KR960003253B1 - Fuel feeding device for a gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 종래의 가스기관용 압력조정기 구조도.1 is a structural diagram of a pressure regulator for a conventional gas engine.
제2도는 본 발명 실시예의 가스기관용 다단 압력조정기 구조도.2 is a structural diagram of a multi-stage pressure regulator for a gas engine according to an embodiment of the present invention.
제3도는 본 발명 실시예의 가스기관용 중앙연료공급방식의 연료공급시스템도.3 is a fuel supply system diagram of a central fuel supply method for a gas engine according to an embodiment of the present invention.
제4도는 본 발명 실시예의 가스기관용 기통별 연료공급방식의 연료공급시스템도.4 is a fuel supply system of a fuel supply system for each gas cylinder according to an embodiment of the present invention.
제5도는 가스기관의 부하-유량 선도예.5 is a load-flow diagram of a gas engine.
제6도는 가스기관의 압력-유량 선도예.6 is a pressure-flow diagram of a gas engine.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 연료탱크 11 : 연료차단변10: fuel tank 11: fuel cut off side
20 : 공급기 21 : 연료분사기20: feeder 21: fuel injection
30 : 흡입유량계 31 : 공기연료혼합기30: suction flow meter 31: air fuel mixer
40 : 기관 41 : 크랭크각도 및 상사점 검출센서40: engine 41: crank angle and top dead center detection sensor
51 : 배기산소센서 52 : 배기삼원촉매51 exhaust gas sensor 52 exhaust three-way catalyst
60 : 악셀레이터 위치검출센서 70 : 전자제어유니트60: accelerator position detection sensor 70: electronic control unit
100 : 압력조정기 110 : 다이아프램100: pressure regulator 110: diaphragm
120 : 스프링조합 130,131 : 상.하부 스프링시트120: spring combination 130,131: upper and lower spring seat
140 : 엑튜에이터140: actuator
본 발명은 가스기관용 연료공급장치, 더욱 상세하게는 가스연료공급장치에 공급되는 연료의 압력을 다단으로 조절하여 운전상태에 적합한 연료량을 공급할 수 있도록 한 가스기관용 연료공급장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel supply device for a gas engine, and more particularly, to a fuel supply device for a gas engine to adjust the pressure of the fuel supplied to the gas fuel supply device in multiple stages to supply a fuel amount suitable for an operating state.
일반적으로 가스기관은 사용연료가 기체인 관계로 가솔린기관 또는 디이젤기관 등에 비해 출력당 소요연료의 체적이 크게 된다. 예를 들면, 동일 발열량을 얻기 위한 전제하에서, 압축천연가스를 이용하는 가스기관의 경우 경유를 사용하는 디젤기관에 비해 약 700배 이상의 체적에 상당하는 량의 가스를 공급해야 되었다.In general, the gas engine has a larger volume of fuel per output than the gasoline engine or diesel engine, since the fuel used is gas. For example, under the premise of obtaining the same calorific value, a gas engine using compressed natural gas had to supply a gas equivalent to about 700 times more volume than a diesel engine using diesel oil.
이 같은 체적특성은 그 공급량 제어가 용이하지 않음을 암시하고 있거니와, 제5도에서 보듯이, 공회전에서 정격 출력에 이르기까지의 실제 엔진가동에 있어서 제어해야 하는 체적범위가 광범위함을 알 수 있다.This volume characteristic implies that the supply quantity control is not easy, and as shown in FIG. 5, it can be seen that the volume range to be controlled in actual engine operation from idling to rated power is wide. .
아울러, 제6도는 유량과 압력과의 관계를 나타낸 선도로서, 압력변화와 유량은 상호 밀접한 관계에 있음을 알 수 있다.In addition, Figure 6 is a diagram showing the relationship between the flow rate and the pressure, it can be seen that the pressure change and the flow rate is in close relationship with each other.
한편, 종래의 가스기관용 연료공급장치의 공급량 제어방식은 연료의 유로면적을 조절함으로써 그 연료량을 제어하는 유로면적 제어방식과, 연료분사기의 구동시간조절에 의해 유량을 제어하는 방식이 공지되어 있다.On the other hand, the supply amount control method of the conventional fuel supply device for gas engines is known as the flow path area control method which controls the fuel amount by adjusting the flow path area of a fuel, and the method of controlling the flow volume by adjusting the drive time of a fuel injector.
그 제어원리를 각각 설명하면, 연료분사기로 통하는 유로의 단면적을 확장 또는 축소함으로써 공급연료량의 증감을 도모하는 것이 유로면적 제어방식인 반면, 직접 연소실로 연료를 분사하는 연료분사기의 구동시간을 조절함으로써 연료량의 증감을 꾀하는 것이 구동시간 제어방식이다.To explain the control principle, while the flow area control method is to increase or decrease the amount of fuel supplied by expanding or reducing the cross-sectional area of the flow path through the fuel injector, by adjusting the driving time of the fuel injector injecting fuel directly into the combustion chamber. The driving time control method is to increase or decrease the amount of fuel.
한편, 위와 같은 종래의 방식들은 양자간 공통적으로 연료분사기로 공급되는 관로상에 연료의 압력을 결정하는 압력조정기를 설치하여 일정한 압력을 가해지도록 함으로써 여러가지의 문제점을 야기하게 된다.On the other hand, the conventional methods as described above cause a variety of problems by installing a pressure regulator to determine the pressure of the fuel on the pipeline that is commonly supplied to the fuel injector.
우선, 전자의 유로면적 제어방식의 경우에는, 일정압력하에서 면적제어만으로 유량을 정확히 제어토록 하였으므로, 그 반대급부로 연료공급시스템상이 구체적으로 복잡해지고 가격상승이 따르는 한편, 기통간 유량불균일로 인하여 기관의 불안정운전[헌팅(hunting)]문제도 야기되었다.First, in the case of the former flow path area control method, the flow rate is accurately controlled only by controlling the area under a constant pressure. Therefore, the fuel supply system is complicated and the price increases due to the contrary. The problem of unstable driving (hunting) was also caused.
또한, 후자의 구동시간 제어방식의 경우에는, 하나의 연료분사기만으로는 앞서의 광범위한 체적범위를 제어할 수 없으므로, 여러개의 연료분사기를 사용하게 된다. 이는 상기 유로면적 제어방식과 동일한 문제점을 야기하게 된다.In addition, in the latter driving time control method, since a single fuel injector cannot control the above-mentioned wide volume range, several fuel injectors are used. This causes the same problem as the flow path area control method.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 연료분사기로 통하는 연료의 공급압력 및 그 분사량을 정확하게 원격 제어할 수 있는 간단한 구조의 가스기관용 연료공급장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a fuel supply device for a gas engine having a simple structure capable of accurately remotely controlling the supply pressure of the fuel through the fuel injector and its injection amount. will be.
이러한 본 발명은, 압력조정기의 다이아프램에 작용하는 스프링을 복수개로 구성하는 한편, 원격조정되는 액튜에이터에 의해 상.하부 스프링시트 사이의 간격을 조절할 있음을 특징으로 한다.The present invention is characterized by comprising a plurality of springs acting on the diaphragm of the pressure regulator, while adjusting the distance between the upper and lower spring seats by a remotely controlled actuator.
이하, 본 발명의 연료공급장치를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the fuel supply apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명에 대비되는 종래의 압력조정기 구조도로서, 하부스프링시트(2′)는 다이아프램(11)과 밀착되는 한편, 상부 스프링시트(2)는 조정나사(4)에 의해 그 위치가 결정되게 되어 있다. 따라서, 압력조정기를 거쳐 연료분사기로 공급되는 연료는 다이아프램(1) 및 하부 스프링시트(2′)의 상승으로 인한 스프링(3)의 변위량에 상당하는 압력을 갖게 된다. 즉, 공급연료의 압력은 조정나사(4)의 고정위치에 따라 일정치로 한정되게 된다.1 is a structure diagram of a conventional pressure regulator in contrast to the present invention, wherein the lower spring seat 2 'is in close contact with the diaphragm 11, while the upper spring seat 2 is positioned by the adjusting screw 4. It is to be decided. Therefore, the fuel supplied to the fuel injector via the pressure regulator has a pressure corresponding to the displacement amount of the spring 3 due to the rise of the diaphragm 1 and the lower spring seat 2 '. That is, the pressure of the feed fuel is limited to a constant value depending on the fixed position of the adjusting screw 4.
이처럼, 공급연료의 압력이 일정함으로 인한 문제점을 앞에서 언급한 바 있다.As mentioned above, the problem caused by the constant pressure of the feed fuel was mentioned above.
제2도는 본 발명 실시예의 압력조정기(100)의 구조도로서, 다이아프램(110)의 상측부에 설치된 상.하부스프링시트(130)(131)의 사이에 복수개의 스프링으로 구성된 스프링조합(120)을 개재토록 착설하는 한편, 상부스프링시트(130)는 다음에서 설명한 전자제어유니트(70)의 제어를 받는 엑튜에이터(140)에 의해 그 설정위치가 다단으로 조정되도록 설치되어 있다. 이때, 상기 복수개의 스프링 가운데 일부는 상부 스프링시트(130)와 적정 간극을 두는데 이는, 엑튜에이터(140)에 의한 상부 스프링시트(130)의 이동시 상.하부 스프링시트(130)(131) 사이에서 구속되는 스프링수를 조절 즉, 스프링상수를 변화시킴으로써, 연료의 공급압력을 더욱 정밀하게 관리하고자 함이다.2 is a structural diagram of the pressure regulator 100 of the embodiment of the present invention, the spring combination 120 consisting of a plurality of springs between the upper and lower spring seats 130, 131 installed on the upper side of the diaphragm 110. The installation of the upper spring seat 130 is installed such that the setting position is adjusted in multiple stages by the actuator 140 under the control of the electronic control unit 70 described below. At this time, some of the plurality of springs have a suitable gap with the upper spring sheet 130, which is, between the upper and lower spring seats 130, 131 during the movement of the upper spring sheet 130 by the actuator 140. It is to control the supply pressure of the fuel more precisely by adjusting the spring number that is constrained in the spring constant.
상기 스프링조합(120)은 직경을 달리하는 원통상의 스프링을 동축상으로 배열하는 것이 바람직하다.The spring combination 120 is preferably arranged coaxially with a cylindrical spring having a different diameter.
제3도 및 제4도는 상기 제2도의 압력조정기(100)를 장착한 본 발명 실시예의 연료공급시스템을 나타낸 것으로서, 제3도의 중앙연료 공급방식을 예로 그 작동원리를 설명한다.3 and 4 illustrate the fuel supply system of the embodiment of the present invention in which the pressure regulator 100 of FIG. 2 is mounted, and the operation principle of the fuel supply system of FIG.
가스연료탱크(10)의 공급관로에 설치된 연료차단변(11)과 다수의 연료분사기(21)를 갖춘 공급기(20)의 사이에 압력조정기(100)가 설치되며, 공급기(20)는 흡입유량계(30), 공급연료혼합기(31) 및 악셀레이터 위치검출센서(60)에 연결된 흡기교축부(32)를 통해 기관(40)의 흡입구에 연결되어 있으며, 배기재순환량 제어변(50), 배기산소센서(51) 및 배기삼원촉매(52)가 기관의 배기구에 연결된 구성으로, 상기 각 요소들은 전자제어유니트(70)에 의해 제어된다.A pressure regulator 100 is installed between the fuel shutoff side 11 installed in the supply line of the gas fuel tank 10 and the feeder 20 having a plurality of fuel injectors 21, and the feeder 20 is a suction flow meter. 30 is connected to the intake port of the engine 40 through the intake throttle 32 connected to the feed fuel mixer 31 and the accelerator position detection sensor 60, the exhaust recirculation control valve 50, the exhaust oxygen In the configuration in which the sensor 51 and the exhaust ternary catalyst 52 are connected to the exhaust port of the engine, each of the above elements is controlled by the electronic control unit 70.
우선, 악셀레이터 위치검출센서(60) 및 흡입유량계(30)에 의해서 연료소요량이 결정되며, 전자제어유니트(16)의 신호에 의해 엑튜에이터(140)가 작동되어 압력조정기를 통과하는 연료의 공급압력이 결정된다.First, the fuel requirement is determined by the accelerator position detection sensor 60 and the suction flowmeter 30, and the actuator 140 is operated by the signal of the electronic control unit 16 to supply the fuel supply pressure through the pressure regulator. This is determined.
이 압력조정기(100)는 기관에서 요구되는 연료량이 많은 경우 통과되는 연료압력을 높이고 공회전 및 무부하 등의 연료요구량이 적은 경우 통과되는 연료압력을 낮추는 동작을 한다.The pressure regulator 100 operates to increase the fuel pressure that is passed when the amount of fuel required by the engine is large and to lower the fuel pressure that is passed when the fuel demand, such as idle or no load, is small.
따라서, 본 발명의 압력조정기(100)에서 형성되는 압력은 복수개의 스프링조합(120)에 의한 광범위한 압력과, 원격전자제어에 의해 수시로 변동하고 있다는 점에서, 하나의 스프링에 의해 형성되는 종래의 단순성 압력과는 본질적으로 상이하다.Therefore, since the pressure formed in the pressure regulator 100 of the present invention varies from time to time by a wide range of pressures by the plurality of spring combinations 120 and remote electronic control, the conventional simplicity formed by one spring. It is essentially different from the pressure.
연료의 공급압력이 결정되고 나면, 안료분사기의 순차제어 및 펄스폭 변조기술에 의해 정확한 연료량이 계량되어 기관으로 공급된다.After the supply pressure of the fuel is determined, the precise fuel amount is measured and supplied to the engine by the sequential control of the pigment sprayer and the pulse width modulation technique.
또한, 상기 전자제어유니트(70)는 배기산소센서(51)에 의해 검출된 공기연료비에 따라 배기제순환량 제어변(50)의 개폐 또는 연료분사기(21)의 펄스폭을 조절하는 한편, 크랭크각도 및 상사점 검출센서(41)에 의해 검출된 흡기밸브개폐상태에 따라 연료분사기의 작동시간을 제어함으로써 기관의 최적운전이 유지되게 한다.In addition, the electronic control unit 70 adjusts the opening and closing of the exhaust recirculation amount control valve 50 or the pulse width of the fuel injector 21 according to the air fuel ratio detected by the exhaust oxygen sensor 51, and the crank angle. And controlling the operation time of the fuel injector according to the intake valve opening and closing state detected by the top dead center detection sensor 41 to maintain the optimum operation of the engine.
제4도는 기통별 연료공급방식으로서, 상기의 제어를 기통별로 하는 점을 제외한 기타의 작동원리는 제3도 중앙연료공급방식과 동일하다.FIG. 4 is a fuel supply method for each cylinder, except that the above control is performed for each cylinder. The operation principle is the same as that of the central fuel supply method of FIG.
즉, 중대형 가스기관의 기통별 연료공급방식의 경우, 종래에는 기통별로 2개 이상의 연료분사기가 필요했던 반면, 본 발명 실시예에서는 1개의 연료분사기만으로도 전운전 영역의 정확한 공기연료비 제어가 가능할뿐 아니라, 저속회전시의 기통간 공기연료비 불균일로 인한 불안정운전도 해소할 수 있게 된다.That is, in the case of the fuel supply method for each cylinder of a medium-large gas engine, conventionally, two or more fuel injectors were required for each cylinder, whereas in the embodiment of the present invention, it is not only possible to precisely control the air fuel ratio in the pre-operation region with one fuel injector. In addition, unstable operation due to non-uniform air fuel ratio at low speed rotation can be eliminated.
이와 같은 본 발명은, 가스기관용 연료공급장치의 구조를 단순화하는 한편, 전자제어에 의한 정확한 유량제어를 기할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention simplifies the structure of the fuel supply device for the gas engine and has the effect of allowing accurate flow rate control by electronic control.
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