KR101601765B1 - 이종연료 엔진의 연료공급장치 - Google Patents

이종연료 엔진의 연료공급장치 Download PDF

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Abstract

이종연료 엔진의 연료전환공급장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 이종연료 엔진의 연료전환공급장치는: 내연기관에 연결되는 고압펌프와, 액체연료가 저장되는 제1연료저장부와, 액화가스연료가 저장되는 제2연료저장부와, 제1,2연료저장부의 각각의 연료를 고압펌프로 전달하는 제1,2연료공급유로 및 제1,2연료공급유로의 연료가 혼합된 혼합연료를 고압펌프로 공급하고 고압펌프에서 소모되고 남은 혼합연료를 순환시키는 폐회로유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이종연료 엔진의 연료공급장치{FUEL FEEDING APPARATUS OF ENGINE USING HETEROGENEOUS FUEL}
본 발명은 이종연료 엔진의 연료공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유량개폐밸브 구성을 통하여 연료전환 시 혼합되어 공급되는 연료를 완전 소모시킨 후 단일한 액상연료 또는 액체연료를 전환 공급하는 이종연료 엔진의 연료공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에 사용되는 연료 중 엘피지 연료는 옥탄가가 높고 내열성이 우수하다는 특징과 연료비가 저렴하다는 장점이 있기 때문에 일부의 승용차와 승합차 등에 사용되고 있으며, 대형차에도 적용시킬 예정에 있다.
차량의 엔진에 공급되는 엘피지 연료는 액상이며 기화되면 공기와의 혼합성이 좋아 기연성이 좋기 때문에 가솔린과 경유에 비해 노킹이 잘 일어나지 않게 되며 퍼컬레이션(Percolation)과 같은 현상의 발생을 방지할 수 있어 가솔린이나 디젤 연료의 대체 연료로서 그 적용 범위가 점차로 증가하는 추세이다.
따라서, 가솔린 및 엘피지 겸용 차량은 가솔린 연료 탱크, 기화기(Vaporizer)와 믹서(Mixer), 엘피지 연료 탱크(Bomb), 엘피지 연료의 공급을 제어하는 솔레노이드 밸브 및 솔레노이드 밸브를 제어하는 전자 제어유닛(Electronic Control Unit)를 필수적으로 구비한다.
한편, 국내 공개특허 제1999-019419호(공개일:1999.03.15)에는 "엘피지와 가솔린 겸용 차량의 연료전환장치"가 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 고압의 액체연료 구동부를 구비하고 유량개폐밸브에 의한 폐회로유로를 구성하여 안정적인 연료공급 및 저비용으로 생산이 가능한 이종연료 엔진의 연료전환공급장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치는: 내연기관에 연결되는 고압펌프와, 액체연료가 저장되는 제1연료저장부와, 액화가스연료가 저장되는 제2연료저장부와, 상기 제1,2연료저장부의 각각의 연료를 상기 고압펌프로 전달하는 제1,2연료공급유로 및 연료 전환시 상기 제1,2연료공급유로의 연료가 혼합된 혼합연료를 상기 고압펌프로 공급하고 상기 고압펌프에서 소모되고 남은 혼합연료를 순환시키는 폐회로유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1,2연료공급유로에는 각각 역류방지밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폐회로유로는 상기 제1연료공급유로와 제2연료공급유로를 연결하여 액체연료와 액화가스연료가 혼합된 혼합연료를 상기 고압펌프로 안내하는 혼합연료공급유로와, 상기 고압펌프에서 소모되고 남은 혼합연료를 배출하는 연료배출유로 및 상기 연료배출유로로 배출되는 혼합연료를 상기 제1연료공급유로로 안내하는 연료리턴유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료배출유로에는 상기 제2연료저장부와 연결되어 액화가스연료를 회수하는 액화가스회수유로가 구비되고, 상기 액화가스회수유로에는 액화가스연료의 흐름을 차폐하는 제1유량개폐밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2연료공급유로와 상기 액화가스회수유로를 연결하는 압력조절유로가 구비되고, 상기 압력조절유로는 제2유량개폐밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고압펌프, 상기 제1,2연료저장부 및 제1,2유량개폐밸브는 중앙제어유닛에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치는 고압의 액체연료 구동부를 구비하고 유량개폐밸브에 의한 폐회로유로를 구성하여 안정적으로 연료를 공급할 수 있고, 저비용으로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 액체연료모드를 보인 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 액체연료모드에서 액화가스연료모드의 전환을 보인 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 액화가스연료모드를 보인 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 일 실시예를 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 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 액체연료모드를 보인 회로도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 액체연료모드에서 액화가스연료모드의 전환을 보인 회로도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 액화가스연료모드를 보인 회로도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치(100)는 고압펌프(110), 제1연료저장부(120), 제2연료저장부(130), 제1,2연료공급유로 및 폐회로유로(160)를 포함한다.
고압펌프(110)는 내연기관에 연결된다. 즉, 도 1에서 도시된 바와 같이 제1,2연료저장부에서 공급되는 연료를 연료레일(115)에 공급하고, 연료레일(115)에 공급된 연료는 내연기관에 직접분사된다.
제1연료저장부(120)는 액체연료가 저장되며, 제1연료공급유로(140)에 의해 후술되는 폐회로유로(160)에 연결된다. 제1연료저장부(120)에 저장된 액체연료는 구동부(122)의 작동에 의해 제1연료공급유로(140)를 따라 폐회로유로(160)를 통해 고압펌프(110)로 공급된다. 그리고, 제2연료저장부(130)는 액화가스연료가 저장되며, 제2연료공급유로(150)에 의해 후술되는 폐회로유로(160)에 연결된다. 제2연료저장부(130)의 액화가스연료 또한 액체연료와 마찬가지로, 구동부(132)의 작동에 의해 제2연료공급유로(150)를 따라 폐회로유로(160)를 통해 고압펌프(110)로 공급된다. 여기서, 액체연료는 가솔린과 디젤과 같은 화석연료를 포함하며, 액화가스연료는 프로판, 부탄의 임의의 조성비에 의한 조합도 포함한다.
제1연료저장부(120)에 구비되는 구동부(122)는 토출압력이 적어도 8bar 이상을 유지하는 것으로 구성한다. 그리고, 제1연료공급유로(140)상에 액체연료의 역류방지를 위하여 한 방향으로만 이동할 수 있는 역류방지밸브(142)가 구비된다.
제2연료저장부(130)는 액화가스연료의 저장을 위해 2 ~ 3bar의 내부압력을 유지하고, 제2연료저장부(130)의 구동부(132)는 액화가스연료를 4 내지 6bar의 범위내로 토출한다. 그리고, 제2연료공급유로(150)상에도 액화가스연료의 역류방지를 위하여 한 방향으로만 이동할 수 있는 역류방지밸브(142)가 구비된다.
폐회로유로(160)는 제1,2연료공급유로(140,150)의 연료가 혼합된 혼합연료를 고압펌프(110)로 공급하고, 고압펌프(110)에서 소모되고 남은 혼합연료를 순환시킨다. 이러한, 폐회로유로(160)는 제1연료공급유로(140)와 제2연료공급유로(150)를 연결하여 액체연료와 액화가스연료가 혼합된 혼합연료를 고압펌프(110)로 안내하는 혼합연료공급유로(162)와, 고압펌프(110)에서 소모되고 남은 혼합연료를 배출하는 연료배출유로(164) 및 연료배출유로(164)로 배출되는 혼합연료를 제1연료공급유로(140)로 안내하는 연료리턴유로(166)를 포함한다. 즉, 고압펌프(110)는 혼합연료공급유로(162)를 통해 저압으로 공급되는 액체연료 및 액화가스연료 중 일부를 고압상태, 즉 예컨대 약30~150bar로 가압하여 연료레일(115)로 공급하고, 내연기관 내 연소에 필요한 연료량을 제외한 나머지 연료는 고압펌프(110)에 연결되어 있는 연료배출유로(164)와 연료리턴유로(166)를 통하여 순환시킨다. 이때, 고압펌프(110)에서 리턴되는 혼합연료공급유로(162) 내에는 액체연료와 액화가스연료가 혼합되어 있으므로 후술되는 제1유량개폐밸브(172)를 차단하여 폐회로유로(160)를 형성할 수 있다.
연료리턴유로(166)는 제1연료공급유로(140)에 연결된다. 즉, 리턴되는 혼합연료는 액체연료를 공급하는 제1연료공급유로(140)에 연결되어 액화가스연료의 증기압을 낮춘다.
연료배출유로(164)에는 제2연료저장부(130)와 연결되어 액화가스연료를 회수하는 액화가스회수유로(170)가 구비되고, 액화가스회수유로(170)에는 액화가스연료의 흐름을 차폐하는 제1유량개폐밸브(172)가 구비된다. 제1유량개폐밸브(172)는 상기한 바와 같이 차단됨에 따라 폐회로유로(160)를 형성할 수 있는 역할을 한다. 그리고, 혼합연료 중 액체연료가 완전 소모된 후 액화가스연료를 제2연료저장부(130)로 회수되도록 제1유량개폐밸브(172)가 개방된다. 이때, 액화가스회수유로(170) 상에는 압력레귤레이터(175)가 구비되고, 압력레귤레이터(175)는 액화가스연료모드에서 액화가스회수유로(170)를 통해 기상으로 유입되는 액화가스연료 제거 및 안정적으로 액상을 유지하는 압력, 예컨대 제2연료저장부(130)와 제2연료공급유로(150) 내의 압력차 5bar를 유지할 수 있다.
제2연료공급유로(150)와 액화가스회수유로(170)를 연결하는 압력조절유로(180)가 구비되고, 압력조절유로(180)는 제2유량개폐밸브(182)가 구비된다. 압력조절유로(180)는 제2유량개폐밸브(182)의 작동에 의해 선택적으로 개폐되어 제2연료공급유로(150)로 공급되는 액화가스연료의 압력을 조절할 수 있다. 이는 제2유량개폐밸브(182)의 차단에 의해 액화가스연료를 고압으로 공급할 수 있고, 액화가스연료공급모드 시 개방에 의해 액화가스연료의 공급압력을 줄여 고압펌프(110)의 과부하를 줄일 수 있다.
고압펌프(110), 제1,2연료저장부의 구동부(122,132) 및 제1,2유량개폐밸브(172,182)는 중앙제어유닛(190)에 의해 제어된다.
이하, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치(100)는 액화가스연료와 액체연료의 조합으로 공급할 수 있다.
먼저, 중앙제어유닛(190)이 이종연료 전환여부를 판단한다. 즉, 운전자의 제어신호가 인가되거나 이종연료 중 어느 하나가 소진되어 연료전환이 필요할 경우, 중앙제어유닛(190)에 제어신호가 인가될 수 있다.
그리고, 중앙제어유닛(190)에서 전환여부를 판단하여 이종연료의 전환이 액체연료에서 액화가스연료인지, 액화가스연료에서 액체연료인지 비교한다. 중앙제어유닛(190)에서 검출된 신호가 액체연료에서 액화가스연료로 전환일 경우, 제1연료저장부(120)의 구동부(122)를 정지시켜 액체연료를 차단하고, 제2연료저장부(130)의 구동부(132)를 작동시켜 액화가스연료를 공급한다(S30). 즉, 액체연료공급이 중단되고, 제2연료저장부(130)의 구동부(132)는 중앙제어유닛(190)의 제어신호에 의해 작동되어 액화가스를 4 ~ 6bar의 압력으로 제2연료공급유로(150)로 토출한다.
이때, 제1유량개폐밸브(172)와 압력조절유로(180)에 구비되는 제2유량개폐밸브(182)는 차단된 상태이다. 제1유량개폐밸브(172)의 차단에 의해 혼합연료공급유로(162), 연료배출유로(164) 및 연료리턴유로(166)는 폐회로유로(160)를 형성할 수 있고, 제2유량개폐밸브(182)의 차단으로 제2연료공급유로(150)의 액화가스연료의 압력을 액체연료의 압력이상으로 공급할 수 있다. 즉, 제2연료공급유로(150)의 액화가스연료는 액체연료 토출압력보다 높은 11bar로 가압되어 액체연료와 함께 고압펌프(110)와 연결되는 혼합연료공급유로(162)로 공급될 수 있다.
이처럼, 혼합연료공급유로(162)에 액체연료와 액화가스연료가 혼합된 혼합연료는 고압펌프(110)로 공급되고, 고압펌프(110)는 혼합연료공급유로(162)를 통해 저압으로 공급되는 액체연료 및 액화가스연료 중 일부를 고압상태, 약 30~150bar로 가압하여 연료레일(115)에 공급한다. 내연기관내 연소에 필요한 연료량을 제외한 나머지 연료는 고압펌프(110)에 연결되어 있는 연료배출유로(164)와, 연료리턴유로(166)를 통해 제1연료공급유로(140)로 전달되어 순환된다. 이는 제1유량개폐밸브(172)의 차단으로 폐회로유로(160)를 형성함으로써, 가능하다.
연료리턴유로(166)가 제1연료공급유로(140)로 연결됨으로써, 액화가스연료의 증기압을 낮추는 효과를 지닌다.
폐회로유로(160)를 통해 순환되는 혼합연료는 고압펌프(110)를 거치게 되므로 혼합연료 중 액체연료는 완전소모된다. 이는 중앙제어유닛(190)에 의해 제어된다. 이종연료 전환시점부터 기 설정된 시간을 경과하면, 제1,2유량개폐밸브(172,182)를 개방하여(S50) 액화가스연료모드를 수행한다.
즉, 중앙제어유닛(190)에 의해 일정시각, 예컨대 실험에 의해 도출된 시간, 연료소모량 50ml가 완료되는 시간만큼 완전개방에 지연시간을 주어 혼합연료 중 액체연료를 완전 소모시킬 수 있으며, 액체연료가 완전 소모되면 제1,2유량개폐밸브(172,182)가 개방되어 액화가스연료를 액화가스회수유로(170)를 통해 제2연료저장부(130)에 회수된다.
이때, 액화가스회수유로(170)에는 압력레귤레이터(175)가 구비되어 액화가스회수유로(170)에 기상으로 유입되는 액화가스연료를 제거하고 안정적으로 액상을 유지하는 압력으로 유지시켜 제2연료저장부(130)에 회수할 수 있다.
액화가스연료모드에서는 제2유량개폐밸브(182)가 개방된 상태이므로, 제2연료공급유로(150)를 통해 공급되는 액화가스연료의 일부가 압력조절유로(180)를 통해 액화가스회수유로(170)로 전달되어 액화가스연료를 고압펌프(110)에 안정적으로 공급할 수 있어 고압펌프(110)의 과부하를 방지할 수 있다.
또한, 중앙제어유닛(190)에서 전환여부를 판단하여 이종연료의 전환이 액화가스연료에서 액체연료이면, 제1,2유량개폐밸브(172,182)를 차단한다.
그리고, 제2연료저장부(130)의 구동부(132)를 정지시켜 액화가스연료를 차단하고, 제1연료저장부(120)의 구동부(122)를 작동시켜 액체연료를 공급하여(S80) 액체연료모드를 수행한다.
한편, 중앙제어유닛(190)에서 이종연료 전환이 아니면, 현재 연료공급모드를 유지한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 엔진의 연료전환공급장치에 의하면, 고압의 액체연료 구동부를 구비하고 유량개폐밸브에 의한 폐회로유로를 구성하여 안정적인 연료공급 및 저비용으로 생산할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 연료전환공급장치 110 : 고압펌프
115 : 연료레일 120 : 제1연료저장부
122, 132 : 구동부 130 : 제2연료저장부
140 : 제1연료공급유로 142, 152 : 역류방지밸브
150 : 제2연료공급유로 160 : 폐회로유로
162 : 혼합연료공급유로 164 : 연료배출유로
166 : 연료리턴유로 170 : 액화가스회수유로
172 : 제1유량개폐밸브 175 : 압력레귤레이터
180 : 압력조절유로 182 : 제2유량개폐밸브
190 : 중앙제어유닛

Claims (6)

  1. 내연기관에 연결되는 고압펌프와, 액체연료가 저장되는 제1연료저장부와, 액화가스연료가 저장되는 제2연료저장부와, 상기 제1,2연료저장부의 각각의 연료를 상기 고압펌프로 전달하는 제1,2연료공급유로 및 연료전환 시 상기 제1,2연료공급유로의 연료가 혼합된 혼합연료를 상기 고압펌프로 공급하고 상기 고압펌프에서 소모되고 남은 혼합연료를 순환시키는 폐회로유로를 포함하고;
    상기 제1연료저장부에는 상기 제2연료저장부의 구동부 보다 고압의 액체연료를 토출하는 구동부가 구비되며;
    상기 폐회로유로는 상기 제1연료공급유로와 상기 제2연료공급유로를 연결하여 액체연료와 액화가스연료가 혼합된 혼합연료를 상기 고압펌프로 안내하는 혼합연료공급유로;
    상기 고압펌프에서 소모되고 남은 혼합연료를 배출하는 연료배출유로; 및
    상기 연료배출유로로 배출되는 혼합연료를 상기 제1연료공급유로로 안내하는 연료리턴유로를 포함하며;
    상기 연료배출유로에는 상기 제2연료저장부와 연결되어 액화가스연료를 회수하는 액화가스회수유로가 구비되고;
    상기 액화가스회수유로에는 액화가스연료의 흐름을 차폐하는 제1유량개폐밸브가 구비되며;
    상기 폐회로유로에 의해 액화가스연료 전환 후 액화가스연료의 공급압력을 줄여주는 압력조절유로를 포함하고;
    상기 압력조절유로는 상기 제2연료공급유로와 상기 액화가스회수유로를 연결하며;
    상기 압력조절유로에는 제2유량개폐밸브가 구비되고, 상기 제2유량개폐밸브의 작동에 의해 상기 제2연료공급유로로 공급되는 액화가스연료의 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는 이종연료 엔진의 연료전환공급장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,2연료공급유로에는 각각 역류방지밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 이종연료 엔진의 연료전환공급장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고압펌프, 상기 제1,2연료저장부 및 상기 제1,2유량개폐밸브는 중앙제어유닛에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 이종연료 엔진의 연료전환공급장치.
KR1020140039781A 2014-04-03 2014-04-03 이종연료 엔진의 연료공급장치 KR101601765B1 (ko)

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