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KR100359719B1 - 엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치 - Google Patents

엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치 Download PDF

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KR100359719B1
KR100359719B1 KR1020000010525A KR20000010525A KR100359719B1 KR 100359719 B1 KR100359719 B1 KR 100359719B1 KR 1020000010525 A KR1020000010525 A KR 1020000010525A KR 20000010525 A KR20000010525 A KR 20000010525A KR 100359719 B1 KR100359719 B1 KR 100359719B1
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Abstract

본 발명은 연료통(22)으로부터 액상의 LPG를 연료펌프(23)에 의해 이송하고 인젝터(24)를 통하여 복수의 실린더(20) 상부에 위치하는 부연소실(21)에 공급하여 압축착화하는 간접분사식 압축착화 엔진에 있어서: 상기 부연소실(21)에서 각각의 인젝터(24)에 인접되어 설치되고, 인젝터(24)에서 분사되는 LPG의 기화를 위한 열량을 제공하는 글로우 플러그(31); 및 상기 글로우 플러그(31)의 온도를 운전기간중 연료의 기화와 착화가 가능한 일정한 범위 내에서 유지하도록 배터리(26)에 의한 전원을 조절하는 가열제어기(30)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 함에 따라, 기화기를 이용한 스파크점화방식의 LPG 엔진 대신 LPG용 압축착화 엔진을 사용하고 적절한 예열을 병용하는 운전방식을 도입하여 고효율 및 저공해를 도모하는 효과가 있다.

Description

엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치{Preheating apparatus for indirect LPG injection diesel engine}
본 발명은 엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기화기를 이용한 스파크점화방식의 LPG 엔진 대신 LPG용 간접분사식 압축착화 엔진을 사용하고 적절한 예열을 병용하는 운전방식을 도입하여 고효율 및 저공해를 도모하는 엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 LPG 차량의 연소계통을 개략적으로 나타내는 구성도가 도시된다.
일반적으로 LPG 차량은 실린더(10)와 연통되는 흡기다기관(11) 상에 믹서(15)를 구비하고 일반 가솔린엔진과 같이 스파크플러그에 의한 불꽃점화방식을 사용한다. LPG는 증발잠열이 크기 때문에 믹서(15) 부근에 냉각수를 흐르게 하거나 겨울철 냉간시동을 위하여 예열히터(Preheater)가 설치된다.
연료통(12)에서 공급되는 액상의 LPG는 증발기(13)에서 감압 증발하여 대기압 부근에서 솔레노이드 밸브(14)를 통해 믹서(15)에 공급되고 에어크리너(16)를 거쳐 흡입되는 공기에 의해 예혼합 연료로 되어 실린더(10)에 유입된다.
그런데 이러한 방식의 LPG 차량의 경우 믹서(15)에서 LPG가 기체상태로 공급되어 공기와 혼합되기 때문에 기화된 연료증기에 의한 체적효율의 감소로 기존 연료분사방식의 가솔린엔진에 비해서 20%이상의 출력 저하를 가져온다.
또한 LPG연료 기화방식 스파크점화엔진은 압축착화방식에 의한 디젤엔진에 비해 약 40%이상의 체적효율저하 및 출력저하를 초래하게 되므로 디젤엔진의 가장 큰 단점인 매연을 감소시킬 수 있다는 효과 외에는 성능 및 연료소비율 측면에서 근본적으로 열악한 특성을 가지고 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기화기를 이용한 스파크점화방식의 LPG 엔진 대신 LPG용 간접분사식 압축착화 엔진을 사용하고 적절한 예열을 병용하는 운전방식을 도입하여 고효율 및 저공해를 도모하는 엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치를 제공한다.
도 1은 종래의 LPG 차량의 연소계통을 개략적으로 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명이 적용되는 연소계통의 주요부를 나타내는 구성도,
도 3은 도 2의 가열제어기에 대한 작동을 설명하기 위한 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10, 20 : 실린더 11 : 흡기다기관
12, 22 : 연료통 13 : 증발기
14 : 솔레노이드 밸브 15 : 믹서
16 : 에어크리너 23 : 연료펌프
24 : 인젝터 25 : ECU
26 : 배터리 30 : 가열제어기
31 : 글로우 플러그 35 : 릴레이
36 : 온도센서
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 연료통(22)으로부터 액상의 LPG를 연료펌프(23)에 의해 이송하고 인젝터(24)를 통하여 복수의 실린더(20) 상부에 위치하는 부연소실(21)에 공급하여 압축착화하는 간접분사식 압축착화 엔진에 있어서: 상기 부연소실(21)에서 각각의 인젝터(24)에 인접되어 설치되고, 인젝터(24)에서 분사되는 LPG의 기화를 위한 열량을 제공하는 글로우 플러그(31); 및 상기 글로우 플러그(31)의 온도를 운전기간중 연료의 기화와 착화가 가능한 일정한 범위 내에서 유지하도록 배터리(26)에 의한 전원을 조절하는 가열제어기(30)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 가열제어기(30)는 글로우 플러그(31)의 온도센서(36)로부터 검출한 온도신호를 증폭하여 기준값과 비교한 다음 릴레이(35)를 이용하여 전원을 단속한다.
그리고 상기 가열제어기(30)의 기준값은 엔진회전수, 부하량 등의 정보를 지닌 ECU(25)에 의한 제어신호를 이용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명이 적용되는 연소계통의 주요부를 나타내는 구성도가 도시된다.
연료통(22)으로부터 액상의 LPG를 연료펌프(23)에 의해 이송하고 인젝터(24)를 통하여 복수의 실린더(20) 상부에 위치하는 부연소실(21)에 공급하여 압축착화하는 간접분사식 압축착화 엔진에 관련된다. 즉, 글로우 플러그(Glow plug)의 온도제어 가열방식에 의한 LPG(Liquified Petroleum Gas)용 간접분사방식 압축착화 엔진으로서 액상의 LPG를 사용하고, 이러한 구성에 기인하여 종래의 증발기(13), 솔레노이드 밸브(14) 및 믹서(15)는 불필요하다.
본 발명의 연료분사시스템에 적용되는 차량용 LPG연료(부탄)의 경우 -0.5℃ 2기압에서도 쉽게 액화되기 때문에 기존의 연료분사시스템을 그대로 적용하는 것이 가능하고 종래에 비하여 분무능력이 개선된다.
또, 본 발명에 따르면 인젝터(24)에서 분사되는 LPG의 기화를 위한 열량을 제공하는 글로우 플러그(31)가 상기 복수의 부연소실(21)에서 각각의 인젝터(24)에 인접되어 설치된다. 글로우 플러그(31)와 인젝터(24)는 실린더(20)의 상측에 위치한 부연소실(21) 상에 인접하여 설치된다.
글로우 플러그(31)는 압축행정 및 폭발행정을 통해 고온상태가 되므로 내열성을 지닌 세라믹 등의 소재로 된 것을 사용한다. 보다 구체적으로는 일정 온도이상에서 저항값이 높아지면서 전류의 흐름을 억제하여 일정온도를 유지하기 위한 히터의 용도로 쓰이는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 세라믹이나 전열선을사용하여 구성하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명에 따르면 상기 글로우 플러그(31)의 온도를 연료의 기화 및 폭발이 가능한 일정한 범위 내에서 유지하도록 배터리(26)에 의한 전원을 조절하는 가열제어기(30)가 설치된다. 가열제어기(30)는 차량의 배터리(26) 및 ECU(25)와 연결되며 구체적인 구성 및 작동은 후술하는 도 3의 설명을 참조한다.
도 3은 도 2의 가열제어기에 대한 작동을 설명하기 위한 회로도가 도시된다.
본 발명의 가열제어기(30)는 글로우 플러그(31)의 온도센서(36)로부터 검출한 온도신호를 증폭하여 기준값과 비교한 다음 릴레이(35)를 이용하여 전원을 단속한다.
글로우 플러그(31) 내부에는 열전대 등을 사용한 온도센서(36)가 내장되고, 온도센서(36)는 증폭기(32)와 연결되고, 증폭기(32)의 출력단 및 가변저항(33)은 비교기(34)의 입력단으로 연결되고, 비교기(34)의 출력단은 릴레이(35)의 코일부에 연결된다. 릴레이(35)의 단자에는 배터리(26) 전원과 글로우 플러그(31)의 단자가 연결되어 글로우 플러그(31)의 전원이 단속된다.
이때 상기 가열제어기(30)의 가변저항(33)으로 표시되는 기준값은 엔진회전수, 부하량 등의 정보를 지닌 ECU(25)에 의한 제어신호를 이용한다. ECU(25)는 엔진에 설치된 각종 센서로부터 신호를 입력받아 처리하는 총합적 제어기이다.
이러한 방식의 가열제어기(30)를 사용하면 액체부탄의 높은 증발잠열 흡수 및 자발점화온도 이상으로 유지되도록 운전기간중 회전수, 부하변동에 따라 다음과 같이 전류량을 조절하여 글로우 플러그(31)의 표면온도가 600-700℃ 범위로 유지될수 있도록 하는 것이 가능하다.
열전대 온도측정기인 온도센서(36)에서 글로우 플러그(31)의 표면온도에 해당되는 값으로 검출되는 미소전압이 증폭기(32)에 의해 전압이 증폭되고 600-700℃에 해당되는 기준전압을 설정할 수 있는 가변저항(33)에 의하여 원하는 온도에 해당하는 전압을 설정한다. 글로우 플러그(31)의 표면온도가 설정온도이하 또는 이상으로 되는 경우 비교기(34)에 의해 디지털 릴레이(35)를 ON 또는 OFF시켜 밧데리(26)의 전류를 글로우 플러그(31) 내의 저항선에 보내거나 차단시켜 항상 일정한 글로우 플러그 표면온도가 유지될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 LPG연료의 간접분사식 압축착화방식엔진으로의 적용기술을 통하여 기존 스파크점화방식의 LPG적용 방식에 비해 30∼40%의 성능 개선 및 연료소비율 개선할 수 있다. 기존의 간접분사식 디젤엔진의 최소한의 변형으로 스파크점화방식 LPG엔진에 비해 30∼40%이상의 연료소모율이 감소된다.
보다 다양한 연료의 적용성이 큰 간접분사방식 디젤엔진에 기존의 냉시동성개선을 목적으로 시동기간에만 사용되었던 글로우 플러그를 운전기간중 온도제어에 의해 glowplug 온도를 지속적으로 자발온도이상(600-700℃)으로 가열하여 점화개선 및 성능 개선효과를 기대할 수 있다.
또한 경유를 사용하는 소형 간접분사식 디젤엔진을 적용하는 승용차 및 레저차량(RV) 급격한 증가에 따라 발생하는 매연을 대폭적으로 감소할 수 있다.
또한 일반연료에 세탄가와 옥탄가를 높히기 위하여 첨가제를 첨가하는 것과 같이 3.5의 압축비에서도 자발점화하는 DME(Di-Methyl-Ether)를 5∼10% 이내 첨가한 LPG 연료사용으로 시동성 및 운전성 대폭개선 효과를 기대할 수 있다.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명의 엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치는 기화기를 이용한 스파크점화방식의 LPG 엔진 대신 LPG용 압축착화 엔진을 사용하고 적절한 예열을 병용하는 운전방식을 도입하여 고효율 및 저공해를 도모하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 연료통(22)으로부터 액상의 LPG를 연료펌프(23)에 의해 이송하고 인젝터(24)를 통하여 복수의 실린더(20) 상부에 위치하는 부연소실(21)에 공급하여 압축착화하는 간접분사식 압축착화 엔진에 있어서:
    상기 부연소실(21)에서 각각의 인젝터(24)에 인접되어 설치되고, 인젝터(24)에서 분사되는 LPG의 기화를 위한 열량을 제공하는 글로우 플러그(31); 및
    상기 글로우 플러그(31)의 온도를 운전기간중 연료의 기화와 착화가 가능한 일정한 범위 내에서 유지하도록 배터리(26)에 의한 전원을 조절하는 가열제어기(30)를 포함하여 이루어지며,
    상기 가열제어기(30)는 글로우 플러그(31)의 온도센서(36)로부터 검출한 온도신호를 증폭하여 기준값과 비교한 다음 릴레이(35)를 이용하여 전원을 단속하는 것을 특징으로 하는 엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열제어기(30)의 기준값은 엔진회전수, 부하량 등의 정보를 지닌 ECU(25)에 의한 제어신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 엘피지 간접분사식 디젤엔진용 예열장치.
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