KR20140086216A

KR20140086216A - 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR20140086216A
Application number: KR1020120156434A
Authority: KR
Inventors: 곽우희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-08
Also published as: CN103912426A; US20140182543A1

Abstract

본 발명은 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 고압펌프에서 연료 압력 제어를 위해 발생하는 고압의 맥동압으로 인한 소음 문제가 개선될 수 있는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 고압펌프, 고압레일, 고압레일에 설치되어 엔진의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터, 및 고압레일로의 연료 공급을 위해 고압펌프와 고압레일 사이에 연결되는 고압파이프를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 고압파이프의 유로 상에 고압레일로 공급되는 연료를 통과시키는 다수의 통공들이 관통 형성된 맥동 저감용 다공성 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템을 제공한다.

Description

가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR GASOLINE DIRECT INJECTION}

본 발명은 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 고압펌프에서 연료 압력 제어를 위해 발생하는 고압의 맥동압으로 인한 소음 문제가 개선될 수 있는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 GDI(Gasoline Direct Injection) 엔진은 연소실 내에 연료를 직접 분사하는 가솔린 엔진으로서, 연소실 내에 고압의 연료를 직접 분사하기 위하여 연료탱크에서 저압펌프에 의해 공급되는 연료를 다시 고압펌프를 이용해 승압하여 인젝터에 공급하고 있다.

도 1은 GDI 엔진이 적용된 차량에서 연료 공급 시스템을 도시한 개략도로서, 도시된 바와 같이 GDI 엔진의 연료 공급 시스템은 크게 저압 시스템과 고압 시스템으로 나누어진다.

저압 시스템은 저압펌프(10)와 연료펌프 릴레이(11)를 포함하며, 저압펌프(10)는 연료탱크 내부에 위치하여 연료를 저압폄프 라인(12)을 통해 고압펌프(20)까지 송출한다.

이러한 저압 시스템에서 운전자가 엔진을 시동하는 순간 제어부(40)가 연료펌프 릴레이(11)를 작동시켜 저압펌프(10)를 구동시키고, 이에 연료탱크 내부의 연료가 저압펌프(10)에 의해 고압펌프(20)로 송출된다.

고압 시스템은 고압펌프(20), 고압조절밸브(21), 압력센서(24), 인젝터(25)를 포함하며, 고압펌프(20)는 엔진의 캠축 등과 연결되어 저압 시스템에서 공급받은 연료를 압축함으로써 엔진 부하에 맞는 압력으로 상승시켜 공급하게 된다.

고압 시스템에서 고압펌프(20)는 인젝터(25)가 설치된 고압레일(23)과 고압파이프(22)를 통해 연결되고, 이에 고압펌프(20)에 의해 승압된 고압의 연료가 고압파이프(22)를 통해 고압레일(23)로 유입되면, 이 고압의 연료를 인젝터(25)가 연소실 내부에 직접 분사하게 된다.

이때, 제어부(40)가 연료의 고압 형성 및 인젝터(25)를 통한 연료 분사를 제어하게 된다.

한편, GDI 엔진이 개발됨에 따라 연비 향상, 엔진 출력 향상, 배기가스 저감이 실현되었지만, 소음 측면에서는 연료의 고압화로 인해 고압펌프(20)와 인젝터(25)에서 발생하는 소음이 문제가 되고 있다.

특히, 고압 시스템에서 고압펌프(20)의 연료 압력 제어를 위해 고압조절밸브(솔레노이드 밸브)(21)를 개폐작동시킴에 따라 고압펌프(20)의 출구측에서 고압의 맥동압이 발생하며, 이러한 맥동압으로 인해 고압펌프(20) 후단의 하류측, 즉 고압파이프(22)측에서부터 소음이 발생하는 문제가 있다.

도 2는 GDI 엔진의 연료 공급 시스템에서 고압펌프를 도시한 단면도로서, 고압조절밸브(솔레노이드 밸브)(21)를 통해 유입된 연료가 고압펌프(20) 내에서 캠에 의해 구동되는 피스톤(26)의 왕복이동으로 압축되고, 이로써 고압으로 압축된 연료가 펌프 출구(27)를 통해 배출된다.

이때, 펌프 출구(27)측에서는 고압의 맥동 압력이 발생하게 된다.

종래의 경우 소음 저감을 위해 고압파이프(22) 및 고압레일(23)에 흡차음재를 적용하기도 하였으나, 고압레일 및 엔진측에서도 소음이 방사되어 문제가 되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 고압펌프로부터 연료 압력 제어를 위해 발생하는 고압의 맥동압으로 인한 소음 문제가 개선될 수 있는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 고압펌프, 고압레일, 고압레일에 설치되어 엔진의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터, 및 고압레일로의 연료 공급을 위해 고압펌프와 고압레일 사이에 연결되는 고압파이프를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 고압파이프의 유로 상에 고압레일로 공급되는 연료를 통과시키는 다수의 통공들이 관통 형성된 맥동 저감용 다공성 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템을 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 다공성 부재는 고압파이프의 관로 도중에 연결된 하우징의 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 고압파이프가 고압펌프의 출구에 연결된 상류측 파이프와, 고압레일의 입구에 연결된 하류측 파이프로 구성되고, 상기 상류측 파이프와 하류측 파이프 사이에 연료가 통과하도록 상기 하우징이 연결된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다공성 부재에서 통공들은 전체 통공의 유로 단면적의 총 합이 고압파이프의 유로 단면적보다 크도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다공성 부재에서 통공들은 전체 통공의 유로 단면적의 총 합이 고압파이프가 연결되는 고압레일 입구의 단면적보다 크도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 다공성 부재에서 통공들은 전체 통공의 유로 단면적의 총 합이 고압파이프가 연결되는 고압펌프 출구의 단면적보다 크도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에서는 고압레일로의 연료 공급을 위해 고압펌프와 고압레일 사이에 연결되는 고압파이프의 유로 상에 다수의 통공들이 관통 형성된 맥동 저감용 다공성 부재가 설치됨으로써, 상기 다공성 부재에 의해 고압의 맥동 압력이 흡수되면서 저감될 수 있고, 맥동 압력의 감소로 인해 소음이 저감되는 효과가 있게 된다.

도 1은 통상의 가솔린 직접 분사(GDI) 엔진의 연료 공급 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에서 고압펌프를 도시한 단면도로서, 종래기술의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 직접 분사(GDI) 엔진의 연료 공급 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템에서 고압파이프에 설치되는 맥동저감부의 설치상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템에서 맥동저감부의 다공성 부재를 도시한 사시도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 연료 공급 시스템을 적용한 가솔린 직접 분사 엔진에서 소음 저감 효과가 있음을 보여주는 소음 측정 데이터의 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 가솔린 직접 분사(GDI) 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 고압조절밸브(솔레노이드 밸브)의 개폐작동을 통한 연료 압력 제어시에 고압펌프로부터 밸브 개폐작동으로 인해 발생하는 고압의 맥동압 및 그로 인한 맥동 소음을 저감시킬 수 있는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 직접 분사(GDI) 엔진의 연료 공급 시스템을 나타내는 사시도로서, 도시된 바와 같이, 고압펌프(20)의 출구측에 연결된 고압파이프(22)에 다공성 부재가 내장된 맥동저감부(30)가 설치된다.

상기 맥동저감부(30)는 고압펌프(20)로부터 발생하는 연료 맥동 및 그로 인한 소음을 저감시키는 구성부로서, 고압펌프(20) 후단의 하류측, 즉 고압펌프(20)의 출구측에 연결된 고압파이프(22)의 도중에 위치하도록 설치된다.

이러한 맥동저감부(30)는 고압파이프(22)의 관로 상에 설치되며, 고압파이프(22)를 고압펌프(20)의 출구측과 고압레일(23)의 입구측에 각각 연결되는 2개의 파이프(22a,22b)로 분리 구성한 뒤, 두 파이프(22a,22b) 사이에 연결 설치되어 고압의 연료를 통과시킬 수 있도록 구비된다.

이하, 본 명세서에서는 명확한 설명을 위해 맥동저감부(30)를 기준으로 하여 고압펌프(20)의 출구측에 연결되는 고압파이프(22a)를 상류측 파이프, 그리고 고압레일(23)의 입구측에 연결되는 고압파이프(22b)를 하류측 파이프라 칭하기로 한다.

상류측 파이프(22a)와 하류측 파이프(22b)는 맥동저감부(30)를 통해 연결되어 하나의 관로를 구성하게 되며, 이 관로가 종래와 마찬가지로 고압펌프(20)에 의해 압송되는 고압의 연료를 고압레일(23)로 공급하기 위한 하나의 고압파이프(22)를 구성하게 된다.

이러한 구성에서 맥동저감부(30)는 상류측 파이프(22a)와 하류측 파이프(22b) 사이에 연결 설치되어 고압의 연료가 통과하는 관로를 형성하면서 맥동 및 소음을 저감하는 역할을 하게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템에서 고압파이프에 설치되는 맥동저감부의 설치상태를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 공급 시스템에서 맥동저감부의 다공성 부재를 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 맥동저감부(30)는 상류측 파이프(22a)와 하류측 파이프(22b)의 각 연결부 종단에 각각 조립되는 하우징(31)을 포함하며, 두 파이프(22a,22b)에 각각 설치된 암, 수 하우징(31a,31b)이 서로 조립된 상태에서 그 내부에 다수의 통공(33)들이 두께 방향으로 관통 형성된 맥동 저감용 다공성 부재(32)가 내장된다.

여기서, 각 파이프(22a,22b)와 하우징(31a,31b) 간의 결합 방식으로는, 각 하우징(31a,31b)이 해당 파이프(22a,22b)의 연결부 종단에 설치된 너트부재(22c,22d)에 나사체결되고, 이때 하우징(31a,31b) 상호 간에는 억지끼움방식이나 나사체결방식으로 조립되어 연결되는 방식이 적용될 수 있다.

또한 다공성 부재(32)의 통공(33)들은 연료를 통과시키는 홀로서, 통공의 직경과 통공의 길이(이는 다공성 부재의 두께가 됨)는 맥동 저감을 위해 엔진의 특성에 맞게 최적화되어 설정될 수 있다.

이와 같은 다공성 부재(32)의 통공(33)들은 각각 원형의 단면 형상을 갖는 홀들, 즉 원형의 홀들이 될 수도 있으나, 원형의 홀 대신 각기 육각형의 단면 형상을 갖는 홀들이 될 수도 있다.

또한 상기 다공성 부재(32)는 하우징(31a,31b) 내부에 억지끼움방식으로 삽입되어 고정될 수 있다.

또한 고압파이프를 통해 고압레일로 공급되는 연료의 충분한 유량 확보를 위하여 본 발명의 맥동저감부(30)에서 다공성 부재(32)가 가지는 전체 유로 단면적이 고압파이프(22a,22b)의 유로 단면적보다 큰 확장형 구조를 이루도록 함이 바람직하다.

즉, 다공성 부재(32)에 형성된 전체 통공(33)들의 유로 단면적의 총 합을 연료가 흐르게 되는 고압파이프(22a,22b)의 유로 단면적보다 크게 하는 것이며, 이렇게 전체 통공들의 유로 단면적의 총 합이 고압파이프(22a,22b)의 유로 단면적보다 크도록 제작된 다공성 부재(32)를 하우징(31) 내부에 삽입 및 고정하여 조립함으로써 맥동저감부(30)를 구성하게 된다.

이때, 맥동 저감 효과를 내기 위해 다공성 부재(32)가 가지는 전체 통공(33)들의 유로 단면적의 총 합은 고압파이프(22a)가 연결되는 고압펌프(20)의 출구 단면적보다도 커야 하며, 또한 고압파이프(22b)가 연결되는 고압레일(23)의 입구 단면적보다도 커야 한다.

이와 같은 맥동저감부(30)에서는 다공성 부재(32)의 통공(33)에 의해 고압의 맥동 압력이 흡수되면서 저감될 수 있고, 맥동 압력의 감소로 인해 소음이 저감되는 효과가 있게 된다.

도 6과 도 7은 본 발명의 연료 공급 시스템을 적용한 가솔린 직접 분사 엔진에서 소음 저감 효과가 있음을 보여주는 소음 측정 데이터의 도면으로, 고압펌프의 맥동 압력 저감 효과를 평가한 데이터를 나타내고 있다.

도 6은 상기한 맥동저감부를 포함하는 연료 공급 시스템을 적용한 엔진의 측면 방향에서 방사 소음을 측정한 데이터를 나타내고, 도 7은 엔진의 상부 방향에서 방사 소음을 측정한 데이터를 나타낸다.

본 발명의 연료 공급 시스템을 적용한 결과, 엔진 아이들 조건에서 엔진 방사 소음 기준 측면 방향의 측정 데이터에서는 도 6에 나타낸 바와 같이 1.5 ~ 5 kHz 대역에서 1.5dBA의 소음 저감 효과를 나타내었으며, 엔진 상부 방향의 측정 데이터에서는 도 7에 나타낸 바와 같이 0.6dBA의 소음 저감 효과를 나타내었다.

이와 같이 본 발명의 연료 공급 시스템을 적용할 경우 다공성 부재를 내장한 맥동저감부에 의해 맥동 압력이 저감되고, 이로써 소음이 저감되는 효과가 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

20 : 고압펌프 21 : 고압조절밸브(솔레노이드 밸브)
22 : 고압파이프 22a : 상류측 파이프
22b : 하류측 파이프 23 : 고압레일
25 : 인젝터 30 : 맥동저감부
31 : 하우징 31a, 31b : 암, 수 하우징
32 : 다공성 부재 33 : 통공

Claims

고압펌프, 고압레일, 고압레일에 설치되어 엔진의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터, 및 고압레일로의 연료 공급을 위해 고압펌프와 고압레일 사이에 연결되는 고압파이프를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서,
상기 고압파이프의 유로 상에 고압레일로 공급되는 연료를 통과시키는 다수의 통공들이 관통 형성된 맥동 저감용 다공성 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 부재는 고압파이프의 관로 도중에 연결된 하우징의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 고압파이프가 고압펌프의 출구에 연결된 상류측 파이프와, 고압레일의 입구에 연결된 하류측 파이프로 구성되고, 상기 상류측 파이프와 하류측 파이프 사이에 연료가 통과하도록 상기 하우징이 연결된 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 다공성 부재에서 통공들은 전체 통공의 유로 단면적의 총 합이 고압파이프의 유로 단면적보다 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 다공성 부재에서 통공들은 전체 통공의 유로 단면적의 총 합이 고압파이프가 연결되는 고압레일 입구의 단면적보다 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
상기 다공성 부재에서 통공들은 전체 통공의 유로 단면적의 총 합이 고압파이프가 연결되는 고압펌프 출구의 단면적보다 크도록 형성된 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템.