KR960007652B1 - 에멀션연료엔진 - Google Patents

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KR960007652B1
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타이죠 시마다
키요하루 야마다
유타카 자하
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나까무라 유이찌
미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤
난바 무네치카
미쯔비시지도오샤엔지니어링 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

에멀션연료엔진
제1도는 본 발명의 제1실시예에 관한 에멀션연료엔진의 구성도.
제2도는 쌍방향 체크밸브기구를 가진 등압밸브를 표시한 단면도.
제3도는 에멀션연료용 펌프의 토출압과 등압밸브에 의해서 유지되는 압력과의 관계를 표시한 도면.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 관한 에멀션연료엔진의 구성도.
제5도는 자유피스톤의 변형예를 표시한 도면.
제6도는 본 발명의 제3실시예에 관한 에멀션연료엔진의 구성도.
제7도(A)~(D)는 모두 위치센서를 표시한 도면.
제8도는 본 발명의 제4실시예에 관한 에멀션연료엔진의 구성도.
제9도는 전자스필밸브의 개폐와 분사와의 관계를 표시한 도면.
제10도는 종래의 에멀션연료엔진의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 연료탱크 22 : 분사
31 : 등압밸브 32 : 분사노즐
41 : 제2의 연료탱크 44 : 펌프
45 : 믹서 46 : 에멀션연료탱크
47 : 연결부 50 : 체크밸브
본 발명은 에멀션연료를 연료로 하는 에멀션연료엔진에 관한 것이다.
배기가스의 저감 및 연비율을 개선하기 위하여, 에멀션연료를 사용하는 디젤엔진이 알려져 있다. 여기서 에멀션연료만 예를 들면, 물과 경유, 물과 증유, 메탄올과 경유와 같이 불용성 연료끼리를 유화(乳化)시킨 연료를 말한다.
제10도를 참조하여 종래의 에멀션연료엔진의 구성에 대해서 설명한다. 제10도에 있어서, (1)은 에멀션연료(예를들면, 물과 경유)가 저류되어 있는 연료탱크이다. 이 연료탱크(1)와 분사펌프(2)와의 사이에는 연료를 내보내는 연료펌프(3) 및 연료필터(4)가 설치되어 있는 연료공급관(FP)이 설치된다.
분사펌프(2)는 캠축(5)의 회전과 함께 회전하는 캠(6)의 회전에 따라서 플런저(7)를 상하로 왕복운동시키므로서, 플런저(7)의 상단부면이 급배유구멍(9)보다 내려간 위치에 왔을 때부터 연료의 흡입을 개시하고, 플린저(7)의 상단부면이 급배유구멍(9)보다 올라가서부터 연료의 압송을 개시하고, 플린저(7)의 둘레면에 새겨진 리이드(10)가 급배유구멍(9)에 포개지면, 압송을 종료한다. 여기서, (11)은 역류방지용의 송출밸브이다.
분사펌프(2)의 상부와 분사노즐(12)와의 사이에는 분사관(IP)이 설치된다.
분사노즐(12)내에는 급유구멍(13)이 뚫려 있으며, 이 급유구멍(13)을 개재해서 분사관(IP)을 개재해서 압송되는 연료가 노즐(12)의 아래쪽으로 인도되고, 그 압력에 의해 니들밸브(14)를 밀어올리므로써, 연료가 분사구멍(15)을 개재해서 연소실에 분사된다.
또, 분사펌프(2) 및 분사노즐(12)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(16)을개재해서 연료탱크(1)에 반송된다.
즉, 종래의 에멀션연료엔진에 있어서는, 단순히 연료탱크(1)에 경유 대신에, 미리 조합(調合)된 에멀션연료를 저류해 두는데 불과했다.
또, 연료탱크(1)에 장시간 에멀션연료를 방치해 두면, 경유와 물이 분리해 버리고, 시동시에 물이 분사되어 버리게 되므로서, 착화가 나쁘고, 시동불량이 일어난다고 하는 문제가 있었다.
또, 디젤엔진의 분사계부품에는 미크론오더의 클리어런스로 연료속을 슬라이딩하는 부품이 많다. 이 때문에, 물입자를 내포하는 에멀션연료에 의해서, 분사펌프(2)에 있어서 윤활불량, 발청에 의한 이상마모가 일어나, 분사펌프(2)의 내구성이 저하된다고 하는 문제가 있다.
또, 분사(12)에 있어서는 그 이상 마모에 의한 마모가루에 의해 분사구멍(15)이 막혀버리고 해서, 분사노즐(12)의 내구성이 저하한다고 하는 문제가 있다.
또, 물 또는 다른 종류의 액체를, 송출밸브로부터 연료분사노즐의 분사구멍에 이르는 임의의 위치에 도입하고, 이 물 또는 다른 종류의 액체를 송출밸브의 연료되흡입작용에 의해서 발생하는 부압에 의해서 도입하는 기술(USP 3933132)이 제안되고 있다.
그러나, 이와 같은 선행기술이란 물 또는 다른 종류의 액체만을 직접 분사관에 도입해서, 연료와 함께 분사노즐로부터 분사하기 때문에, 연료와 물 또는 다른 종류의 액체와는 강제적으로 혼합시키는 것이 아니고, 자연히 혼합된 상태의 그대로이므로, 혼합에 치우침이 발생하여, 물 또는 다른 종류의 액체만이 다량으로 분사되어 연료몫이 소량으로 되는 일이 있다. 이와 같은 경우에는 연소자체가 성립되지 않고, 본래의 에멀션연료에 의한 NOx 저감의 효과를 충분히 기대할 수 없는 염려가 있다.
또, 상기의 물이나 다른 종류의 액체와 같은 부연료를, 송출밸브의 되흡입작용의 부압에 의해서 흡인하는 것이 아니고, 펌프에 의해서 압송하고, 이 부연료압을 엔진의 가동상태에 따라서 압력조정기에 의해서 조정하고, 송출밸브로부터 연료분사노즐의 분사구멍에 이르는 임의의 위치에 도입하는 기술(일본국, 실개소 56-142243호 공보)도 제안되고 있다.
그러나, 이 선행기술에서는, 부연료압을 엔진의 가동상태에 따라서 조정해서 공급할 수 있는 점은 상기한 선행기술(USP 3933132)에 비해서 개선되는 것이나, 그외는 상기한 선행기술과 마찬가지의 과제가 있다.
본 발명은, 상기한 점에 비추어 이루어진 것으로서, 그 목적은 에멀션연료의 분리에 의한 시동불량을 방지하고, 분사계부품의 내구성저하를 방지하고, 나아가서는 NOx나 매연의 저감이나 연비의 향상을 도모할 수 있는 에멀션연료엔진을 제공하는데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 에멀션연료엔진은, 제1의 연료를 저류해 두는 제1의 연료탱크와, 불용성의 제2의 연료를 저류해 두는 제2의 연료탱크과, 각 기통에 설치된 분사노즐과, 상기 제1의 연료탱크에 저류되는 제1의 연료가 유입되어 소정의 타이밍으로 제1의 연료를 상기 분사노즐방향으로 압송하는 분사펌프와, 상기 제1의 연료탱크에 저류되는 제1의 연료 및 상기 제2의 연료탱크에 저류되는 제2의 연료를 혼합하는 혼합수단과, 동혼합수단으로부터 보내어지는 에멀션연료를 상기 분사펌프와 상기 분사노즐과의 사이의 분사관에 체크밸브를 개재해서 공급하는 에멀션연료공급수단을 구비한 것을 특징으로 하고 있다.
이와 같은 구성에 의해서, 본 발명에서는, 예를들면, 제1의 연료탱크에 경유를 저류해 두고, 제2의 연료탱크에 물 또는 다른 종류의 액체를 저류해 두고, 에멀션연료를 사용할 때에는, 경유와 물 또는 다른 종류의 액체를 혼합하여 분사펌프와 분사노즐과의 사이의 분사관의 도중에 에멀션연료를 합류시켜, 에멀션연료를 분사노즐로부터 분사시킨다. 물 또는 다른 종류의 액체를 연료에 미리 혼합시키고, 그 혼합상태의 것을 분사관내에 도입하므로써, 예를들면, 물과 연료가 충분히 혼합된 상태에서 연소실내에 분사되므로, 물과 연료가 연소실내에 균등하게 퍼지고, 불이 붙은 연료부분에 물이 존재하므로서, 연소해 주는 물의 영향이 충분히 발휘되어서, 연소온도저감에 의한 NOx 저하의 작용효과를 충분히 얻을 수 있다.
또한, 연료와 함께 연소실내에 분사된 물은, 분무를 형성하고, 공기를 도입한 상태가 되므로, 연료의 연소개선에 기여하여 매연의 저감 및 연비의 향상을 얻을 수 있다.
이하 도면을 참조해서 본 발명의 제1실시예에 관한 에멀션연료엔진에 대해서 설명한다. 제1도에 있어서, (21)은 제1의 연료로서의 경유가 저류되어 있는 제1의 연료탱크이다. 이 연료탱크(21)와 분사펌프(22)와의 사이에는 연료를 송출하는 연료펌프(23) 및 연료필터(24)가 설치된 연료공급관(FP)이 설치된다.
분사펌프(22)는 캠축(25)의 회전과 함께 회전하는 캠(26)의 회전에 따라서 플런저(27)를 상하로 왕복운동시키므로써, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 내려간 위치에 왔을 때부터 연료의 흡입을 개시하고, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 올라가서부터 연료의 압송을 개시하여, 플런저(287)의 둘레면에 새겨진 리이드(30)가 급배유구멍(29)에 포개지면, 압송을 종료한다.
분사펌프(22)의 상부와 분사노즐(32)와의 사이에는 분사관(IP)이 설치된다.
여기서, (31)은 쌍방향 체크밸브기구를 가진 등압밸브이나, 이 등압밸브(31)는, 분사관(IP)내의 압력을 일정하게 유지하는 것으로서, 제2도에 도시한 바와 같이, 하우징(31-1)내에, 제1스프링(31-2)에 가압된 제1밸브체(31-4)와, 이 제1밸브체(31-4)내에 있어서 제2스프링(31-3)에 가압된 제2밸브체(31-5)를 구비하여 구성되어 있다.
이와 같은 구성에 의해, 이 등압밸브(31)는 다음과 같이 동작한다.
즉, 분사개시시에는, 제1밸브체(31-4)가 제1스프링(31-2)의 스프링힘에 대향해서 플런저(27)로부터 압송된 연료에 의해 압출되어서, 연료는 분사관(IP)에 공급된다.
또, 분사종료시에는, 제1밸브체(31-4)는 제1스프링(31-2)에 의해서 폐쇄하는 동시에, 분사관(IP)내의 잔류연료압에 의해서, 제2밸브체(31-5)가 제2스프링(31-3)의 스프링힘에 대항해서 아래쪽으로 리프트되어서, 분사관(IP)내의 연료는 되돌려지나 제2스프링(31-3)의 스프링힘에 의해서 제2밸브체(31-4)가 폐쇄되는 밸브폐쇄압까지 내려가면 되돌아가는 것이 정지되고, 그 밸브폐쇄압으로 분사관(IP)내의 압력이 유지된다.
또, 분사노즐(32)내에는 급유구멍(33)이 뚫려 있으며, 이 급유구멍(33)을 개재하여 분사관(IP)을 개재해서 압송되는 연료가 노즐(32)의 아래쪽으로 인도되고, 그 압력에 의해 니들밸브(34)를 밀어올리므로써, 연료가 분사구멍(35)을 개재해서 연소실에 분사된다.
또, 분사펌프(22)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(36)을 개재해서 연료탱크(21)에 반송된다.
또, (41)은 제2의 연료로서의 불이 저류되는 제2의 연료탱크이다. 끝부분이 각각 제1 및 제2의 연료탱크(21),(41)의 바닥부에 있는 배관(42),(43)의 타단부는 각각 펌프(44)의 흡입구에 접속되고, 이 펌프(44)의 토출구는 경유와 물을 교반하여 유화시켜서, 에멀션연료를 혼합하는 믹서(45)를 개재해서 에멀션연료를 저장하는 에멀션연료탱크(46)에 연결된다.
끝부분이 에멀션연료(46)의 바닥부에 있는 연료공급관(47)에는 연료펌프(48)가 설치되고, 그 연료공급관(47)의 타단부는 분사관(IP)과 연결부(49)에 의해서 연결되어 있다. 이 연결부(49)에는 연료공급관(47)의 에멀션연료의 압력이 분사관(IP)의 연료이 압력보다 높아지면, 에멀션연료의 분사관(IP)에의 침입을 가능하게 하도록 체크밸브(50)가 설치되어 있다.
또, 분사노즐(32)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(51)을 개재해서 에멀션연료탱크(46)에 반송된다.
또한, 에멀션연료의 펌프(48)의 토출압과 상기한 등압밸브(31)에 의해서 유지되는 일정압 Po과의 관계를 표시하면, 제3도와 같이 된다. 그리고, 이상과 같은 등압밸브(31)를 사용함에 따른 작용효과는 다음과 같다.
즉, 분사펌프(22)에 의해 경유의 압송이 종료되고 나서부터 다음의 압송이 개시될 때까지의 사이에 분사관(IP)의 연료의 압력보다 펌프(48)의 토출압이 높아지기 때문에, 에멀션연료가 분사관(IP)내에 도입되나, 실시예에서는, 선행기술(USP 3933132)와 같이 되흡입작용에 의한 부압에 의해서 흡인하지 않고서, 정압쪽의 차압에 의해서 도입시키는 것이므로, 부압흡인에 의해서 발생하기 쉬운 연료속의 캐비테이션(기포)가 발생하지 않는다고 하는 작용효과가 있다. 그리고 그 결과로서, 캐비테이션에로션(cavitation erosion)의 방지를 이룰 수 있다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예의 작용에 대해서 설명한다. 먼저, 경유만으로 디젤엔진을 운전하는 경우는 펌프(44) 및 연료펌프(48), 믹서(45)는 정지시켜 둔다. 이 경우에는, 분사펌프(22)는 캠축(25)의 회전과 함께 회전하는 캠(26)의 회전에 따라서 플런저(27)를 상하로 왕복운동시키므로서, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 내려간 위치에 왔을 때부터 연료의 흡입을 개시하고, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)에 포개지면, 압송을 종료한다. 또, 연료펌프(48)는 작동되어 있지 않으므로, 에멀션연료의 분사관(IP)으로의 침입은 금지되어 있다.
따라서, 분사펌프(22)로부터 분사관(IP)을 개재해서 압송된 경유는 분사노즐(32)을 개재해서 연소실에 분사되고, 디젤엔진이 경유에 의해서 구동된다.
한편, 디젤엔진을 에멀션연료로 구동하는 경우에는 연료펌프(23)를 작동시킨 상태에서 펌프(44) 및 연료펌프(48), 믹서(45)를 작동시킨다.
이 때문에, 경유와 물은 펌프(44)에 의해서 빨아올려진 후, 믹서(45)에 의해서 교반된 뒤 에멀션연료탱크(46)에 보내게 된다. 또, 이 에멀션연료탱크(46)에 저류되어 있는 에멀션연료는 연료펌프(48)에 의해 연결부(49) 방향으로 압송된다.
그리고, 분사펌프(22)에 의해 경유의 압송이 종료되고나서부터 다음의 압송이 개시될 때까지의 사이에, 연료공급관(47)의 에멀션연료의 압력이 분사관(IP)의 연료의 압력보다 높아지기 때문에, 그 기간에 있어서 체크밸브(50)가 개방되고, 에멀션연료가 체크밸브(50)를 개재해서 분사관(IP)에 침입한다.
이하, 분사펌프(22)에 의한 압송이 종료하고나서부터 다음의 압송이 개시될 때까지의 에멀션연료가 체크밸브(50)를 개재해서 분사관(IP)에 침입하기 때문에, 에멀션연료로 절환해서부터 수회분사를 행하면, 도면중 사선으로 표시한 위치에 에멀션연료가 침입하게 된다.
이하, 분사펌프(22)로부터 압송되는 경유에 의해 에멀션연료가 압송되고, 분사노즐(32)로부터 에멀션연료가 분사되어 디젤엔진이 에멀션연료에 의해서 구동되게 된다.
분사관(IP)내에서의 경유와 에멀션연료와의 경계점(A)은 1회 분사가 종료할 때마다 화살표시방향으로 이동하나, 분사펌프(22)에 의한 압송이 종료되고 나서부터 다음의 압송이 개시될 때까지 에멀션연료가 체크밸브(50)를 개재해서 분사관(IP)에 침입하기 때문에, 그 경계점은 거의 원래의 위치로 되돌아간다.
이와 같이, 에멀션연료를 사용해서 디젤엔진을 구동할 때에, 종래와 같이 에멀션연료가 분사펌프내를 통과하는 일은 없으므로, 분사펌프(22)에 있어서, 윤활불량, 발청에 의한 이상마모가 일어나, 분사펌프(22)의 내구성이 저하된다고 하는 문제는 전혀 없다.
또 에멀션연료로 디젤엔진을 구동할 때에 비로서 물과 경유를 혼합하도록 하였으므로, 장시간 에멀션연료를 방치해두면, 경유와 물이 분리해 버리고, 시동시에 물이 분사하게 되어버리므로써, 착화가 나쁘고, 시동불량이 일어난다고 하는 문제는 없어진다.
또, 이 제1실시예에서는, 물은 연료에 미리 혼합하여, 그 혼합상태의 것을 분사관내에 도입하므로서, 물과 연료가 충분히 혼합된 상태에서 연소실내에 분사되므로, 물과 연료가 연소실내에 균등하게 퍼지고, 불이 붙은 연료분에 물이 존재하므로써, 연소에 주는 물의 영향이 충분히 발휘되어서, 연소온도저감에 의한 NOx 저하의 작용효과를 충분히 얻을 수 있다.
또한, 연료와 함께 연소실내에 분사된 물은, 분무를 형성하고, 공기를 도입한 상태가 되므로, 연료의 연소개선에 기여하고 매연의 저감 및 연비의 향상을 얻을 수 있는 것이다.
다음에 본 발명의 제2실시예에 관하 에멀션연료엔진에 대해서 설명한다. 이 제2실시예에 있어서도, 제4도에 표시한 바와 같이 경유가 저류되어 있는 제1의 연료탱크(21)와 분사펌프(22)와의 사이에는 연료를 내보내는 연료폄프(23) 및 연료필터(24)가 설치된 연료공급관(FP)가 설치되고, 분사펌프(22)는 캠축(25)의 회전과 함께 회전하는 캠(26)의 회전에 따라서 플런저(27)를 상하로 왕복운동시키므로서, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 올라가서부터 연료의 압송을 개시하고, 플런저(27)의 둘레면에 새겨진 리이드(30)가 급배유구멍(29)에 포개지면, 압송을 종료한다.
또, 분사펌프(22)의 상부(이 분사펌프(22)의 상부에는, 제2도에 표시한 바와 같은 쌍방향 체크밸브기구를 가진 등압밸브(31)가 설치되어 있다)와 분사노즐(32)와의 사이에는 분사관(IP)이 설치되고, 또, 분사노즐(32)내의 급유구멍(33)을 개재해서, 분사관(IP)을 개재해서 압송되는 연료가 노즐(32)의 아래쪽으로 인도되고, 그 압력에 의해 니들밸브(34)를 밀어올리므로서, 연료가 분사구멍(35)을 개재해서 연소실에 분사되는 한편, 분사펌프(22)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(36)을 개재해서 연료탱크(21)에 반송되도록 되어 있다.
또, 끝부분이 각각 제1의 연료탱크(21) 및 불이 저류되는 제2의 연료탱크(41)의 바닥부에 있는 배관(42),(43)의 타단부는 각각 펌프(44)의 흡입구에 접속되고, 이 펌프(44)의 토출구는 경유와 물을 교반하여 유화시켜서, 에멀션연료를 혼합하는 믹서(45)를 개재해서 에멀션연료를 저축하는 에멀션연료탱크(46)에 연결되도록 되어 있다.
또, 끝부분이 에멀션연료(46)의 바닥부에 있는 연료공급관(47)에는 연료펌프(48)가 설치되고, 그 연료공급관(47)의 타단부는 실린더실(61)에 연결부(62)를 개재해서 접속되어 있다.
이 실린더실(61)에는 자유피스톤(63)이 끼워 넣어져 있다. 상기 연결부(62)에는 연료공급관(47)의 에멀션연료의 압력이 실린더실(61)의 연료의 압력보다 높아지면, 에멀션연료의 실린더실의 우실(右室)에의 침입을 가능하게 하도록 체크밸브(64)가 설치되어 있다.
또, 분사펌프(32)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(51)을 개재해서 에멀션연료탱크(46)에 반송된다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예의 작용에 대해서 설명한다.
먼저, 디젤엔진을 에멀션연료로 구동하는 경우에는 연료펌프(23)을 작동시킨 상태에서 펌프(44) 및 연료펌프(48), 믹서(45)를 작동시킨다.
이 때문에, 경유와 물은 펌프(44)에 의해서 빨아올려진 후, 믹서(45)에 의해서 교반된 후 에멀션연료탱크(46)에 보내진다. 또, 이 에멀션연료탱크(46)에 저류되어 있는 에멀션연료는 연료펌프(48)에 의해 연결부(62) 방향으로 압송된다.
그리고, 분사펌프(22)에 의해 경유의 압송이 종료되고나서부터 다음의 압송이 개시될 때까지의 사이에, 연료공급관(47)의 에멀션연료의 압력이 분사관(IP)의 연료의 압력보다 높아지기 때문에, 그 기간에 있어서 체크밸브(62)가 개방되고, 에멀션연료가 체크밸브(64)를 개재해서 실린더실(61)에 침입한다. 이 때문에, 실린더실(61)에 침입한 에멀션연료의 압력에 의해 자유피스톤(63)이 최좌위치로 이동해서, 실린더실(61)의 끝부분에 접촉해서 정지한다. 이 때문에, 에멀션연료가 실린더실(61)을 넘어서 분사펌프(22)쪽의 분사관(IP)에 유입되는 것은 방지된다.
이하, 분사펌프(22)로부터 압송되는 경유의 압력이 자유피스톤(63)의 좌단부면에 작용하고, 그 우단부면에 발생하는 압력에 의해 에멀션연료가 압송되고, 분사노즐(32)로부터 에멀션연료가 분사되어, 디젤엔진이 에멀션연료에 의해서 구동되게 된다.
또한, 제5도에 표시한 바와 같이 자유피스톤(63)의 형상을 분사펌프(22)쪽을 대직경부(71)로 하고, 분사노즐(32)쪽을 소직경부(72)로 해서, 대직경부(71)가 받는 경유의 압력을 증압해서 에멀션연료에 전달하도록 해도 된다. 이와 같이 하므로써, 에멀션연료의 분사량을 증가시킬 수 있고, 배기가스 및 연비율의 가일층의 저감을 도모할 수 있다.
이와 같이, 이 제2실시예에 의하면, 전술한 제1실시예와 거의 마찬가지의 효과 내지 이점을 얻을 수 있는 외에, 에멀션연료를 사용해서 디젤엔진을 구동할 때에, 자유피스톤(63)에 의해 에멀션연료의 분사펌프(22)쪽으로의 이동을 저지하고 있으므로, 에멀션연료가 분사펌프(22)내를 통과하는 일은 전혀 없다. 이 때문에, 분사펌프(22)에 있어서 윤활불량, 발청에 의한 이상마모가 일어나고, 분사펌프(22)의 내구성이 저하한다고 하는 문제는 완전히 없어진다.
다음에 본 발명이 제3실시예에 관한 에멀션연료엔진에 대해서 설명한다.
제6도는 4기통디젤엔진에 대해서 열형(列型) 분사펌프 사용해서 연료를 분사하는 엔진의 개략구성을 표시한 것이다. 이 제6도에 있어서는, 제1 내지 제3기통에 대한 분사계에 대해서 도시하고, 제4기통에 대한 분사계에 대해서는 생략되어 있다.
이 제3실시예에 있어서는, 제6도에 표시한 바와 같이, 경유가 저류되어 있는 제1의 연료탱크(21)과, 열형 분사펌프중의 1개의 분사펌프(22)와의 사이에는 연료를 송출하는 연료폄프(23) 및 연료필터(24)가 설치된 연료공급관(FP)이 설치되고, 분사펌프(22)는 캠측(25)의 회전과 함께 회전하는 캠(26)의 회전에 따라서 플런저(27)를 상하로 왕복운동시키므로서, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 내려간 위치에 왔을때부터 연료의 흡입을 개시하고, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 올라가서부터 연료의 압송을 개시하고, 플런저(27)의 둘레면에 새겨진 리이드(30)가 급배유구멍(29)에 포개지면, 압송을 종료한다.
또, 분사펌프(22)(이 분사펌프(22)의 상부에는, 제2도에 표시한 바와 같은 쌍방향 체크밸브기구를 가진 등압밸브(31)가 설치되어 있다)와 제1기통의 분사노즐(32)와의 사이에는 분사관(IP1)이 설치되고, 다른 분사펌와 제2기통의 분사노즐(도시생략)와의 사이에는 분사관(IP2)이 설치되고, 또 다른 분사펌프와 제3기통의 분사노즐(도시생략)과의 사이에는 분사관(IP3)이 설치된다.
그리고, 분사노즐(32)내에는 급유구멍(33)이 뚫려 있고, 이 급유구멍(33)을 개재해서 각 분사관을 개재해서 압송되는 연료가 노즐(32)의 아래쪽으로 인도되고, 그 압력에 의해 니들밸브(34)를 밀어올리게 되므로써, 연료가 분사구멍(35)을 개재해서 연소실에 분사되는 한편, 분사펌프(22)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(36)을 개재해서 연료탱크(21)에 반송되도록 되어 있다.
또, 끝부분이 각각 제1의 연료탱크(21) 및 물이 저류되는 제2의 연료탱크(41)의 바닥부에 있는 배관(42),(43)의 타단부는 각각 펌프(44)의 흡입구에 접속되고, 이 펌프(44)의 토출구는 경유와 물을 교반하여 유화시켜서, 에멀션연료를 혼합하는 믹서(45)를 개재해서 에멀션연료를 저축하는 에멀션연료탱크(46)에 연결되도록 되어 있다.
또, 끝부분이 에멀션연료(46)의 바닥부에 있는 연료공급관(47)에는 연료펌프(48)가 설치되고, 그 연료공급관(47)의 타단부쪽은 연료공급관(FP1)~(FP3)으로 분기하여, 분사관(IP1)~(IP3)과 연결부(491)~(493)에서 연결되어 있다. 이 연결부(491)~(493)에는 연료공급관(47)의 에멀션연료의 압력이 분사관(IP1)~(IP3)의 연료의 압력보다 높아지면, 에멀션연료의 분사관(IP1)~(IP3)으로의 침입을 가능하게 하도록 체크밸브(501)~(503)가 설치되어 있다.
또, 연료공급관(FP1)~(FP3)에는 에멀션연료의 공급을 ON/OFF적으로 제어하는 전자개폐밸브(V1)~(V3)가 설치되어 있다. 이 전자개폐밸브(V1)~(V3)의 개폐제어는 제어기(61)로부터의 제어신호 V1~V3에 의해 각각 제어된다.
또, 분사관(IP1)~(IP3)에 있어서의 연결부(491)~(493)로부터 분사펌프(22)쪽으로 소정거리 떨어져서 위치센서(S1)~(S3)가 각각 설치되어 있다. 이들 위치센서(S1)~(S3)의 검지신호는 제어기(S3)에 입력된다.
위치센서(S1)~(S3)로서 제7도(A)에 표시한 바와 같은 센서이다.
제7도(A)는 투과식의 위치센서이며, 예를들면 분사관(IP1)을 사이에 끼우도록 발광소자(L1)과 수광소자(L2)를 설치하고, 분사관(IP1)의 사선부분을 투광성부재(71)로 해두고, 사선위치에 경유가 있을 경우에는, 경유는 황갈색이고 투명하기 때문에, 발광소자(L1)로부터의 광을 수광소자(L2)에 의해서 수광된다. 한편, 사선위치에 에멀션연료가 있을 경우에는 에멀션연료는 유백색의 불투명이기 때문에, 광을 통과하지 않기 때문에, 발광소자(L1)로부터의 광은 수광소자(L2)에서 수광되지 않는다. 이와 같이, 위치센서(S1)~(S3)은 그 검지신호를 제어기(61)에 출력한다.
또, 분사펌프(32)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(51)을 개재해서 에멀션연료탱크(46)에 반송된다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 제3실시예의 작용에 대해서 설명한다.
먼저, 경유만으로 디젤엔진을 운전하는 경우에는 펌프(44) 및 연료펌프(48), 믹서(45)는 정지시켜 둔다. 이 경우에는, 분사펌프(22)는 캠측(25)의 회전과 함께 회전하는 캠(26)의 회전에 따라서 플런저(27)를 상하로 왕복운동시키므로써, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 내려간 위치에 왔을때부터 연료의 흡입을 개시하고, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(9)보다 올라가고나서부터 연료의 압송을 개시하고, 플런저(27)의 둘레면에 새겨진 리이드(30)가 급배유구멍(29)에 포개지면, 압송을 종료한다. 또, 연료펌프(47)는 작동되고 있지 않으므로, 에멀션연료의 분사관(IP1)~(IP3)으로의 침입은 금지되어 있다.
따라서 분사펌프(22)로부터 분사관(IP1)~(IP3)을 개재해서 압송된 경유는 분사노즐(32) 및 다른 분사노즐을 개재해서 연소실에 분사되고, 디젤엔진이 경유에 의해 구동된다.
한편, 디젤엔진을 에멀션연료로 구동하는 경우에는 연료펌프(23)를 작동시킨 상태에서 펌프(44) 및 연료펌프(48), 믹서(45)를 작동시킨다.
이 때문에, 경유와 물은 펌프(44)로 빨아올려진 후, 믹서(45)에 의해서 교반된 뒤 에멀션연료탱크(46)에 보내진다. 또, 이 에멀션연료탱크(46)에 저류되어 있는 에멀션연료는 연료펌프(48)에 의해 연결부(491)~(493) 방향으로 압송된다.
그리고, 분사펌프(22)에 의해 경유의 압송이 종료되고나서부터 다음의 압송이 개시될 때까지의 사이에, 전자개폐밸브(V1)~(V3)가 개방제어되고, 연료공급관(47)의 에멀션연료의 압력이 분사관(IP)의 연료의 압력보다 높아지기 때문에, 그 기간에 있어서 체크밸브(50)가 개방되고, 에멀션연료가 체크밸브(50)를 개재해서 분사관(IP1)~(IP3)에 침입한다.
또, 각 센서(S1)~(S3)은 에멀션연료가 그 위치에 도달한 것을 검지하고, 도달하고 있지 않으면 전자개폐밸브(V1)~(V3)은 개방제어되도록 하였으므로, 각 분사관(IP1)~(IP3)에 있어서의 에멀션연료와 경유와의 경계는 위치센서(S1)~(S3)의 설정장소가 되도록 각 기통마다 제어된다.
이하, 분사펌프(22)로부터 압송되는 경유에 의해 에멀션연료가 압송되고, 분사노즐(32)로부터 에멀션연료가 분사되고, 디젤엔진이 에멀션연료에 의해서 구동되게 된다.
이와 같이 해서, 이 제3실시예에 의하면, 전술의 제1실시예와 거의 마찬가지의 효과 내지 이점을 얻을 수 있다.
또, 각 분사관(IP1)~(IP3)에 있어서의 경유와 에멀션연료의 경계를 각각 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 제7도(A)에 표시한 위치센서를 사용하였으나, 제7도(B)에 표시한 바와 같이 반사형 센서, 제7도(C)에 표시한 바와 같이 전기저항센서, 제7도(D)에 표시한 바와 같이 열선센서를 사용하도록 해도 된다.
즉, 제7도(B)에 표시한 센서는 경유는 황갈색이기 때문에 광을 반사하기 어렵고, 에멀션연료는 유백색이기 때문에 광을 반사하기 쉬운 것을 이용하고 있다. 그리고 분사관(IP1)의 일부를 투광성부재(71)로 구성하고, 발광소자(L1)로부터 반사된 광이 수광소자(L2)에서 수광하였는지 여부를 검출하고 있다.
또 제7도(C)에 표시한 센서는 에멀션연료의 쪽이 경유보다 저항치가 낮은 것을 이용하고 있다. 그리고, 분사관(IP1)의 일부를 절연체(72)로 구성하고, 이 절연체(72)를 관통해서, 1쌍의 전극을 넣고, 그 전극 사이에 고전압을 걸어서 전류를 측정하여, 저항치를 검출한다.
또, 제7도(D)에 표시한 센서는 경유보다 에멀션연료의 쪽이 열전도율이 큰 것을 이용하고 있다. 그리고, 분사관(IP1)의 일부를 절연체(72)로 구성하고, 이 절연체(72)를 관통해서, 열선(73)을 놓고, 이 열선(73)의 양단부에 정전압을 인가하고, 저항 r을 흐르는 전류를 계측한다. 에멀션연료의 쪽의 냉각되므로, 저온으로 되어 전기저항이 작으므로, 흐르는 전류가 커진다.
다음에 본 발명의 제4실시예에 관한 에멀션연료엔진에 대해서 설명한다. 이 제4실시예에 있어서도, 제8도에 표시한 바와 같이, 경유가 저류되어 있는 제1의 연료탱크(21)와, 분사펌프(22)와의 사이에는 연료를 송출하는 연료펌프(23) 및 연료필터(24)가 설치된 연료공급관(FP)이 설치되고, 분사펌프(22)는 캠축(25)의 회전과 함께 회전하는 캠(26)의 회전에 따라서 플런저(27)를 상하로 왕복운동시키므로써, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 내려간 위치에 왔을 때부터 연료의 흡입을 개시하고, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 올라가고나서부터 연료의 압송을 개시하고, 플런저(7)의 둘레면에 새겨진 리이드(30)가 급배유구멍(29)에 포개지면, 압송을 종료한다.
또, 분사펌프(22) 상부(이 분사펌프(22)의 상부에는, 제2도에 표시한 바와 같은 쌍방향 체크밸브기구를 가진 등압밸브(31)가 설치되어 있다)와 분사노즐(32)와의 사이에는 분사관(IP)이 배치된다.
그리고, 분사노즐(32)내에는 급유구멍(33)이 뚫려져 있으며, 이 급유구멍(33)을 개재해서 분사관(IP)을 개재해서 압송되는 연료가 노즐(32)의 아래쪽으로 인도되고, 그 압력에 의해 니들밸브(34)를 밀어올리므로써, 연료가 분사구멍(35)을 개재해서 연소실에 분사되는 한편, 분사펌프(22)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(36)을 개재해서 연료탱크(21)에 반송되도록 되어 있다.
또, 끝부분이 각각 제1의 연료탱크(21) 및 제2의 연료탱크(41)의 바닥부에 있는 배관(42),(43)의 타단부는 각각 펌프(44)의 흡입구에 접속되고, 이 펌프(44)의 토출구는 경유와 물을 교반하여 유화시켜서, 에멀션연료를 혼합하는 믹서(45)를 개재해서 에멀션연료를 저축하는 에멀션연료탱크(46)에 연결되게 되어 있다.
또, 끝부분이 에멀션연료(46)의 바닥부에 있는 연료공급관(47)에는 연료펌프(48)가 설치되고, 그 연료공급관(47)의 타단부는 분사관(IP)과 연결관(49)(B 위치)에서 연결되어 있다. 이 연결부(49)에는 연료공급관(47)의 에멀션연료의 압력이 분사관(IP)의 연료의 압력보다 높아지면, 에멀션연료의 분사관(IP)으로의 침입을 가능하게 하도록 체크밸브(50)가 설치되어 있다.
또, 연결부(49)로부터 설정거리(L)만큼 분사펌프(22)쪽으로 위치하는 A' 위치에 전자스필밸브(6)이 장착된 배관(61a)의 일단부를 접속한다. (62)는 전자스필밸브(61)를 작동시키는 솔레노이드코일이다. 이 전자스필밸브(61)의 타단부는 연료반송관(63)을 개재해서 에멀션연료탱크(46)에 반송된다. 여기서, 분사관(IP)의 내경을 d(㎜), 1회의 분사량을 q(㎣)로 하면, L 4q/ d²로 설정되어 있고, 에멀션연료를 최대한으로 분사한 직후에 있어서도, 에멀션연료를 밀어내는 역할을 하는 경유의 선단부가 (B)위치보다 분사노즐(32)쪽으로 가지않도록 하고 있다.
또, 분사노즐(32)로부터 배출되는 연료는 연료반송관(51)을 개재해서 에멀션연료탱크(46)에 반송된다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 제4실시예의 작용에 대해서 설명한다. 먼저 경유만으로 디젤엔진을 운전하는 경우에는 펌프(44) 및 연료펌프(48), 믹서(45)는 정지시켜둔다. 이 경우에는, 분사펌프(22)는 캠축(25)의 회전과 함께 회전하는 캠(26)의 회전에 따라서 플런저(27)을 상하로 왕복운동시키므로서 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(29)보다 내려간 위치에 왔을 때부터 연료의 흡입을 개시하고, 플런저(27)의 상단부면이 급배유구멍(9)보다 올라가고나서부터 연료의 압송을 개시하고, 플런저(27)의 둘레면에 새겨진 리드(30)가 급배유구멍(29)에 포개지면, 압송을 종료한다. 또, 연료펌프(48)는 작동되고 있지 않으므로, 에멀션연료의 분사관(IP)으로의 침입은 금지되고 있다.
따라서, 분사노즐(22)로부터 분사관(IP)을 개재해서 압송된 경유는 분사노즐(32)을 개재해서 연소실에 분사되고, 디젤엔진이 경유에 의해 구동된다.
한편, 디젤엔진을 에멀션연료로 구동하는 경우에는 연료펌프(23)을 작동시킨 상태에서 펌프(44) 및 연료펌프(48), 믹서(45)를 작동시키는 동시에, 전자스필밸브(61)을 제9도에 표시한 바와 같은 타이밍으로 개폐제어한다.
이 때문에, 경유와 물은 펌프(44)로 빨아올려진 후, 믹서(45)에 의해서 교반된 뒤 에멀션연료탱크(46)에 보내진다. 또, 이 에멀션연료탱크(46)에 저류되어 있는 에멀션연료는 연료펌프(48)에 의해 연결부(49)방향으로 압송된다.
그리고, 분사와 분사의 사이의 적당한 기간에 전자스필밸브(61)를 개방하고, 전자스필밸브(61)가 개방되어 있는 기간 A의 동안에, 연료공급관(47)의 에멀션 연료의 압력이 분사관(IP)의 연료의 압력보다 높아지기 때문에, 그 기간에 있어서 체크밸브(50)가 개방되고, 에멀션연료가 체크밸브(50)를 개재해서 분사관(IP)에 침입하고, A위치와 B위치는 에멀션연료로 채워진다. 그리고, 시각 t1에서 전자스필밸브(61)를 폐쇄하면, 분사펌프(22)로부터 압송되는 경유에 의해 에멀션연료가 압송되고, 분사노즐(32)로부터 에멀션연료가 분사되어, 디젤엔진이 에멀션연료로 구동되게 된다.
또, 분사중의 시각 t2에서 재차 전자스필밸브(61)을 기간 B(＜A)만큼 개방하면, 분사관(IP)내의 에멀션연료가 전자스필밸브(61)를 개재해서 에멀션탱크(46)에 반송되고, 에멀션연료분사가 순시간 중단되는 즉 제9도에 표시한 바와 같이 파일럿(pilot)분사 P1와 주분사 P2로 분리되고, 디젤엔진이 에멀션연료로 구동되게 된다.
또한, 파일럿분사 P1와 주분사 P2로 분리하지 않고 분사하면, 제9도에 부호 P로 표시한 바와 같이 된다.
이와 같이 해서, 파일럿분사와 주분사를 분리해가므로써, 에멀션연료를 사용하는데 따른 연소소음을 다욱 저감시킬 수 있다.
그외의 효과 내지 이점은 전술한 제1실시예에서 얻게 되는 것과 거의 동일하다.

Claims (11)

  1. 제1의 연료를 저류해 두는 제1의 연료탱크(21)와 불용성의 제2의 연료를 저류해 두는 제2의 연료탱크(41)와, 각 기통에 설치된 분사노즐(32)과, 상기 제1의 연료탱크(21)에 저류되는 제1의 연료가 유입되어 소정의 타이밍으로 제1의 연료를 상기 분사노즐(32)방향으로 압송하는 분사펌프(22)와, 상기 제1의 연료탱크(21)에 저류되는 제1의 연료 및 상기 제2의 연료탱크(41)에 저류되는 제2의 연료를 혼합하는 혼합수단(45)과, 동혼합수단(45)으로부터 보내어지는 에멀션연료를 상기 분사펌프(22)와, 상기 분사노즐(32)과의 사이의 분사관(IP)에 체크밸브(50)를 개재해서 공급하는 에멀션연료공급수단(48)을 구비한 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1의 연료가 경유이고, 상기 제2의 연료가 물인 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1의 연료가 경유이고, 상기 제2의 연료가 메탄올인 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  4. 제1항에 있어서, 상기 에멀션연료공급수단은 에멀션연료를 상기 분사관에 압송하는 펌프를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  5. 제1항에 있어서, 에멀션연료의 상기 분사관으로의 공급위치로부터 상기 분사펌프쪽의 상기 분사관에 설치되고, 상기 분사관에 에멀션연료가 상기 분사펌프쪽으로 이동하는 것을 저지하는 자유피스톤을 구비한 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  6. 제5항에 있어서, 상기 자유피스톤이 상기 분사펌프쪽의 대직경부와 분사노즐쪽의 소직경부를 가지고, 동대직경부가 받는 상기 분사펌프로부터의 경유의 압력을 증압해서 에멀션연료에 전달하는 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  7. 제1항에 있어서, 에멀션연료를 상기 분사관에 공급하는 에멀션연료공급관에 개재장착된 개폐 작동되는 전자밸브와, 에멀션연료의 상기 분사관으로의 공급위치로부터 상기 분사펌프쪽의 상기 분사관에 설치되고, 분사관에 공급된 에멀션연료의 위치를 검출하는 위치센서와, 동위치센서에 의해서 에멀션연료가 검출될때까지, 상기 전자밸브를 개방제어하는 위치제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  8. 제1항에 있어서, 상기 분사관으로의 에멀션연료의 공급위치로부터 상기 분사펌프쪽의 상기 분관에 접속된 분기관과, 동분기관에 개재장착된 전자스필밸브와, 동전자스필밸브의 개폐를 제어해서 상기 분사관내의 상기 제1의 연료 또는 상기 에멀션연료를 배출하는 전자스필밸브제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  9. 제8항에 있어서, 상기 에멀션연료의 공급위치로부터 상기 분리관까지 위치 L(㎜)가, 상기 분사관의 내경을 d(㎜), 1회의 분사량을 q(㎣)로 하면, L 4q/ d²로 설정되는 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  10. 제8항에 있어서, 상기 전자스필밸브제어수단은, 분사중의 소정기간 상기 전자스필밸브를 개방작동시켜서, 분사를 파일럿분사와 주분사로 분리시키는 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
  11. 제1항에 있어서, 상기 분사펌프의 상기 분사관쪽 출구부에, 쌍방향 체크밸브기구를 가진 등압밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 에멀션연료엔진.
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