KR101860520B1 - 내연 기관용 연료 시스템 및 연료 시스템에서 연료 필터 장치 내 압력 변동을 감소시키는 방법 - Google Patents

내연 기관용 연료 시스템 및 연료 시스템에서 연료 필터 장치 내 압력 변동을 감소시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관(2)용 연료 시스템(4)과 관련된 것이며, 이 연료 시스템(4)은 제1 연료 탱크(20), 연료 필터 장치(12), 제1 연료 도관(24) 및 제어 장치(26)를 포함하고, 연료 필터 장치(12)는 전기 모터에 의해 작동되는 저압 펌프(22)와 고압 펌프(14) 사이에 배치되고, 저압 펌프(22)는 제1 연료 도관(24)을 통해 연료 필터 장치(12)로 연료를 공급하도록 배치되며, 제어 장치(26)는 저압 펌프(22)를 작동하는 전기 모터(M1)와 연계되어 배치된다. 또한, 연료 필터 장치(12)에 배치된 탈기 배출구(54) 및 제1 연료 탱크(20)와 연계되어 오버플로우 도관(56)이 배치되고, 제어 장치(26)는 내연 기관(2)이 제한된 기간 동안 꺼져 있을 때 저압 펌프(22)가 작동되어 연료가 연료 필터 장치(12)로부터 탈기 배출구(54)와 오버플로우 도관(56)을 통해 제1 연료 탱크(20)로 환류될 수 있도록 전기 모터(M1)를 제어하도록 배치된다. 본 발명은 이러한 연료 시스템(4)을 포함하는 내연 기관(2), 이러한 연료 시스템(4)을 포함하는 차량(1), 그리고 이러한 연료 시스템(4)에서 연료 필터 장치(12) 내 압력 변동을 감소시키는 방법과도 관련된 것이다.

Description

내연 기관용 연료 시스템 및 연료 시스템에서 연료 필터 장치 내 압력 변동을 감소시키는 방법 {FUEL SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND A METHOD TO LESSEN PRESSURE FLUCTUATIONS IN A FUEL FILTER DEVICE IN A FUEL SYSTEM.}
본 발명은 내연 기관용 연료 시스템, 이러한 연료 시스템을 구비하는 내연 기관, 이러한 연료 시스템을 구비하는 차량, 그리고 연료 시스템에서 연료 필터 장치 내 압력 변동을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
디젤 엔진 또는 오토 엔진과 같은 연소 기관은 오늘날, 예를 들어 트럭 또는 버스와 같은 중량화물 차량, 승용차, 모터보트, 선박, 페리 및 함선에서와 같이, 다양한 유형의 적용분야 및 차량에 사용된다. 연소 기관은 산업 엔진 및/또는 엔진 구동 산업 로봇, 예를 들어 디젤 발전기를 포함하는 전력 발전소와 같은 발전소, 그리고 기관차에도 사용될 수 있다.
연소 기관은 디젤, 가솔린, 또는 에탄올, 또는 다른 형태의 바이오 연료에 의해 구동될 수 있다. 이러한 엔진에는 하나 또는 여러 개의 연료 탱크로부터 내연 기관의 분사 시스템으로 연료를 이송하기 위한 연료 시스템이 장착되어 있다. 연료 시스템은 내연 기관에 의해 기계적으로 구동되거나 또는 전기 모터에 의해 구동될 수 있는 하나 또는 여러 개의 연료 펌프를 포함한다. 연료 펌프는 내연 기관의 분사 시스템으로 연료를 이송하기 위한 연료 유동 및 압력을 생성하며, 내연 기관의 분사 시스템은 내연 기관의 연소실로 연료를 공급한다.
연료 시스템은 연료가 내연 기관의 분사 시스템에 도달하기 전에 연료의 여과를 위한 연료 필터도 포함한다. 내연 기관 및 내연 기관의 분사 시스템은 불순물에 민감하며, 연료가 너무 오염될 경우 부정적인 영향을 받을 수 있다. 불순물은 고체 입자, 기체 또는 액체를 의미할 수 있다.
예를 들어 적색 신호 또는 교통 체증에서와 같이 차량이 정지할 때, 연료 소비 및 배기물 감소의 목적으로 일부 연소 기관 또는 하이브리드 엔진이 꺼질 수 있다. 이 기능은 내연 기관이 빈번하게 시동되고 정지되도록 한다. 내연 기관이 꺼졌을 때, 더 이상 연료가 내연 기관에 공급될 필요가 없기 때문에 연료 시스템 내에 압력이 급격하게 떨어진다. 반면에 내연 기관을 시동할 때마다, 내연 기관으로 충분한 양의 연료가 빠르게 공급되도록 하기 위하여 연료 시스템 내에 압력이 급속하게 상승되어야 한다. 그러므로 내연 기관의 빈번한 시동/정지는 연료 시스템 내, 따라서 연료 필터 내에 빈번한 압력 변동을 야기한다. 내연 기관의 시동 동안 그리고 결과적으로 연료 시스템의 압력 증가 동안, 높은 압력에서 연료 필터를 통해 연료가 공급된다. 높은 압력은 연료 내 불순물이 필터에 눌려서 필터를 통과될 수 있는 위험을 초래하며, 이는 분사 시스템 및 내연 기관의 기능에 영향을 미칠 수 있다. 소량의 불순물만이 내연 기관에 도달하더라도, 내연 기관이 연료에 의해 구동되지 않을 수 있는 결과가 될 수 있다. 또한, 시스템 내에서 빈번하게 달성되어야 하는 압력 변동 및 높은 압력 때문에 연료 필터가 손상되거나 무너질 위험이 있다. 불순물이 내연 기관에 도달할 위험은 연료 필터의 손상 위험과 마찬가지로, 연료 필터가 높은 압력을 받는 빈도가 높을수록 증가한다. 따라서, 연료 필터 내 압력 변동을 감소시키는 것이 바람직하다.
이 분야에서 선행 기술 솔루션들에도 불구하고, 내연 기관용 연료 시스템에서 연료 필터 내 압력 변동의 감소에 기여하는, 따라서 연료 필터 및 내연 기관의 손상 위험을 최소화하는 연료 시스템의 추가적인 발전의 필요성이 남아 있다.
본 발명의 목적은 연료 시스템의 연료 필터 내 압력 변동을 감소시키는, 내연 기관용 연료 시스템을 달성하는 것이다.
내연 기관 내 작동 중단의 위험을 최소화하는, 내연 기관용 연료 시스템을 달성하는 것 또한 본 발명의 목적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 연료 시스템의 연료 필터 내 작동 중단의 위험을 최소화하는, 내연 기관용 연료 시스템을 달성하는 것이다.
소형이고 공간 절약적인, 내연 기관용 연료 시스템을 달성하는 것 또한 본 발명의 목적이다.
본 발명의 또 다른 목적은 내연 기관용 연료 시스템에서 연료 필터 내 압력 변동을 감소시키는 방법을 달성하는 것이다.
전술된 목적들은 청구범위 제1항에 정의된 연료 시스템 및 청구범위 제10항에 정의된, 연료 시스템에서 연료 필터 내 압력 변동을 감소시키는 방법으로 달성된다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적들은 내연 기관용 연료 시스템에 의해 달성되며, 이 연료 시스템은 제1 연료 탱크, 연료 필터 장치, 제1 연료 도관 및 제어 장치를 포함하는 내연 기관용 연료 시스템으로, 상기 연료 필터 장치는 전기 모터에 의해 작동되는 저압 펌프 및 고압 펌프 사이에 배치되고, 상기 저압 펌프는 상기 제1 연료 도관을 통해 상기 연료 필터 장치에 연료를 공급하도록 배치되며, 상기 제어 장치는 상기 저압 펌프를 작동시키는 전기 모터와 연계되어 배치된다. 또한, 상기 연료 필터 장치에 배치된 탈기 배출구 및 제1 연료 탱크와 연계되어 오버플로우(overflow) 도관이 배치되고, 상기 제어 장치는 상기 내연 기관이 제한된 기간 동안 꺼져 있을 때, 상기 저압 펌프가 작동되도록 상기 전기 모터를 제어하도록 배치된다. 그러면 연료는 상기 연료 필터 장치에서부터 상기 탈기 배출구 및 상기 오버플로우 도관을 통해 상기 제1 연료 탱크로 환류될 수 있다.
본 발명은 전술된 시스템을 포함하는 내연 기관 및 차량과도 관련된 것이다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 내연 기관용 연료 시스템에서 연료 필터 장치 내 압력 변동을 감소시키는 방법과 관련되며, 이 연료 시스템은 제1 연료 탱크, 연료 필터 장치, 제1 연료 도관 및 제어 장치를 포함하며, 상기 연료 필터 장치는 전기 모터에 의해 작동되는 저압 펌프와 고압 펌프 사이에 배치되고, 상기 저압 펌프는 상기 제1 연료 도관을 통해 상기 연료 필터 장치로 연료를 공급하도록 배치되며, 상기 제어 장치는 상기 저압 펌프를 작동시키는 전기 모터와 연계되어 배치된다. 상기 방법은 :
(a) 상기 내연 기관의 작동정지(shutdown)를 확인하는 단계;
(b) 상기 제어 장치를 사용하여 상기 저압 펌프가 작동상태임을 보장하는 단계; 그리고
(c) 연료가 상기 연료 필터 장치로부터 탈기 배출구 및 오버플로우 도관을 통해 상기 제1 연료 탱크로 환류되는 것을 보장하며, 상기 탈기 배출구는 상기 연료 필터 장치에 배치되고, 상기 오버플로우 도관은 상기 탈기 배출구 및 상기 제1 연료 탱크와 연계되어 배치되는 단계를 포함한다.
아래의 본 발명의 상세한 설명에서 본 발명의 추가적인 특징 및 이점을 설명한다.
본 발명은 일반적으로 전술된 연료 시스템 및 방법을 참조하여 아래에 설명된다.
내연 기관이 꺼지면 내연 기관에 더 이상의 연료가 공급될 필요가 없고, 이에 따라 저압 펌프 및 고압 펌프가 통상적으로 작동하지 않으며, 연료 시스템 내 압력이 떨어진다. 내연 기관이 다시 시동되면, 내연 기관으로의 충분한 연료 공급을 가능하게 하기 위해 연료 시스템 내에 급속한 압력 상승이 요구된다. 그러면 저압 펌프는 연료 필터 장치를 통해 충분히 높은 압력으로 연료를 공급할 수 있도록 높은 회전 속도가 되도록 제어되어야 한다. 내연 기관이 다시 시동될 때마다, 이러한 압력 변동이 발생하며, 이는 압력 쇼크(pressure shock) 또는 파동(pulsation)으로도 지칭된다. 이러한 높은 압력은 불순물이 연료 필터 장치에 눌려서 통과되어 내연 기관에 가까워지는 결과를 야기할 수 있으며, 이는 내연 기관의 정지를 초래할 수 있다. 또한, 연료는 연료 필터 장치를 통해 높은 압력으로 공급되는데, 이 높은 압력은 연료 필터 장치를 손상시킬 수 있다. 내연 기관이 빈번하게 꺼지고 시동될 경우, 연료 필터 장치는 더 자주 고압을 받게 되고, 이러한 연료 필터 장치 내 빈번한 압력 변동은 연료 필터 장치의 손상 위험을 증가시키며, 불순물이 작동 중단을 초래할 수 있는 위험 또한 증가시킨다.
전기 모터에 의해 작동되는 저압펌프를 연소 시스템에 배치함으로써, 내연 기관과 특히 내연 기관의 엔진 속도에 의해 통상적으로 작동 및 제어되는 기계식 펌프보다 제어 인터벌이 넓어질 수 있다. 전기 모터에 의해 작동되는 저압 펌프는 회전 속도 외에, 예를 들어 연료 필터 막힘 정도 및 연료 도관 내부의 압력과 같은 다른 파라미터에 대해 제어될 수 있다. 제어 장치가 전기 모터를 제어하도록 배치함으로써, 내연 기관이 꺼질 때 저압 펌프가 작동상태 이도록 제1 연료 도관을 통해 연료 필터 장치로 연료가 계속해서 공급될 것이고, 따라서 내연 기관이 꺼져 있을 때에도 연료 필터 장치 내에 특정 압력이 유지될 것이다. 이러한 방식으로, 내연 기관이 그 후에 다시 시동될 때, 연료 필터 장치 내에 발생하는 압력 변동은 감소한다. 따라서 불순물이 연료 필터 장치에 눌려서 통과하여 작동 중단을 초래할 위험은 최소화된다. 또한, 크고 빈번한 압력 변동에 의해 연료 필터 장치가 손상되거나 붕괴될 위험도 최소화된다.
저압 펌프의 전기 모터는 CAN-버스를 통해 제어 장치와 적절하게 연계되어 배치된다. 신호는 하나 또는 여러 개의 케이블로 구성되는 연결을 통해 수신 또는 송신될 수 있으며, 이 케이블은 CAN-버스(Controller Area Network), MOST-버스(Media Oriented Systems Transport), 또는 다른 유형의 버스 구성, 또는 무선 연결일 수 있다. 제어 장치는 저압 펌프의 전기 모터에 대한 별도의 제어 장치일 수 있으며, 또는 제어 장치는 내연 기관용 제어 장치의 로직으로 구성될 수 있다. 차량의 다른 제어 장치들 또한 차례대로 CAN-버스에 연결될 수 있다. 바람직하게는 제어 장치는 내연 기관이 꺼진 것을 확인하고, 제어 장치는 저압 펌프를 제어하여 저압펌프가 작동상태가 되도록 한다. 내연 기관이 꺼져 있다는 사실은 제어 장치에 의해, 예를 들어 고압 펌프 및 분사 시스템에서 요구되는 연료가 0과 같다는 방식으로 확인될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 제어 장치는 내연 기관이 꺼질 때, 저압 펌프의 회전 속도를 감소시키도록 배치된다. 바람직하게는, 내연 기관이 제한된 시간 동안 꺼져 있을 때, 저압 펌프는 연료 필터 내에 압력을 생성하기 위해 낮은 회전속도를 갖는다. 내연 기관이 꺼져 있을 때 저압 펌프의 회전 속도는 전기 모터에서 낮은 전류 및 전력 소비에 상응한다. 내연 기관이 꺼져 있을 때 저압 펌프의 엔진 속도를 감소시킴으로써, 대부분의 연료는 고압 펌프로 흘러가는 대신 탈기 배출구를 통과한다. 필터 하우스는, 예를 들어 최대 약 1바(bar)와 같은 낮은 압력으로 가압되며, 어큐뮬레이터(accumulator)처럼 작동한다. 어느 지류의 가압 및 재순환은 엔진이 재시동될 때 연료를 빠르게 준비시키고, 압력 스파이크의 진폭을 줄일 수 있다. 탈기 배출구는 필터 하우스 내부의 압력이 최적 수준으로 유지되고 너무 높아지지 않는 것을 보장한다.
적합하게는, 저압 펌프는 내연 기관이 꺼져 있는 동안에, 제한된 기간 동안 작동한다. 따라서 바람직하게는, 제어 장치는 내연 기관이 사전에 정해진 기간 동안 꺼져 있을 때 저압 펌프를 비활성화하도록 배치된다. 상기 사전에 정해진 기간은 예를 들어 1분 내지 10분, 바람직하게는 5분 내지 8분일 수 있다. 제어 장치가 사전에 정해진 시간 이후에 전기 모터를 끄도록 제어 장치를 제어함으로써 저압 펌프가 비활성화될 수 있다. 이는 예를 들어 적색 신호에서 또는 교통체증에서와 같이, 내연 기관이 짧은 시간 동안 꺼져 있을 때에만 저압 펌프가 작동상태임을 보증한다.
바람직하게는, 연료 필터 장치는 필터 요소가 배치되는 필터 하우스를 포함한다. 탈기 배출구는 필터 하우스에 적합하게 배치된다. 내연 기관이 작동 중일 때, 연료는 제1 연료 도관을 통해 저압 펌프로부터의 특정 압력을 가지고 필터 하우스에 공급되며, 연료는 필터 요소를 통과하고 불순물들이 여과된다. 그 후에, 연료는 고압 펌프 및 내연 기관의 분사 시스템을 따라 더 공급된다. 연료의 실질적으로 무시할 수 있는 부분 또한, 공기 제거를 위해 탈기 배출구를 통과할 것이다. 내연 기관이 꺼질 때 저압 펌프가 작동하도록 저압 펌프를 제어함으로써, 연료는 필터 하우스로 계속해서 공급될 것이나, 대부분의 연료는 대신에 탈기 배출구를 통해 오버플로우 도관으로 그리고 제1 연료 탱크로 환류될 것이다. 이러한 방식으로, 연료 필터 장치 내에 특정 압력이 유지되고, 내연 기관이 시동되고 정지될 때 통상적으로 발생하는 압력 변동이 감소한다. 따라서, 필터 요소에 대한 스트레스가 최소화된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 탈기 배출구는 연료 필터 장치에 배치되어, 연료가 탈기 배출구를 통과하기 전에는 필터 요소를 통과하지 않도록 한다. 이러한 방식으로 필터 요소에 대한 스트레스는 최소화되고, 필터 요소의 막힘은 제한된다. 또는, 탈기 배출구는 연료가 탈기 배출구를 통화하기 전에 필터 요소를 통과하도록 배치된다. 이러한 방식으로, 연료는 여과되고 오버플로우 도관을 통해 제1 연료 탱크로 환류되며, 그러므로 연료의 여과가 반복된다.
바람직하게는, 밸브 장치는 연료 필터 장치 내 탈기 배출구에 배치된다. 밸브 장치는 스로틀 밸브로 적합하게 구성되어, 스로틀에서의 흐름 제한 및 압력 강하가 달성된다. 탈기 배출구를 통한 흐름이 제한되기 때문에, 필터 하우스 내부의 압력은 증가할 것이고, 따라서 필터 하우스는 가압된 어큐뮬레이터처럼 작동할 것이다. 내연 기관이 재시동될 때, 가압된 연료는 이미 필터 하우스에 있을 것이고, 그러므로 연료가 빨리 내연 기관에 도달할 수 있으며, 내연 기관의 빠르고 효율적인 시동이 달성된다. 또한, 스로틀 밸브 및 필터 하우스 내 압력은 내연 기관의 시동 시 발생하는 압력 차이가 최소화되도록 하며, 이는 연료 필터 장치의 손상 위험 및 급격한 압력 상승으로 인해 불순물이 필터 요소에 눌려서 통과되는 위험을 최소화한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 연료 시스템은 제2 연료 탱크를 포함한다. 적합하게는, 제1 연료 탱크는 제2 연료 탱크보다 작은 체적을 수용하도록 적용된다. 이러한 디자인은 제한된 공간의 섀시(chassis) 내부에 배치하기 쉽도록 제1 연료 탱크의 부피가 덜 크도록 한다. 따라서, 부피가 크지 않은 연료 시스템이 달성된다.
바람직하게는, 이송 펌프는 제1 연료 탱크로 연료를 공급하도록 배치된다. 이송펌프는 제2 연료 탱크로부터 제2 연료 도관을 통해, 나아가 제1 연료 탱크로 연료를 적합하게 공급한다. 바람직하게는, 프리 필터(pre-filter)는 이송 펌프의 하류, 메인 저압 펌프의 상류에 배치된다. 따라서 전기 모터에 의해 작동되는 저압 펌프에 도달하는 연료는 사전에 여과되고, 이는 저압 펌프가 유리한 방식으로 불순물로부터 보호되도록 하며, 저압 펌프 내 작동 중단의 위험을 감소시킨다. 이송 펌프는 전기 모터에 의해 바람직하게 작동된다. 이러한 방식으로 제1 연료 탱크로의 보다 효율적이고 유연한 연료 공급이 달성된다.
적합하게는 저압 펌프는 제1 연료 탱크에 배치된다. 이러한 방식으로, 저압 펌프는 환경으로부터 보호받고, 제1 연료 탱크 내 연료의 자연 냉각이 얻어진다. 또는, 이송 펌프 및 프리-필터는 제1 연료 탱크 내부에도 배치된다.
적합하게는, 연료 복귀 도관은 제1 연료 탱크 및 연료 시스템의 고압 시스템과 연계되어 배치된다. 이러한 방식으로 가압된 따뜻한 연료는 내연 기관의 연소실로 이송되는 대신, 제1 연료 탱크로 환류될 수 있다. 따라서 따뜻한 연료는 연료 탱크 내 차가운 연료를 가열할 수 있고, 이러한 방식으로 작동 중에 파라핀화될 위험을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 기타 이점들은 이하의 본 발명의 예시적 실시예에 대한 상세한 설명에서 설명된다.
이하는 예시로서, 첨부된 도면들에 관련한 본 발명의 바람직한 실시 예들의 설명이다.
도 1은 본 발명에 따른, 내연 기관용 연료 시스템을 포함하는 차량의 개략적 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 연료 시스템에 대한 결합 다이어그램(coupling diagram)이다.
도 3은 본 발명에 따른, 연료 시스템에서 연료 필터 장치 내 압력 변동을 감소시키기 위한 방법의 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른, 내연 기관(2)에 대한 연료 시스템(4)을 포함하는 차량(1)의 개략적 측면도이다. 내연 기관(2)은 기어박스(6)와 연결되며, 기어박스(6)는 변속기를 통해 차량(1)의 구동 휠들(8)에 더 연결된다. 차량은 또한, 섀시(10)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른, 내연 기관(2) 내 연료 시스템(4)에 대한 결합 다이어그램이다. 연료 시스템(4)은 여려 개의 구성요소들을 포함하며, 그 중에 연료 필터 장치(12), 고압 펌프(14), 이른바 커먼레일(common rail) 형태의 어큐뮬레이터(16), 그리고 연료 분사기의 형태로 개략적으로 도시된 분사 시스템(18)이 내연 기관(2)(도 1에 도시됨) 내에 배치된다. 또는, 커먼레일(16)은 다른 형태의 분사 시스템(18), 예를 들어 피에조- 또는 유닛 분사 시스템으로 대체될 수 있다. 고압 펌프(14), 커먼레일(16) 및 분사 시스템(18)은 연료 시스템(4)의 고압 시스템(19) 내의 부품들을 구성한다. 연료 시스템(4)은 또한, 제1 연료 탱크(20), 저압 펌프(22), 제1 연료 도관(24)을 포함하고, 저압 펌프(22)는 제1 연료 도관을 통해 연료 필터 장치(12)에 연료를 공급하도록 배치되며, 그리고 저압 펌프(22)를 작동시키는 전기 모터(M1)와 연계되어 배치되는 제어 장치(26)도 포함한다. 제어 장치(26)는 CAN-버스(28)를 통해 전기 모터(M1)와 연계되어 배치된다. 내연 기관(2)이 작동 중일 때, 저압 펌프(22)는 연료 탱크(20)에서부터, 하류에 배치된 연료 필터 장치(12)를 통해, 나아가 고압 펌프(14)를 따라 연료를 펌핑하고, 그 다음 고압 펌프는 내연 기관(2)에 연료를 펌핑한다. 제어 장치(26)는 내연 기관(2)이 제한된 기간 동안 꺼져 있을 때, 저압 펌프(22)가 작동상태에 있도록 저압 펌프를 제어하도록 배치된다. 이러한 방식으로, 내연 기관(2)이 꺼져 있을 때에도 연료 필터 장치(12) 내에 특정 압력이 유지되며, 연료 필터 장치(12) 내 압력 변동이 감소한다.
연료 시스템(4)은 제2 연료 탱크(30), 제3 연료 탱크(32), 이송 펌프(34) 및 프리-필터(36)도 포함할 수 있다. 제2 및 제3 연료 탱크들(30, 32)은 각각의 상측부에서, 공기 필터(40)를 통해 주위 환경과 소통하는 환기 도관(38)과 연결된다. 환기 도관(38)은, 각각의 탱크들(30, 32) 내에 연료가 얼마나 있는지에 관계없이, 각각의 탱크들 내 압력이 실질적으로 동일하도록 그리고 주위 기압과 일치하도록 하며 또 유지하게 한다. 공기 필터(40)는 탱크들의 환기와 관련하여, 주변 공기 내 이물질들이 환기 도관(38)으로 침투하는 것을 방지한다. 제1 연료 탱크(20)는 제2 연료 탱크(30) 및 제3 연료 탱크(32)보다 작은 체적을 수용하도록 되어있다. 제2 연료 탱크(30) 및 제3 연료 탱크(32)는 메인 연료 탱크들에 해당하고, 실질적으로 동일한 체적을 수용하며, 그리고 제2 연료 탱크(30) 및 제3 연료 탱크(32)의 하부 사이에 배치된 연결 도관(42)을 통해 서로 간에 자동 조절 유동(self-regulating flow)을 갖는다.
도 2에 따르면, 이송 펌프(34)는 제1 연료 탱크(20)와 제2 연료 탱크(30) 사이에 배치된다. 저압 펌프(22)는 제1 연료 탱크(20)의 내부에 배치될 수 있고, 이로 인해 환경으로부터 보호받고 연료에 의해 냉각된다. 이송 펌프(34)는 제2 전기 모터(M2)에 의해 작동되고, 그 주된 역할은 제2 연료 탱크(30)로부터 제2 연료 도관(44)을 통해 제1 연료 탱크(20)에 연료를 공급하는 것이다. 제2 전기 모터(M2)는 CAN-버스(28)를 통해 제어장치(26)와 연계되어 배치된다. 따라서 제2 전기 모터(M2), 그리고 결과적으로 이송 펌프(34)는 제어장치(26)에 의해 제어된다.
제1 연료 탱크(20)가 넘칠 만큼이 될 경우, 연료가 제1 연료 탱크(20)로부터 제2 연료 탱크(30)로 이송될 수 있도록, 제1 연료 탱크(20) 및 제2 연료 탱크(30) 사이에 오버플로우 도관(46)이 배치된다.
프리-필터(36)는 이송 펌프(34)의 하류에 배치되며, 바람직하게는 미세 메시(fine mesh), 물 분리 필터(water separating filter)이다. 거친 메시 시브(coarse mesh sieve)(48)는 이송 펌프(34)의 상류의 제2 연료 탱크(30)에 배치되며, 이송펌프(28)는 거친 메시 시브를 통해 연료를 빨아들인다. 거친 메시 시브(48)는 사전에 정해진 특정 크기보다 큰 입자들을 걸러낸다. 그 다음, 이송 펌프(34)는 연료를 가압하고, 이를 제2 연료 동관(44)을 통해 프리-필터(36)를 따라 나아가 제1 연료 탱크(20)로 공급한다. 따라서, 제1 연료 탱크(20) 내 연료는 거친 메시 시브(48) 및 미세 메시 프리-필터(36)를 모두 통과함에 따라, 제1 연료 탱크(20) 내에 배치되어 있는 저압 펌프(22)가 불순물로부터 보호되도록 한다.
연료 필터 장치(12)는 필터 요소(52)가 배치된 필터 하우스(50)를 포함하며, 제1 연료 탱크(20)로부터의 연료는 필터 요소(52)를 통해 여과된다. 필터 하우스(50)는 오버플로우 도관(56)과 연결되어 있는 탈기 배출구(54)를 구비한다. 오버플로우 도관(56)은 제1 연료 탱크에도 연결된다. 이러한 방식으로, 내연 기관(2)이 꺼지고 저압 펌프(22)가 작동상태 일 때, 연료는 필터 하우스(50)로부터 탈기 배출구(54)을 따라, 나아가 오버플로우 도관(56)을 따라 제1 연료 탱크(20)로 환류될 수 있다. 내연 기관(2)이 작동 중일 때, 필터 하우스(50)에서 탈기 배출구(54)를 통해 공기가 제거된다.
스로틀 밸브 형식의 밸브 장치(58)는 탈기 배출구에 배치되며, 따라서 오버플로우 도관(56)과 연결된다. 스로틀 밸브(58)는 내연 기관(2)이 꺼져 있을 때, 저압 펌프(22)에 의해 연료 필터 장치(12)에 공급된 연료의 대부분이 탈기 배출구(54), 스로틀 밸브(58), 그리고 오버플로우 도관(56)을 통해 제1 연료 탱크(20)에 환류되도록 한다. 스로틀 밸브(58)는 또한 유동 제한 및 스로틀에서 압력 강하를 수반하며, 이는 결국 필터 하우스(50) 내 압력이 상승하는 결과를 초래한다. 따라서 필터 하우스(50)는 가압된 어큐뮬레이터로서의 역할을 하고, 이는 내연 기관(2)이 꺼지더라도 저압 펌프(22)가 작동상태인 한, 필터 하우스(50) 내에 항상 가압된 연료가 있다는 것을 의미한다. 이러한 방식으로, 내연 기관(2)의 빠르고 효율적인 시동이 달성될 수 있다.
또한, 연료 시스템(4)은 연료 복귀 도관(60)을 포함하며, 가압된 따뜻한 연료는 연료 시스템(4)의 고압 시스템(19)으로부터 연료 복귀 도관(60)을 통해 제1 연료 탱크(20)로 환류된다.
제1 레벨 센서(62)는 제1 연료 탱크(20) 내 연료 레벨을 식별하기 위해 제1 연료 탱크(20)에 배치된다. 상기 레벨 센서(62)에 의해 결정된 제1 연료 탱크(20) 내 연료 레벨이 사전에 정해진 레벨 임계 값 밑으로 떨어질 때, 이송 펌프(34)는 제2 연료 탱크(30)로부터 제1 연료 탱크(20)로 연료를 공급하도록 제어된다. 제2 레벨 센서(64)는 제2 연료 탱크(30) 내 연료 레벨을 식별하기 위해 제2 연료 탱크(30) 에 배치된다. 제1 레벨 센서(62) 및 제2 레벨 센서(64)는 이송 펌프(34) 및 저압 펌프(22)를 제어하는 제어장치(26) 및 CAN 버스(28)에 연결된다.
압력 센서(66)는 연료 필터 장치(12)의 하류에 배치된다. 압력 센서는 CAN-버스(28)를 통해 제어 장치(26)에 연결된다. 압력 센서는 시스템 내 조건들에 관계없이 - 예를 들어 연료 필터 막힘 정도(clogging level)에 관계없이, 또는 내연 기관(2), 분사 시스템(18), 또는 제어 시스템으로부터의 최적 연료 요구 사항들에 관계없이 시스템 내 압력이 떨어졌을 경우 - 설정 값을 허용함으로써 저압 펌프(22)를 작동시키는 제1 전기 모터(M1)를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른, 연료 시스템(4)에서 연료 필터 장치(12) 내 압력 변동을 감소시키는 방법의 흐름도를 나타낸다. 연료 시스템(4)은 도 2에서 묘사된 바와 같이 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은, a) 내연 기관(2)의 작동 중단을 확인하는 단계, b) 제어 장치(26)를 사용하여 저압 펌프(22)가 작동상태임을 보장하는 단계, 그리고 c) 연료 필터 장치에 배치된 탈기 배출구(54)와 탈기 배출구(54) 및 제1 연료 탱크(20)에 연계되어 배치된 오버플로우 도관(56)을 통해, 연료가 연료 필터 장치(12)에서 제1 연료 탱크(20)로 환류하는 것을 보장하는 단계를 포함한다. 내연 기관(2)이 꺼져 있을 때 저압 펌프(22)의 작동상태를 유지함으로써, 연료 필터 장치(12) 내에 특정 압력이 유지된다. 따라서, 내연 기관(2)이 꺼졌을 때의 상태와 내연 기관(2)이 시동될 때의 상태의 압력 차이가 감소한다. 따라서, 연료 필터 장치(12) 내 압력 변동이 감소한다.
적절하게는, 제어 장치(26)는 내연 기관(2)이 꺼진 것을 확인하며, 종래의 기술에서와 같이 저압 펌프(22)를 비활성화하는 대신에, 제어 장치(26)는 전기 모터(22)가 작동하도록 저압 펌프(22)의 전기 모터(M1)를 제어한다. 제어장치(26)는 내연 기관(2)이 꺼진 것을 적절하게 확인한다. 적절하게는, 제어 장치(26)는 저압 펌프(22)의 회전 속도가, 낮은 전력 및 전류 소비의 회전 속도로 바람직하게 감소하는 것을 보장한다. 제어 장치(26)는 저압 펌프(22)가 낮은 엔진 속도를 얻도록 전기 모터(M1)를 제어할 수 있다.
밸브 장치(58)는 연료 필터 장치(12) 내 탈기 배출구(54)에 제공된다. 밸브 장치(58)는 스로틀 밸브로 적합하게 구성되며, 이로 인해 흐름 제한 및 압력 강하가 탈기 배출구(54)에서 달성된다. 스로틀 밸브(58)를 제공하고, 저압 펌프(22)의 회전 속도를 감소시키고, 따라서 제1 연료 도관(24) 및 연료 필터 장치(12) 내 압력을 감소시키는 것은, 저압 펌프(22)에 의해 연료 필터 장치(12)에 공급된 연료의 대부분이 탈기 배출구(54)를 통과하고 제1 연료 탱크(20)로 환류되는 것을 보장한다. 또한, 스로틀 밸브(58)는 필터 하우스(50) 내부의 압력이 상승하도록 하고, 따라서 필터 하우스(50)가 가압된 어큐뮬레이터로서의 역할을 하도록 한다. 내연 기관(2)이 일정 시간 후에 재시동되면, 가압된 연료는 이미 연료 필터 장치(12)에 있고, 내연 기관(2)의 빠르고 효율적인 시동이 달성될 수 있다.
상기 방법은 또한, d) 사전에 정해진 기간 이후에 전기 모터(M1)를 끔으로써 저압 펌프(22)를 비활성화하는 단계를 적절하게 포함한다. 적합하게는, 저압 펌프(22)는 내연 기관(2)이 꺼져 있는 동안, 사전에 정해진 기간 동안 작동 상태로 유지된다. 제어 장치(26)는 내연 기관(2)이 사전에 정해진 기간 동안 꺼져 있을 때 저압 펌프(22)를 바람직하게 비활성화한다. 상기 사전에 정해진 기간은 예를 들어 3분 내지 10분이며, 바람직하게는 5분 내지 8분이다. 이는 내연 기관(2)이, 예를 들어 신호등에서 또는 교통체증으로 멈췄을 때와 같이, 단시간 동안 꺼져 있을 때에만 저압 펌프(22)가 작동 상태임을 보장한다.
전술된 구성요소들 및 특징들은 본 발명의 범위 내에서, 명시된 상이한 실시 예들 사이에서 조합될 수 있다.

Claims (12)

  1. 제1 연료 탱크(20), 연료 필터 장치(12), 제1 연료 도관(24) 및 제어 장치(26)를 포함하는 내연 기관(2)용 연료 시스템(4)으로, 상기 연료 필터 장치는 전기 모터에 의해 작동되는 저압 펌프(22)와 고압 펌프(14) 사이에 배치되고, 상기 저압 펌프(22)는 상기 제1 연료 도관(24)을 통해 상기 연료 필터 장치(12)로 연료를 공급하도록 배치되며, 상기 제어 장치(26)는 저압 펌프(22)를 작동시키는 전기 모터(M1)와 연계되어 배치되는, 내연 기관(2)용 연료 시스템(4)에 있어서,
    상기 연료 필터 장치(12)와 연계되어 배치되는 탈기 배출구(54) 및 상기 제1 연료 탱크(20)와 연계되어 오버플로우 도관(56)이 배치되고, 상기 제어 장치(26)는 상기 내연 기관(2)이 제한된 기간 동안 꺼져 있을 때 상기 저압 펌프(22)가 작동되어 연료가 상기 연료 필터 장치(12)로부터 상기 탈기 배출구(54) 및 상기 오버플로우 도관(56)을 거쳐 상기 제1 연료 탱크(20)로 환류될 수 있도록 상기 전기 모터(M1)를 제어하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 장치(26)는, 상기 내연 기관(2)이 사전에 정해진 기간 동안 꺼져 있을 때 상기 저압 펌프(22)를 비활성화하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연료 필터 장치(12)는 필터 요소(52)가 배치되는 필터 하우스(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    환기 장치(58)는 상기 연료 필터 장치(12)의 상기 탈기 배출구(54)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 환기 장치(58)는 스로틀 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 탈기 배출구(54)는, 연료가 상기 탈기 배출구(54)를 통과하기 전에 상기 필터 요소(52)를 지나도록 인도되는 방식으로 상기 연료 필터 장치(12)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 탈기 배출구(54)는, 상기 연료가 상기 탈기 배출구(54)를 통과하기 전에 상기 필터 요소(52)를 통과하는 방식으로 상기 연료 필터 장치(12)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 시스템.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 연료 시스템(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 기관(2).
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 연료 시스템(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량(1).
  10. 내연 기관(2)용 연료 시스템(4)에서 연료 필터 장치(12) 내 압력 변동을 감소시키는 방법으로서,
    상기 연료 시스템(4)은 제1 연료 탱크(20), 연료 필터 장치(12), 제1 연료 도관(24) 및 제어 장치(26)를 포함하고, 상기 연료 필터 장치(12)는 전기 모터에 의해 작동되는 저압 펌프(22)와 고압 펌프(14) 사이에 배치되고, 상기 저압 펌프(22)는 상기 제1 연료 도관(24)을 통해 상기 연료 필터 장치(12)로 연료를 공급하도록 배치되며, 상기 제어 장치(26)는 상기 저압 펌프(22)를 작동시키는 전기 모터(M1)와 연계되어 배치되는 방법으로서,
    상기 방법은:
    (a) 상기 내연 기관(2)의 작동중지(shutdown)를 확인하는 단계와; 그리고
    (b) 상기 제어 장치(26)를 사용하여 저압 펌프(22)가 작동상태임을 보장하는 단계와; 그리고
    (c) 연료가 상기 연료 필터 장치(12)에서부터 탈기 배출구(54)와 오버플로우 도관(56)을 통해 상기 제1 연료 탱크(20)로 환류되는 것을 보장하며, 상기 탈기 배출구(54)는 상기 연료 필터 장치(12)에 배치되고, 상기 오버플로우 도관(56)은 상기 탈기 배출구(54) 및 상기 제1 연료 탱크(20)와 연계되어 배치되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    단계 (c)는 연료 필터 장치(12)의 상기 탈기 배출구(54)에 환기 장치(58)를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11 중 하나의 청구항에 있어서,
    상기 방법은,
    사전에 정해진 시간 후에 상기 전기 모터(M1)를 꺼서 상기 저압 펌프(22)를 비활성화하는 단계 (d)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020177001020A 2014-07-08 2015-06-12 내연 기관용 연료 시스템 및 연료 시스템에서 연료 필터 장치 내 압력 변동을 감소시키는 방법 KR101860520B1 (ko)

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