KR20130086050A - Gas fuel leakage detection method, and gas fuel leakage detection device, and gas engine equipped with same - Google Patents
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Abstract
가스 엔진(10)에 적용되는 기체 연료 누설 검지 방법이, 연료 헤더(25)로부터 연료 공급 밸브(26)에 기체 연료를 공급하는 연료 공급관(29)의 압력을 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 기간 내에 검출하고, 검출된 압력에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정한다. 다른 방법은, 연료 공급 밸브(26)로부터 기체 연료의 공급을 받는 급기 포트(13) 내의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정한다. 다른 방법은, 연료 공급 밸브(26)에 설치된 진동 센서를 이용하여 연료 공급 밸브(26)의 개폐에 따른 진동 강도를 검출하고, 검출된 진동 강도에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정한다.The gaseous fuel leak detection method applied to the gas engine 10 uses the pressure of the fuel supply pipe 29 for supplying gaseous fuel from the fuel header 25 to the fuel supply valve 26 to close the valve of the fuel supply valve 26. It detects within a period and determines whether gaseous fuel is leaking based on the detected pressure. Another method detects the oxygen concentration in the air supply port 13 to which gaseous fuel is supplied from the fuel supply valve 26, and determines whether gaseous fuel is leaking based on the detected oxygen concentration. Another method detects the vibration intensity according to the opening and closing of the fuel supply valve 26 using the vibration sensor provided in the fuel supply valve 26, and determines whether gaseous fuel is leaking based on the detected vibration intensity. .
Description
본 발명은, 가스 엔진용 연료 공급 밸브로부터의 기체 연료의 누설을 검지하기 위한 방법 및 장치, 및 그 장치를 구비한 가스 엔진에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for detecting leakage of gaseous fuel from a fuel supply valve for a gas engine, and a gas engine having the apparatus.
가스 엔진의 연료 공급 시스템은, 연료 헤더(header) 및 복수의 연료 공급관을 구비한다. 연료 헤더는, 복수의 실린더에 공통으로 설치되어 연료 공급원으로부터 기체 연료의 공급을 받는다. 연료 공급관은, 실린더마다 설치되어 연료 헤더를 대응하는 연료 공급 밸브에 연결한다. 연료 공급 밸브는, 연료 공급관으로부터 공급된 기체 연료를 엔진 사이클마다 분사한다. 연료 공급 밸브가 급기 포트에 배치되었을 경우, 분사된 기체 연료는, 급기 행정에서 급기와 함께 연소실에 공급된다. 가스 엔진에 있어서 엔진 사이클마다 분사되는 기체 연료의 용적은, 가솔린 등의 액체 연료를 이용하는 엔진에서의 그것에 비하여 크다. 이 때문에, 가스 엔진용 연료 공급 밸브는, 밸브체의 미세한 이동으로 분사구를 크게 개방하거나 폐쇄한다.The fuel supply system of the gas engine includes a fuel header and a plurality of fuel supply pipes. The fuel header is provided in common in a plurality of cylinders and receives gaseous fuel from a fuel supply source. The fuel supply pipe is provided for each cylinder and connects a fuel header to a corresponding fuel supply valve. The fuel supply valve injects gaseous fuel supplied from the fuel supply pipe for each engine cycle. When the fuel supply valve is arranged in the air supply port, the injected gaseous fuel is supplied to the combustion chamber together with the air supply in the air supply stroke. In a gas engine, the volume of gaseous fuel injected for every engine cycle is large compared with that in the engine using liquid fuel, such as gasoline. For this reason, the fuel supply valve for gas engines opens or closes a injection hole largely by the minute movement of a valve body.
바람직하지 않게도, 연료 공급 밸브의 밸브체와 밸브 시트(seat) 사이에 이물질이 끼여 밸브체가 밸브 시트에 적절하게 접촉할 수 없게되는 경우가 있다.Undesirably, there are cases where foreign matter is caught between the valve body of the fuel supply valve and the valve seat so that the valve body cannot properly contact the valve seat.
가스 엔진용 연료 분사 밸브에 이물질이 끼면, 분사구가 크게 개방되어 대량의 기체 연료가 누설될 우려가 있다. 기체 연료가 누설되면, 연소실 내의 공연비가 오버리치(over rich)하게 되어 실화가 발생하기 쉬워지고, 배기 중의 미연소 가스가 많아져 애프터 파이어(after fire)가 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 이물질의 낌 등을 원인으로 연료 공급 밸브가 제대로 밸브 폐쇄될 수 없고, 그에 의해 기체 연료가 누설되었을 경우, 이것을 신속하게 검지하여 엔진 긴급 정지 등의 신속하고도 적절한 대처가 요구된다.If foreign matter is caught in the fuel injection valve for the gas engine, the injection port may be greatly opened, and a large amount of gaseous fuel may leak. When the gaseous fuel leaks, the air-fuel ratio in the combustion chamber becomes over rich, and misfire is likely to occur, and the unburned gas in the exhaust is large, and after fire easily occurs. For this reason, the fuel supply valve cannot be closed properly due to the contamination of foreign matters, and when the gaseous fuel leaks by this, it is quickly detected, and prompt and appropriate measures such as emergency stop of the engine are required.
그래서 종래부터 기체 연료의 누설을 검지하기 위한 장치 및 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1~3 참조). 연료 공급 밸브와는 다르지만, 흡배기 밸브에 이물질이 끼여 있는지 아닌지를 검지하기 위한 장치 및 방법도 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조). 한편, 특허문헌 1~4에 개시된 장치 및 방법은 모두 차량용 엔진에의 적용을 염두에 둔 것이다.Therefore, conventionally, the apparatus and method for detecting the leakage of gaseous fuel are proposed (for example, refer patent documents 1-3). Although different from a fuel supply valve, the apparatus and the method for detecting whether the foreign matter is stuck in the intake / exhaust valve are also proposed (for example, refer patent document 4). On the other hand, the apparatuses and methods disclosed in
특허문헌 1은, 차단 밸브와 압력 센서를 구비한 개방 고장 검지 장치를 개시하고 있다. 차단 밸브는 연료 공급 밸브에 기체 연료를 공급하기 위한 통로에 설치되고, 압력 센서는 연료 공급 밸브와 차단 밸브 사이의 압력을 검출한다. 이 장치는, 연료 공급 밸브 및 차단 밸브를 밸브 폐쇄한 상태에서 두 밸브 사이의 압력을 감시하고, 압력이 감소하였을 때에 기체 연료가 누설되고 있다고 판단한다.
특허문헌 2는 압력 센서를 구비한 연료 누설 검출 장치를 개시하고 있다. 압력 센서는, 연료 공급 밸브의 상류의 연료 공급 통로의 압력을 검출한다. 이 장치는, 퓨얼 컷(fuel cut) 시작으로부터 소정 기간 경과 후의 압력이 소정 값보다 낮을 때에 기체 연료가 누설되고 있다고 판단한다. 한편, 퓨얼 컷은, 차량이 감속하고 있을 때 등에 실행된다. 퓨얼 컷 실행 중, 연료 공급 밸브는 분사구를 폐쇄한 상태로 정지한다.Patent document 2 is disclosing the fuel leak detection apparatus provided with the pressure sensor. The pressure sensor detects the pressure of the fuel supply passage upstream of the fuel supply valve. This apparatus judges that gaseous fuel is leaking when the pressure after a predetermined period since the start of the fuel cut is lower than the predetermined value. On the other hand, fuel cut is performed when the vehicle is decelerating. During fuel cut execution, the fuel supply valve stops with the injection port closed.
특허문헌 3은, 배기의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 센서를 구비한 연료 분사 장치를 개시하고 있다. 이 장치는, 배기의 산소 농도로부터 얻어지는 실측 공기 과잉율이 운전 조건에 따른 목표 공기 과잉율에 일치하도록, 연료 공급 밸브에 밸브 개방 지령을 부여한다. 그리고 연료 공급 밸브에 부여되어 있는 현재의 밸브 개방 지령과, 이전에 같은 운전 조건 하에서 연료 공급 밸브에 부여된 사용 초기 상태에서의 밸브 개방 지령을 비교하여, 현재의 밸브 개방 지령과 사용 초기 상태에서의 밸브 개방 지령의 차이가 커지면, 기체 연료가 누설되고 있다고 판단한다.Patent document 3 is disclosing the fuel injection apparatus provided with the oxygen concentration sensor which detects the oxygen concentration of exhaust. This apparatus gives a valve opening command to a fuel supply valve so that the actual air excess rate obtained from the oxygen concentration of exhaust may correspond to the target air excess rate according to an operating condition. And comparing the current valve opening command given to the fuel supply valve with the valve opening command in the initial state of use previously given to the fuel supply valve under the same operating conditions. When the difference in the valve open command becomes large, it is determined that gaseous fuel is leaking.
특허문헌 4는, 노크 센서(knock sensor)를 사용한 이물질 끼임 검출 장치를 개시하고 있다. 노크 센서는 실린더 블록에 설치되어 기관의 진동을 검출한다. 이 장치는, 기관의 진동을 밴드 패스 필터(band pass filter)에 통과시켜 흡배기 밸브의 밸브 폐쇄 진동을 선별하고, 밸브 폐쇄 진동의 발생 타이밍이 예상으로부터 4회 연속으로 벗어났을 때에 이물질이 흡배기 밸브에 끼여 있다고 판단한다.
Patent document 4 is disclosing the foreign material pinch detection apparatus using a knock sensor. The knock sensor is installed in the cylinder block to detect vibration of the engine. This device selects the valve closing vibration of the intake and exhaust valve by passing the engine vibration through a band pass filter, and when the timing of occurrence of the valve closing vibration deviates four times consecutively from the expectation, the foreign matter enters the intake and exhaust valve. I think it is stuck.
그러나 특허문헌 1에 개시된 방법에 따르면, 차단 밸브를 밸브 폐쇄한 상태에서 압력의 시간 변화를 감시하는 것이 허용되는 상황 하에서, 즉 엔진이 정지되어 있는 상황 하에서가 아니라면, 기체 연료가 누설되고 있는지 아닌지를 판단할 수가 없다. 이 때문에, 엔진이 가동되고 있는 동안에 기체 연료가 누설되었다고 하여도 이를 신속하게 검지할 수가 없다.However, according to the method disclosed in
특허문헌 2에 개시된 방법에 따르면, 퓨얼 컷을 실행하고 있는 상황 하에서가 아니라면, 기체 연료가 누설되고 있는지 아닌지를 판별할 수가 없다. 이 때문에, 연료 공급 밸브가 통상과 같이 가동되고 있는 동안에 기체 연료가 누설되었다고 하여도 이를 신속하게 검지할 수가 없다. 발전용 엔진과 같이, 퓨얼 컷을 실행하는 기회가 차량용 엔진과 비교하여 적은 용도 또는 분야에 있어서 이 방법을 채용하여도 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처하는 것은 매우 어렵다.According to the method disclosed in Patent Literature 2, it is not possible to determine whether or not gaseous fuel is leaking, unless under the condition of performing fuel cut. For this reason, even if gaseous fuel leaks while the fuel supply valve is operating normally, this cannot be detected quickly. Like the engine for power generation, it is very difficult to cope with the leakage of gaseous fuel quickly even if this method is adopted in a use or field where the opportunity to perform fuel cut is less than that of a vehicle engine.
특허문헌 3에 개시된 방법에 따르면, 기체 연료의 누설이 배기의 산소 농도에 영향을 미칠 때까지 기체 연료의 누설을 검지할 수가 없다. 이 때문에, 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처하는 것이 어렵다. 또, 비정상적인 연료 공급 밸브가 어느 실린더에 대응하는 것인지를 특정할 수가 없다.According to the method disclosed in Patent Document 3, the leakage of the gaseous fuel cannot be detected until the leakage of the gaseous fuel affects the oxygen concentration of the exhaust gas. For this reason, it is difficult to cope quickly with leakage of gaseous fuel. In addition, it is not possible to specify which cylinder the abnormal fuel supply valve corresponds to.
특허문헌 4에 개시된 방법에 따르면, 이물질의 끼임이 발생하여도 그 후 적어도 4개의 엔진 사이클이 경과하지 않는 한, 이를 검지할 수가 없다. 따라서 이물질의 끼임에 대하여 신속하게 대처하는 것이 어렵다.According to the method disclosed in Patent Document 4, even if jamming of foreign matter occurs, it cannot be detected unless at least four engine cycles have elapsed thereafter. Therefore, it is difficult to respond quickly to the jamming of foreign objects.
또, 특허문헌 4에 개시된 방법을 연료 공급 밸브에 유용하는 것은 쉽지 않다. 연료 공급 밸브의 밸브 폐쇄 진동은 흡배기 밸브에 비교하여 작고, 연료 공급 밸브는 흡배기 밸브와 비교하여 실린더 블록으로부터 원위(遠位)에 배치된다. 이 때문에, 노크 센서에 의해 검출된 기관의 진동으로부터 연료 공급 밸브의 밸브 폐쇄 진동을 선별하는 것은 매우 어렵다. 또, 연료 공급 밸브는 미세한 동작으로 분사구를 개폐한다. 이 때문에, 만일 이물질이 연료 공급 밸브에 끼였다고 하여도 밸브 폐쇄 진동의 발생 타이밍이 크게 어긋나지 않는다. Moreover, it is not easy to use the method disclosed by patent document 4 for a fuel supply valve. The valve closing vibration of the fuel supply valve is small compared to the intake and exhaust valve, and the fuel supply valve is disposed distal from the cylinder block in comparison with the intake and exhaust valve. For this reason, it is very difficult to sort out the valve closing vibration of the fuel supply valve from the vibration of the engine detected by the knock sensor. In addition, the fuel supply valve opens and closes the injection port by a fine operation. For this reason, even if foreign matter gets caught in the fuel supply valve, the timing of generating the valve closing vibration does not greatly shift.
그래서 본 발명은, 만일 이물질의 끼임 등을 원인으로 기체 연료가 누설되었다고 하여도 이를 신속하게 검지하고, 그에 따라 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to make it possible to quickly detect a gaseous fuel leak even if it is caught due to a foreign matter or the like, and thereby to cope quickly with the leakage of the gaseous fuel.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 것이다. 한편, 이하에서는, 연료 공급 밸브가 밸브 폐쇄하도록 의도된 기간을, 연료 공급 밸브가 정상적으로 밸브 폐쇄되어 있는지 아닌지와 상관없이 「밸브 폐쇄 기간」이라고 칭한다. 연료 공급 밸브가 밸브 개방하도록 의도된 기간을, 연료 공급 밸브가 정상적으로 밸브 폐쇄할 수 없는 경우를 제외하고 「밸브 개방 기간」이라고 칭한다. 특별히 미리 말해두지 않고 단순히 「밸브 폐쇄 기간」및 「밸브 개방 기간」이라고 기재할 경우, 가스 엔진용 연료 공급 밸브를 대상으로 한다.The present invention has been made to achieve the above object. In addition, below, the period in which the fuel supply valve is intended to close the valve is called "valve closing period" regardless of whether the fuel supply valve is normally closed. The period in which the fuel supply valve is intended to open the valve is referred to as "valve opening period" except when the fuel supply valve cannot normally close the valve. If not specifically mentioned before, simply describing as "a valve closing period" and a "valve opening period", it uses the fuel supply valve for gas engines.
본 발명에 따른 기체 연료 누설 검지 방법은, 기체 연료를 분사하는 가스 엔진용 연료 공급 밸브로부터의 기체 연료 누설을 검지하기 위한 방법으로서, 연료 헤더로부터 상기 연료 공급 밸브에 기체 연료를 공급하는 연료 공급관의 압력을 상기 연료 공급 밸브의 밸브 폐쇄 기간 내에 검출하고, 검출된 압력에 기초하여, 또는 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료의 공급을 받는 급기 포트 내의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도에 기초하여, 또는 상기 연료 공급 밸브에 설치된 진동 센서를 이용하여 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동의 강도를 검출하고, 검출된 진동의 강도에 기초하여, 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정한다. A gaseous fuel leak detection method according to the present invention is a method for detecting a gaseous fuel leak from a fuel supply valve for a gas engine for injecting gaseous fuel, the gaseous fuel leaking from a fuel header to the fuel supply valve. A pressure is detected within the valve closing period of the fuel supply valve, and based on the detected pressure or an oxygen concentration in the air supply port receiving gas fuel from the fuel supply valve, and based on the detected oxygen concentration, Or using the vibration sensor provided in the fuel supply valve to detect the intensity of vibration caused by the opening and closing of the fuel supply valve, and determining whether gaseous fuel is leaking from the fuel supply valve based on the detected intensity of vibration. do.
상기 방법에 의하면, 기체 연료가 누설되고 있는지 여부가, 밸브 폐쇄 기간에서의 연료 공급관의 압력, 급기 포트 내의 산소 농도 또는 연료 공급 밸브의 진동 강도에 기초하여 판정된다. 어느 쪽에 따르더라도 가스 엔진용 연료 분사 밸브로부터 기체 연료가 누설되었을 경우에는, 이를 신속하게 검지할 수가 있다. 그에 의해, 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처할 수가 있다. 이하, 상기 방법의 사용에 따라 어떻게 이와 같은 작용이 일어나는지에 대하여, 동일 목적을 달성하기 위하여 동일한 지식과 착안에 비추어 행하여진 본 발명에 따른 기체 연료 누설 검지 장치와 함께 기술한다.According to this method, whether gaseous fuel is leaking or not is determined based on the pressure of the fuel supply pipe in the valve closing period, the oxygen concentration in the air supply port, or the vibration intensity of the fuel supply valve. Either way, when gaseous fuel leaks from the fuel injection valve for gas engines, it can be detected quickly. As a result, it is possible to quickly cope with the leakage of the gaseous fuel. The following describes how such an action occurs in accordance with the use of the method, together with the gaseous fuel leak detection apparatus according to the present invention, which has been carried out in light of the same knowledge and concept in order to achieve the same purpose.
본 건 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위하여 가스 엔진용 연료 공급 밸브로부터 기체 연료의 누설을 검지하기 위한 방법 및 장치를 개발하는 과정에서, 다음의 지식을 얻었다. 연료 공급 밸브가 정상일 경우에는, 밸브 개방 기간에, 기체 연료가 연료 공급관 내에서 고속으로 흘러 동압(動壓)을 발생한다. 이때, 마찰로 인하여 압력이 하강하기 때문에, 연료 공급관의 정압(靜壓)이 감소한다. 밸브 폐쇄 기간에서는, 기체 연료가 흐르지 않고, 연료 공급관의 압력이 연료 헤더 내의 기체 연료의 압력(이하, 「연압(燃壓)」이라고 칭한다)과 대략 같은 값이 된다. 그런데, 이물질의 끼임 등을 원인으로 연료 공급 밸브를 정상적으로 밸브 폐쇄할 수 없는 경우에는, 연료 공급 밸브가 본래적으로 폐쇄되어 있어야 할 밸브 폐쇄 기간에도 기체 연료가 계속 누설된다. 그러면, 기체 연료가 연료 공급관 내에서 계속 흐르기 때문에, 동압이 연료 공급관에 남고, 정압이 연압과 대략 같은 값까지 회복되지 않는다. 이 정압의 회복 부전(不全)은, 기체 연료의 누설이 발생하자마자 일어난다.In order to achieve the above object, the inventor has obtained the following knowledge in the process of developing a method and apparatus for detecting leakage of gaseous fuel from a fuel supply valve for a gas engine. When the fuel supply valve is normal, in the valve opening period, gaseous fuel flows at high speed in the fuel supply pipe to generate dynamic pressure. At this time, since the pressure drops due to the friction, the static pressure of the fuel supply pipe decreases. In the valve closing period, no gaseous fuel flows, and the pressure of the fuel supply pipe is approximately equal to the pressure of the gaseous fuel in the fuel header (hereinafter referred to as "soft pressure"). By the way, when the fuel supply valve cannot be normally closed due to the trapping of foreign matters, gaseous fuel continues to leak even in the valve closing period in which the fuel supply valve should be closed inherently. Then, since gaseous fuel continues to flow in the fuel supply pipe, dynamic pressure remains in the fuel supply pipe, and the static pressure does not recover to a value approximately equal to the annual pressure. The recovery failure of the static pressure occurs as soon as the leakage of the gaseous fuel occurs.
그래서 본건 발명자는, 밸브 폐쇄 기간에서의 연료 공급관의 압력을 이용하면, 연료 공급 밸브가 가동되고 있는 동안이어도 기체 연료의 누설을 신속하게 검지할 수 있다고 착안하였다(도 5 참조). 상기 방법 및 하기의 본 발명에 따른 제1 기체 연료 누설 검지 장치는, 이러한 지식 및 착안으로부터 발상된 것이다.Thus, the inventors have conceived that, by using the pressure of the fuel supply pipe in the valve closing period, the leakage of gaseous fuel can be detected quickly even while the fuel supply valve is in operation (see Fig. 5). The above-described method and the first gaseous fuel leak detection apparatus according to the present invention are conceived from this knowledge and concept.
본 발명에 따른 제1 기체 연료 누설 검지 장치는, 가스 엔진용 연료 공급 밸브로부터의 기체 연료 누설을 검지하기 위한 장치로서, 연료 헤더를 상기 연료 공급 밸브에 연결하는 연료 공급관의 압력을 검출하는 압력 센서와, 상기 연료 공급 밸브의 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초하여 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 판정 장치를 구비한다.A first gaseous fuel leak detection apparatus according to the present invention is a device for detecting gaseous fuel leakage from a fuel supply valve for a gas engine, the pressure sensor detecting a pressure in a fuel supply pipe connecting a fuel header to the fuel supply valve. And a determination device that determines whether gaseous fuel is leaking from the fuel supply valve on the basis of the pressure detected by the pressure sensor within the valve closing period of the fuel supply valve.
앞서 언급한 바와 같이, 연료 공급 밸브가 정상적으로 밸브 폐쇄할 수 없으면, 이에 의해 연료 공급관의 회복 부전이 즉시 발생한다. 그리고 연료 공급 밸브가 가동될 때에는, 1개의 엔진 사이클이 경과할 때까지의 사이에 밸브 폐쇄 기간이 반드시 존재한다. 그래서 상기 방법 및 장치에 있어서는, 밸브 폐쇄 기간 내에 검출된 연료 공급관의 압력에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부가 판정된다. 이 때문에, 만일 이물질의 끼임 등을 원인으로 기체 연료가 누설되었다고 하여도 이를 신속하고도 고정밀도로 검지할 수가 있다. 따라서 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처할 수가 있다.As mentioned above, if the fuel supply valve cannot be normally closed, the recovery failure of the fuel supply line immediately occurs. And when a fuel supply valve is operated, a valve closing period exists necessarily until one engine cycle passes. Thus, in the above method and apparatus, it is determined whether gaseous fuel is leaking based on the pressure of the fuel supply pipe detected within the valve closing period. For this reason, even if the gaseous fuel leaks due to the pinch of foreign matter, it can be detected quickly and with high accuracy. Therefore, it is possible to respond quickly to the leakage of gaseous fuel.
상기 연료 공급관이 스로틀을 갖고, 상기 압력 센서가 상기 스로틀보다 하류측의 압력을 검출하여도 좋다.The fuel supply pipe may have a throttle, and the pressure sensor may detect a pressure downstream from the throttle.
상기 연료 헤더 내의 기체 연료 압력을 검출하는 연압 센서를 구비하고, 상기 판정 장치는, 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력과 상기 연압 센서에 의해 검출되는 압력의 차압에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하여도 좋다.And a soft pressure sensor for detecting gaseous fuel pressure in the fuel header, wherein the determination device is configured to determine whether or not gaseous fuel is leaking based on a differential pressure between the pressure detected by the pressure sensor and the pressure detected by the soft pressure sensor. May be determined.
상기 가스 엔진의 크랭크 축의 회전 위상을 검출하는 회전 위상계를 구비하고, 상기 판정 장치가 상기 회전 위상계에 의해 검출되는 회전 위상에 기초하여 상기 밸브 폐쇄 기간을 인지하여도 좋다.A rotational phase meter which detects the rotational phase of the crankshaft of the said gas engine may be provided, and the said determination apparatus may recognize the said valve closing period based on the rotational phase detected by the said rotational phaseometer.
상기 판정 장치가, 상기 연료 공급 밸브의 구동 지령 신호에 기초하여 상기 밸브 폐쇄 기간을 인지하여도 좋다.The determination device may recognize the valve closing period based on the drive command signal of the fuel supply valve.
상기 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이, 그 이전의 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력보다 낮을 때에, 상기 판정 장치는, 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하여도 좋다. When the pressure detected by the pressure sensor in the valve closing period is lower than the pressure detected by the pressure sensor in the previous valve closing period, the determination device may determine that gaseous fuel is leaking.
상기 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이, 상기 가스 엔진의 피스톤이 하사점 부근에 위치하는 시점에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이어도 좋다.The pressure detected by the pressure sensor within the valve closing period may be the pressure detected by the pressure sensor when the piston of the gas engine is located near the bottom dead center.
아울러, 본 건 발명자는, 다음의 지식도 얻었다. 연료 공급 밸브가 급기 포트에 기체 연료를 공급하기 위한 것이라고 한다. 연료 공급 밸브가 정상일 경우에는, 밸브 폐쇄 기간에는 기체 연료가 급기 포트에 공급되지 않는다. 이 때문에, 급기 포트 내의 산소 농도는 대기와 거의 같은 값이 된다. 밸브 개방 기간에도, 기체 연료가 급기 포트를 흐르는 급기와 함께 연소실에 재빠르게 공급된다. 이 때문에, 급기 포트 내의 산소 농도는 대기와 거의 같은 값이 된다. 그 결과, 연료 공급 밸브가 정상일 경우에는, 급기 포트 내의 산소 농도는 1개의 엔진 사이클이 경과하는 동안, 좁은 수치 범위 내에서 안정적으로 변해간다. 그런데, 이물질의 끼임 등을 원인으로 연료 공급 밸브가 이상일 경우에는, 연료 공급 밸브가 본래적으로 폐쇄되어 있어야 할 밸브 폐쇄 기간에도, 기체 연료가 급기 포트로 계속 누설된다. 연료 공급 밸브의 밸브 폐쇄 기간의 일부 또는 전부가 급기 밸브가 폐쇄되어 있는 기간과 오버랩 된다. 이 때문에, 기체 연료가 급기 포트로 계속 누설되는데 급기의 흐름은 멈추어버려 급기 포트 내의 산소 농도는 급격하게 감소한다. 특히 엔진 회전수가 낮을 경우에는, 1개의 엔진 사이클이 경과하는 사이에 급기 밸브가 폐쇄되어 있는 실제의 시간이 길어지기 때문에, 급기 포트 내의 산소 농도의 감소가 표면화된다. 이러한 급기 포트 내의 산소 농도의 감소는, 기체 연료의 누설이 발생하자마자 일어난다.In addition, the inventor also obtained the following knowledge. The fuel supply valve is said to supply gaseous fuel to the air supply port. When the fuel supply valve is normal, no gaseous fuel is supplied to the supply port during the valve closing period. For this reason, the oxygen concentration in the air supply port is almost the same as the atmosphere. Even in the valve opening period, the gaseous fuel is quickly supplied to the combustion chamber together with the air supply flowing through the air supply port. For this reason, the oxygen concentration in the air supply port is almost the same as the atmosphere. As a result, when the fuel supply valve is normal, the oxygen concentration in the air supply port is stably changed within a narrow numerical range during one engine cycle. By the way, when the fuel supply valve is abnormal due to pinch of foreign matter or the like, gaseous fuel continues to leak to the air supply port even in a valve closing period in which the fuel supply valve should be closed inherently. Part or all of the valve closing period of the fuel supply valve overlaps with the period in which the air supply valve is closed. For this reason, while gaseous fuel continues to leak to an air supply port, the flow of air supply stops and oxygen concentration in an air supply port falls rapidly. In particular, when the engine speed is low, since the actual time that the air supply valve is closed between one engine cycle elapses, the decrease in the oxygen concentration in the air supply port is surfaced. This decrease in oxygen concentration in the air supply port occurs as soon as gaseous fuel leakage occurs.
그래서 본 건 발명자는, 급기 포트 내의 산소 농도를 이용하면, 기체 연료의 누설을 신속하게 검지할 수 있다고 착안하였다(도 11 참조). 상기 방법 및 하기의 본 발명에 따른 제2 실시예의 기체 연료 누설 검지 장치는, 이러한 지식 및 착안으로부터 발상된 것이다.Thus, the inventors have conceived that the leakage of gaseous fuel can be detected quickly by using the oxygen concentration in the air supply port (see Fig. 11). The gaseous fuel leak detection apparatus of the second embodiment according to the method and the present invention described below is conceived from this knowledge and concept.
본 발명에 따른 제2 기체 연료 누설 검지 장치는, 가스 엔진용 연료 공급 밸브로부터의 기체 연료 누설을 검지하기 위한 장치로서, 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료의 공급을 받는 급기 포트 내의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 센서와, 상기 산소 농도 센서에 의해 검출된 산소 농도에 기초하여 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 판정 장치를 구비한다. The second gaseous fuel leak detection device according to the present invention is a device for detecting gaseous fuel leakage from a fuel supply valve for a gas engine, which detects an oxygen concentration in an air supply port receiving gaseous fuel from the fuel supply valve. And an oxygen concentration sensor and a determination device that determines whether gaseous fuel is leaking from the fuel supply valve based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor.
앞서 언급한 바와 같이, 연료 공급 밸브가 정상이라면, 급기 포트 내의 산소 농도는 1개의 엔진 사이클이 경과하는 동안에, 좁은 수치 범위 내에서 안정적으로 변해간다. 한편, 연료 공급 밸브에 이상이 발생하면, 급기 포트 내의 산소 농도는 해당 수치 범위를 넘어 급격하게 감소한다. 그래서 상기 방법 및 장치에서는, 급기 포트 내의 산소 농도에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부가 판정된다. 이 때문에, 만일 이물질의 끼임 등을 원인으로 기체 연료가 누설되고 있어도 이를 신속하고도 고정밀도로 검지할 수가 있다. 그에 의해 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처할 수가 있다.As mentioned above, if the fuel supply valve is normal, the oxygen concentration in the air supply port is stably changed within a narrow numerical range during one engine cycle. On the other hand, if an abnormality occurs in the fuel supply valve, the oxygen concentration in the air supply port decreases drastically beyond the corresponding numerical range. Thus, in the above method and apparatus, it is determined whether gaseous fuel is leaking based on the oxygen concentration in the air supply port. For this reason, even if gaseous fuel leaks due to the pinch of foreign matter etc., it can be detected quickly and with high precision. This makes it possible to quickly cope with the leakage of gaseous fuel.
상기 판정 장치는, 상기 가스 엔진의 크랭크 축의 회전 위상이 소정 위상일 때에 상기 산소 농도 센서에 의해 검출된 산소 농도를 소정의 문턱값과 비교하여도 좋다. The determination device may compare the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor with a predetermined threshold when the rotational phase of the crankshaft of the gas engine is a predetermined phase.
상기 크랭크 축의 회전 위상을 검출하는 회전 위상계를 구비하고, 상기 판정 장치는, 상기 회전 위상계에 의해 검출되는 회전 위상을, 상기 회전 위상계로부터 직접적으로 또는 상기 가스 엔진의 엔진 제어 장치를 통하여 간접적으로 받아들여도 좋다.And a rotational phase meter for detecting the rotational phase of the crankshaft, and the determination device indirectly directs the rotational phase detected by the rotational phasemeter directly from the rotational phasemeter or through an engine control device of the gas engine. You may accept as.
검출된 산소 농도가 상기 소정의 문턱값보다 낮을 경우에, 상기 판정 장치는, 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하여도 좋다.When the detected oxygen concentration is lower than the predetermined threshold, the determination device may determine that gaseous fuel is leaking.
아울러, 본 건 발명자는, 다음의 지식을 얻었다. 연료 공급 밸브의 진동은, 예를 들면 밸브체가 밸브 시트 또는 이물질에 접촉하였을 때에 발생한다. 밸브체와 밸브 시트의 사이에 이물질이 끼이면, 이물질이 끼여 있지 않을 때와 비교하여 밸브체의 이동 거리가 짧아진다. 이 때문에, 다른 요인과도 서로 작용하여 진동이 완화된다. 이 진동 완화는 이물질의 끼임이 발생하자마자 일어난다. In addition, the inventor obtained the following knowledge. Vibration of the fuel supply valve occurs, for example, when the valve body contacts the valve seat or the foreign matter. When foreign matter is caught between the valve body and the valve seat, the moving distance of the valve body is shortened as compared with when no foreign matter is caught. For this reason, vibrations are alleviated by interacting with other factors. This vibration mitigation occurs as soon as the jamming of foreign matter occurs.
그래서 본 건 발명자는, 연료 공급 밸브의 진동의 강도를 이용하면, 연료 공급 밸브가 가동하고 있는 동안이어도 이물질의 끼임을 신속하게 검지할 수가 있고 나아가서는 기체 연료의 누설을 신속하게 검지할 수 있다고 착안하였다(도 16 참조). 상기 방법 및 하기의 본 발명에 따른 제3 기체 연료 누설 검지 장치는, 이러한 지식과 착안으로부터 발상된 것이다.Therefore, the inventors of the present invention have found that, by using the intensity of vibration of the fuel supply valve, the jamming of foreign matters can be detected quickly even while the fuel supply valve is in operation, and further, the leakage of gaseous fuel can be detected quickly. (See FIG. 16). The method and the third gaseous fuel leak detection apparatus according to the present invention described below are conceived from this knowledge and concept.
본 발명에 따른 제3 기체 연료 누설 검지 장치는, 가스 엔진용 연료 공급 밸브로부터의 기체 연료 누설을 검지하기 위한 장치로서, 상기 연료 공급 밸브에 설치되어 상기 연료 공급 밸브의 진동 강도를 검출하는 진동 센서와, 상기 진동 센서에 의해 검출된 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동 강도에 기초하여 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 판정 장치를 구비한다.A third gaseous fuel leak detection apparatus according to the present invention is a device for detecting gaseous fuel leakage from a fuel supply valve for a gas engine, and is provided in the fuel supply valve and detects a vibration intensity of the fuel supply valve. And a judging device for judging whether or not gaseous fuel is leaking from the fuel supply valve on the basis of the vibration intensity resulting from the opening and closing of the fuel supply valve detected by the vibration sensor.
앞서 언급한 바와 같이, 이물질의 끼임이 발생하면, 진동의 강도는 즉시 변화한다. 상기 방법 및 구성에 따르면, 진동 센서는, 연료 공급 밸브에 설치되어 있기 때문에, 연료 공급 밸브의 진동 강도를 양호하게 검출한다. 그리고 이 진동 센서에 의해 검출된 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동 강도에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부가 판정된다. 이 때문에, 만일 이물질이 연료 공급 밸브에 끼여도 이를 신속하고도 고정밀도로 검지할 수가 있다. 이에 의해, 이물질의 끼임을 원인으로 기체 연료가 누설되었다고 하여도 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처할 수가 있다.As mentioned above, when the foreign matter is jammed, the intensity of vibration immediately changes. According to the above method and configuration, since the vibration sensor is provided in the fuel supply valve, the vibration intensity of the fuel supply valve is well detected. Then, it is determined whether or not gaseous fuel is leaking based on the vibration intensity resulting from the opening and closing of the fuel supply valve detected by the vibration sensor. Therefore, even if foreign matter gets caught in the fuel supply valve, it can be detected quickly and with high accuracy. Thus, even if the gaseous fuel leaks due to the trapping of foreign matters, it is possible to quickly cope with the leakage of the gaseous fuel.
상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호를 공급하는 개폐 신호 공급 장치를 구비하고, 상기 판정 장치가, 상기 개폐 신호 공급 장치로부터 공급되는 신호에 기초하여 상기 연료 공급 밸브의 개폐를 인지하고, 상기 개폐 신호 공급 장치가, 상기 가스 엔진의 엔진 제어 장치이고, 상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호가, 상기 엔진 제어 장치로부터 입력하는 상기 연료 공급 밸브의 구동 지령 신호이어도 좋다.An opening / closing signal supply device for supplying a signal indicating an opening / closing timing of the fuel supply valve, wherein the determination device recognizes the opening / closing of the fuel supply valve on the basis of a signal supplied from the opening / closing signal supply device, The signal supply device may be an engine control device of the gas engine, and a signal indicating opening / closing timing of the fuel supply valve may be a drive command signal of the fuel supply valve input from the engine control device.
상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호를 공급하는 개폐 신호 공급 장치를 구비하고, 상기 판정 장치가, 상기 개폐 신호 공급 장치로부터 공급되는 신호에 기초하여 상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 인지하고, 상기 개폐 신호 공급 장치, 상기 가스 엔진의 크랭크 축의 회전 위상을 검출하는 회전 위상계이고, 상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호가, 상기 크랭크 축의 회전 위상을 나타내는 회전 위상 신호이고, 상기 판정 장치는, 상기 회전 위상계로부터 직접적으로 또는 상기 가스 엔진의 엔진 제어 장치를 통하여 간접적으로 상기 회전 위상 신호를 받아들여도 좋다. An opening / closing signal supply device for supplying a signal indicating opening / closing timing of the fuel supply valve, wherein the determination device recognizes the opening / closing timing of the fuel supply valve based on a signal supplied from the opening / closing signal supply device, and An open / close signal supply device and a rotational phase meter for detecting the rotational phase of the crankshaft of the gas engine, and a signal indicating the open / close timing of the fuel supply valve is a rotational phase signal indicating the rotational phase of the crankshaft, The rotational phase signal may be received directly from the rotational phase meter or indirectly through an engine control device of the gas engine.
상기 진동 센서에 의해 검출된 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동 강도가, 소정의 문턱값 이하일 때에, 상기 판정 장치는 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하여도 좋다. When the vibration intensity according to the opening and closing of the fuel supply valve detected by the vibration sensor is equal to or less than a predetermined threshold, the determination device may determine that gaseous fuel is leaking.
상기 진동 센서에 의해 검출된 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동 강도가, 그 이전의 것과 비교하여 소정 값 이상으로 저하 된 때에, 상기 판정 장치는 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하여도 좋다.When the vibration intensity resulting from the opening and closing of the fuel supply valve detected by the vibration sensor drops to a predetermined value or more as compared with the previous one, the determination device may determine that gaseous fuel is leaking.
본 발명에 따른 가스 엔진은, 앞서 언급한 제1, 제2 또는 제3 기체 연료 누설 검지 장치를 구비한다. 이러한 가스 엔진에 따르면, 만일 이물질의 끼임 등을 원인으로 기체 연료가 누설되었다고 하여도 이를 신속하고도 고정밀도로 검지할 수가 있다. 따라서 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처할 수가 있다.The gas engine according to the present invention includes the aforementioned first, second or third gaseous fuel leak detection device. According to such a gas engine, even if the gaseous fuel leaks due to the pinch of the foreign matter, it can be detected quickly and with high accuracy. Therefore, it is possible to respond quickly to the leakage of gaseous fuel.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 및 이점은, 첨부 도면 참조 하에, 이하의 실시예의 상세한 설명으로부터 명백하게 된다.
The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가령 이물질의 끼임 등을 원인으로 기체 연료가 누설되었다고 하여도 이를 신속하게 검지할 수가 있다. 그에 따라, 기체 연료의 누설에 대하여 신속하게 대처할 수가 있다.
As apparent from the above description, according to the present invention, even if a gaseous fuel leaks due to, for example, a foreign matter being caught, it can be detected quickly. As a result, it is possible to quickly cope with the leakage of the gaseous fuel.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연료 공급 밸브의 구성을 개념적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 압력 센서의 장착 위치를 나타내는 일부 절결 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 연료 공급관의 압력 변화의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치 및 기체 연료 누설 검지 방법에서의 기체 연료 누설 검지의 원리를 설명하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 프로세스(process)를 나타낸 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 8은 도 7에 도시된 산소 농도 센서의 장착 위치를 나타낸 일부 절결 정면도이다.
도 9는 도 7에 도시된 급기 포트 내의 산소 농도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 원리를 설명하는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치 및 기체 연료 누설 검지 방법에서의 기체 연료 누설 검지의 원리를 설명하는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 프로세스를 나타내는 플로우차트이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시에에 따른 기체 연료 누설 검지 장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 14는 도 13에 도시된 연료 공급 밸브의 구조를 개념적으로 나타낸 단면도이다.
도 15는 도 13에 도시된 진동 센서의 장착 위치를 나타낸 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치 및 기체 연료 누설 검지 방법에서의 기체 연료 누설 검지의 원리를 설명하는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 프로세스를 나타낸 플로우차트이다.1 is a conceptual diagram showing the configuration of a gaseous fuel leak detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view conceptually illustrating a configuration of a fuel supply valve illustrated in FIG. 1.
3 is a partially cutaway front view showing a mounting position of the pressure sensor shown in FIG. 1.
4 is a graph illustrating an example of a pressure change of the fuel supply pipe illustrated in FIG. 1.
FIG. 5 is a graph for explaining the principle of gaseous fuel leak detection in the gaseous fuel leak detecting apparatus and the gaseous fuel leak detecting method according to the first embodiment shown in FIG. 1.
6 is a flowchart showing a process of the gaseous fuel leak detection method according to the first embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram showing the configuration of a gaseous fuel leak detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
8 is a partially cutaway front view illustrating a mounting position of the oxygen concentration sensor illustrated in FIG. 7.
FIG. 9 is a graph showing the oxygen concentration in the air supply port shown in FIG. 7.
10 is a graph for explaining the principle of the gaseous fuel leak detection method according to the second embodiment of the present invention.
Fig. 11 is a graph for explaining the principle of gaseous fuel leak detection in the gaseous fuel leak detecting apparatus and the gaseous fuel leak detecting method according to the second embodiment of the present invention.
12 is a flowchart showing a process of the gaseous fuel leak detection method according to the second embodiment of the present invention.
Fig. 13 is a conceptual diagram showing the configuration of a gaseous fuel leak detection device according to a third embodiment of the present invention.
14 is a cross-sectional view conceptually illustrating a structure of the fuel supply valve illustrated in FIG. 13.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a mounting position of the vibration sensor illustrated in FIG. 13.
16 is a graph for explaining the principle of gaseous fuel leak detection in the gaseous fuel leak detection apparatus and the gaseous fuel leak detection method according to the third embodiment of the present invention.
Fig. 17 is a flowchart showing a process of the gaseous fuel leak detection method according to the third embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다. 한편, 동일하거나 상응하는 요소에는 모든 도면을 통하여 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 상세한 설명을 생략한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the Example of this invention is described, referring drawings. On the other hand, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and detailed description thereof will be omitted.
[제1 실시예][First Embodiment]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 연료 누설 장치(100)의 구성을 나타내는 개념도이다. 제1 실시예에 따른 기체 연료 누설 장치(100)는, 발전용 가스 엔진(10)에 적용되어 있고, 밸브 폐쇄 기간에서의 연료 공급관(29)의 압력에 따라 연료 공급 밸브(26)로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 아닌지를 판정한다. 본 실시예에 따른 연료 공급 밸브(26)는 전자(電磁) 개폐 밸브이므로 본 실시예에 따른 「밸브 폐쇄 기간」은, 전자 개폐 밸브의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치가 밸브 폐쇄 지령 신호를 출력하고 있는 기간에 해당한다. 본 실시예에 따른 「밸브 개방 기간」은, 엔진 제어 장치가 밸브 개방 지령 신호를 출력하고 있는 기간에 해당한다. 또한, 밸브 폐쇄 지령 신호 및 밸브 개방 지령 신호를 통합하여 구동 지령 신호라고 칭하는 경우가 있다. 「밸브 폐쇄 기간」및 「밸브 개방 기간」은, 가스 엔진이 통상과 같이 가동되고 있을 경우, 1개의 「엔진 사이클」에 1개씩 포함되고, 엔진 사이클이 반복됨에 따라 「밸브 폐쇄 기간」및 「밸브 개방 기간」은 교호로 반복된다. 「엔진 사이클」은, 4 사이클 엔진에서는 급기 행정, 압축 행정, 폭발 행정(팽창 행정) 및 배기 행정의 4개 행정으로 이루어지는 일련의 동작이고, 1개의 엔진 사이클이 경과하는 동안에 피스톤은 2회 왕복하고, 크랭크축은 2회전한다. 「사이클 위상」은, 1개의 엔진 사이클 중에서 어느 시기인지를 나타내는 지표이고, 예를 들면 피스톤의 위치, 크랭크 축의 회전 위상(크랭크 각도), 그 밖에 크랭크 축에 연동하는 회전체의 회전 위상을 적용할 수가 있다.1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a gaseous
본 실시에에 따른 가스 엔진(10)은, 복수의 실린더를 가지는데, 도 1은, 그 중 1개를 대표하여 나타내고 있다. 가스 엔진(10)에는, 실린더마다, 피스톤(12), 커넥팅 로드, 급기 포트(13), 배기 포트(14), 2개의 급기 밸브(15), 2개의 배기 밸브(16), 연소실(주 연소실(17) 및 부실(副室)(18)), 점화 플러그(19), 연료 공급 밸브(26), 연료 공급관(29) 및 압력 센서(51)가 설치되어 있다. 한편, 가스 엔진(10)에는, 복수의 실린더의 일부 또는 전부에 공통으로 엔진 실린더(11), 실린더 헤더(20), 크랭크 축(21), 급기 매니폴드(23), 배기 매니폴드(24) 및 연료 헤더(25)가 설치되어 있다.The
연소실은 실린더 헤더(20)와 엔진 실린더(11)의 측벽과 피스톤(12)으로 둘러싸여 있다. 연소실에 급기 밸브(15)를 통하여 급기 포트(13)가 연결되고, 연소실에 배기 밸브(16)를 통하여 배기 포트(14)가 연결되어 있다. 급기 밸브(15)를 개방하여 연소실에 기체 연료와 혼합시킨 급기를 공급하고, 압축한 후에 점화 플러그(19)로 점화하면 연소실 내의 가스가 팽창하여 피스톤(12)이 엔진 실린더(11)의 안에서 밀려 내려가고, 커넥팅 로드를 통하여 크랭크 축(21)이 회전한다.The combustion chamber is surrounded by the
크랭크 축(21)은 복수의 피스톤(12)에 의해 구동되어 연속적으로 회전한다. 크랭크 축(21)의 회전에 따라 피스톤(12)이 하사점을 통과하여 밀려 올라가고 있는 동안에 배기 밸브(16)가 개방되어 연료 가스가 배기 포트(14)를 통하여 배출된다. 크랭크 축(21)이 회전함에 따라 발전기(22)를 구동하여 전력을 생성할 수가 있다. 연소실은 피스톤(12)이 왕복 운동하는 주 연소실(17)과, 주 연소실(17)의 천정부에 형성된 개구를 통하여 주 연소실(17)과 연통하는 부실(副室)(18)로 구성된다. 부실(18)에는 점화 플러그(19)와 부 연료 공급 밸브(미도시)가 설치되어 있다.The
급기는 과급기(35)를 통하여 급기 매니폴드(23)에 공급된다. 급기 매니폴드(23)는, 실린더마다 설치된 복수의 급기 포트(13)와 분지관(分枝管)으로 연결되어 각 실린더에 균질한 급기를 분배한다. 과급기(25)는 배기 가스의 에너지를 사용하여 급기의 밀도를 높이는 것으로서, 급기의 밀도를 높임으로써 가스 엔진(10)의 출력을 증대시킬 수가 있다.The air supply is supplied to the air supply manifold 23 through the
연료 공급 밸브(26)는 급기 포트(13)에 기체 연료를 분사 주입하고, 적합한 공연비를 갖는 혼합기를 생성하여 연소실에 공급한다. 한편, 배기 포트(14)로 배출된 배기 가스는, 배기 포트(14)와 분지관으로 연결된 배기 매니폴드(24)에 집합한 후에, 과급기(35), 탈취탈질소장치(36), 보일러(37), 소음기(38) 등의 배기 가스 처리 장치를 차례로 통과하여 대기로 방출된다. 탈취탈질소장치(36)는 흡착재나 촉매 등을 이용하여 악취성분과 질소산화물을 제거하는 장치이다. 또, 각 기기를 연결하는 배관에는, 안전 밸브를 설치하여 예기치 못한 고압이 걸리면 파열판이 깨지고 고압 가스를 외기로 방출하여 기기류에 과잉 압력이 걸리지 않도록 하고 있다.The
기체 연료에는, 예를 들면, 압축 천연 가스, 액화 프로판 가스 또는 압축 수소를 적용할 수가 있다. 기체 연료는, 봄베(bombe)나 탱크 등의 기체 연료 저장 장치(31)에 공급되어 저장되어 있고, 차단 밸브(32)를 통하여 레귤레이터(33)로 공급되고, 레귤레이터(33)에서 적절한 압력으로 조정된 후에 필터(미도시)를 통하여 연료 헤더(25)에 공급된다. 연료 헤더(25)는, 실린더마다 분지관(28)을 구비하고, 분지관(28)의 끝에 스로틀(34)을 통하여 연료 공급관(29)을 연결하고 있다. 스로틀(34)을 설치하면, 급기 포트(13)에 기체 연료를 흐르게 할 때에 연료 헤더(25)의 압력에 큰 영향을 미치지 않는 효과가 있다. 연료 공급관(29)의 하단은 연료 공급 밸브(26)의 공급구에 연결되어 연료 공급 밸브(26)에 연료 헤더(25)로부터의 기체 연료를 공급한다.As the gaseous fuel, for example, compressed natural gas, liquefied propane gas or compressed hydrogen can be applied. The gaseous fuel is supplied to and stored in a gaseous
연료 공급 밸브(26)는, 예를 들면, 솔레노이드 구동의 페이스 타입(face type) 포펫 밸브(poppet valve)로서, 약간의 스트로크로 큰 개구를 형성하여 단시간에 대량의 가스를 흐르게 할 수 있는 전자 밸브이다. 도 2에 개념적으로 나타낸 바와 같이, 연료 공급 밸브(26)는 평판으로 형성된 밸브 시트(46)와, 평판으로 형성된 밸브체(45)를 갖고, 밸브체(45)가 밸브 시트(46)와 접하면, 기체 연료가 유통하는 밸브 내 유로가 차단된다. 밸브체(45)의 평판과 밸브 시트(46)의 평판에, 각각 동심원형으로 관통 홈이 형성되어 있고, 밸브체(45)가 밸브 시트(46)에 평면 접촉할 때에는, 관통 홈끼리가 서로 어긋나게 만나서 통로를 차단하여 연료 공급 밸브(26)가 밸브 폐쇄 상태가 된다. 밸브체(45)가 밸브 시트(46)로부터 떨어질 때에는, 약간 떨어진 만큼 복수의 관통 홈끼리가 도통해서 큰 개구를 형성하여 연료 공급 밸브(26)가 밸브 개방 상태로 된다. 밸브 개방 때에는 밸브체(45)가 전자석(43)에 의해 밸브 시트(46)로부터 떨어지는 방향으로 끌어당겨지고, 밸브 폐쇄 때에는 밸브체(45)는 스프링(44)에 의해 밸브 시트(46)에 밀어붙여진다.The
또한, 연료 헤더(25)에서의 기체 연료를 충분히 높은 압력으로 조정하여 연압(燃壓)과 급기압의 차압을 50~200㎪ 정도로 함에 따라 대유량을 확보할 수가 있다. 더욱이, 연료 공급 밸브(26)의 밸브체(45)를 끌어당기는 전자석(43)은 강력하여 밸브체(45)를 밸브 시트(46)로부터 단시간에 잡아당겨 떼어서 큰 개구를 형성시킬 수가 있고, 또, 밸브체(45)를 밸브 시트(46)로 밀어붙이는 스프링(44)도 강력하기 때문에, 밸브의 개폐는 2~3㎳ 정도의 빠른 응답성을 가진다. 한편, 연료 공급 밸브(26)의 밸브 개방 기간을 제어하면, 기체 연료의 공급량을 높은 재현성을 갖고 설정할 수가 있다. 연료 공급 밸브(26)의 출구는, 급기 포트(13)로 개구되어 있다. 연료 공급 밸브(26)는, 급기 포트(13)에 기체 연료를 분사하고, 그에 의해 급기가 기체 연료와 혼합된다.In addition, a large flow rate can be secured by adjusting the gaseous fuel in the
엔진 제어 장치(40)는, 복수의 실린더에서의 동작을 각각 개별적으로 제어한다. 엔진 제어 장치(40)는, 예를 들면, 급기 포트(13)에 설치된 급기압 센서(42)로부터 공급되는 급기 압력 신호나, 크랭크 축(21)의 회전 위상을 측정하는 회전 위상계(41)로부터 공급되는 크랭크 각도 신호나, 연료 헤더(25)에 설치된 연압 센서(43)로부터 공급되는 기체 연료의 연압 신호를 입력하여 가스 엔진(10)의 상황을 파악한다.The
엔진 제어 장치(40)는, 이러한 정보에 기초하여 발전기(22)의 현상 출력을 산정하고, 설정된 목표 출력과 비교하여 편차가 있을 경우는 그 편차를 해소하도록 각종 제어 변수를 조정한다. 엔진 제어 장치(40)에 의해, 급기압을 이용해서 급기 중에 공급하는 기체 연료의 양을 조정하여 연소실 내의 공연비를 제어할 수가 있다. 또, 크랭크 각도에 따라 각 실린더에 대하여 점화 플러그(19), 연료 공급 밸브(26) 등의 작동 타이밍을 산정하고, 이것들에 작동 지령을 내리는 기능을 가진다. 엔진 제어 장치(40)는, 필요할 때에는, 모든 실린더에서의 연료 공급 밸브(26)에 밸브 폐쇄 지령 신호를 주는 등으로 엔진의 긴급 정지를 행할 수가 있다. 본 실시예에서는, 가스 엔진(10)이 발전용이기 때문에, 엔진 제어 장치(40)는, 장기간에 걸쳐 부하 및 회전수가 일정해지도록 점화 플러그(19) 및 연료 공급 밸브(26) 등을 제어한다.The
본 실시예에 따른 기체 연료 누설 장치(100)는, 연료 공급 밸브(26)로부터의 기체 연료 누설을 연료 공급 밸브(26)의 가동 중에 검출할 수가 있다. 연료 공급 밸브(26)는, 0.3㎜ 미만의 매우 작은 스트로크로 개폐의 전환을 한다. 이 때문에, 매우 작은 이물질이 침투한 것만으로도 밸브체(45)의 평면과 밸브 시트(46)의 평면이 밀착하여 폐쇄할 수 없게 되고 밸브의 폐쇄 불량이 되어 대량의 기체 연료가 누설되어 급기 중에 혼입된다. The gaseous
기체 연료가 누설되면, 연소실 내의 혼합기의 공연비가 오버리치 하여 실화를 일으킬 우려나, 미연소 가스가 배기 매니폴드(24)로 흘러 애프터 파이어를 일으킬 우려가 있다. 실화를 일으키면, 발전기(22)의 출력에 영향을 미친다. 애프터 파이어를 일으키면, 과급기(35), 탈취탈질소장치(36)의 흡착제나 촉매, 보일러(37)의 열교환기, 소음기(38)의 수명에 영향을 미친다.If gaseous fuel leaks, the air-fuel ratio of the mixer in the combustion chamber may be over-reached to cause misfire, or unburned gas may flow into the
본 실시예에 따른 가스 엔진(10)은, 연료 공급 밸브(26)가 밸브 폐쇄해야 할 때에 기체 연료가 누설되었을 경우, 즉시 그것을 검지하여 통지하는 기체 연료 누설 장치(100)를 구비한다. 이에 따라, 엔진 제어 장치(40)에 이상 신호를 전송하여 미리 정해진 긴급 정지 조치를 취하도록 하거나, 운전원에게 통지하여 고도의 판단 하에 엔진의 긴급 정지 등, 적절한 대책을 취하도록 하거나 하는 것을 가능하게 하고 있다.The
본 실시예에 따른 기체 연료 누설 장치(100)는, 연료 헤더(25)로부터 연료 공급 밸브(26)에 기체 연료를 공급하는 연료 공급관(29)의 압력을 검출하는 압력 센서(51)와, 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 기간 내에 압력 센서(51)에 검출된 연료 공급관(29)의 압력에 기초하여 연료 공급 밸브(26)가 이상인지 아닌지(더 구체적으로는, 연료 공급 밸브(26)로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 아닌지)를 판정하는 이상 발신 장치(50)를 구비한다. 압력 센서(51)는, 연료 공급관(29)에서의 정압(靜壓)에 대응하는 압력을 검출하여 압력 신호를 출력한다. 이상 발신 장치(50)는, 연료 공급 밸브(26)가 이상인지 아닌지를 판정하는 판정 장치로서 기능한다. 판정을 위하여, 이상 발신 장치(50)는, 압력 센서(51)의 압력 신호와, 사이클 위상을 나타내는 사이클 위상 신호를 입력한다. 사이클 위상 신호는, 사이클 위상 신호 검출 장치로부터 출력된다. 사이클 위상 검출 장치는, 회전 위상계(41)이어도 좋고, 연료 공급 밸브(26)의 구동 지령 신호에 따라 사이클 위상을 판정하는 전자 회로 혹은 컴퓨터 프로그램이어도 좋다. 이상 발신 장치(50)는, 입력된 사이클 위상 신호에 따라 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 기간을 인지한다. 이상 발신 장치(50)는, 연료 공급 밸브(26)가 이상이라고 판정하면, 이상 신호를 출력한다.The gaseous
도 3은 도 1에 도시된 압력 센서(51)의 장착 위치를 나타내는 일부 절결 정면도이다. 연료 헤더(25)에는, 실린더마다 대응하는 분지관(28)이 설치되어 있다. 분지관(28)의 끝에는 스로틀(34)을 통하여 연료 공급관(29)이 연결되어 있다. 아울러, 연료 공급관(29)의 말단은 연료 공급 밸브(26)의 입구에 연결되어 있다. 연료 공급 밸브(26)의 출구는 급기 포트(13)로 개구되어 있다.3 is a partially cutaway front view illustrating a mounting position of the
압력 센서(51)는 연료 공급관(29)의 스로틀(34)의 하류측, 예를 들면, 직하 위치에서 측면에 장착되어 있다. 압력 센서(51)는, 장착 위치의 정압(靜壓)에 대응하는 연료 공급관(29) 내의 압력을 검출하여 압력 신호를 이상 발신 장치(50)로 전송한다.The
도 4는 도 1에 도시된 연료 공급관(29)의 압력 변화의 일 예를 나타내는 그래프이다. 도 4는, 정상적으로 통상과 같이 가동되고 있는 가스 엔진에 대하여 측정한 결과를 나타내고, 횡축에 경과 시각을 취하고, 우측의 종축에 회전수를 취하며, 좌측의 종축에 연료 헤더(25) 내의 기체 연료 압력(연압)에서 연료 공급관(26)의 압력을 빼서 얻어지는 차압을 취하고 있다. 상측의 점들은, 피스톤(12)의 상사점 위치에서의 회전수이다. 하측의 선은, 차압의 변화(연료 공급관(29)에서의 기체 연료의 정압 상당 압력의 변화)를 나타내고 있다.4 is a graph illustrating an example of a pressure change of the
연료 공급관(29)에서의 기체 연료 압력은, 급기 행정에서 연료 공급 밸브(26)가 개방되어 급기 중에 기체 연료를 공급하는 사이에 급격하게 감압되고, 그 후 급격하게 회복된다. 밸브 폐쇄 기간에서는 연압과 거의 같은 압력이 된다. 밸브 개방 기간에서의 연료 공급관(29)의 압력은, 매회 7㎪ 정도 감소한다. 크랭크 축(21)의 회전수가 증가함에 따라 연료 공급관(29)의 압력도 증가하지만, 증가율은 작고, 연료 공급 밸브(26)의 개폐에 따른 감압 상황의 파악을 방해할 정도가 아니다.The gaseous fuel pressure in the
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(100) 및 기체 연료 누설 검지 방법에서의 기체 연료 누설 검지의 원리를 설명하는 그래프이다. 도 5는, 상단의 그래프에서 급기 밸브(15)와, 배기 밸브(16)와, 연료 공급 밸브(26)의 상태를 나타내고, 하단의 그래프에서 연료 공급관(29)의 압력 변화를 나타낸다. 연료 공급 밸브(26)에서 이물질 끼임 등을 원인으로 밸브 폐쇄 기간에 연료 공급 밸브(26)가 정상적으로 밸브 폐쇄할 수 없게 되면, 밸브 폐쇄 기간에 연료 공급관(29)의 압력이 연압까지 회복되지 않게 된다.5 is a graph for explaining the principle of gaseous fuel leak detection in the gaseous fuel
그래서 본 실시예에 따른 이상 발신 장치(50)는, 압력 센서(51)의 출력을 감시하고, 이와 같은 패턴의 발생을 검출하면 경보를 발생한다. 그런데, 압력 센서(51)의 출력은 정상 시에도 연압과 동등한 값과, 연료 공급 밸브(26)가 개방되어 감압된 값과의 사이에서 변화한다. 이 때문에, 본 실시예에 따른 이상 발신 장치(50)는, 압력 센서(51)의 출력 변화 중 연료 공급 밸브(26)의 밸브 개방에 따라 감압되는 기간을 제외하고 밸브 폐쇄 기간 내에 검출된 압력을 이용한다.Therefore, the
밸브 폐쇄 기간 내에 검출된 압력 중 급기 및 압축 행정에서의 하사점 근방의 시점에서 검출된 압력을 이용할 수가 있다. 연료 공급 밸브(26)의 밸브 개방 기간은, 급기 밸브(15)가 개방된 직후부터 급기 밸브(15)가 폐쇄될 때까지의 사이로 설정된다. 한편, 급기 밸브(15)가 폐쇄되고 나서 피스톤(12)이 하사점을 통과하여 압축 행정이 시작되기 때문에, 연료 공급 밸브(26)는 압축 행정 시작의 시점에서는 밸브 폐쇄 상태가 되어 있다. 또한, 압축 행정 시작 시점이라면, 매우 신속하게 이상을 검지할 수 있기 때문에 유익하다. Of the pressures detected within the valve closing period, the pressure detected at the time point near the bottom dead center in the air supply and compression stroke can be used. The valve opening period of the
도 6은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 프로세스를 나타내는 플로우차트이다. 도 6에 도시된 플로우는, 엔진 사이클마다 실행된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이상 발신 장치(50)는, 엔진 제어 장치(40)로부터 크랭크 축의 회전 위상(사이클 위상) 정보를 받아들이고(S11), 대상으로 하는 기통의 급기 및 압축 행정에서의 하사점의 타이밍을 인지 또는 검출한다(S12). 그리고 압력 센서(51)의 압력 신호를 받아들여 해당 하사점에서의 압력 값을 추출한다(S13). 그리고 하사점에서의 연료 공급관(29)의 압력과 최근의 평균값과의 차이를 구하고(S14), 그 차압이 예를 들면 2~3㎪ 정도로 설정된 문턱값(역치)보다 크게 저하하였을 때에(S15), 연료 공급 밸브(26)에 이상이 발생하였다고 판단하고 이상 검출 신호를 발생한다(S16). 또한, 차압이 크지 않을 때는(S15), 측정한 압력을 추가하여 최근의 평균값을 산출하고(S17), 다음의 판정을 위하여 준비한다. 6 is a flowchart showing a process of the gaseous fuel leak detection method according to the first embodiment of the present invention. The flow shown in FIG. 6 is executed for every engine cycle. As shown in FIG. 6, the
본 실시예에서는, 압력 센서(51)가 스로틀(34)의 하류측에 설치되어 있다. 기체 연료를 급기에 공급할 때에는, 스로틀(34)에 의해 기체 연료의 유속이 증대하여 동압(動壓)이 커지고 정압(靜壓)이 크게 감소한다. 이 때문에, 압력 센서(51)를 스로틀(34)의 하류측에 설치하면, 기체 연료가 누설되었을 때에서의 정압의 회복 부전(不全)을 양호하게 검출할 수 있어, 이상의 검지 감도가 높아진다. 특히, 스로틀(34)에 의한 축류(縮流)가 가장 현저한 위치에 압력 센서(51)를 설치하면, 정압의 감소가 최대가 되어 이상의 검지 감도가 향상된다.In this embodiment, the
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 연료 헤더(25)에서의 연압도 변동하는 경우가 있기 때문에, 연료 공급관(29)의 압력을 과거의 측정값 혹은 최신의 몇 개 측정값의 평균값과 비교하도록 하여도 좋다. 여기에서 이용하는 평균값은, 이동 평균값이어도, 오래된 측정값에 걸쳐 중요도를 서서히 작게 한 가중 평균값이어도 좋다.On the other hand, as shown in FIG. 4, since the soft pressure in the
더욱이, 연료 헤더(25)에 설치한 연압 센서(43)에서 직접 측정한 연압 값과 비교하는 것에 의해 판정하도록 하여도 좋다. 한편, 연압 센서(43)는 종래의 가스 엔진에서도 엔진 제어를 위하여 설치되어 있는 경우가 있지만, 이와 같은 경우에는 이미 설치된 센서를 이용할 수가 있다. 이상 발신 장치(50)는 크랭크 각도 신호를 크랭크 축(21)에 설치한 회전 위상계(41)로부터 직접 수신하여도 좋다. 이상 신호는 엔진 제어 장치(40)에 공급하여 긴급 정지 조작을 개시하도록 하여도 좋다. 또는, 조업자의 판단을 구하기 위하여 경보에 그치도록 하여도 좋다.Moreover, you may make it judge by comparing with the soft-pressure value measured by the soft-
연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 기간을 인지하기 위하여, 연료 공급 밸브(26)의 구동 지령 신호나 급기 밸브(15)가 폐쇄되어 있을 때의 크랭크 각도 신호를 사용하는 방법도 있다. 연료 공급 밸브(26)에 밸브 폐쇄 지령이 내려진 후, 적절한 시간이 경과하면, 통상은 완전히 기체 연료의 흐름이 멈추어, 연료 공급관(29)의 압력은 연료 헤더(25)의 연압으로 되돌아온다. 따라서 엔진 제어 장치(40)로부터 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 지령 신호(구동 지령 신호)를 취득함으로써, 밸브 폐쇄 기간의 인지가 쉬워진다. 한편, 급기 밸브(15)가 폐쇄될 때는 연료 공급 밸브(26)가 폐쇄되어 있을 것이기 때문에, 만일 급기 밸브(15)를 전자 밸브로 하였을 경우에는, 그 급기 밸브의 밸브 폐쇄 지령 신호가 내려진 타이밍에서의 압력 신호를 그대로 이용하여 이상의 발생을 판정할 수도 있다.In order to recognize the valve closing period of the
또, 본 실시예에서의 이상 발신 장치는, 전용의 전자 회로로 구성하여도 좋고, 또 범용의 마이크로 컴퓨터로 구성할 수도 있다. 아울러, 가스 엔진을 위한 제어 장치를 구성하는 전자 회로의 일부로서 구성하도록 하여도 좋다. 본 실시예에서는, 급기 포트(13)에 기체 연료를 분사하는 연료 공급 밸브(26)를 대상으로 하고 있지만, 그 밖의 연료 공급 밸브, 예를 들면 부실(18)에 설치된 부 연료 공급 밸브를 대상으로 할 수도 있다.In addition, the abnormality transmitting apparatus in this embodiment may be constituted by a dedicated electronic circuit, or may be constituted by a general purpose microcomputer. Moreover, you may comprise as part of the electronic circuit which comprises the control apparatus for gas engines. In this embodiment, although the
[제2 실시예][Second Embodiment]
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(200)의 구성을 나타내는 개념도이다. 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(200)는, 발전용 가스 엔진(10)에 적용되어 있고, 급기 포트(13) 내의 산소 농도에 따라 연료 공급 밸브(26)로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 아닌지를 검지한다. 가스 엔진(10)에는, 실린더마다 산소 농도 센서(251)가 설치되어 있다. 이하, 상술한 실시예와 다른 점을 중심으로 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(200)에 대하여 설명한다. 7 is a conceptual diagram showing the configuration of the gaseous fuel
도 7에 도시된 바와 같이, 기체 연료 누설 검지 장치(200)는, 급기 포트(13) 내의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 센서(251)와, 급기 포트(13) 내의 산소 농도에 따라 연료 공급 밸브(26)가 이상인지 아닌지(더욱 구체적으로는, 연료 공급 밸브(26)로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 아닌지)를 판정하는 이상 발신 장치(250)를 구비한다. 산소 농도 센서(251)는, 급기 포트(13) 내의 공기에 포함된 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도를 나타내는 산소 농도 신호를 출력한다. 이상 발신 장치(250)는 연료 공급 밸브(26)가 이상인지 아닌지를 판정하는 판정 장치로서 기능한다. 판정을 위하여, 이상 발신 장치(250)는 산소 농도 센서(251)의 산소 농도 신호와, 사이클 위상을 나타내는 사이클 위상 신호를 입력한다. 이상 발신 장치(250)는, 산소 농도 센서(251)에 의해 검출된 산소 농도를 소정의 문턱값과 비교하여, 산소 농도가 해당 문턱값보다 낮을 경우에 연료 공급 밸브(26)가 이상이라고 판정한다. 이상 발신 장치(250)는 연료 공급 밸브(26)가 이상이라고 판정하면, 이상 신호를 출력한다.As shown in FIG. 7, the gaseous fuel
도 8은 도 7에 도시된 산소 농도 센서(251)의 장착 위치를 나타내는 일부 절결 정면도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 연료 헤더(25)로부터 기체 연료를 계량하여 공급하는 연료 공급관(29)이 연료 공급 밸브(26)의 입구에 연결되어 있다. 연료 공급 밸브(26)의 출구는 급기 포트(13)로 개구되어 있다.FIG. 8 is a partially cutaway front view illustrating a mounting position of the
산소 농도 센서(251)는, 급기 포트(13)에서의 연료 공급 밸브(26)와 아주 가까운 하류의 측벽에 설치되어 급기 포트(13) 내의 산소 농도를 측정하여 산소 농도 신호를 이상 발신 장치(50)에 전송한다. 산소 농도 센서(51)는, 연료 공급 밸브(26)로부터의 연료 분사를 직접 받는 위치가 아니라, 정상 때에는 분사된 기체 연료와 공기가 혼합되기 전의 위치에 설치되어 있다. 따라서 연료 공급 밸브(26)가 정상적으로 작동하고 있을 때에는, 산소 농도 센서(51)의 측정 출력은, 급기로서 받아들인 공기의 산소 농도에 대응하는 값이 된다.The
그러나 연료 공급 밸브(26)에 이물질의 끼임 등으로 밸브 폐쇄 기간에서도 기체 연료가 급기 포트(13)로 흘렀을 때는, 급기 행정이 끝나고 급기 밸브(15)가 밸브 폐쇄하여 새로운 공기가 급기 포트(13)에 유입하지 않게 되면, 급기 포트(13)에 체류하는 급기에서의 기체 연료의 비율이 급격하게 증가하여 산소 농도가 감소하게 된다.However, when gaseous fuel flows into the
도 9는 도 7에 도시된 급기 포트(13) 내의 산소 농도를 나타내는 그래프이다. 횡축에 엔진 회전수와 부하를 취하고, 종축에 산소 농도를 취하고 있다. 도 9는, 연료 공급 밸브(26)가 정상인 때와 이상인 때(예를 들면, 연료 공급 밸브(26)가 이물질이 끼여서 밀폐를 할 수 없어졌을 때)의 산소 농도를 엔진 회전수와 부하를 파라미터로 한 막대그래프를 나타내고 있다. 연료 공급 밸브(26)가 이상일 때의 산소 농도는, 1 엔진 사이클만큼 경과하는 동안에 연료가 축적되는 값을 산정하여 표시하고 있다.FIG. 9 is a graph showing the oxygen concentration in the
엔진 회전수가 작은 동안에는, 1 엔진 사이클이 경과하는 실제의 시간 기간이 길어 기체 연료의 누설 시간이 길어지기 때문에, 산소의 잔류량이 더욱 크게 감소하여 급기 포트(13) 내의 산소 농도는 거의 제로(0)가 된다. 엔진 회전수가 커지면 1 엔진 사이클마다 기체 연료의 누설량이 작아지고 산소 농도의 감소량이 작아지는데, 엔진 회전수가 722rpm 또는 720rpm인 때에도, 1 엔진 사이클이 경과한 후의 산소 농도는 15% 정도까지 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 722rpm이 그래프에서 최대값으로 되어 있는 것은, 해당 회전수가, 가스 엔진(10)을 교류발전기의 구동에 사용하였을 때에, 50~60㎐의 교류를 발전하는데 적절하기 때문이다. 발전용 가스 엔진이 가동되고 있을 때에는, 회전수를 720rpm 부근에서 안정시키도록 하고 가스 엔진(10)을 제어하는 경우가 많다. 도 9는, 발전용 가스 엔진(10)의 통상의 연속 운전 시에 있어서, 기체 연료의 누설 후 1 엔진 사이클밖에 경과하지 않아도 산소 농도의 감소가 현저하게 나타나는 것을 시사하고 있다.While the engine speed is small, since the actual time period in which one engine cycle elapses increases the leakage time of the gaseous fuel, the residual amount of oxygen is further reduced and the oxygen concentration in the
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 원리를 설명하는 그래프이다. 도 10에서는 횡축에 시간을 취하고, 종축에 산소 농도를 취하여, 급기 포트(13) 내의 산소 농도의 시간 변화가 개념적으로 나타내어져 있다. 연료 공급 밸브(26)가 정상인 동안에는, 급기 포트(13) 내의 산소 농도는 대기와 거의 같은 20~21%가 된다. 연료 공급 밸브(26)가 작동하여 기체 연료의 분사가 있어도 산소 농도 센서(251)에 의해 검출되는 산소 농도는 그다지 변동하지 않는다. 연료 공급 밸브(26)에 이상이 발생하여 밸브 폐쇄 기간에서도 기체 연료가 급기 포트(13)로 누설되면, 급기 행정이 종료한 순간에 급기 포트(13)에서의 산소 농도가 급감한다. 연료 과농(過濃)이 된 급기는, 다음의 급기 행정을 맞이하면, 외기로부터 흡입하는 신선한 공기에 밀려 연소실로 송입된다. 이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 급기 포트(13)의 용적과 연소실의 용적과의 관계 때문에 급기 포트(13)의 혼합기와 공기가 바뀌어 산소 농도가 회복될 정도까지 이르지 못한다. 급기 행정 중에, 급기 포트(13)의 혼합기가 모두 새로운 급기와 바뀌는 경우도, 연료 공급 밸브(26)가 밸브 폐쇄 상태에서 누설되는 고장이 해소되어 있지 않으면, 급기 행정이 종료한 시점에서 다시 산소 농도가 급감하게 된다.10 is a graph for explaining the principle of the gaseous fuel leak detection method according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 10, time is taken on the horizontal axis, oxygen is taken on the vertical axis, and the time change of the oxygen concentration in the
이와 같이, 급기 포트(13) 내의 산소 농도는, 연료 공급 밸브(26)가 정상인 때는 공기와 같은 정도의 값을 나타내고, 연료 공급 밸브(26)에 고장이 있을 때는 급기 행정이 종료한 시점에서 급격하게 저하하기 때문에, 적절한 문턱값을 설정하여 산소 농도가 문턱값을 밑돌 때에 이상이 있다고 판정할 수가 있다. 산소 농도의 문턱값은, 엔진 회전수에 따라 적정 값을 선택하도록 하면 좋은데, 예를 들면 문턱값을 17%로 하면 회전수가 720rpm이 되어도 이용할 수가 있다.In this way, the oxygen concentration in the
한편, 산소 농도 센서(51)의 특성이나 급기 포트(13)에서의 설치 상황에 따라서는, 검출되는 산소 농도가 연료 분사에 의해 감소하는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 산소 농도 감소량에만 따라서 판단하는 것으로는, 정상의 연료 공급 밸브(26)를 이상으로 오인할 가능성이 있다. 그래서 산소 농도를 감시하는 타이밍을 적절한 사이클 위상 시점에 설정하여, 분사로 인한 산소 농도 감소 현상의 노이즈를 회피하여 산소 농도 감소가 연료 공급 밸브(26)의 이상으로 인하여 생기는 것으로 간주할 수 있는 경우로 한정하여 올바른 판정을 할 수가 있다. 이와 같이, 이상 판정에 적절한 시기의 산소 농도 검출 결과를 추출하기 위하여, 이상 발신 장치(250)는, 사이클 위상 신호를 입력하여 해당 시기의 인지에 이용한다.On the other hand, depending on the characteristic of the
연료 공급 밸브(26)의 이상을 원인으로 급기 포트(13)의 산소 농도가 감소하는 현상은, 예를 들면, 급기 밸브(15)가 폐쇄된 직후의 타이밍이나 급기 후의 압축 행정이 시작되는 피스톤(12)의 하사점 위치 근방의 타이밍에서의 산소 농도를 사용함으로써 확실하게 검지할 수가 있다. 이 때문에, 이상 발신 장치(250)가 사이클 위상 정보를 더 받아들여 연료 분사의 타이밍을 피하고 급기 밸브(15)가 폐쇄된 후의 산소 농도 감소를 평가하도록 할 수가 있다.The phenomenon that the oxygen concentration of the
사이클 위상 정보는, 크랭크 축(21)에 설치한 회전 위상계(41)로부터 직접 수신하여 산소 농도를 평가하는 시각의 지정에 이용하도록 하여도 좋다. 또, 엔진 제어 장치(40)가, 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 지령 신호(구동 지령 신호)를 공급하고, 피스톤(12)의 하사점 통과 정보를 이용하여 밸브에 대한 지령 신호를 발생하거나 하기 때문에, 이상 발신 장치(250)는 엔진 제어 장치(40)로부터 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 지령 신호(구동 지령 신호)나 피스톤(12)의 하사점 통과 정보를 입력하여 이용하도록 하여도 좋다.The cycle phase information may be directly received from the
이 판정 프로세스는 단순하지만, 연료 공급 밸브(26)에 이상이 발생한다면 급기 행정이 종료된 직후에 검출할 수 있기 때문에, 배기 가스의 후처리 공정에 중대한 영향을 주기 전에 적절한 대책을 취할 여유가 생긴다. This determination process is simple, but if an abnormality occurs in the
이상 발신 장치(250)가 이상 검출 시에 이상 발생을 통지하는 신호를 엔진 제어 장치(40)에 공급하고, 엔진 제어 장치(40)가 즉시 엔진을 긴급 정지하는 조치를 취하도록 하면, 애프터 파이어를 미연에 방지할 수가 있다.After the
또, 이상 발신 장치(250)와 엔진 제어 장치(40)를 직접 연결하지 않고 이상 발신 장치(250)가 이상 발생의 통지를 하여, 조작원이 그 통지를 받아서 엔진 제어 장치(40)를 통하여 적절한 대책을 실시하도록 하여도 좋다.In addition, the abnormal originating
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(200) 및 기체 연료 누설 검지 방법에서의 기체 연료 누설 검지의 원리를 설명하는 그래프이다. 도 11은, 횡축에 피스톤이 상사점에 있을 때를 제로(0)로 한 크랭크 각도를 취하고, 종축에 산소 농도를 취하여, 연료 공급 밸브(26)의 이상이 가스 엔진(10)의 기동 때에 발생한 상황을 예로 들어 산소 농도의 시간 변화를 개념적으로 나타내고 있다. 이와 같은 상황 하에서는, 급기 포트(13) 내의 산소 농도는, 시간이 지나감에 따라 감소해간다. 처음에 19% 정도 이었던 산소 농도가 급격하게 감소하여 크랭크 각도가 240ㅀ가 되는 곳에서 거의 제로(0)가 되고, 산소 농도 감소에 따라 연료 누설은 1회전 내에서 충분히 검출이 가능하다는 것을 알 수 있다. 오버홀(overhaul) 후의 재구축 때에 이물질이 연료 공급 밸브(26)에 혼입하였다고 하여도 가스 엔진(10)의 재기동 시에 이물질의 혼입을 신속하고도 고정밀도로 검지 가능하다는 것을 알 수 있다.11 is a graph for explaining the principle of gaseous fuel leak detection in the gaseous fuel
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 프로세스를 나타내는 플로우차트이다. 도 12에 도시된 플로우는 엔진 사이클마다 실행된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이상 발신 장치(250)는, 엔진 제어 장치(40)로부터 사이클 위상의 정보를 받아들이고(S211), 예를 들면 대상으로 하는 실린더의 급기 및 압축 행정에서의 하사점의 타이밍 등, 급기 밸브(15)의 밸브 폐쇄 기간이면(S212), 산소 농도 센서(51)의 산소 농도 신호를 받아들인다(S213). 이 받아들인 산소 농도를 소정의 문턱값과 비교하여(S214), 산소 농도가 소정의 문턱값보다 낮으면 연료 공급 밸브(26)에 이상이 발생했다고 판단하여 이상 신호를 발생한다(S215). 한편, 현시점이 급기 밸브(15)의 밸브 폐쇄 기간이 아닐 때나(S212), 산소 농도가 문턱값보다 높을 때는(S214), 본 작업의 처음 단계로 되돌아가고 다시 제1 단계(S211)로 되돌아가서 다음의 작업 프로세스에서의 처음의 조작으로 들어간다. 이상 신호는, 엔진 제어 장치(40)에 공급하여 긴급 정지 조작을 개시하도록 하여도 좋다. 또는, 조업자의 판단을 구하기 위하여 경보에 그치도록 하여도 좋다.12 is a flowchart showing a process of the gaseous fuel leak detection method according to the second embodiment of the present invention. The flow shown in FIG. 12 is executed every engine cycle. As shown in FIG. 12, the
도 12에 도시된 프로세스는, 이상 발신 장치(250)가 엔진 제어 장치(40)로부터 받아들이는 위상 신호에 따라 산소 농도 측정값을 평가하는 타이밍을 선택하도록 한 것이다. 산소 농도 센서(251)가 정상 시에서의 연료 분사 시의 농도 감소에 응답하지 않을 경우에는, 위상 신호에 따른 프로세스(S211, S212)가 불필요해진다. 또한, 사이클 위상 신호는 크랭크 축(21)에 설치한 회전 위상계(41)로부터 이상 발신 장치(250)에 직접 수신되도록 할 수도 있다.The process shown in FIG. 12 allows the
연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 기간을 인지하기 위하여, 연료 공급 밸브(26)의 작동 지령 신호나 급기 밸브(15)의 밸브 폐쇄 시의 사이클 위상 신호를 사용하는 방법도 있다. 예를 들면, 연료 공급 밸브(26)를 폐쇄하는 지령이 발령된 후, 적절한 시간이 경과하면 통상은 완전히 기체 연료의 흐름이 멈추고, 급기 포트(13)의 산소 농도는 거의 공기의 산소 농도로 되돌아온다. 따라서 엔진 제어 장치(40)로부터 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 지령 신호를 받아들임에 따라, 간단하게 판정에 사용하는 타이밍 신호를 얻을 수가 있다. 또는, 연료 공급 밸브(26)가 폐쇄된 후, 적절한 시간이 경과한 후에 급기 밸브(15)가 폐쇄되기 때문에, 급기 밸브(15)가 폐쇄될 때 혹은 폐쇄되어 있는 사이의 사이클 위상 신호를 이용하여도 좋다.In order to recognize the valve closing period of the
또, 본 실시예에서의 이상 발신 장치는, 전용의 전자 회로로 구성하여도 좋고, 또 범용의 마이크로 컴퓨터로 구성할 수도 있다. 아울러, 가스 엔진을 위한 제어 장치를 구성하는 전자 회로의 일부로 구성하도록 하여도 좋다.In addition, the abnormality transmitting apparatus in this embodiment may be constituted by a dedicated electronic circuit, or may be constituted by a general purpose microcomputer. In addition, you may make it comprise a part of electronic circuit which comprises the control apparatus for gas engines.
[제3 실시예]Third Embodiment
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(300)의 구성을 나타내는 개념도이다. 본 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(300)는, 연료 공급 밸브(26)의 개폐에 따른 진동의 강도에 기초하여 연료 공급 밸브(26)로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 아닌지를 판정한다. 가스 엔진(10)에는, 실린더마다 진동 센서(351)가 설치되어 있다. 이하, 상술한 실시예들과 다른 점을 중심으로 제3 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(300)에 대하여 설명한다.13 is a conceptual diagram showing the configuration of the gaseous fuel
도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(300)는, 연료 공급 밸브(26)에 설치되어 연료 공급 밸브(26)의 진동 강도를 검출하는 진동 센서(351)와, 연료 공급 밸브(26)의 개폐에 따른 진동 강도에 기초하여 연료 공급 밸브(26)가 이상인지 아닌지(더욱 구체적으로는, 연료 공급 밸브(26)에 이물질이 끼여 있는지 아닌지)를 판정하는 이상 발신 장치(350)를 구비한다. 아울러, 이상 발신 장치(351)는, 연료 공급 밸브(26)의 개폐 타이밍을 표시하는 신호를 공급하는 개폐 신호 공급 장치를 구비하고, 본 실시예에서는, 회전 위상계(41)가 해당 개폐 진동 공급 장치로서 기능한다. 진동 센서(351)는, 연료 공급 밸브의 진동 강도를 검출하고, 검출된 진동 강도를 나타내는 진동 측정 신호를 출력한다. 이상 발신 장치(350)는, 연료 공급 밸브(26)가 이상인지 아닌지를 판정하는 판정 장치로서 기능한다. 판정을 위하여, 이상 발신 장치(350)는, 진동 센서(351)의 진동 측정 신호를 입력하고, 또 회전 위상계(41)로부터, 개폐 타이밍을 표시하는 신호로서의 크랭크 축(21)의 회전 위상을 나타내는 신호를 입력한다. 이상 발신 장치(350)는, 연료 공급 밸브(26)가 이상이라고 판정하면 이상 신호를 출력한다.As shown in FIG. 13, the gaseous fuel
도 14는 도 13에 도시된 연료 공급 밸브(26)의 구조를 개념적으로 나타내는 단면도이다. 도 15는 도 13에 도시된 진동 센서(351)의 장착 위치를 나타내는 단면도이다. 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 연료 헤더(25)로부터 기체 연료를 공급하는 연료 공급관(29)이 연료 공급 밸브(26)의 입구에 연결되어 있다. 연료 공급 밸브(26)의 출구는 급기 포트(13)로 개구되어 있고, 연료 공급 밸브(26)가 개방되면 급기 포트(13) 내에 기체 연료가 분사되고, 그에 따라 기체 연료가 급기에 혼합된다.14 is a cross-sectional view conceptually showing the structure of the
진동 센서(351)는, 연료 공급 밸브(26)의 밸브 시트 위치 근처의 측벽(연료 공급 밸브(26)의 함체 외벽)에 장착되어 연료 공급 밸브(26)의 개폐에 따라 발생하는 진동을 측정하고, 측정된 진동을 이상 발신 장치(350)에 전송한다. 개폐에 따른 진동으로서, 예를 들면 밸브체(45)와 전자석(43)의 자심(磁芯)이 충돌하였을 때의 진동, 밸브체(45)와 밸브 시트(46)가 충돌하였을 때의 진동이 있다. The
그러나 엔진은 크기가 다양한 진동을 발생하고 있고, 연료 공급 밸브(26)에서의 이상 판정에 이용할 수 있는 진동은, 연료 공급 밸브(26)의 밸브체(45)와 밸브 시트(46)가 충돌하였을 때의 진동뿐이다. 게다가 밸브체(45)와 밸브 시트(46)의 충돌로 인하여 발생하는 진동은, 스토로크도 작고 반드시 크지는 않다. 그래서 이상 발신 장치(350)에 구비되는 신호 처리 장치가, 진동 센서(351)로부터 입력된 진동 측정 신호 중에서 이러한 충돌의 발생 타이밍과 동기하는 진동만을 추출함에 따라, 연료 공급 밸브(26)의 개폐에 따른 진동을 나타내는 신호를 분별한 다음에 진동 레벨(level)의 변화를 평가하여 이물질의 끼임을 검출한다. 이상 발신 장치(350)는, 개폐 타이밍을 나타내는 신호를 입력하여 해당 신호를 이 추출 및 분별의 처리에 이용한다.However, the engine is generating vibrations of various sizes, and the vibrations that can be used for abnormality determination in the
도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 장치(300) 및 기체 연료 누설 검지 방법에서의 기체 연료 누설 검지의 원리를 설명하는 그래프이다. 도 16은 횡축에 시간을 취하고 있다. 상단의 그래프에서는 종축에 밸브의 상태를 취하여, 연료 공급 밸브(26)의 개폐 타이밍을 나타내고 있다. 중단의 그래프에서는 종축에 진동 센서(351)에 의해 검출되는 가속도 레벨(즉, 진동 강도)을 취하여, 정상 시의 진동 강도 변화를 개념적으로 나타내고 있다. 하단의 그래프에서는 종축에 진동 센서(351)에 의해 검출되는 가속도 레벨(즉, 진동 강도)을 취하여, 이상 시의 진동 강도 변화를 개념적으로 나타내고 있다.Fig. 16 is a graph for explaining the principle of gaseous fuel leak detection in the gaseous fuel
도 16에 도시된 진동 강도의 변화는, 설명의 편의를 위하여 연료 공급 밸브(26)의 개폐에 따른 진동 강도만을 나타내고 있다. 실제로는, 연료 공급 밸브(26)에 대한 밸브 개방 지령 신호와 밸브 폐쇄 지령 신호가 발령된 전후의 적당한 기간만 창이 개방되도록 한 시간 필터를 적용함으로써, 진동 센서(351)로부터 출력되는 진동 신호로부터 개폐에 따른 진동의 강도를 추출할 수가 있다. 밸브 개방 지령 신호와 밸브 폐쇄 지령 신호는, 엔진 제어 장치(40)가 회전 위상계(41)에서 검출하는 크랭크 축(21)의 회전 위상에 따라 산정하여 연료 공급 밸브(26)에 대해서 공급하기 때문에, 동시에 이상 발신 장치(350)에 공급하도록 하는 것만으로 이상 발신 장치(350)가 연료 공급 밸브(26)의 개폐 타이밍을 인지하여 진동의 지속 시간 폭을 가진 시간 필터를 생성할 수가 있다.The change in the vibration intensity shown in FIG. 16 shows only the vibration intensity according to the opening and closing of the
또, 회전 위상계(41)의 출력 신호를 직접 또는 엔진 제어 장치(40)를 통하여 이상 발신 장치(350)에 공급하여, 이상 발신 장치(350) 자체가 크랭크 축(21)의 회전 위상에 따라 상기한 시간 필터를 생성하여도 좋다. 정상적인 때의 연료 공급 밸브(26)의 밸브 개방 시와 밸브 폐쇄 시의 진동은, 각각 거의 같은 세기로 반복하여 발생한다. 이에 반하여, 밸브체(45)와 밸브 시트(46)의 사이에 이물질이 낀 상태로 밸브 폐쇄를 하였을 때는, 밸브체(45)와 밸브 시트(46)의 평면끼리가 충돌하는 면들 사이에 완충물이 개재하게 되기 때문에, 밸브체(45)와 밸브 시트(46)의 충돌로 인하여 발생하는 진동이나 소음의 강도가 감소한다. 한편, 연료 공급 밸브(26)의 밸브 개방에 따라 밸브체의 자성체와 전자석(43)의 자심이 충돌할 때의 진동 상태는 그다지 변화하지 않는다.Moreover, the output signal of the
따라서, 특히 밸브 폐쇄 시에서의 진동에 주목하여, 진동 강도가 평상시보다 약해졌을 때에 이물질의 끼임이 발생하였다고 판정할 수가 있다. 진동 강도의 약화는, 그 이전의 밸브 폐쇄 시의 진동 레벨과 비교함으로써 검출할 수가 있다. 또, 미리 적당한 문턱값을 찾아내어 두고, 진동 강도가 그 문턱값보다 작아졌을 때에 연료 공급 밸브(26)에 이상이 발생하였다고 판정할 수가 있다. 이상 발생을 검출하였을 때에는 이상 신호를 발신한다.Therefore, paying particular attention to vibration in closing the valve, it is possible to determine that pinch of foreign matter occurred when the vibration intensity became weaker than usual. The weakening of the vibration intensity can be detected by comparing with the vibration level at the time of closing the valve before that. In addition, it is possible to find an appropriate threshold value in advance and determine that an abnormality has occurred in the
이 판정 프로세스는 단순하지만, 연료 공급 밸브(26)에 이상이 발생하면 기체 연료의 누설이 시작됨과 거의 동시에 이상을 검지할 수가 있기 때문에, 배기 가스의 후처리 공정에 중대한 영향을 주기 전에 적절한 대책을 취할 여유가 생긴다.Although this determination process is simple, if an abnormality occurs in the
이상 발신 장치(350)가 이상 검출 시에 이상 발생을 통지하는 이상 신호를 엔진 제어 장치(40)에 공급하여, 엔진 제어 장치(40)가 즉시 엔진을 긴급 정지하는 조치를 취하도록 하면, 배기 매니폴드(34)에서의 혼합기의 연소는 일어나지 않고 배기 가스 처리 공정에서 각 기기에 손상을 주지 않도록 할 수가 있다. 또, 이상 발신 장치(50)가 발생하는 이상 신호를 엔진 제어 장치(40)에 직접 공급하지 않고, 이상 발신 장치(50)가 이상 발생의 통지를 하고, 조작원이 그 통지를 받아서 엔진 제어 장치(40)를 통하여 적절한 대책을 실시하도록 하여도 좋다.When the
도 17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 기체 연료 누설 검지 방법의 프로세스를 나타내는 플로우차트이다. 도 17에 도시된 플로우는 엔진 사이클마다 실행된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이상 발신 장치(350)는, 엔진 제어 장치(40)로부터 크랭크 축의 회전 위상에 따라 얻어진 사이클 위상의 정보를 받아들이고(S311), 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 타이밍을 인지하고(S312), 진동 센서(351)로부터 공급되는 진동 측정 신호로부터 밸브 폐쇄 시에 밸브 시트(46)에서 발생하는 진동을 추출한다(S313). 이렇게 추출된 진동을 문턱값과 비교하여(S314), 진동 강도가 문턱값보다 낮았을 경우는 연료 공급 밸브(26)에 이상이 발생하였다고 판단하여 이상 신호를 발생한다(S315). 한편, 현시점이 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 타이밍이 아닐 때나(S312), 진동 강도가 문턱값보다 높을 때(S314), 다시 제1 단계(S311)로 되돌아가서 다음의 작업 프로세스를 시작한다. 이상 신호는 엔진 제어 장치(40)에 공급하여 긴급 정지 조작을 시작시키도록 하여도 좋다. 또는, 조업자의 판단을 구하기 위하여 경보에 그치도록 하여도 좋다.17 is a flowchart showing a process of the gaseous fuel leak detection method according to the third embodiment of the present invention. The flow shown in FIG. 17 is executed every engine cycle. As shown in FIG. 17, the
도 17에 도시된 프로세스는, 이상 발신 장치(350)가, 엔진 제어 장치(40)로부터 받아들이는 위상 신호에 따라 연료 공급 밸브(26)의 진동을 평가하는 타이밍을 선택하도록 한 것이다. 이 대신에, 이상 발신 장치(350)가 사이클 위상 정보를 크랭크 축(21)에 설치한 회전 위상계(41)로부터 직접 수신하도록 할 수도 있다. 또, 엔진 제어 장치(40)로부터 공급되는 연료 공급 밸브(26)의 밸브 폐쇄 지령 신호를 수신하여 이용할 수도 있다.The process shown in FIG. 17 causes the
또한, 본 실시예에서의 이상 발신 장치는, 전용의 전자 회로로 구성하여도 좋고, 또 범용의 마이크로 컴퓨터로 구성할 수도 있다. 아울러, 가스 엔진을 위한 제어 장치를 구성하는 전자 회로의 일부로 구성하도록 하여도 좋다. 또, 본 실시예에서는, 급기 포트(13)에 기체 연료를 분사하는 연료 공급 밸브(26)를 대상으로 하고 있지만, 그 밖의 연료 공급 밸브, 예를 들면 부실(18)에 설치된 부 연료 분사 밸브를 대상으로 할 수도 있다.In addition, the abnormality transmitting apparatus in this embodiment may be constituted by a dedicated electronic circuit, or may be constituted by a general purpose microcomputer. In addition, you may make it comprise a part of electronic circuit which comprises the control apparatus for gas engines. In addition, in this embodiment, although the
[변형예][Modifications]
본 실시예는, 부실(副室)을 구비한 4 사이클 가스 엔진을 예로 들어 발명을 설명하는 것이지만, 부실이 없어도, 또 2 사이클 엔진이어도, 발명에 따른 기술적 사상을 적용할 수 있음은 말할 것도 없다. 또, 도면에서 설명하는 가스 엔진은 발전기를 구동하는 것이지만, 차륜이나 스크류 등을 구동하여 차량이나 선박의 운행에 이용하는 것이어도 좋다. Although this embodiment demonstrates an invention using the 4-cycle gas engine provided with an inferiority as an example, it cannot be overemphasized that the technical idea which concerns on this invention can be applied, even if there is no insolvency and even a 2-cycle engine. . The gas engine described in the drawings drives a generator, but may be used for driving a vehicle or a ship by driving wheels, screws, or the like.
상기 설명으로부터 당업자에게는, 본 발명의 많은 개량이나 다른 실시예가 명백하다. 따라서 상기 설명은 예시로서만 해석되어야 하고 본 발명을 실행하는 바람직한 태양을 당업자에게 교시할 목적으로 제공된 것이다. 본 발명의 취지를 벗어나지 않고 그 구조 및/또는 기능의 상세를 실질적으로 변경할 수가 있다.Many improvements and other embodiments of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description. The foregoing description, therefore, is to be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art preferred embodiments of the invention. The details of the structure and / or function can be substantially changed without departing from the spirit of the present invention.
본 발명은, 가령 연료 공급 밸브가 정상적으로 밸브 폐쇄할 수 없게 되어 기체 연료가 누설되어도 이를 신속하게 검지할 수 있고, 그에 의해 이와 같은 이상에 대하여 신속하게 대처할 수 있는 작용 효과를 발휘하여, 가스 엔진, 특히 발전용 가스 엔진에 적용하면 유익하다.
According to the present invention, the fuel supply valve cannot be normally closed, so that even if the gaseous fuel leaks, the fuel supply valve can be detected quickly, thereby exerting the effect of quickly dealing with such an abnormality, thereby providing a gas engine, It is particularly advantageous when applied to a gas engine for power generation.
100,200, 300: 기체 연료 누설 장치
50, 250, 350: 이상 발신 장치(판정 장치)
10: 가스 엔진
12: 피스톤
13: 급기 포트
21: 크랭크 축
25: 연료 헤더
26: 연료 공급 밸브
28: 연료 공급관(분지관)
29: 연료 공급관
34: 스로틀
40: 엔진 제어 장치
41: 회전 위상계
43: 연압 센서
51: 압력 센서
251: 산소 농도 센서
351: 진동 센서100,200, 300: gaseous fuel leakage device
50, 250, 350: abnormal calling device (judgment device)
10: gas engine
12: piston
13: air supply port
21: crankshaft
25: fuel header
26: fuel supply valve
28: fuel supply pipe (branch pipe)
29: fuel supply pipe
34: throttle
40: engine control unit
41: rotational phase meter
43: pressure sensor
51: pressure sensor
251: oxygen concentration sensor
351: vibration sensor
Claims (18)
연료 헤더로부터 상기 연료 공급 밸브에 기체 연료를 공급하는 연료 공급관의 압력을 상기 연료 공급 밸브의 밸브 폐쇄 기간 내에 검출하고, 검출된 압력에 기초하여, 또는
상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료의 공급을 받는 급기 포트 내의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도에 기초하여, 또는
상기 연료 공급 밸브에 설치된 진동 센서를 이용하여 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동의 강도를 검출하고, 검출된 진동의 강도에 기초하여,
상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 방법.
A method for detecting gaseous fuel leakage from a fuel supply valve for a gas engine, the method comprising:
The pressure of the fuel supply line for supplying gaseous fuel from the fuel header to the fuel supply valve is detected within the valve closing period of the fuel supply valve, and based on the detected pressure, or
Detecting an oxygen concentration in the air supply port which is supplied with gaseous fuel from the fuel supply valve, and based on the detected oxygen concentration, or
By using the vibration sensor provided in the fuel supply valve to detect the intensity of the vibration according to the opening and closing of the fuel supply valve, based on the detected intensity of vibration,
It is determined whether gaseous fuel is leaking from the fuel supply valve.
연료 헤더를 상기 연료 공급 밸브에 연결하는 연료 공급관의 압력을 검출하는 압력 센서와,
상기 연료 공급 밸브의 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력에 기초하여 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 판정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
An apparatus for detecting gaseous fuel leakage from a fuel supply valve for a gas engine, the apparatus comprising:
A pressure sensor detecting a pressure of a fuel supply pipe connecting a fuel header to the fuel supply valve;
And a judging device for judging whether or not gaseous fuel is leaking from said fuel supply valve on the basis of the pressure detected by said pressure sensor within the valve closing period of said fuel supply valve.
상기 연료 공급관이 스로틀을 갖고, 상기 압력 센서가 상기 스로틀보다 하류측의 압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 2,
The fuel supply pipe has a throttle, and the pressure sensor detects a pressure downstream from the throttle.
상기 연료 헤더 내의 기체 연료의 압력을 검출하는 연압 센서를 구비하고,
상기 판정 장치는, 상기 압력 센서에 의해 검출되는 압력과 상기 연압 센서에 의해 검출되는 압력의 차압에 기초하여 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 2,
And a soft pressure sensor for detecting the pressure of the gaseous fuel in the fuel header,
And the judging device determines whether or not gaseous fuel is leaking based on a differential pressure between the pressure detected by the pressure sensor and the pressure detected by the soft pressure sensor.
상기 가스 엔진의 크랭크 축의 회전 위상을 검출하는 회전 위상계를 구비하고,
상기 판정 장치가, 상기 회전 위상계에 의해 검출되는 회전 위상에 기초하여 상기 밸브 폐쇄 기간을 인지하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 2,
A rotational phase meter for detecting the rotational phase of the crankshaft of the gas engine,
And the judging device recognizes the valve closing period based on the rotational phase detected by the rotational phase meter.
상기 판정 장치가, 상기 연료 공급 밸브의 구동 지령 신호에 기초하여 상기 밸브 폐쇄 기간을 인지하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 2,
The determination device recognizes the valve closing period based on a drive command signal of the fuel supply valve.
상기 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이, 그 이전의 상기 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력보다 낮을 때에, 상기 판정 장치는 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 2,
And when the pressure detected by the pressure sensor in the valve closing period is lower than the pressure detected by the pressure sensor in the valve closing period before it, the determination device determines that gaseous fuel is leaking. Gas fuel leak detection device.
상기 밸브 폐쇄 기간 내에 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력이, 상기 가스 엔진의 피스톤이 하사점 근방에 위치하는 시점에서 상기 압력 센서에 의해 검출된 압력인 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 2,
And a pressure detected by the pressure sensor within the valve closing period is a pressure detected by the pressure sensor when the piston of the gas engine is located near the bottom dead center.
상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료의 공급을 받는 급기 포트 내의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 센서와,
상기 산소 농도 센서에 의해 검출된 산소 농도에 기초하여 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 판정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
An apparatus for detecting gaseous fuel leakage from a fuel supply valve for a gas engine, the apparatus comprising:
An oxygen concentration sensor for detecting an oxygen concentration in the air supply port receiving gas fuel from the fuel supply valve;
And a judging device for judging whether or not gaseous fuel is leaking from the fuel supply valve based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor.
상기 판정 장치는, 상기 가스 엔진의 크랭크 축의 회전 위상이 소정 위상일 때에 상기 산소 농도 센서에 의해 검출된 산소 농도를 상기 문턱값과 비교하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
10. The method of claim 9,
And the determination device compares the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor with the threshold value when the rotational phase of the crankshaft of the gas engine is a predetermined phase.
상기 크랭크 축의 회전 위상을 검출하는 회전 위상계를 구비하고,
상기 판정 장치는, 상기 회전 위상계에 의해 검출되는 회전 위상을, 상기 회전 위상계로부터 직접적으로 또는 상기 가스 엔진의 엔진 제어 장치를 통하여 간접적으로 받아들이는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 10,
A rotational phase meter for detecting a rotational phase of the crankshaft,
And the determination device receives a rotational phase detected by the rotational phase meter directly from the rotational phase meter or indirectly through an engine control device of the gas engine.
검출된 산소 농도가 소정의 문턱값보다 낮을 경우에, 상기 판정 장치는, 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
10. The method of claim 9,
And the determination device determines that the gaseous fuel is leaking when the detected oxygen concentration is lower than a predetermined threshold.
상기 연료 공급 밸브에 설치되어 상기 연료 공급 밸브의 진동 강도를 검출하는 진동 센서와,
상기 진동 센서에 의해 검출된 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동 강도에 기초하여 상기 연료 공급 밸브로부터 기체 연료가 누설되고 있는지 여부를 판정하는 판정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
An apparatus for detecting gaseous fuel leakage from a fuel supply valve for a gas engine, the apparatus comprising:
A vibration sensor installed at the fuel supply valve and detecting a vibration intensity of the fuel supply valve;
And a judging device for judging whether or not gaseous fuel is leaking from said fuel supply valve on the basis of the vibration intensity according to opening and closing of said fuel supply valve detected by said vibration sensor.
상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호를 공급하는 개폐 신호 공급 장치를 구비하고, 상기 판정 장치가, 상기 개폐 신호 공급 장치로부터 공급되는 신호에 기초하여 상기 연료 공급 밸브의 개폐를 인지하고,
상기 개폐 신호 공급 장치가, 상기 가스 엔진의 엔진 제어 장치이고, 상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호가, 상기 엔진 제어 장치로부터 입력되는 상기 연료 공급 밸브의 구동 지령 신호인 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 13,
An opening / closing signal supply device for supplying a signal indicating an opening / closing timing of the fuel supply valve, wherein the determination device recognizes the opening / closing of the fuel supply valve based on a signal supplied from the opening / closing signal supply device,
The open / close signal supply device is an engine control device of the gas engine, and the signal representing the open / close timing of the fuel supply valve is a drive command signal of the fuel supply valve input from the engine control device. Leakage detection device.
상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호를 공급하는 개폐 신호 공급 장치를 구비하고, 상기 판정 장치가, 상기 개폐 신호 공급 장치로부터 공급되는 신호에 기초하여 상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 인지하고,
상기 개폐 신호 공급 장치, 상기 가스 엔진의 크랭크 축의 회전 위상을 검출하는 회전 위상계이고, 상기 연료 공급 밸브의 개폐 타이밍을 나타내는 신호가, 상기 크랭크 축의 회전 위상을 나타내는 회전 위상 신호이고, 상기 판정 장치는, 상기 회전 위상계로부터 직접적으로 또는 상기 가스 엔진의 엔진 제어 장치를 통하여 간접적으로 상기 회전 위상 신호를 받아들이는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 13,
An opening / closing signal supply device for supplying a signal indicating opening / closing timing of the fuel supply valve, wherein the determination device recognizes the opening / closing timing of the fuel supply valve based on a signal supplied from the opening / closing signal supply device,
The on-off signal supply device and a rotational phase meter for detecting the rotational phase of the crankshaft of the gas engine, the signal indicating the opening and closing timing of the fuel supply valve is a rotational phase signal indicating the rotational phase of the crankshaft, And a gaseous fuel leak detection device which receives the rotational phase signal directly from the rotational phase meter or indirectly through an engine control device of the gas engine.
상기 진동 센서에 의해 검출된 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동 강도가, 소정의 문턱값 이하일 때에, 상기 판정 장치는 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 13,
And the determination device determines that gaseous fuel is leaking when the vibration intensity according to the opening and closing of the fuel supply valve detected by the vibration sensor is equal to or less than a predetermined threshold value.
상기 진동 센서에 의해 검출된 상기 연료 공급 밸브의 개폐에 따른 진동 강도가, 그 이전의 것과 비교하여 소정 값 이상으로 저하되었을 때에, 상기 판정 장치는 기체 연료가 누설되고 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 기체 연료 누설 검지 장치.
The method of claim 13,
When the vibration intensity according to the opening and closing of the fuel supply valve detected by the vibration sensor is lowered to a predetermined value or more in comparison with the previous one, the judging device determines that the gaseous fuel is leaking. Fuel Leak Detection Device.
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WO2023219620A1 (en) * | 2022-05-12 | 2023-11-16 | Us Hybrid Corporation | Fault detection for fuel cell engines using runtime valve control data |
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