KR19990034921A

KR19990034921A - 차량의 배기가스 감소장치 및 방법

Info

Publication number: KR19990034921A
Application number: KR1019970056635A
Authority: KR
Inventors: 박한승
Original assignee: 양재신; 대우자동차 주식회사
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-15

Abstract

본 발명은 차량의 흡배기장치에 관한 것으로, 특히, 차량의 냉간시동시 촉매컨버터를 작동온도까지 신속하게 도달하도록 함으로써, 촉매컨버터가 작동온도에 도달하기 전에 배출되는 유해배기가스를 감소시키는 차량의 배기가스 감소장치 및 방법에 관한 것이다.

종래 차량은 단면적이 큰 프론트파이프를 사용하는 바, 열손실이 많아지므로 최초 냉간시동시나 추운 겨울철에 차량을 운행할 때, 해당 촉매컨버터가 작동온도까지 도달하는 시간이 길어짐에 기인하여 정화되지 않은 유해한 배기가스를 그대로 배출함과 동시에 엔진의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 차량의 냉간시동시 일정시간동안은 단면적이 작은 서브파이프로만 배기가스가 배출되도록 하여 열손실을 줄임으로써, 촉매컨버터를 작동온도까지 신속하게 도달하도록 하여 촉매컨버터가 작동온도에 도달하기 전에 배출되는 유해배기가스를 감소시킴과 동시에 엔진의 성능저하를 미연에 방지할 수 있다.

Description

차량의 배기가스 감소장치 및 방법

일반적으로 차량의 엔진이 작동하는 데는 실린더내에 혼합기를 흡입하거나, 연소후의 가스를 배출하여야 한다. 이러한 작용을 하는 것을 흡배기장치라 하며, 이중 흡기장치는 엔진실린더에 흡입하는 공기중의 먼지 등을 제거하는 에어클리너 및 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기 매니폴드 등으로 구성되어 있으며, 배기장치는 첨부된 도면 도1에 도시된 바와 같이, 엔진(100)의 구동에 따라 각 실린더내의 연소작용에 의해 발생하는 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드(10a,10b)와 배기매니폴드(10a,10b)로 부터 배출되는 배기 가스의 배출관인 프론트파이프(20) 및 유해배기가스를 정화하는 촉매컨버터(30)와 배기소음을 저하시키는 머플러(40)등으로 구성되어 있다. 또한, 엔진(100)의 압축 및 연소행정에서 실린더와 피스톤 사이에서 크랭크 케이스로 블로바이 가스를 그대로 대기중으로 방출하면 대기 오염의 원인이 되므로 이것을 방지하기 위하여 보안기중에 따른 블로바이 가스 환원장치가 장치되어 있다. 이 때, 일반적인 차량에서 배출되는 가스로는 배출원에 따라 배기관으로부터의 배기 가스, 엔진 크랭크 케이스로부터의 블로우 가스 및 연료 탱크나 기화기로부터의 증발 가스로 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 여기서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 배기 가스는 연료가 실린더 내에서 연소한 후, 대기 속으로 배출되는 가스로서 복잡한 조성을 가지고 있고 유해성 가스와 무해성 가스가 혼합되어 배출된다. 이러한 배기 가스를 줄이기 위하여 연료 공급 방법, 연소 방법 등을 일부 개량하여 유해 가스의 외부 방출을 최대한 억제하고 방출된 배기 가스는 촉매컨버터(30)에 의해 무해 가스로 변환시켜 방출하게 한다. 촉매컨버터(30)는 프론트파이프(20) 도중 또는 배기매니폴드(10a,10b)에 설치되며, 촉매컨버터(30)의 내부에는 담체를 수용하는 바, 담체란 자신은 변하지 않고 적당한 조건하에서 반응 물질인 백금(Pt), 로듐(Rh) 및 파라듐(Pd)이 산화 및 환원 반응을 일으키도록 돕는 일종의 반응 촉진제로서 배기 가스 중에 포함되어 있는 유해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)을 산화 및 환원 작용에 의해 무해한 이산화탄소(CO₂), 물(H₂O),질소(N₂) 및 산소(O₂)로 전환시킨다. 한편, 촉매컨버터(30)의 촉매 정화율은 해당 촉매컨버터(30)의 입력측으로 들어오는 배기 가스의 온도와 밀접한 관계를 가지고 있으며, 약 320℃ 이상의 온도에 도달해야 작동하여 배기가스의 정화가 가능하다.

전술한 바와 같은, 종래 차량은 정상운전조건을 고려하여 단면적이 큰 프론트파이프를 사용하는 바, 열손실이 많아지므로 최초 냉간시동시나 추운 겨울철에 차량을 운행할 때, 해당 촉매컨버터가 작동온도까지 도달하는 시간이 길어짐에 기인하여 정화되지 않은 유해한 배기가스를 그대로 배출함과 동시에 엔진의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 차량의 냉간시동시 일정시간동안은 단면적이 작은 서브파이프로만 배기가스가 배출되도록 하여 열손실을 줄임으로써, 촉매컨버터를 작동온도까지 신속하게 도달하도록 하여 촉매컨버터가 작동온도에 도달하기 전에 배출되는 유해배기가스를 감소시키는 차량의 배기가스 감소장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진의 구동에 따라 각 실린더내의 연소작용에 의해 발생하는 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드와; 상기 배기매니폴드로 부터의 배기 가스를 배출하는 프론트파이프와; 상기 프론트파이프로 부터 배출되는 배기가스중에서 유해물질을 정화하여 배출하는 촉매컨버터와; 배기가스의 배기소음을 저하시키는 머플러를 구비하는 차량의 배기장치에 있어서, 냉각수의 온도를 검출하여 이에 대응하는 온도검출신호를 출력하는 냉각수온도검출센서와; 제어신호가 인가됨에 따라 정회전 이나 역회전 구동하는 모터와; 상기 모터의 구동축과 연결되어, 상기 모터가 정회전이나 역회전 구동함에 따라 상기 프론트파이프를 개/폐하는 프론트파이프개폐밸브와; 상기 프론트파이프에 비해 단면적이 작으며, 상기 배기매니폴드로 부터의 배기가스를 상기 촉매컨버터측으로 배출하는 서브파이프와; 제어신호가 인가됨에 따라 시간을 계수하는 타이머와; 이그니션 온(ON)신호가 인가되면 상기 타이머를 작동시킨 후, 상기 냉각수온도검출센서로 부터 인가되는 냉각수의 온도와 상기 타이머에 의해 계수된 시간에 따라 상기 모터를 정회전이나 역회전 구동시키기 위한 제어신호를 출력하는 ECM을 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 차량의 배기가스 감소방법에 있어서, 엔진이 스타트되는지를 검사하는 제1과정과; 상기 제1과정에서 엔진이 스타트 되면, 모터를 정회전 구동하여 프론트파이프개폐밸브를 닫는 제2과정과; 상기 제2과정이후, 타이머를 작동하여 시간을 계수하는 제3과정과; 상기 제3과정이후, 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과했는지를 검사하는 제4과정과; 상기 제4과정에서 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과하지 않았으면, 타이머에 의해 계수된 시간이 기설정된 소정의 기준시간을 초과했는지를 검사하여, 기준시간을 초과하지 않았으면, 상기 제4과정으로 귀환하는 제5과정과; 상기 제5과정에서 타이머에 의해 계수된 시간이 기설정된 소정의 기준시간을 초과했으면, 모터를 역회전 구동하여 프론트파이프개폐밸브를 여는 제6과정과; 상기 제4과정에서 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과했으면, 상기 제6과정으로 귀환하는 제7과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 차량의 엔진배기장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 감소장치의 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 감소방법의 동작흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10a,10b : 배기매니폴드 20 : 프론트파이프

21 : 서브파이프 30 : 촉매컨버터

40 : 머플러 50 : 모터

51 : 프론트파이프개폐밸브 60 : 타이머

70 : 냉각수온도검출센서 80 : ECM(Electronic Control Module)

100 : 엔진

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 차량의 배기가스 감소장치는 첨부된 도면 도2에 도시된 바와 같이, 프론트파이프(20), 서브파이프(21), 모터(50), 프론트파이프개폐밸브(51), 타이머(60), 냉각수온도검출센서(70) 및 ECM(Electronic Control Module; 80)을 구비한다.

프론트파이프(20)는 배기매니폴드(10a,10b)로 부터의 배기 가스를 촉매컨버터(30)측으로 배출한다. 서브파이프(21)는 프론트파이프(20)에 비해 단면적이 작으며, 배기매니폴드(10a,10b)로 부터의 배기가스를 촉매컨버터(30)측으로 배출한다. 모터(50)는 ECM(80)으로 부터 제어신호가 인가됨에 따라 정회전 이나 역회전 구동한다. 프론트파이프개폐밸브(51)는 모터(50)의 구동축과 연결되어, 모터(50)가 정회전이나 역회전 구동함에 따라 이에 대응하여 프론트파이프(20)를 개/폐한다. 타이머(60)는 ECM(80)으로 부터 제어신호가 인가됨에 따라 시간을 계수한다. 냉각수온도검출센서(70)는 냉각수의 온도를 검출하여 이에 대응하는 온도검출신호를 ECM(80)측으로 출력한다. ECM(80)은 이그니션 온(ON)신호가 인가되면 타이머(60)를 작동시킨 후, 냉각수온도검출센서(70)로 부터 인가되는 냉각수의 온도와 타이머(60)에 의해 계수된 시간에 따라 모터(50)를 정회전이나 역회전 구동시킨다.

전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 동작을 첨부된 도면 도3의 동작순서도에 따라 설명하면 다음과 같다.

먼저, ECM(80)은 엔진(100)이 스타트되는지를 검사하여(스텝 S1), 엔진(100)이 스타트 되면, 모터(50)를 정회전 구동하여 프론트파이프개폐밸브(51)를 닫는다(스텝 S2). 이는 배기가스의 열손실은 통과하는 파이프의 단면적에 비례하므로, 엔진(100)의 냉간시동시 배기가스가 프론트파이프(20)에 비해 단면적이 작은 서브파이프(21)로만 유입될 수 있도록 함으로써, 배기가스의 열손실을 감소시켜 촉매컨버터(30)의 온도를 작동온도까지 신속하게 상승시키기 위함이다. 이후에, ECM(80)은 타이머(60)를 작동하여 시간을 계수하고(스텝 S3), 냉각수온도검출센서(70)로 부터 인가되는 온도검출신호에 따라 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과했는지를 검사하는 바(스텝 S4), 기준온도는 약 20℃전후이며, ECM(80)의 내부에 미리 기설정 되어 있다. 이에, 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과하지 않았으면, 아직 촉매컨버터(30)의 온도가 높지 않음을 인지하고, 타이머(60)에 의해 계수된 시간이 기설정된 소정의 기준시간을 초과했는지를 검사하는데(스텝 S5), 이것은 냉각수의 온도가 기준온도까지 상승하지 않았더라도, 일정시간동안 엔진(100)이 회전하면, 해당 시간동안 배출된 배기가스에 의해 촉매컨버터(30)의 온도가 상승하게 되므로, 프론트파이프개폐밸브(51)가 닫힌 후, 기준시간동안 서브파이프(21)로만 배기가스가 배출되도록 한다. 이 때, 기준시간은 약 20초정도 이고, ECM(80)의 내부에 미리 기설정 되어 있다. 따라서, 기준시간을 초과하지 않았으면, 아직 촉매컨버터(30)의 온도는 충분히 상승하지 않았으므로, 상기 스텝 S4로 귀환하여, 엔진냉각수의 온도를 다시 검출하고, 타이머(60)에 의해 계수된 시간이 기설정된 소정의 기준시간을 초과했으면, 모터(50)를 역회전 구동함으로써 프론트파이프개폐밸브(51)를 여는 바(스텝 S6), 배기매니폴드(10a,10b)로 부터의 배기가스는 정상적으로 프론트파이프(20)와 서브파이프(21)를 통해 촉매컨버터(30)측으로 유입된다.

한편, 상기 스텝 S4에서 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과했으면, 이는 촉매컨버터(30)의 온도가 충분히 상승했음을 의미하므로, ECM(80)은 모터(50)를 역회전 구동함으로써 프론트파이프개폐밸브(51)를 열어(스텝 S6), 배기매니폴드(10a,10b)로 부터의 배기가스는 정상적으로 프론트파이프(20)와 서브파이프(21)를 통해 촉매컨버터(30)측으로 유입된다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 차량의 냉간시동시 일정시간동안은 단면적이 작은 서브파이프로만 배기가스가 배출되도록 하여 열손실을 줄임으로써, 촉매컨버터를 작동온도까지 신속하게 도달하도록 하여 촉매컨버터가 작동온도에 도달하기 전에 배출되는 유해배기가스를 감소시킴과 동시에 엔진의 성능저하를 미연에 방지할 수 있다.

Claims

엔진의 구동에 따라 각 실린더내의 연소작용에 의해 발생하는 배기가스를 종합하는 배기매니폴드(10a,10b)와; 상기 배기매니폴드(10a,10b)로 부터의 배기 가스를 배출하는 프론트파이프(20)와; 상기 프론트파이프(20)로 부터 배출되는 배기가스중에서 유해물질을 정화하여 배출하는 촉매컨버터(30)와; 배기가스의 배기소음을 저하시키는 머플러(40)를 구비하는 차량의 배기장치에 있어서, 냉각수의 온도를 검출하여 이에 대응하는 온도검출신호를 출력하는 냉각수온도검출센서(70)와; 제어신호가 인가됨에 따라 정회전 이나 역회전 구동하는 모터(50)와; 상기 모터(50)의 구동축과 연결되어, 상기 모터(50)가 정회전이나 역회전 구동함에 따라 상기 프론트파이프(20)를 개/폐하는 프론트파이프개폐밸브(51)와; 상기 프론트파이프(20)에 비해 단면적이 작으며, 상기 배기매니폴드(10a,10b)로 부터의 배기가스를 상기 촉매컨버터(30)측으로 배출하는 서브파이프(21)와; 제어신호가 인가됨에 따라 시간을 계수하는 타이머(60)와; 이그니션 온(ON)신호가 인가되면 상기 타이머(60)를 작동시킨 후, 상기 냉각수온도검출센서(70)로 부터 인가되는 냉각수의 온도와 상기 타이머(60)에 의해 계수된 시간에 따라 상기 모터(50)를 정회전이나 역회전 구동시키기 위한 제어신호를 출력하는 ECM(80)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 감소장치.
차량의 배기가스 감소방법에 있어서, 엔진이 스타트되는지를 검사하는 제1과정과; 상기 제1과정에서 엔진이 스타트 되면, 모터를 정회전 구동하여 프론트파이프개폐밸브를 닫는 제2과정과; 상기 제2과정이후, 타이머를 작동하여 시간을 계수하는 제3과정과; 상기 제3과정이후, 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과했는지를 검사하는 제4과정과; 상기 제4과정에서 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과하지 않았으면, 타이머에 의해 계수된 시간이 기설정된 소정의 기준시간을 초과했는지를 검사하여, 기준시간을 초과하지 않았으면, 상기 제4과정으로 귀환하는 제5과정과; 상기 제5과정에서 타이머에 의해 계수된 시간이 기설정된 소정의 기준시간을 초과했으면, 모터를 역회전 구동하여 프론트파이프개폐밸브를 여는 제6과정과; 상기 제4과정에서 냉각수의 온도가 기설정된 소정의 기준온도를 초과했으면, 상기 제6과정으로 귀환하는 제7과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 감소방법.