KR100794055B1 - 엘피아이 시스템의 제어 방법 - Google Patents

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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차의 LPI 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, LPI 시스템의 구조를 개선하여 연료 펌프의 효율 및 내구성을 향상하고 이로 구성된 자동차의 출력 및 배출되는 배기가스를 저감시키기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 연료 탱크; 상기 연료 탱크에 내장된 연료 펌프; 상기 연료 펌프로부터 펌핑된 연료를 인젝터로 공급하기 위한 연료공급 라인; 상기 연료공급 라인에 설치되어, 엔진의 시동 오프시 연료의 흐름을 차단하는 엔진측 연료차단밸브; 상기 인젝터에서 피드백되는 연료를 상기 연료 탱크로 되돌리기 위한 피드백 라인; 상기 연료공급 라인에 설치되어, 상기 연료공급 라인을 통해 상기 인젝터로 공급되는 연료의 온도를 측정하는 연료공급라인 온도센서; 상기 피드백 라인에 설치되어, 상기 피드백 라인 내부의 압력을 측정하는 피드백 라인 압력센서; 그리고, 상기 연료 탱크 내부에 설치되어, 상기 연료 탱크 내부의 압력을 측정하는 봄베 압력센서를 포함하는 LPI 시스템을 제공한다.
자동차, LPI 시스템, 연료 탱크, 연료 펌프, 연료 목표압

Description

엘피아이 시스템의 제어 방법{Control Method Of Liquefied Petroleum Injection System}
도 1은 종래 기술에 따른 LPI 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 LPI 시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 LPI 시스템의 제어 방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 순서도.
도 4는 일반적인 LPG 연료의 온도에 따른 증기압을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 연료 탱크 2 : 연료 펌프
3 : 필터 4 : 연료공급라인
5 : 엔진측 연료차단밸브 6 : 인젝터
7 : 연료공급라인 온도센서 9 : 피드백 라인
9a : 피드백 라인 압력센서 9b : 압력 레귤레이터
9c : 피드백 라인 온도센서 10: 봄베 압력센서
20 : 봄베 온도센서
본 발명은 자동차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료 펌프의 효율 및 내구성을 향상하고 이로 구성된 자동차의 출력 및 배출되는 배기가스를 저감시킬 수 있는 LPI 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액화 석유 가스(LPG)를 연료로 사용하는 차량은 봄베로부터 공급되는 액화 석유 가스가 베이퍼라이저(vaporizer)와 믹서(mixer)를 거치면서 기체 상태로 엔진에 분사되는 구조로 되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 타입은 출력성능, 연비, 저온 시동성, 배기가스 등에서 많은 문제점을 가지고 있어, 최근에는 LPI(Liquefied Petroleum Injection) 시스템이 적용된 엔진 차량이 개발되어 사용되고 있다.
상기한 LPI 시스템이 적용된 엔진 차량은 연료 탱크에 내장된 연료 펌프를 사용하여 액상의 LPG연료를 연료라인을 통하여 압송한 후 인젝터로 보내고 인젝터가 연료를 액체 상태로 엔진에 분사하도록 되어 있어 LPG 차량과 대비하여 출력성능, 연비, 저온 시동성, 배기가스 등에서 우수하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 LPI 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래 기술에 따른 LPI 시스템은, 연료탱크(100) 내부에 1개의 연료펌프(101)가 내장되어 있으며, 상기 연료펌프(101)에서 펌핑된 연료가 연소실을 향해 장착된 인젝터(102)로 공급될 수 있도록 연료공급 라인(103)이 형성된다.
한편, 상기한 인젝터(102)는 가솔린 엔진이나 디젤 엔진 등에 적용되고 있는 딜리버리 파이프가 적용되지 않고, 상기한 연료공급 라인(103)과 연결되는 연료호스(104)가 차례로 연결됨으로써, 상기한 연료펌프(101)에서 펌핑된 연료가 인젝터(102)로 공급될 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기한 연료펌프(102)에서 펌핑되어 인젝터(103) 까지 공급되었으나, 연소실로 분사되지 못하고 잉여되는 연료가 연료탱크(100)로 귀환되도록 하기 위한 연료 피드백 라인(105)이 연료탱크(100)와 최후측에 위치되는 인젝터 사이에 배관된다.
그리고, 상기한 연료공급 라인(103)의 도중에는 일단 인젝터(102) 측으로 공급된 연료가 역류되지 않도록 하며, 차량의 전복 등과 같은 차량사고시에 연료가 누출되지 않도록 하기 위한 셧 오프 밸브(106)가 형성된다.
한편, 상기한 연료 피드백 라인(105)의 도중에는 인젝터(102)를 통해 연소실로 분사되는 연료의 압력이 일정수준이 되도록 하기 위한 연료 압력 센서(107) 및 압력 레귤레이터(108)가 형성된다.
그런데, 상기와 같은 연료 공급 시스템의 압력 즉, 상기 인젝터(102)로 공급되는 연료의 압력은 연료 탱크(100)의 압력+5(bar)로 유지가 되는 구조이므로, 연 료 펌프는 그 이상을 가압해야 하며, 연료 피드백 라인(105)을 통해 연료 탱크(100)로 리턴되는 연료량을 최소화해야만 효율적인 측면에서 유리하다.
그러나, 다양한 운전조건에서 상기 연료 탱크(100)로 리턴되는 연료량을 최소화하는데 한계가 있었다.
또한, 연료 상태에 관계없이 상기 연료 펌프(102)는 항상 연료 탱크(100) 내부의 압력+5(bar) 이상의 압력으로 연료를 펌핑하여야 하기 때문에, 연료 펌프(102)의 효율 및 수명이 떨어지며 연료 펌프(102)의 모터의 과부하를 야기할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연료 온도 및 그외 다양한 운전조건에 따라 연료 펌프의 구동을 최적화하여, 연료 펌프의 내구성 및 효율을 향상시켜 엔진의 출력 및 배기가스의 양을 저감시킬 수 있는 LPI 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 의하면, 연료 탱크; 상기 연료 탱크에 내장된 연료 펌프; 상기 연료 펌프로부터 펌핑된 연료를 인젝터로 공급하기 위한 연료공급 라인; 상기 연료공급 라인에 설치되어, 엔진의 시동 오프시 연료의 흐름을 차단하는 엔진측 연료차단밸브; 상기 인젝터에서 피드백되는 연료를 상기 연료 탱크로 되돌리기 위한 피드백 라인; 상기 연료공급 라인에 설치되어, 상기 연료공급 라인을 통해 상기 인젝터로 공급되는 연료의 온도를 측정하는 연료공급라인 온도센서; 상기 피드백 라인에 설치되어, 상기 피드백 라인 내부의 압력을 측정하는 피드백 라인 압력센서; 그리고, 상기 연료 탱크 내부에 설치되어, 상기 연료 탱크 내부의 압력을 측정하는 봄베 압력센서를 포함하는 LPI 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 LPI 시스템은, 상기 피드백 라인에 설치되어 상기 피드백 라인을 통해 상기 연료 탱크로 피드백되는 연료의 온도를 측정하는 피드백 라인 온도센서와, 상기 연료 탱크 내부에 설치되어 상기 연료 탱크 내부의 온도를 측정하는 봄베 온도센서를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 LPI 시스템은, 상기 피드백 라인에 설치되어 상기 인젝터를 통해 연소실로 분사되는 연료의 압력이 일정수준이 유지되도록 하는 압력 레귤레이터와, 상기 연료 펌프의 토출측에 설치되어 상기 연료 펌프로부터 펌핑되는 오일 중에 포함된 이물질을 걸러내기 위한 필터를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 형태에 의하면, 연료 탱크; 상기 연료 탱크에 내장된 연료 펌프; 상기 연료 펌프로부터 펌핑된 연료를 인젝터로 공급하기 위한 연료공급 라인; 상기 인젝터에서 피드백되는 연료를 상기 연료 탱크로 되돌리기 위한 피드백 라인; 상기 연료공급 라인에 설치되어 상기 연료공급 라인 내의 연료의 온도를 측정하는 연료공급라인 온도센서; 상기 피드백 라인에 설치되어, 상기 피드백 라인 내부의 압력을 측정하는 피드백 라인 압력센서; 그리고, 상기 연료 탱크 내부에 설치되어, 상기 연료 탱크 내부의 압력을 측정하는 봄베 압력센서를 포함하는 자동차의 LPI 시스템에 있어서, 자동차의 시동을 거는 시동 단계; 상기 봄베 압력센서로부터 측정된 압력과 상기 연료공급라인 온도센서로부터 측정된 온도를 참조하여 연료 목표압을 산출하는 연료 목표압 산출 단계; 상기 산출된 연료 목표압과 상기 피드백 라인 압력센서에서 측정된 연료 압력을 비교하는 비교 단계; 그리고, 상기 비교 단계에서 비교된 결과에 따라서 연료 펌프를 구동하는 모터의 회전속도를 제어하는 제어 단계를 포함하는 LPI 시스템의 제어 방법이 제공된다.
여기서, 상기 LPI 시스템의 제어 방법은, 상기 연료 펌프를 구동하여 상기 인젝터로 연료를 공급하기 위한 연료 공급 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 연료 공급 단계는 상기 목표압 산출 단계 전에 수행되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 LPI 시스템의 제어 방법은, 상기 센서들로부터 검출된 운전조건들 이외에 다른 운전조건을 통한 보정가압값을 산출하는 보정가압 산출 단계를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 다른 운전조건은, 엔진의 회전수, TPS(Throttle Position Sensor:쓰로틀 개도 센서)에서 측정된 개도값, 냉각수 온도와 같은 요소들일 수 있다.
그리고, 상기 LPI 시스템의 제어 방법은, 상기 비교 단계에서 상기 연료 목표압과 연료 압력과의 비교 결과, 상기 연료 목표압과 연료 압력이 같을 경우, 상기 연료 펌프의 모터 회전수를 그대로 유지하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 LPI 시스템의 제어 방법은, 상기 비교 단계에서 상기 연료 목표압과 연료 압력과의 비교 결과, 상기 연료 목표압이 연료 압력보다 클 경우, 상기 연료 펌프의 모터 회전수를 PI제어를 통해 증가시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LPI 시스템의 제어방법은, 상기 비교 단계에서 상기 연료 목표압과 연료 압력과의 비교 결과, 상기 연료 목표압이 연료 압력보다 작을 경우, 상기 연료 펌프의 모터 회전수를 PI제어를 통해 감소시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LPI 시스템과 그 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 LPI 시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 구성도를 나타내고, 도 3은 본 발명에 따른 LPI 시스템의 제어 방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 순서도를 나타내며, 도 4는 일반적인 LPG 연료의 온도에 따른 증기압을 나타낸 그래프를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LPI 시스템은, 연료 탱크(1)와, 상기 연료 탱크에 내장된 연료 펌프(2)와, 상기 연료 펌프로부터 펌핑된 연료를 인젝터(6)로 공급하기 위한 연료공급 라인(4)과, 상기 연료공급 라인에 설치되어 엔진의 시동 오프시 연료의 흐름을 차단하는 엔진측 연료차단밸브(5)와, 상기 인젝터에서 피드백되는 연료를 상기 연료 탱크로 되돌리기 위한 피드백 라인(9)과, 상기 연료공급 라인(4)에 설치되어 상기 연료공급 라인을 통해 상기 인젝터(6)로 공급되는 연료의 온도를 측정하는 연료공급라인 온도센서(7)와, 상기 피드백 라인(9)에 설치되어 상기 피드백 라인 내부의 압력을 측정하는 피드백 라인 압력센서(9a) 및, 상기 연료 탱크(1) 내부에 설치되어 상기 연료 탱크 내부의 압력을 측정하는 봄베 압력센서(10)를 포함한다.
여기서, 상기 LPI 시스템은, 상기 피드백 라인(9)에 설치되어 상기 피드백 라인을 통해 상기 연료 탱크(1)로 피드백되는 연료의 온도를 측정하는 피드백 라인 온도센서(9c)와, 상기 연료 탱크(1) 내부에 설치되어 상기 연료 탱크 내부의 온도를 측정하는 봄베 온도센서(20)를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 LPI 시스템은, 상기 피드백 라인(9)에 설치되어 상기 인젝터(6)를 통해 연소실로 분사되는 연료의 압력이 일정수준이 유지되도록 하는 압력 레귤레이터(9b)와, 상기 연료 펌프(2)의 토출측에 설치되어 상기 연료 펌프로부터 펌핑되는 오일 중에 포함된 이물질을 걸러내기 위한 필터(3)를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성된 LPI 시스템의 제어 방법은 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 운전자가 자동차 키를 이용하여 시동을 걸게 되면, 연료 펌프(1)가 작동되어, 연료공급라인(4)을 통해 각 연소실에 있는 인젝터(6)로 연료가 공급된다.
그리고, 상기 연료공급라인 온도센서(7)는 인젝터(6)로 공급되는 연료의 온도를 측정하고, 상기 피드백 라인 온도센서(9c)는 상기 연료 탱크(1)로 피드백되는 연료의 온도를 측정하며, 상기 봄베 온도센서(20)는 상기 연료 탱크(1) 내부의 온도를 측정한다.
아울러, 상기 피드백라인 압력센서(9a)는 피드백 라인(9) 내의 압력을 측정 하고, 상기 봄베 압력센서(10)는 상기 연료 탱크(1) 내부의 압력을 측정한다.
이와 같이, 각각의 센서로부터 온도와 압력이 측정되면, ECU 등과 같은 제어 장치는 상기 측정된 값을 입력받아 연료 목표압을 산출한다.
그리고, 상기 센서들로부터 검출된 온도와 압력 이외에 다른 운전조건 즉, 엔진의 회전수, TPS(Throttle Position Sensor:쓰로틀 개도 센서)에서 측정된 개도값, 냉각수 온도와 같은 값들을 참조하여 상기 연료 펌프의 모터 회전수를 조정하도록 보정가압값을 산출한다.
한편, 도 4를 참조하여, LPG 연료의 증기압곡선을 보면 연료 온도가 상승할수록 높은 증기압곡선의 상승은 더욱 가파르다, 이같은 증기압곡선의 포물선함수에서 연료가 저온일 경우 상대적으로 낮은 가압으로도 액상상태의 연료를 쉽게 얻을 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 주행 중 상기 온도 센서 및 봄베 압력센서 등과 같은 센서를 통해 얻어진 최적의 연료 목표압을 산출하여 연료온도가 낮은 겨울철에도 최소의 가압으로 액상의 연료를 얻을 수 있고, 또한 피드백 제어를 통해 펌프의 속도도 낮출 수 있어 오일 펌프 손실을 최소화할 수 있으며 오일 펌프의 효율을 최적화할 수 있다.
또한, 상기 연료 목표압은 보정가압값에 의해 보정될 수도 있어, 연료 펌프의 제어를 보다 정밀하게 할 수 있어, 그 효율을 더욱 최적화할 수 있다.
한편, 상기와 같이, 연료 목표압과 보정가압값이 산출되면, 이후 상기 제어 장치에서는 연료 목표압과 측정된 연료 압력을 비교한다.
그리고, 상기 비교 판단 결과에 따라서 연료 펌프의 모터 회전속도를 제어하 여 연료 펌프를 구동한다.
즉, 상기 비교 판단 결과, 상기 연료 목표압과 연료 압력이 같을 경우, 상기 연료 펌프의 모터 회전수를 그대로 유지한다. 이때, 상기 보정가압값을 참조하여 상기 연료 펌프(1)의 모터 회전수를 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 비교 판단 결과, 상기 연료 목표압이 연료 압력보다 클 경우, 상기 연료 펌프(1)의 모터 회전수를 PI(Proportional Integral:비례 적분)제어를 통해 증가시킨다.
그러면, 상기 실제 응답값에 해당하는 연료 압력이 상기 연료 목표압에 가까워지게 되어, 상기 연료 펌프(1)의 제어를 최적화할 수 있다.
또한, 상기 비교 판단 결과, 상기 연료 목표압이 연료 압력보다 작을 경우, 상기 연료 펌프(1)의 모터 회전수를 PI(Proportional Integral:비례 적분)제어를 통해 감소시킨다.
그러면, 상기 실제 응답값에 해당하는 연료 압력이 상기 연료 목표압에 근접하게 되어, 상기 연료 펌프(1)의 제어를 최적화할 수 있다.
상기와 같은 제어 과정 중에 리턴되는 시간은 대략 10분 정도가 바람직하다. 즉, 10분 정도에 한 번씩 LPI 시스템의 PI 제어를 수행하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상의 범주를 벗어나지 않는 한 여러 가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능함은 물론이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫째, 다양한 운전조건에 따라 연료 펌프의 구동을 최적화하여 연료 펌프의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
둘째, 연료 펌프의 구동을 최적화함에 따라 연료 펌프의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
셋째, 연료 펌프의 효율을 향상시켜 엔진의 출력 증대 및 배기가스를 저감할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 연료 펌프의 온도 및 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 연료 탱크; 상기 연료 탱크에 내장된 연료 펌프; 상기 연료 펌프로부터 펌핑된 연료를 인젝터로 공급하기 위한 연료공급 라인; 상기 인젝터에서 피드백되는 연료를 상기 연료 탱크로 되돌리기 위한 피드백 라인; 상기 연료공급 라인에 설치되어 상기 연료공급 라인 내의 연료의 온도를 측정하는 연료공급라인 온도센서; 상기 피드백 라인에 설치되어, 상기 피드백 라인 내부의 압력을 측정하는 피드백 라인 압력센서; 그리고, 상기 연료 탱크 내부에 설치되어, 상기 연료 탱크 내부의 압력을 측정하는 봄베 압력센서를 포함하는 자동차의 LPI 시스템에 있어서,
    자동차의 시동을 거는 시동 단계;
    상기 봄베 압력센서로부터 측정된 압력과 상기 연료공급라인 온도센서로부터 측정된 온도를 참조하여 연료 목표압을 산출하는 연료 목표압 산출 단계;
    상기 산출된 연료 목표압과 상기 피드백 라인 압력센서에서 측정된 연료 압력을 비교하는 비교 단계; 그리고,
    상기 비교 단계에서 비교된 결과에 따라서 연료 펌프를 구동하는 모터의 회전속도를 제어하는 제어 단계를 포함하는 LPI 시스템의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연료 펌프를 구동하여 상기 인젝터로 연료를 공급하기 위한 연료 공급 단계를 더 포함하는 LPI 시스템의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연료 공급 단계는 상기 목표압 산출 단계 전에 수행되는 것을 특징으로 하는 LPI 시스템의 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 센서들로부터 검출된 운전조건들 이외에 다른 운전조건을 통한 보정가압값을 산출하는 보정가압 산출 단계를 더 포함하는 LPI 시스템의 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다른 운전조건은, 엔진의 회전수, TPS(Throttle Position Sensor:쓰로틀 개도 센서)에서 측정된 개도값, 냉각수 온도와 같은 요소들인 것을 특징으로 하는 LPI 시스템의 제어 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 비교 단계에서, 상기 연료 목표압과 연료 압력과의 비교 결과, 상기 연료 목표압과 연료 압력이 같을 경우,
    상기 연료 펌프의 모터 회전수를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 LPI 시스템의 제어 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 비교 단계에서, 상기 연료 목표압과 연료 압력과의 비교 결과, 상기 연료 목표압이 연료 압력보다 클 경우,
    상기 연료 펌프의 모터 회전수를 PI(Proportional Integral)제어를 통해 증가시키는 것을 특징으로 하는 LPI 시스템의 제어 방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 비교 단계에서, 상기 연료 목표압과 연료 압력과의 비교 결과, 상기 연료 목표압이 연료 압력보다 작을 경우,
    상기 연료 펌프의 모터 회전수를 PI(Proportional Integral)제어를 통해 감소시키는 것을 특징으로 하는 LPI 시스템의 제어 방법.
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