KR20160023907A - 액체 검출 시스템을 갖는 내연 기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관의 적어도 하나의 실린더 내의 원하지 않는 액체를 검출하는 내연 기관 (1) 의 액체 검출 시스템에 관한 것이다. 배열체는 실린더 (5) 의 연소실 (4) 에 실린더 특정적으로 설치된 2 개의 전극들 (2, 3) 을 포함한다. 그 전극들은 연소실 (4) 내의 2 개의 전극들 (2, 3) 을 통한 통전을 검출하기 위해 전력 공급부 (6) 및 측정부 (7) 에 연결된다.

Description

액체 검출 시스템을 갖는 내연 기관{AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A LIQUID DETECTION SYSTEM}

본 발명은 액체 검출 시스템을 갖는 내연 기관에 관한 것이다.

내연 기관은 하나 이상의 그의 실린더들에 액체를 갖는 위험을 만날 수도 있다. 물과 같은 액체는 실린더 헤드 캐스킷의 누설로부터, 그리고 또한 가스 엔진에서의 누설하는 예연소실 개스킷 또는 누설하는 배출 밸브 시트와 같은 다른 이유들로부터 기원할 수도 있다. 오일 누설의 경우, 그 소스는 누설하는 디젤 연료 인젝터 또는 인젝터 냉각 회로로부터 또는 피스톤 냉각으로부터 오는 윤활유일 수도 있다. 실린더 내, 즉 연소실 내의 액체는 그의 비압축성으로 인해 압축 스테이지에서 실린더 압력을 증가시킨다. 최악의 경우, 액체가 실린더의 많은 부분을 채우거나, 심지어 피스톤의 상사점 위치에서 연소실의 볼륨을 초과하며, 이것은 예를 들어 기동 목적으로 엔진이 회전될 때 실린더 내에 강력한 압력 스트로크를 발생시킨다. 그러한 압력 스트로크는 실린더 및 실린더 헤드 캐스킷, 피스톤, 피스톤 링들, 피스톤 핀, 연결 로드 및 그것의 베어링들, 및 크랭크 샤프트 및 그것의 베어링들, 및 또한 베어링 블록들과 같은 다른 엔진 컴포넌트들에 손상들을 발생시킬 수 있다.

시력에 의존하여 실린더의 오일 또는 물 누설을 체크하는 것이 알려져 있다. JP 3258608 공보에 개시된 바와 같이 누설을 나타내기 위해 실린더와 관련하여 실린더 특정 센서, 예를 들어 광전 센서를 갖는 시스템을 사용하는 것이 또한 알려져 있다.

본 발명의 목적은 실린더(들) 내의 액체를 검출하기 위해 대안적인 용액을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 용액은 또한 단순물 (simple) 이고 상대적으로 복잡한 배열들을 요구하지 않는다.

그 목적은 독립 청구항에서 기술된 방식으로 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 상이한 실시형태들을 설명한다. 액체 검출 배열체를 갖는 본 발명에 따른 내연 기관은 엔진의 적어도 하나의 실린더 내의 원하지 않는 액체를 검출한다. 그 배열체는 실린더의 연소실 내에 실린더 특정적으로 설치된 2 개의 전극들을 포함한다. 그 전극들은 전력공급장치 및 연소실 내의 2 개의 전극들을 통한 통전을 검출하는 측정부에 연결된다. 그 배열체는 또한 측정부의 측정들을 수신하는 제어 유닛을 포함하며, 그 제어 유닛은 그 측정들의 값들을 2 개의 전극들을 통한 통전을 나타내는 임계값과 비교하는 비교 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 그 비교가 측정값이 임계값을 초과하는 것을 나타내는 경우 내연 기관의 크랭크 샤프트의 회전을 정지하도록 배열된다.

다음에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세히 기술된다.
도 1 은 본 발명의 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 다른 예를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 부분을 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 회로 배열의 실시형태를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 회로 배열의 다른 실시형태를 도시한다.
도 6 은 점화 플러그의 예를 도시한다.
도 7 은 본 발명에 따른 전극들의 실시형태의 예를 도시한다.

도 1 은 본 발명에 따른 내연 기관 (1) 의 예를 도시한다. 그 엔진은 디젤 엔진과 같은 왕복 연소 엔진일 수 있다. 그 엔진은 엔진의 적어도 하나의 실린더 내의 원하지 않는 액체를 검출하는 액체 검출 배열체를 갖는다. 그 배열체는 실린더 (5) 의 연소실 (4) 내에 실린더 특정적으로 설치된 2 개의 전극들 (2, 3) 을 포함한다. 전극들은 연소실 (4) 내의 2 개의 전극들 (2, 3) 을 통한 통전 (conductivity) 를 검출하기 위해 전력 공급부 (6) 및 측정부 (7) 에 연결된다.

배열체는 측정부 (7) 의 측정들을 수신하는 제어 유닛 (8) 을 또한 포함한다. 제어 유닛은 그 측정들의 값들을 2 개의 전극들 (2, 3) 을 통한 통전을 나타내는 임계값과 비교하는 비교 유닛 (9) 을 포함한다. 제어 유닛 (8) 은 그 비교가 측정값이 임계값을 초과한다고 나타내는 경우 내연 기관의 크랭크 샤프트 (10) 의 회전을 정지시키도록 배열된다.

전극들 (2, 3) 은 실린더 (5) 의 점화 플러그 부분 (19) 에 위치될 수 있다. 전극들은 실린더 헤드 (20) 에 또는 도 1 에서 점선들로 나타내는 2A, 3A 로 도시된 바와 같이 실린더의 측벽에 설치될 수 있다. 양자의 방법들이 실린더의 바디 (body) 에의 설치 가능성들인 것으로 고려된다. 또한, 실린더의 중간 부분 및 하부 부분이 전극들을 위한 설치 장소들로서 고려될 수 있다. 연소실의 볼륨이 실린더 (5) 의 이동으로 인해 실린더의 점화 플러그에서 최소 볼륨에 있기 때문에, 점화 플러그 부분이 적합한 장소인 것으로 고려된다.

피스톤들 (18) 은 엔진의 외부로 돌출하는 엔진의 크랭크 샤프트 (10) 와 연결되어 있다. 크랭크 샤프트의 돌출 부분은 보통 플라이휠 (21) 이 제공되어 있다.

도 2 는 본 발명의 다른 실시형태를 도시하며, 여기서 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1) 은 또한 내연 기관 (1) 의 크랭크 샤프트 (10) 를 회전시키는 전동기 (22) 를 포함한다. 전동기는 엔진의 실제 기동 전에 크랭크 샤프트를 저속으로 회전시키기 위해 사용된다. 그 저속 회전은 엔진을 그냥 기동하는 것보다 실린더 내의 물과 같은 액체를 검출하기 위해 더 안전한 조건을 제공한다. 실린더 내의 압력은 크랭크 샤프트가 저속으로 회전하는 경우 그다지 빠르게 상승하지 않는다. 전동기 (22) 의 샤프트 (23) 가 플라이휠 (21) 과 연결되어 있는 변속 휠 (24) 에 연결되는 것이 실현 가능하다. 크랭크 샤프트 (10) 의 회전은 피스톤들 (18) 의 앞뒤로의 이동들을 제공한다.

도 3 은 검출 배열체가 구성될 수 있는 더욱 상세한 예를 도시한다. 액체 검출 배열체는 상기 2 개의 전극들 (2, 3) 및 상기 전력 공급부 (6) 를 갖는 회로 (14) 를 포함한다. 그 회로는 또한 전극들과 직렬인 저항기 (15), 전류원 회로 (16) 및 버퍼 회로 (17) 을 포함한다. 전력 공급부 (6) 는 버퍼 회로 (17) 에 연결되는 전류원 회로 (16) 에 연결된다. 버퍼 회로는 저항기 (15) 및 전극들 (2, 3) 을 통해 전류를 공급한다. 측정부 (7) 는 저항기 (15) 에 걸리는 전압을 측정하도록 배열된다.

도 3 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전원은 이러한 예에서 회로 (14) 에 12 V 와 -12 V 사이의 전압을 제공한다. 전류원 회로는 전류가 전극들 (2, 3) 을 통과할 때 저항기를 통해 흐르는 전류를 안정화하기 위한 것이다. 버퍼 회로도 또한 회로를 안정화한다. 전류가 저항기 (15) 를 통해 제로 (전극들 사이에 통전 없음) 또는 완전한 가능 전류 (전극들 사이의 완전한 통전) 일 수 있기 때문에 안정화가 이익이된다. 따라서, 전류원 회로의 부하가 갑자기 변할지라도 전류원 회로는 예측가능한 전류를 제공한다. 전극들 (2, 3) 은 온 (ON) (전류가 전극들을 통해 흐른다) 또는 오프 (OFF) (전류가 전극들을 통해 흐르지 않는다) 인 스위치로서 보일 수 있다. 전류가 안정화되었기 때문에, 저항기 (15) 에 대한 측정은 더욱 신뢰성이 있다. 저항기 (및 전극들 (2, 3)) 를 통한 전류는 저항기 (15) 의 전압이 알려져 있는 경우 저항기 (15) 에 걸친 전압을 측정함으로써 측정될 수 있다. 예를 들어, 저항이 도 3 에서 2,2 ㏀ 인 경우, 전극들이 온인 경우 전류는 대략 0.01 A 이다.

도 3 의 예에서, 버퍼 회로 (17) 는 연산 증폭기 (31) 로의 네거티브 피드백 (32) 을 포함한다. 전류원 회로 (16) 는 또한 저항기 (35) 를 통해 네거티브 피드백을 가지며 필터링 커패시터 (37) 가 그라운드에 접속된다. 전류원 회로 (16) 는 또한 저항기 (33) 를 통해 포지티브 피드백을 가지며 분압기 저항기 (34) 가 그라운드에 접속된다. 연산 증폭기 (30) 로의 전력 공급 라인들은 그라운드로의 커패시터들 (36, 38) 이 제공된다.

도 4 는 도 3 보다 더 개략적인 회로 예를 도시한다. 도 4 의 예는 액체 검출 배열체가 상기 2 개의 전극들 (2, 3) 및 전력 공급부 (6), 및 저항기 (42) 를 갖는 회로 (41) 를 포함한다는 것을 보여준다. 측정부 (7) 는 그 저항기에 걸친 전압을 측정하도록 배열된다. 측정부가 회로에 대한 전압을 측정하는 것이 또한 가능할 수도 있다.

도 5 는 개략적 회로의 다른 예를 도시한다. 도 5 에 따른 액체 검출 배열체는 상기 2 개의 전극들 (2, 3) 및 상기 전력 공급부 (6) 를 갖는 회로 (51) 를 포함한다. 측정부 (7) 는 전극들 (2, 3) 에 대한 저항을 측정하도록 배열될 수 있다. 이러한 경우에, 전력 공급부 (6) 및 측정부 (7) 가 전극들에 대한 저항을 측정하는 단일의 측정 디바이스를 형성하는 것이 실현 가능하다. 유사하게, 전력 공급부 (6) 및 측정부 (7) 는 전극들에 대한 전류를 측정하기 위한 측정 디바이스를 제공할 수 있다. 도 1 및 도 2 를 참조하며, 측정부 및 전력 공급부는 실용적인 방법으로 하나의 엔티티로 통합될 수 있다.

도 4 및 도 5 는 임계값이 초과될 때 제어 유닛 (8) 이 경보 (43) 를 제공하도록 배열되는 것을 도시한다. 상술된 바와 같이, 임계값이 초과될 때 제어 유닛은 크랭크 샤프트의 회전을 정지한다 (44).

본 발명에 따른 액체 검출 배열체를 구성할 때, 2 개의 전극들 (2, 3) 이 실린더 (5) 내에 설치된 점화 플러그 (11) 에 의해 제공되는 것이 실현가능하다. 통상적인 점화 플러그가 도 6 에 도시된다. 점화 플러그들은 상대적으로 비용-효과적이며, 그들은 높은 압력 조건들에 대해 양호한 내성을 갖는다. 또한, 그들은 점화 플러그를 위한 보어들 및 스레드들을 제작하는 적합한 밀링 툴들이 존재하기 때문에 용이하게 설치될 수 있다.

액체 검출 배열체를 위한 전극들을 형성하는 다른 방법들이 또한 존재한다. 도 7 은 전극들의 실시형태의 다른 예를 도시한다. 이러한 예에서, 상기 전극들 중 하나 (3) 는 실린더 (5) 의 바디 (13) 이고 다른 전극 (2) 은 실린더의 바디 (13) 로부터 전기적으로 절연되는 (12) 금속 부분이다. 이러한 실시형태에서, 그 절연된 전극 (2) 은 실린더의 바디를 향해 만곡되었다.

상기 예들로부터 알 수 있는 바와 같이, 전극들을 통한 통전은 상이한 방법들로 측정될 수 있다. 물 또는 다른 도전성 액체가 실린더 내에 존재하는 경우, 전극들 사이에 전기적 연결이 존재하고, 전류가 그들을 통해 흐른다. 물이 실린더 내에 존재하지 않는 경우, 전기적 연결이 존재하지 않고, 전류는 흐르지 않는다. 상술된 바와 같이, 전극들 (및 실린더 내의 물) 을 통한 통전은 전극들을 통한 통전에 의존하는 전압, 전류 또는 저항을 측정함으로써 검출될 수 있다.

상술된 바와 같이, 제어 유닛 (8) 은 물 (또는 다른 도전성 액체) 이 실린더 내에서 검출되는 경우 정지 커맨드를 제공한다. 정지 커맨드는 크랭크 샤프트의 회전이 정지되도록 구동한다. 따라서, 크랭크 샤프트를 회전시키는 상기 전동기 또는 다른 디바이스의 엔진 자체가 정지된다. 전기 모터 다른 디바이스 또는 엔진 자체는 소정의 주기로 회전되는 것이 실현가능할 수 있다. 이러한 주기에서, 하나 이상의 실린더들 내의 가능한 액체를 검출하는 것이 가능하다.

본 설명의 도면들은 주로 본 발명을 도시하기 위한 개략 도면들이다. 따라서, 본 발명은 상술된 것보다 많은 다른 방법들로 실현될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은 또한 학습 제어 유닛일 수 있다. 이것은 제어 유닛이 소정 양들의 액체가 하나 이상의 실린더들 내에 존재하는 상황들을 학습할 수 있다는 것을 의미한다. 전극들의 구성은 상기의 예들에서 도시된 것과 상이할 수 있다. 전극들은 엔진의 모든 실린더들 내에 또는 적어도 하나의 실린더 내에 위치될 수 있다. 엔진의 소정의 실린더가 그 실린더 내에 물을 가질 수도 있고 다른 실린더들은 물을 가지지 않을 것이라는 것이 예측가능할 수도 있으며, 이러한 경우에 모든 실린더들이 전극들로 구비될 필요는 없다. 엔진이 디젤 엔진인 경우에, 연료는, 예를 들어, 본 발명의 기능을 변경하지 않고 HFO (Heavy Fuel Oil) 또는 LFO (Light Fuel Oil) 오일일 수 있다.

본 발명은 본 텍스트에 기술된 실시형태들에 제한되지 않고 독립 청구항들의 범위 내의 많은 다른 상이한 실시형태들에서 구현될 수 있다는 것이 상술한 것으로부터 분명하다.

Claims (10)

1. 내연 기관의 적어도 하나의 실린더 내의 원하지 않는 액체를 검출하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1) 으로서,
   상기 액체 검출 배열체는,
   상기 실린더 (5) 의 연소실 (4) 내에 실린더 특정적으로 설치된 2 개의 전극들 (2, 3) 로서, 상기 전극들은 상기 연소실 (4) 내의 2 개의 전극들 (2, 3) 을 통한 통전을 검출하기 위해 전력 공급부 (6) 및 측정부 (7) 에 연결되는, 상기 2 개의 전극들 (2, 3), 및
   상기 측정부 (7) 의 측정들을 수신하는 제어 유닛 (8) 을 포함하며,
   상기 제어 유닛은 상기 측정들의 값들을 2 개의 전극들 (2, 3) 을 통한 통전을 나타내는 임계값과 비교하는 비교 유닛 (9) 을 포함하고,
   상기 제어 유닛 (8) 은, 상기 비교가 측정값이 상기 임계값을 초과한다고 나타내는 경우, 상기 내연 기관의 크랭크 샤프트 (10) 의 회전을 정지하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 2 개의 전극들 (2, 3) 은 상기 실린더 (5) 내에 설치된 점화 플러그 (11) 에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극들 중 하나 (3) 는 상기 실린더 (5) 의 바디 (13) 이고, 다른 전극 (2) 은 상기 실린더의 상기 바디 (13) 로부터 전기적으로 절연되는 (12) 금속 부분인 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액체 검출 배열체는, 상기 2 개의 전극들 (2, 3) 및 상기 전력 공급부 (6) 를 갖고 또한 상기 전극들과 직렬인 저항기 (15), 전류원 회로 (16) 및 버퍼 회로 (17) 를 포함하는 회로 (14) 를 포함하고,
   상기 전력 공급부 (6) 는 상기 버퍼 회로 (17) 에 연결되는 상기 전류원 회로 (16) 에 연결되며,
   상기 버퍼 회로는 상기 저항기 (15) 및 상기 전극들 (2, 3) 을 통해 전류를 공급하고,
   상기 측정부 (7) 는 상기 저항기 (15) 에 대한 전압을 측정하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액체 검출 배열체는 상기 2 개의 전극들 (2, 3), 상기 전력 공급부 (6) 를 갖는 회로 (51) 를 포함하고,
   상기 측정부 (7) 는 상기 전극들 (2, 3) 에 대한 저항을 측정하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액체 검출 배열체는 상기 2 개의 전극들 (2, 3) 및 전력 공급부 (6), 및 저항기 (42) 를 갖는 회로 (41) 를 포함하고,
   상기 측정부 (7) 는 상기 저항기에 대한 전압을 측정하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전극들 (2, 3) 은 상기 실린더 (5) 의 상부 부분 (19) 에 위치되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 전극들 (2, 3) 은 실린더 헤드 (20) 에 위치되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내연 기관 (1) 은 상기 내연 기관 (1) 의 크랭크 샤프트 (10) 를 회전시키는 전동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛 (8) 은 또한 상기 임계값이 초과되는 경우 경보 (43) 및/또는 정지 (STOP) (44) 를 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 검출 배열체를 갖는 내연 기관 (1).

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