KR101252774B1

KR101252774B1 - 연료 공급 시스템 및 그 방법

Info

Publication number: KR101252774B1
Application number: KR1020110107507A
Authority: KR
Inventors: 전병춘
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2013-04-09

Abstract

연료 공급 시스템이 개시된다. 연료탱크 내에 설치된 연료펌프를 구동하여 연료를 연료 공급관을 통해 연료레일에 연결된 인젝터에 공급하여 엔진으로 분사시키며, 상기 엔진으로 분사되고 남은 연료를 상기 연료레일에 연결된 연료 회수관을 통해 상기 연료탱크로 회수하는 연료 공급 시스템은 상기 연료탱크로의 연료 회수를 차단하기 위한 회수 차단 밸브, 상기 회수 차단 밸브에 의해 상기 연료 회수가 차단된 상태에서, 상기 연료 공급관을 통해 공급된 연료로 충전되어 상기 연료레일 내에 압력을 가하기 위한 리저버, 및 상기 연료 회수가 차단된 상태에서 상기 연료레일 내의 압력이 기준 압력 이상이 되도록 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 이에 따라 종래 회수 타입의 연료 공급 방식의 단점인 과도한 회수 연료량과 고온의 회수 연료로 인한 연료탱크의 온도 상승이 방지된다.

Description

연료 공급 시스템 및 그 방법{Fuel supply system and method thereof}

본 발명은 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, LPG)를 액상 분사하는 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 특히 분사되지 않은 연료를 연료탱크 내부로 회수하도록 하는 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

연료 공급 시스템 중 하나인 LPI(LPG Liquid Injection or LPLI) 시스템은 연료탱크의 압력에 의존한 기계식 LPG 시스템 방식과는 달리 연료탱크(bombe) 내에 설치된 연료펌프에 의해 고압(5 ~ 35bar)으로 공급되는 액상 연료를 인젝터를 통해 엔진에 분사하여 엔진을 구동하는 구조로 되어 있다. 도 1은 종래의 LPI 시스템을 개략적으로 나타낸 구조도이다.

도시된 바와 같이, LPI 시스템은 가스연료가 저장되는 연료탱크(10)와, 연료탱크(10) 내에 설치되며 연료탱크(10) 내에 저장된 가스연료를 펌핑하는 연료펌프(20)와, 연료펌프(20)에 의해 펌핑된 액상의 연료를 엔진(40)의 인젝터(41)에 공급하는 멀티밸브(30)를 포함한다. 그리고 멀티밸브(30)와 인젝터(41)는 연료공급라인(31)과 연료회수라인(32)을 통해 연결된다. 멀티밸브(30)를 통해 공급되는 연료는 연료공급라인(31)을 통과한 후 인젝터(41)에 의해 일부가 엔진(40)에 분사되고, 분사되지 않은 나머지 연료는 연료회수라인(32)을 통과한 후 멀티밸브(30)를 통해 다시 연료탱크(10) 내부에 회수된다.

또한 연료공급라인(31)과 연료회수라인(32)에는 연료의 압력 및 공급량을 일정하게 유지시키기 위한 레귤레이터 유닛(50)이 설치된다. 레귤레이터 유닛(50)은 연료탱크(10)에서 송출된 고압의 연료를 다이어프램과 스프링의 균형을 이용하여 연료공급라인(31)과 연료회수라인(32) 내의 압력차를 항상 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 이 레귤레이터 유닛(50)은 연료 압력 레귤레이터(51)와 가스 압력 측정 센서(52)와 가스 온도 측정 센서(53) 및 연료 차단 솔레노이드 밸브(54)를 내장하고 있으며, 이를 통해 연료 공급 및 차단이 이루어진다. 또한 연료탱크(10)에는 내부에 충전된 가스연료의 과충전을 방지하기 위해 과충전방지밸브(70)가 설치되어 있으며, 연료공급라인(31)에는 공급되는 연료에 포함되어 있는 이물질을 여과하기 위한 필터(60)가 설치되어 있다.

이와 같은 구성을 가지는 LPI 시스템을 이용하면, 시동성이 좋아지고 출력향상 및 정밀한 연료제어로 배출가스를 줄일 수 있다. 또한 타르 생성 및 역화(back-fire) 발생 문제가 개선될 수 있다. 그러나 위와 같은 종래 LPI 시스템의 문제점은 분사되고 남은 연료가 엔진 열에 의해 뜨거워져서 고온의 상태로 연료탱크로 회수됨에 따라 연료탱크 내부 온도가 상승하게 된다. 특히, 아이들 상태(엔진 공회전 상태)에서는 엔진으로 분사되는 연료량보다 연료탱크로 회수되는 연료량이 많기 때문에, 연료탱크 내의 열평형에 악영향을 미친다. 이로 인해, 최악의 경우 연료 충전이 불가한 경우가 발생할 수 있으며, 계속되는 연료펌프 구동으로 인한 에너지 손실 및 소음 등의 문제가 야기될 수 있다.

본 발명은 연료탱크로 회수되는 연료로 인해 연료탱크 온도의 상승을 방지하며, 연료펌프를 항시 구동함으로써 발생하는 에너지 소모와 그로 인한 소음 진동을 저감함을 목적으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따라 연료탱크 내에 설치된 연료펌프를 구동하여 연료를 연료 공급관을 통해 연료레일에 연결된 인젝터에 공급하여 엔진으로 분사시키며, 상기 엔진으로 분사되고 남은 연료를 상기 연료레일에 연결된 연료 회수관을 통해 상기 연료탱크로 회수하는 연료 공급 시스템은 상기 연료탱크로의 연료 회수를 차단하기 위한 회수 차단 밸브, 상기 회수 차단 밸브에 의해 상기 연료 회수가 차단된 상태에서, 상기 연료 공급관을 통해 공급된 연료로 충전되어 상기 연료레일 내에 압력을 가하기 위한 리저버, 및 상기 연료 회수가 차단된 상태에서 상기 연료레일 내의 압력이 기준 압력 이상이 되도록 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어 유닛을 포함한다.

나아가 상기 연료 공급 시스템은 상기 리저버에 충전된 연료에 의해 압축되어 상기 연료레일 내에 압력을 가하기 위한 압축 부재를 더 포함한다. 그리고 상기 제어 유닛은 상기 연료탱크로 회수되는 연료량이 기준량 이상이면 상기 회수 차단 밸브를 제어하여 상기 연료 회수를 차단한다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 연료 공급 방법은 연료탱크로의 연료 회수가 차단된 상태에서, 연료레일 내 압력이 기준 압력 미만인지 판단하는 단계, 및 상기 기준 압력 미만이면, 상기 연료레일 내 압력이 상기 기준 압력 이상이 되도록 제어하는 단계를 포함한다. 상기 제어하는 단계는 충전된 연료로 상기 연료레일 내에 압력을 가하기 위한 리저버의 충전을 위해 상기 연료탱크 내 연료펌프를 구동시킨다.

나아가 상기 연료 공급 방법은 상기 연료탱크로 회수되는 연료량이 기준량 이상인지 판단하는 단계, 및 상기 기준량 이상이면, 상기 연료의 회수를 차단하는 단계를 더 포함한다.

본 발명은 종래의 회수 타입의 연료 공급 방식의 단점인 과도한 회수 연료량과 고온의 회수 연료로 인한 연료탱크의 온도 상승을 방지하는 효과를 창출한다. 또한 본 발명은 종래 연료펌프를 항상 구동시킴으로써 발생하는 에너지 소모와 그로 인한 소음 진동을 줄이는 효과를 창출한다.

도 1은 종래 LPI 시스템 구조도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 구조도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 연료 공급 방법 흐름도.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템 구조도이다.

도시된 바와 같이, 연료 공급 시스템은 연료탱크(100), 연료펌프(150), 레귤레이터(200), 공급 차단 밸브(250), 회수 차단 밸브(300), 압력 센서(350), 온도 센서(400), 연료레일(450), 리저버(500), 및 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)(550)을 포함한다. 연료탱크(100)는 외부로부터 공급되는 가스연료로 충전된다. 연료펌프(150)는 연료탱크(100)에 충전된 가스연료를 펌핑하여 액상 공급하는 기능을 한다. 레귤레이터(200)는 연료레일(450) 내의 연료 압력을 일정하게 유지시킨다. 공급 차단 밸브(250)는 연료 공급관(600)에 설치되어 연료의 공급을 차단하기 위한 밸브이며, 회수 차단 밸브(300)는 연료 회수관(650)에 설치되어 연료의 회수를 차단하기 위한 밸브이다. 압력 센서(350)는 연료레일(450) 내 압력을 감지하기 위한 구성으로서, 도시된 바와 같이 연료 회수관(650)에 설치될 수 있다. 그리고 온도 센서(400)는 연료레일(450) 내 온도를 감지하기 위한 구성으로서, 도시된 바와 같이 연료 공급관(600)에 설치될 수 있다. 연료레일(450)은 연료 공급관(600)을 통해 공급된 연료를 인젝터(700)로 공급하여 엔진(750)에 분사시키며, 엔진(750)에 분사되지 않은 연료를 연료 회수관(650)으로 내보내어 연료탱크(100)로 회수되도록 하기 위한 구성이다.

리저버(500)는 회수 차단 밸브(300)가 잠긴 상태에서, 즉 엔진(750)에 분사되지 않은 연료가 연료탱크(100)로 회수되는 것이 차단된 상태에서 연료레일(450) 내의 압력을 일정레벨 이상으로 유지하기 위한 구성이다. 여기서 일정레벨이라 함은 연료레일(450) 내의 연료가 인젝터(700)에 원활히 공급되기에 충분한 압력 레벨을 의미한다. 리저버(500)는 회수 차단 밸브(300)에 의해 연료의 회수가 차단된 경우에 연료 공급관(600)을 통해 공급된 연료로 충전되며, 충전된 연료로 연료레일(450) 내의 연료를 가압한다. 이를 위해, 도시된 바와 같이, 리저버(500)와 연료레일(450) 간에는 연료레일(450)로의 연료 공급을 위한 연결관(800)이 형성된다. 또한, 바람직하게 리저버(500) 내부에는 도시된 바와 같이 압축 부재(850)가 형성된다. 이 압축 부재(850)는 연료레일(450) 내의 연료를 가압하기 위한 구성이다. 전자 제어 유닛(550)은 LPI 시스템 전반을 제어하기 위한 구성이다. 본 발명의 일 양상에 따라 전자 제어 유닛(550)은 연료 회수관(650)을 통해 회수되는 연료로 인해 연료탱크(100)의 온도 상승을 방지하기 위한 연료 공급 프로세스를 수행한다. 그리고 연료 공급 시스템을 구성하는 멀티밸브 등은 도시되어 있지 않으나, 이들 구성이 연료 공급 시스템에 구성될 수 있음은 물론이다.

이하, 도 2를 참조하여 연료 공급 시스템의 연료 공급 동작 실시예에 대해 설명한다. 우선 기본적인 연료 공급 동작에 대해 설명한다. 차량 시동이 온(ON) 되어 있는 상태에서, 전자 제어 유닛(550)은 공급 차단 밸브(250)가 열리도록 제어하며, 연료펌프(150)가 구동되도록 제어한다. 이에 연료펌프(150)는 펌핑 동작을 수행하며, 이에 따라 연료펌프(150)에 저장된 연료는 연료 공급관(600)과 리저버(500) 및 연료레일(450)을 통해 인젝터(700)에 공급되어 엔진(750)에 분사된다. 또한 엔진(750)에 분사되지 않은 연료는 연료 회수관(650)을 통해 연료탱크(100)로 회수된다.

전자 제어 유닛(550)은 위와 같은 기본적인 연료 공급 동작이 이루어지도록 시스템 전반을 제어하며, 나아가 본 발명의 일 양상에 따라 연료탱크(100)의 온도 상승을 방지하기 위한 프로세스를 수행하며, 이하에서는 이에 대해 설명한다. 우선, 전자 제어 유닛(550)은 엔진(750)이 아이들 상태인지 아닌지 판단한다. 일 실시예에 있어서, 전자 제어 유닛(550)은 연료탱크(100)로 회수되는 연료량과 기준량을 비교하여 엔진(750)이 아이들 상태인지 아닌지 판단한다. 바람직하게, 기준량이라 함은 아이들 상태에서 연료탱크(100)로 회수되는 최소 연료량을 의미한다. 아이들 상태에서는 엔진(750)으로 분사되는 연료량보다 연료탱크(100)로 회수되는 연료량이 더 많기 때문에, 전자 제어 유닛(550)은 연료탱크(100)로 회수되는 연료량을 통해 아이들 상태 여부를 판단할 수 있는 것이다.

연료탱크(100)로 회수되는 연료량이 기준량 이상이면, 전자 제어 유닛(550)은 엔진(750)이 아이들 상태인 것으로 판단한다. 이에 전자 제어 유닛(550)은 회수 차단 밸브(300)를 제어하여 연료의 회수를 차단한다. 또한 전자 제어 유닛(550)은 압력 센서(350)에 의해 감지된 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 이상이 되도록 한다. 바람직하게, 기준 압력이라 함은 연료레일(450) 내 압력으로 인해 연료가 인젝터(700)에 공급되어 엔진(750)에 분사되기에 필요한 최소한의 압력을 의미한다. 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 미만이면, 전자 제어 유닛(550)은 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 이상이 될때까지 연료펌프(150)를 구동시켜 연료가 리저버(500)에 충전되도록 한다. 리저버(500)가 충전되어 압축 부재(850)가 압축되면, 그만큼 연료레일(450) 내에 압력이 발생하게 된다. 전자 제어 유닛(550)은 압력 센서(350)를 통해 연료레일(450) 내 압력을 모니터링하고, 연료레일(450) 내 압력이 충분해지면 연료펌프(150)의 구동을 중단한다. 리저버(500)는 연료레일(450) 내에 압력을 가하게 되고, 그 압력에 의해 연료가 인젝터(700)에 공급되어 엔진(750)에 분사되게 된다. 이후, 압축 부재(850)가 신장되어 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 미만으로 하강할 경우, 전자 제어 유닛(550)은 연료펌프(150)를 재구동함으로써 연료 공급을 원활히 한다.

한편, 전자 제어 유닛(550)은 연료레일(450) 내 온도를 더 고려하여 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 이상이 되는지 판단할 수 있다. 이는 온도에 따라 적정한 기준 압력이 다를 수 있기 때문이다. 그리고 온도별 해당 기준 압력에 대한 정보는 사전에 메모리에 기록되어 있음이 바람직하다. 따라서 전자 제어 유닛(550)은 온도 센서(400)에 의해 감지된 연료레일(450) 내 온도에 대해 메모리를 검색하여 해당 기준 압력을 확인한 후에, 압력 센서(350)에 의해 감지된 연료레일(450) 내 압력이 해당 기준 압력 이상인지를 판단하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 공급 시스템의 연료 공급 방법 흐름도이다.

도 2와 같은 구조를 갖는 연료 공급 시스템에서, 전자 제어 유닛(550)은 연료 회수관(650)을 통해 연료탱크(100)로 회수되는 연료량이 기준량 이상인지를 판단한다(S100). 여기서 기준량이라 함은 상술한 바와 같이 아이들 상태에서 연료탱크(100)로 회수될 수 있는 최소 연료량을 의미하는 값으로, 적절한 값이 설정되어 있다. 연료탱크(100)로 회수되는 연료량이 기준량 미만이면, 전자 제어 유닛(550)은 회수 차단 밸브(300)가 열리도록 제어한다(S200). 반대로 연료탱크(100)로 회수되는 연료량이 기준량 이상이면, 전자 제어 유닛(550)은 회수 차단 밸브(300)가 닫히도록 제어한다(S300). 회수 차단 밸브(300)가 닫힌 상태에서, 전자 제어 유닛(550)은 압력 센서(350)에 의해 감지된 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 이상인지를 판단한다(S400).

여기서 기준 압력이라 함은 상술한 바와 같이 연료레일(450) 내 압력으로 인해 연료가 인젝터(700)에 공급되어 엔진(750)에 분사되기에 충분한 압력을 의미하는 값으로, 적절한 값이 설정되어 있다. 그리고 S400에서 전자 제어 유닛(550)은 상술한 바와 같이 연료레일(450) 내 온도를 더 고려하여 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 이상인지를 판단할 수 있다. 판단 결과 기준 압력 미만이면, 전자 제어 유닛(550)은 리저버(500)를 충전시켜 그로 인해 연료레일(450) 내 압력이 기준 압력 이상이 되도록 연료펌프(150)를 구동시킨다(S500). 그리고 기준 압력 이상이면, 전자 제어 유닛(550)은 연료펌프(150)의 구동을 중단한다(S600). 연료펌프(150)의 구동이 중단된 상태에서는 상술한 바와 같이 리저버(500)가 연료레일(450) 내에 압력을 가하게 되고, 그 압력에 의해 연료가 인젝터(700)에 공급되어 엔진(750)에 분사되게 된다. 이후, 차량 시동이 오프되면 상술한 전반적인 동작은 종료되며, 그렇지 않으면 상술한 전반적인 동작은 반복하여 지속적으로 수행된다(S700).

한편, 상술한 과정에서 S100은 생략될 수 있다. 즉, 아이들 상태 여부와 무관하게 다른 이유로 회수 차단 밸브(300)가 닫히게 되는 경우에도, 전자 제어 유닛(550)은 S100 이후의 과정을 수행할 수도 있는 것이다. 이는 엔진(750)의 최소한의 정상적인 동작을 위해서이다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 연료탱크 150 : 연료펌프
200 : 레귤레이터 250 : 공급 차단 밸브
300 : 회수 차단 밸브 350 : 압력 센서
400 : 온도 센서 450 : 연료레일
500 : 리저버 550 : 전자 제어 유닛
600 : 연료 공급관 650 : 연료 회수관
700 : 인젝터 750 : 엔진
800 : 연결관 850 : 압축 부재

Claims

연료탱크 내에 설치된 연료펌프를 구동하여 연료를 연료 공급관을 통해 연료레일에 연결된 인젝터에 공급하여 엔진으로 분사시키며, 상기 엔진으로 분사되고 남은 연료를 상기 연료레일에 연결된 연료 회수관을 통해 상기 연료탱크로 회수하는 연료 공급 시스템에 있어서,
상기 연료탱크로의 연료 회수를 차단하기 위한 회수 차단 밸브;
상기 회수 차단 밸브에 의해 상기 연료 회수가 차단된 상태에서, 상기 연료 공급관을 통해 공급된 연료로 충전되어 상기 연료레일 내에 압력을 가하기 위한 리저버; 및
상기 연료 회수가 차단된 상태에서 상기 연료레일 내의 압력이 기준 압력 이상이 되도록 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어 유닛;
을 포함하되,
상기 제어 유닛은 상기 연료탱크로 회수되는 연료량이 기준량 이상이면 상기 회수 차단 밸브를 제어하여 상기 연료 회수를 차단하는 것
을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 리저버에 충전된 연료에 의해 압축되어 상기 연료레일 내에 압력을 가하기 위한 압축 부재;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제2항에 있어서,
상기 연료레일 내 압력을 감지하여 상기 제어 유닛으로 전달하는 압력 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제3항에 있어서,
상기 연료레일 내 온도를 감지하는 온도 센서;를 더 포함하며,
상기 제어 유닛은 상기 감지된 압력이 상기 감지된 온도에 대응하는 기준 압력 이상이 되도록 상기 연료펌프의 구동을 제어함을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
삭제
연료탱크로의 연료 회수가 차단된 상태에서, 연료레일 내 압력이 기준 압력 미만인지 판단하는 단계; 및
상기 기준 압력 미만이면, 상기 연료레일 내 압력이 상기 기준 압력 이상이 되도록 제어하는 단계;
상기 연료탱크로 회수되는 연료량이 기준량 이상인지 판단하는 단계; 및
상기 기준량 이상이면, 상기 연료의 회수를 차단하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
제6항에 있어서,
상기 제어하는 단계는 충전된 연료로 상기 연료레일 내에 압력을 가하기 위한 리저버의 충전을 위해 상기 연료탱크 내 연료펌프를 구동시킴을 특징으로 하는 연료 공급 방법.
삭제