KR101305600B1

KR101305600B1 - 하이드로-카본 연료공급유닛

Info

Publication number: KR101305600B1
Application number: KR1020110125881A
Authority: KR
Inventors: 김지호; 박석일; 이정우
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2013-09-09
Also published as: US20130133619A1; CN103133201A; CN103133201B; US9169762B2; KR20130059748A

Abstract

본 발명의 하이드로-카본 연료공급유닛(Hydro-Carbon Injection Supply Unit)은 실린더헤드(1)에서 발생된 높은 연료 맥동압을 연료의 내부순환경로를 통해 감소시켜주는 댐핑헤드(4)가 구비된 연료필터(3)와, 연료필터(3)에서 토출된 맥동압 저감된 연료를 공급받아 촉매전단의 배기관으로 분사하는 HCI(10, Hydro-Carbon Injection)으로 구성됨으로써, 비록 실린더헤드(1)에서 설계치를 초과하는 연료 맥동압이 발생되었더라도 HCI(10)에는 전혀 영향을 끼치지 않는 특징을 갖는다.

Description

하이드로-카본 연료공급유닛{Hydro-Carbon Injection Supply Unit}

본 발명은 하이드로-카본 연료공급유닛에 관한 것으로, 특히 인젝터 작동시 역류된 연료로 인해 실린더헤드에서 발생하는 높은 압력맥동이 HCI(Hydro-Carbon Injection)에 끼치는 약 영향을 차단할 수 있는 하이드로-카본 연료공급유닛에 관한 것이다.

일반적으로 HCI(Hydro-Carbon Injection)는 DPF(Diesel Particle Filter)를 통과하는 배기가스의 온도를 높이기 위해 DOC(Diesel Oxydization Catalyst)전단에 장착된 인젝터를 이용하여 연료를 분사시켜주는 장치이다.

즉, HCI는 배기관으로 분사된 연료의 연소로 배기가스 온도를 상승시켜 DPF에 포집된 PM을 산화시킴으로써, DPF를 재생시켜 주게 된다.

여기서, DPF를 재생은 들러붙은 매연 입자를 태워서 DPF의 막힘이 방지되고 DPF의 재사용이 가능한 상태로 전환됨을 의미한다.

도 4(가)는 종래에 따른 하이드로-카본 연료공급유닛의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 하이드로-카본 연료공급유닛은 실린더헤드(1)와 연료필터(3)를 서로 이어주는 연료피드라인(2)과, 연료피드라인(2)에 결합되어진 커넥터(30)로 연결된 HCI피드라인(9)을 통해 연료를 공급받아 촉매전단의 배기관(20)으로 분사하는 HCI(10, Hydro-Carbon Injection)로 구성된다.

이에 따라, HCI(10)는 제어 조건에 맞춰 연료필터(3)로부터 공급받은 연료를 인젝터로 배기관(20)에 분사함으로써, 배기관(20)을 흐르는 배기가스는 촉매와의 반응촉진으로 온도가 상승되어 DPF에 포집된 PM을 산화시켜 주게 된다.

이로 인해 PM이 포집된 DPF는 PM산화로 재생됨으로써 재사용이 가능한 상태로 전환될 수 있게 된다.

국내특허공개 10-2010-0058968(2010.06.04)은 디젤차량의 촉매 온도 제어장치 및 방법에 관한 것이며, 이는 도 1내지 도 3 참조.

하지만, 상기와 같이 연료피드라인(2)에서 HCI피드라인(9)을 분기시키는 레이아웃이 형성되면, 도 4(가)와 같이 실린더헤드(1)쪽에서 인젝터 작동시 역류된 연료에 의해 발생된 헤드토출압력맥동(a)이 HCI압력맥동(b)으로 그대로 전달될 수밖에 없다.

이러한 헤드토출압력맥동(a)은 연료공급시스템의 인젝터 작동에 의한 불가피한 측면이 있고, 헤드토출압력맥동(a)에 따른 HCI압력맥동(b)도 연료흐름을 타고 전파되는 불가피한 측면이 있지만, 이를 나타낸 도 4(나)에서 알 수 있는 바와 같이 압력 맥동에 대한 설계기준인 2.5bar을 초과한 약 2.8bar이상으로 전파됨으로써 연료시스템이 악영향을 받을 수 있게 된다.

일례로, 상기와 같이 설계치를 초과한 약 2.8bar이상으로 과도하게 발생된 연료 맥동은 연료 레일 압력 안정화를 방해함은 물론 연료 분사 균일도를 저하시킬 수밖에 없고, 이는 결국 연료계 부품에 대한 손상으로 진행 될 수밖에 없다.

특히, 연비/배기에 대한 관리기준 상향과 연료유량제어에 대한 중요도가 증가 추세인 경향에서 연료계 맥동압도 적절하게 관리되어야 할 필요성이 크게 증가될 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 실린더헤드와 HCI(Hydro-Carbon Injection)사이에 형성된 연료흐름경로를 연결하는 연료필터에 맥동흡수 및 완충 작용이 더 부가됨으로써, 실린더헤드에서 발생된 초기의 높은 압력맥동이 연료필터를 통해 크게 낮춰져 HCI로 전파되는 압력 맥동을 항상 설계기준이하로 유지시킬 수 있는 하이드로-카본 연료공급유닛을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이드로-카본 연료공급유닛은 실린더헤드와 연결된 내부순환경로를 통해 상기 실린더헤드에서 전파된 압력맥동을 감소시킨 후 유입된 연료를 외부로 다시 토출시켜주는 댐핑헤드가 구비된 연료필터와;

상기 연료필터에서 저감된 맥동압을 갖는 연료를 공급받아 배기관의 촉매전단으로 분사하는 HCI(Hydro-Carbon Injection);

를 포함해 구성된다.

상기 연료필터는 내부로 연료내 이물질을 걸러주는 필터가 내장된 필터하우징을 포함하고, 상기 댐핑헤드는 상기 필터하우징의 필터와 연통되도록 결합되고 더불어 상기 실린더헤드에 연료를 공급하는 연료피드라인과 연결되고 상기 HCI로 연료를 공급해주는 HCI피드라인과 연결되어진다.

상기 댐핑헤드는 상기 실린더헤드에서 발생된 헤드토출압력맥동을 설계치 이하상태의 HCI압력맥동으로 낮추는 연료 순환경로를 형성한 댐핑경로를 갖춘다.

상기 댐핑경로는 내부에서 수평하게 뚫려져 연료흐름통로를 형성하는 연료공급통로와, 상기 연료공급통로에서 상기 필터하우징쪽으로 이어지도록 연통된 연료연결통로와, 상기 연료연결통로의 반대방향에서 상기 연료공급통로에 연통된 HCI토출통로로 이루어진다.

상기 연료연결통로와 상기 HCI토출통로는 수평한 상기 연료공급통로에 대해 각각 직교하는 레이아웃으로 형성된다.

상기 연료공급통로에는 상기 연료피드라인을 연결하는 연료피드커넥터가 구비되고, 상기 HCI토출통로에는 상기 HCI피드라인을 연결하는 HCI피드커넥터가 구비되며, 상기 연료피드커넥터는 상기 연료공급통로에 일체로 형성되고, 상기 HCI피드커넥터는 상기 HCI토출통로에 일체로 형성되어진다.

이러한 본 발명은 실린더헤드에서 발생된 높은 압력맥동이 연료필터 작용으로 크게 낮춰져 HCI(Hydro-Carbon Injection)로 전파됨으로써 연료 맥동압력의 설계치 초과현상을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 설계치 초과하지 않는 연료 맥동압력 상태에서 HCI가 작동됨으로써 연료 레일 압력 안정화와 연료 분사 균일도에 악 영향을 끼치지 않음은 물론 연료계 부품 손상도 방지되는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 연료필터를 매개로 실린더헤드에서 HCI로 이어지는 압력맥동 전파경로가 낮은 맥동압력을 유지함으로써, 상향되고 있는 연비/배기에 대한 관리기준과 연료유량제어에 대한 성능 향상에도 적절하게 부합하는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이드로-카본 연료공급유닛의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료필터와 함께 구성된 댐핑헤드의 내부 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 하이드로-카본 연료공급유닛의 작동 및 그에 따른 소음선도이고, 도 4는 종래에 따른 하이드로-카본 연료공급유닛의 구성 및 소음선도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 하이드로-카본 연료공급유닛의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 하이드로-카본 연료공급유닛은 실린더헤드(1)로 연료를 공급하고 역으로 압력맥동이 전파되는 경로를 형성하는 연료피드라인(2)과, 공급된 연료를 걸러 연결된 연료피드라인(2)으로 토출하는 연료필터(3)와, 연료필터(3)로 유입된 연료의 순환경로를 형성하면서 전파된 연료의 맥동압력을 흡수 및 저감시킨 후 다시 외부로 토출하는 댐핑헤드(4)와, 연료필터(3)에서 나오는 맥동압 저감된 연료를 공급받아 촉매전단의 배기관(20)으로 분사하는 HCI(10, Hydro-Carbon Injection)에 이어진 HCI피드라인(9)으로 구성된다.

상기 실린더헤드(1)와 상기 HCI(10)는 일반적인 구성과 동일하다.

상기 연료필터(3)는 유입된 연료의 이물질을 내부에서 걸러주는 필터가 내장된 필터하우징(6)을 포함하며, 필터하우징(6)의 내부로 구비된 필터의 기능과 작용구조는 일반적인 필터와 동일하다.

반면, 상기 댐핑헤드(4)는 연료필터(3)를 이루는 필터하우징(6)의 위쪽으로 결합된 상태에서 연료피드라인(2)과 연결되고 더불어 HCI피드라인(9)과 연결된다.

도 2는 본 실시예에 따른 연료필터와 함께 구성된 댐핑헤드의 내부 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 댐핑헤드(4)는 그 내부로 형성된 댐핑경로(5)와, 연료피드라인(2)을 연결하여 댐핑경로(5)에 연통시켜주는 연료피드커넥터(7)와, HCI피드라인(9)을 연결하여 댐핑경로(5)에 연통시켜주는 HCI피드커넥터(8)로 구성된다.

상기 댐핑경로(5)는 ECU(Engine Control Unit)과 같은 컨트롤러로 제어되도록 구성되며, 이는 통상적인 구성과 동일하다.

상기 연료피드커넥터(7)와 상기 HCI피드커넥터(8)는 댐핑헤드(4)에서 다양한 방향으로 형성될 수 있지만, 본 실시예에선 댐핑헤드(4)에 수평하게 연결된 연료피드커넥터(7)에 대해 HCI피드커넥터(8)를 수직하게 연결함으로써 그 방향을 서로 직교시켜주는 레이아웃으로 형성함이 바람직하다.

상기 연료피드커넥터(7)와 상기 HCI피드커넥터(8)는 별도로 제조되어 댐핑헤드(4)에 끼워져 결합되거나 또는 댐핑헤드(4)에 일체로 형성될 수 있다.

한편, 상기 댐핑경로(5)는 그 내부에서 수평하게 뚫려져 실린더헤드(1)로 이어진 연료흐름통로를 형성하는 연료공급통로(5a)와, 연료공급통로(5a)에서 필터하우징(6)쪽으로 이어지도록 연통된 연료연결통로(5b)와, 연료연결통로(5b)의 반대방향에서 연료공급통로(5a)에 연통된 HCI토출통로(5c)로 이루어진다.

상기 연료연결통로(5b)와 상기 HCI토출통로(5c)는 수평한 연료공급통로(5a)에 대해 각각 직교하는 레이아웃으로 형성된다.

이러한 레이아웃으로 인해 상기 연료공급통로(5a)를 타고 전파된 실린더헤드(1)쪽 연료 맥동압이 필터하우징(6)으로 보내짐으로써 필터를 거쳐 맥동압이 흡수 및 감소될 수 있고, 상기 HCI토출통로(5c)로 토출되는 연료에는 설계치를 초과하지 않돌고 크게 저감된 맥동압이 전파되어진다.

상기 연료공급통로(5a)는 연료피드커넥터(7)에 결합된 연료피드라인(2)과 연결되고, 상기 HCI토출통로(5c)는 HCI피드커넥터(8)에 결합된 HCI피드라인(9)과 연결된다.

한편, 도 3은 본 실시예에 따른 하이드로-카본 연료공급유닛의 작동 및 그에 따른 소음선도를 나타낸다.

도 3(가)와 같이, 실린더헤드(1)에서 나와 연료피드라인(2)으로 흐르는 연료 맥동압은 설계치를 초과하는 과도한 헤드토출압력맥동(A)을 갖는 상태이고, 이러한 헤드토출압력맥동은 연료피드라인(2)이 연결된 연료필터(3)로 직접 유입되어진다.

그러나, 연료필터(3)로 들어온 헤드토출압력맥동(A)은 댐핑헤드(4)와 필터하우징(6)을 거치는 과정에서 설계치 이하로 낮아진 안정된 HCI압력맥동(B)으로 전환될 수 있고, 이로 인해 HCI피드라인(9)으로 토출되는 연료에는 초기의 헤드토출압력맥동(A)이 HCI압력맥동(B)로 낮아진 상태로 전파되어진다.

즉, 도 2를 참조로 설명하면, 댐핑헤드(4)로 들어온 헤드토출압력맥동(A)은 연료공급통로(5a)를 타고 연료연결통로(5b)로 유입되고, 연료연결통로(5b)를 타고 전파된 헤드토출압력맥동(A)은 필터하우징(6)의 필터를 거치면서 흡수됨으로써 크게 낮아진 HCI압력맥동(B)으로 전환된다.

이때, 상기 헤드토출압력맥동(A)은 설계치인 약 2.8bar을 초과한 이상 맥동압이고, HCI압력맥동(B)은 설계치인 약 2.8bar을 초과하지 않은 정상 맥동압을 의미하며, 2.8 bar는 단지 설계치에 대한 일례일 뿐 실제적으로는 하이드로-카본 연료공급유닛의 사양에 따라 달라질 수 있다.

이어, 필터하우징(6)을 거치면서 크게 낮아진 HCI압력맥동(B)은 HCI토출통로(5c)로 나가는 연료에 전파됨으로써 HCI피드라인(9)을 거쳐 연료와 함께 HCI(10)에 도달된 후, 제어조건에 따른 컨트롤러의 제어로 HCI(10)에서 분사됨으로써 배기가스와 촉매의 반응을 촉진하게 되지만, 이러한 과정에서 HCI(10)에 도달된 HCI압력맥동(B)은 설계치인 약 2.8bar을 초과하지 않은 정상 맥동압이므로 높은 맥동압에 의한 영향이 발생되지 않는다.

그러므로, 비록 실린더헤드(1)에서 설계치를 초과하는 연료 맥동압이 발생되었더라도 HCI(10)는 고압 맥동압에 의한 악 영향 없이 작동될 수 있게 된다.

상기와 같이 본 실시예에 따른 하이드로-카본 연료공급유닛(Hydro-Carbon Injection Supply Unit)은 실린더헤드(1)에서 발생된 높은 연료 맥동압을 연료의 내부순환경로를 통해 감소시켜주는 댐핑헤드(4)가 구비된 연료필터(3)와, 연료필터(3)에서 토출된 맥동압 저감된 연료를 공급받아 촉매전단의 배기관으로 분사하는 HCI(10, Hydro-Carbon Injection)으로 구성됨으로써, 비록 실린더헤드(1)에서 설계치를 초과하는 연료 맥동압이 발생되었더라도 HCI(10)에는 전혀 영향을 끼치지 않게 된다.

1 : 실린더헤드 2 : 연료피드라인
3 : 연료필터 4 : 댐핑헤드
5 : 댐핑경로 5a : 연료공급통로
5b : 연료연결통로 5c : HCI토출통로
6 : 필터하우징 7 : 연료피드커넥터
8 : HCI피드커넥터 9 : HCI피드라인
10 : HCI(Hydro-Carbon Injection)
20 : 배기관

Claims

실린더헤드와 연결된 내부순환경로를 통해 상기 실린더헤드에서 전파된 압력맥동을 감소시킨 후 유입된 연료를 외부로 다시 토출시켜주는 댐핑헤드와, 연료내 이물질을 걸러주는 필터가 내장된 필터하우징이 구비된 연료필터와;
상기 연료필터에서 저감된 맥동압을 갖는 연료를 공급받아 배기관의 촉매전단으로 분사하는 HCI(Hydro-Carbon Injection);을 포함하며,
상기 댐핑헤드에 형성된 댐핑경로는 내부에서 수평하게 뚫려져 연료흐름통로를 형성하는 연료공급통로와, 상기 연료공급통로에서 상기 필터하우징쪽으로 이어지도록 연통된 연료연결통로와, 상기 연료연결통로의 반대방향에서 상기 연료공급통로에 연통된 HCI토출통로로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이드로-카본 연료공급유닛.
청구항 1에 있어서, 상기 댐핑헤드는 상기 필터하우징의 필터와 연통 되도록 결합되고 더불어 상기 실린더헤드에 연료를 공급하는 연료피드라인과 연결되고 상기 HCI로 연료를 공급해주는 HCI피드라인과 연결되어진 것을 특징으로 하는 하이드로-카본 연료공급유닛
청구항 2에 있어서, 상기 댐핑경로는 상기 실린더헤드에서 발생된 헤드토출압력맥동을 설계치 이하상태의 HCI압력맥동으로 낮추는 연료 순환경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 하이드로-카본 연료공급유닛
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 연료연결통로와 상기 HCI토출통로는 수평한 상기 연료공급통로에 대해 각각 직교하는 레이아웃으로 형성된 것을 특징으로 하는 하이드로-카본 연료공급유닛
청구항 1에 있어서, 상기 연료공급통로에는 상기 연료피드라인을 연결하는 연료피드커넥터가 구비되고, 상기 HCI토출통로에는 상기 HCI피드라인을 연결하는 HCI피드커넥터가 구비되어진 것을 특징으로 하는 하이드로-카본 연료공급유닛
청구항 6에 있어서, 상기 연료피드커넥터는 상기 연료공급통로에 일체로 형성되고, 상기 HCI피드커넥터는 상기 HCI토출통로에 일체로 형성되어진 것을 특징으로 하는 하이드로-카본 연료공급유닛