KR101490717B1 - 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치에 관한 것으로, 액체연료와 액화가스연료가 각각 저장되는 제1저장부 및 제2저장부, 제1저장부 및 제2저장부로부터 공급되는 액체연료와 액화가스연료를 압축하여 연료레일로 공급하는 고압 펌프, 액체연료와 액화가스연료가 각각 공급되는 경로인 액체연료 공급유로와 액화가스연료 공급유로를 선택적으로 개폐하는 제1차단(Shut off) 밸브 및 제2차단 밸브 및 연료레일로 액체연료와 액화가스연료가 번갈아 공급될 수 있도록 제1차단 밸브, 제2차단 밸브 및 고압 펌프를 제어하는 제어부를 포함하되, 제2저장부와 고압 펌프 사이에는, 고압 펌프로 공급된 액화가스연료 중 일부를 제2저장부로 되돌리기 위한 토출유로와 공급된 액화가스연료를 감압하기 위한 감압유로가 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

이종 연료 엔진의 연료 공급 장치{FUEL SUPPLY APPARATUS OF BI-FUEL ENGINE}
본 발명은 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체연료와 액화가스연료를 병용하는 연료 공급 장치에서 공급되는 연료가 전환될 때 해당 연료가 원활하게 공급될 수 있도록 하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치에 관한 것이다.
이종 연료를 사용하는 엔진의 종류에는 가솔린-액화석유가스(Gasoline-LPG) 겸용 또는 가솔린-압축천연가스(Gasoline-CNG) 겸용인 바이퓨얼(Bi-fuel) 엔진이 있다.
이종 연료를 사용하는 엔진은 주행 상황에 따라서 두 개의 연료를 병행하여 사용함으로써 연료 효율을 극대화할 수 있다는 장점을 갖는다.
이를 위해서 이종 연료 엔진은 액체연료와 액화가스연료를 저장하는 두 개의 연료 저장부가 존재하고, 각 연료 저장부에 저장된 연료를 전환하면서 내연 기관으로 공급함으로써 동작한다.
시스템의 간소화를 위해서 이종 연료 엔진에는 액체연료 공급용 유로와 액체가스연료 공급용 유로가 완전히 개별적으로 설치되어 있지 않기 때문에, 액체연료와 액체가스연료는 일부 유로를 동일하게 통과하여 고압 펌프로 공급된다.
이 때, 액화가스연료의 공급압력이 액체연료의 공급압력보다 상대적으로 훨씬 고압이기 때문에, 액화가스연료를 동력으로 주행하다가 액체연료를 동력으로 주행하기 위해서 연료의 공급모드를 전환하는 경우에, 공급되는 액체연료는 공유하는 유로에 존재하는 고압의 액화가스연료를 밀어낼 수 있어야 고압 펌프로 공급될 수 있다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 한국 공개특허공보 제2008-0053854호(2008.06.16.공개, 발명의 명칭 : 이종 연료 차량의 연료 주입구조)가 있다.
종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해서 이종 연료 엔진의 시스템에 별도의 장치를 추가함으로써 액체연료를 액화가스연료보다 높은 압력으로 증압하여 공급하는 기술이 개발되었다.
그러나 이 경우에는 액화가스연료의 압력 변화에 대응하여 액체연료의 압력을 적절하게 증압하는 것이 어려웠고, 이종 연료 엔진을 이용한 시스템의 원가 상승을 초래하는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 액화가스연료 공급모드에서 액체연료 공급모드로 전환될 때, 연료라인에 높은 압력으로 존재하는 액화가스연료를 신속하게 감압함으로써 액체연료를 원활하게 공급하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치는 액체연료와 액화가스연료가 각각 저장되는 제1저장부 및 제2저장부; 상기 제1저장부 및 제2저장부로부터 공급되는 상기 액체연료와 상기 액화가스연료를 압축하여 연료레일로 공급하는 고압 펌프; 상기 액체연료와 상기 액화가스연료가 각각 공급되는 경로인 액체연료 공급유로와 액화가스연료 공급유로를 선택적으로 개폐하는 제1차단(Shut off) 밸브 및 제2차단 밸브; 및 상기 연료레일로 상기 액체연료와 상기 액화가스연료가 번갈아 공급될 수 있도록 상기 제1차단 밸브, 상기 제2차단 밸브 및 상기 고압 펌프를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제2저장부와 상기 고압 펌프 사이에는, 상기 고압 펌프로 공급된 액화가스연료 중 일부를 상기 제2저장부로 되돌리기 위한 토출유로와 상기 공급된 액화가스연료를 감압하기 위한 감압유로가 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제1 및 제2저장부는 상기 액체연료와 상기 액화가스연료를 각각 토출하기 위한 제1구동부 및 제2구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 토출유로를 선택적으로 개폐하는 제3차단 밸브; 및 상기 감압유로를 선택적으로 개폐하는 제4차단 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 액체연료의 공급모드에서 상기 제어부는 상기 제1차단 밸브를 개방하고, 상기 제2차단 밸브와 상기 제3차단 밸브를 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 액체연료의 공급모드에서 상기 액화가스연료의 공급모드로 전환될 때, 상기 제어부는 상기 제1차단 밸브를 차단하고, 상기 제2차단 밸브와 상기 제3차단 밸브를 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 액체연료의 공급모드에서 상기 액화가스연료의 공급모드로 전환하기 위한 제어 신호가 입력된 때로부터 제1기준시간이 경과한 후, 상기 제3차단 밸브를 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 액화가스연료의 공급모드에서 상기 액체연료의 공급모드로 전환될 때, 상기 제어부는 상기 제1차단 밸브, 상기 제2차단 밸브를 차단하고, 상기 제3차단 밸브와 상기 제4차단 밸브를 개방하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 상기 액화가스연료의 공급모드에서 상기 액체연료의 공급모드로 전환하기 위한 제어 신호가 입력된 때로부터 제2기준시간이 경과한 후, 상기 제1차단 밸브를 개방하고 상기 제3차단 밸브를 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 토출유로와 상기 제2저장부 간의 압력차를 유지하기 위해 상기 토출유로에 위치하는 압력 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 액화가스연료의 공급모드에서 액체연료의 공급모드로 전환하여 액체연료를 공급하고자 할 때, 감압유로를 통해서 고압의 액화가스연료를 감압함으로써 액체연료가 원활하게 공급되도록 할 수 있다.
또한 본 발명은 액체연료의 공급압력을 상대적으로 증가시키는 부가적인 수단없이 액체연료를 공급할 수 있기 때문에 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치의 구성요소간의 연결 상태를 구체적으로 나타낸 회로도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치의 기능 블록도이다.
도 1을 참조하면 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치는 복수의 저장부(10), 복수의 차단 밸브(20), 고압 펌프(30), 압력 레귤레이터(40) 및 제어부(50)를 포함한다.
복수의 저장부(10)는 이종의 연료를 각각 저장하고, 구체적으로 액체연료가 저장되는 제1저장부(12)와 액화가스연료가 저장되는 제2저장부(14)를 포함한다.
본 실시예에 따른 액체연료는 가솔린과 디젤과 같은 화석연료를 포함하고, 액화가스연료는 LPG, CNG와 더불어 프로판 가스와 부탄 가스의 임의의 조성비에 의한 조합 등 다양한 연료를 포함한다.
제1저장부(12)와 제2저장부(14)는 내부에 저장된 연료를 토출할 수 있도록 하는 제1 및 제2구동부(12a, 14a)를 각각 포함한다.
복수의 차단(Shut off) 밸브(20)는 복수의 저장부(10)와 고압 펌프(30) 사이에 연결된 유로를 선택적으로 개폐하는 장치로서, 특히 본 실시예에서 복수의 차단 밸브(20)는 제1차단 밸브(22), 제2차단 밸브(24), 제3차단 밸브(26) 및 제4차단 밸브(28)를 포함한다.
구체적으로 제1차단 밸브(22)는 제1저장부(12)에 저장된 액체연료가 고압 펌프(30)로 공급되는 경로인 액체연료 공급유로(82)를 선택적으로 개폐하고, 제2차단 밸브(24)는 제2저장부(14)에 저장된 액화가스연료가 고압 펌프(30)로 공급되는 경로인 액화가스연료 공급유로(84)를 선택적으로 개폐한다.
이 때, 액체연료 공급유로(82)와 액화가스연료 공급유로(84)에는 액체연료와 액화가스연료의 역류를 방지하기 위한 제1 및 제2역류방지밸브(72, 74)가 설치된다.
추가적으로 본 실시예에 따르면 제2저장부(14)와 고압 펌프(30) 사이에는, 고압 펌프(30)로 공급된 액화가스연료 중 일부를 제2저장부(14)로 되돌리기 위한 토출유로(93)와 공급된 액화가스연료를 감압하기 위한 감압유로(95)가 위치한다.
그리고 제3차단 밸브(26)와 제4차단 밸브(28)는 토출유로(93)와 감압유로(95)를 각각 선택적으로 개폐한다.
즉, 본 실시예에 따른 연료 공급 장치는 토출유로(93) 이외에, 고압으로 잔류하는 액화가스연료를 감압하기 위한 감압유로(95)를 포함함으로써 액화가스연료의 공급모드에서 액체연료의 공급모드로 신속하게 전환이 가능하다.
이 때, 액화가스연료의 공급모드란 액화가스를 동력으로 이용하기 위해서 액화가스연료를 고압 펌프(30)로 공급하는 모드를 의미하고, 액체연료의 공급모드란 액체연료를 동력으로 이용하기 위해서 액체연료를 고압 펌프(30)로 공급하는 모드를 의미한다.
본 실시예에 따른 감압유로(95)의 구체적인 동작은 후술하기로 한다.
고압 펌프(30)는 제1저장부(12)와 제2저장부(14)로부터 공급되는 액체연료와 액화가스연료를 압축하여 연료레일(60)로 공급한다.
압력 레귤레이터(Regulator)(40)는 토출유로(93)에 위치하여, 토출유로(93)와 제2저장부(14) 간의 압력차를 유지한다. 특히 본 실시예에서 압력 레귤레이터(40)는 토출유로(93)와 제2저장부(14) 간의 압력차를 5 bar로 유지한다.
제어부(50)는 연료레일(60)로 액체연료와 액화가스연료가 번갈아 공급될 수 있도록 제1차단 밸브(22), 제2차단 밸브(24) 및 고압 펌프(30)를 제어한다. 더불어 제어부(50)는 고압 펌프(30)로 공급된 액화가스연료 중 일부를 제2저장부(14)로 되돌리거나 감압하기 위해서 제3차단 밸브(26)와 제4차단 밸브(28)를 제어한다.
구체적으로 본 실시예에 따라서 액체연료와 액화가스연료가 고압 펌프(30)로 공급되고, 액화가스연료를 제2저장부(14)로 되돌리는 과정은 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치의 구성요소간의 연결 상태를 구체적으로 나타낸 회로도이다.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치의 동작을 살펴보기로 한다. 참고로 점선은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치의 구성요소에 대한 제어부(50)의 제어 신호를 나타낸다.
첫째로, 액체연료의 공급모드에서 제어부(50)는 제1구동부(12a)를 동작시킴으로써, 액체연료를 고압 펌프(30)로 공급한다.
구체적으로 제어부(50)는 제1차단 밸브(22)를 개방하고 제2차단 밸브(24)는 차단하기 때문에, 액체연료 공급유로(82)를 통과한 액체연료는 액체연료 공급유로(82)와 액화가스연료 공급유로(84)가 합류하는 공용연료 공급유로(86)를 통해서 고압 펌프(30)로 공급된다.
그리고 제어부(50)는 제3차단 밸브(26)를 차단함으로써 액체연료가 액화가스연료가 저장되는 제2저장부(14)로 역류하는 것을 방지한다.
둘째로, 액체연료의 공급모드에서 액화가스연료의 공급모드로 전환될 때 제어부(50)는 제2구동부(14a)를 동작시킴으로써, 액화가스연료를 고압 펌프(30)로 공급한다.
구체적으로 제어부(50)는 제1차단 밸브(22)를 차단하고 제2차단 밸브(24)를 개방하기 때문에, 액화가스연료 공급유로(84)를 통과한 액화가스연료는 공용연료 공급유로(86)를 통해서 고압 펌프(30)로 공급된다.
고압 펌프(30)는 공용연료 공급유로(86)를 통해서 공급된 액화가스연료 중 일부를 공급된 압력(2~3 bar)보다 상대적으로 고압(30~150 bar)으로 압축하여 연료레일(60)로 공급하고, 내연 기관(미도시) 연소에 필요한 연료량을 제외한 나머지 액화가스연료를 토출유로(93)를 통해서 제2저장부(14)로 복귀시킨다.
즉, 고압 펌프(30)로 공급된 액화가스연료 중 일부를 제2저장부(14)로 되돌리기 위해서 제어부(50)는 제3차단 밸브(26)를 개방한다.
이 때, 공용연료 공급유로(86)에는 액체연료와 액화가스연료가 혼합되어 있기 때문에, 제어부(50)는 액체연료의 공급모드에서 액화가스연료의 공급모드로 전환하기 위한 제어 신호가 입력된 때로부터 제1기준시간이 경과한 후 제3차단 밸브(26)를 개방함으로써, 액체연료가 제2저장부(14)로 역류하는 것을 방지한다.
제1기준시간은 공용연료 공급유로(86)에 잔류하는 액체연료가 연료레일(60)로 모두 공급되는데 소요되는 시간을 의미하는 것으로, 공용연료 공급유로(86)의 길이, 직경 등에 따라 다르게 설정될 수 있다.
셋째로, 액화가스연료의 공급모드에서 제어부(50)는 제2구동부(14a)를 동작시키고 제1차단 밸브(22)를 차단하며 제2차단 밸브(24)를 개방킴으로써, 액화가스연료를 고압 펌프(30)로 공급한다.
그리고 전술한 바와 같이 제3차단 밸브(26)를 개방하여 내연 기관 연소에 필요한 연료량을 제외한 나머지 액화가스연료가 제2저장부(14)로 되돌아갈 수 있도록 한다.
더불어 본 실시예에 따른 토출유로(93)에는 압력 레귤레이터(40)가 설치되어 토출유로(93)와 제2저장부(14) 간의 압력차를 일정하게 유지함으로써, 액화가스연료가 기체 상태로 상변화하는 것을 방지한다.
넷째로, 액화가스연료의 공급모드에서 액체연료의 공급모드로 전환될 때 본 실시예에 따른 제어부(50)는 바로 제1구동부(12a)를 동작시켜서 액체연료를 고압 펌프(30)로 공급하는 것이 아니라, 제1차단 밸브(22)와 제2차단 밸브(24)는 차단하고 제3차단 밸브(26)와 제4차단 밸브(28)를 개방함으로써, 공용연료 공급유로(86)에 잔류하는 고압의 액화가스연료를 제2저장부(14)로 복귀시킨다.
즉, 액화가스연료의 공급모드에서 액체연료의 공급모드로 전환될 때에는 공용연료 공급유로(86)에 고압으로 잔류하는 액화가스연료 때문에 액체연료가 원활하게 공급되지 못하기 때문에, 본 실시예에서 제어부(50)는 고압의 액화가스연료를 우선 제2저장부(14)로 되돌려 보냄으로써 공용연료 공급유로(86)를 액체연료가 원활하게 공급될 수 있는 압력으로 낮춘다.
특히 본 실시예에서는 제2저장부(14)와 고압 펌프(30) 사이에 토출유로(93)와 병렬로 위치하는 감압유로를 추가로 구성함으로써 액화가스연료의 압력을 낮춘다.
구체적으로 제어부(50)는 액화가스연료의 공급모드에서 액체연료의 공급모드로 전환하기 위한 제어 신호가 입력된 때로부터 제2기준시간이 경과한 후 제3차단 밸브(26)를 차단하고, 제1차단 밸브(22)를 개방함으로써 액체연료를 고압 펌프(30)로 공급한다.
이 때, 제2기준시간은 공용연료 공급유로(86)의 압력이 액체연료 공급유로(82)의 압력보다 작아지는데 소요되는 시간을 의미하는 것으로, 공용연료 공급유로(86)와 액체연료 공급유로(82)의 압력차 등에 따라 다르게 계산되도록 할 수 있고, 실험에 의해 도출된 고정된 값으로 설정하는 것도 가능하다.
본 실시예에 따르면, 액화가스연료의 공급모드에서 액체연료의 공급모드로 전환하여 액체연료를 공급하고자 할 때, 감압유로를 통해서 고압의 액화가스연료를 감압함으로써 액체연료가 원활하게 공급되도록 할 수 있다.
또한 본 실시예는 액체연료의 공급압력을 상대적으로 증가시키는 부가적인 수단없이 액체연료를 공급할 수 있기 때문에 제작 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 저장부 12: 제1저장부
12a: 제1구동부 14: 제2저장부
14a: 제2구동부 20: 차단 밸브
22: 제1차단 밸브 24: 제2차단 밸브
26: 제3차단 밸브 28: 제4차단 밸브
30: 고압 펌프 40: 압력 레귤레이터
50: 제어부 60: 연료레일
72: 제1역류방지밸브 74: 제2역류방지밸브
82: 액체연료 공급유로 84: 액화가스연료 공급유로
86: 공용연료 공급유로 93: 토출유로
95: 감압유로

Claims (9)

  1. 액체연료와 액화가스연료가 각각 저장되는 제1저장부 및 제2저장부;
    상기 제1저장부 및 제2저장부로부터 공급되는 상기 액체연료와 상기 액화가스연료를 압축하여 연료레일로 공급하는 고압 펌프;
    상기 액체연료와 상기 액화가스연료가 각각 공급되는 경로인 액체연료 공급유로와 액화가스연료 공급유로를 선택적으로 개폐하는 제1차단(Shut off) 밸브 및 제2차단 밸브;
    상기 연료레일로 상기 액체연료와 상기 액화가스연료가 번갈아 공급될 수 있도록 상기 제1차단 밸브, 상기 제2차단 밸브 및 상기 고압 펌프를 제어하는 제어부;
    상기 제2저장부와 상기 고압 펌프 사이에 위치하여 상기 고압 펌프로 공급된 액화가스연료 중 일부를 상기 제2저장부로 되돌리기 위한 토출유로와 상기 공급된 액화가스연료를 감압하기 위한 감압유로;
    상기 토출유로를 선택적으로 개폐하는 제3차단 밸브;
    상기 감압유로를 선택적으로 개폐하는 제4차단 밸브; 및
    상기 액체연료와 액화가스연료의 역류를 방지하기 위해 상기 액체연료 공급유로와 액화가스연료 공급유로에 각각 설치되는 제1 및 제2역류방지밸브를 포함하되,
    상기 액화가스연료의 공급모드에서 상기 액체연료의 공급모드로 전환될 때, 상기 제어부는 상기 제1차단 밸브, 상기 제2차단 밸브를 차단하고, 상기 제3차단 밸브와 상기 제4차단 밸브를 개방하여 상기 액화가스연료를 상기 제2저장부로 복귀시키고, 상기 액화가스연료의 공급모드에서 상기 액체연료의 공급모드로 전환하기 위한 제어 신호가 입력된 때로부터 제2기준시간이 경과한 후, 상기 제1차단 밸브를 개방하고 상기 제3차단 밸브를 차단하여 상기 액체연료를 상기 액체연료 공급유로로 공급하는 것을 특징으로 하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2저장부는 상기 액체연료와 상기 액화가스연료를 각각 토출하기 위한 제1구동부 및 제2구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 액체연료의 공급모드에서 상기 제어부는 상기 제1차단 밸브를 개방하고, 상기 제2차단 밸브와 상기 제3차단 밸브를 차단하는 것을 특징으로 하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 액체연료의 공급모드에서 상기 액화가스연료의 공급모드로 전환될 때, 상기 제어부는 상기 제1차단 밸브를 차단하고, 상기 제2차단 밸브와 상기 제3차단 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 액체연료의 공급모드에서 상기 액화가스연료의 공급모드로 전환하기 위한 제어 신호가 입력된 때로부터 제1기준시간이 경과한 후, 상기 제3차단 밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 토출유로와 상기 제2저장부 간의 압력차를 유지하기 위해 상기 토출유로에 위치하는 압력 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 연료 엔진의 연료 공급 장치.
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