KR102342706B1

KR102342706B1 - 에어 스타터 및 정수압 로크 결정 방법

Info

Publication number: KR102342706B1
Application number: KR1020187003786A
Authority: KR
Inventors: 레데스마 사울 레데스마; 마시아스 아퀼레스 티스카레노; 아빌레스 루벤 블랑코
Original assignee: 지이 애비에이션 시스템즈 엘엘씨
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2021-12-22
Also published as: WO2017007463A1; ZA201708707B; EP3320203B1; KR20180056636A; US20180135586A1; AU2015401568A1; EP3320203A1; US10436168B2

Abstract

본 발명은, 에어 스타터 및 에어 스타터에 의한 시동 시퀀스 동안에 연소 기관에서의 정수압 로크 결정 방법으로서, 연소 기관의 시동 시퀀스 동안에, 터빈 에어 스타터의 회전 속도를 나타내는 속도 파라메터와 터빈 에어 스타터의 유입 공기압을 나타내는 압력 파라메터를 모니터링하는 단계와, 속도 문턱값과 압력 문턱값 모두에 기초하여 연소 기관에 정수압 로크 상태가 존재하는지 결정하는 단계를 포함하는 정수압 로크 결정 방법을 제공한다.

Description

에어 스타터 및 정수압 로크 결정 방법

본 발명은 에어 스타터 및 정수압 로크(hydrostatic lock) 결정 방법에 관한 것이다.

내연기관과 같은 왕복동 기관은, 압력을 회전 동작으로 전환하기 위해 하나 이상의 왕복동 피스톤을 이용하는 기관이다. 전형적인 예에서, 피스톤은 시일 가능한 피스톤 챔버 또는 압력 챔버에 수납되고, 그 베이스가 회전형 샤프트에 부착된다. 피스톤이 피스톤 챔버를 따라 슬라이딩할 때, 회전형 샤프트가 회전하고, 반대로 회전형 샤프트가 회전할 때, 피스톤이 피스톤 챔버를 따라 슬라이딩한다. 피스톤을 위한 연소 사이클의 일례는 4개의 피스톤 행정: 흡기 행정, 압축 행정, 연소 행정 및 배기 행정을 포함할 수 있다.

흡기 행정 중에, 피스톤은 압축 챔버 밖으로 밀려나, 진공을 형성하며, 진공은 시일 가능한 흡기 밸브로부터 공기를 흡입한다. 일단 피스톤이 그 흡기 행정의 최하위 지점에 도달하면, 흡기 밸브가 시일되고, 피스톤이 상향 압축 행정을 시작한다. 압축 행정에서는 피스톤이 압축 챔버 내로 슬라이딩하여 공기를 압축한다. 가연성 연료가 흡기 행정 이전에 흡기에 첨가될 수도 있고, 압축 행정 중에 첨가될 수도 있다. 압축 행정의 종료 시, 공기/연료 혼합물은 혼합물이 연소될 때까지 압력 챔버에서 압축된다.

압축 공기/연료 혼합물로 인해, 또는 스파크 플러그에 의해 발생되는 압력 챔버 내의 스파크와 같은 외부 점화로 인해 연소가 일어날 수 있다. 연소 행정 중에, 공기/연료 혼합물의 폭발은 압축 가스에서 열을 생성하고, 결과적인 가스 팽창이 피스톤을 압축 챔버로부터 멀어지게 구동한다. 연소 행정에 이어서, 시일 가능한 유출 밸브가 개방되고, 피스톤이 압력 챔버 내로 구동되어, 연소 가스 또는 배기 가스를 압력 챔버 밖으로 압박한다. 그 후, 연소 기관의 사이클이 반복될 수 있다.

실린더 내의 액체는, 액체가 상대적으로 비압축성이고, 연소 유체(공기 및 연료 증기)가 통상적으로 압축될 때에 정수압 로크로 통상적으로 알려진 문제를 초래하기 때문에 문제가 될 수 있다. 정수압 로크는, 그 최소치(피스톤 행정의 끝)에서의 실린더 체적보다 큰 액체 체적이 실린더에 진입하는 경우에 발생한다. 가장 통상적인 액체는 비압축성이기 때문에, 피스톤은 그 이동을 완성하지 못할 수 있다; 기관이 회전을 정지해야만 하거나, 기계 고장이 발생하여, 궁극적으로 정수압 로크 상태 동안에 기관의 시동 시에 기관 손상을 초래한다.

에어 터빈 스타터(ATS)는 기관의 회전을 개시하는 데 사용될 수 있다. ATS는 종종 기관 근처에 장착되며, 압축 공기와 같은 고압 유체 소스 - ATS에서 터빈 휠에 충돌하여 터빈 휠이 비교적 높은 속도로 회전하게 함 - 에 커플링될 수 있다. ATS는 터빈 휠에 통상적으로 감속 기어 박스를 통해 기관에 커플링되는 출력 샤프트를 포함한다. 출력 샤프트는 이에 따라 터빈 휠과 함께 회전한다. 이러한 회전은 결국에는 기관이 회전하게 한다. 기관이 꺼진 동안에 실린더가 액체로 충전되면, 시동 사이클이 시도될 때에 기관은 선회를 거부할 것이고, 이것은 스타터 또는 기관을 손상시킬 것이다.

일양태에서, 본 발명의 실시예는 터빈 에어 스타터에 의한 시동 시퀀스 동안에 연소 기관에서의 정수압 로크를 결정하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 연소 기관의 시동 시퀀스 동안에 터빈 에어 스타터의 회전 속도를 나타내는 속도 파라메터와, 터빈 에어 스타터의 유입 공기압을 나타내는 압력 파라메터를 모니터링하는 단계; 모니터링되는 속도 파라메터가 속도 문턱값을 만족하는지 그리고 모니터링되는 압력 파라메터가 압력 문턱값을 만족하는지를 결정하는 단계, 모니터링되는 속도 파라메터가 속도 문턱값을 만족하고 모니터링되는 압력 파라메터가 압력 문턱값을 만족한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태가 연소 기관에 존재한다고 결정하는 단계, 및 정수압 로크 상태가 존재한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태의 표시를 제공하거나, 시동 시퀀스를 중단하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 본 발명은 하우징을 통과화는 유로를 형성하는 공기 유입구와 공기 유출구를 지닌 내부를 형성하는 하우징, 상기 내부 내에서 유로 내에 위치하는 회전형 터빈, 하우징의 외부로 연장되고 연소 기관의 크랭크샤프트에 작동 가능하게 커플링되도록 구성되는 회전형 피니언 기어, 회전형 피니언 기어에 회전형 터빈을 커플링하는 기어 트레인, 공기 유입구에서의 공기압을 나타내는 압력 출력을 제공하는 압력 센서, 피니언 기어, 기어 트레인 또는 회전형 터빈의 회전 속도를 나타내는 속도 출력을 제공하는 속도 센서, 및 시동 시퀀스 동안에 압력 출력 및 속도 출력을 수신하여, 이에 기초하여 연소 기관의 정수압 로크 상태를 결정하고, 정수압 로크 상태를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 정수압 로크 검출 모듈을 포함하는 터진 에어 스타터 조립체에 관한 것이다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 터빈 에어 스타터를 지닌 연소 기관에서의 정수압 로크 결정 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 연소 기관의 시동 시퀀스 동안에 터빈 에어 스타터의 회전을 나타내는 속도 파라메터와 터빈 에어 스타터의 유입 공기압을 나타내는 압력 파라메터를 모니터링 하는 단계, 속도 파라메터 및 압력 파라메터에 기초하여 연소 기관에 작용하는 토크를 추정하는 단계, 추정되는 토크가 정수압 로크 상태를 나타내는 토크 문턱값을 만족하는지 결정하는 단계, 추정되는 토크가 토크 문턱값을 만족한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태가 존재한다고 결정하는 단계, 및 정수압 로크 상태가 존재한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태의 표시를 제공하거나 시동 시퀀스를 중단하는 단계를 포함한다.

도 1은 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 에어 시동 시스템을 활용할 수 있는 크랭크샤프트를 갖는 연소 기관의 개략도이다.
도 2는 도 1의 기관과 같은 연소 기관에 있는 피스톤의 개략적인 단면도이다.
도 3은 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 도 1 및 도 2의 기관의 크랭크샤프트에 회전 가능하게 커플링되는 에어 시동 조립체의 부분 개략도이다.
도 4는 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 정수압 로크 결정 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5는 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 정수압 로크 결정 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6은 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 노멀 슬로우-롤 시동(normal slow-starting)에서, 도 3에 예시한 것과 같은 스타터의 예시적인 압력 및 속도 출력을 나타내는 예시적인 플롯 세트이다.
도 7은 여기에서 설명되는 다양한 양태에 따른 정수압 로크 상태가 존재할 때, 도 3에 예시한 것과 같은 스타터의 예시적인 압력 및 속도 출력을 나타내는 예시적인 플롯 세트이다.

본 발명의 실시예는, 제한하는 것은 아니지만 왕복동 기관이 구동력을 제공하는지 또는 발전과 같은 다른 목적으로 사용되는지의 여부와 무관하게 왕복동 기관을 사용하는 환경을 포함하는 임의의 적절한 환경에서 구현될 수 있다. 이러한 설명을 위해, 상기한 왕복동 기관은 일반적으로 연소 기관이나 유사한 용어로 일컫을 것이다. 그러한 연소 기관은 가솔린, 천연 가스, 메탄 또는 디젤 연료가 공급될 수 있다. 이에 따라, 연소 기관에 관한 사전적 이해가 제공된다.

도 1은 크랭크샤프트(12)와 같은 회전형 샤프트와, 기관 블럭(16) 내에 배치되는 적어도 하나의 피스톤(14)을 갖는, 연소 기관(10)과 같은 왕복동 기관의 개략도를 예시한다. 스플라인 기어(21)와 하나 이상의 내측 기어 또는 기어 트레인(23)을 갖는 기어박스(19)가 포함될 수 있고, 크랭크샤프트(12)에 작동 가능하게 커플링될 수 있다. 도 2에 가장 잘 예시된 바와 같이, 기관 블럭(16)의 대응부 내에 위치하는 피스톤(14)은 피스톤 샤프트(17)에 회전 가능하게 커플링되는 피스톤 헤드(15)를 포함하며, 피스톤 헤드는 피스톤 챔버(18) 내에서 슬라이딩 가능하다(도 2). 피스톤 샤프트(17)는 크랭크샤프트(12) 상의 핀에 회전 가능하게 커플링되며, 핀은 크랭크샤프트의 회전축으로부터 반경방향으로 오프셋되어, 크랭크샤프트(12)의 회전이 피스톤 챔버(18) 내에서의 피스톤 헤드(15)의 왕복 운동을 유발한다.

도 2에는 단지 하나의 피스톤(14)만이 도시되어 있지만, 연소 기관(10)은 통상적으로, 대응하는 피스톤 챔버(18) 내에 수용되는 다수의 피스톤(14)을 갖고, 피스톤(14)은 크랭크샤프트(12) 상의 상이한 핀들에 장착되고, 핀은 크랭크샤프트(12)의 회전축을 중심으로 반경방향으로 이격된다. 피스톤(14)은 하나 이상의 선형 열로 배치될 수 있으며, 이 경우 선형으로 정렬된 피스톤(14)을 지닌 기관은 인라인 구성으로 일컫는다. 다수 열의 피스톤(14)을 지닌 기관(10)은 열 형성부들 사이에서 각도 방향 간격을 가질 수 있다. 피스톤(14)은 또한 크랭크샤프트(12)를 중심으로 반경방향으로 이격될 수 있으며, 이것은 통상 반경방향 구성으로서 일컫는다.

피스톤 챔버(18) 내외로의 피스톤(14)의 이동은, 이후에는 “행정” 또는 “피스톤 행정”으로 기술될 수 있다. 본 개시는 피스톤(14)이 크랭크샤프트(12)로부터 멀어지도록 피스톤 챔버(18) 내로 더 멀리 이동되는 “상향” 행정 및 피스톤(14)이 크랭크샤프트(12)를 향해 피스톤 챔버(18)로부터 제거되는 “하향” 행정에 관한 설명을 포함할 수 있지만, 본 발명의 실시예는 수직 또는 각진 행정을 갖는 연소 기관(10)을 포함할 수도 있다. 이에 따라, “상향” 및 “하향”이라는 용어는 비제한적이며, 본 발명의 실시예에 있어서 상대적인 용어이다.

도시한 바와 같이, 연소 기관(10)은 시일 가능한 흡기 통로(22) 및 시일 가능한 배기 통로(24)를 갖는 기관 헤드부(20)를 더 포함할 수 있다. 통로(22, 24)는 각각의 흡기 밸브(26)와 배기 밸브(28)를 통해 피스톤 챔버(18)에 유동적으로 커플링되거나 피스톤 챔버로부터 시일 가능하다. 집합적으로, 피스톤 헤드(15), 기관 블럭(16), 헤드부(20), 흡기 밸브(26) 및 배기 밸브(28)는 시일 가능한 압축 챔버(30)를 형성할 수 있다.

헤드부(20)는 디젤 연료와 같은 연료를, 연소를 위한 압축 챔버(30) 내로 주입하기 위한 연료 분사 노즐(32)을 더 포함할 수 있다. 디젤 연료 주입을 위한 연료 분사 노즐(32)이 도시되어 있지만, 본 발명의 변형예는 가솔린 또는 천연 가스 기관의 예에서, 연소 기관(10)을 위한 공기/연료 또는 공기/가스 혼합물을 점화시키는 스파크 플러그로 선택적으로 대체되는 연료 분사 노즐(32)을 포함할 수 있다.

일례에서, 연소 기관(10)은 연소 사이클로서 4개의 피스톤 행정: 흡기 행정, 압축 행정, 연소 행정 및 배기 행정을 포함할 수 있다. 전술한 설명은, 기관(10)의 연소 사이클이, 피스톤(14)이 피스톤 챔버(18) 내로 완전히 상향 연장 - 통상적으로 “상사점” 또는 TDC로 일컬음 - 되는 동안에 시동되는 것을 가정한다. 흡기 행정 중에, 크랭크샤프트의 회전(시계방향 화살표 34로 나타냄)은 피스톤(14)을 하향 흡기 행정으로(화살표 38 방향으로) 압축 챔버(30) 밖으로 밀어내, 압축 챔버(30) 내에 진공을 형성한다. 진공은 시일 가능한 흡기 통로(22)로부터 공기를 취입하며, 흡기 통로는 흡기 밸브(26)의 개방(점선 40으로 나타냄)으로 인해 시일 해제되며, 흡기 행정에 대응하도록 타이밍된다.

일단 피스톤(14)이 그 흡기 행정의 최하위 지점(점선 36으로 나타냄)에 도달하면, 흡기 밸브(26)가 시일되고, 피스톤이 상향 압축 행정을 시작한다. 압축 행정에서는 피스톤(14)이 압축 챔버(30) 내로 슬라이딩하여 공기를 압축한다. 압축 행정(42)의 TDC 위치에서, 연료 분사 노즐(32)은 압축 챔버(30) 내에 디젤 연료를 주입할 수 있다. 대안으로서, 가연성 연료가 흡기 행정 이전에 흡기에 첨가될 수도 있고, 연료가 압축 행정(42) 중에 압축 챔버(30)에 첨가될 수도 있다.

연소는 (예컨대, 디젤 기관에서) 압축 공기/연료 혼합물의 높은 열 및 고압으로 인해, 또는 대안으로서 (예컨대, 가솔린이나 천연 가스 기관에서) 압축 챔버(30) 내의 스파크 플러그에 의해 발생되는 스파크와 같은 외부 점화로 인해 압축 챔버 내에서 일어날 수 있다. 연소 행정 중에, 공기/연료 혼합물의 폭발은 압축 가스에서 열을 생성하고, 결과적인 폭발의 팽창을 생성하며, 팽창하는 가스는 피스톤을 압축 챔버(30)로부터 멀어지게 하향 행정으로 구동한다. 하향 행정은 크랭크샤프트(12)의 회전(34)을 기계적으로 구동한다.

연소에 이어서, 배기 밸브(28)가 배기 행정에 대응하도록 시일 해제되고, 피스톤이 압축 챔버(30) 내로 상향 구동되어, 압축 또는 배기 가스가 압축 챔버(30) 밖으로 압박된다. 일단 피스톤(14)이 피스톤 챔버 내의 TDC 위치로 복귀하면, 그 후 기관(10)의 연소 사이클은 반복될 수 있다.

전형적인 연소 기관(10)은 피스톤(14)과 피스톤 챔버(18)의 세트를 가질 수 있지만, 여기에서는 간결성을 위해 단일 피스톤(14)이 예시되고 설명된다. 여기에서 사용되는 “세트”라는 용어는 단지 1개를 포함하여 임의의 개수를 포함할 수 있다. 다수의 피스톤(14)을 지닌 연소 기관(10)에서, 피스톤(14)은 피스톤(14) 행정이 스태거링(staggering)하게 크랭크샤프트(12)를 따라 구성 가능하며, 이에 따라 하나 이상의 피스톤(14)이 연속적으로 크랭크샤프트(12)를 회전시키는 구동력을 제공할 수 있으며, 이에 따라 추가의 연소 사이클 행정 전반에 걸쳐 피스톤(14)을 구동할 수 있다. 크랭크샤프트(12)의 회전에 의해 생성되는 기계적인 힘은 발전기, 휠 또는 프로펠러와 같은 다른 구성요소를 구동시키도록 더욱 전달될 수 있다.

도 3은 연소 기관(10) 등을 위한 에어 시동 시스템(44)의 예시적인 개략 구성을 예시한다. 에어 시동 시스템(44)은 제어 밸브(56)를 통해 압력원(54)과 유동적으로 커플링되는 터빈 에어 스타터 조립체(52)를 포함할 수 있다. 터빈 에어 스타터 조립체(52) 내에는, 하우징(60), 회전형 터빈(70), 회전형 샤프트(71), 피니언 기어(72), 기어 트레인(74), 압력 센서(76), 속도 센서(78) 및 정수압 로크 검출 모듈(80)이 포함된다. 보다 구체적으로는, 하우징(60)은 하우징(60)을 관통하는 유로(68)를 형성하는 공기 유입구(64)와 공기 유출구(66)를 지닌 내부(62)를 형성한다. 회전형 터빈(70)은 내부(62) 내에서 유로(68) 내에 배치된다.

회전형 피니언 기어(72)는 하우징(60) 외부로 연장되며, 회전형 터빈(70)에 작동 가능하게 커플링되어, 회전형 터빈(70)의 회전이 회전형 피니언 기어(72)의 회전을 유발한다. 비제한적인 예로서, 기어 트레인(74)과 회전형 샤프트(71)는 회전형 터빈(70)을 회전형 피니언 기어(72)에 커플링할 수 있다. 회전형 피니언 기어(72)는 연소 기관(10)의 크랭크샤프트(12)에 작동 가능하게 커플링되도록 더욱 구성된다. 예시된 예에서, 회전형 피니언 기어(72)는 크랭크샤프트(12)에 작동 가능하게 커플링되는 기어박스(19)의 스플라인 기어(21)와 맞물리는 키 형상의 치형부 세트를 포함한다. 터빈 에어 스타터 조립체(52)가, 예컨대 연소 기관(10)에 기계적으로 또는 제거 가능하게 장착되는 본 발명의 실시예가 고려된다. 대안으로서, 터빈 에어 스타터 조립체(52)는 터빈 에어 스타터 조립체(52)의 회전형 피니언 기어(72)를 제어 가능하게 연장 및 후퇴시키는 것이 가능할 수 있다. 추가의 구성이 고려된다.

압력 센서(76)는 공기 유입구(64)에서 공기압을 감지 또는 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 압력 센서(76)는 정수압 로크 검출 모듈(80)에, 공기 유입구(64)에서의 공기압을 나타내는 압력 출력을 제공할 수 있다. 속도 센서(78)는 피니언 기어(72), 기어 트레인(74) 또는 회전형 터빈(70)의 회전 속도를 감지, 측정 또는 추정하도록 구성될 수 있다. 속도 센서(78)는 정수압 로크 검출 모듈(80)에, 피니언 기어(72), 기어 트레인(74) 또는 회전형 터빈(70) 중 적어도 하나의 회전 속도를 나타내는 속도 출력을 제공할 수 있다.

정수압 로크 검출 모듈(80)은 압력 출력 및 속도 출력을 획득, 요구 또는 수신하도록 구성되고, 이에 기초하여 연소 기관(10)의 정수압 로크 상태를 결정할 수 있다. 정수압 로크 검출 모듈(80)은 하우징(60)과는 별개로서 예시되었지만, 대안으로서, 하우징(60) 내에 합체되거나 하우징에 장착될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 정수압 로크 검출 모듈(80)은 또한 정수압 로크 상태를 나타내는 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 압력 출력을 압력 문턱값과 비교하고, 속도 출력을 속도 문턱값과 비교하며, 상기 비교가 속도 문턱값과 압력 문턱값을 만족하는 것을 나타낼 때에 정수압 로크 상태가 존재한다고 결정하도록 구성된 프로세서(81)를 포함할 수 있다. 프로세서는 또한 속도 출력과 압력 출력에 기초하여 연소 기관(10)에 작용하는 토크를 추정하도록 구성될 수 있고, 추정되는 토크를 정수압 로크 상태를 나타내는 토크 문턱값과 비교할 수 있으며, 상기 비교가 추정되는 토크가 토크 문턱값을 만족함을 나타낼 때에 내연기관(10) 내에 정수압 로크 상태가 존재한다는 것을 결정할 수 있다. “만족한다”라는 용어는 여기에서는, 출력이 대응하는 예정된 문턱값과 동일하거나, 이 예정된 문턱값보다 작거나 큰 것과 같이, 대응하는 예정된 문턱값을 만족한다는 것을 의미하는 것으로 사용된다. 그러한 결정은 포지티브/네거티브 비교 또는 참/거짓 비교에 의해 만족되도록 용이하게 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

정수압 로크 검출 모듈(80)은 메모리(82)를 더 포함할 수 있으며, 메모리에는 정수압 로크 상태뿐만 아니라 문턱값 정보를 결정하기 위해 터빈 에어 스타터 조립체(52)를 작동시키기 위한 작동 프로파일(들)이 저장된다. 메모리(82)는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리 또는 디스크, DVD, CD-ROM 등과 같은 하나 이상의 상이한 타입의 휴대용 전자 메모리 또는 이들 타입의 메모리의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 정수압 로크 검출 모듈(80)은 메모리(82)와 작동 가능하게 커플링될 수 있기 때문에, 정수압 로크 검출 모듈(80)과 메모리(82) 중 어느 하나는 압력 밸브(56), 터빈 에어 스타터 조립체(52) 및/또는 작동 방법의 작동을 제어하기 위한 실행 가능한 명령 세트를 갖는 컴퓨터 프로그램 전부 또는 일부를 포함할 수 있다. 프로그램은, 저장된 기계-실행 가능한 명령 또는 데이터 구조를 취급하거나 갖는 기계-판독 가능 매체를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있다. 그러한 기계-판독 가능 매체는, 범용 또는 특수 컴퓨터 또는 프로세서를 지닌 다른 기계에 의해 허용 가능한 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 일반적으로, 그러한 컴퓨터 프로그램은, 특정 임무를 수행하거나 특정 추상 데이터 타입을 구현하는 기술적 효과를 갖는 루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조, 알고리즘 등을 포함할 수 있다. 기계-판독 가능 명령, 관련 데이터 구조 및 프로그램은 여기에 개시된 것과 같은 정보 교환을 실행하기 위한 프로그램 코드의 예에 해당한다. 기계-판독 가능 명령은, 예컨대 범용 컴퓨터, 특수 컴퓨터, 정수압 로크 검출 모듈(80)이나 특수 프로세싱 기계가 소정 기능 또는 기능 그룹을 수행하도록 하는 명령 및 데이터를 포함할 수 있다. 구현 시, 압력 문턱값 및 속도 문턱값은, 프로세서(81)에 의해 실행 가능한, 실행 가능한 명령 세트를 포함하는 컴퓨터 프로그램으로 변환될 수 있는 알고리즘으로 변환될 수 있다.

정수압 로크 검출 모듈(80)은 또한 사용자에게 정수압 로크 상태를 알리거나 사용자에게 연소 기관(10)이 시동될 수 있음을 알리는 인간-검출 가능 신호를 출력할 수 있는 선택적 인디케이터(indicator)와 더 커플링되는 것으로 도시되어 있다. 인간-검출 가능 신호는 사용자가 검출할 수 있는 임의의 신호인 것으로 쉽게 이해 가능하다. 그러한 인디케이터는 가시성 또는 광형 인디케이터나 청각 타입 인디케이터 또는 시각적 또는 청각적 인간-검출 가능 신호의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 광형 인디케이터의 예는 백열등, 발광 다이오드(LED) 또는 다수의 LED 배열을 포함할 수 있다. 광형 인디케이터는 단일 광 펄스나 일련의 광 펄스를 생성할 수 있다는 점을 주목해야만 한다. 청각적 인디케이터의 예는 단발성 신호음, 일련의 신호음, 가청음 또는 음성 메세지를 발생시킬 수 있는 임의의 적절한 음원을 포함할 수 있다. 예시된 예에서는, 경고등(84), 기관 라이트(85)를 시작하기 위한 OK, 및 스피커(86)가 프로세서 정수압 로크 검출 모듈(80)과 작동 가능하게 커플링되는 것으로 도시되어 있다. 정수압 로크 검출 모듈(80) 또는 프로세서(81)는 또한 정수압 로크 상태에 관한 표지 또는 정보를 중계하거나 송출하도록 구성될 수 있다. 비제한적인 예로서, 문자, 이메일 또는 다른 타입의 메시지가 사용자에게 전송될 수도 있고, 저장 또는 프로세싱을 위해 데이터베이스로 송출될 수도 있다.

더욱이, 응답 모듈(88)이 예시한 바와 같이 정수압 로크 검출 모듈(8)의 일부로서 또는 정수압 로크 검출 모듈과 별개로 포함될 수 있다. 응답 모듈(88)은 정수압 로크 검출 모듈(8)로부터 정수압 로크 상태를 나타내는 신호를 수신하고, 이에 기초하여 시동 시퀀스를 중단하도록 구성될 수 있다. 대안으로서, 응답 모듈(88)은 또한 정보를 중계할 수도 있고, 선택적 인디케이터(84, 85, 86)를 제어할 수도 있다.

압력 밸브(56)는, 정수압 로크 검출 모듈(80)에 의해 공급되는 제어 신호에 응답하여, 압력원(54)에 의해 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 공급되는 공기압을 조절할 수 있는 제어 가능한 릴레이 밸브를 포함할 수 있다. 압력 밸브(56)는 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 공급되는 공기압을 감지 또는 측정할 수 있고, 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 공급되는 공기압을 나타내는 아날로그 또는 디지털 신호를 생성할 수 있는 압력 센서(76)를 더 포함할 수 있다. 압력 밸브(56)는, 예컨대 적절한 압력 밸브(56) 작동을 보장하기 위해 피드백 루프의 일부인 정수압 로크 검출 모듈(80)에 이 압력 센서(76) 신호를 더 제공할 수 있다.

작동 중에, 터빈 에어 스타터 조립체(52) 및 압력 밸브(56)는, 제공된 공기압 공급에 응답하여, 회전형 피니언 기어(72)에서의 토크와 같은 힘을 생성하도록 작동한다. 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 의해 생성되는 토크는 전술한 바와 같이 [기어박스(19)와 크랭크샤프트(12)를 통해] 인가되어, (연소 없이) 압력 챔버(30)의 함유물을 압축시키는 압축 행정에 의해 이용되는 압축력을 생성한다. 압력 밸브(56)에 의해 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 공급되는 공기는 적절한 슬로우 롤 퍼포먼스를 위해 필요한 저속 작동으로 인해 불연속적인 것을 포함해, 가변할 수 있다. 예컨대, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 연소 기관(10)이 예상 속도 또는 목표 속도로 회전하는 것을 유지하기 위해 공급 공기 폭발을 제공하도록 압력 밸브(56)를 제어할 수 있다.

기관(10)의 슬로우 롤이 발생하는 동안, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 압력 센서(76)로부터 압력 출력을, 그리고 속도 센서(78)로부터 속도 출력을 수신한다. 정수압 로크 검출 모듈(80)은 압력 출력과 속도 출력을 대응하는 문턱값과 비교하여, 정수압 로크 상태가 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 예컨대, 대응하는 문턱값이 만족되면, 피스톤 챔버(18)가 비압축성 액체, 예컨대 물을 포함하고, 정수압 로크 상태가 존재하는 것으로 결정될 수 있다. 결정된 정수압 로크 상태가 연소 기관(10)에 손상을 유발할 수 있기 때문에, 터빈 에어 스타터 조립체(52)의 작동과 크랭크샤프트(12)로의 토크 인가가 정지될 수 있다. 그러한 경우, 비압축성 액체는 연소 기관(10), 피스톤 또는 다른 구성요소를 손상시키기 않을 것이다. 토크의 인가 또는 피스톤(14)의 왕복동을 중단시키는 것에 더하여, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 결정된 정수압 로크 상태의 표지를 제공할 수 있다. 비제한적인 예로서, 표지는 점멸광과 같은 시각적 표지 또는 경고 또는 음향과 같은 청각적 표지 형태나 경고등(84)이나 스피커(86) 중 어느 하나일 수 있다. 다른 비제한적인 예로서, 표지는 사용자에게 전송되거나 저장 또는 프로세싱을 위해 데이터베이스에 송출되는 문자, 이메일 또는 다른 메시지 알림일 수 있다.

대안으로서, 대응하는 문턱값이 만족되지 않으면, 정수압 로크 상태가 존재하지 않는 것으로 결정될 수 있고, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 응답 모듈(88)이나 별개의 컨트롤러에 신호를 출력할 수 있으므로, 연소 기관(10)이 시동될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 응답 모듈(88) 또는 별개의 컨트롤러는 연소 기관(10)의 시동을 실시하도록 터빈 에어 스타터 조립체(52)와 압력 밸브(56)를 계속해서 제어할 수 있다. 비제한적인 예로서, 응답 모듈(88)은 압력 밸브(56)에 의해 공급되는 공기를 증가시킬 수 있으며, 이것은 결국에는 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 의해 크랭크샤프트(12)에 인가되는 토크를 증가시켜, 연소 기관(10)을 시동하기에 적절한 수준으로 기관 속도를 증가시킨다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 4는 터빈 에어 스타터 조립체(52)와 같은 터빈 에어 스타터에 의한 시동 시퀀스 중에 연소 기관(10)과 같은 연소 기관에서 정수압 로크를 결정하기 위해 사용 가능한 방법(100)을 예시한다. 상기 바업(100)은 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 관련된 속도 및 압력 파라메터를 모니터링하는 단계, 이들 파라메터를 대응하는 문턱값과 비교하는 단계 및 이에 기초하여 연소 기관이 정수압 로크 상태가 존재하는지를 결정하는 단계를 포함한다.

초기에, 102에서 터빈 에어 스타터 조립체(52)가 연소 기관(10)의 시동 시퀀스 동안에 턴온되고, 공기 유입구(64)에서의 공기압을 나타내는 압력 파라메터가 모니터링되며, 터빈 에어 스타터 조립체(52)의 회전 속도를 나타내는 속도 파라메터가 모니터링된다. 전술한 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 관하여, 압력 파라메터는 압력 센서(76)로부터 수신될 수 있다. 더욱이, 전술한 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 관하여, 속도 파라메터가 속도 센서(78)로부터 수신될 수 있고, 이에 따라 피니언 기어(72), 기어 트레인(74) 또는 회전형 터빈(70) 중 적어도 하나의 회전 속도를 나타낼 수 있다.

여기에서 사용되는 “시동 시퀀스”라는 용어는 임의의 연소 없이 피스톤 챔버(18) 내에서의 피스톤(14)의 이동을 유발하는 시퀀스를 포함한다. 더욱이, “시동 시퀀스”라는 용어는 예비 시동 시퀀스, 즉 연소 기관(10)에서의 압축 행정 이전을 포함하여, 연소 기관(10)을 자급 자족형 작동 모드로 시동하려는 시도 이전의 작동으로서 간주될 수 있다. 시동 시퀀스 동안, 연소 기관(10)은 연료 연소를 초래하는 연소 사이클의 양태를 정지시킬 수 있다. 예컨대, 연소 기관(10)은 연료 주입, 스파크 플러그의 작동 등을 정지시킬 수 있다. 시동 시퀀스 동안에 연소 기관(10)을 구동하기 위해, 조절 공기 펄스가 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 제공될 수 있는 것이 고려된다. 보다 구체적으로는, 터빈 에어 스타터 조립체(52)는 저속 시동법 동안에 크랭크샤프트(12)를 회전시키는 힘을 제공하기 위해 활용될 수 있으며, 상기 힘은 연소 사이클 전반에 걸쳐 연소가 전혀 없이도 피스톤 챔버(18) 내에서 피스톤(14)을 이동시킬 수 있다.

104에서, 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 공급되는 압력이 증가된다. 이것은 제한하는 것은 아니지만, 공기압이 천천히 증가되거나, 계단식으로 증가되거나, 여러 단으로 경사지는 것을 포함할 수 있다. 106에서, 모니터링되는 압력이 압력 문턱값을 만족하는지의 여부가 결정된다. 비제한적인 예로서, 압력 문턱값을 만족하는 것은 모니터링되는 압력 파라메터가 압력 문턱값 미만인 것을 포함한다. 제한하는 것은 아니지만, 압력 문턱값을 만족하는 것은 모니터링되는 압력 파라메터가 최대 입력 압력 미만인 것을 포함할 수 있는 것을 포함하여, 임의의 적절한 압력 문턱값을 활용 가능한 것이 고려된다. 압력 문턱값이 만족되지 않은 것으로 결정되면, 108에서 실패가 결정될 수 있다. 그러한 실패는, 제한하는 것은 아니지만 터빈 에어 스타터 조립체(52)에서의 실패를 포함할 수 있다. 그러한 경우, 시동 시퀀스가 중단될 수 있다. 압력 문턱값이 만족된 것으로 결정되면, 상기 방법은 110으로 계속될 수 있다.

110에서, 터빈 에어 스타터 조립체(52)가 회전을 시작하였는지의 여부가 결정된다. 터빈 에어 스타터 조립체(52)가 적어도 저속 회전을 시작되지 않은 것으로 결정되면, 104에서 압력이 더 증가된다. 터빈 에어 스타터 조립체가 회전을 시작한 것으로 결정되면, 터빈 에어 스타터 조립체(52)는 112에서 제어될 수 있다. 보다 구체적으로, 터빈 에어 스타터 조립체(52)의 속도는 압력 밸브(56)를 제어하고, 공기 유입구(64)로의 공기를 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다. 112에서의 제어는, 터빈 에어 스타터 조립체(52)와 압력 밸브(56)가 정수압 로크 검출 모듈(80)에 의해 제어되어, 회전 세트 중에 연소 기관(10)의 속도를 제어하는 코스트 사이클(coast cycle)과 구동 기간을 포함할 수 있다.

114에서, 모니터링되는 속도가 속도 문턱값을 만족하는지의 여부가 결정된다. 비제한적인 예로서, 속도 문턱값을 만족하는 것은 모니터링되는 속도 파라메터가 속도 문턱값 미만인 것을 포함한다. 더욱이, 속도 문턱값을 만족하는 것은, 모니터링되는 속도 파라메터가 예정된 기간 동안 속도 문턱값 미만인 것을 포함할 수 있다. 임의의 적절한 속도 문턱값이, 제한하는 것은 아니지만 감속 문턱값을 포함하는 것을 활용할 수 있는 것이 고려된다. 비제한적인 예로서, 속도 문턱값을 만족하는 것은 모니터링되는 속도 파라메터가 예정된 분당 회전수 미만인 것을 포함할 수 있다. 속도 문턱값이 만족되지 않은 것으로 결정되면, 스타터 속도는 112에서 계속해서 제어될 수 있다.

속도 문턱값이 만족된 것으로 결정되면, 116에서 연소 기관(10) 내에 정수압 로크 상태가 존재하는 것으로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 비교가 속도 문턱값과 압력 문턱값 모두가 만족된 것을 나타내면, 정수압 로크 상태로 결정된다. 116에서 정수압 로크 상태가 존재하는 것으로 결정되면, 118에서 터빈 에어 스타터 조립체(52)의 작동과 크랭크샤프트(12)에 임의의 힘의 인가를 포함하는 시동 시퀀스가 정지될 수 있다. 시동 시퀀스를 정지하는 것의 대안으로서, 또는 이에 더하여, 결정된 정수압 로크 상태의 표시가 제공될 수 있다. 이것은 제한하는 것은 아니지만, 사용자에게 정수압 로크 상태를 알리기 위해 인간-검출 가능 신호가 제공될 수 있는 것과, 정수압 로크 상태에 관한 정보가 사용자에게 또는 데이터베이스로 송출되는 것을 포함할 수 있다.

시동 시퀀스 동안, 연소 기관(10)은 저속으로 구동되어, 저속 시동을 구현할 수 있다. 여기에서 사용되는 “저속 시동”이라는 구문은 아이들 속도(idle speed)와 같이, 크랭크샤프트(12)를 작동 또는 자급 자족 운전 기관 속도 미만의 속도로 회전시키는 것을 기술하는 데 이용된다. “저속 시동”의 비제한적인 일례는 10 내지 40 RPM의 목표 속도로 크랭크샤프트(12)의 회전 속도를 변경할 수 있다. 목표 속도가 10 내지 40 RPM인 동안, 이 범위를 벗어난 일시적인 속도가 예상될 수 있다. 상기 방법의 그러한 저속 또는 “슬로우 롤” 작동은, 연소 기관(10)에 임의의 내부 손상이 발생할 수 있기 전에 정수압 로크 상태가 식별되게 할 수 있다. 대안의 “저속 시동” 기관 속도, 기관 속도 목표 또는 속도 범위가 포함될 수 있다.

상기 방법(100)의 전술한 시퀀스는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 전술한 방법으로부터 벗어나는 일 없이, 상기 방법의 일부가 상이한 논리 순서로 진행할 수 있거나, 추가의 또는 중개 부분이 포함될 수 있거나, 전술한 방법의 부분들이 다수 부분으로 분할될 수 있거나, 전술한 방법의 부분들이 생략될 수 있는 것으로 이해되는 바와 같이 임의의 방식으로 상기 방법을 제한하는 것을 의미하지 않는다. 비제한적인 예로서, 속도 파라메터의 모니터링은 102에서 시작되는 것으로 나타냈지만, 속도 파라메터는 단지 터빈 에어 스터터 조립체(52)에 대한 압력이 증가된 후에만 모니터링될 수 있다. 더욱이, 예정된 시간 내에 정수압 로크 상태가 결정되지 않으면, 정수압 로크 상태가 존재하지 않는 것으로 결정될 수 있고, 연소 기관(10)이 완전 시동될 수 있다.

도 5는 대안의 정수압 로크 결정 방법(200)의 흐름도이다. 상기 방법(200)은 상기 방법(100)과 유사하므로, 달리 언급되지 않는 한, 제1 방법에 관한 설명이 제2 방법에도 적용됨이 이해될 것이다. 예컨대, 한가지 유사점은, 속도 파라메터가 202에서 모니터링되고, 압력 파라메터가 204에서 모니터링된다는 것이다. 속도 파라메터는 피니언 기어(72), 기어 트레인(74) 또는 회전형 터빈(70)을 포함하여, 터빈 에어 스타터 조립체(52)의 회전 속도를 나타내고, 압력 파라메터는 공기 유입구(64)에서의 공기압을 나타낸다.

주요한 차이는, 연소 기관(10)에 작용하는 토크 추정치에 기초하여, 210에서 정수압 로크 상태가 결정된다는 점이다. 토크는 모니터링되는 터빈 에어 스타터 조속도 파라메터 및 압력 파라메터로부터 206에서 추정된다. 예컨대, 토크는 수학식 1을 활용하여 결정될 수 있다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, T = 토크,

= 공기 질량(밀도, 공기 속도 및 압력), r = 튜브 반경 및 ΔCU = 속도 변화이다.

208에서, 추정되는 토크가 토크 문턱값을 만족하는지의 여부가 결정된다. 토크 문턱값을 만족하는 것은, 제한하는 것은 아니지만 추정되는 토크가 토크 문턱값을 초과하는 것을 포함할 수 있다. 토크 문턱값이 만족되면, 210에서 정수압 로크 상태로 결정된다. 212에서 시동 시퀀스가 중단될 수 있거나, 정수압 로크 상태로 결정되었다는 표시가 제공될 수 있다. 토크 문턱값이 만족되지 않으면, 상기 방법은 계속해서 206에서 추정되는 토크를 모니터링할 수 있다. 더욱이, 토크 문턱값이 만족되지 않으면, 정수압 로크 상태가 존재하지 않는 것으로 결정될 수 있고, 연소 기관(10)이 시동될 수 있다. 추정된 토크값은 수치값일 필요는 없으며, 대신에 모니터링되는 속도 파라메터 및 압력 파라메터의 값에 기초하여 해석되거나 측정될 수 있다. 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 의해 생성되는 토크, 압력 파라메터 및 속도 파라메터 간의 상관 관계는 선형 및/또는 비선형 증가 및/또는 감소 관계를 포함할 수 있다. 일례에서, 압력, 속도 및 대응하는 토크 간의 관계는, 예컨대 정수압 로크 검출 모듈(80)의 메모리(82)에 저장된 룩업 테이블에 규정될 수 있다. 정수압 로크 상태의 존재와 무정수압 로크 상태 간의 추정된 토크는 큰 차이가 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 비제한적인 예로서, 예상 토크 변화는 2초와 같은 예정된 기간 내에서 25 %를 넘을 수 있다. 상기 기간은, 토크가 상기 기간에 걸쳐 계속해서 증가하는 것을 증명하고, 작동 상태로 인한 착오 신호(false signal) 또는 잠시 동안의 하중 변화를 배제하는 데 활용될 수 있다.

전술한 시퀀스는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 전술한 방법으로부터 벗어나는 일 없이, 상기 방법이 일부가 상이한 논리 순서로 진행할 수 있거나, 추가의 또는 중개 부분이 포함될 수 있거나, 전술한 방법의 부분들이 다수 부분으로 분할될 수 있거나, 전술한 방법의 부분들이 생략될 수 있는 것으로 이해되는 바와 같이, 임의의 방식으로 상기 방법을 제한하는 것을 의미하지 않는다.

도 6은, 오차가 발생하지 않고 기관이 시동되는 슬로우-롤 시동 방법을 예시하는 예시적인 플롯 세트를 보여준다. 제공된 그래프는 전술한 바와 같은 방법의 비제한적인 일례를 예시하는 것으로 의도되며, 상기 방법의 임의의 필수 신호, 센서, 수치 또는 작동을 구체적으로 설명하는 것은 아니다. 제1 그래프(300)는 시간 경과에 따른 공기 유입구(64)에서의 공기압을 나타내는 압력 출력(PSIG 단위)을 예시한다. 제2 그래프(302)는 연소 기관(10)의 속도(RPM 단위)를 예시한다. 초기에, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 터빈 에어 스타터 조립체(52)를 턴온하고, 공기압 공급을 개시한다. 예시된 예에서, 압력은, 공기 유입구(64)에서의 공기압의 제1 경사부(304), 제2 경사부(306) 및 제3 경사부(308)가 출력되도록 증가된다. 터빈 에어 스타터 조립체(52) 및 공급되는 공기압은 토크를 생성하고, 이 토크는 제2 그래프(302)로 도시된 바와 같이 연소 기관(10)을 회전시키기 시작한다. 제3 경사부(308)의 종료부에서는, 에어 시동 시스템(44)이 속도 제어 단계(310)가 시작되기에 충분한 압력을 갖는다. 속도 제어 단계(310)는, 터빈 에어 스타터 조립체(52)와 압력 밸브(56)가 정수압 로크 검출 모듈(80)에 의해 제어되어, 회전 세트 중에 연소 기관(10)의 속도를 제어하는 코스트 사이클과 구동 기간을 포함할 수 있다. 312에서는, 정수압 로크 검출 모듈(80)이, 연소 기관(10)이 오차가 없고 안전하게 시동될 수 있다고 결정하였다. 그러한 시기에, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 터빈 에어 스타터 조립체(52)에 공급되는 공기압을 현저히 증가시켜, 기관 속도에서의 증가를 유발한다. 이 예에는, 기관을 정지시키거나 연소 기관(10)을 시동시키기 전에 임의의 다른 방법 단계를 수행할 필요가 없다. 달리 말하자면, 연소 기관(10)은 정수압 로크 상태가 존재하지 않는다고 확인되었을 때, 정수압 로크 검출 모듈(80)에 의해 시동될 수 있다.

도 7은, 정수압 로크 상태가 존재하는 저속 시동 방법을 예시하는 플롯 그래프 세트를 나타낸다. 제2의 예시적인 그래프 세트는 도 6에 예시된 그래프 세트와 유사하다; 이에 따라, 유사한 부분은 100만큼 증가된 유사 도면부호로 식별될 것이며, 달리 언급하지 않는 한, 제1의 예시적인 그래프의 유사 부분에 관한 설명이 제2의 예시적인 그래프 세트에도 적용된다는 것이 이해된다. 역시, 제공된 제2의 예시적인 그래프 세트는 전술한 바와 같은 방법의 비제한적인 일례를 예시하는 것으로 의도되며, 상기 방법의 임의의 필수 신호, 센서, 수치 또는 작동을 구체적으로 설명하는 것은 아니다.

제2의 예시적인 그래프 세트는, 시간 경과에 따른 공기 유입구(64)에서의 공기압을 나타내는 압력 출력(PSIG 단위)을 예시하는 제1 그래프(400)를 포함한다. 제2 그래프(402)는 연소 기관(10)의 속도(RPM 단위)를 예시한다. 초기에, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 터빈 에어 스타터 조립체(52)를 턴온하고, 공기압 공급을 개시한다. 예시된 예에서, 압력은, 제1 경사부(404) 및 제2 경사부(406)가 형성되도록 증가한다. 터빈 에어 스타터 조립체(52) 및 공급되는 공기압은 토크를 생성하고, 이 토크는 제2 그래프(402)로 도시된 바와 같이 터빈 에어 스타터 조립체(52)의 일부를 회전시키기 시작한다.

제2 경사부(406)의 종결부에서, 에어 시동 시스템(44)은 충분한 압력을 갖고, 속도 제어 단계(410)가 시작되며, 이 동안에 터빈 에어 스타터 조립체(52)와 압력 밸브(56)가 정수압 로크 검출 모듈(80)에 의해 제어되어 회전 세트 중에 속도를 제어한다. 414에서, 압력은 계속해서 증가하지만, 기관은 416으로 나타낸 바와 같이 정지되며, 이때 속도가 갑자기 0 RPM으로 떨어진다. 압력 418로 유지되고, 기관이 여전히 정지된 상태로 정수압 로크 상태가 결정된다. 압력은, 정수압 로크 상태가 결정되기 전에 예정된 기간(420) 동안 유지될 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 422에서, 정수압 로크 검출 모듈(80)은 공급되는 공기압을 제어하고 하강시켜, 연소 기관(10)에 토크를 제공하는 것을 중단한다. 424에서, 기관 속도가 증가될 수 있는 것이 더 예시되는데, 이는 크랭크샤프트(12)를 역방향으로 회전시키는 정수압 로크 상태에 의해 발생된 압축 챔버(30) 압력에 반응한 반등으로 인한 것일 수 있다.

상기 도면에 도시한 것뿐만 아니라, 여러 다른 가능한 실시예 및 구성이 본 개시에 의해 고려된다. 예컨대, 복수 개의 피스톤을 갖는 기관에서, 전술한 방법은 각각의 피스톤에 동일하게 적용될 수 있으므로, 임의의 피스톤에서의 결함 또는 오차가 검출될 수 있고, 사용자에게 표시될 수 있다. 이 시나리오에서, 본 발명의 실시예는 오차 또는 결함이 발생하였음을 나타내는 표지를 포함할 수 있고, 결함이 어디에서(즉, 어느 압력 챔버 등에서) 발생했는지를 나타낼 수 있다.

여기에 개시된 실시예는 연소 기관에서의 정수압 로크 결정 방법 및 터빈 에어 스타터 조립체를 제공한다. 기술적 효과는, 전술한 실시예가 크랭크샤프트를 회전시키는 힘의 인가를 가능하게 하여, 정수압 로크 상태가 존재하는지의 여부를 결정할 수 있고, 기관이 임의의 손상을 받기 전에 시동 프로세스를 중단시킬 수 있다는 것이다. 전술한 실시예에 의해 실현되는 한가지 장점은, 유입구에서의 공기압과 함께 터빈 에어 스타터 조립체로부터 얻은 속도 신호가 정수압 로크 상태의 존재를 검출하기 위한 다른 기지의 방법보다 선명하고, 확신적이며, 처리하기 용이하다는 것이다. 비제한적인 예로서, 종래 기술은 인가된 토크를 측정하기 위한 간접적인 방법으로서 스타터 하우징 내에 배치된 스트레인 게이지를 사용하였다. 그러한 경우, 온도 변화, 진동, 다른 하중이 신호 해상도뿐만 아니라 신호 확신에 영향을 준다. 다른 비제한적인 예로서, 기관 특성을 측정하는 직접 토크 측정 및 디바이스는 고가이고, 이들을 포함하도록 하는 재구성을 요구할 수 있다. 전술한 실시예는, 포괄적이고 비용이 많이 드는 보수를 요구하는 기관에 대한 손상이 회피되게 한다. 전술한 실시예의 다른 장점은, 상기 방법이 사용자에게 오차 또는 결함이 발생했다는 표지나 기관이 완전 시동될 수 있다는 표지를 제공한다는 것이다.

이미 설명되지 않은 범위에서, 원한다면 다양한 실시예의 다양한 특징 및 구조가 서로 조합되어 사용될 수 있다. 하나의 피쳐가 모든 실시예에서 설명되지 않을 수 있다는 것은, 상기 피쳐가 모든 실시예에서 실현되지는 않는다는 것을 의미하는 것이 아니라, 설명의 간결성을 위한 것으로 해석되어야만 한다. 이에 따라, 신규한 실시예가 명확히 설명되든 그렇지 않든, 원한다면 상이한 실시예의 다양한 피쳐들이 혼합되고 매칭되어 신규한 실시예를 형성할 수 있다. 여기에서 설명되는 피쳐들의 모든 조합 및 변형은 본 개시에 의해 커버된다.

이 서술된 설명은 최상의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여, 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우, 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다.

Claims

터빈 에어 스타터(turbine air starter)에 의해 시동되는 연소 기관에서의 정수압 로크(hydrostatic lock) 결정 방법으로서,
연소 기관의 시동 시퀀스 동안에, 터빈 에어 스타터의 회전 속도를 나타내는 속도 파라메터와, 터빈 에어 스타터의 유입 공기압을 나타내는 압력 파라메터를 모니터링하는 단계;
모니터링되는 속도 파라메터가 속도 문턱값을 만족하는지 그리고 모니터링되는 압력 파라메터가 압력 문턱값을 만족하는지를 결정하는 단계;
모니터링되는 속도 파라메터가 속도 문턱값을 만족하고, 모니터링되는 압력 파라메터가 압력 문턱값을 만족한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태가 연소 기관에 존재한다고 결정하는 단계; 및
정수압 로크가 존재한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태의 표시를 제공하거나 시동 시퀀스를 중단하는 단계
를 포함하는 정수압 로크 결정 방법.
제1항에 있어서, 시동 시퀀스 동안에 연소 기관을 구동하기 위해 조절 공기의 펄스가 제공되는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제1항에 있어서, 속도 문턱값을 만족하는 것은 모니터링되는 속도 파라메터가 속도 문턱값 미만인 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제3항에 있어서, 속도 문턱값을 만족하는 것은 모니터링되는 속도 파라메터가 예정된 기간 동안 속도 문턱값 미만인 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 표시를 제공하는 단계는, 사용자에게 정수압 로크 상태를 알리는 인간 검출 가능 신호를 제공하는 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 표시를 제공하는 단계는, 정수압 로크 상태에 관한 정보를 데이터베이스로 송출하는 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제1항에 있어서, 시동 시퀀스 동안에 터빈 에어 스타터로의 공기압을 증가시키는 단계를 더 포함하는 정수압 로크 결정 방법.
제7항에 있어서, 상기 공기압을 증가시키는 단계는 공기압을 단계적으로 증가시키는 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제7항에 있어서, 터빈 에어 스타터의 회전 속도는, 터빈 에어 스타터로의 공기압이 증가된 후에 모니터링되는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제1항에 있어서, 상기 시동 시퀀스를 중단시키는 단계는, 터빈 에어 스터터의 작동을 정지시키는 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제1항에 있어서, 시동 시퀀스는 연소 기관에서의 압축 행정 이전의 예비 시동(pre-start) 시퀀스인 것인 정수압 로크 결정 방법.
터빈 에어 스타터 조립체로서,
하우징을 관통하는 유로를 형성하는 공기 유입구와 공기 유출구를 지닌 내부를 형성하는 하우징;
내부 내에서 유로 내에 배치되는 회전형 터빈;
하우징 외부로 연장되고, 연소 기관의 크랭크샤프트에 작동 가능하게 커플링되도록 구성된 회전형 피니언 기어;
회전형 터빈을 회전형 피니언 기어에 커플링하는 기어 트레인;
공기 유입구에서의 공기압을 나타내는 압력 출력을 제공하는 압력 센서;
피니언 기어, 기어 트레인 또는 회전형 터빈의 회전 속도를 나타내는 속도 출력을 제공하는 속도 센서; 및
시동 시퀀스 동안에 압력 출력과 속도 출력을 수신하고, 이에 기초하여 연소 기관의 정수압 로크 상태를 결정하며, 정수압 로크 상태를 나타내는 신호를 출력하도록 구성된 정수압 로크 검출 모듈
을 포함하는 터빈 에어 스타터 조립체.
제12항에 있어서, 정수압 로크 검출 모듈은, 압력 출력을 압력 문턱값과 비교하고, 속도 출력을 속도 문턱값과 비교하며, 상기 비교가 속도 문턱값과 압력 문턱값 모두를 만족한 것을 나타낼 때에 정수압 로크 상태가 존재한다고 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것인 터빈 에어 스타터 조립체.
제12항에 있어서, 정수압 로크 검출 모듈은, 속도 출력과 압력 출력에 기초하여 연소 기관에 작용하는 토크를 추정하고, 추정되는 토크를 정수압 로크 상태를 나타내는 토크 문턱값과 비교하며, 상기 비교가 추정되는 토크가 토크 문턱값을 만족한 것을 나타낼 때에 내연기관 내에 정수압 로크 상태가 존재한다고 결정하도록 구성된 프로세서를 포함하는 것인 터빈 에어 스타터 조립체.
제12항에 있어서, 정수압 로크 상태를 나타내는 신호를 수신하고, 이에 기초하여 시동 시퀀스를 중단하도록 구성된 응답 모듈을 더 포함하는 터빈 에어 스타터 조립체.
터빈 에어 스타터에 의해 시동되는 연소 기관에서의 정수압 로크 결정 방법으로서,
연소 기관의 시동 시퀀스 동안에, 터빈 에어 스타터의 회전 속도를 나타내는 속도 파라메터와, 터빈 에어 스타터의 유입 공기압을 나타내는 압력 파라메터를 모니터링하는 단계;
속도 파라메터와 압력 파라메터에 기초하여 연소 기관에 작용하는 토크를 추정하는 단계;
추정되는 토크가 정수압 로크 상태를 나타내는 토크 문턱값을 만족하는지를 결정하는 단계;
추정되는 토크가 토크 문턱값을 만족한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태가 존재한다고 결정하는 단계; 및
정수압 로크가 존재한다고 결정한 데 응답하여, 정수압 로크 상태의 표시를 제공하거나 시동 시퀀스를 중단하는 단계
를 포함하는 정수압 로크 결정 방법.
제16항에 있어서, 토크 문턱값을 만족하는 것은 추정되는 토크가 토크 문턱값을 초과하는 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제16항에 있어서, 시동 시퀀스 동안에 터빈 에어 스타터로의 공기압을 증가시키는 단계를 더 포함하는 정수압 로크 결정 방법.
제18항에 있어서, 터빈 에어 스타터의 회전 속도는, 터빈 에어 스타터로의 공기압이 증가된 후에 모니터링되는 것인 정수압 로크 결정 방법.
제16항에 있어서, 상기 시동 시퀀스를 중단시키는 단계는, 터빈 에어 스터터의 작동을 정지시키는 것을 포함하는 것인 정수압 로크 결정 방법.