KR100853270B1 - Ignition control method of hcci combustion and hcci engine - Google Patents
Ignition control method of hcci combustion and hcci engine Download PDFInfo
- Publication number
- KR100853270B1 KR100853270B1 KR1020070045134A KR20070045134A KR100853270B1 KR 100853270 B1 KR100853270 B1 KR 100853270B1 KR 1020070045134 A KR1020070045134 A KR 1020070045134A KR 20070045134 A KR20070045134 A KR 20070045134A KR 100853270 B1 KR100853270 B1 KR 100853270B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel
- dead center
- combustion
- cylinder
- top dead
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/32—Controlling fuel injection of the low pressure type
- F02D41/34—Controlling fuel injection of the low pressure type with means for controlling injection timing or duration
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
- F02M51/02—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically specially for low-pressure fuel-injection
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예혼합 압축 착화 연소 엔진의 개략도,1 is a schematic diagram of a premixed compression ignition combustion engine according to one embodiment of the invention,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예혼합 압축 착화 연소의 연소시기 제어방법을 보여주는 흐름도,2 is a flowchart illustrating a method of controlling a combustion time of premixed compression ignition combustion according to an embodiment of the present invention;
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따라 크랭크 축의 위상과 실린더 압력, 열발생률의 관계를 보여주는 도면,3 is a view showing the relationship between the phase of the crankshaft, the cylinder pressure, the heat generation rate in accordance with an embodiment of the present invention,
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 축의 위상과 실린더 압력, 열발생률의 관계를 확대하여 보여주는 도면,4 is an enlarged view illustrating a relationship between a phase of a crankshaft, a cylinder pressure, and a heat generation rate according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 연소시기가 제어된 예혼합 압축 착화 연소의 배출가스성분 및 출력을 측정한 그래프이다.Figure 5 is a graph measuring the exhaust gas component and the output of the pre-mixed compression ignition combustion controlled combustion time in accordance with an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100:구동부 200:제어부100: drive unit 200: control unit
300:연료 공급부 400:배출가스성분 측정부300: fuel supply unit 400: exhaust gas component measurement unit
500:냉각부 110:실린더500: cooling unit 110: cylinder
120:피스톤 110a:상사점120:
110b:하사점 130:크랭크110b: bottom dead center 130: crank
340:인젝터 240:인젝터 드라이버340: Injector 240: Injector driver
본 발명은 본 발명은 예혼합 압축 착화 연소의 연소시기 제어 방법 및 예혼합 압축 착화 연소 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 예비연료의 연소 개시 전에 제어연료를 분사하여 제어연료의 잠열에 의해 예비연료의 연소 개시 시점을 지연시키는 예혼합 압축 착화 연소의 연소시기 제어 방법 및 예혼합 압축 착화 연소 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling the combustion timing of premixed compression ignition combustion and to a premixed compression ignition combustion engine, and more particularly, to preliminary fuel by latent heat of the control fuel by injecting the control fuel before the start of combustion of the preliminary fuel. The present invention relates to a method for controlling the combustion timing of premixed compression ignition combustion and a premixed compression ignition combustion engine.
예혼합 압축 착화 연소(HCCI:Homogeneous Charge Comprassion Ignition)란 통상의 디젤 연소인 확산연소와는 달리 실린더 내부에서 연료와 공기를 균일하게 예혼합되어 연소가 수행되는 연소방법으로 연료와 공기의 혼합상태를 양호하게 함으로써 질소산화물(NOx) 및 입자상물질(PM)을 동시에 줄일 수 있는 획기적인 연소 기술이다.Premixed Combustion Combustion Ignition (HCCI) is a combustion method in which the combustion is carried out by uniformly premixing fuel and air inside a cylinder, unlike conventional diesel combustion diffusion combustion. It is a revolutionary combustion technology that can reduce nitrogen oxides (NO x ) and particulate matter (PM) simultaneously by making it favorable.
예혼합 압축 착화 연소의 특징을 좀 더 상세히 살펴보면, 첫 번째로 예혼합 압축착화 연소는 기본적으로 압축 착화 방식이므로 혼합기의 희박연소 한계와 압축 비가 높으며 스로틀 밸브를 사용하지 않으므로 펌핑 손실이 적어 디젤 기관 수준의 열효율을 얻을 수 있다. 또한, 스파크 착화(SI:Spark Ignition)와 비교하여 다점의 착화원으로부터 동시에 연소가 이루어지므로 화염전파가 없고 연소기간이 매우 짧아 사이클링 시간손실이 줄어드는 효과가 있다. In detail, the characteristics of the premixed compression ignition combustion are as follows. First, the premixed compression ignition combustion is basically a compression ignition method. The thermal efficiency of can be obtained. In addition, since combustion is simultaneously performed from multiple ignition sources, compared to spark ignition (SI), there is no flame propagation and the combustion period is very short, thereby reducing the cycle time loss.
두 번째로 예혼합 압축착화 연소는 희박 연소를 추구하므로 연소 온도가 낮아 질소산화물의 발생을 억제할 수 있고, 연료와 공기가 균일하게 혼합된 상태에서 연소되므로 국부적인 불균일 혼합기에서 산소 부족으로 발생하는 입자상물질을 줄일수 있다. 이는 연소단계에서 배출가스의 유해성분을 근본적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.Secondly, the premixed compression ignition combustion pursues lean combustion, so that the combustion temperature is low to suppress the generation of nitrogen oxides, and since the combustion is performed in a uniform mixture of fuel and air, it is caused by the lack of oxygen in a local heterogeneous mixer. It can reduce particulate matter. This has the effect of fundamentally solving the harmful components of the exhaust gas in the combustion stage.
마지막으로 예혼합 압축착화 연소는 압축착화를 기본으로 하기 때문에 액체 연료나 기체 연료에 상관없이 압축착화가 가능한 대부분의 연료를 사용할 수 있는 장점이 있다. 즉, 가솔린, 디젤, 수소, 일반 가스연료, 및 디미틸에테르(DME) 등 압축착화가 가능한 모든 종류의 연료를 적용할 수 있다. 또한, 소형 2륜 오토바이 엔진에서부터 대형 선박용엔진, 발전용 엔진까지 엔진의 크기에 관계없이 적용할 수 있는 장점이 있다.Finally, since premixed compression ignition combustion is based on compression ignition, most fuels capable of compression ignition regardless of liquid fuel or gaseous fuel can be used. That is, all kinds of fuels capable of compression ignition such as gasoline, diesel, hydrogen, general gas fuel, and dimethyl ether (DME) can be applied. In addition, there is an advantage that can be applied regardless of the size of the engine from a small two-wheeled motorcycle engine to a large marine engine, power generation engine.
즉, 예혼합 압축착화 엔진은 가솔린 기관과 디젤 기관의 장점만을 취합한 것으로 볼 수 있다.In other words, the premixed compression ignition engine can be seen to combine only the advantages of gasoline engine and diesel engine.
이러한 장점에도 예혼합 압축착화 연소는 착화시기 제어가 곤란하고 운전 영역이 제한되는 등의 문제로 아직 실용화되지 못하고 있는 실정이다. 즉, 디젤 엔진과 가솔린 엔진은 연료 공급 시기와 점화플러그의 점화 타이밍에 의해 연소실 상사 점(TDC:Top Dead Center) 근처에서 최적으로 착화할 수 있지만 예혼합 압축착화 엔진은 연료와 공기가 실린더 내부에서 예혼합된 후, 압축되어 자발적으로 착화하기 때문에 연소시기를 제어하는 것이 곤란한 문제점이 있었다.Despite these advantages, premixed compression ignition combustion has not been put to practical use due to problems such as difficulty in ignition timing control and limited operating range. In other words, diesel and gasoline engines can be ignited optimally near the top dead center (TDC) depending on the timing of fuel supply and the ignition timing of the spark plugs. After premixing, it is difficult to control the combustion timing because it is compressed and spontaneously ignited.
따라서, 혼합기의 연소개시 시점이 너무 빨라 피스톤의 압축행정 동안 연소가 진행되고 이로 인해 엔진에 기계적 과부하가 발생하여 열효율이 낮아지는 문제점이 있었던 것이다. Therefore, the commencement of combustion of the mixer is so fast that combustion proceeds during the compression stroke of the piston, which causes mechanical overload in the engine, resulting in low thermal efficiency.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로 본 발명의 목적은 피스톤이 실린더 상사점 부근에 위치할 때 혼합기를 연소시켜 열효율을 극대화하는 한편, 배출가스 중의 유해물질은 최소화할 수 있는 예혼합 압축착화 연소의 연소시기 제어 방법 및 예혼합 압축착화 엔진을 제공하는 데 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to premix the piston when the piston is located near the top dead center of the cylinder to maximize the thermal efficiency while minimizing the harmful substances in the exhaust gas. The present invention provides a method for controlling the combustion timing of compression ignition combustion and a premixed compression ignition engine.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 예혼합 압축착화 연소의 연소시기 제어방법은 연료와 공기가 실린더 내부에서 균일하게 예혼합된 후 연소하는 예혼합 압축 착화 연소(HCCI:Homogeneous Charge Compression ignition)의 연소시기 제어 방법에 있어서, 상사점(TDC:Top Dead Center) 전에 예비연료를 적어도 1회 이상 분사하는 제 1 단계 및 상기 예비연료의 연소시작 전에 제어연료를 분사하는 제 2 단계를 포함하여 이루어진다.Combustion timing control method of the pre-mixed compression ignition combustion according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a pre-mixed compression ignition combustion (HCCI: Homogeneous) that is burned after the fuel and air uniformly premixed in the cylinder A method of controlling a combustion timing of a charge compression ignition, comprising: a first step of injecting a reserve fuel at least one time before a top dead center (TDC) and a second step of injecting a control fuel before the start of combustion of the preliminary fuel; It is made, including.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 단계 이후에 상기 예비연료가 실린더 내부 공기와 혼합되어 실린더 내부에서 압축되는 제 1-1 단계, 상기 제 2 단계 이후에 상기 실린더 내부의 온도가 상기 제어연료의 증발잠열에 의해 일정시간 동안 일정온도로 하강한 후 다시 상승하는 제 2-1 단계, 상기 예비연료, 실린더 내부 공기 및 상기 제어연료가 혼합된 혼합기가 실린더 내부에서 압축되는 제 2-2단계 및 상기 혼합기가 일정한 온도 및 압력에서 연소를 개시하는 제 2-3단계를 더 포함하여 이루어진다.In a preferred embodiment, after the first step, the preliminary fuel is mixed with air in the cylinder and compressed in the cylinder, and after the second step, the temperature inside the cylinder is evaporated. Step 2-1, which is lowered to a predetermined temperature by a latent heat and then rises again, step 2-2 and the mixer in which a mixer in which the preliminary fuel, the cylinder air, and the control fuel are mixed is compressed in the cylinder; Further comprises the second to third steps of initiating combustion at a constant temperature and pressure.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 2 단계는 크랭크축의 위상이 상사점 전 25도 내지 35도 사이에서 이루어진다.In a preferred embodiment, the second step takes place between 25 degrees and 35 degrees before the top dead center of the crankshaft.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제 1 단계는 하사점(BDC:Bottom Dead Center)에서 이루어진다.In a preferred embodiment, the first step is at a bottom dead center (BDC).
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 예혼합 압축 착화 엔진은 연료가 인젝터에 의해 실린더 내부로 분사되어 상기 실린더 내부 공기와 예혼합된 후, 압축되어 일정한 압력 및 온도에서 연소하는 예혼합 압축 착화(HCCI:Homogeneous Charge Compression ignition) 엔진에 있어서, 상기 인젝터는 상기 연료를 적어도 2회 이상 분사하되, 상사점(TDC:Top Dead Center) 전에 예비연료를 적어도 1회 이상 분사하고, 상기 예비연료가 연소되기 전에 제어연료를 분사한다.The premixed compression ignition engine according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is an example in which fuel is injected into the cylinder by the injector and premixed with the air in the cylinder, and then compressed and burned at a constant pressure and temperature In a Homogeneous Charge Compression ignition (HCCI) engine, the injector injects the fuel at least two times, injecting at least one preliminary fuel before the top dead center (TDC), and the preliminary Control fuel is injected before the fuel is burned.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인젝터는 크랭크 축의 위상이 상사점 전 25도 내지 35도 사이에서 상기 제어연료를 분사한다.In a preferred embodiment, the injector injects the control fuel at a phase of the crankshaft between 25 degrees and 35 degrees before top dead center.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인젝터는 크랭크 축의 위상이 하사점(BDC:Bottom Dead Line)에서 예비연료를 분사한다.In a preferred embodiment, the injector injects preliminary fuel at the bottom dead center (BDC) of the crankshaft phase.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예혼합 압축 착화 연소 엔진을 보여주는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a premixed compression ignition combustion engine according to one embodiment of the invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시에 따른 에혼합 압축 착화 연소 엔진은 인젝터(340) 및 실린더(110) 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the mixed mixture ignition combustion engine according to an exemplary embodiment of the present invention includes an
예혼합 압축 착화 연소 엔진이란 연료(310)를 실린더(110) 내부에 공급하여 상기 실린더(110) 내부 공기와 균일하게 예혼합한 후 피스톤의 압축 행정에 의해 일정한 압력과 온도로 상승하면 자발적으로 연소하는 엔진이다.Premixed compression ignition combustion engine is a
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 예혼합 압축 착화 연소 엔진은 구동부(100), 제어부(200), 연료공급부(300), 냉각부(500)를 포함하여 이루어지며, 상기 인젝터(340)는 상기 연료공급부(300)에 구비되고, 상기 실린더(110)는 상기 구동부(100)에 구비되어 있다.In addition, the premixed compression ignition combustion engine according to an embodiment of the present invention comprises a
상기 인젝터(340)는 인젝터 드라이버(240)의 제어를 받아 연료(310)를 실린더(110) 내부로 분사한다. The
예혼합 압축 착화 연소 방법은 보통 연료(310)를 실린더(110) 내부로 분사하는 단계, 상기 연료(310)가 실린더(110) 내부공기와 예혼합되어 혼합기를 형성하는 단계, 상기 혼합기가 피스톤(120)에 의해 압축되어 온도 및 압력 상승하는 단계, 및 일정한 압력 및 온도에서 상기 혼합기가 자발적으로 연소하는 단계를 포함하는데, 상기 실린더(110) 내부로 연료(310)를 분사하는 시기에 따라 예혼합 압축 착화 엔진의 연소 특성도 달라진다. In the premixed compression ignition combustion method, a method of injecting
일반적으로 연료(310)의 분시시기를 늦출수록 연소 진행 시점도 비례하여 느려지고, 연소 진행 시점이 느려질수록 출력(IMEP:INDICATED MEAN EFFECTIVE PRESSURE)은 상승하는 장점이 있으나, 연료(310)와 실린더(110) 내부공기가 예혼합되는 시간이 짧아져 혼합상태가 양호하지않게 됨으로써, 연소 후 질소산화물이 다량 배출되는 문제점이 있다.In general, the slower the timing of the
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 예혼합 압축 착화 연소 엔진과 연소 방법은 상기 실린더(110) 내부로 연료(310)를 복수 회 분사하되, 상기 복수 회로 분사된 연료들이 동시에 연소하도록 하였는데, 그 결과 1단으로 분사하는 방법과는 달리 연료의 분사시기를 늦출수록 연소 개시시점이 비례하여 늦춰지지 않음이 관찰되었다.Therefore, the premixed compression ignition combustion engine and the combustion method according to the embodiment of the present invention inject the
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 연료(310)는 두 번으로 나누어 분사 하였으며, 먼저 분사되는 연료를 예비연료로 나중에 분사되는 연료를 제어연료로 정의하였다.Meanwhile, in one embodiment of the present invention, the
또한, 상기 예비연료는 하사점(BDC:Bottom Dead Center(110b))에서 분사하고 상기 제어연료를 상사점(TDC:Top Dead Center(110a))전 30도에서 분사하였다.In addition, the preliminary fuel was injected at bottom dead center (BDC: Bottom Dead Center (110b)) and the control fuel was injected at 30 degrees before the top dead center (TDC: Top Dead Center (110a)).
그 결과 제어연료를 상사점(110a)전 20도에서 분사한 경우보다 전체 혼합기의 연소 개시 시점이 느려졌다.As a result, the start point of the combustion of the whole mixer was slower than when the control fuel was injected at 20 degrees before the top
자세한 설명은 도 3와 도 4을 참조하여 하기로 한다.A detailed description will be made with reference to FIGS. 3 and 4.
한편, 상기 상사점(110a)과 하사점(110b)은 상기 크랭크 축(131)과 상기 실린더(110)를 잇는 축과 상기 크랭크(130)가 이루는 위상으로 설명하는데, 상기 상사점(110a)은 0도로 상기 하사점(110b)은 180도로 정의하였다. 즉, 상기 피스톤(120)이 상기 실린더(110) 내부에서 상사점(110a)->하사점(110b)->상사점(110a)로 한번 왕복 운동할 동안 상기 크랭크축(131)은 0도->180도->0도로 한번 회전 운동하게 된다.On the other hand, the top dead center (110a) and the bottom dead center (110b) is described as a phase formed by the
또한, 상기 예비연료 및 제어연료의 분사시점은 연료와 실린더 규격등에 따라 달라질 수 있으며, 상기 예비연료의 연소 개시 시점 전에 제어 연료를 분사하여 전체 혼합기의 연소시간을 지연시킬 수 있으면 충분하다.In addition, the injection time of the preliminary fuel and the control fuel may vary according to fuel and cylinder specifications, and it is sufficient that the control fuel is injected before the start of combustion of the preliminary fuel to delay the combustion time of the entire mixer.
상기 구동부(100)는 혼합기의 연소가 이루어지는 실린더(110), 상기 실린더(110) 내부에서 상기 실린더(110)의 상사점(110a)과 하사점(110b) 사이를 왕복 운동하는 피스톤(120), 및 상기 피스톤(120)과 크랭크(130)로 연결되어 회전운동하는 크랭크축(131)을 포함한다.The
상기 제어부(200)는 챠랑의 ECU(Electronic control unit)에 해당하는 부분으로 실런더 내부의 온도와 압력을 각각 측정하는 온도계측기(210)와 전하증폭기(220), 상기 온도계측기(210)와 전하증폭기(220)로부터 측정된 데이터를 전송받는 컴퓨터(250) 및 상기 컴퓨터(250)의 명령을 받아 인젝터(340)의 연료분사를 제어하는 인젝터 드라이버(240)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 측정된 실린더(110) 내부의 압력과 온도를 디스플레이해주는 오실로스코프(230)를 구비하였다.The
또한, 상기 컴퓨터(250)는 상기 크랭크 축(131)에 구비된 로터리 엔코더(미도시)로부터 상기 크랭크 축(131)의 위상정보를 입력받아 상기 위상 정보를 바탕으로 상기 인젝터 드라이버(240)를 구동시킨다.In addition, the
상기 연료공급부(300)는 연료(310)와 상기 연료(310)의 압력을 조정하는 승압장치(320), 승압된 연료가 저장되는 커먼레일(330) 및 상기 승압된 연료를 상기 실린더(110) 내부로 분사하는 인젝터(340)를 구비한다.The
본 발명의 일 실시예에서는 상기 연료(310)로 디메틸에테르(DME)를 사용한 경우를 상정하였으나 가솔린, 디젤, 수소, 일반 가스연료 등 압축착화가 가능한 모든 종류의 연료를 사용할 수 있으며 상기 연료들의 종류마다 예비연료 및 제어연료의 분사 시기가 달라질 수 있다.In an embodiment of the present invention, it is assumed that dimethyl ether (DME) is used as the
상기 냉각부(500)는 냉각수의 온도를 유지시켜주는 전기히터(520)와 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환펌프(510)를 포함한다.The
또한, 상기 실린더(110) 내부에서 배출되는 배출가스의 성분 분석을 위해 배출가스 성분 측정부(400)를 구비하였으며, 상기 배출가스 성분 측정부(400)는 배출가스 중의 질소 산화물을 측정하는 NOx분석기(420)와 일산화탄소 및 탄화수소를 측정하는 적외선분광광도계(410)을 포함한다.In addition, an exhaust gas
그러나 본 발명의 일실시예에 따른 예혼합 압축 착화 엔진은 상기 인젝터(340)로부터 분사되는 연료의 분사시기를 다르게 하여 연소개시 시점 실험적으로 확인하기 위해 구성한 것으로, 실제 예혼합 압축 착화 엔진에 적용시에는 상기 배 출가스 성분 측정부(400)나 오실로스코프(230)와 같은 실험 기자재는 제외된다.However, the premixed compression ignition engine according to an embodiment of the present invention is configured to experimentally confirm the start time of combustion by changing the injection timing of the fuel injected from the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예혼합 압축 착화 연소의 연소시기 제어방법을 보여주는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of controlling a combustion timing of premixed compression ignition combustion according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 예혼합 압축 착화 연소 엔진의 연소시기 제어방법은 먼저 상기 피스톤(120)이 상기 실린더(110)의 하사점(110b)에 위치할 때, 일정량의 예비연료를 분사한다(S100). Referring to FIG. 2, a method of controlling a combustion time of a premixed compression ignition combustion engine according to an exemplary embodiment of the present invention may include a predetermined amount of the
또한, 상기 예비연료는 적어도 1회 이상 분사가 가능하며, 제어연료 분사 전에 분사되면 충분하다.In addition, the preliminary fuel may be injected at least once, and it is sufficient to be injected before the control fuel injection.
본 발명의 일 실시에에서는 상기 예비연료는 하사점(110b)에서 1회 분사하였다. 그러나 연료의 종류나 엔진의 제원등에 따라 상기 예비연료의 분사 횟수 및 분사 시기는 변화될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the preliminary fuel was injected once at the bottom dead center (110b). However, the number of injections and the injection timing of the preliminary fuel may vary depending on the type of fuel or the specifications of the engine.
다음, 상기 예비연료와 상기 실린더(110) 내부공기가 혼합되는 동시에 피스톤(120)의 압축 행정에 의해 압축되면서 온도가 상승한다(S120).Next, the preliminary fuel and the air inside the
다음, 상기 예비연료가 연소를 개시하는 압력 및 온도에 도달하기 전에 일정량의 제어 연료를 분사한다(S200).Next, a predetermined amount of control fuel is injected before the preliminary fuel reaches a pressure and a temperature at which combustion starts (S200).
또한, 상기 제어연료는 상사점(110a) 전 25도 내지 35도 사이에서 1회 분사하며, 바람직하게는 30도에서 분사한다.In addition, the control fuel is injected once between 25 degrees to 35 degrees before the top dead center (110a), preferably at 30 degrees.
그 결과 상기 예비연료와 제어연료가 혼합되면서 일시적으로 상기 제어연료의 증발잠열에 의해 상기 실린더(110) 내부 온도가 일정하게 하강한 후, 다시 상승하였다(S210). As a result, while the preliminary fuel and the control fuel are mixed, the internal temperature of the
즉, 상기 예비연료는 피스톤(120)의 압축행정 시작시점인 하사점(110b)에서 분사함으로써, 상기 예비연료와 실린더(110) 내부 공기의 혼합상태는 양호하게 하는 한편, 상기 제어연료는 상사점(110a) 전 30도에서 분사하여 상기 제어연료의 증발잠열에 의해 연소개시 시점을 지연시킨 것이다. That is, the preliminary fuel is injected at the bottom
자세한 설명은 도 3과 도 4를 참조하여 하기로 한다.A detailed description will be given with reference to FIGS. 3 and 4.
다음, 상기 예비연료 상기 실린더(110) 내부 공기 및 제어연료가 혼합된 전체 혼합기가 계속하여 실린더(110) 내부에서 압축되고(S220), 일정한 온도와 압력에서 연소가 개시된다(S230).Next, the entire fuel mixture of the preliminary fuel in the
그 결과, 실린더(110) 질소산화물, 일산화탄소 및 탄화수소 등의 유해가스의 배출은 감소되는 한편, 엔진 출력이 감소하는 문제는 발생하지 않았다.As a result, while the emission of harmful gases such as nitrogen oxide, carbon monoxide and hydrocarbons of the
따라서 효율적인 예혼합 압축 착화 연소를 할 수 있는 것이다.Therefore, efficient premixed compression ignition combustion can be performed.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따라 크랭크 축의 위상과 실린더 압력, 열발생률의 관계를 보여주는 도면이고, 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 축의 위상과 실린더 압력, 열발생률의 관계를 확대하여 보여주는 도면이다.3 is a view showing the relationship between the phase of the crankshaft, the cylinder pressure, the heat generation rate according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a relationship between the phase, cylinder pressure, heat generation rate of the crankshaft according to an embodiment of the present invention This is an enlarged view.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 연료(310)로 사용된 디메틸에테르는 상사점(110a)전 20도 부근(e)에서 연소가 개시되는 것을 알 수 있다.Referring to the drawings, it can be seen that the dimethyl ether used as the
그러나 상기 연료(310)는 가솔린, 디젤, 수소 및 일반 가스연료 등 압축착화가 가능한 모든 종류의 연료를 적용할 수 있으며, 상기 연료(310)의 종류에 따라 연소가 개시되는 시점이 달라질 수도 있다.However, the
또한, 예비연료는 모두 일정한 시기에 분사하고, 제어연료를 예비연료의 연 소개시 시점 전, 연소개시 시점, 연소개시 시점 후에 각각 분사하여 제어연료가 전체 혼합기의 연소개시 시점에 어떻게 영향을 미치는지 알아보았다.In addition, all the preliminary fuel is injected at a certain time, and the control fuel is injected before the start of the introduction of the preliminary fuel, after the start of combustion, and after the start of combustion, to find out how the control fuel affects the start of combustion of the entire mixer. saw.
본 발명의 일 실시예에서는 예비연료를 하사점(110b)에서 분사하고 제어연료를 각각 상사점(110a) 전 30도, 20도 및 10도에서 분사하였다.In one embodiment of the present invention, the preliminary fuel was injected at the bottom dead center (110b) and the control fuel was injected at 30, 20 and 10 degrees before the top dead center (110a), respectively.
그 결과, 예비연료가 연소개시하는 시점이 제어연료를 분사하는 시기에 따라 일정하게 비례하지 않고 제어연료를 상사점(110a) 전 20도에서 분사할 경우(a) 가장 빨리 연소개시되었고 상사점(110a) 전 30도에서 분사한 경우(b)가 다음으로 연소 개시되었고, 상사점(110a) 10도에서 분사한 경우(c)가 가장 늦게 연소개시되었다.As a result, when the start of combustion of the preliminary fuel is not proportionally proportional to the time of injecting the control fuel and the control fuel is injected at 20 degrees before the top
즉, 상사점(110a) 전 30도에서 분사한 경우(b)가 상사점(110a) 전 20도에서 분사한 경우(a)보다 연소가 지연되었다. 그 이유는 상사점(110a)전 30도에서 분사하는 경우 실린더 내 온도가 일시적으로 하강한 후, 다시 상승하는 지점(d)이 관찰되었는데 이는 제어연료의 증발잠열에 의한 것으로 상기 제어연료의 증발잠열이 연소개시를 지연시키기 때문이다.That is, the combustion was delayed compared to the case where (b) sprayed at 30 degrees before the top
따라서, 상사점(110a) 전 30도에서 분사한 경우(b)가 전 20도에서 분사한 경우(a)보다 연료와 실린더(110) 내부 공기의 혼합상태가 양호하여 질소산화물의 배출은 거의 없는 반면 연소개시시점은 지연되므로 출력은 향상되어 예혼합 압축착화 연소에 가장 가까운 연소하고 할 수 있다.Therefore, the mixture of the fuel and the air inside the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 연소시기가 제어된 예혼합 압축 착화 연소의 배출가스성분 및 출력을 측정한 그래프이다.Figure 5 is a graph measuring the exhaust gas component and the output of the pre-mixed compression ignition combustion controlled combustion time in accordance with an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면 일 실시예에 따라 연소시기가 제어된 예혼합 압축 착화 연소의 엔진의 출력과 배출가스의 성분을 측정하기 위해 예비연료를 모두 하사점(110b)에서 분사하고 제어연료를 각각 상사점(110a) 전 30도, 20도, 10도, 상사점(110a) 및 상사점(110a) 후 5도에서 분사한 후, 출력(IMEP)과 질소산화물(NOx)의 배출량을 비교하였다.Referring to FIG. 5, the preliminary fuel is injected at the bottom
그 결과 제어연료를 상사점(110a) 전 30도 에서 분사한 경우 다른 경우들보다 질소산화물의 배출량이 거의 없었으며 출력은 상사점(110a) 과 상사점(110a) 후 5도에서 분사한 것과 비슷하게 측정되었다. 그러나, 상사점(110a) 과 상사점(110a) 후 5도에서 제어연료를 분사한 경우는 엔진 출력은 상승하더라도 질소산화물이 다량발생하므로 바람직하지 않다는 것을 알 수 있다.As a result, when the control fuel was injected at 30 degrees before the top dead center (110a), there was little emission of nitrogen oxide than in the other cases, and the output was similar to that injected at 5 degrees after the top dead center (110a) and the top dead center (110a). Was measured. However, it can be seen that when the control fuel is injected at 5 degrees after the top
따라서, 제어연료를 상사점(110a) 30도에서 분사한 경우 질소산화물의 배출은 감소하는 한편 출력이 감소하는 문제점은 발생하지 않았으므로 가장 예혼합 압축 착화 연소에 가까운 제어라 할 수 있다.Therefore, when the control fuel is injected at 30 degrees of the top dead center (110a), the emission of nitrogen oxides is reduced while output power does not occur. Therefore, the control is closest to the premixed compression ignition combustion.
이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 연료의 종류, 엔진의 제원에 따라 예비연료 및 제어연료의 분사시기가 변화될 수 있으며, 예비연료가 연소 개시하기 전에 제어연료를 분사한다면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 속함이 당업자에게 자명하다고 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.In the above, the configuration and operation of the present invention is shown in accordance with the above description and drawings, but this is merely described, for example, and the injection timing of the preliminary fuel and the control fuel may be changed according to the type of fuel and the specifications of the engine. If the preliminary fuel is injected before the start of combustion, it will be apparent to those skilled in the art to belong to the technical spirit and scope of the present invention, and various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit and scope of the present invention. Of course.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 예비연료와 제어연료를 각각 2단으로 분사하여 피스톤이 실린더의 상사점 부근에서 상기 예비연료와 제어연료가 혼합된 전체 혼합기를 동시에 연소시킴으로써 열효율을 극대화할 수 있는 예혼합 압축 착화 엔진 및 연소 시기 제어방법을 제공할 수 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the preliminary fuel and the control fuel are sprayed in two stages, respectively, so that the piston can simultaneously maximize the thermal efficiency by simultaneously burning the entire mixture of the preliminary fuel and the control fuel near the top dead center of the cylinder. It is effective to provide a mixed compression ignition engine and a combustion timing control method.
또한, 배출가스 중의 포함된 유해가스를 저감시킬 수 있는 예혼합 압축착화 엔진 및 연소시기 제어 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that can provide a pre-mixed compression ignition engine and combustion timing control method that can reduce the harmful gas contained in the exhaust gas.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070045134A KR100853270B1 (en) | 2007-05-09 | 2007-05-09 | Ignition control method of hcci combustion and hcci engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070045134A KR100853270B1 (en) | 2007-05-09 | 2007-05-09 | Ignition control method of hcci combustion and hcci engine |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080038798A Division KR20080099786A (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | Ignition control method of hcci combustion and hcci engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100853270B1 true KR100853270B1 (en) | 2008-08-20 |
Family
ID=39878288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070045134A KR100853270B1 (en) | 2007-05-09 | 2007-05-09 | Ignition control method of hcci combustion and hcci engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100853270B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130068109A (en) | 2011-12-15 | 2013-06-25 | 현대자동차주식회사 | Variable ignition type engine for complex combustion using diesel and gasoline, method for controlling of the same and complex combustion system using diesel and gasoline |
KR20130068429A (en) | 2011-12-15 | 2013-06-26 | 현대자동차주식회사 | Variable ignition type engine for complex combustion using diesel and gasoline, method for controlling of the same and complex combustion system using diesel and gasoline |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0626391A (en) * | 1992-07-08 | 1994-02-01 | Mazda Motor Corp | Fuel control device for engine |
KR20010020823A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-15 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | Control apparatus for direct injection type internal combustion engine |
JP2003286879A (en) | 2002-03-27 | 2003-10-10 | Mazda Motor Corp | Combustion control device for diesel engine |
KR20060106664A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | 미츠비시 후소 트럭 앤드 버스 코포레이션 | Control device of diesel engine |
-
2007
- 2007-05-09 KR KR1020070045134A patent/KR100853270B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0626391A (en) * | 1992-07-08 | 1994-02-01 | Mazda Motor Corp | Fuel control device for engine |
KR20010020823A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-15 | 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시 | Control apparatus for direct injection type internal combustion engine |
JP2003286879A (en) | 2002-03-27 | 2003-10-10 | Mazda Motor Corp | Combustion control device for diesel engine |
KR20060106664A (en) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | 미츠비시 후소 트럭 앤드 버스 코포레이션 | Control device of diesel engine |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130068109A (en) | 2011-12-15 | 2013-06-25 | 현대자동차주식회사 | Variable ignition type engine for complex combustion using diesel and gasoline, method for controlling of the same and complex combustion system using diesel and gasoline |
KR20130068429A (en) | 2011-12-15 | 2013-06-26 | 현대자동차주식회사 | Variable ignition type engine for complex combustion using diesel and gasoline, method for controlling of the same and complex combustion system using diesel and gasoline |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
El Shenawy et al. | Comparative study of the combustion, performance, and emission characteristics of a direct injection diesel engine with a partially premixed lean charge compression ignition diesel engines | |
KR101693895B1 (en) | Variable ignition type engine for complex combustion using diesel and gasoline, method for controlling of the same and complex combustion system using diesel and gasoline | |
US6912992B2 (en) | Method and apparatus for pilot fuel introduction and controlling combustion in gaseous-fuelled internal combustion engine | |
US10400706B2 (en) | Control apparatus for internal combustion engine | |
EP1255923B1 (en) | Method and apparatus for dual fuel injection into an internal combustion engine | |
US6202601B1 (en) | Method and apparatus for dual fuel injection into an internal combustion engine | |
Lee et al. | The optical investigation of hydrogen enrichment effects on combustion and soot emission characteristics of CNG/diesel dual-fuel engine | |
KR101338719B1 (en) | Gasoline - Diesel Dual Fuel Powered Engine and Pre-mixed Charge Compression Ignition Control Method thereof | |
JP2006522262A (en) | Internal combustion engine with self-ignition | |
JP2004500514A (en) | Method and apparatus for controlling combustion by introducing gaseous fuel into an internal combustion engine | |
CN1821561A (en) | Compression-ignited ic engine and method of operation | |
Okude et al. | Effects of multiple injections on diesel emission and combustion characteristics | |
KR20130069081A (en) | Exhaust gas regeneration system of combined fuel homogeneous charge compression ignition engine and method thereof | |
Li et al. | Effect of two-stage injection on unburned hydrocarbon and carbon monoxide emissions in smokeless low-temperature diesel combustion with ultra-high exhaust gas recirculation | |
KR101807042B1 (en) | Apparatus of controlling of gasolin-diesel complex combustion engine and method thereof | |
Xu et al. | Effect on the performance and emissions of methanol/diesel dual-fuel engine with different methanol injection positions | |
JP3804879B2 (en) | Combustion method of direct injection diesel engine | |
Li et al. | Effect of direct injection dimethyl ether on the micro-flame ignited (MFI) hybrid combustion characteristics of an optical gasoline engine at ultra-lean conditions | |
US20130263820A1 (en) | Integrated lean burn stabilizers | |
US6668790B2 (en) | Method of operating an internal combustion engine operated on gasoline type fuels | |
KR100853270B1 (en) | Ignition control method of hcci combustion and hcci engine | |
GB2520017A (en) | Dual fuel internal combustion engine | |
JPH10238374A (en) | Premixture ignition internal combustion engine and ignition timing control method | |
JPH11315733A (en) | In-cylinder direct injection engine | |
JP2000073768A (en) | Engine and engine ignition method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
A107 | Divisional application of patent | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130806 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140710 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150805 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |