KR20160097375A - Engine system and control method - Google Patents

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KR20160097375A
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KR1020167020876A
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마사노리 히가시다
이쿠미 오니시
카츠히로 요시자와
타카미치 호소노
다이 하시모토
준타 아키야마
테츠오 노가미
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

본 발명에 따른 엔진 시스템은 엔진 본체, 물 에멀전 연료를 생성하여 연료 분사 밸브에 공급하는 연료 공급 유닛, EGR 가스를 엔진 본체에 공급하는 EGR 유닛, 및 실용 엔진부하의 전체 영역에서 물 에멀전 연료를 사용하도록 제어함과 함께 엔진 본체로부터 배출되는 NOx의 배출량이 소정 값 이하가 되도록 EGR 가스의 유량을 제어하는 제어 장치를 구비하고 있다.An engine system according to the present invention includes an engine body, a fuel supply unit that generates water emulsion fuel to supply the fuel injection valve, an EGR unit that supplies EGR gas to the engine body, and a water emulsion fuel And controlling the flow rate of the EGR gas so that the discharge amount of NOx discharged from the engine body becomes a predetermined value or less.

Description

엔진 시스템 및 제어 방법{ENGINE SYSTEM AND CONTROL METHOD}[0001] ENGINE SYSTEM AND CONTROL METHOD [0002]

본 발명은 엔진으로부터의 질소산화물(NOx) 배출량을 감소시키기 위해 물 에멀전 연료를 사용하거나 배기 가스의 일부를 엔진으로 돌려보내는 배기재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation)을 행하는 엔진 시스템에 관한 것이다. 또한, 이러한 엔진 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an engine system for performing exhaust gas recirculation (EGR) in which water emulsion fuel is used to reduce nitrogen oxide (NOx) emissions from an engine or part of an exhaust gas is returned to an engine. The present invention also relates to a control method of such an engine system.

엔진으로부터의 질소산화물(NOx) 배출량을 감소시키는 방법의 하나로서, 배기 가스의 일부를 엔진으로 돌려보내는 EGR이 있다. 배기 가스의 일부를 엔진으로 돌려보냄으로써 산소 농도가 낮은 상태에서 연소가 이루어지고 그 결과 연소 온도가 낮아져서 NOx의 생성이 억제된다. 다만, EGR을 행하는 경우, EGR율(소기 가스에서의 EGR 가스의 비율)을 높임으로써 충분한 NOx 감소 효과를 얻을 수 있기는 하지만, 조건에 따라서는 연비가 악화하거나 배기 가스에 포함된 그을음의 양이 증가하는 등의 문제가 있다. As one method of reducing NOx emissions from the engine, there is an EGR that returns a portion of the exhaust gas to the engine. By sending part of the exhaust gas to the engine, the combustion is performed in a state where the oxygen concentration is low, and as a result, the combustion temperature is lowered and the generation of NOx is suppressed. However, if EGR is performed, a sufficient NOx reduction effect can be obtained by increasing the EGR rate (the ratio of the EGR gas in the unburned gas), but depending on the conditions, the fuel efficiency may deteriorate or the amount of soot contained in the exhaust gas may decrease And the like.

한편, 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 감소시키는 다른 방법으로서, 순수 연료(물이 첨가되어 있지 않은 연료)에 물을 첨가한 물 에멀전 연료를 사용하는 방법이 있다. 물 에멀전 연료를 사용함으로써 물의 기화열에 의해 연소 온도가 낮아져서 NOx의 생성을 억제할 수 있다. 또한, 물 에멀전 연료 내의 물이 기화/증발하면 물 입자를 둘러싸고 있던 순수 연료가 비산하고, 비산된 순수 연료는 직경이 작은 입자가 된다. 이에 따라 물 에멀전 연료의 순수 연료는 체적당 표면적, 즉 산소와 접하는 면적이 커져 국부적인 불완전 연소가 적어진다. 그 결과, 연소 효율이 높아지고 그을음 발생량이 억제된다. 이와 같이, 물 에멀전 연료를 사용하는 경우, NOx 감소 효과는 크지는 않지만 배기 가스에 포함된 그을음의 양이 억제된다. 또한, 어느 정도의 물 첨가율까지는 연비가 거의 악화하지 않는다는 장점도 있다.On the other hand, as another method of reducing the amount of NOx discharged from the engine, there is a method of using a water emulsion fuel in which water is added to a pure fuel (a fuel to which no water is added). By using the water-emulsion fuel, the combustion temperature is lowered by the heat of vaporization of water, and the generation of NOx can be suppressed. Further, when water in the water emulsion fuel vaporizes / evaporates, the pure fuel surrounding the water particles is scattered, and the scattered pure fuel becomes small diameter particles. As a result, the surface area per volume of the pure water fuel of the water-emulsion fuel, that is, the area in contact with oxygen, becomes large, and local incomplete combustion is reduced. As a result, the combustion efficiency is increased and the soot generation amount is suppressed. Thus, when the water emulsion fuel is used, the amount of soot contained in the exhaust gas is suppressed although the NOx reduction effect is not large. In addition, there is also an advantage that fuel consumption is not substantially deteriorated up to a certain degree of water addition rate.

하기 특허문헌1에 기재된 엔진에서는 EGR 가스의 유량을 일정하게 하는 제어를 하고 있으며, 소기 가스의 유량 감소에 따라 EGR율이 증가하면 순수 연료에서 물 에멀전 연료로 연료를 전환하고 있다(도 1 및 도 2 참조). 이에 따라 특허문헌1에 기재된 엔진은 EGR율이 높을 때, 구체적으로는 엔진부하가 75%보다 낮을 때에 그을음의 과도한 발생을 방지하려고 하고 있다.In the engine disclosed in Patent Document 1, the flow rate of the EGR gas is controlled to be constant, and when the EGR rate increases as the flow rate of the scavenge gas decreases, the fuel is converted from the pure fuel into the water emulsion fuel 2). Accordingly, the engine described in Patent Document 1 attempts to prevent excessive occurrence of soot when the EGR rate is high, specifically when the engine load is lower than 75%.

일본 특표 2012-518748호 공보Japan Specification No. 2012-518748

다만, 특허문헌1에 기재된 엔진은 연료를 전환할 수 있도록 복수의 연료 계통을 마련하고 있다(도 1 및 도 2 참조). 따라서 특허문헌1에 기재된 엔진은 복잡한 구조로 되어 있다.However, the engine disclosed in Patent Document 1 has a plurality of fuel systems so that fuel can be switched (see Figs. 1 and 2). Therefore, the engine disclosed in Patent Document 1 has a complicated structure.

또한, 특허문헌1에서는 엔진에 공급하는 순수 연료와 물의 비율을 변경하여 물 에멀전 연료의 물 첨가율을 순간적으로 변경하는 구성도 제안되어 있지만(도 3 및 도 4 참조), 이러한 구성은 순수 연료와 물을 균일하게 혼합하는 것이 어려워 실용상 문제가 있다.Further, in Patent Document 1, a configuration has been proposed in which the water addition rate of the water emulsion fuel is instantaneously changed by changing the ratio between the pure water and the water supplied to the engine (see Figs. 3 and 4) It is difficult to mix them uniformly.

본 발명은 이상과 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 물 에멀전 연료를 사용하면서 EGR 제어를 수행함에 있어서 각각의 특성을 상쇄되지 않는 범위에서 엔진의 운전 상황 변화에 대해 연비 악화 및 그을음 발생을 억제하면서 NOx 생성량을 안정적으로 줄일 수 있고, 게다가 이를 단순한 구조로 실현할 수 있는 엔진 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.The present invention has been made in view of the above circumstances. In carrying out the EGR control while using the water emulsion fuel, it is possible to stably reduce the NOx production amount while suppressing the fuel consumption deterioration and the soot generation in response to the change in the operating condition of the engine within a range not to cancel each characteristic, And it is an object of the present invention to provide an engine system which can realize such an engine.

본 발명의 일 예에 따른 엔진 시스템은 실린더 및 연료 분사 밸브를 갖는 엔진 본체와, 물 에멀전 연료를 생성하여 상기 연료 분사 밸브에 공급하는 연료 공급 유닛과, EGR 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 EGR 유닛과, 실용 엔진부하의 전체 영역에서 상기 물 에멀전 연료를 사용하도록 제어함과 함께 상기 엔진 본체로부터 배출되는 NOx의 배출량이 소정 값 이하가 되도록 상기 EGR 가스의 유량을 제어하도록 구성되어 있는 제어 장치를 구비하고 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an engine system including an engine body having a cylinder and a fuel injection valve, a fuel supply unit for generating water emulsion fuel to supply the fuel injection valve, and an EGR unit And a control device configured to control the water emulsion fuel to be used in the entire region of the actual engine load and to control the flow rate of the EGR gas so that the amount of NOx discharged from the engine body is equal to or less than a predetermined value .

여기서, "실용 엔진부하"란, 엔진 시동시 등의 낮은 엔진부하를 제외한 범위의 엔진부하, 즉 일반적인 운용으로 사용하는 범위의 엔진부하를 말하며, 최대 엔진부하의 25 ~ 100%가 이에 해당한다. 상기 구성에 따르면, 실용 엔진부하의 전체 영역에서 순수 연료와 물 에멀전 연료의 전환이 이루어지는 것은 기본적으로 없다. 따라서 상기 엔진 시스템에 따르면 연료를 순간적으로 전환하기 위해 필요한 기구가 불필요해져 구조를 단순화할 수 있다. 게다가 물 에멀전 연료를 사용함으로써 연비 악화와 그을음 발생을 억제할 수 있는 동시에 엔진부하에 따른 EGR 가스를 엔진에 공급함으로써 NOx 생성량을 줄일 수 있다. 또한, 물 에멀전 연료의 물 첨가율을 변경함으로써 NOx 생성량을 조절하는 것도 가능하지만, 순수 연료와 물을 균일하게 혼합시키면서 물 첨가율을 순간적으로 변경하는 것은 매우 어렵다. 한편, EGR 가스의 유량은 EGR 블로워의 회전수 제어에 의해 신속하게 변경할 수 있다. 따라서 상기 구성에 따르면, 상황이 급격하게 변화하여도 EGR 가스의 유량을 제어함으로써 NOx 생성량의 억제를 유지할 수 있다.Here, the "practical engine load" refers to an engine load in a range excluding a low engine load such as an engine starting time, that is, a range used for normal operation, and corresponds to 25 to 100% of a maximum engine load. According to the above configuration, there is basically no conversion of the pure water fuel and the water emulsion fuel in the entire region of the practical engine load. Therefore, according to the engine system, a mechanism necessary for momentarily switching the fuel is not necessary, and the structure can be simplified. In addition, by using water emulsion fuel, it is possible to suppress fuel consumption deterioration and soot generation, and at the same time, it is possible to reduce NOx production amount by supplying EGR gas to the engine in accordance with the engine load. It is also possible to control the amount of NOx produced by changing the water addition rate of the water emulsion fuel, but it is very difficult to instantaneously change the water addition rate while uniformly mixing pure water with water. On the other hand, the flow rate of the EGR gas can be quickly changed by controlling the rotation speed of the EGR blower. Therefore, according to the above-described configuration, even if the situation is abruptly changed, the flow rate of the EGR gas can be controlled to maintain the suppression of the NOx production amount.

또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 실용 엔진부하의 전체 영역에 있어서 상기 물 에멀전 연료의 물 첨가율을 일정하게 유지하도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 실용 엔진부하의 전체 영역에 있어서 물 첨가율이 일정하게 유지되기 때문에 그을음 발생을 안정적으로 억제할 수 있다. 이 조건으로 하면 물 첨가율의 제어도 용이하다.In addition, in the engine system, the control device may be configured to maintain the water addition rate of the water-based emulsion fuel constant in the entire region of the practical engine load. According to such a configuration, since the water addition rate is kept constant in the entire region of the practical engine load, soot generation can be stably suppressed. With this condition, it is easy to control the water addition rate.

또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 물 에멀전 연료의 1 사이클당 분사량이 증가함에 따라 1 사이클당 분사 시간을 늘리도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 1사이클 당 분사량이 크게 변동하여도 단위 시간당 분사량은 크게 변동하지 않는다. 따라서 1사이클 당 분사량의 변동이 어느 정도 크더라도 동일한 연료 분사 밸브로 물 에멀전 연료의 분사가 가능하다.In the engine system described above, the control device may be configured to increase the injection time per cycle as the injection amount per cycle of the water-emulsion fuel increases. According to such a configuration, even when the injection amount per one cycle largely fluctuates, the injection amount per unit time does not greatly fluctuate. Therefore, even if the fluctuation of the injection amount per cycle is somewhat large, the injection of the water emulsion fuel into the same fuel injection valve is possible.

또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 1사이클 당 분사 시간을 늘릴 때, 상기 실린더 내의 최대 압력이 소정의 상한값을 초과하지 않는 범위에서, 상기 물 에멀전 연료의 분사 시작 시기를 앞당기도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 분사 시간이 길어짐으로 인한 최대 실린더 내압의 감소를 억제할 수 있으며 엔진을 효율적으로 운전할 수 있다.Further, in the engine system, when increasing the injection time per one cycle, the control device is configured to advance the injection start timing of the water-emulsion fuel within a range in which the maximum pressure in the cylinder does not exceed the predetermined upper limit value . According to this configuration, it is possible to suppress the decrease of the maximum in-cylinder pressure due to the lengthening of the injection time, and the engine can be efficiently operated.

또한, 상기 엔진 시스템에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 물 첨가율 및 상기 EGR율 중 하나 또는 둘 모두에 따라 상기 분사 시작 시기를 결정하도록 구성되어 있어도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 물 첨가율 및 EGR율에 따라 적절한 분사 시작 시기를 결정할 수 있기 때문에 엔진의 효율적인 운전 상태로 신속하게 이행할 수 있다.Further, in the engine system, the control device may be configured to determine the injection start timing according to one or both of the water addition rate and the EGR rate. According to such a configuration, since an appropriate injection start timing can be determined according to the water addition rate and the EGR rate, the engine can be quickly shifted to an efficient operation state.

본 발명의 일 예에 따른 제어 방법은 실린더 및 연료 분사 밸브를 갖는 엔진 본체와, 물 에멀전 연료를 생성하여 상기 연료 분사 밸브에 공급하는 연료 공급 유닛과, EGR 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 EGR 유닛을 구비한 엔진 시스템의 제어 방법으로서, 실용 엔진부하의 전체 영역에서 상기 물 에멀전 연료를 사용함과 함께 상기 엔진 본체로부터 배출되는 NOx의 배출량이 소정 값 이하가 되도록 상기 EGR 가스의 유량을 제어한다.A control method according to an embodiment of the present invention includes an engine main body having a cylinder and a fuel injection valve, a fuel supply unit for generating water emulsion fuel to supply the fuel injection valve, and an EGR unit Wherein the flow rate of the EGR gas is controlled so that the water emulsion fuel is used in the entire region of the load of the actual engine and the amount of NOx discharged from the engine body is equal to or less than a predetermined value.

또한, 상기 제어 방법에 있어서, 실용 엔진부하의 전체 영역에서 상기 물 에멀전 연료의 물 첨가율을 일정하게 유지하여도 좋다. In the control method, the water addition rate of the water emulsion fuel may be kept constant in the entire region of the actual engine load.

또한, 상기 제어 방법에 있어서, 상기 물 에멀전 연료의 1사이클 당 분사량이 증가함에 따라 1사이클 당 분사 시간을 늘려도 좋다.In the control method, the injection time per cycle may be increased as the injection amount per cycle of the water-emulsion fuel increases.

또한, 상기 제어 방법에 있어서, 상기 1사이클 당 분사 시간을 늘릴 때, 상기 실린더 내의 최대 압력이 소정의 상한값을 초과하지 않는 범위에서, 상기 물 에멀전 연료의 분사 시작 시기를 앞당겨도 좋다.In the control method, when the injection time per one cycle is increased, the injection start timing of the water-emulsion fuel may be advanced within a range in which the maximum pressure in the cylinder does not exceed the predetermined upper limit value.

또한, 상기 제어 방법에 있어서, 상기 물 첨가율 및 상기 EGR율 중 하나 또는 둘 모두에 따라 상기 분사 시작 시기를 결정해도 좋다.In the control method, the injection start timing may be determined based on one or both of the water addition rate and the EGR rate.

이상과 같이, 상기 엔진 시스템에 따르면, 물 에멀전 연료를 사용함과 함께 EGR을 수행함으로써 연비 악화와 그을음 발생을 억제하면서 NOx 생성량을 줄일 수 있고, 게다가 이를 단순한 구조로 실현할 수 있다.As described above, according to the engine system, the amount of NOx generated can be reduced while suppressing the fuel consumption deterioration and the soot emission by using the water emulsion fuel and performing the EGR, and furthermore, it can be realized with a simple structure.

도 1은 실시예에 따른 엔진 시스템 전체의 개략도이다.
도 2는 실시예에 따른 엔진 시스템의 제어계의 블록도이다.
도 3은 엔진부하와 목표 물 첨가율 및 목표 EGR율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 목표 물 첨가율을 낮추었을 경우 엔진부하와 목표 EGR율의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는 연료 분사 제어의 플로우차트이다.
도 6은 크랭크 각도와 실린더 내압의 관계를 나타낸 개념도이다.
1 is a schematic view of an entire engine system according to an embodiment.
2 is a block diagram of a control system of an engine system according to an embodiment.
3 is a diagram showing the relationship between the engine load, the target addition rate, and the target EGR rate.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the engine load and the target EGR rate when the target water addition ratio in FIG. 3 is lowered.
5 is a flowchart of fuel injection control.
6 is a conceptual diagram showing the relationship between the crank angle and the in-cylinder pressure.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에서는 모든 도면에 걸쳐 동일하거나 동등한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and redundant explanations are omitted.

<엔진 시스템의 전체 구성> &Lt; Overall configuration of engine system >

먼저, 본 실시예에 따른 엔진 시스템(100)의 전체 구성에 대해 설명한다. 도 1은 엔진 시스템(100)의 블록도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 엔진 시스템(100)은 엔진 본체(10), 과급기(20), EGR 유닛(30), 및 연료 공급 유닛(40)을 구비하고 있다.First, the entire configuration of the engine system 100 according to the present embodiment will be described. Fig. 1 is a block diagram of an engine system 100. Fig. 1, the engine system 100 includes an engine body 10, a supercharger 20, an EGR unit 30, and a fuel supply unit 40. [

본 실시예의 엔진 본체(10)는 선박 추진용 주기로서, 대형의 2 스트로크 디젤 엔진이다. 엔진 본체(10)는 복수의 실린더(11)(도 1에서는 1개만 도시)를 갖고 있다. 각 실린더(11)에는 하측 부분에 소기구(12)가 형성되고, 상측 부분에는 배기구(13)가 형성되어 있다. 또한, 각 실린더(11)에는 피스톤(14), 연료 분사 밸브(15), 및 배기 밸브(16)가 설치되어 있다. 피스톤(14)은 소기구(12)를 가로지르도록 실린더(11) 안을 슬라이딩하고, 하단 부분이 크랭크축(미도시)에 연결되어 있다. 연료 분사 밸브(15)는 실린더(11)의 상측 부분에 위치하고 있으며, 연료 공급 유닛(40)으로부터 연료가 공급된다. 또한, 실린더(11)에는 실린더(11) 내의 압력(실린더 내압)을 측정하는 실린더 내압 센서(17)가 형성되어 있고, 엔진 본체(10)에는 엔진 본체(10)의 회전수(엔진 회전수)를 측정하는 엔진 회전계(18)(도 2 참조)가 설치되어 있다. 한편, 엔진 본체(10)는 4 스트로크 엔진이어도 좋고, 가스 엔진이나 가솔린 엔진이어도 좋다.The engine main body 10 of this embodiment is a large two-stroke diesel engine as a ship propulsion cycle. The engine main body 10 has a plurality of cylinders 11 (only one is shown in Fig. 1). Each cylinder 11 is provided with a small mechanism 12 at a lower portion thereof and an exhaust port 13 at an upper portion thereof. Each cylinder 11 is provided with a piston 14, a fuel injection valve 15, and an exhaust valve 16. The piston 14 slides in the cylinder 11 so as to cross the small mechanism 12 and the lower end portion is connected to a crankshaft (not shown). The fuel injection valve 15 is located in the upper portion of the cylinder 11, and fuel is supplied from the fuel supply unit 40. The cylinder 11 is provided with an in-cylinder pressure sensor 17 for measuring the pressure (in-cylinder pressure) in the cylinder 11. The engine body 10 is provided with an engine speed sensor An engine speed meter 18 (see FIG. On the other hand, the engine body 10 may be a four-stroke engine, a gas engine, or a gasoline engine.

과급기(20)는 공기를 승압하여 엔진 본체(10)에 공급하는 장치이다. 각 실린더(11)에서 생성된 배기 가스는 배기구(13), 배기관(24) 및 배기 유로(25)를 통해 과급기(20)의 터빈부(21)에 공급된다. 터빈부(21)는 공급받은 배기 가스의 에너지에 의해 회전한다. 터빈부(21)와 컴프레서부(22)는 연결 샤프트(23)에 의해 연결되어 있으며, 터빈부(21)의 회전에 따라 컴프레서부(22)도 회전한다. 컴프레서부(22)가 회전하면 외부에서 유입한 공기(신기)가 승압되고, 승압된 신기는 소기 유로(26), 소기관(27) 및 소기구(12)를 통해 각 실린더(11) 안으로 공급된다.The supercharger 20 is a device for boosting the air and supplying it to the engine main body 10. The exhaust gas generated in each cylinder 11 is supplied to the turbine section 21 of the turbocharger 20 through the exhaust port 13, the exhaust pipe 24 and the exhaust passage 25. The turbine portion 21 is rotated by the energy of the supplied exhaust gas. The turbine portion 21 and the compressor portion 22 are connected by a connecting shaft 23 and the compressor portion 22 is also rotated in accordance with the rotation of the turbine portion 21. [ When the compressor 22 rotates, the air (incoming air) flowing in from the outside is stepped up and the raised air is supplied into each of the cylinders 11 through the baffle 26, the scaffold 27 and the baffle 12 .

EGR 유닛(30)은 배기 유로(25)와 소기 유로(26)를 연결하는 EGR 유로(28)에 설치되어 있으며, 배기 유로(25)의 배기 가스의 일부를 추출하고(이하, 배기 유로(25)에서 추출한 배기 가스를 "EGR 가스"라고 칭한다), 그 EGR 가스를 소기 유로(26)에 공급하는 유닛이다. 소기 유로(26)에 공급된 EGR 가스는 과급기(20)에서 승압된 신기와 혼합되어 소기 가스로서 엔진 본체(10)(각 실린더(11))에 공급된다. 이에 따라 각 실린더(11)에 공급되는 소기 가스의 산소 농도가 감소하여 엔진 본체(10)에서 배출되는 NOx의 배출량을 줄일 수 있다. EGR 유닛(30)은 EGR 가스를 세정하는 스크러버(31), EGR 가스를 냉각하는 냉각 장치(32), EGR 가스를 승압하여 소기 유로(26)에 공급하는 EGR 블로워(33)를 구비하고 있다. EGR 블로워(33)의 회전수를 조절함으로써 EGR 가스의 유량, 나아가서는 EGR율을 변경할 수 있다. 다만, EGR 가스의 유량(나아가서는 EGR율)의 변경은 EGR 유로(28) 내에 설치된 유량 조절 밸브(미도시)로 수행하여도 좋다.The EGR unit 30 is provided in the EGR passage 28 connecting the exhaust passage 25 and the baffle passage 26 to extract a part of the exhaust gas from the exhaust passage 25 ) Is referred to as "EGR gas"), and supplies the EGR gas to the scavenge flow path 26. The EGR gas supplied to the scavenging passage 26 is mixed with the fresh air raised in the turbocharger 20 and supplied to the engine main body 10 (each cylinder 11) as a scavenging gas. Accordingly, the oxygen concentration of the scavenging gas supplied to each cylinder 11 decreases, and the amount of NOx discharged from the engine body 10 can be reduced. The EGR unit 30 includes a scrubber 31 for cleaning the EGR gas, a cooling device 32 for cooling the EGR gas, and an EGR blower 33 for boosting the EGR gas to supply the EGR gas to the scavenging flow path 26. The flow rate of the EGR gas and the EGR rate can be changed by adjusting the number of revolutions of the EGR blower 33. [ However, the flow rate of the EGR gas (and hence the EGR rate) may be changed by a flow control valve (not shown) provided in the EGR flow passage 28.

연료 공급 유닛(40)은 물 에멀전 연료를 생성하여 연료 분사 밸브(15)에 공급하는 유닛이다. 연료 공급 유닛(40)은 연료 생성부(41)와 연료 공급부(42)를 가지고 있다. 연료 생성부(41)는 혼합 용기(43)에 투입한 순수 연료와 물을 믹서 등으로 혼합하여 소정의 물 첨가율의 물 에멀전 연료를 생성하는 부분이다. 순수 연료와 물을 동시에 연료 분사 밸브(15)에 공급하는 구조에서는(특허문헌1의 도 3 및 도 4 참조), 순수 연료와 물을 균일하게 혼합하는 것은 곤란하지만, 본 실시예에서는 순수 연료와 물을 균일하게 혼합할 수 있다. 또한, 실제의 물 첨가율은 투입된 순수 연료와 물의 비율에 따라 산출할 수 있다. 연료 공급부(42)는 연료 생성부(41)에서 생성된 물 에멀전 연료를 엔진 본체(10)의 연료 분사 밸브(15)에 공급하는 부분이다. 연료 공급부(42)는 연료 분사 밸브(15)에서 분사하는 물 에멀전 연료의 분사 시간 및 분사 시작 시기를 변경할 수 있다.The fuel supply unit 40 is a unit that generates and supplies water emulsion fuel to the fuel injection valve 15. [ The fuel supply unit 40 has a fuel generating unit 41 and a fuel supply unit 42. The fuel generating portion 41 is a portion that mixes the pure fuel and water introduced into the mixing vessel 43 with a mixer or the like to produce a water emulsion fuel having a predetermined water addition ratio. 3 and 4 in Patent Document 1), it is difficult to uniformly mix the pure fuel and water. In this embodiment, however, pure fuel and pure water are mixed in the fuel injection valve 15, Water can be uniformly mixed. In addition, the actual water addition rate can be calculated according to the ratio of the pure fuel and water supplied. The fuel supply unit 42 is a unit that supplies the water emulsion fuel generated by the fuel generation unit 41 to the fuel injection valve 15 of the engine body 10. [ The fuel supply unit 42 can change the injection time of the water-emulsion fuel injected from the fuel injection valve 15 and the injection start timing.

<제어계의 구성> <Configuration of control system>

다음으로, 엔진 시스템(100)의 제어계의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 엔진 시스템(100)의 제어계의 블록도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 엔진 시스템(100)은 엔진 시스템(100) 전체를 제어하는 제어 장치(50)를 구비하고 있다. 제어 장치(50)는 예를 들면 시피유(CPU), 롬(ROM), 및 램(RAM) 등으로 구성되어 있다.Next, the configuration of the control system of the engine system 100 will be described. Fig. 2 is a block diagram of the control system of the engine system 100. Fig. As shown in FIG. 2, the engine system 100 includes a control device 50 that controls the entire engine system 100. The control device 50 is composed of, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

제어 장치(50)는 실린더 내압 센서(17), 엔진 회전계(18) 및 입력 설정부(51)와 전기적으로 연결되어 있다. 제어 장치(50)는 이들 기기로부터 전송받는 신호에 따라 실린더 내압, 엔진 회전수 및 설정 물 첨가율을 취득한다. 한편, 입력 설정부(51)는 엔진 시스템(100)이 탑재되어 있는 선체의 운전실에 설치되어 있다. 또한, 입력 설정부(51)는 운전자에 의해 설정 물 첨가율을 입력할 수 있고, 입력된 설정 물 첨가율을 보존할 수 있도록 구성되어 있다.The control device 50 is electrically connected to the in-cylinder pressure sensor 17, the engine revolving system 18, and the input setting unit 51. The control device 50 acquires the cylinder in-cylinder pressure, the engine speed, and the set water addition rate in accordance with signals received from these devices. On the other hand, the input setting unit 51 is installed in a cabin of the hull where the engine system 100 is mounted. Further, the input setting unit 51 is configured to be able to input the set water addition rate by the driver, and to save the input set water addition rate.

제어 장치(50)는 상기 각 기기로부터의 입력 신호에 따라 다양한 연산을 수행하여 엔진 시스템(100)의 각부를 제어한다. 본 실시예에서는 제어 장치(50)는 EGR 블로워(33), 연료 생성부(41) 및 연료 공급부(42)와 전기적으로 연결되어 있으며, 각종 연산 등의 결과에 따라 이들 기기에 제어 신호를 전송한다. 또한, 제어 장치(50)는 연료 생성부(41)에 제어 신호를 전송할 뿐만 아니라 연료 생성부(41)로부터 전송받는 신호에 따라 실제의 물 첨가율을 얻을 수 있다. 다만, 실제의 물 첨가율은 연료 생성부(41)의 혼합 용기(43)로부터 분사 밸브(15)까지의 유로에 물 첨가율을 측정하는 센서를 설치하고, 그 센서로부터 전송받는 신호에 따라 취득하여도 좋다.The control device 50 controls various parts of the engine system 100 by performing various operations according to input signals from the respective devices. The controller 50 is electrically connected to the EGR blower 33, the fuel generator 41 and the fuel supplier 42 and transmits a control signal to these devices in accordance with the results of various calculations and the like . The controller 50 not only transmits the control signal to the fuel generator 41 but also obtains the actual water addition ratio according to the signal transmitted from the fuel generator 41. [ However, the actual water addition rate may be obtained by providing a sensor for measuring the water addition rate in the flow path from the mixing vessel 43 to the injection valve 15 of the fuel production section 41, and acquiring it in accordance with a signal received from the sensor good.

제어 장치(50)는 기능적인 구성으로서, 물 첨가율 제어부(52), EGR율 제어부(53), 및 연료 분사 제어부(54)를 가지고 있다.The control device 50 has a water addition rate control section 52, an EGR rate control section 53, and a fuel injection control section 54 as a functional configuration.

물 첨가율 제어부(52)는 물 에멀전 연료의 물 첨가율을 제어하는 부분이다. 물 첨가율 제어부(52)는 먼저, 운전자가 입력한 설정 물 첨가율에 따라 목표 물 첨가율을 설정한다. 본 실시예에서는 도 3에서 파선으로 나타낸 바와 같이 목표 물 첨가율을 설정한다. 구체적으로는 엔진부하가 0 ~ 15%일 때 목표 물 첨가율을 0%로 하고, 엔진부하가 15 ~ 100%일 때 목표 물 첨가율을 상기 설정 물 첨가율로 한다. 그리고 물 첨가율 제어부(52)는 연료 생성부(41)에 제어 신호를 전송하여 실제의 물 첨가율이 목표 첨가율이 되도록 제어한다.The water addition rate control unit 52 controls the water addition rate of the water emulsion fuel. The water addition rate control section 52 first sets the target water addition rate according to the set water addition rate input by the driver. In the present embodiment, the target water addition rate is set as indicated by the broken line in Fig. More specifically, the target water addition rate is set to 0% when the engine load is 0 to 15%, and the target water addition rate when the engine load is 15 to 100%. The water addition rate control unit 52 sends a control signal to the fuel generation unit 41 to control the actual water addition rate to be the target addition rate.

이와 같이, 본 실시예에서는 실용 엔진부하의 전량 영역(엔진부하가 25 ~ 100%)에 있어서 순수 연료는 사용하지 않고 물 에멀전 연료만을 사용하고 있다. 아울러 실용 엔진부하 영역에서는 물 첨가율은 일정하다. 따라서 본 실시예에 따르면, 순수 연료와 물 에멀전 연료를 순간적으로 전환하는 기구, 및 물 첨가율을 순간적으로 변화시키는 기구는 불필요하다. 또한, 앞서 언급한 특허문헌1에서는 순수 연료와 물 에멀전 연료를 전환할 때에는 사용하는 연료 분사 밸브도 전환하지만, 본 실시예에 따르면, 연료 분사 밸브를 전환하는 기구도 불필요하다. 이와 같이 본 실시예에 따르면, 엔진 시스템(100)의 구성을 단순화할 수 있다.As described above, in this embodiment, pure water is not used and only the water emulsion fuel is used in the whole volume region of the practical engine load (engine load is 25 to 100%). In addition, the water addition rate is constant in the real engine load range. Therefore, according to the present embodiment, there is no need for a mechanism for momentarily changing the pure water fuel and the water emulsion fuel, and a mechanism for instantly changing the water addition rate. In addition, in the above-mentioned Patent Document 1, the fuel injection valve to be used is switched when switching between the pure water fuel and the water emulsion fuel, but according to the present embodiment, a mechanism for switching the fuel injection valve is also unnecessary. As described above, according to the present embodiment, the configuration of the engine system 100 can be simplified.

EGR율 제어부(53)는 EGR 가스의 유량을 조절하여 EGR율을 제어하는 부분이다. EGR율 제어부(53)는 먼저, 목표 EGR율을 설정한다. 본 실시예에서는 도 3에서 실선으로 나타낸 바와 같이, 엔진부하가 0 ~ 15%일 때 목표 EGR율을 0%로 설정하고, 엔진부하가 15 ~ 100%일 때 엔진부하가 커짐에 따라 목표 EGR 비율을 작아지게 설정한다. 목표 EGR율은 미리 실시한 시험을 통해 도출된 값으로서, NOx 배출량 규제를 클리어할 수 있는 EGR율, 즉 NOx 배출량이 소정 값 이하가 되는 EGR율이다. 이 목표 EGR율은 EGR율 제어부(53)에 기억되어 있다.The EGR rate control unit 53 controls the EGR rate by controlling the flow rate of the EGR gas. The EGR rate control unit 53 first sets the target EGR rate. 3, the target EGR rate is set to 0% when the engine load is 0 to 15%, and the target EGR rate is set to 0% when the engine load is 15 to 100% . The target EGR rate is a value derived from a test conducted in advance and is an EGR rate at which the NOx emission amount regulation can be cleared, that is, an EGR rate at which the NOx emission amount becomes a predetermined value or less. The target EGR rate is stored in the EGR rate control unit 53. [

도 4는 도 3의 목표 물 첨가율을 낮추었을 경우 엔진부하와 목표 EGR율의 관계를 나타낸 도면이다. 도 4의 두 점선은 각각 도 3의 목표 물 첨가율과 목표 EGR율에 해당하는 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 설정 물 첨가율이 감소되고 엔진부하가 15% 이상일 때 목표 물 첨가율을 낮춘 것으로 한다. 그러면 엔진부하가 15% 이상일 때 목표 EGR율을 높인다. 이는 물 첨가율이 낮아지면 물 에멀전 연료의 사용에 의한 NOx의 배출 감소 효과가 낮아지기 때문에 NOx 배출량 규제를 클리어하기 위해 EGR율을 증가시킬 필요가 있기 때문이다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between the engine load and the target EGR rate when the target water addition ratio in FIG. 3 is lowered. The two dotted lines in FIG. 4 correspond to the target water addition rate and the target EGR rate in FIG. 3, respectively. As shown in Fig. 4, it is assumed that the target water addition rate is lowered when the set water addition rate is decreased and the engine load is 15% or more. This increases the target EGR rate when the engine load is greater than 15%. This is because if the water addition rate is lowered, the effect of reducing the emission of NOx by the use of the water emulsion fuel is lowered. Therefore, it is necessary to increase the EGR rate in order to clear the NOx emission regulation.

이어서 EGR율 제어부(53)는 EGR 블로워(33)에 제어 신호를 전송하여 실제의 EGR율이 그때의 엔진부하(본 실시예에서는 엔진 회전수 및 연료 분사량에 따라 엔진부하를 산출하지만 다른 방법으로 산출하여도 좋다. 예를 들어, 과급기(20)의 회전수로부터 산출하여도 좋고, 실린더 내압에 의해 구해지는 도시된 작업으로부터 산출하여도 좋다. 또한, 축마력계를 이용하여 엔진부하를 직접 측정하는 것도 가능하다.)에 따른 목표 EGR율이 되도록 EGR 가스 유량을 조절한다. 이에 따라 NOx 배출 규제를 클리어할 수 있다. 본 실시예에서는 EGR 가스 유량의 조절은 EGR 블로워(33)의 회전수를 제어함으로써 수행하고 있다. 다만, EGR 가스 유량의 조절은 유량 제어 밸브로 제어하는 방식 등 다른 방식으로 수행하여도 좋다. 어떤 방식이어도 EGR 가스 유량의 조절은 용이하고, 상황 변화에 대한 EGR 가스 유량 변화의 응답성이 매우 높다.Then, the EGR rate control unit 53 sends a control signal to the EGR blower 33 so that the actual EGR rate is calculated based on the engine load at that time (in this embodiment, the engine load is calculated in accordance with the engine speed and the fuel injection amount, For example, it may be calculated from the number of revolutions of the turbocharger 20, or may be calculated from the illustrated work obtained by the in-cylinder pressure. The EGR gas flow rate is adjusted so that the target EGR rate becomes equal to the target EGR rate according to the target EGR rate. Thus, the NOx emission regulation can be cleared. In this embodiment, the control of the flow rate of the EGR gas is performed by controlling the number of revolutions of the EGR blower 33. However, the flow rate of the EGR gas may be controlled by a flow control valve or other method. The EGR gas flow rate can be easily controlled regardless of the method, and the response of the EGR gas flow rate change to the situation change is very high.

연료 분사 제어부(54)는 물 에멀전 연료의 연료 분사(분사량, 분사 시간 및 분사 시작 시기)를 제어하는 부분이다. 도 5는 물 에멀전 연료의 연료 분사 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다. 이하에서 설명하는 연산 및 제어는 연료 분사 제어부(54)에 의해 수행된다.The fuel injection control section 54 controls the fuel injection (injection amount, injection time and injection start timing) of the water emulsion fuel. 5 is a flowchart showing a fuel injection control method of the water emulsion fuel. The calculation and control described below are performed by the fuel injection control unit 54. [

먼저, 처리가 시작되면, 연료 분사 제어부(54)는 실린더 내압 센서(17), 엔진 회전계(18) 및 연료 생성부(41) 등으로부터 전송받은 신호를 읽어들이고 이 신호에 따라 실린더 내압, 엔진 회전수 및 물 첨가율 등 각종 정보를 취득한다(단계 S1).First, when the process is started, the fuel injection control unit 54 reads signals transmitted from the in-cylinder pressure sensor 17, the engine revolving system 18, and the fuel generating unit 41, Water and water addition rate (step S1).

이어서 연료 분사 제어부(54)는 1사이클 당 분사하는 물 에멀전 연료의 분사량을 결정한다(단계 S2). 본 실시예에서는 엔진 회전수가 일정한 회전수(100% 회전수)를 유지할 수 있도록 분사량을 결정한다. 다만, 분사량이 동일하여도 물 첨가율이 다르면 열량이 다르고, EGR율이 다르면 연소 효율이 다르다. 따라서 예를 들어, 물 첨가율이나 EGR율이 높아졌을 때에는 분사량을 증가시킨다.Subsequently, the fuel injection control section 54 determines the injection amount of the water-emulsion fuel injected per cycle (step S2). In this embodiment, the injection amount is determined so that the engine speed can be maintained at a constant number of revolutions (100% number of revolutions). However, even if the injection amount is the same, if the water addition rate is different, the heat quantity is different, and if the EGR rate is different, the combustion efficiency is different. Therefore, for example, when the water addition rate or the EGR rate is increased, the injection amount is increased.

이어서 연료 분사 제어부(54)는 1사이클 당 분사하는 물 에멀전 연료의 분사 시간을 결정한다(단계 S3). 본 실시예에서는 1사이클 당 연료 분사량이 증가함에 따라 분사 시간을 늘린다. 이에 따라 1사이클 당 분사량이 증가하여도 단위 시간당 분사량은 증가하지 않는다. 따라서, 1사이클 당 분사량이 어느 정도 크게 변동하여도 동일한 연료 분사 밸브(15)를 이용하여 정상적인 분사가 가능하다.Subsequently, the fuel injection control section 54 determines the injection time of the water-emulsion fuel injected per cycle (step S3). In this embodiment, the injection time is increased as the fuel injection amount per one cycle is increased. Accordingly, the injection amount per unit time does not increase even if the injection amount per one cycle increases. Therefore, even if the injection amount per cycle is largely changed to some extent, normal injection can be performed by using the same fuel injection valve 15. [

이어서 연료 분사 제어부(54)는 분사 시간에 변경이 있었는지 여부를 판정한다(단계 S4). 후술하는 바와 같이, 각 단계는 반복 수행되지만, 단계 S3에서 결정한 분사 시간이 하나 전의 사이클 시에 설정된 분사 시간으로부터 변경이 있었는지 여부를 판정한다. 연료 분사 제어부(54)는 분사 시간에 변화가 있었다고 판정했을 경우에는(단계 S4에서 예), 단계 S5로 이동한다. 한편, 분사 시간에 변화가 없었다고 판정했을 경우에는(단계 S4에서 아니오), 단계 S6으로 이동하다.Subsequently, the fuel injection control section 54 judges whether there is a change in the injection time (step S4). As will be described later, each step is repeated, but it is determined whether the injection time determined in step S3 has changed from the injection time set in the previous cycle. When the fuel injection control unit 54 determines that there is a change in the injection time (YES in step S4), the fuel injection control unit 54 moves to step S5. On the other hand, if it is determined that there is no change in the injection time (NO in step S4), the flow proceeds to step S6.

이어서 단계 S5로 이동했을 경우, 연료 분사 제어부(54)는 분사 시작 시기(분사를 시작하는 크랭크 각도)를 결정한다. 구체적으로는 물 첨가율, EGR율 및 엔진부하에 기초하여, 미리 기억되어 있는 맵 데이터로부터 판독한 값을 분사 시각 시기로 한다. 한편, 본 실시예에서는 물 첨가율, EGR율 및 엔진부하에 기초하여 분사 시작 시기를 결정하고 있지만 물 첨가율, EGR율 및 엔진부하에 대응하는 파라미터에 의해 분사 시작 시기를 결정하여도 좋다. 예를 들어, EGR율 대신에 소기관(27) 내의 산소 농도의 값을 이용하여도 좋다.Subsequently, when the routine proceeds to step S5, the fuel injection control section 54 determines the injection start timing (the crank angle at which the injection starts). More specifically, based on the water addition rate, the EGR rate, and the engine load, values read out from the map data stored in advance are set as the injection timing timing. On the other hand, in this embodiment, the injection start timing is determined based on the water addition rate, the EGR rate, and the engine load, but the injection start timing may be determined based on the parameters corresponding to the water addition rate, the EGR rate, and the engine load. For example, the value of the oxygen concentration in the scavenge 27 may be used instead of the EGR rate.

도 6은 크랭크 각도와 실린더 내압의 관계를 나타낸 개념도이다. 도면에서 실선은 순수 연료를 사용한 경우를 나타내고, 파선은 물 에멀전 연료를 사용한 경우를 나타내며, 점선은 물 에멀전 연료를 사용하여 분사 시작 시기를 앞당긴 경우를 나타내고 있다.6 is a conceptual diagram showing the relationship between the crank angle and the in-cylinder pressure. In the figure, the solid line indicates the case where pure fuel is used, the broken line indicates the case of using the water emulsion fuel, and the dotted line indicates the case where the injection start timing is advanced by using the water emulsion fuel.

연료로서 순수 연료를 사용했을 경우, 도 6의 실선으로 나타낸 바와 같이, 피스톤(14)이 상승하여 상사점(크랭크 각도 = 0°)에 도달했을 때 실린더 내압이 첫 번째 피크를 맞이한다. 이때 연료의 분사를 시작하면 실린더 내압은 일단 하강한 후 연소에 의해 다시 상승하여 2번째 피크를 맞이한다. 이 2번째 피크에서 실린더 내압이 최대 실린더 내압(Pmax)이다. 이 최대 실린더 내압은 연료의 분사 시작 시기를 변동시킴으로써 조정이 가능하다. 최대 실린더 내압이 높을수록 엔진의 효율은 높아지지만, 실린더 내압이 너무 높아지면 실린더(11)가 파손될 우려가 있다. 따라서 일반적으로는 최대 실린더 내압이 소정의 목표 값이 되도록(상한값을 넘지 않는 범위에서의 최대 값이 되도록) 분사 시작 시기가 결정된다. 한편, 연료 분사 제어부(54)는 최대 실린더 내압이 상한값을 초과할 우려가 있을 경우에 분사 시작 시기를 수정하는 제어를 수행하여도 좋다.When pure fuel is used as the fuel, as shown by the solid line in Fig. 6, when the piston 14 rises and reaches the top dead center (crank angle = 0), the in-cylinder pressure reaches the first peak. At this time, when the injection of the fuel is started, the internal pressure of the cylinder is once lowered, then raised again by the combustion to reach the second peak. At this second peak, the in-cylinder pressure is the maximum in-cylinder pressure Pmax. This maximum cylinder internal pressure can be adjusted by varying the injection start timing of the fuel. The higher the maximum cylinder internal pressure, the higher the efficiency of the engine. However, if the in-cylinder pressure becomes too high, the cylinder 11 may be damaged. Therefore, in general, the injection start timing is determined such that the maximum in-cylinder pressure becomes a predetermined target value (to be a maximum value in a range not exceeding the upper limit value). On the other hand, the fuel injection control unit 54 may perform control to correct the injection start timing when there is a concern that the maximum in-cylinder pressure exceeds the upper limit value.

한편, 연료로서 물 에멀전 연료를 사용하고 순수 연료의 경우와 마찬가지로 크랭크 각도가 0°일 때 연료의 분사를 시작한 것으로 한다. 그러면 물 에멀전 연료는 체적당 열량이 순수 연료보다 작고, 비교적 긴 기간 분사하게 되기 때문에 도 6의 파선으로 나타낸 바와 같이, 실린더 내압의 2번째 피크를 향하는 곡선이 완만해진다. 그 결과, 최대 실린더 내압은 소정의 목표 값보다 낮아진다.On the other hand, it is assumed that the water injection is started when the water emulsion fuel is used as the fuel and the crank angle is 0 ° as in the pure fuel. Then, the water emulsion fuel has a calorie volume smaller than that of the pure fuel and is injected for a comparatively long period of time, so that the curve toward the second peak of the in-cylinder pressure becomes gentle as shown by the broken line in Fig. As a result, the maximum in-cylinder pressure becomes lower than a predetermined target value.

반면에, 연료로서 물 에멀전 연료를 사용하지만, 순수 연료의 경우보다 분사 시작 시기를 앞당긴 것으로 한다. 그러면 도 6의 점선으로 나타낸 바와 같이, 실린더 내압의 2번째 피크를 향하는 곡선의 상승이 빨리 시작되고 그 결과 최대 실린더 내압을 소정의 목표 값 또는 이에 가까운 값으로 할 수 있다. 즉, 1사이클 당 분사 시간이 길어짐에 따라 분사 시작 시기를 빨리 함으로써 최대 실린더 내압을 소정의 목표 값 또는 이에 가까운 값으로 할 수 있다.On the other hand, water emulsion fuel is used as the fuel, but the injection start time is earlier than that of the pure fuel. Then, as indicated by the dotted line in Fig. 6, the rise of the curve toward the second peak of the in-cylinder pressure starts quickly, and as a result, the maximum in-cylinder pressure can be set to a predetermined target value or a value close thereto. That is, as the injection time per one cycle becomes longer, the injection start timing is made faster, and the maximum in-cylinder pressure can be set to a predetermined target value or a value close to the predetermined target value.

본 실시예에서는 미리 실시한 시험에 의해 물 첨가율, EGR율 및 엔진부하마다 최대 실린더 내압이 소정의 목표 값 또는 이에 가까운 값이 되는 분사 시작 시기를 산출하고, 그 분사 시작 시기를 맵 데이터로 기억하고 있다. 따라서, 단계 S5에서 결정한 분사 시작 시기에서 물 에멀전 연료의 분사를 시작하면 최대 실린더 내압이 소정의 목표 값 또는 이에 가까운 값이 된다.In this embodiment, the injection start timing at which the water addition rate, the EGR rate, and the maximum cylinder internal pressure for each engine load become a predetermined target value or a value close thereto is calculated by a test conducted in advance, and the injection start timing is stored as map data . Therefore, when the injection of the water emulsion fuel is started at the injection start timing determined in step S5, the maximum in-cylinder pressure becomes a predetermined target value or a value close to the predetermined target value.

한편, 단계 S6으로 이동하였을 경우, 연료 분사 제어부(54)는 분사 시작 시기를 보정한다. 구체적으로는, 연료 분사 제어부(54)는 실제의 최대 실린더 내압과 소정의 목표 값의 차이가 작아지도록 분사 시작 시기를 보정한다. 이와 같이, 본 실시예에서는 분사 시간이 변경된 직후에는 초기 값이 되는 분사 시작 시기를 물 첨가율 및 EGR율에 기초하여 결정하고(단계 S5), 그 후에는 실제의 최대 실린더 내압에 따라 분사 시작 시기를 보정하고 있다(단계 S6). 즉, 본 실시예에서는 피드포워드 제어와 피드백 제어를 조합한 제어를 수행하고 있다.On the other hand, when the process goes to step S6, the fuel injection control unit 54 corrects the injection start timing. Specifically, the fuel injection control section 54 corrects the injection start timing so that the difference between the actual maximum in-cylinder pressure and the predetermined target value becomes small. As described above, in this embodiment, immediately after the injection time is changed, the injection start timing to be the initial value is determined based on the water addition rate and the EGR rate (step S5), and thereafter, the injection start timing is set to the actual maximum cylinder internal pressure (Step S6). That is, in the present embodiment, the control combining the feedforward control and the feedback control is performed.

이어서 단계 S5 또는 단계 S6을 거친 후에는, 연료 분사 제어부(54)는 연료 공급부(42)에 제어 신호를 전송하여 결정된 분사량, 분사 시간 및 분사 시작 시기로 물 에멀전 연료를 분사시킨다(단계 S7). 연료 분사 제어부(54)는 단계 S7이 끝나면 단계 S1으로 되돌아와서 단계 S1 내지 단계 S7을 반복 수행한다. 본 실시예에서는 이상과 같은 연료 분사 제어를 수행하기 위한 적정한 분사 시작 시기에 물 에멀전 연료가 분사되기 때문에 엔진 본체(10)를 효율적으로 운전할 수 있다.Subsequently, after step S5 or step S6, the fuel injection control section 54 sends a control signal to the fuel supply section 42 to inject the water emulsion fuel at the determined injection amount, injection time, and injection start timing (step S7). When the step S7 is completed, the fuel injection control unit 54 returns to the step S1 and repeats the steps S1 to S7. In this embodiment, since the water emulsion fuel is injected at an appropriate injection start timing for performing the fuel injection control as described above, the engine main body 10 can be efficiently operated.

이상이 본 발명에 따른 실시예의 설명이다. 이상에서는 연료의 분사 시작 시기를 결정할 때 피드백 제어와 피드포워드 제어를 조합하는 경우에 대해 설명했지만, 피드포워드 제어에 상당하는 부분의 제어만으로 연료의 분사 시작 시기를 결정하여도 좋다. 즉, 실린더 내압 센서(17)를 실린더(11)에 설치하지 않고 물 첨가율, EGR율 및 엔진부하에 기초하여 분사 시작 시기를 결정하고, 그 분사 시작 시기를 유지하도록 하여도 좋다.The foregoing is a description of embodiments according to the present invention. In the above description, the case where the feedback control and the feedforward control are combined in determining the injection start timing of the fuel has been described. However, the injection start timing of the fuel may be determined only by controlling the portion corresponding to the feedforward control. That is, the injection start timing may be determined based on the water addition rate, the EGR rate, and the engine load without providing the in-cylinder pressure sensor 17 in the cylinder 11, and the injection start timing may be maintained.

또한, 이상에서는 실용 엔진부하의 전체 영역에 있어서 물 에멀전 연료의 물 첨가율이 일정한 경우에 대해 설명했지만, 물 첨가율은 완만하게 변화하여도 좋다. 이러한 엔진 시스템이어도 단순한 구조로 연비 악화와 그을음 발생을 억제하면서 NOx 생성량을 줄일 수 있다는 작용 효과를 발휘할 수 있다.In the above description, the case where the water addition rate of the water emulsion fuel is constant in the entire region of the practical engine load has been described, but the water addition rate may be changed gently. Even in such an engine system, a simple structure can exhibit an action effect of reducing NOx production while suppressing fuel consumption deterioration and soot generation.

본 발명에 따른 엔진 시스템에 따르면, 물 에멀전 연료를 사용함과 함께 EGR을 수행함으로써 연비 악화와 그을음 발생을 억제하면서 NOx 생성량을 줄일 수 있고, 게다가 이를 단순한 구조로 실현할 수 있다. 또한, 부하 변동에 대해 추종 제어하기 쉬운 EGR율을 주된 제어 변수로 하고 있기 때문에, NOx 감소에 대해 제어 지연 없이 확실하게 제어를 수행할 수 있다. 간단한 구조로 실현할 수 있기 때문에 널리 범용성이 있는 NOx 감소 시스템으로서 유익하다.According to the engine system according to the present invention, by performing the EGR with the use of the water emulsion fuel, the NOx production amount can be reduced while suppressing the fuel consumption deterioration and the soot generation, and furthermore, it can be realized with a simple structure. Moreover, since the main control variable is the EGR rate which is easy to control the follow-up with respect to the load fluctuation, the control can be surely performed without the control delay for the NOx reduction. It can be realized with a simple structure, which is advantageous as a widely versatile NOx reduction system.

10: 엔진 본체
11: 실린더
15: 연료 분사 밸브
30: EGR 유닛
40: 연료 공급 유닛
50: 제어 장치
100: 엔진 시스템
10: engine body
11: Cylinder
15: Fuel injection valve
30: EGR unit
40: fuel supply unit
50: Control device
100: Engine system

Claims (10)

실린더 및 연료 분사 밸브를 갖는 엔진 본체와,
물 에멀전 연료를 생성하여 상기 연료 분사 밸브에 공급하는 연료 공급 유닛과,
EGR 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 EGR 유닛과,
실용 엔진부하의 전체 영역에서 상기 물 에멀전 연료를 사용하도록 제어함과 함께, 상기 엔진 본체로부터 배출되는 NOx의 배출량이 소정 값 이하가 되도록 상기 EGR 가스의 유량을 제어하도록 구성되어 있는 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
An engine body having a cylinder and a fuel injection valve,
A fuel supply unit for generating and supplying a water-emulsion fuel to the fuel injection valve,
An EGR unit that supplies EGR gas to the engine body;
And controls the flow rate of the EGR gas so as to use the water emulsion fuel in the entire region of the practical engine load and to control the amount of NOx discharged from the engine body to be equal to or less than a predetermined value Wherein the engine system comprises:
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는 실용 엔진부하의 전체 영역에 있어서 상기 물 에멀전 연료의 물 첨가율을 일정하게 유지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control device is configured to maintain the water addition rate of the water emulsion fuel constant in the entire region of the load of the practical engine.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 물 에멀전 연료의 1사이클 당 분사량이 증가함에 따라 1사이클 당 분사 시간을 늘리도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the control device is configured to increase the injection time per cycle as the injection amount per cycle of the water emulsion fuel increases.
제3항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 1사이클 당 분사 시간을 늘릴 때, 상기 실린더 내의 최대 압력이 소정의 상한값을 초과하지 않는 범위에서, 상기 물 에멀전 연료의 분사 시작 시기를 앞당기도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
The method of claim 3,
Wherein the controller is configured to advance the injection start timing of the water emulsion fuel within a range in which the maximum pressure in the cylinder does not exceed a predetermined upper limit value when the injection time per one cycle is increased. .
제4항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 물 첨가율 및 상기 EGR율 중 하나 또는 둘 모두에 따라 상기 분사 시작 시기를 결정하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
5. The method of claim 4,
Wherein the control device is configured to determine the injection start timing according to one or both of the water addition rate and the EGR rate.
실린더 및 연료 분사 밸브를 갖는 엔진 본체와,
물 에멀전 연료를 생성하여 상기 연료 분사 밸브에 공급하는 연료 공급 유닛과,
EGR 가스를 상기 엔진 본체에 공급하는 EGR 유닛을 구비한 엔진 시스템의 제어 방법으로서,
실용 엔진부하의 전체 영역에서 상기 물 에멀전 연료를 사용함과 함께, 상기 엔진 본체로부터 배출되는 NOx의 배출량이 소정 값 이하가 되도록 상기 EGR 가스의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
An engine body having a cylinder and a fuel injection valve,
A fuel supply unit for generating and supplying a water-emulsion fuel to the fuel injection valve,
A control method for an engine system including an EGR unit for supplying EGR gas to the engine body,
Wherein the water emulsion fuel is used in the entire region of the practical engine load and the flow rate of the EGR gas is controlled so that the amount of NOx discharged from the engine body becomes a predetermined value or less.
제6항에 있어서,
실용 엔진부하의 전체 영역에서 상기 물 에멀전 연료의 물 첨가율을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
The method according to claim 6,
And the water addition rate of the water emulsion fuel is kept constant in the entire region of the practical engine load.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 물 에멀전 연료의 1사이클 당 분사량이 증가함에 따라 1사이클 당 분사 시간을 늘리는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
8. The method according to claim 6 or 7,
Wherein the injection time per cycle is increased as the injection amount per cycle of the water-emulsion fuel increases.
제8항에 있어서,
상기 1사이클 당 분사 시간을 늘릴 때, 상기 실린더 내의 최대 압력이 소정의 상한값을 초과하지 않는 범위에서, 상기 물 에멀전 연료의 분사 시작 시기를 앞당기는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein when the injection time per one cycle is increased, the injection start timing of the water emulsion fuel is advanced within a range in which the maximum pressure in the cylinder does not exceed a predetermined upper limit value.
제9항에 있어서,
상기 물 첨가율 및 상기 EGR율 중 하나 또는 둘 모두에 기초하여 상기 분사 시작 시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the injection start timing is determined based on one or both of the water addition rate and the EGR rate.
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