KR101294395B1 - 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법 - Google Patents

디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디메틸에테르의 액상을 안정적으로 유지할 수 있는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치에 있어서, 연료 탱크로부터 송출 라인을 경유하여 공급된 DME 연료를 커먼 레일로 공급하는 연료 펌프, 상기 커먼 레일로부터 공급받은 DME 연료를 고압으로 분사할 수 있도록 구비되는 인젝터, 상기 인젝터로부터 리턴되는 연료가 회수될 수 있도록 연료 리턴 라인이 형성되고, 이러한 연료 리턴 라인 상에 배치되는 검출부 및 상기 검출부로부터 측정되는 값에 따라 상기 연료 펌프의 연료를 상기 인젝터로 리턴 시키는 연료량 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치를 제공한다.

Description

디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법{FUEL SUPPLY APPARATUS FOR DIMETHYLETHER COMMON RAIL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디메틸에테르의 액상을 안정적으로 유지할 수 있는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 지구 온난화와 석유 가격 폭등으로 인해, 세계 각국은 현재 양산 중인 디젤 엔진을 부분 변경만으로 동등한 수준의 출력을 유지하며 PM(particulate material) 및 배출 가스를 저감할 수 있는 대체 연료인 DME(Di-Methyl Ether)를 주목하고 있다.
이에, 도 1에 도시한 바와 같은 DME 커먼 레일을 적용하여 전용 엔진을 개발하였으나, 연료 성상의 특성상 기화(-25도 이상 또는 6기압 이하인 경우)가 잘 일어나는 성질로 인해 시스템 구성에 어려움이 있다. 즉 DME 연료의 성상을 유지하지 못하는 경우, 인젝터(4)와 같은 부품은 내구성이 저하될 우려도 있다.
도 2는 DME 연료의 온도-압력 곡선으로서, 도 2를 참조하면 DME 연료는 40~45도 및 10bar 부근에서는 액상을 유지할 수 있다는 것을 알 수 있다.
하지만, 통상적으로 도 1의 a점에서 측정되는 온도는 90도 이하이고, 압력은 3Mpa 이하이므로 도 2의 온도-압력 곡선에 대비하여볼 때 DME 연료의 기화 가능성이 높다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기와 같은 문제를 극복하여 DME 연료의 액상을 유지하기 위한 장치가 요구된다.
한국공개특허 10-2005-0017107
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료에 성상을 유지하기 위하여 연료의 유량을 증대시켜 연료의 평균 온도를 낮춤으로써 연료 성상을 액상으로 유지함으로써 엔진의 내구성을 향상하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법은 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치에 있어서, 연료 탱크로부터 송출 라인을 경유하여 공급된 DME 연료를 커먼 레일로 공급하는 연료 펌프, 상기 커먼 레일로부터 공급받은 DME 연료를 고압으로 분사할 수 있도록 구비되는 인젝터, 상기 인젝터로부터 리턴되는 연료가 회수될 수 있도록 연료 리턴 라인이 형성되고, 이러한 연료 리턴 라인 상에 배치되는 검출부 및 상기 검출부로부터 측정되는 값에 따라 상기 연료 펌프의 연료를 상기 인젝터로 리턴 시키는 연료량 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료량 제어 밸브는 상기 연료 펌프의 연료를 상기 인젝터로 직접적으로 바이패스 시키기 위한 바이패스 라인 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상기 검출부는 연료의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 및 연료의 압력을 측정하기 위한 압력 센서로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료량 제어 밸브의 개폐 제어는 상기 검출부의 측정값을 기초로 하여 ECU에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 ECU는 상기 온도 센서의 측정값과 압력 센서의 측정값을 수신받고, 온도 및 압력에 따른 액상 상태 판정 맵을 이용하여 판정한 결과로서, 기체 상태의 연료를 액체 상태로 바꿔야 하는 경우, 상기 연료량 제어 밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치 및 그 방법에 의하면, 디메틸에테르 연료의 성상을 능동적으로 액상으로 유지시키고 나아가 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 일반적인 DME 연료의 온도-압력 곡선이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치가 적용되어 디메틸에테르 연료의 온도 및 압력이 하강하는 것을 나타낸 온도-압력 곡선이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치는 연료 탱크(10), 저압 펌프(20), 냉각 장치(30), 연료 펌프(40), 커먼 레일(50), 인젝터(60) 및 연료량 제어 밸브(41)를 포함한다.
상기 연료 탱크(10)에는 디메틸에테르 연료가 저장되고, 이러한 디메틸에테르 연료를 연료 공급 라인(L)으로 송출하기 위해서 저압 펌프(20)가 구비된다. 여기서 상기 연료 탱크(10)에는 연료의 누출 여부를 검출하기 위하여 가스 경보기(11)를 구비할 수도 있다.
이후, 상기 연료 탱크(10)에 저장된 디메틸에테르 연료는 상기 저압 펌프(20)에 의해 냉각 장치(30)로 이송된다. 이러한 냉각 장치(30)는 1차적으로 디메틸에테르 연료의 온도를 낮추는 기능을 하게 된다.
그리고, 디메틸에테르 연료는 상기 냉각 장치(30)를 경유하여 연료 펌프(40)로 유동한다. 이러한 연료 펌프(40)는 고압을 생성함과 동시에 후술하는 커먼 레일(50)로 압송하게 된다. 상기 커먼 레일(50)은 상기 연료 펌프(40)로부터 생성된 압력을 유지하고 각각의 인젝터(60)로 압송할 수 있도록 한다.
또한, 상기 인젝터(60)의 상류 측에는 바이패스 라인(B)이 형성되고, 이러한 바이패스 라인(B) 상에는 연료가 상기 바이패스 라인(B)을 따라 상기 연료 펌프(40)로부터 상기 인젝터(60)로 직접 바이패스 제어될 수 있도록 연료량 제어 밸브(41)가 설치된다. 이러한 연료량 제어 밸브(41)의 개폐는 후술하는 검출부(42)의 측정값을 기초로 하여 ECU에 의해 제어된다.
한편, 상기 인젝터(60)의 하류 측에는 검출부(42)가 형성된다. 이러한 검출부(42)는 디메틸에테르 연료의 온도 및 압력을 측정하기 위한 온도 센서(421) 및 압력 센서(422)로 이루어진다.
상기 ECU는 실시간으로 상기 온도 센서(421) 및 압력 센서(422)로부터 측정된 값을 모니터링하고 이러한 측정값을 기초로 하여 상기 연료량 제어 밸브(41)의 개폐를 제어하게 된다.
이후, 상기 검출부(42)를 경유하는 디메틸에테르 연료는 연료 리턴 라인(R)을 통하여 상기 연료 탱크(10)로 회수될 수 있다. 여기서 상기 연료 리턴 라인(R) 상에는 디메틸에테르 연료를 2차적으로 냉각시킬 수 있도록 보조 냉각 장치(70)가 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 방법을 나타낸 흐름도이다. 도시한 바와 같이 키온(key-on)이 수행되고(S100), 엔진 시동이 이루어지면(S120) 디메틸에테르 연료의 온도 및 압력의 기설정값을 ECU로 입력하게 된다.(S130)
ECU 내에서 통상적으로 적용할 수 있는 디메틸에테르 온도-압력 곡선인 도 2를 참조하여 디메틸에테르의 성상을 판정하게 된다(S140). 이때 디메틸에테르 연료의 액상을 유지할 수 있는 온도 및 압력에 따른 액상 상태를 판정하는 맵을 ECU 제어 데이터 형태로 입력하는 것이 바람직하다.
상기 단계 S140에서는 검출부(42)로부터 입력된 온도 및 압력이 디메틸에테르 온도-압력 곡선 이상인지 판단하며, 이러한 조건을 만족하면 디메틸에테르 연료를 액상으로 판단하고 정상운행을 수행하게 된다.(S141)
만약 상기 단계 S140의 조건을 만족하지 않으면 디메틸에테르 연료가 기화되고 있다고 판단하고 연료량 제어 밸브(41)를 개방하도록 제어한다.(S150)
전술한 바와 같이 ECU는 실시간으로 검출부(42)로부터 측정되는 측정값을 모니터링하고, 이러한 측정값이 기설정값보다 높다고 판단되면 상기 연료량 제어 밸브(41)를 통하여 상기 연료 펌프(40)의 연료가 직접 바이패스되어 상기 인젝터(60)의 상류 측으로 직접 공급된다. 즉, 상기 인젝터(60)의 전단부에는 분사되기 전의 저온 연료가 합류함과 동시에 연료량이 증가하게 되므로 온도가 낮아지게 된다. 따라서, 도 5에 도시한 바와 같이 연료의 온도 및 압력이 하강하게 되어서 디메틸에테르 연료의 기화를 억제하여 액상을 유지할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 연료 탱크
11: 가스 경보기
20: 저압 펌프
30: 냉각 장치
31: 레귤레이터
40: 연료 펌프
41: 연료량 제어 밸브
42: 검출부
421: 온도 센서
422: 압력 센서
50: 커먼 레일
60: 인젝터
70: 보조 냉각 장치
80: 어큐뮬레이터
B: 바이패스 라인
L: 연료 공급 라인
R: 연료 리턴 라인

Claims (7)

  1. 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치에 있어서,
    연료 탱크로부터 송출 라인을 경유하여 공급된 DME 연료를 커먼 레일로 공급하는 연료 펌프;
    상기 커먼 레일로부터 공급받은 DME 연료를 고압으로 분사할 수 있도록 구비되는 인젝터;
    상기 인젝터로부터 리턴되는 연료가 회수될 수 있도록 연료 리턴 라인이 형성되고, 이러한 연료 리턴 라인 상에 배치되는 검출부; 및
    상기 검출부로부터 측정되는 값에 따라 상기 연료 펌프의 연료를 상기 인젝터로 직접 공급되는 연료량을 선택적으로 조절하는 연료량 제어 밸브를 포함하고,
    상기 연료량 제어 밸브는 상기 연료 펌프의 연료가 상기 인젝터로 직접적으로 유동하도록 구비되는 바이패스 라인 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상기 검출부는 연료의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 및 연료의 압력을 측정하기 위한 압력 센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연료량 제어 밸브의 개폐 제어는 상기 검출부의 측정값을 기초로 하여 ECU에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 ECU는 상기 온도 센서의 측정값과 압력 센서의 측정값을 수신받고, 온도 및 압력에 따른 액상 상태 판정 맵을 이용하여 판정한 결과로서, 기체 상태의 연료를 액체 상태로 바꿔야 하는 경우, 상기 연료량 제어 밸브를 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 장치.
  6. 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 방법에 있어서,
    키온(key-on)이 수행되는 단계(S100);
    엔진 시동이 이루어지는 단계(S120);
    디메틸에테르 연료의 온도 및 압력의 기설정값을 ECU로 입력하는 단계(S130);
    ECU 내에서 온도 및 압력에 따른 액상 상태를 판정하는 단계(S140); 및
    상기 S140단계의 조건을 만족하는 경우, 정상 운행하는 단계(S141)를 포함하고,
    상기 S140단계의 조건을 만족하지 않는 경우 연료량 제어 밸브를 개방함으로써 연료탱크의 연료가 직접적으로 인젝터에 공급되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼 레일 연료 공급 방법.
  7. 삭제
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