KR20160070155A - 부실식 가스 엔진 - Google Patents

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오사무 야마기시
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얀마 가부시키가이샤
잇판사단호진 닛폰 하쿠요 고교에
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Abstract

조성이 다른 연료 가스가 공급된 경우라도 연료 소비의 악화를 방지할 수 있는 부실식 가스 엔진(100)을 제공하는 것을 과제로 한다. 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 의해 결정되는 연료 유량인 명령 연료 분사량(Q)을 설정하는 연료 분사량맵, 및 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 의해 결정되는 공기 유량인 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)을 설정하는 목표 급기 매니폴드 압력맵이 설정되는 ECU(50)를 구비하는 부실식 가스 엔진(100)으로서, ECU(50)는 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 의해 결정되는 연료 유량인 명령 연료 분사량(Q)과 비교하여 연료 유량인 연료 분사량이 많이 필요한 경우에는, 공기 유량인 목표 급기 매니폴드 압력맵의 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)이 작아지도록 보정한다.

Description

부실식 가스 엔진{AUXILIARY-CHAMBER-TYPE GAS ENGINE}
본 발명은, 부실식 가스 엔진의 기술에 관한 것이다.
가스 엔진은, 공기와 연료 가스의 혼합 기체를 연료로 하여 구동하는 엔진으로서 공지이다. 또한, 가스 엔진의 일 형태로서 부실식 가스 엔진도 공지이다. 부실식 가스 엔진은 실린더 헤드에 마련된 부실 내에 연료를 분사하는 형식의 가스 엔진이다(예를 들면, 특허문헌 1)
부실식 가스 엔진에서는, 연료 가스로서 주로, 도시 가스(13A 등)가 사용된다. 그러나, 해외에서 사용되는 부실식 가스 엔진에서는, 조성이 다른 연료 가스가 공급되는 경우가 있다. 조성이 다른 연료 가스는 도시 가스(13A 등)와 비교하여 발열량이 낮다. 그 때문에, 부실식 가스 엔진에서는, 조성이 다른 연료 가스가 공급되면 연료 소비가 악화되게 된다.
일본 특허 공개 제2013-185515호 공보
본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 조성이 다른 연료 가스가 공급된 경우라도 연료 소비의 악화를 방지할 수 있는 부실식 가스 엔진을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
본 발명의 부실식 가스 엔진에서, 엔진 회전수 및 엔진 부하에 의해 연료 유량 및 공기 유량을 결정하는 제어 수단을 구비하는 부실식 가스 엔진으로서, 상기 제어 수단은 결정된 연료 유량보다 연료 유량이 많이 필요한 경우, 결정된 공기 유량이 작아지도록 보정하는 것이다.
본 발명의 부실식 가스 엔진에서, 상기 제어 수단은, 엔진 회전수 및 엔진 부하에 의해 부실 연료 유량을 결정하고, 결정된 연료 유량보다 연료 유량이 많이 필요한 경우, 결정된 부실 연료 유량이 커지도록 보정하는 것이다.
본 발명의 부실식 가스 엔진에서, 상기 제어 수단은, 엔진 회전수 및 엔진 부하에 대해서 명령 연료 분사량을 결정하는 연료 분사량맵, 및 엔진 회전수와 엔진 부하에 대하여 목표 급기 매니폴드 압력을 결정하는 목표 급기 매니폴드 압력맵이 설정되고, 엔진 회전수 및 엔진 부하에 대해서 결정되는 명령 연료 분사량과 비교하여 연료 분사량이 많이 필요한 경우, 상기 목표 급기 매니폴드 압력맵의 목표 급기 매니폴드 압력이 작아지도록 보정하는 것이다.
본 발명의 부실식 가스 엔진에서, 상기 제어 수단은, 엔진 회전수 및 엔진 부하에 대해서 목표 부실 연료 가스 압력을 결정하는 목표 부실 연료 가스 압력이 설정되고, 엔진 회전수 및 엔진 부하에 대해서 결정되는 명령 연료 분사량과 비교하여 연료 분사량이 많이 필요한 경우, 상기 목표 부실 연료 가스 압력맵의 목표 부실 연료 가스 압력이 커지도록 보정하는 것이다.
본 발명의 부실식 가스 엔진에서, 상기 연료 분사량맵은 적어도 연료 압력, 연료 온도 또는 윤활유 온도에 기초하여 명령 연료 분사량을 보정하는 것이다.
본 발명의 부실식 가스 엔진에 의하면, 조성이 다른 연료 가스가 공급된 경우라도 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 전기 추진선의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 부실식 가스 엔진의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 3은 마찬가지로 실린더 헤드의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 4는 연료 분사량맵 보정 제어의 이미지를 나타내는 모식도이다.
도 5는 목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6은 다른 목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어의 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 7은 목표 부실 연료 가스 압력맵 보정 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 제1 스로틀 개도 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 제1 스로틀 개도 제어의 작용을 나타내는 타임 차트이다.
도 10은 제2 스로틀 개도 제어의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 11은 제2 스로틀 개도 제어의 작용을 나타내는 타임 차트이다.
도 12는 제2 스로틀 개도 제어의 작용을 나타내는 컴프레서 성능 곡선도이다.
도 1을 이용하여, 전기 추진선(1000)의 구성에 대해 설명한다.
한편, 도 1에서는, 전기 추진선(1000)의 구성을 모식적으로 나타내고 있다.
전기 추진선(1000)은 본 실시 형태의 부실식 가스 엔진(100)을 탑재하고 있다. 전기 추진선(1000)은 LNG 탱크(101), 기화기(102), 부실식 가스 엔진(100), 발전기(103), 전력 컨트롤반(104), 추진 모터(105), 감속기(106) 및 가변 피치 프로펠러(107)를 구비하고 있다.
전기 추진선(1000)에서는, LNG 탱크(101·101)에 저장된 연료 가스가 기화기(102·102)에 의해 공기와 혼합되어 부실식 가스 엔진(100·100·100)으로 공급된다. 그리고, 부실식 가스 엔진(100·100·100)에 의해 발전기(103·103·103)가 구동되어, 전력 컨트롤반(104)에 의해 추진 모터(105·105) 및 선내 부하에 전력이 공급된다. 추진 모터(105·105)의 구동은 감속기(106·106)를 통하여 가변 피치 프로펠러(107·107)에 전달된다.
도 2를 이용하여, 부실식 가스 엔진(100)의 구성에 대해 설명한다.
한편, 도 2에서는 부실식 가스 엔진(100)의 구성을 모식적으로 나타내고 있다.
부실식 가스 엔진(100)은 본 발명의 부실식 가스 엔진에 따른 실시 형태이다. 부실식 가스 엔진(100)은 가스를 연료로서 구동하는 엔진으로서, 실린더 헤드(70)에 마련된 부실(S)에 연료를 분사하는 형식의 가스 엔진이다(도 3 참조).
부실식 가스 엔진(100)은 엔진 본체(10), 급기 계통(20), 배기 계통(30) 및 제어 수단으로서 ECU(Engine　Control　Unit)(50)을 구비하고 있다.
엔진 본체(10)는 6개의 기통(11…11)을 구비하고 있다. 기통(11…11)은 급기 매니폴드(21) 및 급기 포트(22…22)에 의해 연통되고, 배기 매니폴드(31) 및 배기 포트(32…32)에 의해 연통되어 있다. 급기 포토(22…22)에는 가스 인젝터(42…42)가 마련되어 있다.
급기 계통(20)은 급기 매니폴드(21), 인터쿨러(23), 스로틀 밸브(24), 컴프레서(25) 및 바이패스 스로틀(26)을 구비하고 있다. 급기 계통(20)에서는, 급기 매니폴드(21)로부터 공기 흐름의 상류측을 향하여, 인터쿨러(23), 스로틀 밸브(24) 및 컴프레서(25)가 순서대로 배치되어 있다. 바이패스 스로틀(26)은 컴프레서(25)를 바이패스하는 바이패스 경로상에 마련되어 있다.
배기 계통(30)은, 배기 매니폴드(31) 및 터빈(33)을 구비하고 있다. 배기 계통(30)에서는, 배기 매니폴드(31)로부터 공기 흐름의 하류측을 향해 터빈(33)이 배치되어 있다.
ECU(50)는 스로틀 밸브(24), 바이패스 스로틀(26) 및 가스 인젝터(42…42)에 접속되어 있다. ECU(50)는 공기 유량인 급기 매니폴드 압력(Pi)이 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)이 되도록, 스로틀 밸브(24) 또는 바이패스 스로틀(26)을 제어하는 기능을 가지고 있다. 한편, ECU(50)는 부하 투입을 명령하는 액셀 레버(59)에도 접속되어 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 공기 유량을 급기 매니폴드 압력(Pi)으로 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 급기 매니폴드(21)에 공급되는 공기 유량을 매스 플로우 미터 또는 오리피스 유량계에 의해 감지하여, 감지한 공기 유량을 본 발명의 공기량으로 할 수도 있다.
도 3을 이용하여, 실린더 헤드(70)의 구성에 대해 설명한다.
한편, 도 3에서는, 실린더 헤드(70)의 구성을 모식적으로 나타내고 있다.
실린더 헤드(70)는 실린더 블록(80)의 상부에 배치되어 주실(主室) 계통(40) 및 부실 계통(60)을 구비하고 있다.
실린더 헤드(70)에는 부실(S)이 형성되며, 급기 밸브(71) 및 배기 밸브(72)가 마련되어 있다. 부실(S)의 상방에는 스파크 플러그(75) 및 부실 계통(6)이 마련되어 있다.
실린더 블록(80)에는 기통(11)이 형성되며, 피스톤(P)이 슬라이딩 가능하게 수납되어 있다. 기통(11)에는 피스톤(P)의 정점부에 의해 주실(M)이 형성되어 있다.
주실 계통(40)은 연료 공급관(41), 가스 인젝터(42), 주실 연료 가스 온도(Tm)를 감지하는 주실 연료 가스 온도 센서(56), 주실 연료 가스 압력(Pm)을 감지하는 주실 연료 가스 압력 센서(57) 및 주실 연료 가스 압력 조정기(58)를 구비하고 있다.
부실 계통(60)은 연료 공급관(61), 체크 밸브(65), 부실 연료 유량으로서 부실 연료 가스 압력(Ps)을 감지하는 부실 연료 가스 압력 센서(54) 및 부실 연료 가스 압력 조정기(55)를 구비하고 있다.
한편, 본 실시 형태에서는 부실 연료 유량을 부실 연료 가스 압력(Ps)으로 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 부실 연료 가스 압력 조정기(55)에 의해 공급되는 부실 연료 유량을 매스 플로우 미터 또는 오리피스 유량계에 의해 감지하고, 감지한 부실 연료 유량을 본 발명의 부실 연료 유량으로 할 수도 있다.
ECU(50)는 엔진 회전수(Ne)를 감지하는 엔진 회전수 센서(51), 엔진 부하(Ac)를 감지하는 엔진 부하 센서(52), 윤활유 온도(Tj)를 감지하는 윤활유 온도 센서(53), 가스 인젝터(42), 주실 연료 가스 온도 센서(56), 주실 연료 가스 압력 센서(57), 주실 연료 가스 압력 조정기(58), 부실 연료 가스 압력 센서(54), 부실연료 가스 압력 조정기(55) 및 스파크 플러그(75)에 접속되어 있다.
ECU(50)는 부실 연료 가스 압력(Ps)이 목표 부실 연료 가스 압력(Pms)이 되도록 부실 연료 가스 압력 조정기(55)를 제어하는 기능을 가지고 있다.
ECU(50)에는, 연료 분사량맵이 설정되어 있다. 연료 분사량맵은, 엔진 회전수(Ne), 엔진 부하(Ac) 및 연료 유량인 명령 연료 분사량(Q)의 상관 관계를 나타내는 것으로, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대해서 명령 연료 분사량(Q)를 결정하는 것이다.
한편, 본 실시 형태에서는 연료 유량을 명령 연료 분사량(Q)으로 하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 가스 인젝터(42)에 의해 공급되는 연료 유량을 매스 플로우 미터 또는 오리피스 유량계에 의해 감지하고, 감지한 연료 유량을 본 발명의 연료 유량으로 할 수도 있다.
ECU(50)에는, 목표 급기 매니폴드 압력맵이 설정되어 있다. 목표 급기 매니폴드 압력맵은 엔진 회전수(Ne), 엔진 부하(Ac) 및 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)의 상관 관게를 나타내는 것으로, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)을 결정하는 것이다.
ECU(50)에는 목표 부실 연료 가스 압력맵이 설정되어 있다. 목표 부실 연료 가스 압력맵은 엔진 회전수(Ne), 엔진 부하(Ac), 목표 부실 연료 가스 압력(Psm)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 부실 연료 가스 압력(Psm)을 결정하는 것이다.
이러한 구성으로 함으로써, ECU(50)는 부실 연료 가스 압력 조정기(55)를 제어하여 부실(S)로 연료 가스를 공급하고, 부실(S) 내에서 연료 가스를 착화시킨다. 한편, ECU50는 스로틀 밸브(24) 또는 바이패스 스로틀(26)을 제어하여 주실(M)에 공기를 공급하고, 주실 연료 가스 압력 조정기(58) 및 가스 인젝터(42)를 제어하여 주실(M)에 연료 가스를 공급한다. 주실(M)에서는, 부실(S)에서 착화된 연료 가스가 높은 유속의 화염이 되어 방출되고, 혼합 가스가 발화되어 폭발한다.
도 4를 이용하여 연료 분사량맵 보정 제어에 대해 설명한다.
한편, 도 4에서는, 연료 분사량맵 보정 제어의 이미지를 모식적으로 나타내고 있다.
연료 분사량맵 보정 제어는, 연료 분사량맵에 의해 엔진 회전수(Ne)와 엔진 부하(Ac)로부터 산출되는 명령 연료 분사량(Q)을, 적어도 제1 보정량(ΔQp), 제2 보정량(ΔQt) 또는 제3 보정량(ΔQtj)에 의해 보정하여 보정 분사량(Q′)으로 하는 제어이다.
부실식 가스 엔진(100)에서는, 주실 연료 가스 압력(Pm)이 상승하면 연료 가스의 밀도가 상승하고, 소정 엔진 회전수(Ne)와 동일한 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 감소한다. 그 때문에, 명령 연료 분사량(Q)은 주실 연료 가스 압력(Pm)의 상승에 비례하여, 제1 보정량(ΔQp)에 의해 감소하도록 보정된다. 즉, 제1 보정량(ΔQp)은 주실 연료 가스 압력(Pm)의 상승에 비례해 감소하는 것이다.
부실식 가스 엔진(100)에서는, 주실 연료 가스 온도(Tm)가 상승하면, 연료 가스의 밀도가 저하되고, 소정 엔진 회전수(Ne)와 동일한 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 증가한다. 그 때문에, 명령 연료 분사량(Q)은 주실 연료 가스 온도(Pt)의 상승에 비례하여, 제2 보정량(ΔQt)에 의해 증가하도록 보정된다. 즉, 제2 보정량(ΔQt)은, 주실 연료 가스 온도(Pt)의 상승에 비례하여 증가하는 것이다.
부실식 가스 엔진(100)에서는, 윤활유 온도(Tj)가 상승하면 윤활유의 점도가 저하되고, 소정 엔진 회전수(Ne)와 동일한 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 감소한다. 그 때문에, 명령 연료 분사량(Q)은 윤활유 온도(Tj)의 상승에 비례하고, 제3 보정량(ΔQtj)에 의해 감소하도록 보정된다. 즉, 제3 보정량(ΔQtj)은 윤활유 온도 (Tj)의 상승에 비례하여 감소하는 것이다.
연료 분사량맵 보정 제어의 효과에 대해 설명한다.
연료 분사량맵 보정 제어에 의하면, 주실 연료 가스 또는 윤활유 상태에 따라 적정한 연료 가스를 분사할 수 있다.
도 5를 이용하여, 목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어(S100)의 흐름에 대해 설명한다.
한편, 도 5에서는 목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어(S100)의 흐름을 플로우 차트로 나타내고 있다.
목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어(S100)는 목표 급기 매니폴드 압력맵에 의해 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)로부터 산출되는 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)을 보정하는 제어이다.
스텝 S110에서, ECU(50)는 연료 분사량맵에 의해 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)로부터 산출되는 명령 연료 분사량(Q)에 대해, 연료 분사량이 많이 필요한지 어떤지를 확인한다. 연료 분사량이 많이 필요한 경우에는 스텝 S120으로 이행하고, 그 이외에는 목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어(S100)를 종료한다.
명령 연료 분사량(Q)에 대해 연료 분사량이 많이 필요한 경우란, 예를 들면, 명령 연료 분사량(Q)에서는 엔진 부하(Ac)에 대해서 목표 엔진 회전수(Nem)에 도달하지 않거나, 또는 소정의 엔진 회전수(Ne) 및 소정의 엔진 부하(Ac)에서, 연료 분사량맵에 의해 산출되는 명령 연료 분사량(Q)보다 많은 연료 분사량이 필요하게 되는 등의 경우를 생각할 수 있다.
스텝 S120에서, ECU(50)는 목표 급기 매니폴드 압력맵을 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)이 작아지도록 보정한다(고쳐 쓴다).
목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어(S100)의 효과에 대해 설명한다.
목표 급기 매니폴드 압력맵 보정 제어(S100)에 의하면, 조성이 다른 연료 가스를 공급받은 경우라도 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
즉, 부실식 가스 엔진(100)에서는, 조성이 다른 연료 가스가 공급되면, 조성이 다른 연료 가스의 발열량이 낮기 때문에 통상보다 연료 분사량이 많이 필요하다. 이때, 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)이 작아지도록 보정함으로써, 적정한 공기 과잉률을 실현하여 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
도 6을 이용하여 다른 목표 급기 매니폴드맵 보정 제어에 대해 설명한다.
한편, 도 6에서는 다른 목표 급기 매니폴드맵 보정 제어의 이미지를 모식적으로 나타내고 있다.
목표 급기 매니폴드맵 보정 제어는, 목표 급기 매니폴드 압력맵에 의해 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)로부터 산출되는 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)을 보정량(ΔPtj)에 의해 보정하는 제어이다.
부실식 가스 엔진(100)에서, 냉태(윤활유 온도(Tj)가 저하되어 있는 상태) 시에서는 공기 과잉률이 리치한 쪽으로 시프트하기 때문에, 연소가 불안정해져 조속 제어를 할 수 없게 되어 엔진 스톨에 도달할 우려가 있다. 그 때문에, 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)은 윤활유 온도(Tj)의 하강에 비례하여, 보정량(ΔPtj)에 의해 증가하도록 보정된다.
목표 급기 매니폴드맵 보정 제어의 효과에 대해 설명한다.
목표 급기 매니폴드맵 보정 제어에 의하면, 냉태시에도 적정한 공기 과잉률을 유지할 수 있다.
도 7을 이용하여, 목표 부실 연료 가스 압력맵 보정 제어(S200)의 흐름에 대해 설명한다.
한편, 도 7에서는, 목표 부실 연료 가스 압력맵 보정 제어(S200)의 흐름을 플로우 차트로 나타내고 있다.
목표 부실 연료 가스 압력맵 보정 제어(S200)는 목표 부실 연료 가스 압력맵에 의해 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)로부터 산출되는 목표 부실 연료 가스 압력(Psm)을 보정하는 제어이다.
스텝 S210에서, ECU(50)는 연료 분사량맵에 의해 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)로부터 산출되는 명령 연료 분사량(Q)에 대해, 연료 분사량이 많이 필요한지 어떤지를 확인한다. 연료 분사량이 많이 필요한 경우에는 스텝 S220으로 이행하고, 그 이외에는 목표 부실 연료 가스 압력맵 보정 제어(S200)를 종료한다.
명령 연료 분사량(Q)에 대해서 연료 분사량이 많이 필요한 경우란, 예를 들면, 명령 연료 분사량(Q)에서는 엔진 부하(Ac)에 대해 목표 엔진 회전수(Nem)에 도달하지 않거나, 또는 소정의 엔진 회전수(Ne) 및 소정의 엔진 부하(Ac)에서, 연료 분사량맵에 의해 산출되는 명령 연료 분사량(Q)보다 많은 연료 분사량이 필요해지는 등의 경우를 생각할 수 있다.
스텝 S220에서, ECU(50)는 목표 부실 연료 가스 압력맵을 목표 부실 연료 가스 압력(Psm)이 커지도록 보정한다(고쳐 쓴다).
목표 부실 연료 가스 압력맵 보정 제어(S200)의 효과에 대해 설명한다.
목표 부실 연료 가스 압력맵 보정 제어(S200)에 의하면, 조성이 다른 연료 가스가 공급된 경우라도 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
즉, 부실식 가스 엔진(100)에서는, 조성이 다른 연료 가스가 공급되면, 조성이 다른 연료 가스의 발열량이 낮기 때문에, 통상보다 연료 분사량이 많이 필요해진다. 이때, 목표 부실 연료 가스 압력(Psm)이 커지도록 보정함으로써, 적정한 공연비를 실현하여 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
도 8을 이용하여, 제1 스로틀 개도 제어(S300)의 흐름에 대해 설명한다.
한편, 도 8에서는, 제1 스로틀 개도 제어(S300)의 흐름을 플로우 차트로 나타내고 있다.
제1 스로틀 개도 제어(S300)는, 부실식 가스 엔진(100)이 저부하로 운전하고 있는 상태에서 고부하로 운전하는 상태가 된 경우, 스로틀 밸브(24)의 스로틀 개도(D)를 증가시키는 제어이다.
스텝 S310에서, ECU(50)는 현재 부실식 가스 엔진(100)이 소정 부하(Ac1) 이하로 운전하고 있으며, 액셀 레버(59)로부터 부하 투입 명령을 수신하고, 액셀 레버(59)로부터 명령된 부하 투입이 소정 부하 투입률(rAc1) 이상인지를 확인한다. 한편, 부하 투입률(rAc)이란, 엔진 정격 부가에 대한 투입된 부하의 비율이다. 또한, 소정 부하(Ac1) 및 소정 부하 투입률(rAc1)은 미리 ECU(50)에 기억되어 있다.
스텝 S310에서, ECU(50)는 상기 조건이 성립하면 스텝 S320로 이행한다. 한편, 상기 조건이 성립하지 않으면 제1 스로틀 개도 제어(S300)를 종료한다.
스텝 S320에서, ECU(50)는 스로틀 밸브(24)에 의해 스로틀 개도(D)를 소정 개도(ΔD)만큼 증가시킨다. 한편, 소정 개도(ΔD)는 엔진 회전수(Ne) 및 부하 투입률(rAc)에 의해 결정되는 것으로, 미리 ECU(50)에 기억되어 있다.
스텝 S330에서, ECU(50)는 급기 매니 폴드 압력(Pi)이 목표 급기 매니폴드 압력(Pim) 이상이 되었는지 어떤지를 판단한다. 급기 매니 폴드 압력(Pi)이 목표 급기 매니폴드 압력(Pim) 이상이 된 경우에는, 스텝 S340으로 이행한다.
한편, 스텝 S330의 제어 대신, 스로틀 밸브(24)를 소정 개도(ΔD)만큼 증가시키고, 스텝 S340으로 이행할 때까지 소정 시간만 대기시키는 제어여도 무방하다.
스텝 S340에서, ECU(50)는 가스 인젝터(42…42)에 의해 기통(11…11)에 연료 가스 분사량을 증가시킨다. 실제로는, 부하가 투입되어 엔진 회전수(Ne)가 저하됨으로써 연료 가스의 분사량이 증가한다.
도 9를 이용하여, 제1 스로틀 개도 제어(S300)의 작용에 대해 설명한다.
한편, 도 9에서는, 제1 스로틀 개도 제어(S300)의 작용을 타임 차트에 의해 나타내고 있다. 또한, 도 9에서는, 부하 투입 명령을 ON 또는 OFF에 의해 나타내고, 스로틀 개도(D)를 전개(全開)에 대한 비율(%)로 나타내며, 연료 가스 분사량(q)을 분사 시간(deg)에 의해 나타내고 있다.
제1 스로틀 개도 제어(S300)를 시계열을 따라 설명하면, 우선, 액셀 레버(59)로부터 부하 투입 명령이 있고, 이어서 스로틀 밸브(24)에 의해 스로틀 개도(D)가 소정 개도(ΔD)만큼 증가되며, 이어서 급기 매니폴드 압력(Pi)이 목표 급기 매니폴드 압력(Pim)에 도달하고, 이어서, 가스 인젝터(42…42)에 의해 기통(11…11)에 연료 가스의 분사량이 증가된다.
제1 스로틀 개도 제어(S300)의 효과에 대해 설명한다.
제1 스로틀 개도 제어(S300)에 의하면, 저부하시의 탄화수소의 배출을 저감시키고, 부하 투입 한계를 증가시킬 수 있다.
종래, 가스 엔진에서는 저부하에서 고부하로 부하 투입된 경우, 가스 인젝터에 의한 연료 가스의 증가에 대해, 스로틀 밸브에 의한 급기 유입량의 증가가 수반되지 않고, 리치 상태가 되어 실화(失火)의 우려가 있었다. 그 때문에, 부하 투입 한계(엔진 정격 부가에 대해 투입 가능한 부하의 비율)가 낮게 설정되었다.
한편, 부하 투입 한계를 높게 설정하기 위해, 저부하시부터 급기 유입량을 많게 제어한 경우에는 린 상태가 되어 탄화수소의 배출량이 많아졌다.
제1 스로틀 개도 제어 S300에서, 저부하에서 고부하로 부하 투입된 경우에는 가스 인젝터(42…42)에 의한 연료 가스의 증가 전, 스로틀 밸브(24)에 의한 급기 유입량을 증가시켜, 부하 투입 한계를 증가시킬 수 있다. 또한, 저부하시부터 급기 유입량을 많게 제어할 필요도 없으며, 저부하시의 탄화수소의 배출을 저감시킬 수 있다.
도 10을 이용하여, 제2 스로틀 개도 제어(S400)의 흐름에 대해 설명한다.
한편, 도 10에서는, 제2 스로틀 개도 제어(S400)의 흐름을 플로우 차트로 나타내고 있다.
제2 스로틀 개도 제어(S400)는, 부실식 가스 엔진(100)이 고부하로 운전하고 있는 상태에서 저부하로 운전하는 상태가 된 경우, 스로틀 밸브(24)의 스로틀 개도(D)를 감소시키는 제어이다.
스텝 S410에서, ECU(50)는, 예를 들면 액셀 레버(59)에 의해 부하가 경감되어 스로틀 밸브(24)의 스로틀 개도(D)를 감소시키는 명령을 수신한 것으로 한다.
스텝 S420에서, ECU(50)는 스로틀 밸브(24)에 의해 스로틀 개도(D)를 목표 스로틀 개도(Dm)를 향해 단계적으로 감소시킨다. 여기서, 스로틀 개도(D)를 단계적으로 감소시킨다는 것은 스로틀 개도(D)를 10%/s의 속도로 스로틀 개도(D)를 감소시키는 것으로 한다. 한편, 10%/s의 속도란, 1초간에 전개를 100%로 했을 때 10%의 개도만큼 스로틀 개도(D)를 감소시키는 속도로 한다.
스텝 S430에서, ECU(50)는 급기 매니폴드 압력(Pi)이 소정 압력값(Pi1)까지 저하되었는지 어떠한지를 확인한다. 한편, 소정 압력값(Pi1)은, 미리 ECU(50)에 기억되어 있다. ECU(50)는 상기 조건이 성립하면, 제2 스로틀 개도 제어(S400)를 종료한다. 한편, 상기 조건이 성립하지 않으면 다시 스텝 S420로 이행한다.
도 11을 이용하여, 제2 스로틀 개도 제어(S400)의 작용에 대해 설명한다.
한편, 도 11에서는, 제2 스로틀 개도 제어 S400의 작용을 타임 차트로 나타내고 있다. 또한, 도 11에서는, 엔진 부하(Ac)를 엔진 정격 부하에 대한 비율(%)로 나타내고, 스로틀 개도(D)를 전개에 대한 비율(%)로 나타내며, 급기 매니폴드 압력(Pi)을 압력값(MPa)으로 나타내고 있다.
제2 스로틀 개도 제어(S400)를 시계열을 따라 설명하면, 우선, 스로틀 밸브(24)의 스로틀 개도(D)를 감소시키는 명령이 있고, 다음으로 급기 매니폴드 압력(Pi)이 소정 압력값(Pi1)까지 스로틀 밸브(24)에 의해 스로틀 개도(D)가 단계적으로 감소된다.
도 12를 이용하여, 제2 스로틀 개도 제어(S400)의 작용에 대해 설명한다.
한편, 도 12에서는, 제2 스로틀 개도 제어(S400)의 작용을 압력 성능 곡선으로 나타내고 있다. 또한, 도 12에서는, 가로축을 컴프레서(25)의 통과 유량(m3/s)으로 나타내고, 세로축을 압력 압축비(컴프레서(25)의 입구 압력에 대한 출구 압력)로 나타내고 있다.
스텝 S410에서는, 부실식 가스 엔진(100)이 고부하로 운전하고 있기 때문에, 컴프레서(25)의 통과 유량 및 압력 압축비는 비교적 높고, 서징 라인(그래프 영역의 좌단측)에 가까운 위치에 있다.
스텝 S420에서는, 스로틀 밸브(24)에 의해 스로틀 개도(D)가 목표 스로틀 개도(Dm)를 향해 단계적으로 감소하기 때문에, 압력 통과 유량이 단계적으로 감소한다(도 12 중의 실선 화살표). 이때, 압력 통과 유량이 급격하게 감소하여 서징 라인에 도달해 서징이 발생하는 일은 없다(도 12중의 파선 화살표).
스텝 S430 및 스텝 S440에서는, 급기 매니폴드 압력(Pi)이 소정 압력값(Pi1)까지 저하했기 때문에, 스로틀 밸브(24)에 의해 스로틀 개도(D)가 목표 스로틀 개도(Dm)까지 즉시 감소하기 때문에, 압력 통과 유량이 급격하게 감소한다(도 12중의 실선 화살표). 그러나, 서징 라인으로부터는 충분히 이간되어 있기 때문에, 서징 라인에 도달해 서징이 발생하는 일은 없다(도 12중의 실선 화살표).
제2 스로틀 개도 제어(S400)의 효과에 대해 설명한다.
제2 스로틀 개도 제어(S400)에 의하면, 컴프레서(25)의 서징을 방지할 수 있다.
서징은, 엔진 부하가 고부하에서 갑자기 저부하가 되어, 스로틀 밸브(24)의 스로틀 개도(D)가 급격하게 감소되어 컴프레서(25)의 통과 유량이 급격하게 감소했을 때 발생하기 쉽다. 그 때문에, 제2 스로틀 개도 제어(S400)에서는, 스로틀 밸브(24)에 의해 스로틀 개도(D)를 목표 스로틀 개도(Dm)를 향해 단계적으로 감소시킴으로써, 컴프레서(25)의 서징을 방지할 수 있다.
본 발명은, 부실식 가스 엔진에 이용 가능하다.
11: 기통 21: 급기 매니폴드
42: 가스 인젝터 50: ECU
51: 엔진 회전수 센서 52: 엔진 부하 센서
53: 윤활유 온도 센서 54: 부실 연료 가스 압력 센서
55: 부실 연료 가스 압력 조정기 56: 주실 연료 가스 온도 센서
57: 주실 연료 가스 압력 센서 58: 주실 연료 가스 압력 조정기
100: 부실식 가스 엔진 Ne: 엔진 회전수
Ac: 엔진 부하 Tj: 윤활유 온도
Pi: 급기 매니폴드 압력 Pim: 목표 급기 매니폴드 압력
Ps: 부실 연료 가스 압력 Psm: 목표 부실 연료 가스 압력

Claims (5)

  1. 엔진 회전수 및 엔진 부하에 의해 연료 유량 및 공기 유량을 결정하는 제어 수단을 구비하는 부실식 가스 엔진으로서,
    상기 제어 수단은,
    결정된 연료 유량보다 연료 유량이 많이 필요한 경우에는, 결정된 공기 유량이 작아지도록 보정하는 부실식 가스 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    엔진 회전수 및 엔진 부하에 의해 부실 연료 유량을 결정하고, 결정된 연료 유량보다 연료 유량이 많이 필요한 경우, 결정된 부실 연료 유량이 커지도록 보정하는 부실식 가스 엔진.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    엔진 회전수 및 엔진 부하에 대하여 명령 연료 분사량을 결정하는 연료 분사량맵, 및 엔진 회전수와 엔진 부하에 대하여 목표 급기 매니폴드 압력을 결정하는 목표 급기 매니폴드 압력맵이 설정되고,
    엔진 회전수 및 엔진 부하에 대하여 결정되는 명령 연료 분사량과 비교하여 연료 분사량이 많이 필요한 경우, 상기 목표 급기 매니폴드 압력맵의 목표 급기 매니폴드 압력이 작아지도록 보정하는 부실식 가스 엔진.
  4. 제3항에 있어서,
    엔진 부하에 대하여 목표 부실 연료 가스 압력을 결정하는 목표 부실 연료 가스 압력이 설정되고, 엔진 회전수 및 엔진 부하에 대하여 결정되는 명령 연료 분사량과 비교하여 연료 분사량이 많이 필요한 경우, 상기 목표 부실 연료 가스 압력맵의 목표 부실 연료 가스 압력이 커지도록 보정하는 부실식 가스 엔진.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 연료 분사량맵은, 적어도 연료 압력, 연료 온도 또는 윤활유 온도에 기초하여 명령 연료 분사량을 보정하는 부실식 가스 엔진.
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