KR100692130B1

KR100692130B1 - 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템

Info

Publication number: KR100692130B1
Application number: KR1020040072026A
Authority: KR
Inventors: 김인탁
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2007-03-12
Also published as: KR20060023255A

Abstract

개시된 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템은, 엘피아이 엔진을 장착한 엘피아이 차량의 연료레일의 연료압 제거시스템에 있어서, 연료가 저장되고, 이 연료를 압송하는 염료펌프가 설치된 연료봄베와; 상기 연료봄베로부터 공급된 연료를 분사시키도록 설치된 다수개의 인젝터와; 상기 인젝터가 설치된 인젝터 연료라인에서 분기된 인젝터 연료라인의 일측에 설치되어 상시 오픈(open) 구조로서 구비되고, 전원 인가시 클로즈(closed) 상태로 작동되는 제1제어밸브와; 상기 제1제어밸브가 설치된 상기 인젝터 연료라인의 일측에 설치되어 상기 인젝터 연료라인의 액상 및 기상의 연료를 1차적으로 분리하도록 하는 세퍼레이터와; 상기 세퍼레이터와 연결되어 이그니션 키오프시(IG_KEY OFF)시 인젝터 연료라인 내의 잔류가스를 포집하는 것으로 그 내부에 탄소(C) 성분을 흡착할 수 있는 성분으로 구성되어 있고, 대기와 연결되어 있는 가스포집용기와; 일단이 상기 가스포집용기와 연결되고, 타단이 상기 엔진 시스템의 흡기계와 연결된 연료라인에 설치된 제2제어밸브와; 상기 인젝터 연료라인에서 분기된 것으로, 연료가 다시 상기 연료봄베로 유입되도록 구비된 리턴연료라인;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

LPI 엔진, 인젝터, 압력 레귤레이터

Description

엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템{SYSTEM FOR ELIMINATING FUEL LINE PRESSURE OF INJECTOR FOR LPI ENGINE}

도 1은 일반적인 엘피아이 엔진의 구성을 개략적으로 나타내 보인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21. 연료봄베

22. 인젝터

23. 인젝터 연료라인

24. 제1제어밸브

25. 세퍼레이터

26. 가스포집용기

27. 제2제어밸브

28. 리턴연료라인

29. 체크밸브

31. △P형성용 압력 레귤레이터

32. 오리피스

33. 과다△P형성방지용 압력 레귤레이터

본 발명은 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LPI 차량 주차시 인젝터의 누기 발생에 대응하기 위한 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템에 관한 것이다.

엘피아이(Liquefied Petroleum Injection; 이하, LPI라 함) 엔진은 기존의 LPG 엔진의 문제점으로 지적돼 온 환경문제, 동력성능 및 품질의 한계를 극복한 고출력 저공해 엔진이다.

이러한 LPI 엔진은 인젝터(분사기)를 이용해 고압의 액체 상태로 LPG를 직접 뿜는다. 즉, 연료탱크 내부에 펌프를 장치해 연료라인에 LPG를 공급한다. 때문에 동력성능이 최고 164마력으로 가솔린 차량과 동등한 수준으로 높으며, 연비와 가속 성능도 좋다. 시동 불량 등 LPG 차량에서 제기돼왔던 품질 문제도 획기적으로 개선했다.

그리고 LPG 연료를 기화시키지 않고 액체 상태로 직접 분사하기 때문에 겨울철에도 쉽게 시동을 걸 수 있다. 또한 전자제어에 의한 정확한 공연비 조절과 기통별 연료량 제어 등을 통해 연소 성능도 높다.

그리고 LPI 엔진은 친환경적인 기술로, 산화수소와 대기오염의 원인이 되는 공해물질 배출을 억제할 뿐만 아니라, 일산화탄소와 질소산화물까지도 환경법규 규 제치보다 현저히 낮춰 배출한다.

도 1에는 상기한 LPI 엔진 시스템의 구성도가 개략적으로 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 현재 가솔린 및 LPI 엔진 시스템에 있어, 차량 주행 중 인젝터(11)는 인젝터 연료라인(12)의 연료압력에 의하여 인젝터(11)의 초기 기밀성이 악화되고, 흡기포트 내의 블로바이 가스(blow-by gas) 및 엔진오일 등에 노출되어 인젝터(11) 내부로 이물질이 유입되거나, 이의 형성에 따른 오염현상을 피할 수 없는 상태이다.

그리고 차량 주행 후, 엔진 정지시 엔진/배기/지열 등에 따라서 엔진룸 온도가 상승하게 되는 데, 이에 따라 인젝터 연료라인(12)의 연료온도가 상승하고, 인젝터(11) 내부의 연료압이 증가하게 되어 인젝터(11)의 누기가 있을 경우, 인젝터(11)/인젝터 연료라인(12)의 연료가 연료봄베(13)로 완전히 리턴(return)되기까지 누기인젝터를 통하여 흡기포트로 미연의 연료가 흘러 들어 고인다.

또한 상기 인젝터(11)가 에이징(Aging) 됨에 따라서 인젝터(11)의 기밀성은 더욱 악화되어 차량 주차 또는 밤샘 주차시 소킹(Soaking) 시간과 비례하여 인젝터(11)의 누기량이 커진다.

그리고 차량 주차 및 오버나이트 소킹(Overnight Soaking)시 누기인젝터로부터 흘러나온 미연의 연료는 시동연료량의 과다 농후화 현상을 유발케 하여 시동지연 또는 시동 불량 현상을 발생시키고, 주행 중 퓨얼 미터링(fuel metering) 증대로 연비 악화를 초래한다.

따라서 누기인젝터에 따른 누기연료는 시동성 및 연비 악화뿐만 아니라, 궁 극적으로 현 배기규제치 초과 또는 향후 강화 배기규제치 대응을 어렵게 한다.

한편, 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 14는 상기 연료봄베(13)의 연료를 압송하는 연료펌프이고, 15는 상기 연료펌프(14)에 의해 압송된 연료를 필요에 따라 차단하는 셧오프 밸브(shut-off valve)이며, 16은 상기 인젝터 연료라인(12)의 압력△P를 형성하는 압력 레귤레이터(Pressure Regulator)이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 인젝터 누기 발생에 대응하고, 차량 배출 탄화수소(THC) 배기물질을 저감시켜 운전성을 개선하고, 배기규제치에 대응하도록 한 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템은, 엘피아이 엔진을 장착한 엘피아이 차량의 연료레일의 연료압 제거시스템에 있어서, 연료가 저장되고, 이 연료를 압송하는 염료펌프가 설치된 연료봄베와; 상기 연료봄베로부터 공급된 연료를 분사시키도록 설치된 다수개의 인젝터와; 상기 인젝터가 설치된 인젝터 연료라인에서 분기된 인젝터 연료라인의 일측에 설치되어 상시 오픈(open) 구조로서 구비되고, 전원 인가시 클로즈(closed) 상태로 작동되는 제1제어밸브와; 상기 제1제어밸브가 설치된 상기 인젝터 연료라인의 일측에 설치되어 상기 인젝터 연료라인의 액상 및 기상의 연료를 1차적으로 분리하도록 하는 세퍼레이터와; 상기 세퍼레이터와 연결되어 이그니션 키오프시(IG_KEY OFF)시 인젝터 연료라인 내의 잔류가스를 포집하는 것으로 그 내부에 탄소(C) 성분을 흡착할 수 있는 성분으로 구성되어 있고, 대기와 연결되어 있는 가스포집용기와; 일단이 상기 가스포집용기와 연결되고, 타단이 상기 엔진 시스템의 흡기계와 연결된 연료라인에 설치된 제2제어밸브와; 상기 인젝터 연료라인에서 분기된 것으로, 연료가 다시 상기 연료봄베로 유입되도록 구비된 리턴연료라인;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템은, 연료가 저장되고, 이 연료를 압송하는 염료펌프(21a)가 설치된 연료봄베(21)와, 이 연료봄베(21)로부터 공급된 연료를 분사시키도록 설치된 다수개의 인젝터(22)와, 이 인젝터(22)가 설치된 인젝터 연료라인(23)에서 분기된 인젝터 연료라인(23)의 일측에 설치되어 상시 오픈(open) 구조로서 구비되고, 전원 인가시 클로즈(closed) 상태로 작동되는 제1제어밸브(24)와, 이 제1제어밸브(24)가 설치된 인젝터 연료라인(23)의 일측에 설치되어 인젝터 연료라인(23)의 액상 및 기상의 연료를 1차적으로 분리하도록 하는 세퍼레이터(Separator)(25)를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명에 따른 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템에는, 상기 세퍼레이터(25)와 연결되어 이그니션 키오프시(IG_KEY OFF)시 인젝터 연료라 인(23) 내의 잔류가스를 포집하는 것으로 그 내부에 탄소(C) 성분을 흡착할 수 있는 성분으로 구성되어 있고, 대기와 연결되어 있는 캐니스터(canister) 또는 가스포집용기(26)와, 일단이 상기 가스포집용기(26)와 연결되고 타단이 엔진 시스템의 흡기계와 연결된 연료라인에 설치된 제2제어밸브(27)와, 인젝터 연료라인(23)에서 분기된 것으로 연료가 다시 연료봄베(21)로 유입되도록 구비된 리턴연료라인(28)이 구비된다.

그리고 상기 제1제어밸브(24)는 노말 오픈 타입(Normal Open type)의 컷오프 솔레노이드밸브(Cut-Off Solenoid Valve)로 이루어지고, 상기 제2제어밸브(27)는 퍼지 컨트롤 밸브(PCV; Purge Control Valve)로 각각 이루어진다. 또한 상기 세퍼레이터(25)와 리턴연료라인(28) 사이의 연료라인에는, 연료의 역류를 방지하도록 하는 체크밸브(check valve)(29)가 설치된다.

상기 가스포집용기(26)는 현재 강화 배기규제 대응에 관련하여 증발가스 규제치를 만족 가능한 구조로 이루어졌다.

그리고 인젝터 연료라인(23)과 리턴연료라인(28) 사이의 인젝터 연료라인(23)의 일측에는, 연료봄베압과 △P를 형성하여, 연료라인의 연료를 액상으로 유지시키도록 하는 △P형성용 압력 레귤레이터(31)가 설치된다.

또한 상기 세퍼레이터(25)의 후단과 △P형성용 압력 레귤레이터(31)의 전단에는, 상기 세퍼레이터(25)에서 기상으로 미 분리된 액상연료를 재 팽창시켜 기상으로 완전히 변환시키도록 하는 2차 기상형성용 오리피스(32)가 설치된다.

그리고 상기 세퍼레이터(25)와 가스포집용기(26) 사이에는 임의의 △P{(인젝 터 연료라인(23)~대기압(가스포집용기(26))}를 형성하여 상기 인젝터 연료라인(23)의 바이패스 연료의 급격한 유입이 방지되도록 하는 과다△P형성방지용 압력 레귤레이터(33)가 설치된다.

특히, 상기 세퍼레이터(25)는, 기본적으로 바이패스 라인의 경우 액상 및 액상 및 기상 혼용 유로를 두어 상기 가스포집용기(26)의 성능을 높여 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 빠른 시간 내에 완전한 연료압의 제거가 이루어지도록 한다. 이 세퍼레이터(25)에 기재된 참조부호 25a는 액상 및 기상 분리 구조로 된 것에 있어 특히 액상의 연료가 유입되는 것을 방지하기 위한 구조를 나타내 보인 것이다.

한편, 상기 연료봄베압을 P0, 상기 인젝터 연료라인압을 P1, 상기 리턴연료라인(28)의 리턴연료압을 P2, 상기 가스포집용기압을 P3라 할 때, 연료압은 P1＞P2＞P0≥P3의 관계가 성립되도록 각각 구비된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템을 이용하여 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 연료라인압 제거 과정을 설명한다.

도면을 다시 참조하면, 우선, 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 제1제어밸브(24) 의 전원을 미 인가하여 오픈(open) 상태로 유지시키고, 상기 제2제어밸브(27)는 클로즈(closed) 상태로 하여 가스포집용기(26)의 대기압이 유지되도록 한다.

이때, 인젝터 연료라인압이 상대적으로 높은 관계로 바이패스 연료라인을 경유하고 리턴연료라인(28)을 통하여 연료봄베(21)로 리턴하여 인젝터 연료라인압을 낮추어 라인연료압에 의한 인젝터(22)로의 누기 발생량을 1차적으로 줄인다.

그리고 차량 주행 중 엔진룸의 인젝터 연료라인(23)에서 연료봄베(21)로 리턴되는 잔여연료의 유입과정으로 상승된 연료봄베압의 경우 대기압보다 높아 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 바이패스 라인의 제1제어밸브(24)를 오픈시켜 놓아도 인젝터 연료라인압이 봄베압과 같아지기까지 일정 시간(경우에 따라서 2시간~12시간)이 소요된다.

이때, 잔여 △P로 인하여 누기인젝터로 압력이 인가/누기 연료량을 발생시킨다.

따라서 대기압을 유지하고 있는 가스포집용기(26)를 설치하여 연료라인에 남아있는 잔여 △P를 빠르게 제거하여 잔압으로 인한 누기인젝터로의 발생량을 현저히 낮추는 기능을 한다.

그리고 가스포집용기(26)로 유입된 기상연료는 내부의 흡착성분으로 일정 시간 포집하였다가 주행 중 제2제어밸브(27)를 통하여 흡기계를 통하여 재 연소된다.

또한 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 제1제어밸브(24)를 클로즈 상태로 하여 바이패스 라인의 유입을 막아 인젝터 연료라인압이 유지되도록 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 인젝터 연료라인(23)의 연료는 엔진룸 및 배기계의 흡열로 인하여 팽창하게 되는 데, 이때 누기인젝터로 인가압력이 증대되어 결국 흡기로 누기/유입하게 된다.

이렇게 흡기계로 유입된 로가스(raw gas)는 차량 시동성 불량 및 과다 연료량 형성으로 인하여 배기규제치를 초과하게 된다.

따라서 본 발명에서는 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 누기인젝터가 발생하 더라도 빠른 시간 내에 연료라인의 액/기상 연료를 바이패스 및 차량 주차시 발생하는 기상의 연료를 포집하여 연료라인의 압을 근본적으로 제거하여 인젝터(22) 누기량을 줄여 운전성(특히, 시동성) 및 배기규제치 대응을 가능하게 한다.

그리고 차량 주행 중 엔진룸의 인젝터 연료라인(23)에서 연료봄베(21)로 리턴되는 잔여 연료의 유입과정으로 상승된 연료봄베압의 경우 대기압보다 높아 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 바이패스 라인의 제1제어밸브(24)를 오픈시켜 놓아도 인젝터 연료라인압이 연료봄베압과 같아지기까지 일정 시간(경우에 따라서 2시간 ~ 12시간)이 소요된다.

이때, 잔여 △P로 인하여 누기인젝터로 압력이 인가/ 누기 연료량을 발생시킨다.

특히, 본 발명에서는 이그니션 키오프(IG_KEY OFF)시 엔진룸 온도에 따라 소킹(Soaking) 시간 경과에 따라서 팽창하는 연료를 액상 또는 액/기상 혼용 유로를 두어 효과적으로 바이패스 및 포집하여 필드(field)에서 누기인젝터가 발생하더라도 효과적으로 대응하게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

인젝터의 누기 발생에 대응할 수 있고, 차량 배출 탄화수소(THC) 배기물질을 저감시켜 운전성을 개선하고, 배기규제치에 대응할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

엘피아이 엔진을 장착한 엘피아이 차량의 연료레일의 연료압 제거시스템에 있어서,

연료가 저장되고, 이 연료를 압송하는 염료펌프가 설치된 연료봄베와;

상기 연료봄베로부터 공급된 연료를 분사시키도록 설치된 다수개의 인젝터와;

상기 인젝터가 설치된 인젝터 연료라인에서 분기된 인젝터 연료라인의 일측에 설치되어 상시 오픈(open) 구조로서 구비되고, 전원 인가시 클로즈(closed) 상태로 작동되는 제1제어밸브와;

상기 제1제어밸브가 설치된 상기 인젝터 연료라인의 일측에 설치되어 상기 인젝터 연료라인의 액상 및 기상의 연료를 1차적으로 분리하도록 하는 세퍼레이터와;

상기 세퍼레이터와 연결되어 이그니션 키오프시(IG_KEY OFF)시 인젝터 연료라인 내의 잔류가스를 포집하는 것으로 그 내부에 탄소(C) 성분을 흡착할 수 있는 성분으로 구성되어 있고, 대기와 연결되어 있는 가스포집용기와;

일단이 상기 가스포집용기와 연결되고, 타단이 상기 엔진 시스템의 흡기계와 연결된 연료라인에 설치된 제2제어밸브와;

상기 인젝터 연료라인에서 분기된 것으로, 연료가 다시 상기 연료봄베로 유입되도록 구비된 리턴연료라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.
제1항에 있어서,

상기 세퍼레이터와 상기 리턴연료라인 사이의 연료라인에 설치되어 연료의 역류를 방지하도록 하는 체크밸브를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.
제1항에 있어서,

상기 인젝터 연료라인과 상기 리턴연료라인 사이의 상기 인젝터 연료라인의 일측에 설치되어 상기 연료봄베압과 △P를 형성하여, 연료라인의 연료를 액상으로 유지시키도록 하는 △P형성용 압력 레귤레이터를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.
제3항에 있어서,

상기 세퍼레이터의 후단과 상기 △P형성용 압력 레귤레이터의 전단에 설치되어 상기 세퍼레이터에서 기상으로 미 분리된 액상연료를 재 팽창시켜 기상으로 완전히 변환시키도록 하는 2차 기상형성용 오리피스를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.
제1항에 있어서,

상기 세퍼레이터와 상기 가스포집용기 사이에 설치되어 임의의 △P를 형성하여 상기 인젝터 연료라인의 바이패스 연료의 급격한 유입이 방지되도록 하는 과다△P형성방지용 압력 레귤레이터를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.
제1항에 있어서,

상기 연료봄베압을 P0, 상기 인젝터 연료라인압을 P1, 상기 리턴연료라인의 리턴연료압을 P2, 상기 가스포집용기압을 P3라 할 때, 연료압은 P1＞P2＞P0≥P3의 관계가 성립되도록 구비된 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1제어밸브는, 컷오프 솔레노이드밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.
제1항에 있어서,

상기 제2제어밸브는, 퍼지 컨트롤 밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 인젝터 연료라인압 제거시스템.