KR101585438B1 - 연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조 - Google Patents

연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료탱크로부터 이송된 연료의 불순물을 제거하는 연료필터, 상기 연료필터로부터 이송된 연료를 엔진으로 공급하는 연료펌프, 상기 연료펌프로부터 공급받은 연료를 엔진으로 분사하는 커먼레일 및 인젝터, 엔진 작동 및 연료의 공급을 제어하는 ECU, 일측은 상기 연료탱크와 연결되고 타측은 상기 연료필터와 연결되어 연료를 공급하거나 회수하는 모터, 상기 ECU 및 모터에 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 이루어져, 연료필터 및 각 라인에 남아있는 연료를 회수하여, 혹한기 조건하에서 별도의 히터를 사용하지 않으면서도 차량 외부에 노출된 연료의 동결을 방지할 수 있는 연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조에 관한 것이다.

Description

연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조{Structure for preventing fuel freezing of diesel vehicle using collecting fuel}
본 발명은 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혹한기 조건하에서 히터를 사용하지 않으면서도 차량 외부에 노출된 연료의 동결을 방지할 수 있는 연료 동결 방지 구조에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 높은 열효율과 저 연료비 등의 이점이 있어 산업용이나 선박 및 차량용 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 연료 분사 방법이나 엔진회전 방법 등을 개선하여 출력 성능을 향상시키고 매연을 감소시키는 등의 개선이 꾸준히 이루어져 그 적용 범위 및 대상이 증가되고 있는 상태이다.
또한 디젤엔진의 연료로 사용되는 디젤유에는 다량의 불순물과 수분이 함유되어 있어 이를 제거하는 필터링 과정이 필요하며, 필터링을 위하여 연료필터를 장착하여 사용하고 있다.
즉, 도1 에 도시된 바와 같이, 연료탱크(1)로부터 연료필터(2)로 연료가 공급되어 불순물을 제거하고, 이후 연료펌프(3) 및 커먼레일(4)을 거쳐 인젝터(5)에 의하여 엔진 내부로 디젤 연료가 분사된다.
이와 같이 연료필터를 거친 순수한 디젤 연료를 엔진으로 공급함으로서, 불순물에 의한 엔진의 손상 및 고장을 사전에 예방할 수 있으며, 순수한 연료만의 기화로 인해 완전연소가 이루어져 불완전연소에 의한 배기가스의 방출을 최소한으로 줄여 배기가스에 의한 환경오염을 줄일 수 있다.
그런데, 디젤 연료의 특성상 연료에 함유된 불순물 중 파라핀이 포함되어 있는데, 파라핀은 착화성능이 우수하고 발열량이 높아 디젤 연료에 필수적으로 포함되어야 하는 첨가제이며, 이러한 파라핀은 상온에서는 액체 상태이지만, 저온에서는 왁스(WAX) 형태로 응고되는 성질을 가지고 있다.
특히, -17℃ 이하의 혹한기와 같이 겨울철에 기온이 하강될 경우, 연료 내에 함유된 파라핀의 점도가 증가하여 필터 카트리지 등에 응고하게 되며, 연료 필터로 공급된 연료의 흐름이 저하되고 연료의 공급이 불안정해지며, 엔진의 시동이 꺼지거나 백연이 과다하게 발생되고, 차량 주행중 출력이 부족하거나 가속성이 불량해지는 등 많은 문제점이 발생된다.
따라서 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 연료필터에는 응고된 디젤 연료의 점성을 낮추어 원활한 연료 공급을 가능하게 하는 히팅 시스템이 적용되고 있으나, 별도의 히팅 시스템을 구비하기 때문에 중량 및 원가의 상승을 초래할 뿐만 아니라, 히팅 시스템은 순간적으로 국소부위를 가열할 뿐이어서 응고된 연료의 점성을 낮추는 효과가 미비하며, 또한 일반적으로 연료탱크, 연료필터 및 이를 연결하는 배관 등이 차량 외부에 위치하게 되어, 연료필터에서의 히팅 만으로는 연료계 내부에 잔존하는 연료의 응고를 방지할 수 없어, 상기한 바와 같은 문제점이 동일하게 발생하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 연료필터 및 각 라인에 남아있는 연료를 회수하여, 별도의 히터를 사용하지 않으면서도 혹한기의 연료 동결을 방지할 수 있는 연료 동결 방지 구조를 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 디젤 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료탱크로부터 이송된 연료의 불순물을 제거하는 연료필터, 상기 연료필터로부터 이송된 연료를 엔진으로 공급하는 연료펌프, 상기 연료펌프로부터 공급받은 연료를 엔진으로 분사하는 커먼레일 및 인젝터, 엔진 작동 및 연료의 공급을 제어하는 ECU, 일측은 상기 연료탱크와 연결되고 타측은 상기 연료필터와 연결되어 연료를 공급하거나 회수하는 모터, 상기 ECU 및 모터에 전원을 공급하는 배터리를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료탱크와 상기 모터를 연결하는 제1라인, 상기 모터와 상기 연료필터를 연결하는 제2라인 및 상기 연료탱크와 상기 연료필터를 연결하는 제3라인을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 모터는, 상기 연료탱크 및 연료필터로 이송되는 연료 및 공기의 흐름을 발생시키는 펌프를 포함하여 이루어지고, 차량의 시동 상태에 따라 내부의 유로를 선택적으로 개폐하는 4/2를 포함하여 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 차량 시동을 정지하였을 경우에는 모터의 작동에 의하여 연료필터 및 각 라인에 남아있는 연료를 연료탱크로 회수할 수 있으므로, 별도의 히터를 사용하지 않더라도 혹한기의 기후에서도 연료필터 및 각 라인에서 디젤 연료가 동결하는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
또한, 차량 시동을 걸었을 경우에는 모터의 작동에 의하여 연료탱크로부터 연료필터 및 각 라인에 우선적으로 연료를 공급할 수 있으므로, 엔진의 시동성이 향상되고, 차량 제조 원가가 절감되며, 운전자의 편의성을 향상시킬 수 있다.
도1 은 종래 사용되던 연료 공급 과정을 도시한 개략도.
도2 는 차량 시동을 정지하였을 경우 본 발명에 따라 연료가 이송되는 과정을 도시한 개략도.
도3 은 차량 시동을 걸었을 경우 본 발명에 따라 연료가 이송되는 과정을 도시한 개략도.
도4 는 차량 시동을 정지하였을 경우 연료가 모터를 통과하는 과정을 도시한 개략도.
도5 는 차량 시동을 걸었을 경우 연료가 모터를 통과하는 과정을 도시한 개략도.
도6 은 차량 시동을 정지하였을 경우 연료가 이송되는 과정을 도시한 흐름도.
도7 은 차량 시동을 걸었을 경우 연료가 이송되는 과정을 도시한 흐름도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명인 연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조는, 디젤 연료를 저장하는 연료탱크(10), 상기 연료탱크(10)로부터 이송된 연료의 불순물을 제거하는 연료필터(20), 상기 연료필터(20)로부터 이송된 연료를 엔진으로 공급하는 연료펌프(30), 상기 연료펌프(30)로부터 공급받은 연료를 엔진으로 분사하는 커먼레일(40) 및 인젝터(50), 엔진 작동 및 연료의 공급을 제어하는 ECU(60), 일측은 상기 연료탱크(10)와 연결되고 타측은 상기 연료필터(20)와 연결되어 연료를 공급하거나 회수하는 모터(70), 상기 ECU(60) 및 모터(70)에 전원을 공급하는 배터리(80)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상용차 등에 적용되는 연료 공급 장치는 주로 차량의 외부에 설치되어 있으며, 이에 따라 연료탱크, 연료필터 및 각 라인 등이 모두 외부 대기와 직접적으로 맞닿도록 위치하고 있다.
이에 따라 파라핀을 혼합하여 사용하는 디젤 연료는 겨울철과 같은 혹한기에서 왁스(WAX) 형태로 쉽게 응고되는데, 특히 디젤 연료에 포함된 불순물을 제거하는 연료필터에서 그 응고가 빈번히 발생하게 되어, 연료의 흐름이 저하되고 연료의 공급이 불안정해지며, 차량 주행성능이 불량해지는 등의 문제점이 발생하였다.
본 발명은 특히, 연료필터 등에 적용되어 사용되던 히팅 시스템을 적용하지 않고, 연료계에 잔존하는 연료를 회수하여 혹한기와 같은 조건 하에서도 연료가 응고되는 현상을 근본적으로 방지할 수 있다.
즉, 도2 및 도3 에 도시된 바와 같이, 연료탱크(10), 연료필터(20), 연료펌프(30), 커먼레일(40), 인젝터(50) 등이 사용되는 것은 종래의 디젤 차량과 동일하지만, 상기 연료탱크(10) 및 연료필터(20) 사이에 형성되어 연료를 공급하거나 회수할 수 있는 모터(70)를 설치하고, 상기 모터(70)에는 ECU(60)를 연결하여 엔진 작동 및 연료의 공급을 제어하며, 상기 ECU(60) 및 모터(70)에 전원을 공급하는 배터리(80)를 더 포함하여 이루어진다.
이에 따라, 상기 모터(70)의 작동에 의하여 상기 연료필터(20) 및 각 라인에 잔존하는 디젤 연료를 회수할 수 있으며, 또한 상기 연료필터(20) 및 각 라인으로 디젤 연료를 우선적으로 공급할 수 있기 때문에, 디젤 연료의 동결을 방지할 수 있음은 물론, 차량의 시동성 향상 및 편의성을 증대시킬 수 있다.
나아가 본 발명은, 상기 연료탱크(10)와 상기 모터(70) 사이에서 연료의 이동 통로를 제공하는 제1라인(91), 상기 모터(70)와 상기 연료필터(20) 사이에서 연료의 이동 통로를 제공하는 제2라인(92) 및 상기 연료탱크(10)와 상기 연료필터(20) 사이에서 연료의 이동 통로를 제공하는 제3라인(93)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 차량의 시동과정에 따라 본 발명이 작동하는 과정을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
우선, 차량의 시동을 정지하는 경우에는, 연료탱크(10)로부터 엔진으로 계속적으로 공급되던 연료의 흐름이 갑작스럽게 차단되므로 연료필터(20) 및 각 라인에 연료가 남아있게 되는데, 도2 및 도6 에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 남아있는 연료를 회수하여 다시 연료탱크(10)로 이송함으로서, 연료의 동결을 방지할 수 있다.
즉, 차량의 시동을 정지하게 되면, 상기 ECU(60)에서 대기의 온도를 감지하여, 대기의 온도가 미리 설정된 온도 이하(바람직하게는 -10℃ 이하)일 경우에는 상기 모터(70)를 순방향으로 작동하게 되는데, 이 때 순방향이란, 상기 연료탱크(10)로부터 상기 모터(70)를 향하는 방향을 의미하는 것으로서, 상기 모터(70)의 작동에 의하여 상기 연료탱크(10) 내부의 공기를 상기 제1라인(91) 및 모터(70)를 통하여 상기 제2라인(92)을 거쳐 상기 연료필터(20)로 이송하게 된다.
이와 같이 상기 연료탱크(10) 내부에 차있는 공기를 필요에 따라 연료탱크(10) 외부로 방출할 필요가 있으므로, 상기 제1라인(91)은 상기 연료탱크(10)의 상단에 연결되어 공기를 흡입할 수 있도록 이루어지는 것이 좋다.
이후, 상기 연료필터(20)로 이송된 공기에 의하여 상기 연료필터(20) 내부에 잔존하는 연료를 밀어내면서, 상기 제3라인(93)을 통하여 연료를 상기 연료탱크(10)로 이송하게 되어, 상기 연료필터(20) 및 각 라인에 남아있는 디젤 연료를 모두 연료탱크(10)로 회수하게 되는 것이다.
이러한 연료의 회수 과정이 모두 이루어지면, 엔진 작동 및 연료 공급을 제어하였던 ECU(60) 및 모터(70)의 전원을 차단하여 정지상태로 유지한다.
또한, 상기 연료탱크(10)의 상단에는 연료탱크(10) 내부의 압력과 외부의 대기압을 평형 상태로 만들어주기 위한 에어홀이 형성되는 것이 보다 바람직하며, 이에 따라 연료소비시 연료탱크(10) 내부의 압력이 저하되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 연료공급시 탱크 내부의 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다.
이와 반대로, 정지하고 있던 차량의 시동을 거는 경우에는, 상기 연료필터(20) 및 각 라인에 공기가 채워져 있을 뿐 연료가 채워져 있지 않으므로, 우선적으로 연료를 공급할 필요가 있다.
따라서, 도3 및 도7 에 도시된 바와 같이, 차량 시동을 걸면, 상기 ECU(60)에서 상기 연료필터(20) 및 각 라인에 연료가 회수되었는지 여부를 먼저 확인하게 된다.
만약 대기의 온도가 미리 설정된 온도 이상일 경우에는 앞서 살핀 연료의 회수 과정을 거치지 않아, 상기 연료필터(20) 및 각 라인에 연료가 그대로 채워져 있는 상태이므로, 바로 엔진 시동을 걸게 된다.
다만, 대기의 온도가 미리 설정된 온도 이하일 경우에는, 상기 연료필터(20) 및 각 라인에 남아있던 연료가 연료탱크(10)로 모두 회수된 상태이므로, 상기 ECU(60)를 통하여 연료 회수 여부를 확인한 후, 상기 모터(70)를 역방향으로 작동시킨다.
역방향이란, 위의 순방향과 반대의 방향을 의미하는 것으로서, 상기 연료필터(20)에 채워져 있던 공기를, 제2라인(92) 및 모터(70)를 통하여 상기 제1라인(91)을 거쳐 상기 연료탱크(10)로 이송시키게 되는데, 이에 따라 상기 연료필터(20)의 내부는 상대적으로 부압(-압력) 상태를 유지하게 된다.
따라서 상기 연료탱크(10)와 연료필터(20)를 연결하고 있는 제3라인(93)을 통하여, 상기 연료탱크(10)로부터 상기 연료필터(20)로 연료가 이송되면서 상기 연료필터(20) 및 각 라인에 연료가 채워지게 되며, 이후 엔진의 시동을 걸게 된다.
이와 같이 비어있던 연료필터(20) 및 각 라인에 연료를 모두 채우는 시간은 상기 모터(70)의 용량에 따라 결정되므로, 차량의 종류 및 필요한 사양에 따라 다양하게 변화하면서 상기 모터(70)를 설치하는 것이 바람직하며, 또한 연료가 모두 채워지기까지 약간의 시간이 필요하지만, 시동이 걸리기까지는 예열히터가 작동하는 시간이 필요하므로, 대기온에 따른 예열히터의 작동시간을 고려하여 상기 모터(70)의 용량 및 ECU(60) 를 설정할 수 있다.
또한, 차량 시동을 정지하는 경우에는 상기 제1라인(91)으로부터 공기가 흡입되는 것을 고려하여 상기 연료탱크(10)의 상단에 위치하므로, 차량 시동을 거는 경우에는 연료탱크(10)로부터 제3라인(93)을 통하여 연료가 이송되어 연료필터(20)를 채우고 난 이후, 계속적으로 공급되는 연료는 제2라인(92), 모터(70), 제1라인(91)을 거쳐 다시 연료탱크(10)로 회수됨에 있어, 회수된 연료를 연료탱크(10)의 상단에서 내부를 향하여 뿌리기만 하면 충분하다.
상기와 같은 연료의 회수 및 공급 과정에 사용되는 모터(70)는, 상기 연료탱크(10) 및 연료필터(20)로 이송되는 연료 및 공기의 흐름을 발생시키는 펌프(71)를 포함하여 이루어지고, 차량의 시동 상태에 따라 내부의 유로를 선택적으로 개폐하는 4/2 way valve(72)를 포함하여 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
즉, 도4 및 도5 에 도시된 바와 같이, 연료 및 공기의 흐름을 발생시키기 위하여 펌프(71)가 위치하며, 상기 펌프(71)의 양 끝단은 상기 4/2 way valve(72) 중 2개의 포트에 각각 연결되어 있다.
또한, 상기 4/2 way valve(72)의 일측은 상기 제1라인(91)이 연결되어 상기 연료탱크(10)와 연결되고, 상기 4/2 way valve(72)의 다른 일측은 상기 제2라인(92)과 연결되어 상기 연료필터(20)와 연결되어 있다.
이러한 4/2 way valve(72)는 4포트 2웨이 밸브를 의미하는 것으로서, 하나의 밸브에 총 4개의 출구가 형성되며, 전체적으로 2방향으로의 흐름을 조절하도록 형성된 것이다.
즉, 도4 에 도시된 바와 같이, 차량의 시동을 정지하였을 경우에는, 상기 ECU(60)로부터 상기 4/2 way valve(72)로 신호를 전달하여 상기 4/2 way valve(72) 내부에 형성된 개폐부(73)를 수직 방향으로 위치하게 하며, 이에 따라 상기 4/2 way valve(72)의 내부에 형성된 4개의 유로 중에서 대각선 방향으로 위치한 2개의 유로를 폐쇄하고, 수직 방향으로 위치한 2개의 유로를 개방하게 된다.
따라서, 연료탱크(10)-제1라인(91)-4/2 way valve(72)-펌프(71)-4/2 way valve(72)-제2라인(92)-연료필터(20)-제3라인(93)-연료탱크(10)로 이어지는 흐름이 형성되게 되며, 상기 연료탱크(10) 내부의 공기를 상기 연료필터(20)로 이송하면서 연료필터(20) 및 각 라인에 남아있는 연료를 밀어내어 연료탱크(10)로 회수하게 된다.
이와 다르게, 도5 에 도시된 바와 같이, 차량의 시동을 걸었을 경우에는, 상기 ECU(60)로부터 상기 4/2 way valve(72)로 신호를 전달하여 상기 4/2 way valve(72) 내부에 형성된 개폐부(73)를 수평 방향으로 위치하게 하며, 이에 따라 상기 4/2 way valve(72)의 내부에 수직 방향으로 위치한 2개의 유로를 폐쇄하면서, 대각선 방향으로 위치한 2개의 유로를 개방하게 된다.
따라서, 연료탱크(10)-제3라인(93)-연료필터(20)-제2라인(92)-4/2 way valve(72)-펌프(71)-4/2 way valve(72)-제1라인(91)-연료탱크(10)로 이어지는 흐름이 형성되게 되며, 상기 연료필터(20) 내부에 부압을 형성하여 연료탱크(10)로부터 연료필터(20)로 자연스럽게 연료가 채워질 수 있도록 한다.
상기와 같은 4/2 way valve(72)에 의하여 연료 및 공기의 흐름이 ECU(60)의 제어에 따라 2가지 방향으로 각각 설정될 수 있으므로, 상기 펌프(71)는 항상 동일한 한 방향으로만 작동하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 연료탱크 20 : 연료필터
30 : 연료펌프 40 : 커먼레일
50 : 인젝터 60 : ECU
70 : 모터 71 : 펌프
72 : 4/2 way valve 73 : 개폐부
80 : 배터리 91 : 제1라인
92 : 제2라인 93 : 제3라인

Claims (4)

  1. 디젤 연료를 저장하는 연료탱크(10); 상기 연료탱크(10)로부터 이송된 연료의 불순물을 제거하는 연료필터(20); 상기 연료필터(20)로부터 이송된 연료를 엔진으로 공급하는 연료펌프(30); 상기 연료펌프(30)로부터 공급받은 연료를 엔진으로 분사하는 커먼레일(40) 및 인젝터(50); 엔진 작동 및 연료의 공급을 제어하는 ECU(60); 일측은 상기 연료탱크(10)와 연결되고 타측은 상기 연료필터(20)와 연결되어 연료를 공급하거나 회수하는 모터(70); 상기 ECU(60) 및 모터(70)에 전원을 공급하는 배터리(80); 를 포함하되,
    차량의 시동 정지 시, 상기 모터의 작동에 의해 연료탱크 내부의 공기가 연료필터로 이송되면서 연료필터 내부의 연료가 연료탱크로 회수되고,
    차량의 시동 시, 상기 모터의 작동에 의해 연료필터 내부의 공기가 연료탱크로 이송되면서 연료탱크 내부의 연료가 연료필터로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료탱크(10)와 상기 모터(70)를 연결하는 제1라인(91), 상기 모터(70)와 상기 연료필터(20)를 연결하는 제2라인(92) 및 상기 연료탱크(10)와 상기 연료필터(20)를 연결하는 제3라인(93)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터(70)는,
    상기 연료탱크(10) 및 연료필터(20)로 이송되는 연료 및 공기의 흐름을 발생시키는 펌프(71)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모터(70)는,
    차량의 시동 상태에 따라 내부의 유로를 선택적으로 개폐하는 4/2 way valve(72)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 회수를 이용한 디젤 차량의 연료 동결 방지 구조.
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