KR102195859B1 - 엘피디아이 시스템을 위한 고압연료펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주행 중의 연료 공급은 원활하게 이루어지도록 하면서도 재시동시 발생하는 베이퍼락 특히, 연료공급 계통의 고압부에 발생하는 베이퍼락을 해소하도록 하여 시동 지연, 시동 불량을 개선하도록 한 엘피디아이 시스템을 위한 고압연료펌프에 관한 것이다.

Description

엘피디아이 시스템을 위한 고압연료펌프 {HIGH PRESSURE FUEL PUMP FOR LPDI SYSTEM}

본 엘피디아이 시스템을 위한 고압연료펌프에 관한 것으로 특히, 주행 중의 연료 공급은 원활하게 이루어지도록 하면서도 재시동시 발생하는 베이퍼락 특히, 연료공급 계통의 고압부에 발생하는 베이퍼락을 해소하도록 하여 시동 지연, 시동 불량을 개선하도록 한 엘피디아이 시스템을 위한 고압연료펌프에 관한 것이다.

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

이러한 직접분사식 엘피디아이 시스템은 액상의 엘피지(LPG) 연료를 사용하는 과정에서 연료 특성으로 인해 기화 및 압축되는 현상이 발생된다. 이러한 현상은 베이퍼락(Vapor Rock) 현상이라고 하며, 베이퍼 락 현상에 의해 시동성이 저하되는 문제점이 있다.

엘피디아이 시스템에서 베이퍼락은 주행 후 주로 발생되며, 엔진룸의 잔열에 의해 연료라인 상에 액상 및 기상 연료가 공존하는 상태가 되어 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 베이퍼락은 주로 시동을 끈 이후에 발생되며, 다음 시동시 시동성을 저하하는 원인이 된다.

베이퍼락은 연료공급 계통의 다양한 위치에 발생되지만, 이 중 고압부의 베이퍼락이 문제가 되고 있다. 특히, 고압펌프, 딜리버리 파이프와 같이 갇힌 공간으로 형성되는 구성에서 발생되는 베이퍼락은 고압 장치들의 특성상 해소가 용이하지 않아, 시동성 개선이 어려운 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0012836호(2011년 02월 09일 공개)

따라서, 본 발명의 목적은 주행 중의 연료 공급은 원활하게 이루어지도록 하면서도 재시동시 발생하는 베이퍼락 특히, 연료공급 계통의 고압부에 발생하는 베이퍼락을 해소하도록 하여 시동 지연, 시동 불량을 개선하도록 한 엘피디아이 시스템을 위한 고압연료펌프를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고압연료펌프는

본 발명에 따른 엘피디아이 시스템을 위한 고압연료펌프는 주행 중의 연료 공급은 원활하게 이루어지도록 하면서도 재시동시 발생하는 베이퍼락 특히, 연료공급 계통의 고압부에 발생하는 베이퍼락을 해소하도록 하여 시동 지연, 시동 불량을 개선하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 고압연료펌프를 포함하는 엘피디아이 시스템 예를 도시한 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 고압연료펌프와 고압연료펌프에 연결되는 딜리버리 파이프를 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 A-A'선에 대한 단면을 도시한 것으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 고압연료펌프의 예를 도시한 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 체크밸브의 구성을 도시한 예시도.
도 5는 도 2의 A-A'선에 대한 단면을 도시한 것으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 고압연료펌프의 예를 도시한 예시도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고압연료펌프를 포함하는 엘피디아이 시스템 예를 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 엔진 시동시 연료펌프(12)의 펌핑동작에 의해 연료공급라인(S)을 통해 공급되는 연료가 초기에 일정 압력, 예컨대 Δ5bar의 압력으로 고압연료펌프(14)로 전달되는데, 이와 같이 시동 초기에 공급되는 연료 압력을 '저압 상태'라 한다.

그리고 저압 상태인 엘피지 연료를 고압연료펌프(14)의 흡입구로부터 회수구를 통해 연료회수라인(R)으로 전달하는 전달경로를 '저압부(30)(도 3 참조)'라 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 직접분사식 엘피디아이 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 연료가 저장되는 봄베(11), 봄베(11) 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프(12), 연료펌프(12)에서 펌핑된 연료를 엔진(E)으로 공급하는 연료공급라인(S), 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료를 고압으로 가압시키는 고압연료펌프(14), 고압펌프에 공급된 연료 중에서 일부를 고압연료펌프(14)의 저압부(30)에서 봄베(11)로 회수하는 연료회수라인(R), 고압연료펌프(14)로부터 가압된 연료가 고압으로 충진되는 딜리버리 파이프(15), 딜리버리 파이프(15)에 고압으로 충진된 연료를 엔진(E)의 연소실에 직접 분사하는 인젝터(I), 엔진(E)의 목표 RPM에 기초하여 연료펌프(12) 내부의 모터 및 인젝터(I)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 전자제어유닛(이하 'ECU'라 함)(17) 및 ECU(17)의 제어신호에 따라 상기 모터의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러(18)를 포함할 수 있다.

연료공급라인(S)의 고압연료펌프(14) 전단에는 ECU(17)의 제어신호에 의한 모터 컨트롤러(18)의 구동신호에 따라 개폐 동작하여 봄베(11)로부터 공급되는 연료를 차단하는 셧오프 밸브(SV)가 설치되고, 연료회수라인(R)의 고압연료펌프(14) 후단에는 고압연료펌프(14)의 저압부(30)로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력을 감압하는 연료 압력 레귤레이터(16)가 설치될 수 있다.

연료펌프(12)는 봄베(11) 내부에 저장된 엘피지 연료를 펌핑하여 연료공급라인(S)으로 공급한다. 여기서, 연료공급라인(S)을 통해 공급되는 연료는 초기에는 저압 상태, 예컨대 약 Δ5bar의 압력으로 고압연료펌프(14)로 전달된다.

고압연료펌프(14)는 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 연료공급라인(S)을 통해 저압으로 공급되는 연료 중에서 일부를 고압, 예컨대 약 40~150bar로 가압하여 딜리버리 파이프(15)로 공급하고, 나머지 연료를 내부의 저압부(30)로부터 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수한다.

한편, 연료공급라인(S)의 고압연료펌프(14) 전단과 연료회수라인(R)의 고압펌프(14) 후단에는 이동하는 연료 압력을 확인할 수 있도록, 연료 압력을 감지하는 제 1 및 제 2압력센서(도면 미도시)가 설치되고, 딜리버리 파이프(15)에는 제 3압력센서(도면 미도시)가 설치될 수 있다.

그래서 ECU(17)는 제 1 및 제 2압력센서와 딜리버리 파이프(15)에 설치된 제 3압력센서로부터 감지된 연료 압력에 따라 셧오프 밸브(SV), 연료펌프(12), 멀티밸브(13) 및 연료 압력 레귤레이터(16)의 구동을 제어하도록 모터 컨트롤러(18)에 제어신호를 발생할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 고압연료펌프를 포함하는 엘피디아이 시스템에는 차단밸브(19)가 더 포함되어 구성될 수 있다.

이 차단밸브는 ECU(17)의 제어신호에 따라 연료회수라인(R)을 개폐 동작하며, 일례로 솔레노이드 밸브로 구성될 수 있다. 이 차단밸브는 엔진 시동시 이그니션 키가 스타트 조작되면, 설정시간 동안 연료회수라인(R)을 폐쇄하도록 동작할 수 있다. 이를 통해, 엔진 시동 과정에서 차단밸브(19)를 폐쇄 동작시켜 일시적 봄베(11)로 회수되는 연료를 차단함으로써, 연료펌프(12)의 펌핑 동작에 의해 연료공급라인(S)을 통해서 고압연료펌프(14)로 공급되는 연료의 압력을 상승시켜 연료공급라인(S) 내부에 기화된 연료를 압축한다.

그래서 고압연료펌프(14)는 안정적으로 연료를 공급받을 수 있고, 공급된 연료 전체를 미리 설정된 고압으로 가압해서 딜리버리 파이프(15)를 통해 인젝터(I)로 공급한다.

고압연료펌프(14)의 구성은 도 2 내지 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 고압연료펌프와 고압연료펌프에 연결되는 딜리버리 파이프를 도시한 사시도이다.

도 3은 도 2의 A-A'선에 대한 단면을 도시한 것으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 고압연료펌프의 예를 도시한 예시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 고압연료펌프(14)는 측면에 흡입구(21)와 토출구(22)가 형성되는 바디(20), 바디(20)의 하부에 결합되고 내부에 흡임구(21)를 통해 봄베(11)로부터 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하는 가압수단(27)이 마련되는 브래킷(24) 및 바디(20)의 일측에 결합되고 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 유량제어밸브(spill valve, 26)를 통합한다.

이러한, 고압연료펌프(14)는 바디와 엔진 캠축(미도시)의 캠 사이에 설치되어 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환해서 가압수단(27)으로 전달하는 롤러태핏부(미도시) 및 바디(20)의 상부에 결합되어 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부(25)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

가압수단(27)은 바디(20)의 내부에 연료의 흡입력 및 가압력을 발생하는 역할을 한다.

이러한 고압연료펌프(14)는 도 1에 도시된 바와 같이 딜리버리파이프(15), 연료회수라인(R) 및 연료공급라인(S)과 연결되어 연료의 일부를 고압으로 가압하여 딜리버리파이프(15)를 통해 인젝터(I)에 공급하고, 나머지 연료는 연료회수라인(R)을통해 봄베(11)로 회수하게 된다.

이를 위해 고압연료펌프(14)는 도시된 바와 같이 딜리버리파이프(15)와 커플러(C)에 의해 연결될 수 있다. 커플러(C)는 각각의 구성으로 별도로 제작되어 결합되는 딜리버리파이프(15)와 고압펌프(14)를 연결하기 위한 구성으로 일측은 딜리버리파이프(15)의 유입구에 연결되고, 타측은 고압연료펌프(14)의 토출구(22)에 연결된다.

본 발명에서는 이 커플러(C) 또는 딜리버리파이프(15)에 발생되는 베이퍼락을 해소하기 위한 수단이 고압연료펌프(14)에 마련된다. 이러한 구성이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이 고압연료펌프(14)는 바디(20), 가압수단(27), 토출구(22), 회수구(23) 및 유량조절밸브(26)를 포함하여 구성된다.

가압수단(27)은 롤러태핏부(미도시)를 통해 엔진의 캠축에 연결되어 승하강 동작을 하는 피스톤(271) 및 피스톤(271)에 결합되어 복원력을 제공하는 리턴 스프링(272)을 포함할 수 있다. 이 가압수단(27)의 피스톤(271)은 승강에 의해 고압공간(201)의 연료를 가압하여 압축하고, 압축된 연료가 체크밸브(300)를 통해 토출구(22)에 연결된 커플러(C)를 통해 딜리버리파이프(15)로 배출되게 하는 역할을 한다.

바디(20)의 상면에는 연료회수라인(R)과 연결되는 회수구(23)가 마련될 수 있으며, 회수구(23)의 하단 바디의 내부에는 연료펌프 내부의 저압부(R')이 마련된다. 이 저압부(30)는 고압공간(201)으로 공급되고 남은 연료가 회수구(23)를 통해 회수되기 위해 이동 또는 충진된다. 이러한 고압연료펌프(14)에 공급된 연료는 가압되는 연료 일부를 제외한 잔여연료가 가압전에 회수될 수 있으나, 회수 시점은 변경이 가능한 것으로 제시된 바에 의해서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

한편, 바디(20)의 내부에는 토출구(22)에 결합되는 토출측 체크밸브(300), 유량제어밸브(26)에 연결되고 바디(20) 내부로 흡입된 연료의 역류를 방지하면서 토출측 체크밸브(300)로 공급하는 입구측 체크밸브(29)가 마련될 수 있다.

그리고, 흡입구(21), 토출구(22) 및 회수구(23) 각각에는 토출포트(211), 흡입포트(221) 및 회수포트(231)가 설치될 수 있다.

이러한 바디(20)는 시동을 끈 후 발생되는 베이퍼락의 제거를 위한 수단이 마련된다. 본 발명에서는 토츨측 체크밸브(300)와 딜리버리파이프(15)의 사이 즉, 토출포트(222)의 내부 유로(223) 또는 커플러(C)의 내부에 발생된 베이퍼락을 제거하기 위한 방법이 마련된다.

구체적으로 토출측 체크밸브(300)에는 미세홈(301)이 형성된다. 이 미세홈은 체크밸브(300)의 밸브시트(310)에 형성된다. 이를 통해 미세홈(301)은 내부유로(223)와 토출유로(302)를 연결하게 된다. 토출유로(302)는 토출구(22)와 고압공간(201)을 연결하는 연료의 이동관을 의미한다.

이러한 미세홈(301)은 내부유로(223), 커플러(C) 및 딜리버리파이프(15) 내의 연료 일부가 기화되어 베이퍼가 형성되는 경우, 베이퍼를 배출하기 위한 통로로 이용된다.

이러한 미세홈(301)은 실린더(271)가 상승하여 고압공간(201) 내부의 연료를 가압하는 경우 연료의 압력은 딜리버리 파이프(15) 공급할 수 있는 압력을 유지하도록 하면서도, 고압연료펌프(14)에 의한 동작이 종료된 후 즉, 시동이 꺼진 후 발생되는 베이퍼는 고압공간(201)으로 배출되도록 하는 여갈을 한다. 이를 위해, 미에홈(301)의 직경은 기체의 유동은 보장하면서 액체의 유동은 곤란하게 하는 직경을 실험적으로 산출하여 형성된다. 대략 이 직경은 수 마이크로 미터에서 수백마이크로 미터(㎛)일 수 있으나, 가압수단(27)에 의해 발생디는 압력, 저압부(30)의 압력 및 유로(302, 223)의 길이 또는 직경에 따라 미세홈(301)의 직경은 달라질 수 있다.

이 미세홈(301)의 직경이 큰 경우 고압부(201)에 의한 고압화가 곤란해지며, 미세홈(301)의 직경이 너무 작은 경우 기화된 연료의 배출이 어려워질 수 있다. 이러한 미세홈(301)은 액체와 기체의 특성 차이를 이용하는 것으로써, 기포형태로 존재하는 연료가 액체 상태의 연료에 비해 미세한 틈으로 이동이 용이함을 이용하는 것이므로, 이에 따라 미세홈(301)의 직경이 결정되어야 한다.

이러한 미세홈(301)은 가압수단(27)에 의한 연료 압축시에 연료 일부가 딜리버리파이프(15)로 유출될 수 있으나, 딜리버리파이프(15) 또한 연료가 고압으로 충전되는 곳으로 연료의 유출은 거의 발생되지 않게 된다. 또한, 토출측 체크밸브(300) 또한 고압공간의 압력이 높아지는 경우 연료가 유동되도록 동작하는 특성도 유지할 수 있게 된다. 특히, 고압연료펌프(14)가 동작하는 동안은 베이퍼 발생이 이루어지지 않기 때문에 토출측 체크밸브(300)와 딜리버리파이프(15)의 연료압력 유지 및 정상동작은 저해하지 않는 것이 가능해진다.

이와 같이 미세홈(201)에 의해 내부유로(223)와 토출유로(301) 및 고압공간(201)이 연결되기만 해서는 베이퍼의 이동 및 해소가 이루어지지 않게 된다. 이를 위해 본원발명에서는 시동이 꺼진 이후 베이퍼의 배출을 위한 경로 형성이 이루어지게 된다.

이를 위해 시동이 꺼진 상태에서는 흡입구(21) 측의 체크밸브(29)가 개방된다. 구체적으로 입구측 체크밸브(29)는 연료공급라인(S)과 연결되어 봄베(11)로부터 공급되는 연료를 고압공간(201)에 공급한다. 이때, 입구측 체크밸브(29)는 유량조절밸브(26)에 의해 개도가 제어되어 ECU(17)에 의해 결정된 양만큼의 연료를 고압공간(201)에 주입되게 한다.

그리고, 잔여연료의 회수가 이루어질 수 있도록 하기 위해 입구측 체크밸브(29)는 회수유로(31)에 의해 바디 내부의 저압부(30)와 연통된다.

이를 이용하여, 시동이 꺼지게 되면 입구측 체크밸브(29)가 개방상태가 되도록 제어된다. 이를 위해 유량조절밸브(26)는 입구측 체크밸브(29)가 개방상태가 되도록 제어된다.

이를 통해, 고압공간(201)과 회수유로(31) 및 저압부(30)로 이어지는 경로가 형성되며, 미세홈(301)을 통해 연결된 내부유로(223)과 토출유로(302)로 연결되는 베이퍼 해소 경로가 형성된다.

줌 더 구체적으로 시동을 끈 이후 잔열에 의해 딜리버리 파이프(15) 또는 커플러(C) 내부에 베이퍼가 형성되면, 딜리버리 파이프(15) 내부의 압력이 증가하게 되고, 베이퍼가 미세홈(301)을 통해 토출유로(302)를 거쳐 고압공간(201)으로 이동하게 된다. 이때, 고압공간(201)은 입구측 체크밸브(29)에 의해 저압유로(31) 및 저압부(30)와 연통되는 상태이기 때문에 베이퍼가 저압유로(31)를 통해 저압부(30)로 배출되어 연료공급 계통 중 고압부분에 발생된 베이퍼가 제거될 수 있게 된다.

이하에서는 고압연료펌프(14)의 결합관계 및 작동방법을 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

피스톤(271)과 리턴 스프링(272)을 결합한 후, 바디(20) 내부에 피스톤(271)을 설치한다.

그리고 바디(20)의 일측에 형성된 흡입구(21)에 흡입 포트(211)를 결합하고, 바디(20)의 다른 일측에 형성된 토출구(22)를 통해 토출측 체크밸브(28)를 설치한 후, 토출구(22)에 토출포트(222)를 결합한다.

마찬가지로, 바디(20)의 일측에 형성된 결합구를 통해 입구측 체크밸브(29)를 설치한 후 유량제어밸브(29)를 결합한다.

바디(20)의 상부에 댐퍼부(25)를 결합하고, 댐버부(25)의 일측면 또는 상면에 형성된 회수구(23)에 회수 포트(231)를 결합하고, 회수 포트(231)에 연료회수라인(R)을 연결한다.

이와 같은 과정을 통해서 조립된 고압연료펌프(14)는 엔진이 구동되면 캠축에 연동하여 피스톤(271)이 승강 동작함에 따라 연료의 흡입, 토출 및 회수 동작을 수행한다.

즉, 피스톤(271)의 하강 동작시 바디(20) 내부 공간에는 흡입력이 발생하여 바디(20)의 일측에 형성된 흡입구(23)를 통해 바디(20) 내부 공간으로 연료가 흡입되고, 흡입된 연료는 바디(20) 내부에 형성된 이동유로(201)를 통해 가압수단(27)으로 전달된다.

이때, 유량제어밸브(26)는 가압수단(27)과의 사이에 마련된 입구측 체크밸브(29)를 개폐 동작시켜 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어한다.

이와 같이 연료가 공급되는 고압연료펌프가 차량 주행 종료에 따라 시동을 오프하는 경우 엔진에서 발생된 열이 연료라인 상에 영향을 미쳐 고압부에 잔류하는 연료에 기체 상태의 연료가 발생될 수 있다. 그리고, 이러한 잔류 연료에 열에 의한 베이퍼가 발생될 수 있으며, 이로 인해 베이퍼락이 발생될 수 있다. 이러한 베이퍼락은 다음 시동시 장애로 동작하여 시동 불량을 야기할 수 있으나, 본 발명에서는 전술한 미세홈(301)과 배출경로를 통해 배출함으로써 재시동시 시동불량이 발생되는 것을 방지할 수 있게 된다.

고압펌프(14)는 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 고압펌프(14)로 공급된 연료 중에서 엔진(E)의 아이들(idle) 시 약 95%의 연료를 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수하고, 엔진(E)의 정상운전 시에는 약 60%의 연료를 봄베(11)로 회수한다.

연료 압력 레귤레이터(16)는 고압펌프(14)의 저압부(30)로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력이 연료펌프(12)의 지속적인 펌핑 동작에 의해 저압 상태(2bar)로부터 미리 설정된 가압압력, 예컨대 Δ5bar만큼 가압되어 약 7bar가 되면, 내부의 밸브가 개방되어 연료를 봄베(11)로 전달한다.

그리고 연료 압력 레귤레이터(16)는 개방된 밸브를 통해 연료가 봄베(11)로 전달됨에 따라 내부의 압력이 상기 약 7bar보다 낮아지면, 상기 밸브를 폐쇄한 후 내부의 압력이 다시 약 7bar보다 높아지면 개방하는 동작을 반복 수행한다.

상기 가압압력은 봄베(11) 내부의 열평형을 이루기 위해 봄베(11)로 회수되는 연료를 가압하여 기화를 방지하도록 미리 설정되는 압력이다.

또한, 본 발명은 고압연료펌프의 입구측 체크밸브를 통해 바디 내부로 흡입된 연료 중 기포가 포함된 일부를 봄베로 신속하게 회수함에 따라 가압수단을 이용한 가압과정에서 연료를 미리 설정된 고압으로 충분하게 가압할 수 있다.

한편, 딜리버리 파이프(15)에는 인젝터(I)를 통해 분사된 연료의 분사량과 동일한 양의 연료가 고압펌프(14)에 의해 고압으로 가압된 상태로 공급됨에 따라, 딜리버리 파이프(15) 내부의 압력을 상기한 고압, 즉 약 40~150bar로 일정하게 유지된다.

이에 따라, 본 발명은 차량의 주행후 시동이 꺼진 차량을 재시동시키는 경우 연료 내부에 포함된 기포로 인한 재시동 불량을 방지하여 재시동성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 체크밸브의 구성을 도시한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 토출측 체크밸브(300)는 밸브시트(310), 밸브바디(320), 밸브포트(330), 씰링(340) 및 스프링(350)을 포함하여 구성된다.

밸브시트(310)는 밸브바디(320)와 밸브포트(330)에 의해 형성되는 공간에 수납되고, 내부 공간(324) 내부에서 왕복하도록 구성된다. 밸브시트(310)는 고압공간(201)의 압력이 스프링(350)에 의한 탄성을 초과하는 경우 스프링(350) 방향인 딜리버리파이프(15) 방향으로 후퇴하여 밸브를 개방하고, 그렇지 않는 경우 밸브포트(330)와 밀착하여 밸브를 차단한다.

이러한 밸브시트(310)에는 전술한 바와 같이 미세홀(301)이 형성된다. 이를 통해 밸브바디(320) 측에 발생된 베이퍼가 미세홀(301)을 통해 고압공간(201)으로 이동할 수 있게 된다.

밸브시트(310)의 측면과 밸브바디(320)의 내측면은 밀착되지 않고 간격을 가지게 형성된다. 이를 통해 밸브시트(310)가 밸브포트(330)와 이격되어 고압연료가 유입되는 경우 밸브시트(310)와 밸브바디(320) 사이에 형성되는 간극을 통해 밸브바디(320) 방향으로 이동한다. 그리고, 밸브바디(320)로 유입된 연료는 유출공(321)을 통해 커플러(C)에 공급되게 된다.

이를 위해 밸브시트(310)는 도시된 바와 같이 밸브포트(330)에 마련되는 내부유로(302)를 밀폐하도록 밸브포트(330)와 접촉되는 면이 환형으로 돌출되도록 형성될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이러한 밸브시트(310)는 컵형상으로 형성되어, 내부에 공간을 형성하며, 이 공간에 스프링(350)의 일단이 수납된다.

밸브바디(320)는 밸브포트(330)와 함께 수납공간(324)을 형성하여 내부에 밸브시트(310)와 스프링(350)을 수납한다. 그리고, 밸브바디(320)는 밸브시트(310)를 우회하여 유입되는 연료가 커플러(C)로 이동할 수 있도록 하는 유로의 역할을 한다. 이를 위해 밸브바디(320)에는 도시된 바와 같이 측면과 후면에 유출공(321, 323)이 다수 형성된다.

밸브포트(330)는 내부유로(302)가 형성되어 고압공간(201)과 토출측 체크밸브(300)를 잇는 역할을 함과 아울러, 밸브시트(310)와 함께 밸브를 개폐하는 역할을 한다. 이를 위해 밸브포트(330)는 도시된 바와 같이 단차지게 형성되어 일부분이 밸브바디(320) 내부로 삽입된다.

씰링(340)는 체크밸브(300)와 고압연료펌프(14)의 결합시 기밀성을 확보하기 위해 고압연료펌프(14)에 형성되는 토출측 수납구와 밸브포트(330) 사이에 게재되어 양자간의 틈을 메우는 역할을 한다.

스프링(350)은 밸브시트(310)를 지지하여 밸브시트(310)가 미리 정해지는 연료 압력 이상일 때 후퇴하고, 연료의 압력이 미리 정해지는 연료 압력 이하일 경우 밸브포트(330)와 밀착하도록 하는 역할을 한다. 이를 위해, 스프링(350)의 일단은 밸브바디(320)에 의해 지지되고, 타단은 밸브시트(310)에 마련되는 공간에 삽입되어 밸브시트(310)를 지지하도록 구성된다.

도 5는 도 2의 A-A'선에 대한 단면을 도시한 것으로, 본 발명의 제2실시예에 따른 고압연료펌프의 예를 도시한 예시도이다.

도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명의 다른 실시에에 따른 것으로 도 3에 도시된 제1실시예와 비교할 때 베이퍼이 해소 경로가 달라지는 것이 차이점이다. 때문에 이하에서는 전술한 제1실시예와 동일하거나, 제1실시예에 의해 유추 가능한 구성에 대한 상세한 설명을 생략하고, 차이점 위주로만 설명을 진행하기로 한다.

제2실시예에 따른 고압연료펌프(14)는 고압공간(201)과 펌프 상단에 형성되는 저압부(30)를 연결하는 마이크로 파이프부(403)가 형성된다.

이 마이크로 파이프부(403)는 고압공간(201) 내에 잔류하는 연료 일부가 기화되어 발생되는 베이퍼 또는 토출측 체크밸브(29)를 통해 토출측에서 넘어온 베이퍼를 배출하기 위한 통로로 이용된다.

구체적으로 마이크로 파이프부(403)는 실린더 헤드(202)에 해당하는 부분에 고압공간(201)과 저압부(30) 사이를 연통하도록 형성된다. 이를 통해, 실린더(271)가 상승하여 가압하는 경우 연료와 함께 존재하는 기체상태의 연료는 마이크로 파이프부(403)를 통해 저압부(30)로 배출되고, 마이크로 파이프부(203)를 통해 배출이 어려운 연료는 고압으로 가압된다. 이 마이크로 파이프부(203)도 토출측 체크밸브(29)에 형성되는 미세홈(301)과 마찬가지로 수십 마이크로 미터에서 수백 마이크로 미터(㎛)의 직경으로 형성되고, 다양한 조건에 의해 직경이 변경될 수 있다.

이 마이크로 파이프부(403)의 파이프(404) 직경이 큰 경우 고압공간(201)의 충분한 가압이 이루어지지 않게 되며, 파이프(404)의 직경이 너무 작은 경우 기화된 연료의 배출이 어려워질 수 있다. 이러한 마이크로 파이프부(403)는 액체와 기체의 특성 차이를 이용하는 것으로써, 기포형태로 존재하는 연료가 액체 상태의 연료에 비해 미세한 틈으로 이동이 용이함을 이용하는 것이다.

이러한 마이크로 파이프부(403)를 통해 가압수단(27)에 의한 연료 압축시에 연료 일부가 저압부(30)로 유출될 수 있으나, 파이프(404)의 직경을 충분히 작게하는 경우 극 미량의 연료만 유출되고 가압은 충분히 이루어지도록 하는 것이 가능하다.

마이크로 파이프부(403)의 파이프(404) 타측 종단에는 제1테이퍼(405a)가 형성된다. 이 제1테이퍼(405a)는 파이프(404)를 통해 배출되는 기체가 넓은 공간에 분출되면서 발생되는 압력의 변화를 저감하기 위해 파이프(404)의 타측 종단을 확장하여 형성되며, 도시된 바와 같이 파이프(404) 종단의 바디를 경사지게 형성하여 마련된다. 아울러, 고압공간(201) 측에도 제2테이퍼(405b)가 마련될 수 있다.

이 제2테이퍼(405b)는 고압공간(201) 공간 내에 존재하는 기체상태의 연료를 수집하여 파이프(404)에 모아주는 역할을 한다. 또한, 제2테이퍼(405b)는 가압과정에서 액상의 연료가 병목현상을 일으켜 파이프(404) 전단에서의 압력이 높아지게 함으로써, 파이프(404)를 통해 유출되는 고압연료의 양을 감소시키는 역할을 하게된다.

이러한 제2실시예에서도 제1실시예와 마찬가지로 입구측 체크밸브(300)가 시동을 끈 상태에서는 개방상태로 유지될 수 있다. 이때, 입구측 체크밸브(300)를 통해 배출되지 않은 베이퍼는 고압공간(201)에 잔류하다가 시동을 켜서 가압수단(27)이 왕복을 하게 되면 배출이 이루어질 수 있다. 이를 통해, 베이퍼의 제거 효율을 향상시키고, 베이퍼락에 의한 시동불량 더욱 효과적으로 해소하는 것이 가능하다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여려가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10: 직접분사식 엘피아이 시스템 11: 봄베
12: 연료펌프 13: 멀티밸브
14: 고압펌프 15: 딜리버리 파이프
16: 연료 압력 레귤레이터 17: ECU
18: 모터 컨트롤러 19: 차단밸브
20: 바디 21: 흡입구
22: 토출구 23: 회수구
24: 브래킷 26: 유량제어밸브
27: 가압수단 201: 고압공간
222: 토출포트 223: 내부유로
271: 피스톤 300: 체크밸브
302: 토출유로

Claims (8)

1. 일측에 봄베로부터의 연료가 공급되는 흡입구가 형성되는 바디;
   상기 바디와 결합되어 고압공간을 형성하고, 상기 연료 중에서 일부를 상기 고압공간에서 가압하는 가압수단;
   상기 가압수단에 의해 가압된 연료를 고압부로 토출하기 토출측 체크밸브를 구비하는 토출구; 및
   상기 흡입구를 통해 흡입된 상기 연료 중 상기 가압수단에 의해 가압되고 남은 잔여연료를 연료회수라인에 전달하는 회수구;를 포함하여 구성되고,
   상기 토출측 체크밸브는
   상기 고압부와 상기 고압공간을 연결하여 상기 고압부 내의 기체 상태의 연료를 상기 고압공간으로 배출하기 위한 미세홈이 형성되며,
   상기 회수구는 상기 바디 내부에 형성되는 저압부와 연결되고, 상기 저압부는 상기 흡입구에 마련되는 입구측 체크밸브와 연결되고,
   상기 고압공간으로 배출된 상기 기체 상태의 연료는 상기 입구측 체크밸브의 개방시 상기 입구측 체크밸브를 통해 상기 저압부로 배출되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 토출측 체크밸브는
   상기 토출구에 연결되고 상기 고압공가과 상기 고압부의 유로를 연결하는 내부유로가 형성되는 밸브포트;
   상기 밸브포트의 상기 내부유로의 일단을 개폐하는 밸브시트;
   상기 밸브시트를 가압하는 스프링; 및
   상기 밸브시트와 상기 스프링이 수납되도록 상기 밸브포트와 결합되어 공간을 형성하는 밸브바디;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 미세홈은 상기 토출측 체크밸브의 밸브시트에 형성되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 바디는 상기 고압공간과 상기 저압부를 연결하기 위한 마이크로 파이프부가 형성되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 저압부는 상기 고압공간을 구성하는 실린더 헤드와 상기 회수구 사이에 형성되며, 상기 마이크로 파이프부는 상기 실린더 헤드에 형성되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 마이크로 파이프부의 파이프 양측 종단 중 어느 하나 이상에는 테이퍼부가 형성되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프.
   

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