KR102201716B1 - 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템 - Google Patents

내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102201716B1
KR102201716B1 KR1020190131537A KR20190131537A KR102201716B1 KR 102201716 B1 KR102201716 B1 KR 102201716B1 KR 1020190131537 A KR1020190131537 A KR 1020190131537A KR 20190131537 A KR20190131537 A KR 20190131537A KR 102201716 B1 KR102201716 B1 KR 102201716B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alcohol
water
supply
engine
mixture
Prior art date
Application number
KR1020190131537A
Other languages
English (en)
Inventor
이경환
조병모
Original Assignee
순천대학교 산학협력단
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 순천대학교 산학협력단 filed Critical 순천대학교 산학협력단
Priority to KR1020190131537A priority Critical patent/KR102201716B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102201716B1 publication Critical patent/KR102201716B1/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
    • 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
    • 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
    • F02D19/0649—Liquid fuels having different boiling temperatures, volatilities, densities, viscosities, cetane or octane numbers
    • F02D19/0652—Biofuels, e.g. plant oils
    • F02D19/0655—Biofuels, e.g. plant oils at least one fuel being an alcohol, e.g. ethanol
    • 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
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0684—High pressure fuel injection systems; Details on pumps, rails or the arrangement of valves in the fuel supply and return systems
    • 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
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • 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
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/028—Adding water into the charge intakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/04—Sensors
    • F01L2820/042—Crankshafts position
    • 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

Abstract

내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템이 개시된다. 본 발명의 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템은, 연소실을 갖는 적어도 하나의 실린더; 상기 적어도 하나의 실린더 내에 각각 배치된 적어도 하나의 피스톤과 연결되는 출력축; 상기 실린더 각각의 일측에 설치되는 흡기 포트에 흡기공기를 공급하는 흡기 매니폴드; 상기 연소실 내로 연료를 공급하는 연료 공급부; 및 상기 흡기 포트 내부로 물과 알코올의 혼합물을 공급하되, 엔진의 운전조건 변화에 따라 물과 알코올의 공급 비율을 실시간으로 가변 조절 가능한 혼합물 공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 엔진의 운전조건 변화(저속의 저/중/고부하, 중고속의 저/중/고부하, 고속의 고부하 등)에 따라 물, 알코올의 혼합비율을 실시간으로 가변적으로 조절하여 공급함으로써 노킹 발생을 안정적으로 저감시킴과 더불어 연소실 내의 압축비 상승 및 점화시기 최적화를 유도하여 성능과 연비를 한층 향상시키고 NOx 배출을 저감할 수 있다.

Description

내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템{Fuel economy and emission reduction system of internal combustion engine}
본 발명은 혼합기 및 연소가스의 온도를 하강시켜 노킹현상이 발생하는 것을 억제하여 정상적으로 연소 상황이 유지되도록 함과 더불어 연소가스의 NOx 발생을 획기적으로 저감하여 대기 오염 발생을 저감할 수 있는 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템에 관한 것이다.
근래, 지구 환경 문제의 고조와 함께 자동차로부터 배출되는 유해 배기 가스나 연비에 대하여 그 규제는 한층 엄격해져 왔다. 유한의 지구 에너지 자원의 효과적인 이용과 온실효과 가스의 배출 억제 요구에 대응하면서 자동차의 상품 가치의 하나인 고출력화를 도모하기 위해서는 엔진의 압축비 향상이 필요하다. 그러나 불꽃점화기관(spark ignition)에서 압축비가 높아지면 이론 열효율이 상승하여 엔진의 고출력화를 이룰 수 있는 반면에 노킹의 발생이 심화되어 그 상한치는 제한된다. 따라서, 압축비를 향상시켜 엔진 효율을 높이면서도 노킹 현상을 제어할 수 있는 많은 연구가 이루어져 왔다.
노킹 현상의 발생을 제어할 수 있는 다양한 방법 중에 하나가 흡기온도를 낮추는 것인데, 흡기 온도를 낮추면 체적효율을 증가시켜 성능을 향상시킬 수 있고 연소가스의 온도를 강하시켜 노킹을 개선할 수 있다.
흡기온도와 연소가스의 온도를 하강시키기 위해 적용할 수 있는 방법 중 하나가 물을 분사하여 기화잠열과 높은 열용량 특성을 활용하여 온도를 낮추는 것이다. 물은 알코올에 비해 기화잠열이 훨씬 적어 흡기온도 저감에는 불리한데 알코올에 비해 추가적인 열발생이 없고 비열이 약 두 배정도 크기 때문에 연소가스 온도저감에는 유리하다. 알코올의 분사는 상대적으로 흡기온도 저감에는 물보다 효과가 훨씬 크지만 연소가스의 온도 저감에는 에탄올 자체의 연소에 의한 열발생과 비열이 적어서 연소가스 온도 저감에는 불리하다.
따라서, 본 출원인은 물과 알코올을 적정한 비율로 혼합하여 분사함으로써 물과 알코올의 장단점을 적절히 조합하여 노킹 발생을 억제할 뿐만 아니라 연비 및 배출가스 저감을 구현할 수 있는 시스템을 제안하는 바이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0027988호(2014.03.07 공개)
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 혼합기 및 연소가스의 온도 저감을 위해 물과 알코올의 혼합물을 공급하는데 엔진의 운전조건 변화(저속의 저/중/고부하, 중고속의 저/중/고부하, 고속의 고부하 등)에 따라 물, 알코올의 혼합비율을 실시간으로 가변적으로 조절하여 노킹 발생을 안정적으로 저감시킴으로써, 연소실 내의 압축비 상승 및 점화시기 최적화를 유도하여 성능과 연비를 한층 향상시킬 수 있는 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 연소실을 갖는 적어도 하나의 실린더; 상기 적어도 하나의 실린더 내에 각각 배치된 적어도 하나의 피스톤과 연결되는 출력축; 상기 실린더 각각의 일측에 설치되는 흡기 포트에 흡기공기를 공급하는 흡기 매니폴드; 상기 연소실 내로 연료를 공급하는 연료 공급부; 및 상기 흡기 포트 내부로 물과 알코올의 혼합물을 공급하되, 엔진의 운전조건 변화에 따라 물과 알코올의 공급 비율을 실시간으로 가변 조절 가능한 혼합물 공급부를 포함하는 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템이 제공된다.
상기 혼합물 공급부는, 물의 공급 비율을 조절 가능한 물 공급펌프, 알코올의 공급 비율을 조절 가능한 알코올 공급펌프, 및 상기 물 공급펌프 및 알코올 공급펌프의 구동을 각각 제어 가능한 펌프 제어부를 포함하되, 상기 펌프 제어부는 상기 출력축의 구동 상태를 전달받은 후 이에 대응하도록 물 공급펌프 및 알코올 공급펌프의 구동속도를 가변적으로 조절할 수 있다.
상기 엔진의 운전조건 변화를 감지하기 위해, 상기 출력축의 회전 속도를 측정하는 크랭크각 센서; 및 상기 흡기 포트에 설치되어 흡기공기의 압력을 측정하는 압력센서 또는 흡기공기의 유량을 측정하는 유량계를 더 포함할 수 있다.
상기 혼합물 공급부는, 물이 저장된 물 탱크; 알코올이 저장된 알코올 탱크; 상기 물 탱크, 알코올 탱크와 상기 흡기 포트 사이를 각각 연결하는 제1 및 제2 공급배관; 상기 제1 및 제2 공급배관에 각각 마련되어 물 탱크와 알코올 탱크에 저장된 물과 알코올을 흡입하여 공급 가능한 물 공급펌프와 알코올 공급펌프; 상기 크랭크각 센서와 압력센서 또는 유량계의 감지값을 전달받아 기설정된 기준값과 비교한 후 이에 대응하여 상기 물 공급펌프와 알코올 공급펌프의 구동을 조절하는 펌프 제어부를 포함할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템에 의하면, 엔진의 운전조건 변화(저속의 저/중/고부하, 중고속의 저/중/고부하, 고속의 고부하 등)에 따라 물, 알코올의 혼합비율을 실시간으로 가변적으로 조절하여 공급함으로써 노킹 발생을 안정적으로 저감시킴과 더불어 연소실 내의 압축비 상승 및 점화시기 최적화를 유도하여 성능과 연비를 한층 향상시키고 NOx 배출을 저감할 수 있다.
또한, 엔진의 운전조건에 따라 혼합물의 공급 비율을 조절하고 혼합물의 공급여부를 판단하여 필요없는 상황에서 혼합물이 공급되는 것을 차단함으로써, 자원 낭비의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템의 제어 관계를 나타내는 블록도,
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템은 혼합기(연료+공기) 및 연소가스의 온도를 하강시켜 노킹현상이 발생하는 것을 억제하여 정상적으로 연소 상황이 유지되도록 함과 더불어 연소가스의 NOx 발생을 획기적으로 저감하여 대기 오염 발생을 저감할 수 있다.
덧붙여, 본 발명은 혼합기 및 연소가스의 온도 저감을 위해 물과 알코올의 혼합물을 공급하는데 엔진의 운전조건 변화(저속의 저/중/고부하, 중고속의 저/중/고부하, 고속의 고부하 등)에 따라 물, 알코올의 혼합비율을 실시간으로 가변적으로 조절하여 노킹 발생을 안정적으로 저감시킴으로써 연소실 내의 압축비 상승 및 점화시기 최적화를 유도하여 성능과 연비를 한층 향상시킬 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템은 실린더(100), 출력축(200), 흡기 매니폴드(300), 연료 공급부(400) 및 혼합물 공급부(500)를 포함한다.
먼저, 실린더(100)는 내연기관의 특성이나 크기 등에 따라 다양한 개수 즉, 적어도 하나가 엔진 블록을 따라 설치되며, 각각 연소실을 갖는다. 이러한 실린더(100)의 연소실 내 상부에는 공기가 유입되는 흡기 밸브(미도시)가 구비된 흡기 포트(110)와, 연소된 가스를 배출하는 배기 밸브(미도시)가 구비된 배기 포트(120)가 각각 설치될 수 있다.
흡기 매니폴드(300)는 실린더(100) 각각의 일측에 설치된 흡기 포트(110)로 흡기공기를 공급하며, 연료 공급부(400)는 GDI(Gasoline Direct Injection) 방식 적용으로 실린더의 연소실 내로 직접 연료를 공급한다.
또한, 실린더(100)에는 가솔린 엔진의 경우 연소실 내의 연료를 폭발 행정에서 점화시킬 수 있도록 점화장치(미도시)가 설치될 수 있으며, 이중연료 엔진의 경우 흡기공기를 고온고압으로 압축하여 자발화(self-ignition, 자기착화) 시키는 디젤 엔진을 기반으로 하기 때문에 가스연료의 착화를 유도하는 소형 오일연료 분사기로서 파일럿 인젝터(Micro Pilot Injector)가 더 구비될 수 있다.
다음, 도 1에 도시한 바와 같이, 출력축(200)은 적어도 하나의 실린더(100) 내에 각각 배치된 적어도 하나의 피스톤(미도시)과 연결되게 마련되어 엔진운전 조건 변동에 따라 그 회전 속도 및 토오크가 조절된다.
도 1은 실린더를 상측에서 하방으로 바라본 개략적인 도면으로서, 출력축(200)은 크랭크 축으로서, 미도시된 복수의 피스톤과 연결되어 실린더 하우징의 측방으로 연결된다.
다음, 혼합물 공급부(500)는 분사된 혼합물의 증발에 의해 혼합기(흡기공기와 연료의 혼합물) 및 연소가스의 온도를 실질적으로 하강시키는 것으로서, 흡기 포트(110) 내부로 물과 알코올의 혼합물을 공급한다. 덧붙여, 혼합물 공급부는 온도 저감의 효과를 상승시키기 위해 연소실의 흡기밸브(미도시)가 개방되는 흡기 행정시에 혼합물을 분사하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 혼합물 공급부(500)는 엔진의 운전조건 변화에 따라 물과 알코올의 공급 비율을 실시간으로 가변적으로 조절 가능하도록 마련되며, 부연하자면 엔진의 운전조건에 따라 혼합물의 적절한 혼합비율과 분사시기 등을 파악하고(최적화) 각각의 운전상태에 적절하도록 물과 알코올을 혼합된 상태로 공급하게 된다.
구체적으로, 엔진의 운전조건 변화를 감지하고 이를 토대로 혼합물의 혼합 공급비율을 실시간으로 가변 조절하기 위해, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 출력축(200)의 회전 속도(rpm)를 측정하는 크랭크각 센서(210)와, 흡기 포트(110)에 설치되어 흡기공기(또는 혼합기)의 압력을 측정하는 압력센서(220)를 포함한다. 압력센서(220)가 장착된 엔진에서는 흡기압력에 따라 부하가 변동하므로 압력센서(220)의 감지 신호를 통해 엔진 부하변동을 파악할 수 있다.
여기서, 상기 압력센서(220)는 흡기 포트에 설치되어 흡기공기의 유량을 측정하는 공기 유량계(미도시)로 대체될 수 있으며, 공기 유량계(hot-wire 또는 hot-film sensor)가 장착된 엔진에서는 공기유량계의 감지신호를 통해 엔진 부하변동을 파악할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서, 도 2의 압력센서(220)는 공기유랑계, 압력센서, 공기유량계(압력센서) 등으로 적용 가능하다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 엔진 부하변동 감지를 위해 압력센서(220)가 채용된 경우를 기준으로 설명한다.
이러한 크랭크각 센서(210), 압력센서(220)를 통해 엔진의 운전조건 변화, 즉 저속의 저/중/고부하 운전, 중고속의 저/중부하 운전, 중속의 고부하 운전, 고속의 고부하 운전 상태를 감지할 수 있다.
본 발명에서, 도 1에 도시한 바와 같이, 혼합물 공급부(500)는 물이 저장된 물 탱크(510), 알코올이 저장된 알코올 탱크(520), 제1 및 제2 공급배관(531,532), 물 공급펌프(540), 알코올 공급펌프(550), 인젝터(560) 및 펌프 제어부(570)를 포함한다.
먼저, 제1 및 제2 공급배관(531,532)은 물 탱크(510), 알코올 탱크(520)와 흡기 포트(110) 사이를 각각 연결하도록 이루어지며, 관련 도면에는 설명과 도시의 편의를 위해 일 예로 물 탱크(510)와 알코올 탱크(520)가 각각 제1 및 제2 공급배관(531,532)을 통해 흡기 포트(110)와 연결된 상태가 도시되어 있다.
다음, 물 공급펌프(540)는 실질적으로 연소실 내로의 물의 공급비율을 조절 가능한 것으로서 가변적으로 구동 속도 조절이 가능한 구조로 이루어지며, 제1 공급배관(531) 상에 마련되어 물 탱크의 물을 흡입하여 공급한다.
알코올 공급펌프(550)는 실질적으로 연소실 내로의 알코올의 공급비율을 조절 가능한 것으로서 마찬가지로 가변적으로 구동 속도 조절이 가능한 구조로 이루어지며, 제2 공급배관(532) 상에 마련되어 알코올 탱크의 알코올을 흡입하여 공급한다. 본 발명의 실시예에서, 물 공급펌프와 알코올 공급펌프는 저압용 가변펌프로 적용 가능하다.
인젝터(560)는 서로 분기된 제1 공급배관(531)과 제2 공급배관(532)이 서로 합류하면서 흡기 포트(110)와 연결되는 통합배관(580)의 단부에 마련되어 물과 알코올의 혼합물을 흡기 포트(110) 내로 분사시킨다.
본 발명에서, 통합배관(580)에는 혼합물의 공급을 차단하기 위한 혼합물 공급차단밸브(591)가 마련되어 있으며, 이러한 혼합물 공급차단밸브는 전기적인 제어가 가능한 전자식 밸브, 일 예로 솔레노이드 밸브로 적용 가능하다.
다음, 펌프 제어부(570)는 물 공급펌프(540) 및 알코올 공급펌프(550)의 구동을 제어하는 것으로서, 출력축(200)의 구동 상태와 엔진 부하 상태를 전달받은 후 이에 대응하도록 물 공급펌프(540) 및 알코올 공급펌프(550)의 구동속도, 즉 펌프 내 블레이드를 구동하는 모터의 회전속도를 가변적으로 조절하여 엔진 운전조건 변동에 따라 적절한 비율로 혼합된 혼합물이 연소실로 공급되도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 엔진의 운전조건 변화 감지는 크랭크각 센서(210), 압력센서(220) 감지값 확인을 통해 가능한 바, 도 2에 도시한 바와 같이 펌프 제어부(570)는 먼저 크랭크각 센서(210)와 압력센서(220)의 감지값을 전달받아 메모리(590)에 저장된 기설정된 기준값과 비교하여 현재 엔진의 운전상태를 감지한다.
예를 들면, 메모리(590)에는 출력축(200)의 회전속도가 A인 경우 중속 운전상태이고, 엔진 부하(토오크)가 B인 경우 저부하 운전상태임을 파악할 수 있는 기준 데이터가 저장되어 있다.
펌프 제어부(570)는 전술한 기준값과의 비교를 통해 현재 엔진 운전상태를 파악한 후 이에 대응하여 물 공급펌프(540)와 알코올 공급펌프(550)의 개도를 조절하여 각 운전상태에 적절한 혼합비율로 혼합된 혼합물이 연소실 내로 공급되도록 할 수 있다.
이와 같이, 엔진 운전조건 변화에 따라 혼합물의 혼합비율을 실시간 가변적으로 조절하여 노킹 발생을 저감함으로써, 연소실 내 연료 압축비 상승을 가능하게 하고 점화시기를 최적화하여 엔진 성능과 연비를 향상시킬 수 있으며, 연소가스의 온도 하강으로 NOx의 배출을 저감할 수 있다.
한편, 엔진의 운전조건에 따라 특별히 물과 알코올의 추가 공급이 필요없는 경우, 펌프 제어부(570)는 혼합물 공급차단밸브(591)를 차단하여 물과 알코올의 혼합물이 흡기 포트 측으로 공급되는 것을 원천 차단할 수 있다.
이하, 엔진의 운전조건 변화에 따른 물과 알코올의 공급 혼합비율 조절에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저, 저속의 저/중부하 운전에서는 연소실 내 발생하는 화염이나 연소가스의 온도가 일정이상 높지 않으므로 물과 알코올의 추가 공급없이 기존 연료만, 즉 혼합기만 공급하도록 제어한다.
한편, 저속 고부하 운전에서는 화염 전파속도가 낮아 노킹현상이 심해질 수 있으므로 물 공급비율을 최소화하고 주로 알코올을 공급하여 노킹 발생을 감소하도록 제어한다. 이 경우 알코올은 옥탄가가 높기 때문에 노킹 방지에 유리하고 열부하를 키워 엔진 출력 증대를 유도할 수 있다.
다음, 중속의 저/중부하 운전과 고속의 저부하 운전에서는 노킹 발생이 심하지 않으므로 물과 알코올 혼합물의 추가 공급없이 기존 연료만, 즉 혼합기만 공급하도록 제어한다.
또한, 중속의 고부하 운전과 고속의 중부하 운전에서는 물과 알코올의 혼합비율을 적절히 조정하는데 점차 부하가 증가할수록 상대적으로 물의 혼합비율을 증가시켜 노킹 발생을 감소하도록 제어한다.
다음, 고속의 고부하 운전에서는 연소실 내 열부하 발생이 증가함에 따라 알코올을 추가적으로 공급하지 않아도 되며 따라서 혼합물 중 물만 공급하도록 제어하여 노킹 발생을 감소시킨다.
한편, 엔진마다 저/중/고속의 회전수 조건이 상이함에 따라 물과 알코올의 혼합물의 혼합비율도 모든 엔진에 동일하게 적용하기 힘든 상태이다. 따라서 특정 엔진을 예로 들어 구체적인 적용 예를 아래 표 1에 정리하였다.
저부하
(최대토크의 30%이하)		 중부하
(최대토크의 30 ~ 60%)		 고부하
(최대토크의 60%이상)
저속
(2000 rpm 이하)		 X X 알코올 100%
중속
(2000~3000 rpm)		 X X 40 ~ 60%의 혼합물
고속
(3000 rpm 이상)		 X 40 ~ 60%의 혼합물 물 100 %
여기서, 40 ~ 60%의 혼합물이라 함은 물 100중량부에 대해 알코올 40 ~ 60 중량부로 물과 알코올이 혼합된 혼합물을 의미하고, 'X'는 혼합물 공급없이 혼합기만 공급함을 의미한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 실린더 200: 출력축
210: 크랭크각 센서 220: 압력센서
300: 흡기 매니폴드 400: 연료 공급부
500: 혼합물 공급부 510: 물 탱크
520: 알코올 탱크 540: 물 공급펌프
550: 알코올 공급펌프 570: 펌프 제어부
590: 메모리 591: 혼합물 공급차단밸브

Claims (4)

  1. 연소실을 갖는 적어도 하나의 실린더(100);
    상기 적어도 하나의 실린더(100) 내에 각각 배치된 적어도 하나의 피스톤과 연결되는 출력축(200);
    상기 실린더(100) 각각의 일측에 설치되는 흡기 포트(110)에 흡기공기를 공급하는 흡기 매니폴드(300);
    상기 연소실 내로 연료를 공급하는 연료 공급부(400); 및
    상기 흡기 포트(110) 내부로 물과 알코올의 혼합물을 공급하되, 엔진의 운전조건 변화에 따라 물과 알코올의 공급 비율을 실시간으로 가변 조절 가능한 혼합물 공급부(500)를 포함하되,
    상기 엔진의 운전조건 변화를 감지하기 위해, 상기 출력축(200)의 회전 속도를 측정하는 크랭크각 센서(210); 및 상기 흡기 포트(110)에 설치되어 흡기공기의 압력을 측정하는 압력센서(220) 또는 흡기공기의 유량을 측정하는 유량계를 더 포함하며,
    상기 혼합물 공급부(500)는,
    물이 저장된 물 탱크(510);
    알코올이 저장된 알코올 탱크(520);
    상기 물 탱크, 알코올 탱크와 상기 흡기 포트 사이를 각각 연결하는 제1 및 제2 공급배관(531,532);
    상기 제1 및 제2 공급배관에 각각 마련되어 물 탱크(510)와 알코올 탱크(520)에 저장된 물과 알코올을 흡입하여 공급 가능한 물 공급펌프(540)와 알코올 공급펌프(550); 및
    상기 크랭크각 센서(210)와, 압력센서(220) 또는 유량계의 감지값을 전달받아 기설정된 기준값과 비교한 후 이에 대응하여 상기 물 공급펌프(540)와 알코올 공급펌프(550)의 구동을 조절하는 펌프 제어부(570)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
KR1020190131537A 2019-10-22 2019-10-22 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템 KR102201716B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190131537A KR102201716B1 (ko) 2019-10-22 2019-10-22 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190131537A KR102201716B1 (ko) 2019-10-22 2019-10-22 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102201716B1 true KR102201716B1 (ko) 2021-01-12

Family

ID=74129673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190131537A KR102201716B1 (ko) 2019-10-22 2019-10-22 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102201716B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113291446A (zh) * 2021-06-29 2021-08-24 广船国际有限公司 一种甲醇双燃料船舶日用柜的补给系统及其使用方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006132368A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Honda Motor Co Ltd 圧縮着火内燃機関の制御方法
US20090043478A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Labonte Motorsports, Llc Method and device for monitoring an internal combustion engine with a duel fuel injection system
JP2009264194A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Honda Motor Co Ltd 燃料供給システム
JP2010185346A (ja) * 2009-02-12 2010-08-26 Toyota Motor Corp エンジン
KR20140027988A (ko) 2011-04-11 2014-03-07 노스트럼 에너지 피티이. 리미티드 내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관
JP2015129489A (ja) * 2014-01-08 2015-07-16 本田技研工業株式会社 車両の制御装置
KR20150105426A (ko) * 2013-01-17 2015-09-16 니르말 뮬레 내부적으로 냉각되는 내연 기관과 그 방법
KR20180124288A (ko) * 2017-05-11 2018-11-21 현대자동차주식회사 워터 인젝션 시스템 및 그 제어방법

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006132368A (ja) * 2004-11-04 2006-05-25 Honda Motor Co Ltd 圧縮着火内燃機関の制御方法
US20090043478A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Labonte Motorsports, Llc Method and device for monitoring an internal combustion engine with a duel fuel injection system
JP2009264194A (ja) * 2008-04-23 2009-11-12 Honda Motor Co Ltd 燃料供給システム
JP2010185346A (ja) * 2009-02-12 2010-08-26 Toyota Motor Corp エンジン
KR20140027988A (ko) 2011-04-11 2014-03-07 노스트럼 에너지 피티이. 리미티드 내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관
KR20150105426A (ko) * 2013-01-17 2015-09-16 니르말 뮬레 내부적으로 냉각되는 내연 기관과 그 방법
JP2015129489A (ja) * 2014-01-08 2015-07-16 本田技研工業株式会社 車両の制御装置
JP6029602B2 (ja) * 2014-01-08 2016-11-24 本田技研工業株式会社 車両の制御装置
KR20180124288A (ko) * 2017-05-11 2018-11-21 현대자동차주식회사 워터 인젝션 시스템 및 그 제어방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113291446A (zh) * 2021-06-29 2021-08-24 广船国际有限公司 一种甲醇双燃料船舶日用柜的补给系统及其使用方法
CN113291446B (zh) * 2021-06-29 2022-04-19 广船国际有限公司 一种甲醇双燃料船舶日用柜的补给系统及其使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9988991B2 (en) Cylinder pressure based control of dual fuel engines
CN106499531B (zh) 一种双喷嘴气/液双燃料缸内直喷内燃机及控制方法
US9482168B2 (en) Mid-cycle fuel injection strategies
CN111810322A (zh) 内燃发动机
CN107143421A (zh) 一种电控缸内直喷二冲程氢内燃机及控制方法
JP2006329158A (ja) 火花点火式筒内噴射型内燃機関の制御装置
JP2012057470A (ja) 内燃機関
JP5846207B2 (ja) 多種燃料内燃機関の制御システム
CN108843446A (zh) 适用于中重型车的汽油发动机燃烧控制方法及汽油发动机
KR102201716B1 (ko) 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템
JP2009138568A (ja) 内燃機関
JP4315356B2 (ja) 筒内燃料噴射式エンジンの制御装置
JP4821758B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2013217205A (ja) 内燃機関の制御装置
US10294875B2 (en) Control device for adjusting first and second fuel ratios
JP4835279B2 (ja) 多種燃料内燃機関
US7325525B2 (en) Piston for internal combustion engine
JPH06193480A (ja) 水素エンジンの燃料供給装置
US20090024306A1 (en) Fast Burn and High Compression Ratio Fuel Management System for Minimization of Ethanol Consumption in Ethanol Boosted Gasoline Engines
JP2006336620A (ja) 内燃機関の燃料噴射制御装置
KR20180124288A (ko) 워터 인젝션 시스템 및 그 제어방법
JP2014047691A (ja) エンジン装置
CN208564747U (zh) 适用于中重型车的汽油发动机
AU2021105580A4 (en) Adjusting structure for engine intake physicochemical property
JP4692427B2 (ja) 多種燃料内燃機関

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant