KR20100090902A - 바이오가스-혼소 연료 엔진 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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KR20100090902A
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하성용
김영호
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(주)케이이씨시스템
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Abstract

본 발명인 혼소 연료 엔진 시스템은 차체를 구동시키는 엔진실린더; 엔진실린더에 연결되어, 엔진실린더의 상태를 측정하는 센서부; 디젤연료가 수용되고, 엔진실린더에 연결되어 엔진실린더 내로 디젤연료를 공급하는 디젤연료공급부; 엔진실린더에 연결되고, 가스가 수용된 가스공급부; 엔진실린더과 가스공급부 사이에 설치되어, 가스공급부로부터 공급된 가스를 엔진실린더 내로 분사시키는 복수 개의 인젝터들; 복수 개의 인젝터들로 공급되는 가스의 압력을 측정하는 가스압력센서; 가스공급부와 복수 개의 인젝터들 사이에 위치되어, 가스의 복수 개의 인젝터들로의 유동을 차단 및 허용가능한 가스솔레노이드밸브; 및 가스솔레노이드밸브, 가스압력센서, 센서부, 및 디젤연료공급부와 연결된 전자제어모듈을 포함하되, 전자제어모듈은 엔진실린더 내의 가스량에 따라 디젤연료량이 조절가능하며, 센서부의 신호에 따라 엔진실린더 내로의 분사되는 가스의 분사량이 조절가능한 것을 특징으로 한다.
전자제어모듈, 디젤엔진, CNG, LPG, 바이오가스, 가스탱크, 가스솔레노이드밸브, 베이퍼라이저, 인젝터, 가스필터

Description

바이오가스-혼소 연료 엔진 시스템 및 제어 방법{BIOGAS-DUAL FUEL ENGINE SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 바이오가스-혼소 연료 엔진 시스템 및 제어 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 엔진실린더의 형상 변경 없이도 디젤연료와 가스가 혼합된 상태로 엔진이 구동되도록 하는 바이오가스-혼소 연료 엔진 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 환경적인 측면에서 가솔린엔진 및 가스엔진에 비해 배출가스의 배출량이 많으며, 경제적인 측면에서 가스(LPG, 천연가스) 연료가 디젤연료보다 저렴하기 때문에 디젤엔진은 가솔린엔진 및 가스엔진에 비해 환경적 및 경제적인 측면에서 불리한 점을 가지고있다.
이에 따라, 디젤엔진의 환경적 및 경제적으로 불리한 점을 극복하고자 다양한 연구가 진행되고 있으며, 특히 환경적 제반사항을 극복하고자 디젤엔진을 가스만을 사용하여 운전되는 가소 전소엔진 또는 디젤연료와 가스를 혼합하여 운전되는 디젤연료-가스 혼소 엔진으로의 전환기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 가 스전소엔진으로의 전환의 경우, 디젤엔진의 실린더헤드 및 피스톤 헤드의 전환 기술에 과한 연구가 활발히 진행되고 있다. 디젤연료-가스 혼소 엔진으로의 전환 기술은 디젤엔진의 시스템 변경 없이 가스 공급 시스템 및 제어시스템만 추가 장착되어 전환과정이 가스엔진으로의 전환보다 간단하고 디젤연소사이클을 그대로 적용하기 때문에 연소효율이 높은 장점을 가졌다.
그러나, 디젤엔진의 가스 전소 엔진으로의 전환의 경우에, 디젤엔진의 실린더헤드 및 피스톤 헤드의 개조 및 점화플러그의 추가 장착 등이 병행되어야 하므로, 그 전환 과정이 다소 복잡한 문제점이 있다.
또한, 디젤엔진의 가스전소엔진으로의 개조시, 실린더의 형상변경으로 인하여 개조비용의 부담이 크고, 가스충전을 자주 해야하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 엔진실린더의 형상변경 없이, 디젤엔진의 가스전소엔진으로의 개조가 가능한 혼소 연료 엔진 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 차체에 설치가 용이하며, 개조비용이 저렴한 혼소 연료 엔진 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은, 엔진실린더 작동시 디젤연료와 압축천연가스, LPG가스 및/또는 바이오가스를 혼합하여 사용함으로써 디젤연료만 사용하였을 경우보다 배출되는 배기가스량을 저감시켜 친환경 저공해 혼소 연료 엔진 시스템을 제공하도록 하는 것이다.
본 발명의 제 4 목적은, 디젤연료-가스 혼소모드로 자동차가 주행하다가 가스가 완전소모되더라도, 사용자의 전환스위치의 작동 없이 디젤연료만으로 자동차가 운행가능하도록 하는 것이다.
본 발명인 혼소 연료 엔진 시스템은 차체를 구동시키는 엔진실린더; 엔진실린더에 연결되어, 엔진실린더의 상태를 측정하는 센서부; 디젤연료가 수용되고, 엔진실린더에 연결되어 엔진실린더 내로 디젤연료를 공급하는 디젤연료공급부; 엔진실린더에 연결되고, 가스가 수용된 가스공급부; 엔진실린더과 가스공급부 사이에 설치되어, 가스공급부로부터 공급된 가스를 엔진실린더 내로 분사시키는 복수 개의 인젝터들; 복수 개의 인젝터들로 공급되는 가스의 압력을 측정하는 가스압력센서; 가스공급부와 복수 개의 인젝터들 사이에 위치되어, 가스의 복수 개의 인젝터들로의 유동을 차단 및 허용가능한 가스솔레노이드밸브; 및 가스솔레노이드밸브, 가스압력센서, 센서부, 및 디젤연료공급부와 연결된 전자제어모듈을 포함하되, 전자제어모듈은 엔진실린더 내의 가스량에 따라 디젤연료량이 조절가능하며, 센서부의 신호에 따라 엔진실린더 내로의 분사되는 가스의 분사량이 조절가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 혼소 연료 엔진 시스템은 전자제어모듈에 연결되어, 디젤연료모드에서 디젤연료-가스모드로 전환시키는 전환스위치를 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 가스공급부는 가스가 수용된 가스탱크; 전자제어모듈과 연결되며, 가스탱크와 가스솔레노이드밸브 사이에 설치되어, 가스탱크로부터 유출된 상기 천연가스 또는 상기 바이오가스의 압력을 측정하는 가스압력계; 가스탱크와 복수 개의 인젝터들 사이에 위치되어, 상기 천연가스 또는 상기 바이오가스의 기화 및 압력을 조절하는 베이퍼라이저; 및 베이퍼라이저와 복수 개의 인젝터들 사이에 위치되어, 가스의 불순물이 복수 개의 인젝터들로 유입되는 것을 방지하는 가스필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 혼소 연료 엔진 시스템은 엔진실린더 및 복수 개의 인젝터들 사이에 설치되어, 복수 개의 인젝터들로부터 유출된 가스를 혼합하여 엔진실린더으로 공급시키는 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 사용되는 가스에는 압축천연가스(CNG), LPG가스, 또는 바이오가스가 사용될 수도 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용가능한 바이오가스에는 축산분료 또는 인분으로부터 추출한 60% 내지 65%의 농도를 가진 메탄이 포함된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 (a) 차체의 초기 공회전시에는, 차체의 엔진실린더에 연결된 디젤연료공급부로부터 디젤연료가 상기 엔진실린더 내로 공급되는 단계; (b) 전자제어모듈에 연결된 전환스위치에 의해 디젤연료-압축천연가스 혼소모드, 디젤연료-LPG가스 혼소모드 또는 디젤연료-바이오가스 혼소모드로 전환되는 단계; (c) 엔진실린더의 가속시, 엔진실린더에 연결된 센서부의 신호 및 복수 개의 인젝터들에 연결된 가스압력센서의 신호를 받은 전자제어모듈에 의해, 엔진실린더 내로 분사되는 가스의 분사량이 결정 및 조절되는 단계; (d) 차체의 노킹 발생시, 전자제어모듈에 의해 엔진실린더 내로의 분사되는 가스의 분사량이 감소되는 단계; 및 (e) 압축천연가스, LPG가스 또는 바이오가스의 전소시, 전자제어모듈 및 가스솔레노이드밸브에 의해 디젤연료-압축천연가스 혼소모드, 디젤연료-LPG가스 혼소모드 또는 디젤연료-바이오가스 혼소모드에서 디젤연료모드로 자동전환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 제 1 효과는, 엔진실린더의 형상변경 없이도 디젤엔진의 가스전소엔진으로의 개조가 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 제 2 효과는, 설치가 용이하며, 개조비용이 저렴한 것이다.
본 발명의 제 3 효과는, 본 발명인 엔진실린더 작동시 디젤연료와 압축천연가스, LPG가스 및/또는 바이오가스를 혼합하여 사용함으로써 디젤연료만 사용하였을 경우보다 배출되는 배기가스량을 저감시킬 수 있어, 배기가스량 감소로 인한 환경오염을 방지할 수 있고, 아울러 강화된 국내외 배기가스 규제에도 부합될 수 있는 것이다.
본 발명의 제 4 효과는, 디젤연료-가스 혼소모드로 자동차가 주행하다가 가스가 완전소모되더라도, 사용자의 전환스위치의 작동 없이 전자제어모듈 및 가스솔 레노이드밸브에 의해 자동으로 디젤연료-가스 혼소모드에서 디젤연료모드로 전환될 수 있는 것이다.
본 발명의 제 5 효과는, 본 발명인 혼소 연료 엔진 시스템에 60-65%의 농도를 가진 바이오가스를 사용함으로써 친환경적이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제 1 실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼소 연료 엔진 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다.
본 발명인 혼소 연료 엔진 시스템(100)은 엔진실린더(110), 센서부(120), 디젤연료공급부(130), 가스라인(140), 가스탱크(151), 가스압력계(152), 가스솔레노이드밸브(153), 베이퍼라이저(154), 가스필터(155), 라디에이터(156), 복수 개의 인젝터들(160), 가스압력센서(165), 전자제어모듈(170), 및 전환스위치(180)를 포함한다.
엔진실린더(110)는 실린더 형상으로서, 디젤연료 및/또는 가스의 연소시 차체를 구동시키는 부재이다. 엔진실린더(110)에는 엔진실린더(110) 내부로 가스가 공급되는 가스유입구(111) 및 디젤연료가 공급되는 디젤연료분사구(133)가 존재한 다.
엔진실린더(110)의 가스유입구(111)에는 흡기 에어필터(112)가 설치되어 있어, 엔진실린더(110)의 흡기시 흡인되는 공기의 이물질 등을 여과시켜준다. 한편, 가스유입구(111)에 대응하는 흡기 에어필터(112)의 후단에는, 공기와 가스가 혼합된 혼합기 상태의 가스를 엔진실린더(110)으로 분배하는 분기관인 흡기 매니폴더(113)가 설치된다. 흡기 매니폴더(113)에는 가스라인(140)이 연결되어, 엔진실린더(110)의 흡기시, 가스 및 공기가 혼합된 혼합기 상태로 엔진실린더(110)로 공급된다.
한편, 가스의 유동 방향은 도 1에 도시된 화살표 방향을 따라 유동한다. 가스탱크(151)로부터 유출된 가스는, 가스솔레노이드밸브(153)의 개방시, 베이퍼라이저(154) 및 가스필터(155)를 거쳐 복수 개의 인젝터들(160)로 공급되고, 전자제어모듈(170)에서 결정된 가스분사량만큼 복수 개의 인젝터들(160)로부터 인젝터들(161, 162, 163)에 연결된 가스라인(140)을 따라 흡기 매니폴더(113) 및 흡기 에어필터(112)를 거쳐 혼합기 상태로 엔진실린더(110)로 유입된다.
센서부(120)는 엔진실린더(110) 및 전자제어모듈(170)에 연결되는 것이 바람직하다. 센서부(120)는 엔진실린더(110)의 상태(예컨대, RPM, 차속, 온도 등)를 측정하고, 그 측정값을 전자제어모듈(170)로 보낸다.
센서부(120)는 RPM센서(121), TPS(122, Throttle Position Sensor), 차속센서(123), 온도센서(124), 노킹센서(125), 및 산소센서(126)를 포함한다. 다만, 센서부는 본 실시예에서 명시된 센서들에 의해 제한되지 아니한다. 본 실시예에 명시 된 센서는 예시적인 센서이다.
RPM센서(121)는 분당 엔진실린더의 회전수(RPM)를 측정하는 센서이며, TPS(122)는 엔진실린더(110)에 흡입되는 공기량을 조절하기 위하여 스로틀 밸브(Throttle Valve)의 열림 위치를 전자제어모듈(170)에 알려주는 센서이다. 그리고, 차속센서(123)는 차량의 속도를 측정하는 센서이며, 온도센서(124)는 엔진의 온도를 측정하는 센서이며, 노킹센서(125)는 엔진실린더(110)의 노킹시 이를 감지하는 센서이다. 산소센서(126)는 배기가스 중 산소의 농도를 검출하는 기능을 가진 센서이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디젤연료공급부(130)는 디젤연료탱크(131), 디젤연료펌프(132) 및 디젤연료분사구(133)를 포함한다. 디젤연료탱크(131)는 디젤연료를 수용하며, 엔진실린더(110)에 연결된다. 디젤연료펌프(132)는 엔진실린더(110)와 디젤연료탱크(131) 사이에 위치되는 것이 바람직하며, 디젤연료를 디젤연료탱크(131)로부터의 끌어올려 엔진실린더(110) 내로 공급한다. 디젤연료분사구(133)는 디젤연료를 엔진실린더(110) 내로 분사하는 장치이며, 엔진실린더(110)의 가스유입구(111) 근처에 설치되는 것이 바람직하다.
가스공급부(150)는 가스탱크(151), 가스압력계(152), 가스솔레노이드밸브(153), 베이퍼라이저(154), 가스필터(155), 및 라디에이터(156)를 포함한다.
가스탱크(151)는 가스를 수용하는 부재이다. 본 실시예에서 사용되는 가스에는 압축천연가스(CNG), LPG가스, 또는 바이오가스등이 사용될 수 있다. 한편, 바이오가스는 축산 분뇨 및/또는 인분으로부터 추출한 60% 내지 65%의 농도를 가진 메 탄이 포함된 것이 바람직하다. 바이오가스의 사용으로 인하여, 배기가스의 농도가 저감되고, 축산 분뇨 또는 인분 등으로부터 추출된 메탄가스를 사용함으로써 친환경적이다.
가스압력계(152)는 가스솔레노이드밸브(153)가 잠긴 상태라도 가스탱크(151) 내의 가스의 압력을 확인할 수 있도록 가스탱크(151)와 가스솔레노이드밸브(153) 사이에 설치된다. 또한, 가스압력계(152)는 전자제어모듈(170)과 연결되어, 측정된 가스의 압력값을 전자제어모듈(170)로 보낸다. 즉, 가스압력계(152)는 가스탱크(151)로부터 유출된 가스의 압력을 측정하고, 이 측정값을 전자제어모듈(170)로 보내는 장치이다.
가스솔레노이드밸브(153)는 가스탱크(151)와 복수 개의 인젝터들(160) 사이에 위치된다. 가스솔레노이드밸브(153)는 전자제어모듈(170)과 연결된다. 가스솔레노이드밸브(153)는 전자제어모듈(170)의 지시에 따라 복수 개의 인젝터들(160)로의 가스공급을 차단할 수도 있고, 허용할 수도 있다.
가스솔레노이드밸브(153)는 전자제어모듈(170)에 연결된 전환스위치(180)에서 디젤연료모드에서 디젤연료-압축천연가스 혼소모드, 디젤연료-LPG가스 혼소모드, 또는 디젤연료-바이오가스 혼소모드(이하, "혼소모드"라 한다)로 전환되었을 때 열린다. 반면, 가스솔레노이드밸브(153)는 가스탱크(151) 내의 가스가 모두 소진되었을 때, 전환스위치(180)의 혼소모드에서 디젤연료모드로의 전환 없이, 전자제어모듈(170)의 지시에 의해 잠겨진다.
베이퍼라이저(154)는 가스탱크(151)와 복수 개의 인젝터들(160) 사이에 위치 되는 것이 바람직하다. 베이퍼라이저(154)는 가스탱크(151)로부터 공급된 가스의 기화 및 압력을 조절하는 장치이다.
가스필터(155)는 가스의 불순물이 복수 개의 인젝터들(160)로 유입되는 것을 방지하지 하기 위한 장치이다. 따라서, 가스필터(155)는 베이퍼라이저(154)와 복수 개의 인젝터들(160) 사이에 위치되며, 더욱 상세하게는 가스가 베이퍼라이저(154)를 통과한 후 인젝터들(161, 162, 163)로 유입되기 전의 위치되는 것이 바람직하다.
라디에이터(156)는 베이퍼라이저(154)의 일측에 위치된다. 라디에이터(156)는 방열기로서, 엔진을 냉각시키기 위하여 냉각수 라인(145)에 흐르는 냉각수를 냉각시켜주는 장치이다. 라디에이터(156)는 베이퍼라이저(154)로 공급된 가스가 원활하게 기화되도록 하기 위한 차체에 구비된 냉각수 라인(145)과 연결되며, 냉각수 라인(145)은 라디에이터(156)로부터 엔진실린더(110) 및 차량 실내까지 연결된다. 이에 따라, 라디에이터(156)에서, 베이퍼라이저(154)에서 발생한 열의 일부가 냉각수에 의해 순환 및 냉각된다. 또한, 라디에이터(156)를 통해 엔진에서 발생한 열이 대기 중으로 방출되고, 이에 따라 엔진이 냉각된다. 한편, 냉각수 온도센서(157)는 라디에이터(156)에 연결되어, 냉각수의 온도를 측정한다. 냉각수의 온도값은 냉각수 온도센서(157)에 의해 전자제어모듈(170)로 전달된다.
복수 개의 인젝터들(160)은 엔진실린더(110)과 가스공급부(150) 사이에 설치되며, 가스라인(140)을 통해 엔진실린더(110)에 연결되는 것이 바람직하다. 복수 개의 인젝터들(160)은 가스라인(140)을 통해 가스공급부(150)로부터 공급된 가스를 엔진실린더(110) 내로 분사시키는 장치이다.
본 실시예에 따른 가스라인(140)은 복수 개의 인젝터들(161, 162, 163) 각각에 연결되어 복수 개의 인젝터들(160) 및 흡기 매니폴더(113)에 연결된다. 가스라인(140)은 인젝터들(161, 162, 163)로부터 분사된 가스가 엔진실린더(110) 내로 안전하게 공급될 수 있도록 특수하게 제작된 파이프를 사용하는 것이 바람직하다.
가스압력센서(165)는 복수 개의 인젝터들(160) 각각에 연결되어, 복수 개의 인젝터들(160)로 유입되는 가스의 압력을 측정한다. 또한, 가스압력센서(165)는 전자제어모듈(170)과 연결되어, 복수 개의 인젝터들(160) 각각에 유입되는 가스의 압력값을 전자제어모듈(170)로 보낸다. 가스압력센서(165)에서 측정한 압력값 변화에 따라, 가스 분사량이 결정된다.
전자제어모듈(170)은 센서부(120), 디젤공급부(130), 가스압력계(152), 가스솔레노이드밸브(153), 가스압력센서(165), 냉각수 온도센서(157) 등에 연결되는 것이 바람직하다. 전자제어모듈(170)은 엔진실린더(110) 내의 가스량에 따라 디젤연료량이 조절 가능하여, 디젤연료의 소모를 최소화시키도록 한다. 또한, 전자제어모듈(170)은 센서부(120)의 신호 및 가스압력센서(165)의 신호에 따라, 엔진실린더(110) 내로 분사되는 가스의 분사량을 조절할 수 있다.
전자제어모듈(170)은 가스탱크(151)에 가스가 없는 경우에, 가스솔레노이드밸브(153)에 대해 가스솔레노이드밸브(153)가 잠기도록 지시 명령을 하고, 엔진실린더(110) 내로 디젤연료만 공급하도록 지시할 수 있다. 혼소모드에서 디젤연료모드로의 전환은 전환스위치(180)에서의 조작 없이 전자제어모듈(170) 및 가스솔레노 이드밸브(153)에 의해 자동전환된다.
상술한 바와 같이, 전자제어모듈(170)은 가스압력센서(165)에서 측정된 압력 변화에 따라, 복수 개의 인젝트들(160)의 가스분사량을 결정할 수 있다. 또한, 전자제어모듈(170)은 엔진실린더(110)의 노킹시 노킹센서(125)의 신호를 받아, 엔진실린더(110) 내로 공급되는 가스분사량을 감소시키도록 복수 개의 인젝트들(160)에서 가스분사량을 제어한다.
한편, 전환스위치(180)는 전자제어모듈(170)에 연결되며, 전환스위치(180)의 조작을 용이하게 하고자 차체의 운전석에 설치되는 것이 바람직하다. 전환스위치(180)는 디젤연료모드를 혼소모드로 전환시키는 장치이다.
이하에서는, 혼소 연료 엔진 시스템(100)에서 MPI(Multi Point Injection) 방식에 따른 디젤연료모드의 혼소모드로의 전환 또는 혼소모드의 디젤연료모드로의 전환에 대하여 설명하기로 한다. MPI 방식은, 복수 개의 인젝터들(160) 각각에 가스라인(140)이 연결되어 있고, 각각의 인젝터(161, 162, 163)에 연결된 가스라인(140)이 흡기 매니폴더(113)에 연결되어, 엔진실린더(110)의 흡기시 공기 및 가스가 혼합된 혼합기 상태로 엔진실린더(110) 공급되는 방식이다.
차체의 초기 공회전시에는, 소모되는 가스량이 소량이라 디젤연료만으로도 엔진실린더(110)가 구동된다(디젤연료모드). 디젤연료는 디젤연료공급부(130)로부터 엔진실린더(110) 내로 공급되고, 이때 복수 개의 인젝터들(160)은 작동되지 않는다.
차체가 운행하기 시작하면, 사용자의 전환스위치(180) 조작에 의해, 디젤연료모드가 혼소모드로 전환된다. 가스의 원활한 기화를 위하여 냉각수 온도센서(157)에서 측정된 냉각수의 온도가 40℃ 이상일 때, 운전자가 엔진을 가속하기 시작하면 전자제어모듈(170)은 센서부(120)의 출력신호 및 가스압력센서(165)의 신호를 받아 엔진실린더(110) 내로 공급하는 가스분사량을 조절한다.
디젤연료모드가 혼소모드로 전환되면, 가스솔레노이드밸브(153)가 열려, 가스탱크(151) 내의 가스는 베이퍼라이저(154), 가스필터(155)를 통과하여 복수 개의 인젝터들(160)로 공급된다. 전자제어모듈(170)에 의해 결정된 가스분사량만큼, 복수 개의 인젝터들(160)로 유입된 가스는 각각의 인젝터들(161, 162, 163)에 연결된 가스라인(140)을 따라, 흡기 매니폴더(113), 흡기에어필터(112) 및 가스유입구(111)를 통과하여 엔진실린더(110)의 내부로 공급된다. 이때, 즉 엔진 흡기시, 가스는 공기와 혼합된 상태이다. 한편, 가스분사량은 전자제어모듈(170)에 연결된 냉각수 온도센서(157), RPM센서(121), TPS(122), 노크센서(125), 및 산소센서(126) 등의 각각의 출력신호에 따라 결정되며, RPM의 상승 정도에 따라, 그리고 가스압력센서(165)에서 측정한 가스의 압력 변화에 따라 변경가능하다. 전자제어모듈(170)은 상술한 바와 같이 결정된 가스분사량을 복수 개의 인젝터들(160)에 지시한다. 한편, 전자제어모듈(170)은 차체가 혼소모드로 운행시에 엔진실린더(110)의 노킹 발생한 경우, 엔진실린더(110) 내로의 분사되는 가스분사량을 감소시켜, 엔진을 보호하도록 한다.
전자제어모듈(170)은 혼소모드로 운행되고 있는 차체가 급제동하는 경우에 는, 복수 개의 인젝터들(160)의 작동을 제어하여, 엔진실린더(110)로 공급되는 가스의 공급을 차단한다. 또한, 차체의 운행 속도 감속시, 공회전 속도에 준하는 RPM에 도달하면 복수 개의 인젝터들(160)의 작동을 제어하여, 엔진실린더(110)로 공급되는 가스의 공급을 차단한다.
한편, 전자제어모듈(170)은 가스탱크(151) 내의 가스가 모두 소진된 경우에 혼소모드에서 디젤연료모드로 자동 전환되도록 한다. 이는 상술한 디젤연료모드에서 혼소모드로의 전환과 달리 전환스위치(180)의 조작 없이, 전자제어모듈(170)이 가스솔레노이드밸브(153)에 가스솔레노이드밸브(153)의 잠김을 지시함으로써 이루어진다.
이제까지는 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 설명하였다.
이하부터는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 혼소 연료 엔진 시스템 및 제어 방법에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
제 2 실시예
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 혼소 연료 엔진 시스템의 개략적인 구성도를 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 혼소 연료 엔진 시스템(200)은 엔진실린더(210), 센서부(220), 디젤연료공급부(230), 가스라인(240), 가스탱크(251), 가스압력계(252), 가스솔레노이드밸브(253), 베이퍼라이저(254), 가스필터(255), 라디에이터(256), 복수 개의 인젝터들(260), 가스압력센서(265), 전자제어모듈(270), 전환스위치(280), 및 혼합기(290)를 포함한다.
본 실시예에서는, 상술한 제 1 실시예에서와 동일한 기능을 수행하는 엔진실린더(210), 센서부(220), 디젤연료공급부(230), 가스라인(240), 가스탱크(251), 가스압력계(252), 가스솔레노이드밸브(253), 베이퍼라이저(254), 가스필터(255), 라디에이터(256), 복수 개의 인젝터들(260), 가스압력센서(265), 전자제어모듈(270), 및 전환스위치(280)의 기능, 형상, 설치 위치, 및 제어방법에 대해서는 반복적인 설명을 생략하도록 한다. 이하에서는, 상술한 제 1 실시예와 차이가 있는 혼합기(290)에 대하여 설명하기로 한다. 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 혼합기(290)는 엔진실린더(210)와 복수 개의 인젝터들(260) 사이에 위치된다. 혼합기(290)는 복수 개의 인젝터들(260)로부터 각각 분사된 가스를 통합하여 엔진실린더(210) 내부로 공급한다.
한편, 본 실시예에서의 혼소 연료 엔진 시스템(200)의 작동 방식은 SPI(Single Point Injection) 방식에 따른다. SPI 방식은, 1점 분사방식으로 흡기매니폴더의 집합부 한점에서 가스를 분사하는 것으로서, 복수 개의 인젝터들(261, 262, 263, 266, 267, 268)로부터 분사된 가스가 단일의 가스라인(240)을 따라 흡기 매니폴더(213)를 통과하여 엔진실린더(210)로 공급된다. 가스가 혼합기(290)에서 혼합된 후 단일의 가스라인(240)을 따라 흡기 매니폴더(213)를 통과하여 엔진실린더(210)로 공급되는 점이 MPI 방식과 상이하며, 이를 제외하고는 혼소 연료 엔진 시스템의 작동 방식은 상술한 제 1 실시예와 동일하다. 따라서, SPI 방식에 의해서도, 디젤연료모드의 혼소모드로의 전환은 전환스위치(280)에 의하며, 혼소모드의 디젤연료모드로의 전환은 전환스위치(280)의 조작 없이 가스탱크(251)의 가스가 모두 소모되었을 경우에 전자제어모듈(270) 및 가스솔레노이드밸브(253)에 의해 자동전환된다.
위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼소 연료 엔진 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼소 연료 엔진 시스템의 개략적인 구성도이다.

Claims (7)

  1. 차체를 구동시키는 엔진실린더;
    상기 엔진실린더에 연결되어, 상기 엔진실린더의 상태를 측정하는 센서부;
    디젤연료가 수용되고, 상기 엔진실린더에 연결되어 상기 엔진실린더 내로 상기 디젤연료를 공급하는 디젤연료공급부;
    상기 엔진실린더에 연결되고, 가스가 수용된 가스공급부;
    상기 엔진실린더과 상기 가스공급부 사이에 설치되어, 상기 가스공급부로부터 공급된 상기 가스를 상기 엔진실린더 내로 분사시키는 복수 개의 인젝터들;
    상기 복수 개의 인젝터들로 공급되는 상기 가스의 압력을 측정하는 가스압력센서;
    상기 가스공급부와 상기 복수 개의 인젝터들 사이에 위치되어, 상기 가스의 상기 복수 개의 인젝터들로의 유동을 차단 및 허용가능한 가스솔레노이드밸브; 및
    상기 가스솔레노이드밸브, 상기 가스압력센서, 상기 센서부, 및 상기 디젤연료공급부와 연결된 전자제어모듈을 포함하되,
    상기 전자제어모듈은 상기 엔진실린더 내의 상기 가스량에 따라 상기 디젤연료량이 조절가능하며, 상기 센서부의 신호에 따라 상기 엔진실린더 내로의 분사되는 상기 가스의 분사량이 조절가능한 것을 특징으로 하는 혼소 연료 엔진 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼소 연료 엔진 시스템은
    상기 전자제어모듈에 연결되어, 디젤연료모드에서 디젤연료-가스모드로 전환시키는 전환스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼소 연료 엔진 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가스공급부는
    상기 가스가 수용된 가스탱크;
    상기 전자제어모듈과 연결되며, 상기 가스탱크와 상기 가스솔레노이드밸브 사이에 설치되어, 상기 가스탱크로부터 유출된 상기 가스의 압력을 측정하는 가스압력계;
    상기 가스탱크와 상기 복수 개의 인젝터들 사이에 위치되어, 상기 가스의 기화 및 압력을 조절하는 베이퍼라이저; 및
    상기 베이퍼라이저와 상기 복수 개의 인젝터들 사이에 위치되어, 상기 가스의 불순물이 상기 복수 개의 인젝터들로 유입되는 것을 방지하는 가스필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼소 연료 엔진 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼소 연료 엔진 시스템은,
    상기 엔진실린더 및 상기 복수 개의 인젝터들 사이에 설치되어, 상기 복수 개의 인젝터들로부터 유출된 상기 가스를 혼합하여 상기 엔진실린더으로 공급시키 는 혼합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼소 연료 엔진 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스는 압축천연가스(CNG), LPG가스, 또는 바이오가스인 것을 특징으로 하는 혼소 연료 엔진 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이오가스에는 축산분료 또는 인분으로부터 추출한 60% 내지 65%의 농도를 가진 메탄이 포함된 것을 특징으로 하는 혼소 연료 엔진 시스템.
  7. (a) 차체의 초기 공회전시에는, 차체의 엔진실린더에 연결된 디젤연료공급부로부터 디젤연료가 상기 엔진실린더 내로 공급되는 단계;
    (b) 전자제어모듈에 연결된 전환스위치에 의해 디젤연료-압축천연가스 혼소모드, 디젤연료-LPG가스 혼소모드 또는 디젤연료-바이오가스 혼소모드로 전환되는 단계;
    (c) 상기 엔진실린더의 가속시, 상기 엔진실린더에 연결된 센서부의 신호 및 복수 개의 인젝터들에 연결된 가스압력센서의 신호를 받은 상기 전자제어모듈에 의 해, 상기 엔진실린더 내로 분사되는 가스의 분사량이 결정 및 조절되는 단계;
    (d) 차체의 노킹 발생시, 상기 전자제어모듈에 의해 상기 엔진실린더 내로의 분사되는 상기 가스의 분사량이 감소되는 단계; 및
    (e) 압축천연가스, LPG가스 또는 바이오가스의 전소시, 전자제어모듈 및 가스솔레노이드밸브에 의해 디젤연료-압축천연가스 혼소모드, 디젤연료-LPG가스 혼소모드 또는 상기 디젤연료-바이오가스 혼소모드에서 디젤연료모드로 자동전환되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼소 연료 엔진 시스템 제어 방법.
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