KR20110116576A - 디젤엔진의 다중 연료분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 다중 연료분사장치에 관한 것으로서, 연료펌프에 구비되어 연료를 분사하도록 하는 플런저를 분사패턴을 달리하도록 다중으로 구성하여 최대한 완전 연소가 이루어지도록 한 것이다.
본 발명은 연료를 분사하여 인젝터를 통해 각 실린더의 연소실에 분사되도록 하는 연료분사펌프로 구성되는 디젤엔진의 연료분사장치로서,
상기 연료분사펌프는, 하우징과; 이 하우징의 내부에 승,하강이 되면서 메인연료 흡입구를 통해 유입된 메인연료를 메인연료 토출구를 통해 분사되도록 하는 메인 플런저와; 상기 메인 플런저의 승,하강 동작에 따라 승,하강 동작이 이루어지도록 하우징의 내부에 구비되면서, 상기 메인 플런저와 동시에 작동되면서 다른 분사패턴을 형성하도록 서브연료 흡입구를 통해 서브연료를 흡입하여 서브연료 토출구를 통해 분사되도록 하여 디젤엔진의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 서브 플런저를 포함하여 구성되는 것이다.

Description

디젤엔진의 다중 연료분사장치{Multi Fuel Inection Apparatus of Diesel Engine}

본 발명은 디젤엔진의 다중 연료분사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료펌프에 구비되어 연료를 분사하도록 하는 플런저를 분사패턴을 달리하도록 다중으로 구성하여 최대한 완전 연소가 이루어지도록 한 것이다.

일반적으로, 대형,중형 선박용 디젤엔진의 연료분사장치는 엔진의 크랭크축에서 연장되어 회전되는 캠축에 설치된 각 실린더마다 하나의 연료캠과 연료펌프의 작동으로 연료분사가 인젝터를 통해 연소실로 분사되도록 작동하고, 연료탱크가 유로로 연결되어 연료펌프내에 구비된 플런저에 의해 송출되고, 이 송출된 연료는 하나의 유로를 통해 연료 인젝터에 의해 엔진에 구비된 실린더의 연소실로 연료를 분사하게 되는 것이다.

그런데, 종래의 디젤엔진의 연료분사는 연료펌프에 설치된 각 실린더당 각각 하나의 플런저에 의하여 작동되는데, 이것은 연료분사를 캠에 의하여 한 사이클에 해당하는 연소패턴을 가지도록 되어 있어, 미세한 분사와 연소후의 불완전연소를 해소하기 위해 운전중에 연료분사시기를 변화시킬 수 없는 구조이다.

만일, 운전중에 연료분사시기를 변화시키기 위해서는 별도의 가변 연료분사시기 조절장치가 필요하고, 엔진분사연료의 메인볼륨을 일정한 패턴으로만 분사하도록 플런저에 헬릭스부를 형성하여 연료량만을 조절할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 종래의 디젤엔진의 연료분사장치는 하나의 연료펌프에 하나의 인젝터가 연결되어 한가지 연료만을 주입하도록 구성되어 있으며, 연료분사의 패턴 및 각 연료 인젝터에 보내지는 연료량의 조정이 어려운 문제점이 있었다.

더욱이, 하나의 연료펌프내에 하나의 플런저로 전 영역의 엔진부하에 대응하다보니, 모든 부하영역에서 최적의 성능을 발휘하기 어렵고, 부하에 능동적으로 대처하지 못하여 연비문제와 유해가스 배출문제가 발생하였다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 연소실에 연료분사시기 및 패턴을 달리하여 공급함으로써, 엔진성능을 향상시키고, 엔진부하에 따라 연료분사량을 조절하는 한편, 완전연소를 위한 프리 인젝션과, 메인 연료분사후에 남아 있는 연료의 찌꺼기를 포스트 인젝션을 통해 완전연소가능하도록 하며, 그에따라 유해가스의 배출을 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 과제 해결수단은, 연료를 분사하여 인젝터를 통해 각 실린더의 연소실에 분사되도록 하는 연료분사펌프로 구성되는 디젤엔진의 연료분사장치로서,

상기 연료분사펌프는, 하우징과; 이 하우징의 내부에 승,하강이 되면서 메인연료 흡입구를 통해 유입된 메인연료를 메인연료 토출구를 통해 분사되도록 하는 메인 플런저와; 상기 메인 플런저의 승,하강 동작에 따라 승,하강 동작이 이루어지도록 하우징의 내부에 구비되면서, 상기 메인 플런저와 동시에 작동되면서 다른 분사패턴을 형성하도록 서브연료 흡입구를 통해 서브연료를 흡입하여 서브연료 토출구를 통해 분사되도록 하여 디젤엔진의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 서브 플런저를 포함하여 구성되는 것이다.

또한, 상기 서브 플런저의 하부에는 메인 플런저의 승,하강 동작시, 압축 및 신장되도록 하는 탄성부재가 포함되는 구조이다.

또한, 상기 서브 플런저는 메인 플런저와 다른 분사패턴을 형성하도록 서브 플런저의 상부에 프리 인젝션이 수행되는 헬리컬부가 돌출,형성되는 구조이다

또한, 상기 서브 플런저는 헬리컬부와 거리를 둔 위치에는 포스트 인젝션이 수행되도록 하는 돌기부가 형성되는 구조이다.

이와 같이 본 발명은 연소분사장치를 구성하는 연료분사펌프내에 2개의 다른 구조를 가지는 플런저를 구비하여 하나는 메인연료를 분사하도록 하고, 다른 하나는 프리 인젝션과 포스트 인젝션 동작을 수행하도록 하여 연료의 분사패턴을 달리하여 디젤엔진의 운전시 연소성능이 향상되고, 그에따라 연비절감 및 배기가스의 감소를 이룰 수 있는 효과가 있다.

또한, 다른 연료를 이중으로 사용하도록 구성하여 메인연료 토출구에는 HFO(Heavy Fuel Oil)와 같은 종래에 사용하는 저급연료를 계속하여 사용할 수 있고, 엔진의 초기 스타트때에나 또는 항구에 근접하는 경우에는 MDO(Marine Diesel Oil), 또는 다른 친환경적인 연료를 서브연료 토출구를 통해 분사하여 유해가스를 감소시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료분사장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료분사장치에 구비되면서 프리 및 포스트 인젝션을 수행할 수 있는 서브 플런저의 구조를 도시한 도면이다.
도 3(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료분사장치에 연료가 주입되어 대기중인 상태를 나타낸 도면이다.
도 3(b)는 도 3(a)의 상태에서 메인 플런저와 서브 플런저를 통해 압축된 연료가 각기 다른 토출구를 통해 분사되는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료분사장치에서 3가지 분사패턴인 프리 인젝션, 메인 인젝션, 포스트 인젝션의 연소패턴을 도시한 그래프이다.

이하. 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료분사장치(A)는 연료분사펌프(1)와, 이 연료분사펌프(1)를 통해 연료를 공급받아 분사하도록 하는 인젝터(2) 등으로 구성되는데, 상기 연료분사펌프(1)는 하우징(10)의 하부 안쪽에 구비되는 메인 플런저(20)와, 이 메인 플런저(20)의 상부에 위치하면서 메인 플런저(20)의 동작과 연동되어 연료를 분사할 수 있도록 하는 서브 플런저(30)로 구성된다.

상기 메인 플런저(20)는 물론 도시되지 않은 캠의 구동에 의해 상,하 직선운동을 하는데, 연료를 하우징(10)의 둘레면에 형성된 메인연료 흡입구(11)를 통해 흡입하여 공간부(12)안에 채워지면, 메인 플런저(20)의 상단부(21)가 상승하면서 압축하여 메인연료 흡입구(11)의 상부에 형성된 메인연료 토출구(13)를 통해 분사하여 인젝터(2)로 보내서 실린더로 분사하도록 한다.

또한, 상기 메인 플런저(20)의 상단부(21)와 서브 플런저(30)의 하단부(31) 사이에는 스핀들(40)이 구비되어 메인 플런저(20)가 움직임에 따라 동시에 연동되도록 되어 있다.

더욱이, 상기 스핀들(40)의 하단부(41)는 메인 플런저(20)의 상단부(21)와 접해 있고, 스핀들(40)의 상단부(42)는 서브 플런저(30)의 하단부와 접해서 연동되게 배치된 구조이다.

즉, 서브 플런저(30)와 스핀들(40)은 서로 일체로 연결되어 연동되게 구성할 수도 있고, 분리되어 서로 접하게 구성할 수 있다.

또한, 상기 서브 플런저(30)의 하부에는 탄성부재(50)가 고정된 상태로 탄지되어 있고, 스핀들(40)의 상단부(42)가 상승함에 따라 압축되도록 되어 있다. 상기 탄성부재(50)는 본 실시예에서는 코일 스프링을 사용한다.

또한, 상기 서브 플런저(30)의 상단부(32)가 상승함에 따라 연료를 흡입 및 토출할 수 있도록 하우징(10)의 상부 측면 둘레를 따라 서브연료 흡입구(14)가 형성되고, 하우징(10)의 최상단부에는 서브연료 토출구(15)가 형성된 구조이다.

또한, 서브 플런저(30)의 대략 중간위치에는 서브 플런저(30)의 프리 인젝션(pre injection) 타이밍을 조절할 수 있도록 하면서 랙과 피니언으로 구성되는 조절수단(도시되지 않음)(PVIT)(Pre Variable Injection Timing) 이 갖추어진다.

상기 서브 플런저(30)에는 서브 플런저(30)의 상단부(32)로부터 하부방향으로 돌출,형성되어 프리 인젝션 동작을 수행할 수 있도록 하는 헬리컬부(33)와, 이 헬리컬부(33)와 거리를 둔 위치, 즉 서브플런저(30)의 길이방향을 따라 이격된 위치에 포스트 인젝션(post injection) 동작을 할 수 있도록 서브 플런저(30)의 외면으로부터 돌출된 돌기부(34)로 구성된다.

상기 메인연료와 서브연료는 완전히 다른 연료를 의미하는 것이 아니라, 디젤엔진에 사용되는 동종의 연료를 사용할 수도 있고, 다른 종류의 연료를 사용할 수도 있다.

이러한 구조를 가지는 본 발명은, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 연료를 분사기 위해서, 하우징(10)의 메인연료 흡입구(11)와 서브연료 흡입구(14)를 통해 연료(도 3(a)(b)에는 음영으로 구분함)가 공급되면, 캠의 구동에 의해 메인 플런저(20)가 상부방향으로 이동하면서 메인연료 흡입구(11)를 통해 공간부(12)안으로 유입된 연료를 압축하여 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 분사되어서 도 1에 도시된 인젝터(2)로 공급한다.

이때, 메인 플런저(20)의 상부에는 상기 스핀들(40) 및 서브 플런저(30)가 연동되도록 구비되어 있어, 메인 플런저(20)의 움직임에 따라 스핀들(40) 및 서브 플런저(30)도 상부방향으로 움직이게 되고, 그러면 서브 연료 흡입구(14)를 통해 유입된 연료가 상부로 이동하는 서브 플런저(30)에 의해 압축되면서 서브연료 토출구(15)를 통해 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 인젝터로 공급된다.

연료의 분사동작이 완료되면, 다시 상승하였던 메인 플런저(20) 및 서브 플런저(30)는 하강하게 되는데, 스핀들(40)의 상승시 탄성부재(50)를 압축하면서 상승하기 때문에, 메인 플런저(20)가 하강하게 되면, 압축되어 있던 탄성부재(50)의 반발력에 의해 스핀들(40)이 하강하게 되고, 이와 동시에 서브 플런저(30)도 하강하게 되어 한 사이클의 동작이 완료된다.

여기서, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 서브 플런저(30)는 프리 인젝션과 포스트 인젝션 동작을 수행하는데, 메인 플런저(20)에 의한 메인 인젝션이 시작되기 전에 서브 플런저(30)가 약간 상승하면 프리 인젝션이 먼저 이루어지고, 이어서 메인 플런저(20)의 계속된 상승동작에 따라 메인연료가 메인연료 흡입구(11)를 통해 흡입되어 공간부(12)안에 있는 상태에서 압축되면서 메인연료 토출구(13)를 통해 토출되는 메인 인젝션 동작이 수행된다.

점선으로 표시된 곡선은 PVIT용 프리인젝션의 패턴을 나타낸 것으로서, 메인 인젝션과 동시에 인젝션 동작이 수행될 수 있음을 나타낸 것이다.

본 발명은 상기 서브 플런저(30)를 통해 우선적으로 프리 인젝션 동작이 수행되므로, 완전연소에 가깝게 이루어지고, 메인 플런저(20)에 의한 메인 연료의 분사후 남아있는 연료의 찌꺼기를 서브 플런저(30)의 포스트 인젝션 동작에 의해 완전연소에 가깝게 수행되므로, 실린더의 연소실내에 오염물질을 제거하고, 유해가스 배출을 감소시킬 수 있는 것이다.

다시 말해서, 메인 플런저(20)의 상승동작에 따라 서브 플런저(30)의 상단부(32)에 돌출,형성된 헬리컬부(34)의 형상에 따라 서브연료 흡입구(14)를 통해 유입된 서브연료가 서브연료 토출구(15)를 통해 토출되면서 1차로 프리 인젝션 동작이 수행되고, 메인 플런저(20)가 본격적으로 공간부(12)안에 유입된 메인 연료를 압축하여 메인연료 토출구(15)를 통해 토출하여 메인 인젝션 동작이 수행되며, 마지막으로 메인 플런저(20)의 압축과정이 감소되어 거의 저압상태로 되는 시점에서 서브 플런저(23)의 돌기부(33)에 의해 포스트 인젝션 동작이 수행되어 잔류한 연료를 분사되도록 하여 최대한 완전연소가 되도록 하는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 메인 플런저(20)의 유입된 메인연료의 압축,분사를 하기전에 서브 플런저에 의해 1차로 프리 인젝션 동작을 수행하여 연소실내의 분사 워밍업과 함께 메인연료의 분사가 본격적으로 이루어지기 전의 비연소되는 연료를 최대한 완전연소가 이루어지도록 하고, 메인 플런저(20)의 상승에 따라 메인연료를 본격적으로 분사하여 메인연료 분사동작을 한 다음, 최종적으로 메인 플런저(20)의 메인연료 분사동작이 거의 완료되는 시점(이때에도 메인 플런저(20)의 상승동작은 이루어지는 상태임)에서 다시 서브 플런저(30)에 의해 포스트 인젝션 동작을 수행하여 최대한 완전연소가 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 특허청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.

A : 연료분사장치
1 ; 연료분사펌프
2 : 인젝터
10 : 하우징
11 : 메인연료 흡입구
12 : 공간부
13 : 메인연료 토출구
14 : 서브연료 흡입구
15 : 서브연료 토출구
20 : 메인 플런저
21 : 상단부
30 : 서브 플런저
31 : 하단부
32 : 상단부
33 : 헬리컬부
34 : 돌기부
40 : 스핀들
41 : 하단부
42 : 상단부
50 : 탄성부재

Claims (4)

1. 연료를 분사하여 인젝터를 통해 각 실린더의 연소실에 분사되도록 하는 연료분사펌프로 구성되는 디젤엔진의 연료분사장치로서,
   상기 연료분사펌프는,
   하우징과;
   이 하우징의 내부에 승,하강이 되면서 메인연료 흡입구를 통해 유입된 메인연료를 메인연료 토출구를 통해 분사되도록 하는 메인 플런저와;
   상기 메인 플런저의 승,하강 동작에 따라 승,하강 동작이 이루어지도록 하우징의 내부에 구비되면서, 상기 메인 플런저와 동시에 작동되면서 다른 분사패턴을 형성하도록 서브연료 흡입구를 통해 서브연료를 흡입하여 서브연료 토출구를 통해 분사되도록 하여 디젤엔진의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 서브 플런저를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 다중 연료분사장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 서브 플런저의 하부에는 메인 플런저의 승,하강 동작시, 압축 및 신장되도록 하는 탄성부재가 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 다중 연료분사장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 서브 플런저는 메인 플런저와 다른 분사패턴을 형성하도록 하기 위해서 서브 플런저의 상부에 프리 인젝션이 수행되는 헬리컬부가 돌출,형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 다중 연료분사장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 서브 플런저는 헬리컬부와 거리를 둔 위치에는 포스트 인젝션이 수행되도록 하는 돌기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 다중 연료분사장치.

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