KR100705048B1 - 엘피아이 엔진의 연료 공급 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 및 그 제어방법은 연료모델온도가 냉각 시동시 연료라인온도로 설정되고, 열간 시동시 주차 시간에 따라 주차 시간이 고려되어 설정되거나 주차 시간이 고려되지 않은 단순 평균으로 설정됨으로써, 열간 시동이면서 주차 시간이 매우 짧은 경우 연료 목표압이 상대적으로 낮게 설정될 수 있어서, 시동 대기 시간을 최소화할 수 있다.
LPI, LPI 엔진, 연료 공급 시스템, 시동 대기, 열간 시동

Description

엘피아이 엔진의 연료 공급 시스템 및 그 제어방법{LPG Supply System of Liquefied Petroleum Injection Engine and the control method for the same}
도 1은 종래 기술에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 중 시동 대기 램프를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 시동시 연료라인압력과 엔진 RPM, 펌프 RPM을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 HOT Soak'g 시 상태를 측정한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 제어방법에 따른 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50 : 봄베 52 : 연료펌프
56 : 연료공급라인 58 : 연료리턴라인
60 : LPI 엔진 62 : 인젝터
64 : ECU 66 : 냉각수온센서
68 : 흡기온도센서 70 : LPI 엔진
72,73 : 연료공급차단밸브 74 : 연료온도센서
76 : 연료압력센서 78 : 압력조절기
80 : 주차 타이머 82 : 드라이브 런 타이머
84 : 시동 대기 램프 88 : 시동 대기 램프 타이머
본 발명은 LPI엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 열간 시동시 주차 시간을 고려하여 연료모델온도를 설정함으로써, 시동 대기 시간을 최소화한 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 LPG의 경우 액상에서 기상으로 변하게 되면 부피가 약 250배로 증가되기 때문에 기상의 연료를 분사하게 되면 연료부족에 의한 시동성 악화 또는 엔진스톨(시동꺼짐)현상이 발생 할 수 있다.
따라서 액상의 LPG 연료가 저장된 봄베 내에 펌프를 설치하여 액상의 LPG연료를 가스 인젝터로 압송함으로써, 상기 인젝터로부터 액상의 LPG연료가 분사될 수 있도록 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템이 개발되었다.
도 1은 종래 기술에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 1와 같은 종래 기술에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템은 봄베(2) 내 액상의 LPG 연료를 상기 봄베(2) 내 연료펌프(4)에 의해 펌핑하고, 상기 연료펌프(4)에 의해 펌핑된 LPG연료를 멀티밸브(6)를 통하여 연료공급라인(8)으로 보냄으로써, 상기 연료공급라인(8) 내 LPG 연료가 LPI엔진(10)의 인젝터(12)를 통해 LPI엔진(10)의 연소실로 분사되게 한다.
이와 같이 LPG 연료 공급시 잉여된 LPG 연료는 연료리턴라인(20)을 통해 상기 봄베(2)로 리턴되도록 되어있다.
상기 연료펌프(4)로는 LPG연료가 상기 봄베(2)에서 인젝터(12)로 압송될 때까지 액상을 유지할 수 있도록, LPG 연료의 액화에 필요한 압력 이상으로 가압하기 위한 비알레 펌프가 구비된다.
한편, 상기 연료공급라인(8)에는 엔진 정지시 LPG 연료 공급을 차단하기 위한 연료공급차단밸브(22)(23) 및 LPG 연료 온도를 측정하기 위한 온도센서(24)가 설치된다.
상기 연료리턴라인(20)에는 LPG 연료의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(26) 및 LPG 연료의 압력을 일정 수준으로 유지하기 위한 압력조절기(28)가 설치된다.
이러한 LPI 엔진의 연료 공급 시스템은 실제로 핫 상태의 LPI엔진(10)을 시동 오프하게 되면, 엔진 룸 내 연료라인, 즉 연료공급라인(8) 및 연료리턴라인(20)의 온도는 점차로 증가하여 연료의 증발(Distillation)이 발생되기 시작하고, 결국 상기 연료라인 내 LPG 연료는 액상과 기상의 상태가 혼재하는 액기상 상태가 된다. 참고로, 시동 오프 후 시간이 많이 지날수록, 즉 주차 시간이 길수록 상기 연료라인 내 LPG연료는 기상 상태가 더 많아진다.
이와 같이 상기 연료라인 내 LPG 연료가 액기상인 상태에서, 시동을 걸게 되면 전술한 바와 같이 기상의 LPG연료에 의한 연료부족현상이 발생된다.
따라서 시동 전에 상기 연료라인 내 LPG 연료를 액상으로 변환시키기 위해, 연료라인압이 연료라인온도에 대한 포화증기압인 연료 목표압에 도달할 수 있도록 연료라인압 상승을 위한 시간이 요구된다.
상기 연료 목표압은 통상 연료 조성과 연료모델온도에 따라 설정된다.
상기 연료 조성은 이전 운전 사이클 중 밤샘 주차 후 아침에 최초 시동시와 같이 냉간 시동시 연료가 안정된 상태에서 계산된 모델 조성치이다.
상기 연료모델온도는 상기 LPI엔진(10)의 인젝터(12) 내부 연료의 온도가 상기 LPI엔진(10)의 냉각수온에 영향을 받는 바, 상기 LPI엔진(1)의 냉각수온과 상기 연료온도센서(24)를 통해 측정된 연료라인온도에 따라 설정된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템은 열간 시동시(즉 엔진이 충분히 식지 않은 상태에서 시동) 주차 시간이 짧을수록 상기 연료라인 내 연료 상태가 액상에 더 가깝기 때문에 빠른 시간 안에 100% 액상화될 수 있다.
그런데, 상기 연료모델온도가 상기 주차시간을 고려하지 않고 설정되기 때문에 열간 시동시 주차 시간이 짧더라도 상기 연료모델온도가 상대적으로 높게 설정 됨으로써, 연료 목표압 또한 상대적으로 높게 설정되어 필요 이상으로 오랜 기간동안 시동 대기해야 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열간 시동시 주차 시간을 고려하여 연료모델온도를 설정함으로써, 시동 대기 시간을 최소화할 수 있는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템은 봄베와; 연료 펌프와; 주차 시간을 체크하는 주차 타이머와; 열간(HOT) 시동시 상기 주차 시간을 고려한 연료모델온도 및 연료 조성에 따라 시동 가능한 연료 목표압을 설정하는 LPI 제어유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 LPI엔진의 연료 공급 시스템 제어방법은 이그니션 스위치가 온 되면, 연료 펌프가 구동되는 단계와; 상기 연료 펌프 구동 후, 열간 시동 여부를 판단하는 단계와; 상기 열간 시동시 주차 시간을 고려한 연료모델온도를 설정하는 단계와; 상기 연료모델온도 및 연료 조성을 통해 시동이 가능한 연료 목표압을 설정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음 과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 중 시동 대기 램프를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 시동시 연료라인압력과 엔진 RPM, 펌프 RPM을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 HOT Soak'g 시 상태를 측정한 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 제어방법에 따른 순서도이다.
본 발명에 따른 LPI엔진의 연료공급시스템은 LPG 연료가 저장된 봄베(50)와, 상기 봄베(50) 내부에 설치되어 상기 봄베(50) 내 LPG 연료를 압송하는 연료 펌프(52)와, 상기 연료 펌프(52)에서 압송된 LPG 연료를 멀티 밸브를 통해 받아서 LPI 엔진(60)의 인젝터(62)로 안내하는 연료 공급 라인(56)과, 상기 LPI 엔진(60)의 인젝터(62)와 봄베(50) 사이에 설치되어 잉여된 LPG 연료가 상기 봄베(50)로 리턴되게 하는 연료 리턴 라인(58)과, LPI 제어유닛(70)을 포함하여 구성된다.
상기 연료 공급 라인(56)에는 엔진(60) 정지시 LPG 연료 공급을 차단하기 위한 연료공급차단밸브(72)(73) 및 LPG 연료 온도를 측정하기 위한 연료온도센서(74)가 설치된다.
상기 연료리턴라인(58)에는 LPG 연료의 압력을 감지하기 위한 압력 센서(76) 및 LPG 연료의 압력을 일정 수준으로 유지하기 위한 압력조절기(78)가 설치된다.
상기 LPI 제어유닛(70)은 차량의 전반적인 전자 제어를 위한 ECU(64)와 연결된다.
또한 본 발명에는 시동 직전 주차 시간을 체크하기 위한 주차 타이머(80)가 더 포함된다.
또한 본 발명에는 시동 직전 드라이브 사이클 시간(T_Run)을 측정하기 위한 드라이브 런 타이머(82)가 더 포함된다.
또한 본 발명에는 시동시 상기 연료압력센서(76)를 통해 측정된 연료라인압이 시동이 가능한 연료 목표압에 도달하기 전까지 이그니션 온 상태로 시동 대기하고 있도록, 시동 대기를 유도하기 위한 시동 대기 램프(84)가 더 포함된다.
상기 시동 대기 램프(84)는 차실 내 계기판(I)에 설치됨이 바람직하다.
또한 본 발명에는 상기 시동 대기 램프의 최대 작동 시간을 제한하기 위한 시동 대기 램프 타이머(88)가 더 포함된다.
또한 본 발명에는 상기 LPI엔진(60)의 냉각수온을 측정하는 냉각수온 센서(66)가 더 포함된다.
또한 본 발명에는 상기 LPI엔진(60)에 흡입되는 흡기 온도를 측정하는 흡기온도센서(68)가 더 포함된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 LPI엔진의 연료 공급 시스템 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
이그니션 스위치가 온 되면(S2), 상기 냉각수온센서(66)와 흡기온도센서(68), 그리고 연료온도센서(74)로부터 각각 냉각수온 정보와 흡기온 정보, 그리고 연료라인온도 정보가 획득된다.
아울러 상기 드라이브 런 타이머(82)에 의해 적산된 현 시동 직전 드라이브 사이클 시간(T-Run) 정보가 획득된다. 여기서 상기 현 시동 직전 드라이브 사이클 시간이란, 전 시동 ON부터 OFF때까지의 시간이다.
아울러, 시동 대기를 유도할 수 있도록 시동 대기 램프(84)가 온된다. 이 때 상기 시동 대기 램프(84)는 온 동안, Blinking 방식으로 점멸이 반복될 수 있다.
아울러 상기 시동 대기 램프(84)가 온됨과 동시에 상기 시동 대기 램프 타이머(88)가 작동 시작된다.
다음으로, 상기 주차 타이머(80)의 신호를 통해 전 시동 오프 후 현 이그니션 온까지 경과시간인 주차 시간 정보가 획득된다(S4).
다음으로, 전 드라이브 사이클 중 냉간 시동시 획득된 연료 조성 정보가 획득된다. 상기 연료 조성 정보는 ECU(70) 내 non-volatile memory에 저장되어 있다(S6).
다음으로, 상기 연료 펌프(52)가 구동된다. 이 때 상기 연료 펌프(52)의 속도는 상기 연료 펌프(52)의 구동 소음을 고려하여, 상기 연료 조성과 연료라인온도에 따라 설정된 최대 속도로 설정된다.
상기 연료 펌프(52)가 구동되면, 상기 냉각수온과 연료라인온도의 비교 결과에 따라 현 시동이 열간 시동인지 냉간 시동인지 판별된다(S10).
상기에서 상기 냉각수온이 상기 연료라인온보다 크면, 아직 엔진이 충분히 식지 않은 상태이므로 열간 시동으로 판별된다.
상기 열간 시동으로 판별되면, 전 드라이브 사이클 시간이 기 설정된 기준치 와 비교됨과 아울러 상기 냉각수온이 기 설정된 기준치와 비교된다(S12).
상기와 같이 전 드라이브 사이클 시간과 기 설정된 기준치 및 상기 냉각수온과 기 설정된 기준치 비교 결과, 전 드라이브 사이클 시간 및 상기 냉각수온이 기 설정된 기준치 초과시 상기 냉각수온에서 연료라인온도를 뺀 온도차가 계산된다(S14).
상기 온도차가 계산되면, 상기 온도차와 주차 시간에 따른 함수에 따라 연료라인온도 대비 인젝터 내부 온도 증가분이 설정된다(S16). 이하, 연료라인온도 대비 인젝터 내부 온도 증가분을 온도 증가분으로 축약하여 명명한다.
이 때 상기 온도 증가분은, 열간 시동시 연료라인온도 대비 인젝터 내부 온도 상승이 더 빠르기 때문에 상기 주차시간과 온도차가 클수록 커진다.
이러한 온도 증가분은 실험을 통해 상기 ECU 내에 미리 그 데이터가 설정된다.
이와 같이 온도 증가분이 설정되면, 상기 열간 시동시 주차 시간을 고려한 연료모델온도가 다음과 같은 식에 의해 설정된다(S18).
상기 열간 시동시 주차 시간을 고려한 연료모델온도 = 연료라인온도 + 온도 증가분.
다음으로, 상기와 같이 설정된 열간 시동시 주차 시간을 고려한 연료모델온도와 연료 조성의 함수에 따른 연료 목표압이 설정된다(S20).
상기와 같이 설정된 연료 목표압은 연료라인압력과 비교된다(S22).
상기 연료 목표압과 연료라인압력의 비교 결과, 특히 도 4를 참조하면 상기 연료라인압력이 상기 연료 목표압에 도달되면, 연료라인 내 연료의 액상화가 완료된 것이고 상기 연료라인에 연료가 충분히 공급된 상태로서 시동이 가능하므로, 운전자가 시동을 걸 수 있도록 상기 시동 대기 램프(84)가 오프된다(S24).
상기 시동 대기 램프가 오프되면, 상기 연료펌프의 속도가 재 설정될 수 있다(S26).
반면, 상기 연료 목표압과 연료라인압력의 비교 결과, 상기 연료라인압력이 상기 연료 목표압 미달이면, 상기 시동 대기 램프 타이머(88)를 통해 시동 대기 시간 정보가 획득된다.
상기 시동 대기 시간이 기 설정된 기준치 초과시(S26), 상기 연료 목표압과 연료라인압력의 비교 결과와 상관없이 운전자가 시동을 걸 수 있도록 상기 시동 대기 램프(84)가 오프된다(S24).
한편, 열간 시동이더라도(S10) 전 드라이브 사이클 시간과 기 설정된 기준치 및 상기 냉각수온과 기 설정된 기준치 비교 결과(S12), 전 드라이브 사이클 시간 또는 상기 냉각수온이 기 설정된 기준치 초과하지 않은 경우에는, 연료모델온도가 다음과 같은 열간 시동시 단순 평균 연료모델온도 식에 의해 설정된다(S30).
열간 시동시 단순 평균 연료모델온도 = (연료라인온도 + 냉각수온)/2.
왜냐하면, 상기 전 드라이브 사이클 시간이 너무 짧은 경우 상기 LPI엔진의 인젝터 온도가 충분히 안정화되기 전에 시동이 오프된 것으로서, 상기 인젝터 내부 온도가 상기 연료라인온도와 비슷하게 상승되기 때문에 주차 시간대별 온도 설정이 무의미한다. 즉 주차 시간이 충분히 경과된 것과 같다.
또한, 상기 냉각수온과 연료라인온도 비교 결과를 통해(S10), 냉간 시동시인 경우에는 LPI엔진의 복사열이 거의 없으므로 상기 연료모델온도가 다음과 같은 연료라인온도로 설정된다(S32).
이와 같은 구성되고 작용되는 LPI 엔진의 연료공급시스템은 HOT Soak'k시 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각수온과 엔진룸 온도, 인젝터 내부온도, 연료라인온도, 연료라인압력, 봄베와 엔진 측 Sol.전 연료라인압이 나타내어진다.
여기서 엔진 룸 온도는 충분히 안정된 경우 냉각수온과 연료라인온도의 중간에 접근된다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 및 그 제어방법은 연료모델온도가 냉각 시동시 연료라인온도로 설정되고, 열간 시동시 주차 시간에 따라 주차 시간이 고려되어 설정되거나 주차 시간이 고려되지 않은 단순 평균으로 설정됨으로써, 열간 시동이면서 주차 시간이 매우 짧은 경우 연료 목표압이 상대적으로 낮게 설정될 수 있어서, 시동 대기 시간을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (15)

  1. 봄베와;
    연료 펌프와;
    주차 시간을 체크하는 주차 타이머와;
    열간(HOT) 시동시 상기 주차 시간을 고려한 연료모델온도 및 연료 조성에 따라 시동 가능한 연료 목표압을 설정하는 LPI 제어유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LPI 제어 유닛은 시동시 시동 대기 신호를 발생시키는 시동 대기 램프를 제어하는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시동 대기 램프는 그 최대 작동 시간이 시동 대기 램프 타이머에 의해 제한되는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LPI 제어 유닛은 열간 시동시 상기 주차 시간 및 냉각수온과 연료라인온도에 따라 상기 연료모델온도를 연산하는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LPI 제어 유닛은 열간 시동시 열간 시동 직전 드라이브 사이클 시간에 따라, 상기 연료모델온도를 상기 LPI 엔진의 냉각수온과 연료라인온도의 합의 1/2로 설정하는 것을 더 포함하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LPI 제어 유닛은 LPI 엔진의 냉각수온과 연료라인온도에 따라 핫 시동여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LPI 제어 유닛은 냉각 시동시 상기 연료모델온도를 연료라인온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현 시동 직전 드라이브 사이클 시간(T_Run)을 측정하기 위한 드라이브 런 타이머를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템.
  9. 이그니션 스위치가 온 되면, 연료 펌프가 구동되는 단계와;
    상기 연료 펌프 구동 후, 열간 시동 여부를 판단하는 단계와;
    상기 열간 시동시 주차 시간을 고려한 연료모델온도를 설정하는 단계와;
    상기 연료모델온도 및 연료 조성을 통해 시동이 가능한 연료 목표압을 설정하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 제어방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열간 시동 여부는 LPI 엔진의 냉각수온과 연료라인온도에 따라 판단되는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 제어방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 연료모델온도는 연료라인온도와 온도 증가분의 합이고, 상기 온도 증가분은 LPI 엔진의 냉각수온과 연료라인온도의 차이 및 주차시간에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 제어방법
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 열간 시동시 전 드라이브 사이클 시간이 기 설정된 기준치(T-Run)미만이면, 상기 연료모델온도는 다음과 같은 식에 의해 설정되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템 제어방법.
    연료모델온도는 = (LPI 엔진의 냉각수온 + 연료라인온도)/2
  13. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉간 시동시 상기 연료모델온도를 연료라인온도로 설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템 제어방법.
  14. 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이그니션 스위치가 온 되면, 연료라인압이 상기 목표압에 도달할 때까지 신호 대기 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LPI엔진의 연료 공급 시스템 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 신호 대기 신호는 기 설정된 시동 대기 시간동안만 발생되는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템 제어방법.
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