KR102521706B1 - 엔진 - Google Patents

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KR102521706B1
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다이시 무라카미
마사요시 도우이
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얀마 파워 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

엔진 (21) 에 있어서, 배기 바이패스 밸브 (V3) 는, 배기 매니폴드 (44) 의 출구와 과급기 (49) 의 배기 출구를 접속하는 배기 바이패스 유로 (18) 에 형성된다. 흡기 바이패스 밸브 (V2) 는, 흡기 매니폴드 (67) 의 입구와 과급기 (49) 의 입구를 접속하는 흡기 바이패스 유로 (17) 에 형성된다. 흡기압 센서 (39) 는, 흡기 매니폴드 (67) 의 압력을 검출한다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 설정된 목표 압력에 흡기압 센서 (39) 의 검출 압력이 가까워지도록, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해 밸브 개도의 지령값을 출력하여 피드백 제어한다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해, 밸브 개도의 상한 또는 하한을 나타내는 지령값을 소정 시간 이상 계속해서 출력하고 있는 경우에, 배기 바이패스 밸브 (V3) 및 흡기 바이패스 밸브 (V2) 중 적어도 어느 것에 이상이 있다고 판정한다.

Description

엔진 {ENGINE}
본 발명은 과급기의 배기 바이패스 유로 및 흡기 바이패스 유로를 구비하는 엔진에 관한 것이다.
종래부터, 과급기의 바이패스 유로에 공기량 조절용의 밸브가 형성된 엔진이 알려져 있다. 특허문헌 1 및 2 는, 이 종류의 엔진을 개시한다.
특허문헌 1 의 엔진은, 흡기 매니폴드와, 배기 매니폴드와, 실린더에 액체 연료를 분사하여 연소시키는 메인 연료 분사 밸브와, 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 혼합시키는 가스 인젝터와, 공기를 압축하는 과급기와, 과급기에서 압축된 압축 공기를 냉각시켜 흡기 매니폴드에 공급하는 인터 쿨러를 구비한다. 또, 특허문헌 1 의 엔진은, 과급기 출구와 인터 쿨러 입구의 접속 지점에 메인 스로틀 밸브를 형성하고, 배기 매니폴드 출구와 과급기의 배기 출구를 연결하도록 구비된 배기 바이패스 유로에 배기 바이패스 밸브를 배치하는 구성으로 되어 있다. 특허문헌 1 은, 이 구성에 의해, 엔진을 가스 모드로 운전시켰을 때 부하 변동에 대해 양호한 응답성으로 공기량 제어를 실행할 수 있다고 한다.
특허문헌 2 의 엔진은, 주터보 차저와, 부터보 차저와, 부터보 차저의 컴프레서 하류에 형성된 흡기 통로를 개폐하는 흡기 전환 밸브와, 부터보 차저의 터빈 하류 또는 상류에 형성된 배기 통로를 개폐하는 배기 전환 밸브를 구비한다. 또, 이 엔진은 제어 장치를 구비하고, 이 제어 장치는, 저속역에서는 흡기 전환 밸브와 배기 전환 밸브를 함께 밸브 폐쇄시킴으로써 주터보 차저만을 과급 작동시키고, 고속역에서는 흡기 전환 밸브와 배기 전환 밸브를 함께 밸브 개방시킴으로써 주터보 차저 및 부터보 차저의 양방을 과급 작동시켜, 저속역으로부터 고속역으로 이행할 때 부터보 차저의 하류 또는 상류에 형성된 배기 바이패스 밸브를 소개방 제어함과 함께, 부터보 차저의 컴프레서를 바이패스하는 흡기 바이패스 통로에 배치된 흡기 바이패스 밸브를 배기 전환 밸브의 밸브 개방 작동보다 먼저 밸브 폐쇄 작동시키고, 부터보 차저의 조주 (助走) 회전수를 높이도록 구성되어 있다. 특허문헌 2 의 엔진은, 부터보 차저의 컴프레서 입구측에 형성되는 제 1 흡기온 센서와, 부터보 차저의 컴프레서 출구와 흡기 전환 밸브 사이에 위치하는 흡기 통로에 형성되는 제 2 흡기온 센서를 구비한다. 그리고, 당해 엔진에는, 배기 바이패스 밸브의 소개방 제어시에 제 1 흡기온 센서로부터의 흡기 온도값이 미리 설정된 제 1 설정값 이상인 경우, 또는, 배기 바이패스 밸브의 소개방 제어시에 제 2 흡기온 센서로부터의 흡기 온도값이 미리 설정된 제 2 설정값 이상인 경우에, 흡기 바이패스 밸브가 밸브 폐쇄측에서 고장이라는 내용을 표시 수단에 표시시키는 고장 판정 수단이 구비된다. 특허문헌 2 는, 이 구성에 의해, 흡기 바이패스 밸브가 닫힘측에서 고장난 경우에, 조기에 그 고장을 검출하고, 그 내용을 차량의 드라이버에게 경보하는 것이 가능하다고 한다.
일본 공개특허공보 2015-229997호 일본 공개특허공보 평4-164125호
그런데, 상기 특허문헌 1 의 구성과 같이, 과급기를 바이패스하는 밸브를 구비함으로써 공기량을 제어하는 엔진에 있어서는, 밸브가 고장난 경우에, 적절한 연소 제어를 실시할 수 없게 될 우려가 있었다. 그러나, 특허문헌 1 에서는, 그 대응에 관해서는 언급되어 있지 않다.
한편, 상기 특허문헌 2 의 구성에서는, 흡기 바이패스 밸브 근방의 온도를 측정함으로써, 흡기 바이패스 밸브의 고장을 판정할 수 있다. 그러나, 특허문헌 2 의 구성에서는, 밸브의 밸브 폐쇄 상태에서의 고장을 검출할 수 있지만, 밸브 개방 상태에서의 고장을 검출할 수는 없다.
이상과 같이, 상기 특허문헌 1 및 2 의 구성에서는, 공기량을 조절하기 위한 밸브가 고장나도 적절히 검출할 수 없는 경우가 있어, 이 점에서 개선의 여지가 있었다.
본 발명은 이상의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 과급기의 바이패스 유로의 유량 제어의 이상 (異常) 을 양호하게 검출할 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, 배기 매니폴드와, 과급기와, 배기 바이패스 밸브와, 흡기 바이패스 밸브와, 흡기압 센서와, 제어 장치를 구비한다. 상기 흡기 매니폴드는, 기통 내에 공기를 공급한다. 상기 배기 매니폴드는, 상기 기통으로부터의 배기 가스를 배출한다. 상기 과급기는, 상기 배기 매니폴드로부터의 배기 가스에 의해 공기를 압축한다. 상기 배기 바이패스 밸브는, 상기 배기 매니폴드의 출구와 상기 과급기의 배기 출구를 접속하는 배기 바이패스 유로에 형성된다. 상기 흡기 바이패스 밸브는, 상기 흡기 매니폴드의 입구와 상기 과급기의 입구를 접속하는 흡기 바이패스 유로에 형성된다. 상기 흡기압 센서는, 상기 흡기 매니폴드의 압력을 검출한다. 상기 제어 장치는, 설정된 상기 흡기 매니폴드의 목표 압력에 상기 흡기압 센서의 검출 압력이 가까워지도록, 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 흡기 바이패스 밸브 중 적어도 어느 것에 대해 밸브 개도의 지령값을 출력하여 피드백 제어한다. 상기 제어 장치는, 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 흡기 바이패스 밸브 중 어느 일방을 피드백 제어한다. 상기 제어 장치는, 상기 피드백 제어의 대상인 상기 배기 바이패스 밸브 또는 상기 흡기 바이패스 밸브에 대해, 상기 밸브 개도의 상한 또는 하한을 나타내는 지령값을 소정 시간 이상 계속해서 출력하고 있는 경우에, 상기 피드백 제어의 대상이 아닌 상기 흡기 바이패스 밸브 또는 상기 배기 바이패스 밸브에 이상이 있다고 판정 가능하다.
이로써, 배기 바이패스 밸브 및 흡기 바이패스 밸브 중 개폐 동작할 수 없게 된 밸브가 있는 것을, 당해 밸브가 열린 상태인지 닫힌 상태인지에 상관없이 검지할 수 있다. 그 결과, 예를 들어, 공기 유량 제어의 이상에 대한 대응을 오퍼레이터에게 조기에 촉구할 수 있다.
상기 엔진에 있어서는, 이하의 구성으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 이 엔진은, 가스 인젝터와, 연료 분사 밸브를 구비한다. 상기 가스 인젝터는, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 분사하여 혼합시킨다. 상기 연료 분사 밸브는, 상기 기통에 액체 연료를 분사한다. 상기 엔진은, 상기 가스 인젝터가 분사한 상기 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 상기 기통 내의 연소실에 유입시키는 예혼합 (豫混合) 연소 모드와, 상기 연료 분사 밸브가 상기 액체 연료를 상기 연소실 내에 분사함으로써 연소되는 확산 연소 모드를 전환하여 가동 가능하다. 상기 제어 장치는, 상기 예혼합 연소 모드에서의 가동 중에, 상기 피드백 제어의 대상인 상기 배기 바이패스 밸브 또는 상기 흡기 바이패스 밸브에 이상이 없는 경우에도, 상기 피드백 제어의 대상이 아닌 상기 흡기 바이패스 밸브 또는 상기 배기 바이패스 밸브에 이상이 있는 경우에는, 상기 예혼합 연소 모드로부터 상기 확산 연소 모드로 전환한다.
이로써, 배기 바이패스 밸브 및 흡기 바이패스 밸브 중 적어도 1 개가 고장난 상태인 채, 엔진이 가스 모드로 가동되는 것을 회피할 수 있다. 이 결과, 엔진의 가동의 계속성을 확보할 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 모드로 가동시켰을 때의, 흡기 매니폴드에 있어서의 흡기 유량의 조정 제어를 설명하는 그래프이다.
도 8 은 과급기의 바이패스 유로의 유량 제어의 이상을 검출하기 위해서 엔진 제어 장치가 실시하는 판정 처리를 나타내는 플로 차이다.
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 예혼합 연소 방식과, 액체 연료를 연소실 내에 분사하여 연소시키는 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 내바닥판 상에, 베이스대를 통하여 고정된다.
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 끼워, 선박의 도시되지 않은 추진축이, 크랭크축 (24) 과 축선을 일치시키도록 배치된다. 추진축의 단부에는, 선박의 추진력을 발생시키는 프로펠러가 장착된다. 상기 감속기는 PTO 축을 가지고 있고, 이 PTO 축에, 도시되지 않은 축 구동 발전기가 동력 전달 가능하게 연결된다.
이 구성에 의해, 엔진 (21) 의 동력이 감속기를 개재하여, 추진축과 축 구동 발전기로 분기되어 전달된다. 이로써, 선박의 추진력을 발생시킴과 함께, 축 구동 발전기의 구동에 의해 발생한 전력이 선박 내의 전기 계통에 공급된다.
다음으로, 엔진 (21) 에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 엔진 (21) 은, 상기 서술한 바와 같이 듀얼 퓨얼 엔진으로, 천연 가스 등의 연료 가스를 공기에 혼합시켜 연소시키는 예혼합 연소 방식과, 중유 등의 액체 연료 (연료유) 를 확산시켜 연소시키는 확산 연소 방식 중 어느 것을 선택하여 구동시킬 수 있다.
이하의 설명에서는, 예혼합 연소 방식에 의한 가동 모드 (예혼합 연소 모드) 를 「가스 모드」라고, 확산 연소 방식에 의한 가동 모드 (확산 연소 모드) 를 「디젤 모드」라고 각각 부르는 경우가 있다. 가스 모드에서는, 천연 가스를 이용하는 것에 의한 환경 부하 물질 (질소산화물, 황산화물 및 입자상 물질 등) 의 저감을 실현하여 환경 규제에 대한 적합을 용이하게 하는 한편, 디젤 모드에서는, 고효율로의 가동을 실현할 수 있다.
또, 이하에서는, 감속기와 접속되는 측을 후측으로 하여, 엔진 (21) 의 구성에 있어서의 전후좌우의 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 저류시키는 가스 연료 탱크 (32) 가 접속됨과 함께, 타방의 연료 공급 경로 (31) 에는, 선박용 디젤 오일 (MDO) 을 저류시키는 액체 연료 탱크 (33) 가 접속된다. 이 구성에 의해, 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, 상류측으로부터 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 향하게 한 상태에서 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 개재하여 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 푸시 로드 및 로커 아암 등으로 이루어지는 동밸브 기구가 수용되어 있다. 상기 흡기 밸브를 연 상태에서는, 연소실 (110) 에 흡기 매니폴드 (67) 로부터의 흡기를 도입할 수 있다. 상기 배기 밸브를 연 상태에서는, 연소실 (110) 로부터의 배기를 배기 매니폴드 (44) 로 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 경사 하방으로 연장되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드 (26) 의 우측에는, 가스 모드 (예혼합 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 (枝管) (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 삽입되도록 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 개재하여 접속된다.
액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 의 하방 근방의 위치에, 각각의 연료 공급 펌프 (89) 로부터 되돌아온 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 배치되고, 연료 공급 펌프 (89) 에 접속된다. 액체 연료 복귀 집약관 (48) 의 단부에는, 액체 연료를 액체 연료 탱크 (33) 까지 되돌리기 위한 연료 복귀관 (115) 이 접속된다.
도 2 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록 (25) 의 좌측으로서, 액체 연료 공급용 레일 배관 (42) 보다 상방의 위치에는, 가스 모드 (예혼합 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 삽입되도록 배치되고, 그 상단부는 헤드 커버 (40) 의 바로 우측 옆의 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) 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 덮여져 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 단차 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 컨트롤랙에 연결되어 있다. 조속기 (201) 는, 컨트롤 전달축 (202) 을 회전시킴으로써, 연료 공급 펌프 (89) 의 상기 컨트롤랙을 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 상방으로서, 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 덮여져 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 가까이에는, 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 (예혼합 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 모드로 가동시킨 경우에도, 가스 모드로 가동시킨 경우에도, 연소에 의해 발생한 배기는 피스톤 (78) 의 운동에 의해 기통으로부터 밀려나오고, 배기 매니폴드 (44) 에 모아진 후, 외부로 배출된다.
.엔진 (21) 의 전단면 (정면) 에는, 크랭크축 (24) 의 전단 부분을 둘러싸도록 하여, 연료유 펌프 (56) 와, 도시가 생략된 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 다른) 도시가 생략된 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 개재하여, 실린더 블록 (25) 의 좌측면을 따라 상하 방향으로 연장되도록 배치된다.
실린더 블록 (25) 의 후방의 우측 가까이에는, 엔진 (21) 의 각 부의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치 (제어 장치) (73) 가 도시가 생략된 지지 부재를 개재하여 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 대해, 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 외부로 통하는 흡기 유로 (15) 와 접속되어, 외부의 공기를 각각의 기통에 받아들일 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 동일하게 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 외부로 통하는 배기 유로 (16) 와 접속되고, 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) 을 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 동일하게 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 조정하여, 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 대해, 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 모드로 가동시켰을 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 제어할 수 있게 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 제어할 수 있게 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 유입되는 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 (機側) 조작용 제어 장치 (71) 와 서로 통신 가능하게 구성되어 있다.
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 (64) 가 장착되어 있다. 토크 센서 (64) 로는, 예를 들어, 변형 게이지를 사용하여 토크를 검출하는 플랜지형의 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 발생시키도록 구성할 수 있다. 엔진 회전수 센서 (65) 가 검출한 엔진 회전수는, 엔진 제어 장치 (73) 에 출력된다.
디젤 모드로 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 엶으로써, 메인 연료 분사 밸브 (79) 를 통해서 각 기통 내에 연료유를 분사시키고, 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 필요시되는 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 필요시되는 공기 유량이 되도록 컴프레서 (49b) 로부터 압축 공기를 흡기 매니폴드 (67) 에 공급한다.
가스 모드로 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 혼합하고, 각 기통 내에 예혼합 연료를 공급시킨다. 또, 엔진 제어 장치 (73) 는, 파일럿 연료 분사 밸브 (82) 를 개폐 제어하여, 소정의 타이밍에 파일럿 연료를 각 기통에 분사함으로써 착화원을 발생시키고, 예혼합 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 대해, 도 7(a) 를 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 중고부하 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 후, 흡기압 센서 (39) 에 의해 검출된 실제의 압력이 상기 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 참조하여, 엔진 부하에 대응한 메인 스로틀 밸브 (V1) 의 밸브 개도가 되도록 맵 제어한다. 제 1 데이터 테이블 (D1) 은, 엔진 부하가 증대함에 따라서 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 전개 (全開) 가 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 대해, 도 7(b) 를 참조하여 설명한다.
엔진 부하가 소정값 L3 미만인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 가 전폐 (全閉) 가 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 후, 흡기압 센서 (39) 에 의해 검출된 실제의 압력이 상기 목표 압력에 가까워지도록, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도를 PID 제어 (피드백 제어) 한다.
다음으로, 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 제어에 대해, 도 7(c) 를 참조하여 설명한다.
엔진 부하가 소정값 L1 미만인 경우에는, 엔진 제어 장치 (73) 는, 배기 바이패스 밸브 (V3) 가 전개가 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 로부터 소정값 L2 로 증대됨에 따라서 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 밸브 개도를 서서히 감소시키고, 소정값 L2 로부터 소정값 L3 까지는 배기 바이패스 밸브 (V3) 를 전폐로 하고, 소정값 L3 으로부터 증대됨에 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 필요시되는 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 대해, 가스 모드에서는 디젤 모드와 비교하여 필요한 공기 유량이 적다. 따라서, 과급기 (49) 에 대해서는 디젤 모드로 사용하는 것을 기본으로 설계할 필요가 있는 한편으로, 가스 모드에 있어서도, 당해 가스 모드의 공연비에 적합한 유량의 공기를 공급할 필요가 있다.
이 점에서, 본 실시형태에서는, 상기 구성으로 함으로써, 과급기 (49) 의 구성을 디젤 모드에서의 가동에 대해 최적화한 경우에도, 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 최적화된 구성의 과급기 (49) 를 사용한 경우에도, 가스 모드로 양호하게 가동시킬 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 함께 실시함으로써, 가스 모드에 있어서 부하 변동에 대한 응답 속도를 증대시킬 수 있으므로, 부하가 변동된 경우에도, 연소에 필요한 공기량의 부족을 원인으로 하는 노킹 등을 회피할 수 있다.
그런데, 본 실시형태에서는, 예를 들어 엔진 부하가 소정값 L3 이상인 경우에는, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 중 일방에 대해 밸브 개도를 맵 제어하고, 타방에 대해 밸브 개도를 PID 제어하는 구성으로 되어 있다. 그러나, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 중 적어도 일방에 있어서, 밸브체가 밸브 시트에 대해 고착되거나, 밸브체의 개폐를 위해서 구동원과 당해 밸브체를 연결하는 링크 기구가 파손되거나 하여, 실제의 밸브 개도가 의도하는 바와 같이 얻어지지 않는 경우가 있다.
이 점에서, 본 실시형태에서는, 엔진 제어 장치 (73) 가, PID 제어하는 측의 바이패스 밸브에 대해 출력하는 밸브 개도의 지령값을 감시하고, 당해 지령값이 밸브 개도의 상한 또는 하한의 값에 소정 시간 이상 머물고 있는 경우, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 중 적어도 어느 것이 이상이라고 판정하도록 구성되어 있다.
예를 들어, 배기 바이패스 밸브 (V3) 를 맵 제어하는 결과로서, 밸브 개도를 중간 정도로 하도록 지령하는 지령값을 엔진 제어 장치 (73) 가 배기 바이패스 밸브 (V3) 에 출력했지만, 배기 바이패스 밸브 (V3) 에 어떠한 이상이 발생하고 있어, 당해 지령값에도 불구하고 배기 바이패스 밸브 (V3) 가 전개 또는 전폐 상태로부터 변경할 수 없는 경우를 생각한다. 이 때, 엔진 제어 장치 (73) 는, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해, 흡기 매니폴드 (67) 의 압력이 목표 압력에 가까워지도록 피드백 제어하고, 그 결과로서 지령값을 출력하지만, 배기 바이패스 밸브 (V3) 가 의도한 밸브 개도가 되어 있지 않기 때문에, 흡기 매니폴드 (67) 의 공기 압력을 사실상 제어할 수 없다. 따라서, PID 제어 (피드백 제어) 의 성질에 의해, 엔진 제어 장치 (73) 가 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 출력하는 밸브 개도의 지령값은, 최종적으로는 제어 범위에 있어서의 상한 또는 하한의 값이 되어, 당해 값을 계속하게 된다.
또, 배기 바이패스 밸브 (V3) 는 정상이고, 부여된 지령값의 밸브 개도를 문제없이 실현할 수 있지만, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 어떠한 이상이 발생하고 있어, 부여된 지령값에 상관없이 흡기 바이패스 밸브 (V2) 가 전개 또는 전폐 상태로부터 변경할 수 없는 경우를 생각한다. 이 경우에도 흡기 매니폴드 (67) 의 공기 압력을 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 의해 사실상 제어할 수 없기 때문에, 엔진 제어 장치 (73) 가 PID 제어 (피드백 제어) 의 결과로서 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 출력하는 밸브 개도의 지령값은, 최종적으로는 제어 범위에 있어서의 상한 또는 하한의 값이 되어, 당해 값을 계속하게 된다.
이 점을 고려하여, 엔진 제어 장치 (73) 는, 피드백 제어의 결과로서 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 출력하는 밸브 개도의 지령값이 제어 범위의 상한 또는 하한의 값에 머무른 상태를 소정 시간 이상 계속하는 경우에는, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 중 적어도 어느 것이 이상이라고 판정하고, 그 내용을, 기측 조작용 제어 장치 (71) 가 구비하는 디스플레이 (72) 에 표시하도록 구성되어 있다. 이로써, 공기 유량의 제어의 이상을 적절히 발견하여, 조기의 대응을 촉구할 수 있다.
다음으로, 상기 서술한 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 이상을 검출하기 위한 구체적인 제어에 대해, 도 8 을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 8 은, 과급기 (49) 의 바이패스 유로의 유량 제어의 이상을 검출하기 위해서 엔진 제어 장치 (73) 가 실시하는 판정 처리를 나타내는 플로 차트이다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 가스 모드로 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, 전개로 고정시키는 제어, 전폐로 고정시키는 제어, 맵 제어, PID 제어 (피드백 제어) 중 어느 것이 선택된다.
그 후, 엔진 제어 장치 (73) 는, 스텝 S102 에서 실시된 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도의 제어가, 흡기 매니폴드 (67) 의 압력을 목표 압력에 가깝게 하는 PID 제어 (피드백 제어) 였는지의 여부를 판단한다 (스텝 S103).
스텝 S103 의 판단에서, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도의 제어가 PID 제어가 아니었던 경우, 스텝 S101 로 돌아와, 처리를 반복한다.
스텝 S103 의 판단에서, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도의 제어가 PID 제어였던 경우, 엔진 제어 장치 (73) 는, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해 밸브 개도의 상한 또는 하한을 나타내는 지령값 (즉, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 를 전개 상태 또는 전폐 상태로 하는 지시) 을 소정 시간 이상 계속해서 출력했는지의 여부를 판단한다 (스텝 S104).
스텝 S104 의 판단에서, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해 밸브 개도의 상한 또는 하한을 나타내는 지령값을 소정 시간 이상 계속해서 출력하고 있지 않은 경우, 스텝 S101 로 돌아와, 처리를 반복한다.
스텝 S104 의 판단에서, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해 밸브 개도의 상한 또는 하한을 나타내는 지령값을 소정 시간 이상 계속해서 출력하고 있는 경우, 엔진 제어 장치 (73) 는, 배기 바이패스 밸브 (V3) 및 흡기 바이패스 밸브 (V2) 중 적어도 어느 것이 고장나 있다고 판단하고, 그 내용을 나타내는 메세지를 기측 조작용 제어 장치 (71) 의 디스플레이 (72) 에 표시시킨다 (스텝 S105). 이로써, 공기 유량 제어에 이상이 발생한 것을 엔진 (21) 의 오퍼레이터가 조기를 알아차려 적절한 처치를 실시할 수 있다.
그 후, 엔진 제어 장치 (73) 는, 연소 모드를 디젤 모드로 전환하고 (스텝 S106), 가스 모드에서의 처리를 종료한다. 이와 같이, 공기 유량 제어의 이상이 검출되면 가스 모드로부터 디젤 모드로 전환함으로써, 선박용의 대형 엔진에 요구되는 운전 계속성을 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 엔진 (21) 은, 흡기 매니폴드 (67) 와, 배기 매니폴드 (44) 와, 과급기 (49) 와, 배기 바이패스 밸브 (V3) 와, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 와, 흡기압 센서 (39) 와, 엔진 제어 장치 (73) 를 구비한다. 흡기 매니폴드 (67) 는, 기통 내에 공기를 공급한다. 배기 매니폴드 (44) 는, 기통으로부터의 배기 가스를 배출한다. 과급기 (49) 는, 배기 매니폴드 (44) 로부터의 배기 가스에 의해 공기를 압축한다. 배기 바이패스 밸브 (V3) 는, 배기 매니폴드 (44) 의 출구와 과급기 (49) 의 배기 출구를 접속하는 배기 바이패스 유로 (18) 에 형성된다. 흡기 바이패스 밸브 (V2) 는, 흡기 매니폴드 (67) 의 입구와 과급기 (49) 의 입구를 접속하는 흡기 바이패스 유로 (17) 에 형성된다. 흡기압 센서 (39) 는, 흡기 매니폴드 (67) 의 압력을 검출한다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 설정된 흡기 매니폴드 (67) 의 목표 압력에 흡기압 센서 (39) 의 검출 압력이 가까워지도록, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해 밸브 개도의 지령값을 출력하여 피드백 제어한다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 피드백 제어의 대상인 흡기 바이패스 밸브 (V2) 에 대해, 밸브 개도의 상한 또는 하한을 나타내는 지령값을 소정 시간 이상 계속해서 출력하고 있는 경우에, 배기 바이패스 밸브 (V3) 및 흡기 바이패스 밸브 (V2) 중 어느 것에 이상이 있다고 판정한다.
이로써, 개폐 동작할 수 없게 된 밸브 (배기 바이패스 밸브 (V3) 또는 흡기 바이패스 밸브 (V2)) 가 있는 것을, 당해 밸브가 열린 상태인지 닫힌 상태인지에 상관없이 검지할 수 있다. 그 결과, 예를 들어, 공기 유량 제어의 이상에 대한 대응을 오퍼레이터에게 조기에 촉구할 수 있다.
또, 본 실시형태의 엔진 (21) 은, 가스 인젝터 (98) 와, 메인 연료 분사 밸브 (79) 를 구비한다. 가스 인젝터 (98) 는, 흡기 매니폴드 (67) 로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 분사하여 혼합시킨다. 메인 연료 분사 밸브 (79) 는, 기통에 액체 연료를 분사한다. 또, 엔진 (21) 은, 가스 인젝터 (98) 가 분사한 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 기통 내의 연소실 (110) 에 유입시키는 가스 모드 (예혼합 연소 모드) 와, 메인 연료 분사 밸브 (79) 가 액체 연료를 분사함으로써 연소실 (110) 내에서의 연소를 발생시키는 디젤 모드 (확산 연소 모드) 를 전환하여 가동 가능하다. 엔진 제어 장치 (73) 는, 가스 모드에서의 가동 중에 배기 바이패스 밸브 (V3) 및 흡기 바이패스 밸브 (V2) 중 어느 것에 이상이 있다고 판정한 경우, 가스 모드에서 디젤 모드로 전환한다.
이로써, 배기 바이패스 밸브 (V3) 및 흡기 바이패스 밸브 (V2) 중 적어도 1 개가 고장난 상태인 채, 엔진 (21) 이 가스 모드로 가동되는 것을 회피할 수 있다. 이 결과, 엔진 (21) 의 가동의 계속성을 확보할 수 있다.
이상에 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명했지만, 상기 구성은 예를 들어 이하와 같이 변경할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 배기 바이패스 밸브 (V3) 가 맵 제어되고, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 가 피드백 제어되고 있다. 그러나, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 가 맵 제어되고, 배기 바이패스 밸브 (V3) 가 피드백 제어되어도 된다. 또, 흡기 바이패스 밸브 (V2) 및 배기 바이패스 밸브 (V3) 의 양방이 피드백 제어되어도 된다.
배기 바이패스 밸브 (V3) 또는 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도는, 맵 제어에 한정되지 않고, 예를 들어 미리 정해진 수학식에 기초하여 제어해도 된다.
엔진 (21) 이 디젤 모드로 가동되고 있는 경우에, 배기 바이패스 밸브 (V3) 및 흡기 바이패스 밸브 (V2) 중 어느 일방을 피드백 제어함에 있어서, 상기와 동일한 처리를 실시하여, 공기 유량 제어의 이상을 검출해도 된다.
배기 바이패스 밸브 (V3) 및 흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 이상의 검출은, 상기 서술한 엔진 (21) 과 같은 듀얼 퓨얼 엔진뿐만 아니라, 디젤 엔진 또는 가스 엔진에 있어서 실시할 수도 있다.
흡기 바이패스 밸브 (V2) 의 밸브 개도에 대한 피드백 제어로는, PID 제어에 한정하지 않고, 예를 들어 P 제어 및 PI 제어 등의 다른 제어 방법을 사용할 수도 있다.
상기 실시형태에서는, 가스 모드에 있어서의 예혼합기의 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.
상기 실시형태에서는, 엔진 (21) 은, 선박의 추진 겸 발전 기구의 구동원으로서 사용되고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니고, 다른 용도로 사용되어도 된다.
17 : 흡기 바이패스 유로
18 : 배기 바이패스 유로
21 : 엔진
36 : 실린더
44 : 배기 매니폴드
49 : 과급기
67 : 흡기 매니폴드
73 : 엔진 제어 장치 (제어 장치)
79 : 메인 연료 분사 밸브 (연료 분사 밸브)
82 : 파일럿 연료 분사 밸브
98 : 가스 인젝터
110 : 연소실
V2 : 흡기 바이패스 밸브
V3 : 배기 바이패스 밸브

Claims (4)

  1. 기통 내에 공기를 공급하는 흡기 매니폴드와,
    상기 기통으로부터의 배기 가스를 배출하는 배기 매니폴드와,
    상기 흡기 매니폴드에 공급되는 공기 유량을 조정 가능한 메인 스로틀 밸브와,
    상기 흡기 매니폴드의 압력을 검출하는 흡기압 센서와,
    상기 메인 스로틀 밸브의 개도를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 흡기압 센서로 검출된 상기 흡기 매니폴드 내의 공기 압력에 기초하여, 상기 메인 스로틀 밸브의 밸브 개도를 제어하고,
    상기 제어 장치는, 설정된 상기 흡기 매니폴드의 목표 압력에 상기 흡기압 센서의 검출 압력이 가까워지도록, 상기 메인 스로틀 밸브에 대해 밸브 개도의 지령값을 출력하여 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진은 추가로,
    상기 배기 매니폴드로부터의 배기 가스에 의해 공기를 압축하는 과급기와,
    상기 배기 매니폴드의 출구와 상기 과급기의 배기 출구를 접속하는 배기 바이패스 유로로서, 상기 배기 바이패스 유로에는 배기 바이패스 밸브를 형성한 상기 배기 바이패스 유로, 및 상기 흡기 매니폴드의 입구와 상기 과급기의 입구를 접속하는 흡기 바이패스 유로로서, 상기 흡기 바이패스 유로에는 흡기 바이패스 밸브를 형성한 상기 흡기 바이패스 유로 중 적어도 일방을 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 피드백 제어에 추가로, 설정된 상기 흡기 매니폴드의 목표 압력에 상기 흡기압 센서의 검출 압력이 가까워지도록, 상기 배기 바이패스 밸브 및 상기 흡기 바이패스 밸브 중 적어도 어느 것에 대해 밸브 개도의 지령값을 출력하여 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 분사하여 혼합시키는 가스 인젝터와,
    상기 기통에 액체 연료를 분사하는 연료 분사 밸브를 구비하고,
    상기 가스 인젝터가 분사한 상기 기체 연료를 공기와 혼합시키고 나서 상기 기통 내의 연소실에 유입시키는 예혼합 연소 모드와, 상기 연료 분사 밸브가 상기 액체 연료를 상기 연소실 내에 분사함으로써 연소되는 확산 연소 모드를 전환하여 가동 가능한 것을 특징으로 하는 엔진.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 예혼합 연소 모드에서의 가동 중에, 상기 엔진에 이상이 있는 경우에는, 상기 예혼합 연소 모드로부터 상기 확산 연소 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 엔진.
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