KR20130140383A - 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법 - Google Patents

디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치는, 고압펌프(23)가 디메틸에테르 연료를 커먼레일(24)을 통하여 복수의 인젝터(30)로 공급하여 실린더로 분사되도록 하고, 상기 인젝터에서 분사 후 남은 디메틸에테르 연료를 실린더헤드에 상기 복수의 인젝터(30)를 연결하도록 형성된 리턴갤러리(31)로 회수하여 연료탱크(10)로 리턴시키는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치에 있어서, 상기 고압펌프(23)와 커먼레일(24)을 우회하여 상기 리턴갤러리(31)에 합류되는 바이패스라인(B)상에 설치되는 보조펌프(70)를 더 포함하고, ECU(60)는 상기 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하여, 상기 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료가 액상(液狀)이면 상기 고압펌프(23)만을 작동시키고, 디메틸에테르 연료가 기상(氣狀)이거나 기화될 우려가 있으면 상기 보조펌프(70)를 추가적으로 작동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법{FUEL SUPPLY APPARATUS FOR DIMETHYLETHER COMMON RAIL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 디메틸에테르를 연료로 사용하는 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인젝터에서 리턴되는 디메틸에테르가 기상이면 별도의 유로를 통하여 디메틸에테르를 인젝터의 리턴갤러리로 추가적으로 공급하여 디메틸에테르의 성상을 액상으로 유지할 수 있도록 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근의 고유가에 따라 효율이 우수하고 저렴한 연료에 대한 필요성과 친환경에 대한 요구에 부응하기 위한 방안의 하나로서, 디젤엔진을 기반으로 작동하여 디젤엔진과 동등한 수준의 출력을 발생시키고, PM 및 배출가스를 저감시킬 수 있는 디메틸에테르(DiMethyl Ether;DME)를 연료로 사용하는 엔진이 주목되고 있다.
이러한 디메틸에테르는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료탱크(10)와, 저압펌프(21), 냉각팬(22), 고압펌프(23), 커먼레일(24), 인젝터(30), 냉각모듈(50) 및 축압기(51)가 연결되는 구조를 갖는 디메틸에테르 커먼레일을 적용한 전용엔진이 개발되었으나, 연료의 특성상 기화가 잘 발생하는 성질로 인하여 시스템 구성에 어려움이 있다. 즉, 디메틸에테르는 예를 들면, -25℃ 이상 또는 6기압 이하인 경우에 기화가 잘 되는데, 디메틸에테르의 성상을 액상(液狀)으로 유지하지 못하여 인젝터(30) 내부의 디메틸에테르가 기상(氣狀)으로 존재하는 경우에는 디메틸에테르 연료에 의한 윤활작용이 되지 않아 인젝터(30)의 내구성이 저하될 우려가 있다.
통상적으로 디젤엔진에서 인젝터(30)는 실린더헤드에 장착되는 바, 인젝터(30)의 하류인 도 1의 a지점에의 측정값의 한 예로서, 온도는 90℃이하이고, 압력은 3Mpa 이하가 될 수 있는데, 도 2의 디메틸에테르의 온도-압력 선도에 따르면, 디메틸에테르의 기화가능성이 높아 인젝터(30)의 내부에 디메틸에테르연료가 기상으로 존재함으로써, 디메틸에테르 커먼레일장치에 고장이 발생할 수 있는 확률이 높다.
한편, 하기의 선행기술문헌은, '인라인분사식 디젤엔진의 디메틸에테르와 경유 바이퓨얼 연료공급장치 및 이를 이용한 작동방법'에 관한 것으로서, 기존의 인라인분사식 디젤엔진에 사용하는 고압의 연료분사펌프에 의한 경유 연료공급장치을 일부 개조하여 그대로 사용하면서, 디메틸에테르 사용시 디메틸에테르연료탱크로부터 디메틸에테르와 경유 연료전환장치를 거쳐 디메틸에테르를 액체상태로 연료분사펌프로 공급시키는 기술이 개시되어 있다.
KR 10-0795378 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 디메틸에테르 커먼레일에서 고압펌프와 커먼레일을 우회하는 경로를 형성하고, 디메틸에테르의 성상을 판단하여 기화우려가 될 경우 연료탱크로부터 직접 인젝터의 후단으로 액상의 디메틸에테르를 공급할 수 있도록 하여, 인젝터 내부에 디메틸에테르 연료가 액상으로 존재할 수 있도록 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 디메틸에테르 커먼레일 시스템의 내부를 유동중인 디메틸에테르를 액상으로 유지함으로써, 디메틸에테르 커먼레일 시스템의 내구성이 향상되도록 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치는, 고압펌프(23)가 디메틸에테르 연료를 커먼레일(24)을 통하여 복수의 인젝터(30)로 공급하여 실린더로 분사되도록 하고, 상기 인젝터에서 분사 후 남은 디메틸에테르 연료를 실린더헤드에 상기 복수의 인젝터(30)를 연결하도록 형성된 리턴갤러리(31)로 회수하여 연료탱크(10)로 리턴시키는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치에 있어서, 상기 고압펌프(23)와 커먼레일(24)을 우회하여 상기 리턴갤러리(31)에 합류되는 바이패스라인(B)상에 설치되는 보조펌프(70)를 더 포함하고, ECU(60)는 상기 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하여, 상기 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료가 액상(液狀)이면 상기 고압펌프(23)만을 작동시키고, 디메틸에테르 연료가 기상(氣狀)이거나 기화될 우려가 있으면 상기 보조펌프(70)를 추가적으로 작동시키는 것을 특징으로 한다.
상기 바이패스라인은, 상기 연료탱크와 고압펌프 사이에 구비되는 저압펌프의 하류에서 분기되고, 상기 리턴갤러리는 상기 실린더헤드에 배열된 복수의 인젝터에서 리턴되는 연료를 회수하도록 형성되어 출구가 상기 리턴라인에 연결되며, 상기 바이패스라인은 상기 리턴라인의 전단에 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바이패스라인(B)은 리턴갤러리(31)에 연결되는 복수의 인젝터(30)중에서 상기 리턴라인(R1)와 반대편에 위치한 인젝터(30)의 전단에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 인젝터(30)의 하류에서 연료탱크(10)로 리턴되는 인젝터 리턴라인(R1)에 온도센서(61)와 압력센서(62)가 설치되고, 상기 ECU(60)는 상기 온도센서(61)와 압력센서(62)로부터 측정된 디메틸에테르의 온도와 압력에 의해 디메틸에테르 연료의 성상(性狀)을 판단한다.
아울러, 상기 ECU(60)는 측정된 디메틸에테르의 온도와 압력을 상기 ECU(60)에 미리 저장된 성상 판단맵과 비교하여 디메틸에테르의 성상을 판단하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 커먼레일(24)에서 연료탱크(10)로 리턴되는 커먼레일 리턴라인(R2)이 형성되고, 상기 인젝터 리턴라인(R1)과 커먼레일 리턴라인(R2)은 냉각모듈(50)을 통과하여 연료탱크(10)로 연결될 수 있다.
상기 저압펌프(21)와 고압펌프(23)의 사이에는 냉각팬(22)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 인젝터 리턴라인(R1)에는 상기 인젝터 리턴라인(R1)의 맥동을 저감시키는 축압기(40)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급방법은, 디메틸에테르 연료가 고압펌프(23)에 의해 커먼레일(24)을 거쳐 인젝터(30)로 공급되도록 하여 엔진을 작동시키는 엔진시동단계(S120)와, 상기 인젝터(30)의 하류에서 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 측정하여 ECU(60)로 입력하는 온도 및 압력 측정단계(S130)와, 상기 ECU(60)가 상기 인젝터(30)에서 연료탱크(10)로 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하는 성상 판단단계(S120)와, 상기 성상 판단단계(S120)에서 디메틸에테르가 기상(氣狀)이거나 기화될 우려가 있는 것 판단되면, 저압펌프(21)의 후단에서 리턴갤러리(31)로 디메틸에테르가 공급되도록 보조펌프(70)가 추가적으로 구동되는 보조펌프 추가구동단계(S150)를 포함한다.
상기 성상 판단단계(S120)에서 디메틸에테르가 액상(液狀)으로 판단되면, 상기 저압펌프(21)의 후단에서 커먼레일 통과하여 인젝터(30)로 디메틸에테르 연료가 공급되도록 고압펌프(23)만 구동되는 정상운행단계(S160)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 성상 판단단계(S120)에서는, 상기 ECU(60)에 저장된 디메틸에테르 성상 판단맵을 통하여 디메틸에테르의 성상을 판단한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 그 방법에 따르면, 저압펌프의 후단과 인젝터의 후단을 연결하도록 형성되는 바이패스라인을 별도로 형성함으로써, 디메틸에테르 성상 판단맵에 의해서 인젝터 내부에서 디메틸에테르의 기화가 우려될 경우에 저온의 디메틸에테르 연료를 우회시켜 추가적으로 공급함으로써, 인젝터 부근의 온도는 낮추어 인젝터 내부의 디메틸에테르 연료를 액상으로 유지할 수 있다.
상기와 같이, 디메틸에테르의 성상을 항상 액상으로 유지함으로써, 인젝터의 내부가 디메틸에테르 연료에 의해서 윤활됨으로써, 커먼레일 시스템의 내구성이 향상된다.
도 1은 종래기술에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치의 개략도,
도 2는 디메틸에테르의 온도-압력 곡선,
도 3은 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치를 도시한 개략도,
도 4는 도 3의 'A'부분의 구성을 도시한 블록도,
도 5는 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급방법을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치 및 방법에 의해서 디메틸에테르 온도-압력곡선에서 디메틸에테르 연료의 온도와 압력이 하강되는 것으로 도시한 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 커먼레일 연료 공급장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치는, 연료공급라인(S)을 통하여 디메틸에테르 연료탱크(10), 저압펌프(21), 냉각팬(22) 및 고압펌프(23)가 순차적으로 연결되고, 고압라인(H)을 통하여 고압펌프(23), 커먼레일(24), 인젝터(30)가 연결되는 통상의 디메틸에테르 커먼레일 장치에서, 상기 고압펌프(23)와 커먼레일(24)을 우회하도록 바이패스라인(B)을 형성하고, 상기 바이패스라인(B)에 디메틸에테르 연료를 인젝터(30)에서 연료가 리턴되는 리턴갤러리(31)로 직접 공급할 수 있는 보조펌프(70)를 설치하여, 디메틸에테르 연료의 성상(性狀)에 따라 바이패스라인(B)을 통하여 추가적으로 디메틸에테르 연료를 리턴갤러리(31)로 공급하여, 인젝터(30) 주위를 냉각시킴으로써, 인젝터(30) 내부의 연료의 성상을 액상으로 유지하도록 한다.
디메틸에테르 커먼레일 공급장치는 연료탱크(10)로부터 공급된 연료가 공급라인(S)과 고압라인(H)을 통하여 인젝터(30)로 공급되고, 상기 인젝터(30)를 통하여 엔진의 각 실린더로 분사되며, 분사 후 남은 디메틸에테르연료는 인젝터(30)에서 배출되어 인젝터 리턴라인(R1)을 통해 다시 디메틸에테르연료탱크(10)로 회수되는 경로가 형성된다.
상기 공급라인(S)에는 연료탱크(10)로부터 디메틸에테르 연료를 공급하는 저압펌프(21)와, 상기 저압펌프(21)의 하류에는 냉각팬(22)과, 압력을 제어하는 레귤레이터를 포함한다.
연료탱크(10)의 내부에는 디메틸에테르 연료가 저장되고, 상기 연료탱크(10)의 일측에는 디메틸에테르의 누출을 감지하는 가스경보기(11)가 구비되는 것이 바람직하다.
저압펌프(21)는 연료탱크(10)에 저장된 디메틸에테르연료를 고압펌프(23) 또는 보조펌프(70)로 공급되도록 한다. 상기 저압펌프(21)의 하류에는 냉각팬(22)이 설치되어, 저압펌프(21)로부터 고압펌프(23)로 공급되는 디메틸에테르의 온도를 1차적으로 낮추도록 한다.
또한, 고압라인(H)은 상기 공급라인(S)에 이어지는 것으로서, 공급된 디메틸에테르 연료를 가압하는 고압펌프(23)와, 상기 고압펌프(23)의 하류에 상기 고압펌프(23)에서 압축된 디메틸에테르 연료가 저장되는 커먼레일(24)과, 상기 커먼레일(24)에 각각 연결되는 인젝터(30)를 포함한다.
고압펌프(23)는 상기 저압펌프(21)로부터 공급된 디메틸에테르연료를 고압으로 커먼레일(24)로 압송하도록 하고, 커먼레일(24)은 내부에 상기 고압펌프(23)로부터 가압되어 공급된 디메틸에테르의 압력을 유지한다.
바이패스라인(B)은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 고압펌프(23)와 커먼레일(24)을 우회하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 인젝터(30)가 장착된 실린더헤드(42)에 형성된 연료 리턴갤러리(31)로 연결된다. 상기 바이패스라인(B)은 상기 저압펌프(21)의 하류에서 상기 공급라인(S)으로부터 분기되고, 상기 고압펌프(23)와 커먼레일(24)을 우회하여, 상기 인젝터(30)가 장착된 실린더헤드(42)에 형성되어 인젝터(30)에서 분사 후 남은 연료를 리턴시키는 리턴갤러리(31)로 연결된다.
상기 리턴갤러리(31)는 도 4에 도시된 바와 같이, 인젝터(30)가 장착되는 실린더헤드(42)상에 형성되는 경로의 하나로서, 각 인젝터(30)의 리턴측에 연결되어, 상기 인젝터(30)에서 분사 후 남은 연료가 리턴갤러리(31)를 통하여 리턴라인(R1)으로 리턴되어 회수된다.
상기 리턴갤러리(31)는 실린더헤드(42)상에서 복수의 인젝터(30)를 연결하도록 형성된 후, 출구에서 리턴라인(R1)에 연결되는 바, 상기 바이패스라인(B)은 리턴갤러리(31)에서 리턴갤러리(31)의 전단, 즉 리턴갤러리(31)와 리턴라인(R1)이 연결되는 부분의 반대편에서 연결되도록 한다. 도 4에서, 가장 왼쪽, 즉 리턴갤러리(31)와 리턴라인(R1)이 연결되는 부분의 반대편에 위치하는 인젝터(30)를 1번 인젝터(30)라고 하면, 상기 바이패스라인(B)은 1번 인젝터(30)의 전단에서 리턴갤러리(31)와 연결된다.
상기 바이패스라인(B)이 리턴갤러리(31)에서 1번 인젝터(30)의 전단에 연결되도록 하는 이유는, 상기 리턴갤러리(31)로 저온, 액상 상태의 디메틸에테르 연료를 공급하여, 리턴갤러리(31) 내부의 유량을 증대시킴으로써, 실린더헤드(42)에서 리턴갤러리(31), 인젝터(30)부근의 온도를 낮추기 위함이다.
상기와 같이, 상기 인젝터(30)가 장착된 부근의 온도를 낮춤으로써, 엔진의 가동에 따라 가열된 인젝터(30) 내부에 존재하는 디메틸에테르 연료를 액상으로 유지할 수 있다.
보조펌프(70)는 상기 바이패스라인(B)에 상에 설치되어, 디메틸에테르 연료가 바이패스라인(B)을 통하여 인젝터(30)로 공급되도록 한다. 상기 보조펌프(70)는 일정한 유량의 디메틸에테르연료를 인젝터(30)의 하류로 공급되는 되므로, 저압의 연료펌프로 구비된다.
이때, 상기 보조펌프(70)는 상기 고압펌프(23)의 가동시 추가적으로 작동하는 것으로서, ECU(60)가 상기 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료의 기상여부 또는 기화될 우려가 있는지를 판단하여, 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료가 액상이면 통상적인 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치처럼 고압펌프(23)만을 작동시켜 디메틸에테르가 고압라인(H) 및 커먼레일(24)을 통하여 인젝터(30)로 공급되도록 하고, 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료가 기상이거나, 기화될 것으로 판단되면, 상기 고압펌프(23)의 작동과 함께 보조펌프(70)를 추가적으로 작동시켜 고압라인(H)이외에 바이패스라인(B)으로도 디메틸에테르 연료가 유동하여 리턴갤러리(31)로 연료를 공급하도록 한다.
한편, 상기 ECU(60)는 상기 인젝터(30)에서 연료탱크(10)로 디메틸에테르 연료를 리턴하는 인젝터 리턴라인(R1)상에 구비되어 온도와 압력을 감지하는 감지부, 즉 온도센서(61)와 압력센서(62)로부터 실시간으로 측정된 디메틸에테르의 온도와 압력을 토대로 하여 판단한다. 상기 ECU(60)는 온도센서(61)와 압력센서(62)로부터 입력된 온도와 압력을 도 2의 디메틸에테르 온도-압력 선도에 대입함으로써, 상기 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르의 성상을 판단한다. 즉, 온도센서(61)와 압력센서(62)로부터 입력된 인젝터(30) 하류의 디메틸에테르의 온도와 압력을 ECU(60)에 미리 저장된 성상 판단맵과 비교함으로써, 디메틸에테르 온도-압력 선도에서 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료가 어느 위치에 위치하고 있는지를 판단함으로써, 디메틸에테르의 성상을 판단한다.
이렇게 판단된 디메틸에테르의 성상에 따라서, ECU(60)는 정상적인 운전과 같이 고압펌프(23)만을 작동시키거나, 고압펌프(23)와 보조펌프(70)를 동시에 작동시킴으로써, 상기 리턴갤러리(31)로 디메틸에테르 연료를 추가적으로 공급함으로써,리턴갤러리(31), 인젝터(30) 및 이와 인접한 실린더헤드(42)의 일부가 냉각됨으로써, 인젝터(30) 내부에 존재하는 연료의 성상을 액상으로 유지하여, 디메틸에테르 연료에 의해 인젝터(30)의 내부가 윤활작용이 되도록 한다. 유량이 증대하여 냉각되도록 하면, 온도와 압력이 하강하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 디메틸에테르 연료의 성상을 액상으로 유지할 수 있다.
상기 인젝터(30)로부터 리턴된 연료는 연료 리턴갤러리(31)를 통하여 인젝터(30)에서 분사되고 남은 연료를 회수하도록 상기 인젝터(30)와 연료탱크(10)를 연결하는 인젝터 리턴라인(R1)을 통하여 연료탱크(10)로 회수된다.
아울러, 상기 커먼레일(24)도 커먼레일 리턴라인(R2)을 통하여 연료탱크(10)와 연결되고, 상기 커먼레일(24)에서 리턴된 디메틸에테르 연료도 연료탱크(10)로 회수된다.
또한, 상기 리턴라인(R1)(R2)은 냉각모듈(50)을 통과하도록 함으로써, 추가적으로 디메틸에테르 연료를 냉각시킬 수 있다.
미설명부호 41, 43, 51은 실린더블록, 로커커버 및 압력을 일정하게 유지하고 맥동을 방지하는 축압기이다.
이하에서는 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급방법은, 디메틸에테르 연료가 고압펌프(23)에 의해 커먼레일(24)을 거쳐 인젝터(30)로 공급되도록 하여 엔진을 작동시키는 엔진시동단계(S120)와, 상기 인젝터(30)의 하류에서 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 측정하여 ECU(60)로 입력하는 온도 및 압력 측정단계(S130)와, 상기 ECU(60)가 상기 인젝터(30)에서 연료탱크(10)로 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하는 성상 판단단계(S120)와, 상기 성상 판단단계(S120)에서 디메틸에테르가 기상(氣狀)이거나 기화될 우려가 있는 것 판단되면, 저압펌프(21)의 후단에서 리턴갤러리(31)로 디메틸에테르가 공급되도록 보조펌프(70)가 추가적으로 구동되는 보조펌프 추가구동단계(S150)를 포함한다.
엔진시동단계(S120)에서는 디메틸에테르를 연료로 사용하는 엔진이 장착된 차량에서 키온(key-on, S110)에 의해서 엔진을 시동시킨다. 엔진이 시동되면, 연료탱크(10)에 저장된 디메틸에테르 연료는 저압펌프(21), 고압펌프(23) 및 커먼레일(24)을 거친 후, 상기 인젝터(30)를 통하여 실린더의 내부로 분사하여 엔진이 작동하기 시작한다.
온도 및 압력 측정단계(S130)는 상기 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 측정하고, 측정된 값을 ECU(60)로 출력하는 과정이다. 앞서 살펴본 바와 같이, 인젝터(30)의 하류에서 온도센서(61)와 압력센서(62)가 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 측정하고, 측정된 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 출력하여 ECU(60)에 디메틸에테르 연료의 온도와 압력이 입력되도록 한다.
성상 판단단계(S120)에서는 ECU(60)가 인젝터(30)에서 연료탱크(10)로 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상(性狀)을 판단한다. ECU(60)는 입력된 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 토대로 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상의 기상(氣狀)여부 또는 기화될 우려가 있는지를 판단한다.
이때, 상기 ECU(60)가 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하는 방법으로는 ECU(60)에 저장된 성상 판단맵에 측정된 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 대입함으로써 구할 수 있다.
상기 성상 판단단계(S120)에서 인젝터(30)에서 리턴되는 디메틸에테르 연료가 기상이거나 곧 기화될 것으로 판단되면, 보조펌프(70)를 추가적으로 작동시키는 보조펌프 추가구동단계(S150)가 수행되고, 디메틸에테르 연료가 액상을 판단되면 고압펌프(23)가 구동되는 정상운행단계(S160)가 수행된다.
보조펌프 추가구동단계(S150)에서는 ECU(60)가 고압펌프(23)를 구동시킴과 더불어, 보조펌프(70)를 추가적으로 작동시켜, 고압라인(H)을 통하여 인젝터(30)로 디메틸에테르연료가 공급되도록 하는 것과 더불어, 저압펌프(21)를 통과한 저온의 디메틸에테르 연료를 추가적으로 바이패스라인(B)을 통하여 인젝터(30)가 장착된 실린더헤드(42)에 형성된 리턴갤러리(31)로 공급되도록 한다. 저압펌프(21)를 통과한 디메틸에테르 연료는 액상으로 저장되어 있던 연료탱크(10)로부터 바로 배출된 상태라서, 액상일 뿐만 아니라 인젝터(30), 실린더헤드(42)와 같이 고온의 영역을 통과하지 않은 상태이므로 저온이다. 이러한 저온의 액상 상태의 디메틸에테르 연료를 바이패스라인(B)을 통하여 연료 리턴갤러리(31)로 공급될 수 있다. 이렇게 인젝터(30)에서 분사 후 남은 연료가 배출되는 리턴갤러리(31)에 직접 공급된 액상의 디메틸에테르 연료는 리턴갤러리(31)의 유량을 증대시켜, 인젝터(30), 리턴갤러리(31) 부근의 온도를 낮추어 인젝터(30) 내부에 존재하는 디메틸에테르 연료의 성상을 액상으로 유지시켜 인젝터(30)에서 연료에 의한 윤활작용이 가능하도록 한다.
한편, 정상운행단계(S160)에서는 인젝터(30)로부터 리턴된 디메틸에테르 연료가 액상이므로, 인젝터(30) 내부에도 디메틸에테르 연료가 액상으로 존재하여 디메틸에테르 연료에 의한 윤활이 가능하므로, 정상적으로 고압펌프(23)만 작동시켜 디메틸에테르 연료가 고압펌프(23)와 커먼레일(24)을 통과한 후 인젝터(30)로 공급되도록 한다.
10 : 연료탱크 11 : 가스경보기
21 : 저압펌프 22 : 냉각팬
23 : 고압펌프 24 : 커먼레일
30 : 인젝터 31 : 리턴갤러리
41 : 실린더 블록 42 : 실린더 헤드
43 : 로커커버 50 : 냉각모듈
51 : 축압기 60 : ECU
61 : 온도센서 62 : 압력센서
70 : 보조펌프 B : 바이패스라인
H : 고압라인 R1: 인젝터 리턴라인
R2 : 커먼레일 리턴라인 S : 공급라인
S110 : 키온단계 S120 : 엔진시동단계
S130 : 온도 및 압력 측정단계 S140 : 성상 판단단계
S150 : 보조펌프 추가구동단계 S160 : 정상운행단계

Claims (10)

  1. 고압펌프가 디메틸에테르 연료를 커먼레일을 통하여 복수의 인젝터로 공급하여 실린더로 분사되도록 하고, 상기 인젝터에서 분사 후 남은 디메틸에테르 연료를 실린더헤드에 상기 복수의 인젝터를 연결하도록 형성된 리턴갤러리로 회수하여 연료탱크로 리턴시키는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치에 있어서,
    상기 고압펌프와 커먼레일을 우회하여 상기 리턴갤러리에 합류되는 바이패스라인상에 설치되는 보조펌프를 더 포함하고,
    ECU는 상기 인젝터에서 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하여, 상기 인젝터에서 리턴되는 디메틸에테르 연료가 액상이면 상기 고압펌프만을 작동시키고, 디메틸에테르 연료가 기상이거나 기화될 우려가 있으면 상기 보조펌프를 추가적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스라인은 상기 연료탱크와 고압펌프 사이에 구비되는 저압펌프의 하류에서 분기되고,
    상기 리턴갤러리는 상기 실린더헤드에 배열된 복수의 인젝터에서 리턴되는 연료를 회수하도록 형성되어 출구가 상기 리턴라인에 연결되며,
    상기 바이패스라인은 상기 리턴라인의 전단에 연결되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인젝터의 하류에서 연료탱크로 리턴되는 인젝터 리턴라인에 온도센서와 압력센서가 설치되고,
    상기 ECU는 상기 온도센서와 압력센서로부터 측정된 디메틸에테르의 온도와 압력에 의해 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 ECU는 측정된 디메틸에테르의 온도와 압력을 상기 ECU에 미리 저장된 성상 판단맵과 비교하여 디메틸에테르의 성상을 판단하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 커먼레일에서 연료탱크로 리턴되는 커먼레일 리턴라인이 형성되고,
    상기 인젝터 리턴라인과 커먼레일 리턴라인은 냉각모듈을 통과하여 연료탱크로 연결되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 저압펌프와 고압펌프의 사이에는 냉각팬이 구비되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 인젝터 리턴라인에는 상기 인젝터 리턴라인의 맥동을 저감시키는 축압기가 구비되는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급장치.
  8. 디메틸에테르 연료가 고압펌프에 의해 커먼레일을 거쳐 인젝터로 공급되도록 하여 엔진을 작동시키는 엔진시동단계와,
    상기 인젝터의 하류에서 디메틸에테르 연료의 온도와 압력을 측정하여 ECU로 입력하는 온도 및 압력 측정단계와,
    상기 ECU가 상기 인젝터에서 연료탱크로 리턴되는 디메틸에테르 연료의 성상을 판단하는 성상 판단단계와,
    상기 성상 판단단계에서 디메틸에테르가 기상이거나 기화될 우려가 있는 것 판단되면, 저압펌프의 후단에서 리턴갤러리로 디메틸에테르가 공급되도록 보조펌프가 추가적으로 구동되는 보조펌프 추가구동단계를 포함하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 성상 판단단계에서 디메틸에테르가 액상으로 판단되면, 상기 저압펌프의 후단에서 커먼레일 통과하여 인젝터로 디메틸에테르 연료가 공급되도록 고압펌프만 구동되는 정상운행단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 성상 판단단계에서는,
    상기 ECU에 저장된 디메틸에테르 성상 판단맵을 통하여 디메틸에테르의 성상을 판단하는 것을 특징으로 하는 디메틸에테르 커먼레일 연료 공급방법.
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