KR100647503B1

KR100647503B1 - 디젤기관의 에멀션연료 공급장치

Info

Publication number: KR100647503B1
Application number: KR1020000026892A
Authority: KR
Inventors: 세키구치신이치; 야마모토히로시
Original assignee: 가부시키가이샤 세키구치; 가부시키카이샤 나브코
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2006-11-17
Also published as: KR20010007086A; CN1290808A

Abstract

에멀션화하는 연료의 양을 적게할 수 있도록 하여, 가수율의 변경에 고응답성을 나타내는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치를 제공하는 것이다.

연료순환루프중의 연료분사부(3)로의 연료유입부의 바로 앞에 설치된 믹서 (45)와, 연료복귀라인(26)과 믹서(45)의 흡입측 근방위치를 연통하는 에멀션연료 복귀라인(46)과, 연료분사부(3)를 통과하는 루프로서, 연료순환루프의 내부용적보다 작게 형성된 에멀션연료 순환루프와, 연료순환루프와 에멀션연료 순환루프를 전환하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러의 전환에 의해 에멀션연료 순환루프와 별개로 운전가능한 순연료순환루프가 형성되어 있다. 에멀션화되는 연료의 양이 종래의 구조에 비교하여 적게 되고, 연료의 가수율의 변경을 단시간에 행하는 것이 가능하게 되어 고응답성으로 된다.

연료부스터존, 연료가압순환존, 연료분사존, 연료탱크, 흡입필터, 부스터펌프, 부스터압력 조정밸브, 부스터 흡입관, 부스터 출구관, 부스터 복귀관, 연료분사펌프, 맥동완충기.

Description

디젤기관의 에멀션연료 공급장치{WATER-IN-FUEL EMULSION SUPPLY SYSTEM FOR DIESEL ENGINE}

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 디젤기관의 에멀션연료 공급장치를 도시하는 구성도,

도 2는 에멀션연료를 만들기 위한 주수제어기구의 표준적 구성도,

도 3은 본 발명의 실시형태 2에 관한 디젤기관의 에멀션연료 공급장치를 도시하는 구성도,

도 4는 본 발명의 실시형태 3에 관한 디젤기관의 에멀션연료 공급장치를 도시하는 구성도,

도 5는 통상의 디젤엔진의 기본적인 구성의 한예를 도시하는 도면, 및

도 6은 도 5에 도시한 디젤엔진에 에멀션연료 형성수단을 설치한 도면.

"도면의 주요부분에 대한 부호의 설명"

1 : 연료부스터존 2 : 연료가압순환존

3 : 연료분사존 4 : 연료탱크

14 : 부스터 출구관 20 : 맥동완충기

21 : 가압순환펌프 22 : 히터

23 : 1차 필터 24 : 2차 필터

25 : 가압순환 출구관 26 : 연료복귀라인

30 : 가압순환압력 조정밸브 31 : 분사펌프

32 : 가압순환 유출관 33 : 가압순환 복귀관

40 : 부압력조정밸브 41 : 순연료용 개폐밸브

42 : 에멀션연료용 개폐밸브 43 : 에멀션순환용 펌프

44 : 순연료 유량계 45 : 믹서

46 : 에멀션연료 복귀라인 47 : 에멀션합류점

48 : 컨트롤러 60 : 순연료용 온도센서

61 : 수온센서 62 : 에멀션연료 온도센서

63 : 수온가변부(열교환기) 64 : 물가열용 증기제어밸브

65 : 연산기 66 : 순연료 복귀라인

본 발명은 주로 선박 등의 부하변동이 빈번한 디젤엔진의 저 NOx 대책으로서의 에멀션(emulsion)연료 공급장치의 개량에 관한 것이다.

먼저 도 5에 근거하여 통상의 디젤엔진의 기본적인 구성의 한예를 설명한다. 동일 도면에 도시한 바와 같이, 디젤엔진은, 연료부스터 존(1)과, 연료가압 순환존(2)과, 연료분사존(3)(연료분사부)의 3요소로 이루어진다. 연료부스터존(1)에서는 연료탱크(4)(순연료공급원)내의 순(純)연료(중유)가 부스터 흡입관(13), 흡입필터 (10), 부스터펌프(11) 및 부스터 출구관(14)을 통과하여 승압되고, 인접하는 연료가압순환존(2)의 맥동완충기(20)에 공급된다. 상기 부스터 출구관(14)은 부스터압력 조정밸브(12)를 통하여 부스터복귀관(15)에 의해 연료탱크(4)에 연통되어, 승압된 순연료의 일부가 연료탱크(4)로 복귀되도록 되어 있다.

연료가압순환존(2)에서는, 맥동완충기(20)를 통과하여 정류된 순연료가 가압순환펌프(21)에 의해 후술하는 연료분사펌프(31)로 엔진에 분사하는데 필요한 압력과 유량으로 되도록 가압된다. 가압된 연료는, 다시 히터(22)에 의해, 그 때의 중유성상에 있어서 바람직한 온도까지 승온되고, 1차 필터(23), 2차 필터(24)를 경유하여, 가압순환 출구관(25)을 통과하여 연료분사존(3)으로 공급된다.

또 상기 맥동완충기(20)에는 연료분사존(3)의 출구측으로부터 순연료를 복귀시키기 위한 연료복귀라인(26)이 연통되어 있다. 따라서, 연료부스터존(1)으로부터 공급된 순연료는, 연료복귀라인(26)을 통과하여 엔진측으로부터 복귀하여 온 순연료와 혼합되어, 상기와 같이 가압순환펌프(21)에 의해 가압되도록 되어 있다.

연료분사존(3)에는, 상류측으로부터 순차로 가압순환유출관(32), 가압순환압력 조정밸브(30), 가압순환 복귀관(33)이 설치되고, 또, 가압순환 유출관(32)과 가압순환 복귀관(33) 사이에 지관(枝管)을 통하여 분사펌프(31)가 설치되어 있다. 상기 연료가압 순환존(2)으로부터 연료분사존(3)으로 공급된 순연료는, 가압순환 유출관(32)을 경유하여 가압순환압력 조정밸브(30)로 가압순환 복귀관(33)과의 사이의 일정한 압력차를 유지하도록 조정됨과 동시에, 가압순환 유출관(32)의 지관으로부터 엔진의 각 실린더로 통하는 분사펌프(31)로 공급된다.

그리고, 엔진에 분사됨과 동시에, 잉여연료와 분사펌프(31) 내부의 바이패스유로(도시 생략)를 통과한 순연료로 이루어지는 나머지 순연료가, 가압순환 복귀관(33)의 지관으로 복귀하고, 다시, 상기 연료복귀라인(26)을 통과하여 맥동완충기(20)의 부분으로 복귀되도록 되어 있다. 즉 가압순환펌프(21), 히터(22), 필터(23, 24), 연료분사존(3), 연료복귀라인(26) 및 맥동완충기(20)로 연료순환루프가 구성되어 있다.

도 6은, 도 5에 도시한 디젤엔진에, 에멀션연료 형성수단인 믹서(45)를 설치한 것이다. 이 믹서(45)는, 가압순환펌프(21)와 히터(22) 사이에 설치되고, 연료부스터존(1)의 부스터 출구관(14)에 설치된 발신식(發信式) 순연료유량계(44)의 검출신호에 근거하여 물이 비례적으로 공급되도록 되어 있다. 이 믹서(45)의 작동에 의해, 순연료와 물의 혼합물인 에멀션연료가 형성되고, 이 에멀션연료에 의해 운전할 때의 에멀션연료 순환루프는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 상기 연료순환루프가 그대로 사용된다.

종래의 디젤엔진설비는, 상기와 같이, 에멀션연료 순환루프는 상기 연료순환루프를 그대로 사용하는 구조이기 때문에 이하와 같은 문제가 있었다.

연료순환루프는, 특히 중대형엔진의 경우에는 분사펌프(31)에 열이 체류하지 않도록 하기 위하여 가압순환펌프(21)로 강제순환시킬 필요가 있고, 또, 기동전에 순연료온도의 안정화나 체류공기의 배제를 위하여 히터(22)나 필터(23, 24)를 순환시킬 필요가 있으므로, 아무리 하여도 루프길이가 길게된다. 그 결과, 종래의 에멀 션연료 순환루프는 그 루프길이가 그 연료의 소비량에 비교하여 필요이상으로 길게되고, 더욱이 도중에 용적이 큰 필터(23, 24)등이 존재하기 때문에, 에멀션화되는 연료체적이 필요이상으로 크게 된다.

그 결과, 가수율(加水率)의 변경을 행하는 경우, 변경전의 가수율의 에멀션연료가 다량으로 잔류해 있기 때문에, 그 변경에 장시간이 걸린다. 즉, 가수율의 변경을 행해도 즉각 반영되지 못한다(응답성이 낮음)는 문제가 있었다.

특히, 엔진정지전에 물빼기 운전을 행하는 경우에, 1차 필터(23) 및 2차 필터(24)나 히터(22)에 존재하는 에멀션연료가, 그 부분에서 유속이 늦는 것에 기인하여 복잡한 흐름으로 되어, 그 부분에 체류하는 현상이 일어나기 쉽기 때문에, 그 만큼 장시간의 물빼기 운전을 부득이하게 하였다

본 발명의 과제는, 에멀션화하는 연료의 양을 적게 할 수 있도록 하여, 가수율의 변경에 고응답성을 나타내는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치를 제공하는데 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본원 청구항 1에 기재된 발명에 관한 디젤기관의 에멀션연료 공급장치는, 순연료공급원과, 이 순연료공급원으로부터 이송되는 연료를 가압하는 가압수단과, 상기 가압된 연료의 일부를 엔진의 실린더에 분사하는 연료분사부와, 이 연료분사부에서 분사되지 않은 잔류연료를 상기 가압수단의 흡입측으로 복귀시키는 연료복귀라인을 통과하는 연료순환루프를 구비한 디젤기관으로서, 상기 연료순환루프중의 상기 연료분사부로의 연료유입부의 바로 앞에 설치 된 에멀션연료 형성수단과, 상기 연료복귀라인으로부터 분기되고 상기 에멀션연료 형성수단의 흡입측 근방위치를 연통하는 에멀션연료 복귀라인과, 상기 연료분사부를 통과하는 루프로서, 상기 연료순환루프의 내부용적보다 작게 형성된 에멀션연료 순환루프와, 상기 연료순환루프중의 상기 에멀션연료 복귀라인의 합류점의 바로 앞과 상기 에멀션복귀라인의 분기점의 하류 사이에 설치된 순연료복귀라인 및 압력조정수단을 통과하는 순연료순환루프와, 상기 연료순환루프와 에멀션연료 순환루프의 연통을 전환하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 순연료순환루프와 에멀션연료 순환루프는, 상기 컨트롤러의 전환에 의해, 독립하여 순환가능하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 상기 순연료 순환루프와 에멀션연료 순환루프는 상기 컨트롤러에 의해 전환되어 별개로 운전가능하게 형성되어 있음과 동시에, 상기 에멀션연료 순환루프의 내부용적은, 상기 연료순환루프의 내부용적보다도 작게 되어 있기 때문에, 에멀션화되는 연료의 양이 종래의 구조에 비교하여 적게 되어, 연료의 가수율의 변경을 단시간에 행할 수 있으며, 고속응답성의 에멀션연료 공급장치를 실현할 수가 있다. 게다가, 연료순환루프가 필요에 따라 종래와 동일한 순환계로 되는 구성이기 때문에, 시동시 특히 중대형엔진의 경우에는, 가압순환펌프로 강제순환할 수 있으므로 분사펌프나 히터·필터의, 순연료온도의 안정화나 체류공기의 배제를 행할 수 있다.

또, 본원의 청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 디젤기관의 에멀션연료 공급장치에서, 상기 연료순환루프중에 배열설치되는 필터 혹은 가열수단은, 상기 에멀션연료 순환루프 외에 위치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 에멀션연료 순환루프중에 종래의 필터나 가열수단 등은 존재하지 않기 때문에, 상기 체류현상의 문제는 거의 없어지고, 한층 더, 연료의 가수율의 변경을 단시간에 원활히 행하는 것이 가능하게 된다.

또, 본원의 청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 디젤기관의 에멀션연료 공급장치에 있어서, 상기 연료복귀라인의 상기 에멀션복귀라인과의 분기점과 순연료복귀라인의 합류점 사이에는 순연료용 개폐밸브가 설치되어, 상기 에멀션연료 순환루프의 에멀션연료 복귀라인중에는 에멀션순환용 펌프 및 에멀션연료용 개폐밸브가 설치되어, 상기 컨트롤러의 제어신호에 의해, 순연료로 운전을 실시할 때에는 상기 순연료용 개폐밸브는 개방상태로 되고 또한 상기 에멀션형성수단은 비작동상태로 유지되고, 에멀션연료로 운전을 실시할 때에는 상기 순연료용 개폐밸브는 폐쇄상태로 되고, 상기 에멀션순환용 펌프는 작동상태에서 상기 에멀션연료용 개폐밸브는 개방상태로 되고 또한 상기 에멀션형성수단은 작동상태로 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 컨트롤러의 제어신호에 의해, 연료순환루프를 운전할 때에는 순연료용 개폐밸브는 개방상태로 되고 또한 에멀션형성수단은 비작동상태로 유지되고, 한편 에멀션연료 순환루프를 운전할 때에는 순연료용 개폐밸브는 폐쇄상태로 되고, 에멀션순환용 펌프는 작동상태에서 에멀션연료용 개폐밸브는 개방상태로 되고 또한 에멀션형성수단은 작동상태로 되도록 구성되어 있으므로, 연료순환루 프와 에멀션연료 순환루프의 전환을 구조를 간단히 하여 실현할 수가 있고, 전환후의 각 운전을 더 확실히 또한 안정되게 행할 수 있다.

또 본원 청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3항중 어느 한 항에 기재된 디젤기관의 에멀션연료 공급장치에 있어서, 순연료유량계가, 상기 연료순환루프로부터 상기 에멀션연료 순환루프로 연료를 공급하는 위치에 배열설치되고, 이 순연료유량계의 검출신호에 근거하여, 상기 에멀션형성수단의 가수량이 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 순연료유량계의 배치가 상기 에멀션연료 순환루프로의 합류점의 바로 앞 근방이기 때문에, 엔진의 연료소비량의 계측정밀도가 향상되고, 따라서 에멀션형성수단의 동작상태의 제어도 고정밀도로 행할 수 있다.

또, 본원 청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 기재된 디젤기관의 에멀션연료 공급장치에 있어서, 순연료유량계가, 상기 순연료공급원으로부터 상기 연료순환루프로의 공급라인에 배열설치되고, 이 순연료유량계의 검출신호에 근거하여, 상기 에멀션형성수단의 가수량이 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 순연료유량계가 연료공급원으로부터 연료순환루프로의 합류점의 바로 앞의 라인에 배열설치되어 있으므로, 상기 연료복귀라인중에 설치되어 있는 순연료용 개폐밸브의 개폐에 의한 영향을 받지 않고서, 이 순연료유량계의 통과유량을 계측할 수 있기 때문에, 항상 엔진의 소비량에 알맞는 연료유량의 계측이 가능하게 되어 안정된 제어가 쉽게 된다.

또, 본원의 청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 5중 어느 한 항에 기재된 디젤기관의 에멀션연료 공급장치에 있어서, 상기 연료순환루프를 형성하기 위한 상기 순연료복귀라인에 설치된 상기 압력조정수단을, 주압력조정밸브보다 높은 압력으로 설정된 부압력조정밸브를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 부압력조정밸브를 설치함으로써, 연료순환루프에 의한 운전상태로부터 상기 순연료용 개폐밸브를 폐쇄하여 에멀션연료 순환루프의 운전으로 이행할 때에, 당해 압력조정수단에 의한 압력조정이 개시되기 때문에, 원활한 이행을 실행할 수 있다.

또 본원의 청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 6중 어느 한 항에 기재된 디젤기관의 에멀션연료 공급장치에 있어서, 상기 에멀션연료 순환루프 외의 위치로서, 상기 연료순환루프중의 상기 에멀션연료 복귀라인의 합류점과 상기 가열수단 사이에 순연료용 온도센서가 배열설치되고, 상기 에멀션형성수단에 물을 이송하는 라인중으로서 수온가변부보다 하류위치에 수온센서가 배열설치되고, 상기 순연료용 온도센서의 검출연료온도에 상기 수온센서의 검출수온도가 일치하는 방향으로 상기 수온가변부를 구동제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, 실제의 운전에 있어서, 순연료의 점도를 일정한 값으로 유지하기 위하여 순연료의 가열을 행하는데, 이 경우 순연료의 성상에 의해 적당히 온도를 변경할 필요가 있다. 본 발명의 플로에서는 에멀션연료를 형성할 때에 가열된 순연료에 물을 추가하는 것으로 되기 때문에, 그 가열된 순연료의 온도를 설정 값으로 하고, 추가되는 물의 온도를 이 순연료온도(설정값)와 동일하게 함으로써, 연료성상의 변화에 따라서 연료온도가 변해도, 자동적으로 목적으로 하는 온도를 유지한 에멀션연료를 형성할 수가 있다.

또, 본원 청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 6중 어느 한 항에 기재된 디젤기관의 에멀션연료 공급장치에 있어서, 상기 에멀션연료 순환루프 외의 위치로서, 상기 연료순환루프중의 상기 에멀션연료 복귀라인의 합류점과 상기 가열수단 사이에 순연료용 온도센서가 배열설치되고, 상기 에멀션연료 순환루프중에 에멀션연료 온도센서가 배열설치되고, 상기 순연료용 온도센서의 검출연료온도에 상기 에멀션연료 온도센서의 검출온도가 일치하는 방향으로 상기 에멀션형성수단에 물을 이송하는 라인중에 설치되어 있는 수온가변부를 구동제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 의하면, C중유 등의 연료를 사용한 엔진의 경우에는, 히터의 출구부에 통상은 점도센서로 호칭되는 중유점도 측정장치를 설치하고, 이 신호에 의해 히터출구의 온도조정을 행하는 경우가 많다. 이와 같은 경우에는, 중유의 성상에 의해 온도가 자동적으로 변화하기 때문에, 이 온도를 무시하여 가수온도를 일정하게 하면 문제가 되는 경우가 있다.

특히 엔진부하가 가벼운 경우에는, 소비연료가 적게 되기 때문에, 에멀션순환계에 생긴 열에 의해, 라인온도가 상승하는 가능성이 있다. 또, 배관의 방열설계에 따라서는 반대로 온도가 저하하고 마는 경우도 상정된다. 이와 같은 경우에는 에멀션연료 온도센서에 의해 에멀션연료온도를 계측하고 이 계측값이, 순연료용 온도센서의 계측값과 동일하게 되도록, 상기 에멀션형성수단으로의 주수온도를 제어함으로써, 경부하시에 있어서도 안정된 온도제어가 실현될 수 있다.

(발명의 실시형태)

(실시형태 1)

이하, 도면에 의해 본 발명의 한 실시형태를 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 디젤엔진의 구성도, 도 2는 에멀션연료를 만들기 위한 주수(注水)제어기구의 표준적인 구성도이다. 본 실시형태에 관한「연료순환루프」는, 도 6에 도시한 종래의 것과, 에멀션연료 형성수단인 믹서(45)의 배열설치위치와, 연료복귀라인(26)에 순연료용 개폐밸브(41)가 설치되어 있는 점에서 일부 상위한데, 그 밖의 구성은 공통하고 있으므로, 그 상위부분을 설명하고, 공통부분은 동일부호를 붙여서 설명은 생략한다.

에멀션연료 형성수단인 믹서(45)는, 상기 연료순환루프중의 상기 연료분사부인 연료분사존(3)으로의 연료유입부의 바로 앞에 설치되어 있다.

본 실시형태에 관한「에멀션연료 순환루프」는, 연료복귀라인(26)의 연료분사존(3) 근방위치와 상기 믹서(45)의 흡입측 근방위치를 연통하는 에멀션연료 복귀라인(46)과, 상기 연료분사존(3)을 통과하는 루프로 구성되고, 더욱, 상기 연료순환루프의 내부용적보다 작게 형성되어 있다. 즉, 상기 연료순환루프중에 배열설치되어 있는 필터(23, 24) 및 가압순환펌프(21) 및 히터(22)는, 본 발명에 있어서 에멀션연료 순환루프 외에 위치하도록 구성되어 있다.

본 실시형태에 관한「순연료순환루프」는, 순연료복귀라인(66)과, 압력조정 수단인 부압력조정밸브(40)와, 가압수단인 가압순환펌프(21)와, 가열수단인 히터 (22)를 통과하는 루프로 구성된다.

그리고, 상기 연료순환루프와 에멀션연료 순환루프는, 도 1에 도시하는 바와 같이 컨트롤러(48)에 의해 연통이 전환되어서, 상기 순연료순환루프와 에멀션연료 순환루프 개별로 운전가능하게 구성되어 있다.

본 실시형태에서는, 상기 연료순환루프의 연료복귀라인(26) 중에 순연료용 개폐밸브(41)가 설치되고, 상기 에멀션연료 순환루프의 에멀션연료 복귀라인(46)중에 에멀션순환용 펌프(43) 및 에멀션연료용 개폐밸브(42)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 컨트롤러(48)의 제어신호에 의해, 연료순환루프를 운전(비가수시)할 때에는 순연료용 개폐밸브(41)는 개방상태로 되고 또한 믹서(45)는 비작동상태로 유지되고, 한편 에멀션연료 순환루프를 운전(가수시)할 때에는 순연료용 개폐밸브(41)는 폐쇄상태로 되고, 에멀션순환용 펌프(43)는 작동상태에서 에멀션연료용 개폐밸브(42)는 개방상태로 되고 또한 상기 믹서(45)는 작동상태로 되도록 구성되어 있다. 이 때, 순연료순환루프와 에멀션연료 순환루프 개별로 운전가능하기 때문에, 에멀션연료 순환루프에서는, 부압이나 이상승압하는 일 없이 운전될 수 있다.

더욱이, 본 실시형태에서는, 도 6에 도시한 종래의 것과 달리, 순연료유량계 (44)가, 연료순환루프중의 에멀션연료 순환루프로의 합류점(47)의 바로 앞에 배열설치되어 있다. 그리고, 순연료유량계(44)의 검출신호에 근거하여, 상기 에멀션형성수단의 동작상태가 제어되도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 엔진에서의 연료소비량의 계측정밀도가 향상되고, 따라서 에멀션형성수단의 동작상태의 제어도 고정 밀도로 행할 수 있도록 되어 있다.

또, 연료순환루프중의 에멀션연료 순환루프 외의 위치로서, 에멀션연료 순환루프로의 합류점(47)의 바로 앞과 순연료용 개폐밸브(41)의 하류위치 근방 사이에, 상기 연료분사존(3)중의 가압순환압력 조정밸브(30)보다 고압으로 설정된 압력조정수단인 부압력조정밸브(40)가 설치되어 있다.

다음에, 에멀션연료를 만들기 위한 주수제어기구의 표준적인 구성예를 도 2에 근거하여 설명한다. 엔진의 소비연료를 계측하는 발신식의 상기 순연료유량계(44)로부터의 신호를 수신한 비율설정기(57)가 미리 내부에 유지되어 있는 가수율설정값에 근거하여, 수량제어기(56)에 목표로 하는 수량의 지시신호를 출력한다. 수량제어기(56)는, 물유량계(54)의 신호를 수신하고, 설정된 수량이 되도록 수량제어밸브(53)의 개방도조정을 행하여, 체크밸브(55)를 경유하여 믹서(45)에 물을 공급하는 것이다.

다음에, 상기 실시형태의 작용을 도 1에 근거하여 설명한다. 연료분사존(3)에 가압순환출관(25)을 경유하여 공급된 순연료는, 비가수시(운전준비중을 포함)에 연료순환루프를 통과하는 다음과 같은 순환을 행한다.

[연료순환루프를 통과하는 비가수시의 운전]

연료분사존(3)의 입구부분에 설치된 부압력조정밸브(40)는, 가압순환앞력 조정밸브(30)보다 좀 높은 압력조정이 이루어지고 있으므로, 통상 이 상태에서는 유통하지 않고, 순연료의 전량이 순연료유량계(44)를 경유하고, 믹서(45), 가압순환유출관(32), 가압순환압력 조정밸브(30)를 경유하고, 가압순환복귀관(33)에 이른 다. 또 동시에 분사펌프(31)에 지관(枝管)을 경유하여 연료공급이 행해진다.

컨트롤러(48)는 이 상태에서는 순연료용 개폐밸브(41)를 개방하고 있으며, 연료는 엔진에서 소비되지 않았던 양이 순연료용 개폐밸브(41)를 경유하고, 연료복귀라인(26)을 경유하고, 맥동완충기(20)로 정류되어 가압순환펌프(21)의 흡입측으로 복귀한다. 이 때, 발신식 순연료유량계(44)의 검출신호는, 이 상태에서 주수제어기구로 이송하면, 가수율이 증대하기 때문에, 주수제어기구에 출력되지 않도록 인터로크가 설치되어 있다.

이 때에는, 에멀션순환용 펌프(43)는 정지하고 있으며, 에멀션연료용 개폐밸브(42)는 폐쇄되고 있는 것이 통상이다. 그러나, 에멀션연료 복귀라인(46)의 온도를 균일화시키기 위하여, 에멀션순환용 펌프(43)를 운전하고, 에멀션연료용 개폐밸브(42)를 개방해놓아도 좋다. 이 경우, 에멀션순환용 펌프(43)의 능력에 따라, 에멀션연료 복귀라인(46)을 통과하여 가압순환복귀관(33) 측으로부터 가압순환유출관 (32)으로 연료를 통과시켜 순환시킬 수 있다.

또한 순연료용 개폐밸브(41)나 에멀션연료용 개폐밸브(42)는, 통상은 전기나 공기등의 힘에 의해 개폐될 수 있는 자동밸브를 사용하는데, 에멀션연료용 개폐밸브(42)에 관해서는, 가압순환유출관(32) 측으로부터 가압순환복귀관(33) 측으로의 흐름을 차단하는 방향으로 부착된 체크밸브로 대용할 수 있다.

다음에 에멀션형성수단에 주수하여 에멀션연료를 형성하고, 이 에멀션연료를 사용한 에멀션연료 순환루프를 통과하는 가수시의 운전을 설명한다.

(에멀션연료 순환루프를 통과하는 가수시의 운전)

가수운전의 조건으로 되면, 컨트롤러(48)는 순연료용 개패밸브(41)를 폐지시키므로, 가압순환유출관(32)의 압력이 상승하고, 부압력조정밸브(40)가 압력조정을 개시한다. 따라서, 발신식의 순연료유량계(44)에는 엔진에서 소비되는 분량의 연료만이 통과하는 것으로 되어, 이 상태에서 도 2에 도시하는 주수제어기구로의 유량신호를 송출하는 것으로 되어, 비례주수를 행하는 조건이 정돈된다. 동시에 에멀션순환용 펌프(43)를 운전하고, 에멀션연료용 개폐밸브(42)를 개방으로 하는 것으로 되어 에멀션연료 순환루프가 형성되어, 에멀션화의 준비가 정돈된다.

비례주수계로부터 공급된 물과 연료는 믹서(45)로 혼합되어서 에멀션연료로 된다. 이 에멀션연료는, 가압순환유출관(32)을 경유하여 가압순환복귀관(33)에 이르는데, 순연료용 개폐밸브(41)는 폐지되어 있으므로, 잉여연료는 전량이 에멀션순환용 펌프(43)에 흡입되고, 에멀션연료용 개폐밸브(42)를 경유하여 에멀션 합류점(47)에 이르는 플로가 성립된다.

또한, 에멀션순환용 펌프(43)는 주로 용적식 펌프가 사용되는데, 이 펌프의 토출능력이 라인에 알맞는 것인 경우에는, 가압순환유출관(32)의 압력은 부압력조정밸브(40)에 의해 결정되므로, 가압순환 복귀관(33)의 압력은 이 압력으로부터 가압순환압력 조정밸브(30)의 릴리프압력을 공제한 압력으로 된다.

이 밖에, 에멀션순환용 펌프(43)에는, 가압순환압력 조정밸브(30)의 릴리프압력보다 작은 토출압력을 가진 원심펌프나 캐스케이드펌프 등을 사용하는 것도 가능하다. 어느 펌프를 사용한 경우라도, 가압순환 유출관(32)의 절대압력은, 부압력조정밸브(40)에 의해 결정되므로, 압력이 과대하게 되는 염려는 없고, 종래의 엔진 규격을 대폭으로 변경할 필요가 없다.

(실시형태 2)

도 3은 본원 발명의 다른 실시형태를 도시하는 구성도이다. 이 실시형태 2에 있어서는, 순연료유량계(44)가, 연료부스터존(1)으로부터 상기 연료순환루프로의 합류점의 바로 앞의 라인(부스터 출구관)(14)에 배열설치되고, 이 순연료유량계 (44)의 검출신호에 근거하여, 상기 에멀션형성수단(믹서(45))의 동작상태가 제어되도록 구성되어 있다. 그 밖의 구성은 도 1에 도시한 실시형태(1)와 동일하므로, 동일부분에 동일부호를 붙여서 설명은 생략한다. 또한 컨트롤러(48)는 도시를 생략하고 있다.

본 실시형태(2)에 의하면, 순연료유량계(44)가 연료부스터존(1)으로부터 연료순환루프로의 합류점의 바로 앞의 라인(14)에 배열설치되어 있으므로, 상기 연료복귀라인(26)중에 설치되어 있는 순연료용 개폐밸브(41)의 개폐에 의한 영향을 받지 않고, 이 순연료유량계(44)의 통과유량을 계측할 수 있다. 따라서, 항상 엔진의 소비량에 알맞는 연료유량의 계측이 가능하게 되며, 안정된 제어가 하기 쉽게 되는 효과를 얻게 된다.

(실시형태 3)

도 4는 또한 본원 발명의 다른 실시형태를 도시하는 구성도이다. 이 실시형태(3)에 있어서는, 상기 연료순환루프중의 에멀션연료 순환루프 외의 위치로서, 상기 에멀션연료 순환루프로의 합류점(47)과 상기 히터(22) 사이에 순연료용 온도센서(60)가 배열설치되어 있다. 또 상기 에멀션형성수단인 믹서(45)에 물을 이송하는 라인중으로서 수온가변부(63)보다 하류위치에 수온센서(61)가 도시와 같이 배열설치되어 있다. 그리고 순연료용 온도센서(60)의 검출연료온도에 상기 수온센서 (61)의 검출수온도가 일치하는 방향으로 상기 수온가변부(63)를 구동제어하도록 구성되어 있다.

실제의 운전에 있어서, 순연료의 점도를 일정한 값으로 유지하기 위하여 순연료의 가열을 행하는데, 이 경우 순연료의 성상에 의해 적당히 온도를 변경할 필요가 있다. 본 실시형태에서는, 에멀션연료를 형성할 때에, 가열된 순연료에, 물을 추가하는 것으로 되므로, 그 가열된 순연료의 온도를 설정값으로 하고, 추가하는 물의 온도를 이 순연료온도(설정값)와 동일하게 함으로써, 연료성상의 변화에 따라서 연료온도가 변화하여도, 자동적으로 목적으로 하는 온도를 유지한 에멀션연료를 형성할 수가 있다.

또, 본 실시형태에서는, 에멀션연료 순환루프중에 에멀션연료 온도센서(62)가 배열설치되어 있다. 이 예에서는 믹서(45)와 가압순환 유출관(32) 사이에 설치되어 있다. 그리고, 상기 순연료용 온도센서(60)의 검출연료온도에 당해 에멀션연료 온도센서(62)의 검출온도가 일치하는 방향으로, 상기 에멀션형성수단에 물을 이송하는 라인중에 설치되어 있는 수온가변부(63)를 구동제어하도록 구성되어 있다. 그 밖의 구성은 도 1에 도시하는 실시형태 1과 동일하므로, 동일부분에 동일부호를 붙여서 설명은 생략한다. 또한 컨트롤러(48)는 도시를 생략한다.

C중유 등의 연료를 사용한 엔진의 경우에는, 히터(22)의 출구부에 통상은 점도센서로 호칭하는 중유점도 측정장치를 설치하고, 이 신호에 의해 히터출구의 온 도조정을 행하는 경우가 많다. 이와 같은 경우에는, 중유의 성상에 의해 온도가 자동적으로 변화하기 때문에, 이 온도를 무시하여 가수온도를 일정하게 하면 문제가 되는 경우가 있다.

순연료용 온도센서(60)로 중유온도를 계측함으로써, 현재의 목표온도가 몇도인가를 알 수 있다. 엔진부하가 큰 경우에는, 본 발명의 에멀션순환계의 발열은 무시할 수 있을 정도이므로, 수온은 이 온도와 동일한 온도설정을 하므로써, 엔진에 적정점도의 에멀션연료를 이송할 수 있다.

그러나, 엔진부하가 가벼운 경우에는, 소비연료가 적게 되기 때문에, 에멀션순환계에 생긴 열에 의해, 라인온도가 상승할 가능성이 있다. 또, 배관의 방열설계에 따라서는 반대로 온도가 저하하고 마는 경우도 상정된다. 이와 같은 경우에는, 에멀션연료 온도센서(62)에 의해 에멀션연료온도를 계측하고, 이 계측값이, 순연료용 온도센서(60)의 계측값과 동일하게 되도록, 상기 에멀션형성수단(믹서(45))으로의 주수온도를 제어함으로써, 경부하시에 있어서도 안정된 온도제어가 실현된다.

또, 에멀션연료는, 순연료와 비교하여, 동일온도에 있어서 점도가 상승하는 경향이 있다. 에멀션연료의 점도변화는, 비뉴톤성을 나타내기 때문에, 전단력이 큰조건에서는 급격히 점도가 저하하고, 순연료의 점도에 가까워지는 경향으로 되므로, 정적인 점도계측의 결과에 알맞는 온도제어는 불필요하다.

그러나, 엔진의 분사계에 따라서는, 에멀션연료의 온도를 (예를 들면 순연료보다도 약간 온도를 좀 높게)설정할 경우도 고려된다. 이 때의 에멀션연료의 온도는, 엔진의 고압관의 압력계측 등에 의해 실험적으로 확인하는 방법이 일반적이다.

이 경우에는, 미리 가수율에 따른 에멀션연료의 온도를 연산기(65)에 설정해놓고, 가수율 지지신호와의 비교를 행하면서, 실제로 설정하는 수온 혹은 에멀션연료온도를 순연료용 온도센서(60)에 대하여 설정값을 상하하여 컨트롤함으로써, 자동적으로 최적인 온도설정이 가능하게 되는 것이다. 연산기(65)는 PID 제어, ON/OFF 제어, 퍼지(fuzzy) 제어 등을 행하는 것이 사용될 수 있다.

통상, 가열은 증기에 의해 행해지는데, 이 경우에는 연산기(65)의 출력을 물가열용 증기제어밸브(64)에 출력하고, 제어대상의 온도의 피드백을 취하면서, 열교환기로 이루어지는 수온가변부(63)에 증기를 공급한다. 또한, 에멀션형성수단의 주수제어기구에 있어서는, 엔진의 부하변동에 따라서, 수량도 크게 변화하므로, 필요에 따라 연산기(65)에 수량신호를 입력하고, 비가열측의 유량변화에 즉응할 수 있는 제어방법으로 하는 것도 가능하다. 또한 소규모장치에 있어서는 전기히터에 의해 가열하거나, 냉각이 필요한 경우에는, 냉각용 냉수등에 의해 열교환하는 설비라도 좋다.

본 발명에 의하면, 상기 연료순환루프와 에멀션연료 순환루프는 상기 컨트롤러에 의해 연통이 전환되어서, 상기 순연료 순환루프와 에멀션연료 순환루프는 별개로 운전가능하게 형성되어 있음과 동시에, 상기 에멀션연료 순환루프의 내부용적은, 상기 연료순환루프의 내부용적보다 작게 형성되어 있기 때문에, 에멀션화되는 연료의 양이 종래의 구조에 비교하여 적게 되고, 연료의 가수율의 변경을 단시간에 행하는 것이 가능하게 되고, 고응답성의 에멀션연료 공급장치를 실현할 수 있다. 게다가, 연료순환루프가, 에멀션연료 순환루프와는 별도로 운전가능한 구성이기 때문에, 특히 중대형엔진의 경우에는, 분사펌프에 열이 체류하지 않도록 가압순환펌프로 강제순환시킬 수 있고, 또, 히터나 필터에 의해 기동전에, 순연료온도의 안정화나 체류공기의 배제를 행할 수 있다.

또, 상기 연료순환루프중에 배열설치되는 필터 및 상기 가압수단 또는 가열수단이, 에멀션연료 순환루프 외에 위치하도록 구성되어 있는 것은, 에멀션연료 순환루프중에, 종래의 필터나 가열수단 등은 존재하지 않기 때문에, 상기 체류현상의 문제는 거의 없어지고, 한층 더, 연료의 가수율의 변경을 단시간에 원활히 행하는 것이 가능하게 된다.

즉, 에멀션연료의 버퍼(가수율을 변경할 때에 소비하는 연료의 양)가 적게 되었기 때문에, 가수개시후의 안정화까지의 시간이나. 물빼기를 위한 정지시간이 대폭으로 단축되었다. 또 히터나 필터에서의 수분분리의 불안이 없어지고, 보수성이 대폭으로 향상되었다.

C중유 운전의 경우에는, 이 방법에서는 연료온도관리가 번잡하게 되는 것이 예상되었는데, 본 방식에 의해, 자동적으로 최적인 에멀션 연료온도가 유지되기 때문에, 버퍼가 적게 되므로써 폐해가 배제되었다.

에멀션연료에 의한 디젤엔진의 NOx 저감은, 종래 사용되고 있던 연료분사계에 대폭 개조를 가하는 일 없이 적용될 수 있는 것이라든지, NOx 저감뿐만 아니라 매연에의 효과가 기대되므로써 유효한 수단인데, 전환시간이 길게 되는 것이라든지, 히터나 필터의 보수성의 문제점이 지적되어서, 실용화의 장해로 되어 있었다. 그것이, 본 발명에 의해 이들의 장해가 배제됨으로써, 지구환경의 개선에 기여할 수 있는 것으로 믿는다.

Claims

순연료공급원과,

이 순연료공급원으로부터 이송되는 연료를 가압하는 가압수단과, 상기 가압된 연료의 일부를 엔진의 실린더에 분사하는 연료분사부와, 이 연료분사부에서 분사되지 않은 잔류연료를 상기 가압수단의 흡입측으로 복귀하는 연료복귀라인을 통과하는 연료순환루프를 구비한 디젤기관으로서,

상기 연료순환루프중의 상기 연료분사부로의 연료유입부의 바로 앞에 설치된 에멀션연료 형성수단과, 상기 연료복귀라인으로부터 분기되고 상기 에멀션연료 형성수단의 흡입측 근방위치를 연통하는 에멀션연료 복귀라인과,

상기 연료분사부를 통과하는 루프로서, 상기 연료순환루프의 내부용적보다 작게 형성된 에멀션연료 순환루프와, 상기 연료순환루프중의 상기 에멀션연료복귀라인의 합류점의 바로 앞과 상기 에멀션복귀라인의 분기점의 하류 사이에 설치된 순연료복귀라인 및 압력조정수단을 통과하는 순연료순환루프와,

상기 연료순환루프와 에멀션연료 순환루프의 연통을 전환하는 컨트롤러를 구비하고,

상기 순연료순환루프와 에멀션연료 순환루프는, 상기 컨트롤러의 전환에 의해, 독립해서 순환가능하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.
제 1 항에 있어서, 상기 연료순환루프중에 배열설치되는 필터 혹은 가열수단은, 상기 에멀션연료 순환루프 외에 위치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.
제 1 항에 있어서, 상기 연료복귀라인의 상기 에멀션복귀라인의 분기점과 순연료복귀라인의 합류점 사이에는 순연료용 개폐밸브가 설치되고, 상기에멀션연료 순환루프의 에멀션연료 복구라인중에는 에멀션순환용 펌프 및 에멀션연료용 개폐밸브가 설치되고, 상기 컨트롤러의 제어신호에 의해, 순연료로 운전을 실시할 때에는 상기 순연료용 개폐밸브는 개방상태로 되고 또한 상기 에멀션형성수단은 비작동상태로 유지되고, 에멀션연료로 운전을 실시할 때에는 상기 순연료용 개폐밸브는 폐쇄상태로 되고, 상기 에멀션순환용 펌프는 작동상태에서 상기 에멀션연료용 개폐밸브는 개방상태로 되고 또한 상기 에멀션형성수단은 작동상태로 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 순연료유량계가, 상기 연료순환루프로부터 상기 에멀션연료 순환루프로 연료를 공급하는 위치에 배열설치되고, 이 순연료 유량계의 검출신호에 근거하여, 상기 에멀션형성수단의 가수량이 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 순연료유량계가, 상기 순연료 공급원으로부터 상기 연료순환루프로의 공급라인에 배열설치되고, 이 순연료유량계의 검출신호에 근거하여, 상기 에멀션형성수단의 가수량이 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 순연료순환루프를 형성하기 위한 상기 순연료복귀라인에 설치된 상기 압력조정수단을, 주압력조정밸브보다 높은 압력으로 설정된 부압력조정밸브를 사용하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 에멀션연료 순환루프 외의 위치로서, 상기 연료순환루프중의 상기 에멀션연료 복귀라인의 합류점과 상기 가열수단 사이에 순연료용 온도센서가 배열설치되고, 상기 에멀션형성수단에 물을 이송하는 라인중으로서 수온가변부보다 하류위치에 수온센서가 배열설치되고, 상기 순연료용 온도센서의 검출연료온도에 상기 수온센서의 검출수온도가 일치되는 방향으로 상기 수온가변부를 구동제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서. 상기 에멀션연료 순환루프외의 위치로서, 상기 연료순환루프중의 상기 에멀션연료 복귀라인의 합류점과 상기 가열수단 사이에 순연료용 온도센서가 배열설치되고, 상기 에멀션연료 순환루프중에 에멀션연료 온도센서가 배열설치되고, 상기 순연료용 온도센서의 검출연료온도에 상기 에멀션연료 온도센서의 검출온도가 일치하는 방향으로, 상기 에멀션형성수단에 물을 이송하는 라인중에 설치되어 있는 수온가변부를 구동제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 에멀션연료 공급장치.