KR20140026906A - 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 천연가스와 공기가 유입되고, 고압의 디젤연료가 분사되어 연소함으로써 구동력을 발생시키는 디젤엔진부, 디젤엔진부로부터 배출되는 배기가스의 토출력을 이용하여 흡기부로 공기를 과급하는 터보차져, 터보차져의 후방에 구비되어 터보차져에 의하여 과급되는 공기를 냉각하는 인터쿨러, 인터쿨러 후방의 흡기부 상에 구비되어 공급되는 공기의 흡입공기량을 제어하는 쓰로틀부, 삼원촉매, 삼원촉매의 전후단의 배기관에 각각 구비되는 산소센서 및 산소센서로부터 수신된 정보를 근거로 삼원촉매의 최적 환원율을 얻을 수 있도록 쓰로틀부를 구동 제어하는 제어부를 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템을 제공한다.
따라서 디젤 분사량을 최소화하여 PM발생량을 극소화시킬 수 있으며, 삼원촉매를 통하여 그 외 다른 유해 배출가스인 THC, NOx 등의 배출가스의 발생량도 효과적으로 저감시킬 수 있으며, 쓰로틀부를 흡기부에 직결식으로 설치하여, 흡입공기량 제어범위를 확장함으로써 삼원촉매에 의한 배출가스 저감 효과를 극대화할 수 있는 당량비 제어가 용이하고, 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템에 터보차져를 구비하여, 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 뿐만 아니라, 디젤엔진 시스템으로의 전환도 가능하다.

Description

디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 및 이의 제어방법 {Diesel-natural gas dual fuel engine system and control method of the same}
본 발명은 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 천연가스와 공기가 혼합된 혼합기에 디젤이 분사되는 구조로 매연 및 배기가스 유해물질의 배출을 효과적으로 저감시킬 수 있는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 가솔린엔진이나 가스엔진에 비해 더 큰 출력을 얻을 수 있다는 장점은 있으나, 가솔린엔진이나 가스엔진에 비해 배기가스의 배출량이 많을 뿐만 아니라 배기가스에 섞여 배출되는 NOX 또는 SOX 등에 의한 환경오염의 문제점이 있으며, 또한 경제적으로 가스(LPG, LNG)보다 비싸다는 단점이 있다.
이에, 상기한 디젤엔진의 불리한 점을 극복하고자 다양한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구 중 디젤연료와 가스를 혼합하여 운전하는 디젤연료-가스 혼소 엔진에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 디젤연료-가스 혼소 엔진에 대하여 살펴보면, 디젤연료-가스 혼소 엔진은 기존의 디젤엔진에 가스공급시스템 및 이의 제어시스템만을 추가 장착하면 되기 때문에 전환이 용이하고, 디젤연소사이클을 그대로 적용하고 있기 때문에 연소효율이 높은 장점을 가지고 있다. 한편, 이러한 디젤-가스 혼소 엔진에 대한 기술의 예로 대한민국 공개특허 제1983-0006576호의 디젤/가스 엔진에 개시된 바 있다.
그런데, 상기한 종래의 디젤-천연가스 혼소 엔진은 천연가스를 이용한다는 점에서 기존의 디젤엔진과 비교하여 PM(Particulate Matters) 배출량은 낮출 수는 있었으나, 그 외 THC, NOx와 같은 다른 배출가스의 발생량은 효과적으로 저감시키지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은, 디젤-천연가스 혼소 엔진의 배출가스 중 PM 뿐만 아니라 그 외 다른 유해 배출가스의 발생량도 효과적으로 저감시킬 수 있는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 흡기부를 통하여 천연가스와 공기가 유입되고, 고압의 디젤연료가 분사되어 연소함으로써 구동력을 발생시키는 디젤엔진부; 상기 디젤엔진부로부터 배출되는 배기가스의 토출력을 이용하여 상기 흡기부로 공기를 과급하는 터보차져; 상기 터보차져의 후방에 구비되어 상기 터보차져에 의하여 과급되는 공기를 냉각하는 인터쿨러; 상기 인터쿨러 후방의 상기 흡기부 상에 구비되어, 공급되는 상기 공기의 흡입공기량을 제어하는 쓰로틀부; 상기 디젤엔진부로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 구비되어 상기 배기가스 내에 포함된 오염물질을 제거하는 삼원촉매; 상기 삼원촉매의 전후단의 상기 배기관에 각각 구비되어 상기 배기가스 중의 산소농도를 감지하는 산소센서; 및 상기 산소센서로부터 수신된 정보를 근거로 상기 삼원촉매의 최적 환원율을 얻을 수 있도록 상기 쓰로틀부를 구동 제어하는 제어부를 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 디젤연료는 디젤공급부를 통하여 상기 디젤엔진부로 공급되고, 상기 디젤공급부는, 연료탱크와, 상기 디젤연료탱크로부터 상기 디젤연료를 흡입하여 고압으로 압출하는 고압분사펌프와, 상기 디젤연료탱크와 상기 고압펌프 사이에 구비되는 연료필터와, 상기 고압펌프와 연결되어 공급되는 고압의 디젤연료를 저장하는 커먼레일과, 상기 커먼레일과 연결되고 상기 제어부로부터 제어되어 공급되는 디젤연료를 상기 디젤엔진부로 분사하는 디젤인젝터를 포함한다.
또한, 상기 천연가스는 가스공급부를 통하여 상기 흡기부로 공급되고, 상기 가스공급부는, 액상의 천연가스를 저장하는 가스탱크와, 상기 가스탱크와 연결되어 액상으로 공급되는 천연가스를 기화시키는 기화기와, 상기 기화기와 상기 흡기부 사이에 구비되고, 상기 제어부에 의하여 구동 제어되어 상기 천연가스를 공급 또는 차단하는 차단밸브와, 상기 기화기와 상기 가스차단밸브 사이에 구비되어 기화된 상기 천연가스를 여과하는 가스필터와, 상기 가스차단밸브의 후방에 구비되어 공급되는 상기 천연가스의 압력을 일정하게 유지시키는 레귤레이터와, 상기 제어부로부터 제어되고 상기 레귤레이터로부터 배출되는 상기 천연가스를 상기 흡기부로 분사하는 가스인젝터를 포함한다.
한편, 상기 삼원촉매의 최적 환원율은, 0.4 내지 1.0 범위로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 상기 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 디젤엔진부의 엔진회전수와, 흡입공기유량과, 액셀레이터페달 개도량과, 상기 스로틀부의 개도량을 포함하는 디젤엔진조건과, 상기 제1산소센서를 통하여 당량비를 각각 측정하는 단계; 상기 디젤엔진조건과 상기 당량비를 통하여 상기 천연가스의 분사량을 설정하고, 목표 흡입공기량 및 목표 당량비를 각각 설정하는 단계; 상기 목표 흡입공기량과 상기 목표 당량비에 대응하여 상기 쓰로틀부의 개도량을 설정하는 단계; 상기 쓰로틀부의 개도량에 의한 실제 흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교하는 단계; 상기 실제흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이가 상기 설정범위인 경우 상기 목표 당량비와 실제 당량비를 비교하는 단계; 상기 목표 당량비와 상기 실제 당량비의 차이가 설정범위인 경우, 상기 제1산소센서와 상기 제2산소센서 각각의 값을 비교하여 상기 삼원촉매의 환원율을 계산하는 단계; 상기 삼원촉매의 환원율이 설정범위를 벗어난 경우 상기 천연가스 분사량을 다시 조절하는 단계; 및 상기 삼원촉매의 환원율이 설정범위인 경우 상기 목표 공연비와 상기 목표 당량비를 수정하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 실제 흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교한 후, 상기 실제흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이가 설정범위를 벗어난 경우 상기 쓰로틀부의 개도량을 다시 설정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템 및 이의 제어방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 디젤 분사량을 최소화하여 PM발생량을 극소화시킬 수 있으며, 삼원촉매를 통하여 그 외 다른 유해 배출가스인 THC, NOx 등의 배출가스의 발생량도 효과적으로 저감시킬 수 있다.
둘째, 쓰로틀부를 흡기부에 직결식으로 설치하여, 흡입공기량 제어범위를 확장함으로써 삼원촉매에 의한 배출가스 저감 효과를 극대화할 수 있는 당량비 제어가 용이하다.
셋째, 디젤-천연가스 혼소 엔진시스템에 터보차져를 구비하여, 디젤-천연가스 혼소 엔진시스템 뿐만 아니라, 디젤엔진 시스템으로의 전환도 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 제어방법을 나타내는 플로우챠트이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로, 도면을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템(이하 '혼소 엔진 시스템'이라 한다)은, 디젤엔진부(100)와, 터보차져(200)와, 인터쿨러(300)와, 쓰로틀부(400)와, 삼원촉매(500)와, 산소센서부(600)와, 제어부(700)를 포함한다.
상기 디젤엔진부(100)는, 흡기부(110)를 통하여 연소실내로 천연가스와 공기가 유입되고, 상기 연소실(1)로 고압의 디젤연료가 분사되어 연소함으로써 구동력을 발생시키는 구조로 되어 있다. 여기서, 상기 디젤엔진부(100)는 공지의 디젤엔진과 그 구성이 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 터보차져(200)는, 일측이 상기 흡기부(110)와 연결되고 타측이 배기가스가 배출되는 배기관과 연결되어, 상기 디젤엔진부(100)로부터 배출되는 배기가스의 토출력을 이용하여 상기 흡기부(110)로 공급되는 공기를 과급하는 역할을 한다. 한편, 상기 혼소 엔진 시스템은, 상기 쓰로틀부(400)와, 상기 터보차져(200)를 통하여 천연가스 소진 시 디젤연료만으로도 운행이 가능하므로, 상황에 대응하여 혼소 엔진 시스템 및 디젤 엔진 시스템으로 전환이 가능하다.
상기 인터쿨러(300)는, 상기 터보차져(200)의 후방에 구비되어 상기 터보차져(200)에 의하여 과급되는 공기를 냉각하는 역할을 하는 것으로, 상기 터보차져(200)에 의하여 온도가 상승된 흡입공기로 인하여 천연가스의 자발화율이 상승하고, 이로 인하여 연소실 내에서 노킹(Knocking)현상이 발생하는 것을 방지한다.
상기 쓰로틀부(ETC; 400)는, 상기 인터쿨러(300) 후방의 상기 흡기부(110)에 구비되고, 개도량을 조절함으로써 공급되는 상기 공기의 흡입공기량을 제어한다.
여기서, 상기 쓰로틀부(400)는 상기 흡기부(110)에 대하여 바이패스유로 상에 구비되지 않고, 상기 흡기부(110) 상에 직결식으로 구비되어 있다. 이 때문에, 상기 쓰로틀부(400)는, 바이패스유로 상에 구비될 경우 흡기압을 대기압 이하로 낮출 수 없었던 것과 달리, 흡기압을 부압까지 조정가능하기 때문에 흡입공기량 제어범위를 확장할 수 있으며, 이에 따라 삼원촉매(500)에 의한 배출가스 저감 효과를 극대화할 수 있는 당량비 제어가 용이하다.
상기 삼원촉매(500)는, 상기 디젤엔진부(100)로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 구비되어 상기 배기가스 내에 포함된 배기가스를 제거하며, 이러한 삼원촉매(500)는 공지의 삼원촉매(500)와 그 구성이 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 산소센서부(600)는, 상기 배기관에 구비되어 상기 배기가스 중의 산소농도를 감지하는 역할을 하며, 상기 삼원촉매(500)의 전방에 구비되는 제1산소센서(610)와, 상기 삼원촉매(500)의 후방에 구비되는 제2산소센서(620)를 포함한다.
한편, 상기 디젤연료는 디젤공급부(800)를 통하여 상기 디젤엔진부(100)로 공급되고, 상기 천연가스는 가스공급부(900)를 통하여 상기 흡기부(110)로 공급된다.
이를 살펴보면, 먼저 상기 디젤공급부(800)는, 연료탱크(810)와, 고압분사펌프(820)와, 연료필터(830)와, 커먼레일(840)과, 디젤인젝터(850)를 포함한다. 상기 연료탱크(810)는, 디젤연료를 저장한다. 상기 고압분사펌프(820)는, 상기 디젤연료탱크(810)로부터 상기 디젤연료를 흡입하여 고압으로 압출한다. 상기 연료필터(830)는, 상기 디젤연료탱크(810)와 상기 고압펌프 사이에 구비되어, 디젤연료에 포함된 불순물이나 에어 등을 제거하는 역할을 한다. 상기 커먼레일(840)은, 상기 고압펌프와 연결되어 공급되는 고압의 디젤연료를 저장하며, 상기 디젤인젝터(850)는, 상기 커먼레일(840)과 연결되고 상기 제어부(700)에 의하여 제어되어 공급되는 디젤연료를 상기 디젤엔진부(100)로 분사한다.
상기 가스공급부(900)는, 액상의 천연가스를 저장하는 가스탱크(910)와, 기화기(920)와, 차단밸브(930)와, 가스필터(940)와, 레귤레이터(950)와, 가스인젝터(960)를 포함한다. 상기 가스탱크(910)는, 액상의 천연가스를 저장한다. 상기 기화기(920)는, 상기 가스탱크(910)와 연결되어 액상으로 공급되는 천연가스를 기화시킨다. 상기 차단밸브(930)는, 상기 기화기(920)와 상기 흡기부(110) 사이에 구비되고, 상기 제어부(700)에 의하여 구동 제어되어 상기 천연가스를 공급 또는 차단한다. 상기 가스필터(940)는, 상기 기화기(920)와 상기 가스차단밸브(930) 사이에 구비되어 기화된 상기 천연가스를 여과한다. 상기 레귤레이터(950)는, 상기 가스차단밸브(930)의 후방에 구비되어 공급되는 상기 천연가스의 압력을 일정하게 유지한다. 상기 가스인젝터(960)는, 상기 제어부(700)로부터 제어되고 상기 레귤레이터(950)로부터 배출되는 상기 천연가스를 상기 흡기부(110)로 분사한다.
한편, 상기 디젤공급부(800)는 공지의 디젤엔진에서 커먼레일방식의 디젤공급부와 그 구성이 유사하고, 상기 가스공급부(900)는 공지의 천연가스 공급부와 그 구성이 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 구성의 혼소 엔진 시스템은, 디젤연료는 압축 착화용 파일럿(Pilot)분사만 하고 엔진 출력을 위한 에너지는 천연가스연료로 충당하는 구조이기 때문에 에너지소비를 줄일 수 있으며, 경제적이다.
상기 제어부(700)는, 상기 산소센서로부터 수신된 정보를 근거로 상기 삼원촉매(500)의 최적 환원율을 얻을 수 있도록 상기 쓰로틀부(400)를 구동 제어하여 상기 흡입공기량을 제어하는 역할을 한다. 한편, 상기 제어부(700)는 차량의 ECU(Engine control unit)로서, 상기한 산소센서를 통한 상기 쓰로틀부(400)의 제어뿐만 아니라, 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 각 부분에 구비된 각종 센서와 연결되어 엔진 시스템 전반을 제어한다. 여기서, 미설명부호 10은 액셀레이터페달을, 121은 크랭크축 포지션 센서(CPS;Crank shaft Position Sensor)를, 122는 냉각수온센서(WTS; cooling water temperature sensor) 를 123은 크랭크 앵글 센서(CAS; crank angle sensor)를, 124는 GPTS를, 125는 공기유량센서(AFS; air flow sensor)를, 126은 BPC를, 127은 UEGO를 각각 나타내며, 이러한 각 센서들은 공지의 대응되는 센서로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이, 상기 혼소 엔진 시스템은, 기존의 디젤엔진이 PM과 NOx 배출량이 많아 환경적 성능이 떨어졌던 것에 반해, 배출가스 발생을 현저히 저감시킬 수 있는 구조이기 때문에 환경규제에 부합하는 혼소 엔진 시스템을 구현할 수 있다.
또한, 상기 혼소 엔진 시스템은, 천연가스 연료의 희박 연소로 인한 PM 외 다른 배출가스량의 증가에 대하여 연소실 내의 당량비를 흡입공기량 제어를 통하여 낮추되, 상기 산소센서를 통하여 당량비를 참조하고 상기 흡기부(110)에 직결식으로 구비된 쓰로틀부(400)를 설치하여 제어함으로써, 배출가스를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이와 더불어 삼원촉매(500)의 최적환원율에 대응하도록 당량비를 조절할 수 있어 결과적으로 PM뿐만 아니라 NOx, CO, THC의 배출량저감을 극대화시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 제어방법을 나타내는 플로우챠트로서, 상기 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 세부구성은 전술한 도 1의 혼소 엔진 시스템과 그 구성이 대응되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도면을 참조하면, 상기 혼소 엔진 시스템의 제어방법은, 초기데이터를 확보하는 단계(S10)와, 상기 혼소 엔진 시스템의 운전조건을 설정하는 단계(S20)와, 상기 쓰로틀부(400)의 개도량을 설정하는 단계(S30)와, 실제 흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교하는 단계(S40)와, 상기 설정범위인 경우 상기 목표 당량비와 실제 당량비를 비교하는 단계(S50)와, 삼원촉매(500)의 환원율을 계산하는 단계(S60)와, 상기 천연가스 분사량을 다시 조절하는 단계(S70)와, 상기 목표 공연비와 상기 목표 당량비를 수정하는 단계(S80)를 포함한다.
상기 초기데이터를 확보하는 단계(S10)는, 상기 스로틀부의 개도량과, 천연가스 연료 분사량을 조절하기 위한 데이터를 확보하는 단계로서, 상기 초기데이터는 상기 디젤엔진부(100)의 엔진회전수와, 흡입공기유량과, 액셀레이터페달 개도량과, 상기 스로틀부의 개도량을 포함하는 디젤엔진조건과, 상기 제1산소센서(610)를 통하여 당량비를 포함하고 있다.
상기 혼소 엔진 시스템의 운전조건을 설정하는 단계(S20)는, 상기한 초기데이터를 토대로 혼소 엔진 시스템의 운전조건, 즉 상기 천연가스의 분사량과 분사시기와 분사기간 등을 설정하고, 이에 목표 흡입공기량과, 목표 당량비를 각각 설정하는 단계이다. 여기서, 상기 목표 당량비는 상기 삼원촉매(500) 전방의 당량비를 말한다.
상기 쓰로틀부(400)의 개도량(TPS)을 설정하는 단계(S30)는, 상기한 혼소 엔진 시스템의 운전조건에 대응하여 스로틀부를 구동 제어하여, 흡입공기량을 제어하는 단계이다.
이에, 상기 스로틀부의 개도량에 의한 실제 흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교하여, 상기 실제 흡입공기량이 상기 목표 흡입공기량에 도달하였는지를 판단한다(S40). 여기서, 상기 실제 흡입공기량과 목표 흡입공기량의 차이는 하기의 수학식1을 만족한다.
Figure pat00001
여기서, At는 계산된 목표 흡입공기량을, Aact는 계측된 실제 흡입공기량을 각각 나타내며, 상기 e1은 각 센서 특성에서 오는 오차범위인 0~5(kg/h)이다.
한편, 상기 실제흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교하여 그 차이값이 상기 설정범위가 되면, 그 다음으로 상기 목표 당량비와 실제 당량비를 비교하여 삼원촉매(500) 전방에서의 당량비가 목표 당량비에 도달하였는지를 판단한다(S50). 여기서, 상기 목표 당량비와 실제 당량비의 차이는 하기의 수학식2를 만족한다.
Figure pat00002
여기서, Ltbc는 계산된 목표 당량비를, Lact는 계측된 실제 당량비를 각각 나타내며, 상기 e2는 허용오차범위인 0.1이고, 목표 당량비는 1.2 내지 1.5범위인다.
이와 달리, 상기 실제흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교하여 그 차이 값이 상기 설정범위를 벗어나게 되면, 상기 쓰로틀부(400)의 개도량을 다시 설정한다.
이 후, 상기 목표 당량비와 실제 당량비의 차이가 설정범위인 경우에는 상기 삼원촉매(500)의 환원율을 계산하여 이를 비교한다(S60). 여기서, 상기 삼원촉매(500)의 기대 촉매 환원율은 하기의 수학식3을 만족한다.
Figure pat00003
여기서, Lac는 삼원촉매(500) 후단의 당량비이고, Lbc는 삼원촉매(500) 전단의 당량비를 나타내고, e3는 0.4 내지 1.0의 범위이다. 그리고, 상기 기대 촉매 환원율이란, 삼원 촉매 전단에서 측정된 당량비와 삼원 촉매 후단에서 측정된 당량비를 비교하였을 때, 삼원촉매를 거치면서 산소량이 줄어드는 점을 착안하여 삼원촉매에서 환원이 일어난 정도(촉매 활성화 정도)에 대해 환원율이 좋은 상태에서 촉매 전후단의 당량비(공연비) 차를 말한다. 이때, 상기 기대 촉매 환원율 보다 당량비가 높을 경우에는 촉매가 제대로 동작되지 않고 있기 때문에 목표 공연비를 다소 조정할 필요가 있으며, 이에 따라 목표 공연비 및 공기량이 수정된다.
한편, 상기 삼원촉매(500)의 환원율을 계산하여, 상기 삼원촉매(500)의 환원율이 설정범위를 벗어난 경우에는 상기 천연가스 분사량을 다시 조절하여 스로틀부 개도량을 설정한다(S70).
하지만, 상기 삼원촉매(500)의 환원율이 설정범위 내인 경우에는 상기 목표 공연비와 상기 목표 당량비를 수정(S80)하여, 상기 스로틀부의 개도량을 설정한다.
여기서, 상기 혼소 엔진시스템에서 최적당량비는, 1.3 내지 1.5 범위가 바람직하며, 상기 흡입공기량, 액셀레이터페달 개도량, 스로틀부 개도량, 천연가스 연료 분사량 등 상기한 구성은 공지의 각종 센서와 액추에이터에 의하여 측정되어지면, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이, 상기 혼소 엔진 시스템은, 천연가스 분사량을 설정한 후 목표 흡입공기량과, 목표 당량비를 설정한 후 쓰로틀부(400)의 개도량 제어하고, 이를 통하여 목표 공기량 및 목표 당량비에 대한 실제 공기량 및 실제 당량비를 비교하고, 또한 삼원촉매(500)의 기대 환원율을 비교하여 상기 쓰로틀부(400)의 개도량을 보정한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100... 디젤엔진부 200... 터보차져
300... 인터쿨러 400... 쓰로틀부
500... 삼원촉매 600... 산소센서부
610... 제1산소센서 620... 제2산소센서
700... 제어부 800... 디젤공급부
810... 연료탱크 820... 고압분사펌프
830... 연료필터 840... 커먼레일
850... 디젤인젝터 900... 가스공급부
910... 가스탱크 920... 기화기
930... 가스차단밸브 940... 가스필터
950... 레귤레이터 960... 가스인젝터

Claims (6)

  1. 흡기부를 통하여 천연가스와 공기가 유입되고, 고압의 디젤연료가 분사되어 연소함으로써 구동력을 발생시키는 디젤엔진부;
    상기 디젤엔진부로부터 배출되는 배기가스의 토출력을 이용하여 상기 흡기부로 공기를 과급하는 터보차져;
    상기 터보차져의 후방에 구비되어 상기 터보차져에 의하여 과급되는 공기를 냉각하는 인터쿨러;
    상기 인터쿨러 후방의 상기 흡기부 상에 구비되어, 공급되는 상기 공기의 흡입공기량을 제어하는 쓰로틀부;
    상기 디젤엔진부로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 구비되어 상기 배기가스 내에 포함된 오염물질을 제거하는 삼원촉매;
    상기 삼원촉매의 전후단의 상기 배기관에 각각 구비되어 상기 배기가스 중의 산소농도를 감지하는 산소센서부; 및
    상기 산소센서부로부터 수신된 정보를 근거로 상기 삼원촉매의 최적 환원율을 얻을 수 있도록 상기 쓰로틀부를 구동 제어하는 제어부를 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 디젤연료는 디젤공급부를 통하여 상기 디젤엔진부로 공급되고,
    상기 디젤공급부는,
    연료탱크와,
    상기 디젤연료탱크로부터 상기 디젤연료를 흡입하여 고압으로 압출하는 고압분사펌프와,
    상기 디젤연료탱크와 상기 고압펌프 사이에 구비되는 연료필터와,
    상기 고압펌프와 연결되어 공급되는 고압의 디젤연료를 저장하는 커먼레일과,
    상기 커먼레일과 연결되고 상기 제어부로부터 제어되어 공급되는 디젤연료를 상기 디젤엔진부로 분사하는 디젤인젝터를 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 천연가스는 가스공급부를 통하여 상기 흡기부로 공급되고,
    상기 가스공급부는,
    액상의 천연가스를 저장하는 가스탱크와,
    상기 가스탱크와 연결되어 액상으로 공급되는 천연가스를 기화시키는 기화기와,
    상기 기화기와 상기 흡기부 사이에 구비되고, 상기 제어부에 의하여 구동 제어되어 상기 천연가스를 공급 또는 차단하는 차단밸브와,
    상기 기화기와 상기 가스차단밸브 사이에 구비되어 기화된 상기 천연가스를 여과하는 가스필터와,
    상기 가스차단밸브의 후방에 구비되어 공급되는 상기 천연가스의 압력을 일정하게 유지시키는 레귤레이터와,
    상기 제어부로부터 제어되고 상기 레귤레이터로부터 배출되는 상기 천연가스를 상기 흡기부로 분사하는 가스인젝터를 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 삼원촉매의 최적 환원율은,
    0.4 내지 1.0 범위인 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템.
  5. 흡기부를 통하여 천연가스와 공기가 유입되고, 고압의 디젤연료가 분사되어 연소함으로써 구동력을 발생시키는 디젤엔진부와, 상기 디젤엔진부로부터 배출되는 배기가스의 토출력을 이용하여 상기 흡기부로 공기를 과급하는 터보차져와, 상기 터보차져의 후방에 구비되어 상기 터보차져에 의하여 과급되는 공기를 냉각하는 인터쿨러와, 상기 인터쿨러 후방의 상기 흡기부에 구비되어, 공급되는 상기 공기의 흡입공기량을 제어하는 쓰로틀부와, 상기 디젤엔진부로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 구비되어 상기 배기가스 내에 포함된 오염물질을 제거하는 삼원촉매와, 상기 삼원촉매의 전방에 구비되는 제1산소센서와, 상기 삼원촉매의 후방에 구비되는 제2산소센서를 포함하여 상기 배기가스 중의 산소농도를 감지하는 산소센서부를 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 디젤엔진부의 엔진회전수와, 흡입공기유량과, 액셀레이터페달 개도량과, 상기 스로틀부의 개도량을 포함하는 디젤엔진조건과, 상기 제1산소센서를 통하여 당량비를 각각 측정하는 단계;
    상기 디젤엔진조건과 상기 당량비를 통하여 상기 천연가스의 분사량을 설정하고, 목표 흡입공기량 및 목표 당량비를 각각 설정하는 단계;
    상기 목표 흡입공기량과 상기 목표 당량비에 대응하여 상기 쓰로틀부의 개도량을 설정하는 단계;
    상기 쓰로틀부의 개도량에 의한 실제 흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교하는 단계;
    상기 실제흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이가 상기 설정범위인 경우 상기 목표 당량비와 실제 당량비를 비교하는 단계;
    상기 목표 당량비와 상기 실제 당량비의 차이가 설정범위인 경우, 상기 제1산소센서와 상기 제2산소센서 각각의 값을 비교하여 상기 삼원촉매의 환원율을 계산하는 단계;
    상기 삼원촉매의 환원율이 설정범위를 벗어난 경우 상기 천연가스 분사량을 다시 조절하는 단계; 및
    상기 삼원촉매의 환원율이 설정범위인 경우 상기 목표 공연비와 상기 목표 당량비를 수정하는 단계를 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 실제 흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이를 비교한 후, 상기 실제흡입공기량과 상기 목표 흡입공기량의 차이가 설정범위를 벗어난 경우 상기 쓰로틀부의 개도량을 다시 설정하는 단계를 더 포함하는 디젤-천연가스 혼소 엔진 시스템의 제어방법.
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