『IT기술에 의한 매연(배출가스)저감 장치』

Ⅰ. 개발동기

현재 연료형자동차의 배출가스(매연포함) 개선 방식은 연료가 엔진에서 폭발하고 나온 가스를 기계적으로 필터링하는 연소후처리방식(External Process System)”이라서 엔진의 연소능력과 배기장치들의 필터링 능력에 따라 매연저감의 한계가 있거나 또한 차가 노후 될수록 필터의 역할도 떨어지게 마련이다.

따라서 부품에 의한 하드웨어적인 방법에는 개선한계가 있고 부품성능저하로 인한 배기저감도도 떨어지므로 IT기술을 이용한 전기적인(소프트적인)방법으로 매연저감과 연비개선 방안을 제안하고자 한다.

Ⅱ. 현황과 문제점
  1. 현황
   가. 연소 과정: 연료형자동차의 연료분사는 기화기형식에 의한 “기계식제어방식”과 엔진의 회전속도 흡입공기량 냉각수온도 흡입공기온도 기어변속 등의 상태를 각종 센서에 의해 전기적신호를 ECU 또는 ECM가 연산하여 엔진효율과 주행성능을 결정하여 연비향상과 배출가스감소를 시키는 것이 “전자제어방식”이 있다.

따라서 근간의 연료형자동차는 절대다수가 전자제어방식으로 생산되고 있다.

   나. 배기 과정(디젤의 예) : 디젤의 배기장치에는 EGR과 촉매 등의 기본적 장치 외 추가로 DPF장치가 있고 이들은 센서에 의해 동작이 조절되고 있다.

  2. 문제점
    이처럼 연료형자동차는 엔진과 배기기능이 분리되어 있으므로 기계적 기준에서 볼 때는 “연소후 처리방식(External Process System)”에 해당하지만 전기적 기준으로 볼 때는 엔진과 배기기능이 시스템적으로 동작을 해야 하므로 제어시스템을 보강하여 주어야 한다.

Ⅲ. 개발방안
  1. IT기술로 배출가스 개선   
    따라서 연소후처리방식의 결점을 IT기술로 보완하하여야 하는데 이유는 연료형자동차의 엔진제어는 구조도 초기에는 기계식이었으나 그다음에는 TPS(Throttle Position Sensor)라는 전자센서를 이용한 반전자방식(反電子方式)으로 개량화 하였으나 근간에는 APS(Accel Position Sensor)라는 전전자방식(全 電子方式)으로 진화(발전)하고 있기 때문이다.

즉 연료형자동차의 엔진제어기능은 5V라는 2차전원으로 ECU를 중심으로 수십 개의 센서부품과 전기선으로 구성되어 있지만 그 안에는 mV ~ V에 해당하는 아날로그형 전기신호들을 디지털형의 전기신호로 변환하여 필요한 데이터를 만들어 엔진동작을 통제 하고 있다는 것이다.

이러한 일련의 과정에서 엔진동작을 통제하는 제어신호들이 왜란에 의해 헌팅하거나 왜곡지연 가감현상을 방지하고 정교하고 안정된 신호들을 만들어 정확한 제어를 해준다면 기존의 배출가스개선 방식보다 더욱 향상된 배출가스 개선효과를 거둘 수 있다고 본다.

이러한 원리에 의해 “엔진기능과 배기기능을 전기적인 시스템으로 동작하도록 구성”을 해줌으로 연소후처리방식에서 발생되는 결점을 보완할 수가 있다.

이 방식을 “연소내 처리방식(Internal Process System)”이라 하며, 제품명은 VAD제품인 것이다.

  2. 특허원리와 발명효과
     본 발명의 특허원리를 요약하면 자동차용 전자식 액셀러레이터의 ECU를 통하여 가변저항기에 공급되는 전원에 대하여 자동차의 각종 전기장치가 동작하는 과정에서 발생하는 노이즈 및 전압변화를 억제시키는 ECU 전원전위 안정화회로로부터 전원공급선과 가변전압공급선에 부가하여 노이즈를 제거함과 동시에 전원전압 변동을 안정화시키며, ECU의 기준전위점과 연결된 기준 전위선과 접지사이 및 기준전위선과 가변전압공급선에서 발생하는 잡음전압을 제거하고 기준전위와 접지사이에 전원변동을 안정화시켜 가변전압공급선의 전위를 안정화 시키는 ECU기준전위 안정화회로부를 가변전압공급선 및 기준전위선 사이에 부가하여 전원공급선과 기준전위선 및 가변 전압공급선에 유입되는 스파크노이즈와 고주파노이즈를 제거함과 동시에 외란에 의하여 변화된 전압 값을 보상하여 ECU에 공급되는 전압을 안정화 시킬 수 있는 자동차용 전자식 액셀러레이터의 가변전압조정기에 관한 것이다.
         * 한국특허(제03981679호)에 수록된 내용임 

Ⅳ. 개선효과
  1. 효과 개요
   상기와 같은 구성으로 이루어지는 자동차용 전자식 액셀러레이터의 가변전압조정기는 전자식 액셀러레이터의 가변저항변화에 따른 기변전압을 ECU에 공급함에 있어 외란에 의한 전압변화가 ECU에 입력되는 전압 값에 영향을 최소화하고 각종 전기적 노이즈를 차단함으로서 운전자가 의도한 만큼의 엔진출력이 출력됨으로 승차감이 양호할 뿐만 아니라 불필요한 연료 소비를 줄여 차량의 연비를 개선하여 에너지절약에 기여하고 공해방지 및 차량의 수명향상에 기여한다“ 이다.
        * 한국특허(제03981679호)에 수록된 내용임 
 
  2. 계량 효과
    실험에 의한 효과를 계량적으로 표현하면 다음과 같음
         * 연비 개선 향상 가능(최대 30%)
         * 매연(배출가스) 저감 가능(최대70~90%) 
         * 힘이 강해짐(10%이상) 
         * 순발력과 등판능력 향상 
         * 복합소음 개선(3~6db정도) 
         * 폭발이 강하고 RPM이 빠르게 안정되므로 공회전이 불필요
         * 노킹과 진동(떨림 현상) 개선
         * 변속충격 완화로 승차감이 개선
         * 기타 배터리방전 방지및 오디오음질 향상 등

Ⅴ. 파급효과
  본 기술은 연료종류(LPG,휘발유, 디젤,CNG 등), 연소방식 또는 엔진용량 등에 무관하며 악셀패달방식이 TPS 또는 APS 방식인 자동차에는 모두 적용이 가능하며, 선박이나 항공기 등의 경우도 엔진을 전자식으로 제어한다면 본 기술의 응용도 가능하다.

이처럼 IT기술로 자동차 매연(배출가스)을 저감한다면 자동차산업의 국제 경쟁력을 키움은 물론 국가의 환경개선정책과 에너지절감에도 기여할 수도 있다.
<제공 = e-VAD/ www.motorpower.co.kr >