KR19990059705A - 캠센서와 녹크센서를 이용한 삼원촉매장치의라이트 오프 타임단축방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 배기장치에 구비되는 삼원촉매장치에 관한 것으로서, 종래의 차량에 구비되어 있는 삼원촉매장치는 250℃ 이상의 효율적정온도까지 가열이 되어야만 배출가스 촉매역할을 수행할 수 있으며, 차량의 저온상태에서만 사용하는 촉매장치를 별도로 구비하는 것은 경제적인 부담이 크게 되고, 특히 실린더 4개 모두의 스파크 타임(spark time)을 리타드(retard)시키는 기존의 방법은 저온에서 성능저하를 유발하게 되는 문제점을 해소하기 위하여 차량의 시동이 온인 상태에서 차량 냉각수의 온도가 20∼30℃인 경우 차량에 구비된 이씨유(ECU)(20)에서 스로틀 포지션 센서(TPS)(10)의 전압값이 0보다 큰 경우 차량이 주행중인 것으로 판단하고, 그때의 냉각수 온도가 미리 설정되어 있는 온도보다 낮은 경우 캠센서(2)와 녹크센서(3)를 이용하여 4개의 엔진 실린더중 1∼2개의 특정 실린더를 선택하고, 상기 선택된 특정 실린더를 강제적으로 스파크 리타드(spark retard)하여 1∼2개의 실린더를 후연소시킴으로써 삼원촉매장치(catalytic convertor)의 온도를 급상승하게 하여 삼원촉매장치의 효율적정온도에 이르는 라이트 오프 타임(Light off time)을 단축함으로써 삼원촉매장치를 통한 배출가스의 저감을 효율적으로 수행하는 효과가 있다.

Description

캠센서와 녹크센서를 이용한 삼원촉매장치의 라이트 오프 타임 단축방법

본 발명은 차량의 배기장치에 구비되는 삼원촉매장치(catalytic convertor)에 관한 것으로, 특히 차량의 시동이 온인 상태에서 차량 냉각수의 온도가 20∼30℃인 경우 차량에 구비된 이씨유(ECU)에서 스로틀 포지션 센서(TPS)의 전압값이 0보다 큰 경우 차량이 주행중인 것으로 판단하고, 그때의 냉각수 온도가 미리 설정되어 있는 온도보다 낮은 경우 캠센서(CAM sensor)와 녹크센서(Knock sensor)를 이용하여 4개의 엔진 실린더중 1∼2개의 특정 실린더를 선택하고, 상기 선택된 특정 실린더를 강제적으로 스파크 리타드(spark retard)하여 1∼2개의 실린더를 후연소시킴으로써 삼원촉매장치의 온도를 급상승하게 하여 삼원촉매장치의 효율적정온도에 이르는 라이트 오프 타임(Light off time)을 단축하는 캠센서와 노크센서를 이용한 삼원촉매장치의 라이트 오프 타임 단축방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공장의 배기가스가 환경오염의 주범으로 인식되고 있었으나, 요즈음에는 차량의 폭발적인 증가에 의해 차량에서 배출되는 배기가스가 환경오염에 가장 큰 영향을 미치고 알려지고 있다. 따라서 자동차의 생산업자는 차량의 배기가스를 줄이기 위한 다각도의 방법을 연구하고 있으며, 정부차원에서는 차량의 배기가스 규제치를 설정하여 수시로 단속함으로써 운전자가 자신의 차량을 유지보수하여 차량의 배기가스를 줄일 수 있도록 강제하고 있다.

차량에서 배출되는 배기가스는 배출원에 따라 배기관으로부터의 배기가스, 엔진 크랭크 케이스로부터의 블로우가스 및 연료탱크나 기화기로부터의 증발가스의 3종류로 나누어진다. 상기 배기가스는 연료가 실린더에서 연소한 후 배기 파이프로부터 대기속에 배출되는 가스로서 복잡한 조성을 가지고 있는데 유해성가스와 무해성가스가 혼합되어 배출된다. 무해성가스는 수증기와 이산화탄소이며, 유해성가스로는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 납화합물 및 탄소입자이다.

또한, 상기 블로우가스는 피스톤과 실린더의 간극에서 크랭크 케이스내에 빠져 나오는 가스이며 크랭크 케이스 에미션이라고도 한다. 블로우가스의 조성은 70∼95%가 미연소 가스상태로 된 연료인 탄화수소이고 나머지가 연소가스 및 부분산화된 혼합가스로 되어 있다. 블로우가스가 크랭크 케이스에 체류하면 엔진 내부의 부식 및 오일의 열화등을 초래하므로 종래에는 크랭크 케이스의 환기를 충분히 하며 블로우가스를 대기속으로 방출하는 구조를 이용하였으나 유해물질인 탄화수소의 배출비율이 크므로 이것을 재연소시킨 후 대기에 배출하는 장치를 의무화하고 있다.

또한, 상기 연료증발가스는 기화기나 연료탱크내의 가솔린이 증발해서 대기중에 방출되는 가스로서 연료의 탄화수소와 같은 조성을 하고 있다. 이것은 차량에서 배출되는 전 탄화수소량의 15%를 차지하고 있다.

상기 탄화수소와 질소산화물은 강한 태양 광선을 받아 광화화학반응을 일으켜 광화화 스모그 현상을 발생시킨다. 광화확 스모그는 자동차, 공장 및 화력발전소 등에서 배출되는 탄화수소, 질소산화물이 직접 스모그로 되는 것이 아니고 대기 속에서 자외선의 영향을 받음으로서 광화확 반응이 반복해서 일어나 눈이나 호흡기 계통에 자극을 주는 물질이 2차적으로 형성되어 스모그로 된다.

엔진을 운전중에는 연소실로부터 크랭크 케이스내에 어느 정도의 배기가스나 혼합기가 새어 들어온다. 그 때문에 엔진 오일은 열이나 연소가스의 수분, 가솔린 등의 영향으로 엷어지거나 변질되어 슬러지(sludge)가 생긴다. 이것을 방지하기 위하여 종래에는 크랭크 케이스에 브리더(breather)라는 환기장치를 설치하여 대기중으로 방출하였으나, 이 가스 중에는 다량의 탄화수소가 포함되어 대기의 오염원이 되므로 강제적으로 흡기계로 도입하여 다시 연소실로 보내서 연소시키는 블로바이가스 환원장치(P.V.C)가 설치되어 있다.

또한, 배기 파이프의 도중 또는 배기 매니폴드에 설치되어 있는 촉매 컨버터는 이속을 통과하는 배기가스중에서 유해한 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 이산화탄소, 물, 질소로 산화, 환원시키는 작용을 한다.

상기 촉매 컨버터는 산화촉매 컨버터와 삼원촉매 컨버터의 2종류가 있으며, 상기 산화촉매 컨버터는 촉매 펠리트라고 불리는 입상의 알루미나 표면에 촉매작용을 하는 파라듐(Pd) 또는 파라듐+백금(Pt)의 귀금속을 극히 얇게 부착시킨 것으로 배기가스 중의 일산화탄소와 탄화수소를 무해한 이산화탄소와 물로 만드는 기능을 한다.

또한, 상기 삼원촉매 컨버터는 촉매작용을 하는 귀금속 즉, 백금+로듐(Rh) 또는 백금+로듐+파라듐을 사용한 것으로 배기가스 중의 일산화탄소, 탄화질소, 질소산화물을 동시에 저감시키는 기능을 하므로 현재는 삼원촉매 컨버터가 많이 사용되고 있다. 촉매란 자신은 변하지 않고 적당한 조건에서 반응물질이 산화 및 환원반응을 일으키도록 돕는 일종의 반응촉진제로서 배기가스중에 포함되어 있는 유해물질을 산화 및 환원작용을 통해 해로움이 없는 물질로 전환하는 작용을 한다.

상기 삼원촉매 컨버터는 엔진을 이론공연비 부근에서 운전하면 촉매반응에 따라 반응이 일어나서, 3성분을 동시에 정화할 수 있다. 촉매의 정화율은 촉매 변환기 입구의 배기가스 온도에 관계되며 이론공연비 부근에서 가장 정화율이 높고 250℃ 이상의 온도에서 높은 정화율을 나타낸다. 따라서 공연비를 이론공연비 부근으로 제어하기 위해 이씨유 스스로가 제어할 수 있는 피드백 로직이 바람직하며 이것을 실현하기 위해 배기다기관에 산소센서가 설치되어 있다.

그러나, 종래의 차량에 구비되어 있는 삼원촉매장치는 250℃ 이상의 효율적정온도까지 가열이 되어야만 배출가스 촉매역할을 수행할 수 있으며, 차량의 저온상태에서만 사용하는 촉매장치를 별도로 구비하는 것은 경제적인 부담이 크게 되고, 특히 4개의 실린더 모두의 스파크 타임(spark time)을 리타드(retard)시키는 기존의 방법은 저온에서 성능저하를 유발하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 차량의 시동이 온인 상태에서 차량 냉각수의 온도가 20∼30℃인 경우 차량에 구비된 이씨유(ECU)에서 스로틀 포지션 센서(TPS)의 전압값이 0보다 큰 경우 차량이 주행중인 것으로 판단하고, 그때의 냉각수 온도가 미리 설정되어 있는 온도보다 낮은 경우 캠센서와 녹크센서를 이용하여 4개의 엔진 실린더중 1∼2개의 특정 실린더를 선택하고, 상기 선택된 특정 실린더를 강제적으로 스파크 리타드(spark retard)하여 1∼2개의 실린더를 후연소시킴으로써 삼원촉매장치(catalytic convertor)의 온도를 급상승하게 하여 삼원촉매장치의 효율적정온도에 이르는 라이트 오프 타임(Light off time)을 단축하는 캠센서와 노크센서를 이용한 삼원촉매장치의 라이트 오프 타임 단축방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 캠센서와 녹크센서를 이용한 삼원촉매장치의 라이트 오프 타임 단축방법에 적용되는 4실린더 엔진에 캠 센서와 녹크 센서가 구비되어 있는 것을 개략적으로 나타낸 도시도,

도 2는 본 발명에 의한 캠센서와 녹크센서를 이용한 삼원촉매장치의 라이트 오프 타임 단축방법에 있어서 이씨유의 제어로직을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

* 도면의주요부분에대한부호의설명

1: 엔진 2: 캠센서 3: 녹크센서 10: 스로틀 포지션 센서(TPS) 20: 이씨유(ECU)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차량의 4실린더 엔진에 구비되어 있는 이씨유의 제어 로직에 있어서, 차량의 시동이 온인 상태에서 냉각수의 온도가 20∼30℃인가를 판단하고, 냉각수의 온도가 20∼30℃인 경우 이씨유에서는 차량의 스로틀 포지션 센서의 전압값이 0보다 큰 가를 판단하며, 상기 스로틀 포지션 센서의 전압값이 0이면 차량에 차량이 공회전 상태인것으로 판단 로직을 바이패스하고, 스로틀 포지션 센서의 전압값이 0보다 크면 차량이 주행중인 것으로 판단하여 속도센서의 전압값이 0보다 큰 가를 판단하며, 이씨유에서는 냉각수의 온도가 설정온도 이상인가를 판단하고, 냉각수의 온도가 설정온도 이상이면 로직을 바이패스하고 냉각수의 온도가 설정온도 이하이면 4개의 실린더중 캠센서(CAM sensor)와 녹크센서(Knock sensor)를 통해 특정된 1∼2개의 실린더의 스파크 타임(spark time)을 리타드(retard)시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

4사이클 엔진에서는 각 실린더의 4행정중 동력행정은 1행정뿐이기 때문에 다실린더 엔진에서는 회전을 원활하게 하기 위해서는 크랭크 축이 2회전하는 동안에 각 실린더의 연소순서를 정해야 한다. 따라서 이 점화연소의 순서는 크랭크 핀의 순서에 따라 연소가 등간격으로 이루어질 것과, 크랭크 축에 비틀림 진동을 일으키지 않을 것과, 혼합기가 각 실린더에 평균으로 배분될 것과, 하나의 메인 베어링에 연속하여 하중이 걸리지 않을 것등을 합쳐서 생각해야 한다. 또한 점화순서는 No.1 실린더를 첫 번째 점화로 정하여 실린더 번호로 표시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 4실린더 엔진(1)의 N0.2와 No.3 실린더의 중앙에는 녹크센서(Knock sensor)(3)가 구비되어 있으며 No.1과 No.4 실린더에서는 시그널이 작게 감지되며, No.2과 No.3 실린더에서는 시그널이 크게 감지된다. 또한, 4실린더 엔진(1)의 일측 소정부위에는 캠센서(CAM sensor)(2)가 구비되어 있으며 No.1과 No.4 실린더 그리고 No.2과 No.3 실린더를 구별할 수 있다.

상기 4실린더 엔진(1)의 크랭크 핀(도시되지 않음)은 예외없이 180。 2방향이기 때문에 직렬형에서는 No.1이 상사점에 있을 때는 No.4도 마찬가지로 상사점에 있으며, No.2와 No.3은 하사점에 있다. 따라서 점화순서는 1/3/4/2 또는 1/2/4/3의 2종류가 되며, 수평대향형 엔진의 점화순서는 1/4/3/2가 된다.

도 2에 도시된 바와 같이 차량에 구비된 이씨유(ECU)(20)의 제어 로직(control logic)에 있어서는 차량의 시동이 온인 상태(스텝1)에서 냉각수의 온도가 20∼30℃인가를 판단(스텝2)하고, 냉각수의 온도가 20∼30℃인 경우 이씨유(20)에서는 차량의 스로틀 포지션 센서(TPS)(10)의 전압값이 0보다 큰 가를 판단(스텝3)하며, 냉각수의 온도가 20∼30℃를 벗어나는 경우에는 로직을 바이패스(스텝6) 한다.

상기 이씨유(20)에서는 상기 스로틀 포지션 센서(10)의 전압값이 0이면 차량에 차량이 공회전 상태인것으로 판단하여 로직을 바이패스(스텝6)하고, 스로틀 포지션 센서(10)의 전압값이 0보다 크면 차량이 주행중인 것으로 판단하여 다음 단계로 냉각수의 온도가 설정온도 이상인가를 판단(스텝4)한다.

상기 이씨유(20)에서는 냉각수의 온도가 설정온도 이상이면 로직을 바이패스(스텝6)하고 냉각수의 온도가 설정온도 이하이면 4개의 실린더중 캠센서(2)와 녹크센서(3)를 통해 특정된 1∼2개의 실린더의 스파크 타임(spark time)을 리타드(retard)(스텝5)하여 상기 특정된 1∼2개의 실린더만을 후연소시킴에 의해 삼원촉매장치의 온도를 급상승시킨다.

위와 같이, 본 발명에 의한 캠센서와 녹크센서를 이용한 삼원촉매장치의 라이트 오프 타임 단축방법은 차량의 시동이 온인 상태에서 차량 냉각수의 온도가 20∼30℃인 경우 차량에 구비된 이씨유(ECU)에서 스로틀 포지션 센서(TPS)의 전압값이 0보다 큰 경우 차량이 주행중인 것으로 판단하고, 그때의 냉각수 온도가 미리 설정되어 있는 온도보다 낮은 경우 캠센서와 녹크센서를 이용하여 4개의 엔진 실린더중 1∼2개의 특정 실린더를 선택하고, 상기 선택된 특정 실린더를 강제적으로 스파크 리타드(spark retard)하여 1∼2개의 실린더를 후연소시킴으로써 삼원촉매장치(catalytic convertor)의 온도를 급상승하게 하여 삼원촉매장치의 효율적정온도에 이르는 라이트 오프 타임(Light off time)을 단축함으로써 삼원촉매장치를 통한 배출가스의 저감을 효율적으로 수행하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 차량의 4실린더 엔진에 구비되어 있는 이씨유의 제어 로직에 있어서,

   차량의 시동이 온인 상태(스텝1)에서 냉각수의 온도가 20∼30℃인가를 판단(스텝2)하고, 냉각수의 온도가 20∼30℃인 경우 이씨유(20)에서는 차량의 스로틀 포지션 센서(10)의 전압값이 0보다 큰 가를 판단(스텝3)하며, 상기 스로틀 포지션 센서(10)의 전압값이 0이면 차량에 차량이 공회전 상태인것으로 판단하여 이씨유(20)의 제어 로직을 바이패스(스텝6)하고, 스로틀 포지션 센서(10)의 전압값이 0보다 크면 차량이 주행중인 것으로 판단하여 이씨유(20)에서는 냉각수의 온도가 설정온도 이상인가를 판단(스텝4)하고, 냉각수의 온도가 설정온도 이상이면 로직을 바이패스(스텝6)하고 냉각수의 온도가 설정온도 이하이면 4개의 실린더중 캠센서(2)와 녹크센서(3)를 통해 특정된 1∼2개의 실린더의 스파크 타임(spark time)을 리타드(retard)시키는 것(스텝5)을 특징으로 하는 캠센서와 녹크센서를 이용한 삼원촉매장치의 라이트 오프 타임(Light off time) 단축방법.