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KR0165839B1 - 배기 가스 방출 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

배기 가스 방출 제어 방법 및 시스템 Download PDF

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KR0165839B1
KR0165839B1 KR1019920702041A KR920702041A KR0165839B1 KR 0165839 B1 KR0165839 B1 KR 0165839B1 KR 1019920702041 A KR1019920702041 A KR 1019920702041A KR 920702041 A KR920702041 A KR 920702041A KR 0165839 B1 KR0165839 B1 KR 0165839B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
engine
internal combustion
load
temperature
management system
Prior art date
Application number
KR1019920702041A
Other languages
English (en)
Inventor
앤드류 스미쓰 다렌
Original Assignee
켄 필립 시버
오비탈 엔진 캄파니(오스트레일리아) 피티와이. 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=3774520&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR0165839(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 켄 필립 시버, 오비탈 엔진 캄파니(오스트레일리아) 피티와이. 리미티드 filed Critical 켄 필립 시버
Application granted granted Critical
Publication of KR0165839B1 publication Critical patent/KR0165839B1/ko

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Abstract

배기 가스 방출 수치의 제어를 개선하기 위한 내연기관의 작동 방법은 적어도 엔진(20)이 예정치 이하 온도의 공회전 및 저부하 상태하에서 작동할 때, 엔진 연료 요구량을 증가시키도록 기생 부하를 엔진(20)에 가하는 단계와 상기 엔진 연료 요구량에 응답하여 엔진(2)에 대한 연료비를 증가시킴으로써 배기 가스 온도를 상승시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 엔진(20)내부로 유입되는 공기의 온도를 상승시키는 단계와 엔진(20)에 의해 구동되는 교류기(27)에 접속된 각각의 히터 소자(23, 26)로 엔진 배기 시스템(20)내의 촉매(25)를 직접 가열하는 단계도 포함한다.

Description

배기 가스 방출 제어방법 및 시스템
첨부 도면에 있어서,
제1도는 본 발명을 수행하는데 적합한 ECU및 다른 부품의 통상적인 배열을 개략적으로 도시한 도면이며,
제2도는 본 발명을 실행하기 위한 실제적인 수단이 제공되어 있는 내연기관을 도시한다.
제1도를 참조하면, ECU(10)은 엔진 온도, 엔진 부하 및 엔진속도와 관련한 입력 신호를 가진다.ECU(10)로의 동력 공급은 차단기(13)에 의해 차단될 때 배터리의 상태 및 교류기의 출력에 따라 배터리(11) 또는 교류기(12)로부터 공급된다. 배터리(11)는 동력 공급 저장원으로서 제공되고 엔진에 의해 구동되는 교류기(12)에 의해 충전된다.
계전기(15)는 히터 소자(16)로 공급되는 동력을 제어하고 스위치(17)를 통해 ECU로 제어된다. ECU는 엔진 온도가 허용가능한 엔진 작동의 안정성 및 촉매의 급속한 라이트 호프를 얻을 수 있도록 도움을 제공하는데 바람직한 예정치 이하의 수치에 있는가의 여부를 시동 과정에 결정하도록 프로그램되어있다. 통상적인 온도 예정치는 35℃이다.
이전에 지적한 바와같이, 몇몇 시동 상태하에서는 이전의 작동 주기로부터 엔진이 냉각되지 않은 결과로 엔진이 효과적인 작동 온도에 있지 않으며, 그런 상황에서는 워밍업시간을 단축시키는 기생부하의 용도가 필요치 않게 된다. 또한, 배터리(11)로부터 공급된 동력이 10볼트, 보통12 볼트인 초기치 이하이면, 이는 배터리에 수용할 수 있는 부하가 아니고 ECU(10)의 작동에 영향을 줄 수 없으므로 ECU(10)는 전기 기생 부하의 적용을 실행하지 않는다.
ECU(10)가 배터리 상태 및 엔진 온도로부터 기생부하를 가해야할 상태를 결정하는 경우에, ECU(10)는 히터소자(16)를 교류기(12)에 접속하는 계전기(15)를 작동시킨다.
그 결과 엔진 부하의 증가로 엔진의 요구량을 증가시키고 ECU(10)은 엔진으로 공급되는 연료를 요구량을 증가시키고 ECU(10는 엔진으로 공급되는 연료를 적절하게 증가시킬 것이다.
결과적으로 증가된 연료량의 연소로 배기 가스 온도의 증가를 초래하게 되어, 엔진의 안정한 작동 상태에 도달하는 시간 및 촉매의 라이트 오프에 도달하는 시간을 단축시킴과 더불어 엔진 및 배기 촉매 온도의 상승 비율을 증가시키는 결과가 된다.
ECU(10)는 엔진이 미리 선택된 온도 또는 시간, 시동으로부터 실제 시간이나 이동 이후 미리 선택된 회전수와 일치하는 시간에 도달하는 초기 상태를 성취함에 따라 기생 부하를 차단하도록 프로그램될 수도 있다.
연소실로 송출될 때 유입된 공기의 온도를 상승시켜 후에 생성되는 배기가스의 온도를 상승시키도록 엔진으로 유입되는 공기 통로 내부에 히터소자(16)를 위치시키는 것이 편리하고 바람직하다고 공지되어 있다.
또한, 촉매를 직접 가열하도록 히터소자(16)를 배기 시스템 내부에 위치시킴으로 촉매의 빠른 라이트 오프를 유도하고 배기 시스템의 효과적인 작동을 얻을 수 있다는 것도 공지되어 있다.
기생 부하로서 히터 소자의 온도는 히터 소자로부터의 에너지가 엔진의 더 급속한 워밍업을 성취하고 배기가스 온도를 상승시키고 배기 촉매의 급속한 라이트 오프를 유도하는데 유용하게 사용될 수 있을때 엔진에 가하는 부하의 가장 편리한 형태중 하나라는 것도 공지되어 있다.
제2도를 참조하면, 엔진(20)에는 분사 수단(21)을 포함하는 연료 공급수단이 제공되어 있고 공기 유입 시스템(22) 및 배기 시스템(24)을 가진다. 공기는 공기 유입 시스템(22)을 통해 엔진(20) 내부로 유입되고 발생된 배기 가스는 배기가스 방출 수치를 제어하는 배기 시스템(24) 내부에서 처리된다. 촉매(25)는 방출 수치의 제어 목적으로 배기 시스템(24)에 제공된다.
엔진(20)은 벨트(29)를 경유해 교류기(27) 및 압축기 또는 펌프(28)를 구동한다. 교류기(27)는 엔진(20) 작동용 전기 동력을 제공하고 펌프(28)는 엔진 냉각유체의 순환을 위해 제공되어 있다. 교류기(27)또는 압축기 또는 펌프(28)상의 증가된 부하는 엔진(20)부하의 증가에 기인된 것이라는 것을 알 수 있다.
전기 히터 소자(23)은 공기 유입시스템(22) 안쪽에 위치하고 기생부하를 엔진(20)에 가하는 교류기(27)에 전기 부하의 일부로서 접속될 수 있다. 이 히터 소자(23)은 열을 유입된 공기에 가하도록 사용되어 유입공기의 온도를 상승시킨다.
다른 전기 히터 소자(26)는 배기시스템(24) 안쪽에 위치하고 기생 부하를 엔진(20)에 가하는 교류기(27)에 전기 부하의 일부로서 접속될 수 있다. 이 히터 소자(26)는 배기 시스템(24)내의 촉매(25)를 직접 가열하고 배기 시스템의 효과적인 작동을 위한 촉매의 신속한 라이트 오프를 유도하는데 사용된다.
펌프(28)는 엔진 냉각 유체의 순환을 선택적으로 제한하는 가변 작동 밸브나 조절간으한 배출구 형태인 순환 제어 수단에 결합될 수 있다. 냉각 유체 순환의 제한으로 펌프(28)상의 부하를 증가시켜 엔진(20)으로의 부하를 증가시킨다.
본 발명은 특히, 엔진의 워밍업중 배기 가스 방출수치의 제어를 개선하기 위한 내연기관의 작동 제어에 관한 것이다.
일반적으로 높은 엔진 부하 범위에 비해 낮은 엔진 부하 범위에서 엔진의 안정한 작동을 성취하는 것과 배기 가스 방출 수치를 제어하는 것이 훨씬 더 어렵다는 것이 공지되어 있다. 또한, 이러한 어려움은 엔진의 최초 시동후에 존재할 수 있는, 엔진의 작동 온도가 낮을 때 증가한다는 것도 공지되어 있다.
또한, 배기 시스템 내부의 촉매 변환기로 엔진을 작동시키는 경우에도, 이들 촉매는 일반적으로 촉매의 라이트 오프(light off)온도로 칭하는 효과적인 작동 온도에 도달할 때까지 효과적으로 작용하지 못한다. 일반적으로 촉매의 라이트 오프는 배기가스에 의해 촉매에 가해지는 열에 의존하고 촉매의 라이트 오프 온도로의 급속한 가열을 실행하기에 충분히 높은 온도로 되는 배기 가스에 의존한다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상기 문제점을 감소 시키거나 극복할 수 있게 하고 배기 가스 방출의 제어를 개선시키는데 도움이 되는 내연기관의 작동 방법 및 수단을 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적을 고려하여, 적어도 예정 수치 이하 온도의 공회전 및 저부하 상태에서 엔진이 작동할때 엔진 연료 요구량을 증가시키도록 기상 부하를 엔진에 가하고 이 엔진 연료 요구량에 응답하여 엔진에 대한 연료비를 증가 시킴으로써 배기 가스의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 내연기관 작동 방법이 제공된다.
배기 가스의 온도를 상승시킴으로써, 엔진의 작동온도 및 촉매온도의 상승비율이 증가하여, 엔진은 안정한 작동 상태에 더욱 빠르게 도달하고 촉매의 라이트 오프에 필요한 시간 주기가 감소하여 촉매에 의한 배기가스의 효과적인 처리 없이도 엔진 작동기간을 단축시킬 수 있다.
기생 부하의 필요성은 엔진을 미리 작동시키거나 엔진의 작동 온도 및 배기가스의 온도가 엔진의 효과적인 작동과 촉매의 라이트 오프를 빠르게 성취하기에 충분히 높은 경우와 같이 모든 엔진의 시동시에 꼭 필요한 것응 아니다. 따라서, 연료 효율을 개선시키기 위해 기생부하는 엔진의 온도가 예정 수치 이하일 때 시동하는 엔진에만 가해지며, 이 예정 수치는 엔진이 안정 허용범위내에서 작동하고 촉매의 라이트 오프가 엔진 시동으로 부터 매우 짧은 허용 시간 간격내에서 성취되는 특정 엔진에 대해 선택된 수치이다.
본 발명은 충분한 부하를 엔진에 가하는 밸브 기구와 결합되어 있는 4 행정 싸이클 엔진보다 작은 주행 부하 및 낮은 배기 온도를 갖는 2행정 싸이클 엔진의 작동에 특히 적절하다. 그러나, 본 발명은 4 행정 싸이클 엔진으로 작동 하는 엔진에도 적용될 수 있고. 이 4행정 싸이클 엔진의 작동 안정성 및 촉매 시트템의 효율에 있어서의 개선에 공헌할 수 있다고 이해해야 한다.
본 발명의 방법은 엔진 내부로 유입되는 공기 온도를 상승시키고 배기 시스템에서 촉매를 직접 가열시키는 것도 특징으로 한다. 유입된 공기 온도의 상승은 엔진 작동 온도의 상승비율을 증가시키고 배기 가스의 온도를 상승시키는데 도움이 되며, 이 엔진 작동 온도의 상승비 증가 및 배기가스 온도의 상승은 배기 시스템 촉매의 효과적인 작용을 얻는데 필요한 주기의 단축데 도움이 된다. 또한, 배기 시스템 촉매의 직접 가열은 촉매 온도 상승 비율을 증가시키고 배기 촉매의 라이트 오프에 필요한 주기를 단축시키는데 도움이 된다.
비록, 본 발명에 따라 엔진에 가해진 부하가 기생부하로서 적용될지라도, 그 부하를 엔진에 가한 결과로서의 에너지 사용이 가능하나 그 에너지는 엔진 작동중에 필요치 않거나 발생되지 않는 에너지라고 이해해야 한다.
종래의 기생 부하는 엔진 작동용 전기 에너지를 제공하도록 엔진 설비에 제공되어 있는 교류기에 전기 부하를 접속시킴으로써 성취된다. 따라서, 기생 부하는 차량의 경우에 몇몇 또는 모든 라이트에 스위칭되는 형태나 차량의 탑승 구역이나 캡을 가열하거나 엔진으로 유입된 공기를 가열하는 것과 같이 열 에너지를 제공하는 형태일 수 있다.
또한, 엔진상의 부하는 냉각수 또는 냉각 공기의 순환을 억제함으로써 증가시킬 수 있어 물 또는 공기 순환 펌프 또는 압축기 또는 팬에 의해 엔진으로 공급되는 부하를 증가시킬 수 있다. 만일, 엔진이 공기 압축기 또는 공기 조절 압축기와 같은 압축기에 선택적으로 접속될 수 있다면, 이 압축기는 기생 부하를 엔진에 기하는데 사용될 수 있다.
엔진 구동 교류기와 결합한 전기 히터 소자등에 기생부하의 적용은 열에너지 발생의 결과이다. 이 열 에너지는 엔진 내부로 유입된 공기를 가열하는 사용되어 유입된 공기의 온도를 상승시키거나 배기 시스템의 촉매을 적접 가열한다.
이와같은 열 에너지의 유용한 적용으로 배기 촉매의 라이트 오프에 요구되는 주기를 단축시키는데 효과적인 도움을 줄 수 있다.
이와같이, 본 발명은 엔진에 필요한 연료비를 결정하기 위해 엔진의 작동 상태와 관련한 입력 신호를 수용하도록 배열되어 있는 ECU와, 엔진 부하 수단 및 연료 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템도 제공하며, 사이 ECU는 적어도 엔진이 예정치 이하 온도의 공회전 및 저부하 상태하에서 작동할 때 엔진 연료 요구량을 증가 시키도록 기생 부하를 엔진에 가하는 상기 부하 수단을 제어하고 엔진 연료 요구량에 응답하여 엔진 배기 가스 온도의 증가 비율을 상승시키도록 프로그램되어 있다.
본 발명의 시스템은 엔진 냉각 유체를 순환시키도록 엔진에 의해 구동되는 유체 순환 수단과 상기 기생 부하를 가하도록 엔진 냉각 유체의 순환을 선택적으로 제한하는 순환 제어 시스템을 포함한다. 또한, 전기 부하 수단은 상기 기생부하를 가하기 위해 엔진에 의해 구동되는 교류기에 접속될 수도 있다. 이 전기 부하 수단은 히터 소자를 포함한다.
통상적으로, 기생 부하의 적용 및 이 적용 주기의 제어는 연료 효율 및 배기 가스 방출이 중요한 요소인 대부분의 내연기관 관리 시트템의 일부와 결합되어 있는 ECU의 제어하에 이루어진다.

Claims (22)

  1. 내연기관 작동 방법에 있어서, 엔진이 예정치 이하 온도의 공회전 및 저부하 상태하에서 작동할 때, 엔진 온도가 예정치 이하인가를 결정하고 상기 엔진 온도가 예정치 이하라는 결정에 응답하여 기생부하(parasitic load)를 엔진에 가함으로써 엔진 연료 요구량을 증가시키고, 상기 증가된 엔진 연료 요구량에 응답하여 엔진에 대한 연료비를 증가시킴으로써 배기 가스의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기생 부하는 엔진에 의해 구동되는 유체순환 수단으로 엔진 냉각 유체의 순환을 제한함으로써 적용되는 것을 특징으로 하능 내연기관 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기생 부하는 엔진에 의해 구동되는 교류기에 전기 부하를 접속시킴으로써 적용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기 부하는 히터 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 히터 소자에 의해 발생된 열은 엔진 내부로 유입되는 공기의 온도를 상승시키기 위하여 적용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 히터 소자에 의해 발생된 열은 엔진 배기시스템의 촉매를 직접 가열시키기 위하여 적용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동 방법.
  7. 제1항에 있어서, 엔진 내부로 유입되는 공기의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.
  8. 제1항에 있어서, 엔진 배기 시스템의 촉매를 직접 가열하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동 방법.
  9. 내연기관용 관시 시스템에 있어서, 상기 관리 시스템은 엔진에 필요한 연료비를 결정하기 위하여 엔진의 작동 상태와 관련한 입력 신호를 수용하도록 배열되어 있는 ECU와, 엔진 부하 수단 및 연료 공급 수단을 포함하며, 상기 ECU와, 엔진 부하의 수단 및 연료 공급 수단을 포함하며, 상기 ECU는 적어도 엔진이 공회전 및 저부하 상태하에서 작동할 때, 엔진의 온도가 예정치 이하인가를 결정하고, 엔진의 온도가 예정치 이하라는 결정에 응답하여 기생 부하를 엔진에 가함으로써 엔진 연료 요구량을 증가시키고, 상기 엔진 연료 요구량에 응답하여 엔진에 대한 연료비를 증가시키는 상기 연료 공급수단을 제어함으로써 엔진 배기 가스 온도의 증가비율을 상승시키도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 부하 수단은 엔진 냉각 유체를 순환시키도록 엔진에 의해 구동되는 유체 순환 수단과 상기 기생 부하를 적용하기 위해 엔진 냉각 유체의 순화을 선택적으로 제한하는 순환 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 내연기관용 관리 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 부하 수단은 상기 기생 부하를 적용하기 위해 엔진에 의해 구동되는 교류기에 접속가능한 전기 부하 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전기 부하 수단은 히터 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 히터 소자는 엔진 내부로 유입되는 공기의 온도를 상승시키도록 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  14. 제12항에 이어서, 상기 히터 소자는 엔진 배기 시스템의 촉매를 직접 가열하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  15. 제11항에 내지 제14항 중 어느한항에 있어서, 상기 ECU는 엔진에 의해 구동되는 교류기에 접속된 전기 에너지 저장소로부터 동력이 공급되며 상기 ECU는 상기 전기 에너지 저장 수치가 초기치 이상일 때만 전기 부하를 가하도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 ECU는 기생 부하의 적용 주기를 제어하도록 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 강기 주기는 엔진의 작동온도에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 주기는 엔진 시동으로부터의 회전수에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 주기는 엔진 시동으로부터 미리 선택된 시간 간격에 의해 결정되는 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  20. 제9항 내지 14항 또는 제16항 내지 제19항중 어느 한 항에 있어서, 상기 입력 신호는 엔진 온도, 엔진 부하 및 엔진 속도와 관련되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  21. 제9항에 있어서, 상기 히터 소자는 엔진 내부로 유입되는 공기의 온도를 상승시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
  22. 제9항에 있어서, 상기 히터 소자는 엔진 배기 시스템의 촉매를 직접 가열시키기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 관리 시스템.
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