KR102074354B1 - 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치 - Google Patents

반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102074354B1
KR102074354B1 KR1020180118970A KR20180118970A KR102074354B1 KR 102074354 B1 KR102074354 B1 KR 102074354B1 KR 1020180118970 A KR1020180118970 A KR 1020180118970A KR 20180118970 A KR20180118970 A KR 20180118970A KR 102074354 B1 KR102074354 B1 KR 102074354B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
engine
compression ignition
combustion
control
Prior art date
Application number
KR1020180118970A
Other languages
English (en)
Inventor
배충식
심의준
박현욱
황영훈
Original Assignee
한국과학기술원
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 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020180118970A priority Critical patent/KR102074354B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102074354B1 publication Critical patent/KR102074354B1/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
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/081—Adjusting the fuel composition or mixing ratio; Transitioning from one fuel to the other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0647—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being liquefied petroleum gas [LPG], liquefied natural gas [LNG], compressed natural gas [CNG] or dimethyl ether [DME]
    • 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
    • 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
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • Y02T10/36—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

개시된 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법은, 반응성이 서로 다른 제 1 연료와 제 2 연료가 공급된 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 엔진의 상태 정보를 획득하는 단계와, 엔진의 상태 정보를 기초로 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 현재 운전점을 확인하는 단계와, 엔진에 대한 제 1 연료의 공급량과 제 2 연료의 공급량을 기초로 제 1 연료보다 고반응성을 갖는 제 2 연료에 대한 제 1 연료의 실제 연료 대체율을 계산하는 단계와, 현재 운전점에 대해 기설정된 제 1 연료의 요구 연료 대체율을 획득하는 단계와, 실제 연료 대체율과 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여 반응성제어 압축착화를 위한 제 1 연료와 제 2 연료의 공급 비율을 조정하는 단계를 포함한다.

Description

반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMBUSTION PHASE CONTROL ON RCCI COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 반응성제어 압축착화(Reactivity Controlled Compression Ignition, RCCI) 연소를 위하여 연소상(Combustion phase)을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition)과 PCCI(Pre-Mixed Charge Compression Ignition)와 같이 단일연료를 사용하는 신연소기술의 경우 연소상의 조율이 쉽지 않으나, 반응성제어 압축착화 연소의 경우 반응성이 서로 다른 두 연료를 활용하여 연소상을 적절히 조율하는 것이 가능하게 되었다.
반응성제어 압축착화 연소기술은 흡기행정 중 연소실내에 저반응성 연료(Low Reactivity Fuel, LRF)에 해당하는 천연가스를 공급하여 공기와 천연가스를 예혼합(Homogeneous)상태로 만든 후 압축행정 중 고반응성 연료(High Reactivity Fuel, HRF)인 디젤을 연소실에 적절한 시점에 직접 분사를 함으로써, 디젤과 천연가스의 상반되는 반응성이 조합되어 적정 시점에 연소가 일어 나게끔 유도하는 연소기술이다. 이러한 반응성제어 압축착화 연소기술은 디젤엔진에서 문제시 되고 있는 입자상물질(Particulate Matter, PM)과 질소산화물(Nitrogen oxides, NOx)을 동시에 저감 가능한 신연소기술이다.
그러나, 반응성제어 압축착화 연소기술은 연구실 규모에서 실험을 위한 일정한 부하 조건의 운전 상황에서는 안정적인 연소기술 구현이 가능하였으나, 운전부하가 변화하는 실제 과도 운전 조건에서는 연소상 제어의 문제로 인하여 연소기술의 실용화에 어려움이 있었다.
미국 등록특허 US 10,001,090 (등록일자: 2018년 6월 19일)
일 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는, 반응성제어 압축착화에 따른 연소 중 현재 운전점의 고반응성 연료에 대한 저반응성 연료의 실제 연료 대체율과 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여 저반응성 연료와 고반응성 연료의 공급 비율을 조정하는 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 관점에 따라 연소상 제어 장치에 의해서 수행되는, 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법은, 반응성이 서로 다른 제 1 연료와 제 2 연료가 공급된 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 상기 엔진의 상태 정보를 획득하는 단계와, 상기 상태 정보를 기초로 상기 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 현재 운전점을 확인하는 단계와, 상기 엔진에 대한 상기 제 1 연료의 공급량과 상기 제 2 연료의 공급량을 기초로 상기 제 1 연료보다 고반응성을 갖는 상기 제 2 연료에 대한 상기 제 1 연료의 실제 연료 대체율을 계산하는 단계와, 상기 현재 운전점에 대해 기설정된 상기 제 1 연료의 요구 연료 대체율을 획득하는 단계와, 상기 실제 연료 대체율과 상기 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여, 상기 반응성제어 압축착화를 위한 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 조정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 연소상 제어 장치에서 수행되는 연소상 제어 방법은, 상기 상태 정보를 기초로 상기 반응성제어 압축착화를 위해 공급된 상기 제 1 연료 및 상기 제 2 연료의 총 량 중 설정 퍼센트(%)에 해당하는 에너지의 열 방출률이 일어나는 시점 값을 계산하는 단계와, 상기 시점 값과 기설정된 범위 값을 비교한 결과에 기초하여 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 재조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 공급 비율을 재조정하는 단계에서, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최대값보다 크면 상기 제 2 연료의 비율을 증가시킬 수 있고, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최소값보다 작으면 상기 제 1 연료의 비율을 증가시킬 수 있다.
상기 현재 운전점을 확인하는 단계에서, 상기 상태 정보에 포함된 상기 엔진의 속도 정보와 상기 엔진에 실제 공급되는 에너지 량에 따른 상기 현재 운전점을 확인할 수 있고, 상기 요구 연료 대체율을 획득하는 단계에서, 상기 엔진의 속도 정보와 상기 실제 공급되는 에너지 량을 필드 값으로 가지는 맵핑 테이블을 이용하여 상기 요구 연료 대체율을 획득할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치는, 반응성이 서로 다른 제 1 연료와 제 2 연료가 공급된 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 상기 엔진의 상태 정보를 획득하는 정보 획득부와, 상기 제 1 연료보다 고반응성을 갖는 상기 제 2 연료와 상기 제 1 연료의 상기 엔진으로의 공급 비율을 조정하는 연료 조정부와, 상기 상태 정보에 기초하여 상기 연료 조정부로 하여금 상기 공급 비율을 조정하도록 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 상태 정보를 기초로 상기 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 현재 운전점을 확인하며, 상기 엔진에 대한 상기 제 1 연료의 공급량과 상기 제 2 연료의 공급량을 기초로 상기 제 2 연료에 대한 상기 제 1 연료의 실제 연료 대체율을 계산하고, 상기 현재 운전점에 대해 기설정된 상기 제 1 연료의 요구 연료 대체율을 획득하며, 상기 실제 연료 대체율과 상기 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여 상기 반응성제어 압축착화를 위한 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 조정하도록 상기 연료 조정부를 제어한다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 상태 정보를 기초로 상기 반응성제어 압축착화를 위해 공급된 상기 제 1 연료 및 상기 제 2 연료의 총 량 중 설정 퍼센트(%)에 해당하는 에너지의 열 방출률이 일어나는 시점 값을 계산할 수 있고, 상기 시점 값과 기설정된 범위 값을 비교한 결과에 기초하여 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 재조정하도록 상기 연료 조정부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최대값보다 크면 상기 제 2 연료의 비율이 증가되도록 상기 연료 조정부를 제어할 수 있고, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최소값보다 작으면 상기 제 1 연료의 비율이 증가되도록 상기 연료 조정부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 상태 정보에 포함된 상기 엔진의 속도 정보와 상기 엔진에 실제 공급되는 에너지 량에 따른 상기 현재 운전점을 확인할 수 있고, 상기 엔진의 속도 정보와 상기 실제 공급되는 에너지 량을 필드 값으로 가지는 맵핑 테이블을 이용하여 상기 요구 연료 대체율을 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 반응성제어 압축착화에 따른 연소 중 현재 운전점의 고반응성 연료에 대한 저반응성 연료의 실제 연료 대체율과 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여 저반응성 연료와 고반응성 연료의 공급 비율을 조정함으로써, 배기배출물이 획기적으로 저감된다. 이로써, 배기배출물의 저감을 위한 배기 후처리장치의 의존도 경감으로 엔진시스템의 제조원가를 획기적으로 저감할 수 있고, 배기 후처리장치의 제거 혹은 축소로 배기압력 저감이 가능하여 연료소비율의 개선이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치에서 수행되는 연소상 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어에 대한 실험 결과로서, 도 3은 연료 대체율 변화에 따른 연소상 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4는 연료 대체율 변화에 따른 배기배출물 변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치의 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치(100)는 정보 획득부(110), 제어부(120) 및 연료 조정부(130)를 포함한다. 여기서, 제어부(120)는 CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 프로세서를 포함할 수 있다.
정보 획득부(110)는 반응성이 서로 다른 제 1 연료와 제 2 연료가 공급된 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 엔진의 상태 정보를 획득하여 제어부(120)에 제공한다. 이러한 정보 획득부(110)는 엔진 속도 센서(111) 및 연소압력 센서(112)를 포함할 수 있다. 엔진 속도 센서(111)는 엔진의 크랭크 각도 위치(crank angle position)를 감지하여 엔진 회전 수를 계측할 수 있다. 연소압력 센서(112)는 엔진의 연소실 내의 압력을 감지할 수 있다. 이러한 정보 획득부(110)는 엔진 속도 센서(111) 및 연소압력 센서(112)를 이용해 엔진의 상태 정보를 획득할 수 있으며, 외부 인터페이스를 통해 엔진의 상태 정보를 입력 받을 수도 있다. 예컨대, 정보 획득부(110)는 엔진이 탑재된 차량 등과 같은 이동체의 전장품을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit)로부터 외부 인터페이스를 통해 엔진의 상태 정보를 입력 받을 수 있다.
연료 조정부(130)는 제어부(120)의 제어에 따라 제 1 연료보다 상대적으로 고반응성을 갖는 제 2 연료와 제 1 연료의 엔진으로의 공급 비율을 조정한다. 이러한 연료 조정부(130)는 제 1 연료 공급기(131) 및 제 2 연료 공급기(132)를 포함할 수 있다. 제 1 연료 공급기(131)는 제어부(120)의 제어에 따라 제 1 연료의 엔진으로의 공급량을 조정한다. 제 2 연료 공급기(132)는 제어부(120)의 제어에 따라 제 2 연료의 엔진으로의 공급량을 조정한다.
제어부(120)는 정보 획득부(110)에 의해 획득된 엔진의 상태 정보에 기초하여 연료 조정부(130)로 하여금 제 1 연료 및 제 2 연료의 엔진으로의 공급 비율을 조정하도록 제어한다. 이러한 제어부(120)는 엔진의 상태 정보를 기초로 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 현재 운전점을 확인한다. 이때, 제어부(120)는 엔진의 상태 정보에 포함된 엔진의 속도 정보와 엔진에 실제 공급되는 에너지 량에 따른 엔진의 현재 운전점을 확인할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 엔진에 대한 제 1 연료의 공급량과 제 2 연료의 공급량을 기초로 제 2 연료에 대한 제 1 연료의 실제 연료 대체율을 계산한다. 아울러, 제어부(120)는 현재 운전점에 대해 기설정된 제 1 연료의 요구 연료 대체율을 획득한다. 이때, 제어부(120)는 엔진의 속도 정보와 실제 공급되는 에너지 량을 필드 값으로 가지는 맵핑 테이블을 이용하여 요구 연료 대체율을 획득할 수 있다. 그리고, 제어부(120)는 실제 연료 대체율과 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여 반응성제어 압축착화를 위한 제 1 연료와 제 2 연료의 공급 비율을 조정하도록 연료 조정부(130)를 제어한다. 또한, 제어부(120)는 엔진의 상태 정보를 기초로 반응성제어 압축착화를 위해 공급된 제 1 연료 및 제 2 연료의 총 량 중 설정 퍼센트(%)에 해당하는 에너지의 열 방출률이 일어나는 시점 값을 계산하고, 계산된 시점 값과 기설정된 범위 값을 비교한 결과에 기초하여 제 1 연료와 제 2 연료의 공급 비율을 재조정하도록 연료 조정부(130)를 제어한다. 이때, 제어부(120)는 계산된 시점 값이 기설정된 범위 값 중 최대값보다 크면 제 2 연료의 비율이 증가되도록 연료 조정부(130)를 제어할 수 있고, 계산된 시점 값이 기설정된 범위 값 중 최소값보다 작으면 제 1 연료의 비율이 증가되도록 연료 조정부(130)를 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치에서 수행되는 연소상 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어에 대한 실험 결과로서, 도 3은 연료 대체율 변화에 따른 연소상 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4는 연료 대체율 변화에 따른 배기배출물 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치에서 수행되는 연소상 제어 방법을 자세히 살펴보기로 한다. 아래의 설명에서는 반응성이 서로 다른 제 1 연료와 제 2 연료로서, 상대적으로 저반응성을 갖는 천연가스를 제 1 연료로 사용하고, 상대적으로 고반응성을 갖는 디젤을 제 2 연료로 사용하는 경우를 예로서 설명하기로 한다.
먼저, 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치(100)의 정보 획득부(110)는 천연가스와 디젤이 공급된 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 엔진의 상태 정보를 획득하여 제어부(120)에 제공한다. 예컨대, 정보 획득부(110)의 엔진 속도 센서(111)는 엔진의 크랭크 각도 위치를 감지하여 계측한 엔진 회전 수(RPM)를 엔진 속도 정보로서 제어부(120)에 제공할 수 있고, 정보 획득부(110)의 연소압력 센서(112)는 엔진의 연소실 내의 압력을 감지하여 제어부(120)에 제공할 수 있다. 또는, 정보 획득부(110)는 엔진이 탑재된 이동체의 전장품을 제어하는 ECU로부터 외부 인터페이스를 통해 엔진 속도 정보 및 엔진의 연소실내의 압력에 대한 정보를 입력 받아 제어부(120)에 제공할 수 있다(S210).
그러면, 제어부(120)는 정보 획득부(110)로부터 제공받은 엔진의 상태 정보를 기초로 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 현재 운전점을 확인한다. 여기서, 제어부(120)는 엔진의 상태 정보에 포함된 엔진의 속도 정보와 엔진에 실제 공급되는 에너지 량(Actual Energy Quantity, AEQ)에 따른 엔진의 현재 운전점을 확인할 수 있다(S220). 이때, 제어부(120)는 연료 조정부(130)로 하여금 천연가스와 디젤의 엔진으로의 공급 비율을 조정하는 제어 값에 기초하여 엔진에 현재 분사되고 있는 천연가스 공급량과 디젤 공급량을 파악하고, 파악된 천연가스 공급량과 디젤 공급량을 기반으로 아래의 수학식 1을 이용하여 엔진에 실제 공급되는 에너지 량(AEQ)을 계산한다.
Figure 112018098423896-pat00001
여기서,
Figure 112018098423896-pat00002
는 천연가스 공급량이고,
Figure 112018098423896-pat00003
는 디젤 공급량이며,
Figure 112018098423896-pat00004
는 천연가스 저위 발열량이고,
Figure 112018098423896-pat00005
는 디젤 저위 발열량이다.
그리고, 제어부(120)는 엔진에 대한 천연가스 공급량과 디젤 공급량을 기초로 디젤에 대한 천연가스의 실제 대체율, 즉 실제 천연가스 대체율(Natural Gas Substitution Rate, NG SR)을 아래의 수학식 2를 이용하여 계산한다(S230). 실제 천연가스 대체율이란 공급된 디젤과 천연가스의 에너지 비율을 의미한다.
Figure 112018098423896-pat00006
아울러, 제어부(120)는 단계 S220에서 확인된 현재 운전점에 대해 기설정된 천연가스의 요구 대체율, 즉 요구 천연가스 대체율을 획득한다. 이때, 제어부(120)는 엔진의 속도 정보와 실제 공급되는 에너지 량을 필드 값으로 가지는 맵핑 테이블, 예컨대 아래의 표 1과 같은 맵핑 테이블을 이용하여 천연가스의 요구 연료 대체율을 획득할 수 있다(S240). 표 1은 엔진의 속도 정보로서 분당회전수(Revolutions Per Minute, RPM)를 이용한 예이다.
AEQ ＼ RPM 800 1200 1600 2000
10 20 25 30 35
… … … … …
100 80 90 95 95
그리고, 제어부(120)는 단계 S230에서 계산된 실제 천연가스 대체율과 단계 S240에서 획득된 요구 천연가스 대체율을 비교한 결과에 기초하여 반응성제어 압축착화를 위한 천연가스와 디젤의 공급 비율을 조정하도록 연료 조정부(130)를 제어한다. 여기서, 제어부(120)는 아래의 수학식 3을 이용하여 실제 천연가스 대체율과 요구 천연가스 대체율의 차이만큼 천연가스 공급량과 디젤 공급량의 비율을 조정하도록 연료 조정부(130)를 제어할 수 있다.
Figure 112018098423896-pat00007
그러면, 연료 조정부(130)는 제어부(120)의 제어에 따라 천연가스와 디젤의 엔진으로의 공급 비율을 조정한다. 이러한 연료 조정부(130)의 제 1 연료 공급기(131)는 제어부(120)의 제어에 따라 천연가스의 엔진으로의 공급량을 조정할 수 있고, 연료 조정부(130)의 제 2 연료 공급기(132)는 디젤의 엔진으로의 공급량을 조정할 수 있다(S250).
또한, 제어부(120)는 엔진의 상태 정보를 기초로 반응성제어 압축착화를 위해 공급된 천연가스 및 디젤의 총 량 중 설정 퍼센트(%)에 해당하는 에너지의 열 방출률이 일어나는 시점 값을 계산한다. 예컨대, 제어부(120)는 천연가스 및 디젤의 총 량 중 50%에 해당하는 에너지의 열 방출률이 일어나는 시점(CA50) 값을 계산할 수 있다(S260).
그리고, 제어부(120)는 단계 S260에서 계산된 시점 값과 기설정된 범위 값을 비교한 결과에 기초하여 천연가스와 디젤의 공급 비율을 재조정하도록 연료 조정부(130)를 제어한다. 이때, 제어부(120)는 계산된 시점 값이 기설정된 범위 값 중 최대값보다 크면 제 2 연료의 비율이 증가되도록 연료 조정부(130)를 제어할 수 있고, 계산된 시점 값이 기설정된 범위 값 중 최소값보다 작으면 제 1 연료의 비율이 증가되도록 연료 조정부(130)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(120)에는 0 내지 5 ATDC(After Top Dead Center) CAD(Crank Angle Degree)가 범위 값으로 기설정될 수 있고, 단계 S260에서 계산된 시점 값이 기설정된 범위 값 중 최대값인 5보다 크면 디젤의 공급 비율이 증가되도록 연료 조정부(130)를 제어할 수 있고, 단계 S260에서 계산된 시점 값이 기설정된 범위 값 중 최소값인 0보다 작으면 천연가스의 공급 비율이 증가되도록 연료 조정부(130)를 제어할 수 있으며, 단계 S260에서 계산된 시점 값이 기설정된 범위 내에 있으면 천연가스와 디젤의 공급 비율에 대한 재조정을 종료할 수 있다.
그러면, 연료 조정부(130)는 제어부(120)의 제어에 따라 천연가스와 디젤의 엔진으로의 공급 비율을 재조정한다. 이러한 연료 조정부(130)의 제 1 연료 공급기(131)는 제어부(120)의 제어에 따라 천연가스의 엔진으로의 공급량을 재조정할 수 있고, 연료 조정부(130)의 제 2 연료 공급기(132)는 디젤의 엔진으로의 공급량을 재조정할 수 있다(S270).
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어에 대한 실험 결과로서, 도 3은 연료 대체율 변화에 따른 연소상 변화를 나타내는 그래프이고, 도 4는 연료 대체율 변화에 따른 배기배출물 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 4의 실험 결과는 6L 급 대형 단기통 디젤 엔진을 3bar IMEP(Indicated Mean Effective Pressure) 조건의 저부하 영역에서 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 연소 제어를 한 결과로서, 도 3은 천연가스 대체율 변화에 따른 연소상(Combustion phase) 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 천연가스 대체율 변화에 따른 배기배출물 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3의 천연가스 대체율 변화에 따른 연소상 변화를 나타낸 그래프를 살펴보면, 천연가스 대체율이 증가, 즉 천연가스 비율이 증가함에 따라 열방출율(Heat Release Rate, HRR) 시작점이 늦어진 것을 확인할 수 있으며, 이는 천연가스 비율이 증가할수록 연소상이 지각된다는 의미이다.
도 4의 천연가스 대체율 변화에 따른 배기배출물 변화를 나타낸 그래프를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응성제어 압축착화 연소 제어에 따라 CDC(Conventional Diesel Combustion) 연소 제어에 대비하여 배기배출물이 획기적으로 저감되었음을 알 수 있다. 반응성제어 압축착화(RCCI)의 경우 질소산화물(NOx) 배출 수준이 0.4 g/kWh 이하로 감소하였고, 입자상물질(PM) 배출 수준이 O.01 g/kWh 이하로 감소하였다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 반응성제어 압축착화에 따른 연소 중 현재 운전점의 고반응성 연료에 대한 저반응성 연료의 실제 연료 대체율과 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여 저반응성 연료와 고반응성 연료의 공급 비율을 조정함으로써, 배기배출물이 획기적으로 저감된다. 이로써, 배기배출물의 저감을 위한 배기 후처리장치의 의존도 경감으로 엔진시스템의 제조원가를 획기적으로 저감할 수 있고, 배기 후처리장치의 제거 혹은 축소로 배기압력 저감이 가능하여 연료소비율의 개선이 가능하다.
본 발명에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치
110 : 정보 획득부
120 : 제어부
130 : 연료 조정부

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 연소상 제어 장치에 의해서 수행되는, 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법으로서,
    반응성이 서로 다른 제 1 연료와 제 2 연료가 공급된 엔진의 반응성제어 압축착화(RCCI)에 따른 연소에 의한 상기 엔진의 상태 정보를 획득하는 단계와,
    상기 상태 정보를 기초로 상기 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 현재 운전점을 확인하는 단계와,
    상기 엔진에 대한 상기 제 1 연료의 공급량과 상기 제 2 연료의 공급량을 기초로 상기 제 1 연료보다 고반응성을 갖는 상기 제 2 연료에 대한 상기 제 1 연료의 실제 연료 대체율을 계산하는 단계와,
    상기 현재 운전점에 대해 기설정된 상기 제 1 연료의 요구 연료 대체율을 획득하는 단계와,
    상기 실제 연료 대체율과 상기 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여, 상기 반응성제어 압축착화를 위한 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 조정하는 단계와,
    상기 상태 정보를 기초로 상기 반응성제어 압축착화를 위해 공급된 상기 제 1 연료 및 상기 제 2 연료의 총 량 중 설정 퍼센트(%)에 해당하는 에너지의 열 방출률이 일어나는 시점 값을 계산하는 단계와,
    상기 시점 값과 기설정된 범위 값을 비교한 결과에 기초하여 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 재조정하는 단계를 포함하는
    반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공급 비율을 재조정하는 단계에서, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최대값보다 크면 상기 제 2 연료의 비율을 증가시키고, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최소값보다 작으면 상기 제 1 연료의 비율을 증가시키는
    반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 현재 운전점을 확인하는 단계에서, 상기 상태 정보에 포함된 상기 엔진의 속도 정보와 상기 엔진에 실제 공급되는 에너지 량에 따른 상기 현재 운전점을 확인하고,
    상기 요구 연료 대체율을 획득하는 단계에서, 상기 엔진의 속도 정보와 상기 실제 공급되는 에너지 량을 필드 값으로 가지는 맵핑 테이블을 이용하여 상기 요구 연료 대체율을 획득하는
    반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 연료는 천연가스이고,
    상기 제 2 연료는 디젤인,
    반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 반응성이 서로 다른 제 1 연료와 제 2 연료가 공급된 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 상기 엔진의 상태 정보를 획득하는 정보 획득부와,
    상기 제 1 연료보다 고반응성을 갖는 상기 제 2 연료와 상기 제 1 연료의 상기 엔진으로의 공급 비율을 조정하는 연료 조정부와,
    상기 상태 정보에 기초하여 상기 연료 조정부로 하여금 상기 공급 비율을 조정하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 상태 정보를 기초로 상기 엔진의 반응성제어 압축착화에 따른 연소에 의한 현재 운전점을 확인하며, 상기 엔진에 대한 상기 제 1 연료의 공급량과 상기 제 2 연료의 공급량을 기초로 상기 제 2 연료에 대한 상기 제 1 연료의 실제 연료 대체율을 계산하고, 상기 현재 운전점에 대해 기설정된 상기 제 1 연료의 요구 연료 대체율을 획득하며, 상기 실제 연료 대체율과 상기 요구 연료 대체율을 비교한 결과에 기초하여 상기 반응성제어 압축착화를 위한 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 조정하도록 상기 연료 조정부를 제어하고, 상기 제어부는, 상기 상태 정보를 기초로 상기 반응성제어 압축착화를 위해 공급된 상기 제 1 연료 및 상기 제 2 연료의 총 량 중 설정 퍼센트(%)에 해당하는 에너지의 열 방출률이 일어나는 시점 값을 계산하며, 상기 시점 값과 기설정된 범위 값을 비교한 결과에 기초하여 상기 제 1 연료와 상기 제 2 연료의 공급 비율을 재조정하도록 상기 연료 조정부를 제어하는
    반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최대값보다 크면 상기 제 2 연료의 비율이 증가되도록 상기 연료 조정부를 제어하고, 상기 시점 값이 상기 범위 값 중 최소값보다 작으면 상기 제 1 연료의 비율이 증가되도록 상기 연료 조정부를 제어하는
    반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 상태 정보에 포함된 상기 엔진의 속도 정보와 상기 엔진에 실제 공급되는 에너지 량에 따른 상기 현재 운전점을 확인하고, 상기 엔진의 속도 정보와 상기 실제 공급되는 에너지 량을 필드 값으로 가지는 맵핑 테이블을 이용하여 상기 요구 연료 대체율을 획득하는
    반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 장치.
KR1020180118970A 2018-10-05 2018-10-05 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치 KR102074354B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180118970A KR102074354B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180118970A KR102074354B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102074354B1 true KR102074354B1 (ko) 2020-02-06

Family

ID=69569296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180118970A KR102074354B1 (ko) 2018-10-05 2018-10-05 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102074354B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230001947A (ko) * 2021-06-29 2023-01-05 한국과학기술원 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 및 이를 제어하는 방법

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003307140A (ja) * 2002-02-18 2003-10-31 Eiwa Kokudo Kankyo Kk 燃焼制御装置
JP2004308423A (ja) * 2003-04-01 2004-11-04 Toyota Motor Corp 内燃機関の運転制御方法
US20110288751A1 (en) * 2011-06-30 2011-11-24 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling fuel injection for a dual fuel engine
JP2012057471A (ja) * 2010-09-03 2012-03-22 Toyota Motor Corp 内燃機関の燃料制御装置
US20160097338A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-07 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Method for operating an internal combustion engine
JP2018511738A (ja) * 2015-04-14 2018-04-26 ウッドワード, インコーポレーテッドWoodward, Inc. 可変分解能サンプリングによる燃焼圧力フィードバックエンジン制御
US10001090B1 (en) 2015-03-26 2018-06-19 The Research Foundation For The State University Of New York Single-fuel reactivity controlled compression ignition combustion enabled by onboard fuel reformation

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003307140A (ja) * 2002-02-18 2003-10-31 Eiwa Kokudo Kankyo Kk 燃焼制御装置
JP2004308423A (ja) * 2003-04-01 2004-11-04 Toyota Motor Corp 内燃機関の運転制御方法
JP2012057471A (ja) * 2010-09-03 2012-03-22 Toyota Motor Corp 内燃機関の燃料制御装置
US20110288751A1 (en) * 2011-06-30 2011-11-24 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling fuel injection for a dual fuel engine
US20160097338A1 (en) * 2014-10-06 2016-04-07 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Method for operating an internal combustion engine
KR20160041005A (ko) * 2014-10-06 2016-04-15 게 옌바허 게엠베하 운트 콤파니 오게 내연기관을 작동시키기 위한 방법
US10001090B1 (en) 2015-03-26 2018-06-19 The Research Foundation For The State University Of New York Single-fuel reactivity controlled compression ignition combustion enabled by onboard fuel reformation
JP2018511738A (ja) * 2015-04-14 2018-04-26 ウッドワード, インコーポレーテッドWoodward, Inc. 可変分解能サンプリングによる燃焼圧力フィードバックエンジン制御

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230001947A (ko) * 2021-06-29 2023-01-05 한국과학기술원 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 및 이를 제어하는 방법
KR102510053B1 (ko) 2021-06-29 2023-03-15 한국과학기술원 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 및 이를 제어하는 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11840971B2 (en) Systems, methods, and apparatus for operation of dual fuel engines
CN100436799C (zh) Hcci发动机燃烧控制
US20170009671A1 (en) Cylinder pressure based control of dual fuel engines
US20150285178A1 (en) Reactivity controlled compression ignition engine and method of combustion phasing control
US10774773B2 (en) Autonomous operation of electronically controlled internal combustion engines on a variety of fuels and/or other variabilities using ion current and/or other combustion sensors
JP2009270573A (ja) 内燃機関の運転方法および装置
CN104514643A (zh) 燃料喷射装置和压缩点火式内燃机
JP2010112382A (ja) エンジン制御システムおよび方法
CN109415986B (zh) 内燃机的控制装置以及内燃机的控制方法
CN104603432B (zh) 基于对气缸压力梯度最大值的位置不稳定性的识别使得内燃机的燃烧噪声最小化
JP2008291717A (ja) 予混合圧縮着火エンジンの制御装置
KR102546911B1 (ko) 엔진을 작동하기 위한 방법 및 제어 디바이스
JP2009168029A (ja) 自己着火式内燃機関の制御のための方法及び装置
Schnorbus et al. Diesel combustion control with closed-loop control of the injection strategy
JP2015086790A (ja) 内燃機関の制御装置
KR102074354B1 (ko) 반응성제어 압축착화 엔진의 연소상 제어 방법 및 장치
JP2007077992A (ja) アシストする火花点火によるオット機関の、コントロールされた自己着火
KR101807042B1 (ko) 가솔린-디젤 혼합 연소 엔진의 제어 장치 및 방법
KR102390779B1 (ko) 내연 기관에서의 자동 점화 제어
US20180355813A1 (en) Internal Combustion Engine Control Device
US10221788B2 (en) Engine controller
JP2007285195A (ja) 内燃機関の着火時期制御システム
WO2017055299A1 (en) Exhaust gas after treatment system for a dual-fuel internal combustion engine
US9175612B2 (en) Method and apparatus for controlling combustion of engine having mixed combustion mode
Divekar et al. Mode switching to improve low load efficiency of an ethanol-diesel dual-fuel engine

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant