스크랩 [연료 공급장치] LPI 공급시스템

[까치독사]

[연료 공급장치] LPI 공급시스템의 일반사항

LPG 액상 연료분사 장치(LPI: Liquid Petroleum Injection) 개요

LPG 액상 연료분사 방식은 연료탱크의 압력에 의존한 기계식 LPG 연료 방식과는 달리 연료탱크 내에 연료펌프를 설치하여, 연료펌프에 의해 고압(5~15bar)으로 송출되는 액상 연료를 인젝터로 분사하여 엔진을 구동하는 구조로 되어 있다.
액상의 연료를 분사하므로, 믹서 형식의 LPG 엔진의 구성품인 베이퍼라이저, 믹서 등의 구성 부품은 필요없게 되었으며 새롭게 적용되는 구성품은 고압인젝터, 봄베내장형 연료펌프, 특수재질의 연료공급파이프, LPI 전용 ECU, 연료 압력을 조절해주는 레귤레이터 등이 적용되었다.

LPI & LPG 비교

LPG 액상 연료분사 장치(LPI) 장점

겨울철의 냉간 시동성 향상

정밀한 연료 제어로 배출가스 저감

LPG 연료의 고압 액상 인젝터 분사시스템으로 타르 생성 및 역화(BACK-FIRE) 발생문제 개선

가솔린 엔진과 동등 수준의 뛰어난 동력 성능 발휘

LPI 엔진 연료장치 구성 및 기능

LPI 구성도

1. 연료차단 솔레노이드밸브(CUT-OFF)		9. 공회전속도 제어 엑츄에이터(ISA)
2. 가스온도 측정기(GTS)		10. 스로틀포지션 센서(TPS)
3. 연료압력 레귤레이터		11. 흡기온도 측정 센서(ATS)
4. 가스압력 측정 센서(GPS)		12. 점화코일
5. 연료펌프(펌프드라이버 제어형)		13. 산소센서
6. 연료탱크(봄베)		14. 냉각수온 센서(WTS), 노크센서
7. 멀티밸브		15. 크랭크샤프트 포지션센서(CKP)
8. 인젝터(액상 LPG 분사)		16. 촉매

LPI 주요 구성폼 기능

구 성 품		구성품의 기능
펌 프 모 듈		멀티밸브와 펌프로 구성되어 있으며, 연료탱크 내의 LPG를 펌프에 의해 액상 송출기능
레귤레이터유닛		차압을 유지하는 기능외 각종 센서가 장착된 유니트폼
흡기매니폴드 유닛		흡기 매니폴드, 인젝터와 연료라인으로 구성된 모듈 구성품
펌프 드라이버		연료펌프에 내장된 BLDC 모터의 구동 속도를 엔진 상황에 따라 5단으로 제어하는 역할을 하며, 연료탱크에서 연료펌프가 장착된 부분에 돌출되어 장착되어 있다.

LPI 연료공급 경로

[연료 공급장치] LPI 공급시스템의 연료압력 레귤레이터 유닛

연료 탱크에서 송출된 고압의 연료를 다이어프램과 스프링의 균형을 이용하여, 연료 통로내의 압력을 항상 △P 5bar로 유지시키는 역할을 한다. 또한 연료 압력 레귤레이터 외에 연료 분사량을 보상하기 위한 가스 압력 측정 센서(GPS), 가스 온도 측정(GTS) 및 연료 차단 솔레노이드 밸브를 내장하고 있어 연료라인의 연료공급 및 차단을 제어하는 기능을 한다.

주요기능

연료펌프에 의해 공급되는 LPG를 차압으로 유지

연료 분사량을 보상하기 위한 압력센서, 온도센서 부착

라인내 연료를 공급 및 차단시키는 기능(연료 컷 솔레노이드 밸브)

1. 연료압력 레귤레이터		9. 플런저 가이드
2. 가스압력 측정 센서 (GPS)		10. 플런져 스프링
3. 연료 차단 솔레노이드 밸브		11. 솔레노이드 플랜지
4. 가스 온도 측정 센서(GTS)		12. 오링-솔레노이드
5. 오링-가스 압력 측정 센서		13. BENJO SEAL
6. 레귤레이터 커버		14. BENJO BOLT
7. 레귤레이터 커버 오링		15. 연료라인-공급
8. 레귤레이터 바디		16. 연료라인-리턴

가스 압력 측정 센서(GPS: Gas Pressure Sensor)

일반사항

기능		가스압력 측정 센서는 PG 액상 연료의 압력을 측정하여 해당 압력에 대한 출력 전압을 IFC(인터페이스 박스)로 전달하는 역할을 하며 이때 IFC는 ECU가 연료 압력에 따른 인젝터 분사량을 계산하도록 이 신호를 ECU로 전달한다. 또한 가스온도 센서의 고장 시 대처 기능도 한다.
위치		가스 압력 측정 센서는 캐퍼스터 센싱 엘리먼트를 내장하고 있으며, 연료 압력 레귤레이터 유니트 몸체에 황동 재질의 나사 체결구조로 장착되어 있다.

구 조

가스 온도 측정 센서(GTS: Gas Temperature Sensor)

일반사항

기능		서미스터(Thermistor) 소자의 원리를 이용하여 연료 온도를 측정하는 기능을 하며, ECU는 이 온도값을 이용하여 시스템 내의 LPG 연료의 특성을 파악하여 분사시기를 결정한다.
위치		가스온도 측정 센서는 연료압력 레귤레이터 유니트 몸체에 장착되어 있다.

구 조

연료차단 솔레노이드 밸브

일반사항

역할		연료차단 솔레노이드 밸브는 시동을 ON/OFF시 작동하는 밸브로 시동을 OFF하면 연료 탱크(봄베)와 인젝터 사이의 연료 라인을 차단하는 역할을 한다.
위치		LPI 시스템은 연료압력 레귤레이터 유닛트와 멀티밸브에 각 1개의 연료 차단 솔레노이드 밸브를 갖고 있다.
특성		두 개의 연료차단 솔레노이드 밸브는 동일한 조건으로 동일하게 작동하여 2중으로 연료를 차단하는 안전 기능을 한다.

구 조

연료압력 레귤레이터는 연료 탱크 내의 압력 변화에 대하여 연료 분사량을 일정하게 유지하는 역할을 하며 이것은 인젝터 내에 걸리는 연료의 압력을 연료탱크의 압력보다 항상 △P 5bar 정도 높도록 조정한다.

연료 압력 레귤레이터의 스프링 챔버실은 출구측 압력과 연결되어 있어, 항상 연료탱크의 압력이 형성되며, 연료 압력이 규정을 초과할 때는 다이어프램이 밀려 올라가게 되고, 이때 연료는 리턴 라인을 지나 연탱크로 복귀한다.

※ 연료 압력(인젝터부) = 연료탱크 압력 + △P 5bar

작동원리

[연료 공급장치] LPI 공급시스템의 연료펌프 모듈

연료펌프 모듈은 멀티밸브와 펌프 어셈블리로 구성되어 있으며 탱크내 LPG를 고압 액상 송출하는 기능을 갖고 있다.

멀티밸브에는 밸브하우징, 연료의 누출 시 연료를 차단하는 연료차단 솔레노이드 밸브, 장기간 차량을 운행하지 않을때 연료를 수동으로 차단하는 메뉴얼 밸브, 남은 연료를 탱크로 리턴시키는 리턴 밸브, 열간 재시동을 향상시키는 릴리프 밸브 등으로 구성되어 있으며, 펌프 어셈블리에는 연료 중의 이물질을 걸러주는 연료필터, BLDC 모터, 양정형 펌프로 구성된 펌프부로 구성되어 있다.

연료펌프 모듈의 구성은 멀티밸브와 펌프로 구성되어 있으며 탱크내 LPG를 고압 액상 송출하는 기능을 갖고 있다.

연료펌프 모듈의 전체 구성도

1. 하우징		7. 수동밸브
2. 연료차단 솔레노이드 밸브		8. 브라켓트 어셈블리
3. 파워 터미널		9. 벤트호스(윤활유보충)
4. 릴리프 밸브		10. 연료호스
5. 과류 방지 밸브		11. 펌프어셈블리(필터내장)
6. 리턴 밸브		12. 공급커버 어셈블리

멀티밸브의 구조

No		품 명		4		릴리프밸브
1		하우징		5		리턴밸브
2		솔레노이드		6		과류 방지 밸브
3		매뉴얼 밸브		7		파워터미널

연료펌프

일반사항

연료펌프의 역활		연료펌프 모듈은 연료 탱크내에 설치하며, 연료를 인젝터로 압송하는 역할을 한다.
연료펌프의 구성		연료펌프 유닛은 2단계로 구분된다. (멀티 밸브부, 펌프부(필터, 모터, 양정형 펌프))
연료펌프의 원리		펌프에는 원주 둘레 방향으로 5개의 연료실이 있으며 각 연료실은 흡입 및 토출 체크밸브가 있고, 다이어프램의 행정운동으로 흡입 및 토출된다. 펌프의 구동 속도는 5단(500, 1000, 1500, 2000, 2800RPM)으로 제어되며, 엔진에서 요구하는 펌프유량에 따라 펌프 드라이버에 의해 제어된다.

연료펌프 어셈블리 구조

연료펌프 모터의 세부 구성

연료차단 솔레노이드 밸브

일반사항

역 할		연료차단 솔레노이드 밸브는 시동을 ON/OFF시 작동하는 밸브로 시동을 OFF하면 연료 탱크(봄베)와 인젝터 사이의 연료 라인을 차단하는 역할을 한다.
위 치		LPI 시스템은 연료압력 레귤레이터 유닛트와 멀티밸브에 각 1개의 연료 차단 솔레노이드 밸브를 갖고 있다.
특 성		두 개의 연료차단 솔레노이드 밸브는 동일한 조건으로 동일하게 작동하여 2중으로 연료를 차단하는 안전 기능을 한다.

구조

과류방지밸브

일반사항

역 할		과류방지 밸브는 차량 사고 등으로 인하여 연료 라인이 파손되었을 때 연료탱크로 부터의 연료 송출을 차단하여 연료방출로 인한 위험을 방지하는 역할을 한다.
위 치		연료펌프 모듈의 멀티밸브에 위치한다.
작동원리		체크플레이트의 작동 후에도 LPG의 흐름이 완전히 정지되는 것은 아니고 체크판에 균압 노즐이 있어 그 곳을 통하여 연료가 서서히 흘러 나가게 되고 체크판의 내측과 외측의 압력이 같아지면 스프링의 힘에 의해 원위치하여 평상 상태로 되돌아 간다.

구조

수동밸브(액상 송출밸브)

일반사항

역 할		수동밸브는(Manual Valve)는 장시간 동안 차량을 운행 하지 않을때 수동으로 연료 라인을 차단하게 해주는 밸브
위 치		연료펌프 모듈의 멀티밸브에 위치한다.
특 성		- 기밀성 : 공기압 18.6kgF/㎠ 이상의 압력을 5분간 인가 시 누설이 없을 것 - 내압성 : 유압 30kgF/㎠을 가할 때 파손되지 않을 것

구조

릴리프 밸브(Relief Valve)

일반사항

역 할		릴리프 밸브는 연료공급 라인의 압력을 액상으로 유지시켜, 열간 재시동성 지연을 개선시켜 주는 역할을 한다.
위 치		연료펌프 모듈의 멀티밸브에 위치한다.
원 리		개구부에 연결된 플레이트와 스프링의 힘에 의하여 연료 압력이 20 ±2 bar에 도달하면 연료를 연료 탱크로 재순환시킨다.

구조

리턴 밸브

일반사항

역 할		인젝터에 연료를 공급하고 남은 나머지 연료를 연료탱크로 리턴시키는 역할을 한다.
위 치		연료펌프 모듈의 멀티밸브에 위치한다.
원 리		- 리턴개방압력: 0.1~0.5kgF/㎠

구조

[연료 공급장치] LPI 공급시스템의 흡입 매니폴드 유닛

LPI 시스템의 연료 장치는 연료펌프 모듈, 연료압력레귤레이터 모듈 및 흡입매니폴드 모듈로 구분되며, 흡입매니폴드 모듈에는 연료를 분사하는 인젝터 및 아이싱 현상을 방지하는 아이싱 팁, 연료라인으로 구성되어 있다.

흡입매니폴드 유닛의 구성은 아래와 같다.

No		품 명		No		품 명
1		흡기매니폴드 바디		5		연료라인(OUT)
2		인젝터		6		연료라인(IN)
3		연료라인(SHORT)		7		아이싱 팁
4		연료라인(LONG)

인젝터

일반사항

구 성		인젝터는 액상 LPG 연료를 분사하는 인젝터와 연료분사 후 기화잠열에 의한 수분 빙결 현상을 방지하기 위한 "아이싱"으로 구성되어 있다.
특 성		LPG 전용 인젝터를 사용하며, 인젝터내 니들 시트를 통해 엔진으로 액상 상태의 연료를 공급 한다.

구 성

아이싱 팁

일반사항

기 능		LPG 연료 분사 후 발생하는 기화 잠열로 인하여 주위 수분이 빙결을 형성하는데 이로 인한 엔진 성능 저하를 방지하기 위해 아이싱 팁을 사용한다.
특 성		아이싱 팁은 재질의 차이를 이용하여 아이싱 결속력을 저감시키므로 아이싱 생성을 방지한다.

구 성

연료라인

일반사항

기 능		LPI 차량의 연료 라인은 외부 온도 변화에 따른 기화력이 큰 만큼 PVC 재질의 배관을 주재료로 함
특 성		- 사용압력: 80bar - 파열압력: 345bar, - 허용 굽힘 반경: R 25이상(꺽인 부분 사용 금지)

구 성

인젝터

인젝터 니들 밸브가 열리면 연료 압력 레귤레이터를 통해, 공급된 고압의 액상 연료는 연료 배관의 압력에 의해 분사된다. 이때 분사량 조절은 인젝터의 분사 출구의 면적이 일정하기 때문에, 인젝터 통전시간 제어를 통하여 이루어지며 이는 연료 압력을 감지한 IFB(LPI-ECU)에 의해 제어된다.

[도시정벌2]

일반적인 오해들 : 직분사 방식은 기화기 방식대비 연비가 좋다? 기화기 방식90 이면 직분사 100입니다 그외에 잘나가고 잘걸리는건 맞습니다..이태리넘들은 택시에 가스 쓰지도 안으면서 어떻게 이런생각을했는지원..

[new xg]

기존 기화기 방식의 출력은 휘발류 대비 60% 수준이라면 LPI방식은 순정(99%), 겸용LPI(93%)정도의 출력을 보입니다.

[송이^^]

좋은자료 감사합니다. 솔직히 연비는 도시정벌님 말씀처럼 좋은지 모르겠더군요. 대신 출력은 좋더라는... 요즘은 그래서인지 가스차에 대한 인식도 많이 바뀌었죠. 저같은 경우 연비에서 조금 손해보더라도 출력이 좋으니 마음에 들더군요.