KR102499006B1 - 터빈형 연료펌프 - Google Patents

Abstract

펌프부에 마련된 임펠러를 회전시켜 연료를 가압하여 엔진으로 공급하는 터빈형 연료펌프에 관한 것으로, 케이싱에 형성된 유입구를 통해 유입되는 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버와 하부 커버, 상기 가압공간에 설치되어 모터부에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러 및 리저버 컵 내부에 충진된 연료를 상기 유입구 측으로 유입시키는 보조 임펠러를 포함하는 다단 임펠러 구조를 갖는 구성을 마련하여, 임펠러의 회전속도와 연료의 흡입속도 차이를 최소화함으로써, 펌프의 입구측 압력을 보상하고 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다.

Description

터빈형 연료펌프{TURBINE-TYPE FUEL PUMP}

본 발명은 터빈형 연료펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체 상태로 탱크에 저장된 엘피지 연료를 가압해서 엔진으로 공급하는 터빈형 연료펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 액화석유가스(Liquefied Petroleum Gas, 이하 '엘피지'라 함)는 냉각이나 가압에 의해 쉽게 액화하고 반대로 가열이나 감압에 의해 기화하는 특성을 가진다. 이에 따라, 엘피지는 보통 가압(액화)된 상태로 고압 용기에 저장되어 기타 가스에 비해 취급이 쉬우며 발열량이 높다.

종래에는 엘피지를 연료로 하는 차량에서 액화되어 있는 가스를 엔진에 기체 상태로 공기와 함께 유입시켜 엔진의 연소실에서 착화될 수 있도록 구성하였으나, 이러한 방식은 기동성이 떨어지고 압력조절에 의한 분사방식으로 출력이 저하된다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 용기에 액화 저장되어 있는 가스를 가솔린 엔진과 동일한 방법으로, 연료탱크에서 공급되는 액화 가스를 그대로 인젝터까지 분사하도록 구성한 엘피아이(Liquefied Petroleum Injection, 액상 연료 분사) 엔진을 사용하여 기동성을 높이고 출력부분을 개선하였다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 내지 특허문헌 3 등 다수에 엘피아이 시스템과 그에 적용되는 연료펌프 및 연료펌프 모터 구동 기술을 개시하여 특허 출원해서 등록받은 바 있다.

일반적으로, 엘피아이 시스템에는 액체 연료를 인젝터에서 그대로 분사하기 위해, 연료펌프에 용적형 펌프 또는 터빈형 펌프가 적용된다.

그리고 연료펌프를 구동시켜 주는 모터는 높은 효율과 장 수명 및 신뢰성 확보를 위하여 브러시리스 직류모터(Brushless DC Motor, 이하 'BLDC 모터'라 함)를 이용하며, 특히 센서가 없는(sensorless) BLDC 모터를 적용하고, 연료펌프에 적용된 BLDC 모터를 제어하는 모터 드라이버가 연료탱크 내부에 장착된다.

용적형 펌프는 터빈형 펌프에 비해 토출압력을 용이하게 제어할 수 있으나, 구조가 복잡하고, 펌프의 플랜지와 모터의 샤프트의 충돌 및 모터 제어시 토크 리플에 의해 펌프 구동시 지속적으로 소음이 발생한다.

반면, 터빈형 펌프는 용적형 펌프에 비해 진동이 적어 소음이 적고, 연속송수가 가능하며, 구조가 간단하고, 취급이 용이하며, 운동성능도 양호하고, 토출량은 압력에 따라 변화한다.

이러한 터빈형 펌프는 유입구를 통해 유입된 연료를 임펠러를 회전시켜 가압해서 토출구를 통해 배출하는 구조를 가진다.

그러나 종래기술에 따른 터빈형 펌프는 펌프 구동시 유입구 측의 압력이 저하되고, 유입구를 통해 유입되는 연료량의 부족으로 인해 펌프 내부에서 캐비테이션이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1094882호(2011년 12월 15일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1072362호(2011년 10월 12일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1021108호(2011년 3월 14일 공고)

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 펌프의 입구측 압력을 보상하고 캐비테이션 발생을 억제할 수 있는 터빈형 연료펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연료펌프 구동시 연료펌프로 바이패스되는 연료의 역류를 방지할 수 있는 터빈형 연료펌프를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 터빈형 연료펌프는 펌프부에 마련된 임펠러를 회전시켜 연료를 가압하여 엔진으로 공급하며, 상기 펌프부는 케이싱에 형성된 유입구를 통해 유입되는 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버와 하부 커버, 상기 가압공간에 설치되어 모터부에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러 및 리저버 컵 내부에 충진된 연료를 상기 유입구 측으로 유입시키는 보조 임펠러를 포함하는 다단 임펠러 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터빈형 연료펌프에 의하면, 리저버 컵에 보조 임펠러를 적용하고, 보조 임펠러를 임펠러의 회전 방향과 동일 방향으로 회전시켜 리저버 컵 내부의 연료를 유입구 측으로 공급할 수 있다는 효과가 얻어진다.

따라서, 본 발명에 의하면, 임펠러의 회전속도와 연료의 흡입속도 차이를 최소화함으로써, 펌프의 입구측 압력을 보상하고 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 리저버 컵의 유입부를 통해 유입되는 연료에 선회류를 형성해서 유입구로 유입되는 연료의 유입량을 증대할 수도 있다는 효과가 얻어진다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 펌프부에 임펠러의 다단 구조를 적용함으로써, 리저버 컵 내부에 충진되는 연료의 충진량과 리저버 컵에서 유입구로 유입되는 연료의 유입량을 증대해서 연료펌프의 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프의 단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프의 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프의 단면도이다.

이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료가 유입되는 유입구(21)와 가압된 연료가 토출되는 토출구(22)가 형성되는 케이싱(20), 케이싱(20)의 내부에 마련되고 유입구(21)를 통해 유입된 연료를 펌핑해서 가압하는 펌프부(30) 및 펌프부(30)를 구동하도록 구동력을 발생하는 모터부(40)를 포함한다.

이러한 터빈형 연료펌프(10)는 리저버 컵(50) 내부에 설치된다.

케이싱(20)은 대략 원통 형상이나 육면체 형상 등으로 형성될 수 있다.

케이싱(20)의 하단에는 연료탱크(도면 미도시)에 저장된 연료가 케이싱(20) 내부로 유입되는 유입구(21)가 형성되며, 케이싱(20)의 상단에는 펌프부(30)의 펌핑 동작에 의해 가압된 연료가 토출되는 토출구(22)가 형성될 수 있다.

케이싱(20) 내부에는 펌프부(30)와 모터부(40)가 설치되는 공간이 마련될 수 있다.

모터부(40)는 제어기(도면 미도시)로부터 전원을 공급받고, 상기 제어기의 제어신호에 의해 구동되는 모터를 포함할 수 있다.

상기 모터는 연료펌프(10)의 규격에 따라 BLDC 모터나 BLAC 모터, DC 모터 등 다양한 종류의 모터로 마련될 수 있다.

펌프부(30)는 유입구(21)를 통해 유입된 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버(31)와 하부 커버(32) 및 상기 가압공간에 설치되어 모터부(40)에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러(33)를 포함할 수 있다.

상부 커버(31)에는 가압된 연료가 배출되는 배출구(34)가 형성되고, 배출구(34)는 배출유로(35)를 통해 토출구(22)와 연결될 수 있다.

하부 커버(32)에는 유입구(21)와 연결되어 연료를 공급받는 공급구가 형성될 수 있다.

임펠러(33)에는 회전 동작에 의해 연료를 가압하는 복수의 블레이드(331)가 마련될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서 펌프부(30)는 리저버 컵(50) 내부에 충진된 연료를 케이싱(20)의 유입구(21) 측으로 유입시키는 보조 임펠러(34)를 더 포함할 수 있다.

보조 임펠러(34)는 모터부(40)로부터 구동력을 전달받아 임펠러(33)와 동일 방향으로 회전해서 임펠러(33)의 회전속도와 연료의 흡입 속도 차이를 최소화하는 기능을 한다.

이를 위해, 모터부(40)에 마련된 모터의 샤프트(41)는 케이싱(20) 하단에서 하방으로 연장되고, 보조 임펠러(34)는 샤프트(41)의 하단에 설치되어 회전할 수 있다.

여기서, 리저버 컵(50)의 일측 하단부에는 연료탱크에서 연료가 유입되는 유입부(51)가 마련될 수 있다.

유입부(51)에는 리저버 컵(50)으로 유입되는 연료의 선회류를 형성할 수 있도록, 나선 형상 등의 패턴을 따라 하나 이상의 홈이 형성되거나, 연료의 이동을 가이드하는 가이드 구조물이 적용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 리저버 컵에 보조 임펠러를 적용하고, 보조 임펠러를 임펠러의 회전 방향과 동일 방향으로 회전시켜 리저버 컵 내부의 연료를 유입구 측으로 공급할 수 있다.

따라서, 본 발명은 임펠러의 회전속도와 연료의 흡입속도 차이를 최소화함으로써, 펌프의 입구측 압력을 보상하고 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 리저버 컵의 유입부를 통해 유입되는 연료에 선회류를 형성해서 유입구로 유입되는 연료의 유입량을 증대할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 연료펌프의 입구측 압력을 보상해서 연료펌프의 효율을 증대하고, 입구측 압력 저하로 인한 토출압력의 저하를 미연에 예방하고, 연료의 유입량 부족으로 인한 캐비테이션 발생을 억제할 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프의 단면도이다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 터빈형 연료펌프(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기의 도 1을 참조해서 설명한 터빈형 연료펌프(10)의 구성과 동일하다.

다만, 본 실시 예에서 보조 임펠러(34)는 복수로 마련될 수 있다.

즉, 보조 임펠러(34)는 리저버 컵(50) 내부에 충진된 연료를 유입구(21) 측으로 공급하는 제1 임펠러(341)와 리저버 컵(50)의 유입부(51)를 통해 유입되는 연료를 제1 임펠러(341) 측으로 공급하도록 흡입력을 발생하는 제2 임펠러(342)를 포함할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 펌프부에 임펠러와 보조 임펠러, 특히 보조 임펠러를 복수로 마련해서 다단 구조를 마련함에 따라, 리저버 컵 내부에 충진되는 연료의 충진량과 리저버 컵에서 유입구로 유입되는 연료의 유입량을 증대할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 연료펌프의 유입구로 유입되는 연료의 유입량을 증대해서 연료펌프의 효율을 향상시키고, 입구측 압력 저하로 인한 토출압력의 저하를 미연에 예방하며, 연료의 유입량 부족으로 인한 캐비테이션 발생을 억제할 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 펌프부에 마련되는 임펠러에 다단 구조를 적용해서 리저버 컵 내부에 충진되는 연료의 충진량과 리저버 컵에서 유입구로 유입되는 연료의 유입량을 증대하는 터빈형 연료펌프 기술에 적용된다.

10: 터빈형 연료펌프
20: 케이싱
21: 유입구 22: 토출구
23: 배출유로
30: 펌프부
31: 상부 커버 311: 배출구
32: 하부 커버 321: 공급구
33: 임펠러 331: 블레이드
34: 보조 임펠러 341,342: 제1, 제2 임펠러
40: 모터부 41: 샤프트
50: 리저버 컵 51: 유입부

Claims (3)

1. 펌프부에 마련된 임펠러를 회전시켜 연료를 가압하여 엔진으로 공급하는 터빈형 연료펌프에 있어서,
   상기 펌프부는 케이싱에 형성된 유입구를 통해 유입되는 연료를 가압하는 가압공간을 내부에 형성하는 상부 커버와 하부 커버,
   상기 가압공간에 설치되어 모터부에서 전달되는 구동력에 의해 회전해서 연료를 미리 설정된 압력으로 가압하는 임펠러 및
   리저버 컵 내부에 충진된 연료를 상기 유입구 측으로 유입시키는 보조 임펠러를 포함하는 다단 임펠러 구조를 갖고, 상기 리저버 컵 내부에 설치되며,
   상기 리저버 컵의 일측에는 연료탱크에서 연료가 유입되는 유입부가 마련되고,
   상기 유입부에는 상기 리저버 컵 내부로 유입되는 연료의 선회류를 형성하도록, 적어도 하나 이상의 홈이 형성되거나, 연료의 이동을 가이드하는 가이드 구조물이 적용되며,
   상기 보조 임펠러는 상기 리저버 컵 내부에 충진되는 연료의 충진량과 상기 리저버 컵에서 상기 유입구로 유입되는 연료의 유입량 증대하도록, 상기 리저버 컵 내부에 충진된 연료를 상기 유입구 측으로 공급하는 제1 임펠러와
   상기 리저버 컵 내부로 유입되는 연료를 상기 제1 임펠러 측으로 공급하는 제2 임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈형 연료펌프.
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