KR20230136022A - 엔진 - Google Patents

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KR20230136022A
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타이시 쿠마다
카즈키 이와타
카즈유키 히라소즈
사다오 쿠와즈루
타카히사 타테이시
유스케 오다
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Abstract

(과제) 부실 가스 압력을 보다 빨리 저감하여 양호한 부하 응답성을 확보할 수 있는 엔진을 제공한다.
(해결 수단) 가스 엔진(1)은 각 기통(11)의 연소실로서 연료 가스를 점화시켜서 화염을 발생시키는 부실(21)과, 부실(21)에서 발생한 화염을 사용해서 연료 가스 및 공기의 혼합기를 연소시키는 주실(20)을 구비한 엔진으로서, 부실(21)에 연료 가스를 공급하는 부실 주관(39)과, 주실(20)로 공급되는 공기를 유통하는 급기 통로(32)와, 부실 주관(39)으로부터 급기 통로(32)로 연통하는 연락관(41)을 구비한다.

Description

엔진{ENGINE}
본 발명은 연소실로서 주실과 부실을 구비한 엔진에 관한 것이다.
종래, 엔진에는 연소실로서 연료 가스를 점화시켜서 화염을 발생시키는 부실과, 부실에서 발생한 화염을 사용해서 연료 가스 및 공기의 혼합기를 연소시키는 주실을 구비한 부실식 가스 엔진 등이 있다.
또한, 가스 엔진에는, 예를 들면 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 급기관을 흐르는 공기 중에 연료 유량 제어 밸브를 통해서 도입되는 연료 가스를 혼합하고, 이 혼합기를 스로틀 밸브에 의해 유량 조정해서 연소실에 공급하는 것이 있다. 이 가스 엔진의 통합 제어 방법에서는 검출된 엔진 상태와 목표값이 되는 엔진 상태의 편차에 근거해서 연료 유량 제어 밸브의 연료 가스 유량을 설정하는 공정과, 스로틀 밸브의 목표 개방도를 설정하는 피드백 제어를 행하는 공정을 구비한다. 이것에 의해, 고정밀도의 공연비 제어를 유지하면서 부하 응답성의 향상을 도모하고 있다.
일본 특허공개 2009-57870호 공보
특허문헌 1에 개시된 바와 같은 공연비 제어를 부실식 가스 엔진에 적용하여 부실 내의 공연비를 제어하는 경우가 있다. 예를 들면, 부실에 연료 가스를 공급하는 체크 밸브를 설치한 구성에 있어서, 체크 밸브보다 상류측의 부실 주관 내의 가스 압력을 흡기 매니폴드 내의 압력(즉, 연소실 내의 압력)에 대해 높아지도록 제어함으로써, 체크 밸브로부터 부실 내로 유입하는 연료 가스량이 화학양론적(stoichiometry) 상태가 되도록 제어한다. 부실 주관의 목표 가스 압력은 부하율에 의존해서 결정되는 적합치이고, 부실 주관 내의 가스 압력이 목표 가스 압력에 추종하도록 부실 주관보다 상류측의 비례 밸브를 사용해서 PID 제어한다.
그런데, 엔진의 부하 투입 시에는 주실로의 연료 가스 공급이 급격하게 증대하기 때문에, 부실 내의 공연비도 리치(rich)화한다. 부실 내 공연비가 가연 범위를 일탈하지 않도록, 부하 투입 시에는 부실 내의 가스 압력(부실 가스 압력)을 급속히 내리도록 제어하기 위해서, 목표 가스 압력을 내리게 되어 비례 밸브를 폐쇄 상태로 변위시키게 된다. 이때, 종래 기술에서는, 비례 밸브를 폐쇄 상태로 변위 시킨 상태에서 부실 주관 내의 가스 압력을 저하시키기 위해서는, 부실 주관 내의 가스를 체크 밸브를 통해서 부실 내로 유입시킬 필요가 있으므로, 부실 가스 압력을 급속히 내릴 수 없다. 또한, 부실 가스 압력이 체크 밸브의 가스 유량에 율속(律速)되어 충분히 저하할 때까지 시간을 요함으로써 비례 밸브 개방도가 전폐에 이르면, 그 후 부실 가스 압력을 증가시키고 싶은 상황이 되었을 때에 비례 밸브가 개방 상태가 될 때까지 응답 지연이 발생한다. 상기 응답 지연의 결과, 부실 내의 공연비를 적절하게 제어할 수 없어서 실화(失火)되어 버려, 부하 투입에 실패할 우려가 있다.
본 발명은 부실 가스 압력을 보다 빨리 저감하여 양호한 부하 응답성을 확보할 수 있는 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 엔진은 연소실로서 연료 가스를 점화시켜서 화염을 발생시키는 부실과, 상기 부실에서 발생한 화염을 사용해서 연료 가스 및 공기의 혼합기를 연소시키는 주실을 구비한 엔진으로서, 상기 부실에 연료 가스를 공급하는 부실 주관과, 상기 주실로 공급되는 공기를 유통하는 급기 통로와, 상기 부실 주관으로부터 상기 급기 통로로 연통하는 연락관을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 부실 가스 압력을 보다 빨리 저감해서 양호한 부하 응답성을 확보할 수 있는 엔진을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 가스 엔진을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 가스 엔진에 있어서의 각 기통을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 가스 엔진의 동작예를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 엔진의 실시형태에 관한 가스 엔진(1)에 대해서 도면을 참조해서 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 가스 엔진(1)은 엔진 본체(2)와, 흡기 기구(3)와, 배기 기구(4)와, 제어 장치(5)를 구비해서 구성되어 있다.
우선, 엔진 본체(2)에 대해서 설명한다. 엔진 본체(2)는 실린더 블록(10)에 복수의 기통(11)을 구비해서 구성된다. 각 기통(11)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실린더(13)와, 피스톤(14)과, 실린더 헤드(15)와, 점화 장치(16)로 구성된다. 또한, 본 명세서에서는 각 기통(11)으로의 혼합기의 공급을 「흡기」라고 하고, 혼합기의 근원이 되는 공기의 공급을 「급기」라고 하여 구별하고 있다.
실린더(13)는, 예를 들면 실린더 블록(10) 내에 통형상으로 형성되고, 피스톤(14)은 실린더(13) 내에 슬라이딩 가능하게 수납된다. 실린더 헤드(15)는 실린더(13)의 상측에 부착되고, 실린더(13) 및 실린더 헤드(15)에 의해 내측에 연소실을 형성하고 있다.
특히, 실린더(13) 내에는 피스톤(14)과 실린더 헤드(15) 사이에 주연소실인 주실(20)을 형성하고 있고, 실린더 헤드(15)의 하부 내에는 실린더(13)의 주실(20)로 연통하는 부연소실인 부실(21)을 형성하고 있다. 실린더 헤드(15) 내에는 부실(21)의 상측에 체크 밸브(22)가 구비되고, 체크 밸브(22)는 흡기 기구(3)의 부실 주관(39)(도 1 참조)에 접속되어 있고, 부실 주관(39) 및 체크 밸브(22)를 통해서 연료 가스가 부실(21)에 도입된다. 체크 밸브(22)는 부실(21) 내의 가스 압력(즉, 주실(20) 내의 혼합기 압력)과 부실 주관(39) 내의 가스 압력의 차압에 따라서 개폐하도록 구성되어 있다.
예를 들면, 체크 밸브(22)는 부실(21)의 가스 압력(주실(20)의 혼합기 압력)이 높고, 부실 주관(39)의 가스 압력과의 차압이 소정의 체크 역치 미만이 되는 경우에, 폐쇄 상태로 변위하여, 부실(21)로의 연료 가스의 공급을 차단한다. 한편, 체크 밸브(22)는 부실(21)의 가스 압력(주실(20)의 혼합기 압력)이 낮고, 부실 주관(39)의 가스 압력과의 차압이 소정의 체크 역치 이상이 되는 경우에, 개방 상태로 변위하여, 부실(21)로 연료 가스를 공급한다. 또한, 부실 비례 밸브(40)(도 1 참조)에 의해 부실 주관(39)에 있어서의 가스 압력이 목표 가스 압력이 되도록 조정함으로써 부실(21)과 부실 주관(39)의 차압이 조정 가능하게 되고, 이것에 의해 체크 밸브(22)의 개방도를 조정함으로써, 부실(21)로의 연료 가스의 공급량을 조정 가능하게 한다. 구체적으로는, 체크 밸브(22)로부터 부실(21) 내로 유입하는 연료 가스에 의해 부실(21) 내에 생성되는 혼합기의 공연비가 화학양론적 상태가 되도록 제어한다.
또한, 실린더 헤드(15)는 실린더(13)의 주실(20)로 연통하는 흡기 포트(23) 및 배기 포트(24)를 갖고, 주실(20)에 대하여 흡기 포트(23) 및 배기 포트(24)를 각각 개폐하는 흡기 밸브(25) 및 배기 밸브(26)를 구비하고 있다. 흡기 포트(23)는 흡기 기구(3)에 접속되어 있어서 흡기 기구(3)로부터 연료 가스 및 공기의 혼합기를 주실(20)로 도입하고, 배기 포트(24)는 배기 기구(4)에 접속되어 있어서 주실(20)에서 발생한 배기 가스를 배기 기구(4)로 배출한다. 흡기 밸브(25)를 개방함으로써, 연료 가스 및 공기의 혼합기를 흡기 포트(23)를 통해서 주실(20)로 흡기 가능해지고, 한편 배기 밸브(26)를 개방함으로써, 주실(20)에서 발생한 배기 가스를 배기 포트(24)를 통해서 배기 가능해진다.
점화 장치(16)는 실린더 헤드(15)에 있어서 부실(21)의 상측에 설치되고, 부실(21)로 노출된 점화 플러그(27)를 구비하고 있다. 점화 장치(16)는 제어 장치(5)에 의해 제어되고, 부실 주관(39) 및 체크 밸브(22)를 통해서 부실(21)에 도입된 연료 가스를 점화 플러그(27)로 점화시킴으로써 부실(21) 내에 화염을 발생시키고, 또한 부실(21)에서 발생한 화염을 주실(20) 내로 분출시킨다. 주실(20)에서는 흡기 포트(23)를 통해서 흡기된 연료 가스 및 공기의 혼합기를 부실(21)에서 발생한 화염을 사용해서 연소시킨다.
다음에, 흡기 기구(3)에 대해서 설명한다. 흡기 기구(3)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 흡기 매니폴드(30)와, 연료 가스 통로(31)와, 급기 통로(32)를 구비하고 있다. 흡기 매니폴드(30)는 연료 가스 및 공기의 혼합기를 복수의 기통(11)으로 공급하는 것이다. 흡기 매니폴드(30)는 복수의 기통(11)의 각각에 대응하도록 분기되어 복수의 기통(11)의 각 흡기 포트(23)에 접속되어 있고, 바꾸어 말하면, 흡기 매니폴드(30)의 각 분기 유로(도시하지 않음)가 각 흡기 포트(23)에 접속되어 있다.
급기 통로(32)는 복수의 기통(11)으로 공급되는 혼합기의 근원이 되는 공기를 흡기 매니폴드(30)로 유통하는 것이다. 급기 통로(32)는 급기 방향의 하류단에서 흡기 매니폴드(30)에 접속되어 있고, 흡기 매니폴드(30)로부터 각 흡기 포트(23)에 대응해서 분기된 각 분기 유로(도시하지 않음)로 공기를 공급한다. 급기 통로(32)에는 신선한 공기를 정화해서 도입하는 에어 필터(33)와, 에어 필터(33)로부터 도입되는 공기를 압축해서 하류측으로 송출하는 과급기(34)와, 과급기(34)에서 압축된 공기를 냉각하는 인터쿨러(35)가 급기 방향의 상류측으로부터 순서대로 설치되어 있다. 또한, 급기 통로(32)에는 공기의 공급량을 조정 가능하게 하는 스로틀 밸브(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 스로틀 밸브는 제어 장치(5)에 의해 개폐나 개방도가 제어되고 공기를 각 흡기 포트(23)로 공급한다.
연료 가스 통로(31)는 복수의 기통(11)으로 공급되는 혼합기의 근원이 되는 연료 가스를 흡기 매니폴드(30)로 유통하는 것이다. 도 1에서는 연료 가스 통로(31)가 흡기 매니폴드(30)에 접속되도록 도시하고 있지만, 연료 가스 통로(31)는 흡기 매니폴드(30)로부터 각 흡기 포트(23)로 분기된 각 분기 유로에 설치되는 각 가스 인젝터(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 연료 가스 통로(31)를 유통하는 연료 가스를 각 가스 인젝터에 의해 각 흡기 포트(23)로 공급한다. 각 가스 인젝터는 제어 장치(5)에 의해 제어되고 연료 가스를 각 흡기 포트(23)로 분출한다.
연료 가스 통로(31)에는 가스 압축기(36)가 연료 가스 공급 방향의 상류측에 설치되어 있고, 더욱이 연료 가스 통로(31)는 연료 가스 공급 방향에 있어서 가스 압축기(36)의 하류측에서 주실 통로(37)와 부실 통로(38)로 분기되어 있다. 주실 통로(37)는 복수의 기통(11)의 각각에 대응하도록 분기되고, 연료 가스 공급 방향의 하류측에서 각 흡기 포트(23)의 각 가스 인젝터에 접속되어 있어서, 연료 가스를 각 가스 인젝터로 공급한다.
부실 통로(38)는 연료 가스 공급 방향의 하류측에서 부실 주관(39)에 접속되어 있고, 더욱이 부실 주관(39)은 복수의 기통(11)의 각 실린더 헤드(15)에 구비된 체크 밸브(22)에 접속되어 있다. 부실 통로(38)에는 부실 비례 밸브(40)가 연료 가스 공급 방향의 상류측에 설치되어 있다.
부실 비례 밸브(40)는 전자 밸브 등으로 구성되고, 제어 장치(5)에 의해 제어되고, 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 변위한다. 그리고, 부실 통로(38)는 부실 비례 밸브(40)를 개방 상태로 함으로써 부실 주관(39)으로 연료 가스를 공급하는 한편, 부실 비례 밸브(40)를 폐쇄 상태로 함으로써 부실 주관(39)으로의 연료 가스의 공급을 차단하고 있다. 또한, 부실 비례 밸브(40)의 개방도를 조정함으로써 부실 주관(39)으로의 연료 가스의 공급량을 조정 가능하게 하여, 부실 비례 밸브(40)에 의해 부실 주관(39)에 있어서의 가스 압력이 목표 가스 압력이 되도록 조정 가능하게 한다.
본 실시형태에서는, 특히 부실 통로(38)의 부실 주관(39)에는 급기 통로(32)로 연통하는 연락관(41)이 접속되어 있다. 연락관(41)은 부실 주관(39)에 있어서의 연료 가스를 급기 통로(32)로 배출함으로써, 부실 주관(39) 내의 가스 압력을 내리도록 구성된다. 연락관(41)은 바람직하게는 급기 통로(32)에 있어서의 급기 방향에 있어서 과급기(34)보다 상류측에서 급기 통로(32)에 접속된다. 연락관(41)에는 부실 주관(39)으로부터 급기 통로(32)로의 연료 가스의 유량을 조정 가능한 릴리프 밸브(42)와, 급기 통로(32)로의 연료 가스의 유량을 소정량으로 억제하는 오리피스(43)가 설치된다.
릴리프 밸브(42)는 전자 비례 밸브 등으로 구성되고, 제어 장치(5)에 의해 제어되고, 개방 상태 또는 폐쇄 상태로 변위한다. 그리고, 연락관(41)은 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 함으로써 부실 주관(39)에 있어서의 연료 가스를 급기 통로(32)로 배출하는 한편, 릴리프 밸브(42)를 폐쇄 상태로 함으로써 부실 주관(39)으로부터 연락관(41)을 통해서 연료 가스가 배출되지 않도록 차단하고 있다. 또한, 릴리프 밸브(42)의 개방도를 조정함으로써, 부실 주관(39)으로부터 연락관(41)을 통해서 배출되는 연료 가스의 유량을 조정 가능하게 한다.
그 다음에, 배기 기구(4)에 대해서 설명한다. 배기 기구(4)는 배기 매니폴드(45)와 배기 통로(46)를 구비하고 있다. 배기 매니폴드(45)는 복수의 기통(11)에서 생성된 배기 가스를 배출하는 것이다. 배기 매니폴드(45)는 복수의 기통(11)의 각각에 대응하도록 분기되어 복수의 기통(11)의 각 배기 포트(24)에 접속되어 있고, 바꾸어 말하면 배기 매니폴드(45)의 각 분기 유로(도시하지 않음)가 각 배기 포트(24)에 접속되어 있다. 배기 통로(46)는 복수의 기통(11)에서 생성되어 배기 매니폴드(45)로부터 배출된 배기 가스를 배기하기 위해서 유통하는 것이다.
그 다음에, 제어 장치(5)에 대해서 설명한다. 제어 장치(5)는 가스 엔진(1)의 운전을 제어하는 ECU(Engine Control Unit) 등의 컴퓨터이며, CPU, ROM, RAM 등을 구비하고, 가스 엔진(1)의 각 부를 제어하도록 구성된다. 제어 장치(5)는 가스 엔진(1)을 제어하기 위한 각종 프로그램을 기억하고 있고, 프로그램을 판독하여 실행함으로써 가스 엔진(1)을 제어하도록 해도 좋다.
또한, 가스 엔진(1)에는 가스 엔진(1)의 회전수(회전 속도)를 검출하는 회전수 센서, 주실 통로(37)의 가스 압력을 검출하는 주실 가스 압력 센서, 부실 주관(39)의 가스 압력을 검출하는 부실 가스 압력 센서 등의 각종 센서가 설치되어 있다. 제어 장치(5)는 각종 센서에 접속되어 있고, 회전수 센서로 검출된 가스 엔진(1)의 회전수, 주실 가스 압력 센서로 검출된 주실 통로(37) 내의 가스 압력, 부실 가스 압력 센서로 검출된 부실 주관(39) 내의 가스 압력을 취득함으로써, 가스 엔진(1)의 각 부를 감시한다.
제어 장치(5)는 가스 엔진(1)의 회전수(회전 속도)나, 복수의 기통(11)의 각 주실(20)에 있어서의 공연비를 제어하는 기능을 갖고, 예를 들면 가스 엔진(1)의 회전수가 목표 회전수가 되도록 각 주실(20)의 공연비를 제어한다. 예를 들면, 제어 장치(5)는 가스 엔진(1)의 회전수나 부하율에 근거해서, 복수의 기통(11)의 각 흡기 포트(23)에 대응하는 각 가스 인젝터로부터 공급하는 연료 가스량을 제어하여, 가스 엔진(1)의 회전수가 목표 회전수가 되도록 제어한다. 제어 장치(5)는 급기 통로(32)의 스로틀 밸브나 각 흡기 포트(23)에 대응하는 각 가스 인젝터 등을 제어함으로써 각 주실(20)의 공연비를 린(lean) 상태가 되도록 제어하고, 복수의 기통(11)의 각 점화 장치(16)의 점화 플러그(27)를 제어함으로써 각 주실(20)의 혼합기의 점화 타이밍을 제어한다.
또한, 제어 장치(5)는 흡기 기구(3)에 대해서 부실 주관(39)의 목표 가스 압력을 흡기 매니폴드(30)의 각 흡기 포트(23)의 가스 압력이나 가스 엔진(1)의 부하율에 근거해서 설정하고, 부실 주관(39)에 있어서의 연료 가스의 압력이 목표 가스 압력이 되도록 부실 비례 밸브(40)의 개폐를 PID 제어한다. 제어 장치(5)는 부실 주관(39)의 목표 가스 압력을 부실(21) 내의 가스 압력(즉, 주실(20) 내의 혼합기 압력)에 대하여 높게 설정함으로써, 체크 밸브(22)로부터 부실(21) 내로 유입하는 연료 가스에 의해 생성되는 혼합기의 공연비가 화학양론적 상태가 되도록 제어한다.
본 실시형태에서는 특히 제어 장치(5)는 릴리프 밸브(42)를 제어하는 릴리프 밸브 제어부(50)로서 동작하고, 릴리프 밸브 제어부(50)는 제어 장치(5)가 실행하는 프로그램 등으로 구성되어도 좋다.
제어 장치(5)의 릴리프 밸브 제어부(50)는 미리 정해진 조건(예를 들면, 가스 엔진(1)의 운전 상태와 소정의 경과 시간에 근거하는 조건)을 충족시켰을 경우에, 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 스위칭함으로써, 연락관(41)에 의해 부실 주관(39)과 급기 통로(32)를 연통 상태로 한다. 릴리프 밸브 제어부(50)는 통상은 릴리프 밸브(42)를 폐쇄 상태에 유지하고 있고, 가스 엔진(1)의 운전 상태와 소정의 경과 시간에 근거하는 조건을 충족시켰을 경우에 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 스위칭하고, 가스 엔진(1)의 운전 상태와 소정의 폐색시간에 근거하는 조건을 충족시켰을 경우에 재차 릴리프 밸브(42)를 폐쇄 상태로 스위칭한다. 또한, 릴리프 밸브 제어부(50)는 폐쇄 상태의 릴리프 밸브(42)를 서서히 개방 상태로 변위시키고, 또한 개방 상태의 릴리프 밸브(42)를 서서히 폐쇄 상태로 변위시키는 1차 필터를 가지면 좋다.
구체적으로는, 릴리프 밸브 제어부(50)는 가스 엔진(1)이 시동되고 가스 엔진(1)의 회전수가 소정의 정격 회전수에 도달했을 때부터 소정의 경과 시간(예를 들면, 5초) 후에, 릴리프 밸브(42)의 개방 상태로의 변위를 개시한다. 즉, 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 스위칭하기 위한 미리 정해진 조건은 가스 엔진(1)의 운전 상태와 소정의 경과 시간에 근거해서 설정된다.
또한, 릴리프 밸브 제어부(50)는 가스 엔진(1)이 시동되고 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 한 후 가스 엔진(1)에 부하 투입되었을 때, 가스 엔진(1)의 부하율이 소정의 부하 역치(예를 들면, 30%) 이상에 도달했을 때부터 소정의 제 1 폐색시간(예를 들면, 5초) 경과 후, 또한 가스 엔진(1)의 회전수가 소정의 회전수 역치 (예를 들면, 1480min-1) 이상에 도달했을 때부터 소정의 제 2 폐색시간(예를 들면, 5초) 경과 후에, 릴리프 밸브(42)의 폐쇄 상태로의 변위를 개시한다.
또한, 소정의 경과 시간이나, 제 1 폐색시간이나 제 2 폐색시간 등의 소정의 폐색시간은 미리 설정된 값이면 좋고, 또는 이용자가 임의로 설정 가능하게 해도 좋고, 또는 가스 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 변경되어도 좋다.
다음에, 가스 엔진(1)의 동작예에 대해서 도 3을 참조해서 설명한다. 도 3에서는 가스 엔진(1)의 회전수를 가는 선의 일점 쇄선으로 나타내고, 가스 엔진(1)의 부하율을 가는 선의 이점 쇄선으로 나타낸다. 또한, 도 3에서는 주실(20)의 목표 혼합기 압력을 굵은 선의 파선으로 나타내고, 주실(20)의 혼합기 압력을 가는 선의 파선으로 나타낸다. 또한, 도 3에서는 부실 주관(39)의 목표 가스 압력을 굵은 선의 실선으로 나타내고, 부실 주관(39)의 가스 압력을 가는 선의 실선으로 나타낸다. 또한, 도 3에서는 부실 비례 밸브(40)의 개방도를 굵은 선의 일점 쇄선으로 나타내고, 릴리프 밸브(42)의 개방도를 굵은 선의 이점 쇄선으로 나타낸다.
우선, 가스 엔진(1)을 시각(t1)에서 시동시키면, 제어 장치(5)는 가스 엔진(1)의 회전수를 증가시키도록 각 부를 제어하게 된다. 가스 엔진(1)의 회전수가 시각(t2)에서 소정의 정격 회전수에 도달하고 나서, 소정의 경과 시간(예를 들면, 5초) 후의 시각(t3)에 릴리프 밸브 제어부(50)는 릴리프 밸브(42)의 개방 상태로의 변위를 개시한다.
그 후, 시각(t4)에 가스 엔진(1)에 부하 투입되면, 제어 장치(5)는 주실(20)의 분사 시간을 길게 해서, 주실(20)로 공급되는 연료 가스를 증가시키게 된다. 이때, 부실(21) 내의 연료 가스가 리치화되지 않도록, 제어 장치(5)는 부실(21) 내의 가스 압력을 내리기 위해서 부실 주관(39)의 목표 가스 압력을 낮게 설정하고, 부실 비례 밸브(40)를 폐쇄 상태로 변위시킨다. 그런데, 부실 주관(39)의 가스 압력을 저하시키기 위해서는, 체크 밸브(22)를 통해서 부실 주관(39) 내의 연료 가스를 부실(21) 내로 유입시키는 수단이 고려된다. 그 경우, 부실 주관(39)의 가스 압력이 목표 가스 압력으로까지 저하할 때까지의 기간에서는 부실(21) 내로 필요 이상의 연료 가스가 유입되므로, 부실(21) 내에서 연료 가스의 과잉 리치 상태가 계속되어 버린다. 더욱이, 부실 주관(39)의 가스 압력이 저하하는 속도는 체크 밸브(22)의 유속(가스 유량)에 율속되므로, 부실 주관(39)의 가스 압력이 충분히 저하할 때까지의 사이에, 부실 비례 밸브(40)의 개방도가 하한까지 좁아져 전폐 상태가 될 우려가 있다. 부실 비례 밸브(40)가 전폐 상태가 되면, 그 후에 부실 주관(39)의 가스 압력을 높게 하고 싶을 경우가 되어도, 부실 비례 밸브(40)를 전폐 상태로부터 밸브를 개방할 때까지 응답 지연이 발생하기 때문에, 부실 주관(39)의 가스 압력을 신속하게 목표 가스 압력에 추종시키는 것이 곤란하다. 이것에 대하여, 본 실시형태에서는 릴리프 밸브(42)가 개방 상태로 되어 있고, 연락관(41)이 부실 주관(39)과 급기 통로(32)를 연통 상태로 하고 있으므로, 부실 주관(39) 내의 가스를 연락관(41)을 통해서 급기 통로(32)로 배출할 수 있어서, 부실 주관(39) 내의 가스 압력을 신속하게 내릴 수 있기 때문에, 부실(21) 내의 연료 가스가 과잉 리치 상태가 되는 기간이 발생되지 않아서, 부실 비례 밸브(40)의 개방도가 하한에 붙는 경우가 없다. 이것에 의해, 부실 주관(39) 내의 가스 압력을 신속하게 목표 가스 압력에 추종시킬 수 있다.
또한, 릴리프 밸브 제어부(50)는 가스 엔진(1)의 부하율이 소정의 부하 역치 이상에 도달했을 때부터 소정의 제 1 폐색시간 경과 후, 또한 가스 엔진(1)의 회전수가 소정의 회전수 역치 이상에 도달했을 때부터 소정의 제 2 폐색시간 경과 후인 시각(t5)에 릴리프 밸브(42)의 폐쇄 상태로의 변위를 개시한다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 릴리프 밸브 제어부(50)가 릴리프 밸브(42)를 개방할 때의 가스 엔진(1)의 운전 상태로서, 가스 엔진(1)이 시동되고 가스 엔진(1)의 회전수가 소정의 정격 회전수에 도달했을 때부터 소정의 경과 시간 후를 예로서 기재했지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 릴리프 밸브 제어부(50)는 부실 주관(39)의 가스 압력이 높고, 체크 밸브(22) 및 부실 비례 밸브(40)를 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 신속하게 변위할 수 없는 경우이면, 릴리프 밸브(42)를 개방하도록 제어해도 좋다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 연락관(41)이 급기 방향에 있어서 과급기(34)보다 상류측에서 급기 통로(32)에 접속되는 예를 설명했지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 연락관(41)은 과급기(34)의 상류측 이외의 위치에서 급기 통로(32)에 접속되어도 좋고, 또는 그 밖의 위치(예를 들면, 배기 통로(46) 등)에 접속되어도 좋다.
또한, 릴리프 밸브 제어부(50)는 가스 엔진(1)의 시동 후 초단의 부하 투입 시에만 릴리프 밸브(42)를 개방하도록 제어해도 좋지만, 또는 부하 투입이 행해질 때마다 가스 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 릴리프 밸브(42)를 개방하도록 제어해도 좋다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 가스 엔진(1)은 각 기통(11)의 연소실로서 연료 가스를 점화시켜서 화염을 발생시키는 부실(21)과, 부실(21)에서 발생한 화염을 사용해서 연료 가스 및 공기의 혼합기를 연소시키는 주실(20)을 구비한 엔진으로서, 부실(21)에 연료 가스를 공급하는 부실 주관(39)과, 주실(20)로 공급되는 공기를 유통하는 급기 통로(32)와, 부실 주관(39)으로부터 급기 통로(32)로 연통하는 연락관(41)을 구비한다.
이것에 의해, 본 발명의 가스 엔진(1)에 의하면, 부실 주관(39)의 가스를 연락관(41)을 통해서 배출할 수 있으므로, 부실 주관(39)의 가스 압력을 내릴 수 있다. 그 때문에, 부실(21)이 체크 밸브(22)를 통해서 부실 주관(39)과 접속되는 구성에 있어서, 연락관(41)에 의해 부실 주관(39)의 가스 압력을 내림으로써, 부실(21)의 가스 압력을 신속하게 내릴 수 있다. 예를 들면, 가스 엔진(1)의 부하 투입 시에는 주실(20)로의 연료 가스의 공급량이 증가하므로, 부실(21) 내의 연료 가스가 과잉 리치가 되지 않도록, 부실 주관(39)의 가스 압력을 저하시킬 필요가 있다. 여기에서, 부실 주관(39)의 가스 압력을 저하시키는 수단으로서, 체크 밸브(22)를 통해서 부실 주관(39) 내의 연료 가스를 부실(21) 내로 유입시키는 수단을 적용했을 경우에는, 상기한 바와 같이, 부실 주관(39)의 가스 압력에 관해서 목표 가스 압력으로의 추종성이 나빠진다. 이것에 대하여, 본 발명의 가스 엔진(1)에서는, 상기한 바와 같이, 연락관(41)에 의해 부실 주관(39)의 가스 압력을 내림으로써, 부실(21)의 가스 압력을 보다 빨리 저감해서 양호한 부하 응답성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 엔진(1)은 주실(20)로 공급되는 공기를 압축하는 과급기(34)를 구비하고, 연락관(41)은 주실(20)로의 공기의 급기 방향에 있어서 과급기(34)보다 상류측에서 급기 통로(32)에 접속된다. 이것에 의해, 과급기(34)를 구비한 가스 엔진(1)에 있어서, 과급기(34)보다 급기 상류측에 접속된 연락관(41)은 과급기(34)에 의해 생성된 급기 부압을 이용하여 부실 주관(39)으로부터 급기 통로(32)로의 유통을 촉진할 수 있어서, 보다 효과적으로 부실 주관(39)의 가스 압력을 배출할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 엔진(1)에 있어서, 연락관(41)은 부실 주관(39)으로부터 급기 통로(32)로의 연료 가스의 유량을 조정 가능한 릴리프 밸브(42)를 구비한다. 이것에 의해, 가스 엔진(1)의 시동 시에는 릴리프 밸브(42)에 의해 연락관(41)을 폐쇄하여 둠으로써 부실 주관(39)의 가스 압력을 신속하게 상승시켜서 부하 투입에의 응답성을 확보하면서, 가스 엔진(1)의 부하 투입까지 릴리프 밸브(42)에 의해 연락관(41)을 개방하여 둠으로써 부실 주관(39)의 목표 가스 압력으로의 추종성을 부하 투입 시에 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스 엔진(1)은 미리 정해진 조건(엔진의 운전 상태와 소정의 경과 시간에 근거하는 조건)을 충족시켰을 경우에, 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 스위칭하고, 연락관(41)에 의해 부실 주관(39)과 급기 통로(32)를 연통 상태로 한다. 이것에 의해, 가스 엔진(1)은 릴리프 밸브(42)의 개폐에 기인하는 부실 주관(39)의 가스 압력의 변동을 억제할 수 있다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 스위칭하기 위한 미리 정해진 조건을 엔진의 운전 상태와 소정의 경과 시간에 근거하는 조건으로 하고, 구체적으로는 가스 엔진(1)이 시동되고 가스 엔진(1)의 회전수가 소정의 정격 회전수에 도달했을 때부터 소정의 경과 시간을 경과했을 경우를 예로 설명했지만, 본 발명은 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 엔진의 운전 상태는 가스 엔진(1)이 시동되고 가스 엔진(1)의 회전수가 소정의 정격 회전수에 도달했을 때에 한정되지 않고, 다른 타이밍이어도 좋다. 또한, 다른 실시형태에서는, 릴리프 밸브(42)를 개방 상태로 스위칭하기 위한 미리 정해진 조건은 부실 주관(39)의 가스 압력과 부실(21)의 가스 압력의 차압에 근거해서 설정되고, 예를 들면 부실 주관(39)의 가스 압력이 부실(21)의 가스 압력에 대하여 소정의 역치 이상 높은 경우로 해도 좋다.
또한, 본 발명은 청구의 범위 및 명세서 전체로부터 이해할 수 있는 발명의 요지 또는 사상에 반하지 않는 범위에서 적당히 변경 가능하고, 그러한 변경을 수반하는 가스 엔진도 또한 본 발명의 기술사상에 포함된다.
1: 가스 엔진(엔진) 5: 제어장치
11: 기통 16: 점화 장치
20: 주실 21: 부실
22: 체크 밸브 27: 점화 플러그
30: 흡기 매니폴드 31: 연료 가스 통로
32: 급기 통로 34: 과급기
39: 부실 주관 40: 부실 비례 밸브
41: 연락관 42: 릴리프 밸브
50: 릴리프 밸브 제어부

Claims (5)

  1. 연소실로서, 연료 가스를 점화시켜서 화염을 발생시키는 부실과, 상기 부실에서 발생한 화염을 사용해서 연료 가스 및 공기의 혼합기를 연소시키는 주실을 구비한 엔진으로서,
    상기 부실에 연료 가스를 공급하는 부실 주관과,
    상기 주실로 공급되는 공기를 유통하는 급기 통로와,
    상기 부실 주관으로부터 상기 급기 통로로 연통하는 연락관을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주실로 공급되는 공기를 압축하는 과급기를 구비하고,
    상기 연락관은 상기 주실로의 공기의 급기 방향에 있어서 상기 과급기보다 상류측에서 상기 급기 통로에 접속되는 것을 특징으로 하는 엔진.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연락관은 상기 부실 주관으로부터 상기 급기 통로로의 연료 가스의 유량을 조정 가능한 릴리프 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 릴리프 밸브는 미리 정해진 조건을 충족시켰을 경우에 개방 상태로 스위칭되고, 상기 연락관에 의해 상기 부실 주관과 상기 급기 통로를 연통 상태로 하는 것을 특징으로 하는 엔진.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 미리 정해진 조건은 상기 엔진의 회전수가 소정의 정격 회전수에 도달했을 때부터 소정의 경과 시간을 경과했을 경우, 또는 상기 부실 주관의 가스 압력이 상기 부실의 가스 압력에 대하여 소정의 역치 이상 높은 경우인 것을 특징으로 하는 엔진.
KR1020230010831A 2022-03-17 2023-01-27 엔진 KR20230136022A (ko)

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