KR100475342B1 - 차량의 액체가스 연료 분사 장치 - Google Patents

Abstract

차량의 액체 가스연료 분사 장치가 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 차량의 흡입 매니폴드에 장착되는 다수의 가스 인젝터; 연료 탱크내의 가스를 액체 상태의 압력으로 가압하기 위한 연료 펌프; 및 흡입 공기량 대비 가솔린 연료의 분사 시간에 따라 기 설정된 데이터 정보를 보유하고, 상기 연료 펌프의 압력에 반비례하도록 상기 데이터 정보를 보정하며, 상기 보정된 데이터 정보에 기초하여 가스 연료 공급시 연료 분사 시간에 따른 비례 상수 정보를 산출하고, 차속 센서로부터 엔진의 속도 정보를 산출하여, 상기 엔진의 속도 정보와 상기 비례 상수 정보를 토대로 가스 인젝션 제어를 위해 펄스 신호의 듀티비를 설정하여 상기 다수의 가스 인젝터로 공급하기 위한 이씨유(ECU);로 이루어져, 가솔린 인젝션 시간 정보에 비례 상수를 곱하여 액화 가스 연료 공급시의 인젝션 시간을 산출 및 이에 따른 인젝터 제어를 위한 펄스 신호를 생성토록 하는 단일화된 ECU를 통해, 시스템의 원가 절감 효과와 더불어 근접된 소자간의 정보 교환시 주변으로부터의 에러 발생율을 감소시켜 안정성을 확보하는 효과를 얻는다.

Description

차량의 액체가스 연료 분사 장치{A LIQUID GAS INJECTION SYSTEM FOR CAR}

본 발명은 차량의 가스 연료 분사를 제어하기 위한 것으로, 보다 상세히는 LPG 또는 CNG 차량의 연료 분사를 액체 상태에서 분사하되 연료 분사관내에서의 증기화를 방지하는 구조를 포함하고, 액화 연료의 분사량 산출과 더불어 이를 근거로 액화 연료 분사 제어를 수행하기 위한 차량의 연료가스 분사 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 차량의 연료분사는 LPG 또는 CNG를 액화 상태로 저장하여 액화 상태의 연료를 기화시켜 기관으로 전송한다. 가스 전용 차량일 경우에는, 가스 연료 탱크를 통해 가스 공급을 위한 솔레노이드 유닛을 거쳐 기화 상태의 가스를 소정 온도로 유지토록 하는 프리히터를 관통시켜 연소실에 유입되기 전에 가열되고 무화되어 연소효율을 높이고 있다.

프리히터를 거친 연료는 감압기, 즉 베이퍼라이저(Vaporizer)를 통해 소정의 압력으로 감압하여 공기와 혼합시킨 후, 기관내로 제공된다. 이와 같은 가스 연료의 분사 구조는 가스 인젝터와 흡입 매니폴드 간 거리가 이격된 상태에서 연료 공급이 이루어지기 때문에, 연료의 기화현상이 증대되어 엔진의 구동 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 가스 연료를 액화상태에서 기관으로 주입토록하여 연료의 효율성을 증대시키기 위한 연구가 필연적으로 이루어져야 하며, 또한 액화가스 주입에 따른 연료 분사량 조절이 가능하도록 점진적인 개발이 필요할 것이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 가스 연료를 액화 상태로 엔진으로 공급토록 하여, 가스의 증기화를 방지하며 가솔린 연료 제어를 이용함에 따라 시스템의 개발이 용이한 차량의 액체 가스연료 분사 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 차량의 액체 가스연료 분사 장치는, 차량의 흡입 매니폴드에 장착되는 다수의 가스 인젝터; 연료 탱크내의 가스를 액체 상태의 압력으로 가압하기 위한 연료 펌프; 및 흡입 공기량 대비 가솔린 연료의 분사 시간에 따라 기 설정된 데이터 정보를 보유하고, 상기 연료 펌프의 압력에 반비례하도록 기 설정된 데이터 정보를 보정하며, 상기 보정된 데이터 정보에 기초하여 가스 연료 공급시 연료 분사 시간에 따른 비례 상수 정보를 산출하고, 차속 센서로부터 엔진의 속도 정보를 산출하여, 상기 엔진의 속도 정보와 상기 비례 상수 정보를 토대로 가스 인젝션 제어를 위해 펄스 신호의 듀티비를 설정하여 상기 다수의 가스 인젝터로 공급하기 위한 이씨유(ECU);로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 ECU 장치를 나타낸 구성도이다. 예시된 바와 같이, 엔진의 흡입 매니폴드(119)에 장착되는 가스 인젝터(117), 가스 인젝터(117)로 액화 연료를 공급하기 위한 연료 레일의 공급라인에 연결되는 연료 펌프(109), 상기 연료 레일의 연료 리턴 라인(111)에 연결되는 압력 제어기(115), 상기 연료 펌프(109)를 보유하고 있는 연료 탱크(107), 기 저장된 가솔린 연료 제어의 동작신호에 기초하여 상기 액화 연료 공급을 제어하기 위한 ECU(105)로 이루어진다.

상기 ECU(105)는 차량의 에어 크리너 내부에 설치되는 공기 유량 센서(AFS:Air Flow Sensor)로부터 흡입 공기량을 측정하여 가솔린 엔진의 연료 분사 시간을 기 설정된 데이터 정보에 기초하여 산출하며, 연료 분사량에 따른 엔진속도, 공기 흐름 센서, 흡기온도 센서, 공전위치 스위치, TDC 센서, 크랭크각 센서..등의 입력신호에 기초하여 기 프로그램화된 정보에 따라 인젝터 구동을 위한 펄스 신호를 생성한다.

또한 차량의 연료 압력센서로부터 연료 탱크(107)내 연료 압력에 비례한 전압을 검출하여 상기 연료 분사 시간 정보와 반비례적 신호를 생성한다. 반비례적 신호는 차량의 연료 탱크(107)내 압력이 클 경우에는 연료 분사 시간을 줄이고, 연료 탱크(107)내 압력이 작을 경우에는 연료 분사 시간을 늘려 기관내로 공급되는 연료량이 일정하도록 하는 것이다. 이러한 연산은 가솔린 사용시에도 마찬가지이므로 가솔린시 사용되는 연산 정보를 이용하여도 무관할 것이다.

ECU(105)는 상기 연산 정보의 결과에 기초하여 액화 가스 연료 대비 가솔린 연료의 분사량 보정 계수를 산출한다. 즉, 가솔린 연료 분사량이 액화 가스 연료 분사량과 동일하도록 가솔린 연료 분사량의 비례 상수를 산출하고, 산출 결과를 기초로 가스 인젝터 제어를 위한 펄스 신호의 듀티를 설정하도록 하는 것이다. 그리고 상기 펄스 신호의 듀티 신호는 인젝터 드라이버를 통해 가스 인젝터(117)의 연료 공급 제어를 수행한다.

가스 인젝터(117)는 흡입 매니폴트(119)에 장착되도록 하여 액화 가스의 기화 현상을 최대한 방지토록 하고 있으며, 압력 제어기(115)는 연료의 리턴 라인(111) 상에 존재하는 연료, 즉 연료 펌프(109)를 통해 가스 인젝터(117)로 공급되고 남은 잔여 연료를 연료 탱크(107)로 회수하여 이후 공급되는 연료의 공급 오차를 줄이도록 하고 있다.

따라서 ECU(105)는 가솔린 엔진의 연료 분사 제어 신호를 생성하고, 상기 가솔린의 연료분사 제어신호를 인가받아 연료 펌프(109)의 연료 압력 정보에 기초하여 가스 인젝터(117)로 공급되는 액화 연료량을 제어하는 것이다.

도 2에 도시된 바와 같이, ECU(105)는 분사시간 산출모듈(201), 엔진 속도 산출모듈(203), 인젝터 제어모듈(205), 펄스신호 생성 모듈(207), 연료압 산출모듈 (209), 연산 모듈(211), 비례상수 산출 모듈(213) 및 인젝터 드라이버(215)를 포함하고 있다.

상기 분사시간 산출모듈(201)은 공기유량 센서(AFS)에서 검출된 흡입 공기량을 디지트화된 신호로 입력받으며, 기 설정된 데이터 정보에 기초하여 흡입 공기량에 따른 가솔린 인젝션 시간을 산출한다. 상기 기 설정된 데이터 정보는 흡입 공기량 변화에 일대일 대응하는 가솔린의 인젝션 시간을 기록해 놓은 데이터로서, 소정의 메모리에 이러한 데이터를 저장한 후, 별도의 연산과정 없이 상기 데이터를 근거로 가솔린의 인젝션 시간을 빠르게 추출하도록 한다.상기 인젝션 시간 정보의 수신과 더불어 연료 탱크내 압력 정보를 입력받아 상기 인젝션 시간 정보를 보정한다. 보정은 연산 모듈(211)에 의해 이루어지며, 기 설명된 바와 같이 인젝션 시간은 연료 탱크압과의 반비례적으로 시간이 설정된다.

즉, 가스 압력의 기준치에서는 상기 인젝션 시간을 변형없이 사용할 수 있으나, 압력 탱크의 가스압이 기준치를 넘을 경우 그 차이값에 상승 비례하여 상기 인젝션 시간을 단축시키거나, 압력 탱크의 가스압이 기준치를 넘지 않을 경우 차이값에 하강 비례하여 인젝션 시간을 늘리는 것이다. 이와 같이, 인젝션 시간은 가솔린 상태에서의 분사 시간으로써, 비례상수 산출 모듈(213)을 통해 가스 인젝터에 적용될 수 있는 분사 시간을 설정하기 위해 가스 인젝션의 비례상수(TI_FAC)를 산출한다.

비례 상수(TI_FAC)에 따른 그래프는 베르누이 방정식에 근거를 두고 있으며,

" 비례 상수(TI_FAC) = root(기준압력/현재 LPG 압력) " 으로 산출된다. 기준압력은 10bar로 설정하고 있으며, 이를 기준으로 연료 탱크의 현재 압력에 따라 상기 비례 상수가 결정되는 것이다. 이와 같이 결정되는 비례 상수는 기준 압력 대비 현재 LPG 압력에 따라 임의로 설정되는 데이터 정보에 의해 구현될 수 있다. 연산 장치를 통해 비례 상수 값을 산출하여도 무관하지만, 현재 LPG 압력에 대응한 비례 상수 값을 정해 놓은 임의의 데이터 정보를 사용하여도 무관할 것이다.

본 발명에서는 임의 설정된 데이터 정보에 의해 인젝션 시간 대비 액화 가스 연료의 비례 상수(TI_FAC)을 설정한다. 상기 액화 가스 연료의 비례 상수(TI_FAC) 정보는 인젝터 제어 모듈(205)로 공급되며, 인젝터 제어 모듈(205)은 가솔린에서의 인젝션 시간에 상기 액화 가스 연료시의 비례 상수(TI_FAC)를 곱하여 액화 가스시의 인젝션 시간(TI_INJ)을 산출하는 것이다.

펄스 신호 생성모듈(207)은 상기 액화 가스의 인젝션 시간(TI_INJ) 정보에 기초하여 인젝터 제어를 위한 펄스 신호를 출력한다. 상기 펄스신호 생성모듈(207)은 인젝터 드라이버(215)로 공급되며, 상기 인젝터 드라이버(215)는 현재 입력되는 펄스 신호를 가스 인젝터의 구동 신호로 보정하여 상기 가스 인젝터(117)로 각각 공급하므로서, 액화가스 연료 공급이 이루어지는 것이다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 액체 가스연료 분사 장치는 기 사용되는 가솔린 ECU의 기능을 포함하여 액화가스 연료 분사제어 연료량 분사 모듈 및 가스 인젝터 구동 모듈을 포함하므로써, 가솔린 인젝션 시간 정보를 연료압에 따라 가변시킨 인젝션 시간 정보를 통해 액화 가스 인젝션을 수행하기 위한 비례상수를 산출한 후, 가솔린 인젝션 시간 정보에 비례 상수를 곱하여 액화 가스 연료 공급시의 인젝션 시간을 산출 및 이에 따른 인젝터 제어를 위한 펄스 신호를 생성토록 하는 단일화된 ECU를 통해, 시스템의 원가 절감 효과와 더불어 근접된 소자간의 정보 교환시 주변으로부터의 에러 발생율을 감소시켜 안정성을 확보하는 효과를 얻는다.

또한 가솔린 인젝터의 위치에 LPG 인젝터를 장착하여 LPG 연료를 흡입 밸브를 향해 분사토록 하여 가스의 냉각 시동성과 가속 응답성을 향상시킬 뿐만 아니라, 정밀한 공연비 제어가 가능하고 가스의 증기화를 방지할 수 있는 효과를 얻는다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 차량의 액체 가스연료 분사 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 분사 장치를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 주요 부분을 설명하기 위한 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

105 : 이씨유(ECU) 107 : 연료 탱크

109 : 연료 펌프 117 : 가스 인젝터

119 : 흡입 매니폴드 201 : 분사시간 산출모듈

203 : 엔진속도 산출모듈 205 : 인젝터 제어모듈

207 : 펄스신호 생성모듈 209 : 연료압 산출모듈

213 : 비례상수 산출모듈 215 : 인젝터 드라이버

Claims (2)

1. 차량의 흡입 매니폴드에 장착되는 다수의 가스 인젝터;

   연료 탱크내의 가스를 액체 상태의 압력으로 가압하기 위한 연료 펌프; 및

   흡입 공기량 대비 가솔린 연료의 분사 시간에 따라 기 설정된 데이터 정보를 보유하고, 상기 연료 펌프의 압력에 반비례하도록 상기 기 설정된 데이터 정보를 보정하며, 보정된 데이터 정보에 기초하여 가스 연료 공급시 연료 분사 시간에 따른 비례 상수 정보를 산출하고, 차속 센서로부터 엔진의 속도 정보를 산출하여, 상기 엔진의 속도 정보와 상기 비례 상수 정보를 토대로 가스 인젝션 제어를 위해 펄스 신호의 듀티비를 설정하여 상기 다수의 가스 인젝터로 공급하기 위한 이씨유(ECU);로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 액체 가스연료 분사 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스의 액체 상태 압력은 5Bar 이상인 것을 특징으로 하는 차량의 액체 가스연료 분사 장치.