KR101776335B1 - Ｃｎｇ 엔진의 독립 연료분사시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 블록에 형성된 각 기통별로 독립적으로 연료분사가 가능할 뿐만 아니라 각 기통의 운전 상태에 따라 연료의 분사를 조절하여 엔진의 출력 및 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템을 제공하기 위해, 압축천연가스를 연료로 하는 엔진의 흡기포트를 갖춘 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드에 외기를 공급하도록 상기 실린더 헤드에 연통되게 연결된 흡기매니폴드 및, 상기 흡기매니폴드와 상기 실린더 헤드의 연결부위와 인접한 상기 흡기매니폴드의 소정 부위에 설치되어 상기 압축천연가스 연료를 상기 흡기포트 쪽으로 분사하는 인젝션 모듈을 구비한다.

Description

ＣＮＧ 엔진의 독립 연료분사시스템{Independent fuel injecting system of Compressed Natural Gas engine}

본 발명은 압축천연가스를 연료로 하는 엔진에 관한 것으로, 특히 흡기매니폴드에 각 기통별로 연료를 분사하는 인젝터를 설치하여 독립 분사 시스템을 구축한 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템에 관한 것이다.

일반적으로 압축천연가스(CNG) 연료는 가솔린이나 경유와 같은 다른 자동차의 연료에 비해 연소 효율이 높고, 대기 오염 물질의 배출량이 적은 장점이 있다.

상기와 같은 압축천연가스를 연료로 하는 종래의 자동차 엔진 시스템의 일반적인 구성은, 외부로부터 흡입되는 흡입공기를 압축하여 체적 효율을 향상시키는 터보차저, 이 터보차저에서 배출되는 과급된 흡입공기의 냉각시켜 주는 인터쿨러, 압축천연가스 연료를 분사하는 인젝터, 상기 인젝터에서 분사된 압축천연가스와 상기 인터쿨러에서 배출된 흡입공기를 혼합하는 믹서, 이 믹서에서 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 엔진으로 공급하는 스로틀바디 등을 구비한다.

상기 스로틀 바디를 통해 유입된 혼합기는 엔진의 각 실린더로 공급되어 각 실린더에 설치된 점화코일로 점화시키고, 상기 점화코일은 점화제어장치에 의해 점화 작동이 제어되며, 상기 점화제어장치는 엔진제어유니트(ECU)로부터 제어신호를 전달받도록 엔진제어유니트와 연결되며, 상기 터보차저로 유입된 흡입공기의 과급을 제어하는 과급제어밸브가 구비된다.

상기와 같은 종래의 CNG 엔진에서 실린더 헤드 및 흡기매니폴드에는 실린더 블록에 형성된 각 기통별로 혼합기의 유입을 구획시켜주는 격벽이 구비되어 있지 않고, 혼합기 전체가 실린더 헤드의 하나의 입구로 유입되는 구조로 이루어진다.

이에 따라 멀티 포인트 인젝션을 적용할 수 없고, 격벽이 구비되어 있지 않아서 각 기통별로 연료분사 및 그 제어가 불가능하고, 하나의 입구로 유입된 혼합기는 타 기통의 실린더로 유입될 가능성이 있는 등의 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 실린더 블록에 형성된 각 기통별로 독립적으로 연료분사가 가능할 뿐만 아니라 각 기통의 운전 상태에 따라 연료의 분사를 조절하여 엔진의 출력 및 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축천연가스를 연료로 하는 엔진의 흡기포트를 갖춘 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드에 외기를 공급하도록 상기 실린더 헤드에 연통되게 연결된 흡기매니폴드 및, 상기 흡기매니폴드와 상기 실린더 헤드의 연결부위와 인접한 상기 흡기매니폴드의 소정 부위에 설치되어 상기 압축천연가스 연료를 상기 흡기포트 쪽으로 분사하는 인젝션 모듈을 구비한다.

바람직하기로는, 상기 연결부위와 인접한 상기 흡기매니폴드의 소정 부위에 조립구멍이 형성되고, 상기 인젝션 모듈이 상기 조립구멍에 그 일부가 삽입되어 조립된 것을 특징으로 한다.

상기 인젝션 모듈은 상기 연료를 분사하는 인젝터와, 상기 인젝터가 상부에 결합됨과 더불어 상기 조립구멍에 삽입되어 조립되는 마운팅 바디 및, 상기 인젝터와 그 일단이 연통됨과 더불어 타단은 상기 흡기매니폴드의 내부로 삽입되어 상기 흡기포트 쪽으로 연장된 인젝션 노즐을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 마운팅 바디는 상기 인젝터가 결합되는 상부와, 이 상부보다 확장된 직경을 가지고서 상기 조립구멍에 삽입되어 조립되는 하부를 각각 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 하부는 원통 형상을 한 원통 바디와, 이 원통 바디의 상단과 하단에 각각 확경된 형태로 돌출한 턱 및, 이 턱 사이에 배치되어 상기 조립구멍의 기밀을 유지하는 오링을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 인젝션 노즐의 타단은 상방으로부터 하방으로 경사지게 구부러져서 상기 흡기포트 쪽을 향해 수평으로 연장되게 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템에 의하면, 실린더 헤드와 흡기매니폴드 사이의 연결부위와 인접한 흡기매니폴드의 소정 부위에 각 기통별로 연료를 분사하는 인젝터를 설치함에 따라 실린더 헤드를 변경하지 않고 인젝터 모듈의 장착 및 그 설계가 용이해지고, 각 기통별로 연료를 독립적으로 분사할 수 있을 뿐만 아니라 각 기통의 운전 상태에 따라 연료의 분사를 조절할 수 있으므로, 엔진의 출력 향상과 더불어 연비의 개선을 도모할 수 있고, 엔진의 실린더와 인젝터의 연료분사위치 사이의 간격이 축소되어 인젝터에서의 연료분사 이후에 실시간 반응 속도가 빨라서 추가적으로 연비를 향상시킬 수 있으며, 인젝터 모듈의 장착 및 탈착이 용이해지고, 엔진의 종류 및 실린더 헤드의 형상을 고려하여 인젝터 노즐의 다양한 설계가 가능해져 레이아웃이 향상되는 등의 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인젝터의 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 인젝터가 흡기매니폴드에 장착된 상태의 단면도이다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인젝터 모듈은 상부에 배치되어 연료를 분사하는 인젝터(1)를 구비한다. 상기 인젝터(1)는 수직방향으로 상부로부터 하부로 직립된 형상을 갖는다.

상기 인젝터(1)의 하부에는 상기 인젝터(1)를 흡기매니폴드에 장착하기 위한 마운팅 바디(2)가 조립된다.

상기 흡기매니폴드는 연소실의 각 기통별 격벽이 없는 구조로서, 실린더 헤드에 일체로 형성된다.

상기 마운팅 바디(2)는 그 상부(2a)의 직경이 작고 그 하부(2b)의 직경은 확장된 2중 바디 구조를 갖는다. 상기 마운팅 바디의 하부(2b)는 원통 형상의 원통 바디로부터 반경 방향 외측으로 확장된 턱(2ba)을 구비한다.

상기 턱(2ba)은 상기 원통 바디의 상단과 하단에 각각 원통 바디로부터 돌출한 형태로 형성된다.

상기 상부 턱 및 하부 턱 사이의 원통 바디에는 오링(3)이 조립되어 상기 원통 바디가 흡기매니폴드에 조립될 때에 기밀을 유지한다.

상기 마운팅 바디(2)의 하단으로부터 하방으로 인젝션 노즐(4)이 연장되게 형성된다. 상기 인젝션 노즐(4)은 파이프 형상을 갖는다, 상기 인젝션 노즐(4)의 일단은 도시되지 않았지만 상기 인젝터(1)와 연통되게 연결되고, 상기 인젝션 노즐(4)의 타단은 하방으로 경사지게 구부러져서 다시 수평 방향으로 연장되어 실린더 헤드의 내부로 삽입된다.

도 2를 참조하면, 상기와 같은 구조를 가진 인젝터 모듈이 흡기매니폴드(5)의 외부면에 장착된다.

즉 상기 실린더 헤드(6)와 인접한 흡기매니폴드(5)의 소정 부위에 상기 인젝터 모듈이 위치되게 설치된다.

상기 인젝션 모듈은 흡기매니폴드(5)의 소정 부위에 상방에서 하방으로 직립된 상태로 설치되고, 상기 흡기매니폴드(5)에는 상기 인젝션 모듈을 설치하기 위한 조립 구멍이 형성된다.

상기 인젝션 모듈을 흡기매니폴드에 설치하면, 상기 마운팅 바디(2)의 상부(2a)는 흡기매니폴드의 외부면 위에 배치되고, 상기 마운팅 바디의 하부(2b)는 흡기매니폴드의 조립구멍 속에 삽입되어 조립되며, 상기 오링(3)은 상기 조립구멍 속에 삽입된 상태에서 조립구멍의 기밀을 유지하며, 상기 상부 턱 및 하부 턱도 일부 기밀을 유지하는 기능을 한다.

상기 인젝션 노즐(4)은 상기 흡기매니폴드(5)의 내부로 완전히 삽입되어, 그 타단이 상기 실린더 헤드(6)에 형성된 흡기포트(6a)와 인접하도록 배치되어, 상기 인젝션 노즐(4)의 선단부로부터 분사되는 연료가 상기 흡기포트 쪽으로 직접 공급된다.

이때에 상기 흡기매니폴드(4)로 부터는 외기가 유입되어 상기 인젝션 노즐(4)로부터 분사되는 연료와 함께 흡기포트(6a) 쪽으로 공급된다.

상기와 같이 각 기통의 흡기포트와 인접한 흡기매니폴드의 소정 부위에 각 기통에 연료를 공급하는 인젝션 모듈이 설치됨에 따라 각 기통의 운전 상황에 맞게 인젝터의 듀티를 제어하면서 연료를 분사할 수 있어서 엔진의 출력 및 연비 향상을 도모할 수 있고, 인젝션 노즐의 위치가 흡기포트와 인접하게 배치됨에 따라 인젝션 노즐로부터 분사되는 연료의 실시간 반응 속도가 빨라져서 연비 향상 효과가 있다.

또한 흡기매니폴드의 소정 부위에 인젝션 모듈이 설치됨에 따라 실린더 헤드의 설계 변경 없이도 가능하고, 인젝션 모듈의 장착 및 탈거도 용이하며, 엔진의 종류와 실린더 헤드의 형상에 따라 인젝션 모듈의 설계 변경, 예컨대 노즐의 경사도, 노즐의 외경 혹은 노즐의 내경 등을 다양하게 설계 변경할 수 있어서 레이아웃도 향상된다.

1-인젝터 2-마운팅 바디
2a-상부 2b-하부
3-오링 4-인젝션 노즐
5-흡기매니폴드 6-실린더 헤드
6a-흡기포트

Claims (8)

1. 압축천연가스를 연료로 하는 엔진의 흡기포트를 갖춘 실린더 헤드와,
   상기 실린더 헤드에 외기를 공급하도록 상기 실린더 헤드에 연통된 흡기매니폴드 및,
   상기 실린더 헤드와 인접한 상기 흡기매니폴드의 소정 부위에 설치되어 상기 압축천연가스 연료를 상기 흡기포트 쪽으로 분사하는 인젝션 모듈을 구비하고,
   상기 흡기매니폴드의 소정 부위에 조립구멍이 형성되고, 상기 인젝션 모듈이 상기 조립구멍에 그 일부가 삽입되어 조립되며,
   상기 인젝션 모듈은 상기 연료를 분사하는 인젝터와, 상기 인젝터가 상부에 결합됨과 더불어 상기 조립구멍에 삽입되어 조립되는 마운팅 바디 및, 상기 인젝터와 그 일단이 연통됨과 더불어 타단은 상기 흡기매니폴드의 내부로 삽입되어 상기 흡기포트 쪽으로 연장된 인젝션 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 마운팅 바디는 상기 인젝터가 결합되는 상부와, 이 상부보다 확장된 직경을 가지고서 상기 조립구멍에 삽입되어 조립되는 하부를 각각 구비한 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 하부는 원통 형상을 한 원통 바디와, 이 원통 바디의 상단과 하단에 각각 확경된 형태로 돌출한 턱 및, 이 턱 사이에 배치되어 상기 조립구멍의 기밀을 유지하는 오링을 구비한 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 인젝션 노즐의 타단은 상방으로부터 하방으로 경사지게 구부러져서 상기 흡기포트 쪽을 향해 수평으로 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 흡기매니폴드는 연소실을 형성하는 각 기통별 격벽이 없는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 흡기매니폴드는 상기 실린더 헤드와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 독립 연료분사시스템.
   

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