KR100827992B1

KR100827992B1 - 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템

Info

Publication number: KR100827992B1
Application number: KR1020060055599A
Authority: KR
Inventors: 임재규; 임춘근; 박동문; 곽종길
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-05-07
Also published as: KR20070120823A

Abstract

본 발명은 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템에 관한 것으로서, 제어부의 제어로 구동하는 모터 컨트롤러의 인가된 연료 압력에 의해 연료펌프를 내측에서 구동가능하게 구비됨과 아울러 액상의 엘피지 연료가 저장되는 연료탱크와, 상기 연료펌프로부터 공급되는 압축된 액상의 연료를 제어부의 제어에 의해 그 연료분사시간이 결정되도록 구비되는 인젝터와, 상기 연료탱크의 출구와 인젝터의 입구측을 연결함과 아울러 그 도중에 제어부의 제어에 의해 개폐되는 제1 전자차단밸브가 설치된 연료공급라인과, 상기 인젝터의 출구와 연료탱크의 유입구를 연결함과 아울러 그 도중에는 공급되는 연료의 압력을 측정하여 제어부측으로 측정된 값을 인가하도록 설치된 압력센서와, 공급되는 연료의 압력을 조절하는 연료 압력조절기가 구비된 연료복귀라인으로 구성되며, 상기 연료복귀라인의 연료 압력조절기와 연료탱크 사이에는 릴리프 밸브가 설치되어 있고, 상기 연료복귀라인으로부터 상기 릴리프 밸브를 우회하는 바이패스 라인이 형성되어 있으며, 상기 바이패스 라인에는 제2 전자차단밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하므로, 저온시(-25℃~0℃ : 부탄 100%) 엘피지 연료의 액화로 인하여 야기되는 시동성 지연 및 가감속 걸림 등의 문제를 해결할 수 있다는 이점이 있다.

엘피지, 차량, 연료, 탱크, 압력조절장치, 차단밸브, 센서,

Description

가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템{LPG LIQUID INJECTION SYSTEM HAVING PRESSURE VARYING FUNCTION}

도 1은, 일반적인 엘피지 차량의 연료공급 계통도를 나타내는 구성도이다.

도 2는, 본 발명에 따른 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템을 나타내는 구성도이다.

도 3은, 도 2의 요부 상세도이다.

※ 주요 도면부호의 설명

100... 연료탱크

200... 인젝터

300... 제어부

400... 모터 컨트롤러

500... 연료펌프

600... 제1 전자차단밸브

700... 연료 압력조절기

800... 릴리프 밸브

900... 제2 전자차단밸브

1000... 본 발명의 엘피지 액상분사 시스템

본 발명은 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대기 온도가 저온일 때 엘피지 연료의 압력을 증가시켜 차량의 냉시동 및 가감속시의 운전성을 안정화시키는 엘피지 액상분사 시스템에 관한 것이다.

엘피지(LPG) 자동차의 내연기관은 인젝터를 통하여 분사되는 엘피지 연료를 연소시켜서 이때 발생하는 폭발력으로 피스톤을 상하 직선 왕복운동시키는 동시에, 이의 직선 왕복운동을 크랭크 기구에 의해 회전운동으로 변환시킴으로써 회전동력을 얻는 것으로 주로 자동차의 엔진에 적용되고 있다.

보다 구체적으로, 엘피지 차량에서의 LPG 분사시스템은 연료탱크내에 연료펌프를 설치하여 고압의 LPG 연료를 압송하고, 흡기 다기관에 설치된 인젝터를 통하여 엔진의 각 실린더로 분사함으로써, 엔진의 출력 향상, 배기가스 저감, 역화 방지 및 타르 발생 방지 등 많은 잇점을 가지고 있다.

본 출원인이 등록권자로 있는 한국등록특허공보 제0444383호에는 일반적인 엘피지 차량의 연료공급 계통도가 나타나 있으며, 도 1을 참조하여 그 구성에 대하여 간략히 기술하면 이하와 같다.

도시된 바와 같이, 엔진(10)의 구동과 동시에 제어부(ECU)(12)는 모터 컨트롤러(14)측과 연료공급라인(16)상에 구비된 복수 개의 전자밸브(셧오프 밸브,18)를 개방시키기 위한 제어신호를 동시에 인가하고, 이 인가된 신호값에 의해 전자밸브(18)들이 개방되며, 아울러 모터 컨트롤러(14)는 연료저장탱크(20) 내에 설치된 연료펌프(22)를 구동시킴으로써 엘피지 엔진의 연료공급이 이루어지게 된다.

연료펌프(22)의 구동으로 인해 연료저장탱크(20)에 저장된 연료는 연료저장탱크(20)의 출구와 연결된 연료공급라인(16)을 통해 복수 개의 인젝터(24)를 지나 이 인젝터(24) 후단으로 연결되는 연료복귀라인(26)상에 구비된 압력조절기(또는, 연료 압력 레귤레이터, 28)까지 압축 충진되면서 계속적인 연료펌프(22)의 구동으로 연료의 압력이 증가하게 된다.

이때, 상기 연료복귀라인(26)상의 인젝터(24) 후단부와 압력조절기(28) 사이에 설치되는 압력센서(30)는 공급되는 연료의 압력을 측정하여 제어부(12)측으로 그 측정값을 인가하게 된다.

상기 제어부(12)측으로 인가된 차압 값이 액상을 유지하는 약 5bar정도가 되면, 제어부(12)는 인젝터(24)를 제어하게 되고 이로 인해 차량은 운전되는 것이다.

즉, 제어부(12)는 연료복귀라인(26)상에 구비된 압력센서(30)로부터 측정된 연료의 압력값을 인가받아 기입력된 값과 정확한 차압(약 5bar)을 유지시킬 수 있도록 모터 컨트롤러(14)를 계속적으로 제어하게 되고, 적정 차압인 5bar가 되면 제어부(12)는 상기한 바와 같이 인젝터(24)의 연료분사시간을 결정하여 이 인젝터(24)를 구동시킴으로써 차량이 운전되는 것이다.

한편, 연료저장탱크(20)의 출구로부터 연료복귀라인(26)까지의 압력의 차압이 5bar 이상이 되면 압력조절기(28)는 자동으로 개방되고, 연속적으로 연료는 리턴밸브(32)를 통해 연료저장탱크(20)측으로 유입된다.

보다 엄밀하게, 엘피지 분사장치 시스템은 연료 압력제어기에 의해 인젝터의 연료 레일에 걸리는 압력을 조정하여 연료탱크압 대비 △P(=인젝터 게이지 압력-연료탱크 압력)로 시스템 압력을 제어한다.

이때, △P가 높을 경우, 인젝터의 제어특성과 엔진 매칭(matching) 유리, 및 액상 유지 등 유리한 점이 많으나 연료펌프에 부하를 증가시켜서 연료펌프의 소모 전류 증대, 내구성 저하, 연료탱크의 온도 상승 및 시스템 내의 기밀특성 저하 등 불리한 점이 많아 통상 △P 5~6Bar로 제어하고 있다.

그러나, △P 5Bar로 제어하는 경우, 여름철 20~30℃(부탄 100%)에는 연료탱크 압력이 3Bar 정도이고 인젝터에 걸리는 게이지 압력은 8~10Bar정도이나, 겨울철 -25℃~0℃(부탄 100%)에는 연료탱크 압력이 0Bar 정도이고 인젝터에 걸리는 게이지 압력은 5Bar로 연료 압력이 낮아지므로 시동성이 다소 지연되거나 걸림감이 증대되어 차량의 상품성이 떨어질 우려가 있었다. 또, 인젝터 분사시 분사패턴(분사각 및 거리 등)이 변화하여 분사지연, Wellet이 증가하여 냉 시동성 지연 및 가속 지연으로 운전자의 운전감을 악화시킬 우려가 높았다.

따라서, 겨울철 -25℃~0℃(부탄100%)에서의 상황을 고려하여 연료 압력제어기의 제어압력을 △P 5Bar에서 △P 6Bar이상으로 제어할 필요가 있으나 연료펌프의 내구성, 연료탱크 온도상승, 펌프 효율 및 시스템 리크(leak) 특성이 나빠진다는 결점이 있었다.

결국, 시스템 제어특성이 겨울철 -25℃~0℃에서 엔진이 난기되기 전까지가 문제이므로, 이때만 일정 시간의 간격만큼 엔진제어 연료압을 상승시키고 엔진이 난기시 정상압력(예 : △5 Bar)으로 제어하는 장치가 요구되어 왔다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 겨울철 대기온도가 저온일 때 엘피지 연료압을 증가시켜서 차량의 냉시동 및 가감속시의 운전성을 안정화시킬 수 있는 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템은,

제어부의 제어로 구동하는 모터 컨트롤러의 인가된 연료 압력에 의해 연료펌프를 내측에서 구동가능하게 구비됨과 아울러 액상의 엘피지 연료가 저장되는 연료탱크와, 상기 연료펌프로부터 공급되는 압축된 액상의 연료를 제어부의 제어에 의해 그 연료분사시간이 결정되도록 구비되는 인젝터와, 상기 연료탱크의 출구와 인젝터의 입구측을 연결함과 아울러 그 도중에 제어부의 제어에 의해 개폐되는 제1 전자차단밸브가 설치된 연료공급라인과, 상기 인젝터의 출구와 연료탱크의 유입구를 연결함과 아울러 그 도중에는 공급되는 연료의 압력을 측정하여 제어부측으로 측정된 값을 인가하도록 설치된 압력센서와, 공급되는 연료의 압력을 조절하는 연료 압력조절기가 구비된 것으로,

상기 연료복귀라인의 연료 압력조절기와 연료탱크 사이에는 릴리프 밸브가 설치되어 있고, 상기 연료복귀라인으로부터 상기 릴리프 밸브를 우회하는 바이패스 라인이 형성되어 있으며, 상기 바이패스 라인에는 제2 전자차단밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 릴리프 밸브는 체크 밸브형인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 릴리프 밸브는 볼 밸브로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 전자차단밸브는 차량의 냉각수 온도에 의해 개폐되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. 도 2의 하부에 도시된 구성요소들은 일반적인 엘피지 차량의 기관으로서 공지기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템(1000)은, 제어부(ECU, 300)의 제어로 구동하는 모터 컨트롤러(400)의 인가된 연료 압력에 의해 연료펌프(500)를 내측에서 구동가능하게 구비됨과 아울러 액상의 엘피지 연료가 저장되는 연료탱크(100)와, 상기 연료펌프(500) 로부터 공급되는 압축된 액상의 연료를 제어부(ECU, 300)의 제어에 의해 그 연료분사 시간이 결정되도록 구비되는 인젝터(200)와, 상기 연료탱크(100)의 출구와 인젝터(200)의 입구측을 연결함과 아울러 그 도중에 제어부(300)의 제어에 의해 개폐되는 제1 전자차단밸브(600)가 설치된 연료공급라인(SL)과, 상기 인젝터(200)의 출구와 연료탱크(100)의 유입구를 연결함과 아울러 그 도중에는 공급되는 연료의 압력을 측정하여 제어부(300)측으로 측정된 값을 인가하도록 설치된 압력센서(PS)와, 공급되는 연료의 압력을 조절하는 연료 압력조절기(또는, 연료 압력 레귤레이터, 700)가 구비된 연료복귀라인(RL)이 설치되어 있다.

특히, 본 실시예에 따르면, 상기 연료탱크(100)로부터 공급된 연료가 인젝터(200)를 거쳐 연료탱크(100)로 복귀할 때, 인젝터(200)와 연료탱크 사이에 릴리프 밸브(Relif Valve)(800) 및 제2 전자차단밸브(Shut Off Valve)(900)가 설치된 구조로 되어 있다.

여기서, 상기 릴리프 밸브(800)는 체크 밸브형으로 되어 있으므로 엘피지 연료의 역류를 효과적으로 방지할 수 있다.

그리고, 상기 릴리프 밸브(800)로는 볼 밸브가 사용할 수 있다.

또한, 상기 연료복귀라인(RL)으로부터 상기 릴리프 밸브(800)를 우회하는 바이패스 라인(BL)이 형성되어 있으며, 상기 바이패스 라인(BL) 상에는 제2 전자차단밸브(900)가 설치되어 있다.

상기 제2 전자차단밸브(900)는 대기온도를 나타내는 차량의 냉각수 온도에 따라 개폐조절된다. 따라서, 냉각수통이나 보조 냉각수통 또는 냉각수 유로상에 온도센서가 설치되어 있다.

한편, 기술되지 않은 도면부호 TS는 연료 온도센서이다.

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.

먼저, 냉각수가 저온인 -25℃~0℃ 상태일 경우, 연료복귀라인(RL)상에서 릴리프 밸브(800)를 우회하는 제2 전자차단밸브(900)가 닫힌 상태에 있으면 릴리프 밸브(800)에 일정 압력(예: 2Bar)이 걸리게 되고, 이 압력은 연료압력 조절기(700)의 △P 5Bar의 압력과 합쳐져서 △P 7Bar의 압력이 인젝터(200)에 형성된다.

한편, 냉각수의 온도가 0℃를 초과할 경우에는, 제2 전자차단밸브(900)가 개방되는 동시에 압력이 형성된 릴리프 밸브(800)로는 연료가 통과하지 않게 된다. 따라서, 제2 차단밸브(900)로 연료가 우회(bypass)되어 정상 시스템 압력(예: △P 5Bar)이 유지된다.

즉, 현재 시중에 나와 있는 연료 압력조절기(700)에 릴리프 밸브(800)와 제2 전자차단밸브(900)를 추가적으로 설치함으로써 -25℃ ~0℃(부탄 100%)에서 시동성 지연 및 가속 걸림 현상 등을 개선할 수 있다.

상기 릴리프 밸브(800)로는 볼 밸브(Ball Valve) 등이 적용될 수 있다.

다음, 운전자가 차량을 조작하는 것을 상정하여 본 발명에 따른 가변압력기 능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템의 동작을 설명한다.

먼저, 냉각수 온도 -25℃~0℃(부탄 100%)에서 운전자가 시동을 걸면, 상승 시스템압력상태가 되어 제2 전자차단밸브(900)가 폐쇄되고 연료는 릴리프 밸브(800)를 통과하여 연료탱크로 리턴된다.

이러한 동작을 하는 가운데, △P는 상승 시스템압력(예: 7 Bar)으로 유지된다.

한편, 시동 후 냉각수 온도가 0℃를 초과하면 제2 전자차단밸브(900)가 개방되고 연료는 압력이 낮은 제2 전자차단밸브(900)를 통해 연료탱크(100)로 압송된다.

이때, △P는 정상시스템압력 (예 : 5Bar)로 유지된다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 연료복귀라인의 연료 압력조절기와 연료탱크 사이에는 릴리프 밸브가 설치되어 있고, 상기 연료복귀라인에는 상기 릴리프 밸브를 우회하는 바이패스 라인이 형성되어 있으며, 상기 바이패스 라인에는 제2 전자차단밸브가 설치되어 있으므로, 저온시(-25℃~0℃ : 부탄 100%) 엘피지 연료의 액화로 인하여 야기되는 시동성 지연 및 가감속 걸림 등의 문제를 해결할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 릴리프 밸브는 체크 밸브형을 채용함으로써 연료의 역류를 방지하여 누출을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제2 전자차단밸브는 차량의 냉각수 온도에 의 해 개폐되므로 겨울철 시동시 기온을 정확히 반영할 수 있다.

Claims

제어부(300)의 제어로 구동하는 모터 컨트롤러의 인가된 연료 압력에 의해 연료펌프(500)를 내측에서 구동가능하게 구비됨과 아울러 액상의 엘피지 연료가 저장되는 연료탱크(100)와, 상기 연료펌프(500)로부터 공급되는 압축된 액상의 연료를 제어부(300)의 제어에 의해 그 연료분사시간이 결정되도록 구비되는 인젝터(200)와, 상기 연료탱크(100)의 출구와 인젝터(200)의 입구측을 연결함과 아울러 그 도중에 제어부(300)의 제어에 의해 개폐되는 제1 전자차단밸브(600)가 설치된 연료공급라인(SL)과, 상기 인젝터(200)의 출구와 연료탱크(100)의 유입구를 연결함과 아울러 그 도중에는 공급되는 연료의 압력을 측정하여 제어부측으로 측정된 값을 인가하도록 설치된 압력센서(PS)와, 공급되는 연료의 압력을 조절하는 연료 압력조절기(700)가 구비된 연료복귀라인(RL)으로 구성된 엘피지 액상분사 시스템에 있어서,

상기 연료복귀라인(RL)의 연료 압력조절기(700)와 연료탱크(100) 사이에는 릴리프 밸브(800)가 설치되어 있고, 상기 연료복귀라인(RL)으로부터 상기 릴리프 밸브(800)를 우회하는 바이패스 라인(BL)이 형성되어 있으며, 상기 바이패스 라인(BL)에는 차량의 냉각수 온도에 의해 개폐되는 제2 전자차단밸브(900)가 설치되어 있어,

제2 전자차단밸브(900)는 냉각수의 온도가 설정치를 초과할 경우에만 개방되고, 설정치 이하에서는 폐쇄되어 상기 릴리프 밸브(800)에 의해 인젝터(200)의 압력을 높이는 것을 특징으로 하는 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템.
제1항에 있어서,

상기 릴리프 밸브(800)는 체크 밸브형인 것을 특징으로 하는 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템.
제2항에 있어서,

상기 체크 밸브형 릴리프 밸브는 볼 밸브인 것을 특징으로 하는 가변압력기능을 가지는 엘피지 액상분사 시스템.
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