LPG 차량의 심장 기화기 베이퍼라이져 (Vaporizer) 설명

[해와달(김흥주)]

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베이퍼라이져 (Vaporizer)

베이퍼라이져(Vaporizer) 는 액체를 기체로 만드는 것을 의미한다. 베이퍼라이져는 봄베에서 압송된 액체 LPG를 기체로 만드는 역할을 하고 베이퍼라이져에서 기체로 된 LPG는 믹서에서 공기와 섞여 약 15.7:1의 혼합기가 되어 엔진 연소실로 흡입된다.

1. 개요

베이퍼라이져의 기능 및 필요성을 알아보면 다음과 같다. 베이퍼라이저의 기능은 액상 LPG를 감압, 기화하는 기능을 가지고 있는데 연료를 압축, 액화하여 보관하는 LPG 차량은 연료펌프가 필요없으며, 봄베의 높은 압력으로 연료를 압송하기 때문에 연소실에 공급되는 연료압력이 매우 높게 되어 베이퍼라이져에서 대기압 수준으로 연료압력을 낮추지 않으면 과다한 연료가 공급하게 되므로 연소가 불량해지고 연비가 불량해진다.

그림 1. 베이퍼라이저

베이퍼라이져는 봄베에서 보내온 고압(2.5㎏/㎠)의 액체 연료를 낮추어 공급하고 액체 LPG를 기체로 만들어준다. 엔진시동 및 공회전 상태, 가속페달을 밟은 상태에 따라 공급되는 연료를 적절하게 조정하여 엔진회전상태를 양호하게 해준다. LPG 차량의 연료는 베이퍼라이져로 들어올 때는 하나이지만 베이퍼라이져를 빠져나갈 때는 두 가지의 연료 라인으로 빠져나가 믹서로 가게 된다. '메인 연료' 라인과 '슬로우 연료' 라인이다.

슬로우 연료 라인은 부하를 가하지 않는 상태에서 아이들 ON 상태에서 연료를 공급하는 라인으로 사용하고 있으며 메인 연료 라인은 가속페달을 밟은 경우에 즉 공회전이 아닌 경우엔 사용된다. 이렇게 나누게 된 이유는 크랭킹시, 아이들시, 저부하시, 고부하시 등의 엔진의 각 상태에 따른 공급되는 연료량이 변화되기 때문이다.

크랭킹시나 아이들시에는 벤튜리에서 발생되는 부압이 너무 약하기 때문에 벤튜리에서 연료(메인 연료)를 흡입할 수 없다. 따라서, 메인 연료만으로는 시동과 아이들을 유지하기 위한 충분한 혼합비의 형성이 불가능하기 때문에 기화기에서는 저속 회로가 있는 것이며, 믹서에는 슬로우 연료라인이 있는 것이다. 슬로우 연료는 대기압보다 높은(0.325㎏/㎠) 베이퍼라이져의 1차실의 압력으로 연료를 바로 믹서로 보내주는 연료 라인이다. 또 기체 LPG는 공기보다 무겁기 때문에 믹서까지만 도달하면 공기와 혼합되어 그때 그때의 상황에 맞는 혼합기가 되어서 연소실로 들어갈 수가 있다. 즉 슬로우 연료라인은 시동과 아이들 및 저부하시를 위한 연료 라인인 것이다. 하지만 중,고속시가 되면 벤튜리를 통과하는 공기의 속도가 증가하여 벤튜리에서 메인 연료를 빨아들이기에 충분한 부압이 발생하며 스로틀 밸브 아래에서의 부압은 점점 약해진다. 또 슬로우 연료 라인의 용량은 크지 않기 때문에 슬로우 연료라인의 연료로는 필요한 연료를 감당할 수가 없게 되는데, 따라서 중,고속으로 갈수록 슬로우 연료의 의존도는 떨어지고 MAS을 통해서 벤튜리를 통과하는 메인 연료의 의존도가 높아진다.

2. 베이버라이저의 구조

액상 LPG를 기화함과 동시에 감압하는 1차 감압실과 더욱 대기압에 가깝게 감압하는 2차 감압실, 그리고 LPG를 기화시 발생하는 아이싱 현상을 방지하기 위한 온수실 및 엔진 정지시 연료의 유출을 방지하기 위한 2차록 솔레노이드밸브등의 구조로 되어 있다.베이퍼라이저 내에 타르등 이물질이 배출하기 위해 드레인 콕크로부터 엔진을 워밍업 시킨 후 2차실내의 이물질을 뽑아내는 구조로 되어있다.

그림 2. 베이퍼라이저 단면도

① 1차실(고압측) : 봄베로부터 전달되는 액체를 0.3kg/㎠의 감압, 기화시켜 2차실로 보낸다.

② 2차실(저압측) : 1차실에서 들어온 연료를 감압하여 대기압 정도의 압력 상태로 감압시킨다. 또한 2차실은 엔진이 정지시 연료가스 유출을 막아 엔진의 정지시 연료의 유출을 막아주는 진공 록 방지장치가 설치되어 있다.

③ 아이들 어저스트 스크류 : 아이들 상태에서 이 조절나사를 회전시켜 아이들 상태의 CO나 HC의 농도를 조절하게 된다.

④ 냉각통로 : LPG가 액체 상태에서 기체가 될 때 주위로부터 기화열을 흡수하여 밸브를 동결시키는 아이싱 현상이 발생할 수 있다. 이 아이싱 현상을 방지하기 위하여 설치되어 있다.

⑤ 드레인 콕크 : LPG연료 조성에는 비휘발성 물질(타르)이 혼합되어 있어 불휘발성 물질(타르)이 베이퍼라이저 내부에 고이면 베이퍼라이저 작동이 불량이 되기 때문에 드레인 콕크의 레버를 90°열어 (1회/월)주어 비휘발성 물질 타르를 외부로 배출시킨다.

⑥ 1차압 조정 스크류 : 1차실의 연료압력을 0.3kg/㎠로 조정하기 위한 조정 나사이다.

⑦ 2차록 솔레노이드 밸브 : 엔진 회전시 2차 밸브를 열어 연료를 공급하고, 엔진 정지시에는 2차 밸브를 닫아 연료를 차단한다.

3. 1차실의 작동

1) 메인 연료 라인 출구

베이퍼라이져에 들어온 연료는 일단 1차실로 들어간다. 1차실로 들어온 약 2.5㎏/㎠의 연료압은 0.325㎏/㎠의 압력으로 감압되고 다시 2차실로 들어가 거의 대기압 수준으로 감압되어 메인 연료라인 출구를 통하여 믹서의 메인 연료 입구로 들어가게 됩니다.

2) 슬로우 연료 라인 출구

베이퍼라이져에 들어온 연료는 일단 1차실로 들어가게 된다. 1차실에서 0.325㎏/㎠의 압력으로 감압된 연료 중 일부는 2차실로 들어가지 않고 바로 슬로우 연료 라인 출구를 통해 믹서의 슬로우 연료 입구로 들어간다. 다음은 1차실의 단면도이다.

그림 3. 1차실

① 봄베로부터 나온 연료는 액상, 기상 솔레노이드 밸브를 통해 베이퍼라이져 연료 입구까지 봄베압(약 2.5㎏/㎠)으로 들어온다.

② 베이퍼라이져 입구로 들어온 LPG는 봄베압의 압력으로 1차실의 1차 밸브를 밀어 올리고 1차실로 들어간다.

③ LPG의 유입은 계속 되고 1차실의 압력이 약 0.325㎏/㎠보다 높아지게 되면 1차 다이어프램을 누르고 있는 스프링 장력을 이기고 1차 다이어프램을 위로 밀어 올린다.

④ 1차 다이어프램의 후크는 1차 밸브 레버와 연결되어 있으며 다이어프램이 위로 올라가면 1차 레버는 1차 밸브를 닫게 되어 1차실의 압력은 항상 0.325㎏/㎠을 유지하게 된다.

⑤ 1차실에서 0.325㎏/㎠로 감압된 연료는 2차실로 들어가거나 슬로우 컷 솔레노이드 밸브를 통해 믹서의 슬로우 연료라인 입구로 간다.

⑥ 1차 다이어프램이 손상되었을 경우에는 1차실 커버와 베이퍼라이저 바디를 통해 2차실로 바로 연결되는 라인을 통해 2차실로 바로 들어간다.

4. 2차실

LPG는 봄베에서 약 2.5㎏/㎠의 압력으로 토출되어 1차실에서 0.325㎏/㎠로 감압되어 2차실로 들어간다. 2차실은 0.325㎏/㎠의 연료압을 거의 대기압 수준의 압력으로 바꾸어주는 역할을 한다. 기화기나 믹서의 혼합기 형성 원리는 벤츄리를 통과하는 공기의 속도에 의해 발생하는 부압으로 각 조건에 맞는 흡입 공기량에 맞는 연료가 계산되며 또 그 부압으로 연료를 흡입하게 되는 원리이기 때문이다. 다음은 2차실의 구조와 명칭이다.

그림 4. 2차실

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유용한 정보 감사합니다`~^&^