KR20160004730A - 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법 - Google Patents

차량 엔진의 출력 향상 제어 방법 Download PDF

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Abstract

차량 엔진의 출력 향상 제어 방법이 개시된다. 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법은, (a) 차량의 배기가스의 설정된 온도 범위에서 배기가스의 발열량을 도출하고, 도출된 발열량 값을 엔진 ECU에 입력하는 단계와, (b) 차량에 설치된 배기가스 온도 센서를 이용하여 엔진에서 배출되는 배기 가스의 온도를 측정하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 배기 가스의 온도가 설정된 기준 온도 이상으로 확인되면 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 감소시키도록 제어하는 단계와, (d) 상기 (b) 단계에서 측정된 배기가스의 온도가 설정된 기준 온도 미만으로 확인되면, 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 증가시키도록 제어하는 단계를 포함한다.

Description

차량 엔진의 출력 향상 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING FOR RISING ENGINE-GENERATIING}
본 발명은 차량의 연소 안정성의 향상이 가능하고 엔진 출력의 향상이 가능한 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법에 관한 것이다.
현재 세계적으로 고열량의 천연가스가 줄어들고, 파이프 천연가스(PNG, Pipe line Natural Gas) 늘어나고 있다.
따라서, 국내의 천연가스 보급이 점차적으로 저열량화되는 것이 예상되는 바, 천연가스를 연료로 사용하는 국내 산업용 가스 기기의 문제점을 최소화하는 연구 및 효율적 사용을 위한 대응 조치가 선행될 필요성이 대두되고 있다.
한편, 천연가스를 원료로 사용하는 가스 엔진에서는, 가스의 성분이 변동될 경우, 초기 시동 안정성 및 아이들 운전 안정성을 약화시키는 문제점이 있다.
즉, 종래의 가스 엔진은 가스의 성분이 변동되는 경우가 빈번하여, 점화시기의 최적화 이탈에 따른 연료 소비율의 증가될 수 있는 문제점이 있다, 또한 종래 가스 엔진은 적정 공연비에 대비하여 희박 연소가 발생됨으로써, 연소 불안정에 따른 엔진 회전수가 불규칙하게 발생되어 엔진 운전 안정성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예는 배기가스 온도에 대응하여 차량의 연료량을 제어하여 엔진 츨력의 향상이 가능한 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는, (a) 차량의 배기가스의 설정된 온도 범위에서 배기가스의 발열량을 도출하고, 도출된 발열량 값을 엔진 ECU에 입력하는 단계와, (b) 차량에 설치된 배기가스 온도 센서를 이용하여 엔진에서 배출되는 배기 가스의 온도를 측정하는 단계와, (c) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 배기 가스의 온도가 설정된 기준 온도 이상으로 확인되면 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 감소시키도록 제어하는 단계와, (d) 상기 (b) 단계에서 측정된 배기가스의 온도가 설정된 기준 온도 미만으로 확인되면, 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 증가시키도록 제어하는 단계를 포함한다.
(a) 단계는, (a-1) 상기 배기가스의 온도를 단계적으로 변화시키는 단계와, (a-2) 상기 (a-1) 단계의 배기가스 온도의 변화된 온도에 대응하여 배기가스의 발열량을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
(a-2) 단계는 하기의 수식으로 배기가스의 발열량을 도출할 수 있다.
Figure pat00001
수식에서 y는 배기가스의 발열량이고, x는 배기가스의 온도이다.
(c) 단계는, (c-1) 배기가스의 설정된 기준 온도를 수식에 대입하여 제1 발열량을 도출하는 단계와, (c-2) 배기가스의 측정된 온도를 수식에 대입하여 제2 발열량을 도출하는 단계와, (c-3) 제2 발열량에서 제1 발열량을 제한 발열량에 대해, 1
Figure pat00002
의 발열량에 대해 공급 연료량을 5.88% 체적의 비율로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
(d) 단계는, (d-1) 배기가스의 설정된 기준 온도를 수식에 대입하여 제1 발열량을 도출하는 단계와, (c-2) 배기가스의 측정된 온도를 수식에 대입하여 제3 발열량을 도출하는 단계와, (c-3) 제1 발열량에서 제3 발열량을 제한 발열량에 대해, 1
Figure pat00003
의 발열량에 대해 공급 연료량을 5.88% 체적의 비율로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량 엔진에서 배기되는 배기가스의 온도를 배기가스 온도센서를 이용하여 측정하고, 측정된 배기가스 온도에 대응하여 차량 엔진에 공급되는 연료량을 가변시켜 공급함으로써, 엔진의 적정 공연비 범위를 유지하도록 하여 엔진의 연소 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진에 적정 공연비의 연료 공급이 가능하여 점화시기를 최적화하여 연료 소비율을 적정하게 유지함으로써, 엔진 출력 향상이 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진의 최적화 운전이 가능하여, 배기가스에 포함된 유해 배기물질이 증가되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 온도의 변화에 따라 도출되는 발열량의 변화값을 개략적으로 도시한 그래프 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법을 구체적으로 설명한다. 이하에서 설명하는 엔진은 천연가스 또는 천연가스와 수소를 혼합한 가스를 연료로 사용하는 가스 엔진으로 적용될 수 있다.
먼저, 차량의 배기가스 온도를 설정된 범위에서 변화시키고, 변화된 배기가스 온도 범위에 대응하여, 도출된 각각의 배기가스의 발열량을 도출하여 엔진 ECU에 입력한다(S10). (S10) 단계는 배기 온도 센서가 설치된 가스 엔진에서 배기 온도에 대응하여 도출된 배기가스의 발열량을 도출하고, 도출된 발열량의 값을 엔진 ECU에 입력하는 것이다.
배기 온도 센서는 차량 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 확인 가능하도록 엔진에 설치되는 것으로서, 그 구성은 공지된 것으로 이하에서 구성 및 작용에 대해서 자세한 설명은 생략한다. 이하에서 (S10) 단계를 보다 구체적으로 설명한다.
우선, 배기가스의 온도를 단계적으로 변화시킨다(S11). 이와 같이, (S11) 단계에서 배기가스의 온도를 단계적으로 변화시키는 것은, 변화된 온도에 대응한 발열량의 변화 정도를 확인하기 위한 것이다. 본 실시예에서 (S11) 단계의 배기 온도의 변화는 섭씨 1도를 기준으로 단계적으로 변화시킬 수 있다.
다음, (S11) 단계에서 단계적으로 변화된 배기가스의 온도에 대응하여 배기가스의 발열량을 도출한다(S12).
(S12) 단계에서 배기가스의 발열량을 도출하는 것은, 배기가스의 발열량에 대응하여 엔진에 공급되는 연료량을 적절하게 변화시킨 상태로 공급하여, 엔진의 연소 안정성을 확보하기 위한 것이다.
즉, 엔진에서 배출되는 배기가스의 발열량에 대응하여 적절한 연료 공급이 이루어지도록 제어함으로써, 점화시기를 변경하지 않고 연소 안정성의 확보가 가능하다. 이에 대해서는 이하에서 보다 구체적으로 설명한다.
본 실시예에서 (S12) 단계의 배기가스의 온도 변화에 따라 변화되는 발열량은 아래 수식으로 도출될 수 있다.
[수식]
Figure pat00004
상기 수식에서 y는 배기가스의 발열량이고, x는 배기가스의 온도이다. 이러한 수식1은 엔진의 배기 가스 온도에 따라 변화되는 발열량을 실험적으로 확인한 값에 대응하는 수식을 말한다.
도 2는 상기 수식을 이용하여 배기가스 온도의 변화에 따라 도출되는 발열량의 변화값을 개략적으로 도시한 그래프 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배기가스 온도 변화에 따라 변화되는 발열량은 섭씨 642도에서 9650
Figure pat00005
의 값으로 도출되고, 섭씨 643도에서 9900
Figure pat00006
의 값으로 도출되는 것을 확인할 수 있다.
다음, 차량에 설치된 배기가스 온도센서를 이용하여 배기가스의 온도를 측정한다(S20).
다음, (S20) 단계에서 측정된 배기가스의 온도를 확인하여(S30) 설정 온도 이상으로 확인되면, 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 감소시키도록 제어한다(S40). (S40) 단계에서 엔진에 공급되는 공급 연료량의 감소시키는 것은, 배기온도가 설정된 기준 온도에서 초과되는 경우, 엔진에 공급되는 연료량을 감소시켜 엔진의 연소 안정성을 확보하기 위한 것이다.
보다 구체적으로 (S40) 단계를 설명하면, 먼저, 배기온도의 기준 온도(x)를 수식1에 대입하여, 기준 온도에서의 제1 발열량(y)을 도출한다.
그리고, 배기가스의 측정된 온도를 수식1에 대입하여, 측정 온도에서의 제2 발열량(y)을 도출한다.
다음, 제1 발열량에서 제2 발열량을 제하여 최종 발열량을 도출한다.
전술한 바와 같이, 최종 도출된 발열량에 대해, 1
Figure pat00007
를 기준으로 연료 유량 5.88%를 감소시켜 엔진에 공급되는 연료량을 감소시켜 공급한다.
이어서, (S20) 단계에서 측정된 배기가스의 온도를 확인하여(S30) 설정 온도 미만으로 확인되면, 엔진 ECU의 제어에 의해 엔진에 공급되는 공급 연료량을 증가시키도록 제어한다(S50). (S50) 단계에서 엔진에 공급되는 공급 연료량의 증가시키는 것은, 배기온도가 설정된 기준 온도 미만이면, 배기가스에 포함된 질소 산화물이 설정된 기준 질소 산화물의 량보다 낮게 된다. 따라서, 엔진에 공급되는 연료량을 감소시켜 엔진의 연소 안정성을 확보하기 위한 것이다.
보다 구체적으로 (S50) 단계를 설명하면, 먼저, 배기온도의 기준 온도(x)를 수식1에 대입하여, 기준 온도에서의 제1 발열량(y)을 도출한다.
다음, 배기가스의 측정된 온도를 수식1에 대입하여, 측정 온도에서의 제3 발열량(y)을 도출한다.
다음, 제1 발열량에서 제3 발열량을 제하여 최종 발열량을 도출한다.
그리고, 수식1로 도출된 발열량에 대해, 1kcal/nm3를 기준으로 연료 유량 5.88%를 감소시켜 엔진에 공급되는 연료량을 증가시켜 공급한다.
전술한 바와 같이, 차량 엔진에서 배기되는 배기가스의 온도를 배기가스 온도센서를 이용하여 측정하고, 측정된 배기가스 온도에 대응하여 차량 엔진에 공급되는 연료량을 가변시켜 공급하는 것이 가능하다. 따라서, 본 실시예의 가스 엔진에서 배기가스 발열량의 변화에 따라 적정 공연비 범위를 유지하도록 연료를 공급함으로써, 엔진의 연소 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 가스 엔진에 적정 공연비의 연료 공급이 가능하여, 점화시기를 최적화하는 것이 가능하여 연료 소비율이 적정하도록 함으로써, 엔진 열효율의 향상에 따른 엔진 출력 향상이 가능하게 된다.
아울러, 가스 엔진의 최적화 운전이 가능하여, 배기가스에 포함된 유해 배기물질이 증가되는 것을 방지하는 것이 가능하게 된다. 이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.

Claims (5)

  1. (a) 차량의 배기가스의 설정된 온도 범위에서 상기 배기가스의 발열량을 도출하고, 도출된 발열량 값을 엔진 ECU에 입력하는 단계;
    (b) 차량에 설치된 배기가스 온도 센서를 이용하여 엔진에서 배출되는 배기 가스의 온도를 측정하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 배기 가스의 온도가 설정된 기준 온도 이상으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 감소시키도록 제어하는 단계; 및
    (d) 상기 (b) 단계에서 측정된 상기 배기 가스의 온도가 설정된 기준 온도 미만으로 확인되면, 상기 엔진 ECU의 제어에 의해 상기 엔진에 공급되는 공급 연료량을 설정된 비율로 증가시키도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a-1) 상기 배기가스의 온도를 단계적으로 변화시키는 단계; 및
    (a-2) 상기 (a-1) 단계의 배기가스 온도의 변화된 온도에 대응하여 상기 배기가스의 발열량을 도출하는 단계;
    를 포함하는 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a-2) 단계는 하기의 수식으로 상기 배기가스의 발열량을 도출하는 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
    Figure pat00008

    수식에서 y는 배기가스의 발열량이고, x는 배기가스의 온도이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 상기 배기가스의 설정된 기준 온도를 상기 수식에 대입하여 제1 발열량을 도출하는 단계;
    (c-2) 상기 배기가스의 측정된 온도를 상기 수식에 대입하여 제2 발열량을 도출하는 단계; 및
    (c-3) 상기 제2 발열량에서 상기 제1 발열량을 제한 발열량에 대해, 1
    Figure pat00009
    의 발열량에 대해 상기 공급 연료량을 5.88% 체적의 비율로 감소시키는 단계;
    를 포함하는 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    (d-1) 상기 배기가스의 설정된 기준 온도를 상기 수식에 대입하여 제1 발열량을 도출하는 단계;
    (c-2) 상기 배기가스의 측정된 온도를 상기 수식에 대입하여 제3 발열량을 도출하는 단계; 및
    (c-3) 상기 제1 발열량에서 상기 제3 발열량을 제한 발열량에 대해, 1
    Figure pat00010
    의 발열량에 대해 상기 공급 연료량을 5.88% 체적의 비율로 증가시키는 단계;
    를 포함하는 차량 엔진의 출력 향상 제어 방법.
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