KR100418668B1 - 냉간 시동시에 배기 가스의 발생을 감소시키기 위한 엔진제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 냉간 시동시에 배출 가스의 발생을 감소시키는 한편, 연비 향상을 도모할 수 있는 엔진 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 엔진 제어 방법은 냉각수의 온도가 일정 온도 이하일 때, 엔진 시동후 일정 시간 내에 연료의 분사 개시 각도를 흡기 밸브의 상단으로 변경하여, 연료를 흡기 밸브의 상단으로 분사한다. 이 때, 연료는 다음의 흡기 밸브가 개방하기 전에 최대한 먼 지점으로 분사되어 연료 증발시간을 지연시킨다.

Description

냉간 시동시에 배기 가스의 발생을 감소시키기 위한 엔진 제어 방법{Method for controlling an engine to reduce exhaust gas at cold start}

본 발명은 냉간 시동시에 배기 가스의 발생을 감소시키기 위한 엔진 제어 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 자동차에 사용되는 기화기는 엔진의 운전 상태에 따라 필요한 공기와 가솔린을 적당한 비율로 혼합하고, 동시에 가솔린을 미립화하여 기화하는데 좋은 조건으로 만들어서 엔진에 공급하는 장치이다.

가솔린을 연소시키는 데는 공기와 가솔린의 적당한 혼합 비율이 필요하며, 공기가 너무 많거나 이론적 중량으로 과다하게 주입되어도 완전한 연소가 될 수 없다. 가솔린은 완전 연소시키기 위해서는 이론적으로 가솔린과 공기의 혼합 비율이 1:15의 혼합비가 필요하며, 연소 가능한 혼합비 범위는 대체로 8 내지 20 사이이다. 기화기에서 공급되는 혼합기는 이와 같은 가연 범위의 혼합비어야 한다.

혼합비가 변화하면 당연히 배기 가스의 조성 비율도 변화되며, 그 중에서 대기 오염의 요인으로 법적 규제를 받고 있는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)의 발생과 혼합비의 관계는 다음과 같다.

혼합비가 다른 연료를 연소시키는 경우에 CO, HC, NOx의 발생양은 CO가 이론혼합비에서나 그보다 희박한 혼합비에서는 거의 발생되지 않으며, 농후해지는 것에 따라 급격히 증가한다. 또한 HC 또한 농후한 경우에는 CO와 같은 경향이 있다.

다음에 NOx는 진한 혼합기일수록 발생양이 적어지는데 이론혼합비 부근에서 최대량이 된다. 따라서 CO, HC의 발생양을 적게 하기 위하여 희박한 혼합비를 공급하면, NOx가 많아지고, 반대로 NOx가 적어지도록 혼합기를 진하게 하면, CO, HC의 발생양이 많아지는 경향이 있다.

대기 오염의 측면에서 보면 가장 적은 혼합기를 공급하는 것이 바람직하지만 반면에 엔진의 작동이라는 측면을 고려하면, 고출력을 필요로 할 때 다소 진한 혼합기가 필요하며, 이렇게 되면 배기 가스중의 CO, HC가 증가하게 된다.

특히, 동절기와 같이 냉간 시동시에 배출되는 배기 가스는 일반 상온시와 대비하여 크게 증가하는 경향이 있으며, 이러한 배기 가스의 배출의 규제하기 위하여, 일부 국가에서는 냉간 시동시의 CO, HC의 배출을 규제하여, 냉간시에 배기 가스를 감소시키도록 요구하고 있으며, 이러한 것을 만족시키지 못하는 경우에, 차량의 판매를 금지하고 있다.

이러한 배기 가스의 규제 방법중 하나로서, -7℃의 온도 조건에서 차량의 시동 후에, 에미션 모드(emission mode)를 수행하여, 일정한 CO 규제치를 만족시켜야 하는 것이다.

종래에 냉간 시동시에 배기 가스의 배출을 감소시키기 위하여 촉매의 활성화를 촉진시킴으로써, 촉매중의 귀금속 양을 증가시키거나 난기 기간중에도 공기 과잉율(λ)을 이론 공연비 근처로 희박하게 되도록 제어하여, 배기 가스중의 HC와 CO량을 줄이도록 하였다.

그러나, 촉매의 귀금속 양을 증가시키는 것은 비용을 상승시키는 요인으로 작용하고, 난기 중에 공기와 연료의 공연비를 이론 공연비인 14.7 : 1로 제어하는 경우에, 연료의 증발 특성이 상이한 엔진의 냉각 조건에서 출력 저하 및 주행중 시동 꺼짐이 발생한다는 문제가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 크랭크 각의 회전에 따른 흡기 밸브 개방 및 인젝터 가능 구간을 나타내는 선도.

도 2는 본 발명에 따른 엔진 제어 방법을 수행하기 위한 흐름도.

따라서, 본 발명의 목적은 냉간 시동시에 배출 가스의 발생을 감소시키는 한편, 연비 향상을 도모할 수 있는 엔진 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기된 바와 같은 목적은, 냉각수의 온도가 일정 온도 이하일 때, 엔진 시동후 일정 시간 내에 연료의 분사 개시 각도를 흡기 밸브의 상단으로 변경하여, 연료를 흡기 밸브의 상단으로 분사하며, 이 때, 연료는 다음의 흡기 밸브가 개방하기 전에 최대한 먼 지점으로 분사되어 연료 증발시간을 지연시키는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 냉간 시동시에 배기 가스의 발생을 감소시키기 위한 엔진 제어 방법에 의하여 달성될 수 있다.

상기에서, 연료는 냉각수 온도가 0℃ 이하이고 엔진 시동 후에 3분 내에 분사된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 크랭크 각의 회전에 따른 흡기 밸브 개방 및 인젝터 가능 구간을 나타내는 선도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엔진 제어 방법을 수행하기 위한 흐름도이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, -20°크랭크 각도가 180°회전된 구간(O₁),즉 200°정도 크랭크 각이 회전된 구간에서 엔진의 흡기 밸브가 개방된다. 크랭크 각도가 180°에서 680°가지 회전되었을 때, 즉 구간(t₁+t₂)에서 연료 분사가 가능하며, 특히, 180°부터 약400°의 구간(t₁)은 냉간 시동시에 분사 개시 각도를 변경하여 분사하는 영역이며, 이 때, 연료의 분사는 가능한 다음의 흡기 밸브가 개방하기 전에 최대한 먼지점으로 분사하여 연료의 증발 시간을 최대화한다.

또한, 구간(t₁)에서 분사 개시 각도가 변경된 상태에서 연료가 분사된 후에, 400°내지 680°까지 크랭크 각이 회전된(구간(t₂)) 후에 정상 분사가 이루어지고, 680°내지 700°회전된 구간(t)은 연료가 분사기로부터 흡기 밸브 상단까지 도달하는 비행 시간이다.

한편, 180°내지 700°의 범위에서 크랭크 각이 진행(회전)될 때, 흡기 밸브는 닫혀 있으며, 연료가 흡기 밸브 상단까지 도달한 후에, 즉 크랭크 각이 700°만큼 회전되었을 때로부터 900°까지 회전되는 동안의 구간(O₂)에서 흡기 밸브가 개방되어, 흡기 밸브의 상단으로 분사된 연료는 흡기 밸브를 통해 흡기된 공기와 혼합되어, 연소실 내에서 연소된다.

본 발명의 엔진 제어 방법은 도 2에 도시된 흐름도에 따라서 수행된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 엔진이 시동된 후에, 엔진을 냉각하기 위한 냉각 수온이 측정된다(S1). 측정된 냉각수온이 일정 온도 이하, 바람직하게 0℃ 이하인 경우에, 엔진이 시동된 후에 일정 시간, 바람직하게 3분 이내인가를 체크한다(S2). 한편, 냉각수온이 0℃ 이상인 경우에는 냉간 시동이 아니라고 판단하고 또한 엔진 시동후 3분 이내가 아닌 경우에도 냉간 시동이 아니라고 판단하여, 엔진 연료를 정상 각도로 분사한다(S5).

단계 S1, S2에서 냉간 시동이라고 판단한 경우에, 상기된 구간(t₁)에서 연료 분사 개시 각도를 변경하여(S3), 연료를 흡기 밸브의 상단으로 분사하고, 구간(t₂)에서 정상적으로 연료를 분사한다(S4).

본 발명은 엔진 시동후 엔진이 난기중인 기간 동안 연료 분사를 엔진의 각 실린더 별로 가능한 빠르게 흡기 밸브 상단으로 실시하여, 연료가 증발할 수 있는 기간을 가능한 지연함으로써, 난기중에 충분한 증발이 이루어지지 못하고 실린더 내로 유입되는 것으로 인한 불완전 연소 상태로 배기되는 연료의 양을 최소화하여, 배기 가스의 양을 감소시키는 것이다.

그러므로, 추가적인 연료의 증발이 도모됨으로써, 통상 -7℃인 경우를 기준으로 이론 공연비와 대비하여 약 10 내지 20% 정도의 웜업 구간 중의 추가 연료 분사량을 최소화할 수 있어, 5 내지 10% 정도의 추가 웜업 연료 분사량을 감소시킴으로써, 배기 가스의 감소 및 연비의 향상이 도모될 수 있다.

상기의 설명중에서, 통상적인 연료 분사 가능 구간은 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이 엔진이 난기된 조건에서 흡기 밸브가 닫히는 시점으로부터 다음의 흡기 밸브가 개방되는 시점까지의 구간 중에서 연료의 비행 시간을 뺀 기간이다. 또한, 실제 연료 개시 시점은 연료 분사 가능 구간중에서 배기 가스 및 연비를 고려하여 최적으로 설정할 수 있다.

또한, 냉각수 기준으로 냉간 상태로 판정되면, 연료 분사 개시 각도를 난기 후의 조건과 별도로 사용하는 로직을 사용하면, 난기 후에는 영향이 없고 난기 전에만 배기 가스를 더욱 감소시킬 수 있다.

상기된 바와 같은 본 발명에 따른 엔진 제어 방법에 의하면, 냉간 시동시에 배출 가스의 발생을 감소시키는 한편, 연비 향상을 도모할 수 있다.

Claims (2)

1. 냉각수의 온도가 일정 온도 이하일 때, 엔진 시동후 일정 시간 내에 연료의 분사 개시 각도를 흡기 밸브의 상단으로 변경하여, 연료를 흡기 밸브의 상단으로 분사하며, 이 때, 연료는 다음의 흡기 밸브가 개방하기 전에 최대한 먼 지점으로 분사되어 연료 증발시간을 지연시키는 것을 특징으로 하는 냉간 시동시에 배기 가스의 발생을 감소시키기 위한 엔진 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 연료는 냉각수 온도가 0℃ 이하이고 엔진 시동 후에 3분 내에 분사되는 것을 특징으로 하는 냉간 시동시에 배기 가스의 발생을 감소시키기 위한 엔진 제어 방법.