KR101991260B1 - Ultra low emission gas engine and its fuel quantity control method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an ultralow-emission gas engine comprising: an engine body (10); an exhaust pipe (20) connected to the engine body (10); a first three-way catalyst (30) installed on the exhaust pipe (20); a first oxygen sensor (40) installed on the exhaust pipe (20) to be positioned in front of the first three-way catalyst (30); a second oxygen sensor (50) installed on the exhaust pipe (20) to be positioned behind the first three-way catalyst (30); a nitrogen oxide (NOx) sensor (60) installed on the exhaust pipe (20) to be positioned behind the second oxygen sensor (50); and a controller (70) electrically connected to the first and the second oxygen sensor (40, 50) and the NOx sensor (60) to calculate a fuel amount of a theoretical air-fuel ratio based on output values detected in real time from the first and the second oxygen sensor (40, 50) and the NOx sensor (60) to correct and control a fuel amount supplied to the engine body (10). Accordingly, the functionality and usability of the ultralow-emission gas engine can be improved.

Description

초저공해 가스엔진 및 그 연료량 제어방법 {ULTRA LOW EMISSION GAS ENGINE AND ITS FUEL QUANTITY CONTROL METHOD}Ultra low pollution gas engine and fuel control method {ULTRA LOW EMISSION GAS ENGINE AND ITS FUEL QUANTITY CONTROL METHOD}

본 발명은 초저공해 가스엔진 및 그 연료량 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부로 배출되는 배기가스 중에 포함되어 있는 각종 유해성분을 간편하고 효율적으로 제거할 수 있는 초저공해 가스엔진 및 그 연료량 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra low pollution gas engine and a fuel amount control method thereof, and more particularly, to an ultra low pollution gas engine and a fuel amount control for removing various harmful components contained in exhaust gas discharged to the outside easily and efficiently. It is about a method.

일반적으로 가스엔진은 액화석유가스·석탄가스·천연가스 등의 가스를 연료로 사용하는 내연기관이며, 열효율이 높을 뿐 아니라 배기가스의 공해도가 상대적으로 적다.In general, a gas engine is an internal combustion engine that uses gas such as liquefied petroleum gas, coal gas, and natural gas as fuel, and has high thermal efficiency and relatively low pollution of exhaust gas.

이러한 가스엔진은 그 기술적 장점으로 인해 여러 다양한 기술분야에 적용되고 있다.These gas engines have been applied to various technical fields due to their technical advantages.

특히 대기환경적 측면이 중시되고 있는 최근에는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해성분을 저감시키기 위한 초저공해 가스엔진에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.In particular, in recent years, where the environmental aspects are important, research and development on ultra low pollution gas engines for reducing harmful components contained in exhaust gas have been actively conducted.

종래의 초저공해 가스엔진은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 엔진본체(1); 엔진본체(1)와 연결되는 배기관(2); 배기관(2)에 설치되어, 배기가스의 유해성분을 처리하는 전촉매(3); 배기관(2)에 설치되어, 배기가스의 유해성분을 처리하는 후촉매(4); 전촉매(3)의 전단에 배치되어, 배기가스의 산소 농도를 실시간으로 검지하는 전단산소센서(5); 전촉매(3)의 후단에 배치되어, 배기가스의 산소 농도를 실시간으로 검지하는 후단산소센서(6); 엔진본체(1)에 공급되는 연료의 공급량을 제어하는 연료량제어밸브(7); 후단산소센서(6)의 신호를 이용하여 전단산소센서(5)의 신호를 기초로 계산된 기본연료량을 보정하여 연료량제어밸브(7)를 조절하는 엔진제어부(8)를 포함하여 구성된다. The conventional ultra low pollution gas engine, as shown in Figure 1, the engine body (1); An exhaust pipe 2 connected to the engine main body 1; A precatalyst (3) installed in the exhaust pipe (2) for treating harmful components of the exhaust gas; A post-catalyst (4) installed in the exhaust pipe (2) for treating harmful components of the exhaust gas; A shear oxygen sensor 5 disposed at the front end of the procatalyst 3 to detect the oxygen concentration of the exhaust gas in real time; A post-stage oxygen sensor 6 disposed at the rear end of the precatalyst 3 and detecting the oxygen concentration of the exhaust gas in real time; A fuel amount control valve 7 for controlling a supply amount of fuel supplied to the engine body 1; The engine control unit 8 is configured to adjust the fuel amount control valve 7 by correcting the basic fuel amount calculated based on the signal of the front end oxygen sensor 5 using the signal of the rear end oxygen sensor 6.

이러한 초저공해 가스엔진은 등록특허공보 제10-1807753호에 개시되어 있으므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.The ultra low pollution gas engine is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1807753, and a detailed description thereof will be omitted.

그러나 위와 같은 초저공해 가스엔진은 배기관(2)을 통해 배출되는 배기가스에 포함된 유해성분을 실제로 계측하는 것이 아니라, 전단산소센서(5) 및 후단산소센서(6)에서 실시간으로 검지된 출력값(산소 농도)을 통해 배기가스 중의 연료량이 이론공연비 대비하여 농후한지 또는 희박한지를 판단하여 엔진본체(1)로 공급되는 연료량을 보정제어한다.However, the ultra low pollution gas engine as described above does not actually measure the harmful components contained in the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 2, but output values detected in real time by the front end oxygen sensor 5 and the rear end oxygen sensor 6. The amount of fuel supplied to the engine main body 1 is corrected and controlled by determining whether the amount of fuel in the exhaust gas is rich or lean compared to the theoretical performance ratio through oxygen concentration).

이에 따라, 배기관(2)을 통해 배출되는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해성분인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)을 완벽하게 제거하는 데에는 한계가 있다.Accordingly, there is a limit to completely remove the carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) that are harmful components contained in the exhaust gas discharged through the exhaust pipe (2).

특히 질소산화물(NOx)의 제거효율이 상대적으로 저하되는 문제점이 제기되고 있다.In particular, there is a problem that the removal efficiency of nitrogen oxides (NOx) is relatively reduced.

이는 결국, 초저공해 가스엔진의 기능성 및 사용성을 저하시키는 결과를 초래한다.This, in turn, results in deterioration of the functionality and usability of the ultra low pollution gas engine.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해성분인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)의 제거효율을 극대화시킬 수 있는 초저공해 가스엔진 및 그 연료량 제어방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved in the present invention is the removal efficiency of carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) which are harmful components contained in the exhaust gas It is to provide an ultra low pollution gas engine and a fuel control method thereof that can be maximized.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진은, 엔진본체; 상기 엔진본체에 연결되는 배기관; 상기 배기관에 설치되는 제1 삼원촉매; 상기 배기관에 설치되어, 상기 제1 삼원촉매의 전방에 위치하는 제1 산소센서; 상기 배기관에 설치되어, 상기 제1 삼원촉매의 후방에 위치하는 제2 산소센서; 상기 배기관에 설치되어, 상기 제2 산소센서의 후방에 위치하는 녹스센서; 상기 제1·2 산소센서 및 상기 녹스센서와 전기적으로 연결되어, 상기 제1·2 산소센서 및 상기 녹스센서로부터 실시간으로 검지된 출력값을 기초로 이론공연비의 연료량을 계산하여 상기 엔진본체로 공급되는 연료량을 보정제어하는 제어기를 포함하여 구성되는 데 그 기술적 특징이 있다.Ultra low pollution gas engine according to the present invention for solving the above problems, the engine body; An exhaust pipe connected to the engine body; A first three-way catalyst installed in the exhaust pipe; A first oxygen sensor installed in the exhaust pipe and positioned in front of the first three-way catalyst; A second oxygen sensor installed in the exhaust pipe and positioned behind the first three-way catalyst; A Knox sensor installed in the exhaust pipe and positioned behind the second oxygen sensor; Electrically connected to the first and second oxygen sensors and the Knox sensor, the fuel amount of the theoretical performance ratio is supplied to the engine main body based on the output value detected in real time from the first and second oxygen sensors and the Knox sensor. It includes a controller for compensating and controlling the fuel amount, which has a technical feature.

그리고 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법은, 제1 산소센서의 출력값을 이용하여 연료량을 보정하는 1차 연료량 보정단계; 제2 산소센서의 출력값을 이용하여 연료량을 보정하는 2차 연료량 보정단계; 녹스센서의 출력값을 이용하여 상기 1·2차 연료량 보정단계를 거쳐 보정된 연료량을 추가 보정하여 상기 녹스센서의 출력값이 일정의 범위 내에 들어오도록 하는 최종 연료량 보정단계를 포함하여 구성되는 그 기술적 특징이 있다.And the fuel amount control method of the ultra-low pollution gas engine according to the present invention, the first fuel amount correction step of correcting the fuel amount by using the output value of the first oxygen sensor; A second fuel amount correcting step of correcting a fuel amount using an output value of the second oxygen sensor; The technical feature includes a final fuel amount correction step of further correcting the fuel amount corrected through the first and second fuel amount correction steps using the output value of the Knox sensor so that the output value of the Knox sensor falls within a predetermined range. have.

본 발명에 따른 초저공해 가스엔진은 녹스센서를 통해 실시간으로 검지된 출력값(질소산화물 농도)을 제1·2 산소센서의 출력값(산소 농도)을 이용한 이론공연비의 연료량 계산과정에 반영하여 보정함으로 인해, 배기가스 중에 포함되어 있는 유해성분인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)의 제거효율을 극대화할 수 있다.The ultra low pollution gas engine according to the present invention is corrected by reflecting the output value (nitrogen oxide concentration) detected in real time through the Knox sensor in the fuel amount calculation process of the theoretical fuel ratio using the output value (oxygen concentration) of the first and second oxygen sensors. In addition, it is possible to maximize the removal efficiency of carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) that are harmful components contained in the exhaust gas.

특히 녹스센서의 출력값이 일정의 범위 내에 존재하도록 연료량을 보정제어함으로써 질소산화물(NOx)의 배출량을 평균 10 ppm 이하를 유지할 수 있다는 장점이 있다.In particular, by adjusting the fuel amount so that the output value of the Knox sensor is within a certain range, there is an advantage that the emission of nitrogen oxides (NOx) can be maintained on average 10 ppm or less.

이에 따라, 초저공해 가스엔진의 기능성 및 사용성을 상대적으로 향상시킬 수 있다.Accordingly, the functionality and usability of the ultra low pollution gas engine can be relatively improved.

도 1은 종래의 초저공해 가스엔진을 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진을 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법을 도시한 블럭도,
도 4는 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 제1·2 산소센서 출력값에 따른 배기가스 유해성분의 농도변화를 도시한 그래프,
도 5는 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 제1·2 산소센서를 이용한 연료량 제어의 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법에서 최종 연료량 보정단계를 도시한 흐름도,
도 7은 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 녹스센서 출력값이 하한값보다 작은 경우의 제어 형상을 도시한 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 녹스센서 출력값이 상한값보다 큰 경우의 제어 형상을 도시한 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법을 이용한 배기가스의 시험결과를 도시한 그래프이다.1 is a configuration diagram showing a conventional ultra low pollution gas engine,
2 is a block diagram showing an ultra low pollution gas engine according to the present invention;
3 is a block diagram showing a fuel amount control method of an ultra low pollution gas engine according to the present invention;
4 is a graph showing the concentration change of harmful components of the exhaust gas according to the output value of the first and second oxygen sensor of the ultra-low pollution gas engine according to the present invention;
5 is a conceptual diagram of fuel amount control using the first and second oxygen sensors of the ultra low pollution gas engine according to the present invention;
6 is a flowchart illustrating a final fuel amount correction step in a fuel amount control method of an ultra low pollution gas engine according to the present invention;
7 is a graph showing a control shape when the Knox sensor output value of the ultra low pollution gas engine according to the present invention is smaller than the lower limit value;
8 is a graph showing a control shape when the Knox sensor output value of the ultra low pollution gas engine according to the present invention is larger than the upper limit value,
9 is a graph showing the test results of the exhaust gas using the fuel amount control method of the ultra low pollution gas engine according to the present invention.

아래에서는 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진 및 그 연료량 제어방법을 첨부된 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an ultra low pollution gas engine and a fuel amount control method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진은 엔진본체(10); 엔진본체(10)에 연결되는 배기관(20); 배기관(20)에 설치되는 제1 삼원촉매(30); 배기관(20)에 설치되는 제1 산소센서(40); 배기관(20)에 설치되는 제2 산소센서(50); 배기관(20)에 설치되는 녹스센서(60); 제1·2 산소센서(40, 50) 및 녹스센서(60)와 전기적으로 연결되는 제어기(70); 제2 산소센서(50) 및 녹스센서(60) 사이에 설치되는 제2 삼원촉매(80); 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 조절하는 연료량조절밸브(90)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the ultra low pollution gas engine according to the present invention includes an engine body 10; An exhaust pipe 20 connected to the engine body 10; A first three-way catalyst 30 installed in the exhaust pipe 20; A first oxygen sensor 40 installed in the exhaust pipe 20; A second oxygen sensor 50 installed in the exhaust pipe 20; A rusty sensor 60 installed in the exhaust pipe 20; A controller 70 electrically connected to the first and second oxygen sensors 40 and 50 and the Knox sensor 60; A second three-way catalyst 80 installed between the second oxygen sensor 50 and the Knox sensor 60; It is configured to include a fuel amount control valve 90 for adjusting the amount of fuel supplied to the engine body (10).

엔진본체(10)는 공기와 혼합된 기체연료를 점화에 의해 착화시키는 역할을 수행하며, 이러한 엔진본체(10)는 흡기매니폴드(100) 및 배기매니폴드(110)와 연통 설치된다.The engine body 10 serves to ignite the gaseous fuel mixed with air by ignition, and the engine body 10 is installed in communication with the intake manifold 100 and the exhaust manifold 110.

그리고 엔진본체(10)에는 그 용도에 따라 변속기, 발전기, 압축기, 송풍기 등과 같은 엔진동력이용유닛(120)이 장착된다.The engine main body 10 is equipped with an engine power utilization unit 120 such as a transmission, a generator, a compressor, a blower, and the like according to its use.

배기관(20)은 엔진본체(10)에서 배출되는 배기가스를 외부로 안내하기 위한 것이다. 이러한 배기관(20)은 배기매니폴드(110)를 매개로 엔진본체(10)와 연통된다.The exhaust pipe 20 is for guiding the exhaust gas discharged from the engine body 10 to the outside. The exhaust pipe 20 communicates with the engine main body 10 via the exhaust manifold 110.

제1 삼원촉매(30)는 배기관(20)을 통해 배출되는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해성분 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)를 산화시키는 산화작용을 함과 아울러 질소산화물(NOx)을 질소나 산소로 환원시키는 환원작용을 수행한다. 이와 같은 제1 삼원촉매(30)의 산화 및 환원작용을 통해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있게 된다.The first three-way catalyst 30 has an oxidation function of oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) among the harmful components contained in the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 20, and nitrogen oxide (NOx) as nitrogen. Or reducing to oxygen. Through the oxidation and reduction of the first three way catalyst 30, it is possible to remove carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx).

또한 제1 삼원촉매(30)는 배기관(20)에 적어도 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다.In addition, at least one first three-way catalyst 30 is preferably installed in the exhaust pipe 20.

한편, 제1 삼원촉매(30)의 능력을 충분히 발휘하기 위해서는 공연혼합비를 이론공연비에 가깝게 하는 것이 중요하며, 제1 삼원촉매(30)로는 공지의 삼원촉매를 사용하므로 그 자세한 설명은 생략한다.On the other hand, in order to fully exhibit the capabilities of the first three-way catalyst 30, it is important to close the performance mixture ratio to the theoretical performance ratio, and since the first three-way catalyst 30 uses a known three-way catalyst, its detailed description will be omitted.

제1 산소센서(40)는 제1 삼원촉매(30)의 전방에 위치하며, 엔진본체(10)에서 배출되는 배기가스 중의 산소 농도를 실시간으로 검지한다. 그리고 제2 산소센서(50)는 제1 삼원촉매(30)의 후방에 위치하며, 제1 삼원촉매(30)를 통과한 배기가스 중의 산소 농도를 실시간으로 검지한다.The first oxygen sensor 40 is located in front of the first three-way catalyst 30, and detects the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the engine body 10 in real time. And the second oxygen sensor 50 is located behind the first three-way catalyst 30, and detects the oxygen concentration in the exhaust gas passing through the first three-way catalyst 30 in real time.

이와 같은 제1·2 산소센서(40, 50)의 출력값을 이용하여 이론공연비의 연료량을 보정제어한다.The fuel amount of the theoretical performance ratio is corrected and controlled by using the output values of the first and second oxygen sensors 40 and 50.

한편, 제1·2 산소센서(40, 50)로는 배기가스 중의 산소 농도를 정확하고 효율적으로 검지할 수 있는 범위 내에서 공지된 다양한 종류의 것을 선택적으로 적용할 수 있다.On the other hand, the first and second oxygen sensors 40 and 50 can selectively apply various kinds of known ones within a range capable of accurately and efficiently detecting the oxygen concentration in the exhaust gas.

녹스센서(NOx sensor)(60)는 제2 산소센서(50)의 후방에 위치하며, 제1 삼원촉매(30)를 통과한 배기가스 중의 질소산화물 농도를 실시간으로 검지하는 역할을 수행한다.The NOx sensor 60 is located at the rear of the second oxygen sensor 50 and serves to detect in real time the concentration of nitrogen oxide in the exhaust gas that has passed through the first three way catalyst 30.

이와 같은 녹스센서(60)의 출력값을 이용하여 이론공연비의 연료량을 추가적으로 보정제어한다.By using the output value of the Knox sensor 60, the fuel amount of the theoretical performance ratio is further adjusted and controlled.

제어기(70)는 제1·2 산소센서(40, 50) 및 녹스센서(60)로부터 실시간으로 검지된 산소 및 질소산화물 농도에 대한 출력값을 기초로 이론공연비의 연료량을 계산하여 녹스센서(60)의 출력값이 일정의 범위 내에 존재하도록 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 보정제어한다.The controller 70 calculates the fuel amount of the theoretical performance ratio based on the output values for the oxygen and nitrogen oxide concentrations detected in real time from the first and second oxygen sensors 40 and 50 and the Knox sensor 60 and the Knox sensor 60. The amount of fuel supplied to the engine main body 10 is corrected and controlled so that the output value of the value falls within a predetermined range.

이에 따라, 배기가스 중의 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)을 간편하고 효율적으로 제거할 수 있을 뿐 아니라 그 제거효율을 극대화시킬 수 있다.Accordingly, carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas can be easily and efficiently removed, and the removal efficiency thereof can be maximized.

제2 삼원촉매(80)는 배기관(20)을 통해 배출되는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해성분 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)를 산화시키는 산화작용을 함과 아울러 질소산화물(NOx)을 질소나 산소로 환원시키는 환원작용을 수행한다. 이와 같은 제2 삼원촉매(80)의 산화 및 환원작용을 통해 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있게 된다.The second three-way catalyst 80 oxidizes carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) among the harmful components contained in the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 20, and nitrogen oxides (NOx) as nitrogen. Or reducing to oxygen. Through the oxidation and reduction of the second tertiary catalyst 80, carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) can be removed.

그리고 제2 삼원촉매(80)는 배기관(20)에 적어도 하나 이상 설치되는 것이 바람직하다.And at least one second tertiary catalyst 80 is preferably installed in the exhaust pipe (20).

한편, 제2 삼원촉매(80)의 능력을 충분히 발휘하기 위해서는 공연혼합비를 이론공연비에 가깝게 하는 것이 중요하다.On the other hand, in order to fully exhibit the capacity of the second three-way catalyst 80, it is important to bring the performance mixing ratio closer to the theoretical performance ratio.

이상에서 설명한 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법을 도 3을 참고하여 설명하면 아래와 같다.The fuel amount control method of the ultra low pollution gas engine described above will be described with reference to FIG. 3.

① 1차 연료량 보정단계(S10) : 제1 산소센서(40)의 출력값을 이용하여 연료량을 1차적으로 보정하는 단계임.① Primary fuel amount correction step (S10): This is the step of primarily correcting the fuel amount by using the output value of the first oxygen sensor 40.

이 단계에서는 제어기(70)를 통해 제1 산소센서(40)의 출력값을 기준으로 P-I(Proportional-Integral) 제어를 실시하여 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 제1 산소센서(40)의 출력값이 0.45V 이상이 되면 배기가스 중의 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)의 발생량이 증가하므로 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 감소시키고, 반대로 제1 산소센서(40)의 출력값이 0.45V 이하가 되면 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 발생량이 증가하므로 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 증가시켜 제1 삼원촉매(30)에서 산화·환원반응이 원활하게 이루어지도록 함으로서 배기가스 중의 유해성분(CO, HC, NOx)을 감소시킨다.In this step, PI (Proportional-Integral) control is performed based on the output value of the first oxygen sensor 40 through the controller 70, so that the output value of the first oxygen sensor 40 is 0.45 as shown in FIG. When V or more is generated, the amount of carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) generated in the exhaust gas increases, thereby reducing the amount of fuel supplied to the engine main body 10, and conversely, when the output value of the first oxygen sensor 40 becomes 0.45 V or less. Since the amount of nitrogen oxides (NOx) generated in the exhaust gas increases, the amount of fuel supplied to the engine main body 10 is increased, so that the oxidation and reduction reactions are smoothly performed in the first three-way catalyst 30. , HC, NOx).

② 2차 연료량 보정단계(S20); 제2 산소센서(50)의 출력값을 이용하여 1차 연료량 보정단계(S10)를 거쳐 보정된 연료량을 2차적으로 보정하는 단계임.② secondary fuel amount correction step (S20); Secondarily correcting the fuel amount corrected through the first fuel amount correction step S10 by using the output value of the second oxygen sensor 50.

이 단계에서는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 제2 산소센서(50)의 출력값을 기준으로 P-JUMP 제어를 실시하여 제2 산소센서(50)의 출력값이 기준값 이하이면 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 증가시키고, 반대로 제2 산소센서(50)의 출력값이 기준값 이상이면 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 감소시켜 제1·2 삼원촉매(30, 80)의 배기가스 정화 성능을 향상시킨다.In this step, as shown in FIG. 5, P-JUMP control is performed based on the output value of the second oxygen sensor 50, and when the output value of the second oxygen sensor 50 is less than or equal to the reference value, the engine body 10 is supplied to the engine body 10. If the output amount of the second oxygen sensor 50 is equal to or greater than the reference value, the amount of fuel supplied to the engine body 10 is reduced to improve the exhaust gas purification performance of the first and second three-way catalysts 30 and 80. Let's do it.

이와 같은 2차 연료량 보정단계(S20)를 거침으로써 보다 정밀한 연료량 제어가 가능하다.By going through the secondary fuel amount correction step (S20) as described above, more precise fuel amount control is possible.

③ 최종 연료량 보정단계(S30) : 녹스센서(60)의 출력값을 이용하여 1차 연료량 보정단계(S10) 및 2차 연료량 보정단계(S20)를 거쳐 보정된 연료량을 최종적으로 추가 보정하여 녹스센서(60)의 출력값이 일정의 범위 내에 존재하도록 하는 단계임.③ Final fuel amount correction step (S30): using the output value of the Knox sensor 60 through the first fuel amount correction step (S10) and the second fuel amount correction step (S20) finally additionally corrected by the Knox sensor ( 60) the output value is within a certain range.

먼저, 녹스센서(60)는 세라믹 재질로 이루어져 활성화하기까지는 그 내부의 히터에 전원을 공급하여야 하고, 일정시간 동안의 전원공급 후에는 녹스센서(60)에서 현재의 배기가스 중의 정확한 질소산화물(NOx) 농도가 검출되기까지 목표대기시간이 필요하다. 또한 이론공연비 제어 가스엔진에 녹스센서(60)를 적용하는 경우, 리치 번(Rich Burn) 조건, 즉 농후 공연비 조건에서 배기가스 중에 질소산화물(NOx)의 발생없이 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)만 발생되는 경우에도 녹스센서(60)는 질소산화물(NOx) 발생되고 있다고 검지하여 그 출력값을 제어기(70)로 제공하는 것을 실험적으로 확인하였다.First, the Knox sensor 60 is made of a ceramic material and must be supplied with power to the heater therein until it is activated. After the power supply for a predetermined time, the NOx sensor 60 is correct in the present exhaust gas. Target waiting time is required before concentration is detected. In addition, when the Knox sensor 60 is applied to the theoretical air-fuel-controlled gas engine, carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) without generation of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas under rich burn conditions, that is, rich air-fuel ratio conditions. Even when only the generation occurs, the Knox sensor 60 detects that nitrogen oxides (NOx) are being generated and experimentally confirms that the output value is provided to the controller 70.

이와 같은 3차 연료량 보정단계(S30)는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 녹스센서(60)의 활성화를 판단하는 단계(S31))를 거친 후 일정의 목표대기시간 경과 여부를 판단(S32)하여 녹스센서(60)의 출력값을 상한값과 비교하는 단계(S33)를 거친다. As shown in FIG. 6, the third fuel amount correction step (S30) passes through the step (S31) of determining the activation of the Knox sensor 60) and then determines whether a predetermined target waiting time has elapsed (S32). The step of comparing the output value of the Knox sensor 60 with the upper limit value (S33).

녹스센서(60)의 출력값이 상한값보다 클 경우, 제2 산소센서(50)의 출력값을 임계값과 비교(S34)하여 제2 산소센서(50)의 출력값이 임계값보다 크면 질소산화물(NOx)의 발생이 아니라 일산화탄소(CO)/탄화수소(HC)의 발생으로 판단하여 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 제어기(70)를 통해 일정시간 동안 P-JUMP 제어하여 연료량을 감소(S35)시킨다. 이와 같이 녹스센서(60)의 출력값과 제2 산소센서(50)의 출력값을 비교하여 현재 발생하는 배기가스의 성분이 일산화탄소(CO)인지, 탄화수소(HC)인지, 질소산화물(NOx)인지를 판단할 수 있다. 그리고 제2 산소센서(50)의 출력값을 임계값과 비교(S34)하여 제2 산소센서(50)의 출력값이 임계값보다 작으면 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 제어기(70)를 통해 일정 시간동안 P-JUMP 제어하여 연료량을 증가(S36)시킨다. 그리고 녹스센서(60)의 출력값을 상한목표값과 비교(S37)하여 녹스센서(60)의 출력값이 상한목표값보다 작으면 보정제어를 종료(S38)한다.When the output value of the Knox sensor 60 is larger than the upper limit value, the output value of the second oxygen sensor 50 is compared with the threshold value (S34), and when the output value of the second oxygen sensor 50 is larger than the threshold value, NOx It is determined that the generation of carbon monoxide (CO) / hydrocarbon (HC) rather than the generation of P-JUMP control for a predetermined time through the controller 70 as shown in Figure 7 to reduce the fuel amount (S35). As such, the output value of the Knox sensor 60 and the output value of the second oxygen sensor 50 are compared to determine whether the present exhaust gas component is carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), or nitrogen oxide (NOx). can do. When the output value of the second oxygen sensor 50 is smaller than the threshold value by comparing the output value of the second oxygen sensor 50 with the threshold value (S34), as shown in FIG. 8, the controller 70 performs a predetermined time. P-JUMP control while increasing the fuel amount (S36). When the output value of the Knox sensor 60 is smaller than the upper limit target value, the output value of the Knox sensor 60 is compared with the upper limit target value (S37).

반대로, 녹스센서(60)의 출력값이 상한값보다 작을 경우, 녹스센서(60)의 출력값을 하한값과 비교(S34a)하여 녹스센서(60)의 출력값이 하한값보다 작으면 이산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)의 발생 가능성이 크므로 도 7에 도시되어 있는 바와 같이 제어기(70)를 통해 일정 시간동안 P-JUMP 제어하여 연료량을 감소(S35a)시켜 녹스센서(60)의 출력값을 하한목표값과 비교(S36a)하여 녹스센서(60)의 출력값이 하한목표값보다 크면 보정제어를 종료(S38)한다. 그리고 녹스센서(60)의 출력값을 하한값과 비교(S34a)하여 녹스센서(60)의 출력값이 하한목표값보다 크면 보정제어를 종료(S38)한다.On the contrary, when the output value of the Knox sensor 60 is smaller than the upper limit value, the output value of the Knox sensor 60 is compared with the lower limit value (S34a), and if the output value of the Knox sensor 60 is smaller than the lower limit value, the carbon dioxide (CO) and the hydrocarbon (HC). 7 is a high possibility of generating a P-JUMP control for a predetermined time through the controller 70 as shown in Figure 7 to reduce the fuel amount (S35a) to compare the output value of the Knox sensor 60 with the lower limit target value ( S36a) If the output value of the Knox sensor 60 is larger than the lower limit target value, the correction control is terminated (S38). When the output value of the Knox sensor 60 is greater than the lower limit target value, the output value of the Knox sensor 60 is compared with the lower limit value (S34a).

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 전체 연료량은 아래의 식에 의해 얻어진다.As described above, the total fuel amount of the ultra low pollution gas engine according to the present invention is obtained by the following equation.

* 전체 연료량 = 기본 연료량 + 제1 산소센서(40)를 이용한 1차 연료량 보정단계(S10)를 거쳐 반영된 연료 보정량 + 제2 산소센서(50)를 이용한 2차 연료량 보정단계(S20)를 거쳐 반영된 연료 보정량 + 녹스센서(60)를 이용한 최종 연료량 보정단계(S30)를 거쳐 보정된 연료 보정량* Total fuel amount = basic fuel amount + fuel correction amount reflected through the first fuel amount correction step S10 using the first oxygen sensor 40 + reflected through the second fuel amount correction step S20 using the second oxygen sensor 50 Fuel correction amount corrected through the final fuel amount correction step (S30) using the fuel correction amount + Knox sensor 60

이때, 녹스센서(60)의 출력값이 일정의 범위(상한값과 하한값 사이) 내에 위치하도록 녹스센서(60)의 출력값을 이용하여 피드백 제어(Feedback Control)를 하는 경우, 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(HC)의 발생없이 녹스(NOx)의 값을 0 또는 평균 10 ppm 이하로 제어할 수 있다.At this time, when the feedback control using the output value of the Knox sensor 60 so that the output value of the Knox sensor 60 is located within a predetermined range (between the upper limit value and the lower limit value), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (HC) It is possible to control the NOx value to 0 or below 10 ppm on average without generation of).

물론, 제2 산소센서(50)를 이용한 2차 연료량 보정단계(S20)를 거쳐 반영된 연료 보정량은 필요에 따라 반영하지 않을 수도 있다. 즉, 1차 연료량 보정단계(S10)를 거친 후 2차 연료량 보정단계(S20)를 거치지 않고 바로 최종 연료량 보정단계(S30)로 갈 수 있다.Of course, the fuel correction amount reflected through the second fuel amount correction step S20 using the second oxygen sensor 50 may not be reflected as necessary. That is, after passing through the first fuel amount correcting step S10, the process may directly go to the final fuel amount correcting step S30 without passing through the second fuel amount correcting step S20.

도 9는 본 발명에 따른 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법을 LPG 프로판 GHP(Gas Heat Pump)에 적용하여 엔진시동 후 엔진회전수 및 엔진부하량 변화에 따른 배기가스의 유해성분 농도를 2시간 이상 측정한 시험결과로서, 배기가스의 유해성분 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC)는 발생되지 않고 질소산화물(NOx)만 극소량 발생된 것을 확인할 수 있다. 9 is applied to the fuel amount control method of the ultra-low pollution gas engine according to the present invention to LPG propane GHP (Gas Heat Pump) to measure the concentration of harmful components of the exhaust gas according to the engine speed and engine load change after the engine startup for 2 hours or more As a result of the test, it can be confirmed that carbon monoxide (CO) and hydrocarbon (HC) are not generated in the exhaust gas and only a small amount of nitrogen oxide (NOx) is generated.

그리고 엔진시동 5분 후부터 엔진정지까지의 2시간 평균 녹스(NOx) 발행량은 2ppm 수준이다.In addition, the 2 hour average NOx issuance of 2ppm from engine start to engine stop after 5 minutes.

10 : 엔진본체 20 : 배기관
30 : 제1 삼원촉매 40 : 제1 산소센서
50 : 제2 산소센서 60 : 녹스센서
70 : 제어기 80 : 제2 삼원촉매
S10 : 1차 연료량 보정단계 S20 : 2차 연료량 보정단계
S30 : 최종 연료량 보정단계10: engine body 20: exhaust pipe
30: first three-way catalyst 40: first oxygen sensor
50: second oxygen sensor 60: Knox sensor
70 controller 80 second tertiary catalyst
S10: primary fuel amount correction step S20: secondary fuel amount correction step
S30: final fuel level correction step

Claims (7)

엔진본체(10); 상기 엔진본체(10)에 연결되는 배기관(20); 상기 배기관(20)에 설치되는 제1 삼원촉매(30); 상기 배기관(20)에 설치되어, 상기 제1 삼원촉매(30)의 전방에 위치하는 제1 산소센서(40); 상기 배기관(20)에 설치되어, 상기 제1 삼원촉매(30)의 후방에 위치하는 제2 산소센서(50); 상기 배기관(20)에 설치되어, 상기 제2 산소센서(50)의 후방에 위치하는 녹스센서(60); 상기 제1·2 산소센서(40, 50) 및 상기 녹스센서(60)와 전기적으로 연결되어, 상기 제1·2 산소센서(40, 50) 및 상기 녹스센서(60)로부터 실시간으로 검지된 출력값을 기초로 이론공연비의 연료량을 계산하여 상기 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 보정제어하는 제어기(70)를 포함하는 초저공해 가스엔진의 연료량을 제어하는 방법에 있어서,
상기 제1 산소센서(40)의 출력값을 이용하여 연료량을 보정하는 1차 연료량 보정단계(S10);
상기 녹스센서(60)의 출력값을 이용하여 상기 1차 연료량 보정단계(S10)를 거쳐 보정된 연료량을 추가 보정하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 일정의 범위 내에 들어오도록 하는 최종 연료량 보정단계(S30)를 포함하며,
상기 최종 연료량 보정단계(S30)는,
상기 녹스센서(60)의 출력값을 상한값과 비교하는 단계(S33);
상기 녹스센서(60)의 출력값이 상한값보다 클 경우, 상기 제2 산소센서(50)의 출력값을 임계값과 비교(S34)하여 상기 제2 산소센서(50)의 출력값이 크면 상기 제어기(70)를 통해 연료량을 감소(S35)시킴과 아울러 상기 제2 산소센서(50)의 출력값이 작으면 상기 제어기(70)를 통해 연료량을 증가(S36)시켜 상기 녹스센서(60)의 출력값을 상한목표값과 비교(S37)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 상한목표값보다 작으면 보정제어를 종료(S38)하고,
상기 녹스센서(60)의 출력값이 상한값보다 작을 경우, 상기 녹스센서(60)의 출력값을 하한값과 비교(S34a)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 작으면 상기 제어기(70)를 통해 연료량을 감소(S35a)시켜 상기 녹스센서(60)의 출력값을 하한목표값과 비교(S36a)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 하한목표값보다 크면 보정제어를 종료(S38)함과 아울러 상기 녹스센서(60)의 출력값을 하한값과 비교(S34a)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 크면 보정제어를 종료(S38)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법.
Engine body 10; An exhaust pipe 20 connected to the engine body 10; A first three-way catalyst 30 installed in the exhaust pipe 20; A first oxygen sensor (40) installed in the exhaust pipe (20) and positioned in front of the first three-way catalyst (30); A second oxygen sensor 50 installed at the exhaust pipe 20 and positioned behind the first three-way catalyst 30; A rusty sensor (60) installed in the exhaust pipe (20) and positioned behind the second oxygen sensor (50); Output values detected in real time from the first and second oxygen sensors 40 and 50 and the Knox sensor 60 and electrically connected to the first and second oxygen sensors 40 and 50 and the Knox sensor 60. In the method for controlling the fuel amount of the ultra low pollution gas engine comprising a controller 70 for calculating the fuel amount of the theoretical fuel ratio based on the correction to the fuel amount supplied to the engine main body 10,
A first fuel amount correcting step (S10) of correcting a fuel amount using an output value of the first oxygen sensor 40;
Final fuel amount correction step of further correcting the fuel amount corrected through the first fuel amount correction step (S10) by using the output value of the Knox sensor 60 so that the output value of the Knox sensor 60 falls within a predetermined range ( S30),
The final fuel amount correction step (S30),
Comparing the output value of the Knox sensor 60 with an upper limit value (S33);
When the output value of the Knox sensor 60 is greater than the upper limit value, the output value of the second oxygen sensor 50 is compared with a threshold value (S34), and when the output value of the second oxygen sensor 50 is large, the controller 70 When the fuel amount is reduced (S35) and the output value of the second oxygen sensor 50 is small, the fuel amount is increased through the controller 70 (S36) to raise the output value of the Knox sensor 60 to the upper limit target value. If the output value of the Knox sensor 60 is smaller than the upper limit target value (S37), the control is terminated (S38).
When the output value of the Knox sensor 60 is smaller than the upper limit value, the output value of the Knox sensor 60 is compared with the lower limit value (S34a), and when the output value of the Knox sensor 60 is small, the amount of fuel is controlled through the controller 70. Reduce (S35a) and compare the output value of the Knox sensor 60 with the lower limit target value (S36a) and if the output value of the Knox sensor 60 is greater than the lower limit target value, the control is terminated (S38) and the Knox sensor And comparing the output value of (60) with the lower limit value (S34a) and ending the correction control (S38) when the output value of the Knox sensor (60) is large (S34a).
엔진본체(10); 상기 엔진본체(10)에 연결되는 배기관(20); 상기 배기관(20)에 설치되는 제1 삼원촉매(30); 상기 배기관(20)에 설치되어, 상기 제1 삼원촉매(30)의 전방에 위치하는 제1 산소센서(40); 상기 배기관(20)에 설치되어, 상기 제1 삼원촉매(30)의 후방에 위치하는 제2 산소센서(50); 상기 배기관(20)에 설치되어, 상기 제2 산소센서(50)의 후방에 위치하는 녹스센서(60); 상기 제1·2 산소센서(40, 50) 및 상기 녹스센서(60)와 전기적으로 연결되어, 상기 제1·2 산소센서(40, 50) 및 상기 녹스센서(60)로부터 실시간으로 검지된 출력값을 기초로 이론공연비의 연료량을 계산하여 상기 엔진본체(10)로 공급되는 연료량을 보정제어하는 제어기(70)를 포함하는 초저공해 가스엔진의 연료량을 제어하는 방법에 있어서,
상기 제1 산소센서(40)의 출력값을 이용하여 연료량을 보정하는 1차 연료량 보정단계(S10);
상기 제2 산소센서(50)의 출력값을 이용하여 상기 1차 연료량 보정단계(S10)를 거쳐 보정된 연료량을 2차적으로 보정하는 2차 연료량 보정단계(S20);
상기 녹스센서(60)의 출력값을 이용하여 상기 2차 연료량 보정단계(S20)를 거쳐 보정된 연료량을 추가 보정하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 일정의 범위 내에 들어오도록 하는 최종 연료량 보정단계(S30)를 포함하며,
상기 최종 연료량 보정단계(S30)는,
상기 녹스센서(60)의 출력값을 상한값과 비교하는 단계(S33);
상기 녹스센서(60)의 출력값이 상한값보다 클 경우, 상기 제2 산소센서(50)의 출력값을 임계값과 비교(S34)하여 상기 제2 산소센서(50)의 출력값이 크면 상기 제어기(70)를 통해 연료량을 감소(S35)시킴과 아울러 상기 제2 산소센서(50)의 출력값이 작으면 상기 제어기(70)를 통해 연료량을 증가(S36)시켜 상기 녹스센서(60)의 출력값을 상한목표값과 비교(S37)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 상한목표값보다 작으면 보정제어를 종료(S38)하고,
상기 녹스센서(60)의 출력값이 상한값보다 작을 경우, 상기 녹스센서(60)의 출력값을 하한값과 비교(S34a)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 작으면 상기 제어기(70)를 통해 연료량을 감소(S35a)시켜 상기 녹스센서(60)의 출력값을 하한목표값과 비교(S36a)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 하한목표값보다 크면 보정제어를 종료(S38)함과 아울러 상기 녹스센서(60)의 출력값을 하한값과 비교(S34a)하여 상기 녹스센서(60)의 출력값이 크면 보정제어를 종료(S38)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초저공해 가스엔진의 연료량 제어방법.Engine body 10; An exhaust pipe 20 connected to the engine body 10; A first three-way catalyst 30 installed in the exhaust pipe 20; A first oxygen sensor (40) installed in the exhaust pipe (20) and positioned in front of the first three-way catalyst (30); A second oxygen sensor 50 installed at the exhaust pipe 20 and positioned behind the first three-way catalyst 30; A rusty sensor (60) installed in the exhaust pipe (20) and positioned behind the second oxygen sensor (50); Output values detected in real time from the first and second oxygen sensors 40 and 50 and the Knox sensor 60 and electrically connected to the first and second oxygen sensors 40 and 50 and the Knox sensor 60. In the method for controlling the fuel amount of the ultra low pollution gas engine comprising a controller 70 for calculating the fuel amount of the theoretical fuel ratio based on the correction to the fuel amount supplied to the engine main body 10,
A first fuel amount correcting step (S10) of correcting a fuel amount using an output value of the first oxygen sensor 40;
A secondary fuel amount correction step (S20) of secondarily correcting the fuel amount corrected through the first fuel amount correction step (S10) by using the output value of the second oxygen sensor (50);
A final fuel amount correction step of further correcting the fuel amount corrected through the secondary fuel amount correction step S20 by using the output value of the Knox sensor 60 so that the output value of the Knox sensor 60 falls within a predetermined range ( S30),
The final fuel amount correction step (S30),
Comparing the output value of the Knox sensor 60 with an upper limit value (S33);
When the output value of the Knox sensor 60 is greater than the upper limit value, the output value of the second oxygen sensor 50 is compared with a threshold value (S34), and when the output value of the second oxygen sensor 50 is large, the controller 70 When the fuel amount is reduced (S35) and the output value of the second oxygen sensor 50 is small, the fuel amount is increased through the controller 70 (S36) to raise the output value of the Knox sensor 60 to the upper limit target value. If the output value of the Knox sensor 60 is smaller than the upper limit target value (S37), the control is terminated (S38).
When the output value of the Knox sensor 60 is smaller than the upper limit value, the output value of the Knox sensor 60 is compared with the lower limit value (S34a), and when the output value of the Knox sensor 60 is small, the amount of fuel is controlled through the controller 70. Reduce (S35a) and compare the output value of the Knox sensor 60 with the lower limit target value (S36a) and if the output value of the Knox sensor 60 is greater than the lower limit target value, the control is terminated (S38) and the Knox sensor And comparing the output value of (60) with the lower limit value (S34a) and ending the correction control (S38) when the output value of the Knox sensor (60) is large (S34a). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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