KR20060035118A - 엘피지 차량의 엘피엘아이 시스템용 가변식 엘피지압력조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LPLI시스템이 장치된 엘피지 차량에 있어서, 연료공급라인의 내압을 엔진룸의 온도나 LPG 온도에 따라 스스로 가변되게 하므로써 연료공급라인 내부에서의 LPG기화율을 현저히 낮출 수 있도록 한 것에 특징을 갖는 엘피지 차량의 LPLI시스템용 가변식 엘피지 압력조절장치에 관한 것이다.

본 발명의 특징적 구성은,

유입로를 갖는 제 1바디; 상기 제 1바디와 기밀이 유지된 채 체결되며, 배출로를 갖는 제 2바디; 상기 제 2바디의 배출로 상에 위치하면서 배출로의 끝부분에 위치한 오리피스의 개폐정도를 조절하기 위해 전후변위가 가능하게 설치되는 플런저; 상기 제 2바디의 외부에 설치되어, 전자기력에 의해 상기 플런저의 전후변위량을 제어하는 전자석; 상기 제 1바디의 외부에 설치되어, 상기 유입로를 통과하는 LPG 온도를 감지하는 온도감지센서; 및 상기 온도감지센서에서 감지된 온도데이터를 근거로 상기 전자석의 온/오프를 제어하는 제어모듈;로 구성된 것이다.

LPLI, 압력조절, LPG차량

Description

엘피지 차량의 엘피엘아이 시스템용 가변식 엘피지 압력조절장치 {Variableness pressure control device of LPG vehicle LPLI system }

도 1은 본 발명에 따른 LPLI시스템의 전체 구성도

도 2는 본 발명에 따른 가변식 엘피지 압력조절장치의 분해 단면도

도 3은 본 발명에 따른 가변식 엘피지 압력조절장치의 동작전 상태도

도 4는 본 발명에 따른 가변식 엘피지 압력조절장치의 동작후 상태도

도 5는 본 발명에 따른 가변식 엘피지 압력조절장치의 제어회로도(참고도)

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 압력조절장치 11 : 제 1바디

12 : 제 2바디 13 : 기밀패킹

14 : 플런저 15 : 스프링

16 : 전자석 17 : 온도감지센서

18 : 제어모듈 19 : 압력감지센서

본 발명은 LPLI시스템이 장치된 엘피지 차량에 있어서, 엘피지 연료의 압력을 엔진룸의 온도나 LPG 온도에 따라 실시간으로 가변되게 하므로써 연료공급라인 내부에서의 LPG기화율을 현저히 낮출 수 있도록 한 것에 특징을 갖는 엘피지 차량의 LPLI시스템용 가변식 엘피지 압력조절장치에 관한 것이다.

우선, 원활한 설명을 위해 LPLI시스템에 대한 배경기술을 설명하기로 한다.

LPLI방식(액상분사방식:Liquid Phase LPG injection)의 엔진은 출력과 가속성능의 연비가 가솔린엔진에 비해 크게 떨어지는 기존 믹서방식의 LPG엔진을 대체하는 획기적인 엔진이다. 즉, 가솔린엔진의 다점분사(MPI)와 같은 방식을 채택해 공기와 LPG를 혼합,분사하는 믹서(혼합기)가 필요 없으며, 그 대신 고압 인젝터(분사시)를 이용하여 엔진흡기구에 액체상태의 LPG를 직접 뿜어주어 출력을 대폭 높인 엔진이다. 특히, LPLI엔진은 가솔린의 인젝션시스템 제어계를 베이스로 그대로 이용하는 것이 가능하고, 액체분사시 기화열에 의한 연소온도의 저하 및 관성과급효과를 이용함으로써 출력이나 냉시동성 등에서 가솔린 차와 대등한 성능을 갖게 되었다.

이러한 액상분사방식은 앞서 설명한 바 있듯이 LPG를 기화시킬 필요가 없기 때문에 기존의 기상분사방식에 비해 LPG의 상변화에 대한 문제점이 덜한 것은 사실이지만 여전히 상변화에 대한 문제점은 존재하게 된다. 즉, 액상분사방식은 엔진으로 액상의 LPG를 분사하는 방식이므로 적어도 엔진으로 분사되는 LPG는 액화상태를 유지하게끔 해야 한다. 그러나, 엔진룸의 온도가 지나치게 높아지면(시동을 걸어논 상태로 장시간 정차중일때 엔진온도가 올라간다) 엔진으로 분사되는 LPG가 기화되는 문제점이 발생하게 된다.

이러한 기화의 문제점을 해결하기 위해서는 LPG의 상변화 특성을 알아야 한다. LPG는 기체상태에서 압력을 가하거나 냉각하면 액체로 상변화되며, 반대로 액체상태의 LPG는 압력을 낮추거나 온도를 높이면 기체로 상변화된다. 이를 볼 때, 엔진온도의 상승에 따른 기화현상을 방지하려면 LPG의 압력을 상승시키거나 또는 엔진을 냉각시켜야 하는데, 엔진냉각은 별도의 시스템이 구비되어야 하기 때문에 논외로 하면, 결국 해법은 LPG의 압력을 상승시키는 방법이 가장 효율적일 것이다.

하지만, 기존의 LPLI시스템에서는 LPG압력을 상황에 따라 낮추기 위한 시스템으로 되어 있지 않다. 즉, 기존의 LPLI시스템에는 LPG의 압력을 일정하게 조절하기 위한 기계식 압력조절장치(regulator)가 설치되어 있기는 하지만, 이 기계식 압력조절장치는 LPG의 압력을 엔진룸 온도 또는 LPG 온도에 따라 조절해주는 기능이 전혀 없고 항상 일정압이 유지되도록 조절해 주는 역할만을 하기 때문에 온도변화에 따른 LPG의 압력조절은 사실상 불가능하다.

또한, 기계식의 압력조절장치는 그 구조가 복잡하기 때문에 고장이 잦고, 연료공급라인의 내압이 고압인 경우에는 부하력에 의해 고장 및 수명단축의 원인이 되므로 제품의 신뢰도에 악영향을 미치기도 한다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 서, 본 발명의 주요 목적은 연료공급라인 내부에서의 LPG기화율을 현저히 낮출 수 있도록 한 것에 특징을 갖는 엘피지 차량의 LPLI시스템용 가변식 엘피지 압력조절장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

유입로를 갖는 제 1바디; 상기 제 1바디와 기밀이 유지된 채 체결되며, 배출로를 갖는 제 2바디; 상기 제 2바디의 배출로 상에 위치하면서 배출로의 끝부분에 위치한 오리피스의 개폐정도를 조절하기 위해 전후변위가 가능하게 설치되는 플런저; 상기 제 2바디의 외부에 설치되어, 자기력에 의해 상기 플런저의 전후변위량을 제어하는 전자석; 상기 제 1바디의 외부에 설치되어, 상기 유입로를 통과하는 LPG 온도를 감지하는 온도감지센서; 상기 온도감지센서에서 감지된 온도데이터를 근거로 상기 전자석의 온/오프를 제어하는 제어모듈;로 구성하므로써 달성된다.

또한, 엘피지 차량의 LPLI시스템에 있어서;

상기 LPLI시스템의 인젝터와 봄베 사이 가변식 LPG 압력조절장치를 설치하되 이 가변식 LPG 압력조절장치는,

유입로를 갖는 제 1바디; 상기 제 1바디와 기밀이 유지된 채 체결되며, 배출로를 갖는 제 2바디; 상기 제 2바디의 배출로 상에 위치하되, 배출로의 끝부분에 위치한 오리피스의 개폐정도를 조절하기 위해 전후변위가 가능하게 설치되는 플런저; 상기 제 2바디의 외부에 설치되어, 자기력에 의해 상기 플런저의 전후변위량을 제어하는 전자석; 상기 제 1바디의 외부에 설치되어, 상기 유입로를 통과하는 LPG 온도를 감지하는 온도감지센서; 및 상기 온도감지센서에서 감지된 온도데이터를 근거로 상기 전자석의 온/오프를 제어하는 제어모듈;로 구성하므로써 달성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 LPLI시스템의 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 가변식 압력조절장치의 분해 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 가변식 압력조절장치의 동작전 상태도, 도 4는 본 발명에 따른 가변식 압력조절장치의 동작후 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 가변식 엘피지 압력조절장치의 제어회로도를 각각 나타내고 있다.

우선, 본 발명의 압력조절장치의 구성 설명에 앞서서 본 발명의 압력조절장치가 적용될 LPLI시스템의 구성을 도 1을 통해 간략하게 설명하고자 한다.

LPLI시스템의 출발은 액상의 LPG가 저장되는 봄베(bombe)(1)로 부터 시작되며, 봄베의 다음 코스에는 LPG를 인젝터로 압송하기 위한 연료펌프(2)가 위치하고, 이 연료펌프의 다음코스에는 엔진(4)으로 액상의 LPG를 분사하기 위한 인젝터(3)가 위치하며, 인젝터와 봄베(1) 사이에는 후술될 가변식 엘피지 압력조절장치(이하 "압력조절장치"라고 명명함)(10)가 위치하게 된다.

상기한 압력조절장치(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 파이프라인에 의해 상기 봄베(1)와 연결되는 유입로(11a)를 갖는 제 1바디(11)를 구비한다. 그리고, 상기 제 1바디와 기밀이 유지된 채 나사 결합되며, 파이프라인에 의해 상기 엔진(4)과 연결되고, 배출로(12a)를 갖는 제 2바디(12)를 또한 구비한다.

이때, 상기 제 1바디(11)의 일측단부의 외주에는 숫나사(11b)가 형성되고, 제 2바디(12)의 대향측 단부에는 암나사(12b)가 형성되어, 숫나사와 암나사의 체결로서 제 1, 2바디가 결합되며, 제 1바디(11)와 제 2바디(12)의 대접면 사이에는 기밀패킹(13)이 설치되어 두 바디 사이의 기밀을 유지하고 있다.

그리고, 상기 제 2바디(12)의 내부, 즉 배출로(12a) 상에는 그 끝부분에 위치한 오리피스(12c)의 개폐정도를 조절하기 위해 전후방향으로 변위가 가능한 플런저(14)가 설치된다. 이때, 상기 플런저(14)는 그 내부에 LPG가 통과되는 유로(14a)를 갖되, 이 유로내에는 스프링(15)이 일부 삽입되며, 스프링의 나머지 일부는 상기 제 1바디(11)의 유로내에 삽입된다. 따라서, 상기 플런저(14)는 스프링(15)에 의해 축방향으로 탄력지지된 상태에 있다.

아울러, 상기 플런저(14)의 오리피스(12c)를 향하는 단부에는 돌출환부(14b)가 형성되어 있는데, 이 돌출환부는 오리피스(12c)의 내경모양과 대략 유사한 모양을 갖추고 있어 오리피스의 개폐정도를 실질적으로 조절해 주는 밸브의 역할을 하게 되며, 상기 오리피스(12c)는 플런저(14)를 향할수록 그 공경이 점진적으로 넓어지게 형성되어, 단면형상이 마치 나팔모양을 이루고 있다. 이렇게 상기 오리피스(12c)와 돌출환부(14b)가 나팔형상을 이루는 이유는 오리피스의 개폐정도를 미세하게 조절하기 위한 것이다.

그리고, 상기 제 2바디(12)의 외부에는 전자기력에 의해 상기 플런저(14)의 좌우변위량을 제어하는 전자석(16)이 설치된다. 이 전자석은 제 1바디(11)의 플랜지(11c)와 제 2바디(12)의 플랜지(12d) 사이에 고정 설치된다.

그리고, 상기 제 1바디(12)의 외부에는 상기 제 1바디의 유입로(11a)를 통과하는 LPG온도를 감지하기 위한 온도감지센서(17)가 설치된다. 이 온도감지센서는 후술될 제어모듈로 온도데이터를 실시간으로 전송하므로써 제어모듈은 이 온도데이터를 근거로 제어를 시행하게 된다.

그리고, 상기 온도감지센서에서 감지된 온도데이터를 토대로 상기 전자석(16)의 동작(온/오프)을 제어하는 제어모듈(18)를 포함한다.

그리고, 상기 제 1바디(11)의 외부에는 LPG의 압력을 실시간으로 감지하여 이 압력데이터를 상기 제어모듈(18)로 송출하는 압력감지센서(19)가 설치된다. 이 압력제어센서는 LPG의 압력을 실시간으로 감지하여 그 결과를 제어모듈로 송출하면 제어모듈은 이 데이터를 분석하여 설정압력보다 낮거나 높은 경우에 한해서 플런저(14)의 전후변위를 조절하므로써 LPG압력이 설정압력범위 이내에 들어 있도록 제어하게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.

LPLI시스템이 가동되는 도중에 엔진(4)의 온도가 올라감에 따라 LPG의 온도가 동반상승하게 되면, 이를 온도감지센서(17)가 감지하여 감지된 데이터를 제어모듈(18)로 실시간으로 전송하게 된다. 이때, 제어모듈에 입력되어 있는 설정온도값 보다 감지된 LPG온도가 높으면 과온상태로 판단하여 압력조절장치(10)의 전자석(16)에 전류가 인가되게 하므로써 전자기장이 발생되게 한다. 이에 따라, 플런저(14)는 전자기장에 의해 도 3과 같이 도면상 우측으로 이송되면서 플런저(14)의 선 단에 형성된 돌출환부(14b)가 오리피스(12c)를 거의 막게 되므로 압력조절장치(10) 이전 구간에서의 LPG압력은 높아지게 된다.

따라서, 앞서 설명한 바 있듯이 LPG는 압력이 높아질 경우 액화되기 때문에 엔진룸의 온도가 높더라도 기화되지 않고 액화상태를 유지하게 되므로 LPLI시스템의 정상적인 운영이 가능하다.

반대로, 엔진룸의 온도가 정상온도를 유지할 때는 엔진으로 공급되는 LPG가액상으로 공급되기 때문에 특별히 연료공급라인의 내부를 고압화 할 필요가 없다. 즉, 제어모듈(18)로 전송되어 온 LPG의 온도가 설정온도값 이하인 경우에는 정상상태로 판단하여 도 4에서와 같이 전자석(16)을 이용하여 플런저(14)를 도면상 좌측으로 이송되게 한다. 그러면, 돌출환부(14b)가 오리피스(12c)를 조금씩 열어주면서 압력조절장치(10)의 이전구간과 이후구간의 LPG압력이 거의 동일한 상태, 즉 저압상태가 된다.

따라서, LPG에 압력을 가하지 않아도 되는 상황에서는 오리피스가 크게 개방되게 하므로써 엔진을 포함한 모든 부품이 압력상승으로 인한 부하가 발생하지 않도록 하므로써 부품의 고장방지 및 수명을 연장시킬 수 있게 되며, 아울러 LPLI시스템을 효율적으로 운영할 수 있게 된다.

한편, 압력제어센서(19)는 LPG의 압력이 설정압력(ΔP)가 대략 2.5 ~ 5(bar)의 범위내에 있는지의 여부를 감지하며, 만약 이 범위를 벗어나게 되면 제어모듈(18)에 의해 플런저(14)의 전후변위를 조절하므로써 LPG압력이 설정압력범위내에 들어있도록 교정해 주는 역할을 한다.

예컨데, LPG의 압력이 설정압력보다 낮아지면 플런저(14)를 도면상 좌측으로 변위시켜 오리피스(12c)를 닫아주고, 반대로 LPG의 압력이 설정압력보다 높아지면 플런저(14)를 도면상 우측으로 변위시켜 오리피스(12c)를 열어주면 된다.

한편, 설명되지 않은 도 5는 본 발명에 따른 압력조절장치의 제어회로도를 참고적으로 첨부한 것이므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명은 연료공급라인 내부에서의 LPG기화율을 현저히 낮출 수 있으므로 LPLI 시스템의 정상적인 운전이 가능하고, LPG가 불필요하게 고압화되는 것을 방지하므로써 각 부품의 부하를 발생율을 현저히 줄임에 따라 부품의 고장예방과 수명을 연장시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 유입로를 갖는 제 1바디;

   상기 제 1바디와 기밀이 유지된 채 체결되며, 배출로를 갖는 제 2바디;

   상기 제 2바디의 배출로 상에 위치하면서 배출로의 끝부분에 위치한 오리피스의 개폐정도를 조절하기 위해 전후변위가 가능하게 설치되는 플런저;

   상기 제 2바디의 외부에 설치되어, 전자기력에 의해 상기 플런저의 전후변위량을 제어하는 전자석;

   상기 제 1바디의 외부에 설치되어, 상기 유입로를 통과하는 LPG 온도를 감지하는 온도감지센서; 및

   상기 온도감지센서에서 감지된 온도데이터를 근거로 상기 전자석의 온/오프를 제어하는 제어모듈;로 구성됨을 특징으로 하는 가변식 엘피지 압력조절장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1바디의 외부에 설치되어 LPG의 압력을 감지하는 압력제어센서를 포함하되, 이 압력제어센서는 LPG의 압력을 실시간으로 감지하여 그 결과를 제어모듈로 송출하면 제어모듈은 이 데이터를 분석하여 설정압력보다 낮거나 높은 경우에 한해서 플런저의 전후변위를 조절하므로써 LPG의 압력이 설정압력범위이내에 들어있도록 교정하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 가변식 엘피지 압력조절장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 오리피스는 플런저를 향할 수록 점진적으로 그 공경이 넓어지는 형태로 되고, 상기 오리피스에 삽입되는 플런저의 단부 형태도 오리피스와 유사한 형태로 된 것을 특징으로 가변식 엘피지 압력조절장치.
4. 엘피지 차량의 LPLI시스템에 있어서;

   상기 LPLI시스템의 인젝터와 봄베 사이 가변식 LPG 압력조절장치를 설치하되 이 가변식 LPG 압력조절장치는,

   유입로를 갖는 제 1바디; 상기 제 1바디와 기밀이 유지된 채 체결되며, 배출로를 갖는 제 2바디; 상기 제 2바디의 배출로 상에 위치하되, 배출로의 끝부분에 위치한 오리피스의 개폐정도를 조절하기 위해 전후변위가 가능하게 설치되는 플런저; 상기 제 2바디의 외부에 설치되어, 전자기력에 의해 상기 플런저의 전후변위량을 제어하는 전자석; 상기 제 1바디의 외부에 설치되어, 상기 유입로를 통과하는 LPG 온도를 감지하는 온도감지센서; 및 상기 온도감지센서에서 감지된 온도데이터를 근거로 상기 전자석의 온/오프를 제어하는 제어모듈;로 구성됨을 특징으로 하는 엘피지 차량의 LPLI시스템용 가변식 엘피지 압력조절장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제 1바디의 외부에 설치되어 LPG의 압력을 감지하는 압력제어센서를 포함하되, 이 압력제어센서는 LPG의 압력을 실시간으로 감지하여 그 결과를 제어모듈로 송출하면 제어모듈은 이 데이터를 분석하여 설정압력보다 낮거나 높은 경우에 한해서 플런저의 전후변위를 조절하므로써 LPG의 압력이 설정압력범위이내에 들어있도록 교정하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 엘피지 차량의 LPLI시스템용 가변식 엘피지 압력조절장치.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 오리피스는 플런저를 향할 수록 점진적으로 그 공경이 넓어지는 형태로 되고, 상기 오리피스에 삽입되는 플런저의 단부 형태도 오리피스와 유사한 형태로 된 것을 특징으로 엘피지 차량의 LPLI시스템용 가변식 엘피지 압력조절장치.

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