KR900007634B1 - 저압공기를 이용한 엔진용 연료 분사장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저압공기를 이용한 엔진용 연료 분사장치

제1도는 본 발명에 따른 압축공기를 이용한 연료 분사 장치의 개략도이다.

제2도는 본 발명의 솔레노이드 밸브의 단면도이다.

제3도는 본 발명의 연료-공기 혼합기의 단면도이다.

제4도는 본 발명에 따른 노즐의 제1의 실시예에 대한 단면도이다.

제5도는 본 발명에 따른 노즐의 제2의 실시예에 대한 단면도이다.

제6도는 본 발명에 따른 노즐의 제3의 실시예에 대한 단면도이다.

제7도는 실린더에 설치된 본 발명의 노즐을 도시하는 2행정 엔진의 단면도이다.

제8도는 실린더 헤드에 설치된 본 발명의 노즐을 도시하는 2행정 엔진의 단면도이다.

제9도는 흡입밸브 위에 설치된 본 발명의 노즐을 도시하는 4행정 엔진의 흡입밸브 부분의 단면도이다.

제10도는 본 발명에 따른 혼합연료분배블록의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료회로 2 : 압축공기원(源)

3,4 : 솔레노이드 밸브 5 : 연료공기혼합기

6 : 분무 연료 통로 7 : 노즐

8 : 전자제어장치 10 : 연료 탱크

11 : 연료펌프 12 : 압력 조절 밸브

20 : 공기 압축기 55 : 공기 통로

56 : 혼합연료통로 60 : 공급파이프

63 : 혼합 연료 분배 블록 67 : 분기 파이프

90 : 실린더 91 : 실린더 헤드

92 : 크랭크 케이스 93 : 소기(掃氣)통로

94 : 연소실

본 발명은 저압공기를 이용한 엔진용 연료·분사 장치에 관한 것이다.

현재 사용되는 기계 또는 전자 제어 장치로 제어되는 엔진용 연료 분사 장치에 있어서, 연료 분사는 연료공급선내에 압력을 발생시키는 원인이 연료펌프에 의하여 이루어진다.

그리고 연료는 노즐에 의하여 분무되며 작은 입자를 형성하기 위하여 외부의 공기와 혼합된다.

더 양호한 연료의 분무화 상태가 요구될 경우, 유일한 해결 방법은 연료의 분사속도를 증가시키기 위하여 연료의 압력을 증카시키는 것이다.

그러나 분사 압력을 증가시키기 위하여는 제작 비용이 증가하게 된다.

현재 유통되는 포트(port)분사형식 또는 스로틀(throttle)기구 분사형식과 같은 연료 분사장치에서는, 연료 이송 압력이 1kg/cm²내지 3kg/cm²이다. 그러나 저압인 경우에는 연료의 분무와 상태가 휠씬 나빠지게된다.

특히 2행정 엔진에서는 더욱 그렇다.

낮은 분사압력하에서 양호한 분무상태에 도달하는 것은 그 혼합시간이 너무 짧기 때문에 상당히 어렵다. 이와같은 종래의 연료 분사 장치의 결점을 해결하려는 관점에서 발명자는 본 발명을 한 것이다.

본 발명에서는 연료 분사 및 분무화를 촉진하기 위하여 작은 양의 압축 공기가 사용되어지는데, 다시 말하면 액체 상태의 연료가 엔진에 직접 분무되는 것이 아니고, 액체 상태의 연료가 상당히 빠른 속도로 공기와 취입되는 것으로 공기와 연료의 혼합체가 분무되는 것이다.

공기는 약간의 압력을 받으면서 작은 통로속을 매우 빠른 속도로 유동할 수 있으며, 이와같이 빠른 속도로 유동되는 공기는 연료를 매우 미세한 입자로 분무시킬 수 있다.

본 발명은 연소 효율을 향상시키기 위하여 2행정 엔진 또는 4행정 엔진에 이용될 수 있으며, 특히 2행정엔진에 이용되는 경우에는 연료소비가 크게 감소될 수 있으며, 또한 공기 오염 문제가 개선될 수가 있다.

본 발명의 구성, 특징 및 작용을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 저압공기를 이용한 본 발명의 연료 분사장치의 한 구체적 실시예를 도시하는데, 이 장치는 연료회로(fuel circuit)(1), 압축 공기원(源)(2), 두개의 솔레노이드 밸브(3)(4), 연료 공기 혼합기(5), 분무 연료 통로(6), 노즐(7), 그리고 전자 제어 장치(8)등으로 구성되어 있다.

상기 부품들은 각각 다음과 같이 기술되어진다.

연료 회로(1)는 솔레노이드 밸브(3)로 하여금 연료의 분사량(mg/cycle)을 용이하게 조절하게 하기 위하여 적절한 연료 압력을 제공한다.

연료 펌프로 부터 나오는 압축 연료는 파이프(115)와 연료공기 혼합기(5)의 연료 유입구(51)를 통하여 솔레노이드 밸브(3)의 밸브구(V₃)로 흐른다.

밸브구(V₃)가 개방될때에, 연료가 연료통로(53)를 통하여 분사되어질 것이다.

아이들링(idling)시에는, 연료가 연료 공기 혼합기(5)의 연료 복귀 통로(52), 파이프(125)와 압력 조절밸브(12)를 통하여 흘러서 연료 탱크(10)로 다시 흘러들어가게 된다.

상기 연료 펌프(11)는 1kg/cm²까지의 압력을 제공할 수 있는 통상의 전기모타 형식의 연료 펌프이다.

상기 압력 조절밸브(12)는 연료 회로(1)의 압력을 조절하기 위한 통상의 2방향(two-way)밸브이다.

연료의 순환은 밸브구(V₃)에 일정 압력을 유지시키고 기포의 형성을 방지하기 위하여 연료를 냉각시키게 된다.

압축공기원(2)은 공기 압축기(20)를 포함하는데, 공기는 파이프(25), 공기 유입구(54)를 경유하여 솔레노이드 밸브(4)의 밸브구(V₄)로 흐른다.

밸브구(V₄)가 개방된 경우에는, 높은 속도의 공기 흐름(stream)이 공기 통로(55)속으로 분사되어서 연료통로(53)를 통하여 분사된 연료와 혼합되게 되며, 그다음에 혼합연료가 혼합 연료 통로(56)로부터 분사된다.

공기 압축기(20)는 통상의 왕복 피스톤 형식으로서, 이 공기 압축기는 엔진 또는 전기 모타에 의해 약 2kg/cm²내지 3kg/cm²범위의 적절한 압력을 유지하게 된다.

분사되어질 압축공기의 양은 분무되어질 연료의 양에 따라 정해지는 것으로 엔진 배기량에 관련된다.

일반적으로, 만약 엔진이 최대 출력부하 동안에 1Omg/cycle의 연료를 소비할 수 있다면, 연료의 양을 완전히 분무하기 위해서는 1cc의 공기가 필요할 것이다.

연료 솔레노이드 밸브(3)와 공기 솔레노이드 밸브(4)의 기능은 엔진의 각 연소 과정에서 소요되는 연료량을 정확하게 조절하는 것이다.

상기 2개의 솔레노이드 밸브는 제2도에 도시되어 있는 바와같이 동일한 구조를 하고 있으며 일정한 지름을 갖는 오리피스(orifice)(N)를 갖고 있는 솔레노이드 밸브이다.

코일(C)에 전류가 흐르면 코어 고정자(E)와 전기자(A)사이에 자장이 발생하며 전기자(A)는 코어 고장자(E)에 의하여 끌린다.

전기자(A)와 밸브핀(P)의 플랜지(F₁)는 일체로 압착되기 때문에, 밸브핀(P)은 원형플랜지(F₂)가 가스켓(K)에 접촉하여 정지될때까지 밸브시트(valve seat)(T)에서 윗방향으로 끌린다.

이 경우에 밸브핀(P)과 밸브시트(T)는 연료 또는 공기가 밸브구(V)와 오리피스(N)를 통하여 외부로 분사할 수 있는 적당한 크기의 밸브구(V)를 형성한다.

코일(C)에 전류가 흐르지 않으면, 코어 고정자(E)와 전기가(A)의 사이에 형성되었던 자장은 소멸되며 스프링(S)은 밸브핀(P)을 밸브시트(T)쪽으로 복귀시켜서 연료 또는 공기의 분사를 정지시킨다.

전기자(A)에 가해진 스프링(S)의 압력은 밸브핀(P)의 반작용을 조절하기 위하여 나사(J)와 코어고정자(E)사이의 나사부(W₁)에 있는 나사(J)를 회전시킴으로써 조절될 수 있다.

각 솔리노이드 밸브는 상기 부품들을 설치하기 위한 외부 하우징(H)을 갖고 있다.

외부 하우징(H)은 제3도에 도시된 바와같이 외부 하우징(H)은 각각 나사구멍(57)(58)에 나사결합시키기 위하여 나사부(W₂)가 제공되어 있다.

코어고정자(E), 전기자(A) 그리고 외부하우징(H)들은 자장 형성을 위한 부품들이기 때문에 높은 자기전도성을 갖는 연자성(soft magnetic)물질로 제조된다.

코어고정자(E)와 외부 하우징(H)은 나사부(W₃)에 의하여 서로 결합되어, 코어 고정자(E)를 감싸기 위해서 외부 하우징(H)의 쇼울더부(U)를 압착시킴으로써 고정된다.

코어 고정자(E)의 상부 부분(Eh)은 솔레노이드 밸브(3)(4)들은 연료 공기 혼합기(5)로 부터 용이하게 결합 또는 분해시키기 위하여 육각형 형태로 형성되어 있다.

제3도는 솔레노이드 밸브(3)(4)의 오리퍼스(N₃)(N₄)들을 각각 연료 통로(53)와 공기 통로(55)에 연결시키기 위하여 연료 솔레노이드 밸브(3)와 공기 솔레노이드 밸브(4)를 설치하는 두개의 나사구멍(57)(58)이 제공된 연료 공기 혼합기를 도시하고 있다.

두개의 통로(53)(55)들은 적절한 각도로 교차되며 공기통로(55)에 대해 일직선으로 뻗어있는 혼합연료 통로(56)로 이어진다.

솔레노이드 밸브(3)(4)와 연료 공기 혼합기(5)사이의 연결부에는 각각 두개의 칼라(collar)형태의 공간(35)(45)이 형성되어 있다.

칼라 형태의 공간(35)은 연료 유입구(51), 연료 복귀 통로(52)와 연통되어있고, 칼라 형태의 공간(45)은 공기 유입구(54)와 연통되어 있다.

따라서 압축연료와 압축공기는 각각 칼라 형태의 공간(35)(45)에 채워지며, 분사를 위해 각각 칼라 형태의 여과기(filter)(36)(46)를 통하여 솔레노이드밸브(3)(4)의 입구(L₃)(L₄)로 유입된다.

연료는 공기가 공기 통로(55)속으로 분사되는 것보다 빨리 연료 통로(53)속으로 분사되어서 연료와 공기를 혼합시키게 된다.

제1도에 도시되어 있는 바와같이, 연료와 공기의 혼합체는 분무상태로 공급 파이프(60), 혼합 연료 분배블록(65)을 경유하여 여러개의 분기 파이프(67)와 노즐(7)로 흐른다.

상기 부품(60)(65)(67)들은 "분무 연료 통로(6)"로 명명하기로 한다.

노즐(7)의 제1, 제2, 그리고 제3의 실시예가 각각 제4도, 제5도 및 제6도에 도시되어 있다.

노즐(7)본체는 제8도, 제9도 및 제10도에 도시되어 있는 바와같이 엔진의 실린더 또는 흡입다기관에 나사 결합되기 위하여 그 외부 표면에 나사산(72)을 갖는 둥근 스템(stem)의 형상으로 되어 있다.

노즐의 상부는 결합 및 분해 작업을 용이하게 하기 위해서 육각형부(73)가 제공되어 있다. 노즐(7)의 중심부에는 분무 연료 통로(6)와 연결되는 통로(71)가 제공되어 있다.

노즐(7)의 하단에는 제4도와 제6도에 도시되어있는 바와같이 넓은 각도로 분무하기 위해서 여러개의 분무 오리피스(710)가 구성되어 있으며 또는, 제5도에 도시되어 있는 바와같이 좁은 각도로 분무하기 위해서 단일의 분무 오리피스(711)가 제공되어 있다.

통로(71)의 중간부에는 본체부(74), 강철보울(75), 스프링(76), 및 베이스(base)(77)로 구성된 첵크 밸브(AR)가 있다.

본체부(74)는 또한 노즐의 상부를 형성하고 있다.

본체부(74)는 나사산(78)과 가스켓(79)에 의하여 노즐의 하부에 설치되어진다.

상부 통로(71')에 있는 연료 가스가 강철 보올(75)을 하방향으로 밀고 베이스(77)위에 있는 스프링 격실 및 구멍(771)을 통하여 통로(71)로 들어가서 분무 오리피스(710)로부터 분무된다.

외부 압력은 연료가스가 역으로 흐르는 일없이 첵크 밸브를 닫히게 된다.

전자제어장치(8)의 기능은 솔레노이드 밸브(3)(4)의 분사시기, 즉 개방 및 폐쇄의 순서, 개방 및 폐쇄시간을 조절하는 것이다.

전자제어장치(8)가 엔진의 여러 부품에 있는 센서(sensor)로부터 스로틀 플레이트의 위치, 엔진의 분당회전수 및 흡입공기량과 같은 엔진의 여러 관련 부품으로부터 센서를 통하여 피드백된 데이타를 받을 경우에, 이들 데이타는 펄스 신호로 변환되어 회로(83)(84)를 통하여 각각 두개의 솔레노이드 밸브(3)(4)에 전달된다.

분무량은 솔레노이드 밸브를 제어하는 펄스 신호의 폭에 따라 정해지게 된다.

분무 연료가 분사되는 시키는 펄스 신호가 공기 솔레노이드 밸브(4)에 전달되는 시기에 따라 정해지게 된다.

제7도는 2행정 엔진에서 사용되는 본 발명에 다른 장치를 도시하는 것으로서, 넓은 분무각을 갖는 노즐(7)이 실린더(90)에서 설치되어 있어 혼합가스가 실린더헤드(91)를 향하여 분무된다.

연료가 분무되기 전에, 연소된 가스를 소기(掃氣)하기 위한 신선한 공기 흐름이 크랭크 케이스(92)로 부터 다수의 소기 통로(83)를 통하여 연소실(4)로 유입된다.

다시 말하면, 실린더 내에 있는 연소된 가스가 연료와 공기의 혼합가스를 이용하는 대신에 신선하고 순수한 공기에 의해 배출되는데 이는 기화기를 갖는 종래의 엔진의 작용과 유사하다.

종래의 엔진에서는 상기 혼합가스는 연소되지 않고 배출구(95)를 통하여 배출될 수도 있다. 본 발명에 따르면 공기 오염이 감소될 수 있으며 연료가 절약될 수 있다.

연료는 완전히 분무화되기 때문에 실린더에 있는 공기와 양호하게 혼합 및 연소될 수 있어서, 연소 효율이 크게 증가된다.

노즐은 고온과 고압에 잘 견딜 수 있으며 따라서 오리피스 주위에 탄소 및 다른 불순물의 퇴적 가능성이 크게 감소되어 분사장치로 안정된 작동상태로 유지시킬 수 있게 된다.

제8도는 2행정 엔진에서 사용되는 장치를 도시하고 있다.

이 경우에는 분사 작용이 피스톤의 왕복운동에 의해 방해받지 않고 노즐이 실린더벽에 설치될때 탄소 퇴적과 같은 불량을 피하기 위하여 노즐(7)이 실린더 헤드(91)에 설치되어 있다.

그러나 노즐은 초기 폭발행정 동안 실린더의 고온, 고압의 영향을 받게 되므로 제6도에 도시된 바와같은 첵크 밸브가 내장된 1방향(one-way)노즐이 사용되어진다.

제9도는 노즐(7)이 흡입통로(96)상의 적절한 위치에 설치된 것으로서 4행정 엔진의 외부에 설치되어지는 본 발명에 따른 장치이다.

연료가 완전히 분무화되기 때문에 엔진은 높은 연소효율을 가질 수 있다.

본 발명의 장치가 1기통 엔진에 사용될때 제1도에 도시되어진 공급파이프(60)는 단일의 노즐(7)과 직접연결된다.

본 발명의 장치가 다기통 엔진에 사용되는 경우에는 공급 파이프(60)가 혼합연료 분배블록(65)과 각각 적절한 위치에 설치된 분기 파이프(67) 및 노즐(7)에 연결된다.

제10도는 혼합연료 분배블록(65)의 단면도로서, 혼합연료 흡입튜브(651)의 내경이 공급파이프(60)의 내경과 동일하다.

혼합연료 흡입튜브(651)의 내부끝단(652)은 보울형상의 표면으로 되어 있다.

분기 파이프(67)에 연결된 혼합 연료 배출 튜브(653)들은 각각 서로 직각으로 혼합 연료 흡입 튜브의 내부 끝단(652)에 설치된다.

혼합 연료 배출 튜브(653)들의 내부 단면적의 합은 혼합연료 흡입튜브(651)의 단면적과 같아야 한다.

또한 분기 파이프(67)에 연결된 노즐(7)의 내경은 안정된 압력을 받는 혼합연료가 더 큰 입자로 응축되는것을 방지하기 위하여 분기 파이프(67)의 내경과 동일하다.

종합하여 설명하면, 본 발명에 따른 압축공기와 연료의 혼합체를 제공하기 위한 분사장치가 연소효율을 증가시키고, 연료 소비율을 낮추며 그리고 공기 오염을 감소시키기 위하여 2행정 엔진 또는 4행정 엔진에 사용되어질 수 있다.

그러므로 본 발명의 분사 장치는 실제적인 가치를 갖고 있다고 할 수 있다.

Claims (5)

1. 기계적 또는 전자적으로 구동되는 소형 공기 압축기가 적절한 압력의 압축공기를 생산하기 위하여 사용된 압축공기원과; 전기적 연료 펌프와 압력 조절 밸브가 그안에 적절한 압력을 제공하기위해 사용된 순환 연료 회로와; 그리고 전자 제어 장치로부터 발생된 명령에 따라 적당한 량이 적당한 시기에 각각 솔레노이드 밸브의 오리피스로 부터 분사되는 상기 연료 및 상기 압축 공기를 제어하기 위하여 사용된 상기 연료 회로 및 상기 압축 공기원에 연결되며, 분사된 공기 및 연료를 혼합연료 통로에서 혼합시킨 후 상기 혼합연료를 분무 연료 통로로 통과시켜 엔진의 적절한 위치에 설치된 노즐로 전달시켜 최종적으로 엔진내에서 연소시키기 위하여 바람직한 분무 방법으로 분무시키게 되는 공기 통로와 연료 통로를 가진 연료 공기 혼합기에 고정되게 설치된 연료 솔레노이드 밸브 및 공기 솔레노이드 밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 저압공기를 이용한 엔진용 연료 분사 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 연료 공기 혼합기에 있는 상기 연료 통로와 상기 공기 통로가 설정된 각도로서로 교차되며; 그리고 상기 연료 솔레노이드 밸브가 연료를 연료 통로에 분사하기 위하여 개방된 후 상기 공기 솔레노이드 밸브가 연료를 혼합연료 통로로 보내서 연료를 분무화하기 위하여 압축 공기를 높은 속도로 분사하기 시작하게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 노즐이 연료를 실린더 내부에 분사하기 위하여 엔진에 설치되며; 그리고 상기노즐의 전단에 바람직한 분무 상태를 제공하기 위하여 특별히 배열된 다수의 분무 오리피스가 제공된 것을 특징으로 하는 장치.
4. 졔3항에 있어서, 상기 노즐의 내부 통로에 설치되며, 강철 보올과 스프링을 포함하며, 연료 가스에의해 압력을 받을 때에 개방되고 외부의 역방향 압력을 받으면 폐쇄되게 되는 첵크 밸브 구조체가 노즐에 구비되어있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 분무 연료를 다수의 실린더에 균등하게 분배하여, 상기 연료 공기 혼합기의 혼합 연료 통로 연결된 유입 튜브와 다수의 노즐에 각각 연결되고 혼합연료 유입 튜브의 내부 끝단에 상기 유입 튜브의 축선에 관하여 동일 각도로 배치된 다수의 유출튜브를 가지는 혼합 연료 분배 블록이 분무 연료 통로에 포함되며; 상기 연료 공기 혼합 통로에서 상기 다수의 노즐에 이르는 상기 분무 연료 통로에서, 혼합연료를 항상 적절한 압력으로 유지시키기 위하여 그 내부 단면적이 모두 동일한 것을 특징으로 하는 장치.

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