KR101662374B1 - 내연 기관의 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액체 파일럿 연료를 사용하는 내연 기관의 운전 방법으로서, 내연 기관 (2) 은 복수의 실린더 (3), 및 이상 연소의 발생시에, 연료 컷오프를 포함하여, 연료 조절을 통해 (100 단계) 각각의 상기 실린더의 연소 상태를 조정할 수 있는 기관 제어기 (10) 를 갖는, 내연 기관의 운전 방법에 관한 것이다. 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생시에, 연료 분사가 상기 실린더 (3) 의 파일럿 노즐 (31) 에 의해 분사되는 (200 단계) 파일럿 연료로 부분적으로 작동 상태로 유지된다.

Description

내연 기관의 제어{CONTROL OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 이상 연소의 발생시에, 기관의 정지 또는 출력 제한 운전을 실행하기 위해, 연료 컷오프를 포함하는 연료 조절을 통해 연소 상태를 단계적으로 또는 연속적으로 정정할 수 있는 내연 기관의 제어에 관한 것이고, 또한, 이상 연소의 발생시에 내연 기관을 제어하는 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 경우, 헤비 노크 (heavy knock) 와 착화실패 (misfire) 와 같은 기관의 과도한 운전 지점을 회피하는 것이 필수적이다. 헤비 노크는 과도한 크기의 빠른 압력 진동을 야기하고, 이는 기계 부품들의 전체 고장을 발생시킬 수 있다. 그리고, 실린더 착화실패는 배출을 매우 증가시키고, 잠재적으로는 촉매에 유해하다. 게다가, 가스 기관의 경우, 착화실패 실린더에의 연료 공급을 컷오프 (cut-off) 하는 것이 필수적인데, 그렇지 않으면 가스가 배기가스 파이프로 흘러 폭발하기 때문이다.
발전용 다중 실린더 가스 기관 또는 다중 실린더 디젤 기관은, 실린더들 중 하나 이상에서 예컨대 헤비 노크와 같은 이상 연소가 발생하는 때에 기관을 정지시키기 위한 제어를 포함한다.
종래 내연 기관에서는, 표준 (normal) 운전 조건에서 실린더들 중 하나의 실린더에 연속적인 헤비 노크가 발생하는 때, 헤비 노크의 검출 시점으로부터 미리 결정된 시간이 경과한 후, 기관을 정지시키도록 모든 실린더로의 연료의 공급이 컷오프된다. 기관은, 그 기관을 보호하기 위해, 헤비 노크의 발생이 검출된 후에서야 겨우 정지하게 된다.
특허문헌 JP 11093757 A 에는, 노킹이 검출되는 때의 연료 파라미터의 제어에 의한 노킹의 억제에 상관없이 소정의 시간 동안 노킹이 계속되는 때에 조기점화의 발생으로서 노킹을 검출함으로써, 그리고 해당 실린더의 출력을 감소시킴으로써, 조기점화를 방지하는 해법이 개시되어 있다. JP 11093757 에는, 이상 연소의 발생시에 기관의 연료 컷오프의 운전에 대한 상세한 제어가 고려되지 않았다.
WO 2008038827 A1 에는, 헤비 노크의 발생 즉시 기관을 정지시킴이 없이, 헤비 노크가 발생한 실린더에의 연료 공급 중단 후에 적절히 기관의 운전 제어가 행해질 수 있는, 이상 연소 동안의 기관의 운전 방법이 개시되어 있다. WO 2008038827 A1 에는, 이상 연소의 발생시의 기관의 연료 컷오프의 운전에 대한 상세한 제어가 고려되지 않았다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제를 줄이는 것이다. 본 목적은 독립 청구항에 기재된 것처럼 달성될 것이다.
내연 기관의 연속적인 헤비 노크나 착화실패와 같은 잠재적으로 위험한 상황을 위한 방법 및 제어 장치가 개시된다. 실린더 압력, 실린더 노크 및 배기가스 온도와 같은 측정에 기초하여, 실린더들 중 하나로의 주 연료의 컷오프가 행해진다.
일 실시형태는, 복수의 실린더 및 기관 제어기를 갖는 내연 기관의 운전의 제어 방법을 개시하는데, 상기 기관 제어기는 실린더의 이상 연소 발생시에 연료의 컷오프를 포함하여 연료 조절을 통해 각각의 실린더의 연소 상태를 조절한다. 본 방법은, 주 연료의 컷오프가 행해지는 제한된 분사 상태에서 실린더의 배기가스 온도를 측정하는 것을 포함한다. 측정된 배기가스 온도가 제한된 분사 상태의 실린더에 대해 미리 결정된 온도 범위 내라면, 제한된 분사 상태의 실린더에 대해 주 연료 분사가 회복된다. 상기 실린더의 연소 상태가 결정되고, 상기 실린더의 연소 상태가 제한된 분사 상태에 대해 결정된 연소 상태 값을 만족시키지 않는다면, 주 연료 분사가 컷오프된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 연소 상태 값은 배기가스 온도를 측정함으로써 제한된 분사 상태에 대해 결정된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 측정된 배기가스 온도가 제한된 분사 상태에 대해 미리 결정된 시간 기간 동안 온도 범위 내라면, 주 연료 분사의 회복이 실행된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 제한된 분사 상태에 대해 미리 결정된 시간 기간은 주 연료 분사의 회복의 시도 횟수에 의존한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 주 연료 분사의 회복의 시도 횟수가 제한된다.
제 2 실시형태는 복수의 실린더 및 기관 제어기를 갖는 내연 기관의 운전의 제어 방법을 개시하는데, 상기 기관 제어기는 실린더의 이상 연소 발생시에 연료의 컷오프를 포함하여 연료 조절을 통해 각각의 실린더의 연소 상태를 조절한다. 이 실시형태는 액체 파일럿 연료를 사용하는 내연 기관을 운전하는데 적용될 수 있는데, 이 내연 기관은 복수의 실린더, 및 이상 연소의 발생시에, 연료 컷오프를 포함하여, 연료 조절을 통해 각각의 실린더의 연소 상태를 조정할 수 있는 기관 제어기를 갖는다. 실린더에서의 이상 연소의 발생시에, 연료 분사가 상기 실린더의 파일럿 분사기에 의해 분사되는 파일럿 연료로 부분적으로 작동 상태로 (active) 유지된다. 제 2 실시형태는 본 발명의 제 1 실시형태와 독립적으로 또는 함께 적용될 수 있다.
제 2 실시형태의 일 양태에 따르면, 주 연료의 컷오프가 검출되는 실린더의 연소 상태가 검출되고, 파일럿 분사에 의해 분사되는 연료의 양에 대해 미리 결정된 연소 상태와 비교된다.
제 2 실시형태의 일 양태에 따르면, 주 연료의 컷오프가 행해지는 실린더에 분사되는 파일럿 연료의 양이 증가된다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
도 1 은 내연 기관, 및 연료 조절을 통해 각각의 실린더의 연소 상태를 조정하는 기관 제어기의 일례를 보여준다.
도 2 는 실린더들 중 하나의 실린더의 연소 상태가 조절되고 있는 경우를 보여준다.
도 3 은 연료 조절의 요구를 결정하는 단계들을 보여주는 일 실시형태의 플로우차트이다.
도 4 는 연료 조절로부터 회수하는 단계들을 보여주는 플로우차트이다.
도 5 는 연료 조절의 요구를 결정하는 단계들을 보여주는 제 2 실시형태의 플로우차트이다.
도 6 은 연료 조절로부터 회수하는 단계들을 보여주는 플로우차트이다.
도 1 의 내연 기관 (2) 은 복수 (여기서는, 4 개) 의 실린더 (3) 를 갖는다. 제어 장치 (10) 는 제어 신호 (21, 22) 로 내연 기관 (2) 에 전달되는 연료의 양을 조절한다. 제어 신호 (21) 는 점화 장치 또는 파일럿 연료 분사기를 제어한다. 주 연료 제어 신호 (22) 는 주 연료 액추에이터 (32) 를 제어한다.
측정들에 기초하여, 연료 분사의 정지가 행해진다. 제어 장치 (10) 는 실린더 (3) 에 관한 측정 데이터를 수신한다. 도면부호 41 은 배기가스 온도 측정을 나타내고, 도면부호 41 은 실린더 압력 (압력 센서) 및/또는 실린더 노크 (가속도계) 의 측정을 나타낸다.
도 2 는, 실린더 중 하나가 불량한 실린더 성능으로 밝혀져 (헤비 노크 또는 전체 착화실패) 조정될 필요가 있는 경우인, 이른바 냉간 실린더 운전 (cold cylinder operation; CCO) 을 보여준다. 불량한 실린더 성능의 결정은 실린더식 (cylinder-wise) 실린더 압력, 실린더 노크 (가속도계) 및/또는 배기가스 온도의 측정 (41, 42) 에 기초한다. 실린더 (3) 중 하나의 실린더에의 연료 분사는 각각의 주 연료 액추에이터 (32) 로 제한된다.
제 2 실시형태 (도 5 및 도 6) 에 따르면, 연료 분사는 파일럿 노즐에 의해 분사되는 연료로 부분적으로 작동 상태로 유지된다. 제어된 실린더 내에서 부분 연소를 유지하기 위해, 파일럿 연료 분사는 CCO 에서도 작동 상태로 유지된다. 이는, 특히 기체 모드에서, 솔레노이드 밸브 고장 동안, 배기가스 파이프 시스템으로 흐르는 과도한 양의 연료를 막는 이점이 있다.
도 3 은 CCO 상태에 대한 요구를 결정하는 단계들을 보여준다. 110 단계에서 측정된 기관 파라미터는 예컨대 실린더식 실린더 압력, 실린더 노크 값 및 배기가스 온도일 수 있다.
측정된 기관 파라미터는, 상기 실린더의 연소 상태를 결정하기 위해, 120 단계에서 분석된다. 하나 또는 여러 측정을 분석하고 얻어진 값(들)을 소정의 한계값과 비교함으로써 (130 단계), 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생, 즉 불량한 실린더 성능이 결정될 수 있다. 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생이 검출되지 않는다면, 표준 연료 분사 (100 단계) 가 계속된다. 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생이 검출되면, 표준 연료 분사 (100 단계) 가 정지되고, 연료 분사가 CCO 상태에 따라 제어된다.
도 4 는 실린더가 CCO 상태로 설정 (도 3 의 200 단계) 된 후에 실행되는 단계들을 보여준다. 실린더가 CCO 상태로 설정된 후, 해당 실린더의 배기가스 온도가 측정되고 (210 단계), 그 온도가 특정 레벨 아래 또는 소정의 특정 범위 내에 있는 때, 실린더가 정상 상태에 도달하였다고 결정된다 (230 단계). 더 바람직하게는, 측정된 온도가 주어진 표준 편차 또는 시간 윈도우 (time window) (t1) 동안의 변동량에 도달한다면, CCO 실린더의 정상 상태가 결정된다.
연료 분사는 시동 (wake-up) 절차에 의해 다시 시작된다 (300 단계). 배기가스 온도, 실린더 압력, 또는 연소 과정을 나타내는 다른 신호에서 변화가 검출되지 않고 주어진 시간 기간 (t2) 동안 변화가 없다면, 배기가스 시스템으로의 연료의 과도한 누출을 막기 위해, 실린더는 다시 CCO 상태로 설정된다.
t2 동안 주어진 양의 정도만큼 시동 시도 동안 배기가스 온도가 증가한다면, 시동 작용은 성공적이라고 정의되고 실린더는 표준 상태로 설정된다 (100 단계).
CCO 상태에서 제한된 분사를 위해 미리 결정된 시간 기간 (330 단계) 은 주 연료 분사의 복구 시도 횟수에 의존한다. 주 연료 분사의 복구 시도 횟수가 제한된다 (320 단계). 이는, CCO 상태 후 다소 곧바로 제 1 시도가 있을 수 있고 추가 시도들 사이의 시간이 연장될 수 있고 시도 횟수가 제한될 수 있다는 이점이 있다.
도 5 는 파일럿 분사가 이루어지는 CCO 에 대한 요구를 결정하는 단계들을 보여준다. 110 단계에서 측정된 기관 파라미터는 예컨대 실린더식 실린더 압력, 실린더 노크 값 및 배기가스 온도일 수 있다.
측정된 기관 파라미터는, 상기 실린더의 연소 상태를 결정하기 위해, 120 단계에서 분석된다. 하나 또는 여러 측정을 분석하고 얻어진 값(들)을 소정의 한계값과 비교함으로써 (130 단계), 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생, 즉 불량한 실린더 성능이 결정될 수 있다. 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생이 검출되지 않는다면, 표준 (normal) 연료 분사 (100 단계) 가 계속된다. 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생이 검출되면, 표준 연료 분사 (100 단계) 가 정지되고, 연료 분사가 파일럿 분사 상태를 갖는 CCO 에 따라 제어된다.
도 6 은 실린더가 파일럿 분사 상태를 갖는 CCO 로 설정 (도 3 의 200 단계) 된 후에 실행되는 단계들을 보여준다. 실린더가 CCO 상태로 설정된 후, 해당 실린더의 배기가스 온도가 측정되고 (210 단계), 그 온도가 특정 레벨 아래 또는 소정의 특정 범위 내에 있는 때, 실린더가 정상 상태에 도달하였다고 결정된다 (230 단계). 더 바람직하게는, 측정된 온도가 주어진 표준 편차 또는 시간 윈도우 (t1) 동안의 변동량에 도달한다면, 파일럿 분사 실린더를 갖는 CCO 의 정상 상태가 결정된다.
연료 분사는 시동 절차에 의해 다시 시작된다 (300 단계). 배기가스 온도, 실린더 압력, 또는 연소 과정을 나타내는 다른 신호에서 변화가 검출되지 않고 주어진 시간 기간 (t2) 동안 변화가 없다면, 배기가스 시스템으로의 연료의 과도한 누출을 막기 위해, 실린더는 다시 파일럿 분사 상태를 갖는 CCO 로 설정된다.
t2 동안 주어진 양의 정도만큼 시동 시도 동안 배기가스 온도가 증가한다면, 시동 작용은 성공적이라고 정의되고 실린더는 표준 상태로 설정된다 (100 단계).
파일럿 분사 상태를 갖는 CCO 에서 제한된 분사를 위해 미리 결정된 시간 기간 (330 단계) 은 주 연료 분사의 복구 시도 횟수에 의존한다. 주 연료 분사의 복구 시도 횟수가 제한된다 (320 단계). 이는, 파일럿 분사 상태를 갖는 CCO 후 다소 곧바로 제 1 시도가 있을 수 있고 추가 시도들 사이의 시간이 연장될 수 있고 시도 횟수가 제한될 수 있다는 이점이 있다.
주 연료의 컷오프가 행해지는 실린더의 연소 상태가 검출되고 (110 단계), 파일럿 노즐에 의해 분사되는 연료의 양에 대해 미리 결정된 연소 상태와 비교된다 (130 단계). 이런 식으로, 파일럿 연료의 그러한 양의 효과가 결정될 수 있고, 얻어진 효과가 비교될 수 있다. 그러므로, 1차 연료의 연소를 확인할 수 있기 때문에, 1차 주 연료 분사의 폐쇄의 성공이 더 확실하게 결정될 수 있다.
주 연료의 컷오프가 행해지는 실린더 (3) 에 분사되는 파일럿 연료의 양이 또한 증가될 수 있다. 파일럿 연료의 양은 제어 장치에 의해 변화될 수 있다. 더 많은 파일럿 연료는 더 큰 효과 및 CCO 실린더 출력의 더 쉬운 결정을 의미한다. 또한, 하나의 실린더의 제어 운전 CCO 로 인해 진동이 적어진다. 또한, 그러한 증가된 양의 효과가 결정될 수 있고, 얻어지는 효과에서의 변화가 비교될 수 있다.
이상의 설명 및 예로부터, 다양한 다른 해법을 이용하여 본 발명의 일 실시형태가 이루어질 수 있다는 것은 명백하다. 본 발명이 본 명세서에서 언급된 예로 제한되지 않고 많은 다른 실시형태로 실시될 수 있음은 명백하다. 그러므로, 본 발명의 아이디어의 범위 내에서 임의의 진보적인 실시형태가 실시될 수 있다.

Claims (3)

  1. 기체 주 연료 및 액체 파일럿 연료를 사용하는 내연 기관의 운전 방법으로서,
    상기 내연 기관 (2) 은,
    복수의 실린더 (3), 및
    이상 연소의 발생시에, 연료 컷오프를 포함하여, 연료 조절을 통해 (100 단계) 각각의 상기 실린더의 연소 상태를 조정할 수 있는 기관 제어기 (10) 를 갖고,
    기체 모드의 상기 복수의 실린더 (3) 에서의 이상 연소의 발생시에, 상기 이상 연소가 발생된 실린더 (3) 만으로의 주 연료의 컷오프가 행해지고, 연료 분사가 상기 이상 연소가 발생된 실린더 (3) 의 파일럿 노즐 (31) 에 의해 분사되는 (200 단계) 파일럿 연료로 부분적으로 작동 상태로 (active) 유지되며,
    상기 이상 연소의 발생 상태에 대해 기 설정된 시간 기간 동안 배기 가스의 온도가 기 설정된 온도 범위 내라면, 상기 기체 주 연료 분사의 회복이 실행되고,
    상기 기 설정된 시간 기간은 상기 기체 주 연료 분사의 회복의 시도 횟수에 의존하고, 상기 주 연료 분사의 회복의 시도 횟수는 제한되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이상 연소가 발생된 실린더로의 주 연료 분사의 컷오프의 성공을 결정하기 위해, 주 연료의 컷오프가 행해지는 상기 이상 연소가 발생된 실린더의 연소 상태가 검출되어 (110 단계), 상기 파일럿 노즐 (31) 에 의해 분사되는 연료의 양에 대해 미리 결정된 연소 상태와 비교되는 (130 단계) 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    주 연료의 컷오프가 행해지는 상기 이상 연소가 발생된 실린더 (3) 에 분사되는 파일럿 연료의 양이 증가되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 운전 방법.
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