KR20160068646A - 내연기관을 작동하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관, 즉 디젤로만 작동 가능한 디젤 엔진 또는 선택적으로 디젤 또는 가스로 작동 가능한 이중 연료 엔진을 작동하기 위한 방법에 관한 것으로, 내연기관의 실린더(10)에 연료로서 디젤이 메인 분사 시스템(11)에 의해 공급되고, 메인 분사 시스템(11)에 의해 실린더(10)에 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 및/또는 시간적으로 후에, 파일럿 분사 시스템(12)에 의해서 디젤 메인 분사량에 비해 적은 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량이 실린더(10)에 도입된다.

Description

내연기관을 작동하기 위한 방법{METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구범위 제 1 항 또는 제 12 항의 전제부에 따른 내연기관을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.
내연기관은 디젤 또는 중유로만 작동될 수 있는 디젤 엔진으로 구현되거나, 선택적으로 디젤 또는 중유로 또는 대안으로서 가스로 작동될 수 있는 이중 연료 엔진으로서 구현된다. 디젤 또는 중유로만 작동될 수 있는 디젤 엔진의 경우에 연소될 연료, 즉 디젤 또는 중유는 메인 분사 시스템에 의해서만 디젤 엔진의 실린더에 도입된다. 이중 연료 엔진에 관해서는, 메인 분사 시스템에 추가하여 파일럿 분사 시스템이 제공되는 것이 공개되어 있고, 이러한 이중 연료 엔진의 경우, 디젤 또는 중유를 연료로 사용 시 디젤 또는 중유는 메인 분사 시스템에 의해 이중 연료 엔진의 실린더에 도입되고, 가스를 연료로 사용 시 가스는 메인 분사 시스템에 의해서만 실린더에 도입되고, 가스의 점화를 위해 실린더에 도입된 가스에 파일럿 분사 시스템에 의해 디젤이 도입된다. 상세한 설명 및 청구범위에서 디젤이라는 용어가 사용되면, 이는 중유로 파악될 수도 있다.
본 발명의 과제는 내연기관을 작동하기 위한 신규한 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명의 제 1 양태에 따라 청구범위 제 1 항에 따른 내연기관을 작동하기 위한 방법에 의해 해결된다.
따라서 메인 분사 시스템에 의해 실린더에 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 및/또는 시간적으로 후에, 파일럿 분사 시스템에 의해서 디젤 메인 분사량에 비해 적은 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량이 실린더에 도입된다.
본 발명에 의해 최초로, 메인 분사 시스템에 의해 디젤 또는 중유가 규정된 디젤 메인 분사량으로 실린더에 도입되면, 메인 분사 시스템에 의해 도입된 디젤 메인 분사량에 비해 적은 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량을 파일럿 분사 시스템에 의해 도입하는 것이 제안된다. 본 발명과 관련해서 최초로 디젤 엔진에서 파일럿 분사 시스템이 사용된다. 메인 분사 시스템에 의해 연료로서 디젤 또는 중유가 이중 연료 엔진의 실린더에 도입되면, 본 발명과 관련해서 최초로 이중 연료 엔진에서 파일럿 분사 시스템이 이용된다. 본 발명에 의해 실린더에 디젤 또는 중유를 고도로 정확하게 공급하는 것이 가능하고, 따라서 유해 물질 방출의 감소를 위해 분사되는 연료량을 정확히 조절하는 것이 가능하다.
바람직한 개선예에 따라 디젤 메인 분사량은 디젤 메인 분사율로 실린더에 도입되고, 이 경우 디젤 사전 분사량은 디젤 사전 분사율로 실린더에 도입되며 및/또는 디젤 후속 분사량은 디젤 후속 분사율로 실린더에 도입되고, 이 경우 디젤 메인 분사율은, 디젤 사전 분사율보다 크고 디젤 후속 분사율보다 크다. 디젤 메인 분사율이 디젤 사전 분사율보다 크고 디젤 후속 분사율보다 크면, 파일럿 분사 시스템에 의해 연료, 즉 디젤 또는 중유가 특히 바람직하게 엔진의 실린더에 도입될 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 본 발명의 과제는 청구범위 제 12 항에 따른 내연기관을 작동하기 위한 방법에 의해 해결된다. 따라서 내연기관의 상위 부하 범위에서 내연기관의 실린더에 연료로서 디젤 또는 중유가 메인 분사 시스템에 의해 공급되는 한편, 내연기관의 하위 부하 범위에서 내연기관의 실린더에 연료로서 디젤 또는 중유가 파일럿 분사 시스템에 의해 공급되고, 메인 분사 시스템에 의해 공급되지 않는다. 이로써 내연기관의 하위 부분 부하 범위에서 실린더에 디젤 또는 중유가 고도로 정확하게 공급될 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항 및 이하의 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예들은 이에 제한되지 않으며, 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 내연기관의 실린더를 매우 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 내연기관을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 시간 다이어그램.
본 발명은 내연기관을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 작동될 내연기관은 디젤 또는 중유로만 작동 가능한 디젤 엔진, 혹은 선택적으로 디젤 또는 중유로 또는 가스로 작동 가능한 이중 연료 엔진이다. 작동될 내연기관이 선택적으로 디젤 또는 중유로 또는 가스로 작동될 수 있는 이중 연료 엔진으로서 형성되면, 본 발명은 이중 연료 엔진의 디젤 작동 모드, 즉 연료로서 디젤 또는 중유가 연소되는 작동 모드에 관한 것이다. 용어 디젤이 사용되면, 이는 중유로 파악될 수도 있다.
도 1은 엔진의 실린더(10)를 개략적으로 도시한다. 한편으로는 메인 분사 시스템(11)에 의해 그리고 다른 한편으로는 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 실린더(10)에 연료가 도입될 수 있다. 메인 분사 시스템은 예를 들어 커먼 레일 분사 시스템일 수 있고, 이 경우 각각의 실린더(10)에 인젝터가 할당되고, 상기 인젝터를 이용해서 각각의 실린더(10) 내로 메인 분사 시스템(11)에 의해 디젤이 분사될 수 있다. 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 메인 분사 시스템(11)과 무관하게 실린더(10) 내로 디젤이 분사될 수 있다.
본 발명과 관련해서 디젤 엔진의 실린더(10)에 또는 디젤 작동 시 이중 연료 엔진의 실린더(10)에, 메인 분사 시스템(11)에 의해 연료로서 디젤이 도입된다. 추가로 메인 분사 시스템(11)에 의해 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 및/또는 시간적으로 후에 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 디젤 메인 분사량에 비해 적은 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량이 엔진의 실린더(10)에 도입된다.
도 2는 엔진의 실린더에 대해서 분사 행정(13)을 설명하고, 이 경우 도 2에서 시간(t)에 따라 분사율(dm/dt)이 기재되고, 분사율(dm/dt)은 분사량(m)의 시간에 관한 도함수에 해당한다.
도 2는 분사 행정(13)의 경우에 메인 분사 시스템(11)에 의해 제공된 디젤 메인 분사율(14)의 시간에 따른 변화를 도시한다. 또한 도 2는 분사 행정(13) 동안 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 제공된 분사율(15 또는 16)의 시간에 따른 변화를 도시하고, 이 경우 도 2에 따라 시간적으로 메인 분사율(14) 전에 그리고 시간적으로 메인 분사율(14) 후에, 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 각각 디젤이 각각의 실린더 에 도입되고, 즉 도 2에 도시된 디젤 사전 분사율(15) 및 도 2에 도시된 디젤 분사율(16)에 따라 도입된다.
본 발명과 관련해서, 디젤로만 작동될 수 있는 디젤 엔진의 실린더(10) 내로, 또는 디젤 작동 시 작동되는 이중 연료 엔진의 실린더(10) 내로, 즉 분사 행정(13) 동안 각각의 실린더(10) 내로, 메인 분사 시스템(11)에 의해 디젤 메인 분사량이 규정된 디젤 메인 분사율(14)로 분사되고, 또한 분사 행정(13) 동안 메인 분사 시스템(11)과 무관하게 작동되는 파일럿 분사 시스템(12)에 의해서, 메인 분사 시스템(11)에 의해 각각의 실린더(10)에 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 및/또는 시간적으로 후에, 디젤 메인 분사량에 비해 적은 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량이 도입되고, 즉 디젤 사전 분사량이 디젤 사전 분사율(15)로 도입되고, 디젤 후속 분사량이 디젤 후속 분사율(16)로 도입된다. 디젤 메인 분사율(14)은, 디젤 사전 분사율(15)보다 크고 디젤 후속 분사율(16)보다 크다.
도시된 바람직한 실시예에서 분사 행정(13) 동안 각각의 실린더(10)에, 메인 분사 시스템(11)에 의해 각각의 실린더(10)에 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 그리고 시간적으로 후에, 파일럿 분사 시스템(12)에 의해서 디젤 사전 분사량 및 디젤 후속 분사량이 도입되지만, 대안으로서 메인 분사 시스템(11)에 의해 각각의 실린더(10)에 도입된 디젤 메인 분사량의 전에만 또는 후에만, 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 디젤 사전 분사량 또는 디젤 후속 분사량을 도입하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 디젤 사전 분사량과 디젤 후속 분사량은 각각 디젤 메인 분사량보다 작다. 또한, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 디젤 사전 분사율 및 디젤 후속 분사율은 각각 디젤 메인 분사율보다 작다.
도시된 실시예에서 디젤 사전 분사율(15)과 디젤 후속 분사율(16)은 동일한 크기이지만, 상이한 활성화 지속시간을 특징으로 하므로, 결과적으로 디젤 사전 분사량과 디젤 후속 분사량은 상이한 크기이다.
따라서 도 2의 실시예에서 디젤 사전 분사율(15)과 디젤 후속 분사율(16)은 동일한 크기이지만, 디젤 사전 분사율(15)의 활성화 지속시간은 디젤 후속 분사율(16)의 활성화 지속시간보다 작으므로, 디젤 후속 분사량은 디젤 사전 분사량보다 크다.
도시된 실시예와 달리, 디젤 사전 분사율과 디젤 후속 분사율이 상이한 크기이고 및/또는 디젤 사전 분사율의 활성화 지속시간과 디젤 후속 분사율의 활성화 지속시간이 동일한 크기인 것도 가능하다.
디젤 메인 분사율은 디젤 사전 분사율 및 디젤 후속 분사율보다 크고, 또한 디젤 메인 분사율의 활성화 지속시간은 디젤 사전 분사율 및 디젤 후속 분사율의 활성화 지속시간보다 크므로, 메인 분사 시스템(11)에 의해 도입된 디젤 메인 분사량은 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 도입된 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량보다 크다.
이러한 작동 방식은 특히 내연기관의 전부하 작동 또는 상위 부분 부하 작동 시 바람직하다. 내연기관의 하위 부분 부하 작동 시 대안으로서, 내연기관의 실린더에 연료로서 디젤 또는 중유가 파일럿 분사 시스템에 의해서만 공급될 수 있고, 메인 분사 시스템에 의해 공급될 수 없다.
따라서 본 발명과 관련해서 특히 내연기관의 전부하 작동 시 또는 상위 부분 부하 작동 시, 연료로서 디젤 또는 중유가 연소되면, 즉 디젤 또는 중유만 연소할 수 있는 디젤 엔진의 경우 및 이중 연료 엔진의 경우, 메인 분사 시스템(11)에 의해 각각의 실린더(10)에 도입된 디젤 메인 분사량에 추가하여, 메인 분사 시스템(11)에 의해 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 및/또는 시간적으로 후에, 파일럿 분사 시스템(12)에 의해서 디젤 메인 분사량에 비해 적은 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량이 도입된다. 디젤 메인 분사율은, 디젤 사전 분사율보다 크고 디젤 후속 분사율보다 크다. 또한 디젤 메인 분사율의 활성화 지속시간은 디젤 사전 분사율 및 디젤 후속 분사율의 각각의 활성화 지속시간보다 크다. 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 분사될 수 있는 디젤 사전 분사량과 디젤 후속 분사량은 동일한 크기이거나 상이한 크기일 수 있다. 또한 디젤 사전 분사율과 디젤 후속 분사율 및 디젤 사전 분사율의 활성화 지속시간과 디젤 후속 분사율의 활성화 지속시간은 동일한 크기이거나 상이한 크기일 수 있다. 분사율이란 분사량의 시간에 관한 1차 도함수를 가리킨다.
본 발명에 의해 디젤 또는 중유를 고도로 정확하게 엔진의 실린더(10) 내로 공급하는 것이 가능하다. 이로 인해 결과적으로 엔진의 배기가스가 저감될 수 있다. 메인 분사 시스템은 예를 들어 커먼 레일 분사 시스템으로서 또는 경사 에지 제어식 연료 펌프를 포함하는 종래 방식의 분사 시스템으로서 구현될 수 있다. 메인 분사 시스템에 메인 분사량의 정확성과 관련해서 어떠한 요구도 제시되지 않아도 된다. 오히려 도입되는 분사량의 정확성은 파일럿 분사 시스템(12)에 의해 구현될 수 있다.
10 실린더
11 메인 분사 시스템
12 파일럿 분사 시스템
13 분사 행정
14 디젤 메인 분사율
15 디젤 사전 분사율
16 디젤 후속 분사율

Claims (13)

  1. 내연기관, 즉 디젤로만 작동 가능한 디젤 엔진, 혹은 대안으로 디젤 또는 가스로 작동 가능한 이중 연료 엔진을 작동하기 위한 방법으로서, 내연기관의 실린더에 연료로서 디젤이 메인 분사 시스템에 의해 공급되는 것인 방법에 있어서,
    메인 분사 시스템에 의해 실린더에 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 및/또는 시간적으로 후에, 파일럿 분사 시스템에 의해서 디젤 메인 분사량에 비해 적은 디젤 사전 분사량 및/또는 디젤 후속 분사량이 실린더에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 메인 분사 시스템은 종래 방식의 경사 에지 제어식 분사 시스템 또는 커먼 레일 분사 시스템인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 메인 분사 시스템에 의해 도입된 디젤 메인 분사량의 시간적으로 전에 그리고 시간적으로 후에, 파일럿 분사 시스템에 의해 디젤 사전 분사량 및 디젤 후속 분사량이 실린더에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 메인 분사 시스템에 의해 도입된 디젤 메인 분사량의 전에만 또는 후에만 파일럿 분사 시스템에 의해 디젤 사전 분사량 또는 디젤 후속 분사량이 실린더에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 디젤 메인 분사량은 디젤 메인 분사율로 실린더에 도입되고, 디젤 사전 분사량은 디젤 사전 분사율로 실린더에 도입되며, 및/또는 디젤 후속 분사량은 디젤 후속 분사율로 실린더에 도입되고, 디젤 메인 분사율은, 디젤 사전 분사율보다 크고 디젤 후속 분사율보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 파일럿 분사 시스템의 디젤 사전 분사량과 디젤 후속 분사량은 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 파일럿 분사 시스템의 디젤 사전 분사량과 디젤 후속 분사량은 상이한 크기인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 파일럿 분사 시스템의 디젤 사전 분사율과 디젤 후속 분사율은 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 파일럿 분사 시스템의 디젤 사전 분사율과 디젤 후속 분사율은 상이한 크기인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 디젤 사전 분사율의 경우에 파일럿 분사 시스템의 활성화 지속시간과, 디젤 후속 분사율의 경우에 파일럿 분사 시스템의 활성화 지속시간은, 동일한 크기인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 디젤 사전 분사율의 경우에 파일럿 분사 시스템의 활성화 지속시간과, 디젤 후속 분사율의 경우에 파일럿 분사 시스템의 활성화 지속시간은, 상이한 크기인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 내연기관, 즉 디젤로만 작동 가능한 디젤 엔진, 혹은 대안으로 디젤 또는 가스로 작동 가능한 이중 연료 엔진을 작동하기 위한 방법으로서, 내연기관의 상위 부하 범위에서 내연기관의 실린더에 연료로서 디젤이 메인 분사 시스템에 의해 공급되는 것인 방법에 있어서,
    내연기관의 하위 부하 범위에서 내연기관의 실린더에 연료로서 디젤이 파일럿 분사 시스템에 의해 공급되고, 메인 분사 시스템에 의해서는 공급되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 내연기관의 상위 부하 범위에서 상기 내연기관은 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
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