KR101465268B1 - Ｌｐｇ 엔진의 디젤링 현상 방지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LPG 엔진의 디젤링(dieseling) 현상을 방지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 장치는 엔진의 온 또는 오프를 요구하는 신호를 수신하는 수신부; 및 이 신호에 따라 엔진에 혼합기를 공급하는 스로틀 밸브의 개폐를 제어하는 제어부 포함하며, 이 제어부는, 엔진의 오프를 요구하는 신호가 수신되면, 스로틀 밸브가 소정 기간 제1 개도(開度)로 오픈되고 그 후 엔진이 정지될 때까지 제2 개도로 오픈되도록, 스로틀 밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 한다.
LPG 엔진, 디젤링 현상 방지

Description

ＬＰＧ 엔진의 디젤링 현상 방지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREVENTING DIESELING OF LPG ENGINE}
본 발명은 LPG 차량의 엔진 제어 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 LPG 지게차(forklift vehicle)에서의 디젤링(dieseling) 현상을 방지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 포크 리프트 트럭(fork lift truck), 일명 지게차는 동력원에 따라 크게 디젤 엔진식과, LPG 엔진식 및 전동식으로 분류된다. LPG 엔진식은 LPG에 의해 구동되는 것으로서, 디젤 엔진식에 비하여 상대적으로 유해 배기가스가 적고 진동 및 소음이 적어 선진국에서는 LPG 엔진식 지게차의 사용이 점차 확대되고 있는 추세이다.
그러나, 세계 각 지역에서는 다양한 성분의 LPG 연료가 사용되고 있다. 따라서, LPG 연료 내에 부탄의 함유량이 높은 경우, 부탄(비등점: -0.5℃)은 프로판(비등점: -42℃)에 비해 상대적으로 비등점이 높기 때문에,　LPG 엔진식 지게차에 적용하기 위해 특수 개발된 자동차 엔진 기반의 높은 연소실 온도에 의해 디젤링(dieseling)이 발생하게 되는 문제가 생긴다.
디젤링이란, 차량 엔진의 이상연소(異常燃燒) 현상 중 한 가지로서, 점화 스위치를 오프한 후에도 과열된 점화 플러그나 연소실 내의 잔류 연료 등이 발화원이 되어 자연적으로 발휘되는 현상이며, 자기 점화(self-ignition), 자동 점화(auto-ignition) 또는 러닝 온(running on)이라고도 한다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 다양한 성분의 LPG 연료를 사용하는 경우에도, LPG 엔진의 디젤링 현상을 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 LPG 엔진의 디젤링(dieseling) 현상 방지 장치(200)는, 상기 LPG 엔진(80)의 온 또는 오프를 요구하는 신호를 수신하는 수신부(210); 및 상기 신호에 따라 상기 엔진에 혼합기를 공급하는 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어하는 제어부(220)를 포함하며, 상기 제어부(220)는, 상기 LPG 엔진(80)의 오프를 요구하는 신호가 수신되면, 상기 스로틀 밸브(70)가 소정 기간 제1 개도로 오픈되고 그 후 상기 LPG 엔진(80)이 정지될 때까지 제2 개도로 오픈되도록, 상기 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(220)는, 상기 LPG 엔진(80)의 오프를 요구하는 신호가 수신되면, 연료 탱크로부터의 연료 공급을 차단시키고, 상기 LPG 엔진(80)에서의 점화를 제거시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 LPG 엔진의 디젤링(dieseling) 현상 방지 장치(200)에 있어서, 상기 제2 개도는 상기 LPG 엔진(80)이 자기 점화(self-ignition)할 수 없도록 하는 최소량의 혼합기가 상기 LPG 엔진(80)에 공급되도록, 상기 스로틀 밸브(70)를 오픈하는 각도인 것이 바람직하다. 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제2 개도는 상기 스로틀 밸브(70)가 2% 오픈되도록 하는 각도일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 LPG 엔진의 디젤링 현상을 방지 방법은, 상기 LPG 엔진(80)의 온 또는 오프를 요구하는 신호를 수신하는 단계; 상기 LPG 엔진(80)의 오프를 요구하는 신호가 수신되면, 상기 LPG 엔진(80)에 혼합기를 공급하는 스로틀 밸브(70)를 소정 기간 제1 개도로 오픈시키는 단계; 및 상기 소정 기간 후, 상기 LPG 엔진(80)이 정지될 때까지 상기 스로틀 밸브(70)를 제2 개도로 오픈시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연비의 효율을 높이기 위하여 연소실 온도를 높게 유지할 필요가 있는 자동자 엔진을 기반으로 하는 LPG 엔진식 지게차에 있어서, 다양한 성분을 가지는 LPG 연료를 사용하는 경우에도, 특히, 비등점이 높은 부탄이 다량 함유된 LPG 연료를 사용하는 경우에도, 점화 스위치가 오프된 후에 엔진이 스스로 점화되어 폭발하는 디젤링 현상을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 점화 스위치를 오프한 후의 엔진 구동에 의해 엔진이 소모되거나 연료가 낭비되는 것을 방지할 수 있으며, 사용자들 역시 디젤링 현상으로 인한 불안감으로부터 벗어날 수 있는 효과도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 장치(200)와 이 장치가 적용되는 LPG 엔진의 연료 시스템(100), LPG 엔진(80) 및 점화부(90)를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, LPG 엔진의 연료 시스템(100)은 연료 뱅크(10), 연료 개폐 밸브(20), 레귤레이터(30), 연료 호스(40), 에어 크리너(50), 믹서(60) 및 스로틀 밸브(70)를 포함한다. 또한, 디젤링 현상 방지 장치(Electric Control Unit, 200)는 ECU(200)는 수신부(210) 및 제어부(220)를 포함한다.
수신부(210)는 키 스위치(미도시)로부터 LPG 엔진(80)의 온/오프를 요구하는 신호가 출력되면, 이를 수신하며, 제어부(220)는 이 LPG 엔진(80)의 온/오프 요구 신호에 따라 LPG 엔진(80)을 구동시키기 위한 여러 가지 제어를 수행한다. 그 제어에는 연료 개폐부(20), 스로틀 밸브(70) 및 점화부(90)에 대한 제어가 포함된다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 ECU(200)의 구체적인 동작을 설명하겠다.
엔진 구동(RUN)시에 키 스위치(미도시)가 온(ON) 되면, ECU(200)의 수신부(210)는 키 스위치로부터 온 신호를 수신한다. 온 신호가 수신되면, ECU(200)의 제어부(220)는 연료 개폐부(20)로 연료 개폐 밸브를 오픈시키기 위한 제어 신호를 출력한다. 그러면, LPG 연료 탱크(10)에 고압 상태로 압축되어 저장되어 있던 연료 는 압력 차이에 의해 저압 상태인 연료 개폐 밸브(20)와 레귤레이터(30)와 연료 호스(40)를 거쳐 믹서(60)로 흐르게 되며, 이때, 연료는 믹서(60)에서 에어 크리너(50)를 통해 흡인된 공기와 서로 혼합된다. 또한, 제어부(220)는 스로틀 밸브(70)를 오픈시키기 위한 제어 신호를 출력하며, 스로틀 밸브(70)가 오픈되면 혼합기는 엔진 입구(INTAKE)를 통하여 최종적으로 엔진 연소실로 유입된다.
일반적으로, 스로틀 밸브(70)는 엔진의 회전 속도(Revolution Per Minute, RPM)에 따라 기 설정된 개도(開度)로 개폐가 제어된다. 예를 들어, 아래의 표와 같이 엔진 RPM에 따른 스로틀 밸브(70)의 개도(開度)를 기 설정할 수 있다.
[표 1]
엔진 회전 속도(RPM)에 따라 기 설정된 스로틀 밸브의 개도(%)
Figure 112008088783253-pat00001
반대로, 엔진 정지(STOP)시에 키 스위치(미도시)가 오프(OFF) 되면, 제어부(220)는 연료 개폐 밸브(20)를 닫도록 하는 제어 신호를　연료 개폐 밸브(20)로 출력하며, 엔진에서의 점화를 제거하도록 하는 제어 신호를 점화부(90)로 출력한다.
또한, 제어부(220)는 엔진의 연소실로 혼합기가 유입되지 못하도록 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어하기 위한 제어 신호를 스로틀 밸브(70)로 출력한다. 이는, 연소의 3대 조건인 공기, 점화원, 가연물(연료)를 제거함으로써, 연소가 이루어지 지 않도록 하여 엔진의 구동을 정지시키기 위함이다.
키 스위치가 오프된 경우, 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어함에 있어서, 종래 기술에 따르면,　1차적으로 스로틀 밸브(70)의 개도(開度)가 1차적으로 11%가 되고, 엔진의 RPM이 감소함에 따라 엔진 RPM에 따라 기 설정된 개도(開度)로 변경되며, 최종적으로 엔진의 RPM이 제로(zero)가 되면 스로틀 밸브(70)의 개도(開度) 가 0%가 되도록 제어하였다.
그러나, 자동차 엔진을 기반으로 특수 제작되는 LPG 엔진식 지게차는 연소실의 온도가 높기 때문에,　이러한 종래 기술에 따르면, LPG 연료 내의 부탄 성분이 50% 이상 될 경우, 키 스위치가 오프되어 엔진의 점화가 제거된 후에도, 연료 호스(40) 내에 잔류하고 있는 잔량의 연료가 자발적으로 점화되어 불규칙적으로 폭발하는 디젤링 즉, 러닝 온 현상이 발생하게 되며, 이는 사용자에게 불편을 끼치므로 문제가 된다.
본 발명은 스로틀 밸브(70)의 개폐 제어를 다음과 같이 개선하여, 연료 호스(40)나 믹서(60) 사이에 잔류하고 있는 잔량의 LPG 연료가 스로틀 밸브(70)를 통해 엔진 입구(INTAKE) 내부로 흡입되는 것을 차단함으로써, 종래 기술로 야기되는 디젤링 현상 문제를 해결하고 있다.
수신부(210)가 LPG 엔진(80)의 오프 요구 신호를 수신하면, 제어부(220)는 1차적으로 소정 기간 스로틀 밸브(70)의 오픈 각도를 제1 개도로 제어한 후, 종래 기술과 달리, LPG 엔진(80)의 회전 속도와 무관하게 2차적으로 스로틀 밸브(70)의 오픈 각도를 제2 개도로 제어한다.
또한, 제2 개도는 LPG 엔진(80)으로 공급되는 혼합기의 양이 LPG 엔진(80)이 자기 점화(self-ignition)할 수 없도록 하는 최소량이 되도록 하는 스로틀 밸브(70)를 오픈시키는 각도인 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.
스로틀 밸브(70)는 LPG 엔진(80)의 회전 속도가 제로가 되면 개도(開度)가 0%가 되어 완전히 닫히게 되며, 전원이 제거되면 단품 자체 공차에 의해 7% 개도(開度)로 오픈되게 된다. 그러나, 자연스럽게 엔진이 정지하여 회전 속도가 제로가 되고, 그에 따라 스로틀 밸브(70)의 개도(開度)가 0%가 되어 닫히게 되었을 때를 제외하고, 강제로 개도(開度)를 0%로 제어하여 닫았을 때에는, 스로틀 밸브(70) 내부의 플레이트(PLATE)가 보어(BORE)를 치게 되어 손상을 입힐 가능성이 많다.
따라서, 2차적으로 스로틀 밸브(70)의 개도(開度)를 0%로 하여 스로틀 밸브(70)를 완전히 닫는 것이 아니라, LPG 엔진(80)이 스스로 폭발하여 자기 발화할 수 없는 최소한의 혼합기가 유입되도록 허용하는 개도(開度)로 스로틀 밸브(70)를 오픈시키는 것이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 개도는 11%(즉, 스로틀 밸브(70)가 11% 오픈되도록 하는 열림량)로 설정할 수 있고, 제2 개도는 2%(즉, 스로틀 밸브(70)가 2% 오픈되도록 하는 열림량)로 설정할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 방법을 구체적으로 설명하겠다.
LPG 엔진(80)을 정지시키도록 키 스위치가 오프되면, ECU(200)는 키 스위치로부터 엔진 오프 요구 신호를 수신한다(210 단계). 그 후에, ECU(200)는 연료 공급지 차단되도록 연료 개폐부(20)의 연료 개폐 밸브를 잠근다(220 단계). LPG 엔진(80)에서의 점화가 제거되도록 점화부(90)를 오프시킨다(230 단계). 또한, ECU(200)는 1차적으로 소정 기간 동안 스로틀 밸브(70)가 11% 오픈되도록 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어한다(240 단계). 소정 기간 경과 후, ECU(200)는 2차적으로 스로틀 밸브(70)가 2% 오픈되도록 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어한다(250 단계). 그리고 나서, ECU(200)는 LPG 엔진(80)의 회전 속도를 검출하여, LPG 엔진(80)의 회전 속도가 제로(zero)인지 판단한다(260 단계). 판단 결과, LPG 엔진(80)의 회전 속도가 제로인 경우에는, 스로틀 밸브(70)가 닫히도록 즉, 스로틀 밸브(70)의 오픈 각도가 제로가 되도록 제어하며(270 단계), LPG 엔진(80)의 회전 속도가 제로가 아닌 경우에는, 240단계로 돌아가 스로틀 밸브(70)의 오픈 각도가 2%가 되도록 제어한다.
본 발명은 전술한 바와 같이, 키-오프 후, 1차적으로 스로틀 밸브(70)의 오픈 정도를 제1 개도로 제어한 후에, 2차적으로 LPG 엔진(80)의 회전 속도와 무관하게 스로틀 밸브(70)의 오픈 정도를 제2 개도로 제어한다. 이를 통해, LPG 엔진(80)으로 유입되는 혼합기의 양을 LPG 엔진(80)이 자기 발화할 수 없는 최소한으로 제한함으로써, 키-오프 후에도 LPG 엔진(80)이 스스로 폭발하는 디젤링 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 3(a)는 종래 기술에 의해 키-오프 후 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어함에 따라 엔진의 회전 속도가 변화하는 모습을 도시한 그래프이며, 도 3(b)는 본 발명의 일 실시예에 의해 키-오프 후 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어함에 따라 엔진의 회전 속도가 변화하는 모습을 도시한 그래프이다.
도 3(a)에서는 키-오프 시, 스로틀 밸브(70)의 오픈 각도가 11%로 제어된 후, 스로틀 밸브(70)의 개도(開度)가 LPG 엔진(80)의 회전 속도에 따라 기 설정된 값으로 변동되도록 제어되므로, 키-오프 후 엔진이 정지하기까지 엔진이 스스로 점화되는 디젤링 현상이 발생하는 것을 볼 수 있다. 그러나, 도 3(b)에서는 키-오프 시, 스로틀 밸브(70)의 개도(開度)가 11%로 제어된 후, LPG 엔진(80)의 회전 속도와 무관하게 스로틀 밸브(70)의 개도(開度)를 2%로 제어함으로써, 디젤링 현상이 발생하지 않고 LPG 엔진(80)의 회전 속도가 안정적으로 감소하여 LPG 엔진(80)이 자연스럽게 정지하게 되는 것을 볼 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 당업자라면 이해할 것이다. 예컨대, 스로틀 밸브(70)의 오픈 각도를 제1 개도로 제어하는 소정 기간은 수 초(second)와 같이 일정한 기간으로 정할 수도 있으며, LPG 엔진(80)의 회전 속도가 미리 정해진 속도 이하로 감소할 때까지의 기간으로 정할 수도 있을 것이다.
또한, 스로틀 밸브(70)의 1차 오픈 정도인 제1 개도나 2차 오픈 정도인 제2 개도 역시 11% 나 2%로 설정하는 것 외에도 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 설정할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.　
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 장치가 적용된 LPG 엔진의 연료 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 3(a)은 종래 기술에 의해 키-오프 후 스로틀 밸브의 개폐를 제어함에 따른 엔진의 회전 속도 변화를 도시한 그래프이다.
도 3(b)은 본 발명의 일 실시예에 의해 키-오프 후 스로틀 밸브의 개폐를 제어함에 따른 엔진의 회전 속도 변화를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요 구성에 대한 부호의 설명>
10: 연료 탱크 20: 연료 개폐 밸브
30: 레귤레이터 40: 연료 호스
50: 에어 크리너 60: 믹서
70: 스로틀 밸브 80: 엔진
90: 점화부 100: LPG 연료 시스템
200: LPG 엔진의 디젤링 방지 장치(ECU)

Claims (5)

  1. LPG 엔진의 디젤링(dieseling) 현상을 방지하기 위한 장치(200)로서,
    상기 LPG 엔진(80)의 온 또는 오프를 요구하는 신호를 수신하는 수신부(210); 및
    상기 신호에 따라 상기 엔진에 혼합기를 공급하는 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어하는 제어부(220)를 포함하며,
    상기 제어부(220)는, 상기 LPG 엔진(80)의 오프를 요구하는 신호가 수신되면, 상기 스로틀 밸브(70)가 소정 기간 제1 개도(開度)로 오픈되고, 그 후 상기 LPG 엔진(80)이 정지될 때까지 제2 개도로 오픈되도록, 상기 스로틀 밸브(70)의 개폐를 제어하고,
    상기 제2 개도는 상기 제1 개도보다 작도록 상기 스로틀 밸브(70)가 2% 열리는 것;
    을 특징으로 하는 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부(220)는, 상기 LPG 엔진(80)의 오프를 요구하는 신호가 수신되면, 연료 탱크로부터의 연료 공급을 차단시키고, 상기 엔진에서의 점화를 제거시키는 것인 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. LPG 엔진(80)의 디젤링 현상을 방지하기 위한 방법으로서,
    상기 LPG 엔진(80)의 온 또는 오프를 요구하는 신호를 수신하는 단계;
    상기 LPG 엔진(80)의 오프를 요구하는 신호가 수신되면, 상기 LPG 엔진(80)에 혼합기를 공급하는 스로틀 밸브(70)를 소정 기간 제1 개도로 오픈시키는 단계; 및
    상기 소정 기간 후, 상기 LPG 엔진(80)이 정지될 때까지 상기 스로틀 밸브(70)를 제2 개도로 오픈시키는 단계를 포함하고,
    상기 제2 개도는 상기 제1 개도보다 작도록 상기 스로틀 밸브(70)가 2% 열리는 것;
    을 특징으로 하는 LPG 엔진의 디젤링 현상 방지 방법.
KR1020080133293A 2008-12-24 2008-12-24 Ｌｐｇ 엔진의 디젤링 현상 방지 장치 및 방법 KR101465268B1 (ko)

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JP2001082186A (ja) 1999-09-08 2001-03-27 Toyota Motor Corp 内燃機関のスロットル制御装置
KR100427075B1 (ko) 2001-09-14 2004-04-17 현대자동차주식회사 엘피지 엔진의 역화방지장치
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