KR101473996B1 - 이중 연료분사 밸브 및 이를 사용한 이중 연료분사 장치 - Google Patents
이중 연료분사 밸브 및 이를 사용한 이중 연료분사 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 이중 연료분사 밸브 및 이를 사용한 이중 연료분사 장치에 관한 것으로, 주연료 분사와 보조연료 분사를 하나의 이중 연료분사 밸브에서 수행하도록 하여 실린더 헤드의 공간 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명에 의한 이중 연료분사 장치는, 엔진 컨트롤 유니트(10), 보조연료 분사펌프(30), 분사시작 제어밸브(40), 주연료 분사펌프(60), 이중 연료분사 밸브(80)를 포함하여 구성되는 이중 연료분사 장치에 있어서,
상기 이중 연료분사 밸브(80)는,
상기 분사시작 제어밸브(40)로부터 보조연료를 주입받는 보조연료 주입 홀(82)과;
상기 보조연료 주입 홀(82)을 통해 주입된 보조연료를 엔진 내부에 분사시키는 보조연료 분사밸브(84)와;
상기 보조연료 분사밸브(84) 측의 몸체(81)로 공기압력을 가하여 스프링(87)의 압축력을 증가시킴으로써 보조연료의 분사 시작압력을 높일 수 있는 공기압 연결통로(86); 및
상기 주연료 주입 홀(83)을 통해 주입된 주연료를 엔진 내부에 분사시키는 주연료 분사밸브(85); 를 포함한다.
본 발명에 의한 이중 연료분사 장치는, 엔진 컨트롤 유니트(10), 보조연료 분사펌프(30), 분사시작 제어밸브(40), 주연료 분사펌프(60), 이중 연료분사 밸브(80)를 포함하여 구성되는 이중 연료분사 장치에 있어서,
상기 이중 연료분사 밸브(80)는,
상기 분사시작 제어밸브(40)로부터 보조연료를 주입받는 보조연료 주입 홀(82)과;
상기 보조연료 주입 홀(82)을 통해 주입된 보조연료를 엔진 내부에 분사시키는 보조연료 분사밸브(84)와;
상기 보조연료 분사밸브(84) 측의 몸체(81)로 공기압력을 가하여 스프링(87)의 압축력을 증가시킴으로써 보조연료의 분사 시작압력을 높일 수 있는 공기압 연결통로(86); 및
상기 주연료 주입 홀(83)을 통해 주입된 주연료를 엔진 내부에 분사시키는 주연료 분사밸브(85); 를 포함한다.
Description
본 발명은 이중 연료분사 밸브(Dual Fual injection Valve) 및 이를 사용한 이중 연료분사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주연료 분사와 보조연료 분사를 하나의 이중 연료분사 밸브에서 수행하도록 하여 실린더 헤드의 공간 효율을 극대화한 이중 연료분사 밸브 및 이를 사용한 이중 연료분사 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 이중 연료(Dual Fual) 엔진이란 2가지 이상의 연료를 사용하여 동작할 수 있는 엔진을 말한다. 여기서, 이중 연료 엔진은 가스연료연소모드와 디젤연료연소모드가 있다. 이 중 상기 가스연료연소모드는 천연가스의 연소를 일으키는 엔진을 말하고, 상기 디젤연료연소모드는 디젤연료의 연소를 일으키는 엔진을 말한다. 상기 가스연료연소모드에서 가스점화를 위해 기존의 주연료 분사밸브가 사용되거나 추가 설치된 보조연료 분사밸브를 사용하기도 한다.
상기 디젤연료연소모드에서는 주연료 분사밸브가 사용되며, 상기 가스연료연소모드에서는 보조연료 분사밸브가 사용된다. 상기 보조연료 분사밸브를 사용하는 경우 실린더 헤드의 여유공간에 설치하게 된다.
기존의 이중 연료 엔진에서는 가스연료의 점화를 위해 주연료 분사밸브를 그대로 이용하거나 연료오일의 양을 줄이기 위하여 보조연료 분사밸브를 추가하여 엔진을 동작시켰다. 하지만, 주연료 분사밸브를 가스 점화에 사용하는 경우 점화 오일의 양이 너무 많아 경제적으로나 환경적으로 큰 이득을 볼 수 없었다.
또한, 보조연료 분사밸브를 추가하는 경우에는 점화 오일의 양을 획기적으로 줄일 수는 있으나 실린더 헤드의 협소한 공간으로 인해 설치가 어려우며, 주연료 분사밸브의 존재로 노즐이 연소실의 중앙에 위치할 수 없는 단점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 주연료 분사밸브와 보조연료 분사밸브를 하나로 결합한 이중 연료분사 밸브 및 이를 사용한 이중 연료분사 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 주연료 분사와 보조연료 분사를 하나의 이중 연료분사 밸브에서 수행하도록 하여 실린더 헤드의 공간 효율을 극대화한 이중 연료분사 밸브 및 이를 사용한 이중 연료분사 장치를 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 의한 이중 연료분사 장치는, 엔진 컨트롤 유니트, 보조연료 분사펌프, 분사시작 제어밸브, 주연료 분사펌프, 이중 연료분사 밸브를 포함하여 구성되는 이중 연료분사 장치에 있어서,
상기 이중 연료분사 밸브는,
상기 분사시작 제어밸브로부터 보조연료를 주입받는 보조연료 주입 홀과;
상기 보조연료 주입 홀을 통해 주입된 보조연료를 엔진 내부에 분사시키는 보조연료 분사밸브와;
상기 보조연료 분사밸브 측의 몸체로 공기압력을 가하여 스프링의 압축력을 증가시킴으로써 보조연료의 분사 시작압력을 높일 수 있는 공기압 연결통로와;
상기 주연료 주입 홀을 통해 주입된 주연료를 엔진 내부에 분사시키는 주연료 분사밸브; 를 포함하고 있다.
상기 이중 연료분사 밸브는,
상기 분사시작 제어밸브로부터 보조연료를 주입받는 보조연료 주입 홀과;
상기 보조연료 주입 홀을 통해 주입된 보조연료를 엔진 내부에 분사시키는 보조연료 분사밸브와;
상기 보조연료 분사밸브 측의 몸체로 공기압력을 가하여 스프링의 압축력을 증가시킴으로써 보조연료의 분사 시작압력을 높일 수 있는 공기압 연결통로와;
상기 주연료 주입 홀을 통해 주입된 주연료를 엔진 내부에 분사시키는 주연료 분사밸브; 를 포함하고 있다.
삭제
이때, 상기 이중 연료분사 장치의 가스 모드에서는 천연가스 연료의 점화를 위해 상기 보조연료 분사밸브를 통해 보조연료를 분사하고, 디젤 모드에서는 상기 주연료 분사밸브를 통해 주연료를 분사함과 아울러 상기 주연료의 분사시점 전(前) 또는 후(後)에 상기 보조연료 분사밸브를 통해 보조연료를 함께 분사하도록 동작한다.
본 발명에 따르면, 주연료 분사와 보조연료 분사를 하나의 이중 연료분사 밸브에서 수행하도록 하여 실린더 헤드의 공간 효율을 극대화할 수 있고 연소 성능을 개선할 수 있으며 연비 향상을 도모할 수 있다. 또한, 보조연료의 분사 위치를 연소실의 중앙부로 위치시켜 연소 성능을 향상시킬 수 있으며, 보조연료 분사밸브의 분사 유무와 분사량, 분사 시기, 분사기간을 자유자재로 조절할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 이중 연료분사 밸브를 사용한 이중 연료분사 장치의 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
이중 연료분사 장치의 실시 예
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 이중 연료분사 밸브를 사용한 이중 연료분사 장치의 구성도이다.
본 발명에 의한 이중 연료분사 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 컨트롤 유니트(10), 보조연료 거버너(Governor)(20), 보조연료 분사펌프(30), 분사시작 제어밸브(40), 공기압조절밸브(50), 주연료 분사펌프(60), 주연료 거버너(70), 이중 연료분사 밸브(80)를 포함하고 있다.
상기 엔진 컨트롤 유니트(10)는 엔진부하, 엔진속도, 크랭크 각도 신호를 입력받아 부하조절신호, 분사시기 조절신호를 발생하며 그 외에 엔진의 구동에 따른 전반적인 제어기능을 수행한다.
상기 보조연료 거버너(20)는 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 보조연료 조절신호에 의해 엔진의 회전수와 부하에 따른 상기 보조연료 분사펌프(30)의 분사량을 제어한다.
상기 보조연료 분사펌프(30)는 연료분사 캠(31)에 의해 구동되며, 상기 보조연료 거버너(20)의 출력에 의해 보조연료의 분사량을 제어하여 압축 공급한다. 상기 보조연료 분사펌프(30)는 상기 보조연료 거버너(20)의 출력을 입력하는 분사량 조절기구(32)와, 상기 보조연료를 입력하는 연료공급 홀(hole)(33)과, 플런저(plunger)(34)를 구비하고 있다.
상기 분사시작 제어밸브(40)는 상기 보조연료 분사펌프(30)로부터 공급된 보조연료를 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 분사시기 조절신호에 따라 상기 이중 연료분사 밸브(80)의 보조연료 주입 홀(82)로 전달한다. 상기 분사시작 제어밸브(40)는 보조연료 주입 홀(43)과 연료 리턴 홀(42)이 구비된 몸체(41)의 내부에 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 분사시기 제어신호에 부응하여 작동되는 솔레노이드(solenoid)(45)와, 상기 솔레노이드(45)에 의해 구동되는 밸브 작동부(44)와, 상기 솔레노이드(45)가 작동되지 않을 때 상기 연료공급 홀(43)과 연료 리턴 홀(42)이 서로 연결되게 하는 리턴 스프링(46)이 설치되어 있다. 상기 분사시작 제어밸브(40)는 상기 솔레노이드(45) 밸브의 동작에 의해 작동된다.
상기 공기압조절밸브(50)는 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 공기압 조절신호에 의해 상기 이중 연료분사 밸브(80)의 분사 시작압력을 제어하도록 공기압을 공급한다.
상기 주연료 분사펌프(60)는 연료분사 캠(61)에 의해 구동되며, 상기 주연료 거버너(70)의 출력에 의해 주연료의 분사량을 제어하여 압축 공급한다. 상기 주연료 분사펌프(60)는 상기 주연료 거버너(70)의 출력을 입력하는 분사량 조절기구(62)와, 상기 주연료를 입력하는 연료공급 홀(63)과, 플런저(64)를 구비하고 있다.
상기 주연료 거버너(Governor)(70)는 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 주연료 조절신호에 의해 엔진의 회전수와 부하에 따른 상기 주연료 분사펌프(60)의 분사량을 제어한다.
상기 이중 연료분사 밸브(80)는 상기 분사시작 제어밸브(40)로부터 보조연료를 주입받는 보조연료 주입 홀(82)과, 상기 보조연료 주입 홀(82)을 통해 주입된 보조연료를 엔진 내부에 분사시키는 보조연료 분사밸브(84)와, 상기 보조연료 분사밸브(84) 측의 몸체(81)로 공기압력을 가하여 스프링(87)의 압축력을 증가시킴으로써 보조연료의 분사 시작압력을 높일 수 있는 공기압 연결통로(86)와, 상기 주연료 분사펌프(60)로부터 주연료를 주입받는 주연료 주입 홀(83)과, 상기 주연료 주입 홀(83)을 통해 주입된 주연료를 엔진 내부에 분사시키는 주연료 분사밸브(85)를 포함하고 있다.
도면 중 미설명 부호 89는 주연료 주입 홀(83)을 통해 주입되는 주연료의 압력으로 탄성에 의해 주연료 분사밸브(85)를 개폐시키는 스프링이다.
도면 중 미설명 부호 89는 주연료 주입 홀(83)을 통해 주입되는 주연료의 압력으로 탄성에 의해 주연료 분사밸브(85)를 개폐시키는 스프링이다.
일반적으로, 기계식 연료분사 펌프 및 밸브에서는 전자식 연료분사 시스템(Common Rail)에 비해 저부하에서의 연료분사 압력이 낮다. 이에 연료의 무화(atomization)가 상대적으로 어려우며, 연소 상태가 나빠지게 된다. 이를 개선하기 위해 인젝터 상부 쪽 스프링(87)에 공기압을 줄 수 있는 장치를 추가하였다. 상기 보조연료 분사밸브(84)로 가해진 공기압은 상기 스프링(87)을 가압해주며, 이는 상기 보조연료 분사밸브(84) 니들의 오프닝 압력(opening pressure)을 높여주어 보조연료의 분사 시작압을 상승시키게 된다.
상기 엔진 컨트롤 유니트(10)에서 엔진부하, 엔진속도, 크랭크 각도 신호에 따라 부하조절신호를 발생하면, 상기 보조연료 거버너(20)에서 상기 보조연료 조절신호에 의해 엔진의 회전수와 부하에 따라 보조연료의 분사량을 제어한다. 이어서, 상기 보조연료 분사펌프(30)는 상기 보조연료 거버너(20)의 출력에 의해 보조연료의 분사량을 제어하여 상기 분사시작 제어밸브(40)로 압축 공급한다.
계속해서, 상기 분사시작 제어밸브(40)에서는 상기 보조연료 분사펌프(30)로부터 공급된 보조연료를 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 분사시기 조절신호에 따라 상기 이중 연료분사 밸브(80)의 보조연료 주입 홀(82)로 전달한다. 그러면, 상기 이중 연료분사 밸브(80)에서는 상기 분사시작 제어밸브(40)를 통해 공급된 보조연료를 상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 엔진 내부에 분사한다. 이때, 상기 이중 연료분사 밸브(80)는 상기 보조연료 외에 주연료 주입 홀(83)을 통해 주연료를 공급받아 상기 주연료 분사밸브(85)를 통해 엔진 내부에 분사한다.
상기 주연료 분사펌프(60)는 상기 주연료 거버너(70)에 의해 동작이 제어되며, 상기 주연료 거버너(70)는 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 주연료 조절신호에 의해 동작이 제어된다. 즉, 상기 엔진 컨트롤 유니트(10)의 주연료 조절신호에 의해 상기 주연료 거버너(70)가 동작하여 상기 주연료 분사펌프(60)의 동작을 제어하게 된다.
상기 이중 연료분사 밸브(80)는 가스 모드에서 천연가스 연료의 점화를 위해 상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 보조연료를 분사하고, 디젤 모드에서 상기 주연료 분사밸브(85)를 통해 주연료를 분사함과 아울러 상기 주연료의 전후 분사시점에 상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 보조연료를 함께 분사한다. 이때, 주연료의 전(前) 분사시점에서 보조연료를 분사하는 경우 NOx 배출 감소 효과가 있고, 주연료의 후(後) 분사시점에서 보조연료를 분사하는 경우 스모크의 감소 효과가 있다.
또한, 상기 이중 연료분사 밸브(80)의 디젤 모드에서는 상기 주연료 분사밸브(85)에서 Heavy Fuel Oil의 분사에 따른 노즐 홀의 막힘 현상을 막기 위해 상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 보조연료를 분사하기도 한다.
한편, 상기 이중 연료분사 밸브(80)의 가스 모드에서는 주연료를 분사하지 않고, 디젤 모드에서만 주연료를 분사한다.
상기 이중 연료분사 밸브(80)로 공급되는 가스연료는 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 흡기 포트에 설치되어 있는 가스 주입 밸브(Gas admission valve)에 의해 공급되어 진다.
상기 보조연료는 머린 디젤 오일(Marine Diesel Oil), 머린 가스 오일(Marine Gas Oil)을 포함하며, 상기 주연료는 헤비 퓨얼 오일(Heavy Fuel Oil), 머린 디젤 오일(Marine Diesel Oil), 머린 가스 오일(Marine Gas Oil)을 포함하고 있다.
한편, 본 발명은 연료분사시기를 조정해 연료분사 시작압력의 증가로 인해 지연된 분사시기를 기존의 상태로 되돌리게 되는데, 일반적인 기계식 연료분사펌프(30) 내의 플런저(34) 길이를 증가시킴으로써, 분사시기를 앞당기는 효과를 가져 올 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 이중 연료분사 장치는 주연료분사와 보조 연료분사를 하나의 이중 연료분사 밸브에서 수행하도록 하여 실린더 헤드의 공간 효율을 극대화함으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 엔진 컨트롤 유니트 20 : 보조연료 거버너
30 : 보조연료 분사펌프 31 : 연료분사 캠
32 : 분사량 조절기구 33 : 연료공급 홀
34 : 플런저 40 : 분사시작 제어밸브
41 : 몸체 42 : 연료 리턴 홀
43 : 연료공급 홀 44 : 밸브 작동부
45 : 솔레노이드 46 : 리턴 스프링
50 : 공기압조절밸브 60 : 주연료 분사펌프
61 : 연료분사 캠 62 : 분사량 조절기구
63 : 연료공급 홀 64 : 플런저
70 : 보조연료 거버너 80 : 이중 연료분사 밸브
81 : 몸체 82 : 보조연료 주입 홀
83 : 주연료 주입 홀 84 : 보조연료 분사밸브
85 : 주연료 분사밸브 86 : 공기압 연결통로
87 : 스프링
30 : 보조연료 분사펌프 31 : 연료분사 캠
32 : 분사량 조절기구 33 : 연료공급 홀
34 : 플런저 40 : 분사시작 제어밸브
41 : 몸체 42 : 연료 리턴 홀
43 : 연료공급 홀 44 : 밸브 작동부
45 : 솔레노이드 46 : 리턴 스프링
50 : 공기압조절밸브 60 : 주연료 분사펌프
61 : 연료분사 캠 62 : 분사량 조절기구
63 : 연료공급 홀 64 : 플런저
70 : 보조연료 거버너 80 : 이중 연료분사 밸브
81 : 몸체 82 : 보조연료 주입 홀
83 : 주연료 주입 홀 84 : 보조연료 분사밸브
85 : 주연료 분사밸브 86 : 공기압 연결통로
87 : 스프링
Claims (7)
- 엔진 컨트롤 유니트(10), 보조연료 분사펌프(30), 분사시작 제어밸브(40), 주연료 분사펌프(60), 이중 연료분사 밸브(80)를 포함하여 구성되는 이중 연료분사 장치에 있어서,
상기 이중 연료분사 밸브(80)는,
상기 분사시작 제어밸브(40)로부터 보조연료를 주입받는 보조연료 주입 홀(82)과;
상기 보조연료 주입 홀(82)을 통해 주입된 보조연료를 엔진 내부에 분사시키는 보조연료 분사밸브(84)와;
상기 보조연료 분사밸브(84) 측의 몸체(81)로 공기압력을 가하여 스프링(87)의 압축력을 증가시킴으로써 보조연료의 분사 시작압력을 높일 수 있는 공기압 연결통로(86); 및
상기 주연료 주입 홀(83)을 통해 주입된 주연료를 엔진 내부에 분사시키는 주연료 분사밸브(85);
를 포함하는 이중 연료분사 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 가스 모드에서 천연가스 연료의 점화를 위해 보조연료를 분사하고,
상기 주연료 분사밸브(85)를 통해 디젤 모드에서 주연료를 분사함과 아울러 상기 주연료의 전후 분사시점에 상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 보조연료를 함께 분사하는 것을 특징으로 하는 이중 연료분사 장치.
- 삭제
- 삭제
- 보조연료를 주입받는 보조연료 주입 홀(82)과;
상기 보조연료 주입 홀(82)을 통해 주입된 보조연료를 엔진 내부에 분사시키는 보조연료 분사밸브(84)와;
주연료를 주입받는 주연료 주입 홀(83)과;
상기 주연료 주입 홀(83)을 통해 주입된 주연료를 엔진 내부에 분사시키는 주연료 분사밸브(85); 및
상기 보조연료 분사밸브(84) 측의 몸체(81)로 공기압력을 가하여 스프링(87)의 압축력을 증가시킴으로써 보조연료의 분사 시작압력을 높일 수 있는 공기압 연결통로(86);
를 포함하는 이중 연료분사 밸브.
- 제 6 항에 있어서,
상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 가스 모드에서 천연가스 연료의 점화를 위해 보조연료를 분사하고,
상기 주연료 분사밸브(85)를 통해 디젤 모드에서 주연료를 분사함과 아울러 상기 주연료의 전후 분사시점에 상기 보조연료 분사밸브(84)를 통해 보조연료를 함께 분사하는 것을 특징으로 하는 이중 연료분사 밸브.
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