KR950003735B1 - 촉매 제어장치 - Google Patents

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KR950003735B1
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마사가쯔 후지시타
다께시 아타고
게이이찌 마시노
수에따로 시부가와
시게유끼 요시하라
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가부시기가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
가나이 쯔도무
히다찌오토모티브 엔지니어링 가부시기가이샤
이누이 도모지
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Abstract

내용 없음

Description

촉매 제어장치
제1도는 본 발명에 따른 촉매 제어장치의 제1실시예의 전체 구성의 단순화된 도식적 블럭 다이어그램.
제2도는 제1실시예용 축전지 충전회로와 가열회로의 최근에 언급된 형태의 도식적 블럭도.
제3도는 제어 상태의 플로우 다이어그램.
제4도(a)도에서 4(g)도는 제어장치 작동의 타이밍 다이어그램.
본 발명은 자동차 기관의 방출가스 정제용 촉매장치에 관한 것이다.
상온 시동 방출 특성을 좋게 하도록 가열되는 저항형 메탈 기질을 가진 변환기(converter)를 구비한 내연 기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 알려진 촉매 제어장치가 기술지 "SAE"의 시리즈 900503(1990)의 61페이지에서 70페이지에 밝혀져 있다. 이러한 전기적으로 가열된 단일체가 종래의 12볼트(V) 전기 시스템을 사용하여 32초 미만에서 약 350℃의 촉매 작동온도에 도달하도록 설계되었었다. 따라서, 촉매에 가열전류를 적용하기 위한 수단이 제공되고, 온도 검출수단이 열 적용수단을 제어하도록 촉매의 온도를 검출하기 위해 제공되어, 촉매의 온도가 요구되는 작동온도까지 올라간다.
촉매를 가열하기 위해 요구되는 에너지의 양이 대략 4.7Kw이기 때문에, 중요한 스트레인(strain)이 전기드레인(drain)에 귀착된 종래의 전지위에 설치된다. 기관 시동에 우선하여 촉매를 가열하는 것이 그것에 의한 오염을 최소화하도록 기관시동 시간에 이것의 작동온도에 접근하도록 요구되기 때문에, 촉매 가열시에 전지상의 드레인은 기관이 이것에 일반적으로 제공된 시동 모터로 시동되지 않도록 전기 충전 용량 적하내에 종종 귀착된다.
본 발명은 앞선 어려움의 극복을 시도한다.
본 발명에 따라 제공된 내연기관의 배기가스를 정제하기 위한 촉메 제어장치는 촉매수단과, 상기 촉매수단에 가열전류를 적용하기 위한 열 적용수단과, 상기 촉매수단의 온도를 검출하기 위한 열 검출수단을 포함한 전원 공급기를 구비하고, 상기 열 적용수단은 상기 촉매수단의 온도를 상기 온도 검출수단으로부터의 신호를 사용하여 요구되는 온도까지 올리도록 상기 촉매수단에 적용되는 가열전류를 제어하기 위한 제어수단을 포함하고, 기관을 위해 제공된 전원 공급기와 독립하는 제2전원 공급기가 상기 촉매수단에 전류를 공급하기 위해 제공된다.
되도록, 상기 촉매수단에 전류를 공급하기 위한 제2전원 공급기는 기관을 위해 제공되는 전원 공급기 보다 고전압으로 결정된다.
유리하게, 상기 제어수단은 기관이 시동되기 전에 상기 열 적용수단을 활성화 하기 위한 수단을 포함하고, 되도록, 상기 요구되는 온도는 350℃이다.
편리하게, 상기 제어수단은 기관 점화 스위치로 활성화되고, 온도 검출수단과 인길된 제어회로수단을 포함하고, 상기 제어회로수단은 상기 온도 검출수단으로조 지각된 온도와 기준 온도와 비교하기 위한 비교수단을 포함하고, 상기 비교에 의존하여 상기 비교수단은 상기 촉매수단에 가열전류의 공급을 제어하는 스위칭 장치를 제어한다.
최근에 언급된 실시예에서, 교류/직류(ac/dc) 변환기가 상기 제2전원 공급기의 충전을 위해 제공되고, 유리하게, 교류기가 상기 제2전원 공급기의 충전을 위해 제공된다.
유리하게, 상기 제어회로수단은, 기관이 시동되어 상기 제2전원 공급기를 충전하도록 상기 교류/직류 변환기와 연결될 때를 판단하기 위한 판단수단을 더 포함한다.
되도록, 상기 제어회로수단 또한, 상기 전압 레벨이 기준 레벨보다 작으면 상기 스위칭 수단을 스위치 오프(OFF)하여 상기 제2전원 공급기에 충전하도록 상기 교류/직류 변환기와 연결되기에 적합하고, 상기 전압 레벨이 상기 기준 레벨보다 크거나 같으면 상기 스위칭 수단을 스위치 온(ON)하여 충전된 상기 제2전원 공급기로부터 상기 교류/직류 변환기를 분리하기에 적합한 제2전원 공급기 전압 레벨 판단수단을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 촉매수단은 주촉매(main catalyzer)와, 상기 주촉매로부터 배기가스 흐름에 거슬러 위치된 전촉매(pre-catalyzer)를 포함하고, 상기 전촉매는 상기 가열전류가 적용될 수 있는 저항성 소자를 구비한다.
편리하게, 상기 제어수단은 기관 제어유닛과 함께 통합된다.
본 발명의 촉매 제어장치는, 기관 시동을 위한 힘을 보장할 수 있고, 불연소 가스 정제 능률을 높일 수 있고, 장치가 기관 시동에 우선하여 촉매의 온도를 검출하고 제어수단으로 촉매에 적용된 전류로 촉매를 가열하기 때문에 기관 시동 바로 후에 불연소 가스에 함유된 HC와 CO의 배기량을 줄일 수 있다. 추가하여, 본 발명은 촉매에 전류를 공급하는 전원 소오스를 기관 시동을 위한 전원 공급기로부터 분리하고, 오히려, 촉매를 가열하기 위한 전원 공급기의 전압이 기관 시동을 위한 전원 공급기의 전압보다 높게 결정되기 때문에, 와이어(wire) 무게와 제어유닛 크기의 절감과 전원 전달 능력의 개량이 달성될 수 있다.
발명은 수반된 도면을 참조하여 예를들어 설명된다.
제1도를 참고하여 보여진 촉매 제어장치가 설명된다.
내연기관(1)은 주촉매(3)로 수반된 전촉매(2)를 통하여 불연소 가스를 배기하고, 주촉매(3)는 전촉매(2)보다 큰 능력을 가지고, 가스는 촉매(3)로부터 외부로 방출된다. 전촉매(2)는 그 자체로 그것의 온도를 검출하는 온도센서(6)와 전촉매에 전류를 공급하는 두개의 단자(7)를 가지는 것으로 알려진 전기적 가열 촉매(EHC)이다. 언급된 실시예에서 EHC가 전촉매로 형성되더라도 발명이 그러한 구조에 제한되지 않고, 전기적으로 가열된 단일 촉매가 선택적으로 사용되는 것이 이해되야 한다. 단자(7)의 하나는 전지(4)와 연결되고, 다른 단자(7)는 기관 제어유닛(ECU)(5)의 N-P-N 트랜지스터(11)의 콘렉터와 연결된다. ECU(5)는, 전촉매(2)에 흐르는 전류를 스위치 온/오프하는 계전수단(1도에 도시되지 않음)을 스위칭하는 EHC전에 신호를 제공하는 트랜지스터(11)와 온도센서(6)로부터 신호를 받는 제어회로(12)를 포함한다. 따라서, 제어회로(12)는 트랜지스터(11)의 베이스를 듀티(duty) 구동하여 신호를 발생한다. 트랜지스터(11)의 에미터는 각 전지 쌍(4,5)의 역 단자에 연결된다. 전지(4)는 종래적으로 교류기(8)와 시동 모터(9)와 전기 로드(10)와 연결된 12볼트(V) 전지가 제공된다.
본 발명에 따르면, 제2도에 보이듯이 다른 교류기 또는 3상 증가 변압기와 교류/직류 변환기인 자체 전원 충전유닛(14)을 구비한, 되도록 전지(4)보다 큰 전압, 예를들어 24볼트(V)의 제2전지가 제공된다. 전지(15)는 접지 전위 회로를 통한 것을 제외하고 전지(4)로부터 구별되어 분리된다.
작동에서 키 스위치(13)가 턴 온 될때, 예를들어 되도록 마이크로 컴퓨터로 구성된 ECU(5)는 요구되는 값으로 ROM(대략 350℃)에 셋(set)되어 미리 셋된 온도 값으로 피드백 제어를 수행하고, 온도 센서(6)로부터 신호를 감지한다. 따라서, 제어회로(12)는, 요구되는 값에 가깝게 전촉매(2)의 온도를 가지도록 트랜지스터(11)의 베이스의 듀티(duty)를 제어한다. 그리고, 전촉매가 350℃에 도달했을 때, 트랜지스터(11)는 전촉매를 가열하는 전류를 정지하도록 컷 오프된다.
트랜지스터(11)의 온 듀티에 따라, 전류는 전지(15)와 전촉매(2)와 트랜지스터(11)로부터 흐르고, 전촉매(2)의 전기 저항에 기인한 열이 발생된다. 따라서, 촉매가 완전히 가열된 후에, 기관이 전지(4)와, 교류기(8)와 시동 모터(9)로 시동되면, 촉매의 불연소 가스 정제의 능률이 충분히 향상되어 불연소 가스에 함유된 HC와 CO와 같은 다량의 유해성분이 제거될 수 있다. 추가하여, 제2전지(15)의 충전 용량이 전촉매(2)의 가열에 기인하여 떨어지면, 기관 시동을 하는데 필요한 시동기의 구동용 전기(4)가 촉매 가열용 전지(15)로부터 분리되기 때문에, 기관 시동의 어려움을 방지할 수 있다.
제1실시예를 위한 회로를 충전하고 회로를 가열하는 전지의 최근에 언급된 형태가 제2도를 참조하여 설명된다.
제2도에서 점화 스위치(13)는 안정 저항기(22)와 병렬로 연결된 점화 경고등(21)과 연속하여 연결된다. 경고등(21)은 교류기(8)의 IC조절기(regulator)(23)와 연결된다. 교류기는 3상 출력을 산출하기 위한 스타(star)에 연결된 고정자 권선을 구비한다. 고정자(24)의 3상 출력은 로드(10)와 전지(4)의 충전을 위해 정상적으로 제공된 12볼트(V)를 산출하기 위해 전파정류기 다이오드 더미(25)로 정류된다. 일반적으로, 제공된 유도코일(26)은 전지(4)의 양극측과 조절기(23) 사이에 제공되고, 조절기(23)는 되도록 알려진 구성의 직접회로이다. 본 발명으로 제2도의 실시예에서 교류/직류 변환기(28)로 출력을 공급하도록 12볼트(V)에서 24볼트(V)로 증가하는 3상 증가 변환기(27)를 포함한 전원 충전기 유닛(14)에 연결된 고정자 권선은 3상 출력을 산출한다.
제2도에 보이듯이, 전지(15)는 EHC2에 공급하는 24볼트(V)를 제공하도록 두개 연속으로 연결된 12볼트(V) 전지로 형성되고, 전지들은 교류/직류 변환기(28)로부터의 연결(29)로 충전된다. 두개의 고정자(28) 상과 제1 3상 변환기(27) 사이의 연결은 ECU(5)의 오버라인(over line)(32)으로 제어된 계전기(31)를 경유하여 연결되어, 24볼트(V) 전지(15)를 위한 충전회로는 선택적으로 온/오프된다. 전지(15)의 전압은 ECU(5)의 오버라인(33)으로 감시되고, 온도센서(6)의 출력 또한 ECU(5)의 오버라인(34)으로 감시된다. ECU(5)는 스위칭 신호를 선택적으로 적용하도록 배열된 부 계전기(36)와 주 계전기(37)에 EHC 제어신호 오버라인(35)을 제공한다. 주 계전기(37)는 전지(15)에서 EHC(2)로 약 250암페어의 전류를 스위치하도록 배열되고, 두개의 계전기(36,37)는 높은 스위치 전류 때문에 요구된다.
제3도에는 제어회로(12)가 제어유닛(5)으로부터 분리되어 제어유닛(300)내에 홀로 위치하도록 보이지만, 제1도에 보이듯이 EHC를 위한 제어회로(12)는 되도록 기관 제어유닛과 통합된다. 제3도를 참조하면, 제어회로(12)는 시동모터(9)와 엔진 회전수(Ne)을 획득하는 기관 회전속도 센서로부터 입력을 받기 위한 OR게이트(301)를 구비한다. OR게이트(301)는 미리 정해진 속도에 도달하는 시동모터 또는 기관 회전수의 상태에 의존하여 기관을 시동할 것인지 아닌지를 결정하는 소자(302)에 출력을 제공한다. 기관이 시동되는지 아닌지에 의존하여, 소자(302)로부터의 신호는 계전기(31)의 작동상태를 제어하도록 오버라인(32)으로 발송되고, 제어신호는 또한 전지(15) 충전전압을 판단하는 소자(303,304)의 출력상태에 의존한다. 따라서, 전지(15)의 충전 전압이 미리 정해진 목표값보다 작은지 아닌지는 소자(304)로 결정되고, 전지(15)의 전압이 미리 정해진 목표값보다 크거나 같은지 아닌지는 소자(303)로 결정된다.
센서(6)로 감지된 온도는 온도 판단 레벨소자(305)로 입력되어, 출력은 EHC 제어신호 선(35)을 지나 계전기(36,37)에 제공되나, 이 출력은 소자(303,304)로부터의 출력에도 의존한다.
종래와 같은 점화 스위치(13)는 최소한 3개의 위치, 즉 전원 오프로 여기서는 전지(4)가 모든 전기 소자로부터 분리되고, 다음 위치로 전원 온, 즉 키 스위치가 온되고, 나아가 후속의 기관 시동 위치로 여기서는 시동 모터(9)를 회전하도록 전원이 유도코일(26)에 공급된다.
점화 스위치가 전원 온 위치에 있을 때, 즉 정상적으로 오프후의 제1위치에 있을 때, 이 상태는 소자(306)로 판단되어 온 상태가 검출되면, 출력은 기관 오프를 나타내는 소자(302)로부터의 즉, 비-시동 판단 신호를 산출하는 소자(302)로부터의 출력 또한 받도록 연결된 AND게이트(307)에 공급된다. 이러한 두개의 신호가 획득되면, 게이트(307)는 교류 제어 계전기(36,37)에 출력을 공급하기 위해 EHC 예열 판단소자(308)에 출력을 공급한다.
따라서, 소자(302)가 기관을 시동하도록 결정하더라도 소자(303)는 전지(15)가 미리 결정된 목표값보다 크거나 같도록 결정하여 계전기(31)는 전지(15)로의 충전선을 단락하고, 계전기(36,37)를 단락회로되도록 EHC 제어회로를 스위치 온하여 전원이 전지(15)로부터 EHC2로 공급된다. 전지(15)의 전압이 미리 결정된 목표전압 이하이고, 기관이 시동되도록 결정되면, 교류/직류 변환기(28)로부터 오버라인(29)으로 전지(15)가 충전되도록 소자(304)는 계전기(31)의 접촉을 끝내도록 온 신호를 공급하고, 소자(304)는 계전기(36,37)를 개방회로로 되도록 EHC 제어신호에 오프신호를 공급하고, 계전기(36)은 계전기(37)의 작동을 제어한다. 소자(303,304)의 수단으로 전촉매(2)를 가열하는 전원은 전지가 충분한 전압일 때만 작동하여, 전원은 교류/직류 변환기(28)의 작동이 없어 절약되고, 그와 반대로 전지(15) 전원이 지나치게 낮으면 전진가 충전되고 전지(15)로부터 전촉매(2)로의 전원이 단락된다.
촉매(2)가 기관 시동전에 예열되는 것을 요구하기 때문에, 기관 오프 상태가 검출되어, AND게이트(307)로 입력되어 점화 키 스위치가 전원 온 위치에서 제공되어, 소자(308)로부터의 신호가 계전기(36,37)를 폐쇄하도록 정상적으로 전달되나, 이러한 신호는 소자(303,304)의 판단에 의존한다.
타이밍 다이어그램 4(a)-4(g)를 참조하면, ECH2의 온도는 정상적으로 25℃라는 주위온도이고, EHC 촉매의 최상 작동 수행은 제4(a)도에 보이듯이 350℃에서 산출된다. 점화 키 스위치(13)가 제4(b)도에 보이듯이 이것의 첫번째 위치 즉, 전원 온으로 스위치되면, 기관은 여전히 오프이나, 라인(35)에 EHC 제어 신호를 온으로 스위치 하도록 소자(308)에서 출력이 만들어진다. 필요하다면 작동의 다음 단계를 무시하기 위해 다음의 것은 소자(303,304)로 결정된 전지(15)의 전압을 무시할 수 있다.
EHC 제어신호의 스위칭 온에서(제4(c)도에 도시), 전지(15)가 전촉매(2)를 가열하도록 전원을 공급하여 전촉매가 약 50℃ 온도에 도달하면(대략 6∼10초 시간 주기에), 점화 키 스위치가 시동기 모터(9)를 구동하도록 신호를 제공하는 것을 허락한다. 시동기 모터의 시동의 결과로 기관이 회전되고, 교류기(8) 또한 회전되도록 시동된다. 시동기 모터가 구동되고, 기관이 시동되는 동안 교류기 회전수는 기관이 시동되고, 시동기 모터가 중단할 때까지 천천히 증가한다. 시동기 모터의 온상태에서 오프상태로의 스위칭으로(또는 미리 결정된 값에 도달하는 기관 회전수의 센서(도시되지 않음)로의 검출로), 소자(302)로부터 라인(32) 위의 교류/직류 제어신호가 오프에서 온으로 스위치되고, 소자(303,304)로부터의 출력신호에 의존하여 신호가 계전기(31)의 상태를 제어하도록 사용될 수 있다. 전지(15)의 전압이 미리 결정된 목표 레벨 이하로 낮으면, 계전기 31)는 폐쇄되고, 충전유닛이 3상 변압기(27)로 형성되고, 교류/직류 변환기(28)가 전지(15)를 24볼트(V)로 충전하도록 충전신호 오버라인(29)을 공급한다(제4(g)도에 도시).
전원 충전유닛(14)이 교류/직류 변환기(28)와 결합된 3상 변압기로 묘사되었더라도, 전원 충전유닛(14)은 본질적으로 알고 있듯이 이중 로우터(twin rotor)와 이중 고정기 교류기로부터 다른 교류기나 제2출력을 할 수 있다.
본 발명의 장점으로, 제2전지(15)의 충전용량이 약 4.7kw로 기억되어야 하는 전촉매(2)의 가열에 기인하여 떨어지더라도, 기관 시동기 구동용 전지(4)가 촉매 가열용 전기(15)로부터 분리되어 그것에 의한 소모가 없어 기관 시동의 어려움이 방지된다. 추가하여, 전촉매 가열을 위해 필요한 전기 전원이 전압과 전류의 산물이기 때문에, 이것은 제2전지(15)의 고전압에 비례하여 촉매에 비육되는 전류를 감소하는 것이 가능하기 때문에, 연결 외이어 무게의 절감과, 트랜지스터(11)의 소형화에 상응하는 제어유닛 크기의 절감과 전원 전달 능력의 향상이 성취될 수 있다.

Claims (11)

  1. 촉매수단(2,3)과, 상기 촉매수단에 가열전류를 적용하기 위한 열 적용수단(4,5,7)과, 상기 촉매수단의 온도를 검출하기 위한 온도 검출수단(6)과, 상기 온도 검출수단으로부터의 신호를 사용하여 상기 촉매수단의 온도를 요구하는 온도까지 올리도록 상기 촉매수단에 적용되는 가열전류를 제어하기 위한 상기 열 적용수단이 포함한 제어수단(5)과, 기관에 공급되는 전원 공급기(4)와 관계없이 상기 촉매수단에 전류를 공급하기 위한 성격의 제2전원 공급기(15)수단을 포함한 전원 공급기(4)를 구비한 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매수단에 전류를 공급하기 위한 제2전원 공급기(15)는 기관에 제공되는 전원 공급기(4)보다 고전압으로 정해지는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제을 위한 촉매 제어장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어수단(5)은 기관 시동전에 상기 열 적용수단을 활성화 시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  4. 상기 제1항 내지 제3항에 있어서, 상기 요구되는 온도는 350℃인 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  5. 제1항 내지 제4항에 있어서, 상기 제어수단(5)은 기관 점화 스위치로 활성되어 온도 검출수단(6)과 연결된 제어회로수단을 포함하고, 상기 제어회로수단은 상기 온도 검출수단으로 감지된 온도와 미리 정해진 온도를 비교하기 위한 비교수단을 포함하고, 상기 비교수단은 상기 촉매수단에 가열전류의 공급을 제어하기 위한 스위칭 장치(11)를 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  6. 제5항에 있어서, 교류/직류 변환기가 상기 제2전원 공급기 충전을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  7. 제5항에 있어서, 교류기가 상기 제2전원 공급기의 충전을 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  8. 제5항 내지 제7항에 있어서, 상기 제어회로수단은, 기관이 시동되어 상기 제2전원 공급기를 충전하기 위해 상기 교류/직류 변환기를 연결할 때 판단을 위한 판단수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  9. 상기 제5항 내지 제8항에 있어서, 상기 제어회로수단은, 상기 전압 레벨이 미리 결정된 레벨 보다 작으면 상기 스위칭 장치를 스위치 오프하여 상기 제2전원 공급기를 충전하도록 상기 교류/직류 변환기를 연결하고, 상기 전압 레벨이 상기 미리 결정된 레벨보다 크거나 같으면 상기 스위칭 장치를 스위치 온하여 상기 교류/직류 변환기를 충전된 상기 제2전원 공급기로부터 분리하는데 적합한 제2전원 공급기 전압 레벨 판단수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  10. 제1항 내지 제9항에 있어서, 상기 촉매수단은 주촉매와 상기 주촉매로부터 배기가스 흐름에 거슬러 위치된 전촉매를 포함하고, 상기 전촉매는 상기 가열전류가 적용될 수 있는 저항성 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
  11. 제1항 내지 제10항에 있어서, 상기 제어수단은, 기관 제어유닛으로 통합되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터의 배기가스 정제를 위한 촉매 제어장치.
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