KR101704248B1 - 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법 - Google Patents

자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 연료필터의 히터 작동을 위한 히터 전원용 릴레이의 온/오프 제어 방식을 새롭게 개선시킨 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 엔진에 장착되는 연료온도 감지센서를 이용하여 연료온도를 감지한 후, 연료온도가 기준온도 이하이면 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 온시키고, 연료온도가 기준온도 이상이거나 히터 작동시간이 일정시간 이상이거나 배터리 전압이 일정전압 이하이면 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 오프시킬 수 있도록 함으로써, 정밀한 히터 온/오프 제어를 실현할 수 있는 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법{Device and method for controlling heater of fuel filter}
본 발명은 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤 연료필터의 히터 작동을 위한 히터 전원용 릴레이의 온/오프 제어 방식을 새롭게 개선시킨 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
디젤 차량의 연료 공급 시스템은 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 연료탱크(10)내의 연료를 필터링하여 엔진에 공급하는 연료필터(20)를 포함하고, 또한 상기 연료필터(20)에는 연료 온도를 감지하는 써모스위치(22)와, 감지된 연료온도에 따라 온/오프되는 히터(24)와, 연료로부터 여과된 수분이 일정량 이상인지를 감지하여 클러스터(30)의 경고등을 점등시키기 위한 수분 센서(26) 등이 장착되어 있다.
상기 연료필터(20)의 히터(24)는 저온 시동성을 향상시키기 위하여 채택된 것으로서, 디젤 연료의 특성상 온도가 저온 기준치 이하로 떨어질 경우, 연료의 일부 성분(예를 들어, 파라핀) 점도가 증대되어 연료 흐름성이 저하되는 점을 해소하고자, 히팅 작동을 통해 연료의 점도을 낮추어 원할한 연료 공급이 이루어지도록 하는 역할을 한다.
여기서, 디젤 연료필터에 장착되는 종래의 히터 회로 구성 및 그 동작을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 2는 디젤 연료필터에 장착된 종래의 히터 회로 구성도를 나타낸다.
도 2에서, 도면부호 24는 연료필터(20)내에 장착되는 히터를 지시하며, 이 히터는 PTC 타입의 히터로 구성된다.
또한, 상기 연료필터(20)내에 장착되어 연료탱크로부터의 연료온도를 감지하는 써모스위치(22)는 바이메탈 스위치 타입으로 채택된다.
이때, 상기 히터(24)는 히터 전원용 릴레이(28)를 통하여 배터리와 연결되고, 상기 써모스위치(22)는 이그니션 단계(IG2)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 온/오프 작동시키게 된다.
따라서, 연료탱크로부터 연료필터(20)로 공급되는 연료온도를 써모스위치(22)에서 감지하여 저온범위 및 그 이하이면, 써모스위치(22)가 온(ON) 작동되는 동시에 히터 전원용 릴레이(28)도 온(ON)으로 작동됨으로써, 배터리 전원이 히터(24)로 공급되어 히터 작동에 따른 연료 히팅이 이루어진다.
반면, 연료탱크로부터 연료필터(20)로 공급되는 연료온도가 저온범위 이상이면 써모스위치(22)가 오프(OFF) 상태를 유지하는 동시에 히터 전원용 릴레이(28)도 오프(OFF) 상태를 유지하게 됨으로써, 히터가 작동하지 않게 되고 연료 히팅도 이루어지지 않는다.
이때, 상기 써모스위치(22)의 온/오프 작동을 위한 연료온도 감지범위는 예를 들어, 히터 써모스위치 분리형인 경우, 온(ON) = 연료온도 -3℃±3, 오프(OFF) = 연료온도 +5℃±3로 설정되고, 히터 써모스위치 일체형인 경우, 온(ON) = -3℃±3, 오프(OFF) = +17℃±3로 설정된다.
그러나, 위와 같이 써모스위치에서 측정되는 연료온도 감지범위 편차 즉, 써모스위치의 온 작동을 위한 연료온도 감지범위와 오프 작동을 위한 연료온도 감지범위가 크기 때문에 정밀한 연료온도 감지가 이루어지지 않고, 그에 따라 정밀한 히터 온/오프 제어가 이루어지지 않는 단점이 있다.
또한, 상기 써모스위치에서 감지되는 연료온도 감지범위가 크기 때문에 써모스위치의 빈번한 온/오프 작동이 발생되어, 써모스위치의 내구성이 떨어져 쉽게 고장으로 이어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 연료필터에 히터 전원용 릴레이와 연결되는 히터용 커넥터를 비롯하여 써모스위치용 커넥터 등이 소모됨으로써, 원가 상승의 원인이 되고 있고, 인라인 조립과정에서 커넥터 장착을 위한 작업 공수가 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 엔진에 장착되는 연료온도 감지센서를 이용하여 연료온도를 감지한 후, 연료온도가 기준온도 이하이면 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 온시키고, 연료온도가 기준온도 이상이거나 히터 작동시간이 일정시간 이상이거나 배터리 전압이 일정전압 이하이면 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 오프시킬 수 있도록 함으로써, 정밀한 히터 온/오프 제어를 실현할 수 있는 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 연료필터내에 장착되는 히터; 상기 히터에 배터리 전원을 공급하거나 차단하는 히터 전원용 릴레이; 엔진에 장착되어 연료온도를 감지하는 연료온도 감지센서; 및 상기 연료온도 감지센서의 감지신호를 기반으로 히터 전원용 릴레이를 온/오프 제어하는 엔진 ECU; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 엔진 ECU에는 히터 작동시간을 계측하는 타이머가 더 연결된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진 ECU에는 배터리 전압을 측정하는 전압측정기가 더 연결된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 엔진 ECU에는 냉각수온 센서 또는 외기온 센서가 더 연결된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 연료탱크로부터 연료필터를 지나서 엔진에 공급되는 연료온도를 엔진에 장착된 연료온도 감지센서에서 감지하는 단계와; 상기 연료온도 감지센서의 감지신호를 수신한 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 온/오프 제어하되, 연료온도가 기준온도 이하이면 히터 전원용 릴레이를 온시키고, 연료온도가 기준온도 이상이면 히터 전원용 릴레이를 오프시키는 제어 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 히터 작동시간이 일정시간 이상이면 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 오프시키는 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히터의 전원인 배터리 전압이 일정시간 동안 일정전압 이하로 떨어지면, 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 오프시키는 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 히터 작동후 일정시간 동안 연료온도가 기준온도 이상으로 상승되지 않으면, 엔진 ECU에서 엔진 냉각수온 또는 외기온도를 히터 전원용 릴레이의 온/오프 판단 인자로 채택하는 페일 세이프 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 엔진에 장착되는 연료온도 감지센서를 이용하여 연료온도를 감지하고, 감지된 연료온도를 기반으로 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이의 온/오프 제어를 실시함으로써, 정밀한 히터 온/오프 제어가 이루어질 수 있다.
둘째, 종래의 써모스위치 삭제에 따른 원가절감 및 조립 공수 절감을 실현할 수 있다.
셋째, 히터가 최대 작동시간에 도달할 경우, 히터 전원용 릴레이를 차단시킴으로써, 히터 과다 작동에 따른 화재 사고를 방지할 수 있다.
넷째, 배터리 전압이 일정시간 동안 일정전압 이하로 떨어지는 경우, 히터 전원용 릴레이를 차단시킴으로써, 히터의 전류 과다 소모로 인한 배터리 방전을 방지할 수 있다.
다섯째, 히터 작동후 일정시간 동안 연료온도 상승이 없을 경우, 냉각수온 및 외기온도 등을 이용하여 히터 온/오프 제어가 이루어질 수 있도록 한 페일-세이프 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 디젤 연료공급 시스템을 도시한 구성도,
도 2는 디젤 연료필터에 장착된 종래의 히터 회로 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치를 도시한 회로 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 자동차용 연료필터의 히터 제어 방법의 일 실시예를 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 디젤 연료필터의 히터를 온/오프시키기 위한 히터 전원용 릴레이의 온/오프 제어를 기존의 써모스위치를 대신하여 엔진에 장착되는 연료온도 감지센서를 이용한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치를 도시한 회로 구성도이다.
도 3에서, 도면부호 24는 연료필터(20)내에 장착되는 히터를 지시하며, 이 히터는 PTC 타입의 히터로 구성된다.
이때, 상기 히터(24)를 작동시키기 위하여 연료온도를 감지하는 수단으로서, 기존의 써모스위치를 배제하고, 엔진측에 장착되는 연료온도 감지센서(42)가 사용된다.
상기 연료온도 감지센서(42)는 엔진측에 장착되는 것 외에 연료가 흐르는 연료공급라인의 원하는 부위에 임의로 장착하여 사용할 수 있다.
이에, 기존에 연료필터(20)내에 장착되었던 써모스위치(22) 및 써모스위치용 커넥터 등을 연료필터(20)에서 배제함으로써, 써모스위치 배제에 따른 원가절감 및 조립 공수 절감을 실현할 수 있다.
여기서, 상기 연료온도 감지센서(42)의 출력단은 엔진 ECU(40, Electronic Control Unit)의 입력단에 연결되어, 이그니션 단계(IG2)에서 연료온도 감지센서(42)의 온도 센싱 신호가 엔진 ECU(40)에 실시간으로 전송된다.
또한, 상기 히터(24)에 배터리 전원을 공급하거나 차단하는 히터 전원용 릴레이(28)는 엔진 ECU(40)에 의하여 제어된다.
이를 위해, 상기 엔진 ECU(40)의 출력단이 히터 전원 릴레이(28)에 연결되어, 이그니션 단계(IG2)에서 엔진 ECU(40)가 히터 전원용 릴레이(28)를 온/오프 제어하게 된다.
따라서, 연료탱크로부터의 연료가 연료필터를 지나서 엔진에 공급될 때, 상기 연료온도 감지센서(42)에서 연료온도를 감지하여 그 감지신호를 엔진 ECU(40)로 전송하게 되고, 연이어 엔진 ECU(40)에서 연료온도가 기준온도(예를 들어, 약 2℃) 이하로 판정하게 되면, 엔진 ECU(40)는 히터 전원용 릴레이(28)를 온시키는 제어를 함으로써, 히터(24)가 작동하여 연료의 승온이 이루어진다.
반면, 상기 연료온도 감지센서(42)에서 연료온도를 감지하여 그 감지신호를 엔진 ECU(40)로 전송한 후, 엔진 ECU(40)에서 연료온도가 기준온도(예를 들어, 약 12℃) 이상으로 판정하게 되면, 히터 작동이 불필요한 상태이므로 엔진 ECU(40)는 히터 전원용 릴레이(28)를 오프시키는 제어를 하게 된다.
이와 같이, 엔진에 장착되는 연료온도 감지센서(42)를 이용하여 연료온도를 감지하고, 감지된 연료온도를 기반으로 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)의 온/오프 제어를 실시함으로써, 기존에 감지 온도 편차가 심한 써모스위치와 달리 정확한 연료온도 감지에 의한 정밀한 히터 온/오프 제어가 이루어질 수 있다.
한편, 상기 엔진 ECU(40)의 입력단에는 히터 전원 릴레이(28)의 오프 판단 요소로서, 히터 작동시간을 계측하는 타이머(44)가 더 연결되고, 또한 배터리 전압을 측정하는 전압측정기(46)가 더 연결된다.
따라서, 상기 타이머(44)에서 계측된 히터 작동시간이 엔진 ECU(40)에 입력되는 바, 히터 작동시간이 일정시간(약 5분) 이상이면 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 오프시키는 제어를 하게 된다.
보다 상세하게는, 연료온도 감지센서 등의 고장으로 인하여 히터가 과다한 시간 동안 작동하면 화재가 발생될 우려가 있으므로, 히터 작동시간이 일정시간(약 5분) 이상이면 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 오프시키는 제어를 함으로써, 히터 과다 작동에 따른 화재 사고를 방지할 수 있다.
또한, 상기 전압측정기(46)에서 감지된 배터리 전압 신호가 엔진 ECU(40)에 입력되는 바, 배터리 전압이 일정시간 동안 일정전압 이하로 떨어지면, 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 오프시키는 제어를 하게 된다.
보다 상세하게는, 상기 히터(24) 작동에 따른 전류 소모가 과다하여 배터리 전압이 일정시간 동안 일정전압 이하로 떨어지면, 배터리 방전을 방지하고자 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 오프시키는 제어를 함으로써, 히터의 전류 과다 소모로 인한 배터리 방전을 방지할 수 있다.
한편, 상기 히터(24) 작동 후, 일정 시간 동안 연료온도가 상승하지 않을 경우, 즉 연료온도 감지센서(42)의 감지 온도가 일정 시간 동안 변화가 없을 경우, 엔진 ECU(40)는 히터 전원라인의 단선 및 연료온도 감지센서의 고장 등으로 판단하여, 첨부한 도 4의 순서도에 도시된 바와 같이 페일 세이프 제어를 하게 된다.
먼저, 히터 전원라인으로 전류가 흐르는지 여부를 판정하고(S101), 히터 전원라인이 정상상태이면 연료온도 감지센서의 에러 여부를 판정한다(S102).
상기 연료온도 감지센서가 고장난 것으로 판정되면, 엔진 ECU(40)는 엔진 냉각수온 센서(미도시됨) 또는 외기온 센서(미도시됨)의 온도 센싱값을 이용한다(S103).
예를 들어, 엔진 냉각수온이 기준온도(약 2℃) 이하인지 여부를 판정하여(S104), 기준온도 이하이면 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 온시키는 제어를 하게 되고(S105), 반면 엔진 냉각수온이 기준온도(약 12℃) 이상인지 여부를 판정하여(S106), 기준온도 이상이면 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 오프시키는 제어를 하게 된다(S109).
물론, 상기 엔진 ECU(40)가 엔진 냉각수온을 이용하여 히터 전원용 릴레이(28)의 온/오프 제어하는 경우에도 배터리 전압이 일정시간 동안 일정 전압 이하로 떨어지거나(S107), 히터 작동시간이 일정 시간 이상이면(S108), 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 오프시키는 제어를 하게 된다(S109).
힌편, 상기 엔진 ECU(40)에서 히터 전원용 릴레이(28)를 온시키는 제어를 하여(S105), 히터가 온(ON) 작동하게 된 후, 약 5분이 지난후에 히터 작동에 따른 연료온도 승온여부를 다시 판정하게 된다(S110).
이와 같이, 상기 히터 작동후 일정시간 동안 연료온도 상승이 없을 경우, 냉각수온 및 외기온도 등을 이용하여 히터 온/오프 제어가 이루어질 수 있도록 한 페일-세이프 기능을 제공할 수 있다.
10 : 연료탱크
20 : 연료필터
22 : 써모스위치
24 : 히터
26 : 수분 센서
28 : 히터 전원용 릴레이
30 : 클러스터
40 : 엔진 ECU
42 : 연료온도 감지센서
44 : 타이머
46 : 전압측정기

Claims (8)

  1. 연료필터내에 장착되는 히터;
    상기 히터에 배터리 전원을 공급하거나 차단하는 히터 전원용 릴레이;
    엔진에 장착되어 연료온도를 감지하는 연료온도 감지센서;
    상기 히터의 전원인 배터리의 전압을 측정하는 전압측정기; 및
    상기 연료온도 감지센서의 감지신호를 기반으로 히터 전원용 릴레이를 온/오프 제어하는 엔진 ECU;를 포함하여 구성되며,
    상기 전압측정기가 연결된 엔진 ECU는 전압측정기에 의해 측정된 배터리 전압이 일정시간 동안 일정전압 이하로 떨어지면 상기 히터 전원용 릴레이를 오프시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진 ECU에는 히터 작동시간을 계측하는 타이머가 더 연결된 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 엔진 ECU에는 냉각수온 센서 또는 외기온 센서가 더 연결된 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 장치.
  5. 연료탱크로부터 연료필터를 지나서 엔진에 공급되는 연료온도를 엔진에 장착된 연료온도 감지센서에서 감지하는 단계와;
    상기 연료온도 감지센서의 감지신호를 수신한 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 온/오프 제어하되, 연료온도가 기준온도 이하이면 히터 전원용 릴레이를 온시키고, 연료온도가 기준온도 이상이면 히터 전원용 릴레이를 오프시키는 제어 단계; 및
    상기 엔진 ECU에 연결된 전압측정기가 상기 히터의 전원인 배터리의 전압을 측정하고, 상기 엔진 ECU에서 상기 전압측정기에 의해 측정된 배터리 전압이 일정시간 동안 일정전압 이하로 떨어지면 히터 전원용 릴레이를 오프시키는 제어 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    히터 작동시간이 일정시간 이상이면 엔진 ECU에서 히터 전원용 릴레이를 오프시키는 제어 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 방법.
  7. 삭제
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 히터 작동후 일정시간 동안 연료온도가 기준온도 이상으로 상승되지 않으면, 엔진 ECU에서 엔진 냉각수온 또는 외기온도를 히터 전원용 릴레이의 온/오프 판단 인자로 채택하는 페일 세이프 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 연료필터의 히터 제어 방법.
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