KR20140001432A

KR20140001432A - 직접분사 엘피아이 시스템

Info

Publication number: KR20140001432A
Application number: KR1020120068984A
Authority: KR
Inventors: 신용남; 박용덕; 이원길; 강명권; 정명수
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-07
Also published as: KR101383747B1

Abstract

본 발명은 직접분사 엘피아이 시스템에 관한 것으로, 봄베 내부에 내장되어 연료를 펌핑하여 엔진 쪽으로 공급하는 연료펌프, 상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하고 나머지 연료를 상기 봄베로 회수하도록 연료회수라인에 전달하는 고압펌프, 상기 고압펌프에 연결되어 고압으로 가압된 연료가 충진되는 딜리버리 파이프, 상기 딜리버리 파이프에 연결되며 고압으로 충진된 액체 상태의 연료를 상기 연소실 내부로 직접분사하는 인젝터, 상기 엔진의 목표 RPM에 기초하여 상기 고압펌프로부터 가압된 연료를 연소실 내부에 직접분사하도록 상기 인젝터의 구동을 제어하는 전자제어유닛 및 상기 딜리버리 파이프 내부에 충진된 연료를 상기 연료공급라인의 고압펌프 전단으로 순환시키는 바이패스라인을 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 직접분사 엘피아이 시스템을 이용하는 것에 의해, 본 발명은 바이패스라인을 통해 딜리버리 파이프로 공급된 연료를 고압펌프로 순환시켜 엘피지 연료의 기화로 인한 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.

Description

직접분사 엘피아이 시스템{DIRECT INJECTION TYPE LIQUEFIED PETROLEUM-GAS INJECTION SYSTEM}

본 발명은 직접분사 엘피아이 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엘피지 연료를 고압으로 가압하여 엔진에 직접분사함으로써 차량의 동력성능을 향상시키고, 연비를 향상시키며, 탄소발생량을 저감하는 효과를 구현하는 직접분사 엘피아이 시스템에 관한 것이다.

최근에는 엘피지 연료를 고압으로 가압하여 엔진의 실린더 내부에 직접분사하는 직접분사 엘피아이 시스템이 개발되고 있다.

이러한 직접분사 엘피아이 시스템은 차량의 동력 성능을 향상시키고, 연료소비량을 절감하여 연비를 향상시키고, 탄소발생량을 저감하는 효과를 가진다.

본 출원인은 대한민국 특허 출원번호 제10-2009-0070720호(2009년 7월 31일 출원, 이하 '특허문헌 1'이라 함)에 직접분사 엘피아이 시스템을 개시하여 출원한 바 있다.

도 1은 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 구성도이다.

특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 연료가 저장되는 봄베(1), 봄베(1) 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프(3), 연료펌프(3)에서 펌핑된 연료를 엔진(E)으로 공급하는 연료공급라인(S), 엔진(E)의 연료를 봄베(1)로 회수하는 연료회수라인(R), 연료공급라인(S) 상에 설치되어 연료펌프(3)에서 펌핑된 연료를 고압으로 가압시켜 엔진(E)으로 공급하는 고압펌프(7), 고압펌프(7)의 토출측에 연결되어 고압으로 가압된 연료가 충진되는 딜리버리 파이프(9), 연료의 압력이 딜리버리 파이프(9) 내에서 고압상태로 일정하게 유지하는 고압레귤레이터(8)를 포함한다.

딜리버리 파이프(9)에 고압으로 충진된 연료를 엔진(E)의 연소실에 직접분사하는 인젝터(I)는 딜리버리 파이프(9)로부터 연결관을 통해 연결되고, 엔진(E)의 실린더 헤드에 점화플러그(P)와 인접하여 장착된다.

그리고 연료공급라인(S)에는 고압펌프(7)의 전단에 셧오프밸브(SV)가 설치되며, 고압펌프(7)는 연료펌프(3)에서 펌핑되어 연료공급라인(S)으로 이송된 연료를 100~200bar로 가압한다.

고압레귤레이터(8)는 인젝터(I)를 통해 분사되는 연료의 압력이 딜리버리 파이프(9) 내에서 고압상태, 예컨대 약 120bar 정도로 일정하게 유지되도록 하고, 그 이상의 오버플로우되는 압력을 봄베(1)로 회수되도록 하는 기능을 한다.

그리고 고압레귤레이(8)로부터 회수되는 연료는 연료 압력 레귤레이터(6)에 의해 감압된 후 봄베(1) 내로 회수된다.

이에 따라, 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 엔진에서 잔류된 연료 또는 고압레귤레이터에서 오버플로우된 연료를 봄베로 회수함으로써 봄베 내의 액상 연료 수위를 적정하게 유지하고, 봄베 내부의 빈 공간이 급격하게 증가하는 것을 방지하여 캐비테이션을 억제시켜 열평형 상태를 이루도록 한다.

즉, 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 연료 압력 레귤레이터를 통해 회수되는 연료의 압력을 감압하여 봄베로 회수하지만, 봄베로 회수되는 연료가 여전히 고온 상태이므로 봄베 내부에 저장된 엘피지 연료 전체의 온도가 상승한다.

이에 따라, 특허문헌 1에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 봄베 내부에서 엘피지 연료가 기체상태로 변화하면서 연료의 가압송출시 캐비테이션이 발생하는 문제점이 있었다.

그리고 특허문헌 1은 딜리버리 파이프의 연료 압력을 일정하게 유지하는 고압레귤레이터와 회수되는 연료의 압력을 감압하는 연료 압력 레귤레이터를 각각 구비함에 따라 부품수가 증가하여 직접분사 엘피아이 시스템의 구성이 복잡해지고, 제작비용이 상승하는 문제점이 있었다.

또한 특허문헌 1을 포함한 종래의 직접분사 엘피아이 시스템은 고압펌프로부터 딜리버리 파이프로 전달된 연료가 지속적으로 연료공급라인 및 딜리버리 파이프 내부에 충진된 상태를 유지함에 따라, 엔진의 열에 의해 엘피지 연료의 온도가 상승하면서 기화된다.

이와 같이, 종래의 직접분사 엘피아이 시스템은 연료공급라인 및 딜리버리 파이프에 충진된 엘피지 연료의 기화하면서 연료 압력이 상승하여 고압펌프로부터 연료 송출이 불가능해지는 문제점이 있었다.

이로 인해, 종래의 직접분사 엘피아이 시스템은 엔진에 정상적인 연료공급이 불가능하여 엔진 부조 및 시동 꺼짐 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 출원번호 제10-2009-0070720호(2009년 7월 31일 출원)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 액체 상태의 엘피지 연료를 고압으로 가압하여 엔진에 직접분사하는 직접분사 엘피아이 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 딜리버리 파이프로 공급된 엘피지 연료를 고압펌프로 순환시켜 엔진의 열에 의한 연료의 온도 상승을 방지하는 직접분사 엘피아이 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 딜리버리 파이프로 공급된 후 고압펌프로 순환되는 엘피지 연료를 다시 봄베로 회수시켜 엘피지 연료의 온도 상승으로 인한 봄베 내부의 캐비테이션을 방지해서 엔진에 엘피지 연료를 원활하게 공급하는 직접분사 엘피아이 시스템을 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 내장되어 연료를 펌핑하여 엔진 쪽으로 공급하는 연료펌프, 상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하고 나머지 연료를 상기 봄베로 회수하도록 연료회수라인에 전달하는 고압펌프, 상기 고압펌프에 연결되어 고압으로 가압된 연료가 충진되는 딜리버리 파이프, 상기 딜리버리 파이프에 연결되며 고압으로 충진된 액체 상태의 연료를 상기 연소실 내부로 직접분사하는 인젝터, 상기 엔진의 목표 RPM에 기초하여 상기 고압펌프로부터 가압된 연료를 연소실 내부에 직접분사하도록 상기 인젝터의 구동을 제어하는 전자제어유닛 및 상기 딜리버리 파이프 내부에 충진된 연료를 상기 연료공급라인의 고압펌프 전단으로 순환시키는 바이패스라인을 포함한다.

본 발명은 상기 연료공급라인의 고압펌프 전단 및 연료회수라인의 고압펌프 후단에 설치되어 상기 고압펌프의 저압부로부터 봄베로 회수되는 연료의 압력을 감압하고 상기 고압펌프로 공급되는 연료의 공급량을 일정하게 유지하는 레귤레이터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 고압펌프는 바디, 상기 바디의 일측에 형성된 유입구를 통해 상기 봄베로부터 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하는 가압수단 및 상기 유입구를 통해 유입된 연료 중에서 상기 가압수단에 의해 가압되기 이전의 저압상태인 나머지 연료를 상기 연료회수라인으로 전달하는 저압부를 포함하고, 상기 저압부는 상기 유입구를 통해 유입된 저압상태의 연료를 상기 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부를 경유하여 상기 연료회수라인으로 전달하는 경로인 것을 특징으로 한다.

상기 가압수단은 상기 바디의 내부에 구비되어 연료의 흡입력 및 가압력을 발생하는 피스톤과 리턴스프링, 상기 유입구에 결합되고 연료의 공급유량 및 토출압력을 제어하는 스필밸브, 상기 스필밸브에 연결되는 입구측 체크밸브 및 상기 피스톤에 의해 가압된 연료를 토출하는 토출공에 결합되는 토출측 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 바이패스라인을 통해 딜리버리 파이프로 공급된 연료를 고압펌프로 순환시켜 엘피지 연료의 기화로 인한 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.

그리고 본 발명은 인젝터를 통해 분사된 분사량과 동일한 양만큼 고압펌프에 의해 가압된 연료를 딜리버리 파이프에 공급하여 딜리버리 파이프 내부의 압력을 고압으로 유지함으로써 엔진의 연소실에 공급되는 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.

또 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.

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 엘피아이 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 고압펌프의 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 A-A'선에 대한 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 B-B'선에 대한 단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 고압펌프의 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 A-A'선에 대한 단면도이고, 도 5는 도 3에 도시된 B-B'선에 대한 단면도이다.

본 실시 예에서는 엔진 시동시 연료펌프(12)의 펌핑동작에 의해 연료공급라인(S)을 통해 공급되는 연료가 초기에 일정 압력, 예컨대 약 2bar의 압력으로 고압펌프(14)로 전달되는데, 이와 같이 시동 초기에 공급되는 연료 압력을 '저압 상태'라 한다.

그리고 저압 상태인 엘피지 연료를 고압펌프(14)의 유입구(21)로부터 댐퍼부(25)를 통해 연료회수라인(R)으로 전달하는 전달경로를 '저압부(30)'라 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 연료가 저장되는 봄베(11), 봄베(11) 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프(12), 연료펌프(12)에서 펌핑된 연료를 엔진(E)으로 공급하는 연료공급라인(S), 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료를 고압으로 가압시키는 고압펌프(14), 고압펌프(14)에 공급된 연료 중에서 일부를 고압펌프(14)의 저압부에서 봄베(11)로 회수하는 연료회수라인(R), 고압펌프(14)로부터 가압된 연료가 고압으로 충진되는 딜리버리 파이프(15), 딜리버리 파이프(9)에 고압으로 충진된 연료를 엔진(E)의 연소실 내부에 직접분사하는 인젝터(I), 엔진(E)의 목표 RPM에 기초하여 연료펌프(12) 내부의 모터 및 인젝터(I)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생하는 ECU(17) 및 ECU(17)의 제어신호에 따라 상기 모터 및 인젝터(I)의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러(18)를 포함한다.

그리고 연료공급라인(S)의 고압펌프(14) 전단 및 연료회수라인(R)의 고압펌프(14) 후단에는 고압펌프(14)의 저압부(30)로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력을 감압하고 고압펌프(14)로 공급되는 연료의 공급량을 일정하게 유지하는 레귤레이터 유닛(16)이 설치된다.

레귤레이터 유닛(16)은 도면에 미도시하고 있지만, 연료 압력 레귤레이터, 가스 압력 측정센서, 가스 온도 측정센서 및 셧오프밸브를 내장하고 있으며, 이를 통해 연료공급라인(S) 및 연료회수라인(R)의 연료 공급 및 차단을 제어한다.

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 저압부(30)로부터 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수되도록 한다.

특히, 고압펌프(14)의 전단에 연결되는 연료공급라인(S)은 딜리버리 파이프(15)로 공급된 연료 중에서 일부를 순환시키도록 딜리버리 파이프(15)와 바이패스라인(B)을 통해 연결된다.

즉, 바이패스라인(B)의 일단은 딜리버리 파이프(15)의 후단에 연결되고, 바이패라인(B)의 타단은 연료공급라인(S)의 고압펌프(14) 전단에 연결된다.

이에 따라, 본 발명은 바이패스라인을 통해 딜리버리 파이프로 공급된 연료 중에서 일부를 다시 고압펌프로 순환시켜 엔진의 열에 의한 연료의 온도 및 압력 상승을 방지할 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 고압펌프의 구조를 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 고압펌프(14)의 외형을 형성하는 바디(20)의 측면에는 유입구(21) 및 토출구(22)가 형성되고, 바디(20)의 내부에 연료의 흡입력 및 가압력을 발생하는 가압수단으로서 피스톤(23)과 리턴스프링(24)이 구비되며, 바디(20)의 상부에는 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부(25)가 장착된다.

유입구(21)에는 공급 유량 및 토출 압력을 제어하는 스필 밸브(26)와 스필 밸브(26)에 연결된 입구측 체크밸브(27)가 결합되고, 토출구(22)에 토출측 체크밸브(28)가 결합된다.

댐퍼부(25)의 내면에는 연료의 맥동을 감소시키도록 다수의 골(251)이 형성되고, 댐퍼부(25)의 측면에는 저압부(30)와 연결되는 연결공(252)이 형성된다.

고압펌프(14)는 엔진(E)이 구동되면 캠축(도면 미도시)과 연동하여 엔진 구동력을 전달받아 펌핑 동작한다.

그리고 연료펌프(12)와 고압펌프(14)는 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤(23)이나 다이어프램, 기어, 베인 등을 이용한 용적형 펌프로 구비되는 것이 바람직하다.

터빈 펌프와 같은 임펠러형 펌프는 2개의 펌프를 이용한 가압과정에서 더하기의 가압능력을 나타내지만, 용적형 펌프로 구비된 연료펌프(12)와 고압펌프(14)는 연료 가압시 각 펌프(12,14)의 펌핑 능력을 곱한 가압능력의 효과를 나타낼 수 있다.

실험치에 따르면, 고압펌프(14)는 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 고압펌프(14)로 공급된 연료 중에서 엔진(E)의 아이들(idle) 시 약 95%의 연료를 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수하도록 하고, 엔진(E)의 정상운전 시에는 약 60%의 연료를 봄베(11)로 회수하도록 한다.

레귤레이터 유닛(16)의 연료 압력 레귤레이터는 고압펌프(14)의 저압부(30)로부터 봄베(11)로 회수되는 연료의 압력이 연료펌프(12)의 지속적인 펌핑 동작에 의해 저압상태(2bar)로부터 미리 설정된 가압압력, 예컨대 Δ5bar만큼 가압되어 약 7bar가 되면, 내부의 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 약 7bar보다 낮아지면, 상기 밸브를 폐쇄한 후 내부의 압력이 다시 약 7bar보다 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.

한편, 딜리버리 파이프(15)에는 인젝터(I)를 통해 분사된 연료의 분사량과 동일한 양의 연료가 고압펌프(14)에 의해 고압으로 가압된 상태로 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 억제되어 인젝터(I)를 통해 엔진(E)의 연소실에 공급되는 엘피지 연료는 액체상태로 유지된다.

특히, 딜리버리 파이프에 충진된 연료 중에서 일부는 바이패스라인을 통해 연료공급라인으로 순환하면서 엔진의 열에 의해 상승한 온도 및 압력이 낮아져 액체상태로 유지된다. 이 낮아지게 된다.

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.

또 본 발명은 딜리버리 파이프로 공급된 연료 중 일부를 고압펌프로 순환시켜 엔진의 열에 의한 연료의 온도 및 압력 상승을 방지하여 연료의 기화로 인한 엔진 부조 및 시동 꺼짐 현상을 예방할 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 셧오프밸브, 연료펌프(12), 멀티밸브(13) 및 연료 압력 레귤레이터의 구동을 제어하도록 모터 컨트롤러(18)에 제어신호를 발생한다.

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사 엘피아이 시스템의 작동방법을 상세하게 설명한다.

이그니션 키(도면 미도시)가 조작되어 전원이 공급되면, ECU(17)는 연료펌프(12)에 내장된 모터를 구동하고 레귤레이터 유닛(16)의 셧오프밸브를 개방하도록 모터 컨트롤러(18)의 구동을 제어하는 제어신호, 엔진(E)을 목표 RPM으로 회전시키도록 점화플러그(P) 및 인젝터(I)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생한다.

이에 따라, 봄베(11) 내부의 연료펌프(12)가 구동되어 봄베(11) 내부에 저장된 연료를 펌핑하여 연료공급라인(S)을 통해 공급하고, 셧오프밸브는 공급되는 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, 셧오프밸브를 통해 공급된 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하여 딜리버리 파이프(15)로 전달하고, 나머지 연료를 저압부(30)인 댐퍼부(25)의 연결공(252)을 통해 연료회수라인(R)으로 전달한다.

이때, 레귤레이터 유닛(16)의 연료 압력 레귤레이터 내부의 밸브가 개폐 동작함에 따라 연료회수라인(R)을 통해 가압압력인 약 Δ5bar만큼 가압된 연료가 봄베(11)로 회수된다.

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 액체 상태를 유지할 수 있다.

하지만, 차량의 주행으로 인해 엔진 온도가 상승함에 따라, 딜리버리 파이프 내부에 충진된 연료의 온도도 상승하게 된다.

그래서 바이패스라인(B)은 딜리버리 파이프(15)로 공급된 연료 중에서 일부를 고압펌프(14)로 순환시켜 연료의 온도 및 압력을 낮춘다.

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.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 바이패스라인을 통해 딜리버리 파이프로 공급된 연료를 고압펌프로 순환시켜 엘피지 연료의 기화로 인한 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 액체 상태의 엘피지 연료를 고압으로 가압하여 엔진에 직접분사하는 직접분사 엘피아이 시스템에서 바이패스라인을 통해 딜리버리 파이프 내부에 충진된 연료를 고압펌프로 순환시켜 엔진의 열에 의한 엘피지 연료의 기화를 방지하여 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지하는 기술에 적용된다.

10: 직접분사 엘피아이 시스템 11: 봄베
12: 연료펌프 13: 멀티밸브
14: 고압펌프 15: 딜리버리 파이프
16: 레귤레이터 유닛 17: ECU
18: 모터 컨트롤러 20: 바디
21: 유입구 22: 토출구
23: 피스톤 24: 리턴스프링
25: 댐퍼부 251: 골
252: 연결공 26: 스필밸브
27: 입구측 체크밸브 28: 토출측 체크밸브
30: 저압부 S: 연료공급라인
R: 연료회수라인 B: 바이패스라인

Claims

봄베에 내장된 액체 상태의 엘피지 연료를 엔진의 연소실 내부로 직접분사하는 직접분사 엘피아이 시스템에 있어서,
상기 봄베 내부에 내장되어 연료를 펌핑하여 엔진 쪽으로 공급하는 연료펌프,
상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하고 나머지 연료를 상기 봄베로 회수하도록 연료회수라인에 전달하는 고압펌프,
상기 고압펌프에 연결되어 고압으로 가압된 연료가 충진되는 딜리버리 파이프,
상기 딜리버리 파이프에 연결되며 고압으로 충진된 액체 상태의 연료를 상기 연소실 내부로 직접분사하는 인젝터,
상기 엔진의 목표 RPM에 기초하여 상기 고압펌프로부터 가압된 연료를 연소실 내부에 직접분사하도록 상기 인젝터의 구동을 제어하는 전자제어유닛 및
상기 딜리버리 파이프 내부에 충진된 연료를 상기 연료공급라인의 고압펌프 전단으로 순환시키는 바이패스라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.
제1항에 있어서,
상기 연료공급라인의 고압펌프 전단 및 연료회수라인의 고압펌프 후단에 설치되어 상기 고압펌프의 저압부로부터 봄베로 회수되는 연료의 압력을 감압하고 상기 고압펌프로 공급되는 연료의 공급량을 일정하게 유지하는 레귤레이터 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압펌프는
바디,
상기 바디의 일측에 형성된 유입구를 통해 상기 봄베로부터 공급되는 연료 중에서 일부를 고압으로 가압하는 가압수단 및
상기 유입구를 통해 유입된 연료 중에서 상기 가압수단에 의해 가압되기 이전의 저압상태인 나머지 연료를 상기 연료회수라인으로 전달하는 저압부를 포함하고,
상기 저압부는 상기 유입구를 통해 유입된 저압상태의 연료를 상기 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부를 경유하여 상기 연료회수라인으로 전달하는 경로인 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.
제3항에 있어서, 상기 가압수단은
상기 바디의 내부에 구비되어 연료의 흡입력 및 가압력을 발생하는 피스톤과 리턴스프링,
상기 유입구에 결합되고 연료의 공급유량 및 토출압력을 제어하는 스필밸브,
상기 스필밸브에 연결되는 입구측 체크밸브 및
상기 피스톤에 의해 가압된 연료를 토출하는 토출공에 결합되는 토출측 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사 엘피아이 시스템.