KR940010720B1

KR940010720B1 - 디젤엔진

Info

Publication number: KR940010720B1
Application number: KR1019920002468A
Authority: KR
Inventors: 요시마사 마쯔라
Original assignee: 미쯔비시지 도오샤고오교오 가부시기가이샤; 나까무라 유이찌
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1992-02-19
Publication date: 1994-10-24
Also published as: JPH056136U; JP2583895Y2; DE4205064C2; DE4205064A1; KR920016713A; US5186139A

Abstract

내용 없음.

Description

디젤엔진

제 1 도는 본 발명의 일실시예를 표시한 디젤엔진의 개략구성도.

제 1a 도는 가변와류기구를 표시한 횡단평면도.

제 1b 도는 가변와류기구를 표시한 종단측면도.

제 1c 도는 연료분사펌프를 표시한 종단면도.

제 1d 도(a)~(e)는 연료분사펌프의 플런저에 의한 압속작용을 표시한 작동설명도.

제 2 도는 가변와류제어맵의 일례를 표시한 도면.

제 3 도는 EGR 제어맵의 일례를 표시한 도면.

제 4 도는 전진각시기제어맵의 일례를 표시한 도면.

제 5 도는 EGR율과 부하의 관계를 표시한 선도.

제 6 도는 EGR율과 엔진회전수의 관계를 표시한 선도.

제 7 도는 전진각시기와 부하의 관계를 표시한 선도.

제 8 도는 배출가스대책의 작용의 메인루우틴을 표시한 순서도.

제 9 도는 가변와류제어의 흐름을 표시한 순서도.

제 10 도는 EGR 제어의 흐름을 표시한 순서도.

제 11 도는 연료분사의 전진각시기제어의 흐름을 표시한 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연소실 2 : 실린더

3 : 피스톤 4 : 실린더블록

5 : 흡기포오트 5a : 주포오트

5b : 부포오트 5c : 가변와류보조밸브

7 : 연료분사노즐 8 : 연료분사펌프

9 : 콘트롤러 10 : 흡기통로

11 : 배기통로 12 : EGR통로

13 : EGR밸브

본 발명은 디젤엔진, 구체적으로는 배출가스를 클리이닝할 수 있고 또한 엔진성능을 확보한 디젤엔진에 관한 것이다.

디젤엔진으로부터 배출되는 가스의 규제레벨을 낮추는 것이 요구되게 되어, 종전의 규제에 비해서 보다 깨끗한 배출가스로 하는 대책이 필요하게 되고 있다. 배출가스중의 질스산화물(NOx), 탄화수소(HC)를 함유한 파티클레이트 및 검은 연기에 대해서는, 각각에 대처하는 각종 제어시스템이 제안되고 또 실용화되고 있다.

가변와류시스템은, 엔진의 운전상황에 따라서, 연소실내에 흡기의 와류를 발생시켜서 공기와 연료의 혼합기 생성의 효율화를 도모하여 검은 연기를 감소시키거나 파티클레이트의 감소를 도모하는 것이다. EGR제어시스템은, 엔진의 운전상황에 맞추어 배출가스의 일부를 연소실에 재순환시켜서 산소농도, 연소농도를 내리고, NOx의 발생을 억제-하는 것이다. 연료분사시기를 제어하는 전진각 시기제어시스템은, Nox나 파티클레이트대책에 기여하는 것이다. 또, 연료분사장치나 연소실형상에 연구를 거듭하고 있다. 또 상기 각종 가변제어시스템을 실행한 후 엔진으로부터 배출된 가스는, 배출가스통로에 배설된 배출가스처리장치를 통과할때에 다시 정화처리를 실시한다.

상기 각종 가변제어시스템은, 검은연기, 파티클레이트, NOx 등의 배출가스전반에 대해서 대처할 수 없어 각각 1장 1단이 있으며 단독시스템으로 배출가스를 깨끗하게 하고자하면, 세밀한 제어계의 구축이 필요하게 되어 팽대한 비용이 든다는 문제가 있다.

특히 운전상황이 일정하지 않은 차량의 경우, 모든 운전상태에 대처할 수 있는 배출가스처리를 단일시스템으로 실행하는 것은 도저히 무리이다. 종래의 배출가스처리대책은, 어느정도의 처리성과를 얻을 수 있는 단계에서 타협하고 있는 것이 실상이다. 또한 그결과 엔진의 성능을 희생으로 하는 일이 적지 않았다. 예를들면 NOx의 발생을 억제하고자 하면, 배출연기농도나 HC농도가 나빠져서 엔진의 출력성능을 희생으로 하고 있다. 종래는 이들의 타협점을 찾아서 실용에 제공하고 있었으나 새로운 레벨의 대기오염에 대처하기에는 만족할 수 없는 것이다.

그래서 본 발명의 목적은 그 성능을 확보하면서 배출가스를 깨끗하게 할 수 있는 디젤엔진의 제공에 있다.

본 발명의 디젤엔진은, 엔진이 저속회전,고부하영역에서 운전되고 있을때에 연소실내에 있어서 흡기의 강와류를 발생시키고, 엔진이 저부하전체영역 및 중속회전,고부하영역에서 운전되고 있을때에 중간정도의 중와류를 발생시키고, 엔진이 고속회전,고부하영역에서 운전되고 있을때에 약와류를 발생시키는 가변와류기구와, 엔진이 저,중속회전 및 저부하영역에서 운전되고 있을때에 배출가스를 연소실에 순환시키는 EGR제어기구와, 엔진이 극저부하영역에서 운전되고 있을때에 연료분사시기를 전진각시키고 중, 고부하영역에서 운전되고 있을때에 지연각시키는 특성을 가진 전진각시기제어기구와, 부하 및 엔진회전에 따라서 상기 가변와류기구, 상기 EGR제어기구 및 상기 전진각시기제어기구를 제어하는 콘트롤러를 구비한 것을 특징으로 한다.

전진각시기제어기구는 극저부하영역에서 전진각시켜서 HC와 파티클레이트를 저감하고, 중, 고부하영역에서 지연각시켜서 NOx를 저감시킨다.

가변와류기구는 엔진이 저속,고부하영역에서 운전되고 있을때, 강와류를 발생시켜서 연료와 공기의 혼합을 촉진해서 검은 연기의 저감을 도모하고, 엔진이 중속,고부하영역 및 저부하전체영역에서 운전되고 있을 때 중간정도의 와류를 발생시켜서 HC의 저감과 고부하영역에서의 검은연기저감을 도모하고, 엔진이 고속,고부하영역에서 운전되고 있을때 약와류를 발생시켜서 공기량증대에 의해서 검은 연기저감을 도모한다.

EGR제어기구는 엔진이 저,중속회전 및 저부하영역에서 운전되고 있을때, 배출가스의 일부를 흡기에 순환시켜서 공기량을 줄이고, 화염온도를 저하시켜 NOx를 저감시킨다.

이하, 도시한 실시예에 의거해서 본 발명을 설명한다.

제 1 도에 있어서, 연소실(1)은 실린더(2). 피스톤(3), 실린더헤드(4)로 구성되어 있다. 실린더헤드(4)에는 흡기포오트(5)를 개폐하는 흡기밸브(6)와, 적당한 시기에 연료를 분사하는 연료분사노즐(7)이 설치되어 있다. 연료분사노즐(7)은 연료분사펌프(8)에 접속되어 있다.

연료분사펌프(8)는 콘트롤러(9)에 포함되는 전진각시기제어기구에 의해서 제어되고, 엔진의 회전수 Ne와 부하 L에 따라서 연료분사노즐(7)이 적당한 시기에 연료를 분사하도록 작동된다.

흡기포오트(5)는 도시하지 않은 에어클리이너에 연통된 흡기통로(10)에 접속되어 있고, 큰 단면적으로 이루어진 주포오트(5a)와, 작은 단면적으로 이루어진 부포오트(5b)로 되어 있다. 부포오트(5b)에는 이 포오트의 개구면적을 바꾸는 가변와류 보조밸브(5c)가 설치되어 있다. 가변와류보조밸브(5c)는, 엔진의 회전수 Ne와 부하 L에 따른 콘트롤러(9)로부터의 제어신호에 의해서 회동된다. 가변와류보조밸브(5c)가 부포오트(5b)를 완전폐쇄하면, 공기는 주포오트(5a)로부터만 흡인되어 강한 와류를 연소실(1)에 발생시킨다. 가변와류보조밸브(5C)가 부포오트(5b)를 완전개방하면 공기는 주포오트(5a)와 부포오트(5b)와 쌍방으로부터 흡입되어 약한 와류를 연소실(1)에 발생시킨다, 부포오트(5b)가 예를들면 절반만 폐쇄되면 연소실(1)에는 중간정도의 중와류가 발생된다. 가변와류보조밸브(5c)는, 콘트롤러(9)의 신호를 받아서 작동되는 예를들면 솔레노이드밸브와 구동모우터등의 구동기구에 의해서 그 회동위치가 선택된다.

여기서, 가변와류기구를 제 1a, b 도에 의거해서 상세히 설명한다.

제 1a 도에 표시한 바와 같이, 흡기장치(24)는 실린더헤드(4) 및 흡기매니포울드(40)에 설치되어 있고 각 연소실(1)에 연통하는 주포오트(5a), 흡기밸브시이트(26), 흡기밸브(6) 및 이 각 흡기밸브(6) 근방 둘레벽에 개구부(28a)를 가진 각 부포오트(5b)를 실린더헤드(4)에 형성하고, 각 주포오트(5a)에 연통하는 각 주지관(41)과 각 부포오트(5b)에 연통하는 각 부지관(42)과 상기 양지관(41), (42)에 연통하고 도시하지 않은 에어클리이너에 흡기통로(10)을 개재해서 연통하는 집합부(43)와 각 부지관(42)에 설치된 가변와류보조밸브(5C)로부터 흡기매니포울드(40)를 형성하고 있다. 또한 부포오트(5b)의 개구부(28a)는 주포오트(5a)의 선단부에 형성된 와류실(25a)의 감기종료부의 둘레벽에 개구하고 있다.

가변와류보조밸브(5c)는 부포오트(5b)의 타단부쪽 개구부에 회전자재하게 설치되고, 더욱 상세히 설명하면, 1개의 둥근막대로 이루어진 샤프트(20')의 중도부의 양측면을 절삭가공해서 가변와류보조밸브(5c)를 형성한 것이며, 축방향을 따른 부분만 얇은 두께형상으로 남겨서 이루어진다. 부지관(42)의 상하방향치수는 샤프트(29')의 직경보다도 약간 작고, 이 때문에 가변와류보조밸브(5c)가 수직방향으로 향하면 부지관(42)를 완전 폐쇄할 수 있고, 또한 어느 하나의 방향을 회동하므로써 개방해서 유량조정을 하도록 되어 있다. 따라서 가변와류보조밸브(5c)가 수평방향을 따르면 완전개방상태가 된다. 샤프트(29')는 제 1a 도에 표시한 바와 같이 흡기매니포울드(40)의 긴쪽방향을 따라서, 또한 부지관(42)과 직교해서 형성한 장착구멍(42a)에 제 1a 도 우단부로부터 삽입하고, 각 얇은 두께부(30a)를 부지관(42)에 맞추면 되므로, 매우 용이하게 장착할 수 있다. 그리고, 좌단부만 흡기매니포울드(40)로부터 돌출하고, 여기에 구동모우터인 구동기구(31)가 기계적으로 연결된다. 또한 각도센서(32)는 샤프트(29')의 회동각도를 검지하는 것이다.

또, 상기 구동기구(31)는 마이크로컴퓨터등으로 이루어진 콘트롤러(9)와 전기적으로 접속된다.

그리고, 샤프트(29')가 가변와류보조밸브(5c)를 완전폐쇄시에 상기 흡기밸브(6)가 하강하고, 흡기밸브시이트(26)가 개방하는 흡입행정에서는 주포오트(5a)에 의해서 「편심」이 가해진 흡입공기가 연소실(1)에 인도되고, 여기서 그 원주방향을 따라서 큰 값의 와류가 강제적으로 형성되게 된다. 이 공기는 분사노즐(7)로부터 분출되는 연료와 혼합하여 연소한다.

엔진회전수 및 엔진부하에 따라서 콘트롤러(9)는 구동기구(31)에 회동신호를 보낸다. 그리고, 구동기구(31)에 의해 회전된 샤프트(29')의 회전각을 각도센서(32)에 의해 검출해서, 콘트롤러(9)는 소정의 회전각이 될때까지 구동기구(31)를 계속 작동시킨다. 그리고, 샤프트(29')를 회전시키고, 가변와류보조밸브(5c)를 완전개방으로 하면, 부지관(42)으로부터 다량의 공기가 부포오트(5b)에 유입하고, 주포오트(5a)로부터 유입한 주공기와 와류실(25a)에서 서로 혼합하여 연소실(1)에 흡입된다. 이때, 부포오트(5b)로부터 유입한 공기는 역와류를 크게하고, 정와류를 작은 값으로 한다.

다음에 콘트롤러(9)가 엔진회전수와 엔진부하에 따라서 가변와류보조밸브(5c)의 중간개방을 검출하면 구동기구(31)를 작동시키고 샤프트(29')를 회전시켜 가변와류 보조밸브(5c)를 중간 개방도로 한다. 이에 의해 부포오트(5c)로부터의 유출공기량은 감소하므로 연소실(1)내의 역와류는 약해지고, 연소실(1)내의 와류비는 중간정도의 강도의 와류를 형성한다.

다음에 연료분사펌프(8)를 제 1c 도에 의거해서 상세히 설명한다. 하우징(52)은 그 내부에 복수개의 배럴(54)을 유지하고, 각 배럴(54)의 측선이 하우징(52)내의 일평면위에 병렬로 배열하도록 위치되어 있다. 또한 이 배럴(54)은 제 1 배럴부(54a)와 이에 압입된 제 2 배럴부(54b)로 이루어진다. 토출밸브 호울더(56)은 각 배럴(54)의 상부에 장착된 엔진의 각 기통에 각각 접속되어 있으며, 그 내부에 토출밸브(57a)를 가지고 있다. 플런저(58)는 각 배럴(54)내의 접동자재하게 끼워져 있으며, 스프링(60)에 의해 동 플런저(58)를 아래쪽으로 부세하고 있다. 캠(62)은 도시하지 않은 엔진의 구동축에 연동되어 플런저(58)를 밀어 올린다. 제어슬리이브(64)는 플런저(58)외주에 접동자재하게 끼워져 있으며, 각 배럴(54)에 고정안내핀(66)이 제어슬리이브(64)의 안내홈(67)에 걸어맞추므로써 그 회동을 규제하고 있다. 연결부재(68)는 배럴(54)에 회동자재하게 지지되고 또한 플런저(58)에 회동불능으로 걸어맞추어져 있다.

플런저(58)는 그 상단면과 둘레측면을 연통하는 유로(58a)와 유로(58a)에 연통해서 둘레측면에 형성한 둘레측면개구부(58b) (이하 개구부라고함)와, 개구부(58b)와 연속하는 동시에 플런저(58) 축선을 따르는 둘레측면에 새겨서 형성한 세로홈(58c)과, 이 세로홈(58c)과 교차하는 동시에 플런저축선에 경사진 경사홈(58d)을 가지고 있으며, 상기 양 홈(58c), (58d)과 개구부(58b)에 의해서 제어홈이 형성된다. 다른한편, 제어슬리이브(64)에는 분사종료는 규정하는 제어구멍(64a)이 관통형성되어 있다.

연소실(65)은 도시하지 않은 피이드펌프로부터 공급된 연료가 저류되고, 이 연료는 플런저(58)가 통형상의 제 2 배럴부(54b)에 오일이 누설되지 않은 상태를 유지한 그대로 끼워맞추어져 있기 때문에 캡축실(63)에 누설되지 않는다. 안내핀(73)은 태피트(75)에 돌출설치하고, 하우징(52)에 새겨 형성한 안내홈(77)에 접동할 수 있도록 걸어맞추어져 있다. 또 조정나사(79)는 조작축(76)의 나사구멍에 비틀어넣어져 있으며, 동나사를 이완시켜서 레버(78)를 적당히 회전시키므로써 분사시기를 미조정할 수 있는 것이다.

또 상기 구성에서는 엔진의 구동축으로부터 회전력을 받아서 연동하는 캠축(62a)에 의해 캠(62)이 1회전하면, 태피트(75)의 로울러(75a)는 캡(62)에 압압될때마다, 플런저(58)를 위쪽으로 일정리프트량 즉 1스트로우크 상하로 왕복운동하는 것이다.

여기서, 제 1c 도에 표시한 상태로부터 플런저(58)가 캠(62)에 의해 압압되어 연료를 압송하는 과정을 제 1d 도 (a)~(e) (제어슬리이브(64)는 (a)~(b) 사이에 있어서 정위치에 있는 것으로 한다)에 대해서 설명하면, 제어슬리이브(64), 플런저(58)와 제어슬리이브(64)와의 관계위치가 (a)에 표시한 상태, 즉 개구부(58b)가 제어슬리이브(64)에 의해서 아직 완전히 폐색되어 있지 않을때에는 가압실(70)과 연료실(65)은 연통하고 있기 때문에 여료는 압송되지 않는다. 이어서 개구부(58b)가 (b)의 상태를 경유해서 (c)에 표시한 바와 같이 제어슬리이브(64)에 의해 폐색되면, 가압실(70)은 연료실(65)로부터 차단되고, 플런저(58)에 의해 가압된다. 이 (a)~(c)의 사이클 플런저(58)가 스트로우크하는 것을 프레스 스트로우크라고 한다. (c)에서부터 (d)와 같이 플런저(58)가 계속 상승하면, 가압실(70)내의 토출압이 토출밸브호울더(56)의 스프링(57b)의 탄성력을 이겨내서 토출밸브(5a)가 개방되고, 고압연료는 분사관(56a)을 개재해서 분사노즐(7)에 공급된다.

그리고 플런저의 경사홈(58d)이 (e)와 같이 제어구멍(64a)에 연통할때까지 연료는 압송되나, (e)에 표시한 바와 같이 경사홈(58d)이 제어구멍(54a)에 면하게 되면 가압실(70)은 유로(58a), 개구부(58b), 세로홈(58c)을 개재해서 연료실(65)과 연통하여 압송이 종료한다. 또 경사홈(58d)은 플런저(58)의 외주에 있어서 그 축선에 대하여 경사져서 뻗어 있으므로 플런저(58)를 연결부재(68)에 의해서 회동변위시키므로써 플런저(58)의 스트로우크에 있어서 경사홈(58d)과 제어슬리이브(64)의 개구부(64a)와의 대응시기를 바꿀 수 있고, 이에 의해 플런저(58)의 (스트로우크당 분사량을 조절할 수 있다. 또한 연결부재(68)의 회동방향의 변위는 동 연결부재(68)상에 고착된 보울(72)에 걸어 맞추는 랙(74)을 그 긴쪽방향으로 변위시키므로써 행해진다. 다음에, 분사시기의 제어기구에 대해서 설명하면, 분사시기의 제어는 제어슬리이브(64)를 플런저(58)를 따라서 접동변위시키므로써 행해지나. 이 접동변위는 하우징(62)에 지지되고 제어슬리이브(64)의 옆쪽에 있어서 상기한 배럴(54)이 병렬로 배열하는 일평면과 평행한 또한 플런저(58)의 축선과 직각인 일직선상에 축선을 가진 조작축(76)과, 동 조작축(76)에 고정되고 등 조작축으로부터 플런저(58)를 향해서 뻗은 레버(78)와, 제어슬리이브(64)의 외주면에 형성되고 레버(78)의 선단부에 걸어맞추어서 동 레버의 조작축(76)을 중심으로 하는 회동변위와 제어슬리이브(64)의 접동변위를 연동시키는 잘린홈(64b)에 의해 행해진다. 그리고, 제어슬리이브(64)를 아래쪽으로 변위시키므로써 전진각쪽이 되고, 제어슬리이브(64)를 위쪽을 변위시키므로써 지연각쪽이 된다. 또한 레버(78)의 선단부의 외주면은 헐거움이 생기지 않도록 잘린홈(64b)의 내주면과 항상 접촉하는 곡률을 가지고 있다.

또한 조작축(76)의 회동변위는, 콘트롤러(9)로부터의 신호를 받아서 동 조작축(76)의 일단부에 고정된 도시하지 않은 조작레버를 개재해서 회동시키는 도시하지 않은 전자 솔레노이드에 의해서 행해진다.

배기가스통로(11)로부터 분기된 EGR통로(12)는 흡기통로(10)에 접속되어 있고, 그 도중에는 EGR밸브(13)가 설치되어 있다. 이 EGR밸브(13)는 엔진의 운전상황에 따라서 작동되는 유로절환솔레노이드밸브(14), 듀티솔레노이드밸브(15), 진공펌프(16)에 의해서 작동되어, 배기가스의 일부를 연소실(1)에 재순환시키도록 작용한다.

듀티솔레노이드밸브(15)는 콘트롤러(9)로부터의 신호에 의해서 듀티제어되어 진공펌프(16)의 부압을 밸브(14)를 개재해서 EGR밸브(13)에 전달하고, 유로절환 솔레노이드밸브(14)는 콘트롤러(9)로부터의 EGR제어신호에 의해서 EGR밸브(13)를 개방하거나 폐쇄해서 배기가스의 순환을 제어한다.

콘트롤로(9)는 마이크로컴퓨터로되어 있고, 엔진의 회전수를 검지하는 회전수센서(Ne센서)로부터의 엔진회전수신호와, 예를들면 엑셀개방도를 검지해서 엔진의 부하로하는 부하센서(L센서)로부터의 엔진부하신호를 입력하고 있다.

콘트롤러(9)에는 가변와류기구를 적당한 시기에 작동시키는 와류제어맵이 형성되어 있다. 와류제어맵은 제 2 도에 표시한 바와 같이 세로축에 부하 L을, 가로축에 회전수 Ne를 취하고, 강와류영역 A, 중와류영역 B, 약와류영역 C로 매핑되어 있다.

제 2 도에 있어서 부호 Lmax는 최대부하를, 부호 Nemax는 최대회전수를 각각 표시하고 있고, L_O=(0.6~0.7) Lmax, Ne₁=(0.45~0.55) Nemax Ne₂=(0.65~0.75)Nemax를 가리키고 있다.

강와류영역 A는 엔진회전수 Ne가 Ne＜Ne₁, 부하 L이 LL₀이 되는 저속회전에서 고부하의 운전영역이다. 이 강와류영역 A에서는 가변와류보조밸브(5c)가 부포오트(5b)를 폐색해서 주포오트(5a)로부터만 공기를 넣으므로써, 연소실(1)내에 강한 와류를 발생시키고, 연료와 공기의 혼합기 생성을 촉진한다.

약와류영역 c는 엔진회전수 Ne가 NeNe₂, 부하 L이 LL₀이 되는 고속회전에서 고부하의 운전영역이다. 약와류영역 C에서는 가변와류보조밸브(5C)가 부포오트(5b)를 완전개방해서 공기를 안내하므로써, 약한 와류를 발생시킨다.

중와류영역 B는 Ne＜Ne₁, L＜L₀및 Ne₁ Ne ₂및 Ne＞Ne₂, L＞L₀으로 이루어진 저부하전체영역과 중속,고부하의 운전영역이다.

중와류영역 B는 부포오트(5b)를 절반개방해서 중간정도의 와류를 발생시킨다.

콘트롤러(9)에 포함하는 EGR제어맵은 제 3 도에 도시한 바와 같이 EGR보조밸브(13)를 개방해서 배출가스를 순환시키는 EGR 실시영역 D와, 밸브(13)를 폐쇄하는 EGR 비실시영역 E로 이루어져 있다. EGR 실시 영역 D는, L₁=(0.45~0.55) Lmax 이하의 저부하이고, Ne₃=(0.8~0.85) Nemax 이하의 저, 중속도의 영역이다.

연료분사펌프(8)는 제 4 도에 표시한 바와 같은 전체 부하전진각특성을 가진 전진각 시기제어맵에 의해서, 그 작동이 제어되어 연료분사노즐(7)로부터 연료를 분사한다.

엔진회전수 Ne가 Ne=Ne^*일때의 전진각시기 θinj는 제 7 도에 표시한 바와 같이 부하의 값에 따라서 전진각,지연각된다. 부하 L이 극저부하이면 실선으로 표시한 바와 같이 매우 전진각시키고, 중,고부하영역에서는 지연각시킨다.

이상과 같이 구성된 실시예의 작용을 설명한다.

처음에, 제 8 도에 있어서, 이 디젤엔진의 배출가스대책의 메인루우틴을 설명한다. 점화키이를 ON으로해서 엔진을 시동하면, 모든 데이타가 초기화된 후 엔진회전수 Ne와 엔진부하 L 등의 각종정보를 판독한다. 연진회전수 Ne와 엔진부하 L이 이상한 값이 아니면 복귀하고, 이상한 값이면 회전수센서부하센서가 고장이라고 해서 경보용램프를 점등시킨다.

제 9 도에 있어서 가변와류제어를 설명한다. 소정주기의 타이머 개입중단에 의해서 판독되어 있는 엔진회전수 Ne와 부하 L의 값으로부터 현재의 엔진의 작동영역을 가변와류제어맵(제 2 도 참조)에 의해서 판단한다.

엔진이 저회전에서 고부하의 상태에서 운전되고 있을때, 연료분사노즐(7)로부터 연소실(1)에 공급되고 있는 연료의 분무의 입자직경은 크고, 흡입되는 공기량은 적으므로 미연부분이 많은 검은연기를 발생하기 쉽다. 그래서 엔진회전수 Ne가 회전수 Ne₁보다 낮고, 부하 L이 부하 L₀보다 높으면, 콘트롤러(9)는 가변와류제어맵으로부터 강와류영역 A라고 판단하고, 부포오트(5b)를 최소개방도로 좁히는 방향으로 가변와류보조밸브(5c)를 작동시킨다. 제 1 도에 있어서 부포오트(5b)를 좁힌 흡기포오트(5)는, 주포오트(5a)로부터만 흡기가 되고 연소실(1)에는 강한 와류가 발생하고, 타이밍을 맞추어 분사된 연료와의 혼합기생성을 촉진한다. 따라서 이러한 운전상태에 있어서의 엔진으로부터의 검은연기발생을 억제한다.

엔진이 고회전,고부하에서 운전되고 있으면, 공급되는 분무의 입자직경은 작고, 흡입공기량은 많다. 엔진회전수 Ne가 회전수 Ne₂보다 높고, 부하 L이 부하 L₀보다 높으면 약와류영역 C라고 판단해서 가변와류보조밸브(5C)를 최대개방도가 되도록 개방해서 공기를 주,부포오트(5a)(5b)를 통해서 많이 흡입시켜 약한 와류를 발생시킨다. 흡입공기량을 증대시키므로써 검은 연기의 발생을 억제한다.

가변와류제어맵에 있어서, 엔진회전수 Ne와 부하 L이 Ne＜Ne₁, L＜L₀및 Ne₁ NeNe₂및 Ne＞Ne₂, L＜L₀의 영역 B에 있는 경우에는 부하가 낮은 영역에서는, 회전수에 구애되지 않고, 연료분사량이 적고 상대적으로 공기량이 많으므로 강한 와류는 필요없고, 중간정도 강도의 중와류를 발생시키도록 부포오트(5b)를 절반정도 개방하도록 가변와류보조밸브(5c)를 작동시킨다. 이에 의해 화염온도의 불필요한 상승을 회피해서 HC의 저감을 도모한다. 또 중속,고부하영역에서는 연료분사노즐(7)의 분사압이 높고 분무의 입자직경도 비교적 작아서 흡입되는 공기량도 중간정도이므로, 중와류를 발생시켜 HC와 검은 연기의 발생을 억제한다.

EGR 제어기구는, 제 10 도에 표시한 바와 같이 작동한다. 소정주기의 타이머개입중단에 의해서 판독되어 있는 엔진회전수 Ne와 부하 L의 값으로부터 현재의 엔진의 작동영역을 제 3 도의 EGR 제어맵으로부터 판단한다. 엔진작동영역이 LL₁, NeNe₃의 EGR 실시영역 D이면, 콘트롤러(9)는 제 1 도에 표시한 듀티솔레노이드밸브(15)와 유로절환솔레노이드밸브(14)를 작동시켜 진공펌프(16)의 부압을 EGR밸브(13)에 전달해서 EGR통로(12)를 개방하고, 배출가스의 일부를 흡기통로(10)에 도입한다. 저부하에서 저,중속도의 운전상태인 경우의 L₁=(0.45~0.55)Lmax, Ne₃=(0.8~0.95) Nemax의 EGR실시영역 D에서는 배출 가스의 재순환에 의해 공기량을 줄이고 화염온도를 내리므로써 NOx를 저감한다.

제 3 도에 있어서의 엔진회전수 Ne가 Ne=Ne^**일때, EGR율과 부하 L의 관계를 제 5 도에 표시하고 있다. 저부하 L^*에서는 높은 EGR율을 유지하고, 임계치 L₁에 향함에 따라서 비율을 저하시키도록 듀티솔레노이드밸브(15)를 듀티제어해서 배출가스의 순환량을 제어한다. 부하가 높아지면 높아질수록 공기의 이용율이 요구되므로 이 영역에서는 EGR을 행하지 않고 검은연기와 NOx의 약화를 회피하는 것이다. 또 제 3 도에 있어서의 부하 L의 L=L^*일때 EGR율과 엔진회전수 Ne와의 관계를 제 6 도에 표시하고 있다. 엔진의 회전수 Ne가 극히 낮은 영역과 Ne₃=(0.8~0.85) Nemax에 가까운 영역에서 EGR양을 적게해서 공기의 이용율을 높이도록 제어한다.

제 10 도에 있어서, 엔진의 작동영역이 EGR 비실시영역 E(제 3 도 참조)이면, 검은 연기의 악화가 크므로 EGR 밸브(13)를 폐쇄해서 배출가스를 순환시키지 않도록 제어한다.

제 11 도에 있어서, 연료분사 전진각제어를 설명한다. 소정주기의 타이머개입중단에 의해서 판독되어 있는 엔진회전수 Ne와 부하 L의 값에 의거해서 전진각시기제어맵으로부터 전진각시기를 판단한다. 이 맵은 제 4 도에 표시한 바와 같이, 엔진회전수 Ne가 높아지면 전진각시켜서 연소시간을 버는 전체 부하전진각특성을 가지게 하고 있어 엔진의 성능을 확보하고 있다. 그리고 엔진회전수 Ne가 Ne=Ne^*일때의 전진각시기 θinj와 부하 L의 관계는 제 7 도에 표시한 바와 같이 중,고부하영역에 있어서는 전진각시기 θinj^*보다 지연각시키고 극저부하의 경우에는 매우 전진각시켜서 연료를 분사시키도록 제어한다.

부하가 높은 영역은 NOx가 나오기 쉬운 영역이며, 이 영역에서 전진각시기를 지연시키므로써 Nox를 저감한다. 부하가 그다지 높지 않은 영역에서는 화염온도가 올라지 않으므로 그다지 많은 NOx는 발생하지 않는다. 부하가 낮아짐에 따라서 연료분사량이 적어진다. 이것을 분무에서 보자면 그 입자직경이 커지는 경향에 있으며, 미연부분이 증가해서 HC를 함유한 파티큘레이트의 증대로 연결되게 된다. 이에 대처하기 위하여 제 7 도에 표시한 바와 같이 극저부하에서는 분사시기를 매우 전진각시켜서 연료와 공기의 혼합시간을 확보해서 연소를 향사시킨다. 이에 의해 연료의 미연부분을 적게해서 파티클레이트중의 HC나 SOF분을 저감한다.

이상은 가변와류제어, EGR제어, 전진각시기제어를 각각 독립해서 설명했으나, 이것들은 엔진의 회전수나 부하로 이루어진 운전상황에 따라서 병행해서 실행된다.

이상과 같이 가변와류기구, EGR 제어기구, 전진각시기제어기구를 서로 조합한 본 발명의 디젤엔진에 의하면, 배출가스중의 NOx나 HC를 함유한 파티클레이트의 저감에 세밀하게 대처할 수 있어 깨끗한 배출가스로 할 수 있다. 또 각 기구의 불충분한 점을 서로 보충하므로써 엔진의 출력저하를 억제할 수 있어 높은 엔진성능을 확보할 수 있다.

Claims

엔진이 저속회전, 고부하영역에서 운전되고 있을때에 연소실내에 있어서 흡기의 강와류를 발생시키고, 엔진이 저부하전체영역 및 중속회전,고부하영역에서 운전되고 있을때에 흡기의 중와류를 발생시키고, 엔진이 고속회전,고부하영역에서 운전되고 있을때에 흡기의 약와류를 발생시키는 가변와류기구와, 엔진이 저,중속회전 및 저부하영역에서 운전되고 있을때에 배출가스를 연소실에 순환시키는 EGR 제어기구와, 엔진이 저부하영역에서 운전되고 있을때에 연료분사시기를 전진각시키고, 중,고부하영역에서 운전되고 있을때에 지연각시키는 특성을 가진 전진각 시기제어기구와, 부하 및 엔진회전에 따라서 상기 가변와류기구, 상기 EGR 제어기구 및 상기 전진각시기제어기구를 제어하는 콘트롤러를 구비한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 1 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 최대부하의 0.6~0.7배이상이고, 또한 최대회전수의 0.45~0.55배 이하일때 상기 가변와류기구의 가변와류보조밸브를 폐쇄로해서 주포오트로부터만 공기를 도입하므로써 연소실내에 있어서 흡기의 강와류를 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 2 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 최대부하의 0.6~0.7배 이상이고, 또한 최대회전수의 0.65~0.75배 이상알때 상기 가변와류보조밸브를 개방으로해서 주포오트 및 부포오트로부터 공기를 도입하므로써 연소실내에 있어서 흡기의 약와류를 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 3 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 최대부하의 0.6~0.7배 이하의 전체 운전영역일때 및 회전수가 최대회전수의 0.45~0.55배 이상이고 또한 최대회전수의 0.6~0.7배 이하이며 부하가 최대부하의 0.6~0.7배 이상일때, 상기 가변와류보조밸브를 절반 개방으로 해서 연소실내에 있어서 흡기의 주포오트 및 부포오트로부터 공기를 도입하므로써 중와류를 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 1 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 최대부하의 0.45~0.55배 이하이고 최대회전수의 0.8~0.85배 이하일때, 상기 EGR제어기구의 밸브를 개방으로 해서 배출가스를 연소실내에 순환시키는 실시영역을 구비한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 5 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 상기 EGR 실시영역의 저부하쪽으로부터 고부하쪽에 걸쳐서 EGR양이 적어지도록 상기 EGR제어기구의 밸브를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 6 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 상기 EGR 실시영역의 저엔진회전수와 최대회전수의 0.8~0.85배에 가까운 영역에서 EGR 양을 작게하고 그 사이의 회전수에서 EGR 양이 많아지도록 상기 EGR 제어기구의 밸브를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
제 4 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 최대부하의 0.45~0.55배 이하이고 최대회전수의 0.8~0.85배 이하일때, 상기 EGR 제어기구의 밸브를 개방으로 해서 배출가스를 연소실내에 순환시키는 EGR 실시영역을 구비한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 8 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 상기 EGR 실시영역의 저부하쪽으로부터 고부하쪽에 걸쳐서 EGR 양이 적어지도록 상기 EGR 제어기구의 밸브를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 9 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 상기 EGR 실시영역의 저엔진회전수와 최대회전수의 0.8~0.85배에 가까운 영역에서 EGR양을 작게하고 그 사이의 회전수에서 EGR 양이 많아지도록 상기 EGR 제어기구의 밸브를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 1 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 저엔진회전수에서 전진각시기를 지연시키고, 고엔진 회전수에 향함에 따라서 직선적으로 전진각시기를 앞당기고, 고 엔진회전수에서는 일정한 전진각시기가 되도록 전진각시기제어기구를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 11 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 저부하에서 전진각시기를 앞당기고 중부하에서 전진각시기를 가장 늦도록 하고, 고부하에서 전진각시기를 약간 앞당기도록 전진각시기제어기구를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 10 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 저엔진회전수에서 전진각시기를 지연시키고, 고엔진회전수에 향함에 따라서 직선적으로 전진각시기를 앞당기고, 고엔진회전수에서는 일정한 전진각시기가 되도록 전진각시기제어기구를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.
제 13 항에 있어서, 상기 콘트롤러는 저부하에서 전진각시기를 앞당기고 중부하에서 전진각시기를 가장 늦도록 하고, 고부하에서 전진각시기를 약간 앞당기도록 전진각시기제어기구를 제어한 것을 특징으로 하는 디젤엔진.