KR20170124450A - An internal combustion engine with fuel gas property measurement system - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 연료 가스로 작동되는 내연기관에 관한 것이다. The present disclosure relates to an internal combustion engine that is operated with fuel gas.
오토(Otto) 원리나 디젤 원리를 사용하는 2 행정 엔진과 4 행정 엔진 등의 내연기관은 액체 연료나 가스 연료로 작동될 수 있다. 현대식 엔진의 적절한 작동을 위해서는 엔진의 부하를 정확하게 알아야 한다. 엔진 부하 정보는 분사 시기( 및 배기 밸브 개방 시기)와 길이, 가변 터보차저 설정, SCR 설정, EGR 설정, 분사 가스 압력, 유압 시스템 압력, 배기가스 바이패스 개방도, 냉각 팬 속도, 냉각 액체 펌프 설정 등의 각종 파라미터를 제어하는 데 필요하다. 앞의 예는 전부가 아니며, 엔진 유형에 따라 다르다. 어쨌든 모든 내연기관은 적절한 작동을 위해 엔진 부하를 정확하게 측정해야 한다는 공통점이 있다. An internal combustion engine such as a two-stroke engine and a four-stroke engine using the Otto principle or the diesel principle can be operated as a liquid fuel or a gaseous fuel. For proper operation of a modern engine, you must know the exact load of the engine. The engine load information includes the injection timing (and exhaust valve opening timing) and length, variable turbocharger setting, SCR setting, EGR setting, injection gas pressure, hydraulic system pressure, exhaust gas bypass opening, cooling fan speed, And so on. The previous example is not exhaustive and depends on the engine type. In any case, all internal combustion engines have a commonality that they must accurately measure the engine load for proper operation.
종래 기술에서는 크랭크샤프트의 토크와 회전 속도를 측정하여 이 정보로부터 엔진 부하를 도출한다고 알려져 있다. 또한, 부하를 결정하기 위해 소비되는 연료의 양을 측정하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이는 연료의 특성, 특히 발열 특성과 밀도가 알려져 있거나 정확히 결정될 수 있어야 한다. 가스 연료의 경우 압력과 온도의 변화로 인해 전달되는 연료의 밀도를 측정하기가 더 어렵고, 엔진의 연소실로 전달되는 가스의 조성 변화로 인해 발열 특성을 결정하는 것 또한 일반적으로 더 어렵다. In the prior art it is known to measure the torque and rotational speed of the crankshaft and derive the engine load from this information. It is also known to measure the amount of fuel consumed to determine the load. However, this requires that the characteristics of the fuel, in particular the exothermic character and density, are known or can be determined precisely. In the case of gaseous fuels, it is more difficult to measure the density of the delivered fuel due to changes in pressure and temperature, and it is also generally more difficult to determine the exothermic characteristics due to the compositional change of the gas delivered to the combustion chamber of the engine.
가스 연료의 특성을 결정하는 한 가지 방법은 가스 크로마토그래프를 이용하고 일정한 주기로 샘플을 채취하는 것이다. 가스 조성을 분석함으로써 가스의 특성에 관한 필요한 정보를 평가할 수 있다. 그러나 예컨대 가스 크로마토그래프를 사용하여 시간 주기로 샘플을 채취하는 것은 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리며, 즉각적인 결과를 제공하지 않아 엔진이 시간이 지난 정보(일반적으로 적어도 몇 분이 지난)로 항상 작동한다. 실제 가스 샘플링에 비한 측정 결과 배출의 지연은 엔진 작동의 정확성을 감소시킨다. One way to determine the characteristics of gaseous fuels is to use a gas chromatograph to collect samples at regular intervals. By analyzing the gas composition, the necessary information about the characteristics of the gas can be assessed. However, taking samples over time using gas chromatographs, for example, is costly, time-consuming, and does not provide immediate results, so the engine always works with outdated information (usually at least a few minutes past). Delayed emissions of measured results relative to actual gas sampling reduce the accuracy of engine operation.
사용 가능한 다른 계측기는 표준 웨버지수(Wobbe index)를 측정하거나 출력한다. 웨버지수는 연료 가스의 호환성을 나타내는 지표다. 웨버지수 IW는 다음과 같이 정의된다. IW = VC/(제곱근 GS), 여기서 VC는 더 높은 발열량이고 GS는 비중이다. Other instruments available measure or output the standard wobble index. The Weber index is an indicator of fuel gas compatibility. The Weber's index I W is defined as: I W = V C / (square root G S ), where V C is the higher calorific value and G S is the specific gravity.
웨버지수는 장치의 서로 다른 조성 연료 가스의 연소 에너지 출력을 비교하는 데 사용된다. 만약 두 연료의 웨버지수가 동일하면 주어진 압력과 밸브 설정에 대한 에너지 출력도 동일할 것이다. The Weber index is used to compare the combustion energy output of different composition fuel gases of the device. If the two fuel weber indices are the same, the energy output for the given pressure and valve setting will be the same.
그러나 웨버지수는 가스 품질/특성의 비교만을 제공하므로 엔진 부하를 정확하게 결정하는 데 필요한 정보 그 자체는 아니다. However, the Weber index is not the information needed to accurately determine the engine load because it only provides a comparison of gas quality / characteristics.
따라서 연료 가스로 작동되는 내연기관의 제어를 개선하려면 엔진에 전달되는 연료 가스의 특성과 상태를 큰 지연 없이 정확하게 결정할 필요가 있다. Therefore, in order to improve the control of the internal combustion engine operated by the fuel gas, it is necessary to accurately determine the characteristics and the state of the fuel gas delivered to the engine without a large delay.
JP2005226621은 청구범위 제1 항의 전제부에 따라 내연기관을 개시하고 있다. JP2005226621에는 엔진에 공급되는 가스의 특성을 결정하기 위한 장치를 갖춘 첫 가스 작동 내연기관이 개시되어 있다. 하나 이상의 다른 내연기관 엔진이 첫 가스 작동 내연기관과 동일한 공급원으로부터의 동일한 가스 공급으로 작동된다. 상기 첫 엔진의 설정은 자체 장치를 기반으로 하며 상기 설정은 다른 엔진들이 가스 공급에 대해 적절하게 작동하는 데 사용된다. 따라서 하나의 단일 엔진에만 장치를 제공하고, 다른 엔진들은 첫 엔진에서 얻은 정보를 사용하여 장치 없이 작동할 수 있다. 그러나 이는 단 하나의 가스 작동 엔진만 있는 상황, 즉 대개 대형 2 행정 디젤 엔진을 사용하는 선박의 경우에 대해 해결책을 제공하지 못한다. JP2005226621 discloses an internal combustion engine according to the premise of claim 1. [ JP2005226621 discloses a first gas-operated internal combustion engine with a device for determining the characteristics of the gas supplied to the engine. One or more other internal combustion engine is operated with the same gas supply from the same source as the first gas operated internal combustion engine. The setting of the first engine is based on its own device and the setting is used for other engines to operate properly with respect to the gas supply. Thus, only one single engine is provided, and other engines can operate without the device using the information from the first engine. However, this does not provide a solution for situations where there is only one gas-operated engine, that is, for ships that usually use large two-stroke diesel engines.
이러한 배경을 고려하여 본 발명의 목적은 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 시스템을 제공하는 것이다. In view of this background, an object of the present invention is to provide a system for overcoming or at least reducing the above-mentioned problems.
전술한 목적과 다른 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속항과 상세한 설명과 도면을 보면 명백하다. The above and other objects are achieved by the features of the independent claim. Additional implementations are evident from the dependent claims and the detailed description and drawings.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 하나 이상의 실린더, 연소 셀, 주어진 압력과 온도로 연료 가스의 유동을 실린더에 공급하도록 구성되고 동일하게 주어진 압력과 온도로 연료 가스의 유동을 연소 셀에 공급하도록 구성된 연료 가스 공급 시스템, 적어도 하나의 연료 유입 밸브가 각각 구비된 하나 이상의 실린더, 연료 가스 공급 시스템으로부터 연소 셀 내로 연료 가스의 유동을 분사하기 위한 노즐이 구비된 연소 셀, 연소 셀로 산화제 가스의 유동을 공급하기 위한 공급 라인, 연소 셀로부터 연소 가스의 유동을 전달하기 위한 배기 도관 및 연소 가스 유동 내 산소 비율을 측정하기 위한 센서 장치를 포함하는 내연기관이 제공된다. According to a first aspect of the present invention there is provided a fuel cell system comprising at least one cylinder, a combustion cell, and a fuel cell configured to supply a flow of fuel gas to a cylinder at a given pressure and temperature and to supply a flow of fuel gas to the combustion cell at a given pressure and temperature A fuel cell system comprising: a fuel gas supply system, at least one cylinder each having at least one fuel inlet valve, a combustion cell having a nozzle for injecting a flow of fuel gas into the combustion cell from the fuel gas supply system, An exhaust conduit for transferring the flow of the combustion gas from the combustion cell, and a sensor device for measuring the oxygen ratio in the combustion gas flow.
연소 셀의 노즐을 통해 분사되는 연료 가스의 발열 특성을 나타내는 에너지 또는 값의 직접적인 측정은 내연기관의 연료 유입 밸브에 공급되는 연료 가스에 적용되는 조건과 정확하게 동일한 조건에 따라 결정될 수 있다. 이 정보는 연료 가스 온도와 압력 또는 기타 보정을 고려하여 더 보정 없이 엔진 제어에 직접 사용될 수 있다. 이에 따라 내연기관에 허용된/적합한 가스 품질 범위가 크게 확대될 수 있다. 이 시스템은 내연기관 자체 또는 가스 밸브 트레인(가스 공급 시스템)에 직접 통합될 수 있다. A direct measurement of the energy or value indicative of the exothermic characteristic of the fuel gas injected through the nozzle of the combustion cell can be determined in accordance with precisely the same conditions as those applied to the fuel gas supplied to the fuel inlet valve of the internal combustion engine. This information can be used directly in engine control without further correction taking into account the fuel gas temperature and pressure or other corrections. Whereby the range of gas qualities acceptable to the internal combustion engine can be greatly increased. The system can be integrated directly into the internal combustion engine itself or the gas valve train (gas supply system).
제1 양태의 제1 구현예에서, 상기 엔진은 산화제 가스의 유동 내 산소 질량 비율을 일정하게 유지하는 장치를 포함한다. In a first embodiment of the first aspect, the engine comprises an apparatus for maintaining a constant oxygen mass ratio in the flow of oxidant gas.
제1 양태의 제2 구현예에서, 상기 엔진은 산화제 가스의 유동에서 산소 질량 비율을 제어하기 위한 장치를 포함한다. In a second embodiment of the first aspect, the engine comprises an apparatus for controlling an oxygen mass ratio in a flow of oxidant gas.
제1 양태의 제3 구현예에서, 상기 엔진은 연소 셀로 공급되는 산화제 가스의 유량 또는 연소 셀로 공급되는 산화제 가스 유동 내 산소 질량 비율을 측정하기 위한 장치를 포함한다. In a third embodiment of the first aspect, the engine comprises an apparatus for measuring the flow rate of the oxidant gas fed to the combustion cell or the ratio of the oxygen mass in the oxidant gas flow fed to the combustion cell.
제1 양태의 제4 구현예서, 상기 엔진은 연소 셀로의 산화제 가스 유동 내 산소 질량 비율을 전달받고 연소 가스 유동 내 산소 비율을 측정하기 위한 장치로부터 신호를 수신하는 제어 장치를 포함한다. In a fourth embodiment of the first aspect, the engine includes a control device for receiving a signal from an apparatus for delivering an oxygen mass ratio in the oxidant gas flow to the combustion cell and for measuring the oxygen ratio in the combustion gas flow.
제1 양태의 제5 구현예에서, 상기 엔진은 산화제 가스 유동 내 산소 질량 비율을 측정하기 위한 장치로부터의 신호와 연소 가스 유동 내 산소 비율을 측정하기 위한 장치로부터의 신호에 근거하여 노즐을 통해 분사되는 에너지를 결정하도록 구성되는 제어 장치를 포함한다. In a fifth embodiment of the first aspect, the engine is configured to inject, via a nozzle, a signal based on a signal from an apparatus for measuring an oxygen mass ratio in an oxidant gas flow and a signal from an apparatus for measuring an oxygen ratio in a combustion gas flow, And a control device configured to determine the energy to be applied.
제1 양태의 제6 구현예에서, 상기 제어 장치는 실린더와 연소 셀에 공급되는 연료 가스의 발열량을 나타내는 값을 결정하도록 구성된다. In a sixth embodiment of the first aspect, the control device is configured to determine a value indicative of the calorific value of the fuel gas supplied to the cylinder and the combustion cell.
제1 양태의 제7 구현예에서, 상기 엔진은 노즐을 통해 분사되는 에너지의 양을 고려하거나 실린더와 연소셀로 공급되는 연료 가스의 발열량을 나타내는 값을 고려하여 연료 유입 밸브를 통해 하나 이상의 실린더로 분사되거나 주입되는 에너지를 측정하도록 구성되는 제어 장치를 포함한다. In a seventh embodiment of the first aspect, the engine takes into account the amount of energy injected through the nozzle or a value representative of the calorific value of the fuel gas supplied to the cylinder and the combustion cell, via one or more cylinders And a control device configured to measure the energy injected or injected.
제1 양태의 제8 구현예에서, 상기 제어 장치는 연료 유입 밸브를 경유하여 하나 이상의 실린더로 분사되거나 주입되는 에너지의 양으로부터 엔진 부하를 결정하도록 구성된다. In an eighth embodiment of the first aspect, the control device is configured to determine the engine load from the amount of energy injected or injected into the one or more cylinders via the fuel inlet valve.
제1 양태의 제9 구현예에서, 상기 제어 장치는 노즐 크기와 연료 유입 밸브 크기의 관계를 전달받는다. In a ninth embodiment of the first aspect, the control device is informed of the relationship between the nozzle size and the fuel inlet valve size.
제1 양태의 제10 구현예에서, 상기 제어 장치는 노즐의 정확한 크기와 연료 유입 밸브의 정확한 크기를 전달받는다. In a tenth embodiment of the first aspect, the control device receives the correct size of the nozzle and the correct size of the fuel inlet valve.
제1 양태의 제11 구현예에서, 상기 제어 장치는 실린더와 연소 셀로 공급되는 연료 가스의 발열량을 나타내는 값을 엔진 부하를 계산하기 위한 보정계수로 사용하도록 구성된다. In an eleventh embodiment of the first aspect, the control device is configured to use a value indicating a calorific value of the fuel gas supplied to the cylinder and the combustion cell as a correction coefficient for calculating an engine load.
제1 양태의 제12 구현예에서, 상기 산화제 가스는 공기이다. In a twelfth embodiment of the first aspect, the oxidant gas is air.
제1 양태의 제13 구현예에서, 상기 산화제 가스는 공기에 질소를 추가한 혼합물이다. In a thirteenth embodiment of the first aspect, the oxidant gas is a mixture of nitrogen and air.
제1 양태의 제14 구현예에서, 상기 산화제 가스의 산소 함량은 주변 공기의 산소 함량보다 낮다. In a fourteenth embodiment of the first aspect, the oxygen content of the oxidant gas is lower than the oxygen content of the surrounding air.
제1 양태의 제15 구현예에서, 상기 연소 셀에는 산화 촉매가 제공된다. In a fifteenth embodiment of the first aspect, the combustion cell is provided with an oxidation catalyst.
제1 양태의 제16 구현예에서, 상기 연소 셀에는 냉각 시스템이 제공된다. In a sixteenth embodiment of the first aspect, the combustion cell is provided with a cooling system.
제1 양태의 제17 구현예에서, 연소 가스 유동 내 산소 비율을 결정하기 위한 상기 장치는 람다 센서를 포함한다. In a seventeenth embodiment of the first aspect, the apparatus for determining an oxygen ratio in a combustion gas flow comprises a lambda sensor.
제1 양태의 제18 구현예에서, 상기 제어 장치는 연소 가스 내 산소 비율을 결정하기 위한 장치로부터의 신호에 대응하여 산소 질량 비율 또는 산화제 가스의 유량을 제어하도록 구성된다. In an eighteenth embodiment of the first aspect, the control device is configured to control the oxygen mass ratio or the flow rate of the oxidant gas in response to a signal from an apparatus for determining the oxygen ratio in the combustion gas.
제1 양태의 제19 구현예에서, 연소 셀로의 연료 가스 유동의 유량은 하나 이상의 실린더로의 연료 가스 유동의 유량보다 적다. In a nineteenth embodiment of the first aspect, the flow rate of the fuel gas flow to the combustion cell is less than the flow rate of the fuel gas flow to the one or more cylinders.
제1 양태의 제20 구현예에서, 상기 제어 장치는 연소 셀의 연소 중에 소비되는 산소의 양을 결정하도록 구성된다. In a twentieth embodiment of the first aspect, the control device is configured to determine the amount of oxygen consumed during combustion of the combustion cell.
제1 양태의 제21 구현예에서, 상기 연소 셀은 알려진 가스, 바람직하게는 순수 메탄과 같은 순수 가스를 사용하여 보정된다. 즉 순수 가스를 사용하여 노즐 크기를 결정한다. 알려진 가스로 상기 연소 셀(40)에 필요한 산소 소비량을 알아낸 다음 다른 모든 가스는 그 경우를 기준으로 편차를 처리한다. In a twenty-first embodiment of the first aspect, the combustion cell is calibrated using a known gas, preferably pure gas, such as pure methane. That is, the nozzle size is determined using pure gas. The required oxygen consumption is determined for the
제1 양태의 제22 구현예에서, 상기 연소 셀은 내연기관의 연소실이 아니다. In a twenty-second embodiment of the first aspect, the combustion cell is not a combustion chamber of an internal combustion engine.
제1 양태의 제23 구현예에서, 상기 연소 셀은 대체로 일정한 유량으로 공급되고 연속 과정에서 연소가 되는 연료 가스와 산화제 가스를 둘 다 연소하도록 구성되는 연소실을 포함한다. In a twenty-third embodiment of the first aspect, the combustion cell includes a combustion chamber configured to combust both a fuel gas and an oxidant gas that are supplied at a substantially constant flow rate and are combusted in a continuous process.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 연료 가스로 작동되는 내연기관에서 연료 가스의 특성을 결정하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은: According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for determining a characteristic of a fuel gas in an internal combustion engine operated with fuel gas, the method comprising:
주어진 압력과 온도에서 엔진의 실린더로 연료 가스를 공급하고 동일하게 주어진 압력과 온도에서 연소 셀로 연료 가스의 유동을 공급하는 단계, 연소 셀로 산화제 가스의 유동을 공급하는 단계, 상기 연소 셀에서 산화제 가스와 함께 연료 가스를 연소함으로써 연소 가스의 유동을 생성하는 단계 및 연소 가스 내 산소 비율을 측정하는 단계를 포함한다. Supplying a fuel gas to a cylinder of the engine at a given pressure and temperature and supplying a flow of fuel gas to the combustion cell at the same given pressure and temperature, supplying a flow of oxidant gas to the combustion cell, Generating a flow of the combustion gas by burning the fuel gas together, and measuring the oxygen ratio in the combustion gas.
제2 양태의 제1 구현예에서, 상기 방법은 바람직하게는 연소 가스에서 측정되는 산소의 비율에 대응하여 산화제 가스 유동 내 산소 질량 비율을 결정하거나 제어하는 단계를 더 포함한다. In a first embodiment of the second aspect, the method further comprises determining or controlling the oxygen mass fraction in the oxidant gas flow, preferably corresponding to the ratio of oxygen measured in the combustion gas.
제2 양태의 제2 구현예에서, 상기 방법은 연료 가스의 발열 특성을 나타내는 값을 결정하는 단계를 더 포함한다. In a second embodiment of the second aspect, the method further comprises the step of determining a value indicative of the exothermic character of the fuel gas.
제2 양태의 제3 구현예에서, 상기 방법은 엔진의 연료 유입 밸브가 개방되는 시간과 연료 가스의 발열 특성을 나타내는 값에 근거하여 엔진 부하를 결정하는 단계를 더 포함한다. In a third embodiment of the second aspect, the method further comprises determining an engine load based on a time at which the fuel inlet valve of the engine is open and a value indicative of a heating characteristic of the fuel gas.
제2 양태의 제4 구현예에서, 상기 방법은 상기 연소 셀의 연소 중에 소비되는 산소의 양을 결정하는 단계를 더 포함한다. In a fourth embodiment of the second aspect, the method further comprises determining the amount of oxygen consumed during combustion of the combustion cell.
본 발명의 이들 양태와 다른 양태는 이하에서 설명되는 실시예로부터 명백해질 것이다. These and other aspects of the invention will become apparent from the embodiments described below.
본 발명에 의하면, 전술한 문제를 극복하거나 적어도 감소시키는 시스템을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a system that overcomes or at least reduces the above-mentioned problems.
이하 본 발명의 상세한 설명 부분에서, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대형 2 행정 디젤 엔진의 상승상태 정면도이다.
도 2는 도 1의 대형 2 행정 엔진의 상승상태 측면도이다.
도 3은 도 1에 따른 대형 2 행정 엔진의 도식적인 표현이다.
도 4는 엔진의 실린더에 공급되는 연료 가스의 특성을 측정하기 위한 시스템의 도식적인 표현이다.
도 5는 엔진의 실린더에 대한 연료 가스의 특성을 측정하는 방법을 예시하는 흐름도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following detailed description of the invention, the invention is explained in more detail with reference to the embodiments shown in the drawings.
1 is a front elevational view of a large two-stroke diesel engine according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a side elevational view of the large two-stroke engine of Fig. 1; Fig.
Figure 3 is a schematic representation of a large two-stroke engine according to Figure 1;
4 is a schematic representation of a system for measuring the characteristics of the fuel gas supplied to the cylinder of the engine.
5 is a flow chart illustrating a method of measuring a characteristic of a fuel gas to a cylinder of an engine.
이하의 상세한 설명에서, 내연기관은 예시의 실시예들에서 크로스헤드를 포함하는 대형 2 행정 저속 터보차징 압축 점화 내연기관을 참조하여 설명될 것이지만, 내연기관은 2 행정 오토, 4 행정 오토 또는 디젤 등의 다른 유형일 수 있으며, 터보차징과 배기 가스 재순환이 있을 수도 있고 없을 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. In the following detailed description, the internal combustion engine will be described with reference to a large two stroke, low speed turbocharged compression ignition internal combustion engine including a crosshead in the exemplary embodiments, but the internal combustion engine may be a two stroke stroke, four stroke stroke, And it should be understood that turbocharging and exhaust gas recirculation may or may not be present.
도 1, 도 2 및 도 3은 크랭크샤프트(8)와 크로스헤드(9)가 구비된 대형 저속 터보차징 2 행정 압축 점화 엔진을 도시한다. 도 3은 흡기 및 배기 시스템을 갖춘 대형 저속 터보차징 2 행정 디젤 엔진의 도식적인 표현을 도시한다. 이 실시예에서 상기 엔진은 6개의 실린더를 열을 지어 구비한다. 대형 저속 터보차징 2 행정 디젤 엔진은 엔진 프레임(11)에 의해 지지가 되는 실린더 프레임(23)에 의해 지지가 되며, 통상적으로 열을 지어 4개 내지 14개의 실린더를 갖는다. 상기 엔진은 예컨대 선박의 주 엔진이나 발전소의 발전기를 작동시키는 고정식 엔진으로 사용될 수 있다. 엔진의 총 출력은, 예컨대 1,000 내지 110,000kW의 범위일 수 있다. Figures 1, 2 and 3 illustrate a large low speed turbocharged two stroke compression ignition engine with a crankshaft 8 and a crosshead 9. Figure 3 shows a schematic representation of a large low speed turbocharged two stroke diesel engine with intake and exhaust systems. In this embodiment, the engine has six cylinders in a row. A large low speed turbocharged two stroke diesel engine is supported by a
상기 엔진은, 이 실시예에서, 실린더 라이너(1)의 하부 영역에 소기 포트(18) 및 실린더 라이너(1) 상부 중앙에 배기 밸브(4)가 구비된 2 행정 단류(uniflow)식 압축 점화 엔진이다. 상기 소기는 소기 수용부(2)로부터 개별 실린더(1)의 소기 포트(18)로 통과한다. 상기 실린더(1) 내의 피스톤(10)은 소기를 압축하고, 실린더 커버(22)의 연료 분사 밸브(31)를 통해 연료가 분사되어 연소가 진행되고 배기가스가 생성된다. In this embodiment, the engine is provided with a two-stroke unflow compression ignition engine 1 having a
배기밸브(4)가 개방되면 상기 배기가스는 실린더(1)와 결합된 배기덕트를 통해 배기가스 수용부(3)로 유동하고, 계속해서 제1 배기도관(19)을 통해 터보차저(5)의 터빈(6)으로 유동한 후, 상기 배기가스는 제2 배기도관(7)을 통해 이코노마이저(20)를 경유하여 유출구(21)와 대기 중으로 배출된다. 상기 터빈(6)은 샤프트를 통해 흡기구(12)를 경유하여 신선한 공기가 공급되는 압축기(7)를 구동한다. 상기 압축기(7)는 소기 수용부(2)에 이르는 소기 도관(13)에 가압된 소기를 전달한다. 도관(13) 내 상기 소기는 소기의 냉각을 위해 인터쿨러(14)를 통과한다. When the exhaust valve 4 is opened, the exhaust gas flows to the exhaust
상기 터보차저(5)의 압축기(7)가 소기 수용부(2)에 충분한 압력을 전달하지 않으면, 즉 엔진의 낮은 부하 또는 부분 부하 조건에서, 냉각된 소기는 소기 흐름을 가압하는 전기 모터(17)에 의해 구동되는 보조 송풍기(16)를 경유하여 통과한다. 더 높은 엔진 부하에서 상기 터보차저 압축기(7)는 충분히 압축된 소기를 전달한 다음, 보조 송풍기(16)는 역류방지밸브(15)를 경유하여 바이패스 된다. If the compressor 7 of the
상기 엔진은 예컨대 천연가스, 석탄 가스, 바이오가스, 매립지 가스, 메탄, 에틸렌, LPG와 같은 연료 가스로 작동되고, 대체로 안정된 압력과 온도에서 가스 형태의 가스 공급 시스템(30)에 의해 공급된다. 그러나 가스 공급 시스템의 세부 사항 및 공급되는 가스의 유형에 따라 온도와 압력에 약간의 변화가 불가피하다. 또한 가스 연료의 조성에 약간의 변화가 발생할 수 있다. The engine is operated by a fuel gas, such as natural gas, coal gas, biogas, landfill gas, methane, ethylene, LPG, and is supplied by a
상기 가스 공급 시스템은 모든 연료 분사 밸브(31)에 압력하에 가스 연료를 공급한다. 상기 엔진의 전자 제어 장치(60)는 도 3에 파선으로 도시된 신호 라인을 경유하여 다양한 센서로부터 신호를 수신한다. 다양한 센서들로부터의 신호에는 예컨대 충전 압력과 온도, 배기 압력과 온도, 크랭크 각도와 속도가 포함되지만, 이 목록이 전체는 아니며, 예컨대 배기가스 재순환을 포함하는지와 터보차저를 포함하는지 등의 엔진 구성에 따라 달라진다는 점에 유의해야 한다. 전자 제어 장치(60)는 연료 분사 밸브(31)를 제어한다. 즉 상기 전자 제어 장치는 연료 분사 밸브(31)가 개방될 때를 결정하고 개방 시간의 길이를 결정한다. 상기 연료 밸브의 개방 시기는 디젤 엔진(압축 점화 엔진)의 연소 압력에 큰 영향을 미치고 연료 밸브의 개방 지속 시간은 실린더(1)로 주입되는 연료의 양을 결정하며, 지속 시간이 길어질수록 실린더(1)에 주입되는 연료양도 증가한다. 전자 제어 장치(60)는 모든 연료 분사 밸브(31)의 개방 지속 시간을 합한 시간으로부터 엔진 부하를 결정하도록 구성된다. 전자 제어 장치(60)는 연료 분사 밸브(31)의 지속 시간의 길이를 측정하기 때문에, 전자 제어 장치(60)는 모든 연료 분사 밸브(31)의 개방 지속 시간을 합한 시간을 완벽하게 전달받는다. The gas supply system supplies gaseous fuel under pressure to all the
그러나 연료 분사 밸브(31)에 전달되는 연료 가스의 온도, 압력 및 조성과 같은 연료 가스의 특성은 변동할 수 있고, 이에 따라 엔진 부하의 계산에 부정확성을 초래할 수 있다. 이는 엔진 부하가 내연기관의 작동 제어를 위한 가장 중요한 제어 파라미터이므로 문제가 될 수 있다. 엔진 부하는 내연기관 작동의 여러 측면에 영향을 미친다. 예컨대 유압 시스템의 압력, 배기 밸브의 개방 시기, 연료 분사의 개시 시기, 배기가스 바이패스의 작동 및 이러한 배기가스 바이패스에서의 밸브의 개방도, 가변 터보차저의 설정, SCR 작동의 활성화/비활성화 및 연료 가스의 활성화/비활성화 가스 압력 등에 영향을 미친다. However, the characteristics of the fuel gas, such as the temperature, pressure and composition of the fuel gas delivered to the
따라서 연료 분사 밸브(31)의 개방 시기 중에 연료 분사 밸브(31)를 통해 분사되는 에너지의 양을 정확하게 그리고 (상당한) 지연 없이 전달받는 것이 중요하다. 디젤 오일과 같은 액체 연료의 경우 디젤 오일의 압력, 온도 및 조성으로 인한 변화는 무시해도 좋으며, 따라서 연료 밸브의 총 개방 지속 시간을 알면 디젤 오일이나 기타 액체 연료로 작동되는 내연기관의 엔진 부하를 매우 정확하게 결정할 수 있다. 연료 가스의 압력, 온도 및 조성의 변화는 무시할 수 없는 수준이기 때문에 이것은 유감스럽게도 연료 가스로 작동되는 엔진의 경우에는 해당하지 않는다. Therefore, it is important to receive the amount of energy injected through the
연료 분사 밸브(31)의 개방 지속 시간으로부터 엔진 부하를 정확하게 결정할 수 있도록, 상기 엔진은 도 4에 도시된 시스템을 구비한다. The engine is equipped with the system shown in Fig. 4 so that the engine load can be accurately determined from the open duration of the
이 시스템은 엔진 부하 계산을 조정하는데 필요한 정보를 제공하여, 엔진 부하 계산이 연료 밸브의 총 지속 시간에 근거할 수 있지만, 정확하고 즉각적인 결과에 도달하기 위해 실린더(1)에 공급되는 가스 연료의 변동에 대해 조정될 수 있다. This system provides the information necessary to adjust the engine load calculation so that the engine load calculation can be based on the total duration of the fuel valve but can be based on the variation of the gas fuel supplied to the cylinder 1 to reach an accurate and immediate result Lt; / RTI >
가스 연료 공급 시스템(30)은 주어진 온도와 압력에서 가스 연료를 연료 밸브(31)를 통해 실린더(1)에 공급한다. 또한, 가스 연료 공급 시스템(30)은 연료 공급 시스템(30)을 노즐(49)에 연결하고 밸브(43)를 포함하는 가스 연료 공급 도관(41)을 경유하여 동일하게 주어진 압력과 온도에서 동일한 연료 가스를 연소 셀(40)에 공급한다. 밸브(43)는 가스 연료 공급 도관(41)을 차단하는 데 사용될 수 있다. The gas
노즐(49)은 연료 가스를 노즐(49)의 하나 이상의 구멍을 통해 연소 셀(40) 내로 분사한다. 노즐(49)의 크기는 예컨대 보정에 의해 정확하게 결정된다. 이와 같은 결합은 관련된 내연기관 연료 밸브(31)에 대해 수행되거나, 보정이 절대 보정일 수 있다. 노즐(49)의 크기는 하나 이상의 노즐 구멍 면적의 크기이다. The
연소 셀(40)로의 연료 가스 유동은 실린더(1)로의 연료 가스 유동과 비교할 때 매우 적다. 노즐(49)의 크기는 연소 셀로의 연료 가스 유동을 적게 하기 위해 연료 밸브(31)의 크기와 비교할 때 상대적으로 작은 것이 바람직하다. 연소 셀(40)로의 연료 가스의 공급은 실린더(1)에 전달되는 연료 가스와 동일한 압력과 온도에서의 동일한 연료 가스이기 때문에, 노즐(49)은 연료 밸브(31)와 동일한 조건에서 연료 가스를 수용한다. The flow of the fuel gas to the
공급 라인(42)은 산화제 가스의 유동을 연소 셀(40)로 공급한다. 상기 산화제 가스는 예컨대 주변 공기 또는 질소로 희석된 주변 공기로서 민트(mint) 공기에 비해 산화제 가스 내의 산소 함량을 감소시킨다. 상기 주변 공기가 질소로 희석될 때, 산화제 가스는 주변 공기보다 산소 비율이 낮으며, 그 결과 산화제 가스는 연소 온도가 공기로 연료 가스를 연소하는 것에 비해 낮다는 이점을 갖는다. 일 실시예에서 연소 셀(40)에는 연소 셀(40)의 온도를 관리하기 위한 냉각 수단이 제공된다. The
일 실시예에서 연소 셀(40)에는 연소 과정에서 산화 촉매가 제공된다. 이러한 산화 촉매는 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 이와 달리 연소 셀(40)에는 전자 스파크 발생 장치와 같은 단순한 점화 장치가 제공될 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예에서 공급 라인(42)은 송풍기(44a), 벤츄리(45) 및 제어 밸브(46)를 포함한다. 벤츄리(45)의 압력은 연소 셀(40)로의 산화제 가스의 유량을 결정하기 위해 측정된다. 제어 밸브(46)의 개방 정도와 송풍기(44)의 설정은 연소 셀(40) 로의 산화제 가스의 유량을 제어하기 위해 조정된다. In one embodiment, the
전자 제어 장치(50)는 시스템의 작동을 제어한다. 일 실시예에서 전자 제어 장치(50)는 송풍기(44)와 전자 제어 밸브(46)의 작동을 제어한다. 일 실시예에서 전자 제어 장치(50)는 벤츄리(45)의 압력 센서로부터 신호를 수신한다. The
상기 연료 가스는 연소 셀(40)의 챔버 내의 산화제 가스와 함께 연소된다. 생성된 연소 가스는 배기 도관(47)을 경유하여 연소 셀(40)로부터 배출된다. 배기 도관(47)은 연소 가스의 유동 내 산소의 비율을 측정하기 위한 센서(48)를 구비한다. 일 실시예에서 센서(48)는 람다 센서(48)이다. 전자 제어 장치(50)는 센서(48)로부터 신호를 수신한다. The fuel gas is burned together with the oxidizing gas in the chamber of the combustion cell (40). The generated combustion gas is discharged from the combustion cell (40) via the exhaust conduit (47). The
상기 산화 가스의 스트림은 제어된 조건, 즉 제어된 화학량론적 계수로 연소 셀(40)에서 연소가 발생하도록 제어된다. 바람직하게는 화학량론적 계수는 1 내지 2로 유지된다. 일 실시예에서 정확한 화학량론적 조건, 즉 1의 화학량론적 계수로 연소가 발생하는 것이 바람직하다. The stream of oxidizing gas is controlled to produce combustion in the
상기 화학량론적 계수는 그에 따라 송풍기(44) 및/또는 제어 밸브(46)의 작동을 제어함으로써 센서(48)의 신호에 대응하여 전자 제어 장치(50)에 의해 제어된다. 따라서 센서(48)의 피드백은 산화제 가스의 유입을 조절하는 데 사용된다. The stoichiometric coefficients are thereby controlled by the
제어된 화학량론적 계수에서 연소에 필요한 산소 질량 비율을 모니터링하는데, 바람직하게는 전자 제어 장치에서 예컨대 벤츄리(45)로부터의 신호를 연속 모니터링한다. The ratio of oxygen mass required for combustion in the controlled stoichiometric coefficient is monitored, preferably continuously monitoring the signal from the
다른 실시예에서 상기 시스템은 전자 제어 장치(50)의 임의의 제어 동작 없이 산소 질량 비율을 일정하게 유지하는 공급 라인(42)의 배열로 설정될 수 있으며, 이 실시예에서 전자 제어 장치(50)는 일정한 산소 질량 비율의 값을 단순히 전달받아 일정한 산소 질량 비율과 연소 가스 내에서 측정된 산소의 비율로부터 연소 과정에서 사용되는 산소 질량 비율을 결정한다. In another embodiment, the system may be set to an arrangement of
상기 산소 질량 비율은 주어진 질량의 산소에 대해 미리 정해진 양의 열을 방출할 수 있기 때문에 가스 스트림에 결합된 화학 에너지의 직접적인 척도이다. 공기 킬로그램당 방출될 수 있는 열의 양은 연료 가스가 탄화수소(및 산화제 가스는 공기)로 이루어진 경우 약 3MJ이다. 따라서 연소 과정에서 사용되는 산소 질량 비율이나 공기 질량 비율은 시간 단위당 노즐을 통해 분사되는 에너지의 양에 직접 비례한다. 일 실시예에서 상기 노즐의 크기는 연료 밸브(31)의 크기에 대해 보정되기 때문에 노즐(49)을 통해 분사된 에너지의 정확한 양을 알므로 시간 단위당 연료 밸브를 통해 얼마나 많은 에너지가 분사되는지를 정확하게 결정할 수 있게 된다. 이는 차례로 연료 밸브(31)의 개방 지속 시간을 합산함으로써 엔진 부하의 정확한 계산이 가능해진다. The oxygen mass ratio is a direct measure of the chemical energy bound to the gas stream since it can release a predetermined amount of heat for a given mass of oxygen. The amount of heat that can be released per kilogram of air is about 3 MJ when the fuel gas is composed of hydrocarbons (and oxidant gas is air). Thus, the ratio of oxygen mass or air mass used in the combustion process is directly proportional to the amount of energy injected through the nozzle per unit of time. In one embodiment, since the size of the nozzle is corrected for the size of the
일 실시 예에서 상기 시스템의 출력 신호, 예컨대 전자 제어 장치(50)로부터 전자 제어 장치(60)로 보내는 신호는 전자 제어 장치(60)의 엔진 부하 계산을 실린더(1)에 적용되는 연료 가스의 실제 조건으로 보정하는 보정계수 형태이다. 따라서 전자 제어 장치(60)는 전자 제어 장치(50)로부터 수신된 신호를 사용하여 엔진 부하 계산을 조정할 수 있고, 이에 따라 엔진 부하를 더욱 정확하게 계산할 수 있다. In one embodiment, the output signal of the system, such as a signal sent from the
전자 제어 장치(50)로부터 전자 제어 장치(60)로 보내는 신호의 성질은 시스템이 작동하는 방식에 달려 있다. 상기 시스템이 일정한 공기 유동 또는 연소 셀로의 일정한 산소 질량 유동으로 작동되는 경우, 얻어진 측정 화학량론적 계수(예를 들어 람다 센서(48)로 측정된)는 전자 제어 장치(60)가 연료 밸브(31)의 개방 지속 시간에 근거한 엔진 부하 계산에 적용될 필요가 있는 보정을 결정하는 입력 신호일 수 있다. The nature of the signal sent from the
상기 시스템이 산화제 가스 유동의 크기를 제어하고 화학량론적 계수를 일정하게 유지하면서 작동하는 경우, 예컨대 1에서 전자 제어 장치(60)로의 입력 신호는 벤츄리(45)의 압력 센서로부터의 신호일 수 있다. 이 신호에 근거하여 전자 제어 장치(60)는 엔진 부하 계산에 필요한 조정을 계산한다. 예컨대 열선 센서나 이동 베인 유량계 사용과 같이, 벤츄리를 사용하는 것 외의 다른 방식으로 산화제 가스의 질량 유동을 측정하는 것도 가능하다. 연소 셀(40) 내로의 산화제 가스 유동의 크기를 측정하거나 결정하기 위한 장치로부터의 신호는 전자 제어 장치(60)로 직접 또는 전자 제어 장치(50)를 경유하여 전달될 수 있다. If the system controls the magnitude of the oxidant gas flow and operates with a constant stoichiometric coefficient, the input signal from, for example, 1 to the
일 실시예에서 전자 제어 장치(50)는 연소 셀(40)에 대한 연료 가스 공급의 발열량을 결정하도록 구성되고 결정된 상기 발열량을 전자 제어 장치(60)에 전달하도록 구성된다. 발열량은 Mw/mm2로 표시할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시예에서 전자 제어 장치(60)는 연료 밸브(31)의 크기, 즉 노즐(49) 내 구멍(또는 구멍들) 면적의 크기에 대한 연료 밸브(31) 노즐 내 구멍들의 면적을 전달받는다. 전자 제어 장치(60)는 이들 2개의 크기 사이의 비율을 결정하도록 추가로 구성될 수 있으며, 이 비율에 근거하여 분사 밸브(31)를 통해 유동하는 에너지의 정확한 양을 결정할 수 있다. The
전자 제어 장치(50)와 전자 제어 장치(60)는 별개의 전자 제어 장치로 설명되었지만, 전자 제어 장치(50) 기능과 전자 제어 장치(60)의 기능을 포함하는 하나의 단일 전자 제어 장치를 엔진에 제공하는 것이 가능하다고 생각한다. Although the
일 실시예에서 알려진 가스, 바람직하게는 순수 메탄과 같은 순수 가스를 사용하여 연소 셀(40)을 보정한다. 즉 노즐 크기를 결정한다. 알려진 가스로 연소 셀(40)에 필요한 산소 소비량을 알아낸 다음 다른 모든 가스는 그 경우를 기준으로 편차를 처리한다. In one embodiment, the
도 5는 상기 시스템의 작동을 도시하는 흐름도이다. 상기 흐름도는 방법의 원리를 도시하는 것으로서 흐름도 내 상자가 연속적인 단계를 도시하는 것은 아니다. 상기 방법은 연료 가스로 작동되는 내연기관에서 연료 가스의 특성을 결정하기 위해 사용된다. 상기 방법은 주어진 압력과 온도에서 엔진의 실린더(1)로 연료 가스를 공급하고 동일하게 주어진 압력과 온도에서 연소 셀(40)로 연료 가스의 유동을 공급하는 단계를 포함한다. 5 is a flow chart illustrating the operation of the system. The flowchart illustrates the principle of the method, and the box in the flowchart does not illustrate successive steps. The method is used to determine the characteristics of the fuel gas in an internal combustion engine operated with fuel gas. The method includes supplying the fuel gas to the cylinder 1 of the engine at a given pressure and temperature and supplying the flow of fuel gas to the
상기 방법은 연소 셀(40)로 산화제 가스의 유동을 공급하는 단계, 연소 셀(40)에서 산화제 가스와 함께 연료 가스를 연소함으로써 연소 가스의 유동을 생성하고 연소 가스 내 산소 비율을 측정하는 단계를 더 포함한다. The method includes the steps of supplying a flow of oxidant gas to the combustion cell (40), generating a flow of the combustion gas by burning the fuel gas with the oxidant gas in the combustion cell (40) and measuring the oxygen ratio in the combustion gas .
상기 방법은 연소 셀(40)로 공급되는 산화제 가스 유동의 산소 질량 비율을 결정하거나 제어하는 단계를 포함한다. 연소 셀(40)로 공급되는 산화제 가스 유동 내 산소 질량 비율 제어는 바람직하게는 연소 가스 내 산소를 측정한 비율에 대응하여 이루어진다. The method includes determining or controlling the oxygen mass ratio of the oxidant gas flow fed to the combustion cell (40). The control of the oxygen mass ratio in the oxidant gas flow supplied to the
상기 방법은 엔진의 연료 유입 밸브(31)가 개방되는 시간에 근거하여 엔진 부하를 계산하는 단계와 연소 과정에서 사용된 산소 질량 비율의 계산에 근거하여 계산된 엔진 부하를 조정하는 단계를 포함한다. 후자의 단계는 연소 셀(40)에 공급되는 산소 질량 비율의 측정이나 결정과 관련된 화학량론적 계수 측정이나 결정에 근거하여 연소에 사용되는 산소 질량 비율을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. The method includes calculating the engine load based on the time when the
일 실시예에서 상기 방법은 또한 연료 가스의 발열 특성을 나타내는 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 일 실시예에서 엔진 부하를 결정하기 위한 계산에서 연료의 발열 특성을 측정하거나 결정하는 데 사용하는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment, the method may also include determining a value indicative of the exothermic character of the fuel gas. The method may comprise the step of using in an embodiment to measure or determine the heating characteristics of the fuel in a calculation for determining an engine load.
본 발명을 본 명세서의 다양한 실시예와 함께 설명했다. 그러나 개시된 실시예에 대한 다른 변형들은 도면, 개시된 내용 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 본 발명을 실시하는 당업자에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 본 청구 범위에서 "포함하는"이라는 단어는 다른 요소나 단계를 배제하지 않으며, "하나"라는 표현은 복수를 배제하지 않는다. 특정 방안들이 서로 다른 종속항에서 인용된다는 단순한 사실만으로 방안으로 사용된 이들의 결합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내는 것은 아니다. 청구범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. The invention has been described in conjunction with various embodiments thereof. However, other modifications to the disclosed embodiments can be understood and effected by those skilled in the art, practicing the claimed invention, from the study of the drawings, the disclosure and the appended claims. In the claims, the word " comprises "does not exclude other elements or steps, and the expression" one " The mere fact that certain measures are quoted in different dependent claims does not indicate that the combination of those used in the solution can not be used advantageously. Reference signs used in the claims should not be construed as limiting the scope.
30 : 연료 가스 공급 시스템
31 : 연료 유입 밸브
40 : 연소 셀
42 : 공급 라인
47 : 배기 도관
48 : 센서30: fuel gas supply system 31: fuel inlet valve
40: combustion cell 42: supply line
47: exhaust conduit 48: sensor
Claims (22)
하나 이상의 실린더(1);
상기 실린더(1)로 주어진 압력과 온도로 연료 가스의 유동을 공급하도록 구성되는 연료 가스 공급 시스템(30); 및
하나 이상의 상기 실린더(1) 각각에 구비되는 적어도 하나의 연료 유입 밸브(31)를 포함하며,
연소 셀(40);
상기 연소 셀(40)로 동일하게 주어진 압력과 온도로 상기 연료 가스의 유동을 공급하도록 구성되는 상기 연료 가스 공급 시스템(30);
산화제 가스의 유동을 상기 연소 셀(40)로 공급하는 공급 라인(42);
상기 연소 셀(40)로부터 연소 가스의 유동을 전달하는 배기 도관(47); 및
상기 연소 가스의 유동 내 산소의 비율을 측정하기 위한 센서(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.In the internal combustion engine,
At least one cylinder (1);
A fuel gas supply system (30) configured to supply a flow of fuel gas to the cylinder (1) at a given pressure and temperature; And
At least one fuel inlet valve (31) provided in each of the one or more cylinders (1)
Combustion cell (40);
The fuel gas supply system (30) configured to supply a flow of the fuel gas to the combustion cell (40) at the same given pressure and temperature;
A supply line (42) for supplying a flow of oxidant gas to the combustion cell (40);
An exhaust conduit 47 for transferring the flow of combustion gas from the combustion cell 40; And
And a sensor (48) for measuring a ratio of oxygen in the flow of the combustion gas.
상기 산화제 가스의 유동 내 산소 질량 비율을 일정하게 유지하기 위한 장치(44,45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 1,
And an apparatus (44, 45) for maintaining a constant oxygen mass ratio in the flow of the oxidant gas.
상기 산화제 가스의 유동 내 산소 질량 비율을 제어하기 위한 장치(44,45,50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 1,
And an apparatus (44, 45, 50) for controlling the oxygen mass ratio in the flow of the oxidant gas.
상기 연소 셀(40)로 공급되는 산화제 가스의 유량 또는 상기 연소 셀(40)로 공급되는 산화제 가스 유동 내 산소 질량 비율을 측정하거나 결정하기 위한 장치(45)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 3,
And an apparatus (45) for measuring or determining the flow rate of the oxidant gas supplied to the combustion cell (40) or the oxygen mass flow rate in the oxidant gas flow supplied to the combustion cell (40).
상기 연소 셀(40)로의 산화제 가스 유동 내 산소 질량 비율을 전달받고 상기 연소 가스 유동 내 산소 비율을 측정하기 위한 상기 센서(48)로부터 신호를 수신하는 제어 장치(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 4,
Characterized by further comprising a control device (50) for receiving the oxygen mass ratio in the oxidant gas flow to the combustion cell (40) and receiving a signal from the sensor (48) for measuring the oxygen ratio in the combustion gas flow Internal combustion engine.
상기 제어 장치(50)는 상기 연소 셀(40)에서 연소 중에 소비되는 산소의 양을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method of claim 5,
Wherein the control device (50) is configured to determine the amount of oxygen consumed during combustion in the combustion cell (40).
상기 제어 장치(50)는 산화제 가스 유동 내 산소의 질량 비율을 측정하거나 결정하기 위한 장치(45)로부터의 신호와 연소 가스 유동 내 산소의 비율을 측정하기 위한 센서(48)로부터의 신호에 근거하여 상기 노즐(49)을 통해 분사되는 에너지를 결정하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 5 or 6,
The control device 50 is further adapted to control the flow rate of oxygen in the oxidizing gas flow based on a signal from the sensor 48 for measuring the ratio of the signal from the device 45 for measuring or determining the mass ratio of oxygen in the oxidizing gas flow to oxygen in the combustion gas flow Is configured to determine the energy injected through the nozzle (49).
상기 제어 장치(50)는 상기 실린더(1)와 상기 연소 셀(40)에 공급되는 연료 가스의 발열량을 나타내는 값을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to claim 6 or 7,
Wherein the control device (50) is configured to determine a value indicating a calorific value of the fuel gas supplied to the cylinder (1) and the combustion cell (40).
제어 장치(50)는 상기 노즐(49)을 통해 분사되는 에너지의 양을 고려하거나 상기 실린더(1)와 상기 연소 셀(40)로 공급되는 연료 가스의 발열량을 나타내는 값을 고려하는 하나 이상의 상기 실린더(1) 내로 상기 연료 유입 밸브(31)를 통해 분사되거나 주입되는 에너지를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 8,
The controller 50 may control the amount of energy injected through the nozzle 49 or the value of the amount of the fuel gas supplied to the combustion chamber 40, Is configured to determine the energy injected or injected through the fuel inlet valve (31) into the cylinder (1).
상기 제어 장치(50)는 상기 연료 유입 밸브(31)를 경유하여 하나 이상의 상기 실린더(1)로 분사되거나 주입되는 에너지의 양으로부터 엔진 부하를 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method of claim 9,
Wherein the control device (50) is configured to determine an engine load from the amount of energy injected or injected into the one or more cylinders (1) via the fuel inlet valve (31).
상기 제어 장치(50)는 상기 노즐(49)의 크기와 상기 연료 유입 밸브(31)의 크기 사이 관계를 전달받는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the control device (50) receives the relationship between the size of the nozzle (49) and the size of the fuel inlet valve (31).
상기 제어 장치(50)는 상기 노즐(49)의 정확한 크기와 상기 연료 유입 밸브(31)의 정확한 크기를, 바람직하게는 보정에 의해, 전달받는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 11,
Wherein the control device (50) receives the correct size of the nozzle (49) and the correct size of the fuel inlet valve (31), preferably by correcting.
상기 제어 장치(50)는 상기 실린더(1)와 상기 연소 셀(40)에 공급되는 연료 가스의 발열량을 나타내는 값을 엔진 부하를 계산하기 위한 보정계수로 사용하도록 구성이 되는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 9 to 12,
Wherein the controller (50) is configured to use a value indicating a calorific value of the fuel gas supplied to the cylinder (1) and the combustion cell (40) as a correction coefficient for calculating an engine load. .
상기 산화제 가스는 추가 질소와 공기의 혼합물임을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 13,
Wherein the oxidant gas is a mixture of nitrogen and air.
상기 산화제 가스의 산소 함량은 주변 공기의 산소 함량보다 낮은 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 14,
Wherein the oxygen content of the oxidant gas is lower than the oxygen content of the ambient air.
상기 연소 가스 유동 내 산소 비율을 결정하기 위한 상기 센서(48)는 람다 센서(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.The method according to any one of claims 1 to 15,
Characterized in that the sensor (48) for determining the oxygen ratio in the combustion gas flow comprises a lambda sensor (48).
상기 제어 장치(50)는 연소 가스 내 산소 비율을 결정하기 위한 상기 센서(48)로부터의 신호에 대응하여 산소 질량 비율이나 산화제 가스의 유량을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관. The method according to any one of claims 5 to 16,
The control device (50) is operable to determine the ratio of oxygen in the combustion gas And controls the oxygen mass ratio or the flow rate of the oxidizing gas in response to the signal from the sensor (48).
주어진 압력과 온도에서 엔진의 실린더(1)로 연료 가스를 공급하고 동일하게 주어진 압력과 온도에서 연료 셀(40)로 상기 연료 가스의 유동을 공급하는 단계를 포함하며,
상기 연소 셀(40)로 산화제 가스의 유동을 공급하는 단계;
상기 연소 셀(40) 내 상기 산화제 가스와 함께 상기 연료 가스를 연소함으로써 상기 연소 가스의 유동을 생성하는 단계; 및
상기 연소 가스 내 산소 비율을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.A method for determining a characteristic of a fuel gas in an internal combustion engine operated with fuel gas, the method comprising:
Supplying the fuel gas to the cylinder 1 of the engine at a given pressure and temperature and supplying the flow of fuel gas to the fuel cell 40 at the same pressure and temperature,
Supplying a flow of oxidant gas to the combustion cell (40);
Generating a flow of the combustion gas by combusting the fuel gas with the oxidant gas in the combustion cell (40); And
And measuring the oxygen ratio in the combustion gas.
바람직하게는 상기 연소 가스에서 측정된 산소의 비율에 대응하여 상기 산화제 가스 유동 내 산소의 질량 비율을 결정하거나 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18,
Further comprising determining or controlling a mass ratio of oxygen in the oxidant gas flow, preferably corresponding to a ratio of oxygen measured in the combustion gas.
상기 연료 가스의 발열 특성을 나타내는 값을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 18 or 19,
Further comprising determining a value indicative of a heating characteristic of the fuel gas.
상기 엔진의 상기 연료 유입 밸브(31)가 개방되는 지속 시간과 상기 연료 가스의 발열 특성을 나타내는 값에 근거하여 상기 엔진 부하를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 20,
Further comprising the step of determining the engine load based on a duration that the fuel inlet valve (31) of the engine is open and a value indicative of a heating characteristic of the fuel gas.
상기 연소 셀(40)의 연소 중에 소비된 산소의 양을 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 17 to 21,
Further comprising the step of determining the amount of oxygen consumed during combustion of the combustion cell (40).
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