KR101481931B1 - 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법 및 장치 - Google Patents

엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

연소 진단 장치(44)에 의해서 연소가 최적이지 않다고 판정된 기통에서, 연료 분사 타이밍을 최적 연소로 판정할 때까지 보정을 반복하여 보정량을 누적해 나가는 분사 타이밍 보정 수단(62)과, 복수 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터를 기초로 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위를 설정하는 보정 허용 범위 설정 수단(64)과, 분사 타이밍 보정 수단(62)에 의해서 보정되는 연료 분사 타이밍이 보정 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 분사 타이밍 판정 수단(70)과, 해당 판정 수단에 의해서 보정 허용 범위 내로 판정한 경우에 보정 연료 분사 타이밍에서 분사 지령을 출력하는 지령 제어 수단(72)을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING PILOT INJECTION TIMING WHEN ENGINE COMBUSTION DIAGNOSIS SIGNAL IS ABNORMAL}
본 발명은, 연소 진단 장치를 구비한 다(多)실린더 가스 엔진, 디젤 엔진 등에 적용되는, 연소 진단 신호의 이상 발생시의 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 연소가 최적이지 않다고 진단된 상태 하에서 연소 진단 신호에 이상이 발생한 경우의 파일럿 분사 타이밍을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다실린더 가스 엔진, 디젤 엔진에서는, 각 실린더에서의 연소 상태를 진단하기 위해서 연소 진단 장치가 구비되고, 1 실린더 또는 복수 실린더에, 노킹 또는 실화(失火)라고 불리는 이상 연소가 생긴 경우에, 연소 진단 장치는 이상 연소가 발생했다고 판정해서 연료 분사량이나 연료 분사 시기를 제어하여 출력 조정 또는 엔진 정지를 행하는 기술이 알려져 있다.
예를 들면, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2005-69042호 공보)에는, 가스 엔진의 실린더내 압력을 검출하는 실린더내 압력 검출기와, 해당 실린더내 압력 검출기로부터의 실린더내 압력 검출값에 근거하여 엔진의 실린더내에서의 노킹, 실화 등의 이상 연소의 유무의 판정을 행하는 이상 연소 진단 장치를 구비하고, 해당 이상 연소 진단 장치에서 이상 연소의 발생이 판정되었을 때에는, 실린더 내로의 가스의 분사 타이밍 및 토치 착화 타이밍(부실 착화 타이밍)을 조정하도록 한 가스 엔진의 이상 연소시의 운전 제어 장치가 개시되어 있다.
또한, 이 특허문헌 1에는, 토치 착화 장치로서 파일럿 연료 분사 장치가 나타내어져 있다. 그 구조를 본 발명의 실시 형태를 나타내는 도 4를 참조하여 설명한다.
파일럿 연료 분사 장치(3)는 본체(5)와, 부실(副室)(7)을 가지는 부실 구금(口金)(9)으로 이루어지고, 해당 부실 구금(9)은 본체(5)를 실린더 헤드(11)에 단단히 조이는 것에 의해서 실린더 헤드(11)에 고정된다.
또한, 부실 구금(9)의 둘레 방향에는, 부실 구금(9)의 내부에 형성된 부실(7)과, 주연소실(15)를 연통하는 복수의 부실 분구(噴口)(17)가 형성되고, 또한, 본체(5)의 내부에는, 파일럿 연료 분사 밸브(19)가 마련되고, 액체 연료 통로(21)를 통해 경유 등의 액체 연료를 부실(7) 내에 분사하도록 되어 있다.
그리고, 파일럿 연료 분사 밸브(19)로부터 부실(7) 내로 액체 연료(파일럿 연료)를 분사하고, 부실(7) 내부에 주연소실(15)로부터 역류하여 유입된 혼합기(混合氣)를 착화 연소시켜 토치 화염(23)을 생성하고, 이 토치 화염(23)을 부실 분구(17)로부터 주연소실(15) 내로 분출하도록 되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-69042호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2006-299832호 공보
상기 특허문헌 1에 나타내는, 파일럿 연료 분사 장치(3)에서, 부실(7) 내로의 파일럿 연료 분사 타이밍 t와, 주연소실(15) 내의 실린더내 압력 p의 관계는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 파일럿 연료 분사 타이밍 t를 앞당기면 실린더내 압력 p는 높고, 늦게 하면 실린더내 압력 p는 저하하는 경향을 나타낸다. 단, 너무 빠르면 노킹이라고 하는 이상 연소가 생기고, 너무 늦으면 실화에 이른다.
따라서, 연소 진단 장치의 진단 결과에 따라, 실린더내 압력 p의 최적 범위에 대해 높은 경우에는, 상기 파일럿 연료 분사 타이밍을 지각(遲角)측으로 소정량 보정하고, 반대로, 실린더내 압력 p의 최적 범위에 대해 낮은 경우에는, 진각(進角)측으로 소정량 보정하는 조작을 반복하여, 최적 범위로 되돌리는 것이 행해진다.
그러나, 보정에 의해서 최적 범위로 되돌아간 것이 진단 결과로서 출력될 때까지, 소정량의 진각 보정 또는 지각 보정이 반복하여 행해지고, 진각 또는 지각이 누적되는 보정 수법(소위, 적분적 보정)이 행해지면, 연소 진단 장치가 고장나 있는 경우(예를 들면, D/A 변환기 등의 이상으로 신호가 정확하게 출력되지 않는 경우)나, 연소 진단 장치로부터 파일럿 연료 분사 제어 장치(분사 타이밍 제어 장치)로의 연소 진단 결과의 신호가 정확히 입력되지 않는 경우(예를 들면, A/D 변환기 등의 이상으로 신호가 정확히 입력되지 않는 경우)에는, 연소 상태가 최적으로 복귀하여 적정 실린더내 압력으로 연소가 행해지고 있음에도 불구하고, 연소가 최적이지 않다는 진단 결과를 파일럿 연료 분사 제어 장치(분사 타이밍 제어 장치)가 계속 입력할 우려가 있어, 그 진단 결과에 대응하여 파일럿 연료 분사 타이밍의 진각 또는 지각의 보정이 계속되어, 잘못된 분사 타이밍에서의 운전을 속행하는 위험성이 있다.
또, 분사 타이밍 등에 제한을 거는 기술로서, 특허문헌 2(일본 특허 공개 제2006-299832호 공보)가 알려져 있지만, 이 특허문헌 2는 미리 맵에 의해서 분사 타이밍의 상한 정보를 설정하는 수법이다. 맵 설정값을 구하는데 많은 시간과 노력을 필요로 함과 아울러 기억 장치의 대용량화에 따라 제어 장치가 대형화되는 문제가 생긴다. 또한, 이 특허문헌 2는, 디젤 엔진의 파일럿 분사와 파일럿 분사 개시 타이밍을 관련지어 제어하는 기술이며, 연소가 최적이지 않다고 진단된 상태 하에서 연소 진단 신호 이상인 경우의 파일럿 분사 타이밍 제어에 대해서는 개시되어 있지 않다.
그래서, 본 발명은 상기 문제점을 감안하여, 엔진이 노킹 또는 실화 상태에 있는지를 포함하여 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치로부터 연료 분사 제어 장치(분사 타이밍 제어 장치)에 송출되는 연소 진단 결과의 신호가, 정확한 진단 결과를 출력·입력하고 있지 않은 경우이더라도, 연소 진단 결과에 근거하여 행해지는 연료 분사 타이밍의 보정을 허용 범위 내로 유지해서 연소 진단 장치로부터의 신호에 근거하는 보정 운전의 안전성 및 신뢰성을 향상하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 제 1 발명의 방법 발명은, 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치와, 해당 연소 진단 장치로부터의 진단 결과를 수취하여 연료 분사 장치를 제어하는 연료 분사 제어 장치를 구비한 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법에 있어서, 상기 연소 진단 장치에 의해서 각 기통의 연소 상태를 진단하는 스텝과, 연소가 최적이지 않다고 판정된 기통에서 엔진 회전수 및 엔진 부하에 근거하여 미리 설정된 연료 분사 타이밍에 대해 최적 연소로 판정될 때까지 보정을 반복하여 보정량을 누적해 나가는 스텝과, 복수 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터를 기초로 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위를 설정하는 스텝과, 금회 보정의 분사 타이밍이 상기 보정 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 스텝과, 상기 판정의 결과가 보정 허용 범위 내인 경우에 금회 보정의 분사 타이밍에 의해서 상기 연료 분사 장치를 작동시키는 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 제 1 발명에 따르면, 최적 연소로 판정될 때까지 보정을 반복하여 보정량이 누적되는 경우이더라도, 복수 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터를 기초로 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위를 설정하고, 금회 보정의 연료 분사 타이밍이, 상기 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위 내인지 여부를 판정하고, 판정 결과가 보정 허용 범위 내인 경우에 금회 보정의 분사 타이밍에 의해서 연료 분사 장치를 작동시키기 때문에, 연소 진단 장치에 의해서 연소가 최적이지 않다고 판정된 기통에 대해, 연료 분사 타이밍을 진각측으로 과도하게 보정하여 실린더내 압력이 고압력 상태로 될 우려, 또는 지각측으로 과도하게 보정하여 실화 상태로 될 우려를 회피할 수 있어, 연소 진단 장치에 의한 진단 결과에 근거하는 연료 분사 타이밍의 보정을 적절한 범위로 유지할 수 있다.
그 결과, 잘못된 연료 분사 타이밍에서의 운전을 회피할 수 있어, 연소 진단 장치로부터의 신호에 근거하는 보정 운전의 안전성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한, 제 1 발명에서 바람직하게는, 상기 판정의 결과가 보정 허용 범위 외인 경우에는 전회의 분사 타이밍에 의해 상기 연료 분사 제어 장치를 작동하면 좋다.
이와 같이, 금회 보정의 분사 타이밍이, 상기 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위 외인 경우에는, 보정을 제한하여 전회의 분사 타이밍(직전의 제어에서 실시한 분사 타이밍)을 이용하는 것에 의해, 연료 분사 타이밍을 허용 범위로 유지하여, 연소 상태가 더 악화되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제 1 발명에서 바람직하게는, 상기 보정 허용 범위를 설정하는 스텝은, 복수 기통의 직전에서의 연료 분사 타이밍의 평균값을 산출하고, 해당 산출한 평균값에 대해 상하한 허용 범위를 부가하여 설정하면 좋다.
보정 허용 범위의 설정은, 우선, 다기통 엔진의 전체 기통의 평균 연료 분사 타이밍을 산출한다. 이 경우, 연소 진단 장치에 의해서 연소가 최적이지 않다고 진단된 기통, 및 최적이라고 진단된 기통의 모두를 포함한 기통을 대상으로 하여 산술 평균값을 산출한다. 또, 과거의 데이터는 직전의 분사 타이밍의 데이터로서, 그 평균값에 대해 상하한값 허용 범위를 부가한다.
상하한 허용 범위의 상한값은 고압력 상태로 되어 기통에 마모 열화, 균열 등의 손상 등의 기계적 이상이 생겨, 내구성에 문제가 생기는 값으로 하여 시험적 또는 시뮬레이션 계산에 근거해서 설정된다. 또한, 하한값은 실화 상태로 되는 값으로 하여 시험적 또는 시뮬레이션 계산에 근거해서 설정된다.
또한, 복수 기통의 직전의 연료 분사 데이터를 기초로 보정 허용 범위를 설정하기 때문에, 미리 보정 허용 범위를 맵으로서 기억해 두는 것이 불필요해지고, 또 기억 수단의 용량도 작아지게 되어 제어 장치의 간소화를 도모할 수 있다.
또한, 제 1 발명에서 바람직하게는, 상기 보정 허용 범위를 설정하는 스텝은, 복수 기통의 과거 일정 기간에서의 연료 분사 타이밍의 평균값을 산출하고, 산출 결과의 평균값에 대해 상하한 허용 범위를 부가하여 설정하면 좋다.
이 경우에는, 과거 일정 기간은, 예를 들면 1시간, 1일 등의 연료 분사 데이터를 기초로 보정 허용 범위를 설정하면 좋고, 과거의 운전 상태의 이력을 반영한 보정 허용 범위를 설정할 수 있기 때문에, 보다 적절한 보정 허용 범위를 설정할 수 있다.
또, 제 1 발명에서 구체적으로는, 상기 엔진이 부실(副室)을 구비한 다기통 가스 엔진이고, 상기 연료 분사 타이밍이 상기 부실로의 파일럿 연료 분사 타이밍인 것을 특징으로 한다.
파일럿 연료 분사 장치에서는, 파일럿 연료 분사 타이밍 t와 실린더내 압력 p의 관계는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 파일럿 연료 분사 타이밍 t를 앞당기면 실린더내 압력 p는 높고, 늦게 하면 실린더내 압력 p는 저하하는 경향을 나타낸다. 단, 지나치게 앞당기면 노킹이라고 하는 이상 연소가 생기고, 지나치게 늦게 하면 실화에 이른다.
따라서, 연소 진단 장치의 진단 결과에 따라, 실린더내 압력 p의 최적 범위에 대해 높은 경우에는, 상기 파일럿 연료 분사 타이밍을 현상의 타이밍보다 지각측으로 소정량 보정하고, 반대로, 실린더내 압력 p의 최적 범위에 대해 낮은 경우에는, 상기 파일럿 연료 분사 타이밍을 현상(現狀)의 타이밍보다 진각측으로 소정량 보정하는 조작을 반복하여, 최적 연소 상태로 돌아올 때까지 보정된다.
이 최적 상태로 되돌리는 보정에서, 본 제 1 발명에 따르면, 연소 진단 장치로부터 출력되는 신호로 정확한 신호가 출력되지 않고, 파일럿 연료 분사 타이밍을 진각측 또는 지각측으로 계속 보정하는 경우이더라도, 보정 허용 범위 내에 파일럿 연료 분사 타이밍을 유지할 수 있기 때문에, 잘못된 분사 타이밍에서의 운전을 속행하는 위험성을 회피할 수 있다.
또한, 제 2 발명의 장치 발명은, 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치와, 해당 연소 진단 장치로부터의 진단 결과를 수취하여 연료 분사 장치를 제어하는 연료 분사 제어 장치를 구비한 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 장치에 있어서, 엔진 회전수와 엔진 부하에 근거하여 미리 설정된 연료 분사 타이밍을 산출하는 분사 타이밍 산출 수단과, 상기 연소 진단 장치에 의해서 연소가 최적이지 않다고 판정된 기통에서, 상기 분사 타이밍 산출 수단에서 산출된 연료 분사 타이밍을 최적 연소라고 판정할 때까지 보정을 반복하여 보정량을 누적해 나가는 분사 타이밍 보정 수단과, 복수 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터를 기초로 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위를 설정하는 보정 허용 범위 설정 수단과, 상기 분사 타이밍 보정 수단에 의해서 보정되는 금회의 연료 분사 타이밍이 상기 보정 허용 범위 설정 수단에서 설정된 보정 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 분사 타이밍 판정 수단과, 해당 판정 수단에 의해서 보정 허용 범위 내라고 판정한 경우에는 금회 보정의 연료 분사 타이밍으로 분사하도록 상기 연료 분사 제어 장치에 출력하는 지령 제어 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이러한 제 2 발명에 따르면, 분사 타이밍 산출 수단에서 산출된 연료 분사 타이밍을 최적 연소라고 판정할 때까지 보정을 반복하여 보정량을 누적해 나가는 분사 타이밍 보정 수단을 구비하고 있어도, 보정 허용 범위 설정 수단에 의해서, 복수 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터를 기초로 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위를 설정하고, 분사 타이밍 판정 수단에 의해서, 분사 타이밍 보정 수단에 의해서 보정되는 금회의 연료 분사 타이밍이 상기 보정 허용 범위 설정 수단에서 설정된 보정 허용 범위 내인지 여부를 판정하고, 해당 판정 결과가 보정 허용 범위 내인 경우에 지령 제어 수단에 의해서, 금회 보정의 연료 분사 타이밍에 분사하기 때문에, 연소 진단 장치에 의해서 연소가 최적이지 않다고 판정된 기통에 대해, 연료 분사 타이밍을 진각측으로 과도하게 보정하여 실린더내 압력이 고압력 상태로 될 우려, 또는 지각측으로 과도하게 보정하여 실화 상태될 될 우려를 회피할 수 있어, 연소 진단 장치에 의한 진단 결과에 근거하는 연료 분사 타이밍의 보정을 적절한 범위로 유지할 수 있다.
또한, 제 2 발명에서 바람직하게는, 상기 지령 제어 수단은 상기 분사 타이밍 판정 수단의 판정 결과가 보정 허용 범위 외인 경우에는 전회의 연료 분사 타이밍에서 분사하도록 상기 연료 분사 제어 장치에 출력하면 좋다.
이와 같이, 금회 보정의 분사 타이밍이, 상기 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위 외인 경우에는, 보정을 제한하여 전회의 분사 타이밍(직전의 제어에서 실시한 분사 타이밍)을 이용하는 것에 의해서, 연료 분사 타이밍을 허용 범위로 유지하여, 연소 상태가 한층 악화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 엔진이 노킹 또는 실화 상태에 있는지를 포함하여 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치로부터 연료 분사 제어 장치(분사 타이밍 제어 장치)에 출력되는 연소 진단 결과의 신호가, 정확한 진단 결과를 출력·입력하고 있지 않은 경우이더라도, 연소 진단 결과에 근거해서 행해지는 연료 분사 타이밍의 보정을 허용 범위 내로 유지하는 것에 의해서, 연소 진단 장치로부터의 신호에 근거하는 보정 운전의 안전성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태를 나타내고, 부실을 구비한 다기통 가스 엔진의 부실 내로의 파일럿 연료 분사에의 적용을 나타내는 전체 구성도이다.
도 2는 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단의 구성 블럭도이다.
도 3은 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단의 제어 흐름도이다.
도 4는 파일럿 연료 분사 장치의 주요부 단면도이다.
도 5는 파일럿 연료의 분사 타이밍과 실린더내 압력의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 6은 연소 진단 장치의 진단 결과의 출력예를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시 형태를 이용하여 상세히 설명한다.
단, 본 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 불과하다.
도 1은 본 발명의 실시 형태를 나타내고, V형 다기통 가스 엔진(1)의 부실(7) 내로의 파일럿 연료 분사 장치(3)에의 적용을 나타내는 전체 구성도이다.
도 4는 그 파일럿 연료 분사 장치(3)의 구조를 나타내고, 본체(5)와, 부실(7)을 가지는 부실 구금(9)으로 이루어지고, 해당 부실 구금(9)은 본체(5)를 실린더 헤드(11)에 단단히 조이는 것에 의해서 실린더 헤드(11)에 고정된다.
또한, 부실 구금(9)의 둘레 방향에는, 부실 구금(9)의 내부에 형성된 부실(7)과, 주연소실(15)을 연통하는 복수의 부실 분구(17)가 형성되어 있다. 또, 주연소실(15)은 피스톤(30)과 실린더 헤드(11)와 실린더 블록(32)에 의해서 형성되고, 피스톤(30)의 상면(上面)에는 피스톤 캐비티(34)가 형성되어 있다.
본체(5)의 내부에는, 파일럿 연료 분사 밸브(19)가 마련되고, 액체 연료 통로(21)를 통해 경유 등의 액체 연료를 부실(7) 내로 분사하도록 되어 있다.
또한, 주연소실(15)에는 흡기 밸브(36)를 거쳐서 흡기 통로(38)에 공급된 가스 연료와 공기가 혼합된 희박(稀薄) 혼합기가 유입되도록 되어 있다.
그리고, 파일럿 연료 분사 컨트롤러(40)로부터의 지령에 의해서 파일럿 분사 타이밍 및 분사량이 제어되어, 파일럿 연료 분사 밸브(19)가 개폐되어 부실(7) 내로 부실 분구(17)로부터 액체 연료(파일럿 연료)가 분사된다. 이에 의해서, 주연소실(15)로부터 부실 분구(17)를 통해 부실(7) 내로 유입되어 충전되어 있는 희박 혼합기를 착화 연소시켜 토치 화염(23)을 생성하고, 이 토치 화염(23)이 부실 분구(17)로부터 주연소실(15) 내로 분출되도록 되어 있다.
한편, 도 1에 나타내는 바와 같이, 각 기통에는 주연소실(15) 내의 실린더내 압력을 검출하는 실린더내 압력 검출기(42)(도 4 참조)가 마련되고, 각 기통의 실린더내 압력 변화의 검출값은 연소 진단 장치(44)에 입력된다. 또, 엔진의 회전수 검출기(46) 및 부하 검출기(48)로부터의 신호도 입력되고, 이들 입력 신호에 근거하여 엔진(1)의 연소 상태가 기통마다 진단된다.
연소 진단 장치(44)에 의한 진단 결과는, 실린더내 압력 p가 N(최적)에 대해 H(고) 또는 L(저)의 범위에 있는지를 진단하고 그 결과를 출력한다. 이 출력은, D/A 변환기(50)에 의해서 디지털 신호(D)로부터 아날로그 신호(A)로 신호 변화되고, 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같이, L(저)은 l1~l2의 전류값, N(최적)은 n1~n2의 전류값, H(고)는 h1~h2의 전류값으로서 아날로그 신호에 의해서 출력되도록 되어 있다.
따라서, 출력 전류값을 검출함으로써, 예를 들면, 출력 전류값이 l1~l2에서는 최적인 실린더내 압력에 대해 낮고, 출력 전류값이 h1~h2에서는 최적인 실린더내 압력에 대해 높다고 판정할 수 있다.
연소 진단 장치(44)의 D/A 변환한 출력 신호는 통합 제어 장치(52)에 입력된다. 이 통합 제어 장치(52)는, 엔진(1) 전체의 운전 상태를 제어하는 것이며, 도시하지 않은 연료 가스 공급 전자 밸브를 제어하여, 흡기 통로(38)(도 4 참조) 내에 공급되는 가스 연료량을 조정해서 엔진 회전수를 제어하고, 또한, 흡기 통로(38)에 마련된 도시하지 않은 과급기의 회전수를 제어하여 공연비 제어 등을 통합적으로 행한다.
연소 진단 장치(44)로부터 출력된 신호는, 통합 제어 장치(52) 내의 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단(파일럿 연료 분사 타이밍 제어 장치)(54)에 입력되고, 파일럿 연료 분사 타이밍이 제어되어 그 결과가, 파일럿 연료 분사 컨트롤러(40)에 출력되고, 그것으로부터 각 기통의 파일럿 연료 분사 장치(3)를 작동하도록 되어 있다.
또, 파일럿 연료 분사 컨트롤러(40)와 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단(54)에 의해서, 파일럿 연료에 대한 연료 분사 제어 장치를 구성하고 있다.
도 2를 참조하여, 연소가 최적이지 않은 경우의 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단(54)에 대해 설명한다.
파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단(54)의 입력부(56)에서는 A/D 변환기(58)에 의해서, 연소 진단 장치(44)로부터의 아날로그 신호가 디지털 신호로 신호 변환되고, 그 후, 연소 진단 결과 분석 수단(59)에 입력되고, 연소 진단 결과 분석 수단(59)에서, 진단 결과에 근거하여, 실린더내 압력 p가 높은 H 레벨인 경우에는, 파일럿 연료의 연료 분사 타이밍을 -θ1(θ1 지각)하고, 실린더내 압력 p가 낮은 L 레벨인 경우에는, 파일럿 연료의 연료 분사 타이밍을 +θ2(θ2 진각)하는 보정량이 설정된다. 이 연소 진단 결과 분석 수단(59)으로부터의 출력은 분사 타이밍 보정 수단(62)에 입력된다.
또, 보정량의 θ1 지각, θ2 진각에 대해서는, 엔진(1)의 운전 상태에 따라 가변으로 하여도 좋고, 또한 일정값으로서 설정하여도 좋다. 가변으로서 설정하는 경우에는 미리 맵에 운전 상태에 따른 데이터를 기억해 둔다.
분사 타이밍 산출 수단(60)에서는, 회전수 검출기(46) 및 부하 검출기(48)로부터 검출된 엔진(1)의 회전수 및 부하의 검출 신호를 기초로, 운전 상태에 따른 미리 설정된 표준의 파일럿 연료 분사 타이밍을 맵 등을 이용하여 산출한다.
분사 타이밍 보정 수단(62)에서는, 상기 표준의 파일럿 연료 분사 타이밍에 대해, 연소 진단 결과 분석 수단(59)으로부터 입력된 보정량 타이밍(-θ1, +θ2)을 부가하고, 보정 후의 파일럿 연료 분사 타이밍을 산출한다.
또, 분사 타이밍 보정 수단(62)에서는, 첫회의 보정시에서는 표준의 파일럿 연료 분사 타이밍에 대해 보정 타이밍이 부가되지만, 2회째, 3회째 등과 같이 첫회의 보정 이외에서는, 연소 진단 결과 분석 수단(59)에 의해서 판정 레벨이 N(최적)의 신호에 이르기까지 보정량 타이밍(-θ1, +θ2)이 누적적으로 증가해 나가도록, 직전의 분사 타이밍에 대해 보정 타이밍이 부가되게 되어 있다.
보정 허용 범위 설정 수단(64)에서는, 분사 타이밍 보정 수단(62)에 의해서 산출된 보정 후의 연료 분사 타이밍의 허용 범위가 설정된다. 보정 허용 범위 설정 수단(64)은 평균 타이밍 산출부(66)와 상하한 허용값 설정부(68)로 구성된다.
평균 타이밍 산출부(66)에서는, 연소 진단 장치(44)에 의해서 연소가 최적이 아니라고 진단된 기통, 및 최적이라고 진단된 기통의 모두를 포함한 기통을 대상으로 하여 엔진(1)의 전체 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터의 산술 평균에 의해서 구한다.
이 과거 분의 데이터에 대해서는, 전회(직전)의 분사 타이밍을 이용하여 산술 평균값을 구한다. 복수 기통의 직전의 연료 분사 데이터를 기초로 보정 허용 범위를 설정하기 때문에, 미리 보정 허용 범위를 맵으로서 기억해 두는 것이 불필요하게 되고, 또 기억 수단의 용량도 작아지게 되어 제어 장치의 간소화가 도모된다.
상하한 허용값 설정부(68)에서는, 평균 타이밍 산출부(66)에서 산출된 평균값에 대해 상하한값 허용 범위를 부가한다. 상하한 허용 범위의 상한값은 고압력 상태로 되어 기통에 손상 등의 기계적 이상이 생기는 값으로 하여 시험적 또는 시뮬레이션 계산에 근거해서 설정된다. 또한, 하한값은 실화 상태로 되는 값으로 하여 시험적 또는 시뮬레이션 계산에 근거해서 설정된다. 따라서, 평균 타이밍 M에 대해 상하한 허용 범위로서 +β(진각 β), -α(지각 α)와 같이 설정한다.
또한, 평균 타이밍 산출부(66)의 다른 예로서, 전회(직전)의 분사 타이밍을 이용한 산술 평균값이 아니고, 전체 기통의 과거 일정 기간에서의 연료 분사 타이밍의 평균값을 산출하고, 산출 결과의 평균값에 대해 상하한 허용 범위를 부가하여 설정하여도 좋다.
이 경우에는, 과거 일정 기간은, 예를 들면 1시간, 1일, 1월 등의 파일럿 연료 분사 데이터를 기초로 산출한다. 과거의 운전 상태의 이력을 반영한 보정 허용 범위를 설정할 수 있기 때문에, 보다 적절한 보정 허용 범위를 설정할 수 있다.
분사 타이밍 판정 수단(70)에서는, 보정 허용 범위 설정 수단(64)에 의해서 설정된 보정 허용 범위 내에, 분사 타이밍 보정 수단(62)에 의해서 산출된 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍이 들어가는지 여부가 판정된다.
지령 제어 수단(72)에서는, 분사 타이밍 판정 수단(70)에 의해서 보정 허용 범위 내에, 분사 타이밍 보정 수단(62)에 의해서 보정된 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍이 들어간다고 판정한 경우에는, 그 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍의 신호를 파일럿 연료 분사 컨트롤러(40)에 출력하고, 파일럿 연료 분사 장치(3)를 작동시킨다.
한편, 지령 제어 수단(72)에서는, 분사 타이밍 판정 수단(70)에 의해서 보정 허용 범위 내에, 분사 타이밍 보정 수단(62)에 의해서 산출된 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍이 들어가지 않는다고 판정한 경우에는, 전회(직전)에 실시한 파일럿 연료 분사 타이밍의 신호를 파일럿 연료 분사 컨트롤러(40)에 출력하고, 파일럿 연료 분사 장치(3)를 작동시켜 현상태의 작동을 유지시킨다.
분사 타이밍 판정 수단(70)에서의 판정의 결과가 보정 허용 범위 내인 경우에는, 금회 보정의 보정 후의 파일럿 연료 분사 타이밍에 파일럿 연료 분사 컨트롤러(40)을 작동시키고, 분사 타이밍 판정 수단(70)에서의 판정의 결과가 보정 허용 범위 외인 경우에는 전회(직전)에 실행한 파일럿 연료 분사 타이밍에 의해서 파일럿 연료 분사 컨트롤러(40)를 작동시키기 때문에, 연소 진단 장치(44)에 의한 진단 결과에 근거하는 연료 분사 타이밍의 보정을 적절한 범위로 유지할 수 있다.
그 결과, 파일럿 연료 분사 타이밍을 진각측으로 과도하게 보정하여 실린더내 압력이 고압력 상태로 될 우려 또는 지각측으로 과도하게 보정하여 실화 상태로 될 우려를 회피할 수 있어, 잘못된 연료 분사 타이밍에서의 운전을 회피할 수 있어, 연소 진단 장치로부터의 신호에 근거하는 보정 운전의 안전성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.
다음으로, 전술한 연소 진단 장치(44)에 의한 진단 제어, 및 연소 진단 장치(44)의 진단 결과에 근거하는 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단(54)에서의 연료 분사 타이밍의 제어에 대해 도 3의 흐름도를 이용하여 설명한다.
흐름도는 연소 진단 장치(44)에 의한 진단 제어의 부분 F1과, 통합 제어 장치(52) 내의 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단(54)에서의 파일럿 연료 분사 타이밍 제어의 부분 F2가 일체로 된 것을 나타낸다.
도 3에서, 제어를 개시하면 먼저 스텝 S1에서, 실린더내 압력 검출기(42), 엔진(1)의 회전수 검출기(46), 부하 검출기(48)로부터의 입력 신호를 판독한다. 다음으로 스텝 S2에서, 검출한 실린더내 압력이 최적 범위를 넘는지 여부가 판정되고, 예인 경우는, 실린더내 압력은 최적 범위를 초과하여, 도 6에서 나타내는 H(고)의 신호가 출력되고, 아니오인 경우는, 또 스텝 S5에서 실린더내 압력이 최적 범위 미만인지 여부가 판정되고, 예인 경우에는 실린더내 압력은 최적 범위 미만이어서, 도 6에서 나타내는 L(저)의 신호가 출력된다.
또, 스텝 S5에서 아니오라고 판정된 경우에는, 실린더내 압력은 최적 범위에 있어, 도 6에서 나타내는 N(최적)의 신호를 출력한다. 이 N(최적)의 경우에는, 연소는 최적 범위에 대해, 파일럿 연료 분사 타이밍은 진각, 및 지각 모두 행하지 않고 스텝 S9에서 종료된다.
다음으로, 스텝 S2의 판정에서, 실린더내 압력이 최적 범위를 초과한 경우에는, 스텝 S3으로 진행되고, 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍이 보정 허용 범위 내에 들어가는지 여부가 판정된다.
즉, 보정 허용 범위 내는, 보정 허용 범위 설정 수단(64)의 평균 타이밍 산출부(66)와 상하한 허용값 설정부(68)에 의해서 설정되는 평균 타이밍 M과, 하한 허용값의 지각 α를 이용하여, 스텝 S3에서, 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍이 평균 타이밍 M보다 지각 α 미만인지 여부가 판정된다.
그리고, 예인 경우에는, 스텝 S4로 진행되고, 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍에서 지각 지령을 행하고 스텝 S9에서 종료된다. 한편, 스텝 S3에서 아니오인 경우에는, 평균 타이밍 M과 동떨어져 있기 때문에, 파일럿 연료 분사 타이밍의 지각 보정은 행하지 않고, 전회(직전)의 파일럿 연료 분사 타이밍에서 분사시킨다.
다음으로, 스텝 S5의 판정에서, 실린더내 압력이 최적 범위 미만인 경우에는, 스텝 S6으로 진행되고, 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍이 보정 허용 범위 내에 들어가는지 여부가 판정된다. 즉, 평균 타이밍 M과, 상한 허용값의 진각 β를 이용하여, 스텝 S6에서, 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍이 평균 타이밍 M보다 진각 β 미만인지 여부가 판정된다.
그리고, 예인 경우에는, 스텝 S7로 진행되고, 금회 보정의 파일럿 연료 분사 타이밍에서 진각 지령을 행하고 스텝 S9에서 종료한다. 한편, 스텝 S6에서 아니오인 경우에는, 평균 타이밍 M과 동떨어져 있기 때문에, 파일럿 연료 분사 타이밍의 진각 보정은 행하지 않고, 전회(직전)의 파일럿 연료 분사 타이밍에서 분사시킨다.
이상과 같은 본 실시 형태에 의하면, 엔진(1)이 노킹 또는 실화 상태에 있는지를 포함하여 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치(44)로부터 파일럿 연료 분사 타이밍 제어 수단(54)로 송출되는 연소 진단 결과의 신호가, 정확한 진단 결과를 출력·입력하고 있지 않은 경우이더라도, 연소 진단 결과에 근거하여 행해지는 파일럿 연료 분사 타이밍의 보정을 허용 범위 내로 유지하는 것에 의해서, 파일럿 연료 분사 타이밍을 진각측 또는 지각측으로 계속 보정하여, 잘못된 분사 타이밍에서의 운전을 속행하는 위험성을 회피할 수 있어, 연소 진단 장치(44)로부터의 신호에 근거하는 보정 운전의 안전성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한, 본 실시 형태는, 부실(7)에 파일럿 연료를 분사하는 파일럿 연료 분사 장치(3)가 장착된 가스 엔진(1)을 예로 설명했지만, 연소 진단 장치로부터의 진단 결과에 근거하여, 최적 연소로 복귀할 때까지 연료 분사 타이밍의 보정을 누적적으로 행하는 엔진에 적용할 수 있는 것이기 때문에, 부실에 가스 연료를 분사하여 점화 플러그로 점화해서 토치 화염을 생성하는 가스 엔진의 착화 시스템에 적용하여도 마찬가지로, 연소 진단 장치로부터의 신호에 근거하는 보정 운전의 안전성 및 신뢰성을 향상할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명에 의하면, 엔진이 노킹 또는 실화 상태에 있는지를 포함하여 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치로부터 연료 분사 제어 장치(분사 타이밍 제어 장치)로 송출되는 연소 진단 결과의 신호가, 올바른 진단 결과를 출력·입력하고 있지 않은 경우이더라도, 연소 진단 결과에 근거하여 행해지는 연료 분사 타이밍의 보정을 허용 범위 내로 유지하는 것에 의해서, 연소 진단 장치로부터의 신호에 근거하는 보정 운전의 안전성 및 신뢰성을 향상할 수 있기 때문에, 연소 진단 장치를 구비하고, 그 신호에 근거하여 연소 조건을 누적적으로 보정하는 다기통 엔진에 적용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치와, 상기 연소 진단 장치로부터의 진단 결과를 수취하여 연료 분사 장치를 제어하는 연료 분사 제어 장치를 구비한 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법에 있어서,
    상기 연소 진단 장치에 의해서 각 기통의 연소 상태를 진단하는 스텝과,
    연소가 최적이지 않다고 판정된 기통에서 엔진 회전수 및 엔진 부하에 근거하여 미리 설정된 연료 분사 타이밍에 대해 최적 연소로 판정될 때까지 보정을 반복하여 보정량을 누적해 나가는 스텝과,
    복수 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터를 기초로 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위를 설정하는 스텝과,
    금회 보정의 분사 타이밍이 상기 보정 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 스텝과,
    상기 판정의 결과가 보정 허용 범위 내인 경우에 금회 보정의 분사 타이밍에 의해서 상기 연료 분사 장치를 작동시키는 스텝
    을 가지는 것을 특징으로 하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판정의 결과가 보정 허용 범위 외인 경우에는 전회의 분사 타이밍에 의해서 상기 연료 분사 제어 장치를 작동하는 것
    을 특징으로 하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 허용 범위를 설정하는 스텝은, 복수 기통의 직전에서의 연료 분사 타이밍의 평균값을 산출하고, 상기 산출한 평균값에 대해 상하한 허용 범위를 부가하여 설정하는 것
    을 특징으로 하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정 허용 범위를 설정하는 스텝은, 복수 기통의 과거 일정 기간에서의 연료 분사 타이밍의 평균값을 산출하고, 산출 결과의 평균값에 대해 상하한 허용 범위를 부가하여 설정하는 것
    을 특징으로 하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진이 부실(副室)을 구비한 다기통 가스 엔진이고, 상기 연료 분사 타이밍이 상기 부실로의 파일럿 연료 분사 타이밍인 것
    을 특징으로 하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법.
  6. 연소가 최적인지 여부를 판정하는 연소 진단 장치와, 상기 연소 진단 장치로부터의 진단 결과를 수취하여 연료 분사 장치를 제어하는 연료 분사 제어 장치를 구비한 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 장치에 있어서,
    엔진 회전수와 엔진 부하에 근거하여 미리 설정된 연료 분사 타이밍을 산출하는 분사 타이밍 산출 수단과,
    상기 연소 진단 장치에 의해서 연소가 최적이지 않다고 판정된 기통에서, 상기 분사 타이밍 산출 수단에서 산출된 연료 분사 타이밍을 최적 연소로 판정될 때까지 보정을 반복하여 보정량을 누적해 나가는 분사 타이밍 보정 수단과,
    복수 기통의 과거의 연료 분사 타이밍의 데이터를 기초로 연료 분사 타이밍의 보정 허용 범위를 설정하는 보정 허용 범위 설정 수단과,
    상기 분사 타이밍 보정 수단에 의해서 보정되는 금회의 연료 분사 타이밍이 상기 보정 허용 범위 설정 수단에서 설정된 보정 허용 범위 내인지 여부를 판정하는 분사 타이밍 판정 수단과,
    상기 판정 수단에 의해서 보정 허용 범위 내로 판정된 경우에는 금회 보정의 연료 분사 타이밍에서 분사하도록 상기 연료 분사 제어 장치에 출력하는 지령 제어 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지령 제어 수단은, 상기 분사 타이밍 판정 수단의 판정 결과가 보정 허용 범위 외인 경우에는 전회의 연료 분사 타이밍에서 분사하도록 상기 연료 분사 제어 장치에 출력하는 것
    을 특징으로 하는 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 장치.
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