KR20110062125A - 엔진의 열부하 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각수의 온도에 따라 이론 공연비의 연소와 희박 연소를 전환 제어하여 엔진의 과도한 온도 상승을 방지시키도록 하는 것이다.

본 발명은 엔진 시동 온 상태에서 냉각수의 온도가 기준온도에 도달하였는지 판단하는 과정, 냉각수의 온도가 기준온도에 도달하지 않았으면 이론 공연비 연소와 배기가스 재순환 제어를 실행하는 과정, 냉각수의 온도가 기준온도에 도달하였으면 이론 공연비 연소에서 희박 연소로 전환하고, 배기가스 재순환 제어를 차단하는 과정을 포함한다.

열부하, 이론 공연비, 희박연소, 냉각수 온도

Description

엔진의 열부하 제어장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROL HEATING LOAD OF ENGINE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 엔진의 열부하 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각수의 온도에 따라 이론 공연비의 연소와 희박 연소를 전환 제어하여 엔진의 과도한 온도 상승을 방지시키도록 하는 엔진의 열부하 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

차량용 엔진에 대하여 강화되는 관리규정에 따라 에너지 손실을 최소화시키기 위하여 다양한 방식의 연소 제어와 배기가스 관리 등의 기술이 적용되고 있다.

특히, 연비향상과 안정된 엔진출력을 제공하기 위한 이론 공연비의 제어와 배기가스의 일부를 엔진으로 재순환시켜 엔진의 연소 온도를 낮추어줌으로써 연소과정에서 NOx가 발생되지 않도록 하는 EGR 제어가 적용되어 있다.

EGR 제어의 적용을 위해서는 배기라인과 엔진의 흡기라인을 연결하는 라인이 필요하게 되며, 엔진의 운전상황에 따라 배기가스의 재순환을 실행시키는 EGR 밸브가 배기라인과 흡기라인을 연결하는 라인의 소정 위치에 설치된다.

따라서, 상기 EGR 밸브의 사용에 따른 방열량의 증대로 인하여 차량의 열부하가 증가되므로, 쿨링팬의 용량 증대를 발생시켜 차량의 연비 악화를 발생시키는 문제점이 있다.

엔진 냉각수의 온도가 상승되는 경우 EGR 밸브를 오프시켜 EGR 밸브에 의한 발열량을 저감시킴으로써 차량의 연비 향상을 가져올 수 있으나, 엔진은 이론 공연비의 연소가 제어됨에 따라 상대적으로 열부하가 증대시키게 된다.

따라서, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, EGR 밸브가 오프되어 배기가스 재순환이 실행되지 않는 상태에서 이론 공연비의 연소가 실행되는 경우 헤드 금속면의 온도가 상승하여 배기밸브와 점화플러그의 온도는 384℃에서 493℃ 정도로 상승되고, 배기밸브의 사이의 온도는 368℃에서 460℃ 정도로 상승되며, 흡기밸브 사이의 온도는 265℃에서 356℃ 정도로 상승된다.

대략적으로, 헤드의 금속면 온도가 100℃ 이상으로 증가시키게 되어 엔진을 파손시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 냉각수의 온도가 엔진의 과열이 예상되는 임의의 구간에 진입하면 이론 공연비의 연소에서 희박 연소로 전환 제어하고, EGR 밸브를 오프하여 연소 온도가 상승되는 것이 차단되도록 하는 것이다..

즉, 냉각수의 온도에 따라 설정되는 에미션 측정구간에서는 이론공연비 제어와 EGR 제어를 동시에 실행하고, 냉각수의 온도가 설정된 임의의 구간에 진입되어 엔진의 과열이 예상되면 이론 공연비의 연소에서 희박연소의 제어로 전환하고, EGR 밸브를 오프시켜 배기가스 재순환이 발생되지 않도록 함으로써 엔진의 연소온도가 상승되는 것을 차단 제어하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 엔진의 열부하 제어장치는, 냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부; 냉각수의 온도가 설정온도 미만인 구간에서 이론 공연비 연소와 배기가스 재순환 제어를 실행하고, 냉각수의 온도가 설정온도를 초과하면 이론 공연비 연소에서 희박 연소로 전환 제어하고 배기가스 재순환 제어를 차단하는 제어부; 제어부의 제어에 따라 연소실에 유입되는 공기량을 조정하는 공기량 조절기; 상기 제어부의 제어에 따라 배기가스 재순환을 조정하는 EGR 밸브를 포함한다.

상기 제어부는 제1온도와 제2온도로 설정되는 히스테리시스 구간을 갖고 냉각수의 온도에 따라 이론 공연비 연소와 희박 연소의 전환이 실행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 따른 엔진의 열부하 제어방법은, 엔진 시동 온 상태에서 냉각수의 온도가 기준온도에 도달하였는지 판단하는 과정; 냉각수의 온도가 기준온도에 도달하지 않았으면 이론 공연비 연소와 배기가스 재순환 제어를 실행하는 과정; 냉각수의 온도가 기준온도에 도달하였으면 이론 공연비 연소에서 희박 연소로 전환하고, 배기가스 재순환 제어를 차단하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 엔진의 과열이 예상되는 조건에서 연소 온 도를 안정되게 제어하여 열부하 및 방열량을 저감시킴으로써, 상품성을 향상시키고 운행에 안정성 및 신뢰성을 제공한다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

차량에는 다양한 구성요소가 포함되나 본 발명에 직접적으로 연관되지 않는 구성요소는 통상적인 기능이 그대로 실행되는바, 이들에 대한 구성과 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 열부하 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 수온검출부(10)와 제어부(20), ETC(30) 및 EGR 밸브(40)를 포함하여 구성된다.

수온검출부(10)는 엔진을 순환하여 엔진을 냉각시키고, 엔진의 온도를 최적의 조건으로 유지시키는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(20)에 제공한다.

제어부(20)는 냉각수의 온도가 에미션 측정구간, 대략 102℃ 이내의 구간에 서는 ETC(30)를 통한 공기량의 조정으로 이론 공연비의 연소 제어를 실행하고, 동시에 EGR 밸브(40)를 개방시켜 배기가스의 재순환을 실행시킴으로써, NOx가 발생되지 않도록 한다.

그러나, 상기 제어부(20)는 냉각수의 온도가 엔진의 과열이 예상되는 구간, 대략 102℃를 초과하여 105℃에 진입하면 ETC(30)를 통한 공기량의 조정으로 이론 공연비의 연소에서 희박 연소로 전환하고, EGR 밸브(40)를 오프시켜 배기가스의 재순환이 일어나지 않도록 함으로 엔진의 연소 온도를 안정되게 유지시킨다.

상기한 제어에 따라 엔진의 연소 온도가 안정되어 냉각수의 온도가 에미션 측정구간, 대략 102℃ 이하로 하강하게 되면 제어부(20)는 희박연소에 이론 공연비의 연소로 전환하고, EGR 밸브(40)를 개방시켜 NOx 저감을 위한 배기가스 재순환을 실행시킨다.

상기 이론 공연비의 연소에서 희박 연소로의 전환, 희박 연소에서 이론 공연비 연소의 전환은 냉각수의 온도가 대략, 102℃ ~ 105℃의 구간에서 히스테리시스를 갖도록 하여 엔진의 출력토크 변화가 빈번하게 발생되는 것을 방지한다.

ETC(30)는 상기 제어부(30)의 제어에 따라 연소실에 유입되는 공기량을 조정하여 이론 공연비의 운전 혹은 희박 운전이 실행될 수 있도록 한다.

EGR 밸브(40)는 상기 제어부(20)에서 인가되는 듀티 제어신호에 따라 배기가스 재순환 및 재순환되는 배기가스의 양을 조정한다.

전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.

본 발명이 적용되는 차량의 엔진이 시동 온되면(S101) 수온검출부(10)는 엔 진을 순환하는 냉각수의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(20)에 제공한다(S102).

따라서, 제어부(20)는 냉각수의 온도를 분석하여 엔진의 과열 판정 기준온도, 예를 들어 102℃에 도달되었는지 판단한다(S103).

상기 S103에서 냉각수의 온도가 과열 판정의 기준온도, 예를 들어 102℃에 도달되지 않는 상태이면 에미션 측정구간인 것으로 판정하고 ETC(30)를 통한 공기량의 조정으로 이론 공연비의 연소 제어를 실행하고(S107), 동시에 EGR 밸브(40)를 개방시켜 배기가스의 재순환을 실행시킴으로써 NOx가 발생되지 않도록 한다(S108).

그러나, 상기 S103에서 냉각수의 온도가 엔진 과열이 예상되는 기준온도, 에를 들어 102℃를 초과한 것으로 판단되면 ETC(30)를 통한 공기량의 증량 조정으로 이론 공연비의 연소에서 희박 연소로 전환하고(S104), EGR 밸브(40)를 오프시켜 배기가스의 재순환이 일어나지 않도록 함으로(S105) 희박 연소의 제어를 통해 엔진의 연소 온도를 안정되게 유지시킨다(S106).

상기한 제어에 따라 엔진의 연소 온도가 안정되어 냉각수의 온도가 에미션 측정구간, 대략 102℃ 이하로 하강하게 되면 제어부(20)는 희박연소에 이론 공연비의 연소로 전환하고, EGR 밸브(40)를 개방시켜 NOx 저감을 위한 배기가스 재순환을 실행시킨다.

상기 이론 공연비의 연소에서 희박 연소로의 전환, 희박 연소에서 이론 공연비 연소의 전환은 냉각수의 온도가 대략, 102℃ ~ 105℃의 구간에서 히스테리시스를 갖도록 하여 엔진의 출력토크 변화가 빈번하게 발생되는 것을 방지한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 열부하 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 열부하 제어절차를 도시한 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 열부하 제어에서 냉각수의 온도와 공연비의 관계를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 열부하 제어에서 냉각수의 온도와 EGR 밸브의 개도 관계를 도시한 도면이다.

도 5는 종래의 엔진에서 당량비에 따른 헤드온도를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 수온검출부 20 : 제어부

30 : ETC 40 : EGR 밸브

Claims (5)

1. 냉각수의 온도를 검출하는 수온검출부;

   냉각수의 온도가 설정온도 미만인 구간에서 이론 공연비 연소와 배기가스 재순환 제어를 실행하고, 냉각수의 온도가 설정온도를 초과하면 이론 공연비 연소에서 희박 연소로 전환 제어하고 배기가스 재순환 제어를 차단하는 제어부;

   제어부의 제어에 따라 연소실에 유입되는 공기량을 조정하는 공기량 조절기;

   상기 제어부의 제어에 따라 배기가스 재순환을 조정하는 EGR 밸브;

   를 포함하는 엔진의 열부하 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 제1온도와 제2온도로 설정되는 히스테리시스 구간을 갖고 냉각수의 온도에 따라 이론 공연비 연소와 희박 연소의 전환이 실행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 열부하 제어장치.
3. 엔진 시동 온 상태에서 냉각수의 온도가 기준온도에 도달하였는지 판단하는 과정;

   냉각수의 온도가 기준온도에 도달하지 않았으면 이론 공연비 연소와 배기가스 재순환 제어를 실행하는 과정;

   냉각수의 온도가 기준온도에 도달하였으면 이론 공연비 연소에서 희박 연소 로 전환하고, 배기가스 재순환 제어를 차단하는 과정;

   을 포함하는 엔진의 열부하 제어방법.
4. 제3에 있어서,

   상기 기준온도는 제1기준온도와 제2기준온도로 히스테리시스 구간이 설정되며, 냉각수의 온도를 상기의 히스테리시스 구간에 적용하여 이론공연비의 연소와 희박 연소의 전환이 반복 실행되는 것을 포함하는 엔진의 열부하 제어방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1기준온도는 102℃로 설정되고, 제2기준온도는 105℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 열부하 제어방법.

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