KR960011724B1 - 물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사방법 및 그 장치 - Google Patents

물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사방법 및 그 장치
제1도∼제3도는 본 발명의 실시예에 관한 것으로서 제1도는 물분사장치의 구성도.
제2도는 연료·물분사밸브의 단면도.
제3도는 작용설명도.
제4도∼제6도는 종래예를 표시하는 도면.
제4도는 제1도의 대응도.
제5도는 제2도의 대응도.
제6도는 작용설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 연료·물분사밸브 13, 113 : 체크밸브
16, 116 : 제어밸브 115 : 연료공급관
30 : 물통로 31, 131 : 합류부
20 : 제어장치 21 : 주입로
22 : 연료유로 17 : 물공급관
117 : 연료공급관
본 발명은 물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사방법 및 그 장치에 관한 것이다.
디젤엔진의 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 저감하고, 또한 엔진의 배기 검은 연기나 연료소비율의 저감도 동시에 달성하는 수단으로서는 제4도∼제6도에 표시한 종래형의 연료 및 물을 동일한 연료분사밸브로부터 분사할 수 있도록한 디젤엔진이 유효하다.
도면에 있어서, (1)은 연료탱크, (2)는 연료급유펌프, (3)은 연료분사펌프본체, (4)는 동 플린저, (5)는 플린저배럴, (6)은 토출밸브, (7)은 이 토출밸브(6)의 측로에 설치된 압력조절체크밸브, (8)은 연료분사관, (40)은 연료·물 분사밸브이며, (9)는 동 본체, (10)은 분사구멍, (11)은 니이드밸브, (12)는 오일섬프부, (14)는 니이들밸브(11)의 가압스프링이다.
한편, (19)는 물탱크, (18)은 물공급펌프, (17)은 물공급관, (16)은 물공급제어밸브, (15)는 물공급관, (13)은 물공급의 체크밸브이며 물의 제어밸브쪽으로의 역류를 방지한다. 또(20)은 물의 공급량 및 공급시기를 제어하는 제어장치로서, 엔진의 크랭크각신호 및 그 밖의 엔진작동조건을 입력해서, 제어밸브(16)에 개폐신호를 회선(23)을 개재해서 출력한다.
연료·물분사밸브(40)의 본체(9)에는 연료통로(22)가 뚫려 있으며, 연료분사관(8) 및 연료·물분사밸브 오일섬프부(12)를 연통시키고 있다. 또 물공급의 체크밸브(13)는 마찬가지로 연료·물분사밸브(40)의 분체에 뚫린 물통로(30)를 개재해서 상부연료통로(22)의 도중의 합류부(31)에 접속되어 있다.
다음에 상기 종래예의 작용에 대해서 설명한다.
물탱크(19)로부터 물공급펌프(18)에 의해서 압속된 물은 공급관(17)을 통과해서 제어밸브(16)에 보내지고, 연료분사펌프(3)의 플런저(4)가 연료의 압송을 행하고 있지 않은 휴지기간중에 상기 제어밸브(16)는 제어장치를 개재해서 소정의 기간밸브 개방상태로 유지되고, 소정량의 물은 공급관(15)을 개재해서 연료·물분사밸브(40)에 보내준다. 이때, 상기와 같이 연료분사펌프(3)의 압력조절체크밸브(7)의 밸브 개방압력 PR및 물공급의 체크밸브(13)의 밸브 개방압을 PP라고 할 때 니이들밸브(11)의 밸브개방압 PO에 대해서
POPR, POPP
로 되어 있으므로, 공급된 물은 체크밸브(13)를 거쳐서 물통로(30) 및 합류부(31)를 통과해서 연료통로(22)내에 유입한다.
연료통로(22)내의 합류부(31)보다 상류쪽 즉 연료분사펌프(3)쪽에 있는 연료는 공급수압에 의해 연료분사펌프(3)의 방향으로 분사관(8)을 통과해서 되밀려 압력조절체크밸브(7)를 밀어 개방해서 플런저실로 역류한다.
그 결과 제5도에 표시한 바와 같이 연료·물분사밸브(40)내에는, 오일섬프부(12)의 용적 V2및 함류부(31)로부터 오일섬프부(12)까지의 연료통로(22)의 용적 V1의 합인 V1+V2의 용적에는 연료로 제외하고, 상기 합류부(31)의 상류쪽의 연료통로(22)내에는 소정량의 물이 채워지며, 또 그 상류에는 다시 연료가 채워진 상태로 되어 있다.
다음에 연료분사펌프(3)의 플런저(4)가 상승해서 연료의 압축이 개시되면, 분사관(8), 연료통로(22) 및 오일섬프부(12)내의 압력이 상승하고, 니이들밸브의 밸브개방압 PO이상이 되면 니이들밸브(11)가 개방된다. 이때 체크밸브(13)의 작용에 의해 물통로(30)내의 물은 물탱크(19)쪽으로는 되밀리는 일이 없다.
니이들밸브(11)가 밸브개방압 PO에 달하면, 제12도의 연료·물 분사밸브(40)의 분사구멍(10)으로부터는, 먼저 오일섬프부(12) 및 연료통로(22)내의 합류부까지의 용적에 채워져 있었던 V1+V2의 용적의 연료가 분사되고, 계속해서 소정량 공급되고 있었던 물이 분사되고, 최후에 나머지의 연료가 전량분사되게 된다. 1회의 분사로 분사되는 연료의 양을 QF라고 하면, 최초로 분사되는 연료의 양 QFP는 상기한 바와 같이 QFP=V1+V2가 되고 계속해서 QW의 물의 전량이 분사되고, 최후에 나머지의 연료를 QFS라고 하면 QFS=QF-QFP가 분사된다.
그 결과 QFP의 연료에 의해 디젤의 연료행정초기의 착화가 확실하게 행해지고, 계속해서 QW의 물에 의해 분무내에의 공기의 도입이 증대되어 연료속도가 증대 및 검은 연기발생의 저감이 행해지는 동시에 물의 화염영역에서의 도입에 의해 NOx의 저감을 얻게 된다.
그러나, 상기 종래의 기술에 있어서, 배기중의 NOx의 저감효과는 물의 분사량 QW에 대략 비례해서 얻어지나, 연료량 QF에 대해서 QW를 너무 지나치게 증대시키면, 초기의 QFP와 후기의 QFS의 각 연료분사의 시간간격이 지나치게 벌어지므로써 연소불량을 초래하고, 엔진의 안정된 작동을 얻을 수 없게 된다. 이 때문에 더욱 NOx를 저감하기 위해서는 연소부족을 수반하는 일없이 물분사량 QW를 증대할 수 있는 수단이 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 상기 종래장치의 문제점을 해소하고, 주수시 물과 연료가 다층형상으로 분사되므로써 물의 주수량을 대폭으로 증대시켜도, 종래의 것과 같이 연소의 불안정을 일으키는 일이 없는 물분사디젤엔진을 제공하는데 있다.
본 발명의 요지로하는 수법은, 연료와 물을 연소실에 분사하는 물분사디젤엔진에 있어서, 연료분사밸브의 속에 연료공급 및 체크밸브를 가지는 연료 물공급로를 형성하는 동시에, 연료·물 공급로를 연료공급에 합류시키고, 연료공급로와 연통하는 연료분사 펌프가 연료의 분사를 유지하고 있는 사이에 연료·물공급로에 연료와 물을 교호로 복수회 반복해서 공급함으로써 연료공급로내에 연료와 물이 교호로 다층형상으로 적층된 액기둥을 형성시키고, 그후, 연료분사펌프에 의해 연료를 압송하고, 액기둥의 하류측연료, 액기둥을 형성하는 연료 및 물의 순으로 연소실에 분사시키는 것을 특징으로 하는 물분사디젤엔진에 있어서의 연료 및 물의 분사방법에 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법을 실시하는 수단으로서, 다음의 (a), (b)도 요지로 하고 있다.
(a) 연료와 물을 연소실에 분사하는 물분사디젤엔진에 있어서, 연료분사펌프와 연통하는 연료공급로와 체크밸브를 내장하고 또한 연료공급로에 합류하는 연료·물공급로를 가지는 연료분사밸브와, 연료탱크와 연료·물공급로의 입구의 사이에 배치되는 제1의 제어밸브와 물탱크와 연료·물공급로의 입구의 사이에 배치되는 제2의 제어밸브와, 연료분사펌프가 휴지하고 있는 사이에 제1의 제어밸브와 제2의 제어밸브를 교호로 반복해서 복수회 개방동작시키는 제어장치를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사장치.
(b) 연료와 물의 연소실에 분사하는 물분사디젤엔진에 있어서, 연료분사펌프와 연통하는 제1의 연료공급로, 체크밸브를 내장하고 또한 연료공급로에 합류하는 물공급로 및 체크밸브를 내장하고 또한 제1의 연료공급로와 물공급로의 합류부보다도 하류측에서 제1의 연료공급로와 합류하는 제2의 연료공급로를 가지는 연료분사밸브와, 연료탱크와 제2의 연료공급로의 입구의 사이에 배치되는 제1의 제어밸브와, 물탱크와 물공급로의 입구의 사이에 배치되는 제2의 제어밸브와, 연료분사펌프가 휴지하고 있는 사이에 제1의 제어밸브와 제2의 제어밸브를 교호로 반복해서 복수회 개방동작시키는 제어장치를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사장치.
본 발명의 특징인 주수시에 주입되는 물-연료로 이루어진 다층형상의 액체를 만드는 장치의 작용에 대해서 설명하면, 연료분사펌프가 휴지층에 제어장치(20)를 개재해서 제어밸브(16)가 개방되면, 물탱크(19)로부터 물펌프(18)와 제어밸브(16)를 거쳐서 물이 주수로(15)에 주입되고, 연료유로의 물주입합류부(34)로부터 물이 유입하고, 연료유로속의 합류부(31)보다 상류쪽의 연료를 연료펌프에 설치된 압력조절체크밸브(7)를 밀어 개방하여, 연료분사펌프쪽으로 밀어내면서 연료유로(22)속에 충전된다. 다음에 물주입의 제어밸브(16)를 폐쇄로하고, 또 연료주입의 제어밸브(116)를 개방으로 하면, 물주입의 합류부(31)보다 하류 즉 분사밸브 니이들 밸브쪽에 형성된 연료주입의 합류부(131)로부터 연료가 유입하고 연료유로속에 먼저 주입된 물 및 연료를 동시에 연료펌프쪽으로 밀어주면서 연료유로(22)속의 연료가 충전된다. 계속해서 연료 주입제어밸브(116)를 폐쇄 및 물주입제어밸브(16)를 개방으로 하고 상기와 동일한 작동을 복수회 반복한다. 그 결과 제1연료유로속에는 연료-물-연료-물∼의 교호다층형상 액체기둥이 형성된다.
이 물 및 연료의 다층형상의 액기둥은 주입제어용 전류제어밸브(16)가 개방되어 있는 동안에 연료밸브에 형성된 합류부(31)를 통해서 유입하고, 연료유로속의 합류부보다 상류쪽 즉 연료분사펌프쪽의 연료를, 연료분사펌프에 설치된 압력 조절체크밸브(7)를 밀어 개방해서 연료분사펌프쪽으로 계속 되밀면서, 연료유로속에 충전된다. 이때 주입로속에 형성된 물-연료의 교호의 다층형상 액기둥은 그대로 다층형상의 구조를 유지한채 충전되므로 연료유로(22)속에서도 마찬가지의 물-연료의 다층형상의 액기둥이 보존된다. 연료분사펌프가 작동하면, 이 액기둥은 그 다층형상구조를 유지한채 연료밸브의 니이들밸브를 거쳐 분사구멍으로부터 분사된다.
이에 의해 종래의 것에 비해서 물주입량 QW를 대폭으로 증대시켜도, 주수시에 물과 연료로 이루어진 다층형상의 물이 분사되기 때문에 연소의 불안정화를 피할 수 있다.
따라서 엔진의 작동불안정을 초래하는 일없이 물분사량의 증대를 실현할 수 있고, 물분사량의 증대에 대응한 대폭적인 배기가스중의 NOx의 저감효과를 얻게 된다.
이하 제1도∼제3도를 참조해서 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
제1도는 물분사장치의 구성도, 제2도의 연료분사밸브의 단면도, 제3도는 작용설명도이다.
제1도∼제2도에 있어서, (1)∼(31)은 제4도∼제6도에 표시된 종래의 것과 마찬가지이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
제1도 및 제2도에 있어서, (118)은 연료가압펌프로서, 연료탱크(1)로부터의 연료는 이 가압펌프(118)에 의해 연료공급로(117)를 거쳐서 제어밸브(116)에 압송된다. (115)는 연료공급관, (113)은 연료공급체크밸브로서 연료제어밸브(116)쪽으로의 역류를 제어하도록 되어 있다.
연료, 물분사밸브(40)는 본체(9)에는 물공급체크밸브(13), 물통로(30), 물주입 합류부(31)와는 별도로 독립해서 연료주입체크밸브(113), 연료주입로(130)로 이루어진 유로가 형성되고, 연료유로(22)의 합류하는 연료주입합류부(131)가 형성되어 있다. 연료주입합류부(131)는 물주입합류부(31)보다도 연료밸브 니이들밸브(11)의 오일섬프부(12)쪽에 형성되어 있다. 제1도에는 오일섬프부(12)에 합류부(131)가 형성되어 있다. 연료주입의 제어밸브(116)는, 연료의 주입시기 및 주입량을 제어장치(20)에 의해서 제어되고 있으며, 또한 물주입의 제어밸브(16) 및 연료주입의 제어밸브(116)는 모두 연료분사펌프의 휴지기간중에 교호로 소정의 기간개폐제어된다.
다음에 상기 실시예의 작용에 대해서 설명한다.
연료분사펌프(3)의 휴지기간중에 먼저 물의 제어밸브(16)가 제어장치(29)를 개재해서 개방되면, 종래예와 마찬가지로 주수가 제어밸브(16)를 거쳐서 체크밸브(13), 물통로(30)를 거쳐서 물주입합류부(31)로부터 연료유로(22)에 유입하고, 연료유로(22)속의 합류부(131)보다 상류쪽 즉 연료분사펌프쪽의 연료를 압력조절 체크밸브(7)를 밀어개방하여 연료분사펌프(3)쪽으로 되밀어서 연료유로(22)속에 충전된다. 다음에 제어장치(20)를 개재해서 물주입의 제어밸브(16)가 폐쇄되고 연료주입의 제어밸브(116)가 개방된다. 이에 의해서 물주입의 합류부(31)보다도 하류쪽 즉 니이들밸브(11)의 오일섬프(12)쪽에 형성된 연료주입의 합류부(131)보다도 상류의 연료가 물주입의 경우와 완전히 마찬가지의 작용에 의해 유입하고, 연료유로(22)속의 먼저 주입된 물 및 연료를 연료분사펌프(3)쪽으로 되밀면서 연료유로(22)속의 연료가 충전된다. 그 결과, 연료유로(22)속의 물은, 물주입의 합류부(31)보다도 상류쪽으로 되밀리고, 그 물과 물주입합류부(131)의 사이에는 연료가 충전되게 된다. 계속해서 제어장치를 개재해서 연료주입제어밸브(116)를 폐쇄로 하고, 물주입제어밸브(16)를 개방으로 하여, 상기와 동일한 작동을 복수회 반복한다. 이때의 제어밸브(16), (116)의 작동상황을 제3도에 표시한다. 이 결과, 연료유로(22)속에는 제2도에 표시한 바와 같이 연료(흰색부분)-물(흑색부분)-연료-물∼과 같이 교호로 다층형상의 액기둥이 형성된다.
연료분사펌프(3)가 작동해서 분사가 시작되면, 니이들밸브(11)의 개방에 의해 오일섬프부(12) 및 연료유로(22)속의 물 및 연료가 분사되나, 이때 제2도에 표시한 바와 같이 연료 및 물이 교호로 다층형상으로 분사되게 되므로 배기가스속의 NOx를 줄이기 위하여 분무내에의 주수량을 많게 한 경우도 엔진의 연소가 불안정화할 염려는 없다.
본 발명은 연료와 물을 동일한 연료분사밸브로부터 분사하는 물분사디젤엔진에 있어서, 종래 물이 중간적으로 분사되고 있었던 것에 대신해서 연료와 물을 다층형상으로 분사되도록 했으므로, 물의 주입량을 대폭으로 증대시켜도, 중간에 다층형상으로 연료가 분사되므로 연소가 불안정해지는 일은 없다.
그 결과, 엔진의 연소불량을 초래하는 일 없이, 물분사량의 증대가 가능하게 되고, 이 물분사량의 증대에 대응해서 대폭적인 배기가스 속의 NOx의 저감효과를 얻을 수 있다.

Claims (2)

  1. 연료와 물을 연소실에 분사하는 물분사디젤엔진에 있어서, 연료분사밸브의 속에 연료공급로 및 체크밸브를 가지는 연료·물공급로를 형성하는 동시에, 연료·물공급로를 연료공급에 합류시키고, 연료공급로와 연통하는 연료분사펌프가 연료의 분사를 휴지하고 있는 사이에 연료·물공급로에 연료와 물을 교호로 복수회 반복해서 공급함으로써 연료공급로내에 연료와 물이 교호로 다층형상으로 적층된 액기둥을 형성시키고, 그후 연료분사펌프에 의해 연료를 압송하고, 액기둥의 하류측연료, 액기둥을 형성하는 연료 및 물의 순으로 연소실에 분사시키는 것을 특징으로 하는 물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사방법.
  2. 연료와 물을 연소실에 분사하는 물분사디젤엔진에 있어서, 연료분사펌프와 연통하는 제1의 연료공급로, 체크밸브를 내장하고 또한 상기 제1의 연료공급로에 합류하는 물공급로 및 체크밸브를 내장하고 또한 제1의 연료공급로와 물공급로의 합류부보다도 하류측에서 제1의 연료공급로와 합류하는 제2의 연료공급로를 가지는 연료분사밸브와, 연료탱크와 제2의 연료공급로의 입구의 사이에 배치되는 제1의 제어밸브와, 물탱크와 물공급로의 입구의 사이에 배치되는 제2의 제어밸브와, 연료분사펌프가 휴지하고 있는 사이에 제1의 제어밸브와 제2의 제어밸브를 교호로 반복해서 복수회 개방동작시키고, 상기 제1의 연료공급로내에 연료와 물을 다층형상으로 적층시키는 제어장치를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 물분사디젤엔진의 연료 및 물의 분사장치.
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DK179162B1 (en) * 2016-05-02 2017-12-18 Man Diesel & Turbo Filial Af Man Diesel & Turbo Se Tyskland An internal combustion engine of two-stroke crosshead type, and a method of direct injection of fuel and water into a combustion chamber

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