KR19980081652A - 고성능 엔진용 극초 저배출 차량설계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기구 캠축 및 점화 제어 장치용 조정 장치를 구비한 내연 기관에 관한 것이다. 유해 물질의 배출을 감소시키고, 또한 유해 물질 배출에 대한 극한 제한값에 도달될 수 있는 내연 기관을 얻기 위해, 부분 부하 영역에서의 배기구 캠축용 조정 장치가 배기구 캠축이 지연되도록 제어되는 것이 제안하고 있다. 동시에, 정화 제어장치는 정화 시기를 지연시킨다.

Description

고성능 엔진용 극초 저배출 차량설계
본 발명은 청구항 1의 전제부에 다른 내연 기관과 이의 작동을 위한 방법에 관한 것이다.
현대의 내연 기관의 경우, 실질적인 개발 목적은 유해 물질의 배출을 감소시키는 데 있다. 기존의 개발 활동은 무엇보다도 폐기 가스 정화 시스템의 최적화에 그 목적을 두고 있다. 현대의 폐기 가스 정화 시스템은 그 사이 97% 이상의 유해 물질을 변화시키는 비율로 그 목표를 정하고 있지만, 유해 물질의 배출을 폐기 가스의 후처리 시스템에 의해 더 감소시키는 것은 현재로선 불가능하다.
본 발명의 목적은, 유해 물질의 배출을 계속 감소시키고 또한 유해 물질에 대한 극한값에 도달할 수 있는, 예를 들어 극초 저배출 차량의 내연 기관(이하 ULEV라 함)과 같은 내연 기관 및 이의 작동을 위한 방법을 달성시키는 데 있다.
도1은 내연 기관의 단면도.
도2는 배기구 밸브 및 흡기구 밸브의 조정 영역을 도시한 다이어그램.
도3은 배기구 캠축 조정의 상태에 따른 특정 연료 소모율 및 HC 배출량을 도시한 다이어그램.
도4는 본 발명에 따른 장치의 설치 여부에 따른 HC 배출량을 도시한 다이어그램.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 내연 기관
2 : 흡기구 캠축용 제1 조정 장치
3 : 흡기구 캠축
4 : 배기구 캠축용 제2 조정 장치
5 : 배기구 캠축
6 : 모터 제어 장치
7 : 점화 장치
본 발명의 목적은 독립적인 청구항의 특징부에 의해 해결된다. 따라서, 본 발명은 유해 물질의 배출을 줄이고 극한 제한값에 도달하기 위해서 내연 기관의 오염 물질 배출을 현저히 감소시킬 필요가 있다는 사실에 기초하고 있다.
본 발명에 따르면, 배기구 캠축용으로 제공되는 조정 장치를 부분 부하 영역에서 조정하여 배기구 캠축을 지연시키도록 제안하고 있다. 동시에, 점화 제어 장치도 점화 시기를 지연시키도록 한다. 점화 시기의 조정은 HC의 배출량을 계속 감소시키는 작용을 한다. 또한, 배기구 캠축 조정 장치에 의해 목표한 특정 연료 소모율의 감소는 다시 보상된다. 물론, 전체적으로는 이러한 2가지 대책의 연계 조화로 내연 기관의 특정 HC의 배출량이 현저히 줄어 들게 된다.
본 발명의 장점은 종속항에 기재되어 있다.
2가지 제시한 대책으로, 점화 시기가 어느 정도는 지연되고, 또한 배기구 캠축의 조정에 의해 목표한 특정 연료의 소모를 실질적으로 다시 개선하여 보상되도록 매우 유리하게 설계된다. 이러한 설계의 경우, 분명한 것은 특정 연료를 증가시켜 소모하지 않더라도 HC의 배출을 감소시킬 수 있다는 것이다. 동시에, 점화 시기가 지연됨으로써 배기 가스의 온도는 상승되고, 이에 따라 내연 기관의 하류에 연결된 배기 가스 시스템의 빠른 가열이 이루어 진다.
흡기구 캠축 조정 장치를 사용하여 오염 물질의 배출을 보다 줄일 수 있다. 배기구 캠축의 전술한 조정 이외에 흡기구 캠축의 전진 조정에 의해 HC의 배출 및 특정 연료의 소모를 감소시킬 수 있다. 점화 시기는 HC의 배출을 최적으로 줄이기 위해 특정 연료를 균일하게 소모시키면서 HC 배출의 최대 감소가 이루어지도록 조정될 수 있다.
그에 반해 추가적으로 마련된 흡기구 캠축의 행정의 변경은 기하학적 형태를 이유로 밸브 행정이 작은 경우에 흡입 수단이 동일하게 전진될 수 있기 때문에, 내연 기관의 오염 물질을 감소시켜 배출할 가능성을 높여 주고 있다.
흡기구 캠축에 영향을 주는 추가적인 2가지 수단은 배기구 밸브와 흡기구 밸브 사이의 교차 영역 (즉, 배기구 밸브 및 흡기구 밸브가 동시에 개방되는 영역)과 흡기구 폐쇄의 시점을 최적의 상태로 될 수 있게 하는 것이다. 이러한 최적의 상태는 내연 기관 내 연소 조건에 달려 있고, 이 경우에 각각의 내연 기관에 대해서 별개로 분리하여 최적 상태가 결정된다. 특히 교차 영역이 최적치가 상회되면, 연소 공정은 급격히 악화되어 오염 물질이 급속히 늘어나 배출된다. 이로 인해, 흡기구 캠축의 영향은 제한된다.
본 발명은 이하에서 첨부한 도면을 참고로 실시예가 상세히 설명될 것이다.
내연 기관(1)은 흡기구 캠축(3)용 제1 조정 장치(2)와 배기구 캠축95)용 제2 조정 장치(4)를 구비하고 있다. 모터 제어 장치(6)는 제1 조정 장치(2)와 제2 조정 장치(4)를 제어한다. 또한, 내연 기관(1)의 점화 장치(7)는 마찬가지로 모터 제어 장치(6)에 의해 제어된다. 이하에서 상술할 조정 장치(2, 4)와 점화 장치(7)에 제어는 서로에 대한 함수로써 제어되므로 단일 엔진 제어 장치에 의한 공동 제어는 특히 간단하다. 조정 장치(2, 4)와 점화 장치(7)의 제어를 위해, 엔진 제어 장치(6)는 특히 크랭크축 각도 검출기(8), 온도 검출기(9), 또 다른 온도 검축기(10) 및 공기량 검출기(11)의 신호를 수신하고 처리한다.
도2에 따르면, 제2 조정 장치(4)의 작동은 배기구 캠축(5)의 제어 시간에 대한 다이어그램으로 도시된다. 도시된 것은 밸브 행정, 즉 크랭크축 각도(KW)에 의한 배기구 캠축(5)의 행정(VA)을 나타내고 있다. 상사점은 OT로 표시되어 있고, 이 상사점에서 크랭크축 각도(KW)의 값을 영(0)이 된다. 행정(VA)의 최대값은 평균 배기각(AM)으로 표시된다. 배기구 캠축(5)의 지연은 도2에 우측으로의 행정(VA)의 변위로 도시되어 있다.
제2 조정 장치(4)의 제어의 관점에서의 엔진 제어 장치(6)의 작동 방식은 도3의 다이어그램을 참고하여 이하에서 상세히 설명된다. 이 다이어그램에서, 여러 점화 시기(ZZP)에 대한 특정 HC 배출량(HC)의 함수로써 특정 연료 소모율(be)을 도시하는 곡선이 도시되어 있다. 다이어그램에서, 점화 시기(ZZP)의 영역은 상사점(OT) 바로 앞의 50°에서 상사점(OT) 앞의 15°까지 도시되어 있다. 도시된 3개의 곡선(A, B, C)은 제2 조정 장치(4)에 의해 조정될 때 배기구 캠축(5) 각도는 서로 상이하다. 상사점(OT) 앞에서, 곡선(A)의 경우 평균 배기각(AM)은 154, 곡선(B)의 경우 평균 배기각(AM)은 113°, 곡선(C)의 경우 평균 배기각(AM)은 102°의 크랭크축 각도(KW)로 세트된다. 다이어그램은 내연 기관의 일정 회전수(여기서는 2000 rpm)와 제1 조정 장치(2)의 고정 각도 조정과 이에 따른 배기구 캠축(5)을 기초로 하고 있다.
곡선(A)은 154°의 크랭크축 각도의 평균 배기각에서의 상태를 비교하기 위해 도시한 것이다.
곡선(B)은 최소 특정 연료 소모율(be) 및 최소 특정 HC 배출량(HC)에 대한 최적 결과로서 내연 기관(1)의 전 부하시 선택된 배기구 캠축(5)의 세팅을 도시하고 있다. 최적 결과로서, 작동점(B1)의 점화시기(ZZP)의 세팅을 얻을 수 있다. 곡선(A, B, C)을 서로 비교해 보면, 특정 연료 소모율(be) 및 특정 HC 배출량(HC)에 대한 값을 작동점(B1)에서 각각의 경우 100%로 세팅하게 된다.
곡선(C)에서 알 수 있는 바와 같이, 도시된 부분 부하 작동 영역에서 특정 연료 소모율(be) 및 특정 HC 배출량(HC)을 최적화하는 배기구 캠축(5)을 지연시킴으로써 가능하다. 도3에 도시된 작동 영역에서 작동점(C1)은 특정 연료 소모율(be) 및 특정 HC 배출량(HC)의 관점에서 보면 최적이다. 그러나, 내연 기관(1)에 의해 직접 생성된 오염 물질의 감소는 도시되어 있지 않은 폐기 가스의 시스템을 포함하는 엔진(1)으로부터의 전체 유해 물의 배출을 보다 줄이는 중요한 인자라는 사실을 기초로, 작동점이 그 대신 C2로 세트된다. 이 작동점(C2)에서, 동일한 특정 연료 소모율 자체가 이미 세트된다. 이 작동점(C2)에서, 동일한 특정 연료 소모율 자체가 이미 세트된 작동점(B1)에서와 같이 도달된다. 그러나, 동시에 특징 HC 배출량(HC)은 감소된다. 작동점(C1)과의 비교는, 이것이 특정 HC 배출량(HC)의 11°감소를 나타낸다.
다시 말하면, 엔진 제어 장치(6)는 배기구 캠축(5)의 각도 위치를 세트시키고 동시에 점화 시기(ZZP)의 상태를 조정함으로써, 특정 연료 소모율(be)을 일정하게 유지시키면서도 특정 HC 배출량(HC)을 감소시킨다.
또한, 흡기구 캠축(3)의 위치는 제1 조정 장치(2)에 의해 영향을 받는다. 도2의 다이어그램에서 흡기구 캠축(3)의 제어 시간은 크랭크축 각도(KW)의 함수로 제1 행정(VE1)으로 도시되어 있다. 행정(VE1)의 최대값은 제1 평균 흡기각(EM1)으로 도시되어 있다. 흡기구 캠축(5)의 전진은 도2에서 좌측으로 변위하는 곡선(VE1)을 좌측으로 변위시킨다. 흡기구 캠축(3)에 대한 흡기구 캠축(3)의 제2 곡선(VE2)에 의한 행정을 감소시키는 장치는 상세히 도시되어 있지 않다. 이 경우에, 행정(VE2)의 최대값은 제2 평균 흡기각(EM2)으로 표시된다. 흡기구 캠축의 곡선(VE1) [또는 흡기구 캠축(3)의 감소된 행정을 갖는 곡선(VE2)]과 배기구 캠축(5)의 행정(VA)이 중첩된 영역은 교차 영역(U)으로 표시된다.
또한 도3에 도시된 곡선(D) 및 곡선(E)은 흡기구 캠축(3)의 부가적인 조정의 영향(곡선D)과 흡기구 캠축(3)의 부가적인 변위량 감소의 영향(곡선E)을 도시하고 있다. 이 때, 점화 시기(ZZP)는 특정 HC 배출량(HC)을 최적으로 감소시키기 위해, 특정 연료 소모율(be)이 실질적으로는 변함이 없도록 조정된다.
도4에는 배기구 캠축(5)의 전술된 조정의 결과가 FTP 배기 가스 테스트의 결과에 따른 다이어그램의 형태로 도시되어 있다. 사선친 막대는, 배기구 캠축(5)의 조정없이 작동할 때를 나타내는 사선 없는 막대 부분과 비교해 보면, 이미 기술한 바와 같이, 배기구 캠축(5)의 조정시 HC 오염 물질 배출량(HC)의 값을 도시하고 있다. 이런 배기 가스 테스트에서 차량의 배기 가스는 3개의, 백(bag)안에 수집된다. 백1에는 냉각 상태의 내연 기관 가스 성분과 함께 워밍 상태의 내연기관(1)의 경우의 배기 가스 성분을 포함하고 있다. 백1에서 좌측의막대는 전체 배출량을, 그 다음의 막대는 냉각 상태의 내연 기관(1)을 비율을, 그리고 3번째 막대는 워밍상태의 내연 기관의 비율을 나타내고 있다.
냉각 상태의 내연 기관(1)의 경우에 내연기관(1)의 워밍업과 내연기관(1)의 특정 작동 상태는 워밍업 동안에 선행되기 때문에, 배기구 캠축(5)의 조정은 영향이 없다. 그러나, 모든 다른 영역에서, 즉 백1의 워밍 비율, 백2의 워밍 비율, 백3의 워밍 비율에서, HC의 배출량은 30% 정도로 확실히 줄일 수 있다.
본 발명으로 유해 물질의 배출을 상당량 줄일 수 있는 극한 제한값에 도달하는 내연 기관을 달성함으로써, 오염 물질의 배출을 현저히 감소시키는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 배기구 캠축(5)용과, 제어 장치(4)과, 점화 장치(7)와, 조정 장치(4) 및 점화 장치(7)의 제어 조절을 위한 제어 장치(6)를 포함하는, 내연 기관에 있어서,
    제어 장치(6)가 내연 기관(1)의 부분 부하 영역에서 배기구 캠축(5)을 지연시키고, 점화 장치(6)의 점화 시기(ZZP)를 지연시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관,
  2. 제1항에 있어서, 점화 제어 장치(6)가 특정 연료 소모율(be)이 배기구 캠축(5)의 조정 전이나 조정 후에도 실질적으로 균일한 점까지 점화 시기를 지연시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 조정 장치(2)가 흡기구 캠축(3)을 위해 마련되고, 동시에 제어 장치96)가 배기구 캠축(5)이 지연될 때 흡기구 캠축(3)을 전진시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 절환 장치가 흡기구 캠축(3)의 이동을 위해 마련되고, 동시에 제어 장치(6)는 배기구 캠축(5)가 지연될 때 흡기구 캠축(3)의 행정을 감소시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  5. 내연 기관의 작동을 위한 방법에 있어서,
    부분 부하 영역을 감지하는 단계와,
    배기구 캠축(5)용 조정 장치(4)를 지연시키도록 제어하는 단계와,
    점화 시기(ZZP)를 지연시키도록 점화 제어 장치(6)를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 점화 제어 장치(6)에 제어는 특정 연료 소모율(be)이 배기구 캠축(5)의 조정 전이나 조정 후 실절적으로 균일하도록 세팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 배기구 캠축(5)용 조정 장치(4)의 지연에 부가하여 흡기구 캠축(3)용 조정 장치(2)가 전진되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제5항, 제6항 또는 제7항에 있어서, 배기구 캠축(5)용 조정 장치(4)의 조정에 부가하여, 절환 장치가 흡기구 캠축(3)의 행정을 감소시키도록 흡기구 캠축(3)의 행정을 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
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