KR19980071508A

KR19980071508A - 내연 기관용 배기 가스 배출 제어 장치

Info

Publication number: KR19980071508A
Application number: KR1019980005167A
Authority: KR
Inventors: 야스지 이시즈까; 다까시 야마다
Original assignee: 하나와 기이찌; 닛산 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1998-02-19
Publication date: 1998-10-26
Also published as: GB2322815B; KR100302433B1; DE19807054A1; GB2322815A; GB9803730D0; JPH10238339A; US6050086A; DE19807054C2

Abstract

본 발명의 내연 기관용 배기 가스 배출 제어 장치는 전기 가열식 촉매 컨버터와 2차 공기 공급 장치를 포함한다. 컨버터는 2차 공기 공급 장치가 엔진의 배기 가스로 신선한 공기를 공급한 후로부터 소정 시간 지연되어서 전기적으로 가열된다. 이러한 것은 컨버터의 비 지연 전기 가열로 인한 흡입 공기량의 증가를 방지하게 되고, 이에 따라 2차 공기 공급 장치의 열 반응 효과가 보장된다.

Description

내연 기관용 배기 가스 배출 제어 장치

본 발명 명세서에는 일본 특허 출원 제9-36497호의 내용이 참고로 포함된다.

본 발명은 촉매를 최소 유효 작동 온도까지 신속하게 가열하기 위해서 촉매를 전기적으로 가열하고 또한 2차 공기를 촉매로 공급하도록 설치된 배기 가스 배출 제어 장치에 관한 것이다.

일본 특허 공개 제7-11945호에는 전기 가열식 촉매 컨버터와 2차 공기 공급 장치를 포함하는 배기 가스 배출 제어 장치에 대하여 개시되어 있다. 전기 가열식 촉매 컨버터는 전력을 받아서 촉매를 신속하게 가열하는 기능을 한다. 2차 공기 공급 장치는 배기 가스의 열 반응에 의해 배기 가스의 온도가 상승할 수 있도록 하고 또한 촉매에서의 배기 가스의 산화 반응력이 향상될 수 있도록 하기 위해 배기 가스로 신선한 공기를 공급한다. 이러한 종래의 배기 가스 배출 제어 장치는 이와 같은 2가지 방식의 배기 가스 처리를 동시에 실행한다.

그러나 그와 같은 동시 처리 실행은 여러 가지 문제점을 야기한다. 일례로, 전기 가열식 촉매 컨버터는 전기 가열 중에 2KW 내지 3KW 정도로 많은 양의 전력을 소모하므로 전기 가열 중에 전력을 컨버터로 공급하기 위한 교류 발전기의 발전 전력을 증가시켜야 한다. 이와 같은 교류 발전기의 부하 증가는 엔진 부하를 증가시키게 되고 이에 따라 흡입 공기류도 증가하게 된다. 이와 같은 흡입 공기류의 증가는 배기 가스 통로를 통과하는 배기 가스의 통과 속도를 증가시키고, 이에 따라 2차 공기 공급에 의해 보장되어야 할 열 반응 효과는 도13에 도시한 바와 같이 감소하게 된다. 따라서, 촉매의 성능은 불연소 HC 및 CO의 배출량을 증가시킬 정도로 낮아지게 된다. 또한, 흡입 공기량의 증가로 인한 배기 가스 유량의 증가도 불연소 HC와 CO의 배출량을 증가시키게 된다.

본 발명의 목적은 교류 발전기로의 부하 증가는 억제하면서 양호한 배기 가스 배출 제어 성능이 보장되도록 설치되는 향상된 배기 가스 배출 제어 장치를 제공하기 위한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 배기 가스 배출 제어 장치의 제1 실시예의 시스템 구조를 도시하는 개략도.

도2는 제1 실시예의 전기 제어 시스템을 도시하는 회로 선도.

도3은 제1 실시예의 전기 제어 루틴의 흐름도.

도4는 제1 실시예의 전기 제어에 채용된 관계로서 수온과 EHC 작동 지연(on-delay) 시간 간의 관계를 나타내는 표.

도5는 수온과 EHC 작동 지연(on-delay) 시간 간의 또 다른 관계를 나타내는 표.

도6은 작동 지연 제어를 수행하기 위한 범위를 나타내는 그래프.

도7은 작동 지연 제어의 정지 상태를 설명하는 그래프.

도8a, 도8b 및 도8c는 전기 제어에 따른 배기 가스 입구와 배기 가스 출구 온도의 변화를 나타내는 그래프.

도9는 작동 지연 제어에 의해 얻어지는 이점을 나타내는 그래프.

도10은 제2 실시예의 전기 제어 시스템을 나타내는 회로 선도.

도11은 제3 실시예의 전기 제어 시스템을 나타내는 회로 선도.

도12는 제4 실시예의 전기 제어 시스템을 나타내는 회로 선도.

도13은 종래의 배기 가스 배출 제어 장치에 의해 제어된 배기 가스의 온도 변화를 나타내는 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2: 배기 매니폴드

3: 배기 통로

4, 5: 촉매 컨버터

10: 엔진 제어 모듈

11: 배터리

13: 교류 발전기

14, 20, 21: 셀렉터 스위치

17: 공기 펌프

31: 셀렉터 밸브

101, 102, 103, 104, 105: 센서

본 발명에 따른 배기 가스 제어 장치는 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스를 처리하기 위한 것이다. 배기 가스 배출 제어 장치는 배기 가스 변환부와, 공기비 변경부와, 전기 가열 제어부를 포함한다. 배기 가스 변환부는 전력을 받아서 작동되는 자체 가열 기능을 포함한다. 공기비 변경부는 배기 가스가 배기 가스 변환부로 공급되기 전에 배기 가스의 공기비를 증가시킨다. 전기 가열 제어부는 공기비 변경부가 시동하여 기능한 후에 배기 가스 변환부의 전기 가열 시동을 지연시킨다.

도1 내지 도9를 참고하면, 이들 도면에는 본 발명에 따른 내연 기관용 배기 가스 배출 제어 장치의 제1 실시예가 도시되어 있다.

도1에 도시되어 있는 바와 같이, 배기 매니폴드(2)가 V-6형 내연 기관(1)에 연결되어 있다. 배기 매니폴드(2)의 하류측 단부에는 차체의 바닥 아래를 향해 연장되는 배기 통로(3)가 연결된다. 배기 통로(3) 내에는 보조 촉매 컨버터(4)가 배치된다. 보조 촉매 컨버터(4)는 전기 가열식 촉매 컨버터(EHC: electrically- heated catalytic)(4A)와 비전기 가열식의 3방향 촉매 변환기(4B)를 포함한다. EHC(4A)는 모노리스형의 3방향 촉매 캐리어로서 기능하는 코일형 금속판으로 구성된다. EHC(4A)의 코일형 판은 또한 전력을 받아서 가열기로서 기능하기도 한다. 보조 촉매 컨버터(4)의 하류측에는 용량이 크고 비전기 가열식인 주 촉매 컨버터(5)가 설치된다.

또한, 배기 매니폴드(2)에는 전기식 공기 펌프(17)에 의해 2차 공기가 배기 매니폴드(2)의 각각의 포트로 공급될 수 있도록 2차 공기를 통과시키는 2차 공기 공급 통로(6)가 연결된다. 공기 펌프(17)는, 엔진(1)에 의해 구동되도록 설치되는 것이거나, 또는 배기 가스의 맥동류를 이용함으로써 배기 통로(3)로 대기 중의 공기를 공급하는 기능을 하는 리드 밸브(lead valve) 유니트로 할 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 엔진 제어 모듈(ECM)(10)은 EHC(4A)와 전기식 공기 모터(17)를 제어한다. ECM(10)은 스타터 스위치 신호, 수온 신호, 엔진 회전 속도 신호, 배터리 전압 신호, 점화 스위치 신호 등과 같은 엔진 상태량을 검출하기 위한 센서(101 내지 105)로부터 검출 신호를 받는다. 또한, EHC(4A)로부터 배기 가스의 온도를 검출하기 위한 배기 가스 온도 센서(7)가 EHC(4A)의 하류측에 배치되어서 EHC(4A)의 배기 가스 온도를 나타내는 신호를 ECM(10)으로 보낸다.

ECM(10)은 스위치 구동 신호, 목표 전압 듀티 값, EHC 부하 정정 신호 및 구동 신호 각각을 EHC 셀렉터 스위치(EHCSW)(14), 조절 장치(15), 공전 속도 제어 밸브(ISC)(16), 공기 펌프(17) 각각으로 출력한다. 조절 장치(15)는 교류 발전기(ALT)(13)에 연결되어서 ALT(13)의 전력을 ECM(10)으로부터의 목표 전압 듀티 값에 따른 목표 값으로 제어한다. ALT(13)는 배터리(11)와 전기 부하부(12)에 연결된 제1 접촉부(①)와 EHC(4A)에 연결된 제2 접촉부(②)도 구비하는 EHCSW(14)의 입력 단자에 연결된다. 제1 및 제2 접촉부는 ECM(10)으로부터의 SW(스위치) 구동 신호에 따라서 EHCSW(14)를 스위칭함으로써 ALT(13)에 접속된 입력 단자에 선택적으로 접속된다. ISC(16)는 엔진이 공회전 상태에 있을 때에 흡입 공기량 Q를 제어함으로써 엔진 회전 속도를 목표 회전 속도롤 제어한다. EHC(4A)가 ALT(13)에 접속된 때에, ECM(10)은 엔진 부하의 증가에 따른 흡입 공기량 Q를 증가되게 정정하기 위하여 ISC(16)에 스로틀 개도 정정 신호를 출력한다. 공기 펌프(17)는 ECM(10)으로부터의 구동 신호에 따라 구동된다.

이하에서는 도3의 흐름도를 참고하여 EHC(4A)의 전기 신호의 작동 방식에 대하여 설명한다.

단계 S1에서 ECM(10)은 ALT(13)이 배터리(11)와 전기 부하부(12)에 접속되어 있는 초기 위치로 EHCSW(14)를 재설정한다.

단계 S2에서 ECM(10)은 지연 시간을 측정하기 위한 타이머 TIMER1과 EHC(4A)의 작동 상태를 나타내기 위한 플래그 EHCF를 재설정한다.

단계 S3에서 ECM(10)은 EHC(4A)가 전기 가열을 위해 켜져야 하는지 여부를 결정한다. 즉, 2차 공기를 공급하기 위한 조건에 대응하는 EHC(4A)를 켜는 조건이 만족되는지 여부를 결정한다. 보다 상세하게 설명하면, EHC를 켜는 조건은 다음의 (1) 내지 (4)의 조건들이 만족되어야 한다. (1) 스타터 스위치가 OFF된다. (2) 수온 센서에 의해 검출된 엔진 냉매 온도가 80℃와 같은 소정의 온도보다 낮다. (3) 배기 가스 온도 센서(7)로부터의 EHC 배기 가스 온도 TEHC가 소정의 온도보다 낮다. (4) EHC(4A)가 정상이라고 결정된다. 단계 S3에서 대답이 예이면, 배기 가스 통로(3)로의 2차 공기 공급이 개시되도록 ECM(10)은 구동 신호를 공기 펌프(17)로 출력하여서 그 루틴은 단계 S4까지 진행한다. 단계 S3에서의 답이 아니오이면, 그 루틴은 종료로 뛰어넘어서 EHC(4A)의 켜짐을 중지시킨다. 엔진(1)의 수온 TW가 소정의 온도보다 높은 경우, 연료의 증가된 정정 양은 작아서 열 반응에 덜 기여하게 된다. 또한, 촉매는 일반적으로 활성 온도에 이르게 된다. 따라서, EHC(4A)를 켤 필요가 없는 것으로 결정된다.

단계 S4에서, ECM(10)은 EHC(4A)의 켜짐을 시동 대기시키는 지연 시간을 엔진 수온 TW에 따라서 ECM(10)의 ROM 안에 저장된 맵 표로부터 받는다. 수온에 대한 EHC(4A)의 지연 시간은 도4의 표에 도시된 바와 같이 결정되는데, 일례로 엔진 수온 TW가 0℃보다 낮으면 지연 시간 t1은 0으로 설정되고, 엔진 수온 TW가 0℃보다 높고 80℃보다 낮으면 지연 시간 t1은 6으로 설정된다.

수온이 0℃보다 낮은 경우 지연 시간 t1이 0으로 설정되는 이유는 배기 가스 온도가 너무 낮으면 이와 같은 저온 상태 하에서는 열 반응 효과가 보장되지 않기 때문이다. 오히려 EHC(4A)를 신속하게 전기적으로 가열하게 되면 촉매의 활성화가 촉진되어서 바람직한 배기 가스 배출 제어 성능을 얻을 수 있게 된다. 한편, 수온 TW이 0℃ 내지 80℃의 범위 내에 있게 되면 배기 가스 온도는 어느 정도 높아지게 되고, 이에 따라 2차 공기의 공급은 연료 온도와 물의 온도 증가로 인해 열 반응 효과를 충분히 보장하게 된다. EHC(4A)가 전기적으로 켜짐에 따라 가스 체적이 증가하는 것에 의해 야기되는 열 반응 효과의 저하를 방지하기 위해서는, 지연 시간이 6초 정도의 소정의 시간으로 설정되게 하여서 EHC(4A)가 6초만큼 지연되도록 한다.

또한 지연 시간 t1은 수온 TW에 따라서 가변적으로도 설정할 수 있다. 일례로, 도5에 도시된 바와 같이 2차 공기 공급에 의한 열 반응 효과가 수온 TW의 변화로 인한 연료의 체적 증가에 의해 장시간 보장되는 경우, 켜짐(ON) 지연 시간 t1은 15초와 같이 큰 값으로 설정된다. 연료 증가가 작아진 때에, 열 반응 효과를 보장하는 시간 주기는 짧아지게 된다. 따라서, 켜짐 지연 시간 t1은 짧은 시간으로 설정된다. 켜짐 지연 시간 t1을 이와 같이 배열하게 되면, 수온 TW에 따르는 열 반응 효과에 의거하는 켜짐 지연 시간 t1이 적절하게 설정될 수 있고, 이에 따라 배기 가스 배출 제어 성능이 더욱 더 향상된다.

이상의 관점에서 보면, 열 반응 효과가 가장 효과적으로 보장될 수 있는 EHC(4A)의 켜짐 지연 제어를 실행하기 위한 중요한 조건들은 다음과 같이 제시된다.

(1) 기본 조건(2차 공기를 공급하기 전)에서의 배기 가스 온도는 어느 정도 높다.

(2) 흡입 공기량은 그렇게 많지 않다.

(3) 공기/연료 혼합비 즉, 연료량이 배기 가스 열 반응과 산화 반응에 기여한다.

단계 S5에서 ECM(10)은 플래그 EHCF가 0으로 설정되었는지 여부를 결정한다. EHCF=0일 때, 즉 EHC(4A)의 켜짐이 아직 실행되지 않았을 때, 그 루틴은 단계 S6으로 진행한다.

단계 S6에서 ECM(10)은 타이머 TIMER1이 단계 S4에서 기준한 지연 시간 t1보다 짧은지 여부를 결정한다. 단계 S6에서의 결정이 예이면 그 루틴은 단계 S7로 진행한다.

단계 S7에서 ECM(10)은 지연 계속 상태가 만족되었는지 여부를 결정한다. 즉, 열 반응 효과가 EHC(4A)의 켜짐(ON) 지연의 실행에 의해 손실되는 조건으로 엔진 작동 조건이 변경되었을 때, EHC(4A)의 전기적 켜짐이 실행되어서 촉매의 활성화를 촉진시킨다. 보다 상세하게 설명하면, 엔진 출력이 높고 또한 EHC(4A)의 꺼짐에 의해 교류 발전기(13)의 부하가 감소함에 따라 공기 흡입량이 감소하는 경우라 해도 그 공기 흡입량이 소정량보다 많은 경우, 열 반응 효과는 보장되지 않는다. 따라서, 켜짐(ON) 지연 제어가 정지되어서, EHC(4A)의 전기적 켜짐이 실행된다. 흡입 공기량이 과도적으로 증가하는 경우, 열 반응 효과는 흡입 공기량이 감소한 후에도 보장된다. 따라서, 흡입 공기량 Qa가 600ℓ/분과 같은 소정량보다 많은 상태가 500㎳와 같은 소정 기간 동안 지속될 때에 지연 계속 상태는 조건은 만족되지 않는 것으로 결정된다.

본 발명에 따른 제1 실시예는 단계 S7에서의 결정이 공기량 계량기로 검출된 흡입 공기량 Qa에 따라 결정되도록 한 것으로 도시되고 설명되었지만, 단계 S7에서의 결정은 도6에 도시된 바와 같은 엔진 회전 속도와 부하(연료 분사량 Tp) 간의 맵으로부터 얻어진 엔진 작동 조건에 기초하여 이루어질 수도 있다는 것을 알 수 있다.

또한, 또 다른 결정 방법에 대해서도 설명한다. 일례로, 배기 가스 온도 센서(7)로부터의 신호에 기초하여서 EHC(4A)의 온도의 변화율 ΔT를 모니터함으로써, 계속 조건이 결정될 수 있다. 즉, EHC(4A)의 증가가 일반적으로 포화되게 하는 정도의 소정의 값보다 변화율 ΔT가 작은 경우, 지연 계속 조건은 만족되지 않은 것으로 결정된다. 촉매의 활성화는 이러한 조건에서의 2차 공기 공급에 의해서라기 보다는 EHC(4A)의 전기 가열에 의해서 촉진된다. 여기서, 배기 가스 인입 온도가 소정의 온도 T1보다 높은 때나 혹은 소정의 시간 주기가 온도 센서(7)의 응답성을 고려할 경우에 엔진의 시동으로부터 지연된 때에 변화율 ΔT의 결정이 실행되도록 결정된다.

단계 S7에서 지연 계속 조건이 만족된다는 것이 결정되면, 그 루틴은 단계 S8로 진행하여 거기서 TIMER1이 Δt만큼 증분된다. 이어서 그 루틴은 단계 S11로 진행한다.

한편, 단계 S5, 단계 S6 및 단계 S7 각각에서의 결정이 아니오이면, 즉 EHC 켜짐 조건이 만족되지 않은 경우, 또는 켜짐 지연 시간 t1이 지연된 경우, 또는 지연계속 조건이 만족되지 않은 경우, 그 루틴은 단계 S9로 진행한다.

단계 S9에서, EHC(4A)가 켜진다. 즉, ECM(10)은 EHCSW(14)를 ALT(13)이 EHC(4A)에 접속되는 제2 위치(②)에 설정한다.

단계 S10에서, 플래그 EHCF는 1로 설정된다. 단계 S8 및 단계 S9에 이어서 루틴은 단계 S11로 진행하는데, 그 단계에서 ECM(10)은 EHC 꺼짐 조건이 만족되는지 여부를 결정한다. 단계 S11에서의 결정이 예이면, 루틴은 단계 S12로 진행하고, 거기서 EHCSW(14)는 EHC(4A)가 꺼짐 조건으로 설정되는 제1 위치(①)에 설정된다. 시동 후로부터 30초 또는 60초와 같은 소정의 시간이 경과된 때에 EHC 꺼짐 조건이 만족된 것이 기본적으로 결정되었다 해도, EHC(4A)의 켜짐은 꺼짐 조건이 만족되는 경우의 켜짐 지연 시간 중이라도 중지된다.

단계 S11에서 꺼짐 조건이 만족되지 않는 것으로 결정된 때에, 루틴은 단계 S5로 되돌아 가서 단계 S5 내지 단계 S10을 반복한다.

본 발명에 따른 이와 같은 장치에 의하면, 엔진 수온 TW이 엔진(1)의 예열 전에 소정의 범위(0℃ 내지 80℃)에 있게 될 때에, 기준 배기 온도는 비교적 높고 2차 공기 공급에 의한 열 반응 효과는 저온 조건 하에서의 연료 증가에 의해 보장된다. 따라서, 2차 공기 공급을 통한 EHC(4A)의 켜짐 지연에 의해서 흡입 공기량의 증가는 억제되고 2차 공기에 의한 열 반응 효과는 향상된다. 따라서, 엔진을 시동한 직후의 조건에서 요구되는 촉매의 필요량이 신속히 활성화 된다. 이러한 것은 배기 가스 배출 제어 장치가 배기 가스 배출 제어 성능을 바람직하게 수행할 수 있게 한다. 또한, 흡입 공기량의 증가를 억제함으로써 배기 오염물의 절대량이 감소된다. 이러한 것은 또한 배기 가스 배출 제어 성능을 향상시키게 된다.

흡입 공기량이 많은 엔진 작동 조건 하에서 조차도 배기 가스 배출 제어 성능을 충분히 수행할 수 있을 정도로 많은 양의 촉매가 EHC(4A)의 켜짐 지연 후에 신속하게 활성화 되므로, EHC(4A)를 켜게 되면 전체 촉매가 가열되어서 촉매는 신속하게 활성화 된다.

도8a 내지 도8c는 전기적 켜짐과 켜짐 지연 시간의 실행에 의해 발생되는 성능의 차이를 나타내는 것이다. 도8a 내지 도8c에 3가지 경우의 비교량이 도시되어 있는데, 첫번째 경우는 EHC(4A)가 시동 직후에 켜진 경우(ECH 켜짐)이고, 두번째 경우는 수온에 따라 EHC(4A)의 켜짐이 지연된 경우(EHC 켜짐 지연)이고, 세번재 경우는 EHC(4A)가 켜지지 않은 경우(ECH 꺼짐)이다.

도8a 내지 도8c로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, EHC 켜짐의 경우에는 ALT(13)의 부하가 증가하고, 2차 공기 공급에 의한 열 반응 효과는 줄어들고, EHC(4A)의 입구 온도는 크게 낮아진다. 이와 반대로, 열 반응 효과가 큰 시동으로부터 6초 동안의 EHC(4A)의 켜짐 지연에 의하면, 열 반응 효과는 EHC 꺼짐의 경우와 마찬가지로 커지게 된다. 이와 같은 지연 장치에 의하면, EHC(4A)의 출구 온도는 EHC 켜짐의 경우와 비교할 때에 증가하고, 이에 따라 EHC(4A)가 신속히 활성화 되어서 배기 가스 배출 제어 성능이 크게 향상된다.

EHC(4A)의 켜짐이 종료 시가지 실행되지 않는 경우에는, 2차 공기 공급에 의한 열 반응 효과가 켜짐 지연의 경우와 마찬가지로 시동 시로부터 소정 시간 동안 보장된다 해도, 그 후에 EHC(4A)의 출구 온도는 EHC 켜짐의 경우와 비교할 때에 낮은 온도로 유지된다. 따라서, EHC 꺼짐에 의해서 촉매 온도를 충분히 증가시키는 것을 통한 촉매의 활성화는 어렵다.

도9는 EHC(4A)의 켜짐을 지연시키는 것(EHC 켜짐 지연)에 의해서 얻어지는 효과를 EHC 꺼짐과 EHC 켜짐과 비교하여 나타내는 것이다. 도9의 그래프로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, EHC 켜짐 지연 시의 HC의 배기량은 EHC 꺼짐 시의 HC 배기량의 72%이지만, EHC 켜짐 시의 HC 배기량은 EHC 꺼짐 시의 HC 배기량의 82%가 된다.

본 발명에 따른 제1 실시예는 ALT(13)의 전력에 의해 EHC(4A)가 전기적으로 가열되는 것으로 해서 도시되고 설명되었지만, EHC(4A)를 배터리(11)에 전기적으로 접속시켜서 제1 실시예와 동일한 이점이 보장되게 할 수도 있다. 이와 같은 경우에, ALT(13)는 배터리(11)가 전기 에너지를 EHC(4A)로 공급하는 중에도 전기 에너지를 배터리(11)로 공급한다. 배터리(11)가 ALT(13)로의 부하 변동을 감쇠시키는 기능을 하지만, 결과적으로 ALT(13)로의 부하는 증가하게 되고 이에 따라 흡입 공기량이 증가한다. 배터리(11)의 전기 에너지로 EHC(4A)를 가열하고 EHC(4A)의 켜짐을 지연시키면 제1 실시예에 의해 얻어지는 이점들이 그에 의해 유사하게 보장된다는 것을 알 수 있다.

도10을 참고하면, 그 도면에는 본 발명에 따른 배가 가스 배출 제어 장치의 제2 실시예가 도시되어 있다. 제2 실시예는 셀렉터 스위치(21)가 셀렉터 스위치(14) 대신에 사용되는 것을 제외하면 제1 실시예와 대체로 유사하다. 제2 실시예의 셀렉터 스위치(21)는 온-오프 스위치이고, ECM(10)으로부터의 SW(스위치) 구동 신호에 따라서 배터리(11)로부터 EHC(4A)로 전기 에너지가 공급되게 켜짐(ON)과 꺼짐(OFF)으로 절환시킬 수 있도록 하기 위해 EHC(4A)와 ALT(13)에 접속된 배터리(11) 사이에 배치된다. 배터리(11)는 도10에 도시된 바와 같이 ALT(13)에 바로 접속된다. 제2 실시예의 다른 구성은 제1 실시예의 것들과 동일하므로, 그에 대한 설명은 여기에서는 생략한다.

EHC(4A)를 켬과 동시에 2차 공기 공급을 개시함으로써 발생되는 열 반응 효과의 감소를 피하기 위해, 제2 실시예는 셀렉터 스위치(21)를 켬에 따라 EHC(4A)가 켜질 때로부터의 소정의 시간 동안에 ALT(13)의 발전 전압은 EHC(4A)가 꺼진 조건에서 요구되는 전압보다 작은 전압으로 설정되도록 장치된다. 보다 상세하게 설명하면, ALT(13)의 발전 전압은 조절 장치(15)에 의해 제어되므로 ECM(10)으로부터 조절 장치(15)로 출력된 목표 전압(듀티 값)은 소정의 시간 동안의 EHC의 꺼짐 조건 중에 소요되는 발전 전압보다 작은 값으로 설정된다. 간단히 설명하면, 목표 전압은 0V로 설정되거나 혹은 EHC(4A)가 켜지기 전에 설정된 목표 전압으로 유지될 수 있다. 소정의 시간이 엔진의 수온 TW에 따라서 결정될 수 있는데, 이는 제1 실시예에서 켜짐 지연 시간이 수온 TW에 따라 결정되는 것과 유사하다. 제2 실시예에서, EHC(4A)의 켜짐은 2차 공기의 공급과 동시에 실행된다. 따라서, EHC(4A)의 전기 가열과 열 반응 효과가 촉매를 신속하게 활성화시킨다. EHC(4A)의 전기 가열이 배터리(11)의 에너지에 의해서만 실행되는 경우에 배터리(11)의 잔류 용량은 감소되게 되므로, 배터리(11)의 잔류 용량이 감소하는 것을 방지하고 EHC(4A)를 충분히 가열할 수 있기 위해서 가열 개시로부터 소정이 시간이 지연된 후에 ALT(13)의 발전 전압은 증가된다.

도11을 참고하면, 그 도면에는 본 발명에 따른 배기 가스 배출 제어 장치의 제3 실시예가 도시되어 있다. 제3 실시예는 셀렉터 스위치 배열이 제2 실시예의 셀렉터 스위치의 배열과 다른 것을 제외하면 제2 실시예와 대체로 유사하다. 제3 실시예의 기타 다른 구성은 제1 실시예의 것들과 유사하므로, 그에 대한 설명은 여기에서는 생략한다.

도11을 참고하면, 제1 셀렉터 스위치(20)는 ALT(13)와 배터리(11) 사이에 배치되고, 제2 셀렉터 스위치(21)는 도11에 도시되어 있는 바와 같이 제1 셀렉터 스위치(20)와 배터리(11)를 접속시키는 와이어와 EHC(4A) 사이에 배치된다. 제1 셀렉터 스위치(20)는 ECM(10)으로부터의 제1 스위치 구동 신호에 따라서 켜짐(ON) 상태와 꺼짐(OFF) 상태 중 어느 한 상태를 취한다. 이와 유사하게, 제2 셀렉터 스위치(21)도 ECM(10)으로부터의 제2 스위치 구동 신호에 따라서 켜짐(ON) 상태와 꺼짐(OFF) 상태 중 어느 한 상태를 취한다. 엔진(1)이 시동된 후에, 제1 셀렉터 스위치(20)는 꺼져서 ALT(13)와 배터리(11) 간의 접속을 단절시킨다. 이어서, 제2 셀렉터 스위치(21)가 켜져서 전기 에너지를 배터리(11)로부터 EHC(4A)로 공급한다. 제2 셀렉터 스위치(21)가 켜진 후로부터 소정의 시간이 경과한 때에, 제1 셀렉터 스위치(20)가 켜져서 전기 에너지를 ALT(13)로부터 EHC(4A)로 보낸다. 이와 같은 장치에 의하면, 제2 실시예와 유사하게 EHC(4A)의 켜짐에 의한 부하는 EHC(4A)가 켜진 후로부터 소정의 시간이 경과할 때가지 ALT(13)에 가해지지 않는다. 따라서, 엔진 부하의 증가로 인한 흡입 공기량의 증가가 억제되고, 이에 따라 전기 에너지에 의한 가열과 열 반응 효과가 촉매를 신속하게 활성화시키게 된다. 또한, EHC(4A)가 켜진 후로부터 소정의 시간이 경과한 시점에서, ALT(13)은 배터리(11)와 EHC(4A)로 전기 에너지를 공급하므로, 배터리(11)가 충전되어서 EHC(4A)의 촉매가 신속하게 활성화 된다.

도12를 참고하면, 이 도면에는 본 발명에 따른 배기 가스 배출 제어 장치의 제4 실시예가 도시되어 있다. 제4 실시예는 셀렉터 밸브(31)가 셀렉터 밸브(14) 대신에 배치된 것을 제외하고는 제1 실시예와 대체로 유사하다. 제4 실시예의 기타 다른 구조는 제1 실시예의 것과 동일하므로 이에 대한 설명은 여기에서는 생략한다.

도12에 도시되어 있는 바와 같이, 셀렉터 밸브(31)는 배터리를 ALT(13)와 EHC(4A)에 선택적으로 접속되도록 장치된다. 이와 같은 장치에 의하면, EHC(4A)의 전기적 가열은 배터리(11)에 의해서만 실행되게 되어서, EHC(4A)의 부하는 ALT(13)에 결코 영향을 미치지 않는다. 따라서, 엔진 부하의 증가에 따른 흡입 공기량의 증가가 억제되고, 이에 따라 전기 에너지 및 열 반응 효과에 의한 가열이 촉매를 신속하게 활성화시키게 된다.

본 발명에 따른 이와 같은 장치에 의하면, 2차 공기 공급을 통한 EHC의 켜짐 지연에 의해서 흡입 공기량의 증가는 억제되고 2차 공기에 의한 열 반응 효과는 향상된다. 따라서, 2차 공기 공급을 통한 EHC의 켜짐 지연에 의해서 흡입 공기량의 증가는 억제되고 2차 공기에 의한 열 반응 효과는 향상된다. 따라서, 엔진을 시동한 직후의 조건에서 요구되는 촉매의 필요량이 신속히 활성화 된다. 이러한 것은 배기 가스 배출 제어 장치가 배기 가스 배출 제어 성능을 바람직하게 수행할 수 있게 한다. 또한, 흡입 공기량의 증가를 억제함으로써 배기 오염물의 절대량이 감소된다. 이러한 것은 또한 배기 가스 배출 제어 성능을 향상시키게 된다.

Claims

내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 배출 제어 장치에 있어서, 전력을 받아서 작동되는 자체 가열 기능을 포함하는, 배기 가스 내의 오염물을 줄이기 위한 배기 가스 변환 수단과, 배기 가스가 상기 배기 가스 변환 수단에 공급되기 전에 배기 가스의 공비를 증가시키는 공기비 변경 수단과, 상기 공기비 변경 수단이 시동하여 기능한 후에 상기 배기 가스 변환 수단의 전기 가열을 제어하는 전기 가열 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
내연 기관용 배기 가스 배출 제어 장치에 있어서, 내연 기관의 배기 가스 통로 내에 배치된 전기 가열식 촉매 컨버터와, 배기 가스 통로 내의 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 상류측에 2차 공기를 공급하는 2차 공기 공급 수단과, 상기 2차 공기 공급 수단의 작동 개시와 관련하여 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 전기 가열을 지연시키는 전기 가열 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
내연 기관용 배기 가스 배출 제어 장치에 있어서, 내연 기관의 배기 가스 통로 내에 배치된 전기 가열식 촉매 컨버터와, 배기 가스 통로 내의 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 상류측에 2차 공기를 공급하는 2차 공기 공급 수단과, 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 전기 가열과 상기 2차 공기 공급 수단으로 공기 공급을 개시한 후 소정의 시간 동안의 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 비가열 조건 중의 값보다도 배터리에 접속된 교류 발전기의 발전 전압을 작게 제한하고, 소정의 시간이 경과한 때에는 교류 발전기의 발전 전압을 제한하는 것을 중지하여 교류 발전기의 발전 전압을 전기 가열식 컨버터를 작동시키는 데 소요되는 전압까지 증가시키는, 발전 전압 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 발전 전압 제어 수단은 교류 발전기의 발전 전압을 제어하기 위한 조절 장치의 목표 전압을 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 비가열 조건 중의 값보다 작아지게 제한함으로서 교류 발전기의 발전 전압을 제한하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제2항에 있어서, 엔진의 온도 조건을 검출하기 위한 엔진 온도 검출 수단도 더 포함하고, 상기 전기 가열 제어 수단은 엔진 온도 조건이 소정의 범위 내에 놓일 때에 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 전기 가열을 지연시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제3항에 있어서, 엔진의 온도 검출을 위한 엔진 온도 검출 수단도 더 포함하고, 상기 발전 전압 제어 수단은 엔진 온도 조건이 소정의 범위 내에 놓일 때에 상기 교류 발전기의 발전 전압을 제한하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 전기 가열을 지연시키는 지연 시간은 엔진의 온도 조건에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제6항에 있어서, 교류 발전기의 발전 전압을 제한하는 소정의 시간은 엔진의 온도 조건에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제2항에 있어서, 지연 시간 중에 상기 공기비 변경 수단에 의해 보장되는 효과가 작은 경우에 전기 가열의 지연을 취소하는 지연 취소 수단도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 공기비 변경 수단에 의해 보장되는 효과가 작은 경우에 교류 발전기의 발전 전압 제한을 취소하는 전압 제한 취소 수단도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 배출 제어 장치에 있어서, 전력을 받아서 작동되는 자체 가열 기능을 포함하는, 배기 가스 내의 오염물을 줄이기 위한 배기 가스 변환 수단과, 엔진이 시동된 후 소정의 조건이 만족되면 2차 공기의 공급을 실행하는, 2차 공기를 배기 가스 변환 수단으로 공급하기 위한 2차 공기 공급 수단과, 배터리와 교류 발전기 간의 접속 상태와 단절 상태 중 어느 한 상태를 선택하는 제1 셀렉터 수단과, 배터리와 상기 배기 가스 변환 수단 간의 접속 상태와 단절 상태 중 어느 한 상태를 선택하는 제2 셀렉터 수단과, 엔진이 시동된 후에 접속 상태를 선택하기 위하여 상기 제2 셀렉터 수단을 제어하며, 엔진 시동 후에 소정의 시간이 지난 때에는 접속 상태를 선택하기 위하여 상기 제1 셀렉터 수단을 제어하는 접속 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 배출 제어 장치에 있어서, 전력을 받아서 작동되는 자체 가열 기능을 포함하는, 배기 가스 내의 오염물을 줄이기 위한 배기 가스 변환 수단과, 엔진이 시동된 후 소정의 조건이 만족되면 2차 공기의 공급을 실행하는, 2차 공기를 배기 가스 변환 수단으로 공급하기 위한 2차 공기 공급 수단과, 제1 접속 상태가 선택되면 교류 발전기에 접속되고 제2 접속 상태가 선택되면 전기 가열식 컨버터에 접속되는 배터리의 교류 발전기와 전기 가열식 촉매 컨버터에 대한 제1 접속 상태와 제2 접속 상태 중 하나의 접속 상태를 선택하는 접속 선택 수단과, 엔진이 시동된 후에는 제2 접속 상태를 선택하기 위하여 상기 접속 선택 수단을 제어하고, 엔진이 시동된 후 소정의 시간이 경과한 때에는 제1 접속 상태를 선택하기 위하여 상기 접속 선택 수단을 제어하는 선택적 접속 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 공기비 변경 수단은 전력과 엔진 구동력 중 어느 하나에 의해 구동되는 공기 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 공기비 변경 수단은 엔지의 맥동류에 의해 구동되는 리드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 공기비 변경 수단은 신선한 공기를 엔진의 배기 매니폴드 각각의 포트로 공급할 수 있도록 배열된 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 배출 제어 장치에 있어서, 전력을 받아서 작동되는 자체 가열 기능을 포함하는, 엔진의 배기 가스 통로 내에 배치된 전기 가열식 촉매 컨버터와, 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 상류측에 신선한 공기를 공급하는 2차 공기 공급 장치와, 상기 2차 공기 공급 장치의 작동 개시와 관련하여 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 전기 가열을 지연시키도록 장치된 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제16항에 있어서, 상기 전기 가열식 촉매 컨버터는 교류 발전기와 배터리를 포함하는 전력 유니트로부터 인가되는 전력에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제17항에 있어서, 상기 제어 장치는, 배터리에 접속된 교류 발전기의 발전 전압이 전기 가열과 2차 공기의 공급을 개시한 후의 소정의 시간 동안의 상기 전기 가열식 촉매 컨버터의 비가열 상태 중의 값보다 작아지게 제한하고, 또한 소정의 시간이 경과한 때에는 교류 발전기의 발전 전압 제한을 정지시켜서 교류 발전기의 발전 전압을 상기 전기 가열식 컨버터를 작동시키는 데 소요되는 전압까지로 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제16항에 있어서, 엔진의 작동 상태를 검출하기 위한 엔진 검출 장치도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제19항에 있어서, 상기 제어 유니트는, 엔진 상태 검출 장치에 의해 검출된 엔진 온도 조건이 소정의 범위 내에 놓인 때에 전기 가열식 촉매 컨버터의 전기 가열을 지연시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.
제17항에 있어서, 배터리와 교류 발전기 및 전기 가열식 촉매 컨버터 간의 접속 상태가 제어 유니트에 의해 제어되게 하는 셀렉터 스위치도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 제어 장치.