KR20130014569A - 차내 혼합형 디젤 엔진의 직접 분사 시스템용 이중 연료 공급 시스템 - Google Patents

차내 혼합형 디젤 엔진의 직접 분사 시스템용 이중 연료 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 직접 분사 시스템에 연료를 공급하기 위한 이중 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 이중 연료 공급 시스템은 디젤을 직접 분사 시스템에 공급하기 위한 디젤 공급 시스템; 및 디젤과 액화가스 연료의 액체연료 혼합물을 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위 내의 공급 압력으로 그리고 상기 직접 분사 시스템의 연료 경로 및 디젤 엔진을 통하여 흐를 때 상기 연료 혼합물을 그 증기 온도 아래로 유지하는 대응 온도로, 상기 직접 분사 시스템에 동작 가능하게 공급할 수 있는 혼합연료 공급 시스템을 포함한다. 이중 연료 공급 시스템은 상기 디젤 공급 시스템과 상기 혼합연료 공급 시스템 사이에서 선택적으로 전환되어 상기 직접 분사 시스템에 디젤 또는 액체연료 혼합물을 각각 선택적으로 공급하도록 구성된다.

Description

차내 혼합형 디젤 엔진의 직접 분사 시스템용 이중 연료 공급 시스템{A DUAL FUEL SUPPLY SYSTEM FOR A DIRECT-INJECTION SYSTEM OF A DIESEL ENGINE WITH ON-BOARD MIXING}
본 발명은 디젤 엔진용 연료 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 직접 분사 시스템을 갖는 디젤 엔진용 이중 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 이중 연료 공급 시스템을 이용하는 디젤 엔진과 이중 연료 공급 시스템을 갖는 디젤 엔진을 이용하는 차량에 적용된다.
본 발명은 특히 트럭의 디젤 엔진용 이중 연료 공급 시스템에 관한 것이지만 이에 한정되지는 않는다. 따라서 이후로는 본 예의 응용을 참조하여 본 발명을 설명하는 것이 편리할 것이다. 그러나 동시에 비행용 디젤 엔진 및 그 외의 유형의 내연기관 같은 다른 응용에도 본 발명이 적용됨을 알아야 한다.
디젤과 가스 연료의 연료 혼합물을 디젤 엔진에 공급하는 이중 연료 공급 시스템은 알려져 있다. 일부의 이중 연료 공급 시스템은 가스 연료를 연소실에 연결되는 공기 공급부 속으로 도입한다. 특허문헌 1에서는 별도의 분사장치 세트가 가스 상태의 LPG를 연소실 속으로 도입하는 반면, 특허문헌 2, 특허문헌 3, 특허문헌 4 및 특허문헌 5에서는 가스 상태의 LPG가 공기와 혼합된 다음에 공기 혼합물을 연소실에 도입한다.
LPG 및 디젤의 동시 사용은 특허문헌 6에 개시된 이중 연료 시스템에 의해 최근에 다루어졌는데, 여기서 액체 LPG와 디젤이 챔버 속에서 혼합된 다음에 연소실 속으로 도입된다. 그러나 다른 엔진 유형과의 응용에서는 특허문헌 6에 개시된 이중 연료 시스템과 관련된 문제점들이 있다.
US2005202021 US5408957 US4520766 JP1318755 GB1252458 WO 2008036999
본 발명의 목적은 종래기술의 이중 연료 공급 시스템과 관련된 문제점들을 적어도 일부 극복하는 직접 분사 시스템에 적합한 대안적 이중 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.
제 1 측면에 있어서, 본 발명은 연료를 디젤 엔진의 직접 분사 시스템에 공급하는 이중 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 이중 연료 공급 시스템은:
디젤을 상기 직접 분사 시스템에 공급하기 위한 디젤 공급 시스템; 및
디젤과 액화가스 연료의 액체연료 혼합물을 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위 내의 공급 압력으로 그리고 상기 직접 분사 시스템의 연료 경로 및 디젤 엔진을 통하여 흐를 때 상기 연료 혼합물을 그 증기 온도 아래로 유지하는 대응 온도로, 상기 직접 분사 시스템에 동작 가능하게 공급할 수 있는 혼합연료 공급 시스템을 포함하며, 상기 이중 연료 공급 시스템은 상기 디젤 공급 시스템과 상기 혼합연료 공급 시스템 사이에서 선택적으로 전환되어 상기 직접 분사 시스템에 디젤 또는 액체연료 혼합물을 각각 선택적으로 공급하도록 구성된다.
상기 디젤 공급 시스템은 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위 내의 공급 압력으로 그리고 상기 혼합연료 공급 시스템의 공급 온도 범위와 대응하는 공급 온도 범위로 디젤을 상기 직접 분사 시스템에 동작 가능하게 공급할 수 있다.
상기 혼합연료 공급 시스템은 바람직하게는 상기 액체연료 혼합물의 공급 압력을 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력의 상한 쪽으로 압력 범위 내로 조절하도록 구성된다.
상기 혼합연료 공급 시스템은 바람직하게는 상기 액체 연료 혼합물이 상기 직접 분사 시스템의 연료 경로 및 디젤 엔진을 통해 흐를 때 엔진의 열에 의해 액체연료 혼합물 속으로 도입되는 열을 상쇄시키기 위해 공급 압력에서 액체연료 혼합물의 증기 온도보다 충분히 낮은 공급 온도에서 상기 연료 혼합물을 공급하도록 구성된다.
상기 혼합연료 공급 시스템은 바람직하게는 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지를 포함하며, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 액체연료 혼합물이 상기 직접 분사 시스템에 공급되는 공급 압력 및 공급 온도를 조절하도록 구성된다.
상기 혼합연료 공급 시스템은 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지의 공급 압력이 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위의 하한쪽으로 떨어졌을 때, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지가 액체연료 혼합물을 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지에 공급하게 하도록 구성된다.
상기 혼합연료 공급 시스템은 바람직하게는 압력 축압기를 포함하며, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지의 공급 압력이 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력의 하한쪽으로 떨어졌을 때, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지가 상기 압력 축압기를 연료 혼합물로 충전시키게 하도록 구성된다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템의 연료 레일 및 고압 펌프와 연결되거나 유동 연통되게 직렬로 연결될 수 있는 혼합연료 공급 순환 유로를 규정하는 혼합연료 공급 순환 라인을 포함한다.
상기 직접 분사 시스템의 고압 펌프의 오버플로우 라인은 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 순환 라인과 유동 연통되게 연결된다.
상기 혼합연료 공급 순환 라인은 바람직하게는 적어도 상기 디젤 엔진이 1분 동안 전체 부하 상태에서 소모하는 양의 액체연료 혼합물을 수용하기 위한 유로 용적을 갖는 혼합연료 공급 순환 유로를 규정한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 순환 라인과 직렬로 된 순환 펌프를 포함한다. 상기 순환 펌프는 바람직하게는 가변 속도 제어 펌프다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템의 상류측이면서 상기 순환 펌프의 하류측의 혼합연료 공급 순환 라인과 직렬로 된 적어도 하나의 연료 쿨러를 포함한다.
상기 적어도 하나의 연료 쿨러는 바람직하게는 냉매가 통과하는 증발기와, 상기 증발기를 통한 냉매의 유동을 차단하는 차단 밸브를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템에 공급되는 액체연료 혼합물의 공급 온도를 측정하기 위해 상기 직접 분사 시스템의 상류측에 온도 센서를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템으로부터 상기 혼합연료 공급 순환 라인 속으로 배출되는 액체연료 혼합물의 온도를 측정하기 위해 상기 직접 분사 시스템의 하류측에 온도 센서를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 순환 라인을 통해 순환하는 액체연료 혼합물의 유속을 측정하기 위한 유량 센서를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 순환 라인과 직렬로 된 연료 믹서를 포함하며, 상기 연료 믹서는 상기 혼합연료 순환 공급 유로와 유동 연통되는 혼합실을 규정한다. 혼합연료 압력 축압기는 바람직하게는 블래더 축압기다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템에 공급되는 액체연료 혼합물의 공급 압력을 측정하기 위해 직접 분사 시스템의 상류측에 적어도 하나의 압력 센서를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지를 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지와 유동 연통되게 연결하기 위한 혼합연료 공급 라인을 포함하는데, 여기서 혼합연료 공급 라인은 혼합연료 공급 순환 라인과 직렬로 된 순환 펌프의 상류측에 혼합연료 공급 순환 라인과 결합된다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 라인과 직렬로 된 압력 조절 밸브를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급라인과 직렬로 된 연료 쿨러를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 라인과 직렬로 된 혼합연료 축압기를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지는 바람직하게는 디젤과 액화가스 연료를 혼합하여 액체연료 혼합물을 형성하도록 구성된 연료 혼합 시스템이다.
상기 연료 혼합 시스템은 바람직하게는 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지에 공급되는 액체연료 혼합물의 액화가스 연료에 대한 디젤의 비율을 액화가스 연료 90%질량부 내지 50%질량부에 대한 디젤 10%질량부 내지 50%질량부의 비율로 조절하도록 구성된다.
상기 이중 연료 공급 시스템은 바람직하게는 연료 믹서와, 상기 연료 믹서와 디젤 저장기 및 액화가스 연료 저장기 사이에 각각 연결된 디젤 전달 라인 및 액화가스 연료 전달 라인을 포함한다.
상기 연료 혼합 시스템은 바람직하게는 믹서에 공급되는 액화가스 연료에 대한 디젤의 비율을 조절하기 위해, 상기 디젤 전달 라인과 직렬로 된 가변 속도 제어 펌프 및 상기 믹서의 상류측에 상기 액화가스 연료 전달 라인과 직렬로 된 가변 속도 제어 펌프를 포함한다.
상기 연료 혼합 시스템은 바람직하게는 상기 디젤 전달 라인과 직렬로 된 디젤 압력 축압기 및 상기 액체가스 연료 전달 라인과 직렬로 된 액화가스 연료 압력 축압기를 포함한다.
상기 디젤 압력 축압기는 바람직하게는 디젤 블레더 축압기를 포함하며, 상기 액화가스 연료 압력 축압기는 액화가스 연료 블래더 축압기를 포함한다.
상기 연료 혼합 시스템은 바람직하게는 상기 디젤 블래더 축압기의 상류측에 상기 디젤 전달 라인과 직렬로 된 디젤 부스터 펌프, 및 상기 액화가스 연료 블래더 축압기의 상류측에 상기 액화가스 연료 전달 라인과 직렬로 된 액화가스 연료 부스터 펌프를 포함한다.
상기 연료 혼합 시스템은 바람직하게는 상기 디젤 블래더 축압기의 하류측에 디젤 전달 라인과 직렬로 된 비례 밸브, 및 상기 액화가스 연료 블래더 축압기의 하류측에 상기 액화가스 연료 전달 라인과 직렬로 된 비례 밸브를 포함한다.
상기 연료 혼합 시스템은 바람직하게는 상기 디젤 전달 라인 및 액화가스 연료 전달 라인 중의 적어도 하나와 직렬로 된 유량계를 포함한다.
상기 연료 혼합 시스템은 바람직하게는 디젤 전달 라인과 직렬로 된 연료 쿨러 및 액화가스 연료 전달 라인과 직렬로 된 연료 쿨러를 포함한다.
상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템을 선택적으로 바이패스하기 위한 혼합연료 바이패스 라인을 포함한다.
상기 디젤 공급 시스템은 바람직하게는 고압 펌프와 직접 분사 시스템의 연료 레일과 유동 연통되게 직렬로 연결되거나 연결될 수 있는 디젤 공급 순환 라인을 포함한다.
상기 디젤 공급 시스템은 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템의 상류측에 디젤 공급 순환 라인과 직렬로 된 적어도 하나의 연료 쿨러를 포함한다.
상기 디젤 공급 시스템은 바람직하게는 상기 적어도 하나의 연료 쿨러의 상류측에 디젤 공급 순환 라인과 직렬로 된 디젤 부스터 펌프를 포함한다.
상기 디젤 공급 시스템은 바람직하게는 상기 직접 분사 시스템을 선택적으로 바이패스하기 위한 디젤 바이패스를 포함한다.
상기 이중 연료 공급 시스템은 바람직하게는 상기 디젤 공급 시스템과 혼합연료 공급 시스템 사이에서의 선택적인 전환을 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 시스템에서 디젤 시스템으로의 전환 전에 상기 혼합연료 공급 라인을 디젤로 씻어내도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지에 의해 상기 연료 혼합 시스템이 액체연료 혼합물로 충전된 후에, 상기 혼합연료 공급 라인을 디젤로 씻어내도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 디젤 엔진이 정지되기 전에 상기 혼합연료 공급 라인을 디젤로 씻어내도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 혼합연료 쿨러를 통과하는 연료 혼합물의 유속을 조절하여 연료 혼합물의 온도를 조절하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 혼합연료 바이패스 라인을 개방하기 전에 상기 디젤 공급 순환 라인을 개방하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 디젤 바이패스 라인을 개방하기 전에 상기 혼합연료 공급 순환 라인을 개방하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 순환 루프 내의 압력이 설정 온도 한계값 아래로 떨어질 때 상기 혼합연료 공급 시스템으로부터 상기 디젤 공급 시스템으로 자동으로 전환되도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 혼합 중에 그리고 상기 혼합연료 공급 순환 라인으로 흘러갈 때 연료 혼합물에 가해지는 열을 상쇄하기 위해, 혼합 전의 액화가스 연료 및 디젤 연료의 온도를 혼합 압력에서 액화가스 연료의 증기 온도보다 충분히 낮은 온도로 조절하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 혼합연료 공급 순환 라인 내의 액체연료 혼합물의 온도를 모니터하고, 그 온도가 설정 온도 한계값 위로 상승하면 상기 디젤 공급 시스템으로 전환하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 혼합연료 바이패스 루프 내의 온도를 모니터하고, 혼합연료 바이패스 루프 내의 액체연료 혼합물의 온도가 설정 온도 한계값 위에 있으면 상기 디젤 공급 시스템으로부터 상기 혼합연료 공급 시스템으로 전환하는 것을 방지하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 디젤의 공급 온도를 모니터하고, 디젤의 공급 온도가 설정 온도 한계값 위에 있으면 상기 혼합연료 공급 시스템으로의 전환을 방지하도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 상기 디젤 공급 순환 라인 내의 디젤의 유속 또는 상기 혼합연료 공급 순환 라인 내의 연료 혼합물의 유속이 설정 유속 한계값 아래에 있을 때 알람을 유발시키도록 구성된다.
상기 컨트롤러는 바람직하게는 액화가스 연료에 대한 디젤의 비율을 변경시켜서 공급 압력에서의 연료 혼합물의 증기 온도를 변경시키도록 구성된다.
바람직한 형태에 있어서, 이중 공급 시스템은 기존의 차량에 키트로서 설치될 수 있다.
제 2 측면에 있어서, 본 발명은,
직접 분사 시스템; 및
본 발명의 제 1 측면에 따라서 앞에서 정의한 이중 연료 공급 시스템을 포함하는 디젤 엔진을 제공한다.
이중 연료 공급 시스템은 바람직하게는 본 발명의 제 1 측면에 따라서 앞에서 정의한 선택적 특징 중의 하나 이상을 포함한다.
제 3 측면에 있어서, 본 발명은,
직접 분사 시스템을 갖는 디젤 엔진; 및
본 발명의 제 1 측면에 따라서 앞에서 정의한 이중 연료 공급 시스템을 포함하는 차량을 제공한다.
상기 이중 연료 공급 시스템은 바람직하게는 본 발명의 제 1 측면에 따라서 앞에서 정의한 선택적 특징 중의 하나 이상을 포함한다.
본 발명을 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해, 이제 본 발명의 바람직한 실시형태들을 도시하는 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템의 개략적인 기능블록도.
도 2는 이중 연료 공급 시스템의 제 1 실시형태의 개략도.
도 3은 제 1 실시형태와 추가의 시스템 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템의 제 2 실시형태의 개략도.
도 4는 이중 연료 공급 시스템의 제 3 실시형태의 개략도.
도 5는 제 3 실시형태와 추가의 시스템 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템의 제 4 실시형태의 개략도.
도 6은 이중 연료 공급 시스템의 제 5 실시형태의 개략도.
도 7은 제 5 실시형태와 추가의 시스템 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템의 제 6 실시형태의 개략도.
도 8은 이중 연료 공급 시스템의 제 7 실시형태의 개략도.
도 9은 제 7 실시형태와 추가의 시스템 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템의 제 8 실시형태의 개략도.
도 1을 참조하면, 참조 번호 10은 일반적으로 연료를 디젤 엔진(도시하지 않음) 직접 분사 시스템(분사 시스템)에 공급하기 위한 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템을 지시한다. 본 명세서에서, 직접 분사 시스템을 갖는다는 것은 저압 흡기측과 고압 배출측을 갖는 고압 펌프를 갖는다는 것을 의미하는데, 고압 출구측은 연료를 분사장치에 공급하는 연료 레일에 비교적 고압의 연료를 공급한다. 직접 분사 시스템의 고압 펌프의 흡기측 또는 저압측은 전형적으로 2 bar 내지 15 bar의 동작 흡기압을 갖는다. 고압 펌프의 흡기압 범위는 여기서 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위라고 부른다.
넓게 말해서, 아래에 설명하는 실시형태들의 각각은 두 개의 서브시스템을 포함한다. 하나의 서브시스템은 디젤 저장소 또는 탱크(42), 액화가스 연료 저장소 또는 탱크(44) 및 액체연료 혼합물을 혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)에 공급하기 위한 시스템 구성요소(13)를 갖는 혼합연료 공급 시스템(17)의 제 1 스테이지(14)를 포함하는 혼합연료 공급 시스템(7)이다. 제 2 스테이지(16)는 시스템 구성요소(15)를 포함한다. 액화가스연료는 전형적으로 액화석유가스(LPG)지만, 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템은 다른 유형의 액화가스연료와도 사용하도록 구성될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
혼합연료 공급 시스템(17)은 분사 시스템(12)의 연료 수요 압력 범위와 일치하는 공급압력 범위와 연료 혼합물이 직접 분사 시스템(12) 및 디젤 엔진의 연료 경로를 통해 흐를 때 연료 혼합물을 증기압 아래로 유지하는 해당 온도 범위에서 디젤 및 액화가스 연료의 액체연료 혼합물을 동작 가능하게 직접 분사 시스템에 공급할 수 있다.
이중 연료 공급 시스템(10)의 다른 서브시스템은 디젤 공급 시스템(80)으로서, 디젤을 분사 시스템(12)에 전달하고 디젤을 탱크(42)로 순환시키기 위한 시스템 구성요소(79)와 디젤 탱크(42)를 포함한다.
이중 연료 공급 시스템(10)은 이하에 보다 자세하게 설명하는 바와 같이 다양한 유로를 규정하는 도관이나 라인을 포함하며, 이중 연료 공급 시스템(10)을 통과하는 디젤 또는 연료 혼합물의 활성 유로, 유속, 온도 및 압력을 조정 및 제어하는 시스템 구성요소를 포함한다.
게다가, 이중 연료 공급 시스템(10)은 디젤 공급 시스템(80)과 혼합연료 시스템(17) 사이에서 선택적으로 전환할 수 있게 하여 분사 시스템(12)에 디젤이나 액체연료 혼합물을 각각 선택적으로 공급할 수 있도록 구성된다.
도 2는 이중 연료 공급 시스템(11)의 일 실시형태의 개략도를 보여준다. 이중 연료 공급 시스템은 디젤과 LPG를 혼합하며 액체연료 혼합물을 형성하기 위한 제 1 스테이지(14)와, 혼합연료 공급 시스템(17)의 제 1 스테이지(14)로부터 연료 혼합물을 분사 시스템(12)에 공급하기 위한 제 2 스테이지(16)를 포함하는 혼합연료 시스템(17)을 포함한다. 혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)는 연료 혼합 시스템을 형성한다.
혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)는 혼합연료 공급 순환 유로(화살표 20 참조)를 규정하는 혼합연료 공급 순환 라인 또는 루프(18)를 포함한다. 혼합연료 공급 순환 루프(18)는 분사 시스템(12)의 연료 레일을 통하여 연료 혼합물을 순환시키기 위한 분사 시스템(12)의 일부를 구성하는 고압 펌프(21) 및 연료 레일(23)과 직렬로 유동 전달되게 연결되어 있다.
혼합연료 공급 라인 유로(화살표 24 참조)를 규정하는 혼합연료 공급 라인(22)은 연료 혼합 시스템(14)과 혼합연료 공급 순환 루프(18) 사이에서 연장되어 연료 혼합물을 연료 혼합 시스템(14)으로부터 혼합연료 공급 순환 루프(18)에 공급한다.
혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)는 혼합연료 공급 순환 루프(18)와 직렬로 된 순환 펌프(26)와, 직접 분사 시스템(12)의 상류측 그리고 순환 펌프(26)의 하류측의 혼합연료 공급 순환 루프(18)와 직렬로 된 연료 쿨러(28)를 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 순환 펌프(26)는 제어 가능한 가변 속도 펌프이며, 연료 쿨러는 트럭의 에어컨디셔닝 시스템의 냉매 라인과 직렬로 연결된다. 그러나 연료 쿨러는 독립형 연료 쿨러일 수 있음을 알 수 있을 것이다.
직접 분사 시스템(12)의 상류측에는 온도 센서(30)가 마련되어, 분사 시스템(12)에 공급된 액체연료 혼합물의 공급 온도를 측정할 수 있다.
이중 연료 공급 시스템(11)은 또한 직접 분사 시스템(12)을 혼합연료 공급 순환 라인(18)으로부터 선택적으로 격리시키기 위해 혼합연료 바이패스 라인(32)을 포함한다(화살표 33 참조).
제어 가능하며 정상 상태에서 닫혀 있는 솔레노이드 밸브(35) 및 정상 상태에서 열려 있는 솔레노이드 밸브(34)의 형태의 밸브가 혼합연료 순환 공급 루프(18)와 바이패스 라인(32)과 각각 직렬로 마련되어 연료 혼합물을 유로(20 또는 33)를 통해 선택적으로 전환시킬 수 있다.
혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)는 또한 직접 분사 시스템(12)의 하류측 그리고 순환 펌프(26)의 상류측의 혼합연료 순환 공급 루프(18)와 직렬로 된 축압기(36)도 포함한다.
축압기(36)는 블래더(bladder) 축압기 형태이다.
이를 위해, 혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)는 직접 분사 시스템(12)의 상류측의 적어도 하나의 압력 센서(38)를 포함하여 직접 분사 시스템(12)에 공급되고 있는 액체연료 혼합물의 공급 압력을 측정한다.
연료 혼합 시스템(14)은 혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)에 공급되는 액체연료 혼합물의 디젤 대 LPG의 비율을 조정하도록 구성된다. 이 비율은 LPG 90%질량부 내지 50%질량부에 대하여 디젤 약 10%질량부 내지 50%질량부가 될 수 있다.
연료 혼합 시스템(14)은 디젤 공급부 및 LPG 공급부로부터 디젤 및 LPG를 받기 위한 연료 믹서(40)를 포함한다. 연료 믹서(40)는 혼합 등이 가능하도록 출구에서 일부 배관을 갖는 직렬 정적 믹서, 혼합실, T편 또는 Y편 죠인트의 형태일 수 있다.
디젤 공급부는 디젤 저장부 또는 탱크(42)를 포함하며, LPG 공급부는 LPG 저장부 또는 탱크(44)를 포함한다.
디젤 전달 라인(48) 및 LPG 전달 라인(46)은 각각 디젤 탱크 및 LPG 탱크와 믹서(40)에 연결된다.
가변 속도 제어 펌프(50, 52)는 연료 믹서(40)에 공급되는 LPG에 대한 디젤의 비율을 조절하기 위해 각각 믹서의 상류측의 LPG 전달 라인(46)과 직렬로 디젤 전달 라인(48)과 직렬로 제공된다.
연료혼합 시스템(14)은 디젤 전달 라인과 LPG 전달 라인과 각각 직렬로 된 유량계(56, 58)를 포함한다.
유체 혼합 시스템(14)은 또한 LPG 전달 라인(46) 및 디젤 전달 라인(48)의 후방 단부쪽에 연료 필터(64, 66)도 포함한다.
LPG 전달 라인(46)의 양단부 쪽에는 제어 가능하며 정상 상태에서 닫혀진 솔레노이드 밸브(68, 70) 형태의 두 개의 밸브가 마련된다.
이중 연료 공급 시스템(11)은 디젤 공급 시스템(80)과 혼합연료 공급 시스템(17) 사이에서 선택적으로 전환되어 디젤만을 또는 연료 혼합물을 분사 시스템(12)에 선택적으로 공급하도록 구성된다.
디젤 공급 시스템(80)은 직접 분사 시스템(12)의 연료 수요 압력 범위 내의 공급압력에서 디젤을 직접 분사 시스템(12)에 동작 가능하게 공급할 수 있다.
디젤 공급 시스템(80)은 직접 분사 시스템(12)과 유동 연통되게 직렬로 연결된 디젤 공급 순환 라인 또는 루프(82)(화살표 84 참조)를 포함한다.
디젤 순환 펌프(86)는 고압 펌프(21)의 상류측에 디젤 순환 공급 루프(82)와 직렬로 마련된다. 디젤 순환 펌프(86)는 기존의 차량의 차내(on-board) 저압 연료 공급 펌프가 될 수 있다. 디젤은 연료 필터(67)를 통과하여 펌프(21)를 통하여 직접 분사 시스템(12)에 펌핑된다. 순환 루프(20)의 혼합연료용 압력 제거 밸브(69)도 있다.
디젤 공급 시스템(80)은 분사 시스템(12)을 디젤 순환 공급 루프(18)로부터 선택적으로 격리시키기 위한 디젤 바이패스 라인(87)을 포함한다.
이중 연료 공급 시스템(11)은 또한 시스템을 통과하는 연료의 유량, 온도 및 압력을 제어하기 위해 이중 연료 공급 시스템(11)의 관련 시스템 구성요소, 범퍼, 밸브, 쿨러 등과 접속되는 컨트롤러(도시하지 않음)도 포함한다. 컨트롤러는 전형적으로 전용 로직 컨트롤러 또는 프로그래머블 로직 컨트롤러다.
사용중에, 디젤 엔진이 동작되고 있을 때, 분사 시스템(12)에는 디젤 또는 디젤 및 LPG의 액체연료 혼합물이 공급된다.
연료 혼합물이 분사 시스템(12)에 공급될 때, 연료 혼합물은 유로(20)를 따라서 혼합연료 순환 공급 루프(18)를 통하여 순환된다. 쿨러(28)는 순환되는 연료 혼합물의 온도를 낮추어서 액체연료 혼합물을 분사 시스템(12)의 연료 공급압력에서 액화 상태로 유지한다. 온도 센서(30)는 순환되는 연료 혼합물의 온도를 측정한다. 동시에 압력 센서(38)는 순환되는 연료 혼합물의 압력을 측정한다.
순환되는 연료 혼합물의 압력이 원하는 압력 범위 내에 있지만 그 온도가 최대 한계 온도를 넘어서 상승하는 경우, 쿨러(28)를 통과하는 연료 혼합물의 순환 속도는 순환 펌프(26) 내지 쿨러(28)에 의해 높아질 수 있다. 온도를 제어하는 다른 방법은 연료 혼합물을 일정 속도로 순환시키고, 필요에 따라서 단지 연료 쿨러를 온 및 오프로 절환하여 연료 혼합물을 냉각시키는 것일 것이다.
분사 시스템(12)은 혼합연료 순환 공급 루프(18) 내에서 순환하는 순환 연료 혼합물로부터 연료를 사용하는데, 이는 혼합연료 순환 루프(18) 내의 연료 혼합물의 공급 압력을 시간에 따라서 강하시킨다. 순환하는 연료 혼합물의 압력이 최소 한계점 아래로 감소하면, 연료 혼합 시스템(14)이 작동하여 혼합연료 순환 공급 루프를 연료 혼합 시스템(14)으로부터의 연료 혼합물을 보충한다.
연료 혼합 시스템(14)이 작동할 때, 두 개의 솔레노이드 밸브(68, 70)가 열린다. 솔레노이드 밸브(68)는 오스트레일리아 같은 일부 국가에서 요구하는 안전차단 밸브다. 솔레노이드 밸브(68)가 이중 연료 공급 시스템 컨트롤러에 의해 제어되지 않을 때는 별개의 안전 장치에 의해 독립적으로 제어된다. 이 장치는 엔진의 크랭크샤프트 센서로부터 나오는 충격을 검출한다. 안전 장치가 엔진이 동작하고 있다는 것을 지시하는 이런 충격을 검출할 경우에만, LPG 전달 라인의 밸브(68, 70)를 열어서 두 개의 가변속도 제어 펌프(50, 52)를 기동시키고, 각각의 전달 라인(48, 46)을 따라서 흐르는, 즉 디젤 탱크(42) 및 LPG 탱크(44)로부터 믹서(40)에 펌핑된 디젤 및 LPG의 유속을 디젤 유량계(56) 및 LPG 유량계(58)로 측정한다. 컨트롤러는 디젤 펌프(52)와 LPG 펌프(50)를 제어하여 원하는 비율의 디젤과 LPG를 믹서(40)에 공급한다.
저압 디젤 펌프(86) 및 디젤 펌프(52)는 원하는 압력에서 디젤을 제공하기 위해 보다 강력한 단일 디젤 펌프로 교체될 수도 있다.
펌프(52, 50)에 의해, 연료 혼합 시스템(14)은 혼합연료 순환 공급 루프(18)에 들어가고 혼합연료 순환 공급 루프(18) 내의 순환 연료 혼합물의 압력을 증대시키는 블래더 축압기(36)에 충전하는 데 충분한 압력으로 디젤 및 LPG를 전달한다. 압력 센서(38)는 혼합연료 순환 공급 루프(18) 내의 압력을 측정하며, 순환하는 연료 혼합물의 압력이 최대 한계값에 도달할 때 펌프(52, 50)가 오프로 절환되고 밸브(70)가 닫혀진다.
LPG 펌프(50)는 디젤 펌프(52) 전에 오프로 절환되므로, 연료 혼합 시스템(14)이 정지되기 전에 디젤이 혼합연료 공급 라인(22) 속으로 펌핑된다. 이는 연료 혼합 시스템이 작동하지 않을 때 작동하지 않는 혼합연료 공급 라인(22) 속에 있는 LPG의 양을 감소시킨다. 다시 말해서, 혼합연료 공급 시스템(17)의 제 2 스테이지(16)는 연료 혼합물이 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지(16)에 공급된 후마다 적어도 부분적으로 디젤로 씻어진다. 또한 혼합연료 공급 시스템(17)은 디젤 엔진이 오프로 절환되기 전에 적어도 부분적으로 디젤로 씻어진다.
한편, 특히 차내 디젤 공급 펌프(86)가 기계적으로 구동되어 오프될 수 없는 경우에 디젤은 디젤 바이패스 라인(87)을 통하여 순환된다. 디젤이 탱크(42)로 복귀할 수 있도록 디젤 복귀 밸브(89)가 열린 상태에서 디젤이 바이패스 라인(87)을 통하여 순환된다.
이중 연료 공급 시스템(11)이 혼합연료 공급 시스템(17)으로부터 디젤 공급 시스템(80)으로 전환되었을 때, 컨트롤러는 디젤 순환 공급 루프(82)의 밸브(91)를 열고 디젤 바이패스 라인(87)의 밸브(89)를 닫아서 디젤 공급 순환 라인(82)을 통하여 디젤을 순환시키기 시작한다.
그 다음에, 혼합연료 순환 공급 루프(18)의 밸브(35)가 닫히고 혼합연료 바이패스 라인(32)의 밸브(34)가 열리므로 연료 혼합물이 분사 시스템(12)을 바이패스한다.
따라서, 디젤 공급 시스템(80)이 디젤을 분사 시스템(12)에 공급하고 있는 동안, 연료 혼합물은 여전히 쿨러(28)를 통해 혼합연료 바이패스 루프(33) 내에서 순환되므로 혼합연료 순환 공급 루프(18) 내에 존재하는 연료 혼합물을 액체연료 혼합물의 비등을 방지하는 충분히 낮은 온도로 유지한다.
컨트롤러는 또한 혼합연료 공급 순환 루프(18) 내의 압력이 설정 압력 한계값 아래로 떨어졌을 때 혼합연료 공급 시스템(17)으로부터 디젤 공급 시스템(80)으로 자동으로 전환하도록 구성된다.
또한 시스템 내에는 안전 대책도 만들어지는데, 즉 컨트롤러는 혼합연료 공급 순환 라인(18) 내의 액체연료 혼합물의 온도를 모니터하고, 온도가 설정 온도 한계값 위로 상승하는 경우에 디젤 공급 시스템으로 전환하도록 구성된다.
게다가, 컨트롤러는 혼합연료 바이패스 루프(32) 내의 온도를 모니터하도록 구성되며, 혼합연료 바이패스 루프(32) 내의 액체연료 혼합물의 온도가 설정 온도 한계값 위에 있는 경우에는 디젤 공급 시스템(80)으로부터 혼합연료 공급 시스템(17)으로의 전환을 방지한다.
추가로, 컨트롤러는 디젤의 공급 온도를 모니터하며, 디젤의 공급 온도가 설정 온도 한계값 위에 있을 때 혼합연료 공급 시스템(17)으로의 전환을 방지한다.
컨트롤러는 디젤 공급 순환 라인(82) 내의 디젤의 유속 또는 혼합연료 공급 순환 루프(18) 내의 연료 혼합물의 유속이 설정 유속 한계값 아래에 있는 경우에 알람을 유발하도록 구성된다.
온도 제어의 일환으로서, 공급 압력에서의 연료 혼합물의 증기 온도를 상쇄하기 위해 액화가스 연료에 대한 디젤의 비율이 변경될 수 있다.
도 3은 도 2의 이중 연료 공급 시스템(11)과 본질적으로 동일하지만 추가의 시스템 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템(100)을 도시한다.
추가적인 시스템 구성요소로는 혼합연료 순환 공급 루프(18)의 유량계(102), 분사 시스템(12) 뒤의 오버플로우 회로의 추가의 쿨러(103), 추가의 온도 센서(110), 추가의 압력 센서(109), 및 압력유지 밸브(118)를 포함한다.
이중 연료 공급 시스템(100)의 연료 혼합 시스템(120)은 또한 LPG 전달 라인(123)의 압력 센서(121, 122), 쿨러(124, 125), 및 유량계(126)도 포함한다.
연료 혼합 시스템(12)은 또한 디젤 전달 라인(131)의 디젤 연료 쿨러(127), 온도 센서(129) 및 유량계(130)도 포함한다.
또한 펌프(86)의 하류측이면서 연료 필터(67)의 상류측에 디젤 분사 시스템 연료 라인의 추가의 연료 쿨러(132)도 있다. 연료 쿨러(132)는 엔진이 디젤로 구동되는 동안 디젤을 차갑게 유지하는 작용을 한다. 연료 라인이 차갑게 유지되지 않는 경우, 연료가 혼합연료로 절환되어 뜨거운 연료 라인과 접촉할 때 혼합연료의 LPG는 가스를 형성할 수 있다. 추가의 연료 쿨러는 항시 온이 되거나 또는 연료가 디젤로부터 혼합연료로 절환되기 전에 짧은 기간 동안 턴온될 수 있다.
쿨러(103)는 혼합연료 공급 순환 라인(18) 및 디젤 공급 순환 라인(82)에 공통적이며, 따라서 연료 공급부가 디젤 공급 시스템(80)으로부터 혼합연료 공급 시스템(17)으로 전환되었을 때 연료 혼합물의 비등을 방지하기 위해 분사 시스템(12)의 연료 유체 경로와 엔진을 충분히 낮은 온도로 유지한다.
또한, 쿨러(28, 103)에 의해, 연료, 연료 혼합물 및/또는 디젤의 온도는 연료가 디젤 엔진 및 분사 시스템의 연료 경로를 통해 순환할 때 연료에 도입되는 추가의 온도를 상쇄하는 충분히 낮은 온도로 조절된다.
도 2에 도시한 실시형태에서처럼 대안 실시형태에 유사한 특징부들이 있는 경우, 이 특징부들은 그 유사성을 지시하기 위해 동일 개수로 주어졌으며, 도 2에 도시한 실시형태의 이들 특징부에 관한 관련 설명은 역시 대안 실시형태에 도시한 유사한 번호가 붙여진 특징부에도 적용된다.
도 4는 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템(140)의 다른 실시형태를 도시한다. 이중 연료 공급 시스템(140)은 혼합연료 공급 시스템(143) 및 디젤 공급 시스템(144)을 포함한다. 디젤 공급 시스템(144)은 도 2의 디젤 공급 시스템(80)과 실질적으로 동일하다.
혼합연료 공급 시스템(143)의 제 2 스테이지(142)는 도 2의 혼합연료 공급 시스템(11)의 제 2 스테이지(16)와 실질적으로 동일하다.
그러나, 이중 연료 공급 시스템(143)은 도 2의 연료 혼합 시스템(14)과는 다른 연료 혼합 시스템(146)을 포함한다.
연료 혼합 시스템(146)은 또한 디젤 및 LPG를 믹서(152)에 공급하기 위해 디젤 전달 라인(148) 및 LPG 전달 라인(150)을 포함한다.
디젤 전달 라인(148)은 디젤 부스터 펌프(154)의 하류측에 디젤 공급 또는 부스터 펌프(154) 및 디젤 블래더 축압기(158)를 포함한다. 디젤 전달 라인은 믹서(40)의 상류측에 비례 밸브(166)를 더 포함한다. 압력 센서(156)는 디젤 전달 라인(148)과 직렬로 마련된다.
마찬가지로, LPG 전달 라인(150)은 LPG 공급 또는 부스터 펌프(178), LPG 부스터 펌프(178)의 하류측의 LPG 블래더 축압기(188), 및 비례 밸브(172)를 포함한다. 압력 센서(186) 및 온도 센서(192)는 LPG 전달 라인(150)과 직렬로 마련된다. 온도 센서(192)도 역시 LPG 전달 라인(150)과 직렬로 마련될 수 있다.
LPG 탱크(44) 내부의 LPG는 보통은 압축 상태로 저장되며, 따라서 LPG 탱크(44) 내의 압력이 LPG 블래더 축압기(188)를 충전시키기에 적합한 경우, 이럴 때는 LPG 부스터 펌프(180)는 사용되지 않는다. LPG 탱크(44)로부터 LPG가 라인 구간(196)을 따라서 LPG 블래더 축압기(188)로 직접 유동하는 것은 밸브(70)의 개폐에 의해 제어된다. 다른 방법으로서, LPG 부스터 펌프(178)가 작동하여 LPG 블래더 축압기(188)로의 LPG의 공급압력을 증가시킨다.
밸브(68)는 또한 도 2에 도시한 것과 유사한 차단 밸브로서 사용된다.
사용중에, 혼합연료 공급 순환 라인(18) 내의 연료 혼합물의 압력이 공급압력 한계값 아래로 떨어질 때, 컨트롤러에 의해 연료 혼합 시스템(146)이 작동하여 혼합연료 순환 공급 루프(18)와 직렬로 된 혼합연료 블래더 축압기(36)를 충전함으로써 혼합연료 순환 공급 루프(18)를 연료 혼합물로 보충한다.
디젤 블래더 축압기(158) 또는 LPG 블래더 축압기(188) 내의 압력이 압력 센서(156, 186)에서 검출된 것 같은 압력 한계값 아래로 떨어지면, 부스터 펌프(154, 178)가 컨트롤러에 의해 작동하여 블래더 축압기(158, 188)를 각각 디젤과 LPG로 충전한다. 이런 연료 혼합 시스템(146)의 구성에 의해 블래더 축압기(158, 188)의 충전이 독립적으로 제어될 수 있는데, 즉 블래더 축압기가 디젤 및 LPG의 믹서(40)로의 방출 전에 충전될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
그리고 디젤 및 LPG는 믹서(40) 속에서 혼합되어 혼합연료 순환 공급 루프(18)로 간다. 이중 연료 공급 시스템(140)의 추가적인 작업 및 제어는 도 2의 이중 연료 공급 시스템(11)을 참고하여 앞에서 설명한 것과 본질적으로 동일하다.
도 5는 도 4의 이중 연료 공급 시스템(140)과 본질적으로 동일하지만, 혼합연료 시스템(214) 내에 다수의 추가 시스템 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템(210)의 다른 실시형태를 보여준다. 이들 추가 구성요소들은 도 3을 참조하여 설명한 실시형태의 추가 구성요소들과 유사하다.
연료 혼합 시스템(216)은 도 4의 연료 혼합 시스템(146)과 유사하지만, LPG 전달 라인과 디젤 전달 라인과 각각 직렬로 된 연료 쿨러(160, 190) 같은 소수의 추가 구성요소를 포함한다. 온도 센서(162, 192)는 그 각각의 쿨러(160, 190)의 하류측의 LPG 전달 라인 및 디젤 전달 라인과 직렬로 마련된다. 온도 센서(162, 192)는 센서의 감지 팁이 연료 쿨러의 출구 속으로 연장되는 방식으로 설치된다.
도 6은 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템(240)의 다른 실시형태를 보여준다.
이중 연료 공급 시스템(240)은 혼합연료 공급 시스템(243) 및 디젤 공급 시스템(244)을 포함한다.
혼합연료 공급 시스템(243)의 제 2 스테이지(242)는 역시 혼합연료 순환 공급 루프(18), 혼합연료 바이패스 루프(32), 쿨러(28) 및 혼합연료 순환 펌프(26) 및 솔레노이드 밸브(34, 35)를 포함한다는 점에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한 실시형태들과 실질적으로 유사하다. 그러나, 혼합연료 블래더 축압기(262)는 믹서(40)의 하류측이면서 혼합연료 순환 공급 루프(18)의 일부를 구성하는 펌프(26)의 상류측의 혼합연료 공급 라인(22)과 직렬로 위치한다.
연료 혼합 시스템(256)은 도 2를 참조하여 설명한 연료 혼합 시스템과 실질적으로 유사하며, 디젤 연료 시스템(244)은 도 2를 참조하여 설명한 디젤 연료 시스템(80)과 실질적으로 동일하다.
도 7은 도 6의 이중 연료 공급 시스템(240)과 실질적으로 유사하지만 소수의 추가적인 시스템 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템(280)의 다른 실시형태를 보여준다.
도 2 내지 도 5의 실시형태들과 비교하여 차이점은 쿨러(264)가 혼합연료 블래더 축압기(262)의 하류측의 혼합연료 공급 라인(22)과 직렬로 마련된다는 것이다. 또한, 압력 조절 밸브(266)가 혼합연료 공급 라인(22)과 직렬로 된 쿨러(264)의 하류측에 위치한다.
혼합연료 공급 시스템(269)은 혼합연료 순환 공급 루프(18)에 공급된 연료 혼합물의 압력 및 온도를 제어하는 데 사용하기 위한 관련 압력 센서(268, 265) 및 온도 센서(270, 272)를 더 포함한다.
압력 조절 밸브(266)는 혼합연료 공급 순환 루프(18) 내의 연료 혼합물의 압력이 분사 시스템(12)의 원하는 압력 수요 범위 내에 있게 하고, 따라서 압력 조절 밸브(266)의 후단쪽으로의 압력이 액체연료 혼합물을 액화 상태로 유지하는 데 충분히 높은 압력으로 유지되며, 따라서 디젤 및 LPG 전달 라인 내에 쿨러가 필요 없게 한다. 그렇지만 디젤 및 LPG 라인 내의 쿨러의 추가는 선택적인 특징 사항이라는 것을 알 수 있을 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 이중 연료 공급 시스템(290)의 다른 실시형태를 보여준다. 이중 연료 공급 시스템(290)은 도 6을 참조하여 설명한 혼합연료 공급 시스템(242)의 제 2 스테이지와 실질적으로 유사한 혼합연료 공급 시스템(291)의 제 2 스테이지를 포함한다.
이중 연료 공급 시스템(290)은 도 4를 참조하여 설명한 연료 혼합 시스템과 실질적으로 유사한 연료 혼합 시스템(292)을 더 포함한다.
도 9는 도 8의 이중 연료 공급 시스템과 실질적으로 유사하지만, 도 7을 참조하여 설명한 이중 연료 공급 시스템(280)의 제 2 스테이지와 크게 다르지 않은 이중 연료 공급 시스템의 제 2 스테이지에 소수의 추가 구성요소를 포함하는 이중 연료 공급 시스템(300)의 다른 실시형태를 보여준다.
이점
직접 분사 연료 시스템용 이중 연료 공급 시스템의 바람직한 실시형태는 이중 연료 공급 시스템이 연료 혼합물 또는 디젤만을 직접 분사 시스템에 공급할 수 있고 연료원이 두 개의 시스템 사이에서 선택적으로 전환될 수 있다는 이점을 갖는다.
이중 연료 공급 시스템의 바람직한 실시형태들의 다른 이점은 이중 연료 공급 시스템이 디젤만을 직접 분사 시스템에 공급할 때, 액체연료 혼합물을 비등시키지 않으면서 이중 연료 공급 시스템이 혼합연료 공급 시스템으로 전환되는 데 안전한 온도로 엔진의 연료 유로를 유지하도록 디젤 온도가 제어되는 것이다.
이중 연료 공급 시스템의 바람직한 실시형태들의 또 다른 이점은 엔진에 의해 연료 혼합물 속에 열이 도입되는 것을 상쇄시키고, 사용중에 증기 온도 아래의 연료 혼합물을 연료 수요 압력으로 유지하기 위해, 연료 혼합물의 증기 온도보다 충분히 낮은 온도로 디젤 또는 연료 혼합물의 공급 온도를 조절할 수 있다는 것이다.
유리하게도, 혼합연료 공급 시스템의 바람직한 실시형태들은, 이중 연료 공급 시스템이 디젤만을 직접 분사 시스템에 공급할 때 혼합연료 공급 시스템 내에 있는 연료 혼합물의 양을 최소로 하기 위해 연료 혼합물 유로의 용적을 최소화하도록 설계되어 있다.
또한, 이중 연료 공급 시스템의 바람직한 실시형태들은 연료 혼합물이 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지에 공급된 후 그리고 디젤 엔진이 정지되기 전에 연료 혼합물 유로를 디젤로 적어도 부분적으로 씻어내도록 구성되어 있다.
이중 연료 공급 시스템의 바람직한 실시형태들은 또한 디젤 공급 시스템, 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지 및 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지가 독립적으로 제어될 수 있다는 이점을 갖는다. 특히 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 압축된 연료 혼합물을 버퍼링하는 압력 축압기를 포함하며, 따라서 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지로부터 연속적인 압력 제어 의존성을 분리하고 디젤 엔진의 연료 수요 변동 중에 안정성을 제어하는 데 기여한다.
또한, 이중 연료 시스템의 바람직한 실시형태들은 이중 연료 공급 시스템의 서브시스템 내에 다중 연료 쿨러를 이용하는데, 이는 이중 연료 공급 시스템을 통한 연료의 온도 제어성을 향상시킨다.
이중 연료 공급 시스템의 바람직한 실시형태들은 또한 현존하는 연료 시스템 구성요소의 본질적인 부분을 사용하도록 설계되어 있으며, 따라서 디젤 엔진에 이중 연료 공급 시스템을 구비할 필요가 있는 변경을 줄인다.
변형
상기 설명은 본 발명의 실시예로서 제공하였지만, 당업자에게 명백할 상기 및 그 외의 수정 및 변형들 모두는 여기서 개시하는 본 발명의 넓은 범위 및 경계 내에 있는 것이라는 것을 당연히 알 수 있을 것이다.
본 명세서의 상세한 설명 및 특허청구범위 전반에 걸쳐서 "포함하다(comprise)"라는 용어와 "포함하다(comprises)" 및 "포함하는(comprising)" 같은 그 용어의 변형들은 다른 추가물, 구성요소, 정수(integer) 또는 단계를 배제하려는 것은 아니다.

Claims (23)

  1. 연료를 디젤 엔진의 직접 분사 시스템에 공급하는 이중 연료 공급 시스템에 있어서,
    상기 이중 연료 공급 시스템은,
    디젤을 상기 직접 분사 시스템에 공급하기 위한 디젤 공급 시스템; 및
    디젤과 액화가스 연료의 액체연료 혼합물을, 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위 내의 공급 압력으로 그리고 상기 직접 분사 시스템의 연료 경로 및 디젤 엔진을 통하여 흐를 때 상기 연료 혼합물을 그 증기 온도 아래로 유지하는 대응 온도로, 상기 직접 분사 시스템에 동작 가능하게 공급할 수 있는 혼합연료 공급 시스템을 포함하며,
    상기 이중 연료 공급 시스템은 상기 디젤 공급 시스템과 상기 혼합연료 공급 시스템 사이에서 선택적으로 전환되어 상기 직접 분사 시스템에 디젤 또는 액체연료 혼합물을 각각 선택적으로 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디젤 공급 시스템은 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위 내의 공급 압력으로 그리고 상기 혼합연료 공급 시스템의 공급 온도 범위와 대응하는 공급 온도 범위로, 디젤을 상기 직접 분사 시스템에 동작 가능하게 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템은 상기 액체연료 혼합물의 공급 압력을 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력의 상한 쪽으로 압력 범위 내로 조절하도록 구성되고, 상기 액체연료 혼합물이 상기 직접 분사 시스템의 연료 경로 및 디젤 엔진을 통해 흐를 때 엔진의 열에 의해 액체연료 혼합물 속으로 도입되는 열을 상쇄시키기 위해 공급 압력에서 액체연료 혼합물의 증기 온도보다 충분히 낮은 공급 온도에서 상기 연료 혼합물을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템은 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지를 포함하며, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 액체연료 혼합물이 상기 직접 분사 시스템에 공급되는 공급 압력 및 공급 온도를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템은 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지의 공급 압력이 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력 범위의 하한쪽으로 떨어졌을 때, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지가 액체연료 혼합물을 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지에 공급하게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템은 압력 축압기를 포함하며, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지의 공급 압력이 상기 직접 분사 시스템의 연료 수요 압력의 하한쪽으로 떨어졌을 때, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지가 상기 압력 축압기를 연료 혼합물로 충전시키게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 상기 직접 분사 시스템의 연료 레일 및 고압 펌프와 유동 연통되게 직렬로 연결되거나 연결될 수 있는 혼합연료 공급 순환 유로를 규정하는 혼합연료 공급 순환 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 직접 분사 시스템의 고압 펌프의 오버플로우 라인은 상기 혼합연료 공급 순환 라인과 유동 연통되게 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 순환 라인은 적어도 상기 디젤 엔진이 1분 동안 전체 부하 상태에서 소모하는 양의 액체연료 혼합물을 수용하기 위한 유로 용적을 갖는 혼합연료 공급 순환 유로를 규정하는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 상기 혼합연료 공급 순환 라인과 직렬로 된 순환 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 상기 직접 분사 시스템의 상류측이면서 상기 순환 펌프의 하류측의 혼합연료 공급 순환 라인과 직렬로 된 적어도 하나의 연료 쿨러를 포함하며, 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 또한 상기 직접 분사 시스템에 공급되는 액체연료 혼합물의 공급 온도를 측정하기 위해 상기 직접 분사 시스템의 상류측에 온도 센서를 포함하며; 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 상기 혼합연료 공급 순환 라인을 통해 순환하는 액체연료 혼합물의 유속을 측정하기 위한 유량 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 직접 분사 시스템으로부터 혼합연료 공급 순환 라인으로 배출되는 액체연료 혼합물의 온도를 측정하기 위해 상기 직접 분사 시스템의 하류측에 온도 센서가 마련되는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  13. 제 4 항에 있어서,
    상기 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지는 상기 혼합연료 공급 순환 라인과 직렬로 된 연료 믹서를 포함하며, 상기 연료 믹서는 상기 혼합연료 순환 공급 유로와 유동 연통되는 혼합실을 규정하는 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 연료 혼합 시스템은 혼합연료 공급 시스템의 제 2 스테이지에 공급되는 액체연료 혼합물의 액화가스 연료에 대한 디젤의 비율을 액화가스 연료 90%질량부 내지 50%질량부에 대하여 디젤 10%질량부 내지 50%질량부의 비율로 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 이중 연료 공급 시스템은 상기 디젤 공급 시스템과 상기 혼합연료 공급 시스템 사이에서의 전환을 선택적으로 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 혼합연료 공급 시스템으로부터 상기 디젤 시스템으로의 전환 전에 상기 혼합연료 공급 라인을 디젤로 씻어내도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 혼합연료 공급 시스템의 제 1 스테이지에 의해 상기 연료 혼합 시스템이 액체연료 혼합물로 충전된 후에, 상기 혼합연료 공급 라인을 디젤로 씻어내도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  17. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 디젤 엔진이 정지되기 전에 상기 혼합연료 공급 라인을 디젤로 씻어내도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  18. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 혼합연료 쿨러를 통과하는 연료 혼합물의 유속을 조절하여 연료 혼합물의 온도를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  19. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 혼합연료 바이패스 라인을 개방하기 전에 상기 디젤 공급 순환 라인을 개방하도록 구성되며, 상기 컨트롤러는 상기 디젤 바이패스 라인을 개방하기 전에 상기 혼합연료 공급 순환 라인을 개방하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  20. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 혼합연료 공급 순환 루프 내의 압력이 설정 압력 한계값 아래로 떨어졌을 때, 상기 혼합연료 공급 시스템으로부터 상기 디젤 공급 시스템으로 자동으로 전환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  21. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 혼합 중에 그리고 상기 혼합연료 공급 순환 라인으로 흘러갈 때 연료 혼합물에 가해지는 열을 상쇄하기 위해, 혼합 전에 상기 액화가스 연료 및 디젤 연료의 온도를 상기 혼합 압력에서 액화가스 연료의 증기 온도보다 충분히 낮은 온도로 조절하도록 구성되며, 상기 컨트롤러는 상기 혼합연료 공급 순환 라인 내의 액체연료 혼합물의 온도를 모니터하고, 온도가 설정 온도 한계값 위로 상승한 경우에 상기 디젤 공급 시스템으로 전환되도록 구성되며, 상기 컨트롤러는 상기 혼합연료 바이패스 루프 내의 온도를 모니터하고, 상기 혼합연료 바이패스 루프 내의 액체연료 혼합물의 온도가 설정 온도 한계값 위에 있을 때 상기 디젤 공급 시스템으로부터 상기 혼합연료 공급 시스템으로의 전환을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  22. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 디젤의 공급 온도를 모니터하고, 상기 디젤의 공급 온도가 설정 온도 한계값 위에 있을 때 상기 혼합연료 공급 시스템으로의 전환을 방지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
  23. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 액화가스 연료에 대한 디젤의 비율을 변화시켜서 공급 압력에서의 연료 혼합물의 증기 온도를 변화시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 이중 연료 공급 시스템.
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