KR20070060917A

KR20070060917A - 디젤 엔진의 연료 주입 구조

Info

Publication number: KR20070060917A
Application number: KR1020050121104A
Authority: KR
Inventors: 조진우
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-06-13

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 연료 주입 구조에 관한 것으로 디젤엔진의 연료를 저장하며 그 내부에 연료를 주입할 수 있는 연료주입구(10)가 구비된 디젤연료저장탱크(1)와, 상기 디젤연료저장탱크(1)의 연료주입구(10)에 결합되어 그 내부로 연료를 주입하는 연료주입기(20)로 구성된 것에 있어서, 상기 디젤연료저장탱크(1)는 연료주입구(10)가 연료를 주입하는 연료유입관(11)과 배기가스에 분사되어 오염물질을 제거하는 촉매수용액을 저장하는 촉매저장탱크(2)로 촉매를 주입하는 촉매유입관(12)으로 이루어지고, 상기 연료주입기(20)는 상기 연료유입관(11)에 결합되어 디젤연료저장탱크(1)로 연료를 주입하는 연료주입관(21)과 촉매유입관(12)에 결합되어 촉매저장탱크(2)로 촉매수용액을 주입하는 촉매주입관(22)으로 구성되어 디젤연료저장탱크(1)와 촉매저장탱크(2)가 하나의 주입구를 공유함으로써 주입기를 통해 한번에 동시에 연료 및 촉매수용액을 충진시킬 수 있게 되는 것이다.

Description

디젤 엔진의 연료 주입 구조{Structure of Oil Injection in a Diesel Engine}

도 1은 본 발명의 구조를 도시한 요부 확대 단면도

*도면 중 주요 부호에 대한 설명*

1 : 디젤연료저장탱크 2 : 촉매저장탱크

10 : 연료주입구 11 : 연료유입관

12 : 촉매유입관 20 : 연료주입기

21 : 연료주입관 22 : 촉매주입관

본 발명은 디젤 연료의 연료 주입 구조에 관한 것으로 더 상세하게는 디젤 연료 탱크에 연료를 주입할 경우 동시에 촉매수용액도 함께 주입하여 충진할 수 있도록 발명된 것이다.

일반적으로, 자동차는 형태에 따라 승용차나, 버스, 트럭 등으로 분류되나 같은 차종이라 할지라도 사용되는 연료의 종류에 따라 가솔린차량, 디젤 차량, LPG차량으로 구분될 수 있다.

이 중 디젤 차량은 고연비를 가지고 고출력 및 고부하 운전이 가능함은 물론 그 유류비가 싸 수요가 계속 증가하고 있는 실정이다.

이 디젤 차량은 배기가스가 그대로 배출될 경우 그 오염도가 매우 높으므로 이에 대응하기 위하여 디젤 엔진의 배기가스 규제가 강화되고 있는 추세이다.

그리고 이 디젤차량의 대기오염은 주로 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)에 의해 발생한다.

따라서 디젤 차량의 배기 규제의 주요한 대상물질은 질소산화물과 입자상물질이며 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation)에 의한 질소산화물 농도 저감과, 입자상물질을 저감하기 위한 엔진의 성능 개선 및 개량을 하고 있다.

이러한 디젤 차량의 배기가스를 처리하는 기술로는 통상 입자상의 물질을 걸러주는 입자상물질 제거용 필터 시스템 또는 배기가스 라인에 촉매수용액을 분사하는 촉매분사시스템이 있다.

이 촉매분사시스템은 근래에 촉매수용액으로 질소산화물 제거율이 우수한 유리아 첨가제(Urea Agent)를 이용하는 DeNox후처리장치(Urea-Based Selective Catalytic Reduction of NOx; Urea-SCR)가 주로 사용되고 있는 추세이다.

이 유리아SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템은 유리아(Urea;NH₂-Co-NH₂;요소)를 배기가스 라인에 공급하여 NOx와 유리아를 촉매 반응시켜 NOx를 N₂ + O₂로 변환시키는 방법이다.

이 유리아SCR시스템은 유리아저장탱크에 저장된 유레아를 도징유니트에서 유 레아 인젝터로 유레아를 에어졸상태로 배기관에 분사하며, 이 유리아탱크와 도징유니트 사이에는 도징유니트로 엔진의 RPM과 연료량에 따라 분사량을 제어하는 도징콘트롤 유니트가 구비된다.

즉, 자동차가 주행 중 도징 콘트롤 유니트가 엔진 ECU와 CAN통신을 통해 엔진의 RPM과 사용되는 연료량에 따라 유리아저장탱크에서 유레아를 도징유니트로 공급하여 배기관에 유레아를 분사시키는 것이다.

한편, 이 유레아저장탱크는 내부의 유레아가 주행 중 연료소비와 비례하여 지속적으로 소모되므로 연료주입구와 동일한 주입장치를 가져 소모된 유레아를 외부 충전장치로 충진시키도록 구성된다.

그러나 상기한 종래의 유레아저장탱크는 차체에 연료저장탱크와 별도로 구비되고, 별도의 주입구를 가져야 하므로 유레아를 보충할 수 있는 별도의 충전장치를 갖추어야 하는 문제점이 있었던 것이다.

또 상기 유레아저장탱크는 히팅기능을 가지고 차체에 별도로 설치되는데 이는 차량의 설계시 상당한 부담이 되어 차량 제조 시 설계가 어렵고, 그 비용과 시간이 증대되는 폐단이 있었던 것이다.

그리고 유레아 소모 시 매번 별도의 충전소 또는 주유소에 들려 충전을 해야하는 번거로움이 있었으며 이런 불편함으로 인해 유레아를 충전하지 않고 주행할 경우가 발생할 수 있으며 이는 환경오염을 증대시키고, 법규에 걸려 제재를 받게 되는 어려움이 있었던 것이다.

본 발명의 목적은 연료 주입 시 동시에 유레아와 같은 촉매수용액도 함께 주입하도록 하여 사용자의 편의성을 증대시키고, 차량 설계를 용이하게 할 수 있도록 한 디젤 엔진의 연료 주입 구조를 제공하는 데 있다.

이러한 본 발명의 목적은 디젤엔진의 연료를 저장하며 그 내부에 연료를 주입할 수 있는 연료주입구가 구비된 디젤연료저장탱크와, 상기 디젤연료저장탱크의 연료주입구에 결합되어 그 내부로 연료를 주입하는 연료주입기로 구성된 것에 있어서, 상기 디젤연료저장탱크는 연료주입구가 연료를 주입하는 연료유입관과 배기가스에 분사되어 오염물질을 제거하는 촉매수용액을 저장하는 촉매저장탱크로 촉매를 주입하는 촉매유입관으로 이루어지고, 상기 연료주입기는 상기 연료유입관에 결합되어 디젤연료저장탱크로 연료를 주입하는 연료주입관과 촉매유입관에 결합되어 촉매저장탱크로 촉매수용액을 주입하는 촉매주입관으로 구성됨으로써 달성된다.

즉, 연료주입기를 연료주입구로 결합하면 연료주입관은 연료유입관에 결합되고, 동시에 촉매주입관은 촉매유입관으로 결합되어 각각 디젤연료저장탱크와 촉매저장탱크로 연료와 촉매수용액을 동시에 주입할 수 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 구조를 도시한 요부 확대 단면도로서, 디젤연료저장탱크 내부에 촉매저장탱크가 장착되고, 연료유입관과 촉매유입관이 이중관으로 구성되고 연료주입기도 이에 대응되는 이중관으로 구성되어 서로 결합된 상태를 나타내고 있 다.

이하, 도 1에서 도시한 바와 같이 본 발명의 디젤연료저장탱크(1)는 그 내부에 연료를 저장할 수 있는 연료저장실(1a)이 구비되며 그 일 측면으로 연료주입기(20)가 결합되어 그 내부로 연료를 주입할 수 있는 연료주입구(10)가 형성된다.

그리고 상기 디젤연료저장탱크(1)의 내부에는 배기가스에 분사되어 오염물질을 제거하고 중화시키는 촉매수용액을 저장하는 촉매저장탱크(2)가 장착되며, 이 촉매저장탱크(2)의 내부에는 촉매수용액을 저장할 수 있는 촉매저장실(2a)이 형성된다.

이 촉매저장탱크(2)는 본 발명에서 통상 질소산화물 제거율이 우수한 유리아(Urea;NH₂-Co-NH₂)를 저장하는 유리아저장탱크를 사용하는 것을 기본으로 한다.

이 유리아저장탱크는 유리아 소모량이 디젤연료소모량의 4 ~ 5% 수준이므로 그 저장용량이 디젤연료저장탱크(1)의 6 ~ 7% 정도를 가지는 크기로 제조되어 디젤연료저장탱크(1) 내부에 장착된다.

상기 연료주입구(10)는 상기 디젤연료저장탱크(1)의 연료저장실(1a)로 연계된 연료유입관(11)과, 상기 촉매저장탱크(2)의 촉매저장실(2a)로 연계된 촉매유입관(12)으로 구성된다.

그리고 이 연료유입관(11)과 촉매유입관(12)은 연료유입관(11) 내부로 촉매유입관(12)이 돌출된 이중관 구조를 가진다.

즉, 연료유입관(11)은 디젤연료저장탱크(1)의 일 측면으로 소정의 높이로 돌 출되고, 이 촉매유입관(12)은 상기 연료유입관(11)의 직경보다 작은 직경으로 연료유입관(11)의 중심에 돌출되어 촉매유입관(12)의 외주면과 연료유입관(11)의 내주면 사이의 간격이 일정하도록 형성되어 이중관 구조를 가지게 되는 것이다.

한편, 상기 연료주입구(10)에 결합되는 연료주입기(20)는 상기 연료유입관(11)과 결합되어 디젤연료저장탱크(1)로 연료를 주입하는 연료주입관(21)과, 상기 촉매유입관(12)에 결합되어 촉매저장탱크(2)로 촉매수용액을 저장하는 촉매주입관(22)으로 구성된다.

그리고 상기 연료주입관(21)과 촉매주입관(22)은 상기 연료주입구(10)와 대응되는 구조로 이루어져 연료주입구(10)에 연료주입기(20)가 결합되면 연료주입관(21)과 촉매주입관(22)이 각각 연료유입관(11)과 촉매유입관(12)에 결합하도록 한다.

이 연료주입구(10)의 연료유입관(11)과 촉매유입관(12)은 상기한 바와 같이 이중관 구조를 가지므로 상기 연료주입기(20)도 이에 대응되는 이중관 구조를 가지도록 한다.

상기 연료주입관(21)은 상기 연료유입관(11)과 결합되는 직경을 가지도록 형성하고, 이 연료주입관(21)의 내부 중심에 상기 촉매유입관(12)과 결합되는 직경을 가지는 촉매주입관(22)이 돌출되어 이중관 구조를 가지는 것이다.

이 연료주입관(21)과 촉매주입관(22)은 각각 연료를 충진시키는 연료충진시스템과, 촉매수용액을 충진시키는 촉매충진시스템으로 연결되며 어느 한 측의 공급이 시작되면 둘이 같이 공급이 시작되도록 구성되며, 디젤연료저장탱크(1)와 촉매 저장탱크(2)에 각각 연료와 촉매수용액이 완전 충전되면 각각 멈추도록 제어된다.

즉, 상기 연료주입기(20)를 상기 연료주입구(10)로 꽂아 결합하면 연료주입관(21)은 연료유입관(11)에 결합되고 촉매주입관(22)은 촉매유입관(12)으로 결합되는 것이다.

연료주입관(21)을 통해 연료가 공급되면, 연료는 연료유입관(11)과 촉매유입관(12) 사이의 간격을 통해 디젤연료저장탱크(1)의 연료저장실(1a)로 유입되어 채워진다.

이와 동시에 촉매주입관(22)을 통해 촉매수용액이 공급되며, 이 촉매수용액은 촉매주입관(22)을 통해 직접 결합된 촉매유입관(12)을 통해 촉매저장탱크(2)의 촉매저장실(2a)로 유입되어 채워지는 것이다.

이와 같이 디젤연료저장탱크(1)와 촉매저장탱크(2)가 하나의 주입구를 공유함으로써 주입기를 통해 한번에 동시에 연료 및 촉매수용액을 충진시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기한 이중관 구조에서는 연료가 연료유입관(11)과 촉매유입관(12) 사이의 간격을 통해 디젤연료저장탱크(1)의 연료저장실(1a)로 유입되어 채워짐으로 연료가 채워지면서 촉매주입관(22)과 촉매유입관(12)의 결합부분을 통해 연료가 촉매저장탱크(2)로 유입될 수 있으므로 촉매주입관(22)과 촉매유입관(12)의 결합부분에 실링부재(30)를 장착하여 촉매주입관(22)과 촉매유입관(12)의 결합을 실링시키는 것이 바람직하다.

또한 도시하지는 않았지만 연료유입관(11)과 촉매유입관(12)을 이중관 구조 로 형성하지 않고 촉매유입관(12)을 연료유입관(11)의 일 측에 약간의 간격을 가지고 돌출시키도록 형성하고, 각각 돌출된 연료유입관(11)과 촉매유입관(12)에 결합되도록 연료주입기(20)의 연료주입관(21)과 촉매주입관(22)을 일체로 형성하여 구성할 수도 있으며 이 외 한 번의 주입기의 결합으로 연료유입관(11)과 촉매유입관(12)이 연료주입관(21)과 촉매주입관(22)에 결합되는 것은 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

상기한 본 발명의 구성에 의하면, 디젤차량에 있어서 연료와 촉매수용액인 유리아를 동시에 공급할 수 있어 별도의 유리아 충진소 구축 및 유리아 충진장치가 필요없는 것이다.

또 별도로 유리아를 충진할 필요가 없어 사용자의 편의성을 향상시키고 연료소비량에 대응되는 양만큼의 유리아가 함께 충진됨으로 유리아와 같이 배기가스의 오염물질을 제거하는 촉매수용액이 다 소모되어 공기를 오염시키고 이로 인한 법규위반을 방지할 수 있는 것이다.

유리아저장탱크인 경우 겨울철 유리아의 동결을 방지하는 히팅장치가 필요로 하나 이 유리아탱크가 디젤연료저장탱크의 내부로 설치되므로 엔진 작동 시 고온의 연료가 연료탱크로 리턴되고 이 열에 의해 유리아의 동결이 방지됨으로 별도의 히팅장치가 필요없어 탱크제조비용을 절감할 수 있으며 별도의 장착 공간이 필요없어 설계 시 차량의 레이아웃 측면에서 유리한 것이다.

따라서 사용자의 편의성을 증대시킴은 물론 차량의 제조 시 설계가 간편하 고 이에 따르는 경제성이 우수한 효과가 있는 것이다.

Claims

디젤엔진의 연료를 저장하며 그 내부에 연료를 주입할 수 있는 연료주입구(10)가 구비된 디젤연료저장탱크(1)와;

상기 디젤연료저장탱크(1)의 연료주입구(10)에 결합되어 그 내부로 연료를 주입하는 연료주입기(20)로 구성된 것에 있어서,

상기 디젤연료저장탱크(1)는 연료주입구(10)가 연료를 주입하는 연료유입관(11)과 배기가스에 분사되어 오염물질을 제거하는 촉매수용액을 저장하는 촉매저장탱크(2)로 촉매를 주입하는 촉매유입관(12)으로 이루어지고, 상기 연료주입기(20)는 상기 연료유입관(11)에 결합되어 디젤연료저장탱크(1)로 연료를 주입하는 연료주입관(21)과 촉매유입관(12)에 결합되어 촉매저장탱크(2)로 촉매수용액을 주입하는 촉매주입관(22)으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 주입 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 촉매저장탱크(2)는 상기 디젤연료저장탱크(1)의 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 주입 구조.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 촉매저장탱크(2)는 유리아(Urea;NH₂-Co-NH₂)를 저장하는 유리아저장탱크를 사용하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 주입 구조.
청구항 1에 있어서, 상기 연료유입관(11)은 촉매유입관(12)이 상기 연료유입관(11)의 직경보다 작은 직경으로 연료유입관(11)의 중심에 돌출되어 촉매유입관(12)의 외주면과 연료유입관(11)의 내주면 사이의 간격이 일정하도록 형성되는 이중관 구조를 가지고, 상기 연료주입기(20)의 연료주입관(21)은 상기 연료유입관(11)과 결합되는 직경을 가지도록 형성하고, 이 연료주입관(21)의 내부 중심에 상기 촉매유입관(12)과 결합되는 직경을 가지는 촉매주입관(22)이 돌출되어 이중관 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 주입 구조.