KR20070103666A - 엔진의 연료 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액화 가스 연료를 인젝터로 분사하여 엔진에 공급하는 연료 공급 시스템에 있어서, 연료 펌프의 구동량을 필요 최소한으로 하여 에너지의 낭비 및 장치의 소모를 회피하는 동시에 양호한 연료 공급 상태를 유지할 수 있도록 한 것이다. 연료 탱크(2A)로부터 연장되고 선단측에 인젝터(8)를 가지는 연료 공급 관로(9A)와, 전동식의 연료 펌프(3A)와, 연료 펌프(3A) 및 인젝터(8)를 구동 제어하는 전자 제어 유닛(10A)을 구비한 리턴레스식의 엔진의 연료 공급 장치로서, 연료 압력이 연료 분사압과 대략 일치하는 연료 공급 관로(9A)의 인젝터(8) 근접 위치에 연료 압력을 검출하여 전자 제어 유닛(10A)에 출력하는 압력 센서(11)가 배치되고, 검지한 연료 압력을 기초로 연료 분사압이 소정의 목표 압력을 유지하도록 연료 펌프(3A)의 구동을 피드백 제어하고, 또한 연료 펌프(3A)를 엔진룸 외부에 배치하였다.

엔진의 연료 공급 장치, 액화 가스 연료, 인젝터, 압력 센서

Description

엔진의 연료 공급 장치 {FUEL SUPPLY APPARATUS OF ENGINE}

도 1은 본 발명의 실시예를 나타낸 배치도이다.

도 2는 도 1의 연료 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 각 파형도이다.

도 3은 종래예의 액화 가스 연료 공급 장치를 나타낸 배치도이다.

도 4는 종래예의 가솔린 공급 장치를 나타낸 배치도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

(1A) 엔진, (2A) 연료 탱크, (3A) 연료 펌프,

(6) 연료 레일, (8) 인젝터, (9A) 연료 공급 관로,

(9B) 연료 반환 관로, (10A) 전자 제어 유닛, (11) 압력 센서,

(21, 22) 배관, (40) 릴리프 밸브, (41) 압력 레귤레이터,

(50) 엔진룸

[특허 문헌 1] 일본국 특개평 7(1995)-54725호 공보

본 발명은, LPG나 DME와 같이 가솔린에 비해 증발하기 쉬운 액체 연료를 액 체 상태로 연료 탱크로부터 인젝터에 압송하여 엔진에 공급하는 연료 공급 장치에 관한 것이다.

LPG나 DME와 같이 가솔린보다 증발하기 쉬운 액체 연료를 인젝터로 계량 분사하여 액체 상태로 엔진에 공급하는 시스템은 주지이며, 도 3에 나타낸 바와 같이, 연료 탱크(2A)에 저류된 액화 가스 연료를 DC 모터 등으로 구동되는 전동식의 연료 펌프(3B)로 항상 일정량의 연료를 압송하고, 릴리프 밸브(40)에 의해 일정 압력으로 조정하여 연료 송출 관로(9A)를 경유하여 인젝터(8)로부터 엔진 요구 유량의 연료를 공급하고, 잉여(剩餘) 연료는 압력 레귤레이터(41)를 경유하여 연료 반환 관로(9B)를 통해 연료 탱크(2A)로 반송(返送)하도록 되어 있는, 리턴식의 연료 공급 시스템을 채용하고 있는 것이 일반적이다.

이와 같은 연료 공급 시스템에서는, 어떠한 엔진의 운전 조건에도 대응할 수 있도록 하기 위해 연료 펌프(3B)의 토출 유량을 인젝터(8)로부터 분사되는 최대 연료량 이상으로 설정하고 있다. 그러나, 예를 들면, 아이들링 중이나 연료 컷 시 등 인젝터(8)의 연료 분사량이 극히 적은 상황에 있어서는, 송출 연료의 대부분이 압력 레귤레이터(41)로부터 연료 탱크(2A)로 되돌아오기 때문에, 연료 펌프(3B)에 주어진 에너지(전력)가 낭비로 소비되게 된다. 또, 엔진(1A)의 근방을 통하여 고온으로 된 잉여 연료가 대량으로 연료 탱크(2A)로 되돌려지면 탱크 내 연료 온도를 상승시키게 되어, 연료 증기가 생겨 펌프 토출량을 불안정하게 하는 문제가 발생한다.

그래서, 일본국 특개평 7-54725호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 펌프 토 출량을 통상 운전용과 하이존용의 2단계로 전환함으로써 전력 소비량과 연료 탱크로 돌아오는 잉여 연료를 감소시키는 방법이 고려된다. 그러나, 이와 같이 엉성한 펌프 제어에서는 엔진의 운전 상태에 따라 정밀하거나 또는 대폭 변화하는 연료 요구 유량에 정확하게 대응할 수 없으므로, 잉여 연료를 충분히 감소시킬 수 없는 동시에 소비 전력의 낭비의 저감도 충분하다고는 할 수 없다.

한편, 가솔린엔진에 대하여는, 도 4에 나타낸 바와 같이 연료 탱크(2B)에 저장되어 있는 가솔린을 저압 연료 펌프(3C)로 가압하여 연료 공급 관로(9A)를 통하여 엔진(1B)에 송출하는 경우 인젝터(8)에 공급하는 연료 유량을 플런저의 동작 타이밍에 따라 고압 연료 펌프(3D)에 부설한 스필 밸브(Spill Valve)(31)의 개폐 타이밍에서 결정하는 방법이 알려져 있다. 이와 같이 함으로써, 송출하는 연료를 필요 최소한으로 한 리턴레스식의 연료 공급 시스템을 실현하고 있다. 그래서, 이 방식을 가솔린보다 증발하기 쉬운 액화 가스 연료를 사용하는 연료 공급 시스템에 채용하는 것이 고려된다.

그런데, 고압 연료 펌프(3D)의 구동원이 엔진의 회전력을 이용하는 것이며 펌프 본체가 엔진(1B)에 부설되어 있으므로, 연료가 엔진(1B)으로부터 전해지는 열이나 엔진룸의 고온 분위기에 노출되어 버리게 된다. 그러므로, LPG나 DME 등 가솔린보다 증발하기 쉬운 액화 가스 연료를 사용하는 경우 고압 연료 펌프(3D) 상류측의 저압력 부분에서 연료가 기화되어 버릴 경우가 있으므로, 연료 송출이 막혀 A/F 제어가 곤란해지므로 배기 상태 악화 등의 트러블이 생긴다.

또 이 경우, 고압 연료 펌프(3D)의 플런저는 엔진의 회전에 따라 끊임없이 계속 움직이므로, LPG나 DME 등의 점도가 낮은 액체 연료를 사용하면, 가솔린을 사용하는 경우보다 플런저나 실린더 등의 슬라이드 이동 부분의 마모가 촉진되기 쉬운 것으로 되어, 연료 펌프의 단수명화로 연결된다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하려고 하는 것이며, LPG나 DME와 같이 가솔린보다 증발하기 쉬운 액화 가스 연료를 인젝터로 계량 분사하여 엔진에 공급하는 연료 공급 시스템에 있어서, 연료 펌프의 구동량을 필요 최소한으로 하여 에너지 낭비를 회피하면서 장치의 내구성을 확보하는 동시에 양호한 연료 공급 상태를 유지 가능하도록 하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 연료 탱크로부터 연장되고 선단측에 인젝터를 가지는 연료 공급 관로와, 이 연료 공급 관로에 설치된 전동식의 연료 펌프와, 이 연료 펌프 및 인젝터를 구동 제어하는 전자 제어 유닛을 구비하고, 연료 펌프로 연료 탱크에 저장된 액화 가스 연료를 가압하여 연료 공급 관로를 통해 인젝터에 송출하여 엔진에 공급하는 것으로 한 리턴레스식의 엔진의 연료 공급 장치로서, 연료 압력이 연료 분사압과 대략 일치하는 연료 공급 관로의 인젝터 근접 위치에, 연료 압력을 검출하여 전자 제어 유닛에 출력하는 압력 센서를 배치하고, 전자 제어 유닛이 검지한 연료 압력을 기초로 연료 분사압이 소정의 목표 압력을 유지하도록 연료 펌프의 구동을 피드백 제어하고, 또한 이 연료 펌프를 엔진룸 외부에 배치하였다.

이와 같이, 가열된 연료가 다시 연료 탱크로 되돌아오지 않는 리턴레스식의 연료 공급 시스템을 구성하고, 전자 제어 유닛이 인젝터 근접 위치에 배치한 압력 센서로 연료 압력을 모니터링하면서 소정의 연료 분사압을 유지하도록 연료 펌프의 구동을 정밀하게 제어하는 연료 공급 장치로 하였으므로, 연료 분사압을 안정적으로 유지하면서 연료 탱크 내의 온도 상승을 경감할 수 있는 동시에 연료 펌프의 구동을 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해지지만, 이것에 더하여 연료 펌프를 엔진룸 외부에 배치하였으므로, 엔진 유래의 열로 연료 펌프 상류측의 액체 연료가 기화되는 문제를 확실하게 회피할 수 있게 된다.

연료 분사압을 소정 범위 내로 유지하는 피드백 제어를 실행하는 동시에 연료 펌프를 엔진룸 외부에 배치한 본 발명에 의하면, 연료 펌프의 구동량을 필요 최소한으로 하여 에너지의 낭비를 회피하면서 연료 펌프의 소모를 경감할 수 있고, 또한 연료 펌프 상류측으로 연료가 기화되는 것을 회피하여 양호한 연료 공급 상태를 유지할 수 있는 것이다.

[발명을 실시하기 위한 바람직한 실시예]

본 발명을 실시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여, 이하에 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다

도 1은, 본 실시예의 엔진의 연료 공급 장치를 배치한 연료 공급 시스템의 배치도를 나타내고, 연료 탱크(2B)로부터 연장된 연료 공급 관로(9A)의 연료 탱크(2B) 출구측으로는 전동 모터 구동식의 연료 펌프(3A)가 설치되고, 연료 공급 관로(9A)의 선단측이 도시하지 않은 엔진(1A) 부설의 인젝터(8)를 복수개 배치한 연 료 레일(6)에 접속되어 있고, 연료 레일(6) 하류측에 연료 반환 관로를 설치하지 않은 리턴레스식의 연료 공급 시스템을 구성하고 있다.

연료 펌프(3A) 하류측에는, 릴리프 밸브(40)를 구비한 배관(22)이 분기되어 연료 탱크(2A)에 접속되고 연료 펌프(3A)로부터 송출되는 연료의 압력을 조정하도록 되어 있다. 또, 연료 펌프(3A) 및 각 인젝터(8)는 전자 제어 유닛(10A)에 접속되고, 엔진 운전 상태에 따라 각각 구동 제어되도록 되어 있다.

또, 연료 공급 관로(9A)의 인젝터(8) 근방(연료 레일(6) 입구 부근)에는 연료 압력을 검출하는 압력 센서(11)가 설치되어 있고, 전자 제어 유닛(10A)에 검출 신호를 출력하도록 되어 있다. 그리고, 전자 제어 유닛(10A)은, 압력 센서(11)의 검출 신호를 연속적으로 모니터링하여, 연료 분사압과 대략 일치하는 인젝터 직전의 연료 압력이 미리 정한 소정의 목표 압력으로 되도록 피드백 제어하는 것으로 되고, 연료 펌프(3A)의 구동 출력을 변경하여 토출량을 조정하고, 대략 일정한 연료 분사압을 유지하도록 되어 있고, 이 점이 본 발명의 제1 특징 부분이다. 그리고, 이 피드백 제어는, PID 제어나 현대 제어 이론 등 주지의 제어 이론을 이용한 소정의 수순ㆍ계산 방법을 실행하는 제어 프로그램을, 범용의 전자 제어 유닛의 기억 수단에 기억시켜 배치함으로써, 비교적 용이하게 실행할 수 있다.

또한, 도 4의 가솔린 연료 공급 장치의 고압 연료 펌프(3D)가 엔진(1B)의 구동력을 이용하는 관계로, 파선으로 나타낸 엔진룸(50) 내(엔진(1B)에 부설)에 배치되어 있는 것에 대하여, 본 실시예에 있어서, 연료 펌프(3A)가 엔진(1A)의 구동력을 이용하지 않는 것도 있어, 예를 들면, 탑재 차량에 있어서의 연료 탱크(2A) 근 방의 트렁크룸(trunk room) 내 등, 엔진룸(50) 외부의 위치에 배치되어 있는 점이 본 발명의 제2 특징 부분으로 되어 있다. 그러므로, 엔진으로부터 유래한 열을 쉽게 받지 않게 되므로, 연료 펌프(3A) 바로 앞의 저압 부분에서 연료가 기화하여 연료 송출이 곤란해지는 트러블을 회피하기 쉬운 것으로 되어 있다.

그리고, 이와 같이 연료 펌프(3A)를 엔진(1A)으로부터 떼어 놓은 위치에 배치하는 동시에, 연료 펌프(3A)로부터 인젝터(8)에 이르는 연료 공급 관로(9A)의 가압 배관에 해당하는 부분이, 배관 길이(L) = 배관 내경(d)×250 이상의 형상을 가진 것으로 하고 있다. 이와 같이 가압 배관의 형상을, 용적이 비교적 크고, 또한 가압 거리가 길어지도록 하였으므로, 그 내부의 연료의 탄성률을 크게 할 수 있고, 맥동(脈動)(압력 변동)폭을 감쇠하기 쉬운 것으로 되어, 안정적인 연료 분사압을 확보하기 쉬운 것으로 되어 있다. 그리고, 이 배관 길이(L)와 배관 내경(d)의 관계는, 본원 발명자들이 다양한 비율로 실험한 결과, 상기와 같은 비율 이상의 배관 길이(L)로 한 경우에 탄성률이 갑자기 향상되어 충분한 맥동의 감쇠를 나타내는 것에 의한 것이다.

다음에, 본 실시예의 엔진의 연료 공급 장치에서의 각 데이터의 그래프를 나타낸 도 2를 참조하면서, 그 작용의 특징에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

압력 센서(11)에 의해 검출된 관내 연료 압력의 그래프를 참조하여, 연료 펌프(3A)는, 압력 센서(11)의 검출 압력에 대하여 약간 낮게 설정된 피드백 목표 압력으로 되도록 전자 제어 유닛(10A)에 의해 출력 컨트롤되고 있으므로, 압력값에 근소한 상하 이동은 있지만, 대략 목표 압력을 유지하고 있다.

이 때의 엔진 회전 속도와 연료 펌프(3A)의 구동 상황과의 관계를 보면, 엔진의 회전 속도가 피크에 달한 후에 서서히 저하됨에 따라 고회전으로 되고 있던 펌프(3A)의 회전 속도가 대략 수직으로 저하되어 있고, 펌프 토출 유량, 펌프 소비 전력도 마찬가지로 하강하고 있다. 한편, 이것에 대하여 참고예로서 기재한 일점 쇄선으로 나타낸 종래의 리턴식의 액화 가스 연료 공급 장치는, 항상 비교적 높은 레벨로 일정한 회전 속도, 펌프 토출 유량, 소비 전력을 유지하고 있다.

즉, 종래의 리턴식의 액화 가스 연료 공급 장치는, 엔진의 최대 요구 유량에 대응할 수 있도록 하기 위하여, 항상 그 이상의 연료 유량을 확보하는 펌프 구동량으로 설정되어 있고, 매우 큰 전력 소비와 펌프 회전 속도를 유지하고 있는데 대하여, 본 실시예는, 엔진 회전 속도의 변동에 따라 변동하는 분사 직전의 연료 압력을 적어도 유지할 정도의 연료 토출량으로 되어 있고, 필요 최저한의 펌프 회전 속도(양) 및 소비 전력을 실현하고 있는 점이 특징으로 되어 있다.

이로써, 리턴식의 연료 공급 시스템을 채용하지 않아도 안정적인 연료 공급이 실현되는 것에 더하여, 연료 펌프(3A)의 구동량을 필요 최소한으로 억제할 수 있으므로, 불필요한 전력 소비를 유효하게 회피할 수 있다. 또, 펌프 구동량이 필요 최소한으로 되므로, LPG나 DME 등의 가솔린보다 점도가 낮은 액화 가스 연료를 사용해도 슬라이드 이동부에 있어서의 마모가 적은 것으로 되어, 장치의 단수명화를 회피할 수 있고, 장기간에 걸쳐 양호한 연료 공급 기능을 유지하기 쉬운 것으로 된다.

그리고, 참고로 리턴레스식의 가솔린 공급 시스템의 데이터를 2점 쇄선으로 기재했지만, 연료 펌프(3D)(고압 연료 펌프)는 엔진의 구동력을 이용하는 관계로 전력 소비는 스필 밸브(31)의 구동뿐이므로 소비 전력은 적기는 하지만, 펌프의 회전이 엔진의 회전에 동조하고 있으므로, 펌프 회전 속도가 본 실시예보다 전체적으로 많아지는 동시에, 엔진 고회전에 따라 고회전의 시간도 길어지므로, 펌프 슬라이드 이동 부분의 마모에 의한 연료 펌프의 단수명화가 문제로 되기 쉬운 것이지만, 본 실시예에 의해 그 문제점이 크게 개선된 것을 알 수 있다.

이에 더하여, 연료 펌프를 엔진룸 외부에 배치하여, 연료 펌프 하류의 가압 배관을 배관 길이(L) = 배관 내경(d)×250이상의 구성으로 하였으므로, 연료 펌프 상류측으로 연료가 기화되는 것을 회피할 수 있는 것과 동시에 연료 압력의 맥동을 감쇠시켜 안정적 또한 양호한 연료 공급량을 실현할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 리턴레스식의 연료 공급 시스템으로서 인젝터 근방으로 검출한 연료 압력을 기초로 연료 펌프의 구동을 피드백 제어하는 것으로 하고, 또한 연료 펌프를 엔진룸 외부에 배치한 본 실시예에 의해, 탱크 내 연료 온도의 상승을 회피하면서 연료 펌프의 불필요한 구동을 회피하고, 펌프 구동을 위한 전력 소비를 최소한으로 하는 동시에 연료 펌프의 초수명화를 도모할 수 있고, 또한 연료 펌프 상류측으로 연료가 기화되는 것을 회피하여 양호한 연료 공급 상태를 유지할 수 있는 것이다.

전술한 바와 같이, 연료 분사압을 소정 범위 내로 유지하는 피드백 제어를 실행하는 동시에 연료 펌프를 엔진룸 외부에 배치한 본 발명에 의하면, 연료 펌프 의 구동량을 필요 최소한으로 하여 에너지의 낭비를 회피하면서 연료 펌프의 소모를 경감할 수 있고, 또한 연료 펌프 상류측으로 연료가 기화되는 것을 회피하여 양호한 연료 공급 상태를 유지할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. 연료 탱크로부터 연장되고 선단측에 인젝터를 가지는 연료 공급 관로와 상기 연료 공급 관로에 설치된 전동식의 연료 펌프와, 상기 연료 펌프 및 상기 인젝터를 구동 제어하는 전자 제어 유닛을 구비하고, 상기 연료 펌프로 상기 연료 탱크에 저장하고 액화 가스 연료를 가압하여 상기 연료 공급 관로를 통해 상기 인젝터에 송출하여 엔진에 공급하는 리턴레스식의 연료 공급 장치로서,

   연료 압력이 연료 분사압과 대략 일치하는 상기 연료 공급 관로의 상기 인젝터 근접 위치에, 연료 압력을 검출하여 상기 전자 제어 유닛에 출력하는 압력 센서가 배치되고, 상기 전자 제어 유닛이 검지한 연료 압력을 기초로 연료 분사압이 소정의 목표 압력을 유지하도록 상기 연료 펌프의 구동을 피드백 제어되고, 또한 상기 연료 펌프가 엔진룸 외부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 공급 장치.

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