연료 펌프

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연료 펌프(자지 않는 료 펌프, 영어：fuel pump)란, 주로 엔진이나 보일러 등에 액체의 연료를 공급하는 펌프이다.

목차

자동차

자동차에 탑재되는 연료 펌프에는 다음과 같은 것이 있다.

• feed pump-연료 탱크로부터 연료를 퍼냄, 연료 기화 장치에 보낸다.
• 프라임 펌프-구식의 차종으로 연료 부족이나 시동시에 수동으로 연료를 보낸다.
• 인젝션 펌프-코먼 레일식을 제외한 디젤 엔진이나 가솔린 직분엔진의 연소실에 연료를 고압으로 분사한다.연료 분사 펌프라고도 불린다.
• 서플라이 펌프-코먼 레일식 디젤 엔진의 코먼 레일 내부에 연료를 가압해 공급한다.

일반적으로 「연료 펌프」라고 하는 경우는, feed pump를 가리키는 것이 많다.

초기의 자동차용 엔진이나 오토바이용 엔진으로는 엔진보다 높은 위치에 연료 탱크를 설치해, 연료를 캬브레터로 자연류 내리게 하고 있었기 때문에, 연료 펌프는 필요없었다.그러나, 엔진과 연료 탱크가 떨어져 있는 경우나, 그 후에 일반적이 된 연료 탱크가 캬브레터보다 낮은 위치가 되는 배치의 차량으로는, 저압의 연료 펌프가 필수가 되었다.또, 현재는 넓게 이용되게 된 기계식 혹은 전자 제어식의 연료 분사 장치로는, 고압식의 연료 펌프를 사용해 연료 공급 배관에 높은 압력을 가하게 되어 있다.

많은 경우, 캬브레터 사양의 차량은 연료 탱크의 밖에 설치된 기계식 연료 펌프를 이용하는데 대하고, 연료 분사 장치 사양의 차량은 연료 탱크의 내부에 납입할 수 있었던 전기식 연료 펌프를 사용한다.근년의 가솔린엔진의 경우에는, 연료 탱크내에 연료 반출용의 저압 연료 펌프, 연료 탱크외에 인젝터에 연료를 공급하는 고압 펌프를 배치해 이중 구성으로 하는 경우도 있다.

디젤 엔진의 경우에는 구조상, 높은 압력의 연료 펌프가 필수가 되기 위해, 분사 펌프로 불리는 기계 구동식의 고압 연료 펌프가 여명기로부터 이용되고 있어 연료 탱크로부터 분사 펌프에 연료를 공급하는 프라임 펌프도 일체화되고 있었다.코먼 레일식으로는, 가솔린엔진과 같은 솔레노이드 인젝터를 전자 제어하는 방법이 되어, 펌프는 연료 분사 기능이 없는, 연료를 고압으로 공급할 뿐의 서플라이 펌프가 되었다.

기계식 연료 펌프

 

실린더 헤드에 장착된 기계식 연료 펌프

전자 제어식 연료 분사 장치가 보급하기 이전의 캬브레터를 사용한 차량에는, 연료 탱크로부터 연료를 캬브레터의 플로트실에 공급하기 위한 기계식 연료 펌프가 이용되고 있었다.기계식 연료 펌프는 엔진 회전에 의해서 동작하는 다이아프램 펌프(en:Diaphragm_pump)였다.

다이아프램식 펌프의 내부에는 외부로부터의 동력으로 왕복 운동하는 가죽이나 합성고무막등의 다이어프램이 내장되고 있어 연료를 한방향에 흘리기 위한 역지 밸브가 펌프의 출입구에 설치되고 있다.가장 일반적인 구성의 다이아프램식 연료 펌프는 캠축을 이용하는 것으로, OHV의 경우는 실린더 블록 측면으로 장착되고 다이아프램에 접하는 로커 암을 캠으로 구동해, OHC의 경우에는 실린더 헤드에 장착되고 에키센트릭크샤후트를 개입시켜 펌프의 푸쉬 라드에게 전한다.다이어프램은 이러한 외력에 의해서 밀어 올릴 수 있어 펌프 내부의 다이아프램 스프링에 의해서 되밀어내진다.이 움직임을 반복하는 것으로 연료의 반송을 실시하는 것이다.

캬브레터 내부에 이송된 연료는 플로트실의 내부의 플로트를 떠오르게 해 일정한 용량에 이르면 플로트 밸브가 폐쇄된다.이 때, 연료 펌프로부터 배웅해진 연료는 플로트 밸브에 의해서 갈 곳을 잃기 위해, 다이어프램 내부의 내압은 상승해, 일정 이상의 압력이 되면 리턴변이 열린다.그리고 연료는 return pipe을 다니며 연료 탱크에 되돌려지게 된다.

그러나, 이러한 캬브레터용 연료 펌프는, 캬브레터의 플로트 밸브를 되밀어내지 않는 정도의 압력(10 - 15 psi)으로 밖에 동작하지 않기 때문에, 엔진의 열로 펌프 본체나 배관이 가열되면 연료가 비등해 연료 펌프 내부에 기포가 들어가면, 충분히 연료의 압송을 실시할 수 없게 된다.그 결과, 연료의 공급량이 부족해 파워 부족이나 엔지니어링 스톨에 이르는 일이 있다.

또, 다이아프램식 펌프는 구조상, 다이아프램으로부터 연료가 새어 버리면 실린더 블록이나 실린더 헤드 내부에 연료가 유출하고, 엔진 오일을 희석해 버릴 우려가 있다.또, 원래 약한 압력으로 밖에 연료를 흡입하지 않기 때문에, 누락이 매우 적은 경우여도, 엔진을 작동시키지 않고 길게 방치했을 경우에는, 펌프 내부나 연료 배관내에 기포가 체류 해 버려, 재시동 시에 연료가 좀처럼 보내지지 않는 트러블도 발생하기 쉽다.

기계 구동 방식의 다이아프램식 펌프로는, 엔진의 구동력을 사용하기 위해(때문에) 항상 일정한 마력 손실이 생기는 결점도 있어, 캬브레터 사양의 엔진에서도 전동식의 연료 펌프로 옮겨진 것이 존재한[^{주 1}].

다이아프램식 연료 펌프안에는 인테이크 매니폴드로부터 발생하는 부압을 이용해 동작하는 것도 존재한다.연료 내보내는 양은 기계 구동 방식에 비해 적지만, 구조가 단순하고 소형화가 가능하고, 상 한편 펌프를 구동할 때의 마력 손실도 발생하지 않는 것으로부터, 주로 소배기량의 오토바이나 스쿠터용의 연료 펌프로서 이용된다.

전동식 연료 펌프

인 라인형

연료 분사 장치가 등장한 당초는 디젤 엔진의 연료 분사 펌프를 본뜬 구조의 기계식 연료 분사 장치가 이용되었다.이 연료 펌프는 인젝터로의 분사를 실시하기 위해, 다이어프램식 펌프보다 높은 40 - 60 psi 정도의 압력을 발생하도록(듯이) 설계되고 있었다.펌프의 토출압이 증가하는 분 엔진측의 마력 손실은 한층 더 증가하게 되었기 때문에, 비교적 빠른 단계에서, 후술의 전자 제어 솔레노이드 인젝터와 전동식 연료 펌프의 편성으로 옮겨져 가게 되었다.

이 시대의 전동식 연료 펌프는 연료 탱크의 외측에 배치되는 인 라인형 또는 아웃 탱크형으로 불리는 것이 많아, 후술의 인탄크형에 비해 교환이나 점검이 용이한 반면, 펌프의 동작에 의해 발생하는 소음이나 펌프 자신의 발열을 연료로 흡수할 수 없는 결점이 있다.또, 배관의 강도나 전원 계통에 세심의 주위를 기울이고 시공을 실시하지 않으면, 만일 연료 배관이 파단했을 경우에 연료가 토출계속 되어 차량 화재가 발생하는 리스크[^{주 2}]나 있다.

이러한 아웃 탱크식 연료 펌프는, 많은 경우, 기계 제어식의 퓨엘 레귤레이터에 의한 연압제어를 한다.퓨엘 레귤레이터는 압력 개방변이며, 연료 펌프로부터의 압력이 규정 압력 이상에 이르렀을 경우에 개변 해, 잉여 압력 분의 연료를 직접 연료 탱크에 돌려 보내는 return pipe을 갖추고 있다.연료는 퓨엘 레귤레이터에 의해 일정한 연압이 유지된 상태로 인젝터에 이송되어 ECU로부터의 개변 신호에 의해 실린더에 연료가 분사된다.퓨엘 레귤레이터를 조심성없게 타차종의 것으로 교환하면 설정연압이 변화해, 연압이 낮은 경우에는 공연비가 얇아져, 반대로 높은 경우에는 공연비가 진해진다.또, 교환한 연료 펌프의 설정 내보내는 양에 대해서 리턴 배관의 지름이 너무 가는 경우에는 퓨엘 레귤레이터가 개변 해도 충분히 연료가 반송되지 않고, 결과적으로 퓨엘 레귤레이터의 설정압력보다 연압이 오른 상태인 채 분사를 해 버리기 위해, 공연비가 진해지는 원인으로도 된다.

인탄크형

 

인탄크형 전동 연료 펌프

 

피스톤식 전동 연료 펌프

근대적인 전자 제어식 연료 분사 장치를 탑재한 자동차에 대해서는, 인탄크형 전동 연료 펌프가 연료 탱크 내부에 연료 필터나 연료계를 작동시키는 플로트・센다 ASSY와 함께 납입할 수 있고 있다.전술의 기계식 연료 분사 장치의 펌프와 비교해서 인탄크형에는 펌프로부터 발생하는 열을 탱크내의 연료로 냉각할 수 있는 이점이 존재한다.그 때문에, 기계적인 수명은 아웃 탱크형 연료 펌프와 비교해 긴 경향이 있다.그러나, 연료안에 전기식의 펌프를 가라앉히는 관계상, 만일의 경우에는 연료 펌프에 기인하는 차량 화재가 발생하는 리스크는 여전히 남아 있다.

일반적으로는 인탄크식 연료 펌프가 배치되는 연료 탱크에는 연료의 증기압이 탱크의 강도 한계를 넘지 않게 증기 수집가로 불리는 연료 증산 방지 장치가 설치되고 있다.퓨엘 레귤레이터에 의한 펄스폭변조를 이용한 펌프의 압력 제어를 하고 있고, 연료 배관 내부의 연압은 항상 일정으로 유지되어 연료의 배관내에서의 비등이나 전력의 불필요한 소비가 억제된다.유량 제어 정도의 향상에 의해, return pipe도 폐지되고 있는[¹].다만, 고온하에서는 증기에 의해서 연료 공급이 정확하게 행해지지 않는 경우도 있다.

덧붙여 근년의 전자 제어식 연료 분사 장치의 엔진 컨트롤 유닛으로는 전동식 연료 펌프의 동작도 제어하는 것이 일반적이 되고 있어 연료 배관의 파단에 기인하는 연압의 급강하나, 교통사고등에 의해 차체에 설치된 관성 스위치나 작동하거나 가속도 센서가 이상치를 송출하면 즉석에서 연료 펌프를 정지하는 기구(롤 오버 밸브)가 탑재되고 있는 것도 많다.

연료 펌프의 교환

기계식 연료 펌프의 경우에는 마력 손실을 억제하기 위해, 인 라인형의 전동식 연료 펌프로 교환해서 안정된 연료 공급을 도모하는 개조를 하는 것이 많다.

또, 전동식 연료 펌프도 경년으로 내부의 손모가 진행되어, 토출압이 점차 떨어져 내리는 경향이 있다.토출압이 저하하면 인젝터의 분사량이 감소해 엔진 성능이 저하하는 경우가 있기 위해, 인탄크형, 아웃 탱크형 모두 정기적인 교환이 필요하다.이 경우는 연료 배관에 압력계를 접속해, 규정 압력이 발생하지 않는 경우에는 연료 펌프의 불량, 규정 압력보다 큰폭으로 높은 압력이 검출될 때 퓨엘 레귤레이터의 불량이라고 판단해 양쪽 모두를 세트로 연료 필터와 함께 교환하게 된다.

터보차저나 슈퍼차저등의 과급기를 탑재하는 엔진의 경우에는, 연료 펌프나 퓨엘 레귤레이터의 불량에 의해 연압이 안정되지 않으면 풀 부스트 시에 연료 공급량이 부족해 최악의 경우에는 엔진 블로우등이 중대한 트러블이 발생할 우려가 있기 때문에, 자연 흡기 엔진보다 보다 엄격한 관리가 필요나 된다.그 때문에, 부스트 업이나 과급기 교환등이 큰 타보츄를 베풀었을 경우에는 보다 대용량의 연료 펌프로 교환하는 필요를 느끼기도 한다.아웃 탱크형 펌프의 경우에는 사외품을 이용하고 강화를 도모하는 것이 비교적 용이하지만, 인탄크형의 경우에는 연료 펌프 유닛을 분해해 펌프 본체만을 교환하거나 동일 메이커의 대배기량차로부터 연료 펌프 유닛을 유용[^{주 3}]해 대처하는 경우도 있다.

프라임 펌프

다이아프램식 펌프의 성능이 아직 충분하지 않았던 전쟁 전의 차종등에서는, 프라임 펌프로 불리는 시동용의 수동식 연료 펌프를 비치할 수 있고 있는 경우가 있다.시동 시에는 우선 프라임 펌프를 조작해 캬브레터에 연료를 보낸 후에 시동을 실시한다.엔진이 회전을 시작한 후의 연료 반송은 다이어프램식 펌프에 의해 행해지지만, 어떠한 이유에 의해 연료가 충분히 보내지지 않게 되었을 경우에는, 엔진 회전중에서도 프라임 펌프를 조작해 연료를 강제적으로 보내는 광경이, 주로 영화나 애니메이션등의 레시프로 항공기의 묘사로 때때로 볼 수 있다.

프라임 펌프는 정기적으로 연료 필터로부터의 물기 제거 작업을 실시할 필요가 있는 디젤 엔진에도 탑재되고 있는 경우가 있다.평상시는 프라임 펌프를 조작할 필요는 거의 없지만, 필터 물기 제거 작업이나 필터 교환을 실시했을 경우나, 가스결로 엔진고장이 발생한 후에 경유를 급유했을 경우, 연료 배관에 에어가 씹어 분사 펌프가 충분히 연료를 빨아낼 수 없는 경우가 있기 위해, 프라임 펌프를 조작해 수동으로 연료 필터나 분사 펌프까지 연료를 보낸 후에 시동 조작을 실시한다.

항공기

항공기용의 제트 엔진에는 축류식이나 기어식의 펌프로 제트 연료를 공급하는 것이 많아, 전동, 유압, 제트 엔진 회전축으로부터의 분기에 의한 구동 방식이 있다.항공기로는 연료 탱크로부터 엔진에의 연료 공급 뿐만이 아니라, 연료 소비에 수반하는 기체 밸런스 변화의 조정을 위한 탱크간에 연료의 이동이나, 긴급시의 공중 연료 투기(덤핑)등을 (위해)때문에에도 연료 펌프가 사용되는[²].

액체 로켓

액체 연료식의 로켓 엔진으로는, 연료와 산화제라고 하는 2종의 액체를 연소실내에 공급하는 몇개의 방식이 있다.연료의 공급용으로 전용의 가스 발생 장치를 갖추어 연료 탱크내를 직접 가압하는 「가스 가압 공급식」이라고 하는 형식으로는 연료 펌프를 필요로 하지 않지만, 연소 압력을 내릴 필요가 있기 위해 고출력 엔진은 바랄 수 없다.연료의 공급압을 높여 엔진의 고성능화하기 위해, 터보 펌프식의 연료 펌프가 이용된다.터보 펌프를 사용하는 방식에는 3개 있다.1개는 연료와 산화제의 일부를 액체 연료 가압계 전용의 연소실로 연소시키고, 그 때 발생하는 고압 가스에 의해 터보 펌프를 구동해 2종의 액체를 연소실내에 압송하는 「가스 발생 사이클」이다.터보 펌프를 구동한 연소 가스는 로켓외에 배출된다.2번째는 노즐부를 냉각한 수소 가스의 팽창을 이용해 터보 펌프를 구동하는 「expander 사이클」이다.터보 펌프를 구동한 수소 가스는 연소실에 보내진다.가장 높은 압력을 얻을 수 있는 것이 3번째의 「2단 연소 사이클」이다.2단 연소 사이클로는, 노즐부를 냉각한 수소 가스와 액체 산소의 일부를 예비 연소실내에 보내 연소시켜, 그 때 발생하는 고압 가스에 의해 터보 펌프를 구동하는 것과 동시에 예비 연소한 수소 가스 리치한 가스를 연소실내에 보내, 나머지의 액체 산소도 이것에 가세해 모든 액체 추진제를 추진력으로서 이용하는 것인[³].

터보 분자 펌프

자세한 것은 「터보 분자 펌프」를 참조

화력 발전소

화력발전 플랜트로는, 연료 펌프에 의해서 연료인 석유류등을 연소로내에 공급하고 있다.비교적 새로운 석탄 화력발전 플랜트의 기술로서는, 석탄을 물과 혼합해 액체장으로 해, 연료 펌프에 의해 연소노에 공급하는 slurry 방식이 있다.에너지 효율의 점으로는, 분체까지 파쇄 하고 공기류에 실어 공급하는, 블로어-식의 연료 공급계가 우수하다.

난방 기기

석유 팬 히터로는, 전동식의 연료 펌프에 의해서 등유를 연소 버너에 공급하고 있다.

각주

[헬프]

주석

1. ^마력 손실을 억제해 확실한 연료 반송을 실시하기 위해서 연료 펌프를 전동식으로 교환하는 튜닝이 실시되었다.근래에는 구차의 레스트아시에 구식인 부품이 입수 곤란해지는 것이 많기 때문에, 전동 펌프가 이용되고 있다.
2. ^기계식 펌프의 경우에는 엔진이 정지하면 펌프 자체의 동작도 멈추기 위해, 안이하게 시공된 전동식 고압 연료 펌프에 비하면 안전성이 높다고 여겨지고 있다.
3. ^닛산차의 경우에는 RB26DETT 엔진을 탑재한 스카이라인 GT-R나, VG30DETT 탑재차의 순정 연료 펌프를 유용하는 수법이 일반적이다.

출전

1. ^ US Patent 6,700,281
2. ^봐 모리 아키라편, 「터빈・엔진」, 사단법인 일본 항공 기술 협회, 2008년 3월 1일 제 1판 제 1쇄발행, ISBN 9784902151329
3. ^무로츠의정편저, 「항공 우주 공학 입문」, 모리키타 출판, 2005년 6월 25일 제 2판 제 1쇄, ISBN 4627690320

관련 항목

• 파스칼
• 엔진 컨트롤 유닛

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