디젤 연료의 이송

디젤 연료의 이송

 

디젤 엔진은 가솔린엔진과는 연소방법이 상이하므로 그 연료장치는 전혀 다르다. 연료탱크 내의 연료는 분사펌프에 보내지고 그 곳에서 높은 압력으로 가압된 다음 운전상태에 상응하여 연소실에 적정량 분사된다. 특히 연료가 고압으로 가압, 분사되므로 그 때의 현상은 연소상태에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서, 연료의 가압과 분사에 이르기까지에는 고려되어야 할 요건이 대단히 많다. 그리고 연룔장치의 주요부인 분사펌프는 그 동안 세계 각국의 펌프메이커에서 제각기 독자적인 연구개발이 폭넓게 이루어져 왔으며 그 가운데에서도 독일의 로버트보쉬사에 의해 정밀도가 높으면서도 비교적 낮은 값으로 공급이 가능한 것이 개발 되면서 연료장치의 제작은 전문 메이커가 하는 것으로 되었다.

 

연료장치의 구성- 연료장치는 연료탱크, 연료피드펌프, 연료필터, 분사펌프, 분사노즐, 분사파이프 등으로 구성되어 있다.

연료의 이송 – 연료피드펌프는 연료탱크로부터 연료를 분사펌프에 공급한다. 연료피드펌프의 토출능력은 분사노즐에서 소비되는 양을 상회할 정도로 되어 있으며 연료필터나 분사펌프에는 잉여의 연료를 탱크로 되돌이는 리턴파이프가 마련되어 있다. 이 때 분사노즐의 니들밸브를 윤활한 연료도 함께 리턴파이프를 통해 연료탱크로 되돌아간다. 각 부품을 연결하는 연료파이프류는 연료탱크로부터 연료피드펌프사이는 아연도금의 방청처리된 강관이 사용되고 연료피드펌프와 분사펌프사이는 나이론이나 비닐, 고무계 등의 플렉시블호스가 사용된다. 분사펌프와 분사노즐사이는 특히 높은 압력이 작용함으로 고압용 인발 강관이 쓰여지고 각 실린더 마다의 분사파이프는 유니온을 사용하며 길이가 같고 또한 급격한 만곡을 피하도록 배관되어 있다.

 

분사펌프 – 분사펌프는 일반적으로 플런저식의 펌프가 사용되고 플런저 엘리먼트를 하나의 하우징에 수납한 집중형과 각 실린더 마다 플런저 어셈블리를 독립적으로 배치한 분리형으로 구분된다. 집중형에는 열형(독립형)과 분배형이 있어서 열형은 비교적 대형차에, 분배형은 소형차용으로 널리 사용되고 있다.

연료필터 – 디젤엔진의 연료는 경유를 사용하며 연료인 경유는 연료로서의 역할을 하는 외에 분사펌프의 플런저, 딜리버리밸브 및 노즐의 윤활작용을 겸하고 있다. 경유가 윤활작용을 하는 부분은 모두가 1/1000mm단위로 초정밀가공 되어 있어서 연료중에 미세한 먼지나 수분 등 불순물이 혼입되면 이들 부분의 고착이나 융착을 일으키는 외에 조기마멸이나 손상에 이르게 된다. 따라서, 연료탱크 내 및 연료 중의 불순물이 완전히 여과된 연료가 분사펌프로 공급되어야 하며, 또한 필터는 그 용량이 충분히 커야 하고 필터는 엔진본체, 혹은 엔진룸 내의 보디에 장착되어 있다. 여과엘리먼트는 여지로 된 것과 여과천으로 된 것이 있고 통상 여지식이 사용되고 있다. 여지를 접어서 통모양으로 만들어 여과면적을 크게 한 다음 특수한 화학처리를 하여 내열성과 내압성을 가지도록 하는 외에 수분에도 내력이 있도록 특수 처리되어 있다. 그러나 수분에 장기간 노출되면 여지의 팽창으로 연료의 유통구멍이 확대되거나 막히는 외에 질이 연약해져서 압력에 견디지 못하게 된다. 소형차용 엔진 등에는 연료중의 수분을 배출시킬 수 있는 워터 드레인식을 사용한다. 통상 세디멘트(sediment) 일체형의 소형 카트리지형이 많고 연료계통의 간소화와 서비스성의 향상을 도모하고 있다. 연료필터의 아래부분에는 물이 채워지면 세디멘트 워닝램프가 점등, 경고하는 워닝 스위치가 장착되어 있고 물의 배출은 드레인플러그를 풀고 프라이밍 펌프를 사용해서 펌핑하여 배출시키도록 되어 있다. 연료필터의 상부에는 오버플로밸브가 장착되어 있다. 이는 엘레먼트의 눈막힘등으로 연료계통 내의 압력이 약 0.18~0.25Mpa이상으로 되었을 때 밸브가 열려서 연료가 탱크로 되돌아가도록 되어 있다. 이것은 필터나 접속부에 무리한 압력이 가해지지 않도록 하기 위해서이다. 그리고 오버플로밸브의 스프링이 쇠손되거나 밸브시트부의 마멸 또는 시트부에 먼지 등이 끼이게 되면 연료는 대부분 연료탱크로 되돌아가게 됨으로써 분사펌프에 충분한 연료가 공급되지 못하여 엔진의 운전이 원활하지 못하게 되는 경우가 있다. 또한 대형차 엔진의 필터에는 엘리먼트의 교환이 용이하도록 되어 있는 스핀온(Spinon)식이 있다. 이것은 드레인플러그가 없고 피드펌프로부터 압송되는 연료중의 수분은 용량이 큰 엘리먼트부에 축적되도록 되어 있다.

 

연료피드펌프 – 연료피드펌프는 분사펌프의 측면에 부착되어 분사펌프의 캠에 의해 구동되는 피스톤의 작동으로 연료탱크로부터 연료를 흡입, 연료필터를 거쳐서 분사펌프에 공급하는 역할을 한다. 펌프의 몸통은 경합금이나 주철로 만들어지고 펌프의 구성은 피스톤, 태핏, 푸시로드, 인렌 및 아웃렛 밸브등으로 구성되어 있다. 피드펌프의 작동은 분사펌프의 편심캠에 의해 피스톤이 태핏, 푸시로드를 거쳐서 왕복운동 하는데 따라 연료를 분사펌프에 압송한다. 이 피드펌프에는 연료계통의 저압측(피드펌프로부터 분사펌프까지)의 연료속에 혼입되어 있는 공기를 뽑는 등 경우에 따라 수동으로 연료를 분사펌프까지 송유할 수 있는 프라이밍펌프가 갖추어져 있다. 그리고 피드펌프에는 연료이송의 배관 방법에 따라 수평식과 상/하식이 있어서 구분하여 사용하도록 되어 있다. 또한 흡입측에는 금속망의 필터가 마련되어 있으며 피드펌프를 기능에 따라 분류하면 단동식과 복동식이 있다.

1) 단동식 피드펌프 – 캠에 의해 피스톤이 밀려올려가면 인렛 체크밸브가 닫히고 내실의 연료는 아웃렛 체크밸브를 밀고 열리면서 대부분의 연료가 외실을 채우게 된다. 이 때 일부분의 연료는 송출구로부터 분사펌프로 송유된다. 캠이 다시 회전하여 스프링에 의해 피스톤이 하강, 이 떄 외실에 있던 연료가 송출구로부터 분사펌프로 밀려나가게 된다. 다음 내실의 압력이 저하, 아웃렛 체크밸브가 닫히고 인렛 체크밸브가 열려서 새로운 연료가 내실로 흡입된다. 이렇게 하여 펌프작용을 반복하는데 따라 연료는 연료필터를 거쳐서 분사펌프로 보내진다. 그리고 엔진의 부하가 낮아서 송출연료에 잉여분이 생겨서 외실의 연료압력이 규정압력(송출압력)이상으로 되면 피스톤은 외실압력에 의해 들어올려진 상태가 되면서 푸쉬로드로부터 떨어져서 연료의 공급이 한때 중단된다. 따라서 송유압력은 피스톤스프링의 스프링 힘에 의해 결정되고 이와 같이 피드펌프는 송유압력이 규정값 이상으로 높아지는 것을 방지할 수 있는 구조로 되어 있다. 피드펌프를 구동하는 캠은 일반적으로 싱글캠이 사용되나 송유압력의 맥동을 적게 할 목적으로 더블캠을 사용하는 경우도 있다.

2) 복동식 피드펌프 – 엔진이 대형화되는데 따라 송유량이 큰 복동식 피드펌프가 사용된다. 이 복동식은 단동식에 대해 피스톤이 왕복운동을 할 때 왕복 연료를 흡입, 송출하는 펌프이다.

Bosch 고압펌프