WO2023243923A1

WO2023243923A1 - 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치

Info

Publication number: WO2023243923A1
Application number: PCT/KR2023/007733
Authority: WO
Inventors: 최인섭
Original assignee: 주식회사 쓰리엔텍
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2023-06-07
Publication date: 2023-12-21
Also published as: KR20230173296A

Abstract

본 발명은 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 연료 탱크에서 공급되는 연료의 압력을 조절하여 상황에 따라 적절한 양의 연료를 엔진이 스스로 흡입해가도록 함으로써, 불완전 연소를 방지할 뿐만 아니라 연료 사용량을 절감할 수 있는 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치에 관한 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차의 엔진과 연료 탱크 사이에 설치되는 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치에 있어서, 하우징과, 상기 하우징의 내측에 설치되어 연료의 압력을 조절하는 연료 제어부와, 상기 하우징의 상부에 내측과 외측을 관통하도록 설치되어 상기 연료 탱크로부터 공급받은 연료를 상기 연료 제어부로 공급하는 연료 공급관과, 상기 하우징의 하부에 내측과 외측을 관통하도록 설치되어 상기 연료 제어부에서 배출되는 연료를 상기 엔진으로 공급하는 연료 배출관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치

본 발명은 자동차를 비롯하여 휘발유, 경유, LPG, LNG와 같은 연료를 사용하는 각종 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 등 내연기관의 연료 탱크에서 공급되는 연료의 압력을 조절하여 운행상황(차량연식, 도로조건, 주행조건, 기후조건)에 따라 적절한 양의 연료를 엔진이 스스로 흡입해 가도록 함으로써, 불완전 연소를 방지할 뿐만 아니라 연료 사용량을 절감할 수 있는 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진의 연료공급은 연료탱크의 액체연료를 연료펌프나 고압펌프에 의해 공급되며 LPG, LNG와 같은 가스 연료는 자체 기화적인 압력에 의해 공급된다.

하지만, 펌프에 의한 강제적인 연료공급이나 자체 기화성 연료가 공급하는 연료압력은 연소실에서 사용하기에 부적절한 만큼 높은 압력으로 공급을 한다.

따라서, 엔진에는 이러한 높은 압력의 연료가 연소실로 곧 바로 공급되는 것을 막기 위해 연료압력조절기 또는 감압밸브를 설치하여 사용하고 있다.

이때, 연료압력조절기는 펌프에 의해 압송되는 과다한 압력의 연료를 공급받아 연소실로 공급할 연료압력과 연료탱크로 되돌려 보낼 연료압력으로 나누어 조절하며 감압밸브 역시 한정된 조건의 압력을 유지하기 위한 수단으로 사용된다.

이렇게, 연소실로 공급할 연료압력은 연소실로 연료를 최종 분사하는 분사장치인 인젝터가 설치되어 있는 연료공급파이프에 머물게 하고 나머지 남는 연료압력은 다시 연료탱크로 보내게 된다.

그러나, 연료공급파이프 내에는 연료압력조절기 및 감압밸브에 의해 항상 동일한 압력이 유지되는 단점이 있다.

이러한 단점으로 인해 연소실로 공급되는 연료압력이 이미 정해져 있는 상태에서 흡입행정 시 연소실에서 연료를 공급받기 위해 흡기밸브가 열리고, 연료 분사장치인 인젝터가 열리는 순간 연료공급파이프 내에 머물러 있던 동일한 압력의 연료가 엔진회전수와 관계없이 강제적으로 공급될 수밖에 없는 문제가 발생한다.

특히, 엔진은 타이밍 벨트에 의해 엔진회전수와 연료분사시간이 일치하게 동시적으로 이루어진다.

이러한, 엔진회전수에 따라 연소실로 공급되는 연료분사시간도 일치하게 된다.

따라서, 엔진회전수가 낮으면 인젝터가 열려있는 시간이 길어져 연료를 분사하는 시간이 길어지게 됨으로써, 연소실로 공급되는 연료 분사양이 많아지고, 엔진회전수가 높으면 인젝터가 열리는 시간이 짧기 때문에 연료를 분사하는 시간도 짧아지게 되어 연소실로 공급되는 연료 양도 적어지게 되는 것이다.

결국, 연료압력조절기 및 감압밸브에 의해 연료공급압력은 동일하게 유지가 되지만 연료 분사시간에 따라 연소실로 공급되는 유량도 변화를 하기 때문에 연료공급에 문제가 없는 것처럼 보여 질 수도 있다.

하지만, 연료공급압력이 동일한 조건에서 엔진회전수에 따라 연료분사시간을 일치시키는 정도만으로 올바른 연료공급을 하고 있다고 보아서는 안되는 이유로, 엔진회전 수가 동일하더라도 평지를 달릴 때와 언덕길을 오를 때 또는 내리막길을 내려갈 때 엔진에 걸리는 부하의 정도가 각 각 다르게 작용하기 때문에 연소실로 공급해야 하는 연료압력도 각 각 다른 도로의 조건에 알맞게 선택적으로 공급해야 마땅하기 때문이다.

또한, 동일한 속도로 주행을 하더라도 사람이 많이 타고 적게 타는 정도에 따라, 또는 짐을 많이 싣고 적게 싣는 정도에 따라서도 엔진에 걸리는 부하 역시 각 각 다르게 작용하기 때문에 이때 연소실로 공급하는 연료압력도 각각 다른 주행 조건에 알맞게 선택적으로 공급해야 하는 것은 올바른 연료공급의 핵심이라고 볼 수 있다.

더욱 중요한 부분은 차량의 연식으로서 주행거리가 짧은 신차의 엔진내부 환경과 주행거리가 많은 노후차량의 엔진내부 환경이 결코 같지가 않다는 점을 감안할 때 기존과 같이 신차와 노후 차 구분 없이 항상 동일한 압력의 연료를 공급하도록 설정이 되어있다는 사실만으로 시급히 개선되어야 할 문제이다.

하지만 기존의 연료공급에 따른 기술은 차량의 연식이나 주행 중 다양하게 변화하는 도로의 조건, 주행조건, 기후조건에 알맞게 연료압력을 자동으로 조절할 수 있는 기술력의 부재로 도로의 조건 중 언덕을 올라갈 때를 기준으로 연료공급압력이 부족하지 않도록, 짐을 많이 실고 주행을 하더라도 연료공급압력이 부족하지 않도록 각 조건 중 연료소모가 가장 큰 압력의 연료를 기준으로 연료압력조절기나 감압밸브가 한정된 조건으로 조절하고 있기 때문에 가장 큰 압력의 연료가 필요하지 않은 대부분의 조건에서 주행을 할 때에는 연료낭비로 이어질 수밖에 없는 커다란 문제가 발생하고 있는 것이다.

또한, 신차인 경우 엔진내부의 연소 환경이 좋기 때문에 설령 과다하게 공급되는 연료가 연소실에서 완전연소가 되더라도 엔진에서 필요 이상의 열이 작용하여 필요이상의 CO²와 NOx를 증가시켜 대기중으로 배출됨으로써 지구온난화를 가중시키는 원인이 되고 있다.

그러나 노후차인 경우 강제공급에 의존하고 있는 연료공급조건에 인해 점차 엔진내부의 연소 환경이 악화되어 불완전연소 됨으로서 신차 시 발생하던 CO²와 NOx는 CO, HC, PM과 같은 대기 질 환경오염물질로 둔갑해 발생하는 것이다.

그러므로, 이를 개선하기 위하여 대한민국 특허등록 제10-1579436호 "내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치"가 본 발명자에 의하여 개발되어 제시된바 있다.

그런데, 대한민국 특허등록 제10-1579436호의 기술은 강제적인 연료공급을 차단하고 엔진의 활동상황에 따라 적절하게 연료를 흡입해 갈 수 있도록 하여 연료낭비를 줄임으로서 각종의 배기가스를 상당한 부분 억제하는 장점이 있었으나 보다 완벽하게 연료압력을 제어하지 못하여 여전히 불완전 연소를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진이 운행상황에 따라 필요한 만큼의 연료를 스스로 흡입해 갈 수 있도록 엔진에 의한 연료공급을 실현하는데 있다.

이를 위하여 휘발유와 경유연료인 경우 연료탱크로부터 이송되는 연료의 이물질을 걸러주는 연료필터와 고압폄프 사이에 설치되어 고압펌프가 연료탱크로부터 액체상태의 연료를 빨아들여 주행상황을 고려하지 않고 연료공급파이프에 고압의 일정한 연료압력을 유지하게 하여 노즐이나 인젝터가 열리는 순간 강제분사에 의존하기 위한 목적을 제어하며, LPG와 LNG등의 가스 연료인 경우 감압밸브와 연료공급파이프 사이에 설치되어 감압밸브에 의한 한정된 조건의 연료압력을 운행상황에 따라 달라지는 엔진내부의 진공압력에 알맞게 엔진이 스스로 필요한 만큼의 연료압력으로 흡입해 가도록 자동조절 할 뿐 아니라 폭발시간에 완전연소화 할 수 있도록 연료의 입자를 실시간 미스트화 할 수 있도록 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

내연기관의 연료필터를 지나 고압펌프의 사이에 설치되는 자동차 등 내연기관의 연료공급 압력 및 연료분무화 자동조절장치에 있어서, 하우징과, 상기 하우징의 내측에 설치되어 연료의 압력을 조절하는 연료 제어부와, 상기 하우징의 상부에 내측과 외측을 관통하도록 설치되어 상기 연료 탱크로부터 공급받은 연료를 상기 연료 제어부로 공급하는 연료 공급관과, 상기 하우징의 하부에 내측과 외측을 관통하도록 설치되어 상기 연료 제어부에서 배출되는 연료를 상기 엔진으로 공급하는 연료 배출관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연료 제어부는 상기 하우징의 내측 상부에 설치되고 상기 연료 공급관과 연결되어 상기 연료 탱크로부터 공급된 연료의 압력을 1차로 저감하는 제1 연료 제어부와, 상기 하우징의 내측 하부에 설치되어 상기 제1 연료 제어부에 의해 1차로 저감된 연료의 압력을 2차로 저감하여 상기 연료 배출관으로 배출하는 제2 연료 제어부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 및 제2 연료 제어부는, 최상단에 구비되고 일측에 연료가 상하로 이동하는 메인 통공이 형성되는 상판과, 최하단에 구비되는 하판과, 상기 상판과 하판 사이에 구비되되 중심부에 상하 관통되는 연료 유동공이 형성되는 다수개의 간격판과, 상기 간격판 사이에 구비되어 상기 연료 유동공의 상부와 하부를 커버하며 일측에 상하 관통되는 연료공이 형성되는 연료 유동판과, 상기 연료 유동판의 하부에 구비되고 중심부에 연료 통로가 형성되는 다수개의 간격편과, 상기 간격편 사이에 구비되고 중심부에 연료 통로가 형성되는 밀접판과, 상기 연료 유동공의 중심부에 구비되는 중간 간격판과 연료 통로의 중심부에 구비되는 지지판을 상하 관통하는 연료 이송관과, 상기 하판의 중심부에 하방으로 볼록하게 형성되어 내측에 상기 연료 이송관의 하부가 수용되는 연료 수용부와, 상기 연료 이송관의 상단에 형성되어 연료 공급관 또는 연료 배출관과 연결되는 연결부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1 연료 제어부는 상기 연료 공급관으로부터 공급된 연료가 상기 연결부재 및 연료 이송관을 통하여 상기 연료 수용부로 이동하고, 상기 연료 수용부로 이동한 연료는 공급 압력에 의해 상기 연료 통로를 거처 상기 연료공으로 이동하며, 상기 연료공과 유동공을 순차적으로 지나면서 1차로 압력이 저감된 상태에서 상기 메인 통공을 통하여 외부로 배출되어 상기 하우징의 내부에 수용되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1,2 연료 제어부의 상단에는 고정 브라켓이 설치되어 상기 하우징의 내주면 일측에 고정 설치되고, 상기 제1,2 연료 제어부의 외경은 상기 하우징의 내경보다 작게 형성되며, 상기 하우징의 내주면과 상기 제1,2 연료 제어부 사이에는 이격공간이 형성되어 상기 제1 연료 제어부에서 배출된 연료가 상기 하우징의 내부를 거쳐 상기 제2 연료 제어부로 공급되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제2 연료 제어부는 상기 메인 통공을 통하여 상기 하우징에 수용된 연료가 공급되며, 상기 메인 통공을 통하여 공급된 연료는 연료 유동공 및 연료공을 통하여 2차로 압력이 저감되며, 상기 연료공을 통과한 연료는 상기 연료 통로, 연료 수용부, 연료 이송관, 연결부재를 통하여 연료 배출관으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연료 공급관, 연료 배출관, 연료 이송관의 내주면에는 미스트화 돌기가 형성되어 연료가 이동하는 과정에서 미립자로 분해되어 미스트화되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 차량의 연료필터와 고압펌프 사이에 설치하여 연료 탱크로부터 공급되는 고압의 연료를 미스트화 시키면서 압력을 저감시켜 엔진을 구성하는 피스톤의 흡입압력에 따라 엔진이 필요한 만큽의 연료를 스스로 흡입해가도록 함으로써, 연료낭비를 미연에 방지하여 연료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 불완전 연소를 사전에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치가 엔진 및 연료 탱크와 연결된 상태의 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 분리 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 제1,2 연료 제어부의 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 제1,2 연료 제어부의 분리 사시도이다.

도 7은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 연료의 이동과정을 보여주는 개념도이다.

도 8은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치를 실험 차량에 설치한 상태의 예시도이다.

도 9는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치를 설치하기 전과 후의 연료 소모량, 질소산화물의 배출량을 보여주는 도표이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치가 엔진 및 연료 탱크와 연결된 상태의 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 분리 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 제1,2 연료 제어부의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 제1,2 연료 제어부의 분리 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치의 연료의 이동과정을 보여주는 개념도이고, 도 8은 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치를 실험 차량에 설치한 상태의 예시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치를 설치하기 전과 후의 연료 소모량, 질소산화물의 배출량을 보여주는 도표이다.

본 발명은 자동차의 엔진(106)과 연료 탱크(102) 사이에 설치되는 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)에 관한 것으로 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이 그 구성은 하우징(110)과 상기 하우징(110)의 내측에 설치되어 연료의 압력을 조절하는 연료 제어부(200)와 상기 하우징(110)의 상부에 설치되는 연료 공급관(120)과 상기 하우징(110)의 하부에 설치되는 연료 배출관(130)으로 이루어진다.

여기서, 상기 연료 공급관(120)은 상기 하우징(110)의 상부를 내측과 외측을 관통하도록 설치되고 상기 연료 탱크(102)와 연결되어 연료를 공급받아 상기 연료 제어부(200)로 연료를 공급하게 되며, 상기 연료 배출관(130)은 상기 하우징(110)의 하부를 내측과 외측을 관통하도록 설치되고 상기 엔진(106)과 연결되어 상기 연료 제어부(200)로부터 배출되는 연료를 상기 엔진(106)으로 공급하게 된다.

한편, 통상적으로 상기 연료 탱크(102)에는 연료 펌프(104)가 구비되어 있어 설정된 압력으로 연료를 공급하게 되고, 상기 엔진(106)의 연소실(108)에는 피스톤의 작용에 의해 내부로 연료를 공급받게 된다.

그런데, 종래에는 상기 연료 펌프(104)를 통하여 공급되는 연료의 압력이 과도하기 때문에 연소실(108)로 공급되는 연료의 양이 과하게 공급됨으로써, 연료가 완전연소가 되지않기 때문에 연료의 낭비가 있을 뿐만 아니라 불완전 연소에 의해 질소 산화물이 발생하게 되어 환경오염을 가속시키게 된다.

그래서, 본 발명에서는 자동차의 엔진(106)과 연료 탱크(102) 사이에 본 발명의 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)를 설치하고, 내부에 구비되는 연료 제어부(200)에서 연료의 압력을 감쇄시켜 줌으로써, 연료실(108)에 공급되는 연료의 양을 피스톤에 의해 형성되는 음압에 대응되도록 제공하여 적절한 양의 연료를 공급하여 완전연소를 가능하게 한다.

따라서, 연료의 과도한 공급을 방지하여 연료의 낭비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 불완전 연소를 방지하여 질소산화물을 방지하여 환경오염을 줄일 수 있게 된다.

그리고, 상기 연료 제어부(200)는 상기 하우징(110)의 내측 상부에 설치되고 상기 연료 공급관(120)과 연결되어 상기 연료 탱크(102)로부터 공급된 연료의 압력을 1차로 저감하는 제1 연료 제어부(210)와 상기 하우징(110)의 내측 하부에 설치되어 상기 제1 연료 제어부(210)에 의해 1차로 저감된 연료의 압력을 2차로 저감하여 상기 연료 배출관(130)으로 배출하는 제2 연료 제어부(220)로 이루어진다.

여기서, 상기 제1 연료 제어부(210)와 제2 연료 제어부(220)의 상단에는 고정 브라켓(230)이 각각 설치되는데, 상기 고정 브라켓(230)은 볼트 또는 다른 다양한 방법을 통하여 상기 하우징(110)의 내주면 일측에 고정설치된다.

이때, 상기 제1,2 연료 제어부(210,220)의 외경은 상기 하우징(110)의 내경보다 작게 형성되는데, 상기 고정 브라켓(230)이 설치된 부분만 하우징(110)의 내주면과 접하고, 나머지 부분에서는 상기 하우징(110)의 내주면과 상기 제1,2 연료 제어부 사이(210,220)에 이격공간이 형성된다.

그래서, 상기 제1 연료 제어부(210)에서 배출된 연료가 이격 공간을 통하여 하우징(110)의 내부에 수용되게 되고, 이렇게 수용된 연료는 상기 제2 연료 제어부(220)가 완전히 잠기도록 수위가 올라가게 되면 상기 제2 연료 제어부(220)의 내부로 연료를 공급하게 된다.

한편, 상기 제1 및 제2 연료 제어부(210,220)는 최상단에 구비되고 일측에 연료가 상하로 이동하는 메인 통공(312)이 형성되는 상판(310)과 최하단에 구비되는 하판(360)과 상기 상판(310)과 하판(360) 사이에 구비되고 중심부에 상하 관통되는 연료 유동공(322)이 형성되는 다수개의 간격판(320)과 상기 간격판(320) 사이에 구비되어 상기 연료 유동공(322)의 상부와 하부를 커버하며 일측에 상하 관통되는 연료공(332)이 형성되는 연료 유동판(330)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 연료 유동공(322)은 판형상으로 형성되는 상기 간격판(320)에 중공 형상으로 형성되고, 도 4에 도시된 바와 같이 판 형상으로 형성되는 연료 유동판(330)의 일측에 형성되는 연료공(332)는 중심부를 기준으로 상하 서로 반대 위치로 위치하게 된다.

그래서, 상기 연료 유동공(322)과 연료공(332)을 통하여 연료가 이동할 때, 지속적으로 방향이 변하게 되고, 먼거리를 돌아가게 됨으로써, 연료 펌프(104)에서 가해지는 압력이 감쇄된다.

이때, 상기 간격판(320)은 다소 경질의 재질로 이루어지고 상기 연료 유동판(330)은 비교적 연질의 재질로 이루어져 간격판(320)과 연료 유동판(330) 사이에 완전히 밀착되도록 하여 측방으로 연료가 누출되는 것을 방지하게 된다.

그리고, 상기 연료 유동판(330)의 하부에는 다수개의 간격편(340)과 상기 간격편(340) 사이에 위치하는 밀접판(350)이 더 구비되는데, 상기 간격편(340) 및 밀접판(350)은 중공형상으로 형성되어 중심부에 각각 연료 통로(342,352)형성된다.

여기서, 상기 간격편(340)은 비교적 경질의 재질로 이루어지고, 상기 밀접판(350)은 비교적 연질의 재질로 이루어져 간격판(320)과 연료 유동판(330) 사이에 완전히 밀착되도록 하여 측방으로 연료가 누출되는 것을 방지하게 된다.

이때, 제1,2 연료 제어부(210,220)에는 상기 연료 유동공(322)의 중심부에 구비되는 중간 간격판(324)과 연료 통로(342,352)의 중심부에 구비되는 지지판(344,354)을 상하 관통하는 연료 이송관(370)이 구비되는데, 상기 하판(360)의 중심부에 하방으로 볼록하게 형성되어 내측에 상기 연료 이송관(370)의 하부가 수용되는 연료 수용부(365)가 더 형성되고, 상기 연료 이송관(370)의 상단에는 상기 연료 공급관(120) 또는 연료 배출관(130)과 연결되는 연결부재(380)가 더 형성된다.

그래서, 상기 연료 탱크(102)로부터 공급되는 연료를 제1 연료 제어부(210)를 구성하는 각 구성들에 의해 1차로 감압하게 되고, 상기 제2 연료 제어부(220)를 구성하는 각 구성들에 의해 2차로 감압하여 배출되는 연료를 엔진(106)으로 공급하게 된다.

한편, 상기 연료 공급관(120), 연료 배출관(130), 연료 이송관(270)의 내주면에는 미스트화 돌기(부호 미도시)가 형성되어 연료가 이동하는 과정에서 상기 미스트화 돌기와 부딛히면서 미립자로 분해되어 미스트화된다.

이때, 상기 미스트화 돌기만으로는 모든 연료가 미스트화 되지 못하기 때문에 상기 연료 유동판(330)의 표면에는 엠보싱(미도시)이 형성되어 연료가 간격판(320)의 유동공(322)을 따라 측방으로 이동할 때, 미스트화 되지 못한 연료가 상기 엠보싱에 의해 미립화된다.

그래서, 본 발명인 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)를 거치는 동안에 모든 액에 연료가 미스트화됨으로써, 엔진(106)의 연소실(108)로 공급될 때, 미스트화된 상태로 공급되어 보다 폭발행정에서 연료가 완전히 연소되는 완전연소가 수행될 수 있게 한다.

그리고, 상기 제1 연료 제어부(210)에서 연료의 이동 과정을 살펴보면, 상기 연료 공급관(120)을 통하여 유입된 연료는 상기 연결부재(380)을 통하여 연료 이송관(370)으로 공급되는데, 상기 연료 이송관(370)을 통하여 배출된 연료는 상기 연료 수용부(365)에서 방향이 전환되어 상부로 이동하게 된다.

여기서, 상기 연료 수용부(365)가 형성되는 하판(360)의 상부에 구비되는 간격편(340) 및 밀집판(350)의 중심부에 형성되는 연료 통로(342,352)를 통하여 상부로 이동하고, 간격편(340)의 상부에 구비되는 연료 유동판(330)의 연료공(332)과 간격판(320)의 연료 유동공(322)을 통하여 상판(310)에 형성된 메인 통공(312)으로 배출되어 하우징(110)의 내부로 공급된다.

또한, 상기 제2 연료 제어부(220)에서 연료의 이동 과정을 살펴보면, 상기 하우징(110)의 내부에 수용된 연료가 상기 제2 연료 제어부(220)가 잠길 정도로 수용되면 상기 상판(310)에 형성되는 메인 통공(312)을 통하여 연료가 공급되며, 상기 메인 통공(312)을 통하여 공급된 연료는 연료 유동공(322), 연료공(332), 연료 통로(342,342)를 통하여 연료 수용부(365)로 이동한다.

여기서, 상기 연료 수용부(365)에서 방향이 전환되어 상기 연료 이송관(370)과 연결부재(380)를 통하여 연료 배출관(130)으로 이동하게 된다.

즉, 상기 제1 연료 제어부(210)와 제2 연료 제어부(220)의 구성은 동일하지만, 연료의 이동과정은 서로 반대로 이루어지는데, 이렇게 2차에 걸처 연료의 압력을 저감시켜 줌으로써, 엔진(106)으로 공급되는 연료의 압력이 과도하게 형성되지 않도록 하여 피스톤에 의해 형성되는 연소실(108) 내부의 음압에 따라 적절한 양의 연료만이 수용되도록 한다.

따라서, 전술한 바와 같이 완전하게 미스트화된 연료가 엔진(106)의 연소실(108)에 적절한 양만이 공급되도록 함으로써, 폭발행정에서 내부의 연료가 완전히 연소되도록 하여 연료의 낭비를 줄일 수 있고, 완전 연소에 따른 질소 산화물의 생성을 방지하여 환경오염을 줄일 수 있게 된다.

한편, 전술한 본 발명의 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)를 도 8에 도시된 바와 같이 실험 차량에 설치하여 연료의 소모량의 변화와 질소 산화물의 배출량의 변화를 살펴보았다.

여기서, PEMS에 의한 RDE 실험에 사용한 차량은 SUV 차량인 산타페이며 도 9에 도시된 바와 같이, 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)를 설치하지 않은 상태에서는 1L의 연료 효율은 13.16(km)이고, 질소 산화물의 평균 배출량은 2.20(g/km)이다.

이때, 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)를 설치한 상태에서의 1L의 연료 효율은 14.40km이고, 질소 산화물의 평균 배출량은 1.81(g/km)이다.

이러한 실험 데이터를 살펴볼 때, 연료의 효율은 9.5% 상승하였고, 질소 산화물의 배출은 18%나 감소하였음을 알 수 있다.

또한, 이산화탄소의 배출량은 197.35(g/km)에서 179.37(g/km)으로 9.1% 감소하였고, 일산화탄소의 배출량은 0.05(g/km)에서 0.02(g/km)로 62% 감소였음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)를 설치한 경우, 연료의 효율이 높아지고, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소산화물의 배출량이 줄어들고 그에 따라 기존보다 좀더 완전 연소에 가까워짐을 알 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 연료 탱크에서 공급되는 연료의 압력을 조절하여 상황에 따라 적절한 양의 연료를 엔진으로 공급하도록 함으로써, 불완전 연소를 방지할 뿐만 아니라 연료 사용량을 절감할 수 있는 자동차 등 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치에 관한 것이다.

Claims

엔진(106)과 연료 탱크(102) 사이에 설치되는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치(100)에 있어서,

하우징(110)과,

상기 하우징(110)의 내측에 설치되어 연료의 압력을 조절하는 연료 제어부(200)와,

상기 하우징(110)의 상부에 내측과 외측을 관통하도록 설치되어 상기 연료 탱크(102)로부터 공급받은 연료를 상기 연료 제어부(200)로 공급하는 연료 공급관(120)과,

상기 하우징(110)의 하부에 내측과 외측을 관통하도록 설치되어 상기 연료 제어부(200)에서 배출되는 연료를 상기 엔진(106)으로 공급하는 연료 배출관(130)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치.
제1항에 있어서,

상기 연료 제어부(200)는 상기 하우징(110)의 내측 상부에 설치되고 상기 연료 공급관(120)과 연결되어 상기 연료 탱크(102)로부터 공급된 연료의 압력을 1차로 저감하는 제1 연료 제어부(210)와,

상기 하우징(110)의 내측 하부에 설치되어 상기 제1 연료 제어부(210)에 의해 1차로 저감된 연료의 압력을 2차로 저감하여 상기 연료 배출관(130)으로 배출하는 제2 연료 제어부(220)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 연료 제어부는(210,220),

최상단에 구비되고 일측에 연료가 상하로 이동하는 메인 통공(312)이 형성되는 상판(310)과,

최하단에 구비되는 하판(360)과,

상기 상판(310)과 하판(360) 사이에 구비되되 중심부에 상하 관통되는 연료 유동공(322)이 형성되는 다수개의 간격판(320)과,

상기 간격판(320) 사이에 구비되어 상기 연료 유동공(322)의 상부와 하부를 커버하며 일측에 상하 관통되는 연료공(332)이 형성되는 연료 유동판(330)과,

상기 연료 유동판(330)의 하부에 구비되고 중심부에 연료 통로(342)가 형성되는 다수개의 간격편(340)과,

상기 간격편(340) 사이에 구비되고 중심부에 연료 통로(352)가 형성되는 밀접판(350)과,

상기 연료 유동공(322)의 중심부에 구비되는 중간 간격판(324)과 연료 통로(342,352)의 중심부에 구비되는 지지판(344,354)을 상하 관통하는 연료 이송관(370)과,

상기 하판(360)의 중심부에 하방으로 볼록하게 형성되어 내측에 상기 연료 이송관(370)의 하부가 수용되는 연료 수용부(365)와,

상기 연료 이송관(370)의 상단에 형성되어 연료 공급관(120) 또는 연료 배출관(130)과 연결되는 연결부재(380)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치.
제3항에 있어서,

상기 제1 연료 제어부(210)는 상기 연료 공급관(120)으로부터 공급된 연료가 상기 연결부재(280) 및 연료 이송관(370)을 통하여 상기 연료 수용부(365)로 이동하고,

상기 연료 수용부(365)로 이동한 연료는 공급 압력에 의해 상기 연료 통로(342,352)를 거처 상기 연료공(332)으로 이동하며,

상기 연료공(332)과 연료 유동공(322)을 순차적으로 지나면서 1차로 압력이 저감된 상태에서 상기 메인 통공(312)을 통하여 외부로 배출되어 상기 하우징(110)의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치.
제4항에 있어서,

상기 제1,2 연료 제어부(210,220)의 상단에는 고정 브라켓(230)이 설치되어 상기 하우징(110)의 내주면 일측에 고정 설치되고,

상기 제1,2 연료 제어부(210,220)의 외경은 상기 하우징(110)의 내경보다 작게 형성되며,

상기 하우징(110)의 내주면과 상기 제1,2 연료 제어부(210,220) 사이에는 이격공간이 형성되어 상기 제1 연료 제어부(210)에서 배출된 연료가 상기 하우징(110)의 내부를 거쳐 상기 제2 연료 제어부(220)로 공급되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치.
제5항에 있어서,

상기 제2 연료 제어부(220)는 상기 메인 통공(312)을 통하여 상기 하우징(110)에 수용된 연료가 공급되며,

상기 메인 통공(312)을 통하여 공급된 연료는 연료 유동공(322) 및 연료공(332)을 통하여 2차로 압력이 저감되며,

상기 연료공(332)을 통과한 연료는 상기 연료 통로(342,352), 연료 수용부(365), 연료 이송관(370), 연결부재(380)를 통하여 연료 배출관(130)으로 이동하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치.
제3항에 있어서,

상기 연료 공급관(120), 연료 배출관(130), 연료 이송관(370)의 내주면에는 미스트화 돌기가 형성되어 연료가 이동하는 과정에서 미립자로 분해되어 미스트화되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료공급압력 및 연료분무화 자동조절장치.