KR20120103834A - 직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직접분사 엘피아이 시스템에 관한 것으로, 봄베에 내장된 액체 상태의 엘피지 연료를 엔진의 연소실 내부로 직접분사하는 직접분사 엘피아이 시스템에 있어서, 상기 봄베 내부에 내장되고 연료를 펌핑하는 연료펌프, 상기 연료펌프에 의해 펌핑된 연료를 엔진 쪽으로 공급하는 연료공급라인, 상기 연료공급라인을 통해 공급된 연료를 고압으로 가압하는 고압펌프, 상기 고압펌프로부터 가압된 연료가 고압으로 충진되는 딜리버리 파이프, 상기 딜리버리 파이프에 충진된 연료를 엔진의 연소실에 직접분사하는 인젝터, 상기 고압펌프로 공급된 연료 중에서 일부를 상기 봄베로 회수하는 연료회수라인 및 상기 연료회수라인 상에 설치되고 엔진의 구동 여부에 기초해서 상기 연료회수라인을 선택적으로 개폐하는 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 직접분사 엘피아이 시스템을 이용하는 것에 의해, 본 발명은 엔진 정지시 컷 솔 밸브를 폐쇄시켜 고압펌프의 저압부에 충진된 연료가 봄베로 회수되는 것을 차단한다.

Description

직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법{DIRECT INJECTION TYPE LIQUEFIED PETROLEUM-GAS INJECTION SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘피지 연료를 고압으로 가압하여 엔진에 직접 분사함으로써 차량의 동력성능을 향상시키고, 연비를 절감하며, 탄소발생량을 저감하는 효과를 구현하는 직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 엘피지 연료 공급시스템은 카뷰레터(carburetor) 방식에 의해 공급되는 초기 1세대를 거쳐, 좀 더 배기가스 감소 효과를 위해 피드백(feed back) 제어 시스템이 적용이 되었다.
그렇지만 2003년부터 적용되는 차량시스템에는 이보다 더 가혹한 배기가스 배출규제가 시행이 되어 엘피지 연료를 가압 송출하는 연료를 액상으로 분사하든가 혹은 기상분사를 통해 현재까지의 배기규제에 대응해 왔다. 그렇지만 점차 강화되는 환경보호와 연비저감이라는 2가지 목적을 동시에 달성하기 위해서는 연료분사 시스템에 대해서도 많은 변화가 요구되고 있다.
통상의 가스차량용 엘피아이 시스템(Liquid Petroleum Injection: 액상 연료분사 장치)은 연료탱크의 압력에 의존한 기계식 엘피지 연료 방식과는 달리 봄베 내에 연료펌프를 설치하고, 연료펌프에 의해 고압(5~15bar)으로 송출되는 액상 연료를 인젝터로 분사하여 엔진을 구동하는 구조로 되어 있다.
종래의 엘피아이 시스템은 인젝터에서 공급된 연료가 흡기밸브 직전에서 공기와 혼합된 후 엔진으로 공급된다.
따라서 연료가 공기와 혼합된 후 엔진으로 분사되는 간접분사방식을 취하고 있어 가솔린연료의 직접분사방식보다 출력이 낮은 문제점이 있었다.
또한 가솔린 연료와 달리 엘피지 연료는 대기 온도 변화에 민감하게 반응하여 쉽게 기체 상태로 변화되므로, 봄베 내의 엘피지 연료 중 기상 부분은 에너지 변화로 쉽게 가압 송출시 캐비테이션(cavitation, 공동 현상)을 일으킨다.
이에 따라, 종래의 엘피아이 시스템은 펌프 능력이 저하되어 연료공급 시스템이 원활히 작동되지 못하는 문제점이 발생함에 따라 차량 운행에 심각한 악영향을 미치게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 특허 출원번호 제10-2009-0070720호(2009년 7월 31일 출원), 특허출원번호 제10-2010-0126023호(2010년 12월 10일 출원, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 직접분사 엘피아이 시스템을 개시하여 출원한 바 있다.
도 1은 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 연료가 저장되는 봄베(1), 봄베(1) 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프(2), 연료펌프(2)에서 펌핑된 연료를 엔진(E)으로 공급하는 연료공급라인(S), 연료펌프(2)에 의해 펌핑된 연료를 고압으로 가압하는 고압펌프(4), 고압펌프(4)에 공급된 연료 중에서 일부를 고압펌프(4)의 저압부로부터 봄베(1)로 회수하는 연료회수라인(R), 고압펌프(4)로부터 가압된 연료가 고압으로 충진되는 딜리버리 파이프(5), 딜리버리 파이프(5)에 고압으로 충진된 연료를 엔진(E)의 연소실에 직접분사하는 인젝터(I), 엔진(E)의 목표 RPM에 기초하여 연료펌프(2) 내부의 모터 및 인젝터(I)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 ECU(7) 및 ECU(7)의 제어신호에 따라 상기 모터 및 인젝터(I)의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러(8)를 포함한다.
그리고 연료공급라인(S)의 고압펌프(4) 전단에는 ECU(7)의 제어신호에 의한 모터 컨트롤러(8)의 구동신호에 따라 개폐 동작하여 봄베(1)로부터 공급되는 연료를 차단하는 셧 오프 밸브(SV)가 설치되고, 연료회수라인(R)의 고압펌프(4) 후단에는 고압펌프(4)의 저압부로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력을 감압하는 연료 압력 레귤레이터(6)가 설치된다.
이와 같은 구성을 갖는 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 연료펌프의 지속적인 펌핑 동작에 의해 고압펌프로 공급되는 연료 중에서 일부를 고압펌프의 저압부로부터 봄베로 회수하도록 하여 봄베 내부의 열평형을 유지시켜 봄베 내부의 연료온도 상승으로 인한 엘피지 연료의 기화를 방지한다.
하지만, 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템에서 엔진(E)이 정지되면 셧 오프 밸브(SV)가 차단되면서 봄베(1)로부터 고압펌프(4)로의 연료 공급이 중지된다.
이때, 고압펌프(4)의 저압부에 충진된 연료는 엔진(E)의 열에 의해 기화되면서 저압부의 내부 압력이 상승함에 따라 연료회수라인(R)을 통해 봄베(1)로 회수된다.
따라서 저압부에 충진된 연료가 봄베(1)로 리턴되면서 고압펌프(4)의 저압부 압력이 급격하게 하강함에 따라 고압펌프(4)의 저압부에서 캐비테이션이 발생하게 된다.
특히, 장시간 동안 엔진 시동이 정지된 상태가 유지되면, 고압펌프(4)로부터 딜리버리 파이프(5)로 고압상태의 연료를 공급하는 고압라인(H)에 충진된 연료가 고압펌프(4)의 저압부로 누설되면서 고압라인(H) 내부에는 기체상태의 연료만이 잔존하게 된다.
이에 따라, 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 장시간 엔진 정지 후 재시동하는 경우 기체상태의 연료로 인해 엔진에 분사되는 연료량을 적절하게 제어할 수 없는 문제점이 있었다.
결국, 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 초기 연료분사제어를 정밀하게 수행할 수 없어 시동성이 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 특허 출원번호 제10-2010-0126023호(2010년 12월 10일 출원)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 엘피지 연료를 고압으로 가압하여 엔진에 직접 분사하는 직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엘피지 연료의 온도 상승으로 인한 캐비테이션을 방지하여 엘피지 연료를 엔진에 원활하게 공급하는 직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 엔진 정지시 고압펌프에 충진된 연료가 연료회수라인을 통해 봄베로 회수되는 것을 차단하는 직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 봄베에 내장된 액체 상태의 엘피지 연료를 엔진의 연소실 내부로 직접분사하는 직접분사 엘피아이 시스템에 있어서, 상기 봄베 내부에 내장되고 연료를 펌핑하는 연료펌프, 상기 연료펌프에 의해 펌핑된 연료를 엔진 쪽으로 공급하는 연료공급라인, 상기 연료공급라인을 통해 공급된 연료를 고압으로 가압하는 고압펌프, 상기 고압펌프로부터 가압된 연료가 고압으로 충진되는 딜리버리 파이프, 상기 딜리버리 파이프에 충진된 연료를 엔진의 연소실에 직접분사하는 인젝터, 상기 고압펌프로 공급된 연료 중에서 일부를 상기 봄베로 회수하는 연료회수라인 및 상기 연료회수라인 상에 설치되고 엔진의 구동 여부에 기초해서 상기 연료회수라인을 선택적으로 개폐하는 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 포함한다.
상기 엔진의 시동시 상기 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 개방시키고, 상기 엔진의 정지시 상기 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 제어신호를 발생하는 전자제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연료회수라인의 고압펌프 후단에는 상기 고압펌프의 저압부로부터 상기 봄베로 회수되는 연료의 압력을 감압하는 연료 압력 레귤레이터가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 봄베에는 상기 연료펌프에 의해 펌핑된 연료를 선택적으로 상기 연료공급라인에 송출하는 멀티밸브가 구비되고, 상기 연료공급라인의 고압펌프 전단에는 상기 연료공급라인을 개폐하는 셧 오프 밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 (a) 엔진 시동시 연료펌프를 구동하고 연료공급라인 상에 설치된 셧 오프 밸브 및 연료회수라인 상에 설치된 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 개방하는 단계, (b) 상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 고압펌프로 공급된 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하여 딜리버리 파이프로 전달하는 단계, (c) 상기 고압펌프로 공급된 연료 중에서 저압상태인 나머지 연료를 봄베로 회수하는 단계 및 (d) 엔진 구동 중지시 상기 셧 오프 밸브 및 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 단계를 포함한다.
상기 제 (c)단계는 상기 회수되는 연료를 연료 압력 레귤레이터를 이용해 미리 설정된 가압압력만큼 가압하여 회수하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진 정지시 컷 솔 밸브를 폐쇄시켜 고압펌프의 저압부에 충진된 연료가 봄베로 회수되는 것을 차단함으로써, 고압펌프에 충진된 연료의 회수로 인한 고압펌프의 저압부에서 발생하는 캐비테이션을 방지한다.
이에 따라, 본 발명은 고압라인에 충진된 연료가 고압펌프로 누설되는 것을 방지하여 엔진 재시동시 시동성을 향상시킬 수 있다.
이와 함께, 본 발명은 연료펌프의 지속적인 펌핑 동작에 의해 고압펌프로 공급되는 연료 중에서 일부를 고압펌프의 저압부로부터 봄베로 회수하도록 하여 봄베 내부의 열평형을 유지시켜 봄베 내부의 연료온도 상승으로 인한 엘피지 연료의 기화를 방지한다.
이에 따라, 본 발명은 연료의 가압 송출과정에서 엘피지 연료의 기화로 인해 발생되는 캐비테이션을 최소화하여 펌프 효율을 향상시키고, 엔진에 엘피지 연료를 원활하게 공급할 수 있다.
그리고 본 발명은 인젝터를 통해 분사된 분사량과 동일한 양만큼 고압펌프에 의해 가압된 연료를 딜리버리 파이프에 공급하여 딜리버리 파이프 내부의 압력을 고압으로 유지함으로써 고압라인에 충진된 연료의 기화를 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 종래의 직접분사 엘피아이 시스템에서 딜리버리 파이이프에서 오버플로우된 연료의 압력을 고압으로 유지하기 위해 구비되는 고압 레귤레이터를 제거하여 시스템의 구성을 간결하게 하고, 제작 비용을 절감할 수 있다.
결국, 본 발명은 고압의 액체 상태인 엘피지 연료를 엔진에 직접 분사하고, 엔진에 공급하기 이전에 저압 상태인 나머지 연료를 봄베로 회수함으로써, 가솔린연료의 직접분사 방식과 유사하게 차량의 동력성능 및 연비를 향상시키며, 탄소발생량을 저감하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템 및 그의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 구성도이다.
본 실시 예에서는 엔진 시동시 연료펌프(12)의 펌핑동작에 의해 연료를 초기에 일정 압력, 예컨대 약 2bar의 압력으로 펌핑하는데, 이와 같이 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료 압력을 '저압 상태'라 하고, 고압펌프(14)에 의해 가압된 연료 압력을 '고압 상태'라 한다.
그리고 연료공급라인(S)을 통해 공급된 엘피지 연료를 고압펌프(14)의 유입구로부터 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부까지의 경로를 '저압부'라 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 연료가 저장되는 봄베(11), 봄베(11) 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프(12), 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료를 엔진(E)으로 공급하는 연료공급라인(S), 연료공급라인(S)을 통해 공급된 연료를 고압으로 가압시키는 고압펌프(14), 고압펌프(14)로부터 가압된 연료가 고압으로 충진되는 딜리버리 파이프(15), 고압펌프(14)로 공급된 연료 중에서 일부를 고압펌프(14)의 저압부에서 봄베(11)로 회수하는 연료회수라인(R), 연료회수라인(R) 상에 설치되고 엔진(E) 구동 여부에 기초해서 연료회수라인(R)을 선택적으로 개폐하는 리턴 컷 솔레노이드 밸브(return cut solenoid valve, 이하 '컷 솔 밸브'라 약칭함)(19), 딜리버리 파이프(15)에 고압으로 충진된 연료를 엔진(E)의 연소실에 직접분사하는 인젝터(I), 엔진(E)의 목표 RPM에 기초하여 연료펌프(12) 내부의 모터, 인젝터(I) 및 컷 솔 밸브(19)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 ECU(17) 및 ECU(17)의 제어신호에 따라 상기 모터, 인젝터(I) 및 컷 솔 밸브(19)의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러(18)를 포함한다.
그리고 봄베(11)에는 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료를 선택적으로 연료공급라인(S)을 통해 송출하는 멀티밸브(13)가 설치되고, 연료공급라인(S)의 고압펌프(14) 전단에는 셧 오프 밸브(SV)가 설치되며, 연료회수라인(R)의 고압펌프(14) 후단에는 고압펌프(14)의 저압부로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력을 감압하는 연료 압력 레귤레이터(16)가 설치된다.
셧 오프 밸브(SV)는 ECU(17)의 제어신호에 따른 모터 컨트롤러(18)의 구동신호에 의해 개폐 동작하여 봄베(11)로부터 공급되는 연료를 선택적으로 차단한다.
연료 압력 레귤레이터(16)는 고압펌프(14)의 저압부로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력이 연료펌프(12)의 지속적인 펌핑 동작에 의해 미리 설정된 가압압력, 예컨대 약 7bar로 가압되면, 내부에 구비된 밸브가 개방되어 연료를 봄베(11)로 전달한다.
그리고 연료 압력 레귤레이터(16)는 개방된 밸브를 통해 연료가 봄베(11)로 전달됨에 따라 내부의 압력이 상기 가압압력보다 낮아지면 상기 밸브를 폐쇄하고, 내부의 압력이 다시 가압압력보다 높아지면 개방하는 동작을 반복 수행한다.
상기 가압압력은 봄베(11) 내부의 열평형을 이루기 위해 봄베(11)로 회수되는 연료를 가압하여 기화를 방지하도록 미리 설정되는 압력이다.
이에 따라, 봄베(11) 내부에서는 연료펌프(12)에 의해 배출되는 연료와 고압펌프(14)로부터 회수되는 연료에 의해 열평형이 이루어진다.
상세하게 설명하면, 종래의 엘피아이 시스템에서는 봄베(1) 내의 연료가 송출됨으로써 봄베(1)에 저장된 연료는 내측 하부에서 액체상태를 유지하지만, 그 상부의 공간에서는 기화가 발생하여 봄베(1) 내부의 포화 증기압이 낮아지게 된다.
이로 인해, 봄베(1)의 내부 온도가 급격히 내려가며, 연료가 더욱 쉽게 기화되어 1차 펌핑 과정에서 캐비테이션이 발생함에 따라 연료펌프(3)의 연료 송출능력이 현저히 저하된다.
반면, 본 발명에서는 연료회수라인을 통해 적절한 양의 연료를 회수함으로써 봄베 내부의 열평형을 이루는 것이다.
즉, 본 발명은 고압펌프의 저압부에서 연료를 봄베로 곧바로 회수함으로써 봄베 내의 액상 연료의 수위를 적정하게 유지할 수 있고, 봄베 내부의 빈 공간이 급격하게 증가하는 것을 방지함으로써 캐비테이션을 억제할 수 있다.
특히, 본 발명은 고압펌프를 통해 딜리버리 파이프로 공급하기 이전에 저압상태의 연료를 회수함에 따라 연료의 온도를 저온 상태로 유지할 수 있어 봄베 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
이에 따라, 봄베(11) 내부는 열평형 상태를 유지하게 된다. 이와 같이, 봄베(11) 내부에서 열평형이 이루어지면, 연료의 가압 송출과정의 원활하게 이루어질 수 있으며, 이로 인해 엘피지 연료 공급 시스템의 성능이 최상으로 발휘될 수 있다.
여기서 회수되는 연료의 양은 봄베(11)의 크기, 차량의 배기량에 따라 적절한 평가를 통해 열평형에 필요한 양으로 제어될 수 있다.
연료펌프(12)는 봄베(11) 내부에 저장된 엘피지 연료를 펌핑하여 연료공급라인(S)으로 공급한다. 이때, 연료공급라인(S)을 통해 공급되는 연료는 초기에는 저압상태, 예컨대 약 2bar의 압력으로 고압펌프(14)로 전달된다.
고압펌프(14)는 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 연료공급라인(S)을 통해 저압으로 공급되는 연료 중에서 일부를 고압, 예컨대 약 40~150bar로 가압하여 딜리버리 파이프(15)로 공급하고, 나머지 연료를 내부의 저압부로부터 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수되도록 한다.
고압펌프로(14)부터 고압 상태로 가압된 연료는 고압라인(H)을 통해 딜리버리 파이프(15)로 전달된다.
딜리버리 파이프(15)에는 인젝터(I)를 통해 분사된 연료의 분사량과 동일한 양의 연료가 고압펌프(14)에 의해 고압 상태로 가압되어 공급됨에 따라, 딜리버리 파이프(15) 내부의 압력을 상기한 고압, 즉 약 40~150bar로 일정하게 유지된다.
이와 같이, 고압으로 유지되는 딜리버리 파이프(15) 내부에서는 높은 압력으로 인해 연료의 기화가 발생되지 않음에 따라 인젝터(I)를 통해 엔진(E)의 연소실에 공급되는 엘피지 연료는 액체상태로 유지된다.
본 발명은 연료펌프의 지속적인 펌핑 동작에 의해 고압펌프로 공급되는 연료 중에서 일부를 고압펌프의 저압부로부터 봄베로 회수하도록 하여 봄베 내부의 열평형을 유지시켜 봄베 내부의 연료온도 상승으로 인한 엘피지 연료의 기화를 방지한다.
이에 따라, 본 발명은 연료의 가압 송출과정에서 엘피지 연료의 기화로 인해 발생되는 캐비테이션을 최소화하여 펌프 효율을 향상시키고, 연료를 원활하게 공급하여 차량의 동력성능 및 연비를 향상시키며, 탄소 발생량을 저감하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 연료공급라인(S)의 고압펌프(14) 전단과 연료회수라인(R)의 고압펌프(14) 후단에는 이동하는 연료 압력을 확인할 수 있도록 연료 압력을 감지하는 제 1 및 제 2압력센서(도면 미도시)가 설치되고, 딜리버리 파이프(15)에는 제 3압력센서(도면 미도시)가 설치되는 것이 바람직하다.
ECU(17)는 제 1 및 제 2압력센서와 딜리버리 파이프(15)에 설치된 제 3압력센서로부터 감지된 연료 압력에 따라 셧 오프 밸브(SV), 연료펌프(12), 멀티밸브(13) 및 연료 압력 레귤레이터(16)의 구동을 제어하도록 모터 컨트롤러(18)에 제어신호를 발생한다.
그리고 ECU(17)는 엔진(E) 정지시 고압펌프(14)에 충진된 연료가 봄베(11)로 리턴되는 것을 방지하기 위해 엔진(E) 시동시 컷 솔 밸브(19)를 개방하고, 엔진(E) 정지시 컷 솔 밸브(19)를 폐쇄하도록 모터 컨트롤러(18)에 제어신호를 발생한다.
모터 컨트롤러(18)는 ECU(17)의 제어신호에 따라 구동신호를 발생하여 각 장치(SV, 12, 13,16)의 구동을 제어한다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 작동방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
엔진 시동을 위해 이그니션 키(도면 미도시)가 조작되어 전원이 공급되면(S10), ECU(17)는 연료펌프(12)에 내장된 모터를 구동하고 셧 오프 밸브(SV) 및 컷 솔 밸브(19)를 개방하기 위한 제어신호와 엔진(E)을 목표 RPM으로 회전시키도록 점화플러그(P) 및 인젝터(I)의 구동하기 위한 제어신호를 발생한다(S11).
그러면, 모터 컨트롤러(18)는 상기 제어신호에 따라 상기 모터를 구동하고 셧 오프 밸브(SV) 및 컷 솔 밸브(19)를 개방하며(S12), 점화플러그(P) 및 인젝터(I)를 구동한다.
이에 따라, 봄베(11) 내부의 연료펌프(12)가 구동되어 봄베(11) 내부에 저장된 연료를 펌핑하여 연료공급라인(S)을 통해 공급하고, 셧 오프 밸브(SV)는 공급된 연료가 고압펌프(14)로 전달되도록 개방 동작한다.
이때, 딜리버리 파이프(15) 내부에는 고압의 액체상태인 엘피지 연료가 충진된 상태이므로, 인젝터(I) 및 점화플러그(P)는 ECU(17)의 제어신호에 따라 구동되어 엔진(E)이 구동된다.
그러면, 고압펌프(14)는 엔진(E)의 캠축과 연동하여 엔진의 구동력을 이용해 구동되고, 셧업밸브(SV)를 통해 공급된 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하여(S13) 딜리버리 파이프(15)로 전달하고(S14), 나머지 연료를 저압부(30)인 댐퍼부(25)의 연결공(252)을 통해 연료회수라인(R)으로 전달한다.
이때, 연료 압력 레귤레이터(16) 내부의 밸브가 개폐 동작함에 따라 연료회수라인(R)을 통해 가압압력인 약 Δ5bar만큼 가압된 연료가 봄베(11)로 회수된다(S15).
이에 따라, 봄베(11) 내부에는 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 배출되는 연료와 연료 압력 레귤레이터(16)에 의해 가압되어 회수되는 연료 사이에 열평형이 이루어지게 된다.
한편, ECU(17)의 제어신호에 따라 인젝터(I)에서 고압의 액체상태인 엘피지 연료가 엔진(E)의 연소실에 직접분사됨에 따라 연소실에 분사된 연료량과 동일한 양만큼의 고압 연료가 딜리버리 파이프(15)로 공급된다.
이와 같이, 딜리버리 파이프(15)는 항상 고압상태를 유지하므로, 딜리버리 파이프(15) 내부의 연료는 지속적으로 액체 상태를 유지할 수 있다.
이에 따라, ECU(17)는 엔진(E)의 연소실에 분사되는 고압의 액체 상태인 엘피지 연료의 분사량을 정밀하게 제어하여 가솔린 연료의 직접분사 방식과 유사하게 차량의 동력성능 및 연비를 향상시키며, 탄소 발생량을 저감할 수 있다.
이어서, 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진(E) 구동이 정지될 때까지 본 발명은 제 S13단계 내지 제 S15단계를 반복 수행한다.
만약, 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진(E) 구동이 정지되면(S16), ECU(17)는 연료펌프(12)에 내장된 모터의 구동을 중지하고 셧 오프 밸브(SV) 및 컷 솔 밸브(19)를 폐쇄하기 위한 제어신호와 점화플러그(P) 및 인젝터(I)의 구동을 중지하기 위한 제어신호를 발생한다.
그러면, 모터 컨트롤러(18)는 상기 제어신호에 따라 상기 모터의 구동을 중지하고, 셧 오프 밸브(SV) 및 컷 솔 밸브(19)를 폐쇄하며(S17), 점화플러그(P) 및 인젝터(I)의 구동을 중지한다.
이에 따라, 엔진의 구동이 중지된다(S18).
이와 같이, 본 발명은 엔진 정지시 컷 솔 밸브를 폐쇄시켜 고압펌프의 저압부에 충진된 연료가 봄베로 회수되는 것을 차단함으로써, 고압펌프에 충진된 연료의 회수로 인한 고압펌프의 저압부에서 발생하는 캐비테이션을 방지한다.
이에 따라, 본 발명은 고압라인에 충진된 연료가 고압펌프로 누설되는 것을 방지하여 엔진 재시동시 시동성을 향상시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 엔진 시동시 연료회수라인에 설치된 컷 솔 밸브를 개방하고 엔진 정지시 폐쇄시켜 고압펌프에 충진된 연료가 봄베로 회수되는 것을 차단한다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 직접분사 엘피아이 시스템 11: 봄베
12: 연료펌프 13: 멀티밸브
14: 고압펌프 15: 딜리버리 파이프
16: 연료 압력 레귤레이터 17: ECU
18: 모터 컨트롤러 19: 리턴 컷 솔레노이드 밸브

Claims (6)

  1. 봄베에 내장된 액체 상태의 엘피지 연료를 엔진의 연소실 내부로 직접분사하는 직접분사 엘피아이 시스템에 있어서,
    상기 봄베 내부에 내장되고 연료를 펌핑하는 연료펌프,
    상기 연료펌프에 의해 펌핑된 연료를 엔진 쪽으로 공급하는 연료공급라인,
    상기 연료공급라인을 통해 공급된 연료를 고압으로 가압하는 고압펌프,
    상기 고압펌프로부터 가압된 연료가 고압으로 충진되는 딜리버리 파이프,
    상기 딜리버리 파이프에 충진된 연료를 엔진의 연소실에 직접분사하는 인젝터,
    상기 고압펌프로 공급된 연료 중에서 일부를 상기 봄베로 회수하는 연료회수라인 및
    상기 연료회수라인 상에 설치되고 엔진의 구동 여부에 기초해서 상기 연료회수라인을 선택적으로 개폐하는 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진의 시동시 상기 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 개방시키고, 상기 엔진의 정지시 상기 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 제어신호를 발생하는 전자제어유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 연료회수라인의 고압펌프 후단에는 상기 고압펌프의 저압부로부터 상기 봄베로 회수되는 연료의 압력을 감압하는 연료 압력 레귤레이터가 구비되는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 봄베에는 상기 연료펌프에 의해 펌핑된 연료를 선택적으로 상기 연료공급라인에 송출하는 멀티밸브가 구비되고,
    상기 연료공급라인의 고압펌프 전단에는 상기 연료공급라인을 개폐하는 셧 오프 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.
  5. (a) 엔진 시동시 연료펌프를 구동하고 연료공급라인 상에 설치된 셧 오프 밸브 및 연료회수라인 상에 설치된 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 개방하는 단계,
    (b) 상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 고압펌프로 공급된 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하여 딜리버리 파이프로 전달하는 단계,
    (c) 상기 고압펌프로 공급된 연료 중에서 저압상태인 나머지 연료를 봄베로 회수하는 단계 및
    (d) 엔진 구동 중지시 상기 셧 오프 밸브 및 리턴 컷 솔레노이드 밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템의 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 (c)단계는
    상기 회수되는 연료를 연료 압력 레귤레이터를 이용해 미리 설정된 가압압력만큼 가압하여 회수하는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템의 제어방법.
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