KR20010044021A - 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지 연료 연소를 위한점화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지 연료 연소를 위한 점화장치에 관한 것으로서, 1톤 경유차량의 연료분사장치를 제거하고 엘피지(LPG) 연료의 착화원이 되는 점화장치를 설치함으로써, 1톤 경유엔진을 탑재한 차량에서 엘피지(LPG) 연료를 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 1톤 디젤기관을 갖는 차량에 있어서, 엘피지(LPG) 연료 착화를 위한 스파크 플러그와, 이를 수용하기 위한 부싱을 설치하여, 저공해성과 경제성에서 우수한 특성을 가지고 있으면서도 기반시설(infra-structure)이 이미 충분하게 확보되어 있는 엘피지(LPG)연료를 디젤 차량에서 용이하게 사용할 수 있는 이점이 있다.

Description

1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지 연료 연소를 위한 점화 장치{IGNITER SUPPLIER FOR THE LIQUEFIED PETROLEUM GAS FUEL IN 1-TON VEHICLES WITH A DIESEL ENGINE}

본 발명은 1톤 디젤기관을 탑재한 차량에서 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas; 이하는 LPG라 칭함) 연료를 사용할 수 있도록 하는 점화장치에 관한 것으로서, 특히 1톤 디젤기관을 탑재한 차량에서 연료공급을 위한 연료 분사노즐을 제거하고, 그 자리에 LPG연료의 착화원이 되는 스파크 플러그를 설치함으로써, 경유엔진을 탑재한 차량에서 LPG연료를 사용할 수 있도록 한 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지 연료 연소를 위한 점화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린 엔진은 공기와 연료가 충분히 혼합된 혼합기를 실린더에 흡입하여 연소하게 되나, 디젤 엔진은 분사노즐에서 분사된 연료가 공기와 혼합하여 착화온도에 도달한 다음에 연소가 시작되므로, 상기 디젤 엔진의 연소실은 분사된 연료와 공기를 잘 혼합시키는 구조를 필요로 한다.

이러한 디젤 엔진은 연소실의 구조에 따라 직접 분사식, 예연소실식 등이 있다.

직접분사식 디젤 엔진은 실린더 헤드가 평면이고 피스톤 헤드부에 특수한 형상의 오목부가 형성되어 있는 형식으로서, 오목부의 중심점으로부터 분사 노즐에 의해 연료가 분사되어 연소한다. 이러한 직접 분사식 디젤 엔진은 연소실의 구조가 간단하여 열효율이 높고, 실린더 헤드의 구조가 간단하여 열변형이 적은 이점이 있으나, 높은 분사 압력을 필요로 하고 노즐의 사용으로 원가가 상승되며 디젤노크가 발생되기 쉬운 단점이 있다.

예연소실식 디젤 엔진은 상기한 직접 분사식의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 주연소실외에 부연소실이라고 하는 작은 챔버를 장치한 것이다. 즉 분사노즐에서 부연소실로 분사된 연료의 일부를 연소시키고, 그 연소 압력에 의해 분사 구멍을 통해 부연소실의 연료가 주연소실로 분사되도록 하여 주연소실에서 완전연소가 이루어지게 한다.

한편, 이러한 디젤 엔진은 실린더 내에 공기만을 흡입하여 압축하면 고압의 압축열이 발생되며, 이때 분사노즐을 통하여 연료를 분사하여 압축열에 의하여 자기착화 즉 자연점화 연소하는 엔진이다.

상기 디젤 엔진의 착화 지연기간은 연소실에 연료가 분사되어 연소를 일으킬 때까지의 기간, 즉 연료의 입자가 압축열을 받아 경유가 증기로 변화해서 자기착화를 일으킬 때까지의 기간을 말하며 시간적으로는 1/1000∼4/1000초 정도의 짧은 기간이다.

상기 착화지연의 원인으로는 연료의 착화성, 실린더 내의 압력 및 온도, 연료의 미립도, 분사 상태, 공기의 와류 등에 의해 좌우된다. 이때 화염 전파기간은, 분사된 연료 모두가 동시에 착화되어 폭발적으로 연소하는 기간으로서 실린더 내의 온도와 압력이 상승하는 기간을 말한다. 화염전파는 실린더 내에서 연료의 성질, 혼합상태, 공기의 와류에 의해 속도가 변화되며 압력상승에도 영향을 받는다. 상기 화염전파기간에 생긴 화염 때문에 분사된 연료가 분사와 거의 동시에 연소하는 기간으로 연료 분사가 계속되어도 실린더 내의 온도가 높아서 거의 정압상태로 연소가 계속되며 최상점에서 연료분사가 완료된다.

세계적으로 산업 각 분야에서 석유소비가 증가하면서, 석유 의존도가 날로 심화되고 있다. 특히 우리 나라는 원유전량을 수입에 의존하고 있는 실정으로, 수송분야의 경우 석유 의존도가 절대적으로 높다. 이러한 석유 의존도를 낮추기 위해서는 대체연료를 사용할 수 있는 차량 개발이 절대적으로 필요하다. 또한 자동차 배출가스로 인한 대기오염이 심화되면서 청정연료를 사용할 수 있는 차량에 대한 개발이 시급히 해결되어야 할 과제로 대두되고 있다.

이러한 필요성에 따라, 깨끗한 대체연료 자동차를 보급하기 위한 대안으로, LPG(액화 석유가스) 자동차, 하이브리드(hybrid) 자동차, 알코올 자동차, 전기 자동차 등이 개발되고 있다.

특히, 저공해성과 경제성에서 우수한 특성을 가지고 있고, 기반시설(infra-structure)이 이미 충분하게 확보되어 있는 LPG연료는 자동차용 대체 에너지로서 유력한 대안으로 인식되고 있다.

그러나, 기존의 디젤차량을 LPG연료 전소차량으로 개조하는 방법은 가솔린 엔진의 개조방법과는 달리 다시 기술적으로 복잡하다. 즉 LPG연료는 자기착화온도가 450℃ 정도로서, 경유나 디젤 연료보다 200℃ 이상 높다. 따라서 LPG 연료는 디젤엔진에 그대로 사용할 수 없으므로, 상기 LPG연료에게 착화원을 줄 수 있는 기술적인 개조를 필요로 한다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 1톤 디젤기관 탑재차량의 연료분사장치를 제거하고 LPG 연료의 착화원이 되는 점화장치를 설치함으로써, 1톤 경유엔진을 탑재한 차량에서 LPG 연료를 사용할 수 있도록 하는 LPG 연료 사용을 위한 점화장치를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 주연소실이 제공되는 실린더와, 상기 실린더의 상부에 결합되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드의 일측에 주연소실로 연통되는 부연소실을 포함하는 1톤 디젤기관 탑재차량에 있어서, 상기 실린더 헤드의 부연소실 측에 부연소실을 관통하여 주연소실로 삽입되는 롱 부싱을 설치하고, 상기 롱 부싱 내에 LPG 연료 착화를 위해 배전기와 연결되는 스파크 플러그를 삽입하여 장착하므로서 달성된다.

또한, 본 발명의 목적은 주연소실이 제공되는 실린더와, 상기 실린더의 상부에 결합되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드의 일측에 주연소실로 연통되는 부연소실을 포함하는 1톤 디젤기관 탑재차량에 있어서, 상기 실린더 헤드의 부연소실 측에 부연소실로 삽입되는 쇼트 부싱을 설치하고, 상기 쇼트 부싱 내에 LPG 연료 착화를 위해 배전기와 연결되는 스파크 플러그를 삽입하여 장착하므로서 달성된다.

도 1은 1톤 디젤기관 탑재차량에서 엘피지(LPG)연료 연소를 위해 개조된 본 발명에 의한 롱 부싱형 점화장치를 나타낸 구성도.

도 2는 도 1의 'A'부 확대도.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 점화장치인 롱 부싱용 스파크 플러그를 나타내는 것으로,

도 3은 정면도.

도 4는 평면도.

도 5는 종단면도.

도 6은 1톤 디젤기관 탑재차량에서 엘피지(LPG)연료 연소를 위해 개조된 본 발명에 의한 쇼트 부싱형 점화장치를 나타낸 구성도.

도 7은 도 6의 'B'부 확대도.

도 8 내지 도 10은 본 발명에 의한 점화장치인 쇼트 부싱용 스파크 플러그를 나타내는 것으로,

도 8은 정면도.

도 9는 평면도.

도 10은 종단면도.

도 11은 본 발명에 의한 점화장치를 삽입하기 위한 엔진기관을 개략적으로 나타내는 평면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 ; 실린더 11 ; 주연소실

13 ; 피스톤 20 ; 실린더 헤드

21 ; 부연소실 31 ; 롱 부싱

31a ; 육각렌치 33, 43 ; 스파크 플러그

41 ; 쇼트 부싱 41a ; 육각볼트

본 발명의 이들 목적과 특징 및 장점은 첨부 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하의 도면 및 본 명세서에서는 디젤기관의 연료분사장치를 개조한 LPG연료 사용을 위한 점화장치를 바람직한 실시 예로서 제안하여 설명한 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제안되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시 될 수 있음은 물론이다.

먼저, 일반적인 디젤기관에서는 착화온도가 220℃-250℃의 낮은 디젤연료를 사용하므로 연소실로 공기만을 흡입하여 압축하였을 때, 발생한 열에 연료분사펌프에서 각 실린더로 분배된 고압의 연료가 분사노즐을 통하여 분사되면서 착화되어 연소된다. 이러한 디젤기관을 LPG 기관으로 개조할 경우 LPG연료의 착화온도가 440℃로 높아 별도의 착화원인 스파크 플러그가 필요하다. LPG기관에서 연료는 공기와 함께 섞여 연소실로 흡입되어 압축되고, 여기에 배전기에서 공급되는 전기에너지로 스파크를 일으킨다. 따라서 LPG 기관으로 개조시 디젤연료 공급 필요성이 없어 연료분사펌프 및 분사노즐은 제거하고, 그 제거된 자리에 스파크 플러그를 장착시키는 것을 필요로 한다.

도 1은 1톤 디젤기관 탑재차량에서 LPG연료 연소를 위해 개조된 본 발명에 의한 롱 부싱형 점화장치를 나타낸 구성도이고, 도 2 는 도 1의 'A'부 확대도를 각각 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명은 주연소실(11)이 제공되는 실린더(10)와, 상기 실린더(10)의 상부에 결합되는 실린더 헤드(20)와, 상기 실린더 헤드(20)의 일측에 주연소실(11)로 연통되는 부연소실(21)을 포함하는 1톤 디젤기관 탑재차량에 있어서, 상기 실린더 헤드(20)의 부연소실(21) 측에 부연소실(21)을 관통하여 주연소실(11)로 삽입되는 롱 부싱(31)을 설치하고, 상기 롱 부싱(31) 내에 LPG 연료 착화를 위해 배전기와 연결되는 스파크 플러그(33)를 삽입하여 장착한다.

상기 롱 부싱(31)은 1톤 디젤기관 탑재차량의 분사노즐 위치에 배치되며, 상기 롱 부싱(31)의 하단부 내주면에 스파크 플러그(33)와 조립되는 탭이 가공된다.

도면중 미설명 부호 13은 피스톤을 나타내고, 15는 상기 피스톤과 연결된 커넥팅로드를 나타내며, 17은 피스톤 둘레에 씌운 패킹을 나타낸다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 점화장치인 롱 부싱용 스파크 플러그를 나타내는 것으로, 도 3은 정면도이고, 도 4는 평면도이며, 도 5는 종단면도를 각각 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이 상기 롱 부싱(31)의 헤드부는 조립 및 분해를 위해 육각렌치(31a)가 형성된다.

한편, 도 6은 1톤 디젤기관 탑재차량에서 LPG연료 연소를 위해 개조된 본 발명에 의한 쇼트 부싱형 점화장치를 나타낸 구성도이고, 도 7 는 도 6의 'B'부 확대도를 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 다른 실시예는 주연소실(11)이 제공되는 실린더(10)와, 상기 실린더(10)의 상부에 결합되는 실린더 헤드(20)와, 상기 실린더 헤드(20)의 일측에 주연소실(11)로 연통되는 부연소실(21)을 포함하는 1톤 디젤기관 탑재차량에 있어서, 상기 실린더 헤드(20)의 부연소실(21) 측에 부연소실(21)로 삽입되는 쇼트 부싱(41)을 설치하고, 상기 쇼트 부싱(41) 내에 LPG 연료 착화를 위해 배전기와 연결되는 스파크 플러그(43)를 삽입하여 장착한다.

상기 쇼트 부싱(41)은 1톤 디젤기관 탑재차량의 분사노즐 위치에 배치되며, 상기 쇼트 부싱(41)의 하단부 내주면에 스파크 플러그(43)와 조립되는 탭이 가공된다.

도 8 내지 도 10는 본 발명에 의한 점화장치인 쇼트 부싱용 스파크 플러그를 나타내는 것으로, 도 8은 정면도이고, 도 9는 평면도이며, 도 10는 종단면도를 각각 보인 것으로, 이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 쇼트 부싱(41)의 헤드부는 조립 및 분해를 위해 육각볼트(41a)가 형성된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 LPG 연료 연소를 위한 점화장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, LPG 차량의 연료 유입으로부터 배기 파이프를 통해 배출되기 까지의 순서를 살펴보면, 연료탱크로부터 공급된 연료는 연료라인, 베이퍼라이저(vaporizer)를 지나 다시 연료라인으로 유입되어 혼합되고, 상기 혼합된 연료는 스로틀 바디를 통해 흡기 매니폴드로 이송되며, 상기 흡기 매니폴드로 이송된 혼합연료는 흡기밸브를 통해 주연소실(11)로 유입된다. 상기 주연소실(11)로 유입된 연료는 연소실 내에서 연소하게 되며, 그런 다음 배기밸브 및 배기 매니폴드를 통해 배기가스가 되어 대기중으로 방출된다.

주연소실(11)에 형성된 부연소실(21)은 가느다란 통로로 주연소실(11)과 연결되어 있으며, 도면에서 보는 바와 같이 실린더 헤드(20)의 일측에 형성된다. 또한 주연소실(11)로부터 부연소실(21)로 유입되는 강력한 공기유동이 부연소실(21)에서 혼합기 형성을 촉진시켜 공급되는 연료를 1차 연소후, 부연소실(21)의 연소압력에 의해 주연소실(11)로 연소 혼합기가 돌진하여 2차 연소를 한다. 그러므로 부연소실(21)은 착화지연이 짧고, 주연소실(11)의 압력수준은 전반적으로 낮게 유지되면서 연소가 진행되므로, 연소과정은 비교적 매끄럽다. 따라서 소음수준이 낮고, 크랭크기구에 작용하는 부하도 적으며, 배기가스중의 유해물질의 함량이 낮을 뿐만 아니라 입자상 배출물이 저감되는 효과가 있다.

본 발명에 의한 부싱에는 롱 부싱(31)과 쇼트 부싱(41) 두가지가 있으며, 각각은 실린더 헤드(20)의 냉각수 유로의 간섭을 받지 않도록 설계된다.

롱 부싱(31)은 1톤 와이드 봉고의 연소실에 부연소실(21)이 있어 디젤 자동차를 LPG 자동차로 개조할 경우, 연소실 중 부연소실(21)을 완전히 메워 부연소실 부분을 제거하는 방식이다.

이러한 롱 부싱(31)은 부연소실(21) 부분을 메워 스파크 플러그(33)에서 점화가 일어나 화염이 전파될 때 화염전파거리를 최소로 할 수 있어, 초기 시동 및 노킹 현상을 방지할 수 있는 우수한 성능을 가지고 있다.

또한, 롱 부싱(31)은 스파크 플러그(33)를 부싱 내에 완전히 삽입하게 될 때 스파크 플러그(33)와 롱 부싱(31)의 분리를 쉽게 하기 위해 부싱 헤드 부분에 육각렌치(31a)를 형성하므로 분해시 쉽게 분리할 수 있도록 한다.

한편, 쇼트 부싱(41)은 기존의 부연소실(21)을 그대로 사용하는 방식이다. 부연소실(21) 부분을 그대로 사용할 경우 설계 및 제작의 편의성이 있고, 부연소실(21) 부분에서 1차 연소가 일어나고 난 뒤, 주 연소실(11)에서 2차 연소가 일어나게 되므로 연소는 서서히 일어나게 되어 연소 소음을 줄일 수가 있으며, 압축비를 많이 줄일 수 있다.

또한 쇼트 부싱(41)은 부싱의 헤드부분에 육각볼트(41a)를 형성하므로 분해시 쉽게 분리할 수 있도록 한다.

도 11은 본 발명에 의한 점화장치를 삽입하기 위한 엔진기관을 개략적으로 나타내는 평면도로서, 상기 롱 부싱(31) 또는 쇼트 부싱(41)은 실린더 헤드(20)의 일측면에 나열된 삽입구멍(23)에 삽입되어 고정된다. 도면중 미설명 부호 25는 흡기 매니폴드를 나타내고, 26은 배기 매니폴드를 나타낸다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시 예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

따라서 본 발명은 경유나 디젤 연료보다 200℃ 이상 높은 착화온도를 갖는 LPG 연료에게 착화원을 줄 수 있는 점화장치를 갖도록 디젤 엔진을 기술적으로 개조함으로써, 저공해성과 경제성에서 우수한 특성을 가지고 있으면서도 기반시설(infra-structure)이 이미 충분하게 확보되어 있는 LPG연료를 디젤 엔진에서 용이하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 주연소실이 제공되는 실린더와, 상기 실린더의 상부에 결합되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드의 일측에 주연소실로 연통되는 부연소실을 포함하는 1톤 디젤기관 탑재차량에 있어서,

   상기 실린더 헤드의 부연소실 측에 부연소실을 관통하여 주연소실로 삽입되는 롱 부싱을 설치하고,

   상기 롱 부싱 내에 LPG 연료 착화를 위해 배전기와 연결되는 스파크 플러그를 삽입하여 장착하는 것을 특징으로 하는 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지(LPG) 연료 연소를 위한 점화장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 롱 부싱은 1톤 디젤기관 탑재차량의 분사노즐 위치에 배치되며, 상기 롱 부싱의 하단부 내주면에 스파크 플러그와 조립되는 탭이 형성된 것을 특징으로 하는 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지(LPG) 연료 연소를 위한 점화장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 롱 부싱의 헤드부에 조립 및 분해를 위해 육각렌치가 형성된 것을 특징으로 하는 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지(LPG) 연료 연소를 위한 점화장치.
4. 주연소실이 제공되는 실린더와, 상기 실린더의 상부에 결합되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 헤드의 일측에 주연소실로 연통되는 부연소실을 포함하는 1톤 디젤기관 탑재차량에 있어서,

   상기 실린더 헤드의 부연소실 측에 부연소실로 삽입되는 쇼트 부싱을 설치하고,

   상기 쇼트 부싱 내에 LPG 연료 착화를 위해 배전기와 연결되는 스파크 플러그를 삽입하여 장착하는 것을 특징으로 하는 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지(LPG) 연료 연소를 위한 점화장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 쇼트 부싱은 1톤 디젤기관 탑재차량의 분사노즐 위치에 배치되며, 상기 쇼트 부싱의 하단부 내주면에 스파크 플러그와 조립되는 탭이 형성된 것을 특징으로 하는 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지(LPG) 연료 연소를 위한 점화장치.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 쇼트 부싱의 헤드부에 조립 및 분해를 위해 육각볼트가 형성된 것을 특징으로 하는 1톤 디젤기관 탑재차량에서의 엘피지(LPG) 연료 연소를 위한 점화장치.