KR20220053389A - Dme 엔진용 연료 공급 시스템 - Google Patents

Dme 엔진용 연료 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

DME 엔진용 연료 공급 시스템이 개시된다. 상기 DME 엔진용 연료 공급 시스템은, 디젤 엔젠용 연료 공급 시스템을 기반해서 DME 연료 공급이 가능하도록 저압의 연료펌프를 사용 한 DME 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서, DME 연료를 저장하는 DME 탱크가 구비되고, 상기 DME 탱크로부터 연료를 외부로 펌핑하는 DME 피드펌프가 구비되며, 상기 DME 피드펌프로부터 펌핑된 연료의 불순물을 걸러내기 위한 연료필터가 구비되어 DME 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 연료공급부로부터 공급되는 DME 연료가 유입되어 기설정된 압력으로 압축되어 기설정된 타이밍에 토출되도록 하고, 엔진의 기통 갯수에 대응하도록 DME 연료가 단속되어 토출되는 복수 개의 딜리버리 밸브가 구비되며, 상기 딜리버리 밸브 각각의 후단에는 공급되는 DME 연료의 압력을 상시 기설정된 상태로 유지하기 위해 토출되는 DME 연료의 압력을 제어하는 고압체크밸브가 구비되는 인라인펌프; 상기 인라인펌프를 통해 토출되는 DME 연료의 압력을 고압으로 유지시키기 위한 복수 개의 커먼레일이 구비되는 축압부; 및 상기 축압부를 거처 고압으로 압축된 DME 연료를 엔진의 연소실 내부로 분사하기 위한 인젝터;를 포함할 수 있다.

Description

DME 엔진용 연료 공급 시스템{FUEL SUPPLY SYTEM FIOR DME ENGINE}
본 발명은 DME 엔진용 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 기존 디젤 엔진용 연료 공급 시스템을 기반으로 커먼레일 구조를 유지하되, 인젝터로 공급되는 연료의 압력을 제어하여 연료 압력이 상시 적정 수준으로 유지될 수 있도록 함으로써, 저압의 연료펌프를 통한 디메틸 에테르(DM: Dimethyl Ether) 연료 사용을 가능케 하여, 고압의 연료펌프 사용에 따른 문제점을 해소하고 연료 공급 시스템 구축에 소요되는 제조비용을 낮추며, 미세먼지 배출을 저감시키고 연소효율을 높일 수 있도록 한 DME 엔진용 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
에너지의 대부분을 수입에 의존하고 있는 우리나라로서는 한정된 에너지 자원의 효율적 이용은 매우 중요한 과제이고, 범지구적으로도 지구환경보전과도 직결되는 문제이다. 따라서 철강 석유화학공업 등 각종 산업체에서 발생되는 부생가스의 활용 및 폐플라스틱 등 도시폐기물로부터 합성가스 제조등이 최근 활발하게 논의되고 있는 실정이다.
역사적으로 볼 때, 1970년대의 석유위기 이후 석유 의존도를 줄이기 위해서 석탄계 합성가스를 원료로 한 C1 화학기술이 크게 대두된 바 있으며, 최근에도 공정개선을 위한 노력이 꾸준히 이어져, 관련 논문이나 특허만 해도 아주 방대한 양에 이르고 있다.
합성가스는 중요한 C1 화학원료로서, 천연가스, 석탄뿐 아니라 바이오매스, 도시폐기물 등의 가연성 에너지원을 개질 또는 기화하여 얻을 수 있고, 각종 산업의 부생가스로도 만들 수 있다. 또한 이를 이용한 C1 화학의 주요 합성 대상물로서 디메틸에테르(dimethyl ether, 이하 DME라 함)는 메탄올과 함께 오래 전부터 연구되어 왔으나, 최근에는 휘발유나 경유를 대체할 수 있는 새로운 자동차용 연료로서, 그리고 LPG에 대신할 가정용 연료 또는 발전용 연료로서 주목을 받고 있다.
DME는 올레핀 생산, MTG(methanol to gasolin) 가솔린, 스프레이의 분사추진체, 메틸아세테이트 합성 등의 용도가 지금까지의 주된 용도였다. 그러나, 현재 DME는 스프레이, 냉매용 뿐만 아니라, 디젤기관용 청정 연료나, 액화석유가스(LPG)를 대신한 가정용 연료, 발전용 연료로서 주목을 받고 있는 화합물로서 메틸에테르라고도 한다. DME는 메탄올과 황산을 가열하면 생기는데, 공업적으로는 촉매로 인산알루미늄 등을 사용하여 메탄올을 탈수하여 제조한다.
이러한 DME는 미개발 천연 가스나 석탄을 저장이 가능하고 운송이 간편한 환경 친화적인 에너지로 전환하는 기술로 일본의 NKK사 등에서 개발되어 있다. DME는 저장 및 운송이 LPG 조건과 유사하여 LNG(Liquified Natural Gas) 대비 경제성이 있을 것으로 예상하여 미래의 에너지로 생산하는 각종 기술들이 개발되고 있다. DME는 세탄가가 55∼60 수준으로 일반 경유 보다도 높아 디젤 엔진의 연료로 사용하여 환경 오염도 줄이고 고갈되는 석유를 대체할 새로운 에너지로 이용하려는 노력이 진행되고 있다.
DME 사용을 위해서 압축 착화식 디젤 차량을 개조하는 여러 가지 노력이 진행되고 있으며 DME를 100% 사용하거나 경유와 병행하여 사용하려는 노력이 진행되고 있다. DME는 디젤엔진의 연료로서 ① 세탄가(약 60)가 높기 때문에 디젤사이클 운전이 가능하여, 디젤엔진과 같은 수준의 에너지소비효율과 이산화탄소 배출량을 얻을 수 있고, ② 함산소연료(약 34.8wt%)이기 때문에, PM(입자상물질)의 발생이 극히 적으며, ③ EGR을 적용하여 저 NOx 및 저PM의 동시실현이 가능하고, ④ LPG와 마찬가지로 약 5기압정도에서 상온 액화가 가능하기 때문에, 유사한 취급이 가능하여 현행 LPG 차량의 연료용기나 연료 공급인프라 등을 대부분 준용할 수 있는 여러 장점이 있으며, 최근에 낮은 가격으로 DME를 제조할 수 있는 직접 합성반응기술이 개발됨에 따라서 앞으로는 DME가 디젤엔진의 대체연료로서 각광을 받을 것을 전망된다.
한편, 디젤엔진은 가솔린엔진보다 에너지 소비효율이 우수하고, 지구 온난화 가스인 이산화탄소의 배출이 적은 장점이 있으나, PM(입자상 물질)과 NOx의 배출량이 많은 단점이 있다. 이에, 디젤엔진의 저공해 대체연료로서 천연가스의 적용이 활발히 추진되고 있으나, 천연가스 전소엔진은 세탄가가 낮아서 오토싸이클(Otto Cycle) 엔진으로 개조해야하기 때문에, 디젤엔진에 비해 에너지 소비효율이 감소하고, 연료자체의 에너지밀도가 낮아 운행거리가 크게 감소하며, 연료 공급인프라를 새로이 구축해야 하는 등 많은 문제점이 있다.
DME는 세탄가가 높기 때문에 압축착화에 의한 디젤사이클 운전이 가능하여 디젤기관과 동일한 수준의 열효율과 이산화탄소 배출량을 얻을 수 있고, 함산소연료이기 때문에 디젤엔진에서 문제시되고 있는 PM(입자상물질)을 거의 배출하지 않는 커다란 장점을 가지고 있다. 특히 최근에 천연가스나 석탄 등으로부터 직접합성법에 의한 저가 제조기술이 개발됨에 따라서 값싸게 제조가 가능할 것으로 평가되고 있는 연료로서, 앞으로 디젤기관의 저공해 대체연료로서 유망시되고있다. 또한 LPG와 유사하게 낮은 압력으로(약 5bar) 상온에서 액화가 가능하기 때문에 차량탑재가 용이하다.
그러나, DME는 경유에 비해 점도가 낮기 때문에 현행 디젤엔진의 분사시스템에 적용하는 경우에, 고압의 연료분사계 등에서 연료누수 발생가능성이 높고, 또한 경유에 비해 탄성계수가 아주 작고 압축성이 높기 때문에 압력 및 온도변화에 대해 적정한 연료분사량의 확보가 어려운 문제점이 있어서, 낮은 분사압력의 분사계 채택이 바람직하다.
디젤엔진에 대한 현재의 DME 적용방식은 고압 연료분사펌프를 사용하여 실린더헤드에 설치된 분사노즐로 고압의 연료를 실린더에 직접분사하는 기존의 연료 공급시스템을 개조하여 실용화 하고자 하는 방식이나, DME 연료를 고압으로 분사(200bar 이상)하는데에 따른 연료누수, 높은 압축성에 따른 적정 연료분사량 확보, 리턴연료의 처리 문제 등의 어려움에 직면해있고, 또한 현재 고압펌프는 수입 의존도가 높은 부품으로서 시스템의 제조단가를 낮추기 위해서 국산화 시스템 전환이 시급한 실정이다.
대한민국 등록특허 10-0558953
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 디젤 엔진용 연료 공급 시스템을 기반으로 커먼레일 구조를 유지하되, 인젝터로 공급되는 연료의 압력을 제어하여 연료 압력이 상시 적정 수준으로 유지될 수 있도록 함으로써, 저압의 연료펌프를 통한 디메틸 에테르(DM: Dimethyl Ether) 연료 사용을 가능케 하여, 고압의 연료펌프 사용에 따른 문제점을 해소하고 연료 공급 시스템 구축에 소요되는 제조비용을 낮추며, 미세먼지 배출을 저감시키고 연소효율을 높일 수 있는 DME 엔진용 연료 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템은, 디젤 엔젠용 연료 공급 시스템을 기반해서 DME 연료 공급이 가능하도록 저압의 연료펌프를 사용 한 DME 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서, DME 연료를 저장하는 DME 탱크가 구비되고, 상기 DME 탱크로부터 연료를 외부로 펌핑하는 DME 피드펌프가 구비되며, 상기 DME 피드펌프로부터 펌핑된 연료의 불순물을 걸러내기 위한 연료필터가 구비되어 DME 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 연료공급부로부터 공급되는 DME 연료가 유입되어 기설정된 압력으로 압축되어 기설정된 타이밍에 토출되도록 하고, 엔진의 기통 갯수에 대응하도록 DME 연료가 단속되어 토출되는 복수 개의 딜리버리 밸브가 구비되며, 상기 딜리버리 밸브 각각의 후단에는 공급되는 DME 연료의 압력을 상시 기설정된 상태로 유지하기 위해 토출되는 DME 연료의 압력을 제어하는 고압체크밸브가 구비되는 인라인펌프; 상기 인라인펌프를 통해 토출되는 DME 연료의 압력을 고압으로 유지시키기 위한 복수 개의 커먼레일이 구비되는 축압부; 및 상기 축압부를 거처 고압으로 압축된 DME 연료를 엔진의 연소실 내부로 분사하기 위한 인젝터;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 커먼레일은, 동일한 형상의 2개가 서로 마주보게 배치되되, 상기 고압체크밸브측과 연결되는 제1커먼레일; 및 상기 인젝터측과 연결되는 제2커먼레일;을 포함하고, 상기 제1커먼레일은, 일측으로, 엔진의 기통수만큼 구비된 상기 고압체크밸브에 연결된 복수 개의 제1이송관이 연결되고, 타측으로, 상기 제1이송관을 통해 유입된 압축된 DME 연료가 토출되기 위한 하나의 제2이송관이 연결되며, 상기 제2커먼레일은, 일측으로, 상기 제2이송관과 연결되어 상기 제1커먼레일로부터 DME 연료가 유입되고, 타측으로, 유입된 DME 연료가 상기 인젝터로 압송되기 위해 상기 인젝터와 연결되는 복수 개의 연결관이 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2커먼레일은, 일측으로, 상기 인라인펌프 일측에 연결된 압력조절관이 연결되고, 타측으로, 리턴관이 연결되어, 상기 인라인펌프 내에 공급되는 과정에서 발생한 잉여연료와 상기 제2커먼레일 내에서 공급되는 과정에서 발생한 잉여연료를 다시 상기 DME 탱크 및 상기 연료필터로 리턴시키는 연료압력조절밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료공급부는, DME 연료를 저장하는 DME 탱크; 상기 DME 탱크에 수용된 DME 연료의 흐름을 제어하는 수동밸브; 상기 수동밸브를 통해 이송하는 DME 연료를 필터링하는 1차필터; 상기 1차필터를 거쳐 필터링된 DME 연료를 상기 인라인펌프로 펌핑하기 위한 DME 피드펌프; 상기 인라인펌프로 공급되는 DME 연료의 맥동을 조절하여 DME 연료의 밀도를 균질화 시키기 위한 어큐뮬레이터; 상기 어큐뮬레이터를 거쳐 이송되는 DME 연료를 필터링하는 2차필터; 및 DME 연료를 상기 인라인펌프로 공급하기 전 연료의 흐름을 제어하는 체크밸브;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차필터는, 140μm(마이크론미터) 이하의 불순물을 필터링할 수 있다.
또한, 상기 2차필터는, 6μm(마이크론미터) 이하의 불순물을 필터링할 수 있다.
또한, 상기 DME 피드펌프는, 18bar 내지 22bar의 압력으로 DME 연료를 압송할 수 있다.
또한, 상기 어큐뮬레이터는, 상기 리턴관을통해 리턴되는 잉여연료의 온도를 낮추기 위한 연료쿨러를 더 포함하고, 상기 연료쿨러에 의해 냉각된 냉각공기가 상기 DME 피드펌프를 향해 토출되도록 하여 상기 DME 피드펌프의 구동에 의한 온도상승을 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 인젝터는, 일단에 DME 연료가 토출되는 복수 개의 노즐홀이 형성되고, 상기 노즐홀 각각의 직경은 0.3mm 내지 0.4mm로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템은, 기존 디젤 엔진에 적용된 연료 공급 시스템을 기반으로 커먼레일 구조를 유지하되, 고압체크밸브를 통해 인라인펌프로부터 배출되어 공급되는 연료의 압력을 제어하여 연료 압력이 상시 적정 수준으로 유지될 수 있도록 함으로써, 저압의 연료펌프를 통한 디메틸 에테르(DM: Dimethyl Ether) 연료 사용을 가능케 할 수 있고, 고압의 연료펌프 사용에 따른 문제점을 해소함으로써, 연료 공급 시스템 구축에 소요되는 제조비용을 낮추며, 미세먼지 배출을 저감시키고 연소효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템에서 연료공급부를 구체적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템의 인젝터 요부 도면.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템은, 기존 디젤 엔진용 연료 공급 시스템을 기반으로 커먼레일 구조를 유지하되, 인젝터로 공급되는 연료의 압력을 제어하여 연료 압력이 상시 적정 수준으로 유지될 수 있도록 함으로써, 저압의 연료펌프를 통한 디메틸 에테르(DM: Dimethyl Ether) 연료 사용을 가능케 하여, 고압의 연료펌프 사용에 따른 문제점을 해소하고 연료 공급 시스템 구축에 소요되는 제조비용을 낮추며, 미세먼지 배출을 저감시키고 연소효율을 높일 수 있는 DME 엔진용 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템(이하, 연료 공급 시스템이라 함)은 크게 연료공급부(100), 인라인펌프(200), 축압부(300) 및 인젝터(400)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템은 기본적으로 통상의 디젤 엔젠용 연료 공급 시스템을 기반해서 구성되되, DME 연료 공급이 가능하도록 인젝터로 연료를 압송하기 위한 펌핑수단인 연료펌프를 저압용으로 사용할 수 있도록 개발한 DME 엔진의 연료 공급 시스템이다.
먼저, 연료공급부(100)는 DME 연료를 저장하는 DME 탱크(110)가 구비되고, 상기 DME 탱크(110)로부터 연료를 외부(예를 들어, 연료펌프)로 펌핑하는 DME 피드펌프(120)가 구비되며, 상기 DME 피드펌프(120)로부터 펌핑된 연료의 불순물을 걸러내기 위한 연료필터(130)가 구비될 수 있다.
상기 연료공급부(100)는 기본적으로 DME 연료를 저장하고, DME 연료 펌핑하며, DME 연료를 연료펌프로 공급 전 필터링하는 역할을 수행할 수 있다.
다음으로, 인라인펌프(200)는 상기 연료공급부(100)로부터 공급되는 DME 연료가 유입되어 기설정된 압력으로 압축되어 기설정된 타이밍에 토출되도록 하고, 엔진의 기통 갯수에 대응하도록 DME 연료가 단속되어 토출되는 복수 개의 딜리버리 밸브(210)가 구비되며, 상기 딜리버리 밸브(210) 각각의 후단에는 공급되는 DME 연료의 압력을 상시 기설정된 상태로 유지하기 위해 토출되는 DME 연료의 압력을 제어하는 고압체크밸브(220)가 구비될 수 있다.
즉, 상기 인라인펌프(200)는 연료를 압축하여 압송하기 위한 것으로, 내부의 플런저의 형상 및 크기를 변경함으로써 토출되는 유량 및 유압을 제어할 수 있다.
또한, 상기 인라인펌프(200)는 일측에는 상기 연료필터(130)와 연결되는 공급관(111)이 연결되어 상기 연료공급부(100)로부터 DME 연료를 공급받을 수 있다.
또한, 상기 인라인펌프(200) 타측에는 상기 공급관(111)으로부터 유입된 DME 연료를 압축한 후 토출되는 딜리버리 밸브(210)가 구비되고, 상기 딜리버리 밸브(210)는 엔진의 기통수와 일대 일로 대응되도록 구비되며, 상기 딜리버리 밸브(210)를 통해 압축된 DME 연료가 토출되게 된다.
이때, 상기 딜리버리 밸브(210)를 통해 토출되는 DME 연료는 다시 상기 고압체크밸브(220)를 통해 토출되는데, 후술하는 축압부(300)의 커먼레일로 이송되는 압축된 DME 연료가 커먼레일 내에서 기설정된 압력으로 유지될 수 있도록, 즉 연료의 맥동현상을 방지하여 연료의 밀도를 균질화시키기 위해, 상기 고압체크밸브(220)가 구비되며, 상기 고압체크밸브(220)는 각 기통 라인으로 개별적으로 이송되는 DME 연료의 압력을 개별적으로 제어하여 커먼레일 내의 연료 압력이 상시 기설정된 압력으로 유지될 수 있도록 할 수 있다.
다음으로, 축압부(300)는 상기 인라인펌프(200)를 통해 토출되는 DME 연료의 압력을 고압으로 유지시키기 위한 복수 개의 커먼레일이 구비될 수 있다.
상기 축압부(300)는 기본적으로 디젤엔진의 커먼레일 구조로서, 상기 복수 개의 커먼레일은, 동일한 형상의 2개가 서로 마주보게 배치되되, 상기 고압체크밸브(220)측과 연결되는 제1커먼레일(310) 및 상기 인젝터(400)측과 연결되는 제2커먼레일(320)을 포함할 수 있다.
상기 제1커먼레일(310)은 일측으로, 엔진의 기통수만큼 구비된 상기 고압체크밸브(220)에 연결된 복수 개의 제1이송관(311)이 연결되고, 타측으로, 상기 제1이송관(311)을 통해 유입된 압축된 DME 연료가 토출되기 위한 하나의 제2이송관(312)이 연결될 수 있다.
상기 제2커먼레일(320)은 일측으로, 상기 제2이송관(312)과 연결되어 상기 제1커먼레일(310)로부터 DME 연료가 유입되고, 타측으로, 유입된 DME 연료가 상기 인젝터(400)로 압송되기 위해 상기 인젝터(400)와 연결되는 복수 개의 연결관(321)이 연결될 수 있다.
이처럼, 상기 제1커먼레일(310)과 상기 제2커먼레일(320)은 동일한 형상의 커먼레일로서 동일한 부분이 서로 마주보도록 배치되어, 상기 제1커먼레일(310)로 유입된 DME 연료가 상기 제2커먼레일(320)로 이송되더라도 연료의 압력이 유지된 채 연료가 체류할 수 있는 체적공간을 늘릴 수 있는 장점을 가질 수 있게 된다.
이때, 상기 제1커먼레일(310)과 상기 제2커먼레일(320)은 상기 제2이송관(312)를 통해 상호간 연결되어 있지만 경우에 따라 상기 제2이송관(312)가 생략되고 상기 제1커먼레일(310)과 상기 제2커먼레일(320)이 서로 맞붙은 상태로 결합될 수도 있다.
한편, 상기 제2커먼레일(320)은 일측으로, 상기 인라인펌프(200) 일측에 연결된 압력조절관(331)이 연결되고, 타측으로, 리턴관(332)이 연결되어, 상기 인라인펌프(200) 내에 공급되는 과정에서 발생한 잉여연료와 상기 제2커먼레일(320) 내에서 공급되는 과정에서 발생한 잉여연료를 다시 상기 DME 탱크(110) 및 상기 연료필터(130)로 리턴시키는 연료압력조절밸브(330)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 연료압력조절밸브(330)는 상기 인라인펌프(200)를 통해 DME 연료가 엔진으로 공급되는 과정에서 발생하는 잉여연료를 다시 DME 탱크(110)로 리턴시키기 위한 것으로, 상기 인라인펌프(200) 내의 공간에서 유량이 필요 이상으로 유입될 경우 상기 연료압력조절밸브(330)에 의해 압력조절관(331)을 거치고 리턴관(332)을 통해 DME 탱크(110)로 리턴될 수 있고, 상기 제2커먼레일(320)로 공급된 DME 연료의 압력이 과다할 경우 상기 연료압력조절밸브(330)에 의해 리턴관(332)을 통해 DME 탱크(110)로 리턴될 수 있으며, DME 연료가 인젝터(400)를 통해 연소실로 분사되는 과정에서 인젝터(400)에서 발생되는 인영연료가 리턴관(332)를 통해 DME 탱크(110)로 리턴될 수 있게 되는 것이다.
이때, 리턴관(332)는 직업 DME 탱크(110)로 연결되어 리턴되거나 또는 상기 연료필터(130)에 연결되어 연료필터(130)를 거쳐 바로 인라인펌프(200)로 이송될 수도 있다. 즉, 상기 리턴관(332)을 통해 리턴되는 잉여연료들은 일부는 DME 탱크(110)로 보내지고, 나머지 일부는 연료필터(130)로 보내져 이송되게 된다.
이처럼, 상기 연료압력조절밸브(330)에 의해 리턴관(332)를 거쳐 잉여연료들이 하나의 라인으로 통합되어 DME 탱크(110)로 리턴되게 된다.
마지막으로, 인젝터(400)는 상기 축압부(300)를 거처 고압으로 압축된 DME 연료를 엔진의 연소실 내부로 분사하기 위한 부분으로, 통상의 공지된 구조로 이루어지질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템에서 연료공급부를 구체적으로 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 연료공급부(100)는 DME 연료를 저장하는 DME 탱크(110), 상기 DME 탱크(110)에 수용된 DME 연료의 토출 흐름을 제어하는 수동밸브(112), 상기 수동밸브(112)를 통해 이송하는 DME 연료를 필터링하는 1차필터(113), 상기 1차필터(113)를 거쳐 필터링된 DME 연료를 상기 인라인펌프(200)로 펌핑하기 위한 DME 피드펌프(120), 상기 인라인펌프(200)로 공급되는 DME 연료의 맥동을 조절하여 DME 연료의 밀도를 균질화 시키기 위한 어큐뮬레이터(121), 상기 어큐뮬레이터(121)를 거쳐 이송되는 DME 연료를 필터링하는 2차필터(122) 및 DME 연료를 상기 인라인펌프(200)로 공급하기 전 연료의 흐름을 제어하는 체크밸브(123)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 1차필터(113)는 140μm(마이크론미터) 이하의 불순물을 필터링할 수 있도록 구성되고, 상기 2차필터(122)는 6μm(마이크론미터) 이하의 불순물을 필터링할 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 DME 피드펌프(120)는 18bar 내지 22bar의 압력으로 DME 연료를 압송할 수 있는 용량 및 규격으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 어큐뮬레이터(121)는 상기 리턴관(332)을통해 리턴되는 과정에서 온도가 상승된 잉여연료의 온도를 낮추기 위한 연료쿨러(124)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료쿨러(124)에 의해 냉각된 냉각공기가 상기 DME 피드펌프(120)를 향해 토출되도록 하여 상기 DME 피드펌프(120)의 구동에 의한 온도상승을 저감시킬 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템의 인젝터 요부 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 인젝터(400)는 일단에 DME 연료가 토출되는 복수 개의 노즐홀(410)이 형성되고, 상기 노즐홀(410) 각각의 직경은 0.3mm 내지 0.4mm로 형성될 수 있다.
이러한 상기 본 발명의 기술적 사상에 의한 다양한 실시예에 따른 DME 엔진용 연료 공급 시스템은 기존 디젤 엔진에 적용된 연료 공급 시스템을 기반으로 커먼레일 구조를 유지하되, 고압체크밸브(220)를 통해 인라인펌프(200)로부터 배출되어 공급되는 연료의 압력을 제어하여 연료 압력이 상시 적정 수준으로 유지될 수 있도록 함으로써, 저압의 연료펌프를 통한 디메틸 에테르(DM: Dimethyl Ether) 연료 사용을 가능케 할 수 있고, 고압의 연료펌프 사용에 따른 문제점을 해소함으로써, 연료 공급 시스템 구축에 소요되는 제조비용을 낮추며, 미세먼지 배출을 저감시키고 연소효율을 높일 수 있는 효과가 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 연료공급부 110: DME 탱크
111: 공급관 112: 수동밸브
113: 1차필터 120: DME 피드펌프
121: 어큐뮬레이터 122: 2차필터
123: 체크밸브 124: 연료쿨러
130: 연료필터 200: 인라인펌프
210: 딜리버리 밸브 220: 고압체크밸브
300: 축압부 310: 제1커먼레일
311: 제1이송관 312: 제2이송관
320: 제2커먼레일 321: 연결관
330: 연료압력조절밸브 331: 압력조절관
332:리턴관 400: 인젝터
410: 노즐홀

Claims (9)

  1. 디젤 엔젠용 연료 공급 시스템을 기반해서 DME 연료 공급이 가능하도록 저압의 연료펌프를 사용 한 DME 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서,
    DME 연료를 저장하는 DME 탱크가 구비되고, 상기 DME 탱크로부터 연료를 외부로 펌핑하는 DME 피드펌프가 구비되며, 상기 DME 피드펌프로부터 펌핑된 연료의 불순물을 걸러내기 위한 연료필터가 구비되어 DME 연료를 공급하는 연료공급부;
    상기 연료공급부로부터 공급되는 DME 연료가 유입되어 기설정된 압력으로 압축되어 기설정된 타이밍에 토출되도록 하고, 엔진의 기통 갯수에 대응하도록 DME 연료가 단속되어 토출되는 복수 개의 딜리버리 밸브가 구비되며, 상기 딜리버리 밸브 각각의 후단에는 공급되는 DME 연료의 압력을 상시 기설정된 상태로 유지하기 위해 토출되는 DME 연료의 압력을 제어하는 고압체크밸브가 구비되는 인라인펌프;
    상기 인라인펌프를 통해 토출되는 DME 연료의 압력을 고압으로 유지시키기 위한 복수 개의 커먼레일이 구비되는 축압부; 및
    상기 축압부를 거처 고압으로 압축된 DME 연료를 엔진의 연소실 내부로 분사하기 위한 인젝터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 커먼레일은,
    동일한 형상의 2개가 서로 마주보게 배치되되,
    상기 고압체크밸브측과 연결되는 제1커먼레일; 및
    상기 인젝터측과 연결되는 제2커먼레일;을 포함하고,
    상기 제1커먼레일은,
    일측으로, 엔진의 기통수만큼 구비된 상기 고압체크밸브에 연결된 복수 개의 제1이송관이 연결되고, 타측으로, 상기 제1이송관을 통해 유입된 압축된 DME 연료가 토출되기 위한 하나의 제2이송관이 연결되며,
    상기 제2커먼레일은,
    일측으로, 상기 제2이송관과 연결되어 상기 제1커먼레일로부터 DME 연료가 유입되고, 타측으로, 유입된 DME 연료가 상기 인젝터로 압송되기 위해 상기 인젝터와 연결되는 복수 개의 연결관이 연결되는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제2커먼레일은,
    일측으로, 상기 인라인펌프 일측에 연결된 압력조절관이 연결되고, 타측으로, 리턴관이 연결되어, 상기 인라인펌프 내에 공급되는 과정에서 발생한 잉여연료와 상기 제2커먼레일 내에서 공급되는 과정에서 발생한 잉여연료를 다시 상기 DME 탱크 및 상기 연료필터로 리턴시키는 연료압력조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 연료공급부는,
    DME 연료를 저장하는 DME 탱크;
    상기 DME 탱크에 수용된 DME 연료의 흐름을 제어하는 수동밸브;
    상기 수동밸브를 통해 이송하는 DME 연료를 필터링하는 1차필터;
    상기 1차필터를 거쳐 필터링된 DME 연료를 상기 인라인펌프로 펌핑하기 위한 DME 피드펌프;
    상기 인라인펌프로 공급되는 DME 연료의 맥동을 조절하여 DME 연료의 밀도를 균질화 시키기 위한 어큐뮬레이터;
    상기 어큐뮬레이터를 거쳐 이송되는 DME 연료를 필터링하는 2차필터; 및
    DME 연료를 상기 인라인펌프로 공급하기 전 연료의 흐름을 제어하는 체크밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 1차필터는,
    140μm(마이크론미터) 이하의 불순물을 필터링하는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 2차필터는,
    6μm(마이크론미터) 이하의 불순물을 필터링하는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 DME 피드펌프는,
    18bar 내지 22bar의 압력으로 DME 연료를 압송하는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터는,
    상기 리턴관을통해 리턴되는 잉여연료의 온도를 낮추기 위한 연료쿨러를 더 포함하고,
    상기 연료쿨러에 의해 냉각된 냉각공기가 상기 DME 피드펌프를 향해 토출되도록 하여 상기 DME 피드펌프의 구동에 의한 온도상승을 저감시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 인젝터는,
    일단에 DME 연료가 토출되는 복수 개의 노즐홀이 형성되고, 상기 노즐홀 각각의 직경은 0.3mm 내지 0.4mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 DME 엔진용 연료 공급 시스템.
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