KR100388514B1 - 내연 기관용 연료 분사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가압 가스를 액체 상태로 분사하는 연료 시스템을 구비한 내연 기관에 관한 것이다. 내연 기관의 일시 정지 후, 분사 밸브의 누출로 인해 연소실에 기화 가스가 진입하면 과잉 혼합물로 인해 시동 특성이 저하될 수도 있다. 분사 밸브 또는 계량 밸브를 통한 가스 누출을 방지하기 위하여, 차단 밸브가 계량 밸브의 하류에 배치된다.

Description

내연 기관용 연료 분사 장치{FUEL INJECTION DRIVE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
이러한 연료 분사 장치는 일반적으로 종래 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, LPG용 분사 장치로는 본 출원인이 상품명 LPI로 판매하고 있는 것이 있다. 이 장치에서는 LPG가 분사 중에 액체 상태로 있으며 흡기 덕트 내에 들어가기 전까지는 증기 형태로 전환되지 않는다. 이러한 장치는 가솔린 연료에 비해 파워의 손실이 미미하며, 정확한 계량이 가능하고, 전기 제어식 가솔린 분사 시스템의 전자 장치에 대한 연결이 간단하다는 등의 다수의 장점을 갖고 있다.
사용되는 LPG의 액체 상태 유지를 보장하기 위하여, 승압용 펌프가 사용된다. 또한, 내연 기관의 구성부로부터 공급부 배출관이나 인젝터로 열이 전달되는 것을 최대한 방지하기 위하여 다양한 조치가 취해진다. 그 결과, LPG가 모든 작동 환경에서 인젝터 내에 액체 상태로 존재하도록 보장될 수 있다.
사용되는 인젝터가 그 밸브 시스템 상에서 정상 작동 중에 무시할 수 있을 정도의 약간의 (증기) 누출을 보일 수 있음을 발견하였다. 그러나, 연료가 액체 상태인 경우에, 내연 기관이 정지된 후 기화 연료가 흡기 매니폴드 내로 들어가 시동을 거는 것을 더 어렵게 만드는 일이 나타나고 있다. 흡입 혼합물의 제1 부분이 연료를 지나치게 포함하게 되면 점화가 불량해져, 스파크 플러그를 오염시킬 위험이 있다. 이러한 문제는 특히, 가솔린 연료의 시동 시에 현저하게 나타난다. 최초의 시동 회전 중에 기화 LPG와 가솔린의 혼합물이 지나치게 생성되면, 그 결과 스파크 플러그의 전극봉에 가솔린이 침착되기가 쉽다.
EP-0 178 484A1에는 가스와 가솔린 모두를 연료로 하여 작동 가능한 내연 기관이 개시되어 있다. 이 경우에 LPG는 내연 기관에 액체 상태로 주입된다.
US-A-5,159,915에는 가열 요소를 구비한 인젝터가 개시되어 있다. 이 인젝터는 전적으로 가솔린 연료용으로만 설계되어 있다.
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관용 연료 분사 장치에 관한 것이다.
도 1은 내연 기관의 일부를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 각종 구성 부재를 보여주는 선도.
본 발명의 목적은 액화 가스 분사용 인젝터로부터의 누출을 최대한 방지하는 간단한 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징부에 의해 달성된다.
본 발명은 제1 밸브 시스템과 직렬로 배치되며 내연 기관의 일시 정지 및 시동 후에만 작동되는 제2 밸브 시스템을 포함한다. 또한, 이 제2 밸브 시스템의 오리피스는 제1 밸브 시스템의 오리피스보다 실질적으로 크다. 제2 밸브 시스템은 '폐쇄(closed)' 위치에서 '기밀(leak tight)' 상태에 있다. 이러한 기밀 특성은 제2 밸브 시스템의 수명이 끝나기 전에 밸브가 직면하게 되는 제한된 사이클 횟수에서만 달성될 수 있다. 이 제2 밸브 시스템용으로 보다 적합한 밀봉 재료 및 기구가 선택될 수 있다.
본 발명이 LPG 구동식 엔진을 참조하여 전술되었지만, 이 원리는 정상적인 주변 온도에서 액상으로부터 기상으로의 전환이 비교적 간단한 임의의 저비등점의 연료의 경우에도 적용할 수 있음을 이해하여야 한다. 그러한 연료의 예로는 DME(디메틸 에테르)가 있다.
계량 밸브를 통해 LPG를 기화하는 경우에 하류의 제2 차단 밸브를 사용함으로써, 이들 밸브 사이의 작은 체적으로 인해 비교적 짧은 시간 내에 이들 밸브 사이의 공간이 완전히 채워져 더 이상의 기화가 일어나지 않는다.
엔진의 시동 중에 또는 그 직후에 우선 차단 밸브가 개방되어 비교적 소량의 연료가 방출되므로 내연 기관의 시동을 저해하지 않는다.
차단 밸브는 압력(진공압)에 의해 구동될 수 있으며 전기로 제어될 수 있다.
본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참조하여 상세히 후술한다.
내연 기관이 도 1에 도면 부호 1로 지시되어 있다. 이 내연 기관은 상당히 개략적으로만 도시된 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이 이 경우에는 4 기통 내연 기관이다. 이 내연 기관에는 흡기 덕트(2)와, 액체 LPG용의 인젝터(3) 및 제2 밸브 시스템 또는 차단 밸브(31), 그리고 가솔린용의 인젝터(23)가 장착되어 있다. 이들 모두를 도 2에 대해서 참조하여 자세히 더 설명하겠다.
인젝터(3)는 관(4) 및 압력 조정기(8)에 의해 액체 LPG가 담겨 있는 탱크(5)에 연결되어 있으며, 관과 탱크 사이에는 밸브(7) 및 펌프(6)가 개재되어 있음을 알 수 있다. 인젝터(3)는 코일(10)에 의해 작동되는 계량 밸브(9)를 구비하며, 상기 코일은 상세히 도시하지는 않았으나 라인(11)에 의해 제어 기구(14)에 연결되어 있다. 관(12)이 관(4)에 연결되어 이웃한 인젝터(3)에 LPG를 공급하며 제1 인젝터(3)[최좌측 인젝터]로부터 과잉 LPG를 배출하는 역할을 한다. 이들 인젝터는 동일한 형태로 설계되어 있으며, 마지막 인젝터(3)[최우측 인젝터]는 압력 조정기(8)가 설치되어 있는 복귀관(13)에 의해 탱크(4)에 연결되어 있다.
계량 밸브 시스템, 즉 계량 밸브(9) 및 코일(10)과 직렬로, 본 발명에 따른 차단 밸브(31)가 배치되어 있다. 이 차단 밸브의 배기구(33)는 흡기 매니폴드에 연결되어 있다. 차단 밸브(31)는, 예를 들어 개략적으로 도시된 전자석(32)에 의해 작동된다.
이 LPG 분사 장치와는 별도로, 통상의 가솔린 분사 장치가 설치될 수 있다. 이 통상의 가솔린 분사 장치는 연료관(29)에 장착된 인젝터(23)로 구성되며, 상기 연료관은 압력 조정기(25)를 통해 펌프(27)에 연결되어 있고, 또한 이들 사이에는 공급관(24)이 연결되어 있다. 복귀관(28)이 마련되어 탱크(26)에 장착된다. 이 시스템은 종래 기술에 일반적으로 알려진 방식으로 제어 기구(14)에 연결되어 있는 장치(30)에 의해 제어된다.
전술한 장치는 다음과 같이 기능한다.
정상 운전 중에는 가솔린 분사 장치는 작동하지 않으며, 차단 밸브(31)가 전자석(32)의 작동을 통해 제어 시스템(15)에 의해 영구적으로 개방되어 있는 동안 계량 밸브(9)가 내연 기관에 연료를 공급한다. 내연 기관의 일시 정지 후 전자석(32)이 작동된다.
이에 따라 차단 밸브(31)가 '개방' 위치로부터 '폐쇄' 위치로 이동된다. 이어서, 인젝터(3)에서 소정의 누출이 발생하며, 그 누출 연료는 인젝터(3)와 차단 밸브(31)의 사이에 포획되어 추가의 누출이 방지된다.
내연 기관이 재시동되면, 제어 시스템(15)이 전자석(32)을 작동시켜 차단 밸브(31)를 '폐쇄' 위치로부터 '개방' 위치로 이동시킨다. 이에 따라 인젝터(3)와 차단 밸브(31)의 사이에 수용되어 있는 소량의 연료가 흡기 매니폴드로 방출된다. 밸브들, 즉 계량 밸브(9) 및 차단 밸브(31)가 함께 상당히 근접하게 배치됨으로써 극소량의 연료만 포획되고 방출된다. 그 후, 정상 크랭킹(cranking) 과정은 크게 영향을 받지 않는다.
전술한 장치에 의하면, 상당히 비싸면서 복잡한 인젝터를 사용할 필요 없이 인젝터의 바람직하지 못한 누출 영향이 방지된다.
차단 밸브(31)의 작동 및 조작은 물론 여러 가지 방식으로, 예를 들어 공압식으로, 유압식으로 또는 내연 기관이나 그 부근에서 이용 가능한 기타 에너지원에 의해 이루어질 수 있다.
전술한 설명을 읽은 당업자라면 첨부된 청구의 범위 내에서 추가의 변형을 이룰 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 정상적인 주변 온도에서 액상으로부터 기상으로의 전환이 비교적 간단한 저비등점의 연료용 연료 분사 시스템을 포함하는 내연 기관(1)으로서, 상기 연료 분사 장치는 제1 계량 밸브(9)가 설치되어 있는 공급 및 배출 덕트를 갖춘 하나 이상의 전기 제어식 연료 인젝터(3)를 구비하며, 상기 계량 밸브(9) 각각의 하류(연료 유동 방향으로)에 차단 밸브(31)가 설치되어 있으며, 상기 차단 밸브(31)는 내연 기관의 작동 중에 영구적으로 개방되며 내연 기관의 정지 직후 폐쇄되도록 제어 시스템(15)에 의해 조작되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차단 밸브(31)는 내연 기관이 비작동 상태인 경우에 영구적으로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차단 밸브는 전기로 작동되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차단 밸브는 전자석(32)으로 작동되는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차단 밸브와 계량 밸브 모두가 개방된 상태에서, 차단 밸브의 유동 저항은 계량 밸브의 유동 저항보다 실질적으로 낮은 것을 특징으로 하는 내연 기관.
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