KR200169784Y1 - 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐 - Google Patents
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Abstract
본 고안에 따른 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐에 관한 것으로서, 니들밸브(25)에 의해 오리피스(22)를 통한 연료의 분사량을 가변하는 디젤 엔진의 인젝터에 있어서: 연료덕트(21) 및 물덕트(24)가 동일한 수직면 상의 상호 반대 위치에서 하방향으로 연장되면서 유낭(23)에서 니들밸브(25)와 함께 균형적으로 교차되도록 형성되는 것을 특징으로 함에 따라, 연비를 저하시키지 않으면서 질소산화물과 매연미립자의 배출을 감소시켜 디젤 차량에 의한 환경오염을 방지하는 효과가 있다.
Description
본 고안은 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연비를 저하시키지 않으면서 질소산화물과 매연미립자의 배출을 감소시켜 디젤 차량에 의한 환경오염을 방지하는 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐에 관한 것이다.
일반적으로 대마력화가 가능한 디젤기관은 효율성, 내구성, 신뢰성이 우수하기 때문에 선박용, 산업용 및 대형 자동차용으로 넓게 사용되고 있으며, 기술개발에 의한 효율향상 및 저렴한 연료비에 기인한 경제성 때문에 소형차량에도 적용되는 사례가 늘어가고 있다.
그러나 환경에 관한 사회적 관심사가 증대되면서 질소산화물과 매연미립자의 배출이 많은 디젤기관에 대한 사회적 인식이 악화되고 있고 이에 따라 각국에서는 디젤 차량에 의한 배기규제를 강화하게 되는 바 디젤 배출물의 저감대책이 긴급하게 요구되고 있다.
도 1은 일반적인 디젤엔진의 주요부 상태를 나타내는 구성도가 도시된다.
디젤엔진은 에어크리너(11)를 통하여 기관(10)에 유입되는 공기를 압축하는 동시에 인젝터(12)에서 연료를 분무형태로 분사하여 착화하고 연소된 배기가스를 대기로 방출한다. 이때 배기가스는 메인여과기(14)를 거치면서 매연 미립자가 저감되며, 그 중 일부는 EGR 밸브(13)를 통하여 기관(10)에 유입함으로써 질소산화물의 저감을 도모하는 경우도 있다.
한편 디젤기관의 주요 유독배출물은 질소산화물과 매연미립자이며 디젤기관의 저공해 기술개발도 이러한 배출물의 저감에 중점을 두고 있다. 질소산화물은 산소가 충분하며 고온인 상태에서 발생하기 때문에 저감을 위해서는 연소를 억제하고 연소실내의 온도를 감소함이 요구되는데 분사시기지연기술, 배기재순환기술(EGR)과 물분사기술이 주로 사용되고 있다. 분사시기지연기술은 연료가 분사되는 시점을 지연시켜 예연소를 억제하여 연소온도를 낮게 하는 기술로 쉽게 조절이 가능하지만 연비의 저하와 매연미립자의 배출이 증대되는 문제가 있으며 배기재순환기술과 물분사기술 역시 질소산화물 저감을 위하여 연소실 온도를 낮게 유지하기 때문에 연비의 저하와 매연미립자 배출이 증가하는 단점이 있다.
이와 같이 매연미립자를 줄이기 위한 엔진기술은 연소특성을 향상시켜 매연 배출가스를 감소하여야 함으로 연소실내부의 온도상승과 함께 질소산화물을 증가시키는 문제가 있다.
즉, 디젤기관에서 질소산화물과 매연미립자를 저감하기 위한 기술은 서로 상반된 특성을 가지고 있기 때문에 기존의 기술로써는 어려움이 있으며 동시저감을 위한 새로운 기술의 개발이 필요하다.
그러므로 본 고안의 목적은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 연비를 저하시키지 않으면서 질소산화물과 매연미립자의 배출을 감소시켜 디젤 차량에 의한 환경오염을 방지하는 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐을 제공한다.
도 1은 일반적인 디젤엔진의 주요부 상태를 나타내는 구성도,
도 2는 본 고안에 따른 분사노즐의 내부를 확대하여 나타내는 구성도,
도 3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 분사노즐을 나타내는 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10 : 기관 11 : 에어크리너
12 : 인젝터 13 : EGR 밸브
14 : 메인여과기 20 : 분사노즐
21 : 연료덕트 22 : 오리피스
23 : 유낭 24 : 물덕트
25 : 니들밸브
이러한 목적을 달성하기 위해 본 고안은 니들밸브(25)에 의해 오리피스(22)를 통한 연료의 분사량을 가변하는 디젤 엔진의 인젝터에 있어서: 연료덕트(21) 및 물덕트(24)가 동일한 수직면 상의 상호 반대 위치에서 하방향으로 연장되면서 유낭(23)에서 니들밸브(25)와 함께 균형적으로 교차되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 연료덕트(21) 및 물덕트(24)는 동일한 평면 상에 형성되는 대신 일정한 비틀림 각도(θ)로 형성되는 구성도 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 고안에 따른 분사노즐의 내부를 확대하여 나타내는 구성도가 도시된다.
본 고안은 니들밸브(25)에 의해 오리피스(22)를 통한 연료의 분사량을 가변하는 디젤 엔진의 인젝터에 관련되며, 좀더 구체적으로는 오리피스(22)를 통하여 연료와 물이 혼합상태로 분무되도록 하는 기술과 관련된다. 물혼합 에멀젼연료기술은 질소산화물과 매연미립자를 동시에 저감할 수 있는 대표적인 기술로서, 각종 연구발표에 의하면 에멀젼연료가 두 가지 배출물을 동시에 효과적으로 저감하는 것으로 주장하고 있지만 실용화되지 않고 있다.
이는 종래의 장치가 물과 연료를 기관외부에서 혼합하여 공급하기 때문인데, 크게 두 가지의 문제가 발생하게된다. 물이 혼합된 연료가 통과하는 연료펌프와 공급계통이 수분에 의하여 부식·마모되는 문제가 발생하는 것과, 물이 혼합되는 위치가 연료의 분사노즐과 멀리 있기 때문에 공급연료중의 물혼합율을 신속하게 제어할 수 없게 되어 엔진의 불안정과 엔진정지 등의 문제가 발생한다.
본 고안에 따르면 연료덕트(21) 및 물덕트(24)가 동일한 수직면 상의 상호 반대 위치에서 하방향으로 연장되면서 유낭(23)에서 니들밸브(25)와 함께 균형적으로 교차되도록 형성된다. 디젤기관의 질소산화물과 매연미립자의 동시저감을 위하여 도 2와 같이 물과 연료(fuel oil)를 별도의 연료덕트(21) 및 물덕트(24)를 통하여 분사노즐(20) 내의 유낭(23)에 직접 공급하므로 물과 연료가 오리피스(22)를 통과하면서 혼합되어 기관(10)의 연소실에 분사되는 구조를 갖는다.
전술한 바와 같은 수분에 의한 부식·마모 및 엔진의 불안정·정지 문제를 해결하기 위해서는 물과 연료의 혼합위치를 분사노즐(20)과 최대한 가까이 위치시켜야 하며 연료와 물의 공급계통을 분리하여야 한다. 본 고안에서는 분사노즐(20)에 물과 연료의 통로를 각각 분리하여 마련하고 오리피스(22) 바로 전인 유낭(23)에 물을 직접 공급함으로써 부식방지와 함께 신속한 물혼합율의 조절이 가능하여 선박용, 산업용, 차량용 등의 디젤엔진이 환경친화적인 동력원으로 사용될 수 있게 된다.
분사노즐(20)의 작동을 보면, 연료펌프에서 가압된 연료가 연료덕트(21)를 통하여 유낭(23)에 공급되면 그 압력이 니들밸브(25)의 면상에 작용하여 니들밸브(25)가 위로 올라가면서 오리피스(22)가 열려 연료의 분사가 시작된다. 이때 물의 공급을 차단하고 있던 전자밸브(도시 생략)가 열리면서 가압된 물이 물덕트(24)를 통하여 유낭(23)에 공급되고 그 곳의 연료와 1차로 섞이며 오리피스(22)를 지나면서 연료와 미세하게 혼합된 후 분무 형태로 분사된다.
이때 물의 공급시간은 작동조건에 따라 조절되며 연료의 공급이 중단되기 전에 차단되고 이어서 연료의 공급이 중단된다. 연료공급의 중단과 함께 유낭(23)내의 유압이 낮아지면서 니들밸브(25)를 누르는 스프링의 힘에 의하여 니들밸브(25)가 내려와 오리피스(22)를 막게 되어 연료의 분사가 끝나게 된다.
실제 적용에 있어서 분사노즐(20)에 연료를 공급후 물을 공급하고 물공급이 중단된 후에 연료의 공급을 중단하는 시컨스로 제어되도록 함으로써 인젝터(12) 내에는 항상 연료만이 있게 하면 수분의 잔류에 의해 발생하는 부식 등의 문제를 해소하는데 유리하다.
도 3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 분사노즐을 나타내는 구성도가 도시된다.
본 고안의 연료덕트(21) 및 물덕트(24)는 동일한 평면 상에 형성되는 대신 일정한 비틀림 각도(θ)로 형성되는 구성도 가능하다. 도시와 같이 연료와 물의 통로가 A-단면상의 위치와 B-단면상의 위치로 일정한 비틀림 각도(θ) 만큼 서로 틀어져 있는 경우 유낭(23)으로 들어온 연료와 물이 소용돌이를 형성하면서 혼합되고 오리피스(22)를 지나면서 더욱 미세하게 혼합된다. 반면 전술한 도 2의 경우는 연료와 물의 공급통로가 같은 면상에 직선으로 마련되어 물혼합의 정도가 부족하지만 연료의 원활한 공급을 우선으로 하는 형식이다.
이와 같이 본 고안의 분사노즐(20)은 물혼합 에멀젼연료를 분사함으로써 연소실내의 온도를 낮게 하여 질소산화물의 발생을 억제하며, 동시에 물혼합연료액적의 미세폭발과 분무연료주위의 유동활성화에 의한 연소특성향상과 매연미립자의 저감을 도모한다.
또한 물과 연료를 별도의 라인 상으로 공급하기 때문에 연료펌프 등에서 발생하는 부식의 문제가 없고, 물과 연료를 하나의 분사기내에서 직접혼합하기 때문에 별도의 외부 혼합장치를 필요로 하지 않고, 물을 분사하기 직전에 위치한 유낭에 직접 혼합하기 때문에 엔진의 작동조건에 알맞는 물의 양을 신속하게 조절할 수 있다.
이상의 구성 및 작용을 지니는 본 고안에 따른 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐은 연비를 저하시키지 않으면서 질소산화물과 매연미립자의 배출을 감소시켜 디젤 차량에 의한 환경오염을 방지하는 효과가 있다.
Claims (2)
- 니들밸브(25)에 의해 오리피스(22)를 통한 연료의 분사량을 가변하는 디젤 엔진의 인젝터에 있어서:연료덕트(21) 및 물덕트(24)가 동일한 수직면 상의 상호 반대 위치에서 하방향으로 연장되면서 유낭(23)에서 니들밸브(25)와 함께 균형적으로 교차되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐.
- 제 1 항에 있어서,상기 연료덕트(21) 및 물덕트(24)는 동일한 평면 상에 형성되는 대신 일정한 비틀림 각도(θ)로 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 물혼합형 분사노즐.
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