KR100645309B1 - 가스 차량의 연료 누출 감지장치 및 방법 - Google Patents

가스 차량의 연료 누출 감지장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서, 가스 차량의 연료 누출 감지장치 및 방법을 개시한다.
본 발명에 따르면, 가스 차량의 시동시 연료레일의 압력이 기준치(P_DIAG)에 도달함을 인지한 후, 소정 시간단위로 현재의 압력변화를 측정하고, 소정 시간단위별 압력변화가 감산치 정보(P_GRD) 보다 클 경우 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 증가시키고, 상기 소정 시간단위별 압력변화가 감산치 정보(P_GRD) 보다 작을 경우 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 감소시킨 후 전(前) 상태의 압력 값을 저장하며, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)가 소정 횟 수 이상 발생될 경우 상기 가스 인젝션 시스템의 연료공급을 차단하기 위한 제어장치를 제공한다.
따라서, 본 발명은 가스 차량의 연료레일 또는 연료 레일의 연료 압력을 소정 시간단위로 검출하고, 검출결과 일정치 이상의 감압현상이 일정 회 이상 발생될 경우 연료 공급을 차단하도록 함에 따라, 연료펌프 또는 압력 조절기의 메카니즘 오류로 인한 압력변화를 보상하여 가스 누설에 대한 정확한 진단을 수행할 수 있어 시스템의 완성도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
차량, 가스, 압력, 연료, 온도, 카운트

Description

가스 차량의 연료 누출 감지장치 및 방법{INSTALLATION FOR DETECTING LEAKAGE FUEL OF GAS CAR}
도 1은 가스 차량의 연료 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 주요 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제어 패턴을 설명하기 위한 그래프이다.
<주요 도면에 대한 부호의 설명>
103 : 연료탱크 105 : 연료 레일
107 : 인젝터 109 : 연료펌프
111, 115 : 솔레노이드 밸브 113 : 압력 조절기
201 : 제어장치 203 : 온도센서
205 : 압력센서
본 발명은 엘피쥐(LPG) 차량의 가스 누출 방지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 압력의 변화를 감지하고, 압력 변화에 따른 가스연료의 누출 여부를 판단할 수 있는 가스 차량의 연료 누출 감지장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시키면서 동력을 얻는다. 즉, 연료탱크에 저장되어 있던 연료가 연료시스템을 거쳐 인젝터에 의하여 엔진 내에 분사되며, 분사된 연료는 공기와 혼합하여 혼합기로 생성된 후 엔진 내에서 연소과정을 거쳐 동력을 발생시킨다.
이러한 자동차에 쓰이는 연료는 기본적으로 가솔린과 디젤 등으로 구분되나, 근래에 들어서 LPG를 연료로 사용하는 자동차가 실용화되어 많은 차량에 적용되고 있다. 도 1은 종래의 액상 LPG 분사 엔진의 연료시스템을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하여 설명하면, LPG와 같이 증기압이 높은 연료의 분사시스템은 연료탱크(103)로부터 액상의 LPG를 뽑아 연료펌프(109)에서 가압하고, 연료펌프(109)에 의해 가압된 연료를 제 1 솔레노이드 밸브(solenoid valve)(111)를 통하여 연료레일(fuel rail)에 이송한다.
상기 연료레일에 이송된 액상 LPG는 인젝터(107)를 통하여 흡기다기관으로 일정량이 분사되나, 나머지 액상 LPG는 압력조절기(pressure regulator)(113)를 통과하여 연료탱크(103)로 순환된다. 따라서, 정상적인 운전상태에서는 연료레일(fuel rail)이 모두 액상의 LPG로 가득차게 되어 연료레일 내의 가스 압력은 일정한 압력으로 유지된다. 그러나, 연료레일 내의 가스 누설(Leak)가 발생할 경우, 지속적인 연료펌프(109)의 구동에도 불구하고 연료레일 내의 가스 압력은 점진적으로 감소하게 된다.
이로 인해, 소정 시간이 경과하여 연료레일 내의 가스 압력이 충분히 감소하면, 연료 레일(105)의 가스압력 저하로 인한 인젝터의 연료 분사량에 문제가 발생 함에 따라, 가스연료의 누설을 인지하게 된다. 그러나, 이러한 시점에서 가스 누설을 인지할 경우에는 차량의 운행과정에서 치명적인 위험요소를 유발함에 따라, 가스차량의 누설가스를 보다 빠르게 인지할 수 있는 시스템이 요구되는 실정이다.
또한, 엔진이 정지하면 연료펌프(109)가 정지하고 솔레노이드 밸브(111)가 닫혀 연료레일 내에는 LPG가 액상으로 잔류하게 되며 이때, LPG 연료는 상온에서 증기압이 높으므로 연료레일은 대기압 보다 훨씬 높은 압력으로 유지되고, 인젝터(107)는 완벽한 기밀을 유지하지 못하므로 주차되어 있는 동안에 연료레일에 남아있는 LPG 연료가 인젝터(107)의 노즐을 통하여 누설(leak)된다.
따라서, 엔진이 정지된 상태에서 장기간 방치하면 결국에는 연료레일에 잔류하던 모든 LPG 연료가 연소되지 않은 상태로 연료 레일(105) 내로 누설된다. 이때, 연소되지 않은 연료는 대기오염의 원인이 될 뿐만 아니라, 시동불량, 역화(back fire) 등의 문제점을 갖는다. 또한, 밀폐된 공간에서 장기간 주차할 경우에는 다량의 연료가 누설되어 폭발의 위험이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 연료가스 누설을 보다 빠르게 인지할 수 있도록 하여, 가스 누설에 대한 즉각적인 대응을 수행할 수 있도록 하여 가스 차량의 안정성을 확보할 수 있는 가스 차량의 연료 누출 감지장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 관점에 따른 가스 차량의 연료 누출 감지장치는, 연료탱크내로 장착되는 연료펌프, 연료레일 상으로 공급되는 가스의 압력을 조절하기 위해 온도센서 및 압력센서를 구비한 압력 조절기 및 상기 연료레일로 유입되는 가스를 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 가스 인젝션 시스템(LPi System)을 구비한 가스 차량의 연료 누출 감지장치에 있어서, 상기 가스 차량의 시동시 연료레일의 압력이 기준치(P_DIAG)에 도달함을 인지한 후, 소정 시간단위로 현재의 압력변화를 측정하고, 소정 시간단위별 압력변화가 감산치 정보(P_GRD) 보다 클 경우 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 증가시키고, 상기 소정 시간단위별 압력변화가 감산치 정보(P_GRD) 보다 작을 경우 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 감소시킨 후 전(前) 상태의 압력 값을 저장하며, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)가 소정 횟 수 이상 발생될 경우 상기 가스 인젝션 시스템의 연료공급을 차단하기 위한 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 감산치 정보(P_GRD) 이하의 감압이 지속적으로 발생하여 카운트의 감소가 연이어 이루어질 경우, 상기 카운트의 감소는 현재 카운트의 증가량에 한정하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 관점에 따른 가스 차량의 연료 누출 감지방법은, 제 1 항의 가스 차량의 연료 누출 감지장치를 이용한 연료 누출 감지방법에 있어서, a) 상기 가스 차량의 시동시 연료레일의 압력이 기준치(P_DIAG)에 도달함을 인지한 후, 소정 시간단위로 현재의 압력변화를 측정하는 단계; b) 소정 시간단위별 압력변화가 기 설정된 감산치 정보(P_GRD) 보다 높은지를 판단하되, 상기 압력변화가 기 설정된 감산치 정보(P_GRD) 보다 높을 경우 상기 카 운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 증가시키고, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)의 증가량이 소정치에 도달하는지를 판단하는 단계; c) 상기 b) 단계에서 판단된 결과, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)의 증가량이 소정치에 도달하지 않을 경우, 상기 a) 단계로 피드백하는 단계; d) 상기 b) 단계에서 소정 시간단위별 압력변화가 기 설정된 감산치 정보(P_GRD) 보다 낮을 경우 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 감소시키고, 전(前) 상태의 압력을 저장하는 단계; 및 e) 상기 b) 단계에서 판단된 결과, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)의 증가량이 소정치에 도달할 경우 상기 가스 인젝션 시스템의 연료공급을 차단하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 본 발명에 따른 가스 차량의 가스 인젝션 시스템은 도 1을 참조할 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 인젝션 시스템(LPi System)은 연료탱크(103)내로 장착되는 연료펌프(109), 상기 연료펌프(109)에 의해 가압된 액화 연료를 다수의 인젝터(107)로 공급하기 위한 연료 레일(105), 상기 연료 레일(105)내의 잔류 가스를 상기 연료탱크(103)로 공급하고, 상기 연료 레일(105)로 공급되는 가스의 압력을 조절하기 위해 온도센서(203) 및 압력센서(205)를 구비한 압력 조절기(113), 상기 연료레일으로 유입되는 가스를 개폐하기 위한 제 1 솔레노이드 밸브(111) 및 제 2 솔레노이드 밸브(115), 상기 연료펌프(109)의 구동시 연료레일 의 압력이 기준치에 도달함을 인지한 후, 상기 압력센서(205)로부터 압력의 변화량을 측정하고, 압력의 측정 변화량에 기초하여 연료공급을 차단하기 위해 상기 연료펌프(109) 및 각 솔레노이드 밸브(111,115)를 차단 제어하기 위한 제어장치(201)를 포함한다.
상기 제어장치(201)는 소정 시간단위로 현재의 압력변화를 측정하고, 소정 시간단위별 압력변화가 기준 감산치값 보다 클 경우 감산치 카운트를 증가시키고, 상기 소정 시간단위별 압력변화가 기준 감산치값 보다 작을 경우 감산치 카운트를 감소시킨 후 전(前) 상태의 압력을 유지하도록 상기 연료펌프(109)를 구동제어하기 위한 압력 보상기능을 갖는다.
한편, 상기 제어장치(201)는 연료레일 내의 압력을 측정함에 있어, 상기 압력센서(205)를 이용하여 검출하고 있으나, 필요에 따라 상기 온도센서(203)를 이용하여 연료레일 내의 압력 변화를 측정할 수 있음은 물론이다. 온도센서(203)에 의한 압력변화 측정은 기화상태에서 온도(T)와 압력(P) 간의 비례식에 기초한다.
이하, 본 발명의 동작을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 주요 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 3은 본 발명의 실시예로 설명하기 위한 연료레일 내의 압력 변화 및 이에 대응하는 제어 패턴을 나타낸 그래프이다.
먼저, 상기 제어장치(201)는 내부 메모리로 압력 측정 개시를 위한 기준치 압력정보(P_DIAG), 압력측정을 위한 시간간격을 설정하는 검출시간 정보(T_INT), 압력측정에 따른 압력 변화를 인지하기 위한 감산치정보(P_GRD), 감산치정보(P_GRD)에 대한 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 저장한다.
이 후, 상기 제어장치(201)는 도시된 바와 같이, S201 단계로 진입하여 상기 제어장치(201)는 차량의 이그니션 키가 동작되었는지를 판단한다. 이그니션 키의 동작은 차량의 시동을 제어하기 위한 것으로, 상기 제어장치(201)가 이그니션 키의 동작을 인지할 경우, S203 단계로 진입하여 상기 제어장치(201)는 연료탱크(103)로 내설된 연료펌프(109) 및 상기 제 1 솔레노이드 밸브(111) 및 제 2 솔렌이드 밸브(115)를 동작시킨다.
이는 상기 연료탱크(103)내의 가스 연료가 연료펌프(109)에 의한 소정 압력으로 상기 연료 레일(105)로 공급되는 것으로, 상기 제어장치(201)는 S205 단계로 진입하여, 상기 압력 조절기(113)의 온도센서(203) 또는 압력센서(205)의 검출 결과를 접수한다. 따라서, 상기 제어장치(201)는 현재 연료레일 또는 연료 레일(105)로 기준치 이상의 가스연료가 공급되었는지를 판단한다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 누설(Leak) 압력 검출을 위한 시점에 도달하였는지를 판단하는 것이다.
S207 단계에서, 상기 제어장치(201)는 내부 메모리에 기 저장된 기준치 압력정보(P_DIAG)를 패치하고, 상기 압력센서(205)로부터 검출되는 현재의 압력 정보가 상기 기준치 압력정보(P_DIAG)에 도달하였는지를 판단한다. 여기서, 현재 압력을 검출함에 있어, 본 발명의 실시예에서 압력센서(205)를 이용하고 있으나, 온도센서(203)를 통해 상기 연료 레일(105) 또는 연료레일 내의 압력을 측정할 수 있음은 물론이다. 이는 압력변화와 온도변화가 상호 비례관계가 있음을 이용한 것으로, 상 기 온도센서(203)를 통해 현재의 압력을 측정하기 위해서는 별도로 단위를 가공해야 할 필요성은 당연할 것이다.
상기 제어장치(201)가 S207 단계에서 판단한 결과, 현재의 압력이 기 설정된 기준치 압력정보(P_DIAG)에 도달하지 않음으로 판단할 경우, 상기 제어장치(201)는 연료펌프(109)를 지속적으로 구동시키고, 상기 각 솔레노이드 밸브(111,115)의 개방을 유지한다. 반면, 상기 제어장치(201)가 S207 단계에서 판단한 결과, 현재의 압력이 기 설정된 기준치 압력정보(P_DIAG)에 도달하였음으로 판단할 경우, 상기 제어장치(201)는 S209 단계로 진입하여, 상기 검출 시간정보(T_INT)를 메모리로부터 패치한다. 그리고, 제어장치(201)는 상기 검출 시간정보(T_INT)에 대응하는 시간 단위별로 현재의 압력을 상기 압력센서(205)로부터 제공받는다.
예컨대, 상기 검출 시간정보(T_INT)가 200m Sec일 경우, 상기 제어장치(201)는 200m Sec 단위로 상기 압력센서(205)의 검출결과를 제공받는다. 그리고, S211 단계로 진입하여, 상기 제어장치(201)는 현재의 압력(Pn)과 전(前) 상태의 압력(Pn-1)과의 감산을 수행하여, 압력변화에 대한 감산치를 산출한다. 즉, S215 단계에서 상기 제어장치(201)는 상기 메모리에 기 저장된 감산치정보(P_GRD)를 패치한 후, 상기 전 상태의 압력(Pn-1)에서 현재의 압력(Pn)을 감산한 감산치가 상기 감산치정보(P_GRD) 보다 높은지를 판단한다.
이는 현재 검출되는 감산치가 기 설정된 기준 감산치 이상으로 압력변화가 발생했는지를 판단하는 것으로, 상기 제어장치(201)에서 판단된 결과, 현재 검출된 압력 감산치가 기 설정된 기준 감산치 보다 클 경우 즉, 설정된 기준치 이상으로 압력이 하강되었을 경우, 상기 제어장치(201)는 S219 단계에서 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 증가시킨다. 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)는 제어장치(201)의 내부 레지스터로 저장되는 카운트 정보로서, 임의의 숫자 예컨대 '0'으로 설정한 후, 이를 증감시킨다.
한편, 상기 S215 단계에서 상기 제어장치(201)는 상기 압력센서(205)로부터 검출된 압력 감산치가 설정된 기준치 이상으로 압력이 하강되지 않았을 경우 즉, 미세하게 압력이 하강하여 압력 보강만으로 안정성을 유지할 수 있을 경우에는 상기 S217 단계로 진입한다. 상기 S217 단계에서 상기 제어장치(201)는 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 감산하도록 갱신한다. 이는 압력 조절기(113) 또는 연료펌프(109)의 동작과정에서 연료 가스의 압력이 순간적으로 가변될 수 있음을 감안한 것으로, 압력 감소에 따른 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)의 증가 과정 이 후, 압력이 누설되지 않음이 확인될 경우 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 감산함으로서, 카운트 보정을 수행한다.
그리고, 카운트 보정이 완료되면 S213 단계로 진입하여, 상기 제어장치(201)는 전(前) 상태(Pn-1)의 압력을 저장한다. 한편, 상기 S219 단계에서 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)가 증가할 경우, 상기 제어장치(201)는 S221 단계로 진입하여 상기 카운트 값이 소정 횟 수에 도달하였는지를 판단한다. 제어장치(201)의 판단결과, 상기 카운트 값이 소정 횟 수에 도달하지 않았을 경우, 상기 S213 단계로 진입한다. 여기서, 상기 제어장치(201)는 현재의 압력을 전(前) 상태(Pn-1)의 압력 값을 저장하고 반면, 상기 카운트 값이 소정 횟 수에 도달하였을 경우 즉, 연료레일 내 의 가스 압력이 지속적으로 감압될 경우, 상기 제어장치(201)는 S223 단계로 진입하여 상기 연료펌프(109)를 정지시키기 위해, 상기 각 솔레노이드 밸브(111,115)를 차단하여 연료공급을 중단한다.
그리고, 본 발명의 실시예에서 상술된 S217 단계는 감산치 정보(P_GRD) 이상의 감압이 발생된 후, 감산치 정보(P_GRD) 이하의 감압 발생시 기 증가된 카운트 정보를 감산하여 감압 측정오차에 대한 보정을 수행하기 위한 것이나, 감산치 정보(P_GRD) 이하의 감압이 지속적으로 발생하여 카운트의 감소가 연이어 이루어질 경우, 상기 카운트의 감소는 현재 카운트의 증가량에 한정할 수 있을 것이다. 예컨대, S219 단계를 거쳐 발생된 카운트의 증가 수가 90회일 경우, S217 단계를 통해 발생되는 카운트의 감소량은 최대 90회가 되도록 하는 것이다.
이상에서 본 발명을 특정한 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정하지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.
앞서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 차량의 연료 누출 감지장치 및 방법은 가스 차량의 연료레일 또는 연료 레일의 연료 압력을 소정 시간단위로 검출하고, 검출결과 일정치 이상의 감압현상이 일정 회 이상 발생될 경우 연료 공급을 차단하도록 함에 따라, 연료펌프 또는 압력 조절기의 메카니즘 오류로 인한 압력변 화를 보상하여 가스 누설에 대한 정확한 진단을 수행할 수 있어 시스템의 완성도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 연료탱크내로 장착되는 연료펌프, 연료레일 상으로 공급되는 가스의 압력을 조절하기 위해 온도센서 및 압력센서를 구비한 압력 조절기 및 상기 연료레일로 유입되는 가스를 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브를 포함하는 가스 인젝션 시스템(LPi System)을 구비한 가스 차량의 연료 누출 감지장치에 있어서,
    상기 가스 차량의 시동시 연료레일의 압력이 기준치(P_DIAG)에 도달함을 인지한 후, 소정 시간단위로 현재의 압력변화를 측정하고, 소정 시간단위별 압력변화가 감산치 정보(P_GRD) 보다 클 경우 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 증가시키고, 상기 소정 시간단위별 압력변화가 감산치 정보(P_GRD) 보다 작을 경우 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 감소시킨 후 전(前) 상태의 압력 값을 저장하며, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)가 소정 횟 수 이상 발생될 경우 상기 가스 인젝션 시스템의 연료공급을 차단하기 위한 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 차량의 연료 누출 감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료레일 내의 압력 측정은 상기 압력센서 또는 온도 센서를 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 가스 차량의 연료 누출 감지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감산치 정보(P_GRD) 이하의 감압이 지속적으로 발생하여 카운트의 감소가 연이어 이루어질 경우, 상기 카운트의 감소는 현재 카운트의 증가량에 한정하는 것을 특징으로 하는 가스 차량의 연료 누출 감지장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항의 가스 차량의 연료 누출 감지장치를 이용한 연료 누출 감지방법에 있어서,
    a) 상기 가스 차량의 시동시 연료레일의 압력이 기준치(P_DIAG)에 도달함을 인지한 후, 소정 시간단위로 현재의 압력변화를 측정하는 단계;
    b) 소정 시간단위별 압력변화가 기 설정된 감산치 정보(P_GRD) 보다 높은지를 판단하되, 상기 압력변화가 기 설정된 감산치 정보(P_GRD) 보다 높을 경우 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 증가시키고, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)의 증가량이 소정치에 도달하는지를 판단하는 단계;
    c) 상기 b) 단계에서 판단된 결과, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)의 증가량이 소정치에 도달하지 않을 경우, 상기 a) 단계로 피드백하는 단계;
    d) 상기 b) 단계에서 소정 시간단위별 압력변화가 기 설정된 감산치 정보(P_GRD) 보다 낮을 경우 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)를 감소시키고, 전(前) 상태의 압력 값을 저장하는 단계; 및
    e) 상기 b) 단계에서 판단된 결과, 상기 카운트 설정정보(CTR_P_GRD)의 증가량이 소정치에 도달할 경우 상기 가스 인젝션 시스템의 연료공급을 차단하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 차량의 연료 누출 감지방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감산치 정보(P_GRD) 이하의 감압이 지속적으로 발생하여 카운트의 감소가 연이어 이루어질 경우, 상기 카운트의 감소는 현재 카운트의 증가량에 한정하는 것을 특징으로 하는 가스 차량의 연료 누출 감지방법.
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