KR200193563Y1 - Ｍｐｉ용 독립분사식 가스엔진 연료공급장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 가스엔진에 있어서 매우 컴팩트하면서도 각 기통별로 연료공급을 매우 정밀하게 제어하기 위한 연료 공급장치에 관한 것이다.

본 고안에서는 가스 엔진에서 빠른 응답성과 정밀한 공기-연료비 제어를 통한 엔진 성능향상 및 배기저감 효과를 높이기 위한 각 기통별 연료 공급(MPI: Multipoint Injection) 방식에 있어서, 엔진의 최대 출력을 만족하고 또한 연료 공급 압력이 낮을 때도 충분히 연료를 공급하기 위해서 인젝터의 용량이 크게 결정되게 되는데 그렇게 되면 연료공급량이 작은 구간과 피드백에 의한 연료량 보정 제어의 정밀성이 떨어지게 되는 문제가 발생될 수 있기 때문에, 각 기통별로 대-소 두개의 연료 공급구를 개폐할 수 있는 두개의 솔레노이드 밸브가 쌍으로 구성되어 연료 공급량이 작은 구간과 피드백에 의한 정밀제어는 작은 연료 공급구의 솔레노이드로 제어하여 정밀도를 높이면서도 큰 연료 공급구가 있어 최대 연료 공급량을 만족할 수 있는 가스 연료 공급 장치가 제공된다.

Description

ＭＰＩ용 독립분사식 가스엔진 연료공급장치{Apparatus for providing multipoint gaseous fuel sequential injection}

본 고안은 가스엔진의 기통별 연료공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료입구가 공통이며 여러개의 솔레노이드 밸브가 방사형으로 배열되고 연료출구는 각 기통별로 분기되어 솔레노이드 밸브에 의해 각 기통별로 독립적으로 제어되도록 되어 있으며, 각 기통별로 대-소 두개의 연료공급구를 개폐할 수 있는 두 개의 솔레노이드 밸브로 구성되어 연료공급량이 적은 구간에서의 정밀한 공기-연료비 제어를 할 수 있으면서 최대 연료공급량을 만족할 수 있는 각 기통별 두 개의 솔레노이드로 구성된 가스연료공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 응답성과 정밀한 공연비 제어를 위해서 도 1의 (a)와 같이 실린더별 하나씩의 인젝터로 구성된 기통별 연료공급(MPI: Multipoint Injection) 방식이 가솔린엔진에서는 널리 사용되고 있다. 연료량 제어특성은 도 1의 (b)와 같이 솔레노이드의 펄스폭 제어로 이루어지며 연료 공급을 위해서는 최소한의 펄스폭인 무효분사 기간이 필요하며 분사량이 매우 작을 때 선형성이 나쁜 구간이 존재하게 되나 엔진운전에 필요한 최소분사량이 이 구간보다 크게 사용되어 문제가 되지 않도록 하고 있다.

그러나 가스엔진의 경우는 연료가 압축성이기 때문에 연료의 온도와 압력에 따라 연료 공급량이 달라져 연료 공급 압력이 낮을 때도 최대 출력을 만족할 수 있는 연료량을 공급하기 위해서는(LPG의 경우 엔진이 충분히 예열이 되기 전에는 기화가 충분히 일어나지 못하므로 연료 공급압이 낮음) 인젝터의 용량이 크게 결정되게 되는데 그렇게 되면 연료공급량이 작은 구간에서 펄스폭제어에 따른 연료공급 특성이 선형성과 제현성이 떨어지게 되고 피드백에 의한 연료량 보정 제어의 정밀성이 떨어지게 되는 문제가 발생될 수 있기 때문에 가스인젝터의 매우 높은 정밀도가 요구되며 정밀한 공연비 제어에 한계가 있다고 할 수 있다.

이러한 이유로 인해 현재까지 많이 상용화되어 있는 가스 연료공급방식은 여러개의 솔레노이드 밸브(ON/OFF 밸브와 펄스폭제어 밸브)의 조합으로 구성된 메터링 밸브에 의해 모든 실린더에 공급될 연료량을 통합제어하고 연료는 트로틀 밸브전에서 공급되거나(TBI: Throttle Body Injection) 또는 메터링 밸브에서 각 기통별로 연료라인이 분기되어 공급되도록 되어 있는 경우가 많이 사용되고 있다. 이러한 연료공급 방식의 문제점은 열리는 솔레노이드 밸브 수의 변화에 따라 유량계수의 변화에 의해 연료공급량 특성에서 선형성이 나빠지기 때문에 메터링 밸브의 정밀한 연료 공급 특성 데이터가 요구되고, ON/OFF 밸브와 펄스폭제어 밸브의 조합으로 연료량이 제어될 때 작동되는 ON/OFF 밸브 수가 변화할 때 연료공급량의 불연속점이 발생될 수 있는 문제점이 있으며 또한 연료가 계속 연속적으로 분사되기 때문에 희박연소방식의 경우 매우 중요한 분사시기 변화가 불가능하다고 할 수 있다.

본 고안은 이러한 종래의 가스엔진의 연료 공급장치의 문제점을 해결하기 위해, 선형성이 우수하여 연료량제어가 용이한 펄스폭제어로 이루어지는 기통별 연료 공급방식에 있어, 종래와 같이 각 기통별로 하나의 인젝터로 구성되어 있지 않고 대-소 두개의 연료공급구를 개폐할 수 있는 솔레노이드 밸브 두개가 한 쌍으로 되어 있어 연료 공급량이 적은 구간과 피드백에 의한 정밀제어는 작은 연료공급구의 솔레노이드로 제어하여 정밀도를 높이면서도 큰 연료공급구가 있어 최대 연료공급량을 만족할 수 있도록 되어 있다. 그러나 일반적인 형태의 가스인젝터와 같이 독립적으로 설계된 솔레노이드 밸브를 조합하여 사용할 경우 연료 공급시스템의 부피가 커지고 시스템의 가격이 높아지기 때문에 연료공급구와 체임버가 공통이며 오리피스와 솔레노이드가 방사형으로 배열되고 연료출구는 각 기통별로 분기되어, 솔레노이드 밸브에 의해 각 기통별로 독립적으로 제어되도록 되어 있어 매우 컴팩트하면서 각 기통별 연료량의 독립제어가 가능하도록 구성되어 있다.

도 1은 일반적인 기통별 연료공급방식 및 연료공급장치의 제어특성을 도시한 사시도

도 2의 본 고안에 따른 기통별 연료공급장치를 도시한 사시도

도 3은 도 2에 표시된 주요 단면도(Section A, B, C)를 도시한 사시도

도 4는 본 고안에 따른 기통별 연료공급방식 및 연료공급장치의 제어특성을 도시한 사시도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1. 제1 본체 2. 제 2 본체

3. 제 3 본체 4. 여닫음용 판

5. 연료차단 고무판 6. 지지점

7. 연료공급 오리피스 8. 연료차단 피스톤

9. 연료차단 스프링 10. 솔레노이드

11. 연료분기 고무판 12. 연료입구

13. 공통체임버 14. 연료출구

본 고안에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기통별 가스 연료공급방식에 있어, 가스연료는 공통의 연료입구(12)를 통해 공통체임버(13)내로 공급되며 기통별로 대-소 두개의 연료공급 오리피스(7A, 7B)와 여닫음용 판(4)이 있어, 여닫음용 판(4)의 한쪽끝은 지지점(6)에 의해 지지되며 한쪽끝은 연료공급 오리피스(7)를 여닫을 수 있도록 씰링용 고무판(5)으로 이루어져 있어 솔레노이드(10)가 작동하지 않을 때는 피스톤(10)을 누르고 있는 스프링(9)에 의해 발생되는 토크로 연료공급 오리피스(7)는 닫혀 있으며 솔레노이드(10)가 작동하면 솔레노이드에 의해 발생된 토크가 스프링(9)에 의해 발생되는 토크를 이기고 여닫음용 판(4)을 들어올리게 되면 연료가 공급되도록 되어있다. 연료공급 오리피스(7)와 솔레노이드(10)는 방사형으로 배열되며 기통별로 공급될 수 있도록 대-소 연료공급 오리피스(7A, 7B)가 교대로 배열되어 있으며, 각 기통별로 제어된 연료는 씰링용 고무판(11)으로 대-소 연료공급 오리피스(7A, 7B)를 한쌍으로 독립적으로 공급될 수 있도록 되어 있으며, 연료공급량이 적은 구간에서는 작은 연료공급 오리피스(7B)의 펄스폭제어로 연료공급량이 제어되며 연료공급량이 더욱 증가하게 되면 큰 연료공급 오리피스(7B)의 펄스폭제어가 동시에 이루어져 충분하게 연료를 공급할 수 있으며 엔진의 흡입공기량에 비례한 분사량과 분사시기의 제어는 공기량 센서와 엔진의 캠센서와 크랭크각센서로부터 ECM에 의해 제어되도록 되어 있다.

이상에서와 같이 본 고안에 의한 가스 연료공급장치는, 연료의 비압축성으로 인해 크게 설정된 인젝터 용량으로 인해 연료공급량이 적은 구간에서 공기-연료비의 정밀제어의 어려움이 있는 기통별 연료 공급방식에 있어, 매우 컴팩트하면서도 각 기통별로 대-소의 연료공급구를 개폐할 수 있는 솔레노이드 밸브 두개가 쌍으로 되어 있어 연료공급량이 적은 구간에서도 정밀한 공기-연료비 제어를 할 수 있는 기통별 가스 연료공급방식을 가능하게 함으로써 모든 운전 구간에서 엔진성능향상 뿐 아니라 배기저감효과를 극대화하는 할 수 있도록 되어 있다.

Claims (2)

1. MPI(Multipoint Injection) 가스 연료 공급 방식에 있어, 연료입구는 공통이며 연료공급 오리피스가 각 기통별로 방사형으로 배열되어 있으며, 여닫음용 판에 작용하는 스프링의 장력과 솔레노이드의 인력에 의한 토크에 의해 연료를 차단/공급하며, 제어된 연료는 기통별로 독립적으로 분기된 연료출구를 통해 공급 할 수 있도록 구성된 가스 연료공급장치
2. 제 1항에 있어서, 각 기통별 연료공급 오리피스가 대-소 두 개씩 쌍으로 구성되어 있어 있으며, 연료 공급량이 작은 구간에서는 작은 연료공급 오리피스 솔레노이드 밸브의 펄스폭제어로 연료공급량이 제어되며, 연료공급량이 큰 구간에서는 큰 연료공급 오리피스 솔레노이드 밸브와의 조합에 의해 연료량이 제어되도록 한다.