KR100554721B1 - 가솔린 차량용 연료 절감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가솔린 차량용 연료 절감장치에 관한 것으로서, 공기청정기를 통해 서지탱크(surge tank)에 공급되는 공기 중에 연료의 일부를 1차 분사하여 미세혼합가스 상태로 만든 다음 연소실에 공급하여 연소를 촉진시킴으로써 출력은 높이고, 공해물질 배출을 최소화할 수 있는 효과도 동시에 득하면서 연료를 획기적으로 절감할 수 있게 한 가솔린 차량용 연료 절감장치를 제공코자 한 것이다.

즉, 본 발명은 연료탱크(2) 내의 연료는 연료공급관(6)과 배관 연결되며 흡기 메니폴드(3a)에 설치된 인젝터(5)로 연소실(3)에 공급하며, 에어크리너(7)로 공급되는 공기는 공기공급호스(8)와 스로틀 밸브(9)에 의해 공급량이 조절되는 서지탱크(surge tank)(10)를 통해서 흡기 메니폴드(3a)로 공급하여 인젝터(5)로 분사되는 연료와 함께 혼합가스 상태로 연소실(3)에 공급하며, 배기 메니폴드(3b)에는 ECU(4)와 전기적으로 연결된 산소센서(11)를 마련하여 공급되는 연료 및 공기의 량을 조절할 수 있게 하고, 연료탱크(2)와 서지탱크(10)간에는 캐니스트 진공호스(12)를 연결하여 연료탱크(2)에서 발생하는 증발가스를 공급하도록 한 연료공급장치(1)에 있어서, 에어크리너(7)에서 서지탱크(10)로 공기를 공급하는 공기공급호스(8)의 중도에 공기청정기(13)를 설치하여 서지탱크(10)로 공급되는 공기 중에 다량으로 포함되어 있는 연소 방해물질인 NO_X, SO_X, CO_X를 산화시켜 연소효율을 높이고 공해물질 배출을 줄일 수 있으며, 연료탱크(10)와 인젝터(5)를 연결하는 연료공급관(6)의 중도에는 T형 이음관(15)을 결합하고, 이음관(15)에는 인젝터(5)로 공급되는 연료의 일부를 공급받을 수 있게 관체(16)를 연결하되, 관체(16)의 선단에는 공기공급호스(8)에 결합된 분사노즐(17)과 연결하고, 관체(16)로 공급되는 연료 량은 연료조절수단에 의해 조절되게 하여 서지탱크(10)로 공급되는 공기를 미세혼합가스화 함으로써 연료 사용량을 줄이도록 한 것이다.

연료공급장치, 연료절감, 미세혼합가스, 서지탱크, 연소실

Description

가솔린 차량용 연료 절감장치{Fuel saving apparatus for gasoline cars}

도 1은 종래의 연료공급장치 계통도

도 2는 본 발명에 따른 연료공급장치 계통도

도 3, 4는 본 발명에 적용된 공기청정기 구성을 보인 단면도

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

종래기술

1:연료공급장치 2:연료탱크

3:연소실 3a:흡기 메니폴드

3b:배기 메니폴드 4:ECU

5:인젝터 6:연료공급관

7:에어크리너 8:공기공급호스

9:스로틀 밸브 10:서지탱크

11:산소센서 12:캐니스트 진공호스

본 발명

A:연료절감장치 13,14:공기청정기

15:이음관 16:관체

17:분사노즐 18:압력조절밸브

19:압력조절용 ECU 20:케이싱

20a:내부공간 21:흡입공간

22:배출공간 23:다공관

24:촉매물질

본 발명은 가솔린 차량용 연료 절감장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공기청정기를 통해 서지탱크(surge tank)에 공급되는 공기 중에 연료의 일부를 1차 분사하여 미세혼합가스 상태로 만든 다음 연소실에 공급하여 연소를 촉진시킴으로써 출력은 높이고, 공해물질 배출을 최소화할 수 있는 효과도 동시에 득하면서 연료를 획기적으로 절감할 수 있게 한 가솔린 차량용 연료 절감장치를 제공코자 한 것이다.

가솔린 차량 엔진은 연소실 내에 공급되는 연료와 공기가 도 1에 도시된 바와 같이 이루어지게 된다.

즉, 연료공급장치(1)는 연료탱크(2) 내의 연료는 연료공급관(6)과 배관 연결되고 ECU(4)에 의해 분사량이 조절되며 흡기 메니폴드(3a)에 고정 설치된 인젝터(5)로 연소실(3) 내에 공급하며, 에어크리너(7)에서 공급되는 공기는 공기공급호스(8)와 스로틀 밸브(9)에 의해 공급량이 조절되는 서지탱크(surge tank)(10)를 통해서 흡기 메니폴드(3a)로 공급하여 인젝터(5)로 분사되는 연료와 적당한 비율(공기14.7:연료1)로 혼합시켜 연소실(3)에 공급하며, 흡기 메니폴드(3a)에 공급되는 연료 및 공기 량은 배기 메니폴드(3b)에 결합되어 있는 ECU(4)와 전기적으로 연결된 산소센서(11)에 의해 배기가스 농도가 검출되어 조절되게 하고, 연료탱크(2)와 서지탱크(10)간에는 캐니스트 진공호스(12)를 연결하여 서지탱크(10)에서 흡기 메니폴드(3a)로 공기가 공급될 때의 압력 차에 의해 연료탱크(2)에서 발생하는 증발가스가 공급토록 한 구성이다.

그러나 상기한 구성으로 이루어지는 종래의 연료공급장치(1)는 에어크리너(7)에서 공급되는 공기에서 미세 먼지 등이 걸러진 상태로 공급되기는 하나, 공기 중에는 연소 방해물질인 NO_X, SO_X, CO_X가 다량(약 80%) 포함되어 있어 연소효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었고, 이와 같이 연소효율이 떨어지게 되면 자연히 엔진 출력이 저하되므로 이를 보상하기 위해 흡기 메니폴드(3a)로 공급되는 연료 량이 증가하게 되어 연료 사용량이 많아지게 되는 등의 문제점이 있었던 것으로, 연소효율을 높이고, 출력을 증대시킬 수 있으면서도 연료공급량을 획기적으로 절감할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있었다.

이에 본 발명자는 상기한 바와 같은 종래의 연료공급장치에서 발생하는 제반 문제점을 일소코자 본 발명을 연구한 것이다.

즉, 본 발명에서는 서지탱크로 공급되는 공기 중에 포함되어 있는 NO_X, SO_X, CO_X를 공기청정기로 산화시켜 연소효율을 향상시킴과 아울러 배기 가스중의 공해물질 배출을 최소화하고, 연료탱크로부터 공급되는 연료의 일부를 서지탱크 또는 서지탱크로 공기를 공급하는 공기공급호스 내에 분사하여 서지탱크 내의 공기를 미세혼합가스로 만든 상태에서 연소실에 공급되게 함으로써, 연소실 내에서의 폭발력을 높여 적은 연료로도 고출력을 발휘할 수 있게 한 가솔린 차량용 연료 절감장치를 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 연료공급장치 계통도를 도시한 것으로서, 이하에서 본 발명의 구성을 설명하기로 한다. 단 종래와 동일부재에 대해서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 동일부호를 사용하여 설명하기로 한다.

본 발명에서 제공하는 연료절감장치(A)는 도시된 바와 같이 연료탱크(2) 내의 연료는 연료공급관(6)과 배관 연결되고 ECU(4)에 의해 분사량이 조절되며 흡기 메니폴드(3a)에 고정 설치된 인젝터(5)로 연소실(3) 내에 공급하며, 에어크리너(7)에서 공급되는 공기는 공기공급호스(8)와 스로틀 밸브(9)에 의해 공급량이 조절되는 서지탱크(surge tank)(10)를 통해서 흡기 메니폴드(3a)로 공급하여 인젝터(5)로 분사되는 연료와 적당한 비율(공기14.7:연료1)로 혼합시켜 연소실(3)에 공급하며, 흡기 메니폴드(3a)에 공급되는 연료 및 공기의 량은 배기 메니폴드(3b)에 결합되어 있는 ECU(4)와 전기적으로 연결된 산소센서(11)에 의해 배기가스 농도가 검출되어 조절되며, 연료탱크(2)와 서지탱크(10)간에는 캐니스트 진공호스(12)를 연결하여 서지탱크(10)에서 흡기 메니폴드(3a)로 공기가 공급될 때의 압력 차에 의해 연료탱크(2)에서 발생하는 증발가스를 공급토록 한 연료공급장치(1)를 적극적으로 개량한 것이다.

즉, 본 발명에서는 에어크리너(7)에서 서지탱크(10)로 공기를 공급하는 공기공급호스(8)의 중도에 공기청정기(13)를 설치하여 서지탱크(10)로 공급되는 공기 중에 다량으로 포함되어 있는 연소 방해물질인 NO_X, SO_X, CO_X를 산화시킬 수 있도록 하고, 상기 캐니스트 진공호스(12)의 중도에도 외기를 흡입할 수 있는 공기청정기(14)를 결합하여 에어크리너(7)측에서 공급되는 공기와 서지탱크(10)에서 혼합되게 한다.

상기 연료탱크(2)와 인젝터(5)를 연결하는 연료공급관(6)의 중도에는 T형 이음관(15)을 연결하고, 이음관(15)에는 인젝터(5)로 공급되는 연료의 일부를 공급받을 수 있게 관체(16)를 연결하되, 관체(16)의 선단에는 공기공급호스(8) 또는 서지탱크(10)에 연료를 분사할 수 있게 결합되어 있는 분사노즐(17)과 연결하여 서지탱 크(10) 내에 있는 공기를 미세혼합가스화 시킬 수 있게 한다. 상기 분사노즐(17)은 연료를 미세한 물방울 상태로 분사하거나 또는 연료를 기화시킨 기체 상태로 분사할 수 있는 것 등을 선택적으로 적용할 수 있다.

상기 이음관(15)의 결합은 연료공급관(6)의 중간을 절단하여 설치할 수도 있으나, 엔진의 진동이 연료공급관(6)으로 전이(轉移)되는 것을 방지할 목적으로 결합되어 있는 고무관등을 선택하여 결합함이 바람직하다. 또한 별로도 보조연료탱크(미도시)를 마련하고 이에 관체(16)를 연결하여 분사노즐(17)로 연료를 공급할 수 있게 구성하여도 무방하다.(도면 중 점선으로 도시됨)

상기 관체(16)에 결합된 분사노즐(17)로 공급되는 연료는 흡기 메니폴더(3a)에 공급되는 연료의 약 1/5에 해당하는 연료가 공급되게 함이 바람직하다. 즉, 이를 위해서는 연료조절수단이 필요하게 되는바, 본 발명에서는 연료조절수단으로 관체(16)의 중도에 수동 조작으로 개폐되는 압력조절밸브(18)를 설치하여 연료공급관(6)으로 공급되는 이송압력의 약 20%에 해당하는 압력으로 연료가 공급되게 조절할 수 있도록 한다.

또는 전기적으로 작동하는 압력조절용 ECU(19)에 의해 분사노즐(17)이 별도로 제어되게 한다. 이때 압력조절용 ECU(19)는 엔진 회전수에 따라서 제어되는데 엔진 회전수가 낮으면 연료 공급을 중단하고, 엔진 회전수가 높아지면 연료를 공급하게 된다.
상기 공기청정기(13)는 도 3,4에 도시된 바와 같이 단면상으로 볼 때 원형의 파이프형 케이싱(20)의 내부공간(20a) 양측으로 흡입공간(21)과 배출공간(22)이 형성되며, 흡입공간(21)과 배출공간(22)은 다공관(23)으로 상호 연결 구성하고, 내부공간(20a)에는 촉매물질(24)을 충진한 구성이다.

촉매물질(24)로는 공기중의 미세입자를 포집하는 활성탄, 이산화황, 탄산가 스 등 산성기체를 포집하는 이산화규소(SiO₂), 공기중의 NO_X를 포집하여 연소 가능한 질산알루미늄의 염을 생성하는 산화알미늄(Al₂O₃), 미연소 일산화탄소 및 미연소 탄화수소를 산화시켜 엔진효율을 높이는 팔라듐촉매, 미연소 일산화탄소 및 이산화탄소를 제거해 주고 NO_X를 NO₂와 NO로 산화시켜 질산산화철염을 생성하여 엔진 효율을 향상시키는 산화제2철(Fe₂O₃), 공기중의 비금속 산화물을 비금속산화물의 금속염으로 되게 하여 청정공기로 전환하게 하는 산화마그네슘(MgO), 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 및 질소 산화물을 칼슘염으로 제거하여 청정공기로 변환시켜 주는 역할을 하는 산화칼슘(CaO), 공기중의 오존과 비금속 산화물의 혼합물을 제거해 주는 Moleculan Sieve, 공기중의 비금속산화물이 금속산화물의 염으로 될 때 전이금속티탄늄(Ti)의 a궤도 전자가 비금속원자들의 P궤도 전자들과 쉽게 결합하여 청정산소만 연소실(3)로 공급하는 이산화티타늄(TiO₂)을 적정비율로 혼합한 것으로서, 이는 본 발명자가 출원 등록한바 있는 특허 제21316호의 기술이다.

도면중 미설명 부호 25는 엔진을 도시한 것이고, 26은 연료공급관(6)에서 인젝터(5)로 공급되고 남은 연료를 연료탱크(2)로 보내는 리턴관을 도시한 것이고, 27은 ECU(4)에 전기적으로 연결되는 가속페달을 도시한 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 가솔린 차량에 적용하여 연료를 절감할 수 있도록 한 것으로서, 이하에서 본 발명의 작용에 따른 효과 등을 설명하기로 한다.

엔진(25)을 가동시키기 위해 전원을 인가하게되면 에어크리너(7)를 통해 공급되는 공기가 서지탱크(10)를 경유하여 연소실(3)로 공급되고, 연료탱크(2)에 내입되어 있는 연료는 일정한 압력으로 연료공급관(6)을 통해 인젝터(5)에 공급되어 공기와 약 14.7:1의 비율로 연소실(3)에 분사되며, 이때 ECU(4)에서는 인젝터(5)를 통해 엔진(25)의 연소실(3)로 공급되는 연료 량을 적당하게 제어함과 동시에 점화플러그에 전원을 인가하여 스파크를 발생시켜 연소실(3)에 공급되어 있는 혼합가스를 폭발시킴으로써 엔진(25)을 구동되는 것으로,

본 발명은 에어크리너(7)에서 1차로 미세 먼지 등이 걸러진 공기가 이동하는 공기공급호스(8)에 결합되는 공기청정기(13)와, 연료탱크(2)에서 발생하는 가스가 이동하는 캐니스트 진공호스(12)의 중도에 설치되어 외기를 흡입하는 공기청정기(14)에 의해 연소 방해물질인 NO_X, SO_X, CO_X가 산화된 상태로 서지탱크(10)에 공급된다. 즉, 서지탱크(10)로 공급되는 공기는 공기청정기(13)의 흡입공간(21)으로 유입되어 다공관(23)을 따라서 배출공간(22)으로 이동하는 과정에서 케이싱(20)의 내부공간(20a)에 충진되어 있는 활성탄, 이산화 규소 (SiO₂), 산화알미늄(Al₂O₃), 팔라듐촉매, 산화제2철(Fe₂O₃), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO), Moleculan Sieve, 이산화티타늄을 혼합 구성한 촉매물질(24)에 의해 연소 가능한 상태로 산화되므로 연소실(3) 내로 공급될 시 연소효율을 높이면서도 연소가스의 극대화시킬 수 있는 것이다.

그리고 본 발명에서 제공코자 하는 핵심적인 기술인 연료절감의 경우 상기와 같이 엔진(25)이 구동됨과 동시에 연료공급관(6)으로 공급되는 연료중 일부가 T형 이음관(15)과 관체(16)를 통해 공기공급호스(8) 또는 서지탱크(10)에 결합되어 있는 분사노즐(17)에 공급 분사되어 서지탱크(10) 내부에 있는 공기를 미세혼합가스로 만든 다음 연소실(3)로 공급함으로써, 연료 사용량을 줄일 수 있게 되는 것이다.

즉, 서지탱크(10)로 공급되는 공기를 미세혼합가스로 만들고 이를 연소실(3)에 연료분사 시에 함께 공급하게 되므로 연소실(3) 내의 연소조건이 향상되어 폭발력이 커지게 된다. 최초 시동 시에는 폭발력이 증가된 상태이므로 RPM이 상승하게 된다.

이러한 상태에서 연소실(3)에서 폭발된 배기가스는 배기 메니폴드(3b)를 통해 배기되며, 이때 배기 메니폴드(3b) 측에 결합되어 있는 산소센서(11)에 의해 배기가스 농도가 감지되며, 감지된 신호는 ECU(4)로 전달된다. 이때 ECU(4)에서는 연소실(3)로 과도한 연료가 공급됨을 감지하여 인젝터(5)로 분사되는 연료 량을 줄이게 되므로 결국에는 전체적인 연료 사용을 절감할 수 있게 되는 것이다.

한편 공기공급호스(8) 또는 서지탱크(10)에 분사되는 연료량은 인젝터(5)를 통해 연소실(3)에 공급되는 연료량의 약 1/5정도 투입하면 되는 것으로, 본 발명에서는 연료조절수단으로 관체(16)의 중도에 수동 조작되는 압력조절밸브(18)가 설치되어 있거나, 또는 분사노즐(17)을 엔진의 회전수에 따라 작동하게 되는 압력조절용 ECU(19)에 의해 전기적으로 제어되게 함으로써, 공기공급호스(8) 또는 서지탱크(10)에 분사되는 연료량을 쉽게 조절할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서는 에어크리너(7)에서 서지탱크(10)로 공기를 공급하는 공기공급호스(8)와 연료탱크(2)에서 발생하는 연료가스를 서지탱크(10)로 공급하는 캐니스트 진공호스(12)의 중도에 공기청정기(13)(14)를 설치하고, 연료공급관(6)의 중도에는 상기 공기공급호스(8) 또는 서지탱크(10)에 설치되는 분사노즐(17)과 연결되는 관체(16)를 배관하는 극히 간단한 방법으로 연소효율을 높여 배기가스 중의 공해물질 배출을 저감시킴과 더불어 연소 사용량을 획기적으로 절감할 수 있는 등 다수의 효과가 제공되는 실익이 보장되는 매우 유용한 발명이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서는 에어크리너(7)에서 서지탱크(10)로 공기를 공급하는 공기공급호스(8)와 연료탱크(2)에서 발생하는 연료가스를 서지탱크(10)로 공급하는 캐니스트 진공호스(12)의 중도에 공기청정기(13)(14)를 설치하고, 연료공급관(6)의 중도에는 상기 공기공급호스(8) 또는 서지탱크(10)에 설치되는 분사노즐(17)과 연결되는 관체(16)를 배관하는 극히 간단한 방법으로 연소효율을 높여 배기가스 중의 공해물질 배출을 저감시킴과 더불어 연료 사용량을 획기적으로 절감할 수 있는 등 다수의 효과가 제공되는 실익이 보장되는 매우 유용한 발명이다.

Claims (7)

1. 흡기 메니폴드(3a)에 설치된 인젝터(5)를 연료공급관(6)에 배관 연결하여 연료탱크(2) 내의 연료를 연소실(3)에 공급하며, 에어크리너(7)를 통해 공급되는 공기는 공기공급호스(8)와 스로틀 밸브(9)로 공급량이 조절되는 서지탱크(surge tank)(10)를 통해서 흡기 메니폴드(3a)로 공급하여 인젝터(5)로 분사되는 연료와 함께 연소실(3)에 공급하며, 배기 메니폴드(3b)에는 ECU(4)와 전기적으로 연결된 산소센서(11)를 마련하여 공급되는 연료 및 공기의 량을 조절할 수 있게 하고, 연료탱크(2)와 서지탱크(10)간에는 캐니스트 진공호스(12)를 연결하여 서지탱크(10)에서 흡기 메니폴드(3a)로 공기가 공급될 때의 압력 차에 의해 연료탱크(2)에서 발생하는 증발가스가 공급되게 하며, 연료탱크(10)와 인젝터(5)를 연결하는 연료공급관(6)의 중도에는 T형 이음관(15)을 결합하고, 이음관(15)에는 인젝터(5)로 공급되는 연료의 일부를 공급받을 수 있게 관체(16)를 연결하되, 관체(16)의 선단에는 공기공급호스(8) 또는 서지탱크(10) 중 어느 하나에 선택적으로 결합된 분사노즐(17)과 연결한 연료공급장치에 있어서,

   상기 관체(16)에서 서지탱크(10)로 공급되는 연료량은 분사노즐(17)과 전기적으로 연결 구성된 연료조절수단인 압력조절용 ECU(19)에 의해 전자적으로 제어되어 엔진의 회전수에 따라 가감되게 한 것을 특징으로 하는 가솔린 차량용 연료 절감장치.
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