KR900002314B1 - 내연기관의 배기가스 환류제어장치 - Google Patents

내연기관의 배기가스 환류제어장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 배기가스 환류제어장치
제 1 도는 종래의 EGR 제어장치의 작동시의 타이밍 챠트.
제 2 도는 강제 구동을 하지 않는 종래장치의 각종 타이밍 챠트.
제 3 도는 본 발명의 한 실시예로서의 EGR 제어장치의 개략구성도.
제 4 도는 제 3 도의 EGR 제어장치의 작동시의 타이밍 챠트.
제 5 도는 강제구동을 하는 본 발명 장치의 각종 타이밍 챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : EGR 제어장치 4 : EGR 밸브
5 : 밸브구동수단 13 : 리프트센서
14 : 주제어장치 21 : 급변설정기
본 발명은 내연기관의 흡기계에 배기가스를 환류시켜 연소온도를 규제하고 배기가스중의 유해성분 발생을 억제하는 내연기관의 배기가스 환유제어 장치에 관한 것이다.
내연기관, 특히 개소린엔진은 그 운전 상태에 의하여 연소실내가 고은화하여, 질소산화물(NOX)이 다량으로 발생하기 쉽고 이것을 방지하기 위해서는 불활성 가스화 되고 있는 배기가스를 재차 연소실로 환류하여 연소온도의 상승을 억제하는 것이 유효하며 배기가스 환유 제어장치(이후 다만 EGR 제어장치라고함)가 이용되고 있다. 보통 EGR 제어장치는 배기가스환류를 제어하는 밸브인 EGR 밸브를 냉각수온도나 엔진 부압(負壓)에 의거한 운전 조건에 따라 개폐시킨다. 예를들면, 흡기계의 엔진 부압을 절환밸브를 통하여 아이어프램(diaphram)실로 인도하고, 설정시에 다이어프램에 연동하는 EGR밸브를 개폐 조작하는 것이나 엔진운전 조건을 일단 전기신호화하며 이로부터 소정의 운전 조건을 달성하기 위한 EGR 밸브의 개방정도로 목표치를 산출하고 이 목표치에 EGR 밸브의 실제 변위량을 일치시킬 수 있도록 제어장치가 출력신호를 발생하는 것이 있다. 이중 후자의 EGR 제어장치에서는 제 1 도에 도시하는 바와 같이 엔진 운전상태에 의거하여 샘플링 주기 Ts시에 목표치 a가 설정된다. 그후 목표치 a의 변화에 의하여 EGR 밸브의 실제 개폐량인 실제 리프트량 b와의 편차 ε1가 생기면 제어장치는 편차 ε1의 양에 비례한 시간폭 TPW1의 펄스를 발생하고 이것을 밸브 개방용 솔레노이드의 구동신호 f로 하고 그 후에 일정치의 휴지시간 TW를 설치하여 제어의 안정화를 얻고 있다.
그런데 일단 TPW1의 펄스를 출력하면 휴지시간 Tw가 종료할때까지 다음의 동작을 못하고 타이밍 T2에서 목표치 a가 변하여도 구동신호 f는 시간폭 TPW1의 출력을 계속하고 휴지시간 TW를 거친 시점에서의 타이밍 T3에서 편차 ε2에 비례한 시간폭 TPW2의 펄스를 출력하게 된다. 이와같이 종래 장치로는 시간폭 TL의 쓸데없는 시간을 필요로 한다. 이 때문에 제 2 도(a)에 도시하는 바와 같은 같은 단조로운 목표치 a의 변화에는 실제위치(리프트량) b가 추종되지만, 제 2 도(b) 및 (c)에 도시하는 바와같은 급격한 변화에는 지연이 눈에 띄고 추종성이 없어질 경우가 있다. 또한 제 1 도 및 제 2 도에 있어서 부호 f은 EGR 밸브를 개방방향으로 이동시키는 구동신호를 나타내고 부호 g는 EGR 밸브를 폐쇄방향으로 이동시키는 구동신호를 나타내고 있다.
본 발명은 EGR이 그 목표치의 급변에 지연없이 작동할 수 있는 EGR 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 EGR 제어장치는 EGR 밸브의 개방정도를 목표치에 유지하도록 작동시키는 밸브 구동수단에 주 제어장치가 구동신호를 출력하는 구성이며 특히, 주 제어장치는 목표치의 설정치 이상의 급변을 목표치 급변 판정설정기에 의하여 검출하고 즉시, 통상작동을 멈추고 새로운 목표치에 대응한 구동신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에는 혼동을 일으키지 않는 범위에서 부호 a, b, f, g, T등을 제 1 도와 동일하게 사용한다. 제 3 도에는 본 발명의 한 실시예로서의 EGR 제어장치(1)를 표시했다. 이 EGR 제어장치는 도시하지 않은 개소린 엔진의 배기계에 연통가능한 급기측 환류로(3)를 EGR 밸브(4)에 의하여 개폐제어 하는 것이며 EGR 밸브의 밸브전체는 니들 밸브로 형성되고 그 리프트 방향(도면중에 A로서 도시)으로의 중간 변위량에 따라 배기가스통로의 유효직경이 변화하여 유효직경에 비례하여 환류량인 EGR 량이 증가하는 구성이다.
밸브(4)는 밸브 구동수단(5)에 의하여 그 개방정도로서 리프트량을 변화시키는 것으로서 여기서는 리턴스프링을 구비한 다이어프램(6), 다이어프램(6)에서 밀봉된 부압실(7), 부압실(7)에 제각기 연통가능한 부압로(8) 및 대기 개방로(9), 부압로(8)를 개폐하는 제 1 전자밸브(10), 대기개방로(9)를 개폐하는 제 2 전자밸브(11)에 의하여 형성된다. 도면중 부호 (12)는 부압원을 도시하고 있으며, 이것은 급기로의 부압을 사용하여도 좋고 도시하지 않은 진공펌프를 구비한 부압탱크라도 좋다. 또한 EGR 밸브(4)에는 이 EGR 밸브(4)의 개방정도로서의 실제 리프트량 b에 대응한 실제 변위신호를 발생하는 밸브변위 검출기(이후 다만 리프트 센서라함)(13)가 부착되고 이 실제 변위신호는 후술의 주 제어장치(14)에 귀환신호로서 송출된다.
제 1 및 제 2 전자밸브(10), (11)에는 주 제어장치(14)가 접속된다. 또한, 이 주 제어장치는 마이크로컴퓨터로 구성되어 있고 제 3 도중에는 이것을 기능적으로 표시하였다. 주제어장치(14)는 목표치 설정기(15)를 구비하고 이것에는 냉각수 온도에 따른 전기 신호를 송출하는 온도센서(16)와, 엔진 부하에 따른 전기신호를 송출하는 부하 센서(17) 및, 엔진 회전속도에 따른 전기신호를 송출하는 엔진 회전센서(18)등이 접속된다. 이들 센서로부터의 입력신호에 의거하여 목표치 설정기(15)는 엔진의 작동조건을 검출하고 이 작동조건에 적합한 EGR 량을 사전에 준비된 특성 데이타에 의하여 구한다. 다음에 이 EGR 량에 적합한 EGR 밸브(4)의 리프트량이 사전에 준비된 특성 데이타에 의하여 구해지며 이것이 목표치 Va로 되어 목표치 신호 Va가 출력된다.
목표치 설정기(15)로 부터의 목표치 신호 Va는 비교기(20) 및 본 발명의 요지를 이루는 목표치 급변 판정 설정기(이후 다만 급변 설정기라함)(21)에 입력된다. 비교기(20)는 목표치 신호 Va외에 리프트센서(13)로 부터 실제 변위 신호 Vb를 받아 양자의 차분신호 V(이것은 목표치 a와 실제 리프트량 b의 편차 ε에 대응한다)를 펄스 구동기(22)에 출력한다.
펄스 구동기(22)는 차분 신호 V에 비례한 시간폭의 펄스를 구동신호로서 발생하는 것이며 이 펄스는 편차의 정 및 부(여기서는 제 4 도중의 ε1을 정으로하고 ε2를 부로 설정한다). 즉, 리프트량을 상승하는지 하강하는지에 따라 제 1 전자 밸브(10) 혹은 제 2 전자 밸브(11)에 택일하여 출력된다. 또한, 부호 (23)는 불감대설정기를, 부호 (24)는 휴지시간 설정기를 제각기 표시하고 있다. 불감대 설정기(23)는 편차 ε1등이 설정치 PE(제 4 도 참조) 이하일때, 펄스 구동기(22)의 펄스 발생동작을 정지시키는 것이며 휴지시간 설정기(24)는 제어계 전체의 작동 지연에 의해 펄스에 의한 구동결과가 실제 리프트량 b에 나타날때까지의 휴지시간 TW를 설정하고 이동안 다음의 새로운 펄스의 발생을 휴지시키는 것이다.
급변 설정기(21)는 목표치 a의 변화량을 검출하고 사전에 설정된 양 이상의 변화가 있으면 강제구동 패턴을 펄스 구동기(22)가 행하는 것을 허용한다. 즉, 그때 출력중의 펄스 발생 휴지시간 TW의 경과대기 등의 구동신호 설정 작동을 모두 강제적으로 중지시키고 그 시점에서의 새로운 목표치에 대응한 새로운 구동신호의 출력을 펄스 구동기(22)에 행하게 된다. 이에따라, 펄스구동기(22)는 새로운 목표치와 실제 리프트량에 편차에 따른 시간폭의 펄스를 구동신호 f 혹은 g로서 출력한다.
제 3 도에 도시한 EGR 제어장치(1)의 작동을 제 4 도에 도시한 타이밍 챠트에 따라 설명한다.
우선, 엔진 작동상태가 온도센서(16), 부하센서(17) 엔진회로센서(18)에 의하여 검출되고 이것이 난기 완료후의 정상주행이며 EGR 밸브(4)는 목표치 a에 거의 동일한 실제 리프트량 b를 나타내고 있는 것으로 한다. 지금 샘플링 주기 TS에 있어서 목표수치 a가 엔진 작동 조건의 변화에 따라 크고, 즉, 리프트량 상승방향의 수치로 되면 편차 ε1에 비례한 시간폭 TPW1의 펄스가 구동신호 f로서 제 1 전자밸브(10)에 출력된다. 이것에 의하여 밸브(4)는 파선으로 표시하는 바와같은 작동지연을 함께하여 상승하고, 실제 리프트량 b를 변화시킨다. 그러나, 시간폭 TPW1의 시간내인 T2타이밍으로 목표치 a가 다시 변화하고 변화율 da가 설정치 이상이라고 하면 급변 설정기(21)가 작동하고 펄스 구동기(22)는 강제구동 패턴에 들어가고 구동신호 f를 일단정지시켜 새로 그 시점 T2에서의 편차 ε2에 비례한 시간폭 TPW2의 펄스를 구동신호 g로서 제 2 전자밸브(11)에 출력한다. 이후의 시간폭 TPW2에서의 목표치 a에 변화가 없어 통상 작동이 행해지며 휴지시간 TW의 후에도 편차가 설정치 P2이하인 것에 의하여 펄스 발생은 정지 된다.
상술과 같이, 제 3 도에 도시한 EGR 제어장치(1)에 의하면 급변설정기(21)의 작동에 의해 목표치 a의 급변시에는 펄스 구동기(22)의 통상작동을 정지시켜 강제 구동 패턴 즉, 새로운 목표치에 대응한 구동신호의 출력을 행하는 패턴에 들어갈 수 있고 제 1 도중에 도시한 쓸데없는 시간 TL이 없어지고 응답성이 향상한 EGR 제어장치(1)를 얻을수가 있다.
또한, EGR 제어장치(1)를 제 2 도에 표시한 것과 동일한 목표치에 따라서 작동시킨 경우를 제 5 도에 도시하였다. 이 경우 목표치 a의 변화율이 큰 제 5 도(c)인때에는 제 1 도(c)의 때와 달리 강제 구동 패턴이 매치되고, 목표치 a에 대한 실제 리프트량 b의 지연이 작고, 응답성이 양호하다. 단, 목표치 변화율이 작은 제 5 도(a), (b)인때에는 충분한 휴지 시간을 얻을 수 없고 구동신호 f, g에 대한 실제리프트량 b의 지연에 의한 오버슈트 P1이나 언더슈트 P2가 반복되어 헌팅이 발생한다. 그러나, 이 헌팅을 고려하여 목표치 급변 판정의 기준레벨을 설정(예를들면 제 5 도(a)(b)에 도시한 목표치의 변화율로는 종래 작동을 할수있도록 설정한다) 하면 안정성을 악화시키지 않고 응답성이 향상된다.
상술된 바에 의하면 밸브 구동수단으로서 다이어프램, 부압원(12), 제 1 및 제 2 전자밸브(10), (11) 등으로서 되는 것을 설명하였으나 이중 다이어프램(6)에 대신하여 에어실린더를 접동하는 피스톤에 의하여 EGR밸브(4)를 가변 조작하는 구성으로하여도 좋고 경우에 따라서는 전자 밸브만으로 EGR 밸브(4)를 구동시켜도 좋다.

Claims (5)

  1. 배기가스를 흡기계에 환류시키는 배기환류로와, 배기환류로에 설치된 배기환류제어 밸브와, 배기환류제어밸브의 개방정도를 연속적으로 변화하도록 작동시키는 밸브 구동수단과, 상기 배기환류 제어밸브의 실제 개방정도에 대응한 실제 개방 정도 신호를 발생하는 밸브 개방 정도 검출기와, 내연기관의 작동조건을 검출하는 센서 및 상기 밸브 구동수단에 출력신호를 공급하는 주 제어장치와, 센서의 신호에 의하여 배기환류 제어밸브의 개방정도의 목표치를 설정하는 목표치 설정수단과, 목표치와 밸브 개방 정도 검출기의 실제 개방정도의 편차량을 검출하는 비교수단과, 목표치의 급변을 검출하는 목표치 급변 판정설정수단과, 소정의 휴지시간을 설정하는 휴지시간 설정수단 및 밸브구동수단에 출력 신호를 공급하는 펄스구동수단을 구비하고, 펄스 구동수단은 비교수단의 편차량에 대응한 시간의 구동신호를 출력한후 휴지시간 동안 다음 구동신호의 출력을 정지하고, 또한 목표치의 급변시에는 목표치 급변 판정 설정수단의 신호에 따라 새로운 편차량에 대응한 시간의 구동신호를 출력하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스환류 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 의 전자 밸브를 통하여 부압원에 연통되며 또한 제 2 의 전자밸브를 통하여 대기에 연통된 부압실과 부압실의 부압에 용동함과 동시에 배기환류 제어밸브가 연결된 다이어프램을 가지는 밸브 구동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 환류제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 1 의 전자밸브에는 배기환류 제어 밸브의 개방방향 구동신호를 제 2 의 전자밸브에는 폐쇄방향 구동신호를 출력하는 펄스 구동수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 환류제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 냉각수 온도에 따른 전기신호를 발생하는 온도센서와, 엔진 부하에 따른 전기 신호를 발생하는 부하센서 및, 엔진 회전속도에 따른 전기신호를 발생하는 엔진 회전 센서를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 환류제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 편차량이 소정치 이하일때 펄스 구동수단의 출력 신호 발생을 정지시키는 불감대 설정수단을 가지는 주제어 장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 환류 제어장치.
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