KR102277080B1 - Fuel line system for LPDI automobile - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LPDI 차량의 연료라인에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인젝터를 통해 엔진의 실린더에 액상의 LPG 연료를 직접 분사하는 LPDI 차량의 연료라인 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel line for an LPDI vehicle, and more particularly, to a fuel line system for an LPDI vehicle that directly injects liquid LPG fuel into a cylinder of an engine through an injector.
친환경 고효율 차량에 대한 관심이 증대되면서 다양한 대체 연료가 적용되고 있다. 그 중에서 LPG 연료는 가솔린에 비하여 탄소 함량비가 적어 이산화탄소 배출량 저감에 유리하다. LPG 연료를 사용하는 차량의 경우 LPI 방식에서 LPDI(Liquefied Petroleum-gas Direct Injection) 방식으로 발전된다. LPDI 차량은 연료계통의 제어를 통하여 액상 LPG를 엔진의 실린더 내부로 직접 분사한다. LPDI 차량의 연료 제어 최적화는 출력, 연비, 연소 안정성, 시동성 등의 엔진성능 확보에 중요한 요소로 인식된다.As interest in eco-friendly, high-efficiency vehicles increases, various alternative fuels are being applied. Among them, LPG fuel has a lower carbon content ratio than gasoline, which is advantageous in reducing carbon dioxide emissions. In the case of vehicles using LPG fuel, electricity is generated from the LPI method to the LPDI (Liquefied Petroleum-gas Direct Injection) method. LPDI vehicles directly inject liquid LPG into the cylinder of the engine through the control of the fuel system. Optimizing fuel control for LPDI vehicles is recognized as an important factor in securing engine performance such as output, fuel efficiency, combustion stability, and startability.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제0449855호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2014-0057025호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.As prior art documents that can be referenced in this regard, Korean Patent Registration No. 0449855 (Prior Document 1), Korean Patent Application Laid-Open No. 2014-0057025 (Prior Document 2), and the like are known.
선행문헌 1은 LPG 액상 분사시스템을 사용하는 차량에서 압축/팽창 부재를 갖춘 연료 보조탱크를 설치하여 엔진정지와 동시에 연료탱크 내부압력 근처로 떨어진 분사기 후방의 연료 압력을 빠른 시간에 상승시켜 엔진시동 시간을 단축시킨다. 이에, 엔진 시동의 불안정 및 시간 지연으로 인한 운전자의 불편을 최소화하는 효과를 기대한다.Prior Document 1 discloses that a fuel auxiliary tank equipped with a compression/expansion member is installed in a vehicle using an LPG liquid injection system to quickly increase the fuel pressure at the rear of the injector, which has fallen to near the internal pressure of the fuel tank, at the same time as the engine is stopped, so that the engine start time shorten the Accordingly, it is expected that the effect of minimizing the inconvenience of the driver due to the instability and time delay of engine start is expected.
선행문헌 2는 연료탱크의 LPG를 일정한 압력으로 고압연료펌프에 전달하는 레귤레이터; LPG를 엔진에 공급하도록 연료탱크에서 인젝터까지 연결하는 연료공급라인; 및 잔여 LPG를 연료탱크로 리턴시키도록 설치되는 연료리턴라인; 등을 포함한다. 이에, 가변제어가 가능한 레귤레이터를 적용하여 LPG엔진의 열간 재시동 성능과 냉간 시동 성능의 개선을 기대한다.Prior Document 2 discloses a regulator that delivers LPG in a fuel tank to a high-pressure fuel pump at a constant pressure; a fuel supply line connecting the fuel tank to the injector to supply LPG to the engine; and a fuel return line installed to return the remaining LPG to the fuel tank. etc. Therefore, it is expected that the hot restart performance and cold start performance of the LPG engine will be improved by applying a regulator capable of variable control.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 연료계통의 상당한 구조적 변화를 수반하면서 연료 제어의 최적화 측면에서 개선의 여지가 있다.However, according to the aforementioned prior literature, there is room for improvement in terms of optimization of fuel control while accompanying significant structural changes in the fuel system.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, LPDI 차량에서 액상 LPG 연료의 직접 분사와 관련되는 연료계통을 최소한으로 개선하여 차량의 주행 조건에 대응한 연료 공급의 원활성을 유지하기 위한 LPDI 차량의 연료라인 시스템을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to improve the conventional problems as described above, to minimize the improvement of the fuel system related to the direct injection of liquid LPG fuel in an LPDI vehicle to maintain smoothness of fuel supply in response to the driving conditions of the vehicle. It is to provide a fuel line system for LPDI vehicles for
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 LPDI 차량의 연료라인 시스템에 있어서: LPG봄베의 연료펌프에서 일측 레귤레이터를 거쳐 엔진까지 연결되고, 고압펌프로 연료를 승압하여 연료레일로 송출하는 공급라인; 상기 공급라인의 고압펌프에서 타측 레귤레이터를 거쳐 LPG봄베까지 연결되고, 고압펌프의 미송출 연료를 LPG봄베로 보내는 회수라인; 및 상기 회수라인에 레귤레이터와 병렬적으로 연결되고, 연료의 유동저항에 의한 감압을 유발하는 분기라인;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel line system for an LPDI vehicle, comprising: a supply line connected from a fuel pump of an LPG cylinder to an engine through a regulator on one side, boosting fuel with a high-pressure pump and sending it to a fuel rail; a recovery line connected from the high-pressure pump of the supply line to the LPG cylinder through the other side regulator, and sending the undelivered fuel of the high-pressure pump to the LPG cylinder; and a branch line connected to the recovery line in parallel with the regulator and causing pressure reduction due to flow resistance of the fuel.
본 발명의 제1실시예로서, 상기 회수라인에서 분기라인과 교차하는 상류측에 유로전환 기능의 제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.As a first embodiment of the present invention, a control valve having a flow path switching function is provided on an upstream side that intersects the branch line in the recovery line.
본 발명의 제2실시예로서, 상기 회수라인에서 분기라인과 교차하는 상류측에 유량조절 기능의 제어밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.As a second embodiment of the present invention, it is characterized in that a control valve having a flow rate control function is provided at an upstream side that intersects the branch line in the recovery line.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 분기라인은 유동 단면적을 축소한 병목부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the branch line is characterized in that it is provided with a bottleneck member having a reduced flow cross-sectional area.
본 발명의 변형예로서, 상기 병목부재는 연료의 유동저항에 연동하여 유동 단면적을 변동하는 신축재를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.As a modified example of the present invention, the bottleneck member is characterized in that it further includes an expansion and contraction member for varying the flow cross-sectional area in association with the flow resistance of the fuel.
이상과 같이 본 발명에 의하면, LPDI 차량에서 액상 LPG 연료의 직접 분사와 관련되는 연료계통을 최소한으로 개선하여 차량의 주행 조건에 대응한 연료 공급의 원활성으로 연료 제어의 최적화를 도모하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, the fuel system related to the direct injection of liquid LPG fuel in the LPDI vehicle is minimized, thereby optimizing fuel control through smooth fuel supply corresponding to the driving conditions of the vehicle. .
도 1은 본 발명에 따른 구조가 적용된 LPDI 시스템의 모식도
도 2는 본 발명에 따른 연료라인의 주요부를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 연료라인의 변형예를 나타내는 모식도1 is a schematic diagram of an LPDI system to which a structure according to the present invention is applied;
2 is a schematic diagram showing a main part of a fuel line according to the present invention;
3 is a schematic diagram showing a modified example of a fuel line according to the present invention;
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.
본 발명은 LPDI 차량의 연료라인 시스템에 관하여 제안한다. LPDI 차량에서 LPG봄베(10)에 저장된 액상 LPG 연료는 엔진(15)의 실린더에 직접 분사된다. 본 발명은 LPDI 엔진을 탑재한 차량의 연료계통을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.The present invention proposes with respect to a fuel line system of an LPDI vehicle. In the LPDI vehicle, the liquid LPG fuel stored in the
도 1을 참조하면, LPDI 차량의 연료계통은 LPG봄베(10), 연료펌프(12), 고압펌프(22), 연료레일(24), 인젝터(26) 등으로 구성된다. 연료라인은 협의적으로 연료를 이송하는 관로이지만 광의적으로 관로상에 장착된 기능품을 포함한다. LPG봄베(10)의 내부에는 연료펌프(12)가 탑재된다.Referring to FIG. 1 , the fuel system of the LPDI vehicle includes an
본 발명에 따르면 LPG봄베(10)의 연료펌프(12)에서 일측 레귤레이터(21)를 거쳐 엔진(15)까지 연결되는 공급라인(20)이 고압펌프(22)로 연료를 승압하여 연료레일(24)로 송출하는 구조를 갖춘다. 공급라인(20)은 연료펌프(12)와 고압펌프(22)를 통하여 연료의 단계적 승압을 유발한다. 연료펌프(12)는 약 8bar의 연료를 고압펌프(22)에 공급하고, 고압펌프(22)는 약 150bar의 연료를 연료레일(24)에 공급한다. 승압된 연료는 연료레일(24)과 인젝터(26)를 통하여 엔진(15)의 실런더로 토출된다. According to the present invention, the
이때, 공급라인(20)의 레귤레이터(21)는 LPG봄베(10)의 압력 변동과 무관하게 설정된 압력의 연료를 고압펌프(22)로 보낸다. 레귤레이터(21)는 ECU(50)에 의하여 전기적으로 제어될 수도 있다.At this time, the
또한, 본 발명에 따르면 상기 공급라인(20)의 고압펌프(22)에서 타측 레귤레이터(31)를 거쳐 LPG봄베(10)까지 연결되는 회수라인(30)이 고압펌프(22)의 미송출 연료를 LPG봄베(10)로 보내는 구조를 갖춘다. 고압펌프(22)는 흡입포트, 토출포트, 회수포트로 유로를 형성하고 내부에 유량제어용 스필밸브를 포함한다. 미송출 연료는 고압펌프(22)의 토출포트를 통하여 연료레일(24)로 공급되지 않은 잔여분이다. 회수라인(30)은 고압펌프(22)의 회수포트에서 LPG봄베(10)의 디버터까지 연결된다. 회수라인(30)의 연료 압력은 약 3~8bar 범위로 유지된다. In addition, according to the present invention, the
이때, 회수라인(30)의 레귤레이터(31)는 고압펌프(22)의 압력 변동과 무관하게 설정된 압력의 연료를 LPG봄베(10)로 보낸다. 레귤레이터(31)는 ECU(50)에 의하여 전기적으로 제어될 수도 있다.At this time, the
본 발명에서 레귤레이터(21)(31)를 분리하여 도시하지만 실질적으로 일체형으로 구성될 수도 있다.Although the
또한, 본 발명에 따르면 연료의 유동저항에 의한 감압을 유발하는 분기라인(40)이 상기 회수라인(30)에 레귤레이터(31)와 병렬적으로 연결되는 구조를 갖추고 있다. 분기라인(40)은 레귤레이터(31)의 상류측에서 하류측으로 바이패스되는 유로를 형성한다. 레귤레이터(31)와 병렬적으로 배치되는 분기라인(40)은 연료의 유동에 연동하는 저항을 유발한다. 레귤레이터(31)의 유로 또는 분기라인(40)의 유로에 의한 감압량은 후술하듯이 고압펌프(22)의 송출 유량에 영향을 준다.In addition, according to the present invention, the
본 발명의 제1실시예로서, 상기 회수라인(30)에서 분기라인(40)과 교차하는 상류측에 유로전환 기능의 제어밸브(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 유로전환 기능을 갖춘 제어밸브(35)는 ECU(50)에 연결되는 솔레노이드로 구동된다. 이 제어밸브(35)는 레귤레이터(31)의 유로 및 분기라인(40)의 유로 중 어느 하나를 개방하고 다른 하나를 폐쇄한다.As a first embodiment of the present invention, it is characterized in that a
본 발명의 제2실시예로서, 상기 회수라인(30)에서 분기라인(40)과 교차하는 상류측에 유량조절 기능의 제어밸브(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 유량조절 기능을 갖춘 제어밸브(35)는 ECU(50)에 연결되는 액추에이터로 구동된다. 이 제어밸브(35)는 레귤레이터(31)의 유로 및 분기라인(40)의 유로에 대한 개도율을 동시에 변동한다.As a second embodiment of the present invention, a
한편, 본 발명의 ECU(50)는 마이컴 회로를 기반으로 구성되고 연료펌프(12), 고압펌프(22), 레귤레이터(21)(31), 인젝터(26) 등에 연결된다. ECU(50)는 인젝터(26)를 통해 분사되는 연료의 분사 시기와 분사량을 각각 주행 조건에 따라 설정된 범위로 제어한다.Meanwhile, the ECU 50 of the present invention is configured based on a microcomputer circuit and is connected to the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 분기라인(40)은 유동 단면적을 축소한 병목부재(42)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 병목부재(42)는 오리피스(44)로 형성되어 레귤레이터(31)와 유사한 기능을 수행한다. 병목부재(42)에 의하여 감압되는 ΔP는 대략 5bar이지만 이에 한정되지 않는다. 구성의 단순성을 위해 병목부재(42)는 ECU(50)와 직접적으로 연계되지 않아도 무방하다.As a detailed configuration of the present invention, the
도 2를 참조하면, 분기라인(40)의 중간에 교축된 형태의 오리피스(44)로 감압하는 상태를 나타낸다. 종래의 레귤레이터를 적용하는 경우 차량의 주행 조건과 상관없이 설정된 압력으로 연료를 공급하고 회수한다. 이 경우 차량의 부하가 증대되는 고속 또는 고토크 영역에서 연료 회수의 유연성 부족에 기인하여 연료 공급의 저하가 유발된다.Referring to FIG. 2 , it shows a state in which the pressure is reduced by an
반면 본 발명에 따라 회수라인(30)의 레귤레이터(31) 및 분기라인(40)의 병목부재(42)를 연계하는 경우 부하에 연동하여 연료 공급의 원활성을 유지할 수 있다. ECU(50)는 설정된 부하 영역에서 제어밸브(35)를 가동하여 레귤레이터(31) 및 병목부재(42) 중 하나의 기능을 선택(제1실시예)하거나 양자의 기능을 분담(제2실시예)한다. 제1실시예의 경우에 ECU(50)는 엔진(15)의 저부하 영역과 고부하 영역을 구분하여 제어한다. 설정된 저부하 영역에서 레귤레이터(31)의 유로만 개방하여 고압펌프(22)의 정상적인 연료 분사를 수행한다. 설정된 고부하 영역에서 분기라인(40)의 유로만 개방하여 병목부재(42)에 의한 병목 현상으로 고압펌프(22)의 연료 압력과 유량 증가를 유발한다. 제2실시예의 경우 ECU(50)는 레귤레이터(31) 및 병목부재(42)의 기능을 분담한다.On the other hand, when the
본 발명의 변형예로서, 상기 병목부재(42)는 연료의 유동저항에 연동하여 유동 단면적을 변동하는 신축재(46)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면, 병목부재(42)의 오리피스(44)에 링형의 신축재(46)가 설치된 상태를 나타낸다. 신축재(46)는 자체적 물성이나 외부의 제어에 의하여 오리피스(44)의 유로 단면적을 가변할 수 있다. 일예로, 신축재(46)는 합성고무와 같은 신축성 소재를 선택하여 구현된다. 차량의 부하 변동이 커지는 경우 신축재(46)는 연료계통에 대한 댐핑 기능을 수행한다.As a modified example of the present invention, the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such variations or modifications fall within the scope of the claims of the present invention.
10: LPG봄베 12: 연료펌프
15: 엔진 20: 공급라인
21: 레귤레이터 22: 고압펌프
24: 연료레일 26: 인젝터
30: 회수라인 31: 레귤레이터
35: 제어밸브 40: 분기라인
42: 병목부재 44: 오리피스
46: 신축재 50: ECU10: LPG cylinder 12: fuel pump
15: engine 20: supply line
21: regulator 22: high pressure pump
24: fuel rail 26: injector
30: return line 31: regulator
35: control valve 40: branch line
42: bottle neck member 44: orifice
46: elastic material 50: ECU
Claims (5)
LPG봄베(10)의 연료펌프(12)에서 일측 레귤레이터(21)를 거쳐 엔진(15)까지 연결되고, 고압펌프(22)로 연료를 승압하여 연료레일(24)로 송출하는 공급라인(20);
상기 공급라인(20)의 고압펌프(22)에서 타측 레귤레이터(31)를 거쳐 LPG봄베(10)까지 연결되고, 고압펌프(22)의 미송출 연료를 LPG봄베(10)로 보내는 회수라인(30); 및
상기 회수라인(30)에 레귤레이터(31)와 병렬적으로 연결되고, 연료의 유동저항에 의한 감압을 유발하는 분기라인(40);을 포함하되,
상기 회수라인(30)에서 분기라인(40)과 교차하는 상류측에 유로전환 기능의 제어밸브(35)를 구비하거나,
상기 회수라인(30)에서 분기라인(40)과 교차하는 상류측에 유량조절 기능의 제어밸브(35)를 구비하며,
상기 분기라인(40)은 유동 단면적을 축소한 병목부재(42)를 구비하는 것을 특징으로 하는 LPDI 차량의 연료라인 시스템.In the fuel line system of an LPDI vehicle:
A supply line (20) connected from the fuel pump (12) of the LPG cylinder (10) to the engine (15) through a regulator (21) on one side, boosting the fuel with the high-pressure pump (22) and sending it to the fuel rail (24) ;
A recovery line 30 is connected from the high-pressure pump 22 of the supply line 20 to the LPG cylinder 10 through the other side regulator 31, and sends the undelivered fuel of the high-pressure pump 22 to the LPG cylinder 10. ); and
A branch line 40 connected in parallel with the regulator 31 to the recovery line 30 and causing pressure reduction due to the flow resistance of the fuel;
A control valve 35 having a flow path switching function is provided on an upstream side that intersects the branch line 40 in the recovery line 30, or
A control valve 35 having a flow rate control function is provided on an upstream side that intersects the branch line 40 in the recovery line 30,
The branch line (40) is a fuel line system for an LPDI vehicle, characterized in that it includes a bottleneck member (42) having a reduced flow cross-sectional area.
상기 병목부재(42)는 연료의 유동저항에 연동하여 유동 단면적을 변동하는 신축재(46)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 LPDI 차량의 연료라인 시스템.The method according to claim 1,
The bottleneck member (42) is a fuel line system for an LPDI vehicle, characterized in that it further comprises a stretchable material (46) for varying the flow cross-sectional area in association with the flow resistance of the fuel.
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- 2020-03-31 KR KR1020200039495A patent/KR102277080B1/en active IP Right Grant
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