KR102406158B1 - 디젤 차량의 연료공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온 시동성 향상을 도모하는 동시에 고온 고부하 주행시 고압펌프의 윤활 냉각 성능을 향상시킬 수 있도록 한 디젤 차량의 연료공급장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 연료탱크와, 연료탱크 내에 장착되는 리저버와, 리저버 내에 장착되어 연료를 엔진측으로 압송하는 연료펌프와, 연료펌프의 토출측과 엔진 간에 연결되는 연료공급라인과, 연료공급라인에 장착되는 연료필터 및 고압펌프를 포함하는 디젤 차량의 연료공급장치에 있어서, 상기 엔진으로부터 리저버 내로 연료를 리턴시키기 위한 연료리턴라인에 리턴연료 컨트롤 밸브를 장착하고, 리턴연료 컨트롤 밸브의 출구에 리저버의 내부로 연장되는 제1리턴라인 및 리저버의 외부 공간인 연료탱크 내로 연장되는 제2리턴라인을 장착하여, 저온 시동시에는 상기 리턴연료 컨트롤 밸브를 제1리턴라인쪽으로 개방시키고, 고온 고부하 주행시에는 상기 리턴연료 컨트롤 밸브를 제2리턴라인쪽으로 개방시키도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 연료공급장치를 제공한다.

Description

디젤 차량의 연료공급장치{Fuel supply device for diesel vehicle}
본 발명은 디젤 차량의 연료공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온 시동성 향상을 도모하는 동시에 고온 고부하 주행시 고압펌프의 윤활 냉각 성능을 향상시킬 수 있도록 한 디젤 차량의 연료공급장치에 관한 것이다.
첨부한 도 1은 종래의 디젤 차량용 연료공급장치에 대한 구성도를 나타낸다.
도 1에서, 도면부호 10은 연료탱크를 지시한다.
상기 연료탱크(10) 내에는 연료탱크 내의 연료가 지속적으로 충진되는 리저버(12)가 별도로 장착되어 있고, 리저버(12) 내에는 연료를 엔진의 연료분사장치(미도시됨)로 압송하는 동시에 일부 연료를 리저버 내로 토출하는 저압 연료펌프(14)가 장착되어 있다.
이때, 상기 리저버(12)와 연료펌프(14)는 하나로 모듈화된 부품으로 제작되며, 그 이유는 연료펌프(14)가 항상 리저버(12) 내의 연료를 엔진으로 연속 공급하기 위함에 있고, 이를 위해 제프 펌핑 원리에 의하여 연료탱크(10) 내의 연료가 리저버(12) 내로 지속 충진된다.
상기 연료펌프(14)의 토출측에는 엔진(40)의 연료분사장치쪽으로 연료를 공급하는 연료공급라인(16)이 연결되고, 이 연료공급라인(16)에는 연료 이물질 여과를 위한 연료필터(20) 및 여과된 연료를 디젤 엔진의 인젝터로 연료를 고압으로 펌핑하는 고압펌프(30)가 나란히 장착된다.
이때, 상기 고압펌프(30)의 윤활 및 냉각은 연료펌프(14)의 펌핑력에 의하여 연료필터(20)를 통과한 연료, 즉 리저버 내의 연료가 직접 사용되는 바, 리저버 내의 연료가 고압펌프(30)를 통과하면서 고압펌프의 윤활 및 냉각이 동시에 이루어진다.
또한, 상기 고압펌프(30) 및 엔진(40)에는 리저버(12)로 잔여 연료를 리턴시키는 연료리턴라인(18)이 연결되는 바, 이 연료리턴라인(18)은 연료펌프(14)와의 간섭없이 단순히 리저버(12)의 내부로 연장된 상태가 된다.
이에, 고압펌프(30)에서 일정 연료량 이상 펌핑하고 남은 잔여 연료와 엔진에서 미연소된 잔여 연료들이 연료리턴라인(18)을 따라 리저버(12)로 리턴 저장된다.
그러나, 상기한 종래의 디젤 차량용 연료공급장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 저온 시동시, 디젤유의 저온 특성상 파라핀이 생성되는 바, 리저버 내의 연료가 연료펌프에 의하여 펌핑하여 연료필터를 통과할 때, 연료필터가 파라핀에 의하여 막히게 되고, 그에 따라 고압펌프로의 연료 압력 및 연료 공급 유량이 저하되어, 결국 엔진에 공급되는 연료공급량 감소로 인하여 엔진 부조 및 시동 꺼짐 현상이 발생되는 문제점이 있다.
둘째, 고온 고부하 주행시, 엔진으로부터 리저버로 리턴되는 고온의 리턴 연료가 항상 리저버의 내부로 유입됨에 따라, 리저버 내의 연료 온도가 지속적으로 증가하게 되고, 이로 인하여 리저버 내의 연료를 윤활 및 냉각으로 활용하는 고압펌프의 윤활 및 냉각 성능이 점진적으로 저하되어 고압펌프의 고장이 초래되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 저온 시동 중 엔진으로부터 리턴되는 고온 연료를 리저버 내로 리턴시키되, 리턴연료 컨트롤 밸브를 이용하여 리저버 내의 연료펌프 흡입부로 직접 리턴시켜서, 연료펌프에서 연료필터로 흐르는 고온 연료에 의하여 연료필터를 막고 있던 파라핀을 녹일 수 있도록 함으로써, 고압펌프 및 엔진쪽으로의 연료 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 디젤 차량의 연료공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고온 고부하 주행시 엔진으로부터 리턴되는 고온 연료를 리턴연료 컨트롤 밸브를 이용하여 리저버 밖의 연료탱크 내부로 리턴되도록 함으로써, 리저버 내의 연료 온도가 지속적으로 증가하는 것을 방지하여, 고압펌프의 윤활 및 냉각 성능이 유지될 수 있도록 한 디젤 차량의 연료공급장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료탱크와, 연료탱크 내에 장착되는 리저버와, 리저버 내에 장착되어 연료를 엔진측으로 압송하는 연료펌프와, 연료펌프의 토출측과 엔진 간에 연결되는 연료공급라인과, 연료공급라인에 장착되는 연료필터 및 고압펌프를 포함하는 디젤 차량의 연료공급장치에 있어서, 상기 엔진으로부터 리저버 내로 연료를 리턴시키기 위한 연료리턴라인에 리턴연료 컨트롤 밸브를 장착하고, 리턴연료 컨트롤 밸브의 출구에 리저버의 내부로 연장되는 제1리턴라인 및 리저버의 외부 공간인 연료탱크 내로 연장되는 제2리턴라인을 장착하여, 저온 시동시에는 상기 리턴연료 컨트롤 밸브를 제1리턴라인쪽으로 개방시키고, 고온 고부하 주행시에는 상기 리턴연료 컨트롤 밸브를 제2리턴라인쪽으로 개방시키도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 연료공급장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따른 상기 리턴연료 컨트롤 밸브는: 연료리턴라인과 연결되는 제1 및 제2입구와, 제1 및 제2리턴라인과 연결되는 제1 및 제2출구를 갖는 밸브 몸체와; 밸브 몸체의 내부에 좌우 이송 가능하게 내설되어, 제1입구와 제1출구를 선택적으로 연통시키거나, 제2입구 및 제2출구를 선택적으로 연통시키는 개폐밸브체와; 밸브 몸체의 일측 및 타측에 연결되어, 개폐밸브체의 양측면에 각각 좌우 이송을 위한 압력을 제공하는 압력제공수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 개폐밸브체는 중앙에 관통된 연료통과홀이 형성된 블럭 타입으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브 몸체의 내부에서 양측쪽 벽면에는 개폐밸브체의 좌우 이송거리를 한정하기 위한 스토퍼가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 밸브 몸체의 일측에 연결되는 압력제공수단은 상기 연료펌프 압력을 이용하기 위하여 연료공급라인으로부터 분기되는 연료분기라인으로 채택된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브 몸체의 타측에 연결되는 압력제공수단은 요소수 펌프 압력을 이용하기 위하여, 요소수 탱크 내의 요소수 펌프로부터 분기되는 요소수 분기라인으로 채택된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1리턴라인은 연료펌프 하단쪽 연료 흡입부에 직결되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 저온 시동 중 엔진으로부터 리턴되는 고온 연료를 리턴연료 컨트롤 밸브를 이용하여 리저버 내의 연료펌프의 연료 흡입부로 직접 리턴시켜서, 고온 연료에 의하여 연료필터를 막고 있던 파라핀을 녹일 수 있도록 함으로써, 엔진쪽으로의 연료 흐름이 원활하게 이루어질 수 있고, 그에 따라 기존에 고압펌프로의 연료 압력 및 연료 공급 유량이 저하됨과 함께 엔진에 공급되는 연료공급량 감소로 인하여 엔진 부조 및 시동 꺼짐 현상이 발생되는 문제점을 해소할 수 있다.
둘째, 고온 고부하 주행시 엔진으로부터 리턴되는 고온 연료를 리턴연료 컨트롤 밸브를 이용하여 리저버 밖의 연료탱크 내부로 리턴되도록 함으로써, 리저버 내의 연료 온도가 지속적으로 증가하는 것을 방지하여, 고압펌프의 윤활 및 냉각 성능이 유지될 수 있다.
도 1은 종래의 디젤 연료공급장치를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 디젤 연료공급장치를 도시한 구성도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 디젤 연료공급장치의 작동 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 디젤 연료공급장치를 도시한 구성도이다.
도 2에서, 도면부호 10은 연료탱크를 지시한다.
상기와 같이 연료탱크(10) 내에는 연료탱크 내의 연료가 지속적으로 충진되는 리저버(12)가 별도로 장착되어 있고, 리저버(12) 내에는 연료를 엔진의 연료분사장치(미도시됨)로 압송하는 동시에 일부 연료를 리저버 내로 토출하는 저압 연료펌프(14)가 장착되어 있다.
또한, 상기 연료펌프(14)의 토출측에는 엔진(40)의 연료분사장치쪽으로 연료를 공급하는 연료공급라인(16)이 연결되고, 이 연료공급라인(16)에는 연료 이물질 여과를 위한 연료필터(20) 및 여과된 연료를 디젤 엔진의 인젝터로 연료를 고압으로 펌핑하는 고압펌프(30)가 나란히 장착된다.
또한, 상기 고압펌프(30) 및 엔진(40)에는 리저버(12)로 잔여 연료를 리턴시키는 연료리턴라인(18)이 연결된다.
특히, 상기 연료리턴라인(18)에 리턴연료 컨트롤 밸브(50)가 장착되는 바, 이 리턴연료 컨트롤 밸브(50)는 리턴되는 연료를 리저버(12)의 내부 또는 리저버(12) 밖의 연료탱크(10)의 내부쪽으로 리턴시키는 역할을 한다.
이를 위해, 상기 리턴연료 컨트롤 밸브(50)의 제1출구(53) 및 제2출구(54)에는 각각 리저버(12)의 내부로 연장되는 제1리턴라인(61) 및 리저버(12)의 외부 공간인 연료탱크(10) 내로 연장되는 제2리턴라인(62)이 연결된다.
이때, 상기 제1리턴라인(61)은 연료펌프(14)의 하단쪽에 형성된 연료 흡입부(15)에 직결되고, 상기 제2리턴라인(62)은 리저버(12)의 외부 공간인 연료탱크(10) 내로 연장된다.
본 발명에 따른 리턴연료 컨트롤 밸브(50)는 연료리턴라인(18)과 연결되는 제1 및 제2입구(51,52)와, 제1 및 제2리턴라인(61,62)과 각각 연결되는 제1 및 제2출구(53,54)를 갖는 밸브 몸체(55)를 포함하고, 이 밸브 몸체(55)의 내부에는 제1입구(51)와 제1출구(53)를 선택적으로 연통시키거나, 제2입구(52) 및 제2출구(54)를 선택적으로 연통시키도록 개폐밸브체(56)가 좌우 이송 가능하게 내설되며, 또한 밸브 몸체(55)의 일측 및 타측에는 개폐밸브체(56)의 양측면에 각각 좌우 이송을 위한 압력을 제공하는 압력제공수단이 연결된다.
이때, 상기 개폐밸브체(56)는 중앙에 관통된 연료통과홀이 형성된 블럭 타입으로 구성되고, 상기 밸브 몸체(55)의 내부에서 양측쪽 벽면에는 개폐밸브체(56)의 좌우 이송거리를 한정하기 위한 스토퍼(57)가 일체로 형성된다.
따라서, 상기 리턴연료 컨트롤 밸브(50)는 압력제공수단에 의거 저온 시동시에는 제1리턴라인(61)쪽으로 개방되고, 고온 고부하 주행시에는 제2리턴라인(62)쪽으로 개방되는 작동을 하게 된다.
상기 밸브 몸체(55)의 일측에 연통 가능하게 연결되는 압력제공수단은 상기 연료펌프 압력을 이용하기 위하여 연료공급라인(16)으로부터 분기되는 연료분기라인(19)으로 채택된다.
이에, 저온 시동시 연료분기라인(19)을 통해 작용하는 연료압이 개폐밸브체(56)의 일면에 작용하면 개폐밸브체(56)가 우측으로 이동되는 동시에 밸브 몸체(55)의 제1입구(51)와 제1출구(53)가 서로 연통되는 상태가 되고, 결국 제1출구(53)에 연결되는 제1리턴라인(61)이 연료리턴라인(18)과 서로 연통되는 상태가 된다.
또한, 상기 밸브 몸체(55)의 타측에 연통 가능하게 연결되는 압력제공수단은 요소수 펌프 압력을 이용하기 위하여, 요소수 탱크 내의 요소수 펌프(70)로부터 분기되는 요소수 분기라인(72)으로 채택된다.
이에, 고온 고부하 주행시 요소수 펌프 압력이 요소수 분기라인(72)을 통해 밸브 몸체(55)의 타면에 작용하면 개폐밸브체(56)가 좌측으로 이동되는 동시에 밸브 몸체(55)의 제2입구(52)와 제2출구(54)가 서로 연통되는 상태가 되고, 결국 제2출구(54)에 연결되는 제2리턴라인(62)이 연료리턴라인(18)과 서로 연통되는 상태가 된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 연료공급장치에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
저온 시동시
첨부한 도 3은 저온 시동시 연료공급장치의 연료 흐름 동작을 나타낸 구성도이다.
저온 시동시, 연료펌프(14)의 펌핑 동작에 의하여 리저버내의 연료가 연료공급라인(16)을 따라 엔진(40)으로 공급되고, 미연소된 연료 즉, 엔진 열에 의하여 고온 상태로 된 미연소 연료가 연료리턴라인(18)으로 흐르게 된다.
이때, 상기 연료공급라인(16)으로부터 분기된 연료분기라인(19)을 통해 연료압이 개폐밸브체(56)의 일면에 작용하게 되고, 이에 도 3에서 보듯이 개폐밸브체(56)가 우측으로 이동됨으로써, 연료리턴라인(18)이 연결된 밸브 몸체(55)의 제1입구(51)와, 제1입구(51)와 직선으로 대응되는 밸브 몸체(55)의 제1출구(53)가 서로 연통되는 상태가 되고, 결국 제1출구(53)에 연결되는 제1리턴라인(61)이 연료리턴라인(18)과 서로 연통되는 상태가 된다.
물론, 상기 개폐밸브체(56)에 의하여 밸브 몸체(55)의 제2입구(52)와 제2출구(54)는 서로 막혀진 상태가 된다.
따라서, 상기 연료리턴라인(18)으로부터의 고온 연료가 제1입구(51)와, 제1출구(53)와, 제1리턴라인(61)을 따라 리턴된 후, 제1리턴라인(61)이 연결된 연료펌프(12)의 흡입측으로 직접 공급된다.
이에 따라, 상기 연료펌프(14)의 연료 흡입부(15)를 통하여, 제1리턴라인(61)으로부터의 고온 연료가 직접 흡입된 후, 연료공급라인(16)에 장착된 연료필터(20)를 통과하게 된다.
이렇게 저온 시동시 고온 연료를 연료필터(20)로 신속하게 흐르게 함으로써, 연료필터(20)를 막고 하던 파라핀이 녹게 되고, 그에 따라 고압펌프로의 연료 압력 및 연료 공급 유량이 원활하게 유지됨과 함께 엔진에 공급되는 연료공급량도 원활하게 유지되어, 결국 기존에 연료량 부족에 따른 엔진 부조 및 시동 꺼짐 현상이 발생되는 것을 용이하게 방지할 수 있다.
고온 고부하 주행시
첨부한 도 4는 고온 고부하 주행시 연료공급장치의 연료 흐름 동작을 나타낸 구성도이다.
고온 고부하 주행시, 엔진(40)으로부터 리저버(12)로 리턴되는 고온의 리턴 연료가 지속적으로 리저버(12)의 내부로 유입됨에 따라, 리저버(12) 내의 연료 온도가 지속적으로 증가하게 되고, 이로 인하여 리저버(12) 내의 연료를 윤활 및 냉각으로 활용하는 고압펌프(30)의 윤활 및 냉각 성능이 점진적으로 저하되어 고압펌프의 고장이 초래될 수 있다.
이를 해소하고자, 고온 고부하 주행시 엔진(40)으로부터 리턴되는 고온 연료를 리저버(12) 밖의 연료탱크(10) 내로 리턴시킴으로써, 리저버(12) 내의 연료 온도가 지속적으로 증가하는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 고압펌프(30)의 윤활 및 냉각 성능이 유지될 수 있다.
이를 위해, 요소수 펌프 압력이 요소수 분기라인(72)을 통해 밸브 몸체(55)의 타면에 작용하면, 개폐밸브체(56)가 좌측으로 이동되는 동시에 밸브 몸체(55)의 제2입구(52)와 제2출구(54)가 서로 연통되는 상태가 되고, 결국 제2출구(54)에 연결되는 제2리턴라인(62)이 연료리턴라인(18)과 서로 연통되는 상태가 된다.
따라서, 상기 연료리턴라인(18)으로부터의 고온 연료가 제2입구(52)와, 제2출구(54)와, 제2리턴라인(62)을 따라 리턴된 후, 리저버(12) 밖의 연료탱크(10) 내로 리턴된다.
이때, 엔진 시동 후 약 20분이 지나면 배기열이 일정 온도 이상 올라가는 조건에서 배기가스 절감을 위한 요소수가 분사되는 바, 이 요소수를 분사하기 위한 요소수 펌프 압력이 약 6.6bar의 압력으로 형성된다.
이에, 저온 시동 후 11분 이후에 약 5 bar의 연료펌프 정상 압력이 형성되는 것에 비하여 요소수 펌프 압력이 더 높으므로, 위와 같이 개폐밸브체(56)가 좌측으로 이동하게 되는 것이다.
이와 같이, 고온 고부하 주행시 엔진(40)으로부터 리턴되는 고온 연료를 리저버(12) 밖의 연료탱크(10) 내로 리턴시킴으로써, 리저버(12) 내의 연료 온도가 지속적으로 증가하여 고온이 되는 것을 방지할 수 있고, 그에 따라 연료펌프(10)의 펌핑에 의하여 리저버(12) 내의 연료(고온이 방지된 연료)가 고압펌프(30)로 공급되어 윤활 및 냉각 작용을 원활하게 수행하게 된다.
한편, 상기 리저버(12) 밖의 연료탱크(10) 내로 리턴된 고온 연료는 연료탱크(10) 내에 머무는 동안 상온 냉각이 이루어지게 되고, 이후 리저버(12)의 바닥쪽에 형성되는 제트펌프 구조(미도시됨)에 의하여 리저버(12) 내로 충진된다.
10 : 연료탱크
12 : 리저버
14 : 연료펌프
15 : 연료 흡입부
16 : 연료공급라인
18 : 연료리턴라인
19 : 연료분기라인
20 : 연료필터
30 : 고압펌프
40 : 엔진
50 : 리턴연료 컨트롤 밸브
51 : 제1입구
52 : 제2입구
53 : 제1출구
54 : 제2출구
55 : 밸브 몸체
56 : 개폐밸브체
57 : 스토퍼
61 : 제1리턴라인
62 : 제2리턴라인
70 : 요소수 펌프
72 : 요소수 분기라인

Claims (7)

  1. 연료탱크와, 연료탱크 내에 장착되는 리저버와, 리저버 내에 장착되어 연료를 엔진측으로 압송하는 연료펌프와, 연료펌프의 토출측과 엔진 간에 연결되는 연료공급라인과, 연료공급라인에 장착되는 연료필터 및 고압펌프를 포함하는 디젤 차량의 연료공급장치에 있어서,
    상기 엔진으로부터 리저버 내로 연료를 리턴시키기 위한 연료리턴라인에 리턴연료 컨트롤 밸브를 장착하고, 리턴연료 컨트롤 밸브의 출구에 리저버의 내부로 연장되는 제1리턴라인 및 리저버의 외부 공간인 연료탱크 내로 연장되는 제2리턴라인을 장착하여, 저온 시동시에는 상기 리턴연료 컨트롤 밸브를 제1리턴라인쪽으로 개방시키고, 고온 고부하 주행시에는 상기 리턴연료 컨트롤 밸브를 제2리턴라인쪽으로 개방시키도록 하되,
    상기 리턴연료 컨트롤 밸브는: 연료리턴라인과 연결되는 제1 및 제2입구와, 제1 및 제2리턴라인과 연결되는 제1 및 제2출구를 갖는 밸브 몸체와; 밸브 몸체의 내부에 좌우 이송 가능하게 내설되어, 제1입구와 제1출구를 선택적으로 연통시키거나, 제2입구 및 제2출구를 선택적으로 연통시키는 개폐밸브체와; 밸브 몸체의 일측 및 타측에 연결되어, 개폐밸브체의 양측면에 각각 좌우 이송을 위한 압력을 제공하는 압력제공수단; 을 포함하여 구성되고,
    상기 밸브 몸체의 일측에 연결되는 압력제공수단은 상기 연료펌프 압력을 이용하기 위하여 연료공급라인으로부터 분기되는 연료분기라인으로 채택되며,
    상기 밸브 몸체의 타측에 연결되는 압력제공수단은 요소수 펌프 압력을 이용하기 위하여, 요소수 탱크 내의 요소수 펌프로부터 분기되는 요소수 분기라인으로 채택된 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 연료공급장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐밸브체는 중앙에 관통된 연료통과홀이 형성된 블럭 타입으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 연료공급장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브 몸체의 내부에서 양측쪽 벽면에는 개폐밸브체의 좌우 이송거리를 한정하기 위한 스토퍼가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 연료공급장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1리턴라인은 연료펌프 하단쪽 연료 흡입부에 직결되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 연료공급장치.
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