KR20090052050A

KR20090052050A - Ｌｎｇ 차량의 연료장치

Info

Publication number: KR20090052050A
Application number: KR1020070118563A
Authority: KR
Inventors: 성병준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-05-25

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예는 차량의 엔진 시동 정지시, 연료 공급라인 내에 잔류하는 고압의 연료를 보조 탱크를 통해 별도로 저장하고, 차량의 주행 중 엔진의 고출력을 필요로 하는 경우 상기 보조 탱크에 저장된 연료를 연료 공급라인으로 공급하여 그 연료 공급라인의 관내 압력이 순간적으로 강하되는 것을 방지함으로써 연료 농도 저하로 인한 엔진의 부조화 현상을 해결하여 차량의 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 LNG 차량의 연료장치를 제공한다.

LNG, 연료, 연료 탱크, 보조 탱크, 체크 밸브, 솔레노이드 밸브

Description

ＬＮＧ 차량의 연료장치 {FUEL SYSTEM FOR LIQUIFIED NATURAL GAS VEHICLE}

본 발명의 예시적인 실시예는 액화 천연 가스(Liquified Natural Gas: LNG)를 사용하는 차량(이하 "LNG 차량" 이라고 한다)의 연료장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 엔진 시동 정지시, 연료 공급라인 내에 잔류하는 고압의 연료를 보조 탱크를 통해 별도로 저장하고, 차량의 주행 중 엔진의 고출력을 필요로 하는 경우 그 보조 탱크에 저장된 연료를 연료 공급라인으로 공급할 수 있도록 하는 LNG 차량의 연료장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 연료 예컨대, 가솔린이나 경유 등과 같은 연료를 대체할 수 있는 가장 대표적인 것으로 액화 천연 가스를 들 수 있다.

이러한 액화 천연 가스를 사용하는 차량은 연소 효율이 좋고 운전이 조용하며, 기관의 수명이 길고, 연료비가 저렴하다는 장점이 있다.

상기와 같은 장점을 가지고 있는 LNG 가스를 사용하는 LNG 차량의 연료 장치에 대한 일 예를 도 1을 참조하여 설명하면, 종래 기술에 따른 LNG 차량의 연료 장치는 LNG 연료를 액체 상태로 저장하는 연료 탱크(110), 및 그 연료 탱크(110)로부터 배출되는 연료를 가스 상태로 기화시키기 위한 기화기(120)가 구비된다.

상기 연료 탱크(110)와 기화기(120)는 연료 공급라인(130) 상에 설치되는 바, 그 기화기(120)에서 기화된 연료는 솔레노이드 밸브(140)에 의해 선택적으로 개폐되는 연료 공급라인(130)을 통해 일정한 압력 예컨대, 8~10bar로서 믹서(미도시) 등을 거쳐 엔진으로 공급된다.

그런데, 종래 기술에 따른 상기 LNG 차량의 연료 장치는 차량의 고속 주행시, 주행 중 가속시, 언덕길 주행시 또는 급출발시 엔진의 고출력을 필요로 하는 경우, 많은 양의 연료 흡입이 요구됨으로 연료 공급라인(130)의 관내 압력(대략 5~6bar)이 순간적으로 떨어지게 된다.

이러한 경우 엔진으로 흡입되는 연료의 농도가 낮아지게 되어 원활한 연소 작용이 이루어지지 않게 되므로, 엔진의 출력이 저하되며, 순간적으로 연료의 흐름에 구멍이 생겨 엔진의 부조화가 발생하게 된다는 문제점을 내포하고 있다.

한편, 종래 기술에 따른 상기 LNG 차량의 연료 장치는 차량의 엔진 시동 정지시, 연료 공급라인(130)의 관내에 잔류하는 액상 또는 기상의 연료가 기화되면서 그 관내의 압력이 고압으로 상승하게 되는데, 종래에서는 기화기(120)와 솔레노이드 밸브(140) 사이의 연료 공급라인(130)에 연결되게 설치되는 릴리프 밸브(150)를 통해 차량의 외부로 배출시키고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 차량의 엔진 시동 정지시, 연료 공급라인 내에 잔류하는 고압의 연료를 보조 탱크를 통해 별도로 저장하고, 차량의 주행 중 엔진의 고출력을 필요로 하는 경우 상기 보조 탱크에 저장된 연료를 연료 공급라인으로 공급할 수 있도록 하는 LNG 차량의 연료장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 LNG 차량의 연료장치는, LNG 연료를 저장하는 연료 탱크 및 상기 연료를 가스 상태로 기화시키기 위한 기화기가 제1 연료 공급라인을 통해 연결되고, 상기 기화기에서 기화된 연료가 제1 솔레노이드 밸브를 통해 선택적으로 개폐되는 제2 연료 공급라인을 통해 엔진에 이르도록 구성되며, 상기 제1 연료 공급라인과 상기 제2 연료 공급라인에 연결되게 설치되는 보조 탱크가 더욱 구비되고, 상기 보조 탱크는 제1 및 제2 연결라인을 통해 상기 제1 및 제2 연료 공급라인에 각각 연결되며, 상기 제1 연결라인의 분기점과 상기 연료 탱크 사이의 상기 제1 연료 공급라인에는 제1 체크 밸브가 설치되고, 상기 제1 연결라인에는 제2 체크 밸브가 설치되며, 상기 제2 연결라인에는 제2 솔레노이드 밸브가 설치되고, 상기 제2 연결라인의 분기점과 상기 제1 솔레노이드 밸브 사이의 상기 제2 연료 공급라인에는 엔진 측으로 공급되는 연료의 압력을 감지하고 그 감지 신호를 전자제어유닛으로 출력하는 압력 센서가 설치되며, 상기 제2 솔레노이드 밸브는 상기 전자제어유닛으로부터 전기적인 제어 신호를 제공받아 상기 제2 연결라인을 개폐시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 LNG 차량의 연료장치에 있어서, 상기 제2 솔레노이드 밸브와 상기 보조 탱크 사이의 상기 제2 연결라인에는 릴리프 밸브가 연결되게 설치될 수 있다.

상기 LNG 차량의 연료장치에 있어서, 상기 제1 체크 밸브는 상기 연료 탱크로부터 제1 압력으로서 배출되어 상기 기화기로 공급되는 연료의 흐름 만을 허용하는 것이 바람직하다.

상기 LNG 차량의 연료장치에 있어서, 상기 제2 체크 밸브는 차량의 시동 정지 후, 상기 제1 및 제2 연료 공급라인의 관내에 잔류하는 연료가 제1 압력 보다 상대적으로 높은 제2 압력으로서 상승하는 경우, 상기 제1 연료 공급라인으로부터 상기 제1 연결라인을 통해 상기 보조 탱크로 공급되는 연료의 흐름 만을 허용하는 것이 바람직하다.

상기 LNG 차량의 연료장치에 있어서, 상기 릴리프 밸브는 상기 보조 탱크 내부의 압력이 기설정된 기준 압력 이상으로 상승하는 경우, 상기 연료를 외부로 배출시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 LNG 차량의 연료장치에 의하면, 차량의 엔진 시동 정지시, 연료 공급라인 내에 잔류하는 고압의 연료를 보조 탱크를 통해 별도로 저장하고, 차량의 주행 중 엔진의 고출력을 필요로 하는 경우 상기 보조 탱크에 저장된 연료를 연료 공급라인으로 공급하여 그 연료 공급라인 의 관내 압력이 순간적으로 강하되는 것을 방지할 수 있으므로, 연료 농도 저하로 인한 엔진의 부조화 현상을 해결하여 차량의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예시적인 실시예에 반드시 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 LNG 차량의 연료장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 의한 차량용 연료 공급장치(100)는 차량의 엔진 시동 정지시, 연료 공급 관로 내에 잔류하는 고압의 액상 또는 기상 LNG 연료(이하에서는 편의상 "연료" 라고 한다)를 별도 저장하고, 차량의 고속 주행시 또는 급출발시 많은 양의 연료를 필요로 함으로 연료 공급 관내의 압력이 강하되는 경우에 대응하여 상기 저장된 연료를 연료 공급 관로로 공급할 수 있는 구조로서 이루어진다.

이러한 연료장치(100)는 기본적으로 연료를 액체 상태로 저장하는 연료 탱크(10) 및 그 연료 탱크(10)로부터 배출되는 연료를 가스 상태로 기화시키기 위한 기화기(20)가 구비된다.

상기 연료 탱크(10)와 기화기(20)는 제1 연료 공급라인(31)을 통해 연결되는 바, 상기 기화기(20)에서 기화된 연료는 제1 솔레노이드 밸브(33)에 의해 선택적으 로 개폐되는 제2 연료 공급라인(32)을 통해 믹서(미도시) 등을 거쳐 엔진으로 공급된다.

상기에서와 같은 본 실시예에 따른 LNG 차량의 연료장치(100)는 제1 연료 공급라인(31)과 제2 연료 공급라인(32)에 연결되게 설치되는 보조 탱크(40)를 더욱 포함하고 있다.

이 경우 상기 보조 탱크(40)는 이의 유입부(41)가 파이프 형태의 제1 연결라인(51)을 통해 제1 연료 공급라인(31)과 연결된다. 그리고 상기 보조 탱크(40)의 배출부(42)는 파이프 형태의 제2 연결라인(52)을 통해 제2 연료 공급라인(32)과 연결된다.

본 실시예에서, 상기 제1 연료 공급라인(31)과 제1 연결라인(51)의 분기점(A), 및 연료 탱크(10) 사이의 제1 연료 공급라인(31)에는 제1 체크 밸브(61)가 설치되고, 이에 더하여 상기 제1 연결라인(51)에는 제2 체크 밸브(62)가 설치된다.

상기 제1 체크 밸브(61)는 연료 탱크(10)로부터 제1 압력 즉, 8~10bar의 압력으로서 배출되어 기화기(20)로 공급되는 연료의 흐름 만을 허용하고, 역류되는 연료는 차단할 수 있는 통상적인 구조의 체크 밸브(check valve)로서 이루어진다.

그리고 상기 제2 체크 밸브(62)는 차량의 시동 정지 후, 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내에 잔류하는 연료가 제1 압력 보다 상대적으로 높은 제2 압력으로서 상승하는 경우, 제1 연료 공급라인(31)으로부터 제1 연결라인(51)을 통해 보조 탱크(40)로 공급되는 연료의 흐름 만을 허용하고, 역류되는 연료는 차단할 수 있는 통상적인 구조의 체크 밸브(check valve)로서 이루어진 다.

본 실시예에서, 상기 제2 연료 공급라인(32)과 제2 연결라인(52)의 분기점(B), 및 제1 솔레노이드 밸브(33) 사이의 제2 연료 공급라인(32)에는 압력 센서(71)가 설치되고, 이에 더하여 상기 제2 연결라인(52) 상에는 제2 솔레노이드 밸브(72)가 설치된다.

상기 압력 센서(71)는 전자제어유닛(ECU: 80)과 전기적인 신호 체계로서 연결되며, 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)을 통해 엔진 측으로 공급되는 연료의 압력을 감지하고 그 감지 신호를 전자제어유닛(80)으로 출력하는 기능을 하게 된다.

그리고 상기 제2 솔레노이드 밸브(72)는 전자제어유닛(80)과 전기적인 제어 신호 체계로서 연결되며, 그 전자제어유닛(80)으로부터 전기적인 제어 신호를 제공받아 제2 연결라인(52)을 선택적으로 개폐시키는 기능을 하게 된다.

여기서, 상기 전자제어유닛(80)은 압력 센서(71)를 통해 감지된 감지 신호를 제공받아 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내 압력을 기설정된 기준 압력(8~10bar)과 비교 판단하여, 상기 관내 압력이 기준 압력 범위를 만족하는 경우 제2 솔레노이드 밸브(72)로 오프 신호를 전송하여 제2 연결라인(52)을 폐쇄시키고, 상기 관내 압력이 기준 압력 범위를 만족하지 않는 경우 제2 솔레노이드 밸브(72)로 온 신호를 전송하여 상기 제2 연결라인(52)을 개방시키는 기능을 하게 된다.

이에 더하여, 본 실시예에 의한 LNG 차량의 연료장치(100)는 제2 솔레노이드 밸브(72)와 보조 탱크(40) 사이의 제2 연결라인(52)에 연결되게 설치되는 릴리프 밸브(91)를 더욱 포함하고 있다.

상기 릴리프 밸브(91)는 2 솔레노이드 밸브(72)와 보조 탱크(40) 사이의 제2 연결라인(52)에 연결되는 별도의 배출라인(93)에 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 릴리프 밸브(91)는 보조 탱크(40) 내부에 저장된 연료의 압력이 기설정된 기준 압력 예컨대, 200bar 이상으로 상승하는 경우, 상기 연료를 외부로 배출시킬 수 있는 통상적인 구조의 릴리프 밸브(relife valve)로서 이루어진다.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 LNG 차량의 연료장치(100)에 의하면, 우선 차량의 엔진 시동시 연료 탱크(10)에 저장된 연료는 8~10bar의 제1 압력으로서 배출되고, 제1 연료 공급라인(31)을 통해 기화기(20)로 압송된다.

이 경우 제1 체크 밸브(62)는 상기 연료의 압력에 의해 제1 연료 공급라인(31)을 개방시키게 되고, 반대 방향으로는 연료가 흐르지 못하도록 한다.

그리고 상기 연료는 제2 체크 밸브(62)에 의해 차단되어 제1 연결라인(51)을 통과하지 못하고, 제1 연료 공급라인(31)을 통해 기화기(20)로 공급된다.

이에, 상기 기화기(20)는 엔진으로부터 열을 제공받아 액상의 연료를 가스 상태로 기화시키고, 그 연료를 제2 연료 공급라인(32)을 통해 엔진 측으로 공급하게 된다. 이 때, 제1 솔레노이드 밸브(33)는 전자제어유닛(80)에 의해 제어되어 제2 연료 공급라인(32)을 개방시킨 상태에 있으며, 제2 솔레노이드 밸브(72)는 전자제어유닛(80)에 의해 제어되어 제2 연결라인(52)을 폐쇄시킨 상태에 있다.

한편, 차량의 엔진 시동 정지시, 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)에 잔류하는 액상 또는 기상의 연료에 의해 상기 제1 및 제2 연료 공급라인(31, 32)의 관내 압력이 상기 제1 압력 보다 높은 압력으로서 상승하게 되면, 상기 고압의 연료는 제1 체크 밸브(62)에 의해 차단되어 연료 탱크(10)로 역류되지 않고, 제1 연결라인(51)을 통해 보조 탱크(40)로 압송된다.

즉, 제2 체크 밸브(62)는 상기 고압의 연료에 의해 제1 연결라인(51)을 개방시키게 되는데, 이에 상기 고압의 연료는 제1 연결라인(51)을 통해 보조 탱크(40)의 내부로 공급된다.

여기서, 상기 보조 탱크(40)의 내부에 저장된 고압의 연료는 제2 체크 밸브(62)에 의해 차단되어 제1 연결라인(51)을 통해 역류되지 않게 된다.

이 때, 제1 솔레노이드 밸브(33)는 전자제어유닛(80)에 의해 제어되어 제2 연료 공급라인(32)을 폐쇄시킨 상태에 있으며, 제2 솔레노이드 밸브(72) 또한 전자제어유닛(80)에 의해 제어되어 제2 연결라인(52)을 폐쇄시킨 상태에 있다.

만약, 상기 보조 탱크(40) 내부의 압력이 기준 압력 예컨대, 200bar 이상으로 상승하는 경우, 상기 고압의 내부 압력에 의해 릴리프 밸브(91)는 개방된다. 이에 따라 상기 보조 탱크(40)의 내부에 저장된 연료는 배출라인(93)을 통해 차량의 외부로 배출된다.

다른 한편으로, 차량의 고속 주행시, 주행 중 가속시, 언덕길 주행시 또는 급출발시 엔진의 고출력을 필요로 하는 경우, 많은 양의 연료 흡입이 요구됨으로 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내 압력(대략 5~6bar)이 순 간적으로 떨어지게 된다.

이러한 경우, 압력 센서(71)는 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)을 통해 엔진 측으로 공급되는 연료의 압력을 감지하고 그 감지 신호를 전자제어유닛(80)으로 출력한다.

그러면, 상기 전자제어유닛(80)은 압력 센서(71)를 통해 감지된 감지 신호를 제공받아 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내 압력을 기설정된 기준 압력(8~10bar)과 비교하여 상기 관내 압력이 기준 압력을 만족하지 않는 것으로 판단하고 제2 솔레노이드 밸브(72)로 온 신호를 인가한다.

이에 따라, 상기 제2 솔레노이드 밸브(72)는 제2 연결라인(52)을 개방시키게 된다. 그러면, 보조 탱크(40)의 내부에 저장된 고압의 연료는 제2 연결라인(52)을 통해 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)으로 공급된다.

따라서 본 실시예에서는 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내 압력이 순간적으로 강하하는 경우, 보조 탱크(40)에 저장된 연료를 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)으로 공급하여 8~10bar의 압력을 유지하는 연료를 엔진 측으로 압송시킬 수 있게 된다.

그리고 나서 차량의 엔진 시동이 정상적으로 이루어지는 경우, 즉 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내 압력이 8~10bar을 유지하는 경우, 압력 센서(71)는 상기 관내 압력을 감지하고 그 감지 신호를 제어신호유닛(80)으로 출력하게 된다.

그러면, 상기 전자제어유닛(80)은 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급 라인(32)의 관내 압력을 기설정된 기준 압력(8~10bar)과 비교하여 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내 압력이 기준 압력을 만족하는 것으로 판단하고 제2 솔레노이드 밸브(72)로 오프 신호를 인가한다.

이에 따라, 상기 솔레노이드 밸브(72)가 제2 연결라인(52)을 폐쇄시킴으로써 보조 탱크(40)의 내부에 저장된 연료는 제2 연결라인(52)을 통해 더 이상 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)으로 공급되지 않게 된다.

이로써 본 실시예에서는 차량의 주행 중 엔진의 고출력을 필요로 하는 경우, 상기에서와 같은 작용으로서 제1 연료 공급라인(31) 및 제2 연료 공급라인(32)의 관내 압력이 순간적으로 강하되는 것을 방지할 수 있으므로, 연료 농도 저하로 인한 엔진의 부조화 현상을 해결하여 차량의 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 종래 기술에 따른 LNG 차량의 연료장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

Claims

LNG 연료를 저장하는 연료 탱크 및 상기 연료를 가스 상태로 기화시키기 위한 기화기가 제1 연료 공급라인을 통해 연결되고, 상기 기화기에서 기화된 연료가 제1 솔레노이드 밸브를 통해 선택적으로 개폐되는 제2 연료 공급라인을 통해 엔진에 이르도록 구성되는 LNG 차량의 연료장치에 있어서,

상기 제1 연료 공급라인과 상기 제2 연료 공급라인에 연결되게 설치되는 보조 탱크가 더욱 구비되고, 상기 보조 탱크는 제1 및 제2 연결라인을 통해 상기 제1 및 제2 연료 공급라인에 각각 연결되며,

상기 제1 연결라인의 분기점과 상기 연료 탱크 사이의 상기 제1 연료 공급라인에는 제1 체크 밸브가 설치되고, 상기 제1 연결라인에는 제2 체크 밸브가 설치되며, 상기 제2 연결라인에는 제2 솔레노이드 밸브가 설치되고,

상기 제2 연결라인의 분기점과 상기 제1 솔레노이드 밸브 사이의 상기 제2 연료 공급라인에는 엔진 측으로 공급되는 연료의 압력을 감지하고 그 감지 신호를 전자제어유닛으로 출력하는 압력 센서가 설치되며,

상기 제2 솔레노이드 밸브는 상기 전자제어유닛으로부터 전기적인 제어 신호를 제공받아 상기 제2 연결라인을 개폐시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 차량의 연료장치.
제1 항에 있어서,

상기 제2 솔레노이드 밸브와 상기 보조 탱크 사이의 상기 제2 연결라인에는 릴리프 밸브가 연결되게 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 차량의 연료장치.
제1 항에 있어서,

상기 제1 체크 밸브는 상기 연료 탱크로부터 제1 압력으로서 배출되어 상기 기화기로 공급되는 연료의 흐름 만을 허용하는 것을 특징으로 하는 LNG 차량의 연료장치.
제3 항에 있어서,

상기 제2 체크 밸브는 차량의 시동 정지 후, 상기 제1 및 제2 연료 공급라인의 관내에 잔류하는 연료가 제1 압력 보다 상대적으로 높은 제2 압력으로서 상승하는 경우, 상기 제1 연료 공급라인으로부터 상기 제1 연결라인을 통해 상기 보조 탱크로 공급되는 연료의 흐름 만을 허용하는 것을 특징으로 하는 LNG 차량의 연료장치.
제2 항에 있어서,

상기 릴리프 밸브는 상기 보조 탱크 내부의 압력이 기설정된 기준 압력 이상으로 상승하는 경우, 상기 연료를 외부로 배출시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 LNG 차량의 연료장치.