KR101683235B1 - 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법 - Google Patents

차량 엔진의 출력 향상 제어 방법 Download PDF

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Abstract

차량 엔진의 출력 향상 제어 방법이 개시된다. 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법은, (a) 차량의 공연비의 설정된 범위에서 배기가스의 발열량을 도출하고, 설정된 공연비 범위에서 도출되는 발열량 값을 엔진 ECU에 입력하는 단계; (b) 차량의 구동 상태에서 상기 배기가스의 발열량을 통해 공연비 값을 측정하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 공연비 값이 설정된 기준 범위 이상으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 증가시키도록 제어하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 공연비 값이 설정된 기준 범위 미만으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 감소시키도록 제어하는 단계;를 포함한다.

Description

차량 엔진의 출력 향상 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING FOR RISING ENGINE-GENERATING}
본 발명은 차량의 연소 안정성의 향상이 가능하고 엔진 출력의 향상이 가능한 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법에 관한 것이다.
현재 세계적으로 고열량의 천연가스가 줄어들고, 파이프 천연가스(PNG, Pipe line Natural Gas) 늘어나고 있다.
따라서, 국내의 천연가스 보급이 점차적으로 저열량화되는 것이 예상되는 바, 천연가스를 연료로 사용하는 국내 산업용 가스 기기의 문제점을 최소화하는 연구 및 효율적 사용을 위한 대응 조치가 선행될 필요성이 대두되고 있다.
한편, 천연가스를 원료로 사용하는 가스 엔진에서는, 가스의 성분이 변동될 경우, 초기 시동 안정성 및 아이들 운전 안정성을 약화시키는 문제점이 있다.
즉, 종래의 가스 엔진은 가스의 성분이 변동되는 경우가 빈번하여, 점화시기의 최적화 이탈에 따른 연료 소비율의 증가될 수 있는 문제점이 있다, 또한 종래 가스 엔진은 적정 공연비에 대비하여 희박 연소가 발생됨으로써, 연소 불안정에 따른 엔진 회전수가 불규칙하게 발생되어 엔진 운전 안정성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 차량 엔진에 공급되는 연료량을 가변시켜 공급하여 엔진 출력의 향상이 가능한 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, (a) 차량의 공연비의 설정된 범위에서 배기가스의 발열량을 도출하고, 설정된 공연비 범위에서 도출되는 발열량 값을 엔진 ECU에 입력하는 단계; (b) 차량의 구동 상태에서 상기 배기가스의 발열량을 통해 공연비 값을 측정하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 공연비 값이 설정된 기준 범위 이상으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 증가시키도록 제어하는 단계; 및 (d) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 공연비 값이 설정된 기준 범위 미만으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 감소시키도록 제어하는 단계;를 포함한다.
(a) 단계는, (a-1) 차량 엔진의 상기 공연비를 단계적으로 변화시키는 단계와, (a-2) 상기 (a-1) 단계의 공연비의 변화된 값에 대응하여 배기가스의 발열량을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
(d) 단계 이후에, 엔진의 측정 토크가 설정된 기준 토크 미만으로 출력되는 것으로 확인되면, 엔진의 스로틀 개도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
엔진의 스로틀 개도는, 기준 토크를 측정 토크로 나누어, 측정 토크가 기준 토크에 대해 낮아진 출력 비율에 해당하는 비율로 스로틀 개도가 증가될 수 있다.
(d) 단계 이후에, 엔진의 출력이 설정된 기준 토크 이상으로 출력되는 것으로 확인되면, 엔진의 스로틀 개도를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
엔진의 스로틀 개도는, 기준 토크를 상기 측정 토크로 나누어, 측정 토크가 기준 토크에 대해 높아진 출력 비율에 해당하는 비율로 스로틀 개도가 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기가스에 발열량에 따른 공연비에 대응하여 적절하게 가변된 연료를 엔진에 공급함으로써, 엔진의 연소 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스 엔진에 적정 연료 공급하여 점화시기를 최적화하고 연료 소비율을 적정하도록 함으로써, 엔진 열효율의 향상에 따른 엔진 출력 향상이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가스 엔진의 최적화 운전이 가능하여 배기가스에 포함된 유해 배기물질이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 공연비 제어 및 스로틀 개도 제어에 따른 엔진 출력 성능의 변화 상태를 개략적으로 도시한 그래프 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명하는 엔진은 천연가스 또는 천연가스와 수소를 혼합한 가스를 연료로 사용하는 가스 엔진으로 적용될 수 있다.
먼저, 차량의 공연비의 설정된 범위에서 배기가스의 발열량을 도출하고, 설정된 공연비 범위에서 도출되는 발열량 값을 엔진 ECU에 입력한다(S10). (S10) 단계는 공연비 센서가 설치된 가스 엔진에서 변동되는 공연비에 대응하여 도출된 배기가스의 발열량을 도출하고, 도출된 발열량의 값을 엔진 ECU에 입력하는 것이다.
공연비 센서는, 엔진으로 유입되는 연료의 공연비를 확인 가능하도록 엔진에 설치되는 것으로서, 그 구성은 공지된 것으로 이하에서 구성 및 작용에 대해서 자세한 설명은 생략한다. 이하에서 (S10) 단계를 보다 구체적으로 설명한다.
우선, 차량의 미주행 상태에서 엔진을 실험적으로 구동하면서 공연비를 단계적으로 변화시킨다(S11). 이와 같이, (S11) 단계에서 공연비를 단계적으로 변화시키는 것은, 변화된 공연비에 대응한 발열량의 변화 정도를 확인하기 위한 것이다.
다음, 차량에 설치된 공연비 센서를 이용하여, 차량의 구동 상태에서 배기가스의 발열량을 통해 공연비 값을 측정한다(S12).
이어서, (S12) 단계에서 배기가스의 발열량을 통해 도출된 공연비 값을 엔진 ECU에 입력한다(S13).
(S13) 단계에서 배기가스의 발열량을 도출하는 것은, 이후 단계에서 배기가스의 발열량에 대응하여 엔진에 공급되는 연료량을 적절하게 변화시킨 상태로 공급하여, 엔진의 연소 안정성을 확보하기 위한 것이다.
즉, 엔진에서 배출되는 배기가스의 발열량에 대응하여 적절한 연료 공급이 이루어지도록 제어함으로써, 점화시기를 변경하지 않고 연소 안정성의 확보가 가능하다. 이에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
다음, 차량의 구동 상태에서 배기가스의 발열량을 통해 공연비 값을 측정한다(S20).
이어서, (S20) 단계에서 측정된 공연비 값이 설정된 기준 범위 이상인지 여부를 확인한다(S30).
(S30) 단계에서, 측정된 공연비 값이 설정된 기준 범위 이상으로 확인되면, 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 증가시키도록 제어한다(S40). (S40) 단계에서 엔진에 공급되는 공급 연료량의 증가시키는 것은, 측정된 연료의 공연비가 기준 공연비에 비해 농후할 경우, 엔진에 공급되는 연료량을 증가시켜 엔진의 연소 안정성을 확보하기 위한 것이다.
이어서, (S30) 단계에서 측정된 공연비 값이 설정된 기준 범위 미만인지 여부를 확인되면, 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 감소시키도록 제어할 수 있다(S50). (S50) 단계에서 엔진에 공급되는 공급 연료량의 감소시키는 것은, 측정된 연료의 공연비가 기준 공연비에 비해 희박할 경우, 엔진에 공급되는 연료량을 증가시켜 엔진의 연소 안정성을 확보하기 위한 것이다.
다음, 전술한 단계를 실시하여 공연비가 변화된 상태에서 엔진의 측정 토크가 설정된 기준 토크에 대응하게 정상 출력되는지 여부를 확인하다(S60). 이에 대해서 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, (S40, S50) 단계에서 엔진의 측정 토크가 설정된 기준 토크 미만으로 출력되는 것으로 확인되면, 엔진의 스로틀 개도를 증가시킨다(S61).
(S61) 단계에서 엔진의 스로틀 개도의 증가는, 기준 토크를 (S40, S50) 단계의 측정 토크로 나누어, 측정 토크가 기준 토크에 대해 낮아진 출력 비율에 해당하는 비율로 스로틀 개도가 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 측정 토크가 기준 토크에 대해 1% 낮을 경우, 스로틀 개도를 1%로 증가시킬 수 있다.
다음, (S40, S50) 단계에서 엔진의 출력이 설정된 기준 토크 이상으로 출력되는 것으로 확인되면, 엔진의 스로틀 개도를 감소시킨다(S62).
(S62) 단계에서 엔진의 스로틀 개도의 감소는, 기준 토크를 (S40, S50) 단계의 측정 토크로 나누어, 측정 토크가 기준 토크에 대해 높아진 출력 비율에 해당하는 비율로 스로틀 개도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 측정 토크가 기준 토크에 대해 1% 높을 경우, 스로틀 개도를 1%로 감소시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 차량 가스 엔진에서, 배기가스의 발열량을 통해 공연비를 측정하고, 측정된 공연비에 대응하여 차량 엔진에 공급되는 연료량을 가변시켜 공급하는 것이 가능하다.
따라서, 본 실시예의 가스 엔진에서 배기가스에 발열량에 따른 공연비에 대응하여 적절하게 가변된 연료를 엔진에 공급함으로써, 엔진의 연소 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
도 2는 공연비 제어 및 스로틀 개도 제어에 따른 엔진 출력 성능의 변화 상태를 개략적으로 도시한 그래프 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 별도의 엔진 제어가 없는 상태에서 엔진 출력 토크는 691.4Nm을 보인다.
그리고, 람다 컨트롤의 경우를 보면, 공기 과잉율 1.6에 대응하는 수중으로 연료량을 제어하는 경우, 엔진 출력 토크는 897.7Nm을 보인다.
또한, 람다 컨트롤 및 토크 컨트롤을 함께 실시한 경우를 보면, 공기 과잉율 1.6에 대응하는 수준으로 연료량을 제어와 함께 스로틀 개도 제어를 이용한 토크 제어도 함께 실시한 경우, 엔진 출력 토크는 900.6Nm을 보이는 것을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 람다 컨트롤 단독 제어 및 람다 컨트롤과 스로틀 개도 제어를 함께 하는 경우를 비교해 보면, 연료 공급량을 제어한 상태에서 엔진 출력 토크가 안정적으로 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예의 가스 엔진에 적정 연료 공급이 가능하여, 점화시기를 최적화하는 것이 가능하여 연료 소비율이 적정하도록 함으로써, 엔진 열효율의 향상에 따른 엔진 출력 향상이 가능하게 된다.
아울러, 가스 엔진의 최적화 운전이 가능하여, 배기가스에 포함된 유해 배기물질이 증가되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.

Claims (6)

  1. (a) 차량의 공연비의 설정된 범위에서 배기가스의 발열량을 도출하고, 설정된 공연비 범위에서 도출되는 발열량 값을 엔진 ECU에 입력하는 단계;
    (b) 차량의 구동 상태에서 상기 배기가스의 발열량을 통해 공연비 값을 측정하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 공연비 값이 설정된 기준 범위 이상으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 증가시키도록 제어하는 단계; 및
    (d) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 공연비 값이 설정된 기준 범위 미만으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 감소시키도록 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (d) 단계 이후에,
    상기 엔진의 측정 토크가 설정된 기준 토크 미만으로 출력되는 것으로 확인되면, 상기 엔진의 스로틀 개도를 증가시키는 단계를 포함하고,
    상기 엔진의 스로틀 개도는, 상기 기준 토크를 상기 측정 토크로 나누어, 상기 측정 토크가 상기 기준 토크에 대해 낮아진 출력 비율에 해당하는 비율로 상기 스로틀 개도가 증가되는 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 차량 엔진의 상기 공연비를 단계적으로 변화시키는 단계; 및
    (a-2) 상기 (a-1) 단계의 상기 공연비의 변화된 값에 대응하여 상기 배기가스의 발열량을 도출하는 단계;
    를 포함하는, 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    상기 엔진의 출력이 설정된 기준 토크 이상으로 출력되는 것으로 확인되면, 상기 엔진의 스로틀 개도를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔진의 스로틀 개도는, 상기 기준 토크를 상기 측정 토크로 나누어, 상기 측정 토크가 상기 기준 토크에 대해 높아진 출력 비율에 해당하는 비율로 상기 스로틀 개도가 감소되는, 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
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