자동차 연료필터의 일체형 히터자동차 연료필터의 일체형 히터자동차 연료필터의 일체형 히터자동차 연료필터의 일체형 히터,,,,

온도센서 및 전자식 수분검출센서온도센서 및 전자식 수분검출센서온도센서 및 전자식 수분검출센서온도센서 및 전자식 수분검출센서

기술지원기술지원기술지원기술지원

2006. 6. 27.2006. 6. 27.2006. 6. 27.2006. 6. 27.

지원기관지원기관지원기관지원기관 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

지원기업지원기업지원기업지원기업 주 거성 엔프라주 거성 엔프라주 거성 엔프라주 거성 엔프라( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 자동차 연료필터의 일체형 히터 온도센서 및 수분검출센서 기술지“ ,

원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합”( : 2005. 06. 01~2006. 05. 31)

니다.

2006. 6. 27.2006. 6. 27.2006. 6. 27.2006. 6. 27.

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

대표자 김기협대표자 김기협대표자 김기협대표자 김기협( )( )( )( )

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 주 거성 엔프라주 거성 엔프라주 거성 엔프라주 거성 엔프라( )( )( )( )

대표자 이희원대표자 이희원대표자 이희원대표자 이희원( )( )( )( )

지원책임자 이 성 일지원책임자 이 성 일지원책임자 이 성 일지원책임자 이 성 일::::

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

사업목표1.

연료공급체계의 주요 부품인 히터 온도 센서 수분 감지 센서 일체형 모델 개발, ,

을 위한 종합적 기술지원

지술지원내용 및 범위2.

자동차연료 공급 체계에 핵심부품이며 소형화 고효율화를 기할수 있는 통합/

형 히터 온도센서 수분감지센서 개발을 위한 종합적 기술지원, ,

점성을 고려한 유로 및 열용량 온도조절을 위한 센싱부연관 설계 및 해석- ,

수위 감지 센서의 통합형 응용개발 및 양산 생산기술;-

국내외 특허 조사-

시제품 개발 및 검사 장비 개발-

지원실적3.

- 4 -

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

열용량 및 온도센서 연

관설계구조 설계 능력 미흡 구조 설 기반확립RP

수위감지센서 응용개발 응용 설계 능력 미흡응용설계 및 생산기술

확보

국내외 특허조사 특허 유무 미검색특허조사를 통한 회피

설계

시제품 및 검사장비개발 검사장비 미흡 양산성 확보

기술지원 성과 및 효과4.

해달기술 적용제품1)

적용제품명 자동차 연료 필터의 통합센서:

모 델 명 미정:

품질 및 가격2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 수위센서Heater/ 선진제품 대비 0% 80%

경쟁제품 대비 가격 수위센서Heater/ 선진제품 대비 0% 70%

원가절감 효과3)

- 5 -

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년/ ( %)

인건비 절감 백만원 년/ ( %)

계 백만원 년/ ( %)

적용제품 시장전망 매출성과4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비 고

내 수 백만원 년170 / 백만원 년1,440 / 847%

수 출 0 백만원 년/

계 백만원 년170 / 백만원 년1440 / 847%

참고 적용제품 주요수출국 중국 말레이시아 인도네시아) 1. : , ,

작성당시 환율기준 원2. : 1200

- 6 -

수입대체효과5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비고

온도센서heater& 천달러 년800 / 천달러 년/ 달러 년/

전자식수위센서 천달러 년350 / 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년1150 / 천달러 년/ 천달러 년/

해달기술의 기술력 향상 효과6)

히터의 핵심기술인 열용량을 결정하는 소자기술 유로설계기술 이를 검증하는 시험PTC ,

장비 개발 및 전자식 수위센서는 차량에서 요구되는 회로 설계능력 및 검증방안에 대한

및 검증설비구축SYSTEM

기술적 파급효과7)

고객의 요구에 부합되는 설계기술력 및 양산성 확보가능-

다양한 여러 제품에 응용가능-

적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,

규격 인증획득1) ,

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

ISO14001 E.M.S REM0590 KMAR 06.02.24

TS16949 16448A URS 06.03.09

인증SQ 전기전자 EL200 현대 기아자동차, 06.04.20

인증SQ 사출 HKQ-PL-160 현대 기아자동차, 02.01.14

- 7 -

지적재산권2)

종 류 명 칭 번 호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

세부지원실적6.

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건15 히터 및 수위센서 선진제품의 특허조사

시제품제작 건2 히터 및 온도센서일체형 수위센서 시제품,

양산화개발 건2 히터 및 온도센서일체형 수위센서,

공정개선 건2 히터유동성 시험 수위센서 검사장비 개발,

품질향상 건1 수위센서 양산검사장비 개발

시험분석 건2 전류저항 내열 사이클,

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건1열용량 및 유로 설계 및 양산 설계 개선등의

교육훈련을 통한 기술 지원

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

- 8 -

종합의견7.

디젤자동차 연료필터에 적용되는 히터 및 온도센서는 겨울철 연료의 초기 시동성을 좋

게하는 장치로 선진국에서는 다양한 성능 및 형태로 적용하고 있으며 우리나라의 경우,

도 적용되고 있으나 선진국에 비해 설계 기술 및 제조기술 부분이 떨어졌으나 본

를 수행함으로서 이를 보완한 점이 높이 평가할 수 있고 또한 이를 바탕으로PROJECT

다양한 형태의 모델을 개발할 수 있는 역량이 갖추어 진 것으로 판단된다 그리고 전자.

식 수위센서는 국내외업체보다 성능 내구성능이 우수한 것으로 평가되어 적용수량이 늘

어나고 있으며 특히 신차종에서 당사제품을 채택하고 있어 매출이 신장될 것으로 판단

되고 향후 이를 바탕으로 수출에도 기여할 것으로 사료됨

- 9 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 연료필터 및 소자의 기술개요제 절 연료필터 및 소자의 기술개요제 절 연료필터 및 소자의 기술개요제 절 연료필터 및 소자의 기술개요1 PTC1 PTC1 PTC1 PTC

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

연료 센서 및 온도 조절 장치의 구조 및 원리연료 센서 및 온도 조절 장치의 구조 및 원리연료 센서 및 온도 조절 장치의 구조 및 원리연료 센서 및 온도 조절 장치의 구조 및 원리1.1.1.1.

온도 조절 장치의 설계 및 시제품 제작온도 조절 장치의 설계 및 시제품 제작온도 조절 장치의 설계 및 시제품 제작온도 조절 장치의 설계 및 시제품 제작2.2.2.2.

수분 감지 센서부의 설계수분 감지 센서부의 설계수분 감지 센서부의 설계수분 감지 센서부의 설계3.3.3.3.

건사 장비 개발 및 시험건사 장비 개발 및 시험건사 장비 개발 및 시험건사 장비 개발 및 시험4.4.4.4.

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행3333

추진일정 대비 일정 분석추진일정 대비 일정 분석추진일정 대비 일정 분석추진일정 대비 일정 분석1.1.1.1.

수행주체의 담당업무 분석수행주체의 담당업무 분석수행주체의 담당업무 분석수행주체의 담당업무 분석2.2.2.2.

수행방법 및 기자재 활용 분석수행방법 및 기자재 활용 분석수행방법 및 기자재 활용 분석수행방법 및 기자재 활용 분석3.3.3.3.

애로사항 및 문제점애로사항 및 문제점애로사항 및 문제점애로사항 및 문제점4.4.4.4.

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부록부록부록부록

- 10 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

연료 필터용 히터 및 온도센서는 기계식을 데부분 사용하고 있는 추세이며 분리형

이 주류를 이루고 있다 다만 대형 차량 분야에서는 만앤휴멜 사에서 히터 및 온도. ,

센서를 일체화하고 전자화한 히터 온도 통합형 제품이 상용화되어 있으나 가격이/

매우 고가이며 시장 점유율이 매우 낮은 실정이다 선진기술은 고가의 일체형을 상.

용화의 주목표로 설정하고 있다 국내적으로는 분리형 연료필터의 전 부품은 국산.

화되어 있으며 국내의 부품기술도 상당한 수준에 오른 것으로 판단된다 다만 핵, . ,

심부품인 온도유지 유니트는 일본의 도끼로끼사 미국 구미 등의 제품이 있고 국내, ,

차량 장착품 들도 전량 이러한 수입품을 쓰고 있다 향후는 국내에서도 통합형 제.

품이 주류를 이루게 될 것이며 전자화도 상용화 될 것이다, .

현재 년간 만대의 분리형 히터 온도센서 시장이 형성되어 있고 년 정도에는50 / 2007

만대의 국내 시장 규모가 예상되어 전자화된 제품의 시장 출시가 촉진될 것으100

로 예상된다.

- 11 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

주요목표 :

연료공급체계의 주요 부품인 히터 온도 센서 수분 감지 센서 일체형 모델 개발을, ,

위한 종합적 기술지원

세부목표 :

해석 및 설계기술지원

점성을 고려한 유로 및 열용량 온도 조절을 위한 센싱부 연관설계 및 해석- ,

친환경 소재 적용 일체형 회로 구성 연결 기구설계- / /

상용화기술지원

양산을 위한 생산 공정기술-

시제품개발을 위한 금형설계 및 제작기술-

검사장비 기술-

국내외 특허 조사

상세예상목표 :

친환경 페놀수지 적용

유량 리터 시 이하:0.6 /min, 12VOLT 10A

작동온도 ON:0±4.4 OFF:15±4.4

발열량:97.5±22.5WATT

회로 개발 및 검사장비 개발12VOLT

- 12 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

히터 및 온도 센서부

점성을 고려한 유로 및 열용량 온도 조절을 위한 센싱부 설계- ,

연관 설계 및 해석 및 부품 개발-

정온소자 온도센서 성 설계 및 부품 개발- (PTC), MATCHING

수분 감지 센서부

회로 및 센싱부 구조 변경 설계-

회로- : 24VOLT -> 12VOLT

구조 인서트 사출 체결 구조- : -> BOLT

제품개발을 위한 시작금형 및 검사장비 개발 생산기술 지원

금형 사출 다이캐스팅 단조 금형 설계 및 제작지원 및- : , PRESS, AL , RUBBER

시 제자지원

검사장비 제품의 요구 성능 장비 설계제작 지원- :

시험 검사 시작제품의 요구 성능 평가 지원- :

기타

국내외 특허 조사-

- 13 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 연료필터 및 소자의 기술개요제 절 연료필터 및 소자의 기술개요제 절 연료필터 및 소자의 기술개요제 절 연료필터 및 소자의 기술개요1 PTC1 PTC1 PTC1 PTC

연료필터1.

연료필터는 연료에 포함되어 있는 먼지 수분 등을 여과하며 연료 탱크와 연료 펌,

프 사이에 설치되어 있다 연료 속에 불순물이 혼합되어 있으면 기화기의 노즐 및.

제트 등이 막혀 정상적으로 작동하지 못하므로 이것을 방지하기 위해 불순물을 여

과한다 또한 연료 분사장치의 정상적인 기능을 유지하도록 한다 여과지 및 슬러프. .

스트레이너는 의 아주 작은 구멍으로 되어 있으므로 고도의 여과 성능을 유지10 _

하도록 되어있다.

디젤엔진의 연료로 사용 중인 경유에는 연소성을 향상시키기 위하여 파라핀 성분을

첨가하는데 첨가물질의 특성상 일정온도 이하 가 될 경우 고형화하기 쉬운 파, (-3 )

라핀 왁스 성분 등의 영향으로 동절기 시동 시 유동통로가 좁은 연료필터부분 에,

서 고형화 성분이 축적되어 막힘으로 연료공급이 차단 될 우려가 있다 특히 직접.

분사 디젤 엔진의 경우 연료의 차단은 고압 연료분사시스템에 손상을 초래할 수 있

어 직접분사 디젤엔진과 함께 센서식 연료필터의 개발이 필요한 핵심 기술로 인식

되고 있다.

직접분사 디젤엔진 연료공급 시스템의 연료필터에는 겨울철 저온 시동성을 개선하

고 시동초기 원활한 연료공급을 위해 연료필터에 히터와 를 추가하Thermal Switch

여 연료가 일정 온도이하로 내려 갈 경우 온도를 자동 감지하고 순간적으로 가열, .

을 하여 연료필터 내 고형화 성분을 용해시켜 고압 연료시스템에 치명적 손상을 줄

수 있는 순간적 연료공급 차단현상을 제거할 수 있는 연료필Heating sensor Type

터시스템을 도입 하고 있다.

- 14 -

그림 커먼레일 디젤기관 연료시스템 및 연료필터그림 커먼레일 디젤기관 연료시스템 및 연료필터그림 커먼레일 디젤기관 연료시스템 및 연료필터그림 커먼레일 디젤기관 연료시스템 및 연료필터< 1>< 1>< 1>< 1>

- 15 -

온도센서 바이메탈의 원리 및 특징2. ,

바이메탈은 열팽창계수가 다른 장의 금속판을 접합하여 온도변화를 기계적인 운동2

으로 변환 시키는 것으로 일반적으로 저 팽창 측에는 합금을 고 팽창 측에는· Ni-Fe

합금 또는 합금 등을 사용하며 완곡 정수에 따라 여러 가지Ni-Mn-Cu , Fe-Ni-Cr

재료를 사용한다.

바이메탈을 원형 접시 모양으로 성형하여 열을 가하게 되면 설정온도가 되어 순간,

적으로 바이메탈이 반전하게 되며 이를 다시 냉각시키면 원위치로 복귀하는 특성을

이용하여 열을 기계적 운동으로 변환시키는 소자로 활용할 수 있다.

그림 에서 온도가 상승하게 되면 의 중심이 서서히 점부터 점으로< 2> DISC "0" "A"

이동하게 되고 속도가 빨라지며 점에 다달 으면 순간적으로 점에서 점으"B" "B" "C"

로 반전하게 된다 이때 다시 온도가 하강하게 되면 점에서 점까지 서서히 이. "C" "E"

동하며 점에 다달 으면 다시 순간적으로 점으로 반전 복귀 하게 된다 일정한"F" "G" ( ) .

형상으로 성형된 디스크는 의 로 반G -> A -> B -> C -> E -> F -> G Cycle

복동작을 하게 된다 여기서 로 변화하는 온도를 동작온도. B->C (Open Temp), F

로 변화하는 온도를 복귀온도 라 하며 동작온도와 복귀온도 차-> G (Close Temp)

이를 디프레셜이라 부른다 이상의 반발특성을 이용하여 스위치의 개폐동작을 하는.

감열스위치를 디스크식 라고 칭한다Thermostat .

아래의 그림 과 같이 바이메탈은 통상 그 종류의 열팽창률이 다른 합금을 접합< 3>

한판을 압연한 제품으로 온도변화를 주면 일정한 곡률로 변화는 성질을 갖고 있는

특수금속이다.

- 16 -

그림 바이메탈 소재의 특성그림 바이메탈 소재의 특성그림 바이메탈 소재의 특성그림 바이메탈 소재의 특성< 2>< 2>< 2>< 2>

그림 바이메탈의 원리그림 바이메탈의 원리그림 바이메탈의 원리그림 바이메탈의 원리< 3>< 3>< 3>< 3>

본 연구에서 사용하는 바이메탈은 형태를 구성하여 그림 와 같이 스위칭Disk < 4>

하도록 구성되어 있다.

그림 는 온도 센서의 작동원리를 나타낸 그림으로 아래의 디스크의 형상이 변< 4>

화하면서 상부의 스위칭 부를 접합 시켜 전류를 전달하는 역할을 한다.

- 17 -

그림 바이메탈의 작동원리그림 바이메탈의 작동원리그림 바이메탈의 작동원리그림 바이메탈의 작동원리< 4>< 4>< 4>< 4>

바이메탈의 장점으로는 일정 온도에서의 형상이 급격히 변화함으로써 스Disk type

위칭 되는 변위를 크게 만들 수 있다는 장점이 있다 또한 형상이 변환되고 난 이.

후의 작동은 열팽창 계수의 변화에도 불구하고 많은 힘을 전달하지 않는다, .

- 18 -

그림 바이메탈의 용도그림 바이메탈의 용도그림 바이메탈의 용도그림 바이메탈의 용도< 5>< 5>< 5>< 5>

바이메탈의 일반적 용도를 그림 에 나타내었으며 이 외에도 많은 곳에서 사용< 5>

되고 있다.

본 연구에서 사용하는 바이메탈의 형상은 아래의 그림 과 같이 의 바< 6> disk type

이메탈로 구성되어 있다.

또한 바이메탈의 지름은 이며 상부와 하부와의 높이 차이는 최초 로12.5 , 1.2

정하여 고정하였다.

그림 바이메탈의 형상그림 바이메탈의 형상그림 바이메탈의 형상그림 바이메탈의 형상< 6>< 6>< 6>< 6>

- 19 -

소자의 원리 및 특징3. PTC

는PTC (Positive Temperature Coefficent, Thermally Sensitive Resistor) BaTiO3

에 미량의 희토류 원소를 첨가함으로써 전도성이 부여되고 의 일부를 또는, Ba Sr

로 치환하여 큐리온도의 이동이 가능한 형 산화물 반도체의 일종으로 그림Pb n < 7>

과 같이 어떤 온도에 도달하면 상전이 에 의해 온도가 상승함에(phase transition)

따라 급격히 저항 값이 증가하는 성질을 갖는 소자로 정의 할 수 있다.

의 특징은 큐리온도 부근에서 저항이 급격히 증가한다는 것이PTC Thermistor (Tc)

다 저항 온도 특성 전압 전류 특성 전류 시간 특성 의 대 특성. - (R-T), - (I-V), - (I-T) 3

을 이용하여 폭 넓은 제품에 적용되고 있다.

그림 소자의 원리그림 소자의 원리그림 소자의 원리그림 소자의 원리< 7> PTC< 7> PTC< 7> PTC< 7> PTC

소자의 재료 특성 응용 분야는 다음과 같이 요약할 수 있다PTC , , .

재료- : (Ba,Sr)TiO3, (Ba,Pb)TiO3

특성-

- 20 -

저항 온도 특성- (R-T)

그림 저항 온도 특성그림 저항 온도 특성그림 저항 온도 특성그림 저항 온도 특성< 8> -< 8> -< 8> -< 8> -

이하에서 주위 온도의 변화에 따른 전기저항을 측정하1.5V D.C P.T.C Thermistor

면 그림 과 같이 저항온도 특성이 얻어진다< 8> .

이 특성에서 저항 값이 급격히 증가하는 온도를 저항 급변점 온도 또는 큐리온도라

고 하는데 일반적으로 최소 저항 값 또는 기준 온도 저항 값의 배에 대응하는 온2

도로 정의 되며 재료특성의 중요한 바로미터가 된다.

전류 전압 특성- (I-V)

에 전압을 인가하여 서서히 증가시키면 그림 와 같이 자기발열PTC Thermistor < 9)

에 의해 소자의 온도가 상승하여 큐리온도 부근에 도달하면 전압 증가에 따라 전류

감소가 나타난다 한편 소자에 인가되는 전압이 어떤 값을 초과하면 전압의 증가에.

따라 전류 값도 급격히 증가하여 에 이르게 된다 이 전압을 파괴전압Break Down .

이라 한다(Vb) .

이 특성은 부하와 동작해석을 할 때 중한 것으로 소자 설계 시 안전 여유도를 감안

한다.

- 21 -

그림 전류 전압 특성그림 전류 전압 특성그림 전류 전압 특성그림 전류 전압 특성< 9> -< 9> -< 9> -< 9> -

전류 시간 특성- (I-T)

그림 전류 시간 특성그림 전류 시간 특성그림 전류 시간 특성그림 전류 시간 특성< 10> -< 10> -< 10> -< 10> -

에 일정이상의 전류가 흐르면 열에 상당하는 자기발열에 의해PTC Thermistor Joule

서 그림 과 같이 저항 값이 급격히 증가하여 전류를 제한한다< 10> .

이와 같이 초기에 대전류가 흐르고 그 후 감쇄해서 미소전류에 억제되는 성질은 온

도상승이 빠른 발열체로서 과전류방지용 소자용 모터기동용 무C-TV, MONITOR , ,

접점스위치 기능을 갖는다.

- 22 -

소자는 아래의 그림 과 같이 사각 또는 원형을 많이 사용하며 본 연구에PTC < 11> ,

서는 원형 소자를 사용하였다 소자에 전기를 공급하는 상부의 플레이트PTC . PTC

와 하부의 플레이트 사이에 소자를 위치하고 전원을 공급 하므로 써 경유를PTC

가열하는 방식을 취 하였다 경유는 전기가 통하지 않는 비 전도성 물질로 경유를.

통해서 전기가 흐르지 않으며 상하부의 플레이트와 소자를 통해서만 전기가, PTC

공급되며 발열된다, .

소자의 직경은 이며 두께는 이다PTC 12.4 , 1 .

그림 소자의 형상그림 소자의 형상그림 소자의 형상그림 소자의 형상< 11> PTC< 11> PTC< 11> PTC< 11> PTC

- 23 -

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

연료 센서 및 온도 조절 장치의 구조 및 원리1.

디젤 연료 필터에 사용되는 연료 센서 및 온도 조절 장치는 연료 필터에 통합되어

구성 되어 있다.

아래의 그림 는 연료 필터의 상부의 도면으로 연료 필터 상부에 경유의 입구< 12>

와 출구가 위치해 있으며 출구 측에 연료 온도 센서를 설치 하고 연료 온도 센서,

의 스위치로 연료 온도 조절 장치에 전류를 가함으로써 경유의 온도를 상승 시킨

다.

디젤 연료인 경유의 온도가 낮으면 압축착화 방식인 디젤엔진내의 노킹을 발생 시

키는 원인이 되며 불완전 연소가 일어남으로써 연료의 과다 손실과 효율비 저하의,

원인이 되고 있다.

그림 연료 필터의 구조그림 연료 필터의 구조그림 연료 필터의 구조그림 연료 필터의 구조< 12>< 12>< 12>< 12>

- 24 -

그림 연료 필터 내부 분해도그림 연료 필터 내부 분해도그림 연료 필터 내부 분해도그림 연료 필터 내부 분해도< 13>< 13>< 13>< 13>

- 25 -

온도 조절 장치의 설계 및 시제품 제작2.

연료필터의 온도 조절 장치의 구성은 그림 와 같이 몸체를 이루는 부분과 전< 14>

기를 공급하는 열원으로 사용되는 소자와 소자에 전기를 공Connector, PTC PTC

급하는 상하부 로 구성된다Plate .

가 히터 및 온도센서 일체형 연료필터의 설계사양. 12V

성능시험1)

발열량 일것 현재 거성 정도- : 12V - 97.5±22.5W Sample : 8 ~ 9A 50EA

저항범위 거성기준- : 2.95 (+0.59,-0.30)[ ]Ω

단품 평균* ass'y: 1.48 ( )[1.20 ~ 1.92]Ω

소비전류 에서 인가 시 이내일 것 최대치- : 23 12V 3~10A ( )

가열특성 경유를 유량으로 통과 시 분 이내에 연료 온도차가- : -23 0.6 /min 6 ℓ

이상일 것5

진동시험2)

회 실시 후 이상 없을 것- 6G, 50Hz X 10,000,000

경유 상태로 상태에서 시험( Full Filter ass'y )

내열 시험3) Cycle

다음 조건을 로 하괴 회 실시 후 공기 누설시험을 만족할 것- ICycle 20 (Filter·

상태에서 내에 의 경유를 주입하여 시험ass'y Filter 2/3 )

- 26 -

플라이밍 펌프용량4)

펌프 회작동시 유량이 일 것- 1 13cc

내압강도5)

경유 로 가압 시 누설 없을 것- 6kG/cm2

염수 분무 시험6)

에 준하여 실시 후 하기 시험을 만족할 것- JIS Z 2371

백청발생 적청발생

72hr< 152hr<

플라이밍 펌프 내구성7)

작동 회 실시후 펌프용량 만족할 것- 15,000

단 수출차종은 회 실시할것( 107 )

- 27 -

그림 온도 조절 장치의 조립도그림 온도 조절 장치의 조립도그림 온도 조절 장치의 조립도그림 온도 조절 장치의 조립도< 14>< 14>< 14>< 14>

- 28 -

나 금형제작.

1) Cover Die-Casting Mold

의 구성부품 중 그림 는 부분으로Heater ass'y(Heater Fuel Filter) < 15> Cover

안에 조립되는 부품들을 보호하고 소자에서 발열된 열을 전달이 용이하게Base PTC

하는 알루미늄 다이케스팅 금형이다.

그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형< 15> Heater Plate< 15> Heater Plate< 15> Heater Plate< 15> Heater Plate

2) Thermo Base Mold

의 구성부품 중 그림 은 몸체부분으로 열에Heater ass'y(Heater Fuel Filter) < 16>

강하고 인체에 무해한 부품을 사출성형 하기위한 금형이다Plastic Base .

그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형< 16> Base< 16> Base< 16> Base< 16> Base

- 29 -

3) Contact Plate Press Mold

의 구성부품 중 그림 는 와 가Heater ass'y(Heater Fuel Filter) < 17> Earth Plate PTC

조립되는 부품의 전원연결 및 을 눌러 경유가 로 누유 되지 않O-ring Bimetal ass'y

도록 하는 부품의 금형이다Press .

그림 의 시제품 및 금형그림 의 시제품 및 금형그림 의 시제품 및 금형그림 의 시제품 및 금형< 17> Contact Plate< 17> Contact Plate< 17> Contact Plate< 17> Contact Plate

4) Earth Plate Press Mold

의 구성부품 중 그림 은 와Heater ass'y(Heater Fuel Filter) < 18> Bimetal Ass'y

가 조립되는 부품들의 전원연결 부품으로 전원의 전달을 용이하게 하는 부품의PTC

금형이다Press .

그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형< 18> Earth Plate< 18> Earth Plate< 18> Earth Plate< 18> Earth Plate

- 30 -

5) Gaseket Press Mold

그림 는 를 에 조립시 누유방지를 위한< 19> Heater ass'y(Heater Fuel Filter) Head

부품으로 열 및 경유에 부풀음이 적고 누유 방지을 위한 로 형상에, Gasket Heater

맞게 제작되는 금형이다Press .

그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형< 19> Gaseket< 19> Gaseket< 19> Gaseket< 19> Gaseket

6) Hi NBR Injection Mold

의 구성부품 중 그림 은 와Heater ass'y(Heater Fuel Filter) < 20> Earth Plate

사이에 조립되는 부품으로 쪽으로 경유가 누유 되는 것을 막Contact Plate Bimetal

아주는 부품의 금형이다Rubber .

그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형< 20> O-Ring< 20> O-Ring< 20> O-Ring< 20> O-Ring

- 31 -

7) Rubber Washer IInjection Mold

의 구성부품 중 그림 은 가Heater ass'y(Heater Fuel Filter) < 21> Bimetal Ass'y

에 조립 시 누유 및 간극이 일정하게 유지될 수 있도록 하는 부품의base Rubber

금형이다.

그림 의 시제품 및 금형그림 의 시제품 및 금형그림 의 시제품 및 금형그림 의 시제품 및 금형< 21> Rubber Washer< 21> Rubber Washer< 21> Rubber Washer< 21> Rubber Washer

단조8) Rivet

의 구성부품 중 그림 는 와Heater ass'y(Heater Fuel Filter) < 22> Contact Plate

를 체결하는 부품의 단조금형이다Base .

그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형그림 시제품 및 금형< 22> Rivet< 22> Rivet< 22> Rivet< 22> Rivet

- 32 -

수분 감지 센서부의 설계3.

자동차 연료는 원유를 정제하는 과정에서 생산되어 전국으로 유류 운송 차량을 통

해 보급되는데 이런 경로를 거치는 동안 연료에는 여러 가지 이물질이 유입될 가능

성이 있고 또한 보관 탱크의 내 외부 온도 차이로 수분이 자연 생성되어 연료 탱,

크 하단부에 물이 고이게 된다 만일 이렇게 자연현상에 의해 생긴 수분이나 이물.

질이 여과 없이 연료 라인에 보급되면 인젝터의 미세한 연료분사 노즐을 막히게 하

거나 끝 부분의 팁을 고착시키는 등의 손상을 일으켜 시동을 방해할 수 있다 연료.

분사 노즐에 고장이 발생하면 당연히 엔진 부조가 발생하고 이 엔진 떨림 현상은

점차 크게 진행되어 엔진에 큰 손상을 주게 된다 이를 방지하기 위해 이물질을 걸.

러 깨끗한 연료만을 공급하게 설치한 것이 연료필터이다.

특히 디젤연료는 연료 탱크의 내 외부 온도 차이가 커서 가솔린 차량 보다는 수분,

생성이 많은 특성이 있다 따라서 탱크 내부에 연료량이 적은 경우 공기가 많게 되.

어 연료 탱크 자체에서 수분 생성이 많아지게 되므로 연료 탱크에 물 축적이 많을

수 밖에 없다 그러므로 디젤차에는 세퍼레이터라고 하는 수분 분리기를 연료 필터.

하단부에 별도로 설치하여 일정 주행 후에는 정기적으로 물을 배출해야 늘 깨끗한

연료를 공급할 수 있게 되고 수분을 제거하지 않을 경우 분사 노즐을 손상시키고

엔진 부조를 일으키는 것은 물론 겨울철에 빙결되면 연료 공급이 차단되어 시동마

저 안 되는 현상이 발생되므로 주기적인 수분 배출이 필요하지만 종래에는 운전자

가 연료필터에 수분이 얼마나 축적되어 있는 지를 육안으로 식별하기가 곤란한 문

제점이 있는데 연료필터 하단에 물과 연료의 비중 차에 의해 분리 된 수분을 수집

랄 수 있도록 쳄버를 설치하여 일정 수위에 도달되면 자동으로 수분감지 센서에 의

해 검출될 수 있도록 하여 운전자에게 그 배출 시기를 알려주는 수분 감지장치의

부착이 필요하게 되고 이 물을 제거하지 않으면 계기판에 수분 분리 경고등이 점등

되도록 하여 운전자가 인지하여 수분을 배출할 수 있는 기능이 필요하다.

- 33 -

그림 연료 필터의 수분리그림 연료 필터의 수분리그림 연료 필터의 수분리그림 연료 필터의 수분리< 23>< 23>< 23>< 23>

가 센서 설계 사양.

공기누설시험1)

공압 동안 주입 후 각부에 누설이 없을 것 조 립 시- 5~5.5bar x 30sec . (ass'y : )

수위경보 용량2)

- 50±10cc

내열사이클 시험3)

하기의 조건을 로 하고 회 실시 후 공기누설 시험을 만족할 것- 1Cycle 20 . (ass'y

상태의 내에 의 경유를 주입하고 가열 냉각 범위 약Filter 2/3 : 2 /min)

- 34 -

진동시험4)

에서 경유 상태로 완제품을 평가 할 것- 25±5 Full .

회 실시 후 공기누설 시험을 만족 할 것 조립6G, 50Hz x 107(3 Planes) .(ass'y

시)

과부하 시험5)

에서 분간 통전 후 기능 및 성능에 이상 없을 것- 13V x 0.6A 1 .

나사부 파단6) Torque

상온에서 이상일 것- 80kgf.cm .

그림 수분 감지 센서의 점등조건그림 수분 감지 센서의 점등조건그림 수분 감지 센서의 점등조건그림 수분 감지 센서의 점등조건< 24>< 24>< 24>< 24>

- 35 -

그림 수분 감지 센서 조립도그림 수분 감지 센서 조립도그림 수분 감지 센서 조립도그림 수분 감지 센서 조립도< 25>< 25>< 25>< 25>

나 센서 회로 설계. Water

그림 수분 감지 센서 회로도그림 수분 감지 센서 회로도그림 수분 감지 센서 회로도그림 수분 감지 센서 회로도< 26>< 26>< 26>< 26>

- 36 -

검사 장비 개발 및 시험4.

가 검출센서. Leak

내장형 의 와 사이의 여부를 판Heater ass'y Thermostats Contact Plate Leakage

단하여 의 의 합격 불합격 여부를 판단하기 위한 검사 장비이다Heater ass'y Leak .

그림 검출센서 개념도그림 검출센서 개념도그림 검출센서 개념도그림 검출센서 개념도< 27> Leak< 27> Leak< 27> Leak< 27> Leak

시험 조건1)

의 를 사용 하여 방향으로 압력을 가- 6 kg/ Air Contact Plate-->Thermostats

하여 누설이 없을 것.

합부 판정2)

압력을 인가 하였을 때 후단에 수조 를- Thermostats Air Sensor, Ball Flow Meter

설치하여 규정된 시험조건에 충족되는지 검출하여 합부 판정을 내린다.

검사 수량3) 1 cycle

개의- 2 Heater Ass'y

- 37 -

검사방법4)

전수검사-

실린더 부착 실린더로 치구물 가압 시 밀폐 투입 투입- Air --> --> Air --> Air

까지 자동 전자식 타이머 시간조절가능---> ( ) ---> Ball Flow Valve/Air Sensor,

수조를 이용한 검사leak

는 를 통한 량을 검출 수조는 육안으로 기(Leak Ball Flow Meter, Air Sensor Leak ,

포검사를 한다)

제작 요구조건5)

검출센서의 고려 사항 중 와 치구물간의 완전한 밀폐 상태 유- Leak Heater ass'y

지

검출 시간동안 밀폐상태를 유지할 수 있어야하며- Leak

검출센서는 합부 파정에 부합될 수 있도록 설치되어야 함-

그림 검출센서 검사기그림 검출센서 검사기그림 검출센서 검사기그림 검출센서 검사기< 28> Leak< 28> Leak< 28> Leak< 28> Leak

- 38 -

나. Leak Profile

검출센서와 으로 구성되며 를 누르는 공압부 부 치Leak System Heater ass'y , Body ,

구로 구성되어 검출센서가 를 검출할 수 있도록 하기위한 의 구Leak Leak System

성부분이다.

그림 조립도그림 조립도그림 조립도그림 조립도< 29> Leak Profile< 29> Leak Profile< 29> Leak Profile< 29> Leak Profile

실린더의 압축력은 이상임1. 6bar

개 시스템으로 장착2. 2

시험 조건1)

의 를 사용 시 치구부 및 공압부는 가 발생하지 않도록 충분한- 6 kg/ Air Leak

힘을 가질 것

합부 판정2)

치구부에서 누설이 없을 것-

검사방법의 기능을 수행할 수 있으며 시간은 조절 가능할 것-

검사 수량3) 1 Cycle

개의 를 장착할 수 있는 치구부 구성 및 각각의 치구부는 별도의- 2 Heater Ass'y.

실린더로 작동하는 구조로 설치하여 검사

- 39 -

검사방법4)

전수검사-

실린더 부착 실린더로 치구물 가압 시 밀폐 투입 투입- Air --> --> Air --> Air

까지 자동 전자식 타이머 시간조절가능---> ( )

제작 요구조건5)

치구부는 가 안착되는 부분은 녹슬지 않도록 하고- Heater ass'y

밀폐상태론 유지할 수 있도록 교환 가능한 로 제작- Rubber

높이는 조절 및 이동이 가능하도록 할 것- Body

그림 검출센서그림 검출센서그림 검출센서그림 검출센서< 30> Leak Profile< 30> Leak Profile< 30> Leak Profile< 30> Leak Profile

- 40 -

다 냉동기. Profile

냉동기 와 으로 구성되며 냉동기를 이용한 의 온도Controller System Heater ass'y

시험을 수행하는 의 구성부분이다System .

그림 냉동기 조립도그림 냉동기 조립도그림 냉동기 조립도그림 냉동기 조립도< 31> Profile< 31> Profile< 31> Profile< 31> Profile

시험 조건1)

- ON : 0 ±4.4

- OFF : +10 ±4.4

의 오작동 범위를 최소차하기 위해 의 설정은 로- thermostats Chamber -0.5 /min

설정한다.

합부 판정2)

냉동기 와 으로 구성 시 설정온도가 요구하는 시간에 도달하여- Controller System

야 하며 유지되어야 함(-0.5 /min)

냉동기 내부는 다양한 시험을 위하여 앵글을 설치할 것-

냉동기 온도조건- :-25 ~+120

- 41 -

제작 요구 조건3)

냉동기 내부 이상으로 로 제작- size( ):500*500*500mm SUS

냉동 및 제습성능이 냉동기 온도조건에 맞는 구성- Refrigerator System : System

온도히터 습도히터 등을 포함하여 으로 구성할 것- Electric System : System

보온재 및 투시 창 도어패킹 물 공급 센서 및 펌프 등을 설치 및 제작할 것- , ,

그림 냉동기그림 냉동기그림 냉동기그림 냉동기< 32> Profile< 32> Profile< 32> Profile< 32> Profile

- 42 -

라 냉동기. Controller

냉동기 와 으로 구성 되며 냉동기를 이용한 의 온도Controller System Heater ass'y

시험을 수행하는 구성부분이다System .

그림 냉동기 외관도그림 냉동기 외관도그림 냉동기 외관도그림 냉동기 외관도< 33> Controller< 33> Controller< 33> Controller< 33> Controller

시험 조건1)

- ON : 0 ±4.4

- OFF : +10 ±4.4

의 오작동 범위를 최소차하기 위해 의 설정은- Thermostats Chamber -0.5 /min

로 설정한다.

합부 판정2)

냉동기 과 으로 구성 시 설정온도가 요구하는 시간에 도달하여야- Profile System

하며 유지되어야 함(-0.5 /min)

냉동기 에 부착하여 일체형으로 할것- Profile

- 43 -

냉동기 온도조건을 시험자가 원하는 온도를 설정할 수 있도록- (-25 ~+120 )

구성할 것

제작 요구 조건3)

콘트롤 판넬을 제작하여 냉동기 에 부착시킬 것- Profile

온습도 콘트롤러 과열방지 콘트롤러 전류 메터 냉동기 등 포함할 것- , ,

그림 냉동기그림 냉동기그림 냉동기그림 냉동기< 34> Controller< 34> Controller< 34> Controller< 34> Controller

- 44 -

마 온도센서.

의 작동 성능을 확인하기 위해 를 치구부에 장착하고 냉Thermostats Heater ass'y

동기에 집어넣어 온도에 따른 작동여부를 확인 를 통한 육Thermostats LED Lamp

안 합부 판정이 가능한 장비로 측정 이 시간 이상 소요되므로 치구는 약Cycle 2 75

개의 제품을 측정할 수 있도록 하였다.

그림 온도센서 작동성능 검사 구성도그림 온도센서 작동성능 검사 구성도그림 온도센서 작동성능 검사 구성도그림 온도센서 작동성능 검사 구성도< 35>< 35>< 35>< 35>

- 45 -

시험 조건1)

- ON : 0 ±4.4

- OFF : +10 ±4.4

의 오작동 범위를 최소화하기 위해 냉동기의 설정은 로- Thermostats -0.5 /min

설정한다.

합부 판정2)

의 고휘도 를 사용하며 작업자가 육안으로 판단하여 를- Control Panel LED Error

검출 한다.

은 항의 되는 시점의 시간차 온도를 판단하여 최종 결과- Control Panel 2. on/off

를 고휘도 로 지시한다LED .

검사 수량3) 1Cycle

개의 를 검사한다- 75 Heater ass'y .

검사방법4)

전품검사-

를 고정지그물 극판 에 고정시킨다 의- Heater Chamber (- ) Plate .--> Thermostats

리드선을 극핀에 연결한다 고정지 그물에 를 집어넣고+ + . --> Chamber Plate

를 가동시킨다 의 고휘도 를 이용 양불을 판정한Chamber . --> Control Panel LED

다.

검사 시간은 기준에서 를 로 설정했을 때 분정도( +20 Chamber -0.5 /min , 120

소요될 것으로 예상됨)

생산량5)

월 일- 4000/ 200/

콘트롤 판넬6)

검사방법을 통해 가 될때의 온도와 시간을 기준으- Thermostats on/off Chamber

로 고휘도 를 통해 를 검출한다LED Error .

고정 지그물7)

원터치 방식 개의 치구 를 로 하여 탈착이 용이하게 제작한다- 3 (Base Body) 1set , .

- 46 -

그림 온도센서 검사기그림 온도센서 검사기그림 온도센서 검사기그림 온도센서 검사기< 36>< 36>< 36>< 36>

- 47 -

바 전기임피던스 측정보드.

상온에서 의 부품 중 의 저항 값과 전류 전력량을 측정하여 합격Heater ass'y PTC

불합격 여부를 판단한다.

그림 전기임피던스 측정보드 구성그림 전기임피던스 측정보드 구성그림 전기임피던스 측정보드 구성그림 전기임피던스 측정보드 구성< 37>< 37>< 37>< 37>

시험 조건1)

소자는 온도 습도 등에 민감한 소자이므로 반드시 상온에서 측정 한다- PTC .

인가 시 소비전류 전력량(12Volt : :3~10 AMP :97.5KW)

합부판정2)

와 의 값을 통해 시험자가 합부 판정을 내- Ohom meter Amp meter Watt meter

린다.

이때 저항 전류 전류 는 시험자가 상하한 치를 설정함( , , meter )

검사 수량3) 1 Cycle

개의- 1 Base Ass'y.

- 48 -

검사방법4)

전수검사-

를 고정지그물에 안착시킨다 버튼을 누른다 정확- Heater Ass'y . --> Start . -->

한 초 후 저항 값을 측정한다 전원을 인가하면 는 순간 최대 전5 . --> Amp meter

류와 초 후의 전류를 지시 한다5 .

는 사용자가 설정한 시간 이후에 전원을 차단 한다Measure Timer

검사기 요구 조건5)

겸용으로 제작한다- l2V 24V .

저항 전류 전압 전력을 시험자가 볼 수 있어야한다- , , , .

전류 값은 순간적으로 증감하므로 반응 속도가 빠른 기를 사용한다- Meter .

저항 값은 까지 측정 가능 기를 사용한다 저항 값이 극히- 1/1000 meter . (PTC

작기 때문)

와 는 최대 값과 최종 값 설정 시간의- Amp meter Watt meter (Measure Timer

값 을 지시하기 위해 각각 개씩 장착한다) 2 .

그림 전기임피던스 측정 검사기그림 전기임피던스 측정 검사기그림 전기임피던스 측정 검사기그림 전기임피던스 측정 검사기< 38>< 38>< 38>< 38>

- 49 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행3333

추진일정 대비 일정분석1.

추진 일정은 기술지원 계획 대비 거의 일치하는 일정으로 기술지원이 추진되어졌으

며 그 결과도 만족스럽게 나타났다, .

- 50 -

수행주체의 담당업무 분석2.

기술지원연구원은 기업체의 개발에 필요한 문제점을 해결하기 위한 분석 및 문제점

해결방안을 지원 업체의 연구원과 협의하고 이를 설계 및 생산 현장에 적용실시 하

였다.

수행방법 및 기자재 활용 분석3.

가 기술지원 수행방법.

기술지인은 지원책임자가 기업에서 직접 지도하거나 혹은 소속기관에서 시험분석․

하는 방법으로 진행되었으며 그 기술지원 방법을 분류하면 다음과 같다, .

기업 직접 지도1)

가 제품 개발 시 문제점 및 해결 방안에 대한 교육 및 자료 지원)

나 각 공정의 경제성효율성 향상 방안 검토 및 개선) ․

다 시제품 제작 및 양산화 공정 설계 지도)

라 검사장비 개발을 통한 시제품의 신뢰성 향상)

- 51 -

소속 기관 내에서의 기술지원2)

가 제품 불량 및 문제점 발생 원인 규명을 위한 시험 및 분석)

나 기관 내 참여연구원 간의 문제점 해결 및 개선 방법 토의)

다 기타)

본 기술지원사업 내용과 다른 기술지원 기업에서 생산하고 있는 제품의 공정 제품,

분석 및 평가 수행

애로사항 및 문제점4.

본 지원 사업을 통하여 기업체가 해결하고자 했던 문제점들 중 많은 부분에 대하여

기술적 성과가 있었으나 지원 사업을 수행하며 예상하지 못했던 소재 분야 및 평,

가를 위한 설비활용 방안에 대한 문제점들이 있었고 기술지원 사업비 내의 해외,

출장비 등을 재료비등으로 활용할 수 있도록 하여야 초기에 예상하지 못하였던 비

용에 대한 대처가 가능할 것으로 생각된다 또한 향후 진행되는 사업에서는 지원책. ,

임자의 원활한 기술지원을 위해 재료비 중 제한된 금액 내에서 시험에 필요한 가공

을 허용하는 것이 바람직할 것으로 생각된다.

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제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

자동차 연료필터의 일체형 히터 온도센서 및 전자식 수분검출센서 기술지원을 통,

하여 다음과 같은 성과를 얻었다.

연료필터의 관련 자료 수집을 통한 선진 제품의 경향 파악1.

열용량 온도 조절을 위한 센싱부 연관 설계 제작의 교육훈련을 통한 기술지원2. , /

수위 감지 센서의 통합형 응용개발 및 양산 생산기술 확보3.

설계이론 및 환경 조건 확립을 통한 제품설계 제작 능력 배양4. /

양산 제품의 신뢰성 향상을 위한 검사장비 개발의 기술지원5.

와 사이의 검사기Thermostats Contact plate leakage․

냉동기를 이용한 의 온도 시험 검사기heater ass'y․

의 작동 성능을 확인하기 위한 온도센서 검사기Thermostats․

의 저항 및 전류 전력량 측정을 위한 전기임피던스 검사기PTC․

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