KR101807042B1 - 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치는 가솔린 연료와 디젤 연료의 의해 구동력을 발생시키는 엔진을 포함하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진에 있어서, 엔진 속도, 및 연소압을 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 및 상기 운전 정보로부터 엔진의 운전 영역을 판단하고, 상기 운전 정보로부터 노킹 강도를 산출하며, 상기 운전 영역과 상기 노킹 강도에 따라 디젤 인젝터를 통해 분사되는 디젤 연료가 단일 분사 또는 이중 분사되도록 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법 {APPARATUS OF CONTROLLING OF GASOLIN-DIESEL COMPLEX COMBUSTION ENGINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린과 디젤 연료를 혼합하여 사용하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤 엔진은 연비가 뛰어나지만 NOx와 같은 오염 물질의 배출량이 많다. 반면 가솔린 엔진은 디젤 엔진에 비해 상대적으로 연비가 낮지만 NOx와 같은 오염 물질의 배출량이 상대적으로 작은 장점을 갖는다.
최근 들어, 디젤 엔진 차량의 배기 가스 규제가 강화됨에 따라, 새로운 방식의 디젤 엔진의 개발이 요구되고 있다.
새로운 방식의 디젤 엔진의 일례로써, 디젤 연료와 가솔린 연료를 혼합하여 사용하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진이 개발되고 있다.
이러한 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진은 흡입 행정 중에 가솔린과 공기를 예혼합한 혼합기를 흡입하고, 압축 행정 중에 착화를 제어하기 위한 디젤 연료를 분사시킨다. 그리고 착화 행정 중에 디젤 연료의 압축을 통해 디젤 연료가 착화되어 가솔린 연료도 함께 점화가 이루어진다. 마지막으로 폭발 행정을 통해 디젤 연료와 가솔린 연료가 연소되어 동력이 발생한다. 그러나 가솔린 연료와 디젤 연료의 분율에 따라, 스파크 플러그를 통한 착화가 이루어지는 경우도 있다.
종래 기술에 의한 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 경우, 디젤 연료를 분사할 때, 단일 분사(single injection) 방식을 적용하고 있다.
그러나 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 경우, 부하에 따른 연소 특성이 상이하기 때문에 부하에 따른 연료 분사 방식이 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진의 운전 영역에 따라 연료 분사 방식을 다르게 하여 연소 안정성과 배기 가스에 포함된 유해 물질을 저감시킬 수 있는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치는 가솔린 연료와 디젤 연료의 의해 구동력을 발생시키는 엔진을 포함하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진에 있어서, 엔진 속도, 및 연소압을 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 및 상기 운전 정보로부터 엔진의 운전 영역을 판단하고, 상기 운전 정보로부터 노킹 강도를 산출하며, 상기 운전 영역과 상기 노킹 강도에 따라 디젤 인젝터를 통해 분사되는 디젤 연료가 단일 분사 또는 이중 분사되도록 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 운전 영역이 저속 고부하 영역이면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되도록 제어하고, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 설정 강도보다 작으면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되도록 제어하며, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 상기 설정 강도 이상이면 상기 디젤 연료가 이중 분사 방식으로 분사되도록 제어할 수 있다.
상기 제어기는 BMEP(brake mean effective pressure), 및 상기 연소실로 분사되는 전체 연료 중 디젤 연료의 비율로 정의되는 디젤 분율로부터 엔진의 부하 영역을 판단할 수 있다.
상기 제어기는 상기 노킹 강도(rising intensity: RI)는 상기 운전 정보 감지부에서 감지된 최대 연소압, 연소 압력 상승률, 및 엔진 속도로부터 계산될 수 있다.
상기 노킹 강도(RI)는
Figure 112016049551522-pat00001
의 수학식을 통해 계산되고, 여기서, MPRR은 연소 압력 상승률, RPM은 엔진 속도, 및 Pmax는 최대 연소 압력일 수 있다.
상기 이중 분사는 미리 설정된 제1 BTDC CA(before top dead center crank angle)에서 제1 주분사가 수행되고, 미리 설정된 제2 BTDC CA에서 제2 주분사가 수행되며, 상기 엔진의 운전 영역이 저부하 영역에서 중부하 영역으로 이동할수록 상기 제1 BTDC CA는 증가하여 제1 주분사 시기는 진각될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법은 가솔린 연료와 디젤 연료를 혼합하여 사용하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법에 있어서, 운전 정보 감지부에 의해, 엔진 속도, 및 연소압을 포함하는 운전 정보를 감지하는 단계; 제어기에 의해, 상기 운전 정보로부터 엔진의 운전 영역을 판단하는 단계; 상기 제어기에 의해, 상기 운전 정보로부터 노킹 강도(RI: rising intensity)를 계산하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 엔진의 운전 영역과 상기 노킹 강도에 따라 디젤 인젝터를 통해 분사되는 디젤 연료가 단일 분사 또는 이중 분사 방식으로 분사되도록 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 운전 영역이 상기 운전 영역이 저속 고부하 영역이면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되고, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 설정 강도보다 작으면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되며, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 상기 설정 강도 이상이면 상기 디젤 연료가 이중 분사 방식으로 분사될 수 있다.
BMEP(brake mean effective pressure), 및 상기 연소실로 분사되는 전체 연료 중 디젤 연료의 비율로 정의되는 디젤 분율로부터 엔진의 부하 영역을 판단할 수 있다.
상기 노킹 강도(rising intensity: RI)는 상기 운전 정보 감지부에서 감지된 최대 연소압, 연소 압력 상승률, 및 엔진 속도로부터 계산될 수 있다.
상기 노킹 강도(RI)는
Figure 112016049551522-pat00002
의 수학식을 통해 계산되고, 여기서, MPRR은 연소 압력 상승률, RPM은 엔진 속도, 및 Pmax는 최대 연소 압력일 수 있다.
상기 이중 분사는 미리 설정된 제1 BTDC CA(before top dead center crank angle)에서 제1 주분사가 수행되고, 미리 설정된 제2 BTDC CA에서 제2 주분사가 수행되며, 상기 엔진의 운전 영역이 저부하 영역에서 중부하 영역으로 이동할수록 상기 제1 BTDC CA는 증가하여 제1 주분사 시기는 진각될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치에 의하면, 엔진의 운전 영역에 따라 디젤 연료의 분사 방식을 다르게 함으로써, 연소 안정성을 확보하고 배기 가스에 포함된 유해 물질을 저감시킬 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 복합 연소 엔진의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 저부하 영역에서 크랭크 각도에 따른 분사 시기, HRR, 및 연소압을 측정한 그래프이다.
도 8은 중부하 영역에서 크랭크 각도에 따른 분사 시기, HRR, 및 연소압을 측정한 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실(11)을 포함하는 엔진(10), 상기 연소실(11)로 디젤 연료를 분사하는 디젤 인젝터(13), 상기 연소실(11)로 가솔린 연료를 분사하는 가솔린 인젝터(15), 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부(20), 및 상기 엔진(10), 상기 디젤 인젝터(13), 상기 가솔린 인젝터(15)의 동작을 제어하는 제어기(30)를 포함한다.
상기 운전 정보 감지부(20)에 의해 감지되는 운전 정보는 엔진 속도, 및 연소압을 포함한다. 상기 엔진 속도는 크랭크 축의 회전 속도를 통해 감지될 수 있고, 상기 연소압은 연소압 센서를 통해 감지될 수 있다. 상기 운전 정보 감지부(20)에 의해 감지된 운전 정보는 전기적으로 연결된 상기 제어기(30)로 전송된다.
상기 제어기(30)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 제어기(30)는 상기 운전 정보로부터 엔진의 운전 영역을 판단하고, 상기 운전 정보로부터 노킹 강도(RI: rising intensity)를 계산한다. 상기 제어기(30)는 상기 엔진의 운전 영역 및 상기 노킹 강도에 따라 상기 디젤 인적터를 통해 분사되는 디젤 연료가 단일 분사 또는 이중 분사되도록 제어한다.
이때, 상기 제어기(30)는 상기 엔진 속도로부터 엔진의 속도 영역을 판단할 수 있다. 상기 제어기(30)는 상기 엔진 속도가 설정 속도보다 작으면 저속 영역으로 판단하고, 상기 엔진 속도가 설정 속도 이상이면 고속 영역으로 판단할 수 있다.
상기 제어기(30)는 BMEP(brake mean effective pressure), 및 상기 연소실(11)로 분사되는 전체 연료 중 디젤 연료의 비율로 정의되는 디젤 분율로부터 엔진(10)의 부하 영역을 판단할 수 있다.
상기 제어기(30)는 BMEP가 설정 압력(예를 들어, 4bar)보다 작고 디젤 분율이 설정 비율(예를 들어, 50%)보다 작으면 저중부하 영역으로 판단하고, BMEP가 설정 압력 이상이고 디젤 분율이 설정 비율 이상이면 고부하 영역으로 판단할 수 있다.
가솔린-디젤 혼합 연소 엔진에서, 디젤 연료는 점화원으로써 사용되고 가솔린 연료는 토크 제어용으로 사용된다. 따라서, 가솔린 연료의 비율이 높다(디젤 분율이 작단)는 것은 고부하 영역을 의미할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는, 연소실(11)에서 노킹이 발생하는 것을 예측하기 위해 노킹 강도(RI: rising intensity)를 사용한다. 상기 노킹 강도는 엔진(10)의 최대 연소압(Pmax), 연소 압력 상승률(MPRR: maximum pressure rise rate)(bar/deg), 및 엔진 속도(RPM: revolution per minute)으로부터 계산될 수 있다.
구체적으로, 상기 노킹 강도(RI)는 아래의 수학식을 통해 계산될 수 있다.
Figure 112016049551522-pat00003
여기서, MPRR은 연소 압력 상승률, RPM은 엔진 속도, 및 Pmax는 엔진 속도를 의미한다.
상기 노킹 강도가 작으면 연소실(11)에서 노킹이 발생할 가능성이 매우 낮기 때문에, 상기 제어기(30)는 디젤 연료를 단일 분사되도록 제어한다. 그러나 노킹 강도가 크면 연소실(11)에서 노킹이 발생할 가능성이 매우 높기 때문에, 상기 제어기(30)는 디젤 연료가 이중 분사되도록 제어한다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 운전 정보 감지부(20)는 엔진 속도, 및 연소압을 포함하는 운전 정보를 감지하고, 감지된 운전 정보는 상기 제어기(30)로 전송된다(S10).
상기 제어기(30)는 상기 운전 정보로부터 엔진의 운전 영역을 판단한다.
구체적으로, 상기 제어기(30)는 엔진의 속도 영역을 판단한다(S20). 상기 제어기(30)는 엔진 속도를 설정 속도와 비교하여, 상기 엔진 속도가 설정 속도보다 작으면, 저속 영역으로 판단한다.
상기 제어기(30)는 엔진의 부하 영역을 판단한다(S30). 상기 제어기(30)는 BMEP와 설정 압력을 비교하고, 디젤 분율을 설정 비율과 비교한다. 상기 BMEP가 설정 압력보다 작고, 상기 디젤 분율이 설정 비율보다 작으면, 상기 제어기(30)는 엔진의 운전 영역이 고부하 영역인 것으로 판단한다.
상기 엔진의 운전 영역이 저속 고부하 영역이면, 상기 제어기(30)는 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되도록 제어한다(S40).
다음의 표는, 저속 고부하 영역에서 단일 분사와 이중 분사에 따른 에미션을 도시한 도표이다.
단일 분사 이중 분사
NOx [ppm] 35 35
PM [FSN] 0.09 0.10
CO [ppm] 7500 3662
THC [ppm] 4403 4182
CO2 [g/kWh] 199.9 194.1
표 1에 도시된 바와 같이, 저속 고부하 영역에서 디젤 연료를 단일 분사하는 경우 이중 분사하는 경우를 비교하면, 일산화탄소만 차이가 있을 뿐 질소산화물(NOx), 입자상 물질(PM: particulate material), 토탈하이드로카본(total hydro-carbon), 및 이산화탄소(CO2)의 차이는 거의 없는 것으로 나타나고 있다.
따라서, 저속 고부하 영역에서는 이중 분사에 대한 이득이 거의 없기 때문에, 단일 분사를 수행하는 것이 바람직하다.
상기 S20 단계에서, 엔진 속도가 설정속도 이상이면 상기 제어기(30)는 고속 영역으로 판단한다. 그리고, 상기 S30 단계에서, 상기 BMEP가 설정 압력 이상이고, 상기 디젤 분율이 설정 비율 이상이면, 상기 제어기(30)는 엔진의 운전 영역이 저중부하 영역인 것으로 판단한다.
상기 제어기(30)는 엔진의 운전 영역이 고속 저중부하 영역이면, 노킹 강도(RI)를 계산한다(S50). 상기 노킹 강도는 연소실(11)에서 노킹이 발생하는 가능성을 예측하기 위한 것으로, 구체적인 계산 방법은 앞에서 설명한 바와 같다.
상기 제어기(30)는 상기 노킹 강도를 설정 강도(예를 들어, 5MW/m2)와 비교하고(S60), 상기 노킹 강도가 설정 강도보다 작으면, 상기 제어기(30)는 연소실(11)에서 노킹이 발생할 가능성이 작은 것으로 판단하고, 상기 디젤 연료를 단일 분사한다(S40).
상기 S60 단계에서, 노킹 강도가 설정 강도 이상이면, 상기 제어기(30)는 연소실(11)에서 노킹이 발생할 가능성이 높은 것으로 판단하고, 상기 디젤 연료를 이중 분사한다(S70).
다음의 표는 고속 저부하 영역에서 단일 분사와 이중 분사에 따른 에미션을 도시한 도표이다.
단일 분사 이중 분사
NOx [ppm] 29 36
PM [FSN] 0.02 0.10
CO [ppm] 7600 4675
THC [ppm] 3420 2139
CO2 [g/kWh] 207.1 206.2
표 2에 도시된 바와 같이, 고속 저부하 영역에서 디젤 연료를 이중 분사하면, 질소산화물(NOx)은 증가하지만, 입자상 물질(PM: particulate material), 일산화탄소(CO), 토탈하이드로카본(total hydro-carbon), 및 이산화탄소(CO2)의 발생량은 감소하는 것을 알 수 있다.
다음의 표는 고속 중부하 영역에서 단일 분사와 이중 분사에 따른 에미션을 도시한 도표이다.
단일 분사 이중 분사
NOx [ppm] 25 24
PM [FSN] 0.10 0.08
CO [ppm] 6800 3900
THC [ppm] 4502 4512
CO2 [g/kWh] 218.7 215.1
표 3에 도시된 바와 같이, 고속 중부하 영역에서 디젤 연료를 이중 분사하면, 질소산화물(NOx), 입자상물질(PM), 일산화탄소(CO), 토탈하이드로카본(total hydro-carbon), 및 이산화탄소(CO2)의 발생량이 감소하는 것을 알 수 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 동작에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 복합 연소 엔진의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 저부하 영역에서 크랭크 각도에 따른 분사 시기, HRR, 및 연소압을 측정한 그래프이다. 도 8은 중부하 영역에서 크랭크 각도에 따른 분사 시기, HRR, 및 연소압을 측정한 그래프이다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 동작에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린-디젤 복합 연소 엔진의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 저부하 영역에서 크랭크 각도에 따른 분사 시기, HRR, 및 연소압을 측정한 그래프이다. 도 8은 중부하 영역에서 크랭크 각도에 따른 분사 시기, HRR, 및 연소압을 측정한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 흡입 행정 중에 흡기 밸브(18)가 흡기 포트를 개방하고, 흡기 매니폴드를 통해 유입되는 공기와 상기 가솔린 인젝터(15)를 통해 분사되는 가솔린 연료가 예혼합되어 상기 연소실 내부로 분사된다.
그리고 가솔린 연료의 분사 시점은 약 180 BTDC CA()에서 분사되도록 설정된다.
도 4를 참조하면, 압축 행정 중에 피스톤이 상측으로 이동하면서 예혼합된 가솔린 연료를 압축하기 시작하고, 상기 디젤 인젝터를 통해 디젤 연료가 연소실 내부로 분사된다. 상기 디젤 인젝터에 의해 분사되는 디젤 연료는 가솔린 연료의 착화를 제어하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
이때, 디젤 연료의 이중 분사는 미리 설정된 제1 BTDC CA(before top dead center crank angle)에서 제1 주분사가 수행되고, 미리 설정된 제2 BTDC CA에서 제2 주분사가 수행된다. 이때, 상기 제1 BTDC CA는 제2 BTDC CA보다 크기 때문에, 제1 주분사가 먼저 수행되고, 제2 주분사는 제1 주분사 이후에 수행된다.
상기 디젤 연료가 이중 분사될 때는 상기 제1 주분사는 45±3 BTDC CA에서 분사되고, 상기 제2 주분사는 20±3 BTDC CA에서 분사되도록 설정된다.
상기 디젤 연료가 단일 분사될 때는 상기 디젤 연료의 분사 시점은 30±3 BTDC CA에서 분사되도록 설정된다.
상기 제1 주분사 시에 분사되는 디젤 연료량과 제2 주분사 시에 분사되는 디젤 연료량은 부하에 따라 다르게 설정될 수 있다. 이때, 제1 주분사량과 제2 주분사량은 맵 테이블 형식으로 상기 제어기(30)에 미리 저장될 수 있다. 예를 들어, BMEP가 커질수록 상기 제2 주분사량은 감소하도록 설정될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 피스톤이 상측으로 이동하면서 분사된 디젤 연료를 압축하여 착화가 이루어진다. 필요에 따라서는 상기 스파크 플러그를 통해 점화가 이루어진다.
도 6을 참조하면, 가솔린-디젤이 혼합된 전체 연료가 점화되면서 혼합 연료가 폭발하고, 이때 발생한 동력으로 인해 상기 피스톤이 아래쪽으로 동력이 발생하게 된다. 그리고 상기 배기 밸브가 개방되면서, 연소 과정에서 발생한 배기 가스는 배기 포트를 통해 배기 매니폴드로 배출된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 디젤 연료를 이중 분사하면 연소압과 열발생률(HRR: heat release rate)이 증가하고, 최대 연소압과 최대 열발생률이 TDC(top dead center)에 근접하게 이동하는 것을 알 수 있다.
연소압과 열발생률이 상사점에 근접하게 이동하는 것은 제1 주분사에 의해 가솔린 연료와 디젤 연료가 예혼합(premixed)되어 점화원으로 작용하는 디젤 연료가 연소실(11) 내부 공간의 고르게 분포되기 때문에, 가솔린 연료의 연소 속도가 빨라지기 때문이다.
이와 같이, 연소압과 열발생률의 최대값이 상사점에 근접하면, 엔진의 유효일이 증가하기 때문에, 엔진 효율이 향상된다.
본 발명의 명세서에서, 디젤 연료의 이중 분사는 일반적인 디젤 엔진에서 주분사 이전에 이루어지는 파일럿 분사(pilot injection)가 명백한 차이가 있다. 일반적인 디젤 엔진에서 이루어지는 파일럿 분사는 주분사 연료량의 약 10% 미만으로 분사되고, 주분사는 상사점(TDC) 근처에서 분사된다. 하지만, 본원 발명의 이중 분사는 종래의 주분사가 두 번에 나누어 분사되고, 제1 주분사량과 제2 주분사량의 차이가 크지 않은 점에서 종래의 파일럿 분사와 상이하다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, 엔진의 운전 영역과 노킹 강도에 따라, 디젤 연료의 주분사를 두 번으로 나누어 이중 분사함으로써, 에미션을 향상시킬 수 있고, 연소 효율을 증가시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 엔진
11: 연소실
13: 디젤 인젝터
15: 가솔린 인젝터
20: 운전 정보 감지부
30: 제어기

Claims (12)

  1. 가솔린 연료와 디젤 연료의 의해 구동력을 발생시키는 엔진을 포함하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진에 있어서,
    엔진 속도, 및 연소압을 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 및
    상기 운전 정보로부터 엔진의 운전 영역을 판단하고, 상기 운전 정보로부터 노킹 강도를 산출하며, 상기 운전 영역과 상기 노킹 강도에 따라 디젤 인젝터를 통해 분사되는 디젤 연료가 단일 분사 또는 이중 분사되도록 제어하는 제어기;
    를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 운전 영역이 저속 고부하 영역이면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되도록 제어하고, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 설정 강도보다 작으면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되도록 제어하며, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 상기 설정 강도 이상이면 상기 디젤 연료가 이중 분사 방식으로 분사되도록 제어하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    BMEP(brake mean effective pressure), 및 연소실로 분사되는 전체 연료 중 디젤 연료의 비율로 정의되는 디젤 분율로부터 엔진의 부하 영역을 판단하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 노킹 강도(rising intensity: RI)는 상기 운전 정보 감지부에서 감지된 최대 연소압, 연소 압력 상승률, 및 엔진 속도로부터 계산되는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 노킹 강도(RI)는
    Figure 112016049551522-pat00004
    의 수학식을 통해 계산되고,
    여기서, MPRR은 연소 압력 상승률, RPM은 엔진 속도, 및 Pmax는 최대 연소 압력인 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이중 분사는
    미리 설정된 제1 BTDC CA(before top dead center crank angle)에서 제1 주분사가 수행되고, 미리 설정된 제2 BTDC CA에서 제2 주분사가 수행되며,
    상기 엔진의 운전 영역이 저부하 영역에서 중부하 영역으로 이동할수록 상기 제1 BTDC CA는 증가하여 제1 주분사 시기가 진각되는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치.
  7. 가솔린 연료와 디젤 연료를 혼합하여 사용하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법에 있어서,
    운전 정보 감지부에 의해, 엔진 속도, 및 연소압을 포함하는 운전 정보를 감지하는 단계;
    제어기에 의해, 상기 운전 정보로부터 엔진의 운전 영역을 판단하는 단계;
    상기 제어기에 의해, 상기 운전 정보로부터 노킹 강도(RI: rising intensity)를 계산하는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 엔진의 운전 영역과 상기 노킹 강도에 따라 디젤 인젝터를 통해 분사되는 디젤 연료가 단일 분사 또는 이중 분사 방식으로 분사되도록 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 운전 영역이 저속 고부하 영역이면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되고, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 설정 강도보다 작으면 상기 디젤 연료가 단일 분사 방식으로 분사되며, 상기 운전 영역이 고속 저중부하 영역이고 상기 노킹 강도가 상기 설정 강도 이상이면 상기 디젤 연료가 이중 분사 방식으로 분사되는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    BMEP(brake mean effective pressure), 및 연소실로 분사되는 전체 연료 중 디젤 연료의 비율로 정의되는 디젤 분율로부터 엔진의 부하 영역을 판단하는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 노킹 강도(rising intensity: RI)는 상기 운전 정보 감지부에서 감지된 최대 연소압, 연소 압력 상승률, 및 엔진 속도로부터 계산되는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노킹 강도(RI)는
    Figure 112016049551522-pat00005
    의 수학식을 통해 계산되고,
    여기서, MPRR은 연소 압력 상승률, RPM은 엔진 속도, 및 Pmax는 최대 연소 압력인 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 이중 분사는
    미리 설정된 제1 BTDC CA(before top dead center crank angle)에서 제1 주분사가 수행되고, 미리 설정된 제2 BTDC CA에서 제2 주분사가 수행되며,
    상기 엔진의 운전 영역이 저부하 영역에서 중부하 영역으로 이동할수록 상기 제1 BTDC CA는 증가하여 제1 주분사 시기가 진각되는 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 방법.
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