KR102024536B1 - Simulation method and device for disel engine - Google Patents
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Abstract
보다 빠르고 정확하게 디젤 엔진의 특성을 분석할 수 있는 디젤 엔진 시뮬레이션 방법 및 장치가 개시된다. 개시된 디젤 엔진 시뮬레이션 방법은 디젤 엔진의 배기 가스 압력값 및 온도값, EGR 장치의 EGR 밸브 개구 면적값, 상기 EGR 장치의 배출 가스의 압력값을 이용하여, 상기 EGR 장치에 의해 순환되는 순환 가스의 제1공기 유량율값을 계산하는 단계; 상기 디젤 엔진에 대한 제2공기 유량율값에서, 상기 제1공기 유량율값을 차감하여 차감값을 생성하는 단계; 및 상기 차감값 및 상기 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량을 이용하여, 상기 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 계산하는 단계를 포함한다.Disclosed are a diesel engine simulation method and apparatus that can more quickly and accurately characterize a diesel engine. The disclosed diesel engine simulation method uses the exhaust gas pressure value and temperature value of the diesel engine, the EGR valve opening area value of the EGR device, and the pressure value of the exhaust gas of the EGR device to control the circulation gas circulated by the EGR device. Calculating an air flow rate value; Generating a subtraction value by subtracting the first air flow rate value from the second air flow rate value for the diesel engine; And calculating nitrogen oxide emissions of the diesel engine by using the subtraction value and nitrogen oxide emissions according to the operating point of the diesel engine.
Description
본 발명은 디젤 엔진 시뮬레이션 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보다 빠르게 디젤 엔진의 특성을 분석할 수 있는 디젤 엔진 시뮬레이션 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for simulating a diesel engine, and more particularly, to a method and apparatus for simulating a diesel engine capable of analyzing the characteristics of a diesel engine more quickly.
자동차 관련 산업에서 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 높은 출력, 연비와 내구성의 장점 때문에 적용 사례가 늘고 있다. 그러나 점점 강해지는 배기가스 규제를 만족시키기 위해 더 복잡한 엔진 제어 시스템을 필요로 한다. 배기가스 재순환(EGR, Exhaust Gas Recirculation)과 가변형 터보차져(VGT, Variable Geometry Turbocharger)를 제어하는 것이 그 방법들 중 하나이다. In the automotive industry, the use of diesel engines is increasing because of their high power, fuel economy and durability advantages over gasoline engines. However, more sophisticated engine control systems are needed to meet ever-increasing emissions regulations. Controlling Exhaust Gas Recirculation (EGR) and Variable Geometry Turbocharger (VGT) is one of the methods.
그리고 이러한 엔진 제어를 위해 디젤엔진의 공기순환계 모델, 평균값 엔진 모델 등을 이용하여 시뮬레이션을 수행하는데, 디젤 엔진 공기순환계 모델의 경우 계산이 복잡하고 시뮬레이션 시간이 오래 걸려 디젤 엔진에 대한 실시간 제어를 수행하기 어렵다. 또한 배기가스 재순환 장치와 과급기를 함께 고려하여 디젤 엔진의 특성을 분석하는 연구 또한 부족하다.In order to control the engine, a simulation is performed using an air circulation model and an average engine model of a diesel engine. In the case of a diesel engine, the calculation is complicated and the simulation takes a long time to perform real-time control of the diesel engine. It is difficult. There is also a lack of research to analyze the characteristics of diesel engines considering the exhaust gas recirculation system and the supercharger.
관련 선행문헌으로 특허 문헌인 대한민국 공개특허 제2018-0012534호, 비특허 문헌인 "평균값 모델을 활용한 WGT 디젤엔진의 과급압력 및 EGR율 보정 방법 개발, 정재우, 김남호, 임창현, 김덕진, 김기용, 한국자동차공학회논문집 제24권 제3호, 2016.5, 319-329"가 있다.As a related prior document, Korean Patent Publication No. 2018-0012534, a non-patent document, "Development of a method for correcting the supercharge pressure and EGR rate of a WGT diesel engine using an average value model, Jae-Woo Jung, Nam-Ho Kim, Chang-Hyun Kim, Deok-Jin Kim, Ki-Yong Kim, Korea Vol. 24, No. 3, May 2016, 319-329.
본 발명은 보다 빠르고 정확하게 디젤 엔진의 특성을 분석할 수 있는 디젤 엔진 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a diesel engine simulation method and apparatus that can more quickly and accurately characterize the diesel engine.
또한 본 발명은 질소 산화물의 배출량을 고려하여 디젤 엔진의 동력 분배 제어를 지원할 수 있는 디젤 엔진 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide a diesel engine simulation method and apparatus that can support the power distribution control of the diesel engine in consideration of the emissions of nitrogen oxides.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 디젤 엔진의 배기 가스 압력값 및 온도값, EGR 장치의 EGR 밸브 개구 면적값, 상기 EGR 장치의 배출 가스의 압력값을 이용하여, 상기 EGR 장치에 의해 순환되는 순환 가스의 제1공기 유량율값을 계산하는 단계; 상기 디젤 엔진에 대한 제2공기 유량율값에서, 상기 제1공기 유량율값을 차감하여 차감값을 생성하는 단계; 및 상기 차감값 및 상기 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량을 이용하여, 상기 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 계산하는 단계를 포함하는 디젤 엔진 시뮬레이션 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, by using the exhaust gas pressure value and temperature value of the diesel engine, the EGR valve opening area value of the EGR device, the pressure value of the exhaust gas of the EGR device, Calculating a first air flow rate value of the circulating gas circulated by the EGR device; Generating a subtraction value by subtracting the first air flow rate value from the second air flow rate value for the diesel engine; And calculating nitrogen oxide emissions of the diesel engine using the subtraction value and nitrogen oxide emissions according to the operating point of the diesel engine.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 운전자의 요구 토크값 및 디젤 엔진의 회전 속도값을 수신하는 데이터 수신부; 디젤 엔진의 배기 가스 압력값 및 온도값, EGR 장치의 EGR 밸브 개구 면적값, 상기 EGR 장치의 배출 가스의 압력값을 이용하여, 상기 EGR 장치에 의해 순환되는 제1공기 유량율값을 계산하고, 제1공기 유량율값, 상기 디젤 엔진에 대한 제2공기 유량율값 및 상기 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량을 이용하여, 상기 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 계산하는 데이터 연산부; 및 상기 계산된 질소 산화물 배출량을 출력하는 특성값 출력부를 포함하는 디젤 엔진 시뮬레이션 장치가 제공된다.In addition, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object, a data receiving unit for receiving the required torque value of the driver and the rotational speed value of the diesel engine; The first air flow rate value circulated by the EGR device is calculated using the exhaust gas pressure value and the temperature value of the diesel engine, the EGR valve opening area value of the EGR device, and the pressure value of the exhaust gas of the EGR device. A data calculation unit for calculating nitrogen oxide emissions of the diesel engine by using an air flow rate value, a second air flow rate value for the diesel engine, and nitrogen oxide emissions according to an operating point of the diesel engine; And a characteristic value output unit configured to output the calculated nitrogen oxide emissions.
본 발명에 따르면, 보다 빠르고 정확하게 디젤 엔진의 특성을 분석할 수 있으며, 이러한 분석 결과를 디젤 엔진 제어에 활용할 수 있다.According to the present invention, it is possible to analyze the characteristics of the diesel engine more quickly and accurately, and the analysis result can be utilized for controlling the diesel engine.
또한 본 발명에 따르면, EGR 장치와 과급기를 고려한 질소 산화물의 배출량을 계산할 수 있으므로, 본 발명에 따른 시뮬레이션을 통해 질소 산화물의 배출량이 최소화되도록 디젤 엔진의 동력 분배를 제어할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the emission of nitrogen oxides in consideration of the EGR device and the supercharger can be calculated, the power distribution of the diesel engine can be controlled to minimize the emission of nitrogen oxides through the simulation according to the present invention.
도 1은 본 발명에서 이용되는 디젤 엔진 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 구체적인 디젤 엔진 모델을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디젤 엔진 시뮬레이션 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디젤 엔진 시뮬레이션 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 EGR 밸브의 개구 면적 맵 데이터를 나타내는 도면이다.1 is a view for explaining a diesel engine model used in the present invention.
2 is a view showing a specific diesel engine model for explaining a simulation method according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a diesel engine simulation method according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a diesel engine simulation apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the opening area map data of the EGR valve according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에서 이용되는 디젤 엔진 모델을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a diesel engine model used in the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 디젤 엔진 모델은 실린더(110), 연료 시스템(120), 흡기 매니폴드(130), 배기 매니폴드(140), EGR 장치(150), 과급기(160) 및 인터쿨러(170)를 포함한다. 실시예에 따라서, 과급기(160)는 인터쿨러(170)를 포함할 수 있으며, VGT(ariable Geometry Turbocharger) 또는 WRT(Waste Gate Turbocharger) 등의 터보차져일 수 있다.1, a diesel engine model according to the present invention includes a
연료 시스템(120)에 의해 공급되는 연료와, 흡기 매니폴드(130, intake manifold)를 통해 공급되는 공기는 엔진 실린더(110)로 공급되며, 실린더(110)에서 연료의 연소가 일어난다. 연소 후 배기 가스는 배기 매니폴드(140, exhaust manifold)를 통해 EGR 장치(150) 및 과급기(160)로 전달된다. EGR 장치(150)는 EGR 밸브를 조절하여 흡기 매니폴드(130)로 순환되는 배기 가스의 양을 조절하며, 과급기(160)는 배기 가스의 압력에 의해 회전하는 터빈을 이용하여 외부 공기를 흡기 매니폴드(130)로 전달한다. 이 때, 과급기(160)는 외부 공기를 컴프레셔를 이용하여 압축시키며, 압축에 의해 상승된 공기의 온도는 인터쿨러(170)를 통해 냉각된다.The fuel supplied by the
본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은, 이러한 디젤 엔진 모델로 입력되는 운전자의 요구 토크 및 현재 엔진 속도에 기반하여, 디젤 엔진의 유효 토크, 연료 유량율(fuel mass flow rate) 및 질소산화물 배출량을 분석한다. 본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은 입력값인 요구 토크 및 현재 엔진 속도 외에 실제 디젤 엔진에 대한 시험 데이터를 이용하여 디젤 엔진의 특성을 분석한다. 그리고 이러한 시험 데이터는 정상상태 뿐만 아니라 과도상태의 데이터를 포함할 수 있다.The simulation method according to the present invention analyzes the effective torque, fuel mass flow rate and nitrogen oxide emissions of the diesel engine based on the required torque and the current engine speed of the driver inputted into the diesel engine model. The simulation method according to the present invention analyzes the characteristics of the diesel engine using test data for the actual diesel engine in addition to the required torque and the current engine speed. Such test data may include transient as well as steady state data.
본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은 프로세서를 포함하는 컴퓨팅 장치에서 수행될 수 있으며, 이하에서는 이러한 컴퓨팅 장치의 하나인 시뮬레이션 장치에서 수행되는 시뮬레이션 방법이 일실시예로서 설명된다.The simulation method according to the present invention may be performed in a computing device including a processor. Hereinafter, a simulation method performed in a simulation device which is one of such computing devices will be described as an embodiment.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시뮬레이션 방법을 설명하기 위한 구체적인 디젤 엔진 모델을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a specific diesel engine model for explaining a simulation method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 디젤 엔진 모델은 기존의 디젤 엔진 1D 모델보다 간소화된 모델로서, 본 발명에 따른 디젤 엔진 모델을 이용하여 시뮬레이션을 수행할 경우, 시뮬레이션에 소요되는 계산시간이 보다 줄어들 수 있다. 또한 본 발명에 따른 디젤 엔진 모델은 평균값 모델로서, 정상상태의 데이터 뿐만 아니라 과도상태의 데이터가 함께 이용될 수 있다.The diesel engine model according to the present invention is a simplified model than the conventional diesel engine 1D model. When the simulation is performed using the diesel engine model according to the present invention, the calculation time required for the simulation may be further reduced. In addition, the diesel engine model according to the present invention may be used as a mean value model, as well as transient data as well as steady state data.
이하에서는 디젤 엔진 모델을 세부 모델로 나누어 구체적으로 설명하기로 한다. 엔진 토크 및 연료 시스템 모델, 과급기 모델, 흡기 매니폴드 모델, EGR 및 배기 모델 순서대로 설명된다.Hereinafter, the diesel engine model will be described in detail by dividing it into detailed models. Engine torque and fuel system models, supercharger models, intake manifold models, EGR and exhaust models are described in this order.
<엔진 토크 및 연료 시스템 모델>Engine Torque and Fuel System Model
본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 운전자의 요구 토크 및 디젤 엔진의 엔진 속도에 따른, 디젤 엔진의 연료 유량율 및 디젤 엔진의 유효 토크를 계산한다. 디젤 엔진의 연료 유량율()은 연료 밀도(), 연료 분사량() 및 디젤 엔진의 엔진 속도()에 의해 결정되며, 연료 분사량은 요구 토크()에 따라 결정된다.The simulation apparatus according to the present invention calculates the fuel flow rate of the diesel engine and the effective torque of the diesel engine according to the required torque of the driver and the engine speed of the diesel engine. Fuel flow rate of diesel engine ( ) Is the fuel density ( ), Fuel injection volume ( ) And engine speed of the diesel engine ( ) Is determined by the required torque ( Is determined by).
시뮬레이션 장치는 일실시예로서, [수학식 1]을 이용하여 디젤 엔진의 연료 유량율을 계산할 수 있다. 여기서, 연료 분사량은 요구 토크에 따른 디젤 엔진의 연료 분사량에 대한 시험 데이터로부터 얻어질 수 있다.As an example, the simulation apparatus may calculate the fuel flow rate of the diesel engine using Equation 1. Here, the fuel injection amount can be obtained from the test data on the fuel injection amount of the diesel engine according to the required torque.
그리고 시뮬레이션 장치는 디젤 엔진의 공연비로부터 디젤 엔진의 유효 토크를 계산할 수 있다.And the simulation apparatus can calculate the effective torque of a diesel engine from the air fuel ratio of a diesel engine.
공연비(λ)는 [수학식 2]와 같이, 연료 유량율과 디젤 엔진의 공기 유량율()의 비율로 계산되며, 공기 유량율은 이상 기체 방정식에 기반하여, 디젤 엔진의 엔진 속도, 체적 효율(, volumetric efficiency) 및 부피()와, 흡기 매니폴드 압력() 및 온도()에 따라 계산될 수 있다. The air-fuel ratio λ is the fuel flow rate and the air flow rate of the diesel engine as shown in [Equation 2]. Air flow rate, based on the ideal gas equation, the engine speed, volumetric efficiency ( , volumetric efficiency) and volume ( ) And intake manifold pressure ( ) And temperature ( Can be calculated according to
여기서, R은 이상기체 상수를 나타낸다. Where R represents an ideal gas constant.
디젤 엔진의 체적 효율은 디젤 엔진의 엔진 속도 및 흡기 매니폴드의 압력에 따라 결정되며, 엔진 속도 및 흡기 매니폴드의 압력에 따른 디젤 엔진의 체적 효율 시험 데이터로부터 얻어질 수 있다.The volumetric efficiency of the diesel engine is determined by the engine speed of the diesel engine and the pressure of the intake manifold, and can be obtained from the volumetric efficiency test data of the diesel engine according to the engine speed and the pressure of the intake manifold.
시뮬레이션 장치는 디젤 엔진의 지시 열효율(indicated thermal efficiency, )로부터 도시평균유효압력(IMEP, Indicated Mean Effective Pressure)를 계산하고, 평균유효압력으로부터 디젤 엔진의 유효 토크를 계산한다. 도시평균유효압력은 지시 열효율과 디젤 엔진의 연료 유량( , fuelmass flow)으로부터 계산될 수 있으며, 지시 열효율은 공연비에 따라 결정된다.The simulation device is designed for the dedicated thermal efficiency of diesel engines. Calculate the average mean effective pressure (IMEP) and calculate the effective torque of the diesel engine from the average effective pressure. The average city effective pressure is the indicated thermal efficiency and the fuel flow rate of the diesel engine. This can be calculated from the fuel mass flow, and the indicated thermal efficiency depends on the air-fuel ratio.
시뮬레이션 장치는 일실시예로서, [수학식 3]을 이용하여 디젤 엔진의 유효 토크( )를 계산할 수 있다. 여기서, 는 연료의 저위발열량(lower heating value)을 나타낸다.In one embodiment, the simulation apparatus uses Equation 3 to calculate an effective torque of a diesel engine. ) Can be calculated. here, Represents the lower heating value of the fuel.
또는 시뮬레이션 장치는 다른 실시예에 따르면, [수학식 4]를 이용하여 디젤 엔진의 유효 토크()를 계산할 수 있다.Alternatively, the simulation apparatus according to another embodiment, using the equation (4) the effective torque of the diesel engine ( ) Can be calculated.
여기서, BMEP는 제동평균유효압력(Brake Mean Effective Pressure), FMEP는 마찰평균유효압력(Friction Mean Effective Pressure), PMEP는 펌핑평균유효압력(PumpingMean Effective Pressure)를 나타낸다.Here, BMEP denotes a brake mean effective pressure, FMEP denotes a friction mean effective pressure, and PMEP denotes a pumping mean effective pressure.
즉, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 도시평균유효압력대신, 도시평균유효압력에서 마찰에 따른 손실(FMEP)이나 실린더의 펌핑에 따른 손실(PEMP)를 차감하고 BMEP를 이용하여, 동력축에 실제 전달되는 토크를 유효 토크로서 계산할 수 있다.That is, the simulation apparatus according to the present invention subtracts the loss due to friction (FMEP) or the pumping of the cylinder (PEMP) from the city average effective pressure instead of the city average effective pressure, and transmits it to the power shaft by using the BMEP. The torque to be calculated can be calculated as the effective torque.
<< 과급기supercharger 모델> Model>
본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 대기 압력()과 공기를 압축하는 컴프레셔의 압축비를 이용하여, 컴프레셔가 출력하는 압축 공기의 압력()을 계산한다. Simulation apparatus according to the present invention is the atmospheric pressure ( ) And the pressure of the compressed air output by the compressor using the compression ratio of the compressor for compressing air. Calculate
터보차져 과급기의 터빈 회전 속도 즉, 터보 축(turbo shaft)의 회전 속도()는 디젤 엔진의 엔진 속도 및 연료 분사량에 의해 결정되며, 터빈 회전 속도에 따라 외부로부터 유입되는 공기 양이 달라지므로, 컴프레셔의 압축비()는 터빈 회전 속도 및 컴프레셔의 공기 유량율()에 따라 결정된다. Turbine rotational speed of the turbocharger supercharger, ie the rotational speed of the turbo shaft ( ) Is determined by the engine speed and fuel injection amount of the diesel engine, and since the amount of air introduced from the outside depends on the turbine rotation speed, the compression ratio of the compressor ( ) Is the turbine speed and the air flow rate of the compressor ( Is determined by).
시뮬레이션 장치는 일실시예로서, [수학식 5]를 이용하여 디젤 엔진의 연료 유량율을 계산할 수 있다. As an example, the simulation apparatus may calculate the fuel flow rate of the diesel engine using Equation 5.
여기서, 터빈 회전 속도와, 컴프레셔의 압축비는 변수(엔진 속도, 연료 분사량, 컴프레셔의 공기 유량율)를 조절하며 얻어진 디젤 엔진에 대한 시험 데이터로부터 얻어질 수 있다. 그리고 컴프레셔의 공기 유량율은 후술되는 흡기 매니폴드 모델을 해석하여 얻어질 수 있다.Here, the turbine rotation speed and the compression ratio of the compressor can be obtained from the test data for the diesel engine obtained by adjusting the parameters (engine speed, fuel injection amount, air flow rate of the compressor). And the air flow rate of the compressor can be obtained by analyzing the intake manifold model described later.
<흡기 <Intake 매니폴드Manifold 모델> Model>
본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 흡기 매니폴드의 공기 유량율, 디젤 엔진의 공기 유량율 및 EGR 장치에 의해 순환되는 순환 가스의 공기 유량율을 이용하여, 컴프레셔의 공기 유량율을 계산한다. The simulation apparatus according to the present invention calculates the air flow rate of the compressor using the air flow rate of the intake manifold, the air flow rate of the diesel engine, and the air flow rate of the circulating gas circulated by the EGR device.
순환 가스와 컴프레셔의 공기가, 흡기 매니폴드 및 디젤 엔진으로 유입되므로, 순환 가스의 공기 유량율()과 컴프레셔의 공기 유량율의 합은, 흡기 매니폴드 공기 유량율()과 디젤 엔진 공기 유량율의 합과 동일하다고 볼 수 있다.Since the circulating gas and the compressor air flow into the intake manifold and the diesel engine, the air flow rate of the circulating gas ( ), The sum of the air flow rate of the compressor is the intake manifold air flow rate ( ) And the diesel engine air flow rate.
따라서, 시뮬레이션 장치는 일실시예로서, [수학식 6]와 같이 컴프레셔의 공기 유량율을 계산할 수 있다. 그리고 흡기 매니폴드의 공기 유량율은 이상 기체 방정식에 의해 계산될 수 있다.Therefore, as an example, the simulation apparatus can calculate the air flow rate of the compressor as shown in [Equation 6]. And the air flow rate of the intake manifold can be calculated by the ideal gas equation.
여기서, 은 흡기 매니폴드의 압력, 은 흡기 매니폴드의 부피, 는 흡기 매니폴드의 온도를 나타낸다. 흡기 매니폴드의 압력은 컴프레셔가 출력하는 압축 공기의 압력에 의해 결정될 수 있으며, 디젤엔진에 대한 시험 데이터로부터 얻어질 수 있다. 그리고 순환 가스의 공기 유량율은 후술되는 EGR 및 배기 모델을 해석하여 얻어질 수 있다.here, Is the pressure of the intake manifold, Is the volume of the intake manifold, Represents the temperature of the intake manifold. The pressure of the intake manifold can be determined by the pressure of the compressed air output by the compressor, and can be obtained from test data for the diesel engine. And the air flow rate of the circulating gas can be obtained by analyzing the EGR and the exhaust model described later.
< EGR 및 배기 모델><EGR and Exhaust Models>
본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 디젤 엔진의 배기 가스 압력(or Pexh) 및 온도( or Texh), EGR 장치의 EGR 밸브 개구 면적(), EGR 장치의 배출 가스, 즉 순환 가스의 압력()을 이용하여, EGR 장치에 의해 순환되는 순환 가스의 공기 유량율을 계산하여, 디젤 엔진의 질소 산화물 배출량을 계산한다. 실험적으로 순환 가스의 압력과 흡기 매니폴드의 압력은 큰 차이가 없으므로, 흡기 매니폴드 압력을 순환 가스의 압력으로 이용할 수 있다.Simulation apparatus according to the present invention is the exhaust gas pressure ( or P exh ) and temperature ( or T exh ), EGR valve opening area ( ), The exhaust gas of the EGR unit, i.e. the pressure of the circulating gas ( ), The air flow rate of the circulating gas circulated by the EGR device is calculated to calculate the nitrogen oxide emissions of the diesel engine. Experimentally, since the pressure of the circulating gas and the pressure of the intake manifold do not differ significantly, the intake manifold pressure can be used as the pressure of the circulating gas.
디젤 엔진의 배기 가스 중 일부가 EGR 장치에 의해 순환되므로, 시뮬레이션 장치는 디젤 엔진의 공기 유량율()에서 순환 가스의 공기 유량율을 차감하고, 차감값 및 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량()을 이용하여, 디젤 엔진의 질소 산화물 배출량 즉, 공기 유량율()을 계산한다. 여기서, 디젤 엔진의 동작점은 디젤 엔진의 엔진 속도 및 연료 분사량을 나타낸다.Since some of the exhaust gas of the diesel engine is circulated by the EGR unit, the simulation unit is designed to calculate the air flow rate ), And deduct the air flow rate of the circulating gas, and the nitrogen oxide emissions according to the deduction value and the operating point of the diesel engine ( ), The nitrogen oxide emissions of the diesel engine, that is, the air flow rate ( Calculate Here, the operating point of the diesel engine represents the engine speed and the fuel injection amount of the diesel engine.
시뮬레이션 장치는 일실시예로서, [수학식 7]을 이용하여 순환 가스의 공기 유량율을 계산할 수 있으며, [수학식 8]을 이용하여, 질소산화물 배출량을 계산할 수 있다.As an example, the simulation apparatus may calculate the air flow rate of the circulating gas using Equation 7 and calculate the nitrogen oxide emissions using Equation 8.
[수학식 7]에서, 는 배기 가스의 압력과 순환 가스의 압력에 따라 특정 값을 출력하는 함수(flow function)로서, 배기 가스의 압력에 반비례하고 순환 가스의 압력에 비례하는 값을 출력할 수 있으며, 실시예에 따라서 다양하게 결정될 수 있는 함수이다. In Equation 7, Is a flow function that outputs a specific value according to the pressure of the exhaust gas and the pressure of the circulating gas, and may output a value inversely proportional to the pressure of the exhaust gas and proportional to the pressure of the circulating gas. Is a function that can be determined.
EGR 밸브의 개구 면적에 따라서 순환 가스의 유량율이 달라지며, EGR 밸브의 개구 면적은 엔진 속도 및 연료 분사량에 따라 결정될 수 있다. 엔진 속도 및 연료 분사량에 따른 EGR 밸브의 개구 면적 역시, 디젤 엔진에 대한 시험 데이터로부터 얻어질 수 있다.The flow rate of the circulating gas varies according to the opening area of the EGR valve, and the opening area of the EGR valve may be determined according to the engine speed and the fuel injection amount. The opening area of the EGR valve according to the engine speed and fuel injection amount can also be obtained from the test data for the diesel engine.
본 발명에 따르면, 보다 빠르고 정확하게 디젤 엔진의 특성을 분석할 수 있으며, 이러한 분석 결과를 디젤 엔진 제어에 활용할 수 있다.According to the present invention, it is possible to analyze the characteristics of the diesel engine more quickly and accurately, and the analysis result can be utilized for controlling the diesel engine.
또한 본 발명에 따르면, EGR 장치와 과급기를 고려한 질소 산화물의 배출량을 계산할 수 있으므로, 본 발명에 따른 시뮬레이션을 통해 질소 산화물의 배출량이 최소화되도록 디젤 엔진의 동력 분배를 제어할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the emission of nitrogen oxides in consideration of the EGR device and the supercharger can be calculated, the power distribution of the diesel engine can be controlled to minimize the emission of nitrogen oxides through the simulation according to the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디젤 엔진 시뮬레이션 방법의 흐름도이다.3 is a flowchart of a diesel engine simulation method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 디젤 엔진의 배기 가스 압력값 및 온도값, EGR 장치의 EGR 밸브 개구 면적값, EGR 장치의 배출 가스의 압력값을 이용하여, EGR 장치에 의해 순환되는 순환 가스의 제1공기 유량율값을 계산(S310)한다. 여기서, EGR 장치의 배출 가스의 압력값은 디젤 엔진의 흡기 매니폴드의 압력값일 수 있으며, 배기 가스 압력값 및 온도값은 디젤 엔진의 동작점에 따라 결정될 수 있다.The simulation apparatus according to the present invention uses the exhaust gas pressure value and temperature value of the diesel engine, the EGR valve opening area value of the EGR device, and the pressure value of the exhaust gas of the EGR device, and thus the first apparatus of the circulating gas circulated by the EGR device. The air flow rate value is calculated (S310). Here, the pressure value of the exhaust gas of the EGR device may be the pressure value of the intake manifold of the diesel engine, and the exhaust gas pressure value and the temperature value may be determined according to the operating point of the diesel engine.
시뮬레이션 장치는, 디젤 엔진에 대한 제2공기 유량율값에서, 제1공기 유량율값을 차감하여 차감값을 생성(S320)하고, 차감값 및 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량을 이용하여, 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 계산(S330)한다.The simulation apparatus generates a subtraction value by subtracting the first air flow rate value from the second air flow rate value for the diesel engine (S320), and using the depletion value and the nitrogen oxide emissions according to the operating point of the diesel engine, the diesel Calculate the nitrogen oxide emissions of the engine (S330).
실시예에 따라서, 본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은 흡기 매니폴드에 대한 제3공기 유량율값 및 제2공기 유량율값의 합에서, 제1공기 유량율값을 차감하여 과급기의 컴프레셔에 대한 제4공기 유량율값을 계산하는 단계, 제4공기 유량율값 및 과급기의 터빈 회전속도에 따라서, 컴프레셔의 압력값을 계산하는 단계 및 컴프레셔의 압력값을 이용하여 흡기 매니폴드의 압력값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, the simulation method according to the present invention comprises the fourth air flow rate value for the compressor of the supercharger by subtracting the first air flow rate value from the sum of the third air flow rate value and the second air flow rate value for the intake manifold. Calculating the pressure value of the compressor and calculating the pressure value of the intake manifold using the pressure value of the compressor according to the step of calculating the pressure, the fourth air flow rate value and the turbine rotational speed of the supercharger. have.
또한 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 시뮬레이션 방법은 운전자의 요구 토크 및 디젤 엔진의 엔진 속도에 따른, 디젤 엔진의 연료 유량율 및 디젤 엔진의 유효 토크를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 엔진 속도, 디젤 엔진의 부피, 흡기 매니폴드의 압력값 및 온도를 이용하여 제2공기 유량율값을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다. 시뮬레이션 장치는 디젤 엔진의 체적 효율을 추가로 이용하여 제2공기 유량율값을 계산할 수 있다.According to an embodiment, the simulation method according to the present invention may further include calculating a fuel flow rate of the diesel engine and an effective torque of the diesel engine according to the required torque of the driver and the engine speed of the diesel engine. The method may further include calculating a second air flow rate value using the speed, the volume of the diesel engine, the pressure value of the intake manifold, and the temperature. The simulation apparatus may further use the volumetric efficiency of the diesel engine to calculate the second air flow rate value.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 디젤 엔진 시뮬레이션 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 EGR 밸브의 개구 면적 맵 데이터를 나타내는 도면이다.4 is a view for explaining a diesel engine simulation apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view showing the opening area map data of the EGR valve according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면 본 발명에 따른 디젤 엔진 시뮬레이션 장치는 데이터 수신부(410), 데이터 연산부(420) 및 특성값 출력부(430)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the diesel engine simulation apparatus according to the present invention includes a
데이터 수신부(410)는 운전자의 요구 토크값 및 디젤 엔진의 회전 속도값을 수신 즉, 입력받는다. 요구 토크값 및 회전 속도값은 사용자에 의해 입력될 수 있다.The
데이터 연산부(420)는, 데이터 수신부의 입력값 및 디젤 엔진 모델에 기반하여, 디젤엔진의 특성값을 계산하며, 일실시예로서, 도 2와 같은 디젤 엔진 모델에 기반하여, 유효 토크값, 연료 유량율값 및 질소 산화물 배출량 중 적어도 하나를 계산할 수 있다.The
일실시예로서, 데이터 연산부(420)는, 디젤 엔진의 배기 가스 압력값 및 온도값, EGR 장치의 EGR 밸브 개구 면적값, EGR 장치의 배출 가스의 압력값을 이용하여, EGR 장치에 의해 순환되는 순환 가스의 제1공기 유량율값을 계산하며, 제1공기 유량율값, 상기 디젤 엔진에 대한 제2공기 유량율값 및 상기 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량을 이용하여, 상기 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 계산한다. 보다 구체적으로, 데이터 연산부(420)는 디젤 엔진에 대한 제2공기 유량율값에서, 제1공기 유량율값을 차감하여 차감값을 생성하고 차감값 및 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량을 이용하여, 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 계산한다.In one embodiment, the
특성값 출력부(430)는 데이터 연산부(420)에 의해 계산된 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 출력한다.The characteristic
데이터 연산부(420)는 질소산화물 배출량뿐만 아니라, 도 2에서 설명된 바와 같이 데이터를 처리하여 유효 토크값 및 연료 유량율값을 계산할 수 있으며, 특성값 출력부(430)는 유효 토크값 및 연료 유량율값 질소산화물 배출량과 함께 출력할 수 있다.The
한편, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치는 디젤 엔진에 대한 시험 데이터 또는 이러한 시험 데이터로부터 얻어진 맵 데이터를 저장하는 데이터 저장부(440)를 더 포함할 수 있다. 데이터 저장부(440)는 디젤 엔진에 대한 시험 데이터로부터 얻어진 다양한 맵 데이터를 저장할 수 있으며, 일실시예로서, 도 5와 같이, 엔진 속도 및 연료 분사량에 따라서 EGR 밸브의 개구 면적이 매핑된 맵 데이터를 저장할 수 있다.Meanwhile, the simulation apparatus according to the present invention may further include a
데이터 연산부(420)는 데이터 저장부(440)에 저장된 맵 데이터를 이용하여 디젤 엔진의 특성값을 계산할 수 있다.The
앞서 설명한 기술적 내용들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예들을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 하드웨어 장치는 실시예들의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The technical contents described above may be embodied in the form of program instructions that may be executed by various computer means and may be recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the present invention. .
Claims (7)
흡기 매니폴드에 대한 제3공기 유량율값 및 상기 디젤 엔진에 대한 제2공기 유량율값의 합에서, 상기 흡기 매니폴드의 압력값에 비례하는 상기 제1공기 유량율값을 차감하여 과급기의 컴프레셔에 대한 제4공기 유량율값을 계산하는 단계;
상기 제4공기 유량율값 및 상기 과급기의 터빈 회전속도에 따라서, 상기 컴프레셔의 압력값을 계산하는 단계;
상기 컴프레셔의 압력값을 이용하여 상기 흡기 매니폴드의 압력값을 계산하는 단계;
상기 디젤 엔진의 엔진 속도, 상기 디젤 엔진의 부피, 상기 흡기 매니폴드의 압력값 및 온도를 이용하여 상기 제2공기 유량율값을 계산하는 단계;
상기 제2공기 유량율값에서, 상기 제1공기 유량율값을 차감하여 차감값을 생성하는 단계; 및
상기 차감값 및 상기 디젤 엔진의 동작점에 따른 질소산화물 배출량을 이용하여, 상기 디젤 엔진의 질소산화물 배출량을 계산하는 단계
를 포함하는 디젤 엔진 시뮬레이션 방법.
Using the exhaust gas pressure value and temperature value of the diesel engine, the EGR valve opening area value of the EGR device, and the pressure value of the intake manifold of the diesel engine, the first air flow rate value of the circulating gas circulated by the EGR device is used. Calculating;
The sum of the third air flow rate value for the intake manifold and the second air flow rate value for the diesel engine is subtracted from the first air flow rate value that is proportional to the pressure value of the intake manifold. Calculating an air flow rate value;
Calculating a pressure value of the compressor according to the fourth air flow rate value and the turbine rotational speed of the supercharger;
Calculating a pressure value of the intake manifold using the pressure value of the compressor;
Calculating the second air flow rate value using an engine speed of the diesel engine, a volume of the diesel engine, a pressure value of the intake manifold, and a temperature;
Generating a subtraction value by subtracting the first air flow rate value from the second air flow rate value; And
Calculating nitrogen oxide emission of the diesel engine using the deduction value and nitrogen oxide emission according to an operating point of the diesel engine;
Diesel engine simulation method comprising a.
운전자의 요구 토크 및 상기 디젤 엔진의 엔진 속도에 따른, 상기 디젤 엔진의 연료 유량율 및 상기 디젤 엔진의 유효 토크를 계산하는 단계
를 더 포함하는 디젤 엔진 시뮬레이션 방법.
The method of claim 1,
Calculating a fuel flow rate of the diesel engine and an effective torque of the diesel engine according to a required torque of a driver and an engine speed of the diesel engine
Diesel engine simulation method comprising more.
상기 디젤 엔진의 배기 가스 압력 및 온도는
상기 디젤 엔진의 동작점에 따라 결정되는
디젤 엔진 시뮬레이션 방법.
The method of claim 1,
The exhaust gas pressure and temperature of the diesel engine
Determined according to the operating point of the diesel engine
How to simulate a diesel engine.
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