KR20160119184A - 멀티퓨엘 엔진 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

유해배기물질의 발생을 억제하고 엔진출력 저하를 억제할 수 있는 멀티퓨엘 엔진을 제공하는 것을 과제로 한다. 저압축 실린더군LSG와 고압축 실린더군HSG를 가지는 멀티퓨엘 엔진1로서, 저압축 실린더군LSG는 제1 가스연료(천연가스)가 공급되어, 제1 가스연료가 점화플러그의 점화로 연소하는 가스전소식 실린더로 구성되며, 고압축 실린더군HSG는 저압축 실린더군LSG보다도 압축비가 높고 제2 가스연료(천연가스) 및 경유가 공급되어, 경유의 연소실 압축열 착화로 제2 가스연료를 경유와 함께 연소하는 이원연료연소식 실린더로 구성되어, 시동을 포함한 저회전 영역에서는 저압축 실린더군LSG에서만 연소를 행하고 고회전 영역에서는 적어도 고압축 실린더군HSG에서 연소를 행한다.

Description

멀티퓨엘 엔진 및 그 제어방법{MULTIFUEL ENGINE AND CONTROL METHOD THEREFOR}

본 발명은 멀티퓨엘 엔진 및 그 제어방법에 관한 것이다.

현재 세계적으로 자동차 엔진은 오토 사이클이며 휘발유를 연료로 하는 휘발유엔진과 디젤사이클이며 경유를 연료로 하는 디젤엔진의 2종류가 주류다. 휘발유엔진은 자가용 차량 등의 소형 자동차에 주로 적용되며 디젤엔진은 버스, 트럭 등의 중형·대형 자동차에 적용되고 있다. 두 엔진 모두 석유연료를 사용하므로 저환경성능 자동차로 개량개선이 반복되어 왔다.

그 중에서도 디젤엔진은 연료인 경유에 고분자화합물이 다량 포함되어 있어 휘발유와 비교하여 연소효율이 낮고 연료를 액체상태로 연소실 내에 분무하게 되므로 연소잔여물이 많으며 또한 착화온도, 연소온도가 휘발유보다 낮아, 완전연소가 곤란하다. 그 결과 CO(일산화탄소), PM(입자상 물질), NOX(질소산화물), SOX(유황산화물), HC(탄화수소) 등의 유해배기물질이 발생한다. 특히 PM은 호흡기계 질환이나 폐암과 관련성이 있다고 지적되고 있는 유해배기물질인데 디젤엔진에서는 이 PM이 눈에 띄게 발생한다는 문제가 있다.

그래서 종래에는 클린 디젤 등의 명칭으로 알려져 있듯이 커먼레일 등을 적용하여 경유를 고압으로 분사함으로써 분사된 경유의 입경을 더 미세하게 하여 PM발생을 억제하는 기술이 제안되고 있다. 그러나 디젤엔진은 기본적으로 압축열에 의해 저온연소하므로 PM발생을 현저하게 억제하기란 매우 힘들다. 거기에 분사된 경유의 입경이 미세하므로 미세한, 예를 들면 2.5μｍ 이하, 특히 1μｍ이하의 PM발생량이 증가할 가능성이 있다. PM은 입경이 미세하면 미세할수록 흡입하면 폐나 기관지에 침착하기 쉬워져 인체에 미치는 영향이 큰 것으로 알려져 있다.

또한 디젤엔진을 고환경성능 엔진으로 개조하는 기술이 보급되기 시작하고 있다. 천연가스를 연료로 하는 천연가스 전소식 엔진이다. 천연가스는 연료 중의 불순물이나 고분자탄화수소의 함유량이 적어 연소 시에 PM이 거의 발생하지 않는다. 또한 연소 중의 탄소분에 대한 수소분의 비율이 높아 연료연소 시에 발생하는 이산화탄소(CO2) 배출량을 휘발유엔진보다도 20~30%, 디젤엔진보다도 15~20% 각각 절감이 가능하다.

천연가스 전소식 엔진의 대다수는 중형·대형 자동차의 경우에는 디젤엔진을 기본으로 하여 개조한 것으로 압축열을 통해 경유에 착화연소시키는 방식에서 점화 플러그를 통해 가스에 착화시키는 방식으로 변경한 것이다. 원리는 가솔린엔진과 같은 오토사이클이다. 연료의 착화온도가 경유의 250℃에서 천연가스의 650℃로 바뀌므로 디젤엔진일 경우의 압축열 300℃에 의한 착화방식에서 고온으로 가스연료에 착화시키는 방식, 즉 점화 플러그식 (착화온도 약 800℃)으로 변경해야 한다. 그리고 동시에 압축비의 차이를 조절해야 할 필요가 있다.

디젤엔진의 압축비는 부연소실식(간접분사식)에서는 14:1~16:1, 직접분사식에서는 18:1~20:1이며 가스전소식 엔진의 압축비는 천연가스에서 12:1~13:1이다. 그러나 이 개선에 의해 디젤엔진을 천연가스 전소식 엔진으로 하면 환경성능이 낮은 경유에서 환경성능이 높은 천연가스로 연료를 변경함으로써 유해배기물질 억제는 가능해지지만 베이스인 디젤엔진과 비교해 열효율이 30% 정도 저하하게 된다. 즉, 연비(일정거리주행 시에 대한 연료 코스트)의 저하이다. 그리고 압축비 저하로 인해 버스·트럭 등 중부하로 주행하는 자동차에게 중요한 토크도 저하해 버린다.

또한 천연가스 전소식 엔진을 탑재한 자동차인 천연가스 전소차는 천연가스를, 예를 들면 20MPa로 압축하여 가스연료탱크에 충진한다. 따라서 액체연료와 달리 연료소비가 빠르므로 가스연료탱크의 수가 많이 필요하나 자동차 내의 설치공간에 제한이 있으므로 도시간 이동인 장거리 주행에는 부적절하다. 따라서 천연가스 전소차는 시내배달용 자동차, 시내노선버스 등 가스연료 충진소를 중심으로 순환형 자동차로 사용되고 있는 것이 현실이다.

한편 일반적으로 ‘에코카’로 불리는 엔진과 모터를 조합한 하이브리드 차의 경우, 모터주행을 중심으로 하면 특히 고부하로 주행하는 대형 자동차가 필요한 토크(엔진출력)을 확보하기가 어려우며, 그렇다고 디젤엔진을 중심으로 주행하면 저환경성능이 유지되게 된다. 그래서 도시간 이동인 장거리주행이 가능한 자동차로서 디젤엔진의 열효율이나 토크를 유지하면서 상기의 유해배기물질 및 CO2 절감을 목표로 개발된 것이 천연가스 전소식 엔진과 동일한 고환경성능 엔진인 이원연료연소식(DDF: 디젤 듀얼 퓨엘)엔진이다(특허문헌1 참조).

여기서 근본적으로 왜 휘발유 엔진이 중·대형 자동차에 탑재되지 않게 되고 대부분이 디젤엔진이 되었는지에 대하여 설명한다. 휘발유 엔진은 오토사이클이며 사전에 휘발유와 공기가 섞인 혼합기체를 연소실에 흡입하므로 피스톤 상사점 부근에서 점화 플러그를 통해 착화되어 연소압력이 순간적으로 솟아오르는 것에 비해 디젤엔진은 디젤사이클이며 공기만을 연소실에 흡입하여 압축행정 끝에서 팽창행정으로 이동할 때 연료를 분사하므로 피스톤이 떨어지기 시작해도 연료분사가 계속되어 연소하므로 연소압력은 한 동안 일정하다. 이를 선 그래프로 만들어 확인하면 오토사이클 엔진이 이론열효율은 높지만 현실적인 문제로는 혼합기체를 압축하므로 이상연소가 발생하기 쉬워 압축비를 높이기가 어렵다. 한편 디젤엔진은 공기만을 압축하므로 압축비를 높일 수 있어 열효율 향상과 함께 토크도 높일 수 있다.

DDF엔진은 이 디젤엔진의 원리를 그대로 활용하여 고열효력을 보존 유지함과 동시에 고 토크 발생이 가능하므로 고부하로 주행하는 자동차의 장거리주행에 적합하다. 아울러 가스연료탱크와 경유탱크를 둘 다 갖추었으므로 천연가스 전소차의 약 2배의 항속거리를 확보할 수 있다.

또 DDF엔진은 디젤엔진을 기반으로 하여 압축열에 의한 경유착화연소열에 의해 거의 동시에 분사되는 고환경성능인 천연가스를 연소한다. 그러나 압축열 300℃에 대하여 경유착화온도가 250℃이므로 경유의 연소는 원활히 이루어지나, 천연가스는 착화온도가 650℃(액화석유가스는 510℃)이므로 경유가 착화해도 초기연소온도가 약 500℃이므로 천연가스의 원활한 연소를 동시에 일으키기가 어렵다. 따라서 천연가스를 경유와 동일하게 엔진시동 시부터 분사하면 불완전 연소하여 노킹을 일으킨다.

따라서 DDF엔진은, 예를 들어 엔진회전수가 10,000rpm미만까지는 경유만 분사되고 천연가스는 1,000rpm 이상이 되면 소량씩 분사되어 최고회전시에 최대가 되도록 엔진회전수에 맞춰 분사량(공급량)이 증량되도록 제어되고 있다. 따라서 아이들링 운전이나 경부하 저회전 영역에서의 주행을 장시간 지속하면 경유연소에 의한 유해배기물질, 특히 PM이나 NOX 등의 억제가 어려워지며 PM포집필터인 DPF(Diesel Particulate Filter)를 탑재한 자동차는 몇 십 분에 한번씩 엔진을 정지하여 DPF내의 PM이 소각될 때까지 엔진 시동이 불가능한 경우가 있다. 이 로스타임으로 인해 DPF를 탑재한 자동차를 운송, 배달 등의 업무에 적용한 경우는 큰 지장을 주기도 했다. 이래서는 디젤엔진의 문제점을 충분히 해결했다고는 말할 수 없다.

DDF엔진은 환경성능이 낮은 경유와 환경성능이 높은 천연가스를 동시에 연소시킴으로써 완전연소를 촉진하고 유해배기물질 및 CO2를 감소시키는 것을 목표로 개발되었으나 저회전 영역에서는 경유만을 연소하거나 환경성능 향상이 크게 기대되지 않는 정도의 천연가스 분사밖에 되지 않아 본래의 고환경성능 향상이 기대되는 부분은 고회전 영역에 한정되는 상황이었다. 따라서 아이들링 운전, 신호대기가 많은 시내주행, 고속도로에서도 시간대나 시기에 따라서 정체가 발생한 경우는 경유만 연소하여 DDF엔진의 본래 목적을 달성하기 어려워 저환경성능인 디젤엔진으로 사용할 수 밖에 없었다. 최근 들어 아이들링 중단시스템이 개발되어 DDF엔진에 도입한 자동차도 있으나 저속운전을 할 수 밖에 없는 정체도로나 엔진정지 직전과 시동 시의 저회전 영역에서 발생하는 유해배기물질을 억제하기는 어렵다.

그러나 최근 몇 년 간 미국을 중심으로 하는 쉘 혁명이 주목 받아 일본도 이미 캐나다에서 천연가스 수입을 시작했으며 2016년즈음에는 미국에서 저렴한 가격의 천연가스 수입이 현실화되고 있는 가운데 지금까지 비싼 가격으로 일본에 천연가스를 공급해오던 말레이시아, 오스트레일리아, 인도네시아 등도 쉘가스에 대항하기 위해 가스가격을 인하하는 것은 당연한 일이었다. 이로 인해 디젤엔진 대비 열효율 저하를 보완 가능하리라 기대되고 있다. 그러나 모처럼 천연가스공급조건이 정비되고 있음에도 불구하고 상기와 같은 DDF엔진이 근본적인 목적을 달성할 수 없으므로 새로운 기술을 고안해야 할 시기가 도래하고 있다.

여기서 상기의 열효율과 연비의 관계에 대하여 설명하자면, 현재 천연가스 가격은 일본이 세계 최고수준으로 알려져 있다. 구체적으로 영국열량단위로 세계와의 가격을 비교하면 2013년 일본의 천연가스 가격은 100만 BTU 당 17.31 US달러이다. 이에 비해 유럽은 11.23 US달러, 미국은 3.68 US달러이다. 천연가스의 열효율이 경유에 비해 30% 저하해도 원래대로라면 연비가 좋아져야 한다. 그러나 일본이 천연가스를 수입하기 시작한 1990년 당초, 일본의 천연가스 고가격 상태는 동일했다. 실제로 자동차로 사용할 경우의 단위로 비교하면 1㎥당 단가가 일본은 약 110엔, 일본과 동일하게 고가로 구입하고 있는 한국이 약 75엔, 중국이 약 30엔, 미국이 약 10엔, 아시아 각국에서는 태국이 약 10엔, 미얀마가 약 5~10엔으로 일본만 유난히 비싸 환경성능이 높고 저렴해야 할 천연가스의 혜택을 일본만 받지 못했다. 이것이 본격적으로 미국산 쉘가스 수입이 시작되면 현행가격보다 30~40% 저렴한 가격이 되리라고 예상하고 있다. 이렇게 되면 일본도 본격적이고 적극적으로 천연가스 자동차 보급이 도입되는 사회가 되어 본격적인 유해배기물질 억제시대가 도래하리라 기대된다.

일본국 특개 2008-51121호 공보

상기와 같이 종래부터 버스, 트럭 등의 중형, 대형 자동차에 적용되던 디젤사이클 엔진에서는 유해배기물질을 억제할 수단으로 디젤사이클에서 가스연료를 점화플러그로 점화하여 연소하는 오토사이클 가스전소식 엔진으로 개조하거나, 디젤사이클을 남겨두고 경유의 압축열 착화로 가스연료를 경유와 함께 연소하는 이원연료연소식(DDF: 디젤 듀얼 퓨엘) 엔진으로 만드는 방법이 사용되고 있다.

그러나 가스전소식 엔진을 자동차에 적용할 경우, 상기와 같이 압축가스탱크 탑재 개수에 제약이 있고 가스연료를 압축가스탱크에 충진가능한 가스 충진소가 압도적으로 적어, 도시간 이동인 장거리 주행이 어렵다는 문제가 있다. 또한 가스전소식 엔진은 열효율이나 발생토크(엔진출력)가 디젤 사이클 엔진보다도 저하된다는 문제가 있다.

한편, DDF엔진을 자동차에 적용할 경우, 상기와 같이 고회전 영역이면 가스연료와 경유의 동시연소에 의한 이원연료연소식 엔진의 이점에 따라 연소온도가 상승하여 완전연소를 촉진하므로 유해배기물질 억제가 가능하나, 아이들링 운전이나 저회전 영역에서는 디젤사이클의 압축열에 비하여 가스의 착화온도가 높아 불완전연소하게 되어 노킹이 일어나는 불안정이 발생하므로 경유의 연소온도가 연소가스의 착화온도를 넘어서는 소정의 회전수에 도달할 때까지는 경유연소만 하게 되어 유해배기물질 억제가 어려워진다는 문제가 있다.

또한 디젤엔진이나 DDF엔진은 경유가 종래대로 사용됨으로써 유해배기물질을 억제하기에는 한계가 있다. 거기에 촉매나 DPF 등 유해배기물질을 배출 후에 처리하는 방법에 의존하는 점도 큰 문제이다. DPF의 폐해에 대하여는 위에서 말한 바와 같이 PM이 모이면 그것을 완전히 연소시키기 위해 DPF가 동작하기 시작하며 그와 동시에 엔진이 정지해야 하는데 그 시간은 몇 십 분이지만 원칙적으로 자동차는 주행이 불가하다는 문제가 있다.

또 촉매나 DPF를 포함하여 신차일 때에는 신제품으로서 일정한 효과를 보이지만 사용과정에서 성능이 떨어지는, 즉 경년열화가 발생한다. 자동차는 신형 자동차로 인증을 받을 때에는 그 때마다 규제되어 있는 모드시험을 실시한다. 그러나 이후의 정기적인 법정 차량점검 시에는 간단한 배기가스 측정만 할 뿐이어서 모드시험을 실시하지 않는다. 따라서 DPF나 촉매의 성능열화를 알아채지 못하고 규제치를 넘는 유해배기물질을 대기 중에 방출하고 있을 가능성도 있다.

본 발명은 상기를 거울삼아 고안하였으며 유해배기물질 발생의 억제와 엔진출력 저하의 억제를 제어할 수 있는 멀티퓨엘 엔진 및 그 제어방법을 제공함을 목적으로 한다.

앞서 기술한 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 저압축 실린더군과 고압축 실린더군을 가지는 멀티퓨엘 엔진으로서, 상기 저압축 실린더군은 제1 가스연료가 공급되어 상기 제1 가스연료가 점화플러그의 점화로 연소하는 가스전소식 실린더로 구성되고, 상기 고압축 실린더군은 상기 저압축 실린더군 보다 압축비가 높고 제2 가스연료 및 경유가 공급되어 상기 연소실의 압축열 착화로 상기 제2 가스연료를 상기 경유와 함께 연소하는 이원연료연소식 실린더로 구성되고, 시동을 포함한 저회전 영역에서는 상기 저압축 실린더군에서의 연소만 행하고 고회전 영역에서는 적어도 상기 고압축 실린더군에서 연소를 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태는 상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군의 연소를 제어하는 제어수단을 갖추고 상기 제어수단은 엔진회전수가 제1 소정회전수 미만에서는 상기 저압축 실린더군에서만 연소시키는 제1 운전모드를 실행하고, 상기 엔진회전수가 상기 제1 소정회전수 이상이며 상기 제1 소정회전수보다 높은 제2 소정회전수 미만에서는 상기 고압축 실린더군에서만 연소시키는 제2운전모드를 실행하며, 상기 엔진회전수가 상기 제2 소정회전수에서는 상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군에서 연소시키는 제3 운전모드를 실행하도록 구성된다.

본 발명의 바람직한 다른 실시형태는 상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군의 연소를 제어하는 제어수단을 갖추고 상기 제어수단은 엔진회전수가 제1 소정회전수 미만에서는 상기 저압축 실린더군에서만 연소시키는 운전모드를 실시하며, 상기 엔진회전수가 상기 소정회전수 이상에서는 상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군에서 연소시키는 운전모드를 실시하도록 구성된다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태는 상기 제1 가스연료 및 상기 제2 가스연료는 동일한 가스연료이다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태는 상기 제1 가스연료 및 상기 제2 가스연료는 CNG(압축천연가스) 연료이다.

본 발명의 멀티퓨엘 엔진의 제어방법은 저압축 실린더군과 고압축 실린더군을 보유하는 멀티퓨엘 엔진의 제어방법으로서, 상기 저압축 실린더군은 제1 가스연료가 공급되어 상기 제1 가스연료가 점화플러그의 점화로 연소하는 가스전소식 실린더로 구성되며, 상기 고압축 실린더군은 상기 저압축 실린더군보다 압축비가 높으며 제2 가스연료 및 경유가 공급되어 상기 연소실의 압축열 착화로 상기 제2 가스연료를 상기 경유와 함께 연소하는 이원연료연소식 실린더로 구성되어, 시동을 포함한 저회전 영역에서는 상기 저압축 실린더군에서 연소하며, 고회전 영역에서는 적어도 상기 고압축 실린더군에서 연소를 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 멀티퓨엘 엔진은 시동을 포함한 저회전 영역에서는 저압축 실린더군에서만 연소하여 시동을 포함한 저회전 영역의 유해배기물질 발생을 억제할 수 있다. 한편, 고회전 영역, 즉 고압축 실린더군에서 경유보다도 착화온도가 높은 가스연료도 압축열로 연소할 수 있어 완전연소가 가능한 영역에서는 고압축 실린더군에서 연소를 행한다. 또한 고회전 영역에서는 적어도 고압축 실린더군에서 연소를 행하므로 고회전 영역에서 저압축 실린더군에서만 연소를 행하는 경우와 비교하여 엔진 토크를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 멀티퓨엘 엔진의 구성을 나타냈다.
도 2는 도 1의 엔진에 대한 저압축 실린더의 구성을 나타냈다.
도 3은 도 1의 엔진에 대한 고압축 실린더의 구성을 나타냈다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 멀티퓨엘 엔진의 운전흐름을 나타냈다.
도 5는 인터럽트 루틴을 나타냈다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 관련된 멀티퓨엘 엔진의 운전흐름을 나타냈다.

본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대하여 도면을 참고하면서 상세사항에 대하여 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되어 있지는 않다. 또한 이하에 기재한 구성요소에는 당 업자가 쉽게 상정 가능한 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 더불어 이하에 기재한 구성은 정적하게 조합할 수 있다. 또한 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 여러 가지 생략, 치환 혹은 변경이 가능하다.

[실시형태]

실시형태에 관련된 멀티퓨엘 엔진에 대해 설명한다. 도 1은 실시형태에 관련된 멀티퓨엘 엔진의 구성을 나타냈다. 도 2는 저압축 실린더의 구성을 나타냈다. 도 3은 고압축 실린더 구성을 나타냈다. 또한 본 실시형태에서는 멀티퓨엘 엔진을 자동차에 탑재하는 경우에 대하여 설명하나, 철도차량, 선박이나 발전기용 엔진으로 사용할 수도 있다.

도 1과 같이 실시형태에 관련한 멀티퓨엘 엔진1은 엔진본체2에 형성된 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군HSG와 제1 가스인젝터유닛3과 제2 가스인젝터유닛4와 경유인젝터유닛5와 가스연료탱크6과 경유탱크7과 ECU(Engine Control Unit)8을 포함하여 구성되어 있다. 멀티퓨엘 엔진1은 도면에 표시하지 않은 흡기경로를 통해 흡인된 공기와 가스연료 혹은 공기, 경유 및 가스연료를 혼합하여 연소시킴으로써 동력을 발생시키고 배기경로를 통해 배기가스를 대기에 배기한다.

본 실시형태에 대한 엔진본체2는 V형 8기통이며 실린더 S1, S2, S3, S4로 구성된 제1 뱅크21과 실린더 S5, S6, S7, S8로 구성된 제2 뱅크22가 소정의 뱅크각으로 배치되어 있다. 각 실린더 S1~S8 중 제1 뱅크21의 실린더 S2, S3 및 제2뱅크22의 실린더 S5, S8이 저압축 실린더군LSG를, 제1뱅크21의 실린더 S1, S4 및 제2 뱅크22의 실린더 S6, S7이 고압축 실린더군HSG를 각각 구성한다.

저압축 실린더군 LSG는 도 2에 나타낸 바와 같이 각 실린더 S2, S3, S5, S8(이하 간단히 '저압축 실린더LS'라 함)의 연소실23L에 점화플러그9가 각각 설치되어 있다. 각 저압축 실린더LS는 연소실23L에 공기 및 제1 가스연료가 공급되고 제1 가스연료가 점화플러그9의 점화로 연소한다. 즉, 각 저압축 실린더LS는 오토사이클에 기반하여 제1 가스연료를 연소하는 가스전소식 실린더다. 저압축 실린더LS의 피스톤헤드25L은 높이 H1을 가진다.

고압축 실린더군HSG는 도 3에 나타낸 바와 같이 각 실린더 S1, S4, S6, S7(이하 간단히 ‘고압축 실린더HS’라 함)의 연소실23H에 점화플러그9가 설치되어 있지 않다. 각 고압축 실린더HS는 연소실23H에 공기, 제2 가스연료 및 경유가 공급되어 연소실23H의 압축열 착화로 제2 가스연료를 경유와 함께 연소한다. 즉, 각 고압축 실린더HS는 디젤사이클에 기반하여 제2 가스연료 및 경유를 연소하는 이원연료연소식 실린더이다. 고압축 실린더군HSG는 저압축 실린더군LSG 보다도 압축비가 높게 형성되어 있다. 고압축 실린더군HSG의 압축비는 18:1~22:1이며, 저압축 실린더군LSG의 압축비는 11:1~13:1이다. 본 실시형태는 각 연소실23H, 23L을 구성하는 실린더헤드24의 형상은 동일하며 고압축 실린더 HS의 피스톤헤드25H의 높이H2가 저압축 실린더LS의 피스톤헤드25L의 높이 H1보다도 높게 형성되어 있다(H2>H1). 이에 따라 피스톤헤드25H, 25L이 상사점에 위치했을 때의 연소실23H의 용적은 연소실 23L의 용적보다 작아지며 고압축 실린더군HSG의 압축비를 저압축 실린더군LSG의 압축비보다도 높게 할 수 있다.

여기서 제1가스연료 및 제2 가스연료는 본 실시형태에서는 압축천연가스(CNG: Compressed Natural Gas)이다. 즉, 제1 가스연료 및 제2 가스연료는 동일 가스연료이다. 따라서 제1가스연료 및 제2 가스연료를 각각 저류하는 가스연료탱크6이 불필요하며 1개의 가스연료탱크6으로 저압축 실린더군LSG와 고압축 실린더군HSG에 가스연료를 공급할 수 있다. 이에 따라 멀티퓨엘 엔진1에 탑재한 자동차에 대한 가스연료탱크6의 설치공간을 작게 할 수 있다. 또한 멀티퓨엘 엔진1로서 사용되는 연료를 1개의 가스연료 및 경유의 2종류로 선택 가능하므로 운전자가 연료 잔량에 주력하는 부담을 줄일 수 있고 자동차 연료공급이 복잡해지는 것을 억제할 수 있다.

제1 가스인젝터유닛3은 도 1에 나타낸 바와 같이 제1 가스연료를 저압축 실린더군LSG에 공급한다. 제1 가스인젝터유닛3은 각 저압축 실린더LS에 각각 대응하여 가스인젝터3a를 가지고 가스연료탱크6에 저류되어 있는 천연가스를 제1 가스연료로 공급한다. 각 가스인젝터3a는 본 실시형태에서는 흡기경로 중, 각 저압축 실린더LS에 대응하는 흡기포트26L(도 2 참조)를 향해 천연가스를 각각 분사한다. 제1

가스인젝터유닛3과 가스연료탱크6를 접속하는 제1 가스연료라인10L에는 제1 솔레노이트 밸브11L과 제1 레귤레이터12L가 있다. 제1 솔레노이드밸브11L은 밸브를 열어 가스연료탱크6과 제1 가스인젝터유닛3을 연결시키고 밸브를 잠가 가스연료탱크6과 제1 가스인젝터유닛3과의 연결을 차단한다. 제1 레귤레이터12L은 가스연료탱크6에서 제1 가스인젝터유닛3에 공급되는 천연가스의 압력을 조정하는 감압밸브이다. 제1 가스인텍터유닛3 및 제1 솔레노이드밸브11L은 ECU8과 전기적으로 접속되어 있어, ECU8가 각 저압축 실린더LS에 공급되는 천연가스 공급량, 공급시기를 제어한다.

제2 가스인젝터유닛4는 제2 가스연료를 고압축실린더군 HSG에 공급하는 역할을 한다. 제2 가스인젝터유닛4는 각 고압축실린더HS에 각각 대응하여 가스인젝터4a를 가지며 가스연료탱크6에 저류되어 있는 천연가스를 제2 가스연료로서 공급한다. 각 가스인젝터4a는 본 실시형태에서는 각 연소실23H를 향해 천연가스를 각각 직접 분사한다(도 3 참조). 제2 가스인젝터유닛4와 가스연료탱크6을 접속하는 제2 가스연료라인10H에는 제2 솔레노이드 밸브11H와 제2 레귤레이터12H가 있다. 제2 솔레노이드 밸브11H는 밸브를 열어 가스연료탱크6과 제2 가스인젝터유닛4를 연결시키고 밸브를 잠가 가스연료탱크6과 제2 가스인젝터유닛4의 연결을 차단한다. 제2 레귤레이터12H는 가스연료탱크6에서 제2 가스인젝터 유닛4에 공급되는 천연가스의 압력을 조정하는 감압밸브이다. 제2 가스인젝터유닛4 및 제2 레귤레이터12H는 ECU8과 전기적으로 접속되어 있어 ECU8이 각 고압축 실린더HS에 공급되는 천연가스의 공급량, 공급시기를 제어한다.

경유인젝터유닛5는 경유를 고압축 실린더군HSG에 공급하는 역할을 한다. 경유인젝터유닛5는 각 고압축 실린더HS에 각각 대응하여 경유인젝터5a를 가지고 경유탱크7에 저류되어 있는 경유를 공급한다. 각 경유인젝터5a는 본 실시형태에서는 각 연소실23H를 향해 경유를 각각 직접 분사한다(도 3 참조). 경유인젝터유닛5와 경유탱크7을 접속하는 경유라인13에는 연료펌프14와 경유레귤레이터15가 있다. 연료펌프14는 경유탱크7에서 오는 경유를 상압하여 경유인젝터유닛5에 공급한다. 경유레귤레이터15는 경유탱크7에서 경유인젝터유닛5으로 공급되는 경유의 압력을 조정하는 감압밸브이다. 경유인젝터유닛5, 연료펌프14는 ECU8과 전기적으로 접속되어 있어 ECU8이 각 고압축 실린더HS에 공급되는 경유의 공급량, 공급시기를 제어한다.

ECU8은 제어수단이며, 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군HSG의 연소를 제어한다. ECU8은 도면에 표시하지 않은 회전수센서를 통해 검출된 엔진회전수 및 표시하지 않은 액셀페달을 밟는 양(액셀 개방빈도)를 검출하는 검출기에서 얻은 액셀페달을 밟는 양의 정보에 근거하여 산출된 엔진부하에 맞춰 제1 운전모드, 제2 운전모드, 제3 운전모드 중에서 멀티퓨엘 엔진1의 운전모드를 선택하여 실행한다. 예를 들면 같은 20Km/h 속도로 주행해도 짐을 전혀 적재하지 않은 자기중량만일 경우와 짐을 적재했거나 오르막길일 경우는 엔진부하의 상태가 상이하며 후자의 경우에는 전자에 비해 감속비를 크게 하여 토크를 확보하므로 엔진회전수는 상승하게 된다. 또한 당연하지만 후자의 경우는 엑셀페달을 밟는 양이 커진다. ECU8은 이 엔진부하에 맞춰 운전모드를 제어하는데 이하의 설명에서는 엔진회전수와 엔진부하를 같은 의미로 사용하여 설명한다.

제1 운전모드는 저압축 실린더군LSG에서만 연소시키는 운전모드이며 ECU8은 제1 운전모드에서는 멀티퓨엘 엔진1의 모든 기통 S1~S8 중, 고압 실린더군HSG를 기통 휴지한다. 제2 운전모드는 고압 실린더군HGS에서만 연소시키는 운전모드이며 ECU8은 제2 운전모드에서는 멀티퓨엘 엔진1의 모든 기통 S1~S8 중, 저압축 실린더군LSG를 기통 휴지한다. 여기서 제2 운전모드에서는 경유가 천연가스보다도 먼저 고압축 실린더HS에 공급되도록 ECU8로 제어한다. 제3 운전모드는 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군 HSG에서 연소시키는 운전모드이며 ECU8은 제3 운전모드에서는 멀티퓨엘 엔진1의 모든 기통 S1~S8에 대하여 연소시키므로 다른 운전모드와 비교하여 큰 엔진출력을 얻을 수 있다. 이 때, 제3 운전모드에서는 경유와 천연가스의 분사비율을 엔진회전수 및 엔진부하에 근거하여 ECU8로 제어한다.

ECU8은 저부하인 시동을 포함한 저회전 영역, 본 실시형태에서는 엔진회전수가 제1의 소정회전수인 1200rpm미만이면 저압축 실린더군LSG에 대한 연소만을 실행하는 제1 운전모드를 실행한다. 한편, ECU8은 비교적 고부하인 고회전 영역, 본 실시형태에서는 엔진회전수가 제1의 소정회전수인 1200rpm이상이면 적어도 고압축 실린더군HSG에 대한 연소를 실시하는 제2 운전모드 혹은 제3 운전모드를 실행한다. 즉 엔진회전수 1200rpm 이상일 때, ECU8은 엔진부하가 중부하, 본 실시형태에서는 엔진부하가 엔진회전수 1200rpm에 상당하는 소정부하1보다도 큰 소정부하2 미만이면 고압 실린더군HSG에 대한 연소만을 실행하는 제2 운전모드를 실행한다. 한편, ECU8은 예를 들어 오르막길, 화물적재 시 등의 고부하 시, 본 실시형태에서는 엔진부하가 소정부하2 이상이면 모든 기통 S1~S8에 대한 연소를 실시하는 제3 운전모드를 실행한다. 그리고 ECU8에는 멀티퓨엘 엔진1을 운전하기 위해 요구되는 정보, 예를 들면, 수온, O2 등이 외부 센서에서 입력된다. 또한 상기 제1의 소정회전수 1200rpm은, 일례이며 자동차 종류, 멀티퓨엘 엔진1의 구성에 따라 적정하게 설정된다.

저압축 실린더군LSG와 고압축 실린더군HSG에서는 압축비 및 착화방식이 상이하므로 각 실린더군LSG, HSG에 의해 발생하는 동력의 도면에 표시하지 않은 크랭크 샤프트로의 전달상태가 다른데, 예를 들면 가변밸브나 밸런스 샤프트의 적용에 의해 특히 제3 운전모드 시에 안정적으로 크랭크 샤프트로 동력을 전달할 수 있다.

다음으로 본 실행형태에 관련된 멀티퓨엘 엔진1의 운전방법에 대하여 설명한다. 도 4는 멀티퓨엘 엔진의 운전흐름도를 표시한 도면이다. 도 5는 인터럽트 루틴을 나타내는 도면이다. 도 4에서 ECU8은 우선 운전자에 의해 이그니션이 ON이 되었는지 여부를 판정한다(단계ST11). 여기서는 예를 들면 차내에 설치된 도면에 표시하지 않은 이그니션 스위치를 운전자가 조작했는지 여부를 검출하여 멀티퓨엘

엔진1이 정지모드에서 대기모드로 이행할지 여부를 판정한다.

ECU8은 단계ST11에서 이그니션이 ON이 되었는지 여부를 판정하고(단계ST11: Yes) 엔진시동 지시가 있었는지 여부를 판정한다(단계 ST12). 여기서 ECU8은 이그니션이 ON이 되었음을 판정하면 판정신호를 ON으로 하고, 멀티퓨엘 엔진1을 정지모드에서 대기모드로 이행시킨다. 판정신호가 ON이 된 ECU8은 예를 들면 도면에 표시하지 않은 브레이크 페달을 밟았음을 검출한 상태에서 이그니션 스위치가 조작됐는지에 대한 검출 여부를 판정한다. 또한 ECU8은 이그니션이 OFF가 되었음을 판정하면(단계ST11: No) 이그니션이 ON으로 판정될 때까지 단계ST11을 반복한다.

ECU8은 단계ST12에서 엔진시동 지시가 있었다고 판정하면(단계ST12: Yes) 멀티퓨엘 엔진1을 시동하여 아이들링 운전모드를 실행한다(단계ST13). 여기서는 ECU8은 도면에 표시하지 않은 셀모터에 의해 크랭크 샤프트를 회전시킨 상태로 저압축 실린더군LSG에 천연가스를 공급하여 연소시킴으로써 크랭크 샤프트를 회전시킨다. 즉 ECU8은 시동 후에는 저압축 실린더군LSG에 대한 연소만을 실시하는 제1운전모드를 아이들링 운전모드로 실행한다. 또한 ECU8은 엔진시동 지시가 없다고 판정하면(단계ST12: No) 엔진시동 지시가 있었다고 판정될 때까지 단계ST11~ST12를 반복한다.

다음으로 ECU8은 멀티퓨엘 엔진1의 엔진부하가 소정부하1 이상이 되었는지 여부를 판정한다. 이 판정은 엔진1의 회전수n이 소정회전수(예를 들면 1200rpm)에 달했는지를 판정함과 동시에 엔진회전수n이 소정회전수 이상이 된 경우에는 그 경과시간T1에 근거하여 실행된다.

구체적으로는 ECU8은 엔진회전수n이 1200rpm 미만인지 여부를 판단함과 동시에(단계ST14) 엔진회전수n이 1200rpm 이상이 되고 나서의 경과시간 T1가 소정시간(예를 들면, 0~3초에서 선택, 여기서는 2초)에 달했는지를 판정한다(ST20). 즉 ECU8은 운전자가 시프트 레버를 통해 레인지를 자동차가 전진 혹은 후진 가능한 주행 레인지, 예를 들면 D레인지 혹은 R레인지에 위치시켜 멀티퓨엘 엔진1의 엔진 출력이 도면에 표시하지 않은 동력전달로를 통해 차륜에 전달 가능한 상태에서 취득된 엔진회전수n이 고회전 영역이 되었는지 여부를 판정한다. 또한 ECU8은 멀티퓨엘 엔진1의 수온이 소정온도, 예를 들면 40℃ 이상이 되지 않으면 시프트 레인지가 파킹 레인지 혹은 뉴트럴 레인지에서 주행 레인지로 전환되어도 모드이행을 무시 혹은 금지하도록 구성해도 좋다.

ECU8은 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm미만이라고 판정한 경우(단계ST14: Yes)에는 부하가 소정부하1 미만이라고 판정하고 제1 운전모드를 실행한다(단계ST15). 즉, ECU8은 엔진회전수n이 1200rpm 미만인 경우는 저압축 실린더군LSG만을 사용하여 멀티퓨엘 엔진1을 운전한다. ECU8은 제1 운전모드를 유지시키면서 엔진회전수 판정단계ST14를 반복한다. 또한 ECU8은 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm이상이라고 판정해도 경과시간T1이 2초 미만이라고 판정한 경우(단계ST14: No 단계ST20: No)에는 이 상태, 즉 제1 운전모드를 유지한다. 다시 말해, ECU8은 시동에서 엔진회전수n이 2초 계속하여 1200rpm 이상이 되지 않는 한은 제1 운전모드를 계속해서 실행하게 된다.

한편, ECU8은 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm 이상이며 또한 단계ST20에서 엔진회전수가 1200rpm 이상이 되고 나서 경과시간T1이 2초에 달했다고 판정하면(단계ST14: No, 단계ST20: Yes), 즉 엔진부하가 소정부하1 이상이 되었다고 판정하면, 나아가 멀티퓨엘 엔진1의 부하가 소정부하1 보다도 무거운 소정부하2 이상인지를 판정한다. 이 판정은 엔진1의 회전수n이 앞의 소정회전수 1200rpm보다도 높은 소정회전수(예를 들면 2500rpm) 이상인지 판정함과 동시에 당해 소정회전수 이상이 된 경우에는 그 경과시간T2에 근거하여 실행된다(단계ST16, ST21).

ECU8은 단계ST16에서 엔진회전수n이 2500rpm미만의 경우(단계ST16: Yes)에는 엔진부하는 소정부하1 이상 소정부하2 미만이라고 판정한다. 그리고 다음으로 ECU8은 단계ST25에서 현재의 운전모드가 제1운전모드인지를 판정한다. 단계ST25에서 현재의 운전모드가 제1 운전모드라면(단계ST25: Yes), 단계ST17로 이행하여 제3 운전모드를 실행한다. 제3 운전모드에서 ECU8은 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군HSG 쌍방을 사용하여 멀티퓨엘 엔진1을 운전한다. 한편 단계ST25에서 현재의 운전모드가 제1 운전모드가 아니라면(단계ST25: No), 단계ST18로 나아가, 제2 운전모드를 실행한다.

또한, ECU8은 단계ST25에 의한 현재의 운전모드 판정을 위해 제1 운전모드 실행 시에 온(혹은 오프)이 되어 제2 혹은 제3 운전모드 실행 시에 리셋되도록 구성된 도면에 표시하지 않은 플러그 메모리를 구비하여 단계ST25에서는 이 메모리의 플러그의 상태를 판별하도록 구성된다.

ECU8은 단계ST17로 이행하여 제3 운전모드를 실행한 경우는 그 경과시간T3이 소정시간(예를 들면, 0~3초에서 선택,여기서는 2초)에 달했는지를 판정한다(단계ST24). ECU8은 경과시간T3이 2초 미만일 경우(단계ST24: No)에는 제3 운전모드의 실행을 계속하고 결과시간T3이 2초가 되면(단계ST24: Yes), 제3 운전모드에서 제2 운전모드로 이행한다(단계ST18). 제2 운전모드에서 ECU8은 고압축 실린더군HSG만을 사용하여 멀티퓨엘 엔진1을 운전한다. 즉, ECU8은 제1 운전모드에서는 제3 운전모드로만 이행할 수 있다. 이후 ECU8은 제2 운전모드를 실행하면서 소정부하1 판정모드인 단계ST14에서 시작하는 일련의 단계를 반복한다. 그리고 ECU8은 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm미만 도달, 즉 부하가 소정부하1 미만이 되었다고 판정하면(단계ST14: Yes) 제2 운전모드에서 제1 운전모드로 전환한다(단계ST15).

한편, ECU8은 단계ST16에서 엔진회전수n이 2500rpm 이상이며 또한 단계ST21에서 엔진회전수n이 2500rpm 이상인 상태의 경과시간T2가 2초 미만이라고 판정한 경우(단계ST16: No, 단계ST21: No)에는 단계ST18에 의한 제2 운전모드를 유지하나, 단계ST21에서 엔진회전수n이 2500rpm 이상의 상태의 경과시간T2가 2초가 되었다고 판정한 경우(단계ST16: No, 단계ST21: Yes)에는 엔진부하가 소정부하2 이상, 즉 고부하라고 판정하고 단계ST19로 이행하여 제3 운전모드를 실행한다. 제3 운전모드에서는 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군HSG 쌍방을 사용하여 멀티퓨엘 엔진1을 운전한다. 이후 ECU8은 제3 운전모드를 유지시키면서 단계ST14에서 시작하는 일련의 단계를 반복한다. 그리고 ECU8은 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm 미만이 되었다고 판정(단계ST14: Yes)하면 제3 운전모드에서 제1 운전모드로 전환한다(단계ST15). 물론 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm 이상이라고 판정(단계ST14: No)하면 단계ST21을 거쳐 단계ST16에서 엔진회전수n이 2500rpm미만인지를 판정하여 엔진회전수n이 2500rpm 미만이라고 판정한 경우(단계ST16: Yes)에는 단계ST25, 단계ST17, 단계ST24를 거쳐 제3 운전모드에서 제2 운전모드로 전환한다(단계ST18).

여기서 ECU8은 항상 인터럽트 기능을 사용하여 도 5에 나타낸 바와 같이 이그니션이 OFF가 되는 것을 항상 검출하고 있어(단계ST22), OFF를 검출한 경우는 바로 이그니션 OFF 판정신호를 출력하여 멀티퓨엘 엔진1을 정지시킨다(단계ST23).

또한 ECU8는 제2 운전모드 및 제3 운전모드 시에 멀티퓨엘 엔진1의 이상을 검출한 경우는 제1 운전모드로 이행한다. 또한 ECU8은 제1 운전모드 시에 동일하게 이상을 검출한 경우는 멀티퓨엘 엔진을 정지·대기모드로 이행한다.

또한 제1 운전모드와 제2 운전모드와의 사이에서는 직접 이행할 수 없으며 제3 운전모드를 통해야 한다. 이는 제1 운전모드에서 제2 운전모드로 직접 이행시키면 저압축 실린더군LSG에 대한 연소 및 고압축 실린더군HSG에 대한 연소가 동시에 실행 불가한 상태가 발생할 가능성이 있으므로 순조롭게 바뀌지 않아 멀티퓨엘 엔진1의 운전상태가 불안정해지는 문제를 억제하기 위해서이다.

이상과 같이 상기 실시형태에 관련한 멀티퓨엘 엔진1은 시동을 포함한 저회전 영역에서는 저압축 실린더군에 대한 연소만을 실행한다. 고압축 실린더군HSG에서 엔진시동부터 경유와 천연가스를 연소시키면 경유와 천연가스의 착화온도가 상이하여 천연가스가 불완전 연소하여 노킹을 일으키므로 시동을 포함한 저회전 영역에서는 사용이 곤란하다. 그렇다고 고압축 실린더군HSG에서 엔진시동부터 경유만을 연소시키면 디젤엔진과 동일하게 유해배기물질이 발생한다. 따라서 시동을 포함하는 저회전 영역에서는 고압축 실린더군을 휴지시켜 저회전 실린더군에 대한 연소만을 실행함으로써 시동부터 저회전 영역까지의 유해배기물질 발생을 억제할 수 있다. 즉, 실시형태에 관련된 멀티퓨엘 엔진1은 이원연료연소식 엔진과 비교하여 엔진시동부터 저회전 영역에 대한 유해배기물질 발생을 현저히 억제할 수 있다. 한편, 고회전 영역에서는 고압축 실린더군HSG는 경유보다도 착화온도가 높은 가스연료도 압축열로 연소 가능한 영역이므로 고압축 실린더군HSG의 연소개시부터 완전연소가 촉진되어 유해배기물질 발생을 억제할 수 있다. 이러한 점에서 실시형태에 관련된 멀티퓨엘 엔진1은 가스전소식 실린더로 구성된 저압축 실린더군LSG와 이원연료연소식 실린더로 구성된 고압축 실린더군을 조합하여 엔진시동 시부터 고회전 영역까지 유해배기물질 발생을 억제할 수 있다. 따라서 DPF장착이 불필요하거나 DPF에 축적되는 PM의 일정기간 동안의 양이 현저히 감소하므로 정기적인 PM소각이 불필요하거나 혹은 PM의 소각간격을 현저히 길게 할 수 있으므로 DPF 탑재로 인한 자동차 주행정지 시간이 불필요하거나, 혹은 현저히 감소 가능하다.

또는 고회전 영역에서는 적어도 고압축 실린더군HSG 연소가 실행된다. 고압축 실린더군HSG는 고압축이자 고엔진출력(토크)인 디젤엔진과 동일하게 디젤사이클 엔진이므로 고회전 영역에서 저압축 실린더군 연소만이 실행되는 경우와 비교하여 엔진출력을 향상시킬 수 있다.

또한 부하상태에 맞춰 저압축 실린더군만의 연소, 고압축 실린더군만의 연소, 저압축 실린더군 및 고압축 실린더군의 연소로 전환 가능하므로 저연비화를 도모할 수 있다.

또한 가스연료탱크6와 경유탱크7을 보유하므로 항속거리를 길게 할 수 있어 가스전소식 엔진에서는 어려웠던 고부하에 의한 도시간 이동인 장거리 주행을 실현할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 소정부하1, 2 이상인지 여부를 운전모드 전환에 사용했으나, 이에 한정되지 않는다. 엔진부하함수, 예를들면 엔진회전수, 엑셀 개방 정도, 경과시간, 경사 등의 파라미터와 각 운전모드와의 대응관계를 나타낸 지도를 ECU8에 사전에 기억하도록 하여 상기 파라미터와 지도에 근거하여 운전모드를 결정해도 좋다. 또한 ECU8은 지도에 해당하는 값이 없는 경우는 인접값에 근거하여 선형 보간을 통해 운전모드를 결정한다.

또한 본 실시형태에서는 가스연료가 압축천연가스일 경우에 대하여 설명했으나 이에 한정하지 않고 엔진의 연료로 이용 가능한 가스연료라면 무엇이든 좋다. 가스연료는 천연가스 외에도 예를 들면 LP가스(액화석유가스), 바이오 가스, 수소가스 등이어도 좋으며, 나아가 이 중 2종류 이상을 조합해도 좋다. 거기에 제1 가스연료와 제2 가스연료가 종류가 다른 가스연료여도 좋다.

또한 본 실시형태에서는 제1 가스연료와 제2 가스연료를 동일 가스연료로 했으나 이에 한정하지 않고 제1 가스연료과 제2 가스연료가 상이한 연료여도 좋다. 이 경우는 저압축 실린더군과 고압축 실린더군의 압축비를 다르게 하고 있으므로 신규 가스연료가 개발되어도 신규 가스연료를 제1 가스연료로 사용할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 저압축 실린더군LSG를 실린더 S2, S3, S5, S8로, 고압축 실린더군HSG를 실린더 S1, S4, S6, S7로 했으나, 멀티퓨엘 엔진1에 대한 저압축 실린더LS 및 고압축 실린더HS의 배치는 임의로 정한다. 예를 들면 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군HSG의 각 뱅크21, 22에 대한 위치를 바꿔도 좋고 각 뱅크21, 22에 대하여 서로 저압축 실린더LS 및 고압축실린더HS를 배치해도 좋다. 또한 멀티퓨엘 엔진1에 대한 저압축 실린더LS 및 고압축 실린더HS의 수는 동수가 이상적이나 저압축 실린더LS가 고압축 실린더HS보다도 많아도, 고압축 실린더HS가 저압축 실린더LS보다도 많아도 좋다.

또 본 실시형태에서는 멀티퓨엘 엔진1이 V형 8기통일 경우에 대하여 설명했으나, V형뿐이 아니라 직렬형, W형 등이어도 좋고 8기통뿐 아니라 4기통, 6기통, 10기통, 12기통, 16기통 등이어도 좋다.

또한 본 실시형태에서는 피스톤 헤드25H, 25L의 축방향의 높이를 다르게 하여 고압축 실린더군HSG의 압축비를 저압축실린더군LSG의 압축비보다도 높게 했으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 피스톤 헤드25H, 25L이 상사점에 위치했을 때의 연소실23H의 용적이 연소실23L의 용적보다 작아지도록 각 연소실23H, 23L을 구성하는 실린더 헤드24의 형상을 다르게 해도 좋다.

또한 본 실시형태에서 고압축 실린더군HSG에 대한 연소의 허가·금지를 운전자가 수동으로 선택하도록 해도 좋다. 예를 들면 차량 내에 선택 스위치(상시 ON)을 설치하여 선택 스위치를 OFF로 해 고압축 실린더군HSG에 대한 연소를 금지한다. 즉, ECU8은 선택 스위치의 OFF를 검출하면 제2 운전모드, 제3 운전모드 실행을 금지, 즉 고압축 실린더군HSG에 대한 천연가스 및 경유 공급을 금지한다. 제3 운전모드 실행 시에 금지된 경우는 제1 운전모드로 이행하고, 제2 운전모드 실행 시에 금지된 경우는 제3 운전모드를 통해서 제1 운전모드로 이행한다.이에 따라 제1 운전모드와 제2 운전모드 및 제3 운전모드와의 이행이 빈번하게 행해지는 주행상태, 예를 들면 고속도로에서의 긴 정체 등에서는 제1 운전모드만으로 주행하는 것도 가능해진다.

또한 본 실시형태에서 제2 운전모드는 엔진회전수가 상기 소정회전수보다도 낮은 연료 선별 회전수 이하, 예를 들면 일시적으로 1000rpm이하가 되었을 경우에 제2 가스인젝터유닛4에서 고압축 실린더군HSG에 대한 천연가스 공급을 정지하고 경유인젝터유닛5에서 경유만을 고압축 실린더군HSG에 공급하여 연소시키도록 해도 좋다.

다음으로 위에 설명한 실시형태의 변형 예 중 하나인 본 발명의 다른 실시형태에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다. 이 다른 실시형태에서 ECU8은 도 6에 나타낸 바와 같이 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm미만(단계ST14: Yes), 또는 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm이상이지만 경과시간T1이 2초 미만일 경우(단계ST14: No, 단계ST20: No)에는 부하가 소정부하1 미만이라 판단하여 저압축 실린더군LSG에 대한 연소만을 행하는 제1 운전모드를 실행한다(단계ST15).

한편, ECU8은 단계ST14에서 엔진회전수n이 1200rpm이상이며, 또한 단계ST20에서 엔진회전수가 1200rpm이상이 되고 나서의 경과시간T1이 2초에 달했을 경우에는 엔진부하가 소정부하1 이상이 되었다고 판단하여 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군HSG 모두에 대한 연소를 행하는 제3 운전모드를 실행(단계ST19)하도록 구성된다.

이 다른 실시형태에서 ECU8은 소정부하1 이상, 즉 엔진회전수가 1200rpm 이상이 된 상태에서 경과시간T1이 2초에 도달했다고 판정하면 부하가 소정부하1보다 무거운 소정부하2 이상인지를 판정(도 4 단계ST16)하지 않고 저압축 실린더군LSG 및 고압축 실린더군HSG 모두에 대한 연소를 행하는 제3 운전모드를 실행(단계ST19)하므로 멀티퓨엘 엔진1의 제어양식이 간단해져 ECU8의 내장프로그램이나 주변 센서류 구성이 복잡해지는 것을 피할 수 있고 나아가 고환경성능 그리고 고성능 엔진을 달성할 수 있다. 특히 소정부하1이상, 즉 부하운전 시에는 제3 운전모드가 되어 휴지 기통이 발생하지 않는 만큼 엔진부하에 있어 유리해 진다.

위에 서술한 대로 본 발명품은 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 실시형태가 가능하다.

1 멀티퓨엘 엔진
2 엔진본체
21 제1뱅크
22 제2뱅크
23L, 23H 연소실
24 실린더헤드
25L, 25H 피스톤헤드
26L, 26H 흡기포트
3 제1 가스인젝터 유닛
3a 가스인젝터
4 제2 가스인젝터 유닛
4a 가스인젝터
5 경유인젝터 유닛
5a 경유인젝터
6 가스연료탱크
7 경유탱크
8 ECU
9 점화플러그
10L 제1 가스연료라인
10H 제2 가스연료라인
11L 제1 솔레노이드 밸브
11H 제2 솔레노이드 밸브
12L 제1 레귤레이터
12H 제2레귤레이터
13 경유라인
14 연료펌프
15 경유레귤레이터
S1~S8 실린더
LS 저압축 실린더
LSG 저압축 실린더군
HS 고압축 실린더
HSG 고압축 실린더군

Claims (5)

1. 저압축 실린더군과 고압축 실린더군을 가지는 멀티퓨엘 엔진으로서,
   상기 저압축 실린더군은 제1 가스연료가 공급되며 상기 제1 가스연료가 착화플러그의 점화로 연소하는 가스전소식 실린더로 구성되며,
   상기 고압축 실린더군은 상기 저압축 실린더군보다도 압축비가 높고 제2 가스연료 및 경유가 공급되어 상기 연소실의 압축열 착화로 상기 제2 가스연료를 상기 경유와 함께 연소하는 이원연료연소식 실린더로 구성되고,
   시동을 포함한 저회전 영역에서는 상기 저압축 실린더군에서만 연소를 행하고 고회전 영역에서는 적어도 상기 고압축 실린더군에서 연소를 행하는 것을 특징으로 하는 멀티퓨엘 엔진.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군의 연소를 제어하는 제어수단을 갖추며,
   상기 제어수단은 상기 엔진회전수가 제1 소정회전수 미만에서는 상기 저압축 실린더군에서만 연소를 실행시키는 제1운전모드를 실행하고,
   상기 엔진회전수가 상기 제1 소정회전수 이상이며 상기 제1 소정회전수보다도 높은 제2 소정회전수 미만에서는 상기 고압축 실린더군에서만 연소를 실행시키는 제2 운전모드를 실행하고,
   상기 엔진회전수가 상기 제2 소정회전수 이상에서는 상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군에서 연소를 실행시키는 제3 운전모드를 실행하는 멀티퓨엘 엔진.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군의 연소를 제어하는 제어수단을 갖추며,
   상기 제어수단은
   상기 엔진회전수가 소정회전수 미만에서는 상기 저압축 실린더군에서만 연소를 실행시키는 제1 운전모드를 실행하고,
   상기 엔진회전수가 상기 소정회전수 이상에서는 상기 저압축 실린더군 및 상기 고압축 실린더군에서 연소를 실행시키는 운전모드를 실행하는 멀티퓨엘 엔진.
   
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 가스연료 및 상기 제2 가스연료는 동일 가스연료인 멀티퓨엘 엔진.
   
5. 저압축 실린더군과 고압축 실린더군을 가지는 멀티퓨엘 엔진의 제어방법으로서,
   상기 저압축 실린더군은 제1 가스연료가 공급되어 상기 제1 가스연료가 점화플러그의 점화로 연소하는 가스전소식 실린더로 구성되며,
   상기 고압축 실린더군은 상기 저압축 실린더군보다도 압축비가 높고 제2 가스연료 및 경유가 공급되어 상기 연소실의 압축열 착화로 상기 제2 가스연료 및 경유를 함께 연소하는 이원연료연소식 실린더로 구성되어,
   시동을 포함한 저회전 영역에서는 상기 저압축 실린더군에서 연소를 행하며, 고회전 영역에서는 적어도 상기 고압축 실린더군에서 연소를 행하는 것을 특징으로 하는 멀티퓨엘 엔진의 제어방법.

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