KR101705008B1 - 복수 회 가압하는 2종연료 엔진의 연료공급장치 및 연료공급방법 - Google Patents

복수 회 가압하는 2종연료 엔진의 연료공급장치 및 연료공급방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 복수 회 가압하는 2종연료 엔진의 연료공급장치 및 연료공급방법에 관한 것이다. 구체적으로 액화가스연료의 높은 압력을 이용하여 액체연료를 복수 회 가압하여 액체연료의 공급압력을 증가시킴으로써 고압의 액체연료를 엔진으로 공급하는 2종연료 엔진의 연료공급장치 및 연료공급방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 1개의 연료분사 시스템을 가지는 2종연료 엔진에 있어서 전환되는 연료를 반복적으로 가압함으로써 연료 전환 시 필요한 연료의 양을 연료공급장치의 용량만으로 해소할 수 있는 효과가 있다.

Description

복수 회 가압하는 2종연료 엔진의 연료공급장치 및 연료공급방법{Fuel Supply Device and Method for Bi-Fuel Engine}
본 발명의 일 측면은 복수 회 가압하는 2종연료 엔진의 연료공급장치 및 연료공급방법에 관한 것이다. 구체적으로 액화가스연료의 높은 압력을 이용하여 액체연료를 복수 회 가압하여 액체연료의 공급압력을 증가시킴으로써 고압의 액체연료를 엔진으로 공급하는 2종연료 엔진의 연료공급장치 및 연료공급방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 들어 자동차의 동력원으로 사용되는 유가의 급등에 따라 엔진의 개발에서 연비향상 기술이 가장 큰 분야로 주목 받고 있다.
2종연료를 사용하는 엔진의 종류로는 가솔린-액화석유가스(Gasoline-LPG) 겸용 혹은 가솔린-압축천연가스(Gasoline-CNG) 겸용인 바이퓨얼(Bi-fuel) 엔진 등이 있다.
이러한 엔진에서는 일반적으로 1개의 연료분사 시스템에서 두 가지 연료를 사용하게 되는데, 이 경우 특정 연료로의 안정적인 변환을 위해서 일정 이상의 압력 조건과 연료의 양이 필요하다.
즉, 전환되기 이전의 잔류 연료 량이 모두 사용되고, 선택한 연료가 분사될 때까지 일정 이상의 전환 조건을 충족해야 한다.
한편, 2종연료 엔진이 장착된 차량은 일반적으로 운전자의 조작이나 차량의 상태를 진단한 제어수단의 제어에 따라 연료가 전환되어 엔진으로 공급되도록 하는 연료공급장치가 마련되고, 이러한 연료공급장치는 전환되기 이전의 잔류 연료를 충분하게 밀어내기 위해서 전환되는 연료를 가압하는 가압수단을 가진다.
기존의 연료 전환은 연료공급장치의 이러한 가압수단 내부에 있는 실린더의 용량만으로 전환이 가능했다.
그러나 일정 운전 조건이나 특정 상황 하에서 연료공급장치에서 발생되는 압력조건이나 용량조건이 부족하여 전환이 이루어지지 않는 경우가 발생하며, 경우에 따라서 시동 꺼짐 현상이나 엔진 부조 현상 등이 생긴다.
특히, 연료공급장치는 엔진 룸 상에 설치되므로 용량조건을 해소하기 위해서 가압수단의 사이즈를 무한정 키울 수 없어서 더욱 문제된다.
이에 본 발명에 따른 실시 예는, 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 서로 다른 물성 치를 가지는 제1연료와 제2연료가 상호 전환되어 공급되는 2종연료 엔진에 있어서, 상기 엔진에 공급되는 연료가 상기 제1연료보다 압력이 낮은 제2연료로 전환되어 공급됨에 앞서서 상기 제2연료를 복수 회 가압함으로써 엔진 내부에 잔류하는 고압의 제1연료를 일소할 수 있는 연료공급장치 또는 연료공급방법을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위에 제기된 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은,
엔진으로 연료를 공급하는 연료공급유로; 상기 연료공급유로와 연결되어, 상기 연료공급유로로 제1연료를 공급하는 제1유로; 상기 연료공급유로와 연결되어, 상기 연료공급유로로 상기 제1연료와는 물성 치가 다른 제2연료를 공급하는 제2유로;
상기 제1연료와 상기 제2연료가 선택적으로 상기 연료공급유로로 공급되도록 상기 제1유로와 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 연료선택밸브; 상기 제1유로로부터 고압을 제공받고, 상기 제공받은 고압을 이용하여 상기 제2유로의 상기 제2연료를 가압하는 가압수단; 및
상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 가압수단이 복수 회 가압을 수행하도록 상기 가압수단을 제어하는 제어수단;을 포함하되,
상기 제어수단은, 가압 시 상기 가압수단의 가압피스톤을 전진시키고, 상기 가압수단이 상기 제2연료의 압력이 제1연료가 액체 상태를 유지할 수 있는 기준압력보다 낮아지는 영역을 포함할 수 있도록 설정된 시간 동안 상기 가압피스톤을 후진시키고, 소정의 시간 이후 상기 가압피스톤을 다시 전진시키며, 연료가 전환되는 과정에서 필요한 연료량이 확보될 때까지 재 가압하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급장치를 제공할 수 있다.
여기서 상기 제1연료는 액화가스연료를 포함하고, 상기 제2연료는 액체연료를 포함할 수 있다.
여기서 상기 가압수단은, 상기 제2유로 상에 마련되어, 상기 제2연료가 채워지는 가압챔버; 상기 가압챔버 내부에 왕복 운동 가능하게 설치되어 상기 제2연료를 가압하는 가압피스톤; 및 상기 가압피스톤을 구동시키는 구동수단;을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 구동수단은, 상기 가압챔버의 일 측에 마련되는 구동챔버; 상기 구동챔버 내부에 왕복 운동 가능하게 설치되는 구동피스톤; 상기 가압피스톤이 왕복 운동하도록 상기 가압피스톤과 상기 구동피스톤을 연결하는 피스톤로드;
상기 구동피스톤에 의하여 구획되는 상기 구동챔버의 양 공간 중 제1공간으로 상기 제1연료가 공급되도록 상기 제1유로에서 분기되어 상기 제1공간으로 연결되는 제1분기유로; 상기 제1공간으로 공급된 제1연료가 외부로 토출되도록 상기 제1공간과 외부를 연결하는 제1토출유로;
상기 구동피스톤에 의하여 구획되는 상기 구동챔버의 양 공간 중 제2공간으로 상기 제1연료가 공급되도록 상기 제1유로에서 분기되어 상기 제2공간으로 연결되는 제2분기유로; 및
상기 제2공간으로 공급된 제1연료가 외부로 토출되도록 상기 제2공간과 외부를 연결하는 제2토출유로;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 여기서 상기 구동수단은, 상기 제1 및 제2분기유로를 선택적으로 개폐하는 제1제어밸브 또는/및 상기 제1 및 제2토출유로를 선택적으로 개폐하는 제2제어밸브를 포함할 수 있다.
여기서 상기 가압챔버의 체적은 상기 가압챔버에서 1회 가압되는 상기 제2연료의 양이 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 엔진과 상기 연료공급유로에 잔류하는 상기 제1연료의 양보다 작도록 설정될 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 측면은, 엔진부로 제1연료를 공급하는 제1연료 공급단계; 및
상기 제1연료가 공급된 뒤에 상기 엔진부로 상기 제1연료와는 물성 치가 다른 제2연료를 공급하는 제2연료 공급단계;를 포함하되,
상기 제2연료 공급단계는, 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진부에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 제2연료가 복수 회 가압되고, 상기 제2연료 공급단계에서, 상기 제2연료는 1차 가압된 뒤에 설정된 시간 내에 재 가압되며,
상기 가압은, 상기 가압수단 내 가압피스톤을 전진시키는 단계; 상기 가압수단이 상기 제2연료의 압력이 제1연료가 액체 상태를 유지할 수 있는 기준압력보다 낮아지는 영역을 포함할 수 있도록 상기 가압피스톤을 설정된 시간 동안 후진시키는 단계; 연료가 전환되는 과정에서 필요한 연료량이 확보되었는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급방법을 제공할 수 있다.
여기서 상기 제2연료 공급단계에서, 1회 가압되는 상기 제2연료의 양은 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진부에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 엔진부에 잔류하는 상기 제1연료의 양보다 작도록 설정될 수 있다.
삭제
한편, 본 발명의 또 다른 측면은, 전술한 연료공급장치를 포함하는 2종연료 엔진을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 1개의 연료분사 시스템을 가지는 2종연료 엔진에 있어서 전환되는 연료를 반복적으로 가압함으로써 연료 전환 시 필요한 연료의 양을 연료공급장치의 용량만으로 해소할 수 있는 효과가 있다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시 예에 따라서 우수한 내구성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시 예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2종연료 엔진의 연료공급장치를 나타낸다.
도 2는 엔진에 공급되는 연료가 제1연료에서 제2연료로 전환되는 과정에서 가압된 제2연료의 압력을 나타내는 그래프다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2종연료 엔진의 연료공급방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료공급방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2종연료 엔진의 연료공급장치를 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 2종연료 엔진의 연료공급장치(100)는 연료공급유로(110), 제1유로(130), 제2유로(140), 연료선택밸브(120), 가압수단 및 제어수단(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
연료공급유로(110)는 엔진(400)과 연결되며, 엔진(400)으로 연료를 공급할 수 있다. 구체적으로 연료공급유로(110)는 엔진(400)의 일 부분으로 구성되는 연료레일 또는/및 고압펌프와 연결될 수 있다.
연료공급유로(110)는 제1연료 또는 제2연료 중 선택된 어느 하나의 연료를 공급받도록 제1유로(130) 및 제2유로(140) 각각이 일 단과 연결될 수 있다.
제1유로(130)의 타 단은 제1연료탱크(330)와 연결될 수 있다. 제1연료탱크(330)는 내부에 제1연료가 저장되며, 저장된 제1연료는 펌프에 의해서 고압 상태로 제1유로(130)로 공급될 수 있다.
제2유로(140)의 타 단은 제2연료탱크와 연결될 수 있다. 제2연료탱크는 내부에 제2연료가 저장되며, 저장된 제2연료는 펌프에 의해서 고압 상태로 제2유로(140)로 공급될 수 있다.
제1유로(130)와 제2유로(140)에는 각각 제1연료탱크(330)와 제2연료탱크로부터 공급되는 고압의 연료가 역류하는 것을 방지하기 위해서 체크밸브가 구비될 수 있다.
연료선택밸브(120)는 제1연료와 제2연료가 선택적으로 연료공급유로(110)로 공급되도록 제1유로(130)와 제2유로(140)를 선택적으로 개폐할 수 있다. 실시 예에 따라서 연료선택밸브(120)는 하나의 밸브로 구성되어 제어수단(150)에 의하여 제어될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 밸브로 구성되어 제어될 수도 있다.
가압수단은 제1유로(130)로부터 압력을 제공받고, 제공받은 압력을 이용하여 제2유로(140)의 제2연료를 가압할 수 있다. 여기서 제1연료와 제2연료는 서로 물성 치가 상이한 연료일 수 있다. 실시 예에 따라서 제1연료는 액화가스연료일 수 있으며, 제2연료는 액체연료일 수 있다. 예컨대 제1연료는 액화석유가스(LPG) 또는 압축천연가스(CNG)일 수 있으며, 제2연료는 가솔린일 수 있다.
제1유로(130)로 공급되는 제1연료의 압력은 제2유로(140)로 공급되는 제2연료의 압력보다 훨씬 고압이다. 이는 압력 작용 시 제2연료인 액체연료가 제1연료인 액화가스연료와 비교하여 상대적으로 비압축성을 갖기 때문이다.
따라서 제1연료 공급모드에서 제2연료 공급모드로 전환하는 경우에 제2연료는 연료공급유로(110) 등에 잔류하는 제1연료의 압력 이상으로 증압시켜야 연료공급유로(110)를 통하여 엔진(400)으로 공급될 수 있다. 따라서 제2연료를 가압하기 위하여 가압수단이 필요하다.
가압수단은 실시 예에 따라서 가압챔버(200), 가압피스톤(210) 및 가압피스톤(210)을 구동시키는 구동수단을 포함하여 구성될 수 있다.
가압챔버(200)는 제2유로(140) 상에 형성될 수 있으며, 제2연료탱크로부터 제2유로(140)로 공급되는 제2연료는 가압챔버(200) 내에 채워질 수 있다.
가압피스톤(210)은 가압챔버(200) 내부에 왕복 운동 가능하게 설치되어 제2연료를 가압할 수 있다. 즉, 가압피스톤(210)은 전진하면서 가압챔버(200) 내의 제2연료를 가압하여 증압시키거나 또는 후퇴하면서 가압챔버(200) 내로 제2연료가 채워지도록 공간을 마련할 수 있다.
구동수단은 가압피스톤(210)이 왕복 운동할 수 있도록 구동력을 제공하는 수단일 수 있다.
구동수단은 실시 예에 따라서 구동챔버(230), 구동피스톤(260), 피스톤로드(220), 제1분기유로(270), 제2분기유로(280), 제1토출유로(290) 및 제2토출유로(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
구동챔버(230)는 가압챔버(200)의 일 측에 마련되고, 제1유로(130)와 연결되며, 내부로 제1연료가 통과하는 공간이 형성될 수 있다.
구동피스톤(260)은 구동챔버(230) 내부에서 왕복 운동 가능하도록 구비되고, 피스톤로드(220)에 의하여 가압피스톤(210)과 연결되어 가압피스톤(210)과 일체로서 함께 왕복 운동을 할 수 있다.
구동챔버(230)의 공간은 구동피스톤(260)에 의하여 구획될 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 좌측의 제1공간(240)과 우측의 제2공간(250)으로 구획될 수 있다. 제1유로(130)로부터 분기되는 제1분기유로(270)와 제2분기유로(280)는 각각 제1공간(240)과 제2공간(250)을 연결될 수 있다.
그리고 제1토출유로(290)와 제2토출유로(300)는 각각 제1공간(240)과 제2공간(250)과 연결되어 제1공간(240)과 제2공간(250)에 공급된 제1연료가 구동챔버(230)의 외부로 토출될 수 있도록 할 수 있다.
제1공간(240)과 제2공간(250)은, 제1분기유로(270)와 제2분기유로(280)를 통하여 제1연료를 공급받음으로써 증압되고, 제1토출유로(290)와 제2토출유로(300)를 통하여 제1연료를 토출함으로써 감압될 수 있다. 이러한 구조를 통하여 제1분기유로(270)와 제2분기유로(280) 또는/및 제1토출유로(290)와 제2토출유로(300)의 개폐를 조합 제어함으로써 제1공간(240) 또는 제2공간(250) 중 어느 한 공간을 선택적으로 증압 또는 감압 제어할 수 있으며, 이를 통하여 구동피스톤(260)을 전진 또는 후퇴시킬 수 있다.
실시 예에 따라서 제1분기유로(270)와 제2분기유로(280)를 선택적으로 개폐하는 제1제어밸브(310) 또는/및 제1토출유로(290)와 제2토출유로(300)를 선택적으로 개폐하는 제2제어밸브(321,322)가 설치될 수 있으며, 제어수단(150)은 제1제어밸브(310) 또는/및 제2제어밸브(321,322)를 제어하여 제1분기유로(270), 제2분기유로(280), 제1토출유로(290) 및 제2토출유로(300)를 제어할 수 있다.
실시 예에 따라서 제1제어밸브(310)는 두 개의 밸브로 구성되어 제어수단(150)에 의하여 제어될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 밸브로 구성되어 제어될 수 있다.
실시 예에 따라서 제2제어밸브(321,322)는 하나의 밸브로 구성되어 제어수단(150)에 의하여 제어될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 밸브로 구성되어 제어될 수도 있다.
전술한 가압수단에 의하여 증압된 제2연료는 제어수단(150)의 제어에 의하여 연료선택밸브(120)가 제2유로(140)를 개방함으로써 연료공급유로(110)로 공급될 수 있으며, 이때 공급되는 제2연료는 연료공급유로(110) 등에 잔류하는 제1연료의 압력보다 고압의 상태에 있으므로 원활하게 엔진(400)으로 공급될 수 있다.
한편, 제어수단(150)은 제1연료에서 제2연료로 엔진(400)에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 가압수단이 복수 회 가압을 수행하도록 가압수단을 제어할 수 있다.
연료공급장치(100)는 엔진에 설치되는 경우, 엔진의 공간상 제약으로 인하여 가압챔버(200)의 체적에는 한계치가 있다. 즉, 가압챔버(200)의 체적을 일정한 정도 이상으로 크게 설계할 수 없다. 그로 인하여 1회 가압에 의하여 증압되어 연료공급유로(110)로 공급되는 제2연료의 양은 엔진(400) 내부의 고압펌프, 연료공급유로(110) 등에 잔류하는 제1연료의 양보다 작을 수 있다.
따라서 제1연료에서 제2연료로 엔진(400)에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 복수 회 가압에 의하여 증압된 제2연료를 반복적으로 연료공급유로(110)로 공급할 필요가 있다. 가압의 횟수는 증압되어 공급되는 제2연료의 총량이 고압펌프, 연료공급유로(110) 등에 잔류하는 제1연료가 설정된 양만큼 밀려나갈 수 있는 정도의 횟수일 수 있다.
도 2는 엔진에 공급되는 연료가 제1연료에서 제2연료로 전환되는 과정에서 가압된 제2연료의 압력을 나타내는 그래프다.
도 2의 그래프를 설명하면, 가로축(X축)은 시간 축(t)이고 세로축(Y축)은 압력 축(P)이다. 시점 0 에서 제1연료에서 제2연료로 전환하라는 명령이 내려진 뒤에 시점 T 에서 제2연료 공급모드로 전환이 완료된 것을 나타낸다.
여기서 A라인은 제1연료가 기화되지 않아서 엔진 시동이 꺼지지 않는 임계압력을 나타내고, B라인은 제1연료에서 제2연료로 엔진(400)에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 제2연료의 압력을 나타낸다.
그리고, B라인을 살펴보면, 제2연료는 시점 0 에서 시점 t1까지 최고압을 유지하다가 시점 t1 에서 t2 사이에서 감압되고, 시점 t2 가 지나면서 증압되어 최고압을 유지하다가 다시 시점 t3 에서 t4 사이에서 감압되며, 시점 t4 가 지나면서 다시 증압되어 최고압을 유지하는 것을 보여준다.
엔진(400)으로 공급되는 제1연료는 액체 상태를 유지해야 시동 꺼짐 현상이 없다. 그러나 제1연료는 압력이 높으면 액체 상태로 존재하고 압력이 낮으면 기체 상태로 존재하게 되므로, 일정 조건하에서 제1연료의 고압 상태를 유지시켜야 제1연료가 액체상태를 유지하게 되며, 엔진(400)의 시동 꺼짐 현상을 방지할 수 있다.
운전중의 엔진(400)은 고온이므로 엔진(400) 내부에 있는 제1연료는 엔진(400)의 고온의 영향을 받게 되어 액체 상태를 유지시키는 압력도 그만큼 더 커야 하며, 그러한 높은 압력을 유지하여야 비로서 제1연료가 액체 상태를 유지할 수 있다.
즉, 연료 전환 모드에서 연료가 제1연료에서 제2연료로 전환이 완료되는 시점 T까지 제1연료를 밀어내는 제2연료의 압력은 제1연료가 액체 상태를 유지할 수 있는 기준압력(A라인)보다 높아야 한다.
따라서 증압된 제2연료의 압력(B라인)은 이 기준압력(A라인)보다 높게 설정되어야 한다. 가압수단의 가압피스톤(210)이 전진하여 제2연료를 1차 가압하는 동안(시점 0 에서 시점 t1 사이)에는 제2연료는 최고압을 유지하며, 재 가압을 위해서 가압피스톤(210)이 후퇴(재 가압 준비)하였다가 다시 재 가압되는데, 피스톤이 후퇴하는 구간(시점 t1 에서 t2 사이)에서 제2연료의 압력이 낮아지지만, 재 가압 준비가 완료되고 가압피스톤(210)이 다시 전진하여 재 가압하게 되면(시점 t2 에서 t3 사이) 제2연료는 다시 최고압으로 회복된다.
한편, 가압피스톤(210)이 후퇴하는 구간(시점 t1 에서 t2 사이, 및 시점 t3 에서 t4 사이)에서 엔진(400)으로 공급되는 제2연료의 압력이 낮아져 엔진(400) 내부에 잔류하는 제1연료가 기화되더라도 제2연료가 설정된 시간 내에 재 가압되어 엔진(400)으로 공급되므로 잔류하는 제1연료는 바로 밀려 배출되며, 엔진에 큰 무리가 없게 된다. 여기서 설정된 시간은 예컨대 엔진(400)에 잔류하는 제1연료가 압력이 낮아져 기화되더라도 시동 꺼짐 현상이 생기지 않을 정도의 시간을 의미할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2종연료 엔진의 연료공급방법을 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 2종연료 엔진의 연료공급방법은 엔진부로 제1연료를 공급하는 제1연료 공급단계(S100); 및
상기 제1연료가 공급된 뒤에 상기 엔진부로 상기 제1연료와는 물성 치가 다른 제2연료를 공급하는 제2연료 공급단계(S110);를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 제2연료 공급단계(S110)는, 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진부에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 제2연료가 복수 회 가압되는 과정을 포함할 수 있다.
여기서 엔진부는 엔진 본체뿐만 아니라 연료레일, 고압펌프, 연료공급유로(110) 등을 모두 포함하는 것일 수 있다.
상기 제2연료 공급단계에서, 상기 제2연료가 복수 회 가압되는 과정에 있어서, 1회 가압되는 상기 제2연료의 양은 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진부에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 엔진부에 잔류하는 상기 제1연료의 양보다 작도록 설정될 수 있다.
또한, 상기 제2연료 공급단계에서, 상기 제2연료는 1차 가압된 뒤에 설정된 시간 내에 재 가압될 수 있다. 여기서 설정된 시간은 예컨대 엔진부에 잔류하는 제1연료가 압력이 낮아져 기화되더라도 시동 꺼짐 현상이 생기지 않을 정도의 시간을 의미할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료공급방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 연료공급방법에서 제어수단(150)은 사용자의 의도 또는 차량 상태를 기초로 2종연료 상호간 연료전환 여부를 확인하고(S200), 가솔린 모드인지 확인한다(S210). 여기서 가솔린 모드가 아닌 경우에는 LPG 모드로 전환하고(S300), 가솔린 모드인 경우에는 가솔린 연료펌프를 구동시키고, LPG 셧 오프(Shut Off) 밸브를 차단한다(S220). LPG 모드인 경우는 후술하고 우선 가솔린 모드인 경우를 계속 설명한다.
가솔린 모드에서 셧 오프 밸브(350)를 차단한 뒤에는 가압수단 내에 가압피스톤(210)을 전진 작동시켜 가솔린 연료를 가압한다(S230). 가압수단 내부의 가압챔버(200)에서 최대 연료 공급량에 도달하면 가압수단 내 가압피스톤(210)을 후퇴시켜 가솔린 연료 재 가압을 준비한다(S240).
이후, 연료 전환 시 필요한 연료량이 확보되었는지를 확인하고(S250), 확보되지 않았으면 가솔린 연료를 가압하는 단계(S230)로 되돌아가서 가솔린 연료를 복수 회 가압한다.
연료 전환 시 필요한 연료량이 확보된 경우에는 전환 이전 연료의 소모가 완료되었는지 확인하고(S260), 가솔린 모드로 연료분사를 수행한다(S260).
한편, 가솔린 모드 확인단계(S210)에서 가솔린 모드가 아닌 경우에는 LPG 모드로 전환하고(S300), LPG 연료펌프를 구동하고 LPG 연료의 연료 소모량을 적산하며(S310), 그리고 고압펌프의 셧 오프 밸브(350)를 폐쇄한다(S320).
그리고 제1 및 제4솔레노이드 밸브(324,321)를 폐쇄하고, 제2 및 제5솔레노이드 밸브(323,322)를 개방하며, 제3솔레노이드 밸브(310)를 실린더 앞 방향으로 개방한다(S330). 이러한 제어를 통하여 제2유로(140)를 폐쇄하고, 제1유로(130)를 개방하며, 제1공간(240)을 증압시킴으로써 가압피스톤(210)을 후퇴시켜 가압을 준비한다.
여기서 제3솔레노이드 밸브(310)는 3웨이 밸브로서 실린더 앞 방향 또는 뒷 방향으로 선택적으로 개방할 수 있다. 즉, 제1분기유로(270)와 제2분기유로(280) 중 어느 하나를 선택적으로 개방할 수 있다. 제3솔레노이드 밸브(310)는 전술한 연료공급장치(100)에서 제1제어밸브(310)에 대응하는 것일 수 있다.
또한, 제4솔레노이드 밸브(321) 및 제5솔레노이드 밸브(322)는 전술한 연료공급장치(100)에서 제2제어밸브(321,322)에 대응하는 것일 수 있다.
그 뒤에 이전 가솔린 연료의 소모가 완료되었는지 확인하고(S340), 고압펌프의 셧 오프 밸브(350)를 개방하여(S350), LPG 리턴라인(360)과 연통시키고, LPG 모드로 연료분사를 수행한다(S360).
LPG 모드에서는 리턴라인(360)을 따라 귀환하는 LPG 연료가 레귤레이터(340)를 통과한 후 제1연료탱크(330)로 귀환하는 방식으로 연료 순환이 이루어진다.
한편, 본 발명에 의한 2종연료 엔진의 실시 예는 전술한 실시 예의 연료공급장치(100)를 포함할 수 있는 엔진이다. 전술한 실시 예의 연료공급장치(100)를 적용할 수 있는 엔진이라면 어떠한 것이라도 무방하다. 이러한 2종연료 엔진 자체는 종래에 많이 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 연료공급장치 110: 연료공급유로
120: 연료선택밸브 130: 제1유로
140: 제2유로 150: 제어수단
200: 가압챔버 210: 가압피스톤
220: 피스톤로드 230: 구동챔버
240: 제1공간 250: 제2공간
260: 구동피스톤 270: 제1분기유로
280: 제2분기유로 290: 제1토출유로
300: 제2토출유로 310: 제1제어밸브
321, 322: 제2제어밸브 330: 제1연료탱크
340: 레귤레이터 350: 셧 오프 밸브
360: 리턴라인 400: 엔진

Claims (10)

  1. 엔진으로 연료를 공급하는 연료공급유로;
    상기 연료공급유로와 연결되어, 상기 연료공급유로로 제1연료를 공급하는 제1유로;
    상기 연료공급유로와 연결되어, 상기 연료공급유로로 상기 제1연료와는 물성치가 다른 제2연료를 공급하는 제2유로;
    상기 제1연료와 상기 제2연료가 선택적으로 상기 연료공급유로로 공급되도록 상기 제1유로와 상기 제2유로를 선택적으로 개폐하는 연료선택밸브;
    상기 제1유로로부터 압력을 제공받고, 상기 제공받은 압력을 이용하여 상기 제2유로의 상기 제2연료를 가압하는 가압수단; 및
    상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 가압수단이 복수 회 가압을 수행하도록 상기 가압수단을 제어하는 제어수단;을 포함하되,
    상기 제어수단은,
    가압 시 상기 가압수단의 가압피스톤을 전진시키고,
    상기 가압수단이 상기 제2연료의 압력이 제1연료가 액체 상태를 유지할 수 있는 기준압력보다 낮아지는 영역을 포함할 수 있도록 설정된 시간 동안 상기 가압피스톤을 후진시키고, 소정의 시간 이후 상기 가압피스톤을 다시 전진시키며,
    연료가 전환되는 과정에서 필요한 연료량이 확보될 때까지 재 가압하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1연료는 액화가스연료를 포함하고, 상기 제2연료는 액체연료를 포함하는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압수단은,
    상기 제2유로 상에 마련되어, 상기 제2연료가 채워지는 가압챔버;
    상기 가압챔버 내부에 왕복 운동 가능하게 설치되어 상기 제2연료를 가압하는 가압피스톤; 및
    상기 가압피스톤을 구동시키는 구동수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동수단은,
    상기 가압챔버의 일 측에 마련되는 구동챔버;
    상기 구동챔버 내부에 왕복 운동 가능하게 설치되는 구동피스톤;
    상기 가압피스톤이 왕복 운동하도록 상기 가압피스톤과 상기 구동피스톤을 연결하는 피스톤로드;
    상기 구동피스톤에 의하여 구획되는 상기 구동챔버의 양 공간 중 제1공간으로 상기 제1연료가 공급되도록 상기 제1유로에서 분기되어 상기 제1공간으로 연결되는 제1분기유로;
    상기 제1공간으로 공급된 제1연료가 외부로 토출되도록 상기 제1공간과 외부를 연결하는 제1토출유로;
    상기 구동피스톤에 의하여 구획되는 상기 구동챔버의 양 공간 중 제2공간으로 상기 제1연료가 공급되도록 상기 제1유로에서 분기되어 상기 제2공간으로 연결되는 제2분기유로; 및
    상기 제2공간으로 공급된 제1연료가 외부로 토출되도록 상기 제2공간과 외부를 연결하는 제2토출유로;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동수단은,
    상기 제1 및 제2분기유로를 선택적으로 개폐하는 제1제어밸브 또는/및 상기 제1 및 제2토출유로를 선택적으로 개폐하는 제2제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가압챔버의 체적은 상기 가압챔버에서 1회 가압되는 상기 제2연료의 양이 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 엔진과 상기 연료공급유로에 잔류하는 상기 제1연료의 양보다 작도록 설정된 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급장치.
  7. 삭제
  8. 엔진부로 제1연료를 공급하는 제1연료 공급단계; 및
    상기 제1연료가 공급된 뒤에 상기 엔진부로 상기 제1연료와는 물성치가 다른 제2연료를 공급하는 제2연료 공급단계;를 포함하되,
    상기 제2연료 공급단계는, 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진부에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 제2연료가 복수 회 가압되고,
    상기 제2연료 공급단계에서, 상기 제2연료는 1차 가압된 뒤에 설정된 시간 내에 재 가압되며,
    상기 가압은,
    연료 전환 과정에서 제2연료를 가압하는 가압수단 내 가압피스톤을 전진시키는 단계;
    상기 가압수단이 상기 제2연료의 압력이 제1연료가 액체 상태를 유지할 수 있는 기준압력보다 낮아지는 영역을 포함할 수 있도록 상기 가압피스톤을 설정된 시간 동안 후진시키는 단계;
    연료가 전환되는 과정에서 필요한 연료량이 확보되었는지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2연료 공급단계에서, 1회 가압되는 상기 제2연료의 양은 상기 제1연료에서 상기 제2연료로 상기 엔진부에 공급되는 연료가 전환되는 과정에서 상기 엔진부에 잔류하는 상기 제1연료의 양보다 작도록 설정된 것을 특징으로 하는 2종연료 엔진의 연료공급방법.
  10. 삭제
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