KR101326851B1

KR101326851B1 - Ｌｐｇ 연료 펌프 제어 시스템 및 방법과 이를 이용한 ｌｐｉ 엔진의 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR101326851B1
Application number: KR1020120098870A
Authority: KR
Inventors: 함창호; 최필선
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2013-11-11
Also published as: CN103670735A; DE102012113084A1; US20140060496A1; JP2014051965A

Abstract

본 발명은 LPG 연료 펌프의 모터를 소정 듀티(duty)의 전압으로 구동하고, 모터의 구동 속도(rpm)를 측정하며, 상기 측정된 모터의 구동 속도(rpm)가 설정된 목표 속도(rpm)에 도달하도록 상기 모터의 듀티(duty)를 변경하고, LPG 봄베의 압력과 인젝터의 압력을 측정하며, 상기 측정된 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력의 차이가 소정값으로 유지되도록 상기 목표 속도(rpm)을 변경하는 것을 포함하는 LPG 연료 펌프 제어 시스템 및 방법과 이를 이용한 LPI 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

Description

ＬＰＧ 연료 펌프 제어 시스템 및 방법과 이를 이용한 ＬＰＩ 엔진의 연료 공급 시스템{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING LPG PUMP AND FUEL SUPPLYING SYSTEM OF LPI ENGINE USING THEREOF}

본 발명은 LPG(Liquified Petrolium Gas) 연료를 송출하는 LPG 연료 펌프를 제어하는 시스템 및 방법과 LPG 연료 펌프 제어 시스템을 적용한 LPI(Liquefied Petroleum Injection) 엔진의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 LPI(Liquefied Petroleum Injection) 연료 저장 및 공급 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 LPI 연료 저장 및 공급 시스템(1)은 크게 LPG 연료를 저장하는 LPG 봄베(2), 저장된 LPG 연료를 송출하는 LPG 연료 펌프(3), 상기 LPG 연료 펌프(3)를 제어하는 펌프 제어기(4), LPG 봄베의 연료를 엔진(5)의 인젝터(10)에 공급하는 연료 공급라인(6), 엔진의 연료를 LPG 봄베로 회수하는 리턴라인(7), 및 상기 리턴라인(7) 상에 설치되는 레귤레이터 밸브(8) 등으로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 종래의 LPI 연료 저장 및 공급 시스템은 리턴타입 방식으로서 LPG 봄베(2)에서 엔진(5)으로 송출된 연료 중 엔진이 사용하지 않고 남은 연료는 리턴라인(7)을 통해 LPG 봄베로 돌아오게 된다.

이러한 리턴타입 방식의 경우 안전율을 고려하여 엔진의 연료 소모량보다 많은 양의 연료를 송출하기 때문에 저부하 아이들(Idle)시에는 리턴 연료가 다량 발생된다. 일반적으로 엔진의 연료 소모량에 안전율을 더한 것 이상의 연료량을 LPG 연료 펌프에서 송출한다.

그런데 종래의 연료 펌프 제어 방식의 경우에는 연료 펌프의 유량을 5단으로 나누어 각 단수별로 유량을 제어하기 때문에 최저 단수인 1단의 모터 rpm(예: 425rpm) 보다 작은 rpm으로 연료 펌프의 유량을 제어할 수 없는 문제가 있었다.

따라서, 종래에는 저부하 아이들(idle)시에 펌프의 유량이 최소화되지 못함으로써 다량의 리턴 연료가 발생된다. 이러한 다량의 리턴 연료는 엔진(5)에 의해 가열되기 때문에 시간이 지날수록 LPG 봄베(2) 내부의 온도는 상승하게 되며 이로 인해 봄베 내부의 압력도 함께 상승함으로써 LPG 연료를 재충진하는 경우 충진 불량 문제가 발생된다. 또한, 과도한 리턴 유량 및 펌프 작동에 의해 LPG 연료 펌프(3)에서 노이즈가 발생되고 LPG 연료 펌프(3)의 내구성이 저하되는 문제가 있다.

한편, 이러한 문제를 해결하기 위하여 LPG 연료 펌프(3)의 성능을 전체적으로 작게하면 저부하 영역에서 리턴 연료량이 줄어 들게 되어 LPG 봄베(2) 내부의 온도는 떨어지나, 고부하 영역에서 엔진의 성능이 저하되는 문제가 발생된다. 따라서, 모순된 상황을 해결하기 위한 방안이 필요하였다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진에서 필요한 만큼만 LPG 연료 펌프를 구동시킴으로써 저부하 영역에서 LPG 충진 불량과 노이즈 발생 및 내구성 저하를 방지하고, 고부하 영역에서 충분한 엔진 성능을 발휘할 수 있도록 하는 LPG 연료 펌프 제어 시스템 및 방법과 이를 이용한 LPI 엔진의 연료 공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 LPG 연료 펌프 제어 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 LPG 연료 펌프 제어 방법은 상기 LPG 연료 펌프의 모터를 소정 듀티(duty)의 전압으로 구동하는 단계; 상기 모터의 구동 속도(rpm)를 측정하는 단계; 상기 측정된 모터의 구동 속도(rpm)가 설정된 목표 속도(rpm)에 도달하도록 상기 모터의 듀티(duty)를 변경하는 단계; LPG 봄베의 압력과 인젝터의 압력을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력의 차이가 소정값으로 유지되도록 상기 목표 속도(rpm)을 변경하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력의 차이가 상기 소정값으로부터 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계; 및 상기 판단에서 상기 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는 경우 소정의 진단신호를 출력하고 상기 모터의 듀티를 변경하여 제어하는 단계;를 더 포함 할 수 있다.

상기 LPG 봄베의 압력은 상기 LPG 봄베에 설치된 압력센서에 의해 측정되고, 상기 인젝터 압력은 엔진 측에 설치된 압력센서에 의해 측정되며, 상기 모터의 듀티는 모터 제어기에 의해 변경되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 모터 제어기와 상기 봄베에 설치된 압력센서 및 상기 엔진측에 설치된 압력센서는 각각 이상여부를 확인하여 진단신호를 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 소정값은 3~7bar인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 모터는 내부 회전자의 회전 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor) 또는 포토 센서(Photo Sensor)가 설치된 센서 타입의 BLDC모터이고, 상기 홀 센서 또는 포토 센서에서 감지된 상기 회전자의 위치 신호를 수신하여 상기 모터의 속도(rpm)를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 LPG 연료 펌프 제어 시스템을 제공한다. 몇몇 실시예에서 상기 LPG 연료 펌프 제어 시스템은, LPG 연료 펌프 내부에 설치되는 모터의 구동을 제어하는 모터 제어기; 엔진에 설치된 인젝터의 압력을 측정하여 상기 모터 제어기에 전송하는 엔진측 압력센서; 및 LPG 봄베의 압력을 측정하여 상기 모터 제어기에 전송하는 봄베측 압력센서;를 포함하고, 상기 모터 제어기는 측정된 모터의 속도(rpm)가 목표 속도(rpm)에 도달하도록 모터의 듀티(duty)를 변경하며, 상기 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력을 수신하여 그 차이가 소정값으로 유지되도록 상기 모터의 목표 속도(rpm)을 변경하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 모터 제어기는 상기 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력의 차이가 상기 소정값으로부터 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는 경우 소정의 진단신호를 출력하고 상기 모터의 듀티를 변경하여 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 모터는 내부 회전자의 회전 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor) 또는 포토 센서(Photo Sensor)가 설치된 센서 타입의 BLDC모터이고, 상기 모터 제어기는 상기 모터로부터 회전자의 위치 신호를 수신하여 상기 모터의 속도(rpm)를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 모터 제어기와 상기 봄베측 압력센서 및 상기 엔진측 압력센서는 이상여부를 확인하여 진단신호를 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 소정값은 3~7bar인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템을 제공한다. 몇 몇 실시예에서 상기 LPI 엔진의 연료 공급 시스템은 LPG 연료가 저장되는 봄베와, 상기 봄베의 연료를 엔진으로 송출하는 LPG 연료 펌프와, 상기 봄베로부터 상기 엔진의 인젝터로 연료를 공급하는 연료 공급 라인 및 상기 엔진으로부터 상기 봄베의 내부로 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인을 포함하고, 상기 LPG 연료 펌프는 상기 LPG 연료 펌프 제어 시스템에 의하여 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 리턴 라인에 설치되어 상기 리턴 라인의 압력을 유지하는 릴리프 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 시스템 및 방법과 이를 이용한 LPI 엔진의 연료 공급 시스템에 의하면, 엔진 저부하 아이들 영역에서 모터의 속도를 최소화하여 리턴 유량을 최소화시킬 수 있으므로 LPG 봄베 내부의 온도 및 압력 상승을 억제할 수 있고 이로 인해 LPG 충진 불량 문제를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 시스템 및 방법과 이를 이용한 LPI 엔진의 연료 공급 시스템에 의하면 BLDC 모터를 적용하여 홀 센서 또는 포토 센서에 의해 모터의 회전자의 위치를 정확하게 검지할 수 있으므로 모터의 속도를 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템에 의하면 리턴 라인에 릴리프 밸브를 적용함으로써 리턴 라인과 이에 연결된 인젝터에 과도한 유압이 가해지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 LPI 엔진의 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 엔진 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 종래기술과 본 발명의 실시예의 효과를 비교한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템(10)의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 시스템(100)의 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 LPI 엔진의 연료 공급 시스템(10)은 LPG 연료가 저장되는 봄베(40)와, 상기 봄베(40)의 연료를 엔진(20)으로 송출하는 LPG 연료 펌프(50)와, 상기 봄베(40)로부터 상기 엔진(20)으로 연료를 공급하는 연료 공급 라인(60)과, 상기 엔진(20)으로부터 상기 봄베(40)의 내부로 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인(70)과, 릴리프 밸브(80) 및 셧오프 밸브(90)를 포함할 수 있고, 상기 LPG 연료 펌프(50)는 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 시스템(100)에 의해 제어될 수 있다.

상기 봄베(40)는 액화 석유기체(Liquified Petrolium Gas, LPG) 연료를 저장, 운반, 사용하기 위한 목적으로 강으로 만든 내압용기로서 연료 탱크라고도 한다.

상기 LPG 연료 펌프(50)는 상기 봄베(40) 내에 있는 연료를 송출시키는 역할을 하는 것으로서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 봄베(40) 내부에 설치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고 LPG 연료 펌프(50)가 상기 봄베(40) 외부에 설치되어 봄베(40)의 연료를 송출할 수도 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서, 상기 LPG 연료 펌프(50)는 크게 LPG 연료를 유입 또는 배출시키기 위한 유입구와 배출구가 형성된 하우징과, 상기 LPG 연료를 유입하고 배출하도록 작용하는 펌프와 회전에 의해 구동력을 펌프에 전달하는 모터(200)로 구성될 수 있다. 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 모터(200)는 회전자(rotor)와 고정자(stator) 및 회전축을 포함할 수 있으며 외부 전원(700)과 연결되어 회전함으로써 펌프를 작동시켜 연료를 송출시킨다.

다만, 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프(50)가 상기와 같은 구성으로 한정되는 것은 아니며, LPG 연료 펌프(50)는 널리 알려진 기술에 해당하므로 각각의 구성에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 연료 공급 라인(60)은 상기 봄베(40)에 설치되어 상기 LPG 연료 펌프(50)에 의해 송출되는 연료를 상기 엔진(20)의 인젝터(injector)(30)로 공급한다. 상기 연료 공급 라인(60)에는 과류를 방지하기 위한 셧오프 밸브(shut off valve) (90)가 설치될 수 있다.

상기 인젝터(injector)(30)는 차량의 조건에 따라 ECU(Electronic Control Unit)(600)로부터 산정된 연료 분사시간 동안 정확한 양의 연료를 최적의 분무상태로 엔진의 흡기 밸브를 향하여 분사하는 솔레노이드 형태의 정밀 밸브이다.

한편 상기 리턴 라인(70)은 상기 엔진(20)으로부터 상기 봄베(40)의 내부로 연료가 회수되도록 연통된다. 상기 LPG 연료 펌프(50)에 의해 송출된 연료량과 상기 엔진(20)에서 소모된 연료량의 차이만큼의 연료가 리턴 유량으로서 상기 리턴 라인(70)을 통해 상기 봄베(40)로 회수된다.

상기 릴리프 밸브(relief valve)(80)는 상기 리턴 라인(70) 상에 설치되어 상기 리턴 라인(70)의 유압을 일정하게 유지한다. 릴리프 밸브(80)는 리턴 라인(70)의 압력이 소정 압력 이상이 되면 유량을 배출함으로써 리턴 라인(70)의 압력을 설정값 이하로 유지한다.

종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 릴리프 밸브(80) 대신 레귤레이터 밸브(8)를 채용하였으나 유량이 큰 경우 리턴 라인이나 인젝터에 큰 압력이 가해지는 문제가 있었다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 레귤레이터 밸브 대신 릴리프 밸브(80)로 변경함으로써 리턴 라인(70) 및 인젝터(30)에 과도한 압력이 가해지는 것을 방지한다.

한편, 상기와 같은 LPG 연료 펌프(50)는 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 시스템(100)에 의해 제어된다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 시스템(100)은 상기 모터(200)와, 모터 제어기(300)와, 엔진측 압력센서(400) 및 봄베측 압력센서(500)를 포함할 수 있다.

상기 모터(200)는 상술한 바와 같이 상기 LPG 연료 펌프(50) 내부에 설치되어 외부 전원(700)에 의한 회전으로 연료 펌프(50)를 구동시키는 부분이다.

본 발명의 실시예에 따르면 상기 모터(200)는 내부 회전자의 회전 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor) 또는 포토 센서(Photo Sensor)가 설치된 센서타입의 BLDC모터가 될 수 있다.

BLDC모터는 Brushless DC모터의 약자로서, 다른 전동기에 비해 효율이 높고 제어가 용이하여 가변속 운전을 구현하기 위하여 사용되고 있다.

이러한, 브러시가 없는 직류 전동기인 BLDC모터를 운전하기 위해서는 회전자(rotor)에서 발생하는 영구자석의 자속(flux)과 전기적으로 직각 또는 임의의 각도를 갖도록 고정자(stator)의 자속을 제어해야 한다. 이를 위해서는 회전자(rotor)가 어느 위치에 있는가를 항상 검출하여 회전자의 위치에 따라 고정자의 자속 발생위치를 결정하도록 인버터 스위칭 소자들의 스위칭 상태를 결정해야 한다. 즉, BLDC모터는 브러시와 정류자가 없이 회전자를 영구자석으로 하고 계자극이 3상 모터 구조의 권선으로 배치되어 있는데, 회전자의 위치를 홀 센서나 포토 센서로 검출하여 해당하는 계자코일에 흐르는 전류를 FET(전계효과트랜지스터) 등의 파워 소자로 단속하여, 회전자석과 고정코일 간에 흡입 반발을 유도하여 회전하게 되어 있는 직류모터이다.

상기 홀 센서 또는 포토 센서에 의해 검출된 회전자의 위치 정보는 상기 모터 제어기(300)로 전송된다.

상기 모터 제어기(300)는 상기 모터(200)의 듀티(duty), 속도(rpm) 등을 제어하는 부분으로서 상기 모터(200)의 속도를 제어함으로써 연료 펌프(50)의 연료 송출량을 제어하게 된다. 따라서 상기 모터 제어기(300)는 연료 폄프 제어기(300)라고 할 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 모터 제어기(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 봄베(40) 내부에 설치될 수 있다.

상기 모터 제어기(300)는 상기 모터(200)의 홀 센서 또는 포토 센서에 의해 측정된 회전자의 위치 신호를 수신하여 상기 모터(200)의 속도(rpm)를 측정한다. 따라서, 모터의 회전자의 회전 위치를 정확하게 감지함으로써 모터(200)의 속도를 정밀하게 제어할 수 있다. 이와 달리 종래에는 역기전력을 이용하여 모터 회전자의 위치신호를 수신하였으므로 회전자의 위치를 정확하게 감지하지 못하는 문제가 있었다.

상기 엔진측 압력센서(400)는 상기 엔진(20)에 설치된 인젝터(30)의 압력을 측정하여 압력 정보를 상기 모터 제어기(300)에 전송한다. 상기 엔진측 압력센서(400)는 인젝터(30)에 인접하게 설치될 수 있다. 그리고 상기 엔진측 압력센서(400)는 자체적으로 이상 여부를 진단하여 진단신호를 출력할 수 있다.

상기 봄베측 압력센서(500)는 상기 LPG 봄베(40)의 압력을 측정하여 압력 정보를 상기 모터 제어기(300)에 전송한다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 봄베측 압력센서(500)는 봄베(40)의 일부분에 설치될 수 있다. 상기 봄베측 압력센서(500)는 자체적으로 이상 여부를 진단하여 진단신호를 출력할 수 있다.

상기 모터 제어기(300)는 상기 봄베측 압력센서(500)로부터 수신한 LPG 봄베(40)의 압력과 상기 엔진측 압력센서(400)로부터 수신한 인젝터(30) 압력의 차이가 소정값으로 유지되도록 상기 모터(200)의 속도(rpm)을 제어한다.

구체적으로 상기 모터 제어기(300)는 상기 모터(200)의 듀티(duty)를 변경함으로써 상기 모터(200)의 속도(rpm)을 제어한다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 소정값은 3 내지 7bar가 될 수 있으며, 실시예로서 하기에서는 소정값을 5bar로 설정하여 설명한다.

상기 모터(200)의 회전자의 위치 정보는 홀 센서나 포토 센서를 통해 상기 모터 제어기(300)로 전송되기 때문에 모터(200)의 속도(rpm)을 정밀하게 제어할 수 있게 된다.

즉, 종래에는 LPG 연료 펌프를 1단에서 5단까지 단수를 정하여 모터 속도(rpm)을 제어함으로써 1단 보다 낮은 속도(rpm)로는 모터를 제어하기 어려운 반면에, 본 발명의 경우에는 단수가 설정되지 않는 무단 방식으로서 상기 모터(200)의 듀티(duty)를 변경하여 모터(200)의 속도(rpm)를 제어하며, 실시간으로 모터(200)의 속도가 홀 센서 등에 의해 정확하게 측정되므로 모터 속도(rpm)를 정밀하게 제어할 수 있고 모터(200)의 속도를 최소화 하여 제어할 수 있다.

따라서, 엔진(20)의 저부하 영역(idle) 구간에서는 모터(200) 구동 속도(rpm)을 감소시킴으로서 리턴 유량을 감소시킬 수 있다. 리턴 유량이 감소되므로 LPG 봄베(40) 내부의 온도 및 압력 상승이 억제되고, LPG 연료를 재충진하는 경우 충진 불량 문제가 해소될 수 있다.

한편, 상기 모터 제어기(300)는 모터 제어기(300) 자체의 이상뿐만 아니라 모터(200) 구동의 이상 여부를 진단하여 진단신호를 출력할 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 모터 제어기(300)는 상기 엔진측 압력센서(400)와 상기 봄베측 압력센서(500)에서 출력된 진단신호들과 모터 제어기(300)의 진단신호를 차량의 ECU(Electronic control unit)(600)에 전송할 수 있다. 상기 차량의 ECU(600)는 상기 진단신호들을 수신하여 과전압이나 단선 단락 등이 확인된 경우 제어를 종료하거나 모터(200)의 듀티(duty)를 변경할 수 있다.

또한, 상기 모터 제어기(300)는 상기 LPG 봄베(40)의 압력과 상기 인젝터(30)의 압력의 차이가 상기 소정값(5bar)으로부터 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는 경우 소정의 진단신호를 출력하고 상기 모터(200)의 듀티를 변경하여 제어할 수 있다.

예를 들어, 소정값이 5bar이고, 설정된 범위가 5bar에서 1bar 이내의 범위즉, 4~6bar인 경우, 만약 상기와 같은 제어에도 불구하고 봄베(40)의 압력과 인젝터(30)의 압력 차이가 7bar 또는 3bar 등으로 일정시간 동안 유지되면 이는 설정된 범위(4~6bar)를 초과한 것이므로 제어에 문제가 발생된 것으로 판단된다. 따라서, 이러한 경우 진단신호를 출력하고 모터(200)의 듀티(duty)를 감소시킴으로써 문제 상황에 대응할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어 방법의 흐름도이다. 이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 펌프 제어 방법을 설명한다.

S10 단계에서는 전원(700)이 켜져 있는지 판단한다. 전원(700)이 꺼져 있는 경우 제어는 종료된다.

S20 단계에서 전원(700)이 켜진 경우 제어를 초기화 시킨다. 예를 들어, 모터(200) 전압 듀티(duty)를 10%로 하고, 모터(200)의 속도를 1500rpm으로 설정하여 초기화 시킬 수 있다.

S30 단계에서 모터 제어기(300)가 정상인지 여부를 판단하며 비정상 상태인 경우 S31 단계에서 소정의 진단신호를 출력하고 제어를 종료한다.

S40 단계에서는 현재 듀티(duty)의 전압으로 모터(200)를 구동한다.

S50 단계에서는 모터(200) 구동이 정상인지 여부를 판단한다. S51 단계에서 모터(200)에 과전류가 흐르거나 단선, 단락이 확인되면 소정의 진단신호를 출력하고 제어를 종료한다. 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 모터(200) 구동이 정상인지 여부는 모터 제어기(300)에 의해 판단될 수 있으며, 진단신호는 차량의 ECU(600)에 전송될 수 있다.

S60 단계에서 엔진측 압력센서(400)와 봄베측 압력센서(500)가 정상인지 여부를 판단한다. 엔진측 압력센서(400)와 봄베측 압력센서(500) 중 어느 하나 이상이 비정상인 경우 S61 단계에서 소정의 진단신호를 출력하고 모터(200) 듀티를 변경하여 다시 상기 S40 단계로 돌아간다. 상기 압력센서 진단신호는 모터 제어기(300)를 통해 차량의 ECU(600)에서 수신할 수 있으며 차량의 ECU(600)에서는 압력센서의 상태를 진단하여 후속 조치를 취할 수 있다.

S70 단계에서 모터(200)의 속도(rpm)를 측정한다. 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 모터(200)는 상술한 홀 센서 또는 포토 센서가 설치된 BLDC모터가 될 수 있다. 홀 센서 또는 포토 센서에 의해 모터(200)의 회전자의 위치가 정확하게 측정되므로 정밀한 모터 속도 제어가 가능하게 된다.

S80 단계에서 모터 제어기(300)는 상기 S70 단계에서 측정된 모터(200)의 속도(rpm)이 설정된 목표 속도(rpm)에 도달하는지 여부를 판단한다. 만약 측정된 모터(200)의 속도가 목표 속도에 도달하지 못하면 S81 단계에서 모터(200)의 듀티(duty)를 변경하여 다시 S40 단계를 실시함으로써 측정된 모터 속도가 목표 속도를 추종하도록 제어한다.

S90 단계에서 상기 모터 속도가 목표 속도에 도달하면 엔진(20) 인젝터(30)의 압력(Pe)과 봄베(40)의 압력(Pb)을 측정한다. 인젝터(30)의 압력(Pe)은 상기 엔진측 압력센서(400)에 의해 측정될 수 있으며, 상기 봄베(40)의 압력(Pb)은 상기 봄베측 압력센서(500)에 의해 측정될 수 있다.

S100 단계에서 상기 모터 제어기(300)는 상기 인젝터(30)의 압력과 봄베(40)의 압력의 차이(ΔP = Pe - Pb)가 소정값으로 유지되는지 여부를 판단한다. 여기서, 상기 소정값은 3~7bar가 될 수 있으며, 실시예로서 5bar인 경우를 예로 들어 설명한다.

상기 인젝터(30)와 봄베(40)의 압력 차이(ΔP)가 5bar로 유지되는 경우에는 S40 단계로 돌아가서 현 상태의 듀티로 모터(200)를 구동한다.

S110 단계에서 만약 상기 인젝터(30)와 봄베(40)의 압력 차이(ΔP)가 5bar가 되지 않는 경우에는 상기 모터(200)의 목표 속도(rpm)을 변경한다. 상기 모터(200)의 목표 속도(rpm)가 변경되면 그에 따라 측정되는 모터의 속도도 목표 속도를 추종하게 되므로 압력 차이(ΔP)가 5bar가 되도록 제어된다.

S120 단계에서 상기 LPG 봄베(40)의 압력과 상기 인젝터(30)의 압력의 차이(ΔP)가 상기 소정값(예: 5bar)으로부터 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는지 판단한다.

하나 또는 다수의 실시예에서 도 4에 도시된 바와 같이 상기 압력 차이(ΔP)과 상기 소정값의 차이의 절대값이 특정값(K) 보다 큰 경우 설정된 범위를 초과하는 것으로 판단할 수 있다. 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 특정값(K)는 1bar로 설정할 수 있다.

상기 인젝터(30)와 봄베(40)의 압력의 차이(ΔP)가 상기 소정값(5bar)으로부터 설정된 범위를 초과하지 않으면 제어에 문제가 없는 것이므로 상기 S40 단계로 돌아간다.

만약 상기 인젝터(30)의 압력의 차이(ΔP)가 상기 소정값(5bar)으로부터 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되면 문제가 발생된 것으로 판단된다. 따라서, 이러한 경우 S121 단계에서 진단신호를 출력하고 모터(200)의 듀티(duty)를 감소시킴으로써 문제 상황에 대응한다.

도 5는 종래기술과 본 발명의 실시예의 효과를 비교한 그래프이다.

상기 그래프에서 L1은 종래 LPG 연료 펌프를 5단으로 제어하는 경우 각 단수 변화에 따른 연료 펌프 송출 유량 및 모터 속도 변화를 나타내고, L2는 엔진의 연료 소모량을 나타내며, L3는 본 발명의 실시예에 따른 LPG 연료 펌프 제어의 경우 연료 펌프 송출 유량 및 모터 속도 변화를 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 연료 펌프 송출유량은 엔진의 연료 소모량에 안전율을 더한 양이 될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 LPG 연료 펌프를 제어할 경우 엔진의 연료 소모량에 따라 연료 펌프 송출유량이 정밀하게 변하게 된다. 따라서 R 영역만큼 종래기술 보다 리턴 유량을 축소시킬 수 있게 된다. 이로 인해 저부하 영역에서 리턴 유량을 최소화 할 수 있으므로 LPG 봄베의 온도 및 압력 상승을 억제할 수 있고, LPG 연료 재충진시 충진 불량이 방지되는 효과가 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: LPI 엔진의 연료 공급 시스템 20: 엔진
30: 인젝터 40: 봄베
50: LPG 연료 펌프 60: 연료 공급 라인
70: 리턴 라인 80: 릴리프 밸브
90: 셧오프 밸브 100: LPG 연료 펌프 제어 시스템
200: 모터 300: 모터 제어기
400: 엔진측 압력센서 500: 봄베측 압력센서
600: ECU 700: 전원

Claims

LPG 연료 펌프 제어 방법에 있어서,
상기 LPG 연료 펌프의 모터를 소정 듀티(duty)의 전압으로 구동하는 단계;
상기 모터의 구동 속도(rpm)를 측정하는 단계;
상기 측정된 모터의 구동 속도(rpm)가 설정된 목표 속도(rpm)에 도달하도록 상기 모터의 듀티(duty)를 변경하는 단계;
LPG 봄베의 압력과 인젝터의 압력을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력의 차이가 소정값으로 유지되도록 상기 목표 속도(rpm)을 변경하는 단계;
를 포함하는 LPG 연료 펌프 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력의 차이가 상기 소정값으로부터 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는지 판단하는 단계; 및
상기 판단에서 상기 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는 경우 소정의 진단신호를 출력하고 상기 모터의 듀티를 변경하여 제어하는 단계;를 더 포함하는 LPG 연료 펌프 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 LPG 봄베의 압력은 상기 LPG 봄베에 설치된 압력센서에 의해 측정되고, 상기 인젝터 압력은 엔진 측에 설치된 압력센서에 의해 측정되며, 상기 모터의 듀티는 모터 제어기에 의해 변경되는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 방법.
제3항에 있어서,
상기 모터 제어기와 상기 봄베에 설치된 압력센서 및 상기 엔진측에 설치된 압력센서는 각각 이상여부를 확인하여 진단신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 소정값은 3~7bar인 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 모터는 내부 회전자의 회전 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor) 또는 포토 센서(Photo Sensor)가 설치된 센서 타입의 BLDC모터이고, 상기 홀 센서 또는 포토 센서에서 감지된 상기 회전자의 위치 신호를 수신하여 상기 모터의 속도(rpm)를 측정하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 방법.
LPG 연료 펌프 제어 시스템에 있어서,
LPG 연료 펌프 내부에 설치되는 모터의 구동을 제어하는 모터 제어기;
엔진에 설치된 인젝터의 압력을 측정하여 상기 모터 제어기에 전송하는 엔진측 압력센서; 및
LPG 봄베의 압력을 측정하여 상기 모터 제어기에 전송하는 봄베측 압력센서;
를 포함하고,
상기 모터 제어기는 측정된 모터의 속도(rpm)가 목표 속도(rpm)에 도달하도록 모터의 듀티(duty)를 변경하며, 상기 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력을 수신하여 그 차이가 소정값으로 유지되도록 상기 모터의 목표 속도(rpm)을 변경하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 시스템.
제7항에 있어서,
상기 모터 제어기는 상기 LPG 봄베의 압력과 상기 인젝터의 압력의 차이가 상기 소정값으로부터 설정된 범위를 초과하여 일정 시간 동안 유지되는 경우 소정의 진단신호를 출력하고 상기 모터의 듀티를 변경하여 제어하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 시스템.
제7항에 있어서,
상기 모터는 내부 회전자의 회전 위치를 감지하는 홀 센서(hall sensor) 또는 포토 센서(Photo Sensor)가 설치된 센서 타입의 BLDC모터이고, 상기 모터 제어기는 상기 모터로부터 회전자의 위치 신호를 수신하여 상기 모터의 속도(rpm)를 측정하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 시스템.
제7항에 있어서,
상기 모터 제어기와 상기 봄베측 압력센서 및 상기 엔진측 압력센서는 이상여부를 확인하여 진단신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 시스템.
제7항에 있어서,
상기 소정값은 3~7bar인 것을 특징으로 하는 LPG 연료 펌프 제어 시스템.
LPG 연료가 저장되는 봄베와, 상기 봄베의 연료를 엔진으로 송출하는 LPG 연료 펌프와, 상기 봄베로부터 상기 엔진의 인젝터로 연료를 공급하는 연료 공급 라인 및 상기 엔진으로부터 상기 봄베의 내부로 연료가 회수되도록 연통되는 연료 리턴 라인을 포함하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서,
상기 LPG 연료 펌프는 상기 제6항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 의한 LPG 연료 펌프 제어 시스템에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.
제12항에 있어서,
상기 리턴 라인에 설치되어 상기 리턴 라인의 압력을 유지하는 릴리프 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 연료 공급 시스템.