KR20040040502A

KR20040040502A - 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법

Info

Publication number: KR20040040502A
Application number: KR1020020068633A
Authority: KR
Inventors: 주승욱
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2004-05-13
Also published as: KR100501442B1

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법에 관한 것으로서,

산화촉매를 배기계에 설치한 종래의 정화장치는 차량이 경사로를 등판하거나 급가속할때 다량의 배기가스를 효율적으로 모두 정화시키지 못하여 그 발생된 배기가스를 그대로 대기중에 방출하게되는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 일정압의 산소를 저장하는 산소봄베를 구비하고, 상기 산소봄베가 공급관에 의해 산화촉매의 입려측과 연결되도록 하며, 상기 공급관의 도중에 산소의 공급을 선택적으로 제어하기 위한 밸브를 설치하여 엔진의 급가속시 상기 밸브의 개방에 의해 산소가 산화촉매로 공급되어 배기가스 정화효율이 향상되도록 하므로서, 무부하 급가속이나 주행중에서의 급가속 및 경사로 등판과같이 일시적으로 매연이 다량발생하게되는 운전조건에서 산화촉매의 정화효율을 극대화시켜 배기가스의 배출량이 감소하도록 한 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법에 관한 것이다.

Description

디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법{Catalyst effect improvementing device and method}

본 발명은 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법에 관한 것으로서, 특히 무부하 급가속이나 주행중에서의 급가속 및 경사로 등판과같이 일시적으로 매연이 다량발생하게되는 운전조건에서 산화촉매의 정화효율을 극대화시켜 배기가스의 배출량이 감소하도록 한 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법에 관한 것이다.

디젤엔진은 가솔린 엔진에 비해 효율이 우수하고 연비가 뛰어나 버스, 트럭과 같은 대형 차량 뿐만 아니라 승용차량에도 탑재되고 있고, 연료를 고압 분사하는 커먼레일 시스템의 등장으로 최근에는 그 수요가 더욱 늘어나고 있는 실정이다.

이러한 커먼레일 시스템의 채용으로 인해 기존의 기계식 디젤엔진에 비해 매연이 상대적으로 많이 감소되었다고는 하지만 아직까지도 급가속시와 경사로 등판시에는 터보차저의 회전이 느린 응답성에 기인하는 소위 말하는 터보랙(Turbo lag)현상에 의해 다량의 매연이 발생하고 있어서 환경규제와 상품성에 많은 악영향을 미치고 있다.

디젤엔진에서 배출되는 배기가스를 정화시키는 종래의 장치로는 배기계에 배기가스를 산화시켜 정화하는 산화촉매를 설치하는 것이 대부분이다.

배기계에 설치된 산화촉매는 아래의 화학반응식에의해 매연의 원인물질인 탄소를 산화시켜 정화한다.

2NO + O2 = 2NO2

2NO2 + C = CO2 + 2NO

NO2 + C = CO + NO

그러나, 산화촉매를 배기계에 설치한 종래의 정화장치는 차량이 경사로를 등판하거나 급가속할때 다량의 배기가스를 효율적으로 모두 정화시키지 못하여 그 발생된 배기가스를 그대로 대기중에 방출하게되는 문제점이 발생하고 있었다.

즉, 차량이 경사로를 등판하거나 급가속할때에는 터보랙 현상에 의해 엑셀페달의 답입량에 비해 흡기의 과급압이 현저히 모자라게되고, 이에의해 연소실에서의 불완전연소가 이루어져 다량의 배기가스가 발생되게되며, 이와같이 배기가스가 대량으로 배출될때 종래의 산화촉매는 그 정화효율이 한정되어 있으므로 다량으로 배출되는 배기가스를 모두 정화시키지 못하는 것이다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 일정압의 산소를 저장하는 산소봄베를 구비하고, 상기 산소봄베가 공급관에 의해 산화촉매의 입려측과 연결되도록 하며, 상기 공급관의 도중에 산소의 공급을 선택적으로 제어하기 위한 밸브를 설치하여 엔진의 급가속시 상기 밸브의 개방에 의해 산소가 산화촉매로 공급되어 배기가스 정화효율이 향상되도록 하므로서, 무부하 급가속이나 주행중에서의 급가속 및 경사로 등판과같이 일시적으로 매연이 다량발생하게되는 운전조건에서 산화촉매의 정화효율을 극대화시켜 배기가스의 배출량이 감소하도록 한 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

배기파이프의 도중에 터보차저와 배기가스 정화용 산화촉매가 설치되어 있는 것에 있어서,

일정압의 산소를 저장하는 산소봄베와;

상기 산화촉매의 입구측과 상기 산소봄베를 상호 연결하는 공급관과;

상기 산소공급관의 도중에 설치되고, 개폐되어 산화촉매로 산소가 선택적으로 공급되도록 하는 솔레노이드밸브; 를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 엔진 운전조건을 감시하여 급가속시 산화촉매로 산소가 공급되어 산화촉매의 정화효율이 향상되도록 솔레노이드밸브를 개폐시키는 제어부를 포함하며,

엔진의 운전조건을 감지하기위한 수단으로서,

기어의 중립 또는 제 1 기어위치를 감지하는 기어센서와;

터보차저의 흡기 과급압을 감지하는 압력센서와;

엔진 회전수를 감지하는 아피엠센서와;

엑셀페달의 답입가속도를 감지하는 엑셀페달센서로서 구성되며,

상기 제어부는 상기 센서들에 의해 감지되는 정보로서 에진 운전조건을 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 산화촉매 효율 향상방법은,

엔진이 구동하면 기어가 중립 또는 제 1 기어위치인지를 판단하는 제 1 과정과;

상기 제 1 과정의 판단결과 중립 또는 제 1 기어위치이면 터보차저에 의해 과급되는 흡기압(Bp)이 기준치(Bo) 이하인지를 비교하는 제 2 과정과;

상기 제 2 과정에서의 비교결과 터보차저에서 과급되는 흡기압(Bp)이 기준치(Bo) 이하이면 솔레노이드밸브를 개방시켜 산소봄베의 산소가 산화촉매로 공급되어 배기가스의 산화가 촉진되도록 하는 제 3 과정으로 진행되는 것을 특징으로한다.

또한, 제 1 과정에서의 판단결과 기어가 제 1 기어위치 이상이면 엔진 회전수를 감지하는 제 4 과정과;

엔진회전수가 일정치 이하인 상태에서 엑셀페달의 답입 가속도를 판단하는 제 5 과정과;

제 5 과정에서의 판단결과 엑셀페달의 답입가속도가 기준치 이상이면 일정시간 동안 솔레노이드밸브를 개방시켜 산소봄베의 산소가 산화촉매로 공급되도록 하는 제 6 과정; 으로 진행되는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치를 보인 도면.

도 2 는 본 발명의 제어과정을 보인 플로우챠트.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 2 : 배기매니폴드

3 : 배기파이프 4 : 터보차저

5 : 산화촉매 6 : 압력센서

7 : 산소봄베 8 : 공급관

9 : 솔레노이드밸브 10 : 아피엠센서

11 : 엑셀페달센서 12 : 기어센서

13 : 압력센서 14 : 수온센서

15 : 제어부

이하, 첨부된 도면 도 1 과 도 2 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1 은 엔진을 나타내며, 이 엔진(1)의 배기계에는 엔진으로부터 배기가스를 배출시키는 배기매니폴드(2)가 형성되고, 상기 배기매니폴드(2)로부터 일정길이의 배기파이프(3)가 연장되어 있다.

상기 배기파이프(3)의 도중에는 배기압을 이용하여 흡기를 과급시키는 터보차저(4), 상기 터보차저(4)를 통과한 배기가스를 정화시키는 산화촉매(5), 그리고, 배기소음을 감쇄시켜 대기중으로 배출하는 머플러(6)가 설치된다.

도면부호 7 은 일정압의 산소를 저장하고 있는 산소봄베를 나타내며, 이 산소봄베(7)와 산화촉매(5)의 입구측은 별도의 공급관(8)에 의해 상호 연결되어 있다.

상기 공급관(8)의 도중에는 개폐용 솔레노이드밸브(9)를 설치하여 이 솔레노이드밸브(9)의 개폐동작에 의해 산화촉매(5)로 공급되는 산소가 단속되도록 하였다.

상기 솔레노이드밸브(9)는 제어부(15)에 의해 제어되는데, 상기 제어부(15)는 각종 센서(10~14)에 의해 감지되는 정보들을 이용하여 엔진의 무부하 급가속 또는 급가속 등을 감지하여 이러한 운전조건일때 상기 솔레노이드밸브(9)를 개방시켜 산소가 산화촉매(5)로 공급되도록 한다.

엔진운전조건을 감지하는 수단으로서,

기어의 중립 또는 제 1 기어위치를 감지하는 기어센서(12)와, 터보차저의 흡기 과급압을 감지하는 압력센서(13)와, 엔진 회전수를 감지하는 아피엠센서(10)와, 엑셀페달의 답입가속도를 감지하는 엑셀페달센서(11)와, 냉각수온을 감지하는 수온센서(14)등이 구비된다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

엔진(1)이 구동하면 제어부(15)는 기어센서(12)로부터 감지되는 정보로서 현재 차량이 중립 또는 제 1 기어위치인지를 판단한다.

상기 판단결과 현재의 기어위치가 중립 또는 제 1 기어위치라고 판단되면, 제어부(15)는 압력센서(13)에서 감지되는 터보차저(4)에 의한 흡기 과급압(Bp)이 미리 설정되어 있는 기준값(Bo) 보다 작은지를 비교하고, 그 비교결과 흡기 과급아(Bp)이 기준값(Bo) 보다 작으면 무부하 급가속인 것으로 판단한다.

흡기 과급압(Bp)이 기준값(Bo) 보다 작을때 무부하 급가속인 것으로 판단하는 이유는 운전자가 엑셀페달을 급격히 밟을경우 터보랙 현상에 의해 흡기측의 과급압이 순간적으로 낮아지는 현상이 발생하기 때문이다.

상기와같이 무부하 급가속 상태인 것으로 판단되면, 제어부(15)는 솔레노이드밸브(9)를 개방시켜 산소봄베(7)에 저장된 산소가 공급관(8)을 통해 산화촉매(5)로 공급되도록 하여 산화촉매(5)의 정화효율이 향상되도록 하므로서, 무부하 급가속시 대량으로 발생하게되는 배기가스가 산화촉매(5)에서 모두 정화될 수 있게되는 것이다.

상기 솔레노이드밸브(9)를 개방시킨 후에는 터보랙 과 산화촉매 내에서의 반응시간 등을 고려하여 일정시간(약 5~7초) 경과후 자동으로 솔레노이드밸브(9)를 오프시켜 더이상 산소가 산화촉매(5)로 공급되지 않도록 한다.

상기 설명에서 기준값(Bo)은 엔진마다 다소 차이가 있으나 통상 약 730~760mmHg정도로서 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 제어부(15)는 상기 판단결과 현재의 기어단이 제 1 기어위치 이상이면 아피엠센서(10)를 통해 현재의 엔진 회전수를 판단한다.

엔진 회전수가 일정치 이하인 상태에서 엑셀페달센서(11)에서 감지되는 엑셀페달의 답입 가속도가 기준값(A=20~30ms)보다 크면, 제어부(15)는 현재 엔진이 급가속상태인 것으로 판단한다.

엔진이 급가속상태가되면 터보차저의 터보랙 현상에 의해 연소실에서의 불완전연소가 발생하게되고, 이에의해 다량의 배기가스가 배출되게 된다.

이때, 제어부(15)는 상기 솔레노이드밸브(9)를 개방시켜 산소봄베(7) 내의산소가 산화촉매(5)로 공급되도록 하여 산화촉매(5)의 정화효율이 극대화되도록 하므로서, 급가속시 엔진에서 배출되는 다량의 배기가스를 효과적으로 정화시킬 수 있게된다.

이때에도 제어부(15)는 솔레노이드밸브(9)를 개방시킨 후 일정시간이 경과하면 자동으로 솔레노이드밸브(9)를 차단시켜 더이상의 산소가 산화촉매(5)로 공급되지 않도록 한다.

상기 설명된 바와같이 본 발명은 엔진이 경사로를 등판하거나 무부하 급가속 또는 주행중 급가속 시와같이 배기가스가 대량으로 배출되는 시점에서 일시적으로 산화촉매(5)에 산소가 공급되어 산화촉매(5)의 정화효율이 극대화되도록 하여 엔진에서 배출되는 다량의 배기가스를 효과적으로 정화시킬 수 있도록 하는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 일정압의 산소를 저장하는 산소봄베를 구비하고, 상기 산소봄베가 공급관에 의해 산화촉매의 입려측과 연결되도록 하며, 상기 공급관의 도중에 산소의 공급을 선택적으로 제어하기 위한 밸브를 설치하여 엔진의 급가속시 상기 밸브의 개방에 의해 산소가 산화촉매로 공급되어 배기가스 정화효율이 향상되도록 하므로서, 무부하 급가속이나 주행중에서의 급가속 및 경사로 등판과같이 일시적으로 매연이 다량발생하게되는 운전조건에서 산화촉매의 정화효율을 극대화시켜 배기가스의 배출량이 감소하도록 한 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치와 방법을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims

배기파이프(3)의 도중에 터보차저(4)와 배기가스 정화용 산화촉매(5)가 설치되어 있는 것에 있어서,

일정압의 산소를 저장하는 산소봄베(7)와;

상기 산화촉매(5)의 입구측과 상기 산소봄베(7)를 상호 연결하는 공급관(8)과;

상기 산소공급관(8)의 도중에 설치되고, 개폐되어 산화촉매(5)로 산소가 선택적으로 공급되도록 하는 솔레노이드밸브(9); 를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치.
제 1 항에 있어서,

엔진 운전조건을 감시하여 급가속시 산화촉매(5)로 산소가 공급되어 산화촉매(5)의 정화효율이 향상되도록 솔레노이드밸브(9)를 개폐시키는 제어부(15)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치.
제 2 항에 있어서,

엔진의 운전조건을 감지하기위한 수단으로서,

기어의 중립 또는 제 1 기어위치를 감지하는 기어센서(12)와;

터보차저의 흡기 과급압을 감지하는 압력센서(13)와;

엔진 회전수를 감지하는 아피엠센서(10)와;

엑셀페달의 답입가속도를 감지하는 엑셀페달센서(11)를 포함하여 구성되고,

상기 제어부(15)는 상기 센서(10~13)들에 의해 감지되는 정보로서 에진 운전조건을 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상장치.
엔진이 구동하면 기어가 중립 또는 제 1 기어위치인지를 판단하는 제 1 과정과;

상기 제 1 과정의 판단결과 중립 또는 제 1 기어위치이면 터보차저에 의해 과급되는 흡기압(Bp)이 기준치(Bo) 이하인지를 비교하는 제 2 과정과;

상기 제 2 과정에서의 비교결과 터보차저에서 과급되는 흡기압(Bp)이 기준치(Bo) 이하이면 솔레노이드밸브를 개방시켜 산소봄베의 산소가 산화촉매(5)로 공급되어 배기가스의 산화가 촉진되도록 하는 제 3 과정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 산화촉매 효율 향상방법.
제 4 항에 있어서,

상기 솔레노이드밸브의 개방 후 일정시간이 경과하면 솔레노이드밸브를 자동 오프시키는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 산화 촉매 효율 향상방법.
제 4 항에 있어서,

제 1 과정에서의 판단결과 기어가 제 1 기어위치 이상이면 엔진 회전수를 감지하는 제 4 과정과;

엔진회전수가 일정치 이하인 상태에서 엑셀페달의 답입 가속도를 판단하는 제 5 과정과;

제 5 과정에서의 판단결과 엑셀페달의 답입가속도가 기준치 이상이면 일정시간 동안 솔레노이드밸브를 개방시켜 산소봄베의 산소가 산화촉매로 공급되도록 하는 제 6 과정; 으로 진행되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 산화 촉매 효율 향상방법.