KR102231547B1 - 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 피스톤 엔진 - Google Patents

멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 피스톤 엔진 Download PDF

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Abstract

멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 를 작동시키기 위한 방법은 활성인 상태에서 제 1 그룹의 실린더들 (2) 을 작동시키는 단계로서, 상기 활성인 상태에서 메인 연료의 제 1 양은 엔진 (1) 의 각각의 사이클 중에 각각의 실린더 (2) 내로 분사되는, 상기 제 1 그룹의 실린더들 (2) 을 작동시키는 단계, 비활성화된 상태에서 제 2 그룹 (2) 의 실린더들을 동시에 작동시키는 단계로서, 상기 비활성화된에서 적어도 실린더들 (2) 의 제 2 그룹 내로의 메인 연료의 분사는 비활성화되는, 상기 실린더들의 제 2 그룹 (2) 을 동시에 작동시키는 단계, 및 실린더들 (2) 의 제 2 그룹 내로 메인 연료의 연료 분사를 활성화시키는 단계를 포함한다. 실린더들 (2) 의 제 2 그룹 내로 메인 연료의 연료 분사가 활성화될 때에, 엔진 (1) 의 제 1 사이클 중에 메인 연료의 제 2 양은 각각의 실린더

Description

멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 피스톤 엔진{METHOD FOR OPERATING MULTI-CYLINDER PISTON ENGINE AND PISTON ENGINE}
본 발명은 제 1 항의 서문에 따른 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 다른 독립항의 서문에 규정된 바와 같은 피스톤 엔진에 관한 것이다.
선박의 메인 또는 보조 엔진 또는 발전소 엔진과 같은 대형 피스톤 엔진이 엔진의 정격 출력의 25 퍼센트 미만의 부하와 같은 매우 낮은 부하로 작동될 때에, 실린더들의 일부는 비활성화될 수 있다. 엔진의 실린더들의 단지 일부를 사용함으로써, 엔진의 방출물들이 감소될 수 있고 엔진의 효율이 개선될 수 있다. 간헐 연소 또는 활성인 실린더 비활성화로 불리우는 이러한 종류의 작동 모드에서, 선택된 실린더들 내로 연료 분사는 사전 결정된 수의 엔진 사이클들 동안 차단된다. 사전 결정된 수의 엔진 사이클들이 지연될 때에, 비활성화된 실린더들에서 연료 분사는 재시작되고, 연료 분사는 또 다른 세트의 실린더들에서 차단된다. 사전 결정된 패턴에 따라 비활성화된 실린더들을 교호함으로써, 비활성화된 실린더들에서 온도들이 너무 낮게 되지 않는 것이 보장된다. 그러나, 비활성화된 실린더들의 교번에도 불구하고, 비활성화된 실린더에서 연료 분사가 재시작될 때에, 활성화된 실린더에서 연소는 적어도 연료 분사를 재시작 한 후에 제 1 사이클 중에 약해진다. 약한 연소는 엔진 스피드 및 동력의 변동을 발생시킨다. 변동은 현저한 규모를 가질 수 있고 엔진의 쉐이킹 또는 흔들림의 형태로 엔진 작동자에 의해 검출될 수 있다. 뿐만 아니라, 엔진의 스피드/부하 제어기는 그 세팅을 일정하게 조정할 필요가 있고 따라서 진정한 정상 상태 작동에 도달하는 것이 불가능할 수 있다.
본 발명의 목적은 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
방법은 활성인 상태에서 적어도 하나의 실린더를 포함하는 실린더들의 제 1 그룹을 작동시키는 단계로서, 상기 활성인 상태에서 메인 연료의 제 1 양은 엔진의 각각의 사이클 중에 각각의 실린더의 제 1 그룹의 내로 분사되는, 상기 실린더들의 제 1 그룹을 작동시키는 단계, 비활성화된 상태에서 적어도 하나의 실린더를 포함하는 실린더들의 제 2 그룹을 동시에 작동시키는 단계로서, 상기 비활성화된 상태에서 적어도 실린더들의 제 2 그룹 내로의 메인 연료의 분사는 비활성화되는, 상기 실린더들의 제 2 그룹을 동시에 작동시키는 단계, 및 연료 분사를 개시하거나 또는 재시작함으로써 실린더들의 제 2 그룹 내로의 메인 연료의 연료 분사의 활성화시키는 단계를 포함한다. 환언하면, 엔진은 비활성화된 실린더들이 비활성화된 실린더들에서 과도한 온도 감소를 방지하도록 교번되는 간헐 연소 모드로 작동된다. 본 발명에 따른 방법의 특징을 갖는 특성들은 제 1 항의 특징 부분에서 주어진다. 본 발명의 또 다른 목적은 엔진의 개별적인 실린더들에서 연료 분사량들을 개별적으로 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하는 개선된 피스톤 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 피스톤 엔진의 특징을 갖는 특성들은 다른 독립항의 특징을 갖는 부분에 주어진다.
본 발명에 따른 방법에서, 실린더들의 제 2 그룹 내로 메인 연료의 연료 분사가 활성화될 때에, 엔진의 제 1 사이클 중에 메인 연료의 제 2 양은 각각의 실린더의 제 2 그룹 내로 분사되고, 제 2 양은 제 1 양보다 많다.
본 발명에 따른 엔진에서, 제어 유닛은 상기 규정된 방법을 실시하도록 구성된다.
본 발명에 따른 방법에서, 비활성화된 상태의 작동 다음의 제 1 엔진 사이클 중에 발생되는 보다 약한 연소는 보상될 수 있다. 엔진의 동력 출력은 따라서 정상으로 유지되고 엔진은 보다 부드럽게 운행된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 실린더들의 제 2 그룹 내로 연료 분사가 활성화되면서, 연료 분사량은 단지 실린더들의 제 2 그룹에서만 증가된다. 실린더들의 제 1 그룹은 따라서 실린더들의 제 2 그룹에서 연료 분사를 재시작하기 전과 최대 동일한 양의 메인 연료를 수용한다. 실린더들의 제 1 그룹의 전부 또는 일부는, 간헐 연소 모드로 엔진의 작동이 연속된다면 비활성화된 상태로 자연스럽게 스위칭될 수 있다. 단지 최근에 활성화된 실린더들에서 연료 분사량을 증가시킴으로써, 개별적인 실린더들의 동력 출력은 균등화된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 메인 연료의 제 2 양이 실린더들의 제 2 그룹 내로 분사되는 제 1 엔진 사이클 후에, 실린더들의 제 2 그룹에서의 연료 분사량은 감소된다. 보다 약한 연소는 제 1 활성인 사이클 중에 주로 발생되고 따라서 연료 분사량은 제 1 활성인 사이클 후에 감소될 수 있다. 제 1 활성인 사이클 후에, 연료 분사량은 제 1 양으로 감소될 수 있다. 대안적으로, 연료 분사량은 제 1 양보다 많은 제 3 양으로 감소될 수 있다. 이러한 제 3 양은 제 2 활성인 사이클 중에 사용될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 또한 제 2 활성인 사이클 중에 연료 분사량이 정상 상태 작동에서보다 약간 많은 것이 유리할 수 있다. 연료 분사량이 제 1 활성인 사이클 후에 제 1 양이 아닌 제 3 양으로 감소된다면, 연료 분사량은 제 2 활성인 사이클 후에 제 1 양으로 감소될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연료의 제 2 양은 연료의 제 1 양보다 20 내지 60 퍼센트 많고, 바람직하게 연료의 제 1 양보다 25 내지 50 퍼센트 많다. 연료 분사량에서 적절한 증가는 몇개의 인자들에 종속되지만, 일반적으로 상기 언급된 범위들에서 증가는 적절해야 한다. 연료의 제 3 양은 예를 들면, 연료의 제 1 양보다 0 내지 25 퍼센트 많을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 메인 연료는 가스형 연료이다. 메인 연료의 적어도 주된 부분은 엔진의 흡기 덕트 내로 도입될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 엔진이 흡기 덕트 내로 가스형 메인 연료를 도입함으로써 작동된다면 특히 유리하다. 그러한 엔진의 정상 상태 작동 중에, 분사된 연료의 일부는 흡기 밸브들의 폐쇄 후에 흡기 덕트에 유지된다. 실린더 내로 유동하는 연료의 일부는 따라서“프레쉬 (fresh)” 연료이고 연료의 일부는 이전의 연료 분사들로부터의 잔여 가스이다. 흡기 덕트 내로 연료를 도입하는 가스 진입 밸브가 하나의 이상의 엔진 사이클들 동안 폐쇄된다면, 흡기 덕트는 흡기 공기에 의해 퍼지되고, 실린더의 제 1 활성인 사이클 중에 실린더는 분사된 양보다 작은 양의 연료를 수용한다. 증가된 연료 분사량은 이러한 차이를 보상한다.
가스형 메인 연료는 액체 파일럿 연료에 의해 점화될 수 있고 비활성화된 상태에서 또한 실린더들의 제 2 그룹 내로 파일럿 연료의 분사는 차단될 수 있다. 액체 파일럿 연료 분사를 갖는 가스 엔진에서, 또한 액체 파일럿 연료의 연료 분사량은 엔진의 제 1 활성인 사이클 중에 증가될 수 있다. 제 1 활성인 사이클 중에, 활성화된 실린더들에서 분사된 파일럿 연료의 양은 따라서 정상 상태에서 실린더들 내로 분사된 파일럿 연료의 양보다 많다. 메인 연료의 증가된 분사량이 또한 제 2 활성인 엔진 사이클 중에 사용된다면, 또한 파일럿 연료 양은 제 2 활성인 사이클 중에 증가될 수 있다. 증가된 파일럿 연료 분사에서, 메인 연료의 점화는 앞당겨질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 2 연료 분사량은 순람 테이블로부터 선택되고, 순람 테이블에서 제 2 연료 분사량들은 비활성화된 실린더들의 수 및 엔진의 브레이크 평균 유효 압력에 기초된다. 이는 엔진의 작동 조건들에 따라 연료 분사량을 조정하는 것을 간단하게 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진의 표시된 평균 유효 압력 (IMEP) 은 모니터링되고 상기 모니터링에 기초하여, 연료의 제 2 양은 제 1 활성인 사이클 중의 IMEP 가 정상 상태 작동 중의 IMEP 에 접근하도록 최적화된다. 엔진의 제어 유닛은 따라서 소정의 측정된 IMEP 에 대해 적절한 연료 분사량을 학습하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 실린더의 제 1 활성인 사이클 중에 연료 분사량은 실린더의 동력 출력이 정상 상태로 유지되는 것을 보장하도록 가장 최적으로 된다. 방법은 제 2 연료 분사량들이 저장되는 순람 테이블을 보정함으로써 실행될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에 보다 상세하게 설명된다.
도 1 은 피스톤 엔진을 개략적으로 도시하고,
도 2 는 또 다른 피스톤 엔진을 개략적으로 도시하고,
도 3 은 간헐 연소 모드에서 엔진의 작동을 플로우차트로서 도시한다.
도 1 에는 피스톤 엔진 (1) 이 개략적으로 도시된다. 엔진 (1) 은 선박의 메인 또는 보조 엔진과 같은 대형 내연 엔진 또는 전력을 생산하기 위한 발전소에서 사용되는 엔진이다. 엔진 (1) 의 정격 출력은 실린더 당 적어도 150 kW 이고 실린더 보어는 적어도 150 mm 이다. 도 1 의 예에서, 엔진 (1) 은 실린더들 C1 내지 C6 로서 넘버링된 여섯개의 실린더들 (2) 을 포함한다. 실린더들 (2) 은 직렬로 배열된다. 엔진 (1) 은 임의의 합리적인 수의 실린더들 (2), 예를 들면 4 내지 20 개를 포함할 수 있고, 실린더들 (2) 은 또한 예를 들면 도 1 의 직렬 구성 대신에 V-구성으로 배열될 수 있다. 도 1 의 엔진 (1) 은 컴프레셔 (3a) 및 터빈 (3b) 을 포함하는 터보차져 (3) 를 포함한다. 엔진 (1) 에는 또한 예를 들면 2단 터보차징을 위한 두개 이상의 터보차져들 (3) 이 제공될 수 있다. 그러나, 터보차져는 엔진 (1) 의 작동을 위해 필수적인 것은 아니다. 엔진 (1) 의 흡기 공기는 흡기 덕트 (11) 를 통해 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 내로 도입된다. 엔진 (1) 으로부터의 배기 가스들은 터보차져 (3) 의 터빈 (3b) 내로 배기 덕트 (12) 에서 안내된다.
도 1 의 실시형태에서, 엔진 (1) 은 가스형 메인 연료가 액체 파일럿 연료와 점화되는 가스 엔진이다. 메인 연료는 예를 들면, 천연 가스일 수 있다. 파일럿 연료는 예를 들면, 경량 연료 오일 (light fuel oil) 일 수 있다. 실린더들 (2) 에서 연료에 의해 발산되는 에너지의 주된 부분은 메인 연료로부터 기원한다. 바람직하게, 연소에 의해 발산되는 에너지의 10 퍼센트 미만이 파일럿 연료로부터 기원된다. 엔진 (1) 에는 실린더들 (2) 내로 파일럿 연료를 분사하기 위한 연료 분사기들 (5) 이 제공된다. 각각의 연료 분사기 (5) 는 개별적으로 제어될 수 있다. 파일럿 연료는 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 내로 직접 분사된다. 파일럿 연료를 위한 연료 분사기들 (5) 은 연료 레일 (6), 및 탱크 (9) 로부터 연료 레일 (6) 내로 액체 연료를 공급하는 고압 펌프 (7) 및 저압 펌프 (8) 를 포함하는 커먼 레일 시스템의 부분이다. 파일럿 연료 분사 시스템의 예시는 간략화되고, 파일럿 연료 시스템은 도 1 에 도시되지 않은 많은 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 많은 다른 배열들이 파일럿 연료 분사에 대해 가능하다. 예를 들면, 연료 레일들 (6) 및 연료 펌프들 (7, 8) 의 수는 변할 수 있다.
엔진 (1) 은 가스형 연료를 위한 연료 분사 시스템을 추가로 포함한다. 가스형 연료를 위한 연료 분사 시스템에는 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 내로 가스형 연료를 도입하기 위해 사용되는 가스 진입 밸브들 (4) 이 제공된다. 연료는 탱크 (10) 로부터 가스 공급 라인 (14) 을 통해 가스 진입 밸브들 (4) 로 공급된다. 엔진 (1) 의 각각의 실린더 (2) 에는 가스 진입 밸브 (4) 가 제공된다. 가스 진입 밸브들 (4) 은 연료가 엔진 (1) 의 흡기 밸브들에 가까운 흡기 덕트 (11) 내로 도입될 수 있도록 위치된다. 가스형 연료는 따라서 실린더들 (2) 내로 직접 분사되지 않는다. 따라서, 실린더 (2) 에 의해 수용된 연료의 양은 분사된 양과 정확하게 동일하지 않고, 그러나 분사된 연료의 일부가 흡기 덕트 (11) 에 남아 있기도 하고 이전에 엔진 사이클들 중에 분사된 연료의 일부가 흡기 덕트 (11) 로부터 실린더 (2) 내로 유동하기도 한다. 가스 진입 밸브들 (4) 은 엔진 (1) 의 실린더 헤드들에 연결될 수 있다. 각각의 가스 진입 밸브 (4) 은 개별적으로 제어될 수 있다. 각각의 실린더 (2) 의 연료 분사량은 따라서 개별적으로 제어될 수 있다. 실제로, 연료 분사량은 연료 분사 지속 기간을 제어함으로써 제어된다. 엔진 (1) 은 가스 진입 밸브들 (4) 의 개방 및 폐쇄를 제어하기 위해 사용되는 전기 제어 유닛 (13) 을 포함한다. 명료성을 위해, 제어 유닛 (13) 이 어떻게 가스 진입 밸브들 (4) 에 연결되는 지는 도시 생략된다. 동일한 제어 유닛 (13) 이 파일럿 연료 시스템의 연료 분사기들 (5) 의 개방 및 폐쇄를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
엔진 부하가 매우 클 때에, 예를 들면 엔진 (1) 의 정격 출력의 25 퍼센트 미만일 때에, 엔진 (1) 은 엔진 (1) 의 일부 실린더들 (2) 이 적어도 부분적으로 비활성화되는 간헐 연소 모드로 작동할 수 있다. 엔진 (1) 의 부하가 감소할 때에, 연소 프로세스의 효율은 감소한다. 효율에서의 감소는 예를 들면 다음의 인자들에 의해 발생된다: 보다 낮은 실린더 압력은 덜 조밀한 혼합물 및 보다 불량한 화염 전파를 발생시키고, 보다 높은 공기/연료 비는 너무 희박한 가스 혼합물을 발생시키고, 보다 짧은 가스 분사 지속 시간은 보다 불량한 가스 혼합을 발생시키고, 파일럿 연료의 보다 높은 분율은 메인 연료의 연소를 방해한다. 간헐 연소 모드에서, 활성인 실린더들 (2) 에 의해 경험되는 부하는 증가되지만 엔진 (1) 의 총 출력은 원하는 레벨로 유지될 수 있다
엔진 (1) 이 간헐 연소 모드로 보다 긴 기간 동안 운행된다면, 비활성화된 실린더들 (2) 의 온도는 낮아진다. 엔진 (1) 에서 큰 온도 기울기들은 문제점들을 발생시킬 수 있고, 또한 비활성화된 실린더들 (2) 에서 연료 분사의 활성화는 실린더들 (2) 에서 온도가 낮다면 어려워질 수 있다. 이러한 문제점들을 회피하도록, 비활성화된 실린더들 (2) 이 변경될 수 있다. 예를 들면, 실린더들 (C1, C3 및 C5) 내로의 연료 분사는 사전 결정된 수의 엔진 사이클들 동안 차단될 수 있고, 사전 결정된 수의 사이클들이 경과한 후에, 그들 실린더들 (2) 에서의 연료 분사는 재시작되면서 실린더들 (C2, C4, C6) 내로의 연료 분사는 차단된다. 이러한 방식으로, 실린더들 (2) 의 단지 반만이 연소를 위해 사용되지만 활성인 실린더들 (2) 은 소정의 간격들로 변경된다.
그러나, 활성인 실린더들 (2) 의 변경은 문제점들을 포함한다. 비활성화된 실린더 (2) 내로의 연료 분사가 재시작될 때에, 실린더 (2) 에서의 연소는 실린더 (2) 의 활성화 다음에 제 1 사이클 중에 약화된다. 실린더 (2) 의 활성화 다음의 제 1 사이클, 제 1 활성인 사이클 또는 유사한 표현들은 여기서 메인 연료가 비활성화된 상태로 존재하는 실린더들 (2) 내로 비활성인 기간 후에 제 1 시간 동안 도입되는 엔진 사이클로 칭한다. 비활성인 기간 후에 실린더 (2) 의 제 1 활성인 사이클 중에, 상기 실린더 (2) 에 의해 생산된 동력은 엔진 (1) 의 정상 상태 작동 중 보다 낮다. 이는 엔진 (1) 의 쉐이킹 또는 흔들림으로서 인지될 수 있는 엔진 (1) 의 동력 및 스피드의 변동을 발생시킨다. 뿐만 아니라, 엔진 (1) 의 스피드/부하 제어기는 그 세팅들을 일정하게 조정할 필요가 있고 따라서 정상 상태에 이를 수 없다. 상기 언급된 문제점들은 본 발명에 의해 감소되거나 또는 제거될 수 있다.
도 3 에는 본 발명의 실시형태에 따른 엔진 (1) 을 작동시키기 위한 방법이 플로우차트로서 도시된다. 방법에서, 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 은 두개의 그룹들에서 작동된다. 실린더들 (C1, C3 및 C5) 은 실린더들의 제 1 그룹 (실린더 그룹 1) 을 형성하고 실린더들 (C2, C4, C6) 은 실린더들의 제 2 그룹 (실린더 그룹 2) 을 형성한다. 엔진 (1) 은 엔진 (1) 의 정격 출력 25 퍼센트 미만인 일정한 부하로 작동된다. 정상 상태에서 원하는 레벨로 엔진 (1) 의 출력 동력을 유지하도록, 소정의 양의 메인 연료는 엔진 (1) 의 각각의 사이클 중에 엔진 (1) 의 각각의 활성인 실린더 (2) 내로 도입될 필요가 있다. 이러한 양은 이후로 메인 연료의 제 1 양으로서 칭해진다. 실제로, 엔진 (1) 의 각각의 사이클 중에 분사된 메인 연료의 양은 연료 분사의 지속 시간을 변경함으로써 조정된다. 연료는 따라서 제 1 연료 분사 지속 시간을 사용하여 실린더들 (2) 내로 분사된다. 표현 “엔진의 사이클” 또는 “엔진 사이클”은 여기서 4행정 엔진에서 크랭크샤프트의 2회전 및 2행정 엔진에서 1회전을 포함하는 사이클을 칭한다. 하나의 엔진 사이클 중에, 연료는 엔진 (1) 의 각각의 활성인 실린더 (2) 내로 한번 분사된다.
파일럿 연료의 양은 메인 연료가 신뢰성있게 점화되지만 전체 연료 분사의 파일럿 연료의 비율이 최소로 유지되도록 선택된다. 시간 (t0) 에서, 연료 분사 실린더 그룹 1 의 실린더들 (C1, C3, C5) 의 연료 분사는 차단된다. 가스 진입 밸브들 (4) 을 통한 메인 연료의 분사 및 연료 분사기들 (5) 을 통한 파일럿 연료의 분사 양쪽은 차단된다. 실린더 그룹 2 에서 연료 분사는 정상적으로 계속되고 메인 연료의 제 1 양은 엔진 (1) 의 각각의 사이클 중에 실린더 그룹 2 의 각각의 실린더 C2, C4, C6 내로 분사된다. 엔진 (1) 은 따라서 간헐 연소 모드로 작동되고 실린더 그룹 1 의 실린더들 (C1, C3, C5) 은 비활성화된 상태이고 실린더 그룹 2 의 실린더들 (C2, C4, C6) 은 활성인 상태이다. 엔진 (1) 의 이러한 작동은 사전 결정된 수의 엔진 사이클들에 걸쳐 계속된다.
시간 (t1) 에서, 실린더 그룹 1 의 실린더들 (C1, C3, C5) 은 활성인 상태로 스위칭되고 실린더 그룹 2 의 실린더들 (C2, C4, C6) 은 비활성화된 상태로 스위칭된다. 따라서 실린더 그룹 1 에서의 연료 분사는 엔진 (1) 이 간헐 연소 모드에서 스타팅된다면 재시작되거나, 또는 스타팅되고, 실린더 그룹 2 에서 연료 분사는 차단된다. 실린더 그룹 1 에서, 메인 연료의 연료 분사는 제 2 연료 분사량을 사용하여 스타팅된다. 제 2 연료 분사량은 제 1 연료 분사량보다 많고, 예를 들면 25 내지 50 퍼센트보다 많다. 실제로, 연료 분사량은 25 내지 50 퍼센트만큼 연료 분사의 지속 시간을 증가시킴으로써 증가된다. 연료는 따라서 제 1 연료 분사 지속 시간보다 더 긴 제 2 연료 분사 지속 시간을 사용하여 실린더들 내로 분사된다. 보다 많은 양의 메인 연료는 연료 분사의 차단 후에 실린더 그룹 1 의 실린더들에서 직면하게 되는 보다 약한 연소에 대해 보상한다. 연료 분사량에서 이상적인 증가는 엔진 부하, 엔진의 크기, 비활성화된 실린더 그룹에서의 실린더들의 수 및 연료의 타입과 같은 몇개의 인자들에 종속된다. 연료 분사가 재시작될 때에 실린더들 (C1, C3, C5) 내로 분사되는 파일럿 연료의 양은 연료 분사의 차단 전과 동일할 수 있다. 대안적으로, 또한 파일럿 연료의 양은 메인 연료의 양과 동일한 방식으로 증가될 수 있다. 또한 파일럿 연료 분사의 양이 증가되는 경우, 연료 분사량의 총 증가는 바람직하게 25 내지 50 퍼센트의 범위로 유지된다. 파일럿 연료의 양을 증가시킴으로써, 메인 연료의 점화는 앞당겨질 수 있다. 바람직하게, 파일럿 연료 분사의 양이 증가되면, 파일럿 연료의 분사 타이밍이 동시에 앞당겨진다.
제 2 연료 분사량은 상이한 방식으로 결정될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 요구되는 증가는 몇개의 인자들에 종속된다. 간단한 대안예에서는 제 2 연료 분사량이 엔진 (1) 의 브레이크 평균 유효 압력 (BMEP) 및 비활성화된 실린더들 (2) 의 수에 기초된다. 적절한 제 2 연료 분사량은 BMEP 범위 및 비활성화된 실린더들의 수의 각각의 조합에 대해 결정된다. 연료 분사량들은 순람 테이블에 저장되고 엔진의 작동 중에, 제어 유닛 (13) 은 BMEP 및 비활성화된 실린더들 (2) 의 수를 모니터링하고 상응하는 연료 분사량 또는 연료 분사 지속 시간을 순람 테이블으로부터 선택한다.
제 2 연료 분사량을 심지어 보다 양호하게 최적화하기 위해, 표시된 평균 유효 압력 (IMEP) 이 측정될 수 있고 제 2 연료 분사량은 측정들에 기초될 수 있다. 엔진 (1) 의 제어 유닛 (13) 은 따라서 IMEP 를 모니터링하고 제 2 연료 분사량을 조정하여 제 1 활성인 사이클 중의 IMEP 는 엔진 (1) 의 정상 상태 작동 중의 IMEP 에 접근한다. 제어 유닛 (13) 은 따라서 엔진 (1) 의 거동을 학습하고 연료 분사 제어를 개선한다. 이러한 방식으로,개별적인 실린더들 (2) 의 동력 출력들은 효과적으로 균등화될 수 있다. 또한 이러한 방법으로, 결정된 값들의 제 2 연료 분사량들은 적절한 양이 선택된 순람 테이블에 저장될 수 있다.
시간 (t2) 에서, 실린더 그룹 1 의 실린더들 (C1, C3, C5) 에서 메인 연료의 연료 분사량은 제 1 양으로 감소된다. 보다 약한 연소는 연료 분사의 차단 후에 제 1 사이클 중에 주로 발생되고, 따라서 시간 (t2) 은 바람직하게 시간 (t1) 후에 하나의 엔진 사이클이다. 증가된 연료 분사량은 따라서 단지 제 1 활성인 엔진 사이클 중에만 사용된다. 그러나, 몇몇 경우들에서 또한 제 2 활성인 엔진 사이클 중에 증가된 연료 분사량을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 제 2 연료 분사량은 또한 예를 들면, 제 1, 제 2 활성인 엔진 사이클들 중에 사용될 수 있다. 또한 제 2 활성인 엔진 사이클 중에 제 3 연료 분사량을 사용하는 것이 가능하다. 제 3 연료 분사량은 예를 들면, 제 1 연료 분사량보다 0 내지 25 퍼센트 더 많을 수 있다. 제 3 연료 분사량은 따라서 제 1 연료 분사량보다 많지만 제 2 연료 분사량보다 작다. 제 3 연료 분사량과 제 1 연료 분사량 사이의 차이는 예를 들면, 제 2 연료 분사량과 제 1 연료 분사량 사이의 차이의 30 내지 60 퍼센트일 수 있다. 엔진 (1) 이 또한 제 3 연료 분사량을 사용하여 작동된다면, 연료 분사량은 시간 (t1) 후에 하나의 엔진 사이클인 시간 (t1') 에서 제 3 연료 분사량으로 감소될 수 있다. 시간 (t1') 후에 하나의 엔진 사이클이고 시간 (t1) 후에 두개의 엔진 사이클들인 시간 (t2) 후에, 연료 분사량은 제 1 양으로 감소될 수 있다.
시간 (t3) 에서, 실린더 그룹 2 의 실린더들 (C2, C4, C6) 에서의 연료 분사는 재시작된다. 동시에, 실린더 그룹 1 의 실린더들 (C1, C3, C5) 내로의 연료 분사는 다시 차단된다. 또한 실린더 그룹 2 에서, 연료 분사는 메인 연료의 제 2 연료 분사량을 사용하여 재시작된다. 바람직하게 시간 (t3) 후에 하나의 엔진 사이클인 시간 (t4) 에서, 실린더 그룹 2 의 실린더들 (C2, C4, C6) 의 메인 연료의 연료 분사량은 제 1 양으로 감소된다. 다시, 제 3 연료 분사량은 제 1 연료 분사량으로 연료 분사량을 감소시키기 전에 사용될 수 있다. 시간 (t5) 에서, 실린더 그룹 1 의 실린더들 (C1, C3, C5) 내로의 연료 분사는 다시 재시작된다. 동시에, 실린더 그룹 2 의 실린더들 (C2, C4, C6) 내로의 연료 분사는 제 2 시간 동안 차단된다. 간헐 연소 모드는 엔진 부하 또는 몇몇 다른 조건들에서 변경이 작동 모드를 변경할 필요성을 발생시킬 때까지 동일한 패턴에 따라 연속된다.
상기 설명된 실시형태에서, 메인 연료의 분사 및 파일럿 연료의 분사 양쪽은 비활성화된 실린더 그룹의 실린더들 (2) 내에서 차단된다. 그러나, 간헐 연소 모드는 또한 단지 메인 연료 분사를 차단하고 파일럿 연료의 분사를 유지시킴으로써 실행될 수 있다.
실린더 그룹들로 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 의 분할은 많은 상이한 방식으로 행해질 수 있다. 예를 들면, 실린더들 (2) 은 세개 이상의 실린더 그룹들로 분할될 수 있고, 동시에 실린더 그룹들의 하나에서 차단된다. 또한, 상이한 실린더 그룹들로의 분할은 고정될 필요는 없지만, 그것은 필요에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 소정의 부하에서 엔진 (1) 은 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 의 반이 동시에 비활성화된 상태로 되고, 그리고 보다 더 큰 부하에서, 단지 예를 들면 실린더들 (2) 의 1/3 이 동시에 비활성화된 상태로 되도록 운행될 수 있다. 소정의 경우들에서, 실린더 그룹은 단지 하나의 실린더 (2) 를 포함할 수 있다.
상기에는 가스형 메인 연료 및 액체 파일럿 연료를 사용하는 가스 엔진 (1) 의 작동이 설명되었다. 동시에 단지 하나의 타입의 연료를 사용하여 운행되는 엔진은 유사한 방식으로 작동된다. 도 2 는 스파크-점화된 가스 엔진 (1) 을 개략적으로 도시한다. 도 2 의 엔진 (1) 은 파일럿 연료 분사기들 (5) 대신에, 스파크 플러그들 (15) 이 가스형 메인 연료를 점화시키는 데 사용된다는 점에서 도 1 의 엔진 (1) 과 상이하다. 엔진 (1) 의 각각의 실린더 (2) 에는 스파크 플러그 (15) 가 제공된다. 가스형 연료의 적어도 주된 부분은 흡기 밸브들에 가까운 엔진 (1) 의 흡기 덕트 (14) 내로 도입된다. 그러나, 연료의 일부는 프리챔버들 내로 도입될 수 있다. 그러한 경우에, 엔진 (1) 의 각각의 실린더 (2) 에는 프리챔버가 제공되고, 상기 프리챔버에는 프리챔버 내로 연료의 진입을 제어하기 위한 별개의 프리챔버 밸브가 제공된다. 스파크 플러그 (15) 는 프리챔버에 배열될 수 있다. 프리챔버는 메인 연소 챔버 내로 희박한 연료/공기 혼합물의 도입 및 프리챔버에서 보다 농축된 혼합물의 점화를 허용한다.
스파크-점화된 가스 엔진에서, 파일럿 연료는 요구되지 않는다. 활성인 상태로 비활성화된 그룹의 실린더들 (2) 을 스위칭할 때에, 단지 메인 연료의 양만이 따라서 제 2 양으로 증가된다. 엔진 (1) 에 프리챔버들이 제공된다면, 엔진 (1) 은 프리챔버들 내로의 연료 분사량이 일정하게 유지되고 단지 흡기 덕트 (11) 내로 분사되는 양만이 증가되도록 작동될 수 있다. 점화를 위한 최적의 연료/공기 비는 따라서 유지될 수 있는 한편, 흡기 덕트 (11) 내로의 증가된 연료 분사는 실린더들 (2) 의 성능이 또한 비활성화된 상태 다음의 제 1 활성인 엔진 사이클 중에 원하는 레벨로 되는 것을 보장한다.
본 발명은 상기 설명된 실시형태들에 제한되지 않고, 첨부된 청구항들의 범위 내에서 변할 수 있다는 것은 본 기술 분야의 당업자에게는 이해될 것이다.

Claims (14)

  1. 가스형 메인 연료를 사용하고 상기 가스형 메인 연료의 적어도 주된 부분을 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 의 흡기 덕트 (11) 내로 도입하는, 일정한 부하로 상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 을 작동시키기 위한 방법으로서,
    상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 은 간헐 연소 모드 (skip-firing mode) 에서 작동되고,
    상기 간헐 연소 모드에서, 비활성화된 실린더들은 상기 비활성화된 실린더들에서 과도한 온도 감소를 방지하기 위해 교번되고,
    상기 방법은;
    - 활성인 상태에서 적어도 하나의 실린더 (2) 를 포함하는 제 1 그룹의 실린더들 (2) 을 작동시키는 단계로서, 상기 활성인 상태에서 상기 가스형 메인 연료의 제 1 양이 제 1 연료 분사 지속 시간을 사용하여 상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 의 각각의 사이클 중에 상기 제 1 그룹의 각각의 실린더 (2) 내로 분사되는, 상기 제 1 그룹의 상기 실린더들 (2) 을 작동시키는 단계,
    - 비활성화된 상태에서 적어도 하나의 실린더 (2) 를 포함하는 제 2 그룹의 실린더들 (2) 을 동시에 작동시키는 단계로서, 상기 비활성화된 상태에서 적어도 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로 상기 가스형 메인 연료의 분사가 비활성화되는, 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 을 동시에 작동시키는 단계, 및
    - 상기 연료 분사를 개시하거나 또는 재시작함으로써 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로의 상기 가스형 메인 연료의 연료 분사를 활성화시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로의 상기 가스형 메인 연료의 연료 분사가 활성화될 때에, 상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 의 제 1 사이클 중에, 상기 가스형 메인 연료의 제 2 양은 상기 제 2 그룹의 각각의 실린더 (2) 의 내로 분사되고, 상기 제 2 양은 상기 제 1 양보다 많고,
    상기 가스형 메인 연료의 상기 제 2 양은 상기 제 1 연료 분사 지속 시간보다 25 내지 50 퍼센트 긴 제 2 연료 분사 지속 시간을 사용하여 분사되고,
    상기 제 2 양은 순람 테이블로부터 선택되고,
    상기 순람 테이블에서 상기 제 2 양은 상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 의 브레이크 평균 유효 압력 (BMEP) 및 비활성화된 실린더들 (2) 의 수에 기초되고,
    상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 의 표시된 평균 유효 압력 (IMEP) 은 모니터링되고, 상기 모니터링에 기초하여 상기 가스형 메인 연료의 상기 제 2 양은 제 1 활성인 사이클 중의 상기 IMEP 가 정상 상태 작동 중의 IMEP 에 접근하도록 최적화되는, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로의 연료 분사가 활성화되면서, 연료 분사량은 단지 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 에서만 증가되는, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스형 메인 연료의 상기 제 2 양이 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로 분사되는 상기 제 1 사이클 후에, 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 에서 연료 분사량은 감소하는, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스형 메인 연료의 상기 제 2 양은 상기 가스형 메인 연료의 상기 제 1 양보다 25 내지 50 퍼센트 많은, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로의 상기 연료 분사가 활성화될 때에, 상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 의 제 2 사이클 중에, 상기 가스형 메인 연료의 제 3 양은 상기 제 2 그룹의 각각의 실린더 (2) 내로 분사되고, 상기 제 3 양은 상기 제 1 양보다 많은, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스형 메인 연료의 상기 제 3 양은 상기 가스형 메인 연료의 상기 제 1 양보다 최대 25 퍼센트 많은, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스형 메인 연료의 상기 제 2 양 또는 상기 제 3 양이 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로 분사되는 엔진 사이클 후에, 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 에서 연료 분사량은 상기 제 1 양으로 감소되는, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스형 메인 연료는 액체 파일럿 연료에 의해 점화되고 비활성화된 상태에서는 또한 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로의 상기 액체 파일럿 연료의 분사가 차단되는, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스형 메인 연료는 액체 파일럿 연료에 의해 점화되고 상기 비활성화된 상태에서 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로 상기 액체 파일럿 연료의 분사는 유지되는, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스형 메인 연료는 액체 파일럿 연료에 의해 점화되고,
    상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로의 상기 가스형 메인 연료의 연료 분사가 활성화될 때에, 적어도 상기 멀티-실린더 피스톤 엔진 (1) 의 상기 제 1 사이클 중에 또한 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 에서 상기 액체 파일럿 연료의 연료 분사량은, 상기 제 2 그룹의 상기 실린더들 (2) 내로의 상기 가스형 메인 연료의 연료 분사를 활성화시키기 전에 상기 제 1 그룹의 상기 실린더들 (2) 에서 사용된 상기 액체 파일럿 연료의 연료 분사량과 비교하여 증가되는, 멀티-실린더 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 피스톤 엔진 (1) 으로서,
    상기 피스톤 엔진은 상기 피스톤 엔진 (1) 의 개별적인 실린더들 (2) 에서 연료 분사량들을 개별적으로 제어하기 위한 제어 유닛 (13) 을 포함하고,
    상기 제어 유닛 (13) 은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 피스톤 엔진.
  14. 삭제
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