KR20170121077A - 내연 기관을 작동하기 위한 방법 및 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중유 또는 HFO 연료가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동시키는 방법으로서, 특히 파라미터 적용을 위해 상기 내연 기관이 선박용 경유 연료 또는 DMA 연료로 작동될 때, 내연 기관에 대한 작동 파라미터가 적용되고, 특히 내연 기관에 HFO 연료가 연료로 공급될 때, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 적어도 하나의 작동 파라미터가 오프셋을 이용하여 조정된다.

Description

내연 기관을 작동하기 위한 방법 및 제어 장치{METHOD AND CONTROL DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 중유가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 중유가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동시키기 위한 제어 장치에 관한 것이다.
현장 작동에서 중유(HFO)가 연료로 공급되는 내연 기관들이, 특히 적용 모드에서 내연 기관이 적용 목적상 선박용 경유 연료 또는 MGO(marine gas oil) 연료라고도 하는 DMA 연료로 작동될 때, 적용되는 작동 파라미터들에 기초하여, 개방-루프 제어 또는 폐루프 제어되는 것이 실무를 통해 알려져 있다. 특히, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 작동 파라미터들이 결정되어 있는 내연 기관에, 현장 모드에서 HFO 연료가 연료로 공급될 때, DMA 연료의 경우에 적용된 작동 거동에 있어서의 편차가 나타난다. 따라서, 도 1은 각각의 경우에서, 한편으로는 크랭크축 각도(φ)와 다른 한편으로는 연료에 의해 생성되는 열량(QB)에 대한 실린더 압력(Pz)의 곡선 프로파일(10, 11), 즉 DMA 연료를 사용하는 참조 곡선 프로파일을, 현장 모드에서 내연 기관이 HFO 연료로 작동되지만 DMA 연료를 사용하는 적용 모드에서 결정된 작동 파라미터를 이용하는 경우를 구현한 곡선 프로파일(12, 13), 즉 실제 곡선 프로파일과 함께 보여준다. 참조 곡선 프로파일(10)과 각각의 실제 곡선 프로파일 사이에 뚜렷한 편차가 형성되고, 이에 따라 내연 기관에 있어서 참조 작동 거동과 실제 작동 거동 사이에 뚜렷한 편차가 형성된다는 점은, 도 1의 곡선 프로파일들에 분명히 보인다.
이러한 작동 거동에서의 편차는 바람직하지 않다. 따라서, 이러한 편차가 감소될 수 있는 구성의 도움을 받아, 내연 기관을 작동하기 위한 방법과 제어 장치가 필요하다. 이러한 점으로부터 시작하여, 본 발명은 중유가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동하기 위한 신규 타입의 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 제어 장치의 창출이라고 하는 과제에 기초한 것이다.
이러한 과제는 청구항 1에 따른 방법을 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 적어도 하나의 작동 파라미터가, 특히 내연 기관에 HFO 연료를 연료로 공급할 때, 오프셋을 이용하여 조정된다. 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 작동 파라미터를, 오프셋을 이용하여 조정함으로써, 특히 현장 모드에서 내연 기관에 HFO 연료를 연료로 공급할 때, 내연 기관의 실제 작동 거동을 참조 작동 거동에 대해 근사시킬 수 있고, 이에 따라 상기 참조 작동 거동과 상기 실제 작동 거동 사이의 편차를 감소시킬 수 있다.
유익한 다른 개선예에 따르면, 작동 파라미터로서, 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 인젝터에 대한 전력 공급의 시작, 및/또는 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 저장 유닛에 대한 저장 압력이, 오프셋을 이용하여 조정된다. 이들 작동 파라미터를 오프셋을 이용하여 조정하는 것은, 상기 실제 작동 거동을 상기 참조 작동 거동에 대해 근사시키기에 매우 바람직하다.
유익한 다른 개선예에 따르면, 각각의 작동 파라미터에 대한 각각의 오프셋은, 내연 기관의 현재 부하에 따라 및/또는 내연 기관의 현재 회전 속도에 따라 및/또는 현재 연료 품질에 따라 결정된다. 이에 의해, 각각의 오프셋은 매우 유익하게 결정될 수 있다.
바람직하게는, 내연 기관의 현재 부하 및/또는 현재 회전 속도에 따라, 현재 최대 오프셋이 결정되고, 현재 연료 품질에 따라, 상기 현재 최대 오프셋으로부터 현재 오프셋이 결정되며, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 각각의 작동 파라미터는, 상기 현재 오프셋을 이용하여 조정된다. 이와 같이 각각의 작동 파라미터에 대하여 오프셋을 결정하는 것은 간단하다. 또한, 상기 실제 작동 거동은, 상기한 오프셋을 이용하여 상기 참조 작동 거동에 대해 매우 유익하게 근사화될 수 있다.
본 발명에 따른 제어 장치가 청구항 7에 한정되어 있다.
본 발명의 더 바람직한 개선예는, 종속 청구항과 이하의 상세한 설명을 통해 확보된다. 도면을 통해 본 발명의 예시적인 실시형태를 보다 상세히 설명하지만, 이 도면에 제한되는 것은 아니다. 도면에서,
도 1은 중유가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동시키기 위한 종래 기술에 공지된 절차를 예시하는 다이어그램이고; 그리고
도 2는 중유가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법을 예시하는 다이어그램이다.
본 발명은, 현장 작동 또는 현장 모드에서 통상적으로 중유 연료가 연료로 공급되는, 내연 기관을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 제어 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 작동은 내연 기관의 제어 장치에 저장된 작동 파라미터에 기초하여 개방-루프 제어 또는 폐루프 제어되며, 상기 제어 장치에 저장된 내연 기관에 대한 작동 파라미터는, 특히 파라미터 적용을 위한 적용 모드에서 내연 기관이 선박용 경유 연료 또는 MGO 연료라고도 하는 DMA 연료로 작동될 때, 적용된다.
본 발명에 따르면, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 적어도 하나의 작동 파라미터가, 특히 내연 기관에 HFO 연료를 연료로 공급할 때, 오프셋을 이용하여 조정된다. 특히, 작동 파라미터로서, 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 인젝터에 대한 전력 공급의 시작 및/또는 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 저장 유닛에 대한 저장 압력은, 오프셋을 이용하여 조정된다. 상기 연료 인젝터에 대한 전력 공급의 기간과, 상기 또는 각각의 연료 저장 유닛에 대한 저장 압력은, 각 주입 사이클마다 내연 기관의 실린더에 들어가는 연료량을 결정한다. 이러한 이유로, 이들 작동 파라미터는, 내연 기관에 HFO 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 구현한 실제 작동 거동을, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서, 그리고 내연 기관에서 DMA 연료를 연소하는 조건 하에서 결정된 작동 파라미터를 이용하여 구현되는 참조 작동 거동에 대해 근사시키기에 매우 유익하게 적합하다.
따라서 도 2는, DMA 연료와, 이 DMA 연료를 이용한 적용 모드에 적용된 작동 파라미터를 이용하는 조건 하에서, 구현한 크랭크축 각도(φ)와 연료에 의해 생성되는 열량(QB)에 대한 실린더 압력(Pz)의 곡선 프로파일을 다시 보여주고, 즉 참조 곡선 프로파일(10, 11)을 다시 보여주고, 이와 더불어 본 발명을 이용하는 조건 하에서 구현한 실제 곡선 프로파일(12', 13')을 보여준다.
이와 같이 본 발명에 따라 오프셋을 이용하여 상기한 작동 파라미터들을 조정함으로써, 곡선 프로파일(12', 13')에 의하면 실제 작동 거동이 곡선 프로파일(10, 11)의 참조 작동 거동에 대해 근사화될 수 있고, 이에 따라 도 1과 도 2의 직접 비교에서 분명히 보이듯이, 실제 작동 거동과 참조 작동 사이의 편차가 감소되거나 최소화될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 작동 파라미터에 대한 각각의 오프셋은, 내연 기관의 현재 부하에 따라 및/또는 내연 기관의 현재 회전 속도에 따라 및/또는 현재 연료 품질에 따라 결정된다. 매우 바람직하게는, 각각의 오프셋은, 세 가지 특성량 모두의 함수로서 결정된다.
바람직하게는, 각각의 작동 파라미터에 대한 각각의 오프셋을 결정하는 경우, 우선 내연 기관의 현재 부하에 따라 그리고 내연 기관의 현재 회전 속도에 따라, 각각의 작동 파라미터에 대한 현재 최대 오프셋이 결정되도록, 절차가 이루어진다.
내연 기관의 현재 부하 및 현재 회전 속도에 따라 현재 최대 오프셋을 결정하는 경우, 상기 내연 기관의 현재 부하 및 현재 회전 속도가 입력량의 역할을 하고 상기 현재 최대 오프셋이 개시량을 나타내는 2차원 특성 맵이 내연 기관의 제어 장치에 저장되는 것이 바람직하다.
또한, 그 후에 상기 현재 연료 품질에 따라, 상기 현재 최대 오프셋으로부터 현재 오프셋이 결정되며, 그 후에 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 각각의 작동 파라미터는, 상기 현재 오프셋을 이용하여 조정된다.
유익한 다른 개선예에 따르면, 상기 현재 연료 품질은 내연 기관의 상류측에 연결된 연료의 점도 제어부로부터 얻어진다. 이러한 점도 제어부의 경우, 연료 점도의 실제 값을 검출하고, 설정 값과 비교하며, 상기 연료 점도의 실제 값을 상기 연료 점도의 설정 값에 대해 근사시키기 위해, 상기 실제 값과 상기 설정 값 사이의 편차에 따라, 연료 온도를 변경한다. 이러한 연료 점도 제어 동안에 조정된 연료 온도는, 상기 현재 연료 품질에 관한 정보를 제공한다. 상기 연료 점도 제어부에서의 연료 온도가 높을수록, 연료 품질이 낮아진다.
본 발명의 유익한 다른 개선예에 따르면, 특히 연료 점도 제어부에서의 현재 연료 온도가 상한값보다 큰 경우에, 현재 최대 오프셋은, 내연 기관의 현재 부하에 따라 및/또는 현재 회전 속도에 따라 결정된, 내연 기관의 상기 또는 각각의 작동 파라미터를 수정하는 데 사용되는 구성이 제공될 수 있다.
연료 점도 제어부에서의 연료 온도가 하한값보다 작은 경우에, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 작동 파라미터를 오프셋을 이용하여 조정하는 것은 이루어지지 않는다. 이러한 경우에는, 그 후에 제로 오프셋이 적용된다.
연료 점도 제어부에서의 연료 온도가, 상기 상한값과 하한값의 사이에 있는 경우에는, 보간법, 특히 선형 보간법을 통해, 현재 최대 오프셋으로부터 현재 오프셋을 결정하는 구성이 제공될 수 있다. 이 경우에 상기한 보간법은, 상기 상한값과 하한값의 사이에 있는, 연료 점도 제어부에서의 현재 실제 연료 온도에 따라, 즉 상기 상한값에서의 최대 오프셋과 상기 하한값에서의 제로 오프셋에 따라, 행해진다.
설명한 바와 같이, 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 제어 장치에 관한 것이다. 이러한 제어 장치는, 상기 방법을 수행하기 위한 소프트웨어 수단과 하드웨어 수단을 포함하는, 내연 기관의 엔진 제어 장치이다. 상기 하드웨어 수단은, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 데 연루되는 어셈블리들과의 데이터 교환을 위한 데이터 인터페이스이다. 또한, 상기 하드웨어 수단은 프로세서와 저장 유닛이다. 상기 저장 유닛은 데이터를 저장하는 역할을 하고, 상기 프로세서는 데이터를 처리하는 역할을 한다. 상기 소프트웨어 수단은, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 데 필요한 프로그램 모듈이다. 내연 기관에 HFO 연료를 연료로 공급할 때, 내연 기관의 실제 작동 거동을 내연 기관의 참조 작동 거동에 대해 근사시키기 위해, 제어 장치는 그 프로세서를 통하여, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 적어도 하나의 작동 파라미터를, 상기 저장 유닛에 저장된 오프셋 값에 의해 조정한다. 내연 기관의 현재 부하에 따라 및 내연 기관의 현재 회전 속도에 따라, 제어 장치가 현재 최대 오프셋을 대응 특성 맵으로부터 개시량으로서 결정하는 방식으로, 상기한 오프셋이 결정되는 것이 바람직하다. 그 후에, 연료 품질에 따라, 특히 연료 점도 제어부에서의 온도에 따라, 제어 장치는 현재 최대 오프셋으로부터 현재 오프셋을 결정하고, 제어 장치는 현재 오프셋을, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 각각의 작동 파라미터를 조정하는 데 사용한다.
본 발명은, 특히 DMA 연료를 이용하는 내연 기관에 작동 파라미터가 적용되는 경우라도, 내연 기관이 HFO 연료로 매우 유익하게 작동하는 것을 허용한다.
10 : 참조 특성 11 : 참조 특성
12 : 실제 특성 12' : 실제 특성
13 : 실제 특성 13' : 실제 특성

Claims (10)

  1. 중유 또는 HFO 연료가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동시키는 방법으로서, 특히 파라미터 적용을 위해 상기 내연 기관이 선박용 경유 연료 또는 DMA 연료로 작동될 때, 내연 기관에 대한 작동 파라미터가 적용되는 방법으로서,
    특히 내연 기관에 HFO 연료가 연료로 공급될 때, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 적어도 하나의 작동 파라미터가 오프셋을 이용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 작동 파라미터로서, 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 인젝터에 대한 전력 공급의 시작이, 오프셋을 이용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 작동 파라미터로서, 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 저장 유닛에 대한 저장 압력이, 오프셋을 이용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 작동 파라미터에 대한 각각의 오프셋은, 내연 기관의 현재 부하에 따라 및/또는 내연 기관의 현재 회전 속도에 따라 및/또는 현재 연료 품질에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 내연 기관의 현재 부하 및/또는 현재 회전 속도에 따라, 현재 최대 오프셋이 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 현재 연료 품질에 따라 현재 오프셋이 상기 현재 최대 오프셋으로부터 결정되고, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 적어도 각각의 작동 파라미터는, 상기 현재 오프셋을 이용하여 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 중유 연료 또는 HFO 연료가 연료로 공급되는 내연 기관을 작동시키기 위한 제어 장치로서, 내연 기관에 선반용 경유 연료 또는 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된, 내연 기관에 대한 작동 파라미터가 제어 유닛에 저장되어 있는 제어 장치로서,
    적어도 하나의 오프셋 값이 제어 장치에 저장되어 있는 것과, 내연 기관에 HFO 연료를 연료로 공급하는 동안에, 제어 유닛은, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 적어도 하나의 작동 파라미터를, 오프셋 값을 이용하여 조정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 작동 파라미터로서, 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 인젝터에 대한 전력 공급의 시작 및/또는 커먼 레일 연료 공급 시스템의 연료 저장 유닛에 대한 저장 압력을, 오프셋을 이용하여 조정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 제어 유닛은, 각각의 작동 파라미터에 대한 각각의 오프셋을, 내연 기관의 현재 부하에 따라 및/또는 내연 기관의 현재 회전 속도에 따라 및/또는 현재 연료 품질에 따라 결정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 내연 기관의 현재 부하 및/또는 현재 회전 속도에 따라, 제어 장치가 현재 최대 오프셋을 결정하는 것과, 현재 연료 품질에 따라, 제어 장치가 상기 현재 최대 오프셋으로부터 현재 오프셋을 결정하고, 제어 유닛은, 내연 기관에 DMA 연료를 연료로 공급하는 조건 하에서 결정된 각각의 작동 파라미터를, 상기 현재 오프셋을 이용하여 조정하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
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