KR20010053291A - 액화 가스용 연료 시스템 - Google Patents

Abstract

액화 가스에 의해 구동되는 내연 기관용 연료 시스템이 개시된다. 펌프의 도움으로, LPG와 같은 연료가 들어 있는 저장 탱크 내의 압력은 상승되어 공급 라인을 통해 하나 이상의 인젝터들로 공급된다. 이 인젝터들은 압력 제어 수단이 있는 복귀 라인에 연결된다. 압력의 제어는 탱크 내의 절대 압력이 상승할 때, 가령 온도 상승의 결과로서, 펌프에 의해 제공되는 추가의 압력이 감소되는 그런 방식으로 수행된다. 결과적으로, 인젝터에 대한 압력비는 절대적인 의미에서 공급 라인에 한정된다.

Description

액화 가스용 연료 시스템{FUEL SYSTEM FOR LIQUEFIED GAS}

이러한 형태의 시스템은 일본 소화60-222550A에 개시되어 있다. 이러한 공지의 시스템에 있어서, 공급 라인의 압력은 일정한 값으로 상승되어 탱크 압력을 초과한다. LPG와 같은 액상 가스의 조기 증발을 방지하기 위해 펌프의 도움으로 압력을 상승시킬 필요가 있다. 결국, 증기 기포들은 유입 연료의 양을 급격하게 저하시키기 때문에 기관의 작동을 방해하며, 그 결과로서 점화 가능한 혼합물이 더 이상 존재하지 않게 된다. 고온에서는 탱크 내의 압력이 상승하며, 이 상승된 압력의 함수로서 설치된 압력 제어기를 제어함으로써 추가된 압력이 일정하게 유지된다. 이러한 것이 기술되어 있는 다른 공보는 일본 특허 출원 소화62-243956A이다.

내연 기관에서 분사용으로 사용되는 인젝터에 대하여 상당한 요구 사항이 부과된다. 결국, 그러한 기관의 출력이 점진적으로 높아지고, 그러한 기관들의 공전 소비가 더욱 낮아짐에 따라, 그와 같은 인젝터들이 작동해야 하는 범위도 점점 더 넓어지게 된다. 이러한 범위는 공전과 최대 출력 사이에 있다. 이 최대 출력은 상대적으로 높은 회전수에서 얻어지며, 그 결과 분사 시간은 상대적으로 짧다.

이것은 그와 같은 인젝터들의 동적 범위에 대하여 상당한 요구 사항이 부과된다는 것을 의미한다. 이 동적 범위는 소위 턴다운비(turn down ratio)로 표시되며, 이 비율은 공급될 최대 유량 및 공급될 최소 유량의 몫(quotient)이다. 이들 요구 사항은 연료 레일, 즉 공급 라인의 압력이 거의 일정한 가솔린 기관용 인젝터에 대하여 충족될 수 있다. 액화 가스가 분사되는 경우, 이러한 동적 범위는 더욱 더 증가되며, 이는 공급 라인의 압력이 절대적인 의미에서 변화하기 때문이다. 전술한 바와 같이, 저장 탱크 내의 압력은 온도의 함수로서 변할 것이고, 상기 탱크에서의 절대 압력과 공급 시스템에서의 절대 압력의 조합 결과로서, 이러한 압력도 역시 변할 것이다. 그 결과, 인젝터의 동적 특성들에 대하여 요구 사항이 부과되며, 이들 특성은 충족되기에 불가능하거나, 실질적으로 불가능하다. 가솔린 기관들의 경우에 있어서, 각각의 실린더에 대한 개개의 분사가 이루어지고, 관련 실린더용 흡입 파이프의 길이는 종종 분사된 가솔린이 다른 실린더의 다른 흡입구로 결코 이동할 수 없는 정도의 길이가 되도록 선택되며, 그 결과 4행정 기관의 분사 사이클은 720°가 될 수 있으며, 다시 말해서 거의 연속적이다. 그러나, 환경적인 고려 사항으로 인하여, 최근에는 연속 분사의 이용이 증가하고 있으며, 이에 의해 분사는 흡입 라인을 통과하는 공기 칼럼의 실질적인 이동 중에만, 즉 흡입 밸브가 개방되어 있는 동안에만 일어난다. 더욱 최근의 개발 상황에 따르면, 이러한 범위는 연소를 최적화하기 위해 더욱 더 축소된다. 이 모든 결과는 분사에 이용 가능한 시간이 감소하고 있고, 점점 더 엄격한 요구 사항들이 인젝터들에 부과되고 있다는 사실에 있다.

미국 특허 제5,479,906호는 증기 형태의 연료용 연료 시스템을 개시하고 있다. 이 시스템에 따르면, 연료의 일부가 인젝터들에 의해 유입된다. 이는 복귀 라인이 설치된 펌프에 의해 수행된다. 연료 분사는 액상의 연료에 의해 일어난다. 펌프에서 행해진 일의 결과로서 탱크 내의 온도가 너무 많이 상승하는 것을 방지하기 위해, 연료 탱크의 최상부에 블리드 라인(bleed line)을 만드는 것이 제안되었으며, 이 블리드 라인에 의해 증기 형태의 연료가 연소 기관의 흡입 채널 속으로 유입될 수 있다. 탱크 내에서 액체에서 기체로 전환된 결과, 탱크의 온도는 하락한다. 인젝터들용의 연료 공급 레일 내의 압력은 원하는 방출 압력의 함수로서 제어될 수 있다고 할 수 있다. 탱크 내의 온도가 상승하면, 탱크 내에서 온도가 상승할 때의 경우와 마찬가지로 탱크 내의 액체가 증발할 것이고, 개별 회로를 통해 연소될 것이다.

PCT 출원 WO 92/08886에 따르면, 탱크와 인젝터 라인 사이의 압력차를 일정하게 유지시키는 것이 공지되어 있다.

본 발명은 액화 가스에 의해 구동되는 내연 기관용 연료 시스템에 관한 것으로서, 액화 가스용 저장 탱크와, 이 저장 탱크의 내용물과 연통하는 펌프와, 이 펌프에 연결되고, 액화 가스를 상기 기관으로 분사하기 위한 적어도 하나의 인젝터에 타단부가 연결되는 공급 라인과, 이 공급 라인에서 상기 펌프에 의해 제공되는 압력 상승을 제어하고, 제어 유닛을 갖춘 압력 제어 수단을 구비한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 시스템의 제1 실시예를 도식적으로 보여준다.

도 2는 도 1에서 도식적으로 보여주는 레귤레이터를 상세하게 보여준다. 그리고

도 3은 본 발명에 따른 연료 시스템의 추가 변형례를 상당히 도식적으로 보여준다.

본 발명의 목적은 가솔린/디젤 기관에 주로 기초를 두고 있는, 즉 대응하는 동적 범위를 가지고 있는 기존의 인젝터들을 이용하여 이러한 형태의 신형 시스템들을 실행할 수 있도록 한 것이다. 환언하면, 이 목적은 한정된 동적 범위의 인젝터들을 이용하면서도 여전히 내연 기관들 속으로 액화 연료를 분사시키는 것이다.

이러한 목적은 탱크 내의 절대 압력이 증가함에 따라 압력 상승이 감소하는 방식으로 압력 제어 수단이 설계되어 있다는 점에서 전술한 바와 같은 연료 시스템에 의해 실현된다.

이러한 조치에 의해, 공급 라인 내의 절대 압력의 변화는 상당히 줄어들고, 그 결과 보다 한정된 동적 범위의 인젝터 또는 인젝터들로서도 충족될 수 있다. 본 발명에 따르면, 가령 5 기압의 일정한 압력 상승이 펌프에 의해 일어나는 종래 기술과는 대조적으로, 상기 압력 상승은 예컨대 온도의 함수로서 변화할 것이다. 만약 온도가 높다면, 즉 저장 탱크 내의 압력이 높다면, 절대 압력 상승이 상대적으로 낮아질 것이며, 이에 반하여 낮은 온도에서는, 즉 탱크 내의 낮은 압력에서는, 압력 상승은 더욱 커질 것이다. 공급 라인 또는 인젝터들 내에 증기 거품의 형성에 대한 위험이 심지어 가장 높은 온도에서도, 즉 가장 낮은 압력 상승에서도 존재하지 않도록 다양한 특징들이 수행된다는 것을 이해할 것이다. 또한, 이것은 특수한 작동 조건들, 가령 연소 기관의 스위칭 오프(switching off)와 같은 경우에도 적용되며, 이 경우 스위칭 오프는 매우 짧은 시간 내에 컴퓨터 제어 방식으로 달성될 수 있어야만 한다.

본 발명에 따르면, 미국 특허 제5,479,906호와는 대조적으로, 탱크 내의 절대 압력이 상승하더라도 펌프에 의해 유발되는 압력 상승은 감소된다. 미국 특허 제5,479,906호에서는, 압력이 너무 높은 경우에 추가 유량이 증발되고, 필요하다면 소망하는 방출 압력을 얻기 위해 연료 펌프의 작동 조건의 수정이 이루어진다.

더군다나, 본 발명에 따른 연료 시스템에 따르면, 액상의 LPG용 저장 탱크 내의 온도 상승을 제한하거나, 심지어 제거하는 것도 가능하다. 그와 같은 온도 상승은 탱크로부터 유체를 계속 펌핑함으로써 탱크 내로 들어오는 열에 의해 야기된다. 게다가, 동적 범위도 본 발명에 따른 연료 시스템에 의해 개선된다.

선행 기술로부터 공지된 어떤 방식에서도 본 발명에 따르면 다양한 압력 상승을 발생시키는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따르면, 외부에서 제어될 수 있는 압력 레귤레이터가 인젝터들의 하류 복귀 라인에 설치된다. 이 압력 레귤레이터의 기본적인 세팅(setting)은 연료 탱크 내에서 탐지되는 온도의 함수로서 조절된다. 물론, 탱크 내의 압력 뿐만 아니라 대기 압력을 탐지함으로써 압력차를 결정하는 것도 가능하다.

추가의 변형례에 따르면, 항시 개방된 유로 조절 개구(restriction)가 복귀 라인에 합체되고, 또한 복귀 라인 자체도 상당한 저항을 가지고 있다. 이때, 공급 라인의 압력은 연료의 유량을 조절함으로써 조절된다. 선택적으로, 다양한 특징부가 압력 레귤레이터와 조합될 수 있다. 그와 같은 조합은 복귀 라인에서 탱크까지의 개구에 체크 밸브가 설치되기 때문에 빈번하게 직면하게 될 것이며, 이 체크 밸브는 유로 조절 개구로서의 역할을 한다. 바람직한 실시예에 따르면, 이는 펌프의 출력을 변화시킴으로써, 보다 구체적으로는 연료 펌프의 회전 속도를 변화시킴으로써 가능하다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 인젝터는 펄스 폭에 의해 제어되는 인젝터이다.

본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예들을 참조하여 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1에서, 내연 기관은 참조 번호 1에 의해 그 전체에 대하여 표시되어 있다. 이 기관의 흡입 파이프들(2)도 도시되어 있고, 이 파이프들 속에 연속 분사용 인젝터들(3)이 도시되어 있다. 이들 인젝터는 제어 유닛(13)에 의해 제어되며, 이 유닛으로 출력 요구에 대한 정보가 도시하지 않은 방식으로 제공되고, 이 유닛으로 온도 등과 같은 기관 변수들도 역시 제공된다. 그와 같은 제어 유닛은 인젝터들(3)과 조합되며, 종래 기술에 일반적으로 공지되어 있다. 이 인젝터들(3)은 공급 라인(6)을 통해 저장 탱크(4)로부터 LPG를 공급받으며, 그 저장 탱크 내에는 펌프(5)가 설치된다. 이들 인젝터들에는 압력 레귤레이터(7)가 수용되어 있는 복귀 라인(8)이 연결된다. 이 압력 레귤레이터(7)는 전기 인출선(12)을 통해 제어 유닛(11)에 접속된다. 탱크(4) 내의 센서(9) 및 대기 압력부(10)로부터 발생하는 절대 압력에 관한 신호들이 제어 유닛(11)으로 제공된다.

이러한 장치에 있어서, 본 발명에 따른 제어 유닛(11)은 만약 센서(9)에 의해 탐지된 압력이 일정한 분기관(take-off)과 함께 인젝터들(13)에 의해 상승하는 경우, 압력 레귤레이터(7)는 더 많은 연료의 통과를 허용하도록 구성된다. 펌프(5)에 의해 야기된 절대 압력의 상승은 탱크(4) 내부의 압력 상승에 의해 부분적으로 상쇄된다. 흡입구는 참조번호 15로, 그리고 방출구는 참조번호 16으로 표시되어 있다. 하우징(18)의 내부에는, 흡입구(15)와 방출구(16) 사이의 연통을 제어하는 가변 피스톤(17)이 존재한다. 이 피스톤(17)은 스프링(19)의 압력을 받으며, 이 스프링의 일단부는 컵(20) 상에 지지된다. 이 컵(20)의 위치는 로터리 모터(22)에 결합되는 나사형 로드(21)에 의해 화살표(23)의 방향으로 변화되며, 이 로터리 모터는 인출선(12)에 접속된다. 컵(20)을 상방으로 이동시킴으로써, 흡입구(15)와 방출구(16) 사이의 압력은 상승할 것이다. 그와 같은 레귤레이터는 복귀 라인(8)에 합체될 수도 있고, 탱크(4) 내의 복귀 라인의 단부에 합체될 수도 있다. 더군다나, LPG가 탱크 내에서 빠져나갈 때 발생하는 소음을 가능한 한 제한하기 위해 특별한 조치가 취해질 수 있다.

본 발명의 추가의 변형례는 도 3에 도시되어 있다. 이 도면에서 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소들에 대응하는 구성요소들은 동일한 참조 번호들이 부여되어 있다. 또한, 내연 기관도 도시되어 있지 않다. 탱크(4) 내에 설치된 펌프는 이제 참조 번호 25로 표시되어 있다. 이 펌프의 회전 속도는 조정될 수 있고, 이는 라인(30)을 통해 펌프에 접속된 제어 유닛(29)에 의해 제어된다. 회전 속도는 온도 센서(26)에 의해 발생되는 신호에 의존하며, 이 온도 센서는 탱크 내에 설치된다. 결국, 탱크 내부의 압력은 그 속의 온도로부터 정확하게 결정될 수 있다는 것을 알 수 있다. 단지 하나의 유로 조절 개구(28)만을 구비한 압력 레귤레이터(27)는 이제 복귀 라인(28)에 합체되어 있다. 실제로, 압력 조절은 개구(28) {그리고, 물론 인젝터들(3)을 매개하여 분기관}과 상호 작용하여 모터(25)의 출력에 의해 결정된다. 이러한 장치에 있어서, 제어 유닛은 탱크 내의 온도가 상승할 때, 즉 탱크 내의 압력이 상승할 때, 펌프는 더 낮은 출력을 내며, 그 결과 라인(6) 내의 절대 압력이 증가하더라도, 라인(6)과 탱크(4) 내의 압력들 사이의 차이는 떨어지도록 설계된다.

탱크 내의 절대 압력의 함수로서 공급 라인(6)의 절대 압력의 일례는 이하에 주어질 것이다.

탱크 내의 압력(bar)	인젝터에서의 압력(bar)	압력의 증가(bar)
21025	101629	864

탱크 내의 압력이 상승하는 경우에, 라인(6)과 저장 탱크(4) 사이의 압력차는 감소한다는 것을 위의 표로부터 알 수 있다.

물론, 공급 라인 또는 인젝터들에서 심지어 최악의 조건들 하에서도 어떠한 증기의 형성도 발생할 수 없도록 다양한 태양들이 선택된다.

발명의 개념이 광범위하게 다양한 방식으로 수행될 수 있다는 것을 상술한 바로부터 이해될 것이다. 예컨대, 하나 이상의 펌프를 작동시키는 것도 가능하다. 게다가, 흡입 파이프들에서 나타나는 압력 감소를 수정하기 위해 수정 수단이 제공될 수도 있다. 또한, 예컨대 4 bar의 압력차가 얻어지는 고정 세팅(fixed setting) 및 0 - 5 bar의 압력차가 얻어지는 고정 조리개를 구비한 제어기 직렬 회로로부터 압력 레귤레이터를 구성하는 것도 가능하다. 그러한 시스템들은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속한다.

Claims (8)

1. 액화 가스에 의해 구동되는 내연 기관(1)용 연료 시스템으로서,

   액화 가스용 저장 탱크(4)와, 이 저장 탱크의 내용물과 연통하는 펌프(5,25)와, 이 펌프에 연결되고, 상기 액화 가스를 상기 내연 기관으로 분사하기 위한 적어도 하나의 인젝터(3)에 타단부가 연결되는 공급 라인(6)과, 이 공급 라인에서 상기 펌프에 의해 제공되는 압력 상승을 제어하고, 제어 유닛을 갖춘 압력 제어 수단(7,11;27,29)을 구비하는 내연 기관용 연료 시스템에 있어서,

   상기 압력 제어 수단은 상기 탱크 내의 절대 압력이 상승함에 따라 상기 압력 상승이 감소하는 방식으로 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 인젝터(3)에는 상기 탱크에 대한 복귀 라인(8)이 마련되어 있고, 상기 압력 제어 수단(7,27)은 상기 복귀 라인에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 압력 제어 수단은 상기 펌프(25)의 출력에 영향을 미치는 제어 유닛(29) 뿐만 아니라 상기 복귀 라인(8)의 고정 유로 조절 개구(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 펌프(25)의 회전 속도는 제어 가능한 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.
5. 선행항들중 하나에 있어서, 상기 압력 상승은 상기 탱크 내의 압력이 약 1-2 기압일 때 적어도 8 bar 이고, 상기 압력 상승은 상기 탱크 내의 압력이 약 25 기압일 때 많아도 4 bar 인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.
6. 선행항들중 하나에 있어서, 상기 압력 상승은 상기 탱크 내에 설치된 압력 센서(9)로부터 발생하는 신호로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.
7. 선행항들중 하나에 있어서, 상기 인젝터는 펄스 폭에 의해 제어되는 인젝터인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.
8. 선행항들중 하나에 있어서, 상기 압력 제어 수단은 고정 세팅과 고정 유로 조절 개구를 구비한 레귤레이터 직렬 회로인 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 시스템.