KR100974546B1 - 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치 - Google Patents

디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진 시동 시의 초기 연료 분사량을 제한하여 매연을 저감시킬 수 있도록 하는 디젤엔진 발전기의 시동 제어장치에 관한 것이다.
종래에는 디젤엔진발전기의 초기 시동 시 과다한 연료의 소모는 물론 불완전연소로 인하여 발생되는 매연을 방지하기 위하여 다양한 제어방법을 구현하는 가버너를 설계하여 적용하고 있다. 그러나 가버너를 직접 설계하는 방법은 많은 비용이 발생함은 물론 기본 엔진사별 가버너 컨트롤러에 그대로 적용 사용하게 됨에 따라서 엔진별 특성문제를 발생시킬 수 있다. 또한 실제로 디젤엔진을 이용하는 발전기의 제작사의 경우 디젤엔진 제작사에서 설계된 가버너를 변경하는데 어려움이 있으며, 변경하는경우 엔진 보증 내용에 대한 제한을 받게 된다.
본 발명은 설계된 가버너의 변경대신 기존 엔진 정지를 위하여 연료라인에 구성되는 정지밸브를 제어하는 정지레버를 이용하여 엔진 시동 시 정지레버의 제어를 통해 정지밸브를 거쳐 초기 공급되는 연료의 양을 제한할 수 있도록 하는 연료공급량 제한을 위한 시동 제어수단을 구성하여, 가버너의 동작과는 별개의 초기 시동상태에서의 소프트 스타트(SSC) 동작제어를 구현할 수 있도록 하는 디젤엔진 발전기의 시동제어장치를 제공하고자 한다.

Description

디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치{A STARTING CONTROL DEVICE OF DIESEL ENGINE GENERATOR}
본 발명은 디젤엔진 발전기에 관한 것으로, 더 상세하게는 디젤엔진발전기의 가버너 설계와는 별도로 엔진정지를 위한 정지밸브를 이용하여 엔진 시동 시의 초기 연료 분사량을 제한하여 매연을 저감시킬 수 있도록 하는 디젤엔진 발전기의 시동 제어장치에 관한 것이다.
오지의 공사 현장과 같이 전력공급처인 한국전력으로 부터의 배전라인의 공급이 원활하지 않거나, 정전과 같이 비상시 전원이 필요한 장소에서는 별도의 발전설비를 필요로 한다.
즉 병원, 공장, 연구소, 방송국 등과 같이 대규모 사업장 및 전원공급이 끊겼을 경우 문제가 발생할 소지가 있는 사업장의 경우, 비상전원을 제공하기 위하여 별도의 발전설비를 필요로 한다.
다양한 발전설비가 사용되고 있지만, 이러한 발전설비의 하나로 이러한 경우에 일정 전기 용량을 발전하기 위해 디젤 엔진의 회전력을 이용한 발전 방식이 이용되고 있다.
이와 같이 임시 동력원으로 디젤 엔진이 선호되고 있는 이유는 차량 또는 산업을 그대로 이용할 수 있음은 물론 디젤 엔진의 높은 출력 효율 때문이다.
발전기 엔진은 자동차 엔진과 같이 속도 변화를 위하여 엔진의 출력 즉, 연료분사량의 변화보다는 일정한 속도를 유지하는데 그 목적한 바가 있다,
즉, 발전기 등에 사용되고 있는 디젤엔진에 있어서, 정속운전은 발전전압의 안정 여부를 결정하는 중요한 요소이며, 이러한 정속 운전 제어를 위하여 연료분사량을 조절하는 가버너(governor)가 사용되고 있다.
일반적으로 가버너는 크게 제어장치와 액츄에이터(acturator)로 구성되며, 제어장치는 디젤엔진의 주 제어장치로 사용되는 마이크로 프로세서에 의하여 제어되는 것이 일반적이다.
제어장치는 PID(Proportional Derivative Integral) 제어기능을 수행하는 피아이디 제어기를 포함하여 구성되는 데, PID 제어 신호로 액츄에이터를 구동 제어하게 된다.
일반적으로 이러한 종래 가버너 제어장치에 의하면, 엔진의 초기 기동시 제어 특성을 기대하기가 곤란하였다. 즉, 엔진 액츄에이터는 비선형성이 있고 엔진의 회전수도 투입된 부하보다 느린 응답성을 가지고 있어서 단순한 PID 제어에 의해서는 초기 기동 시 적절한 제어가 어려워 순간 부하 인가 시 속도 저하량이 크고, 정격 속도에 다시 도달되는 시간도 길어지게 되어 불필요한 엔진 출력 낭비의 단점이 있다.
특히, 이러한 PID 제어에 의한 단순제어 방식은 엔진 기동 시 기동시점부터 아이들 시점까지 엔진 회전수가 상승하면서 도 1에서와 같이 응답 중에 생기는 입력과 출력사이의 최대 편차량 즉, Tmax 구간에서 오버슈우트(overshoot)가 발생하는 문제가 있고, 이러한 오버슈우트의 발생은 초기 기동 시 과다한 연료가 소모될 뿐만 아니라, 불완전연소로 인해 매연이 발생하여 대기를 오염시키는 문제가 있다.
종래에는 디젤엔진발전기의 초기 시동 시 과다한 연료의 소모는 물론 불완전연소로 인하여 발생되는 매연을 방지하기 위하여 다양한 제어방법을 구현하는 가버너를 설계하여 적용하고 있다.
그러나 이와 같이 가버너를 직접 설계하는 방법은 많은 비용이 발생함은 물론 기본 엔진사별 가버너 컨트롤러에 그대로 적용 사용하게 됨에 따라서 엔진별 특성문제를 발생시킬 수 있음은 물론 실제로 디젤엔진을 이용하는 발전기의 제작사의 경우 디젤엔진 제작사에서 설계된 가버너를 변경하는데 어려움이 있으며, 실제로 변경하고자 하는 경우에는 비용이 많이 발생하게 되며, 엔진 보증 내용에 대한 제한을 받게 된다.
본 발명 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치는 설계된 가버너의 변경대신 기존 엔진 정지를 위하여 연료라인에 구성되는 정지밸브를 제어하는 정지레버를 이용하여 엔진 시동 시 정지레버의 제어를 통해 정지밸브를 거쳐 초기 공급되는 연료의 양을 제한할 수 있도록 하는 연료공급량 제한을 위한 시동 제어수단을 구성하여, 초기 시동 시 공급되는 연료량을 강제적으로 제한할 수 있도록 하여, 가버너의 동작과는 별개의 초기 시동상태에서의 소프트 스타트(SSC) 동작제어를 구현할 수 있도록 하는 디젤엔진 발전기의 시동제어장치를 제공하고자 한 것이다.
본 발명 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치치는,
공급되는 연료를 차단시켜 엔진을 정지시키기 위한 정지밸브의 개폐를 제어하기 위한 정지레버와, 정지레버에 설치되어 시동 정지 시 동작하여 정지밸브를 개폐제어하기 위한 정지레버를 동작시키기 위한 제 1마그넷스위치와, 엔진 운전/정지 제어를 수행하며 엔진의 정지 시 제 1마그넷 스위치를 동작 제어하여 엔진을 정지시키는 엔진제어장치를 포함하는 디젤엔진발전기에 있어서,
상기 정지레버에 설치된 제 1마그넷스위치의 일 측으로 제 2마그넷 스위치를 설치하기 위한 마그넷설치공을 더 포함하여 구성하고, 엔진 시동 시 동작하여 정지밸브가 오픈된 위치로 부터 정해진 위치까지 정지레버를 이동시켜 연료의 공급량을 제한하기 위한 제 2마그넷 스위치를 상기 정지레버에 더 포함하여 구성된 마그넷설치공에 설치하고, 상기 엔진제어장치의 운전신호 단으로 부터 엔진시동 제어신호를 입력받아 정해진 시간동안 제 2마그넷 스위치를 동작시키기 위한 엔진시동 시의 연료제한시간 설정수단을 구성한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면 디젤엔진의 가버너의 설계변화 없이 간단한 장치의 추가를 통해 엔진 시동 시의 소프트 스타트 기능 구현이 가능하도록 함으로서, 매연저감 가능한 디젤엔진발전기를 제공할 수 있게 된다.
따라서 디젤엔진 제작사별 가버너 콘트롤러에 그대로 적용 사용하게 됨에 따라서 엔진별 특성문제를 일으키지 않으며, 엔진개발부담 및 보증내용에 대한 제한을 받지 않게 된다.
도 1은 엔진 시동 시 발생하는 오버슈트를 보인 그래프.
도 2는 디젤엔진 발전기의 연료라인 구성도.
도 3은 본 발명 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치에 있어서, 마그넷스위치의 설치구조를 보인도면.
도 4는 본 발명에 있어서, 정지레버에 마그넷스위치의 실제 설치상태를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 있어서, 정지레버에 제 1마그넷스위치 및 제 2마그넷스위치의 설치 예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명 디젤엔진발전기의 시동제어장치 기술 구성을 나타낸 블록도.
본 발명 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치를 첨부된 도면에 도시된 도 1 내지 도 6에 도시된 실시 예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
연료펌프(2)로 부터 공급되는 연료를 차단시켜 엔진을 정지시키기 위한 정지밸브(4)의 개폐를 제어하기 위한 정지레버(10)와, 정지레버(10)에 설치되어 시동 정지 시 동작하여 정지레버(10)를 당겨 정지밸브(4)를 클로즈(close) 동작시키기 위한 제 1마그넷스위치(20)와, 운전자의 운전/정지 스위치(60)의 제어에 따라 운전/정지를 제어하여 제 1마그넷 스위치(20)를 동작 제어하는 엔진제어장치(30)와, 정지레버(10)에 설치되어 시동 시작 시 동작하여 정지레버(10)를 정해진 위치까지 이동시켜 연료의 공급량을 제한하는 제 2마그넷 스위치(40)와, 상기 엔진제어장치(30)의 운전신호 단에 설치되어 정해진 시간동안 제 2마그넷 스위치(40)를 동작시키기 위한 타이머릴레이스위치(50)를 포함하여 구성된다.
본 발명 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치는 디젤엔진발전기에 있어서 연료분사량을 조절하기 위한 가버너와는 상관없이 엔진 정지를 위하여 구성되는 정지밸브를 이용하여 엔진 시동 시의 연료분사량을 조절하여 소프트 스타트 기능을 아날로그(Analog) 적으로 구현하고자 하는 것을 기술적 특징으로 하는 것이다.
정지레버(10)는 정지밸브(5)를 닫아 엔진의 정지를 위하여 연료를 차단하기 위한 수단으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 정지밸브(5)는 연료펌프(2)로 부터 공급되는 연료를 공급하기 위한 연료파이프(3) 상에 구성된다.
도 2는 디젤엔진발전기의 연료라인 구성도를 나타낸다.
연료탱크(1)로 부터 연료펌프(2)에 연료가 공급되고, 연료펌프(2)에서 펌핑되어 정지밸브(4)를 거쳐 연료파이프(3)를 통해 연료여과기(5)에 공급된다.
연료여과기(5)를 거친 연료는 연료분사노즐(6)를 통해 엔진에 분사되고 그 나머지 오버플로우된 연료는 오버플로우튜브(7), 연료회수밸브(8)를 통해 연료탱크(1)로 회수된다.
따라서 정지밸브(4)에 설치된 정지레버(10)에 의해 연료가 차단되면 연료분사노즐(6)를 통해 공급되는 연료가 차단되게 됨에 따라서 엔진이 정지하게 되는 것이다.
정지레버(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 마그넷 스위치를 설치할 수 있도록 하나 이상의 마그넷스위치 설치공(70)(80)이 구성된다.
일반적으로 마그넷스위치를 설치할 수 있도록 2개소의 설치공이 구성된다.
이는 마그넷스위치의 동작조건에 따라 정지밸브를 차단하기 위하여 그 설치위치를 달리하거나, 하나 이상의 마그넷스위치를 이용하여 정지밸브를 구동시켜 빠른 속도로 정지레버(10)를 이동시킬 수 있도록 한 것이다.
제 1마그넷 스위치(20)는 마그넷스위치 설치공(70)(80)에 설치되어 엔진제어장치(30)의 엔진정지 제어신호에 따라서 동작하여 정지레버(10)를 당겨 정지밸브(4)가 완전히 닫히도록 하여 연료를 차단하도록 하기 위한 정지레버(10) 제어수단이다.
엔진제어장치(30)는 운전자의 운전/정지스위치(60)에 따라 디젤엔진발전기를 제어하기 위한 주 제어수단으로, 마이크로 프로세서이다.
제 2마그넷스위치(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 정지레버(10)에 설치된 제 1마그넷스위치(20)의 일 측으로 설치되어 정해진 위치까지 정지레버(10)를 이동시켜 정지밸브(4)의 열림정도를 조절하여 연료의 공급량을 제한하기 위한 수단이다.
도 3은 제 1마그넷스위치(20)와 제 2마그넷스위치(40)가 정지레버(10)에 설치되는 예를 나타낸다.
여기서 정지레버(10)에 마그넷스위치 설치공(70)이 한개만 구성된 경우 즉, 제 1마그넷스위치(20)만이 설치될 수 있도록 한 경우에는 그 일 측으로 마그넷스위치공(80)을 타설하여 제 2마그넷스위치(40)를 설치하도록 할 수 있다.
제 2마그넷스위치(40)는 상기 제 1마그넷스위치(20)와는 동작특성을 달리하고 정지레버(10)의 설치위치를 고려하여 선택하여 구성한다.
도 4는 정지레버(10)에 마그넷스위치의 실제 설치상태를 나타낸 도면이고, 도 5는 정지레버(10)에 제 1마그넷스위치(20) 및 제 2마그넷스위치(40)의 설치 예를 나타낸 도면이다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1마그넷스위치가 연료가 차단될 수 있도록 위치P2에서부터 위치P0까지 정지밸브를 이동시키는 동작특성을 갖도록 구성되고, 제 2마그넷스위치는 위치P2에서 위치P1까지 정지밸브를 이동시키는 동작특성을 갖도록 구성된다.
타이머릴레이스위치(50)는 엔진시동 시의 연료제한시간 설정수단으로, 운전제어신호가 입력될 때 부터 소정의 정해진 시간동안 제 2마그넷스위치(40)를 동작시켜 그 접점이 유지될 수 있도록 하기 위한 엔진 시동 시의 제 2마그넷스위치(40) 제어수단이다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 대한 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저 디젤엔진을 이용하여 디젤엔진발전기를 제작함에 있어서, 정지레버(10)에 엔진정지 시 정지밸브(4)를 차단시키기 위하여 정지레버(10)를 동작시키기 위한 제 1마그넷 스위치(20)의 일 측에 형성된 마그넷스위치 설치공(70)(80)에 제 2마그넷스위치(40)를 설치한다.
이때 정지레버(10)에 제 2마그넷스위치(40)를 설치하기 위한 마그넷스위치 설치공(80)이 없을 경우에는 마그넷스위치 설치공(80)을 형성하고, 제 2마그넷스위치(40)를 설치한다.
이후, 엔진제어장치(30)내에 제 2마그넷스위치(40)의 제어수단을 설치하게 되는 데, 엔진제어장치(30)내의 엔진 운전제어신호단에 소정의 정해진 시간동안 동작하는 타이머릴레이스위치(50)를 설치하고, 이를 제 2마그넷스위치(40)와 배선 연결한다.
상기에서와 같이 제작되며, 그 동작과정을 살펴보면 다음과 같다.
운전자가 운전/정지스위치(60)를 선택하여 운전동작제어 선택하면 즉, 엔진 시동 시에 엔진제어장치(30)로 부터 운전제어신호가 출력된다.
운전제어신호가 출력되면 이의 신호는 타이머릴레이스위치(50)에 전달되고, 이에 따라 타이머릴레이스위치(50)가 동작하여 제 2마그넷스위치(40)를 동작시킨다.
이때 정지레버(10)는 P2의 위치에 있는 오픈(open)된 상태를 유지하고 있고, 제 1마그넷스위치(20)는 정지 제어신호에 의해 동작함에 따라서 오프(OFF)된 상태이다.
제 2마그넷스위치(40)는 정지레버(10)를 당겨 P1의 위치로 이동시킨다.
따라서 정지레버(10)가 P2의 위치보다 P1의 위치로 당겨짐에 따라서 정지밸브의 열림 정도가 작아지게 됨에 따라서 연료분사량이 줄어들게 된다.
이후, 타이머릴레이스위치(50)에 의해 정해진 시간이 경과되면 타이머릴레이스위치(50)가 오프동작하게 되고 이에 따라서 제 2마그넷스위치(40)가 오프된다.
따라서 제 2마그넷스위치(40)의 당기는 힘이 없어짐에 따라서 정지레버(10)는 원래의 위치 P2로 귀환하게 되어 정상적인 연료공급이 이루어지게 된다.
즉, 엔진 시동 시 정상적인 상태보다 적은 연료량을 공급하여 소프트 스타트가 이루어질 수 있도록 한 것이다.
한편 운전자가 운전/정지스위치(50)를 통해 엔진 정지를 선택하게 되면, 엔진제어장치(30)에서 정지제어신호를 출력하게 되고, 이의 정지제어신호에 따라서 제 1마그넷스위치(20)가 동작하게 되면서 정지레버(10)를 당겨 정지레버(10)를 P0 의 위치로 이동시킨다.
따라서 연료공급이 차단되고 엔진이 정지된다.
엔진이 정지되면 엔진제어장치(30)에서는 제 1마그넷스위치(20)를 오프시켜 정지레버(10)를 원위치 P2로 귀환시킨다.
즉, 정지레버(10)는 정지밸브(4)가 항상 오픈된 상태를 유지하도록 위치하게 되고, 엔진 정지 시 제 1마그넷 스위치(20)에 의해 위치 P0까지 이동되어 정지밸브(4)를 닫아 연료를 차단시켜 엔진을 정지시키고 엔진정지 후 원래의 위치 P2로 귀환되어 정지밸브(4)를 다시 오픈 시키게 되고, 본 발명에서는 엔진 시동 시 타이머릴레이스위치(50)에 의해 설정된 시간동안 제 1마그넷스위치(20)에 의해 설정되는 위치 P1까지 이동되어 정지밸브(4)를 이에 따라 클로즈 동작이 이루어지도록 하여 이에 따른 연료분사가 이루어질 수 있도록 제어되고 원래의 위치 P2로 귀환되도록 하여 이후 연료분사가 정상적으로 이루어지도록 하는 것이다.
따라서 엔진 가버너의 설계 변화 없이 엔진 시동 시 제한된 연료공급을 통해 소프트 스타트 기능을 구현할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 공급되는 연료를 차단시켜 엔진을 정지시키기 위한 정지밸브의 개폐를 제어하며 마그넷스위치를 설치하기 위한 하나 이상의 마그넷설치공을 포함하는 정지레버와, 정지레버에 설치되어 시동 정지 시 동작하여 정지밸브를 개폐제어하기 위한 정지레버를 동작시키기 위한 제 1마그넷스위치와, 엔진 운전/정지 제어를 수행하며 엔진의 정지 시 제 1마그넷 스위치를 동작 제어하여 엔진을 정지시키는 엔진제어장치를 포함하는 디젤엔진발전기에 있어서,
    상기 정지레버에 설치된 제 1마그넷스위치의 일 측으로 마그넷설치공에 설치되고 동작하여 정지밸브가 오픈되는 정지레버의 위치로 부터 정해진 위치까지의 범위내로 정지레버를 이동시키기 위한 제 2마그넷스위치와, 상기 엔진제어장치의 운전신호 단에 설치되어 엔진시동 후 정해진 시간동안 제 2마그넷 스위치를 동작시키기 위한 엔진시동 시의 연료제한시간 설정수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치.
  2. 공급되는 연료를 차단시켜 엔진을 정지시키기 위한 정지밸브의 개폐를 제어하기 위한 정지레버와, 정지레버에 설치되어 시동 정지 시 동작하여 정지밸브를 개폐제어하기 위한 정지레버를 동작시키기 위한 제 1마그넷스위치와, 엔진 운전/정지 제어를 수행하며 엔진의 정지 시 제 1마그넷 스위치를 동작 제어하여 엔진을 정지시키는 엔진제어장치를 포함하는 디젤엔진발전기에 있어서,
    상기 정지레버에 설치된 제 1마그넷스위치의 일 측으로 제 2마그넷 스위치를 설치하기 위한 마그넷설치공을 더 포함하여 구성하고, 엔진 시동 시 동작하여 정지밸브가 오픈된 위치로 부터 정해진 위치까지 정지레버를 이동시켜 연료의 공급량을 제한하기 위한 제 2마그넷 스위치를 상기 정지레버에 더 포함하여 구성된 마그넷설치공에 설치하고, 상기 엔진제어장치의 운전신호 단으로 부터 엔진시동 제어신호를 입력받아 정해진 시간동안 제 2마그넷 스위치를 동작시키기 위한 엔진시동 시의 연료제한시간 설정수단을 구성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 연료제한시간 설정수단은 타이머릴레이스위치로 구성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2마그넷스위치에 의해 정지레버가 당겨지는 위치는 정지밸브가 오픈/클로즈되는 위치로 부터 1/2 지점인 것을 특징으로 하는 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치.
KR1020100042288A 2010-05-06 2010-05-06 디젤엔진 발전기의 매연저감을 위한 시동제어장치 KR100974546B1 (ko)

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