KR100535452B1

KR100535452B1 - 씨엔지 엔진의 연료온도 조절장치

Info

Publication number: KR100535452B1
Application number: KR10-2002-0035201A
Authority: KR
Inventors: 양두원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2005-12-07
Also published as: KR20040000077A

Abstract

본 발명은 CNG 연료를 감압하는 과정에서 낮아진 연료의 온도를 상승시키기 위해 인터쿨러와 라디에이터 사이에 코어식 열교환기를 설치한 CNG 엔진의 연료온도 조절장치에 관한 것으로,

가스실린더에서 저장된 고압의 연료를 감압하는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에서 연료의 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높이기 위한 열교환기가 형성되는 CNG 엔진에 있어서,

상기한 열교환기는 터보차저에서 가압된 흡입공기를 냉각하기 위한 인터쿨러와, 엔진을 통과하며 가열된 냉각수를 냉각하는 라디에이터 사이에 형성되어지되, 상기 열교환기는 연료의 경로가 코어식 배열된 것을 특징으로 한다.

Description

씨엔지 엔진의 연료온도 조절장치{Control apparatus for gas temperature of CNG engine}

본 발명은 CNG 엔진의 연료온도 조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CNG 연료를 감압하는 과정에서 낮아진 연료의 온도를 상승시키기 위해 인터쿨러와 라디에이터 사이에 코어식 열교환기를 설치한 CNG 엔진의 연료온도 조절장치에 관한 것이다.

도 4는 CNG 엔진이 탑재된 종래의 상용차량의 연료공급구조를 도시한 것으로서, 연료가 저장되는 가스실린더(11)에는 약 200Bar의 압력으로 천연가스가 압축저장되어 있으며, 운전자의 신호에 의해 전자제어장치는 가스실린더(11)에 장착되어진 마그네틱 밸브(12)에 전원을 공급하여 엔진(10)으로 연료를 공급하며 필터에서는 컴프레서 오일 등의 이물질을 제거하고 레귤레이터(13)에서는 200Bar의 연료의 압력을 8~10Bar의 압력으로 감압시켜준다. 이 때, CNG 가스의 감압시 승화작용에 의해서 연료온도가 0 ~ -3℃로 하강하게 된다.

그리고 엔진(10) 측으로 들어가는 연료의 온도를 적정한 수준으로 높여주기 위하여 엔진의 냉각수를 열교환기(15)로 보내 차가워진 가스의 온도를 상승시켜 엔진(10) 측으로 보내도록 구성되어 있다. 그리고 가스의 온도가 소정온도(예를 들어 40℃) 이상일 경우에는 연료 써머스탯(16)에 의해 냉각수가 열교환기(15)로 들어가는 것을 차단하므로서 연료온도가 과열되는 것을 방지하여 소정의 온도수준이 유지될 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 상기한 CNG 엔진이 탑재되는 상용차량의 엔진룸에는 엔진을 순환하며 가열된 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와, 터보차저에서 가압된 흡입공기를 적정한 수준으로 냉각하기 위한 인터쿨러가 형성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 CNG 엔진에서는 차가운 연료온도를 높이기 위하여 냉각수를 이용한 열교환기를 설치하여야 하고 냉각수 라인이 필요하게 되므로서 엔진룸의 레이아웃에 있어서 불리하였을 뿐만 아니라, 냉각수의 온도가 충분히 가열되지 않았을 경우에는 차가워진 연료온도를 그대로 엔진으로 공급하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, CNG 연료를 감압하는 과정에서 낮아진 연료의 온도를 상승시키기 위해 인터쿨러와 라디에이터 사이에 코어식 열교환기를 설치한 CNG 엔진의 연료온도 조절장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

이하, 본 발명에 의해 형성되는 CNG 엔진의 연료공급구조의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 CNG 엔진의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 열교환기의 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 열교환기의 일실시예를 도시한 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성되는 열교환기를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의한 인터쿨러를 지시하는 것이다.

상기한 열교환기(30)는 종래기술의 설명에서와는 달리 인터쿨러(40)와 라디에이터(50) 사이에 형성되는 것으로, 종래기술에서 냉각수를 순환시켜 가스연료를 가열시키던 방식의 열교환기는 삭제된다.

특히, 상기한 열교환기(30)는 연료의 유로(32)가 일반적인 라디에이터에 적용되고 있는 코어타입으로 형성되는 것으로, 상기한 유로(32)의 상측에는 연료입구(34)가 구비된 입구측 탱크(31)가 형성되고, 상기 유로(32)의 하측에는 연료출구(36)가 구비된 출구측 탱크(33)가 형성된다. 즉, 상기 입구측 탱크(31)와 출구측 탱크(33)의 사이에 연료 유로(32)가 코어 형식으로 형성되는 것으로, 본 발명의 실시예에서 상기 유로(32)는 상부에서 하부방향으로 연료파이프가 지그재그로 배관되는 것이다. 열교환기(30)의 코어형식은 유로(32)는 입구측 탱크(31) 측에서 다수의 소형관으로 분기되었다가 하부측에서 다시 출구측 탱크(33) 측으로 합류되도록 형성될 수도 있다. 이와 같이, 상기한 열교환기(30)의 유로(32)는 기존에 라디에이터 등에서 사용되는 일반적인 코어방식들이 적용될 수 있는 것이다.한편, 상기한 입구측 탱크(31)와 출구측 탱크(33)는 지그재그 형식으로 배관된 유로(32)의 양측에 위치되는 지지대(37,38)에 의해서 지지된다. 즉, 상기한 입구측 탱크(31), 출구측 탱크(33) 및 양측의 지지대(37,38)가 도면에서와 같이 사각형상을 이루게 되므로서, 상기 라디에이터(50) 및 인터쿨러(40) 사이에 장착되는 것이다.

즉, 상기한 열교환기(30)를 통과하는 연료는 인터쿨러(40) 내의 흡입공기를 냉각하면서 고온으로 가열되어진 대기에 의해 가열될 수 있도록 배치되는 것이다. 그리고 열교환기(30)를 가열한 대기온은 상기 열교환기(30)를 거치면서 차가워진 상태가 되는데, 이 차가운 공기가 라디에이터(50) 측으로 공급되도록 하여 라디에이터(50)의 냉각 성능이 향상될 수 있도록 구성되는 것이다.

그리고 상기한 열교환기(30)와 연결되는 연료라인(22)의 도중에는 상기 열교환기(30)를 바이패스하여 가스연료가 엔진측으로 곧바로 공급될 수 있도록 하는 바이패스라인(23)이 형성되는데, 그 분기부에는 연료의 흐름방향을 제어하는 제어밸브(24)가 형성된다. 또한, 상기한 열교환기(30)의 후방에 연결되는 연료라인(22)의 도중에는 연료 서머스탯(25)이 형성된다. 상기 연료 서머스탯(25)과 제어밸브(24)는 전자제어장치(60)에 의해서 제어될 수 있도록 설계된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

상기와 같은 연료온도 조절장치가 탑재된 CNG 엔진(20)이 시동되면, 연료공급장치의 제어에 의해서 고압밸브(26)가 개방되어 가스연료가 엔진 측으로 공급되어진다. 이 때, 가스실린더(21)에 저장되어 있던 고압의 가스연료는 레귤레이터(27)를 통과하면서 감압되어지는데, 연료의 감압과정에서 가스연료의 온도는 0℃이하로 떨어지게 된다.

이와 같이 0℃이하로 냉각되어진 연료는 상기한 열교환기(30)를 거치면서 적정한 수준(약 30 ℃)으로 상승되어진다. 그 과정은 다음과 같다.

상술한 바와 같이 상기한 열교환기(30)는 터보차저에서 가압되어 고온이 된 흡입공기가 흐르는 인터쿨러(40)의 후방에 형성되므로서, 상기한 인터쿨러(40)를 통과하면서 가열되어진 대기온(약 50 ℃)과 상기 열교환기(30)의 유로(22)에 흐르는 차가운 가스연료(약 0℃ 이하) 사이에 열교환이 이루어지는 것이다.

따라서 상기한 열교환기(30)의 연료입구(34)로 입력된 0℃ 이하의 가스연료는 30 ℃ 내외의 온도를 가진 가스연료로 가열되어 가스출구(36)를 통해 엔진측으로 유도되어진다.

한편, 인터쿨러(40)를 통과하면서 상승되었던 대기온은 상기한 열교환기(30)를 통과하면서 다시 냉각된 상태가 된다. 이렇게 냉각된 대기온은 라디에이터(50)로 유도되므로서 라디에이터(50)의 냉각성능이 향상되어진다.

그리고 상기한 열교환기(30)를 통과하며 가열된 연료가스의 온도는 연료 서머스탯에서 측정되어지는데, 측정되는 연료가스의 온도가 설정온도(예를 들어 40 ℃) 이상이 될 경우에는 상기한 열교환기(30) 측으로 입력되는 연료의 흐름을 차단하여 바이패스시키게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 가스연료를 사용하는 엔진에서 가스연료의 감압과정에서 차가워진 연료의 가열이 인터쿨러를 통과하는 뜨거워진 대기에 의해서 이루어지고, 상기 열교환기에서 차가운 가스연료와 인터쿨러를 거치면서 가열된 대기가 열교환하는 과정에서 차가워진 대기가 라디에이터 측으로 유도되므로서 라디에이터의 냉각성능이 향상되는 카다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 CNG 엔진의 구성도.

도 2는 본 발명에 의해 형성된 열교환기의 측단면도.

도 3은 본 발명에 의한 열교환기의 일실시예를 도시한 도면.

도 4는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 엔진 21 : 가스실린더

22 : 연료라인 23 : 바이패스라인

24 : 제어밸브 25 : 연료 서머스탯

26 : 고압밸브 27 : 레귤레이터

30 : 열교환기 32 : 유로

34 : 연료입구 36 : 연료출구

40 : 인터쿨러 50 : 라디에이터

Claims

가스실린더에서 저장된 고압의 연료를 감압하기 위해 연료라인의 도중에 레귤레이터가 형성되고, 상기 레귤레이터에서 연료의 감압과정에서 냉각된 후 연료라인을 지나는 연료의 온도를 높이기 위한 열교환기가 연료라인의 도중에 형성되어지되,

상기 연료입구 전방의 연료라인과 연료출구 후방의 연료라인 사이를 연결하여 바이패스라인이 형성되며, 연료라인과 바이패스라인의 분지부에는 전자제어장치에 의해 단속이 제어되는 제어밸브가 형성되고, 상기 열교환기 후방의 연료라인의 도중에는 열교환기를 통과한 연료의 온도를 측정하여 그 결과를 전자제어장치에 제공하기 위한 연료 서머스탯이 형성되어, 상기 연료 서머스탯에서 측정되는 연료의 온도가 설정온도 이상일 경우에는 연료라인의 연료가 열교환기를 통과하지 않도록 설정되는 CNG 엔진의 연료온도 조절장치에 있어서,

상기한 열교환기(30)는 연료라인(22)과 연료입구(34)가 구비된 입구측 탱크(31)와 연료출구(36)가 구비된 출구측 탱크(33)가 양측에 위치된 지지대(37,38)에 의해서 소정의 간격을 두고 위치되고, 상기 입구측 탱크(31)와 출구측 탱크(33) 간에 상기 양측 탱크를 연통시키기 위한 유로(32)가 지그재그 형상으로 배관된 사각형상으로 형성되어, 터보차저에서 가압된 흡입공기를 냉각하기 위한 인터쿨러(40)와 엔진을 통과하며 가열된 냉각수를 냉각하는 라디에이터(50) 사이에 장착된 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 연료온도 조절장치.
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