KR20190014530A - 엔진 작동 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2가 또는 3가 연료 모드에서 엔진(19)을 작동시키기 위해 엔진(19)의 실린더에 공급될 액화 석유 가스(LPG), 천연 가스(CNG), 액화 천연 가스(LNG), 바이오 가스 또는 수소(H2)와 같은 액화 가스 연료의 분사 시간 및/또는 양을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 상기 장치는 액화 가스 연료의 결정된 분사 시간이 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성에 의존하는 방식으로 설계된다. 가스 혼합물 분석 모듈(7)이 최적 연소를 위해 사용된다. 가스 시동 매커니즘은 차량이 낮은 온도에서도 가스로 시동될 수 있게 한다.
Description
본 발명은 오토 가스(LPG), 천연 가스(CNG), 액화 천연 가스(LNG), 바이오 가스 또는 수소(H2)와 같은 액화 가스 연료로 2가 또는 3가 연료 모드에서 엔진을 작동시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
가솔린 또는 디젤 엔진에서, 일반적으로 엔진 제어 유닛은 적절한 연소 과정을 위해 엔진에 가솔린 또는 디젤이 공급되는 것을 보장한다.
차량이 LPG 또는 CNG로 작동하도록 개장(retrofitted)될 경우, 엔진이 LPG 또는 CNG로 또한 작동할 수 있도록 일반적으로 애드온(add-on) 제어 유닛이 차량에 설치된다.
DE102010039844A1, DE102011075223A1, DE102012100115B4, WO2014166534A1, WO2011101394A1, DE201010008289A1, DE102012017440A1, DE102006030495A1, WO2007092142A2, DE102006022357B3은 LPG, CNG, H2 등으로 엔진을 작동시키기 위한 개장 가능한 장치를 개시하고 있다.
그러나, LPG, CNG, H2 등으로 엔진을 작동시킬 때, 특히 차가운 외부 온도에서 LPG, CNG, H2 등으로 엔진을 작동시킬 때 연소 과정, 오염물 배출 및/또는 가솔린 또는 디젤 엔진의 시동과 관련하여 연소 과정을 개선할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 더욱 발전된 장치, 애드온 제어 유닛, 가스 시동 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제는 메인 청구항에 따른 장치 및 방법, 독립항의 가스 혼합물 분석 모듈 및 가스 시동 시스템에 따른 장치에 의해 해결된다. 도입부에서 설명된 특징들은 단독으로 또는 조합되어 다음의 본 발명의 대상들 중 하나와 결합될 수 있다.
이러한 과제는 2가 또는 3가 연료 모드로 엔진을 작동시키기 위해 엔진의 실린더에 공급되는 예를 들어 오토 가스(LPG), 천연 가스(CNG), 액화 천연 가스(LNG), 바이오 가스 또는 수소(H2)와 같은 액화 가스 연료의 취입(blow-in) 시간 및/또는 양을 결정하기 위한 장치에 의해 해결되는데, 상기 장치는 상기 액화 가스 연료의 결정된 취입 시간이 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값에 의존하도록 배열된다.
특히 상기 장치는, 2가 또는 3가 연료 모드에서 엔진을 작동시키기 위해 엔진의 실린더에 공급되는 특히 제1 액화 가스 연료에 대한 취입 시간 및/또는 특히 제2 액화 가스 연료의 양을 결정하기 위해 적합하며, 상기 장치는 액화 가스 연료의 결정된 취입 시간이 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값에 의존하도록 배열되고, 특히 제1 및 제2 액화 가스 연료는 예를 들어 오토 가스(LPG), 천연 가스(CNG), 액화 천연 가스(LNG), 바이오 가스 또는 수소(H2)이다.
취입 시간은 작업 사이클 당 엔진의 실린더 내로 특히 제1 액화 가스 연료, 바람직하게는 LPG, CNG, LNG 또는 바이오 가스의 취입 시간(분출 지속 시간)을 의미한다.
공급되는 양은 실린더에 공급되는 특히 제2 액화 가스 연료, 바람직하게 수소의 체적을 의미한다. 기본적으로, 공급되는 양은 실린더로의 액화 가스 연료의 일정한 공급 속도 또는 유동 속도에서 취입 시간에 의해 또한 설명될 수 있다.
따라서, 장치는 예컨대 LPG와 같이 오직 하나의 액화 가스 연료로, 또는 예를 들어 LPG 및 수소와 같이 정확히 2개의 액화 가스 연료들로 작동될 수 있다.
액체 연료는 실온 및 1 바(bar)의 정상적인 주위 압력에서 액상으로 존재하는 연료이다.
액체 연료는 연료로서 특히 가솔린, 휘발유, 디젤, 바이오 디젤 및 식물성 오일을 포함한다.
액화 가스 연료는 실온 및 1 바의 정상적인 주위 압력에서 특히 전적으로 기상으로 존재하는 연료이며, 바람직하게는 고압, 즉 특히 2 바 이상의 압력 하에서 액상으로 전환될 수 있다.
액화 가스 연료는 오토 가스(LPG, 액화 석유 가스), 석유 가스 또는 천연 가스(CNG), 액화 천연 가스(LNG), 바이오 가스 및 수소(H2)를 포함한다.
1가 연료 모드는 오직 하나의 연료로 차량을 구동하도록 엔진을 작동시키는 것을 의미한다.
2가 연료 모드는 정확히 2개의 상이한 연료로 동시에 구동하도록 엔진을 작동시키는 것을 의미한다. 즉, 2개의 상이한 연료가 동시에 엔진 또는 실린더에서 연소된다. 따라서, 예를 들어, 2가 연료 모드는 정확하게 하나의 액화 가스 연료 및 정확히 하나의 액체 연료로 작동하는 경우, 또는 대안으로 정확하게 2개의 상이한 액화 가스 연료로 작동하는 경우이다. 예를 들어, 2가 연료 모드는 디젤과 LPG, 또는 LPG와 수소로 작동하는 경우이다.
3가 연료 모드는 엔진을 작동시켜 정확히 3개의 상이한 연료로 동시에 차량을 구동하도록 엔진을 작동시키는 것을 의미한다. 즉, 3개의 상이한 연료가 동시에 엔진 또는 실린더에서 연소된다. 따라서, 예를 들어, 3가 연료 모드는 정확히 2개의 상이한 액화 가스 연료와 정확히 1개의 액체 연료로 작동하는 경우이다. 3가 연료 모드는 예를 들어 디젤, LPG 및 수소로 작동하는 것이다.
결정된 취입 시간이 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값에 의존한다는 것은, 취입 시간을 결정할 때 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값이, 특히 규정된 결정 방법에서 가변 입력 파라미터로서 고려된다는 것을 의미한다.
결정된 발열량 또는 결정된 혼합물 가스 특성값은 발열량 또는 가스 혼합물 특성값이 장치 또는 애드온 제어 유닛 자체에 의해 결정되었음을 의미한다. 대안 적으로, 발열량 또는 가스 혼합물 특성은 또한 인터페이스를 통해 연결된 모듈에 의해 결정되어 장치 또는 애드온 제어 유닛에 전송되었다.
바람직하게는, 모듈 즉 H2 모듈, 안전 모듈, 람다 오프셋 모듈 및/또는 가스 혼합물 분석 모듈은 적어도 2개의 아날로그 또는 디지털 데이터 인터페이스와 하나의 아날로그 또는 디지털 회로를 갖는 독립적인 전자 부품으로 설계된다 .
대안으로, 하나 이상의 모듈, 즉 H2 모듈, 안전 모듈, 람다 오프셋 모듈 및/또는 가스 혼합물 분석 모듈은 장치 또는 애드온 제어 유닛, 즉 애드온 제어 유닛의 하우징 내의 통합 디지털 신호 프로세서로서 또는 아날로그 회로로서 통합될 수 있고, 또는 애드온 제어 유닛의 저장 매체에 프로그램 코드의 형태로 통합되어, 애드온 제어 유닛의 프로세서가 프로그램 코드에 의해 정의된 단계들을 실행하게 한다.
H2 모듈, 안전 모듈, 람다 오프셋 모듈 및/또는 가스 혼합물 분석 모듈과 같은 모듈의 전형적인 구성요소들은 아날로그 실시예에 대해서는 증폭기, 필터, 정류기, 아날로그-디지털 변환기, 디지털-아날로그 변환기, 데이터 또는 신호 라인 인터페이스 및/또는 혼합기이며, 디지털 실시예에 대해서는 논리 게이트, 마이크로 프로세서, 아날로그-디지털 변환기, 디지털-아날로그 변환기, 데이터 또는 신호 라인 인터페이스 및/또는 데이터 메모리이다.
발열량은 물질 또는 여기에서는 가스 혼합물(2, 21)에 포함된 측정 단위당 비열 에너지를 측정한 것이다.
특히, 발열량은 발열량(HS)에 해당한다.
발열량(HS)는 kWh/m3, kWh/kg 또는 kWh/l로 표시될 수 있다. 바람직하게는, 발열량(HS)은 특정 상태 또는 정규화된 상태, 따라서 특정 온도 및 특정 압력에서 체적과 관련되거나 나타낸다. 특히, 이러한 조건은 CNG 및 바이오 가스에 대한 연소 전후에 포함되는 상대 습도 100%의 모든 가스의 1 바의 정상적인 주위 압력, 25℃의 실온 및/또는 연소 후에 형성된 액체 물에 대해 예를 들어 25℃의 실온을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로판의 발열량(HS)이 정확히 또는 대략 28.095 kWh/m3, 14.06 kWh/kg 또는 7.17 kWh/l가 되도록, 발열량(HS)이 계산되거나 표시될 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 발열량(HS)와 관련하여 DIN 51857, DIN EN ISO 6976 및/또는 DIN 18599를 참조한다.
가스 혼합물 특성값은 현재 가스 혼합물의 적어도 하나의 측정 파라미터 및/또는 최대 5개의 측정 파라미터에 기초하여, 특히 메모리에 저장된 많은 수의 수치로부터 할당되어 결정된 수치값이다. 바람직한 것은 현재 가스 혼합물의 정확히 3개의 측정된 파라미터이다.
현재 가스 혼합물의 측정 파라미터는 센서에 의해 측정된 측정값을 의미하며, 그 양은 가스 혼합물의 특성과 관련이 있다. 측정 파라미터는 측정값의 데이터 처리의 결과일 수 있다.
특히, 가스 혼합물 특성값은 바람직하게는 하나 이상의 변환 상수 및/또는 하나 이상의 전환 인자를 갖는 규정된 알고리즘에 의해 발열량, 발열량을 근사하는 변수, 또는 대략 발열량에 상응하는 변수로 변환될 수 있다.
특히, 가스 혼합물 특성값은 가스 취입 시간 또는 가스 취입 순람표(lookup table) 또는 가스 취입 순람표의 가스 취입 곡선을 농후(rich) 또는 희박(lean)을 향하여 이동(shift), 즉 더욱더 긴 취입 시간 또는 더욱더 짧은 취입 시간의 방향으로 이동하기 적합한 것이다.
농후 및 희박은 엔진의 실린더에서 연료의 연소와 관련 있고 아래에서와 같이 λ 또는 람다라고 지칭하는 람다 값을 사용하여 설명될 수 있다. 람다는 공기 비율 또는 공기 수라고도 하는 연소 공기 비율을 설명하며, 연소 과정에서 공기와 연료의 질량비를 나타내는 연소 이론에서의 무차원의 지수이다. 이 지수로부터 연소 과정, 온도, 오염 물질 형성 및 효율에 대한 결론이 도출될 수 있다.
람다 = 1 이면, 완전 연소가 이루어진다. 즉, 산소 누락 또는 연소되지 않은 연료를 남기는 일없이 모든 연료 분자가 대기의 산소와 완전하게 반응하고, 따라서 완전한 연소가 이루어진다.
람다 < 1 (예를 들어, 0.9)은 공기 부족을 의미한다. 즉, "농후" 또는 농후 혼합물을 의미한다.
람다 > 1 (예를 들어, 1.1)은 과잉 공기를 의미한다. 즉, "희박" 또는 희박 혼합물을 의미한다.
예를 들어, 람다 = 1.1은 화학양론적 반응에 필요한 것보다 10% 더 많은 공기가 연소에 관여한다는 것을 의미한다.
발열량은 특히 제1 액화 가스 연료의 가스 성분의 조성에 의존하기 때문에,이 조성은 한편으로 작동 중에 변화할 수 있고, 다른 한편으로는 조성의 이러한 변화는 연료의 완전하고 적절한 연소에 관한 연소 과정에 부정적인 영향을 미치기 때문에, 특히 제1 액화 가스 연료의 취입 시간은 발열량 또는 가스 혼합물 특성값에 의존한다. 즉, 결정된 발열량 또는 결정된 가스-혼합물-특성값을 사용한 취입 시간의 피드백 제어는 가스 혼합물의 조성에 의존하며, 이러한 부정적인 영향을 상쇄하거나 심지어 제거할 수 있다.
액화 가스 연료의 결정된 취입 시간이 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값에 의존하도록 장치를 배열함으로써, 하나 이상의 액화 가스 연료에 기초한 특히 신뢰성있는 2가 또는 3가 연료 모드 작동이 실행될 수 있다. 거의 완전 연소를 목표로, 엔진에서 2가 또는 3가 연료의 연소는 가스 시동이 가능하도록 즉, 특히 액체 연료를 연소시키지 않고 액화 가스 운전에서 엔진을 시동할 수 있고 또한 0℃ 부근의 낮은 외부 온도에서도 시동이 가능하도록 목표된 방식으로 조절될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 2가 또는 3가 연료 모드에서 엔진을 작동시키기 위해 엔진의 실린더에 공급될 특히 제1 액화 가스 연료의 취입 시간 및/또는 특히 제2 액화 가스 연료의 양을 결정하기 위한 애드온 제어 유닛 또는 애드온 제어 유닛을 포함하는 장치에 관한 것이며, 상기 장치 또는 애드온 제어 유닛 각각은 가솔린 엔진에서의 엔진 부하를 결정하기 위한 흡기 매니폴드 압력 센서, 디젤 엔진에서의 엔진 부하를 결정하기 위한 레일 압력 센서 및/또는 흡기 매니폴드 압력 센서, 람다 오프셋 조정을 실행하기 위한 람다 오프셋 모듈, 취입 시간 순람표를 농후 또는 희박으로 이동시키기 위해 액화 가스 연료의 가스 혼합물의 조성에 의존하는 발열량 또는 가스 혼합물 특성값을 결정하기 위한 가스 혼합물 분석 모듈, 과도하게 높은 연소 온도로부터 엔진을 보호하기 위한 안전 모듈, 가스 혼합물을 방출하기 위한 적어도 하나의 가스 취입 밸브(가스 분사 밸브), 가솔린 또는 디젤과 같은 액체 연료를 분사하기 위한 적어도 하나의 분사 장치, 엔진의 실린더에 제1 액화 가스 연료로서 공급될 수소의 양을 전달하기 위한 H2 모듈, 차량 OBD 시스템 및/또는 디젤, 바이오 디젤 또는 가솔린과 같은 액체 연료로 엔진의 1가 연료 모드 작동을 엔진 제어 유닛에 대한 인터페이스를 구비한다.
따라서, 2가 또는 3가 연료 모드 작동은 특히 신뢰성있게 그리고 낮은 오염 물질 배출로 달성될 수 있다. 특히, 람다 모듈 인터페이스와 가스 혼합물 분석 모듈 인터페이스의 조합은 특히 완전 연소를 가능하게 하고, H2 모듈 인터페이스와의 추가적인 조합으로 특히 낮은 오염 물질 배출이 달성될 수 있으며, 이들 조합의 효과는 전술한 모듈 인터페이스들과 개별적으로 달성될 수 있는 효과들의 합보다 큰 시너지 효과가 있다. 이것은 전술한 다른 인터페이스에 유사한 방식으로 또한 적용된다.
본 발명의 다른 양태는, 2가 또는 3가 연료 모드에서 엔진을 작동시키기 위해 엔진의 실린더에 공급될 특히 제1 액화 가스 연료의 취입 시간 및/또는 특히 제2 액화 가스 연료의 양을 결정하기 위한 애드온 제어 유닛을 구비한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 람다 오프셋 조정을 실행하기 위한 람다 오프셋 모듈, 취입 시간 순람표를 농후 또는 희박으로 이동시키기 위해 액화 가스 연료의 가스 혼합물의 조성에 의존하는 발열량 또는 가스 혼합물 특성값을 결정하기 위한 가스 혼합물 분석 모듈, 과도하게 높은 연소 온도로부터 엔진을 보호하기 위한 안전 모듈, 가스 혼합물을 방출하기 위한 적어도 하나의 가스 취입 밸브, 및/또는 엔진의 실린더에 제1 액화 가스 연료로서 공급될 수소의 양을 전달하기 위한 H2 모듈을 구비한다.
따라서, 2가 또는 3가 연료 모드 작동은 특히 신뢰성있게 그리고 낮은 오염 물질 배출로 달성될 수 있다. 특히, 람다 모듈과 가스 혼합물 분석 모듈의 조합은 특히 완전 연소를 가능하게 하고, H2 모듈과의 추가적인 조합으로 특히 낮은 오염 물질 배출이 달성될 수 있으며, 이들 조합의 효과는 전술한 모듈들과 개별적으로 달성될 수 있는 효과들의 합보다 큰 시너지 효과가 있다. 이것은 전술한 인터페이스들을 통해 연결될 수 있는 다른 구성요소에 유사한 방식으로 또한 적용된다.
본 발명의 다른 양태는 전술한 장치를 위한 가스 혼합물 분석 모듈 또는 전술한 애드온 제어 유닛에 연결하기 위한 가스 혼합물 분석 모듈에 관한 것이며, 상기 가스 혼합물 분석 모듈은 가스 혼합물의 밀도가 액화 가스 연료의 가스 혼합물의 온도 및 압력으로부터 결정될 수 있고 및/또는 가스 혼합물의 현재 조성에 의존하고, 가스 혼합물의 발열량 또는 가스의 혼합물의 가스 혼합물 특성값이 가스 전도도, 온도 및 밀도에 기초한 또는 가스 혼합물의 가스 전도도, 온도 및 압력에 기초한 가스 혼합물 분석 순람표를 사용하여 결정될 수 있도록 설계된다. 본 출원의 개시 내용은 본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 애드온 제어 유닛에 적용될뿐만 아니라, 각각의 개시 내용이 가스 혼합물 분석 모듈과 직접적으로 또는 간접적으로 관련되어 있는 본 발명에 따른 상기 가스 혼합물 분석 모듈에도 적용된다.
본 발명의 다른 양태는 전술한 장치 또는 전술한 애드온 제어 유닛에 연결하기 위한 가스 시동 시스템에 관한 것이며, 가스 시동 시스템은 엔진이 순수한 액화 가스 모드에서 시동 될 때, 액화 가스 연료의 가스 혼합물의 기상만을 엔진의 실린더 내에 취입하기 위해 가스 탱크로부터 인출하도록 배열된다. 본 출원의 개시 내용은 본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 애드온 제어 유닛에 적용될뿐만 아니라, 각각의 개시 내용이 가스 시동 시스템과 직접적으로 또는 간접적으로 관련되어 있는 본 발명에 따른 상기 가스 시동 시스템에도 적용된다.
순수한 액화 가스 모드는 전적으로 액화 가스 연료로 엔진을 작동하거나 액화 가스 연료와 수소로 엔진을 작동시키는 것을 의미한다.
본 발명의 다른 양태는 엔진(19)의 실린더에 바람직하게 연속적으로 공급될 가스 혼합물 형태의 제1 액화 가스 연료, 특히 오토 가스(LPG), 천연 가스(CNG), 액화 천연 가스(LNG), 바이오 가스의 취입 시간을 결정하고, 및/또는 제2 액화 가스 연료, 특히 수소의 양을 결정하는 방법에 관한 것이며, 여기에서 특히 본 발명의 상기 양태들 중 하나의 장치 또는 애드온 제어 유닛이 사용되고,
- 특히 발열량 또는 가스 혼합물 특성값은 가스 혼합물의 가스 전도도, 온도 및 압력에 기초하여 결정되고,
- 특히 람다 값 및/또는 NOx 값에 기초하여, 제1 액화 가스 연료에 의존하는 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값이 결정되고, 바람직하게는 사용되는 람다 센서 및/또는 NOx 센서에 대해 특정되고,
- 특히, 발열량 또는 가스 혼합물 특성값에 기초하여, 가스 혼합물 조정 인자가 결정되고,
- 특히, 가스 혼합물 조정 인자, 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값을 사용하여 농후 또는 희박을 향하여 이동된 취입 순람표를 사용하여 엔진 부하 및/또는 엔진 속도에 기초한 취입 시간이 결정되고, 및/또는
- 특히, 공급될 제2 액화 가스 연료의 양은 엔진 부하 및/또는 엔진 속도에 기초한 가스량 순람표를 사용하여 결정되며,
- 특히, 취입 시간 및/또는 공급될 양은 노킹 신호에 기초하여 특히 단계적으로 증가되거나 감소된다.
본 발명의 다른 양태는 차량을 구동하기 위해, 특히 차량의 가스 시동을 위해 엔진으로 취입하기 위한, 가스 탱크에 존재하는 액화 가스 연료, 특히 LPG 또는 LNG의 기상을 사용하는 것에 관한 것이다.
가스 시동의 의미는 아래에서 설명된다.
특히, 가스 탱크에 존재하는 액화 가스 연료의 기상 만이 차량을 구동하기 위한 엔진의 유일한 연료로서의 역할을 한다.
특히, 가스 탱크에 존재하는 액화 가스 연료의 기상 및 수소 만이 차량을 구동시키기 위한 엔진의 유일한 연료로서의 역할을 한다.
이하에서는, 본 발명, 즉 본 발명의 양태들이 도면에 도시된 바람직한 예시적인 실시예들에 기초하여 또한 설명되고 기술된다.
도 1은 차량을 구동하는 엔진(19)의 2가 또는 3가 모드 작동을 위한 장치 또는 애드온 제어 유닛을 각각 포함하는 시스템의 개요를 도시한 도면이다.
도 2는 액화 가스 모드에서 가솔린 분사가 전혀 일어나지 않는 가솔린의 2가 연료 모드 작동을 위한 가스 취입 순람표를 사용하여 애드온 제어 유닛을 통해 공급될 수소의 결정된 양 및 LPG에 대한 결정된 가스 취입 시간을 보여주는 도면이다.
도 3은 디젤 엔진의 3가 연료 모드 작동을 위한 가스 취입 순람표를 사용하여 애드온 제어 유닛에 의해 결정된 디젤의 분사 시간뿐만 아니라 LPG에 대한 결정된 가스 취입 시간 및 공급될 수소의 량을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 가스 취입 순람표를 위한 애드온 제어 유닛의 가스 혼합물 조절 순람표를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 가스 혼합물 조절 순람표 및 도 6의 오프셋 람다 값을 고려하고, 도 2의 기초가 되는 가스 취입 순람표로부터 추출한 실제 가스 취입 특성 곡선을 도시한 도면이며, [%] 단위의 보정 인자에 대해 작성된 가스 취입 특성 곡선이 시간[ms] 단위의 분사 시간에 걸쳐 [kPa] 단위의 부압으로 작성된 가솔린 작동 모드에서의 엔진 부하 특성 곡선(상부 좌측)과 비교되고 있다.
도 6은 도 2의 가스 취입 순람표를 위한 상이한 람다 센서 및 NOx 센서에 대한 오프셋 인자에 의한 람다 오프셋 조정 및 NOx 조정을 보여주는 도면이며, 신호값들은 조정 전(각각의 경우에 좌측 막대 그래프) 및 조정 후(각각의 경우에 우측 막대 그래프)에 비교되고 있다.
도 7은 슬레이브(slave)로서 작동되는 엔진 제어 유닛(20)과 무관하게 마스터 모드(master mode)에서 애드온 제어 유닛(18)의 온보드 진단(OBD) 제어를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 프로세스에 대한 예시적인 흐름도를 보여주는 도면이다.
도 10은 입력 파라미터 A 및 B에 기초하여 출력 파라미터 C를 결정하는 것을 보여주는, 예시적인 순람표의 도면이다.
도 2는 액화 가스 모드에서 가솔린 분사가 전혀 일어나지 않는 가솔린의 2가 연료 모드 작동을 위한 가스 취입 순람표를 사용하여 애드온 제어 유닛을 통해 공급될 수소의 결정된 양 및 LPG에 대한 결정된 가스 취입 시간을 보여주는 도면이다.
도 3은 디젤 엔진의 3가 연료 모드 작동을 위한 가스 취입 순람표를 사용하여 애드온 제어 유닛에 의해 결정된 디젤의 분사 시간뿐만 아니라 LPG에 대한 결정된 가스 취입 시간 및 공급될 수소의 량을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 가스 취입 순람표를 위한 애드온 제어 유닛의 가스 혼합물 조절 순람표를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 가스 혼합물 조절 순람표 및 도 6의 오프셋 람다 값을 고려하고, 도 2의 기초가 되는 가스 취입 순람표로부터 추출한 실제 가스 취입 특성 곡선을 도시한 도면이며, [%] 단위의 보정 인자에 대해 작성된 가스 취입 특성 곡선이 시간[ms] 단위의 분사 시간에 걸쳐 [kPa] 단위의 부압으로 작성된 가솔린 작동 모드에서의 엔진 부하 특성 곡선(상부 좌측)과 비교되고 있다.
도 6은 도 2의 가스 취입 순람표를 위한 상이한 람다 센서 및 NOx 센서에 대한 오프셋 인자에 의한 람다 오프셋 조정 및 NOx 조정을 보여주는 도면이며, 신호값들은 조정 전(각각의 경우에 좌측 막대 그래프) 및 조정 후(각각의 경우에 우측 막대 그래프)에 비교되고 있다.
도 7은 슬레이브(slave)로서 작동되는 엔진 제어 유닛(20)과 무관하게 마스터 모드(master mode)에서 애드온 제어 유닛(18)의 온보드 진단(OBD) 제어를 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9는 프로세스에 대한 예시적인 흐름도를 보여주는 도면이다.
도 10은 입력 파라미터 A 및 B에 기초하여 출력 파라미터 C를 결정하는 것을 보여주는, 예시적인 순람표의 도면이다.
일 실시예에서, 발열량 및/또는 가스 혼합물 특성값이 가스 혼합물(2, 21)의 현재 조성에 따라 결정될 수 있도록 장치는 가스 혼합물(2, 21) 형태의 특히 제1 액화 가스 연료에 대해 배열된다.
가스 혼합물은 2 종 이상의 상이한 가스를 포함하거나 또는 2 종 이상의 상이한 가스로 이루어진 혼합물을 의미한다. 예를 들어, LPG는 부탄 및 프로판으로 구성되며, 예시적인 현재 조성은 70% 부탄 및 30% 프로판일 수 있다. 그러나, 가스 혼합물은 또한 3개, 4개 또는 그 이상의 상이한 가스를 함유 할 수 있으며, 이에 따라 발열량 또는 가스-혼합물-특성값을 결정할 때 가스 혼합물 중의 이들 다른 가스의 비율을 고려하거나 무시할 수 있다. 비율은 바람직하게는 체적 퍼센트로, 대안으로는 중량%로 결정한다.
가스 혼합물(2, 21)의 현재 조성에 따라 발열량 및/또는 가스 혼합물 특성값을 결정함으로써, 장치 또는 애드온 제어 유닛(18)에 의한 연소 공정을 제어(조절)하는 동안, 작동 중에 조성의 변화가 고려될 수 있고, 따라서 차량 급유 및/또는 온도 영향, 가스 탱크(3)의 변경된 충전 레벨, 또는 엔진을 시동하는 것에 의한 결과로서 70% 부탄 및 30% 프로판과 같은 가스 비율을 60% 부탄 및 40% 프로판으로 변경하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 변동하는 또는 낮은 외부 기온에서도 적절한 연소 공정이 달성될 수 있고 가스 시동이 가능하게 된다.
일 실시예에서, 장치는 특히 액화 가스 연료의 액상(2) 및/또는 기상(21)에서 가스 혼합물(2, 21)의 전기 전도도를 측정하기 위한 가스 전도도 센서(8)를 포함한다.
가스 혼합물(2, 21)의 가스 전도도 또는 전기 전도도는 전류를 전도시키는 가스 혼합물(2, 21)의 능력을 의미한다.
가스 혼합물(2, 21)의 전기 전도도를 측정하기 위한 가스 전도도 센서(8)를 제공함으로써, 가스 혼합물(2, 21)의 현재 발열량 및/또는 가스 혼합물 특성값의 특히 정확한 결정을 위한 전제 조건, 선택적으로 현재 조성의 정확한 결정을 위한 전제 조건이 생성될 수 있다.
특히, 발열량 및/또는 가스 혼합물 특성값이 측정된 전기 전도도에 기초하여 결정될 수 있도록 장치가 배열된다.
이것은 연소 공정의 매우 신뢰성있는 조절을 위해 현재 발열량 및/또는 가스 혼합물 특성값의 특히 정확한 결정을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 가스 전도도 센서(8)는 양극 및 음극을 포함하고, 및/또는 가스 전도도 센서(8)는 전기 전도도를 측정하기 위해 양극과 음극 사이에 일정한 전압이 인가될 수 있고, 측정 전류는 액상(2) 또는 기상(21)의 가스 혼합물(2, 21)을 통해 공급될 수 있도록 배열된다.
이에 의해 특히 간단하고 저렴한 센서로 전기 전도도를 매우 신뢰할 수 있게 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 액화 가스 연료의 가스 혼합물(2, 21)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(1) 및/또는 액화 가스 연료의 가스 혼합물(2, 21) 및/또는 장치의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(9)를 포함하는 상기 장치는 발열량 또는 상기 가스 혼합물의 특성값이 측정된 온도 및/또는 측정된 압력에 기초하여 결정될 수 있도록 배열된다. 특히, 온도 센서(1)는 가스 탱크(3)로부터 증발기 및/또는 압력 조절기(11)로 가는 도중에 가스 혼합물(2, 21)의 온도를 측정하고 및/또는 압력 센서(9)는 압력을 측정한다.
특히 가스 탱크(3)로부터 증발기 및/또는 압력 조절기(11)로 가는 도중에 가스 혼합물(2, 21)의 온도 및/또는 압력을 측정함으로써, 온도 및/또는 압력과 무관한 가스 전도도의 값을 얻기 위해 규정된 온도 및/또는 규정된 압력에 대해 측정된 가스 전도도가 정규화될 수 있고, 이에 의해 증발기는 액상(2)의 가스 혼합물에 대해서만 기본적으로 증발의 기능을 수행하고, 따라서 대체로 압력 조절기(11) 만이 기상(21)의 가스 혼합물에 대해 적절하게 작용한다.
바람직하게는, 가스 혼합물(2, 21)의 밀도는 온도 및 압력을 사용하여 결정되며, 측정된 가스 전도도는 밀도와 무관한 가스 전도도의 값을 얻기 위해 규정된 밀도에 대해 정규화된다.
특히 바람직하게는, 가스 혼합물(2, 21)의 밀도는 온도 및 압력으로부터 결정되고, 온도와 함께 발열량 또는 가스 혼합물 특성값을 결정하기 위한 온도 및 밀도 정규화된 입력 파라미터가 결정된다.
따라서, 비교적 단순하게 구조화된 가스 혼합물 분석 특성 순람표에 의해 발열량 또는 가스 혼합물 특성값의 특히 신뢰할 수 있는 결정이 가능해진다.
일 실시예에서, 상기 장치는 가스 혼합물(2, 21)의 밀도가 가스 혼합물(2, 21)의 온도 및 압력으로부터 결정될 수 있도록 배열된 가스 혼합물 분석 모듈(7)에 연결되고, 및/또는 발열량 및/또는 가스 혼합물 특성값이 가스 혼합물 분석 순람표를 사용함으로써 가스 혼합물(2, 21)의 가스 전도도, 온도 및 밀도에 기초한 가스 혼합물(2, 21)의 현재 조성에 따라 결정될 수 있다. 특히, 애드온 제어 유닛(18)은 가스 혼합물 분석 모듈(7)에 인터페이스를 통해 연결된다. 기본적으로, 장치 또는 애드온 제어 유닛(18)은 가스 혼합물 분석 모듈을 가질 수 있다.
순람표, 가스 혼합물 분석 순람표, 가스 혼합물 조절 순람표, 가스 취입 순람표, 가스량 순람표, 디젤 순람표, 휘발유 순람표, 오프셋 순람표는 기본적으로 사전 설정된 또는 저장된 값을 갖는 테이블 또는 매트릭스이다. 값은 일반적으로 숫자이며 특히 저장 매체에 저장된다. 특히, 이들 값은 작동 중에 변하지 않지만, 저장 매체에 전달되거나 바람직하게는 제조 또는 구성의 일부로서만 변경 및 저장된다.
이러한 순람표에는 일반적으로 적어도 두 개의 축이 있다.
도 4는 발열량(HS)을 사용하여 가스 혼합물 조정 인자를 결정하기 위한 정확히 2개의 축을 갖는 가스 혼합물 조절 순람표를 도시하며, 제1 축은 발열량(HS)을 나타내고, 제2 축은 가스 혼합물 조정 인자를 나타낸다. 따라서, 가스 혼합물 조정 순람표는 단지 하나의 행과 많은 수의 열 또는 대안으로 단지 하나의 열 및 많은 수의 행을 갖는 테이블을 포함하며, 각 행 및 열은 일반적으로 수치로 채워진다. 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 2 차원 순람표는 X 축과 Y 축을 갖는 하나의 곡선으로 표시될 수 있다.
정확히 3개의 축을 갖는 순람표의 일례는 순람표의 의미를 설명하기 위해 이하에서 상세하게 설명되는 가스량 순람표이다.
따라서, 순람표는 4개 이상의 축을 가질 수 있으며, 이에 의해 2개 이상의 입력 파라미터가 하나의 출력 파라미터에 할당될 수 있다.
특히, 가스 혼합물 분석 순람표는 바람직하게는 취입 밸브(17)를 향한 도중에 가스 탱크(3)를 떠난 직후에 가스 혼합물(2, 21)의 가스 전도도, 온도 및 밀도의 입력 파라미터에 대한 정확히 4개의 축을 갖는다.
가스 혼합물 분석 순람표는 발열량 또는 가스 혼합물 특성값의 특히 신속하고 신뢰할 수 있는 결정을 가능하게 한다. 또한, 후속하는 교정, 즉 가스 혼합물 분석 순람표의 수치의 재교정은 장치가 제조된 후에도 매우 용이하게 정밀도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 장치, 특히 애드온 모듈(18)은 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값에 기초하여 결정된 취입 시간이 의존하는 가스 혼합물 조정 인자가 결정될 수 있도록 배열된 가스 혼합물 조정 순람표를 포함한다.
가스 혼합물 조절 순람표는 도 4에 도시되어 있고 이미 앞에서 설명되었다.
이에 의해 결정된 가스 혼합물 조정 인자는 특히 바람직하게는 애드온 제어 유닛(18)의 취입 순람표를 사용하여 취입 시간을 결정하기 위한 정확한 변수의 역할을 한다. 이에 의해 가능한 한 완전 연소를 유지하기 위한 연소 공정의 매우 효과적인 조절이 가능하다.
입력 파라미터와 보정 변수 사이의 차이는 아래에서 자세히 설명한다.
일 실시예에서, 상기 장치는 측정된 람다 값 및/또는 측정된 NOx 값에 기초하여 액화 장치에 적합한 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값을 획득하기 위하여 람다 오프셋 모듈(28)에 연결되고, 여기에서 취입 시간은 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값에 의존한다. 특히, 애드온 제어 유닛(18)은 인터페이스를 통해 람다 오프셋 모듈(28)에 연결된다.
특히, 람다 오프셋 모듈(28)은 람다 센서(45) 및/또는 NOx 센서(46)를 가지고 있거나, 인터페이스를 통해 람다 센서(45) 및/또는 NOx 센서(46)에 연결된다. 기본적으로, 장치 또는 애드온 제어 유닛(18)은 또한 오프셋 순람표를 가질 수 있다.
특히, 람다 오프셋 모듈(28)은 사용된 람다 센서(45)에 의존하여 출력 파라미터로서 오프셋 람다 값에 입력 파라미터로서 측정된 람다 값을 할당하는 오프셋 순람표를 갖고 있다.
특히, 오프셋 순람표는 입력 파라미터로서 측정된 NOx 값이 사용된 NOx 센서(46)에 의존하여 출력 파라미터로서 오프셋 NOx 값에 할당될 수 있도록 또한 배열된다.
도 6은 몇 개의 상이한 람다 센서(45) 및 NOx 센서(46)에 대한 오프셋 순람표를 사용하여 처리한 후에 람다 값 및 상응하는 오프셋 람다 값뿐만 아니라 NOx 값 및 상응하는 오프셋 NOx 값을 비교한다.
특히, 에러 메시지 및 가솔린 또는 디젤에 대한 분사 시간의 부정확한 조절을 방지하기 위해, 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값만이 엔진 제어 유닛(20)에 전달된다.
이에 의해, 결정된 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값은, 특히 취입 순람표를 사용하여 바람직하게는 애드온 제어 유닛(18)의 취입 시간을 결정하기 위한 입력 파라미터의 역할을 한다. 가능한 한 완전 연소를 달성하기 위한 연소 공정의 매우 효과적인 조절이 가능하다.
일 실시예에서, 장치 특히, 애드온 모듈(18)은 현재의 엔진 부하 및/또는 현재의 엔진(회전) 속도에 의존하여 바람직하게는 LPG 또는 CNG의 취입 시간을 결정하기 위한 순람표를 포함하고, 및/또는 가스 취입 순람표는 가스 혼합물 조정 요인에 의존하여 농후 또는 희박을 향한 이동 및/또는 오프셋 람다 값에 의존하여 농후 또는 희박을 향한 이동을 허용한다.
순람표를 이동하는 것의 의미는 아래에서 설명된다.
따라서, 가능한 한 완전한 연소를 얻기 위한 연소 공정의 매우 효과적인 조절이 가능해진다.
일 실시예에서, 장치, 특히 애드온 모듈(18)은 현재의 엔진 부하 및/또는 현재의 엔진(회전) 속도에 의존하여 공급할 제2 액화 가스 연료의 양, 바람직하게는 수소의 양을 결정하기 위한 가스량 순람표를 포함한다.
특히 수소의 부하 의존적인 공급은 여전히 오염 물질 배출을 낮게 하면서 특히 제2 액화 가스 연료의 소비를 가능하게 한다.
특히, 가스량 순람표는 엔진 부하, 즉 부하 값 및 (회전) 속도에 기초한 수치를 얻기 위해 정확히 3개의 축을 가지며, 이는 수소 전지(38)로부터 수치와 상관되는 수소량을 방출하는 디지털 또는 아날로그 신호로서 전달된다. 수치가 높을수록 더 많은 수소가 연속적으로 방출되어 실린더에 공급된다.
정확히 3개의 축을 갖는 가스량 순람표는 수치를 갖는 표의 형태로 디스플레이될 수 있으며, 각 컬럼에서 1분당 회전 수, 예를 들어 칼럼 표제로서 칼럼 1 : "1000 rpm", 칼럼 2 : "2000 rpm" 등을 포함하며, 각 라인에서 대응하는 아날로그 신호량으로서 바 또는 볼트의 부하 값이 열거되는데, 예를 들어, 디젤 엔진용 레일 압력 센서(44)의 라인 1 : "2 V", 라인 2 : "2.5 V", 라인 3 : "3 V" 등이 라인 표제로서 열거된다. 컬럼 표제 아래 및 행 표제 옆의 표의 칸은 수소 전지(38)를 제어하는 데 사용되는 수치로 채워진다. 따라서, 각각의 수치는 공급될 수소의 양에 대한 파라미터를 나타낸다.
이러한 3개의 축이 있는 순람표는 함께 배열되는 다수의 곡선을 갖는 단일의 다이어그램으로 표시될 수 있다.
순람표는, 순람표가 보정 인자에 의해 축을 따라 순람표를 이동할 수 있게 허용하도록 배열될 수 있다. 간단히 말하면, 예를 들어 전술한 가솔린 순람표의 예에서 이러한 이동의 상황에서, 라인 표제가 보정 인자에 의해 위 또는 아래로 이동되거나 라인 표제가 곱하기, 나누기, 더하기 또는 빼기의 보정 인자에 의해 증가되거나 감소된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이는 취입 시간 순람표의 예시적인 곡선이 특정 속도에 대해 X 축 및/또는 Y 축을 따라 이동되거나 곡선 프로파일을 변경하는 것을 가능하게 한다.
도 5에서, X 축상의 1 및 Y 축상의 -10에 시작점을 갖는 곡선은 가솔린 모드에서 주행에 의해 기록되고 저장된, [ms]의 분사 시간에 대한 [kPa]의 부압으로서 엔진 부하 특성을 나타낸다. 다른 곡선은 [ms]의 취입 시간에 대한 [%]의 보정 인자의 LPG 분사 보정 곡선을 보여준다. 보정 곡선은 보정 팩터 오프셋 람다 값, 오프셋 NOx 값 및 가스 혼합물 조정 인자의 영향 하에서 액화 가스 모드에서 작동하기 위한 가솔린 모드로부터의 엔진 부하 특성의 이동을 도시한다.
일 실시예에서, 장치는 실린더에 공급되는 수소의 양을 특히 연속적으로 공급하기 위한 H2 모듈(28)에 연결되고, 및/또는 H2 모듈(28)은 노킹 센서(39)를 포함하고 및/또는 바람직하게는 공급량 및/또는 취입 시간을 단계적으로 감소시키고, 및/또는 미리 결정된 시간 주기 또는 미리 결정된 수의 작동 사이클 동안 노킹 신호가 없는 경우에 바람직하게 단계적으로 공급량 및/또는 취입 시간을 증가시키기 위해 장치에 노킹 신호를 전송할 수 있다. 특히, 애드온 제어 유닛(18)는 인터페이스를 통해 H2 모듈(28)에 연결된다. 기본적으로, 장치 또는 애드온 제어 유닛(18)은 H2 모듈(28)을 또한 포함할 수 있다.
연소 과정 동안의 노킹의 검출과 취입 시간 및 공급량의 결과적인 특히 단계적인 제어는 2가 또는 3가 연료 모드에서 적절한 연소를 사용될 수소 특히 연속적인 공급 및 LPG 또는 CNG의 특히 연속적인 취입을 모두 가능하게 한다.
일 실시예에서, 장치, 특히 애드온 제어 유닛(18)은 OBD 인터페이스를 통해 차량 OBD 시스템과 통신할 수 있고 및/또는 액화 가스 모드에서 마스터 모드 작동을 위해 구성된 통합된 온보드 진단 제어기를 구비한다.
일 실시예에서, 장치는 애드온 제어 유닛(18) 또는 특히 개장 가능한 애드온 제어 유닛(18)이다. 바람직하게는, 상기 장치는 개장 가능한 것이다. 즉, 엔진을 구비한 차량에 나중에, 따라서 액체 연료로 1가 작동하는 차량의 제조 후에 설치할 수 있도록 설계된다.
일 실시예에서, 장치 또는 애드온 제어 유닛(18)은 가스 시동이 프로그래밍 될 때 순수한 액화 가스 모드에서 엔진(19)을 시동시키기 위한 가스 시동 시스템에 대한 인터페이스를 포함한다. 특히 인터페이스는 공급 밸브(51)의 원격 제어를 위한 제어 라인(50), 원격 제어식 제2 차단 밸브(33)를 위한 제어 라인(35) 및/또는 원격 제어식 제1 차단 밸브(10)를 위한 제어 라인(50)을 포함한다.
도 2와 도 3은 LPG, H2 및 가솔린 또는 디젤에 대한 결과적인 취입 시간을 보여 주며, 가솔린 작동에서 가솔린이 전혀 연소되지 않는다. 디젤 작동에서 그리고 가솔린 직접 분사 엔진에서만, 액체 연료의 일부가 2가 또는 3가 연료 모드 작동을 위한 냉각 목적으로 실린더에 전달된다.
본 발명의 전술한 다른 양상에 따른 가스 시동 시스템은, 일 실시예에서 바람직하게는 가스 혼합물(2, 21)의 기상(21)을 가스 탱크로부터 특히 가스 라인(32)을 통해 원격 제어식 제2 차단 밸브(33)로 공급하는 밸브(31)를 구비한 가스 추출 연결부를 가지고 있다.
가스 시동 시스템의 다른 실시예에서, 가스 시동 시스템은 전술한 장치 또는 애드온 제어 유닛(18)에 연결하기 위한 아날로그 또는 디지털 제어 라인(35)을 가지고 있다.
가스 시동 시스템의 다른 실시예에서, 가스 시동 시스템은 가스 혼합물(2, 21)의 기상(21)을 가스 라인(32)을 통해 액화 가스 라인(6)에 공급 또는 차단하는 원격 제어식 제2 차단 밸브(33)를 위한 아날로그 또는 디지털 제어 라인(35)을 가지고 있다.
가스 시동 시스템의 다른 실시예에서, 가스 시동 시스템은 액화 가스 라인(6)으로부터 증발기 및/또는 압력 조절기(11)로 연결을 개폐하기 위해 아날로그 또는 디지털 제어 라인(36)을 통해 원격으로 제어가능한 원격 제어식 제1 차단 밸브(10)를 가지고 있다.
가스 시동 시스템의 다른 실시예에서, 가스 시동 시스템은 가스 탱크(3)의 가스 혼합물(2, 21)의 액상(21)이 액화 가스 라인(6)으로 유입되는 것을 차단 또는 허용하기 위해 아날로그 또는 디지털 제어 라인(50)을 통해 원격 제어될 수 있는 공급 밸브(51)를 가지고 있다.
"가스 시동 시스템"이라는 용어는 동의어로 대신하여 "가스 시동 장치"로 지칭될 수 있다.
증발기 또는 압력 조절기(11)는 이제 원격 제어식 제2 차단 밸브(33) 및/또는 원격 제어식 제1 차단 밸브(10)를 통해 기상(21)으로부터 가스를 수용하고 단지압력 조절기(11)로서 작동한다.
본 발명의 다른 양태는 전술한 가스 시동 시스템 및/또는 전술한 장치로 가스 시동을 제어(조절)하는 방법에 관한 것으로서, 가스 시동이 프로그래밍 될 때,
- 특히 제어 라인(50)을 통해, 공급 밸브(51)는 폐쇄 상태로 유지되므로 액상(2)의 가스 혼합물(2, 21)은 증발기 및/또는 압력 조절기(11) 또는 취입 밸브(17)에 전혀 도달할 수 없고, 및/또는
- 특히 제어 라인(35)을 통해, 제2 차단 밸브(33)가 개방되므로 가스 탱크(3)로부터 가스 혼합물(2, 21)의 기상(21)이 바람직하게는 가스 라인(32)을 통해 증발기 및/또는 압력 조절기(11)의 액화 가스 라인(6)에 유입될 수 있다.
가스 시동을 제어하는 방법의 다른 실시예에서, 바람직하게는 수온 센서(37)에 의해 측정된 엔진(19)의 냉각수의 온도가 특히 애드온 제어 유닛(18)에 저장된 스위치 온도에 도달 할 때, 원격 제어식 제2 차단 밸브(33)가 폐쇄되고 원격 제어식 공급 밸브(51)가 개방되므로 증발기 및/또는 압력 조절기(11)로 가스 혼합물(2, 21)의 기상(21)의 유입은 차단되고 대신에 가스 혼합물(2, 21)의 액상(2)은 가압 탱크(3)로부터 증발기 및/또는 압력 조절기(11)로 공급된다.
도 1은 2가 또는 3가 연료 모드 작동, 즉 특히 디젤 또는 가솔린 연료, 액화 연료 및/또는 수소로 작동하는 예시적인 시스템의 개요를 도시하는데, 특히 차량 제조자에 의해 설치된 엔진 제어 유닛(20) 및 마스터 슬레이브 작동으로 바람직하게 개장 가능한 애드온 제어 유닛(18)을 포함하며, 엔진 제어 유닛(20)은 슬레이브에 대응하고 애드온 제어 유닛(18)는 마스터에 대응한다.
바람직하게는 엔진(19)은 본 발명에 따른 애드온 제어 유닛을 사용함으로써 이후에 가스 시동으로 지칭되는 액화 가스 모드에서 시동될 수 있다. 즉, 가솔린 또는 디젤 모드가 아니다.
일 실시예에서, 특히 유일하게, 가스 혼합물(2, 21)의 기상(21)이 가스 시동을 위한 엔진(19)용 연료로서 취입 밸브(17)에 공급된다. 따라서, 가스 시동은 낮은 외부 온도에서 성공적으로 실행될 수 있다.
액화 연료의 가스 혼합물(2, 21), 특히 LPG는 기상으로 특히 수소 전지(38)로부터의 수소(H2)와 함께 엔진(19)의 흡기 덕트 내로 취입된다. 기상으로 액화 연료의 취입은 적어도 하나의 가스 취입 밸브(17)를 통해 실행되고 및/또는 가스 수소의 방출은 H2 취입 노즐(40)을 통해 실행된다. 흡기 덕트(도시하지 않음)는 엔진(19)의 연소실 내로 인도된다. 가스 혼합물(2, 21) 및 수소 만이 연소되는 경우, 연료 작동 모드는 2가이다. 디젤 연료 또는 가솔린 연료가 추가로 동시에 연소되는 경우, 연료 작동 모드는 3가이다. 가스 혼합물(2, 21)과 디젤 연료 또는 가솔린 연료가 동시에 연소되는 경우, 연료 모드는 2가이다. 전술한 모든 연료 작동 모드는 특히 이하에 설명되는 설계와 조합이 가능하고, 따라서 이들 조합 전부가 아래에서 개별적으로 분명하게 강조되어 있지는 않다.
이 시스템은 가스 혼합물(21)의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 결정하기 위한 가스 혼합물 분석 모듈(7), 2가 또는 3가 연료 모드 작동으로 람다 오프셋 조정을 실행하기 위한 람다 오프셋 모듈(28), 수소 취입을 제어 또는 조절하기 위한 H2 모듈(30) 및/또는 과도하게 높은 연소 온도로부터 엔진(19)을 보호하기 위한 안전 모듈(29)을 포함한다.
이 예에서, 기상(21) 및 액상(21)으로 가스 혼합물을 저장하기 위한 가스 탱크(3)의 압력은 바람직하게는 온도 및 혼합물 조성에 따라 최소 3 바 및/또는 최대 18 바의 압력이고, 및/또는 H2가스를 생성하기 위한 수소 전지(38)가 특히 1 바의 압력으로 H2가스를 방출하기 때문에, 가스 혼합물(2, 21) 또는 H2 를 전달하기 위한 펌프 장치가 전혀 필요하지 않다.
혼합 가스 분석 모듈(7)은 일반적으로 프로판 및 부탄과 같은 몇몇 액화 가스를 발생시키는 액화 가스 혼합물(2)의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 결정할 수 있도록 배열된다.
특히, 가스 혼합물(2)은 DIN EN 589 및/또는 DIN EN 51622에 따른 LPG이다. 즉, 프로펜, 프로파디엔 및 이소 부탄, n-부탄, 1-부텐, 이소-부텐, 시스-2-부텐, 트랜스-2-부텐, 1,2-부타티엔, 1,3-부타디엔을 포함하는 부탄 및/또는 메탄-, 에탄-, 에텐-, 네오- +이소-펜탄-, n-페탄-, 펜텐-, 올레핀- 및 C5-올레핀을 포함하는 프로판이다. 이러한 오토가스 또는 LPG는 특히 가솔린 및 디젤 자동차 엔진에서 연소를 위해 사용된다.
특히, 부하 의존적인 수소의 양은 바람직하게는 가스 혼합물(21)의 취입과 평행하게 엔진(19)의 흡기 덕트 내로 취입되고, 연소실에서 생성된 성층 전하가 연소 과정에 영향을 미친다. 즉, 연소 후에 생성된 배기 가스는 변경된 연소 과정, 특히 가솔린 및 디젤로부터의 배기 오염 물질 및/또는 입자 배출에 의해 감소되거나 최소화된다.
부하 의존적이라는 것은 현재 엔진 부하에 의존하는 것을 의미한다. 엔진 부하는 기본적으로 실린더의 변위된 체적(VH)에 대한 작동 사이클 당 전달된 일의 량(W)의 비율이고, 또한 평균 압력(Pm)이라고 하며 다음과 같은 식 Pm = W/VH 에 기초한다.
가솔린 엔진의 경우, 특히 흡기 매니폴드 압력 센서(43)가 엔진 부하에 대응하는 값을 반영하는 부하 신호를 발생시키는 역할을 한다.
디젤 엔진에서, 레일 압력 센서(44) 및/또는 흡기 매니폴드 압력 센서(43)가 엔진 부하에 대응하는 값을 반영하는 부하 신호를 발생시키기 위해 사용된다.
액화 가스 모드에서, 수소는 바람직하게는 부하에 의존하여 엔진(19)의 흡기 덕트 내로 연속적으로 취입된다. 가스 혼합물(2, 21)은 흡기 덕트에 선택적으로 및/또는 연속적으로, 특히 제2 열에서 엔진(19)의 흡기 덕트에, 즉 H2 취입 노즐과 엔진(19) 사이에서 흡기 덕트 내로 취입된다. 선택적으로는, 실린더의 연소 조건이 다른 경우 실린더 별로 선택적이라는 것을 의미한다. 연속적으로는, 가스 혼합물이주기적인 시간 간격으로 취입되는 것을 의미한다. 기본적으로, 연속적인 취입 또는 분사 중에, 연료는 각각의 실린더에 대해 개별적으로 취입 또는 분사된다. 일반적으로, 모든 실린더에 대한 취입 또는 분사는 실린더 작동 사이클 과정의 동일한 시간에 실행된다.
엔진 흡입 밸브가 개방되면, 저장된 수소-공기 혼합물이 연소실로 먼저 흡입되고, 이어서 가스 혼합물-공기 혼합물이 흡입된다. 흡기 덕트 및/또는 연소실의 형상에 따라, 가스는 연소실 압축 동안에 연소실에서 혼합된다. 디젤 직접 분사 엔진에서, 디젤 연료의 분사량은 애드온 제어 유닛(18)에 의해 설정되고 연소실 내로 직접 분사된다. 가솔린 직접 분사 엔진에서, 가솔린은 분사 밸브를 냉각시키기 위해 분사될 수 있다. 애드온 제어 유닛(18)은 액화 가스 연료, 액체 연료 및/또는 수소의 비율이 최적의 연소를 위해 서로 조화되도록 한다.
대표적인 응용 분야는 트럭 또는 상업용 차량이다. 이 시스템은 보트, 2 륜차, 3 륜차, 4 륜차, 스노 모빌, 스노우 그루머, 건설 기계, 트랙터, 농업 및 임업 기계, 비상 발전기의 엔진 또는 집합체에서의 연소, 또는 열병합 발전 유닛의 용도와 같은 다른 응용을 위해서도 적합하다.
가스 탱크(3)에서, 가스 혼합물(2), 특히 LPG는 액체 형태로 저장된다. 액체 레벨의 위에는 가스 혼합물(2)의 기상(21)이 있다. 이 경우, 가스 탱크(3)는 엔진(19)에서 가스 혼합물(2)을 연소시키는 자동차의 가스 탱크이다. 그러나, 가스 탱크는 보트, 2 륜 쿼드, 스노 모빌 스노우 그루머, 건설 기계, 트랙터 농업 및 임업 기계, 비상 발전기 또는 열병합 발전 유닛의 가스 탱크(3)일 수도 있다.
멀티 밸브(4)가 가스 탱크(3)에 배열된다. 멀티 밸브(4)는 공지된 방식의 다양한 기능, 특히 과도 충전 방지, 가스 혼합물(2)의 추출을 위한 액화 가스 라인(6), 압력 릴리프 밸브, 액화 가스 라인(6)의 결함시 가스 유동을 감소시키는 원격 제어식 공급 밸브(51) 및/또는 레벨 지시기를 제공한다. 멀티 벌브(4)는 레벨 지시기 및/또는 과도 충전 방지를 위한 플로트(5)를 갖고 있다.
또한, 액화 가스 라인(6)은 멀티 밸브(4)를 통해 가스 탱크(3)의 내부로 인되며 액상(2)으로 가스 혼합물을 추출하는 역할을 한다. 멀티 밸브(4)의 상류에서, 액화 가스 라인(6)은 전형적인 압력 센서(9) 및 가스 전도도 센서(8)를 통해 가스 혼합물 분석 모듈(7)에 전기적으로 연결된다. 가스 혼합물 분석 모듈(7)의 도시된 실시예에서, 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)는 가스 혼합물 분석 모듈(7)의 하우징 외부에 배치되고, 및/또는 액화 가스 라인(6) 내의 가스 혼합물(2, 21)을 측정한다. 그러나, 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및 압력 센서(9)는 또한 가스 혼합물 분석 모듈(7)의 하우징에 배치되거나 그 내부에 통합될 수 있다.
특히, 가스 전도도 센서(8) 및 온도 센서(1)는 하나의 조합 센서로서 설계된다. 이것은 설치 공간과 추가적인 데이터 라인을 저감한다.
액화 가스 라인(6)은 가스 혼합물 분석 모듈(7)로부터 원격 제어식 제1 차단 밸브(10)로 인도되거나 하우징 안에 또는 하우징 외부에 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및 압력 센서(9)의 배열에 의존한다. 특히, 원격 제어식 제1 차단 밸브(10)는 증발기/압력 조절기(11)에 직접 연결된다. 증발기 또는 압력 조절기(11)에서, 액체 가스 혼합물은 공급 열에 의해 증발기 챔버(55)에서 기상으로 전환된다. 저압 측(12)의 증발기 또는 압력 조절기(11)의 압력 조절기 출력부(13)의 다음에 가요성 라인(14)이 있으며, 이를 통해 이제 기상의 가스 혼합물은 가스 혼합물을 정화, 바람직하게는 에스테르-파라핀-올레핀 및/또는 고체를 제거하기 위한 원심 필터(15)로 보내진다. 원심 필터(15)의 출구를 경유하여, 기상의 가스는 연결된 저압 가요성 라인(14)을 통해 특히 제1 분배기(16)에 또한 공급되는데, 제1 분배기는 가스 혼합물을 인출될 때 가스 압력 변동을 방지 및/또는 억제한다. 가스 혼합물은 가요성 라인(14)에서 가스 취입 밸브(17)로 인도된다.
가스 취입 밸브(17)는 애드온 제어 유닛(18)에 의해, 특히 피크 및 홀드 신호로서 알려진 계단형 펄스로 제어 라인(23)을 통한 가스 취입을 위해 순차적으로 제어된다. 특히, 가스 온도 센서(25)가 제1 분배기(16)의 출력 연결부에 설치되며, 가스 취입 량이 애드온 제어 유닛(18)에 의해 결정될 때 가스 온도가 고려되도록 가스 온도는 바람직하게는 전기 라인(22)을 통해 애드온 제어 유닛(18)에 영구적으로 전송된다.
특히, 애드온 제어 유닛(18)과 엔진 제어 유닛(20) 사이에는 전기 라인(26)이 제공된다.
일반적으로, 엔진 제어 유닛(20)은 1가 연료 모드 작동, 즉 디젤 연료를 사용하는 디젤 엔진 또는 가솔린 연료를 사용하는 가솔린 엔진의 작동을 위해 설계된다.
특히, 엔진 제어 유닛(20)은 분사 장치(27), 즉 가솔린 분사 밸브 또는 디젤 인젝터를 위한 분사 신호를 전기 라인(26)을 통해 또는 대안적으로 무선 전송 매체를 통해 애드온 제어 유닛(18)에 보낸다.
애드온 제어 유닛(18)이 완전히 자체적으로, 충분히 및/또는 엔진 제어 유닛(20)과 무관하게 작동할 수 있기 때문에, 기본적으로 엔진 제어 유닛(20)의 분사 신호는 애드온 제어 유닛(18)에 의한 취입 시간 및/또는 분사 시간의 계산을 위해 필요하지 않다.
특히, 애드온 제어 유닛(18)는 엔진 제어 유닛(20)에 의해 계산된 라인의 분사 제어 부하 신호 및/또는 분사 시간 신호를, 바람직하게는 저항기 및/또는 코일을 통해 열로 변환한다. 따라서, 엔진 제어 유닛(20)은 분사 시간을 갖는 신호가 분사 밸브에 도달하지 않았거나 분사 밸브에 대한 라인이 차단되었다는 것을 인식하지 못한다. 따라서, 엔진 제어 유닛(20)의 에러 메시지 및/또는 오작동이 방지될 수 있다. 바람직하게는, 상기 조치는 특히 엔진 제어 유닛(20)에 의해 계산된 분사 시간에 관한 신호가 애드온 제어 유닛(18)에 의해 기록되거나 처리되지않는 가솔린 엔진에 대해 실현된다. 즉, 애드온 제어 유닛(18)에 의해나 제어 및/또는 조절에 전혀 영향을 받지 않는다.
일 실시예에서, 엔진 제어 유닛(20)에 의해 디젤 엔진 및 가솔린 직접 분사 엔진에 대해 계산된 분사 시간에 관한 신호는 적어도 기록되고 취입 시간 및/또는 분사 시간을 제어하건 조절하기 위해 선택적으로 고려된다. 분사 시간에서 과도하게 벗어난 계산 결과를 검출하기 위한 기준값으로서 사용하는 것이 바람직하며, 이는 예를 들어 애드온 제어 유닛 또는 연결된 모듈 또는 센서의 결함을 나타낼 수 있다.
애드온 제어 유닛(18)의 단자 핀 할당을 검출함으로써, 애드온 제어 유닛(18)은 1가, 2가 또는 3가 연료 공급이 지원되는지 여부, 따라서 1가, 2가 또는 3가 연료 공급이 가능한지 여부를 결정할 수 있다. 이것은 특히 가솔린 또는 디젤 분사 시스템의 특성에 의존할 수 있다.
특히, 애드온 제어 유닛(18)에 저장된 가솔린 및/또는 디젤 부하 특성은 애드온 제어 유닛(18)가 분사 장치(27), 즉 가솔린 분사 밸브 또는 디젤 인젝터를 제어하는 것을 가능하게 한다.
특히, 흡기 매니폴드 압력 센서(43)는 바람직하게는 엔진 부하에 대응하는 값을 반영하는 부하 신호를 발생시킨다.
특히, 레일 압력 센서(44)는 엔진 부하의 측정을 또한 반영하는 압력 신호의 형태로 부하 신호를 발생시킨다.
흡기 매니폴드 압력 센서(43) 및/또는 레일 압력 센서(44)에 의해 측정 및/또는 발생된 부하 신호는 애드온 제어 유닛(18)에 제공한다.
가솔린 엔진에 대한 것을 보여주는 도 2 및 디젤 엔진에 대한 것을 보여 주는 도 3에 나타낸 바와 같이, 가솔린 또는 디젤의 분사 시간과 H2 및 LPG와 같은 액화 가스 연료의 취입 시간은 부하 의존적인 가스 취입 순람표로부터의 부하 신호를 사용하여 결정될 수 있다.
따라서, 부하 의존적인 가스 취입 순람표는 입력 값 특히 부하 신호에 할당될 수 있는, 저장 매체에 저장된 값 또는 출력 값, 특히 가솔린 또는 디젤의 분사 시간 H2 및 LPG와 같은 액화 가스 연료의 취입 시간을 갖는 테이블에 대응한다.
또한 선택적으로, 부하 신호는 저장된 기준 부하 신호값과 비교되고, 바람직하게는 부하 신호값에 맞추어진다. 이러한 방식으로 변경된 부하 신호는 그 다음에 예를 들어, 센서 교정을 위해 흡기 매니폴드 압력 센서(43) 또는 레일 압력 센서(44)로 다시 보내질 수 있다.
분사 장치(27), 즉 가솔린 엔진인 "오토 엔진"을 가솔린 분사 밸브, 또는 디젤 엔진을 위한 디젤 인젝터(27)는 엔진(19)의 일부이다.
특히, 본 발명에 따른 특징과는 별개인 엔진(19)은 액화 가스 연료 및 수소의 연소를 위해 개장된 전형적인 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진이다.
따라서, 가스 취입 밸브(23) 및 분사 장치(27), 즉 가솔린 분사 밸브 또는 디젤 인젝터 모두는 각각의 연료를 엔진(19)의 공통 연소실 내로 도입하기 위해 사용되고 도 1의 도면은 이와 관련하여 단지 개략적으로 도시된 것이다.
아래에서, 엔진(19)의 상이한 작동 모드 및 개별적인 모듈, 즉 람다 오프셋 모듈(28), 안전 모듈(29), H2 모듈(30) 및/또는 가스 혼합물 분석 모듈(7)의 기능이 상세하게 설명된다.
1가 액체 연료 작동, 즉 가솔린 작동 또는 디젤 작동
엔진(19)이 액체 연료 모드에서, 즉 가솔린 모드에서 가솔린을 연소 시키거나 또는 액체 연료 모드에서, 즉 디젤 모드에서 디젤을 연소 시킬 때, 연료는 일반적으로 엔진(19)의 연소실 내로 분사 장치(27)에 의해, 즉 가솔린 분사 밸브 또는 디젤 인젝터에 의해 도입된다. 분사 장치는 또한 엔진 제어 유닛(20)에 의해 통상적인 방식으로 제어된다. 특히, 가솔린 또는 디젤은 도시되지 않은 가솔린 또는 디젤 탱크를 통해 공급된다.
가솔린 또는 디젤 모드가 특히 엔진(19)을 시동할 때 활성화될 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니며, 엔진(19)은 액화 가스 모드, 즉 본 발명을 이용하여 순수한 액화 가스 작동으로 시동될 수도 있다.
가스 탱크(3)는 밸브(31)와 함께 가스 추출 연결부를 가지며, 이에 의해 가스 혼합물의 기체 즉 기상(21)으로부터 가스 라인(32)을 통해 원격 제어식 제2 차단 밸브(33)로 인도될 수 있다.
애드온 제어 유닛(18)이 가스 시동을 위해 프로그래밍 되었을 때, 제1 원격 제어식 공급 밸브(51)는 제어 라인(50)을 통해 작동되지 않지만, 대신에 원격 제어식 제1 차단 밸브(10)가 제어 라인(36)을 통해 작동되고 및/또는 원격 제어식 제2 차단 밸브(33)가 애드온 제어 유닛(18)에 의한 제어 라인(35)을 통해 작동된다. 특히, 가스 시동이 프로그래밍 되었을 때 애드온 제어 유닛은 H2 모듈(30)을 제어한다.
증발기 및/또는 압력 조절기(11)는 이제 원격 제어식 제2 차단 밸브(33) 및/또는 원격 제어식 제1 차단 밸브(10)를 통해 기상(21)으로부터 가스를 수용하고 단지 압력 조절기(11)로서 작동한다.
증발기 또는 압력 조절기(11)가 모터 온수 공급기(34)를 통해 애드온 제어 유닛(18)에 저장된 스위치 온도에 도달하면, 제어 라인(35)은 전원이 차단되고, 원격 제어식 차단 밸브(33)가 폐쇄되고 및/또는 원격 제어식 공급 밸브(51)는 제어 라인(50)을 통해 애드온 제어 유닛(18)에 의해 제어되어 개방된다.
특히, 온수 공급기(34)는 엔진의 냉각수를 안내하는 냉각수 라인에 연결된다.
애드온 제어 유닛(18)이 가스 시동을 위해 프로그래밍 된 것이 아니라 액체 연료 모드에서 액화 가스 모드로 전환하기 위해 예를 들어 35℃의 규정된 스위치 온도를 위해 프로그래밍 된 경우, 증발기 및/또는 압력 조절기(11)에서 설정 수온에 도달할 때까지. 특히 엔진(19)의 냉각수의 수온 센서(37)가 전환 온도보다 높은 수온을 애드온 제어 유닛(18)에 바람직하게는 신호 라인(38)을 통해 전달할 때까지 엔진은 통상적으로 가솔린 또는 디젤로 시동되어 작동되고, 애드온 제어 유닛(18)은 액체 연료 모드로에서 2가 또는 3가 액화 가스 모드로 전환한다.
냉각수는 엔진(19)의 전반적인 냉각을 위한 엔진(19)의 냉각제를 의미한다.
일반적으로 배기 기술에서, 파라미터 기호 람다는 연소 화학량론적 혼합물과 비교하여 공기 대 연료 비율을 나타낸다. 화학양론적 연료비에서는, 이론적으로 연료를 완전히 연소시키는 데 필요한 공기량이 정확히 존재한다. 이를 λ = 1이라 한다. 가솔린의 경우 질량비는 14.7 : 1이며 액화 가스 연료의 경우에는 예를 들어 15.5 : 1이다.
엔진 제어 유닛(20)은 연소의 완전성의 척도인 신호값을 얻기 위해 람다 센서(46) 및/또는 NOx 센서(45)에 연결된다. 이 신호값 또는 신호값들에 따라, 가솔린 또는 디젤 분사 시간, 즉 가솔린 또는 디젤에 대한 분사 밸브를 개방하는 기간은 엔진 제어 유닛(20)의 저장 매체에 일반적으로 저장되는 하나 이상의 가솔린 또는 디젤 순람표에 의해 엔진 제어 유닛(20)에서 일반적으로 결정된다.
더욱 많은 연료가 이용가능하다면 이것은 소위 농후 혼합물(λ < 1)이고, 과잉 공기는 희박 혼합물(λ > 1)이다. 람다 윈도우(가솔린에 대해, 람다 = 0.97 - 1.03)는 촉매 컨버터가 최대 클리닝 성능을 달성하는 이상적인 영역이다. 람다 제어는 일반적으로 람다 센서를 통해 실제 람다 값을 검출하고 목표 값이 설정되도록 연료 또는 공기량을 변경한다. 이는 재측정없이 연료 계량이 충분히 정확하지 않기 때문에 필요하다.
상이한 질량비에 기초하여 위에서 설명한 바와 같이, 결정되고 송신된 신호값은 액체 연료 모드 및 예를 들어 LPG 및/또는 수소를 사용하는 2가 또는 3가 연료 모드 또는 액화 가스 모드에서 비교적 완전 연소 공정에 대해 상이하다. 따라서, 2가 또는 3가 연료 모드로 전환한 후, 람다 센서(46) 및/또는 NOx 센서(45)의 신호값은 신호값 보정없이 연소의 완전성에 대한 실제 조건에 더이상 대응하지 않는다.
따라서, 액체 연료 모드에서 2가 또는 3가 연료 모드로 전환한 후에, 상응하는 신호값 보정을 하지 않은 신호값은 엔진 제어 유닛(20)이 가솔린 또는 디젤 순람표에서 람다 비를 정확하게 계산하는데, 환언하면 효율적인 연소를 위한 적절한 람다 제어를 수행하는데 더이상 적합하지 않을 것이다.
그럼에도 불구하고, 액체 연료 모드에서 2가 또는 3가 연료 모드로 전환한 후에도 엔진 제어 유닛(20)에 의한 적절한 람다 제어를 가능하게 하고, 따라서 엔진 제어 유닛(20)으로부터 부정확한 에러 메시지를 방지하기 위해, 람다 오프셋 조정이라고도 하는 그러한 신호값 보정을 실행하기 위한 람다 오프셋 모듈(28)이 특별히 제공된다. 람다 오프셋 모듈(28)의 기능 및 작동은 이하에서 또한 설명된다.
2가 또는 3가 연료 모드 또는 액화 가스 모드
순수한 1가 액체 연료 모드, 즉 가솔린 모드 또는 디젤 모드 이외에, 2가 또는 3가 연료 모드는 가스 혼합물(21) 및 H2 전지(38)로부터 공급되는 수소를 연소를 위해 엔진(19)의 공기 흡입 덕트로 공급한다. 공급은 엔진(19)의 가스 시동이 완료된 후에 액화 가스 라인(6) 및/또는 멀티 밸브(4)를 통해 실행된다. 가스 혼합물의 가스 전도도 센서(8), 가스 혼합물 분석 모듈(7)의 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서, 및/또는 증발기 및/또는 압력 조절기(11)는 액상(2)의 가스 혼합물과 직접 접촉하게 된다. 특히, 액상(2)의 가스 혼합물은 저압 가요성 라인(14), 원심 필터(15), 제1 분배기(16) 및/또는 가스 취입 밸브(17)를 통해 엔진에 도달한다.
특히, 수소는 H2 취입 노즐(40)을 통해 공급된다.
특히, 액체 가스 혼합물(2)은 증발기 또는 압력 조절기(11)에 유입되어 그곳에서 가스 상태로 변환된다.
특히 엔진(19)의 콜드 스타트의 경우, 가스 혼합물은 가스 라인(6)을 통해 배타적으로 또는 추가적으로 액상(2)으로 및/또는 가스 라인(32)을 통해 기상(21)으로, 증발기 및/또는 압력 조절기(11)에 공급될 수 있다.
특히, 전술한 바와 같이 기상의 가스 혼합물(21)이 공급되고 및/또는 가스가 저압 가요성 라인(14)에서 가스 취입 밸브(17)로 전달될 경우, 증발기 및/또는 압력 조절기(11)는 단지 압력 조절기로서 기능한다.
가스 혼합물(2)의 가스 취입은 항상 가스 취입 밸브(17)를 통해 실행되고, 및/또는 H2 취입은 엔진의 흡기 덕트로 H2 취입 노즐(40)을 통해 실행된다. 특히, 기상으로 연소실에 공급하는 것은 흡기 덕트(도 1에 도시되지 않음)를 통해서만 특히 독점적으로 실행된다.
현재, 2가 또는 3가 가스 연소 작동뿐만 아니라 가솔린 또는 디젤 작동에서, 각각의 연료의 공급은 람다 센서 또는 NOx 센서의 신호에 따라서만 조정될 것이다. 이것은 람다 오프셋 모듈(28), 가스 혼합물 분석 모듈(7), H2 모듈(30) 및/또는 안전 모듈(29)이 작동하게 되는 경우이며, 그 기능은 아래에서 설명된다.
가스 혼합물 분석 모듈(7)
가스 혼합물 분석 모듈(7)은 변화하는 가스 혼합물 구성은 기본적으로 연소 공정에 영향을 주기 때문에 특히 작동 중에 개별적인 가스 성분의 조성 또는 비율의 변화를 고려하여 가스 혼합물(2, 21)의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 결정하는데 사용된다.
따라서, 가스 혼합물 분석 모듈(7)은 애드온 제어 유닛(18)이 액화 가스 연료, H2에 대한 최적 가스 취입 시간 및/또는 액체 연료에 대한 최적 분사 시간을 제공할 수 있도록 현재의 조성에서 가스 혼합물(2, 21)의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 제공한다.
특히, 가스 혼합물 분석 모듈(7)은 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)에 연결된다.
특히, 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)는 액화 가스 라인(6)에 배치된다. 바람직하게는, 항상 가스 혼합물(2, 21)은 작동 중에 특히 가스 시동을 제외한 액화 가스 모드에서 액상(2)으로, 또는 특히 정상적인 액체 가스 작동으로 전환될 때까지의 가스 시동 중에 기상(21)으로 존재한다.
따라서, 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)는 항상 액상(2) 또는 기상(21)의 가스 혼합물을 측정한다. 즉, 기본적으로 액상(2) 및 기상(21)을 동시에 측정하지 않는다.
특히, 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)의 측정 데이터를 처리함으로써, 가스 혼합물(2, 21)의 가스 부분이 결정될 수 있다. 특히, 이들 가스 성분은 프로펜, 프로파디엔, 이소 부탄, n-부탄, 1-부텐, 이소-부텐, 시스-2-부텐, 트랜스-2-부텐, 1,2-부타티엔, 1,3-부타디엔, 메탄, 에탄, 에텐, 네오-+이소-펜탄, n-페탄, 펜텐, 올레핀 및/또는 C5-올레핀을 포함한다.
가스 전도도 센서(8)는 특히 이온화 측정을 수행하도록 구성된다.
일 실시예에서, 가스 전도도 센서(8)는 바람직하게는 측정 전류의 도움을 받아 특히 양극와 음극 사이의 일정한 전압에서, 가스 전도도 센서(8)가 가스 전도도 또는 가스 혼합물(2, 21)의 전기 전도도를 각각 측정하도록 설계된다. 측정되는 전류는 전기 전도도의 척도이고 및/또는 측정 신호를 나타낸다.
측정되는 전류는 온도에 의해 영향을 받기 때문에, 측정되는 전류를 온도 센서(1)의 측정 온도와 함께 처리함으로써 온도에 무관한 특히 온도 정규화된 전도도 값을 얻기 위하여 온도 영향이 결정되고 및/또는 취득되고, 보상되거나 정규화될 수 있다.
가스 혼합물(2, 21)의 실제 밀도는 또한 측정되는 전류에 영향을 미칠 수 있다.
바람직하게는, 현재의 가스 혼합물(2, 21)의 밀도는 특히 온도 센서(1)에 의한 측정 온도 및 특히 압력 센서(9)에 의한 측정 압력에 기초하여 결정된다.
측정되는 전류를 결정된 밀도와 함께 처리함으로써, 밀도에 무관한 특히 밀도 정규화된 전도도 값을 얻기 위하여 밀도 영향이 결정되고 및/또는 취득되고, 보상되거나 정규화될 수 있다.
유리한 일 실시예에서, 가스 전도도 센서(8)의 측정 신호의 온도 정규화 및 밀도 정규화는 정규화된 발열량(HS) 및/또는 정규화된 가스 혼합물 특성값을 결정하기 위해 조합될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 방식으로 결정된 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값은 가스 취입 시간, 대안적으로 또는 선택적으로 가스 취입량을 결정할 때 고려되도록 애드온 제어 유닛(18)에 전달된다.
대안으로, 측정되는 전류를 압력 센서(9)의 측정된 압력과 함께 처리함으로써, 압력과 무관한 특히 특히 압력 정규화된 전도도 값을 얻기 위해 압력 영향이 결정되고 및/또는 취득되고, 보상되거나 정규화될 수 있다.
특히, 가스 전도도 센서(8)의 측정 신호의 온도 정규화, 밀도 정규화 및/또는 압력 정규화는 온도 정규화된, 밀도 정규화된 및/또는 압력 정규화된 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 결정하기 위해 조합될 수 있고, 그 다음에 가스 취입 시간, 대안적으로 또는 선택적으로 가스 취입량을 결정하기 위해 장치 또는 애드온 제어 유닛(18)에 전송될 수 있다.
바람직하게는, 가스 혼합물 분석 모듈(7)에 특히 다차원 가스 혼합물 분석 순람표가 저장되는데, 이는 가스 전도도 센서(8)의 측정 신호, 가스 혼합물(2, 21)의 결정된 밀도 및/또는 온도 센서(1)의 온도 신호에 기초하여 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값의 할당을 가능하게 한다.
바람직하게는, 액화 가스 연료의 전형적인 가스 성분의 특성이 특별히 다차원 가스 혼합물 분석 순람표에 고려되므로, 출력되는 발열량(HS) 및/또는 출력되는 가스 혼합물 특성값은 현재의 혼합 가스의 가스 조성을 고려한다.
바람직하게는, 특별히 다차원 가스 혼합물 분석 순람표에 저장된 데이터는 하나 이상의 일련의 측정에 의해 결정되었고 및/또는 바람직하게는 측정된 전기 전도도를 규정된 온도 및 규정된 밀도, 대안적으로 또는 선택적으로 또한 규정된 압력과 관련하여 정규화한 후에 가스 혼합물(2, 21)의 전기 전도도에 기초하여 개별적인 가스 성분의 상이한 혼합비와 무관하게 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 할당한다.
대안으로, 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값은 다차원 방정식 시스템을 해결하는 알고리즘에 의해 할당될 수 있다. 이와 같은 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값의 분석 결정은 주파수에서의 푸리에 분석과 유사하다. 밀도, 온도 및/또는 전도도는 모든 가스 성분의 특성을 함께 반영하기 때문에, 즉 개개의 가스 성분에 대한 합 또는 적분을 함께 반영하기 때문에, 각각의 가스 성분은 상이한 밀도, 온도 및/또는 전도도를 갖는다.
가스 전도도, 즉 전기 전도도를 측정 할 때, 특히 기상의 가스 혼합물(21)에서 양이온 및/또는 음이온은 전류의 전도에 기여한다.
일 실시예에서, 가스 전도도 센서(8)는 가스 혼합물(2, 21)의 전도도를 측정하기 위해 양극 및 음극을 갖는다. 이러한 가스 전도도 센서(8)는 매우 적은 제조 노력으로 제공될 수 있다.
이온화 측정 또는 가스 전도도 센서(8) 및 온도 센서(1)는 특히 가스 혼합물(2, 21)의 가스 밀도, 열전도도 및/또는 유효 저항을 결정하는데 사용될 수 있다. 전도도 센서(8) 및 온도 센서(1)의 측정 데이터는 특히 콤비네이션 센서를 갖는 실시예에서 최소 0.5 V 및/또는 최대 4.5 V의 특히 아날로그 전압 신호로서 가스 혼합물 분석 모듈(7)에 전달된다. 특히, 이것은 그곳에서 디지털 8 비트 신호로 변환된다. 대안적으로, 가스 전도도 센서(8)는 또한 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있고 및/또는 디지털 신호를 제공할 수 있다.
가스 혼합물 분석 모듈(7)은 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)의 측정 신호에 기초하여 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 결정한다.
특히, 발열량(HS) 및/또는 혼합 가스 특성값은 바람직하게는 신호/제어 라인(24) 또는 무선 송신 수단을 통해 애드온 제어 유닛(18)에 또한 전송된다.
특히, 가스 혼합물 조절 순람표(도 4)가 애드온 제어 유닛(18)에 저장되는데, 이것은 입력 파라미터로서 발열량(HS)에 기초하여 바람직하게는 단위로서 백분율로, 출력 파라미터로서 가스 혼합물 조정 인자를 결정할 수 있게 한다. 대안적으로, 가스 혼합물 조절 순람표는 입력 파라미터로서 가스 혼합물 특성값에 기초하여 가스 혼합물 조정 인자를 출력할 수 있다.
특히, 가스 혼합물 조정 인자는 특히 액화 가스 연료에 대해 전술한 방식으로 결정된 취입 시간과 함께 사용된다. 바람직하게는, 도 5에 도시된 바와 같이 가스 혼합물(2, 21)의 조성에 맞추어지는 최적 취입 시간을 얻기 위하여, 가스 취입 순람표는 가스 혼합물 조정 인자에 의해, 즉 농후 또는 희박을 향해 이동된다.
특히, 압력 센서(9)는 액화 가스 라인(6)의 압력을 측정하는데 사용되며, 액화 가스 라인에서 가스 혼합물은 기본적으로 액상(2) 또는 기상(21)으로 존재할 수 있다. 상기 압력은 액화 가스 라인(6)에 존재하는 것이며 가스 혼합물 또는 가스 혼합물 내의 가스 성분의 유동 밀도 및/또는 가스 밀도를 계산 및/또는 보상하기 위해 필요하다.
따라서, 액화 가스 라인(6) 내의 가스 혼합물(2)에 대한 정보와 함께 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)로부터의 측정 값은 가스 혼합물 분석 모듈(7)로 전송된다. 이들 센서 데이터로부터, 가스 혼합물 분석 모듈(7)은 가스 혼합물 조절 순람표를 통해 가스 취입 시간을 최적화하기 위한 가스 혼합물 조정 인자를 백분율로 결정하기 위하여 신호 또는 제어 라인(24)을 통해 애드온 제어 유닛(18)에 바람젝하게는 아날로그 또는 디지털로 제공되는 가변 전압 파라미터, 즉 전압 신호로서 전술한 바와 같은 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 결정한다. 이러한 방식으로, 가스 취입 시간은 가스 혼합물(2, 21)의 현재의 가스 혼합물 조성 또는 혼합비에 기초하여 제어된다.
가스 전도도 센서(8) 및 온도 센서(1)는 이온화에 의해 프로펜, 프로파디엔, 이소 부탄, n-부탄, 1-부텐, 이소-부텐, 시스-2-부텐, 트랜스-2-부텐, 1,2-부타티엔, 1,3-부타디엔, 메탄, 에탄, 에텐, 네오-+이소-펜탄, n-페탄, 펜텐, 올레핀 및/또는 C5-올레핀으로 구성된 기상(21) 또는 가스 혼합물(2)의 밀도, 열전도도 및 유효 저항을 측정한다
특히, 가스 혼합물 분석 모듈(7)은 가스 혼합물 분석 모듈(7)의 측정 값에 기초하여 현재의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값 및/또는, 선택적으로 액상(2) 및/또는 기상(21)에서 가스 혼합물의 가스 또는 가스 성분의 현재의 혼합비, 즉 가스 혼합물 조성을 결정할 수 있도록 하드웨어 및 소프트웨어에 관련하여 설치된다.
가스 혼합물(2, 21)의 결정된 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값은 아날로그 또는 디지털 방식으로 전기 라인(24)을 통해 애드온 제어 유닛(18)에 전송될 수 있다.
특히, 가스 혼합물 조절 순람표는 애드온 제어 유닛(18)에 저장되며, 여기에서 가스 혼합물 조절 인자가 바람직하게는 특히 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값에 의존하는 2가 가스 취입량에 대한 백분율 값으로 할당된다.
가스 혼합물 조절 순람표의 정확한 구조와 조절 방법은 아래에서 설명된다.
가스 혼합물(2, 21)의 결정된 현재 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값 및 결과적인 가스 혼합물 조절 인자에 의존하여, 결정된 최적화된 특히 2가 LPG 가스 취입량이 가스 취입 밸브(17)를 통해서, H2 취입 노즐(40)을 통한 H2 취입과 평행으로 엔진의 흡기 덕트로 제공되고, 흡기 덕트는 현재의 가스 혼합물 구성을 고려하면서 가능한 한 완전한 연소를 위해 연소를 조절하는 적절한 연소를 보장하도록 2가 또는 3가의 연료 혼합물을 흡입한다.
규정된 시간 간격으로 조절
바람직하게는, 가스 혼합물 분석 모듈(7)은 가스 혼합물(2, 21)의 현재의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값의 결정이 규정된 시간 간격으로 반복되도록 설계된다.
바람직하게는, 프로그래밍된 가스 시동의 경우, 가스 혼합물 분석 모듈(7)은 가능한 한 신속하게 2가 또는 3가 가스 분사를 조절할 수 있도록 하기 위해 엔진(19)이 시동될 때 가스 조성을 영구적으로 결정하고 및/또는 애드온 제어 유닛에 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값을 연속적으로 전송한다. 특히, 수온 센서(37)에 의해 측정되는 엔진(19)의 냉각수의 저장된 온수 온도에 도달할 때까지, 바람직하게는 이러한 영구적인 측정 및/또는 연속적인 전송이 활성화된다. 엔진(19)이 작동 할 때, 특정 수온에 일단 도달하면, 측정은 시간 간격으로 단순히 여러 번 실행된다.
특히, 측정 시간 간격은 30 초, 즉 30 초마다 현재 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성이 현재의 측정에 기초하여 제공된다. 이러한 반복 측정 및 가스 혼합물 조절 순람표를 통한 대응하는 제어는 다음에 또한 설명되는 바와 같이 다양한 이점을 가져온다.
가스 혼합물(2, 21)의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성이 결정되고 애드온 제어 유닛(18)의 가스 혼합물 조절 순람표가 가스 혼합물(2, 21)의 발열량(HS) 및/또는 가스 혼합물 특성값에 의존적이라는 사실 덕분에, 적절한 가스 연소 과정이 특히 2가 가스 연소 작동의 초기에, 선택적으로 또한 가스 탱크에 연료를 재충전한 후에, 가스 혼합물(2, 21)과 무관하게 엔진(19)에서 일어나는 것을 보장한다.
작동 중에 반복적으로 수행되는 측정 및 조절 덕분에, 예를 들어 바람, 양지에 차량을 주차, 차고에 차량을 주차 및/또는 영하의 온도에서의 후속하는 작동 등에 의해 야기되는 것과 같은 온도 변동이 추가로 고려된다. 가스 혼합물의 온도는 가스 혼합물이 적절하게 연소되는 것을 보장하기 위해 변경된다. 재충전된 가스 혼합물의 밀도의 변화를 일으키는 액화 가스 라인(6)에서 액상 또는 기상, 특히 액상(2)에서의 온도 차이는 가스 전도도 센서(8), 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)의 신호와 함께 가스 혼합물 분석 모듈(7)로 전송되고, 바람직하게는 신호 또는 제어 라인(24)을 통해 애드온 제어 유닛(18)으로 전송되고 및/또는 완전 연소를 목표로 가스 혼합물 조절 순람표에 의해 고려된다.
다른 중요한 이점은 2가 또는 3가 가스 연소 모드에서 또한 영구적으로 계속 작동하는 엔진 제어 유닛(20)이 그곳에 저장된 가솔린 또는 디젤 순람표를 의도하지 않게 조정하지 않는다는 것인데, 그 이유는 예를 들어, 액화 가스 연료 연소로부터의 람다 값이 가솔린 또는 디젤 연소로부터의 람다 값으로 간주되기 때문이다.
H2 모듈(30)
바람직하게는 H2 모듈(30)은 엔진을 시동할 때 액체 연료 모드에서 애드온 제어 유닛(18)에 의해 제어 또는 신호 라인(52)을 통해서 또는 무선 전송 매체를 통해서 활성화된다. 애드온 제어 유닛(18)은 바람직하게는 제어 또는 신호 라인(52)을 통해서 H2 모듈에 전송되는 부하 값에 기초하여 수소의 양을 결정할 수 있는 가스량 순람표 맵을 갖는다. 특히, 이 수소량에 기초하여, H2 모듈(30)은 H2 전지에 의해 이 수소 양의 방출을 개시한다.
특히, 수소 용적은 H2 취입 노즐(40)을 통해 엔진(19)의 흡기 덕트 내로 연속적으로 취입되고 및/또는 흡기관을 통한 엔진(19)에 의해 연소를 위한 연소실에 공급되는 압력으로 흡입된다.
수소는 한편으로는 연료로 사용되며 다른 한편으로는 유해 배출물을 감소시키는 역할을 한다. 수소는 특히 낮은 오염 물질 발생으로 오염 물질이 거의 없거나 최소로 연소될 수 있기 때문이다. 2가 또는 3가 연료 모드에서 수소의 비율이 높을수록, 2개 또는 3개의 다른 연료의 동시 연소에 의해 생성되는 오염 물질의 총량이 낮아진다.
가스량 순람표는 애드온 제어 유닛(18)에, 특히 저장 매체에 저장된다. 수소 양은 아날로그 또는 디지털 신호의 형태로 H2 모듈로 항상 전송된다.
부하값 이외에, 가스량 순람표는 바람직하게는 입력 파라미터로서 엔진의 속도를 또한 갖고 있다. 특히, 이들 입력 파라미터는 바람직하게는 H2 모듈에 전달되는 수소 양을 통해 H2 모듈에 의한 전류 제어를 트리거하는데, 이는 H2 전지(38)에 위치한 H2 겔 또는 물을 전기 분해에 의해 수소 및 산소로 분리한다. 바람직하게는, 달성되는 최대 효율은 대략 75% 수소 함량이다. 특히 H2 취입 노즐(40)을 통한 수소 가스의 연속적인 공급 또는 수소 취입은 전류 제어에 의해 규정된다.
바람직하게는, H2 모듈(30)은 노킹 센서(39)와 연결된다. 노킹 센서(39)는 선택적으로 노킹 노이즈의 검출을 위한 음향 센서이며, 노킹 노이즈는 일반적으로 실제 불꽃 전방 외에 공기-연료 혼합물의 제어되지 않은 자기 점화에 의해 야기된다. 바람직하게는, 노킹 센서(39)는 2가 또는 3가 성층 연소 과정을 영구적으로 또는 연속적으로 모니터링 한다. 노킹 연소가 노킹 센서(39)에 의해 검출되어 H2 모듈(30)에 보고되면, 노킹 신호는 특히 신호/제어 라인(52)을 통해 H2 모듈(30)로부터 애드온 제어 유닛으로 전송된다. 노킹 신호는 항상 H2 모듈 및/또는 애드온 제어 유닛(18)에 아날로그 또는 디지털 신호의 형태로 전송된다.
바람직하게는 노킹 신호는 가스량 순람표의 입력 파라미터로서의 역할을 한다. 특히, 가스량 순람표는 수소량 또는 수소 생성을 위한 전류 제어가 바람직하게는 노킹 없는 연소가 달성될 때까지 단계적으로 및/또는 백분율로 감소되도록 구성된다.
바람직하게는, 가스량 순람표는 20 회의 노킹 없는 연소 후에, 노킹 신호를 고려하지 않는 수소량에 다시 도달 할 때까지 수소량 또는 수소 생성을 위한 전류 제어가 바람직하게는 단계적으로 및/또는 백분율로 증가되도록 설계된다.
바람직하게는, 애드온 제어 유닛(18)은 애드온 제어 유닛(18)이 재조정한 구동 사이클 동안에 노킹 연소 과정을 검출할 때 애드온 제어 유닛(18)이 엔진의 다음 재시동까지 단계마다 가스량 순람표를 조정하여 변경하도록 구성된다. 바람직하게는, 엔진을 재시동 한 후에, 애드온 제어 유닛(18)에서의 제어 특성 곡선 또는 가스량 순람표로부터의 수소량은 특히 가스량 순람표에 제어 특성 곡선을 재위치하기 위해 노킹 한계까지, 특히 비율로서 단계마다 다시 접근된다.
도 1에서, H2 전지에 각각의 H2 겔 또는 물을 보관하거나 저장하는 탱크를 도입하는 것은 단지 개략적으로 도시되어 있다.
람다 오프셋 모듈(28)
바람직하게는, 람다 오프셋 모듈(28)은 특히 다음과 같은 배기 가스 측정 프로브, 즉 이산화지르코늄 측정 프로브, 이산화티타늄 측정 프로브, 람다 센서(46)로서의 평면 측정 프로브, 네스트 측정 프로브, 람다 센서로서의 LSU 측정 프로브 46), 펌프 프로브 및/또는 NOx 센서(45)를 위한 전기 연결부를 포함한다.
특히, 전압 및/또는 전류 순람표는 대응하는 배기 가스 프로브를 검출하고 측정값을 기록하기 위해 람다 오프셋 모듈(28)에 저장된다.
람다 센서(46)로서의 이산화지르코늄 배기 프로브는 전압 방출 측정 프로브이다. 바람직하게는, 람다 센서(46), 특히 이산화지르코늄 배기 프로브 및/또는 NOx 센서(45)는 특히 최소 500℃ 및/또는 최대 800℃, 바람직하게는 약 650℃의 작동 온도 범위 또는 작동 온도에서 최소 -100mV(농후 배기 가스) 및/또는 최대 900mV(희박 배기 가스)의 작동 범위를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 이산화지르코늄 배기 프로브(46)는 최소 -100mV(희박 배기 가스) 및/또는 최대 900mV(농후 배기 가스)의 반전된 범위에서 작동하도록 비소로 도핑된다. 바람직하게는, 5000mV +/- 10mV의 전압이 엔진 제어 유닛(20)에 의해, 특히 가솔린 모드에서 이산화지르코늄 배기 프로브(46)의 람다 센서 라인에 인가되므로, 이산화지르코늄 배기 프로브는 최소 4500mV(농후 배기 가스) 및/또는 최대 5500mV(희박 배기 가스)의 제어 범위에서, 또는 최소 4500mV(희박 배기 가스) 및/또는 최대 5500mV(농후 배기 가스)의 반전된 제어 범위에서 람다 프로브(46)로서 작동한다. 이러한 전압값 변화는 규정된 농후 또는 희박 배기 가스 혼합물을 표시하고, 특히 다른 조절 변수에 추가하여 분사될 연료의 양을 조절하기 위해 엔진 제어 유닛(20)에 의해 사용된다.
람다 센서(46)로서의 이산화티타늄 배기 프로브는 바람직하게는 저항 측정 프로브이다. 엔진 제어 유닛(20)은 특히 5000mV +/- 10mV의 전압을 인가하고 및/또는 최소 약 650℃의 작동 온도 범위/작동 온도에서, 이산화티타늄 배기 프로브(46)는 최소 4500mV(농후 배기 가스) 및/또는 최대 5500mV(희박 배기 가스)의 제어 범위에서, 또는 최소 4500mV(희박 배기 가스) 및/또는 최대 5500mV(농후 배기 가스)의 반전된 제어 범위에서 작동한다. 이러한 전압값 변화는 규정된 농후 또는 희박 배기 가스 혼합물을 표시하고, 분사될 연료의 양을 조절하기 위해 엔진 제어 유닛(20)에 의해 사용된다.
람다 프로브(46)로서의 평면 배기 가스 프로브는 측정 전지 및/또는 펌프 전지를 구비한 전류 프로브이다. 작동 온도 범위/작동 온도는 특히 500℃ 내지 800℃, 바람직하게는 약 650℃이며, 전지 보상 전압의 목표값은 바람직하게는 400 내지 500mV, 바람직하게는 450mV이다. 측정 전지의 전압이 이 값에서 벗어나는 경우, 펌프 전지는 목표값에 다시 도달할 때까지 보상을 부여한다. 특히, 이러한 보상은 최소 -3.5mA(농후 배기 가스) 및/또는 최대 3.5mA(희박 배기 가스)일 수 있는 전류 흐름을 초래한다. 이러한 전류 값의 변화는 규정된 리치 또는 희박 배기 가스 혼합물을 표시하고, 및/또는 분사될 연료의 양을 조절하기 위해 엔진 제어 유닛(20)에 의해 사용된다.
람다 프로브(46)로서의 네스트 배기 프로브는 광대역 프로브로도 불리우며 및/또는 규정된 내부 저항을 갖는 전류 프로브이고, 이산화지르코늄, 바람직하게는 산화 지르코늄이 특히 측정 전지 맞은편의 펌프 전지를 위한 멤브레인으로 사용된다. 보통, 네른스트 전압은 일정하게, 바람직하게는 최소 2400mV(농후 배기 가스) 및 최대 3200mV(희박 배기 가스)로 조정된다. 이는 기본적으로 최소 0μA(농후 연료 가스) 및/또는 최대 100μA(희박 연료 가스)의 펌프 전류에 해당한다. 이 전류 값의 변화는 규정된 농후 또는 희박 배기 가스 혼합물을 신호하고 분사될 연료의 양을 조절하기 위해 초기 전압을 참조하여 엔진 제어 유닛(20)에 의해 사용된다.
NOx 프로브(45)로서의 LSU 배기 프로브는 또한 광대역 프로브라고 불리지 만, 특히 평면 ZrO2 투셀 경계 전류 프로브이다. LSU 배기 프로브는 두 개의 전지 및/또는 네른스트 타입의 전위차 산소 농도 전지 및/또는 전류 산소 펌프 전지를 포함한다. 배기 가스의 성분들은 확산 채널을 통해 펌프 및 네른스트 전지의 전극으로 확산될 수 있고, 여기에서 이들은 열역학적 평형을 이룬다. 제어 전자 장치는 농도 전지의 네른스트 전압 UN을 기록하고 및/또는 펌프 전지에 가변 펌프 전압 UP을 공급한다. UN 값이 특히 약 450mV의 목표값보다 낮으면. 배기 가스는 희박 배기 가스이며 펌프 전지에는 산소가 덕트 밖으로 펌핑되도록 하는 전류가 공급된다. 한편, 농후 배기 가스의 경우, UN 값은 목표 값보다 크고 전류 방향은 전지가 산소를 덕트로 펌핑하도록 반전된다. 이러한 전류값 변화는 바람직하게는 최소 -3.5mA(농후 배기 가스) 및/또는 최대 4.5mA(희박 배기 가스)의 람다 필드 제어를 위해 엔진 제어 유닛(20)에서 사용된다. LSU 배기 프로브는 0.65(농후 배기 가스) 내지 10(희박 배기 가스/공기)의 람다 측정 범위를 커버 할 수 있으므로 디젤 배기 가스 측정에 특히 적합하다.
NOx 측정 프로브(45)는 일반적으로 자동차에 제공되어 볼 수 있는 바와 같이, 본질적으로 광대역 프로브와 유사하다. 제1 전지(펌프 전지)에서, 여전히 존재하는 산소 원자는 이온화되어 세라믹에 의해 펌핑된다. 제2 전지에서, 질소 산화물은 촉매 활성 물질을 사용하여 동일한 배기 가스 스트림에서 분해되고 산소 함량(분압)이 측정된다. 이제 존재하는 산소는 질소 산화물을 분해함으로써 생성되었다. 따라서 질소 산화물은 추적될 수 있다. 전류 값의 변화는 엔진 제어 유닛(20)에 전달되며 연소된 연료가 너무 농후한지 또는 희박한지의 여부 및/또는 배기 가스에 존재하는 질소 산화물 함량을 결정하기 위해 평가된다.
특히 LPG 및/또는 수소를 사용하는 2가 또는 3가 액화 가스 모드에서, NOx 센서(45) 및/또는 람다 센서(46)는 제어 모드 및/또는 가솔린 또는 디젤 연료의 비율에 따라 측정 값을 람다 오프셋 모듈(28)에 보내는데, 상기 측정 값은 액체 연료 및 액화 가스 연료의 상이한 화학적 성질로 인해 실제 람다 비율 및/또는 질소 산화물 비율과 적절하게 연관된 것이 아니다. 따라서, 전술한 바와 같이, 얻어진 측정 데이터는 가솔린 또는 디젤 순람표에서 람다 비율 또는 질소 산화물 비율을 정확하게 처리 또는 계산 및/또는 적절한 람다 제어를 수행하기 위해 엔진 제어 유닛(20)에 적합한 것이 아니다.
특히 엔진 제어 유닛(20)과 NOx 센서(45) 및/또는 람다 센서(46) 사이에 배열되는 바람직하게 통합된 람다 오프셋 모듈(28)은 NOx 센서(45) 및/또는 람다 센서(46)의 측정 신호가 예를 들어 LPG, 수소 및/또는 가솔린 또는 디젤에 기초한 2가 또는 3가 연료 모드에서 람다 오프셋 모듈(28)로 직접 전달되는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에서, 람다 오프셋 모듈(28)은 특히 엔진 제어 유닛(20)에 대한 연결과 평행하게, 애드온 제어 유닛(18)에 직접 연결된다.
람다 오프셋 모듈(28)에서는 2가 또는 3가 연료 모드에서 변경된 조건들에 대해 람다 센서(46) 및/또는 NOx 센서(45)로부터 송신된 측정 신호들의 람다 오프셋 조정을 위한 신호값 보정이 특히 경험적으로, 즉 경험적 기준치 또는 곡선을 사용하여 처리함으로써, 및/또는 람다/NOx 오프셋 순람표를 통해 브레트슈나이더 공식(Brettschneider formula)과 관련하여 거짓 대수 준동형성(Lie-dlgebral-homomorphism)에 의해 실행된다.
일 실시예에서, 람다 센서(46) 및/또는 NOx 센서(45)로부터 전송된 측정 신호의 람다 오프셋 조정을 위한 신호값 보정은, 특히 람다 오프셋 모듈(28)의 오프셋 순람표에 의해 실행된다.
NOx 센서(45) 및/또는 람다 센서(46)로부터 전송된 측정 신호는 특히 람다 오프셋 모듈(28)에 직접적으로 신호값 보정을 위해 데이터 라인(48)을 통해 애드온 제어 유닛(18)에 전송된다. 바람직하게는, 측정 값은 람다 오프셋 모듈(28)에 의한 람다 오프셋 조정을 위한 신호값 보정 이후에, 바람직하게는 신호 라인(49)을 통해 병렬로 및/또는 동시에 엔진 제어 유닛(20)에 전달된다. 엔진 제어 유닛(20)은 2가 또는 3가 연료 모드에서도 람다 오프셋 모듈(28)의 보정된 측정 값에 기초하여 액체 연료의 분사 시간을 신뢰성있게 제어할 수 있다.
특히, 엔진(19)에 액체 연료를 분사하기 위한 분사 밸브를 작동시키기 위한 엔진 제어 유닛(20)으로부터의 신호 라인은 분사 밸브에 직접적으로 연결되는 것이 아니라 애드온 제어 유닛(18)을 통해 간접적으로 연결된다. 애드온 제어 유닛(18)이 이를 차단하는 경우, 액화 가스 작동에서 엔진 제어 유닛(20)이 개폐를 위해 분사 밸브를 제어할 수 없는 것을 보장한다. 따라서, 엔진 제어 유닛(20)에 의한 액화 가스 모드 작동의 오작동을 방지할 수 있다.
이러한 이중 트랙 제어 절차를 통해, 엔진 제어 유닛(20)은 2가 또는 3가 액화 가스 모드에 대한 람다 센서(46) 및/또는 NOx 센서(45)의 측정 신호에 기초하여 정확하게 보정된 측정 값을 항상 수신한다. 그러므로, 엔진 제어 유닛(20)은 오도 된 가솔린 또는 디젤 순람표를 생성하지 않는다.
안전 모듈(29)
안전 모듈(29)은 과도하게 높은 연소 온도로부터 엔진(19)을 보호하는 역할을 한다. 특히, 안전 모듈(29)은 노킹 센서(41) 및/또는 배기 가스 온도 측정 프로브(42)에 연결된다. 액화 가스 연료, 특히 LPG 및 수소의 2가 모드, 또는 추가적인 가솔린 또는 디젤의 3가 연료 모드를 통하여, 엔진(19)의 전부하 작동에서 최대 약 3100℃의 층류 또는 난류 화염 온도가 달성될 수 있다. 짧은 시간 동안, 엔진 구성요소는 이러한 온도 증가 또는 고온을 견딜 수 있다. 그러나, 엔진 구성요소가 장기간 동안 이러한 과도하게 높은 온도에 노출되는 경우, 엔진 구성요소 및/또는 엔진 오일과 같은 작동 유체의 과열로 인해 엔진 손상이 야기된다. 연소로 인한 과도한 고온 또는 엔진의 과열을 방지하기 위하여, 배기 가스 유동에서의 배기 가스 온도가 바람직하게는 액화 가스 작동에서 배기 가스 온도 프로브(42)에 의해, 특히 연속적으로 측정된다. 과도하게 높은 온도에 대한 한계를 나타내는 문턱 온도가 초과되면, 안전 모듈(29)은 문턱 온도에 도달했음을 검출하고 애드온 제어 유닛(20)에 경고 신호를 전송한다.
특히, 가솔린 엔진의 문턱 온도는 최소 800℃ 및/또는 최대 1100℃, 바람직하게는 약 1100℃이며, 이 온도는 일반적으로 전부하에서의 배기 가스 온도에 해당한다.
특히, 디젤 엔진의 문턱 온도는 최소 600℃ 및/또는 최대 800℃, 바람직하게는 약 600℃이며, 이 온도는 일반적으로 전부하에서의 배기 가스 온도에 해당한다.
상기 문턱 값의 상한은 엔진 손상을 방지하기 위해 2가 또는 3가 액화 가스 모드에서 전부하 운전 중에 어떠한 경우에도 초과해서는 안된다.
특히, 애드온 제어 유닛(18)은 바람직하게는 신호 또는 제어 라인(53)을 통해 안전 모듈(29)에 연결된다. 바람직하게는, 애드온 제어 유닛(18)은 엔진(19)이 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진인지에 대한 정보를 안전 모듈(19)에 전달하므로, 엔진 유형에 대응하는 문턱 온도가 안전 모듈(29)에서 결정될 수 있다.
배기 가스 온도 측정 프로브(42)가 과도하게 높은 배기 가스 온도, 즉 문턱 온도 이상의 온도를 안전 모듈(29)에 전달하면, 애드온 제어 유닛(18)를 통해 스위치 오프 펄스가 전송되므로 특히 2가 액화 가스 작동은 바람직하게 즉시 스위치 오프될 수 있다.
바람직하게는, 특히 애드온 제어 유닛(18)의 오작동이 검출될 때 또는 더 이상 액화 가스 연료가 이용 가능하지 않을 때, 애드온 제어 유닛(18)은 바람직하게는 스위치(54)를 통해 자동으로 다시 액화 연료 모드로 전환하는데, 이는 스위치(54)의 위치에 의해 사용자에게 그러한 전환을 보여줄 수 있다.
특히, 사용자는 스위치(54)를 수동으로 작동함으로써 애드온 제어 유닛을 비활성화시킬 수 있다. 그러면, 엔진 제어 유닛(20)만이 여전히 작동하고 있다. 더 이상 슬레이브가 활성화되어 있지 않으므로, 이러한 작동은 마스터-슬레이브 작동이라고 할 수 없다. 애드온 제어 유닛이 완전히 스위치 오프되고, 엔진 제어 유닛은 다시 마스터로서 작동한다.
특히, 스위치(54)가 비활성화 위치에 있지 않을 때, 애드온 제어 유닛(18)은 항상 마스터 모드에서 작동하고 모터 제어 유닛(20)은 항상 슬레이브 모드에서 작동한다. 이러한 이유로, 분사 밸브에 대한 온전한 연결을 시뮬레이션하기 위해 람다 오프셋 모듈 및/또는 엔진 제어 유닛(20)으로부터 분사 시간을 갖는 신호를 열로 변환하는 것은 엔진 제어 유닛(20)이 항상 가동하게 유지하는 것을 보장하므로, 엔진 제어 유닛(20) 단독에 의한 제어 및/또는 조절하에서 액화 연료 모드로의 전환은 언제든지 가능하다.
특히 안전 모듈(29)에 직접 연결된 노킹 센서(41)는, 특히 최소 1kHz 및/또는 최대 20 kHz의 측정 범위에서 최소 18mV/g 및/또는 최대 34mV/g의 민감도로 모든 연소 과정을 보고한다. 가솔린 또는 디젤 엔진의 2가 또는 3가 가스 연소 운전에서 아이들링 내지 전부하 범위의 정상적인 연소 과정에서, 1 kHz와 15 kHz 사이의 연소 압력 진동이 발생할 수 있다. 엔진(19)의 사전 손상 또는 손상에 대한 결정적인 요인은 통상적으로 노킹 연소의 주파수가 아니라 노킹 강도이다. 바람직하게는, 노킹 센서(41)는 주파수 및/또는 노킹 주파수의 mV 단위의 전압 출력 레벨을 검출하여 전송한다.
바람직하게는, 최소 -450mV 및/또는 최대 +450mV 이상의 전압 값이 안전 모듈(29)에 저장되므로, 예를 들어 임계 전압 900mV Uss가 초과 될 때 스위치 오프 펄스가 애드온 제어 유닛(18)에 전송된다. 특히, 2가 및/또는 3가 연료 모드는 즉시 스위치 오프되고 및/또는 애드온 제어 유닛(18)은 액체 연료 모드로 다시 전환되고 및/또는 에러 메시지가 스위치(54)를 통해 표시된다.
OBD(Onboard Diagnosis : 온보드 진단)
애드온 제어 유닛(18)은 전형적인 엔진 제어 유닛(20) 및/또는 차량 제조자에 의해 설치된 엔진 제어 유닛(20)의 완전한 온보드 진단 능력을 갖는다. 특히, OBD 데이터 라인(47)은 기능 모니터링 목적으로 슬레이브 엔진 제어 유닛(20)과 데이터를 교환하는데 사용된다. OBD는 일반적으로 부여된 거동 또는 목표 조건과 관련하여 자체 및/또는 환경을 지속적으로 점검하는 제어 장치의 능력을 설명한다. 특히, 법적 기관은 승용차와 트럭 모두에 대해 배기 가스 거동의 지속적인 테스트를 요구한다.
특히, 배기 가스 오염물질의 최소화와 함께 최적의 연소를 달성하기 위하여, 가스 시동과 함께 결정할 가스 혼합물(2, 21)의 연소 품질(HS)의 LPG 및 H2 가스 취입 의존성을 갖는 2가 또는 3가 모드의 가솔린 또는 디젤 엔진에 대해 완전히 온보드 진단 가능한 애드온 제어 유닛(18)(도 7)이 적용된다.
일 실시예에서, 애드온 제어 유닛(18)은 개량될 수 있도록 배열되고, 기존의 엔진 제어 유닛(20)은 바람직하게 슬레이브로서 작동되고 애드온 제어 유닛(18)이 마스터로서 작동하므로, 애드온 제어 유닛(18)은 바람직하게는 엔진(19)의 각 실린더에 선택적으로 액화 가스 연료 및/또는 수소가 엔진 제어 유닛(20)과 무관하게 취입되게 할 수 있다.
특히, 자연 흡입 엔진 또는 터보차지 엔진이라고 또한 알려져 있는 자연 흡입 가솔린 엔진의 경우에, 가솔린 분사 노즐 또는 밸브는 애드온 제어 유닛(18)을 다시 프로그래밍함으로써 가스 모드 작동에서 스위치 오프되며, 이에 따라 액화 가스 연료만이 엔진에, 특히 선택적으로 엔진(19)의 각 실린더에 공급된다. 애드온 제어 유닛(18)은 바람직하게는 균질 연소실 충전을 고려한 취입에 기초하여 작동한다. 현재의 디젤 엔진 및 가솔린용 오토 직접 분사 엔진에서, 람다 1.4와 람다 3 사이의 연료-공기 혼합물의 비균질성으로 작동되기 때문에, 수소 가스용 취입 노즐을 통해 H2 가스가 엔진 부하 및/또는 배기 가스 거동에 따라 공기 흡입 덕트를 통해 연속적으로 및/또는 동시에 대응하는 실린더에 공급될 때, 애드온 제어 유닛(18)은 H2 오프셋 모듈을 작동시킨다.
애드온 제어 유닛(18)은 특히 엔진(19)의 각 실린더에 할당될 수 있고 및/또는 작동 중에 엔진(19)의 현재 작동 상태를 기록하는 역할을 할 수 있는 취입 장치를 포함한다.
특히, 애드온 제어 유닛(18)은 통합된 OBD 컨트롤러 또는 통합된 OBD 제어기 및/또는 OBD 인터페이스를 포함하며, 이에 의해 ISO 및/또는 CAN 데이터 버스 프로토콜이 바람직하게 지원되며, 특히 엔진 제어 유닛(20) 및/또는 가솔린 ECU(전자 제어 유닛)에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 엔진의 작동 상태를 인식하기 위한 단기 및 장기 적분기 데이터를 얻을 수 있다.
특히, 액화 가스 연료 및/또는 수소의 가스 취입은 두 가스의 취입 이전에 이루어진 현재의 가스 취입에 관한 가스 취입 순람표 및/또는 가스량 순람표에 기초한 제어 및 조절 공정에 의해 실행된다.
특히, 이것은 현재 계산된 가스 취입 신호, 즉 가스 취입 시간 또는 수소량과 같은 가스 취입량(체적)의 미세 조정을 가능하게 한다.
2가 액화 가스 작동에서 엔진 제어 유닛(20)에 의한 영향, 즉 독립적인 재조정 또는 재조절은 일어나지 않는다. 이는 특히 OBD 가능하고 독립적으로 작동할 수 있는 애드온 제어 유닛(18)에 의해 가능해진다. 액화 가스 모드에서 가솔린 및 디젤 엔진의 마스터 모드 작동은 람다 센서(46) 및/또는 NOx 센서(45), 람다 오프셋 모듈(28), H2 모듈(30) 및/또는 안전 모듈(29)의 통합에 의해 보장된다.
특히, 가솔린 직접 분사 엔진의 경우에 바람직하게는 80%의 LPG, 10%의 H2 및 10%의 가솔린이 엔진(19)에 공급된다. 특히, 디젤 분사 엔진에 대해서는 70%의 LPG, 10%의 H2 및 20%의 디젤이 바람직하다. 백분율은 체적 비율 또는 무게 비율을 나타낸다.
도 2는 가솔린 엔진의 2가 가스 주입 제어를 보여준다. 2가 애드온 제어 유닛(18)은 흡기 매니폴드 압력 센서(43)에 의해 전달된 전압을 통해 현재의 엔진 부하(X 축상의 1.4V에서의 수직선)를 검출한다. 이들 엔진 부하 데이터는 적절한 방식으로 즉, LPG 및/또는 수소 취입량에 대한 가스 취입 시간을 얻기 위한 추가 계산 및/또는 추가 조정, 보정 및/또는 보상을 위한 초기 값으로서뿐만 아니라 가속 농후화 등과 같은 결과적인 추가의 출력 파라미터로서 도 5의 순람표에 저장된다. 현재 엔진 부하 데이터(도 5), 가스 혼합물 조절 순람표(도 4) 및 람다 오프셋 조정, 즉 람다 오프셋 제어 또는 조절(도 6)은 도 2에서 상부 특성 다이어그램 또는 곡선과 도 2에서 하단 부분의 표에 ms 단위의 LPG로 표시된 LPG 가스 취입 시간을 인도한다.
적응 엔진 부하 순람표(도 5)에 특히 도 2에서 하부 특성 다이어그램 또는 곡선에 해당하며 도 2의 하단 부분의 표에 [A] 단위의 H2로 표시된, 즉 H2 모듈(38)에 대한 암페어 신호인 수소 취입량도 나타내고 있다.
도 2의 가솔린 엔진 시스템에서, 액화 가스 모드에서 가솔린은 엔진에 전혀 공급되지 않는다. 따라서, 도 2의 하단 부분의 표에 "휘발유"에 대해 0이 표시되고 다이어그램에 휘발유에 대한 곡선은 표시되지 않는다.
가솔린 직접 분사 시스템(도 2에 도시되지 않음)의 경우, 가솔린 분사 노즐을 냉각시키기 위한 가솔린 분사 시간은 적응 엔진 부하 순람표(도 5)를 통해 백분율로 계산되며 도 3에서 디젤에 대한 것과 같은 세번째 곡선으로 추가된다.
도 3은 디젤 엔진의 2가 가스 취입 제어를 보여준다. 2가 애드온 제어 유닛(18)은 레일 압력 센서(44)에 의해 전달된 전압을 통해 현재의 엔진 부하(X 축상의 1.0 V에서의 수직선)를 검출한다. 흡기 매니폴드 압력 센서(34)의 엔진 부하 데이터는 도 5의 적응하여 즉, LPG 및/또는 수소 취입량에 대한 가스 취입 시간을 얻기 위한 추가 계산 및/또는 추가 조정의 기초가 되는 변경될 수 있는 출력 값으로서 뿐만 아니라 가속 농후화 등과 같은 결과적인 추가의 출력 파라미터로서 도 5의 순람표에 저장된다. 현재 엔진 부하 계산(도 5), 가스 혼합물 조절 순람표(도 4) 및 람다 오프셋 조정(도 6)은 도 2에서 다이어그램의 시작 및 끝에서 세 곡선 중의 가장 위의 것에 해당하며 도 3에서 하단 부분의 표에 ms 단위의 LPG로 특정된 LPG 가스 취입 시간을 인도한다.
적응 엔진 부하 순람표(도 5)는 도 3에서 중간의 특성 다이어그램 또는 곡선으로 도시되고 도 3에서 하단 부분의 표에 [A] 단위의 H2로 표시된, 즉 H2 모듈(38)에 대한 암페어 신호로 나타내고 있는 수소 취입량을 초래한다.
디젤 엔진에서 연료의 점화를 위해, 방출될 디젤 분사량은 적응 엔진 부하 순람표(도 5)를 통해 백분율로 계산되며, 이는 도 3에서 세 특성 다이어그램 또는 곡선 중의 가장 낮은 것에 해당하며 도 3의 하단 부분의 표에 "디젤"이라는 표제로 또한 나타내고 있다.
제조업체 또는 정비소에서는 언제든지 도 2 및 도 3의 표와 순람표의 기본 값을 변경할 수 있다. 인도된 상태에서, 바람직하게는 2가 애노온 제어 유닛(18)은 제 3자가 배기 가스 배출과 관련된 설정 또는 조정을 할 수 없도록 잠금되어 있다.
가스 온도, 가스 압력, 가스 전도도(열 전도도 활성 저항 가스 밀도)에 기초하여 결정된 가스 주입 조절 순람표는 가스 혼합물 분석 모듈(7)이 규정된 전압 신호(볼트로 나타낸 발열량 HS) 또는 가스 품질의 척도로서 상응하는 디지털 8 비트 신호를 제공할 수 있게 한다. 도 4에서, 이 신호는 X 축에서 1.2V와 1.4V 사이의 큰 점을 규정한다. 적응하여 생성된 가스 혼합물 조절 순람표(도 4에서 불연속적으로 표시된 점을 갖는 곡선 또는 특성 곡선)는, 가스 취입 동안에 화학양론적 연소의 인자 람다 1을 달성하기 위해(균질 혼합물을 가정하는) 가스 취입 시간이 백분율로서 증가 또는 감소되는지 여부를 나타낸다. 점검 목적을 위해, 도 4는 가스 혼합물 분석 모듈(7)의 작동 전압("공급 전압") 및 볼트로 나타낸 현재의 가스 혼합물 발열량(HS)에 대한 실제 전달 전압을 보여준다.
도 5는 적응 엔진 부하 순람표를 보여준다. 엔진 특성 곡선(불연속적인 둥근 점을 갖는 상부 좌측 곡선)은 가스 취입 시간과 관련하여 흡기 매니폴드 압력 센서(43)(부압/kPa)에 의해 구동하는 동안 적응하여 생성된다. 도 5에 도시된 다이어그램은 도 4의 가스 혼합물 조절 순람표, 도 6의 람다 오프셋 제어 및 흡기 매니폴드 압력 센서(43)에 의해 결정된 엔진 부하에 의해 적응하여 생성되었던 가스 취입 특성 곡선(정사각형의 불연속적인 측정 점을 갖는 하부 곡선)고 함께 적응 엔진 부하 순람표를 도시한다. 현재 부하 지점(X 축상에서 대략 2.6 ms 및 Y 축상에서 대략 -36%에서의)은 가솔린 엔진(도 2) 및 디젤 엔진(도 3)에 공급할 수소의 양 및 LPG 가스 취입 시간을 결정한다.
도 6은 람다 오프셋 제어(람다 오프셋 모듈(28))를 보여주는데, 여기서 다양한 프로브는 서로 인접하여 나열되고, 각각은 프로브는 원래의 신호로서 좌측 막대그래프 및 도 5에 따라 가스 취입 시간 및/또는 양(예를 들어, LPG 및 H2)을 조정하기 위해 액화 가스 모드에서 애드온 제어 유닛(18)에 제공되는 조정된 신호로서 우측 막대그래프를 갖고 있다. 1가 모드에서, 원래의 신호(각각의 경우 좌측 막대그래프)은 엔진 제어 유닛(20)에 전달된다. 일 실시예에서 브레트슈나이더 공식과 관련하여 거짓 대수 준동형성에 의해 기준치 곡선으로 처리된, 람다 오프셋 제어에 의해 수정되거나 조정된 람다 신호를 갖는 각각의 오른쪽 막대그래프가 추가 처리 및/또는 점검을 위해 엔진 제어 유닛(20)에 전달되므로, 엔진 제어 유닛(20)에서 원치 않고 잘못된 람다 순람표 변경은 이루어지지 않는다. 액화 가스 모드가 스위치 오프되면, 엔진은 엔진 제어 유닛(20)의 오작동없이 즉시 1가 모드로 계속해서 작동된다.
도 7은 애드온 제어 유닛(18)이 완전히 독립적인 OBD를 갖는 것을 도시한다. 배기 가스에 영향을 미치는 모든 시스템을 구동 중에 모니터링 할 수 있고 및/또는 소프트웨어를 통해 데이터에 액세스 할 수 있는 차량의 다른 제어 장치의 데이터에 추가적으로 액세스 할 수 있다. 발생하는 모든 고장은 예를 들어 제어 램프에 의해 운전자에게 표시되고 애드온 제어 유닛(18)뿐만 아니라 각각의 제어 유닛에, 특히 영구적으로 저장된다. 나중에 오류 메시지는 표준화된 인터페이스를 통해 전문 정비소에 의해 판독될 수 있다. 코드(소위 P0 코드)는 ISO 표준 15031-6에 정의되어 있다.
도 8 및 도 9는 전술한 프로세스에 대한 예시적인 흐름도를 도시한다. 도 10은 예시적인 순람표를 도시하며 입력 파라미터 A 및 B에 기초하여 출력 파라미터 C를 결정하는 것을 나타낸다. C는 A 및 B에 의존한다. 순람표는 출력 파라미터 C에 대한 제한된 수의 값들을 포함하며, 그 각각은 입력 파라미터 A 및 B의 값들의 조합에 할당된다. 특히, 장치는 예를 들어 결정된 분사 시간, 결정된 발열량 및/또는 결정된 가스 혼합물 특성값이 결정을 위해 설계된 적어도 하나의 순람표에 의해 수행되도록 구성된다.
전술한 바와 같이, 가스 혼합물에 관한 정보, 즉 가스 혼합물이 가스 또는 액체인지의 여부, 특히 가스 전도도 센서(8), 가스 온도 센서(1) 및/또는 압력 센서(9)에서 여러 가지 방법으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 가스 혼합물에 대한 정보는 작동 모드 또는 작동 상태, 따라서 가스 시동에서 가스로 또는 정상 액화 가스 모드에서 액체에 기초하여 결정될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 가스 혼합물에 관한 정보는 차단 밸브(33) 및/또는 공급 밸브(51)의 위치에 기초하여 결정될 수 있다. 특히, 작동 모드가 가스 시동일 때 또는 공급 밸브(51)가 폐쇄되고 제2 차단 밸브(33) 및 특히 제1 차단 밸브(10)가 개방되어 있을 때, 정보는 "가스" 또는 "가스 상태"가 되도록 결정된다. 특히, 정상 액화 가스 모드에서 작동 할 때 또는 제2 차단 밸브(33)가 폐쇄되고 공급 밸브(51) 및 특히 제1 차단 밸브(10)가 개방되어 있을 때, 정보는 "액체" 또는 "액체"가 되도록 결정된다. 바람직하게는, 전기 제어식 밸브의 위치, 즉 개방 또는 폐쇄하는 밸브를 제어하기 위해 제공되는 제어 유닛에서 이용할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 증발기 및/또는 압력 조절기에서 수온 센서(37)는 가스 혼합물 또는 가스 혼합물의 응집 상태에 관한 정보를 결정하는데 사용된다. 따라서, 특히 신뢰할 수 있는 결정이 달성될 수 있다. 수온 센서(37)는 또한 콜드 스타트 및/또는 예열을 검출하는데 사용될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 수온 센서(37)가 문턱 온도라 또한 지칭하는 20℃ 초과, 바람직하게는 25℃ 초과, 특히 특히 바람직하게는 30℃ 초과의 가스 혼합물의 온도를 측정하거나 출력하는 경우, 응집 상태 또는 정보는 "액체" 또는 "액체 상태"로 결정된다. 바람직하게는, 그 다음에 통상적인 액화 가스 작동으로 전환된다. 바람직한 일 실시예에서, 수온 센서(37)가 문턱 온도 이하, 특히 20℃ 이하 또는 바람직하게는 30℃ 이하의 가스 혼합물의 온도를 측정하거나 출력하는 경우, 응집 상태 또는 정보는 "가스" 또는 "가스 상태"로 결정된다. 따라서 정보 또는 응집 상태를 특히 신뢰할 수 있게 결정할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서, 가스 혼합물 또는 가스 혼합물의 응집 상태에 관한 정보를 결정하기 위한 정보 결정 유닛이 제공된다. 정상 액화 가스 모드는 액체 가스 혼합물을 사용하고 및/또는 가스 시동없는 액화 가스 작동을 의미한다.
특히 바람직한 일 실시예에서, 가스 혼합물(가스 또는 액체)에 관한 정보는 가스 전도도 센서에 의한 가스 전도도의 측정을 위한 입력 파라미터로서 사용된다. 따라서, 가스 전도도 센서의 구성은 측정될 가스 혼합물의 응집 상태에 적응될 수 있다. 바람직하게는, 가스 전도도를 측정하기 위한 전압이 측정될 가스 혼합물의 응집 상태에 맞추어진다. 일 실시예에서, 액체 가스 혼합물을 측정하기 위한 소정의 제1 전압 및 기체 가스 혼합물을 측정하기 위한 소정의 제2 전압이 제공된다. 바람직하게는, 가스 전도도 센서 제어는 가스 혼합물 또는 가스 혼합물의 응집 상태에 대한 정보에 기초하여 가스 전도도 센서가 가스 혼합물을 측정하는 소정의 전압, 특히 제1 전압 또는 제2 전압을 선택하도록 제공된다.
특히 바람직한 일 실시예에서, 소정의 제2 전압은 60 볼트보다 크고, 바람직하게는 80 볼트보다 크며, 특히 바람직하게는 100 볼트보다 크다. 특히, 기체 가스 혼합물을 측정하기 위한 가스 전도도 센서에 대한 소정의 전압은 60 볼트보다 크고, 바람직하게는 80 볼트보다 크며, 특히 바람직하게는 100 볼트보다 크다. 일 실시예에서, 소정의 제1 전압은 소정의 제2 전압보다 작다.
특히, 엔진의 실린더에 공급될 액화 가스 연료의 취입 시간 및/또는 양을 결정하기 위한 장치는 적어도 하나의 프로세서 및 프로그램 코드를 갖는 적어도 하나의 저장 매체를 포함하고, 적어도 하나의 저장 매체, 적어도 하나의 프로세서 및 프로그램 코드는 상기 장치가 상기 프로그램 코드에 의해 정의된 단계들을 실행 및/또는 제어하도록 구성된다.
일 실시예에서, 가스 혼합물 또는 응집 상태에 관한 정보와 가스 전도도 모두는 출력 파라미터로서 발열량을 결정하기 위해 가스 혼합물 분석 순람표에 대한 입력 파라미터로서의 역할을 한다.
1 : 온도 센서
2 : 가스 혼합물
3 : 가스 탱크
4 : 멀티 밸브
5 : 플로트(float)
6 : 액화 가스 라인
7 : 가스 혼합물 분석 모듈
8 : 가스 전도도 센서
9 : 압력 센서
10 : 원격 제어식 제1 차단 밸브
11 : 증발기 및/또는 압력 조절기
12 : 저압측
13 : 라인 출력
14 : 저압 가요성 라인
15 : 원심 필터
16 : 제1 분배기
17 : 가스 취입 밸브
18 : 애드온 제어 유닛
19 : 엔진
20 : 엔진 제어 유닛
21 : 기상
22 : 가스 온도의 신호 라인
23 : 가스 취입 밸브의 신호 라인
24 : 가스 전도도 센서의 신호 라인 또는 제어 라인
25 : 가스 온도 센서
26 : 가솔린/디젤 분사 신호의 제어 라인
27 : 분사 장치
28 : 람다 오프셋 모듈
29 : 안전 모듈
30 : H2 모듈
31 : 기상의 가스용 밸브를 구비한 가스 추출 연결부
32 : 기상의 가스용 가스 라인
33 : 기상의 가스용 원격 제어식 제2 차단 밸브
34 : 증발기/압력 조절기를 위한 온수 공급기
35 : 원격 제어식 제2 차단 밸브용 제어 라인
36 : 원격 제어식 제1 차단 밸브용 제어 라인
37 : 증발기/압력 조절기의 수온 센서
38 : H2 전지 또는 수소 전지
39 : H2 모듈용 노킹 센서
40 : H2 취입 노즐
41 : 안전 모듈용 센서
42 : 배기 가스 온도 측정 프로브
43 : 흡기 매니폴드 압력 센서
44 : 레일 압력 센서
45 : NOx 센서
46 : 람다 센서
47 : OBD 데이터 라인
48 : 애드온 제어 유닛을 위한 제1 람다 오프셋 데이터 라인
49 : 엔진 제어 유닛을 위한 제2 람다 오프셋 데이터 라인
50 : 원격 제어식 공급 밸브를 위한 제어 라인
51 : 원격 제어식 공급 밸브
52 : H2 모듈용 신호 또는 제어 라인
53 : 안전 모듈용 신호 또는 제어 라인
54 : 스위치
55 : 증발기 및/또는 압력 조절기의 증발기 챔버
2 : 가스 혼합물
3 : 가스 탱크
4 : 멀티 밸브
5 : 플로트(float)
6 : 액화 가스 라인
7 : 가스 혼합물 분석 모듈
8 : 가스 전도도 센서
9 : 압력 센서
10 : 원격 제어식 제1 차단 밸브
11 : 증발기 및/또는 압력 조절기
12 : 저압측
13 : 라인 출력
14 : 저압 가요성 라인
15 : 원심 필터
16 : 제1 분배기
17 : 가스 취입 밸브
18 : 애드온 제어 유닛
19 : 엔진
20 : 엔진 제어 유닛
21 : 기상
22 : 가스 온도의 신호 라인
23 : 가스 취입 밸브의 신호 라인
24 : 가스 전도도 센서의 신호 라인 또는 제어 라인
25 : 가스 온도 센서
26 : 가솔린/디젤 분사 신호의 제어 라인
27 : 분사 장치
28 : 람다 오프셋 모듈
29 : 안전 모듈
30 : H2 모듈
31 : 기상의 가스용 밸브를 구비한 가스 추출 연결부
32 : 기상의 가스용 가스 라인
33 : 기상의 가스용 원격 제어식 제2 차단 밸브
34 : 증발기/압력 조절기를 위한 온수 공급기
35 : 원격 제어식 제2 차단 밸브용 제어 라인
36 : 원격 제어식 제1 차단 밸브용 제어 라인
37 : 증발기/압력 조절기의 수온 센서
38 : H2 전지 또는 수소 전지
39 : H2 모듈용 노킹 센서
40 : H2 취입 노즐
41 : 안전 모듈용 센서
42 : 배기 가스 온도 측정 프로브
43 : 흡기 매니폴드 압력 센서
44 : 레일 압력 센서
45 : NOx 센서
46 : 람다 센서
47 : OBD 데이터 라인
48 : 애드온 제어 유닛을 위한 제1 람다 오프셋 데이터 라인
49 : 엔진 제어 유닛을 위한 제2 람다 오프셋 데이터 라인
50 : 원격 제어식 공급 밸브를 위한 제어 라인
51 : 원격 제어식 공급 밸브
52 : H2 모듈용 신호 또는 제어 라인
53 : 안전 모듈용 신호 또는 제어 라인
54 : 스위치
55 : 증발기 및/또는 압력 조절기의 증발기 챔버
Claims (15)
- 2가 또는 3가 연료 모드에서 엔진(19)을 작동시키기 위해 엔진(19)의 실린더에 공급될 오토 가스(LPG), 천연 가스(CNG), 액화 천연 가스(LNG), 바이오 가스 또는 수소(H2)와 같은 액화 가스 연료의 취입 시간 및/또는 양을 결정하기 위한 장치로서,
상기 장치는 액화 가스 연료의 결정된 취입 시간이 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값에 의존하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치. - 제1항에 있어서,
발열량 또는 가스 혼합물 특성값이 가스 혼합물(2, 21)의 현재 조성에 의존하여 결정될 수 있도록 장치는 가스 혼합물(2, 21) 형태의 액화 가스 연료에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 액화 가스 연료의 가스 혼합물(2, 21)의 전기 전도도를 측정하기 위한 가스 전도도 센서(8)를 포함하고, 및/또는 상기 장치는 측정된 전기 전도도에 기초하여 발열량 또는 가스 혼합물 특성값이 결정될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항에 있어서,
가스 전도도 센서(8)는 양극 및 음극을 포함하고, 및/또는 가스 전도도 센서(8)는 전기 전도도를 측정하기 위해 일정한 전압이 양극과 음극 사이에 인가되고 측정 전류가 액상(2) 또는 기상(21)의 가스 혼합물(2, 21)을 통해 공급될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 액화 가스 연료의 가스 혼합물(2, 21)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(1) 및 액화 가스 연료의 가스 혼합물(2, 21)의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(9)를 포함하고, 및/또는 상기 장치는 측정된 온도 및 측정된 압력에 기초하여 발열량 또는 가스 혼합물 특성값이 결정되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 가스 혼합물(2, 21)의 밀도가 가스 혼합물(2, 21)의 온도 및 압력으로부터 결정되도록 배열되어 있는 가스 혼합물 분석 모듈(7)에 연결되고, 및/또는 발열량 또는 가스 혼합물 특성값은 가스 혼합물 분석 순람표를 사용하여 가스 혼합물(2, 21)의 가스 전도도, 온도 및 밀도에 기초한 가스 혼합물(2, 21)의 현재 조성에 의존하여 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치, 특히 애드온 모듈(18)은 결정된 발열량 또는 결정된 가스 혼합물 특성값에 기초하여, 결정된 취입 시간이 의존하는 가스 혼합물 조정 인자가 결정될 수 있도록 배열되는 가스 혼합물 조절 순람표를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 측정된 람다 값 및/또는 측정된 NOx 값에 기초하여, 액화 가스 연료에 맞추어진 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값를 얻기 위하여 람다 오프셋 모듈(28)에 연결되고, 취입 시간은 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값에 의존하는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치, 특히 애드온 모듈(18)은 현재의 엔진 부하 및/또는 현재의 엔진 속도에 의존하여 바람직하게는 LPG 또는 CNG의 취입 시간을 결정하기 위한 가스 취입 순람표를 포함하며, 상기 가스 취입 순람표는 가스 혼합물 조정 인자에 의존하여 농후 또는 희박을 향한 이동 및/또는 오프셋 람다 값에 의존하여 농후 또는 희박을 향한 이동을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치, 특히 상기 애드온 모듈(18)은 현재 엔진 부하 및/또는 현재 엔진 속도에 의존하여 바람직하게는 공급될 수소의 양을 결정하기 위한 가스량 순람표를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 실린더에 공급되는 수소의 양을 특히 연속적으로 공급하기 위한 H2 모듈(28)에 연결되고, 및/또는 H2 모듈(28)은 노킹 센서(39)를 포함하며 공급될 양 및/또는 취입 시간을 바람직하게 단계적으로 감소시키고 및/또는 미리 결정된 시간 또는 미리 결정된 수의 작동 사이클에 걸쳐 노킹 신호가 없는 경우에 바람직하게 단계적으로 증가시키기 위하여 노킹 신호를 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 바람직하게는 개장 가능한 애드온 제어 유닛(18)인 것을 특징으로하는 장치. - 선행항들 중 어느 한 항의 장치 또는 선행항의 애드온 제어 유닛에 연결하기 위한 가스 혼합물 분석 모듈(7)에 있어서,
가스 혼합물 분석 모듈(7)은 가스 혼합물(2, 21)의 밀도가 액화 가스 연료의 가스 혼합물의 온도 및 압력으로부터 결정될 수 있고, 및/또는 가스 혼합물의 발열량 또는 가스 혼합물(2, 21)의 가스 혼합물 특성값이 가스 혼합물 분석 순람표를 사용하여 가스 혼합물(7)의 가스 전도도, 온도 및 압력에 기초한 가스 혼합물(2, 21)의 현재 조성에 의존하여 결정될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 가스 혼합물 분석 모듈. - 선행항들 중의 어느 한 항의 장치를 위한 가스 시동 시스템에 있어서,
가스 시동 시스템은 엔진(19)이 순수한 액화 가스 모드로 시동 될 때, 액화 가스 연료의 가스 혼합물(2, 21)의 기상(2) 만을 엔진(19)의 실린더 내로 취입하기 위해 가스 탱크(3)로부터 인출하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 가스 시동 시스템. - 엔진(19)의 실린더에 바람직하게는 연속적으로 공급될 가스 혼합물(2, 21), 특히 LPG, CNG, LNG 또는 바이오 가스 형태의 제1 액화 가스 연료의 취입 시간을 결정하고, 및/또는 제2 액화 가스 연료 특히 수소의 양을 결정하는 방법에 있어서,
발열량 또는 가스 혼합물 특성값은 가스 혼합물(2, 21)의 가스 전도도, 온도 및 압력에 기초하여 결정되고,
람다 값 및/또는 NOx 값에 기초하여, 제1 액화 가스 연료에 의존하는 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값이 결정되고, 바람직하게는 사용되는 람다 센서(45) 및/또는 NOx 센서(46)에 대해 특정되고,
발열량 또는 가스 혼합물 특성값에 기초하여, 가스 혼합물 조정 인자가 결정되고,
가스 혼합물 조정 인자, 오프셋 람다 값 및/또는 오프셋 NOx 값을 사용하여 농후 또는 희박을 향하여 이동된 취입 순람표를 사용하여, 취입 시간이 엔진 부하 및/또는 엔진 속도에 기초하여 결정되고, 및/또는
공급될 제2 액화 가스 연료의 양은 엔진 부하 및/또는 엔진 속도에 기초한 가스량 순람표를 사용하여 결정되며,
취입 시간 및/또는 공급될 양은 노킹 신호에 기초하여 특히 단계적으로 증가되거나 감소되는 것을 특징으로 하는 방법.
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