KR20050012335A

KR20050012335A - Ｌｐｉ 차량용 리턴리스 연료시스템

Info

Publication number: KR20050012335A
Application number: KR1020030051261A
Authority: KR
Inventors: 김덕렬
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-02
Also published as: CN100348435C; KR100579968B1; JP2005042700A; JP3878600B2; CN1576081A

Abstract

본 발명은 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템에 관한 것으로서, 분사되지 않은 연료가 압력조정기를 통해 연료탱크로 리턴되도록 되어 있는 기존 LPI 차량용 연료시스템의 문제점을 해결하기 위하여, 연료 리턴을 위한 구성요소를 삭제하는 대신 시동 후 연료라인의 맥동 감쇄를 위한 댐퍼와 시동 오프 후 온도상승에 따른 연료압 상승을 방지하는 리저버 탱크 및 솔레노이드를 설치하여 구성한 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 연료시스템에서는 엔진룸쪽 연료가 연료탱크로 리턴되지 않기 때문에 연료탱크 내 온도 및 압력 상승을 막을 수 있고, 이에 엔진룸쪽 연료라인에서의 압력 상승을 방지할 수 있게 된다. 또한, 연료압 상승에 따른 연료라인의 누설을 줄일 수 있고, 연료분사제어가 용이해지며, 배기가스를 줄일 수 있게 된다. 아울러, 연료가 연료탱크로 리턴되지 않기 때문에 연료탱크 내 소음이 없고, 연료탱크 내 연료가 안정화가 될 수 있다는 장점이 있다.

Description

ＬＰＩ 차량용 리턴리스 연료시스템{Returnless fuel system for LPI vehicle}

최근 들어서 택시나 레저 차량과 같이 LPG를 연료로 사용하는 차량들이 많이 늘고 있는 추세이다.

이러한 LPG 차량에서는 LPG를 고압으로 압축하여 연료탱크에 저장하고, 연소시에는 액상의 LPG를 다시 믹서와 베이퍼라이저 등으로 기화시켜 연료로 사용하고 있다.

하지만, 기존의 믹서타입 LPG 연료시스템에서는 공연비의 정밀제어가 불가능하기 때문에 배기가스 규제에 효과적으로 대응할 수 없었으며, 근래에 들어 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 LPG를 액상으로 인젝터에 공급, 분사시키는 LPI 연료시스템이 개발되어 사용되고 있다.

이 LPI 연료시스템은 기상의 LPG를 가압하면 액화되는 원리를 이용, 연료탱크 내에 펌프를 설치하여 액상의 LPG를 고압 액상으로 유지하고, 이 고압 액상의 LPG를 인젝터로 공급하여 ECU의 제어하에 인젝터가 액상 LPG를 각 기통별로 분사하도록 한 방식이다.

이러한 LPI 연료시스템에서는 고정도의 공연비제어가 가능하여 배기가스 규제에 대응이 가능하다는 장점이 있고, 또한 기존 믹서타입의 LPG 연료시스템에 비해 엔진성능, 저온 시동성 등이 우수한 장점이 있다.

이러한 장점을 가지는 LPI 연료시스템을 첨부한 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 종래의 LPI 차량용 연료시스템을 보인 시스템 개략도로, 연료탱크(10) 내에 연료를 펌핑(pumping)하는 연료펌프(20)가 설치되어 있으며, 시동 후 ECU(50)의 제어하에 연료공급라인(30)의 차단밸브(32a,32b)가 개방되고 연료펌프(20)가 구동되면서 액상의 LPG가 연료공급라인(30)을 통해 인젝터(38)가 설치된 연료레일(fuel rail)(36)로 공급된다.

이 연료레일(36)에 공급된 연료는 ECU(50)의 분사제어에 의해 인젝터(38)를 통해 각 분사시기에 맞춰 각 기통의 실린더로 분사되어지며, 인젝터(38)를 통해 분사되지 않고 남은 연료는 압력조정기(pressure regulator)(42)를 통해 연료리턴라인(40)을 따라 연료탱크(10)로 리턴(return)된다.

도 3에서 도면부호 34와 44는 ECU(50)의 연료분사제어를 위해 사용되는 온도센서와 압력센서를 각각 나타낸다.

그러나, 이와 같이 이루어진 기존 LPI 연료시스템에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.

1) 인젝터를 통해 분사되지 않고 남은 연료가 연료탱크로 리턴되기 때문에 연료탱크 내에는 어느 정도 온도가 상승된 연료가 유입되면서 연료탱크 내 압력이 상승하고, 이에 엔진룸의 연료라인 압력도 상승한다. 엔진룸의 연료라인 압력은 압력조정기에 의해 연료탱크 내 압력과 압력조정기 압력에 따라 변화하는 바, 연료탱크의 압력 상승이 연료시스템의 절대 압력 상승을 초래하는 것이다.

2) 연료시스템의 절대 압력이 상승하면, 연료라인의 누설 가능성이 높아지고, 연료분사제어가 어려워지며, 배기가스에 많은 영향을 미치게 된다.

3) 연료시스템의 압력 상승으로 연료시스템 내 부품의 내구성 문제가 발생하고, 리턴연료라인의 구성에 따른 레이아웃 난이 및 부품 소요, 비용 상승의 문제가 발생한다.

4) 온도가 상승된 연료가 연료탱크로 리턴되면서 소음이 발생하고, 연료탱크 내에 기상 연료가 증가하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 연료 리턴을 위한 구성요소를 삭제하는 대신 시동 후 연료라인의 맥동 감쇄를 위한 댐퍼와 시동 오프 후 온도상승에 따른 연료압 상승을 방지하는 리저버 탱크 및 솔레노이드를 설치하여 구성함으로써, 분사되지 않은 연료가 압력조정기를 통해 연료탱크로 리턴되도록 되어 있는 기존 LPI 차량용 연료시스템에서의 문제점을 해결한 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템의 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 리턴리스 연료시스템에서 채용 가능한 댐퍼의 단면도이며,

도 3은 종래의 LPI 차량용 연료시스템을 보인 시스템 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 연료탱크 120 : 연료펌프

130 : 연료공급라인 136 : 연료레일

138 : 인젝터 140 : ECU

150 : 댐퍼 160 : 리저버 탱크

162 : 솔레노이드 밸브

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은: 연료탱크(110)와, 이 연료탱크(110) 내부에 설치된 연료펌프(120)와, 이 연료펌프(120)로부터 연결되는 연료공급라인(130)과, 이 연료공급라인(130)에 연결되어 각 기통의 인젝터(138)가 설치된 연료레일(136)을 포함하는 LPI 차량용 연료시스템에 있어서,

상기 연료레일(136)의 종단부에 연료압 맥동을 감쇄시켜주는 댐퍼(150)가 설치되고, 연료레일(136)의 타측에 연료레일(136)의 연료 일부를 수용할 수 있는 리저버 탱크(160)가 연결 설치되며, 이 리저버 탱크(160)의 연료유입구부에는 ECU(140) 제어에 의해 시동 오프시 개방되는 솔레노이드 밸브(162)가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 댐퍼(150)가 내부에 스프링(153)에 의해 탄력 지지되는 다이어프램(154)을 가지는 것으로 연료레일(136)로부터 유입되는 연료압에 의해 상기 다이어프램(154)이 탄력적으로 동작하여 연료압 맥동을 감쇄하도록 된 다이어프램 작동방식인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리저버 탱크(160)가 연료레일(136)의 상측에 위치되도록 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템의 구성도이다.

도 1에서 도면부호 134a와 134b는 ECU(140)의 연료분사제어를 위해 사용되는온도센서와 압력센서를 각각 나타낸다.

본 발명은 LPI 차량용 리턴리스(returnless) 연료시스템에 관한 것으로, 분사되지 않은 연료가 압력조정기를 통해 연료탱크로 리턴(return)되도록 되어 있는 기존 LPI 차량용 연료시스템의 문제점을 해결하기 위하여, 연료 리턴을 위한 구성요소를 삭제하는 대신, 시동 후 연료라인의 맥동 감쇄를 위한 댐퍼와 시동 오프 후 온도상승에 따른 연료압 상승을 방지하는 리저버 탱크 및 솔레노이드를 설치하여 구성한 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템에 관한 것이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 연료리턴라인 및 압력조정기를 삭제하여 연료레일(136)의 연료가 연료탱크(110) 내로 리턴되지 않도록 한다.

이러한 리턴리스 연료시스템에서, 시동 온(on) 상태로 연료레일(136)의 연료가 연료탱크(110)로 리턴되지 않을 경우, 연료폄프(120)에 의해 연료탱크(110)로부터 계속 공급되는 연료가 연료레일(136) 끝단에 도달하여 연료압의 맥동(pulsation)을 발생시키게 된다.

즉, 시동 온 상태로 연료탱크(110) 내 연료펌프(120)가 계속 구동되면, 연료탱크(110)로부터 액상의 LPG가 연료공급라인(130)을 따라 인젝터(138)가 설치된 연료레일(136)로 공급되고, 이 연료레일(1360로 공급된 액상의 LPG가 ECU(140)에 의해 분사시기가 제어되는 각 인젝터(138)를 통해 각 기통의 실린더로 공급되는 바, 이때 각 인젝터(138)가 열리고 닫히면서 연료레일(136) 내에는 연료압의 맥동이 발생하는 것이다.

따라서, 본 발명의 리턴리스 연료시스템에서는 상기한 연료압의 맥동을 방지하기 위하여 연료라인의 종단부, 즉 연료레일(136)의 종단부에 맥동 감쇄를 위한 댐퍼(damper)(150)가 설치된다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 리턴리스 연료시스템에서 채용 가능한 댐퍼의 예를 보인 단면도로, 이를 참조로 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

상기 댐퍼(150)는 하우징(151)과, 이 하우징(151) 내부에서 스프링(153)에 의해 탄력 지지되는 다이어프램(154)과, 연료레일(136) 종단부와 체결이 이루어지는 부분으로 하우징(151)과 일체로 결합 구성되고 연료레일(136) 내 연료압이 다이어프램(154)에 작용될 수 있도록 내부에 연료유입통로(152a)를 가지는 본체(152)를 포함하여 이루어진다.

상기 하우징(151)은 스프링(153) 및 다이어프램(154)의 조립 편의를 위해 상부 하우징(151a)과 하부 하우징(151b)으로 구분되어 구성되고, 하우징(151) 내부는 다이어프램(154)에 의해 밀폐된 스프링실(155a)과 본체(152)의 연료유입통로(152a)와 연결된 연료실(155b)로 구획된다.

도 2에서, 미설명부호 156과 157은 각각 스프링 시트와 리테이너를 나타내며, 158과 159는 와셔와 패킹부재를 나타낸다.

결국, 연료레일(136)로부터 댐퍼 본체(152)의 연료유입통로(152a)를 통해 다이어프램(154)에 작용되는 연료압의 맥동은 다이어프램(154)이 탄력적으로 동작함에 따라서 감쇄되어진다.

한편, 시동 오프 후 연료공급라인(130)의 차단밸브(132b)가 차단된 상태에서는 연료공급라인(130) 및 연료레일(136)의 연료공간이 폐공간이 된다.

이때, 엔진룸의 뜨거운 온도에 의해 시동 오프 후 연료온도는 더욱 상승하게 되고, 이에 연료압도 따라서 증가할 수 있는 바, 이는 연료계통의 연료누설 가능성을 높이고, 재시동시 배기가스를 증가시킬 수 있다.

따라서, 시동 오프 후 연료공급라인(130) 및 연료레일(136) 등의 연료라인 내에서 연료온도 상승에 따라 연료압이 상승하는 것을 방지하기 위하여, 본 발명에 따른 리턴리스 연료시스템에서는 시동 오프 후 연료라인의 연료 일부를 수용하는 리저버 탱크(160)와, 이 리저버 탱크(160)의 연료유입구부를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드 밸브(162)가 설치된다.

상기 솔레노이드 밸브(162)는 ECU(140)로부터 출력되는 밸브구동신호에 의해 개폐제어되는 것으로, 전원이 인가되지 않은 상태에서 항상 열려 있는 노멀 오픈 타입(Normal Open Type)이 사용된다.

즉, 시동 온 상태에서 ECU(140)로부터 전원이 인가되면 솔레노이드 밸브(162)는 닫힌 상태가 되어 연료라인 내 연료가 리저버 탱크(160)로 유입되지 못하게 되어 있고, 시동 오프와 동시에 ECU(140)로부터 전원이 차단되면 개방되어 연료라인 내 연료가 리저버 탱크(160)로 유입될 수 있게 되어 있는 것이다.

시동 오프와 함께 솔레노이드 밸브(162)가 개방된 상태에서는 기존 연료라인(차단밸브와 연료레일까지의 연료라인 및 연료레일과 리저버 탱크간 연료라인)의 내부공간 부피에 리저버 탱크(160)의 내부공간 부피가 더해지므로 연료라인의 총 부피가 증가하는 효과가 있으며, 이에 시동 오프 후 연료온도 상승에 따른 연료압 상승을 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 리저버 탱크(160)는 시동 오프 후 어느 정도 시간이 지나 연료온도가 다시 내려가게 되면, 연료압 하강으로 내부에 수용된 연료가 다시 연료레일(136)로 빠져나가도록 설치되어야 하며, 이에 연료레일(136)보다는 상측에 위치되도록 설치되어야 한다.

이는 리저버 탱크(160)에 연료가 계속해서 존재하게 되면, 이후 시동 오프시에 솔레노이드 밸브(162)가 개방되더라도 연료공간의 부피 증가 효과가 작아지고, 결국 온도 상승에 따른 연료압 상승을 방지하는 효과가 작아지기 때문이다.

요약컨대, 운전자가 시동을 오프하게 되면, ECU(140)가 연료공급라인(130)의 차단밸브(132a,132b)를 닫는 것과 함께 솔레노이드 밸브(162)를 개방하고, 이에 연료공간은 기존 연료라인에 더하여 리저버 탱크(160)의 부피만큼 부피 증가가 이루어지는 바, 결국 시동 오프 후 연료온도가 상승하더라도 연료압 상승은 최대한 억제될 수 있게 된다.

이후, 주차하여 연료온도가 어느 정도 내려가게 되면, 연료압은 하강되는 바, 리저버 탱크(160)내 연료가 다시 연료레일(136)로 빠져 나오게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템에서는 연료 리턴을 위한 구성요소를 삭제하는 대신 시동 후 연료라인의 맥동 감쇄를 위한 댐퍼와, 시동 오프 후 온도상승에 따른 연료압 상승을 방지하는 리저버 탱크 및 솔레노이드를 설치하여 구성함으로써, 다음과 효과가 있다.

1) 엔진룸쪽 연료가 연료탱크로 리턴되지 않기 때문에 연료탱크 내 온도 및 압력 상승을 막을 수 있고, 엔진룸쪽 연료라인에서의 압력 상승을 방지할 수 있다.

2) 연료라인의 누설을 줄일 수 있고, 연료분사제어가 용이해지며, 배기가스를 줄일 수 있게 된다.

3) 연료시스템의 압력 상승을 막을 수 있기 때문에 연료시스템 내 부품의 내구성 문제를 줄일 수 있고, 리턴연료라인의 구성에 따른 레이아웃 난이 및 부품 소요, 비용 상승의 문제가 해소된다.

4) 연료가 연료탱크로 리턴되지 않기 때문에 연료탱크 내 소음이 없고, 연료탱크 내 연료가 안정화가 된다.

Claims

연료탱크(110)와, 이 연료탱크(110) 내부에 설치된 연료펌프(120)와, 이 연료펌프(120)로부터 연결되는 연료공급라인(130)과, 이 연료공급라인(130)에 연결되어 각 기통의 인젝터(138)가 설치된 연료레일(136)을 포함하는 LPI 차량용 연료시스템에 있어서,

상기 연료레일(136)의 종단부에 연료압 맥동을 감쇄시켜주는 댐퍼(150)가 설치되고, 연료레일(136)의 타측에 연료레일(136)의 연료 일부를 수용할 수 있는 리저버 탱크(160)가 연결 설치되며, 이 리저버 탱크(160)의 연료유입구부에는 ECU(140) 제어에 의해 시동 오프시 개방되는 솔레노이드 밸브(162)가 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템.
청구항 1에서, 상기 댐퍼(150)가 내부에 스프링(153)에 의해 탄력 지지되는 다이어프램(154)을 가지는 것으로 연료레일(136)로부터 유입되는 연료압에 의해 상기 다이어프램(154)이 탄력적으로 동작하여 연료압 맥동을 감쇄하도록 된 다이어프램 작동방식인 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템.
청구항 1에서, 상기 리저버 탱크(160)가 연료레일(136)의 상측에 위치되도록설치된 것을 특징으로 하는 LPI 차량용 리턴리스 연료시스템.