KR100253486B1

KR100253486B1 - Fuel feed system of lpg vehicle

Info

Publication number: KR100253486B1
Application number: KR1019970026573A
Authority: KR
Inventors: 김태훈
Original assignee: 류정열; 기아자동차주식회사
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2000-04-15
Also published as: KR19990002853A

Abstract

PURPOSE: A fuel supplying system for a compression natural gas engine is provided to form a strong turbulent flow and a fast filling velocity of fuel gas in a combustion chamber by employing a fuel gas induction injecting adaptor of a simple structure instead of changing the structure of an engine, thereby increasing the combustion efficiency and improving the vehicle performance. CONSTITUTION: A fuel supplying system for a compression natural gas engine includes a fuel cylinder for storing compression natural gas, a regulator for controlling pressure of fuel gas supplied from the fuel cylinder, a fuel rail for distributing the fuel gas supplied from the regulator to respective cylinders of an engine, an injector(16) for injecting the fuel gas distributed from the fuel rail to combustion chambers(R) in the cylinders, and a fuel gas induction injecting adaptor(30) having a mounting part(32) to be coupled with the injector, and a nozzle part(34) extended from the mounting part for introducing the fuel gas injected from the injector into the combustion chambers not to be mixed with air in an intake manifold(M) but maintain motion energy and positioned in the vicinity of a rear surface of an intake valve(V) at a front end with an injection angle for achieving a maximum heat efficiency.

Description

Fuel supply system of compressed natural gas engine

본 발명은 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실의 구조변경 등과 같은 복잡한 과정을 거치지 않고 단순한 구조의 연료가스 유도분사 어댑터 만을 사용해 연료가스 분사 시 연소실에 강한 난류가 발생토록 함과 동시에 연료가스의 충진속도를 향상시킴으로써 차량의 성능이 향상되도록 하는 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템에 관한 것이다. 일반적으로 차량의 연료는 액체연료와 기체연료로 대별되는 바, 액체연료로는 가솔린, 등유, 중유 등이 사용되며 기체연료로는 액화프로판가스와 천연가스가 사용된다. 천연가스는 주성분을 메탄(CH₄)으로 하며 원유와 함께 기체상태로 지하에 매장되어 있는 일종의 석유가스인 바, 상기 천연가스를 연료로 사용하는 차량용 엔진의 연료공급 시스템은 도 1에 나타난 것과 같이 천연가스를 고압으로 압축 저장하는 연료 실린더(10)와, 상기 연료 실린더(10)에서 공급된 연료가스의 압력을 감압 조절하는 레귤레이터(12)와, 상기 레귤레이터(12)로부터 감압된 연료가스를 공급받아 분배하는 연료레일(14)과, 상기 연료레일(14)에서 분배 공급되는 연료가스를 실린더(S) 내의 연소실로 분사하는 인젝터(16)를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 상기 연료레일(14)과 레귤레이터(12) 사이에는 연료가스의 흐름상태를 조절할 수 있는 차단밸브(18)가 설치되어 있고, 상기 레귤레이터(12)와 연료 실린더(10) 사이에는 체크밸브(20)를 구비한 연료주입구(22)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 인젝터(16)는 도 2에 나타난 것과 같이 흡기 매니폴드(M) 내측에서 흡기 밸브(V)로부터 일정거리 만큼 떨어진 곳에 위치되어 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 구성된 종래 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템에 의하면 연료 실린더(10)에 고압으로 충진된 연료가스가 레귤레이터(12)를 거치는 과정에서 감압된 후 연료레일(14)로 공급되고, 각 인젝터(16)는 연료레일(14)에서 분배된 연료가스를 분사함으로써 연료가스가 흡기 매니폴드(M)를 따라 유동하는 공기와 혼합되면서 연소실(R) 내부로 유입되는 바, 인젝터(16)에서 분사되는 연료가스는 그 밀도가 낮기 때문에 높지 않은 분사압력에도 불구하고 음속을 초과하는 속도를 가지게 되며, 흡기 매니폴드(M)를 통해 공급되는 공기의 유동보다 높은 운동 에너지를 가지게 된다. 한편, 불꽃을 일으켜 연료를 연소시키는 스파크 점화 방식을 사용하는 왕복동식 엔진의 경우에는 연소실(R) 내에서의 연료 연소속도가 연소효율을 결정하는 한 요인으로서 작용하게 되는 바, 연료 연소속도는 연료 혼합기가 연소실(R)에 유입되는 과정에서 형성하는 난류와 연소실(R) 내로의 충진속도에 의해 결정되므로, 결국 연료 혼합기의 흐름에 영향을 주는 연소실(R)의 형태 및 흡기 매니폴드(M)의 형상 등이 연소효율에 중대한 영향을 미치는 요소로 작용한다고 볼 수 있다. 더욱이, 천연가스는 주 성분인 메탄의 연소반응성이 일반 가솔린에 비해 느리기 때문에 천연가스를 연료로 사용하는 엔진은 연료가스의 난류형성과 충진속도가 연소효율을 좌우한다고 볼 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 종래 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템에 의하면 인젝터(16)에서 분사되는 연료가스가 높은 운동 에너지를 가졌음에도 불구하고 흡기 매니폴드(M)에서 공기와 혼합된 다음 공기의 흐름을 따라 연소실(R)에 유입되므로 강한 난류와 충진속도를 이룰 수 없는 바, 연소효율을 높이기 위해 연소실(R)이나 흡기 매니폴드(M)의 형상을 변경하는 것은 설계에서 조립에 이르는 엔진의 전 제작과정에 걸쳐 고려되어야 하는 사항이라 제작이 완료된 엔진에서 연료가스의 흐름과 속도를 조절하는 것을 거의 불가능하므로 결국 연소효율 향상을 통한 연료소비율의 감소 및 엔진출력 증대, 공해물질 배출감소 등과 같은 차량의 성능향상을 이룰 수 없다는 문제점이 발생한다.The present invention relates to a fuel supply system of a compressed natural gas engine, and more particularly, strong turbulence is generated in a combustion chamber when fuel gas is injected using only a fuel gas guided injection adapter having a simple structure without undergoing a complicated process such as a structural change of a combustion chamber. The present invention relates to a fuel supply system of a compressed natural gas engine which improves the performance of a vehicle by increasing the filling speed of fuel gas. In general, the fuel of the vehicle is classified into liquid fuel and gaseous fuel. As the liquid fuel, gasoline, kerosene, heavy oil, etc. are used, and gaseous fuel includes liquefied propane gas and natural gas. Natural gas is a kind of methane (CH ₄ ) and is a kind of petroleum gas buried underground in a gaseous state with crude oil. The fuel supply system of a vehicle engine using the natural gas as fuel is shown in FIG. 1. A fuel cylinder 10 for compressing and storing natural gas at a high pressure, a regulator 12 for regulating the pressure of the fuel gas supplied from the fuel cylinder 10 under reduced pressure, and a fuel gas reduced in pressure from the regulator 12 are supplied. The fuel rail 14 which receives and distributes, and the injector 16 which injects the fuel gas distributed and supplied from the said fuel rail 14 to the combustion chamber in the cylinder S are comprised. Here, a shutoff valve 18 is provided between the fuel rail 14 and the regulator 12 to adjust the flow state of the fuel gas, and a check valve between the regulator 12 and the fuel cylinder 10. A fuel injection port 22 having 20 is provided. The injector 16 is located at a distance from the intake valve V inside the intake manifold M, as shown in FIG. 2. Therefore, according to the fuel supply system of the conventional compressed natural gas engine configured as described above, the fuel gas charged to the fuel cylinder 10 at high pressure is supplied to the fuel rail 14 after being decompressed in the course of passing through the regulator 12. Each injector 16 is injected into the combustion chamber R while the fuel gas is mixed with the air flowing along the intake manifold M by injecting the fuel gas distributed from the fuel rails 14. Since the fuel gas injected from the has a low density, the fuel gas has a speed exceeding the speed of sound in spite of the low injection pressure, and has a higher kinetic energy than the flow of air supplied through the intake manifold (M). On the other hand, in the case of a reciprocating engine using a spark ignition system that sparks and burns fuel, the fuel combustion speed in the combustion chamber R acts as a factor determining the combustion efficiency. Since the mixture is determined by the turbulence formed in the process of entering the combustion chamber (R) and the filling speed into the combustion chamber (R), the shape of the combustion chamber (R) and the intake manifold (M) which ultimately affect the flow of the fuel mixer The shape of, etc. can be said to act as a significant influence on the combustion efficiency. Furthermore, since natural gas has a slower combustion reactivity of methane, which is a main component, compared to general gasoline, engines using natural gas as fuel determine the efficiency of combustion. However, according to the fuel supply system of the conventional compressed natural gas engine as described above, although the fuel gas injected from the injector 16 has a high kinetic energy, it is mixed with air in the intake manifold M and then the flow of air. Since it is not possible to achieve strong turbulence and filling speed since it flows into the combustion chamber (R), it is necessary to change the shape of the combustion chamber (R) or the intake manifold (M) to increase combustion efficiency. Since it is almost impossible to control the flow and speed of fuel gas in the finished engine, it is impossible to control the flow and speed of the finished engine. Therefore, it is possible to reduce the fuel consumption rate, increase engine output and reduce pollutant emissions by improving combustion efficiency. There is a problem that performance can not be achieved.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 간단한 구조의 연료가스 분사용 어댑터 만을 사용해 연료가스 분사 시 연소실에 강한 난류가 발생토록 함과 동시에 연료가스의 충진속도를 높여 차량의 성능이 향상되도록 하는 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, by using only the fuel gas injection adapter of a simple structure to cause a strong turbulence in the combustion chamber during fuel gas injection and at the same time to increase the fuel gas filling speed of the vehicle It is an object of the present invention to provide a fuel supply system of a compressed natural gas engine to improve the performance of.

도 1은 일반적인 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 2는 종래의 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템에서의 연료분사 형태를 나타낸 개략적인 구성도이다. 도 3은 본 발명에 의한 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템에 적용되는 연료가스 유도분사 어댑터의 구조를 나타낸 사시도이다. 도 4는 본 발명에 의한 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템에서의 연료분사 형태를 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a fuel supply system of a general compressed natural gas engine. 2 is a schematic configuration diagram showing a fuel injection form in a fuel supply system of a conventional compressed natural gas engine. 3 is a perspective view showing the structure of a fuel gas induction injection adapter applied to the fuel supply system of the compressed natural gas engine according to the present invention. 4 is a configuration diagram schematically showing a fuel injection form in a fuel supply system of a compressed natural gas engine according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10 - 연료 실린더 12 - 레귤레이터10-fuel cylinder 12-regulator

14 - 연료레일 16 - 인젝터14-fuel rail 16-injector

30 - 연료가스 유도분사 어댑터 32 - 취부부30-fuel gas guided injection adapter 32-mounting

34 - 노즐부 M - 흡기 매니폴드34-Nozzle part M-Intake manifold

R - 연소실 V - 흡기밸브R-Combustion chamber V-Intake valve

상기의 목적을 이루기 위하여 본 발명은 압축천연가스를 저장하는 연료 실린더와, 상기 연료 실린더에서 공급된 연료가스의 압력을 조절하는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에서 공급된 연료가스를 엔진의 각 실린더로 분배하는 연료레일과, 상기 연료레일에서 분배 공급되는 연료가스를 실린더 내의 연소실로 분사하는 인젝터와, 상기 인젝터에 결합되는 취부부와 인젝터에서 분사되는 연료가스가 흡기 매니폴드 내에서 공기와 혼합되지 않고 운동 에너지를 보존한 상태에서 연소실로 유입되도록 상기 취부부에서 연장형성되며 그 선단이 흡기 밸브의 후면에 근접 위치되고 최대 열효율을 이룰 수 있는 분사각도를 가진 노즐부로 이루어지는 연료가스 유도분사 어댑터를 포함하는 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템을 제공한다. 이에 따라, 본 발명에 의하면 연료가스 유도분사 어댑터의 노즐부에서 분사되는 연료가스는 흡기 매니폴드를 통해 연소실로 유입되는 공기보다 높은 운동에너지를 가지고 있기 때문에 공기의 흐름을 유도하여 연소실 내에 강한 난류를 형성함과 더불어, 빠른속도로 충진됨으로써 스파크 플러그의 점화 시 급속연소를 이루게 된다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 단지 일예로 제시된 것이며, 도면에서 종래의 구성과 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여한다. 본 발명에 의한 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템은 압축천연가스를 저장하는 연료 실린더와, 상기 연료 실린더에서 공급된 압축천연가스의 압력을 조절하는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에서 공급된 압축천연가스를 엔진의 각 실린더로 분배하는 연료레일과, 상기 연료레일에서 분배 공급되는 압축천연가스를 실린더 내의 연소실로 분사하는 인젝터와, 상기 인젝터에서 분사되는 연료가스의 높은 운동에너지를 이용하여 연소실 내에 강한 난류를 형성함과 동시에 연료가스의 충진속도를 높일 수 있는 연료가스 유도분사 어댑터를 포함하여 이루어진다. 여기서, 도 3에 나타난 것과 같이 연료가스 유도분사 어댑터(30)는 전체적으로 테이퍼 형태를 이루며, 인젝터(16)와의 결합을 위한 취부부(32)와 상기 취부부(32)에서 연장형성되어 인젝터(16)에서 분사되는 연료가스가 흡기 매니폴드(M) 내에서 공기와 혼합되지 않고 운동 에너지를 보존한 상태에서 연소실(R)로 유입되도록 하는 노즐부(34)로 이루어지는 바, 상기 노즐부(34)는 취부부(32)를 기준으로 소정의 각도만큼 구부러지도록 구성되어 취부부(32)가 제자리에서 회전함에 따라 연료가스의 분사위치가 흡기밸브(V)를 중심으로 회전 변동되도록 구성된다.. 그리고, 상기 연료가스 유도분사 어댑터(30)는 도 4에 나타난 것과 같이 취부부(32)가 인젝터(16)의 선단을 감싸는 형태로 장착되며 노즐부(34)의 선단이 흡기밸브(V)의 후면에 근접하도록 위치된다. 따라서, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따르면 흡기행정 시 인젝터(16)에서 분사되는 연료가스가 종래와 같이 흡기 매니폴드(M) 내에서 바로 공기와 혼합되어 혼합기 상태를 이룬 다음 연소실(R) 내로 유입되는 것이 아니라, 연료가스 분사용 어댑터(30)의 노즐부(34)를 통해 흡기밸브(V)와 근접한 위치에서 연소실(R)로 분사되는 바, 이때 연료가스 분사용 어댑터(30)의 취부부(32)를 회전시켜 최대열효율을 발휘할 수 있도록 노즐부(34)의 분사각도를 조절한다. 여기서, 연료가스 유도분사 어댑터(30)의 노즐부(34)에서 분사되는 연료가스는 흡기 매니폴드(M)를 통해 연소실(R)로 유입되는 공기보다 높은 운동 에너지를 가지고 있기 때문에 공기의 흐름을 유도하여 연소실(R) 내에 강한 난류를 형성함과 더불어, 빠른속도로 충진됨으로써 점화 시 급속연소를 이루게 된다. 이때, 연료가스가 공기의 흐름을 타고 연소실(R) 내로 유입되는 것이 아니기 때문에 분사압력이 일정할 경우에는 엔진의 회전속도와 상관없이 연료가스가 연소실(R)로 유입되는 속도 역시 일정하게 유지됨으로써 엔진의 회전속도가 달라져도 연료가스가 연소실(R) 내에서 만드는 난류의 강도와 충진속도는 일정하게 유지된다. 즉, 엔진의 회전속도가 낮을 때는 흡기밸브(V)의 개방시간 내에 연료가스의 분사가 완전히 이루어지므로 난류가 충분히 형성되며, 엔진의 회전속도가 아주 높을 때에는 흡기밸브(V)의 개방시간이 연료가스의 분사로 인한 운동 에너지를 연소실(R) 내로 충분히 전달하기에 약간 부족하지만 이미 엔진의 회전수가 낮은 단계에서부터 강한 난류의 형성이 유도된 상태이기 때문에 난류 형성에 문제가 없게 된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cylinder for storing compressed natural gas, a regulator for adjusting the pressure of the fuel gas supplied from the fuel cylinder, and a fuel gas supplied from the regulator for distributing each cylinder of the engine. A fuel rail, an injector for injecting the fuel gas distributed from the fuel rail into the combustion chamber in the cylinder, a mounting portion coupled to the injector, and the fuel gas injected from the injector are not mixed with air in the intake manifold without kinetic energy. Compression natural including a fuel gas induction injection adapter consisting of a nozzle portion having an injection angle which is formed extending from the mounting portion so as to enter the combustion chamber in the state of preserving the inlet valve is located close to the rear of the intake valve and achieve the maximum thermal efficiency Provide a fuel supply system for a gas engine. Accordingly, according to the present invention, since the fuel gas injected from the nozzle portion of the fuel gas inductive injection adapter has a higher kinetic energy than the air flowing into the combustion chamber through the intake manifold, the flow of air is induced to generate strong turbulence in the combustion chamber. In addition to being formed, the filling is carried out at a high speed to achieve rapid combustion when the spark plug is ignited. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. This embodiment is not intended to limit the scope of the invention, but is presented by way of example only, the same reference numerals are assigned to the same parts as the conventional configuration in the drawings. A fuel supply system of a compressed natural gas engine according to the present invention includes a fuel cylinder for storing compressed natural gas, a regulator for adjusting a pressure of the compressed natural gas supplied from the fuel cylinder, and a compressed natural gas supplied from the regulator. A strong turbulent flow is formed in the combustion chamber by using a fuel rail distributed to each cylinder of the cylinder, an injector for injecting the compressed natural gas distributed and supplied from the fuel rail to the combustion chamber in the cylinder, and high kinetic energy of the fuel gas injected from the injector. At the same time it comprises a fuel gas guided injection adapter to increase the fuel gas filling speed. Here, as shown in FIG. 3, the fuel gas guided injection adapter 30 has a tapered shape as a whole, and is formed to extend from the mounting portion 32 and the mounting portion 32 for coupling with the injector 16. The fuel gas is injected into the nozzle portion 34 to be introduced into the combustion chamber (R) in a state in which kinetic energy is preserved without mixing with air in the intake manifold (M), the nozzle portion 34 Is configured to be bent by a predetermined angle relative to the mounting portion 32 is configured so that the injection position of the fuel gas rotates around the intake valve (V) as the mounting portion 32 rotates in place. In addition, the fuel gas guided injection adapter 30 is mounted in a form in which the mounting portion 32 surrounds the tip of the injector 16 as shown in FIG. 4, and the tip of the nozzle portion 34 is the rear surface of the intake valve V. FIG. Is located close to. Therefore, according to the embodiment of the present invention configured as described above, the fuel gas injected from the injector 16 during the intake stroke is mixed with the air directly in the intake manifold M as in the prior art to form a mixer state and then the combustion chamber (R) is not injected into the combustion chamber (R) at a position close to the intake valve (V) through the nozzle portion 34 of the fuel gas injection adapter 30, the fuel gas injection adapter ( The spraying angle of the nozzle part 34 is adjusted to rotate the mounting part 32 of 30 to achieve the maximum thermal efficiency. Here, since the fuel gas injected from the nozzle unit 34 of the fuel gas inductive injection adapter 30 has a higher kinetic energy than the air flowing into the combustion chamber R through the intake manifold M, the flow of air is reduced. Induced to form a strong turbulent flow in the combustion chamber (R), it is filled at a high speed to achieve rapid combustion during ignition. At this time, since the fuel gas is not introduced into the combustion chamber R by the flow of air, when the injection pressure is constant, the speed at which the fuel gas is introduced into the combustion chamber R is maintained regardless of the rotational speed of the engine. Even if the rotational speed of the engine is changed, the strength and filling speed of the turbulence generated by the fuel gas in the combustion chamber (R) are kept constant. That is, since the injection of fuel gas is completely performed within the opening time of the intake valve V when the engine rotation speed is low, sufficient turbulence is formed. When the engine rotation speed is very high, the opening time of the intake valve V is the fuel. Although there is a slight lack of sufficient kinetic energy due to the injection of the gas into the combustion chamber (R), there is no problem in the formation of turbulence since the formation of strong turbulence is already induced at a low engine speed.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 압축천연가스 엔진의 연료공급 시스템은 엔진의 구조변경 없이 기존의 인젝터에 부착되는 간단한 구조의 연료가스 유도분사 어댑터 만을 통해 연소실 내에 연료가스의 강한 난류와 빠른 충진속도를 형성함으로써 연소효율을 높이게 되고, 결국 이러한 연소효율의 향상을 통해 연료소비의 감소와, 엔진의 출력증대 및 공해물질의 배출 감소 등과 같이 차량의 성능향상에 도움이 된다는 이점을 제공한다.As described above, the fuel supply system of the compressed natural gas engine according to the present invention provides a strong turbulence and fast filling speed of fuel gas in the combustion chamber through only the fuel gas guided injection adapter having a simple structure attached to an existing injector without changing the structure of the engine. By increasing the combustion efficiency, and thus improving the combustion efficiency, it is helpful to improve the performance of the vehicle, such as reducing fuel consumption, increasing engine power and reducing emissions of pollutants.

Claims

A fuel cylinder 10 for storing compressed natural gas;

A regulator 12 for adjusting the pressure of the fuel gas supplied from the fuel cylinder 10;

A fuel rail 14 for distributing fuel gas supplied from the regulator 12 to each cylinder S of the engine;

An injector (16) for injecting fuel gas distributed from the fuel rail (14) to the combustion chamber (R) in the cylinder (S);

The mounting portion 32 coupled to the injector 16 and the fuel gas injected from the injector 16 are not mixed with the air in the intake manifold M and are stored in the combustion chamber R in a state where kinetic energy is preserved. Fuel gas guided injection adapter 30 is formed extending from the mounting portion 32 so that the front end is located close to the rear of the intake valve (V) and having a nozzle portion 34 having an injection angle capable of achieving maximum thermal efficiency. Fuel supply system of a compressed natural gas engine comprising a).