KR20200054510A

KR20200054510A - 차량의 연료 시스템

Info

Publication number: KR20200054510A
Application number: KR1020180137842A
Authority: KR
Inventors: 조철훈; 김승환
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-20

Abstract

본 발명은 차량의 연료 시스템에 관한 것으로서, 겨울철의 저온으로 인해 연료가 고형화되고 펌프 내 과도한 압력으로 릴리프 밸브가 개방되더라도 연료탱크에서 리저버컵 내부로 연료가 계속해서 공급될 수 있는 차량의 연료 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 연료가 저장되는 연료탱크, 상기 연료탱크 내측에 위치되는 리저버컵; 상기 리저버컵 내측에 위치되는 연료펌프; 상기 연료펌프에 의해 압송되는 연료를 엔진으로 공급하는 연료공급라인; 상기 공급된 연료 중 엔진에서 미사용된 연료를 연료탱크로 리턴시키는 연료리턴라인; 구동 인렛을 통해 공급되는 구동 유체에 의해 연료펌프 내 연료를 흡입하여리저버컵 내부로 토출하는 제트펌프; 및 상기 연료펌프 내 연료 압력이 설정압력 이상인 조건에서 연료펌프 내 연료 중 적어도 일부를 토출구를 통해 토출하도록 개방되는 릴리프 밸브를 포함하고, 상기 릴리프 밸브의 토출구가 유로를 통해 상기 제트펌프의 구동인렛과 연결되어, 상기 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출되는 연료가 제트펌프의 구동 인렛에 구동 유체로서 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 연료 시스템이 개시된다.

Description

차량의 연료 시스템{Fuel system for vehicle}

본 발명은 차량의 연료 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 겨울철의 저온 시에도 엔진에 연료를 안정적으로 공급할 수 있는 디젤 차량의 연료 시스템에 관한 것이다.

도 1은 디젤 차량의 연료 시스템을 예시한 도면으로, 연료탱크(1), 저압 연료펌프(10), 리저버컵(11), 연료필터(20), 고압 연료펌프(30), 인젝터(41), 연료공급라인(2), 연료리턴라인(4)이 도시되어 있다.

일반적으로 디젤 차량의 연료 시스템에서는 연료탱크(1) 내 디젤 연료가 저압 연료펌프(10)에 의해 압송되면, 압송된 연료가 연료필터(20)를 통과하는 동안 이물질이 제거되고, 이후 연료필터(20)를 통과한 연료가 고압 연료펌프(30)에 의해 고압 상태로 인젝터(41)에 공급되어 엔진(3) 내부로 분사된다.

이때, 연료필터(30)에서는 디젤 연료를 여과하는 것과 더불어, 겨울철의 저온 시에는 내장된 히터(미도시)가 작동하여 디젤 연료를 가열하고, 이를 통해 연료 내 파라핀 고형물을 제거한다.

또한, 고압 연료펌프(30)에서는 연료필터(20)를 통과한 디젤 연료 중 일부를 냉각과 윤활에 사용한다.

아울러, 저압 연료펌프(10)의 구동 및 고압 연료펌프(30)의 구동에 의해 연료공급라인(2)을 따라 엔진(3)으로 공급된 연료 중, 인젝터(41)에서 분사되지 않고 남은 연료가 인젝터(41) 및 커먼레일(40)로부터 연료리턴라인(4)을 통해 연료탱크(1)로 리턴된다.

이때, 고압 연료펌프(30)에서 냉각과 윤활에 사용된 디젤 연료 또한 상기 연료리턴라인(4)을 통해 연료탱크(1)로 리턴된다.

한편, 저압 연료펌프에 대해 좀 더 설명하면, 저압 연료펌프(10)는 연료탱크(1) 내에 위치되는데, 통상 연료펌프(10)와 리저버컵(11), 프리필터(12), 제트펌프(13), 릴리프 밸브(14), 연료샌더(15) 등이 일체로 결합된 모듈 형태로 구비된다.

이와 같은 연료펌프 모듈(9)에서 연료펌프(10)는 연료탱크(1) 내에서도 리저버컵(11) 내측에 위치하도록 결합되고, 리저버컵(11) 내에는 연료탱크(1) 내 연료가 지속적으로 채워지도록 되어 있다.

이를 위해 제트펌프(13)가 이용되는데, 제트펌프의 구동 방식으로는, 엔진(3)으로 연료를 공급하기 위해 연료펌프(10)에서 펌핑된 연료 중 일부(제트펌프의 구동 유체가 됨)를 통과시켜 연료탱크(1) 내 연료를 리저버컵(11) 내측으로 흡입하는 써플라이 제트(supply zet) 타입과, 엔진(3)에서 연료탱크(1)로 리턴되는 리턴 연료(구동 유체)를 통과시켜 연료탱크(1) 내 연료를 흡입하는 리턴 제트(return zet) 타입이 있다.

프리필터(12)는 리저버컵(11) 내에서 연료펌프 입구 측에 설치되어 연료펌프(10)로 흡입되는 리저버컵 내 연료를 여과한다.

상기와 같은 구성에 의해, 연료탱크(1) 내 연료가 흡입되어 리저버컵(11) 내에 연속적으로 채워질 수 있고, 또한 엔진 구동 동안 리저버컵(11) 내 연료를 연료펌프(10)가 안정적으로 엔진(3)에 공급할 수 있다.

만약, 리저버컵(11) 내 연료가 충분하지 않으면 엔진(3)으로 충분한 연료 공급이 이루어질 수 없으므로 엔진 꺼짐 현상이 발생할 수 있다.

최근 디젤 차량의 연료 시스템은 엔진(3)으로 분사되는 연료량 및 고압 연료펌프(30)의 냉각 및 윤활에 사용되는 연료량과 안전율을 고려하여, 저압 연료펌프(10)에서 필요 연료량에 비해 더 많은 양의 연료를 엔진 운전 조건과 상관없이 일정 유량(예, 160ℓ/hr)으로 엔진(3)에 공급하도록 설계되고 있다.

이러한 디젤 차량의 연료 시스템에서 저압 연료펌프(10)가 일정 유량의 연료를 엔진(3)으로 공급하는 동안, 연료 공급의 안정성을 위해 제트펌프(13)가 연료탱크(1) 내 연료를 흡입하여 리저버컵(11) 내에 채우도록 되어 있다.

또한, 펌프(10) 측에 과도한 압력(예, 7bar 이상)이 발생하면 릴리프 밸브(14)가 열려서 펌프를 보호한다.

한편, 디젤 연료에는 정제시 끓는 점이 높아 파라핀 성분이 많이 존재하며, 이러한 파라핀 성분은 착화 성능이 우수하고 발열량이 높아 디젤 연료에는 필수로 포함되어야 한다.

그러나, 파라핀은 상온에서 액체 상태이지만 저온에서는 왁스 형태로 응고되는 성질을 가지고 있고, 특히 겨울철 저온에서 고형화된 파라핀 왁스의 양이 많아지면 파라핀 왁스에 의해 연료의 점도가 높아지게 된다.

이와 같이 파라핀 왁스가 다량 존재하는 연료는 연료필터(20)의 필터 카트리지를 통과하기 어렵고, 파라핀 왁스로 인해 필터 막힘 현상이 발생하여 연료 흐름이 저하되는 것은 물론 연료 공급이 불안정해질 수 있다.

그로 인해 동절기에는 엔진 시동성이 좋지 못하고, 주행 중 연료 공급이 불안정하여 엔진 꺼짐 현상이 발생할 수 있으며, 그을음이 과다하게 발생하거나, 차량 주행 중 출력 부족, 가속성 불량 등의 여러 문제가 나타날 수 있다.

일례로, 겨울철에 차량이 추운 지역으로 이동한 경우 연료가 고형화될 수 있고, 이때 차량을 하루 소킹(soaking)한 후 바로 가속 주행을 하면 고형화된 연료에 의해 차량의 연료 시스템에서 문제가 발생한다.

즉, 도 1과 같은 연료 시스템에서, 겨울철 저온시 연료가 고형화되면, 펌프(10)가 연료를 토출할 때, 연료가 펌프로부터 원활히 토출되지 못하면서 펌프 내에 과도한 압력이 발생하고, 이때 과도한 펌프 내 압력에 의해 릴리프 밸브(14)가 개방된다.

이에 따라, 리저버컵(11) 내에 있던 연료가 펌프(10)에 의해 흡입되어 엔진(3)으로 공급될 때, 개방된 상태의 릴리프 밸브(14)를 통해서도 흡입된 연료가 리저버컵(11) 밖으로 배출된다.

이렇게 다량의 연료가 리저버컵(11)으로부터 배출되면, 리저버컵 내에 충분한 연료가 채워져 있지 못하게 된다.

또한, 리저버컵(11)에서 릴리프 밸브(14)를 통해 연료탱크(1)로 손실되는 연료의 양이 많아지므로(50%의 연료 손실), 엔진(3)으로 일정량의 연료가 공급되어야 함에도, 규정보다 훨씬 적은 양의 연료가 엔진(3)에 공급될 수밖에 없다(예, 160ℓ/hr → 80ℓ/hr로 축소).

더욱이 고압 연료펌프(30)에서 윤활 및 냉각의 목적으로 연료를 사용하고, 동시에 연료를 인젝터(41)를 통해 엔진(3)에 분사하여 소모하면, 리턴되는 연료가 거의 없게 되어 제트펌프(13)를 통해 연료탱크(1)의 연료를 리저버컵(11) 내부로 흡입하는 것이 불가능해진다.

결국, 이와 같은 상태로 시간이 경과하면, 리저버컵(11) 내 연료를 모두 소비하여 저압 연료펌프(10)에서 엔진(3)_으로 연료를 공급하는 것이 불가능해지고, 그 결과 엔진 꺼짐 현상이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 겨울철의 저온으로 인해 연료가 고형화되고 펌프 내 과도한 압력으로 릴리프 밸브가 개방되더라도 연료탱크에서 리저버컵 내부로 연료가 계속해서 공급될 수 있는 차량의 연료 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 겨울철의 저온시에도 리저버컵 내에 항상 충분한 연료가 채워진 상태가 되도록 함으로써, 연료펌프에 의해 엔진으로 연료가 원활히 공급될 수 있고, 공급 연료의 부족으로 인한 문제점, 즉 엔진 시동성 저하, 엔진 꺼짐 현상, 차량의 출력 부족 및 가속성 불량 등의 문제가 해소될 수 있는 연료 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 연료가 저장되는 연료탱크, 상기 연료탱크 내측에 위치되는 리저버컵; 상기 리저버컵 내측에 위치되는 연료펌프; 상기 연료펌프에 의해 압송되는 연료를 엔진으로 공급하는 연료공급라인; 상기 공급된 연료 중 엔진에서 미사용된 연료를 연료탱크로 리턴시키는 연료리턴라인; 구동 인렛을 통해 공급되는 구동 유체에 의해 연료펌프 내 연료를 흡입하여리저버컵 내부로 토출하는 제트펌프; 및 상기 연료펌프 내 연료 압력이 설정압력 이상인 조건에서 연료펌프 내 연료 중 적어도 일부를 토출구를 통해 토출하도록 개방되는 릴리프 밸브를 포함하고, 상기 릴리프 밸브의 토출구가 유로를 통해 상기 제트펌프의 구동인렛과 연결되어, 상기 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출되는 연료가 제트펌프의 구동 인렛에 구동 유체로서 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 연료 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시예에서, 상기 릴리프 밸브의 토출구와 상기 연료리턴라인이 유로를 통해 상기 제트펌프의 구동 인렛과 연결되어, 상기 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출되는 연료, 또는 상기 연료리턴라인을 통해 리턴되는 연료가, 제트펌프의 구동 인렛에 구동 유체로서 공급되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 연료리턴라인에는 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출된 연료가 연료리턴라인으로 역류하여 흐르지 않도록 체크밸브가 설치될 수 있다.

또한, 상기 연료리턴라인의 출구와 릴리프 밸브의 토출구 측이 연결되어 연료의 합류가 이루어지는 부분에서 연료리턴라인의 출구 측에는 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출된 연료가 연료리턴라인으로 역류하지 않도록 체크밸브가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 차량의 연료 시스템은 구동 인렛을 통해 공급되는 구동 유체에 의해 연료펌프 내 연료를 흡입하여리저버컵 내부로 토출하는 별도의 추가적인 제트펌프를 더 포함할 수 있고, 상기 연료리턴라인이 상기 별도의 추가적인 제트펌프의 구동인렛과 연결되어, 상기 연료리턴라인을 통해 리턴되는 연료가, 상기 별도의 추가적인 제트펌프의 구동 인렛에 구동 유체로서 공급되도록 구성될 수 있다.

이로써, 본 발명에 따른 차량의 연료 시스템에 의하면, 겨울철의 저온으로 인해 연료가 고형화되고 펌프 내 과도한 압력으로 릴리프 밸브가 개방되더라도, 제트펌프가 릴리프 밸브에서 토출되는 연료를 구동 유체로 이용하여 연료탱크 내 연료를 리저버컵의 내부로 계속해서 공급할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 겨울철의 저온시에도 리저버컵 내에 항상 충분한 연료가 채워질 수 있으므로 연료펌프에 의해 엔진으로 연료가 원활히 공급될 수 있고, 공급 연료의 부족으로 인한 문제점, 즉 엔진 시동성 저하, 엔진 꺼짐 현상, 차량의 출력 부족 및 가속성 불량 등의 문제가 해소될 수 있게 된다.

도 1은 종래의 디젤 차량용 연료 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 차량용 연료 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 차량용 연료 시스템에서 연료가 리턴되지 않을 때 제트펌프의 구동 상태를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 차량용 연료 시스템을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 차량용 연료 시스템에서 연료가 리턴되지 않을 때 제트펌프의 구동 상태를 나타낸 도면이다.

도 2 및 도 3에서 연료공급라인(2)과 연료리턴라인(4), 그리고 제트펌프(13)로 연결된 유로(4a)에 표기한 화살표는 연료가 흐르고 있음을 나타내고, 도 3에서 연료리턴라인(4)에 화살표가 표기되지 않은 것은 리턴되는 연료가 없음을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디젤 차량용 연료 시스템은 연료탱크(1), 저압 연료펌프(10), 리저버컵(11), 제트펌프(13), 릴리프 밸브(14), 연료필터(20), 고압 연료펌프(30), 인젝터(41), 연료공급라인(2) 및 연료리턴라인(4)을 포함한다.

이러한 연료 시스템의 구성 중, 제트펌프(13)는 구동 유체가 공급됨에 따라 연료탱크(1) 내 연료를 흡입하여 리저버컵(11) 내부로 토출하도록 구비된다.

이를 위해, 제트펌프(13)는 구동 유체가 유입되는 구동 인렛(13a), 흡입 유체가 유입되는 흡입 인렛(13b), 및 상기 구동 유체와 흡입 유체가 혼합된 상태로 토출되는 아웃렛(13c)을 구비한다.

제트펌프(13)에서 구동 인렛(13a)으로 구동 유체인 연료가 공급되면, 흡입 인렛(13b)을 통해 흡입 유체인 연료탱크(1) 내부의 연료가 흡입되고, 이어 구동 유체인 연료와 흡입 유체인 연료가 혼합된 상태로 아웃렛(13c)을 통해 리저버컵(11) 내부로 토출된다.

여기서, 제트펌프(13)의 흡입 인렛(13b)은 연료탱크(1) 내 연료를 흡입할 수 있도록 연료탱크(1)의 내부에 위치하고, 제트펌프(13)의 아웃렛(13c)은 연료를 리저버컵(11) 내에 토출할 수 있도록 리저버컵(11)의 내부에 위치한다.

이러한 구성의 제트펌프(13)에 의해 리저버컵(11)의 내부에는 연료가 계속해서 채워질 수 있고, 리저버컵(11)의 내부에 채워진 연료가 저압 연료펌프(10)에 의해 엔진(3)으로 공급될 수 있게 된다.

즉, 구동 유체인 연료가 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)을 통해 공급될 때, 제트펌프(13)의 흡입 인렛(13b)을 통해서는 연료탱크(1) 내부의 연료가 흡입되고, 이어 상기 흡입된 연료와 구동 유체인 연료가 아웃렛(13c)을 통해 리저버컵(11)의 내부로 토출되며, 결국 이렇게 연료탱크(1) 내부의 연료가 리저버컵(11)의 내부에 계속해서 공급됨으로써 리저버컵(11)의 내부에는 항상 충분한 양의 연료가 채워질 수 있는 것이다.

상기와 같은 제트펌프의 설치 목적, 기본 구성, 기능 및 역할에 있어서는 공지의 연료 시스템과 비교하여 차이가 없다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템은, 제트펌프(13)에 공급되는 구동 유체, 즉 제트펌프(13)에서 연료탱크(1) 내 연료를 흡입하여 리저버컵(11)의 내부로 토출시키기 위해 사용되는 구동 유체로서, 릴리프 밸브(14)를 통해 배출되는 연료가 사용될 수 있도록 한 것에 기술 특징이 있다.

이와 같이 릴리프 밸브(14)가 제트펌프(13)를 구동시키는데 이용될 수 있도록 한 구성, 그리고 릴리프 밸브(14)를 통해 배출되는 연료가 제트펌프(13)에서의 구동 유체로서 사용될 수 있도록 한 구성이 공지의 연료 시스템과 비교하여 차이가 있다.

종래의 구성에 따르면, 연료리턴라인(4)을 통해 엔진(3)에서 연료탱크(1)로 리턴되는 연료만이 구동 인렛(13a)으로 공급되어 구동 유체로 사용되도록 제트펌프(13)가 구비된다.

반면, 본 발명의 구성에 따르면, 제트펌프(13)에 공급되는 구동 유체로서, 연료리턴라인(4)을 통해 엔진(3)에서 연료탱크(1)로 리턴되는 연료와, 릴리프 밸브(14)를 통해 토출되는 연료가 구동 인렛(13a)으로 공급되어 구동 유체로 사용될 수 있도록 제트펌프(13)가 구비된다.

상기와 같이 엔진(3)에서 리턴되는 연료와 릴리프 밸브(14)에서 토출되는 연료가 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)에 공급될 수 있도록 하기 위해, 연료리턴라인(4)의 출구 및 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)가 모두 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)에 연료를 공급할 수 있도록 유로(4a)를 통해 연결된다.

종래와 비교하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 구성에서는 연료리턴라인(4)의 출구만이 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)에 연결되고, 따라서 연료리턴라인(4)을 통해 리턴되는 연료만이 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)에 공급되어 구동 유체로 사용될 수 있다.

또한, 종래의 구성에서는 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)가 연료탱크(1)의 내부로 연료를 토출할 수 있도록 위치될 뿐이다.

반면, 본 발명의 구성에서는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 연료리턴라인(4)의 출구와 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)가 모두 하나의 유로(4a)로 연결되고, 이 유로(4a)가 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)으로 연결된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 연료리턴라인(4)의 출구와 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a), 그리고 상기 유로(4a)의 연결 구조는 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)를 통해 토출된 연료가 유로(4a)를 통해서만 흐를 수 있게 설계 및 구성되어야 하며, 도면상 예시하지는 않았으나, 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)를 통해 토출된 연료가 연료리턴라인(4)으로 역류하지 않고 유로(4a)를 통해서만 흐를 수 있도록 연료리턴라인(4)에는 역류방지용 체크밸브(미도시)가 설치될 수도 있다.

또는 상기와 같이 연료리턴라인(4)이 아닌, 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이 연료리턴라인(4)의 출구와 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a) 측이 연결되어 연료의 합류가 이루어지는 부분에서 연료리턴라인(4)의 출구(4a) 측에는 연료가 연료리턴라인으로 역류하지 않도록 체크밸브(14b)가 설치될 수도 있다.

또한, 다른 실시예로서, 차량의 연료 시스템은 연료리턴라인(4)이 연결되는 기존의 제트펌프 외에, 릴리프 밸브(14)가 연결되는 별도의 제트펌프를 추가로 구비한 구성이 될 수 있다.

이때, 기존의 제트펌프와 추가된 별도의 제트펌프는 모두 흡입 인렛이 연료탱크(1) 내부의 연료를 흡입하도록 연료탱크(1)의 내부에 위치되고, 아웃렛이 리저버컵(11)의 내부로 연료를 토출하도록 리저버컵의 내부에 위치된다.

다만, 연료리턴라인(4)과 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)가 해당 제트펌프의 구동 인렛에 연결된다.

이와 같이 구동 유체로서 연료리턴라인(4)의 연료가 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)에 공급될 수 있는 것과 더불어, 릴리프 밸브(14)에서 토출되는 연료 또한 구동 유체로서 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)에 공급될 수 있도록 한 구성이, 종래의 구성과 비교하여 차이가 있는 것이며, 그 외의 나머지 구성에 있어서는 종래의 연료 시스템과 비교하여 차이가 없다.

예를 들어, 저압 연료펌프(10) 내 연료 압력이 상승하여 설정압력 이상으로 과도한 상태에 도달하면, 연료 압력에 의해 릴리프 밸브(14)가 개방된 상태가 되고, 이때 저압 연료펌프(10)에 의해 펌핑되는 연료 중 일부가 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)를 통해 토출됨으로써 펌프 내 연료 압력이 해소될 수 있게 된다.

다만, 본 발명에서는 종래와 달리 릴리프 밸브(14)의 토출구(14a)를 통해 토출되는 연료가 전술한 바와 같이 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)으로 공급되어 구동 유체로 사용될 수 있다.

또한, 공지의 연료 시스템에서와 같이, 연료탱크(1) 내 디젤 연료가 저압 연료펌프(10)에 의해 압송되면, 압송된 연료가 연료필터(20)를 통과하는 동안 연료 중 이물질이 제거되고, 이후 연료필터(20)를 통과한 연료가 고압 연료펌프(30)에 의해 고압 상태로 인젝터(41)에 공급되어 엔진(3) 내부로 분사된다.

상기 저압 연료펌프(10)는 연료탱크(1) 내에 위치되는데, 연료펌프(10)와 리저버컵(11), 프리필터(12), 제트펌프(13), 연료샌더(15) 등이 일체로 결합된 모듈 형태로 구비될 수 있다.

도 2 및 도 3에는 릴리프 밸브(14)가 저압 연료펌프(10)와 분리된 상태에서 별도의 유로를 통해 연결된 것으로 예시되어 있으나, 이는 예시적인 것일 뿐, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 종래와 마찬가지로 릴리프 밸브(14) 또한 저압 연료펌프(10)와 함께 일체의 모듈을 구성하도록 결합된 구성이 될 수 있다.

이와 같은 연료펌프 모듈(9)에서 저압 연료펌프(10)는 연료탱크(1) 내에서도 리저버컵(11) 내측에 위치하도록 결합되고, 제트펌프(13)에 의해 연료탱크(1) 내 연료가 리저버컵(11)의 내부로 공급되므로, 리저버컵(11)의 내부에는 연료가 지속적으로 채워지게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료 시스템의 구성에 대해 설명하였는바, 이하에서는 연료 시스템의 작동 상태에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 연료가 엔진(3)에서 연료탱크(1)로 정상적으로 리턴될 때를 나타내고, 도 3은 연료가 리턴되지 않을 때를 나타낸다.

본 발명의 연료 시스템은 디젤 차량에 적용될 수 있는 것으로, 엔진(3)의 구동 중 저압 연료펌프(10)에서 일정한 유량(예, 160ℓ/hr)의 연료를 공급하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 연료 시스템에서 저압 연료펌프(10)가 일정한 유량의 연료를 엔진(3)으로 공급하는 동안, 제트펌프(13)가 연료탱크(1) 내 연료를 흡입하여 리저버컵(11) 내에 채우도록 되어 있다.

또한, 차량이 정상 조건으로 주행할 경우, 저압 연료펌프(10)의 구동으로 리저버컵(11) 내 연료가 연료공급라인(2)을 따라 압송되면, 압송된 연료가 연료필터(20)를 거치면서 여과되고, 이어 고압 연료펌프(30)의 구동으로 연료가 고압 상태로 커먼레일(40) 및 인젝터(41)로 공급된다.

이어 연료는 인젝터(41)에서 엔진(3)으로 분사되고, 엔진에서 분사되지 않은 잉여의 연료가 커먼레일(40)과 인젝터(41)로부터 연료리턴라인(4)을 통해 연료탱크(1)로 리턴되는데, 이때 고압 연료펌프(30)에서 윤활과 냉각에 사용된 연료 역시 연료리턴라인(4)을 통해 연료탱크(1)로 리턴된다.

이때, 리턴되는 연료가 연료리턴라인(4) 및 유로(4a)를 통해 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)에 공급되어 구동 유체로 사용되는데, 이 구동 유체의 공급에 의해 제트펌프(13)에서는 흡입 인렛(13b)을 통해 연료탱크(1) 내 연료가 흡입된 후, 이 흡입된 연료가 구동 유체인 연료와 함께 아웃렛(13c)을 통해 리저버컵(11) 내부로 토출된다.

이로써, 연료탱크(1) 내 연료가 흡입되어 리저버컵(11) 내에 연속적으로 채워질 수 있고, 또한 엔진 구동 동안 리저버컵(11) 내 연료를 저압 연료펌프(10)가 안정적으로 엔진(3)에 공급할 수 있다.

한편, 본 발명의 연료 시스템에서는 특정의 문제 발생 영역에서 릴리프 밸브(14)에서 토출되는 연료에 의해 제트펌프(13)가 구동되도록 하고, 이를 통해 연료탱크(1) 내 연료를 리저버컵(11) 내부로 공급할 수 있다.

즉, 엔진(3)의 구동 중 저압 연료펌프(10)가 구동하는 동안, 저압 연료펌프(10)에 의해 펌핑되는 연료의 압력이 과도한 압력상태가 되는 경우, 즉 펌프 내 연료 압력이 상승하여 설정압력에 도달하면 릴리프 밸브(14)가 열려서 펌프(10)를 보호하게 되는데, 릴리프 밸브(14)가 열린 상태에서 토출구(14a)를 통해 토출되는 연료가 유로(4a)를 통해 제트펌프(13)의 구동 인렛(13a)으로 공급되어 구동 유체로 사용된다.

이로써, 도 3과 같이 연료 리턴이 이루어지지 않더라도 릴리프 밸브(14)가 개방됨으로써 제트펌프(13)에 구동 유체로 사용되는 연료가 공급될 수 있고, 결국 구동 유체의 공급에 의해 흡입 인렛(13b)으로 연료탱크(1) 내부의 연료가 흡입된 후, 이 흡입된 연료 및 구동 유체인 연료가 제트펌프(13)의 아웃렛(13c)을 통해 리저버컵(11)의 내부로 토출된다.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료 시스템에 의하면, 겨울철의 저온시에 연료가 고형화되어 릴리프 밸브(14)가 개방되더라도 연료탱크(1) 내부의 연료가 리저버컵(11)의 내부로 상시 공급될 수 있고, 이에 연료가 리저버컵(11)의 내부에서 엔진(3)에 안정적으로 공급될 수 있게 된다.

또한, 리턴되는 연료가 없는 상황에서도 제트펌프(13)를 통해 연료탱크(1)의 연료를 리저버컵(11)의 내부로 흡입하는 것이 가능하고, 이로써 종래와 같은 엔진 꺼짐 현상은 확실히 방지될 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 연료탱크 2 : 연료공급라인
3 : 엔진 4 : 연료리턴라인
10 : 저압 연료펌프 11 : 리저버컵
12 : 프리필터 13 : 제트펌프
13a : 구동 인렛 13b : 흡입 인렛
13c : 아웃렛 14 : 릴리프 밸브
14a : 토출구 14b : 체크밸브
15 : 연료샌더 20 : 연료필터
30 : 고압 연료펌프 40 : 커먼레일
41 : 인젝터

Claims

연료가 저장되는 연료탱크,
상기 연료탱크 내측에 위치되는 리저버컵;
상기 리저버컵 내측에 위치되는 연료펌프;
상기 연료펌프에 의해 압송되는 연료를 엔진으로 공급하는 연료공급라인;
상기 공급된 연료 중 엔진에서 미사용된 연료를 연료탱크로 리턴시키는 연료리턴라인;
구동 인렛을 통해 공급되는 구동 유체에 의해 연료펌프 내 연료를 흡입하여리저버컵 내부로 토출하는 제트펌프; 및
상기 연료펌프 내 연료 압력이 설정압력 이상인 조건에서 연료펌프 내 연료 중 적어도 일부를 토출구를 통해 토출하도록 개방되는 릴리프 밸브를 포함하고,
상기 릴리프 밸브의 토출구가 유로를 통해 상기 제트펌프의 구동인렛과 연결되어, 상기 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출되는 연료가 제트펌프의 구동 인렛에 구동 유체로서 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 연료 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 릴리프 밸브의 토출구와 상기 연료리턴라인이 유로를 통해 상기 제트펌프의 구동 인렛과 연결되어, 상기 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출되는 연료, 또는 상기 연료리턴라인을 통해 리턴되는 연료가, 제트펌프의 구동 인렛에 구동 유체로서 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 연료 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 연료리턴라인에는 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출된 연료가 연료리턴라인으로 역류하여 흐르지 않도록 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 연료리턴라인의 출구와 릴리프 밸브의 토출구 측이 연결되어 연료의 합류가 이루어지는 부분에서 연료리턴라인의 출구 측에는 릴리프 밸브의 토출구를 통해 토출된 연료가 연료리턴라인으로 역류하지 않도록 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 연료 시스템.
청구항 1에 있어서,
구동 인렛을 통해 공급되는 구동 유체에 의해 연료펌프 내 연료를 흡입하여리저버컵 내부로 토출하는 별도의 추가적인 제트펌프를 더 포함하고,
상기 연료리턴라인이 상기 별도의 추가적인 제트펌프의 구동인렛과 연결되어, 상기 연료리턴라인을 통해 리턴되는 연료가, 상기 별도의 추가적인 제트펌프의 구동 인렛에 구동 유체로서 공급되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 연료 시스템.