KR20180118227A - 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력을 본질적으로 일정하게 유지하여 상기 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 하는 단계를 포함한다. 제1 λ값은 가스 엔진의 하류에서 결정된다. 이어서, 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기가 변경된다. 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기를 변경한 후에 가스 엔진의 하류의 제 2λ값이 결정된다. 이어서, 결정된 제1 λ값 및 제 2λ값에 기초하여 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비가 결정된다. 본 발명은 또한 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 시스템, 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

Description

가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 방법 및 시스템
본 발명은 가스 엔진용 연료 가스의 비기체(specific gas) 상수 및 화학량론적(stoichiometric) 공연비를 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 차량, 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
화학량론적으로 작동하는 스파크 점화 엔진의 배기 가스 후처리는 종종 배기 시스템의 3-방향 촉매 컨버터로 구성된다. 3-방향 촉매 컨버터는 질소 산화물 배출물을 감소시키고 일산화탄소와 탄화수소 배출물을 산화시킬 수 있도록 화학적 균형 상태이어야 한다. 현대의 엔진 관리 시스템 EMS는 소위 화학량론적 공연비(stoichiometric ratio)가 측정될 때까지 공연비 AFR을 조정하여 다양한 연료 품질에 맞춰진다. 이는 일반적으로 엔진에 비교적 가까운 배기 파이프에 위치된 소위 람다(lambda) 센서에 의해 수행된다. 람다 센서는 실제 AFR 대 화학량론적 AFR의 비율을 측정한다. 이러한 비율은 보통 λ로 표시된다. 그런 다음 EMS는 엔진에 들어가는 공기와 관련하여 연료를 추가하거나 줄여 연료 분사를 제어한다. 이는 람다 컨트롤러로 지칭하는 제어 알고리즘에 의해 수행된다.
연료로서 가솔린(petrol)의 경우 이는 매우 잘 작동하며 연료의 다양한 에너지 함량을 보완할 수 있다. 또한, 연료 인젝터, 공기 질량계 또는 공기 또는 연료 계산에 관여하는 다른 부품과 같은 일부 부품이 이들 사양에 명목상으로 부합되는지 여부를 보완한다. 이후에, 람다 컨트롤러의 값은 전자 제어 유닛 ECU의 플래시 메모리에 적응형으로 저장된다. 이는 람다 컨트롤러의 값이 다음에 엔진이 시동될 때 사용될 수 있음을 의미한다. 연료가 안정되고 모든 부품이 제대로 작동하면, 람다 컨트롤러에 의한 조정은 상대적으로 작다.
기체 연료의 경우 유사한 제어가 사용된다.
가솔린의 다양한 연료 품질과 관련된 문제는 기본적으로 가솔린의 다양한 증발 특성과 관련이 있다. 다양한 증발 특성과 관련된 EMS의 기능은 기체 연료가 증발할 필요가 없으므로 기체 연료를 필요로 하지 않는다.
가솔린의 에너지 함량은 보통 ±1-2MJ/kg만 다르지만, 기체 연료의 에너지 함량은 약 ±5MJ/kg 정도 다를 수 있다. 가솔린의 밀도는 대개 몇 퍼센트만 다르지만, 기체 연료의 밀도는 최대 20% 만큼 다를 수 있다. 결과적으로, 기체 연료의 화학량론적 AFR은 상당히 다를 수 있다. 예를 들어, 메탄의 화학량론적 AFR은 17.2이고 시중에 있는 일부 천연 가스의 화학량론적 AFR은 13.1이다. 추가적인 결과로서, 비기체 상수는 다를 수 있다. 국제 단위 시스템 Si-단위에서, 메탄의 비기체 상수는 약 520이고, 시중에 있는 상기 천연 가스의 비기체 상수는 약 450이다.
가솔린에 대해 기체 연료에 대한 유사한 EMS를 사용하는 것, 즉, 상이한 가스들 간의 차이를 조정하기 위해 기본적으로 람다 컨트롤러를 사용하는 해결책은 몇 가지 단점을 갖는다. 다른 가스들의 간의 차이는 너무 커서 람다 컨트롤러의 한계치 사이에서 조정을 관리하기가 어려울 수 있다.
시스템에 표준 연료를 적용하는 아이디어는 인젝터 및 람다 센서와 같은 연료 분사 및 람다 제어와 관련된 부품들의 하드웨어 차이를 수정하는 것이다. 연료 조정이 기체 연료와 하드웨어 간의 품질 차이를 모두 처리해야 한다면, 한계치를 벗어나 엔진 오작동을 일으킬 위험이 훨씬 커진다.
해결책의 다른 단점은 공기 질량 계산에 대해 가스 품질의 영향이 완전히 무시된다는 것이다. λ가 정확하더라도 계산된 공기의 양이 틀릴 수 있다. 이는 계산된 토크와 사용된 점화 각도에 영향을 미치므로 최적이 아닌 점화 각도에서 엔진을 작동시키고 부정적인 방식으로 주행성에 영향을 줄 수 있는 잘못된 토크를 계산할 위험이 있다.
따라서, 유리한 방식으로 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정할 필요가 있다. 이는 결정된 비기체 상수 및 결정된 화학량론적 공연비에 기초하여 가스 엔진의 제어를 조정하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 비기체 상수의 유리한 결정 및 결정된 화학량론적 공연비에 기초한 방법, 시스템, 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 비기체 상수의 결정 및 결정된 화학량론적 공연비에 기초한 대안적인 방법, 시스템, 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품을 제공하는 것이다.
상기 목적의 적어도 일부는 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 방법에 의해 달성된다. 상기 방법은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력을 본질적으로 일정하게 유지하여 상기 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 엔진이 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제1 시간 주기에서 작동되는 동안에 가스 엔진의 하류의 제1 λ값을 결정하는 단계를 또한 포함한다. 상기 방법은 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제1 시간 주기를 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제2 시간 주기로 변경하는 단계 및 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기를 변경한 후에 가스 엔진 하류의 제2 λ값을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 결정된 제1 λ값 및 제2 λ값에 기초하여 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 단계를 또한 포함한다.
상기 방법은 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 방식을 제시한다. 이는 추가적인 부품이 없어도 대부분의 기존 차량에서 이러한 방법을 수행할 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 상기 방법은 차량의 ECU에 대한 소프트웨어 업데이트로 사용될 수 있다. 따라서, 상기 방법을 구현하는 것이 비용 효율적이다. 특히, 가스 조성을 분석하기 위한 센서가 필요하지 않다.
일 예에서, 상기 방법은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값 및 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력 값 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함한다. 이후에, 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비의 결정은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 온도 값 및 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 압력 값 중 적어도 하나에 기초한다. 입구 매니폴드 내의 온도 및/또는 압력을 결정하기 위한 센서는 오늘날에는 종종 차량에 존재한다. 또한, 이는 계산 복잡성이 비교적 낮은 상태로 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 방식을 제공한다.
일 예에서, 상기 방법은 가스 엔진으로의 공기 유동을 결정하거나 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 단계를 또한 포함한다. 이후에, 비기체 상수 및 화학량론적 공연비의 결정은 가스 엔진으로의 결정된 공기의 유동 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 결정된 공기 질량에 기초한다. 가스 엔진으로의 공기 유동 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하기 위한 센서는 오늘날에는 종종 차량에 존재한다. 또한, 이는 계산 복잡성이 비교적 낮은 상태로 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 방식을 제공한다.
일 예에서, 상기 방법은 가스 엔진의 부하가 본질적으로 일정한 동안에 수행되어서, 가스 엔진의 부하가 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 한다. 이는 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정할 때 적은 변수를 사용하는 방식을 제공한다. 변수가 적으면 에러의 원인이 적어진다. 또한, 부하를 일정하게 유지하면 입구 매니폴드의 압력을 제어하기가 더 용이해지므로 상기 방법을 구현할 때 복잡성이 줄어든다.
일 예에서, 상기 방법은 반복적으로 수행되고, 결과적인 비기체 상수 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비는 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비에 기초하여 계산된다. 이는 비기체 상수 및/또는 공연비의 정확성을 증가시킨다.
상기 목적의 적어도 일부는 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 시스템에 의해 달성된다. 상기 시스템은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력을 본질적으로 일정하게 유지하여 상기 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 하는 수단을 포함한다. 상기 시스템은 엔진이 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제1 시간 주기에서 작동되는 동안에 가스 엔진 하류의 제1 λ값을 결정하는 수단 및 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제1 시간 주기를 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제2 시간 주기로 변경하는 수단을 또한 포함한다. 상기 시스템은 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기를 변경한 후에 가스 엔진의 하류의 제2 λ값을 결정하는 수단을 또한 포함한다. 상기 시스템은 결정된 제1 λ값 및 제2 λ값에 기초하여 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 수단을 또한 포함한다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값 및 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력 값 중 적어도 하나를 결정하는 수단을 포함한다. 이후에, 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 수단은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 온도 값 및 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 압력 값 중 적어도 하나에 기초하여 결정하도록 배치된다.
일 예에서, 상기 시스템은 가스 엔진으로의 공기 유동을 결정하거나 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 수단를 또한 포함한다. 이후에, 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 수단은 가스 엔진으로의 공기의 유동 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량에 기초하여 결정하도록 배치된다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 가스 엔진의 부하가 본질적으로 일정하여서 가스 엔진의 부하가 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화되지 않는 동안에 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비의 결정을 수행하는 수단을 또한 포함한다.
일 실시예에서, 상기 시스템은 결과적인 화학량론적 공연비 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 결정하는 수단을 또한 포함하며, 결과적인 화학량론적 공연비 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 결정하는 수단은 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비에 기초하여 결과적인 비기체 상수 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 결정하도록 배치된다.
상기 목적의 적어도 일부는 본 발명에 따른 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 시스템을 포함하는 차량에 의해 달성된다.
상기 목적의 적어도 일부는 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다. 컴퓨터 프로그램은 전자 제어 유닛 또는 상기 전자 제어 유닛에 연결된 컴퓨터로 하여금 본 발명에 따른 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 방법의 단계들을 수행하게 하는 프로그램 코드를 포함한다.
상기 목적의 적어도 일부는 본 발명에 따른 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 방법의 방법 단계들을 수행하기 위해 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에 저장된 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다. 컴퓨터 프로그램은 전자 제어 유닛 또는 전자 제어 유닛에 연결된 컴퓨터에서 실행된다.
시스템, 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품은 본 개시에 따른 방법의 대응 예와 관련하여 기술된 바와 같은 상응하는 이점을 갖는다.
본 발명의 다른 이점은 이하의 상세한 설명에서 설명될 것이며 및/또는 본 발명을 수행할 때 당업자에게 발생할 것이다.
본 발명 및 그 목적 및 이점에 대한 보다 상세한 이해를 위해, 첨부된 도면과 함께 읽혀야 할 다음의 상세한 설명이 참조된다. 동일한 도면부호는 상이한 도면에서 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량을 개략적으로 도시한다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 예에 대한 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 4은 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 장치를 개략적으로 도시한다.
도 1은 차량(100)의 측면도이다. 도시된 예에서, 차량은 트랙터 유닛(110) 및 트레일러 유닛(112)을 포함한다. 차량(100)은 트럭과 같은 대형 차량일 수 있다. 일 예에서, 트레일러 유닛은 차량(100)에 연결되지 않는다. 차량(100)은 가스 엔진을 포함한다. 차량(100)은 도 2a의 시스템(299)을 포함한다. 시스템(299)은 트랙터 유닛(110) 내에 배치될 수 있다.
일 예에서, 차량(100)은 버스이다. 차량(100)은 가스 엔진을 포함하는 임의의 종류의 차량일 수 있다. 가스 엔진을 포함하는 차량의 다른 예는 보트, 승용차, 건설 차량 및 기관차이다. 본 발명은 또한 이러한 플랫폼이 가스 엔진을 포함하는 한, 차량과 다른 임의의 플랫폼과 관련하여 사용될 수 있다. 일 예는 가스 엔진을 갖는 발전소이다.
본 발명의 일 양태에 따른 혁신적인 방법 및 혁신적인 시스템은 또한 예를 들어 산업용 엔진 및/또는 엔진 구동식 산업용 로봇을 포함하는 시스템에 매우 적합하다.
이하에서는 주로 화학량론적 AFR에서 작동되는 엔진과 관련하여 설명되지만, 본 발명은 또한 린(lean) AFR에서 작동되는 엔진에 적합하다.
본원 명세서에서, "링크"라는 용어는 광전자 통신 회선과 같은 물리적 연결 또는 라디오 링크 마이크로파 링크인 무선 연결과 같은 비 물리적 연결일 수 있는 통신 링크를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 시스템(299)의 실시예를 개략적으로 도시한다. 시스템(299)은 가스 엔진(210)을 포함한다. 가스 엔진(210)은 차량을 추진시키도록 배치될 수 있다. 가스 엔진(210)은 적어도 하나의 실린더를 포함한다. 각각의 실린더는 실린더의 대응 체적(Vcyl)을 갖는다. 이하에서는 실린더의 체적이 동일하다고 가정한다. 그러나, 본 발명은 특정 실린더(n)에 대해 상이한 체적(Vcyl _n)을 규정함으로써 상이한 체적의 실린더에 용이하게 적용될 수 있음을 알아야한다. 상기 값(Vcyl)은 공기 및/또는 연료가 실린더 내의 피스톤의 사전에 정해진 위치에서 분사될 수 있는 실린더 내의 체적과 관련된다. 일 예에서, 상기 값(Vcyl)은 예를 들어, 피스톤의 위치가 최소 연장 위치에 있을 때 실린더의 가능한 최대 체적과 관련된다. 상기 값(Vcyl)은 주어진 가스 엔진에 대해 사전에 결정되고, 제1 제어 유닛(200)에 저장될 수 있다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 가스 엔진(210)의 작동을 제어하도록 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 링크(L210)를 통해 상기 가스 엔진(210)과의 통신을 위해 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 가스 엔진(210)으로부터의 정보를 수신하도록 배치된다.
상기 시스템(299)은 공기 입구(241)를 포함한다. 공기 입구 내로 가능한 공기의 유동 방향은 흰색 화살표로 표시된다. 이후에, 공기는 입구 매니폴드(230)로 들어가기 전에 스로틀(260)을 통과한다. 상기 스로틀(260)은 상기 입구 매니폴드(230)로의 공기의 유동을 제어하도록 배치된다. 상기 스로틀(260)은 예를 들어, 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 제어된다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 스로틀(260)의 작동을 제어하도록 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 링크(L260)를 통해 상기 스로틀(260)과의 통신을 위해 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 스로틀(260)로부터의 정보를 수신하도록 배치된다.
상기 시스템(299)은 탱크(220)를 또한 포함한다. 상기 탱크(220)는 차량의 연료 가스를 저장하기 위해 배치된다. 연료 가스는 예를 들어, 압축 천연 가스인 CNG일 수 있다. 그러나, 본 발명은 CNG에 한정되지 않고 가스 엔진(210)용 연료 가스로서 작용할 수 있는 임의의 적절한 가스를 사용할 수 있음을 알아야 한다. 탱크(220)는 연결 수단(243)을 통해 가스 인젝터 장치(270)에 연결된다. 상기 연결 수단(243)은 파이프, 튜브 등을 포함할 수 있다. 상기 연결 수단(243)은 연료 가스를 탱크(220)로부터 가스 인젝터 장치(270)로 이송하기 위해 배치된다.
상기 가스 인젝터 장치(270)는 연결 수단(243)로부터 입구 매니폴드(230) 내로 가스를 분사하도록 배치된다. 가스는 작업 사이클 당 시간 주기(tinj) 동안에 분사된다. 상기 가스 인젝터 장치(270)는 적어도 하나의 가스 인젝터를 포함한다. 상기 적어도 하나의 가스 인젝터 각각은 인젝터 노즐의 유효 단면적(ACD)을 갖는다. ACD는 상기 제1 제어 유닛(200)에 저장될 수 있다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 가스 인젝터 장치(270)의 작동을 제어하도록 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 링크(L270)를 통해 상기 가스 인젝터 장치(270)와의 통신을 위해 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 가스 인젝터 장치(270)로부터의 정보를 수신하도록 배치될 수 있다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 예를 들어, tinj를 제어를 위해 배치될 수 있다. 일 예에서, tinj는 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 계산된다. 일 예에서, tinj는 가스 인젝터(270)에서 측정된다. tinj는 상기 제1 제어 유닛(200)에 저장될 수 있다.
상기 시스템(299)은 배기 파이프(240)를 또한 포함한다. 상기 배기 파이프(240)는 가스 엔진(210)에 연결되고, 흰색 화살표로 표시된 바와 같이, 가스 엔진(210)으로부터 환경으로 배기 가스를 이송하도록 배치된다. 배기 가스를 처리하는 수단(도시되지 않음)은 배기 파이프를 따라 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 수단은 예를 들어, 배기 가스 처리를 위한 촉매 수단이다.
상기 시스템(299)은 가스 엔진 하류의 λ값을 결정하는 수단을 또한 포함한다. 가스 엔진 하류의 제1 λ값을 결정하는 상기 수단은 람다 센서 장치(250)를 포함할 수 있다. 상기 람다 센서 장치(250)는 상기 가스 엔진의 하류에 제공된다. 상기 람다 센서 장치(250)는 상기 배기 파이프(240)에 제공된다. 상기 람다 센서 장치(250)는 적어도 하나의 람다 센서를 포함한다. 상기 람다 센서 장치(250)는 λ, 즉, 실제 공연비(AFR)와 화학량론적 공연비(AFRS) 사이의 비율의 측정을 수행하도록 배치된다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 람다 센서 장치(250)의 작동을 제어하도록 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 링크(L250)를 통해 상기 람다 센서 장치(250)와의 통신을 위해 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 람다 센서 장치(250)로부터의 정보를 수신하도록 배치될 수 있다.
상기 시스템(299)은 상이한 시간에서 λ값을 결정하도록 배치된다. 상기 시스템은 적어도 제1 λ값(λ1) 및 제2 λ값(λ2)를 결정하도록 배치된다. 상기 시스템(299)은 λ1과 상이한 시간에 λ2를 결정하도록 배치된다. 상기 시스템은 가스 분사의 제1 시간 주기(tinj1)와 관련하여 λ1을 측정하며, 가스 분사의 제2 시간 주기(tinj2)에서 λ2를 측정하도록 배치되며, tinj1 및 tinj2는 상이한 길이를 갖는다.
상기 시스템(299)은 가스 엔진(210)의 입구 매니폴드(230) 내의 온도 값을 결정하는 수단을 또한 포함한다. 가스 엔진(210)의 입구 매니폴드(230) 내의 온도 값을 결정하는 상기 수단은 온도 센서 장치(252)를 포함할 수 있다. 상기 온도 센서 장치는 적어도 하나의 온도 센서를 포함할 수 있다. 상기 온도 센서 장치(252)는 입구 매니폴드(230)에 배치된다. 상기 온도 센서 장치(252)는 입구 매니폴드(230) 내의 온도(Tin)를 측정하도록 배치된다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 온도 센서 장치(252)의 작동을 제어하도록 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 링크(L252)를 통해 상기 온도 센서 장치(252)와의 통신을 위해 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 온도 센서 장치(252)로부터의 정보를 수신하도록 배치될 수 있다.
상기 시스템(299)은 가스 엔진(210)의 입구 매니폴드(230) 내의 압력 값을 결정하는 수단을 또한 포함한다. 가스 엔진(210)의 입구 매니폴드(230) 내의 압력 값을 결정하는 상기 수단은 압력 센서 장치(253)를 포함할 수 있다. 상기 압력 센서 장치(253)는 적어도 하나의 압력 센서를 포함할 수 있다. 상기 압력 센서 장치(253)는 입구 매니폴드(230)에 배치된다. 상기 압력 센서 장치(253)는 입구 매니폴드(230) 내의 압력(pin)를 측정하도록 배치된다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 압력 센서 장치(253)의 작동을 제어하도록 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 링크(L253)를 통해 상기 압력 센서 장치(253)와의 통신을 위해 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 압력 센서 장치(253)로부터의 정보를 수신하도록 배치될 수 있다.
상기 시스템(299)은 가스 엔진으로의 공기 유동을 결정하는 수단 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 수단을 또한 포함한다.
일 예에서, 가스 엔진으로의 공기 유동을 결정하는 상기 수단 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 수단은 공기 유동 센서 장치(MAF-센서 장치)(251)를 포함한다. 상기 MAF-센서 장치(251)는 고온 필름 공기 질량 센서(HFM-센서)를 포함할 수 있다. 상기 MAF-센서 장치(251)는 공기 입구(241) 내의 공기 질량 유동을 측정하도록 배치된다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 MAF-센서 장치(251)의 작동을 제어하도록 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 링크(L251)를 통해 상기 MAF-센서 장치(251)와의 통신을 위해 배치된다. 상기 제1 제어 유닛(200)은 상기 MAF-센서 장치(251)로부터의 정보를 수신하도록 배치될 수 있다.
일 예에서, 가스 엔진 내로 공기의 유동을 결정하는 상기 수단 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 상기 수단은 스로틀(260)을 통한 유동을 결정하는 수단을 포함한다. 스로틀(260)을 통한 유동을 결정하는 상기 수단은 예를 들어, 공기 입구(241)에 있는 압력 센서 및 공기 입구(241)에 있는 온도 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 스로틀(260)을 통한 유동을 결정하는 상기 수단은 또한 스로틀의 유효 영역을 결정하는 수단을 포함할 수 있다. 상기 유효 영역은 공기가 공기 입구(241)로부터 스로틀을 통해 유동할 수 있는 유효 영역에 관한 것이다. 스로틀의 유효 영역을 결정하는 상기 수단은 스로틀 플랩의 각도를 결정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 그 다음, 제1 제어 유닛(200)은 공기 입구에 있는 상기 온도 센서, 공기 입구에 있는 상기 압력 센서 및 스로틀 플랩의 각도를 결정하는 상기 센서 중 적어도 하나의 측정 결과에 기초하여 스로틀을 통한 공기 질량의 유동을 계산하도록 배치될 수 있다.
일 예에서, 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량(mair)은 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 결정될 수 있다. 이는 예를 들어, 스로틀 플랩의 결정된 각도에 기초하여 및/또는 상기 MAF-센서 장치(251)로부터의 측정 결과에 기초하여 행해질 수 있다.
제1 제어 유닛(200)은 또한 실린더의 체적 효율(VE)을 결정하도록 배치될 수 있다. 체적 효율은 pin 및/또는 tin에 기초하여 결정될 수 있다. 일 예에서, 체적 효율은 식 VE=mair*Rair/(pin*Vcyl)을 통해 결정되고, 상기 식에서 Rair는 공기의 비기체 상수를 나타낸다. 일 예에서, 제1 제어 유닛(200)은 가스 분사의 제1 시간 주기(tinj1)와 관련하여 실린더의 제1 체적 효율(VE1)을 결정하며, 가스 분사의 제2 시간 주기(tinj2)와 관련하여 실린더의 제2 체적 효율(VE2)을 결정하도록 배치되고, tinj1과 tinj2는 상이한 길이를 갖는다. 체적 효율에 대한 값은 상기 제1 제어 유닛(200)에 저장될 수 있다.
상기 시스템(299)은 또한 입구 매니폴드(230) 내의 압력을 본질적으로 일정하게 유지하도록 배치된다. 본질적으로 일정하다라는 용어는 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변하지 않는다는 점을 나타낸다. 이와 같은 사전에 정해진 임계치는 예를 들어, 1%, 2%, 3%, 5%, 7%, 10% 또는 15%일 수 있다. 임계치는 스로틀 (260)에서의 제어 불확실성 또는 MAF-센서 장치(251), 온도 센서 장치(252), 압력 센서 장치(253) 또는 시스템(299)에 존재할 수 있는 임의의 다른 센서 장치에서의 측정 불확실성에 대한 고려가 주어지는 방식으로 선택될 수 있다. 일 예에서, 제1 제어 유닛(200)은 예를 들어, 스로틀 플랩의 각도를 제어하는 것과 같이, 스로틀(260)을 제어함으로써 입구 매니폴드(230) 내의 압력을 일정하게 유지시킨다.
입구 매니폴드(230) 내의 압력의 변화는 가스 분사의 시간 주기를 변화시킴으로써 유발될 수 있다. 가스 분사의 시간 주기를 변경하면, 입구 매니폴드에 분사되는 연료 가스의 양이 많아지거나 적어지기 때문에, 가스 양의 증가 또는 감소가 입구 매니폴드(230)의 압력을 높게 하거나 낮게 한다. 스로틀(260)을 제어함으로써, 입구 매니폴드(230) 내의 연료 가스의 증가된 양 또는 감소된 양의 효과는 입구 매니폴드 내의 생성되는 압력을 일정하게 유지하도록 스로틀(230)을 통과하는 적은 양의 공기 또는 많은 양의 공기로 각각 보상될 수 있다. 압력 센서 장치(253)는 입구 매니폴드(230) 내의 압력의 임의의 변화를 체크하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예에서, 입구 매니폴드 내의 압력은 압력 센서 장치(253)없이 제어된다. 이는 예를 들어, 가스 분사의 시간 주기 및 스로틀(260)을 통과하는 공기의 양에 기초하여 압력의 계산을 수행함으로써 달성될 수 있다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 가스 엔진(210)의 작동 중에 가스 엔진(210)용 연료 가스의 비기체 상수를 결정하도록 배치된다. 이를 행하는 방법은 도 3 및 도 4와 관련하여 기술된다.
상기 제1 제어 유닛(200)은 가스 엔진(210)용 연료 가스의 화학량론적 공연비를 결정하도록 배치된다. 이를 행하는 방법은 도 3 및 도 4와 관련하여 기술된다.
일 예에서, 상기 제1 제어 유닛(200)은 결정된 비기체 상수 및 결정된 화학량론적 공연비에 기초하여 가스 엔진(210)의 제어를 조정하도록 배치될 수 있다. 가스 엔진(210)의 제어를 조정하는 것은 가스 엔진(210)에 분사되는 연료의 양을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 일 예에서, 이는 예컨대, tinj를 조정함으로써 행해진다. 가스 엔진(210)의 제어를 조정하는 것은 가스 엔진(210)에 분사되는 공기의 양을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 일 예에서, 이는 스로틀(260)을 통과할 수 있는 공기의 양을 조절함으로써 행해진다. 일 예에서, 이는 스로틀 플랩을 제어함으로써 행해진다. 가스 엔진(210)의 제어를 조정하는 것은 배기 가스 재순환(EGR)(도시되지 않음)의 제어를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 가스 엔진(210)의 제어를 조정하는 것은 가스 엔진(210)의 실린더에서 점화 시간을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 당업자는 가스 엔진의 제어가 여기에 명명된 다른 파라미터들과 관련될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
연료 가스의 화학량론적 공연비 및 비기체 상수에 기초하여 가스 엔진(210)의 제어를 조정하는 것은 연료 소비 및 배출을 최소화시킬 수 있다. 또한, 가스 엔진(210)의 주행성을 증가시킬 수 있다. 시스템(299)의 또 다른 이점은 대부분의 또는 모든 부품이 요즘의 차량에 존재한다는 것이다. 따라서, 본 발명은 새로운 하드웨어 장치 없이도 소프트웨어 업데이트를 통해 차량에 적용될 수 있다.
또한, 본원 명세서에 기술된 하나 이상의 측정된 파라미터가 대신 추정되거나 사전에 정해질 수 있음을 이해해야 한다. 이는 파라미터를 측정하는 것에 대응하는 시스템 (299)의 부품이 현재의 차량에 존재하지 않을 때 특히 유용하다. 상기 추정은 예를 들어, 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 수행될 수 있다. 상기 추정은 예를 들어, 나머지 센서 장치로부터의 측정 결과 및/또는 대응하는 차량 내의 연료/공기/엔진 시스템의 모델에 기초할 수 있다.
제2 제어 유닛(205)은 링크(L205)를 통해 제1 제어 유닛(200)과 통신하도록 배치되고, 제1 제어 유닛에 분리 가능하게 연결될 수 있다. 제2 제어 유닛은 차량(100) 외부의 제어 유닛일 수 있다. 제2 제어 유닛은 본 발명에 따른 혁신적인 방법 단계를 수행하는데 적용될 수 있다. 제2 제어 유닛(205)은 본 발명에 따른 혁신적인 방법 단계들을 수행하도록 배치될 수 있다. 이는 제1 제어 유닛(200)에 대한 소프트웨어, 특히, 혁신적인 방법을 수행하기 위한 소프트웨어에 교차-로드하는데 사용될 수 있다. 대안적으로는, 차량에 탑재된 내부 네트워크를 통해 제1 제어 유닛(200)과 통신하도록 구성될 수도 있다. 이는 차량 내의 가스 엔진의 엔진 제어를 조정하는 것과 같이, 제1 제어 유닛(200)과 실질적으로 동일한 기능을 수행하도록 적용될 수 있다. 상기 혁신적인 방법은 제1 제어 유닛(200) 또는 제2 제어 유닛(205)에 의해, 또는 이들 모두에 의해 수행될 수 있다.
도 3에는 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 방법(300)의 예에 대한 흐름도가 개략적으로 도시된다. 상기 방법은 단계(310)로 시작된다. 상기 방법(300)의 단계들은 반드시 제시된 순서대로 수행될 필요는 없다는 것을 알아야 한다. 단계들의 순서는 한 단계가 다른 단계의 결과를 입력으로 필요로 할 때까지만 제한된다. 그렇지 않은 경우에, 달리 명확하게 언급하지 않는 한 단계는 임의의 순서 또는 병렬로 수행될 수 있다.
단계(310)에서, 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력은 본질적으로 일정하게 유지된다. 본질적으로 일정하다라는 용어는 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변하지 않는다는 점을 나타낸다. 사전에 정해진 임계치는 도 2와 관련하여 논의된 바와 같이 설정될 수 있다. 일반적으로, 임계치가 낮을수록 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비에 대한 결과가 더욱 신뢰성 있게 된다. 그러나, 센서의 측정 불확실성과 스로틀의 정확성의 제어는 대개 임계치의 합리적인 최저 값을 제공한다. 따라서, 사전에 정해진 임계치는 상기 방법을 수행하기 위해 사용되는 시스템(299)의 특정 부품에 적용될 수 있다. 입구 매니폴드 내의 압력은 적어도 단계들(320, 330, 340, 360, 365 및 370)을 수행하는 동안에 본질적으로 일정하게 유지된다. 이는 입구 매니폴드 내의 상기 압력이 단계들(320, 330, 340, 360, 365 및 370)을 수행하는 동안에 본질적으로 동일하다는 것을 의미한다.
압력은 스로틀(260)을 제어함으로써 일정하게 유지될 수 있다. 다른 이유로 인해 압력 변화가 발생하면 스로틀은 입구 매니폴드로 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 그러면 다른 경우 발생하는 압력 변화를 보상할 수 있다. 예들은 도 2와 관련하여 기술된다. 단계(310) 이후에, 선택적인 단계(320)가 수행된다.
선택적인 단계(320)에서, 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값 및 가스 엔진의 상기 입구 매니폴드 내의 압력 값 중 적어도 하나가 결정된다. 바람직하게는 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값이 결정된다. 바람직하게는, 단계(320)는 단계(350) 이전에 수행된다. 단계(320)로부터 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 온도 값은 이하에서 제1 온도 값(Tin1)으로 표시된다. 제1 온도 값은 예를 들어, 온도 센서 장치(252)에 의해 결정될 수 있다. 제1 온도 값은 가스 분사에 대한 제1 시간 주기(tinj1)동안에 결정된다. 압력 값이 결정되면, 단계(320)로부터의 상기 압력 값은 제1 압력 값(pin1)으로 표시된다. 제1 압력 값은 예를 들어, 압력 센서 장치(253)에 의해 결정될 수 있다. 제1 압력 값은 가스 분사에 대한 제1 시간 주기(tinj1) 동안에 결정된다. 일 예에서, 상기 제1 압력 값 및/또는 상기 제1 온도 값은 온도 센서 장치(252) 및/또는 압력 센서 장치(253)의 도움없이 결정된다. 상기 제1 온도 값 및/또는 상기 제1 압력 값은 예를 들어, 시스템(299)의 모델 또는 그 일부 및 다른 결정된 값에 의해 결정될 수 있다. 일 예에서, 상기 다른 결정된 값은 MAF-센서 장치(241), 스로틀(260) 및/또는 가스 인젝터(270)에 의해 결정된 값을 포함한다. 선택적인 단계(320) 이후에, 선택적인 단계(330)가 수행된다.
선택적인 단계(330)에서, 가스 엔진으로의 공기 유동이 결정되거나 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량이 결정된다. 일 예에서, 이는 MAF-센서(251)에 의한 질량 공기 유동 측정에 기초하여 행해진다. 일 예에서, 이는 스로틀의 유효 영역의 결정을 통해 행해진다. 이는, 도 2와 관련하여 상기에서 더 상세히 설명되었다. 단계(330)에서 결정된 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 공기 질량은 이하에서 제1 공기 질량(mair1)으로서 결정된다. 바람직하게는, 제1 공기 질량은 가스 분사에 대한 제1 시간 주기(tinj1) 동안에 결정된다. 상기 방법은 단계(340)로 이어진다.
단계(340)에서, 제1 λ값(λ1)은 가스 엔진의 하류에서 결정된다. 이는 람다 센서 장치(250)의 도움으로 행해질 수 있다. 상기 제1 λ값은 엔진이 가스 분사의 상기 제1 시간 주기로 작동되는 시간 동안에 결정된다. 상기 방법은 단계(350)로 이어진다.
단계(350)에서, 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기가 변경된다. 상기 변화는 바람직하게는 가스 분사의 제1 시간 주기(tinj1)가 가스 분사의 제2 시간 주기(tinj2)로 변경되는 것을 의미한다. 상기 변화는 제1 시간 주기(tinj1)에 대해 증가 또는 감소될 수 있다. 일 예에서, tinj2는 tinj1에 대하여 5%만큼 증가 또는 감소된다. tinj의 상기 변화는 일반적으로 pin의 변화를 의미한다. 그러나, 단계(310)는 입구 매니폴드 내의 압력이 일정하게 유지되는 것을 요구하기 때문에, pin의 이러한 변화는 회피되어야 한다. 이는, 단계(310)와 관련하여 더욱 상세하게 설명된다. 단계(350) 이후에, 선택적인 단계(360)가 수행된다.
선택적인 단계(360)에서, 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값 및 가스 엔진의 상기 입구 매니폴드 내의 압력 값 중 적어도 하나가 결정된다. 바람직하게는 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값이 결정된다. 단계(360)로부터 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 온도 값은 이하에서 제2 온도 값(Tin2)으로 표시된다. 제2 온도 값은 예를 들어, 온도 센서 장치(252)에 의해 결정될 수 있다. 제2 온도 값은 엔진이 가스 분사에 대한 제2 시간 주기(tinj2)로 작동되는 시간 동안에 결정된다. 압력 값이 결정되면, 단계(360)로부터의 상기 압력 값은 제2 압력 값(pin2)으로 표시된다. 제2 압력 값은 예를 들어, 압력 센서 장치(253)에 의해 결정될 수 있다. 제2 압력 값은 엔진이 가스 분사에 대한 제2 시간 주기(tinj2)로 작동되는 시간 동안에 결정된다. 선택적인 단계(360) 이후에, 선택적인 단계(365)가 수행된다.
선택적인 단계(365)에서(도 3에 도시되지 않음), 가스 엔진으로의 공기 유동이 결정되거나 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량이 결정된다. 이는 단계(330)와 관련하여 기술된 것과 동일한 방식으로 행해진다. 단계(365)에서 결정된 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량은 이하에서 제2 공기 질량(mair2)으로서 결정된다. 바람직하게는, 제2 공기 질량은 가스 분사에 대한 제2 시간 주기(tinj2) 동안에 결정된다. 상기 방법은 단계(370)로 이어진다.
단계(370)에서, 제2 λ값(λ2)은 가스 엔진의 하류에서 결정된다. 이는 람다 센서 장치(250)의 도움으로 행해질 수 있다. 상기 제2 λ값은 엔진이 가스 분사의 상기 제2 시간 주기로 작동되는 시간 동안에 결정된다. 상기 방법은 단계(380)로 이어진다.
단계(380)에서, 상기 결정된 제1 및 제2 λ 값(λ1 및 λ2)에 기초하여 연료 가스의 비기체 상수(RFG) 및 연료 가스의 화학량론적 공연비(AFRS)가 결정된다. 일 예에서, RFG 및 AFRS의 상기 결정은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 온도 값 및/또는 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 압력 값에 기초한다. 일 예에서, RFG 및 AFRS의 상기 결정은 상기 제1 및 제2 온도 값(Tin1 및 Tin2)에 기초한다. 일 예에서, RFG 및 AFRS의 상기 결정은 가스 엔진으로의 상기 결정된 공기 유동 및/또는 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 상기 결정된 공기 질량(mair)에 기초한다.
예를 들어, 먼저 다음 식에 따라 RFG와 AFRS의 비율이 결정될 수 있다.
Figure pct00001
제1 및 제2 체적 효율이 위의 식의 비율로서만 나타남에 주목해야 한다. 따라서, 체적 효율 자체를 결정할 필요가 없다. 대신 비율 VE1/VE2이 (mair1*Tin1)/(mair2*Tin2)로 결정될 수 있다.
연료 가스에 대한 소위 웨버 지수(wobbe index)(WO)는 다음 식에 따라 정의된다.
Figure pct00002
여기서 k1은 경험적으로 결정될 수 있고 모든 관련 연료 가스에 대해 본질적으로 동일한 상수이다. 각각의 가스 엔진에 대해 임의의 기준 가스에 대한 기준 웨버 지수(WOref)가 정의될 수 있다. 이후에, 상기 기준 가스는 가스 분사의 특정 기준 시간 주기(tinjref)를 가지며, 상기 기준 시간 주기에 대해 1의 λ값이 가스 엔진의 하류에서 달성된다. 가스 엔진의 하류에서 1의 λ값을 달성하기 위한 실제 연료 가스에 대한 가스 분사의 시간 주기는 tinjFG로 표시된다. 이들 2개의 시간 주기는 관계식 tinjFG=kFG*tinjref를 통해 관련되며, 여기서 상수 kFG는 연료 계수로 나타낼 수 있다.
일 예에서, 제1 제어 유닛(200)은 tinjFG를 결정하도록 배치된다. 이는 차량의 추진 중에 λ값이 1에 도달할 때까지 대기함으로써 이루어질 수 있다. 이어서, 연료 계수(kFG)는 제1 제어 유닛(200)에 저장될 수 있다. tinjref는 기준 가스에 대한 AFRSref, 비기체 상수(Rref) 및 mair에 기초하여 결정될 수 있다. 이후에, kFG로부터 tinjFG를 결정하는 것이 가능하다. tinjFG의 결정은 상기 방법(300)이 시작되기 전에 행해질 수 있다. 일 예에서, 상기 시스템(299)은 tinjFG를 결정하기 위해 λ값이 1에 도달하도록 능동적으로 제어된다. Rref 및/또는 AFRSref는 사전에 결정되어 제1 제어 유닛(200)에 저장될 수 있다. 이로부터 연료 계수가 결정될 수 있다.
연료 계수는 또한 WOFG=WOref를 통해 연료 가스 및 기준 가스의 웨버 지수와 관련된다. 기준을 위한 웨버 지수는 사전에 결정되어 제1 제어 유닛(200)에 저장될 수 있다. 이로부터 연료 가스에 대한 웨버 지수가 결정될 수 있다.
연료 가스에 대한 웨버 지수 및 RFG 및 AFRS의 비율을 결정한 후, 비기체 상수는 다음의 식을 통해 결정될 수 있다.
Figure pct00003
결정된 RFG 및 결정된 RFG 및 AFRS의 비율로부터 연료 가스의 화학량론적 공연비가 결정될 수 있다.
상기 식은 단계(380)가 어떻게 구현될 수 있는지에 대한 가능한 예일 뿐이라는 것을 알아야 한다. RFG 및 AFRS를 결정하는 여러 가지 방법이 있으므로 상기 예는 청구항을 제한하기 위한 것이 아니다. 예를 들어, tinjFG를 결정하기 위해 연료 가스로 1의 λ값을 달성하는 것이 필요하지 않다. tinj에 대한 다른 λ값도 사용하게 된다. 이는 이후의 계산에서 추가 수정 기간을 도입하지만, RFG 및 AFRS에도 도달할 수 있다. 위의 모든 계산을 수행할 필요는 없다. 일 예에서, 상기 계산은 RFG 및 AFRS에 대한 최종 식에서 결합된다. 일 예에서, 단계(380)는 제1 제어 유닛(200)에 의해 수행된다. 단계(380) 이후에 상기 방법(300)이 종료된다.
일 예에서, 방법(300)은 가스 엔진의 제어를 조정하기 위한 방법의 단계로 사용될 수 있다. 이 경우에, 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비는 먼저 방법(300)에 따라 결정된다. 그 후, 결정된 비기체 상수 및 결정된 화학량론적 공연비에 기초하여 가스 엔진의 제어가 조정된다.
일 예에서, 가스 엔진의 제어를 조정하는 것은 가스 엔진에 분사되는 연료의 양을 조절하는 것을 포함한다. 일 예에서, 가스 엔진의 제어를 조정하는 것은 tinj를 조정하는 것을 포함한다. 일 예에서, 가스 엔진의 제어를 조정하는 것은 가스 엔진에 분사되는 공기의 양을 조절하는 것을 포함한다. 일 예에서, 이는 스로틀 플랩을 제어함으로써 행해진다. 가스 엔진의 제어를 조정하는 것은 배기 가스 재순환(EGR)의 제어를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 가스 엔진의 제어를 조정하는 것은 가스 엔진의 실린더에서 점화 시간을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 가스 엔진의 설계에 따라 조정될 수 있는 다른 파라미터가 있다. 당업자라면 특정 가스 엔진에 어떤 다른 파라미터가 존재하는지 알 것이다. AFRS와 RFG를 기반으로 한 조정의 몇 가지 이점은 연료 소비를 낮추거나 및/또는 가스 엔진으로부터의 특정 배출량을 낮추는 것이다. 선택적인 단계(390)가 수행된다.
일 예에서, 상기 방법(300)은 가스 엔진의 부하가 본질적으로 일정한 동안에 수행되어서, 가스 엔진의 부하가 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 한다. 바람직하게는 부하는 단계들(320, 330, 340, 360, 365 및 370)을 수행하는 동안에 적어도 본질적으로 일정하다. 이는 단계(380)와 관련하여 사용된 식에 상이한 엔진 부하에 대한 보정을 도입할 필요가 없다는 이점을 갖는다. 일 예에서, 상기 부하는 1, 2, 3, 5, 7 또는 10초 동안에 본질적으로 일정하다. 이는 차량의 운전자가 차량으로 가속하고 있지 않은 경우의 일 예이다. 이는 차량이 일정한 속도로 구동되는 경우의 일 예이다. 다른 예에서, 이는 운전자가 예컨대, 교통 신호등으로 인해 차량을 정지하는 경우이다. 일반적으로, 차량의 작동 중에는 일정한 부하를 갖는 상황이 자연스럽게 나타난다. 이들 상황이 자연스럽게 나타나는 바와 같이, 방법(300)을 수행하는 것은 방법(300)이 수행되는 동안 차량의 주행성에 영향을 미치지 않는다는 이점을 갖는다. 대안적인 예에서, 가스 엔진(210) 및/또는 시스템(299) 내의 다른 부품들은 가스 엔진의 부하를 일정하게 유지하도록 능동적으로 제어될 수 있다.
일 예에서, 상기 방법(300)은 반복적으로 수행된다. 따라서, AFRS 및 RFG가 반복적으로 결정된다. 이후에, 결과적인 비기체 상수 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비는 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비에 기초하여 계산된다. 일 예에서, 이러한 계산은 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비의 산술 평균이다. 일 예에서, 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비는 결과적인 비기체 상수 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 계산할 때 가중된다. 상기 가중은 각각의 결정된 공연비 및/또는 비기체 상수가 얼마나 정확한지에 기초할 수 있다. 일 예에서, 정확성은 람다 센서 장치(250), MAF-센서 장치(251), 온도 센서 장치(252), 압력 센서 장치(253), 스로틀(260) 또는 가스 인젝터(270)의 에러 또는 불확실성과 관련된다. 일 예에서, 정확성은 입구 매니폴드(230) 내의 압력 및/또는 가스 엔진(210)의 부하가 얼마나 일정하게 유지될 수 있는지와 관련된다. 상기 방법(300)을 반복적으로 수행하는 것은 AFRS 및 RFG의 더 높은 정확성을 초래한다.
상기 방법(300)은 또한 정확성을 높이기 위해 "차량 내의 가스 엔진의 엔진 제어를 조정하기 위한 방법 및 시스템"이라는 명칭의 스웨덴 특허 출원 1650386-4(본 출원과 동일한 출원인 및 출원일)에 개시된 방법과 결합될 수도 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 방법(300) 및 그 실시예는 적어도 하나의 장치와 함께/사용하여/를 이용하여 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 전술한 바와 같은 본 발명의 방법(300) 및 그의 실시예는 본 발명의 방법(300) 및/또는 그 실시예의 적어도 일부를 수행하기에 적절하고 및/또는 알맞은 적어도 하나의 장치와 함께/사용하여/를 이용하여 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 본 발명의 방법(300) 및/또는 그 실시예의 적어도 일부를 수행하기에 적절하고 및/또는 알맞은 장치는 제어 유닛, 전자 제어 유닛(ECU), 전자 회로, 컴퓨터, 계산 유닛 및/또는 처리 유닛 중 하나 또는 다수일 수 있다.
상기를 참조하면, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법(300) 및 그 실시예는 적어도 부분적으로 컴퓨터화된 방법으로 지칭될 수 있다. 적어도 부분적으로 컴퓨터화된 상기 방법(300)은 본 발명의 방법(300) 및/또는 그 실시예의 적어도 일부를 수행하기에 적절하고 및/또는 알맞은 상기 적어도 하나의 장치와 함께/사용하여/를 이용하여 적어도 부분적으로 수행되는 것을 의미한다.
상기를 참조하면, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법(300) 및 그 실시예는 적어도 부분적으로 자동화된 방법으로 지칭될 수 있다. 적어도 부분적으로 자동화된 상기 방법(300)은 본 발명의 방법(300) 및/또는 그 실시예의 적어도 일부를 수행하기에 적절하고 및/또는 알맞은 상기 적어도 하나의 장치와 함께/사용하여/를 이용하여 수행되는 것을 의미한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 방법(300) 및 그 실시예는 적어도 하나의 수단/유닛/장치에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 전술한 바와 같은 본 발명의 방법(300) 및 그 실시예는 적어도 2개의 별도 수단/유닛/장치에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 그러나, 이들 수단/유닛/장치는 적어도 어느 정도 논리적으로 분리되어 있지만 동일한 물리적 유닛/장치로 구현될 수 있다. 이들 수단/유닛/장치는 적어도 2개의 상이한 물리적 유닛/장치로 구현되는 단일 논리 유닛의 일부일 수도 있다. 이들 수단/유닛/장치는 또한 적어도 어느 정도 논리적으로 분리될 수 있고, 적어도 2개의 상이한 물리적 수단/유닛/장치로 구현될 수 있다. 또한, 이들 유닛/장치는 논리적으로 및 물리적으로 함께 배치될 수 있고, 즉, 단일의 물리적 수단/유닛/장치로 구현되는 단일 로직 유닛의 일부일 수 있다. 이들 수단/유닛/장치는 예를 들어, 프로그래밍 코드의 형태일 수 있는 명령어 그룹에 대응할 수 있고, 유닛이 활성 상태일 때 및/또는 방법 단계를 수행하기 위해 활용될 때 적어도 하나의 프로세서에 입력되고, 이들 프로세서에 의해 활용된다. 상기 시스템(299)은 차량(100) 내에서 적어도 부분적으로 구현되거나 및/또는 예를 들어, 차량(100)으로부터 별개로 배치된 서버, 컴퓨터, 프로세서 등과 같은 차량(100)의 외부에서 적어도 부분적으로 구현될 수 있다.
도 4는 장치(500)의 하나의 버전의 다이어그램이다. 일 버전에서, 도 2를 참조하여 기술된 제어 유닛(200 및 205)는 장치(500)를 포함할 수 있다. 상기 장치(500)는 비-휘발성 메모리(520), 데이터 처리 유닛(510) 및 판독/기록 메모리(550)를 포함한다. 비-휘발성 메모리(520)는 제1 메모리 소자(530)를 가지며, 상기 메모리 소자에는 예컨대, 작동 시스템과 같은 컴퓨터 프로그램이 상기 장치(500)의 기능을 제어하기 위해 저장된다. 상기 장치(500)는 버스 제어기, 직렬 통신 포트, I/O 수단, A/D 변환기, 시간과 날짜 입력 및 전송 유닛, 이벤트 카운터 및 인터럽트 제어기(도시되지 않음)를 또한 포함한다. 비-휘발성 메모리(520)는 또한 제2 메모리 소자(540)를 갖는다.
컴퓨터 프로그램은 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 루틴을 포함한다.
컴퓨터 프로그램(P)은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력을 본질적으로 일정하게 유지하여 상기 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 하는 루틴을 포함한다. 이는 스로틀(260)의 작동을 제어하는 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 가스 엔진 하류의 제1 λ값을 결정하는 루틴을 포함할 수 있다. 이는 람다 센서 장치(250)의 작동을 제어하는 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 상기 제1 λ값은 상기 비-휘발성 메모리(520)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기를 변경하는 루틴을 포함할 수 있다. 이는 상기 가스 인젝터(270)의 작동을 제어하는 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기를 변경한 후에 가스 엔진의 하류의 제2 λ값을 결정하는 루틴을 포함할 수 있다. 이는 람다 센서 장치(250)의 작동을 제어하는 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 상기 제2 λ값은 상기 비-휘발성 메모리(520)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 상기 결정된 제1 λ값 및 제2 λ값에 기초하여 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값 및 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력 값 중 적어도 하나를 결정하는 루틴을 포함할 수 있다. 이는 온도 센서 장치(252) 및/또는 압력 센서 장치(253)의 작동을 제어하는 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 상기 온도 값 및/또는 압력 값은 상기 비-휘발성 메모리(520)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 가스 엔진으로의 공기 유동을 결정하거나 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 루틴을 포함할 수 있다. 이는 질량 공기 유동 센서 장치(251) 중 어느 하나 및/또는 스로틀(260)의 작동을 제어하는 상기 제1 제어 유닛(200)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다. 가스 엔진으로의 결정된 공기 유동 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 결정된 공기 질량의 결과는 비-휘발성 메모리(520)에 저장될 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 반복적으로 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 루틴을 포함한다. 가스 엔진용 연료 가스의 반복적으로 결정된 비기체 상수 및 반복적으로 결정된 화학량론적 공연비는 비-휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램(P)은 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비에 기초하여 결과적인 비기체 상수 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 결정하는 루틴을 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 가스 엔진(210) 내로 공기의 유동을 결정하거나 및/또는 가스 엔진(210)의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 루틴을 포함할 수 있다.
상기 프로그램(P)은 실행 가능한 형태 또는 압축된 형태로 메모리(560) 및/또는 판독/기록 메모리(550)에 저장될 수 있다.
데이터 처리 유닛(510)이 특정 기능을 수행한다고 기술되는 경우, 이는 메모리(560)에 저장된 프로그램의 특정 부분 또는 판독/기록 메모리(550)에 저장된 프로그램의 특정 부분을 수행하는 것을 의미한다.
데이터 처리 장치(510)는 데이터 버스(515)를 통해 데이터 포트(599)와 통신할 수 있다. 비-휘발성 메모리(520)는 데이터 버스(512)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 통신하기 위한 것이다. 개별 메모리(560)는 데이터 버스(511)를 통해 데이터 처리 유닛과 통신하기 위한 것이다. 판독/기록 메모리(550)는 데이터 버스(514)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 통신하도록 배치된다. 예를 들어, 링크(L205, L210, L250-255 및 L270)는 데이터 포트(599)에 연결될 수 있다(도 2 참조).
데이터가 데이터 포트(599) 상에 수신되면, 이들은 제2 메모리 소자(540)에 일시적으로 저장될 수 있다. 수신된 입력 데이터가 일시적으로 저장되면, 데이터 처리 유닛(510)은 전술한 바와 같이, 코드 실행을 수행하도록 준비될 수 있다.
본원 명세서에 기술된 방법의 일부는 메모리(560) 또는 판독/기록 메모리(550)에 저장된 프로그램을 실행하는 데이터 처리 유닛(510)을 이용하여 상기 장치(500)에 의해 수행될 수 있다. 상기 장치(500)가 프로그램을 실행할 때, 본원 명세서에 기술된 방법들이 실행된다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 전술한 설명은 예시적이고 설명적인 목적으로 제공된다. 이는 포괄적인 것으로 의도되지 않으며 기술된 변형 예로 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 많은 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 본 실시예들은 본 발명의 원리와 그 실제 응용을 설명하고, 따라서, 다양한 실시예 및 의도된 용도에 적합한 다양한 변형예에 대해 본 발명을 당업자가 이해할 수 있도록 하기 위해 선택되고 기술되었다.

Claims (13)

  1. 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 방법(300)으로, 상기 방법은,
    - 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 압력을 본질적으로 일정하게 유지하여 상기 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 하는 단계(310);
    - 엔진이 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제1 시간 주기에서 작동되는 동안에 가스 엔진의 하류의 제1 λ값을 결정하는 단계(340);
    - 입구 매니폴드로의 가스 분사의 상기 제1 시간 주기를 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제2 시간 주기로 변경하는 단계(350);
    - 입구 매니폴드로의 가스 분사의 시간 주기를 변경한 후에 가스 엔진의 하류의 제 2λ값을 결정하는 단계(370); 및
    - 상기 결정된 제1 λ값 및 제 2λ값에 기초하여 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 단계(380)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    - 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 온도 값 및 가스 엔진의 상기 입구 매니폴드 내의 압력 값 중 적어도 하나를 결정하는 단계(320; 360)를 또한 포함하며,
    상기 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 단계(380)는 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 온도 값 및 가스 엔진의 상기 입구 매니폴드 내의 결정된 압력 값 중 적어도 하나에 기초하는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 가스 엔진으로의 공기 유동을 결정하거나 및/또는 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 단계(330)를 또한 포함하며,
    상기 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 단계(380)는 상기 가스 엔진으로의 결정된 공기 유동 및/또는 상기 가스 엔진의 실린더 내의 결정된 공기 질량에 기초하는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 방법.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 가스 엔진의 부하가 본질적으로 일정한 동안에 수행되어서, 가스 엔진의 부하가 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 방법.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 반복적으로 수행되고, 결과적인 비기체 상수 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비는 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 방법.
  6. 가스 엔진(210)용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 시스템(299)으로, 상기 시스템은,
    - 가스 엔진(210)의 입구 매니폴드(230) 내의 압력을 본질적으로 일정하게 유지하여 상기 압력이 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화하지 않도록 하는 수단(260, 200);
    - 엔진이 입구 매니폴드로의 가스 분사의 제1 시간 주기에서 작동되는 동안에 가스 엔진의 하류의 제1 λ값을 결정하는 수단(250);
    - 입구 매니폴드(230)로의 가스 분사의 상기 제1 시간 주기를 입구 매니폴드(230)로의 가스 분사의 제2 시간 주기로 변경하는 수단(270, 200);
    - 입구 매니폴드(230)로의 가스 분사의 시간 주기를 변경한 후에 가스 엔진(210)의 하류의 제 2λ값을 결정하는 수단(250); 및
    - 상기 결정된 제1 λ값 및 제 2λ값에 기초하여 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 수단(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    - 가스 엔진(210)의 입구 매니폴드(230) 내의 온도 값 및 가스 엔진(210)의 상기 입구 매니폴드(230) 내의 압력 값 중 적어도 하나를 결정하는 수단(252, 253)을 또한 포함하며,
    상기 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 수단(200)은 가스 엔진의 입구 매니폴드 내의 결정된 온도 값 및 가스 엔진의 상기 입구 매니폴드 내의 결정된 압력 값 중 적어도 하나에 기초하여 결정하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    - 가스 엔진(210)으로의 공기 유동을 결정하거나 및/또는 가스 엔진(210)의 실린더 내의 공기 질량을 결정하는 수단(251, 260, 200)을 또한 포함하며,
    상기 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하는 수단(200)은 상기 결정된 가스 엔진으로의 공기 유동 및/또는 상기 결정된 가스 엔진의 실린더 내의 공기 질량에 기초하여 결정하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 시스템.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 엔진의 부하가 본질적으로 일정하여서 가스 엔진의 부하가 사전에 정해진 임계치를 초과하여 변화되지 않는 동안에, 가스 엔진(210)용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비의 결정을 수행하는 수단(200)을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 시스템.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    결과적인 화학량론적 공연비 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 결정하는 수단(200)을 또한 포함하며, 상기 결과적인 화학량론적 공연비 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 결정하는 수단은 반복적으로 결정된 비기체 상수 및/또는 반복적으로 결정된 공연비에 기초하여 결과적인 비기체 상수 및/또는 결과적인 화학량론적 공연비를 결정하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비 결정 시스템.
  11. 차량(100)으로,
    제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 시스템(299)을 포함하는 차량.
  12. 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램(P)으로,
    상기 컴퓨터 프로그램(P)은 전자 제어 유닛(200; 500) 또는 전자 제어 유닛(200; 500)에 연결된 컴퓨터(205; 500)가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 단계들을 수행하도록 하는 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  13. 컴퓨터 프로그램 제품으로,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품은, 컴퓨터 프로그램이 전자 제어 유닛(200; 500) 또는 전자 제어 유닛(200; 500)에 연결된 컴퓨터(205; 500)에서 실행될 때, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계들을 수행하기 위해 컴퓨터로 판독 가능한 매체 상에 저장된 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.
KR1020187029521A 2016-03-23 2017-03-22 가스 엔진용 연료 가스의 비기체 상수 및 화학량론적 공연비를 결정하기 위한 방법 및 시스템 KR102086021B1 (ko)

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SE1650387A SE540143C2 (en) 2016-03-23 2016-03-23 A method and a system for determining the specific gas constant and the stoichiometric air fuel ratio of a fuel gas for a gas engine
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PCT/SE2017/050274 WO2017164801A1 (en) 2016-03-23 2017-03-22 A method and a system for determining the specific gas constant and the stoichiometric air fuel ratio of a fuel gas for a gas engine

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