KR102312727B1 - Lpdi 차량의 연료압력 조절장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LPDI 차량의 연료계통에서 연료압력을 조절하는 장치에 있어서: LPG봄베(10)의 연료펌프(12)에서 인젝터(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 LPG봄베(10)까지 연결되고, 고압펌프(22)의 미송출 연료를 LPG봄베(10)로 보내는 회수라인(30); 및 상기 공급라인(20)과 상기 회수라인(30)에 연료압력을 조절하도록 설치되는 레귤레이터(32);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, LPDI 차량의 액상 LPG 연료를 직접 분사하는 연료계통에서 차량의 주행 조건에 대응한 연료 공급의 원활성을 부여하여 출력저하와 시동지연 방지에 의한 연료 제어 최적화를 도모하는 효과가 있다.

Description

LPDI 차량의 연료압력 조절장치 {Fuel pressure control apparatus for LPDI automobile}
본 발명은 LPDI 차량의 연료라인에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 인젝터를 통해 엔진의 실린더에 액상의 LPG 연료를 직접 분사하는 LPDI 차량의 연료압력 조절장치에 관한 것이다.
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.
이와 관련하여 한국 공개특허공보 제2014-0057025호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제0671127호(선행문헌 2) 등의 선행특허를 참조할 수 있다.
선행문헌 1은 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.
선행문헌 2는 연료 탱크와 연료 레일의 온도를 측정하는 온도 센서; 연료 탱크와 연료 레일의 압력을 측정하는 압력 센서; 등을 구비하고, 제어부에서 온도 및 압력값에 따라 LPG 온도에 의한 변화를 보정하여 연료 분사량 및 연료 조성을 계산한다. 이에, 엔진 운전 조건 등에 의한 연료 압력의 변화에 영향을 받지 않고 정확한 연료량 제어를 행하는 효과를 기대한다.
그러나, 상기한 선행문헌 1은 연료의 빠른 리턴을 유발하고 선행문헌 2는 연료 분사의 보정 연산을 요지로 하여 LPDI 연료 제어 최적화에 미흡하다.
한국 공개특허공보 제2014-0057025호 "LPG 직접 분사 시스템" (공개일자 : 2014.05.12.) 한국 등록특허공보 제0671127호 "엘피지 액상 인젝션 시스템의 연료 공급 제어방법" (공개일자 : 2008.03.30.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, LPDI 차량에서 액상 LPG 연료의 직접 분사와 관련되는 연료계통의 일부 개선을 통하여 차량의 주행 조건에 대응한 연료 공급의 원활성으로 연료 제어의 최적화를 도모하는 LPDI 차량의 연료압력 조절장치를 제공하는 데 있다.
LPDI 차량의 연료계통에서 연료압력을 조절하는 장치에 있어서: LPG봄베의 연료펌프에서 인젝터를 거쳐 엔진까지 연결되고, 고압펌프로 연료를 승압하여 연료레일로 송출하는 공급라인; 상기 공급라인의 고압펌프에서 LPG봄베까지 연결되고, 고압펌프의 미송출 연료를 LPG봄베로 보내는 회수라인; 및 상기 공급라인과 상기 회수라인에 연료압력을 조절하도록 설치되는 레귤레이터;를 포함한다.
상기 레귤레이터는 상기 공급라인과 연결된 피드유로에서 연료의 유동을 단속하는 전자밸브 및 상기 회수라인에 연결되는 리턴유로에서 연료의 감압을 수행하는 밸브체를 포함한다.
상기 레귤레이터는 밸브축에 스프링의 탄성력을 인가하여 LPG 연료의 액상 상태 유지로 고압펌프로의 연료 공급성을 개선하도록 연료계통의 감압을 5bar 이상으로 유지한다.
상기 공급라인은 연료펌프의 속도 증대와 레귤레이터의 밸브체와의 연계 작용에 의하여 감압을 증가시켜 9~11bar의 압력을 유지한다.
상기 회수라인은 상기 레귤레이터에 의해 3bar의 압력을 유지한다.
상기 레귤레이터는 밸브축 또는 스프링의 단부에 온도에 따라 신축되는 조절체를 더 구비한다.
상기 조절체는 상기 스프링의 상단으로 상기 밸브체의 외면에 근접하게 설치되어, 외기 온도와 무관하게 상기 레귤레이터의 감압 성능을 유지하도록 온도에 대응하여 상기 스프링의 탄성력 변동을 유발한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, LPDI 차량의 액상 LPG 연료를 직접 분사하는 연료계통에서 차량의 주행 조건에 대응한 연료 공급의 원활성을 부여하여 출력저하와 시동지연 방지에 의한 연료 제어 최적화를 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 구조가 적용된 LPDI 시스템의 모식도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 작동상태를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 변형예를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 LPDI 차량의 연료계통에서 연료압력을 조절하는 장치에 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.
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.
본 발명에 따르면 LPG봄베(10)의 연료펌프(12)에서 인젝터(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. 연료계통의 일예로서, 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.
또한, 본 발명에 따르면 상기 공급라인(20)의 고압펌프(22)에서 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. 연료계통의 일예로서, 회수라인(30)의 연료 압력은 약 3~8bar 범위로 유지된다.
또한, 본 발명에 따르면 레귤레이터(32)가 상기 공급라인(20)과 상기 회수라인(30)에 연료압력을 조절하도록 설치되는 구조를 이루고 있다. 도 1은 레귤레이터(32)가 공급라인(20)과 회수라인(30)에 동시에 설치된 상태를 예시한다. 이와 같은 레귤레이터(32)의 구성이 시스템 간소화, 내구성, 신뢰성에 유리지만 이에 한정되는 것은 아니다. 어느 경우에나 레귤레이터(32)는 공급라인(20) 및 회수라인(30)에 대한 기능을 독립적으로 수행할 수 있다.
LPDI 차량에서 액상의 LPG 연료를 고압펌프(22)를 통해 인젝터(26)까지 유지ㆍ공급하는 것이 가장 중요하다. 차량 주행 후 시동 오프시 엔진(15)의 열에 의해 고압펌프(22)의 내부 온도가 올라가게 되는데, 보편적인 LPDI 연료계통에 있어 고압펌프(22)에서 인젝터(26)에 이르는 고압부를 제외한 저압부의 압력은 ΔP로 설정된다. 연료계통으로 연료를 피드하고 리턴하는 과정에서 고압펌프(22)의 온도에 의해 공급되는 액상의 연료가 기상으로 상변화를 일으키면 시동 지연 등의 문제가 발생한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 레귤레이터(32)는 피드유로(32a)에서 연료의 유동을 단속하고 리턴유로(32b)에서 연료의 감압(ΔP)을 수행하는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면, 레귤레이터(32)는 일측의 피드유로(32a)와 타측의 리턴유로(32b)를 구비한다. 공급라인(20)에 연결되는 피드유로(32a)에는 연료의 유동을 단속하는 전자밸브(32A)가 설치될 수 있다. 회수라인(30)에 연결되는 리턴유로(32b)에는 연료압력을 조절하는 밸브체(32B)가 탑재된다. 리턴유로(32b)의 밸브체(32B)에 의한 감압(ΔP)은 피드유로(32a)에도 영향을 끼친다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 레귤레이터(32)는 밸브축(34)에 스프링(38)의 탄성력을 인가하여 연료계통의 감압(ΔP)을 5bar 이상으로 유지하는 것을 특징으로 한다. LPG 연료는 특성상 온도 및 압력에 가장 많은 영향을 받게 되는데, 압력이 낮고 온도가 높을수록 기상으로 상변화가 되며, 압력이 높고 온도가 낮을수록 액상 상태를 유지하게 된다. 액상의 LPG 연료 공급 안정성을 위해 레귤레이터(32)의 압력을 높여 Δ5bar 이상의 감압으로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 공급라인(20)은 연료펌프(12)와 레귤레이터(32)의 연계 작용에 의하여 9~11bar를 유지하는 것을 특징으로 한다. 연료펌프(12)의 속도 증대 또는 레귤레이터(32)의 밸브체(32B)를 통하여 감압(ΔP)의 증가가 구현된다. 도 2를 참조하면, 공급라인(20)의 상류측 압력이 9~11bar를 유지하고 회수라인(30)의 하류측 압력이 3bar로 유지된다. 전술한 8bar와 대비하여 감압(ΔP)을 1~3bar 증대시킴으로써 저압부 연료 공급 압력을 높여 원활한 액상의 LPG 연료를 공급하여 차량 성능 및 재시동성을 개선할 수 있다.
본 발명의 변형예로서, 상기 레귤레이터(32)는 밸브축(34) 또는 스프링(38)의 단부에 온도에 따라 신축되는 조절체(40)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 도 3을 참조하면, 레귤레이터(32)의 밸브체(32B)를 구성하는 밸브축(34), 다이아프램(36), 스프링(38) 등이 나타난다. 동절기와 하절기에 연료의 온도 변화는 차량 성능 및 재시동성에 영향을 준다. 조절체(40)는 스프링(38)의 상단으로 밸브체의 외면에 근접하게 설치되고 온도에 대응하여 스프링(38)의 탄성력 변동을 유발한다. 이에, LPDI 차량의 연료계통에서 외기 온도와 무관하게 레귤레이터(32)의 갑암 성능을 유지한다.
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.
10: LPG봄베 12: 연료펌프
15: 엔진 20: 공급라인
22: 고압펌프 24: 연료레일
26: 인젝터 30: 회수라인
32: 레귤레이터 34: 밸브축
36: 다이아프램 38: 스프링
40: 조절체

Claims (1)

  1. LPDI 차량의 연료계통에서 연료압력을 조절하는 장치에 있어서:
    LPG봄베(10)의 연료펌프(12)에서 인젝터(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 LPG봄베(10)까지 연결되고, 고압펌프(22)의 미송출 연료를 LPG봄베(10)로 보내는 회수라인(30); 및
    상기 공급라인(20)과 상기 회수라인(30)에 연료압력을 조절하도록 설치되는 레귤레이터(32);를 포함하되,
    상기 레귤레이터(32)는 상기 공급라인과 연결된 피드유로(32a)에서 연료의 유동을 단속하는 전자밸브(32A) 및 상기 회수라인에 연결되는 리턴유로(32b)에서 연료의 감압(ΔP)을 수행하는 밸브체(32B)를 포함하며,
    상기 레귤레이터(32)는 밸브축(34)에 스프링(38)의 탄성력을 인가하여 LPG 연료의 액상 상태 유지로 고압펌프로의 연료 공급성을 개선하도록 연료계통의 감압(ΔP)을 5bar 이상으로 유지하며,
    상기 공급라인(20)은 연료펌프(12)의 속도 증대와 레귤레이터(32)의 밸브체(32B)와의 연계 작용에 의하여 감압(ΔP)을 증가시켜 9~11bar의 압력을 유지하고,
    상기 회수라인(30)은 상기 레귤레이터(32)에 의해 3bar의 압력을 유지하며,
    상기 레귤레이터(32)는 밸브축(34) 또는 스프링(38)의 단부에 온도에 따라 신축되는 조절체(40)를 더 구비하고,
    상기 조절체(40)는 상기 스프링(38)의 상단으로 상기 밸브체(32B)의 외면에 근접하게 설치되어, 외기 온도와 무관하게 상기 레귤레이터(32)의 감압 성능을 유지하도록 온도에 대응하여 상기 스프링(38)의 탄성력 변동을 유발하는 것을 특징으로 하는 LPDI 차량의 연료압력 조절장치.
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