시킬 수 있고, 그 결과, 엔진에 대한 부하를 증가시키지 않고 EGR량을 증가할 수 있으며, 도 4에 의하면, Y/X가 0.6 이하이면 NOx의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, Y/X를 0.6 이하로 하면, 발열저항체의 승온속도와 엔진 회전수의 상승속도의 양호한 밸런스를 얻을 수 있고, NOx의 발생을 충분히 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다.

<실시예 3>

또한 글로 플러그의 발열저항체의 바람직한 승온시간에 대해서 확인하기 위한 평가를 행하였다. 이 평가시험에서는 실시예 2와 같은 시험을, 글로 플러그의 승온목표로 하는 온도를 1200℃로 해서 행하였다. 구체적으로, 실시예 1과 같은 시험용 엔진을 아이들링상태(본 실시예에서는 약 700rpm)에서 구동시키고, 엑셀 페달을 최대로 밟아서 엔진 회전수가 최대 회전수(본 실시예에서는 약 3000rpm)에 도달할 때까지의 동안에 배출된 배기가스 중에 포함되는 NOx의 농도를 측정하였다. 이 농도측정은, 발열저항체가 1200℃까지 승온되는 시간을 0.5초 ~ 4.0초의 범위에서 0.5초씩 다르게 한 8종류의 조건을 설정해서 행하였다. EGR량에 대해서는 실시예 2와 같고, 엔진 회전수의 상승시간이 각 조건 사이에서 일정하게 되도록 EGR스로틀의 개방도를 조정하였다. 그리고, 발열저항체가 1200℃까지 승온되는 시간이 0.5초일 때의 NOx 농도를 100%로 하고, 승온시간이 1.0 ~ 4.0초일 때의 상대적인 NOx 농도의 증가량(%)을 각각 구하였다. 이 시험의 결과를 도 5에 나타낸다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 발열저항체가 승온되는데 시간이 걸릴수록 NOx 농도의 증가량이 증가해 가는 경향이 보이고, 승온시간이 3.0초 이하인 경우에는 NOx 농도의 증가량을 170% 이하로 억제할 수 있었다. 그러나, 승온시간이 3.5초인 경우에는 NOx 농도의 증가량이 280%가 되고, 4.0초인 경우에는 333%가 되어서, 증가의 정도가 0.5 ~ 3.0초인 경우의 증가 정도에 비해서 커졌다. 글로 플러그를 신속하게 1200℃도로 승온시킬 수 있으면, EGR량을 증가시켜도 엔진에 대한 부하가 억제되고, 도 5에 의하면, 승온시간이 3.0초 이내이면 NOx의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또, 승온시간은 짧을수록 바람직하지만, 승온시간을 0.5초 미만으로 하는데에는, 단위시간당 발열저항체에 공급하는 전력을 크게 하거나, 보다 고가의 재료를 사용해서 급속하게 승온시킬 수 있는 발열저항체를 개발할 필요가 있으므로, 제조원가의 상승을 야기할 우려가 있다.

10 - 엔진 20 - 글로 플러그
21 - 발열저항체 30 - GCU
40 - ECU 50 - 흡기통로
60 - 배기통로 70 - 환류(還流)통로
72 - EGR스로틀

Claims

엔진의 흡기통로와 배기통로의 사이를 접속하는 환류(還流)통로에 형성된 환류밸브의 개폐를 제어해서, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 일부를 흡기측으로 환류시키는 환류량을 조정하는 외부장치에 접속됨과 아울러, 상기 엔진에 부착되는 글로 플러그가 가지는 발열저항체에 대한 통전(通電)을 제어하는 글로 플러그의 통전 제어장치에 있어서,
상기 엔진의 시동 후에 있어서,
상기 외부장치로부터 얻어지는 상기 엔진의 구동상태에 관한 정보에 기초해서, 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가, 저부하측에서 고부하측으로 이행하는 과도(過渡)상태에 있는지의 여부를 판단하는 과도판단수단과;
상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가 상기 과도상태에 있다고 판단된 경우에, 상기 발열저항체에 통전을 행하는 통전수단과;
상기 발열저항체에 대한 통전에 맞춰서 상기 배기가스의 상기 환류량을 증가 시킬 수 있는 것을 알리는 알림신호를 상기 외부장치에 대해서 출력하는 출력수단;을 구비한 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 통전수단에 의해 상기 발열저항체에 대한 통전을 행할 때에, 상기 발열저항체의 저항값을 취득하는 취득수단을 구비하고,
상기 통전수단은, 취득된 상기 발열저항체의 저항값이, 상기 발열저항체의 승온목표로 하는 온도에 대응하는 상기 발열저항체의 목표 저항값에 일치하도록, 상기 발열저항체에 대한 통전량을 제어하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 알림신호에는, 상기 발열저항체의 승온목표로 하는 온도에 대응시킨 상기 환류량의 증가분에 관한 정보가 포함되는 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가 상기 과도상태에 있다고 판단된 경우에, 또한 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가, 소정의 이행상태보다도 급격하게 저부하측에서 고부하측으로 이행하는 급변상태에 있는지의 여부를 판단하는 급변판단수단을 구비하고,
상기 통전수단에 의한 상기 발열저항체에 대한 통전과, 상기 출력수단에 의한 상기 알림신호의 출력은, 상기 엔진에 걸리는 부하의 상태가 상기 급변상태에 있다고 판단된 경우에 행해지는 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 통전수단은, 상기 발열저항체의 온도가 1200℃ 이상이 되도록 상기 발열저항체에 대한 통전을 행하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그의 통전 제어장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 글로 플러그의 통전 제어장치에 접속되어 통전상태가 제어되는 글로 플러그에 있어서,
상기 엔진 회전수가, 아이들링상태에서의 제 1 회전수로부터, 상기 제 1 회전수보다 큰 제 2 회전수에 도달할 때까지 걸리는 시간을 X라고 하고,
상기 발열저항체의 온도가, 비(非) 통전상태 및 아이들링상태에서, 상기 엔진으로부터 받는 열에 의해 가열되는 제 1 온도에서, 상기 제 1 온도보다 높으며 상기 발열저항체의 승온목표로 하는 제 2 온도로 승온될 때까지 걸리는 시간을 Y라고 했을 때에,
Y/X≤0.6을 만족하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.
청구항 6에 있어서,
상기 발열저항체의 상기 제 2 온도를 1200℃로 했을 때에, 0.5≤Y≤3.0[sec.]을 만족하는 것을 특징으로 하는 글로 플러그.