KR100270270B1 - 천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치 - Google Patents

천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치 Download PDF

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Abstract

천연압축가스 엔진의 연료공급장치에 있어서, 천연압축가스 엔진의 연료공급라인에 설치된 연료필터의 입.출구측으로부터 각각의 연료압력을 측정,비교하고, 압력강하된 량만큼 연료압력을 승압시켜서 연료필터의 오염으로 인한 연료공급압력 저하 및 엔진의 출력 저하를 방지할 수 있도록 한 천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치에 관한 것으로, 천연압축가스 엔진용 천연가스를 고압으로 저장하고 있는 연료저장탱크(10)로부터 저압력으로 감압시키는 고압 레귤레이터(20), 연료에 포함된 오염물질을 여과시키는 연료필터(40) 및 연료량 조절기(50)를 순차적으로 경유시켜 천연압축가스 엔진(60)으로 연료를 공급토록 한 천연압축가스 엔진의 연료공급장치에 있어서, 상기 연료필터(40)의 입.출구측으로 연료필터(40)의 입,출구 압력(P1,P2)을 검출하여 엔진전자제어장치(ECU)(80)로 검출신호를 송출하기 위한 각각의 제 1, 제 2압력 트랜스듀서(70,72)를 설치하고, 상기 고압 레귤레이터(20)와 제 1압력 트랜스듀서(70)와의 사이에 연료필터(40)의 입,출구압력(P1,P2)을 비교,판단하여 제어값을 출력하는 상기 전자제어장치(80)에 의해 조절되는 자동제어감압밸브(100)를 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치
본 발명은 천연압축가스 엔진의 연료공급장치에 있어서, 천연압축가스 엔진의 연료공급라인에 설치된 연료필터의 입.출구측으로부터 각각의 연료압력을 측정,비교하고, 압력강하된 량만큼 연료압력을 승압시켜서 연료필터의 오염으로 인한 연료공급압력 저하 및 엔진의 출력 저하를 방지할 수 있도록 한 천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 천연압축가스 엔진은 가솔린 엔진 및 디젤 엔진처럼 기화기, 연료분사장치 또는 연료분사펌프 노즐에 의해 연료를 공급받는 것이 아니라 연료의 높은 저장압력을 감압시켜서 연료공급을 받도록 되어 있다.
종래 천연압축가스 엔진의 경우 도 1에서와 같이 천연압축가스 엔진용 천연가스를 150~200bar의 고압(P_HIGH)으로 저장하고 있는 연료저장탱크(10)를 구비하고, 이 연료저장탱크(10)에는 연료저장탱크(10)내의 고압(P_HIGH)을 설정압력(P_LOW)으로 감압시키는 고압 레귤레이터(20)가 연결되고, 이 고압 레귤레이터(20)에는 고압 레귤레이터(20)의 출구측 저압력(P_LOW)을 설정압력(P_IN)으로 감압시키는 저압 레귤레이터(30)가 연결되고, 이 저압 레귤레이터(30)에는 연료의 오염물질을 걸러내는 연료필터(40)가 연결되고, 이 연료필터(40)에는 천연압축가스 엔진(60)으로 공급되는 연료량 조절 및 감압기능을 수행하는 연료량 조절기(50)가 연결되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 천연압축가스 엔진의 연료공급장치는 연료저장용기(10)내의 고압(P_HIGH)의 천연가스 연료가 고압레귤레이터(20)에 의해 저압 레귤레이터(30)의 입구압력(P_LOW)으로 감압된 후 다시 저압 레귤레이터(30)에 의해 감압된 입구압력(P_IN)으로 연료필터(40)를 통과하고, 연료필터(40)에서 오염물질이 여과되어 연료량 조절기(50)로 들어간 후 연료량이 조절되어 천연압축가스 엔진(60)으로 공급되는 것이다.
이같이 연료가 공급되는 종래의 연료공급장치에 있어서, 각종 원인에 기인하여 상기 연료필터(40)의 오염 정도가 증가하게 되면, 연료필터(40)의 여과능력이 떨어지게 되는 데, 이로 인해 연료필터(40)의 하류측 즉, 출구측에 압력강하가 발생된다. 이때 발생되는 압력강하가 과대하게 상승하는 경우에는 연료량조절기(50)의 입구로 유입되는 연료의 요구압력 수준보다 더 낮게 떨어져 엔진(60)에서 필요로 하는 수준의 연료를 공급할 수 없게 된다. 이 경우 연료량 부족으로 인한 엔진(60)의 출력저하가 필연적으로 발생하게 된다.
한편, 상기와 같은 엔진(60)의 출력 저하를 방지하게 위해 바이패스(BY-PASS) 연료필터를 사용하는 경우에는 연료에 포함된 오염물질이 여과되지 않은 채로 그대로 엔진(60)의 연소실내로 공급되고, 그 결과 연소실내부의 퇴적물질 증가, 피스톤 마모, 노킹발생, 점화플러그의 점화성능 저하 및 실화(MIS-FIRE) 등의 발생이 우려될 뿐만 아니라, 연료량조절기(60)측의 연료량 측정센서를 오염시켜 연료량제어를 불가능하게 하는 등 엔진(60)의 성능 전체에 치명적인 악영향을 미치게 된다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 천연압축가스 엔진의 연료공급장치에 있어 연료필터 오염에 의해 연료공급압력이 저하되어 엔진의 출력이 저하되는 것을 방지하도록 한 천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구체적인 수단은, 천연압축가스 엔진용 천연가스를 고압으로 저장하고 있는 연료저장탱크로부터 저압력으로 감압시키는 고압 레귤레이터, 연료에 포함된 오염물질을 여과시키는 연료필터 및 연료량 조절기를 순차적으로 경유시켜 천연압축가스 엔진으로 연료를 공급토록 한 천연압축가스 엔진의 연료공급장치에 있어서, 상기 연료필터의 입.출구측으로 연료필터의 입,출구 압력(P1,P2)을 검출하여 엔진전자제어장치(ECU)로 검출신호를 송출하기 위한 각각의 제 1, 제 2압력 트랜스듀서를 각각 설치하고, 상기 고압 레귤레이터와 제 1압력 트랜스듀서와의 사이에 연료필터의 입,출구압력(P1,P2)을 비교,판단하여 제어값을 출력하는 상기 전자제어장치(ECU)에 의해 조절되는 자동제어감압밸브를 설치한 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 천연압축가스 엔진의 연료공급장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 천연압축가스 엔진의 연료공급장치의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 자동제어감압밸브의 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동제어감압밸브의 전자제어를 위한 플로우차트.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 연료저장탱크 20 : 고압 레귤레이터 40 : 연료필터
50 : 연료량 조절기 60 : 천연압축가스 엔진 70,72 : 압력 트랜스듀서
80 : 전자제어장치 100 : 자동제어감압밸브 101 : 연료통로
102 : 본체 103 : 밸브 104 : 솔레노이드밸브
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2에서와 같이 천연압축가스 엔진용 천연가스를 고압으로 저장하고 있는 연료저장탱크(10)로부터 저압력으로 감압시키는 고압 레귤레이터(20), 연료에 포함된 오염물질을 여과시키는 연료필터(40) 및 연료량 조절기(50)를 순차적으로 경유시켜 천연압축가스 엔진(60)으로 연료를 공급토록 한 천연압축가스 엔진의 연료공급장치에 있어서,
상기 연료필터(40)의 입.출구측으로 연료필터(40)의 입,출구 압력(P1,P2)을 검출하여 엔진전자제어장치(ECU)(80)로 검출신호를 송출하기 위한 각각의 제 1, 제 2압력 트랜스듀서(70,72)가 설치되어 있고, 상기 고압 레귤레이터(20)와 제 1압력 트랜스듀서(70)와의 사이에는 상기 연료필터(40)의 입,출구압력(P1,P2)을 비교,판단하여 제어값을 출력하는 상기 엔진전자제어장치(ECU)(80)에 의해 조절되어 연료필터(40)에 의한 압력강하를 보상하기 위한 자동제어감압밸브(100)가 설치되어 있다.
상기 자동제어감압밸브(100)는 도 3에서와 같이 내부에 연료통로(101)를 형성한 본체(102)와, 상기 연료통로(101)의 단면적을 조절하는 밸브(103)와, 상기 전자제어장치(80)의 출력신호를 받아 상기 밸브(103)를 작동 제어하는 솔레노이드밸브(104)로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예의 작용을 도 4의 플로우차트를 참조하여 설명한다.
먼저, 엔진전자제어장치(80)가 구동하게 되면, 자동제어감압밸브(100)의 솔레노이드밸브(103)가 작동하여 연료통로(101)가 일정량 개방된다.
따라서 도 2에서 연료저장용기(10)내의 고압 연료는 고압 레귤레이터(20)에 의해 1차적으로 저압으로 감압된 후 자동제어감압밸브(100)의 연료통로(101)를 통과한 후 연료필터(40)로 유입되어 오염 물질이 여과되고, 다시 연료필터(40)를 빠져나온 연료는 연료량조절기(50)를 거쳐 엔진(60)에 공급되고, 동시에 제 1압력 트랜스듀서(70) 및 제 2압력 트랜스듀서(72)는 각각 연료필터(40)의 입구측 압력(P1)과 출구측 압력(P2)을 측정하여 엔진전자제어장치(80)로 검출신호를 송출한다.
따라서 엔진전자제어장치(80)는 단계 S1에서와 같이 이들 검출 압력(P1,P2)중에서 먼저 연료량조절기(50)측의 공급 압력(P2)과 연료량 조절기(50)의 요구 압력(P)을 비교한다.
이때 공급 압력(P2)이 요구 압력(P)보다 같거나 클 경우, 단계 S2에서와 같이 정상운전으로 자동제어감압밸브(100)는 구동되지 않게 되고, 반대로 연료필터(40)의 오염 정도가 심하여 공급 압력(P2)이 요구 압력(P)보다 작을 경우 엔진(60)에 공급되는 연료량이 부족하여 출력감소의 위험이 있으므로 엔진전자제어장치(80)는 미리 입력된 압력(P1)과 공급압력(P2)의 함수에 의해 계산된 제어값으로 제어신호를 보내 단계 S3에서와 같이 자동제어감압밸브(100)의 솔레노이드밸브(104)를 작동시키고, 이로 인해 밸브(103)가 연료통로(101)를 더 많이 열 개 되어 필요한 연료공급이 이루어지게 된다.
단계 S4에서 압력(P1)이 연료필터(40)의 내압 한계치(안전율 고려)보다 작을 경우 계속 상기 솔레노이드밸브(104)는 작동을 진행하게 되고, 만일 압력(P1)이 큰 경우 단계 S5에서 엔진전자제어장치(80)는 경보를 발생시킴과 동시에 솔레노이드밸브(104)를 이전의 상태로 복귀시킨다.
단계 S6에서 상기 압력(P2)이 요구 압력(P)과 같아지게 되면 솔레노이드밸브(104)에 연결된 밸브(103)의 열림정도를 유지하면서 운전은 계속된다.
만일, 압력(P2)과 요구압력(P)이 다른 경우 엔진전자제어장치(80)는 그 차이를 최소화하는 방향으로 다시 단계 S3의 과정으로 되돌아가 솔레노이드밸브(104)를 제어하여 밸브(103)의 열림정도를 조절하게 된다. 이 경우 빠른 속도의 제어응답을 필요로 하지 않으므로 적분식 제어를 사용함이 바람직하다.
그리고 상기 연료공급압력검사 및 재설정 제어는 운전중 항상 수행하는 것이 아니라, 엔진 제작사에서 설정하여 엔진전자제어장치(80)의 소프트 웨어(SOFT-WARE)적인 부하를 최소화할 수 있다.
이같이 연료필터(40)의 기능저하 즉, 오염물질의 정도가 심하여 엔진(60)으로 공급되는 연료압력이 떨어졌을 시 이를 압력 트랜스듀서(70,72)로 감지하여 자동제어감압밸브(100)에 의해 연료필터(40)로 유입되는 연료압력을 승압시켜 주도록 함으로써 정상적인 연료공급이 가능하고, 엔진(60)의 출력 저하를 방지할 수 있다.
또한, 종래와 같이 연료공급압력 강하를 방지하기 위해서 별도의 바이패스 연료필터로 교체하여 사용할 필요가 없으므로 엔진 성능에 영향을 주는 연소실 내부 퇴적물질 증가, 피스톤 마모, 노킹 발생 등의 우려를 하지 않아도 될 뿐만 아니라 연료량 측정센서를 오염시키지 않아 연료량 제어가 불가능해지는 것도 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 연료필터의 상,하류측 압력을 각각 측정하여 연료필터의 공급압력을 자동제어감압밸브에 의해 조절하도록 함으로써 연료필터의 출구측 압력강하 발생시 자동제어감압밸브가 연료통로를 조절하여 강하된 연료압력이 승압되고, 이로 인해 운전중 엔진의 최적 성능을 계속 유지할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 천연압축가스 엔진용 천연가스를 고압으로 저장하고 있는 연료저장탱크(10)로부터 저압력으로 감압시키는 고압 레귤레이터(20), 연료에 포함된 오염물질을 여과시키는 연료필터(40) 및 연료량 조절기(50)를 순차적으로 경유시켜 천연압축가스 엔진(60)으로 연료를 공급토록 한 천연압축가스 엔진의 연료공급장치에 있어서,
    상기 연료필터(40)의 입.출구측으로 연료필터(40)의 입,출구 압력(P1,P2)을 검출하여 엔진전자제어장치(ECU)(80)로 검출신호를 송출하기 위한 각각의 제 1, 제 2압력 트랜스듀서(70,72)를 설치하고, 상기 고압 레귤레이터(20)와 제 1압력 트랜스듀서(70)와의 사이에 연료필터(40)의 입,출구압력(P1,P2)을 비교,판단하여 제어값을 출력하는 상기 전자제어장치(80)에 의해 조절되는 자동제어감압밸브(100)를 설치한 것을 특징으로 하는 천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자동제어감압밸브(100)는 본체(102)에 연료통로(101)의 단면적을 조절하는 밸브(103)와, 상기 전자제어장치(80)의 출력신호를 받아 상기 밸브(103)를 작동 제어하는 솔레노이드밸브(104)를 구비한 것을 특징으로 하는 천연압축가스 엔진의 연료공급 압력강하 자동보상조절장치.
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