KR101673898B1 - A pre-heater for vehicle equipment - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 보조난방장치용 프리 히터를 개시한다. 본 발명에 따른 차량의 보조난방장치용 프리 히터는 연소실에 공급되는 연료에 초음파 진동력을 가하여 보다 미립화된 상태로 무화된 연료를 분사시켜 줌으로써 연소효율이 향상되도록 개량된 연료무화 노즐유닛을 통해 엔진의 예열 및 실내난방 성능을 극대화시킬 수 있는 차량용 프리 히터를 제공한다.The present invention discloses a preheater for auxiliary heating of a vehicle. The preheater for an auxiliary heating apparatus of a vehicle according to the present invention is characterized in that the engine is supplied with an improved fuel atomizing nozzle unit to improve the combustion efficiency by injecting atomized fuel in a more atomized state by applying an ultrasonic vibration force to the fuel supplied to the combustion chamber, A preheater for a vehicle, and a preheater for a vehicle that can maximize indoor heating performance.

Description

차량의 보조난방장치용 프리 히터{A pre-heater for vehicle equipment}[0001] The present invention relates to a pre-heater for vehicle equipment,

본 발명은 차량(각종 중장비 및 건설장비 포함)의 엔진 예열이나 실내난방 기능을 보조하기 위한 프리히터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 진동력의 제공에 의한 분사연료의 미립화와 연소효율의 향상을 통해 차량의 엔진 예열 및 실내난방 성능을 극대화시킬 수 있도록 개량한 차량의 보조난방장치용 프리 히터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a preheater for assisting engine preheating and an indoor heating function of a vehicle (including various heavy equipment and construction equipment), and more particularly to a preheater for assisting in atomization of injection fuel and improvement of combustion efficiency by providing ultrasonic vibration power To a preheater for an auxiliary heating device of a vehicle, which is improved so as to maximize the engine preheating and the indoor heating performance of the vehicle.

통상적으로, 승용차나 승합차, 중장비 특수차량 등과 같은 기동장비의 실내 난방은 운전자가 탑승하여 시동을 건 이후 일정한 시간이 경과하면서 서서히 이루어지게 된다. 이와 같은 차량의 실내 난방 시스템은 엔진에서 일정한 온도로 가열된 냉각수를 이용하여 실내를 난방하도록 되어 있기 때문이다.Generally, the indoor heating of the starting equipment such as a passenger car, a van, a heavy equipment special vehicle, etc. is gradually performed after a certain period of time has elapsed since the driver boarded and started up the vehicle. This is because the indoor heating system of the vehicle is designed to heat the room using the cooling water heated to a predetermined temperature by the engine.

특히, 최근에는 각종 차량의 엔진 연비향상과 배기가스 저감을 위한 연소효율의 개선 및 연소가스의 온도와 엔진 발열량을 최소화하려는 노력이 증가하는 추세에 있다. 이러한 추세로 인해 엔진 냉각수의 수온이 더욱 낮아져 가용 열원이 감소하게 됨에 따라 실내 난방을 냉각수의 온수 열원에 전적으로 의존하는 차량의 공기조화 시스템에서는 열원 부족을 야기하게 된다. 특히 하이브리드 차량이나 전기자동차 등에 있어서 전력으로 실내를 난방할 경우에는 전력소진이 많아지게 되어 주행 성능에 악영향을 미치게 되므로, 이러한 차량들에 있어서는 연소식 프리히터가 필수적인 난방장치로 채용된다.Particularly, in recent years, there has been an increasing tendency to improve the combustion efficiency of the various vehicles to improve the fuel efficiency of the engine, to reduce the exhaust gas, and to minimize the temperature of the combustion gas and the calorific value of the engine. As the temperature of the engine cooling water is lowered and the available heat source is decreased due to this trend, the air conditioning system of the vehicle, which relies solely on the hot water heat source of the cooling water, causes a shortage of heat source. Particularly, when a room is heated by electric power in a hybrid vehicle or an electric vehicle, electric power consumption is increased and the driving performance is adversely affected. Therefore, in such vehicles, a combustion type preheater is employed as an essential heating device.

따라서, 엔진 냉각수의 방출 열량에만 의존하는 차량의 난방 시스템은 외기 온도가 낮은 동절기나 혹한기에는 냉각수온이 일정한 온도 이상으로 상승하기 전에적절한 실내난방이 이루어지기 어렵다. 그렇기 때문에 적절한 실내난방을 위해서는 공회전 시간이 길어지게 되며, 그 공회전에 따른 배기가스 배출량도 증가하는 문제점이 있다.Therefore, the heating system of the vehicle , which depends only on the heat release amount of the engine cooling water, is difficult to achieve proper indoor heating before the cooling water temperature rises above a certain temperature in the winter or when the outdoor temperature is low. Therefore, the idling time is prolonged for proper indoor heating, and the amount of exhaust gas emission due to the idling is also increased.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 예를 들면 디젤엔진이 장착된 버스 등의 상용차와 같은 차량에서는 도 1 및 도 2에 예시해 보인 바와 같이 시동 유무와 상관없이 배터리를 전원으로 이용하여 연료를 연소시키는 프리 히터(pre-heater)가 추가적인 열원으로 확보된다. 이와 같은 프리 히터는 예를 들어 차량 엔진(10)의 냉각수 라인에 설치되는 냉각수 펌프(11)와 온수 히터(12)의 사이에 마련되어 시동 후 차량의 실내난방과 시동성이 좋아지기 전까지 냉각수를 급속히 가열하여 신속한 실내난방 환경을 제공해 주기 위한 보일러로서의 역할을 수행하는 보조난방장치로 기능하게 된다.In order to solve the above problems, for example, in a vehicle such as a bus equipped with a diesel engine, as shown in FIGS. 1 and 2, the fuel is burned by using the battery as a power source, A pre-heater is provided as an additional heat source. The preheater is provided between the cooling water pump 11 and the hot water heater 12 installed in the cooling water line of the vehicle engine 10 and rapidly heats the cooling water until the indoor heating and startability of the vehicle is improved after starting. Thereby functioning as an auxiliary heating device serving as a boiler for providing a rapid indoor heating environment.

도 2는 종래의 통상적인 연소식 차량용 프리히터(20)를 예시해 보인 것으로서, 이를 참조하면 종래의 연소식 차량용 프리히터(20)는 엔진(미도시)의 냉각수 라인에 설치되는 하우징(21)의 내부에 형성된 연소실(22)에 고압으로 연료를 분사하여 연소시킴으로써, 냉각수를 급속히 가열하여 엔진 예열과 실내난방이 이루어지도록 작동하게 된다.2 illustrates a conventional conventional preheater 20 for a combustion type vehicle. Referring to FIG. 2, the preheater 20 for a conventional combustion type vehicle includes a housing 21 installed on a cooling water line of an engine (not shown) Fuel is injected into the combustion chamber 22 formed in the combustion chamber 22 at a high pressure and burned so that the cooling water is rapidly heated to operate the engine preheating and the indoor heating.

즉, 구동 모터(23)의 동력을 전달받아 구동되는 연료펌프(24)에 의해 고압으로 압축된 액체상태의 연료는 연료분사기(26)의 노즐(26a)을 통해 고압의 미립화된 상태로 연소실(22)에 분사되고, 공기흡입기(25)에 의해 빨려 들어온 공기와 혼합된 후 점화기(27)의 방전에 의해 착화되어 연소반응하도록 작용하게 된다. 이러한 연소작용에 따라 생성된 고온의 연소가스가 외부에 흐르는 냉각수로 열에너지를 전달하여 엔진의 예열 및 실내난방 작용이 이루어지게 된다.The liquid fuel compressed at high pressure by the fuel pump 24 driven by the driving motor 23 is supplied to the combustion chamber 23 through the nozzle 26a of the fuel injector 26 in a high- 22, mixed with the air sucked by the air inhaler 25, and then ignited by the discharge of the igniter 27, so as to react with the combustion. The high-temperature combustion gas generated by the combustion operation transfers heat energy to the cooling water flowing to the outside, thereby preheating the engine and heating the room.

상술한 바와 같은 종래의 통상적인 연소식 차량용 프리 히터(20)는 연료폄프(24)에서 고압으로 압축한 연료를 연료분사기(26)의 노즐(26a)을 통해 미립화시킨 상태로 연소실(22)에 분사하여 연소하게 되는데, 이러한 고압분무방식은 분무액체의 불균일한 표면적과 입경 등으로 인해 불완전연소를 유발하게 되는 문제점이 있다. 이와 같은 불완전연소는 연소효율을 저하시켜 엔진의 예열 및 실내난방 작용에 대한 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 불완전연소에 의한 불순물이나 잔여물 등의 공해물질을 다량으로 발생시키는 문제점을 안고 있다.The conventional pre-heater 20 for a conventional combustion type vehicle as described above is configured such that the fuel compressed at the high pressure in the fuel pump 24 is atomized through the nozzle 26a of the fuel injector 26 and injected into the combustion chamber 22 The high-pressure spraying method causes incomplete combustion due to uneven surface area and particle size of the sprayed liquid. Such incomplete combustion lowers the combustion efficiency and lowers the efficiency of the engine for preheating and room heating, and also causes a large amount of pollutants such as impurities and residues due to incomplete combustion.

따라서, 종래의 통상적인 연소식 차량용 프리 히터(20)는 분사연료의 불균일한 미립화에 따른 불완전연소로 인하여 차량의 엔진 예열 및 실내난방 성능에 한계와 제약이 따르는 문제점이 있으며, 특히 불완전연소로 인해 발생하는 그을음 등의 불순물이나 잔여물이 노즐 팁을 막히게 하는 현상과 같은 불량상태를 유발함으로써, 잦은 수리보수 등으로 인한 유지관리 비용을 증가시키는 문제점을 가지고 있다.Therefore, the conventional pre-heater 20 for a conventional combustion type vehicle suffers from limitations and limitations in the engine preheating and indoor heating performance of the vehicle due to incomplete combustion due to nonuniform atomization of the injected fuel. Particularly, The nozzle tip is clogged with impurities such as soot generated in the nozzle tip or the like, thereby increasing the maintenance cost due to frequent repair and maintenance.

대한민국 등록특허공보 제10-0398136호Korean Patent Registration No. 10-0398136 (특허분헌 2 대한민국 등록특허공보 제10-0405483호(Patent Attorney 2, Korean Patent Registration No. 10-0405483 대한민국 등록특허공보 제10-0536379호Korean Patent Registration No. 10-0536379 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0034162호Korean Patent Publication No. 10-2009-0034162

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 차량의 보조난방장치용 프리 히터가 지니는 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연소실의 연소효율을 향상시켜 차량의 엔진 예열 및 실내난방 성능을 극대화시킬 수 있는 차량의 보조난방장치용 프리 히터를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to improve the combustion efficiency of a combustion chamber and to improve the preheating performance of the engine and the indoor heating performance The present invention provides a preheater for an auxiliary heating device for a vehicle.

본 발명의 다른 목적은 초음파 진동력의 제공에 의해 분사연료의 미립화 성능을 향상시켜 연소효율의 극대화를 도모할 수 있도록 개량된 연료무화 노즐유닛을 구비한 차량의 보조난방장치용 프리 히터를 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide a preheater for an auxiliary heating device for a vehicle having an improved fuel atomizing nozzle unit so as to maximize the combustion efficiency by improving the atomization performance of the injected fuel by providing an ultrasonic vibration force .

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터는, 엔진의 냉각수 라인에 마련되도록 연소실을 구비한 하우징과, 상기 연소실에 액체 연료를 공급하기 위한 연료펌프와, 상기 연료펌프로부터 공급되는 액체 연료를 상기 연소실에 공급시켜 주기 위한 연료무화 노즐유닛 및 공기흡입기와; 상기 연소실 내에서 공기와 혼합된 연료가 연소반응하도록 착화시켜 주기 위한 점화기를 포함하는 차량용 프리히터에 있어서, 상기 연료무화 노즐유닛은, 상기 연료펌프와 상기 연소실 사이에 구비되는 노즐 바디와; 상기 노즐 바디의 선단부에 마련되는 노즐 헤드와; 상기 연료펌프와 상기 연소실을 연결하도록 상기 노즐 바디와 노즐 헤드에 관통 형성된 연료 이송통로인 노즐공; 및 상기 노즐공으로 공급되는 연료에 물리력을 가하여 미립화시키도록 초음파 진동력을 제공하는 초음파 진동자;를 포함하며, 상기 노즐 바디의 연료 이송통로를 통해 이송된 연료를 상기 노즐 헤드의 노즐공을 통해 연소실에 무화시켜 분사하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a preheater for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention comprises a housing having a combustion chamber to be provided in a cooling water line of an engine, a fuel pump for supplying liquid fuel to the combustion chamber, A fuel atomizer nozzle unit and an air inhaler for supplying the liquid fuel supplied from the pump to the combustion chamber; And an igniter for igniting the fuel mixed with air in the combustion chamber to cause a combustion reaction, wherein the fuel atomizer nozzle unit comprises: a nozzle body provided between the fuel pump and the combustion chamber; A nozzle head provided at a tip of the nozzle body; A nozzle hole that is a fuel transfer passage formed through the nozzle body and the nozzle head to connect the fuel pump and the combustion chamber; And an ultrasonic vibrator for applying an ultrasonic vibration force to atomize the fuel supplied to the nozzle hole, wherein the fuel injected through the fuel feed passage of the nozzle body is injected into the combustion chamber through a nozzle hole of the nozzle head And spraying the same.

상기 노즐 바디는 상기 노즐 헤드의 후단부에 연결되는 노즈부를 가지는 절두 원추형의 노즐 선단 바디(Front Horn)와, 상기 노즐 선단 바디의 하류에 배치되도록 연결되는 동시에 상기 연료펌프와 연결되도록 설치되는 실린더형 노즐 후단 바디(Back Horn)을 포함하여 구성된다.The nozzle body includes a truncated cone-shaped nozzle front body (front horn) having a nose portion connected to a rear end of the nozzle head, a cylinder-shaped body connected to be disposed downstream of the nozzle leading end body and connected to the fuel pump And a rear horn of the nozzle.

그리고, 상기 초음파 진동자는 노즐 선단 바디(Front Horn)와 노즐 후단 바디(Back Horn) 사이의 결합부에 위치하며 체결력을 조절할 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.The ultrasonic transducer is disposed at a coupling portion between a front horn of the nozzle and a rear horn of the nozzle, and may be provided to adjust the fastening force.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 초음파 진동자는 압전 세라믹 진동자로 이루어지며, 상기 노즐 헤드의 노즐공은 1.2 내지 2.2mm 범위의 직경을 가지도록 형성되는 것이 바람직하나, 무화유량이나 무화입자의 크기에 따라 조절이 가능하다.According to an aspect of the present invention, the ultrasonic vibrator is formed of a piezoelectric ceramic vibrator, and the nozzle hole of the nozzle head is preferably formed to have a diameter ranging from 1.2 to 2.2 mm. However, It can be adjusted accordingly.

본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터에 따르면, 연소실에 보다 미립화된 상태로 무화된 균일한 입자 연료를 공급할 수 있게 되므로, 연소실에 분사되는 분무연료의 미립화 성능의 향상에 따라 연소효율의 극대화를 도모할 수 있으므로 차량의 엔진 예열 및 실내난방 성능을 극대화시킬 수 있다.According to the preheater for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention, atomized particulate fuel atomized in a more atomized state can be supplied to the combustion chamber, so that the particulate fuel injected into the combustion chamber is improved in atomization performance, It is possible to maximize the engine preheating and the indoor heating performance of the vehicle.

또한, 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터에 따르면, 연소효율의 향상에 따라 불완전연소시 발생하는 공해물질이 최소화되도록 억제할 수 있는 동시에 불완전연소로 인해 발생하는 불순물이나 잔여물이 노즐 구멍을 막히게 하는 현상을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 수리보수 등에 따른 유지관리 비용을 유효하게 절감할 수 있다.In addition, according to the preheater for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention, it is possible to suppress the pollutant generated during incomplete combustion to be minimized as the combustion efficiency improves, and at the same time, It is possible to effectively suppress the phenomenon of clogging of the hole, so that the maintenance cost due to repair and maintenance can be effectively reduced.

도 1은 통상적인 차량용 프리 히터를 설명하기 위해 나타내 보인 개략적 구성도.
도 2는 종래의 연소식 차량용 프리 히터를 개략적으로 도시해 보인 단면 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터를 개략적으로 도시해 보인 단면 구성도,
도 4 및 도 5는 각각 도 3의 요부를 발췌하여 도시해 보인 개략적으로 사시도 및 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리히터의 연료분사상태를 시험하기 위한 실험장치를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 7은 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터의 연료분사시 연료가 무화된 상태로 분사되는 상태를 사진으로 촬영하여 나타내 보인 도면.
도 8 및 도 9는 각각 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터의 시험결과를 나타내 보인 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic structural view showing a typical preheater for a vehicle; FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional pre-heater for a car,
FIG. 3 is a sectional view schematically showing a preheater for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention. FIG.
Figs. 4 and 5 are a schematic perspective view and a sectional view, respectively, showing an essential portion of Fig. 3; Fig.
FIG. 6 is a photograph showing an experimental apparatus for testing a fuel injection state of a preheater for an auxiliary heating apparatus of a vehicle according to the present invention. FIG.
7 is a photograph showing a state in which fuel is injected in a state in which fuel is atomized during fuel injection of a preheater for an auxiliary heating apparatus of a vehicle according to the present invention.
8 and 9 are graphs showing test results of the preheater for the auxiliary heating device of the vehicle according to the present invention, respectively.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터를 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preheater for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터(100)는, 엔진(미도시)의 냉각수 라인에 마련되도록 연소실(111)을 구비한 하우징(110)과, 상기 연소실(111)에 액체 연료를 공급하기 위한 연료펌프(120)와, 상기 연료펌프(120)로부터 공급되는 액체 연료를 상기 연소실(111)에 분무시켜 주기 위한 연료무화 노즐유닛(140)과 공기흡입기(130) 및 상기 연소실(111) 내에서 공기와 혼합되어진 연료가 연소반응하도록 착화시켜 주기 위한 점화기(160)를 포함하여 구성된다.3 to 5, a preheater 100 for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention includes a housing 110 having a combustion chamber 111 so as to be provided in a cooling water line of an engine (not shown) A fuel atomizer unit 140 for atomizing the liquid fuel supplied from the fuel pump 120 into the combustion chamber 111, An inhaler 130 and an igniter 160 for igniting the fuel mixed with air in the combustion chamber 111 so as to cause a combustion reaction.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터(100)에 있어서, 상기 하우징(110)은 도면에 예시된 바와 같이 연소실(111)을 형성하는 중공의 챔버 일측에 상기 구동모터(M)와 연료펌프(120), 공기흡입기(130), 연료무화 노즐유닛(140) 및 점화기(160)가 내장되는 외장 프레임 케이스를 이루도록 형성되는 것으로서, 상기 연소실(111)의 주위에는 다수의 방열핀(미도시; 도면부호 없음)이 구비되며, 그 방열핀은 연소실(111)에서 무화된 연료의 연소작용에 의해 생성된 고온의 연소가스가 열에너지를 외부에 흐르는 냉각수로 유효하게 전달하는 역할과 기능을 수행하게 된다.In the preheater 100 for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention having the above-described structure, the housing 110 may be formed in a hollow chamber forming a combustion chamber 111, The outer frame case includes a drive motor M, a fuel pump 120, an air sucker 130, a fuel atomizer unit 140, and an igniter 160, The radiating fins are provided with a plurality of radiating fins (not shown) for radiating high-temperature combustion gas generated by the combustion action of the fuel atomized in the combustion chamber 111 to effectively transmit thermal energy to cooling water flowing to the outside And functions.

상기 연료펌프(120)와 공기흡입기(130)는 각각 구동모터(M)의 구동력을 전달받아 연료탱크(미도시) 및 외기로부터 액체 연료와 공기를 흡입하여 상기 연료무화 노즐유닛(140)과 연소실(111)에 각각 공급해 주는 기능을 수행한다.The fuel pump 120 and the air suction unit 130 receive the driving force of the driving motor M to suck the liquid fuel and air from the fuel tank (not shown) and the outside air, (111), respectively.

본 발명에 있어서, 상기 연료펌프(120)와 공기흡입기(130)는 통상적인 연소식 차량용 프리 히터의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에 해당되므로 그 상세한 설명은 생략한다.In the present invention, the fuel pump 120 and the air suction unit 130 correspond to substantially the same components as those of the conventional combustion-type vehicle preheater, and a detailed description thereof will be omitted.

상기 연료무화 노즐유닛(140)은 상기 연료펌프(120)와 상기 연소실(111)의 사이에 설치되는 노즐 바디(141)(142)와, 상기 노즐 바디(141)(142)의 선단부에 마련되는 노즐 헤드(143)와, 상기 연료펌프(120)와 상기 연소실(111)을 연결하도록 상기 노즐 바디(141)(142)와 노즐 헤드(143)에 관통 형성된 연료 이송통로인 노즐공(143a) 및 상기 노즐공(143a)을 통과하는 연료에 물리력을 가하여 노즐헤드(143)에서 무화가 일어나도록 초음파 진동력을 제공하는 초음파 진동자(150)를 포함하여 구성된다.The fuel atomizing nozzle unit 140 includes a nozzle body 141 and a nozzle body 141 disposed between the fuel pump 120 and the combustion chamber 111 and a nozzle body 141 disposed between the nozzle body 141 and the nozzle body 141 A nozzle hole 143a and a nozzle hole 143a which are formed in the nozzle body 141 and the nozzle head 143 so as to connect the fuel pump 120 and the combustion chamber 111, And an ultrasonic vibrator 150 for applying a physical force to the fuel passing through the nozzle hole 143a to provide an ultrasonic vibration force so as to cause atomization in the nozzle head 143. [

본 발명에 따르면, 상기 노즐 바디(141)(142)는 상기 노즐 헤드(143)의 하류에 배치되도록 연결되는 절두 원추형의 노즐 선단 바디(142; Front Horn)와, 상기 노즐 선단 바디(142)의 하류에 배치되도록 연결되는 동시에 상기 연료펌프(120)와 연결되도록 설치되는 실린더형 노즐 후단 바디(141; Back Horn)을 포함하여 이루어진다.According to the present invention, the nozzle bodies 141 and 142 include a truncated cone-shaped nozzle tip body 142 (Front Horn) connected to be disposed downstream of the nozzle head 143, And a cylindrical nozzle rear body 141 (back horn) connected to be disposed downstream and connected to the fuel pump 120.

상기 노즐 선단 바디(142; Front Horn)는 도면에 예시한 바와 같이 절두 원추형의 경사부(도면부호 없음)와, 그 경사부에서 연장되어 상기 노즐 헤드(143)에 연결되는 원통형 노즈부(142a)를 가지도록 형성된다.The front horn 142 includes a truncated conical inclined portion (not shown), a cylindrical nose portion 142a extending from the inclined portion and connected to the nozzle head 143, .

본 발명에 있어서, 상기 노즐 선단 바디(142; Front Horn)는 상기 초음파 진동자(150)로부터 제공되는 진동력이 노즐 헤드(143)에서 연료 무화가 일어날 때까지 진동 에너지의 분할을 최적화시키도록 중심축선을 따라 완전 대칭 구조를 이루도록 형성된다.In the present invention, the nozzle tip body 142 (front horn) is configured such that the vibrational force provided from the ultrasonic vibrator 150 is adjusted to the center axis of the nozzle head 143 so as to optimize the division of the vibration energy until the fuel atomization occurs. To form a completely symmetrical structure.

즉, 본 발명에 있어서, 상기 노즐 선단 바디(142; Front Horn)는 노즐 헤드(143)의 표면에서 진폭이 가장 커지는 반면에 그 반대측의 후단부측 표면에서는 진폭이 가장 작아지도록 설계된 것으로서, 이러한 형상구조를 가지는 노즐 선단 바디(142; Front Horn)에 따르면, 노즐공(143a)으로 공급되는 연료에 전파되는 진동에너지의 밀도를 균일하게 전달하여 연료의 입경과 표면적이 보다 균일한 상태로 미립화시킬 수 있게 된다.That is, in the present invention, the nozzle tip body 142 (the front horn) is designed to have the largest amplitude on the surface of the nozzle head 143, while minimizing the amplitude on the rear end side surface on the opposite side. According to the nozzle front body 142 having the structure, the density of the vibration energy propagated to the fuel supplied to the nozzle hole 143a is uniformly transmitted, so that the particle diameter and the surface area of the fuel can be atomized in a more uniform state .

상기 초음파 진동자(150)는 제어부(미도시)의 전기신호에 의해 특정 공진 주파수에서 기계적인 구동에 의해 진동하도록 상기 노즐 선단 바디(142; Front Horn)와 노즐 후단 바디(141; Back Horn)의 사이 연결부에 배치되도록 구비된다.The ultrasonic transducer 150 vibrates at a specific resonance frequency by an electric signal of a control unit (not shown) between the front end of the nozzle 142 and the rear end of the nozzle 141 And is disposed to be connected to the connection portion.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 초음파 진동자(150)는 노즐 선단 바디(142; Front Horn)의 길이 즉, 경사부 또는 노즈부(142a)의 길이와 직경 등의 규격을 다양하게 조절하여 설계함으로써, 특정 공진 주파수에서 작동하도록 구성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the ultrasonic transducer 150 is designed by variously adjusting the length of the nozzle tip body 142 (front horn), that is, the length and diameter of the inclined portion or the nose portion 142a , And can be configured to operate at a specific resonance frequency.

한편, 상기 초음파 진동자(150)는 기계적인 구동에 의한 진동시 높은 구동열을 발생하게 되는데, 그 구동 발열에 의해 노즐 유닛(140)의 내구성이 저하되는 것을 효과적으로 억제하기 위하여 노즐 바디(141)(142)의 재질은 티타늄이나 스테인레스 스틸과 같은 경질소재로 가공하는 것이 바람직하다.The ultrasonic vibrator 150 generates high driving heat when vibrating due to mechanical driving. In order to effectively suppress the durability of the nozzle unit 140 due to the driving heat, the nozzle body 141 142 are preferably made of a hard material such as titanium or stainless steel.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 초음파 진동자(150)는 예컨대, 0.03Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.03Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-(0.94-x)PbZrO3-xPbTiO3의 조성을 가지는 PSN-PMN-PZT 압전 세라믹 진동자로 이루어지는 것이 통상적이나, 진동력의 조절을 위하여 조성비를 달리할 수도 있다.According to another aspect of the present invention, the ultrasonic vibrator 150 may have a composition of 0.03Pb (Sb0.5Nb0.5) O3-0.03Pb (Mn1 / 3Nb2 / 3) O3- (0.94-x) PbZrO3-xPbTiO3 PSN-PMN-PZT piezoelectric ceramic vibrator, but the composition ratio may be varied for controlling the vibration power.

상기 PSN-PMN-PZT 압전 세라믹은 특히, 고효율 압전 트랜스포머에 적합한 것으로 잘 알려져 있으며, 그 예가 대한민국 등록특허공보 제10-0667256호 및 한국재료학회 논문 vol. 15, No. 12(2005)에 상세하게 개시되어 있다.The PSN-PMN-PZT piezoelectric ceramics are well known to be particularly suitable for high-efficiency piezoelectric transformers, for example, Korean Patent Registration No. 10-0667256 and Korean Material Society Vol. 15, No. 12 (2005).

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 차량용 프리 히터(100)에 따르면, 구동 모터(M)의 동력을 전달받아 구동되는 연료 펌프(120)에 의해 액체상태로 공급되는 연료가 연료무화 노즐유닛(140)을 통해 연소실(111)에 공급되고, 공기흡입기(130)에 의해 빨려 들어온 공기와 연소실(111) 내에서 혼합되어져 가연홉합기를 형성하게 된다. 이 가연혼합기는 점화기(160)의 점화 플러그에 의한 고압 방전에 의해 착화되어 연소반응하게 되므로 연소효율을 보다 향상시켜 극대화할 수 있게 된다. 이와 같이 연소효율이 극대화된 연소반응에 따라 생성된 고온의 연소가스가 외부에 흐르는 냉각수로 열에너지를 전달하여 엔진의 예열 및 실내난방 작용이 신속하게 이루어지게 된다.According to the preheater 100 for a vehicle of the present invention having the above-described configuration, the fuel supplied in a liquid state by the fuel pump 120 driven by receiving the power of the driving motor M is supplied to the fuel atomizer nozzle unit And the air sucked by the air inhaler 130 is mixed with the air in the combustion chamber 111 to form a combustible hop mixer. This combustible mixer is ignited by a high-pressure discharge by an ignition plug of the igniter 160 and is subjected to a combustion reaction, so that the combustion efficiency can be further improved and maximized. Thus, the high-temperature combustion gas generated according to the combustion reaction maximizing the combustion efficiency transmits the heat energy to the cooling water flowing to the outside, so that the preheating and the heating operation of the engine can be performed quickly.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 비록 도면에 의해 예시하지는 않았으나, 상기 연소실(111)의 주위에는 냉각수 배관 대신에 공기배관(미도시)이 배치되도록 구비되며, 상기 연소실(111)에서 분사연료의 연소작용에 의해 생성된 고온의 연소가스 열에너지가 상기 공기배관 내의 공기를 가열하고, 그 가열된 공기로 차량 실내를 난방하는 구성을 가질 수도 있다.According to another aspect of the present invention, air piping (not shown) is disposed around the combustion chamber 111 instead of the cooling water pipe, although not illustrated by the drawings, and the combustion of the injected fuel in the combustion chamber 111 The high temperature combustion gas heat energy generated by the operation may heat the air in the air piping and heat the interior of the vehicle with the heated air.

한편, 도 6은 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리히터의 연료분사상태 등의 성능 실험을 위한 실험장치를 사진으로 촬영하여 도면으로 나타내 보인 것이며, 도 7은 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터의 연료분사시 연료가 무화되는 상태를 사진으로 촬영하여 도면으로 나타내 보인 것이다.FIG. 6 is a photograph showing an experimental apparatus for performing a performance test of a fuel injection state or the like of a preheater for an auxiliary heating apparatus of a vehicle according to the present invention, and FIG. The state in which the fuel is atomized at the time of fuel injection of the preheater for the heating device is photographed and shown in the figure.

도 6 및 도 7에서 참조 부호 140S은 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터(100)의 연료무화 노즐유닛(140)을 샘플형태로 제작한 것이다. 그리고 참조 부호 C는 샘플로 제작된 연료무화 노즐유닛(140S)을 구동시키기 위한 콘트롤러를 나타내며, 참조 부호 F는 미립화된 분사 연료를 나타낸 것이다.6 and 7, reference numeral 140S denotes a fuel atomizer nozzle unit 140 of the preheater 100 for an auxiliary heating apparatus for a vehicle according to the present invention in the form of a sample. And reference character C denotes a controller for driving the fuel atomizer nozzle unit 140S manufactured as a sample, and reference character F denotes atomized fuel jet.

한편, 하기 <표 1>은 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터(100)의 혹한지역 적용 가능성을 평가하기 위하여 저온 무화 성능 테스트를 실시한 결과를 표로 정리하여 나타내 보인 것이다. 그리고, 도 7은 저온 무화 성능 테스트에서 각 온도별 소비전류의 변화를 측정하여 그 결과를 그래프로 나타내 보인 것이다.Table 1 below shows the result of performing the low temperature atomization performance test in order to evaluate the applicability of the preheater 100 for the auxiliary heating device of the present invention to the colder region according to the present invention. FIG. 7 is a graph showing the results of measurement of the change in consumption current for each temperature in the low temperature atomization performance test.

상기한 저온 무화 성능 테스트는 샘플로 제작된 연료분사 노즐유닛(140S) 및 콘트롤러(C)를 항온항습조에 장입하여 순차적으로 온도를 변화시키 가며 -10℃와 -15℃, -20℃ 및 -30℃의 환경조건에서 무화 여부 등의 항목을 측정하였다.
The low temperature atomization performance test is performed by charging the fuel injection nozzle unit 140S and the controller C, which are made of the sample, into the constant temperature and humidity chamber, sequentially changing the temperature, and changing the temperature to -10 ° C, -15 ° C, -20 ° C, and -30 ° C ℃ and the condition of atomization were measured.

온도별 저온 무화 성능 시험 결과Results of low temperature atomization test by temperature 시험 온도Test temperature 무화여부Whether or not 표면온도(℃)Surface temperature (℃) 소비전류(A)Current Consumption (A) 안정화 시간(분)Stabilization time (minutes) 비 고 Remarks -10℃-10 ° C 가능possible 130.1130.1 2.442.44 1010 경유Diesel -15℃-15 ℃ 가능possible 120.3120.3 2.672.67 1515 경유Diesel -20℃-20 ° C 가능possible 60.760.7 2.22.2 88 경유 + 백등유Diesel + white oil -30℃-30 ° C 가능possible 5959 2.72.7 1515 경유 + 백등유Diesel + white oil

본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터(100)의 저온 무화 성능 테스트를 실시한 결과에 따르면, 도 7의 그래프에서 나타난 바와 같이 주변 온도가 영하로 떨어지면서 소비전류가 급증하였으나, 약 8분이 경과하면서 안정된 값을 보이기 시작했다. 이러한 현상은 주변온도의 저하로 경유의 점성이 증가하여 연료의 표면장력이 크게 증가된 결과로 초래된 것이다.According to the results of the low temperature atomization performance test of the preheater 100 for the auxiliary heating device for a vehicle according to the present invention, as shown in the graph of FIG. 7, although the consumption current rapidly increased as the ambient temperature dropped to minus, And began to show stable values. This phenomenon is caused by the increase of the viscosity of the light oil due to the decrease of the ambient temperature and the increase of the surface tension of the fuel.

또한, 본 실험에서 사용된 3호 경유의 경우 항온항습조의 온도가 -20℃ 이하에서는 동결되어 연료 이송 공급 자체가 불가능하였으므로, 경유와 백등유를 각각 50%씩 혼합하여 시험하였다.In addition, in case of No. 3 diesel used in this experiment, when the temperature of the constant-temperature and humidity-controlled tank was frozen at -20 ° C or lower, the fuel transfer supply itself was impossible. Therefore, the diesel fuel and the white oil were mixed 50% each.

본 실험 결과에 따르면, 상기 <표 1>에 나타난 바와 같이 -10℃와 -15℃, -20℃ 및 -30℃의 환경조건에서 각각 분사연료의 무화가 가능한 결과를 얻을 수 있었다.According to the results of this experiment, as shown in Table 1, it was possible to atomize the injected fuel under the environmental conditions of -10 ° C, -15 ° C, -20 ° C and -30 ° C, respectively.

하기 <표 2>는 본 발명에 의한 차량의 보조난방장치용 프리 히터(100)의 연료분사 노즐(140)의 기계적 전기적인 특성을 평가하기 위하여 샘플로 제작된 연료분사 노즐유닛(140S)의 노즐 헤드의 직경과 노즈(NOSE)부의 길이를 달리 제작하여 테스트를 실시한 결과를 표로 정리하여 나타내 보인 것이다. 그리고, 도 9는 각 노즐 직경의 크기에 따른 소비전류를 측정하여 그 결과를 그래프로 나타내 보인 것이다.The following Table 2 shows the results of evaluation of the mechanical and electrical characteristics of the fuel injection nozzle 140 of the preheater 100 for auxiliary heating of a vehicle according to the present invention. The results of testing the diameter of the head and the length of the nose portion are shown in the table. FIG. 9 is a graph showing the results of measurement of consumption current according to the size of each nozzle.

연료분사 노즐유닛의 기계적-전기적 특성 측정 결과Mechanical-electrical characteristics of the fuel injection nozzle unit No.No. 노즐공직경
(mm)Nozzle Public Sphere
(mm) 노즈부 길이
(mm)Nose length
(mm) 무화량
(ℓ/h)Atomization
(l / h) 공진주파수
(Fr)Resonance frequency
(Fr) 저항(R)Resistance (R) 출력전압
(V)Output voltage
(V) 출력전류
(A)Output current
(A) 1One 1.61.6 2222 0.60.6 42.242.2 1.21.2 290290 0.720.72 22 1.81.8 2727 1.21.2 38.538.5 1.61.6 276276 0.760.76 33 2.02.0 3232 3.03.0 34.434.4 3.343.34 231231 0.920.92 44 2.22.2 3737 4.54.5 31.231.2 4.04.0 202202 1.041.04

상기 <표 2>와 도 9의 그래프를 참조하면, 본 발명에 의한 차량용 프리 히터(100)의 연료분사 노즐(140S)은 노즐 헤드의 노즐공 직경이 작아질 수록 소비전류가 약간씩 증가하였으나, 이는 노즐공 직경이 작아질 수록 유속이 증가하여 분무에 필요한 에너지가 증가하기 때문에 나타난 결과이며, 70 내지 100mA 범위의 낮은 소비전류를 나타내는 안정된 상태로 측정되었다.Referring to Table 2 and the graph of FIG. 9, the fuel injection nozzle 140S of the preheater 100 for a vehicle according to the present invention slightly increases the consumption current as the nozzle hole diameter of the nozzle head decreases, This is because the flow rate increases and the energy required for spraying increases as the nozzle hole diameter decreases, and it is measured as a stable state indicating a low current consumption in the range of 70 to 100 mA.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that various modifications may be made, and such modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.

110 : 하우징 111 : 연소실
120 : 연료 펌프 130 : 공기흡입기
140 : 연료분사 노즐유닛 141 : 노즐 후단 바디(Back Horn)
142 : 노즐 선단 바디(Front Horn) 142a : 노즈부
143 : 노즐 헤드 143a : 노즐공
150 :초음파 진동자 160 : 점화기110: Housing 111: Combustion chamber
120: fuel pump 130: air inhaler
140: fuel injection nozzle unit 141: nozzle rear body (back horn)
142: nozzle front body (front horn) 142a: nose portion
143: nozzle head 143a: nozzle ball
150: ultrasonic vibrator 160: igniter

Claims (5)

엔진의 냉각수 라인에 마련되도록 연소실을 구비한 하우징(110)과, 상기 연소실(111)에 액체 연료를 공급하기 위한 연료 펌프(120)와, 상기 연료 펌프로부터 공급되는 액체 연료를 공기흡입기(130)에 의해 흡입되는 공기와 혼합시켜 상기 연소실에 분무시켜 주기 위한 연료무화 노즐유닛(140) 및 상기 연소실에 분무되는 연료가 연소반응하도록 착화시켜 주기 위한 점화기(160)를 포함하는 차량의 보조난방장치용 프리 히터에 있어서,
상기 연료무화 노즐유닛(140)은,
상기 연료펌프와 상기 연소실 사이에 구비되는 노즐 바디(141)(142)와;
상기 노즐 바디의 선단부에 마련되는 노즐 헤드(143)와;
상기 연료펌프와 상기 연소실을 연결하도록 상기 노즐 바디와 노즐 헤드에 관통 형성된 연료 이송통로인 노즐공(143a); 및
상기 노즐공으로 공급되는 연료에 물리력을 가하여 미립화시키도록 초음파 진동력을 제공하는 초음파 진동자;(150)를 포함하며,
상기 노즐 바디의 노즐공을 통해 이송되는 연료를 상기 노즐 헤드의 노즐공을 통해 연소실에 무화시켜 분사하는 것을 특징으로 하며,
상기 노즐 바디(141)(142)는,
상기 노즐 헤드의 후단부에 연결되는 노즈부(142a)를 가지는 절두 원추형의 노즐 선단 바디(142; Front Horn)와,
상기 노즐 선단 바디의 하류에 배치되도록 연결되는 동시에 상기 연료펌프와 연결되도록 설치되는 실린더형 노즐 후단 바디(141; Back Horn)를 포함하되,
상기 노즐 선단 바디(142)는 절두 원추형의 경사부와, 상기 경사부에서 연장되어 상기 노즐 헤드(143)에 연결되는 원통형 노즈부(142a)가 형성되며,
상기 노즐 선단 바디(142)는 상기 노즐 유닛(140)의 중심축선을 따라 대칭 구조를 이루도록 형성되고,
상기 초음파 진동자(150)는 상기 노즐 선단 바디(142)와 노즐 후단 바디(141) 사이의 연결부에 배치되도록 구비되며,
상기 노즐 선단 바디(142)와 노즐 후단 바디(141)의 재질은 상기 초음파 진동자(150)의 구동 발열에 의한 내구성 저하를 억제하기 위해 티타늄 또는 스테인레스 스틸로 가공되며,
상기 연소실(111)의 주위에는 공기배관이 배치되도록 구비되며, 상기 연소실(111)에서 분사연료의 연소작용에 의해 생성된 고온의 연소가스 열에너지가 상기 공기배관 내의 공기를 가열하고, 그 가열된 공기로 차량 실내를 난방하는 것을 특징으로 하는 차량의 보조난방장치용 프리 히터.A fuel pump 120 for supplying the liquid fuel to the combustion chamber 111 and a liquid fuel supplied from the fuel pump to the air suction unit 130. The housing 110 is provided with a combustion chamber to be provided in a cooling water line of the engine, And an igniter (160) for igniting the fuel sprayed into the combustion chamber to cause the fuel to be ignited, wherein the fuel atomizer unit (140) mixes the air with the air sucked by the fuel atomizer unit In the preheater,
The fuel atomizing nozzle unit (140)
A nozzle body (141) (142) provided between the fuel pump and the combustion chamber;
A nozzle head 143 provided at the tip of the nozzle body;
A nozzle hole (143a) as a fuel transfer passage formed through the nozzle body and the nozzle head to connect the fuel pump and the combustion chamber; And
And an ultrasonic vibrator (150) for applying an ultrasonic vibration force to atomize the fuel supplied to the nozzle hole by applying a physical force to the fuel,
Wherein the fuel injected through the nozzle hole of the nozzle body is atomized into a combustion chamber through a nozzle hole of the nozzle head,
The nozzle bodies 141,
A frusto-conical nozzle tip body (142) having a nose portion (142a) connected to the rear end of the nozzle head,
And a cylindrical nozzle rear body (141) connected to be disposed downstream of the nozzle tip body and connected to the fuel pump,
The nozzle tip body 142 has a truncated conical inclined portion and a cylindrical nose portion 142a extending from the inclined portion and connected to the nozzle head 143,
The nozzle tip body 142 is formed to have a symmetrical structure along the central axis of the nozzle unit 140,
The ultrasonic transducer 150 is disposed at a connection portion between the nozzle tip body 142 and the nozzle rear tip body 141,
The material of the nozzle leading end body 142 and the nozzle trailing end body 141 is processed to titanium or stainless steel in order to suppress the durability of the ultrasonic vibrator 150 due to driving heat generation,
An air pipeline is disposed around the combustion chamber 111. The high temperature combustion gas thermal energy generated by the combustion action of the injected fuel in the combustion chamber 111 heats the air in the air piping, And the heating of the interior of the vehicle is carried out by the heater. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 초음파 진동자는 압전 세라믹 진동자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 보조난방장치용 프리 히터.The method according to claim 1,
Characterized in that the ultrasonic vibrator is made of a piezoelectric ceramic vibrator.
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