KR20020076525A - 가스연료 차량의 액상연료 공급장치 - Google Patents

Abstract

포화상태의 가스연료를 압축하여 액상으로 유지한 후 운전조건에 따라 엔진에 요구되는 정확한 분사량을 전자제어장치에서 제어하여 인젝터에서 분사할 수 있도록 한 것으로, 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크, 연료탱크의 연료를 가압하여 액상으로 토출하는 연료펌프, 연료펌프로 부터 공급되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 요구되는 분사량을 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터, 인젝터 토출구와 연료탱크 사이에 설치되어 인젝터에 토출되는 연료의 압력을 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터, 인젝터 토출구와 압력 레귤레이터 사이에 설치되는 압력센서에 의해 검출되는 인젝터의 압력에 따라 연료펌프를 제어하여 운전조건에 따라 인젝터의 분사량을 결정하는 전자제어장치를 제공한다.

이로 인해, 연료를 액상으로 인젝터에 공급시 엔진에 정확한 연료량이 분사되므로 엔진의 운전조건에 따른 공연비 제어가 용이하여 응답성을 향상시키며, 액상의 연료를 엔진의 흡기관에 분사하므로 흡입공기의 체적효율이 상승되어 엔진의 출력이 향상되며, 완전연소로 인해 촉매의 변환효율이 상승되어 배기가스 배출량을 현저하게 감소시키며, 가스연료 사용시 발생하는 역화를 방지할 수 있다.

Description

가스연료 차량의 액상연료 공급장치{liquid fuel supply device for vehicles fuel}

본 발명은 포화상태의 가스연료를 가압하여 액상으로 유지한 후, 운전조건에 따라 엔진에 요구되는 정확한 분사량을 전자제어장치(ECU)에서 제어하여 인젝터에서 분사할 수 있도록 한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 연료펌프에서 액화되어 인젝터로 공급되는 액상연료의 압력을 일정하게 유지하여 엔진에 필요한 분사량을 인젝터에서 정확하게 분사할 수 있도록 한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 가스연료를 사용하는 차량의 가스연료 공급장치는, 포화상태의 액,기상 연료를 저장하는 연료탱크(1)와, 연료탱크(1)내의 액상 및 기상의 연료를 고압 연료라인(6,7)을 통해 엔진(13)에 각각 공급하는 연료파이프(2,3)와, 엔진(13)의 수온센서(14)에 의한 수온스위치(15)의 온/오프에 의해 엔진(13)으로 공급되는 연료의 액,기상을 조절하는 액,기상 솔레노이드밸브(8)와, 액,기상 솔레노이드밸브(8)를 경유한 연료를 1차 및 2차 감압후 저압 연료라인(10)을 통해 벤츄리(12)를 통과하는 흡입공기의 압력감소로 인해 연료의 흡입량이 결정되는 믹서(11)측으로 공급하는 베이퍼라이저(9)를 구비한다.

이때, 동절기에서와 같이 외기의 온도가 낮거나 엔진(13)의 온도가 낮은 경우에는 엔진(13)의 시동성을 향상시키기 위하여 연료탱크(1)내의 기상의 연료를 연료파이프(3)를 통해 엔진(13)에 공급하고, 수온센서(14)에 의한 냉각수의 온도가 연료가 기화하기 용이한 온도(약, 15℃를 말함)일 경우 연료탱크(1)내의 액상의 연료를 연료파이프(2)를 통해 엔진(13)에 공급하게 된다.

그러나, 전술한 바와 같은 가스연료 공급장치에서는, 연료탱크(1)의 연료가 기상으로 엔진(13)의 흡기 다기관에 공급될 때, 흡입가스 연료의 체적으로 인한 흡입공기량의 체적이 상대적으로 줄어들어 엔진(13)의 전체적인 출력이 감소되는 문제점과, 흡입공기의 부압(負壓)으로 인해 엔진(13)에 베이퍼라이저(9)에서 감압된 연료가 공급되므로 운전조건에 따른 응답성이 떨어지며, 연료 흡입량을 제어할 수 없어 공연비를 정확하게 제어할 수 없게되며, 이로 인해 엔진(13)의 후처리장치인 촉매의 변환효율을 저하시키므로 배기가스의 배출량이 증가되어 대기오염을 초래하는 문제점을 갖게 된다.

또한, 엔진(13)정지 후 재시동시 베이퍼라이저(9)와 믹서(11)사이에 설치된 저압 연료라인(10)내에 잔류하는 연료가 흡기관으로 공급되는 역화(back fire)현상이 발생하는 문제점을 갖게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 연료를 압축하여 액상으로 인젝터에 공급시 엔진에 정확한 연료량이 분사되므로 엔진의 운전조건에 따른 공연비 제어가 용이하여 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 액상의 연료를 엔진의 흡기관에 분사하므로 흡입공기의 체적효율이 상승되어 엔진의 출력이 향상되며, 연비를 절감할 수 있도록 한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 완전연소로 인해 촉매의 변환효율이 상승되어 배기가스 배출량을 현저하게 감소시키며, 가스연료 사용시 발생하는 역화를 방지할 수 있도록 한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 연료 공급장치의 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치의 개략도,

도 3은 본 발명에 의한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치에서 연료를 액상으로 유지시키기 위한 원리를 설명하는 개략도,

도 4는 본 발명에 의한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치에서 연료의 포화증기선도의 그래프 이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

18; 연료펌프

20; 셔오프밸브(shut - off valve)

22; 공급유로

23; 인젝터(injector)

24; 압력센서

25; 압력 레귤레이터(pressure regulator)

28; 전자제어장치(ECU)

30; 귀환유로

32; 연료탱크

전술한 본 발명의 목적은, 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크와, 연료탱크의 연료를 가압하여 액상으로 토출하는 연료펌프와, 연료펌프로 부터 공급되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 요구되는 분사량을 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터와, 인젝터 토출구와 연료탱크 사이에 설치되어 인젝터에 토출되는 연료의 압력을 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터와, 인젝터 토출구와 압력 레귤레이터 사이에 설치되는 압력센서에 의해 검출되는 인젝터의 압력에 따라 연료펌프를 제어하여 운전조건에 따라 인젝터의 분사량을 결정하는 전자제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스연료 차량의 액상연료 공급장치를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 압력 레귤레이터는, 인젝터 토출구와 연료탱크사이의 귀환유로를 개폐하도록 설치되어 인젝터에 토출되는 연료의 압력이 설정값 이상일 때 개방되어 인젝터에 공급되는 압력을 설정값으로 유지하는 다이어프램이 설치된 레귤레이터밸브와, 귀환유로를 레귤레이터밸브에 의해 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 탄성부재와, 연료탱크압에 대해 상대적인 압력을유지할 수 있도록 압력 레귤레이터출구측 압력이 다이어프램 상단부에 작용하도록형성되는 분기유로를 구비한다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 다이어프램을 가압하는 탄성부재의 셋팅 압력은 1.5bar ∼ 50bar범위 이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크(32)와, 연료탱크(32)의 연료를 가압하여 액상(液狀)으로 토출하는 연료펌프(18)와, 연료펌프(18)로 부터 공급유로(22)(fuel line)를 통해 공급되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 요구되는 분사량을 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터(23)(injector)와, 인젝터 토출구(21)와 연료탱크(32) 사이에 설치되어 인젝터(23)에 공급되는 연료의 압력(B)을 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터(25)(pressure regulator)와, 인젝터 토출구(21)와 압력 레귤레이터(25) 사이에 설치되는 압력센서(24)에 의해 검출되는 인젝터(23)로 공급되는 연료의 압력에 따라 연료펌프(18)를 모터드라이버(29)(motor driver)에 의해 제어하여 운전조건에 따라 인젝터(23)의 분사량을 결정하는 전자제어장치(28)(ECU)를 구비한다.

이때, 전술한 압력 레귤레이터(25)는, 인젝터 토출구(21)와 연료탱크(32)사이의 귀환유로(30)(return line)를 개폐(開閉)하도록 설치되며, 인젝터(23)에 공급되는 연료의 압력이 설정값 이상일 때 개방되어 인젝터(23)에 공급되는 압력(B)을 설정값 범위내로 유지하는 다이어프램(39)(diaphragm)이 설치된 레귤레이터밸브(42)와, 귀환유로(30)를 레귤레이터밸브(42)에 의해 폐쇄(閉鎖)시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하도록 1.5bar ∼ 50bar범위내로 셋팅되는 탄성부재(40)와, 연료탱크(32)압(A)에 대해 상대적인 압력을 유지할 수 있도록 압력 레귤레이터(25)출구측 압력(D)이 다이어프램(39) 상단부에 작용하도록 형성되는 분기유로(31)를 구비한다.

미 설명부호 19는 과류방지 차단밸브(shut off ＆ excess flow valve), 20은 차단밸브(shut off valve), 27은 탄성부재(45)에 의해 연료탱크(32)에 대한 귀환유로(30)를 폐쇄시켜 귀환유로(30)에 압력 레귤레이터(25)를 통과시 감압(減壓)된 포화상태의 압력(D)을 유지하는 리턴밸브, 44는 플로우트(43)(float)와 연결되어 연료탱크(32)의 잔유량을 표시하는 연료 레벨게이지, E는 엔진 이다.

이하에서, 본 발명에 의한 가스연료 차량의 액상연료 공급장치의 사용방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 온도 및 압력조건에 따라 포화상태인 연료탱크(32)내의 연료는 연료펌프(18)의 압축으로 인해 압력(B)이 상승되어 액상상태를 유지하여 과류방지 차단밸브(19)와 공급유로(22)에 설치된 차단밸브(20)를 차례로 통과하여 엔진(E)측 인젝터(23)에 공급된다.

이때, 연료탱크(32)내의 포화상태의 압력(A)을 갖는 연료는 연료펌프(18)의 압축에 의해 압력이 수직상승(도 4의 도면상, "A"에서 "B"구간으로 도시됨)하여 액상을 유지하게 된다.

전술한 압력 레귤레이터(25)에 설치되어 귀환유로(30)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 탄성부재(40)의 탄성력에 의해 전술한 연료펌프(18)로 부터 토출되어 인젝터(23)에 공급되는 액상의 연료가 소정의 압력을 유지할 수 있게 된다.

즉, 전술한 인젝터(23)에 공급되는 압축된 액상연료가 설정된 압력이상인 경우 탄성부재(40)의 탄성력을 이기게되어 압력 레귤레이터(25)의 밸브(42)가 개방되므로 연료탱크(32)로 귀환시키는 것이다. 이때 인젝터(23)에 공급되는 액상연료의 압력은 인젝터(23)출구측과 압력 레귤레이터(25)사이에 설치된 압력센서(24)에 의해 검출되며, 검출된 압력값은 전자제어장치(28)의 연산에 의해 모터드라이버(29)를 통해 연료펌프(18)를 구동시킴에 따라 엔진(E)의 운전조건에 따라 일정한 압력을 유지할 수 있게 된다.

전술한 인젝터(23)에 공급되는 액상상태의 연료는 전자제어장치(28)의 제어에 의해 엔진(E)의 운전조건에 따라 요구되는 정확한 분사량을 엔진(E)의 흡기다기관에 분사시킴에 따라 정확한 공연비 및 운전조건별로 제어할 수 있는 것이다.

이때, 전술한 인젝터(23)에서 분사되고 남은 연료는 압력이 감소된 후(도 4의 도면상, "B"에서 "C"구간으로 도시됨) 귀환유로(30)에 설치된 압력센서(24)와 압력 레귤레이터(25)를 경유하여 연료탱크(32)로 귀환되며, 압력 레귤레이터(25)를 통과시 압력이 재감소(도 4의 도면상, "C"에서 "D"구간으로 도시됨) 된다.

한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전술한 연료탱크(32)내의 압력은온도에 따라 변화하게되어 연료펌프(18)의 압축압력(B)은 연료탱크(32)내의 압력(A)보다 높아야 하므로, 연료탱크(32)로 귀환하는 압력 레귤레이터(25)출구측 압력(D)을 분기유로(31)를 통하여 압력 레귤레이터(25)의 다이어프램(39)상측에 가압하도록 형성된 것이다.

따라서, 연료탱크(32)의 포화상태의 연료를 연료펌프(18)의 압축으로 인해 액상을 유지하는 연료를 인젝터(23)에서 운전조건에 따라 요구되는 분사량으로서 엔진(E)의 흡기다기관에 토출시킬 수 있다. 이로 인해 정확한 연료량을 제어하여 운전조건별 응답성을 향상시키며, 완전연소로 인해 배기가스 배출량을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.

연료를 압축하여 액상으로 인젝터에 공급시 엔진에 정확한 연료량이 분사되므로 엔진의 운전조건에 따른 공연비 제어가 용이하여 응답성을 향상시킬 수 있다.

또한, 액상의 연료를 엔진의 흡기관에 분사하므로 흡입공기의 체적효율이 상승되어 엔진의 출력이 향상되며, 연비를 절감할 수 있다.

또한, 완전연소로 인해 촉매의 변환효율이 상승되어 배기가스 배출량을 현저하게 감소시키며, 가스연료 사용시 발생하는 역화를 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 포화상태의 연료를 저장하는 연료탱크;

   상기 연료탱크의 연료를 가압하여 액상으로 토출하는 연료펌프;

   상기 연료펌프로 부터 공급되는 액상의 연료를 운전조건에 따라 요구되는 분사량을 엔진의 흡기관에 분사하는 인젝터;

   상기 인젝터 토출구와 상기 연료탱크 사이에 설치되어 상기 인젝터에 토출되는 연료의 압력을 설정값 범위내로 유지하는 압력 레귤레이터; 및

   상기 인젝터 토출구와 상기 압력 레귤레이터 사이에 설치되는 압력센서에 의해 검출되는 상기 인젝터의 압력에 따라 상기 연료펌프를 제어하여 운전조건에 따라 인젝터의 분사량을 결정하는 전자제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스연료 차량의 액상연료 공급장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 압력 레귤레이터는;

   상기 인젝터 토출구와 연료탱크사이의 귀환유로를 개폐하도록 설치되어 상기 인젝터에 토출되는 연료의 압력이 설정값 이상일 때 개방되어 상기 인젝터에 공급되는 압력을 설정값으로 유지하는 다이어프램이 설치된 레귤레이터밸브;

   상기 귀환유로를 상기 레귤레이터밸브에 의해 폐쇄시킨 것을 초기상태로 탄성바이어스하는 탄성부재; 및

   상기 연료탱크압에 대해 상대적인 압력을 유지할 수 있도록 상기 압력 레귤레이터출구측 압력이 상기 다이어프램 상단부에 작용하도록 형성되는 분기유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스연료 차량의 액상연료 공급장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 다이어프램을 가압하는 상기 탄성부재의 셋팅 압력은 1.5bar ∼ 50bar범위인 것을 특징으로 하는 가스연료 차량의 액상연료 공급장치.