KR970001121B1 - 내연기관의 배기관내 공기도입장치 - Google Patents

내연기관의 배기관내 공기도입장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 배기관내 공기도입장치
제1도는 이 발명의 한 실시예에 의한 내연기관의 배기관내 공기도입장치의 구성을 표시하는 구성도.
제2도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 내연기관의 배기관내 공기도입장치의 구성을 표시하는 구성도.
제3도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 도입공기량의 시간적 변화를 표시하는 선도.
제4도는 이 발명의 제어기에 의한 제어타이밍과 각 온도의 관계를 표시하는 도면.
제5도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 내연기관의 배기관내 공기도입장치의 구성을 표시하는 구성도.
제6도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 제어기에 의한 제어타이밍과 각 온도의 관계를 표시하는 도면.
제7도는 이 발명의 다른 실시예에 의한 제어기에 의한 제어타이밍과 각 온도의 관계를 표시하는 도면
제8도는 촉매컨버터의 가스온과 전화율의 관계를 표시하는 선도.
제9도는 가열기의 통과 공기량과 발열체 도달온도의 관계를 표시하는 선도.
제10도는 가열기의 목표온도 도달시간과 공급공기의 관계를 표시하는 선도.
제11도는 종래의 내연기관의 배기관내 공기도입장치의 구성을 표시하는 구성도.
제12도는 종래 장치에 있어서의 도입공기량의 시간적 변화를 표시하는 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 내연기관 5 : 배기관
6 : 촉매컨버터 7A : 에어펌프
8 : 공기도입관 11 : 가열기
12A, l2B, 12C : 제어기 13 : 솔레노이드밸브
이 발명은, 내연기관의 배기관내에 도입하는 공기를 충분히 가열해서 촉매의 활성을 촉진하고, 배기가스의 정화를 촉진시키는 내연기관의 배기관내 공기도입장치에 관한 것이다.
제11도는 종래의 내연기관의 배기관내 공기도입장치의 구성을 표시하는 구성도이다. 도면에서 1은 내연기관으로서의 엔진, 2는 엔진(1)내에 공기를 보내는 흡기관, 3은 흡기관(2)내에 보내지는 공기로부터 먼지나 티를 제거하는 에어클리너, 4는 흡기관(2)내에 설치된 드로틀밸브이고, 이 드로틀밸브(4)는 그 개도를 조정함으로써 흡기관(2)을 통해 엔진(1)에 보내지는 공기의 량을 조정한다.
5는 배기관이고, 이 배기관(5)는 엔진(1)으로부터 배출된 배기가스를 화학반응에 의해 배기가스의 정화를 하는 촉매컨버터(6)에 보낸다. 7은 에어클리너 (3)를 통해서 보내진 공기를 가압해서 공기도입관(8)에 보내는 에어펌프이고, 공기도입관(8)은 에어펌프(7)의 출구와 촉매컨버터(6)에 의해 상류측의 배기관(5) 사이에 접속되어서 에어펌프(7)로부터 배기관(5)에 공기를 도입한다. 9는 공기도입관(8)의 하류에 설치된 역행방지밸브이고, 이 역행방지밸브(9)는 배기관(5)으로부터 배출된 배기가스를 흡기관(2)측에 역류하는 것을 방지한다. 10은 엔진(1)의 출력축(도시않음)에 결합된 트랜스밋숀이다.
다음으로 동작에 대해 설명한다. 에어클리너(3)를 통과한 청정한 공기는, 드로틀밸브(4)의 개도에 따른 량으로, 흡기관(2)을 통해서 엔진(1)에, 도시하지 않은 연료분사장치로서의 인젝터로부터 분사되는 연료와 함께 보내진다. 이 보내진 공기와 연료의 흔합기는, 엔진(1) 내에서 연소되어 도시하지 않는 실린더의 구동에 제공된다.
그리고 연소시에 발생하는 배기가스는 배기관(5)로 보내진다.
한편, 에어펌프(7)는 엔진(1)의 회전에 따라 회전하고, 외부로부터 취한 공기를 가압하고, 에어펌프(7)의 출구와 촉매컨버터(6) 보다도 상류측의 배기관(5) 사이에 접속된 공기도입관(8)으로 보내지고, 공기는 공기도입관(8)을 통해서 배기관(5), 촉매컨버터(6)에 도입된다.
계속해서, 배기관(5)내에 도입된 공기는 촉매컨버터(6)내에서 엔진(1)의 배기가스의 유해성분인 탄화수소(이하, HC라 기재한다), 일산화탄소(이하, CO라 기재한다)와 반응해서 배기가스를 무해화해서 정화한다.
즉, 촉매컨버터(6)에 보내진 배기가스와 공기의 혼합가스에는, 배기가스중의 HC나 CO등과 공기도입관(8)으로부터 도입된 공기중의 산소등이 포함되어 있다. 이때문에, 촉매컨버터(6)는 혼합가스를 화학반응작용에의해 H2O, CO2,등으로 변화시켜서, 배기가스의 정화를 촉진한다. 또 공기도입관(8)로부터 배기관(5)에 도입되는 공기량은 제12도에 표시하는 바와같이 거의 일정치가 되어 있다.
종래의 내연기관의 배기관내 공기도입장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로, 공기도입관을 통해서 배기관내에 도입된 공기는, 상온과 같은 온도가 낮은 공기가 되어, 공기의 분자인 예를들면 산소의 활성화를 저하시킨다. 이때문에 산소는 촉매컨버터내에서 배기가스의 유해성분과의 반응효율이 나빠지고, 배기가스 정화효율이 저하한다는 문제점이 있었다.
또, 종래의 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 배기관에 도입되는 공기량이 일정하기 때문에, 도입된 공기량 이상의 배기가스 정화효율이 기대할 수 없다는 문제점이 있었다.
이 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 된 것으로, 내연기관의 배기관내에 도입하는 공기를 가열하고, 다시 배기관내에 도입하는 공기량을 조정함으로써 배기가스 정화효율을 향상시킬 수 있는 내연기관의 배기관내 공기도입장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
청구항 1의 발명에 관한 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입되는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단을 구비하고, 이 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 유도하도록 하였다.
청구항 2의 발명에 관한 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 이 가열수단의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 상기 가열기의 가열제어를 하면서 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하도록 하였다.
청구항 3의 발명에 관한 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입되는 공기량을 조정하는 공기량 조정수단과, 상기 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 상기 공기량 조정수단 및 상기 가열수단의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하는 가열된 공기의 량을 조정하도륵 하였다.
청구항 4의 발명에 관한 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입되는 공기량을 조정하는 공기량 조정수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 상기 내연기관이 시동하기 전에 상기 가열수단을 작동시키고, 다음에 상기 공기량 조정수단을 작동시키는 제어수단을 구비하고, 상기 내연기관 시동전에 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하도록 하였다.
청구항 1의 발명에 있어서의 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 배기관내에 도입되는 공기를 가열수단으로 가열해서 승온시킴으로써, 공기분자는 활성화되어 배기가스의 유해성분과 효율좋게 반응하도록 되어, 이 결과, 배기가스는 효율좋게 정화된다.
청구항 2의 발명에서의 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 제어수단에 의해 가열수단을 내연기관의 시동직후로부터 임의의 시간내까지 필요 최소한도 작동시켜 줌으로써 불필요한 가열을 피할 수 있다.
청구항 3의 발명에서의 내연기관의 배기관내 공기도입장치는, 제어수단에 의해 가열수단의 작동을 제어하는 동시에, 공기량 조정수단에 의한 도입공기량을 제어함으로써, 배기가스 정화반응을 보다 한층 촉진시킨다.
청구항 4의 발명에서의 내연기관의 배기관내 공기도입장치는 가열수단을 제어수단에 의해 내연기관의 시동전부터 통전함으로써, 가열수단내의 발열체를 예열할 수 있다. 그리고, 후에 공기도입수단에 보내진 공기를 즉 가열함으로써 내연기관의 시동직후에, 공기도입수단보다 고온공기를 배기관내로 도입할 수가 있다.
실시예
실시예 1
제1도는 본 실시예에 의한 내연기관의 배기관에 공기도입장치의 구성을 표시하는 구성도이다. 또, 도면중, 제11도와 동일 부호는 동일 또는 상당부분을 표시한다. 도면에서 11은 공기도입관(8)에 설치된 역행방지밸브(9) 보다도 상류측에 설치된 가열수단으로서의 가열기, 12A는 가열기(11)를 작동시키는 가열제어신호 S1 및 에어펌프(7A)를 작동시키는 펌프제어신호 S2를 출력하는 제어수단으로서의 제어기이고, 이 제어기(12A)는 도시하지 않은 스타터 신호에 따라 각종 제어신호를 출력한다. 또, 촉매컨버터(6)는 배기가스 정화수단을 구성하고, 또 공기도입관(8), 에어펌프(7A), 및 역행방지밸브(9)는 공기도입수단을 구성한다.
다음에, 실시예 1의 동작에 대해 설명한다. 외부로부터 들여온 공기는, 엔진(1)의 회전과 함께, 펌프제어신호 S2를 입력해서 회전하는 에어펌프(7A)로 가압되어, 공기도입관(8)을 경유하고, 역행방지밸브(9)를 통해서 배기관(5) 및 촉매컨버터(6)에 도입된다. 이때 가열기(11)는 제어기(12A)로부터 출력되는 가열제어신호 S1에 의해 동작하기 때문에, 공기도입관(8)에 보내진 공기가 가열기(11)를 통과하면, 공기는 가열되어 예를들어 300℃까지 승온한다.
이와같이, 공기는 승온함으로써 활성화 된다. 이 결과, 촉매컨버터(6)내에 있어서 승온한 공기는 배기가스중의 유해성분 HC, CO와 효율좋게 반응해서, 유해성분을 산화해서 H2O나 CO2등의 무해성분으로 하고, 배기가스의 정화가 효율좋게 달성된다. 정화효율의 일예로서 제8도의 선도에 표시하는 바와같이 촉매컨버터(6)의 입구가스온도가 400℃로 승온되었을때, 배기가스중의 CO는 100% 무해성분으로 전화한다.
실시예 2
상기 실시예 1에서는 상기 공기도입관(8)에 보내진 공기를 가열하는 경우에 대해 설명하였다. 그러나 일반적으로 엔진(1)의 시동직후로부터 임의의 시간내와 이 임의의 시간경과후에는, 엔진(1)내에서의 혼합기의 연소상태가 다르기 때문에 배기가스중의 유해성분량이 다르다. 또, 배기가스의 온도등에 의한 촉매컨버터(6)의 온도상태에 의해 도입된 공기의 활성상태가 다르다.
따라서, 배기가스중의 유해성분량이 많고 또 촉매컨버터(6)가 충분히 더워져 있지 않은 엔진(1)의 시동초기의 단계에서 공기를 공기도입관(8)에 보내서 가열하고, 배기가스와 반응시킴으로써 정화반응을 촉진시킬수가 있다.
이상과 같이, 정화반응을 보다 촉진시키기 위해서는 제어기(12A)의 제어에 의해, 가열기(11)를 엔진(1)의 시동직후로부터 임의의 시간동안 작동시키거나, 혹은 가열기(11)의 작동시간을 사용되는 촉매컨버터(6)의 촉매의 종류에 의해 최적한 값으로 설정하도록 해도 된다.
실시예 3
제2도는 이 발명의 실시예 3에 의한 내연기관의 배기관내 공기도입장치의 구성을 표시하는 구성도이다.
또, 도면중, 제1도와 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시한다. 도면에서 13은 공기량 조정구단을 구성하는 솔레노이드밸브이고, 공기도입관(8)에 설치한 가열기(11)보다 상류측에 설치되어 도입되는 공기의 량을 조정한다. l2B는 본 실시예에 있어서의 제어수단으로서의 제어기이고, 가열기(11)를 작동시키기 위한 가열제어신호 S1을 가열기(11)에 출력하는 동시에, 솔레노이드밸브(13)의 개도를 제어하기 위한 밸브제어신호 S3를 솔레노이드밸브(13)에 출력하고, 다시 에어펌프(7A)를 작동시키기 위한 펌프제어신호 S2를 에어펌프(7A)에 출력한다.
다음에 제2도를 참조해서 실시예 3의 동작에 대해 설명한다.
공기가 에어펌프(7A)로부터 공기도입관(8)을 거쳐 가열기(11)로 보내지고, 여기서 가열되어 배기관(5)에 도입된다. 이때, 외부로부터 들어온 공기는, 펌프제어신호 S2에 의해 작동하는 에어펌프(7A)에 의해 가압되어 공기도입관(8)에 보내진다. 그리고, 보내진 공기는, 그 량을 제어기(12B)로부터 출력되는 밸브제어신호 S3에 따라 개폐동작을 하는 솔레노이드밸브(13)의 개도에 따라 조정되면서 가열기(11)를 통과한다. 그러나, 엔진(1)의 시동직후로부터 초기의 단계에서는, 촉매컨버터(6)는 충분히 더워져 있지 않아 충분하게 활성화되어 있지 않다. 따라서 이 단계에서는, 촉매컨버터(6)를 빨리 덥게 해서 충분히 활성화시키기 위해 제3도(a)의 도입공기량 특성도에 표시하는 바와같이, 솔레노이드밸브(13)를 소정시간에 걸쳐서 충분히 열어서 시간적으로 일정량의 가열한 공기를 배기관(5) 및 촉매컨버터(6)에 도입한다. 그후, 제3도(b)의 도입공기량 특성도에 표시하는 바와같이, 제어기(12B)로부터 출력되는 밸브제어신호 S3에 의해 솔레노이드밸브(13)의 개도를 반복해서 변경시키고, 도입공기량을 반복해 증감시킨다.
촉매컨버터(6)가 충분히 더워져서 충분하게 활성화된 상태에서는, 도입공기량을 일정화하기 보다도 제3도(b)와 같이 반복해서 증감시키는 쪽이 촉매반응을 보다 더 촉진시킬 수 있다는 것이 실험적으로 증명되었다. 즉, 실시예 3에서는, 촉매컨버터(6)의 온도는, 도입된 공기의 가열동작, 및 도입하는 공기의 량을 반복 증감해서 촉매의 산화반응을 활발하게 해서 촉매의 발열을 높이므로 해서 상승해서 정화반응이 상승적으로 촉진된다. 또, 도입하는 공기량은 사용되는 촉매컨버터(6)의 촉매의 종류에 따라 최적한 치로 설정하는 것은 물론 말할 것도 없다.
실시예 4
그러나, 실시예 3에 표시한 내연기관의 배기관내 공기도입장치는 제4도의 타이밍차트에 표시하는 바와같이, 엔진(1)의 시동개시때에, 가열기(11)의 통전제어와, 에어펌프(7A), 솔레노이드밸브(13)의 작동을 제어하는 제어신호가, 동시에 출력될 가능성이 있다. 또, 에어펌프(7A), 솔레노이드밸브(13)의 제어신호가 엔진(1)의 시동개시에 동기해서 출력되면, 이 시점에서는 가열기(11)는 충분히 발열해지지 않기 때문에, 엔진(1)의 시동직후에 가열된 공기가 배기관(5) 및 촉매컨버터(6)에 도입되지 않는 걱정이 있다.
이 결과, 상온의 찬 공기에 의해 배기가스의 온도가 저하해서 배기가스의 활성화가 진행하지 않거나, 또 촉매컨버터(6)는 정화작용을 할 수 있는 온도까지의 승온이 늦어져서 촉매활성이 불충분하게 된다.
이때문에 엔진(1)의 시동직후의 공연비가 짙은 배기가스, 즉 HC, CO를 다량 포함한 가스의 정화효율을 저하시키는 일이 있다.
그래서, 본 실시예는 가열기(11)에 공기를 도입하기 전에 가열기(11)에 통전하는 것으로, 저온공기에 의한 가열기(11)의 냉각을 억제해서 가열기(11)의 고온상승을 촉진시키고, 또 충분히 승온한 가열기(11)내에 공기를 보냄으로써 엔진(1)의 시동직후 바로 고온공기를 배기관(5)내에 도입할 수 있도록 한다. 또, 본 실시예는 엔진(1)의 시동전에 우선 가열기(11)를 작동시키고, 그후 에어펌프(7A)와 솔레노이드밸브(11)를 작동시켜서 공기를 승온해 배기관에 도입함으로써, 촉매컨버터(6)를 미리 가열해서 정화작용을 촉진하도록 한 것이다.
이하, 이 발명의 실시예 4를 도면에 따라 설명한다. 제5도는 이 발명의 실시예 4에 의한 내연기관의 배기관내 공기도입장치의 구성도이다. 또, 도면중 제2도와 동일부호는 동일 또는 상당부분을 표시한다. 도면에서, 12C는 제어수단으로서의 제어기이고, 이 동작은 후에 상술하는 바와 같이 엔진(1)의 시동하기 전에 가열기(11)를 작동시키고, 그후 소정시간에 에어펌프(7A)와 솔레노이드밸브(13)를 작동시켜서 승온된 공기를 배기관(5)에 도입하도록 한다.
14는 엔진(1)에 도입되는 공기량을 측정하는 에어플로센서, 15는 흡기관(2)에 부착된 연료분사장치의 인젝터이고, 엔진(1)의 흡기계의 일부를 구성하고 있다. 16은 O2센서이고, 엔진(1)으로부터 배출된 배기가스중에 포함되는 산소농도를 검출해서 엔진(1)내의 공연비를 검출한다. O2센서(16)은 예를들면 질코니어소자를 사용한 질코니어 O2센서나 티탄소자를 사용한 티타니어 O2센서 등이 있다.
17은 도시하지 않은 이그니숀회로를 ON/OFF 동작시키기 위한 키스위치이고, 키스위치(17)를 구성하는 접점(17a)의 일단은 접지되어 있다.
또 접점(17a)과 연동하는 다른 접점(17b)의 일단은, 일단이 접지되어 있는 스타더모터(20)의 타단에 접속되어 있다.
19는 컨트를릴레이이고, 컨트롤릴레이(19)의 릴레이코일(19a)의 일단은 접점(17a)의 타단에 접속되고, 타단은 접점(17b)의 타단에 접속되어 있다. 또, 릴레이코일(19a)에 의해 폐쇄되는 릴레이접점(19b)의 일단은 재어기(12c)의 입력단자에 접속되고, 타단은 배터리(18)의 플러스측과 접점(17b)이 접속된 릴레이코일(19b)의 타단에 공통접속되어 있다.
또 스타터모터(20)는 배터리(18)로부터 전원전압공급후 제어기(12c)로부터 모터제어신호 S4가 입력된 후에 가동된다.
다음에 본 실시예의 동작을 설명하기 전에 제어기(12c)의 동작에 대해 설명한다. 제어기(12c)는, 키스위치(17)의 온동작에 의해 컨트롤릴레이(19)의 릴레이접점(19b)이 폐쇄되었을때에 출력된 점화(IG) 신호 S7이 입력된 후에 가열기(11)를 통전하기 위한 가열제어신호 S1을 출력한다.
그리고, 소정시간후에 에어핌프(7A), 솔레노이드밸브(13)를 작동시키는 펌프제어신호 S2, 솔레노이드제어신호 S3을 각각 에어펌프(7A), 솔레노이드밸브(13)에 출력한다. 또 스타터모터(20)를 구동제어하는 모터제어신호 S4를 출력한다. 또, 제어기(12c)는 다음의 각종 제어기능을 갖고 있다.
(1) 에어플로센서(14)에 의해 검출된 흡입공기량을 표시하는 검출신호 S8이나 도시하지 않은 크랭크축의 회전수로부터 검출된 기관회전수에서 기본연료분사 펄스폭을 구하고, 다시 수온, 흡기온등의 온도보정이나 O2센서(16)의 센서신호(S6)에 따른 공연비 보정등을 해서 실제의 연료분사펄스폭의 연산을 하고, 인젝터(15)를 구동시키는 구동신호 S5를 출력해서 연료제어를 하는 내연기관(엔진 1) 제어기능.
(2) 점화코일(도시않음)에 점화타이밍신호를 출력해서 점화플러그(도시않음)에 전압을 인가해서 점화제어를 하는 점화제어기능.
(3) 아이들링시의 회전수를 제어하는 회전피드백 제어기능
또, 제어기(12c)는 공기도입제어기능과 연료제어기능을 각각 갖고 있어도 된다.
다음에 본 실시예의 동작에 대해 구체적으로 설명한다. 여기서 제6도는 본 실시예에 의한 배기가스의 정화제어동작을 설명하는 제어타이밍과, 가열기 (11) 및 촉매컨버터(6)의 승온과의 관계를 표시한 도면이다. 제6도에 있어서, IG신호 S7 ON-OFF는 키스위치(17)를 온함으로써 컨트롤릴레이(19)가 온된 상태를 표시한다. 가열기(11) ON-OFF는 제어기(12c)로부터 가열제어신호 S1이 출력되어 가열기(11)가 통전된 상태를 표시한다.
스타터모터(20) ON-OFF 키스위치(17)의 스타터스위치(도시하지 않음)를 온해서 소정시간(T)이 경과한 후에 스타터모터(20)가 작동된 상태를 표시한다. 에어펌프(A) ON-OFF와 솔레노이드밸브(13) ON-OFF는, 각각 에어펌프(7A)와 솔레노이드밸브(13)가 작동한 상태를 표시한다.
다시, 제6도의 타이밍차트를 참조해서 본 실시예의 동작을 상세히 설명한다. 키스위치(17)가 온이 되고 접점(17a)이 폐쇄되면, 릴레이코일(19a)에는 배터리 (18)의 +단자 -릴레이코일(19a) -접점 (17a) -접지점을 통해서 여자전류가 흘러서 작동하고, 이 릴레이접점(19b)를 폐쇄시킨다. 이 결과, 릴레이접점 (19b)을 통해서 배터리(18)로부터 제어기(12c)에 IG 신호 S(7)가 출력되어서 제어기 12c의 동작개시가 된다. 또 키스위치(17)가 온되었을때 접점(17b)가 폐쇄해서 스타터모터(20)에 배터리(18)의 전압이 인가되나, 이 시점에서는 제어기(12c)로부터 모터제어신호 S4는 출력되어 있지 않으므로 스타터모터(20)는 작동하지 않고 있다.
제어기(12c)는, 동작을 개시해서 가열기(11)를 통전하기 위한 가열제어신호 S1을 출력했을때부터, 제어기(12c)내의 타이머 기능을 사용해서 시간을 카운트하고, 카운트치가 미리 설정된 소정치 K가 되었을때, 즉 소정시간 T가 경과했을때 스타터모터(20)에 모터제어신호 S4를 출력한다. 이 모터제어신호 S4를 받아서 스타터모터(20)가 작동함으로써 엔진(1)이 시동한다.
또, 제어기(12c)는 상기 소정시간 T 경과후에 에어펌프(7A)를 작동시키기 위한 펌프제어신호 S2를 출력하는 동시에, 솔레노이드밸브(13)를 작동하기 위한 밸브제어신호 S3를 출력한다.
이와같이 엔진(1)의 시동 및 공기도입개시 전에 가열기(11)의 통전을 개시하고, 가열기(11)의 발열체의 온도를 올려둔다.
그리고, 엔진(1)의 시동과 동시에, 에어펌프(7A)와 솔레노이드밸브(13)가 동작하면 공기는 가열된 가열기(11)내에 공기를 보내 즉시 가열되어서 승온한다. 승온한 공기는 역행방지밸브(9)를 통해서 촉매컨버터(6) 상류부의 배기관(5)내에 도입된다.
그리고, 고온의 공기는 촉매컨버터(6)에 주어져서 촉매컨버터(6)를 미리 가열하므로서, 촉매컨버터(6)는 엔진(1)의 시동후 단시간에 촉매의 활성온도에 도달하고, 엔진(1)의 시동직후로부터의 배기가스 정화를 촉진시켜 대기중에 배결되는 HC, CO의 량을 저감시킬 수가 있다.
상기 실시예에 의하면, 배기관(7)은 엔진(1)의 시동직후로부터 충분히 승온한 공기를 도입할 수가 있으므로 배기가스 온도의 저하를 방지하는 동시에, 촉매컨버터(6)를 조기에 승온시킬 수가 있다.
또, 촉매컨버터(6)는 고온의 공기를 도입할 수가 있으므로, 배기가스중에 포함되는 HC, CO의 산화반응을 촉진시킬 수 있다. 이때문에, 산화반응에 의해 발생하는 열이 촉매컨버터(6)의 승온에 상승적인 효과를 주는것으로, 촉매컨버터(6)는 배기가스를 충분히 정화할 수 있는 활성화 온도에 빨리 도달되어 배기가스 정화효율을 향상시키는 효과가 있다.
또, 가열기(11)의 통과 공기량과 발열체 도달온도의 관계를 제9도의 선도에 표시한다. 여기서 가열기 통과 공기량을 0(1/min)라고 하면, 가열기(11)의 발열체 도달온도(℃)는 곧바로 800℃ 정도로 상승한다. 또, 제10도의 선도에 표시하는 바와같이 가열기(11)에 공급되는 공기의 량이 많을수록, 가열기(11)가 목표온도에 도달하는데는 시간이 걸리는 것을 알 수 있다. 이것은 즉, 가열기(11)의 온도를 목표온도로 급속히 상승시키는데는 가열기(11)의 통과 공기량을 0(1/min)으로 하고, 가열기(11)를 냉각하지 않은 상태에서 가열함으로써 그 목적은 달성된다.
실시예 5
상기 실시예 4에서는, 가열기(11)에 통전한 후에, 미리 설정된 소정시간 T가 경과후에 엔진(1)을 시동하는 동시에 공기의 도입을 개시하도록 에어펌프(7A)와 솔레노이드밸브(13)를 작동시키는 경우에 대해 설명하였으나, 제7도의 제어타이밍에 표시하는 바와같이, 가열기(11)의 통전후 에어펌프(7A), 솔레노이드밸브(13)를 작동한 후에 스타터모터(20)를 시동해서 엔진(1)을 시동하도록 제어해도 된다.
우선, 키스위치(17)가 온이 되고, 접점(17a)이 폐쇄하면, 릴레이코일(19a)에는 배터리(18)의 +단자 릴레이코일(19a) -접점(17a) -접지점을 통해서 여자전류가 흘려서 작동되어, 이 릴레이접점(19b)를 폐쇄시킨다. 이 결과, 릴레이접점(19b)를 통해서 배터리(18)로부터 제어기(12c)에 IG 신호(S7)이 공급되어서 제어기(12c)의 동작개시가 된다.
또 키스위치(17)가 온이 되었을때 접점(17b)가 폐쇄되어 스타터모터(20)에 배터리(18)의 전압이 인가되나, 이 시점에서는 제어기(12c)로부터 모터제어신호 S4는 출력되어 있지 않으므로 스타터모터(20)는 작동하고 있지 않다.
제어기(12c)는, 동작을 개시해서 가열기(11)를 통전하기 위한 가열제어신호 S1을 출력한 때로부터, 제어기(12c) 내의 타이머 기능을 사용해서 시간을 카운트하고, 카운트치가 미리 설정된 소정치 K가 되었을 때, 즉 소정시간 T1이 경과했을때에 에어펌프(7A)를 작동시키기 위한 펌프제어신호 S2를 출력하는 동시에, 솔레노이드밸브(13)를 작동시키기 위한 밸브제어신호 S3를 출력한다. 다음에, 제어기(12c)는 공기도입을 개시한 때로부터 시간을 카운트해서, 카운트치가 미리 설정된 소정치 K2가 되었을때, 즉 소정시간 T2가 경과했을때, 모터제어신호 S4를 스타터모터(20)에 출력해서 작동시켜서 엔진(1)을 시동한다. 이와같이 스타터모터(20)의 작동타이밍을 공기 도입타이밍보다 지연시킴으로써, 엔진(1)의 시동전에 고온공기가 촉매컨버터(6)에 보내져 촉매컨버터(6)가 덥혀지는 것으로부터 엔진(1)의 시동직후로부터 배기가스의 정화효율을 최대한으로 발휘할 수 있는 동시에, 상기 각 실시예와 같이 공기가열이 효율좋게 된다.
실시예 6
또, 상기 실시예 5에서는, 미리 설정된 시간 T,T1,T2를 제어기(12c)내의 카운터에 의해 판단하는 예에 대해 진술하였으나, 설정하는 시간은, 엔진(1)의 수온이나 대기온, 대기압등의 상태에 따라 변화시키도록 해도된다.
실시예 7
또, 상기 실시예 3에서는, 솔레노이드밸브(13)를 시간간격으로 개폐시켜서 도입 공기량을 제어하고 있었으나, 도입하는 공기량으로 변조를 가해서 배기관(5)내에 도입해도 된다. 또는 솔레노이드밸브(13)는 구비하지 않아도 에어펌프(8)의 회전수를 제어시켜서 공기량을 가변시킬 수 있을때는, 솔레노이드밸브(13)는 제거해도 된다.
실시예 8
또, 상기 실시예 4,5에서는 컨트롤릴레이(19)의 온과 동시에 IG 신호 S7이 제어기(12c)에 공급되는 구성으로 되어 있으나, IG 신호 S7의 공급이 가능한 구성이면 어떤 신호공급회로라도 좋다.
실시예 9
제어기 12A, l2B, 12C는 각각 가열제어신호 S1에 의해 가열기(11)를 통전제어하는 구성으로 되어 있으나, 엔진(1)의 상태나 대기온, 대기압등에 의해 가열량을 변화하도록 해도 된다.
청구항(1)의 발명에 의하면, 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단을 구비하고, 이 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하도록 하였기 때문에, 배기관내에 도입하는 공기를 가열수단으로 가열해서 승온시켜 공기를 보다 더 활성화 할 수 있기 때문에, 공기와 배기가스의 유해성분을 효율좋게 반응시켜서 배기가스를 효율좋게 정화시킬 수 있다는 효과가 있다.
청구항 2의 발명에 의하면, 내연기관의 홉기관과 내연기관 사이에 접속되어, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 이 가열수단의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 가열기의 가열제어를 하면서 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하도륵 하였으므로, 배기관내에 도입하는 공기를 보다 활성화할 수가 있기 때문에, 공기와 배기가스의 유해성분을 효율좋게 반응시켜서 배기가스를 효율좋게 정화할 수 있는 동시에, 가열기의 가열동작을 제어함으로써 가열동작에 따른 소비전력을 절약할 수 있다는 효과가 있다.
청구항 3의 발명에 의하면, 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입되는 공기량을 조정하는 공기량 조정수단과, 상기 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 상기 공기량 조정수단 및 상기 가열수단의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하는 가열된 공기의 량을 조정하도록 하였으므로, 배기관내에 도입하는 공기를 보다 활성화 할 수가 있으므로, 공기와 배기가스의 유해성분을 효율좋게 반응시켜서 배기가스를 효율좋게 정화시킬 뿐 아니라, 가열과 더불어 도입공기량을 반복 증감함으로써, 배기가스 정화효율을 한층 더 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
청구항 4의 발명에 의하면, 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입되는 공기량을 조정하는 공기량 조정수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 상기 내연기관이 시동하기 전에 상기 가열수단을 작동시키고, 다음에 상기 공기량 조정수단을 작동시키는 제어수단을 구비하고, 상기 내연기관 시동전에 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서, 배기가스 정화수단에 인도하도록 하였으므로, 배기관내에 도입하는 공기를 보다 활성화 할 수가 있으므로, 공기와 배기가스의 유해성분을 효율좋게 반응시켜서 배기가스를 효율좋게 정화시킬 수 있는 동시에, 내연기관의 시동직후로부티 충분히 가열된 공기를 도입할 수 있으므로 배기가스온의 저하를 방지하고, 또 배기가스 정화수단인 촉매컨버터를 조기에 승온시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 내연기관의 홉기관과 배기관 사이에 접곡되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단을 구비하고, 이 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기관내 공기도입장치.
  2. 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 이 가열수단의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 상기 가열수단의 가열제어를 하면서 가열한 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단으로 인도하게 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기관내 공기도입장치.
  3. 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도, 이 공기도입수단에 도입되는 공기량을 조정하는 공기량 조정수단과, 상기 공기도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 상기 공기량 조정수단 및 상기 가열수단의 작동을 제어하는 제어수단을 구비하고, 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하는 가열된 공기의 량을 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기관내 공기도입장치.
  4. 내연기관의 흡기관과 배기관 사이에 접속되고, 외부로부터 공기를 도입하는 공기도입수단과, 이 공기도입수단에 도입되는 공기량을 조정하는 공기량 조정수단과 이 공기량 도입수단에 도입된 공기를 가열하는 가열수단과, 상기 내연기관이 시동하기 전에 상기 가열수단을 작동시켜주고, 다음에 상기 공기량 조정수단을 작동시키는 제어수단을 구비하고, 상기 내연기관 시동전에 가열된 공기를 상기 배기관을 통해서 배기가스 정화수단에 인도하도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기관내 공기도입장치.
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