KR20100007915A

KR20100007915A - 가스 엔진 시스템의 제어 방법 및 그 시스템

Info

Publication number: KR20100007915A
Application number: KR1020097024621A
Authority: KR
Inventors: 유우이찌 시미즈; 히데끼 니시오; 하지메 스즈끼
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2010-01-22
Also published as: CN101680377A; KR101140003B1; US20110247589A1; US8347861B2; UA95835C2; EP2143915A4; EP2143915A1; EP2143915B1; CN101680377B; JP4616878B2; WO2009078259A1; JP2009144628A; RU2424440C1

Abstract

저칼로리로 발열량이 변동되기 쉬운 연료 가스에 있어서도 고정밀도의 공연비 제어를 가능하게 한 가스 엔진 시스템의 제어 방법 및 그 시스템을 제공한다. 과급기를 통해 급기된 공기와, 연료 가스 공급관을 통과하여 연료 유량 제어 밸브에 의해 연료 공급량이 제어된 연료 가스를 혼합하여 연소실 내에 공급하는 가스 엔진의 제어 방법에 있어서, 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력인 경우, 연료 가스 공급관의 연료 유량 제어 밸브보다 상류측에서 연료 가스의 일부를 분기하고, 상기 분기한 연료 가스 유량이 분기된 측의 연료 가스 유량보다 적은 일정 유량이 되도록 하고, 가스 공급 분기관 상에 설치된 분기 제어 밸브를 통해 상기 분기한 연료 가스를 연소실 내에 공급하고, 연료 가스의 잔여분을 가스 공급 주관을 통해 연료 유량 제어 밸브에 공급하고, 연소실 내에 공급되는 혼합 가스가 소정의 공연비가 되도록 연료 가스량을 제어하도록 하는 동시에, 상기 연료 가스가 고칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 저출력인 경우에는, 분기 제어 밸브를 폐쇄로 하고 가스 공급 주관에만 상기 연료 가스를 공급한다.

연료 가스, 가스 공급 분기관, 분기 제어 밸브, 연소실, 가스 엔진 시스템

Description

가스 엔진 시스템의 제어 방법 및 그 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING GAS ENGINE SYSTEM}

본 발명은, 연료 가스 조정 밸브에 의해 유량 조정된 연료 가스와, 과급기를 통해 공급되는 공기를 소정의 공연비로 혼합하고, 혼합 가스를 엔진의 연소실 내에 공급하여 연소시키는 가스 엔진 시스템의 제어 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 특히 저칼로리로 발열량이 변동되기 쉬운 연료 가스를 이용하는 경우나 엔진의 출력 변동이 큰 경우에 있어서도 고정밀도의 공연비 제어를 가능하게 한 가스 엔진 시스템의 제어 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

종래, 가스 엔진 중 특히 소형 가스 엔진에 있어서는, 일반적으로 과급기 상류에서 연료 가스와 공기를 혼합시켜 연소실로 공급하는 과급기 전 흡입 방식을 채용하고 있었다.

한편, 종래의 대형 가스 엔진의 대부분은, 연료 가스와 공기의 혼합비(공연비) 및 가스 투입량을 각 실린더에 의해 균일화할 필요가 있으므로, 각 실린더의 바로 앞에 설치한 연료 가스 조정 밸브에 의해 연소실로 연료 가스를 공급하고 있다. 이 방식을 채용함으로써, 각 실린더에 공급되는 공연비 및 가스 투입량이 균일화되는 동시에, 각 실린더에 있어서의 일이 효율화되고, 또한 실린더 바로 앞에 서 연료 가스와 공기를 혼합하는 구성이므로, 혼합 가스 공급로에 있어서의 가연 영역을 짧게 할 수 있어 안전성이 향상된다.

또한, 상기한 2개의 방식을 조합한 기술로서, 특허 문헌 1(일본 특허 출원 공개 제2001-132550호 공보)의 기술이 제공되어 있다. 이 기술에 있어서는, 가스 컴프레서에 의해 가압된 연료 가스를 급기 통로의 실린더 입구 또는 실린더 내에 공급하는 동시에, 상기 가스 컴프레서에 의해 가압하기 전의 연료 가스를 과급기 상류측의 공기 통로에 공급하고, 상기 실린더측으로의 연료 가스 공급과 과급기 상류측으로의 연료 가스 공급을 절환 가능하게 구성하고 있다.

그러나 특허 문헌 1에 있어서는, 가스 컴프레서에 의해 가압된 연료 가스를 급기 통로의 실린더 입구 또는 실린더 내에 공급하는 연료 가스 공급계에서는, 연료 가스를 과급 공기압보다도 고압으로 압축할 필요가 있지만, 연료 가스로서 탄광 메탄가스 등의 저칼로리 가스(발열량이 낮은 가스)를 이용하는 경우에는, 저압으로 대유량의 가스를 압축하기 때문에 대형이며 대용량의 가스 컴프레서를 필요로 한다. 한편, 상기 가스 컴프레서에 의해 가압하기 전의 연료 가스를 과급기 상류측의 공기 통로에 공급하는 연료 가스 공급계에서는, 가연성의 연료 가스를 과급기에서 고온, 고압으로 가압하기 때문에, 과급기 출구에서 연료 가스가 폭발할 위험성을 내포하고 있다.

따라서, 특허 문헌 2(일본 특허 출원 공개 제2006-249954호 공보)에서는, 연료 가스의 한쪽을 과급기 입구 공기와 혼합하여 이 혼합 공기를 과급기에 공급하는 동시에, 연료 가스의 다른 쪽을 실린더마다의 급기 통로 내의 급기와 혼합하여 이 혼합 공기를 엔진의 각 실린더에 공급하도록 구성하고, 과급기측 가스 공급 통로의 가스 유량을 조정하는 과급기측 연료 유량 제어 밸브와 각 실린더측 가스 공급 통로의 가스 유량을 조정하는 실린더측 연료 유량 제어 밸브를 설치하고, 과급기측 연료 유량 제어 밸브의 개방도를 제어하여, 과급기측 가스 공급 통로로의 연료 가스량을, 과급기에 공급하는 혼합 공기 중의 연료 가스 농도가 가연 하한계 가스 농도 이하로 유지되도록 조정하는 가스량 컨트롤러를 설치한 구성을 개시하고 있다. 이것에 따르면, 과급기 출구에서의 연료 가스의 폭발의 가능성을 전무로 하는 동시에, 저칼로리 가스(발열량이 낮은 가스) 연료를 이용하는 경우에 있어서도 실린더마다의 급기 통로로의 연료 가스 압축용의 가스 컴프레서의 동력을 저감시켜 상기 가스 컴프레서를 소형화, 소용량화하는 것이 가능해진다.

상기한 바와 같이, 특허 문헌 2에 따르면, 저칼로리 가스라도 충분한 연료 가스의 공급량을 확보할 수 있고, 또한 연료 가스 압축용의 가스 컴프레서를 소형화, 소용량화하는 것이 가능하지만, 또한 과급기 입구 공기에 혼합되는 연료 가스량을, 간단한 구성으로 또한 적정하게 제어할 수 있고, 또한 연료 가스가 칼로리 변동되는 경우에도 적용 가능한 제어 방법이 요망되고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점에 비추어, 저칼로리로 발열량이 변동되기 쉬운 연료 가스에 있어서도 고정밀도의 공연비 제어를 가능하게 한 가스 엔진 시스템의 제어 방법 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해, 과급기를 통해 급기된 공기와, 연료 가스 공급관을 통과하여 연료 유량 제어 밸브에 의해 연료 공급량이 제어된 연료 가스를 혼합하여 연소실 내에 공급하고, 엔진을 착화 연소시키는 가스 엔진 시스템의 제어 방법에 있어서,

상기 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력인 경우에는, 상기 연료 가스 공급관의 상기 연료 유량 제어 밸브보다 상류측에서 상기 연료 가스의 일부를 분기하고, 상기 분기한 연료 가스 유량이, 분기된 측의 연료 가스 유량보다 적은 일정 유량이 되도록 하고, 가스 공급 분기관 상에 설치되고 ON/OFF 제어되는 분기 제어 밸브를 통해 상기 분기한 연료 가스를 상기 연소실 내에 공급하고,

상기 연료 가스의 잔여분을, 상기 연료 가스 공급관으로부터 가스 공급 주관을 통해 상기 연료 유량 제어 밸브에 공급하고, 상기 연료 유량 제어 밸브에 의해 상기 연소실 내에 공급되는 혼합 가스가 소정의 공연비가 되도록 연료 가스량을 제어하도록 하는 동시에,

상기 연료 가스가 고칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 저출력인 경우에는, 상기 분기 제어 밸브를 폐쇄로 하고, 상기 가스 공급 주관에만 상기 연료 가스를 공급하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력인 경우와 같이, 연료 가스 공급량이 많아지는 경우에만 가스 공급 분기관을 통해 연료 가스를 공급함으로써, 필요 연료 가스량을 확보하면서 고정밀도의 공연비 제어가 가능해진다.

또한, 연료 가스와 공기의 혼합을, 실린더 바로 앞에서 행하고 있기 때문에 혼합 가스로부터 실린더까지의 경로를 짧게 할 수 있어, 폭발 등의 위험성을 회피하여 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 가스 공급 분기관으로부터 각 연소실에 접속되는 가스 공급 분기 지관 상에, 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 가스 조정 밸브를 구비하고 있고, 상기 엔진의 연소실에 문제가 발생한 경우에, 해당하는 연소실에 대응한 상기 연료 유량 제어 밸브와, 상기 가스 조정 밸브를 함께 폐쇄로 제어하여 상기 연료 가스의 통류를 정지하는 것을 특징으로 한다.

가스 엔진의 운전 중에, 어느 하나의 실린더(연소실)에 문제가 발생한 경우, 해당하는 실린더에 대응하는 연료 유량 제어 밸브와 분기 제어 밸브를 폐쇄함으로써, 가스 엔진 전체의 운전을 정지하는 일 없이, 문제가 발생한 실린더만 운전을 정지시켜, 연료 가스의 실린더로의 공급을 확실하게 정지하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 연료 유량 제어 밸브의 개방도를 검출하는 동시에 상기 엔진의 출력을 검출하고, 상기 연료 유량 제어 밸브의 개방도가 완전 개방 상태이고 또한 엔진 출력이 증가 경향에 있을 때에, 상기 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력이라고 판단하여, 상기 분기 제어 밸브를 개방으로 하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 가스 공급 분기관을 통해 공급하는 연료 가스의 필요 여부를 간단하고 또한 확실하게 판단할 수 있어, 고정밀도의 공연비 제어가 가능해진다.

또한, 상기 가스 공급 밸브가 개방된 상태에서 엔진 출력을 검출하고, 상기 엔진 출력이 미리 설정된 소정값 이하가 되면 상기 연료 가스가 고칼로리 또는 엔진 출력이 저출력이 된 것을 판단하여, 상기 분기 제어 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 연료 가스 유량 제어 밸브에 의해 제어 가능한 연료 가스 유량의 최대 임계값을 미리 구해 두고, 상기 최대 임계값이 되는 소정값 이하가 되면 분기 제어 밸브를 폐쇄하여 상기 연료 유량 제어 밸브에 의해서만 연료 가스 유량을 조정한다. 이에 의해, 간단하고 또한 고정밀도의 제어가 가능해진다.

또한, 과급기를 통해 급기된 공기의 연소실로의 공급량을 제어하는 급기 유량 제어 밸브와, 연료 공급관 상에 설치되고 연료 공급량의 상기 연소실로의 공급량을 제어하는 연료 유량 제어 밸브를 구비하는 동시에, 상기 공기와 상기 연료 가스를 소요의 공연비로 혼합하여 연소실 내에 공급하는 연료 분사 장치를 구비한 가스 엔진의 제어 장치에 있어서,

상기 연료 공급관을, 상기 연소실에 접속되는 가스 공급 주관과, 상기 연료 유량 제어 밸브의 상류측으로부터 분기시킨 가스 공급 분기관으로 분기시키고, 상기 가스 공급 분기관 상에 ON/OFF 제어되고 개방 상태에서 상기 가스 공급 주관을 통류하는 연료 가스 유량보다도 적은 유량의 연료 가스가 통류하는 분기 제어 밸브를 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스 공급 분기관으로부터 각 연소실에 접속되는 가스 공급 분기 지관 상에, 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 가스 조정 밸브를 구비한 것을 특징으로 한다.

이상 기재한 바와 같이 본 발명에 따르면, 저칼로리로 발열량이 변동되기 쉬운 연료 가스에 있어서도 고정밀도의 공연비 제어를 가능하게 한 가스 엔진 시스템의 제어 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이 가능하다.

즉, 본 발명에 따르면, 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력인 경우와 같이, 연료 가스 공급량이 많아지는 경우에만, 가스 공급 분기관 및 가스 공급 분기 지관을 통해 연료 가스를 공급함으로써, 필요 연료 가스량을 확보하면서 고정밀도의 공연비 제어가 가능해진다.

또한 본 발명에 따르면, 연료 가스와 공기의 혼합을, 실린더 바로 앞에서 행하고 있으므로 혼합 가스로부터 실린더까지의 경로를 짧게 할 수 있어, 폭발 등의 위험성을 회피하여 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 가스 엔진의 운전 중에, 어느 하나의 실린더에 문제가 발생한 경우, 해당하는 실린더에 대응하는 연료 유량 제어 밸브와, 분기 제어 밸브를 폐쇄함으로써, 가스 엔진 전체의 운전을 정지하는 일 없이, 문제가 발생한 실린더만 운전을 정지하여, 연료 가스의 실린더로의 공급을 확실하게 정지하는 것이 가능해진다.

또한, 가스 공급 분기관 및 가스 공급 분기 지관을 통해 연료 가스를 공급할 때에, 임의의 정해진 소정의 유량의 연료 가스를 공급하도록 하고 있으므로, 연료 유량 제어 밸브에 있어서의 공연비 제어를 간단하게 행할 수 있다.

또한, 연료 유량 제어 밸브의 개방도가 완전 개방 상태이고 또한 엔진 출력이 증가 경향에 있을 때에 상기 가스 공급 밸브를 개방으로 함으로써, 가스 공급 분기관, 가스 공급 분기 지관을 통해 공급하는 연료 가스의 필요 여부를 간단하고 또한 확실하게 판단할 수 있어, 고정밀도의 공연비 제어가 가능해진다.

또한, 엔진 출력이 미리 설정된 소정값 이하가 되면 분기 제어 밸브를 폐쇄함으로써, 간단하고 또한 고정밀도의 제어가 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 가스 엔진 시스템의 전체 구성도이다.

도 2는 도 1의 바이패스 구조의 부분 확대도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 예시적으로 상세하게 설명한다. 단, 본 실시예에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것에 한정하는 취지가 아니며, 단순한 설명예에 불과하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 가스 엔진 시스템의 전체 구성도, 도 2는 도 1의 바이패스 구조의 부분 확대도이다.

또한, 본 실시예에서는, 일례로서 발전기를 구동하기 위한 과급기 부착 가스 엔진이며, 또한 점화용 부실(副室)을 갖는 구성에 대해 설명하지만, 본 실시예의 구성은 이 형식의 가스 엔진에 한정되는 것은 아니며, 연소 방식에 의한 가스 엔진에도 적용 가능하다. 또한, 구동 대상은 도시되는 바와 같이 발전기가 바람직하지만, 발전기 이외의 경우에도 적용 가능하다.

도 1을 참조하여, 본 실시예에 관한 가스 엔진 시스템의 전체 구성에 대해 설명한다.

도 1에 있어서, 부호 1은 엔진(가스 엔진), 4는 상기 엔진(1)의 실린더 헤 드, 13은 상기 엔진(1)에 직결 구동되는 발전기, 14는 플라이 휠, 7은 배기 터빈(7a) 및 컴프레서(7b)로 이루어지는 과급기이다. 부호 3은 상기 각 실린더 헤드(4)의 급기 입구에 접속되는 급기 지관, 2는 상기 컴프레서(7b)의 급기 출구와 상기 각 급기 지관(3)을 접속하는 급기관, 9는 상기 급기관(2)을 흐르는 급기를 냉각하는 급기 냉각기이다.

부호 5는 상기 각 실린더 헤드의 배기 출구에 접속되는 배기관, 6은 상기 각 배기관(5)에 접속되는 배기 집합관, 110은 상기 배기 터빈(3a)의 배기 가스 출구로부터의 배기 가스를 배출하기 위한 배기 출구관이다.

부호 11은 배기 바이패스 관이며, 상기 배기 집합관(6)의 배기 터빈(7a) 입구측으로부터 분기되어 상기 배기 터빈(7a)을 바이패스하고, 상기 배기 터빈(7a) 출구측의 배기 출구관(110)에 접속되어 있다. 부호 12는 상기 배기 바이패스 관(11)의 통로 면적을 변화시키는 배기 바이패스 밸브이다.

부호 10은 외부로부터 공기를 상기 과급기(7)의 컴프레서(7b)에 도입하기 위한 과급기 입구 공기 통로이다. 부호 21은 연료 가스를 수용하는 연료 가스 탱크(도시 생략)로부터 연료 가스가 도입되는 가스 공급관이며, 상기 가스 공급관(21)은 가스 공급 주관(26)에 접속되고, 상기 가스 공급 주관(26) 도중에서 실린더마다 분기되어 가스 공급 지관(27)이 되어 상기 각 급기 지관(3)에 접속되어 있다.

부호 18은 상기 실린더측 가스 공급관(212)에 설치되어 상기 실린더측 가스 공급관(212)을 흐르는 연료 가스를 압축하는 가스 컴프레서이다. 부호 20은 상기 각 가스 공급 지관(26)에 설치되어 상기 각 가스 공급 지관(26)의 통로 면적, 즉 연료 가스 유량을 제어하는 연료 유량 제어 밸브이다.

부호 30은 상기 가스 공급관(21)으로부터 분기된 가스 공급 분기관이다. 상기 가스 공급 분기관(30)은, 상기 가스 유량 조정 밸브(20)보다 가스 흐름 상류측으로부터 분기되어 있고, 상기 가스 공급 분기관(30)을 통류하는 가스 유량은, 상기 가스 공급 주관(26)을 통류하는 가스 유량보다도 작게 설정되어 있다.

부호 15는 엔진 회전수를 검출하는 회전수 센서, 013은 상기 발전기(13)의 부하, 즉 엔진 부하를 검출하는 부하 검출기, 17은 상기 급기관(2)에 있어서의 급기 압력을 검출하는 급기 압력 센서, 16은 상기 급기관(2)에 있어서의 급기 온도를 검출하는 급기 온도 센서이다.

부호 24는 회전수 컨트롤러, 23은 공연비 컨트롤러, 22는 가스량 컨트롤러이며, 상기 회전수 센서(15)로부터의 엔진 회전수의 검출값은 상기 회전수 컨트롤러(24), 공연비 컨트롤러(23) 및 가스량 컨트롤러(22)에 입력되고, 상기 부하 검출기(013)로부터의 엔진 부하의 검출값은 공연비 컨트롤러(23)에 입력되고, 상기 급기 압력 센서(17)로부터의 급기 압력의 검출값은 공연비 컨트롤러(23) 및 가스량 컨트롤러(22)에 입력되고, 상기 급기 온도 센서(16)로부터의 급기 온도의 검출값은 공연비 컨트롤러(23) 및 가스량 컨트롤러(22)에 입력된다.

상기 회전수 컨트롤러(24)는, 통상의 전자 거버너로, 상기 회전수 센서(15)로부터의 엔진 회전수의 검출값에 기초하여 설정된 목표 회전수가 되도록 상기 각 실린더측 연료 유량 제어 밸브(20)의 개방도를 제어한다.

상기 공연비 컨트롤러(23)는, 상기 회전수 센서(15)로부터의 엔진 회전수의 검출값, 부하 검출기(013)로부터의 엔진 부하의 검출값, 급기 압력 센서(17)로부터의 급기 압력의 검출값 및 급기 온도 센서(16)로부터의 급기 온도의 검출값에 기초하여, 후술하는 수단에 의해 상기 배기 바이패스 밸브(12)의 개방도를 제어한다. 상기 가스량 컨트롤러(22)는 상기 회전수 센서(15)로부터의 엔진 회전수의 검출값, 급기 압력 센서(17)로부터의 급기 압력의 검출값 및 급기 온도 센서(16)로부터의 급기 온도의 검출값에 기초하여, 상기 연료 유량 제어 밸브(19)의 개방도를 제어한다.

도 2를 참조하여, 본 실시예의 특징적 구성인 연료 가스의 바이패스 구조에 대해 설명한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 연료 가스 공급관(21)은 가스 컴프레서(18)의 후류측이며 또한 연료 유량 제어 밸브(20)의 상류측에서, 연료 가스 공급 주관(26)과 연료 가스 공급 분기관(30)으로 분기되어 있다.

상기 연료 가스 공급 주관(26)은, 상기한 바와 같이 실린더마다 분기되어 가스 공급 지관(27)이 되어 상기 각 급기 지관(3)에 접속되어 있다.

한편, 상기 가스 공급 분기관(30)은, 또한 실린더마다 분기되어 가스 공급 분기 지관(32)에 접속되고, 상기 가스 공급 분기 지관(32)은 상기 각 급기 지관(3)에 접속되어 있다. 가스 공급 분기관(30) 상에는, 각 가스 공급 분기 지관(32)의 분기점보다 상류측에 분기 제어 밸브(31)가 설치되고, 상기 가스 공급 분기관(30)으로의 연료 가스의 통류를 제어하고 있다. 분기 제어 밸브(31)는, ON/OFF 제어에 의해 연료 가스의 통류의 유무를 제어하는 밸브이며, 상기 분기 제어 밸브(31)가 개방된 상태에서, 가스 공급 분기관(30)에는 가스 공급 주관(26)보다도 적은 소정 가스 유량의 연료 가스가 통류하도록 되어 있다. 적합하게는, 상기 가스 공급 분기관(30)의 가스 유량은, 상기 가스 공급 주관(26)의 가스 유량의 10 내지 30％, 더욱 적합하게는 20％ 정도로 한다.

상기 가스 공급 분기 지관(32) 상에는, 각각 분기 제어 밸브(33)가 구비되어 있다. 상기 분기 제어 밸브(33)는 ON/OFF 제어에 의해 연료 가스의 통류의 유무를 제어하는 밸브이며, 원칙적으로 가스 공급 분기관(30) 상에 연료 가스가 통류하고 있을 때에는 개방된 상태로 유지된다.

가스 엔진의 운전 중에, 어떠한 실린더에 문제가 발생한 경우, 해당하는 실린더에 대응하는 연료 유량 제어 밸브(20)와, 분기 제어 밸브(33)를 폐쇄하도록 한다. 이에 의해, 가스 엔진 전체의 운전을 정지시키는 일 없이, 문제가 발생한 실린더만 운전을 정지하여, 연료 가스의 실린더로의 공급을 확실하게 정지하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 가스 공급 분기 지관(32) 상에 오리피스(35)를 설치하는 것이 바람직하고, 이에 의해 가스 공급 분기 지관(32)으로부터 실린더에 공급되는 연료 가스 유량을 적절하게 제어 가능하다.

상기한 구성을 구비하는 가스 엔진의 운전에 있어서, 상기 가스 공급관(21)으로부터의 연료 가스는 가스 컴프레서(18)에서 압축된 후, 상기 가스 공급관(21)의 도중에서 분기된다. 그리고 분기된 연료 가스의 한쪽은 상기 가스 공급 주관(26)을 통과하여 각 실린더의 각 가스 공급 지관(27)을 통해, 상기 각 급기 지관(3)으로 들어가고, 상기 급기 지관(3) 내의 상기 혼합 공기에 혼입되어 각 실린 더 내로 송입된다.

또한 분기된 연료 가스의 다른 쪽은, 분기 제어 밸브(31)가 개방된 상태인 경우, 가스 분기관(30)을 통과하여 각 가스 공급 분기 지관(32)을 통해 상기 각 급기 지관(3)으로 들어가고, 가스 공급 주관(26)으로부터 공급된 연료 가스와 함께 상기 급기 지관(3) 내의 상기 혼합 공기에 혼입되어 각 실린더 내로 송입된다. 또한, 상기 가스 조정 밸브(33)는 항시 개방된 상태로 유지해 두는 것이 바람직하고, 실린더에 문제가 발생한 경우 등에 필요에 따라서 폐쇄로 제어하는 것이 바람직하지만, 분기 제어 밸브(31)에 연동시켜 상기 분기 제어 밸브(31)와 동일한 상태가 되도록 제어해도 좋다.

그리고 엔진(1)의 각 실린더로부터의 배기 가스는 배기관(5)을 통과하여 배기 집합관(6)에서 합류되고, 과급기(7)의 배기 터빈(7a)에 공급되어 상기 배기 터빈(7a)을 구동한 후, 배기 출구관(110)을 통과하여 외부로 배출된다.

또한, 상기 공연비 컨트롤러(23)로부터의 후술하는 바와 같은 제어 조작 신호에 의해 배기 바이패스 밸브(12)가 개방되면, 상기 배기 집합관(6) 내의 배기 가스의 일부는 상기 배기 터빈(7a)을 바이패스하여 배기 출구관(110)으로 배출된다.

본 실시예의 제어 방법으로서, 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력인 경우에는, 분기 제어 밸브(31)를 개방으로 하고, 연료 유량 제어 밸브(20)로부터 연료 가스 공급과, 분기 제어 밸브(31)로부터의 연료 가스 공급의 양쪽을 실행한다. 한편, 연료 가스가 고칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 저출력인 경우에는, 분기 제어 밸브(31)를 폐쇄로 하고, 연료 유량 제어 밸브(20)로부터만 연료 가스를 공급한다.

구체적으로는, 연료 유량 제어 밸브(20)의 개방도와 엔진 출력을 검출하고, 연료 유량 제어 밸브(20)의 개방도가 100％ 혹은 이것에 가까운 값(미리 설정된 값)이 되고, 또한 엔진 출력이 증가 경향에 있는 경우에 분기 제어 밸브(31)를 개방으로 제어한다. 계속해서, 분기 제어 밸브(31)에 의해 공급되는 일정 비율의 연료 가스량을 가하여, 소정의 공연비가 되도록 연료 유량 제어 밸브(20)에 의해 개방도 제어를 행하여 연료 가스 공급량을 조정한다. 즉, 분기 제어 밸브(31)가 100％가 된 시점에서, 연료 유량 제어 밸브(20)의 지령값은 100％로부터 낮아진 값이 된다.

그리고 분기 제어 밸브(31)는 100％의 개방도로 유지된 상태에서, 엔진 출력에 따라서 연료 유량 제어 밸브(20)에 의해 연료 가스 유량의 조정을 행한다. 이때, 상기한 바와 같이, 상기 분기 제어 밸브(31)로부터의 소정의 연료 가스 유량과 상기 연료 유량 제어 밸브(20)에 의해 제어되는 연료 가스 유량이, 과급기로부터 공급되는 공기에 대해 소정의 혼합비, 즉 공연비가 되도록 설정된다.

또한, 상기 분기 제어 밸브(31)가 개방된 상태에서 엔진 출력을 검출하고, 상기 엔진 출력이 미리 설정된 소정값 이하가 되면 상기 연료 가스가 고칼로리 또는 엔진 출력이 저출력이 된 것을 판단하여, 상기 분기 제어 밸브(31)를 폐쇄하고, 연료 유량 제어 밸브에 의해서만 공연비 제어를 행한다.

이와 같이, 연료 유량 제어 밸브(20)에 의해 제어 가능한 연료 가스 유량의 최대 임계값을 미리 구해 두고, 상기 최대 임계값이 되는 소정값 이하가 되면 분기 제어 밸브(31)를 폐쇄하여 상기 연료 가스 유량 제어 밸브에 의해서만 연료 가스 유량을 조정한다. 이에 의해, 간단하고 또한 고정밀도의 제어가 가능해진다. 또한, 실화(失火)된 경우에 있어서도, 분기 제어 밸브(31)를 폐쇄하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력인 경우와 같이, 연료 가스 공급량이 많아지는 경우에만, 가스 공급 분기관(30), 가스 공급 분기 지관(32)을 통해 연료 가스를 공급함으로써, 필요 연료 가스량을 확보하면서 고정밀도의 공연비 제어가 가능해진다.

또한 본 실시예에 따르면, 연료 가스와 공기의 혼합을, 실린더 바로 앞에서 행하고 있으므로 혼합 가스로부터 실린더까지의 경로를 짧게 할 수 있어, 폭발 등의 위험성을 회피하여 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 가스 엔진의 운전 중에, 어느 하나의 실린더에 문제가 발생한 경우, 해당하는 실린더에 대응하는 연료 유량 제어 밸브(20)와, 분기 제어 밸브(33)를 폐쇄함으로써, 가스 엔진 전체의 운전을 정지하는 일 없이, 문제가 발생한 실린더만 운전을 정지시켜, 연료 가스의 실린더로의 공급을 확실하게 정지하는 것이 가능해진다.

또한, 가스 공급 분기관(30), 가스 공급 분기 지관(32)을 통해 연료 가스를 공급할 때에, 임의의 정해진 소정의 유량의 연료 가스를 공급하도록 하고 있으므로, 연료 유량 제어 밸브(20)에 있어서의 공연비 제어를 간단하게 행할 수 있다.

또한, 연료 유량 제어 밸브(20)의 개방도가 완전 개방 상태이고 또한 엔진 출력이 증가 경향에 있을 때에 상기 가스 공급 밸브를 개방으로 함으로써, 가스 공급 분기관(30), 가스 공급 분기 지관(32)을 통해 공급하는 연료 가스의 필요 여부를 간단하고 또한 확실하게 판단할 수 있어, 고정밀도의 공연비 제어가 가능해진다.

또한, 엔진 출력이 미리 설정된 소정값 이하가 되면 분기 제어 밸브(31)를 폐쇄함으로써, 간단하고 또한 고정밀도의 제어가 가능해진다.

본 실시예에 따르면, 연료 가스를 과급기 입구 공기와 혼합하고 이 혼합 공기를 과급기에 공급하는 연료 가스 공급계와 연료 가스를 실린더마다의 급기 통로 내에 공급하는 연료 가스 공급계를 병설한 가스 엔진에 있어서, 과급기 출구에서의 연료 가스의 폭발의 가능성을 전무로 할 수 있는 동시에, 저칼로리 가스를 이용하는 경우에 있어서도 실린더마다의 급기 통로로의 연료 가스 압축용의 가스 컴프레서의 동력을 저감시킬 수 있어 상기 가스 컴프레서를 소형 소용량화한 가스 엔진을 제공할 수 있다.

Claims

과급기를 통해 급기된 공기와, 연료 가스 공급관을 통과하여 연료 유량 제어 밸브에 의해 연료 공급량이 제어된 연료 가스를 혼합하여 연소실 내에 공급하고, 엔진을 착화 연소시키는 가스 엔진 시스템의 제어 방법에 있어서,

상기 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력인 경우에는, 상기 연료 가스 공급관의 상기 연료 유량 제어 밸브보다 상류측에서 상기 연료 가스의 일부를 분기하고, 상기 분기한 연료 가스 유량이, 분기된 측의 연료 가스 유량보다 적은 일정 유량이 되도록 하고, 가스 공급 분기관 상에 설치되고 ON/OFF 제어되는 분기 제어 밸브를 통해 상기 분기한 연료 가스를 상기 연소실 내에 공급하고,

상기 연료 가스의 잔여분을, 상기 연료 가스 공급관으로부터 가스 공급 주관을 통해 상기 연료 유량 제어 밸브에 공급하고, 상기 연료 유량 제어 밸브에 의해 상기 연소실 내에 공급되는 혼합 가스가 소정의 공연비가 되도록 연료 가스량을 제어하도록 하는 동시에,

상기 연료 가스가 고칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 저출력인 경우에는, 상기 분기 제어 밸브를 폐쇄로 하고, 상기 가스 공급 주관에만 상기 연료 가스를 공급하도록 한 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 시스템의 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스 공급 분기관으로부터 각 연소실에 접속되는 가스 공급 분기 지관 상에, 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 가스 조정 밸브를 구비하 고 있고, 상기 엔진의 연소실에 문제가 발생한 경우에, 해당하는 연소실에 대응한 상기 연료 유량 제어 밸브와, 상기 가스 조정 밸브를 함께 폐쇄로 제어하여 상기 연료 가스의 통류를 정지하는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 시스템의 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 연료 유량 제어 밸브의 개방도를 검출하는 동시에 상기 엔진의 출력을 검출하고, 상기 연료 유량 제어 밸브의 개방도가 완전 개방 상태이며 또한 엔진 출력이 증가 경향에 있을 때에, 상기 연료 가스가 저칼로리인 경우 또는 엔진 출력이 고출력이라고 판단하여, 상기 분기 제어 밸브를 개방으로 하는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 시스템의 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 가스 공급 밸브가 개방 상태에서 엔진 출력을 검출하고, 상기 엔진 출력이 미리 설정된 소정값 이하가 되면 상기 연료 가스가 고칼로리 또는 엔진 출력이 저출력이 된 것을 판단하여, 상기 분기 제어 밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 시스템의 제어 방법.
과급기를 통해 급기된 공기의 연소실로의 공급량을 제어하는 급기 유량 제어 밸브와, 연료 공급관 상에 설치되고 연료 공급량의 상기 연소실로의 공급량을 제어하는 연료 유량 제어 밸브를 구비하는 동시에, 상기 공기와 상기 연료 가스를 소요의 공연비로 혼합하여 연소실 내에 공급하는 연료 분사 장치를 구비한 가스 엔진의 제어 장치에 있어서,

상기 연료 공급관을, 상기 연소실에 접속되는 가스 공급 주관과, 상기 연료 유량 제어 밸브의 상류측으로부터 분기시킨 가스 공급 분기관으로 분기시키고, 상기 가스 공급 분기관 상에 ON/OFF 제어되고 개방 상태에서 상기 가스 공급 주관을 통류하는 연료 가스 유량보다도 적은 유량의 연료 가스가 통류하는 분기 제어 밸브를 설치하는 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 시스템.
제5항에 있어서, 상기 가스 공급 분기관으로부터 각 연소실에 접속되는 가스 공급 분기 지관 상에, 상기 연료 가스의 유량을 조정하는 가스 조정 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는, 가스 엔진 시스템.