KR100410686B1 - 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 공통 연료 레일 시스템을 장착한 디젤 엔진 차량에서 엔진이 웜업 되기 전인 냉간 상태에서의 주행시 공급연료를 연료 쿨러를 통하지 않고 바이패스시켜 공급연료의 과냉에 의한 스모크 발생 및 엔진 출력 저하를 방지할 수 있는 공통 연료 레일을 구비하는 디젤 엔진의 연료계를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 공통 연료 레일 시스템을 구비하는 디젤 엔진에 있어서,

연료탱크와 연료고압펌프 사이를 연결하는 연료공급라인과;

상기 연료공급라인의 도중에 접속되어 급송되는 연료를 방열 냉각하는 연료냉각기와;

상기 연료냉각기를 우회하여 연료가 공급되도록 상기 연료 냉각기 전후의 연료공급라인에 분기 접속하는 바이패스공급라인과;

상기 연료냉각기의 입구측과 상기 바이패스공급라인에 각각 설치되는 솔레노이드 밸브와;

상기 각각의 솔레노이드 밸브를 선택적으로 개방되도록 제어하는 전자제어장치와;

인젝터를 통해 분사하고 남은 연료를 연료탱크로 리턴하는 연료 리턴라인; 을 포함하여 구성되어 있다.

Description

공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계{Fuel system having common rail}

본 발명은 공통 연료 레일을 구비하는 디젤 엔진의 연료계에 관한 것이다.

최근 디젤 엔진 차량은 배기가스 규제 강화에 대한 대책으로 기존의 인젝션 펌프와 노즐을 통한 기계식 연료 분사 방식을 대체하여 연료를 고압용 펌프에서 압축하여 분배기(delivery)를 통해 각 실린더의 인젝터에 공급하고, 인젝터를 전기적으로 제어하여 실린더로 분사하는 공통 연료 레일 시스템(common rail system)을 적용하는 추세에 있다.

그리고 디젤 엔진의 연소 효율 증대를 위해서는 연료를 실린더내에 직접 분사하는 연료 직접분사 방식을 채택하는 추세인데, 연료 직접 분사 방식에는 공통 연료 레일 시스템이 특히 적합한 것으로 알려져 있다.

상기한 공통 연료 레일 시스템(common rail system)을 채택하기 위해서는 고압펌프가 요구되며, 이를 위해 연료를 고압(약 1350bar)으로 압축하게 되므로써 압축비 상승과 더불어 공급 연료 온도도 함께 상승하게 된다.

그런데 인젝터에서 분사되고 남은 연료는 고온 상태에서 연료 리턴 라인을 통해 연료탱크로 리턴된 후 재공급하게 되는데, 연료탱크내로 리턴된 연료가 연료탱크내에서 어느 정도 냉각이 이루어지기는 하나 계속해서 고온의 리턴 연료가 연료탱크내로 유입될 경우 연료탱크내의 연료 역시 온도 상승을 피할 수 없게 되며, 이는 외기온이 높은 경우 온도 상승에 따른 부정적 효과가 더욱 증대되어 다음과 같은 문제가 발생하고 있다.

첫째, 공통 연료 레일 시스템내 연료고압펌프의 베인과 하우징간에 윤활이 필요한데, 연료의 온도가 너무 높으면 윤활 불량을 일으켜 베인(vane)의 내구성을저하시켜 연료고압 펌프의 사용 수명을 단축시키는 원인이 되고 있다.

둘째, 디젤 연료의 온도가 70℃이상으로 상승되면 점도와 밀도등 연료의 물성치가 변하게 되므로써 인젝터에서 분사되는 연료량의 정밀제어가 불가능하여 연료량 공급 부족에 의한 엔진 출력 저하를 일으키는 원인이 되고 있다.

이 때문에 종래의 경우 공급되는 연료의 온도를 낮추기 위하여 도 3에 도시하는 것과 같이 연료탱크(4)와 엔진측의 연료고압펌프(2)와의 사이를 연료공급라인 (3)과 연료리턴라인(3a)으로 각기 접속한 후 연료공급라인(3)의 도중에 연료냉각기 (5, fuel cooler)를 추가하여 장착하고 있다.

그러나 상기와 같이 연료공급라인(3)중에 연료냉각기(5)를 장착하여 공급연료온도를 낮추는 방식은 엔진의 운전 조건과 외부 기후 요건을 반영하지 못한 것이어서 엔진이 웜업된 정상 상태에서는 연료를 냉각하여 연료공급온도를 낮추는 것이 필요하나, 엔진이 과냉되어 있는 상태, 특히 매우 추훈 한랭지에서 엔진이 웜업되기 전이어서 공급연료 온도가 낮은 경우 이를 더 냉각하여 공급하게 되면 다량의 스모크가 발생하게 되고, 엔진 출력 저하의 또다른 원인이 되는 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 공통 연료 레일 시스템을 장착한 디젤 엔진 차량에서 엔진이 웜업 되기 전인 냉간 상태에서의 주행시 공급연료를 연료 쿨러를 통하지 않고 바이패스시켜 공급연료의 과냉에 의한 스모크 발생 및 엔진 출력 저하를 방지할 수 있는 공통 연료 레일을 구비하는 디젤 엔진의 연료계를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공통 연료 레일 시스템을 구비하는 디젤 엔진에 있어서,

연료탱크와 연료고압펌프 사이를 연결하는 연료공급라인과;

상기 연료공급라인의 도중에 접속되어 급송되는 연료를 방열 냉각하는 연료냉각기와;

상기 연료냉각기를 우회하여 연료가 공급되도록 상기 연료 냉각기 전후의 연료공급라인에 분기 접속하는 바이패스공급라인과;

상기 연료냉각기의 입구측과 상기 바이패스공급라인에 각각 설치되는 솔레노이드 밸브와;

상기 각각의 솔레노이드 밸브를 선택적으로 개방되도록 제어하는 전자제어장치와;

인젝터를 통해 분사하고 남은 연료를 연료탱크로 리턴하는 연료 리턴라인; 을 포함하여 구성되어 있다.

도 1은 본 발명에 의한 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계를 나타내는 도면

도 2는 본 발명의 연료 냉각기와 바이패스공급라인을 선택적으로 개폐하는 밸브의 일실시예를 나타낸 도면

도 3은 종래기술

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 공통연료레일 2 : 연료고압펌프

3 : 연료공급라인 4 : 연료탱크

5 : 연료냉각기 6 : 바이패스공급라인

7,8 : 솔레노이드 밸브 9 : 전자제어장치

10 : 수온센서 11 : 액츄에이터

12 : 회동밸브

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 공통 연료 레일을 구비하는 디젤 엔진의 연료계를 나나태는 도면으로 도면중 부호 1은 공통 연료 레일(common rail)이며, 부호 2는 연료 고압 펌프로서 연료 고압 펌프(2)에서 높은 압력을 얻은 연료는 공통 연료 레일(1)에 의해 분배되어 되시하지 아니한 인젝터를 통해 각 실린더에 직접 분사 공급된다.

연료고압펌프(2)는 연료공급라인(3)을 통해 연료탱크(4)에 접속되며, 연료공급라인(3)의 도중에는 급송되는 연료를 방열 냉각하기 위한 연료냉각기(5)가 접속되어 있다.

그리고 연료냉각기(5)와 병렬로, 즉 연료냉각기(5)를 연료가 우회하여 연료고압펌프(2)측에 직접 공급되도록 연료냉각기(라인)(5)의 전후로 연료공급라인(3)에 바이패스공급라인(6)이 분기 접속되어 있다.

또 상기 연료냉각기(5)의 입구와 상기 바이패스공급라인(6)에는 각각 전기적으로 작동되는 솔레노이드 밸브(7)(8)가 설치되어 있으며, 이 솔레노이드 밸브(7)(8)들은 전자제어장치(9)의 제어에 따라 서로 선택적으로 개방, 즉 일측 솔레노이드 밸브(7)가 라인(5) 개방시엔 타측 솔레노이드 밸브(8)는 라인(6) 폐쇄 상태에 있고, 타측 솔레노이드 밸브(8)가 라인(6) 개방시엔 한쪽 솔레노이드 밸브(7)는 라인(5)을 폐쇄하도록 작동이 제어된다.

그리고 상기 솔레노이드 밸브(7)(8)들의 선택적 개폐 작동은 냉각 수온을 감지하는 수온센서(10)로부터의 검출 신호에 의해 제어되도록 되어 있다.

한편, 도시한 실시예에서는 연료냉각기(5)의 입구와 바이패스 공급라인(6)에 각각 솔레노이드 밸브(7)(8)를 설치하고 있으나, 도 2에서와 같이 이들 라인(5)(6)의 분기점에 액츄에이터(11)에 의해 작동하는 하나의 회동밸브(12)를 설치하여 그 판상의 회동 밸브(12)가 어느한쪽 라인을 개방하는 반면 타측 라인을 폐쇄토록 할 수도 있으며(도 2의 실선 및 점선 도시참조) 또 도시하지는 아니하였으나 통상의 삼방향 밸브를 설치 할 수도 있다.

이하에 본 발명의 작동에 대하여 설명한다.

엔진이 시동되어 웜업되기 전인 냉간상태하에서는 공급되는 연료의 온도가 낮으며, 동시에 냉각수온도 정상치 보다 낮을 수 밖에 없다.

이 냉각수온은 수온센서(10)에 의해 검출되어 전자제어장치(9)에 입력되며, 냉간 시동상태임을 확인한 전자제어장치(9)는 연료냉각기(5)에 설치된 솔레노이드 밸브(7)는 라인 폐쇄토록 제어하는 대신 바이패스공급라인(6)에 설치된 솔레노이드 밸브(8)는 개방되도록 제어한다.

이에 따라 연료는 라인이 개방된 바이패스 공급라인(6)을 통하여 직접 연료고압펌프(2)로 유입되며, 연료냉각기(5)를 거쳐 공급되지는 아니한다.

이와같이 엔진의 냉간 시동시에는 공급되는 연료가 연료냉각기(5)를 거치지 아니하고 바이패스공급되므로 연료의 과냉이 방지되어 연료고압펌프(2)를 통해 공통연료레일(1)로 들어가게 되는 연료가 적정온도를 유지하게 되는 것이다.

그러나 엔진의 웜업이 완료되면 냉각수온과 연료온도가 높아지게 되며, 이때 높은 온도의 연료를 냉각 없이 연료고압펌프(2)측에 공급하면 앞서 종래기술에서 언급한 것과 같은 부작용이 나타나게 된다.

따라서 이때에는 수온센서(10)에 의해 감지된 냉각수온 정보에 의해 전자제어장치(9)는 바이패스공급라인(6)의 솔레노이드밸브(8)를 폐쇄토록 작동 제어하고, 연료냉각기(5)의 솔레노이드 밸브(7)는 라인개방토록 작동 제어하므로써 연료는 연료냉각기(5)를 순환하면서 방열 냉각된후 연료고압펌프(2)로 유입되는 것이며, 연료고압펌프(2)의 출구측의 연료온도는 적정 범위로 유지되어지게 되는 것이다.

여기서 미설명 부호 13과 14는 연료의 역류를 방지하는 체크밸브이다.

이와같은 본 발명은 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료공급 라인에 연료 냉각기와 바이패스공급라인을 병렬적으로 분기 접속하여 설치하고, 각각의 라인을 선택적으로 개폐하는 솔레노이드 밸브를 설치한 후 솔레노이드 밸브 제어를 통해 엔진의 냉간 시동시나 한냉지등 공급되는 연료 온도가 정상보다 낮은 경우에는 연료가 연료 냉각기를 거치지 아니하고 바이패스되도록 하고, 엔진 웜업이 완료되거나 정상 기후 조건하에서는 연료의 과열을 방지하기 위하여 연료 냉각기를 거쳐 공급되도록 하므로써 엔진 냉간 시동시 및 한랭지 운전 조건하에서의 스모크 증대 및 엔진 출력 감소를 방지하게 되는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 공통 연료 레일 시스템을 구비하는 디젤 엔진에 있어서,

   연료탱크와 연료고압펌프 사이를 연결하는 연료공급라인과;

   상기 연료공급라인의 도중에 접속되어 급송되는 연료를 방열 냉각하는 연료냉각기와;

   상기 연료냉각기를 우회하여 연료가 공급되도록 상기 연료 냉각기 전후의 연료공급라인에 분기 접속하는 바이패스공급라인과;

   상기 연료냉각기의 입구측과 상기 바이패스공급라인에 각각 설치되는 솔레노이드 밸브와;

   상기 각각의 솔레노이드 밸브를 선택적으로 개방되도록 제어하는 전자제어장치와;

   인젝터를 통해 분사하고 남은 연료를 연료탱크로 리턴하는 연료 리턴라인; 을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자제어장치는 수온센서를 통하여 검출된 냉각수온이 정상이하인 엔진의 냉간 상태일 때는 상기 연료냉각기를 폐쇄하고, 바이패스 공급라인을 개방토록 상기 솔레노이드 밸브들을 작동제어하며, 냉각수온이 정상으로 검출될 때는 연료냉각기를 개방하고 바이패스공급라인을 차단하도록 솔레노이드 밸브들을 작동 제어하는 것을 특징으로 하는 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계.
3. 공통 연료 레일 시스템을 구비하는 디젤 엔진에 있어서,

   연료 탱크와 연료 고압 펌프 사이를 연결하는 연료공급라인과;

   상기 연료공급라인의 도중에 접속되어 급송되는 연료를 방열 냉각하는 연료냉각기와;

   상기 연료냉각기를 우회하여 연료가 공급되도록 상기 연료 냉각기 전후의 연료공급라인에 분기 접속하는 바이패스공급라인과;

   상기 연료냉각기와 바이패스공급라인의 분기 접속 지점에 설치되어 연료냉각기와 바이패스공급라인을 택일적으로 개폐하는 밸브와;

   엔진이 웜업되기전 냉간 상태에서는 상기 밸브가 연료냉각기측을 폐쇄하고 바이패스공급라인은 개방하며, 웜업 완료시엔 그 반대가 되도록 밸브의 작동을 제어하는 전자제어장치; 및 인젝터를 통해 분사되고 남은 연료탱크를 연료탱크로 리턴하는 연료리턴라인을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 밸브는 힌지축을 중심으로 회동 작동하는 판상밸브인 것을 특징으로 하는 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전자제어장치는 액츄에이터를 통해 상기 밸브를 작동시키는 것을 특징으로 하는 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 밸브는 통상의 삼방향 밸브인 것을 특징으로 하는 공통 연료 레일을 구비한 디젤 엔진의 연료계.