KR101338638B1

KR101338638B1 - 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치

Info

Publication number: KR101338638B1
Application number: KR1020080121991A
Authority: KR
Inventors: 김종혁
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2013-12-06
Also published as: KR20100063466A

Abstract

본 발명은 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치에 관한 것으로서, 액화천연가스가 저장된 연료 탱크와; 상기 연료 탱크와 엔진 사이의 연료 공급 라인 상에 마련된 열교환기와; 엔진 구동시 상기 열교환기에 항상 연결되어 상기 연료 공급 라인에 있는 액화천연가스를 기화시키는 제1 열교환 라인과; 엔진 출력이 일정 이상일 때 상기 열교환기의 내부 온도를 상승시켜 상기 연료 탱크에서 상기 엔진으로 공급되는 연료압을 상승시키는 제2 열교환 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 열교환기에 항상 연결되어 있는 제1 열교환 라인 이외에 엔진 출력이 일정 이상일 때 열교환기의 내부 온도를 상승시켜 엔진으로 공급되는 연료압을 상승시키는 제2 열교환 라인을 더 구성함으로써, 엔진의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

Description

액화천연가스 차량의 연료 공급 장치{FUEL SUPPLYING DEVICE OF LNG VEHICLE}

본 발명은 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 엔진 최대 출력시 엔진에 공급되는 연료압이 저하되는 것을 방지할 수 있는 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치에 관한 것이다.

천연가스 차량은 공해를 발생시키지 않고 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 충전시 주행거리가 짧아 시외버스나 고속버스로는 적용되기 어렵다는 문제점이 있다.

반면에 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas) 차량은 장거리 운행이 가능하므로, 최근에 들어서는 액화천연가스 차량에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이러한 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치(101)는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같다.

종래 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치(101)는 액화천연가스가 저장된 연료 탱크(110)와, 연료 공급 라인(140)을 통해 연료 탱크(110)로부터 전달받은 액화천연가스를 열교환시킨 후 엔진(120)으로 공급하는 열교환기(130)와, 엔진(120)으로부터의 냉각수를 열교환기(130)로 공급하여 연료 공급 라인(140) 상의 액화천연가스를 기화시키기 위한 냉각수 라인(150)을 포함하여 이루어진다.

이에, 연료 탱크(110)의 액화천연가스는 엔진(120) 구동시 가열된 냉각수에 의해 열교환기(130)에서 기상으로 변화된 후 엔진(120)으로 공급될 수 있다.

그런데, 종래 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치(101)에 있어서는, 열교환기(130)로 공급되는 냉각수의 양이 일정하므로, 연료를 많이 필요로 하는 고출력 조건에서 가스압력은 도 1의 (b)의 A'부분과 같이 인젝터에서 요구되는 최소 가스압력 이하가 되기 때문에 연료가 충분히 분사되지 않아 엔진 출력이 저하되는 문제점이 있었다.

이를 개선하기 위해, 열교환기(130)의 용량을 증가시키게 되면, 아이들(IDLE) 상태이거나 저출력 영역에서 연료가 과도하게 공급되어 연비가 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 열교환기의 용량을 증대시키지 않더라도 엔진이 최대 출력일 때 필요로 하는 연료압이 충분히 공급되어 엔진 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명의 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치에 따라, 액화천연가스가 저장된 연료 탱크와; 상기 연료 탱크와 엔진 사이의 연료 공급 라인 상에 마련된 열교환기와; 엔진 구동시 상기 열교환기에 항상 연결되어 상기 연료 공급 라인에 있는 액화천연가스를 기화시키는 제1 열교환 라인과; 엔진 출력이 일정 이상일 때 상기 열교환기의 내부 온도를 상승시켜 상기 연료 탱크에서 상기 엔진으로 공급되는 연료압을 상승시키는 제2 열교환 라인에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제2 열교환 라인은 상기 엔진의 냉각수가 상기 열교환기로 공급되기 위한 냉각수 라인과 흡기 매니폴드와 연결되는 흡기 라인과 상기 흡기 라인의 압력과 상기 냉각수 라인의 압력을 비교하여 상기 열교환기로의 냉각수를 공급 또는 차단하는 제어 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제어 밸브는 상기 흡기 라인의 압력이 상기 냉각수 라인의 압력보다 크면 개방되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제어 밸브는 상기 냉각수 라인의 압력에 의해 폐쇄되는 위치에 있는 밸브와; 상기 흡기 라인의 압력에 의해 변동하여 상기 밸브의 개도량을 제어 하는 다이어프램과; 상기 밸브 및 상기 다이어프램의 외관을 형성하는 하우징으로 구성되는 것이 좋다.

상기 제1 열교환 라인은 엔진 구동시 항시 상기 엔진에서 공급되는 냉각수를 이용하여 상기 연료 공급 라인 상의 액화천연가스를 기화시키는 것이 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 열교환기에 항상 연결되어 있는 제1 열교환 라인 이외에 엔진 출력이 일정 이상이면 열교환기의 내부 온도를 상승시켜 엔진으로 공급되는 연료압을 상승시키는 제2 열교환 라인을 더 구성함으로써, 엔진의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있는 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치의 구성을 도시한 개략도로서, 본 발명에 따른 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치(1)는 액화천연가스가 저장된 연료 탱크(10)와, 연료 탱크(10)와 엔진(20) 사이의 연료 공급 라인(40) 상에 마련된 열교환기(30)와, 열교환기(30)에 연결되어 연료 공급 라인(40)에 있는 액화천연가스를 기화시키는 제1 열교환 라인(50)과, 엔진 출력이 일정 이상일 때 열교환기(30)의 내부 온도를 상승시켜 연료 탱크(10)에서 엔진(20)으로 공급되는 연료압을 상승시키는 제2 열교환 라인(60)을 포함하여 이루어진다.

열교환기(30)는 연료 탱크(10)의 액화천연가스를 기화시켜 엔진(20)으로 공 급하는 역할을 하며, 이 때 열교환기(30)의 내부에는 연료 공급 라인(40), 제1 열교환 라인(50), 제2 열교환 라인(60)이 통과하도록 구성된다.

제1 열교환 라인(50)은 연료 공급 라인(40)을 통과하는 액화천연가스를 기화시키기 위한 것으로서, 엔진(20) 구동시 항시 엔진(20)에서 공급되는 냉각수를 이용하여 연료 공급 라인(40) 상의 액화천연가스를 기화시킨다. 즉, 엔진(20)에는 엔진(20) 구동시 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르게 되는데, 이러한 냉각수는 엔진(20)을 순환하면서 가열되고 이와 같이 가열된 냉각수가 제1 열교환 라인(50)을 통해 열교환기(30)를 통과하면서 연료 공급 라인(40)을 통과하는 액화천연가스와 열교환된다. 그 결과, 연료 공급 라인(40)의 액화천연가스가 기상으로 변하여 엔진(20)으로 공급될 수 있는 것이다.

이러한 제1 열교환 라인(50)은 연료 공급 라인(40)의 액화천연가스가 열교환기(30)에서 계속 열교환될 수 있도록 항상 개방된 구조로 이루어진다.

제2 열교환 라인(60)은 엔진 최대 출력시 제1 열교환 라인(50)과 함께 연료 공급 라인(40)을 흐르는 액화천연가스를 기화시켜 엔진(20)에서 필요로 하는 연료압을 상승시키기 위한 것으로서, 제어 밸브(80)에 의해 선택적으로 개폐되도록 구성된다.

보다 자세하게는, 제2 열교환 라인(60)은 엔진(20)의 냉각수가 열교환기(30)로 공급되기 위한 냉각수 라인(70)과, 흡기 매니폴드(25)와 연결되는 흡기 라인(75)과, 흡기 라인(75)의 압력이 냉각수 라인(70)의 압력보다 크면 개방되어 열교환기(30)로 냉각수를 공급하는 제어 밸브(80)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 냉각수 라인(70)의 압력은 평소에 대략 1.5 ~ 1.7bar 정도인데, 흡기 라인(75)의 압력이 이 냉각수 라인(70)의 압력을 극복할 수 있을 정도의 엔진 출력치에서 제어 밸브(80)가 개방되는 것이다. 본 실시예에서, 제어 밸브(80)가 개방되는 엔진 알피엠은 대략 1800rpm 이상이나, 차량의 사양에 따라 제어 밸브(80)가 개방되는 엔진 출력 범위는 다를 수 있음은 물론이다.

이 때, 제어 밸브(80)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각수 라인(70)의 압력에 의해 폐쇄되는 위치에 있는 밸브(81)와, 흡기 라인(75)의 압력에 의해 변동하여 밸브(81)의 개도량을 제어하는 다이어프램(82)과, 밸브(81)와 다이어프램(82)의 외관을 형성하는 하우징(85)으로 구성된다.

밸브(81)는 평소 냉각수 라인(70)을 막고 있다가(도 3의 (a) 참조), 엔진(20)이 고출력으로 운행하게 되면 흡기 라인(75)의 압력이 냉각수 라인(70)의 압력보다 커지게 되고, 이에 의해 다이어프램(82)이 눌리면서 그 압력에 의해 밸브(81)가 가압되어 냉각수 라인(70)이 개방될 수 있다(도 3의 (b) 참조).

다이어프램(82)은 흡기 라인(75)의 압력에 따라 변형되면서 밸브(81)에 압력을 가하는데, 평소에는 도 3의 (a)와 같이 평평하게 있다가, 엔진(20)이 고출력으로 운행하게 되면 도 3의 (b)와 같이 흡기 매니폴드(25)의 압력이 커지면서 흡기 라인(75)의 압력이 냉각수 압력보다 커지게 되어 다이어프램(82)이 아래 방향으로 눌리면서 밸브(81)가 개방된다. 그 결과, 냉각수가 냉각수 라인(70)을 통해 열교환기(30)로 공급될 수 있다.

여기서, 제어 밸브(80)는 냉각수 라인(70)의 압력과 흡기 라인(75)의 압력 에 따라 기계적으로 개폐되도록 구성되어 있으나, 냉각수 라인(70)의 압력과 흡기 라인(75)의 압력의 데이터를 받아들인 후 설정치와 비교하여 열교환기(30)로의 유로가 전자적으로 개폐되도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 엔진 출력이 일정 이상이면 제2 열교환 라인(60)이 개방되어 열교환기(30)로 공급되는 냉각수의 용량이 증가되므로, 열교환기(30)의 내부 온도가 상승되어 엔진(20)으로 공급되는 연료압이 상승될 수 있다. 이에, 엔진 최대 출력시 도 1의 (b)의 A'과 같이 가스압이 저하되지 않고 도 4의 A와 같이 가스압이 상승됨으로써 엔진 출력이 저하되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 아이들(IDLE) 상태이거나 저출력일 때에는 제2 열교환 라인(60)이 폐쇄되므로 엔진(20)으로 연료가 과도하게 공급되는 것이 방지되므로 연비면에서 유리한 이점이 있다.

전술한 실시예에서, 제2 열교환 라인은 엔진의 냉각수를 이용하여 열교환기의 내부 온도를 상승시키도록 구성되어 있으나, 히터와 히터를 제어하는 제어부 등으로 구성되어 엔진 최대 출력시 히터가 온(on)이 되도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예는 본 발명의 청구범위에 속한 것이다.

도 1의 (a)는 종래 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치의 구성을 도시한 개략도이고, (b)는 엔진 출력에 따른 엔진의 가스 압력의 변화를 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명에 따른 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치의 구성을 도시한 개략도.

도 3의 (a)는 도 2에서 흡기 라인의 압력이 냉각수 라인의 압력보다 작은 경우 제어 밸브의 상태를 나타낸 개략도, (b)는 도 2에서 흡기 라인의 압력이 냉각수 라인의 압력보다 큰 경우 제어 밸브의 상태를 나타낸 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 액화천연가스 차량의 연료 공급 장치에 의해 엔진 출력에 따른 엔진의 가스 압력의 변화를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료 공급 장치 10 : 연료 탱크

20 : 엔진 25 : 흡기 매니폴드

30 : 열교환기 40 : 연료 공급 라인

50 : 제1 열교환 라인 60 : 제2 열교환 라인

70 : 냉각수 라인 75 : 흡기 라인

80 : 제어 밸브

Claims

액화천연가스가 저장된 연료 탱크와;

상기 연료 탱크와 엔진 사이의 연료 공급 라인 상에 마련된 열교환기와;

엔진 구동시 상기 열교환기에 항상 연결되어 상기 연료 공급 라인에 있는 액화천연가스를 기화시키는 제1 열교환 라인과;

엔진 출력이 일정 이상일 때 상기 열교환기의 내부 온도를 상승시켜 상기 연료 탱크에서 상기 엔진으로 공급되는 연료압을 상승시키는 제2 열교환 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 열교환 라인은

상기 엔진의 냉각수가 상기 열교환기로 공급되기 위한 냉각수 라인과;

흡기 매니폴드와 연결되는 흡기 라인과;

상기 흡기 라인의 압력과상기 냉각수 라인의 압력을 비교하여상기 열교환기로의 냉각수를 공급 또는 차단하는 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제어 밸브는 상기 흡기 라인의 압력이 상기 냉각수 라인의 압력보다 크면 개방되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치.
청구항 3에 있어서, 상기 제어 밸브는

상기 냉각수 라인의 압력에 의해 폐쇄되는 위치에 있는 밸브와;

상기 흡기 라인의 압력에 의해 변동하여 상기 밸브의 개도량을 제어하는 다이어프램과;

상기 밸브 및 상기 다이어프램의 외관을 형성하는 하우징으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,

상기 제1 열교환 라인은 엔진 구동시 항시 상기 엔진에서 공급되는 냉각수를 이용하여 상기 연료 공급 라인 상의 액화천연가스를 기화시키는 것을 특징으로 하는 액화천연가스(LNG) 차량의 연료 공급 장치.