KR101800637B1 - Egr 제어 시스템을 구비한 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관 - Google Patents

Egr 제어 시스템을 구비한 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관 Download PDF

Info

Publication number
KR101800637B1
KR101800637B1 KR1020160055137A KR20160055137A KR101800637B1 KR 101800637 B1 KR101800637 B1 KR 101800637B1 KR 1020160055137 A KR1020160055137 A KR 1020160055137A KR 20160055137 A KR20160055137 A KR 20160055137A KR 101800637 B1 KR101800637 B1 KR 101800637B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
egr
controller
flow
exhaust
exhaust gas
Prior art date
Application number
KR1020160055137A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160133363A (ko
Inventor
캐스퍼 헤데달 스벤센
크랜 보더 닐센
Original Assignee
맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드 filed Critical 맨 디젤 앤드 터보 필리얼 아프 맨 디젤 앤드 터보 에스이 티스크랜드
Publication of KR20160133363A publication Critical patent/KR20160133363A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101800637B1 publication Critical patent/KR101800637B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00—Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B9/00—Engines characterised by other types of ignition
    • F02B9/02—Engines characterised by other types of ignition with compression ignition
    • 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
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
    • F02D41/0052—Feedback control of engine parameters, e.g. for control of air/fuel ratio or intake air amount
    • 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
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • 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
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/52—Systems for actuating EGR valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • 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
    • 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
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관이 게시된다. 상기 엔진은 소기 포트(17)들과 배기 밸브(4)를 구비하는 복수의 실린더(1), 소기 가스가 실린더(1)로 유입되도록 하고, 상기 소기 포트(17)들을 통해 상기 실린더(1)에 연결되는 소기 가스 리시버(2)를 포함하는 흡입 시스템, 상기 실린더들에서 생성된 배기 가스가 배출되도록 하고, 상기 배기 밸브(4)들을 통해 상기 실린더들에 연결된 배기 가스 리시버(3)를 포함하는 배기 시스템, 상기 배기 시스템 내에 터빈(8)과 상기 흡입 시스템 내에 압축기(9)를 구비하고, 소기의 흐름을 상기 소기 가스 리시버로 전달하는 상기 압축기(9)를 구동하는 상기 터빈(8)을 포함하고, 연료의 흐름을 상기 실린더(1)들로 전달하기 위한 연료 시스템, 배기 가스의 흐름을 상기 배기 시스템으로부터 상기 흡입 시스템으로 전달하고, 적어도 하나의 가변 또는 고정 속도 블로워(22)를 포함하는 EGR 시스템(22), 상기 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 농도(Os)를 나타내는 신호를 제공하는 제 1센서(27), 및 상기 EGR 시스템을 통해 배기 가스의 흐름을 제어하도록 구성되는 제어기(50)를 포함하고, 상기 제어기(50)는 피드백 제어를 위하여 상기 제 1센서로부터의 신호를 이용하도록 구성되고, 상기 제어기(50)는 피드포워드 제어를 위하여 필요한 재순환 배기 가스 흐름의 추정치를 이용하도록 구성된다.

Description

EGR 제어 시스템을 구비한 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관{A LARGE TURBOCHARGED TWO-STROKE SELF-IGNITING INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH AN EGR SYSTEM}
본 명세서는 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관을 위한 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 시스템들에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 EGR 시스템의 동작의 제어에 관한 것이다.
일반적으로, 대형 터보차지 2행정 내연기관들은 대형 선박들의 추진 시스템에서 사용되거나, 파워 플랜트에서 원동기로 사용된다. 이러한 엔진들의 높이는 일반적으로 중요하지 않으며, 엔진들은 피스톤 상의 횡부하를 피하기 위하여 크로스헤드들이 구성된다. 일반적으로, 이러한 엔진들은 중유 또는 연료유를 이용하여 동작된다.
해양 디젤 엔진들로부터 나오는 배출 물질은 배출 물질의 환경적 영향의 인식으로 인해 제한을 받고 있다. 국제해사기구(2013)에 의해 제시된 바와 같이, 선택된 지역 내에서의 선박용 디젤로부터 나오는 NOx의 배출을 제한하는 티어(Tier)-3 규제가 2016년에 도입될 것이다. 이는 선박 산업으로 하여금 NOx의 배출을 감소시키는 기술을 개발하도록 동기를 부여하고 있다. 이러한 기술들 중 하나로써, 수십 년 동안 자동차 산업에서 4행정 엔진에 적용되어 왔던 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR)이 있다.
EGR의 원리는 엔진의 소기(scavenge) 매니폴드로 배기가스의 일부를 되돌려 재순환시키는 것이다. 이는 소기 가스에서 소기 산소 레벨을 감소시키고, 연소하는 동안 NOx의 형성을 감소시킨다. 그러나, 소기 가스의 산소 함량을 저하하는 것은 연소 효율에도 영향을 미친다. 과도하게 낮은 소기 산소 레벨에서, 엔진은 원하지 않는 눈에 보이는 매연을 생산할 것이다.
최근까지, 이러한 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관들은 EGR로 동작되지는 않았다. 이는 점차 엄격해지는 배출 규제 조건, 특히 배출 가스에서 NOx 함량을 감소시키고자 하는 조건에 의해 변화하고 있다. EGR은 현저히 작은 4행정 자체점화 내연기관 분야에서 잘 알려진 수단이다. 그러나, 소형 4행정 엔진들에서의 EGR 기술은 아래 기술된 이유들로 인해 더 큰 대형 2행정 엔진들에 간단히 적용될 수 없다.
이러한 이유들 중 하나는 각각 대형 터보차지 2행정 디젤 엔진을 위해 개발된 EGR 제어 시스템 및 자동차 산업에서의 EGR 시스템을 위한 EGR 제어기를 설치하는데 이용되는 노력에서의 차이이다. 각각의 자동차 엔진 설계는 대규모 생산을 위한 출시 이전에 철저하게 시험을 거친다. 이와 반대로, 특정 대형 2행정 엔진 디자인들은 매우 적은 수로 생산되고, 때로는 첫 번째 엔진이 생산되어서야 비로소 시험을 거친다. 그렇다 할지라도, 매우 높은 테스트 운영 비용으로 인해 이용 가능한 테스트 시간은 매우 제한적이다. 더욱이, 대형 2행정 엔진들은 동작하는 동안 재구성될 가능성이 있다. 이러한 실제적인 문제들로 인해, 개별 디자인을 위한 수작업 튜닝은 적용이 불가능하고 선험적인 자료에 기반한 관찰자 디자인(observer design)은 실현이 불가능하다. 이는 제어 디자인이 시스템 거동에서의 변화에 대하여 튼튼해야 할뿐만 아니라, 부정확한 디자인 데이터에 대하여도 강건해야 함을 의미한다.
또 다른 이유는 4행정 엔진의 배기 가스측과 흡입측 간의 정압차가 존재한다는 사실이다. 즉, 정압차는 재순환될 배기 가스가 블로워 등의 필요 없이 흡입측으로 흐르도록 할 것이다. 그러나, 대형 터보차져 2행정 엔진들에서, 배기 가스측과 흡입측 간에는 부압차가 존재하고, 더 소형의 4행정 엔진들에서와 같이, 흡입측과 배기측 간에 간단한 도관이 설치된다면 급기는 배기측을 향해 흐를 것이다. 따라서, 2행정 엔진의 EGR 시스템은 배기 가스의 일부를 급기로 강제하기 위하여 블로워 또는 펌프를 필요로 한다. 즉, 대형 터보차지 2행정 디젤 엔진에서, 배기 가스는 블로워 및 밸브들의 조합을 사용함으로써 재순환되어 배기 시스템과 흡입 시스템 간의 압력차를 극복한다.
더욱이, 중유를 사용하면, 배기 가스 내 비교적 높은 농도로 존재하는 황산을 발생시키는 중유의 높은 황 함량으로 인해 4행정 엔진의 배기가스보다 대형 2행정 엔진의 배기 가스가 더욱더 유해하다. 이는 배기 가스 시스템의 구성요소들에 대해, 그리고 EGR의 경우에는 EGR 시스템 및 흡입 시스템의 구성요소에 대해 도전과제를 제기한다.
NOx 및 그을음의 배출 요건을 만족하기 위하여, 산소 농도가 너무 낮으면 그을음 생성이 허용 한계를 초과하고 산소 농도가 너무 높으면 NOx 배출이 허용 한계를 초과할 것이기 때문에 소기 가스 리시버 내의 산소 농도를 제어하는 것이 필요하다.
부하 종속 소기 산소 농도(Os) 설정값은 미리 정의된다. 액추에이터로서 EGR 블로워 속도 및 EGR 밸브 개방을 이용함으로써, 실제 산소 농도 Os가 측정되고, 설정값은 이러한 측정의 피드백 제어를 통해 달성된다.
따라서, EGR 흐름을 정확히 제어하기 위하여, 정확하고 즉각적으로 소기 가스 내의 산소(O2) 함량을 파악하는 것이 필요하다. 측정된 산소 함량에 기반하여, 재순환 배기 가스의 양과 이에 의해 소기 가스 내의 산소 함량을 조절하기 위하여 폐쇄 제어 루프가 이용될 수 있다.
그러나, 소기 가스 리시버 내부의 혹독한 환경으로 인해, 현재 가용한 센서 기술을 이용하여 소기 가스 내 산소 농도를 측정하는 것은 느리다. 이는 정상 상태 동작에서의 문제가 아니라, 과도 동작에서, 예컨대, 선박이 가속 또는 감속해야 하는 경우 중요한 도전과제를 가져온다. 느린 측정으로 인해, 피드백 이득이 높을 때 피드백 제어 루프에서 원치 않는 진동이 일어날 수 있다. 그러나, 낮은 피드백 이득은 연료 흐름에서의 변화(부하 변화)와 같은 교란에 대해 시스템이 취약하도록 만든다. 종래 시스템에서, 진동(oscillation)과 교란 배제(disturbance rejection) 간의 절충이 필요하다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점들을 극복하거나 최소한 감소시키기 위한 EGR 시스템을 구비한 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관을 제공하는 것이다.
앞서 말한 목적 및 그 밖의 다른 목적들은 독립 청구항들의 특징에 의해 달성된다. 그 밖의 구현 형태들은 종속 청구항들, 상세한 설명 및 도면들을 통해 명백해 질 것이다.
제 1측면에 따라서, 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관이 제공되며, 상기 엔진은: 하단에 소기 포트들과 상단에 배기 밸브를 구비하는 복수의 실린더; 소기 가스가 실린더로 유입되도록 하고, 상기 소기 포트들을 통해 상기 실린더에 연결되는 소기 가스 리시버를 포함하는 흡입 시스템; 상기 실린더들에서 생성된 배기 가스가 배출되도록 하고, 상기 배기 밸브들을 통해 상기 실린더들에 연결된 배기 가스 리시버를 포함하는 배기 시스템; 상기 배기 시스템 내에 터빈과 상기 흡입 시스템 내에 압축기를 구비하고, 소기의 흐름을 상기 소기 가스 리시버로 전달하는 상기 압축기를 구동하는 상기 터빈을 포함하고; 연료의 흐름을 상기 실린더들로 전달하기 위한 연료 시스템; 배기 가스의 흐름을 상기 배기 시스템으로부터 상기 흡입 시스템으로 전달하고, 적어도 하나의 블로워를 포함하는 EGR 시스템; 상기 소기 가스 리시버 내의 산소 농도를 나타내는 신호를 제공하는 제 1센서; 및 상기 EGR 시스템을 통해 배기 가스의 흐름을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 피드백 제어를 위하여 상기 제 1센서로부터의 신호를 이용하도록 구성되고, 상기 제어기는 피드포워드 제어를 위하여 필요한 재순환 배기 가스 흐름의 추정치를 이용하도록 구성된다.
비교적 저속 센서를 이용하는 피드백 제어와 결합하여 추정치에 기반하여 피드포워드 제어를 제공함으로써, 정상 상태에서의 높은 정확도를 유지하면서도 과도 동작 수행이 크게 개선될 수 있다.
제 1측면의 제 1 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 상기 소기 가스 리시버 내의 산소 레벨을 산소 농도 설정값에 근접하게 유지하기 위하여 상기 EGR 시스템을 통해서 배기 가스의 흐름을 제어하도록 구성된다.
제 1측면의 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 상기 소기 가스 리시버 내의 산소함량을 상기 설정값에 근접하게 유지하기 위하여 피드백 제어로 상기 제 1센서로부터의 신호를 이용하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 소기 가스 리시버 내의 산소 함량을 상기 설정값에 근접하게 유지하기 위하여 피드포워드 제어로 유량 측정치 및/또는 연료 흐름의 추정치, EGR 흐름 및/또는 압축기 흐름을 이용하도록 구성된다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 피드백 제어는 상기 엔진의 정상 상태 동작에서 우위적이고, 상기 피드포워드 제어는 상기 엔진의 과도 동작에서 우위적이다.
상기 제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제 1센서의 신호는 수신된 상기 소기 가스 내의 산소 농도에서의 실제 변화에 대하여 지연을 가지며, 상기 유량 측정치 및/또는 연료 유량의 추정치, EGR 유량 및/또는 압축기 유량은 즉각적으로 측정되거나 결정된다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 피드포워드 제어는 과도 동작 수행을 개선하고, 상기 피드백 제어는 정상 상태에서 제어 에러를 최소화한다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 EGR 시스템의 모델로부터 도출된 제어 법칙을 이용한다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 가변 속도 블로워의 속도, 가변 속도 블로워의 상류 및 하류 압력들, 및 무차원 파라미터들로 이루어진 가변 속도 블로워의 맵을 기초로 하여 요구되는 EGR 흐름을 추정하도록 구성된다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 압력 센서로부터 상기 하류 압력을 추정하고, 상기 가변 속도 블로워의 상류 또는 하류의 상기 EGR 시스템에서의 EGR 밸브 상의 밸브 압력 강하 신호를 형성하도록 구성된다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 상기 하류 압력 및 가변 속도 블로워 압력 상승 측정으로부터 상기 상류 압력을 추정하도록 구성된다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 연료 흐름 추정은, 각각의 비례 상수들과 함께 부하 신호 uload 또는 연료 지수 Yf 및 엔진 속도 ωeng 신호들에 기반한다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 배기 시스템으로부터 흡입 시스템으로의 배기 가스의 흐름을 제어하기 위하여 상기 제 1센서로부터의 신호, 부하 uload 또는 연료 지수 Yf 및 엔진 속도 ωc, 압축기 속도 ωt, 가변 속도 블로워의 속도 ωb, 소기 압력 pscav, 밸브 압력 강하
Figure 112016043073514-pat00001
, 및 가변 속도 블로워 압력 상승
Figure 112016043073514-pat00002
을 이용한다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 제어기는 상기 EGR 시스템을 통한 배기 가스의 흐름을 제어하기 위하여 상기 가변 속도 블로워의 속도를 조절하도록 구성된다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 EGR 밸브는 조절 가능한 밸브이고, 상기 제어기는 상기 EGR 시스템을 통한 배기 가스의 흐름을 제어하기 위하여 상기 EGR 밸브의 개방을 조절하도록 구성된다.
제 1측면의 또 다른 가능한 구현 형태에서, 상기 블로워는 가변 속도 블로워이다.
제 2측면에 따라서, 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관의 배기 시스템으로부터 흡입 시스템으로의 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은: 엔진의 실린더에 의해 생성된 배기 가스의 일부를 재순환하는 단계; 소기 가스 리시버 내의 산소 레벨을 산소 농도 설정값에 근접하게 유지하기 위하여 재순환된 배기 가스의 흐름을 제어하는 단계; 피드백 제어를 위하여 상기 소기 가스 리시버 내의 측정된 산소 함량을 이용하는 단계; 및 피드포워드 제어를 위하여 요구되는 재순환 배기 가스 흐름의 추정치를 이용하는 단계를 포함한다.
제 2측면의 제 1가능한 구현 형태에서, 상기 방법은 정상 상태에서의 제어 에러를 최소화하기 위하여 상기 피드백 제어를 이용하는 단계 및 과도 동작 수행을 개선하기 위하여 상기 피드포워드 제어를 이용하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 이러한 측면들 및 그 밖의 다른 측면들은 이하에서 기술되는 실시예들로부터 명백해 질 것이다.
본 발명에 의하는 경우, 비교적 저속 센서를 이용하는 피드백 제어와 결합하여 추정치에 기반하여 피드포워드 제어를 제공함으로써, 정상 상태에서의 높은 정확도를 유지하면서도 과도 동작 수행이 크게 개선될 수 있다.
본 명세서의 이하의 상세 부분에서, 본 발명이 도면에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 참조될 것이며, 도면에서:
도 1은 바람직한 실시예에 따른 대형 2행정 디젤 엔진의 전면도이고;
도 2는 도 1의 대형 2행정 엔진의 측면도이고;
도 3은 도 1에 따른 대형 2행정 엔진을 개략적으로 도시한 단면도이고;
도 4는 흡기 시스템, 배기 시스템 및 EGR 시스템을 더욱 상세히 도시하는 도 1의 엔진의 개략도이고;
도 5는 다른 실시예에 따른 흡기 시스템, 배기 시스템 및 EGR 시스템을 더욱 상세히 도시하는 도 1의 엔진의 개략도이고;
도 6은 도1의 엔진에 이용된 제어기의 예시적인 실시예를 도시하는 개략도이다.
이하의 상세한 설명에서, 대형저속 2행정 터보차지 자체점화 내연기관이 예시적인 실시예들에 의해 기술될 것이다. 도 1 내지 3은 크랭크축(42) 및 크로스헤드(43)들을 갖는 대형 저속 터보차지 2행정 디젤 엔진을 도시한다. 도 3은 흡입 및 배기 시스템들을 갖는 대형 저속 터보차지 2행정 디젤 엔진의 개략적인 단면 모습을 도시한다. 본 실시예에서, 엔진은 직렬 6기통(1)을 포함한다. 예컨대, 엔진은 단일 라인의 기통들을 포함한다. 예시적으로, 도 1은 6기통(1)을 포함하는 엔진을 도시한다. 가상적으로 그 밖의 다른 수의 기통(1)들이 본 발명의 측면들로부터 벗어남이 없이 채택될 수 있음을 알 것이다. 대형 터보차지 2행정 디젤 엔진들은 일반적으로 엔진 프레임(45)에 수반되는 직렬 4 내지 16 기통을 포함한다. 엔진은, 예컨대, 원양선 내의 주엔진 또는 발전소 내의 발전기를 동작시키기 위한 정치식 엔진으로서 이용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예컨대, 5,000 내지 110,000 kW일 수 있다.
엔진은 흡입 시스템 및 배기 시스템을 포함한다. 터보차징은 흡입 시스템 내의 압축기(9)를 구동하는 배기 시스템 내에 터빈(8)을 포함하는 터보차져(5)에 의해 수행된다. 엔진은 연료를 기통으로 전달하는 연료 시스템을 구비한다.
엔진은 기통(1)의 하부에 소기 포트(17)들 및 기통(1)의 상단에 배기 밸브(4)를 갖는 2행정 단류식 디젤(자체점화) 엔진이다. 엔진은, 예컨대, 선박용 디젤유, 중유 또는 가스(LPG, LNG, 메탄올, 에탄올)등과 같은 다양한 종류의 연료에 의해 동작될 수 있다.
소기(scavenge air)는 개별 기통(1)의 소기 리시버(2)로부터 소기 포트들(17)로 통과한다. 기통(1) 내의 피스톤(41)은 소기를 압축하고, 연료가 실린더(1) 상단에 연료 밸브(미도시)를 통해 분사되고 연소가 일어나며, 배기 가스가 생성된다. 배기 밸브(4)가 개방되는 경우, 배기 가스는 기통(1)과 연결된 배기 덕트(6)를 통해 배기 가스 리시버(3)로 흐르고, 계속해서 배기 도관(18)을 통해 터보차져(5)의 터빈(8)으로 흐른다. 배기가스는 배기 도관(7)을 통해 터보차져(5)의 터빈(6)으로부터 흘러나오게 된다. 샤프트(12)을 통해, 터보차져(5)의 터빈(8)은 공기 인입구(10)를 통해 공급된 공기를 압축하는 압축기(9)를 구동한다. 압축기(9)는 가압된 소기를 소기 가스 리시버(2)로 연결되는 소기 도관(11)으로 전달한다. 당해 기술분야에서 공지된 바와 같이, 엔진은 하나 이상 터보차져(5)를 구비할 수 있다.
소기 가스 리시버(2)는, 예컨대, 판형 금속으로 형성된 가늘고 긴 중공의 원통형 바디를 구비하고, 중공의 실린더를 형성하기 위하여 본질적으로 원형의 단면 윤곽을 갖는다. 소기 가스 리시버(2)는 엔진의 전장(full length)을 따라 연장되고, 모든 실린더(1)에 소기를 공급한다. 소기 가스 리시버(2)는 실질적인 단면 직경과 큰 전체 용량을 가지며, 이는 개방되어 소기 가스를 흡입하는 개별 실린더(1)의 소기 포트(17)들에 의해 유발되는 압력 변동을 방지, 즉 개별 실린더(1)에 의한 소기의 불규칙적인 소비에도 불구하고 소기 가스 리시버(2) 내의 압력을 실질적으로 변함없이 유지하기 위하여 필요하다. 일반적으로, 소기 가스 리시버(2)의 직경은 피스톤(1)의 직경보다 크다.
일 실시예에서, 예컨대, 실린더의 수가 많고 전장이 긴 매우 큰 엔진들에 있어서, 엔진은 2개의 소기 가스 리시버(2)를 구비할 수 있으며, 이들 각각은 자신의 하우징을 가지며, 소기 가스 리시버(2)들 중 하나는 실린더(1) 라인의 일단에서 실?c, 린더(1)의 대략 절반을 덮으며, 다른 하나는 실린더(1) 라인의 타단에서 실린더(1)들의 대략 절반을 덮는다. 본 실시예에서, EGR 시스템/스트링의 숫자는 바람직하게는 그에 맞춰 증가하여, 본 실시예에 따른 엔진은 4개의 EGR 블로워들, 즉 각각의 EGR 스트링 내에 2개의 블로워를 구비할 수 있다.
배기 가스 리시버(3)는, 예컨대, 판형 금속으로 형성된 가늘고 긴 중공의 원통형 바디를 구비하고, 본질적으로 원형의 단면 윤곽을 갖는다. 판형 금속은 열손실을 피하기 위하여 단열 재료층을 덮는다. 배기 가스 리시버(3)는 엔진의 전장을 따라 연장되고, 배기 가스 리시버(3) 내로 연장되는 개별 배기 덕트(6) 통해 모든 실린더로부터 나오는 배기 가스를 수용하다. 배기 가스 리시버(3)은 상당한 단면 직경과 큰 용량을 가지며, 이는 개방되어 배기 가스 리시버(3) 내부로 배기 가스 제트를 고속으로 방출하는 개별 실린더(1)들의 배기 밸브(4)들에 의해 야기되는 압력 변동을 최소하기 위하여, 즉 개별 실린더(1)들에 의한 배기 가스의 간헐적 공급에도 불구하고 배기 가스 리시버(3) 내의 압력을 실질적으로 변함없이 유지하기 위하여 필요하다. 일반적으로, 배기 가스 리시버(3)의 직경은 피스톤(10)의 직경보다 크다.
일 실시예에서, 예컨대, 실린더(1)의 수가 많고 전장이 긴 매우 큰 엔진들에 있어서, 엔진은 2개의 배기 가스 리시버(3)를 구비할 수 있으며, 배기 가스 리시버(3)들 중 하나는 실린더(1) 라인의 일단에서 실린더(1)들의 대략 절반을 덮으며, 다른 하나는 실린더(1) 라인의 타단에서 실린더(1)들의 대략 절반을 덮는다.
이하, 도 4를 참조하면, 엔진의 흡입 시스템, 배기 시스템, 및 EGR 시스템이 상세히 도시되어 있다.
소기는 인입 도관(10)을 통해 터보차져(5)의 압축기(9)로 보내진다. 압축기(9)는 소기를 압축하고, 소기 도관(11)은 압축된 소기를 소기 가스 리시버(2)로 전달한다. 도관(11) 내 소기는 약 200 ˚C로 압축기(9)로부터 나온 압축된 소기를 5˚C 내지 80˚C로 냉각시키기 위한 인터쿨러(미도시)를 통과한다. 냉각된 소기는 저부하 또는 부분 부하 상태로 소기 흐름을 가압하는 구동 모터에 의해 구동되는 보조 블로워(16)를 경유하여 급기 가스 리시버(2)로 들어간다. 더 높은 부하로, 압축기(9)가 충분한 압축 소기를 전달하고 난 후, 보조 블로워는 역류 방지 밸브(미도시)를 경유하여 우회한다.
소기 도관(11)은 EGR 시스템으로 나온 재순환된 배기 가스가 소기에 부가되는 합류 지점(28)를 지나, 재순환된 배기 가스가 혼합된 소기를 소기 가스 리시버(2)의 입구로 안내하다. 소기 가스 리시버(2)로부터 나와, 소기와 재순환된 배기 가스의 혼합물은 실린더(1)들의 연소 과정에 가담하게 된다. 이렇게 하여, 실린더(1) 내에 생성된 배기 가스는 배기 가스 리시버(3)에 수용된다. 따라서, 연소 과정은 순환된 배기 가스와 혼합된 소기를 이용하여 수행되어, 낮은 NOx 배출 수준을 허용하게 된다.
EGR 시스템은 배기 시스템과 흡입 시스템 사이에서 연장된다. EGR 시스템은 배기 가스의 일부를 흡입 시스템으로 전달하는 EGR 도관(20)을 구비한다. 본 실시예에서, EGR 도관(20)은 배기 가스 리시버(3)에 연결되나, 배기 가스는, 예컨대, 배기 도관(33)으로 분기되어 터보차져(5)의 터빈(8)의 상류에 배치된 배기 시스템의 임의의 다른 부분으로부터 또는 실린더(1)들로부터 직접 얻을 수 있음을 이해할 것이다.
대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관에서, 일반적으로, 배기 가스는 연료의 높은 황 함량으로 인해 황산과 같은 비교적 높은 함량의 유해 물질을 포함한다.
따라서, EGR 시스템은 소기 가스 리시버(2) 및 보조 블로워(16) 뿐만 아니라 스크러버(21)를 포함하며, 이는 오염되고 불순한 재순환된 배기 가스가 실린더 내부로 재유입되는 것을 방지하고, 스크러버(21)의 상류에 배치된 EGR 시스템의 오염을 방지하기 위하여 재순환된 배기 가스를 청소하기 위한 EGR 도관(20) 내의 습식 스크러버일 수 있다. 스크러버는 최대의 효과를 내기 위하여 EGR 시스템의 상류부에 배치된다.
일반적으로, 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관에서, 실린더(1)의 입구측 상의 소기 가스 내 압력은 해당 실린더(1)의 출구측 상의 배기 가스 내의 압력보다 클 것이다. 그렇지 않으면, 압력에 영향 받는 흐름 방향은 흡입측을 향하는 잘못된 방향일 것이기 때문에, 소기(scavenging)가 일어나지 않을 것이다. 대형 터보차지 2행정 내연기관의 이러한 특성은 블로워 등과 같은 보조장치의 도움 없이 배기 가스 순환을 위한 배기 가스가 배기 시스템으로부터 EGR 도관을 통해 흡입 시스템으로 흐르도록 하는 것을 불가능하게 만든다. 따라서, EGR 시스템은 배기 가스가 배기 시스템으로부터 EGR 시스템을 통해 흡입 시스템으로 강제로 흐르도록 하기 위하여 적어도 하나의 블로워(22, 23)를 포함한다.
본 실시예에서, EGR 도관(20)은 스크러버(21)의 하류에서 두 줄로 나누어진다. 각 줄은 가변 또는 고정 속도의 EGR 블로워(22,23)을 포함하고, 조절 가능한 EGR 밸브(24, 25)를 포함한다.
소기 가스 리시버(2) 내의 실제 산소 농도가 미리 정해진 산소 농도 설정 포인트에 가능한 한 가깝게 유지되도록 EGR 시스템을 통한 흐름을 제어하기 위하여 제어기(50)가 제공된다.
각각의 EGR 블로워(22,23)의 속도는 제어기(도 6의 50)에 의해 독립적으로 제어되고/거나, 각각의 EGR 밸브(24, 25)의 설정은 제어기(50)에 의해 제어된다. EGR 밸브(24, 25) 상류 및/또는 하류에서의 압력은 센서에 의해 측정되고, 제어기(50)로 전달된다. 바람직하게는, 제어기(50)가, 예컨대, 피드백 제어 루프로 EGR 블로워(22,23)의 속도를 제어할 수 있도록 EGR 블로워(22,23)의 속도가 측정되어 제어기(50)로 전달된다. 각각의 블로워(22,23)에 대한 압력 상승
Figure 112016043073514-pat00003
이 측정되어 제어기(50)로 전달된다.
소기 가스 리시버(2) 내 산소 함량(Os)은 제 1센서(27)에 의해 측정된다. 제 1센서(27)의 신호는 제어기(50)로 전달된다. 제 1센서(27)은 소기 가스 리시버(2) 내의 가혹한 상태를 다룰 수 있는 튼튼하나 매우 느린(고지연(high latency) 센서이다.
터보차져 샤프(12)의 속도가 압축기(8)의 속도(ωt)를 결정하기 위하여 측정된다.
피드백 제어는 연료 흐름에서의 변화와 같은 교란에 취약하다. 그러나, 연료 흐름은 제어 시스템에서 이용 가능한 신호들(예컨대, 부하 신호)로부터 추정된다.
제어기(50)의 전반적인 원리는 Os 측정치 및 추정치 모두 또는 이하의 흐름을 측정치들을 이용하여 EGR 시스템을 제어하는 것이다.
연료 흐름,
Figure 112016043073514-pat00004
.
EGR 흐름,
Figure 112016043073514-pat00005
.
압축기 흐름,
Figure 112016043073514-pat00006
.
흐름 측정치/추정치들은 과도 동작수행을 개선하기 위하여 제어기(50)에 의해 이용되는 제어 법칙에서 피드포워드로서 이용되는 한편, Os 측정의 필수적인(integral) 피드백은 제어 에러를 정상 상태에서 0으로 유지한다.
이러한 제어기(50)는 위에 설명된 전반적인 원리에 기초하여 특정한 제어 법칙을 사용한다. 제어 설계는 EGR 시스템의 (간략화된) 제어 지향 모델을 이용한다.
안정성 분석은 제어 에러의 지수 수렴(exponential convergence)를 보였으며, 이는 비모형화 역학에 대하여 견고성의 좋은 지표이다(단순한 모델과 실재와 의 차이). 안정성 분석은 여기에서 더 상세히 다루지는 않는다.
연료 흐름 추정은 각각의 비례 상수들과 함께 부하 신호(
Figure 112016043073514-pat00007
) 또는 연료 지수(
Figure 112016043073514-pat00008
) 및 엔진 속도(
Figure 112016043073514-pat00009
) 신호들에 기반하다. 이들 추정치들 중 하나만이 이용된다.
Figure 112016043073514-pat00010
Figure 112016043073514-pat00011
EGR 흐름 추정치는 가변 속도 블로워(22,23)의 속도, 가변 속도 블로워(22,23)의 상류 및 하류 압력 및 무차원 파라미터(유량과 수두 계수(flow and head coefficients))에서의 EGR 블로워 맵에 기초한다.
하류 압력은 소기 압력 및 밸브 압력 강하 측정 신호들로부터 추정된다.
상류 압력은 하류 압력 및 블로워 압력 상승 측정으로부터 계산된다.
Figure 112016043073514-pat00013
그러면, 압력비는:
Figure 112016043073514-pat00014
수두 계수(
Figure 112016043073514-pat00015
)는 압력비, 블로워 속도(
Figure 112016043073514-pat00016
), 근사 상수들; 비열(
Figure 112016043073514-pat00017
), 상류 온도(
Figure 112016043073514-pat00018
), 비열비(
Figure 112016043073514-pat00019
) 및 블로워 반경(
Figure 112016043073514-pat00020
)으로부터 계산된다.
Figure 112016043073514-pat00021
EGR 블로워 맵(
Figure 112016043073514-pat00022
)은 수두 계수로부터 유량 계수(
Figure 112016043073514-pat00023
)로 변환한다
Figure 112016043073514-pat00024
EGR 흐름은 다음과 같이 계산된다(
Figure 112016043073514-pat00025
는 기체 상수).
Figure 112016043073514-pat00026
EGR 흐름은 블로워 흐름의 합계로서 계산된다.
Figure 112016043073514-pat00027
압축기 맵으로부터의 추정은 모든 동작점들을 커버하는 맵들이 각각의 엔진에 대하여 실제적으로 이용 가능하지 않기 때문에 실현 가능하지 않다. 대신, 압축기 속도(
Figure 112016043073514-pat00028
)는 근사를 위한 약간 부정확한 모델에서 이용된다.
Figure 112016043073514-pat00029
파라미터는 미리 정의되는 반면,
Figure 112016043073514-pat00030
는 계속적으로 추정된다(뒤의 조정부(adaptive part)에 대하여 더욱).
정상 상태에서 제어 법칙에 사용된 모델은 다음의
Figure 112016043073514-pat00031
모델에 기반한다.
Figure 112016043073514-pat00032
여기서,
Figure 112016043073514-pat00033
and
Figure 112016043073514-pat00034
.
모델의 역표현(inverted expression)은 함수(
Figure 112016043073514-pat00035
)로서 정의된다.
Figure 112016043073514-pat00036

가스 혼합과 Os 센서(27)의 역학관계는 알려진 시간 상수 τ와 시간 지연 τdelay을 이용하여 1차 시스템으로서 함께 묶인다. 역학관계는 다음의 식으로 표현될 수 있다:
Figure 112016043073514-pat00037

모델 및
Figure 112016043073514-pat00038
의 측정 양자 모두의 반복은 조금씩 변화하는 것으로 예상되는 파라미터
Figure 112016043073514-pat00039
를 계속적으로 추정하는데 이용된다. 다음의 비선형 파라미터 추정기는 (각각의 제어기 업데이트에서) 사용된다. 튜닝 파라미터(k)를 주목할 필요가 있다.
Figure 112016043073514-pat00040
제어 법칙은 최신 추정치
Figure 112016043073514-pat00041
, 알려진 벡터 신호
Figure 112016043073514-pat00042
및 소기 산소 설정값을 이용하는 모델
Figure 112016043073514-pat00043
의 정적인 부분의 역에 기초하며:
Figure 112016043073514-pat00044
제어 법칙에서 표현된 바와 같이, 직접적 역전(direct inversion) h 액추에이터 한계 밖의 값들을 리턴할 수 있다. 특별한 경우에서는, 심지어 미한정 값(undefined value)들일 수 있다. 값이 액추에이터 한계 범위 내가 아닐 때마다, 제어기(50)는 최대 EGR 흐름을 선택한다. 실용적인 목적을 위해, 정의되지 않은 값들은 h의 계산 중 분모를 확인함으로써 처리될 수 있다.
파라미터 추정기는 제어기의 필수 부분을 나타낸다. 이는 정상 상태에서
Figure 112016043073514-pat00045
에러가 0으로 수렴하도록 하여, 일견 제어 법칙을 참작하도록 한다.
이하는 제어기(50)에 의해 사용될 수 있는 신호들의 완전하지 않은 목록이다:
소기 산소 측정 (
Figure 112016043073514-pat00046
).
부하(
Figure 112016043073514-pat00047
) 또는 연료 지수(
Figure 112016043073514-pat00048
) 및 엔진 속도(
Figure 112016043073514-pat00049
).
압축기 속도(
Figure 112016043073514-pat00050
).
EGR 블로워 속도(
Figure 112016043073514-pat00051
).
소기 압력(
Figure 112016043073514-pat00052
).
EGR 밸브 압력 강하(
Figure 112016043073514-pat00053
).
EGR 블로워 압력 상승(
Figure 112016043073514-pat00054
).
제어기(50)은 상기 신호들의 전부 또는 일부를 이용할 수 있다. 소기 산소 측정은 느리기 때문에, 서버 기반(피드포워드) 제어를 위하여 소기 가스 리시버 내의 산소 농도의 추정치를 즉각적으로 얻을 수 있는 적어도 하나의 다른 신호가 이용될 수 있다.
이하는 제어기(50)를 조정하기 위하여 사용될 수 있는 튜닝 파라미터들의 대략적인 목록이다:
파라미터 추정기 이득 (
Figure 112016043073514-pat00055
).
산소 시간 정수 (
Figure 112016043073514-pat00056
).
산소 지연 (
Figure 112016043073514-pat00057
).
압축기 유동 근사 지수 (
Figure 112016043073514-pat00058
)
제어기(50)는 해당 엔진에 대해 특정한 상기 튜닝 파라미터들의 전부 또는 일부를 이용할 수 있다.
이하는 제어기(50)에 의해 사용될 수 있는 기본 신호들의 대략적인 목록이다:
연료 비례 (
Figure 112016043073514-pat00059
또는
Figure 112016043073514-pat00060
).
EGR 블로워 상류 온도 (
Figure 112016043073514-pat00061
).
EGR 블로워 비열 (
Figure 112016043073514-pat00062
).
EGR 블로워 비열비 (
Figure 112016043073514-pat00063
).
EGR 블로워 가스 정수 (
Figure 112016043073514-pat00064
).
EGR 블로워 반경 (
Figure 112016043073514-pat00065
).
EGR 블로워 맵 (
Figure 112016043073514-pat00066
).
주변 산소 분율 (
Figure 112016043073514-pat00067
).
화학량적 산소연료 비율 (
Figure 112016043073514-pat00068
).
최대 EGR 흐름 (
Figure 112016043073514-pat00069
).
본 실시예에서, 외부 제어 루프(outer control loop)는 실제 액추에이터 값들(EGR 블로워 속도 및 EGR 밸브 개방)보다는 오히려 외부 EGR 흐름을 명시한다. 따라서, 제어기(50)는, 예컨대, 가변 속도 블로워(22,23)들의 속도 및/또는 EGR 밸브(24,25)들의 개방을 조절함으로써 EGR 흐름을 제어하는 내부 루프를 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 내부 루프는 기본 피드백 방법을 이용할 수 있다.
도 5는 EGR 도관(20)이 두 줄로 분리되지 않는다는 점을 제외하고는 도 4의 실시예와 본질적으로 동일한 실시예를 도시하여, 그 결과 EGR 시스템은 단일 블로워(20) 및 단일 EGR 밸브(24)로 충분할 수 있다.
도 6은 피드백 및 피드백 기반 Os 제어기, 유량 제어기, 및 유량 추정기를 포함하는 제어기(50)의 개략도를 도시한다.
도 6은 피드백 및 피드포워드 기반 Os 제어기에 대해 원하는 산소 농도(Os 설정값)의 입력을 도시하고 있다. 또한, 피드백 및 피드포워드 기반 Os 제어기는 엔진 부하, 압축기 속도, 및 측정된 Os를 나타내는 신호를 수신한다.
또한, 피드백 및 피드포워드 기반 Os 제어기는 유량 추정기로부터 유량 추정치를 나타내는 신호를 수신한다.
피드백 및 피드포워드 기반 Os 제어기는 수신된 신호를 기초로 유량 설정값을 결정한다. 유량 제어기는 피드백 및 피드포워드 기반 Os 제어기에 의해 결정된 유량 설정값을 수신하고, EGR 블로워 속도 설정값 및/또는 EGR 밸브 개방 설정값을 발행한다.
본 발명이 본 원의 다양한 실시예들과 함께 기술되었다. 그러나, 도면, 명세서 및 첨부된 청구항들로부터 청구된 발명을 실시함에 있어, 개시된 실시예들의 그 밖의 다른 변형예들이 당해 기술이 속한 분야에서 숙련된 자들에 의해 이해되고 구현될 수 있다. 청구항에서, "포함하는"이란 용어는 그 밖의 다른 요소들 또는 단계들을 배제하는 것은 아니며, 단수 형태의 표현은 복수 형태를 배제하는 것은 아니다. 단일 프로세서 또는 그 밖의 장치는 청구항들에 인용된 다수의 항목들의 기능을 수행할 수 있다. 소정의 수단들이 상호 다른 종속항들에서 인용된다는 단순한 사실은 이들 수단들의 조합이 개선을 위해 사용될 수 없음을 나타내는 것은 아니다. 청구항들에 사용된 참조 부호들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

Claims (16)

  1. 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관은:
    하단에 소기 포트(17)들과 상단에 배기 밸브(4)를 구비하는 복수의 실린더(1);
    소기 가스가 실린더(1)로 유입되도록 하고, 상기 소기 포트(17)들을 통해 상기 실린더(1)에 연결되는 소기 가스 리시버(2)를 포함하는 흡입 시스템;
    상기 실린더들에서 생성된 배기 가스가 배출되도록 하고, 상기 배기 밸브(4)들을 통해 상기 실린더들에 연결된 배기 가스 리시버(3)를 포함하는 배기 시스템;
    상기 배기 시스템 내에 터빈(8)과 상기 흡입 시스템 내에 압축기(9)를 구비하고, 소기의 흐름을 상기 소기 가스 리시버로 전달하는 상기 압축기(9)를 구동하는 상기 터빈(8)을 포함하고;
    연료를 상기 실린더(1)들로 전달하기 위한 연료 시스템;
    배기 가스의 흐름을 상기 배기 시스템으로부터 상기 흡입 시스템으로 전달하고, 적어도 하나의 블로워(22)를 포함하는 EGR 시스템;
    상기 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 농도(Os)를 나타내는 신호를 제공하는 제 1센서(27); 및
    상기 EGR 시스템을 통해 배기 가스의 흐름을 제어하도록 구성되는 제어기(50)를 포함하고,
    상기 제어기(50)는 엔진의 정상 상태 동작에서 우위적인 피드백 제어를 위하여, 상기 제 1센서(27)로부터의 신호를 이용하도록 구성되고,
    상기 제어기(50)는 상기 엔진의 과도 동작에서 우위적인 피드포워드 제어를 위하여, 필요한 재순환 배기 가스(EGR) 유량의 추정치를 결정하고, 결정된 상기 EGR 유량의 추정치를 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제어기(50)는 상기 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 레벨을 산소 농도 설정값에 근접하게 유지하기 위하여 상기 EGR 시스템을 통해서 배기 가스의 흐름을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  3. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제어기(50)는 상기 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 함량을 설정값에 근접하게 유지하기 위하여 상기 피드백 제어로 상기 제 1센서(27)로부터의 신호를 이용하도록 구성되고,
    상기 제어기(50)는 상기 소기 가스 리시버(2) 내의 산소 함량을 상기 설정값에 근접하게 유지하기 위하여 상기 피드포워드 제어로 연료 유량 및 EGR 유량의 측정치 또는 추정치를 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  4. 삭제
  5. 청구항 3항에 있어서,
    상기 제 1센서(27)의 신호는 수신된 상기 소기 가스 내의 산소 농도(Os)에서의 실제 변화에 대하여 지연(latency)을 가지며, 상기 연료 유량 및 EGR 유량의 측정치 또는 추정치는 즉각적으로 측정되거나 결정되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  6. 청구항 1항에 있어서,
    상기 피드포워드 제어는 과도 동작 수행을 개선하고, 상기 피드백 제어는 정상 상태에서 제어 에러를 최소화하는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  7. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제어기(50)는 EGR 시스템의 모델로부터 도출된 제어 법칙을 이용하는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  8. 청구항 1항에 있어서,
    상기 제어기(50)는 가변 속도 블로워(22,23)의 속도, 가변 속도 블로워(22,23)의 상류 및 하류 압력들, 및 무차원 파라미터들로 이루어진 가변 속도 블로워(22,23)의 맵을 기초로 하여 요구되는 EGR 유량을 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  9. 청구항 8항에 있어서,
    상기 제어기(50)는 압력 센서로부터 상기 하류 압력을 추정하고, 상기 가변 속도 블로워(22,23)의 상류 또는 하류의 상기 EGR 시스템에서의 EGR 밸브(24,25) 상의 밸브 압력 강하 신호를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  10. 청구항 8항에 있어서,
    상기 제어기(50)는 상기 하류 압력 및 가변 속도 블로워(22,23) 압력 상승 측정으로부터 상기 상류 압력을 추정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  11. 청구항 3항에 있어서,
    상기 연료 유량의 추정은, 각각의 비례 상수들과 함께 부하 신호(uload) 또는 연료 지수(Yf) 및 엔진 속도(ωeng)의 어느 하나에 기반하는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 제어기(50)는 배기 시스템으로부터 흡입 시스템으로의 배기 가스의 흐름을 제어하기 위하여 상기 제 1센서(27)로부터의 신호, 부하(uload) 또는 연료 지수(Yf) 및 엔진 속도(ωc), 압축기 속도(ωt), 가변 속도 블로워(22,23) 의 속도(ωb), 소기 압력(pscav), 밸브 압력 강하(
    Figure 112016043073514-pat00001
    ), 및 가변 속도 블로원(22,23) 압력 상승(
    Figure 112016043073514-pat00002
    )을 이용하는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  13. 삭제
  14. 청구항 9항에 있어서,
    상기 EGR 밸브(24,25)는 조절 가능한 밸브이고, 상기 제어기(50)는 상기 EGR 시스템을 통한 배기 가스의 흐름을 제어하기 위하여 상기 EGR 밸브(24,25)의 개방을 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단류식 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관.
  15. 삭제
  16. 삭제
KR1020160055137A 2015-05-12 2016-05-04 Egr 제어 시스템을 구비한 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관 KR101800637B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201500282A DK178748B1 (en) 2015-05-12 2015-05-12 A large turbocharged two-stroke self-igniting internal combustion engine with an egr control system
DKPA201500282 2015-05-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160133363A KR20160133363A (ko) 2016-11-22
KR101800637B1 true KR101800637B1 (ko) 2017-12-21

Family

ID=57352801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160055137A KR101800637B1 (ko) 2015-05-12 2016-05-04 Egr 제어 시스템을 구비한 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6203325B2 (ko)
KR (1) KR101800637B1 (ko)
CN (1) CN106150775B (ko)
DK (1) DK178748B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11421611B2 (en) 2018-06-29 2022-08-23 Volvo Truck Corporation Internal combustion engine
DK181014B1 (en) * 2021-04-21 2022-09-23 Man Energy Solutions Filial Af Man Energy Solutions Se Tyskland A large turbocharged two-stroke internal combustion engine with egr system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004278359A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Toyota Motor Corp 内燃機関の吸入空気量推定装置
JP2012002145A (ja) * 2010-06-17 2012-01-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の制御装置
JP2013170520A (ja) * 2012-02-21 2013-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｅｇｒ制御装置およびｅｇｒ制御装置を備えたエンジン

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4790286A (en) * 1986-05-31 1988-12-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha EGR control device for internal combustion engine
EP1113161B1 (en) * 1999-12-30 2005-06-08 Robert Bosch Gmbh Apparatus for controlling exhaust valve recirculation
US8010276B2 (en) * 2009-08-31 2011-08-30 International Engine Intellectual Property Company, Llc Intake manifold oxygen control
JP5357720B2 (ja) * 2009-11-27 2013-12-04 三菱重工業株式会社 排気ガス処理装置が搭載された船舶
FI124087B (fi) * 2010-05-12 2014-03-14 Wärtsilä Finland Oy Järjestely ja menetelmä pakokaasun takaisinkierrätykseen ja turboahtamiseen
US8463531B2 (en) * 2010-06-01 2013-06-11 GM Global Technology Operations LLC System and method for controlling exhaust gas recirculation systems
FI124348B (en) * 2012-02-24 2014-07-15 Wärtsilä Finland Oy Procedure for operating an internal combustion engine
DE102012207124B4 (de) * 2012-04-27 2018-02-08 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, Einrichtung zur Steuerung- und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Verwendung der Einrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
JP6071636B2 (ja) * 2013-02-25 2017-02-01 三菱重工業株式会社 内燃機関の制御装置およびその制御方法
JP6506284B2 (ja) * 2013-08-23 2019-04-24 アカーテース パワー，インク． ユニフロー掃気を有する対向ピストンエンジンにおける空気処理制御のためのシステムおよび方法
JP6259246B2 (ja) * 2013-10-09 2018-01-10 三菱重工業株式会社 内燃機関の制御装置
DK178174B1 (en) * 2013-10-29 2015-07-20 Man Diesel & Turbo Deutschland A large slow running turbocharged two-stroke internal combustion engine with crossheads and exhaust gas recirculation and method for operating thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004278359A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Toyota Motor Corp 内燃機関の吸入空気量推定装置
JP2012002145A (ja) * 2010-06-17 2012-01-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の制御装置
JP2013170520A (ja) * 2012-02-21 2013-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｅｇｒ制御装置およびｅｇｒ制御装置を備えたエンジン

Also Published As

Publication number Publication date
CN106150775A (zh) 2016-11-23
JP6203325B2 (ja) 2017-09-27
KR20160133363A (ko) 2016-11-22
JP2016211549A (ja) 2016-12-15
DK178748B1 (en) 2016-12-19
DK201500282A1 (en) 2016-11-28
CN106150775B (zh) 2018-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2989312B1 (en) Air handling control for opposed-piston engines with uniflow scavenging
US10393038B2 (en) Method and apparatus for controlling a two-stage air charging system with mixed EGR
US8630787B2 (en) Controlling exhaust gas recirculation in a turbocharged engine system
US9512790B2 (en) System and method for air handling control in opposed-piston engines with uniflow scavenging
EP2292915A1 (en) Controlling exhaust gas recirculation in a turbocharged engine system
JP5972597B2 (ja) Ｅｇｒ制御装置およびｅｇｒ制御装置を備えたエンジン
US9328676B2 (en) Supercharged engine diagnostics method and associated engine
EP3486448A1 (en) System and method for air handling control in opposed-piston engines with uniflow scavenging
KR102114527B1 (ko) 엔진 장치
KR101800637B1 (ko) Egr 제어 시스템을 구비한 대형 터보차지 2행정 자체점화 내연기관
KR102417386B1 (ko) 엔진의 흡기계의 수분 배출 시스템 및 방법
CN107614859B (zh) 发动机系统
JP2009013849A (ja) ディーゼル機関の制御装置
KR102338341B1 (ko) 엔진 시스템
CN105612311B (zh) 用于具有直流扫气的对置活塞发动机的捕集的已燃烧气体分数控制
WO2017159139A1 (ja) Ｅｇｒシステム
KR102099478B1 (ko) 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법
KR20190038650A (ko) 엔진 및 엔진 제어 방법
JP6404090B2 (ja) Ｅｇｒ弁の制御装置
EP2647821A1 (en) Exhaust gas recirculation for large internal combustion engines
Vlon Simulation of the Transient Operation of a Large Two-Stroke Marine Diesel Engine Equipped with an Exhaust Gas Recirculation System (EGR) for NOx Reduction
CN114060159A (zh) 发动机特性估计装置、发动机特性估计方法和存储介质
CN114061962A (zh) 发动机状态估计装置、发动机状态估计方法和存储介质
KR20230055371A (ko) 내연 엔진
JP2020051355A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant