KR20140127451A - Cylinder balancing system and method method ushing maximum combustion pressure of dual fuel engine - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a cylinder balancing device using the control of maximum combustion pressure of a dual fuel engine using oil and gas, and to a method thereof. The method of the present invention comprises the following steps of: (S501) receiving a sensing signal for combustion pressure from combustion pressure sensors (12) of each cylinder; (S502) calculating maximum combustion pressure (Pmax) of each cylinder from information on combustion pressure of the cylinder; (S503) determining whether Pmax of each cylinder reaches a target pressure (Pmax-limit); (S504) comparing Pmax and Pmax-limit of each cylinder and determining whether Pmax values of all cylinders reach the Pmax-limit; and (S505 or S605) advancing and delaying the timing of pilot injection when there is a cylinder whose Pmax does not reach the Pmax limit until the Pmax value of the cylinder reaches the Pmax-limit or extending or shortening the duration of injection (DOI) of gas. When the Pmax values of all cylinders reach the Pmax-limit, the final controlled timing of pilot injection is maintained.

Description

이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치 및 방법{CYLINDER BALANCING SYSTEM AND METHOD METHOD USHING MAXIMUM COMBUSTION PRESSURE OF DUAL FUEL ENGINE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a cylinder balancing apparatus and method using a combustion maximum pressure control of a dual fuel engine,

본 발명은 오일연료와 가스연료를 사용하는 이중연료 엔진의 실린더 밸런싱에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스연료 운전 모드에서 연소특성 인자 중 연소최고압력을 조정하여 실린더 밸런싱을 수행하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to cylinder balancing of a dual fuel engine using an oil fuel and a gaseous fuel, and more particularly, to a combustion engine for a dual fuel engine which performs cylinder balancing by adjusting a combustion maximum pressure among combustion characteristic parameters in a gas fuel operation mode To a cylinder balancing apparatus and method using maximum pressure control.

액화천연가스(LNG) 등의 가스 운반선에서는, 저장 탱크 내에 저장되어 있는 가스연료를 쉽게 연료로 사용하는 한편 탱크 내에서 기화되는 가스를 재 액화시키지 않고 선박 추진용 엔진의 연료로 활용하기 위해 오일연료와 가스연료를 선택적으로 또는 동시에 사용하는 이중 연료 엔진을 탑재하는 경우가 있다. 또한, LNG나 LPG와 같은 가스를 사용하는 해상 부유물, 해상 구조물, 또는 플랜트의 발전설비에서 사용하는 대형 디젤 엔진의 경우에도 가스 연료를 함께 쓸 수 있는 이중 연료 엔진을 도입하고 있다.In a gas carrier such as liquefied natural gas (LNG), gas fuel stored in a storage tank is easily used as fuel, and gas used in the tank is not re-liquefied. And a dual fuel engine that selectively or simultaneously uses gaseous fuel. In the case of large-scale diesel engines used in power generation facilities of offshore structures, marine structures, or plants using gas such as LNG or LPG, dual fuel engines are also introduced that can use gaseous fuels together.

이중 연료를 사용하는 엔진(디젤 엔진)은, 가스연료를 사용하는 가스연료 운전 모드와 오일연료(예; Marine Diesel Oil, Heavy Fuel Oil 등)를 사용하는 오일연료 운전 모드, 그리고 가스연료와 오일연료를 동시에 사용하는 혼합 운전 모드를 가진다.The dual-fuel engine (diesel engine) has a gas fuel operating mode using gaseous fuel and an oil fuel operating mode using oil fuel (e.g., Marine Diesel Oil, Heavy Fuel Oil, etc.) In the mixed operation mode.

오일연료는 각각의 실린더 헤드에 구비된 오일연료 인젝터에 의해 연소실로 분사되고, 가스연료는 메인 피드 파이프로부터 각 실린더별 분배 파이프로 분배된 다음 가스 유입 밸브(GAV; Gas Admission Valve) 조립체에서 가스량이 조절되어 가스 인젝터를 통해 실린더 헤드의 흡기 포트에 분사된다.The oil fuel is injected into the combustion chamber by an oil fuel injector provided in each cylinder head, the gaseous fuel is distributed from the main feed pipe to each cylinder-specific distribution pipe, and the gas amount in the gas admission valve (GAV) assembly Is regulated and injected into the intake port of the cylinder head through the gas injector.

이중연료 엔진은, 점화플러그에 의해 연료를 불꽃 점화하는 가솔린 엔진과는 달리 흡기를 고온고압으로 압축하여 자발화(self ignition, 자기착화) 시키는 디젤 엔진을 기반으로 하기 때문에, 가스연료의 착화를 유도하는 소형 오일연료 분사기로서 파일럿 인젝터(Micro Pilot Injector)를 더 구비한다.Since the dual fuel engine is based on a diesel engine that self-ignites by compressing the intake air to high temperature and high pressure unlike a gasoline engine that ignites the fuel by spark plug, it induces ignition of the gas fuel And a pilot injector (Micro Pilot Injector) as a small-sized oil fuel injector.

천연가스와 같은 가스연료는 인화점은 낮지만 자발화(self ignition, 자기착화) 온도가 550℃ 부근으로 높기 때문에, 가스연료 운전 모드에서 주연료인 가스연료를 분사(main injection 과정)하기 직전에 파일럿 인젝터를 통해 파일럿 오일(예; Marine Diesel Oil, Marine Gas Oil 등)을 미량 분사하여 점화를 유도하여(pilot injection 과정), 가스연료의 안정적인 점화를 도모할 수 있다.Since gas fuels such as natural gas have a low self-ignition temperature and a high self-ignition temperature of around 550 ° C, just before injecting the main fuel, gaseous fuel in the gas fuel operating mode, A pilot injection process (pilot injection process) by injecting pilot oil (eg, Marine Diesel Oil, Marine Gas Oil, etc.) by injecting a small amount of fuel through the injector can stably ignite the gaseous fuel.

또한, 오일연료 운전 모드에서도, 주연료인 디젤연료를 분사하기 직전에 파일럿 인젝터를 통해 파일럿 오일을 미량 분사하여 연소실의 연소환경을 개선함으로써 NOx 개선 및 연소 성능을 향상시킬 수 있다.Further, even in the oil fuel operation mode, it is possible to improve the NOx improvement and the combustion performance by improving the combustion environment of the combustion chamber by injecting a small amount of pilot oil through the pilot injector immediately before injecting the diesel fuel as the main fuel.

위와 같이 이중연료 엔진에 있어서, 두 가지의 주연료와 파일럿 오일의 공급을 위해 각각 별도의 공급 계통을 설비하여야 하는 한편, 두 가지 운전 모드 이상으로 운전하여야 하기 때문에 장치가 복잡할 뿐만 아니라 이를 제어하기 위한 제어 시스템도 매우 복잡하다.In the dual fuel engine as described above, a separate supply system must be provided for supplying the two main fuel and pilot oil, and the apparatus must be operated in two operation modes or more, The control system is also very complicated.

특히, 이중연료엔진은 디젤엔진을 기반으로 하여 가스연료를 추가로 사용할 수 있도록 한 것이기 때문에, 가스연료 모드에서의 정밀한 운전 제어는 가스연료 모드로 운전할 수 있는지의 여부를 결정하는 매우 중요한 요소이다.In particular, precise operating control in the gas fuel mode is a very important factor in determining whether or not the dual fuel engine can operate in the gas fuel mode, since the dual fuel engine is based on a diesel engine and allows further use of the gaseous fuel.

예를 들어, 오일연료 운전 모드에서는 일반적인 디젤엔진과 같이 연료의 압축착화를 통해 연소가 일어나지만, 가스연료 운전 모드에서는 파일럿 인젝션을 미리 수행하여 가스연료에 대한 점화를 유도하여야 한다.For example, in the oil fuel operation mode, combustion is caused by compression ignition of the fuel as in a general diesel engine, but in the gas fuel operation mode, pilot injection must be performed in advance to induce ignition for the gaseous fuel.

위와 같은 이유 때문에, 가스연료 운전 모드에서는 가스연료에 의한 점화시기를 동일하게 설정하더라도 연소(폭발)의 진행, 최고 압력, 최고압력 발생 시점 등이 실린더마다 차이가 발생하게 된다.For this reason, even when the ignition timing by the gaseous fuel is set to be the same in the gaseous fuel operation mode, the combustion (explosion) progression, the maximum pressure, and the point of time when the maximum pressure is generated differ from cylinder to cylinder.

따라서, 위와 같은 이중연료 엔진에서는, 엔진의 운전 특성을 안정적으로 유지하기 위해서 실린더 간의 연소특성이나 연소압력을 균일하고 높게 제어하는 것이 유리하다.Therefore, in the above-described dual fuel engine, it is advantageous to control the combustion characteristics and the combustion pressure between the cylinders to be uniform and high in order to stably maintain the operating characteristics of the engine.

연소특성이나 연소압력을 균일하게 유지하면 운전이 안정적이고 효율이 증대되고, 그와 함께 연소압력을 균일하게 유지하면 출력 및 효율이 더욱 향상된다.When the combustion characteristics and the combustion pressure are maintained uniformly, the operation is stable and the efficiency is increased. Further, when the combustion pressure is uniformly maintained, the output and efficiency are further improved.

공개특허공보 제10-2010-0074084호(2010.07.01. 공개)Published Patent Application No. 10-2010-0074084 (published on July 1, 2010) 공개특허공보 제10-2008-0078504호(2008.08.27. 공개)Open Patent Publication No. 10-2008-0078504 (published on Aug. 27, 2008) 공개특허공보 제10-2004-0095274호(2004.11.12. 공개)Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2004-0095274 (published Nov. 12, 2004)

본 발명은 위와 같은 필요에 따라 개발한 것으로서, 이중연료 엔진이 가스연료 모드로 운전될 때 가스연료의 연소특성 인자 중 연소최고압력에 대한 제어를 통해 실린더 밸런싱을 수행함으로써 출력, 효율 및 운전 안정성을 극대화할 수 있도록 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been developed in accordance with the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for controlling the combustion efficiency of a dual fuel engine in a gas fuel mode, And to provide a cylinder balancing apparatus and method using a combustion maximum pressure control of a dual fuel engine capable of maximizing a combustion efficiency.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치는, 오일연료와 가스연료를 사용하는 이중연료엔진의 엔진 컨트롤 시스템으로서, 각각의 실린더에 설치되어 연소압력을 감지하는 연소압력센서; 연소실에 오일연료를 분사하기 위한 오일연료 인젝터; 파일럿 연료를 분사하기 위한 파일럿 인젝터; 흡기 포트에 가스 연료를 분사하기 위한 가스 유입 밸브; 상기 파일럿 인젝터 및 가스 유입 밸브와 연결되어 동작을 제어하는 인젝션 컨트롤 패널; 상기 연소압력센서와 연결되고, 해당 연소압력센서로부터 각 실린더별 연소압력에 대한 시그널을 입력받아 각 실린더의 연소최고압력(Pmax) 값을 산출하는 연소 모니터링 유닛; 및 가스연료 운전 모드 시, 상기 연소 모니터링 유닛으로부터 전송되는 연소최고압력(Pmax)을 사전에 설정된 목표압력(Pmax-limit)과 비교하고, 모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달할 때까지, 파일럿 분사시기를 진각 또는 지각시키는 제어 신호를 생성하거나, 또는 가스연료 분사 개시 시기를 진각 또는 지각 시켜 가스연료 분사지속시간(DOI)을 연장 또는 단축시키는 제어 시그널을 생성하고, 생성된 제어 시그널을 상기 인젝션 컨트롤 패널에 하달하여 인젝션 컨트롤 패널로 하여금 파일럿 인젝터와 가스 유입 밸브를 조정하도록 하는 메인 컨트롤 패널을 구비한다.In order to achieve the above object, a cylinder balancing apparatus using combustion maximum pressure control of a dual fuel engine according to the present invention is an engine control system for a dual fuel engine using oil fuel and gaseous fuel, A combustion pressure sensor for sensing the combustion pressure; An oil fuel injector for injecting an oil fuel into the combustion chamber; A pilot injector for injecting pilot fuel; A gas inflow valve for injecting gaseous fuel into the intake port; An injection control panel connected to the pilot injector and the gas inlet valve to control the operation; A combustion monitoring unit connected to the combustion pressure sensor and receiving a signal of the combustion pressure for each cylinder from the combustion pressure sensor to calculate a combustion maximum pressure Pmax of each cylinder; The combustion maximum pressure Pmax transmitted from the combustion monitoring unit is compared with a preset target pressure Pmax-limit and the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders is compared with the target pressure Pmax- control signal for advancing or retarding the pilot injection timing, or advancing or retarding the timing of starting the gas fuel injection to generate a control signal for extending or shortening the gaseous fuel injection duration (DOI) And a main control panel for causing the injection control panel to send the generated control signal to the injection control panel to adjust the pilot injector and the gas inlet valve.

본 발명의 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치에 있어서, 상기 연소 모니터링 유닛은, 상기 메인 컨트롤 패널과 분리되어 독립적으로 설치되는 실린더 모니터링 패널에 구비되는 것을 특징으로 한다.In the cylinder balancing apparatus using the combustion maximum pressure control of the dual fuel engine according to the present invention, the combustion monitoring unit is provided in a cylinder monitoring panel which is separated from the main control panel and installed independently.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중연료엔진의 가스연료 운전 모드에서의 실린더 밸런싱 방법으로서, 각 실린더의 연소압력센서들로부터 연소압력에 대한 센싱 시그널을 입력받는 과정(단계 S501); 각 실린더의 연소압력 정보로부터 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 산출하는 과정(단계 S502); 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악하는 과정(단계 S503); 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)과 목표압력(Pmax-limit)을 비교하여, 모든 실린더들의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 모두 도달하였는지를 판단하는 과정(단계 S504); 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되지 않은 실린더가 존재하는 경우, 해당 실린더의 연소최고압력(Pmax) 값이 목표압력(Pmax-limit)에 이를 때까지 파일럿 분사시기를 진각 또는 지각시키는 과정(단계 S505); 및 모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되면, 그때의 최종적인 파일럿 분사시기 조정 값을 유지하는 과정(단계 S506)을 포함한다.A method for balancing a cylinder in a gaseous fuel operation mode of a dual fuel engine according to an embodiment of the present invention includes: receiving a sensing signal for a combustion pressure from combustion pressure sensors of each cylinder (step S501); Calculating the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder from the combustion pressure information of each cylinder (step S502); A process of determining whether the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit (step S503); (Step S504) of comparing the maximum combustion pressure Pmax of the respective cylinders with the target pressure Pmax-limit to determine whether the maximum combustion pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit; When there is a cylinder in which the combustion maximum pressure Pmax has not reached the target pressure Pmax-limit, the pilot injection timing is changed until the combustion maximum pressure Pmax of the cylinder reaches the target pressure Pmax-limit A step of advancing or retarding (step S505); And a step S506 of maintaining the final pilot injection timing adjustment value at that time when the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit.

이 경우, 상기 목표압력(Pmax-limit)은, 구동중인 각 실린더로부터 산출되는 연소최고압력(Pmax)들의 평균값(Pmax-average)인 평균연소최고압력(Pmax-average)을 기준으로 소정의 상한치와 하한치를 지정한 압력 범위로 설정되거나, 또는 정상 작동 시 실린더가 도달 가능한 최고압력인 한계압력을 기준으로 소정 범위의 하한치를 제한한 압력 범위로 설정된다.In this case, the target pressure Pmax-limit is a predetermined upper limit value and a lower limit value based on the average combustion maximum pressure Pmax-average, which is the average value Pmax-average of the combustion maximum pressures Pmax calculated from the respective cylinders Is set to a pressure range in which a lower limit value is set or a pressure range in which a lower limit value of a predetermined range is limited based on a limit pressure that is the maximum pressure that the cylinder can reach in normal operation.

상기 단계 S505에서, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 낮으면 파일럿 분사시기를 진각 시키고; 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 높으면 파일럿 분사시기를 지각시킨다.If the combustion maximum pressure Pmax of a certain cylinder is lower than the target pressure Pmax-limit in step S505, the pilot injection timing is advanced; When the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is higher than the target pressure Pmax-limit, the pilot injection timing is retarded.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이중연료엔진의 가스연료 운전 모드에서의 실린더 밸런싱 방법으로서, 각 실린더의 연소압력센서들로부터 센싱 시그널을 입력받는 과정(단계 S601); 각 실린더의 연소압력 정보로부터 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 산출하는 과정(단계 S602); 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악하는 과정(단계 S603); 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)과 목표압력(Pmax-limit)을 비교하여, 모든 실린더들의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 모두 도달하였는지를 판단하는 과정(단계 S604); 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되지 않은 실린더가 존재하는 경우에는, 해당 실린더의 연소최고압력(Pmax) 값이 목표압력(Pmax-limit)에 이를 때까지 각 실린더의 가스연료 분사개시 시기를 진각 또는 지각 시켜 가스연료 분사지속시간(DOI)을 단계별로 연장 또는 단축시키는 과정(단계 S605); 및 모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되면, 그때의 최종적인 가스연료 분사지속시간(DOI) 조정 값을 유지하는 과정(단계 S606)을 포함한다.A method of balancing cylinders in a gaseous fuel operation mode of a dual fuel engine according to another embodiment of the present invention includes: receiving a sensing signal from combustion pressure sensors of each cylinder (step S601); Calculating the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder from the combustion pressure information of each cylinder (step S602); A process of determining whether the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit (step S603); (Step S604) of comparing the maximum combustion pressure Pmax of the respective cylinders with the target pressure Pmax-limit to determine whether the maximum combustion pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit; When there is a cylinder in which the combustion maximum pressure Pmax has not reached the target pressure Pmax-limit, the cylinder pressure Pmax of the cylinder is increased until the combustion maximum pressure Pmax of the cylinder reaches the target pressure Pmax- A step of extending or shortening the gaseous fuel injection duration (DOI) step by step by advancing or retarding the start timing of the gaseous fuel injection (step S605); And maintaining the final gaseous fuel injection duration (DOI) adjustment value when the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit (step S606).

이 경우, 상기 목표압력(Pmax-limit)은, 구동중인 각 실린더로부터 산출되는 연소최고압력(Pmax)들의 평균값(Pmax-average)인 평균연소최고압력(Pmax-average)을 기준으로 소정의 상한치와 하한치를 지정한 압력 범위로 설정되거나, 또는 정상 작동 시 실린더가 도달 가능한 최고압력인 한계압력을 기준으로 소정 범위의 하한치를 제한한 압력 범위로 설정된다.In this case, the target pressure Pmax-limit is a predetermined upper limit value and a lower limit value based on the average combustion maximum pressure Pmax-average, which is the average value Pmax-average of the combustion maximum pressures Pmax calculated from the respective cylinders Is set to a pressure range in which a lower limit value is set or a pressure range in which a lower limit value of a predetermined range is limited based on a limit pressure that is the maximum pressure that the cylinder can reach in normal operation.

상기 단계 S605에서, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 낮으면 가스연료 분사지속시간(DOI)을 연장하고; 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 높으면 가스연료 분사지속시간(DOI)을 단축한다.If the combustion maximum pressure Pmax of a certain cylinder is lower than the target pressure Pmax-limit at step S605, the gas fuel injection duration DOI is extended; If the combustion maximum pressure Pmax of a cylinder is higher than the target pressure Pmax-limit, the gaseous fuel injection duration (DOI) is shortened.

본 발명에 따른 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치 및 방법에 의하면, 각 실린더 간의 연소최고압력 차이를 최소한의 범위로 규제하는 한편, 평균 연소최고압력이 매우 높은 범위로 유지된다.According to the cylinder balancing apparatus and method using the combustion maximum pressure control of the dual fuel engine according to the present invention, the combustion maximum pressure difference between the cylinders is regulated to a minimum range and the average combustion maximum pressure is maintained in a very high range.

그러므로 각 실린더 간의 연소압력이 균일해지고 그에 따라 회전력으로의 변환이 원활해지고 운전이 안정적으로 유지되는 한편, 출력과 효율이 증대된다.Therefore, the combustion pressure between the cylinders becomes uniform, the conversion into the rotational force becomes smooth, the operation is stably maintained, and the output and efficiency are increased.

또한, 그에 따라, 디젤엔진을 기반으로 하는 이중연료엔진의 가스연료 운전 모드를 원활하고 양호하게 수행할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Also, the gas fuel operation mode of the dual fuel engine based on the diesel engine can be smoothly and satisfactorily performed, thereby improving the reliability.

도 1은 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 시스템의 전체 구성을 나타내는 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실린더 밸런싱 제어 요소들에 대한 계통도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 연소최고압력을 제어하여 밸런싱을 하는 제어과정을 설명하기 순서도이다.
도 4는 본 발명에 따른 실린더 밸런싱 제어에 대한 성능시험을 위한 엔진 초기 상태를 나타내는 도표이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 실린더 밸런싱을 수행한 결과를 나타내는 도표이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 의한 실린더 밸런싱에 따른 평균연소최고압력과 최고압력편차의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 실린더 밸런싱에 따른 효율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 연소최고압력을 제어하여 밸런싱을 하는 제어과정을 설명하기 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따라 실린더 밸런싱을 수행한 결과를 나타내는 도표이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 실린더 밸런싱에 따른 평균연소최고압력과 최고압력편차의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 의한 실린더 밸런싱에 따른 효율의 변화를 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the entire configuration of a cylinder balancing system using combustion maximum pressure control of a dual fuel engine according to the present invention; FIG.
Figure 2 is a schematic diagram of cylinder balancing control elements in accordance with the present invention;
FIG. 3 is a flowchart for explaining a control process for controlling balancing by controlling the maximum combustion pressure according to the first embodiment of the present invention.
4 is a chart showing engine initial states for performance testing for cylinder balancing control according to the present invention.
5 is a chart showing a result of performing cylinder balancing according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing changes in average combustion maximum pressure and maximum pressure deviation according to the cylinder balancing according to the first embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a change in efficiency according to the cylinder balancing according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a control process of controlling balancing by controlling the maximum combustion pressure according to the second embodiment of the present invention.
9 is a chart showing the result of performing cylinder balancing according to the second embodiment of the present invention.
10 is a graph showing changes in average combustion maximum pressure and maximum pressure deviation according to the cylinder balancing according to the second embodiment of the present invention.
11 is a graph showing a change in efficiency according to the cylinder balancing according to the second embodiment of the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치 및 방법에 대한 실시예들을 구체적으로 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a cylinder balancing apparatus and method using combustion maximum pressure control of a dual fuel engine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 시스템의 전체 구성을 나타내는 계통도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the entire configuration of a cylinder balancing system using combustion maximum pressure control of a dual fuel engine according to the present invention; FIG.

도 1은 선박용 또는 플랜트용의 대형 이중연료 엔진 및 그것의 제어 계통을 보여주는 것으로서, 이중연료엔진(10)은 오일연료를 사용하는 오일연료 운전 모드와 가스연료를 사용하는 가스연료 운전 모드로 운전된다.1 shows a large dual fuel engine for a marine or a plant and its control system in which the dual fuel engine 10 is operated in an oil fuel operation mode using oil fuel and a gas fuel operation mode using gas fuel .

실린더 밸런싱을 위해, 이중연료엔진(10)의 각각의 실린더(즉, 연소실)에는 연소압력을 감지하는 연소압력센서(12)가 설치된다. 더 나아가서 노크 제어를 위한 노크 센서(14)가 설치된다.For cylinder balancing, a combustion pressure sensor 12 is installed in each cylinder (i.e., combustion chamber) of the dual fuel engine 10 to sense the combustion pressure. Further, a knock sensor 14 for knock control is provided.

두 가지의 연료를 제공하기 위해, 이중연료엔진(10)의 실린더 헤드(20)에는 연소실에 오일연료를 분사하기 위한 오일연료 인젝터(22)와 파일럿 연료를 분사하기 위한 파일럿 인젝터(Pilot Injector)(24)가 구비되고, 흡기 포트에 가스 연료를 분사하기 위한 가스 유입 밸브(GAV; Gas Admission Valve)(26)가 구비된다.In order to provide two kinds of fuel, the cylinder head 20 of the dual fuel engine 10 is provided with an oil fuel injector 22 for injecting the oil fuel into the combustion chamber and a pilot injector 24, and a gas inlet valve (GAV) 26 for injecting gaseous fuel into the intake port is provided.

또한, 가스 유입 밸브(26)에 연결된 가스연료 공급 라인(30)에는 가스연료의 압력을 조정하는 압력 레귤레이터를 구비하는 가스밸브유닛(32)이 구비되고, 가스연료 공급 라인(30)의 가스압력을 검출하는 가스연료 압력센서(34)가 구비된다.The gas fuel supply line 30 connected to the gas inlet valve 26 is provided with a gas valve unit 32 having a pressure regulator for regulating the pressure of the gaseous fuel, And a gas fuel pressure sensor 34 for detecting the gas fuel pressure.

이러한 이중연료엔진(10)의 전체적인 제어는 엔진 컨트롤 시스템의 중앙 제어 유닛을 갖추고 있는 메인 컨트롤 패널(100)에서 수행하며, 메인 컨트롤 패널(100)의 통제하에 로컬 오퍼레이팅 패널(LOP, Local Operating Panel)(110) 및 인젝션 컨트롤 패널(ICP, Injection Control Panel)(120)로부터 엔진의 모든 데이터를 받아 엔진 기동 및 정지, 속도 및 출력, 공연비, 메인 연료 공급 차단, 파일럿 연료 공급 차단, 연료 모드 전환, 연료 분배, 냉각 매체 온도, 엔진 운전 상태 산출, 엔진 안전을 위한 제어 등, 전반적인 제어 동작을 수행하며, 그리고 본 발명에 따른 실린더 밸런싱 제어 동작을 수행한다.The overall control of the dual fuel engine 10 is performed in a main control panel 100 having a central control unit of an engine control system and is controlled by a local operating panel (LOP) Speed and output, air fuel ratio, main fuel supply cutoff, pilot fuel cutoff, fuel mode switching, fuel (fuel injection), fuel injection, etc., by receiving all the data of the engine from the engine control unit 110 and the injection control panel Distribution control, cooling medium temperature, engine operation state calculation, control for engine safety, etc., and performs the cylinder balancing control operation according to the present invention.

또한, 메인 컨트롤 패널(100)은, 가스연료 압력센서(34)로부터 가스연료 공급 라인(30)의 가스연료 압력을 입력받고, 실린더 밸런싱 제어 시 가스밸브유닛(32)의 압력 레귤레이터를 제어하여 가스연료공급압력을 조정한다.The main control panel 100 receives the gas fuel pressure of the gas fuel supply line 30 from the gas fuel pressure sensor 34 and controls the pressure regulator of the gas valve unit 32 during the cylinder balancing control, Adjust the fuel supply pressure.

또한, 메인 컨트롤 패널(100)은, 후술하는 실시예에서 자세히 설명하겠지만, 실린더 밸런싱을 위해 '파일럿 분사시기' 또는 '가스연료 분사지속시간(DOI, Duration Of Injection)'을 제어한다. 이러한 전체적 및 개별적인 조정 시그널은 인젝션 컨트롤 패널(120)에 하달하여 인젝션 컨트롤 패널(120)로 하여금 파일럿 인젝터(24)와 가스 유입 밸브(26)를 제어하도록 한다.The main control panel 100 controls the 'pilot injection timing' or the 'gas injection duration (DOI)' for cylinder balancing, as will be described later in detail. This overall and individual adjustment signal is sent to the injection control panel 120 to allow the injection control panel 120 to control the pilot injector 24 and the gas inlet valve 26.

로컬 오퍼레이팅 패널(110)은, 개별 엔진마다 설치되어 각각의 엔진의 모든 상태 값들이 디스플레이되고 모니터링 되는 한편, 메인 컨트롤 패널(100)과 각각의 엔진 상태 정보와 명령들을 통신한다. 또한, 로컬 오퍼레이팅 패널(110)은, 관리자가 개별 엔진을 작동하는 한편 모니터링을 수행할 수 있도록 하기 위해, 개별 엔진의 측정값들을 디스플레이하고 입력 또는 동작 메뉴 버튼을 디스플레이하기 위한 터치 스크린을 구비할 수 있다.The local operating panel 110 is installed for each individual engine and communicates the respective engine status information and commands with the main control panel 100 while all status values of each engine are displayed and monitored. The local operating panel 110 may also have a touch screen for displaying the measurements of the individual engines and displaying the input or action menu buttons so that the manager can perform monitoring while operating the respective engine have.

인젝션 컨트롤 패널(120)은 파일럿 인젝터(24) 및 파일럿 인젝션용 고압펌프와 연결됨과 함께 가스 유입 밸브(26)와 연결되며, 이것들을 메인 컨트롤 패널(100)의 통제하에 제어한다.The injection control panel 120 is connected to the pilot injector 24 and the high pressure pump for pilot injection and is connected to the gas inlet valve 26 and controls them under the control of the main control panel 100.

연소압력센서(12)와 노크 센서(14)로부터의 연소정보를 입력받아 그것에 대응하는 실린더 밸런싱 제어를 위해, 메인 컨트롤러(100)에 실린더 모니터링 기능(프로그램 또는 모듈)이 함께 탑재될 수 있다.A cylinder monitoring function (program or module) may be mounted together with the main controller 100 in order to receive the combustion information from the combustion pressure sensor 12 and the knock sensor 14 and to perform cylinder balancing control corresponding thereto.

본 실시예에서는, 좀 더 용이한 제어를 위해, 별도의 실린더 모니터링 패널(130)을 구비한다.In this embodiment, a separate cylinder monitoring panel 130 is provided for easier control.

실린더 모니터링 패널(130)은 상기의 연소압력센서(12) 및 노크 센서(14)와 연결되며, 연소압력센서(12)로부터 실린더 연소압력정보와 노크 정보를 실시간으로 입력받아 모니터링 하고, 연소최고압력(Pmax) 등, 연소에 관련된 각종의 인자들을 산출하며, 그 정보를 메인 컨트롤 패널(100)에 전송한다.The cylinder monitoring panel 130 is connected to the combustion pressure sensor 12 and the knock sensor 14. The cylinder monitoring panel 130 receives and receives cylinder combustion pressure information and knock information from the combustion pressure sensor 12 in real time, (Pmax), etc., and transmits the information to the main control panel 100.

메인 컨트롤 패널(100)은, 실린더 모니터링 패널(130)로부터 전송되는 데이터(예; 연소관련 인자 정보 및 노트 정보 등)에 기초하여 사전에 입력된 실린더 밸런싱 제어 옵션과 노크 제어 옵션을 수행한다.The main control panel 100 performs a cylinder balancing control option and a knock control option that are input in advance based on data (e.g., combustion related parameter information and note information, etc.) transmitted from the cylinder monitoring panel 130. [

도 2는 본 발명에 따른 이중연료엔진의 실린더 밸런싱 제어 요소들에 대한 계통도이다. 도 1을 병행 참조한다.2 is a schematic diagram of cylinder balancing control elements of a dual fuel engine in accordance with the present invention; Please refer to Fig. 1 in parallel.

도 2를 참조하면, 실린더 모니터링 패널(130)은, 실린더별 연소압력을 모니터링 하는 연소 모니터링 유닛(132)과 실린더별 노크 상태(강도)를 모니터링 하는 노크 감시 유닛(134)을 구비한다.Referring to FIG. 2, the cylinder monitoring panel 130 includes a combustion monitoring unit 132 for monitoring the combustion pressure of each cylinder, and a knocking monitoring unit 134 for monitoring the cylinder knock state (intensity).

연소 모니터링 유닛(132)은 연소압력센서(12)로부터 각 실린더별 연소압력에 대한 시그널을 입력받아 압력변화 그래프를 생성하거나, 각 실린더별 연소최고압력(Pmax) 값을 산출하며, 생성된 정보는 메인 컨트롤 패널(100)로 전송하는 한편 모니터링 PC(150)에 디스플레이한다.The combustion monitoring unit 132 receives a signal for each cylinder combustion pressure from the combustion pressure sensor 12 to generate a pressure change graph or calculates a combustion maximum pressure Pmax for each cylinder, And displays it on the monitoring PC 150 while transmitting it to the main control panel 100.

노크 감시 유닛(134)은 노크 센서(14)로부터 각 실린더별 노크 상황에 대한 시그널을 입력받아 실린더에서 발생하는 노이즈 중에 노크 가능성이 있는 레벨의 신호를 포착하고, 그 포착 결과를 메인 컨트롤 패널(100)로 전송한다.The knocking monitoring unit 134 receives a signal for each cylinder knock condition from the knock sensor 14, captures a signal of a level likely to knock in the noise generated in the cylinder, and outputs the acquired result to the main control panel 100 ).

메인 컨트롤 패널(100)에는 실린더 밸런싱과 노크 제어에 대한 프로그램이 미리 설정된다. 따라서, 메인 컨트롤 패널(100)은 실린더 모니터링 패널(130)의 연소 모니터링 유닛(132)으로부터 전송되는 연소최고압력(Pmax)에 대한 정보와 노크 정보를 바탕으로 사전에 설정된 값 이상의 압력편차가 발생한 실린더에 대해 파일럿 분사시기나 가스연료 분사지속시간을 오프셋 시키기 위한 제어 시그널을 생성해서 인젝션 컨트롤 패널(120)에 하달하여 파일럿 인젝터(24)와 가스 유입 밸브(26)를 제어하도록 한다.
Programs for cylinder balancing and knock control are preset in the main control panel 100. [ Therefore, the main control panel 100 can control the operation of the cylinder monitoring panel 130 based on the information on the combustion maximum pressure Pmax transmitted from the combustion monitoring unit 132 of the cylinder monitoring panel 130, A control signal for offsetting the pilot injection timing or the gas fuel injection duration is generated for the injection control panel 120 to control the pilot injector 24 and the gas inflow valve 26.

[연소최고압력(Pmax) 제어에 의한 실린더 밸런싱 방법][Cylinder balancing method by control of maximum combustion pressure (Pmax)] [

본 발명에 따른 연소최고압력(Pmax) 제어에 의한 실린더 밸런싱 방법 중 하나는, 파일럿 인젝터(24)(도 1 참조)의 파일럿 오일연료 분사시기, 즉 파일럿 분사시기를 오프셋(offset)(즉, 진각(advancing)이나 지각(retarding))시켜 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 높고 균일하게 유지하도록 제어하는 방법이다(제1 실시예). 일반적인 파일럿 분사시기의 오프셋 범위, 즉 파일럿 분사시기 조절범위는, 예를 들어, 크랭크 각도로 -3°crs 내지 +3°crs 사이 등과 같이 사전에 설정되고, 그 범위 내에서 조절이 이루어진다.One of the cylinder balancing methods by the control of the maximum combustion pressure Pmax according to the present invention is to control the pilot oil fuel injection timing of the pilot injector 24 (see FIG. 1), that is, the pilot injection timing, (i.e., advancing or retarding the cylinder) to control the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder to be kept high and uniform (first embodiment). The offset range of the general pilot injection timing, that is, the pilot injection timing adjustment range, is preliminarily set, for example, between -3 crs and + 3 crs as a crank angle, and the adjustment is made within the range.

파일럿 분사시기는 연소관련 인자 중 점화시기(ignition timing)와 밀접한 관련이 있으며, 통상적으로 파일럿 분사시기를 진각시키면 점화시기가 앞당겨지고, 지각시키면 점화시기가 늦춰진다. 또한, 상기와 같이 제한적인 오프셋 범위 이내에서 파일럿 분사시기를 조정하는 경우, 일반적으로, 파일럿 분사시기를 진각 시켜 점화시기를 앞당기면 연소최고압력(Pmax)이 증가하고, 반대로 파일럿 분사시기를 지각 시켜 점화시기를 늦추면 연소최고압력(Pmax)은 감소하는 경향을 보인다.The pilot injection timing is closely related to the ignition timing of the combustion related factors. Normally, when the pilot injection timing is advanced, the ignition timing advances. When the timing is retarded, the ignition timing is retarded. When the pilot injection timing is adjusted within the limited offset range as described above, the maximum combustion pressure Pmax is increased when the pilot injection timing is advanced and the ignition timing is advanced. On the contrary, when the pilot injection timing is retarded When the ignition timing is delayed, the maximum combustion pressure (Pmax) tends to decrease.

다음으로, 가스 유입 밸브(26)의 개방 시간, 즉, 가스연료의 분사지속시간(DOI, Duration Of Injection)을 오프셋(즉, 연장하거나 단축시켜) 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 높고 균일하게 유지하도록 제어하는 방법이다(제2 실시예). 가스연료의 분사지속시간(DOI)의 오프셋 범위, 즉 분사지속시간(DOI)의 증감 조절범위도 제한적인 범위로 사전에 설정된다. 가스연료 분사지속시간의 연장은, 가스연료 분사 종료 시기는 변화시키지 않고 분사 개시 시기를 진각시키는 것으로 수행한다. 따라서 가스연료 분사지속시간이 연장되어 실린더의 가스 유입량이 증가하고 연소최고압력(Pmax)은 증가한다. 또한, 가스연료 분사지속시간의 단축은, 가스연료 분사 종료 시기는 변화시키지 않고 분사 개시 시기를 지각시키는 것으로 수행한다. 따라서 가스연료 분사지속시간이 단축되어 실린더의 가스 유입량이 감소하고 연소최고압력(Pmax)은 감소한다.
Next, the opening time of the gas inflow valve 26, that is, the duration of injection of the gaseous fuel (DOI) is offset (i.e., extended or shortened) to increase the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder (Second embodiment). The offset range of the injection duration (DOI) of the gaseous fuel, that is, the increase / decrease range of the injection duration (DOI), is preset to a limited range. The extension of the gaseous fuel injection duration is performed by advancing the injection start timing without changing the gaseous fuel injection termination timing. Thus, the duration of the gas fuel injection is prolonged and the gas inflow of the cylinder increases and the maximum combustion pressure Pmax increases. Further, the reduction in the duration of the gaseous fuel injection is performed by perceiving the injection start timing without changing the gaseous fuel injection end timing. Thus, the duration of the gas fuel injection is shortened and the gas inflow of the cylinder is reduced and the maximum combustion pressure (Pmax) is reduced.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따라 파일럿 분사시기를 오프셋 시켜 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 제어하는 과정을 설명하기 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a process of controlling the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder by offsetting the pilot injection timing according to the first embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 각 실린더의 연소압력센서(12)들로부터 센싱 시그널이 입력되면(단계 S501), 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 산출한다(단계 S502).Referring to FIG. 3, when a sensing signal is input from the combustion pressure sensors 12 of each cylinder (step S501), the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder is calculated (step S502).

연소최고압력(Pmax)은 연소 행정 중 발생하는 압력의 최고치이다. 연소최고압력(Pmax)의 산출은, 예를 들어 연소압력에 대한 압력-시간 선도를 생성하여 추출한다.The maximum combustion pressure (Pmax) is the maximum value of the pressure generated during the combustion stroke. The calculation of the combustion maximum pressure (Pmax) produces and extracts, for example, a pressure-time diagram for the combustion pressure.

이어서, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악한다(단계 S503).Then, it is determined whether or not the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit (step S503).

여기서, 목표압력(Pmax-limit)은, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)의 평균값(Pmax-average)을 기준으로 상한치와 하한치를 지정한 소정의 압력 범위로 설정할 수 있다. 연소최고압력(Pmax)의 평균값, 즉 평균연소최고압력(Pmax-average) 범위로 목표압력(Pmax-limit)을 설정하여 제어하는 경우는, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 균일해져서 실린더들 사이의 연소최고압력 값의 최고압력편차(Max - Min)가 줄어들어 효율이 증가되고 운전 안정성이 향상된다.Here, the target pressure Pmax-limit can be set to a predetermined pressure range in which the upper limit value and the lower limit value are specified based on the average value (Pmax-average) of the combustion maximum pressures Pmax of the respective cylinders. When the target pressure Pmax-limit is set and controlled by the average value of the combustion maximum pressure Pmax, i.e., the average combustion maximum pressure Pmax-average, the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder becomes uniform, The maximum pressure deviation (Max - Min) of the combustion maximum pressure value between the combustion chambers is reduced and the efficiency is increased and the operation stability is improved.

또한, 목표압력(Pmax-limit)은, 정상 작동 시 실린더가 발휘할 수 있는(도달 가능한) 최고압력을 기준으로 일정 범위의 하한치를 제한한 압력 범위로 설정할 수도 있다. 따라서 이 경우의 목표압력은 실린더가 발휘할 수 있는 최고압력(즉, 한계압력)에 가깝게 된다. 실린더의 한계압력 범위로 목표압력(Pmax-limit)을 설정하여 제어하는 경우는, 실린더들의 평균연소최고압력(Pmax-average)이 한계압력에 가까워지도록 상승 됨과 동시에 최고압력편차(Max - Min)가 줄어들게 되므로, 효율, 운전 안정성 및 출력을 극대화하는데 매우 유리하다.Further, the target pressure Pmax-limit may be set to a pressure range in which a lower limit value of a certain range is limited based on a maximum pressure (reachable) that the cylinder can exhibit in normal operation. Therefore, the target pressure in this case is close to the maximum pressure (i.e., the limit pressure) that the cylinder can exert. In the case where the target pressure Pmax-limit is set to the limit pressure range of the cylinder, the average combustion maximum pressure Pmax-average of the cylinders is raised to be close to the limit pressure, and at the same time, the maximum pressure deviation Max- It is very advantageous to maximize the efficiency, the operation stability and the output.

위와 같이 하여, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악한 이후에는, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)과 목표압력(Pmax-limit)을 비교하여, 모든 실린더들의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 모두 도달하였는지를 판단한다(단계 S504).After determining that the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit, the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder is compared with the target pressure Pmax-limit, It is determined whether or not the maximum combustion pressure Pmax of the cylinders has reached the target pressure Pmax-limit (step S504).

연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되지 않은 실린더가 있는 경우에는, 해당 실린더(들)의 연소최고압력(Pmax) 값이 목표압력(Pmax-limit)에 이를 때까지 파일럿 분사시기를 사전에 설정된 제어요령에 입각하여 진각 또는 지각시키는 동작을 단계별로 수행한다(단계 S505). 예를 들어, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 낮으면 파일럿 분사시기를 진각시키는 제어를 수행한다. 그러면 점화시기를 앞당기고 연소최고압력(Pmax)을 증가시킬 수가 있다. 반대로, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 높으면 파일럿 분사시기를 지각시키는 제어를 수행한다. 그러면 점화시기를 늦추고 연소최고압력(Pmax)을 감소시킬 수 있다.When there is a cylinder in which the combustion maximum pressure Pmax has not reached the target pressure Pmax-limit, the pilot pressure Pmax is increased until the combustion maximum pressure Pmax of the cylinder (s) reaches the target pressure Pmax- The operation of advancing or retarding the injection timing based on the preset control procedure is performed step by step (step S505). For example, when the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is lower than the target pressure Pmax-limit, the pilot injection timing is advanced. This can increase the ignition timing and increase the maximum combustion pressure (Pmax). Conversely, if the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is higher than the target pressure Pmax-limit, control is performed to retard the pilot injection timing. This can slow the ignition timing and reduce the maximum combustion pressure (Pmax).

이렇게 하여, 모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되면, 그때의 최종적인 파일럿 분사시기 조정 값으로 계속하여 유지한다(단계 S506).Thus, when the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit, it is continuously maintained at the final pilot injection timing adjustment value at that time (step S506).

만일, 엔진 컨트롤 시스템에서 어떤 이유로 하여 제어 종료 신호가 입력되면, 최종의 조정 값을 저장한 후 제어를 종료한다(단계 S507).
If a control end signal is input for some reason in the engine control system, the final control value is stored and control is terminated (step S507).

<제1 실시예를 시험하기 위한 엔진 조기 조건 및 시험 결과><Engine Early Condition and Test Results for Testing the First Embodiment>

도 4는 본 발명에 따른 실린더 밸런싱 제어에 대한 성능시험을 위한 엔진 초기 상태를 나타내는 도표이다.4 is a chart showing engine initial states for performance testing for cylinder balancing control according to the present invention.

도 4를 참조하면, 실린더 밸런싱 제어 시험에 사용될 엔진의 초기 설정 값 및 조건들은 다음과 같다.Referring to FIG. 4, the initial set values and conditions of the engine to be used in the cylinder balancing control test are as follows.

엔진 부하(engine load) : 100%,Engine load: 100%,

전체 파일럿 분사시기(global ignition timing) : 상사점 전 14°crs(크랭크 각)Global ignition timing: 14 ° crs before crank angle (crank angle)

흡기 압력(boost pressure) :4.40 barABoost pressure: 4.40 barA

배기 게이트 포지션 : 약 39%
Exhaust gate position: about 39%

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따라 실린더 밸런싱을 수행한 결과를 나타내는 도표이다.5 is a chart showing a result of performing cylinder balancing according to the first embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 실린더 밸런싱 제어를 수행하지 않은 경우는(Meas_1), 실린더들 중 연소최고압력(Pmax)의 최고치(Max-Value)를 보이는 실린더는 그 압력이 155bar이고 최저치(Min-Value)를 보이는 실린더는 그 압력이 142bar로서, 최고압력편차(Max - Min)는 13bar가 되기 때문에 매우 크다.5, when the cylinder balancing control is not performed (Meas_1), the cylinder having the maximum value (Max-Value) of the combustion maximum pressure Pmax among the cylinders has a pressure of 155 bar and a min- Is very large because the pressure is 142 bar and the maximum pressure deviation (Max - Min) is 13 bar.

따라서 실린더 밸런싱 제어를 수행하지 않은 경우는 운전 안정성이 저하되고 효율이 45.09%로 낮음을 알 수 있다. 또한, 실린더들의 연소최고압력(Pmax)의 평균값(Pmax-average)은 148.9bar로서 본래 엔진이 발휘할 수 있는 성능에 다소 부족하다.Therefore, when the cylinder balancing control is not performed, the operation stability is degraded and the efficiency is as low as 45.09%. In addition, the average value (Pmax-average) of the maximum combustion pressure Pmax of the cylinders is 148.9 bar, which is somewhat insufficient for the performance that the engine can exert.

만일, 실린더 밸런싱 제어 옵션을 실행하여, 전체 파일럿 분사시기를 14(°crs BTDC)를 설정하고, 목표압력(Pmax-limit)을 구동중인 엔진으로부터 산출되는 평균연소최고압력(Pmax-average)으로 설정하여 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 이르도록 파일럿 분사시기를 조절하는 경우(Meas_2)는, 평균연소최고압력(Pmax-average)은 149bar로 변화가 없지만 최고압력편차(Max - Min)가 2bar로서 미제어 시의 13bar에 비해 현저하게 줄어들어 모든 실린더들이 균일한 출력을 보이며, 그에 따라 운전 안정성이 향상되고 효율도 45.17로 증가한다.If the cylinder balancing control option is executed to set the total pilot injection timing to 14 (crs BTDC) and set the target pressure Pmax-limit to the average combustion maximum pressure Pmax-average calculated from the engine under drive (Meas_2) in which the pilot injection timing is adjusted so that the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder reaches the target pressure Pmax-limit, the average combustion maximum pressure Pmax-average does not change to 149 bar, As the deviation (Max - Min) is 2bar, it is remarkably reduced as compared with 13bar at the time of uncontrolled, and all the cylinders show a uniform output, thereby improving the operation stability and increasing the efficiency to 45.17.

만일, 실린더 밸런싱 제어 옵션을 실행하여, 목표압력(Pmax-limit)을 한계압력으로 설정하여 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 이르도록 파일럿 분사시기를 조절하는 경우(Meas_3)는, 최고압력편차(Max - Min)가 2bar로 줄어들어 안정성이 향상된다. 이와 더불어 평균연소최고압력(Pmax-average)도 157.1까지 크게 상승함으로써 엔진 출력이 크게 증대된다. 또한, 위와 같은 효과들에 기인하여 효율도 45.41로 더욱 향상된다.If the pilot injection timing is adjusted so that the cylinder maximum pressure Pmax of each cylinder reaches the target pressure Pmax-limit by setting the target pressure Pmax-limit to the limit pressure by executing the cylinder balancing control option (Meas_3), the maximum pressure deviation (Max - Min) is reduced to 2 bar to improve the stability. In addition, the average combustion maximum pressure (Pmax-average) also greatly increases to 157.1, which greatly increases the engine output. In addition, due to the above effects, the efficiency is further improved to 45.41.

도 6은 도 5에 도시한 결과를 기초로 제어 전후의 평균연소최고압력(Pmax-average)과 최고압력편차의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7은 제어 전후의 실린더 밸런싱에 따른 효율의 변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing changes in the average combustion maximum pressure (Pmax-average) and the maximum pressure deviation before and after the control based on the results shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the change in efficiency due to cylinder balancing before and after the control.

도 6 및 도 7에서 보이는 바와 같이, 또한 도 5의 설명으로부터 이미 알고 있는 바와 같이, 실린더 밸런싱을 수행하지 않은 경우(그림에서 'no balancing'으로 표시)에 비해, 파일럿 분사시기를 조절에 의해 연소최고압력(Pmax)을 제어하는 경우(그림에서 'active balancing @14°BTDC' 및 'active balancing @16°BTDC'로 표시), 평균연소최고압력(Pmax-average)(그림에서 'Average(bar)'로 표시)이 증대하고, 최고압력편차(Max - Min)(그림에서 'Max - Min(bar)'로 표시)가 대폭적으로 줄어들며, 효율도 향상된다.
As can be seen from FIG. 6 and FIG. 7 and as already known from the description of FIG. 5, compared with the case where the cylinder balancing is not performed (indicated by "no balancing" in the figure) When the maximum pressure Pmax is controlled (indicated by 'active balancing @ 14 ° BTDC' and 'active balancing @ 16 ° BTDC'), the average combustion maximum pressure (Pmax- And the maximum pressure deviation (Max - Min) (indicated by 'Max - Min (bar)' in the figure) is greatly reduced and the efficiency is improved.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 실린더 밸런싱 과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a view for explaining a cylinder balancing process according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예에 따른 실린더 밸런싱은, 가스연료의 분사지속시간(DOI)을 오프셋(즉, 연장하거나 단축시켜) 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 높고 균일하게 유지하도록 제어하는 방법이다.The cylinder balancing according to the second embodiment of the present invention is a method of controlling so as to offset (i.e., extend or shorten) the injection duration (DOI) of the gaseous fuel so that the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder is kept high and uniform to be.

도 8을 참조하면, 각 실린더의 연소압력센서(12)들로부터 센싱 시그널이 입력되면(단계 S601), 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 산출한다(단계 S602).Referring to FIG. 8, when a sensing signal is inputted from the combustion pressure sensors 12 of each cylinder (step S601), the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder is calculated (step S602).

연소최고압력(Pmax)의 산출은 연소 행정 중 발생하는 압력의 최고치이다. 연소최고압력(Pmax)의 산출은, 예를 들어 연소압력에 대한 압력-시간 선도를 생성하여 추출한다.The calculation of the combustion maximum pressure (Pmax) is the maximum value of the pressure generated during the combustion stroke. The calculation of the combustion maximum pressure (Pmax) produces and extracts, for example, a pressure-time diagram for the combustion pressure.

이어서, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악한다(단계 S603).Then, it is determined whether or not the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit (step S603).

여기서, 목표압력(Pmax-limit)은, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)의 평균값(Pmax-average)을 기준으로 상한치와 하한치를 지정한 소정의 압력 범위로 설정할 수 있다. 연소최고압력(Pmax)의 평균값, 즉 평균연소최고압력(Pmax-average) 범위로 목표압력(Pmax-limit)을 설정하여 제어하는 경우는, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 균일해져서 실린더들 사이의 연소최고압력 값의 최고압력편차(Max - Min)가 줄어들어 효율이 증가되고 운전 안정성이 향상된다.Here, the target pressure Pmax-limit can be set to a predetermined pressure range in which the upper limit value and the lower limit value are specified based on the average value (Pmax-average) of the combustion maximum pressures Pmax of the respective cylinders. When the target pressure Pmax-limit is set and controlled by the average value of the combustion maximum pressure Pmax, i.e., the average combustion maximum pressure Pmax-average, the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder becomes uniform, The maximum pressure deviation (Max - Min) of the combustion maximum pressure value between the combustion chambers is reduced and the efficiency is increased and the operation stability is improved.

또한, 목표압력(Pmax-limit)은, 정상 작동 시 실린더가 발휘할 수 있는(도달 가능한) 최고압력을 기준으로 일정 범위의 하한치를 제한한 압력 범위로 설정할 수도 있다. 따라서 이 경우의 목표압력은 실린더가 발휘할 수 있는 최고압력(즉, 한계압력)에 가깝게 된다. 실린더의 한계압력 범위로 목표압력(Pmax-limit)을 설정하여 제어하는 경우는, 실린더들의 평균연소최고압력(Pmax-average)이 한계압력에 가까워지도록 상승 됨과 동시에 최고압력편차(Max - Min)가 줄어들게 되므로, 효율, 운전 안정성 및 출력을 극대화하는데 매우 유리하다.Further, the target pressure Pmax-limit may be set to a pressure range in which a lower limit value of a certain range is limited based on a maximum pressure (reachable) that the cylinder can exhibit in normal operation. Therefore, the target pressure in this case is close to the maximum pressure (i.e., the limit pressure) that the cylinder can exert. In the case where the target pressure Pmax-limit is set to the limit pressure range of the cylinder, the average combustion maximum pressure Pmax-average of the cylinders is raised to be close to the limit pressure, and at the same time, the maximum pressure deviation Max- It is very advantageous to maximize the efficiency, the operation stability and the output.

위와 같이 하여, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악한 이후에는, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)과 목표압력(Pmax-limit)을 비교하여, 모든 실린더들의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 모두 도달하였는지를 판단한다(단계 S604).After determining that the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit, the combustion maximum pressure Pmax of each cylinder is compared with the target pressure Pmax-limit, It is determined whether or not the maximum combustion pressure Pmax of the cylinders has reached the target pressure Pmax-limit (step S604).

연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되지 않은 실린더가 있는 경우에는, 해당 실린더(들)의 연소최고압력(Pmax) 값이 목표압력(Pmax-limit)에 이를 때까지 각 실린더의 가스연료 분사개시 시기를 사전에 설정된 제어요령에 입각하여 진각 또는 지각시키는 동작을 단계별로 수행하여 가스연료 분사지속시간(DOI)을 단계별로 연장 또는 단축시킨다(단계 S605).When there is a cylinder in which the combustion maximum pressure Pmax has not yet reached the target pressure Pmax-limit, the combustion maximum pressure Pmax of the cylinder (s) reaches the target pressure Pmax- The operation of advancing or retarding the start of the gas fuel injection of the cylinder based on a predetermined control procedure is performed step by step to extend or shorten the duration of the gas fuel injection duration (step S605).

가스연료 분사지속시간(DOI)을 연장하면, 실린더에 가스 유입량이 증가하여 연소최고압력(Pmax)이 증가 된다. 반대로 가스연료 분사지속시간(DOI)을 단축하면, 실린더에 가스 유입량이 감소하여 연소최고압력(Pmax)이 감소 된다.If the gas fuel injection duration (DOI) is extended, the gas inflow to the cylinder increases and the maximum combustion pressure Pmax increases. On the contrary, if the gas fuel injection duration (DOI) is shortened, the gas inflow amount to the cylinder decreases and the maximum combustion pressure Pmax decreases.

예를 들어, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 낮으면 가스연료 분사지속시간(DOI)을 연장하는 제어를 수행한다. 그러면 연소최고압력(Pmax)을 증가시킬 수가 있다. 반대로, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 높으면 가스연료 분사지속시간(DOI)을 단축하는 제어를 수행한다. 그러면 연소최고압력(Pmax)을 감소시킬 수 있다.For example, if the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is lower than the target pressure Pmax-limit, control is performed to extend the gas fuel injection duration DOI. The maximum combustion pressure (Pmax) can then be increased. Conversely, if the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is higher than the target pressure Pmax-limit, control is performed to shorten the gaseous fuel injection duration DOI. The combustion maximum pressure (Pmax) can then be reduced.

이렇게 하여, 모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되면, 그때의 최종적인 가스연료 분사지속시간(DOI) 조정 값으로 계속하여 유지한다(단계 S606).Thus, when the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit, it is continuously maintained at the then-final gas fuel injection duration (DOI) adjustment value (step S606).

만일, 엔진 컨트롤 시스템에서 어떤 이유로 하여 제어 종료 신호가 입력되면, 최종의 조정 값을 저장한 후 제어를 종료한다(단계 S607).If a control end signal is input for some reason in the engine control system, the final control value is stored and control is terminated (step S607).

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따라 실린더 밸런싱을 수행한 결과를 나타내는 도표이다.9 is a chart showing the result of performing cylinder balancing according to the second embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 실린더 밸런싱 제어를 수행하지 않은 경우는(왼쪽 첫 번째 Meas_1), 실린더들 중 연소최고압력(Pmax)의 최고치(Max-Value)를 보이는 실린더는 그 압력이 155bar이고 최저치(Min-Value)를 보이는 실린더는 그 압력이 140bar로서, 최고압력편차(Max - Min)는 15bar가 되기 때문에 매우 크다.Referring to FIG. 9, when the cylinder balancing control is not performed (the first Meas_1 in the left hand side), the cylinder showing the maximum value of the combustion maximum pressure Pmax is 155 bar and the minimum value Min -Value) is very large because the pressure is 140 bar and the maximum pressure deviation (Max-Min) is 15 bar.

따라서 실린더 밸런싱 제어를 수행하지 않은 경우는 운전 안정성이 저하되고 효율이 44.93%로 낮음을 알 수 있다. 또한, 실린더들의 연소최고압력(Pmax)의 평균값(Pmax-average)은 148.9bar로서 본래 엔진이 발휘할 수 있는 성능에 다소 부족하다.Therefore, when the cylinder balancing control is not performed, the operation stability is degraded and the efficiency is as low as 44.93%. In addition, the average value (Pmax-average) of the maximum combustion pressure Pmax of the cylinders is 148.9 bar, which is somewhat insufficient for the performance that the engine can exert.

만일, 실린더 밸런싱 제어 옵션을 실행하여, 전체 실린더의 가스연료 분사 개시 시기를 14(°crs BTDC)로 설정하고, 목표압력(Pmax-limit)을 구동중인 엔진으로부터 산출되는 평균연소최고압력(Pmax-average)으로 설정하여 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 이르도록 가스연료 분사지속시간(DOI)을 조절하는 경우(왼쪽에서부터 두 번째 Meas_1)는, 평균연소최고압력(Pmax-average)은 148.7bar로 거의 변화가 없지만 최고압력편차(Max - Min)가 1bar로서 미제어 시의 15bar에 비해 현저하게 줄어들어 모든 실린더들이 균일한 출력을 보이며, 그에 따라 운전 안정성이 향상되고 효율도 45.03으로 증가한다.If the cylinder balancing control option is executed to set the gas fuel injection start timing of the entire cylinder at 14 (crs BTDC) and set the target pressure Pmax-limit to the average combustion maximum pressure Pmax- average (the second Meas_1 from the left), the gas fuel injection duration (DOI) is adjusted so that the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder reaches the target pressure Pmax-limit, (Pmax-average) is 148.7 bar, but the maximum pressure deviation (Max-Min) is 1 bar, which is significantly reduced compared with the control pressure of 15 bar, so that all the cylinders show a uniform output, The efficiency also increases to 45.03.

다음으로, 실린더 밸런싱 제어 옵션을 실행하여, 전체 실린더의 가스연료 분사 개시 시기를 16(°crs BTDC)로 설정하고, 목표압력(Pmax-limit)을 한계압력으로 설정한 후, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 이르도록 가스연료 분사지속시간(DOI)을 조절하는 경우(왼쪽에서부터 Meas_2)는, 최고압력편차(Max - Min)가 1bar로 줄어들어 안정성이 향상된다. 이와 더불어 평균연소최고압력(Pmax-average)도 157.6까지 크게 상승함으로써 엔진 출력이 크게 증대된다. 또한, 위와 같은 효과들에 기인하여 효율도 45.46으로 더욱 향상된다.Next, the cylinder balancing control option is executed to set the gas fuel injection start timing of the entire cylinder to 16 (° crs BTDC), set the target pressure (Pmax-limit) to the limit pressure, When the gas fuel injection duration (DOI) is adjusted so that the pressure Pmax reaches the target pressure Pmax-limit (Meas_2 from the left), the maximum pressure deviation (Max-Min) is reduced to 1 bar to improve stability . In addition, the average combustion maximum pressure (Pmax-average) also greatly increases to 157.6, which greatly increases the engine output. In addition, due to the above effects, the efficiency is further improved to 45.46.

다음으로, 실린더 밸런싱 제어 옵션을 실행하여, 전체 실린더의 가스연료 분사 개시 시기를 16.5(°crs BTDC)로 설정하고, 목표압력(Pmax-limit)을 한계압력으로 설정한 후, 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 이르도록 가스연료 분사지속시간(DOI)을 조절하는 경우(왼쪽에서부터 두 번째 Meas_2)는, 최고압력편차(Max - Min)가 1bar로 줄어들어 안정성이 향상된다. 이와 더불어 평균연소최고압력(Pmax-average)도 159.3까지 더욱 크게 상승함으로써 엔진 출력이 극대화 된다. 또한, 위와 같은 효과들에 기인하여 효율도 45.55로 더한층 향상된다.Next, the cylinder balancing control option is executed to set the gas fuel injection start timing of the entire cylinder to 16.5 (° crs BTDC), set the target pressure (Pmax-limit) to the limit pressure, When adjusting the gas fuel injection duration (DOI) so that the pressure (Pmax) reaches the target pressure (Pmax-limit) (the second Meas_2 from the left), the maximum pressure deviation (Max - Min) . In addition, the maximum combustion maximum pressure (Pmax-average) also increases to 159.3 to maximize the engine output. Also, due to the above effects, the efficiency is further improved to 45.55.

도 10은 도 9에 도시한 결과를 기초로 제어 전후의 평균연소최고압력(Pmax-average)과 최고압력편차의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 11은 제어 전후의 실린더 밸런싱에 따른 효율의 변화를 나타내는 그래프이다. FIG. 10 is a graph showing changes in the average combustion maximum pressure (Pmax-average) and the maximum pressure deviation before and after the control based on the results shown in FIG. 11 is a graph showing a change in efficiency due to cylinder balancing before and after control.

도 10 및 도 11에서 보이는 바와 같이, 또한 도 9의 설명으로부터 이미 알고 있는 바와 같이, 실린더 밸런싱을 수행하지 않은 경우(그림에서 'no balancing'으로 표시)에 비해, 파일럿 분사시기를 조절에 의해 연소최고압력(Pmax)을 제어하는 경우(그림에서 'active balancing @14°BTDC', 'active balancing @16°BTDC' 및 'active balancing @16.5°BTDC'로 표시), 평균연소최고압력(Pmax-average)(그림에서 'Average(bar)'로 표시)이 증대하고, 최고압력편차(Max - Min)(그림에서 'Max - Min(bar)'로 표시)가 대폭적으로 줄어들며, 효율도 향상된다.As can be seen from FIGS. 10 and 11 and as already known from the description of FIG. 9, compared with the case where the cylinder balancing is not performed (indicated by "no balancing" in the figure) When controlling the maximum pressure Pmax (indicated as 'active balancing @ 14 ° BTDC', 'active balancing @ 16 ° BTDC' and 'active balancing @ 16.5 ° BTDC'), the average combustion maximum pressure (Pmax-average (Shown as 'Average (bar)' in the figure) increases and the maximum pressure deviation (Max - Min) (shown as 'Max - Min (bar)' in the figure) is greatly reduced and efficiency is improved.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.The foregoing is a description of certain preferred embodiments of the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein, but may be modified and altered without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.

10 : 엔진
12 : 연소압력센서
14 : 노크 센서
20 : 실린더 헤드
22 : 오일연료 인젝터
24 : 파일럿 인젝터
26 : 가스 유입 밸브(GAV)
30 : 가스연료 공급 라인
32 : 가스밸브유닛(32)
34 : 가스연료 압력센서(34)
100 : 메인 컨트롤 패널
110 : 로컬 오퍼레이팅 패널
120 : 인젝션 컨트롤 패널
130 : 실린더 모니터링 패널
132 : 연소 모니터링 유닛
134 : 노크 감시 유닛
10: Engine
12: Combustion pressure sensor
14: Knock sensor
20: Cylinder head
22: Oil fuel injector
24: Pilot injector
26: Gas inlet valve (GAV)
30: Gas fuel supply line
32: gas valve unit 32
34: Gas Fuel Pressure Sensor (34)
100: Main control panel
110: Local operating panel
120: Injection control panel
130: Cylinder monitoring panel
132: Combustion monitoring unit
134: Knock monitoring unit

Claims (8)

오일연료와 가스연료를 사용하는 이중연료엔진의 엔진 컨트롤 시스템으로서,
각각의 실린더에 설치되어 연소압력을 감지하는 연소압력센서(12);
연소실에 오일연료를 분사하기 위한 오일연료 인젝터(22);
파일럿 연료를 분사하기 위한 파일럿 인젝터(24);
흡기 포트에 가스 연료를 분사하기 위한 가스 유입 밸브(26);
상기 파일럿 인젝터(24) 및 가스 유입 밸브(26)와 연결되어 동작을 제어하는 인젝션 컨트롤 패널(120);
상기 연소압력센서(12)와 연결되고, 해당 연소압력센서(12)로부터 각 실린더별 연소압력에 대한 시그널을 입력받아 각 실린더의 연소최고압력(Pmax) 값을 산출하는 연소 모니터링 유닛(132); 및
가스연료 운전 모드 시, 상기 연소 모니터링 유닛(132)으로부터 전송되는 연소최고압력(Pmax)을 사전에 설정된 목표압력(Pmax-limit)과 비교하고, 모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달할 때까지, 파일럿 분사시기를 진각 또는 지각시키는 제어 신호를 생성하거나, 또는 가스연료 분사 개시 시기를 진각 또는 지각 시켜 가스연료 분사지속시간(DOI)을 연장 또는 단축시키는 제어 시그널을 생성하고, 생성된 제어 시그널을 상기 인젝션 컨트롤 패널(120)에 하달하여 인젝션 컨트롤 패널(120)로 하여금 파일럿 인젝터(24)와 가스 유입 밸브(26)를 조정하도록 하는 메인 컨트롤 패널(100)을 구비하는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치.
An engine control system for a dual fuel engine using oil fuel and gaseous fuel,
A combustion pressure sensor (12) installed in each cylinder to sense the combustion pressure;
An oil fuel injector 22 for injecting the oil fuel into the combustion chamber;
A pilot injector (24) for injecting pilot fuel;
A gas inlet valve (26) for injecting gaseous fuel into the intake port;
An injection control panel 120 connected to the pilot injector 24 and the gas inlet valve 26 to control the operation thereof;
A combustion monitoring unit (132) connected to the combustion pressure sensor (12) and receiving signals from the combustion pressure sensor (12) for each cylinder combustion pressure to calculate a combustion maximum pressure (Pmax) value of each cylinder; And
The combustion maximum pressure Pmax transmitted from the combustion monitoring unit 132 is compared with a preset target pressure Pmax-limit and the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders is compared with the target pressure Pmax A control signal for advancing or retarding the pilot injection timing until the fuel injection timing is reached, or a control signal for extending or shortening the gaseous fuel injection duration (DOI) by advancing or retarding the timing of starting the gas fuel injection, And a main control panel 100 for causing the injection control panel 120 to adjust the pilot injector 24 and the gas inlet valve 26 by generating the control signal to the injection control panel 120 Wherein the cylinder-balancing device is a cylinder-balancing device.
제1항에 있어서,
상기 연소 모니터링 유닛(132)은, 상기 메인 컨트롤 패널(100)과 분리되어 독립적으로 설치되는 실린더 모니터링 패널(130)에 구비되는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the combustion monitoring unit (132) is provided in a cylinder monitoring panel (130) separated from the main control panel (100) and independently installed.
이중연료엔진의 가스연료 운전 모드에서의 실린더 밸런싱 방법으로서,
각 실린더의 연소압력센서(12)들로부터 연소압력에 대한 센싱 시그널을 입력받는 과정(단계 S501);
각 실린더의 연소압력 정보로부터 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 산출하는 과정(단계 S502);
각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악하는 과정(단계 S503);
각 실린더의 연소최고압력(Pmax)과 목표압력(Pmax-limit)을 비교하여, 모든 실린더들의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 모두 도달하였는지를 판단하는 과정(단계 S504);
연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되지 않은 실린더가 존재하는 경우, 해당 실린더의 연소최고압력(Pmax) 값이 목표압력(Pmax-limit)에 이를 때까지 파일럿 분사시기를 진각 또는 지각시키는 과정(단계 S505); 및
모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되면, 그때의 최종적인 파일럿 분사시기 조정 값을 유지하는 과정(단계 S506)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 방법.
A method of balancing a cylinder in a gaseous fuel operating mode of a dual fuel engine,
Receiving a sensing signal for the combustion pressure from the combustion pressure sensors 12 of each cylinder (step S501);
Calculating the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder from the combustion pressure information of each cylinder (step S502);
A process of determining whether the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit (step S503);
(Step S504) of comparing the maximum combustion pressure Pmax of the respective cylinders with the target pressure Pmax-limit to determine whether the maximum combustion pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit;
When there is a cylinder in which the combustion maximum pressure Pmax has not reached the target pressure Pmax-limit, the pilot injection timing is changed until the combustion maximum pressure Pmax of the cylinder reaches the target pressure Pmax-limit A step of advancing or retarding (step S505); And
(Step S506) of maintaining the final pilot injection timing adjustment value at that time when the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit Cylinder balancing method using maximum pressure control.
제3항에 있어서,
상기 목표압력(Pmax-limit)은,
구동중인 각 실린더로부터 산출되는 연소최고압력(Pmax)들의 평균값(Pmax-average)인 평균연소최고압력(Pmax-average)을 기준으로 소정의 상한치와 하한치를 지정한 압력 범위로 설정되거나, 또는,
정상 작동 시 실린더가 도달 가능한 최고압력인 한계압력을 기준으로 소정 범위의 하한치를 제한한 압력 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 방법.
The method of claim 3,
The target pressure (Pmax-limit)
(Pmax-average), which is an average value (Pmax-average) of the combustion maximum pressures (Pmax) calculated from the respective cylinders being driven, or a pressure range in which a predetermined upper limit value and a lower limit value are specified,
Wherein the cylinder is set to a pressure range in which a lower limit value of a predetermined range is limited based on a limit pressure which is a maximum pressure reachable by the cylinder during normal operation.
제3항에 있어서,
상기 단계 S505에서, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 낮으면 파일럿 분사시기를 진각 시키고,
어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 높으면 파일럿 분사시기를 지각시키는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 방법.
The method of claim 3,
In step S505, if the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is lower than the target pressure Pmax-limit, the pilot injection timing is advanced,
Wherein when the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is higher than the target pressure Pmax-limit, the pilot injection timing is retarded, and the cylinder balancing method using the combustion maximum pressure control of the dual fuel engine.
이중연료엔진의 가스연료 운전 모드에서의 실린더 밸런싱 방법으로서,
각 실린더의 연소압력센서(12)들로부터 센싱 시그널을 입력받는 과정(단계 S601);
각 실린더의 연소압력 정보로부터 각 실린더의 연소최고압력(Pmax)을 산출하는 과정(단계 S602);
각 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달하였는지를 파악하는 과정(단계 S603);
각 실린더의 연소최고압력(Pmax)과 목표압력(Pmax-limit)을 비교하여, 모든 실린더들의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 모두 도달하였는지를 판단하는 과정(단계 S604);
연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되지 않은 실린더가 존재하는 경우에는, 해당 실린더의 연소최고압력(Pmax) 값이 목표압력(Pmax-limit)에 이를 때까지 각 실린더의 가스연료 분사개시 시기를 진각 또는 지각 시켜 가스연료 분사지속시간(DOI)을 단계별로 연장 또는 단축시키는 과정(단계 S605); 및
모든 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)에 도달되면, 그때의 최종적인 가스연료 분사지속시간(DOI) 조정 값을 유지하는 과정(단계 S606)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 방법.
A method of balancing a cylinder in a gaseous fuel operating mode of a dual fuel engine,
A step of receiving a sensing signal from the combustion pressure sensors 12 of each cylinder (step S601);
Calculating the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder from the combustion pressure information of each cylinder (step S602);
A process of determining whether the maximum combustion pressure Pmax of each cylinder has reached the target pressure Pmax-limit (step S603);
(Step S604) of comparing the maximum combustion pressure Pmax of the respective cylinders with the target pressure Pmax-limit to determine whether the maximum combustion pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit;
When there is a cylinder in which the combustion maximum pressure Pmax has not reached the target pressure Pmax-limit, the cylinder pressure Pmax of the cylinder is increased until the combustion maximum pressure Pmax of the cylinder reaches the target pressure Pmax- A step of extending or shortening the gaseous fuel injection duration (DOI) step by step by advancing or retarding the start timing of the gaseous fuel injection (step S605); And
(Step S606), when the combustion maximum pressure Pmax of all the cylinders reaches the target pressure Pmax-limit, maintaining the final gaseous fuel injection duration (DOI) adjustment value at that time A cylinder balancing method using combustion maximum pressure control of a dual fuel engine.
제6항에 있어서,
상기 목표압력(Pmax-limit)은,
구동중인 각 실린더로부터 산출되는 연소최고압력(Pmax)들의 평균값(Pmax-average)인 평균연소최고압력(Pmax-average)을 기준으로 소정의 상한치와 하한치를 지정한 압력 범위로 설정되거나, 또는,
정상 작동 시 실린더가 도달 가능한 최고압력인 한계압력을 기준으로 소정 범위의 하한치를 제한한 압력 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 방법.
The method according to claim 6,
The target pressure (Pmax-limit)
(Pmax-average), which is an average value (Pmax-average) of the combustion maximum pressures (Pmax) calculated from the respective cylinders being driven, or a pressure range in which a predetermined upper limit value and a lower limit value are specified,
Wherein the cylinder is set to a pressure range in which a lower limit value of a predetermined range is limited based on a limit pressure which is a maximum pressure reachable by the cylinder during normal operation.
제6항에 있어서,
상기 단계 S605에서, 어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 낮으면 가스연료 분사지속시간(DOI)을 연장하고,
어떤 실린더의 연소최고압력(Pmax)이 목표압력(Pmax-limit)보다 높으면 가스연료 분사지속시간(DOI)을 단축하는 것을 특징으로 하는 이중연료엔진의 연소최고압력 제어를 이용한 실린더 밸런싱 방법.
The method according to claim 6,
In step S605, if the combustion maximum pressure Pmax of a certain cylinder is lower than the target pressure Pmax-limit, the gas fuel injection duration DOI is extended,
Wherein the gas fuel injection duration (DOI) is shortened if the maximum combustion pressure Pmax of a certain cylinder is higher than the target pressure Pmax-limit.
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