KR101063175B1 - 내연 기관으로부터 질소산화물의 방출물을 저감시키는 배기가스 재순환 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
Description
파라미터 | 양호한 실시예의 범위 |
1. 분사 압력 | 12 MPa 내지 30 MPa |
2. 가스 제트 속도 | 연소실 상태에서 음파 속도 |
3. 가스에 대한 인젝터 노즐 홀의 개수 | 5 내지 10 |
4. 가스를 위한 분사 개시 | -20 내지 +5 ATDC |
5. 파일럿 연료가 사용되는 파일럿을 위한 분사 개시 | 가스 전방의 10 내지 5 크랭크각 |
6. 압축비 | 16 내지 20 |
7. 가스의 분사 주기 | 5 내지 30 크랭크각 |
8. 레일에서의 가스 온도 | 30℃ 내지 80℃ |
9. 분사각 | 발화 데크 미만에서 10 내지 20도 |
10. 인젝터 홀의 크기 | 0.15 내지 1 mm |
Claims (39)
- 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,내연기관의 사이클 중에:흡입 라인으로부터의 흡입 충전물(intake charge)을 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,상기 연소실 내에서 흡입 충전물을 압축하는 단계와,12 MPa 이상의 압력에서 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물에 가스 연료를 직접 분사하는 단계와,상기 직접 분사된 가스 연료를 점화하는 단계와,상기 직접 분사된 상기 가스 연료를 연소하는 단계와,상기 연소실에서 직접 분사된 가스 연료의 연소 중에 생성된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,상기 배기 라인으로부터 나온 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키고, 내연기관의 후속 사이클 중에 후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스는 상기 직접 분사된 가스 연료의 연소로부터 생성되는 목표 질소 산화물 농도에 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스는 상기 압력에 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 압력은 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정된 기간 동안에 상기 직접 분사된 가스 연료를 분사하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정된 타이밍에서 상기 직접 분사된 가스 연료를 분사하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, -20 도와 5 도 ATDC 사이에서 상기 가스 연료의 분사를 개시하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 직접 분사된 가스 연료는 30 MPa 미만의 압력에서 분사되는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 직접 분사된 가스 연료는 층상 연소 모드에서 연소하는 가스 연소식 내연 기관의 작동 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 직접 분사된 가스 연료의 확산 연소를 촉진시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 흡입 라인내의 상기 흡입 충전물은 실질적으로 가스 연료가 없는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제9항에 있어서, 상기 흡입 충전물은 직접 분사되는 가스 연료의 주입전에 실질적으로 가스 연료가 없는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 배기 가스 내의 방출물 농도를 결정하는 단계로서, (1) 일산화탄소, (2) 하이드로카본, (3) 일산화탄소와 하이드로카본의 혼합물, (4) 일산화탄소와 미립자의 혼합물, (5) 하이드로카본과 미립자의 혼합물 또는, (6) 일산화탄소와 하이드로카본 및 미립자의 혼합물 중 하나의 농도인 방출물 농도를 결정하는 단계와,상기 방출물 농도가 최대 방출물 농도를 초과하는 EGR 비율 설정점을 결정하는 단계와,상기 방출물 농도가 최대 방출물 농도를 초과하는 경우에, 상기 설정점 미만의 EGR 레벨을 제공하도록 상기 소정량의 배기 가스를 조정하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 흡입 라인으로부터 상기 소정량의 배기 가스를 연소실로 지향시키기 전에 상기 소정량의 배기 가스를 냉각시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 흡입 라인으로부터 상기 소정량의 배기 가스를 연소실로 지향시키기 전에 상기 소정량의 배기 가스를 압축하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스가 상기 EGR 라인으로 지향된 후에 상기 배기 가스의 잔량을 터보차저의 터빈을 통해 지향시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스가 EGR 라인으로 지향되기 전에 상기 배기 가스를 터보차저의 터빈을 통해 지향시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,내연기관의 사이클 중에 원하는 EGR 질량 및 원하는 전체 충전물 질량을 결정하는 단계와,상기 내연 기관의 연소실 내로 흡입 충전물을 지향시키는 단계와,상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,12 MPa 이상의 압력에서 상기 연소실 내로 직접 분사용 가스 연료를 분사하는 단계와,상기 직접 분사용 가스 연료를 점화하는 단계와,상기 직접 분사용 가스 연료를 연소하는 단계와,상기 가스 연료의 연소에 의해 발생된 소정량의 배기 가스를 연소실 밖으로 지향시키는 단계와,상기 원하는 EGR 질량에 의해 설정된 배기 가스의 잔량이 상기 연소실을 탈출하는 것을 방지하는 단계와,내연기관의 후속 사이클 도중에 후속의 흡입 충전물을 연소실 내로 도입하는 단계를 포함하고,상기 후속의 흡입 충전물은 상기 원하는 EGR 질량보다 적은 상기 원하는 전체 충전물 질량을 기초로 한 질량을 갖는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 내연 기관의 작동 방법에 있어서,내연기관의 사이클 중에:흡입 라인으로부터 나온 흡입 충전물을 상기 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물에 연료를 주입하는 단계와,상기 연료를 점화하는 단계와,상기 연료를 연소하는 단계와,상기 연소실로부터 상기 연료의 연소에 의해 발생된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와,상기 배기 가스 내의 방출물 농도를 결정하는 단계로서, (1) 일산화탄소, (2) 하이드로카본, (3) 일산화탄소와 하이드로카본의 혼합물, (4) 일산화탄소와 미립자의 혼합물, (5) 하이드로카본과 미립자의 혼합물 또는, (6) 일산화탄소와 하이드로카본 및 미립자의 혼합물 중 하나의 농도인 방출물 농도를 결정하는 단계와,상기 방출물 농도가 최대 방출물 농도를 초과하는 EGR 레벨 설정점을 결정하는 단계와,상기 설정점 미만의 EGR 레벨을 제공하는 상기 배기 가스의 예정량을 결정하여 EGR 라인을 통해 지향시키는 단계와,EGR 라인에 대해 상기 배기 가스의 예정량을 기초로 한 상기 배기 가스의 소정량을 상기 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,후속의 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 엔진 작동 파라미터의 세트를 기초로 한 룩업 테이블(lookup table)로부터 결정되는 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 엔진 작동 파라미터의 세트를 기초로 한 수학적 모델에 의해 결정되는 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 벤치 테스트(bench test)를 기준으로 하여 결정되는 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 직접 측정되는 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 연료를 연소실 내로 직접 분사하는 내연 기관의 작동 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정 압력에서 상기 연료를 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정 기간 동안에 상기 연료를 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정 타이밍에서 상기 연료를 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 내연 기관 내측의 실린더 내에 배치되는 피스톤이 상사점 근처에 있는 경우에, 상기 연료를 연소실 내로 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 연료는 가스 연료인 내연 기관의 작동 방법.
- 제24항에 있어서, 상기 연료는 가스 연료인 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 층상 연소 모드에서 연소하는 내연 기관의 작동 방법.
- 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 천연 가스를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
- 흡입 라인과, 배기 라인과, 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 상기 흡입 라인으로 지향시키는 EGR 라인을 구비하고, 가스 연료가 12 MPa 을 초과하는 압력에서 내연 기관의 연소실로 분사되는 가스 연료식 직접 분사 내연 기관에 사용하기 위한 배기 가스 재순환 장치.
- 제33항에 의한 배기 가스 재순환 장치와,피스톤을 갖춘 하나 이상의 실린더로서, 상기 실린더와 피스톤은 부분적으로 연소실을 형성하고, 상기 피스톤은 내연 기관이 작동할 때 상기 실린더 내에서 상사점과 하사점 사이에서 왕복하는 것인 하나 이상의 실린더와,엔진 프로파일을 생성하도록 작동 데이터를 처리할 수 있는 컨트롤러와,12 MPa 을 초과하는 압력에서 상기 연소실 내에 직접 분사용 가스 연료를 분사할 수 있고, 상기 컨트롤러에 의해 명령을 받는 가스 연료 인젝터를 포함하고,상기 흡입 라인은 흡입 밸브를 통해 상기 연소실 내에 충전물을 주입하도록 연결되고,상기 배기 라인은 상기 연소실로부터 상기 직접 분사용 가스 연료의 연소로 생긴 배기 가스를 배기 밸브를 통해 지향시키도록 연결되고,상기 컨트롤러가 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 상기 흡입 라인에 제공할 수 있는 가스 연료식 내연 기관.
- 내연 기관에 있어서,피스톤을 갖춘 하나 이상의 실린더로, 상기 실린더와 피스톤은 부분적으로 연소실을 형성하고, 상기 피스톤은 상기 내연 기관이 작동할 때 상기 실린더 내에서 상사점과 하사점 사이에서 왕복하는 것인 하나 이상의 실린더와,엔진 프로파일을 생성하도록 작동 데이터를 처리할 수 있는 컨트롤러와,상기 연소실 내에 연료를 직접 분사할 수 있고, 0.6 내지 1.0 mm 사이의 직경을 갖는 인젝터 노즐 홀을 형성하며, 상기 컨트롤러에 의해 명령을 받는 연료 인젝터와,흡입 밸브를 통해 상기 연소실 내에 충전물을 주입하도록 연결된 흡입 라인과,상기 연소실로부터 연료의 연소로 생긴 배기 가스를 배기 밸브를 통해 지향시키도록 연결된 배기 라인과,상기 흡입 라인과 상기 배기 라인 사이에 연결된 EGR 라인을 포함하고,상기 컨트롤러가 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 상기 흡입 라인에 제공할 수 있는 내연 기관.
- 내연 기관의 작동 방법에 있어서,상기 내연 기관의 사이클 중에:상기 내연 기관의 연소실 내에 흡입 라인으로부터 흡입 충전물을 지향시키는 단계와,상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,범위가 12 MPa 을 초과하는 압력과, 상기 연소실을 부분적으로 형성하는 발화 데크 아래 10 내지 20도의 각도 중 적어도 하나인 파라미터 범위 내에서, 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물로 연료를 직접 분사하는 단계와,상기 연료를 점화하는 단계와,상기 연료를 연소하는 단계와,상기 연소실로부터 상기 연료의 연소 중에 생성되는 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와,상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,상기 내연 기관의 후속 사이클 도중에 후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
- 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,상기 내연 기관의 사이클 중에:실질적으로 가스 연료가 없는 흡입 충전물을 흡입 라인으로부터 상기 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,12 MPa 을 초과하는 압력에서 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물에 직접 분사용 가스 연료를 분사하는 단계와,상기 직접 분사용 가스 연료를 층상 연소 모드로 연소하는 단계와,상기 연소실로부터 상기 직접 분사용 가스 연료의 연소 중에 생성된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와,상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 상기 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 제37항에 있어서, 상기 직접 분사용 가스 연료의 확산 연소를 촉진시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
- 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,내연기관의 사이클 중에:흡입 라인으로부터의 흡입 충전물을 상기 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,일정 압력에서 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물에 직접 분사용 가스 연료를 분사하는 단계와,상기 직접 분사용 가스 연료를 점화하는 단계와,상기 직접 분사용 상기 가스 연료를 연소하는 단계와,상기 연소실에서 직접 분사용 가스 연료의 연소 중에 생성된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,상기 배기 라인으로부터 나온 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키고, 내연기관의 후속 사이클 중에 후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하고, 상기 소정량의 배기 가스와 상기 압력은 서로 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
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