KR101570111B1 - Ｇｄｉ용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치 - Google Patents

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KR101570111B1 KR1020140071141A KR20140071141A KR101570111B1 KR 101570111 B1 KR101570111 B1 KR 101570111B1 KR 1020140071141 A KR1020140071141 A KR 1020140071141A KR 20140071141 A KR20140071141 A KR 20140071141A KR 101570111 B1 KR101570111 B1 KR 101570111B1
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오승묵
강건용
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치에 관한 것으로, 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 GDI 엔진에서 둘 중 하나의 연료를 선택적으로 분사하는 바이퓨얼 시스템 또는 종류가 다른 연료를 함께 분사하는 듀얼퓨얼 시스템에서 각각의 인젝터들을 어댑터를 이용해 하나의 일체형으로 형성하여 엔진에 설치가 용이하도록 한 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치에 관한 것이다.

Description

ＧＤＩ용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치 {Bi-fuel or duel fuel injection apparatus for GDI}
본 발명은 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치에 관한 것으로, 엔진의 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 GDI 엔진에서 둘 중 하나의 연료를 선택적으로 분사하거나 또는 두 가지 연료를 함께 분사하여 혼소 되도록 할 수 있는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치에 관한 것이다.
최근 SI(spark ignition) 기관에서 연소실 내로 연료를 직접 분사하는 가솔린 직분사 방식인 GDI(Gasoline Direct Injection) 엔진에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 GDI 방식은 통상적인 가솔린 엔진보다 높은 압축비를 구현할 수 있고 출력을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
이러한 GDI 엔진은 연소실 내에 연료를 직접 분사해야 하므로 도 1과 같이 가솔린 인젝터(6)가 엔진(1)의 연소실측에 설치되어 가솔린 연료를 연소실 내부로 분사할 수 있도록 구성된다. 그런데 GDI용 엔진에서 둘 중 하나의 연료를 선택적으로 분사하는 바이퓨얼(bi-fuel) 시스템 또는 종류가 다른 두 가지 연료를 함께 분사하는 듀얼퓨얼(duel fuel, 혼소) 시스템에서는 엔진의 연소실측에 설치되는 가솔린 인젝터(6) 외에 LPG와 같은 다른 연료를 분사하는 이중 연료 인젝터(12)가 흡기매니폴드에 설치된다.
이로 인해 두 가지의 인젝터를 설치하기 위한 구조가 엔진의 연소실측과 흡기매니폴드에 각각 형성되어야 하므로 인젝터들의 설치가 용이하지 않으며, 또한 연소실 내로 직접 두 가지의 연료를 동시에 분사할 수 없는 단점이 있다. 그리고 연소실측에 두 개의 장착부를 형성하여 두 가지의 인젝터를 각각 설치할 수 있으나 이 역시 설치 공간상의 제약이 있으며 설치가 용이하지 못한 단점이 있다.
KR 10-1200944 B1 (2012.11.07.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 시스템에서 종류가 다른 연료를 분사하는 각각의 인젝터들을 하나의 일체형으로 형성하여 엔진에 설치가 용이하도록 한 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치는, 엔진의 실린더 헤드에 장착되며, 내부에 중공부가 형성되어 상측에 제1인젝터 장착홀 및 제2인젝터 장착홀이 형성되고 하측은 연소실과 연결되게 형성되는 어댑터; 상기 어댑터의 제1인젝터 장착홀 및 중공부에 삽입되어 결합되며, 상기 어댑터의 내주면에서 일정거리 이격되어 배치되는 가솔린 인젝터; 및 상기 어댑터의 제2인젝터 장착홀에 결합되며, 상기 어댑터의 중공부와 연결되는 이중 연료 인젝터; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이중 연료 인젝터는 액상 또는 기상의 LPG 연료를 분사하는 LPG 인젝터인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 어댑터는 내주면에 선회 가이드가 돌출 형성되어, 상기 이중 연료 인젝터에서 분사되는 연료가 회전되어 연소실로 분사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선회 가이드는 어댑터의 내주면에서 돌출되어 경사진 날개 또는 스크류 형태로 형성되거나 어댑터의 내주면에 오목하게 나선형으로 형성되는 홈으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 어댑터의 하단에는 연소실에서 중공부쪽으로 기체가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이중 연료 인젝터는 어댑터의 중심축 방향에 대해 경사지게 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 어댑터는 엔진 연소실의 상측 또는 측면에 장착되어, 상기 어댑터에 가솔린용 인젝터 및 이중 연료 인젝터가 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가솔린 인젝터 및 이중 연료 인젝터는 하나의 ECU에 연결되어 작동이 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치는, 서로 다른 연료를 분사하는 두 개의 인젝터를 어댑터를 이용해 하나의 일체형으로 형성하여 엔진에 설치가 용이한 장점이 있다.
또한, LPG 인젝터에서 분사되는 LPG 액상 연료에 의해 가솔린 인젝터가 냉각될 수 있어, 연료의 연소열에 의한 인젝터들의 과열을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 GDI 엔진의 이중 연료 분사를 위한 인젝터들의 설치 상태를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치를 나타낸 단면 개략도.
도 3은 도 2의 부분 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 어댑터에 이중 연료 인젝터가 경사지게 결합되는 형태를 나타낸 단면 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 어댑터를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치가 연소실의 측면방향으로 설치된 상태를 나타낸 단면 개략도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치를 나타낸 단면 개략도이며, 도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치(1000)는, 엔진(400)의 실린더 헤드(420)에 장착되며, 내부에 중공부(120)가 형성되어 상측에 제1인젝터 장착홀(130) 및 제2인젝터 장착홀(140)이 형성되고 하측은 연소실(430)과 연결되게 형성되는 어댑터(100); 상기 어댑터(100)의 제1인젝터 장착홀(130) 및 중공부(120)에 삽입되어 결합되며, 상기 어댑터(100)의 내주면에서 일정거리 이격되어 배치되는 가솔린 인젝터(200); 및 상기 어댑터(100)의 제2인젝터 장착홀(140)에 결합되며, 상기 어댑터(100)의 중공부(120)와 연결되는 이중 연료 인젝터(300); 를 포함하여 이루어질 수 있다.
우선, 어댑터(100)는 엔진(400)의 실린더(410) 상측에 결합된 실린더 헤드(420)에 장착된다. 이때, 실린더 헤드(420)를 관통하도록 형성된 장착부(421)에 어댑터(100)가 삽입되어 결합될 수 있으며, 장착부(421)는 하측 내주면에 암나사산으로 결합부(422)가 형성되고 어댑터(100)는 몸체(110)의 하측 외주면에 수나사산이 형성되어 결합부(422)에 나사결합되어 체결될 수 있다. 또는 도시되지 않았으나 실린더 헤드(420)의 장착부(421)가 형성된 상면에 암나사산의 결합부가 형성되고 어댑터(100)의 외주면 둘레에 플랜지가 형성되어 플랜지에 형성되는 관통공을 통해 볼트 등의 체결수단에 의해 어댑터(100)가 장착부(421)에 삽입된 상태에서 실린더 헤드(420)에 체결되어 고정될 수 있다.
그리고 어댑터(100)는 몸체(110)의 내부에 중공부(120)가 형성되고 하측이 개방되게 형성되어 중공부(120)와 연소실(430)이 연결될 수 있다. 또한, 어댑터(100)는 상측의 상면이 개방되어 제1인젝터 장착홀(130)로 형성되며, 상측 측면에 제2인젝터 장착홀(140)이 형성될 수 있다.
가솔린 인젝터(200)는 어댑터(100)의 중공부(120)에 일부가 삽입되도록 결합되며, 가솔린 인젝터(200)는 상측에서 제1인젝터 장착홀(130)을 통해 삽입되어 중공부(120)에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때, 가솔린 인젝터(200)의 하단이 어댑터(100)의 하단 부근에 위치하도록 결합되어 연소실로 가솔린 연료를 분사할 수 있으며, 가솔린 인젝터(200)는 어댑터(100)의 내주면에서 일정거리 이격되게 배치되어, 어댑터(100)의 내주면과 가솔린 인젝터(200)의 외주면 사이의 중공부(120)가 유로로 형성되어 유로의 하측이 연소실(430)과 연결될 수 있다. 또한, 가솔린 인젝터(200)는 상측의 단차지게 형성된 부분이 어댑터(100)의 상측에 걸려 하측으로 삽입되는 깊이가 제한됨으로써 가솔린 인젝터(200)의 하단이 원하는 높이에 배치되도록 할 수 있다.
이중 연료 인젝터(300)는 어댑터(100)의 제2인젝터 장착홀(140)에 결합되며, 중공부(120)를 통해 연소실(430)로 다른 종류의 연료를 분사할 수 있다. 여기에서 이중 연료 인젝터(300)는 LPG 연료를 분사하는 LPG 인젝터가 될 수 있으며, 이외 에도 액화천연가스(LNG), 압축천연가스(CNG) 및 바이오 가스 등 다양한 종류의 연료를 분사하는 인젝터가 될 수도 있다.
이때, 엔진(400)의 실린더 헤드(420)에 형성된 장착부(421)에 어댑터(100)를 삽입하여 결합되도록 한 후 가솔린 인젝터(200) 및 이중 연료 인젝터(300)를 어댑터(100)에 결합하여, 연소실(430)로 연료들이 분사되도록 할 수 있다. 또는 어댑터(100)에 가솔린 인젝터(200) 및 이중 연료 인젝터(300)를 일체형으로 결합한 후 어댑터(100)를 장착부(421)에 결합할 수도 있다. 그리하여 장착된 가솔린 인젝터(200)와 이중 연료 인젝터(300) 중 선택적으로 하나의 연료만 분사하도록 하는 바이퓨얼 분사 시스템 또는 가솔린 인젝터(200)와 이중 연료 인젝터(300)를 모두 사용하여 두 가지의 연료를 함께 분사하도록 하는 듀얼퓨얼(혼소) 시스템에 적용될 수 있다.
그리하여 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치는, 서로 다른 연료를 분사하는 두 개의 인젝터를 어댑터를 이용해 하나의 일체형으로 형성하여 엔진에 설치가 용이한 장점이 있다.
또한, 상기 이중 연료 인젝터(300)는 액상 또는 기상의 LPG 연료를 분사하는 LPG 인젝터일 수 있다. 즉, 이중 연료 인젝터(300)가 액체 상태의 LPG를 분사하는 인젝터인 경우 액체 상태의 LPG 연료를 분사함으로써, GDI 엔진에서 바이퓨얼 분사 시스템으로 사용되어 LPG 액상 연료만을 연소실(430)로 분사하여 연소되도록 하는 경우에 연소열에 LPG 인젝터의 단부 및 어댑터(100)가 가열될 수 있어 결빙되는 현상인 아이싱(icing)이 방지될 수 있으며, GDI 엔진에서 듀얼퓨얼 분사 시스템으로 사용되어 가솔린 연료와 LPG 액상 연료를 동시에 분사하여 연소되도록 하는 경우에 저온의 LPG 액상 연료가 분사됨에 따라 가솔린 인젝터(200)의 과열을 방지할 수 있어, 가솔린 인젝터(200) 및 이중 연료 인젝터(300)의 작동성을 확보할 수 있다.
이때, LPG 인젝터는 액체 상태의 연료를 분사할 수 있으나, 기체상태의 LPG 연료를 분사하는 LPG 가스 인젝터가 사용될 수도 있으며, 기체 상태의 LPG를 분사하는 경우에도 기화된 저온의 기체 상태의 LPG에 의해 가솔린 인젝터(200)의 과열을 방지할 수 있다.
또한, 상기 어댑터(100)는 내주면에 선회 가이드(150)가 돌출 형성되어, 상기 이중 연료 인젝터(300)에서 분사되는 연료가 회전되어 연소실(430)로 분사될 수 있다. 즉, 선회 가이드(150)에 의해 이중 연료 인젝터(300)에서 분사된 연료가 중공부(120)에서 선회 가이드(150)에 의해 가솔린 인젝터(200)의 둘레를 회전하며 통과하여 연소실(430)로 분사되도록 구성됨에 따라, 가솔린 인젝터(200)의 냉각 효과를 더욱 향상시킬 수 있으며, 연소실(430)로 분사되는 연료에 와류를 형성하여 엔진의 연소 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 선회 가이드(150)는 어댑터(100)의 내주면에서 돌출되어 경사진 날개 또는 스크류 형태로 형성되거나 어댑터(100)의 내주면에 오목하게 나선형으로 형성되는 홈으로 형성될 수 있다.
즉, 도 3과 같이 선회 가이드(150)는 이중 연료 인젝터(300)에서 분사된 연료가 가솔린 인젝터(200)의 둘레를 회전하면서 중공부(120)를 통과하여 연소실(430)로 분사될 수 있도록, 어댑터(100)의 내주면에서 돌출되어 경사진 날개 형태 또는 스크류 형태 등으로 형성될 수 있으며, 도 5와 같이 어댑터(100)의 내주면에 오목하게 나선형의 홈을 형성하여 연료가 회전되도록 할 수 있다. 이외에도 선회 가이드(150)는 이중 연료 인젝터(300)에서 분사되는 연료가 회전될 수 있도록 하는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 선회 가이드(150)가 어댑터(100)의 내주면에서 돌출 형성되는 경우 선회 가이드(150)에 의해 어댑터(100)의 중공부에 삽입된 부분의 가솔린 인젝터(200)의 외측이 지지될 수도 있다.
또한, 상기 어댑터(100)의 하단에는 연소실(430)에서 중공부(120)쪽으로 기체가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브(160)가 설치될 수 있다. 즉, 가솔린 인젝터(200)에서 분사된 연료, 연소실(430)로 흡입된 공기 및 이중 연료 인젝터(300)에서 분사되어 중공부(120)를 통해 연소실(430)로 분사된 연료 등의 기체, 혼합기 또는 연소실(430)에서 연소 후 피스톤(440)이 상승하면서 배기되는 배기가스 등이 중공부(120)로 역류되는 것을 방지하기 위해 어댑터(100)에 체크밸브(160)가 설치될 수 있다. 이때, 도 3과 같이 체크밸브(160)는 어댑터(100)의 하단에 설치될 수 있으며, 어댑터(100)의 중공부(120) 하단의 개방된 부분을 막을 수 있도록 어댑터(100)의 하단과 가솔린 인젝터(200)의 하단 사이에 설치될 수 있다. 또한, 체크밸브(160)는 판형으로 형성되거나 일반적으로 사용되는 다양한 체크밸브가 사용될 수도 있다.
또한, 상기 이중 연료 인젝터(300)는 어댑터(100)의 중심축 방향에 대해 경사지게 결합될 수 있다. 즉, 도 4와 같이 어댑터(100)의 중공부(120)로 분사되는 연료의 흐름을 원활하게 할 수 있도록 어댑터(100)에 형성되는 제2인젝터 장착홀(140)을 상측으로 경사지게 형성하고 여기에 이중 연료 인젝터(300)를 결합하여 이중 연료 인젝터(300)가 어댑터(100)의 중심축 방향에 대해 상측으로 경사지게 배치될 수 있다. 또한, 이중 연료 인젝터(300)가 경사지게 결합되도록 함으로써 어댑터(100)에 이중 연료 인젝터(300)를 결합하기 용이할 수 있다.
또한, 상기 어댑터(100)는 엔진 연소실(430)의 상측 또는 측면에 장착되어, 상기 어댑터(100)에 가솔린용 인젝터(200) 및 이중 연료 인젝터(300)가 결합될 수 있다.
즉, 엔진(400)의 실린더 헤드(420)에는 흡기밸브(450), 배기밸브(460) 및 점화플러그가 설치되므로, 연소실(430)의 상측 중앙부분에 장착부(421)가 형성되어 어댑터(100)가 결합될 수 있다. 그리고 연소실(430)의 상측 중앙 부분에 점화플러그가 설치될 수 있으며 GDI 엔진에서 성능 및 효율을 위해 연소실(430)의 측면에서 연료가 분사되도록 하므로, 도 6과 같이 연소실(430)의 측면에 장착부(421)가 형성되어 어댑터(100)가 결합될 수 있다. 이때, 장착부(421)는 수평방향에서 상측으로 15도 정도 기울어진 각도로 형성될 수 있으며, 장착부(421)는 흡기밸브측에 형성될 수 있다.
또한, 상기 가솔린 인젝터(200) 및 이중 연료 인젝터(300)는 하나의 ECU에 연결되어 작동이 제어될 수 있다.
즉, 일반적인 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 시스템에서는, 두 가지 종류의 인젝터를 제어하기 위해 두 개의 ECU가 구성되나, 본 발명의 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치에서는 어댑터(100)를 이용해 가솔린 인젝터(200)와 이중 연료 인젝터(300)가 일체형으로 형성되어 엔진의 실린더 헤드(420)에 직접 설치됨으로써, 하나의 ECU에 두 가지 인젝터를 모두 연결하여 하나의 ECU로 제어되도록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치
100 : 어댑터
110 : 몸체 120 : 중공부
130 : 제1인젝터 장착홀 140 : 제2인젝터 장착홀
150 : 선회 가이드 160 : 체크밸브
200 : 가솔린 인젝터
300 : 이중 연료 인젝터
400 : 엔진
410 : 실린더 420 : 실린더 헤드
421 : 장착부 422 : 결합부
430 : 연소실 440 : 피스톤
450 : 흡기밸브 460 : 배기밸브

Claims (8)

  1. 엔진의 실린더 헤드에 장착되며, 내부에 중공부가 형성되어 상측에 제1인젝터 장착홀 및 제2인젝터 장착홀이 형성되고 하측은 연소실과 연결되게 형성되는 어댑터;
    상기 어댑터의 제1인젝터 장착홀 및 중공부에 삽입되어 결합되며, 상기 어댑터의 내주면에서 일정거리 이격되어 배치되는 가솔린 인젝터; 및
    상기 어댑터의 제2인젝터 장착홀에 결합되며, 상기 어댑터의 중공부와 연결되는 이중 연료 인젝터; 를 포함하며,
    상기 어댑터는 내주면에 선회 가이드가 돌출되거나 오목하게 형성되어, 상기 이중 연료 인젝터에서 분사되는 연료가 회전되어 연소실로 분사되는 것을 특징으로 하는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이중 연료 인젝터는 액상 또는 기상의 LPG 연료를 분사하는 LPG 인젝터인 것을 특징으로 하는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선회 가이드는 어댑터의 내주면에서 돌출되어 경사진 날개 또는 스크류 형태로 형성되거나 어댑터의 내주면에 오목하게 나선형으로 형성되는 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 어댑터의 하단에는 연소실에서 중공부쪽으로 기체가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이중 연료 인젝터는 어댑터의 중심축 방향에 대해 경사지게 결합되는 것을 특징으로 하는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 어댑터는 엔진 연소실의 상측 또는 측면에 장착되어, 상기 어댑터에 가솔린용 인젝터 및 이중 연료 인젝터가 결합되는 것을 특징으로 하는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가솔린 인젝터 및 이중 연료 인젝터는 하나의 ECU에 연결되어 작동이 제어되는 것을 특징으로 하는 GDI용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치.
KR1020140071141A 2014-06-12 2014-06-12 Ｇｄｉ용 바이퓨얼 또는 듀얼퓨얼 분사 장치 KR101570111B1 (ko)

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