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KR102728854B1 - Apparatus and method for controlling of vehicle engine - Google Patents

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KR102728854B1
KR102728854B1 KR1020210184950A KR20210184950A KR102728854B1 KR 102728854 B1 KR102728854 B1 KR 102728854B1 KR 1020210184950 A KR1020210184950 A KR 1020210184950A KR 20210184950 A KR20210184950 A KR 20210184950A KR 102728854 B1 KR102728854 B1 KR 102728854B1
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Abstract

본 발명은 차량 엔진의 연소실 내부로 일정 온도 이하인 첨가제를 직접 공급하여 연료와 공기의 연소에 의해 발생되는 질소산화물의 배출을 저감함과 동시에 엔진 출력 효율을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량 엔진 제어장치 및 방법은, 차량 엔진의 연소실로 공기를 유입시켜 고온 고압의 상태로 설정한 상태에서 연소실로 연료 및 첨가제를 분사하여 연료를 연소시킴으로써 차량에 구동력을 제공하되, 차량 엔진의 연소시작 이후 시점에 첨가제 인젝터를 통해 연소실 내부로 첨가제를 직접 분사하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면 차량 엔진의 연소구간에서 연소실 내부 온도를 낮추어 연료와 공기간 연소반응으로 인한 질소산화물의 발생량을 저감함과 동시에 연소실 내부 압력을 높여 엔진 출력을 향상시킬 수 있다.
The present invention relates to a technology capable of reducing the emission of nitrogen oxides generated by the combustion of fuel and air while improving engine output efficiency by directly supplying an additive at a temperature below a certain level into the combustion chamber of a vehicle engine.
The vehicle engine control device and method according to the present invention provide driving power to the vehicle by introducing air into the combustion chamber of the vehicle engine, setting it to a high temperature and high pressure state, injecting fuel and an additive into the combustion chamber and combusting the fuel, and is characterized by directly injecting the additive into the combustion chamber through an additive injector at a time point after combustion of the vehicle engine starts.
Therefore, according to the present invention, by lowering the temperature inside the combustion chamber in the combustion section of the vehicle engine, the amount of nitrogen oxides generated due to the combustion reaction between fuel and air can be reduced, while at the same time, the pressure inside the combustion chamber can be increased, thereby improving engine output.

Description

차량 엔진 제어장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling of vehicle engine}{Apparatus and method for controlling of vehicle engine}

본 발명은 차량 엔진의 연소실 내부로 일정 온도 이하인 첨가제를 직접 공급하여 연료와 공기의 연소반응에 의해 발생되는 질소산화물의 배출을 저감함과 동시에 엔진 출력 효율을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technology capable of reducing the emission of nitrogen oxides generated by the combustion reaction of fuel and air while improving engine output efficiency by directly supplying an additive at a temperature below a certain level into the combustion chamber of a vehicle engine.

피스톤 방식의 내연기관인 차량 엔진은 연소실내에서 연료와 공기의 연소로 발생하는 열을 사용하여 작동유체의 압력 상승을 이끌어내며 이를 동력으로 전환하는 장치이다. A vehicle engine, which is a piston-type internal combustion engine, is a device that uses the heat generated by the combustion of fuel and air in the combustion chamber to increase the pressure of the working fluid and convert this into power.

이때 연료는 인젝터를 통하여 차량 엔진의 흡기포트 또는 실린더내로 공급되며, 산화제와 작동유체의 역할을 하는 공기를 흡기밸브와 배기밸브를 사용하여 차량 엔진의 연소실내로 흡입하거나 배출한다.At this time, fuel is supplied into the intake port or cylinder of the vehicle engine through the injector, and air, which acts as an oxidizer and working fluid, is sucked or exhausted into the combustion chamber of the vehicle engine using the intake valve and exhaust valve.

이 경우 차량 엔진에서 생성된 운동에너지는 도1에 도시된 바와 같이 P-V(압력-볼륨) 선도와 T-S(온도-엔트로피) 선도상의 폐곡선 면적(Q1-2,Q2-3,Q3-4,Q4-1 에 의해 형성된 공간의 면적)과 같다. In this case, the kinetic energy generated by the vehicle engine is equal to the closed curve area (the area of the space formed by Q 1-2 , Q 2-3 , Q 3-4 , and Q 4-1 ) on the PV (pressure-volume) diagram and the TS (temperature-entropy) diagram as shown in Fig. 1.

도1의 P-V 선도그래프(A)와 T-S 선도그래프(B)에 의하면, 흡기밸브를 통해 연료와 공기가 연소실로 주입되고 볼륨(V : 연소실의 내부 공간)이 증가하는 상태에서는 압력(P)이 P1으로 유지되면서 볼륨(V)만 증가하고, 일정 볼륨(V1) 상태에서 볼륨을 V2로 감소시키면 연소실 내부 압력이 P2로 점점 높아지며, 이후 일정 압력(P2)상태가 된 연소실로 연료가 공급되어 연소를 시작하는데, 연소구간(Q2-3)에서는 볼륨은 V2로 그대로 유지되면서 압력만 P3로 상승하다가 연소반응이 종료되면 볼륨은 V1으로 증가하면서 압력은 P2로 낮아지며, 이후 배기밸브를 통해 연소실 내부의 배기가스가 배출되면서 연소실 압력은 P1으로 낮아진다. According to the PV diagram (A) and TS diagram (B) of Fig. 1, when fuel and air are injected into the combustion chamber through the intake valve and the volume (V: internal space of the combustion chamber) increases, the pressure (P) is maintained at P 1 while only the volume (V) increases, and when the volume is decreased to V 2 from a state of a constant volume (V 1 ), the pressure inside the combustion chamber gradually increases to P 2 . Afterwards, fuel is supplied to the combustion chamber at a constant pressure (P 2 ) to initiate combustion. In the combustion section (Q 2-3 ), the volume is maintained at V 2 while only the pressure increases to P 3 . When the combustion reaction is completed, the volume increases to V 1 while the pressure decreases to P 2 . Afterwards, as the exhaust gas inside the combustion chamber is discharged through the exhaust valve, the pressure in the combustion chamber decreases to P 1 .

한편, 차량 엔진의 엔트로피(S)와 온도(T)의 상태를 살펴보면, 볼륨(V)이 V1으로 증가된 상태에서 V2로 감소되면 엔트로피(S)는 S1 상태를 유지하면서 온도(T)만 T2로 상승하고, 연소과정이 이루어지는 Q2-3 동안에는 온도가 T3로 상승하면서 엔트로피도 S2로 증가한다. 이후, 연소반응이 종료되어 볼륨이 V1으로 증가되면 압력은 P2로 감소하게 되고 이 동안 온도는 T4로 감소하면서 엔트로피는 S2로 유지된다. 그리고, 볼륨이 V1상태인 상태에서 배기가스가 배출되면, 압력은 P1으로 감소하고, 온도는 T1으로 하강하며 엔트로피도 S1으로 감소한다.Meanwhile, looking at the state of entropy (S) and temperature (T) of the vehicle engine, when the volume (V) is increased from V 1 to V 2 , the entropy (S) maintains the S 1 state while only the temperature (T) increases to T 2 , and during Q 2-3 where the combustion process takes place, the temperature rises to T 3 and the entropy also increases to S 2. Afterwards, when the combustion reaction is completed and the volume increases to V 1 , the pressure decreases to P 2 and during this time, the temperature decreases to T 4 while the entropy is maintained at S 2. Then, when the exhaust gas is discharged while the volume is in the V 1 state, the pressure decreases to P 1 , the temperature decreases to T 1 , and the entropy also decreases to S 1 .

이러한 연소실내의 산화과정은 짧은시간 동안에 이루어지며, 차량 엔진의 출력과 효율의 향상을 위해서는 빠른 연소를 통해 최대 압력과 온도를 가급적 높이는 편이 유리하다. This oxidation process inside the combustion chamber takes place over a short period of time, and in order to improve the output and efficiency of the vehicle engine, it is advantageous to increase the maximum pressure and temperature as much as possible through rapid combustion.

그러나, 연소실내의 고온고압의 연소환경은 공기중의 질소과 산소의 결합반응을 촉진하여 질소산화물의 배출을 증가시키는 문제점이 발생한다.However, the high temperature and high pressure combustion environment inside the combustion chamber promotes the combination reaction of nitrogen and oxygen in the air, which causes a problem of increased nitrogen oxide emissions.

이에, 연소실에서의 질소산화물의 배출을 감소하기 위해 연소실 내부의 피크 압력과 온도를 낮추는 방법이 있으며, 현재 EGR(exhaust gas recirculation) 구조를 통해 연소실 내부로 배기가스를 주입하는 방법이 제안되어 사용되고 있다. EGR 구조는 연소실의 배기구를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 연소실의 흡기구로 피드백하여 흡기 공기와 함께 연소실로 재순환하도록 구성된다. Accordingly, there is a method of lowering the peak pressure and temperature inside the combustion chamber to reduce the emission of nitrogen oxides in the combustion chamber, and a method of injecting exhaust gas into the combustion chamber through an EGR (exhaust gas recirculation) structure is currently being proposed and used. The EGR structure is configured to feed back a portion of the exhaust gas discharged through the exhaust port of the combustion chamber to the intake port of the combustion chamber and recirculate it into the combustion chamber together with the intake air.

그러나, EGR 구조는 연소반응이 이루어지기 전시점에 배기가스를 흡기공기와 함께 연소실로 공급되기 때문에, 연소실내의 온도가 낮아져 질소산화물의 발생을 저감하는 효과는 있으나, 연소 반응이 이루어지기까지의 시간이 오래 소요되고 필요한 산소량이 감소하여 연소율이 낮아짐으로써 엔진 출력과 연비가 감소하는 문제가 있다. However, since the EGR structure supplies exhaust gas to the combustion chamber together with intake air at the point where the combustion reaction takes place, the temperature inside the combustion chamber is lowered, which has the effect of reducing the generation of nitrogen oxides. However, there is a problem in that the time until the combustion reaction takes place is long, the amount of oxygen required is reduced, and the combustion rate is lowered, which reduces engine output and fuel efficiency.

1. 한국공개특허 제10-2019-0042275호 (명칭 : 엔진과 그 제어방법).1. Korean Publication Patent No. 10-2019-0042275 (Title: Engine and its control method). 2. 한국공개특허 제10-2018-0110972호 (명칭 : 엔진 시스템)2. Korean Publication Patent No. 10-2018-0110972 (Title: Engine System)

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 차량 엔진의 연소실 내부로 일정 온도 이하인 첨가제를 직접 공급하여 연료와 공기의 연소반응에 의해 발생되는 질소산화물의 배출을 저감함과 동시에 엔진 출력 효율을 향상시킬 수 있도록 해 주는 차량 엔진 제어장치 및 그 방법을 제공함에 그 기술적 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been created in consideration of the above circumstances, and has a technical purpose of providing a vehicle engine control device and method thereof that can reduce the emission of nitrogen oxides generated by the combustion reaction of fuel and air while improving engine output efficiency by directly supplying an additive at a temperature below a certain level into the combustion chamber of a vehicle engine.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 연료가 저장된 연료 공급부와 연결되어 차량 엔진으로 연료를 분사하는 연료 인젝터와, 열을 흡수하는 기상 또는 액상의 물질로 이루어지는 첨가제가 저장된 첨가제 공급부와 연결되어 차량 엔진으로 첨가제를 분사하는 첨가제 인젝터, 연소실로 공기를 유입시켜 고온 고압의 상태에서 연소실로 연료 및 첨가제를 분사하여 연료를 연소시킴으로써 차량에 구동력을 제공하는 차량 엔진 및, 연료 인젝터 및 첨가제 인젝터를 통해 차량 엔진에 연료 및 첨가제를 공급하도록 제어하는 차량 엔진을 포함하여 구성되고, 상기 첨가제 인젝터는 차량 엔진의 연소실 내부로 첨가제가 직접 분사되도록 배치되며, 상기 ECU는 차량 엔진의 연소시작 이후 시점에 첨가제 인젝터를 통해 연소실 내부로 첨가제를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 제어장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a vehicle engine control device is provided, comprising: a fuel injector connected to a fuel supply unit in which fuel is stored and injects fuel into a vehicle engine; an additive injector connected to an additive supply unit in which an additive made of a gaseous or liquid substance that absorbs heat is stored and injects the additive into the vehicle engine; a vehicle engine that introduces air into a combustion chamber, injects fuel and additive into the combustion chamber at a high temperature and high pressure to combust the fuel and thereby provide driving force to the vehicle; and a vehicle engine that controls the supply of fuel and additive to the vehicle engine through the fuel injector and the additive injector, wherein the additive injector is arranged to directly inject the additive into the combustion chamber of the vehicle engine, and the ECU controls the injection of the additive into the combustion chamber through the additive injector at a time point after combustion of the vehicle engine starts.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, ECU에서 차량 엔진의 연소실로 공기 또는 공기와 연료의 혼합물을 유입시켜 고온 고압의 상태에서 연소실로 연료 를 분사하여 연료를 연소시킴으로써 차량에 구동력을 제공하는 차량 엔진 제어방법에 있어서, 상기 ECU에서 연소실에 연결된 흡기밸브는 개방하고 배기밸브는 폐쇄한 상태에서 피스톤을 제1 방향으로 이동시켜 흡기밸브를 통해 연소실로 공기 또는 공기와 연료의 혼합물을 유입시키는 제1 단계와, 연소실에 공기 또는 공기와 연료의 혼합물이 유입된 상태에서 피스톤을 제2 방향으로 이동시켜 연소실 내부를 압축시킴으로써 연소실을 고온 고압상태로 설정하는 제2 단계, 고온 고압의 연소실에서 연료와 공기의 연소반응을 일으키는 제3 단계, 연소반응이 이루어지는 연소실 내부로 열을 흡수하는 기상 또는 액상의 물질로 이루어지는 첨가제를 분사하는 제4 단계 및, 연소반응이 완료된 이후 피스톤을 제1 방향으로 이동시켜 연소실과 연결된 배기밸브 또는 포트를 통하여 연소반응에 의해 생성된 연소실 내부의 배기가스를 외부로 배출하는 제5 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 제어방법이 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, a vehicle engine control method for providing driving force to a vehicle by introducing air or a mixture of air and fuel into a combustion chamber of a vehicle engine from an ECU and injecting fuel into the combustion chamber at a high temperature and high pressure to combust the fuel, the vehicle characterized in that it comprises a first step of opening an intake valve connected to a combustion chamber in the ECU and closing an exhaust valve and moving a piston in a first direction to introduce air or a mixture of air and fuel into the combustion chamber through the intake valve, a second step of setting the combustion chamber to a high temperature and high pressure state by moving the piston in a second direction while the air or the mixture of air and fuel is introduced into the combustion chamber, the third step of causing a combustion reaction of fuel and air in the high temperature and high pressure combustion chamber, a fourth step of injecting an additive made of a gaseous or liquid substance that absorbs heat into the combustion chamber where the combustion reaction takes place, and a fifth step of discharging exhaust gas generated by the combustion reaction inside the combustion chamber to the outside through an exhaust valve or port connected to the combustion chamber by moving the piston in the first direction after the combustion reaction is completed. A method of controlling an engine is provided.

여기서, 상기 첨가제는 배기가스, 공기, 수증기, 액상의 물을 포함하는 일정 온도 이하의 물질 중 하나인 것을 특징으로 한다.Here, the additive is characterized by being one of substances below a certain temperature, including exhaust gas, air, water vapor, and liquid water.

또한, 상기 ECU는 연소 시작시점 이후부터 차량 엔진의 최대 연소압력 구간 사이에 첨가제를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the ECU is characterized by controlling the injection of an additive during a period from the start of combustion to the maximum combustion pressure range of the vehicle engine.

또한, 상기 ECU는 연소 시작시점 이후부터 기 설정된 시간이 경과된 이후에 첨가제를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the ECU is characterized by controlling the additive to be injected after a preset time has elapsed from the start of combustion.

본 발명에 의하면, 차량 엔진의 연소구간에서 연소실 내부로 연소시점 이후에 일정량의 첨가제를 분사하는 간단한 방법으로 연소실 내부 온도를 낮추어 연료와 공기간 연소반응으로 인한 질소산화물의 발생량을 저감함과 동시에 연소실 내부 압력을 높여 엔진 출력을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by a simple method of injecting a certain amount of additive into the combustion chamber after the combustion point in the combustion section of a vehicle engine, the temperature inside the combustion chamber is lowered, thereby reducing the amount of nitrogen oxides generated due to the combustion reaction between fuel and air, and at the same time increasing the pressure inside the combustion chamber, thereby improving engine output.

도1은 일반적인 차량 엔진 특성을 설명하기 위한 도면.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량 엔진 제어장치의 구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도.
도3은 도2에 도시된 차량 엔진(100)의 내부구성을 예시한 도면.
도4는 도2에 도시된 ECU(700)의 차량 엔진 제어동작을 설명하기 위한 도면.
도5는 본 발명에 따른 차량 엔진 제어방법을 설명하기 위한 흐름도.
Figure 1 is a drawing to explain typical vehicle engine characteristics.
Figure 2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle engine control device according to the first embodiment of the present invention in a functionally separated manner.
Figure 3 is a drawing illustrating the internal configuration of the vehicle engine (100) illustrated in Figure 2.
Figure 4 is a drawing for explaining the vehicle engine control operation of the ECU (700) illustrated in Figure 2.
Figure 5 is a flow chart for explaining a vehicle engine control method according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면 중 동일한 구성 요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. It should be noted that in the drawings, the same components are indicated by the same reference numerals wherever possible. Meanwhile, the terms or words used in this specification and the claims should not be interpreted as limited to their usual or dictionary meanings, and should be interpreted as meanings and concepts that conform to the technical idea of the present invention based on the principle that the inventor can appropriately define the concept of the term in order to explain his or her own invention in the best way. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations illustrated in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, it should be understood that there may be various equivalents and modified examples that can replace them at the time of filing this application.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the relevant technology, and cannot be interpreted as having an ideal or overly formal meaning that is not explicitly defined in the present invention.

도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 차량 엔진 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. Figure 2 is a drawing schematically illustrating the configuration of a vehicle engine control device according to the first embodiment of the present invention.

도2를 참조하면 본 발명에 따른 차량 엔진 제어장치는, 차량 엔진(100)과, 연료 공급부(200), 연료 인젝터(300), 첨가제 공급부(400), 첨가제 인젝터(500), 센서부(600), ECU(electronic control unit,700)를 포함한다. Referring to FIG. 2, a vehicle engine control device according to the present invention includes a vehicle engine (100), a fuel supply unit (200), a fuel injector (300), an additive supply unit (400), an additive injector (500), a sensor unit (600), and an ECU (electronic control unit, 700).

차량 엔진(100)은 연료 공급부(200)로부터 연료 인젝터(300)를 통해 공급되는 연료를 연소시켜 차량에 구동력을 제공한다. The vehicle engine (100) combusts fuel supplied from a fuel supply unit (200) through a fuel injector (300) to provide driving power to the vehicle.

상기한 연료 공급부(200)는 액상연료 또는 가스연료 중 적어도 하나의 연료가 저장되는 연료 탱크를 포함한다. The above-mentioned fuel supply unit (200) includes a fuel tank in which at least one of liquid fuel and gaseous fuel is stored.

연료 인젝터(300)는 상기 연료 공급부(200)와 연결되어 차량 엔진(100)으로 연료를 분사하는 것으로, 엔진 기통수에 대응되는 개수의 MPI(multi-point injection) 인젝터가 구비되거나, 엔진 기통수에 대응되는 개수의 GDI(Gasoline Direct Injection) 인젝터가 구비될 수 있으며, 이 두 종류의 인젝터가 모두 구비될 수 있다. 또한, 가스 인젝터가 단독으로 구비되거나 또는 액상 인젝터와 함께 추가로 구비될 수 있다.The fuel injector (300) is connected to the fuel supply unit (200) and injects fuel into the vehicle engine (100). A number of MPI (multi-point injection) injectors corresponding to the number of engine cylinders may be provided, or a number of GDI (Gasoline Direct Injection) injectors corresponding to the number of engine cylinders may be provided, and both types of injectors may be provided. In addition, a gas injector may be provided alone or additionally provided together with a liquid injector.

첨가제 공급부(400)는 열을 흡수하는 특성을 갖는 기상 또는 액상의 물질로 이루어지는 첨가제가 저장되는 첨가제 탱크를 포함한다. 이때, 첨가제는 배기가스, 공기, 수증기, 액상의 물을 포함한 일정 온도 이하의 물질 중 하나로 이루어질 수 있다.The additive supply unit (400) includes an additive tank in which an additive made of a gaseous or liquid substance having a heat-absorbing property is stored. At this time, the additive may be made of one of substances below a certain temperature, including exhaust gas, air, water vapor, and liquid water.

첨가제 인젝터(500)는 첨가제 공급부(400)와 연결되어 차량 엔진(100)으로 첨가제를 분사한다. The additive injector (500) is connected to the additive supply unit (400) and injects the additive into the vehicle engine (100).

센서부(600)는 차량 엔진(100)의 상태를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서로 이루어지고, 레일 압력 센서와 배기 온도 센서, 엔진 온도센서, 냉각수 온도센서, 엔진 회전수(RPM) 센서를 포함하는 적어도 하나 이상의 센서를 구비하여 구성된다. The sensor unit (600) is composed of at least one sensor that measures the status of the vehicle engine (100), and is configured with at least one sensor including a rail pressure sensor, an exhaust temperature sensor, an engine temperature sensor, a coolant temperature sensor, and an engine rotation speed (RPM) sensor.

ECU(700)는 연료 인젝터(300) 및 첨가제 인젝터(500)를 통해 차량 엔진(100)에 연료 및 첨가제를 분사하여 차량이 구동하도록 제어한다. The ECU (700) controls the vehicle to drive by injecting fuel and additives into the vehicle engine (100) through the fuel injector (300) and the additive injector (500).

ECU(700)는 차량 엔진(100)에 연료를 분사하기 위한 연료분사제어신호를 생성하여 연료 인젝터(300)로 전송하고, 연료 인젝터(300)는 연료분사제어신호에 대응되게 일정량의 연료를 차량 엔진(100)에 분사한다. 여기서, ECU(700)는 센서부(600)로부터 수집된 정보를 근거로 적절한 연료 분사량 및 분사시기를 결정하고, 이에 대응되는 분사제어신호를 생성한다.The ECU (700) generates a fuel injection control signal for injecting fuel into the vehicle engine (100) and transmits it to the fuel injector (300), and the fuel injector (300) injects a certain amount of fuel into the vehicle engine (100) in response to the fuel injection control signal. Here, the ECU (700) determines an appropriate fuel injection amount and injection timing based on information collected from the sensor unit (600), and generates an injection control signal corresponding thereto.

또한, ECU(700)는 차량 엔진(100)에 첨가제를 분사하기 위한 첨가제 분사제어신호를 생성하여 첨가제 인젝터(500)로 전송하고, 첨가제 인젝터(500)는 첨가제 분사제어신호에 대응되게 일정량의 첨가제를 차량 엔진(100)에 분사한다. 이때, ECU(700)는 연소행정구간에 첨가제를 차량 엔진(100)에 분사하도록 제어한다. In addition, the ECU (700) generates an additive injection control signal for injecting an additive into the vehicle engine (100) and transmits it to the additive injector (500), and the additive injector (500) injects a certain amount of additive into the vehicle engine (100) in response to the additive injection control signal. At this time, the ECU (700) controls the additive to be injected into the vehicle engine (100) during the combustion cycle.

도3은 도2에 도시된 차량 엔진(100) 구성을 개략적으로 도시한 도면으로, GDI 인젝터가 구비된 가솔린 엔진이 도시되어 있다. 일반적으로 경유를 연료로 사용하는 디젤 엔진은 점화플러그가 구비되지 않으며, 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 엔진의 경우 점화플러그가 구비된다. Fig. 3 is a drawing schematically illustrating the configuration of the vehicle engine (100) illustrated in Fig. 2, and illustrates a gasoline engine equipped with a GDI injector. In general, a diesel engine that uses kerosene as fuel is not equipped with a spark plug, and a gasoline engine that uses gasoline as fuel is equipped with a spark plug.

도3을 참조하면, 차량 엔진(100)의 연소실(110)에는 흡기밸브(120)와 배기밸브(130), 피스톤(140) 및, 점화 플러그(150)가 구비되고, 연료 인젝터(300)와 첨가제 인젝터(500)는 연소실(110) 내부로 연료 및 첨가제를 직접 분사할 수 있도록 배치된다. Referring to FIG. 3, a combustion chamber (110) of a vehicle engine (100) is provided with an intake valve (120), an exhaust valve (130), a piston (140), and a spark plug (150), and a fuel injector (300) and an additive injector (500) are arranged so as to directly inject fuel and additives into the combustion chamber (110).

흡기밸브(120)는 ECU(700)의 제어에 따라 개방상태 또는 폐쇄상태로 전환되며, 개방상태에서 외부 공기가 연소실(110) 내부로 유입되도록 한다.The intake valve (120) is switched to an open or closed state under the control of the ECU (700), and allows outside air to flow into the combustion chamber (110) when in the open state.

배기밸브(130)는 ECU(700)의 제어에 따라 개방상태 또는 폐쇄상태로 전환되며, 개방상태에서 연소실(110) 내부의 배기가스가 외부로 배출되도록 한다. The exhaust valve (130) is switched to an open or closed state under the control of the ECU (700), and in the open state, exhaust gas inside the combustion chamber (110) is discharged to the outside.

피스톤(140)는 ECU(700)의 제어에 따라 연소실(110) 내부에서 상방향 또는 하방향으로 이동하여 연소실(110) 내부 공간을 조절하도록 배치되는 바, 상방향으로 이동되어 연소실(110) 내부공간을 좁히거나 하방향으로 이동되어 연소실(110) 내부공간을 넓힌다.The piston (140) is arranged to move upward or downward inside the combustion chamber (110) under the control of the ECU (700) to adjust the space inside the combustion chamber (110). It moves upward to narrow the space inside the combustion chamber (110) or moves downward to widen the space inside the combustion chamber (110).

점화 플러그(150)는 연소실(110) 내부로 공기가 유입되어 고온 고압인 상태에서 불꽃을 일으켜 연소실(110) 내부의 공기와 연료의 연소반응을 유도한다. The spark plug (150) causes a spark at high temperature and high pressure by allowing air to flow into the combustion chamber (110), thereby inducing a combustion reaction between the air and fuel inside the combustion chamber (110).

이때, ECU(700)는 흡기밸브(120)를 통해 연소실(110)로 공기를 주입시키고, 피스톤(140)을 통해 압력을 조정하며, 흡기밸브(120)가 개방되고 배기밸브(130)가 폐쇄된 고온고압의 연소환경에서 연료 인젝터(300)를 통해 연료를 연소실(110) 내부로 공급함과 더불어 점화플러그(150)를 동작시켜 연소실(110) 내부공간에서 연소반응을 일으킴으로써, 차량을 구동시키도록 제어한다.At this time, the ECU (700) injects air into the combustion chamber (110) through the intake valve (120), adjusts the pressure through the piston (140), supplies fuel into the combustion chamber (110) through the fuel injector (300) in a high temperature and high pressure combustion environment with the intake valve (120) open and the exhaust valve (130) closed, and operates the spark plug (150) to cause a combustion reaction in the internal space of the combustion chamber (110), thereby controlling the vehicle to be driven.

특히, 본 발명에서는 ECU(700)에서 연소반응 이후, 보다 상세하게는 연소반응을 수행하는 연소행정구간에 연소실(110)로 기 설정된 량의 첨가제를 연소실(110) 내부로 공급하도록 제어한다.In particular, in the present invention, after the combustion reaction in the ECU (700), more specifically, during the combustion cycle in which the combustion reaction is performed, a preset amount of additive is controlled to be supplied into the combustion chamber (110).

즉, 도4에 도시된 바와 같이 일반적으로 모터링 압력특성(Pm)에서 최대 압력 이전의 일정 시점(X)에 연료를 연소실(110)로 투입하여 연소반응을 유도하며, 연소반응이 이루어짐에 따라 연소실(110) 내부는 연소 압력특성(Pc)의 형태로 나타난다. 본 발명에서는 연소반응을 유도하는 연소 시점(X) 이후를 첨가제 분사구간(D)으로 설정할 수 있다. That is, as illustrated in Fig. 4, fuel is injected into the combustion chamber (110) at a certain point (X) before the maximum pressure in the general motoring pressure characteristic (Pm) to induce a combustion reaction, and as the combustion reaction occurs, the inside of the combustion chamber (110) appears in the form of a combustion pressure characteristic (Pc). In the present invention, the time after the combustion point (X) that induces the combustion reaction can be set as an additive injection section (D).

바람직하게는, 연소반응이 일정량 이루어지고 난 이후, 예컨대 모터링 압력이 최대인 시점부터 연소 압력이 최대인 시점 사이를 첨가제 분사구간(D1)으로 설정할 수 있다. 이에, ECU(700)는 연료가 공급된 시점(X) 이후 일정 시간이 경과한 시점에 첨가제를 분사하도록 제어할 수 있다.Preferably, after a certain amount of combustion reaction has occurred, for example, the time between the point in time when the motoring pressure is maximum and the point in time when the combustion pressure is maximum can be set as the additive injection period (D 1 ). Accordingly, the ECU (700) can be controlled to inject the additive at a point in time when a certain amount of time has passed since the point in time (X) when the fuel is supplied.

이는 연소반응이 일정량 이루어진 이후에 첨가제를 분사함으로써, 첨가제 분사로 인해 일정 이상으로 높아진 연소실 내부 온도가 일정 온도 낮아지더라도 연소 반응에 영향을 주지 않도록 하면서 연소반응으로 인한 질소화합물의 생성은 최소화하도록 하기 위함이다.This is to minimize the creation of nitrogen compounds due to the combustion reaction by injecting the additive after the combustion reaction has completed a certain amount, thereby preventing the combustion reaction from being affected even if the temperature inside the combustion chamber, which has increased above a certain level due to the injection of the additive, is lowered to a certain level.

또한, 연소실(110) 내부가 밀폐된 상태에서 일정량의 첨가제가 추가로 투입됨으로써, 연소실(110) 내부 압력은 보다 높아지는 바, 이를 통해 차량 엔진(100)의 출력을 보다 향상시키게 된다. In addition, by additionally adding a certain amount of additive while the inside of the combustion chamber (110) is sealed, the pressure inside the combustion chamber (110) increases, thereby further improving the output of the vehicle engine (100).

이어, 상기한 구성으로 된 차량 엔진 제어장치의 동작을 도5에 도시된 흐름도를 참조하여 설명한다. 이하에서는 GDI인젝터와 점화플러그가 구비된 가솔린 엔진의 동작을 기준으로 설명한다.Next, the operation of the vehicle engine control device having the above configuration will be described with reference to the flow chart shown in Fig. 5. The following description will be based on the operation of a gasoline engine equipped with a GDI injector and a spark plug.

ECU(700)는 시동이 온(ON)되는 등의 엔진 동작 환경이 되면, 센서부(600)로부터 엔진 구동 관련 센싱정보를 수집하고, 이를 근거로 분사제어신호를 생성한다.When the engine operation environment, such as when the ignition is turned on, is reached, the ECU (700) collects engine operation-related sensing information from the sensor unit (600) and generates an injection control signal based on this.

상기한 상태에서, ECU(700)는 먼저 흡기밸브(120)를 개방하고 배기밸브(130)는 폐쇄한 상태에서 피스톤(150)을 하강시켜 연소실(110)에 공기를 유입시킴으로써, 흡기행정을 수행한다(ST100). 이때, 엔진의 종류에 따라 연소실과 연결된 포트를 통해 공기 또는 공기와 연료의 혼합물이 유입될 수 있다. In the above state, the ECU (700) first opens the intake valve (120) and closes the exhaust valve (130) to lower the piston (150) to introduce air into the combustion chamber (110), thereby performing the intake stroke (ST100). At this time, depending on the type of engine, air or a mixture of air and fuel may be introduced through a port connected to the combustion chamber.

이어, ECU(700)는 흡기밸브(120)를 폐쇄하고 피스톤(150)을 상승시켜 연소실(110) 내의 공기를 압축시키는 압축행정을 수행한다(ST200). 이때, 연소실(110)은 흡기밸브(120)와 배기밸브(130)가 폐쇄된 밀폐 환경으로 그 내부는 고온 고압의 상태가 된다. 이때, 엔진의 종류에 따라 연소실과 연결된 흡기 포트와 배기 포트가 폐쇄될 수 있다.Next, the ECU (700) closes the intake valve (120) and performs a compression stroke to compress the air in the combustion chamber (110) by raising the piston (150) (ST200). At this time, the combustion chamber (110) is a sealed environment in which the intake valve (120) and the exhaust valve (130) are closed, and its inside becomes a state of high temperature and high pressure. At this time, depending on the type of engine, the intake port and exhaust port connected to the combustion chamber may be closed.

상기한 상태에서, ECU(700)는 연료 인젝터(300)로 연료분사제어신호를 전송하여 연소실(110)로 연료를 분사함과 동시에 점화플러그(140)를 점화하여 연소환경을 형성함으로써, 공기와 연료의 연소반응에 의한 폭발이 이루어지는 연소행정이 이루어진다(ST300). In the above state, the ECU (700) transmits a fuel injection control signal to the fuel injector (300) to inject fuel into the combustion chamber (110) and ignite the spark plug (140) at the same time to form a combustion environment, thereby performing a combustion cycle in which an explosion occurs due to the combustion reaction of air and fuel (ST300).

이어, ECU(700)는 연소행정구간에서 첨가제 인젝터(400)로 첨가제 분사제어신호를 전송하여 연소실(110)로 첨가제를 분사한다(ST400). 즉, 연소실(110)에서 연소반응이 일어나는 상태에서 첨가제를 연소실(110) 내부로 직접 분사한다. Next, the ECU (700) sends an additive injection control signal to the additive injector (400) in the combustion cycle to inject the additive into the combustion chamber (110) (ST400). That is, the additive is directly injected into the combustion chamber (110) while a combustion reaction occurs in the combustion chamber (110).

이때, 연소실(110) 내부는 1,000℃ 이상의 고온상태로 이보다 낮은 온도의 기상 또는 액상의 첨가제가 연소실(110) 내부로 분사됨으로써, 연소실(110)의 내부 온도가 낮아지게 된다. 특히 첨가제는 연소반응 이후에 연소실(110)로 분사되는 바, 연소반응에는 영향을 주지 않으면서 단지 연소실(110) 내부 온도만 낮춤으로써, 질소산화물의 생성을 저감하는 효과를 얻게 된다.At this time, the inside of the combustion chamber (110) is in a high temperature state of 1,000℃ or higher, and a gaseous or liquid additive having a lower temperature than this is injected into the combustion chamber (110), thereby lowering the internal temperature of the combustion chamber (110). In particular, the additive is injected into the combustion chamber (110) after the combustion reaction, so that it does not affect the combustion reaction but only lowers the internal temperature of the combustion chamber (110), thereby obtaining the effect of reducing the production of nitrogen oxides.

또한, 고압상태의 연소실(110) 내부로 일정량의 첨가제를 연소실(110) 내부로 분사함으로써, 연소실(110) 내부는 보다 높은 압력상태가 되고, 이에 따라 엔진(100)의 출력 에너지가 증가하는 효과를 얻게 된다. In addition, by injecting a certain amount of additive into the combustion chamber (110) under high pressure, the inside of the combustion chamber (110) becomes under a higher pressure, and thus the output energy of the engine (100) increases.

이후, ECU(700)는 피스톤(150)을 상승시킴과 더불어 배기밸브(120)를 개방시켜 연소실(110) 내부에 존재하는 배기가스를 외부(배기밸브 또는 포트)로 배출시키는 배기행정을 수행한다(ST500).Thereafter, the ECU (700) performs an exhaust stroke (ST500) by raising the piston (150) and opening the exhaust valve (120) to discharge exhaust gas existing inside the combustion chamber (110) to the outside (exhaust valve or port).

즉, 흡기->압축->연소(폭발)->배기의 4 행정과정을 통해 차량 엔진을 동작시키되, 연소실이 흡기밸브와 배기밸브가 모두 폐쇄된 밀폐 조건에서 연소시작 시점 이후의 연소행정구간에 일정 온도 이하의 첨가제를 추가로 연소실 내부로 직접 분사함으로써, 연소과정 동안 연소실 온도를 낮춰 질소산화물의 발생량을 저감함과 동시에 연소실 압력을 높여 엔진 출력을 향상시키게 된다.That is, the vehicle engine is operated through a 4-stroke process of intake->compression->combustion (explosion)->exhaust, but by directly injecting an additive below a certain temperature into the combustion chamber during the combustion stroke section after the start of combustion under sealed conditions where both the intake and exhaust valves are closed, the combustion chamber temperature is lowered during the combustion process, reducing the amount of nitrogen oxides generated while increasing the combustion chamber pressure to improve engine output.

또한 본 발명에 따른 차량 엔진 제어장치 및 방법은 연소에 따른 압축과 폭발이 동시에 발생하는 2 행정과정을 수행하는 차량엔진을 포함하여 연소실에서 연료와 공기의 연소반응을 수행하는 각종 차량엔진에 적용되어 실시될 수 있음은 물론이다. In addition, it goes without saying that the vehicle engine control device and method according to the present invention can be applied to and implemented in various vehicle engines that perform a combustion reaction of fuel and air in a combustion chamber, including a vehicle engine that performs a two-stroke process in which compression and explosion due to combustion occur simultaneously.

100 : 차량 엔진, 200 : 연료 공급부,
300 : 연료 인젝터, 400 : 첨가제 공급부,
500 : 첨가제 인젝터, 600 : 센서부,
700 : ECU, 710 : 메모리,
110 : 연소실, 120 : 흡기밸브,
130 : 배기밸브, 140 : 피스톤,
150 : 점화 플러그.
100: vehicle engine, 200: fuel supply unit,
300: Fuel injector, 400: Additive supply part,
500: Additive injector, 600: Sensor part,
700: ECU, 710: Memory,
110: Combustion chamber, 120: Intake valve,
130: exhaust valve, 140: piston,
150 : Spark plug.

Claims (8)

연료가 저장된 연료 공급부와 연결되어 차량 엔진으로 연료를 분사하는 연료 인젝터,
열을 흡수하는 기상 또는 액상의 물질로 이루어지는 첨가제가 저장된 첨가제 공급부와 연결되어 차량 엔진으로 첨가제를 분사하는 첨가제 인젝터,
연소실로 공기를 유입시켜 고온 고압의 상태에서 연소실로 분사되는 연료를 연소시킴으로써 차량에 구동력을 제공하는 차량 엔진 및,
연료 인젝터 및 첨가제 인젝터를 통해 차량 엔진에 연료 및 첨가제를 공급하도록 제어하는 ECU를 포함하여 구성되고,
상기 첨가제 인젝터는 차량 엔진의 연소실 내부로 첨가제가 직접 분사되도록 배치되며,
상기 ECU는 차량 엔진의 연소반응이 이루어진 이후 모터링 압력이 최대인 시점부터 차량 엔진의 최대 연소압력 구간 사이에 상기 첨가제 인젝터를 통해 연소실 내부로 첨가제를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 제어장치.
A fuel injector that is connected to a fuel supply unit where fuel is stored and injects fuel into the vehicle engine.
An additive injector connected to an additive supply unit storing an additive made of a gaseous or liquid substance that absorbs heat and injecting the additive into a vehicle engine.
A vehicle engine that provides driving force to a vehicle by introducing air into a combustion chamber and combusting fuel injected into the combustion chamber at high temperature and high pressure, and
Consisting of an ECU that controls the supply of fuel and additives to the vehicle engine through a fuel injector and an additive injector,
The above additive injector is positioned so that the additive is directly injected into the combustion chamber of the vehicle engine.
The above ECU is a vehicle engine control device characterized in that it controls the additive to be injected into the combustion chamber through the additive injector between the time when the motoring pressure is maximum and the maximum combustion pressure section of the vehicle engine after the combustion reaction of the vehicle engine has occurred.
제1항에 있어서,
상기 첨가제는 배기가스, 공기, 수증기, 액상의 물을 포함하는 일정 온도 이하의 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 제어장치.
In the first paragraph,
A vehicle engine control device, characterized in that the additive is one of substances below a certain temperature, including exhaust gas, air, water vapor, and liquid water.
삭제delete 삭제delete ECU에서 차량 엔진의 연소실에서 연료를 연소시킴으로써 차량에 구동력을 제공하는 차량 엔진 제어방법에 있어서,
상기 ECU에서 연소실에 연결된 흡기밸브는 개방하고 배기밸브는 폐쇄한 상태에서 피스톤을 제1 방향으로 이동시켜 흡기밸브를 통해 연소실로 공기 또는 공기와 연료의 혼합물을 유입시키는 제1 단계와,
연소실에 공기 또는 공기와 연료의 혼합물이 유입된 상태에서 피스톤을 제2 방향으로 이동시켜 연소실 내부를 압축시킴으로써 연소실을 고온 고압상태로 설정하는 제2 단계,
고온 고압의 연소실에 연료를 분사함과 동시에 점화하여 연료와 공기의 연소반응을 일으키는 제3 단계,
연소반응이 이루어진 이후 모터링 압력이 최대인 시점부터 차량 엔진의 최대 연소압력 구간 사이에 상기 연소실 내부로 열을 흡수하는 기상 또는 액상의 물질로 이루어지는 첨가제를 분사하는 제4 단계 및,
연소반응이 완료된 이후 피스톤을 제1 방향으로 이동시켜 연소실과 연결된 배기밸브 또는 포트를 통하여 연소반응에 의해 생성된 연소실 내부의 배기가스를 외부로 배출하는 제5 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진 제어방법.
In a vehicle engine control method that provides driving force to a vehicle by burning fuel in a combustion chamber of a vehicle engine in an ECU,
In the above ECU, the intake valve connected to the combustion chamber is opened and the exhaust valve is closed, and the piston is moved in the first direction to introduce air or a mixture of air and fuel into the combustion chamber through the intake valve;
The second step is to set the combustion chamber to a high temperature and high pressure state by moving the piston in the second direction while air or a mixture of air and fuel is introduced into the combustion chamber, thereby compressing the inside of the combustion chamber.
The third stage involves injecting fuel into the high-temperature, high-pressure combustion chamber and igniting it at the same time to cause a combustion reaction between fuel and air.
A fourth step of injecting an additive consisting of a gaseous or liquid substance that absorbs heat into the combustion chamber between the point where the motoring pressure is maximum and the point where the maximum combustion pressure of the vehicle engine occurs after the combustion reaction has occurred, and
A vehicle engine control method characterized by comprising a fifth step of moving a piston in a first direction after a combustion reaction is completed to discharge exhaust gas generated by a combustion reaction inside a combustion chamber to the outside through an exhaust valve or port connected to the combustion chamber.
제5항에 있어서,
상기 첨가제는 배기가스, 공기, 수증기, 액상의 물을 포함하는 일정 온도 이하의 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 차량 엔진 제어방법.
In paragraph 5,
A vehicle engine control method, characterized in that the additive is one of substances below a certain temperature, including exhaust gas, air, water vapor, and liquid water.
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