KR102510053B1 - 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 및 이를 제어하는 방법 - Google Patents

이종연료 예혼합압축착화식 엔진 및 이를 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종연료 예혼합압축착화식 엔진에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 흡입, 압축, 폭발, 배기의 공정의 하나의 사이클로 구동되는 엔진에 있어서, 실린더; 상기 실린더 내에서 일방향을 따라 왕복이동하는 피스톤; 상기 피스톤에 회전가능하게 연결되고, 상기 피스톤의 왕복이동에 의해 상기 피스톤에 대하여 회전되는 커넥팅로드, 및 상기 커넥팅로드에 연결되어 상기 커넥팅로드의 회전에 의해 회전되는 크랭크샤프트를 포함하는 크랭크; 상기 실린더와 상기 피스톤이 제공하는 연소공간에 제1 연료 및 제2 연료 중 하나 이상을 공급하는 연료공급부; 상기 피스톤에 의해 회전되는 상기 크랭크샤프트의 토크를 측정하는 토크센서; 연료공급부를 제어하는 제어기를 포함하는 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.

Description

이종연료 예혼합압축착화식 엔진 및 이를 제어하는 방법{DUAL-FUEL PREMIXED CHARGE COMPRESSION IGNITION ENGINE AND METHOD FOR CONTROLLING SAME}
본 발명은 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 및 이를 제어하는 방법에 대한 발명이다.
최근 국민들의 자동차 이용률이 증가함에 따라, 자동차의 연비 향상과 환경오염을 일으키는 유해 물질을 줄이기 위한 연구가 다각도로 진행되고 있다.
자동차 이용자들은 가솔린에 비해 연비가 높은 디젤이 사용되는 디젤 엔진에 대한 선호도가 높다. 그러나, 디젤 엔진을 구비한 자동차는, 운전되는 동안 미세먼지의 주요 원인이 되는 입자상물질(Particulate Matter, PM), 미연 탄화수소(unburned HC), 질소산화물(Nitrogen oxides, NOx) 등의 오염물질이 다량 배출되는 문제점이 있다.
최근에는 디젤 엔진에서 문제되고 있는 입자상물질과 질소산화물을 동시에 저감 가능하고, 연비도 증가시키기 위한 신연소기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 신연소기술에는 일 예로, 반응성제어 압축착화 연소기술(Reactivity Controlled Compression Ignition, RCCI)이 있다.
반응성제어 압축착화 연소기술은 흡기행정 중 연소실내에 저반응성 연료(Low Reactivity Fuel, LRF)에 해당하는 천연가스를 공급하여 공기와 천연가스를 예혼합(Homogeneous)상태로 만든다. 그 이후, 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.
한편, 종래의 엔진은 실시간으로 변하는 부하에 무관하게 획일적인 비율과 분사시점을 기초로 천연가스와 디젤 분사하는 방식을 채택하고 있다. 다시 말해, 종래의 엔진은 그 부하가 상대적으로 커지거나, 상대적으로 작아지더라도 항상 같은 비율과 같은 분사시점에 천연가스와 디젤 분사하게 된다. 이처럼 기존의 엔진은 실시간으로 변하는 부하에 대응하여 분사되는 천연가스와 디젤의 비율과 분사시점을 적절하게 변화시키지 못함에 따라, 엔진의 수명과 연비가 저감되는 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 배경에 착안하여 발명된 것으로서, 실시간으로 변하는 부하에 대응하여 천연가스와 디젤의 비율과 분사시점을 적절하게 변화시킬 수 있는 이종연료 예혼합압축착화식 엔진을 제공하고자 한다.
또한, 실시간으로 변하는 부하에 대응하여 최적화된 천연가스와 디젤의 분사비율 및 분사시점을 결정하여 수명과 연비를 저감되는 것을 방지하는 이종연료 예혼합압축착화식 엔진을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 흡입, 압축, 폭발, 배기의 공정의 하나의 사이클로 구동되는 엔진에 있어서, 실린더; 상기 실린더 내에서 일방향을 따라 왕복이동하는 피스톤; 상기 피스톤에 회전가능하게 연결되고, 상기 피스톤의 왕복이동에 의해 상기 피스톤에 대하여 회전되는 커넥팅로드, 및 상기 커넥팅로드에 연결되어 상기 커넥팅로드의 회전에 의해 회전되는 크랭크샤프트를 포함하는 크랭크; 상기 실린더와 상기 피스톤이 제공하는 연소공간에 제1 연료 및 제2 연료 중 하나 이상을 공급하는 연료공급부; 상기 피스톤에 의해 회전되는 상기 크랭크샤프트의 토크를 측정하는 토크센서; 미리 입력된 최대토크값과 상기 토크센서에서 측정된 상기 측정토크값에 기초하여 상기 제2 연료의 공급시점과 예혼합열량비율을 결정하고, 미리 입력된 제1 연료의 저위발열량, 제2 연료의 저위발열량, 및 상기 제2 연료의 공급시점과 상기 예혼합열량비율에 기초하여 상기 연료공급부를 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 결정된 상기 제2 연료의 공급시점 이전에 제1 연료가 소정의 단위시간당공급량으로 상기 연소공간에 공급되고, 결정된 상기 예혼합열량비율에 기초하여 결정된 상기 공급시점에 상기 제2 연료가 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하고, 상기 예혼합열량비율은 제1 연료공급열량과 제2 연료공급열량의 합에 대한 제1 연료공급열량이며, 상기 하나의 사이클 동안 상기 공급시점은 하나 이상으로 제공되는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 소정 사이클에서의 상기 최대토크값에 대한 상기 측정토크값인 토크비율이 제1 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 제1 메인공급시점 및 상기 제1 메인공급시점에서의 제1 예혼합열량비율을 0.6 이상 0.9 이하로 결정하고, 상기 제1 메인공급시점은 크랭크각이 -60° 이상 -40°이하일 때인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 토크비율은 0.15 이상 0.6 이하인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 토크비율이 상기 제1 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 제1 파일럿공급시점을 더 결정하고, 상기 제1 파일럿공급시점은 크랭크각이 -105° 이상 -75°이하일 때인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 다음 사이클에서의 상기 제1 메인공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량과 상기 제1 파일럿공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량의 합에 대한 상기 제1 파일럿공급시점에 공급된 상기 제2 연료의 단위시간당공급량인 제1 분할분사비율을 0.1 이상 0.5 이하로 더 결정하고, 상기 제1 분할분사비율에 기초하여 제2 연료가 상기 연소공간에 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 소정 사이클에서의 상기 최대토크값에 대한 상기 측정토크값인 토크비율이 제2 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 제2 메인공급시점 및 상기 제2 메인공급시점에서의 제2 예혼합열량비율을 0.5 이상 0.8 이하로 결정하고, 상기 제2 메인공급시점은 크랭크각이 -15° 이상 0°이하일 때인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 토크비율은 0.6 이상 0.8 이하인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 토크비율이 상기 제2 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 제2 파일럿공급시점을 더 결정하고, 상기 제2 파일럿공급시점은 상기 크랭크각이 -60° 이상 -35°이하일 때인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 상기 다음 사이클에서의 상기 제2 메인공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량과 상기 제2 파일럿공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량의 합에 대한 상기 제2 파일럿공급시점에 공급된 상기 제2 연료의 단위시간당공급량인 제2 분할분사비율을 0.7 이상 0.9 이하로 더 결정하고, 상기 제2 분할분사비율에 기초하여 제2 연료가 상기 연소공간에 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기는, 소정 사이클에서의 상기 최대토크값에 대한 상기 측정토크값인 토크비율이 제3 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 제3 메인공급시점 및 상기 제3 메인공급시점에서의 제3 예혼합열량비율을 0.2 이상 0.4 이하로 결정하고, 상기 제3 메인공급시점은 크랭크각이 -5°이상 0°이하일 때인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제3 토크비율은 0.8 이상 1 이하인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 크랭크샤프트의 크랭크각은, 상기 피스톤과 연결된 상기 커넥팅로드의 일단부의 중심과 상기 크랭크샤프트의 중심을 지나는 가상의 제1 직선과, 상기 크랭크샤프트와 연결된 상기 커넥팅로드의 타단부의 중심과 상기 크랭크샤프트의 중심을 지나는 가상의 제2 직선 사이의 각도이고, 상기 피스톤이 상사점에서 하사점을 향할 때, 상기 제1 직선을 기준으로 정방향으로의 상기 각도는 양부호를 가지며, 상기 피스톤이 하사점에서 상사점을 향할 때, 상기 제1 직선을 기준으로 상기 정방향과 반대방향인 역방향으로의 상기 각도는 음부호를 가지며, 상기 정방향은 상기 피스톤의 왕복이동에 의해 상기 크랭크샤프트가 회전하는 방향인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 연료는 가솔린 및 천연가스 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 연료는 디젤을 포함하는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진이 제공될 수 있다.
또한, 흡입, 압축, 폭발, 배기의 공정의 하나의 사이클로 구동되는 엔진에 있어서, 피스톤에 의해 회전하는 크랭크샤프트의 토크를 측정하는 토크측정단계; 상기 토크측정단계에서 측정된 측정토크값을 기초로 제2 연료의 공급시점을 결정하는 공급시점 결정단계; 제1 연료공급열량 및 제2 연료공급열량의 합에 대한 제1 연료공급열량인 예혼합열량비율을 결정하는 예혼합열량비율 결정단계; 결정된 상기 공급시점 이전에 제1 연료가 소정의 단위시간당공급량으로 연소공간에 공급하는 제1 연료공급단계; 및 결정된 상기 예혼합열량비율에 기초하여 결정된 상기 공급시점에 상기 제2 연료를 상기 연소공간에 공급하는 제2 연료공급단계를 포함하고, 상기 하나의 사이클 동안 상기 공급시점은 하나 이상으로 제공되는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공급시점 결정단계는, 소정 사이클에서의 최대토크값에 대한 측정토크값인 토크비율이 제1 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 크랭크각이 -60° 이상 -40°이하일 때인 제1 메인공급시점을 결정하는 제1 메인공급시점 결정단계를 포함하고, 상기 예혼합열량비율 결정단계는, 상기 토크비율이 상기 제1 토크비율일 때, 0.6 이상 0.9 이하로 제1 예혼합열량비율을 결정하는 제1 예혼합열량비율 결정단계를 포함하는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공급시점 결정단계는, 상기 토크비율이 상기 제1 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 크랭크각이 -105° 이상 -75°이하일 때인 제1 파일럿공급시점을 결정하는 제1 파일럿공급시점 결정단계를 더 포함하고, 상기 제1 토크비율은 0.15 이상 0.6 이하인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공급시점 결정단계는, 소정 사이클에서의 최대토크값에 대한 측정토크값인 토크비율이 제2 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 크랭크각이 -15° 이상 0°이하일 때인 제2 메인공급시점을 결정하는 제2 메인공급시점 결정단계를 포함하고, 상기 예혼합열량비율 결정단계는, 상기 토크비율이 상기 제2 토크비율일 때, 0.5 이상 0.8 이하로 제2 예혼합열량비율을 결정하는 제2 예혼합열량비율 결정단계를 포함하는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법이 제공될 수 있다.
또한, 상기 공급시점 결정단계는, 상기 토크비율이 제2 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 크랭크각이 -60° 이상 -35°이하일 때인 제2 파일럿공급시점을 결정하는 제2 파일럿공급시점 결정단계를 더 포함하고, 상기 제2 토크비율은 0.6 이상 0.8 이하인, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법이 제공될 수 있다.
또한. 상기 공급시점 결정단계는, 소정 사이클에서의 최대토크값에 대한 측정토크값인 토크비율이 제3 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 크랭크각이 -5° 이상 0°이하일 때인 제3 메인공급시점을 결정하는 제3 메인공급시점 결정단계를 포함하고, 상기 예혼합열량비율 결정단계는, 상기 토크비율이 제3 토크비율일 때, 0.2 이상 0.4 이하인 제3 예혼합열량비율을 결정하는 제3 예혼합열량비율 결정단계를 포함하는, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 예혼합압축착화식 엔진은 실시간으로 변하는 부하에 대응하여 천연가스와 디젤의 비율과 분사시점을 적절하게 변화되도록 하는 효과가 있다.
또한, 이종연료 예혼합압축착화식 엔진은 실시간으로 변하는 부하에 대응하여 최적화된 천연가스와 디젤의 분사비율 및 분사시점을 결정하여 수명과 연비를 저감되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 예혼합압축착화식 엔진의 단면도이다.
도 2는 연소공간에 제2 연료가 공급되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3은 엔진의 운전영역별 연료공급방식을 나타낸 도면이다.
도 4는 저부하영역에서의 엔진 제어방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 5는 중부하영역에서의 엔진 제어방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 고부하영역에서의 엔진 제어방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '유동', '공급', '주입'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 유동, 공급, 주입될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 상부, 하부, 상면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 예혼합압축착화식 엔진(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 예혼합압축착화식 엔진(1, 이하 '엔진'으로 명명한다)은 흡입공정, 압축공정, 폭발공정 및 배기공정을 하나의 사이클로 하여 구동될 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 흡입공정에서는 후술할 피스톤(200)이 상사점에서 하사점으로 이동될 수 있다. 압축공정에서는 피스톤(200)이 하사점에서 상사점으로 이동될 수 있다. 폭발공정에서는 피스톤(200)이 상사점 부근에 위치할 때 후술할 연소공간(S)에서 폭발이 일어날 수 있다. 배기공정에서는 폭발공정 이후 피스톤(200)이 상사점에서 다시 상사점으로 1회 왕복이동될 수 있다.
이러한 엔진(1)은 반응성이 서로 상이한 이종연료(dual-fuel)를 연소시킬 수 있다. 또한, 엔진(1)은 각 부하 조건에 적합한 연료 혼합비율과 공급시점에 운전되어, 보다 넓은 운전 영역에서 연비가 개선되고 배기 배출물이 저감되도록 제어될 수 있다. 이러한 엔진(1)은 실린더(100), 피스톤(200), 크랭크(300), 연료공급부(400), 흡입부(500), 배기부(600), 토크 센서(700), 및 제어기(800)를 포함할 수 있다.
실린더(100)는 피스톤(200)이 상하방향을 따라 이동하는 경로를 제공할 수 있다. 이러한 실린더(100)는 피스톤(200)과 함께 제1 연료(F1)와 제2 연료(F2)가 연소되기 위한 연소공간(S)을 제공할 수 있다. 제1 연료(F1)는 제2 연료(F2)보다 상대적으로 반응성이 낮을 수 있다. 예를 들어, 제1 연료(F1)는 천연가스 및 가솔린 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 제2 연료(F2)는 디젤을 포함할 수 있다. 실린더(100)는 실린더바디(110) 및 실린더헤드(120)를 포함할 수 있다.
실린더바디(110)는 피스톤(200)이 상하방향을 따라 왕복이동하는 동안 수평방향을 따라 이동하지 않도록 피스톤(200)을 구속할 수 있다. 이러한 실린더바디(110)의 상단은 실린더헤드(120)의 하면과 연결될 수 있다.
연소공간(S)에서는 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소될 수 있다. 이러한 연소공간(S)에서는 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 공기(a)와 함께 연소되어 폭발이 일어날 수 있다. 또한, 연소공간(S)에서는 피스톤(200)이 상사점(top dead point)에 도달한 순간 폭발이 일어날 수 있다. 상사점은 피스톤(200)의 상단의 높이가 최대인 지점을 의미한다. 하사점(bottom dead point)은 피스톤(200)의 하단의 높이가 최소인 지점을 의미한다. 이러한 연소공간(S)은 적어도 일부가 피스톤(200)의 상면으로 둘러싸인 형상을 가질 수 있다.
피스톤(200)은 그 상면에 가해지는 압력변화에 따라 상하방향을 따라 왕복이동할 수 있다. . 예를 들어, 피스톤(200)의 상면에 가해지는 압력이 증가하면, 피스톤(200)은 하방을 향해 이동할 수 있다. 반대로, 피스톤(200)의 상면에 가해지는 압력이 감소하면 피스톤(200)은 상방을 향해 이동할 수 있다. 이러한 피스톤(200)의 외주면은 실린더바디(110)로 둘러싸일 수 있다.
크랭크(300)는 피스톤(200)의 왕복운동을 후술할 크랭크샤프트(310)의 회전운동으로 전환시킬 수 있다. 이러한 크랭크(300)는 크랭크샤프트(310) 및 커넥팅로드(320)를 포함할 수 있다.
크랭크샤프트(310)는 피스톤(200)의 왕복운동에 대응하여 소정의 회전축을 중심으로 커넥팅로드(320)에 대하여 회전할 수 있다. 다시 말해, 크랭크샤프트(310)는 커넥팅로드(320)에 연결되어 커넥팅로드(320)의 회전에 의해 회전될 수 있다. 이러한 크랭크샤프트(310)의 양단에는 회전시키고자 하는 부재가 연결될 수 있다. 예를 들어, 크랭크샤프트(310)의 양단에는 자동차의 바퀴 등이 연결될 수 있고, 이러한 자동차의 바퀴 등은 크랭크샤프트(310)로부터 회전력을 인가받을 수 있다. 이러한 크랭크샤프트(310)는 커넥팅로드(320)의 단부에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
커넥팅로드(320)는 피스톤(200)과 크랭크샤프트(310) 사이에 개재되어, 피스톤(200)에서 발생한 동력을 크랭크샤프트(310)로 전달할 수 있다. 이러한 커넥팅로드(320)의 일단부는 피스톤(200)에 회전가능하게 연결되고, 타단부는 크랭크샤프트(310)에 회전가능하게 연결될 수 있다. 이러한 커넥팅로드(320)는 피스톤(200)의 왕복이동에 의해 피스톤(200)에 대하여 회전할 수 있다.
연료공급부(400)는 연소공간(S)에 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2) 중 하나 이상을 연소공간(S)에 공급할 수 있다. 이러한 연료공급부(400)는 제1 연료공급부(410) 및 제2 연료공급부(420)를 포함할 수 있다.
제1 연료공급부(410)는 제1 연료주입기(412)에 제공될 제1 연료(F1)를 저장하기 위한 공간을 제공하는 제1 연료저장탱크(411) 및 제1 연료(F1)를 흡입부(500)에 주입할 수 있는 제1 연료주입기(412)를 포함할 수 있다. 이러한 제1 연료공급부(410)는 제어기(800)에 의해 제어될 수 있다.
제2 연료공급부(420)는 제2 연료주입기(422)에 제공될 제2 연료(F2)를 저장하기 위한 공간을 제공하는 제2 연료저장탱크(421) 및 제2 연료(F2)를 연소공간(S)에 주입할 수 있는 제2 연료주입기(422)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 연료공급부(400)는 제어기(800)에 의해 제어될 수 있다.
흡입부(500)는 공기(a) 및 제1 연료(F1)를 연소공간(S)에 흡입시킬 수 있다. 이러한 흡입부(500)는 흡입포트(510) 및 흡입밸브(520)를 포함할 수 있다.
흡입포트(510)는 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 유동하는 통로를 제공할 수 있다. 또한, 흡입포트(510)에서는 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 혼합될 수 있다. 또한, 흡입포트(510)는 연소공간(S)과 선택적으로 연통될 수 있다. 예를 들어, 흡입포트(510)는 흡입밸브(520)가 개방되면 연소공간(S)과 연통될 수 있고, 흡입밸브(520)가 폐쇄되면 연소공간(S)과 구획될 수 있다. 흡입밸브(520)는 흡입포트(510)에서 유동하는 공기(a) 및 제1 연료(F1)가 연소공간(S)에 선택적으로 흡입되도록 할 수 있다.
배기부(600)는 연소공간(S)에서 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소되어 생긴 가스를 배출시킬 수 있다. 이러한 배기부(600)는 배기포트(610) 및 배기밸브(620)를 포함할 수 있다. 배기포트(610)는 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)가 연소되어 생긴 가스가 유동하기 위한 통로를 제공할 수 있다. 배기밸브(620)는 연소공간(S)에 유동하는 가스가 선택적으로 배출되도록 할 수 있다.
토크센서(700, torque sensor)는 피스톤(200)과 크랭크샤프트(310)로부터 엔진(1)의 토크를 측정할 수 있다. 예를 들어, 토크센서(700)는 크랭크샤프트(310)의 중심과 크랭크샤프트(310)에 연결된 커넥팅로드(320)의 단부의 중심 사이의 거리와, 커넥팅로드(320)가 연장된 방향(피스톤(200)과 연결된 커넥팅로드(320)의 일단부의 중심과, 크랭크샤프트(310)와 연결된 커넥팅로드(320)의 타단부의 중심을 지나는 가상의 직선이 연장하는 방향)으로 가해지는 힘의 곱을 통해, 엔진(1)에 가해지는 토크를 측정할 수 있다. 이러한 토크센서(700)는 자기변형 토크센서(magnetic strain torque sensor), 변형 게이지식 토크센서(strain gauge-type torque sensor), 위상차 검출형 토크센서(phase-difference detecting-type torque sensor) 등을 포함할 수 있다.
제어기(800)는 토크센서(700)에서 측정된 토크에 기초하여 운전영역을 결정할 수 있다. 이러한 제어기(800)에는 엔진(1)의 최대토크값이 미리 입력될 수 있다. 이러한 제어기(800)는 토크비율에 기초하여 운전영역을 결정할 수 있다. 토크비율은 하기의 식으로 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021075183911-pat00001
다시 말해, 토크비율(
Figure 112021075183911-pat00002
)은 제어기(800)에 미리 입력된 최대토크값(
Figure 112021075183911-pat00003
)에 대한 토크센서(700)에서 측정된 측정토크값(
Figure 112021075183911-pat00004
)으로 정의된다.
운전영역은 저부하영역, 중부하영역 및 고부하영역으로 구분될 수 있다. 또한, 제어기(800)는 결정된 운전영역에서의 제2 연료의 공급시점을 결정할 수 있다. 또한, 제2 연료의 공급시점은 2회 이상일 수 있다. 예를 들어, 제2 연료의 공급시점은 메인공급시점과 파일럿공급시점을 포함할 수 있다. 또한, 제어기(800)는 결정된 운전영역에서의 예혼합열량비율(PER, Premixed energy ratio)을 결정할 수 있다. 예혼합열량비율은 하기의 식으로 정의될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112021075183911-pat00005
다시 말해, 예혼합열량비율은 제1 연료공급열량과 제2 연료공급열량의 합(
Figure 112021075183911-pat00006
)에 대한 제1 연료공급열량(
Figure 112021075183911-pat00007
으로 정의된다.
또한, 제1 연료공급열량은 하기의 식으로 정의될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112021075183911-pat00008
다시 말해, 제1 연료공급열량(
Figure 112021075183911-pat00009
)은 제1 연료의 단위시간당공급량(
Figure 112021075183911-pat00010
)과 제1 연료의 저위발열량(
Figure 112021075183911-pat00011
)의 곱으로 정의된다.
또한, 제2 연료공급열량은 하기의 식으로 정의될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112021075183911-pat00012
다시 말해, 제2 연료공급열량(
Figure 112021075183911-pat00013
)은 제2 연료의 단위시간당공급량(
Figure 112021075183911-pat00014
)과 제2 연료의 저위발열량(
Figure 112021075183911-pat00015
)의 곱으로 정의된다.
또한, 제어기(800)는 제2 연료의 분할분사비율을 결정할 수 있다. 분할분사비율은 하기의 식으로 정의될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112021075183911-pat00016
다시 말해, 분할분사비율(
Figure 112022122082339-pat00017
)은 메인공급시점에 공급되는 제2 연료의 단위시간당공급량(
Figure 112022122082339-pat00018
)과 파일럿공급시점에 공급되는 제2 연료의 단위시간당공급량(
Figure 112022122082339-pat00019
)의 합에 대한 메인공급시점에 공급되는 제2 연료의 단위시간당공급량(
Figure 112022122082339-pat00020
)으로 정의된다.
이하에서는, 저부하영역, 중부하영역 및 고부하영역을 설명하기에 앞서, 도 3에 도시된 내용과 관련하여 먼저 설명하도록 한다.
도 3의 좌측 그래프의 세로축(BMEP[bar])은 엔진 토크를 의미하고, 가로축(Engine speed[rpm])은 엔진 회전수를 의미한다. 이러한 도 3의 우측에 도시된 내용은 시점별로 연소공간(S)에 공급되는 제1 연료(F1, NG)와 제2 연료(F2, Diesel)의 상대적인 공급량을 의미한다. 더 자세하게는, 가로축은 크랭크각(θ)의 절대값을 의미하고, 가로축 위에 도시된 사다리꼴의 넓이는 연료의 단위시간당공급량을 의미한다. 또한, 도 3의 G1(FP-RCCI)은 저부하영역에서의 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)의 공급에 관한 내용이고, 도 3의 G2(PP-RCCI)는 중부하영역에서의 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)의 공급에 관한 내용이며, 도 3의 G3(DF diffusion)는 고부하영역에서의 제1 연료(F1) 및 제2 연료(F2)의 공급에 관한 내용이다. 이하에서는, 상술한 도 3의 내용을 기초로 하여 저부하영역, 중부하영역 및 고부하영역에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는 소정 사이클에서의 토크비율이 제1 토크비율, 제2 토크비율, 제3 토크비율 중 하나로 측정된 때, 소정 사이클의 다음사이클에서의 측정된 토크비율에서의 메인공급시점, 파일럿공급시점 및 예혼합열량비율이 결정되는 것이 전제될 수 있다.
저부하영역은 최대토크값에 대한 제1 측정토크값의 비율인 제1 토크비율에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 토크비율은 0.15 이상 0.6 이하일 수 있다. 제어기(800)는 저부하영역에서 제2 연료의 공급시점인 제1 메인공급시점 및 제1 파일럿공급시점을 결정할 수 있다. 이러한 제1 메인공급시점은 일 예로, 크랭크각(θ)이 -60° 이상 -40°이하일 때를 의미할 수 있다. 크랭크각(θ)은 피스톤(200)과 연결된 커넥팅로드(320)의 일단부의 중심과 크랭크샤프트(310)의 중심을 지나는 가상의 제1 직선(L1)과, 크랭크샤프트(310)와 연결된 커넥팅로드(320)의 타단부의 중심과 크랭크샤프트(310)의 중심을 지나는 가상의 제2 직선(L2) 사이의 각도(θ)를 의미한다. 더 자세한 예로, 피스톤(200)이 상사점에서 하사점을 향할 때, 제1 직선(L1)을 기준으로 정방향으로의 각도(θ)는 양부호(+)를 가질 수 있다. 또한 피스톤(200)이 하사점에서 상사점을 향할 때, 제1 직선(L1)을 기준으로 역방향으로의 각도(θ)는 음부호(-)를 가질 수 있다. 이러한 정방향은 피스톤(200)의 왕복이동에 의해 크랭크샤프트(310)가 회전하는 방향을 의미하고, 역방향은 정방향의 반대방향을 의미한다. 또한, 크랭크각(θ) 0°는 상사점을 의미하고, 크랭크각(θ) 180°또는 -180°는 하사점을 의미한다.
또한, 이러한 제1 파일럿공급시점은 제1 메인공급시점 이전의 시점일 수 있다. 이러한 제1 파일럿공급시점은 제1 메인공급시점이 결정되면 자동으로 결정될 수 있다. 이러한 제1 파일럿공급시점은 일 예로, 크랭크각이 -105° 이상 -75°이하일 때를 의미할 수 있다. 다시 말해, 제1 파일럿공급시점은 제1 메인공급시점과 제1 분사간격만큼 차이가 생기도록 결정될 수 있으며, 이러한 제1 분사간격은 일 예로, 35° 이상 45°이하의 크랭크각(θ)일 수 있다.
제어기(800)는 저부하영역에서 제1 예혼합열량비율을 결정할 수 있다. 제1 예혼합열량비율을 일 예로, 0.6 이상 0.9 이하일 수 있다. 또한, 제어기(800)는 저부하영역에서 제1 분할분사비율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 분할분사비율은 0.1 이상 0.5 이하일 수 있다.
중부하영역은 최대토크값에 대한 제2 측정토크값의 비율인 제2 토크비율에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제2 토크비율은 0.6 이상 0.8 이하일 수 있다. 제어기(800)는 중부하영역에서 제2 연료의 공급시점인 제2 메인공급시점 및 제2 파일럿공급시점을 결정할 수 있다. 이러한 제2 메인공급시점은 일 예로, 크랭크각(θ)이 -15° 이상 -0°이하일 때를 의미할 수 있다.
또한, 이러한 제2 파일럿공급시점은 제2 메인공급시점 이전의 시점일 수 있다. 이러한 제2 파일럿공급시점은 제2 메인공급시점이 결정되면 자동으로 결정될 수 있다. 이러한 제2 파일럿공급시점은 일 예로, 크랭크각이 -60° 이상 -35°이하일 때를 의미할 수 있다. 다시 말해, 제2 파일럿공급시점은 제2 메인공급시점과 제2 분사간격만큼 차이가 생기도록 결정될 수 있으며, 이러한 제2 분사간격은 일 예로, 35° 이상 45°이하의 크랭크각(θ)일 수 있다.
또한, 제어기(800)는 중부하영역에서 제2 예혼합열량비율을 결정할 수 있다. 제2 예혼합열량비율을 일 예로, 0.5 이상 0.8 이하일 수 있다. 또한, 제어기(800)는 중부하영역에서 제2 분할분사비율을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제2 분할분사비율은 0.7 이상 0.9 이하일 수 있다.
고부하영역은 최대토크값에 대한 제3 측정토크값의 비율인 제3 토크비율에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 제3 토크비율은 0.8 이상 1 이하일 수 있다. 제어기(800)는 고부하영역에서 제2 연료의 공급시점인 제3 메인공급시점을 결정할 수 있다. 이러한 제3 메인공급시점은 일 예로, 크랭크각(θ)이 -5° 이상 0°이하일 때를 의미할 수 있다. 다시 말해, 고부하영역에서는 제2 연료가 상사점 부근에서 단일 분사될 수 있다. 또한, 제어기(800)는 고부하영역에서 제3 예혼합열량비율을 결정할 수 있다. 제3 예혼합열량비율을 일 예로, 0.2 이상 0.4 이하일 수 있다. 고부하영역에서 예혼합열량비율이 저부하영역과 중부하영역보다 상대적으로 낮게 결정됨에 따라, 제1 연료(F1)의 이상연소 반응인 노킹(Knocking)이 억제되는 효과가 있다.
제어기(800)는 미리 입력된 정보와 제어기(800)에서 결정된 정보에 기초하여 연료공급부(400)를 제어할 수 있다. 이러한 제어기(800)에는 제1 연료의 저위발열량(
Figure 112021075183911-pat00021
) 및 제2 연료의 저위발열량(
Figure 112021075183911-pat00022
)가 미리 입력될 수 있다.
이러한 제어기(800)는 결정된 공급시점 이전에 소정단위시간당공급량의 제1 연료가 연소공간(S)에 공급되도록 제1 연료공급부(410)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(800)는 결정된 공급시점에, 결정된 예혼합열량비율에 기초하여 제2 연료(F2)가 연소공간(S)에 공급되도록 제2 연료공급부(420)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(800)는 분할분사비율에 기초하여 제2 연료(F2)가 연소공간에 공급되도록 제2 연료공급부(420)를 제어할 수 있다.
이러한 제어기(800)에는 저부하영역, 중부하영역 및 고부하영역 각각에 따른 최대허용 예혼합열량비율이 미리 입력될 수 있다. 이러한 제어기(800)는 현재의 예혼합열량비율이 최대허용 예혼합열량비율보다 큰 경우, 현재의 예혼합열량비율이 최대허용 예혼합열량비율보다 작거나 같아지도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 피스톤(200)이 1회 왕복하는 사이에 운전영역이 저부하영역에서 고부하영역으로 바뀐 경우, 저부하영역에서의 제1 예혼합열량비율(일 예로, 0.6 이상 0.9 이하)은 고부하영역의 최대허용 예혼합열량비율(일 예로, 0.45)보다 클 수 있다. 제어기(800)는 이에 대응하여, 예혼합열량비율이 0.4 이하로 낮아지도록 연료공급부를 제어할 수 있다. 한편, 운전영역별 최대허용 예혼합열량비율을 임의로 설정될 수 있다.
이러한 제어기(800)는 연소공간(S) 내부의 압력을 측정하는 압력센서(미도시)를 기초로 연료공급부(400)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(800)는 압력센서를 통해 연소공간(S) 내부의 최대압력을 도출하고, 최대압력이 도출된 시점의 크랭크각(θ)인 최대압력 크랭크각을 도출할 수 있다.
이러한 제어기(800)는 최대압력 크랭크각의 범위를 통해 예혼합열량비율이 조정되도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(800)는 현재의 분할분사비율이 운전영역에 따른 최대허용 디젤분사비율보다 작거나 같은 값을 갖도록 분할분사비율이 조정되도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(800)는 현재 최대압력이 운전영역별 최대허용 최대압력보다 작거나 같은 값을 갖도록 메인공급시점이 조정되도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다. 이러한 메인공급시점이 조정될 때 메인공급시점과 파일럿공급시점 사이의 분사간격은 일정할 수 있다.
이러한 제어기(800)는 현재 최대압력 크랭크각과 운전영역별로 요구되는 목표 최대압력 크랭크각을 비교하여, 현재 최대압력 크랭크각이 목표 최대압력 크랭크각에 근접해지도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(800)는 현재 최대압력 크랭크각과 목표 최대압력 크랭크각의 차이가 0.5°이하가 될 수 있도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다.
또한, 제어기(800)는 현재 최대압력이 최대허용 최대압력보다 큰 경우, 메인공급시점이 조정되도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어기(800)는 현재 최대압력이 최대허용 최대압력보다 작아지도록 연료공급부(400)를 제어할 수 있다.
이러한 제어기(800)는 마이크로프로세서를 포함하는 하나 이상의 연산 장치에 의해 구현될 수 있으며,　그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.　
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 엔진 제어방법(S10)을 설명한다. 엔진 제어방법(S10)을 설명함에 있어서, 상술한 실시예와 비교하였을 때의 차이점을 위주로 설명하며 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예를 원용한다.
엔진 제어방법(S10)은 토크결정단계(S100), 공급시점 결정단계(S200), 예혼합열량비율 결정단계(S300), 분할분사비율 결정단계(S400), 제1 연료공급단계(S500) 및 제2 연료공급단계(S600)를 포함할 수 있다.
토크결정단계(S100)에서는 피스톤(200)과 크랭크샤프트(310)로부터 발생하는 토크가 측정될 수 있다.
공급시점 결정단계(S200)에서는 토크측정단계(S100)에서 측정된 토크를 기초로 제2 연료의 공급시점이 결정될 수 있다. 이러한 공급시점 결정단계(S200)는 제1 메인공급시점 결정단계(S210), 제1 파일럿공급시점 결정단계(S220), 제2 메인공급시점 결정단계(S230), 제2 파일럿공급시점 결정단계(S240) 및 제3 메인공급시점 결정단계(S240)를 포함할 수 있다.
제1 메인공급시점 결정단계(S210)에서는 측정된 토크비율이 제1 토크비율일 때, 크랭크각(θ)이 -60° 이상 -40°이하일 때인 제1 메인공급시점이 결정될 수 있다.
제1 파일럿공급시점 결정단계(S220)에서는 토크비율이 제1 토크비율일 때, 크랭크각이 -105° 이상 -75°이하일 때인 제1 파일럿공급시점이 결정될 수 있다.
제2 메인공급시점 결정단계(S230)에서는 토크비율이 제2 토크비율일 때, 크랭크각(θ)이 -15° 이상 0°이하일 때인 제2 메인공급시점이 결정될 수 있다.
제2 파일럿공급시점 결정단계(S240)에서는 토크비율이 제2 토크비율일 때, 크랭크각(θ)이 -60° 이상 -35°이하일 때인 제2 파일럿공급시점이 결정될 수 있다.
제3 메인공급시점 결정단계(S250)에서는 토크비율이 제3 토크비율일 때, 크랭크각(θ)이 -5° 이상 0°이하일 때인 제3 메인공급시점이 결정될 수 있다.
예혼합열량비율 결정단계(S300)에서는 제1 연료(F1)와 제2 연료(F2)의 예혼합열량비율이 결정될 수 있다. 이러한 예혼합열량비율 결정단계(S300)는 제1 예혼합열량비율 결정단계(S310), 제2 예혼합열량비율 결정단계(S320) 및 제3 예혼합열량비율 결정단계(S330)를 포함할 수 있다.
제1 예혼합열량비율 결정단계(S310)에서는 토크비율이 제1 토크비율일 때, 0.6 이상 0.9 이하인 제1 예혼합열량비율이 결정될 수 있다. 제2 예혼합열량비율 결정단계(S320)에서는 토크비율이 제2 토크비율일 때, 0.5 이상 0.8 이하인 제2 예혼합열량비율이 결정될 수 있다. 제3 예혼합열량비율 결정단계(S330)에서는 토크비율이 제3 토크비율일 때, 0.2 이상 0.4 이하인 제3 예혼합열량비율이 결정될 수 있다.
분할분사비율 결정단계(S400)에서는 메인공급시점 및 파일럿공급시점에 연소공간(S)에 공급된 제2 연료의 단위시간당공급량에 대한 파일럿공급시점에 연소공간(S)에 공급된 제2 연료의 단위시간당공급량인 분할분사비율이 결정될 수 있다. 이러한 분할분사비율 결정단계(S400)는 제1 분할분사비율 결정단계(S410), 제2 분할분사비율 결정단계(S420) 및 제3 분할분사비율 결정단계(S430)를 포함할 수 있다.
제1 분할분사비율 결정단계(S410)에서는 토크비율이 제1 토크비율일 때. 0.1 이상 0.5 이하인 제1 분할분사비율이 결정될 수 있다. 제2 분할분사비율 결정단계(S420)에서는 토크비율이 제2 토크비율일 때, 0.7 이상 0.9 이하인 제2 분할분사비율이 결정될 수 있다.
제1 연료공급단계(S500)에서는 공급시점 결정단계(S200)에서 결정된 공급시점 이전에 소정의 단위시간당공급량의 제1 연료(F1)가 연소공간(S)에 공급될 수 있다.
제2 연료공급단계(S600)에서는 공급시점 결정단계(S200) 및 예혼합열량비율 결정단계(S300)에서 결정된 공급시점 및 예혼합열량비율에 기초하여 제2 연료(F2)가 연소공간(S)에 공급될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 엔진 100: 실린더
110: 실린더바디 120: 실린더헤드
200: 피스톤 300: 크랭크
310: 크랭크샤프트 320: 커넥팅로드
400: 연료공급부 410: 제1 연료공급부
411: 제1 연료저장탱크 412: 제1 연료주입기
420: 제2 연료공급부 421: 제2 연료저장탱크
422: 제2 연료주입기 500: 흡입부
510: 흡입포트 520: 흡입밸브
600: 배기부 610: 배기포트
620: 배기밸브 700: 토크센서
800: 제어기
S: 연소공간

Claims (19)

  1. 흡입, 압축, 폭발, 배기의 공정의 하나의 사이클로 구동되는 엔진에 있어서,
    실린더;
    상기 실린더 내에서 일방향을 따라 왕복이동하는 피스톤;
    상기 피스톤에 회전가능하게 연결되고, 상기 피스톤의 왕복이동에 의해 상기 피스톤에 대하여 회전되는 커넥팅로드, 및 상기 커넥팅로드에 연결되어 상기 커넥팅로드의 회전에 의해 회전되는 크랭크샤프트를 포함하는 크랭크;
    상기 실린더와 상기 피스톤이 제공하는 연소공간에 제1 연료 및 제2 연료 중 하나 이상을 공급하는 연료공급부;
    상기 피스톤에 의해 회전되는 상기 크랭크샤프트의 토크를 측정하는 토크센서;
    미리 입력된 최대토크값과 상기 토크센서에서 측정된 측정토크값에 기초하여 상기 제2 연료의 공급시점과 예혼합열량비율을 결정하고, 미리 입력된 제1 연료의 저위발열량, 제2 연료의 저위발열량, 및 상기 제2 연료의 공급시점과 상기 예혼합열량비율에 기초하여 상기 연료공급부를 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    결정된 상기 제2 연료의 공급시점 이전에 제1 연료가 소정의 단위시간당공급량으로 상기 연소공간에 공급되고, 결정된 상기 예혼합열량비율에 기초하여 결정된 상기 공급시점에 상기 제2 연료가 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하고,
    상기 예혼합열량비율은 제1 연료공급열량과 제2 연료공급열량의 합에 대한 제1 연료공급열량이며, 상기 하나의 사이클 동안 상기 공급시점은 하나 이상으로 제공되며,
    상기 제어기는,
    소정 사이클에서의 상기 최대토크값에 대한 상기 측정토크값인 토크비율이 제1 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 제1 메인공급시점 및 상기 제1 메인공급시점에서의 제1 예혼합열량비율을 0.6 이상 0.9 이하로 결정하고,
    상기 제1 메인공급시점은 크랭크각이 -60° 이상 -40°이하일 때이며,
    상기 제1 토크비율은 0.15 이상 0.6 이하이고,
    상기 제어기는,
    상기 토크비율이 상기 제1 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 제1 파일럿공급시점을 더 결정하고, 상기 제1 파일럿공급시점은 크랭크각이 -105° 이상 -75°이하일 때인,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 다음 사이클에서의 상기 제1 메인공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량과 상기 제1 파일럿공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량의 합에 대한 상기 제1 파일럿공급시점에 공급된 상기 제2 연료의 단위시간당공급량인 제1 분할분사비율을 0.1 이상 0.5 이하로 더 결정하고, 상기 제1 분할분사비율에 기초하여 제2 연료가 상기 연소공간에 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하는,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 흡입, 압축, 폭발, 배기의 공정의 하나의 사이클로 구동되는 엔진에 있어서,
    실린더;
    상기 실린더 내에서 일방향을 따라 왕복이동하는 피스톤;
    상기 피스톤에 회전가능하게 연결되고, 상기 피스톤의 왕복이동에 의해 상기 피스톤에 대하여 회전되는 커넥팅로드, 및 상기 커넥팅로드에 연결되어 상기 커넥팅로드의 회전에 의해 회전되는 크랭크샤프트를 포함하는 크랭크;
    상기 실린더와 상기 피스톤이 제공하는 연소공간에 제1 연료 및 제2 연료 중 하나 이상을 공급하는 연료공급부;
    상기 피스톤에 의해 회전되는 상기 크랭크샤프트의 토크를 측정하는 토크센서;
    미리 입력된 최대토크값과 상기 토크센서에서 측정된 측정토크값에 기초하여 상기 제2 연료의 공급시점과 예혼합열량비율을 결정하고, 미리 입력된 제1 연료의 저위발열량, 제2 연료의 저위발열량, 및 상기 제2 연료의 공급시점과 상기 예혼합열량비율에 기초하여 상기 연료공급부를 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 제어기는,
    결정된 상기 제2 연료의 공급시점 이전에 제1 연료가 소정의 단위시간당공급량으로 상기 연소공간에 공급되고, 결정된 상기 예혼합열량비율에 기초하여 결정된 상기 공급시점에 상기 제2 연료가 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하고,
    상기 예혼합열량비율은 제1 연료공급열량과 제2 연료공급열량의 합에 대한 제1 연료공급열량이며, 상기 하나의 사이클 동안 상기 공급시점은 하나 이상으로 제공되며,
    상기 제어기는,
    소정 사이클에서의 상기 최대토크값에 대한 상기 측정토크값인 토크비율이 제2 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 제2 메인공급시점 및 상기 제2 메인공급시점에서의 제2 예혼합열량비율을 0.5 이상 0.8 이하로 결정하고,
    상기 제2 메인공급시점은 크랭크각이 -15° 이상 0°이하일 때이며,
    상기 제2 토크비율은 0.6 이상 0.8 이하이고,
    상기 제어기는,
    상기 토크비율이 상기 제2 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 제2 파일럿공급시점을 더 결정하고, 상기 제2 파일럿공급시점은 상기 크랭크각이 -60° 이상 -35°이하일 때인,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 다음 사이클에서의 상기 제2 메인공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량과 상기 제2 파일럿공급시점에 공급되는 상기 제2 연료의 단위시간당공급량의 합에 대한 상기 제2 파일럿공급시점에 공급된 상기 제2 연료의 단위시간당공급량인 제2 분할분사비율을 0.7 이상 0.9 이하로 더 결정하고, 상기 제2 분할분사비율에 기초하여 제2 연료가 상기 연소공간에 공급되도록 상기 연료공급부를 제어하는,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    소정 사이클에서의 상기 최대토크값에 대한 상기 측정토크값인 토크비율이 제3 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 제3 메인공급시점 및 상기 제3 메인공급시점에서의 제3 예혼합열량비율을 0.2 이상 0.4 이하로 결정하고,
    상기 제3 메인공급시점은 크랭크각이 -5°이상 0°이하일 때인,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3 토크비율은 0.8 이상 1 이하인,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 크랭크샤프트의 크랭크각은,
    상기 피스톤과 연결된 상기 커넥팅로드의 일단부의 중심과 상기 크랭크샤프트의 중심을 지나는 가상의 제1 직선과, 상기 크랭크샤프트와 연결된 상기 커넥팅로드의 타단부의 중심과 상기 크랭크샤프트의 중심을 지나는 가상의 제2 직선 사이의 각도이고,
    상기 피스톤이 상사점에서 하사점을 향할 때, 상기 제1 직선을 기준으로 정방향으로의 상기 각도는 양부호를 가지며,
    상기 피스톤이 하사점에서 상사점을 향할 때, 상기 제1 직선을 기준으로 상기 정방향과 반대방향인 역방향으로의 상기 각도는 음부호를 가지며,
    상기 정방향은 상기 피스톤의 왕복이동에 의해 상기 크랭크샤프트가 회전하는 방향인,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 연료는 가솔린 및 천연가스 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 제2 연료는 디젤을 포함하는,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진.
  14. 흡입, 압축, 폭발, 배기의 공정의 하나의 사이클로 구동되는 엔진에 있어서,
    피스톤에 의해 회전하는 크랭크샤프트의 토크를 측정하는 토크측정단계;
    상기 토크측정단계에서 측정된 측정토크값을 기초로 제2 연료의 공급시점을 결정하는 공급시점 결정단계;
    제1 연료공급열량 및 제2 연료공급열량의 합에 대한 제1 연료공급열량인 예혼합열량비율을 결정하는 예혼합열량비율 결정단계;
    결정된 상기 공급시점 이전에 제1 연료가 소정의 단위시간당공급량으로 연소공간에 공급하는 제1 연료공급단계; 및
    결정된 상기 예혼합열량비율에 기초하여 결정된 상기 공급시점에 상기 제2 연료를 상기 연소공간에 공급하는 제2 연료공급단계를 포함하고,
    상기 하나의 사이클 동안 상기 공급시점은 하나 이상으로 제공되며,
    상기 공급시점 결정단계는,
    소정 사이클에서의 최대토크값에 대한 측정토크값인 토크비율이 제1 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 크랭크각이 -60° 이상 -40°이하일 때인 제1 메인공급시점을 결정하는 제1 메인공급시점 결정단계를 포함하고,
    상기 예혼합열량비율 결정단계는,
    상기 토크비율이 상기 제1 토크비율일 때, 0.6 이상 0.9 이하로 제1 예혼합열량비율을 결정하는 제1 예혼합열량비율 결정단계를 포함하며,
    상기 공급시점 결정단계는,
    상기 토크비율이 상기 제1 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 크랭크각이 -105° 이상 -75°이하일 때인 제1 파일럿공급시점을 결정하는 제1 파일럿공급시점 결정단계를 더 포함하고,
    상기 제1 토크비율은 0.15 이상 0.6 이하인,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 흡입, 압축, 폭발, 배기의 공정의 하나의 사이클로 구동되는 엔진에 있어서,
    피스톤에 의해 회전하는 크랭크샤프트의 토크를 측정하는 토크측정단계;
    상기 토크측정단계에서 측정된 측정토크값을 기초로 제2 연료의 공급시점을 결정하는 공급시점 결정단계;
    제1 연료공급열량 및 제2 연료공급열량의 합에 대한 제1 연료공급열량인 예혼합열량비율을 결정하는 예혼합열량비율 결정단계;
    결정된 상기 공급시점 이전에 제1 연료가 소정의 단위시간당공급량으로 연소공간에 공급하는 제1 연료공급단계; 및
    결정된 상기 예혼합열량비율에 기초하여 결정된 상기 공급시점에 상기 제2 연료를 상기 연소공간에 공급하는 제2 연료공급단계를 포함하고,
    상기 하나의 사이클 동안 상기 공급시점은 하나 이상으로 제공되며,
    상기 공급시점 결정단계는,
    소정 사이클에서의 최대토크값에 대한 측정토크값인 토크비율이 제2 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 크랭크각이 -15° 이상 0°이하일 때인 제2 메인공급시점을 결정하는 제2 메인공급시점 결정단계를 포함하고,
    상기 예혼합열량비율 결정단계는,
    상기 토크비율이 상기 제2 토크비율일 때, 0.5 이상 0.8 이하로 제2 예혼합열량비율을 결정하는 제2 예혼합열량비율 결정단계를 포함하며,
    상기 공급시점 결정단계는,
    상기 토크비율이 제2 토크비율일 때, 상기 다음 사이클에서의 크랭크각이 -60° 이상 -35°이하일 때인 제2 파일럿공급시점을 결정하는 제2 파일럿공급시점 결정단계를 더 포함하고,
    상기 제2 토크비율은 0.6 이상 0.8 이하인,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 공급시점 결정단계는,
    소정 사이클에서의 최대토크값에 대한 측정토크값인 토크비율이 제3 토크비율일 때, 상기 소정 사이클의 다음 사이클에서의 크랭크각이 -5° 이상 0°이하일 때인 제3 메인공급시점을 결정하는 제3 메인공급시점 결정단계를 포함하고,
    상기 예혼합열량비율 결정단계는,
    상기 토크비율이 제3 토크비율일 때, 0.2 이상 0.4 이하인 제3 예혼합열량비율을 결정하는 제3 예혼합열량비율 결정단계를 포함하는,
    이종연료 예혼합압축착화식 엔진 제어방법.
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