KR20190119524A

KR20190119524A - 이중 연료 엔진을 작동하기 위한 방법 및 제어 장치

Info

Publication number: KR20190119524A
Application number: KR1020190040849A
Authority: KR
Inventors: 파울 하글; 크리스티안 쿤켈
Original assignee: 만 에너지 솔루션즈 에스이
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2019-04-08
Publication date: 2019-10-22
Also published as: JP2019183844A; DE102018108715A1; CN110374740A; JP7221771B2; EP3553291A1

Abstract

본 발명은, 복수의 실린더(2)를 포함하는 이중 연료 엔진으로서 만들어진 엔진을 작동하기 위한 방법으로서, 액체 연료 작동 모드에서는 디젤 등과 같은 액체 연료가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 유입되고, 기체 연료 작동 모드에서는 기체 연료 및 공기로 이루어진 가스/공기 혼합물과 상기 가스/공기 혼합물을 점화시키기 위한 점화 유체가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 유입되며, 각 실린더(2)의 영역의 기체 연료 작동 모드에서 각 실린더의 워크 사이클에서는, 초기에는 상기 가스/공기 혼합물의 기체 연료 및 공기가 그리고 뒤이어 상기 점화 유체가 각 실린더(2)에 적어도 2회의 연속 주입으로 각 실린더(2)의 연소실(9) 내로 유입되는 것인 이중 연료 엔진의 작동 방법을 제공한다. 각 실린더(2)의 영역에서, 액체 연료 작동 모드에서는 액체 연료가 기체 연료 작동 모드에서는 점화 유체가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 각 실린더(2)의 동일 연료 인젝터(6)를 통해 각각 유입된다.

Description

이중 연료 엔진을 작동하기 위한 방법 및 제어 장치{METHOD AND CONTROL DEVICE FOR OPERATING A DUAL FUEL ENGINE}

본 발명은 이중 연료 엔진을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.

한편으로는 액체 연료 작동 모드에서는 디젤 등과 같은 액체 연료가, 그리고 다른 한편으로는 기체 연료 작동 모드에서는 천연가스 등과 같은 기체 연료가 각각 연소될 수 있는, 소위 이중 연료 엔진이, 실무를 통해 알려져 있다. 이러한 이중 연료 엔진의 기체 연료 작동 모드에서는, 일반적으로 희박 가스/공기 혼합물이 엔진의 실린더에 유입되고, 마찬가지로 실린더에 유입된 점화 유체의 점화 에너지에 의해 점화된다. 따라서, 이중 연료 엔진은 메인 주입 시스템과 점화 유체 주입 시스템을 포함한다. 액체 연료 작동 모드에서, 메인 주입 시스템은 액체 연료를 각 실린더의 연소실에 유입시키는 역할을 한다. 기체 연료 작동 모드에서, 점화 유체 주입 시스템은 점화 유체를 각 실린더의 연소실에 유입시키는 역할을 하는데, 상기 점화 유체 주입 시스템은, 복수의 실린더에 대해 공통인 점화 유체 공급 펌프, 복수의 실린더에 대해 공통인 점화 유체 저장조, 및 복수의 실린더 각각에 대한 점화 유체 인젝터를 포함한다. 여기서, 실무에 따른 점화 유체는, 각 실린더의 피스톤의 소위 상사점 직전에, 즉 각 실린더의 각 워크 사이클마다 단 한 번의 주입으로 또는 주입을 통해, 각 실린더에 각 실린더의 연소실 내로 유입된다.

DE 10 2014 017 124 A1에는, 기체 연료 작동 모드에서 점화 유체가 각 실린더에 각 실린더의 연소실 내로 적어도 2회의 연속 주입으로, 즉 점화 유체 주입 시스템을 통해, 유입되는 것이 알려져 있다.

이러한 점으로부터 시작하여, 본 발명은 이중 연료 엔진을 보다 효율적으로 작동할 수 있기 위해 이중 연료 엔진을 작동하기 위한 신규 타입의 방법 및 제어 디바이스의 창출이라고 하는 과제에 기초한 것이다.

이러한 과제는 청구항 1에 따른 이중 연료 엔진을 작동하기 위한 방법을 통해 달성된다.

본 발명에 따르면, 각 실린더의 영역에서, 액체 연료 작동 모드에서는 액체 연료가 기체 연료 작동 모드에서는 점화 유체가 각 실린더의 연소실에 각 실린더의 동일 연료 인젝터를 통해 각각 유입된다.

별도의 점화 유체 주입 시스템이 생략된다. 점화 유체를 적어도 2회의 연속 주입으로 유입하는 것은, 액체 연료 작동 모드에서 액체 연료를 유입시키는 역할을 하는 동일한 연료 인젝터를 통해 이루어진다. 이를 통해, 이중 연료 엔진이 보다 효율적으로 작동될 수 있다.

본 발명의 유익한 추가적인 개선예에 따르면, 이중 연료 엔진의 액체 연료 작동 모드에서 각 실린더의 각 워크 사이클에서는, 이중 연료 엔진의 전부하에서 100%의 양의 액체 연료가 각 실린더의 연소실에 각 실린더의 연료 인젝터를 통해 유입되고, 기체 연료 작동 모드에서 각 실린더의 각 워크 사이클에서는, 0.7%-3%의 양, 바람직하게는 1.0%-2.5%의 양, 특히 바람직하게는 1.5%-2.0%의 양의 액체 연료가 점화 유체로서 각 실린더의 연소실에 각 실린더의 연료 인젝터를 통해 유입된다. 이를 통해, 이중 연료 엔진이 특히 효율적으로 작동될 수 있다.

유익한 추가적인 개선예에 따르면, 각 실린더의 각 워크 사이클에서는, 180° 크랭크각 BTDC와 60° 크랭크각 BTDC 사이의 크랭크각 범위에 있는 제1 딜리버리 시작의 제1 주입으로, 점화 유체가 각 실린더에 유입된다. 각 실린더의 각 워크 사이클에서는, 40° 크랭크각 BTDC와 10° 크랭크각 BTDC 사이의 크랭크각 범위에 있는 제2 딜리버리 시작의 제2 주입으로, 점화 유체가 각 실린더에 유입되고, 상기 제2 주입의 상기 제2 딜리버리 시작은 상기 제1 주입의 제1 딜리버리 종료 이후에 있다. 이를 통해, 엔진의 각 실린더에 있어서의 가스/공기 혼합물의 연소가 더 향상될 수 있고, 이에 따라 이중 연료 엔진이 보다 더 효과적으로 작동된다.

상기 이중 연료 엔진의 작동 방법을 수행하기 위한 제어 장치가 청구항 7에 규정되어 있다.

본 발명의 바람직한 다른 개선예는, 종속 청구항과 이하의 상세한 설명을 통해 확보된다. 도면을 통해 본 발명의 예시적인 실시형태를 보다 상세히 설명하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

도면에서,
도 1은 이중 연료 엔진으로서 만들어진 엔진의 블럭도이다.

이중 연료 엔진의 어셈블리가 도 1에 도시되어 있는데, 도 1은 이러한 엔진의 실린더(2)를 보여준다.

실린더(2)는 실린더 헤드(3)를 포함한다. 커넥팅 로드(5)에 의해 안내되는 피스톤(4)이, 실린더(2) 내에서 위아래로 움직인다.

실린더 헤드(3)에는, 연료 인젝터(6)가 체결되어 있고, 이 연료 인젝터를 통해, 액체 연료 작동 모드에서, 액체 연료, 특히 연료 펌프(8)로부터 나온 디젤 연료는, 연료 라인(7)을 통해 실린더(2)의 연소실(9)에 주입될 수 있다.

여기서, 연료 펌프(8)는 바람직하게는 엔진의 크랭크샤프트에서 나오는 동력으로 구동된다. 연료 인젝터(6), 연료 라인(7) 및 연료 펌프(8)는, 액체 연료 작동 모드에서 액체 연료를 실린더(2)의 연소실(9)에 공급하는 역할을 하는 연료 공급 장치의 구성요소들이다.

액체 연료를 연소하기 위해, 과급 공기가 흡입 밸브(11)를 통해 이중 연료 엔진의 각 실린더(2)에 추가적으로 유입될 수 있고, 연료의 연소 중에 발생된 배기가스(13)가 배기 밸브(12)를 통해 실린더(2)로부터 배출될 수 있다.

이중 연료 엔진의 실린더(2)의 연소실(9)에서는, 연료로서의 가스가 또한 기체 연료 작동 모드에서 연소될 수 있다. 이를 목적으로, 이중 연료 엔진은 혼합물 형성 유닛(14)을 포함하고, 이 혼합물 형성 유닛에서는, 가스 공급 라인(15)을 통해 혼합물 형성 유닛(14)에 제공되는 가스와 연소 공기(10)로 이루어진 혼합물이 형성되며, 이 가스/공기 혼합물은 흡입 밸브(11)를 통해 실린더(2)의 연소실(9)에 유입된다. 배기가스(13)는 또한 가스의 연소 중에 발생되고, 배기 밸브(12)를 통하여 실린더(2)로부터 배출될 수 있다.

실린더(2)의 연소실(9)에, 다시 말하자면 액체 연료 작동 모드에서 액체 연료를 실린더(2)의 연소실(9)에 유입시키는 역할을 하는 동일한 연료 인젝터(6)를 통하여, 유입될 수 있는 점화 유체는, 이중 연료 엔진의 실린더(2)의 기체 연료 작동 모드에서 가스/공기 혼합물을 점화시키는 역할을 한다. 액체 연료는 점화 유체의 역할을 한다.

이중 연료 엔진의 기체 연료 작동 모드에서, 가스/공기 혼합물은 실린더(2)의 각 워크 사이클에 있어서 초기에 각 실린더(2)의 연소실(9)에 유입된다. 뒤이어, 점화 유체는 각 실린더(2)에, 다시 말하자면 액체 연료 작동 모드에서 액체 연료를 실린더(2)의 연소실(9)에 유입시키는 역할을 하는 동일한 연료 인젝터(6)를 통하여, 유입된다. 여기서, 점화 유체는 각 실린더(2)의 각 워크 사이클마다 적어도 2회의 연속 주입으로 각 실린더(2)에 유입된다.

각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는, 180° 크랭크각 BTDC와 60° 크랭크각 BTDC 사이의 크랭크각 범위에 있는 제1 딜리버리 시작의 제1 주입으로, 점화 유체가 각 실린더(2)에 유입된다. 상기 제1 딜리버리 시작은 바람직하게는 120°±10° 크랭크각 BTDC 범위에 있다. 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는 그 후에, 40° 크랭크각 BTDC와 10° 크랭크각 BTDC 사이의 크랭크각 범위에 있는 제2 딜리버리 시작의 제2 주입으로, 점화 유체가 각 실린더(2)에 유입되고, 상기 제2 점화 유체 주입의 상기 제2 딜리버리 시작은 상기 제1 점화 유체 주입의 제1 딜리버리 종료 이후에 있다. 상기 제2 딜리버리 시작은 바람직하게는 25°±5° 크랭크각 BTDC 범위에 있다.

통상적으로 4° 크랭크각 내지 8° 크랭크각이, 점화 유체 주입의 딜리버리 시작과 딜리버리 종료의 사이에 있거나 이 사이에서 오고간다. 통상적으로, 150° 크랭크각 BTDC에서 시작되는 점화 유체 주입이 이에 따라 146° 크랭크각 BTDC와 142° 크랭크각 BTDC 사이에서 종료된다.

액체 연료 작동 모드에서, 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는, 엔진의 전부하에서 100%의 양의 액체 연료가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 각 실린더(2)의 연료 인젝터(6)를 통하여 유입된다.

기체 연료 작동 모드에서, 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는, 1.5%-3%의 양, 바람직하게는 1.5%-2.5%의 양, 특히 바람직하게는 1.5%-2.0%의 양의 액체 연료가 점화 유체로서 각 실린더(2)의 연소실(9)에 각 실린더(2)의 연료 인젝터(6)를 통해 유입된다.

바람직하게는, 각 워크 사이클에 대한 점화 유체의 총 주입양의 70% 내지 40%가 제1 점화 유체 주입 동안에 그리고 30% 내지 60%가 제2 점화 유체 주입 동안에 유입되는 방식으로, 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에 있어서 점화 유체의 주입양이, 점화 유체 주입들 사이에서, 즉 점화 유체에 대한 제1 주입과 점화 유체에 대한 제2 주입 사이에서 분할 또는 분배된다.

특히, 분배가 50% 대 50%인 경우에는, 다시 말하자면 엔진의 전부하에서 각 실린더(2)의 연소실(9)에 각 실린더(2)의 연료 인젝터(6)를 통해 유입되는 100%의 양의 액체 연료를 기준으로, 0.75%-1.5%의 양, 바람직하게는 0.75%-1.25%의 양, 특히 바람직하게는 0.75%-1.0%의 양의 액체 연료가, 점화 유체로서 각 실린더(2)의 연소실(9)에 제1 주입시와 제2 주입시 각각 유입된다.

점화 유체의 제1 주입과 점화 유체의 제2 주입 사이에는 그리고 점화 유체의 제2 주입 이후에는, 추가적인 점화 유체의 주입이 각 워크 사이클마다 일어나지 않는 것이 바람직하다. 각 워크 사이클마다, 점화 유체는 바람직하게는 2회의 주입으로 각 실린더(2)의 연소실(9)에 유입된다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 엔진의 제어 장치에 관한 것이다.

이 제어 장치는 바람직하게는 엔진 제어 유닛이다. 이 제어 장치는 상기 방법을 수행하기 위한 수단을 포함하는데, 이 수단은 하드웨어 수단 및 소프트웨어 수단이다. 상기 하드웨어 수단은, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 데 연루되는 어셈블리들과의 데이터 교환을 위한 데이터 인터페이스를 포함한다. 또한, 상기 하드웨어 수단은 데이터 저장용 메모리 및 데이터 처리용 프로세서를 포함한다. 상기 소프트웨어 수단은, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 프로그램 모듈이다.

Claims

복수의 실린더(2)를 포함하는 이중 연료 엔진으로서 만들어진 엔진을 작동하기 위한 방법으로서,
액체 연료 작동 모드에서는 디젤 등과 같은 액체 연료가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 유입되고,
기체 연료 작동 모드에서는 기체 연료 및 공기로 이루어진 가스/공기 혼합물과 상기 가스/공기 혼합물을 점화시키기 위한 점화 유체가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 유입되며,
각 실린더(2)의 영역의 기체 연료 작동 모드에서 각 실린더의 워크 사이클에서는, 초기에는 상기 가스/공기 혼합물의 기체 연료 및 공기가 그리고 뒤이어 상기 점화 유체가 각 실린더(2)에 적어도 2회의 연속 주입으로 각 실린더(2)의 연소실(9) 내로 유입되는 것인 이중 연료 엔진의 작동 방법에 있어서,
각 실린더(2)의 영역에서 액체 연료 작동 모드에서는 액체 연료가 기체 연료 작동 모드에서는 점화 유체가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 각 실린더(2)의 동일 연료 인젝터(6)를 통해 유입되는 것을 특징으로 하는 이중 연료 엔진의 작동 방법.
제1항에 있어서, 액체 연료 작동 모드에서 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는, 엔진의 전부하에서 100%의 양의 액체 연료가 각 실린더(2)의 연소실(9)에 각 실린더(2)의 연료 인젝터(6)를 통해 유입되는 것을 특징으로 하는 이중 연료 엔진의 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 기체 연료 작동 모드에서 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는, 0.7%-3%의 양, 바람직하게는 1.0%-2.5%의 양, 특히 바람직하게는 1.5%-2.0%의 양의 액체 연료가 점화 유체로서 각 실린더(2)의 연소실(9)에 각 실린더(2)의 연료 인젝터(6)를 통해 유입되는 것을 특징으로 하는 이중 연료 엔진의 작동 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 연료 작동 모드에서 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는, 180° 크랭크각 BTDC와 60° 크랭크각 BTDC 사이의 크랭크각 범위에 있는 제1 딜리버리 시작의 제1 주입으로, 점화 유체가 각 실린더(2)에 유입되는 것을 특징으로 하는 이중 연료 엔진의 작동 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기체 연료 작동 모드에서 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서는, 40° 크랭크각 BTDC와 10° 크랭크각 BTDC 사이의 크랭크각 범위에 있는 제2 딜리버리 시작의 제2 주입으로, 점화 유체가 각 실린더(2)에 유입되고, 상기 제2 주입의 상기 제2 딜리버리 시작은 상기 제1 주입의 제1 딜리버리 종료 이후에 있는 것을 특징으로 하는 이중 연료 엔진의 작동 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각 워크 사이클에 대한 점화 유체의 총 주입양을 기준으로, 점화 유체에 대한 제1 주입 동안에는 70% 내지 40%의 주입양이 그리고 점화 유체에 대한 제2 주입 동안에는 30% 내지 60%의 주입양이 각 실린더(2)에 유입되도록, 기체 연료 작동 모드에서 각 실린더(2)의 각 워크 사이클에서의 점화 유체의 주입양이 상기 두 주입 사이에 분할되는 것을 특징으로 하는 이중 연료 엔진의 작동 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 이중 연료 엔진의 작동 방법을 수행하기 위한 수단인 것을 특징으로 하는 엔진의 제어 장치.