KR101198674B1 - 연료 플러깅 방지 연료 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 차량의 연료 필터에 고주파 진동 장치를 설치하여 극저온 환경 조건하에서 디젤 연료에 왁싱 현상이 발생하면 연료에 고주파 진동을 인가하여 연료가 액상화되도록 하여 디젤 엔진의 냉시동성을 향상시키고 아이들 안정성을 확보하는 연료 플러깅 방지 연료 필터에 관한 것으로서, 디젤 차량의 연료 필터에 있어서, 차량의 냉각수 온도를 측정하는 수온 센서(20), 상기 수온 센서(20)의 측정값에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부(30), 상기 연료 필터(10)에 설치되고 상기 제어부(30)의 제어에 의해 동작하는 고주파 진동자(50)로 구성된다.

디젤 차량, 디젤 엔진, 냉시동, 극저온, 왁스, 플러깅

Description

연료 플러깅 방지 연료 필터{A fuel filter for anti-plugging in diesel engine}

도 1은 디젤 연료의 플러깅 현상 발생을 설명하기 위한 도면.

도 2a는 정상 연료의 필터 엘리먼트 통과를 설명하는 도면.

도 2b는 연료의 플러깅 현상을 설명하는 도면.

도 3은 극저온 냉간 운전시 플러깅 현상에 의한 엔진 회전속도 변화를 나타내는 그래프.

도 4a는 종래의 기술에 의한 연료 필터에 설치되는 연료 히터의 구성을 나타내는 단면도.

도 4b는 종래의 기술에 의한 디젤 냉시동성 향상을 위해 장착되는 글로우 플러그의 구성을 나타내는 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 연료 플러깅 방지 연료 필터의 일 실시예의 구성을 나타내는 측면도.

도 6은 본 발명에 의한 연료 플러깅 방지 연료 필터의 다른 실시예의 구성을 나타내는 측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 연료 필터 20 : 수온 센서

30 : 제어부 40 :타이머

50 : 고주파 진동자 60 : 연료 히터

본 발명은 디젤 엔진의 연료 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤 차량의 연료 필터에 고주파 진동 장치를 설치하여 극저온시 디젤 연료에 왁싱 현상이 발생되면 연료에 고주파 진동을 인가하여 연료가 액상화되도록 하는 연료 플러깅 방지 연료 필터에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 효율이 우수하고 이산화탄소의 배출량이 낮아 버스, 트럭 등 상용 차량뿐만 아니라 승용차량에도 탑재되는 추세이다.

특히, 최근에는 연료를 고압으로 분사하는 커먼레일 시스템을 사용하여 기존의 기계식 디젤 엔진에 비해 성능이 향상되고, 매연은 상대적으로 감소시켜 그 수요가 점점 증가하고 있는 추세이다.

그러나, 가솔린 연료에 비해 끓는점이 높고 분자구조가 복잡하여 동절기, 특히 대기온이 -20℃ 이하로 강하되는 혹한지역 조건에서는 시동성이 급격히 나빠지는 취약점이 있다.

보통 커먼레일 시스템을 사용하고 있는 디젤 엔진 시스템에서는 소형, 대형에 관계없이 연소실 내 글로우 플러그라는 별도의 열원을 두거나, 흡기포트 전단에 공기를 가열하도록 에어히터를 설치하여 냉시동성 시간의 단축을 꾀하고 있다.

기존 대부분의 디젤 엔진 시스템을 채용한 차량에 있어서는 동절기시, 대기 혹은 냉각수온도가 -15℃ 이하, 특히 -20℃ 이하로 강하되는 혹한기에는 연료가 고형화되어 굳어지는 왁싱(waxing) 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

연료 성분에 의해 왁싱의 정도가 변화하기는 하지만, -20℃ 이하의 극저온에서는 필수적으로 발생된다.

이러한 왁싱 상황은 도 1에 도시되어 있는 바와 같다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 경유(a), 바이오 디젤 5%(b), 바이오 디젤 20%(c)와 같은 연료의 성분에 따라 왁싱 현상의 정도가 다르게 나타나고 있으나, 젤 형상의 불투명 결정체가 발생되는 왁싱 현상은 공통적으로 발생되고 있음을 알 수 있다.

따라서, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이 정상적인 연료의 경우에는 필터 엘리먼트(1a)를 용이하게 통과하지만, 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이 왁싱 현상이 발생되어 있는 연료는 젤 형상의 불투명 결정체에 의해 연료가 필터 엘리먼트(1a)를 통과하기 어렵게 되어 있다.

이와 같이, 디젤 엔진이 연료의 운점 이하에서 운전되는 경우, 왁스 결정체가 형성되어 디젤 연료와 함께 순환하며, 연료필터의 필터 엘리먼트를 막는 플러깅(Plugging) 현상이 발생되었다.

플러깅 현상으로 인해 연료 공급 라인에는 부압이 형성되고, 파이프 접속 부분 등으로부터 공기가 유입되거나 진공이 발생하여, 디젤 분사 시스템인 커먼레일에서의 분사압 형성이 곤란하게 된다. 이로 인해 엔진 회전수의 심한 변동이 발생하고, 냉시동간 엔진 시동 안정성을 저해하는 주요인이 된다.

도 3은 극저온 냉간 운전시 플러깅 현상에 의한 엔진 회전속도 변화를 나타내는 그래프로서, a 부분은 플러깅 현상에 의해 연료 공급이 어려워져 엔진 회전수가 불균일하게 나타나고 있음을 도시하고 있다.

이를 방지하기 위해 CFPP(Cold Filter Plugging Point)가 낮은 연료를 사용하는 방법이 강구되어 있으나, 연료 성분 가운데 윤활 성질을 갖는 파라핀 성분이 줄어 연료 분사 시스템의 윤할성을 저하시켜 결국 내구성을 악화시키는 문제점이 있었다.

또한, 도 4a와 도 4b에 도시되어 있는 바와 같이 연료필터-히터(2)와 글로우 플러그(3) 시스템을 사용하여, 연료 분사 시스템(Fuel Injection Equipment, FIE)에 연료가 공급되기 전 예열하는 방식 혹은 분사된 연료에 직접 열에너지를 가하는 방식을 사용하고 있으나, 차량의 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 디젤 차량의 연료 필터에 고주파 진동 장치를 설치하여 극저온시 디젤 연료에 왁싱 현상이 발생되면 연료에 고주파 진동을 인가하여 연료가 액상화되도록 하는 연료 플러깅 방지 연료 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 연료 플러깅 방지 연료 필터의 일 실시예의 구성을 나타내는 측면도로서, 디젤 차량의 연료 필터에 있어서, 차량의 냉각수 온도를 측정하는 수온 센서(20), 상기 수온 센서(20)의 측정값에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부(30), 상기 연료 필터(10)에 설치되고 상기 제어부(30)의 제어에 의해 동작하는 고주파 진동자(50)로 구성되어 있음을 도시하고 있다.

엔진 정지 후 시간을 카운트하는 타이머(40)를 추가로 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명에 의한 연료 플러깅 방지 연료 필터의 다른 실시예의 구성을 나타내는 측면도로서, 상기 연료 필터(10)에는 연료히터(60)가 추가로 설치되는 것을 도시하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명한다.

디젤 차량의 연료 필터(10)는 연료 탱크(미도시)에 저장되어 있던 연료를 디젤 엔진으로 공급하는 경로상에 설치되어 있다.

이와 같이 디젤 엔진에 연료를 공급할 때, 영하 20 도 이하의 온도 조건인 상황에서 8시간 이상 엔진이 정지되어 있으면, 왁싱 현상이 발생하게 된다.

이와 같은 현상을 방지하기 위하여 본 발명을 사용하도록 한다.

우선, 디젤 차량의 냉각 장치에는 디젤 엔진의 냉각수 온도를 측정하는 수온 센서(20)를 설치한다.

수온 센서(20)는 신호선으로 제어부(30)와 연결하고, 제어부(30)는 신호선에 의해 고주파 진동자(50)와 연결된다.

또한, 제어부(30)에는 타이머(40)가 신호선으로 연결되어 있다. 이 타이머(40)는 엔진이 정지되면 시간 카운트를 시작하고, 카운트한 시간이 8시간을 넘으면 신호를 출력하여 제어부(30)로 입력되도록 한다.

따라서, 수온 센서(20)에 의해 냉각수의 온도가 영하 20℃이고, 타이머(40)에 의해 카운트된 시간 즉, 엔진이 정지하고 있던 시간이 8시간 이상이면 제어부(30)는 제어 신호를 출력하여 고주파 진동자(50)가 동작하도록 한다.

또한, 연료 필터(10)에는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 연료의 온도를 상승시켜 왁싱 현상을 방지하기 위한 연료 히터(60)가 추가로 설치될 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

디젤 차량의 주행을 위해 운전자는 차량에 탑승한 상태에서 시동키를 사용하여 엔진을 시동하게 된다.

시동키를 조작하면, 차량의 여러 구성 요소에 전원이 인가되고 이때, 수온 센서(20)에도 전원이 인가되어 수온 센서(20)가 동작하게 된다.

수온 센서(20)는 차량의 냉각수 온도를 측정하여 해당하는 신호를 출력한다. 따라서, 수온 센서(20)에서 측정된 냉각수 온도가 영하 20℃ 이하인 경우에는 디젤 연료에 왁싱 현상이 발생하므로 본 발명을 사용하게 된다.

그러나, 냉각수 온도가 영하 20℃ 이상인 경우에는 본 발명을 사용하지 않고, 통상의 연료 시스템 제어 장치를 사용하도록 한다.

또한, 냉각수 온도가 영하 20℃ 이하인 경우라 하더라도, 최종적인 엔진 동작이 가까운 시기에 있었다면, 디젤 연료에 왁싱 현상이 발생되지 않게 된다.

따라서, 엔진 동작이 정지되면서 타이머(40)가 시간 카운트를 시작하고, 카운트된 시간이 일정 시간(예: 8시간) 이상인지 판단하도록 한다.

그러므로, 수온 센서(20)에 의해 측정된 냉각 수온이 영하 20℃ 이하이고, 가장 최근의 엔진 동작이 8시간 이전에 있던 것으로 판단되면, 제어부(30)는 고주파 진동자(50)가 동작하도록 제어 신호를 출력한다.

제어부(30)에서 출력되는 제어 신호에 의해 고주파 진동자(50)가 동작하면 고주파 진동이 발생하여 왁싱 상태의 연료에 인가된다. 왁싱 상태의 연료에 인가되는 고주파 진동에 의해 젤 상태로 되어 있던 연료는 액상화가 진행된다.

한편, 왁싱이 진행되어 있는 연료에 계속적인 진동이 인가되면 진동에 의한 에너지가 연료에 축적되면서 일부는 열에너지로 변환되어 연료의 액상화가 더욱 신속하게 진행된다.

이후, 액상화된 연료는 연료 필터(10) 내부에서 여과된 후, 커먼레일 연료 분사 시스템으로 공급되어 엔진의 동작에 사용된다.

또한, 왁싱이 발생되어 있는 디젤 연료의 액상화를 가속하기 위해 연료 필터의 내부 일측에 히터(60)를 설치하도록 한다.

시동키의 조작시, 수온 센서(20)와 타이머(40)에서 출력되는 신호에 의해 제어부(30)가 고주파 진동자(50)를 동작시키는 것과 동시에 히터(60)에 전원이 인가되도록 하면 히터(60)에서 발열되는 열에 의해 왁싱이 진행되어 있는 연료의 왁싱이 제거된다.

이후, 엔진이 시동되고 왁싱이 제거된 연료에 의해 엔진의 아이들 안전성이 확보되면 제어부(30)는 고주파 진동자(50)와 히터(60)의 동작을 정지한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 디젤 차량의 연료 필터에 고주파 진동 장치를 설치하여 극저온시 디젤 연료에 왁싱 현상이 발생되면 연료에 고주파 진동을 인가하여 연료가 액상화되도록 하여 디젤 엔진의 냉시동성을 향상시키고 아이들 안정성을 확보하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 디젤 차량의 연료 필터에 있어서,

   차량의 냉각수 온도를 측정하는 수온 센서(20)와;

   상기 수온 센서(20)의 측정값에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부(30)와;

   상기 연료 필터(10)에 설치되고 상기 제어부(30)의 제어에 의해 동작하는 고주파 진동자(50);

   를 포함하여 구성되고,

   엔진 정지 후 시간을 카운트하는 타이머(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 플러깅 방지 연료 필터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 연료 필터(10)에는 연료히터(60)가 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 연료 플러깅 방지 연료 필터.

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