KR20110021574A

KR20110021574A - Ｌｐｉ엔진의 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR20110021574A
Application number: KR1020090079451A
Authority: KR
Inventors: 송주태; 성연관
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-04
Also published as: AU2009243434A1; US20110048378A1; AU2009243434B2; US8251045B2; CN101994603A

Abstract

본 발명은 LPI엔진의 연료 공급 펌프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 펌프의 석션부압을 감소시킴으로써 연료 펌프의 성능을 향상시킨 LPI엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 내부에 연료가 충진되는 연료 탱크;

상기 연료 탱크로부터 송출되는 연료를 연료 공급 라인을 통해 상기 엔진으로 공급하는 연료 펌프; 및

상기 엔진으로부터 상기 연료 탱크의 내부로 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인;

을 포함하고,

상기 연료 펌프는 펌프실과 구동실로 구획되고, 상기 구동실에서 외부로 연통하는 벤트홀이 연료 펌프의 케이스에 형성되는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템을 제공한다.

LPI엔진, 연료 펌프, 용적형 펌프, 벤트홀, 다이어프램

Description

ＬＰＩ엔진의 연료 공급 시스템{FUEL SUPPLYING SYSTEM OF LPI ENGINE}

본 발명은 LPI엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 펌프의 석션부압을 감소시킴으로써 연료 펌프의 성능을 향상시킨 LPI엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

LPI엔진이란 연료공급 성능 측면에서 안정성을 확보하기 위하여 LPI연료 탱크 내부에 LPI연료펌프를 장착하여서 연료를 엔진으로 송출하게 된다.

즉, LPG엔진의 연료 탱크 내에 연료 펌프를 장착하고 LPG를 액상의 상태에서 압송하여 인젝터에서 분사되도록 하는 엔진을 지칭한다. 이러한 LPI엔진은 배기규제에 대응할 수 있고, 겨울철 시동 불량 및 차량 출력 저하 등 기존의 LPG시스템이 가지고 있던 문제점을 해결할 수 있게 된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 LPI연료 공급시스템은 내부에 액상의 연료가 메인 연료 탱크(10)에 저장되고, 이러한 연료를 엔진에 공급하기 위하여 상기 연료 공급 라인(30) 상에 배치되고 서브 연료 탱크(20)의 내부에 장착되는 연료 펌프(21), 상기 연료 펌프(21)에서 공급된 연료는 상기 연료 공급 라인(30)과 인젝터(미도시)를 순서대로 통과하여 연소실로 분사된 후, 잔여하는 연료가 리턴되 는 연료 리턴 라인(40)으로 구성된다.

여기서, 상기 메인 연료 탱크(10)와 상기 연료 펌프(21)사이와, 상기 연료 공급 라인(30) 상에서 연료 펌프(21)와 상기 엔진의 사이 및 상기 연료 리턴 라인(40) 상에서 상기 연료 펌프(21)와 연료 탱크(10) 사이에 각각 설치되는 안전 밸브류(50)로 구성된다.

종래와 같은 LPI외장형 연료 펌프 시스템의 경우, LPG용기에 관한 법규를 만족해야 한다. 법규에서는 메인 연료 탱크(10) 출구에는 반드시 전자식 차단 밸브와 과류방지 밸브 매뉴얼 차단 밸브 등을 설치하도록 명시되어 있다. 즉, 메인 연료 탱크(10)에서 나가는 모든 연결 라인은 차량 시동이 걸리지 않았을 경우는 전자식 차단 밸브가 닫혀 있어, 메인 연료 탱크(10)가 밀폐되어야 한다. 또한, 메인 연료 탱크(10)에서 나가는 연료 공급 라인(30)이 충돌 시 파손되더라도 연료가 새지 않도록 안전 밸브가 구비되어야만 한다. 이때, 메인 연료 탱크(10)에서 연료 펌프(21)까지의 연료 유입이 공기 유입 없이 원활해야 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 메인 연료 탱크(10)와 서브 연료 탱크(20)를 연결해주는 연료 공급 라인(30) 및 연료 리턴 라인(40)에 모두 안전 밸브류가 장착되어야 하므로, 안전 밸브류(50)의 중복 구성으로 시스템이 복잡하며 원가 중량이 과다한 문제가 발생한다.

또한, 연료 펌프(21)에서 발생되는 석션 부압이 서브 연료 탱크(20)의 체적으로 인해 감쇄된 후, 메인 연료 탱크(10)로 전달되게 되므로 연료 유입성의 확보가 어렵다.

여기서, 상기 메인 연료 탱크(10) 내부의 압력이 높을 경우(예를 들면, 여름철)에는 고압이 연료를 밀어주어 연료 유입이 쉬우나, 겨울철의 경우에는 메인 연료 탱크(10)의 압력이 거의 대기압에 가까워지므로 연료 펌프(21)의 송출능력에만 의존해서는 연료 유입성의 확보를 기대하기 어렵다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 연료 탱크로부터 분리한 외장형 펌프로 구성하여도 연료 펌프의 석션 부압을 증대시키고 연료 펌프 내부로의 연료 유입을 원활하게 함으로써 연료 펌프의 성능을 향상시킨 LPI엔진의 연료 공급 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 LPI엔진의 연료 공급 시스템은 내부에 연료가 충진되는 연료 탱크;

을 포함하고,

상기 연료 펌프는 펌프실과 구동실로 구획되고, 상기 구동실에서 외부로 연통하는 벤트홀이 연료 펌프의 케이스에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연료 펌프는 상기 연료 탱크의 외부에 배치되는 외장형 연료 펌프인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연료 펌프는 다이어프램에 의해 펌프실과 구동실로 구획되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤트홀은 구동실의 내부와 대기가 연통되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 벤트홀은 펌프실과 구동실을 움직이는 다이어프램에 의해서 발생되는 상기 구동실의 부압을 저감시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연료 펌프는 용적형 펌프일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 LPI엔진의 연료 공급 시스템에 의하면, 연료 펌프를 연료 탱크로부터 분리한 외장형 펌프로 구성하여도 안전밸브류의 부품수를 감소시킴으로써 원가절감의 효과가 있다.

또한, 연료 펌프의 석션 부압을 증대시킴으로써, 연료 펌프 내부로의 연료 유입을 원활하게 하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 LPI엔진의 연료 공급 시스템의 전반적인 구성을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 LPI엔진의 연료 공급 시스템에 적용되는연료 펌프를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 종래기술에 의한 LPI엔진의 연료 공급 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 LPI엔진의 연료 공급시스템은 연료 탱크(100), 연료 펌프(200), 레귤레이터 유닛(200)으로 구성된다.

엔진이 각각 연료 공급 라인(S)과 연료 리턴 라인(R)으로 연결되어 상기 연료 탱크(100) 내의 액상 가스연료가 연료 펌프(200)에 의해 레귤레이터 유닛(300)을 거쳐 엔진으로 공급된다.

또한, 엔진에서 리턴되는 액상 가스연료가 레귤레이터 유닛(300)을 거쳐 연료 탱크(100)로 리턴되도록 구성된다.

상기 레귤레이터 유닛(300)은 통상적으로 적용되는 구성요소로서, 엔진으로 공급되는 액상 가스 연료의 공급압을 항시 일정하게 유지시켜주는 기능을 하게 된다.

또한, 상기 레귤레이터 유닛(300)에는 엔진과 연료 탱크(100)를 연결하는 연료 리턴 라인(R)이 연결되어 엔진의 연소실로 공급되지 못한 액상의 가스 연료를 연료 탱크(100)로 리턴시키게 된다.

게다가, 상기 레귤레이터 유닛(300)을 지나는 연료 리턴 라인(R) 상에는 연료 탱크(100)로 리턴되는 가스 연료의 압력을 감지하는 압력 센서(미도시)와 리턴되는 가스 연료가 일정 압력 이상에서만 연료 탱크(100)로 리턴되도록 연료 리턴 라인(R) 내의 압력을 조정하는 압력 조정기(미도시)가 설치될 수 있다.

도시하지 않았지만, 상기와 같이 구성된 연료 공급 장치는 ECU에 의해 전반 적으로 제어될 수 있다.

그리고, 상기 연료 탱크(100)와 레귤레이터 유닛(300) 사이의 연료 공급 라인(S)에는 연료 탱크(100) 내의 액상 가스연료를 가압함으로써 엔진으로 압송하는 연료 펌프(200)가 종래와 같이 연료 탱크(100)의 내부에 장착되는 구조와는 달리, 상기 연료 탱크(100)의 외부에 장착되는 외장형으로 설치된다.

이러한 연료 펌프(200)는 도 3에 도시한 바와 같이 다이어프램(210)에 의해 연료실(220) 및 구동실(230)로 구획된다.

또한, 상기 연료 펌프(200)를 용적형 펌프를 사용함으로써 상기 연료 펌프(200)의 핵심부인 모터(미도시)의 구동실(230)와 연료실(220)만을 상기 연료 공급 라인(S)에 직결로 연결하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 용적형 펌프인 연료 펌프(200)의 하부공간을 최소화할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 연료실(220)의 체적을, 예를 들면, 엔진의 급가속 구간에서 공기의 흡입이 없을 정도인 60cc로 설정함으로써 펌프의 석션 부압의 손실을 방지할 수 있다.

아울러, 상기 구동실(230)과 외부가 연통하도록 상기 연료 펌프(200)의 케이스(201)에 벤트 홀(202)을 형성한다.

이러한 벤트 홀(202)을 통해서 구동실(230)의 내부압력이 대기압력과 일치하게된다.

차량의 운전 시, 연료 펌프(200)는 차량이 작동되는 동안 항시 작동되므로 연료 펌프(200)는 연료 탱크(100) 내의 액상 가스 연료를 연료 탱크(100) 압 대비 일정 차압으로 더 가압하여 즉 연료 탱크(100) 내에서 예를 들면, 3bar의 압력을 갖는 액상 가스 연료에 5bar의 압력을 더 제공하여 액상 가스 연료를 8bar의 압력으로 가압하여 연료 공급 라인(S)을 통해 공급한다.

상기 연료 펌프(200)에 의해 연료가 상기 연료 펌프(200)의 내부에 형성되는 연료실(220)로 유입된다.

이때, 도시하지 않았지만, 상기 연료 펌프(200)의 하부에는 연료 펌프(200)의 내구성을 향상시키기 위하여 메쉬(mesh)구조의 필터(미도시)를 장착함으로써 상기 연료 탱크(100)로부터 유입된 이물질을 미리 차단할 수도 있다.

한편, 연료가 상기 연료 펌프(200)의 내부에 길이방향으로 배치되는 편심 캠(240)의 회전으로 인하여 연료실(220)로 유입된다.

상기 편심 캠(240)과 상기 다이어프램(210)의 사이에 개재되어 구름접촉되는 롤러(250)에 의하여 상기 다이어프램(210)은 도면상 좌우로 왕복운동하게 된다.

즉, 상기 다이어프램(210)이 우측으로 이동하면 상기 연료실(220)의 내부로 연료가유입되고, 상기 다이어프램(210)이 좌측으로 이동하면 상기 연료실(220)의 내부에 일시 저장되어 있던 연료는 고압상태가 되어 상기 연료 공급 라인(S)으로 압송된다.

여기서, 상기 다이어프램(210)이 좌측 및 우측으로 이동하는 과정에서 상기 벤트 홀(202)에 의해 상기 구동실(230)의 내부압력과 대기압이 일치되도록 유지된다.

따라서, 종래기술에 따른 구조에서 나타나는 진공상태에서의 부압이 방지되 므로 상기 다이어프램(210)이 원활하게 작동된다.

보다 상세하게, 연료 흡입시, 연료실(220)은 연료 탱크(100)의 압력과 동일한 상태이며, 이러한 연료실(220)의 압력에 비하여 상기 구동실(230)의 압력이 낮게 된다.

따라서, 상기 다이어프램(210)은 상기 압력차이만큼 더욱 원활한 작동을 하게 되고 이로 인하여, 상기 연료실(220)로의 연료 유입이 원활하게 이루어진다.

상기와 같이 공급되는 액상 가스연료는 레귤레이터 유닛(300)을 지나 엔진으로 공급되어 일부는 연소실에서 연소되고, 나머지는 엔진으로부터 연료 리턴 라인(R)으로 배출된다.

이와 같이 연료 리턴 라인(R)으로 배출된 액상 가스 연료는 레귤레이터 유닛(300)을 지나 리턴 밸브(미도시)를 개방시키면서 연료 탱크(100) 내부로 재유입되어 저장된다.

한편, 연료 리턴 라인(R)으로 유입된 액상의 가스 연료는 고온의 엔진을 지나면서 열전도에 의해 온도가 상승되어 팽창됨으로써 이의 압력이 전술한 가스 연료의 압력 즉 8bar 이상의 압력으로 상승되어 연료 리턴 라인(R)을 폐쇄하고 있던 레귤레이터 유닛(300)의 압력 조정기와 연료 리턴 라인(R) 상의 리턴 밸브를 순차적으로 개방시키면서 연료 탱크(100) 내부로 재유입된다.

또한, 상기와 같은 연료 공급 과정 중에 액상 가스 연료에 슬러지가 혼합되어 공급되다가 슬러지에 의해 메인 연료 펌프(200)와 레귤레이터 유닛(300) 사이의 연료 공급 라인(S)이 막히거나 또는 레귤레이터 유닛(300)이 오작동되는 경우는 유 로의 막힘으로 인하여 레귤레이터 유닛(300)측으로 공급된 연료 공급 라인(S)의 압력이 연료 펌프(200)의 압력보다 더 높게 상승되어도 원웨이 체크 밸브(미도시)가 이미 공급된 액상 가스 연료의 역류를 방지하여 연료 펌프(200)의 손상 및 파손을 방지할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 LPI엔진의 연료 공급 펌프가 적용된 시스템을 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 LPI엔진의 연료 공급 펌프를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

* 도면에 사용된 주요부분 부호설명*

100: 연료 탱크 200: 연료 펌프

201: 케이스 202: 벤트홀

210: 다이어프램 220: 연료실

230: 구동실 240: 편심 캠

250: 롤러 300: 레귤레이터 유닛

Claims

내부에 연료가 충진되는 연료 탱크;

상기 연료 탱크로부터 송출되는 연료를 연료 공급 라인을 통해 상기 엔진으로 공급하는 연료 펌프; 및

상기 엔진으로부터 상기 연료 탱크의 내부로 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인;

을 포함하고,

상기 연료 펌프는 펌프실과 구동실로 구획되고, 상기 구동실에서 외부로 연통하는 벤트홀이 연료 펌프의 케이스에 형성되는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,

상기 연료 펌프는 상기 연료 탱크의 외부에 배치되는 외장형 연료 펌프인 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,

상기 연료 펌프는 다이어프램에 의해 펌프실과 구동실로 구획되는 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,

상기 벤트홀은 구동실의 내부와 대기가 연통되도록 하는 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템.
제4항에 있어서,

상기 벤트홀은 펌프실과 구동실을 움직이는 다이어프램에 의해서 발생되는 상기 구동실의 부압을 저감시키는 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템.
제1항에 있어서,

상기 연료 펌프는 용적형 펌프인 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템.