KR100865233B1

KR100865233B1 - 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법

Info

Publication number: KR100865233B1
Application number: KR1020070061194A
Authority: KR
Inventors: 민영기; 최재원
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2008-10-23

Abstract

바이 퓨얼 차량에서 씨엔지 연료에 대한 내연 기관의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법이 개시되어 있다. 이러한 바이 퓨얼 차량의 씨엔지 연료는 가솔린 연료에 비해 윤활 작용이 없으므로 지속으로 씨엔지 연료를 사용하는 경우 흡기 및 배기 밸브, 실린더 링 등의 씨엔지 연료와 관련된 내연 기관이 마모되는 문제점이 있었다. 본 발명에 의하면, 씨엔지 연료 및 가솔린 연료를 반복하여 엔진을 구동함으로써, 씨엔지 연료의 윤활 작용이 없음으로 인해 발생하는 흡기 및 배기 밸브, 실린더 링 등의 씨엔지 연료와 관련된 내연 기관의 마모를 미연에 방지할 수 있어 내연 기관의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

씨엔지(CNG), 연료 탱크, 씨엔지 엔진, 가솔린 엔진

Description

바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법{METHOD FOR CHANGING FUEL OF BI FUEL CAR}

도 1은 본 발명에 따른 바이 퓨얼 차량의 구성을 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 연료 전환 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연료 탱크 3 : 엔진

30 : 압력 조정기 40 : 연료 분배기

50 : 가스 인젝터 60 : 인터페이스 유닛

70 : 가솔린 엔진 제어 유닛

본 발명은 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 씨엔지 연료의 특성으로 인해 발생하는 내연 기관의 내구성을 향상할 수 있도록 한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 바이 퓨얼(Bi-Fuel) 차량에 사용되는 연료는 가솔린 또는 가스를 사용하며, 상호 장단점을 보완하기 위해 가솔린과 가스 연료를 겸용으로 사용하 고 있으며, 이때 가스 연료로는 압축 천연 가스인 씨엔지(CNG: Compressed Natural Gas) 또는 액화 석유 가스인 엘피지(LPG : Liquid Platum Gas) 중 하나를 사용하고 있다.

이러한 바이 퓨얼 차량은 가솔린 엔진 제어유닛으로부터 공급되는 가솔린 인젝션 신호를 제공받아 인터페이스 유닛에서 가스 인젝션 신호를 발생하고, 이러한 가스 인젝션 신호에 따라 연료 탱크 내의 가스 연료(LPG 또는 CNG)를 가스 인젝터에 공급하도록 구비된다.

그러나, 가솔린 연료 및 씨엔지 연료를 겸용으로 사용 가능하는 바이 퓨얼(bi-fuel) 차량에 있어서, 하나의 연료만을 반복적으로 사용하는 경우 특히 씨엔지 연료의 경우 가솔린 연료에 비해 윤할 작용이 없으므로 씨엔지 연료에 대한 내연 기관의 마모가 발생하게 되었다.

이러한 가솔린과 씨엔지 연료를 사용 가능한 바이 퓨얼(bi-fuel) 차량에 있어서, 하나의 연료(특히 씨엔지 연료)만을 반복적으로 사용하는 경우 가솔린 연료에 비해 엔진의 수명을 크게 단축시키는 경향이 있는데, 이는 가솔린과 비교하여 씨엔지의 연소가스가 윤활 작용이 부족하고, 또한 배기 쪽 부품의 표면에 탄소를 포함한 고분자물질의 피막을 형성하지 못해 배기가스와 배기밸브의 표면 사이의 열저항이 낮기 때문으로 해석된다. 결과적으로 바이퓨얼 엔진(특히 가솔린과 씨엔지)의 내구성 실험 도중 엔진이 고장나는 사건이 여러 차례 보고된 바 있다.

따라서, 기존의 바이 퓨얼 차량에서의 이러한 씨엔지 연료 또는 가솔린 연료에 대한 내연 기관의 내구성을 향상하기 위해 씨엔지 관련 내연 기관의 부품 재질 을 개선하는 방향의 대책이 채택되고 있으나, 이는 관련 내연 기관의 부품 재질 변경에 따라 제조 원가가 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 씨엔지 연료 및 가솔린 연료를 주기적으로 전환하여 엔진을 구동함으로써, 씨엔지 연료의 윤활 작용으로 부족으로 저하된 내연 기관의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법을 제공하고자 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법은,

가솔린 엔진 제어 유닛 및 인터페이스 유닛을 이용하여 가솔린 연료 및 씨엔지 연료를 각각의 가스 인젝터 및 가솔린 인젝터로 공급하여 엔진을 구동하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 판단 방법에 있어서,

a) 상기의 가솔린 엔진 제어 유닛에서 시동 온 상태인 지를 판단하고 시동 온 상태인 경우 현재 씨엔지 연료 모드인 지를 판단하여 판단 결과 상기의 씨엔지 연료 모드인 경우 사용 연료를 씨엔지 연료로 엔진을 구동하는 단계;

b) 상기 씨엔지 연료의 엔진 구동 시간을 누적하는 단계;

c) 상기의 누적된 씨엔지 연료의 엔진 구동 시간, 배기 가스 온도, 냉각수 온도, 차량 속도, 및 연료 소모량 중 하나에 따라 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하여 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 경우 가솔린 연료 전환 모 드로 설정하는 단계;

d) 이어 가솔린 엔진 제어 유닛에서 쓰로틀 밸브 위치 정보를 수신하여 수신된 쓰로틀 밸브 위치 정보를 기초하여 쓰로틀 밸브가 완전 개도인 지를 판단하고 완전 개도인 경우 완전 개도에 따라 기 설정된 제1 지연 시간 경과 후 가솔린 연료로 엔진을 구동하는 단계; 및

e) 상기 d) 단계에서 상기의 쓰로틀 밸브가 완전 개도가 아닌 부분 개도인 경우 부분 개도량에 따라 기 설정된 제2 지연 시간 경과 후 상기의 가솔린 연료로 엔진을 구동하는 단계를 포함하고,

f) 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에서 상기의 가솔린 연료의 엔진 구동 시간을 누적한 후 누적된 가솔린 연료의 엔진 구동 시간 및 배기 가스 온도 중 하나를 기초하여 씨엔지 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하고, 판단 결과 씨엔지 연료전환 조건을 만족하는 경우 상기 a) 단계로 진행하는 단계를 포함한다.

그에 더하여, 상기 a) 단계에서 현재 씨엔지 연료로 설정되지 아니한 경우 상기 가솔린 연료로 엔진을 구동한 후 상기 f) 단계로 진행하는 단계를 더 포함하고,

한편, 상기 a) 단계에서 시동키가 오프인 경우 각 연료 별 엔진 구동 시간을 저장하는 단계를 더 포함한다.

여기서, 상기 c) 단계의 가솔린 연료 전환 조건은 씨엔지 연료의 엔진 구동 시간이 미리 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제1 설정값 이상, 배기 가스 온도가 미리 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제2 설정치 이상, 냉각수 온도가 미리 가솔 린 엔진 제어 유닛에 저장된 제3 설정치 이상, 차량 속도가 미리 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제4 설정치 이상, 및 연료 소모량이 미리 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제5 설정치 이상 중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 씨엔지 연료 전환 조건은, 상기 f) 단계의 가솔린 연료의 엔진 구동 시간이 미리 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제6 설정치 이상 및 배기 가스 온도가 미리 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제7 설정치 이상 중 하나의 조건을 만족하는 경우 상기 a) 단계로 진행하여 시동키가 오프 상태인 지를 판단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 씨엔지 연료 및 가솔린 연료를 반복하여 엔진을 구동함으로써, 씨엔지 연료의 윤활 작용 부족으로 인해 발생하는 흡기 및 배기 밸브, 실린더 링 등의 내연 기관의 마모를 미연에 방지할 수 있어 내연 기관의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예에서는 압축 천연 가스(씨엔지)과 가솔린 연료를 겸용으로 사용하는 바이 퓨얼 차량을 일예로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 바이 퓨얼 차량의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 엔진 제어 장치의 구성을 상세하게 보인 도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 바이-퓨얼 차량의 씨엔지 연료에대한 내연 기관은, 씨엔지(CNG: Compressed Natural Gas) 연료를 가압 상태로 저장하는 연료탱크(1)와, 연료탱크(1)에 저장된 씨엔지 연료가 유입되며 유입된 씨엔지 연료의 압력을 기 설정된 임계값 이하로 감압하여 토출하는 압력 조정기(30)와, 압력 조정기(30)에서 토출된 연료가 유입되며 유입된 씨엔지 연료를 엔진(3)의 부하상태에 따라 정량 제어하는 복수개, 예를 들면 5-10개의 솔레노이드에 의해 정량 제어된 각각의 씨엔지 연료를 엔진(3)의 흡기 다기관으로 공급하는 연료 분배기(40)와, 연료 분배기(40)의 복수개의 솔레노이드에 의해 정량 제어되어 분배된 연료를 엔진 흡기 다기관의 연소실 내로 분사하는 가스 인젝터(노즐; Nozzle)(50)와, 가솔린 엔진 제어 유닛(70)으로부터 캔 통신 라인을 통해 제공받은 엔진 회전수(RPM), 스로틀 위치 센서(TPS), 점화 시간 정보, 매니폴드 절대 압력(MAP), 냉각수 온도, 압력 조정기(30) 내의 연료 온도, 산소 신호 및 연료 분배기(40)의 적어도 2곳 이상에서의 압력 신호를 토대로 상기 연료분배기(40)의 복수개의 솔레노이드를 구동 제어하는 인터페이스 박스(60)를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명에 따른 바이 퓨얼 차량에 있어 가솔린 연료에 관련 내연 기관은 이미 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기의 인터페이스 유닛(60)은 가솔린 엔진 제어 유닛(70)으로부터 공급되는 가솔린 인젝션 신호를 받아 가스 인젝션 신호로 변환하도록 구비된다.

이때 연료 탱크(1) 내의 압축된 씨엔지 연료의 압력은 대략 200 ∼ 250bar 정도이며, 이 압력은 압력 조정기(30)를 통해 기 설정된 임계값(대략 2 ∼ 3bar)이하로 감압되므로, 엔진에 공급되는 씨엔지 연료의 인젝션(injection) 압력은 대략 2 ∼ 3bar 이다.

그리고, 상기 인터페이스 유닛(60)는 시동 키가 온 상태이고 씨엔지로 연료가 설정된 경우 씨엔지 연료로 엔진을 구동한 후 씨엔지 엔진 구동 시간을 누적하 고, 누적된 씨엔지 엔진 구동 시간, 배기 가스 온도, 냉각수 온도, 차량 속도, 및 연료 소비량 중 하나를 기초하여 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하고 판단 결과 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 경우 가솔린 연료로 전환하도록 구비된다.

여기서, 상기 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하기 위한 씨엔지 엔진 구동시간에 대한 제1 설정값, 배기 가스 온도에 대한 제2 설정값, 냉각수 온도에 대한 제3 설정값, 차량 속도에 대한 제4 설정값 및 연료 소모량에 따른 제5 설정값이 미리 저장되어 있으며, 각 설정값은 학습을 통해 얻어진 결과값이고 이미 인터페이스 유닛(60)에 저장되어 있다.

그에 더하여 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)은, 상기 스로틀 밸브 위치 정보를 수신하여 쓰로틀 밸브 위치가 완전 개도인 지를 판단하여 판단 결과 완전 개도인 경우 완전 개도에 따라 설정된 제1 지연 시간 경과 후 가솔린 연료로 엔진을 구동하며, 완전 개도가 아닌 부분 개도인 경우 부분 개도량에 따라 설정된 지연 시간 경과 후 가솔린 연료로 엔진을 구동하도록 구비된다.

또한, 상기 연료가 씨엔지가 아닌 경우 가솔린 연료로 엔진을 구동하고, 가솔린 연료의 엔진 구동 시간을 누적하며 누적된 가솔린 연료의 엔진 구동 시간 및 배기 가스 온도를 기초하여 씨엔지 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하고 판단 결과 씨엔지 연료 전환 조건을 만족하는 경우 초기 단계로 진행하도록 구비된다.

여기서,씨엔지 연료 전환 조건은, 누적된 가솔린 연료의 엔진 구동 시간이 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)에 저장된 제6 설정치 이상 및 배기 가스 온 도가 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)에 저장된 제7 설정치 이상 중 하나 이상의 조건이다. 상기 제6 및 제7 설정치는 최적의 엔진을 구동하기 위해 다수의 학습을 통해 얻어진 결과값이다.

상기 시동 키가 오프인 경우 각 연료 별 엔진 구동 시간을 저장한 후 본 프로그램을 종료한다.

상기와 같이 구성된 본 발명인 씨엔지 연료와 가솔린 연료를 사용하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 과정을 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.

우선 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)은 시동키가 온 상태인 지를 판단하고(101) 판단 결과 시동키가 온 상태인 경우 현재 씨엔지 연료 모드인 지를 판단하며(103), 판단 결과 씨엔지 연료 모드인 경우 연료 탱크(1) 내의 씨엔지 연료로 엔진(3)을 구동한다(105).

상기의 과정을 구체적으로 설명하면, 상기 연료 탱크(1) 내의 압축된 가스 연료는 압력 조정기(30)로 유입된다. 상기의 압력 조정기(30)는 가스 연료의 토출 압력을 기 설정된 압력으로 감압하여 연료 분배기(40)에 공급한다. 즉, 압력 제어된 연료가 2개의 연료 분배기(40)로 각각 분배되어 유입되면(경우에 따라서는 1개의 연료 분배기로 유입될 수 있음), 연료 분배기(40)의 솔레노이드들은 엔진 부압 및 제어장치(60)의 가스 인젝션 신호에 의해 구동 제어되어 엔진(3) 구동에 필요한 정량의 연료를 즉각적으로 엔진(3)의 각 기통(흡기 다기관)으로 분배하거나, 엔진(3)의 흡기다기관의 어느 1곳에 집중하여 분사한다.

이어 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)은 씨엔지 연료의 엔진 구동 시간을 누적한 다(107).

이때 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)은 상기 단계(107)를 통해 누적된 씨엔지 연료의 엔진 구동 시간, 배기 가스 온도, 냉각수 온도, 차량 속도, 및 연료 소모량 중 하나를 기초하여 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하고(109) 상기의 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 경우 사용 연료르 상기 가솔린 연료로 전환하기 위해 가솔린 연료 전환 모드를 설정한다(111).

즉, 씨엔지 엔진 구동시간이 제1 설정값 이상이고, 상기의 배기 가스 온도가 제2 설정값 이상이며, 냉각수 온도가 제3 설정값 이상이고, 차량 속도가 제4 설정값 이상이며 연료 소모량이 제5 설정값 이하 중 하나 이상의 조건을 만족하면 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)은 사용 연료를 씨엔지 연료에서 가솔린 연료로 전환된다.

이때 상기 가솔린 엔진 제어 유닛(70)은 쓰로틀 밸브 위치 정보를 수신하고 수신된 스로틀 밸브 위치 정보를 이용하여 스로틀 밸브가 완전 개도인 지를 판단하고(113) 판단 결과 완전 개도인 경우 완전 개도에 따라 미리 설정된 제1 지연 시간을 경과한 후 가솔린 연료로 엔진을 구동한 후 후술될 단계(121)로 진행한다(115).

한편 상기 단계(113)를 통해 완전 개도가 아닌 부분 개도인 경우 상기 제어 장치(60)는 부분 개도에 따라 미리 설정된 제2 지연 시간을 경과한 후 가솔린 연료로 엔진을 구동한 후 후술될 단계(121)로 진행한다(117).

상기 제어 장치(60)는 상기 단계(103)를 통해 설정된 연료가 가솔린이 아닌 경우 가솔린 연료로 엔진을 구동하고(119), 가솔린 연료의 엔진 구동 시간을 누적한다(121).

이때 가솔린 연료의 엔진 구동 시간과 배기 가스 온도를 기초하여 씨엔지 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하고(123) 판단 결과 상기의 씨엔지 연료 전환 조건을 만족하는 경우 상기 단계(101)로 진행한다.

한편, 시동 키가 오프 상태인 경우 각 연료 별 엔진 구동 시간을 저장한 후(125) 본 프로그램을 종료한다

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 씨엔지 연료 및 가솔린 연료를 반복하여 인젝터에 제공함으로써, 씨엔지 연료의 윤활 작용 부족으로 인해 발생하는 흡기 및 배기 밸브, 실린더 링 등의 내연 기관의 마모를 미연에 방지할 수 있어 내연 기관의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

가솔린 엔진 제어 유닛 및 인터페이스 박스를 이용하여 가솔린 연료 및 씨엔지 연료를 각각의 가스 인젝터 및 가솔린 인젝터로 공급하여 엔진을 구동하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 판단 방법에 있어서,

a) 상기의 가솔린 엔진 제어 유닛에서 시동 온 상태인 지를 판단하고 시동 온 상태인 경우 현재 씨엔지 연료 모드인 지를 판단하여 판단 결과 상기의 씨엔지 연료 모드인 경우 사용 연료를 씨엔지 연료로 엔진을 구동하는 단계;

b) 상기 씨엔지 연료의 엔진 구동 시간을 누적하는 단계;

c) 상기의 누적된 씨엔지 연료의 엔진 구동 시간, 배기 가스 온도, 냉각수 온도, 차량 속도, 및 연료 소모량 중 하나에 따라 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하여 상기의 가솔린 연료 전환 조건을 만족하는 경우 가솔린 연료 전환 모드로 설정하는 단계;

d) 이어 가솔린 엔진 제어 유닛에서 쓰로틀 밸브 위치 정보를 수신하여 수신된 쓰로틀 밸브 위치 정보를 기초하여 쓰로틀 밸브가 완전 개도인 지를 판단하고 완전 개도인 경우 완전 개도에 따라 기 설정된 제1 지연 시간 경과 후 가솔린 연료로 엔진을 구동하는 단계;

e) 상기 d) 단계에서 상기의 쓰로틀 밸브가 완전 개도가 아닌 부분 개도인 경우 부분 개도에 따라 기 설정된 제2 지연 시간 경과 후 상기의 가솔린 연료로 엔진을 구동하는 단계; 및

f) 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에서 상기의 가솔린 연료의 엔진 구동 시간을 누적한 후 누적된 가솔린 연료의 엔진 구동 시간 및 배기 가스 온도 중 하나를 기초하여 씨엔지 연료 전환 조건을 만족하는 지를 판단하고, 판단 결과 씨엔지 연료전환 조건을 만족하는 경우 상기의 a) 단계로 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법.
제1항에 있어서, 상기 a) 단계에서 현재 씨엔지 연료 모드로 설정되지 아니한 경우 상기 가솔린으로 엔진을 구동한 후 상기 f) 단계로 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법.
제1항 또는 제2항 중 한 항에 있어서, 상기 c) 단계의 가솔린 연료 전환 조건은 씨엔지 엔진 구동 시간이 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제1 설정값 이상, 배기 가스 온도가 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제2 설정치 이상, 냉각수 온도가 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제3 설정치 이상, 차량 속도가 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제4 설정치 이상, 및 연료 소모량이 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제5 설정치 이상 중 하나 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법.
제1항 또는 제2항 중 한 항에 있어서, 상기 씨엔지 연료 전환 조건은,

상기 f) 단계의 가솔린 엔진 구동 시간이 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛 에 저장된 제6 설정치 이상 및 배기 가스 온도가 미리 상기 가솔린 엔진 제어 유닛에 저장된 제7 설정치 중 하나의 조건을 만족하는 경우 상기 a) 단계로 진행하여 시동키가 오프 상태인 지를 판단하는 것을 특징으로 하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법.
제1항 또는 제2항 중 한 항에 있어서, 상기 a) 단계에서 시동키가 오프인 경우 각 연료 별 엔진 구동 시간을 저장하는 단계를 더 포함하는 바이 퓨얼 차량의 연료 전환 방법.