KR100412553B1 - 차량용 연료 압력 조절 장치와 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 연료 압력 조절 장치와 그 제어방법에 관한 것으로서, 연료 펌프로부터 압송된 연료를 유입 및 배출시킬 수 있는 연료 유입관 및 배출관, 그리고 서지 탱크로부터 흡기 부압이 전달되는 압력관이 각 각 결합되는 몸체와, 상기 몸체 내부로 삽입 연장된 연료 유입관의 출구를 개폐시킬 수 있도록 이동되는 니들 밸브와, 상기 니들 밸브의 후단에 몸체 내부로 유입되는 연료 압력과 흡기 부압의 차이에 따라 유동될 수 있게 결합되는 다이어프램과, 상기 다이어프램의 후단에 탄성 압축 가능하게 결합되는 복귀 스프링이 포함되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 연료 라인 내부의 연료 압력과 서지 탱크(50)의 흡기 부압 사이에 항상 균일한 차이를 두도록 조절함으로써 과도한 압력차에 의한 공연비의 이상 거동을 억제할 수 있다. 또한 통상의 연료 복귀 라인이 없는 연료 분사 장치(RLFS)보다는 연료 분배관(레일) 쪽으로 압력 조절 장치를 더 가깝게 이동시킬 수 있어서 흡기 부압에 대한 반응 속도도 좋아진다. 또한 엔진의 기본 매핑시 흡기 부압에 따른 보상값이 필요 없게 된다.

Description

차량용 연료 압력 조절 장치와 그 제어방법{FUEL PRESSURE REGULATOR FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 차량용 연료 압력 조절 장치와 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 복귀관을 갖지 않는 가솔린 분사 엔진에 적용되는 차량용 연료 압력 조절 장치와 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린 분사 엔진의 연료 장치는, 연료 탱크로부터 연료 펌프의 작동에 의하여 압송되는 연료가 연료 분배관(연료 레일)으로 이송된 후 인젝터를 통하여 엔진의 각 연소실(도시 생략)로 분사된다. 여기서, 연료 압력을 조절하는 압력 조절기는 통상 연료 분배관의 맨 끝에 장착되고, 이 압력 조절기와 인젝터 쪽에는 연료 복귀관이 별도로 연결되어 송유 압력이 초과될 경우 과잉 공급된 연료를 연료 탱크로 되돌려 보내게 되어 있다.

그러나, 최근에는 OBD-2 나 배출 가스에 포함된 연료 증발 가스에 대한 규제가 강화되면서 새로운 연료 시스템에 대한 필요가 커졌다. 이 연료 증발 가스는 주로 연료 탱크 내의 연료가 증발하여 대기 중에 방출되는 것으로, 여기에는 인체에 해로운 탄화수소(HC)가 주성분으로 포함되어 광화학 스모그의 원인이 된다. 이에 따라 엔진으로부터 전달되는 열에 의하여 연료 탱크 내부의 온도 상승을 방지하기 위하여 연료 복귀관이 없는 연료 장치, 즉 Returnless Fuel System(RLFS)을 채용하게 된다.

이러한 종래의 실시예에 따른 연료 복귀관을 갖지 않은 가솔린 분사 엔진의 연료 장치(기계식 RLFS)가 도 1 에서 개략적으로 예시된다. 여기에서, 연료 탱크(1) 내부에는 연료 펌프(2)와 압력 조정기(3)가 내장되고, 이 연료 펌프(2)의작동에 따라 연료 공급관(4)을 통하여 이송되는 연료는 연료 여과기(5)를 거쳐 연료 분배관(연료 레일)(6)에 도달하면, 인젝터(7)를 통하여 엔진(8)의 연소실로 분사된다. 여기서, 상기 인젝터(7)에는 연료 복귀관이 구비되지 않고, 다만 연료 필터(5)를 통과하지 못하는 연료를 되돌려 보낼 수 있는 바이패스 관(9)이 구비된다.

그러나, 이러한 연료 복귀관을 갖지 않는 연료 장치는 인젝터(7)가 장착된 연료 분배관(6)으로 전달되는 엔진(8)의 열에 의하여 연료 복귀관을 가진 연료 장치보다 더 높은 온도에서 작동되므로 연료 공급관(4) 내부의 압력을 높여주어야 한다. 그리고 연료 복귀관의 제거로 인하여 압력 조정기(3)의 위치가 연료 탱크(1) 쪽에 있으므로 인젝터(7) 끝단의 압력, 즉 흡기 부압과 균일한 압력차를 유지할 수 없다. 그러므로 엔진 기본 매핑시 흡기 부압에 대한 보상 데이터가 필수적이다.

또한 고온 상태에서 장기간 정차시 연료 공급관(4)에서 생기는 기포, 즉 증기화된 휘발유에 의하여 시동 불량이나 초기 가속 성능에 악영향을 주는 인자로 작용한다. 이는 인젝터(7) 만이 연료 공급관(4)에 형성된 기포의 유일한 출구이므로 기포 방출시 공연비에 지대한 영향을 미치기 때문이다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 압력과 흡기 부압 사이의 압력차가 과도하게 불균일하지 않도록 조절하여 공연비의 이상 거동을 최대한 억제시킬 수 있도록 하는 차량용 연료 압력 조절 장치와 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

도 1 은 종래의 실시예에 따른 연료 복귀관을 갖지 않은 가솔린 분사 엔진의 연료 장치를 개략적으로 예시한 도면.

도 2 는 본 발명에 따른 차량용 연료 압력 조절 장치의 내부 구성을 나타낸 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 차량용 연료 압력 조절 장치의 작동 과정을 설명하기 위한 순서도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30 : 연료 압력 조절 장치 31 : 몸체

32 : 연료 유입관 33 : 연료 배출관

34 : 압력관 35 : 니들 밸브

36 : 다이어프램 37 : 복귀 스프링

38 : 부싱 39 : 감지 수단

40 : 연료 펌프 50 : 서지 탱크

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 연료 압력 조절 장치는, 연료 펌프로부터 압송된 연료를 유입 및 배출시킬 수 있는 연료 유입관 및 배출관, 그리고 서지 탱크로부터 흡기 부압이 전달되는 압력관이 각 각 결합되는 몸체와, 상기 몸체 내부로 삽입 연장된 연료 유입관의 출구를 개폐시킬 수 있도록 이동되는 니들 밸브와, 상기 니들 밸브의 후단에 몸체 내부로 유입되는 연료 압력과 흡기 부압의 차이에 따라 유동될 수 있게 결합되는 다이어프램과, 상기 다이어프램의 후단에 탄성 압축 가능하게 결합되는 복귀 스프링이 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 니들 밸브의 후단에 부싱이 연동 가능하게 결합되고, 상기 부싱의 움직임에 따라 연료 펌프의 구동 여부를 감지하여 이 감지신호에 따라 구동하는 제어회로에 의해 연료펌프의 구동이 제어되도록 하는 감지 수단이 더 포함되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 연료압력 제어장치의 제어방법은,

엔진구동과 함께 연료펌프가 동작하여 연료라인의 압력이 상승하는 제 1 단계와;

제 1 단계에서 연료라인의 압력이 상승하면서 연료압력과 흡기부압 사이의 압력차로 인하여 다이어프램이 작동하고, 이에 연동하여 니들밸브가 닫히는 제 2 단계와;

제 2 단계 이후 연료펌프회로의 전류가 규정치 이상이면 연료펌프의 전원을 차단시키는 제 3 단계와;

연료펌프의 전원이 차단된 후 부싱의 움직임 여부를 감지하는 제 4 단계와;

제 4 단계의 감지결과 부싱의 움직임이 감지되면 연료펌프에 전원을 다시 공급하여 연료공급동작이 재개되도록 하고, 부싱의 움직임이 감지되지 않으면 연료펌프 오프상태를 유지하는 제 5 단계; 로 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도 2 는 본 발명에 따른 차량용 연료 압력 조절 장치의 내부 구성을 나타낸 단면도이다.

상기 도면에서, 부호 30 은 본 실시예의 연료 압력 조정 장치를 나타낸 것으로서, 이는 연료 복귀관을 갖지 않는 가솔린 분사 엔진에 채용되는 레귤레이터(Regulator)이다.

이 연료 압력 조정 장치(30)의 세부 구성을 살펴본다. 밀폐된 몸체(31) 외부에 연료 펌프(40)로부터 압송된 연료를 유입 및 배출시킬 수 있는 연료 유입관 및 배출관(32)(33)이 연결되고, 서지 탱크(Serge tank)(50)로부터 흡기 부압이 전달되는 압력관(34)이 각 각 연결된다.

상기 몸체(31) 내부로 삽입 연장된 연료 유입관(32)의 출구 쪽에는 전, 후로 이동되는 니들 밸브(Needle Valve)(35)가 상기 출구를 개폐시킬 수 있도록 구비된다. 상기 니들 밸브(35)의 후단에 다이어프램(Diaphragm)(36)이 몸체 내부로 연료 유입관(32)을 통해 유입되는 연료 압력과 압력관(34)을 통해 전달되는 흡기 부압과의 차이(변화)에 따라 전, 후로 유동될 수 있게 결합된다. 상기 다이어프램(36)의 후단에는 복귀 스프링(37)이 탄성 압축 가능하게 결합된다.

여기서, 상기 니들 밸브(35)의 후단에 부싱(Bushing)(38)이 연동 가능하게 결합되고, 상기 부싱(38)이 삽입될 수 있는 삽입 홈(39a)을 가진 감지 수단(39)이 더 구비되면 바람직하다. 이 감지 수단(39)은 상기 부싱(38)의 삽입 홈(39) 내에서의 움직임(삽입 위치)을 감지하여 연료 펌프(40)의 구동 여부를 체크하는 포텐쇼미터(Potentiometer)이다.

이와 같이 구비된 본 실시예에 따른 연료 압력 조절 장치(30)의 작동 과정을 도 2 및 도 3 의 순서도를 참조하여 상세하게 설명한다.

연료 펌프(40)가 작동되면, 이 펌프(40)에서 가압된 연료가 연료 유입관(32)을 통하여 몸체(31) 내부로 유입되면서 A 로 표시된 영역의 압력이 증대된다.(S1, S2 단계) 이 때, 도시 생략된 흡기 다기관과 연결된 서지 탱크(50)로부터 압력관(34)을 통해 전달되는 흡기 부압은 B 로 표시된 영역에 작용되고 있다.

이러한 A, B 두 영역의 압력차, 즉 연료 압력과 흡기 부압 사이의 압력차로 인하여 생긴 힘은 다이어프램(36)에 작용되고, 이와 연동되는 니들 밸브(35)를 연료 유입관(35)의 출구 쪽으로 이동시켜 닫히게 한다.(S3 단계) 이렇게 연료 유입관(35)의 출구가 막히게 되면, 연료 펌프(40)는 많은 부하가 걸리게 되므로 도시 생략된 펌프 회로의 전류 세기를 조절할 수 있는 회로가 더 구비되어야 한다.

만일, S4 단계와 같이 연료 펌프(40) 회로의 전류가 규정치 이상이라고 판단되면, 미도시된 제어회로가 작동하여 연료 펌프(40)의 전원을 차단시킨다.(S5 단계) 이 때, 복귀 스프링(37)은 압축된 상태이고, 니들 밸브(35)후단에 접촉되는 부싱(38)은 감지 수단(39)의 삽입 홈(39a) 내에 밀려들어온다.

이어서, S6 의 판단 단계를 거치며, 감지 수단(39)에서 부싱(38)의 움직임이 감지되면, 연료 펌프(40)의 전원을 연결하고(S7 단계), 그렇지 않으면 계속하여 연료 펌프(40)의 전원이 차단된 상태로 둔다.

물론, S4 의 단계에서 연료 펌프(40)의 회로 전류가 규정치 이상이 아니라고 판단되면, 연료 펌프(40)의 전원을 연결된 상태로 두어 연료 유입관(32)을 통해 계속 연료를 공급시킨다.

한편, 엔진의 작동에 따라 연료가 소비되면서 몸체(31) 내부에서 A 영역의 연료 압력이 다시 감소하게 되면, 복귀 스프링(37)은 탄성 복원력에 의하여 원위치로 인장됨과 동시에 이와 연동되는 다이어프램(36)도 원위치로 복원된다. 이 때, 니들 밸브(35)도 연동되어 연료 유입관(32)의 출구를 개방시킨다. 동시에 감지 수단(39)의 삽입 홈(39a) 내에 삽입된 부싱(37)의 움직임이 감지되면서 상술한 바와 같이 연료 펌프(40)를 구동시켜 연료 유입을 개시하게 된다.

상술한 본 발명에 의하면, 연료 라인 내부의 연료 압력과 서지 탱크(50)의 흡기 부압 사이에 항상 균일한 차이를 두도록 조절함으로써 과도한 압력차에 의한 공연비의 이상 거동을 억제할 수 있다. 또한 통상의 연료 복귀 라인이 없는 연료 분사 장치(RLFS)보다는 연료 분배관(레일) 쪽으로 압력 조절 장치를 더 가깝게 이동시킬 수 있어서 흡기 부압에 대한 반응 속도도 좋아진다. 또한 엔진의 기본 매핑시 흡기 부압에 따른 보상값이 필요 없게 된다.

Claims (3)

1. 연료 펌프로부터 압송된 연료를 유입 및 배출시킬 수 있는 연료 유입관 및 배출관, 그리고 서지 탱크로부터 흡기 부압이 전달되는 압력관이 각 각 결합되는 몸체와;

   상기 몸체 내부로 삽입 연장된 연료 유입관의 출구를 개폐시킬 수 있도록 이동되는 니들 밸브와;

   상기 니들 밸브의 후단에 몸체 내부로 유입되는 연료 압력과 흡기 부압의 차이에 따라 유동될 수 있게 결합되는 다이어프램과;

   상기 다이어프램의 후단에 탄성 압축 가능하게 결합되는 복귀 스프링과;

   상기 니들 밸브의 후단에 부싱이 연동 가능하게 결합되고, 상기 부싱의 움직임에 따라 연료 펌프의 구동 여부를 감지하여 이 감지신호에 따라 구동하는 제어회로에 의해 연료펌프의 구동이 제어되도록 하는 감지 수단;

   이 포함되는 것을 특징으로 하는 차량용 연료 압력 조절 장치.
2. 삭제
3. 엔진구동과 함께 연료펌프가 동작하여 연료라인의 압력이 상승하는 제 1 단계와;

   제 1 단계에서 연료라인의 압력이 상승하면서 연료압력과 흡기부압 사이의압력차로 인하여 다이어프램이 작동하고, 이에 연동하여 니들밸브가 닫히는 제 2 단계와;

   제 2 단계 이후 연료펌프회로의 전류가 규정치 이상이면 연료펌프의 전원을 차단시키는 제 3 단계와;

   연료펌프의 전원이 차단된 후 부싱의 움직임 여부를 감지하는 제 4 단계와;

   제 4 단계의 감지결과 부싱의 움직임이 감지되면 연료펌프에 전원을 다시 공급하여 연료공급동작이 재개되도록 하고, 부싱의 움직임이 감지되지 않으면 연료펌프 오프상태를 유지하는 제 5 단계; 로 진행되는 것을 특징으로하는 차량용 연료 압력 조절방법.