KR100831693B1 - 파일럿 착화 가스엔진의 기동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 실린더 헤드에는 액체연료 분사밸브와 예연소실을 구비한 파일럿 분사밸브 장착 예연소실 유니트가 마련된 파일럿 착화 가스엔진의 시동 시로부터 액체연료 분사밸브에서 파일럿오일을 분사하여 압축 착화를 확실히 수행하고, 엔진의 기동을 원활하게 하는 것을 목적으로 한다. 액체연료 분사밸브에 파일럿오일을 보내는 연료분사펌프의 토출량을 제어하는 연료래크(연료조절봉)의 위치가, 제어장치에 의해 래크제어 액츄에이터(위치제어 액츄에이터)를 통해 제어된다. 또한, 제어장치는, 회전속도센서가 발생하는 펄스로부터 엔진 회전수를 계측하고, 엔진 회전수가 적은 회전 영역에서는 연료분사펌프의 토출량을 크게 설정한다. 그 결과, 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일이 확실히 분사되어 기체연료가 확실히 착화 연소된다.

Description

파일럿 착화 가스엔진의 기동장치{Starting system for pilot-ignition gas engine}

본 발명은 실린더 헤드에 액체연료 분사밸브 부착 예연소실을 마련하고, 주연소실에 도입, 압축된 기체연료와 공기의 혼합기를 액체연료 분사밸브로부터 분사되는 파일럿오일로 착화 연소시키는 예연소실 방식의 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에 관한 것이다.

종래, 산업용 또는 생활용 발전 설비를 구동하는 예연소실 방식의 파일럿 착화 가스엔진으로서, 예컨대 도 8에 도시한 것이 알려져 있다.

이 가스엔진(1)은, 실린더 라이너(실린더)(2)와, 실린더 라이너(2) 안을 상하로 왕복 운동하는 피스톤(3)과, 액체연료 분사밸브(4)와 예연소실(5)을 구비한 액체연료 분사밸브 부착 예연소실의 유니트(6)를 가지는 실린더 헤드(7)를 구비하고 있다. 도시가스 등의 연료가스(기체연료)가 공기와 혼합되고, 실린더 라이너(2)와 피스톤(3)과 실린더 헤드(7)로 구획된 주연소실(8)에, 실린더 헤드(7)의 흡기포트를 거쳐 공급되고, 또한 피스톤(3)의 압축 행정의 후반에는 모든 열량비로 약 1%에 상당하는 연료유가 액체연료 분사밸브(4)로부터 예연소실(5) 내로 파일럿오일로서 분사된다. 그 결과, 고온 고압의 분위기 하에서 파일럿오일이 압축 착화되고, 이것을 착화원으로 하여 주연소실(8) 내의 연료가스가 연소된다.

그런데, 액체연료 분사밸브(4)에 연료유(파일럿오일)를 공급하기 위한 연료분사펌프에는, 적은 분사량을 안정적으로 확보할 수 있도록 설계된 저크식 연료분사펌프가 채용되고 있다. 이 저크식 연료펌프는 캠축을 통해 엔진의 회전에 의해 구동되기 때문에, 엔진 회전수의 영향을 받는다. 이 저크식 연료펌프에서, 연료 분사를 개시하는 연료래크(연료조절봉)의 위치와, 엔진 회전수(엔진회전속도)와의 관계를 도 7에 나타낸다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 연료 토출량을 설정하는 연료래크 위치의 지시값이 작을수록 무분사 영역이 되는 엔진 회전수의 범위(액체연료 분사밸브(4)로부터 연료유의 분사를 개시시키지 않는 회전수의 영역)가 넓어진다. 예컨대, 연료래크의 위치를 전 열량비로 약 1%의 파일럿오일량을 토출하는 것에 상당하는 위치인 8mm로 설정하면, 엔진 회전수가 약 600rpm에 도달할 때까지 파일럿오일이 액체연료 분사밸브로부터 분사되지 않는다.

또한, 이 가스엔진(1)에서는, 가스 운전 시의 노킹을 회피하기 위해 압축비를 디젤 엔진에 비해 낮게 하고 있다. 이 때문에, 특히 엔진의 기동에서 회전 기동(run- up)이 과도할 때, 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일의 분사가 개시되어도 그 압축 착화가 어려우며, 특히 엔진 냉각수의 온도가 낮은 경우는 그 어려움의 정도가 현저하다.

이것으로는 가스엔진을 기동할 수 없기 때문에, 액체연료 분사밸브(4) 이외에 점화플러그나 글로우플러그 등의 점화수단(9)을 설치하고, 주연소실(8) 내에 도입된 연료가스에 착화시켜 기동하는 것도 있다. 그렇지만, 이 경우에는 액체연료 분사밸브(4) 이외에 점화수단(9)이 필요하게 되기 때문에, 엔진의 구조가 복잡하게 되고, 또한 부품수가 증가하여 코스트가 높아진다는 문제가 생긴다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일의 분사를 엔진의 시동시부터 확실히 행하여, 엔진을 원활하게 시동할 수 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 엔진의 기동시에 엔진 냉각수 온도가 낮은 경우에도, 파일럿오일에 의한 압축 착화를 안정적으로 할 수 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치를 제공하는데 있다.

본 발명은, 상기 목적을 해결하기 위해 이하의 점을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명에 관련된 제1 발명은, 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤과, 액체연료 분사밸브 장착 예연소실을 마련한 실린더 헤드에 의해 구획되는 주연소실 내에서, 주연소실 내에 도입되어 피스톤에 의해 압축된 기체연료와 공기의 혼합기를 액체연료 분사밸브로부터 예연소실 내로 분사되는 파일럿오일로 착화 연소시킴으로써 구동 출력을 얻는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서, 액체연료 분사밸브에 파일럿오일을 공급하는 연료분사펌프의 토출량을 조절하는 연료조절봉의 위치를 엔진회전속도에 근거하여 제어하는 컨트롤러가 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 기체연료 공급원으로부터 기체연료가 실린더 헤드의 흡기포트로부터 공기와 혼합되어 혼합기가 되고, 주연소실에 공급되어 피스톤에 의해 압축된다. 이 압축된 혼합기의 일부가 예연소실 내에 들어가 피스톤의 압축행정의 후반에 연료분사펌프의 작동으로 액체연료 분사밸브로부터 분사되는 파일럿오일에 의해 착화되며 이 착화된 화염에 의해 주연소실 내의 나머지 혼합기가 연소된다.

그 때, 컨트롤러가 작동하여 연료분사펌프의 토출량을 조절하는 연료조절봉의 위치가 엔진회전속도에 근거하여 제어된다. 그 결과, 엔진회전속도에 상관없이 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일을 분사시키는 연료분사펌프의 토출량이 확보된다.

이 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에 의하면, 엔진회전속도의 저속영역에서 상기 연료분사펌프의 토출량이 많아지는 위치로 연료조절봉의 이동을 조절함으로써, 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일의 분사를 엔진의 기동 시부터 수행할 수 있다. 그 결과, 주연소실 내에서의 기체연료와 공기의 혼합기의 착화, 연소를 확실히 행할 수 있어서 엔진을 원활하게 기동할 수 있다.

본 발명에 관련된 제2 발명은, 상술한 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서, 컨트롤러가 엔진회전속도의 저속영역에서는 연료조절봉을 연료분사펌프의 토출량이 많아지는 위치로, 또한 엔진회전속도의 고속영역에서는 연료조절봉을 연료분사펌프의 토출량이 적어지는 위치로 제어하는 것을 특징으로 한다.

이 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 컨트롤러에 의해, 엔진회전속도의 저속영역에서 연료분사펌프의 토출량이 많아지도록 제어되기 때문에, 엔진 기동 시에도 액체연료 분사밸브에 분사 개시에 필요한 파일럿오일이 충분히 공급되어 액체연료 분사밸브로부터 예연소실에 파일럿오일이 확실하게 분사된다. 또한, 엔진회전속도의 고속영역에서는 연료분사펌프의 토출량이 적어지도록 제어되기 때문에, 액체연료 분사밸브의 분사 개시에 다량의 파일럿오일을 필요로 하지 않는 고속영역에서는, 과잉 파일럿오일이 액체연료 분사밸브로 공급되지 않아 파일럿오일이 절약된다.

본 발명에 관련된 제3 발명은, 상술한 제2 발명에 관련된 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서, 연료조절봉의 위치가 엔진회전속도가 소정 값 이하가 되는 저속영역에서는 연료분사펌프의 토출량이 최대가 되는 일정 위치에, 엔진회전속도가 소정값 이상이 되는 고속영역에서는 연료분사펌프의 토출량이 최저가 되는 일정 위치에, 또한 상기 저속영역과 고속영역 사이의 중간속도 영역에서는 연료분사펌프의 토출량이 최대가 되는 일정 위치에서 최저가 되는 일정 위치까지 엔진회전속도에 따라 변화되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

이 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 엔진회전속도에 따라 액체연료 분사밸브의 분사 개시에 필요한 최소한의 파일럿오일 분량이 연료분사펌프로부터 액체연료 분사밸브로 공급되기 때문에, 파일럿오일을 효율적으로 사용하여 엔진의 기동을 원활하게 수행할 수 있다.

본 발명에 관련된 제4 발명은, 상술한 제1 내지 제3 발명에 관련된 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서, 컨트롤러가 엔진회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 연료조절봉을 이동시켜 연료조절봉의 위치를 조절하는 위치제어 액츄에이터와, 미리 설정되어 있는 엔진회전속도와 연료조절봉의 위치 관계에 근거하여 회전속도 센서에 의해 검출된 엔진회전속도에 대한 연료조절봉의 제어목표위치를 산출하여 산출된 제어목표위치에 연료조절봉의 위치가 조절되도록 위치제어 액츄에이터를 작동시키는 제어장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

이 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 제어장치에 의해 위치제어 액츄에이터를 사용하여 연료조절봉의 위치가 제어되며, 회전속도센서로 검출된 엔진회전속도에 대응하여 연료분사펌프의 토출량이 액체연료 분사밸브의 분사 개시에 필요한 파일럿오일 분량에 적절하게 설정된다. 그 결과, 액체연료 분사밸브로부터 예연소실로 파일럿오일이 더욱 효율적으로 분사되어 엔진이 원활하고 또한 확실하게 기동된다.

본 발명에 관련된 제5 발명은, 상술한 제1 내지 제4 발명에 관련된 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서, 실린더 헤드에 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일이 분사되기 전에 점화 작동되고 주연소실 내에 압축된 기체연료와 공기와의 혼합기에 착화시키는 점화수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 점화수단을 이용해서 기체연료와 공기의 혼합기에 착화함으로써 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일이 분사되어 착화, 연소가 도움을 받기 때문에, 엔진의 회전 기동시에 실화율이 저감하며 연소 안정성이 향상된다. 그 결과, 배기가스 중의 모든 탄화수소가 저감되어 배기구에서의 이상폭발이 회피되며 엔진의 정격 회전수까지의 기동시간이 단축된다. 그리고 배기가스 중의 모든 탄화수소의 분량은, 그 대부분이 연소 불량에 의해 충분히 연소되지 못하여 주연소실에서 배출되는 연료가스의 분량에 의존한다.

본 발명에 관련된 제6 발명은, 상술한 제5 발명에 관련된 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서, 점화수단이 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하는 것을 특징으로 한다.

이 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 점화수단이 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하기 때문에 점화수단의 불필요한 사용이 방지되어 점화수단의 내구 연수가 연장된다.

도 1은 본 발명에 관련된 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치의 한 실시형태를 나타내는 제어 블록도이다.

도 2는 전류 신호와 연료래크의 제어목표위치의 관계 예를 나타내는 그래프이다.

도 3은 엔진 회전수와 연료래크의 제어목표위치의 관계 예를 나타내는 그래프이다.

도 4는 엔진 회전수와 파일럿오일 분사량과의 관계 예를 나타내는 그래프이다.

도 5는 엔진 회전 기동 시의 제어 대상과 그 상태량 변화 예를 나타내는 그래프이다.

도 6a는 연료래크의 위치를 8mm로 설정한 경우에서의 파일럿 착화 가스엔진 시험장치에 의한 엔진의 기동 데이터 예를 나타내는 도면이다.

도 6b는 연료래크의 위치를 15mm로 설정한 경우에서의 파일럿 착화 가스엔진 시험장치에 의한 엔진의 기동 데이터 예를 나타내는 도면이다.

도 7은 엔진 회전수와 연료 분사 개시가 가능한 연료래크 위치의 관계 예를 나타내는 그래프이다.

도 8은 종래의 파일럿 착화 가스엔진의 요부를 예시하는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에서, 10은 파일럿 착화 가스엔진(이하, 가스엔진으로 약칭함)이다. 이 파일럿 착화 가스엔진(10)은 그 출력축에 조인트부(11)를 통해 발전기(12)를 연결함으로써 고정배치형 발전 설비의 일부를 구성하고 있다.

가스엔진(10)은, 도 8에 나타낸 종래의 파일럿 착화 가스엔진(1)과 마찬가지로 피스톤(3)이 삽입된 실린더 라이너(2)에 실린더 헤드(7)를 장착하고, 실린더 헤드(7)에 예연소실(5)과 액체연료 분사밸브(4)를 구비한 액체연료 분사밸브 장착 예연소실의 유니트(6) 및 점화수단(9)을 마련한 구성을 가지고 있다. 이하, 가스엔진 (10)의 실린더 헤드(7) 등의 연소실 주변부에 대한 설명은 필요에 따라서 도 8에 근거하여 한다.

도 1에서, 13은 가스엔진(10)의 각 실린더 헤드(7)마다 마련한 저크식 연료분사펌프(연료분사펌프)이다. 이들 저크식 연료분사펌프(13)는, 가스엔진(10)의 크랭크축에 중간 기어 등으로 이루어지는 기어 트레인을 통해 연결되는 캠축에 의해 구동되고, 소량의 기름이 안정적으로 분사되도록 설계되어 있다. 연료분사펌프(13)로부터 토출되는 파일럿오일은, 파일럿 유관(미도시)을 거쳐 개개의 실린더 헤드 (7)에 마련된 액체연료 분사밸브(4)로 공급된다.

각 연료분사펌프(13)에는, 파일럿오일의 토출량을 설정하는 기구부를 동시에 작동시키는 연료래크(연료조절봉)(14)가 연결되어 있다. 연료래크(14)의 위치는, 이에 연결된 래크제어 액츄에이터(위치제어 액츄에이터)(15)의 작동에 의해 이동 가능하게 됨과 동시에 연료래크(14)의 위치에 대응하여 상기 파일럿오일의 토출량이 설정되게 되어 있다.

래크제어 액츄에이터(15)는, 전자 코일에 의해 조작봉을 견인하여 이동시키는 형식인 것으로, 전자 코일에 공급하는 전기량에 의해 조작봉의 이동량이 설정된다. 래크제어 액츄에이터(15)에 의해 이동되는 연료래크(14)의 위치와 래크제어 액츄에이터(15)에 공급되는 전기량(전류)의 관계 예를 도 2에 나타낸다.

또한, 16은 가스엔진(10)의 회전 속도를 검출하는 회전속도센서이다. 회전속도센서(16)는, 자기 픽업 등으로 구성되고, 가스엔진(10)의 크랭크축에 장착된 링기어(17)의 톱니면을 대향하여 설치되며, 링기어(17)의 톱니면을 검지하여 발생하는 펄스를 제어장치(18)로 보내도록 되어 있다. 제어장치(18)는 회전속도센서(16)로부터 보내진 펄스의 단위 시간 당 펄스수를 계산하여 엔진 회전수(엔진회전속도)를 계측하고, 이 엔진 회전수에 대한 제어목표인 연료래크(14)의 위치(제어목표위치)를 도 3에 나타내는 엔진회전수와 연료래크의 위치 관계에서 제어목표선(C2)에 근거하여 산출한다.

또한, 상기 제어장치(18)는, 산출된 연료래크(14)의 제어목표위치에 대응한 전기량을 도 2에 나타내는 관계에 근거하여 구하여 래크제어 액츄에이터(15)에 지 령 신호로서 출력한다.

그리고 래크제어 액츄에이터(15), 회전속도센서(16), 제어장치(18) 등에 의해, 연료분사펌프(13)의 토출량을 조절하는 연료래크(14)의 위치를 엔진회전속도에 근거하여 제어하는 컨트롤러(19)를 구성하고 있다.

그리고 도 3에 도시한 엔진 회전수와 연료래크(14)의 위치 관계는 이하의 순서를 따라 구한다. 미리 분사시험장치 또는 파일럿 착화 가스엔진 시험장치를 작동시켜 연료래크(14)의 위치마다 엔진 회전수에 대한 액체연료 분사밸브(4)로부터의 파일럿오일의 분사량을 측정하면, 도 4에 도시한 특성이 얻어진다. 도 3은, 이 특성에서 연료래크(14)의 각 위치에서 액체연료 분사밸브(4)로부터 파일럿오일이 분사를 개시하는 분사영역에서의 최소 엔진회전수를 구하고, 이 최소 엔진회전수를 연료래크(14)의 위치에 대응시켜 나타낸 것으로, 그 결과로부터 분사 영역과 무분사 영역의 경계를 가리키는 특성 곡선(C1)이 얻어진다.

제어목표선(C2)에 따라 엔진 회전수가 200rpm 이하의 저속 회전 영역(저속영역)에서는, 연료래크(14)의 제어목표위치가, 엔진의 정격부하운전에 들어가는 열량에 대한 열량비 약 8%에 상당하는 파일럿오일을 최대 분사량으로 액체연료 분사밸브(4)가 분사하는 고정 위치 15mm로 설정된다. 또한, 엔진 회전수가 800rpm 이상의 고속회전영역(고속영역)에서는, 열량비 1%에 상당하는 파일럿오일을 분사하는 고정 위치 8mm로 설정된다. 또한, 상기 저속영역과 고속영역 사이의 중간속도 영역에서는, 엔진 회전수가 커짐에 따라서 연료래크(14)의 제어목표위치가 서서히 위치 15mm로부터 위치 8mm를 향해 작아지도록 설정된다.

또한, 이 제어목표선(C2)에 의해 엔진 회전수가 150rpm 이상의 속도 영역에서는, 액체연료 분사밸브(4)의 분사 영역과 무분사 영역의 경계를 이루는 특성 곡선(C1)으로부터 분사 영역 쪽으로 변위되도록 연료래크의 제어목표위치가 설정된다. 한편, 종래의 가스엔진으로는 제어목표선(C3)에 도시한 바와 같이, 연료래크 (14)의 제어목표위치가 엔진 회전수에 상관없이 일정한 고정 위치로 설정된다. 제어목표선(C2, C3)의 비교에서 명백한 바와 같이, 본 발명에서는 종래의 가스엔진보다 엔진 회전수의 넓은 범위에 걸쳐 파일럿오일이 확실하게 분사된다.

다음에, 상기 구성을 가지는 파일럿 착화 가스엔진(10)의 기동장치의 작용에 대해 설명한다.

가스엔진(10)의 기동 때, 기체연료 공급원(미도시)으로부터 연료가스(기체연료)가 실린더 헤드(7)의 흡기포트 등에 도입되면, 시동장치에 의해 가스엔진(10)의 시동이 개시되고, 흡기포트 등에서 기체연료와 공기가 혼합되어 혼합기가 되어 주연소실(8)로 공급된다. 이 혼합기는 주연소실(8) 내에서 피스톤(3)에 의해 압축된다. 압축된 혼합기의 일부가 예연소실(5) 내에 들어가 피스톤(3)의 압축 행정의 후반에서 연료분사펌프(13)의 작동으로 액체연료 분사밸브(4)로부터 분사되는 파일럿오일에 의해 착화되며, 착화에 의해 생긴 화염에 의해 주연소실(8) 내의 혼합기의 나머지가 연소되어 가스엔진(10)이 회전을 개시한다.

이와 같이 가스엔진(10)이 회전을 개시하면, 주연소실(8) 내에 공급되는 기체연료가 엔진 거버너의 작용에 의해 증가되고, 그 결과 가스엔진(10)의 회전수가 서서히 증가되어 소정 시간 후에 정격 회전수에 도달된다.

또한, 가스엔진(10)의 기동 시에는, 상기 컨트롤러(19)가 동작하고, 그 제어장치(18)가 회전속도센서(16)에 의해 검출되는 펄스를 계산하여 엔진 회전수를 산출하며, 산출한 엔진 회전수에 대응하는 연료래크의 제어목표위치를 도 3의 제어목표선(C2)에 근거하여 구한다. 제어목표선(C2)에서는 저속 회전 영역에 대응하는 최대 제어목표위치가 설정되어 있으므로, 제어장치(18)는 그 제어목표위치에 대응하여 큰 전기량을 지령하는 신호를 래크제어 액츄에이터(15)로 보낸다. 그 결과, 래크제어 액츄에이터(15)가 연료래크(14)의 위치를 최대량 이동시켜 연료분사펌프 (13)가 최대 토출량이 되도록 조절된다.

이 때문에, 연료분사펌프(13)로부터 파일럿오일의 토출량(압축 유량)이 증가되고, 연료분사펌프(13)를 액체연료 분사밸브(4)에 연락하는 파일럿 유관 내의 유압이 충분히 높여져서 낮은 엔진 회전수 영역에서도 액체연료 분사밸브(4)로부터 파일럿오일이 확실히 분사된다. 그 결과, 주연소실(8) 내에서의 혼합기의 착화, 연소가 확실해져 가스엔진(10)의 기동이 원활하게 이루어진다.

그리고 가스엔진(10)을 기동할 때 연료래크(14)의 위치를 최대 제어목표위치로 설정해도 연료분사펌프(13)의 최대 토출량은, 상기한 바와 같이 정격부하운전 시에 대한 열량비로 약 8%에 불과하다. 따라서 가스엔진(10)을 정격 회전수까지 기동시키는 토오크를 발생할 수 없으며, 가스엔진(10)의 운전, 즉 엔진 거버너에 의한 회전수 제어에 대해 지장을 초래하는 일은 없다.

또한, 가스엔진(10)의 회전수가 상승하면, 제어장치(18)가 회전속도센서(16)의 검출 결과에 근거하여, 도 3에서의 제어목표선(C2)에 따라 연료래크(14)의 제어목표위치를 그 최대 위치에서 서서히 내리도록 조절한다. 일정한 엔진 회전수 이상에서는, 열량비로 약 1%의 파일럿오일이 액체연료분사펌프(4)로부터 분사되도록 래크제어 액츄에이터(15)가 연료래크(14)의 위치를 제어목표위치로 조절한다. 그 결과, 가스엔진(10)의 고속 회전 영역에서는 소량의 유량에 의한 파일럿오일의 분사에 의해 주연소실(8) 내의 혼합기가 착화, 연소되어 엔진 운전이 이루어진다.

가스엔진(10)의 운전에서, 엔진 회전의 기동시에 각 제어대상(연료래크(14)의 위치, 엔진 회전수, 연료가스의 공급량, 점화플러그의 0N, OFF 동작)과 그 상태량의 변화를 엔진 시동으로부터 시간 경과로 나타내면 도 5와 같게 된다.

이 예에서는, 시동 개시 후의 소정 시간에 걸쳐 실린더 헤드(7)에 마련된 점화플러그(점화수단, 9)를 작동시키고, 주연소실(8) 내의 혼합기에 착화시키도록 하고 있다. 이렇게 하면, 혼합기의 착화 연소에서 발생하는 열에 의해 예연소실(5)이 가열 되어 액체연료 분사밸브(4)로부터 분사되는 파일럿오일의 압축 착화가 조장되기 때문에, 엔진의 회전 기동 시의 실화율이 저감되어 연소 안정성이 향상된다. 그 결과, 배기가스 중의 모든 탄화수소가 저감되어 배기구에서의 이상폭발이 회피되며, 엔진의 정격 회전수까지 기동시간이 단축된다.

점화플러그(9)의 점화작동시기는, 시동개시 시기로 설정되고, 점화플러그(9)는 액체연료 분사밸브(4)로부터 파일럿오일이 분사되면 동시 또는 직전에 점화된다. 또한, 점화 정지 시기는 가스엔진(10)의 정격 회전수가 회전속도센서(16)로 검출될 때, 또는 발전기(12)로부터 발생되는 전압이 정격 전압으로 도달된 것이 검출될 때 설정된다. 이처럼 하면, 점화플러그(9)의 쓸데없는 사용이 억제되어 그 내구 연수가 연장된다.

이 파일럿 착화 가스엔진(10)의 기동장치에 의하면, 엔진 회전수의 저속영역에서는 연료분사펌프(13)의 토출량이 많아지는 제어목표위치에 연료조절봉(14)이 이동되기 때문에, 엔진 기동시에 낮은 엔진 회전수 영역에서도 연료분사펌프(13)로부터 보내진 파일럿오일을 액체연료 분사밸브(4)로부터 예연소실(5) 내에 분사하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 주연소실(8) 내에서 기체연료와 공기 혼합기의 착화, 연소가 확실히 수행되어 원활한 엔진의 기동성이 얻어진다.

도 6a및 도 6b는, 실린더 직경 260mm의 단기통 파일럿 착화 가스엔진 시험장치를 연료래크의 위치로 8mm 또는 15mm를 설정하고, 점화플러그를 시동 시부터 작동시킨 상태로 운전하며, 그 기동 데이터로서 파일럿 유관내 압력(a), 액체연료 분사밸브의 밸브 리프트(b),기체연료 공급관 내 압력(c), 엔진 회전수(d), 주연소실 내 압력(e)을 채취하여 기록한 것으로, a, b는 각각 연료래크의 위치를 8mm, 15mm로 설정한 경우에 대응하고 있다.

연료래크의 위치를 8mm로 설정한 경우에는, 도 6a와 같이 파일럿 유관 내 압력(a)이 액체연료 분사밸브를 열기 위해 필요한 압력으로 도달하지 않기 때문에, 파일럿오일은 액체연료 분사밸브로부터는 분사되지 않는다(밸브 리프트(b)의 신호 없음). 또한, 연료가스(기체연료)가 시동 시로부터 제3 사이클째(S3) 이후에 공급되고(기체연료 공급 관내 압력(c)의 거동), 점화플러그의 불꽃 점화에 의해 연소하는 결과로서 엔진 회전수(d)가 증가하고 있다. 그러나 그 증가속도는 늦으며 주연소실 내 압력(e)도 낮다.

이에 대해, 연료래크의 위치를 15mm로 설정한 경우에는, 도 6b와 같이 시동의 제1 사이클(S1)로부터 파일럿 유관 내 압력(a)이 액체연료 분사밸브를 열기 위한 충분한 압력으로 도달하고, 액체연료 분사밸브로부터 파일럿오일이 분사된다(밸브 리프트(b)의 신호 있음). 따라서 제3 사이클째(S3)로부터 연료가스가 공급됨에 따라 혼합기의 연소에 의한 주연소실 내 압력(e)도 높아져 엔진 회전수의 기동이 빨라진다.

이러한 결과로부터, 파일럿 착화 가스엔진에서 엔진 기동 시에 연료분사펌프의 연료래크의 위치를 파일럿오일의 토출량이 커지도록 설정하면, 액체연료 분사밸브가 열리기 쉬운 상태가 되며, 파일럿오일이 액체연료 분사밸브로부터 예연소실 내에 확실히 분사되고 착화, 연소되어 엔진의 기동이 원활하고 확실하게 수행되는 것이 명백하게 되었다. 즉, 본 발명에 관련된 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치의 유효성이 검증되었다.

그리고 상기 실시 형태의 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 래크제어 액츄에이터(15)를 전자 코일에 의해 조작봉을 견인하여 이동시키는 형식의 것으로 했지만, 이 대신에 전동서보모터의 회전을 나사축에 너트를 나사결합한 나사 기구에 의해 직선 운동으로 변환하여 그 직선 운동에 의해 연료래크(14)를 이동시키도록 해도 된다. 이 경우에는, 전동서보모터에 공급되는 전기량을 제어함으로써 그 회전량을 조절하여 연료래크(14)의 위치를 조절한다. 또한, 래크제어 액츄에이터 (15)는 유압 서보실린더 등이어도 되고, 연료래크(14)를 제어장치(18)의 지령으로 소정의 위치에 이동할 수 있는 것이라면 특별히 제한은 없다.

또한, 상기 실시 형태의 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서는, 엔진회전속도를 크랭크축에 장착한 링기어(17)의 톱니면을 자기 픽업 등으로 검지하여 발생하는 펄스에 의해 계측하도록 했지만, 이 대신에 엔진의 크랭크축에 연동해서 회전하는 캠축이나 기타 축의 회전수를 타코 제네레이터 등으로 직접 측정함으로써 계측하도록 해도 된다.

Claims (18)

1. 실린더와, 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤과, 액체연료 분사밸브 장착 예연소실을 마련한 실린더 헤드에 의해 구획되는 주연소실 내에서, 주연소실 내에 도입되어 상기 피스톤에 의해 압축된 기체연료와 공기의 혼합기를 상기 액체연료 분사밸브로부터 상기 예연소실 내에 분사되는 파일럿오일로 착화 연소시킴으로써 구동 출력을 얻는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치에서,

   상기 액체연료 분사밸브에 상기 파일럿오일을 공급하는 연료분사펌프의 토출량을 조절하는 연료조절봉의 위치를 엔진회전속도에 근거하여 제어하는 컨트롤러가 마련되어 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
2. 제1항에서,

   상기 컨트롤러가, 상기 엔진회전속도의 저속영역에서는 상기 연료조절봉을 상기 연료분사펌프의 토출량이 많아지는 위치로, 또한 상기 엔진회전속도의 고속영역에서는 상기 연료조절봉을 상기 연료분사펌프의 토출량이 적어지는 위치로 제어하는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
3. 제2항에서,

   상기 연료조절봉의 위치가, 상기 엔진회전속도가 소정 값 이하가 되는 저속영역에서는 상기 연료분사펌프의 토출량이 최대가 되는 일정 위치로, 상기 엔진회전속도가 소정 값 이상이 되는 고속영역에서는 상기 연료분사펌프의 토출량이 최저가 되는 일정 위치로, 또한 상기한 저속영역과 고속영역 간의 중간속도 영역에서는 상기 연료분사펌프의 토출량이 최대가 되는 일정 위치에서 최저가 되는 일정 위치까지 상기 엔진회전속도에 따라 변화하도록 제어되는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
4. 제1항에서,

   상기 컨트롤러가, 상기 엔진회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 상기 연료조절봉을 이동시키고, 상기 연료조절봉의 위치를 조절하는 위치제어 액츄에이터와, 미리 설정되어 있는 상기 엔진회전속도와 상기 연료조절봉의 위치의 관계에 근거하여, 상기 회전속도센서에 의해 검출된 상기 엔진회전속도에 대한 상기 연료조절봉의 제어목표위치를 산출하며, 산출된 제어목표위치에 상기 연료조절봉의 위치가 조절되도록 상기 위치제어 액츄에어터를 작동시키는 제어장치를 구비하고 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
5. 제2항에서,

   상기 컨트롤러가, 상기 엔진회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 상기 연료조절봉을 이동시키고, 상기 연료조절봉의 위치를 조절하는 위치제어 액츄에이터와, 미리 설정되어 있는 상기 엔진회전속도와 상기 연료조절봉의 위치의 관계에 근거하여, 상기 회전속도센서에 의해 검출된 상기 엔진회전속도에 대한 상기 연료조절봉 의 제어목표위치를 산출하며, 산출된 제어목표위치에 상기 연료조절봉의 위치가 조절되도록 상기 위치제어 액츄에이터를 작동시키는 제어장치를 구비하고 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
6. 제3항에서,

   상기 컨트롤러가 상기 엔진회전속도를 검출하는 회전속도센서와, 상기 연료조절봉을 이동시키고, 상기 연료조절봉의 위치를 조절하는 위치제어 액츄에이터와, 미리 설정되어 있는 상기 엔진회전속도와 상기 연료조절봉의 위치의 관계에 근거하여, 상기 회전속도센서에 의해 검출된 상기 엔진회전속도에 대한 상기 연료조절봉의 제어목표위치를 산출하며, 산출된 제어목표위치에 상기 연료조절봉의 위치가 조절되도록 상기 위치제어 액츄에이터를 작동시키는 제어장치를 구비하고 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
7. 제1항에서,

   상기 실린더 헤드에, 상기 액체연료 분사밸브로부터 상기 파일럿오일이 분사되기 전에 점화 작동하고, 상기 주연소실 내에 압축된 상기 기체연료와 공기의 혼합기에 착화시키는 점화수단이 마련되어 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
8. 제2항에서,

   상기 실린더 헤드에, 상기 액체연료 분사밸브로부터 상기 파일럿오일이 분사 되기 전에 점화 작동하고, 상기 주연소실 내에 압축된 상기 기체연료와 공기의 혼합기에 착화시키는 점화수단이 마련되어 있는 파일럿 발화 가스엔진의 기동장치.
9. 제3항에서,

   상기 실린더 헤드에, 상기 액체연료 분사밸브로부터 상기 파일럿오일이 분사되기 전에 점화 작동하고, 상기 주연소실 내에 압축된 상기 기체연료와 공기의 혼합기에 착화시키는 점화수단이 마련되어 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
10. 제4항에서,

    상기 실린더 헤드에, 상기 액체연료 분사밸브로부터 상기 파일럿오일이 분사되기 전에 점화 작동하고, 상기 주연소실 내에 압축된 상기 기체연료와 공기의 혼합기에 착화시키는 점화수단이 마련되어 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
11. 제5항에서,

    상기 실린더 헤드에, 상기 액체연료 분사밸브로부터 상기 파일럿오일이 분사되기 전에 점화 작동하고, 상기 주연소실 내에 압축된 상기 기체연료와 공기의 혼합기에 착화시키는 점화수단이 마련되어 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
12. 제6항에서,

    상기 실린더 헤드에, 상기 액체연료 분사밸브로부터 상기 파일럿오일이 분사 되기 전에 점화 작동하고, 상기 주연소실 내에 압축된 상기 기체연료와 공기의 혼합기에 착화시키는 점화수단이 마련되어 있는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
13. 제7항에서,

    상기 점화수단이, 상기 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
14. 제8항에서,

    상기 점화수단이, 상기 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
15. 제9항에서,

    상기 점화수단이, 상기 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
16. 제10항에서,

    상기 점화수단이, 상기 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
17. 제11항에서,

    상기 점화수단이, 상기 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.
18. 제12항에서,

    상기 점화수단이, 상기 엔진회전속도가 정격 회전수에 도달했을 때에 점화 작동을 정지하는 파일럿 착화 가스엔진의 기동장치.

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