KR101585417B1 - 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 연료가 저장된 연료탱크에서 프리필터를 거쳐 연료펌프로 연료가 공급되고 상기 연료펌프는 커먼레일로 연료를 공급하되 잉여(剩餘) 연료는 연료탱크로 회수되는 연료장치의 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조에 있어서, 상기 연료펌프 또는 커먼레일에서 회수된 잉여 연료는 회수라인을 통하여 연료탱크로 회수되도록 구성되되, 상기 회수라인은 회수된 연료를 프리필터로 공급하도록 분기(分岐)시키는 분기밸브(divergence valve)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 연료펌프 및/또는 커먼레일을 거쳐 압력 상승에 따라 고온으로 가열된 연료를 이용하여 효율적으로 왁스를 용해시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조{Structure of antifreeze for pre-filter of diesel automobile}

본 발명은 디젤 차량에서 외부에 노출되는 프리필터의 빙결을 방지하기 위한 구조에 관한 것으로 더욱 상세하게는 회수라인을 통해 리턴되는 고온의 연료를 이용하여 프리필터 내에서의 연료의 빙결(氷結) 발생으로 인한 왁스 생성을 방지하기 위한 구조에 관한 것이다.

최근에 경유를 연료로 사용하는 차량은, 정밀 전자제어로 연료량의 압축 및 분사가 가능한 커먼레일엔진이 주로 사용되고 있다. 이러한, 커먼레일엔진은 커먼레일을 통하여 연료를 고압으로 압축하여 운전상태에 맞도록 연료를 직접 분사해 주는 엔진으로서, 승용차량뿐만 아니라 트럭 및 대형버스 등을 포함하여 대부분의 경유를 연료로 사용하는 차량에서 사용되고 있다.

상기 커먼레일엔진의 연료공급 라인은, 도 1a 에 도시된 바와 같다. 도시된 바와 같이, 연료가 저장된 연료탱크에서 불순물이 여과되도록 프리필터를 거쳐 연료펌프로 연료가 공급된다. 그리고, 연료펌프의 작동에 의해 연료가 메인필터(미도시)를 거쳐 인젝터(injector)와 연결된 커먼레일(common rail)로 공급되도록 구성되되, 상기 커먼레일에서 인젝터로 공급되지 않은 나머지 연료와 연료펌프에서 커먼레일로 제공되지 않은 연료는 다시 연료탱크로 회수되도록 구성된다.

한편, 경유는 파라핀계 탄화수소를 포함한다. 이러한 파라핀계 탄화수소는 연소성이 좋기 때문에 연료의 성능면에 중요한 성분이나, 저온에서는 왁스(wax) 형태로 석출되어 유동성을 저하시키는 문제점이 있다.

경유에 포함된 파라핀은 상대적으로 탄소 수가 적은 노멀파라핀이 주를 이루며 상온에서는 액체상태를 유지하나 온도가 낮아지면 고체상태로 변하게 된다.

도 1b 에 도시되 바와 같이, 왁스가 석출된 경유는 뿌옇게 흐려지기 시작하고 기온 하강에 따라 점도가 점점 증가한다. 이러한 점도 증가는 왁스결정들이 서로 결합하여 성장함에 따라 이뤄지며, 일반적으로 일정 온도(-17℃) 이하에서는 유동(流動)성이 현저하게 나빠진다.

따라서, 생성된 왁스결정 크기를 미세화시켜 침전을 방지하며 왁스 결정의 용해를 촉진하도록 연료에는 첨가제가 추가되기도 하고 열선(熱線) 등이 추가적으로 부설되기도 하였다.

하지만, 도 1c 에 도시된 바와 같이, 연료탱크 및 프리필터 등이 외부에 직접적으로 노출되는 구조의 차량의 경우, 상기와 같은 대책으로 큰 효과를 기대하기 어려웠으며 저온에서 연료 빙결로 인한 출력 저하 또는 시동꺼짐 등과 같은 문제점을 발생시켰다.

이중, 연료탱크의 경우 많은 양의 연료가 저장되고 빙결방지 장치가 구비되어 비교적 문제를 일으키지 않았으나, 연료펌프와 연료탱크 사이에서 불순물을 제거하며 비교적 소형 크기의 프리필터의 경우, 내부에 남겨진 연료가 도 1b 에 도시된 바와 같이 빙결되어(왁스가 생성되어) 문제를 발생시켰다.

따라서, 본 발명은 프리필터 내에서 연료 빙결을 방지하고 빙결된 연료를 효율적으로 용해시키기 위한 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료가 저장된 연료탱크에서 프리필터를 거쳐 연료펌프로 연료가 공급되고 상기 연료펌프는 커먼레일로 연료를 공급하되 잉여(剩餘) 연료는 연료탱크로 회수되는 연료장치의 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조에 있어서, 상기 연료펌프 또는 커먼레일에서 회수된 잉여 연료는 회수라인을 통하여 연료탱크로 회수되도록 구성되되, 상기 회수라인은 회수된 연료를 프리필터로 공급하도록 분기(分岐)시키는 분기밸브(divergence valve)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 연료펌프와 커먼레일에서 각각 회수된 연료는 합류(合流)되어 회수라인으로 유입된다.

아울러, 상기 회수라인에는 리저브탱크가 부설되되, 상기 리저브탱크는 회수된 연료가 상측에서 유입되어 저장되고, 연료의 수면(水面) 아래에서 분기밸브로 유출되도록 구성된다.

상기 리저브탱크는, 바닥면에서 수직으로 돌출형성된 관(pipe) 형상이고 일측으로 절개부가 형성된 플로터하우징;과 상기 플로터하우징 내부에 수직으로 돌출형성된 바(bar) 형상의 센서하우징;과 상기 센서하우징에 끼워져 절개부를 통해 플로터 하우징 내에 유입된 연료의 수면 높이에 따라 상승하강하는 플로터;와 상기 플로터에 내장된 자성체; 및 상기 자성체 자력의 세기를 감지하여 연료의 수위를 센싱하는 수위센서;를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 연료펌프 및/또는 커먼레일을 거쳐 압력 상승에 따라 고온으로 가열된 연료를 이용하여 효율적으로 왁스를 용해시킬 수 있는 효과가 있다.

온도 차이가 큰 연료를 합류시켜 프리필터로 공급함으로 갑작스런 온도변화에 따른 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 리저브탱크를 구비함으로서 프리필터로 에어(air)가 유입되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 1a 는 종래의 연료장치에서 연료의 공급 및 회수되는 모습을 도시한 도면,
도 1b 는 온도하강에 따라 프리필터 내에서 빙결로 인해 왁스(WAX)가 생성된 모습을 촬영한 이미지,
도 1c 는 통상적인 트럭에서 프리필터가 장착된 위치를 표시한 이미지,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조가 적용된 연료장치의 구성을 도시한 도면,
도 3 은 본 발명의 리저브탱크 내에 부설된 플로터하우징 및 플로터를 도시한 사시도,
도 4 는 도 3 에 도시된 플로터가 상승하강하는 모습을 부분적으로 확대하여 도시한 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조를 더 상세히 설명한다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료장치의 구성은, 연료탱크, 프리필터, 연료펌프, 커먼레일을 포함하며, 화살표 방향으로 연료가 유동하도록 공급된다.

연료탱크의 내의 연료는 부압(負壓)에 의해 프리필터에서 이물질이 여과되어 연료펌프로 공급되며, 그리고 연료펌프를 거쳐 커먼레일에 공급된다. 이때, 인젝터에서 소비되지 않은 잉여 연료는 연료펌프에서 커먼레일로 제공되지 않은 연료와 함께 회수라인을 통하여 연료탱크로 다시 회수되도록 구성된다.

즉, 본 발명의 회수라인은 커먼레일 및 연료펌프에서 유입된 연료가 연료탱크로 회수되도록 구성된다. 그리고, 회수된 연료를 이용해 냉각된 프리필터 내부의 연료를 용해시키기 위하여 프리필터로 분기(分岐)되도록 구성된다. 더 상세하게는, 연료탱크로 연결되는 아웃렛(배출구, outlet)과 프리필터로 연결된 아웃렛을 갖는 3웨이밸브(3wayvalve: 1개의 유입구과 2 개의 배출구를 갖는 밸브)(200)가 분기밸브로서 설치되어, 상기 3웨이밸브의 작동에 따라 회수된 연료를 연료탱크로 또는/및 프리필터로 공급하도록 구성된다.

아울러, 본 발명의 회수라인에는 리저브탱크(100)가 부설된다. 상기 리저브탱크(100)는 내부 상측에서(즉, 내부의 저장된 연료의 수면 위에서) 연료가 유입되고, 연료의 수면 아래에서 유출되도록 구성된다. 상기 리저브탱크(100)의 아웃렛은 3웨이밸브의 인렛(유입구, inlet)과 연결된다.

그리고, 상기 3웨이밸브(200)는 프리필터 또는 연료탱크로 공급되는 연료의 분배비율을 리저브탱크(100)의 내부에 저장되는 연료량에 따라서 제어되도록 구성된다.

따라서, 상기 리저브탱크는 저장된 연료의 량을 측정하기 위해, 도 3 과 4 에 도시된 바와 같은, 수위 감지 장치를 구비한다. 상기 수위 감지 장치는, ①리저브탱크(100)의 바닥면에서 수직으로 돌출형성된 관(pipe) 형상으로서 내부로 연료가 유입될 수 있도록 일측으로 절개부(31)가 형성된 플로터하우징(30)과, ②상기 플로터하우징(30) 내부에 수직으로 소정의 높이 만큼 돌출형성된 센서하우징(40)과, ③상기 센서하우징(40)에 끼워질 수 있는 링(ring) 형상으로서 절개부(31)를 통해 플로터하우징(30) 내에 유입된 연료의 수위(水位)에 따라 상승하강하는 플로터(10)와, ④상기 플로터(10)에 내장되고 소정의 자력을 갖는 자성체(11)와, ⑤상기 자성체(11)와의 거리에 따른 자력 세기를 감지하여 연료의 수위를 센싱하는 수위센서(20)로 구성된다.

따라서, 리저브탱크 내부로 회수된 연료량은 감지될 수 있고 상기 3웨이밸브는 전기 신호에 따라 동작하는 솔레노이드밸브(solenoid valve)로 구성할 수 있으므로, 리저브탱크 내부의 연료량에 따라 3웨이밸브의 분배량은 제어될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명의 연료장치는 다음과 같이 작동한다.

도 2 를 참조하면, -17℃ 에서 왁스가 형성된 연료 중 프리필터를 통과해 연료펌프로 제공된 연료량을 100% 로 가정하면, 연료펌프에 의해 가압된 연료는 60℃ 로 가열되되 이중 10%는 커먼레일로 공급되고 나머지 90%는 리저브탱크(100)로 회수된다. 그리고, 커먼레일에 공급된 10%의 연료 중 절반인 5%는 인젝터를 통하여 엔진 내부에서 분사되어 연소되고 나머지 5%의 연료는 리저브탱크(100)로 회수된다.

이때, 연료펌프와 커먼레일에서 각각 회수되는 연료는 리저브탱크(100)에 유입되기 전에 합류하도록 구성된다. 상기 커먼레일의 내부의 압력은 2,000bar 이상의 초고압상태로서 커먼레일에서 회수되는 연료는 130℃까지 상승한 상태이다. 따라서, 연료펌프에서 회수되는 연료와 커먼레일에서 회수되는 연료는 합류하여 70℃ 로 열평형을 이루고 리저브탱크(100)로 유입된다.

한편, 상기 리저브탱크(100)에 유입된 연료는 최초 공급된 연료를 기준으로 인젝터에서 5%가 소모된 95%의 양이다. 따라서, 소모된 5% 수준의 에어(air)가 리저브탱크(100) 내부로 유입된다. 상기 리저브탱크(100)는 상측에서 유입되고 하측에서 연료가 유출되도록 구성되었으므로, 상기 에어를 포함한 부피에 상당하는 연료량은 3웨이밸브 측으로 유출된다.

그리고, 상기 3웨이밸브는 유입된 연료를 연료탱크 및 프리필터로 분기하여 공급하되, 이때 공급된 연료는 50℃로 가열된 상태로 제공되어 프리필터 내에 생성된 왁스를 순간적으로 용해시킨다.

한편, 상기와 같은 순환이 반복되면 상기 3웨이밸브의 분기 비율에 따라서 리저브탱크에 저장되는 연료량은 달라진다. 따라서, 리저브탱크 내부의 연료량이 많아지면 연료탱크로 유입되는 연료량을 증가시키고 프리필터로 유입되는 연료량을 감소시키며, 반대의 경우도 마찬가지로 작동시킬 수 있다.

그리고, 리저브탱크(100)에 저장되는 연료량은, 전술한 바와 같이, 연료의 유입 유출에 따라 수직방향으로 상승하강하는 플로터(10)에 자성체(11)를 장착하고 상기 자성체(11)의 자성을 감지하는 수위센서(20)를 부설함으로서 감지 가능하다. 따라서, 상기 리저브탱크(100)의 용량은 가열된 연료의 일정량을 혹한기 시 프리필터에 공급할 수 있는 용량으로 정해지는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 플로터
20 : 수위센서
30 : 플로터하우징

Claims (4)

1. 연료가 저장된 연료탱크에서 프리필터를 거쳐 연료펌프로 연료가 공급되고 상기 연료펌프는 커먼레일로 연료를 공급하되 잉여(剩餘) 연료는 연료탱크로 회수되는 연료장치의 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조에 있어서,
   상기 연료펌프 또는 커먼레일에서 회수된 잉여 연료는 회수라인을 통하여 연료탱크로 회수되도록 구성되되, 상기 회수라인은 회수된 연료를 프리필터로 공급하도록 분기(分岐)시키는 분기밸브(divergence valve)를 포함하여 구성되고,
   상기 회수라인에는 리저브탱크가 부설되되, 상기 리저브탱크는 회수된 연료가 상측에서 유입되어 저장되고, 연료의 수면(水面) 아래에서 분기밸브로 유출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료펌프와 커먼레일에서 각각 회수된 연료는 합류(合流)되어 회수라인으로 유입되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조.
   
3. 삭제
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리저브탱크는,
   바닥면에서 수직으로 돌출형성된 관(pipe) 형상이고 일측으로 절개부가 형성된 플로터하우징;과
   상기 플로터하우징 내부에 수직으로 돌출형성된 바(bar) 형상의 센서하우징;과
   상기 센서하우징에 끼워져 절개부를 통해 플로터 하우징 내에 유입된 연료의 수면 높이에 따라 상승하강하는 플로터;와
   상기 플로터에 내장된 자성체; 및
   상기 자성체 자력의 세기를 감지하여 연료의 수위를 센싱하는 수위센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량용 프리필터의 빙결방지 구조.
   

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