KR100857335B1

KR100857335B1 - 액화천연가스 차량용 연료공급장치

Info

Publication number: KR100857335B1
Application number: KR1020070072395A
Authority: KR
Inventors: 송윤섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2008-09-05

Abstract

본 발명에 의한 액화천연가스 차량용 연료공급장치는, 연료탱크로부터 엔진으로 공급되는 액화천연가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 레귤레이터를 구비하는 연료공급장치에 있어서, 연료탱크로부터 레귤레이터로 공급되는 액화천연가스의 압력을 측정하기 위한 압력센서; 연료탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 엔진으로 바이패스시키기 위한 바이패스관; 상기 바이패스관을 개폐시키는 제1 전자밸브; 및 상기 레귤레이터로 액화천연가스를 공급하기 위한 연료공급라인을 개폐시키는 제2 전자밸브를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의한 액화천연가스 차량의 연료공급장치를 이용하면, 엔진 구동 시 엔진으로 공급되는 연료의 압력이 강하되지 아니하므로 연료공급이 불균일해지거나 엔진의 출력이 저하되는 현상을 방지할 수 있고, 시동 오프 시 엔진 부품 손상 및 연료라인차단으로 인한 재시동 불가 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

액화천연가스, 연료공급, 레귤레이터, 바이패스, 압력센서, 밸브

Description

액화천연가스 차량용 연료공급장치{Gas feeding apparatus for liquefied natural gas fuel vehicles}

본 발명은 액화천연가스 차량용 연료공급장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 연료탱크로부터 엔진으로 전달되는 액화천연가스의 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 구성되는 연료공급장치에 관한 것이다.

천연가스 차량은 공해를 발생시키지 아니하며 디젤 차량에 비해 연료비가 약 60% 수준이라는 장점을 갖는바, 근래에 들어 도시의 시내버스는 천연가스 버스가 주류를 이루고 있다. 현재 상용화되고 있는 시내버스는 대부분 압축천연가스(CNG) 차량인데, 압축천연가스 차량은 1회 충전 시 주행거리가 짧아 시외버스나 고속버스로는 적용되기 어렵다는 문제점이 있다.

반면에 액화천연가스(LNG) 차량은 장거리 운행이 가능하므로, 최근에 들어서는 액화천연가스 차량에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나 액화천연가스 차량의 연료공급장치에는 여러 가지 문제가 발생되고 있는바, 상용화에 많은 어려움이 있는 실정이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액화천연가스 차량의 연료공급장치에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래 액화천연가스 차량의 연료공급장치 구성을 도시하는 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 액화천연가스 차량의 연료공급장치는, 액화천연가스를 저장하는 연료탱크(10)와, 연료공급라인(12)을 통해 상기 연료탱크(10)로부터 전달받은 액화천연가스를 열교환시키는 열교환부(20)와, 상기 열교환부(20)를 지난 액화천연가스를 정화시키기 위한 필터(30)와, 엔진(E)으로 유입되는 액화천연가스의 압력을 일정하게 유지하기 위한 레귤레이터(40)를 포함하도록 구성된다.

이때 엔진(E)이 구동됨에 따라 액화천연가스가 엔진(E)으로 공급될 때, 상기 액화천연가스는 각 부품을 통과하면서 압력 강하가 발생된다는 특성이 있는바, 엔진(E) 전단부의 연료압력은 엔진(E)의 요구 압력보다 낮아지게 된다. 따라서 급가속 시에는 연료 공급이 비정상상태를 이루게 되며, 엔진(E)의 출력이 저하된다는 문제점이 있다.

상기와 같이 연료의 압력 강하를 방지하기 위하여 레귤레이터(40)를 삭제하는 방안이 제안된 바 있으나, 이와 같이 레귤레이터(40)를 삭제하면 시동 오프 시 연료탱크 압력이 엔진(E)의 허용치 이상으로 상승하여 엔진(E) 부품의 손상을 유발한다는 치명적인 문제가 발생한다.

또한, 레귤레이터(40)를 삭제하고 필터(30) 후단에 고압차단 밸브(미도시)를 장착하는 방안데 제안된 바 있으나, 이와 같이 고압차단 밸브가 장착되면 엔진(E) 부품의 손상은 방지할 수 있지만 연료공급라인(12)을 막음으로써 재시동이 불가하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진 구동 시 엔진으로 공급되는 연료의 압력이 강하되지 아니하면서도, 시동 오프 시 엔진 부품 손상 및 연료라인차단으로 인한 재시동 불가 현상이 발생되지 아니하도록 구성되는 액화천연가스 차량용 연료공급장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액화천연가스 차량용 연료공급장치는,

연료탱크로부터 엔진으로 공급되는 액화천연가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 레귤레이터를 구비하는 연료공급장치에 있어서,

연료탱크로부터 레귤레이터로 공급되는 액화천연가스의 압력을 측정하기 위한 압력센서;

연료탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 엔진으로 바이패스시키기 위한 바이패스관;

상기 바이패스관을 개폐시키는 제1 전자밸브; 및

상기 레귤레이터로 액화천연가스를 공급하기 위한 연료공급라인을 개폐시키는 제2 전자밸브;

를 포함하여 구성된다.

상기 압력센서에 의해 측정된 액화천연가스의 압력이 설정치를 초과하는 경우, 상기 제1 전자밸브는 폐쇄되고 상기 제2 전자밸브는 개방되며,

상기 압력센서에 의해 측정된 액화천연가스의 압력이 설정치 이하인 경우, 상기 제1 전자밸브는 개방되고 상기 제2 전자밸브는 폐쇄된다.

상기 바이패스관은, 일단이 상기 압력센서와 레귤레이터 사이에 연결되고, 타단이 레귤레이터 후단에 연결된다.

상기 연료탱크와 레귤레이터 사이에 장착되는 열교환기와 필터를 더 포함하고,

상기 압력센서는 필터와 레귤레이터 사이에 장착된다.

본 발명에 의한 액화천연가스 차량의 연료공급장치를 이용하면, 엔진 구동 시 엔진으로 공급되는 연료의 압력이 강하되지 아니하므로 연료공급이 불균일해지 거나 엔진의 출력이 저하되는 현상을 방지할 수 있고, 시동 오프 시 엔진 부품 손상 및 연료라인차단으로 인한 재시동 불가 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액화천연가스 차량용 연료공급장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 액화천연가스 차량용 연료공급장치의 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 액화천연가스 차량의 연료공급장치는, 종래의 액화천연가스 차량의 연료공급장치와 마찬가지로 액화천연가스를 저장하는 연료탱크(100)와, 연료공급라인(110)을 통해 상기 연료탱크(100)로부터 전달받은 액화천연가스를 열교환시키는 열교환부(200)와, 상기 열교환부(200)를 지난 액화천연가스를 정화시키기 위한 필터(300)와, 필터(300)를 지난 액화천연가스를 엔진(E)의 허용압력 이내의 압력으로 감압시킨 후 엔진(E)으로 공급하는 레귤레이터(400)를 기본적으로 구비한다. 상기 연료탱크(100), 열교환부(200), 필터(300) 및 레귤레이터(400)는 도 1에 도시된 종래의 액화천연가스 차량의 연료공급장치에 마련되는 각 구성과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이때 본 발명에 의한 액화천연가스 차량의 연료공급장치는, 연료탱크(100)로부터 레귤레이터(400)로 공급되는 액화천연가스의 압력을 측정하기 위한 압력센서(500)가 구비되고, 연료탱크(100)로부터 공급되어 필터(300)를 지난 액화천연가스가 레귤레이터(400)를 거치지 아니하고 엔진(E)으로 바이패스될 수 있도록 바이 패스관(600)이 추가로 구비된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 액화천연가스 차량의 연료공급장치는, 상기 압력센서(500)를 이용하여 필터(300)를 지난 액화천연가스의 압력이 엔진(E)의 허용압력 이내인지를 감지한 후, 필터(300)를 지난 액화천연가스의 압력이 엔진(E)의 허용압력 이내인 경우에는 액화천연가스를 바이패스관(600)을 통해 엔진(E)으로 직접 공급하므로, 엔진(E)으로 공급되는 액화천연가스의 압력이 지나치게 감압되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 이와 같이 엔진(E)으로 공급되는 액화천연가스의 압력이 지나치게 감압되는 현상이 방지되면, 연료공급이 불균일하여 시스템이 울컥대는 현상이나 엔진(E) 출력이 저하되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

반대로, 필터(300)를 지난 액화천연가스의 압력이 엔진(E)의 허용압력을 초과하는 경우에는, 액화천연가스가 레귤레이터(400)를 거쳐 감압된 후 엔진(E)으로 공급되도록 함으로써, 엔진(E)에 과도한 압력이 인가되는 현상을 방지한다.

이와 같이 각 조건에 따라 바이패스관(600) 및 레귤레이터(400) 입구 측 연료공급라인(110)을 개폐시킬 수 있도록, 상기 바이패스관(600)에는 제1 전자밸브(710)가 장착되고, 상기 레귤레이터(400) 입구 측 연료공급라인(110)에는 제2 전자밸브(720)가 장착된다. 이때 상기 제1 전자밸브(710)와 제2 전자밸브(720)는 상기 압력센서(500)와 직접 연결되어 압력센서(500)로부터 출력되는 신호에 따라 개폐되도록 구성될 수도 있으나, 압력센서(500)에서 출력되는 신호를 보다 정확하게 판단하고 상기 제1 전자밸브(710) 및 제2 전자밸브(720)를 보다 정밀하게 제어할 수 있도록, 도 2에 도시된 바와 같이 압력센서(500)로부터 발생된 신호는 ECU(800) 로 전달되고 상기 제1 전자밸브(710) 및 제2 전자밸브(720)는 상기 ECU(800)에 의해 개폐가 제어되도록 구성됨이 바람직하다.

예를 들어 상기 엔진(E)의 허용압력 상한값이 5Bar로 설정된 경우, 상기 압력센서(500)에 의해 측정된 필터(300) 후단 측 액화천연가스의 압력이 5Bar를 초과하였을 때에는 상기 제1 전자밸브(710)는 폐쇄되고 상기 제2 전자밸브(720)만이 개방되므로, 필터(300)를 지난 액화천연가스는 레귤레이터(400)를 통해 엔진(E)의 허용압력 상한값인 5Bar 이하로 감압된 후 엔진(E)으로 공급된다. 반대로 상기 압력센서(500)에 의해 측정된 필터(300) 후단 측 액화천연가스의 압력이 5Bar 이하인 때에는 상기 제2 전자밸브(720)는 폐쇄되고 상기 제1 전자밸브(710)만이 개방되므로, 필터(300)를 지난 액화천연가스는 레귤레이터(400)를 거치지 아니하고 바이패스관(600)을 통해 엔진(E)으로 직접 공급된다.

즉, 도 1에 도시된 종래의 액화천연가스 차량의 연료공급장치는 필터(300)를 지난 액화천연가스의 압력이 엔진(E)의 허용압력범위 이내에 속하더라도 액화천연가스가 무조건 레귤레이터(400)를 거쳐야 하므로, 엔진(E)으로 공급되는 시점에서는 액화천연가스의 압력이 지나치게 감압된다는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명에 의한 액화천연가스 차량의 연료공급장치는, 필터(300)를 지난 액화천연가스의 압력이 엔진(E)의 허용압력범위 이내에 속하는 경우 액화천연가스가 레귤레이터(400)를 거치지 아니하고 엔진(E)으로 직접 공급되도록 함으로써, 엔진(E)으로 공급되는 시점에서의 액화천연가스의 압력이 지나치게 감압되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이 엔진(E)으로 공급되는 액화천연가스의 압력이 적정한 수준으로 유지되면, 급가속시 액화천연가스가 비정상상태로 공급되는 현상 즉, 액화천연가스가 울컥대는 현상을 방지할 수 있고, 엔진(E)의 출력이 순간적으로 저하되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 바이패스관(600)을 통해 바이패스되는 액화천연가스의 압력을 보다 정확하게 파악할 수 있도록, 상기 바이패스관(600)은 일단이 상기 압력센서(500)와 레귤레이터(400) 사이에 연결되고 타단이 레귤레이터(400) 후단에 연결됨이 바람직하다.

또한 액화천연가스는 연료공급라인(110) 상에 장착된 각종 구성요소를 지나면서 압력이 강하되는바, 상기 압력센서(500)가 연료탱크(100)와 열교환부(200) 사이나 열교환부(200)와 필터(300) 사이에 장착되면 레귤레이터(400)로 유입되는 액화천연가스의 압력을 정확하게 측정할 수 없게 된다. 따라서 상기 압력센서(500)는 레귤레이터(400)의 바로 앞 즉, 필터(300)와 레귤레이터(400) 사이에 장착됨이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액화천연가스 차량의 연료공급장치의 동작 과정을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 액화천연가스 차량용 연료공급장치를 이용하여 연료를 공급하는 과정을 도시하는 순서도이다.

연료탱크(100)로부터 액화천연가스가 공급되면, 레귤레이터(400)의 입구 측에서의 액화천연가스 압력을 측정하고(S10), 상기 측정값이 엔진(E)의 허용압력범위에 속하는지 즉, 상기 측정값이 엔진(E)의 허용압력 상한값을 초과하는지를 판단한다(S20).

상기 측정값이 엔진(E)의 허용압력 상한값을 초과하면, 제1 전자밸브(710)는 폐쇄시키고 제2 전자밸브(720)만을 개방시킴으로써(S30), 액화천연가스가 바이패스관(600)을 통해 엔진(E)으로 직접 공급되도록 한다(S40).

반대로, 상기 측정값이 엔진(E)의 허용압력 상한값 이하이면, 제2 전자밸브(720)를 폐쇄시키고 제1 전자밸브(710)만을 개방시킴으로써(S32), 액화천연가스가 레귤레이터(400)를 통해 감압된 후 엔진(E)으로 공급되도록 한다(S42).

이와 같이 레귤레이터(400) 입구 측에서의 액화천연가스 압력이 상이하더라도 엔진(E)으로는 언제나 적정 압력값을 갖는 액화천연가스가 공급되므로, 상기 엔진(E)은 정상적인 운전이 가능해 진다(S50).

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 연료탱크 110 : 연료공급라인

200 : 열교환부 300 : 필터

400 : 레귤레이터 500 : 압력센서

600 : 바이패스관 710 : 제1 전자밸브

720 : 제2 전자밸브 800 : ECU

E : 엔진

Claims

연료탱크(100)로부터 엔진(E)으로 공급되는 액화천연가스의 압력을 일정하게 유지시키기 위한 레귤레이터(400)를 구비하는 연료공급장치에 있어서,

연료탱크(100)로부터 레귤레이터(400)로 공급되는 액화천연가스의 압력을 측정하기 위한 압력센서(500);

연료탱크(100)로부터 공급되는 액화천연가스를 엔진(E)으로 바이패스시키기 위한 바이패스관(600);

상기 바이패스관(600)을 개폐시키는 제1 전자밸브(710); 및

상기 레귤레이터(400)로 액화천연가스를 공급하기 위한 연료공급라인(110)을 개폐시키는 제2 전자밸브(720);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 차량용 연료공급장치.
제1항에 있어서,

상기 압력센서(500)에 의해 측정된 액화천연가스의 압력이 설정치를 초과하는 경우, 상기 제1 전자밸브(710)는 폐쇄되고 상기 제2 전자밸브(720)는 개방되며,

상기 압력센서(500)에 의해 측정된 액화천연가스의 압력이 설정치 이하인 경우, 상기 제1 전자밸브(710)는 개방되고 상기 제2 전자밸브(720)는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 차량용 연료공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 바이패스관(600)은, 일단이 상기 압력센서(500)와 레귤레이터(400) 사이에 연결되고, 타단이 레귤레이터(400) 후단에 연결되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 차량용 연료공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 연료탱크(100)와 레귤레이터(400) 사이에 장착되는 열교환기와 필터(300)를 더 포함하고,

상기 압력센서(500)는 필터(300)와 레귤레이터(400) 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스 차량용 연료공급장치.