KR20040000077A - Control apparatus for gas temperature of CNG engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 CNG 엔진의 연료온도 조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 CNG 연료를 감압하는 과정에서 낮아진 연료의 온도를 상승시키기 위해 인터쿨러와 라디에이터 사이에 코어식 열교환기를 설치한 CNG 엔진의 연료온도 조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel temperature control device of a CNG engine, and more particularly, to a fuel temperature control of a CNG engine having a core heat exchanger installed between an intercooler and a radiator in order to increase the temperature of the fuel lowered in the process of depressurizing the CNG fuel. Relates to a device.
도 4는 CNG 엔진이 탑재된 종래의 상용차량의 연료공급구조를 도시한 것으로서, 연료가 저장되는 가스실린더(11)에는 약 200Bar의 압력으로 천연가스가 압축저장되어 있으며, 운전자의 신호에 의해 전자제어장치()는 가스실린더(11)에 장착되어진 마그네틱 밸브(12)에 전원을 공급하여 엔진(10)으로 연료를 공급하며 필터에서는 컴프레서 오일 등의 이물질을 제거하고 레귤레이터(13)에서는 200Bar의 연료의 압력을 8~10Bar의 압력으로 감압시켜준다. 이 때, CNG 가스의 감압시 승화작용에 의해서 연료온도가 0 ~ -3℃로 하강하게 된다.4 illustrates a fuel supply structure of a conventional commercial vehicle in which a CNG engine is mounted. In the gas cylinder 11 in which fuel is stored, natural gas is compressed and stored at a pressure of about 200 Bar, The control device (1) supplies power to the magnetic valve (12) mounted on the gas cylinder (11) to supply the fuel to the engine (10), removes foreign substances such as compressor oil from the filter, and 200 Bar of fuel from the regulator (13). Reduce the pressure of 8 ~ 10Bar pressure. At this time, the fuel temperature is lowered to 0 to -3 ° C by the sublimation action during the decompression of the CNG gas.
그리고 엔진(10) 측으로 들어가는 연료의 온도를 적정한 수준으로 높여주기 위하여 엔진의 냉각수를 열교환기(15)로 보내 차가워진 가스의 온도를 상승시켜 엔진(10) 측으로 보내도록 구성되어 있다. 그리고 가스의 온도가 소정온도(예를 들어 40℃) 이상일 경우에는 연료 써머스탯(16)에 의해 냉각수가 열교환기(15)로 들어가는 것을 차단하므로서 연료온도가 과열되는 것을 방지하여 소정의 온도수준이 유지될 수 있도록 구성되어 있다.And in order to raise the temperature of the fuel entering the engine 10 to an appropriate level, it is configured to send the cooling water of the engine to the heat exchanger 15 to increase the temperature of the cold gas to send to the engine 10 side. When the temperature of the gas is higher than a predetermined temperature (for example, 40 ° C.), the fuel thermostat 16 prevents the cooling water from entering the heat exchanger 15, thereby preventing the fuel temperature from being overheated, and thus the predetermined temperature level is increased. It is configured to be maintained.
한편, 상기한 CNG 엔진이 탑재되는 상용차량의 엔진룸에는 엔진을 순환하며 가열된 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터와, 터보차저에서 가압된 흡입공기를 적정한 수준으로 냉각하기 위한 인터쿨러가 형성된다.On the other hand, in the engine room of the commercial vehicle on which the CNG engine is mounted, a radiator for circulating the engine and cooling the heated cooling water and an intercooler for cooling the intake air pressurized by the turbocharger to an appropriate level are formed.
그러나, 상기와 같은 종래의 CNG 엔진에서는 차가운 연료온도를 높이기 위하여 냉각수를 이용한 열교환기를 설치하여야 하고 냉각수 라인이 필요하게 되므로서 엔진룸의 레이아웃에 있어서 불리하였을 뿐만 아니라, 냉각수의 온도가 충분히 가열되지 않았을 경우에는 차가워진 연료온도를 그대로 엔진으로 공급하게 되는 문제점이 있었다.However, in the conventional CNG engine as described above, the heat exchanger using the coolant must be installed to increase the cool fuel temperature and the coolant line is required, which is disadvantageous in the layout of the engine room and the coolant temperature is not sufficiently heated. In this case, there is a problem that the cold fuel temperature is supplied to the engine as it is.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, CNG 연료를 감압하는 과정에서 낮아진 연료의 온도를 상승시키기 위해 인터쿨러와 라디에이터 사이에 코어식 열교환기를 설치한 CNG 엔진의 연료온도 조절장치를 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, the fuel temperature control device of the CNG engine provided with a core heat exchanger between the intercooler and the radiator to increase the temperature of the fuel lowered in the process of decompressing the CNG fuel The purpose is to provide.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,The present invention as a means for achieving the above object,
가스실린더에서 저장된 고압의 연료를 감압하는 레귤레이터와, 상기 레귤레이터에서 연료의 감압과정에서 냉각된 연료의 온도를 높이기 위한 열교환기가 형성되는 CNG 엔진에 있어서,In the CNG engine is provided with a regulator for reducing the high-pressure fuel stored in the gas cylinder, and a heat exchanger for increasing the temperature of the fuel cooled during the depressurization of the fuel in the regulator,
상기한 열교환기는 터보차저에서 가압된 흡입공기를 냉각하기 위한 인터쿨러와, 엔진을 통과하며 가열된 냉각수를 냉각하는 라디에이터 사이에 형성되어지되, 상기 열교환기는 연료의 경로가 코어식 배열된 것을 특징으로 한다.The heat exchanger is formed between an intercooler for cooling the intake air pressurized by the turbocharger and a radiator for cooling the heated cooling water passing through the engine, wherein the heat exchanger is characterized in that the path of the fuel is core-arranged. .
도 1은 본 발명에 의해 구성된 CNG 엔진의 구성도.1 is a block diagram of a CNG engine constructed by the present invention.
도 2는 본 발명에 의해 형성된 열교환기의 측단면도.2 is a side cross-sectional view of a heat exchanger formed by the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 열교환기의 일실시예를 도시한 도면.3 is a view showing an embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
도 4는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.4 is a diagram for explaining a conventional technology.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
20 : 엔진 21 : 가스실린더20: engine 21: gas cylinder
22 : 연료라인 23 : 바이패스라인22: fuel line 23: bypass line
24 : 제어밸브 25 : 연료 서머스탯24: control valve 25: fuel thermostat
26 : 고압밸브 27 : 레귤레이터26: high pressure valve 27: regulator
30 : 열교환기 32 : 유로30: heat exchanger 32: euro
34 : 연료입구 36 : 연료출구34: fuel inlet 36: fuel outlet
40 : 인터쿨러 50 : 라디에이터40: intercooler 50: radiator
이하, 본 발명에 의해 형성되는 CNG 엔진의 연료공급구조의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the configuration and operation of the fuel supply structure of the CNG engine formed by the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의해 구성된 CNG 엔진의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 열교환기의 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 열교환기의 일실시예를 도시한 도면이다.1 is a configuration diagram of a CNG engine constructed by the present invention, Figure 2 is a side cross-sectional view of a heat exchanger formed by the present invention, Figure 3 is a view showing an embodiment of a heat exchanger according to the present invention.
도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해 형성되는 열교환기를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의한 인터쿨러를 지시하는 것이다.Reference numeral 30 indicated in the figure indicates a heat exchanger formed by the present invention, and reference numeral 40 indicates an intercooler according to the present invention.
상기한 열교환기(30)는 종래기술의 설명에서와는 달리 인터쿨러(40)와 라디에이터(50) 사이에 형성되는 것으로, 종래기술에서 냉각수를 순환시켜 가스연료를 가열시키던 방식의 열교환기는 삭제된다.Unlike the description of the related art, the heat exchanger 30 is formed between the intercooler 40 and the radiator 50. In the related art, the heat exchanger of the method of circulating the cooling water to heat the gas fuel is deleted.
특히, 상기한 열교환기(30)는 연료의 유로(32)가 일반적인 라디에이터에 적용되고 있는 코어타입으로 형성되는 것으로, 상측에 연료입구(34)가 형성되고 하측에는 연료출구(36)가 형성된다. 즉, 상기 연료입구(34)와 연료출구(36) 사이의 연료 유로(32)가 코어형식으로 형성되는 것으로, 본 발명의 실시예에서 상기 유로(32)는 상부에서 하부방향으로 연료가 지그재그로 배선된다. 열교환기(30)의 코어형식은 유로(32)는 상부입구(34) 측에서 다수의 소형관으로 분기되었다가 하부측에서 다시 연료출구(36) 측으로 합류되도록 형성될 수도 있다. 이와 같이, 상기한 열교환기(30)의 유로(32)는 기존에 라디에이터 등에서 사용되는 일반적인 코어방식들이 적용될 수 있는 것이다.In particular, the heat exchanger 30 is formed of a core type in which a fuel flow path 32 is applied to a general radiator. A fuel inlet 34 is formed at an upper side thereof, and a fuel outlet 36 is formed at a lower side thereof. . That is, the fuel flow path 32 between the fuel inlet 34 and the fuel outlet 36 is formed in a core form. Are wired. The core type of the heat exchanger 30 may be formed such that the flow path 32 is branched into a plurality of small pipes at the upper inlet 34 and then joined to the fuel outlet 36 at the lower side. As such, the flow path 32 of the heat exchanger 30 may be a conventional core method used in a radiator or the like.
즉, 상기한 열교환기(30)를 통과하는 연료는 인터쿨러(40) 내의 흡입공기를 냉각하면서 고온으로 가열되어진 대기에 의해 가열될 수 있도록 배치되는 것이다. 그리고 열교환기(30)를 가열한 대기온은 상기 열교환기(30)를 거치면서 차가워진상태가 되는데, 이 차가운 공기가 라디에이터(50) 측으로 공급되도록 하여 라디에이터(50)의 냉각 성능이 향상될 수 있도록 구성되는 것이다.That is, the fuel passing through the heat exchanger 30 is arranged to be heated by the atmosphere heated to a high temperature while cooling the intake air in the intercooler 40. In addition, the atmospheric temperature of the heat exchanger 30 is cooled while passing through the heat exchanger 30. The cold air is supplied to the radiator 50, so that the cooling performance of the radiator 50 may be improved. It is configured to be.
그리고 상기한 열교환기(30)와 연결되는 연료라인(22)의 도중에는 상기 열교환기(30)를 바이패스하여 가스연료가 엔진측으로 곧바로 공급될 수 있도록 하는 바이패스라인(23)이 형성되는데, 그 분기부에는 연료의 흐름방향을 제어하는 제어밸브(24)가 형성된다. 또한, 상기한 열교환기(30)의 후방에 연결되는 연료라인(22)의 도중에는 연료 서머스탯(25)이 형성된다. 상기 연료 서머스탯(25)과 제어밸브(24)는 전자제어장치(60)에 의해서 제어될 수 있도록 설계된다.In the middle of the fuel line 22 connected to the heat exchanger 30, a bypass line 23 is formed to bypass the heat exchanger 30 so that the gas fuel can be supplied directly to the engine side. At the branching portion, a control valve 24 for controlling the flow direction of the fuel is formed. In addition, the fuel thermostat 25 is formed in the middle of the fuel line 22 connected to the rear of the heat exchanger 30. The fuel thermostat 25 and the control valve 24 are designed to be controlled by the electronic controller 60.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.
상기와 같은 연료온도 조절장치가 탑재된 CNG 엔진(20)이 시동되면, 연료공급장치의 제어에 의해서 고압밸브(26)가 개방되어 가스연료가 엔진 측으로 공급되어진다. 이 때, 가스실린더(21)에 저장되어 있던 고압의 가스연료는 레귤레이터(27)를 통과하면서 감압되어지는데, 연료의 감압과정에서 가스연료의 온도는 0℃이하로 떨어지게 된다.When the CNG engine 20 equipped with the fuel temperature control device as described above is started, the high pressure valve 26 is opened by the control of the fuel supply device so that the gas fuel is supplied to the engine side. At this time, the high-pressure gas fuel stored in the gas cylinder 21 is decompressed while passing through the regulator 27. In the process of depressurizing the fuel, the temperature of the gas fuel drops to 0 ° C or less.
이와 같이 0℃이하로 냉각되어진 연료는 상기한 열교환기(30)를 거치면서 적정한 수준(약 30 ℃)으로 상승되어진다. 그 과정은 다음과 같다.The fuel cooled to 0 ° C or lower is raised to an appropriate level (about 30 ° C) while passing through the heat exchanger 30 described above. The process is as follows.
상술한 바와 같이 상기한 열교환기(30)는 터보차저에서 가압되어 고온이 된 흡입공기가 흐르는 인터쿨러(40)의 후방에 형성되므로서, 상기한 인터쿨러(40)를 통과하면서 가열되어진 대기온(약 50 ℃)과 상기 열교환기(30)의 유로(22)에 흐르는 차가운 가스연료(약 0℃ 이하) 사이에 열교환이 이루어지는 것이다.As described above, the heat exchanger 30 is formed at the rear of the intercooler 40 through which the intake air, which is pressurized by the turbocharger and becomes a high temperature, is heated to pass through the intercooler 40. 50 ° C.) and cold gas fuel (about 0 ° C. or less) flowing through the flow path 22 of the heat exchanger 30.
따라서 상기한 열교환기(30)의 연료입구(34)로 입력된 0℃ 이하의 가스연료는 30 ℃ 내외의 온도를 가진 가스연료로 가열되어 가스출구(36)를 통해 엔진측으로 유도되어진다.Therefore, the gas fuel of 0 ° C. or less input to the fuel inlet 34 of the heat exchanger 30 is heated to the gas fuel having a temperature of about 30 ° C. and guided to the engine side through the gas outlet 36.
한편, 인터쿨러(40)를 통과하면서 상승되었던 대기온은 상기한 열교환기(30)를 통과하면서 다시 냉각된 상태가 된다. 이렇게 냉각된 대기온은 라디에이터(50)로 유도되므로서 라디에이터(50)의 냉각성능이 향상되어진다.On the other hand, the air temperature which has been raised while passing through the intercooler 40 is cooled again while passing through the heat exchanger 30 described above. The cooled air temperature is guided to the radiator 50, thereby improving the cooling performance of the radiator 50.
그리고 상기한 열교환기(30)를 통과하며 가열된 연료가스의 온도는 연료 서머스탯에서 측정되어지는데, 측정되는 연료가스의 온도가 설정온도(예를 들어 40 ℃) 이상이 될 경우에는 상기한 열교환기(30) 측으로 입력되는 연료의 흐름을 차단하여 바이패스시키게 된다.And the temperature of the fuel gas heated through the heat exchanger 30 is measured in the fuel thermostat, when the measured temperature of the fuel gas is above the set temperature (for example 40 ℃) heat exchange By blocking the flow of the fuel input to the side 30 is bypassed.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 가스연료를 사용하는 엔진에서 가스연료의 감압과정에서 차가워진 연료의 가열이 인터쿨러를 통과하는 뜨거워진 대기에 의해서 이루어지고, 상기 열교환기에서 차가운 가스연료와 인터쿨러를 거치면서 가열된 대기가 열교환하는 과정에서 차가워진 대기가 라디에이터 측으로 유도되므로서 라디에이터의 냉각성능이 향상되는 카다란 장점이 있는 것이다.The present invention constituted as described above is made by the hot air passing through the intercooler is the heating of the cold fuel in the depressurization process of the gas fuel in the engine using the gas fuel, and the cold gas fuel and the intercooler in the heat exchanger In the process of heat-exchanging the heated air while the cold air is directed to the radiator side, the cooling performance of the radiator is improved.
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