KR102468168B1 - 가스 엔진 작동 방법 및 그 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연소실을 포함한 시스템, 특히 가스 엔진(12)을 작동하기 위한 방법으로서, 산화제 및 연소 가스 형태의 연료가, 특히 혼합기로서, 흡입 영역(1)을 경유하여 특히 가스 엔진(12)의 하나 이상의 연소실(11) 내로 공급되어 연소되는, 가스 엔진 작동 방법에 관한 것이다. 특정 연소 가스 조성에 대한, 그리고/또는 AFR 및/또는 Rs와 같은 상기 특정 연소 가스 조성의 고유 특성값들에 대한 정보가 제어 장치(14)로 공급되고, 상기 특정 연소 가스 조성 및/또는 그 고유 특성값이 연소 가스 조성에 좌우되는 하나 이상의 작동 변수의 산출 시 고려됨으로써, 작동 변수들의 더욱 정확한 산출이 달성될 수 있다.

Description

가스 엔진 작동 방법 및 그 제어 장치{METHOD AND CONTROL DEVICE FOR OPERATING A GAS ENGINE}
본 발명은, 연소실을 포함한 시스템, 특히 가스 엔진을 작동하기 위한 방법으로서, 산화제 및 연소 가스 형태의 연료가, 특히 혼합기로서, 흡입 영역을 경유하여 특히 가스 엔진의 하나 이상의 연소실 내로 공급되어 연소되는, 가스 엔진 작동 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상응하는 방법을 수행하도록 구성된 제어 장치뿐 아니라, 컴퓨터 프로그램 및 기계 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다.
상기 유형의 방법은 예컨대 WO 2012/097389 A2호에 명시되어 있다. 이 문헌에서는, 가스 엔진에서 일반화되어 있는 것처럼, 예컨대 출력 또는 부하와 같은 작동 변수들이 예컨대 연소실 내 압력 및/또는 회전수와 같은 기지의 또는 결정될 매개변수의 고려 하에 모델 기반으로 산출된다.
본 발명의 과제는, 작동 변수들이 상대적으로 더 높은 정확도로 산출될 수 있게 하는 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 제어 장치를 제공하는 것이다.
방법과 관련한 상기 과제는 청구항 제1항의 특징들로 해결된다. 이 경우, 특정 연소 가스 조성에 대한, 그리고/또는 AFR 및/또는 RS와 같은 상기 특정 연소 가스 조성의 고유 특성값들에 대한 정보가 제어 장치로 공급되며, 상기 특정 연소 가스 조성 및/또는 그 고유 특성값들은 하나 이상의 작동 변수의 산출 시 고려된다. 이는, 특히 연소 가스 조성에 좌우되는 작동 변수들에 관련된다.
산화제로서 일반적으로는 공기가 사용되나, 다른 조성의 산화제, 예컨대 공기/배기가스 혼합기의 사용도 가능하다. 연소실을 구비한 시스템, 바람직하게 가스 엔진은, 본원의 정의에 따라 적어도 대부분이 예컨대 천연가스 또는 바이오 가스로 형성된 연소 가스 형태의 기상 연료로 작동된다. 그러나 추가로, 예컨대 연소실 내 점화의 보조를 위해 분사되는 더 적은 양(50질량% 미만, 예컨대 10 내지 15질량%이하)의 추가 연료, 예를 들면, 가령 디젤과 같은 액상 연료도 사용될 수 있다.
여기서, "특정 연료 조성"은, 예컨대 가스 엔진에서 실제 작동 시 사용되는 연소 가스 조성에 적어도 거의 상응하는 (산화제가 첨가되지 않은) 특정 연소 가스의 조성을 의미한다. 상기 조성은 일반적으로, 모델의 데이터 입력을 위해 사용되고 엔진의 우선적인 적응에 이용되는, 본원에서 "공칭 가스(nominal gas)"로서 지칭되는 연소 가스와 구별된다.
가스 엔진을 작동하기 위한 공지된 방법에서는, 예컨대 엔진의 상대 공기 충전도(relative air charge) 또는 부하, 연소를 위해 필요한 공기 질량, 및/또는 가스 소비량과 같은 작동 변수들을 산출하기 위해, 예컨대 공칭 가스의 조성을 기반으로 하는 특성값들이 고려된다. 작동 변수들의 산출 시, 체적 유량 또는 질량 유량의 직접적인 측정은 불필요하다. 상대 공기 충전도(rlnenn)는 작동 변수로서의 부하에 대한 정성적 척도(qualitative measure)로서 사용될 수 있으며, 하기 식으로 정의된다.
Figure 112018043354710-pat00001
위의 식에서, mOxNenn은 공칭 가스의 연소를 위한 산화제 질량을 의미하고, mOxNormCyl은 표준 조건(p = 1013hPa, T = 0℃) 하에서의 기준 산화제 질량을 의미하며, 이들 변수는 각각 일정 체적(constant volume), 본원에서는 실린더 체적에 관련된다.
그 외에도, 상기 작동 변수들의 산출은, 도입부에 언급한 것처럼, 예컨대 센서를 통해 측정되는 예컨대 연소실 내 압력, 및 회전수를 기반으로 한다.
그러나 현실에서 상이한 가스들은 대개 상이한 조성을 갖는다. 따라서 천연가스의 조성은, 그 전형적인 성분인 메탄(CH4), 에탄(C2H6), 프로판(C3H8), 및 경우에 따라 존재하는 추가 성분, 예컨대 질소(N2) 또는 이산화탄소(CO2)의 질량 분율 또는 체적 분율과 관련하여, 예컨대 계절 및/또는 지역에 따라 상이하다. 바이오 가스도 대개 소스에 따라서 가스 조성이 변동된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게, 작동 변수들의 결정 시 연소 가스 조성에서의 상기 변동을 고려하는 점을 허용하며, 이는 작동 변수들의 더욱 높은 정확도를 유도한다. 이 경우, 체적 유량 또는 질량 유량의 직접적인 측정은 불필요하다. 이 경우, 특정 연소 가스 조성은 바람직하게 외부에서, 예컨대 가스 공급업체, 가스 주유소 운영업체 또는 여타의 본사에서 결정된다. 상기 특정 연소 가스 조성은 예컨대 데이터 전송 링크를 통해 제어 장치로 공급된다. 이런 식으로, 예컨대 자동차 분야에서의 적용 시, 가스 주유소로부터 급유 대상 가스의 실제 가스 조성이 제공되며, 급유 과정에서 제어 장치로 공급될 수 있다. 상기 가스 조성은, 여전히 가스 탱크 내에 존재하는 잔여 연소 가스의 고려하에, 예컨대 제어 장치에서, 특정 연소 가스 조성(여전히 존재하는 연소 가스와 새로 급유된 연소 가스로 구성되어 실제로 탱크 내에 존재하는 혼합기)으로 환산된다. 또 다른 가능성은, 특정 연소 가스가 특정 지역에서 급유 대상 가스 유형(예: 천연가스)의 평균값으로서 가정된다는 데 있다. 이는 예컨대, 한 지역에서 (예컨대 블록형 화력발전소, 차량에 적용하기 위한 또는 펌프 장치의 구동을 위한) 가스 엔진이, 가스 엔진의 설계 또는 적응의 기준이 되는 공칭 가스 조성에 비해 평균적으로 상이한 연소 가스 조성으로 이송되는 경우에, 바람직할 수 있다. 이 경우, 지역에 따라 (더 정확한 데이터가 제공되지 않는 경우) 예컨대 하나의 가스 조성이 가정될 수도 있다. 이 경우, 지역의 결정은 상이한 방식으로 수행될 수 있다[예: GPS 좌표, 정의된 구역(1 내지 x), 운송/설치 국가 등].
한 바람직한 실시예에서, 작동 변수는, 공칭 가스와 관련하여 결정된 작동 변수, 특히 상대 공칭 공기 충전도(rlnenn) 및 보정 계수(f ac rl gas)의 고려하에 계산된다. 이 경우, 공칭 가스와 관련하여 결정된 작동 변수는, 바람직하게 종래와 같이, 예컨대 흡기관 또는 연소실 내 압력 및 회전수의 고려하에 산출된다. 보정 계수(f ac rl gas)를 이용한 후속하는 계산을 통해, 간단한 방식으로, 공칭 가스 조성에 비해 변경된 특정 연소 가스 조성과 관련하여 보정되고, 이렇게 하여 개선된 정확도를 갖는 작동 변수가 획득될 수 있다.
보정 계수(f ac rl gas)의 충분한 정확도는, 보정 계수가 각각 (첨자 "Nenn"으로 표시되는) 공칭 가스 및 (첨자 "Spez"로 표시되는) 특정 연소 가스의 산화제/연료 비 및 비 가스 상수(mass specific gas constant)(Rs)뿐 아니라, 산화제의 비 가스 상수(RsOx, 공기가 사용될 경우에는 RsLuft에 상응함)에 따라 계산됨으로써 획득될 수 있다. 이에 추가로, 특히 공기비(λ)도 포함된다. 산화제/연료 비는 산화제로서 공기가 사용될 경우 이른바 공기/연료비(AFR: Air-Fuel-Ratio)이다. 이는, 연료의 특정 질량(예: 1kg)의 완전한 (화학양론적) 연소를 위해 어느 정도 질량의 공기가 필요한지를 나타낸다. 비 가스 상수에 대해서는, 각각 특정 연소 가스, (제어 장치에 기준 가스로서 저장되어 있는) 공칭 가스 및 산화제의 조성들이 요구된다. 그에 따라, 본원에서는, 특정 연소 가스 조성에 대한, 제어 장치에서 가용한 정보들이 계산에 포함된다. 산화제의 조성은, 공기가 사용될 경우 예컨대 관련 전문 문헌에 문서화된 건조 공기의 조성을 통해 충분한 정확도로 근사될 수 있다. 계산은 공기가 사용될 경우 특히 하기 관계식을 통해 수행될 수 있다.
Figure 112018043354710-pat00002
이 식에서,
Figure 112018043354710-pat00003
한 바람직한 실시예에서, 작동 변수는 특정 상대 공기 충전도(rlspez), 특정 산화제 소비량(mspezOx)(다시 말하면, 특정 연소 가스의 사용 시 발생하는 산화제 소비량) 및/또는 특정 연소 가스 소비량(mspezG)이다. 상기 작동 변수들은 예컨대 특정 작동점 또는 특정 연소 가스의 소비량과 관련하여 예컨대 특정 진술 및/또는 비교가능성을 달성하기 위해 중요하다.
보정 계수(f acrl gas)와 상대 공칭 공기 충전도(rlnenn)의 곱셈을 통해 특정 상대 공기 충전도(rlspez)가 계산됨으로써 하나의 간단한 보정 유형이 달성된다. 이에 대한 계산 공식은 예컨대 하기와 같다.
Figure 112018043354710-pat00004
바람직하게 특정 산화제 소비량(mspezOx)은, 특히 실린더 체적(첨자 "Cyl")과 관련하여, 표준 조건(p = 1013hPa, T = 0℃) 하에서의 기준 산화제 질량(mOxNorm)과 특정 상대 공기 충전도(rlspez)의 곱셈을 통해 계산된다. 이의 기초가 되는 체적은, 통용되는 한, 실린더 체적과는 상이한 체적, 예컨대 복수의 실린더(예: 엔진 내에 존재하는 모든 실린더)의 체적의 합일 수도 있다. 계산 공식은, 공기(첨자가 "Ox" 대신 "L")를 사용한 용례에서, 하나의 실린더와 관련한 특정 공기 소비량(mspezL)은 하기와 같다.
Figure 112018043354710-pat00005
바람직하게, mspezG를 통한 특정 연소 가스 소비량은 특정 연소 가스의 특정 산화제 소비량 및 산화제/연료 비뿐 아니라 실제 공기비(λ)의 고려하에 계산된다. 상기 계산 공식은 공기를 산화제로서 사용할 때 하기와 같이 표현된다.
Figure 112018043354710-pat00006
특정 산화제 소비량(mspezOx)뿐 아니라 특정 연소 가스 소비량(mspezG)도, [kg]의 절대 질량 단위 대신, [kg/min]의 질량 유량 단위로 명시될 수 있다. 이를 위해, 공식들에서 계수"
Figure 112018043354710-pat00007
"가 고려되며, 여기서 n은 [U/min] 단위의 엔진 회전수를 고려한 것이고 numCyl은 실린더의 개수를 고려한 것이다. 실린더의 개수는, 절대 질량이 하나의 실린더에 관련되기 때문에 중요하다. 계수 "½"은, 4행정 엔진이 관련됨에 따라 2회 회전당 단 1회의 흡기 행정이 실시된다는 점을 고려한 것이다. 2행정 엔진의 경우에는 계수 "½"이 생략될 수도 있다.
또한, 하기 관계식을 이용하여, [공칭 가스량(mnennG)으로] 검출된 가스량의 보정을 위한 방법이 적용되는 점도 생각해볼 수 있다.
Figure 112018043354710-pat00008
또한, 예컨대 지역 고유의 가정들을 이용하여 연소 가스 혼합기의 특성값들을 추정하기 위해, 상기 방법을 역순으로 수행하는 점도 생각해볼 수 있다.
본원의 방법의 또 다른 바람직한 적용예에 따라서, 작동 변수는 목표 흡기관 압력(pspez)이며, 이 목표 흡기관 압력은 사전 설정된 목표 흡기관 압력(pnenn, 이는 공칭 가스의 고려하에 산출됨)과 보정 계수(f acv)의 곱셈을 통해; 그리고 각각 공칭 가스(첨자 "nennG") 및 특정 연소 가스(첨자 "spezG")의 발열량(Hl) 및 비 가스 상수(Rs)에 따라; 그리고 공칭 가스를 이용한 보정이 수행된 보정 온도(Tnenn)에 따라; 그리고 실제로 산출된 (예컨대 온도 센서가 존재할 경우 측정되거나, 또는 모델링된) 온도(Tspec)에 따라서도; 보정된다.
에너지(E)가 변함없다는 전제를 통해, [체적(V)을 이용한] 하기의 접근법이 도출된다.
Figure 112018043354710-pat00009
조성으로
Figure 112018043354710-pat00010
를 적용하면, 보정된 목표 흡기관 압력(pspez)에 대한 계산 공식으로서 하기 공식이 도출된다.
Figure 112018043354710-pat00011
발열량은 각각 특성값들로서 제어 장치에 저장될 수 있거나, 고유의 특성값으로서 상기 제어 장치로 공급되거나, 또는 가스 조성과, 가스의 개별 성분들의 발열량들로부터 계산될 수 있다.
상기 실시예에 의해, 예컨대 AT 38 42 79 B에 명시된 것과 같은, 특히 대형 가스 엔진 환경에서 배기가스 내 유해물질, 특히 질소산화물(NOx)의 감소를 위해 이용되는 방법이 개선될 수 있다. 공지된 방법의 경우, 특정 출력에, 예컨대 먼저 실험을 통해 출력에 따라 측정되어 제어 장치에 저장되거나, 모델링되는 목표 흡기관 압력이 할당된다. 특정 출력에서 상응하는 목표 흡기관 압력이 측정된 흡기관 압력과 일치하지 않는다면, 람다 편차가 추정될 수 있다. 목표 흡기관 압력은 공칭 가스에 관련된다. 앞에서 설명한 것처럼 특정 가스 조성을 고려하는 본 발명에 따른 방법의 적용을 통해, 공지된 방법의 정확도가 개선되고 유해물질 배출량이 저감된다.
이 경우, 바람직하게 보정 계수는, 공칭 가스 및 특정 연소 가스 각각의 산화제/연료 비(공기를 사용할 경우 AFR에 상응함); 및 특정 연소 가스(Rs spezG), 공칭 산화제(공기를 사용할 경우 Rs nennL), 특정 산화제(공기를 사용할 경우 Rs spezL; 이는 경우에 따라 공칭 공기의 비 가스 상수와 동등화될 수 있음) 각각의 비 가스 상수들; 그리고 공칭 가스 및 특정 연소 가스의 발열량; 및 공기비;에 따라 계산된다.
일정 체적은 하기 식,
Figure 112018043354710-pat00012
으로 표현될 수 있으므로, 하기의 기지의 물리적 관계식들,
Figure 112018043354710-pat00013
을 통해, 하기 계수가 도출된다:
Figure 112018043354710-pat00014
이미 앞에서 언급한 적용예에 상기 공식을 이용하면, 하기와 같이 가스 유형 또는 가스 조성에 매칭된, 다시 말해 보정된 목표 흡기관 압력의 직접적인 계산이 가능해진다:
Figure 112018043354710-pat00015
하기에서 본 발명은 도면들을 참조하여 실시예들에 따라 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법이 사용될 수 있는 환경의 개략도이다.
도 2는 공기/연소 가스 혼합기 내 연소 가스 조성들이 상이할 때, 공기 및 연소 가스의 분율들을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 한 예시적인 방법에서 작동 변수들, "상대 공기 충전도", "산화제 소비량" 및 "연소 가스 소비량"이 특정 연소 가스 조성의 고려하에 산출되는, 간소화된 흐름도이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 방법이 사용될 수 있는 기술적 환경으로서의 주변부와 함께 가스 엔진(12)이 개략적으로 도시되어 있다. 상기 가스 엔진은 예컨대 블록형 화력발전소에서의 사용하기 위한 고정형 가스 엔진(12)일 수 있거나, 이동형 적용분야, 예컨대 자동차에서 사용되는 가스 엔진일 수도 있다.
가스 엔진(12)의 주변부에서, 흡입 영역(1)에는 가스 믹서(gas mixer, 4)에 산화제, 본 경우에서는 공기가 공기 공급 라인(2)을 통해 공급되고, 나아가 연료로서의 연소 가스가 가스 공급 라인(3)을 통해 공급된다. 가스 믹서(4) 내에서는 공기와 연소 가스가 반응성 가스 혼합기(reactive gas mixture)를 형성한다. 이러한 가스 혼합기는 혼합기 라인(8)을 경유하여, 본원에서는 실린더로서 형성된 가스 엔진(12)의 4개의 연소실(11)로 공급되며, 이 연소실들에서 가스 혼합기가 연소된다. 사전 혼합에 대한 대안으로, 사전 혼합하지 않는 주변부도 이용될 수 있고, 이 경우 연소 가스와 공기가 분리되어 연소실(11)로 공급되어 그곳에서 연소를 위한 반응성 혼합기를 형성한다.
혼합기 라인(8) 내에는 스로틀 밸브(10)가 위치되며, 이 스로틀 밸브의 하류에서는 연소실들(11)의 충전 압력이 우세하다. 또한, 스로틀 밸브(10)의 하류에서는 압력 센서(6) 및/또는 온도 센서(7)가 혼합기 라인(8)에 또는 그 내부에 배치될 수 있다. 상기 센서들에 의해, 연소실들(11)로 공급되는 것과 같은 가스 혼합기 내의 압력 및 온도, 다시 말하면 흡기 조건들이 측정될 수 있다. 상기 영역 내의 압력은 충전 시 적어도 거의 연소실들(11) 내 압력, 다시 말하면 흡기 압력에 상응한다. 가스 엔진(12)의 하류에서는 배기가스 라인(15) 내에, 배기가스 내 공기비 람다의 측정을 위한 람다 프로브(16)가 배치될 수 있다. 그 대안으로, 람다 신호는 또 다른 소스(예: 시뮬레이션, 시스템 제어부)로부터 유래할 수 있다.
또한, 제어 장치(14), 예컨대 엔진 제어부가 제공되며, 이 제어 장치는 기술적 환경 내의 상이한 구성요소들, 특히 예컨대 가스 믹서(4), 스로틀 밸브(10), 압력 및/또는 온도 센서(6, 7), 가스 엔진(12) 및/또는 람다 프로브(16)와 같은 구성요소들 중 하나의 또는 복수의 구성 요소와 (파선으로 표시된) 데이터 전송 링크로 연결된다.
혼합기 생성 시, 공기 및 연소 가스의 분율은 작동점 또는 공기비 람다에 따라서 결정된다. 그러나 연소 가스 조성에 따라서, 요구 공기비에 대해 도 2에 도시된 것처럼 상이한 분율이 필요하다. 도 2에는, 주어진 공기비 람다에 대한 사전 설정된 전체 체적(28)에 대해, 각각 기지의 조성, 예컨대 천연가스 조성을 함유하는 연료가 사용되는 공칭 가스 혼합기의 신선 공기 분율(20) 및 연료 분율(22)이 명시되어 있다. 공칭 가스의 조성과 상이한 조성을 가진 특정 연소 가스, 예컨대 바이오 가스를 사용할 경우, 신선 공기 분율(24) 및 연료 분율(26)이 상기 분율들과 다르다. 연소 가스 대 공기의 비율은 일반적으로 예컨대 람다 프로브(16) 또는 다른 소스(전술한 내용 참조)의 공기비에 대한 정보들을 기반으로 제어되므로, 요청되는 혼합기 조성은 가스 종류가 상이한 경우에도 준수될 수 있다. 그러나 연소 가스 조성이 상이할 경우, 연소 가스 조성과 관계가 있거나, 연소 가스 조성에 좌우되는 다양한 작동 변수들은 변경된다. 이는 예컨대 가스 엔진의 (상대) 공기 충전도, 그리고 실제 산화제(대개 공기) 소비량 및 연소 가스 소비량이다.
본 발명에 따른 방법은 상기 작동 변수들의 보정을 위해 이용된다. 제어 장치(14) 내에서 상기 방법의 개략적 시퀀스가 도 3에 흐름도(30)로 도시되어 있다. 맨 먼저, 입력 단계(31)에서, 제어 장치(14)로, 예컨대 가스 엔진(12)의 [예컨대 압력 센서(6)로 측정된] 흡기 압력, 엔진 회전수(n) 및 공기비(λ)와 같은, 상대 공칭 공기 충전도(rlnenn)의 계산을 위한 입력 변수들이 공급된다. 기준 가스로서 정의된 공칭 가스 조성 및/또는 그 특성값들(예: AFR, Rs)은 바람직하게는 마찬가지로 제어 장치(14) 내에 저장된다. 공급된 변수들로부터, 맨 먼저, 연산 단계(32)에서, 선행 기술로부터 공지된 것처럼, 공칭 가스와 관련한 상대 공칭 공기 충전도(rlnenn)가 계산된다. 상대 공칭 공기 충전도(rlnenn)는 다른 소스에서 유래하여 제어 장치(14)로 공급될 수도 있다.
그에 이어서, 연산 단계(37)에서, 특정 상대 공기 충전도(rlspez)가 하기 관계식을 통해 보정 계수(f acrl gas)와 상대 공칭 공기 충전도(rlnenn)의 곱셈을 통해 계산된다.
Figure 112018043354710-pat00016
이 경우, 보정 계수(f acrl gas)는 연산 단계(36)에서 하기 식,
Figure 112018043354710-pat00017
으로부터 도출되며, 위의 식에서, 앞서 연산 단계(35)에서 계산된 보정 계수(f acm gas)는 하기 식과 같다.
Figure 112018043354710-pat00018
상기 보정 계수는, 공칭 가스의 산화제/연료 비(AFRnenn) 및 특정 연소 가스의 산화제/연료 비(AFRspez)(여기서는 공기가 사용되므로, 이른바 공기/연료비, AFR)뿐만 아니라, 공칭 가스의 비 가스 상수(RsNenn), 특정 연소 가스의 비 가스 상수(RsSepz) 및 공기의 비 가스 상수(RsLuft)(다른 산화제를 사용할 경우 사용되는 산화제의 RsOx에 상응함) 및 실제 공기비(λ)에 따라 도출된다.
특정 연소 가스와 관련하여 연산 단계(34)에서 특성값들(AFR, Rs)의 계산을 위해, 앞서 입력 단계(33)에서 제어 장치(14)로 공급된 것과 같은 특정 연소 가스의 조성이 이용된다. 이 경우, 필요에 따라 중간 단계에서 체적 관련 조성으로부터 계산될 수 있는 k개의 연소 가스 성분의 질량 분율들(
Figure 112018043354710-pat00019
)을 갖는 질량 관련 조성이 매우 중요하다. 동일한 방식으로, 공칭 가스의 질량 관련 조성(또는 대안으로 공칭 가스의 AFR, Rs) 및 (예컨대 건조 공기의 조성을 통해 근사되는) 공기의 질량 관련 조성뿐만 아니라, 가스들 각각의 개별 성분들의 비 가스 상수 및 공기/연료비도 제어 장치(14)에 저장된다. 그 대안으로, 제어 장치(14)로, 특정 연소 가스의 비 가스 상수 및/또는 AFR 값과 같은 특정 연소 가스의 특성값들이 완전하게 계산되어 공급될 수 있다. 각각의 가스들의 개별 성분들의 비 가스 상수 및 공기/연료비의 값들은 관련 기술 문헌에서 확인할 수 있다. 상응하는 특성값들은 하기 관계식들에서 도출된다.
Figure 112018043354710-pat00020
Figure 112018043354710-pat00021
연산 단계(37)에서 계산된 특정 상대 공기 충전도(rlspez)로부터도, 후속해서 연산 단계(38)에서 하기 관계식을 통해, 특정 산화제 소비량(mspezOx) 또는 여기서는 공기 소비량(mspezL)이 산출된다.
Figure 112018043354710-pat00022
위의 식에서, mLNormCyl은, 일정 체적, 여기서는 실린더 체적과 관련하여 표준 조건(p = 1013hPa, T = 0℃) 하에서의 기준 공기 질량이다. 산출 결과(mspezL)는 그에 상응하게 동일한 체적에 관련된다.
그에 이어서 특정 연료 소비량은 연산 단계(39)에서, 특정 공기 소비량(mspezL); 및 특정 연소 가스의 공기/연료비(AFRspez); 및 예컨대 람다 프로브(16)를 통해 측정되거나, 다른 소스(전술한 내용 참조)에서 유래하는 실제 공기비(λ);의 고려하에 하기 식,
Figure 112018043354710-pat00023
을 통해 계산될 수 있다. 4행정 엔진에서 [kg/min] 단위의 소비량은 연소실 또는 실린더 개수 및 [U/min] 단위의 엔진 회전수(n/2)와 [kg] 단위의 절대 질량의 곱셈을 통해 도출된다. 2행정 엔진에서 [kg/min] 단위의 소비량은 연소실 또는 실린더 개수 및 [U/min] 단위의 엔진 회전수(n)와 [kg] 단위의 절대 질량의 곱셈을 통해 도출된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게, 연소 가스 조성에서의 상기 유형의 변동들이 작동 변수들의 결정 시 오직 공칭 가스의 조성만을 이용하는 조건에서보다 더 높은 정확도로 고려될 수 있게 한다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 연소실을 포함한 시스템, 또는 가스 엔진(12)을 작동하기 위한 방법으로서, 산화제 및 연소 가스 형태의 또는 혼합기로서의 연료가, 흡입 영역(1)을 경유하여 가스 엔진(12)의 하나 이상의 연소실(11) 내로 공급되어 연소되는, 가스 엔진 작동 방법에 있어서,
    특정 연소 가스 조성에 대한, 그리고/또는 상기 특정 연소 가스의 고유 특성값들에 대한, 또는 AFR 및/또는 Rs에 대한 정보가 제어 장치(14)로 공급되며, 상기 특정 연소 가스 조성 및/또는 이들의 고유 특성값이 하나 이상의 작동 변수의 산출 시 고려되고,
    작동 변수는 공칭 가스와 관련하여 결정된 작동 변수 및 보정 계수의 고려하에 계산되고,
    상기 보정 계수는, 공칭 가스 및 특정 연소 가스 각각의 산화제/연료 비와 비 가스 상수(mass specific gas constant) 그리고 산화제의 비 가스 상수에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 작동 변수는 특정 상대 공기 충전도(rlspez), 특정 산화제 소비량(mspezOx) 및/또는 특정 연소 가스 소비량(mspezG)인 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 작동 방법.
  5. 연소실을 포함한 시스템, 또는 가스 엔진(12)을 작동하기 위한 방법으로서, 산화제 및 연소 가스 형태의 또는 혼합기로서의 연료가, 흡입 영역(1)을 경유하여 가스 엔진(12)의 하나 이상의 연소실(11) 내로 공급되어 연소되는, 가스 엔진 작동 방법에 있어서,
    특정 연소 가스 조성에 대한, 그리고/또는 상기 특정 연소 가스의 고유 특성값들에 대한, 또는 AFR 및/또는 Rs에 대한 정보가 제어 장치(14)로 공급되며, 상기 특정 연소 가스 조성 및/또는 이들의 고유 특성값이 하나 이상의 작동 변수의 산출 시 고려되고,
    상기 작동 변수는 특정 상대 공기 충전도(rlspez), 특정 산화제 소비량(mspezOx) 및/또는 특정 연소 가스 소비량(mspezG)이고,
    특정 상대 공기 충전도(rlspez)는 보정 계수와 상대 공칭 공기 충전도(rlnenn)의 곱셈을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 작동 방법.
  6. 제5항에 있어서, 특정 산화제 소비량(mspezOx)은, 실린더 체적과 관련하여, 표준 조건 하에서의 기준 산화제 질량(mOxNorm)과 특정 상대 공기 충전도(rlspez)의 곱셈을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 특정 연소 가스 소비량(mspezG)은 특정 연소 가스의 특정 산화제 소비량(mspezOx) 및 산화제/연료 비뿐 아니라, 실제 공기비의 고려하에 계산되는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 작동 방법.
  8. 연소실을 포함한 시스템, 또는 가스 엔진(12)을 작동하기 위한 방법으로서, 산화제 및 연소 가스 형태의 또는 혼합기로서의 연료가, 흡입 영역(1)을 경유하여 가스 엔진(12)의 하나 이상의 연소실(11) 내로 공급되어 연소되는, 가스 엔진 작동 방법에 있어서,
    특정 연소 가스 조성에 대한, 그리고/또는 상기 특정 연소 가스의 고유 특성값들에 대한, 또는 AFR 및/또는 Rs에 대한 정보가 제어 장치(14)로 공급되며, 상기 특정 연소 가스 조성 및/또는 이들의 고유 특성값이 하나 이상의 작동 변수의 산출 시 고려되고,
    상기 작동 변수는, 보정 계수와 사전 설정된 목표 흡기관 압력의 곱셈을 통해, 그리고 각각 공칭 가스 및 특정 연소 가스의 발열량 및 비 가스 상수뿐 아니라, 보정 온도 및 실제 측정된 온도에 따라 계산되는 목표 흡기관 압력인 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 작동 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 보정 계수는, 공칭 가스 및 특정 연소 가스 각각의 산화제/연료 비; 특정 연소 가스, 공칭 산화제, 특정 산화제 각각의 비 가스 상수들; 공칭 가스 및 특정 연소 가스의 발열량; 및 공기비;에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 작동 방법.
  10. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 제어 장치(14).
  11. 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장되어 있고, 제어 장치(14)에서 실행될 때, 상기 제어 장치(14)로 하여금 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램.
  12. 제11항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능 저장 매체.
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