KR20160108234A - 엔진 작동 방법 및 그 폐회로 제어 시스템 - Google Patents

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KR1020160026403A
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미카엘 베르네르
카트린 헤르케르트
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

본 발명은 기상 연료의 연소 동안 엔진을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 기상 연료의 연소를 위해, 과급 압력이 제어되면서 공급되는 과급 공기와 가스 압력이 제어되면서 공급되는 가스로 가스/공기 혼합기가 형성되고, 이 가스/공기 혼합기는 연소를 위한 엔진의 실린더들로 공급되며, 과급 압력 제어부의 과급 압력 설정값(28)과, 과급 압력과 가스 압력 사이의 차압 설정값(35)에 따라서 가스 압력 제어부를 위한 가스 압력 설정값(30)이 결정되고, 가스 압력 설정값(30)은 추가로 과급 압력 제어부의 과급 압력 실제값(29)에 따라서 결정되며, 요컨대, 이는, 과급 압력 실제값(29) 및 과급 압력 설정값(30)에 따라서 가스 압력 설정값(30)을 위한 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)이 결정되고, 가스 압력 설정값(30)의 결정을 위한 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)은 차압 설정값(35)과 오프셋되는 방식으로 수행된다.

Description

엔진 작동 방법 및 그 폐회로 제어 시스템{METHOD AND CLOSED-LOOP CONTROL SYSTEM FOR OPERATING AN ENGINE}
본 발명은 기상 연료의 연소 동안 엔진을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 그 밖에도, 본 발명은 상기 방법의 실행을 위한 폐회로 제어 시스템에도 관한 것이다.
실제로, 연료로서 예컨대 천연가스와 같은 기상 연료가 연소되는 엔진들은 공지되었다. 상기 엔진은 순수 가스 엔진일 수 있거나, 또는 이른바 혼소 엔진일 수 있으며, 이런 혼소 엔진의 경우 액상 연료 작동 모드에서 경유 또는 중유와 같은 액상 연료가 연소되고 가스 연료 작동 모드에서는 기상 연료가 연소된다. 엔진 내에서 기상 연료가 연소된다면, 결과적으로 가스/공기 혼합기를 형성하여 이 가스/공기 혼합기를 연소를 위한 엔진의 실린더들로 공급하기 위해, 한편으로 과급 공기가, 그리고 다른 한편으로는 기상 연료가 공급된다. 과급 공기는 과급 공기 시스템을 통해 과급 압력이 제어되면서 공급되고, 기상 연료는 상응하는 연료 공급 시스템을 통해 가스 압력이 제어되면서 공급되며, 더욱 정확하게 말하면, 이는, 과급 공기의 과급 압력과 기상 연료의 가스 압력 간에 의도하는 압력차가 형성되는 방식으로 수행된다. 이를 위해, 과급 압력 제어부(charge pressure controlling)의 과급 압력 설정값에 따라서, 그리고 과급 압력과 가스 압력 사이의 차압 설정값에 따라서 가스 압력 제어부(gas pressure controlling)를 위한 가스 압력 설정값이 결정된다. 오직 과급 압력 설정값에 따라서, 그리고 차압 설정값에 따라서 가스 압력 설정값이 결정되는 실제로 공지된 접근법은 가스 압력 제어부를 위한 제한되는 제어 정밀도만을 가능하게 한다. 이런 점에 있어서, 과급 압력과 가스 압력 사이의 차압은 제한되는 품질로만 제어될 수 있다. 그 밖에도, 부하 교번 동안에는, 가스 압력 제어부의 제한되는 품질만이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는, 상기 종래 기술에서 출발하여, 엔진을 작동시키기 위한 새로운 유형의 방법 및 폐회로 제어 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는 청구항 제1항에 따르는 방법을 통해 해결된다. 본 발명에 따라서, 가스 압력 설정값은 추가로 과급 압력 제어부의 과급 압력 실제값에 따라서 결정되며, 즉, 이는, 과급 압력 실제값 및 과급 압력 설정값에 따라서 가스 압력 설정값을 위한 파일럿 제어 성분(pilot control component) 및 피드백 제어 성분(feedback control component)이 결정되고, 가스 압력 설정값의 결정을 위한 파일럿 제어 성분 및 피드백 제어 성분은 차압 설정값과 오프셋되는 방식으로 수행된다. 본 발명에 의해서는, 파일럿 제어 성분 및 피드백 제어 성분을 통해 가스 압력 제어부를 위한 가스 압력 설정값을 결정하는 점이 제안된다. 그에 따라, 특히 부하 교번 동안 가스 압력 제어부의 제어 정밀도의 개선이 가능해지며, 그럼으로써 마침내 차압은 상대적으로 더 높은 품질 및 정밀도로 설정될 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 가스 압력 설정값의 결정을 위한 파일럿 제어 성분은, 과급 압력 실제값의 시간 도함수에 따라서 파일럿 제어 램프(pilot control ramp)의 기울기가 결정되고, 과급 압력 설정값에 따라서는 파일럿 제어 램프의 종료점이 결정되는 방식으로 결정된다. 파일럿 제어 램프에 걸친 상기 파일럿 제어 성분은 특히 부하 교번 동안 고품질의 가스 압력 제어부를 가능하게 한다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 가스 압력 설정값의 결정을 위한 피드백 제어 성분은, 과급 압력 실제값이 제1 제어 루프(control loop)의 제1 폐회로 제어기(closed-loop controller)를 위한 입력 변수의 결정을 위해 파일럿 제어 성분 및 피드백 제어 성분과 오프셋되고, 제1 폐회로 제어기의 출력 변수는 가스 압력 설정값의 결정을 위한 피드백 제어 성분에 상응하게 하는 방식으로 결정된다. 이로써 가스 압력 제어부의 품질은 계속하여 개선될 수 있다. 파일럿 제어 램프 또는 파일럿 제어 성분은 피드백 제어 성분에 영향을 미치며, 그럼으로써 가스 압력 설정값을 위한 피드백 제어 성분을 제공하는 폐회로 제어기는 부하 완화된다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 가스 압력 설정값은, 제2 제어 루프의 제2 폐회로 제어기를 위한 입력 변수를 결정하기 위해, 가스 압력 실제값과 오프셋되며, 제2 폐회로 제어기의 출력 변수는, 가스 압력 제어부의 가스 압력 제어 섹션(gas-pressure controlled section)을 위한 설정 변수를 결정하기 위해, 가스 압력 설정값과 오프셋된다. 가스 압력 실제값은 오직 부하 압력 설정값과만 오프셋되며, 그에 따라 제2 제어 루프 내에서 처리되고 제1 제어 루프로는 공급되지 않는다. 이처럼 가스 압력 실제값과 관련하여 두 제어 루프를 분리하는 것을 통해, 특히 부하 교번 동안 가스 압력 제어부의 제어 품질은 개선될 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 차압 설정값은 가스의 가스 품질에 따라서 결정된다. 차압 설정값의 가스 품질에 따른 결정을 통해, 가스 압력 제어부의 제어 정밀도는 계속하여 개선될 수 있다.
본원의 방법의 실행을 위한 폐회로 제어 시스템은 청구항 제8항에 정의되어 있다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들 및 하기의 기재내용에서 제시된다. 본 발명의 실시예들은, 이 실시예들로 국한되지 않으면서, 도면에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 혼소 엔진으로서 형성되는 엔진을 도시한 블록 회로도이다.
도 2는 엔진의 실린더를 도시한 블록 회로도이다.
도 3은 엔진을 작동시키기 위한 폐회로 제어 시스템을 도시한 블록 회로도이다.
도 4는 본 발명의 양태를 명료하게 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 기상 연료의 연소 동안 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 이 방법의 실행을 위한 폐회로 제어 시스템에 관한 것이다.
도 1에는, 예시로서, 복수의 실린더(11)를 포함하는 혼소 엔진(10)의 블록 회로도가 도시되어 있다. 액상 연료 작동 모드에서, 모든 실린더(11) 내에서는 오직 액상 연료(FK)만이 연소된다. 가스 연료 작동 모드에서, 혼소 엔진의 모든 실린더(11) 내에서는 오직 기상 연료(GK)만이 연소되며, 더욱 정확하게 말하면 이는 기상 연료(GK)의 점화를 위한 점화 유체(ZF)의 이용하에 수행된다.
도 1에 도시된 실시예에서, 혼소 엔진(10)에는 배기가스 터보차저(12)가 할당되며, 혼소 엔진(10)의 실린더들(11) 내에서 연료의 연소 동안 발생하는 배기가스(AG)는, 터빈(13) 내에서 배기가스(AG)를 팽창시키고 이와 동시에 기계적 에너지를 획득하기 위해, 배기가스 터보차저(12)의 터빈(13)으로 공급된다. 상기 기계적 에너지는, 연료의 연소를 위해 혼소 엔진(10)의 실린더들(11)로 공급될 과급 공기(LL)를 압축하기 위해, 배기가스 터보차저(12)의 압축기(14) 내에서 이용된다. 이 경우, 가스 연료 작동 모드에서, 과급 공기(LL)와 기상 연료(GK)로 가스/공기 혼합기가 형성되며, 이 가스/공기 혼합기는 실린더들(11)로 공급되어 점화 유체(ZF)를 통해 점화된다.
도 2에는, 혼소 엔진(10)의 실린더(11)의 영역에서 혼소 엔진(10)의 추가 상세내용이 도시되어 있으며, 실린더(11)의 피스톤(15)은 커넥팅 로드(16)를 통해 상하 이동될 수 있다. 액상 연료 작동 모드에서, 실린더(11)의 연소실(26) 내로 액상 연료(FK)는 연료 인젝터(19)를 통해 유입되고 과급 공기(LL)는 흡기 밸브(17)를 통해 유입되며, 연소 동안 발생하는 배기가스(AG)는 배기 밸브(18)를 통해 연소실(26)로부터 배출된다. 액상 연료(FK)는 연료 펌프(20)를 통해 인젝터(19)로 공급된다.
가스 연료 작동 모드에서, 과급 공기(LL)와 기상 연료(GK)로 이루어진 혼합기는 흡기 밸브(17)를 통해 실린더(11)의 연소실(26) 내로 유입되고, 상기 가스/공기 혼합기의 점화를 위해, 점화 유체 펌프(23) 및 점화 유체 저장 유닛(22)에서 출발하여 점화 유체 인젝터(21)를 통해 실린더(11)로 공급되는, 요컨대 도 2의 실시예에서는 적어도 하나의 연결 채널(25)을 통해 연소실(26)과 연결되어 있는 실린더(11)의 추가 연소실(24)로 공급되는 점화 유체(ZF)가 이용된다. 여기서 주지할 사항은, 점화 유체(ZF)가 연소실(26) 내로 직접 유입될 수도 있다는 점이다.
본 발명은, 도 1 및 도 2의 혼소 엔진(10)에서, 엔진 내에서 기상 연료가 연소되는 가스 연료 작동 모드를 개선할 수 있는 상세내용에 관한 것이다.
여기서 주지할 사항은, 그럼에도 본 발명이 혼소 엔진에서의 적용으로만 국한되는 것이 아니라, 오히려 본 발명은 오직 기상 연료의 연소에만 이용되는 가스 엔진에서도 이용될 수 있다는 점이다. 상기 순수 가스 엔진의 경우에서도, 가스 엔진의 실린더들로 과급 공기(LL)와 기상 연료(GK)로 이루어진 혼합기가 공급되며, 연소 동안 발생하는 배기가스(AG)는 가스 엔진의 실린더들로부터 배출된다.
도 3에는, 폐회로 제어 시스템(27)의 블록 회로도가 도시되어 있으며, 상기 제어 시스템에 의해서는, 가스/공기 혼합기의 형성을 위해, 정의되고 제어되는 가스 압력을 갖는 기상 연료(GK)가 작동시킬 엔진으로 공급될 수 있으며, 더욱 정확하게 말하면, 이는, 기상 연료(GK)의 가스 압력과 과급 공기(LL)의 과급 압력 간에 의도하는 차압이 엄수되면서 공급되는 방식으로 수행된다.
가스/공기 혼합기를 위한 과급 공기(LL)는 과급 공기 시스템을 통해 공급되며, 과급 공기 제어부는, 과급 공기(LL)를 위한, 정의되고 제어되는 과급 압력을 제공한다.
도 3에 상세하게 도시되지 않은 과급 압력 제어부는 도 3에 블록들을 통해 시각화되어 있는 과급 압력 설정값(28) 및 과급 압력 실제값(29)을 기반으로 하며, 과급 압력 제어부는, 과급 압력 설정값(28)과 과급 압력 실제값(29) 간의 제어 편차를 기초로, 과급 압력 실제값(29)이 과급 압력 설정값(28)이 되도록 하기 위해 설정 변수를 생성한다. 이미 상술한 것처럼, 과급 압력 제어부의 상세내용은 도 3에 도시되어 있지 않다.
과급 공기와 동일한 방식으로 가스/공기 혼합기의 공급에 이용되는 가스 또는 기상 연료(GK)는 가스 공급 시스템으로부터, 요컨대 가스 압력이 제어되면서 공급되며, 가스 공급 시스템의 가스 압력 제어부(34)는 가스 압력 실제값(31)과 가스 압력 설정값(30)을 비교하고 이 비교 결과에 따라서는 가스 압력 제어부(34)의 가스 제어 섹션(33)을 위한 설정 변수(32)를 결정한다. 가스 압력 제어부(34)는, 가스 압력 실제값(31)이 가스 압력 설정값(30)에 근사되거나, 또는 이 설정값이 되도록, 설정 변수(32)를 결정한다. 가스 압력 설정값(30)은 과급 압력 설정값(28), 과급 압력 실제값(29) 및 차압 설정값(35)에 따라서 결정된다. 이와 관련한 상세내용은 하기에서 상세하게 기재된다.
과급 압력 실제값(29), 과급 압력 설정값(28) 및 차압 설정값(35)에 따라서 가스 압력 제어부(34)를 위한 가스 압력 설정값(30)의 결정은, 과급 압력 실제값(29) 및 과급 압력 설정값(28)에 따라서 가스 압력 설정값(30)을 위해 한편으로 파일럿 제어 성분(36)이, 그리고 다른 한편으로는 피드백 제어 성분(37)이 결정되고, 가스 압력 설정값(30)의 결정을 위한 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)은 차압 설정값(35)과 오프셋되는 방식으로 수행된다.
따라서, 도 3에는, 파일럿 제어 성분(36)뿐만 아니라 미분기(38)(differentiator)를 통해 획득되는 파일럿 제어 성분(36)의 시간 도함수가 제1 합산 위치(39)에서 보조 변수(40)를 결정하기 위해 피드백 제어 성분(37)과 오프셋되고, 상기 보조 변수(40)는 제2 합산 위치(41)에서 가스 압력 설정값(30)을 결정하기 위해 차압 설정값(35)과 오프셋되는 점이 도시되어 있다.
가스 압력 설정값(30)을 위한 파일럿 제어 성분(36)은, 미분기(42)를 통해 획득되는 과급 압력 실제값(29)의 시간 도함수에 따라서 파일럿 제어 램프(44)에 대한 기울기(43)가 결정되고, 파일럿 제어 램프(44)의 종료점은 과급 압력 설정값(28)에 따라서 결정되는 방식으로 결정된다. 도 3에서 확인할 수 있는 것처럼, 파일럿 제어 램프(44)를 위한 기울기(43)는 한편으로 미분기(42)에서 계산되는 과급 압력 실제값(29)의 시간 도함수에 따라서, 그리고 다른 한편으로는 파일럿 제어 램프(44)를 위한 사전 설정된 최소 기울기(45)에 따라서 결정된다. 기울기(43)로서는, 사전 설정된 최소값(45)과 미분기(42)를 통해 계산되는 과급 압력 실제값(29)의 시간 도함수 중에서 최대값이 이용된다.
가스 압력 설정값(30)을 위한 피드백 제어 성분(37)은, 요컨대 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)에 따라 결정되는 보조 변수(40)와 과급 압력 실제값(29) 간의 차이 계산(46)을 통해, 과급 압력 실제값(29)이 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)에 따르는 보조 변수(40)와 오프셋되는 방식으로 결정된다. 상기 차이(46)에 따라서, 제1 제어 루프의 폐회로 제어기(47)는 출력 변수로서 피드백 제어 성분(37)을 결정하며, 도 3에 따라서 상기 제1 폐회로 제어기(47)는 비례 성분(48)과 적분 성분(49)을 포함하며, 그럼으로써 제1 폐회로 제어기(47)는 그에 따라 합산 위치(40)에서 비례 성분(48) 및 적분 성분(49)의 중첩을 통해 가스 압력 설정값(30)을 위한 피드백 제어 성분(37)을 출력하는 PI 제어기로서 구현된다.
앞에서 이미 상술한 것처럼, 가스 압력 설정값(30)은 파일럿 제어 성분(36), 피드백 제어 성분(37) 및 차압 설정값(35)에 따라서 결정되며, 도 3의 블록(51)은, 엔진의 작동 상태(52)에 따라서, 상술한 유형 및 방식으로 결정되는 가스 압력 설정값(30) 대신, 가스 압력 제어부(34)를 위해 또 다른 가스 압력 설정값 역시도 출력될 수 있는 점을 분명하게 나타내고 있다. 따라서 블록(51)은 엔진의 작동 상태(52)에 따라서 상술한 유형 및 방식으로 결정되고 과급 압력 실제값(29), 과급 압력 설정값(28) 및 차압 설정값(35)에 따르는 가스 압력 설정값(30)을 출력하거나, 또는 대안의 가스 압력 설정값(30' 또는 30" 또는 30"')을 출력하는 선택 블록을 나타낸다.
누출 시험 기능(53)이 활성화된다면, 선택 블록(51)은 가스 압력 설정값(30"')으로서 일정한 가스 압력 설정값을 출력한다.
블록(54)을 통해 압력 형성이 요구된다면, 선택 블록(51)은 가스 압력 설정값(30")으로서 압력 형성 중에 가스 압력 설정값을 위한 매개변수화 가능한 램프(ramp)를 선택하며, 이는 혼소 엔진의 경우 액상 연료 작동 모드로부터 가스 연료 작동 모드로 전환하기 전의 경우에 해당된다.
블록(55)을 통해 압력 강하가 요구된다면, 선택 블록(51)은 가스 압력 설정값(30')으로서 압력 강하를 위한 매개변수화 가능한 램프를 선택하며, 이는 혼소 엔진의 경우 가스 연료 작동 모드로부터 액상 연료 작동 모드로의 전환 종료 시의 경우에 해당된다.
가스 연료 작동 모드에서 엔진의 작동에 관계되는 본 발명의 경우, 본 발명에 따라 결정되는 가스 압력 설정값(30)이 중요하며, 이런 가스 압력 설정값은 파일럿 제어 성분(36), 피드백 제어 성분(37) 및 차압 설정값(35)에 따라서 결정된다.
이미 상술한 것처럼, 가스 압력 제어부(34)는 감산 위치(56)에서 가스 압력 설정값(30)과 가스 압력 실제값(31) 사이의 차이를 계산하며, 가스 압력 실제값(31)과 가스 압력 설정값(30) 사이의 차이는 입력 변수로서 제2 제어 루프의 제2 폐회로 제어기(57), 요컨대 가스 압력 제어부(34)로 공급된다. 상기 제2 폐회로 제어기(57)의 출력 변수(58)는, 가스 제어 섹션(33)을 위한 설정 변수(32)를 제공하기 위해, 적어도 가스 압력 설정값(30)과 오프셋된다.
제2 폐회로 제어기(57)는 바람직하게는 적분 성분만을 포함하는 I 제어기이다.
이런 점에서 주지할 사항은, 가스 압력 설정값(30)의 결정 동안 과급 압력 실제값(29) 및 과급 압력 설정값(28)이, 가스 압력 설정값(30)의 결정 중 품질을 개선하기 위해, 상응하는 필터들(59, 60)에서 필터링된다는 점이다. 동일한 방식으로, 바람직하게는 가스 압력 실제값(31)은 필터(61)에서 필터링된다.
본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 가스 압력 설정값(30)의 결정을 위해 이용되는 차압 설정값(35)은, 가스 또는 기상 연료(GK)의 품질에 따라서 결정되는 차압 설정값이다.
이를 위해, 도 3의 차압 설정값 생성 블록(61)에서는, 우선 가스 품질과 무관한 차압 설정값(62)이 사전 설정되며, 이처럼 가스 품질과 무관한 차압 설정값(62)은 보정 블록(63)에서 가스 품질 계수(64)에 따라서 보정된다. 그에 따라서, 보정 블록(63)은 출력 변수로서 가스 품질에 따르는 차압 설정값(35)을 출력한다.
그에 따라, 혼소 엔진 또는 가스 엔진의 가스 연료 작동 모드에서 이용되는 가스 압력 설정값(30)은 적어도 3개의 변수에 따라서, 요컨대 과급 압력 실제값(29), 과급 압력 설정값(28) 및 차압 설정값(35)에 따라서 결정되며, 이 차압 설정값은 바람직하게는 가스 품질에 따르는 차압 설정값이다. 과급 압력 실제값(29)에 따라서, 그리고 과급 압력 설정값(28)에 따라서, 가스 압력 설정값(30)을 위한 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)이 계산되며, 이들 성분은, 가스 압력 제어부(34)를 위한 가스 압력 설정값(30)을 제공하기 위해, 적어도 바람직하게는 가스 품질에 따른 차압 설정값(35)과 중첩된다. 제1 제어 루프의 제1 폐회로 제어기(47)는 과급 압력 설정값(28)로부터의 편차에 부합하게 가스 압력 설정값(30)을 보정한다. 이 경우, 파일럿 제어 성분(36)은 피드백 제어 성분(37)을 부하 완화시키며, 그럼으로써 신속하게 고품질의 가스 압력 설정값(30)이 제공될 수 있게 된다. 가스 압력 설정값(30)은 가스 압력 제어부(34)의 제2 제어 루프의 제2 폐회로 제어기(57)에서 이용되며, 요컨대 한편으로 제2 폐회로 제어기(57)의 상류에서 가스 압력 제어부를 위한 제어 편차의 산출을 위해, 그리고 제2 폐회로 제어기(57)의 하류에서는 가스 제어 섹션(33)을 위한 설정 변수(32)를 결정할 때 이용된다.
가스 압력 설정값(30)의 파일럿 제어 성분(36)을 위한 기초로서, 과급 압력 설정값(38)이 고려된다. 차압 설정값(35)과 함께 가산됨으로써, 안정된 거동 조건으로 고정된 작동 모드에서 실제로 필요한 가스 압력 설정값에 상응하는 가스 압력 설정값(30)을 위한 파일럿 제어값이 제공된다. 부하 변동 동안 과급 공기 제어부의 지연되는 응답 거동을 고려하기 위해, 파일럿 제어되는 가스 압력 설정값(30)은, 과급 압력 실제값(29)의 1차 시간 도함수에 따라서 결정되는 기울기를 갖는 파일럿 제어 램프(44)에 걸쳐서 이동된다. 그에 따라, 과급 압력의 시간 거동은 가스 압력 설정값(30)에 전달되며, 그럼으로써 안정된 압력 거동이 실현된다. 가스 압력 제어부(34)에서 반응 지연을 보상하기 위해, 합산 위치(39)에서 실질적인 파일럿 제어 성분(36)에 파일럿 제어 성분(36)의 1차 시간 도함수가 중첩된다.
가스 압력 설정값(30)을 위한 피드백 제어 성분(37)의 결정에 이용되는 제1 제어 루프의 제1 폐회로 제어기(47)는 과급 압력 제어부의 시간 거동의 결과로 발생하는 과급 압력 내의 제어 편차만큼 파일럿 제어 성분(36)을 보정한다. 상대적으로 신속한 파일럿 제어 성분(36)과 정확한 피드백 제어 성분(37)의 조합을 통해, 제어되는 가스 압력을 위한, 그리고 그에 따라 과급 압력과 가스 압력 간에 설정되는 압력차를 위한 분명히 개선된 시간 거동이 달성될 수 있다. 이미 상술한 것처럼, 폐회로 제어기(47)는 파일럿 제어 성분(36)을 통해 부하 완화되는데, 그 이유는 고정된 작동 모드에서 폐회로 제어기(47)의 적분 성분이 완전하게 파일럿 제어 성분(36)에서 소멸됨으로써 제어 루프 게인(control loop gain)의 최적화가 가능해지기 때문이다.
마찬가지로 이미 앞에서 상술한 것처럼, 차압 설정값(35)은 바람직하게는 가스 품질에 따르는 차압 설정값이다. 본 발명의 본 개선예는, 예컨대 출력이 일정하고 가스 압력과 과급 압력 사이의 압력차가 일정한 조건에서 가스의 총연소열(gross heat of combustion)이 감소할 때, 가스 밸브들의 전류 공급 기간은 증가한다는 지식을 기초로 한다. 가스 내에서 강력한 품질 변동을 통해, 가스의 정해진 총연소열에 대한 차압의 조정은 수행될 수 없다. 총연소열이 낮은 경우 가스를 위한 큰 분사 각도가 허용되지 않는 방식으로 발생하는 점을 방지하기 위해, 가스 품질에 따르는 차압 설정값(35)의 이용이 바람직하다.
효율에 최적화되고 가스 품질과 무관한 차압 설정값(62)을 기반으로, 가스 품질에 따르는 차압 설정값(35)이 결정되며, 요컨대 가스 품질 계수(64)에 따라서 결정된다.
가스의 실제 총연소열에 대한 지표로서 바람직하게는 기지의 가스 품질 제어부의 보정 계수가 이용된다. 이 경우, 가스의 총연소열이 감소함에 따라 보정 계수는 증가한다. 보정 계수는 내부 출력 또는 충전량 계산을 외부 출력에 부합하게 보정한다.
보정 계수가, 가스 분사기간이 한계 값에 근사되는 값에 도달한다면, 차압 설정값은 상승된다. 이런 기능은, 가스 분사기간이 일정하게 유지되거나 약간 감소되도록 매개변수화된다. 이 경우, 가스 품질을 위한 보정 계수는 바람직하게는 최소값뿐만 아니라 최대값을 통해 범위 한정된다. 이는 도 4에 시각화되어 있으며, 도 4에서 차압 설정값을 위한 보정 계수(K2)는 가스 품질을 위한 보정 계수(K1) 위쪽에 표시되어 있다. 가스 품질을 위한 보정 계수(K1)는 최소값(K1-min) 및 최대값(K1-max)을 통해 범위 한정된다. 가스 품질을 위한 각각의 보정 계수(K1)에는 차압 설정값을 위한 보정 계수(K2)가 할당된다. 차압 설정값은 최대값(K3)을 통해 범위 한정된다.
이미 상술한 것처럼, 가스 압력 제어부(34)의 설정 변수(32)는 제2 폐회로 제어기(57)의 출력 변수(58)뿐만 아니라 가스 압력 설정값(30)에 따라서도 결정된다. 이렇게, 폐회로 제어기(57)의 출력 변수(58)는 합산 위치(65)에서 가스 압력 설정값(30)과 오프셋된다. 폐회로 제어기(57)의 출력 변수(58)는 가스 압력 실제값(31)과 감산 위치(56)에서 계산되는 가스 압력 설정값(30) 사이의 제어 편차에 따라서 결정된다.
가스 제어 섹션(33)의 요소들은 종래 기술에 상응한다. 그러므로 가스 제어 섹션(33)은, 파일럿 제어기(67)에 의해 구동되는 가스 압력 조절 밸브(66)를 포함한다. 파일럿 제어기(67)를 위한 입력 신호는 이른바 I/p 변환기(68)의 출력 신호에 따라서, 그리고 오프셋 값(69)에 따라서 결정된다. I/p 변환기(68)는 가스 압력 제어부(34)의 설정 신호(32)에서 파일럿 제어기(67)를 위한 전류 신호를 생성한다. 파일럿 제어기(67) 및 I/p 변환기(68)는 바람직하게는 동일한 원리에 따라서 작동하며, 이들은 가스 압력 조절 밸브(66)를 위한 보조 에너지원을 제공한다. 오프셋 값(69)은, 작동될 가스 압력 조절 밸브(66)의 스프링의 스프링 예압을 위해 조정 나사를 통해 설정되는 일차 압력에 상응한다.
I/p 변환기(68), 파일럿 제어기(67) 및 압력 조절 밸브(66)가 적합하게 작동한다면, 가스 압력 실제값(31)은 정상 상태(steady state)에서 가스 압력 설정값(30)에 상응한다. 설정 결함, 드리프트 및 마모의 보상을 위해, 가스 압력과 그에 따른 차압의 정확한 설정을 위해 여전히 제2 폐회로 제어기(57)를 포함하는 제어 루프가 필요하지만, 그러나 이런 제어 루프는 도시된 것처럼 순수 I 제어기로서 구현될 수도 있는데, 그 이유는 교란 변수들이 느리게만 변동되기 때문이다. 그 결과, I/p 변환기(68), 파일럿 제어기(67) 및 압력 조절 밸브(66)의 시간 거동에서의 불충분성은 충분히 보상될 수 있다.
가스 압력 제어부(34)에서 최대한 효율적인 제어를 위해, 파일럿 제어기 상에서 전형적으로 조정 나사를 통해 설정되는 정확한 오프셋 값(69)을 알고 있어야 한다. 그 대안으로, 오프셋 값(69)의 사전 설정을 배제하고 그 대신 폐회로 제어기(67)의 출력을 적응 방식으로 저장하는 실시예도 생각해볼 수 있다. 그에 따라, 모든 결함원은 자동으로 보상 오프셋으로서 검출될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 기상 연료의 연소 동안 엔진을 작동시키기 위한 방법으로서, 기상 연료의 연소를 위해, 과급 압력이 제어되면서 공급되는 과급 공기와 가스 압력이 제어되면서 공급되는 가스로 가스/공기 혼합기가 형성되고, 이 가스/공기 혼합기는 연소를 위한 엔진의 실린더들로 공급되며, 과급 압력 제어부의 과급 압력 설정값(28)과, 과급 압력과 가스 압력 사이의 차압 설정값(35)에 따라서 가스 압력 제어부를 위한 가스 압력 설정값(30)이 결정되는, 엔진 작동 방법에 있어서,
    상기 가스 압력 설정값(30)은 추가로 상기 과급 압력 제어부의 과급 압력 실제값(29)에 따라서 결정되며, 즉, 이는, 과급 압력 실제값(29) 및 과급 압력 설정값(30)에 따라서 상기 가스 압력 설정값(30)을 위한 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)이 결정되며, 상기 가스 압력 설정값(30)의 결정을 위한 상기 파일럿 제어 성분(36) 및 상기 피드백 제어 성분(37)은 상기 차압 설정값(35)과 오프셋되는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 제어 성분(36)은, 상기 과급 압력 실제값(29)의 시간 도함수에 따라서 파일럿 제어 램프(44)의 기울기가 결정되고, 상기 과급 압력 설정값(28)에 따라서는 상기 파일럿 제어 램프(44)의 종료점이 결정되는 방식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피드백 제어 성분(37)은, 상기 과급 압력 실제값(29)이 제1 제어 루프의 제1 폐회로 제어기(47)를 위한 입력 변수의 결정을 위해 상기 파일럿 제어 성분(36) 및 상기 피드백 제어 성분(37)과 오프셋되고, 상기 제1 폐회로 제어기(47)의 출력 변수는 상기 피드백 제어 성분(37)에 상응하게 하는 방식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 폐회로 제어기(47)는 PI 제어기인 것을 특징으로 하는 엔진 작동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 압력 설정값(30)은, 제2 제어 루프의 제2 폐회로 제어기(57)를 위한 입력 변수를 결정하기 위해, 상기 가스 압력 실제값(31)과 오프셋되며, 상기 제2 폐회로 제어기(57)의 출력 변수(58)는, 상기 가스 압력 제어부의 가스 압력 제어 섹션(33)을 위한 설정 변수(32)를 결정하기 위해, 상기 가스 압력 설정값(30)과 오프셋되는 것을 특징으로 하는 엔진 작동 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 폐회로 제어기(57)는 I 제어기인 것을 특징으로 하는 엔진 작동 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차압 설정값(35)은 가스의 가스 품질에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 작동 방법.
  8. 과급 압력 제어부와 가스 압력 제어부를 포함하는, 기상 연료의 연소 동안 엔진을 작동시키기 위한 폐회로 제어 시스템에 있어서,
    가스 압력 설정값 생성부는 과급 압력 실제값(29) 및 과급 압력 설정값(28)에 따라서 가스 압력 설정값(30)을 위한 파일럿 제어 성분(36) 및 피드백 제어 성분(37)을 결정하며, 상기 가스 압력 설정값 생성부는 상기 가스 압력 설정값(30)의 결정을 위한 상기 파일럿 제어 성분(36) 및 상기 피드백 제어 성분(37)을 차압 설정값(35)과 오프셋하는 것을 특징으로 하는 엔진 작동을 위한 폐회로 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 가스 압력 설정값 생성부의 상기 파일럿 제어 성분(36)은 상기 과급 압력 실제값(29)의 시간 도함수에 따라서 파일럿 제어 램프(44)의 기울기를 결정하고 과급 압력 설정값(28)에 따라서는 상기 파일럿 제어 램프(44)의 종료점을 결정하며, 그리고 상기 가스 압력 설정값 생성부의 상기 피드백 제어 성분(37)은 제1 제어 루프의 바람직하게는 PI 제어기로서 형성되는 제1 폐회로 제어기(47)를 위한 입력 변수의 결정을 위해 상기 파일럿 제어 성분(36) 및 상기 피드백 제어 성분(37)과 상기 과급 압력 실제값(29)을 오프셋하며, 상기 제1 폐회로 제어기(47)의 출력 변수는 상기 피드백 제어 성분(37)에 상응하는 것을 특징으로 하는 엔진 작동을 위한 폐회로 제어 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 가스 압력 제어부는, 제2 제어 루프의 바람직하게는 I 제어기로서 형성되는 제2 폐회로 제어기(57)를 위한 입력 변수를 결정하기 위해, 가스 압력 실제값(31)과 가스 압력 설정값(30)을 오프셋하며, 상기 가스 압력 제어부는, 이 가스 압력 제어부의 가스 압력 제어 섹션(33)을 위한 설정 변수(32)를 결정하기 위해, 상기 가스 압력 설정값(30)과 상기 제2 폐회로 제어기(57)의 출력 변수(58)을 오프셋하는 것을 특징으로 하는 엔진 작동을 위한 폐회로 제어 시스템.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 시스템은 가스의 가스 품질에 따라서 상기 차압 설정값(35)을 결정하는 것을 특징으로 하는 엔진 작동을 위한 폐회로 제어 시스템.
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