KR100933714B1 - 아이싱 팁 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매니폴드에 결합되어 엔진의 실린더로 연료를 분사하는 아이싱 팁 조립체에 있어서, 인젝터가 결합되는 아답터, 상기 아답터에 결합되며 팁삽입공이 형성되는 슬리브, 상기 팁삽입공에 결합되는 아이싱 팁 및 상기 슬리브와 결합되며 상기 아이싱 팁을 감싸도록 형성되는 연장튜브가 포함되되, 상기 아이싱 팁 및 연장튜브는 길이방향으로 연장형성되어 상기 엔진의 실린더에 직접 연료를 분사하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 아이싱을 방지하며 연료가 분사되는 부위를 연장하여 직접 엔진의 실린더에 분사하여 연료 희박영역에서의 연소 안정성이 크게 향상되는 효과를 제공한다.
LPI, 인젝터, 아이싱 팁, 연장튜브, 연소 안정성, 아이싱 방지

Description

아이싱 팁 조립체{ICING TIP ASSEMBLY}
본 발명은 아이싱 팁 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접 엔진의 실린더에 연료를 분사하여 희박 연소시에 불안정을 해소할 수 있는 아이싱 팁 조립체에 관한 것이다.
일반적으로 LPI(Liquefied Petroleum Injection: LPG 액상 연료분사 장치) 엔진은 봄베의 압력에 의존한 기계식 LPG 연료 방식과는 달리 봄베 내에 연료펌프를 설치하고, 상기 연료펌프에 의해 LPG 연료를 고압(5~15bar) 액상화시켜 액상 연료를 인젝터(Injector)를 이용하여 기통 별로 분사하여 엔진을 구동하는 신기술(Mono-Fuel방식)이다.
이러한 LPI 엔진은 액상의 연료를 분사하므로, 믹서형식의 LPG 엔진의 구성품인 베이퍼 라이저, 믹서 등의 구성 부품은 필요 없게 되었으며, 새롭게 적용되는 구성품은 고압 인젝터, 봄베에 설치되는 연료펌프, 연료공급라인, LPI 전용 ECU 및 연료압력을 조절해주는 레귤레이터 유닛 등이 있다.
이러한 LPI 엔진의 작동원리에 대하여 설명한다.
전자제어장치(ECU)는 각종 센서의 입력 신호를 받아들여 엔진의 상태를 판단하고, 최적의 공연비 및 엔진 성능향상을 위해 연료펌프, 인젝터 및 점화코일을 제어한다.
그리고, 엔진에서 요구하는 연료량에 따라 연료펌프를 제어하여 액상 연료를 엔진에 공급하고, 인젝터는 실린더별로 순차적으로 연료를 분사해서 최적의 공연비를 구현한다.
아울러, 상기 인젝터에서 분사되는 연료는 흡입 공기 중의 열을 흡수하여 액상에서 기상으로 상변화를 일으키며, 이때 분사되는 부위는 빙점으로 온도가 내려가 흡입공기의 수분이 얼어붙는 아이싱 현상이 발생하며 이를 방지하기 위해 인젝터에는 아이싱 팁 조립체가 설치된다.
이하, 종래의 아이싱 팁 조립체에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래기술에 따른 아이싱 팁 조립체가 적용된 내연기관의 매니폴드를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1의 아이싱 팁 조립체를 확대 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 연료를 엔진으로 안내하는 매니폴드(10)와, 상기 매니폴드(10)의 단부에 마련되는 유입밸브(20)와, 상기 매니폴드(10)에 결합되며 상단으로 인젝터(30)가 결합된 아이싱 팁 조립체(40)로 구성되며, 상기 아이싱 팁 조립체(40)는 상기 매니폴드(10)에 형성된 고정부(11)에 장착된다.
상기 아이싱 팁 조립체(40)는 중공형의 아답터(41)와, 상기 아답터(41)의 하 단에 삽입되는 중공형의 슬리브(42) 및 상기 슬리브(42)에 삽입되는 아이싱 팁(43)으로 구성된다.
여기서, 상기 아이싱 팁(43)의 내부를 통해 LPG 등의 액체 연료가 흐르며, 상기 아이싱 팁(43)은 열전도율이 낮으며 단열 특성을 갖는 재질로 형성되어 상기 아이싱 팁(43)의 내부로 흐르는 연료가 분사되기 전까지 액상으로 유지한다.
또한, 상기 아이싱 팁(43)을 감싸는 상기 슬리브(42)는 열전도성 높은 재료로 이루어지며, 상기 아이싱 팁(43)과 슬리브(42) 사이에는 공간이 마련되어 연료가 유출되기 전까지는 확실히 액상으로 유지된다.
한편, 상기 아이싱 팁(43)의 노즐(44)을 통해 액상의 연료가 분사되면 액상의 연료는 기상으로 변화되며, 이때 주위로부터 기화되기 위한 열을 흡수하여 상기 노즐(44)은 영하로 냉각된다. 이때 흡입되는 공기의 수분이 상기 노즐(44)에 흡착되어 발생하는 아이싱은 열전도성이 우수한 슬리브(42)가 매니폴드(10)의 열을 흡수하여 상기 노즐(44)로 유입되는 공기 중의 수분이 응결되지 않을 정도의 온도를 유지한다.
그러나, 종래기술에 따른 아이싱 팁 조립체(40)는 인젝터(30)를 통과한 연료를 매니폴드(10)에 분사하여 흡입공기의 흐름에 의해 엔진실린더로 유입되었고, 이로 인해 LPI 상용차의 연료 희박영역에서 연소 안정성이 불확실한 문제점이 있게 된다.
또한, 연료의 분사각은 엔진연소의 효율에 영향을 미치는 중요한 사항이나, 종래기술에 따른 아이싱 팁 조립체(40)는 분사각을 조절하기 위해 매니폴드(10)의 고정부(11)와 상기 아이싱 팁 조립체(40)의 결합구조를 변경하거나, 상기 아이싱 팁 조립체(40)의 자체 분사각을 조절하여야 한다.
즉, 분사각의 조절이 쉽지 않아 각기 다른 LPI 엔진마다 최적의 분사각을 조절하기 위해 고정부(11)의 설계를 변경하거나, 상기 아이싱 팁 조립체(40)의 자체 분사각을 조정하여 사용되므로 범용성이 떨어지는 문제점이 있게 된다.
본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 아이싱을 방지하며 연료가 분사되는 부위를 연장하여 직접 엔진의 실린더에 분사하여 연료 희박영역에서의 연소 안정성이 크게 향상되는 아이싱 팁 조립체를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 연료의 최적 분사각이 각기 다른 LPI 엔진에 모두 적용이 가능하여 범용성이 향상되는 아이싱 팁 조립체를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아이싱 팁 조립체는, 매니폴드에 결합되어 엔진의 실린더로 연료를 분사하는 아이싱 팁 조립체에 있어서, 인젝터가 결합되는 아답터, 상기 아답터에 결합되며 팁삽입공이 형성되는 슬리브, 상기 팁삽입공에 결합되는 아이싱 팁 및 상기 슬리브와 결합되며 상기 아이싱 팁을 감싸도록 형성되는 연장튜브가 포함되되, 상기 아이싱 팁 및 연장튜브는 길이방향으로 연장형성되어 상기 엔진의 실린더에 직접 연료를 분사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬리브의 하단으로 삽입홈이 형성되며, 상기 연장튜브는 상기 삽입홈에 결합된다.
아울러, 상기 연장튜브에는 상기 아이싱 팁이 삽입되는 관통공이 형성되며, 상기 관통공과 상기 아이싱 팁은 서로 접촉 없이 간격을 유지한다.
더불어, 상기 연장튜브는 연성을 가지는 황동으로 구성된다.
그리고, 상기 아이싱 팁은 상기 연장튜브의 길이보다 연장형성되며, 상기 아이싱 팁과 상기 연장튜브의 끝단을 감싸도록 튜브 팁이 더 구비되며, 상기 튜브 팁은 상기 아이싱 팁과 밀착된다.
한편, 상기 아이싱 팁은 테프론 수지로 형성된다.
본 발명에 따른 아이싱 팁 조립체에 따르면, 아이싱을 방지하며 연료가 분사되는 부위를 연장하여 직접 엔진의 실린더에 분사하여 연료 희박영역에서의 연소 안정성이 크게 향상되는 효과를 제공한다.
또한, 연료의 최적 분사각이 각기 다른 LPI 엔진에 모두 적용이 가능하여 범용성이 향상되는 효과를 제공한다.
즉, 범용성이 확보된 상기 아이싱 팁 조립체를 각기 다른 LPI 엔진에 적용이 가능하므로 생산성 및 분사각 조정을 위한 설계에 따른 추가 비용부담을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 일반적인 LPI 시스템을 설명하면 다음과 같다.
도 3은 인반적인 LPI 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 LPI 시스템은, 가스 연료를 저장하는 연료탱크(100)와, 상기 연료탱크(100) 내에 설치되며 상기 연료탱크(100) 내에 저장된 액상의 가스 연료를 펌핑하는 연료펌프(110)와, 상기 연료펌프(110)로부터 펌핑된 연료의 공급을 규제하는 멀티밸브(120)와, 상기 멀티밸브(120)를 통해 공급된 연료를 엔진(130) 내부에 분사하는 인젝터(180)를 포함한다.
그리고, 상기 연료펌프(110)는 I/B BOX(140)와 연결되고, 상기 I/B BOX(140)는 ECU와 연결된다. 즉, 상기 ECU에서 I/B BOX(140)로 신호를 주고, 상기 I/B BOX(140)는 이 신호를 받아 연료펌프(110)를 작동시키게 된다.
또한, 상기 멀티밸브(120)와 인젝터(180)를 연결하는 연료공급라인(150)과 연료회수라인(160) 상에는 압력조정기 유닛(170)이 구비되고, 상기 압력조정기 유닛(170)은 연료 압력센서, 연료 온도센서, 압력조정기 및 전자 차단밸브로 이루어진다.
아울러, 상기 인젝터(180)에는 분사된 연료가 기화되면서 공기 중의 수분이 얼어붙는 아이싱 현상을 방지하기 위한 아이싱 팁 조립체(200)가 결합된다.
이하, LPI 시스템의 인젝터에 적용되는 본 발명의 아이싱 팁 조립체를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명에 따른 아이싱 팁 조립체가 적용된 내연기관의 매니폴드를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 아이싱 팁 조립체를 확대 도시한 단 면도이다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아이싱 팁 조립체(200)는 엔진으로 흡입공기 및 연료를 압송하는 매니폴드(190)의 부착부(191)에 상기 인젝터(180)와 결합되어 부착된다.
더욱 상세하게는, 중공형으로 형성되어 상단으로 상기 인젝터(180)가 결합되는 아답터(210)와, 상기 아답터(210)의 하단으로 결합되며 팁삽입공(221)이 형성되는 슬리브(220)와, 상기 슬리브(220)의 팁삽입공(221)에 결합되는 아이싱 팁(230) 및 상기 슬리브(220)와 결합되며 상기 아이싱 팁(230)을 감싸도록 형성되는 연장튜브(240) 구성된다.
또한, 상기 아이싱 팁(230) 및 연장튜브(240)는 길이방향으로 연장형성되어 상기 엔진의 실린더에 직접 연료를 분사하도록 구성되며 상세한 설명은 후술한다.
아울러, 상기 슬리브(220)의 하단으로 삽입홈(222)이 형성되며, 상기 연장튜브(240)는 상기 삽입홈(222)에 결합된다. 즉, 상기 삽입홈(222)과 상기 연장튜브(240)는 나사결합에 의해 고정되거나, 용접에 의해 고정될 수 있다.
더불어, 상기 아이싱 팁(230)의 상단은 상기 인젝터(180)의 하단과 밀착 또는 삽입되어 공극이 발생하지 않아 기밀이 유지된다. 이에 따라, 연료의 흐름이 방해되지 않으며, 타르 등의 이물질이 발생하지 않아 막힘으로 인한 연료공급불량이 개선된다.
한편, 상기 아이싱 팁(230)은 열전도율이 낮으며 단열 특성을 가지는 테프론 수지로 형성되며, 상기 연장튜브(240)에는 상기 아이싱 팁(230)이 삽입되는 관통 공(241)이 형성된다.
이와 같이, 아이싱 팁(230)을 열전도율이 낮은 테프론 수지로 형성하는 이유는, 상기 아이싱 팁(230)을 통과하는 액상의 연료가 상기 매니폴드(190)의 부착부(191), 슬리브(220)의 팁삽입공(221) 및 연장튜브(240)의 관통공(241)을 통해 열을 흡수하면 액상의 연료는 상 변화가 일어나 기화되어 기상의 연료로 변경되어 연료의 흐름이 저하되기 때문에 이를 방지하기 위해 상기 아이싱 팁(230)을 테프론 수지로 형성하는 것이다.
그러나, 테프론 수지로 형성된 아이싱 팁(230)도 상기 팁삽입공(221) 및 관통공(241)과 밀착되면 열을 흡수할 수 있으므로 이를 방지하기 위해 상기 아이싱 팁(230)과 팁삽입공(221) 및 관통공(241)은 접촉되지 않도록 일정 간격을 유지하여 상기 팁삽입공(221) 및 관통공(241)을 통한 열을 상기 아이싱 팁(230)은 전혀 흡수할 수 없다. 따라서, 액상 연료의 기화를 방지하며, 연료는 아이싱 팁(230)의 노즐(231)로 유출되기 전까지는 액상으로 유지된다.
아울러, 상기 슬리브(220) 및 연장튜브(240)는 열전도율이 우수한 재질로 형성되며, 상기 슬리브(220) 및 연장튜브(240)는 황동으로 형성된다.
게다가, 상기 연장튜브(240)는 연성을 가지도록 형성되어 도 4의 도시와 같이 상기 아이싱 팁(230)의 노즐(231)이 엔진의 실린더 방향으로 분사방향을 조정하여 차량의 희박 연소시의 연소 안정성을 높여주게 된다.
이와 같이 연료의 분사방향이 조절되므로 연료의 최적 분사각이 각기 다른 LPI 엔진에 모두 적용이 가능하여 범용성이 향상되며, 범용성이 확보된 상기 아이 싱 팁 조립체(200)를 각기 다른 LPI 엔진에 적용이 가능하므로 생산성 및 분사각 조정을 위한 설계에 따른 추가 비용부담을 줄여준다.
또한, 상기 아이싱 팁(230)은 상기 연장튜브(240)의 길이보다 연장형성되어 단부가 돌출되며, 상기 아이싱 팁(230)의 돌출된 단부와 상기 연장튜브(240)의 끝단을 감싸도록 튜브 팁(250)이 더 구비되며, 상기 튜브 팁(250) 또한 상기 연장튜브(240)와 나사결합에 의해 고정되거나, 용접에 의해 고정될 수 있다.
아울러, 상기 아이싱 팁(230)의 돌출된 단부에 형성된 노즐(231)은 상기 튜브 팁(250)과 밀착되어 상기 노즐(231)을 통해 분사된 연료가 기화되어 발생할 수 있는 아이싱을 상기 튜브 팁(250)의 열전도에 의해 방지한다.
이와 같은 아이싱을 방지하는 열원은 보통 엔진에서 발생된 열이 매니폴드(190)로 전달되고, 상기 매니폴드(190)로 전달된 열은 순차적으로 아답터(210), 슬리브(220), 연장튜브(240) 및 튜브 팁(250)으로 전달되어 상기 노즐(231)의 아이싱을 방지한다.
또한, 상기 튜브 팁(250)은 엔진의 실린더와 근접하므로 엔진에서 발생되는 열이 직접 상기 튜브 팁(250)에 전달되어 상기 노즐(231)의 아이싱을 방지한다. 즉, 상기 튜브 팁(250)은 열전도율이 높은 황동으로 구성함이 바람직하다.
한편, 상기 인젝터(180)와 아답터(210)의 결합부위 및 상기 아답터(210)와 슬리브(220)의 결합부위에는 오링(O-ring ; 260)이 각각 삽입되어 연료의 누출 방지 및 기밀을 유지한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되는 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 아이싱 팁 조립체가 적용된 내연기관의 매니폴드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 아이싱 팁 조립체를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 인반적인 LPI 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 아이싱 팁 조립체가 적용된 내연기관의 매니폴드를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 아이싱 팁 조립체를 확대 도시한 단면도이다.
*도면중 주요부분에 관한 부호의 설명*
100 - 연료탱크 110 - 연료펌프
120 - 멀티밸브 130 - 엔진
140 - I/B BOX 150 - 연료공급라인
160 - 연료회수라인 170 - 압력조정기 유닛
180 - 인젝터 190 - 매니폴드
191 - 부착부 200 - 아이싱 팁 조립체
210 - 아답터 220 - 슬리브
221 - 팁삽입공 222 - 삽입홈
230 - 아이싱 팁 231 - 노즐
240 - 연장튜브 241 - 관통공
250 - 튜브 팁

Claims (7)

  1. 매니폴드에 결합되어 엔진의 실린더로 연료를 분사하는 아이싱 팁 조립체에 있어서,
    인젝터가 결합되는 아답터;
    상기 아답터에 결합되며 팁삽입공이 형성되는 슬리브;
    상기 팁삽입공에 결합되는 아이싱 팁; 및
    상기 슬리브와 결합되며 상기 아이싱 팁을 감싸도록 형성되는 연장튜브;
    가 포함되되, 상기 아이싱 팁 및 연장튜브는 길이방향으로 연장형성되어 상기 엔진의 실린더에 직접 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 아이싱 팁 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 슬리브의 하단으로 삽입홈이 형성되며, 상기 연장튜브는 상기 삽입홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 아이싱 팁 조립체.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 연장튜브에는 상기 아이싱 팁이 삽입되는 관통공이 형성되며, 상기 관통공과 상기 아이싱 팁은 서로 접촉 없이 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 아이싱 팁 조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 연장튜브는 연성을 가지는 황동으로 구성됨을 특징으로 하는 아이싱 팁 조립체.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아이싱 팁은 상기 연장튜브의 길이보다 연장형성되며, 상기 아이싱 팁과 상기 연장튜브의 끝단을 감싸도록 튜브 팁이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 아이싱 팁 조립체.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 튜브 팁은 상기 아이싱 팁과 밀착되는 것을 특징으로 하는 아이싱 팁 조립체.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 아이싱 팁은 테프론 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 아이싱 팁 조립체.
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