KR20150128603A - 내연기관과 그 작동방법 - Google Patents

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게오그 아놀트
에르빈 암플라츠
헤르베르트 코페체크
헤르베르트 샤움베르거
니콜라우스 스피라
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게 옌바허 게엠베하 운트 콤파니 오게
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Abstract

본 발명은 내연기관에 관한 것으로, 내연기관이 공기(L), 연소가스(B) 및 안정화가스(S)가 공급될 수 있는 적어도 하나의 연소실(2), 적어도 하나의 엔진변수(λ, p)를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서(3, 14), 및 적어도 하나의 센서(3)에 연결되는 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)를 구비하고, 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 의하여, 적어도 하나의 연소실(2)에 공급되는 안정화가스(S)의 양이 적어도 하나의 엔진변수(λ, p)에 따라 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어에 의하여 제어됨을 특징으로 한다.

Description

내연기관과 그 작동방법 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 청구범위 제1항의 전문의 특징부에 따른 내연기관과, 청구범위 제9항의 전문의 특징부에 따른 내연기관의 작동방법에 관한 것이다.
내연기관의 여러 가지 응용이 있는바, 이러한 내연기관은 비교적 낮은 발열량을 갖는 연료, 더욱이 일부의 경우에 있어서 크게 변화하는 발열량을 갖는 연료로 작동된다. 특별한 예로서는 예를 들어 탄광에서 얻은 소위 저-BTU 가스로 작동되는 가스엔진이 있다. 이러한 저-BTU[British Thermal Unit(영국열량단위)] 가스는 낮은 발열량을 가질 뿐만 아니라 발열량이 크게 변화하므로, 종래에는 연소가스가 일시적으로 매우 낮은 발열량을 갖는다 하여도 연소를 보장하는 안정화가스를 연소가스에 혼합하였다. 예를 들어, 이는 본원 출원인의 모델 620 E51의 시리즈 6에서 실현된다.
혼합은 이러한 연소를 보장하는 조건이 단지 충족될 수 있도록 이루어진다. 이러한 가스는 구매하여야 하고 그 양호한 연소성 때문에 통상적으로 연소가스 보다 비싸므로 안정화가스의 경제적인 사용이 필요하다.
여기에서 사용되는 안정화가스는 수소 및/또는 메탄을 함유하는 가스, 예를 들어 순수 수소 또는 순수 메탄과, 천연가스 또는 코크스로 가스가 좋다. 그러나, 근본적으로, 내연기관이 연속적으로 작동될 수 있도록 한다면 어떠한 가스라도 안정화가스로서 사용하는 것이 가능하다.
상기 언급된 바와 같이, 가능한 한 적은 양의 안정화가스를 사용하는 목적은 추가로 개발이 이루어질 수 있도록 하였다. 연소가스가 내연기관에 공급되기 전에 연속하여 연소가스의 조성을 측정하고 이로부터 바로 그때 존재하는 발열량을 측정하는 것이 알려져 있다. 이와 같이 함으로써, 만약 바로 그때 이러한 연소가스가 특별히 낮은 발열량을 갖는 경우, 선택적으로 보다 많은 안정화가스가 공급될 수 있다. 이러한 경우에 있어서 결점은 예를 들어 가스 크로마토그래프(gas chromatograph) 또는 질량 스펙트로미터(mass spectrometer)와 같이 연소가스의 분석을 위하여 요구되는 측정기구가 매우 복잡하다는 점이다. 이들 분석방법은 비교적 느리고, 그 결과로 연소가스의 발열량이 신속히 변화하는 경우의 조건에 따라서 안정화가스를 정확히 혼합하는 것이 불가능하다. 더욱이, 이들은 고가이고 고장의 위험이 커서, 안정화가스의 일정한 혼합이 이루어지는 본문의 서두에 언급된 바와 같은 방법이 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 내연기관과 이러한 내연기관의 작동방법을 제공하는바, 가변적이고 그리고/또는 너무 낮은 발열량을 갖는 연소가스의 연소에서 신뢰가능한 작동이 이루어지고 또한 안정화가스의 효율적인 사용이 이루어질 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징부를 갖는 내연기관과 청구범위 제9항의 특징부를 갖는 방법에 의하여 달성된다.
이는 적어도 하나의 연소실에 공급되는 안정화가스의 양이 적어도 하나의 엔진변수에 따라서 개방루우프 또는 폐쇄루우프형 제어방식에 의하여 제어됨으로써 이루어진다.
본 발명은 대부분의 경우 이미 내연기관에 구비되어 있는 센서가 연소량을 감지하는데 사용될 수 있다는 사실에 기초하고 있다. 따라서, 본 발명은 측정요소를 위한 자원요건은 실질적으로 동일하게 유지되면서 안정화가스를 효율적이고 선택적으로 사용할 수 있도록 한다.
또한, 연소가스가 내연기관에서 너무 높은 발열량을 갖는 반대의 경우, 안정화가스에 의하여 안정된 작동이 보장될 수 있다. 발열량이 낮은 안정화가스를 사용함으로써, 내연기관에서 허용가능한 발열량을 갖는 혼합가스가 항상 연소실에 공급될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따라서, 안정화가스는 또한 연소가스의 다른 파라메타가 유용한 내연기관에 적합하지 않은 경우에도 사용될 수 있다. 여기에서 중요한 예는 화염속도이다. 이는 연소가스의 화염속도가 너무 낮은 경우(너무 높은 경우), 내연기관을 위하여 정확한 화염속도를 갖는 혼합가스를 전체로 공급하기 위하여 더 높은(더 낮은) 화염속도를 갖는 안정화가스가 혼합될 수 있음을 의미한다.
만약 연소가스의 다수의 파라메타가 내연기관에 적합치 않은 경우, 연소될 가스를 조정하기 위하여 다수의 상이한 안정화가스를 사용하는 것도 또한 명백히 가능하다.
종래기술에 관하여 언급된 일반적인 형태의 내연기관, 또는 일반적인 형태의 방법의 모든 가능한 응용예가 본 발명에 따른 내연기관 또는 방법의 경우에 또한 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시형태가 청구범위의 종속항에서 정의된다.
본 발명은 8, 10, 12, 16, 18, 20, 22 또는 24개의 실린더를 갖는 가스엔진의 경우에 사용되는 것이 좋다.
좋기로는 본 발명은 전기발생을 위하여 발전기에 결합되거나 또는 특히 펌프나 콤프레셔와 같은 기구를 직접 구동시키기 위하여 사용되는 특히 외부점화식의 고정형 내연기관의 경우에 사용된다.
적어도 하나의 연소실에 공급되는 안정화가스, 연소가스 또는 공기의 분량은 가스 물질의 양을 의미하는 것으로 이해되는 것이 좋다. 기본적으로, 예를 들어, 질량기반의 양에 기반한 분량은 폐쇄루우프형 제어 또는 개방루우프형 제어용으로 사용될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 가스의 양을 이들의 화학에너지량에 관하여 명시하는 것이 가능하다.
한 실시형태에서, 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치에 연결된 람다 프로우브(lambda probe)가 엔진의 변수로서 람다값(공기과잉수)을 측정하기 위하여 제공되는 것이 좋다. 람다 프로우브는 배기가스관에 배치되는 것이 좋다. 측정된 람다값은 안정화가스의 공급의 폐쇄루우프형 제어 또는 개방루우프형 제어용으로 사용될 수 있다.
람다값은 마찬가지로 인입관에서 산소함량을 측정함으로써 결정되어 엔진의 폐쇄루우프형 제어시스템에 공급될 수 있다.
다른 방식으로 또는 부가적으로, 람다값이 산소센서의 측정값으로부터 추론될 수 있으므로 이러한 람다값은 산소센서에 의하여 결정될 수 있다. 분명한 것은 측정값이 람다값을 결정할 수 있는 다른 센서를 사용하는 것도 가능하다.
더욱이, 한 실시형태에서, 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치에 연결된 적어도 하나의 센서가 엔진의 변수로서 연소중에 적어도 하나의 연소실에 존재하는 연소가스, 안정화가스 및 공기의 혼합물의 적어도 하나의 압력을 측정하기 위하여 제공되는 것이 좋다. 따라서 적어도 하나의 연소실에 존재하는 가스의 연소속도의 특징인 시간변수는 감지된 실린더압력으로부터 계산될 수 있다. 또한 이러한 시간변수는 안정화가스의 개방루우프형 제어 또는 폐쇄루우프형 제어에서 고려되는 것이 유리할 수 있다.
본 발명이 압력센서를 언급하는 한,
이는 마찬가지로
- 이온전류 센서, 또는
- 적어도 하나의 연소실의 온도를 감지하기 위한 센서
를 사용하는 것도 가능할 것이다.
이들 센서의 측정값은 또한 특유의 연소진행과정을 추론하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 특별히 유리한 실시형태에서, 연소실마다 정확히 하나의 센서, 특히 하나의 압력센서가 제공된다. 이와 같이 함으로써, 각 시간변수는 각 연소실에 대하여 계산될 수 있다. 다른 유리한 실시형태에서, 계산될 시간변수의 정확성을 개선하기 위하여 이들 각 시간변수가 평균되거나, 또는 각 시간변수의 중앙값이 계산된다. 그러나, 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어에 의하여 각 연소실에 대하여 안정화가스의 혼합물이 또한 제어될 수 있을 것이다.
시간변수 및/또는 각 시간변수의 결정에 있어서, 소위 "질량연소율(MFB: mass fraction burned)"을 도출하는 것이 가능하다. 이를 정의하기 위하여, Heywood 의 기술서적 "Internal Combustion Engine Fundamentals"(McGraw-Hill, 1988)의 섹션 9.1과 9.2, 특히 9.2.1과 9.2.2를 참조할 수 있다. MFB 가 그 최대값의 정의된 비율에 도달하는 시간의 순간이 시간변수 및/또는 각 시간변수로서 사용될 수 있다. 본 발명에 있어서, 이러한 비율의 바람직한 값은 30%~80% 사이, 특히 40%~65% 사이, 특히 좋기로는 50% 이다. 이와 같이 하여 얻은 시간변수 및/또는 각 시간변수를 MFB50(비율이 50%인 경우임; 달리 선택된 비율에 대하여서도 유사하게 표현된다)이라 한다.
이러한 비율은 또한 0%~10% 사이일 수도 있다. 이때 시간변수 및/또는 각 시간변수는 점화지연이라 한다. 이에 대한 정의는 Heywood 의 기술서적 "Internal Combustion Engine Fundamentals"(McGraw-Hill, 1988)의 섹션 9.2.3을 참조할 수 있다.
본 발명의 특별한 우선실시형태에서, 연소중에, 적어도 하나의 연소실에서 압력진행과정은 적어도 하나의 압력센서에 의하여 측정되고 시간변수를 계산하기 위하여 사용된다. 이는 적어도 하나의 압력센서에 의한 다양한 압력값의 측정에 의하여 이루어지는 것이 좋다. 연소마다 적어도 하나의 압력센서에 의하여 공급된 압력값이 많으면 많을수록, 즉, 측정된 압력진행과정의 시간분해능이 크면 클수록, 이들로부터 측정된 시간변수가 계산될 수 있는 정밀도가 크다.
이는 특히 이러한 실시형태의 다음의 개발에 적용한다. 가열진행과정이 압력진행과정과 모니터된 압력진행과정의 차이로서 계산될 수 있으며, 누적가열진행과정이 가열진행과정의 적분으로 계산되고, 누적가열진행과정이 시간변수를 계산하기 위하여 사용된다. 모니터된 압력은 연소없이 연소실내 압력의 진행과정을 의미하는 것으로 이해된다. 예를 들어, 피스턴-실린더 유닛의 경우, 연소가 이루어지지 않는다 하여도 모니터되는 작동중에 압력이 주기적으로 변화한다. 모니터되는 압력진행과정은 시뮬레이션에 의하여 또는 분석계산에 의하여 실험적으로 결정될 수 있다. 이러한 실시형태는 연소실에서 정확한 연소진행과정을 포착할 수 있도록 한다.
MFB 에 기반한 시간변수 또는 각 시간변수는 가열진행과정으로부터 용이하게 결정될 수 있으며, 누적가열진행과정이 그 최대값의 정의된 비율에 도달하는 시간의 순간은 시간변수 또는 각 시간변수로서 사용되며, 여기에서 이러한 비율은 30%~80% 사이, 좋기로는 40%~65% 사이, 특히 좋기로는 50% 이다.
다른 방식으로 또는 부가적으로, 0%~20% 사이의 비율이 사용될 수 있다. 이러한 경우, 시간변수 및/또는 각 시간변수는 점화지연이라 한다.
연소의 시작시에 실린더내에 존재하는 유동조건은 (예를 들어, 50% 질량연소율의 시간순간에 비교하였을 때) 비교적 간단하므로 점화지연의 이용은 유리한 것이다. 이에 대한 필요조건은 연소과정의 시작시에 적어도 하나의 압력센서에 대해 충분히 높은 압력레벨이다.
그러나, 시간변수는 다른 방법으로 또한 계산될 수 있다. 그 일부의 예는 다음과 같다: - 차등가열법의 최대값, - 차등가열법의 중심의 측정, -실린더 압력의 피크값의 위치(이와 같이 함으로써, 50% 질량연소율이 매우 용이하게 측정될 수 있다),
- 실린더압력측 플랭크의 평가(이 방법은 도면의 설명에서 간단히 기술되었다, 도 3 참조).
본 발명의 특별한 우선실시형태에서, 람다 프로우브와 적어도 하나의 연소실내에 배치된 적어도 하나의 압력 센서 모두가 사용될 수 있다. 그러나, 람다 프로우브에 의하여 람다값을 측정하는 대신에 적어도 하나의 압력센서의 측정값으로부터 람다값을 계산하는 것이 가능하다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 개요도.
도 2a와 도 2b는 제1 실시형태에서 시간변수의 측정을 보인 두 개의 다이아그램.
도 3은 제2 실시형태에서 시간변수의 측정을 보인 다이아그램.
도 4는 본 발명에 따른 내연기관, 또는 본 발명에 따른 방법의 폐쇄루우프형 제어개념을 설명하는 설명도.
내연기관(1)은 연소가스(B)와 안정화가스(S)의 공급원을 갖는다. 연소가스(B)는 연소가스공급라인(11)을 통하여 제1 혼합장치(7)로 공급된다. 제1 혼합장치(7)에는 공기공급라인(12)을 통하여 부가적으로 공기(L)가 공급된다. 제1 혼합장치(7)에서 생성된 예비혼합가스가 제2 혼합장치(8)로 공급된다. 제2 혼합장치(8)에서, 안정화가스(S)는 안정화가스 공급라인(9)을 통하여 예비혼합가스에 혼합되어 연소실(2)로 공급되는 메인 혼합가스를 생성한다. 도면에서는 단순히 예를 들어 연소실(2)이 10개인 것을 표시하였다. 그러나, 본 발명에 있어서, 연소실(2)의 수는 중요하지 않다. 도면을 간명하게 보이기 위하여 연소실(2)과 압력센서(3)에 대하여 도면부호를 모두 붙이지는 않았다.
특히, 갱내가스 또는 피트 가스(pit gas)의 경우, 도시된 바와 달리, 공기공급라인(12)과 연소가스(B)의 공급원은 서로 바뀌어 연소가스(B)가 자유롭게 유동하고 공기는 조절밸브(10)를 통하여 계측된다.
이러한 실시형태에서, 연소실은 피스턴-실린더 유닛으로서 실현된다. 과급기(16)가 제공된다. 또한 다수의 과급기(16)가 또한 제공될 수 있다(도시하지 않았음).
과급기(16)는 콤프레셔측에 바이패스 밸브(17)를 가지고 터빈측에 웨이스트 게이트(waste gate)(18)를 갖는다. 이들에 의하여, 부스트 압력과 충전공기량은 매우 신속하게 영향을 받을 수 있어 내연기관(1)의 파워출력과 배기가스가 폐쇄루우프형 제어에 의하여 제어될 수 있다.
이러한 예시된 실시형태에서, 내연기관(1)은 전기발전을 위하여 발전기(5)를 구동시킨다.
배기가스라인(20)내에 람다 프로우브(14)가 배치되고, 이는 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 연결되어 있다. 폐쇄루우프형 제어장치(4)의 기능에 대하여서는 도 4가 참조될 수 있다.
각 연소실(2)에 대하여, 각각의 압력센서(3)가 제공되고, 이 압력센서는 연소중에 연소실(2)에서 압력진행과정을 측정한다. 측정값이 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 전달되고, 이러한 제어장치는 이들 측정값을 시간변수를 계산하는데 이용한다. 이는 도 2a와 도 2b를 참조하여 이하 추가로 설명되는 방법에 따라서 이루어진다.
람다 프로우브(14)와 압력센서(3)의 측정값에 부가하여, 폐쇄루우프형 제어장치(4)에는 부스트압력센서(6), 충전온도센서(19) 및 발전기(5)의 파워센서(15)의 측정값들이 공급된다. 폐쇄루우프형 제어장치(4)는 연소가스 공급라인(12)과 안정화가스 공급라인(9)내에 존재하는 조절밸브(10)에 영향을 준다. 이러한 실시형태의 예에서, 이들 밸브는 유량제어밸브로 실현된다.
앞의 문단에서 언급된 충전온도센서(19)의 사용에 대한 다른 방안으로서, 충전공기량 센서가 또한 사용될 수 있다.
더욱이, 폐쇄루우프형 제어장치(4)는 스로틀 밸브(13), 콤프레셔측의 바이패스 밸브(17), 및 웨이스트 게이트(18)에 영향을 준다.
연소실과 이들의 점화장치는 종래기술에 따라 실현되게 된다. 분명한 것은 본 발명이 다른 알려진 기술과 조합될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 배기가스의 재순환 또는 개질(改質)은 어려움 없이 이루어질 수 있다.
압력센서(3)에 의하여 측정된 압력진행과정(DV)이 도 2a에 도시되어 있다. 이러한 경우에 있어서, 각 피스턴의 위치가 시간단위로서 사용된다. 이러한 위치는 크랭크샤프트의 해당 크랭킹(cranking)의 위치로 표시되며, 0°는 피스턴의 상사점을 나타낸다.
도 2a는 부가적으로 모니터링진행과정(SV), 즉, 실린더내의 가스가 점화되지 않았을 때의 실린더 압력의 진행과정을 보인 것이다. 이러한 경우에 있어서, 모니터링 진행과정은 분석적으로 계산되었다. 도 2b에서 보인 가열진행과정(HV)은 압력진행과정(DV)과 모니터링 진행과정(SV)의 차이로부터 계산될 수 있다. 또한 이러한 도면에서는 누적가열진행과정(kHV)을 보이고 있는바, 이는 가열진행과정(HV)의 적분을 나타낸다. MFB 50(질량연소율 50%)로 표시한 누적가열진행과정의 최대값에서 50%에 도달한 크랭크샤프트의 위치는 시간변수로서 사용된다.
가열진행과정 HV에 관하여서는 기술문헌(Heywood, "Internal Combustion Engine Fundamentals", 1988, page 387 이하 참조)에 기재되어 있다.
분명히, 다른 백분율 수치들이 시간변수를 정의하는데 적합할 수도 있다.
MFB 50 은 AI 50(Angle Integrated 50%) 이라고 할 수도 있다.
도 3은 압력진행과정(DV)으로부터 시간변수의 결정을 위한 다른 실시형태를 보인 것이다. 이러한 경우에 있어서, 압력진행과정의 최대값이 결정되고, 압력진행과정(DV)의 곡선에서 옵셋트(V)만큼 압력최대값을 앞으로 옮긴 포인트(P1)가 확인된다. 그리고 압력진행과정(DV)의 우측 플랭크에 위치하고 P1 과 동일한 압력값을 갖는 제2 포인트(P2)가 결정된다. 이러한 방법으로 평균값을 움직여 포인트들(P1 및 P2)을 확인할 수 있도록 하는바, 이것은 정확도를 높여준다.
포인트들(P1 및 P2)의 두 시간좌표 사이의 값은 시간변수 또는 각 시간변수로서 사용되며, 여기에서 통상 50%의 분할(division)이 사용된다. 분명히, 또한 다른 분할(40%~60%, 30%~70%)이 사용될 수도 있다.
도 1로부터의 실시형태에 따른 내연기관(1)의 폐쇄루우프형 제어는 다음과 같이 설명된다. 연소가스(B)와 안정화가스(S)의 요구된 양은 람다값(λ)에 기초하거나 또한 직접 산소함량에 기초하여 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 의하여 설정된다.
최적으로 안정되고 강인한 엔진작동을 보장하기 위하여, 람다 프로우브(14)에 의한 폐쇄루우프형 제어가 연소센서[예를 들어, 압력센서 (3)]에 의한 폐쇄루우프형 제어에 조합되는 것이 좋다.
개방루우프형 제어 또는 폐쇄루우프형 제어는 시간변수가 어떤 한계값을 초과하는 경우, 보다 많은 연소가스와 안정화가스가 공급(일정한 비율로)될 수 있도록 실현될 수 있다. 만약 람다값(λ)이 허용가능한 범위내에 있지 않은 경우, 연소가스(B)와 안정화가스(S)의 비율이 조절된다.
이와 같이 폐쇄루우프형 제어는 내연기관(1)이 항상 안정된 작동과 낮은 배기가스 및 실현가능한 효율에 유리한 람다값 λ>1.0 을 갖는 가스-공기 혼합물로 작동될 수 있도록 한다.
이에 상응하는 폐쇄루우프형 제어개념이 도 4에서 설명된다.
폐쇄루우프형 제어장치(4)에 AI50 의 기준값(AI50_Ref 로 표시함)과 최소 람다값(λmin)이 저장되어 있다.
측정값(λ)이 λmin 과 비교되고 그 결과가 비례제어기(31)에 공급된다(이 실시형태에서, λmin = 1.1).
비례제어기(31)를 사용하는 것이 본 발명에서 필수적인 것은 아니다. 또한 다른 형태의 제어기 또는 특성요인도(characteristic diagram)가 사용될 수 있다.
그리고, 비례제어기(31)에 의하여 얻고 연소가스(B)와 안정화가스(S)의 비율을 파라메타로 나타내는 값 X 는 포화기(33)에 의해 사전에 정의된 포화한계값(Xsat)이하(예를 들어, X≤0.2)로 유지된다[X 는 0과 1 사이의 값이고, 안정화가스(S)와 연소가스(B)의 물질의 총량에 대한 안정화가스(S)의 물질의 양의 비율로서 정의된다]. 이는 만약 값 X 가 Xsat 보다 크면 포화기(33)가 X 를 Xsat 로 치환함을 의미한다. 이러한 방식은 유사하게 포화기(33)에 대한 입력값이 음수인 경우, 즉 음수입력값인 경우 포화기(33)는 X = 0 을 출력한다.
만약 비례제어기(31)에 의하여 얻은 값 X 가 포화한계값 Xsat (예를 들어, Xsat = 0.2)에 도달하는 경우, 내연기관(1)의 출력파워는 X-Xsat 의 편차에 비례하여 감소된다. 설명은 간명하게 하기 위하여, 그 자체가 잘 알려진 출력파워 폐쇄루우프형 제어회로는 도시하지 않았다.
값 X 는 공급된 안정화가스의 양에 대하여 기준으로서 사용된다. 1-X 는 공급된 연소가스의 양에 대하여 기준으로서 사용된다.
이해를 돕기 위하여, 수치의 예가 주어진다. 만약 측정된 람다값(λ)이 최소 람다값(λmin)과 같은 경우, 즉, λ = λmin 인 경우, 값 0 이 비례제어기(31)에 공급되고, 이 값은 변하지 않고 포화기(33)로 보내진다. 0 이 포화기(33)의 허용된 값 범위내에 있으므로 포화기는 X = 0 을 출력한다. 만약 가스조성이 변화하면, 측정된 람다값은 λ = 1.0 으로 변화하고 λ 와 λmin 사이의 비교로 값 0.1 을 얻는다. 이러한 수치의 예를 위하여, 해당 비례제어기(31)의 상수는 1 과 같아야 한다. 마찬가지로 포화기(33)에는 값 0.1 이 공급된다. 마찬가지로 0.1 은 포화기(33)의 값의 범위내에 있으므로 포화기는 X = 0.1 을 출력한다. 이는 이러한 경우에 있어서 10% 의 안정화가스(S)가 혼합됨을 의미한다[물질의 총량에 대하여, 또는 안정화가스(S)와 연소가스(B)의 에너지량에 대하여].
AI50_Ref 는 압력센서(3)에 의하여 측정된 실제 AI50 에 비교되고, 판정장치(31)에 공급된다. 판정장치(31)는 실제 AI50 와 AI50_Ref 사이의 편차가 어떠한 한계값을 초과하는지의 여부를 확인한다(예를 들어,│AI50 - AI50_Ref│>3°).
만약 이와 같은 경우에 있어서, 편차가 예를 들어 다른 비례제어기(32)에 공급되고, 다른 비례제어기(32) 이후에 제공되는 결과에 의하여 안정화가스(S)와 연소가스(B)의 양은 동일한 인수로 달라진다. 이러한 본 발명의 실시형태에 있어서, 이는 승산기(34)에 의하여 이루어진다.
다른 방식으로 또는 부가적으로, 또한 안정화가스(S)와 연소가스(B)의 비율에 개입하는 것도 가능하다. 이는 앞의 문단에서 설명한 것과는 다르게, 물질의 양 또는 가스의 에너지량이 동일한 인수로 달라지지 않음을 의미한다.
따라서 조절밸브(10)에 대한 결과로서 공급될 안정화가스의 물질의 양에 대하여 YS 와, 공급될 연소가스의 물질의 양에 대하여 YB 가 출력된다.
1: 내연기관, 2: 연소실, 3: 압력센서, 4: 폐쇄루우프형 제어장치, 5: 발전기, 6: 부스트 압력센서, 7: 제1 혼합장치, 8: 제2 혼합장치, 9: 안정화가스 공급라인, 10: 조절밸브, 11: 연소가스 공급라인, 12: 공기공급라인, 13: 스로틀밸브, 14: 람다 프로우브, 15: 파워센서, 16: 과급기, 17: 바이패스 밸브, 18: 웨이스트 게이트, 19: 충전온도센서, 20: 배기가스라인, 31, 32: 비례제어기, 33: 포화기, 34: 승산기.

Claims (20)

  1. - 공기(L), 연소가스(B) 및 안정화가스(S)가 공급될 수 있는 적어도 하나의 연소실(2),
    - 적어도 하나의 엔진변수(λ, p)를 측정하기 위한 적어도 하나의 센서(3, 14), 및
    - 적어도 하나의 센서(3)에 연결되는 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)
    를 구비한 내연기관에 있어서,
    개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 의하여, 적어도 하나의 연소실(2)에 공급되는 안정화가스(S)의 양이 적어도 하나의 엔진변수(λ, p)에 따라 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어에 의하여 제어될 수 있음을 특징으로 하는 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 연결된 람다 프로우브(14) 및/또는 산소센서가 엔진변수로서 람다값(λ)을 측정하기 위하여 제공됨을 특징으로 하는 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압력센서(3)로서 실현되는 것이 좋은 적어도 하나의 센서가 엔진변수로서 연소중에 적어도 하나의 연소실(2)내에 존재하는 연소가스(B), 안정화가스(S) 및 공기(L)의 혼합물의 적어도 하나의 압력을 측정하기 위하여 제공되고, 적어도 하나의 센서가 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 연결됨을 특징으로 하는 내연기관.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 이온전류 센서가 연소상태를 감지하기 위하여 제공됨을 특징으로 하는 내연기관.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 정확하게 하나의 센서가 연소실(2) 마다 제공됨을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 제3항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서, 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)가 적어도 하나의 센서의 측정값으로부터 적어도 하나의 연소실(2)내에 존재하는 가스의 연소속도의 특징인 시간변수를 계산하고, 시간변수에 따라서 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어에 의하여 적어도 하나의 연소실(2)에 공급된 안정화가스(S)의 양을 제어하도록 구성됨을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서, 제1 혼합장치(7)가 연소가스(B)와 공기(L)의 예비혼합가스를 생성하도록 제공되고, 제1 혼합장치(7)에 연결된 제2 혼합장치(8)가 예비혼합가스와 안정화가스(S)로 조성된 메인 혼합가스를 생성하도록 제공되며, 메인 혼합가스가 적어도 하나의 연소실(2)로 공급될 수 있음을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 제1항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서, 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어장치(4)에 연결된 조절밸브(10)가 안정화가스(S)의 공급을 위하여 안정화가스 공급라인(9)에 제공됨을 특징으로 하는 내연기관.
  9. - 공기(L), 연소가스(B) 및 안정화가스(S)가 적어도 하나의 연소실(2)에 공급되고,
    - 적어도 하나의 연소실(2)에 존재하는 가스가 점화되며,
    - 적어도 하나의 엔진변수(λ, p)가 적어도 하나의 센서(3, 14)에 의하여 내연기관에서 측정되는
    내연기관의 작동방법에 있어서,
    - 적어도 하나의 연소실(2)에 공급되는 안정화가스(S)의 양이 적어도 하나의 엔진변수(λ, p)에 따라서 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  10. 제9항에 있어서, 람다 프로우브 및/또는 산소센서가 센서로서 사용되고, 람다 프로우브(14)에 의하여 측정된 그리고/또는 산소센서의 측정값에 의하여 결정된 람다값(λ)이 엔진변수로서 사용됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  11. 제10항에 있어서, 람다값이 한계값인 최소 람다값(λmin) 이하로 떨어지는 경우 공급되는 안정화가스(S)의 양이 증가됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  12. 제9항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 센서가 엔진변수로서 적어도 하나의 연소실(2)의 압력을 측정하는데 사용되고, 압력센서(3)가 좋기로는 센서로서 사용됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 연소실(2)내에 존재하는 연소가스(B), 안정화가스(S) 및 공기(L)의 혼합가스의 연소속도의 특징인 시간변수가 적어도 하나의 측정된 압력(p)으로부터 계산되고, 적어도 하나의 연소실(2)에 공급되는 안정화가스(S)의 양이 시간변수에 따라서 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어에 의하여 제어됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  14. 제13항에 있어서, 안정화가스(S)와 연소가스(B)의 양이 동일한 인수로 시간변수에 따라 달라짐을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 다수의 연소실(2)을 갖는 내연기관(1)을 이용하는 내연기관의 작동방법으로서, 각 시간변수(AI50, MFB50)가 각 연소실(2)에 대하여 계산되고, 시간변수가 각 시간변수(AI50, MFB50)의 최대값, 최소값, 평균값 또는 중앙값으로서 계산됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  16. 제13항 내지 제15항의 어느 한 항에 있어서, 연소중에, 적어도 하나의 연소실(2)내의 압력진행과정(DV)이 적어도 하나의 센서에 의하여 측정되고 시간변수를 계산하기 위하여 사용됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  17. 제16항에 있어서, 가열진행과정(HV)이 압력진행과정(DV)과 모니터된 압력진행과정(SV)의 차이로부터 계산되고, 누적가열진행과정(kHV)이 가열진행과정(HV)의 적분으로 계산되며, 누적가열진행과정(kHV)이 시간변수 및/또는 각 시간변수(AI50, MFB50)를 계산하는데 사용됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  18. 제17항에 있어서, 누적가열진행과정(kHV)이 그 최대값의 정의된 비율에 도달하는 시간의 순간은 시간변수 또는 각 시간변수(AI50, MFB50)로서 사용되고, 이 비율이 5%~20% 사이, 또는 30%~80% 사이, 좋기로는 40%~65% 사이, 특히 좋기로는 50% 임을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  19. 제16항 내지 제18항의 어느 한 항에 있어서, 시간변수 및/또는 각 시간변수(AI50, MFB50)가 크랭크샤프트의 회전위치에서 상사점으로부터 측정된 해당 크랭크샤프트의 크랭킹의 각위치로서 표현되는 피스턴 위치에 의하여 표시되는, 좋기로는 누적가열진행과정(kHV)의 50% 비율을 사용하는 내연기관의 작동방법으로서, 적어도 하나의 연소실(2)에 공급된 안정화가스(S)의 양이 개방루우프형 또는 폐쇄루우프형 제어에 의하여 50% 질량연소율의 기준값(AI50_Ref)으로 제어됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
  20. 제16항에 있어서, 시간변수 및/또는 각 시간변수(AI50, MFB50)의 계산을 위하여, 압력진행과정(DV)에 배치된 제1 포인트(P1)와, 압력진행과정(DV)에 배치된 제2 포인트(P2)가 선택되고, 압력진행과정(DV)의 절대값 및/또는 압력진행과정(DV)의 경사도가 제1 포인트(P1) 및/또는 제2 포인트(P2)의 선택을 위한 기준으로서 사용되며, 제1 포인트(P1)와 제2 포인트(P2)의 시간좌표 사이의 값이 시간변수 및/또는 각 시간변수(AI50, MFB50)를 위하여 결정되고, 좋기로는 50%의 분할이 사용됨을 특징으로 하는 내연기관의 작동방법.
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