KR100467857B1 - 가스연료 차량용 연료유출 방지장치 - Google Patents

가스연료 차량용 연료유출 방지장치 Download PDF

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Abstract

액상의 가스연료를 분사하는 가스차량에서 연료라인 및 부품의 파손으로 인해 연료가 누설되는 경우 응급조치하여 안전성을 확보할 수 있도록 한 것으로, 연료탱크와, 연료탱크로 부터 토출되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터와, 인젝터 토출구와 연료탱크 사이에 설치되어 인젝터에 공급되는 연료의 압력을 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터와, 연료탱크의 출구 및 엔진의 입,출구를 개폐할 수 있도록 설치되는 연료유출방지용 밸브와, 압력 레귤레이터에 공급되는 연료의 압력을 검출하는 압력센서에 의해 검출된 압력값이 미리 입력된 설정값보다 낮은 경우 연료가 유출되는 것으로 판단하여 연료유출방지용 밸브를 폐쇄하도록 제어하는 전자제어장치를 제공한다.
이로 인해, 엔진측으로 송출되는 가스연료의 압력이 설정된 압력값보다 낮은 경우 연료라인 및 해당 부품의 파손으로 인해 연료가 누설되는 것으로 판단하여 연료탱크의 출구측 및 엔진의 입,출구측에 설치된 연료유출방지용 밸브를 자동으로 폐쇄하여 엔진 작동중 가스연료의 유출되는 것을 방지하며, 엔진의 입,출구측에 각각 설치되는 연료유출방지용 밸브를 단일화하여 조립성을 향상시킨다.

Description

가스연료 차량용 연료유출 방지장치{device of prevent fuel outflow for vehicles fuel gas}
본 발명은 액체상태의 가스연료를 분사하는 가스차량에서 연료라인 및 부품의 파손으로 인해 연료가 누설되는 경우 응급조치하여 안전성을 확보할 수 있도록 한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 엔진 작동으로 펌프로 부터 엔진측으로 송출되는 가스연료의 압력이 설정된 압력값보다 낮은 경우 연료라인 및 해당 부품의 파손으로 인해 연료가 누설되는 것으로 판단하여 연료탱크의 출구측 및 엔진의 입,출구측에 설치된 연료유출방지용 밸브를 자동으로 폐쇄하여 가스연료가 유출되는 것을 방지할 수 있도록 한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 가스연료를 사용하는 차량의 가스연료 공급장치는, 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크(1)와, 연료탱크(1)의 연료를 액상(液狀)으로 토출하는 연료펌프(2)와, 연료펌프(2)로 부터 공급유로(6)(fuel line)를 통해 공급되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 요구되는 분사량을 엔진(E)의 흡기관에 분사하는 인젝터(7)(injector)와, 인젝터(7)의 토출구와 연료탱크(1) 사이에 설치되어 인젝터(7)에 공급되는 연료의 압력을 설정값 범위내로 유지하는 일방향(one way valve)방식의 압력 레귤레이터(9)(pressure regulator)를 구비한다.
전술한 인젝터(7)의 토출구와 압력 레귤레이터(9) 사이에 설치되는압력센서(8)에 의해 검출되는 연료의 검출된 압력값에 따라 연료펌프(2)를 모터드라이버(13)(motor driver)에 의해 제어하여 운전조건에 따라 인젝터(7)의 분사량을 결정하는 전자제어장치(12)(ECU)를 구비한다.
미 설명부호 3은 연료탱크(1)의 출구측에 설치되어 엔진(E) 정지시 폐쇄되는 과류방지 차단밸브(shut off ＆ excess flow valve), 5는 과류방지 차단밸브(3)와 인젝터(7) 사이에 설치되어 엔진(E)정지시 폐쇄되는 차단밸브(shut off valve), 11은 연료탱크(1)에 대한 귀환유로(22)를 폐쇄시켜 압력 레귤레이터(9)를 통과시 감압된 포화상태의 압력을 유지하는 일방향타입의 리턴밸브 이다.
그러나, 전술한 바와 같은 가스연료 공급장치에서는, 메인릴레이(21)에 의해 엔진(E)작동시 연료펌프(2) 구동으로 인해 토출되는 소정압[연료탱크(1)의 압력값보다 약 5bar정도 높음]의 가스연료가, 전술한 귀환유로(22)가 파손되거나 해당 부품이 파손 또는 손상되는 경우에도 전술한 연료탱크(1)의 출구측에 설치되는 과류방지 차단밸브(3) 및 인젝터(7)의 입구측에 설치되는 차단밸브(5)는 개방된 상태를 유지하게 되므로 계속적으로 누출되어 안전성이 떨어지는 문제점을 갖게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 펌프로 부터 엔진측으로 송출되는 가스연료의 압력이 설정된 압력값보다 낮은 경우 연료라인 및 해당 부품의 파손으로 인해 연료가 누설되는 것으로 판단하여 연료탱크의 출구측 및 엔진의 입,출구측에 설치되는 연료유출방지용 밸브를 자동으로 폐쇄하여 엔진 작동중 가스연료의 유출되는 것을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 엔진의 입,출구측에 각각 설치되는 연료유출방지용 밸브를 단일화하여 조립성을 향상시키며, 해당 부품수를 줄여 원가비용을 줄일 수 있도록 한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 가스연료 공급장치의 개략도,
도 2는 본 발명에 의한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치의 개략도,
도 3은 본 발명에 의한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치에서 연료라인의 확대도,
도 4는 본 발명에 의한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치에서 압력의 변화에 따라 연료유출 유무를 나타내는 그래프 이다.
*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명*
50; 연료탱크
51; 연료펌프
52; 공급유로
53; 인젝터
58; 압력 레귤레이터
59; 압력센서
60; 전자제어장치
61; 귀환유로
전술한 본 발명의 목적은, 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크와, 연료탱크로 부터 토출되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터와, 인젝터 토출구와 연료탱크 사이에 설치되어 인젝터에 공급되는 연료의 압력이 설정값을 초과하는 경우 개방되어 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터와, 연료탱크의 출구 및 엔진의 입,출구를 개폐할 수 있도록 설치되는 연료유출방지용 밸브와, 압력 레귤레이터에 공급되는 연료의 압력을 검출하는 압력센서에 의해 검출된 압력값이 미리 입력된 설정값보다 낮은 경우 연료가 유출되는 것으로 판단하여 연료유출방지용 밸브를 폐쇄하도록 제어하는 전자제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스연료 차량용 연료유출 방지장치를 제공함에 의해 달성된다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 압력센서는 인젝터의 리턴 토출구와 압력 레귤레이터 사이에 설치된다.
바람직한 실시예에 의하면, 연료 유출시 엔진측으로 공급되는 연료 및 연료탱크측으로 귀환되는 연료를 동시에 차단할 수 있도록 엔진의 입,출구측에 설치되는 연료유출방지용 밸브를 단일체로 형성한다.
바람직한 실시예에 의하면, 전술한 압력센서에 의해 검출된 압력값이 압력레귤레이터의 밸브를 폐쇄시키도록 설정된 압력값보다 작은 경우 및 압력 레귤레이터에 설정된 압력을 초과하는 압력이 발생하는 경우 전자제어장치에 의해 경고신호를 발생하는 경고수단을 구비한다.
바람직한 실시예에 의하면, 연료 유출시 엔진측으로 공급되는 연료 및 연료탱크측으로 귀환되는 연료를 동시에 차단할 수 있도록 엔진의 입구와 연료탱크의 출구에 연료유출방지용 밸브를 각각 설치하고, 연료유출방지용 밸브를 닫을 때 압력레귤레이터밸브는 자동으로 닫히도록하는 것이다.
바람직한 실시예에 의하면, 연료 유출시 엔진측으로 공급되는 연료 및 연료탱크측으로 귀환되는 연료를 차단할 수 있도록 엔진의 입,출구측에 연료유출방지용 밸브를 설치하되, 초기 시동시 연료펌프 모터가 설정된 시간동안 구동하고 정상적인 제어상태일 경우 연료펌프의 제어신호 및 미리 설정된 압력센서 제어신호에 의해서 구동하는 연료유출방지용 밸브를 폐쇄하도록 제어하는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크(50)와, 연료탱크(50)의 연료를 가압하여 액상으로 토출하는 연료펌프(51)와, 연료펌프(51)로 부터 공급유로(52)를 통해 공급되는 연료를 운전조건에 따라 요구되는 분사량을 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터(53)와, 인젝터 토출구(54)와연료탱크(50)사이에 설치되어 인젝터(53)에 공급되는 연료의 압력(Pp)이 설정값을 초과하는 경우 개방되어 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터(58)를 구비한다.
전술한 연료탱크(50)의 출구 및 엔진(E)의 입,출구를 각각 개폐할 수 있도록 설치되는 연료유출방지용 밸브(55)(56,57)와, 인젝터의 리턴 토출구(54)와 압력 레귤레이터(58)사이에 설치되는 압력센서(59)에 의해 검출된 압력값(Pp)이 미리 입력된 압력값(Pr)보다 낮은 경우 연료가 유출되는 것으로 판단하여 연료유출방지용 밸브(55)(56,57)를 폐쇄하도록 제어하는 전자제어장치(60)를 구비한다.
이때, 전술한 압력 레귤레이터(58)는, 인젝터 토출구(54)와 연료탱크(50)사이의 귀환유로(61)를 개폐하도록 설치되며, 인젝터(53)에 공급되는 연료의 압력(Pp)이 설정값 이상일 때 개방되어 인젝터(53)에 공급되는 압력을 설정값 범위내로 유지하는 다이어프램(61)이 설치된 레귤레이터밸브(62)와, 귀환유로(61)를 레귤레이터밸브(62)에 의해 폐쇄시킨 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 탄성부재(63)와, 연료탱크(50)내의 연료압(Pt)에 대해 상대적인 압력을 유지할 수 있도록 압력 레귤레이터(58)출구측 압력(Pr)이 다이어프램(61) 상단부에 작용하도록 형성되는 분기유로(64)를 구비한다.
이때, 연료 유출시 엔진(E)측으로 공급되는 연료 및 연료탱크(50)측으로 귀환되는 연료를 동시에 차단할 수 있도록 엔진(E)의 입,출구측에 설치되는 연료유출방지용 밸브(56,57)를 단일화시켜 형성함이 바람직하다.
미 설명부호 65는 탄성부재(66)에 의해 연료탱크(50)에 대한 귀환유로(61)를폐쇄시켜 압력 레귤레이터(58)를 통과시 감압된 포화상태의 압력을 귀환유로(61)내에 유지하는 리턴밸브, 67은 플로우트(68)와 연결되어 연료탱크(50)의 잔유량을 표시하는 연료 레벨게이지 이다.
이하에서, 본 발명에 의한 가스연료 차량용 연료유출 방지장치의 사용방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 온도 및 압력조건에 따라 포화상태인 연료탱크(50)내의 소정압력(Pt)을 갖는 연료는 연료펌프(51)의 가압으로 인해 압력이 상승되어 액상상태를 유지하여 과류방지 차단밸브(55)와 공급유로(52)에 설치된 차단밸브(55)를 차례로 통과하여 엔진(E)측 인젝터(53)에 소정압(Pp)으로 공급된다.
전술한 압력 레귤레이터(58)에 설치되어 귀환유로(61)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 탄성부재(63)의 탄성력에 의해 전술한 연료펌프(51)로 부터 토출되어 인젝터(53)에 공급되는 액상의 연료가 소정의 압력(Pp)을 유지할 수 있게 된다.
따라서, 전술한 인젝터(53)에 공급되는 액상상태의 연료는 전자제어장치(60)의 제어에 의해 엔진(E)의 운전조건에 따라 요구되는 정확한 분사량을 엔진(E)의 흡기다기관에 분사시킴에 따라 정확한 공연비 및 운전조건별로 제어할 수 있는 것이다.
이때, 인젝터(53) 출구측(54)과 압력 레귤레이터(58)사이에 설치된 압력센서(59)에 의해 검출되는 인젝터(53)에 공급되는 압력(Pp)은 항시 아래의 식을 만족하게 된다.
Pp = (Pt) + (Pr) + (Pv)(이때, Pr 〉Pv 이다.)
단, Pp는 액상으로 인젝터(53)에 공급되는 연료의 압력, Pr은 압력 레귤레이터(58)의 탄성부재(63)에 의해 다이어프램(61)을 지지하는 압력, Pv는 탄성부재(66)에 의해 리턴밸브(65)를 지지하는 압력을 나타낸다.
한편, 엔진(E) 작동중 연료탱크(50)와 압력 레귤레이터(58)사이의 공급유로(52) 또는 공급유로(52)에 설치된 부품의 손상 또는 파손으로 인해 누설되는 경우, 전술한 압력센서(59)에서 검출되는 연료의 압력(Pp)값은 가스유출은 대기중의 압력값을 의미하게되므로 압력센서(59)의 게이지에 표시되는 값은 "0"을 나타낸다.
즉, Pp = (Pt) + (Pr) + (Pv) = 0
또한, 엔진(E) 작동중 압력 레귤레이터(58)와 연료탱크(50)사이의 귀환유로(61)의 파손 또는 손상으로 인해 누설되는 경우, 전술한 압력센서(59)에서 검출되는 연료의 압력(Pp)값은 아래와 같이 압력 레귤레이터(58)의 다이어프램(61)을 지지하는 압력(Pr)값을 나타낸다.
즉, Pp = (Pt = 0) + (Pr) + (Pv = 0) = Pr
따라서, 엔진(E) 작동중 연료라인 또는 해당 부품의 손상 또는 파손으로 인해 누설되는 경우, 전술한 압력센서(59)에서 검출되는 연료의 압력(Pp)값은 압력 레귤레이터(58)의 다이어프램(61)을 지지하는 압력(Pr)값보다 작거나 같게 된다(Pp ≤Pr).
즉, 전술한 압력센서(59)에서 검출되는 압력(Pp)값이 다이어프램(61)을 지지하는 압력(Pr)값보다 작거나 같은 경우, 전술한 전자제어장치(60)에서 연료가 누설되는 것으로 판단하여 전술한 연료탱크(50)의 출구측에 설치된 밸브(55) 및 엔진(E)의 입,출구측에 설치된 연료유출방지용 밸브(56,57)를 동시에 제어하여 폐쇄시킴에 따라, 엔진(E) 작동중 연료가 계속적으로 유출되는 것을 차단하게 되므로 안전성을 확보할 수 있게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전술한 압력센서(59)에서 검출되는 연료의 압력(Pp)값이 다이어프램(61)을 지지하는 압력(Pr)값보다 작은 경우(좌표상, "X" 구간임), 전자제어장치(60)에서는 누설사고가 발생하거나, 해당 부품의 조립불량으로 인한 작동불량 등으로 판단하여 전술한 운전자가 인식할 수 있도록 부저 등의 경고수단을 통하여 경고음을 발생하는 동시에 전술한 연료유출방지용 밸브(55,56)를 폐쇄시켜 응급조치를 취하도록 할 수 있다.
또한, 전술한 압력센서(59)에 의해 검출된 연료의 압력(Pp)값이 설정된 압력값을 초과하는 경우(좌표상, "Y" 구간을 초과하는 경우를 말함)(릴리프밸브가 작동하여 외부로 배출시킴) 전자제어장치(60)에 의해 경고수단을 통하여 운전자에게 알리어 응급조치를 취하도록 할 수 있다.
한편, 초기 시동시 압력센서(59)의 압력값(Pp)이 다이어프램(61)을 지지하는 압력(Pr)값보다 작은 경우(Pp ≤Pr)에 연료차단밸브가 초기부터 개방되지않는 경우가 발생될 수 있다. 이를 위해 초기 시동시에는 연료펌프(51)가 충분하게 구동하고 정상적인 제어가 이루어지는 시점에서 연료펌프(51)의 정상제어신호에 의해서 본발명에 의한 시스템의 작동이 가능하게 된다.
한편, 도시하지는 않았으나, 연료탱크(50)의 압력(Pt)값을 운전자가 인식할 수 있도록 별도의 인디게이터를 설치하여 모니터링할 수 있으며, 이를 연료레벨게이지(67)와 병행하여 사용하는 경우 연료탱크(50)의 온도와 관련된 정보를 얻을 수 있으며, 이로 인해 엔진(E)에 연료 공급량(인젝터의 분사시간을 말함)을 제어할 수 있게 된다.
이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.
펌프로 부터 엔진측으로 송출되는 가스연료의 압력이 설정된 압력값보다 낮은 경우 연료라인 및 해당 부품의 파손으로 인해 연료가 누설되는 것으로 판단하여 연료탱크의 출구측 및 엔진의 입,출구측에 설치된 연료유출방지용 밸브를 자동으로 폐쇄하여 엔진 작동중 가스연료의 유출되는 것을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 엔진의 입,출구측에 각각 설치되는 연료유출방지용 밸브를 단일화하여 조립성을 향상시키며, 해당 부품수를 줄여 원가비용을 줄일 수 있다.

Claims (6)

  1. 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크;
    연료탱크의 연료를 가압하여 액상으로 토출하는 연료펌프와,
    상기 연료탱크로 부터 토출되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 공급유로를 통해 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터;
    상기 인젝터와 연료탱크 사이에는 공급유로 귀환유로를 형성하고,
    상기 인젝터 토출구와 상기 연료탱크 사이에 설치되어 상기 인젝터에 공급되는 연료의 압력이 설정값을 초과하는 경우 개방되어 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터;
    상기 연료탱크의 출구 및 상기 엔진의 입,출구를 개폐할 수 있도록 설치되는 연료유출방지용 밸브; 및
    상기 압력 레귤레이터에 공급되는 연료의 압력을 검출하는 압력센서에 의해 검출된 압력값이 미리 입력된 설정값보다 낮은 경우 상기 연료유출방지용 밸브를 폐쇄하도록 제어하는 전자제어장치를 구비하고 연료 유출시 상기 엔진측으로 공급되는 연료 및 상기 연료탱크측으로 귀환되는 연료를 동시에 차단할 수 있도록 상기 엔진의 입,출구측에 설치되는 연료유출방지용 밸브를 단일체로 형성한 것을 특징으로 하는 가스연료 차량용 연료유출 방지장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 연료 유출시 상기 엔진측으로 공급되는 연료 및 상기 연료탱크측으로 귀환되는 연료를 동시에 차단할 수 있도록 상기 엔진의 입구와 연료탱크의 출구에 연료유출방지용 밸브를 각각 설치하고, 상기 연료유출방지용 밸브를 닫을 때 상기 압력레귤레이터밸브는 자동으로 닫히도록하는 것을 특징으로 하는 가스연료 차량용 연료유출 방지장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 연료 유출시 상기 엔진측으로 공급되는 연료 및 상기 연료탱크측으로 귀환되는 연료를 차단할 수 있도록 상기 엔진의 입,출구측에 연료유출방지용 밸브를 설치하되, 초기 시동시 연료펌프 모터가 설정된 시간동안 구동하고 정상적인 제어상태일 경우 상기 연료펌프의 제어신호 및 미리 설정된 압력센서 제어신호에 의해서 구동하는 연료유출방지용 밸브를 폐쇄하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스연료 차량용 연료유출 방지장치.
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