KR20180095637A - 피스톤 엔진의 작동 방법 및 피스톤 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 4 행정 이중-연료 또는 다중-연료 피스톤 엔진 (1) 의 작동 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 가스 유입 밸브 (3) 를 개방하고 기체 연료를 흡기 덕트 (4) 에 그리고 추가로 엔진 (1) 의 실린더 (2) 에 도입하기 위해 상기 가스 유입 밸브 (3) 에 제 1 제어 신호를 전송하는 단계 (100); 상기 기체 연료와 흡기 공기의 혼합물을 점화시키도록 파일럿 연료 분사기 (5) 를 개방하고 액체 파일럿 연료를 상기 실린더 (2) 에 도입하기 위해 상기 파일럿 연료 분사기 (5) 에 제 2 제어 신호를 전송하는 단계 (101); 연료의 추정된 점화 후 및 배기 밸브들의 개방 전인 미리 정해진 크랭크 각도에서 연소 행정 동안에 상기 실린더 (2) 내의 압력을 측정하는 단계 (102); 측정된 상기 압력을 미리 정해진 한계 값과 비교하는 단계 (103); 및 측정된 상기 압력이 상기 미리 정해진 한계 값을 초과하는 경우, 상기 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 제어 신호를 불능화시키는 단계 (104) 를 포함한다.

Description

피스톤 엔진의 작동 방법 및 피스톤 엔진
본 발명은 청구항 1 에 정의된 바와 같은 4 행정 이중-연료 또는 다중-연료 피스톤 엔진을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 다른 독립 청구항에 정의된 바와 같은 4 행정 이중-연료 또는 다중-연료 피스톤 엔진에 관한 것이다.
천연 가스와 같은 기체 메인 연료를 사용하여 피스톤 엔진을 작동시킬 가능성은 예를 들어 저 방출 형태의 많은 이점을 제공한다. 기체 연료는 보통 점화원을 필요로 하는데, 이는 대부분으 경우에 스파크 플러그 또는 파일럿 연료이다. 이중-연료 엔진에서, 기체 메인 연료는 직접 또는 프리챔버를 통해 엔진의 실린더 들로 분사되는 액화 파일럿 연료를 이용함으로써 점화된다. 기체 연료는 흡기 덕트 내로 도입되고, 흡기 행정 동안 실린더들 내로 흡기 포트를 통해 유동한다. 액체 파일럿 연료는 압축 행정의 끝에서 파일럿 연료 분사기들을 통해 분사된다. 파일럿 연료는 자가-점화되고, 파일럿 연료의 점화는 기체 메인 연료의 연소를 촉발한다.
파일럿 연료 분사기의 밸브 니들이 개방 또는 부분적 개방 위치에서 걸리면 문제가 발생한다. 이 경우, 파일럿 연료 분사는 다음 연소 행정, 배기 행정, 흡입 행정 및 압축 행정에서 계속된다. 과도한 파일럿 연료는 특히 압축 행정 중에 문제를 일으킨다. 압축 행정 동안에 실린더 내에 파일럿 연료가 존재하면 공기/연료 혼합물의 조기 점화를 유발할 수 있고, 파일럿 연료의 누적된 양이 비교적 클 수 있기 때문에, 혼합물의 조기 연소는 실린더 헤드를 손상시킬 수 있다. 엔진의 실린더의 다양한 파워 출력은 또한 진동을 야기하며, 미연소 연료는 엔진의 탄화수소 배출을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 4 행정 이중-연료 또는 다중-연료 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 방법의 특징은 청구항 1 에 주어진다. 본 발명의 또 다른 목적은 개선된 4 행정 이중-연료 또는 다중-연료 피스톤 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 엔진의 특징은 다른 독립 청구항에 주어진다.
본 발명에 따른 방법은, 가스 유입 밸브를 개방하고 기체 연료를 흡기 덕트에 그리고 추가로 엔진의 실린더에 도입하기 위해 상기 가스 유입 밸브에 제 1 제어 신호를 전송하는 단계; 상기 가스 유입 밸브를 통해 도입된 상기 기체 연료와 흡기 공기의 혼합물을 점화시키도록 파일럿 연료 분사기를 개방하고 액체 파일럿 연료를 상기 실린더에 도입하기 위해 상기 파일럿 연료 분사기에 제 2 제어 신호를 전송하는 단계; 연료의 추정된 점화 후 및 배기 밸브들의 개방 전인 미리 정해진 크랭크 각도에서 연소 행정 동안에 상기 실린더내의 압력을 측정하는 단계; 측정된 상기 압력을 미리 정해진 한계 값과 비교하는 단계; 및 측정된 상기 압력이 상기 미리 정해진 한계 값을 초과하는 경우, 상기 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 제어 신호를 불능화시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 엔진은, 기체 연료용의 제 1 연료 분사 시스템으로서, 상기 제 1 연료 분사 시스템은 기체 연료를 상기 엔진의 흡기 덕트에 도입하기 위해 상기 엔진의 각 실린더에 대해 가스 유입 밸브를 포함하는, 상기 제 1 연료 분사 시스템; 액체 파일럿 연료용의 제 2 연료 분사 시스템으로서, 상기 제 2 연료 분사 시스템은 액체 파일럿 연료를 상기 엔진의 실린더들에 분사하기 위해 상기 엔진의 각 실린더에 대해 파일럿 연료 분사기를 포함하는, 상기 제 2 연료 분사 시스템; 상기 엔진의 실린더들내의 압력을 측정하기 위한, 상기 엔진의 각 실린더에 대한 압력 센서; 및 전술한 방법을 구현하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 엔진에 의하면, 개방 또는 부분 개방 위치에 걸린 결함있는 연료 분사기가 조기에 검출될 수 있고, 실린더 내의 과도한 연료량에 의해 야기된 손상이 방지될 수 있다. 과도한 압력이 검출되지 않는 엔진의 실린더들에서의 정상 작동은 계속될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 압력은 추정가능한 피크 압력 크랭크 각도 이후인 크랭크 각도에서 측정된다. 누출 파일럿 연료 분사기의 효과는 피크 압력이 도달한 후에 가장 잘 검출될 수 있다. 누출 파일럿 연료 분사기의 보다 확실한 검출을 위해, 압력은 바람직하게는 배기 밸브가 개방되기 직전에 측정되어야 한다. 따라서 압력은 배기 밸브 개방 이전의 최대 50도에서, 심지어는 배기 밸브 개방 이전의 최대 20도 또는 10도에서 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 압력은 상사점 이후 적어도 20도인 크랭크 각도에서 측정된다. 심지어 압력은 상사점 이후 적어도 40도 또는 60도인 크랭크 각도에서 측정될 수 있다. 연소 행정의 시작에서 압력이 측정되지 않으면, 누출 파일럿 연료 분사기의 효과가 검출될 수 있는 것이 보장된다. 압력은 연소의 끝에서 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 미리 정해진 한계 값은 미리 정해진 수의 이전 연소 행정 동안에 미리 정해진 크랭크 각도에서 실린더에서 측정된 압력 값들에 기초하여 결정된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 실린더가 실린더에서의 가능한 연소를 검출하기 위해 후속 연소 행정 동안에 모니터링되고, 연소가 검출되는 경우, 적어도 제 1 제어 신호가 불능화 상태로 유지되고 경보가 촉발된다. 실린더 내의 가능한 연소는 예를 들어 실린더 내의 압력을 모니터링함으로써 검출될 수 있다. 또한, 연소가 검출되는 경우에, 제 2 제어 신호는 불능화 상태로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연소가 검출되지 않는 경우, 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호는 기능화 상태가 된다.
제어 신호들이 불능화인 상태에서의 실린더에서의 연소는 개방 파일럿 연료 분사기의 표시이다. 적어도 제 1 제어 신호를 불능화 상태로 유지함으로써, 실린더 내의 연료의 양이 최소화 될 수 있다. 다른 한편, 연소가 검출되지 않으면, 과도한 실린더 압력은 다른 이유로 인해 야기될 수 있으며, 이 경우에 실린더에서의 정상 작동이 재개될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1 은 피스톤 엔진의 파일럿 연료 및 메인 연료 분사 시스템의 단순도를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 따른 방법을 흐름도로서 도시한다.
도 1 은 피스톤 엔진 (1) 의 파일럿 연료 및 기체 연료 분사 시스템을 개략적으로 도시한다. 엔진 (1) 은 전기를 생산하기 위해 발전소에서 사용되는 엔진 또는 선박의 주 엔진 또는 보조 엔진과 같은 대형 내연 엔진이다. 엔진 (1) 의 정격 출력은 실린더 당 150 kW 이상이고, 실린더 보어는 150 mm 이상이다. 도 1 에는, 일렬로 정렬된 4 개의 실린더 (2) 가 도시되어 있지만, 엔진 (1) 은 예를 들어 일렬로 또는 V-형상으로 배열된 임의의 적절한 개수의 실린더들 (2) 을 포함할 수 있다. 도 1 의 엔진 (1) 은 기체 메인 연료 및 액체 파일럿 연료를 사용하여 적어도 기체 연료 모드로 작동될 수 있는 이중-연료 엔진이다. 기체 연료는 예를 들어 천연 가스 또는 바이오 가스일 수 있다. 액체 파일럿 연료는 예를 들어 경질 연료유 (light fuel oil: LFO) 또는 해양 디젤유 (marine diesel oil: MDO) 일 수 있다. 엔진 (1) 은 또한 LFO 또는 MDO 와 같은 액체 연료만을 사용하는 액체 연료 모드에서 작동될 수 있다. 또한 엔진 (1) 은 2 개 이상의 상이한 타입의 액체 연료 및/또는 기체 연료를 사용하여 작동될 수 있는 다중-연료 엔진일 수도 있다. 예를 들어, 엔진 (1) 은, 기체 메인 연료 및 액체 파일럿 연료를 사용하여 기체 연료 모드로 작동될 수 있고 또한, 2 개의 상이한 액체 연료 모드, 예를 들어 중질 연료유 또는 잔류 연료유를 주로 함유하는 다른 연료를 이용하는 제 1 액체 연료 모드 및 경질 연료유 또는 증류 연료유를 주로 함유하는 다른 연료를 이용하는 제 2 액체 연료 모드로 작동될 수 있는 3중-연료 엔진일 수 있다.
엔진 (1) 은 엔진 (1) 의 흡기 공기를 가압하기 위한 압축기 (16a) 및 터빈 (16b) 을 포함하는 터보차저 (16) 에 연결된다. 엔진 (1) 은 또한 직렬 및/또는 병렬로 연결된 2 이상의 터보차저를 구비할 수 있다.
엔진 (1) 에는 기체 연료 및 파일럿 연료에 대한 별도의 연료 분사 시스템이 제공된다. 기체 연료는 가스 탱크 (6) 에 저장되고, 이 가스 탱크 (6) 로부터 가스 라인 (7) 을 통해 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 에 공급된다. 가스 라인 (7) 은 가스 라인 (7) 으로의 기체 메인 연료의 공급을 제어하기 위한 메인 가스 밸브 (8) 를 구비한다. 메인 가스 밸브 (8) 는 예를 들어 엔진 (1) 이 액체 연료 모드에서 작동될 때에 폐쇄될 수 있다. 엔진 (1) 의 각 실린더 (2) 는 자체의 가스 유입 밸브 (3) 를 구비한다. 가스 유입 밸브 (3) 는 개별적으로 제어가능하다. 제 1 제어 라인 (9) 은 가스 유입 밸브 (3) 를 가스 유입 밸브 (3) 의 개폐를 제어하는 제어 유닛 (10) 에 연결한다. 가스 유입 밸브 (3) 는 스텝 모터와 같은 액추에이터에 의해 개폐된다. 가스 유입 밸브 (3) 는 기체 연료를 엔진 (1) 의 흡기 덕트 (4) 에 도입하도록 배열된다. 각각의 가스 유입 밸브 (3) 는 각각의 실린더 (2) 의 흡기 밸브들에 근접하여 위치된다. 기체 연료는 흡입 행정 동안에 흡기 덕트 (4) 에 도입된다. 실린더 (2) 의 흡기 밸브들이 개방될 때에, 기체 연료는 실린더 (2) 내로 유동하여 공기/연료 혼합물을 형성한다. 공기/연료 혼합물은, 바람직하게는, 기체 연료 및 액체 파일럿 연료 모두의 완전한 연소에 필요한 것보다 많은 공기를 포함하는 린 (lean) 혼합물이다. 도 1 은 기체 메인 연료를 위한 연료 분사 시스템의 단순화된 예만을 도시한 것에 유의해야 한다. 연료 분사 시스템은 도면에 도시되지 않은 많은 추가 부품들, 예를 들어 상이한 밸브들, 필터들 등을 포함할 수 있다.
액체 파일럿 연료의 연료 분사 시스템은 엔진 (1) 의 각각의 실린더 (2) 에 대한 자체의 파일럿 연료 분사기 (5) 를 포함한다. 파일럿 연료 분사기 (5) 는 연료를 실린더 (2) 또는 프리챔버에 직접 분사하도록 배열될 수 있다. 파일럿 연료 분사기들 (5) 은 개별적으로 제어가능하다. 파일럿 연료 분사기들 (5) 은 예를 들어 전기적으로 작동될 수 있다. 제 2 제어 라인 (15) 은 파일럿 연료 분사기 (5) 를 파일럿 연료 분사기 (5) 의 개폐를 제어하는 제어 유닛 (10) 에 연결한다. 각 파일럿 연료 분사기 (5) 는 파일럿 연료 분사기 (5) 를 통해 연료를 분사하기 위해 들어 올려질 수 있는 밸브 니들을 포함한다.
도 1 의 실시형태에서, 파일럿 연료 분사 시스템은 가압 연료를 저장하기 위한 연료 레일 (11) 을 포함하는 커먼 레일 연료 분사 시스템이다. 모든 파일럿 연료 분사기 (5) 는 동일한 연료 레일 (11) 에 연결된다. 저압 펌프 (12) 는 파일럿 연료 탱크 (14) 로부터 연료를 고압 펌프 (13) 에 공급하고, 이 고압 펌프는 파일럿 연료의 압력을 직접 연료 분사에 적합한 레벨까지 상승시키고 연료 레일 (11) 에 공급하며, 이로부터 연료는 파일럿 연료 분사기들 (5) 에 공급된다. 연료 분사 압력은 800 내지 3000 bar 의 범위일 수 있다. 하나의 연료 레일 (11) 대신에, 각각의 파일럿 연료 분사기 (5) 는 자체의 연료 축적기를 구비할 수 있거나, 또는 파일럿 연료 분사 시스템은 둘 이상의 파일럿 연료 분사기 (5) 를 각각 제공하는 둘 이상의 연료 레일 (11) 을 포함할 수 있다. 파일럿 연료 분사 시스템으로서의 사용과 관련하여, 또한 도 1 의 연료 분사 시스템은 액체 메인 연료를 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 에 분사하는데 사용될 수 있다. 따라서 동일한 연료 분사 시스템은 엔진 (1) 이 액체 연료만을 사용하는 액체 연료 모드로 작동되는 때에 사용될 수 있다. 이 경우, 파일럿 연료 분사기들 (5) 은 메인 연료 분사기들로서도 기능할 것이다. 도 1 의 연료 분사 시스템의 일부만이 액체 메인 연료를 위한 연료 분사 시스템의 일부로서 사용되는 것도 가능하다. 예를 들어, 추가 연료 분사기들은 액체 메인 연료를 분사하기 위해 도 1 의 연료 레일 (11) 에 연결될 수 있다. 기체 연료 모드에서, 액체 파일럿 연료는 파일럿 연료 분사기 (5) 에 의해 분사되고, 액체 연료 모드에서는 액체 연료가 메인 연료 분사기에 의해 분사된다. 쌍방의 작동 모드에서, 동일한 저압 펌프 (12) 및 고압 펌프 (13) 가 사용될 것이다. 파일럿 연료 분사기 (5) 및 메인 연료 분사기는 연료 분사기 유닛에 통합될 수 있다.
파일럿 연료는 피스톤이 상사점에 가까운 때에 압축 행정 동안에 파일럿 연료 분사기 (5) 를 통해 엔진 (1) 의 실린더 (2) 에 분사된다. 파일럿 연료 분사는 연소 행정 중에 부분적으로 발생할 수도 있다.
도 1 에 도시된 연료 분사 시스템에 부가하여, 엔진 (1) 은 예컨대 액체 메인 연료를 엔진 (1) 의 실린더 (2) 에 분사하기 위한 적어도 하나의 추가의 연료 분사 시스템을 구비할 수 있다. 추가의 연료 분사 시스템은 엔진 (1) 의 각 실린더 (2) 에 대해 자체의 연료 분사 펌프를 갖는 연료 분사 시스템 또는 커먼 레일 시스템일 수 있다.
엔진 (1) 의 각 실린더 (2) 는 실린더 (2) 내의 압력을 감시하기 위한 압력 센서 (17) 를 구비한다. 압력 센서 (17) 는 제어 유닛 (10) 에 연결되고, 따라서 압력 센서 (17) 로부터 제어 유닛 (10) 에 측정 데이터가 전달될 수 있다.
기체 연료 모드에서의 엔진 (1) 의 정상 작동 중에, 엔진 (1) 의 각 실린더 (2) 의 흡기 밸브들은 배기 행정의 끝에서 개방된다. 흡입 행정의 시작시에, 제어 유닛 (10) 은 가스 유입 밸브 (3) 를 개방하기 위해 가스 유입 밸브 (3) 에 제 1 제어 라인 (9) 을 통해 제 1 제어 신호를 전송한다. 가스 유입 밸브 (3) 는 개방되고, 밸브 (3) 는 흡기 덕트 (4) 안으로 그리고 추가로 실린더 (2) 안으로 기체 연료가 흐를 수 있도록 소정의 시간 동안 개방 상태로 유지된다. 흡입 행정의 종료 전에, 가스 유입 밸브 (3) 는 폐쇄된다. 또한, 흡기 밸브가 폐쇄되고, 흡입 행정에 이어 압축 행정 중에, 실린더 (2) 내의 공기/연료 혼합물이 압축된다. 실린더 (2) 내의 피스톤이 상사점에 접근함에 따라, 제어 유닛 (10) 은 제 2 제어 신호를 제 2 제어 라인 (15) 을 통해 파일럿 연료 분사기 (5) 에 보내서, 파일럿 연료 분사기 (5) 를 개방하고 액체 파일럿 연료를 실린더 (2) 에 분사한다. 파일럿 연료 분사기 (5) 의 밸브 니들은 단시간 동안 상승되고, 파일럿 연료는 실린더 (2) 내로 분사된다. 소정의 점화 지연 후, 파일럿 연료는 자가-점화된다. 파일럿 연료의 양은 비교적 적다. 파일럿 연료의 연소는 예를 들어 실린더 (2) 에서의 연소에 의해 방출되는 열의 5% 미만을 방출할 수 있다. 또한 파일럿 연료의 연소는 공기와 기체 메인 연료의 혼합물을 점화시킨다. 실린더 (2) 내의 압력은, 전형적으로 상사점 후 0 내지 20 도의 범위에서 피크 실린더 압력이 도달할 때까지, 급격하게 상승한다. 피스톤이 하사점을 향해 이동함에 따라, 실린더 (2) 내의 압력은 감소한다. 피스톤이 하사점에 가까울 때에, 배기 밸브들이 열린다. 배기 행정 동안, 배기 가스는 실린더 (2) 로부터 유출되고, 새로운 엔진 사이클이 시작된다.
파일럿 연료 분사기 (5) 의 밸브 니들이 개방 위치 또는 부분적 개방 위치에 걸리면, 파일럿 연료의 분사는 압축 행정의 끝에서 종료되지 않고 연소 행정을 통해 계속된다. 연소 시작시에, 실린더 압력은 정상적으로 작동한다. 그러나, 파일럿 연료 분사가 연소 중에 계속되므로, 연소는 예상보다 오랜 시간 지속된다. 그 결과, 연소가 정상적으로 끝날 때의 소정의 크랭크 각도에서, 실린더 압력이 예상보다 높다. 실린더 (2) 내의 압력은 배기 밸브가 개방될 때까지 정상보다 높은 레벨로 유지된다. 파일럿 연료 분사기 (5) 의 밸브 니들이 개방 상태로 유지되면, 파일럿 연료 분사는 배기 행정 동안 계속된다. 배기 행정 동안, 분사 된 파일럿 연료의 대부분은 실린더 (2) 로부터 유출된다. 그러나, 배기 밸브가 폐쇄되면, 파일럿 연료가 실린더 (2) 에 축적되기 시작한다. 실린더 (2) 에 분사된 파일럿 연료는 흡기 행정 동안에 실린더 (2) 내로 도입된 기체 연료 및 공기와 혼합된다. 압축 행정 중에, 실린더 (2) 내의 압력은 상승하기 시작한다. 또한, 온도가 상승하고, 실린더 (2) 내의 온도가 파일럿 연료의 자가-점화 온도에 도달하면, 실린더 (2) 내의 혼합물이 점화된다. 이는 심지어 파일럿 연료 분사가 시작되기 전에 있을 수 있다. 파일럿 연료의 축적으로 인해, 연료 (파일럿 및 메인 연료) 의 총 양은 엔진 (1) 의 정상 작동 중에서 보다도 현저하게 클 수 있다. 조기 점화와 함께, 과도한 양의 연료의 연소는 예를 들어 실린더 헤드에 손상을 줄 수 있다. 흡입 행정 및 압축 행정 중에 실린더 (2) 에 축적된 파일럿 연료의 양은 50% 엔진 부하로 실린더 (2) 에 분사되는 총 연료량과 동일할 수 있다.
결함있는 파일럿 연료 분사기 (5) 에 의해 야기되는 손상을 방지하고 다른 유해한 영향을 감소시키기 위해, 본 발명에 따른 방법이 제공된다. 도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법을 흐름도로서 도시한다. 본 발명에 따르면, 가스 유입 밸브 (3) 및 파일럿 연료 분사기 (5) 는 흡입 행정 및 압축 행정 중에 정상적으로 작동된다. 따라서, 제 1 제어 신호는 가스 유입 밸브 (3) 를 개방하기 위해 가스 유입 밸브 (3) 에 전달되고 (단계 100), 제 2 제어 신호는 밸브 니들을 들어 올리고 파일럿 연료를 실린더 (2) 에 분사하기 위해 파일럿 연료 분사기 (5) 에 전달된다 (단계 101). 연소 행정 동안, 실린더 (2) 내의 압력이 모니터링된다 (단계 102). 압력 모니터링은 연속적일 수 있거나, 또는 압력은 소정의 미리 정해진 크랭크 각도에서만 측정될 수 있다. 미리 정해진 크랭크 각도는 실린더 압력에 대한 개방 파일럿 연료 분사기 (5) 의 효과가 검출될 수 있도록 선택된다. 그러므로 압력 측정은 연료의 추정된 점화 이후 및 배기 밸브의 개방 이전에 일어난다. 추정 점화는 연소가 시작될 것으로 예상되는 순간을 의미한다. 파일럿 연료 분사기 (5) 가 누설되는 경우, 연소의 실제 시작 순간은 더 빠를 수 있다. 또한, 예를 들어 파일럿 연료 분사기 (5) 가 개방되지 않는 경우에, 실린더 (2) 에서 점화가 일어나지 않을 수도 있다.
바람직하게는 압력은 피크 압력이 발생하는 크랭크 각도 이후에 측정된다. 압력 측정은 예를 들어 상사점 이후 20 내지 150도의 범위에서 발생할 수 있다. 압력은 예를 들어 연소가 끝날 때에 측정될 수 있다. 점화의 시작 순간 또는 피크 압력의 크랭크 각도를 알 필요는 없지만, 압력이 측정되는 크랭크 각도는 확실히 피크 압력 크랭크 각도 이후이도록 선택될 수 있다. 결함있는 파일럿 연료 분사기 (5) 는 배기 밸브의 개방 직전에 압력이 측정될 때에 가장 잘 검출될 수 있다. 따라서, 압력은 예를 들어 배기 밸브의 개방 이전에 최대 20도인 크랭크 각도에서 측정될 수 있다. 여기서 배기 밸브의 개방은 배기 밸브의 개방 운동이 시작되는 순간을 의미한다. 배기 밸브의 개방 순간에 가까운 크랭크 각도를 선택함으로써, 피크 압력이 도달한 이후에 측정이 이루어지는 것이 보장된다. 미리 정해진 크랭크 각도는 엔진 (1) 의 모든 작동 조건에 대해 동일할 필요는 없고, 예를 들어 엔진 속도 및 부하에 의존할 수 있다.
압력 측정 후에, 측정된 압력은 제어 유닛 (10) 에서 미리 정해진 한계 값과 비교된다 (단계 103). 한계 값은 일정하지는 않고, 적어도 엔진 속도와 부하에 의존한다. 예를 들어, 엔진 속도가 일정하면, 엔진 부하가 커질수록 실린더 (2) 내의 압력이 높아진다. 그러므로, 미리 정해진 한계 값은 소정의 엔진 속도에서 더 큰 엔진 부하에 대해 더 높다. 미리 정해진 한계 값은 예를 들어 소정 수의 선행 연소 행정 동안에 측정된 압력 값들에 기초할 수 있다. 이전 측정 값들로부터 평균값이 계산될 수 있고, 미리 정해진 한계 값은 계산된 평균값보다 일정 퍼센티지 또는 양만큼 더 높을 수 있다. 예를 들어, 미리 정해진 한계 값은 평균 값보다 3-15 또는 5-10 퍼센트 더 높을 수 있다. 또한 미리 정해진 한계 값은 해당 엔진 유형에 대해 수행된 테스트로부터의 실험 데이터 또는 시뮬레이션 결과에 기초할 수 있다. 상이한 엔진 속도 및 부하에 대한 미리 정해진 한계 값은 룩-업 테이블에 저장될 수 있고, 제어 유닛 (10) 은 측정된 압력 값을 룩-업 테이블로부터 검색된 값과 비교할 수 있다.
측정된 압력이 미리 정해진 한계 값을 초과하면, 해당 실린더 (2) 에 대해 제 1 및 제 2 제어 신호가 불능화된다 (단계 104). 측정된 실린더 압력이 미리 정해진 한계 값을 초과하지 않는 실린더들 (2) 에서는, 파일럿 연료 및 기체 메인 연료 모두의 분사는 정상적으로 계속된다. 따라서, 제 1 제어 신호는 가스 유입 밸브 (3) 에 전달되고, 제 2 제어 신호는 영향을 받지 않는 실린더들 (2) 의 파일럿 연료 분사기들 (5) 에 전달된다.
증가된 실린더 압력은 개방 파일럿 연료 분사기 (5) 의 결과일 수 있다. 그러나, 증가된 압력은 또한 예를 들어 결함있는 가스 유입 밸브 (3) 에 의해 야기될 수 있다. 개방 또는 부분적 개방 위치에 걸린 밸브 니들을 갖는 파일럿 연료 분사기 (5) 에 결함이 있으면, 불능화된 제 2 제어 신호에도 불구하고 실린더로의 파일럿 연료 분사가 계속된다. 그러나, 실린더로의 기체 메인 연료의 유입이 방지되기 때문에, 다음의 흡입 행정 및 연소 행정 동안에 실린더 (2) 에 도입되는 연료의 총 양이 합리적이며, 실린더 압력은 허용가능한 수준으로 유지된다. 따라서, 실린더 헤드 및 엔진 (1) 의 다른 부품의 손상이 회피될 수 있다.
후속의 연소 행정 동안, 실린더 (2) 는 실린더 (2) 의 가능한 연소를 검출하기 위해 모니터링된다 (단계 105). 연소는 예를 들어 적어도 소정의 미리 정해진 크랭크 각도에서 실린더 압력을 측정함으로써 검출될 수 있다. 실린더 압력은 배기 밸브의 개방 이전에 측정된다. 실린더 압력은 이전의 연소 행정 동안과 동일한 크랭크 각도에서 측정될 수 있지만, 크랭크 각도는 또한 파일럿 연료의 추정된 점화 이후의 또 다른 크랭크 각도일 수 있다. 압력 모니터링 대신에, 예를 들어 엔진 (1) 의 진동을 모니터링함으로써 연소가 검출될 수 있다. 연소가 검출되면, 이는 개방 파일럿 연료 분사기 (5) 의 표시이다. 따라서, 적어도 제 1 제어 신호는 실린더 (2) 내로의 연료 흐름을 최소화하기 위해 불능화 상태로 유지되고 경보가 촉발된다 (단계 107). 또한 제 2 제어 신호는 불능화 상태로 유지될 수 있다. 연소가 검출되지 않는 경우, 증가된 실린더 압력은 다른 원인에 의해 유발되었을 가능성이 가장 크다. 이 경우, 제 1 및 제 2 제어 신호는 엔진 (1) 의 정상 작동을 계속하기 위해 기능화된다 (단계 106).
엔진 (1) 의 모든 실린더들 (2) 의 실린더 압력은 엔진 (1) 이 작동될 때에 각각의 연소 행정 동안에 측정된다. 따라서, 다음의 가스 분사 전에 양호한 시간에 결함있는 파일럿 연료 분사기 (5) 가 검출될 수 있고, 가스 분사가 불능화될 수 있다. 연소 행정 동안의 조기 검출은, 결함있는 파일럿 연료 분사기 (5) 를 갖는 실린더 (2) 로의 가스 분사를 차단할 충분한 시간을 엔진 (1) 의 제어 시스템에 부여한다. 따라서 엔진 (1) 은 과도한 실린더 압력으로부터 효과적으로 보호된다.
당업자는 본 발명이 전술한 실시형태들에 제한되지 않고 첨부된 청구항들의 범위 내에서 변경될 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 4 행정 이중-연료 또는 다중-연료 피스톤 엔진 (1) 의 작동 방법으로서, 상기 방법은,
    - 가스 유입 밸브 (3) 를 개방하고 기체 연료를 흡기 덕트 (4) 에 그리고 추가로 엔진 (1) 의 실린더 (2) 에 도입하기 위해 상기 가스 유입 밸브 (3) 에 제 1 제어 신호를 전송하는 단계 (100),
    - 상기 가스 유입 밸브 (3) 를 통해 도입된 상기 기체 연료와 흡기 공기의 혼합물을 점화시키도록 파일럿 연료 분사기 (5) 를 개방하고 액체 파일럿 연료를 상기 실린더 (2) 에 도입하기 위해 상기 파일럿 연료 분사기 (5) 에 제 2 제어 신호를 전송하는 단계 (101),
    - 연료의 추정된 점화 후 및 배기 밸브들의 개방 전인 미리 정해진 크랭크 각도에서 연소 행정 동안에 상기 실린더 (2) 내의 압력을 측정하는 단계 (102),
    - 측정된 상기 압력을 미리 정해진 한계 값과 비교하는 단계 (103), 및
    - 측정된 상기 압력이 상기 미리 정해진 한계 값을 초과하는 경우, 상기 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 제어 신호를 불능화 (disabling) 시키는 단계 (104)
    를 포함하는, 피스톤 엔진의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력은 추정가능한 피크 압력 크랭크 각도 후인 크랭크 각도에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 압력은 배기 밸브 개방 이전의 최대 50도에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압력은 배기 밸브 개방 이전의 최대 20도에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력은 배기 밸브 개방 이전의 최대 10도에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력은 상사점 이후 적어도 20도인 크랭크 각도에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 압력은 상사점 이후 적어도 40도인 크랭크 각도에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 압력은 상사점 이후 적어도 60도인 크랭크 각도에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력은 연소의 끝에서 측정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 한계 값은 미리 정해진 수의 이전 연소 행정 동안에 미리 정해진 크랭크 각도에서 상기 실린더 (2) 에서 측정된 압력 값들에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더 (2) 가 상기 실린더 (2) 에서의 가능한 연소를 검출하기 위해 후속 연소 행정 동안에 모니터링되고 (105),
    연소가 검출되는 경우, 적어도 상기 제 1 제어 신호가 불능화 상태로 유지되고 경보가 촉발되는 (107) 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 실린더 (2) 에서의 가능한 연소는 상기 실린더 (2) 내의 압력을 모니터링함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 신호는 연소가 검출되는 경우에 불능화 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연소가 검출되지 않는 경우, 상기 제 1 제어 신호 및 상기 제 2 제어 신호는 기능화 (enabled) 되는 (106) 것을 특징으로 하는 피스톤 엔진의 작동 방법.
  15. 4 행정 이중-연료 또는 다중-연료 피스톤 엔진 (1) 으로서, 상기 피스톤 엔진은,
    - 기체 연료용의 제 1 연료 분사 시스템으로서, 상기 제 1 연료 분사 시스템은 기체 연료를 상기 엔진 (1) 의 흡기 덕트 (4) 에 도입하기 위해 상기 엔진 (1) 의 각 실린더 (2) 에 대해 가스 유입 밸브 (3) 를 포함하는, 상기 제 1 연료 분사 시스템,
    - 액체 파일럿 연료용의 제 2 연료 분사 시스템으로서, 상기 제 2 연료 분사 시스템은 액체 파일럿 연료를 상기 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 에 분사하기 위해 상기 엔진 (1) 의 각 실린더 (2) 에 대해 파일럿 연료 분사기 (5) 를 포함하는, 상기 제 2 연료 분사 시스템,
    - 상기 엔진 (1) 의 실린더들 (2) 내의 압력을 측정하기 위한, 상기 엔진 (1) 의 각 실린더 (2) 에 대한 압력 센서 (17), 및
    - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 구성된 제어 유닛 (10)
    을 포함하는, 피스톤 엔진.
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