KR102109213B1

KR102109213B1 - 디젤 엔진의 연료공급장치

Info

Publication number: KR102109213B1
Application number: KR1020140140465A
Authority: KR
Inventors: 조철훈
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2020-05-11
Also published as: KR20160045253A

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 연료공급장치에 관한 것으로서, 저압 연료펌프의 불필요한 작동량을 최소화하고 작동 소비전력을 줄여 연비 개선 효과를 얻는 동시에 저압 연료펌프의 작동소음을 감소시킬 수 있는 디젤 엔진의 연료공급장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 연료탱크 내 연료를 연료공급라인을 통해 송출하는 저압 연료펌프; 상기 저압 연료펌프에 의해 송출된 연료를 가압하여 인젝터가 장착된 커먼레일로 송출하는 고압 연료펌프; 상기 고압 연료펌프에 의해 공급된 연료를 엔진의 실린더 내에 분사하는 인젝터; 상기 고압 연료펌프의 윤활 및 냉각을 위한 연료가 저장되는 보조탱크; 및 상기 보조탱크에 저장된 윤활 및 냉각용 연료가 고압 연료펌프의 흡입구측에서 흡입되어 보조탱크로 회수되도록 보조탱크와 고압 연료펌프 사이를 연결하는 연료순환라인;을 포함하는 디젤 엔진의 연료공급장치가 개시된다.

Description

디젤 엔진의 연료공급장치{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 엔진의 연료공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저압 연료펌프의 불필요한 작동량을 최소화하고 작동 소비전력을 줄여 연비 개선 효과를 얻는 동시에 저압 연료펌프의 작동소음을 감소시킬 수 있는 디젤 엔진의 연료공급장치에 관한 것이다.

최근 디젤 엔진 차량의 연료분사 방식으로 커먼레일 직접 분사(Common Rail Direct Injection) 방식이 널리 적용되고 있으며, 도 1은 커먼레일 직접 분사 방식이 적용된 디젤 엔진 차량의 연료공급장치를 나타내는 개략도이다.

커먼레일 직접 분사 방식에서는 저압 연료펌프(11)가 연료탱크(10) 내의 연료를 연료공급라인(1)을 통해 고압 연료펌프(14)로 송출하고, 고압 연료펌프(14)에서 고압의 연료를 축압실인 커먼레일(15)에 공급하면, 커먼레일(15)에 장착된 인젝터(16)의 작동으로 고압의 연료가 엔진의 실린더 내에 분사되어 공급된다.

상기와 같이 디젤 엔진 차량에 탑재되는 연료펌프는 연료탱크(10)에서 연료를 송출하는 저압 연료펌프(11)와, 상기 저압 연료펌프(11)에 의해 송출된 연료를 고압으로 가압하여 커먼레일(15)에 송출하는 고압 연료펌프(14)로 구성된다.

또한, 연료공급라인(1)에는 연료에 포함되어 있는 이물질을 제거하여 엔진 측으로 이물질이 제거된 연료가 공급되도록 하는 연료필터(12)가 설치되고, 이와 더불어 저압 연료펌프(11)에 의해 고압 연료펌프(14)로 송출되는 연료의 공급압력을 검출하는 압력센서(13)가 설치된다.

상기 압력센서(13)는 연비 개선을 위해 저압 연료펌프(11)의 연료 토출량 및 공급압력을 가변 제어하기 위한 것으로, 이에 대해 좀더 설명하면, 먼저 엔진제어유닛(ECU)(17)이 인젝터(16)에서의 연료분사량(연료소모량)을 결정하고, 이를 저압 연료펌프(11)의 구동을 제어하는 컨트롤러(18)에 전송한다.

이에 컨트롤러(18)가 연료분사량과 미도시된 온도센서에 의해 검출되는 연료온도에 따라 저압 연료펌프(11)가 공급하는 연료의 목표압력을 계산하고, 현재의 연료 공급압력, 즉 압력센서(13)에 의해 검출되는 실측 압력과 상기 목표압력을 비교하여 연료 공급압력이 목표압력으로 유지될 수 있도록 저압 연료펌프(11)의 구동을 실시간으로 제어하게 된다.

한편, 커먼레일(15)로 공급된 연료 중에 잉여 연료는 커먼레일(15)의 토출구 및 이에 연결된 연료회수라인(2)을 통해 연료탱크(10)로 회수된다.

또한, 상기한 연료공급장치에서는 인젝터(16)에서의 연료소모량은 작지만 고압 연료펌프(14)의 윤활 및 냉각을 위해 저압 연료펌프(11)가 인젝터(16)에서의 연료소모량을 상당량 초과하는 많은 양의 연료를 공급해야 하고, 고압 연료펌프(14)에서 윤활 및 냉각 작용을 마친 연료 또한 연료회수라인(2)을 통해 연료탱크(10)로 회수된다.

이와 같이 고압 연료펌프(14)의 윤활/냉각에 사용되는 연료량 및 연료탱크(10)로 회수되어야 하는 불필요한 연료량은 실제 인젝터(16)에서 사용되는 연료소모량보다 훨씬 많은 양이며, 저압 연료펌프(11)가 송출한 대부분의 연료가 연료탱크(10)로 회수된다.

결국, 고압 연료펌프 측에서 요구하는 저압 연료펌프의 성능은 다음과 같다.

- 저압 연료펌프 성능(ℓ/hr) = 고압 연료펌프 최대 윤활 및 냉각 성능(ℓ/hr) + 엔진 최대 연료소모량(ℓ/hr)

이와 같이 저압 연료펌프는 고압 연료펌프의 윤활 및 냉각을 위해 연료탱크로 다시 회수되어야 하는 많은 양의 연료를 추가로 공급하게 되므로 엔진 구동과 상관없는 불필요한 일을 하게 되는 것이며, 이는 연비를 저감시키게 된다.

특히, 주행 중 대부분을 차지하는 아이들이나 정속, 감속 주행 중에도 저압 연료펌프를 과도하게 작동시키므로 저압 연료펌프에 의한 과도한 소비전력 낭비가 연비에 악영향을 끼치게 되고, 저압 연료펌프의 작동 소음 역시 과도하게 발생하는 등의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 저압 연료펌프의 불필요한 작동량을 최소화하고 작동 소비전력을 줄여 연비 개선 효과를 얻는 동시에 저압 연료펌프의 작동소음을 감소시킬 수 있는 디젤 엔진의 연료공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예에 따르면, 연료탱크 내 연료를 연료공급라인을 통해 송출하는 저압 연료펌프; 상기 저압 연료펌프에 의해 송출된 연료를 가압하여 인젝터가 장착된 커먼레일로 송출하는 고압 연료펌프; 상기 고압 연료펌프에 의해 공급된 연료를 엔진의 실린더 내에 분사하는 인젝터; 상기 고압 연료펌프의 윤활 및 냉각을 위한 연료가 저장되는 보조탱크; 및 상기 보조탱크에 저장된 윤활 및 냉각용 연료가 고압 연료펌프의 흡입구측에서 흡입되어 보조탱크로 회수되도록 보조탱크와 고압 연료펌프 사이를 연결하는 연료순환라인;을 포함하는 디젤 엔진의 연료공급장치를 제공한다.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 연료공급장치는, 상기 보조탱크에 연료 잔량을 검출하는 연료게이지; 상기 저압 연료펌프에 의해 송출되는 연료가 보조탱크에 공급될 수 있도록 연료공급라인 또는 연료필터로부터 보조탱크로 연결 설치되는 연료보충라인; 상기 연료보충라인을 개폐하는 전자식 밸브; 및 상기 전자식 밸브의 개폐작동을 제어하는 컨트롤러;를 더 포함하고, 상기 컨트롤러가 연료게이지로부터 수신되는 연료 잔량 정보에 기초하여 전자식 밸브의 개폐작동을 제어하도록 된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 컨트롤러는, 상기 보조탱크 내 연료 잔량이 정해진 하한치에 도달한 경우 전자식 밸브를 개방하기 위한 제어신호를 출력하고, 이후 보조탱크 내 연료 잔량이 정해진 상한치에 도달하면 전자식 밸브를 닫아주기 위한 제어신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러는, 상기 보조탱크 내 연료 보충시에 전자식 밸브를 개방하고, 상기 저압 연료펌프를 최대 토출량으로 구동시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커먼레일로 공급된 연료 중 잉여 연료가 보조탱크로 회수될 수 있도록 커먼레일의 토출구로부터 보조탱크 또는 보조탱크 입구측의 연료순환라인으로 연료회수라인이 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연료순환라인은, 윤활 및 냉각 작용을 마친 연료가 토출되는 고압 연료펌프의 토출구로부터 보조탱크로 연결되는 보조탱크 입구측의 연료순환라인; 및 상기 보조탱크로부터 고압 연료펌프 흡입구측의 연료공급라인으로 연결되는 보조탱크 출구측 연료순환라인;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 연료공급장치에 의하면, 보조탱크에 저장해둔 연료를 고압 연료펌프와의 사이에 순환시켜 고압 연료펌프의 윤활 및 냉각용으로 사용될 수 있게 함으로써, 윤활 및 냉각용 연료를 제외한 인젝터에서 요구되는 소량의 연료만을 저압 연료펌프가 공급하도록 하고, 이를 통해 저압 연료펌프의 불필요한 작동량을 최소화할 수 있게 된다.

결국, 저압 연료펌프의 작동 소비전력을 줄일 수 있으므로 연비 개선 효과를 얻을 수 있고, 저압 연료펌프의 작동소음을 감소시킬 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 디젤 엔진 차량의 연료공급장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 연료공급장치를 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 연료공급장치를 나타내는 구성도이다.

도시된 바와 같이, 실시예에 따른 연료공급장치는 연료탱크(10) 내의 연료를 연료공급라인(1)을 통해 송출하는 저압 연료펌프(11), 상기 저압 연료펌프(11)에 의해 송출된 연료를 고압으로 가압하여 인젝터(16)가 장착된 커먼레일(15)에 송출하는 고압 연료펌프(14), 및 상기 고압 연료펌프(14)에 의해 공급된 연료를 엔진의 실린더 내에 분사하는 인젝터(16)를 포함한다.

이에 더하여, 실시예에 따른 연료공급장치는 상기 연료공급라인(1)을 통해 공급되는 연료의 이물질을 제거하는 연료필터(12), 상기 저압 연료펌프(11)에 의해 고압 연료펌프(14)로 송출되는 연료의 공급압력을 검출하는 압력센서(13), 상기 저압 연료펌프(11)의 구동을 제어하는 컨트롤러(18), 및 상기 인젝터(16)에서의 연료소모량을 결정하여 컨트롤러(18)에 전달하는 엔진제어유닛(17)을 더 포함할 수 있다.

이러한 구성에서, 저압 연료펌프(11)가 연료탱크(10)의 연료를 고압 연료펌프(14)로 송출하고, 고압 연료펌프(14)가 고압의 연료를 커먼레일(15)에 공급하면, 커먼레일(15)에 장착된 인젝터(16)의 작동으로 고압의 연료가 엔진의 실린더 내에 분사되어 공급된다.

이때, 엔진제어유닛(ECU)(17)이 인젝터(16)에서의 연료소모량을 컨트롤러(18)에 전송하고, 컨트롤러(18)는 연료소모량과 미도시된 온도센서에 의해 검출되는 연료온도에 따라 저압 연료펌프(11)가 공급하는 연료의 목표압력을 계산한다.

또한, 상기 컨트롤러(18)는 현재의 연료 공급압력, 즉 압력센서(13)에 의해 검출되는 실측 압력과 목표압력을 비교하여 연료 공급압력이 목표압력으로 유지될 수 있도록 저압 연료펌프(11)의 구동을 실시간으로 제어하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 연료공급장치는 윤활 및 냉각을 위한 연료가 별도로 저장되는 소용량의 보조탱크(20)와, 상기 고압 연료펌프(14)와 보조탱크(20) 사이를 연결하여 윤활 및 냉각을 위한 연료가 고압 연료펌프(14)로 공급된 후 회수되도록 하는 연료순환라인(3a,3b)을 더 포함한다.

여기서, 보조탱크(20)에는 연료 잔량을 검출하는 연료게이지(21)가 설치되고, 상기 연료게이지(21)에 의해 검출되는 보조탱크(20) 내 연료 잔량 정보는 컨트롤러(18)에 입력될 수 있도록 한다.

상기 연료순환라인(3a,3b)에서 보조탱크(20)에 저장된 윤활 및 냉각을 위한 연료가 공급되는 출구측 연료순환라인(3b)은 고압 연료펌프(14)의 흡입구측에 연결되는데, 실시예에서 상기 출구측 연료순환라인(3b)은 보조탱크(20)의 연료가 저압 연료펌프(11)로부터 공급되는 연료와 합쳐져 고압 연료펌프(14)에 공급될 수 있도록 고압 연료펌프(14)의 흡입구측 연료공급라인(1)으로 연결될 수 있다.

또한, 고압 연료펌프(14)의 토출구 중 하나는 연료공급라인(1)을 통해 커먼레일(15)에 연결되지만, 또 윤활 및 냉각용 연료가 토출되는 토출구는 보조탱크 입구측의 연료순환라인(3a)을 통해 보조탱크(20)와 연결된다.

이에 고압 연료펌프(14)를 통과하는 동안 윤활 및 냉각 작용을 마친 연료가 입구측의 연료순환라인(3a)을 통해 보조탱크(20)로 회수될 수 있으며, 고압 연료펌프(14)가 흡입하는 연료 중의 일부는 인젝터(16)로, 그 나머지는 입구측의 연료순환라인(3a)을 통해 보조탱크(20)로 회수된다.

또한, 커먼레일(15)로 공급된 연료 중에 잉여 연료는 커먼레일(15)의 토출구 및 이에 연결된 연료회수라인(2)을 통해 보조탱크(20)로 회수되도록 하며, 이를 위해 커먼레일(15)의 토출구로부터 보조탱크(20) 또는 보조탱크 입구측의 연료순환라인(3a)으로 연료회수라인(2)이 연결된다.

그리고, 상기 보조탱크(20)에 저장되어 있는 연료 잔량이 정해진 하한치(L.L)에 도달하면 보조탱크에 연료를 정해진 상한치(H.L)까지 보충하여 보조탱크 내 연료 잔량이 항상 하한치(L.L) 이상을 유지하도록 하는바, 이를 위해 연료공급라인(1)의 일측 또는 연료필터(12)의 출구로부터 보조탱크(20)까지 연료를 보충 공급하기 위한 연료보충라인(4)이 연결된다.

또한, 상기 연료보충라인(4)에는 유로를 선택적으로 개폐하는 전자식 밸브(22)(예, 솔레노이드 밸브)가 설치되고, 상기 전자식 밸브(22)의 개폐작동은 컨트롤러(18)가 출력하는 제어신호에 의해 제어된다.

상기 컨트롤러(18)는 연료게이지(21)로부터 보조탱크(20) 내 연료 잔량 정보를 수신하고, 수신된 연료 잔량 정보에 기초하여 전자식 밸브(22)의 개폐작동을 제어하게 되는데, 보조탱크(20) 내 연료 잔량이 하한치(L.L)에 도달할 경우 연료 보충을 위해 전자식 밸브(22)를 개방하기 위한 제어신호를 출력하게 된다.

이로써, 저압 연료펌프(11)에 의해 공급되는 연료가 연료보충라인(4)을 통해 보조탱크(20) 내부로 공급되어 연료 보충이 이루어지게 된다.

이어 연료 잔량 정보로부터 보조탱크(20) 내 연료 잔량이 상한치(H.L)에 도달하면, 컨트롤러(18)는 전자식 밸브(22)를 닫아주기 위한 제어신호를 출력하여 보조탱크(20)에 대한 연료 보충을 중단하게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 연료공급장치에서는 고압 연료펌프(14)의 윤활 및 냉각용 연료가 저장되는 보조탱크(20)를 구비하여 윤활 및 냉각용 연료를 고압 연료펌프(14) 사이에 순환시키고, 저압 연료펌프(11)의 경우 고압 연료펌프(14)에 의해 커먼레일(15)로 공급되는 연료량을 약간 웃도는 적은 양의 연료만을 고압 연료펌프(14)로 송출하도록 컨트롤러(18)가 제어한다.

결국, 저압 연료펌프(11)가 공급하는 연료량이 대폭 축소됨으로써 저압 연료펌프의 불필요한 일을 줄일 수 있고, 작동 소비전력을 줄여 연비 개선 효과를 얻는 동시에 저압 연료펌프의 작동소음을 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 연료공급장치의 작동 상태에 대해 설명하면, 평상시의 엔진 구동 상태에서는 엔진제어유닛(17)이 인젝터(16)에서의 연료소모량 정보를 컨트롤러(18)에 전송하고, 컨트롤러(18)가 연료소모량에 따른 목표압력을 계산하여 목표압력으로 연료가 공급될 수 있도록 저압 연료펌프(11)의 구동을 제어한다.

이때, 저압 연료펌프(11)는 윤활 및 냉각용 연료를 제외한 소량의 연료만을 고압 연료펌프(14)로 송출하고, 고압 연료펌프(14)는 저압 연료펌프(11)에 의해 공급되는 연료를 가압하여 고압으로 인젝터(16)가 장착된 커먼레일(15)로 송출한다.

또한, 커먼레일(15)에서 잉여의 연료가 연료회수라인(2)을 통해 보조탱크(20)로 회수되고, 이와 더불어 보조탱크(20)에 대한 연료보충 없이 보조탱크(20)에 저장된 윤활 및 냉각용 연료가 고압 연료펌프(14)와 보조탱크(20) 사이를 계속해서 순환하면서 고압 연료펌프(14)의 윤활 및 냉각을 위해 사용된다.

한편, 컨트롤러(18)는 보조탱크(20) 내 연료게이지(21)의 검출신호로부터 보조탱크(20) 내 연료 잔량이 하한치(L.L)에 도달함을 판단한 경우 전자식 밸브(22)를 개방하고, 동시에 보조탱크(20) 내 연료 잔량이 상한치(H.L)에 도달할 때까지 저압 연료펌프(11)를 최대 토출량으로 구동시켜 보조탱크(20)에 대한 연료 보충을 수행한다.

이때, 보조탱크(20) 내 연료 잔량이 상한치(H.L)에 도달하면, 컨트롤러(18)는 전자식 밸브(22)를 닫은 뒤 다시 윤활 및 냉각용 연료를 제외한 소량의 연료만을 고압 연료펌프(14)로 송출하도록 저압 연료펌프(11)의 구동을 제어하게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 연료공급라인 2 : 연료회수라인
3a, 3b : 연료순환라인 4 : 연료보충라인
10 : 연료탱크 11 : 저압 연료펌프
12 : 연료필터 13 : 압력센서
14 : 고압 연료펌프 15 : 커먼레일
16 : 인젝터 17 : 엔진제어유닛
18 : 컨트롤러 20 : 보조탱크
21 : 연료게이지 22 : 전자식 밸브

Claims

연료탱크 내 연료를 연료공급라인을 통해 송출하는 저압 연료펌프;
상기 저압 연료펌프에 의해 송출된 연료를 가압하여 인젝터가 장착된 커먼레일로 송출하는 고압 연료펌프;
상기 고압 연료펌프에 의해 공급된 연료를 엔진의 실린더 내에 분사하는 인젝터;
상기 고압 연료펌프의 윤활 및 냉각을 위한 연료가 저장되는 보조탱크; 및
상기 보조탱크에 저장된 윤활 및 냉각용 연료가 고압 연료펌프의 흡입구측에서 흡입되어 보조탱크로 회수되도록 보조탱크와 고압 연료펌프 사이를 연결하는 연료순환라인;
상기 보조탱크에 연료 잔량을 검출하는 연료게이지;
상기 저압 연료펌프에 의해 송출되는 연료가 보조탱크에 공급될 수 있도록 연료공급라인 또는 연료필터로부터 보조탱크로 연결 설치되는 연료보충라인;
상기 연료보충라인을 개폐하는 전자식 밸브; 및
상기 전자식 밸브의 개폐작동을 제어하는 컨트롤러;
를 포함하고, 상기 컨트롤러가 연료게이지로부터 수신되는 연료 잔량 정보에 기초하여 전자식 밸브의 개폐작동을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료공급장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 보조탱크 내 연료 잔량이 정해진 하한치에 도달한 경우 전자식 밸브를 개방하기 위한 제어신호를 출력하고, 이후 보조탱크 내 연료 잔량이 정해진 상한치에 도달하면 전자식 밸브를 닫아주기 위한 제어신호를 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 보조탱크 내 연료 보충시에 전자식 밸브를 개방하고, 상기 저압 연료펌프를 최대 토출량을 나타내도록 구동시키는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 커먼레일로 공급된 연료 중 잉여 연료가 보조탱크로 회수될 수 있도록 커먼레일의 토출구로부터 보조탱크 또는 보조탱크 입구측의 연료순환라인으로 연료회수라인이 연결되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연료순환라인은,
윤활 및 냉각 작용을 마친 연료가 토출되는 고압 연료펌프의 토출구로부터 보조탱크로 연결되는 보조탱크 입구측의 연료순환라인; 및
상기 보조탱크로부터 고압 연료펌프 흡입구측의 연료공급라인으로 연결되는 보조탱크 출구측 연료순환라인;
으로 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료공급장치.