KR20160060750A - 기체연료공급시스템 및 기체연료공급시스템의 이상검출방법 - Google Patents

기체연료공급시스템 및 기체연료공급시스템의 이상검출방법 Download PDF

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Abstract

기체연료 공급시스템(15)은 엔진의 연소실(7)에 기체연료를 공급한다. 기체연료 공급시스템은 연소실에 기체연료를 분사하는 분사밸브(8)와, 분사밸브에 공급되는 기체연료가 흐르는 공급유로와, 공급유로를 개폐 가능한 게이트밸브와, 분사밸브와 게이트밸브 사이의 공급유로의 압력을 검출하는 압력센서와, 분사밸브 및 게이트밸브를 제어하는 제어장치를 구비한다. 압력센서의 검출결과와 엔진의 크랭크 축의 크랭크 각도를 검출하는 검출장치의 검출결과에 의거하여, 분사밸브 및 게이트밸브 중 적어도 한쪽의 이상이 검출된다.

Description

기체연료공급시스템 및 기체연료공급시스템의 이상검출방법{GAS FUEL SUPPLY SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING ABNORMALITY OF GAS FUEL SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 기체연료공급시스템 및 기체연료공급시스템의 이상검출방법에 관한 것이다.
예를 들어 선박의 동력원으로서, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 액체연료 및 기체연료 양쪽을 사용하여 동력을 발생하는 듀얼퓨얼엔진(Dual Fuel Engine)(이중연료엔진)이 알려져 있다.
특허문헌 1 : 일본특허 제3432098호 공보
듀얼퓨얼엔진은 액체연료(연료유)만을 사용하는 연료유 전용모드와, 액체연료 및 기체연료(연료가스)의 양쪽을 사용하는 2종 연료모드로 각각 작동 가능하다. 연료유 전용모드는 연소실에 액체연료를 공급하여, 그 공급된 액체연료를 연소시키는 방식이다. 2종 연료모드는 연소실에 기체연료를 공급함과 동시에, 연소실에 소량의 액체연료를 공급하여 파일럿 화재를 생성하고, 파일럿 화재로 기체연료를 착화하여 연소시키는 방식이다.
듀얼퓨얼엔진에서 연소실에 기체연료를 공급하는 기체연료 공급시스템에 이상이 발생하고 있음에도 불구하고, 그 상태를 방치해두면 듀얼퓨얼엔진의 성능이 저하할 가능성이 있다. 따라서 기체연료 공급시스템의 이상의 유무 및 이상의 발생부위를 검출하는 것이 필요해진다.
본 발명은 이상을 검출할 수 있는 기체연료 공급시스템 및 기체연료 공급시스템의 이상검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 기체연료 공급시스템은 엔진의 연소실에 기체연료를 공급하는 기체연료 공급시스템으로서, 상기 연소실에 상기 기체연료를 분사하는 분사밸브와, 상기 분사밸브에 공급되는 상기 기체연료가 흐르는 공급유로와, 상기 공급유로를 개폐 가능한 게이트밸브와, 상기 분사밸브와 상기 게이트밸브 사이의 상기 공급유로의 압력을 검출하는 압력센서와, 상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브를 제어하는 제어장치를 구비하고, 상기 압력센서의 검출결과와 상기 엔진의 크랭크 축의 크랭크 각도를 검출하는 검출장치의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브 중 적어도 한쪽의 이상을 검출한다.
본 발명에 의하면 분사밸브와 게이트밸브 사이의 공급유로의 압력의 검출결과와 크랭크 축의 크랭크 각도의 검출결과에 의거하여, 분사밸브의 이상 및 게이트밸브의 이상 중 적어도 한쪽을 검출하는 것이 가능하다. 분사밸브 및 게이트밸브의 이상은 동작불량을 포함한다. 이상은 예를 들어, 제어장치에서 밸브를 여는 지령신호가 출력되어 있음에도 불구하고, 밸브를 열지 않는 상태 또는 제어장치에서 밸브를 닫는 지령신호가 출력되어 있음에도 불구하고 밸브를 닫지 않는 상태를 포함한다. 본 발명에 의하면 이들의 이상을 검출 가능하므로, 그 이상을 해소하기 위한 적절한 조치를 강구할 수 있다. 또한 이상이 발생하고 있는 기체연료 공급시스템을 계속 사용하고 마는 부적합성을 방지 가능하다.
상기 제어장치는 상기 검출장치의 검출결과에 의거하여 상사점 및 하사점을 포함하는 상기 엔진의 피스톤의 위치를 구하고, 상기 연소실에 상기 기체연료를 공급하기 위해, 상기 피스톤이 상사점 근방에 위치하는 시점에서 상기 게이트밸브를 연 다음 상기 분사밸브를 열고, 상기 분사밸브를 닫은 다음 상기 게이트밸브를 닫도록 지령신호를 출력하고, 상기 피스톤이 하사점 근방에 위치하는 시점에서의 상기 압력센서의 검출결과에 의거하여 상기 이상을 검출해도 된다. 게이트밸브는 안전밸브(인터록 기구)로서 기능하고, 피스톤이 상사점 근방에 위치하는 시점에서 작동한다. 분사밸브는 게이트밸브가 열려 있는 상태에서 작동한다. 피스톤이 상사점 근방에 위치하는 시점에서 분사밸브 및 게이트밸브가 작동하므로, 피스톤이 하사점 근방에 위치하는 시점에서의 압력의 검출결과에 의거하여, 분사밸브 및 게이트밸브 중 적어도 한쪽의 이상을 원활하게 검출할 수 있다. 피스톤의 위치는 검출장치의 검출결과에서 도출 가능하므로, 검출장치의 검출결과 및 압력센서의 검출결과에 의거하여 이상을 검출할 수 있다.
본 발명에 관한 기체연료 공급시스템에서, 상기 압력센서의 검출결과와 상기 연소실의 압력을 검출하는 실린더 내 센서의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브 및 게이트밸브 중 어느 쪽에 이상이 생겼는지를 판정해도 된다. 예를 들어 분사밸브에 이상이 생겼을 때의 압력의 검출결과와, 게이트밸브에 이상이 생겼을 때의 압력의 검출결과가 근사한 경우, 연소실의 압력을 검출함으로써 그 연소실의 압력의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다.
본 발명에 관한 기체연료 공급시스템에서, 상기 분사밸브로부터의 상기 기체연료의 분사 전에, 기체연료를 상기 연소실에 분사하는 예비 분사밸브를 구비하고, 상기 제어장치는 상기 기체연료를 분사한 상기 예비 분사밸브를 닫은 다음 상기 게이트밸브를 닫은 후, 상기 분사밸브로부터의 상기 기체연료의 분사를 위해 상기 게이트밸브를 열도록 지령신호를 출력하고, 상기 예비 분사밸브를 닫기 위한 지령신호가 출력된 다음 상기 게이트밸브를 열기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간에 따른 상기 압력센서의 검출결과에 의거하여, 상기 예비 분사밸브의 이상을 검출해도 된다. 기체연료 공급시스템이 예비 분사밸브를 갖는 경우 예비 분사밸브를 닫기 위한 지령신호가 출력된 다음, 분사밸브로부터의 기체연료의 분사를 위해 게이트밸브를 열기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간에 따른 압력센서의 검출결과에 의거하여 예비 분사밸브의 이상을 검출할 수 있다.
본 발명에 관한 기체연료 공급시스템에서, 상기 엔진은 듀얼퓨얼엔진을 포함하고, 상기 연소실에 액체연료가 공급되고 상기 기체연료가 공급되지 않는 연료유 전용 모드에 따른 상기 압력센서의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브의 이상을 검출해도 된다. 연료유 전용 모드에서는 분사밸브에서 기체연료는 분사되지 않고, 분사밸브는 닫도록 제어된다. 연료유 전용 모드에서 분사밸브가 열려 있는 경우, 연소실의 고온 고압의 기체가 분사밸브에서 공급유로에 유입하고, 공급유로의 압력을 상승시킨다. 따라서 연료유 전용 모드에서 분사밸브에 이상이 발생했는지 여부를 검출하는 것이 가능하다.
본 발명에 관한 기체연료 공급시스템의 이상검출방법은 엔진의 연소실에 기체연료를 공급하는 기체연료 공급시스템의 이상검출방법으로서, 상기 기체연료 공급시스템은 상기 연소실에 기체연료를 분사하는 분사밸브와, 상기 분사밸브에 공급되는 상기 기체연료가 흐르는 공급유로와, 상기 공급유로를 개폐 가능한 게이트밸브를 구비하고, 상기 분사밸브와 상기 게이트밸브 사이의 상기 공급유로의 압력을 검출하는 공정과, 상기 엔진의 크랭크 축의 크랭크 각도를 검출하는 공정과, 상기 공급유로의 압력의 검출결과와 상기 크랭크 각도의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브 중 적어도 한쪽의 이상을 검출하는 공정을 포함한다.
본 발명에 의하면 분사밸브와 게이트밸브 사이의 공급유로의 압력의 검출결과와 크랭크 각도의 검출결과에 의거하여, 분사밸브의 이상 및 게이트밸브의 이상 중 적어도 한쪽을 검출하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면 기체연료 공급시스템의 이상을 원활하게 검출 가능하다.
도 1은 듀얼퓨얼엔진의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2는 듀얼퓨얼엔진의 동작의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은 2종 연료모드에서 연소실에 연료가 분사되어 있는 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 2종 연료모드에서 연소실에 연료가 연소하고 있는 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 5는 2종 연료모드에서 연료가 연소하고 있는 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은 기체연료 공급시스템의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7은 기체연료 분사밸브 및 게이트밸브가 정상으로 작동하고 있을 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력 관계를 나타내는 도이다.
도 8은 게이트밸브가 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력과의 관계를 나타내는 도이다.
도 9는 게이트밸브가 닫힘 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력과의 관계를 나타내는 도이다.
도 10은 기체연료 분사밸브가 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력과의 관계를 나타내는 도이다.
도 11은 기체연료 분사밸브가 닫힘 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력과의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는 연료유 전용 모드에서 기체연료 분사밸브가 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력과의 관계를 나타내는 도이다.
도 13은 기체연료 공급시스템의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 14는 예비 분사밸브가 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력과의 관계를 나타내는 도이다.
도 15는 예비 분사밸브가 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로의 압력과의 관계를 나타내는 도이다.
이하 본 발명에 관한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 이하에서 설명하는 각 실시형태의 요건은 적절하게 조합할 수 있다. 또한 일부의 구성요소를 이용하지 않는 경우도 있다.
(제1 실시형태)
제1 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명형태에 관한 듀얼퓨얼엔진(1)의 일례를 나타내는 모식도이다. 본 실시형태에 관한 듀얼퓨얼엔진(1)은 크로스헤드형 디젤엔진을 포함하며 예를 들어, 선박 등의 추진용 엔진으로서 사용된다.
듀얼퓨얼엔진(1)은 밑판(50)과, 밑판(50)에 설치된 가구(架構)(본체)(51)와, 가구(51)에 설치된 쟈켓(52)을 구비하고 있다.
또한 듀얼퓨얼엔진(1)은 쟈켓(52)에 설치된 실린더(2)와, 실린더(2)의 내부에서 왕복운동하는 피스톤(3)과, 피스톤(3)에 접속된 피스톤봉(41)과, 연접봉(43)과, 피스톤봉(41)과 연접봉(43)을 연결하는 크로스헤드(42)와, 크랭크핀(44)을 개재하여 연접봉(43)과 접속된 크랭크 축(4)을 구비하고 있다.
실린더(2)는 쟈켓(52)에 설치된 실린더라이너(2A)와 실린더라이너(2A) 상에 설치된 실린더커버(2B)를 갖는다. 크로스헤드(42)는 가구(51)에 설치된 안내부(51G)를 따라 움직여, 피스톤봉(41)으로부터의 기계적 동력을 연접봉(43)에 전달한다. 크랭크 축(4)은 밑판(50)에 배치되어 피스톤(3)에서 전달되는 기계적 동력을 출력한다.
피스톤(3)의 상부면과 실린더(2)의 천정면이 대향한다. 실린더(2)의 천정면의 중앙부에 배기밸브(11)가 설치된다. 피스톤(3)과 실린더(2)와 배기밸브(11) 사이에 연소실(7)이 형성된다.
또한 듀얼퓨얼엔진(1)은 크랭크 축(4)의 회전각도(크랭크 각도)를 검출하는 검출장치(6)와, 연소실(7)에 기체연료(PG)를 공급하는 기체연료 분사밸브(8)를 포함하는 기체연료 공급시스템(15)과, 연소실(7)에 액체연료(FO)를 공급하는 액체연료 분사밸브(9)를 포함하는 액체연료 공급시스템(20)과, 연소실(7)의 압력을 검출하는 실린더 내 센서(16)와, 듀얼퓨얼엔진(1)을 제어하는 제어장치(10)를 구비하고 있다.
기체연료 분사밸브(8)는 연소실(7)에 기체연료(PG)를 분사 가능하다. 기체연료(PG)는 예를 들어, CNG(압축천연가스) 및 H２(수소가스) 중 적어도 하나를 포함한다. 본 실시형태에서 기체연료 분사밸브(8)는 연소실(7)에 두 개 배치된다. 또한 기체연료 분사밸브(8)의 개수는 임의다.
액체연료 분사밸브(9)는 연소실(7)에 액체연료(FO)를 분사 가능하다. 액체연료(FO)는 예를 들어, 경유, 중유 및 중질유 중 적어도 하나를 포함한다. 본 실시형태에서 액체연료 분사밸브(9)는 연소실(7)에 두 개 배치된다. 또한 액체연료 분사밸브(9)의 개수는 임의다.
검출장치(6)는 크랭크 앵글센서를 포함하여 크랭크 축(4)의 크랭크 각도를 검출한다. 검출장치(6)는 피스톤(3)의 상사점을 기준으로 크랭크 각도를 검출해도 된다. 크랭크앵글센서는 예를 들어, 크랭크 축(4)에 장착된 계측부재(원반, 검출용 톱니바퀴 등)의 회전 위치에서 크랭크 각도를 검출하여 크랭크 각도 신호를 출력한다. 크랭크앵글센서는 광학식이어도 되고 전자식이어도 된다. 또한 검출장치(6)는 크랭크 축(4)의 회전위치 또는 피스톤(3)의 위치 등에서 크랭크 각도를 검출해도 된다. 또한 상사점 센서를 사용하여 피스톤(3)이 상사점에 위치할 때의 크랭크 축(4)의 위치정보(기준위치정보)를 검출하고, 그 위치정보와 크랭크 축(4)의 회전속도정보에 의거하여 크랭크 각도를 구해도 된다.
검출장치(6)의 검출결과는 제어장치(10)에 출력된다. 크랭크 각도와 피스톤(3)의 위치는 관련지어져 있다. 제어장치(10)는 검출장치(6)의 검출결과에 의거하여, 상사점 및 하사점을 포함하는 피스톤(3)의 위치를 구할 수 있다. 또한 제어장치(10)는 내장되어 있는 타이머의 출력과 검출장치(6)의 검출결과에 의거하여, 예를 들어 피스톤(3)이 상사점에 배치된 시점 및 하사점에 배치된 시점을 구할 수 있다. 제어장치(10)는 크랭크 각도에 의거하여, 배기밸브(11)의 개폐, 기체연료 분사밸브(8)로부터의 기체연료(PG)의 분사 및 액체연료 분사밸브(9)로부터의 액체연료(FO)의 분사를 제어하기 위한 지령신호를 출력한다.
실린더 내 센서(16)는 연소실(7)의 압력을 검출한다. 실린더 내 센서(16)의 검출결과는 제어장치(10)에 입력된다. 제어장치(10)는 실린더 내 센서(16)의 검출결과에 의거하여, 연소실(7)의 이상의 유무를 판정할 수 있다. 제어장치(10)는 실린더 내 센서(16)의 검출결과에 의거하여, 연소실(7)의 이상의 종류(내용)를 구할 수 있다.
연소실(7)의 이상은 연소이상, 기체연료의 공급과다 및 기체연료의 공급과소 중 적어도 하나를 포함한다. 연소이상은 실화를 포함한다. 연소실(7)이 정상인 상태와 이상인 상태에서 연소실(7)의 압력은 상이하다. 또한 연소실(7)의 이상 종류에 의해서도 연소실(7)의 압력은 상이하다. 본 실시형태에서는 연소실(7)의 이상 종류와 그 이상 종류에 대응하는 연소실(7)의 압력의 관계가 사전에 구해져 있다. 그 관계는 예비실험 또는 시뮬레이션에 의해 구해져, 제어장치(10)에 접속되어 있는 기억장치에 기억되어 있다. 제어장치(10)는 실린더 내 센서(16)의 검출결과와 기억장치의 기억정보에 의거하여, 연소실(7)의 이상 유무를 판정 가능하고, 이상이 발생하고 있는 경우 그 이상의 종류를 판정 가능하다.
도 2는 듀얼퓨얼엔진(1)의 동작의 일례를 나타내는 모식도이다. 본 실시형태에서 듀얼퓨얼엔진(1)은 2스트로크 1사이클의 유니플로소배기식 디젤엔진으로서, 피스톤(3)이 하사점 근방에 배치됐을 때에 소기 포트에서 연소실(7)에 새로운 공기가 도입되고, 상사점에서 하사점으로 이행 중에 연소실(7)의 기체가 배기포트에서 배출된다. 듀얼퓨얼엔진(1)의 동작은 새로운 공기를 주입하여 연소실(7)로 보내는 흡입공정(A)과, 연소실(7)의 공기를 피스톤(3)으로 압축하는 압축공정(B)과, 연소실(7)에 연료를 분사하여 그 연료를 연소시키는 연소공정(C)과, 연소공정 후의 연소실(7)의 기체를 배기밸브(11)에서 배출하는 배기공정(D)을 포함한다.
듀얼퓨얼엔진(1)은 액체연료(FO)만을 사용하는 연료유 전용모드와, 액체연료(FO) 및 기체연료(PG)의 양쪽을 사용하는 2종 연료모드로 각각 작동 가능하다.
연료유 전용모드는 액체연료 분사밸브(9)에서 연소실(7)로 액체연료(FO)를 공급하여 액체연료(FO)를 연소시키는 한편, 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 기체연료(PG)를 공급하지 않는 모드이다. 연료유 전용모드에서는 압축공정에서 연소실(7)의 공기가 압축된 후, 연소공정에서 액체연료 분사밸브(9)에서 연소실(7)로 액체연료(FO)가 분사된다. 고온 고압의 공기에 액체연료(FO)가 분사됨으로써 액체연료(FO)는 자연 발화하여 연소한다.
2종 연료모드는 연소실(7)에 액체연료(FO) 및 기체연료(PG)의 양쪽이 공급되는 모드이다. 2종 연료모드에서는 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 기체연료(PG)를 분사한 후, 액체연료 분사밸브(9)에서 연료실(7)에 소량의 액체연료(FO)를 분사하여 파일럿 화재를 생성함으로써, 파일럿 화재로 기체연료(PG)를 착화하여 연소시킨다.
이어서 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하여 2종 연료모드를 상세하게 설명한다. 도 3은 2종 연료모드에서 기체연료밸브(8)에서 연소실(7)로 기체연료(PG)가 분사되고, 기체연료밸브(9)에서 연소실(7)로 액체연료(FO)가 분사되어 있는 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다. 도 4는 2종 연료모드에서 액체연료(FO) 및 기체연료(PG) 각각 연소하고 있는 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 5는 2종 연료모드에서 액체연료(FO) 및 기체연료(PG)가 연소하고 있는 상태의 일례를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
압축공정에서 연소실(7)의 공기가 압축된다. 도 3에 나타낸 바와 같이 연소공정에서, 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 기체연료(PG)가 분사된다. 또한 액체연료 분사밸브(9)에서 연소실(7)로 소량의 액체연료(FO)가 분사된다. 피스톤(3)이 상사점 근방에 배치되는 시점에서, 액체연료(FO)와 기체연료(PG)가 연소실(7)에 거의 동시에 분사된다. 2중 연료모드에서 주 연료는 기체연료(PG)이다.
도 3에 나타낸 바와 같이 기체연료 분사밸브(8)는 기체연료(PG)를 분사하는 분사구(8S)를 여러 개 갖는다. 액체연료 분사밸브(9)는 액체연료(FO)를 분사하는 분사구(9S)를 여러 개 갖는다. 기체연료 분사밸브(8)는 그 기체연료 분사밸브(8)의 축에 대한 방사방향에 관해 외측을 향하여 기체연료(PG)를 분사한다. 액체연료 분사밸브(9)는 그 액체연료 분사밸브(9)의 축에 대한 방사방향에 관해 외측을 향하여 액체연료(FO)를 분사한다. 기체연료 분사밸브(8) 및 액체연료 분사밸브(9) 각각은 기체연료(PG)와 액체연료(FO)가 교차하도록 기체연료(PG) 및 액체연료(FO)를 분사한다.
액체연료 분사밸브(9)에서 분사된 소량의 액체연료(FO)는 자연발화하여 파일럿 화재를 생성한다. 기체연료 분사밸브(8)는 압력 P1의 기체연료(PG)를 분사한다. 고온 고압의 공기가 충만하고 파일럿 화재가 생성되어 있는 연소실(7)에, 고압의 기체연료(PG)가 공급됨으로써 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 연소실(7)에서 확산 연소가 발생한다. 본 실시형태에서 2종 연료모드는 확산연소방식으로 기체연료(PG)를 연소시킨다.
이어서 본 실시형태에 관한 기체연료 공급시스템(15)의 일례에 대하여 설명한다. 도 6은 본 실시형태에 관한 기체연료 공급시스템(15)의 일례를 나타내는 도이다.
기체연료 공급시스템(15)은 듀얼퓨얼엔진(1)의 연소실(7)에 기체연료(PG)를 공급한다. 기체연료 공급시스템(15)은 제어장치(10)에 의해 제어된다. 기체연료 공급시스템(15)은 연소실(7)에 기체연료(PG)를 분사하는 기체연료 분사밸브(8)와, 기체연료 분사밸브(8)에 공급되는 기체연료(PG)가 흐르는 공급유로(21)와, 공급유로(21)를 개폐 가능한 게이트밸브(22)와, 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력을 검출하는 압력센서(23)를 구비하고 있다. 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22)는 제어장치(10)에 제어된다. 압력센서(23)의 검출결과는 제어장치(10)에 출력된다. 게이트밸브(22)는 기체연료(PG)를 송출 가능한 펌프를 포함하는 기체연료 공급원과 접속된다. 기체연료 공급원은 게이트밸브(22)에 기체연료(PG)를 공급한다. 기체연료 공급원은 압력 P1의 기체연료(PG)를 공급한다.
게이트밸브(22)는 안전밸브(인터록 기구)로서 기능한다. 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22)의 양쪽이 열림으로써, 기체연료 공급원으로부터의 기체연료(PG)는 게이트밸브(22), 공급유로(21) 및 기체연료 분사밸브(8)를 개재하여 연소실(7)에 공급된다.
압력센서(23)는 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력을 검출한다. 압력센서(23)는 기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력을 검출 가능하다. 압력센서(23)의 검출결과는 제어장치(10)에 출력된다. 본 실시형태에서 제어장치(10)는 압력센서(23)의 검출결과와, 검출장치(6)의 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 적어도 한쪽의 이상을 검지한다.
도 7은 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22)가 정상으로 작동하고 있을 때의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)의 관계를 나타내는 도이다. 도 7은 기체연료 분사밸브(8)의 개폐동작 및 게이트밸브(22)의 개폐동작의 타이밍차트를 포함한다.
도 7에서 크랭크 각도가 0도일 때 피스톤(3)은 상사점에 배치된다. 크랭크 각도가 180도(또는 -180도)일 때 피스톤(3)은 하사점에 배치된다. 또한 도 7은 크랭크 각도가 -30도에서 90도의 범위에 따른 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력을 나타낸다.
제어장치(10)는 연소실(7)에 기체연료(PG)를 공급하기 위하여, 게이트밸브(22)를 연 다음 기체연료 분사밸브(8)를 열도록 지령신호를 출력한다. 제어장치(10)는 피스톤(3)이 상사점 근방에 위치하는 시점에서 게이트밸브(22)를 연다. 도 7에서 크랭크 각도가 A1도가 되었을 때, 제어장치(10)는 게이트밸브(22)를 열도록 지령신호를 출력한다. 또한 제어장치(10)는 피스톤(3)이 상사점 근방에 위치하는 시점에서 기체연료 분사밸브(8)를 연다. 도 7에서 크랭크 각도가 A2도가 되었을 때, 제어장치(10)는 기체연료 분사밸브(8)를 열도록 지령신호를 출력한다. 크랭크 각도가 A1도가 되었을 때부터 A2도가 될 때까지의 기간 T1에서는 게이트밸브(22)가 열려 있고, 기체연료 분사밸브(8)는 닫혀 있다.
게이트밸브(22)에는 기체연료 공급원에서 압력 P1의 기체연료(PG)가 공급된다. 기체연료 분사밸브(8)가 닫힌 상태로 게이트밸브(22)가 열림으로써, 기간 T1에서 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력은 압력 P1이 된다.
크랭크 각도가 A2도가 되었을 때에 게이트밸브(22)가 열려 있는 상태로 기체연료 분사밸브(8)가 열림으로써, 기체연료 분사밸브(8)에서 기체연료(PG)가 연소실(7)로 분사된다. 또한 본 실시형태에서 크랭크 각도 A2는 0도이다. 즉, 피스톤(3)이 상사점에 배치되었을 때에 기체연료 분사밸브(8)에서 기체연료(PG)가 분사된다. 또한 크랭크 각도 A2는 0도가 아니어도 된다. 기체연료 분사밸브(8)가 열려 기체연료(PG)가 분사됨으로써, 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력은 저하한다.
제어장치(10)는 기체연료 분사밸브(8)를 닫은 후, 게이트밸브(22)를 닫도록 지령신호를 출력한다. 도 7에서 크랭크 각도가 A3도가 되었을 때, 제어장치(10)는 기체연료 분사밸브(8)를 닫도록 지령신호를 출력한다. 크랭크 각도가 A3도보다도 큰 A4도가 되었을 때, 제어장치(10)는 게이트밸브(22)를 닫도록 지령신호를 출력한다.
크랭크 각도가 A2도가 되었을 때부터 A3도가 될 때까지의 기간 T2에서는 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 양쪽이 열려 있다. 기간 T2에서 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력은 서서히 저하한다.
크랭크 각도가 A3도가 되었을 때, 제어장치(10)는 게이트밸브(22)가 열려 있는 상태로 기체연료 분사밸브(8)를 닫는다. 이것에 의해 크랭크 각도가 A3도가 되었을 때부터 A4도가 될 때까지의 기간 T3에서, 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력은 서서히 증대한다.
크랭크 각도가 A4도가 되었을 때, 제어장치(10)는 기체연료 분사밸브(8)를 닫고 있는 상태로 게이트밸브(22)를 닫는다. 이것에 의해 기간 T3의 다음 기간 T4에서 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력은 일정해진다. 본 실시형태에서는 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력이 압력 P1로 상승하기 전에 게이트밸브(22)가 닫힌다. 본 실시형태에서 기간 T4에 따른 공급유로(21)의 압력은 압력 P1보다도 낮은 압력 P2이다.
본 실시형태에서 기간 T1은 게이트밸브(22)를 열기 위한 지령신호가 출력된 후, 기체연료 분사밸브(8)를 열기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간을 포함한다. 기간 T2는 기체연료 분사밸브(8)를 열기 위한 지령신호가 출력된 후, 기체연료 분사밸브(8)를 닫기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간을 포함한다. 기간 T3은 기체연료 분사밸브(8)를 닫기 위한 지령신호가 출력된 후, 게이트밸브(22)를 닫기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간을 포함한다. 기간 T4는 게이트밸브(22)를 닫기 위한 지령신호가 출력된 후, 다음 사이클에서 게이트밸브(22)를 열기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간을 포함한다. 제어장치(10)는 검출장치(6)의 검출결과에 의거하여 지령신호를 출력하는 타이밍을 결정한다.
이어서 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22)의 이상검출방법에 대하여 설명한다. 도 8은 제어장치(10)가 게이트밸브(22)를 닫는 지령신호를 출력했음에도 불구하고, 게이트밸브(22)가 열려 있는 이상(열림 이상)을 나타내는 도이다. 도 8에서 횡축은 크랭크 각도이고, 종축은 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)이다.
도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 제어장치(10)는 크랭크 각도가 A1도일 때 게이트밸브(22)를 여는 지령신호를 출력하고, 크랭크 각도가 A2도일 때 기체연료 분사밸브(8)를 여는 지령신호를 출력하며, 크랭크 각도가 A3도일 때 기체연료 분사밸브(8)를 닫는 지령신호를 출력하고, 크랭크 각도가 A4도일 때 게이트밸브(22)를 닫는 지령신호를 출력한다.
크랭크 각도 A4일 때 제어장치(10)에서 게이트밸브(22)를 닫는 지령신호가 출력되었음에도 불구하고, 게이트밸브(22)가 닫히지 않으면 기간 T4에서도 기체연료 공급원으로부터의 압력 P1의 기체연료(PG)가 공급유로(21)에 공급된다. 이것에 의해 도 8에 나타낸 바와 같이, 기간 T4에 따른 공급유로(21)의 압력은 압력 P1이 된다.
기간 T4는 피스톤(3)이 하사점 근방에 위치하는 시점을 포함한다. 즉, 기간 T4는 크랭크 각도가 180도인 시점을 포함한다. 상술한 바와 같이 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22)가 정상으로 작동하고 있을 때의 기간 T4에 따른 공급유로(21)의 압력은 압력 P2이다. 이와 같이 게이트밸브(22)가 이상(열림 이상)일 때와 정상일 때에 기간 T4에 따른 공급유로(21)의 압력은 상이하다. 즉, 게이트밸브(22)가 정상일 때는 기간 Th(기간 T4)에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 8 중 실선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2가 되고, 게이트밸브(22)가 열림 이상일 때는 기간 Th에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 8 중 점선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2보다도 높은 압력 P1이 된다. 따라서 제어장치(10)는 피스톤(3)이 하사점 근방에 배치되어 있을 때의 기간 T4 중 적어도 일부의 기간 Th에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 게이트밸브(22)가 이상인지 여부를 검출할 수 있다.
이어서 제어장치(10)가 게이트밸브(22)를 여는 지령신호를 출력했음에도 불구하고, 게이트밸브(22)가 닫혀 있는 이상(닫힘 이상)에 대하여 설명한다. 도 9는 게이트밸브(22)가 닫힘 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)의 관계를 나타내는 도이다.
크랭크 각도 A1일 때 제어장치(10)에서 게이트밸브(22)를 여는 지령신호가 출력되었음에도 불구하고 게이트밸브(22)가 열리지 않고, 크랭크 각도 A2일 때 기체제어 분사밸브(8)가 열리면 게이트밸브(22)가 닫힌 상태로 공급유로(21)의 기체연료(PG)는 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 분사된다. 그 결과 도 9에 나타낸 바와 같이 크랭크 각도 A2의 시점에서 공급유로(21)의 압력은 저하한다. 이와 같이 게이트밸브(22)가 이상(닫힘 이상)일 때와 정상일 때에 기간 T2, 기간 T3 및 기간 T4(기간 Th)에 따른 공급유로(21)의 압력은 상이하다. 즉, 게이트밸브(22)가 정상일 때는 기간 Th(기간 T4)에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 9 중 실선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2가 되고, 게이트밸브(22)가 닫힘 이상일 때는 기간 Th에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 9 중 점선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2보다도 낮은 압력이 된다. 또한 본 예에서는 기간 T2 및 기간 T3에서도 게이트밸브(22)가 닫힘 이상일 때의 공급유로(21)의 압력은 게이트밸브(22)가 정상일 때의 공급유로(21)의 압력보다도 낮아진다. 따라서 제어장치(10)는 예를 들어, 기간 Th의 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 게이트밸브(22)가 이상인지 여부를 검출할 수 있다.
이어서 제어장치(10)가 기체연료 분사밸브(8)를 닫는 지령신호를 출력했음에도 불구하고, 기체연료 분사밸브(8)가 열려 있는 이상(열림 이상)에 대하여 설명한다. 도 10은 기체연료 분사밸브(8)가 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)의 관계를 나타내는 도이다.
크랭크 각도 A3일 때 제어장치(10)에서 기체연료 분사밸브(8)를 닫는 지령신호가 출력되었음에도 불구하고 기체연료 분사밸브(8)가 닫히지 않고, 크랭크 각도 A4일 때 게이트밸브(22)가 닫히면 게이트밸브(22)가 닫힌 상태로 공급유로(21)의 기체연료(PG)는 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 분사된다. 그 결과 도 10에 나타낸 바와 같이 크랭크 각도 A3의 시점에서 공급유로(21)의 압력은 저하한다. 이와 같이 기체연료 분사밸브(8)가 이상(열림 이상)일 때와 정상일 때에 기간 T3 및 기간 T4(기간 Th)에 따른 공급유로(21)의 압력은 상이하다. 즉, 기체연료 분사밸브(8)가 정상일 때는 기간 Th(기간 T4)에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 10 중 실선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2가 되고, 기체연료 분사밸브(8)가 열림 이상일 때는 기간 Th에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 10 중 점선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2보다도 낮은 압력이 된다. 또한 본 예에서는 기간 T3에서도 기체연료 분사밸브(8)가 열림 이상일 때의 공급유로(21)의 압력은 기체연료 분사밸브(8)가 정상일 때의 공급유로(21)의 압력보다도 낮아진다. 따라서 제어장치(10)는 예를 들어, 기간 Th의 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 게이트밸브(22)가 이상인지 여부를 검출할 수 있다.
이어서 제어장치(10)가 기체연료 분사밸브(8)를 여는 지령신호를 출력했음에도 불구하고, 기체연료 분사밸브(8)가 닫혀 있는 이상(닫힘 이상)에 대하여 설명한다. 도 11은 기체연료 분사밸브(8)가 닫힘 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)의 관계를 나타내는 도이다.
크랭크 각도 A2일 때 제어장치(10)에서 기체연료 분사밸브(8)를 여는 지령신호가 출력되었음에도 불구하고, 기체연료 분사밸브(8)가 열리지 않으면 기체연료 분사밸브(8)가 닫히고, 게이트밸브(22)가 열려 있는 상태로 기체연료 공급원으로부터의 압력 P1의 기체연료(PG)가 공급유로(21)에 공급된다. 이것에 의해 도 11에 나타낸 바와 같이, 기간 T2, 기간 T3 및 기간 T4(기간 Th)에 따른 공급유로(21)의 압력은 압력 P1이 된다. 이와 같이 기체연료 분사밸브(8)가 이상(닫힘 이상)일 때와 정상일 때에 기간 T2, 기간 T3 및 기간 T4(기간 Th)에 따른 공급유로(21)의 압력은 상이하다. 즉, 기체연료 분사밸브(8)가 정상일 때는 기간 Th(기간 T4)에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 11 중 실선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2가 되고, 기체연료 분사밸브(8)가 닫힘 이상일 때는 기간 Th에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 11 중 점선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2보다도 높은 압력 P1이 된다. 또한 본 예에서는 기간 T2 및 기간 T3에서도 기체연료 분사밸브(8)가 닫힘 이상일 때의 공급유로(21)의 압력은 기체연료 분사밸브(8)가 정상일 때의 공급유로(21)의 압력보다도 높아진다. 따라서 제어장치(10)는 예를 들어, 기간 Th의 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 게이트밸브(22)가 이상인지 여부를 검출할 수 있다.
본 실시형태에서 도 8에 나타낸 압력(게이트밸브(22)가 열림 이상일 때의 압력)과 도 11에 나타낸 압력(기체연료 분사밸브(8)가 닫힘 이상일 때의 압력)은 기간 T2 및 기간 T3에서 상이하지만 기간 T4에서 근사하다. 따라서 게이트밸브(22) 및 기체연료 분사밸브(8) 중 어느 쪽이 이상인지를 기간 T4에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여 판단하는 것이 어려워질 가능성이 있다.
이 경우 제어장치(10)는 압력센서(23)의 검출결과와 연소실(7)의 압력을 검출하는 실린더 내 센서(16)의 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 한쪽에 이상이 발생했는지 여부를 판정해도 된다. 게이트밸브(22)가 열림 이상일 때와 기체연료 분사밸브(8)가 닫힘 이상일 때에 연소실(7)의 압력은 상이하다. 예를 들어 기체연료 분사밸브(8)가 닫힘 이상일 때, 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 기체연료(PG)가 분사되지 않으므로, 연소실(7)에서 실화가 발생할 가능성이 높아진다. 한편 게이트밸브(22)가 열림 이상일 때, 게이트밸브(22) 및 기체연료 분사밸브(8)를 개재하여 연소실(7)에 기체연료(PG)가 공급되므로, 연소실(7)에서 실화가 발생할 가능성은 낮다. 이와 같이 게이트밸브(22)가 열림 이상일 때와 기체연료 분사밸브(8)가 닫힘 이상일 때에 연소실(7)의 이상의 종류는 상이할 가능성이 높다. 또한 상술한 바와 같이 연소실(7)의 이상 종류에 의해 연소실(7)의 압력은 상이하다. 따라서 기체연료 분사밸브(8)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과와 게이트밸브(22)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과가 근사한 경우, 실린더 내 센서(16)에 의한 연소실(7)의 압력의 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다.
상술한 바와 같이 연소실(7)의 이상의 종류와 그 이상의 종류에 대응하는 연소실(7)의 압력의 관계가 기억장치에 기억되어 있다. 제어장치(10)는 실린더 내 센서(16)의 검출결과와 기억장치의 기억정보에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다.
또한 도 9에 나타낸 압력(게이트밸브(22)가 닫힘 이상일 때의 압력)과 도 10에 나타낸 압력(기체연료 분사밸브(8)가 열림 이상일 때의 압력)은 기간 T2에서 상이하지만 기간 T4에서 근사하다. 따라서 게이트밸브(22) 및 기체연료 분사밸브(8) 중 어느 쪽이 이상인지를 기간 T4에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여 판단하는 것이 어려워질 가능성이 있다.
그 경우에서도 게이트밸브(22)가 닫힘 이상일 때와 기체연료 분사밸브(8)가 열림 이상일 때에 연소실(7)의 이상의 종류는 상이하고, 연소실(7)의 압력은 상이하다. 예를 들어 게이트밸브(22)가 닫힘 이상일 때, 게이트밸브(22)에서 기체연료 분사밸브(8)에 기체연료(PG)가 공급되지 않으므로, 연소실(7)에서 실화가 발생할 가능성은 높아진다. 한편 기체연료 분사밸브(8)가 열림 이상일 때, 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 기체연료(PG)가 분사되므로, 연소실(7)에서 실화가 발생할 가능성은 낮다. 따라서 제어장치(10)는 실린더 내 센서(16)의 검출결과와 기억장치의 기억정보에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력의 검출결과와 크랭크 각도의 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8)의 이상 및 게이트밸브(22)의 이상 중 적어도 한쪽을 검출하는 것이 가능하다. 따라서, 예를 들어 그 이상을 해소하기 위한 적절한 조치를 취하는 것이 가능하다. 또한 이상이 발생하고 있는 기체연료 공급시스템(15)을 계속 사용하고 마는 부적합성을 방지 가능하다.
또한 본 실시형태에서 게이트밸브(22)는 안전밸브(인터록 기구)로서 기능하고, 기체연료(PG)를 분사하기 위해 피스톤(3)이 상사점의 근방에 배치될 때에 작동한다. 기체연료 분사밸브(8)는 게이트밸브(22)가 열려 있는 상태에서 작동하므로, 기체연료 분사밸브(8)에서 연소실(7)로 적절한 타이밍으로 기체연료(PG)가 분사된다. 피스톤(3)이 상사점의 근방에 배치되어 있는 상태로 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22)가 작동하므로, 피스톤(3)이 하사점 근방에 배치되어 있을 때의 기간 Th에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 적어도 한쪽의 이상을 원활하게 검출할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 기간 Th에 따른 기체연료 분사밸브(8)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과와 게이트밸브(22)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과가 근사한 경우에도, 실린더 내 센서(16)의 검출결과를 참조함으로써, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 예를 들어, 연소실(7)에서 배기포트(12)를 개재하여 배출되는 기체(배기가스)의 온도를 검출 가능한 온도센서를 설치하고, 그 온도센서의 검출결과와 압축센서(23)의 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정해도 된다. 기간 Th에 따른 기체연료 분사밸브(8)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과와 게이트밸브(22)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과가 근사한 경우에도, 그 온도 센서의 검출결과를 참조함으로써, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다.
연소실(7)의 이상의 종류에 따라 배기 포트(12)에서 배출되는 배기가스의 온도는 상이하다. 따라서 기체연료 분사밸브(8)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과와 게이트밸브(22)에 이상이 발생했을 때의 압력센서(23)의 검출결과가 근사한 경우, 온도센서에 의한 배기가스의 온도 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다. 연소실(7)의 이상의 종류와 그 이상의 종류에 대응하는 배기가스의 온도와의 관계를 기억장치에 기억해둠으로써, 제어장치(10)는 온도센서의 검출결과와 기억장치의 기억정보에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22) 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지를 판정할 수 있다.
(제2 실시형태)
제2 실시형태에 대하여 설명한다. 이하의 실시형태에서 상술한 실시형태와 동일 또는 동등한 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 간략 또는 생략한다.
본 실시형태에서는 연료유 전용모드에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 기체연료 분사밸브(8)의 이상을 검출하는 예에 대하여 설명한다. 연료유 전용모드에서 기체연료 공급원에서 기체연료(PG)는 공급되지 않고, 제어장치(10)는 기체연료 분사밸브(8)를 닫도록 지령신호를 출력한다. 연료유 전용모드에서 기체연료 분사밸브(8)가 정상으로 작동할 때 기체연료 분사밸브(8)는 닫히고, 기체연료 분사밸브(8)에서 기체연료(PG)는 분사되지 않는다.
제어장치(10)가 기체연료 분사밸브(8)를 닫는 지령신호를 출력했음에도 불구하고, 기체연료 분사밸브(8)가 열려 있는 이상(열림 이상)이 발생한 경우, 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여 그 기체연료 분사밸브(8)의 이상을 검출할 수 있다.
도 12는 연료유 전용모드에서 기체연료 분사밸브(8)가 정상 및 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)의 관계를 나타내는 도이다. 도 12에서 횡축은 크랭크 각도이고, 종축은 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)이다.
연료유 전용모드에서 기체연료 분사밸브(8)가 정상인 경우, 압력센서(23)의 출력은 일정하다. 한편 연료유 전용모드에서 기체연료 분사밸브(8)가 이상인 경우(열려 있는 경우), 연소실(7)의 고온 고압의 기체가 기체연료 분사밸브(8)에서 공급유로(21)에 유입한다. 이것에 의해 공급유로(21)의 압력이 상승한다. 공급유로(21)의 압력은 압력센서(23)에 검출된다. 따라서 제어장치(10)는 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 연료유 전용모드에서 기체연료 분사밸브(8)에 이상이 발생했는지 여부를 검출할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 기체연료 분사밸브(8)가 사용되지 않는 연료유 전용모드에서도 기체연료 분사밸브(8)의 이상을 검출할 수 있다.
(제3 실시형태)
제3 실시형태에 대하여 설명한다. 이하의 실시형태에서 상술한 실시형태와 동일 또는 동등한 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 간략 또는 생략한다.
도 13은 본 실시형태에 관한 기체연료 공급시스템(15)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 13에 나타낸 바와 같이 기체연료 공급시스템(15)은 연소실(7)에 기체연료(PG)를 분사하는 기체연료 분사밸브(8)와 예비 분사밸브(30)를 구비하고 있다. 예비 분사밸브(30)는 제어장치(10)에 제어된다. 예비 분사밸브(30)는 기체연료(PG)를 연소실(7)에 분사한다.
예비 분사밸브(30)는 기체연료 분사밸브(8)로부터의 기체연료(PG)의 분사 전에 기체연료(PG)를 연소실(7)에 분사한다. 본 실시형태에서는 예비 분사밸브(30)에서 분사된 기체연료(PG)에 의해, 연소실(7)에서 먼저 공기와 기체연료(PG)의 혼합기체가 생성된 후, 거듭 기체연료 분사밸브(8)에서 기체연료(PG)가 분사됨으로써, 연소실(7)에서 연소가 행해진다.
도 14는 부분 예혼합 연소를 행하는 부분 예혼합 연소모드의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)의 관계를 나타내는 도이다. 도 14에서 횡축은 크랭크 각도이고, 종축은 기체연료 분사밸브(8)와 게이트밸브(22) 사이의 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)이다. 또한 도 14는 예비 분사밸브(30)가 정상 및 열림 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력의 관계를 나타낸다.
부분 예혼합 연소모드에서는 기체연료 분사밸브(8)로부터의 기체연료(PG)의 분사가 행해지기 전에 예비 분사밸브(30)로부터의 기체연료(PG)의 분사가 행해진다. 기체연료 분사밸브(8)에서 기체연료(PG)를 분사할 때의 기체연료 분사밸브(8) 및 게이트밸브(22)의 동작은 상술한 실시형태와 동일하다. 즉, 제어장치(10)는 크랭크 각도가 A1도일 때 게이트밸브(22)를 열고, 크랭크 각도가 A2도일 때 기체연료 분사밸브(8)를 열며, 크랭크 각도가 A3도일 때 기체연료 분사밸브(8)를 닫고, 크랭크 각도가 A4도일 때 게이트밸브(22)를 닫도록 지령신호를 출력한다.
예비 분사밸브(30)에서 기체연료(PG)를 분사할 때의 게이트밸브(22) 및 예비 분사밸브(30)의 개폐의 시퀀스는 기체연료 분사밸브(8)에서 기체연료(PG)를 분사할 때의 게이트밸브(22) 및 기체연료 분사밸브(8)의 개폐의 시퀀스와 동일하다. 즉, 예비 분사밸브(30)에서 기체연료(PG)를 분사할 때, 제어장치(10)는 크랭크 각도가 A1p도일 때 게이트밸브(22)를 열고, 크랭크 각도가 A2p도일 때 예비 분사밸브(30)를 열며, 크랭크 각도가 A3p도일 때 예비 분사밸브(30)를 닫고, 크랭크 각도가 A4p일 때 예비 분사밸브(30)를 닫는다.
제어장치(10)는 크랭크 각도 A3p에서 기체연료(PG)를 분사한 예비 분사밸브(30)를 닫고 나서 크랭크 각도 A4p에서 게이트밸브(22)를 닫은 후, 기체연료 분사밸브(8)로부터의 기체연료(PG)의 분사가 행해지도록 크랭크 각도 A1에서 게이트밸브(22)를 열도록 지령신호를 출력한다.
도 14를 참조하여, 제어장치(10)가 분사밸브(30)를 닫는 지령신호를 출력했음에도 불구하고, 예비 분사밸브(30)가 열려 있는 이상(열림 이상)에 대하여 설명한다.
크랭크 각도 A3p일 때 제어장치(10)에서 예비 분사밸브(30)를 닫는 지령신호가 출력되었음에도 불구하고 예비 분사밸브(30)가 닫히지 않고, 크랭크 각도 A4p일 때 게이트밸브(22)가 닫히면 게이트밸브(22)가 닫힌 상태로 기체연료(PG)는 예비 분사밸브(30)에서 연소실(7)로 분사된다. 그 결과 도 14에 나타낸 바와 같이 크랭크 각도 A3p의 시점에서 공급유로(21)의 압력은 저하한다. 이와 같이 예비 분사밸브(30)가 이상(열림 이상)일 때와 정상일 때에 크랭크 각도 A3p에서 예비 분사밸브(30)를 닫기 위한 지령신호가 출력되고부터 크랭크 각도 A1에서 게이트밸브(22)를 열기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간 Tj에 따른 공급유로(21)의 압력은 상이하다. 즉, 예비 분사밸브(30)가 정상일 때는 기간 Tj에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 14 중 실선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2가 되고, 예비 분사밸브(30)가 열림 이상일 때는 기간 Tj에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 14 중 점선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2보다도 낮은 압력이 된다. 따라서 제어장치(10)는 기간 Tj에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 예비 분사밸브(30)가 이상인지 여부를 검출할 수 있다.
이어서 제어장치(10)가 예비 분사밸브(30)를 여는 지령신호를 출력했음에도 불구하고, 예비 분사밸브(30)가 닫혀 있는 이상(닫힘 이상)에 대하여 설명한다. 도 15는 예비 분사밸브(30)가 닫힘 이상일 때의 크랭크 각도와 공급유로(21)의 압력(기체연료 분사밸브(8)의 입구의 압력)의 관계를 나타내는 도이다.
크랭크 각도 A2일 때 제어장치(10)에서 예비 분사밸브(30)를 여는 지령신호가 출력되었음에도 불구하고 예비 분사밸브(30)가 열리지 않으면, 예비 분사밸브(30)가 닫히고 게이트밸브(22)가 열려 있는 상태로 압력 P1의 기체연료(PG)가 공급유로(21)에 공급된다. 이것에 의해 도 15에 나타낸 바와 같이, 기간 Tj에 따른 공급유로(21)의 압력은 압력 P1이 된다. 이와 같이 예비 분사밸브(30)가 이상(닫힘 이상)일 때와 정상일 때에 기간 Tj에 따른 공급유로(21)의 압력은 상이하다. 즉, 예비 분사밸브(30)가 정상일 때는 기간 Tj에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 15 중 실선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2가 되고, 예비 분사밸브(30)가 닫힘 이상일 때는 기간 Tj에 따른 공급유로(21)의 압력은 도 15 중 점선으로 나타낸 바와 같이 압력 P2보다도 높은 압력이 된다. 따라서 기간 Tj에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여, 예비 분사밸브(30)가 이상인지 여부를 검출할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면 기체연료 공급시스템(15)이 예비 분사밸브(30)를 갖는 경우, 예비 분사밸브(30)가 닫힌 후부터 게이트밸브(22)가 열릴 때까지의 기간 Tj에 따른 압력센서(23)의 검출결과에 의거하여 예비 분사밸브(30)의 이상을 검출할 수 있다.
1 듀얼퓨얼엔진
7 연소실
8 기체연료 분사밸브
15 기체연료 공급시스템
16 실린더 내 센서
21 공급유로
22 게이트밸브
23 압력센서
30 예비 분사밸브
PG 기체연료

Claims (6)

  1. 엔진의 연소실에 기체연료를 공급하는 기체연료 공급시스템으로서,
    상기 연소실에 상기 기체연료를 분사하는 분사밸브와,
    상기 분사밸브에 공급되는 상기 기체연료가 흐르는 공급유로와,
    상기 공급유로를 개폐 가능한 게이트밸브와,
    상기 분사밸브와 상기 게이트밸브 사이의 상기 공급유로의 압력을 검출하는 압력센서와,
    상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 압력센서의 검출결과와 상기 엔진의 크랭크 축의 크랭크 각도를 검출하는 검출장치의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브 중 적어도 한쪽의 이상을 검출하는, 기체연료 공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 검출장치의 검출결과에 의거하여 상사점 및 하사점을 포함하는 상기 엔진의 피스톤의 위치를 구하고, 상기 연소실에 상기 기체연료를 공급하기 위해, 상기 피스톤이 상사점 근방에 위치하는 시점에서 상기 게이트밸브를 연 다음 상기 분사밸브를 열고, 상기 분사밸브를 닫은 다음 상기 게이트밸브를 닫도록 지령신호를 출력하고,
    상기 피스톤이 하사점 근방에 위치하는 시점에서의 상기 압력센서의 검출결과에 의거하여 상기 이상을 검출하는, 기체연료 공급시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력센서의 검출결과와 상기 연소실의 압력을 검출하는 실린더 내 센서의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브 중 어느 쪽에 이상이 발생했는지 여부를 판정하는, 기체연료 공급시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 분사밸브로부터의 상기 기체연료의 분사 전에, 기체연료를 상기 연소실에 분사하는 예비 분사밸브를 구비하고,
    상기 제어장치는 상기 기체연료를 분사한 상기 예비 분사밸브를 닫은 다음 상기 게이트밸브를 닫은 후, 상기 분사밸브로부터의 상기 기체연료의 분사를 위해 상기 게이트밸브를 열도록 지령신호를 출력하고,
    상기 예비 분사밸브를 닫기 위한 지령신호가 출력되고부터 상기 게이트밸브를 열기 위한 지령신호가 출력될 때까지의 기간에 따른 상기 압력센서의 검출결과에 의거하여, 상기 예비 분사밸브의 이상을 검출하는, 기체연료 공급시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 듀얼퓨얼엔진을 포함하고,
    상기 연소실에 액체연료가 공급되고 상기 기체연료가 공급되지 않는 연료유 전용모드에 따른 상기 압력센서의 출력결과에 의거하여, 상기 분사밸브의 이상을 검출하는, 기체연료 공급시스템.
  6. 엔진의 연소실에 기체연료를 공급하는 기체연료 공급시스템의 이상검출방법으로서,
    상기 기체연료 공급시스템은 상기 연소실에 기체연료를 분사하는 분사밸브와, 상기 분사밸브에 공급되는 상기 기체연료가 흐르는 공급유로와, 상기 공급유로를 개폐 가능한 게이트밸브를 구비하고,
    상기 분사밸브와 상기 게이트밸브 사이의 상기 공급유로의 압력을 검출하는 공정과,
    상기 엔진의 크랭크 축의 크랭크 각도를 검출하는 공정과,
    상기 공급유로의 압력의 검출결과와 상기 크랭크 각도의 검출결과에 의거하여, 상기 분사밸브 및 상기 게이트밸브 중 적어도 한쪽의 이상을 검출하는 공정을 포함하는, 기체연료 공급시스템의 이상검출방법.
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