KR20090065291A

KR20090065291A - 배기가스 온도 저감 방법

Info

Publication number: KR20090065291A
Application number: KR1020070132779A
Authority: KR
Inventors: 박동균
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-06-22

Abstract

본 발명은 배기가스 온도 저감 방법으로서, a) 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태인지를 판단하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태가 아닐 경우, 엔진의 정상상태로 판단하고, 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태일 경우, 내부 EGR을 증가시키는 단계; c) 인테크 밸브(Intak Valve)가 열려 있는 동안 연료 분사가 이루어지도록 연료 분사제어를 수행하는 단계; d) 상기 b) 단계 및 c) 단계를 토대로 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었는지를 판단하되, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었을 경우 플로우를 종료하는 단계; 및 d) 상기 c) 단계에서 판단한 결과, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되지 않았을 경우, 연료의 분사량을 증가시켜 ENRICHMENT를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 고온 고압에서 형성되는 질소 산화물을 감소시키는 효과를 포함하여, 엔진 성능향상을 기대하고 배기가스 온도를 낮춰 고속연비 향상을 기대할 수 있는 효과를 갖는다.

차량, 배기가스, 온도, EGR, IVO, ENRICHMENT, 연료, 분사

Description

배기가스 온도 저감 방법{METHOD FOR DECREASING EXGAUST GAS TEMPERATURE}

본 발명은 차량의 배기 가스의 온도 저감에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 운전영역에서 높은 RPM, 높은 부하 진입 시 CVVT를 이용하여 밸브 오버랩(Valve Overlap)을 증가시켜 실린더 내부의 연소 온도를 저감시킬 수 있는 위한 배기가스 온도 저감 방법에 관한 것이다.

엔진이 작동하기 위해서는 실린더 안에 혼합기를 흡입하고, 또 혼합기가 연소한 후 그 연소가스를 외부로 배출하게 되는데, 이러한 작용은 자동차의 흡,배기장치에 의해서 수행된다. 배기장치에서는 배기 매니폴드(exhaust manifold)에서 각 실린더의 배기가스를 모은 다음, 이 배기가스를 배기 파이프를 통해 촉매컨버터로 보내 인체에 유해한 가스를 인체에 무해한 가스로 변환시켜 준 다음, 소위 머플러라 하는 소음기를 거쳐 차 외로 내보내게 된다.

그런데, 상기와 같은 종래의 일반적인 배기장치를 포함한 연료장치에서는 엔진이나 점화계통, 또는 연료계통의 이상으로 미스파이어(misfire)가 발생하거나, 혹은 점화시간 지연 등으로 인하여 배기가스 온도가 상승하는 등의 현상이 종종 발생하였다.

이를 극복하기 위해, 공지된 배기가스 온도 저감장치를 도 1을 참조하여 설명한다. 도시된 바와 같이, 엔진(11)의 각 기통에 연결된 배기 매니폴드(12)의 각 지점에 온도감지센서(13)가 설치되어 각 기통에서 배출되는 배기가스의 온도를 실시간으로 감지하고, 이 온도감지센서(13)는 전자제어유닛(ECU)에 연결되며, 상기 전자제어유닛(ECU)은 미리 입력된 자료를 바탕으로 상기 온도감지센서(13)에서 감지된 배기가스 온도에 따라 엔진의 이상 유무를 판단하여 계기판에 명시해주도록 되어 있다.

따라서, 엔진계통에 미스파이어가 발생하여 배기가스 온도가 다른 기통보다 낮아지게 되면, 이를 상기 온도감지센서(13)가 감지하여 전자제어유닛(ECU)에서 해당기통을 계기판에 표시함과 동시에 해당 기통의 인젝터 작동을 중지시키는 등의 조치를 취하여 미연소된 연료에 의한 후연소를 방지함으로써 촉매컨버터를 보호하게 되고, 배기가스 온도가 과다 상승된 경우에도 이를 감지하여 전자제어유닛(ECU)에서 연료분사량을 증가시키는 등 적절한 제어를 하게 되는 것이다.

즉, 상기 배기 매니폴드(14)의 각 온도감지센서(13)들은 각 기통에서 배출되는 배기가스를 실시간으로 감지하여 이를 전자제어유닛(ECU)에 통보하게 된다. 상기 전자제어유닛이 상기 온도감지센서(13)에 의해 배기가스 온도를 미리 입력되어 있는 배기가스 온도 한계치와 비교하게 되고, 만약 배기가스의 온도가 한계치 이상인 것으로 감지된 경우 이것이 점화시기 보정에 의한 것인지의 여부를 확인하게 된다.

이러한 배기가스 온도 상승이 점화시기 보정에 의한 것인지의 판단은 연료장 치의 각 센서들에 의해 감지된 제어치에 의한 전자제어유닛의 제어에 의해 전자제어유닛이 보유하고 있는 데이터들에 근거해 이루어진다. 상기 한계치 이상의 배기가스 온도가 엔진운전 조건의 변화로 인해 지속적으로 점화시기가 지각된 것으로 판정된 경우, 전자제어유닛은 연료량을 리치(rich)하게 분사시켜 배기가스 온도를 한계온도 이하로 유지시키게 된다. 이와는 반대로, 만일 배기가스 온도 과다상승이 점화시기 보정에 의한 것이 아니라면, 엔진이상이 아닌 경우를 제외하고는 특별히 배기가스 온도가 상승할 이유가 없으므로, 이 경우 전자제어유닛에서는 엔진 이상으로 판단하여 연료분사를 중지하여 엔진을 정지시키고, 이를 계기판으로 통보하여 운전자에게 경고하게 된다.

한편, 상기 온도감지센서(13)에 의해 감지된 배기가스 온도가 한계치 이내인 경우에는 각 기통간 온도편차가 기 입력된 허용한계치 이하인 경우에는 정상적인 작동을 수행하고 있는 것이므로 아무런 제어작동 없이 정상적인 작동상태를 유지하게 된다. 그러나, 만일 각 기통간 온도편차가 허용한계치 이상인 경우에는 가장 온도가 낮은 기통에서 미스파이어가 발생한 것이 되므로, 이에 따라 전자제어유닛에서는 해당 기통 인젝터의 연료분사를 중지시켜 미연소 연료의 후연소에 따른 촉매 손상을 방지함과 더불어 차량에 발생하는 진동을 억제하게 된다.

그러나, 전술한 바와 같이, 배기가스 온도가 과다 상승된 경우 촉매컨버터를 보호하기 위해 전자제어유닛(ECU)에서 연료분사량을 증가시키는 등 적절한 제어를 수행하여 연소실 내의 온도를 저하시켜 배기가스의 온도를 낮추게 되는데, 결국, 연료를 추가적으로 공급한 만큼의 미연소 연료의 기화열을 이용하여 연소실 내와 벽면의 온도를 떨어뜨리는 Enrich 제어를 함으로써, 추가분의 연료만큼의 연비에 손실을 초래하는 문제가 발생 된다.

따라서 본 발명의 목적은 차량의 운전영역이 고 RPM, 고 LOAD 진입시 CVVT를 이용하여 밸브 오버랩을 증가시켜 불필요한 연료 낭비를 초래하지 않은 상태에서 배기가스 온도를 저감시킬 수 있는 배기가스 온도 저감 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 차량의 운전영역이 고 RPM, 고 LOAD 진입시 연료 분사시기를 늦춤으로써, 밸브가 열려 있는 동안 연료 분사가 이루어지도록 하여 기화열로 인한 실린더 내부의 온도를 저감시킬 수 있는 배기가스 온도 저감 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 배기가스 온도 저감 방법은, 배기가스 온도를 저감시키기 위한 방법에 있어서, a) 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태인지를 판단하는 단계; b) 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태가 아닐 경우, 엔진의 정상상태로 판단하고, 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태일 경우, 내부 EGR을 증가시키는 단계; c) 인테크 밸브(Intak Valve)가 열려 있는 동안 연료 분사가 이루어지도록 연료 분사제어를 수행하는 단계; d) 상기 b) 단계 및 c) 단계를 토대로 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었는지를 판단하되, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었을 경우 플로우를 종료하는 단계; 및 d) 상기 c) 단계에서 판단한 결과, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되 지 않았을 경우, 연료의 분사량을 증가시켜 ENRICHMENT를 수행하는 단계에 의해 달성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 밸브 오버랩을 증가시켜 실린더 내의 연소 온도를 저감시킴으로써, 고온 고압에서 형성되는 질소 산화물을 감소시키는 효과를 갖는다. 또한 Intake valve가 열려 있는 동안 연료를 분사시켜 실린더 내부의 온도를 저하시킴에 따라 엔진 성능향상을 기대하고 배기가스 온도를 낮춰 고속연비 향상을 기대할 수 있는 효과를 갖는다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명은 차량의 운전 영역이 고 RPM, 고 LOAD 진입 상태에서 배기온도를 저감시키기 위한 것으로, 그 첫 번째로 CVVT를 이용하여 밸브 오버랩을 증가 즉, 내부 EGR을 증가시켜 연소온도를 저하시키는 방법을 포함한다. 또는 배기 온도를 저감시키기 위한 방법으로 연료분사시기를 늦춰 인테크(Intake) 밸브가 열려 있는 동안 연료를 분사시켜 기화열로 인한 실린더 내부의 온도를 저감시키는 방법을 제시할 수 있다. 또한, 전술된 방법으로 인한 실린더 내부의 온도가 저감되지 않을 경우 Enrichment를 수행하여 배기가스의 온도를 감소시킨다.

전술된 본 발명의 기술적 요지를 예시도면을 토대로 상세히 설명한다. 도 2는은 본 발명에 따른 주요 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도시된 바와 같이, S201 단계에서, 차량의 운전영역이 고 RPM 상태이고, 고 부하(LOAD) 상태인지 를 판단한다. 이러한 차량의 운전영역에서 배기온도가 과도하게 높아지기 때문에, 촉매의 열적 DAMAGE가 발생된다. 따라서, 본 발명에서는 전술된 차량의 운전영역에서 배기온을 저감시키기 위한 절차를 갖는다.

S201 단계에서 판단한 결과, 현재의 운전영역이 고 RPM이고 고부하 상태일 경우, S203 단계로 진입하여 CVVT를 이용하여 밸브 오버랩(Valve Overlap)을 증가시킨다. 상기 CVVT는 가변 밸브 타이밍 장치로써, 엔진 회전수의 고저, 엔진 부하의 고저 등에 따라 최적의 흡배기 밸브의 개폐 시기는 달라질 수 있다. 따라서, 크랭크축의 회전에 따라 캠축의 회전이 확정적으로 결정되지 않고, 설정된 변위를 갖도록 하여 엔진의 구동 상황에 따라 적절한 밸브 타이밍을 제어하는 것으로, 밸브 타이밍을 설정된 변위 내의 임의의 값으로 제어한다.

본 발명에서는 EGR을 증가시키기 위해 밸브 오버랩을 증가시키는데, 이는 밸브 타이밍을 오버랩시켜 미연소 혼합가스를 배기가스에 혼합하여 산소 비율을 낮게 설정하는 것이다. 이로 인해, 배기가스 온도를 저하시키는 방법론으로 제시된다.

도 3은 본 발명에 따른 EGR 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 이 연소실(1)에는 흡기의 유입을 위한 흡기포트(2)와 배기가스의 배출을 위한 배기포트(3)가 각각 형성되어 있고, 상기 흡기포트(2)에는 흡기밸브(4)가 형성되며, 배기포트(3)에는 배기밸브(5)가 형성되어 있다.

연소실(1) 내부에는 엔진의 각 운전영역에 따라 상하로 왕복운동하는 피스톤(6)이 장착되어 있다. 그리고, 배기포트(3)를 통해 배출된 배기가스는 배기파이프(7)를 통해 배출되는데, 배기파이프(7)의 도중에는 배기가스에 포함되어있는 유 해성분을 정화시키는 촉매변환기(8)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 연소실(1)과 연통되는 일정크기의 EGR 탱크(10)를 구비한다. 상기 EGR 탱크(10)는 EGR포트(9)를 통해 연소실(1)과 연통되도록 형성되어 있고, 상기 EGR포트(9)의 입구측에는 ECU(12)의 제어신호에 따라 개폐되는 솔레노이드밸브(11)가 형성된다.

ECU(12)는 엔진의 운전조건, 즉, 엔진이 고부하 상태 또는 고속으로 운전될때 엔진의 팽창행정 말기에 상기 솔레노이드밸브(11)를 개방하여 일정양의 배기가스가 EGR 탱크(10)에 저장되도록 하고, 이후 흡기행정에서 솔레노이드밸브(11)를 다시 열어주어 연소실(1)로 유입되는 흡기와 함께 상기 EGR 탱크(10)에 저장되어있는 배기가스가 연소실(1)로 공급되도록 한다.

연소실(1)에 배기가스가 흡기와 함께 공급된 상태에서 연소되면 그만큼 연소온도가 낮아지면서 NOx의 발생량이 감소하게 된다. ECU(12)는 1번 실린더의 상사점을 감지하는 TDC센서, 스로틀밸브의 개도 각을 감지하는 TPS센서, 연소실에 공급되는 공기량을 감지하는 MAP센서 등으로부터 감지되는 결과로서 현재 엔진의 운전상태를 판단하고, 그 판단결과 엔진이 고부하 상태 또는 고속으로 운전하고 있는 것으로 판단되면 상기 솔레노이드밸브(11)를 개폐하여 일정 양의 배기가스가 흡기행정에서 연소실에 공급될 수 있도록 한다. 이러한 배기가스는 미연소 혼합가스 상태로서 EGR 증가에 따라 배기 가스를 흡기 가스에 혼합한다. 배기 가스가 흡기 가스에 홉합됨에 따라 산소비율이 낮아지고, 이로 인해, 연소온도가 내려가 결국, 배기가스 온도가 저하되는 현상을 유도한다.

한편, S205 단계로 진입하여 배기온을 저감시키기 위한 다른 방법이 제시될 수 있는데, 이는 인젝션 타이밍을 제어하는 방법이다. 이는 연료분사가 인테크 밸브가 오픈될 때 즉, IVO(Intage Valve Open) 전에 종료되고 공기와 혼합된 후, 인테크가 오픈되면 실린더 내부로 유입되는데, 차량의 운전영역이 고 RPM이고, 높은 부하 상태일 때, 인테크 밸브가 열려 있는 동안 연료를 분사하다록 연료 분사시기를 늦추는 것이다. 이는 기화열에 의한 실린더 내부의 온도를 저하시키는 것으로, 전 과정과 같이 배기가스의 온도를 저하시키게 된다.

S207 단계에서는 상기한 S203 단계 또는(및) S205 단계를 수행한 후, 배기가스의 온도가 기 설정된 경계값 이하로 저하되었는지를 판단한다. 판단결과, 현재의 배기가스 온도가 경계값 이하로 저하되었을 경우, 본 플로우를 종료하나 배기가스 온도가 경계값 이하로 저하되지 않았을 경우, S209 단계로 진입하여 연료를 농후하게 공급하도록 제어한다. 이는 연료를 추가적으로 공급한 만큼의 미연소 연료의 기화열을 이용하여 연소실 내의 온도를 저하시키는 것으로, 연료 추가분에 대한 연비 손실이 발생하는 만큼 최후의 수단으로 적용됨이 바람직하다.

앞서 설명된 바와 같이, 본 발명은 실린더 내의 연소 온도를 저감시켜 촉매의 열적 Damage를 방지할 뿐만 아니라, 배기가스 온도를 낮춤으로 인해, 고속 연비 향상을 유도할 수 있어 산업적 이용가치가 충분할 것으로 판단된다.

도 1은 종래 배기온도 저감장치를 나타낸 도면이고

도 2는 본 발명의 배기온도 저감 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고,

도 3는 본 발명에 따른 EGR 증가 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

<주요 도면에 대한 부호의 설명>

1 : 연소실 2 : 흡기포트

3 : 배기포트 4 : 흡기밸브

5 : 배기밸브 6 : 피스톤

7 : 배기파이프 8 : 촉매변환기

9 : EGR 포트 10 : EGR 탱크

Claims

배기가스 온도를 저감시키기 위한 방법에 있어서,

a) 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태인지를 판단하는 단계;

b) 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태가 아닐 경우, 엔진의 정상상태로 판단하고, 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태일 경우, 내부 EGR을 증가시키는 단계;

c) 상기 EGR 증가를 토대로 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었는지를 판단하되, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었을 경우 플로우를 종료하는 단계; 및

d) 상기 c) 단계에서 판단한 결과, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되지 않았을 경우, 연료의 분사량을 증가시켜 ENRICHMENT를 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기가스 온도 저감 방법.
제1항에 있어서,

상기 EGR 증가는 CVVT를 이용하여 밸브 오버랩(Valve Overlap)을 수행함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 온도 저감 방법.
배기가스 온도를 저감시키기 위한 방법에 있어서,

a) 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태인지를 판단하는 단계;

b) 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태가 아닐 경우, 엔진의 정상상태로 판단하고, 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태일 경우, 인테크 밸브(Intak Valve)가 열려 있는 동안 연료 분사가 이루어지도록 함으로써 연료분사 시기를 늦추는 단계;

c) 상기 연료분사 시기 지연을 토대로 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었는지를 판단하되, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었을 경우 플로우를 종료하는 단계; 및

d) 상기 c) 단계에서 판단한 결과, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되지 않았을 경우, 연료의 분사량을 증가시켜 ENRICHMENT를 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기가스 온도 저감 방법.
배기가스 온도를 저감시키기 위한 방법에 있어서,

a) 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태인지를 판단하는 단계;

b) 상기 a) 단계에서 판단한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태가 아닐 경우, 엔진의 정상상태로 판단하고, 상기 a) 단계에서 판단 한 결과, 차량의 운전영역이 높은 RPM, 높은 부하(LOAD) 상태일 경우, 내부 EGR을 증가시키는 단계;

c) 인테크 밸브(Intak Valve)가 열려 있는 동안 연료 분사가 이루어지도록 연료 분사제어를 수행하는 단계;

d) 상기 b) 단계 및 c) 단계를 토대로 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었는지를 판단하되, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되었을 경우 플로우를 종료하는 단계; 및

d) 상기 c) 단계에서 판단한 결과, 상기 배기가스의 온도가 설정치 이하로 저하되지 않았을 경우, 연료의 분사량을 증가시켜 ENRICHMENT를 수행하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기가스 온도 저감 방법.