KR20030064969A - 엔진의 수분사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 연소실내에 물방울을 분사하여 매연을 감소시키는 수분사 장치에 관한 것으로서,

연료의 분사노즐과는 다른 계통으로 물입자를 분사할 수 있도록 하여 연료공급계통 부품의 내구성을 확보하면서, 흡기계를 통하여 물을 분사하되, 엔진의 연소실 상황에 따라 물입자의 분사량 및 분사시기를 최적으로 제어하는 것이 가능하다.

Description

엔진의 수분사 장치{A WATER INJECTION DEVICE OF AN ENGINE}

본 발명은 엔진의 연소실에 물을 분사하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실내에 물방울을 분사하여 매연을 감소시키는 수분사장치에 관한 것이다.

종래에 엔진의 연소실에 연료 이외에 물을 분사하는 방법을 사용하여 연소실의 온도를 조절하여 매연을 감소시키는 다양한 장치가 제안되고 있는데, 이러한 수분사 관련 기술은 크게 물방울의 분사시기에 관한 기술과 물방울을 연소실에 분사시키는 구조에 관한 기술로 크게 구분될 수 있다.

여기서, 상기 물방울을 연소실에 분사시키는 구조에 관한 기술들을 살펴보면, 대한민국 공개번호 특2001-008168호(물혼합연료용 디젤기관의 물혼합장치; 도1참조) 및 등록번호 특1996-008783호(물분사엔진의 연료 및 물의 분사장치; 도2참조)에 개시된 것과 같이 연료와 물의 분사를 위해서 단일의 분사노즐 내에 특수한 구조를 취하는 방식의 유형이 있고,

대한민국 등록번호 10-0287347(자동차의 매연절감 시스템)에 개시된 것과 같이 공기의 흡기관를 통해 물입자를 연소실로 유입시키는 방식이 있는데, 이러한 방식은 상기 분사노즐에 의해 연소실로 물을 직접 분사하는 것보다 연소실내의 급격한 온도변화를 방지할 수 있는 이점이 있다.

여기서, 상기 흡기관을 통해 물입자을 연소실로 유입시키는 수분사 장치를 도 3 및 도 4를 통해 살펴보면, 흡기관(13,13',13")에 설치되어 엔진의 구동흡입력에 비례하여 개방작동되는 공기유도판들(14a)이 순차적으로 개방되면서 엔진의 흡입 행정시에 공기와 물을 상기 공기유도판들(14a)의 개방정도에 따라 자동적으로공급하도록 하고 있는바, 이와 같은 자동조절기능은 세 개의 분지된 흡기관(13,13',13")에 각각 상기 공기유도판(14a)을 설치하되, 여기에 설치되는 무게추(a,b,c)의 중량을 서로 다르게(a<b<c) 형성함에 의해 이루어진다.

즉, 상기 무게추(a,b,c)들의 중량을 극복할만한 흡입구동력에 대하여 물공급관(38a,38b,38c)으로부터 제공되는 물을 흡입공기 중에 분무시켜 연소실로 유입되도록 하는 것이다.

그런데, 이러한 구조의 수분사 장치는 연소실의 다양한 상황에 맞추어 적절한 물입자의 분사시기 및 분사량을 제어하는 데에는 한계가 있다. 즉, 상기와 같은 물입자의 유입은 단지 상기 공기유도판(14a) 및 무게추(a,b,c)의 고정된 물리량에 의해서만 조절되는데, 이러한 고정된 물리량을 가지고 동적으로 변화하는 엔진 연소실 내의 상황에 최적화된 물입자의 공급은 곤란한 실정이다.

한편, 상기 도 1 및 도 2에 제시되고 있는 특수한 구조의 분사노즐 방식은 필연적으로 분사노즐의 구조가 복잡하게 되며, 물과 연료를 함께 분사하기 때문에 부식 등의 문제가 있고, 물을 불필요하게 연료의 분사 압력과 같이 높은 압력으로 분사하게 되어 연료계통의 과부하로 내구성의 저하가 수반되는 문제점이 있다.

아울러, 연소실 내에서의 물과 연료의 용도는 서로 다르므로 단일의 분사노즐을 통해 물과 연료를 분사한다는 기술적 배경은 기본적으로 물과 연료의 분사시기가 일치해야하는 불필요한 제약조건으로 작용하게 된다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료의 분사노즐과는 다른 계통으로 물입자를 분사할 수 있도록 하며, 흡기계를 통하여 물을 분사하되, 분사되는 물입자를 엔진의 연소실 상황에 따라 최적으로 제어하는 것이 가능하도록 한 엔진의 수분사 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1 내지 도 4는 종래 기술에 의한 엔진의 수분사 장치를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 엔진의 수분사 장치를 도시한 구성도,

도 6은 도 5의 주요부를 도시한 요부 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1; 에어클리너3; 터보차저

5; 인터쿨러7; 흡기관

9; 엔진11; 물탱크

13; 송수펌프15; 컴프레셔

17; 압축공기탱크19; 물분사체

21; 솔레노이드밸브23; 전자제어유닛

25; 체크밸브

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 수분사 장치는 엔진의 흡기관 내에 분사구를 구비한 물분사체와; 상기 물분사체에 물을 공급하기 위한 물공급수단과; 상기 물분사체에 압축공기를 공급하기 위한 공기공급수단과; 상기 물공급수단으로부터 제공되는 물과 상기 공기공급수단으로부터 제공되는 압축공기를 혼합하여 상기 물분사체로 공급하는 밸브수단과; 엔진의 작동상태에 따라 상기 밸브수단을 제어하는 컨트롤수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 수분사 장치의 구성이 도시된 도면이다.

도 5를 참조하여 보면, 에너클리너(1)로부터 흡입되는 공기를 터보차저(3)를 통하여 과급하고 인터쿨러(5)를 통하여 냉각시켜 흡기관(7)을 통해 연소실로 흡입하도록 된 엔진(9)에 본 발명에 따른 수분사 장치가 구현된 상태가 개략적으로 도시되어 있다.

상기 물공급수단은 물을 저장하고 있는 물탱크(11)와, 상기 물탱크(11)로부터 물을 펌핑하여 상기 밸브수단으로 압송하는 송수펌프(13)로 구성되는데, 상기송수펌프(13)는 공지의 기술과 같이 엔진으로부터 동력을 받아 구동될 수도 있고 별도의 모터를 사용할 수도 있다.

상기 공기공급수단은 엔진의 동력을 이용하여 구동되는 컴프레셔(15)와, 상기 컴프레셔(15)에서 발생된 압축공기를 저장하는 압축공기탱크(17)로 구성되며, 상기 압축공기탱크(17)의 압축공기는 본 발명의 수분사 장치 이외에 공지의 버스 자동문이나 화물차의 화물칸 구동용으로도 사용될 수 있다.

상기 밸브수단은 그 개폐에 의하여 상기 물공급수단으로부터의 물과 공기공급수단으로부터의 압축공기를 동시에 상기 물분사체(19)로 공급하도록 전자제어되는 솔레노이드밸브(21)로 구성하였으며, 상기 컨트롤수단은 엔진의 작동상태에 따라 상기 솔레노이드밸브(21)를 제어하도록 된 전자제어유닛(23)으로 구성하였다.

한편, 상기 물분사체(19)의 내부에는 상기 밸브수단으로부터 엔진의 흡기관(7)으로 일방통로를 형성하는 체크밸브(25)가 구비되어 엔진측으로부터의 역류를 차단할 수 있도록 하고 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

엔진은 에어클리너(1)를 통하여 불순물이 여과된 공기를 흡입하고 터보차저(3)에 의해 가압된 상태로 상기 인터쿨러(5)를 통해 냉각되어 엔진의 연소실로 유입된다.

이때, 만약 엔진의 연소실 온도를 적절히 저감시켜야할 필요가 있음을 상기 전자제어유닛(23)이 판단하면 상기 밸브수단인 솔레노이드밸브(21)를 제어하여 연소실로 물과 공기의 혼합물을 공급하여 적절한 연소실 상태를 형성하게 된다.

즉, 엔진의 구동에 의해 컴프레셔(15)로부터 발생된 압축공기는 압축공기탱크(17)에 저장되었다가 상기 솔레노이드밸브(21)로 전달되고, 상기 물탱크(11)의 물은 송수펌프(13)에 의해 펌핑되어 상기 솔레노이드밸브(21)로 전달되므로, 상기 솔레노이드밸브(21)에서는 물과 압축공기가 항시 압송될 준비를 하고 있는 상태에서, 상기 전자제어유닛(23)의 제어신호에 의해 솔레노이드밸브(21)가 개방되면, 물입자는 압축공기와 함께 상기 물분사체(19)의 체크밸브(25)를 열고 엔진의 흡기관(7)을 경유하여 연소실로 유입되게 되는 것이다.

따라서, 물입자는 엔진의 흡기관(7)을 통하여 연소실로 유입됨에 의해 연소실 내의 급격한 온도저하를 방지할 수 있으며, 연료와는 별개의 계통을 통하여 상기와 같이 공급될 수 있으므로, 엔진의 상태에 따라 상기 솔레노이드밸브(21)를 듀티제어함에 의해 물의 분사량을 제어하거나 물의 분사시기를 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

물론, 상기와 같은 별도의 계통을 통하여 물이 공급되므로, 종래와 같이 물을 연료와 함께 고압으로 분사하지 않아도 되고, 종래의 분사노즐 등 연료공급계통의 물에 의한 부식의 염려도 배제할 수 있어 엔진의 내구성 측면에도 유리하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 연료의 분사노즐과는 다른 계통으로 물입자를 분사할 수 있도록 하여 연료공급계통 부품의 내구성을 확보하면서, 흡기계를 통하여 물을 분사하되, 엔진의 연소실 상황에 따라 물입자의 분사량 및 분사시기를 최적으로 제어하는 것이 가능하다.

Claims (5)

1. 엔진의 흡기관 내에 분사구를 구비한 물분사체와;

   상기 물분사체에 물을 공급하기 위한 물공급수단과;

   상기 물분사체에 압축공기를 공급하기 위한 공기공급수단과;

   상기 물공급수단으로부터 제공되는 물과 상기 공기공급수단으로부터 제공되는 압축공기를 혼합하여 상기 물분사체로 공급하는 밸브수단과;

   엔진의 작동상태에 따라 상기 밸브수단을 제어하는 컨트롤수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 수분사 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 물분사체의 내부에는 상기 밸브수단으로부터 엔진의 흡기관으로 일방통로를 형성하는 체크밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 엔진의 수분사 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 물공급수단은

   물을 저장하고 있는 물탱크와, 상기 물탱크로부터 물을 펌핑하여 상기 밸브수단으로 압송하는 송수펌프로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 수분사 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 공기공급수단은

   엔진의 동력을 이용하여 구동되는 컴프레셔와, 상기 컴프레셔에서 발생된 압축공기를 저장하는 압축공기탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 수분사 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 밸브수단은 그 개폐에 의하여 상기 물공급수단으로부터의 물과 공기공급수단으로부터의 압축공기를 동시에 상기 물분사체로 공급하도록 전자제어되는 솔레노이드밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 수분사 장치.