KR101162397B1 - 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

연료를 분사하는 시점의 부하상태와 정합하도록 제어하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 연료분사 제어장치를 제공한다. 소정의 시간 간격으로 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수를 소정의 회수로 계측해서 입력하는 단계와, 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 관계를 만족시키는 관계식을 구하는 단계와, 이 관계식으로부터 선박용 디젤기관의 회전수를 목표의 회전수로 설정한 경우의 현재 분사해야 할 연료분사량(uk)을 산출하는 단계와, 상기 산출한 현재의 연료분사량에 정합하도록 선박용 디젤기관의 연료분사밸브의 개방 정도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 그 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING INJECTION OF FUEL FOR MARINE DIESEL ENGINE}
본 발명은 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 선박용 디젤기관에서 주기적으로 찾아오는 고부하, 저부하 상태에 대해, 연료분사시의 선박용 디젤기관의 부하상태에 바르게 정합(整合)하는 연료분사의 제어를 실행하고, 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 유지할 수 있는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 해양을 항해하는 동안 파도의 영향과 선체의 동요를 받고, 주기적인 저항을 받고서 항해한다. 그 때문에, 선박용 디젤기관은 주기적으로 고부하 상태와 저부하 상태에 노출된다.
선박의 경우, 차량과 달리, 순항 중에는 일정한 속도를 유지하기보다도 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 유지하는 쪽이 선박용 디젤기관에 있어 바람직하다.
종래부터, 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 하기 위해 연료의 분사를 제어하는 것이 행해지고 있다.
도 3에는 종래의 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치가 나타나 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 종래의 연료분사 제어장치(31)는, 제어대상의 선박용 디젤기관(32)과 연료분사밸브 개폐기구(33), 연료분사량 제어기구(34)를 갖고 있다.
연료분사 제어장치(31)는, 선박용 디젤기관(32)의 회전축(35) 근방에 설치되고서 선박용 디젤기관(32)의 회전수를 검출하는 제1센서(36)와, 선박용 디젤기관(32)의 연료분사밸브(37)의 개방 정도(실제로는 액압 실린더(39)의 피스톤 이동량)를 검출하는 제2센서(38)를 갖고 있다.
연료분사밸브 개폐기구(33)는, 연료분사밸브(37)를 구동하는 액압 실린더(39)와, 액압 실린더(39)의 피스톤(40)의 양쪽에 형성된 격실(41)에 절환될 수 있게 유압을 공급하는 서보기구(42)와, 가압된 기름을 공급하는 유압펌프(43)와, 서보기구(42)에 제어용 신호를 입력하는 드라이버(driver; 44)를 갖고 있다.
유압펌프(43)는 선박용 디젤기관(32)의 회전축(35)에 연결되어, 회전축(35)의 동력의 일부에 의해 구동하게 된다.
유압펌프(43)는 선박용 디젤기관(32)의 회전축(35)에 의해 항상 회전하고, 선박용 디젤기관(32)의 회전수가 높을 때에는, 과잉으로 가압된 기름을 릴리프 밸브(45)로부터 나와 탱크(46)로 되돌려지도록 하고 있다.
연료분사량 제어기구(34)는 목표로 하는 선박용 디젤기관의 설정 회전수와, 제1센서(36)에 의해 검출된 선박용 디젤기관(32)의 회전수를 입력해서, 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도의 1차 제어신호를 출력하는 제1콘트롤러(47)와, 이 제1콘트롤러(47)로부터의 1차 제어신호와 제2센서(38)로부터의 연료분사밸브(37)의 개방 정도의 신호를 입력해서, 실제의 연료분사밸브(37)의 개방 정도를 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도에 정합시키는 2차 제어신호를 출력하는 제2콘트롤러(48)를 갖고 있다.
상기 종래의 연료분사 제어장치(31)는 제1콘트롤러(47)가 설정 회전수와 제1 센서(36)에 의해 검출된 선박용 디젤기관의 회전수를 입력하고, 그들을 비교해서, 선박용 디젤기관의 회전수가 설정 회전수보다 높은 경우에는 연료분사밸브의 개방 정도를 작게 하는 1차 제어신호를, 선박용 디젤기관의 회전수가 설정 회전수보다 낮은 경우에는 연료분사밸브의 개방 정도를 크게 하는 1차 제어신호를 출력한다.
상기 1차 제어신호는 드라이버(44)를 매개로 서보기구(42)에 입력되고, 서보기구(42)는 1차 제어신호에 대응해서 액압 실린더(39) 중 하나의 격실(41)에 유압을 공급한다.
제2센서(38)는 액압 실린더(39)의 피스톤 이동량을 검출하고, 제2콘트롤러(48)에 입력한다. 제2콘트롤러(48)는 목표로 하는 연료분사량과 연료분사밸브의 개방 정도를 비교해서, 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도에 달하지 않은 경우는 추가해서 연료분사밸브를 여는 2차 제어신호를, 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도보다 크게 연료분사밸브가 열려 있을 때에는 연료분사밸브를 좁히는 2차 제어신호를 연료분사밸브 개폐기구(33)의 드라이버(44)로 출력한다.
앞에서 설명한 바와 같이, 종래의 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치는, 선박용 디젤기관의 회전수에 의해 선박용 디젤기관의 부하상태를 검출하고, 회전수 가 낮아지면 연료분사밸브의 개방 정도를 크게 해서 회전수를 상승시키고, 회전수가 높아지면 연료분사밸브의 개방 정도를 작게 해서 회전수를 억제하도록 되어 있다.
그러나, 앞에서 설명하였듯이, 해양에서는 선박은 주기적으로 저항을 받아 선박용 디젤기관이 주기적인 고부하 상태와 저부하 상태에 노출되므로, 상기 종래의 기술에 의한 연료분사 제어에서는, 연료분사밸브를 열었을 때에는 이미 저부하 상태로 옮겨졌거나, 역으로 연료분사밸브를 좁혔을 때에는 이미 고부하 상태로 옮겨졌거나 하고 있었다.
즉, 종래의 연료분사 제어는 선박용 디젤기관의 실제의 부하상태에 대해 지체해서 연료의 분사량을 제어하게 되어, 항상 뒤를 쫓아 연료분사 제어를 하게 됨으로써, 연비 효율이 낮았다.
또, 실제로는 고부하 상태로 되어 있는 데에 연료의 분사량이 부족하거나, 저부하 상태로 되어 있는 데에 연료의 분사량이 너무 많거나 함에 따라, 기관의 구성부품에 주기적인 부하가 걸리게 함으로써, 바람직하지가 않았다.
더구나, 종래의 기술은, 유압펌프가 선박용 디젤기관의 회전축에 직접 연결되어 구동되고 있는 점에서 여러 가지 문제가 있었다.
종래의 연료분사 제어장치는, 선박용 디젤기관의 회전수가 저하되었을 때에 연료분사밸브를 열 수 있도록 하기 위해, 유압펌프를 융통성 있게 구동하도록 설정되어 있다.
이 때문에, 선박용 디젤기관의 회전수가 상승했을 때, 유압펌프가 필요 이상 으로 회전해서 높은 가압을 실행하기 때문에, 잉여의 압력을 빠져나가도록 하기 위해 릴리프 밸브를 거쳐 기름을 탱크로 되돌리고 있다. 즉, 종래의 연료분사 제어장치에서는, 주기적으로 유압펌프가 필요 이상으로 회전을 하고, 그 결과 잉여의 압력을 빠져나가도록 하기 위해 릴리프 밸브로부터 기름을 탱크로 되돌리도록 하고 있다. 이에 따라, 유압펌프의 구동효율이 나쁠 뿐만 아니라, 고온의 오일이 탱크로 되돌려지기 때문에, 기름의 열화(劣化)를 불러 온도의 상승을 억제하기 위해 탱크가 대형화되었다.
또, 선박용 디젤기관의 회전축이 항상 유압펌프를 구동하고 있기 때문에, 선박용 디젤기관의 연비가 나빴다.
이상의 종래기술의 문제를 감안해서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 주기적으로 찾아오는 선박용 디젤기관의 고부하와 저부하 상태를 예측해서, 연료를 분사하는 시점의 부하상태와 정합하도록 제어하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 연료분사 제어장치를 제공함에 있다.
또, 상기 연료를 분사하는 시점의 부하상태와 정합하는 연료분사 제어를 실현함과 더불어, 상기 유압펌프가 선박용 디젤기관의 회전축에 직접 연결되어 있는 데에 따른 문제를 해결하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치를 제공한다.
일본국 특허공개공보 소62-26503호에는, 선박용 디젤기관의 회전수를 검출하고, 연료분사밸브(37)의 제어신호에, 상기 회전수에 의해 결정되는 소정의 파라미터를 곱하는 기술이 개시되어 있다.
이 기술은, 거친 날씨일 때 스크류 프로펠러가 해면 상에 노출되어 스크류 프로펠러가 공전해서 회전수가 과도하게 상승하는 현상에 대해, 상기 파라미터에 의해 상기 스크류 프로펠러의 회전을 억제하는 것이다.
일본국 실용신안등록 출원(실용공보 소63-42836호)에는, 본 발명의 연료분사밸브 개폐기구와 유사한 연료분사량 조정장치가 기재되어 있다.
본 발명에 따른 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법은, 소정의 시간 간격으로 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수를 소정의 회수로 계측해서 입력하는 단계와, 상기 회수의 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 관계를 만족시키는 하기의 근사식(近似式)을 구하는 단계와,
[식 1]
yk = G(yi, uj) (i = k-1,...,k-n, j = k,...,k-n)
y : 선박용 디젤기관의 회전수
u : 연료분사량
k : 제어하려고 하는 회수(시점)
n : 제어하려고 하는 회수의 산출에 사용되기 이전에 계측된 선박용 디젤기
관의 이전수(移轉數)와 연료분사량의 회수
상기 근사식의 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 설정한 경우의 현재 분사해야 할 연료분사량(uk)을 산출하는 단계와, 상기 산출한 현재의 연료분사량에 정합하도록 선박용 디젤기관의 연료분사밸브의 개방 정도를 제어하는 단계를 가진 것을 특징으로 한다.
상기 근사식은,
[식 2]
yk = a1yk -1 + a2yk -2 +…+ b0uk + b1uk -1 + b2uk -2 +…
am,bn : 계수
로 이루어지도록 할 수가 있다.
본 발명에 따른 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치는, 선박용 디젤기관의 연료분사밸브를 개폐하는 연료분사밸브 개폐기구와, 이 연료분사밸브 개폐기구의 동작을 제어하는 연료분사량 제어기구와, 상기 선박용 디젤기관의 회전수를 검출하는 제1센서와, 상기 연료분사밸브의 개방 정도를 검출하는 제2센서를 갖되, 상기 연료분사량 제어기구는 소정의 시간 간격으로 상기 제1센서와 상기 제2센서로부터 각각 상기 선박용 디젤기관의 회전수와 상기 연료분사밸브의 개방 정도를 입력해서, 소정의 회수의 선박용 디젤기관의 회전수와 연료분사밸브의 관계를 만족시키는 하기의 근사식을 구하고,
[식 3]
yk = G(yi, uj) (i = k-1,...,k-n, j = k,...,k-n)
y : 선박용 디젤기관의 회전수
u : 연료분사량
k : 제어하려고 하는 회수(시점)
n : 제어하려고 하는 회수의 산출에 사용되기 이전에 계측된 선박용 디젤기
관의 이전수와 연료분사량의 회수
상기 근사식의 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 설정한 경우의 현재 분사해야 할 연료분사량(uk)을 산출하고, 산출한 현재의 연료분사량에 정합하도록, 상기 연료분사밸브 개폐기구를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 근사식은,
[식 4]
yk = a1yk -1 + a2yk -2 +…+ b0uk + b1uk -1 + b2uk -2 +…
am,bn : 계수
이도록 할 수가 있다.
상기 연료분사밸브 개폐기구는, 연료분사밸브를 구동하는 액압 실린더와, 이 액압 실린더의 피스톤 양쪽에 형성된 격실에 절환될 수 있게 유압을 공급하는 체크밸브기구와, 이 체크밸브기구를 매개로 상기 격실에 가압된 액체를 공급하는 원동기가 부착된 쌍방향 펌프와, 이 쌍방향 펌프의 동작을 제어하는 드라이버로 이루어지도록 할 수가 있다.
상기 연료분사량 제어기구는, 목표로 하는 선박용 디젤기관의 설정 회전수와, 상기 제1센서에 의해 검출된 선박용 디젤기관의 회전수와, 상기 제2센서에 의해 검출된 연료분사밸브의 개방 정도의 데이터를 입력해서, 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도의 1차 제어신호를 출력하는 제1콘트롤러와; 이 제1콘트롤러로부터의 1차 제어신호와, 상기 제2센서로부터의 연료분사밸브의 개방 정도의 신호를 입력해서, 연료분사밸브의 개방 정도를 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도에 정합시키는 2차 제어신호를 출력하는 제2콘트롤러;를 갖도록 할 수가 있다.
본 발명의 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법 및 연료분사 제어장치는, 소정의 시간 간격으로 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수를 소정의 회수로 계측해서 입력하고, 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 관계를 구하도록 되어 있다.
연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 관계식은,
[식 5]
yk = G(yi, uj) (i = k-1,...,k-n, j = k,...,k-n)
y : 선박용 디젤기관의 회전수
u : 연료분사량
k : 제어하려고 하는 회수(시점)
n : 제어하려고 하는 회수의 산출에 사용되기 이전에 계측된 선박용 디젤기
관의 이전수와 연료분사량의 회수
로 되어 있다. 관계식에 제어하려고 하는 시점 이전의 소정 회수(n)의 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 관계가 포함되어 있기 때문에, 변동하는 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 관계를 가미한 연료분사량의 제어를 실행할 수가 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 과거의 연료분사량과 회전수의 관계로부터, 연료를 분사하는 시점의 회전수를 일정하게 하도록 선박용 디젤기관의 부하상태와 정합하도록 연료분사량을 제어할 수가 있다. 이에 따라, 변동하는 선박용 디젤기관의 부하상태에 뒤에서 따라가도록 연료분사량을 제어하지 않게 되어, 효율이 좋은 연료의 분사 제어를 실행할 수 있다.
바꿔 말해, 해상에서의 정상운행시에 선체가 롤링(rolling)이나 피칭(pitching)을 반복하고 있는 경우, 어느 일정한 시간 간격(시계열 파라미터)으로 스크류 프로펠러의 해중에서의 상태가 변화하고, 이에 의해 부하 변동이 일어나 선박용 디젤기관의 회전수가 변화한다.
본 발명은, 상기 회전수 변동을 연료분사량과의 관계에서 일정시간 계측하고, 그 규칙성을 추정하여, 그 후의 변동 주기를 예측해서, 스크류 프로펠러 회전수를 항상 일정하게 유지되도록 제어할 수가 있는 것이다.
연료분사량이 적정하게 제어되기 때문에, 배기가스 중의 NOx, SOx를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 앞에서 설명한 바와 같이 최적의 연료분사량에 의해, 설정한 선박용 디젤기관의 회전수를 유지할 수가 있다.
또, 연료분사밸브 개폐기구가, 액압 실린더와, 이 액압 실린더의 피스톤의 양쪽에 형성된 격실에 절환될 수 있게 유압을 공급하는 체크밸브기구와, 이 체크밸브기구를 매개로 상기 격실에 가압된 액체를 공급하는 원동기가 부착된 쌍방향 펌프와, 이 쌍방향 펌프의 동작을 제어하는 드라이버를 가진 본 발명의 연료분사 제어장치에 의하면, 유압을 제공하는 펌프가 선박용 디젤기관의 회전축과 떨어져, 선박용 디젤기관의 회전수에 불구하고 연료분사량을 자유롭게 제어할 수가 있다.
이에 따라, 앞에서 설명한 바와 같이, 연료분사시의 선박용 디젤기관의 회전수를 예측해서 자유로이 연료분사밸브의 개구를 개폐할 수가 있다.
또, 선박용 디젤기관이 저회전시에 유압펌프를 고회전시키고, 또는 역으로 선박용 디젤기관이 고회전시에 유압펌프를 저회전시켜, 선박용 디젤기관의 부하상태에 맞추어 유압펌프를 작동시킬 수가 있어, 종래의 기술과 같이 헛되이 유압펌프의 가압된 기름을 탱크로 되돌리는 일이 없다.
제1콘트롤러와 제2콘트롤러를 가진 본 발명의 연료분사 제어장치에 의하면, 연료분사밸브의 개방 정도에 대한 제어신호와, 실제의 연료분사밸브의 개방 정도의 상위(相違)를 저감시켜, 보다 정확히 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 유지할 수가 있다.
본 발명에 의하면, 제1콘트롤러는, 선박용 디젤기관의 설정 회전수와, 실제의 선박용 디젤기관의 회전수와, 실제의 연료분사밸브의 개방 정도를 입력해서, 연료분사밸브의 개방 정도의 1차 제어신호를 출력한다.
즉, 제1콘트롤러는 선박용 디젤기관의 설정 회전수와 실제의 회전수의 차이로부터 필요한 연료분사밸브의 개방 정도를 계산하여, 계산에 의한 연료분사밸브의 개방 정도와 실제의 연료분사밸브의 개방 정도의 차이로부터, 1차 제어신호를 출력한다.
제2콘트롤러는 상기 연료분사밸브의 개방 정도의 1차 제어신호와, 실제의 연료분사밸브의 개방 정도를 입력해서, 연료분사밸브의 개방 정도의 2차 제어신호를 출력한다.
즉, 제2콘트롤러는 1차 제어신호에 의해 열어야 할 연료분사밸브의 개방 정도와, 실제의 연료분사밸브의 개방 정도를 입력해서, 그들의 차이가 없게 되도록 2차 제어신호를 출력한다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 연료분사밸브의 제어신호에 의해 열어야 할 연료분사밸브의 개방 정도와, 실제의 연료분사밸브의 개방 정도의 차이가 없어지도록 제어를 할 수가 있어서, 보다 정확히 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 유지할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 제1콘트롤러에 기억되는 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 데이터의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치의 구성을 나타내고 있다.
도 1의 연료분사 제어장치(1)는 제어대상의 선박용 디젤기관(2)과, 연료분사밸브 개폐기구(3)와, 연료분사량 제어기구(4)를 갖고 있다.
센서의 계통으로서, 연료분사 제어장치(1)는 선박용 디젤기관(2)의 회전축(5)의 근방에 설치되고서 선박용 디젤기관(2)의 회전수를 검출하는 제1센서(6)와, 선박용 디젤기관(2)의 연료분사밸브(7)의 개방 정도를 검출하는 제2센서(8)를 갖고 있다. 제2센서(8)는 연료분사밸브(7)의 개방 정도를 직접 검출함으로써, 뒤에 설명되듯이, 연료분사밸브 개폐기구(3)의 액압 실린더의 피스톤 이동량을 검출함으로써, 간접적으로 연료분사밸브(7)의 개방 정도를 검출하도록 하는 것이 바람직하다.
연료분사밸브 개폐기구(3)는 연료분사밸브(7)를 구동하는 액압 실린더(9)와, 액압 실린더(9)의 피스톤(10) 양쪽에 형성된 격실(11)에 절환될 수 있게 유압을 공급하는 체크밸브기구(12)와, 체크밸브기구(12)를 매개로 격실(11)에 가압된 작동유체를 공급하는 쌍방향 펌프(13)와, 쌍방향 펌프(13)를 구동하는 원동기(14)와, 쌍방향 펌프(13)와 원동기(14)의 동작을 제어하는 드라이버(15)를 갖고 있다.
본 실시예에서는, 제2센서(8)는 연료분사밸브(7)의 개방 정도를 직접 검출하는 대신 액압 실린더(9)의 피스톤(10)의 이동량을 검출하도록 되어 있다.
체크밸브기구(12)는 2개의 체크밸브(16, 17)가 허용하는 흐름 방향이 상호 역으로 되도록 배치되어 그 사이가 관으로 접속되고, 이 관으로 유출된 작동유체를 탱크(18)로 유도하는 관이 설치되어 있다.
각 체크밸브(16, 17)의 상류측 관로로부터 다른 체크밸브까지 가압 유체를 유도해서 다른 체크밸브를 밀어올리기(열기) 위한 관(19, 20)이 설치되어 있다.
연료분사량 제어기구(4)는 목표로 하는 선박용 디젤기관의 설정 회전수와, 제1센서(6)에 의해 검출된 선박용 디젤기관(2)의 회전수와, 제2센서(8)에 의해 검출된 연료분사밸브(7)의 개방 정도의 데이터를 입력해서, 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도의 1차 제어신호를 출력하는 제1콘트롤러(21)와 이 제1콘트롤러(21)로부터의 1차 제어신호와, 제2센서(8)로부터의 연료분사밸브(7)의 개방 정도의 신호를 입력해서, 실제의 연료분사밸브(7)의 개방 정도를 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도에 정합시키는 2차 제어신호를 출력하는 제2콘트롤러(22)를 갖고 있다.
1차 제어신호에 더해 2차 제어신호에 의해 제어를 실행하는 것은, 1차 제어신호에 의해 목표로 하는 연료분사량 즉 연료분사밸브(7)의 개방 정도의 제어신호가 연료분사밸브 개폐기구(3)의 드라이버(15)에 입력되어도, 쌍방향 펌프(13)의 회전만으로는 정확한 연료분사밸브(7)의 개방 정도를 제어하는 것이 어렵기 때문에, 실제의 액압 실린더(9)의 피스톤 이동량을 제2센서(8)에 의해 검출하여, 연료분사밸브의 개방 정도를 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도에 정확하게 정합시키기 위해서이다.
연료분사밸브 개폐기구(3)의 동작은 이하와 같다.
원동기(14)는 드라이버(15)의 제어신호에 의해, 기동, 정지, 정회전, 역회전 등을 실행한다. 지금, 도 1의 액압 실린더(9)의 위쪽의 격실(11)에 가압된 작동유체를 공급하는 경우를 예로 설명한다.
쌍방향 펌프(13)는 원동기(14)에 의해 구동되어, 탱크(18)로부터 작동유체를 흡입하고, 체크밸브(16)의 상류측 관 계통에다 가압된 작동유체를 공급한다. 가압된 작동유체는, 체크밸브(16)의 상류측 관 계통으로부터 액압 실린더(9) 위쪽의 격실(11)로 유입되어, 피스톤(10)을 눌러 내린다. 동시에, 체크밸브(16)의 상류측 관 계통의 가압된 작동 유체는, 관(19)을 통해 체크밸브(17)의 밸브체를 밀어올려 체크밸브(17)를 열리도록 한다. 피스톤(10)이 눌려 내려짐으로써, 액압 실린더(9)의 아래쪽의 격실(11)의 작동유체는 체크밸브(17)의 상류측 관 계통으로 유출된다. 체크밸브(17)가 열려져 있음에 따라, 체크밸브(17)의 상류측 관 계통으로 유출된 작동 유체는 체크밸브(17)를 통해 탱크(18)로 유출된다.
액압 실린더(9)의 아래쪽 격실(11)에 가압된 작동유체를 공급하는 경우는, 앞에서 설명한 작용이 역으로 이루어진다.
피스톤(10)이 이동함으로써, 피스톤(10)의 로드를 매개로 연료분사밸브(7)가 개폐되게 된다.
다음에는, 본 발명에 의한 연료의 분사 제어, 즉 연료분사시의 선박용 디젤기관의 부하상태에 정합하도록 연료분사량을 제어하는 방법에 대해 설명한다.
연료분사 제어장치(1)는 소정의 시간 간격으로 연료분사량과 선박용 디젤기 관의 회전수를 소정의 회수로 계측해서 입력한다. 이 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수 데이터는 제1센서(6)와 제2센서(8)에 의해 취득된다. 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 데이터는 예컨대 도 2에 도시된 것과 같이 대응하도록 되어 제1콘트롤러(21)의 도시되지 않은 기억장치에 기억된다.
연료분사량(u)과 선박용 디젤기관의 회전수(y) 사이에는, 아래 식의 관계가 성립한다고 생각될 수 있다.
[식 6]
yk = G(yi, uj) (i = k-1,...,k-n, j = k,...,k-n)
y : 선박용 디젤기관의 회전수
u : 연료분사량
k : 제어하려고 하는 회수(시점)
n : 제어하려고 하는 회수의 산출에 사용되기 이전에 계측된 선박용 디젤기
관의 이전수와 연료분사량의 회수
상기 관계식 G는, 제어하려고 하는 회수(시점)의 선박용 디젤기관의 회전수와, 그 이전의 선박용 디젤기관의 회전수와, 과거의 연료분사량과, 현재의 연료분사량에 의해 규정되어 있는 것을 나타낸 것이다.
여기서, 관계식 G의 한 예로서 다음의 관계식이 성립한다고 생각될 수 있다.
[식 7]
yk = a1yk -1 + a2yk -2 +…+ b0uk + b1uk -1 + b2uk -2 +…
am,bn : 계수
계수 a, b를 구하면 현재의 연료분사량으로부터 이에 의해 얻어지는 선박용 디젤기관의 회전수가 구해진다.
계수 a, b는 선박용 디젤기관마다 다를 뿐만 아니라, 선박용 디젤기관의 부하상태에 의해서도 변화한다. 따라서, 연료분사 제어장치(1)의 제1콘트롤러(21)는 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수를 수시로 입력하면서, 상기 계수 a, b를 산출한다.
도 2의 연료분사량(u)과 선박용 디젤기관의 회전수(y)를 상기 관계식에 대입하면,
[식 8]
yk = a1yk -1 + a2yk -2 +…+ b0uk + b1uk -1 +…
yk -1 = a1yk + a2yk -1 +…+ b0uk +1 + b1uk +…
yk -2 = a1yk +1 + a2yk +…+ b0uk +2 + b1uk +1 +…
이라고 하는 복수의 식이 시간 경과와 함께 얻어진다. 이들 식에 의해,
[식 9]
Figure 112007040401448-pct00001
라 하는 행렬이 얻어진다. 충분한 시간 경과에 따라, 계수 행렬 A는 이하와 같이 구해진다.
[식 10]
A = (XTX)-1XTY
계수 행렬 A가 구해지면,
[식 11]
yk = a1yk -1 + a2yk -2 +…+ b0uk + b1uk -1 + b2uk -2 +…
로부터 현재의 연료분사량과 이에 의해 얻어지는 선박용 디젤기관의 회전수의 관계가 얻어져, 선박용 디젤기관의 회전수를 목표의 설정 회전수로 함으로써, 현재 분사해야 할 연료의 분사량이 구해진다.
본 발명에 의하면, 종래의 연료분사 제어와 같이 선박용 디젤기관의 실제의 부하상태에 지체해서 연료의 분사량을 제어하지 않게 되어, 연료분사시의 선박용 디젤기관의 부하상태에 맞는 분사량의 연료를 분사시킬 수가 있어서, 효율이 좋게 선박용 디젤기관의 회전수를 목표의 회전수로 유지하고, 실제의 부하상태를 뒤에서 따라가면서 연료분사밸브를 개폐함으로 인한 디젤기관의 불안정한 거동을 방지할 수가 있다. 적정한 양의 연료를 분사함으로써 본 발명에 의하면 디젤기관의 배기가스의 NOx, SOx를 줄일 수가 있게 된다.
그리고, 본 발명에 의하면, 연료분사밸브 개폐기구의 유압펌프가 선박용 디젤기관의 회전축으로부터 떨어져, 적정한 동력으로 연료분사밸브 개폐기구의 유압펌프를 구동할 수가 있어서, 종래의 연료분사 제어장치와 같이 잉여의 압력을 빠져나가도록 하기 위해 릴리프 밸브로부터 작동유체를 탱크로 되돌리는 것을 방지할 수 있고, 연료분사 제어장치의 콤펙트화를 도모할 수가 있다.

Claims (7)

  1. 소정의 시간 간격으로 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수를 소정의 회수로 계측해서 입력하는 단계와,
    상기 소정 회수의 연료분사량과 선박용 디젤기관의 회전수의 관계를 만족시키는 아래에 기재된 근사식을 구하는 단계와,
    yk = G(yi, uj) (i = k-1,...,k-n, j = k,...,k-n)
    y : 선박용 디젤기관의 회전수
    u : 연료분사량
    k : 제어하려고 하는 회수(시점)
    n : 제어하려고 하는 회수의 산출에 사용되기 이전에 계측된 선박용 디젤기
    관의 이전수와 연료분사량의 회수
    이 근사식의 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 설정한 경우의 현재 분사해야 할 연료분사량(uk)을 산출하는 단계와,
    상기 산출한 현재의 연료분사량에 정합하도록 선박용 디젤기관의 연료분사밸브의 개방 정도를 제어하는 단계를 가진 것을 특징으로 하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 근사식은,
    yk = a1yk -1 + a2yk -2 +…+ b0uk + b1uk -1 + b2uk -2 +…
    am,bn : 계수
    로 된 것을 특징으로 하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어방법.
  3. 선박용 디젤기관의 연료분사밸브를 개폐하는 연료분사밸브 개폐기구와,
    이 연료분사밸브 개폐기구의 동작을 제어하는 연료분사량 제어기구와,
    상기 선박용 디젤기관의 회전수를 검출하는 제1센서와,
    상기 연료분사밸브의 개방 정도를 검출하는 제2센서를 갖되,
    상기 연료분사량 제어기구는 소정의 시간 간격으로 상기 제1센서와 상기 제2센서로부터 각각 상기 선박용 디젤기관의 회전수와 상기 연료분사밸브의 개방 정도를 입력해서, 소정의 회수의 선박용 디젤기관의 회전수와 연료분사밸브의 관계를 만족시키는 아래에 기재된 근사식을 구하고,
    yk = G(yi, uj) (i = k-1,...,k-n, j = k,...,k-n)
    y : 선박용 디젤기관의 회전수
    u : 연료분사량
    k : 제어하려고 하는 회수(시점)
    n : 제어하려고 하는 회수의 산출에 사용되기 이전에 계측된 선박용 디젤기
    관의 이전수와 연료분사량의 회수
    이 근사식의 선박용 디젤기관의 회전수를 일정하게 설정한 경우의 현재 분사해야할 연료분사량(uk)을 산출하고, 산출한 현재의 연료분사량에 정합하도록 상기 연료분사밸브 개폐기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 근사식은,
    yk = a1yk -1 + a2yk -2 +…+ b0uk + b1uk -1 + b2uk -2 +…
    am,bn : 계수
    인 것을 특징으로 하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 연료분사밸브 개폐기구가, 연료분사밸브를 구동하는 액압 실린더와, 이 액압 실린더의 피스톤의 양쪽에 형성된 격실에 절환될 수 있게 유압을 공급하는 체크밸브기구와, 이 체크밸브기구를 매개로 상기 격실에 가압된 액체를 공급하는 원동기가 부착된 쌍방향 펌프와, 이 쌍방향 펌프의 동작을 제어하는 드라이버로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 연료분사량 제어기구가,
    목표로 하는 선박용 디젤기관의 설정 회전수와, 상기 제1센서에 의해 검출된 선박용 디젤기관의 회전수와, 상기 제2센서에 의해 검출된 연료분사밸브의 개방 정도의 데이터를 입력해서, 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도의 1차 제어신호를 출력하는 제1콘트롤러와,
    이 제1콘트롤러로부터의 1차 제어신호와, 상기 제2센서로부터의 연료분사밸브의 개방 정도의 신호를 입력해서, 연료분사밸브의 개방 정도를 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도에 정합시키는 2차 제어신호를 출력하는 제2콘트롤러를 가진 것을 특징으로 하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 연료분사량 제어기구가,
    목표로 하는 선박용 디젤기관의 설정 회전수와, 상기 제1센서에 의해 검출된 선박용 디젤기관의 회전수와, 상기 제2센서에 의해 검출된 연료분사밸브의 개방 정도의 데이터를 입력해서, 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도의 1차 제어신호를 출력하는 제1콘트롤러와,
    이 제1콘트롤러로부터의 1차 제어신호와, 상기 제2센서로부터의 연료분사밸브의 개방 정도의 신호를 입력해서, 연료분사밸브의 개방 정도를 목표로 하는 연료분사밸브의 개방 정도에 정합시키는 2차 제어신호를 출력하는 제2콘트롤러를 가진 것을 특징으로 하는 선박용 디젤기관의 연료분사 제어장치.
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