KR100726751B1 - 수소첨가 내연기관용 제어 시스템 - Google Patents

수소첨가 내연기관용 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

연소연료로 탄화수소 연료와 수소가스를 쓰는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템이다. 제어 시스템은 탄화수소 연료의 특성을 판단하기 위한 연료특성 판단수단과 탄화수소 연료가 중질일 때 탄화수소 연료에 수소가스 첨가비율을 증가시키는 첨가비율 증가수단을 포함한다.
탄화수소 연료가 중질로 판단되면, 제어 시스템은 탄화수소 연료에 수소가스 첨가비를 증가시킨다. 따라서, 중질유의 사용으로 인한 연소상태의 악화를 방지하는 것이 가능하고, 그리하여 양호한 배기와 주행성이 제공된다.

Description

수소첨가 내연기관용 제어 시스템 {CONTROL SYSTEM FOR HYDROGEN ADDITION INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 수소첨가 내연기관용 제어 시스템에 관한 것이다.
수소가스를 추가로 가솔린에 공급하여 배기가스중의 질소산화물(NOx)의 양을 줄이는 연료로 가솔린을 사용하는 내연기관이 알려져 있다. 예컨대, 일본 특허공개공보 제 2004-116398 호에서 개시된 기술은 NOx의 배출량을 줄이기 위한 수소 첨가비를 결정하고, 정해진 비에 따라 가솔린과 수소를 분사함으로써 내연기관을 작동시킨다.
[특허문헌 1]
일본 특허공개공보 제 2004-116398 호
[특허문헌 2]
일본 특허공개공보 제 헤이 6-200805 호
하지만, 전술한 통상적인 기술은 가솔린의 특성을 고려하지 않는다. 따라서, 가솔린의 특성이 변하면 실린더내의 연소가 악화될 수 있다. 실린더내의 가솔린 미립화는 냉간시동시 가솔린이 중질이면 감소된다. 결과적으로, 냉간부 조(cold hesitation)가 발생하기 쉽고, 부적절한 가속이나 엔진정지로 인해 주행성이 악화될 수 있다. 더욱이, 가솔린의 특성 때문에 연소상태가 악화되면 배기도 악화된다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것이다. 연소연료로 가솔린과 수소가스 두 가지를 사용하는 수소첨가 내연기관에서 가솔린의 특성이 변할 때에도 양호한 연소상태를 유지하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 제 1 태양에 따른 연소연료로서 탄화수소 연료와 수소가스를 사용하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템이 제공되며, 연료특성 판단수단과 첨가비 증가수단을 포함한다. 연료특성 판단수단은 탄화수소 연료의 특성을 판단한다. 첨가비 증가수단은 탄화수소 연료가 중질이면 탄화수소 연료에 대한 수소가스 첨가비를 증가시킨다.
탄화수소 연료가 중질이면 본 발명의 제 1 태양은 탄화수소 연료에 대한 수소가스 첨가비를 증가시킨다. 따라서, 중질유의 사용으로 인한 연소상태의 악화를 방지하는 것이 가능하다. 그 결과, 본 발명은 양호한 배기와 주행성이 얻어진다.
본 발명의 제 2 태양에 따라, 상기된 바와 같이 개선된 수소첨가 내연기관용 제어 시스템이 제공되며, 상기 첨가비 증가수단은 탄화수소 연료의 중질도가 증가함에 따라 상기 수소가스 첨가비가 증가되도록 하는 것이다.
본 발명의 제 2 태양은 탄화수소 연료의 중질도가 증가함에 따라 수소가스 첨가비가 증가되도록 한다. 따라서 중질도가 변할 때에도 연소상태의 악화를 방지하는 것이 가능하다.
본 발명의 제 3 태양에 따라, 상기된 바와 같이 개선된 수소첨가 내연기관용 제어 시스템이 제공되며, 연료특성 판단수단은 시동 직후의 엔진속도, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정 값, 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값에 따라 탄화수소 연료의 특성을 판단하는 것이다.
본 발명의 제 3 태양은 탄화수소 연료가 중질이면 시동 직후의 엔진속도가 감소하기 때문에 시동 직후의 엔진속도에 따라 탄화수소 연료의 특성을 판단할 수 있다. 게다가, 탄화수소 연료가 중질이면, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값은 증가한다. 따라서, 본 발명의 제 3 태양은 이러한 보정값에 따라 특성을 판단할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 따라, 연소연료로 탄화수소 연료와 수소가스를 사용하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템은 첨가비 초기값 설정수단과 첨가비 감소수단을 포함한다. 첨가비 초기값 설정수단은 시동시에 탄화수소 연료에 수소가스 첨가비의 규정된 초기값을 설정한다. 첨가비 감소수단은 시동 후에 정해진 시간이 경과하면 탄화수소 연료에 대한 수소가스 첨가비를 감소시킨다.
본 발명의 제 4 태양은 시동시에 탄화수소 연료에 수소가스 첨가비의 규정된 초기값을 설정할 수 있다. 따라서 사용되는 초기값이 통상보다 크면 시동시에 연소상태가 악화되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 양호한 배기와 주행성이 얻어진다.
본 발명의 제 5 태양에 따라, 상기된 바와 같이 개선된 수소첨가 내연기관용 제어 시스템은 탄화수소 연료의 특성판단을 하는 연료특성 판단수단을 더 포함한다. 첨가비 감소수단은 수소가스 첨가비를 탄화수소 연료의 특성으로부터 얻은 하한값으로 감소시킨다.
시동 후에 정해진 시간이 경과하면, 본 발명의 제 5 태양은 수소가스 첨가비를 탄화수소 연료의 특성으로부터 얻은 하한값으로 감소시킨다. 따라서 수소 사용량을 최소화하는 것이 가능하며, 그 때문에 시스템 효율이 증가 된다.
본 발명의 제 6 태양에 따라, 상기된 바와 같이 개선된 수소첨가 내연기관용 제어 시스템이 제공되며, 연료특성 판단수단은 시동 직후의 엔진속도, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값, 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값에 따라 탄화수소 연료의 특성을 판단하는 것이다.
탄화수소 연료가 중질이면, 시동 직후의 엔진속도가 감소 된다. 따라서, 본 발명의 제 6 태양은 시동 직후의 엔진속도에 따라 특성을 판단할 수 있다. 게다가 탄화수소 연료가 중질이면, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값이 증가한다. 따라서, 본 발명의 제 6 태양은 이러한 보정값에 따라 특성을 판단할 수 있다.
본 발명의 제 7 태양에 따라, 연소연료로서 탄화수소 연료와 수소가스를 사용하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템은, 시동 직후의 엔진속도 감소량, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값, 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값을 얻기 위한 수단을 포함한다. 엔진속도 감소량, 점화시기 피드백 보정값, 또는 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값이 규정된 값보다 작지 않을 때, 제어 시스템은 탄화수소 연료에 대한 수소가스 첨가비를 증가시키는 첨가비 증가수단을 더 포함한다.
시동 직후의 엔진 속도 감소량, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값, 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값이 규정된 값보다 작지 않을 때, 실린더내의 연소상태는 악화된 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제 7 태양은 탄화수소 연료에 대한 수소가스 첨가비를 증가시킴으로써 연소상태의 악화를 방지할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 양호한 배기와 주행성이 얻어진다.
발명의 다른 목적, 특징, 이점은 아래의 설명을 통해서 더 잘 알 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따라 수소첨가 내연기관이 구비된 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 는 제 1 실시예에 따른 시스템에 의해 실행되는 처리단계를 나타내는 도면이다.
도 3 은 제 2 실시예에 따른 시스템에 의해 실행되는 처리단계를 나타내는 도면이다.
도 4 는 제 2 실시예에 따른 시스템에 의해 실행되는 처리단계를 나타내는 도면이다.
도 5 는 제 3 실시예에 따른 시스템에 의해 실행되는 처리단계를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참고하여 설명된다. 도면에서 같은 부품은 같은 참조부호로 나타내고 반복설명은 하지않는다. 본 발명은 아래에 설명된 실시예에 한정되지 않는다.
[제 1 실시예]
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에서 수소첨가 내연기관 (10) 이 장착된 시스템의 형태를 나타낸 것이다. 내연기관 (10) 의 실린더는 이 실린더내에서 왕복운동하는 피스톤 (12) 을 포함하고 있다. 내연기관 (10) 은 또한 실린더 헤드 (14) 를 포함하고 있다. 연소실 (16) 은 피스톤 (12) 과 실린더 헤드 (14) 사이에 있다. 연소실 (16) 은 흡기포트 (18) 및 배기포트 (20) 와 연결되어 있다. 흡기포트 (18) 와 배기포트 (20) 에는 각각 흡기밸브 (22) 와 배기밸브 (24) 가 제공되어 있다.
흡기포트 (18) 에는 가솔린(탄화수소 연료)을 흡기포트 (18) 에 분사하는 가솔린 분사밸브 (26) 가 있다. 또한 흡기포트 (18) 에는 수소를 흡기포트 (18) 에 분사하는 수소연료 포트 분사밸브 (28) 가 있다.
가솔린 분사밸브 (26) 는 가솔린 공급관 (32) 을 거쳐 가솔린 탱크 (34) 와 연결되어 있다. 가솔린 공급관 (32) 에는 가솔린 분사밸브 (26) 와 가솔린 탱크 (34) 사이에 위치하고 있는 펌프 (36) 가 있다. 펌프 (36) 는 가솔린 분사밸브 (26) 에 가솔린을 공급하기 위한 소정의 압력을 발생시킬 수 있다. 가솔 린 분사 밸브 (26) 는 외부에서 공급되는 구동신호를 받으면 열리고, 소정량의 가솔린을 흡기포트 (18) 에 분사한다. 흡기포트 (18) 에 분사되는 연료의 양은 가솔린 분사밸브 (26) 가 열려있는 시간에 따라 변한다.
본 실시예의 시스템은 수소를 고압하에서 기체상태로 저장하는 수소탱크 (38) 를 포함한다. 수소탱크 (38) 는 수소 공급관 (40) 이 연결되어 있다. 수소 공급관 (40) 은 수소연료 포트 분사밸브 (28) 에 연결되어 있다. 수소연료 포트 분사밸브 (28) 에 공급되는 수소연료로서, 본 실시예의 시스템은 외부로부터 수소탱크 (38) 에 채워지는 수소가스를 사용한다. 하지만, 본 발명은 그러한 수소연료의 사용에 한정되지 않는다. 대안으로, 자동차 내에서 만들어지거나 외부로부터 공급되면 고농도 수소를 포함하는 수소 리치 가스(hydrogen-rich gas)를 사용할 수도 있다.
수소 공급관 (40) 에는 조정기 (44) 가 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 수소탱크 (38) 에 있는 수소는 사전에 정해진 대로 조정기 (44) 에 의해 압력이 감소 되면서 수소연료 포트 분사밸브 (28) 에 공급된다. 따라서, 수소연료 포트 분사밸브 (28) 가 외부로부터 공급된 구동신호를 받아서 열리면, 수소연료 포트 분사밸브 (28) 는 수소를 흡기포트 (18) 에 분사한다. 수소 분사량은 수소연료 포트 분사 밸브 (28) 가 열려있는 시간에 따라 변한다.
또한, 수소 공급관 (40) 에는 조정기 (44) 와 수소연료 포트 분사밸브 (28) 사이에 위치한 연료 압력센서 (48) 가 있다. 연료 압력센서 (48) 은 수소연료 포트 분사밸브 (28) 에 공급되는 수소의 압력에 따라 출력을 낸다. 본 발명의 시스템은 연료 압력센서 (48) 에서 나온 출력에 따라 조정기 (44) 를 제어한다. 따라서, 수소탱크 (38) 로부터 공급된 수소가 압력이 변하더라도, 수소는 일정한 압력으로 수소연료 포트 분사밸브 (28) 에 공급될 수 있다.
본 실시예의 시스템은 ECU (50) 를 구비하고 있다. ECU (50) 는 내연기관 (10) 의 작동상태를 파악하기 위해, 전술한 연료 압력센서 (48) 뿐만 아니라, 노킹 감지를 위한 KCS 센서 및 예컨대 스로틀 개도, 엔진 속도, 배기온도, 냉각수 온도, 윤활유 온도, 촉매상온도(catalyst floor temperature) 등을 검출하기 위한 다양한 센서(표시되지 않음)에 연결되어 있다. 또한 ECU (50) 는 전술한 가솔린 분사밸브 (26), 수소연료 포트 분사밸브 (28), 펌프 (36) 등과 같은 액츄에이터에도 연결되어 있다. 이런 구성으로, ECU (50) 는 내연기관 (10) 의 작동상태에 따라 연료를 분사할 분사밸브를 임의로 선택할 수 있다.
따라서, 내연기관 (10) 의 작동상태에 따라 수소연료 포트 분사밸브 (28) 가 수소를 분사할 때, 실린더 (연소실 (16))내에서 양호한 연소상태를 유지할 수 있고, 그 때문에 NOx 배기량을 줄일 수 있다.
한편, 가솔린 특성은 변하고 실린더의 연소상태에 영향을 미친다. 특히 가솔린이 중질이면, 가솔린 분사밸브 (26) 에서 분사된 연료는 흡기포트 (18) 의 벽면이나 실린더의 내벽면에 들러붙기 쉽다. 그래서, 가솔린이 중질이면, 가솔린 미립화도의 감소 때문에 불안정한 연소가 일어날 수 있다.
따라서, 본 실시예의 시스템은 가솔린 특성을 판단한다. 가솔린이 중질 이면 본 실시예의 시스템은 수소연료 포트 분사밸브 (28) 에서 분사되는 수소량을 증가시킨다. 결과적으로, 가솔린이 중질인 경우에도 양호한 연소상태가 유지될 수 있다.
시동 직후의 첫 번째 아이들링 기간 동안에는 가솔린 특성에 기인한 배기/주행성 악화가 주로 발생한다. 따라서 첫 번째 아이들링 기간 동안 수소가스의 양을 증가시키는 것이 바람직하다. 하지만, 첫 번째 아이들링 기간 후의 아이들링 기간 또는 정상작동중에 수소가스의 양이 증가되더라도, 중질유의 사용으로 인해 연소상태가 악화되는 것을 방지할 수 있다.
가솔린 특성은 예컨대 시동 직후의 엔진속도에 따라 판단된다. 가솔린이 중질이면, 시동 직후의 엔진속도는 가솔린 특성이 정상일 때보다 더 낮게 된다. 따라서, 중질도 판단을 위한 한계값이 미리 정해져 있고, 시동 직후의 엔진속도가 한계값 아래이면 가솔린은 중질로 판단된다.
게다가, 시동 직후의 엔진속도가 감소하면, 제어를 통해 점화시기를 앞당기거나 가솔린 분사량을 증가시켜서 피드백 보정을 한다. 따라서, 가솔린 특성은 점화시기 보정량 또는 가솔린 분사 보정량에 따라 정해진다.
가솔린이 중질로 판단될 때, 수소 첨가량은 중질도에 따라 결정된다. 이러한 경우에, 실린더내 연소상태가 냉각수 온도에 따라 변하므로 수소 첨가량은 냉각수 온도를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시예의 시스템에 의해 실행되는 처리단계를 도 2 의 순서도를 참고하여 설명한다. 먼저, S1 단계에서 시동 직후의 엔진속도에 따라 가솔 린 특성을 판단한다. 이 경우에, 가솔린 특성은 앞서 설명했듯이 점화시기 보정량 또는 가솔린 분사량 피드백 보정량에 따라 판단된다.
S1 단계에서 얻은 판단결과 가솔린이 중질이면, S2 단계로 넘어간다. S2 단계에서, 가솔린의 중질도, 냉각수 온도 및 다른 작동조건을 나타내는 파라미터들에 따라 목표 수소 첨가비가 계산된다. 계산을 위해 중질 가솔린에 대한 맵이 사용된다. 목표 수소 첨가비는 가솔린의 중질도, 냉각수 온도, 그리고 맵에 적용되는 다른 파라미터로 계산된다. 이 경우에, 가솔린이 중질일수록 목표 수소 첨가비는 높아진다. 냉각수 온도가 낮을수록 목표 첨가비는 높아진다. 그 이유는 냉각수 온도가 감소 되면 연소상태가 악화되기 때문이다.
다른 한편, S1 단계에서 얻은 판단결과가 가솔린이 중질이 아니라 보통이면, S3 단계로 넘어간다. 이 경우에, 계산을 위해 통상적인 가솔린을 위한 맵이 사용된다. 목표 수소 첨가비는 냉각수 온도와 맵에 적용되는 다른 파라미터로 계산된다. S2 단계와 S3 단계에서 계산된 목표 수소 첨가비는 엔진 부하인자에 대한 수소가스 연소에너지의 비를 나타낸다.
S2 단계 또는 S3 단계가 완료되면 S4 단계로 넘어간다. S4 단계에서, 수소연료 포트 분사밸브 (28) 에서 주어지는 실제 수소첨가량이 S2 또는 S3 단계에서 계산된 목표 수소 첨가비에 따라 결정된다. 좀더 구체적으로, 가속페달 개도와 엔진 속도로부터 부하인자를 결정하고, 이 부하인자에 목표 수소 첨가비를 곱하고, 그 결과값에다 미리 정해진 계수를 곱하여 수소 첨가량이 결정된다. 내연기관 (10) 은 결정된 수소 첨가량에 따라 작동한다.
이상에서 설명하였듯이, 제 1 실시예에서 가솔린이 중질로 판단되면 수소 첨가량을 증가시킨다. 따라서, 제 1 실시예에서 중질유의 사용으로 인해 연소상태가 악화되는 것을 적절히 방지할 수 있고, 그 때문에 양호한 배기와 주행성이 얻어진다.
[제 2 실시예]
지금부터 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 제 2 실시예에서도 도 1 에서와 동일한 구성의 시스템이 사용된다. 특히 제 2 실시예는 시동 직후의 첫 번째 아이들링 기간 동안 배기와 주행성이 악화되는 것을 방지하는 것이다.
가솔린이 중질이면 흡기포트 (18) 의 벽면이나 실린더 내벽면에 들러붙는다. 따라서, 특히 냉간 시동시에는 냉간부조(cold hesitation)가 발생하기 쉬우므로 배기와 주행성이 악화된다. 그러한 경우에, 제 2 실시예는 수소 첨가비율의 초기값을 크게 설정함으로써 첫 번째 아이들링 기간 동안 수소 첨가량을 증가시킨다. 첫 번째 아이들링 기간이 끝난 후에, 제 2 실시예는 수소 첨가량을 가솔린 특성에 따라 변하는 하한값으로 감소시키기 위해 제어를 실행한다.
상기 기술한 바와 같이 수소 첨가비율에 대해 큰 초기값을 계속 쓰면, 첫 번째 아이들링 기간 동안의 연소상태가 가솔린 특성에 의해 영향받는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이렇게 되면, 낮은 아이들링 속도설정이 가능하게 되고, 첫 번째 아이들링 기간 동안 연료효율이 증가되며, 양호한 배기와 주행성이 얻어진다. 게다가, 첫 번째 아이들링 기간이 끝난 후에는 수소 첨가량이 요구수준으로 감소되므로, 수소 사용량이 최소화되어 시스템 효율이 증가될 수 있다.
다음으로, 제 2 실시예의 시스템에 의해 실행되는 처리단계를 도 3 과 도 4 의 순서도를 참고하여 설명할 것이다. 도 3 의 순서도는 첫 번째 아이들링 기간 동안 높은 수소 첨가비를 설정하고 첫 번째 아이들링 기간이 끝난 후에는 수소 첨가비를 하한값으로 감소시키는 처리단계이다. 도 4 의 순서도는 첫 번째 아이들링 기간이 끝난 후에 수소 첨가가 감소되는 하한값을 가솔린의 중질도에 따라 계산하는 처리단계이다.
도 3 에 나타난 처리단계는 지금부터 설명할 것이다. 먼저, S11단계에서 시동 후에 2초가 경과 하였는지를 판단하는데, 즉 첫 번째 아이들링 작동이 현재 실행되는지를 판단한다. 시동 후에 경과시간이 2초를 넘지 않는다면, 첫 번째 아이들링 작동이 현재 실행되는 것이며, 따라서 S12 단계로 넘어간다.
S12 단계에서는 수소 첨가비의 초기값을 설정한다. 수소 첨가의 초기값은 맵을 이용하여 냉각수 온도로부터 계산된다. 가솔린 특성에 관계없이 양호한 연소결과를 얻기 위해서 충분히 큰 초기값이 설정된다. 이러면 첫 번째 아이들링 기간 동안 양호한 연소상태가 유지된다. 따라서, 정상 아이들링이 실행될 수 있다. 그 결과, 첫 번째 아이들링 기간 동안 연료특성 때문에 배기와 주행성이 악화되는 것을 적절하게 방지하는 것이 가능하다.
다른 한편, S11 단계에서 얻은 판단결과가 시동 후 경과시간이 2초보다 긴 경우에는 S13 단계로 넘어간다. 이 경우에, S12 단계는 이미 실행되고, 첫 번째 아이들링 작동중 아이들링이 정상으로 유지된다. 따라서 이에 따라 단지 요구되는 수소가스의 양만 공급되기 때문에, S13 단계와 그 이후의 단계가 실행되어 수소 첨가비가 감소된다.
좀 더 구체적으로, S13 단계는 현재 수소 첨가비가 하한값보다 큰지 아닌지를 판단하는 것이다. 도 4 의 순서도를 참고하여 후에 설명하게 되겠지만, 수소 첨가비의 하한값은 가솔린 중질도를 나타내는 중량지수로부터 결정된다.
S13 단계에서 얻은 판단결과 현재 수소 첨가비가 하한값보다 더 큰 경우에는, S14 단계로 넘어간다. S14 단계에서 수소 첨가비는 규정된 값만큼 감소된다. 다른 한편, S13 단계에서 얻은 판단결과 현재의 수소 첨가비가 하한값보다 크지 않을 경우에는, S15 단계로 넘어간다.
S12 또는 S14 단계가 종료하면 S15 단계로 넘어간다. S15 단계에서 S12 또는 S14 단계에서 결정된 목표 수소 첨가비에 따라 수소연료 포트 분사밸브 (28) 로부터 실제 수소 첨가량이 결정된다. 좀더 구체적으로, 가속페달 개도와 엔진 속도로부터 부하인자를 결정하고, 이 부하인자에 목표 수소 첨가비를 곱하고, 그 결과값에다 미리 정해진 계수를 곱하여 수소 첨가량이 결정된다. 내연기관 (10) 은 결정된 수소 첨가량에 따라 작동한다.
다음으로, 도 3 에 나타난 S13 단계에서 이용되는 수소 첨가비의 하한값을 계산하는 과정을 도 4 를 참고하여 설명할 것이다. 제일 먼저, S21 단계에서 시동 후 2초가 경과 하였는지를 판단하고, 첫 번째 아이들링 작동이 현재 실행되는지를 판단한다. 시동 후 경과시간이 2초보다 길지 않다면, 첫 번째 아이들링 작동이 실행되는 것이며, 따라서 S12 단계로 넘어간다. 다른 한편, 시동 후 경과시간이 2초보다 길다면 그 과정은 종료된다.
S22 단계로 넘어갈 때, S12 단계 ~ S15 단계는 도 3 에 나타난 바와 같이 이미 실행되어 수소 첨가비 초기값에 따라 수소가스가 첨가된다. 수소 첨가비 초기값에 따라 이미 수소가 첨가된 상태에서, S22 단계가 실행되어 가솔린 분사량을 증가/감소시킴으로써 아이들링 속도를 제어한다.
아이들링 속도가 목표값에서 안정화되면, S23 단계에서 가솔린 분사 증가량 Δf를 결정한다. 가솔린이 중질이면, 가솔린 미립화도가 낮아지므로, 첫 번째 아이들링 기간에 대한 Δf값은 통상보다도 커진다.
S24 단계에서, 중량지수는 증가량 Δf와 가솔린 중량도(중량지수) 사이의 관계를 정의하는 맵을 사용하여, S23 단계에서 결정된 증가량 Δf 에 따라 계산된다. 이 경우에, 증가량 Δf가 커지면, 중량도가 더 높아지고, 따라서 중량지수는 더 커진다.
S25 단계에서, 수소 첨가비의 하한값이 중량지수와 냉각수의 온도에 따라 계산된다. 중량지수가 더 커지면, 가솔린 중질도가 더 높아지게 되고 따라서 안정된 연소를 위해서는 수소 첨가량의 증가가 필요하다. 따라서, 높은 하한값이 설정된다. 게다가, 냉각수 온도가 내려가면, 양호한 연소를 위해 수소 첨가량의 증가가 필요하다. 따라서, 높은 하한값이 설정된다. S25단계가 완료되면 그 과정을 종료한다.
도 4 에 나타난 처리단계들이 실행될 때, 수소 첨가비의 하한값은 첫 번째 아이들링 기간에 대한 가솔린 분사 증가량 Δf에 따라 정해질 수 있다. 수소 첨가비의 하한값은 가솔린 특성을 고려하여 정해진다. 따라서, 도 3 의 처리단 계를 실행함으로써 첫 번째 아이들링 기간이 끝난 후에 수소가 하한값을 초과하여 첨가되면, 가솔린 특성 때문에 연소상태가 불안정하게 되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 양호한 배기와 주행성이 얻어질 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 제 2 실시예는 수소 첨가비에 대한 큰 초기값을 설정함으로써 첫 번째 아이들링 기간 동안 수소 첨가량을 증가시키는 것이다. 따라서 첫 번째 아이들링 기간 동안 가솔린 특성 때문에 연소 상태가 악화되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이리하여 안정적인 아이들링 작동이 이루어진다. 결과적으로, 양호한 배기와 주행성이 얻어질 수 있다. 게다가, 첫 번째 아이들링이 끝나고난 후에 수소 첨가량이 요구수준으로 줄어들기 때문에, 수소 사용량이 최소화되어 시스템 효율이 증가된다.
[제 3 실시예]
본 발명의 제 3 실시예를 지금부터 설명한다. 시동 직후에 가솔린 특성이나 다른 요인들 때문에 연소가 불안정해질 때, 제 3 실시예는 실린더에서 양호한 연소가 일어나도록 수소 첨가량을 증가시킨다. 제 3 실시예에서도 도 1 에서와 동일한 구성의 시스템을 쓴다.
시동시에 생긴 연소 불안정이 가솔린 특성 때문이 아니라면, 예를 들어, 점화플러그에서 생긴 가솔린 액적에 의해 연료의 점화성이 떨어진다고 생각할 수 있다. 예를 들어, 가솔린이 가솔린 분사밸브 (26) 로부터 분사되기 전에 고온에서 기포화 되어, 가솔린 분사밸브 (26) 로부터의 가솔린 분사량이 명시된 값보다 작아지는 경우에도 연소 불안정이 일어난다.
실린더내 연소가 가솔린 특성, 전술한 요인이나 다른 요인 때문에 불안정해질 때, 제 3 실시예는 수소가스 첨가량을 증가시켜서 양호한 연소상태를 제공한다.
본 실시예의 시스템에 의해 실행되는 처리단계는 도 5 의 순서도를 참고하여 지금부터 설명할 것이다. 먼저, S31 단계에서 시동 직후의 엔진속도에 따라 실린더내 연소상태를 판단한다. 실린더내 연소상태가 가솔린 특성이나, 전술한 요인에 의해 악화되면, 시동 직후에 엔진속도는 감소한다. 따라서, 연소상태 판단을 위해 한계 엔진속도가 미리 정해져 있다. 시동 직후의 엔진속도가 한계 엔진속도보다 낮다면, S31 단계에서 실린더내 연소상태가 악화된 것으로 판단한다.
시동 직후에 실린더내 연소상태 악화 때문에 엔진 속도가 감소하면, 제어를 통해 점화시기를 앞당기거나 가솔린 분사량을 증가시켜서 피드백 보정을 한다. 따라서 S31 단계에서, 점화시기 보정량이나 가솔린 분사 보정량에 따라 실린더내 연소상태가 판단될 수 있다.
S31 단계에서 얻은 판단결과 연소상태가 악화되어 있으면, S32 단계로 넘어간다. S32 단계에서, 연소상태 악화도, 냉각수 온도, 그리고 다른 작동조건을 나타내는 파라미터들에 따라 목표 수소 첨가비가 계산된다. 좀 더 구체적으로, 목표 수소 첨가비는 엔진속도 감소량, 점화시기 보정량, 또는 가솔린 분사 보정량 그리고 냉각수와 연소상태가 악화된 경우의 맵에 적용되는 다른 작동조건 지시 파라미터로 계산된다. 이 경우에, 엔진속도 감소량이나 전술한 보정량이 커지면, 목표 수소 첨가비는 더 높게 설정된다. 또한, 냉각수 온도가 감소하면, 연소상태는 악화된다. 따라서, 목표 수소 첨가비 설정이 증가한다.
다른 한편, S31 단계에서 얻은 판단결과 연소상태가 통상적이면, S33 단계로 넘어간다. 이 경우에, 목표 수소 첨가비는 냉각수 온도와 통상적인 맵에 적용되는 다른 작동조건 지시 파라미터로 계산된다.
S32 또는 S33 단계가 종료하면, S34 단계로 넘어간다. S34 단계에서, 수소연료 포트 분사밸브 (28) 로부터의 실제 수소첨가량이 S32 단계나 S33 단계에서 결정된 목표 수소 첨가비율에 따라 결정된다. 좀더 구체적으로, 가속페달 개도와 엔진 속도로부터 부하인자를 결정하고, 이 부하인자에 목표 수소 첨가비를 곱하고, 그 결과값에다 미리 정해진 계수를 곱하여 수소 첨가량이 결정된다. 내연기관 (10) 은 결정된 수소 첨가량에 따라 작동한다.
상기 기술하였듯이, 시동 직후의 엔진 속도 감소량, 점화시기 보정량, 또는 가솔린 분사 보정량이 규정된 값을 초과하면, 제 3 실시예는 수소가스 첨가량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제 3 실시예는 시동시 연소상태가 악화되는 것을 적절히 방지할 수 있다, 그리하여 양호한 배기와 주행성이 얻어진다.

Claims (7)

  1. 연소연료로서 탄화수소 연료와 수소가스를 사용하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템으로서,
    탄화수소 연료의 특성을 판단하기 위한 연료 특성 판단 수단, 및
    탄화수소 연료가 중질일 때 탄화수소 연료에 수소가스 첨가비를 증가시키는 첨가비 증가수단을 포함하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 첨가비 증가수단은 탄화수소 연료의 중질도가 증가함에 따라 상기 수소가스 첨가비가 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연료특성 판단수단은, 시동 직후의 엔진속도, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값, 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값에 따라 탄화수소 연료의 특성을 판단하는 것을 특징으로 하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템.
  4. 연소연료로서 탄화수소 연료와 수소가스를 사용하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템으로서,
    시동시 탄화수소 연료에 대한 수소가스 첨가비의 규정된 초기값을 설정하는 첨가비 초기값 설정수단, 및
    시동 후 정해진 시간이 경과 하면 상기 탄화수소 연료에 대한 상기 수소가스 첨가비를 감소시키는 첨가비 감소수단을 포함하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 탄화수소 연료의 특성을 판단하는 연료 특성 판단수단을 더 포함하고, 상기 첨가비 감소수단은 수소가스 첨가비를 탄화수소 연료의 특성으로부터 얻은 하한값으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 연료특성 판단수단은, 시동 직후의 엔진속도, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값, 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값에 따라 탄화수소 연료의 특성을 판단하는 것을 특징으로 하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템.
  7. 연소연료로서 탄화수소 연료와 수소가스를 사용하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템으로서,
    시동 직후의 엔진속도 감소량, 시동 직후의 점화시기 피드백 보정값, 또는 시동 직후의 탄화수소 연료 분사량 피드백 보정값을 얻기 위한 수단, 및
    상기 엔진속도 감소량, 점화시기 피드백 보정값, 또는 탄화수소 연료 분사 량 피드백 보정값이 정해진 값보다 작지 않을 때, 탄화수소 연료에 대한 수소첨가를 증가시키는 첨가비 증가수단을 포함하는 수소첨가 내연기관용 제어 시스템.
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