KR20210057324A

KR20210057324A - 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템

Info

Publication number: KR20210057324A
Application number: KR1020190143962A
Authority: KR
Inventors: 김근수; 박정훈; 김동현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-11-12
Filing date: 2019-11-12
Publication date: 2021-05-21

Abstract

본 발명은 연료펌프의 연료공급라인에 피스톤 타입의 승강밸브 및 복수개의 체크밸브가 조합된 밸브 장치를 설치하여, 엔진 시동시 연료펌프로부터 공급되는 연료가 엔진으로만 공급되도록 제트펌프 유로를 닫아주고, 엔진 시동 종료시점부터 제트펌프측 유로를 개방시키며, 엔진 시동 종료시 제트펌프측 유로를 다시 닫아주는 작동을 하도록 함으로써, 엔진 시동 단축 및 냉간 시동성을 향상시킬 수 있고, 또한 엔진 시동 후 제트펌프측 유로를 개방된 상태로 유지시킬 수 있도록 함으로써, 엔진 시동 후의 제트펌프 기능이 원활하게 유지될 수 있도록 한 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 연료공급계의 밸브 시스템{VALVE SYSTEM FOR FUEL PUMP SYSTEM OF VEHICLE}

본 발명은 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진 시동 시간 단축을 통한 시동성 개선과 함께 제트펌프측으로의 연료 공급이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 연료공급 시스템은 모든 운전조건 하에서 엔진에 필요한 연료를 원활하게 공급하는 시스템으로서, 엔진의 출력이나 성능을 크게 좌우하는 요소 중의 하나이다.

최근에는 다양한 주행 조건에서 엔진의 출력이나 성능 향상 등을 위하여, 엔진의 연료 최대 소비유량 조건에서도 연료탱크의 리저버 컵 내에 연료가 원활하게 충진될 수 있도록 하는 제트펌프 시스템이 적용되고 있다.

첨부한 도 1은 종래의 일례에 따른 연료공급 시스템을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 상기 연료공급 시스템은 연료를 저장하는 단일형 연료탱크(10), 연료탱크(10) 내의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크 내의 연료가 지속적으로 충전되는 리저버 컵(11), 리저버 컵(11) 내의 연료를 엔진으로 압송하는 동시에 일부 연료를 제트펌프(12)로 토출하는 연료펌프(13), 리저버 컵(11)의 내부에 설치되어 엔진으로 공급되는 연료를 필터링하는 연료필터(14), 리저버 컵(11)의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 흡입하여 충전하는 제트펌프(12) 등을 포함하여 구성된다.

이러한 종래의 일례에 따른 연료공급 시스템에서, 상기 연료펌프(13)의 구동에 의하여 연료펌프(13)로부터 엔진으로 연료가 압송될 때, 일부 연료가 제트펌프(12)를 향하여 토출된다.

연이어, 상기 제트펌프(12)를 향하여 토출된 연료가 제트펌프(12)를 통과할 때, 제트펌프(12) 내에 순간적인 진공 흡입력이 발생된다.

이에, 상기 제트펌프(12)의 순간적인 진공 흡입력에 의하여 연료탱크(10)의 내부에 존재하는 연료가 리저버 컵(11)의 내부로 흡입되며 충진된다.

첨부한 도 2는 종래의 다른 예에 따른 연료공급 시스템을 나타내는 개략도이다.

도 2를 참조하면, 상기 연료공급 시스템은 제1연료저장공간(10-1)과 제2연료저장공간(10-2)으로 분리된 안장형 연료탱크(10), 연료탱크(10)의 제1연료저장공간(10-1)의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크 내의 연료가 지속적으로 충전되는 리저버 컵(11), 리저버 컵(11) 내의 연료를 엔진으로 압송하는 동시에 일부 연료를 제1 및 제2제트펌프(12-1,12-2)로 토출하는 연료펌프(13), 리저버 컵(11)의 내부에 설치되어 엔진으로 공급되는 연료를 필터링하는 연료필터(14), 리저버 컵(11)의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크의 제1연료저장공간(10-1) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 흡입하여 충전하는 제1제트펌프(12-1), 리저버 컵(11)의 내부 소정 위치에 장착되어 연료탱크의 제1연료저장공간(10-1) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 흡입하여 충전하는 제2제트펌프(12-2) 등을 포함하여 구성된다.

상기 연료탱크(10)는 차종에 따라 도 1에 도시된 바와 같이 단일형 탱크로 채택될 수 있고, 또는 도 2에 도시된 바와 같이 제1연료저장공간(10-1)과 제2연료저장공간(10-2)으로 분리된 안장형 탱크로 채택될 수 있다.

상기 연료탱크(10)가 안장형 탱크로 채택된 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 리저버 컵(11)의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크의 제1연료저장공간(10-1) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 진공 흡입하며 충진하는 제1제트펌프(12-1) 외에 상기 제2연료저장공간(10-2) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 진공 흡입하기 위한 제2제트펌프(12-1)가 리저버 컵(11) 내에 장착된다.

이러한 종래의 다른 예에 따른 연료공급 시스템에서, 상기 연료펌프(13)의 구동에 의하여 연료펌프(13)로부터 엔진으로 연료가 압송될 때, 일부 연료가 제1 및 제2제트펌프(12-1,12-2)를 향하여 토출된다.

이때, 상기 제1 및 제2제트펌프(12-1,12-2)의 내부 구성을 보면, 한쪽에는 도 2에서 보듯이 연료펌프(13)로부터 토출된 연료가 통과하는 제트노즐(12-3)과 토출파이프(12-4)가 나란히 형성되어 있고, 다른 한쪽에는 연료탱크(10)의 제2연료저장공간(10-2)과 연통 가능하게 연결되는 연료유입포트(12-5) 및 상기 토출파이프(12-4)로 연통 가능하게 연장되는 연료흡입경로(12-6)가 형성되어 있다.

따라서, 상기 연료펌프(13)로부터 엔진으로 연료가 압송될 때, 일부 연료가 제1 및 제2제트펌프(12-1,12-2) 내의 제트노즐(12-3)를 통해 빠르게 분사되어 토출파이프(12-4)를 통해 리저버 컵(11) 내로 재충진될 때, 상기 연료흡입경로(12-6) 및 연료유입포트(12-5) 쪽에 제트펌프의 원리에 따른 진공 흡입력이 작용하게 된다.

연이어, 상기 연료흡입경로(12-6) 및 연료유입포트(12-5) 쪽에 작용하는 진공 흡입력에 의하여 연료탱크(10)의 제1 및 제2연료저장공간(10-2)에 존재하는 연료가 연료유입포트(12-5)와 연료흡입경로(12-6)로 통해 흡입된 후 토출파이프(12-4)를 통과하여 리저버 컵(11)의 내부로 충진된다.

이와 같이, 상기 안장형 연료탱크의 경우 상기 제1제트펌프(12-1)의 진공 흡입 펌핑에 의하여 연료탱크(10)의 제1연료저장공간(10-1)에 존재하는 연료가 리저버 컵(11)의 내부로 용이하게 충진될 수 있고, 상기 제2제트펌프(12-2)의 진공 흡입 펌핑에 의하여 연료탱크(10)의 제2연료저장공간(10-2)에 존재하는 연료가 리저버 컵(11)의 내부로 용이하게 충진될 수 있다.

그러나, 상기 연료탱크(10)가 안장형 탱크로 채택된 경우, 제1제트펌프(12-1)와 제2제트펌프(12-1)가 적용됨에 따라 엔진의 냉간 시동시 엔진으로 공급되는 연료압력 상승시간이 지연되는 문제점이 있다.

다시 말해서, 엔진의 냉간 시동시 연료펌프로부터 엔진으로 연료가 압송될 때, 제1 및 제2제트펌프로 토출되는 일부 연료량이 손실 유량으로 작용함으로써, 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 시동을 위한 규정압력으로 상승할 때까지의 시간이 오래 지연되는 문제점이 있고, 이로 인하여 동절기시 엔진 시동이 원활하게 걸리지 않는 냉간 시동성 저하 문제를 초래하게 된다.

예를 들어, 엔진의 냉간 시동시 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 규정압력까지 상승하는 시간은 약 250ms 이하가 바람직하지만, 도 3에서 보듯이 연료압력이 규정압력까지 상승하는 시간이 약 1초 이상 지연됨으로써, 엔진의 시동성이 저하되는 문제점이 초래되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 연료펌프의 연료공급라인에 피스톤 타입의 승강밸브 및 복수개의 체크밸브가 조합된 밸브 장치를 설치하여, 엔진 시동시 연료펌프로부터 공급되는 연료가 엔진으로만 공급되도록 제트펌프 유로를 닫아주고, 엔진 시동 종료시점부터 제트펌프측 유로를 개방시키며, 엔진 시동 종료시 제트펌프측 유로를 다시 닫아주는 작동을 하도록 함으로써, 엔진 시동 단축 및 냉간 시동성을 향상시킬 수 있고, 또한 엔진 시동 후 제트펌프측 유로를 개방된 상태로 유지시킬 수 있도록 함으로써, 엔진 시동 후의 제트펌프 기능이 원활하게 유지될 수 있도록 한 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 연료탱크 내에 장착되는 리저버 컵; 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵으로 충진시키기 위한 제트펌프; 상기 리저버 컵 내의 연료를 엔진 및 제트펌프로 토출시키기 위한 토출포트를 갖는 연료펌프; 상기 토출포트로부터 엔진으로 연장되는 연료공급라인; 상기 연료공급라인으로부터 분기되어 제트펌프 측으로 연장되는 제트펌프 유로; 및 상기 연료공급라인에서 제트펌프 유로쪽으로 분기되는 위치에 장착되어, 연료압에 따라 개폐 작동되는 제트펌프 컨트롤 밸브를 포함하되,

상기 제트펌프 컨트롤 밸브는, 상기 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 엔진 시동시의 제1연료규정압력에 도달될 때까지 상기 제트펌프 유로를 닫아주고, 엔진 시동 종료 시점부터 주행을 위한 엔진 구동 중에서 상기 제트펌프 유로를 개방시키며, 엔진 시동 종료시 다시 상기 제트펌프 유로를 닫아주는 작동을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템을 제공한다.

특히, 상기 제트펌프 컨트롤 밸브는: 내부에 소정 높이의 제1피스톤 승강경로가 형성된 구조로 구비되어, 상기 제트펌프 유로에 장착되는 제1밸브 바디; 상기 제1피스톤 승강경로에 승강 가능하게 내설되어 제트펌프 유로를 개폐하는 제1피스톤; 내부에 소정 높이의 제2피스톤 승강경로가 형성된 구조로 구비되어 상기 제1밸브 바디의 저부와 승강바 승강경로에 의하여 일체로 연결되는 제2밸브 바디; 상기 제2피스톤 승강경로에 승강 가능하게 내설되는 제2피스톤; 상기 제1피스톤과 제2피스톤 간을 일체로 연결하며 상기 승강바 승강경로 내에 배치되는 승강바; 상기 제2밸브 바디의 상단 저부와 상기 제2피스톤의 상면 사이에 배치되는 스프링; 상기 제1제트펌프 유로와 상기 제1밸브 바디의 상부공간 간에 연통 가능하게 연결되는 제1분기경로 내에 장착되는 제1고압 체크밸브; 상기 제2밸브 바디의 저부공간으로부터 리저버 컵내로 연장되는 리턴경로 내에 장착되는 제2고압 체크밸브; 및 상기 제1제트펌프 유로와 상기 제2밸브 바디의 저부공간 간에 연통 가능하게 연결되는 제2분기경로 내에 장착되는 저압 체크밸브; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1밸브 바디는 연료공급라인부터 분기된 제1제트펌프 유로와 제트펌프로 연장되는 제2제트펌프 유로 사이에 장착되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제1밸브 바디의 일측 하단에는 제1제트펌프 유로가 연결되는 입구포트가 형성되고, 타측 중간부분에는 제2제트펌프 유로가 연결되는 출구포트가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제1밸브 바디 내의 제1피스톤과 상기 제2밸브 바디 내의 제2피스톤은 엔진 시동 오프 상태로부터 엔진 시동 종료시까지의 연료펌프로부터 공급되는 제1연료규정압력 이하 조건에서 상기 제트펌프 유로를 닫아주도록 하강 상태로 유지되고, 상기 저압 체크밸브를 비롯하여 제1고압 체크밸브 및 제2고압 체크밸브는 닫힘 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1연료규정압력은 5.0bar로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 엔진 시동 종료 시점부터 연료펌프에서 제1연료규정압력보다 큰 제2연료규정압력을 일정 시간 동안 생성하면, 이 제2연료규정압력에 의하여 상기 저압 체크밸브가 열림 작동함으로써, 연료의 일부가 제2밸브 바디의 하부 공간에 충진되면서 제2피스톤이 스프링을 압축시키며 상승하는 동시에 제1피스톤이 상승 작동을 하여, 연료가 제트펌프로 흐르도록 제1제트펌프 유로와 제2제트펌프 유로가 서로 연통되고, 상기 제1고압 체크밸브 및 제2고압 체크밸브는 닫힘 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2연료규정압력은 6.0bar로 설정되고, 상기 저압 체크밸브의 열림 압력은 5.0bar로 설정되며, 상기 스프링의 압축 압력은 1bar로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 연료펌프에서 제2연료규정압력을 생성한 후, 제1연료규정압력 이하 범위를 갖는 주행 중 엔진 구동용 연료공급압력을 생성하면, 상기 저압 체크밸브가 닫힘 작동함으로써, 제2밸브 바디의 하부 공간에 충진된 연료가 갖힌 상태가 되어, 상기 제2피스톤 및 제1피스톤이 상승 상태로 유지되는 동시에 제1제트펌프 유로와 제2제트펌프 유로가 서로 연통된 상태로 유지되고, 상기 제1고압 체크밸브 및 제2고압 체크밸브는 닫힘 상태로 유지되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 엔진 구동용 연료공급압력은 3.5bar ~ 5.0bar로 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 연료펌프에서 엔진 구동용 연료공급압력을 생성한 후, 엔진 시동 오프시에 제2연료규정압력 보다 큰 제3연료규정압력을 일시적으로 생성하면, 상기 제1고압 체크밸브가 열림 작동하여 연료의 일부가 제1밸브 바디의 상부공간으로 충진되면서 제1피스톤을 하강시키는 동시에 스프링을 압축시키고 있던 제2피스톤을 하강시킴으로써, 제2고압 체크밸브를 열림 작동시키는 동시에 상기 제트펌프 유로가 닫힘 상태로 전환되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제2피스톤은 스프링의 탄성복원력을 받으면서 하강하게 됨으로써, 상기 제2피스톤에 작용하는 제3연료규정압력과 상기 스프링의 탄성복원력을 합친 압력에 의하여 제1고압 체크밸브와 함께 제2고압 체크밸브도 열림 작동됨으로써, 제2밸브 바디에 갖혀 있던 연료가 리저버 컵으로 리턴되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제3연료규정압력은 7.0bar로 설정되고, 상기 스프링의 압축 및 탄성복원력은 1.0bar로 설정되며, 상기 제1 및 제2고압 체크밸브의 열림 압력도 7.0bar로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료 압력이 엔진 시동시의 규정압력에 도달할 때까지 제트펌프측 유로를 닫아줌으로써, 엔진 냉간 시동시 제트펌프로 토출되는 연료 손실량을 제거할 수 있고, 그에 따라 엔진의 냉간 시동시 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 규정압력까지 상승하는 시간을 단축시킬 수 있고, 결과적으로 엔진 냉간 시동성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 엔진 시동 후 제트펌프측 유로가 개방된 다음, 엔진의 저부하 영역과 고부하 영역을 포함하는 구동 영역에서는 제트펌프측 유로를 개방된 상태로 유지시켜서 연료가 제트펌프로 원활하게 공급되도록 함으로써, 엔진 시동 후에 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵으로 충진하는 제트펌프의 제 기능이 원활하게 유지될 수 있다.

도 1은 종래의 일례에 따른 연료공급 시스템을 도시한 개략도,
도 2는 종래의 다른 예에 따른 연료공급 시스템을 도시한 개략도,
도 3은 종래의 연료공급 시스템에 대한 엔진 냉간 시동성 평가 결과를 도시한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템을 도시한 일부 확대 단면도,
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템에 대한 작동 상태를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템에 대한 엔진 냉간 시동성 평가 결과를 도시한 그래프.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템을 나타낸다.

자동차용 연료공급계는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1연료저장공간(10-1)과 제2연료저장공간(10-2)으로 분리된 안장형 연료탱크(10)과, 연료탱크(10)의 제1연료저장공간(10-1)의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크 내의 연료가 지속적으로 충전되는 리저버 컵(11)과, 리저버 컵(11) 내의 연료를 엔진으로 압송하는 동시에 일부 연료를 제1 및 제2제트펌프(12-1,12-2)로 토출하는 연료펌프(13)와, 리저버 컵(11)의 내부에 설치되어 엔진으로 공급되는 연료를 필터링하는 연료필터(14)와, 리저버 컵(11)의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크의 제1연료저장공간(10-1) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 흡입하여 충전하는 제1제트펌프(12-1)와, 리저버 컵(11)의 내부 소정 위치에 장착되어 연료탱크의 제1연료저장공간(10-1) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 흡입하여 충전하는 제2제트펌프(12-2) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 연료탱크(10)가 안장형 탱크로 채택된 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 리저버 컵(11)의 바닥쪽에 설치되어 연료탱크의 제1연료저장공간(10-1) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 진공 흡입하며 충진하는 제1제트펌프(12-1) 외에 상기 제2연료저장공간(10-2) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 진공 흡입하기 위한 제2제트펌프(12-2)가 리저버 컵(11) 내에 장착된다.

이에, 상기 연료펌프(13)가 구동되면, 상기 연료펌프(13)로부터 연료가 토출되어 엔진으로 압송될 때, 일부 연료가 상기 제2토출포트(13-2)를 통하여 토출되어 제1 및 제2제트펌프(12-1,12-2)를 향하게 됨으로써, 상기 제1제트펌프(12-1)의 진공 흡입 펌핑에 의하여 연료탱크(10)의 제1연료저장공간(10-1)에 존재하는 연료가 리저버 컵(11)의 내부로 용이하게 충진될 수 있고, 상기 제2제트펌프(12-2)의 진공 흡입 펌핑에 의하여 연료탱크(10)의 제2연료저장공간(10-2)에 존재하는 연료가 리저버 컵(11)의 내부로 용이하게 충진될 수 있다.

본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 연료펌프(13)의 연료토출측에서 엔진으로 연장되는 연료공급라인(20)에서 제트펌프 유로(30)측으로 분기되는 위치에 연료압에 따라 개폐 작동되는 제트펌프 컨트롤 밸브(100)가 장착된다.

바람직하게는, 상기 제트펌프 컨트롤 밸브(100)는 상기 제트펌프 유로(30)는 연료공급라인(20)에서 분기되는 제1제트펌프 유로(31)와 제1 및 제2제트펌프(12-1,12-2)로 연장되는 제1제트펌프 유로(32) 사이 위치에 연료압에 따라 개폐 작동 가능하게 장착된다.

상기 제트펌프 컨트롤 밸브(100)는 상기 연료펌프(13)로부터 엔진으로 공급되는 엔진 시동시의 제1연료규정압력에 도달될 때까지(엔진 시동시의 제1연료규정압력 이하) 상기 제트펌프(12-1,12-2)를 향하는 제트펌프 유로(30)를 닫아주고, 엔진 시동 종료 시점부터 주행을 위한 엔진 구동 중에서 상기 제트펌프 유로(30)를 개방시키며, 엔진 시동 종료시 다시 상기 제트펌프 유로(30)를 닫아주는 작동을 하도록 구성된다.

이를 위해, 상기 제트펌프 컨트롤 밸브(100)는 내부에 소정 높이의 제1피스톤 승강경로(111)가 형성된 구조로 구비되어 상기 제트펌프 유로(30)를 구성하는 제1제트펌프 유로(31)와 제2제트펌프 유로(32) 사이에에 장착되는 제1밸브 바디(110)와, 내부에 소정 높이의 제2피스톤 승강경로(121)가 형성된 구조로 구비된 제2밸브 바디(120)를 골격체로 한다.

특히, 상기 제1밸브 바디(110)는 연료공급라인(110)부터 분기된 제1제트펌프 유로(31)와 제트펌프(12-1,12-2)로 연장되는 제2제트펌프 유로(32) 사이에 장착되는 바, 상기 제1밸브 바디(110)의 일측 하단에는 제1제트펌프 유로(31)가 연결되는 입구포트(110-1)가 형성되고, 타측 중간부분에는 제2제트펌프 유로(32)가 연결되는 출구포트(110-2)가 형성된다.

이에, 상기 제1밸브 바디(110)의 입구포트(110-1) 보다 출구포트(110-2)가 더 높은 위치에 형성된다.

이때, 상기 제1밸브 바디(110)와 제2밸브 바디(120)는 승강바 승강경로(130)에 의하여 서로 연통 가능하게 연결된다.

즉, 상기 제1밸브 바디(110)의 하부공간과 상기 제2밸브 바디(120)의 상부공간이 승강바 승강경로(130)에 의하여 서로 연통 가능하게 연결된다.

또한, 상기 제1밸브 바디(110)의 제1피스톤 승강경로(111) 내에는 제트펌프 유로(30)를 개폐하는 제1피스톤(112)이 승강 가능하게 내설되고, 상기 제2밸브 바디(120)의 제2피스톤 승강경로(121) 내에는 제2피스톤(122)이 승강 가능하게 내설되며, 상기 승강바 승강경로(130) 내에는 제1피스톤(112)과 제2피스톤(122)를 일체로 연결되는 승강바(132)가 승강 가능하게 내설된다.

또한, 상기 제1제트펌프 유로(31)와 상기 제1밸브 바디(110)의 상부공간 사이에는 제1분기경로(101)가 연통 가능하게 연결되는 바, 이 제1분기경로(101)에는 제1고압 체크밸브(141)가 장착된다.

또한, 상기 제1제트펌프 유로(31)와 상기 제2밸브 바디(120)의 저부공간 간에 제2분기경로(102)가 연통 가능하게 연결되는 바, 이 제2분기경로(102)에는 제2저압 체크밸브(140)가 장착된다.

아울러, 상기 제2밸브 바디(120)의 저부공간에는 리저버 컵(11)으로 연장되는 리턴경로(123)가 형성되는 바, 이 리턴경로(123) 내에는 제1고압 체크밸브(141)와 동일한 압력에서 열리는 제2고압 체크밸브(142)가 장착된다.

이때, 상기 제2밸브 바디(120)의 상단 저부와 상기 제2피스톤(122)의 상면 사이에는 스프링(150)이 압축 가능하게 내설된다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 연료공급계용 밸브 시스템에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

엔진 시동시

첨부한 도 5는 본 발명에 따른 밸브 시스템의 엔진 시동시 작동 상태를 나타낸다.

엔진 시동시(특히, 냉간 시동시), 상기 연료펌프가 구동되어 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 엔진 시동시의 제1연료규정압력에 도달해야만 엔진 시동이 원활하게 걸릴 수 있다.

하지만, 엔진의 냉간 시동시 연료펌프로부터 엔진으로 연료가 압송될 때, 일부 연료량이 제1 및 제2제트펌프로 토출되는 바, 이때의 일부 연료량이 손실 유량으로 작용함으로써, 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 시동을 위한 규정압력으로 상승할 때까지의 시간이 오래 지연되고, 이로 인하여 엔진 시동이 원활하게 걸리지 않는 냉간 시동성 저하 문제를 초래하게 된다.

이러한 문제점을 해소하고자, 엔진 시동시 엔진으로만 연료를 공급하고, 제트펌프쪽으로는 연료 차단이 이루어지도록 한다.

이를 위해, 엔진 시동 오프 상태에서 엔진 시동시 연료펌프(13)가 구동되면, 엔진 시동 종료시까지 연료펌프(13)로부터 공급되는 연료압력이 제1연료규정압력 이하 조건에서(제1연료규정압력에 도달될 때까지) 상기 제1밸브 바디(110) 내의 제1피스톤(112)과 상기 제2밸브 바디(120) 내의 제2피스톤(122)은 상기 제트펌프 유로를 닫아주도록 하강 상태로 유지된다.

이때, 상기 제1연료규정압력은 5.0bar로 설정된 반면, 상기 제1고압 체크밸브(141) 및 제2고압 체크밸브(142)의 열림 압력은 7.0bar로 설정되고, 상기 저압 체크밸브(140)의 열림 압력은 5.0bar로 설정되며, 상기 스프링(150)의 압축 압력이 1.0bar로 설정되기 때문에, 결국 상기 제1밸브 바디(110) 내의 제1피스톤(112)과 상기 제2밸브 바디(120) 내의 제2피스톤(122)은 상기 제1제트펌프 유로(31)를 닫아주는 하강 상태로 유지된다.

결국, 상기 연료펌프(13)로부터 엔진으로 공급되는 연료 압력이 엔진 시동시의 제1연료규정압력인 5.0bar에 도달하지 않으면, 제트펌프측 유로가 닫힘 상태로 유지된다.

따라서, 엔진 시동시(특히, 냉간 시동시), 상기 연료펌프(13)로부터 제트펌프쪽으로 흐르는 연료는 차단된 상태에서 엔진으로만 연료가 공급될 수 있고, 그에 따라 엔진 냉간 시동시 제트펌프로 토출되는 연료 손실량을 제거할 수 있으므로, 엔진의 냉간 시동시 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 규정압력까지 상승하는 시간을 단축시킬 수 있고, 결과적으로 엔진 냉간 시동성을 향상시킬 수 있다.

도 10을 참조하면, 기존에 엔진 냉간 시동시 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 규정압력까지 상승하는 시간이 약 1초 이상 지연되던 것과 비교하여 본 발명의 경우에는 약 250ms 이하로 단축될 수 있고, 그에 따라 냉간 시동시에도 엔진 시동이 신속하면서도 원활하게 걸릴 수 있게 되므로, 엔진의 냉간 시동성을 향상시킬 수 있다.

엔진 시동 종료시

첨부한 도 6은 본 발명에 따른 밸브 시스템의 엔진 시동 종료 후 작동 상태를 나타낸다.

엔진 시동 종료 시점부터 엔진 제어기의 제어에 의하여 연료펌프(13)에서 제1연료규정압력(예, 5bar)보다 큰 제2연료규정압력(예, 6bar)을 일정 시간 동안 생성하면, 이 제2연료규정압력(예, 6bar)에 의하여 상기 저압 체크밸브(140)가 열림 작동된다.

즉, 상기 연료펌프(13)에서 생성된 제2연료규정압력(예, 6bar)을 갖는 연료가 상기 제1제트펌프 유로(31)로부터 제2분기경로(102)를 경유하여 제2저압 체크밸브(140)에 작용하면, 상기 저압 체크밸브(140)의 열림 압력이 5.0bar이고, 상기 스프링(150)의 압축 압력이 1.0bar로 설정된 상태이므로, 제2저압 체크밸브(140)가 열림 작동된다.

이에, 연료의 일부가 제2저압 체크밸브(140)를 통과하여 제2밸브 바디(120)의 하부 공간에 충진되고, 이때의 충진압에 의하여 제2피스톤(122)이 스프링(150)을 압축시키며 상승하는 동시에 제1피스톤(112)도 상승 작동을 하게 된다.

연이어, 상기 제1피스톤(112)이 제1밸브 바디(110)의 상부공간으로 최대 상승하게 됨으로써, 제1제트펌프 유로(31)와 제2제트펌프 유로(32)가 서로 연통되는 상태가 된다.

따라서, 엔진 시동 종료시점부터 연료의 일부가 제1제트펌프 유로(31)와 제2제트펌프 유로(32)를 경유하여 제트펌프(12-1,12-2)로 공급됨으로써, 엔진 시동 후에 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵으로 충진하는 제트펌프의 제 기능이 원활하게 수행될 수 있다.

이때, 상기 제1고압 체크밸브(141) 및 제2고압 체크밸브(142)의 열림 압력은 7.0bar로 설정된 상태이므로, 계속해서 닫힘 상태를 유지하게 된다.

엔진 시동 종료 후 주행 중

첨부한 도 7은 본 발명에 따른 밸브 시스템의 엔진 시동 종료 후 주행 중 작동 상태를 나타낸다.

엔진 시동 종료 후 주행 중에는 연료펌프에서 저부하 영역 내지 고부하 영역에 따라 연료압력을 가변시키면서 연료를 엔진 구동용 연료공급압력으로 토출하게 된다.

상기 연료펌프(13)에서 저부하 영역 내지 고부하 영역에 따라 제2연료규정압력(예, 6bar)에 비하여 그 이하 범위를 갖는 주행 중 엔진 구동용 연료공급압력(예, 3.5bar ~ 5.0bar)을 생성하면, 상기 저압 체크밸브(140)의 열림 압력이 5bar 이므로 저압 체크밸브(140)가 닫힘 작동된다.

이에, 상기 제2밸브 바디(120)의 하부 공간에 충진되었던 연료가 갖힌 상태가 되어, 상기 제2피스톤(122) 및 제1피스톤(112)이 상승 상태로 유지되도록 함으로써, 계속해서 제1제트펌프 유로(31)와 제2제트펌프 유로(32)가 서로 연통된 상태로 유지될 수 있다.

따라서, 주행 중에도 연료의 일부가 제1제트펌프 유로(31)와 제2제트펌프 유로(32)를 경유하여 제트펌프(12-1,12-2)로 공급됨으로써, 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵으로 충진하는 제트펌프의 제 기능이 원활하게 수행될 수 있다.

주행 후 엔진 시동 종료시점

첨부한 도 8은 본 발명에 따른 밸브 시스템의 주행 후 엔진 시동 종료시점 작동 상태를 나타낸다.

상기 연료펌프에서 엔진 구동용 연료공급압력을 생성한 후 엔진 시동 오프시, 즉 차량의 주행을 마치고 엔진 시동을 오프하는 엔진 시동 종료 시점에서 상기 연료펌프(13)에서 엔진 제어기의 제어에 의하여 제2연료규정압력(예, 6bar) 보다 큰 제3연료규정압력(예, 7bar)을 일시적으로 생성하면, 연료가 상기 제1제트펌프 유로(31)로부터 제1분기경로(101)를 통하여 제1고압 체크밸브(141)에 작용하게 된다.

이에, 상기 제1고압 체크밸브(141)의 열림 압력이 7bar로 설정된 상태이므로, 제1고압 체크밸브(141)가 열림 작동되어 연료가 제1밸브 바디(110)의 상부공간으로 충진된다.

연이어, 상기 제1밸브 바디(110)의 상부공간으로 충진되는 연료압에 의하여 제1피스톤(112)이 하강하는 동시에 스프링(150)을 압축시키고 있던 제2피스톤(122)도 하강을 하게 됨으로써, 제1제트펌프 유로(31)와 제2제트펌프 유로(32)가 제1피스톤(112)의 하강에 의하여 차단되는 제트펌프 유로의 닫힘 상태 전환이 이루어진다.

이와 동시에, 상기 제2피스톤(122)은 스프링(140)의 탄성복원력을 받으면서 하강하게 됨으로써, 상기 제2피스톤(122)에 작용하는 제3연료규정압력(예, 7bar)과 상기 스프링(140)의 탄성복원력(1bar)를 합친 압력에 의하여 상기 제2고압 체크밸브(142)도 열림 작동됨으로써, 제2밸브 바디(120) 내에 갖혀 있던 연료가 리턴경로(123)를 통하여 리저버 컵(11)으로 회수된다.

엔진 시동 종료 후

첨부한 도 9는 본 발명에 따른 밸브 시스템의 엔진 시동 종료 후 상태를 나타낸다.

도 9에서 보듯이, 엔진 시동 종료 후에는 상기 제1제트펌프 유로(31)와 제2제트펌프 유로(32)가 제1피스톤(112)의 하강에 의하여 차단되는 제트펌프 유로의 닫힘 상태가 유지된다.

아울러, 상기 제2밸브 바디(120) 내에 갖혀 있던 연료가 리턴경로(123)를 통하여 리저버 컵(11)으로 회수된 상태이므로, 각 배관의 압력이 모두 빠진 상태이면서 각 배관에 잔유만이 존재하게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료 압력이 엔진 시동시의 규정압력에 도달할 때까지 제트펌프측 유로를 닫아줌으로써, 엔진 냉간 시동시 제트펌프로 토출되는 연료 손실량을 제거할 수 있고, 그에 따라 엔진 시동시(특히, 냉간 시동시) 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 연료압력이 규정압력까지 상승하는 시간을 단축시킬 수 있고, 결과적으로 엔진으로의 연료공급 시간 단축 및 엔진 시동성을 향상시킬 수 있다.

또한, 엔진 시동 종료 후 및 주행 중에는 제트펌프측 유로가 개방되어 연료가 제트펌프로 원활하게 공급되도록 함으로써, 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵으로 충진하는 제트펌프의 제 기능이 원활하게 유지될 수 있다.

10 : 연료탱크
10-1 : 제1연료저장공간
10-2 : 제2연료저장공간
11 : 리저버 컵
12 : 제트펌프
12-1 : 제1제트펌프
12-2 : 제2제트펌프
13 : 연료펌프
14 : 연료필터
20 : 연료공급라인
30 : 제트펌프 유로
31 : 제1제트펌프 유로
32 : 제2제트펌프 유로
100 : 제트펌프 컨트롤 밸브
101 : 제1분기경로
102 : 제2분기경로
110 : 제1밸브 바디
110-1 : 입구포트
110-2 : 출구포트
111 : 제1피스톤 승강경로
112 : 제1피스톤
120 : 제2밸브 바디
121 : 제2피스톤 승강경로
122 : 제2피스톤
123 : 리턴경로
130 : 승강바 승강경로
132 : 승강바
140 : 저압 체크밸브
141 : 제1고압 체크밸브
142 : 제2고압 체크밸브
150 : 스프링

Claims

연료탱크 내에 장착되는 리저버 컵; 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵으로 충진시키기 위한 제트펌프; 상기 리저버 컵 내의 연료를 엔진 및 제트펌프로 토출시키기 위한 토출포트를 갖는 연료펌프; 상기 토출포트로부터 엔진으로 연장되는 연료공급라인; 상기 연료공급라인으로부터 분기되어 제트펌프 측으로 연장되는 제트펌프 유로; 및 상기 연료공급라인에서 제트펌프 유로쪽으로 분기되는 위치에 장착되어, 연료압에 따라 개폐 작동되는 제트펌프 컨트롤 밸브를 포함하되,
상기 제트펌프 컨트롤 밸브는,
상기 연료펌프로부터 엔진으로 공급되는 엔진 시동시의 제1연료규정압력에 도달될 때까지 상기 제트펌프 유로를 닫아주고, 엔진 시동 종료 시점부터 주행을 위한 엔진 구동 중에서 상기 제트펌프 유로를 개방시키며, 엔진 시동 종료시 다시 상기 제트펌프 유로를 닫아주는 작동을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제트펌프 컨트롤 밸브는:
내부에 소정 높이의 제1피스톤 승강경로가 형성된 구조로 구비되어, 상기 제트펌프 유로에 장착되는 제1밸브 바디;
상기 제1피스톤 승강경로에 승강 가능하게 내설되어 제트펌프 유로를 개폐하는 제1피스톤;
내부에 소정 높이의 제2피스톤 승강경로가 형성된 구조로 구비되어 상기 제1밸브 바디의 저부와 승강바 승강경로에 의하여 일체로 연결되는 제2밸브 바디;
상기 제2피스톤 승강경로에 승강 가능하게 내설되는 제2피스톤;
상기 제1피스톤과 제2피스톤 간을 일체로 연결하며 상기 승강바 승강경로 내에 배치되는 승강바;
상기 제2밸브 바디의 상단 저부와 상기 제2피스톤의 상면 사이에 배치되는 스프링;
상기 제1제트펌프 유로와 상기 제1밸브 바디의 상부공간 간에 연통 가능하게 연결되는 제1분기경로 내에 장착되는 제1고압 체크밸브;
상기 제2밸브 바디의 저부공간으로부터 리저버 컵내로 연장되는 리턴경로 내에 장착되는 제2고압 체크밸브; 및
상기 제1제트펌프 유로와 상기 제2밸브 바디의 저부공간 간에 연통 가능하게 연결되는 제2분기경로 내에 장착되는 저압 체크밸브;
로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제1밸브 바디는 연료공급라인부터 분기된 제1제트펌프 유로와 제트펌프로 연장되는 제2제트펌프 유로 사이에 장착되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제1밸브 바디의 일측 하단에는 제1제트펌프 유로가 연결되는 입구포트가 형성되고, 타측 중간부분에는 제2제트펌프 유로가 연결되는 출구포트가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제1밸브 바디 내의 제1피스톤과 상기 제2밸브 바디 내의 제2피스톤은 엔진 시동 오프 상태로부터 엔진 시동 종료시까지의 연료펌프로부터 공급되는 제1연료규정압력 이하 조건에서 상기 제트펌프 유로를 닫아주도록 하강 상태로 유지되고, 상기 저압 체크밸브를 비롯하여 제1고압 체크밸브 및 제2고압 체크밸브는 닫힘 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제1연료규정압력은 5.0bar로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 2에 있어서,
엔진 시동 종료 시점부터 연료펌프에서 제1연료규정압력보다 큰 제2연료규정압력을 일정 시간 동안 생성하면, 이 제2연료규정압력에 의하여 상기 저압 체크밸브가 열림 작동함으로써, 연료의 일부가 제2밸브 바디의 하부 공간에 충진되면서 제2피스톤이 스프링을 압축시키며 상승하는 동시에 제1피스톤이 상승 작동을 하여, 연료가 제트펌프로 흐르도록 제1제트펌프 유로와 제2제트펌프 유로가 서로 연통되고, 상기 제1고압 체크밸브 및 제2고압 체크밸브는 닫힘 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 제2연료규정압력은 6.0bar로 설정되고, 상기 저압 체크밸브의 열림 압력은 5.0bar로 설정되며, 상기 스프링의 압축 압력은 1bar로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 연료펌프에서 제2연료규정압력을 생성한 후, 제1연료규정압력 이하 범위를 갖는 주행 중 엔진 구동용 연료공급압력을 생성하면, 상기 저압 체크밸브가 닫힘 작동함으로써, 제2밸브 바디의 하부 공간에 충진된 연료가 갖힌 상태가 되어, 상기 제2피스톤 및 제1피스톤이 상승 상태로 유지되는 동시에 제1제트펌프 유로와 제2제트펌프 유로가 서로 연통된 상태로 유지되고, 상기 제1고압 체크밸브 및 제2고압 체크밸브는 닫힘 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 엔진 구동용 연료공급압력은 3.5bar ~ 5.0bar로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 연료펌프에서 엔진 구동용 연료공급압력을 생성한 후, 엔진 시동 오프시에 제2연료규정압력 보다 큰 제3연료규정압력을 일시적으로 생성하면, 상기 제1고압 체크밸브가 열림 작동하여 연료의 일부가 제1밸브 바디의 상부공간으로 충진되면서 제1피스톤을 하강시키는 동시에 스프링을 압축시키고 있던 제2피스톤을 하강시킴으로써, 제2고압 체크밸브를 열림 작동시키는 동시에 제트펌프 유로가 닫힘 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 11에 있어서,
상기 제2피스톤은 스프링의 탄성복원력을 받으면서 하강하게 됨으로써, 상기 제2피스톤에 작용하는 제3연료규정압력과 상기 스프링의 탄성복원력을 합친 압력에 의하여 제1고압 체크밸브와 함께 제2고압 체크밸브도 열림 작동됨으로써, 제2밸브 바디에 갖혀 있던 연료가 리저버 컵으로 리턴되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.
청구항 11 또는 청구항 12에 있어서,
상기 제3연료규정압력은 7.0bar로 설정되고, 상기 스프링의 압축 및 탄성복원력은 1.0bar로 설정되며, 상기 제1 및 제2고압 체크밸브의 열림 압력도 7.0bar로 설정되는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료공급계의 밸브 시스템.