KR200256784Y1 - 디젤엔진 흡기다기관입구의 고압공기 분사장치 - Google Patents

Abstract

디젤엔진을 장착한 차량은 출발과 가속 시에 공기량 에 비해 과다(過多)한 연료의 분사로 인해서 혼합비가 맞지 않아 일어나는 불완전연소로 인해서 매연의 발생은 피할 수가 없는 문제로서 심각한 대기오염문제가 발생되고 있다.

이러한 문제를 해결하고자 intercooler를 장치하기도 하고, gasoline기관처럼 ECU를 장착한 엔진이 개발되어 실용화되고 있으나 이러한 엔진도 매연발생은 줄일 수 있으나 상대적으로 가속성능이 저하되는 문제를 안고있어 이를 해결하는 것이 과제이다.

본 고안은 Bernoulli의 원리를 이용한 것으로 Inlet manifold의 바로 앞에 별도로 공급되어지는 고압공기를 분사하는 nozzle을 설치하여 고압공기가 분사됨으로 인해 생기는 압력차를 이용하여 공기의 흡입량을 늘림과 동시에 별도의 고압공기가 cylinder 방향으로 들어가는 공기를 밀어붙여 압력을 가함으로 공기의 밀도를 높여, 매연이 가장 많이 발생하는 엔진회전수의 대역(帶域)인 idle상태 이상에서 2000rpm 이하에서도 연소시에 과급(過給)된 충분한 공기로서 최상의 연소상태가 이루어져 출력의 증강과 연료의 절약은 물론 동시에 매연을 줄이는데 그 특징이 있다.

Description

디젤엔진 흡기다기관입구의 고압공기 분사장치{Apparatus using air jet nozzle in front of inlet manifold at diesel engine.}

이제까지는 매연을 줄이기 위해 부하가 적게 걸리도록 자동차의 마력을 높인다거나, intercooler를 설치하여 공기의 밀도를 높여서 연소를 돕도록 하였고, 가솔린엔진과는 달리 경유차량에는 유황성분으로 인해 촉매를 쓸 수가 없어 별도의매연제거장치를 부착하는 방법을 강구하였으나 뚜렷한 효과를 보지 못하고 있다. (서울시에서 대당 500만원이상 되는 장치를 청소차량에 달도록 시도하였으나 잘 되지 않았음).

diesel engine의 특성상 초기 가속성이 떨어짐으로 인해 (공기량과 연료의 혼합비가 맞지않는 2000 rpm 이하에서 가속할때가 가장 매연이 심한 대역(帶域) 인데 도 불구하고) 속도를 올리기 위해 더욱 accelator 을 많이 밟음으로서 매연의 발생은 거의 대부분이 초기에 집중되어있다. 이 문제는 공기의 절대적인 부족으로 일어나는 것으로 충분한 공기를 공급할 수만 있다면 해결되는 것이다. 또 최근에는 대형차량도 ECU를 장착한 개선된 엔진의 차량이 출고되고 있지만 출발과 가속시에는 가속성이 떨어지는 문제등으로 효과를 보지 못하고 있다.

디젤기관은 공기를 흡입하여 압축한 후 연료를 분사해서 폭발하여 힘을 얻는 기관으로서, 연소가 정상적으로 이루어질 수 있는 torque로 되기 위해서는 2000rpm이상이어야 하는데,

이렇게 되는 과정인 가속상태에서는 공기와 연료의 적정한 혼합비로는 가속이 잘 되지 않기 때문에 연료를 더많이 분사해서 출력을 올리는 과정에서 공기와 연료의 비율이 맞지 않아 불완전연소가 되기 때문에 매연은 필연적으로 나올 수밖에 없다.

불완전연소로 연소되지 않고 매연으로 변하는 연료를 연소시킬수 있는 공기를 추가로 공급이 가능하다면, 매연문제는 해결이 되는 것이다.

이러한 문제를 해결하는 방법은 가속을 시작함과 동시에 많은 양의 공기가 충분히 공급되어 연료와 공기의 혼합비가 맞아지도록 해주는 장치가 필요한 것이다.

도1은 관련부품의 기본적인 연결을 표시한 사시도

도2는 도1의 단면도

도3은 도2의 점선원내를 확대한 설명도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1. air cleaner. 2. 공기주름관

3. nozzle body. 4. inlet manifold.

5. cylinder block. 6. 고압공기연결 tube

7. compressor. 8. air tank.

9. solenoid valve. 10. nozzle

[도3] 을 참고하면

Engine이 정상작동을 하고 있는 상태에서 compressor(7) 에서 만들어진 공기는 air tank(8)에 비축되고

Air tank에서 정압(定壓)으로 공급된 고압공기는 파이프(6) 을 통해 solenoid valve(9) 에 도달해서 대기상태(stand by)로 있다가,

차량의 출발과 가속시에 공기량이나 연료량을 감지하는 sensor의 제어에 의해 solenoid valve(9)가 열리면서 고압공기(약 6kg/㎠) 는 nozzle body(3)로 들어온후 nozzle(10)을 통해 속도 약 600m/sec로 manifold로 분사( [도3] 의 a ) 되면 Bernoulli 의 원리에 따라 nozzle부의 주위(A) 가 초저압상태로 바뀌면서 Air cleaner(1)와 공기주름관(2)을 통과하여 흡입되는 공기가 압력차이에 의해 더 빨리, 더 많은 양이 들어오고, 들어온 공기는 nozzle 근처를 통과하자마자 nozzle(10)에서 별도로 분사된 고압공기의 압력과 속도에 의해 고밀도(高密度) 공기로 바뀌어서 manifold(4)를 통과하여 cylinder(5)로 들어간다. 이렇게 들어간 고밀도공기로 인해, 출발과 가속 시에도 과급된 충분한 공기로 인해 연소가 완전하게이루어 질 수 있게 된다.

*대형차의 air brake용 compressor의 governer의 작동압력(일반) 고압 9±0.5kg/㎠ (s/w off), 저압 8±0.5kg/㎠ (s/w on)

*대형디젤차량에서 2000rpm 일때의 Inlet manifold의 평균공기통과속도는 약 65m/sec 임.

*nozzle의 분사압력인 6kg/㎠의 근거: 일반적인 compressor의 가동압력이며, 자동차에서는 에어브레이크에서 공기탱크의 압력이 6kg/㎠이하가 되면 자동으로 브레이크가 작동하여 차가 정지하게 된다.

*공기의 분사속도 600m/sec는 bernoulli공식에서 공기압( p₁)이 6kg/㎠ 일 경우의 속도( v₁)을 계산하면 약 900m/sec가 나오며 여러 가지 손실을 감안하여 삼분의 이 정도로 추정해서 약 600m/sec로 설정한 것으로 흡입관을 통과하는 공기(2000rpm일경우 약 65m/sec) 에 비하면 엄청난 속도임.

이상에서 상술한 바와 같이 본 고안의 장치를 함으로서 디젤엔진의 문제인 출발과 가속 시에 공기량 과 연료의 부적절한 혼합비로 인해 발생하는 심한 매연을 줄일 수 있음은 물론 출력의 증가와 연료의 절약효과를 보게된다. 현재 5톤 이상 및 버스 등의 대형차량은 air brake용 compressor가 장착되어 있으므로, brake 의 안전에 전혀 지장을 주지 않는 별도의 공기탱크 와 각 차량에 맞는 관련부품만 장치하면 되므로 비용이 저렴하여 신차(新車) 는 물론 이미 출고된 차량에도 단 시간 내에 적용이 가능하므로 현재 대도시에서의 심각하고 시급한 대기환경문제의 해결에 대단한 효과를 가져 올 수 있다.

Claims (1)

1. 디젤엔진의 Inlet manifold 의 입구에 별도의 고압공기를 분사하는 장치.