KR100369679B1 - 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치를 개시한다.

디젤엔진은 흡입공기를 고압으로 압축시킨 후 고온의 압축열 상태에 있는 실린더내에 착화성이 좋은 연료를 고압분사함으로써 분사된 연료가 자기발화를 일으켜 폭발하게되는 자기착화기관이다. 특히 현대의 차량은 유해배기가스의 감소와 차량성능의 향상을 위하여 1300Bar이상의 고압으로 연료를 분사하는데 이 과정에서 발생한 고온의 리턴연료가 충분한 냉각과정을 거치지 않고 다시 연료계통을 순환하여 실린더내에서 고온으로 분사됨으로써 이상연소를 일으켜 엔진의 성능을 저하시키고 수명을 감소시키게 되었다.

따라서 본 발명은 다수의 공기안내부가 구비된 방열판을 통하여 고온의 리턴연료를 공냉식으로 냉각시켜줌으로써 연료의 정상연소를 유도하여 엔진의 성능 및 수명을 유지시켜 주는 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치(10)를 개시한다.

Description

디젤엔진용 리턴연료 냉각장치{Returning fuel cooling system for diesel engine}

본 발명은 고압분사 디젤엔진의 연료분사펌프 및 연료분사노즐에서 발생하여 리턴연료 파이프를 통해 연료탱크로 회수되는 고열의 리턴연료를 냉각하는 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진의 연료계통 흐름은 도 1의 블럭도에서 보여주는 바와 같다. 먼저 연료탱크(1)에서 연료공급펌프(2)를 통해 저압으로 가압되어 송출된 연료는 이물질을 제거하며 일종의 댐퍼역할을 함께 수행하는 연료여과기(3)를 거쳐 고압의 연료분사펌프(4)로 보내진다. 연료분사펌프(4)에서는 캠과 태핏에 의해 구동되는 플런저(미도시)에의해 연료가 고압으로 가압되어지며, 연료분사펌프(4)에서 고압으로 가압된 연료는 연료분사파이프(5)를 통해 연료분사노즐(6)로 압송된 후 연료분사노즐(6)을 통해 실린더(7) 내에 분사·무화되어 압축착화열로 폭발함으로써 동력을 발생시킨다.

상기한 일련의 과정중에서 연료분사펌프(4)에서 고압으로 가압된 연료의 일부는 연료분사파이프(5)를 통해 연료분사노즐(6)로 공급되지 못하고 리턴파이프(8)를 통해 연료탱크(1)로 다시 회수되어 지며, 연료분사노즐(6)에서 실린더(7)로 분사되지 못한 고압 연료의 일부 역시 리턴파이프(8)를 통하여 연료탱크(1)로 다시 회수되어 진다.

디젤엔진은 인화성이 좋은 연료와 공기의 혼합기를 불꽃을 이용하여 점화·폭발하는 불꽃점화기관과는 달리, 흡입공기를 고압으로 압축시킨 후 고온의 압축열 상태에 있는 실린더내에 착화성이 좋은 연료를 고압분사함으로써 분사된 연료가 자기발화를 일으켜 폭발하게되는 자기착화기관이다. 그러므로 디젤엔진은 압축비가 상당히 높은 실린더(7)내에 연료분사노즐(6)을 통해 연료를 고압으로 분사하여야 하는데, 연료는 연료공급펌프(2)와 연료분사펌프(4)를 거치면서 상당한 고압으로압축이 되고 이 과정에서 압축열이 발생하게 된다. 더구나, 최근에 개발되고 있는 차량은 환경오염의 주범인 유해배기가스를 줄이고 엔진의 성능을 향상시키기 위하여 1300바(Bar) 이상의 고압으로 압축하여 연료를 분사함으로써 연료의 압축열은 한층 더 상승하게 되었다.

한편, 연료분사노즐(6)에서 실린더(7)로 분사되지 않고 연료탱크(1)로 다시 회수되는 리턴연료는 연료분사노즐(6)내에서 매우 빠르게 왕복운동을 수행하는 분사니들밸브(미도시) 등의 윤활작용과 고온의 연료분사노즐(6)을 냉각하는 역할을 동시에 수행하게 된다. 그러므로 연료분사노즐(6)에서 발생한 리턴연료 또한 냉각작용을 통하여 연료분사노즐(6)의 고열을 전달받게 되므로 고온상태로 연료탱크(1)로 회수되게 된다.

이렇게 발생한 고온의 리턴연료는 연료탱크(1)로 회수된 뒤, 충분한 냉각과정을 거치지 않고 다시 연료계통을 거쳐 순환하게 되어 연료분사노즐(6)에서 분사되는 연료의 온도는 점점 더 상승하게 되고, 이상 가열된 고온의 연료가 실린더(7)내에 분사되었을 시에는 정상연소를 하지 못하고 이상연소를 일으켜 엔진의 성능을 현저히 저하시킴과 동시에 엔진의 수명을 단축시키게 된다.

이와같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 연료분사펌프 및 연료분사노즐에서 발생하여 연료탱크로 다시 회수되는 고온의 리턴연료를 적정온도로 냉각시켜 줌으로써 연료의 정상연소를 유도하여 엔진의 성능 및 수명을 유지시켜 주는 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측면의 냉각공기를 타측면으로 유도하도록 다수의 공기안내부가 배열·형성된 방열판과, 상기 방열판의 타측면에 상기 공기안내부 사이를 경유하도록 지그재그로 절곡형성되어 구비된 연료파이프로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면 차량의 주행시 유입되는 차가운 공기를 이용한 공냉식 냉각을 통해 리턴파이프내의 고온의 리턴연료를 냉각시켜 적정온도로 유지시켜 줄 수 있으며, 리턴연료의 냉각은 고온연료의 분사로 인해 발생하는 엔진의 이상연소를 정상연소로 전환시키게 되므로 엔진의 성능 저하 및 수명 단축을 막을수 있게 된다.

도 1은 디젤엔진의 연료계통 흐름 블럭도

도 2는 본 발명에 의한 디젤엔진의 연료계통 흐름 블럭도

도 3은 본 발명 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치의 일실시예 사시도

도 4는 본 발명 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치의 전면도

도 5는 공기안내부 단면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 리턴연료 냉각장치 11 : 방열판

12 : 절개부 13 : 공기안내부

14 : 공기안내구 15 : 랜싱(lancing)돌기

16 : 리턴연료 파이프 17 : 장착용 볼트구멍

도 1은 일반적인 디젤차량의 연료계통흐름 블럭도인데, 보여주는 바와 같이 종래의 일반적인 디젤차량에는 리턴연료를 냉각시켜주는 별도의 장치가 없었으나, 본 발명은 도 2의 블럭도와 같이 리턴파이프(8)와 연료탱크(1)의 중간에 리턴연료 냉각장치(10)를 구성함으로써 상기의 문제점들을 해결할 수 있게 되었다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴보면 본 발명의 특징 및 이점은 더욱 명확해 질 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 연료계통 흐름 블럭도이며, 도 3은 본 발명 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치의 일실시예 사시도이고, 도 4는 본 발명 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치의 전면도이며, 도 5는 공기안내부의 단면도이다.

도 3에서 보여주는 바와 같이 본 발명은 일측면의 냉각공기를 타측면으로 유도하도록 다수의 공기안내부(13)가 배열·형성된 방열판(11)과, 상기 방열판(11)의 타측면에 상기 공기안내부(13) 사이를 경유하도록 지그재그로 절곡형성되어 구비된 연료파이프(16)로 이루어지는 것을 특징으로 구성된다.

방열판(11)은 일측면에 부착되는 고온의 리턴연료 파이프(16)의 열을 방열시키는 역할을 하게 되므로 그 재질은 열전도성이 좋은 알루미늄 합금등을 사용하는 것이 바람직할 것이다.

방열판(11)에는 다수의 공기안내부(13)가 배열·형성되어 있는데, 이러한 공기안내부(13)는 도 4 및 도 5에서 보여주는 바와 같이 냉각공기가 흐르는 방향으로 절개된 공기안내구를 가지는 랜싱돌기(15)인 것을 특징으로 이루어진다.

리턴연료 파이프(16)는 내부에 고온의 리턴연료가 유동하므로 역시 열전도성이 좋은 재질을 사용하며, 방열판(11)과의 접촉면적을 늘이고 공기안내구(14)를 통해 유입되는 냉각공기와의 접촉면적을 늘림으로써 냉각효과를 최대화 시키기 위해 공기안내부(13) 사이를 경유하도록 지그재그로 절곡형성하여 방열판(11)에 용접을 하거나 U볼트 등을 사용하여 부착시킨다.

리턴연료 냉각장치(10)는 연료 리턴파이프(16)가 지나는 차량의 언더바디 프레임(미도시)에 방열판(11)을 용접하거나 장착용 볼트구멍(17)을 통해 상기 프레임과 볼트체결을 함으로써 견고히 부착시킨다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

연료분사펌프(4)에서 고압으로 압축되면서 고온의 압축열을 가진 리턴연료와연료분사노즐(6)에서 냉각작용을 통해 고온으로 된 리턴연료가 리턴연료 파이프(16)를 통해 방열판(11)위를 지그재그로 지나가게 된다. 방열판(11)과 리턴연료 파이프(16)는 알루미늄 합금 등 열전도성이 뛰어난 재질이므로 열은 열평형을 이루기위해 고온의 리턴연료에서 상대적으로 낮은 온도의 리턴연료파이프(16)를 거쳐 방열판(11)으로 빠르게 전도·열전달이 이루어지게 된다. 방열판(11)에서는 복사를 통한 대기로의 열전달이 이루어지기도 하지만, 대부분은 주행시 빠르게 유동하는 차가운 공기와의 전도를 통한 열전달이 급속히 이루어지므로 신속한 냉각작용이 이루어 진다.

한편, 방열판(11)에는 신속하고 효과적으로 고온의 리턴연료파이프(16)를 냉각시키기 위해 다수의 공기안내부(13)가 형성되어 있는데, 도 5에서 도시하는 바와같이 차량의 주행시 공기안내부(13)의 절개부(12)의 하방으로 형성된 공기안내구(14)를 통하여 냉각공기의 유입이 이루어 지며, 랜싱돌기(15)는 공기안내구(14)를 통해 유입된 냉각공기와 열전달을 함과 동시에 냉각공기를 리턴연료 파이프(16)로 안내하게 된다. 안내된 냉각공기는 고온의 리턴연료 파이프(16)에서 복사 및 전도작용을 통하여 열전달을 하여 리턴연료를 냉각시킨후 대기로 다시 방출된다.

상기한 바와 같은 공냉식 냉각을 통해 리턴연료는 냉각되어 정상온도를 회복한 후 연료탱크(1)로 회수되어 지며, 회수된 리턴연료는 다시 연료계통 흐름을 따라 순환하게 되고 연료분사노즐(6)을 통해 정상온도로 분사됨으로써 실린더(7)내에서 정상연소하게 된다. 이러한 고온 리턴연료의 냉각을 통한 실린더(7)내의 정상연소의 유도는 엔진의 성능 및 수명을 정상적으로 유지시키게 된다.

이상에서의 명백한 설명과 같이 본 발명은 고압분사 디젤엔진의 연료분사펌프(4)와 연료분사노즐(6)에서 발생하는 고온의 리턴연료를 냉각시킨후 정상온도의 연료를 실린더(7)내에 분사함으로써 고압분사 디젤엔진에서 발생할 수 있는 고온연료분사로 인한 이상연소를 정상연소로 유도하여 엔진성능저하 및 수명단축을 막고 항상 안정적인 성능유지와 수명유지를 가져오는 효과가 있다.

뿐만 아니라 차체의 언더바디 프레임에 장착되는 방열판(11)은 주행시 비산하는 흙이나 먼지와 같은 이물질이나 돌 등으로 부터 리턴연료 파이프(16)를 보호해 줌으로써 리턴연료 파이프의 부식이나 파손을 막을수 있어 내구성을 높여주는 부가적인 효과가 있다.

Claims (2)

1. 일측면의 냉각공기를 타측면으로 유도하도록 냉각공기가 흐르는 방향으로 절개된 공기안내구(14)를 가지는 랜싱돌기(15)로 형성된 다수의 공기안내부(13)가 배열.형성된 방열판(11)과, 상기 방열판(11)의 타측면에 상기 공기안내부(13) 사이를 경유하도록 지그재그로 절곡형성되어 구비된 연료파이프(16)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 리턴연료 냉각장치.
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