KR102056558B1 - 엔진 - Google Patents

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KR102056558B1
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마사요시 도우이
다이시 무라카미
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

엔진 (21) 은, 통내압 센서 (63) 와, 토크 센서 (64) 와, 엔진 제어 장치 (73) 를 구비한다. 통내압 센서 (63) 는, 통내압을 검출한다. 토크 센서 (64) 는, 엔진 부하를 검출한다. 엔진 제어 장치 (73) 에는, 통내압 센서 (63) 의 검출 결과 및 토크 센서 (64) 의 검출 결과가 입력된다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 토크 센서 (64) 에 의해 검출된 부하가 제로 (무부하) 이고, 또한, 통내압 센서 (63) 의 검출 결과로부터 얻어지는 통내 압력이 임계값 이상인 경우, 토크 센서 (64) 에 의한 검출에 이상이 있다고 판정한다.

Description

엔진
본 발명은, 엔진 부하를 부하 검출기에 의해 검출하여 각종 제어를 실시하는 엔진의 구성에 관한 것이다.
종래로부터, 엔진 부하를 측정하기 위한 부하 측정기가 형성된 엔진이 알려져 있다. 특허문헌 1 은, 이 종류의 엔진을 개시한다. 이 특허문헌 1 의 엔진은, 엔진의 각 부를 제어하는 엔진 제어 장치를 갖고, 당해 엔진 제어 장치는, 와트 트랜스듀서나 토크 센서 등의 부하 측정기에 의한 측정 신호를 받아, 엔진 장치의 부하를 산출하는 구성으로 되어 있다.
일본 공개특허공보 2015-230000호
그런데, 상기 특허문헌 1 과 같이 엔진에 가해지는 부하를 측정하는 것은, 엔진의 적절한 연소 제어를 실시하기 위해서 없어서는 안 될 것이다. 만일, 당해 부하 측정기가 고장난 상태로 엔진을 가동시키면, 연소에 필요한 공기량의 과부족이 발생하여 연소의 안정성을 저하시키는 원인이 된다. 그러나, 상기 특허문헌 1 의 구성에서는, 당해 부하 측정기에 의한 부하 검출에 이상이 발생할 수 있는 점에 대해 특히 언급되어 있지 않아, 개선의 여지가 있었다.
본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 부하 검출기의 이상을 적절히 판정할 수 있는 엔진을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상과 같고, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단과 그 효과를 설명한다.
본 발명의 관점에 의하면, 이하의 구성의 엔진이 제공된다. 즉, 이 엔진은, 흡기 매니폴드와, 가스 인젝터와, 연료 분사 밸브와, 통내압 센서와, 부하 검출기와, 제어 장치를 구비한다. 상기 흡기 매니폴드는, 상기 기통 내에 공기를 공급한다. 상기 가스 인젝터는, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 분사하여 혼합시킨다. 상기 연료 분사 밸브는, 상기 기통에 액체 연료를 분사한다. 상기 통내압 센서는, 기통의 내부의 압력을 검출한다. 상기 부하 검출기는, 엔진 부하를 검출한다. 상기 제어 장치에는, 상기 통내압 센서의 검출 결과 및 상기 부하 검출기의 검출 결과가 입력된다. 상기 엔진은, 상기 가스 인젝터가 분사한 상기 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 상기 기통 내의 연소실에 유입시키는 예비 혼합 연소 모드와, 상기 연료 분사 밸브가 상기 액체 연료를 상기 연소실 내에 분사함으로써 연소하는 확산 연소 모드를 전환하여 가동 가능하다. 상기 제어 장치는, 상기 부하 검출기에 의해 검출된 부하가 제로이고, 또한, 상기 통내압 센서의 검출 결과로부터 얻어지는 통내 압력이 임계값 이상인 경우, 상기 부하 검출기에 의한 검출에 이상이 있다고 판정한다. 상기 제어 장치는, 상기 예비 혼합 연소 모드에서의 가동 중에 상기 부하 검출기에 의한 검출에 이상이 있다고 판정한 경우, 상기 예비 혼합 연소 모드에서 상기 확산 연소 모드로 전환한다.
이로써, 통내 압력과 엔진 부하 사이에 어느 정도의 상관이 있는 것을 이용하여, 부하 검출기의 이상 유무를 간소한 구성으로 판정할 수 있다. 이 결과, 예를 들어, 이상에 대한 대응을 오퍼레이터에게 조기에 재촉할 수 있다. 또, 부하 검출기에 의한 엔진 부하의 검출에 이상이 있는 상태로, 엔진이 예비 연소 모드에서 가동하는 것을 회피할 수 있다. 이 결과, 엔진의 가동의 계속성을 확보할 수 있다.
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삭제
상기의 엔진에 있어서는, 상기 제어 장치는, 상기 예비 혼합 연소 모드에서의 가동 중에 상기 부하 검출기에 의한 검출에 이상이 있다고 판정하여, 상기 예비 혼합 연소 모드에서 상기 확산 연소 모드로 전환하는 경우에, 상기 통내압 센서의 검출값에 기초하여 엔진 부하를 계산에 의해 추정하고, 추정된 엔진 부하에 기초하여, 상기 확산 연소 모드로의 전환 직후에 상기 연료 분사 밸브가 분사하는 상기 액체 연료의 양을 산출하는 것이 바람직하다.
이로써, 예비 혼합 연소 모드에서 확산 연소 모드로 전환된 초기에 있어서, 통내압 센서의 검출 결과를 이용하여, 연료 분사 밸브로부터 적절한 양의 액체 연료를 분사할 수 있다. 이 결과, 모드 전환시의 엔진 회전수의 저하 등을 방지하여, 엔진을 안정적으로 가동할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 엔진 및 2 계통의 연료 공급 경로를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 2 는 연소실의 주변의 구성을 상세하게 나타내는 배면 일부 단면도이다.
도 3 은 엔진의 평면도이다.
도 4 는 액체 연료 공급 경로를 나타내는 모식적인 전방 사시도이다.
도 5 는 엔진의 흡배기 계통의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6 은 엔진을 제어하기 위한 전기적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7 은 엔진을 가스 모드에서 가동하였을 때의, 흡기 매니폴드에 있어서의 흡기 유량의 조정 제어를 설명하는 그래프이다.
도 8 은 토크 센서의 이상을 검출하기 위해서 엔진 제어 장치가 실시하는 판정 처리를 나타내는 플로 차트이다.
도 9 는 토크 센서의 이상이 검출된 결과로서 가스 모드에서 디젤 모드로 전환되는 경우의, 연료 가스 및 연료유의 공급 제어를 설명하는 도면이다.
다음으로, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 엔진 (21) 및 2 계통의 연료 공급 경로 (30, 31) 를 개략적으로 나타내는 설명도이다. 도 2 는 연소실 (110) 의 주변의 구성을 상세하게 나타내는 배면 일부 단면도이다. 도 3 은 엔진 (21) 의 평면도이다. 도 4 는 액체 연료 공급 경로를 나타내는 모식적인 전방 사시도이다.
도 1 에 나타내는 본 실시형태의 엔진 (다기통 엔진) (21) 은, 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 연소실에 유입시키는 예비 혼합 연소 방식과, 액체 연료를 연소실 내에 분사하여 연소하는 확산 연소 방식 중 어느 것에도 대응 가능한, 이른바 듀얼 퓨얼 엔진이다. 본 실시형태의 엔진 (21) 은, 도시되지 않은 선박의 추진 겸 발전 기구의 구동원으로서, 선박의 기관실의 내저판 상에, 베이스대를 통하여 설치할 수 있다.
엔진 (21) 의 후단부로부터는, 엔진 출력축으로서의 크랭크축 (24) 이 후방을 향하여 돌출되어 있다. 크랭크축 (24) 의 일단에는, 도시되지 않은 감속기가 동력 전달 가능하게 연결된다. 이 감속기를 사이에 두고, 선박의 도시되지 않은 추진축이, 크랭크축 (24) 과 축선을 일치시키도록 배치된다. 추진축의 단부에는, 선박의 추진력을 발생시키는 프로펠러가 장착된다. 상기 감속기는 PTO 축을 갖고 있고, 이 PTO 축에, 도시되지 않은 축 구동 발전기가 동력 전달 가능하게 연결된다.
이 구성에 의해, 엔진 (21) 의 동력이 감속기를 통하여, 추진축과 축 구동 발전기로 분기되어 전달된다. 이로써, 선박의 추진력을 발생시킴과 함께, 축 구동 발전기의 구동으로 발생한 전력이 선박 내의 전기 계통에 공급된다.
다음으로, 엔진 (21) 에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 엔진 (21) 은, 상기 서술한 바와 같이 듀얼 퓨얼 엔진이고, 천연 가스 등의 연료 가스를 공기에 혼합시켜 연소시키는 예비 혼합 연소 방식과, 중유 등의 액체 연료 (연료유) 를 확산시켜 연소시키는 확산 연소 방식 중 어느 것을 선택하여 구동시킬 수 있다.
이하의 설명에서는, 예비 혼합 연소 방식에 의한 가동 모드 (예비 혼합 연소 모드) 를 「가스 모드」로, 확산 연소 방식에 의한 가동 모드 (확산 연소 모드) 를 「디젤 모드」로, 각각 부르는 경우가 있다. 가스 모드에서는, 천연 가스를 이용하는 것에 의한 환경 부하 물질 (질소 산화물, 황 산화물 및 입자상 물질 등) 의 저감을 실현하여 환경 규제에 대한 적합을 용이하게 하는 한편, 디젤 모드에서는, 고효율에 의한 가동을 실현할 수 있다.
또, 이하에서는, 감속기와 접속되는 측을 후측으로 하여, 엔진 (21) 의 구성에 있어서의 전후 좌우의 위치 관계를 설명한다. 따라서, 전후 방향은, 크랭크축 (24) 의 축선에 평행한 방향이라고 바꿔 말할 수 있고, 좌우 방향은, 크랭크축 (24) 의 축선에 수직인 방향이라고 바꿔 말할 수 있다. 단, 이 설명은 엔진 (21) 의 방향을 한정하는 것이 아니고, 엔진 (21) 은 용도 등에 따라 여러 가지 방향에서 설치할 수 있다.
엔진 (21) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 2 계통의 연료 공급 경로 (30, 31) 가 접속되어 있다. 일방의 연료 공급 경로 (30) 에는, 액화 천연 가스 (LNG) 를 저류하는 가스 연료 탱크 (32) 가 접속됨과 함께, 타방의 연료 공급 경로 (31) 에는, 선박용 디젤 오일 (MDO) 을 저류하는 액체 연료 탱크 (33) 가 접속된다. 이 구성에서, 일방의 연료 공급 경로 (30) 는 엔진 (21) 에 연료 가스를 공급하고, 타방의 연료 공급 경로 (31) 는 엔진 (21) 에 연료유를 공급한다.
연료 공급 경로 (30) 에는, 상류측에서부터 순서대로, 액화 상태의 기체 연료를 저장하는 가스 연료 탱크 (32) 와, 가스 연료 탱크 (32) 의 액화 연료를 기화시키는 기화 장치 (34) 와, 기화 장치 (34) 로부터 엔진 (21) 으로의 연료 가스의 공급량을 조정하는 가스 밸브 유닛 (35) 이 배치되어 있다.
엔진 (21) 은, 도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (25) 상에 실린더 헤드 (26) 를 장착하여 구성되는 직렬 다기통 엔진이다. 실린더 블록 (25) 의 하부에는, 상기 크랭크축 (24) 이, 도 4 에 나타내는 바와 같이 축선 (24c) 을 전후 방향을 향한 상태로 회전 가능하게 지지되어 있다.
실린더 블록 (25) 에는, 복수 (본 실시형태에서는, 6 개) 의 기통이 크랭크축 (24) 의 축선을 따르도록 일렬 (직렬) 로 나열되어 형성된다. 각 기통에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 피스톤 (78) 이 상하 방향으로 슬라이드 가능하게 수용된다. 이 피스톤 (78) 은, 도시되지 않은 로드를 통하여 상기 크랭크축 (24) 에 연결된다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 각각의 기통을 상측으로부터 덮도록, 실린더 블록 (25) 에는 6 개의 실린더 헤드 (26) 가 장착된다. 실린더 헤드 (26) 는 각각의 기통에 대해 형성되고, 헤드 볼트 (99) 를 사용하여 실린더 블록 (25) 에 고정된다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 각각의 기통에 있어서, 피스톤 (78) 의 상면과 실린더 헤드 (26) 로 둘러싸인 공간에 연소실 (110) 이 형성된다.
복수의 헤드 커버 (40) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 각 기통에 대응하도록, 크랭크축 (24) 의 축선 (24c) 의 방향 (전후 방향) 을 따라 일렬로 나열되어 실린더 헤드 (26) 상에 배치되어 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 각각의 헤드 커버 (40) 의 내부에는, 흡기 밸브 및 배기 밸브를 동작시키기 위한 푸쉬 로드 및 로커 아암 등으로 이루어지는 동 (動) 밸브 기구가 수용되어 있다. 상기 흡기 밸브를 개방한 상태에서는, 연소실 (110) 에 흡기 매니폴드 (67) 로부터의 흡기를 취입할 수 있다. 상기 배기 밸브를 개방한 상태에서는, 연소실 (110) 로부터의 배기를 배기 매니폴드 (44) 에 배출할 수 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 헤드 커버 (40) 의 우측의 근방에는, 후술하는 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 의 상단부가 배치되어 있다. 이 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 는, 실린더 헤드 (26) 의 내부에 삽입되어, 연소실 (110) 을 향하여 기울어진 하방으로 연장되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드 (26) 의 우측에는, 가스 모드 (예비 혼합 연소 모드) 에서의 가동시에 각 기통의 연소실 (110) 에 가스 연료를 분배하여 공급하기 위한 가스 매니폴드 (41) 가 형성된다. 가스 매니폴드 (41) 는, 실린더 헤드 (26) 의 우측면을 따라 전후 방향으로 연장되도록 배치된다. 가스 매니폴드 (41) 에는, 각 기통의 연소실 (110) 에 대응하는 6 개의 가스 지관 (41a) 이 접속되고, 당해 가스 지관 (41a) 의 선단부에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 가스 연료를 분사하기 위한 가스 인젝터 (98) 가 형성된다. 가스 인젝터 (98) 의 선단부는, 기통에 대응하여 실린더 헤드 (26) 의 내부에 형성되는 흡기 지관 (67a) 에 면하고 있다. 가스 인젝터 (98) 로부터 가스 연료를 분사함으로써, 흡기 매니폴드 (67) 의 흡기 지관 (67a) 에 가스 연료를 공급할 수 있다.
도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (25) 의 좌측에는, 디젤 모드 (확산 연소 모드) 에서의 가동시에 각 기통의 연소실 (110) 에 액체 연료를 분배하여 공급하기 위한 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 이 형성된다. 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 은, 실린더 블록 (25) 의 좌측면을 따라 전후 방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 에 공급된 액체 연료는, 각 기통에 대응하여 형성된 연료 공급 펌프 (89) 에 분배하여 공급된다. 각각의 기통에는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 공급 펌프 (89) 로부터 공급된 액체 연료를 분사하는 메인 연료 분사 밸브 (79) 가 배치되어 있다. 메인 연료 분사 밸브 (79) 는 실린더 헤드 (26) 에 상방으로부터 수직으로 끼워 넣어지도록 배치되고, 그 상단부는 헤드 커버 (40) 의 내부에 배치되고, 하단부는 기통의 연소실 (110) 에 면하고 있다. 연료 공급 펌프 (89) 와 메인 연료 분사 밸브 (79) 는, 실린더 헤드 (26) 에 형성된 액체 연료 공급로 (106) 를 통하여 접속된다.
액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 의 하방 근방의 위치에, 각각의 연료 공급 펌프 (89) 로부터 복귀된 여분의 연료를 모으기 위한 액체 연료 복귀 집약관 (48) 이 형성된다. 액체 연료 복귀 집약관 (48) 은, 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 과 평행하게 배치되며, 연료 공급 펌프 (89) 에 접속된다. 액체 연료 복귀 집약관 (48) 의 단부에는, 액체 연료를 액체 연료 탱크 (33) 까지 복귀시키기 위한 연료 복귀관 (115) 이 접속된다.
도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (25) 의 좌측이고, 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 보다 상방의 위치에는, 가스 모드 (예비 혼합 연소 모드) 에서의 연소시에 가스 연료 착화를 목적으로 하여 각 기통의 연소실 (110) 에 파일럿 연료를 분배하여 공급하기 위한 파일럿 연료 공급용 레일 배관 (47) 이 형성된다. 파일럿 연료 공급용 레일 배관 (47) 은, 실린더 블록 (25) 의 좌측면을 따라 전후 방향으로 연장되도록 배치되어 있다. 각각의 기통에는, 도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 파일럿 연료 공급용 레일 배관 (47) 으로부터 공급된 액체 연료 (파일럿 연료) 를 분사하는 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 가 배치되어 있다. 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 는 실린더 헤드 (26) 에 상방으로부터 비스듬하게 끼워 넣어지도록 배치되고, 그 상단부는 헤드 커버 (40) 의 바로 우측의 위치에 배치되고, 하단부는 기통의 연소실 (110) 에 면하고 있다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 각각의 기통에 대응하여, 파일럿 연료 지관 (109) 이 파일럿 연료 공급용 레일 배관 (47) 으로부터 분기되도록 형성되어 있다. 파일럿 연료 지관 (109) 은, 나열되어 배치된 헤드 커버 (40) 의 사이를 통과하도록 배치되고, 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 의 상단부에 접속된다. 파일럿 연료 지관 (109) 은, 누설된 연료의 비산을 방지하기 위한 지관 커버 (105) 에 의해 덮여 있다.
도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (25) 및 실린더 헤드 (26) 로 구성되는 엔진 (21) 의 좌측면의 상부에는 단차가 형성되어 있고, 이 단차의 부분에, 파일럿 연료 공급용 레일 배관 (47) 과 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 과 연료 공급 펌프 (89) 가 배치되어 있다. 실린더 블록 (25) 및 실린더 헤드 (26) 에는, 이 단차 부분을 덮도록 사이드 커버 (43) 가 장착되어 있다. 파일럿 연료 공급용 레일 배관 (47), 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 및 연료 공급 펌프 (89) 는, 사이드 커버 (43) 로 피복되어 있다.
도 3 등에 나타내는 바와 같이, 연료 공급 펌프 (89) 가 나열되는 방향의 일단부의 근방에는, 연료 공급 펌프 (89) 에 있어서의 연료 분사량을 조정하기 위한 조속기 (201) 가 배치되어 있다. 이 조속기 (201) 는, 사이드 커버 (43) 의 내부에 있어서 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 등과 평행하게 배치되는 컨트롤 전달축 (202) 을 회전시킬 수 있다. 이 컨트롤 전달축 (202) 은, 기통의 수만큼 구비되어 있는 연료 공급 펌프 (89) 가 갖는 컨트롤 락에 연결되어 있다. 조속기 (201) 는, 컨트롤 전달축 (202) 을 회전시킴으로써, 연료 공급 펌프 (89) 의 상기 컨트롤 락을 변위시키고, 이로써 연료 공급 펌프 (89) 의 압송량 (메인 연료 분사 밸브 (79) 의 분사량) 을 변경할 수 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드 (26) 의 우측 상방이고, 가스 매니폴드 (41) 보다 상방의 위치에는, 각 기통의 연소실 (110) 에서의 연소에 의해 발생한 배기를 모아 외부로 배출하기 위한 배기 매니폴드 (44) 가, 가스 매니폴드 (41) 와 평행하게 배치된다. 배기 매니폴드 (44) 의 외주는, 차열 커버 (45) 로 덮여 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 배기 매니폴드 (44) 에는 각 기통에 대응하는 배기 지관 (44a) 이 접속되어 있다. 이 배기 지관 (44a) 은, 각 기통의 연소실 (110) 에 통하고 있다.
실린더 블록 (25) 의 내부의 우측 근처에는, 외부로부터의 공기 (흡기) 를 각 기통의 연소실 (110) 에 분배하여 공급하기 위한 흡기 매니폴드 (67) 가, 가스 매니폴드 (41) 와 평행하게 배치된다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 흡기 매니폴드 (67) 로부터 분기되도록 6 개의 흡기 지관 (67a) 이 실린더 헤드 (26) 의 내부에 형성되고, 각각의 흡기 지관 (67a) 은 연소실 (110) 에 통하고 있다.
이 구성에 의해, 디젤 모드 (확산 연소 모드) 에서의 가동시에는, 각 기통에 흡기 매니폴드 (67) 로부터 공급된 공기가 피스톤 (78) 의 슬라이드에 의해 압축된 적절한 타이밍에, 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터 연소실 (110) 내에 적절한 양의 액체 연료가 분사되도록 되어 있다. 액체 연료를 연소실 (110) 내에 분사함으로써, 피스톤 (78) 은, 연소실 (110) 에서 발생하는 폭발로부터 얻어지는 추진력에 의해 기통 내를 왕복 운동하고, 피스톤 (78) 의 왕복 운동이 로드를 통하여 크랭크축 (24) 의 회전 운동으로 변환되어 동력이 얻어진다.
한편, 가스 모드 (예비 혼합 연소 방식) 에서의 가동시에는, 가스 매니폴드 (41) 로부터의 가스 연료가 가스 인젝터 (98) 로부터 흡기 지관 (67a) 내에서 분사됨으로써, 흡기 매니폴드 (67) 로부터 공급된 공기와 가스 연료가 혼합된다. 기통에 도입된 공기와 가스 연료의 혼합기 (混合氣) 가 피스톤 (78) 의 슬라이드에 의해 압축된 적절한 타이밍에, 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 로부터 연소실 (110) 내에 소량의 파일럿 연료가 분사됨으로써, 가스 연료에 착화된다. 피스톤 (78) 은, 연소실 (110) 에서의 폭발에 의해 얻어지는 추진력에 의해 기통 내를 왕복 운동하고, 피스톤 (78) 의 왕복 운동이 로드를 통하여 크랭크축 (24) 의 회전 운동으로 변환되어 동력이 얻어진다.
디젤 모드에서 가동한 경우에도, 가스 모드에서 가동한 경우에도, 연소에 의해 발생한 배기는 피스톤 (78) 의 운동에 의해 기통으로부터 압출되어, 배기 매니폴드 (44) 에 모인 후, 외부로 배출된다.
엔진 (21) 의 전단면 (정면) 에는, 크랭크축 (24) 의 전단 부분을 둘러싸도록 하고, 연료유 펌프 (56) 와, 도시를 생략한 냉각수 펌프와, 윤활유 펌프가 각각 형성되어 있다. 크랭크축 (24) 으로부터의 회전 동력이 적절히 전달됨으로써, 크랭크축 (24) 의 외주측에 형성된 냉각수 펌프, 윤활유 펌프 및 연료유 펌프 (56) 가 각각 구동된다.
도 4 에 나타내는 연료유 펌프 (56) 는, 회전 구동됨으로써, 도 1 의 액체 연료 탱크 (33) 로부터 공급되는 연료유 (액체 연료) 를, 파일럿 연료 공급용 주관 (107) 을 경유하여, 파일럿 연료 공급용 레일 배관 (47) 에 보낸다. 액체 연료 탱크 (33) 로부터 연료유 펌프 (56) 로의 연료 경로의 중도부에는, 연료유를 여과하는 파일럿 연료용 필터가 형성되어 있다.
또, (연료유 펌프 (56) 와는 별도의) 도시를 생략한 연료유 펌프가 크랭크축 (24) 의 회전에 수반하여 회전 구동됨으로써, 당해 연료 펌프는 액체 연료 탱크 (33) 로부터의 연료유를 흡입하여, 도 4 등에 나타내는 액체 연료 공급용 주관 (108) 을 경유하여 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 에 보낸다. 액체 연료 탱크 (33) 로부터 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 으로의 연료유의 공급 경로의 중도부에는, 연료유를 여과하는 메인 연료용 필터가 형성되어 있다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 파일럿 연료 공급용 주관 (107), 액체 연료 공급용 주관 (108) 및 연료 복귀관 (115) 은, 실린더 블록 (25) 의 좌측면을 따르도록, 실린더 블록 (25) 의 바로 전방에 배치되어 있다. 파일럿 연료 공급용 주관 (107), 액체 연료 공급용 주관 (108) 및 연료 복귀관 (115) 은, 실린더 블록 (25) 의 전단면으로부터 좌방으로 돌출하도록 형성된 복수의 클램프 부재 (111) 를 통하여, 실린더 블록 (25) 의 좌측면을 따라 상하 방향으로 연장되도록 배치된다.
실린더 블록 (25) 의 후방의 우측 근방에는, 엔진 (21) 의 각 부의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치 (제어 장치) (73) 가 도시를 생략한 지지 부재를 통하여 형성되어 있다. 이 엔진 제어 장치 (73) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 엔진 (21) 의 각 부에 형성된 센서 (압력 센서, 토크 센서 등) 로부터 데이터를 취득하여, 엔진 (21) 의 각종 동작 (연료의 분사, 유량 조정 밸브의 개도의 변경 등) 을 제어하도록 구성되어 있다.
다음으로, 엔진 (21) 에 있어서의 흡기 및 배기를 위한 구성에 대하여, 도 5 를 참조하면서 설명한다. 도 5 는 엔진 (21) 의 흡배기 계통의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 엔진 (21) 에 있어서, 6 개의 기통이 일렬로 나열되어 배치되어 있다. 각각의 기통은, 흡기 지관 (67a) 을 통하여 흡기 매니폴드 (67) 와 접속됨과 함께, 배기 지관 (44a) 을 통하여 배기 매니폴드 (44) 와 접속되어 있다.
흡기 매니폴드 (67) 는, 엔진 (21) 의 외부에 통하는 흡기 유로 (15) 와 접속되어, 외부의 공기를 각각의 기통에 취입할 수 있도록 되어 있다. 흡기 유로 (15) 의 중도에는, 과급기 (49) 의 컴프레서 (49b) 와, 인터 쿨러 (51) 가 배치되어 있다.
컴프레서 (49b) 와 인터 쿨러 (51) 사이에는, 흡기 매니폴드 (67) 에 공급되는 공기 유량을 조정하기 위한 메인 스로틀 밸브 (메인 스로틀 밸브) (V1) 가 형성되어 있다. 메인 스로틀 밸브 (V1) 는 유량 조정 밸브로서 구성되어 있고, 그 개도를 엔진 제어 장치 (73) 로부터의 전기 신호에 의해 제어 가능하게 구성되어 있다.
흡기 유로 (15) 에는, 인터 쿨러 (51) 의 공기 출구측과, 컴프레서 (49b) 의 공기 입구측을 접속하는 흡기 바이패스 유로 (17) 가 형성되어 있다. 컴프레서 (49b) 를 통과한 공기의 일부는, 이 흡기 바이패스 유로 (17) 를 경유하여 재순환된다. 흡기 바이패스 유로 (17) 에는, 당해 흡기 바이패스 유로 (17) 를 통과하는 공기의 유량을 조절하기 위한 흡기 바이패스 밸브 (V2) 가 형성되어 있다. 흡기 바이패스 밸브 (V2) 는, 메인 스로틀 밸브 (V1) 와 마찬가지로 유량 조정 밸브로서 구성되어 있고, 그 개도를 엔진 제어 장치 (73) 로부터의 전기 신호에 의해 제어 가능하게 구성되어 있다. 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도를 변경함으로써, 흡기 매니폴드 (67) 에 공급되는 공기 유량을 조정할 수 있다.
배기 매니폴드 (44) 는, 엔진 (21) 의 외부에 통하는 배기 유로 (16) 와 접속되어, 각 기통으로부터 배기된 공기를 외부로 배출할 수 있다. 배기 유로 (16) 의 중도에는, 과급기 (49) 의 터빈 (49a) 이 배치되어 있다.
배기 유로 (16) 에는, 배기 매니폴드 (44) 의 배기 출구측과, 터빈 (49a) 의 배기 출구측을 접속하는 (터빈 (49a) 를 우회하는) 배기 바이패스 유로 (18) 가 형성되어 있다. 배기 매니폴드 (44) 로부터 배기 유로 (16) 에 보내진 배기의 일부는, 배기 바이패스 유로 (18) 를 경유하여 터빈 (49a) 의 배기 출구측보다 하류에 이른 후, 외부로 배출된다. 배기 바이패스 유로 (18) 에는, 당해 배기 바이패스 유로 (18) 를 통과하는 배기의 유량을 조절하기 위한 배기 바이패스 밸브 (V3) 가 형성되어 있다. 배기 바이패스 밸브 (V3) 는, 메인 스로틀 밸브 (V1) 와 마찬가지로 유량 조정 밸브로서 구성되어 있고, 그 개도를 엔진 제어 장치 (73) 로부터의 전기 신호에 의해 제어 가능하게 구성되어 있다. 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 밸브 개도를 변경함으로써, 터빈 (49a) 에 유입되는 배기 유량을 조정하고, 컴프레서 (49b) 에 있어서의 공기의 압축량을 조정할 수 있다. 즉, 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 밸브 개도를 조절함으로써, 흡기 매니폴드 (67) 에 공급되는 공기 유량을 조정할 수 있다.
다음으로, 유량 조정 밸브의 밸브 개도에 있어서의 피드백 제어에 대하여, 도 6 및 도 7 을 참조하면서 설명한다. 도 6 은 엔진 (21) 을 제어하기 위한 전기적인 구성을 나타내는 블록도이다. 도 7 은 엔진 (21) 을 가스 모드에서 가동하였을 때의, 흡기 매니폴드 (67) 에 있어서의 흡기 유량의 조정 제어를 설명하는 그래프이다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 엔진 제어 장치 (73) 는, 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 와, 연료 공급 펌프 (89) 와, 가스 인젝터 (98) 를 제어 가능하게 구성되어 있다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 를 개폐 제어함으로써, 연소실 (110) 에 액체 연료 (파일럿 연료) 를 공급할 수 있다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 연료 공급 펌프 (89) 의 제어 밸브를 개폐 제어함으로써, 연료 공급 펌프 (89) 로부터 메인 연료 분사 밸브 (79) 를 통하여 연소실 (110) 에 액체 연료 (메인 연료) 를 공급할 수 있다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 조속기 (201) 를 제어함으로써, 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터의 액체 연료의 분사량을 조절할 수 있다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 가스 인젝터 (98) 를 제어함으로써, 흡기 매니폴드 (67) 의 흡기 지관 (67a) 에 가스 연료를 공급할 수 있다.
또, 엔진 제어 장치 (73) 는, 메인 스로틀 밸브 (V1) 와, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 와, 배기 바이패스 밸브 (V3) 를 제어 가능하게 구성되어 있다. 전술한 바와 같이, 엔진 제어 장치 (73) 는, 메인 스로틀 밸브 (V1), 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 각각의 밸브 개도를 제어함으로써, 흡기 매니폴드 (67) 에 유입하는 공기 유량을 조정할 수 있다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 엔진 제어 장치 (73) 는, 엔진 (21) 의 각 부에 구비된 각종 센서로부터의 신호를 입력 가능하게 구성되어 있다. 또, 엔진 제어 장치 (73) 는, 기측 조작용 제어 장치 (71) 와 서로 통신 가능하게 구성되어 있다.
엔진 (21) 이 구비하는 6 개의 기통 중 일부 또는 전부에는, 통내압 센서 (63) 가 배치되어 있다. 이 통내압 센서 (63) 는, 압전 소자 또는 변형 게이지 등을 구비하여 구성되어 있고, 기통의 내부의 압력 (도시 평균 유효압, IMEP) 을 검출할 수 있다. 통내압 센서 (63) 가 검출한 통내압은, 엔진 제어 장치 (73) 에 출력된다.
엔진 (21) 의 흡기 매니폴드 (67) 에는, 당해 흡기 매니폴드 (67) 에 있어서의 공기 압력을 측정하는 흡기압 센서 (39) 가 형성되어 있다. 이 흡기압 센서 (39) 는, 예를 들어 반도체 변형 게이지를 사용한 구성으로 할 수 있다. 흡기압 센서 (39) 가 검출한 흡기 압력은, 엔진 제어 장치 (73) 에 출력된다.
엔진 (21) 의 적절한 위치 (예를 들어, 크랭크축 (24) 의 근방) 에는, 토크 센서 (부하 검출기) (64) 가 장착되어 있다. 토크 센서 (64) 로는, 예를 들어, 변형 게이지를 사용하여 토크를 검출하는 플랜지형인 것을 사용할 수 있다. 토크 센서 (64) 가 검출한 엔진 부하 (엔진 토크) 는, 엔진 제어 장치 (73) 에 출력된다.
엔진 (21) 의 적절한 위치 (예를 들어, 실린더 블록 (25)) 에는, 엔진 회전수 센서 (65) 가 장착되어 있다. 엔진 회전수 센서 (65) 는, 예를 들어 센서와 펄스 발생기에 의해 구성되고, 크랭크축 (24) 의 회전에 따라 펄스 신호를 발생하도록 구성할 수 있다. 엔진 회전수 센서 (65) 가 검출한 엔진 회전수는, 엔진 제어 장치 (73) 에 출력된다.
디젤 모드에서 엔진 (21) 을 가동시키는 경우, 엔진 제어 장치 (73) 는, 연료 공급 펌프 (89) 에 있어서의 제어 밸브를 개폐 제어하여, 각 기통에 있어서의 연소를 소정의 타이밍에 발생시킨다. 즉, 각 기통의 분사 타이밍에 맞추어 연료 공급 펌프 (89) 의 제어 밸브를 개방함으로써, 메인 연료 분사 밸브 (79) 를 통해서 각 기통 내에 연료유를 분사시켜, 기통 내에서 발화시킨다. 한편, 가스 인젝터 (98) 로부터의 연료 가스의 분사 및 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 로부터의 파일럿 연료의 분사는, 디젤 모드에 있어서는 정지되어 있다.
디젤 모드에 있어서는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 토크 센서 (64) 가 검출한 엔진 부하와, 엔진 회전수 센서 (65) 가 검출한 엔진 회전수에 기초하여, 각 기통에 있어서의 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터의 분사 타이밍을 피드백 제어한다. 이로써, 엔진 (21) 의 크랭크축 (24) 은, 선박의 추진 겸 발전 기구에서 필요해지는 토크가 얻어지도록, 선박의 추진 속도에 따른 엔진 회전수로 회전한다. 또, 엔진 제어 장치 (73) 는, 흡기압 센서 (39) 에서 검출된 흡기 매니폴드 (67) 내의 공기 압력에 기초하여, 메인 스로틀 밸브 (V1) 의 밸브 개도를 제어한다. 이로써, 엔진 출력에 필요해지는 공기 유량이 되도록 컴프레서 (49b) 로부터 압축 공기를 흡기 매니폴드 (67) 에 공급한다.
가스 모드에서 엔진 (21) 을 가동시키는 경우, 엔진 제어 장치 (73) 는, 가스 인젝터 (98) 에 있어서의 밸브를 개폐 제어하여, 흡기 지관 (67a) 에 연료 가스를 공급함으로써, 당해 연료 가스를 흡기 매니폴드 (67) 로부터의 공기에 혼합하여, 각 기통 내에 예비 혼합 연료를 공급시킨다. 또, 엔진 제어 장치 (73) 는, 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 를 개폐 제어하여, 소정의 타이밍에 파일럿 연료를 각 기통에 분사함으로써 착화원을 발생시켜, 예비 혼합 가스가 공급된 각 기통 내에서 연소를 실시하게 한다. 한편, 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터의 메인 연료의 분사는, 가스 모드에 있어서는 정지되어 있다.
가스 모드에 있어서는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 토크 센서 (64) 가 검출한 엔진 부하와, 엔진 회전수 센서 (65) 가 검출한 엔진 회전수에 기초하여, 가스 인젝터 (98) 에 의한 연료 가스의 분사 유량과, 각 기통에 있어서의 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 에 의한 분사 타이밍을 피드백 제어한다.
또, 엔진 제어 장치 (73) 는, 토크 센서 (64) 에 의해 검출되는 엔진 부하 및 흡기압 센서 (39) 에 의해 검출되는 흡기 매니폴드 (67) 내의 공기 압력 등에 기초하여, 메인 스로틀 밸브 (V1), 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 각각의 밸브 개도를 예를 들어 도 7 과 같이 제어한다.
먼저, 메인 스로틀 밸브 (V1) 의 제어에 대하여, 도 7(a) 을 참조하여 설명한다. 또한, 도 7 의 그래프에 나타내는 L1, L2, L3, L4 는 미리 정해진 엔진 부하의 소정값 (단, L1 ＜ L2 ＜ L3 ＜ L4) 으로서, 그 중 소정값 L4 는 저부하 영역과 중고 부하 영역의 경계에 상당하는 엔진 부하이다.
엔진 부하가 소정값 L1 미만인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 엔진 부하에 따라 흡기 매니폴드 (67) 의 목표 압력을 도 7(d) 에 나타내는 관계에 기초하여 설정한 다음, 흡기압 센서 (39) 에 의해 검출된 실제의 압력이 상기의 목표 압력에 가까워지도록, 메인 스로틀 밸브 (V1) 의 밸브 개도를 PID 제어 (피드백 제어) 한다.
엔진 부하가 소정값 L1 이상 또한 소정값 L2 미만인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 엔진 부하에 대한 메인 스로틀 밸브 (V1) 의 밸브 개도를 기억한 제 1 데이터 테이블 (D1) 을 참조하고, 엔진 부하에 대응한 메인 스로틀 밸브 (V1) 의 밸브 개도가 되도록 맵 제어한다. 제 1 데이터 테이블 (D1) 은, 엔진 부하가 증대하는 데에 따라 메인 스로틀 밸브 (V1) 의 밸브 개도를 서서히 증대시키도록 정해진다.
엔진 부하가 소정값 L2 이상인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 메인 스로틀 밸브 (V1) 가 전체 개방이 되도록 제어한다. 또한, 엔진 부하의 소정값 L2 는, 흡기 매니폴드 (67) 의 공기 압력이 대기압이 되는 값 Lt 보다 낮게 설정되어 있다.
다음으로, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 제어에 대하여, 도 7(b) 를 참조하여 설명한다.
엔진 부하가 소정값 L3 미만인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 가 전체 폐쇄가 되도록 제어한다.
엔진 부하가 소정값 L3 이상인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 엔진 부하에 따라 흡기 매니폴드 (67) 의 목표 압력을 도 7(d) 에 나타내는 관계에 기초하여 설정한 다음, 흡기압 센서 (39) 에 의해 검출된 실제의 압력이 상기의 목표 압력에 가까워지도록, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도를 PID 제어 (피드백 제어) 한다.
다음으로, 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 제어에 대하여, 도 7(c) 를 참조하여 설명한다.
엔진 부하가 소정값 L1 미만인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 배기 바이패스 밸브 (V3) 가 전체 개방이 되도록 제어한다.
엔진 부하가 소정값 L1 이상인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 엔진 부하에 대한 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 밸브 개도를 기억한 제 2 데이터 테이블 (D2) 을 참조하여, 엔진 부하에 대응한 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 밸브 개도가 되도록 맵 제어한다. 제 2 데이터 테이블 (D2) 은, 엔진 부하가 소정값 L1 에서 소정값 L2 로 증대하는 데에 따라 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 밸브 개도를 서서히 감소시키고, 소정값 L2 에서 소정값 L3 까지는 배기 바이패스 밸브 (V3) 를 전체 폐쇄로 하고, 소정값 L3 에서 증대하는 데에 따라 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 개도를 서서히 증대시키도록 정해진다.
이상과 같이, 엔진 제어 장치 (73) 는, 메인 스로틀 밸브 (V1) 와 흡기 바이패스 밸브 (V2) 와 배기 바이패스 밸브 (V3) 를 제어함으로써, 흡기 매니폴드 (67) 의 공기 압력을 조정한다. 이로써, 엔진 출력에 필요해지는 공기 유량이 되도록 컴프레서 (49b) 로부터 압축 공기를 흡기 매니폴드 (67) 에 공급함과 함께, 가스 인젝터 (98) 로부터 공급되는 연료 가스와의 공연비를 엔진 출력에 따른 값으로 조정할 수 있다.
그런데, 본 실시형태와 같은 듀얼 퓨얼 엔진에 있어서는, 디젤 모드와 가스 모드에서 공연비가 상이하고, 동일한 크기의 부하에 대하여, 가스 모드에서는 디젤 모드와 비교하여 필요한 공기 유량이 적다. 따라서, 과급기 (49) 에 대해서는 디젤 모드에서 사용하는 것을 기본으로 설계할 필요가 있는 한편으로, 가스 모드에 있어서도, 당해 가스 모드의 공연비에 적합한 유량의 공기를 공급할 필요가 있다.
이 점, 본 실시형태에서는, 상기의 구성으로 함으로써, 과급기 (49) 의 구성을 디젤 모드에서의 가동에 대해 최적화한 경우라도, 가스 모드에서의 가동시에, 엔진 부하의 변동에 따라 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도를 제어함으로써, 흡기 매니폴드 (67) 의 압력 제어의 응답성을 높일 수 있다. 따라서, 부하 변동시에 있어서도, 연소에 필요한 공기량의 과부족을 방지할 수 있으므로, 디젤 모드에서의 가동에 최적화한 구성의 과급기 (49) 를 사용한 경우라도, 가스 모드에서 양호하게 가동할 수 있다.
또, 엔진 부하의 변동에 따라 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 개도를 제어함으로써, 연료 가스의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진 (21) 에 공급할 수 있다. 또, 응답성이 양호한 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 제어를 아울러 실시함으로써, 가스 모드에 있어서 부하 변동에 대한 응답 속도를 증대시킬 수 있으므로, 부하가 변동한 경우라도, 연소에 필요한 공기량의 부족을 원인으로 하는 노킹 등을 회피할 수 있다.
그런데, 엔진 부하를 적절히 검출하는 것은 엔진 (21) 의 적절한 연소 제어를 위해서 중요하고, 토크 센서 (64) 에 의한 엔진 부하의 검출이 어떠한 이유로 할 수 없게 되면, 출력 저하, 연료 소비량의 악화 등의 원인이 된다. 특히, 본 실시형태와 같은 듀얼 퓨얼 엔진을 가스 모드에서 가동하는 경우에 있어서, 상기 서술한 바와 같이 부하 변동이 발생한 경우라도 노킹 및 실화 (失火) 를 회피하기 위해서는, 엔진 부하를 정확하게 검출하여 공기 유량을 제어하는 것이 필요해진다.
본 실시형태에 있어서 엔진 부하는, 도 6 의 토크 센서 (64) 에 의해, 예를 들어 4 ㎃ ∼ 20 ㎃ 의 범위에서, 부하가 증대됨에 따라서 전류값이 증대되는 신호로서 검출된다. 따라서, 토크 센서 (64) 의 전류값이 4 ㎃ 인 경우에는 엔진 부하가 실질적으로 제로인 것을 의미하지만, 토크 센서 (64) 의 단선 등의 이유에 의해 엔진 부하를 제로로 오검출하고 있을 가능성도 부정할 수 없다.
이 점, 본 실시형태에서는, 엔진 제어 장치 (73) 가, 통내압 센서 (63) 가 통내압을 검출함으로써 얻어진 데이터열에 의해 도시 평균 유효압을 계산하고, 얻어진 도시 평균 유효압이 소정의 임계값 이상임에도 불구하고 토크 센서 (64) 의 엔진 부하 검출값이 무부하를 나타내고 있는 경우, 토크 센서 (64) 에 의한 엔진 부하의 검출에 이상이 발생하였다고 판정한다.
즉, 통내압 센서 (63) 가 검출하는 통내압이 소정의 크기 이상이면, 적어도 어느 정도의 크기의 부하가 엔진 (21) 에 대해 투입되고 있을 것이지만, 그럼에도 불구하고 토크 센서 (64) 의 엔진 부하의 검출 결과가 제로를 나타내고 있다면, 토크 센서 (64) 에서의 엔진 부하의 검출에 어떠한 이상이 발생하고 있을 가능성이 높다. 이 것을 이용하여, 엔진 제어 장치 (73) 는, 상기의 상황이 발생하면, 토크 센서 (64) 가 이상이라고 판정하고, 그 취지를, 기측 조작용 제어 장치 (71) 가 구비하는 디스플레이 (72) 에 표시하도록 구성되어 있다. 이로써, 엔진 부하의 검출에 관한 이상을 적절히 발견하여, 조기의 대응을 재촉할 수 있다.
다음으로, 상기 서술한 토크 센서 (64) 의 이상을 검출하기 위한 구체적인 제어에 대하여, 도 8 을 주로 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 8 은 토크 센서 (64) 의 이상을 검출하기 위해서 엔진 제어 장치 (73) 가 실시하는 판정 처리를 나타내는 플로 차트이다. 도 9 는 토크 센서 (64) 의 이상이 검출된 결과로서 가스 모드에서 디젤 모드로 전환된 경우의, 연료 가스 및 연료유의 공급 제어를 설명하는 도면이다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 가스 모드에서 가동하는 엔진 (21) 에 있어서 엔진 제어 장치 (73) 는, 엔진 회전수 센서 (65) 가 검출하는 엔진 회전수를 목표값에 가까워지도록, 가스 인젝터 (98) 가 분사하는 연료 가스의 양을 조정하는 제어를 실시한다 (조속 제어, 스텝 S101).
다음으로, 엔진 제어 장치 (73) 는, 토크 센서 (64) 에 의해 검출한 엔진 부하에 따라, 메인 스로틀 밸브 (V1), 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 개도를 제어한다 (스텝 S102). 제어의 방법으로는, 도 7 을 참조하여 설명한 바와 같이, 엔진 부하의 크기에 따라, 전체 개방으로 고정시키는 제어, 전체 폐쇄로 고정시키는 제어, 맵 제어, PID 제어 (피드백 제어) 중 어느 것이 선택된다.
그 후, 엔진 제어 장치 (73) 는, 스텝 S102 에 있어서 얻어진 엔진 부하가 실질적으로 무부하였는지의 여부를 판단한다 (스텝 S103).
스텝 S103 의 판단으로, 검출된 엔진 부하가 실질적으로 제로가 아닌 경우에는, 스텝 S101 로 돌아와, 처리를 반복한다.
스텝 S103 의 판단으로, 검출된 엔진 부하가 실질적으로 제로인 경우에는, 통내압 센서 (63) 의 검출 압력으로부터 도시 평균 유효압을 계산하고, 이 도시 평균 유효압이 소정의 임계값 이상인지의 여부를 판단한다 (스텝 S104).
스텝 S104 의 판단으로, 도시 평균 유효압이 임계값 미만인 경우, 스텝 S101 로 돌아와, 처리를 반복한다.
스텝 S104 의 판단으로, 도시 평균 유효압이 임계값 이상인 경우, 엔진 제어 장치 (73) 는, 토크 센서 (64) 에 어떠한 이상이 발생하였다고 판단하고, 그 취지를 나타내는 메세지를, 기측 조작용 제어 장치 (71) 의 디스플레이 (72) 에 표시시킨다 (스텝 S105). 이로써, 엔진 부하의 검출에 이상이 발생한 것을 엔진 (21) 의 오퍼레이터가 조기에 알아채 적절한 처치를 실시할 수 있다.
그 후, 엔진 제어 장치 (73) 는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 연소 모드를 디젤 모드로 전환하고 (스텝 S106), 가스 모드에서의 처리를 종료한다. 이와 같이, 엔진 부하의 검출에 이상이 발생하면 가스 모드에서 디젤 모드로 전환함으로써, 선박용의 대형 엔진에 요구되는 운전 계속성을 확보할 수 있다.
또한, 듀얼 퓨얼 엔진에 있어서 가스 모드에서 디젤 모드로의 전환은, 즉시 전환하는 경우와, 서서히 전환하는 경우를 생각할 수 있다.
예를 들어, 엔진 (21) 이 가스 모드에서 가동하고 있었지만, 선박의 항행의 결과, 질소 산화물 등의 배출량이 제한되고 있는 규제 해역에서 밖으로 나온 경우에는, 가스 모드에서 디젤 모드로 서서히 전환하는 것이 바람직하다. 이 경우, 가스 인젝터 (98) 로부터 분사되는 연료 가스의 양을 서서히 감소시키고, 또, 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터 분사되는 액체 연료의 양을 서서히 증대시키는 제어가 실시된다.
한편으로, 가스 모드에서의 가동 중에 이상이 발생한 경우에는, 가스 모드에서 디젤 모드로 즉시 전환하는 것이 바람직하다. 생각되는 이상으로는, 예를 들어, 연료 가스의 압력의 저하, 흡기 매니폴드 (67) 의 압력의 저하, 가스 온도의 상승, 공기 온도의 상승, 또는 각종 센서의 이상 (상기의 토크 센서 (64) 의 이상을 포함한다) 을 들 수 있다. 이 경우, 가스 인젝터 (98) 로부터 분사되는 연료 가스의 양은 급격하게 제로가 되고, 그것과 거의 동시에, 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터 분사되는 액체 연료의 양을 제로로부터 급격하게 증대시키는 제어가 실시된다.
본 실시형태에 있어서도, 토크 센서 (64) 에 이상이 발생한 것을 검지한 후의 가스 모드에서 디젤 모드로의 전환 (스텝 S106) 은, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 서서히는 아니고 순시에 행해진다.
일반적으로, 디젤 모드에 있어서 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터 분사되는 액체 연료 (메인 연료) 의 양은, 엔진 회전수와 엔진 부하로부터 맵에 의해 구해진다. 그러나, 토크 센서 (64) 에는 상기와 같이 이상이 있으므로, 스텝 S106 에 있어서 가스 모드에서 디젤 모드로 천이한 후의 초기의 메인 연료의 분사량 (도 9 의 연료유 공급량 FO1) 을 구함에 있어서, 토크 센서 (64) 가 검출한 엔진 부하는 신뢰할 수 없다. 그래서, 엔진 제어 장치 (73) 는, 통내압 센서 (63) 가 검출한 기통의 내부의 압력으로부터 도시 평균 유효압을 구하고, 이것으로부터 추가로 정미 평균 유효압 (BMEP) 을 계산하여, 당해 정미 평균 유효압으로부터 엔진 부하를 추정하도록 구성되어 있다. 또한, 도시 평균 유효압과 정미 평균 유효압의 관계 및 정미 평균 유효압과 엔진 부하의 관계는 잘 알려져 있으므로, 구체적인 계산에 대해서는 설명을 생략한다.
그 후, 엔진 제어 장치 (73) 는, 초기의 메인 연료의 분사량 (도 9 에 나타내는 연료유 공급량 FO1) 을, 엔진 회전수와 추정한 엔진 부하를 사용하여 상기의 맵에 의해 구하고, 당해 양의 액체 연료를 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터 분사하도록 조속기 (201) 를 제어한다. 이와 같이 구성함으로써, 엔진 부하를 토크 센서 (64) 로 정상적으로 검출할 수 없는 상황에 있어서도, 디젤 모드로의 전환 직후에 적절한 양의 액체 연료를 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터 분사할 수 있어, 엔진 회전수를 양호하게 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 엔진 (21) 은, 통내압 센서 (63) 와, 토크 센서 (64) 와, 엔진 제어 장치 (73) 를 구비한다. 통내압 센서 (63) 는, 기통의 내부의 압력을 검출한다. 토크 센서 (64) 는, 엔진 부하를 검출한다. 엔진 제어 장치 (73) 에는, 통내압 센서 (63) 의 검출 결과 및 토크 센서 (64) 의 검출 결과가 입력된다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 토크 센서 (64) 에 의해 검출된 부하가 제로 (무부하) 이고, 또한, 통내압 센서 (63) 의 검출 결과로부터 얻어지는 통내 압력 (구체적으로는, 도시 평균 유효압) 이 임계값 이상인 경우, 토크 센서 (64) 에 의한 검출에 이상이 있다고 판정한다.
이로써, 통내 압력과 엔진 부하 사이에 어느 정도의 상관이 있는 것을 이용하여, 토크 센서 (64) 의 이상의 유무를 간소한 구성으로 판정할 수 있다. 이 결과, 예를 들어, 이상에 대한 대응을 오퍼레이터에게 조기에 재촉할 수 있다.
또, 본 실시형태의 엔진 (21) 은, 흡기 매니폴드 (67) 와, 가스 인젝터 (98) 와, 메인 연료 분사 밸브 (79) 를 구비한다. 흡기 매니폴드 (67) 는, 기통 내에 공기를 공급한다. 가스 인젝터 (98) 는, 흡기 매니폴드 (67) 로부터 공급되는 공기에 연료 가스를 분사하여 혼합시킨다. 메인 연료 분사 밸브 (79) 는, 기통에 액체 연료를 분사한다. 엔진 (21) 은, 가스 인젝터 (98) 가 분사한 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 기통 내의 연소실 (110) 에 유입시키는 가스 모드 (예비 혼합 연소 모드) 와, 메인 연료 분사 밸브 (79) 가 액체 연료를 연소실 (110) 내에 분사함으로써 연소하는 디젤 모드 (확산 연소 모드) 를 전환하여 가동 가능하다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 가스 모드에서의 가동 중에 토크 센서 (64) 에 의한 검출에 이상이 있다고 판정한 경우, 가스 모드에서 디젤 모드로 전환한다.
이로써, 토크 센서 (64) 에 의한 엔진 부하의 검출에 이상이 있는 상태로, 엔진 (21) 이 가스 모드에서 가동하는 것을 회피할 수 있다. 이 결과, 엔진 (21) 의 가동의 계속성을 확보할 수 있다.
또, 본 실시형태의 엔진 (21) 에 있어서, 엔진 제어 장치 (73) 는, 가스 모드에서의 가동 중에 토크 센서 (64) 에 의한 검출에 이상이 있다고 판정하여, 가스 모드에서 디젤 모드로 전환하는 경우에, 통내압 센서 (63) 의 검출값에 기초하여 엔진 부하를 계산에 의해 추정하고, 추정된 엔진 부하에 기초하여, 디젤 모드로의 전환 직후에 메인 연료 분사 밸브 (79) 가 분사하는 액체 연료의 양을 산출한다.
이로써, 가스 모드에서 디젤 모드로 전환된 초기에 있어서, 메인 연료 분사 밸브 (79) 로부터 적절한 양의 액체 연료를 분사할 수 있다. 이 결과, 모드 전환시의 엔진 회전수의 저하 등을 방지하여, 엔진 (21) 을 안정적으로 가동할 수 있다.
이상에 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명했지만, 상기의 구성은 예를 들어 이하와 같이 변경할 수 있다.
토크 센서 (64) 는, 엔진 부하에 따른 전류값의 신호를 출력하는 것 대신에, 예를 들어 엔진 부하에 따른 전압값의 신호를 출력하도록 구성할 수 있다.
도 8 의 플로에 나타내는 S104 에 있어서, 도시 평균 유효압 (IMEP) 이 아니라, 예를 들어 정미 평균 유효압 (BMEP) 을 임계값과 비교하도록 해도 된다.
부하 검출기로는, 상기의 토크 센서 (64) 에 한정되지 않고, 예를 들어 와트 트랜스듀서를 사용할 수 있다.
상기의 실시형태에서는, 가스 모드에 있어서의 예비 혼합기의 착화는, 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 로부터 액체 연료를 소량 분사함으로써 실시된다 (마이크로 파일럿 착화). 그러나 이것 대신에, 예를 들어 불꽃에 의한 점화가 실시되어도 된다.
상기의 실시형태에서는, 엔진 (21) 은, 선박의 추진 겸 발전 기구의 구동원으로서 사용되고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 다른 용도에 사용되어도 된다.
21 : 엔진
24 : 크랭크축
63 : 통내압 센서
64 : 토크 센서 (부하 검출기)
73 : 엔진 제어 장치 (제어 장치)
78 : 피스톤
79 : 메인 연료 분사 밸브 (연료 분사 밸브)
98 : 가스 인젝터
110 : 연소실

Claims (3)

  1. 기통 내에 공기를 공급하는 흡기 매니폴드와,
    상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 분사하여 혼합시키는 가스 인젝터와,
    상기 기통에 액체 연료를 분사하는 연료 분사 밸브와,
    상기 기통의 내부의 압력을 검출하는 통내압 센서와,
    엔진 부하를 검출하는 부하 검출기와,
    상기 통내압 센서의 검출 결과 및 상기 부하 검출기의 검출 결과가 입력되는 제어 장치를 구비하고,
    상기 가스 인젝터가 분사한 상기 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 상기 기통 내의 연소실에 유입시키는 예비 혼합 연소 모드와, 상기 연료 분사 밸브가 상기 액체 연료를 상기 연소실 내에 분사함으로써 연소하는 확산 연소 모드를 전환하여 가동 가능하고,
    상기 제어 장치는, 상기 부하 검출기에 의해 검출된 부하가 제로이고, 또한, 상기 통내압 센서의 검출 결과로부터 얻어지는 통내 압력이 임계값 이상인 경우, 상기 부하 검출기에 의한 검출에 이상이 있다고 판정하고,
    상기 예비 혼합 연소 모드에서의 가동 중에 상기 부하 검출기에 의한 검출에 이상이 있다고 판정한 경우, 상기 예비 혼합 연소 모드에서 상기 확산 연소 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 예비 혼합 연소 모드에서의 가동 중에 상기 부하 검출기에 의한 검출에 이상이 있다고 판정하여, 상기 예비 혼합 연소 모드에서 상기 확산 연소 모드로 전환하는 경우에, 상기 통내압 센서의 검출값에 기초하여 엔진 부하를 계산에 의해 추정하고, 추정된 엔진 부하에 기초하여, 상기 확산 연소 모드로의 전환 직후에 상기 연료 분사 밸브가 분사하는 상기 액체 연료의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진.
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