KR20160049706A - 자동차의 디젤 연료 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 냉간 시동 시 시동성을 향상시킬 수 있고 고온/고부하 주행 시 연료 온도를 저감시킬 수 있는 디젤 연료 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 연료 리턴라인 상에 특정온도에서 개폐작동되는 써머스탯을 설치하여, 저온 시동 시에는 리턴되는 연료를 연료 펌프 전단부로 직접 공급하여 연료 펌프의 압력 및 유량을 확보할 수 있고, 고속/고부하 주행 시에는 리턴되는 고온의 연료를 리저버 밖으로 보내 연료 펌프를 보호할 수 있는 새로운 디젤 연료 시스템을 구현함으로써, 디젤 냉시동성 향상은 물론 연료 펌프 내구성을 향상시킬 수 있는 자동차의 디젤 연료 시스템을 제공한다.

Description

자동차의 디젤 연료 시스템{Diesel engine system for vehicle}

본 발명은 자동차의 디젤 연료 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤 냉간 시동 시 시동성을 향상시킬 수 있고 고온/고부하 주행 시 연료 온도를 저감시킬 수 있는 디젤 연료 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 연료 시스템은 연소실 내에 공기를 공급하고, 이를 압축시켜 500∼ 550℃의 압축열이 발생하게 될 때, 상기 연소실에 인젝션 노즐을 통하여 연료를 분사하여 착화 연소시키는 시스템이다.

이러한 디젤 연료 시스템은, 도 2에 도시한 바와 같이, 연료를 저장하는 연료 탱크(10)와 리저버(11), 그리고 연료 펌핑을 위한 연료 펌프(12)가 구비되고, 상기 연료 펌프(12)는 엔진(13)의 인젝션 노즐(14)과 공급라인(15)을 통해 연결됨과 더불어 상기 공급라인(15)에는 연료를 여과하는 연료 필터(16)가 장착되며, 상기 엔진(13)측과 연료 탱크(10) 사이는 리턴라인(17)으로 연결되어 연료 분사 후에 남은 연료가 연료 탱크측으로 리턴될 수 있게 된다.

여기서, 미설명 부호 19는 임펠러이고, 20은 프리 필터를 나타낸다.

이러한 디젤 연료 시스템은 한국공개특허 10-2001-0019807호에 개시되어 있다.

그러나, 종래의 디젤 연료 시스템은 저온 시동 시 디젤 저온 특성에 의한 파라핀 생성→연료 필터 막힘→고압펌프로의 압력 및 유량 공급 저하→엔진에 연료공급 저하로 엔진 부조 및 시동 꺼짐이 발생하는 문제가 있다.

또한, 고온/고부하 주행 시 리턴연료가 리저버로 곧바로 유입되기 때문에 연료 펌프의 토출 연료온도가 지속적으로 증가하게 되고, 이로 인해 고압 펌프의 윤활 및 냉각이 저해되면서 고압 펌프의 고장을 초래하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료 리턴라인 상에 특정온도에서 개폐작동되는 써머스탯을 설치하여, 저온 시동 시에는 리턴되는 연료를 연료 펌프 전단부로 직접 공급하여 연료 펌프의 압력 및 유량을 확보할 수 있고, 고속/고부하 주행 시에는 리턴되는 고온의 연료를 리저버 밖으로 보내 연료 펌프를 보호할 수 있는 새로운 디젤 연료 시스템을 구현함으로써, 디젤 냉시동성 향상은 물론 연료 펌프 내구성을 향상시킬 수 있는 자동차의 디젤 연료 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 자동차의 디젤 연료 시스템은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 디젤 연료 시스템은 연료를 저장하는 연료 탱크 및 리저버와, 연료 펌핑을 위한 연료 펌프와, 상기 연료 펌프와 엔진 사이에 연결되는 공급라인 및 상기 공급라인 상에 설치되는 연료 필터와, 상기 엔진측과 연료 탱크측 사이에 연결되는 리턴라인을 포함하는 구조로 이루어진다.

특히, 상기 디젤 연료 시스템의 리턴라인은 리저버의 내부를 향하는 리저버측 리턴라인과 연료 탱크의 내부를 향하는 탱크측 리턴라인으로 분기되고, 상기 리저버측 리턴라인과 탱크측 리턴라인의 분기점에는 일정온도 이상에서 개폐되는 써모스탯이 설치됨으로써, 리턴되는 연료의 온도에 따라 냉간 시동 시에는 리저버측으로, 또는 고온/고부하 주행 시에는 연료 탱크측으로 연료를 각각 선택적으로 리턴시킬 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 리저버의 내부를 향하는 리저버측 리턴라인은 연료 펌프의 임펠러와 프리 필터 사이에 연결하여, 리턴되는 연료가 곧바로 연료 펌프로 들어갈 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 써모스탯은 리턴되는 연료의 온도가 30∼50℃의 범위이면 개폐 작동되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 저온 시동 시 엔진에서 리턴되는 가열된 연료를 연료 펌프로 곧바로 투입하여 연료 필터는 막고 있는 파라핀을 조기에 녹혀줌으로써, 정상적인 연료 펌프의 구동을 가능하게 하는 한편, 고온/고부하 주행 시 엔진에서 리턴되는 고온의 연료를 연료 펌프가 속해 있는 리저버로 보내지 않고 연료 탱크측으로 보내줌으로써, 연료 온도를 저감하여 고압 펌프의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 연료 시스템을 나타내는 개략도
도 2는 종래의 디젤 연료 시스템을 나타내는 개략도

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

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 연료 시스템을 나타내는 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 디젤 연료 시스템은 리턴되는 연료의 온도에 따라 냉간 시동 시에는 연료를 리저버측으로 리턴시키고, 고온/고부하 주행 시에는 연료를 연료 탱크측으로 리턴시켜서, 연료 펌프의 정상적인 구동상태 확보 및 연료 펌프를 보호할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 상기 디젤 연료 시스템은 기본적으로 연료 탱크(10) 및 리저버(11), 연료 펌프(12), 연료 필터(16), 엔진(13), 공급라인(15) 및 리턴라인(17) 등을 포함한다.

이러한 디젤 연료 시스템에서 연료 탱크(10)의 리저버(11)에 속해 있는 연료 펌프(12)와 엔진(13)의 인젝션 노즐(14) 사이에는 공급라인(15)이 연결되고, 상기 공급라인(15) 상에는 연료의 여과를 위한 연료 필터(16)가 설치되며, 상기 엔진(13)측에서 연장되는 리턴라인(17)은 연료 탱크(10)측으로 연결된다.

이에 따라, 디젤 연료 시스템에서의 연료의 흐름은 연료 펌프(12)→연료 필터(16)→엔진(13)의 인젝션 노즐(14)의 경유하는 경로를 갖게 되고, 엔진측에서 남은 연료는 리턴라인(17)을 통해 연료 탱크(10)측으로 리턴될 수 있게 된다.

특히, 상기 리턴라인(17)은 리저버측 리턴라인(17a)과 연료 탱크측 리턴라인(17b)으로 분기되어 구성되고, 상기 리저버측 리턴라인(17a)은 리저버(11)의 내부로 연결되며, 상기 연료 탱크측 리턴라인(17b)은 연료 탱크(10)의 내부, 즉 리저버 외부에 조성되는 연료 탱크(10)의 내부로 연결된다.

그리고, 상기 리저버측 리턴라인(17a)과 탱크측 리턴라인(17b)의 분기점에는 일정온도 이상의 리턴 연료 온도에서 개폐되는 써모스탯(18)이 설치되고, 이에 따라 상기 써모스탯(18)의 개폐 여부에 따라 리턴되는 연료가 리저버측으로 보내질 수 있거나, 또는 연료 탱크측으로 보내질 수 있게 된다.

여기서, 상기 써모스탯(18)은 차량 냉각수 라인에 사용되는 공지의 써모스탯 타입을 적용할 수 있으며, 내부 유로 전환 방식은 공지의 써모스탯과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기 써모스탯(18)은 리턴되는 연료의 온도가 30∼50℃의 범위, 바람직하게는 40℃의 온도가 되면 개폐 작동될 수 있게 된다.

예를 들면, 리턴되는 연료의 온도가 40℃ 미만인 경우에는 닫힘 상태가 유지되면서 이때의 리턴되는 연료는 리저버측 리턴라인(17a)을 통해 리저버(11)의 내부로 리턴되고, 리턴되는 연료의 온도가 40℃ 이상인 경우에는 열림 상태로 전환되면서 이때에는 리턴되는 연료가 연료 탱크측 리턴라인(17b)을 통해 연료 탱크(10)의 내부로 보내질 수 있게 된다.

또한, 상기 리저버(11)의 내부를 향하는 리저버측 리턴라인(17a)은 연료 펌프(12)의 임펠러(19)와 프리 필터(20) 사이에 연결된다.

이에 따라, 상기 리저버측 리턴라인(17a)을 따라 리턴되는 연료는 곧바로 연료 펌프(12)의 임펠러(19)로 직접 들어갈 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 디젤 연료 시스템의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

엔진에서 리턴되는 가열된 연료(엔진에 의해 가열된 연료)는 써모스탯을 통해 특정 온도 이하의 연료만 투입하여 연료 필터를 막고 있는 파라핀을 녹혀 정상적인 연료 펌프의 구동을 가능하게 함으로써, 엔진 부조 문제를 해결할 수 있다.

또한, 고온, 고부하 지속 주행 시 고온의 리턴연료를 리저버 밖의 연료 탱크 내로 보내기 때문에 고압 펌프의 전단 연료 온도를 저감시킬 수 있다.

예를 들면, 엔진 성능에 영향을 미치지 않는 연료 온도(기준값:40℃)에서 개폐되는 써모스탯을 적용하여, 연료 온도 기준값 미만에서는 리턴연료를 연료 펌프로 직접 공급해주고, 연료온도가 기준값 이상이 되면, 리턴연료를 리저버 밖으로 보낸다.

이렇게 써모스탯을 적용하여 특정 온도 기준으로 리턴연료의 유로를 바꿔주는 이유는 고압 펌프 전단의 온도가 높으면 고압 펌프의 윤활이나 냉각에 악영향을 미치기 때문이다.

한편, -15℃ 냉간 시동성 평가 결과(아이들 중 계측 시)를 보면, 시동 후 13이 경과한 뒤의 리턴연료 온도는 약 40℃이고, 공급연료와 리턴연료의 온도차이는 40℃가 되고, 시동 후 13분 뒤의 연료 필터 인렛 연료 온도는 약 0℃가 된다.

기존 시스템 평가 결과, -15℃ 소킹(Soaking) 후 냉간 시동 시 시공 직후 연료 탱크의 연료온도, 연료 필터 인렛 연료온도 및 리턴 연료온도는 -15℃이다.

그러나, 엔진에서 리턴되는 연료온도는 시동 직후부터 서서히 증가하여 시동 후 13분 뒤, 고온(약 40℃)을 유지하기 때문에, 만일 리턴연료를 공급라인에 투입하면 연료 필터를 막고 있는 파라핀을 녹일 수 있고, 결국 정상적인 시스템 구동이 가능하게 된다.

보통 시동 초기 연료 필터의 인렛과 연료 필터의 아웃렛 압력의 차이는 6.5bar이다.

이는 연료 필터가 파라핀에 의해 막혀서 필터 전단의 압력이 상승한 것이며, 필터를 통과하는 연료의 양이 적어서 필터 후단의 압력이 형성되지 않음을 의미한다.

시동 후 13분 경과 시에는 압력차이가 1bar 수준으로 거의 정상상태의 압력차이를 보이게 되며, 이는 필터의 파라핀이 거의 녹았음을 의미하기도 한다.

시동 후 13분 후의 연료 온도는 앞에서 언급했듯이 약 40℃의 차이를 보이고 있다.

저온 시동 시 고온의 리턴연료를 연료 펌프에 바로 투입하면, 현재 13분 보다 더 이른 시간에 연료시스템을 정상적으로 가동시킬 수 있다.

또한, 써모스탯의 개폐를 리턴연료 온도 40℃에서 작동시켜 고부하 주행 시 고온의 리턴연료를 리저버 밖으로 보낸다면, 고온에서 고압 펌프의 인렛 온도를 현재보다 더 낮게 관리할 수 있게 된다.

그 이유는, 현재 시스템에서는 고온의 리턴연료를 제트펌프에 투입하여, 리저버 안쪽으로 바로 투입되는 구조이기 때문이다.

따라서, 본 발명의 시스템을 적용한다면 40℃ 이상의 리턴연료를 리저버 밖으로 빼주어, 40℃ 보다 더 낮은 연료 탱크 안의 연료와 주행 중 발생하는 주행풍으로 연료를 냉각시킬 수 있기 때문이다.

이와 같이, 본 발명의 디젤 연료 시스템을 적용하면 저온 시동 시 조기에 정상적인 연료 펌프의 가동을 구현할 수 있고, 또 고온. 고부하 주행 시 펌프 전단부 연료 온도를 낮춰 연료 펌프 내구성을 확보할 수 있다.

10 : 연료 탱크
11 : 리저버
12 : 연료 펌프
13 : 엔진
14 : 인젝션 노즐
15 : 공급라인
16 : 연료 필터
17 : 리턴 라인
17a : 리저버측 리턴 라인
17b : 연료 탱크측 리턴 라인
18 : 써모스탯
19 : 임펠러
20 : 프리 필터

Claims (3)

1. 연료를 저장하는 연료 탱크(10) 및 리저버(11)와, 연료 펌핑을 위한 연료 펌프(12)와, 상기 연료 펌프(12)와 엔진(13) 사이에 연결되는 공급라인(15) 및 상기 공급라인(15) 상에 설치되는 연료 필터(16)와, 상기 엔진(13)측과 연료 탱크(10)측 사이에 연결되는 리턴라인(17)을 포함하며,
   상기 리턴라인(17)은 리저버(11)의 내부를 향하는 리저버측 리턴라인(17a)과 연료 탱크(10)의 내부를 향하는 탱크측 리턴라인(17b)으로 분기되고, 상기 리저버측 리턴라인(17a)과 탱크측 리턴라인(17b)의 분기점에는 일정온도 이상에서 개폐되는 써모스탯(18)이 설치되어, 리턴되는 연료의 온도에 따라 연료를 리저버측 또는 연료 탱크측에 선택적으로 리턴시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 디젤 연료 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 리저버(11)의 내부를 향하는 리저버측 리턴라인(17a)은 연료 펌프(12)의 임펠러(19)와 프리 필터(20) 사이에 연결되어, 리턴되는 연료가 곧바로 연료 펌프(12)로 들어갈 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 디젤 연료 시스템.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 써모스탯(18)은 리턴되는 연료의 온도가 30∼50℃의 범위이면 개폐 작동되는 것을 특징으로 하는 자동차의 디젤 연료 시스템.

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