KR101271411B1 - 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치 - Google Patents

연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치에 관한 것으로, 연료공급라인에 설치된 연료 컷 솔레노이드 밸브를 구동하는 밸브 구동수단 및 상기 밸브 구동수단의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 밸브 구동수단은 구동전원을 스위칭하여 상기 밸브를 구동하는 밸브 구동부와 상기 제어부로부터 전달되는 FET 구동신호를 상기 구동전원의 전압레벨로 변환하여 상기 밸브 구동부에 인가하는 게이트 구동회로를 포함하며, 상기 밸브 구동부는 N 채널 MOSFET를 구비되는 FET 소자를 포함하고, 상기 게이트 구동회로는 베이스단을 통해 상기 FET 구동신호를 입력받는 제1 트랜지스터와 각각 베이스단이 상기 제1 트랜지스터의 컬렉터단과 연결되어 푸시 풀 회로를 이루는 제2 및 제3 트랜지스터를 포함하며, 상기 제2 및 제3 트랜지스터의 이미터단은 각각 상기 FET 소자의 게이트 단자에 연결되며, 상기 제2 및 제3 트랜지스터의 이미터단이 연결되는 제2 노드와 제3 트랜지스터의 이미터단 사이에는 상기 제2 및 제3 트랜지스터가 동시에 턴 온 되어 단락이 발생하는 경우, 과전류를 차단하여 암 쇼트를 최소화하는 제1 저항이 구비되는 구성을 마련한다.
상기와 같은 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치를 이용하는 것에 의해, 본 발명은 푸시풀 회로를 이루는 3개의 트랜지스터를 이용해서 연료 컷 솔레노이드 밸브를 구동하는 게이트 구동회로를 구성함에 따라 제작비용을 절감할 수 있다.

Description

연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치{FUEL CUT SOLENOID VALVE CONTROL APPARATUS OF FUEL PUMP MOTOR}
본 발명은 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료펌프용 모터를 제어함과 동시에 가스연료 차량의 연료공급라인에 설치되어 가스연료를 선택적으로 공급하도록 개폐 동작하는 연료 컷 솔레노이드 밸브를 제어하는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가스를 연료로 사용하는 자동차에서 연료탱크에 저장되어 있는 가스연료는 연료펌프를 이용하여 엔진에 공급된다.
이때, 자동차의 속도 등을 고려하여 펌프의 회전 속도를 제어함으로써 엔진에 공급되는 가스의 양을 조절한다.
연료펌프를 구동시켜 주는 모터는 높은 효율과 장 수명 및 신뢰성 확보를 위하여 BLDC 모터(Brushless DC Motor)를 이용하며, 특히 센서가 없는(sensorless) BLDC 모터를 사용하는 것이 일반적이다.
최근에는 자동차의 연비를 향상시키기 위하여 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
본 출원인은 연료펌프용 모터의 회전속도를 정밀하게 제어하여 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 연료펌프 모터 구동장치 기술을 대한민국 특허 등록번호 제10-0649355호(2006년 11월 27일 공고, 이하 '특허문헌 1'이라 함) 등에 개시하여 등록받은 바 있다.
특허문헌 1에 따른 연료펌프 모터 구동장치는 자동차의 전원 전압을 직접적으로 스위칭하여 연료펌프 모터를 구동시켜 모터의 회전 속도를 정밀하게 제어할 수 있다.
하지만, 특허문헌 1과 같이 연료펌프 모터의 구동을 정밀하게 제어하는 것만으로, 자동차의 연비를 향상시키는 기술에는 한계가 있다.
따라서 자동차의 연비에 영향을 미칠 수 있는 조건을 찾아 이를 제어하고자하는 기술이 연구되고 있다.
예를 들어, 액체 상태의 가스연료를 엔진에 직접 분사하는 액화석유 분사(Liquefied Petroleum Injection, 이하 '엘피아이'라 함) 방식의 가스연료 차량에는 연료펌프에 의해 펌핑된 가스연료를 엔진에 공급하는 연료공급라인을 개폐하는 연료 컷 솔레노이드 밸브가 설치된다.
ECU는 이그니션 키의 온 조작에 따라 릴레이를 구동시키는 구동신호를 발생하고, 상기 연료 컷 솔레노이드 밸브는 상기 구동신호에 의해 구동된 릴레이를 통해 배터리로부터 인가되는 공급전원을 이용해서 내부의 플런저를 승강 동작시켜 연료공급라인을 개폐한다.
결국, 자동차가 주행하는 동안 이그니션 키는 항상 온 조작된 상태이므로, 연료 컷 솔레노이드 밸브는 지속적으로 배터리로부터 공급전원을 인가받아 구동 상태를 유지함에 따라 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도가 상승하게 된다. 이때, 온도측정 실험에 따르면, 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도는 85℃까지도 상승한다.
이와 같이, 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도가 상승하면, 연료공급라인의 온도가 상승하여 연료공급라인을 통해 엔진으로 공급되는 액체 상태의 가스연료가 기체 상태로 변화하면서 기포가 발생되고, 연료압력이 증가하며, 가스연료의 점성이 변화된다.
따라서 종래의 연료 컷 솔레이드밸브가 구비된 연료펌프 모터 구동장치는 인젝터에서 분사되는 연료량을 정밀하게 제어할 수 없어 연료의 소비량이 증가하고, 연비가 저하되는 문제점이 있었다.
한편, 종래의 연료펌프 모터 구동장치에는 연료 컷 솔레노이드 밸브를 구동하기 위해 고가의 게이트 드라이버가 적용되었다. 하지만, 종래의 연료펌프 모터 구동장치에서 연료 컷 솔레노이드 밸브의 컨트롤 주파수는 약 200~300Hz의 낮은 주파수를 사용한다.
따라서 종래의 연료펌프 모터 구동장치는 낮은 컨트롤 주파수를 이용함에도 불구하고 고가의 게이트 드라이버 적용으로 인해 제작비용이 상승하는 문제점이 있었다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0649355호(2006년 11월 27일 공고)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 연료펌프용 모터의 구동을 제어함과 연료 컷 솔레노이드 밸브에 인가되는 전압을 감소시켜 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도 상승을 방지할 수 있는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고가의 게이트 드라이버 대신에 저가의 회로소자로 구성되는 구동회로를 이용해 연료 컷 솔레노이드 밸브의 구동을 제어할 수 있는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가스연료 차량의 엔진에 공급되는 연료량을 정밀하게 제어할 수 있는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 연료공급라인에 설치된 연료 컷 솔레노이드 밸브를 구동하는 밸브 구동수단 및 상기 밸브 구동수단의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 밸브 구동수단은 구동전원을 스위칭하여 상기 밸브를 구동하는 밸브 구동부와 상기 제어부로부터 전달되는 FET 구동신호를 상기 구동전원의 전압레벨로 변환하여 상기 밸브 구동부에 인가하는 게이트 구동회로를 포함하며, 상기 밸브 구동부는 N 채널 MOSFET를 구비되는 FET 소자를 포함하고, 상기 게이트 구동회로는 베이스단을 통해 상기 FET 구동신호를 입력받는 제1 트랜지스터와 각각 베이스단이 상기 제1 트랜지스터의 컬렉터단과 연결되어 푸시 풀 회로를 이루는 제2 및 제3 트랜지스터를 포함하며, 상기 제2 및 제3 트랜지스터의 이미터단은 각각 상기 FET 소자의 게이트 단자에 연결되며, 상기 제2 및 제3 트랜지스터의 이미터단이 연결되는 제2 노드와 제3 트랜지스터의 이미터단 사이에는 상기 제2 및 제3 트랜지스터가 동시에 턴 온 되어 단락이 발생하는 경우, 과전류를 차단하여 암 쇼트를 최소화하는 제1 저항이 구비된다.
상기 FET 구동신호의 입력단과 제1 트랜지스터의 베이스단 사이에는 상기 FET 구동신호를 풀업하는 제2 저항이 직렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제3 트랜지스터는 npn형 트랜지스터이고, 상기 제2 트랜지스터는 pnp형 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 트랜지스터의 베이스단과 컬렉터단, 상기 제3 트랜지스터의 컬렉터단에는 상기 구동전원이 인가되고, 상기 제1 트랜지스터의 이미터단과 제2 트랜지스터의 컬렉터단은 기저전위라인에 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 FET 구동신호는 200~300Hz의 주파수를 갖는 PWM 신호이고, 상기 FET 구동신호가 로우 상태이면, 상기 제1 트랜지스터가 턴 오프 동작하고, 제3 트랜지스터가 턴 온 동작하며, 상기 FET 소자가 턴 온 동작하여 상기 연료 컷 솔레노이드 밸브가 개방 동작하고, 상기 FET 구동신호가 하이 상태이면, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온 동작하고, 제2 트랜지스터가 턴 온 동작하며, 상기 FET 소자가 턴 오프 동작하여 상기 연료 컷 솔레노이드 밸브가 폐쇄 동작하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 구동전원을 이용하여 연료 컷 솔레노이드 밸브를 턴 온 시킨 이후에 초기 구동시간이 경과하면, FET 구동신호의 PWM 듀티값을 변경해서 구동전원보다 낮은 턴 온 유지전압을 인가하여 연료 컷 솔레노이드 밸브를 개방 동작 상태로 유지한다.
이에 따라, 본 발명은 연료 컷 솔레노이드 밸브를 구동하는 전원의 전압레벨을 낮춰서 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도 상승을 방지할 있다.
그리고 소모전류 실험에 따르면, 본 발명은 밸브의 개방 동작 상태를 유지하는데 약 300㎃의 전류를 소모함으로써, 종래의 구동전원을 이용한 밸브 구동시 소모되는 전류량 약 1A에 비해 전류소모량을 현저하게 줄일 수 있다.
결국, 본 발명은 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도 상승을 방지하여 액체 상태의 가스연료가 기화하는 것을 억제할 수 있어 엔진에 공급되는 가스연료량을 정밀하게 제어함으로써 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 푸시풀 회로를 이루는 3개의 트랜지스터를 이용해서 연료 컷 솔레노이드 밸브를 구동하는 게이트 구동회로를 구성함에 따라 제작비용을 절감하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치가 적용된 연료펌프 모터 제어장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 구동회로의 상세 회로도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치가 적용된 연료펌프 모터 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치가 적용된 연료펌프 모터 제어장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 구동회로의 상세 회로도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치가 적용된 연료펌프 모터 제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료펌프용 모터(이하 '모터'라 약칭함)(11)를 구동하는 모터 구동수단(20), 모터(11)의 구동 상태를 감지하는 감지수단(30), 연료공급라인에 설치된 연료 컷 솔레노이드 밸브(이하 '밸브'라 약칭함)(12)를 구동하는 밸브 구동수단(40) 및 ECU(13)로부터 전달되는 구동신호와 감지수단(30)의 감지결과에 기초하여 모터 구동수단(20)과 밸브 구동수단(40)의 구동을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치가 적용된 연료펌프 모터 제어장치는 배터리(10)로부터 미도시된 전원공급부를 통해 공급되는 5V의 공급전원을 제어부(50) 및 모터 구동수단(20)에 구비된 모터 컨트롤러(23)의 구동에 필요한 5V의 로직전원 및 모터(11)와 밸브(12) 구동에 필요한 약 12V의 구동전원으로 변환하는 전원변환부(60)를 더 포함한다.
본 실시 예에서 모터(11)는 BLDC 모터를 이용하며, 특히 센서가 없는(sensorless) BLDC 모터를 이용하는 것으로 설명한다.
하지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 센서가 있는 BLDC 모터를 이용하도록 변경될 수 있다.
모터 구동수단(20)은 상기 구동전원을 스위칭하여 모터(11)를 구동하는 모터 구동부(21), 제어부(50)로부터 인가되는 PWM 제어신호의 듀티값에 기초하여 모터 구동신호를 발생하는 모터 컨트롤러(23) 및 상기 모터 구동신호의 전압레벨을 모터 구동부(21)가 구동되는 구동전원의 전압레벨로 변환하여 인가하는 게이트 드라이버(22)를 포함한다.
모터 구동부(21)는 제1 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 'FET'라 함) 소자를 이용하여 3상 풀 브리지(3-Phase Full Bridge) 방식으로 이루어지며, 모터(11)에 인가되는 약 12V의 구동전원을 스위칭한다.
모터 컨트롤러(23)는 제어부(50)의 PWM 제어신호의 듀티값에 따라 전원변환부(60)로부터의 로직전원 레벨의 3상 모터 구동신호를 생성한다.
게이트 드라이버(22)는 로직전원 레벨의 3상 모터 구동신호를 모터 구동부(21)가 구동되는 구동전원의 전압레벨로 변환하여 상기 제1 FET 소자의 게이트 단자로 인가한다.
감지수단(30)은 모터(11) 구동시 모터(11)의 각 상(u,v,w)에 나타나는 역기전력 신호를 이용하여 로터(rotor)의 위치를 검출하는 로터위치 검출부(31)와 모터(11)에 인가되는 과전류를 감지하여 제어부(50)로 전달하는 과전류 감지부(32)를 포함한다.
이에 따라, 모터 컨트롤러(23)는 로터위치 검출부(31)에서 검출된 로터의 위치에 따른 타코(tacho) 신호를 제어부(50)로 전달하고, 제어부(50)는 타코 신호로부터 모터(11)의 현재 RPM을 산출하고, 산출된 현재 RPM과 ECU(13)로부터 전달된 속도 제어신호에 따른 목표 RPM의 차에 따라 PWM 제어신호의 듀티값을 변경하여 모터(11)의 구동을 제어한다.
그리고 과전류 감지부(32)가 과전류를 감지하여 제어부(50)로 감지신호가 전달되면, 제어부(50)는 모터(11)의 손상 및 고장을 방지하기 위해 모터(11)의 구동을 제한하도록 제어한다.
밸브 구동수단(40)은 구동전원을 스위칭하여 밸브(12)를 구동하는 밸브 구동부(41)와 제어부(50)로부터 전달되는 FET 구동신호를 상기 구동전원의 전압레벨로 변환하여 밸브 구동부(41)에 인가하는 게이트 구동회로(42)를 포함한다.
본 실시 예에서 상기 FET 구동신호는 약 200-300Hz 주파수를 갖는 PWM 신호이다.
밸브 구동부(41)는 밸브(12)에 인가되는 약 12V의 구동전원을 스위칭하는 제2 FET 소자를 포함한다.
게이트 구동회로(42)는 구동전원의 전압레벨로 변환된 밸브 구동신호를 상기 제2 FET 소자의 게이트 단자로 인가한다.
도 2를 참조하여 밸브 구동부와 게이트 구동회로의 구성을 상세하게 설명한다.
게이트 구동회로(42)는 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스단(B)을 통해 FET 구동신호를 입력받는 제1 트랜지스터(Q1)와 각각 베이스단(B)이 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단(C)과 연결되어 푸시 풀(push-pull) 회로를 이루는 제2 및 제3 트랜지스터(Q2,Q3)를 포함하고, 제2 및 제3 트랜지스터(Q2,Q3)의 이미터단(E)은 각각 제2 FET 소자(Q4)의 게이트 단자(G)와 연결된다.
여기서, 제1 트랜지스터(Q1)와 제3 트랜지스터(Q3)는 npn형 트랜지스터로 구비되고, 제2 트랜지스터(Q2)는 pnp형 트랜지스터로 구비된다.
제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단(B)과 컬렉터단(C) 및 제3 트랜지스터(Q3)의 컬렉터단(C)에는 구동전원(VCC)이 인가된다.
FET 구동신호의 입력단과 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단(B) 사이에는 FET 구동신호를 풀업(pull-up)하는 제1 저항(R1)이 직렬 연결된다.
즉, 제1 저항(R1)은 FET 구동신호의 하이 신호를 풀업하여 제2 트랜지스터(Q2)로 전달함에 따라 제2 트랜지스터(Q2)는 플로팅된 FET 구동신호에 의해 턴 온 동작하고, 제2 FET 소자(Q4)는 턴 오프 동작한다.
이에 따라, 본 발명은 제1 저항을 이용해 FET 구동신호를 풀업하여 제2 FET 소자의 동작을 확실하게 단속함으로써, 연료 컷 솔레노이드 밸브의 차단 동작시 연료 누유를 확실하게 차단하여 안정성을 향상시킬 수 있다.
제1 저항(R1)과 제1 트랜지스터(Q1)의 베이스단(B) 사이의 제1 노드(N1)와 구동전원(VCC)의 입력단 사이에는 제2 저항(R2)이 직렬 연결되고, 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단(C)과 구동전원(VCC)의 입력단 사이에는 제3 저항(R3)이 직렬 연결된다.
제1 트랜지스터(Q1)의 이미터단(E)과 제2 트랜지스터(Q2)의 컬렉터(C)은 각각 기저전위라인(GND)에 연결된다.
그리고 제2 트랜지스터(Q2)의 이미터단(E)과 제3 트랜지스터(Q3)의 이미터단(E)은 제2 노드(N2)에 연결되고, 제2 노드(N2)는 제2 FET 소자(Q4)의 게이트 단자(G)와 연결된다.
제3 트랜지스터(Q3)의 컬렉터단(C)은 구동전원(VCC)을 인가받고, 제3 트랜지스터(Q3)의 이미터단(E)과 제2 노드(N2) 사이에는 제4 저항(R4)이 직렬 연결되며, 제2 노드(N2)와 제2 FET 소자(Q4)의 게이트 단자(G) 전단에 마련된 제3 노드(N3) 사이에는 제5 저항(R5)이 직렬 연결된다.
여기서, 제4 저항(R4)은 제2 및 제3 트랜지스터(Q2,Q3)가 동시에 턴 온 되어 단락이 발생하는 경우, 구동전원(VCC)과 기저전위라인(GND) 사이에서 발생하는 과전류를 차단하여 암 쇼트(arm short)를 최소화하는 역할을 한다.
이와 같이, 본 실시 예에서 게이트 구동회로(42)는 제1 트랜지스터(Q1)를 통해 FET 구동신호를 인가받아 로우 사이드(low side)에 구비된 제2 트랜지스터(Q2)를 스위칭 동작시켜 제2 FET 소자(Q4)를 턴 온 또는 턴 오프 동작시키는 로우 사이드 스위칭 방식으로 구성된다.
이러한 게이트 구동회로(42)는 FET 구동신호에 따라 푸시 풀 회로로 이루어진 제2 및 제3 트랜지스터(Q2,Q3)를 동작시켜 구동전원(VCC)의 전압레벨을 갖는 밸브 구동신호를 제2 FET 소자(Q4)의 게이트 단자(G)에 전달한다.
밸브 구동부(41)에 구비된 제2 FET 소자(Q4)는 N 채널 금속 산화막 FET(Metal-Oxide-Semiconductor FET)로 구비된다.
제2 FET 소자(Q4)의 게이트 단자(G)는 게이트 구동회로(41)와 연결되고, 드레인 단자(D)는 구동전원(VCC)을 인가받으며, 소스 단자(S)는 기저전위라인(GND)에 연결된다.
그리고 구동전원(VCC)과 제2 FET 소자(Q4)의 드레인 단자(D) 사이에는 밸브(12)의 코일(L)이 직렬 연결되고, 구동전원(VCC)의 전류방향과 역방향으로 연결되는 다이오드(D1)와 구동전원(VCC)의 전류방향과 순방향으로 연결되는 제너다이오드(ZD1)가 코일(L)과 병렬로 연결된다.
이와 함께, 제2 FET 소자(Q4)의 소스 단자(S)와 기저전위라인(GND) 사이에 마련되는 제4 노드(N4)와 제3 노드(N3) 사이에는 제6 저항(R6)이 구비된다.
그리고 제5 저항(R5)과 제3 노드(N3) 사이 또는 코일(L)과 제2 FET 소자(Q4)의 드레인 단자(D) 사이에는 스위칭 노이즈 및 전자기적 양립성(ElectroMagnetic Compatibility) 문제를 해결하기 위해 커패시터(도면 미도시)가 구비될 수 있다.
이어서, 게이트 구동회로(42)와 밸브 구동부(41)의 동작을 상세하게 설명한다.
먼저, 약 200~300Hz의 주파수를 갖는 FET 구동신호가 로우 상태이면, 제1 트랜지스터(Q1)가 턴 오프 동작하고, 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단(C)에 하이 신호가 인가되어 제3 트랜지스터(Q3)가 턴 온 동작한다.
그러면, 제2 FET 소자(Q4)의 게이트 단자(G)에는 하이 레벨의 밸브 구동신호가 입력되어 제2 FET 소자(Q4)의 드레인 단자(D)가 로우 상태가 되면서 제2 FET 소자(Q4)가 턴 온 동작한다.
이에 따라, 밸브(12)의 코일(L)에 전류가 흐르도록 전류 통로가 형성됨에 따라 밸브(12)가 개방 동작한다.
반면, FET 구동신호가 하이 상태이면, 제1 트랜지스터(Q1)가 턴 온 동작하고, 제1 트랜지스터(Q1)의 컬렉터단(C)이 로우 상태가 됨에 따라 제2 트랜지스터(Q2)가 턴 온 동작하여 제2 FET 소자(Q4)가 턴 오프 동작한다.
이에 따라, 밸브(12)의 코일(L)을 통해 형성된 전류 통로가 차단됨에 따라 밸브(12)는 폐쇄 동작한다.
다시 도 1에서, 제어부(50)는 ECU(13)로부터 밸브 구동명령이 수신되면 로직전원 레벨의 FET 구동신호를 발생하고, 밸브(12) 구동 후 미리 설정된 초기 구동시간이 경과하면 밸브(12)에 인가되는 전압을 미리 설정된 턴 온 유지전압으로 낮추도록 FET 구동신호의 PWM 듀티값을 변경하여 게이트 구동회로(42)로 전달한다.
이를 위해, 제어부(50)는 내부에 배터리(10)로부터 밸브(12)에 인가되는 구동전원의 전압을 감지하는 전압감지부(51)를 포함한다.
물론, 전압감지부(51)는 제어부(50) 외부에 별도로 구비될 수도 있다
상기 초기 구동시간은 밸브(12)를 개방 동작시켜 연료공급라인에 충분한 가스연료가 채워지는 시간으로, 예를 들어 약 10초로 설정될 수 있다.
그리고 상기 턴 온 유지전압은 밸브가 턴 온 상태를 유지하기 위해 인가되어야 하는 전압으로, 실험치에 의하면 최소 3V 이상이며, 본 실시 예에서는 약 4V로 설정된다.
이에 따라, 본 발명은 구동전원을 이용하여 연료 컷 솔레노이드 밸브를 턴 온 시킨 이후에 초기 구동시간이 경과하면, FET 구동신호의 PWM 듀티값을 변경해서 구동전원보다 낮은 턴 온 유지전압을 인가하여 연료 컷 솔레노이드 밸브를 턴 온 상태로 유지함으로써 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도 상승을 방지할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터 제어장치의 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터 제어장치의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 연료펌프 모터 제어장치의 제어방법은 배터리(10)로부터 상시전원을 입력받는 상태에서 이그니션 키(IG, 도면 미도시) 입력신호가 입력되면 전원공급부(도면 미도시)로부터 공급전원을 인가받으면서 시작된다(S10).
제 S10단계에서 이그니션 키 입력신호가 입력됨에 따라 전원변환부(60)는 공급전원을 5V의 로직전원 및 12V의 구동전원으로 변환하고, 상기 구동전원을 게이트 드라이버(22), 모터 구동부(21), 모터(11), 밸브 구동부(41) 및 밸브(12)로 인가한다(S11).
그러면, 제어부(50)는 ECU(13)로부터 모터(11) 및 밸브(12)의 구동을 제어하기 위한 속도 제어신호와 밸브 구동신호를 수신하여 모터(11) 및 밸브(12)의 구동 제어를 시작한다(S12).
모터 구동을 제어하는 방법을 간략하게 설명하면, 제어부(50)는 수신된 속도 제어신호에 기초한 목표 RPM에 따라 PWM 제어신호의 듀티값을 설정하여 모터 컨트롤러(23)로 인가하고, 모터 컨트롤러(23)는 3상 BLDC 모터 구동신호를 발생하여 모터 구동부(21)에 구비된 제1 FET 소자의 게이트에 인가한다.
이에 따라, 제1 FET 소자가 온 동작하여 모터(11)가 구동되면, 모터 컨트롤러(23)는 로터위치 검출부(31)로부터 검출된 로터 위치에 따른 타코 신호를 제어부(50)로 전달한다.
제어부(50)는 타코 신호로부터 모터(11)의 현재 RPM을 산출하고, 산출된 현재 RPM과 ECU(13)로부터 전달된 속도 제어신호에 따른 목표 RPM의 차에 따라 PWM 제어신호의 듀티값을 변경하여 모터(11)의 구동을 지속적으로 제어한다.
한편, 모터 구동 도중, 과전류 감지부(32)는 모터(11)에 인가되는 과전류를 감지하고, 만약 과전류가 감지되면 제어부(50)는 모터(11)의 구동을 제한하도록 제어한다.
본 실시 예에서 제어부(50)는 상기한 바와 같은 과정을 통하여 모터(11)의 구동을 제어함과 동시에 밸브(12)의 구동을 제어한다.
밸브의 구동 제어방법을 상세하게 설명하면, 제어부(50)는 제 S12단계에서 수신된 밸브 구동신호에 따라 로직전원 레벨의 FET 구동신호를 발생하여 게이트 구동회로(42)로 인가하고(S13), 게이트 구동회로(42)는 FET 구동신호를 구동전원의 전압레벨로 변환하여 제2 FET 소자(Q4)의 게이트 단자(G)로 인가한다.
이때, 상기 FET 구동신호는 100%의 PWM 듀티값을 갖는다.
이에 따라, 제2 FET 소자(Q4)가 턴 온 되어(S14) 밸브(12)가 개방 동작한다(S15).
한편, 밸브(12)가 개방되면, 제어부(50)는 내부의 타이머를 이용하여 시간을 계수한다.
그래서 초기 구동시간, 예컨대 약 10초가 경과하면(S16), 제어부(50)는 내부에 구비된 전압감지부(51)를 이용하여 구동전원의 전압을 감지함으로써 밸브(12)에 인가되는 구동전원의 전압을 판단한다(S17).
그리고 제어부(50)는 구동전원의 실제 감지된 전압을 미리 설정된 턴 온 유지전압, 약 4V로 유지하도록 FET 구동신호의 PWM 듀티값을 설정하고, 설정된 PWM 듀티값의 FET 구동신호를 게이트 구동회로(42)로 인가한다(S18).
예를 들어, 전압감지부(51)에서 감지된 전압이 구동전원과 동일한 12V인 경우, 제어부(50)는 제2 FET 소자의 게이트 단자에 인가되는 전압을 4V의 턴 온 유지전압으로 유지하기 위해 PWM 듀티값을 기준듀티인 약 33%로 설정한다.
만약, 전압감지부(51)에서 감지된 전압이 구동전원보다 낮은 10V인 경우, 제어부(50)는 PWM 듀티값을 상기 기준듀티보다 높은 약 40%로 설정한다.
반면, 전압감지부(51)에서 감지된 전압이 구동전원보다 높은 13V인 경우, 제어부(50)는 PWM 듀티값을 상기 기준듀티보다 낮은 약 30%로 설정한다.
이와 같이 구동전원 변화에 따라 PWM 듀티값을 변경하여 설정함으로써 제2 FET 소자의 게이트 단자에는 턴 온 유지전압이 지속적으로 인가되고, 밸브(12)는 지속적으로 개방 동작 상태를 유지한다.
소모전류 실험에 따르면, 본 발명은 초기 구동시간이 경과하면 턴 온 유지전압으로 밸브의 개방 동작상태를 유지하여 약 300㎃의 전류를 소모함으로써, 종래의 구동전원을 이용한 밸브 구동방법에서 소모되는 전류량 약 1A에 비해, 전류소모량을 현저하게 줄일 수 있음을 알 수 있었다.
이어서 제 S17단계로 진행하여 제 S19단계에서 이그니션 키가 오프 조작될 때까지 제어부(50)는 전압감지부(51)에서 감지된 구동전원의 전압에 따라 FET 구동신호의 PWM 듀티값을 설정하여 밸브(12)의 개방 동작 상태를 유지한다.
만약, 제 S19단계에서 이그니션 키가 오프 조작되면, 제어부(50)는 모터(11) 및 밸브(12)의 구동을 중지시키도록 제어한다.
이에 따라, 모터(11) 및 밸브(12)의 구동이 종료된다(S20).
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 연료 컷 솔레노이드 밸브를 개방한 후 초기 구동시간이 경과하면 구동전원보다 낮은 턴 온 유지전압을 인가하여 지속적으로 개방 상태를 유지함으로써, 연료 컷 솔레노이드 밸브의 온도 상승을 방지할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 고가의 게이트 드라이버 대신에 저가의 회로소자로 구성되는 게이트 구동회로를 이용해 연료 컷 솔레노이드 밸브의 구동을 제어하는 기술분야에 적용된다.
10: 배터리 11: 모터
12: 연료 컷 솔레노이드 밸브 13: ECU
20: 모터 구동수단 21: 모터 구동부
22: 게이트 드라이버 23: 모터 컨트롤러
30: 감지수단 31: 로터위치 검출부
32: 전류감지부 40: 밸브 구동수단
41: 밸브 구동부 42: 게이트 드라이버
50: 제어부 51: 전압감지부
60: 전원변환부

Claims (5)

  1. 연료공급라인에 설치된 연료 컷 솔레노이드 밸브를 구동하는 밸브 구동수단 및
    상기 밸브 구동수단의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 밸브 구동수단은 구동전원을 스위칭하여 상기 밸브를 구동하는 밸브 구동부와
    상기 제어부로부터 전달되는 FET 구동신호를 상기 구동전원의 전압레벨로 변환하여 상기 밸브 구동부에 인가하는 게이트 구동회로를 포함하며,
    상기 밸브 구동부는 N 채널 MOSFET를 구비되는 FET 소자를 포함하고,
    상기 게이트 구동회로는 베이스단을 통해 상기 FET 구동신호를 입력받는 제1 트랜지스터와
    각각 베이스단이 상기 제1 트랜지스터의 컬렉터단과 연결되어 푸시 풀 회로를 이루는 제2 및 제3 트랜지스터를 포함하며,
    상기 제2 및 제3 트랜지스터의 이미터단은 각각 상기 FET 소자의 게이트 단자에 연결되며,
    상기 제2 및 제3 트랜지스터의 이미터단이 연결되는 제2 노드와 제3 트랜지스터의 이미터단 사이에는 상기 제2 및 제3 트랜지스터가 동시에 턴 온 되어 단락이 발생하는 경우, 과전류를 차단하여 암 쇼트를 최소화하는 제1 저항이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 FET 구동신호의 입력단과 제1 트랜지스터의 베이스단 사이에는 상기 FET 구동신호를 풀업하는 제2 저항이 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제3 트랜지스터는 npn형 트랜지스터이고,
    상기 제2 트랜지스터는 pnp형 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 베이스단과 컬렉터단, 상기 제3 트랜지스터의 컬렉터단에는 상기 구동전원이 인가되고,
    상기 제1 트랜지스터의 이미터단과 제2 트랜지스터의 컬렉터단은 기저전위라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 FET 구동신호는 200~300Hz의 주파수를 갖는 PWM 신호이고,
    상기 FET 구동신호가 로우 상태이면, 상기 제1 트랜지스터가 턴 오프 동작하고, 제3 트랜지스터가 턴 온 동작하며, 상기 FET 소자가 턴 온 동작하여 상기 연료 컷 솔레노이드 밸브가 개방 동작하고,
    상기 FET 구동신호가 하이 상태이면, 상기 제1 트랜지스터가 턴 온 동작하고, 제2 트랜지스터가 턴 온 동작하며, 상기 FET 소자가 턴 오프 동작하여 상기 연료 컷 솔레노이드 밸브가 폐쇄 동작하는 것을 특징으로 하는 연료펌프 모터의 연료 컷 솔레노이드 밸브 제어장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0550045U (ja) * 1991-12-04 1993-07-02 澤藤電機株式会社 エンジン発電機用制御装置
JPH07127510A (ja) * 1993-10-29 1995-05-16 Hanshin Electric Co Ltd ディーゼルエンジン用燃料遮断装置

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