KR100890706B1 - 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열을 위한 듀티 제어값을 베터리 전원의 크기에 따라 가변할 수 있도록 한 씨엔지 자동차의 압력 조절기 가열 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, 연료 탱크 내의 연료를 감압하여 인젝터로 공급하는 압력 조절기; 상기 시동 스위치가 온 위치로 설정되는 경우 가압된 연료 탱크 내의 연료를 상기 압력 조절기로 공급하는 엔진 제어 유닛; 상기 압력 조절기의 소정 위치에 설치되어 외기 온도에 따라 상기 압력 조절기를 소정 온도로 가열하는 히터를 포함하되, 상기 엔진 제어 유닛은, 상기 시동 스위치가 온 위치로 설정될 때 상기 히터를 미리 설정된 제어 듀티값과 베터리 전원의 크기에 따라 결정된 보정 계수의 곱으로 실제 제어 듀티값을 결정하고, 결정된 실제 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급에 의해 히터가 가열되는 것을 포함한다.

가스 연료, 연료, 압력 조절기, 히터

Description

씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR HEATING PRESSURE CONTROLLER OF CNG CAR}

본 발명은 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하세는, 베터리 전압의 크기 변화에 따라 가변하는 압력 조절기의 가열 온도를 일정하기 유지할 수 있도록 한 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 씨엔지(CNG: Compressed Natural Gas) 차량은 가솔린 엔진 제어유닛으로부터 공급되는 가솔린 인젝션 신호를 제공받아 인터페이스 박스에서 가스 인젝션 신호를 발생하고, 이러한 가스 인젝션 신호에 따라 연료 탱크 내의 연료를 가스 인젝터에 공급하도록 구비된다.

이때 연료 탱크 내의 연료는 가압되어 저장되어 있으며, 이 가압된 연료는 압력 조절기에 의해 기 설정된 소정치로 감압된 후 인젝터로 공급된다. 즉, 연료 탱크 내의 압축된 가스 연료의 압력은 대략 200 ∼ 250bar 정도이며, 이 압력은 압력 조절기를 거쳐 엔진에 공급되는 연료의 인젝션(injection) 압력이 대략 1 ∼ 3bar까지 감압된다.

그러나, 외기 온도에 따라 가변하는 연료 온도에 따라 상기 압력 조절기의 정확한 압력 제어가 불가능하다. 즉, 외기 온도에 의해 압력 조절기의 주변 온도가 낮아진 경우 연료 온도가 낮아져 정확한 인젝션 압력 제어가 어렵다.

압력 조절기를 통과해서 나오는 연료의 온도를 모니터링한 후 모니터링 결과에 Ef라 제어 듀티값을 결정한다. 즉, 이상기체 상태방정식을 보면, PV=nRT 만족하고, 이때 압력(P)이 줄어들면, 온도(T)도 같이 내려가게 된다.

따라서, 겨울철 아침(영하 날씨)에는 기존 가스온도(감압장치 전단)가 매우 낮기 때문에 압력감압장치 내부에 얼어버려서 원하는 유량이 변할 수 있고, 압력 조절기에 무리를 줄 수 있습니다

이러한 압력 조절기의 무리를 해소하기 위해 이러한 외기 온도에 따라 낮아진 연료 온도를 상승하기 위해 압력 조절기 외부에 히터가 설치되고 이 히터는 시동 스위치가 온 위치로 설정될 때 엔진 제어 유닛에미리 저장된 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급에 따라 가열된다. 이때 상기 제어 듀티값은 고정된 값이다. 즉, 상기 히터는 고정된 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급에 따라 소정 온도로 가열되며, 베터리 전원의 크기에 따라 가열 온도가 가변된다.

상기 히터의 가열 온도는 주 전원인 베터리 전원의 크기가 작으면 작을수록 낮아지므로 압력 조절기를 통과하는 연료 온도가 낮아져 정확한 연료압 제어가 역시 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목 적은 외기 온도 또는 연료 온도에 따라 결정된 제어 듀티값과 베터리 전압의 크기에 따라 결정된 보정 계수로 상기 제어 듀티값을 보정하여 실제 제어 듀티값을 결정함으로써, 베터리 전원의 크기 변화에 따라 가변되는 압력 조절기의 가열 온도가 일정하게 유지되므로, 압력 조절기를 통과하는 연료 온도의 변화를 미연에 방지하여 압력 조절기의 연료압 제어를 정확하게 실행할 수 있는 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 장치 및 방법을 제공하고자 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 기술적 과제는,

연료 탱크 내의 연료를 감압하여 인젝터로 공급하는 압력 조절기;

상기 시동 스위치가 온 위치로 설정되는 경우 가압된 연료 탱크 내의 연료를 상기 압력 조절기로 공급하는 엔진 제어 유닛;

상기 압력 조절기의 소정 위치에 설치되어 외기 온도 또는 연료 온도에 따라 상기 압력 조절기를 소정 온도로 가열하는 히터를 포함하되,

상기 엔진 제어 유닛은,

상기 시동 스위치가 온 위치로 설정될 때 상기 히터를 미리 설정된 제어 듀티값과 베터리 전원의 크기에 따라 결정된 보정 계수의 곱으로 실제 제어 듀티값을 결정하고, 결정된 실제 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급에 의해 가열하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 보정 계수는 상기 베터리 전압의 크기와 이론적으로 반비례 관계에 기반으로 결정되는 것을 특징으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따른 기술적 과제는,

a) 시동 스위치가 온 위치로 설정될 때 외기 온도 또는 연료 온도에 따른 히터의 제어 듀티값을 읽는 단계;

b) 외부로부터 공급되는 베터리 전압의 크기를 수신하는 단계;

c) 수신된 베터리 전압의 크기에 대응되는 테이블 값(interpolation table)을 토대로 보정 계수를 출력하고 출력된 보정 계수로 상기 a) 단계의 제어 듀티값을 보정하여 실제 제어 듀티값을 결정하는 단계; 및

d) 상기 실제 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급에 의해 상기 히터를 가열하는 단계를 포함한다.

또한, e) 상기 히터의 가열 온도를 수신하여 가열 온도가 미리 정해진 소정 온도 이상인 경우 상기 베터리 전원 공급을 정지하여 히터의 가열을 중지하는 단계를 더 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 외기 온도 또는 연료 온도에 따라 결정된 제어 듀티값과 베터리 전압의 크기에 따라 결정된 보정 계수로 상기 제어 듀티값을 보정하여 실제 제어 듀티값을 결정함으로써, 베터리 전원의 크기 변화에 따라 가변되는 압력 조절기의 가열 온도가 일정하게 유지되므로, 압력 조절기를 통과하는 연료 온도의 변화를 미연에 방지하여 압력 조절기의 연료압 제어를 정확하게 실행할 수 있는 효과를 얻는다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예에서는 압축 천연 가스(씨엔지)를 사용하는 씨엔지 자동차를 일예로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 씨엔지 자동차의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1의 베터리 전원의 크기에 따른 보정 계수를 보인 도이고, 도 3으 도 1에 도시된 엔진 제어 장치의 제어 과정을 보인 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 씨엔지 자동차의 내연 장치는, 씨엔지(CNG: Compressed Natural Gas) 연료를 가압 상태로 저장하는 연료탱크(10)와, 연료탱크(10)에 저장된 연료가 유입되며 유입된 연료의 압력을 기 설정된 임계값 이하로 감압하여 토출하는 압력 조절기(30)와, 압력 조절기(30)에서 토출된 연료가 유입되며 유입된 연료를 엔진(3)의 부하상태에 따라 정량 제어하는 복수개, 예를 들면 5-10개의 솔레노이드에 의해 정량 제어된 각각의 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, 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 입력받아 이들 각각의 신호를 토대로 상기 연료분배기(40)의 복수개의 솔레노이드를 구동 제어하는 엔진 제어 유닛(60)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기의 엔진 제어 유닛(60)은 흡입 공기량 및 차속 정보에 따라 발생 된 엔진 부하 상태 정보에 따라 가솔린 인젝션 신호를 발생하고 발생된 가솔린 인젝션 신호를 가스 인젝션 신호로 변환하도록 구비된다.

상기 압력 조절기(30)는, 통상적으로 시동 스위치가 온 위치로 설정될 때 상기 엔진 제어 유닛(60)의 제어에 따라 열림 제어하는 연료 차단 밸브와, 상기 연료 차단 밸브를 통과한 연료를 감압하여 인젝터로 공급하는 연료압 레귤레이터를 포함하고, 그에 더하여 상기 연료 차단 밸브 및 연료압 레귤레이터를 통과하는 연료 라인의 연료를 가열하기 위한 히터(35)가 설치된다. 상기 히터(35)는 베터리 전원의 공급, 즉, 전류의 흐름에 따라 발열하는 코일로 구비된다.

또한, 상기 엔진 제어 유닛(60)은 미리 저장된 다수의 제어 듀티값 중 외기 온도 또는 연료 온도에 따라 선택된 제어 듀티값과 베터리 전원의 크기를 토대로 결정된 보정 계수로 상기 제어 듀티값을 보정하여 실제 제어 듀티값을 결정하고, 이 실제 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급으로 히터(35)를 가열하도록 구비된다.

이때 상기 보정 계수는 베터리 전원 크기와 반비례 관계를 기반으로 설정되며, 미리 엔진 제어 유닛(60)에 저장되어 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 현재 베터리 전원 크기가 미리 설정된 소정치 이하인 경우 보정 계수는 1보다 큰 값을 가지며 소정치 이하가 아닌 경우 보정 계수는 1 보다 작은 값을 가진다.

상기의 엔진 제어 유닛(60)을 통해 압력 조절기(35)의 가열 과정을 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 상기 엔진 제어 유닛(60)은 시동 스위치가 온 위치로 설정되면(101) 현재 외기 온도 또는 연료 온도를 수신하여(103) 테이블 값으로 미리 저장된 다수의 제어 듀티값 중 수신된 외기 온도 또는 연료 온도에 대응되는 제어 듀티값을 출력한다(105).

이어 상기 엔진 제어 유닛(60)은 베터리 전원의 크기를 수신하고(107), 베터리 전원 크기에 대한 테이블 값(interpolation table)을 토대로 보정 계수를 산출한다(109).

이때 보정 계수는 베터리 전원 크기와 반비례 관계를 기반으로 설정된다. 즉, 베터리 전원 크기에 따라 제어 듀티값이 보정되므로 실제 히터의 가열을 위해 공급되는 에너지량이 동일하다. 즉, 50%의 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급으로 가열되는 히터의 가열 온도와 10%의 실제 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급으로 가열되는 히터의 가열 온도가 동일하도록 보정 계수가 결정된다.

이 후 상기 엔진 제어 유닛(60)은 보정 계수와 상기 단계(105)의 제어 듀티값의 곱으로 실제 제어 듀티값을 산출하고(111), 산출된 실제 제어 듀티값과 베터리 전원의 곱으로 히터(35)를 가열한다(113).

상기 엔진 제어 유닛(60)은 상기 히터(35)의 가열 온도를 수신하여(115) 상기 가열 온도가 미리 설정된 소정치 이상인 경우 히터(35)에 공급되는 베터리 전원의 공급을 중지하여 가열 중지한 후(117) 본 프로그램을 종료하고, 상기 가열 온도가 미리 설정된 소정치 이상이 아닌 경우 상기 단계(105)로 진행하여 상기 과정을 반복 실행한다.

본 발명의 실시 예에서 히터의 가열 온도에 따라 프로그램을 통해 베터리 전 원 공급 및 중단을 통해 히터의 가열을 정지하도록 설명하고 있으나, 히터의 종류에 따라 히터의 자체 설정 온도가 상기 소정 온도 이상일 때 자동으로 베터리 전원 공급(전류의 흐름)을 차단할 수도 있으며, 이 경우 히터는 PTC(Positive Temperature Controller)가 사용된다.

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.

도 1은 본 발명에 따른 씨엔지 자동차의 구성을 보인 도이다.

도 2는 도 1에 도시된 히터에 공급되는 베터리 전원 대비 보정 계수를 보인 도이다.

도 3은 본 발명에 따른 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 과정을 보인 흐 름도이다.

Claims (5)

1. 연료 탱크 내의 연료를 감압하여 인젝터로 공급하는 압력 조절기;

   상기 시동 스위치가 온 위치로 설정되는 경우 가압된 연료 탱크 내의 연료를 상기 압력 조절기로 공급하는 엔진 제어 유닛;

   상기 압력 조절기의 소정 위치에 설치되어 외기 온도 또는 연료 온도에 따라 상기 압력 조절기를 소정 온도로 가열하는 히터를 포함하되,

   상기 엔진 제어 유닛은,

   상기 시동 스위치가 온 위치로 설정될 때 상기 히터를 미리 설정된 제어 듀티값과 베터리 전원의 크기에 따라 결정된 보정 계수의 곱으로 실제 제어 듀티값을 결정하고, 결정된 실제 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급에 의해 히터가 가열되는 것을 특징으로 하는 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 보정 계수는 상기 베터리 전압의 크기와 반비례 관계에 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 장치.
3. a) 시동 스위치가 온 위치로 설정될 때 외기 온도 또는 연료 온도에 따른 히터의 제어 듀티값을 읽는 단계;

   b) 외부로부터 공급되는 베터리 전압의 크기를 수신하는 단계;

   c) 수신된 베터리 전압의 크기에 대응되는 테이블 값(interpolation table)을 토대로 보정 계수를 출력하고 출력된 보정 계수로 상기 a) 단계의 제어 듀티값을 보정하여 실제 제어 듀티값을 결정하는 단계; 및

   d) 상기 실제 제어 듀티값을 가지는 베터리 전원 공급에 의해 상기 히터를 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 방법.
4. 제3항에 있어서, e) 상기 히터의 가열 온도를 수신하여 가열 온도가 미리 정해진 소정 온도 이상인 경우 상기 베터리 전원 공급을 정지하여 히터의 가열을 중지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 방법.
5. 제3항 또는 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 보정 계수는 상기 베터리 전압의 크기와 반비례 관계에 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 씨엔지 자동차의 압력 조절기의 가열 방법.

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