KR100681536B1

KR100681536B1 - Ｌｐｇ 엔진용 연료장치

Info

Publication number: KR100681536B1
Application number: KR1020040025391A
Authority: KR
Inventors: 김진성
Original assignee: (주)엔지브이아이
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2007-02-12
Also published as: KR20050100192A

Abstract

본 발명은, LPG 엔진용 연료장치에 관한 것으로서, 연소실로 공기를 공급하는 흡기다기관: 상기 연소실로 유입되는 공기량을 제어하는 스로틀바디; 및 상기 스로틀바디를 지지하되 상기 스로틀바디를 상기 흡기다기관에 연결지지시키는 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 별도의 어댑터를 이용하여 흡기다기관에 스로틀바디를 연결함으로써 부품간의 연결강도가 높아져 내구성이 향상되고 추후 야기될 수 있는 연료계통의 문제발생을 저지할 수 있게 되는 것이다.

LPG, 엔진, 지게차, 연료장치, 믹서, 스로틀바디, 어댑터

Description

ＬＰＧ 엔진용 연료장치{Fuel apparatus for ＬＰＧ engine}

도 1은 LPG 엔진용 연료장치의 부분 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 LPG 엔진용 연료장치의 부분 사시도,

도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 결합상태의 사시도 및 단면도,

도 4a 및 도 4b는 각각 도 1에 도시된 LPG 엔진용 연료장치에 개시된 어댑터의 사시도 및 평면도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 믹서 20 : 커넥터

21 : 몸체부 22 : 상부체결부

23 : 하부체결부 30 : 스로틀바디

31 : 원통몸체부 32 : 보스부

38 : 하부볼트 40 : 어댑터

41 : 연통공 42 : 볼트체결부

43 : 앵커삽입공 52 : 상부개스킷

54 : 하부개스킷 50 : 흡기다기관

본 발명은, LPG 엔진용 연료장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 별도의 어댑터를 이용하여 흡기다기관에 스로틀바디를 연결함으로써 부품간의 연결강도가 높아져 내구성이 향상되고 추후 야기될 수 있는 연료계통의 문제발생을 저지할 수 있도록 한 LPG 엔진용 연료장치에 관한 것이다.

소위, 엔진(Engine)이라고 하는 것은 연료를 이용하여 동력을 생성하는 것으로써, 여러 기준에 따라 그 분류는 다양하다. 예를 들어, 사용 연료에 따라 휘발유나 LPG를 주원료로 하는 가솔린 엔진과 경유를 주원료로 하는 디젤 엔진으로 나뉜다.

이 외에도, 피스톤 운동 방식에 따라 왕복 엔진 및 회전 엔진으로 나뉘기도 하며, 사이클에 따라 2행정기관 및 4행정기관으로 분류하기도 한다.

그리고 흡배기 밸브의 수에 따라 OHC(Over Head Camshaft), DOHC(Double OHC)로 분류하기도 하며, 연료분사 방식에 따라 카브레타식 혹은 전자식으로도 나뉜다. 참고로, 근자에는 카브레타식은 거의 사용하지 않고 공기의 유량에 의한 연료의 계량, 연료의 분사기기를 컴퓨터에 의한 전자 제어로 행하는 방식인 전자식이 주로 사용된다. 물론, 엔진은 실린더의 수와 배열 형식에 따라 분류하기도 한다.

한편, 근자에 들어서는 휘발유의 가격이 높아짐에 따라 연료원으로써 경유나 LPG를 사용하는 엔진이 점차 증가하고 있다. 이는 자동차의 경우만 보더라도 쉽게 알 수 있는데, 이 같은 추세는 소위 지게차라 하는 것에도 적용되고 있다.

LPG(Liquefied Petroleum Gas/액화석유가스)는 원유를 정제하는 도중에서 나 오는 부산물의 하나로 프로판(Propane)과 부탄(Butane)을 주성분으로 하며 혼합비율과 온도에 따라 가스압이 변화하므로 가스압이 떨어지면 연료의 공급이 잘 이루어지지 않기 때문에 계절에 따라 혼합비율을 조정하고 있다.

LPG의 발열량은 약 12,000kcal/kg으로 가솔린에 비해 600~800kcal/kg정도 높고 연료소비량도 적으며 연료가격도 싸기 때문에 경제적이다. 자세히 후술하겠지만, LPG 차량용 엔진의 연료장치를 보면, 혼합기 유량을 조정하는 믹서(Mixer, 특히 LPG 전용 차량의 경우), 스로틀바디(Throttle Body), 그리고 스로틀바디를 지지하는 어댑터(Adaptor)와 흡기다기관(Intake Manifold) 등이 필요하다.

그런데, LPG를 사용하는 엔진이 장착된 지게차의 연료장치를 보면, 스로틀바디가 흡기다기관에 직접 연결되어 있거나 혹은 단순 커넥터 등에 의지하여 연결되어 있기 때문에 부품간의 연결강도가 약해 내구성이 저하됨으로써 추후 연료계통에 문제점을 야기하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 별도의 어댑터를 이용하여 흡기다기관에 스로틀바디를 연결함으로써 부품간의 연결강도가 높아져 내구성이 향상되고 추후 야기될 수 있는 연료계통의 문제발생을 저지할 수 있도록 한 LPG 엔진용 연료장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연소실로 공기를 공급하는 흡기다기관: 상기 연소실로 유입되는 공기량을 제어하는 스로틀바디; 및 상기 스로틀 바디를 지지하되 상기 스로틀바디를 상기 흡기다기관에 연결지지시키는 어댑터를 포함하는 LPG 엔진용 연료장치를 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 어댑터의 중앙영역에는 상기 스로틀바디의 원통몸체부와 연통하는 연통공이 형성되어 있고; 상기 연통공의 반경방향 외측에는 스로틀바디 연결용 커넥터의 하부볼트가 체결되는 볼트체결부; 및 상기 볼트체결부에 비해 상대적으로 직경이 크게 형성되어 상기 어댑터를 상기 흡기다기관의 상부에 위치한 하부개스킷에 앵커고정시키는 앵커삽입공이 형성되어 있다.

이 때, 상기 어댑터는 선택적으로 냉각수 흐름유로를 가질 수도 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 LPG 엔진용 연료장치의 부분 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 LPG 엔진용 연료장치의 부분 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 결합상태의 사시도 및 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 도 1에 도시된 LPG 엔진용 연료장치에 개시된 어댑터의 사시도 및 평면도이다.

LPG를 연료원으로 하여 동작하는 지게차 등의 엔진에 채용되는 연료장치 중에서 일부를 보면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상부로부터 믹서(10,Mixer), 커넥터(20,Connector), 스로틀바디(30,Throttle Body), 어댑터(40,Adaptor) 및 흡기다기관(50,Intake Manifold)으로 이루어져 있는 것을 알 수 있다.

믹서(10)는, 특히 본 발명의 사상이 적용된 LPG 전용 지게차의 경우, 연료장 치에 반드시 갖춰지는 구성으로써, 혼합기 유량을 조정하는 역할을 한다. 즉, LPG를 이용하는 지게차 엔진의 경우, 증기압을 이용하여 연료를 공급하기 때문에 일반 엔진과 같이 연료펌프는 필요치 않으나 연료의 강압, 기화, 압력 조절의 기능을 갖는 기화기(Vaporizer, 미도시)와 혼합기 유량을 조정하는 믹서(10)는 필요한 것이다.

본 발명과 같이 전자제어 엔진이 장착된 차량은 공회전 상태에서 엔진 시동 꺼짐 현상을 방지하고 발전기 충전성능을 확보하기 위해 공회전 속도를 항상 일정하게 제어해 주어야 한다. 공회전 속도를 일정하게 유지하기 위해서는 연소실로 유입되는 공기량을 적절하게 제어해야 하는데 이 역할을 담당하는 것이 믹서(10)의 하부에 위치한 스로틀바디(30)이다.

도시하고 있지는 않지만 스로틀바디(30)에는 스로틀밸브라 불리는 개폐장치가 있고 스로틀밸브는 별도의 케이블로 운전석 하단의 가속페달로 연결된다. 이에, 운전자가 가속을 하면 가속페달의 동작에 의해 스로틀밸브가 열려 엔진 연소실 내에 유입되는 공기량과 연료량을 증가시켜 엔진 속도를 상승시키게 된다.

그러나 운전자가 가속페달을 밟지 않은 공회전 상태에서는 스로틀밸브는 닫힌다. 이 때는 엔진의 공회전 유지를 위해 어떠한 방식으로든 연소실로 공기가 유입되어야만 한다. 이를 위해, 스로틀바디(30)에는 스로틀밸브의 개폐와 관계없이 공기가 우회해서 연소실로 유입될 수 있는 통로가 마련되고 이 통로의 열림량을 엔진 컴퓨터가 전자적으로 제어함으로써 공회전 속도를 일정하게 유지할 수 있는 것이다. 비록 엔진의 공회전 상태라 하더라도 스로틀밸브는 완전히 닫힌 것이 아니 라 육안으로는 보이지 않을 정도로 미세하게 열려있어 일정량의 공기가 연소실 내로 유입되고 있으며 공회전 속도를 유지하는데 필요한 나머지 공기는 우회통로를 통해 추가로 공급된다.

이처럼 스로틀바디(30)는 믹서(10)와 함께 연결되어 연소실로 유입되는 공기량을 제어하게 되는 바, 별도의 커넥터(20)에 의해 믹서(10)와 스로틀바디(30)는 상호 연결된다. 커넥터(20)는 믹서(10)로부터의 혼합기를 스로틀바디(30)로 제공하는 혼합기유로(21a)를 갖는 몸체부(21)와, 몸체부(21)의 상부에 원주방향을 따라 복수개로 형성된 상부체결부(22)와, 몸체부(21)의 하부에 원주방향을 따라 복수개로 형성된 하부체결부(23)로 이루어져 있다. 물론, 내구성 확보를 위해 몸체부(21), 상부체결부(22) 및 하부체결부(23)는 단일재료에 의해 일체로 성형된다.

몸체부(21)는 그 상부가 믹서(10)의 중심 유로에 맞닿고, 하부 내측의 혼합기유로(21a)가 스로틀바디(30)의 원통몸체부(31) 외측에 끼워지도록 배치된다. 이 때, 커넥터(20)와 스로틀바디(30)간의 기밀유지를 위해 스로틀바디(30)의 원통몸체부(31)에는 오링(35,O-Ring)이나 오링스페이서(36)와 같은 별도의 밀봉부재가 개재된다. 상부체결부(22)는 일측이 개방된 파형상으로 이루어져 있고, 하부체결부(23)는 U 형상으로 이루어져 있다.

그리고 상부체결부(22)에 끼워져 믹서(10)와 결합되는 상부볼트(37)는 하부볼트(38)에 비해 상대적으로 길이가 작은 것이 채용된다. 즉, 상부볼트(37)는 커넥터(20)와 믹서(10)간을 결합시키는 용도로만 활용되기 때문에 그 길이가 작은데 반해, 하부볼트(38)는 스로틀바디(30)의 원주면에 형성된 보스부(32)를 관통하여 스로틀바디(30)의 하부에 위치한 별도의 어댑터(40)에 체결되기 때문에 상대적으로 긴 것이 사용된다.

흡기다기관(50)은 다(多) 실린더 내연기관의 흡기관을 몇 개씩 또는 전부를 한데 모은 것으로써, 도시 않은 실린더로 공기를 공급하는 역할을 한다. 흡기다기관(50)은 그 타측에 장착되는 배기다기관(Exhaust Manifold)과는 대별되는 구성이다.

최근 기관의 부하와 회전속도에 따라 최적의 연료/공기 혼합기량을 제어하고, 각 실린더간에 균일한 혼합기를 조성할 수 있도록 하는 ECU(Electronic Control Unit) 제어방식 연료 분사장치 즉, 통상적으로 말하는 전자제어방식 연료 분사장치가 보편화 되고 있다.

이와 같은 전자제어 분사방식에서는 연료나 공기의 분배 및 공급이 상당히 중요한 요인으로 작용하기 때문에, 흡기다기관(50)의 필요성이 대두된다. 결국, 흡기다기관(50)은 에어클리너를 경유한 신기를 연소실로 유도하는 관으로서, 각각의 실린더에 균일한 질과 양의 신기를 분배하는 다수의 관으로 형성되어 있는 것이다. 이러한 흡기다기관(50)은 통상 주철, 알루미늄 또는 강관으로 제조되며 그 내부의 통로를 통하여 신기를 연소실에 공급하도록 되어 있다.

한편, 종래기술에서는 스로틀바디(미도시)가 흡기다기관(미도시)에 직접 연결되어 있거나 혹은 단순 커넥터(미도시) 등에 의지하여 연결되어 있기 때문에 부품간의 연결강도가 약해 내구성이 저하됨으로써 추후 연료계통에 문제점을 야기하 게 되었다.

이에, 본 발명에서는 흡기다기관(50)에 스로틀바디(30)를 연결하기 위해 본 발명에서는 별도의 어댑터(40)를 더 채용하고 있는 것이다.

도 3a, 3b 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 어댑터(40)는 스로틀바디(30)의 하부에 위치하여 스로틀바디(30)를 지지하는 한편 스로틀바디(30)를 흡기다기관(50)에 연결지지하기 위한 부분으로 활용된다.

이러한 어댑터(40)는 사각블럭 형상으로 이루어지는데, 어댑터(40)를 사이에 두고 어댑터(40)와 스로틀밸브 사이에는 상부개스킷(52)이 개재되고 어댑터(40)와 흡기다기관(50) 사이에는 하부개스킷(54)이 장착된다.

어댑터(40)의 중앙영역에는 스로틀바디(30)의 원통몸체부(31)의 내부와 연통하는 연통공(41)이 형성되어 있다. 그리고 연통공(41)의 반경방향 외측에는 앞서 기술한 스로틀바디(30) 연결용 커넥터(20)의 하부볼트(38)가 체결되는 4개의 볼트체결부(42)가 마련되어 있고, 그 주변에는 볼트체결부(42)에 비해 상대적으로 직경이 크게 형성되어 어댑터(40)를 흡기다기관(50)의 상부에 위치한 하부개스킷(54)에 앵커고정시키는 2개의 앵커삽입공(43)이 형성되어 있다.

이러한 구성에 의해, 우선 앵커(45) 2개를 앵커삽입공(43)에 삽입하여 어댑터(40)를 흡기다기관(50)의 상부에 위치 고정한 다음, 믹서(10)와, 커넥터(20)와,스로틀바디(30)를 배치한다.

그리고 상부볼트(37)를 4개의 상부체결부(22)를 통하여 믹서(10)와 커넥터(20)를 체결한다. 하부볼트(38)를 역시 4개의 하부체결부(23)에 끼워 넣은 후, 스로틀바디(30)의 보스부(32)를 관통하도록 한 상태에서 상부캐스킷을 통해 어댑터(40)의 볼트체결부(42)에 체결함으로써 본 연료장치의 조립은 일단락된다.

본 발명에서와 같이, 별도의 어댑터(40)를 이용하여 흡기다기관(50)에 스로틀바디(30)를 연결하게 되면, 부품간의 연결강도가 높아져 내구성이 향상되고 추후 야기될 수 있는 연료계통의 문제발생을 저지할 수 있는 효과가 있다.

이상 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하였지만 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

전술한 실시예에서는 그 설명을 생략하였지만, 도 4b와 같이 어댑터(40)는 냉각수 흐름유로(46)를 가질 수도 있다. 이러한 냉각수 흐름유로(46)는 지게차의 용적에 따라 선택적으로 채용될 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 별도의 어댑터를 이용하여 흡기다기관에 스로틀바디를 연결함으로써 부품간의 연결강도가 높아져 내구성이 향상되고 추후 야기될 수 있는 연료계통의 문제발생을 저지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

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연소실로 공기를 공급하는 흡기다기관(50)과, 연소실로 유입되는 공기량을 제어하기 위하여 스로틀바디 연결용 커넥터(20)의 하부볼트(38)가 체결되는 보스부(32)를 형성하는 스로틀바디(30)를 포함하는 LPG 엔진용 연료장치에 있어서,

상기 스로틀바디(30)를 지지하기 위하여 상기 흡기다기관(50)에 연결지지되며, 중앙에 상기 스로틀바디(30)의 원통몸체부와 연통하는 연통공(41)이 형성되고, 이 연통공(41)의 반경방향 외측에는 커넥터(20)의 하부볼트(38)가 체결되는 4개의 볼트체결부(42)가 마련되어 있으며, 상기 흡기다기관(50)의 상부에 위치한 하부개스킷(54)에 앵커고정되는 앵커삽입공(43)을 형성하며, 그 내부를 따라 냉각수 흐름유로(46)를 형성하여 과열시 냉각되는 어댑터(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LPG 엔진용 연료장치.