KR100482849B1

KR100482849B1 - Exhaust gas assisted injector

Info

Publication number: KR100482849B1
Application number: KR10-2001-0080340A
Authority: KR
Inventors: 봉하동
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2005-04-14
Also published as: KR20030049977A

Abstract

본 발명의 목적은 흡기공기와 배기가스를 혼합하여 압축한 후 인젝터를 통해 연료와 함께 분사하므로써 연료의 무화를 촉진하여 연비를 개선하며, 동시에 연소 온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 배출량을 저감할 수 있는 흡기공기와 배기가스를 이용한 연료분사 무화 촉진장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to mix the intake air and exhaust gas, and then compressed together with the fuel through the injector to promote fuel atomization to improve fuel economy, and at the same time lower the combustion temperature to reduce the emissions of NOx The present invention provides a fuel injection atomization promoting apparatus using intake air and exhaust gas.

이를 위해 본 발명은 일단이 흡기계측에 접속되어 흡기공기의 도입을 안내하는 흡기도입관로와;To this end, the present invention is one end is connected to the intake side and the intake air inlet pipe for guiding the introduction of intake air;

일단이 배기파이프측에 접속되어 배기가스를 리턴되도록 안내하는 EGR관로와;An EGR line, one end of which is connected to the exhaust pipe side to guide the exhaust gas to be returned;

상기 흡기도입관로 및 EGR관로의 타단에 공통 접속하여 흡기공기와 배기가스를 혼합하는 삼방향 믹싱밸브와;A three-way mixing valve connected in common to the other ends of the intake air inlet pipe and the EGR pipe to mix intake air and exhaust gas;

상기 삼방향 믹싱밸브의 출구단에 일단이 접속되어 혼합공기의 흐름을 안내하는 혼합공기도입관로와;A mixed air inlet conduit line having one end connected to an outlet end of the three-way mixing valve to guide the flow of the mixed air;

상기 혼합공기도입관로의 타단에 접속되어 혼합공기를 유입하여 압축하여 배출하는 압축기와;A compressor which is connected to the other end of the mixed air inlet pipe and introduces and compresses and discharges the mixed air;

상기 압축기의 출구단에 일단이 접속되고 타단은 인젝터에 접속되는 압축공기 이송관로와;A compressed air conveying line having one end connected to the outlet end of the compressor and the other end connected to the injector;

상기 압축공기 이송관로를 통해 공급되는 압축공기와 함께 연료계에서 급송되어온 연료를 함께 분사하는 인젝터;로 구성되어 있다.And an injector for injecting fuel fed from a fuel system together with compressed air supplied through the compressed air conveying line.

Description

Exhaust gas assisted injector using intake air and exhaust gas

본 발명은 흡기공기와 배기가스를 이용한 연료분사 무화 촉진장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel injection atomization accelerator using intake air and exhaust gas.

연료를 연소시켜 얻은 열을 기계적 동력으로 변환하는 엔진은 높은 열효율을 달성하기 위하여 공기와 연료의 고른 혼합이 필요하다.Engines that convert heat from burning fuel to mechanical power require even mixing of air and fuel to achieve high thermal efficiency.

연료와 공기의 고른 혼합을 위해서는 연료 입자의 미립화가 중요하므로써 인젝터에서 분사되는 연료의 미립화 정도를 향상시키기 위해 많은 방법이 시도되고 있다.Since atomization of fuel particles is important for even mixing of fuel and air, many methods have been attempted to improve the degree of atomization of fuel injected from an injector.

인젝터의 구조적 특성을 변경하므로써 분사연료의 미립화를 추구하려는 일례로는 노즐의 연료분사구멍의 직경을 감소시키는 대신 연료분사구멍수를 증가시키는 방식이 이용되고 있으며, 이는 연료를 각 방향으로 확산시켜 무화를 촉진하고 또 분사되는 입자의 크기가 작아져 공기와의 고른 혼합성을 향상하게 되는 장점이 있다.As an example of purifying atomization of injection fuel by changing the structural characteristics of the injector, a method of increasing the fuel injection hole number instead of reducing the diameter of the fuel injection hole of the nozzle is used. In addition, there is an advantage that the size of the particles to be sprayed is reduced and evenly mixed with the air is improved.

그러나 연료분사구멍의 설계에 의존한 연료분사방식은 엔진의 고성능화 및 높은 연비 달성과 배기배출량 저감이라는 측면에서 한계에 부딪히고 있으며, 이때문에 엔진에 흡입되는 흡기의 일부를 압축하여 인젝터를 통해 연료와 함께 압축공기를 분사하므로써 연료의 미립화를 크게 향상시킨 공기지원인젝션(Air assited injection) 방식이 널리 사용되고 있다.However, the fuel injection method, which is dependent on the design of the fuel injection hole, is facing limitations in terms of high engine performance, high fuel efficiency, and reduced emission amount. Therefore, a part of the intake air sucked into the engine is compressed and fuel is injected through the injector. In addition, the air assited injection method which greatly improves the atomization of fuel by injecting compressed air is widely used.

또 인젝터의 팁부(연료분사구멍부위)에 열선을 설치하여 분사되는 연료를 가열시켜 온도 증가에 의해 기화를 촉진하는 방법이 사용되기도 하며, 인젝터에 의한 연료 미립화 방식이 아닌 배기가스의 일부를 연소실에 도입하여 혼합기와 함께 섞어 연소시키므로써 연비를 높이고 질소산화물(NOx)의 배출을 저감하는 EGR(배기가스 리턴공급) 방식도 많이 사용되어 오고 있다.In addition, a method of heating the fuel injected by installing a heating wire at the tip of the injector (fuel injection hole) to promote vaporization by increasing the temperature, and injecting a part of the exhaust gas into the combustion chamber rather than fuel atomization by the injector. EGR (exhaust gas return supply) method, which introduces and mixes with a mixer and burns it, increases fuel economy and reduces NOx emissions.

그러나 공기 지원 인젝터의 경우 흡기공기의 유속에 의한 연료의 무화를 촉진시킬 뿐이어서 공기의 온도가 낮은 경우 연료의 무화를 저하시키게 되므로 이를 보완하기 위하여 별도의 가열원을 인젝터에 설치하게 되는 경우 그 구조가 복잡해지고 비용이 많이 소요되는 문제가 있어 경제성을 해치게 되며, EGR 시스템의 경우 배기가스의 온도가 높아 밀도의 저하를 가져와 흡기 충진 효율이 낮아질 우려가 있어 엔진 출력을 저하시킬 수 있는 문제가 있다.However, in the case of an air-supported injector, it only promotes atomization of the fuel due to the intake air flow rate, and when the air temperature is low, it lowers the atomization of the fuel. There is a problem that is complicated and costly to impair the economics, the EGR system has a problem that the exhaust gas temperature is high because the density of the exhaust gas may be lowered and the intake filling efficiency may be lowered, thereby lowering the engine output.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 흡기공기와 배기가스를 혼합하여 압축한 후 인젝터를 통해 연료와 함께 분사하므로써 연료의 무화를 촉진하여 연비를 개선하며, 동시에 연소 온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 배출량을 저감할 수 있는 흡기공기와 배기가스를 이용한 연료분사 무화 촉진장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above point, and its object is to mix intake air and exhaust gas, and to compress fuel after injecting with fuel through an injector to improve fuel efficiency by improving fuel efficiency and at the same time combustion temperature. It is to provide a fuel injection atomization accelerator using intake air and exhaust gas that can reduce the emissions of nitrogen oxides (NOx) by lowering the.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은The present invention to achieve the above object

일단이 흡기계측에 접속되어 흡기공기의 도입을 안내하는 흡기도입관로와;An intake air inlet passage, one end of which is connected to the intake air and guides the introduction of the intake air;

일단이 배기파이프측에 접속되어 배기가스를 리턴되도록 안내하는 EGR관로와; An EGR line, one end of which is connected to the exhaust pipe side to guide the exhaust gas to be returned;

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 흡기공기와 배기가스를 이용한 연료분사 무화 촉진 장치를 나타내는 도면으로 도면중 부호 1은 엔진(2)에 연료를 분사하는 인젝터이며, 부호 3은 엔진(2)에 흡기공기를 도입하는 흡기덕트이며, 부호 4는 배기가스를 배출하는 배기파이프이다.1 is a view showing a fuel injection atomization promoting apparatus using intake air and exhaust gas according to the present invention, wherein 1 is an injector for injecting fuel into the engine 2, and 3 is an intake air into the engine 2. Is an intake duct for introducing N, and numeral 4 is an exhaust pipe for exhausting the exhaust gas.

흡기덕트(3)의 도중에는 흡기도입관로(5)의 일단이 분기접속되며, 흡기도입관로(5)의 타단은 삼방향 믹싱밸브(6)에 접속되어 있다.One end of the intake air inlet conduit 5 is branched in the middle of the intake duct 3, and the other end of the intake air inlet conduit 5 is connected to the three-way mixing valve 6.

그리고 상기 배기파이프(4)를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 엔진(2)에 리턴 공급하여 연소시키기 위해 배기파이프(4)로부터 EGR관로(7)가 분기 접속되며, EGR관로(7)의 타단은 상기 삼방향 믹싱밸브(6)의 일측포트에 접속되어 있다.The EGR line 7 is branched from the exhaust pipe 4 so as to return a part of the exhaust gas discharged through the exhaust pipe 4 to the engine 2 for combustion. Is connected to one side port of the three-way mixing valve 6.

상기 삼방향 믹싱밸브(6)의 출구단(8)에는 혼합공기도입관로(9)의 일단이 접속되고, 그의 타단은 압축기(10)의 흡입단(11)측에 접속되어 있다.One end of the mixed air inlet conduit 9 is connected to the outlet end 8 of the three-way mixing valve 6, and the other end thereof is connected to the suction end 11 side of the compressor 10.

또 압축기(10)의 출구단(12)과 상기 인젝터(1)의 공기주입입구홀(13) 사이를 압축공기이송관로(14)가 접속하고 있다.In addition, the compressed air transfer pipe 14 connects between the outlet end 12 of the compressor 10 and the air inlet hole 13 of the injector 1.

그리고 상기 압축공기이송관로(14)의 외주는 냉각수가 순환하는 열교환기(15)가 감싸도록 설치되고, 이 열교환기(15)에 공급되는 냉각수를 단속하기 위하여 냉각수공급관로(16)에 솔레노이드밸브(17)가 장치되어 있으며, 압축공기이송관로(14)내를 흐르는 압축공기온도를 측정하는 온도센서(18)로부터의 측정정보를 입수한 전자제어장치(19)의 제어에 따라 상기 솔레노이드밸브(17)가 온.오프 작동되도록 구성되어 있다.And the outer circumference of the compressed air transfer pipe 14 is installed so as to surround the heat exchanger 15 through which the coolant is circulated, and the solenoid valve in the coolant supply pipe 16 to control the coolant supplied to the heat exchanger 15. (17), the solenoid valve according to the control of the electronic control unit 19 obtained the measurement information from the temperature sensor 18 for measuring the compressed air temperature flowing in the compressed air transfer pipe (14) ( 17) is configured to operate on and off.

이와같은 구성의 본 발명에 의한 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation process according to the invention of such a configuration as follows.

엔진(2)이 가동되면 에어클리너(20)를 통해 흡기공기가 도입되고, 이 흡기공기는 흡기덕트(3)를 통해 엔진(2)에 공급되는 도중에 그의 일부가 흡기도입관로(5)를 따라 삼방향 믹싱밸브(6)측에 이송되고, 또 엔진(2)에서 연소되어 배출되는 배기가스는 그의 일부가 배기파이프(4)로부터 분기된 EGR관로(7)를 따라 상기 삼방향 믹싱밸브(6)에 유입되어 흡기도입관로(5)를 통해 유입된 흡기공기와 배기가스가 혼합(mixing) 된후 출구단(8) 및 혼합공기도입관로(9)를 따라 압축기(10)에 흡입되어지게 되며, 압축기(10)는 혼합공기(흡기공기+배기가스)를 고압으로 압축하여 압축공기이송관로(14)를 통해 인젝터(1)에 공급하게 된다.When the engine 2 is operated, intake air is introduced through the air cleaner 20, and part of the intake air is supplied along the intake air inlet pipe 5 while the intake air is supplied to the engine 2 through the intake duct 3. The exhaust gas conveyed to the three-way mixing valve 6 side and discharged by combustion in the engine 2 is along the EGR line 7 whose part is branched from the exhaust pipe 4. ) Is mixed with the intake air and the exhaust gas introduced through the intake air inlet pipe (5) and then sucked into the compressor (10) along the outlet end (8) and the mixed air inlet pipe (9), The compressor 10 compresses the mixed air (intake air + exhaust gas) to a high pressure and supplies it to the injector 1 through the compressed air transfer pipe 14.

그런데 이 인젝터(1)는 딜리버리파이프(21)를 통해 인젝션펌프에서 보내져온 연료가 유입되어 흡기포트(22)에 연료를 분사하게 되는데, 이때 고압의 압축공기에 연료를 실어 함께 분사하게 되므로써 연료의 고른 무화가 가능하며, 더우기 압축공기에 포함된 배기가스에 의해 압축공기의 온도가 높아져 연료의 무화를 촉진하게 되는 것이다.However, the injector 1 injects fuel from the injection pump through the delivery pipe 21 and injects the fuel to the intake port 22. At this time, the fuel is injected into the high-pressure compressed air to inject the fuel together. Even atomization is possible, and furthermore, the temperature of the compressed air is increased by the exhaust gas contained in the compressed air to promote atomization of the fuel.

그러나 압축공기의 온도가 너무 높으면 연료의 베이퍼록(Vapor Lock, 연료증발) 현상을 발생시켜 분사 성능이 저하되기 때문에 이를 방지하기 위하여 압축공기의 온도를 온도센서(18)가 검출하여 기준치, 예를 들면 120℃보다 높다면 전자제어장치(19)는 솔레노이드 밸브(17)를 작동시켜 냉각수공급관로(16)를 개방하여 열교환기(15)에 차가운 냉각수가 공급되도록 하므로써 압축공기의 온도를 낮추게 되며, 압축공기가 하한 기준 온도 범위로 진입하면 솔레노이드밸브(17)를 오프시켜 냉각수 공급을 차단하게 된다.However, if the temperature of the compressed air is too high, a vapor lock phenomenon occurs and the injection performance is deteriorated. Therefore, the temperature of the compressed air is detected by the temperature sensor 18 to prevent the injection performance. For example, if the temperature is higher than 120 ° C., the electronic controller 19 operates the solenoid valve 17 to open the cooling water supply line 16 to lower the temperature of the compressed air by supplying the cooling water to the heat exchanger 15. When the compressed air enters the lower limit reference temperature range, the solenoid valve 17 is turned off to block the cooling water supply.

이에따라 적정한 온도의 압축공기에 의해 연료의 무화가 촉진되고 또 배기가스 리턴에 의해 연비를 향상하고 질소 산화물의 배출량을 저감하게 되는 것이다.Accordingly, the atomization of the fuel is promoted by the compressed air at an appropriate temperature, and the fuel efficiency is improved by the exhaust gas return, thereby reducing the emission of nitrogen oxides.

이상과 같은 본 발명에 의하면 차가운 흡기공기와 고온의 배기가스를 믹싱하여 적정한 온도가 되도록 한 후 압축기에 의해 압축하여 인젝터를 통하여 연료와 함께 분사되도록 하는 것에 의해서, 연료의 무화를 촉진함과 동시에 EGR 효과를 동시에 얻을 수 있어, 2개의 서로 다른 시스템의 통합에 의한 구조의 단순화로 비용이 크게 절감되며, 또 연료충진효율이 높아져 엔진 출력을 향상시킬 수 있으며, 연비향상 효과 및 EGR에 의한 배기가스 저감(NOx발생량)효과를 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, by mixing the cold intake air and the high-temperature exhaust gas to the proper temperature, it is compressed by the compressor to be injected with the fuel through the injector, thereby promoting the atomization of the fuel and at the same time EGR Benefits can be obtained at the same time, the cost is greatly reduced by the integration of two different systems, and the fuel efficiency can be improved by improving fuel efficiency. (NOx generation amount) effect can be obtained.

도 1은 본 발명에 의한 흡입공기와 배기가스를 이용한 연료분사 무화 촉진 장치를 나타내는 도면 1 is a view showing a fuel injection atomization promoting device using the intake air and exhaust gas according to the present invention

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※ Explanation of codes for main parts of drawing

1 : 인젝터 2 : 엔진1: injector 2: engine

3 : 흡기덕트 4 : 배기파이프 3: intake duct 4: exhaust pipe

5 : 흡기도입관로 6 : 삼방향믹싱밸브5: Intake air inlet 6: 3 way mixing valve

7 : EGR관로 8 : 출구단7: EGR pipeline 8: exit

9 : 혼합공기도입관로 10 : 압축기9: mixed air inlet pipe 10: compressor

11 : 흡입단 12 : 출구단11: suction end 12: outlet end

13 : 공기주입입구홀 14 : 압축공기이송관로13: air inlet hole 14: compressed air transfer pipe

15 : 열교환기 16 : 냉각수공급관로15 heat exchanger 16 cooling water supply line

17 : 솔레노이드밸브 18 : 온도센서17 solenoid valve 18 temperature sensor

19 : 전자제어장치 20 : 에어클리너19: electronic control device 20: air cleaner

21 : 딜리버리파이프 22 : 흡기포트21: delivery pipe 22: intake port

Claims

Common connection to the intake air inlet pipe line, one end of which is connected to the intake air side to guide the introduction of intake air, an EGR pipe line of which one end is connected to the exhaust pipe side, and guides the return of exhaust gas, and the other end of the intake air inlet pipe and the EGR pipe line. And a three-way mixing valve for mixing intake air and exhaust gas, and a mixed air inlet pipe that is connected at one end to an outlet of the three-way mixing valve to guide the flow of the mixed air, and is injected into the injector. In the fuel injection atomization promoting device is configured to promote the atomization of,

At the other end of the mixed air introduction conduit 9, a compressor 10 for compressing the introduced mixed air is formed, and the compressed air is transported to guide the compressed air compressed by the compressor 10 to the injector 1. Both ends of the conduit 12 are connected to the outlet 12 of the compressor 10 and the air inlet hole 13 provided in the injector 1, respectively.

The heat exchanger 15 for cooling the compressed air according to the inflow and outflow of the coolant by the solenoid valve 17 and the temperature sensor for measuring the temperature of the compressed air. (18) and an electronic controller (19) for controlling the solenoid valve (17) for controlling the flow of coolant into the heat exchanger (15) according to the temperature value measured by the temperature sensor (18). A fuel injection atomization promoting device using intake air and exhaust gas.

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