KR101975824B1 - 직접분사식 엘피아이 시스템 - Google Patents

Abstract

연료회수라인을 통해 회수되는 연료의 일부를 재순환시켜 회수되는 연료량을 제어하는 직접분사식 엘피아이 시스템에 관한 것으로, 봄베 내부에 내장되어 연료를 펌핑하여 엔진 쪽으로 공급하는 연료펌프, 상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압해서 엔진으로 공급하고 나머지 연료를 상기 봄베로 회수하도록 연료회수라인에 전달하는 고압펌프 및 상기 연료회수라인에 연결되고 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 연료의 일부를 연료공급라인으로 바이패스해서 상기 고압펌프로 재순환시키는 바이패스라인을 포함하는 구성을 마련하여 고압펌프에서 연료회수라인을 통해 회수되는 연료 중에서 일부를 고압펌프로 재순환시켜 봄베로 회수되는 연료량을 최소화할 수 있고, 연료공급라인에 잔류 연료를 대기시켜 고압펌프에서 연료압력을 상승시키는 시간을 단축해서 효율을 향상시키며, 연료펌프의 송출량을 최소화해서 소음을 저감하며 구동효율을 증대할 수 있다.

Description

직접분사식 엘피아이 시스템{LIQUID PETROLEUM-GAS DIRECT INJECTION SYSTEM}

본 발명은 직접분사식 엘피아이 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘피지 연료를 고압으로 가압하여 엔진에 직접 분사하고, 연료회수라인을 통해 회수되는 연료의 일부를 재순환시켜 회수되는 연료량을 제어하는 직접분사식 엘피아이 시스템 및 그의 연료공급 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 직접분사식 엘피아이 시스템(Liquid Petroleum Direct Injection)은 연료탱크의 압력에 의존한 기계식 엘피지 연료 방식과는 달리 연료공급라인에 고압펌프를 설치하고, 고압펌프에 의해 고압으로 송출되는 액상 연료를 인젝터에서 실린더 내부로 분사하여 엔진을 구동하는 구조로 되어 있다.

이러한 직접분사식 엘피아이 시스템은 차량의 동력 성능을 향상시키고, 연료소비량을 절감하여 연비를 향상시키고, 탄소발생량을 저감하는 효과를 가진다.

본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 직접분사 엘피아이 시스템 기술을 개시하여 출원해서 등록받은 바 있다.

종래기술에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 연료가 저장되는 봄베, 봄베 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프, 연료펌프에서 펌핑된 연료를 엔진으로 공급하는 연료공급라인, 엔진의 연료를 봄베로 회수하는 연료회수라인, 연료공급라인 상에 설치되어 연료펌프에서 펌핑된 연료를 고압으로 가압시켜 엔진으로 공급하는 고압펌프 및 고압펌프의 토출측에 연결되어 고압으로 가압된 연료가 충진되는 연료레일을 포함한다.

연료레일에 고압으로 충진된 연료를 엔진의 연소실에 직접분사하는 인젝터는 연료레일로부터 연결관을 통해 연결되고, 엔진의 실린더 헤드에 점화플러그와 인접하여 장착된다.

그리고 연료공급라인에는 고압펌프의 전단에 셧오프밸브가 설치되며, 고압펌프는 연료펌프에서 펌핑되어 연료공급라인으로 이송된 연료를 약 100 내지 200bar로 가압한다.

고압펌프는 인젝터를 통해 분사되는 연료의 압력이 연료레일 내에서 고압상태, 예컨대 약 120bar 정도로 일정하게 유지되도록 하고, 그 이상의 오버플로우되는 압력을 봄베로 회수되도록 하는 기능을 한다.

여기서, 고압펌프로부터 회수되는 연료는 연료 압력 레귤레이터에 의해 감압된 후 봄베 내로 회수된다.

이에 따라, 종래기술에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템은 고압펌프에서 일부 연료를 봄베로 회수함으로써 봄베 내의 액상 연료 수위를 적정하게 유지하고, 봄베 내부의 빈 공간이 급격하게 증가하는 것을 방지하여 캐비테이션을 억제시켜 열평형 상태를 이루도록 한다.

즉, 종래기술에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템은 봄베에 저장된 엘피지 연료를 약 Δ5bar의 압력으로 고압펌프까지 공급하고, 연료레일로 공급하고 남은 나머지 연료를 회수하는 저압연료부와 고압펌프에서 약 40 내지 100bar로 가압된 고압연료를 연료레일을 거쳐 인젝터로 공급하는 고압연료부로 구성된다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1284804호(2013년 7월 10일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1383747호(2014년 4월 17일 공고)

그러나 종래기술에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템은 고압펌프에서 엔진으로 공급하고 남은 나머지 연료 전체를 봄베로 회수함에 따라, 연료펌프의 지속적인 구동으로 인해 소음이 발생하고, 구동효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템은 나머지 연료의 전체 회수로 인해 고압펌프에서 연료레일로 공급되는 연료의 압력을 상승시키는 시간이 지연되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고압펌프에서 연료레일로 공급하고 남은 나머지 연료를 고압펌프로 재순환시킬 수 있는 직접분사식 엘피아이 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고압펌프에서 회수되는 연료량을 최소화하여 고압레일에 충진되는 연료의 압력을 상승시키기 위한 시간을 단축하고 효율을 향상시킬 수 있는 직접분사식 엘피아이 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연료펌프의 구동시간을 감소시켜 연료펌프 구동으로 인한 소음을 저감하고 구동 효율을 증대할 수 있는 직접분사식 엘피아이 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템은 봄베 내부에 내장되어 연료를 펌핑하여 엔진 쪽으로 공급하는 연료펌프, 상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압해서 엔진으로 공급하고 나머지 연료를 상기 봄베로 회수하도록 연료회수라인에 전달하는 고압펌프 및 상기 연료회수라인에 연결되고 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 연료의 일부를 연료공급라인으로 바이패스해서 상기 고압펌프로 재순환시키는 바이패스라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 바이패스라인 상에 설치되고 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 연료를 바이패스하거나 차단하도록 개폐 동작하는 밸브모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 차량의 주행 상태에 기초해서 엔진에 공급되는 연료량을 조절하도록 상기 연료펌프와 고압펌프의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 밸브모듈이 전자식 개폐밸브로 마련된 경우, 차량의 주행 상태에 기초해서 상기 밸브모듈을 개폐 동작하도록 제어하는 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브모듈은 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 압력이 미리 설정된 설정압력보다 높으면 개방 동작하는 체크밸브로 마련되는 것을 특징으로 한다.

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상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템에 의하면, 고압펌프에서 연료회수라인을 통해 회수되는 연료 중에서 일부를 고압펌프로 재순환시켜 봄베로 회수되는 연료량을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 연료공급라인에 잔류 연료를 대기시켜 고압펌프에서 연료압력을 상승시키는 시간을 단축해서 효율을 향상시키며, 연료펌프의 송출량을 최소화해서 소음을 저감하며 구동효율을 증대할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 직접분사식 엘피아이 시스템의 블록 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템의 연료공급 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서는 봄베(11)에 저장된 엘피지 연료를 약 Δ5bar의 압력으로 고압펌프(14)까지 공급하는 연료공급라인(S)과 고압연료펌프(14)에서 연료레일(15)로 공급하고 남은 나머지 연료를 약 Δ5bar의 저압 상태에서 회수하는 연료회수라인(R)을 저압연료부라 한다.

그리고 고압연료펌프(14)에서 약 40 내지 150bar로 가압된 고압연료를 엔진으로 공급하는 연료레일(15) 및 인젝터를 고압연료부라 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 직접분사식 엘피아이 시스템의 블록 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 봄베(11) 내부에 내장되어 연료를 펌핑해서 엔진(E) 쪽으로 공급하는 연료펌프(12), 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압해서 엔진(E)으로 공급하고 나머지 연료를 봄베(11)로 회수하도록 연료회수라인(R)에 전달하는 고압펌프(14) 및 연료회수라인(R)에 연결되고 연료회수라인(R)을 통해 회수되는 연료의 일부를 연료공급라인(S)으로 바이패스해서 고압펌프(14)로 재순환시키는 바이패스라인(B)을 포함한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템(10)은 바이패스라인(B) 상에 설치되고 연료회수라인(R)을 통해 회수되는 연료를 상기 바이패스라인(B)으로 바이패스하거나 차단하도록 개폐 동작하는 밸브모듈(18) 및 차량의 주행 상태에 기초해서 엔진(E)에 공급되는 연료량을 조절하도록 연료펌프(12)와 고압펌프(14)의 구동 및 밸브모듈(18)의 동작을 제어하는 제어부(17)를 더 포함할 수 있다.

엔진(E)에는 고압펌프(14)에서 고압으로 가압된 연료가 충진되고 충진된 고압의 연료를 엔진(E)으로 공급하는 연료레일(15)이 마련되고, 연료레일(15)에는 엔진(E)에 마련된 각 실린더에 고압의 액체상태인 연료를 분사하는 인젝터(I)가 설치될 수 있다.

연료펌프(12)와 고압펌프(14) 및 연료레일(15) 사이에는 연료를 공급하는 연료공급라인(S)이 마련되고, 고압펌프(14)의 회수구와 봄베(11) 사이에는 고압펌프(14)에서 엔진(E)에 공급하고 남은 나머지 연료를 저압상태에서 봄베(11)로 회수하는 연료회수라인(R)이 마련된다.

연료공급라인(S)의 고압펌프(14) 전단 및 연료회수라인(R)의 고압펌프(14) 후단에는 고압펌프(14)로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력을 감압하고, 봄베(11)에서 고압펌프(11)로 공급되는 연료의 공급량을 일정하게 유지하는 레귤레이터 유닛(16)이 설치된다.

레귤레이터 유닛(16)은 도면에 미도시하고 있으나, 연료 압력 레귤레이터, 연료 압력 측정센서, 연료 온도 측정센서 및 셧오프밸브를 내장하고 있으며, 이를 통해 연료공급라인(S) 및 연료회수라인(R)의 연료 이동 및 차단을 제어한다.

연료펌프(12)는 봄베(11) 내부에 저장된 엘피지 연료를 펌핑하여 연료공급라인(S)으로 공급하고, 봄베(11)에는 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료를 송출하는 멀티밸브(13)가 설치될 수 있다.

여기서, 연료공급라인(S)을 통해 공급되는 연료는 초기에는 저압상태, 예컨대 약 2bar의 압력으로 고압펌프(14)로 전달된다.

고압펌프(14)는 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 연료공급라인(S)을 통해 저압으로 공급되는 연료 중에서 일부를 고압, 예컨대 약 40~150bar로 가압하여 연료레일(15)로 공급하고, 나머지 연료를 내부의 저압부로부터 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수되도록 한다.

한편, 연료회수라인(R)과 연료공급라인(S) 사이에는 고압펌프(14)에서 봄베(11)로 회수되는 연료의 일부를 고압펌프(14)로 재순환시키는 바이패스라인(B)이 마련된다.

그리고 바이패스라인(B)에는 봄베(11)로 회수되는 연료의 일부를 고압펌프로 바이패스시키거나 차단하도록 개폐 동작하는 밸브모듈(18)이 마련될 수 있다.

밸브모듈(18)은 제어부(17)의 제어신호에 따라 개폐 동작하는 전자식 개폐밸브로 마련되거나, 회수되는 연료의 압력이 미리 설정된 설정압력보다 높으면 개방 동작하고 상기 설정압력보다 낮으면 폐쇄 동작하는 체크밸브로 마련될 수도 있다.

제어부(17)는 연료공급라인(S)과 연료회수라인(R)에 설치된 각 압력센서(도면 미도시)로부터 감지된 연료 압력에 따라 레귤레이터 유닛(16)과 연료펌프(12), 멀티밸브(13)의 구동을 제어하도록 모터 컨트롤러(19)에 제어신호를 발생할 수 있다.

이와 함께, 제어부는 밸브모듈에 전자식 개폐밸브가 적용된 경우, 차량의 주행 상태에 따라 밸브모듈의 구동을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 고압펌프에서 연료회수라인을 통해 회수되는 연료 중에서 일부를 고압펌프로 재순환시켜 회수되는 연료량을 최소화할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 연료공급라인에 잔류 연료를 대기시켜 고압펌프에서 연료압력을 상승시키는 시간을 단축해서 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 연료펌프의 송출량을 최소화해서 소음을 저감하며 구동효율을 증대할 수 있다.

다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템의 연료공급 제어방법을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 시스템의 연료공급 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 3의 S10단계에서 이그니션 키(도면 미도시)가 조작되어 전원이 공급되면, 제어부(17)는 연료펌프(12)에 내장된 모터를 구동하고 레귤레이터 유닛(16)의 셧오프밸브를 개방하도록 모터 컨트롤러(19)의 구동을 제어하는 제어신호, 엔진(E)을 목표 RPM으로 회전시키도록 점화플러그 및 인젝터(I)의 구동을 제어하는 신호를 발생한다.

이에 따라, 봄베(11) 내부의 연료펌프(12)가 구동되어 봄베(11) 내부에 저장된 연료를 펌핑하여 연료공급라인(S)을 통해 공급하고, 상기 셧오프밸브는 공급되는 연료가 고압펌프(14)로 전달되도록 개방 동작한다(S12).

이때, 연료레일(15) 내부에는 고압의 액체상태인 엘피지 연료가 충진된 상태이므로, 인젝터(I) 및 점화플러그는 제어부(17)의 제어신호에 따라 구동되어 엔진(E)이 시동된다.

그리고 고압펌프(14)는 엔진(E)의 캠축과 연동하여 엔진의 구동력을 이용해서 구동되고, 상기 셧오프밸브를 통해 공급된 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하여 연료레일(15)로 전달하고, 나머지 연료를 내부의 저압부로부터 연료회수라인(R)으로 전달한다(S14).

이때, 레귤레이터 유닛(16)의 연료 압력 레귤레이터 내부의 밸브가 개폐 동작함에 따라 연료회수라인(R)을 통해 약 Δ5bar만큼 가압된 연료가 봄베(11)로 회수된다.

이에 따라, 봄베(11) 내부에는 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 배출되는 연료와 레귤레이터 유닛(16)의 연료 압력 레귤레이터에 의해 감압되어 회수되는 연료 사이에 열평형이 이루어지게 된다.

한편, 바이패스라인(B)에 설치된 밸브모듈(18)은 제어부(17)의 제어신호에 따라 개폐 동작하거나, 회수되는 연료의 압력에 따라 개폐 동작할 수 있다(S16).

이와 같은 밸브모듈(18)의 개폐 동작에 의해, 연료회수라인(R)을 통해 회수되는 연료 중에서 일부가 연료공급라인(S)을 통해 고압펌프(14)로 재순환된다(S18).

이와 같이, 본 발명은 고압펌프에서 연료회수라인을 통해 회수되는 연료 중에서 일부를 고압펌프로 재순환시켜 봄베로 회수되는 연료량을 최소화할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 연료공급라인에 잔류 연료를 대기시켜 고압펌프에서 연료압력을 상승시키는 시간을 단축해서 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 연료펌프의 송출량을 최소화해서 소음을 저감하며 구동효율을 증대할 수 있다.

S20단계에서 제어부(17)는 상기 이그니션 키가 오프 조작되어 전원 공급이 차단되는지를 검사하고, 전원 공급이 차단될 때까지 S12단계 내지 S20단계를 반복 수행하도록 제어한다.

만약, S20단계의 검사결과 전원 공급이 차단되면, 제어부(17)는 직접분사식 엘피아이 시스템(10)에 마련된 각 장치의 구동을 중지하고 종료한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 고압펌프에서 연료회수라인을 통해 회수되는 연료 중에서 일부를 고압펌프로 재순환시켜 봄베로 회수되는 연료량을 최소화함에 따라, 연료공급라인에 잔류 연료를 대기시켜 고압펌프에서 연료압력을 상승시키는 시간을 단축해서 효율을 향상시킬 수 있고, 연료펌프의 송출량을 최소화해서 소음을 저감하며 구동효율을 증대할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 고압펌프에서 연료회수라인을 통해 회수되는 연료 중에서 일부를 고압펌프로 재순환시켜 봄베로 회수되는 연료량을 최소화함에 따라, 연료공급라인에 잔류 연료를 대기시켜 고압펌프에서 연료압력을 상승시키는 시간을 단축해서 효율을 향상시킬 수 있고, 연료펌프의 송출량을 최소화해서 소음을 저감하며 구동효율을 증대하는 직접분사식 엘피아이 시스템 기술에 적용된다.

10: 직접분사식 엘피아이 시스템
11: 봄베 12: 연료펌프
13: 멀티밸브 14: 고압펌프
15: 연료레일 16: 레귤레이터 유닛
17: 제어부 18: 밸브모듈
19: 모터 컨트롤러 B: 바이패스라인
S: 연료공급라인 R: 연료회수라인
E: 엔진 I: 인젝터

Claims (6)

1. 봄베 내부에 내장되어 연료를 펌핑하여 엔진 쪽으로 공급하는 연료펌프,
   상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압해서 엔진으로 공급하고 나머지 연료를 상기 봄베로 회수하도록 연료회수라인에 전달하는 고압펌프,
   상기 연료회수라인에 연결되고 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 연료의 일부를 연료공급라인으로 바이패스해서 상기 고압펌프로 재순환시키는 바이패스라인,
   상기 바이패스라인 상에 설치되고 상기 연료회수라인을 통해 회수되는 연료를 바이패스하거나 차단하도록 개폐 동작하는 밸브모듈 및
   차량의 주행 상태에 기초해서 엔진에 공급되는 연료량을 조절하도록 상기 연료펌프와 고압펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 차량의 주행 상태에 기초해서 상기 밸브모듈을 개폐 동작하도록 제어하는 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 시스템.
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