KR101795233B1

KR101795233B1 - 차량의 연료공급 시스템

Info

Publication number: KR101795233B1
Application number: KR1020160042005A
Authority: KR
Inventors: 김근수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2016-04-06
Publication date: 2017-11-07
Also published as: KR20170114658A

Abstract

본 발명은 연료를 저장하는 연료탱크 및 연료탱크의 연료를 엔진으로 공급하는 장치 등을 포함하는 연료공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 연료펌프와 제트펌프 사이의 라인 상에 밸브장치를 설치하고, 리저버 컵 만충 시나 리저버 컵에서 연료가 오버 플로우 되면 제트펌프로 보내지는 연료를 자동으로 차단하는 새로운 형태의 제트펌프측 유량 제어 방식을 구현함으로써, 불필요한 연료펌프의 구동을 제한하여 연비를 개선할 수 있는 차량의 연료공급 시스템을 제공한다.

Description

차량의 연료공급 시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR CAR}

본 발명은 차량의 연료공급 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료를 저장하는 연료탱크 및 연료탱크의 연료를 엔진으로 공급하는 장치 등을 포함하는 연료공급 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 충전될 수 있도록 하는 제트펌프 시스템이 적용되고 있는 추세이다.

도 5는 종래의 저압펌프 가변연료압력 제어방식을 채택하고 있는 연료공급 시스템을 나타내는 개략도이다.

여기서, 저압펌프 가변연료압력 제어방식은 저압펌프의 토출량을 기계식으로 제어하는(정해진 펌프 토출량을 풀 가동하는 방식) 것과 달리 전자식으로 제어하는 방식으로서, 엔진에서 필요로 하는 만큼만 연료를 가변적으로 공급할 수 있도록 저압펌프의 구동을 가변 제어하는 방식을 의미한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 연료공급 시스템은 연료를 저장하는 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 모듈(13), 리저버 컵(11)의 내부에 설치되어 엔진으로 공급되는 연료를 필터링하는 연료필터(14), 리저버 컵(11)의 바닥쪽에 설치되어 연료를 리저버 컵(11)의 내부에 충전하는 제트펌프(12), 연료펌프 모듈(13)의 엔진측 토출라인에 설치되어 연료압력 가변 제어에 기초가 되는 연료압력값을 검출하는 연료압력 센서(16) 등을 포함한다.

이러한 연료공급 시스템에서, 상기 연료펌프 모듈(13)에서 토출되는 일부 연료가 제트펌프(12)로 유입되면, 제트펌프(12)의 펌핑력(순간적인 진공 흡입력)에 의하여 연료탱크(10) 내의 연료가 리저버 컵(11)의 내부로 유입 충전된다.

즉, 상기 제트펌프(12)의 순간적인 진공 흡입력이 리저버 컵(11)의 바닥면에 관통 형성된 흡입포트(미도시)에 작용하여, 연료탱크(10) 내의 연료가 흡입포트를 통해 빨려들어가서 리저버 컵(11) 내에 채워진다.

여기서, 상기 제트펌프의 구조나 작동방식 등은 통상의 연료펌프 시스템에 구비되는 제트펌프와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

그러나, 종래의 연료공급 시스템에서 리저버 컵에 연료를 충전하는 제트펌프가 상시 구동되는 관계로 연료가 리저버 컵에서 상시 오버 플로우 되는 일이 발생하게 되고, 결국 불필요한 연료펌프 구동으로 연비 저하를 초래하는 문제가 있다.

일본 공개특허 2011-117443호 일본 공개특허 2011-153561호

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 연료펌프와 제트펌프 사이의 라인 상에 밸브장치를 설치하고, 리저버 컵 만충 시나 리저버 컵에서 연료가 오버 플로우 되면 제트펌프로 보내지는 연료를 자동으로 차단하는 새로운 형태의 제트펌프측 유량 제어 방식을 구현함으로써, 불필요한 연료펌프의 구동을 제한하여 연비를 개선할 수 있는 차량의 연료공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 차량의 연료공급 시스템은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 차량의 연료공급 시스템은 저압펌프 가변연료압력 제어방식을 채택하고 있는 연료공급 시스템으로서, 연료를 저장하는 연료탱크, 연료탱크 내에 설치되어 연료탱크 내의 연료가 지속적으로 충전되는 리저버 컵, 리저버 컵 내의 연료를 엔진으로 압송하는 동시에 일부 연료를 제트펌프로 토출하는 연료펌프 모듈, 연료탱크 내의 연료를 리저버 컵의 내부에 충전하는 제트펌프, 연료펌프 모듈에서 엔진측으로 토출되는 연료압력을 검출하는 연료압력 센서 등을 포함하는 구조로 이루어지는 한편, 특히 상기 연료펌프 모듈과 제트펌프 사이의 연료라인 상에 설치되어 제트펌프측으로 보내지는 연료를 선택적으로 차단하는 제트펌프 컨트롤밸브를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제트펌프 컨트롤밸브는 리저버 컵의 내부에 채워지는 연료의 양에 따라 동작하면서 제트펌프측으로 보내지는 연료를 선택적으로 차단하는 타입으로 이루어질 수 있다.

이러한 제트펌프 컨트롤밸브는 연료라인 내에서 상하로 동작하면서 연료라인을 차단 또는 개방하는 밸브체와, 상기 밸브체와 일체식으로 연결됨과 더불어 리저버 컵의 내부에 위치되어 연료수위에 따라 상승가능한 플로터와, 상기 밸브체 및 플로터를 항상 하방향으로 눌러주는 스프링으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 리저버 컵의 상부는 캡이 설치되는 부위를 제외하고 막혀 있는 구조로서, 캡의 측면 둘레부에는 배출홀이 형성되어 이곳을 통해 리저버 컵에서 오버플로우 되는 연료가 빠져나갈 수 있도록 할 수 있다.

그리고, 상기 연료공급 시스템에서는 제트펌프 컨트롤밸브의 작동에 의한 제트펌프측으로의 연료 차단 시 연료펌프 모듈에서 엔진측으로 토출되는 연료압력을 연료압력 센서가 감지하고, 상기 연료압력 센서의 연료압력값에 기초하여 연료펌프의 구동을 저감 제한하는 제어를 수행할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 차량의 연료공급 시스템은 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 리저버 컵 연료 만충 시나 연료 오버플로우 시 제트펌프측으로 보내지는 연료를 차단함으로써, 연료펌프 구동전력을 저감하여 연비를 개선할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 불필요한 연료펌프 구동을 제한함으로써, 연료펌프 노이즈를 개선할 수 있고, 연료펌프 내구성을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료공급 시스템을 나타내는 개략도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료공급 시스템에서 리저버 컵 연료 오버플로우 시 제트펌프 컨트롤 밸브의 작동상태를 나타내는 개략도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료공급 시스템에서 연료탱크 연료 만충 시 제트펌프 컨트롤 밸브의 작동상태를 나타내는 개략도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료공급 시스템에서 토출유량 감소 시 연료펌프 인가전압 감소를 나타내는 그래프
도 5는 종래 차량의 연료공급 시스템을 나타내는 개략도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료공급 시스템을 나타내는 개략도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명은 통상의 저압펌프 가변연료압력 제어방식을 채택하고 있는 연료공급 시스템에서, 리저버 컵 내의 연료량에 따라 제트펌프측으로 보내지는 연료를 선택적으로 차단 또는 개시하여, 연료펌프의 작동량을 가변적으로 제어함으로써 불필요한 연료펌프의 작동을 제한하는 시스템으로 이루어진다.

이를 위하여, 상기 연료공급 시스템은 기본적으로 연료를 저장하는 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10)의 내부에 설치되는 리저버 컵(11)과, 상기 리저버 컵(11)의 내부에 설치되는 연료펌프 모듈(13), 제트펌프(12) 및 연료필터(14)와, 상기 연료탱크(10)의 상단부에서 연료펌프 모듈(13)의 엔진측 토출라인 일측에 설치되는 연료압력 센서(16) 등을 포함한다.

여기서, 상기 연료펌프 모듈(13)은 리저버 컵(11) 내의 연료를 엔진으로 압송하는 기능과 리저버 컵(11) 내의 일부 연료를 제트펌프(12)로 토출하는 기능을 한다.

그리고, 상기 제트펌프(12)는 연료펌프 모듈(13)로부터 토출되는 연료압력을 이용하여 연료탱크(10) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부로 충전하는 기능을 한다.

이러한 연료펌프 모듈(13)와 제트펌프(12), 그리고 연료필터(14)나 연료압력 센서(16), 또 연료펌프 모듈(13)의 토출측에 설치되는 레귤레이터 밸브(20)의 기능이나 역할은 종래와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

특히, 상기 연료펌프 모듈(13)과 제트펌프(12) 사이에는 연료라인(17)이 연결되고, 이렇게 연결되는 연료라인(17) 상에는 제트펌프 컨트롤밸브(18)가 설치되며, 이에 따라 연료펌프 모듈(13)에서 제트펌프(12)로 보내지는 연료는 제트펌프 컨트롤밸브(18)에 의해 선택적으로 차단될 수 있게 된다.

즉, 또한, 상기 제트펌프 컨트롤밸브(18)는 리저버 컵(11)의 내부에 채워지는 연료의 양에 따라 동작하면서 제트펌프측으로 보내지는 연료를 선택적으로 차단하는 역할을 하게 된다.

이와 같은 제트펌프 컨트롤밸브(18)에 대해 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

상기 연료펌프 모듈(13)과 제트펌프(12) 사이에 연결되어 있는 연료라인(17) 상에는 하우징(22)이 설치되고, 상기 하우징(22)의 내부에는 밸브체(18a)가 설치되는 동시에 이때의 밸브체(18a)는 하우징(22) 내에서 상하로 동작하면서 연료라인(17)을 차단 또는 개방하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 밸브체(18a)가 아래로 이동하여 하우징 바닥측에 수납된 상태로 위치되면 연료라인(17)은 개방된 상태가 되고, 밸브체(18a)아 위로 이동하여 연료라인(17)을 가로막는 상태로 위치되면 연료라인(17)은 차단된 상태가 된다.

그리고, 상기 밸브체(18a)의 상단부에서부터 바 부재가 위를 향해 수직 연장되고, 이렇게 연장된 바 부재의 상단부에는 원판형태의 플로터(18b)가 형성된다.

이에 따라, 상기 플로터(18b)와 밸브체(18a)는 바 부재에 의해 일체식으로 연결되어 함께 상하로 동작할 수 있게 된다.

이때, 상기 하우징(22)의 바 부재 관통부위 주변에는 고무씰(21)의 장착되어 바 부재 관통부위에 대한 기밀이 유지될 수 있게 된다.

한편, 상기 리저버 컵(11)은 상부가 커버(24)에 의해 막혀 있는 구조로 이루어지게 되고, 이때의 커버(24)에는 홀(23)이 형성되어 있어서 이 홀(23)을 통해 리저버 컵(11) 내의 연료가 오버플로우 될 수 있게 된다.

그리고, 상기 리저버 컵(11)의 커버(24)의 상면에는 홀(23)의 주변을 덮는 구조로 캡(19)이 설치되고, 이때의 캡(19)의 하단부 측면 둘레에는 다수의 배출홀(15)이 형성되어 있어서 이 배출홀(15)을 통해 상기 홀(23)을 빠져나온 리저버 컵(11) 내의 연료가 연료탱크(10)의 내부로 오버플로우 될 수 있게 되고, 캡(19)의 내부는 플로터(18b)가 상하로 움직이는 공간으로 형성된다.

또한, 상기 제트펌프 컨트롤밸브(18)의 플로터(18b)는 캡(19)의 내부에 위치되어 상하로 움직이면서 커버(24)에 있는 홀(23)을 막거나 열어줄 수 있게 되며, 이러한 플로터(18b)의 상면과 캡(19)의 천정면 사이에는 스프링(18c)이 개재되고, 이때의 스프링(18c)은 플로터(18b)을 항상 아래쪽으로 밀어주는 힘을 발휘하게 된다.

이에 따라, 상기 리저버 컵(11)의 내부에 연료가 가득 채워지지 않은 상태에서는 스프링(18c)의 힘에 의해 플로터(18b)가 커버(24)의 홀(23)을 막고 있는 상태가 된다.

또, 상기 리저버 컵(11) 내부의 연료가 오버플로우 되는 상황에서는 플로터(18b)가 부력에 의해 스프링 힘을 이기고 위로 이동됨과 더불어 홀(23)이 개방되면서 연료가 오버플로우 될 수 있게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 연료공급 시스템의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 연료공급 시스템에서 리저버 컵 연료 오버플로우 시 및 연료탱크 연료 만충 시 제트펌프 컨트롤 밸브의 작동상태를 나타내는 개략도이다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 연료공급 시스템에서는 연료펌프 모듈(13)에서 제트펌프(12)로 보내지는 연료가 차단되는 경우, 이때의 연료펌프 모듈(13)에서 엔진측으로 토출되는 연료의 상승 압력을 연료압력 센서(16)가 감지하고, 이렇게 감지한 연료압력값에 기초하여 연료펌프의 작동량을 감소시키는 제어를 수행하게 된다.

예를 들면, 상기 리저버 컵(11)의 내부에 연료가 만충되거나 오버플로우 되면, 제트펌프 컨트롤밸브(18)의 플로터(18b)가 부력에 의해 상승하게 되고, 이와 동시에 플로터(18b)와 일체로 되어 있는 밸브체(18a)도 위로 이동하여 연료라인(17)을 차단하게 된다.

이렇게 연료펌프 모듈(13)에서 제트펌프(12)측으로 토출하던 연료가 차단됨에 따라 엔진측으로 토출하는 연료의 압력이 높아지게 되고, 결국 이때의 높아진 연료압력을 연료압력 센서(16)가 감지하여 이때의 감지한 연료압력을 컨트롤러(미도시)로 보내게 되므로서, 컨트롤러의 출력 제어에 의해 연료펌프 모듈(13)의 작동량을 저감시킬 수 있게 되고, 결국 연료펌프 구동전력을 저감할 수 있게 된다.

여기서, 상기 연료압력 센서에 의해 감지되는 압력 상승량에 따라 제어되는 연료펌프 작동 저감량은 여러 번의 캘리브레이션을 통해 적절히 설정될 수 있게 된다.

이와 같이, 리저버 컵의 연료가 오버플로우 되거나 연료탱크가 만충되면 제트펌프측 유량이 차단되고, 계속해서 연료펌프 작동량이 저감되면서 구동전력이 저감되며, 결국 연비개선의 효과가 있다.

예를 들면, 연료압력 450kPa에서의 제트펌프측 유량이 18ℓ/h인 경우, 기존 시스템에서는 연료탱크 안의 연료 잔량 및 리저버 컵 만충 상태와 관계없이 항상 18ℓ/h의 연료펌프 유량이 추가로 구동되었으나, 본 발명의 시스템 적용 시 가변적으로 제트펌프가 구동되기 때문에 연료펌프 토출유량이 감소되고, 이에 따라 연료펌프 소모전력이 감소되면서 알터네이터 부하 감소로 이어지면서 연비 저감이 가능하게 된다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 유량 18ℓ/h 토출유량 감소 시 연료펌프 인가전압 약 1V 감소 가능하다.

이와 같이, 본 발명에서는 연료탱크 만충 시나 리저버 컵에서 연료가 오버 플로우 되면 제트펌프로 보내지는 연료를 자동으로 차단함으로써, 불필요한 연료펌프의 구동을 제한하여 연비를 개선할 수 있다.

10 : 연료탱크
11 : 리저버 컵
12 : 제트펌프
13 : 연료펌프 모듈
14 : 연료필터
15 : 배출홀
16 : 연료압력 센서
17 : 연료라인
18 : 제트펌프 컨트롤밸브
18a : 밸브체
18b : 플로터
18c : 스프링
19 : 캡
20 : 레귤레이터 밸브
21 : 고무씰
22 : 하우징
23 : 홀
24 : 커버

Claims

통상의 저압펌프 가변연료압력 제어방식을 채택하고 있는 연료공급 시스템으로서,
연료를 저장하는 연료탱크(10);
연료탱크(10) 내에 설치되어 연료탱크 내의 연료가 지속적으로 충전되는 리저버 컵(11);
리저버 컵(11) 내의 연료를 엔진으로 압송하는 동시에 일부 연료를 제트펌프(12)로 토출하는 연료펌프 모듈(13);
연료탱크(10) 내의 연료를 리저버 컵(11)의 내부에 충전하는 제트펌프(12);
연료펌프 모듈(13)에서 엔진측으로 토출되는 연료압력을 검출하는 연료압력 센서(16);
연료펌프 모듈(13)과 제트펌프(12) 사이의 연료라인(17) 상에 설치되어 제트펌프측으로 보내지는 연료를 선택적으로 차단하는 제트펌프 컨트롤밸브(18);
를 포함하고,
상기 제트펌프 컨트롤밸브(18)는 연료라인(17) 내에서 상하로 동작하면서 연료라인(17)을 차단 또는 개방하는 밸브체(18a)와, 상기 밸브체(18a)와 일체식으로 연결됨과 더불어 리저버 컵(11)의 내부에 위치되어 연료수위에 따라 상승가능한 플로터(18b)와, 상기 밸브체(18a) 및 플로터(18b)를 항상 하방향으로 눌러주는 스프링(18c)으로 구성되며,
상기 리저버 컵(11)의 상부에는 플로터(18b)가 상하로 움직이는 내부공간을 갖는 캡(19)이 설치되고, 이 캡(19)의 측면 둘레부에는 배출홀(15)이 형성되어 이곳을 통해 리저버 컵에서 오버플로우 되는 연료가 빠져나갈 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 차량의 연료공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제트펌프 컨트롤밸브(18)는 리저버 컵(11)의 내부에 채워지는 연료의 양에 따라 동작하면서 제트펌프측으로 보내지는 연료를 선택적으로 차단하도록 된 것을 특징으로 하는 차량의 연료공급 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 제트펌프 컨트롤밸브(18)의 작동에 의한 제트펌프측으로의 연료 차단 시 연료펌프 모듈(13)에서 엔진측으로 토출되는 연료압력을 연료압력 센서(16)가 감지하고, 상기 연료압력 센서(16)의 연료압력값에 기초하여 연료펌프의 구동을 제한하는 제어를 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 차량의 연료공급 시스템.