KR19990025889U - 차량의 엔진 공연비 제어장치 - Google Patents

Abstract

차량의 엔진공연비 제어장치는 엔진의 배기파이프와 삼원촉매 변환장치의 후단에 산소센서를 각각 장착하여 각 산소센서에서 검출된 배기가스의 산소농도값에 따라 각각의 공연비를 계산한 후, 계산된 공연비가 상호 동일하지 않을 경우 연료의 분사량을 제어하여 엔진의 공연비를 보정하는 것으로서, 그 구성은 배기다기관, 배기파이프, 삼원촉매 변환장치, 엔진 및 인젝터를 구비한 차량에 있어서, 상기 배기다기관의 후단의 배기파이프측에 장착하여 배기파이프를 통해 배출되는 배기가스의 산소량을 검출하는 제 1 산소감지부와; 상기 삼원촉매 변환장치의 후단에 장착되어 산원촉매 변환장치를 통해 배출되는 정화된 배출가스의 산소량을 검출하는 제 2 산소감지부와; 상기 제 1, 2 산소감지부에서 검출된 각각의 산소량을 이용하여 공연비를 각각 산출하고, 산출된 각각의 공연비를 서로 비교하여 서로 동일하지 않을 경우에는 엔진의 인젝터분사되는 연료량을 제어하여 차량의 공연비를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되어 정확한 공연비를 제어할 수 있으며, 배기가스의 정화효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

차량의 엔진 공연비 제어장치

본 고안은 차량의 엔진공연비 제어장치에 관한 것으로서, 특히 엔진의 배기파이프와 산원촉매 변환장치의 후단에 산소센서를 각각 장착하여 각 산소센서에서 검출된 배기가스에 따라 엔진의 공연비를 제어하여 배기가스의 정화효율을 개선하도록 한 차량의 엔진공연비 제어장치에 관한 것이다.

엔진은 자동차를 구동시키기 위해 동력을 발생시키는 부분으로서, 엔진의 실린더내로 흡입되는 연료를 압축하여 연소시킴으로써 에너지를 얻고 있다. 한편, 엔진을 작동시키기 위하여는 실린더내에 공기를 흡입하여 연료와 적절히 혼합하여주는 공기흡기장치가 필요하다.

일반적으로 사용되고 있는 가솔린 분사장치는 연료펌프와 인젝터, 또는 분사펌프와 인젝터가 기화기의 기능을 대신하는 것으로, 연료를 계량하고 무화 및 분사시켜 엔진의 연소실내로 공급한다.

연료분사의 제어는 전자식이나 기계식으로 할 수 있으며, 기관의 현재 운전상태에 따라 최적의 혼합기를 형성하여 공급할 수 있어야 한다.

최근에는 전자산업의 발달과 더불어 흡입공기량 및 흡입공기의 온도, 냉각수의 온도 및 트로틀밸브의 개도량을 바탕으로 연료의 분사량을 결정하는 전자제어장치가 널리 사용되고 있다. 이중에서 트로틀밸브전의 한곳에 인젝터를 설치하여 연료를 분사하는 단일공급방식(Single Point Injection)이나 각 기통마다 인젝터를 설치하여 연료를 분사하는 다중분사방식(Multi Point Injection)의 경우에 연료의 분사는 전자제어유닛(ECU)에 의해 전자적으로 제어된다.

전자제어유닛은 맵센서에서 전달되는 흡기다기관의 절대압력(MAP:Manifold Absolute Pressure)이나, 트로틀밸브의 개도, 엔진의 회전수, 냉각수온도 및 배기가스중에 포함된 산소량을 바탕으로 기관의 운전상태에 알맞는 혼합기를 형성할 수 있도록 연료량이나 점화시기 등을 결정한다. 여기서, 맵센서는 압전소자를 이용하여 흡기다기관의 압력변화를 전압의 변화로 변환하여 전자유닛으로 전달하는 역할을 한다.

일반적으로, 자동차의 엔진으로 연료를 공급하기 위한 연료공급장치에 대하여 살펴보자. 먼저, 연료공급장치가 하는 일은 흡입돈 공기의 양에 상응하는 적정량의 연료를 계량(Metering) 및 공급하는 일이다. 그리고, 난 다음에는 실린더내에서 연소하기 쉽도록 공급되는 연료가 되도록 미세한 입자의 오토미제이션(Atomization)으로 만들어질 것과 이것이 다시 기화되는 일이다.

기관의 출력, 연료소비율면에서 요구되는 공연비의 값은 그 요구치가 다르며 요구에 상응하여 공연비(Air-Fuel Ratio)를 변화시킬 필요가 있게 된다. 뿐만아니라 배출가스 청정화의 이유에서 공연비의 허용폭은 극히 좁게 되어 있다. 또한, 아이들링시의 연료소비를 저감시킬 것과 기관의 최대출력을 향상시키는 노력이 끊임없이 이어지고 온 결과 기관의 운전에 필요로 하고 있는 연료유량의 최대치와 최소치의 비가 60 : 1에 달한다. 자동차용 가솔린기관의 연료공급장치로서는 이와 같이 넓은 범위의 연료를 요구에 상응하여 정밀도가 높게 공급하는 것이 중요하다.

그리고, 한냉시의 시동과 난기시에는 게량하는 연료의 양을 보통 때보다 많도록 하는 기능이 필요하다.

가솔린기관이 정상으로 점화하여 연소하기 위한 혼합기는 한정된 공연비의 범위내에 있고 더구나 실린더내의 점화직전에 있어서는 기체상태이어야 할 것이 전제로 된다.

일반적으로 기체와 액체가 공존할 때, 액체의 기화하는 양이 온도와 압력에 의하여 제한되는 영역이 있다. 공기와 가솔린의 경우에는 이와 같은 연역이 존재하고 특히 냉각시의 시동, 난기운전시에는 이 영역이 확대된다. 따라서, 기화량이 제약을 받을 만한 저온에서 기관의 운전을 시작할 경우에는 어떠한 방법에 의하거나 그 온도로서는 기화량으로 가연공연비의 혼합기가 얻어지도록 연료공급장치로부터 연료공급량을 증량하여 겉보기의 공연비의 공연비를 농후하게 하고 운전에 의한 온도상승에 따라 서서히 보통의 운전때의 공연비에 가까워지도록 하고 있다.

이 증량의 양을 필요이상으로 하면 연료의 허실을 가져오게 될 뿐아니라 배출가스중의 일산화탄소나 탄화수소가 증대된다. 즉 시동, 난기운전시에는 온도의 상태에 따라 연료를 과부족없이 증량할 것이 대단히 중요한 것이다.

휘발유를 연료로 사용하는 가솔린엔진의 배출가스중에는 인체에 유해한 일신화탄소(CO), 질소산화물(NO_X), 미연탄화수소(Unburned Hydrocarbon)등이 포함되어 있으며, 이러한 물질들은 환경을 오염시킬 수 있는 물질들이기 때문에 세계 각국에서는 그 배출량을 법으로 엄격하게 규제하고 있다. 특히, 미국과 유럽뿐 만 아니라 국내에서도 앞으로 배출가스에 대한 규제가 상당히 강화될 예정이므로 유해가스의 배출을 줄일 수 있는 방안을 강구하여야 하는 실정이다.

도 1은 종래 기술에 따른 가솔린 엔진의 버너가열식 삼원촉매 변환장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 그 구성 및 동작을 살펴보면 먼저, 엔진(2)으로부터 배출된 배기가스가 버너(40)의 측면에서 도입되어 버너(40)연소가스와 혼합된 다음 삼원촉매변환장치(12)의 내부로 도입되는 구조를 갖는 것으로, 삼원촉매변환장치(12)의 내부에는 촉매가 코팅된 담체가 설치되어 있다. 엔진(2)의 얀측면에는 스로틀밸브(6)의 개방시에 외기를 도입하는 흡기다기관(4)과 연소후에 배기가스가 배출되는 배기다기관(8)이 부착되어 있으며, 배기다기관(8)을 빠져나온 가스는 프론트배기파이프(10)를 통해 산원촉매변환장치(12)를 통과한 다음 소음기(14)를 거쳐 테일파이프(16)를 통해 외부로 배출되는 것이다.

이와 같은 종래의 버너가열식 산원촉매 변환장치의 전체적인 구성을 보면, 삼원촉매 변환장치(12)의 전방에 배치되는 것으로, 연료파이프(42)를 통해 연료탱크로부터 공금된 연료를 분사하는 노즐(30)과, 점화코일(36)로부터 전달디는 고압의 전기에 의해 노즐(30)로부터 분사된 연료와 공기의 혼합기를 전화시키는 전화플러그(32)가 설치되어 있는 버너(40)와, 공기파이프(24)를 통해 외부의 공기를 버너(30)에 압송하기 위한 공기펌프(22)와, 공기파이프(24)의 유로를 개폐하여 버너(30)에 공기를 공급하는 제 1 공기전환밸브(26)와, 바이패스관(18)을 통해 공기파이프(24)로부터 배기다기관(8)으로 공급돠는 공기량을 조절하기 위한 제 2 공기 절환밸브(20)와, 제 1, 2 공기절환밸브(20, 26)를 제어하여 공기량을 제어하는 제어부(34)로 이루어져 있다. 연료파이프(42)를 통해 노즐(30)로 공급되는 연료의 압력은 연료압조정기(38)에 의해 일정하게 유지된다.

그러나, 종래의 공연비 제어는 제어부에 미리 설정하여 놓은 차량의 공연비대로 제어부가 인젝터로 분사되는 연료량과 흡기매니폴드를 통해 공급되는 공기량의 제어에 의해 차량의 공연비를 제어하기 때문에 정확한 공연비의 제어와 삼원촉매 변환장치의 정화효율을 극대화 할수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안은 상기한 종래 기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본 고안의 목적은 엔진의 배기파이프와 삼원촉매 변환장치의 후단에 산소센서를 각각 장착하여 각 산소센서에서 검출된 배기가스에 따라 엔진의 공연비를 제어하여 배기가스의 정화효율을 개선하도록 한 차량의 엔진공연비 제어장치를 제공함에 있다.

또한, 본 고안의 다른 목적은 상기한 차량의 엔진 공연비 제어장치의 동작에 상응하는 차량의 엔진공연비 제어장치을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 가솔린 엔진의 버너가열식 삼원촉매 변환장치의 구성을 나타낸 도면

도 2는 본 고안에 따른 차량의 엔진 공연비 제어장치의 구성을 나타낸 도면

도 3은 본 고안에 따른 차량의 엔진 공연비 제어장치의 동작 플로우챠트를 나타낸 도면

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

2 : 엔진 4 : 흡기다기관

6 : 스로틀밸브 8 : 배기다기관

10 : 배기파이프 12 : 삼원촉매 변환장치

14 : 소음기 16 : 테일파이프

18 : 바이패스관 20 : 제 2 공기절환밸브

22 : 공기펌프 24 : 공기파이프

26 : 제 1 공기절환밸브 30 : 노즐

32 : 점화플러그 34 : 제어부

36 : 점화코일 38 : 연료압조정기

40 : 버너 42, 44 : 제 1, 2 산소센서

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치의 특징은 배기다기관, 배기파이프, 삼원촉매 변환장치, 엔진 및 인젝터를 구비한 차량에 있어서, 상기 배기다기관의 후단의 배기파이프측에 장착하여 배기파이프를 통해 배출되는 배기가스의 산소량을 검출하는 제 1산소감지부와; 상기 삼원촉매 변환장치의 후단에 장착되어 삼원촉매 변환장치를 통해 배출되는 정화된 배출가스의 산소량을 검출하는 제 2 산소감지부와; 상기 제 1, 2 산소감지부에서 검출된 각각의 산소량을 이용하여 공연비를 각각 산출하고, 산출된 각각의 공연비를 서로 비교하여 서로 동일하지 않을 경우에는 엔진의 인젝터분사되는 연료량을 제어하여 차량의 공연비를 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨에 있다.

또한, 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치의 특징은 제 1, 2 산소감지부, 배기다기관, 배기파이프, 삼원촉매 변환장치, 엔진 및 인젝터를 구비한 차량의 엔진공연비 제어장치에 있어서, 상기 제 1 , 2 산소감지부를 이용하여 상기 배기파이프를 통해 출력되는 비기가스의 산소농도와, 상기 삼원촉매 변환장치를 통해 배출되는 정화된 배출가스의 산소농도를 각각 검출하는 단계와; 상기 검출된 산소농도를 이용하여 각각의 공연비를 산출하는 단계와; 산출된 각각의 공연비가 서로 동일한가를 비교하는 단계와; 비교결과 서로 동일하지 않을 경우에는 엔진의 인젝터에 의해 분사되는 연료량을 제어하여 차량의 공연비를 보정하는 단계로 이루어짐에 있다.

이하, 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치 및 그 장치의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치의 구성을 나타낸 도면으로서, 도 1과 중복되는 동일한 구성요소에 대하여는 그 설명을 생략하고 그 구성을 살펴보면, 배기다기관(8)의 후단의 배기파이프(8)측에 장착하여 배기파이프(10)를 통해 배출되는 배기가스의 산소량을 검출하는 제 1산소센서(42)와, 삼원촉매 변환장치(12)의 후단에 장착되어 산원촉매 변환장치(12)를 통해 배출되는 정화된 배출가스의 산소량을 검출하는 제 2 산소센서(44)와, 상기 제 1, 2 산소센서(42, 44)에서 검출된 각각의 산소량을 이용하여 공연비를 각각 산출하고, 산출된 각각의 공연비를 서로 비교하여 서로 동일하지 않을 경우에는 엔진(2)의 인젝터(미도시)분사되는 연료량을 제어하여 차량의 공연비를 제어하는 제어부(34)가 더 구비된다. 이상에서와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치의 동작을 도 1에 도시된 종래 기술과 중복되는 동일한 구성요소의 동작에 대하여는 그 설명을 생략하고 본 고안의 공연비 제어장치의 동작만을 살펴보기로 한다.

먼저 엔진(2)의 배기다기관(8)을 통해 배기파이프(10)로 배출되는 엔진의 배기가스중 산소농도를 배기파이프(10)에 장착된 제 1 산소센서(42)를 이용하여 검출한다. 이렇게 검출된 산소농도값은 제어부(34)로 인가된다.

그리고, 삼원촉매 변환장치(12)를 통해 배출되는 정화된 배기가스의 산소농도를 삼원촉매 변환장치(12)의 후단에 장착된 제 2 산소센서(44)를 이용하여 검출한다. 이렇게 검출된 산소농도 또한 제어부(34)로 인가된다.

제어부(34)는 상기 제 1 , 2 산소센서(42, 44)로부터 인가되는 산소농도값을 이용하여 엔진의 공연비를 각각 산출한다.

그리고, 이렇게 산출된 각각의 공연비를 서로 비교하여 서로 동일한 공연비로 배기가스가 배출되고 있는가를 판단하게 된다.

판단결과, 서로 동일한 공연비가 산출되는 경우에는 정상적으로 엔진의 구동 및 삼원촉매 변환장치(12)의 구동이 이루어지고 있는 상태이고, 서로 동일한 공연비가 산출되지 않을 경우에는 삼원촉매 변환장치(12)의 정화효율이 저하된 것으로 판단하여 엔진(2)에 분사되는 연료량을 제어 즉, 엔진(2)에 분사되는 공연비를 가장 이상적인 공연비로 보정하게 된다.

이상에서와 같은 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치의 동작에 상응하는 차량의 엔진공연비 제어장치에 대하여 도 3을 참조하여 살펴보기로 하자. 도 3은 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치의 동작 플로우챠트를 나타낸 도면이다.

먼저, 엔진(2)의 배기다기관(8)을 통해 배기파이프(10)로 배출되는 엔진의 배기가스중 산소농도를 배기파이프(10)에 장착된 제 1 산소센서(42)를 이용하여 검출하고, 삼원촉매 변환장치(12)를 통해 배출되는 정화된 배기가스의 산소농도를 삼원촉매 변환장치(12)의 후단에 장착된 제 2 산소센서(44)를 이용하여 각각 검출한다(S101).

상기 제 1 , 2 산소센서(42, 44)에 의해 검출된 각각의 산소농도값을 이용하여 엔진의 공연비를 각각 산출한다(S102).

그리고, 이렇게 산출된 각각의 공연비를 서로 비교하여 서로 동일한 공연비로 배기가스가 배출되고 있는가를 판단하게 된다(S103).

상기 판단결과 서로 동일한 공연비가 산출되는 경우에는 정상적으로 엔진의 구동 및 삼원촉매 변환장치(12)의 구동이 이루어지고 있는 상태로 판단하여 정상적인 엔진공연비로 엔진(2)을 제어하고(S104), 상기 산출된 공연비가 서로 동일하지 않을 경우에는 삼원촉매 변환장치(12)의 정화효율이 저하된 것으로 판단하여 엔진(2)에 분사되는 연료량을 제어 즉, 엔진(2)에 분사되는 공연비를 가장 이상적인 공연비로 보정하게 된다(S105).

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 차량의 엔진공연비 제어장치는 엔진의 배기파이프와 삼원촉매 변환장치의 후단에 산소센서를 각각 장착하여 각 산소센서에서 검출된 배기가스의 산소농도값에 따라 각각의 공연비를 계산한 후, 계산된 공연비가 상호 동일하지 않을 경우 연료의 분사량을 제어하여 엔진의 공연비를 보정함으로써, 정확한 공연비를 제어할 수 있으며, 배기가스의 정화효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 배기다기관, 배기파이프, 삼원촉매 변환장치, 엔진 및 인젝터를 구비한 차량에 있어서,

   상기 배기다기관의 후단의 배기파이프측에 장착하여 배기파이프를 통해 배출되는 배기가스의 산소량을 검출하는 제 1산소감지부와;

   상기 삼원촉매 변환장치의 후단에 장착되어 삼원촉매 변환장치를 통해 배출되는 정화된 배출가스의 산소량을 검출하는 제 2 산소감지부와;

   상기 제 1, 2 산소감지부에서 검출된 각각의 산소량을 이용하여 공연비를 각각 산출하고, 산출된 각각의 공연비를 서로 비교하여 서로 동일하지 않을 경우에는 엔진의 인젝터분사되는 연료량을 제어하여 차량의 공연비를 제어하는 제어부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 차량의 엔진공연비 제어장치.
2. 제 1, 2 산소감지부, 배기다기관, 배기파이프, 삼원촉매 변환장치, 엔진 및 인젝터를 구비한 차량의 엔진공연비 제어장치에 있어서,

   상기 제 1 , 2 산소감지부를 이용하여 상기 배기파이프를 통해 출력되는 비기가스의 산소농도와, 상기 삼원촉매 변환장치를 통해 배출되는 정화된 배출가스의 산소농도를 각각 검출단계와;

   상기 검출된 산소농도를 이용하여 각각의 공연비를 산출하는 단계와;

   산출된 각각의 공연비가 서로 동일한 가를 비교하는 단계와;

   비교결과 서로 동일하지 않을 경우에는 엔진의 인젝터에 의해 분사되는 연료량을 제어하여 차량의 공연비를 보정하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 엔진공연비 제어장치.