KR101877292B1 - 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 연료가 저장되는 봄베, 상기 봄베 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프, 상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일로 공급하는 고압펌프 및 차량의 메인 제어부와의 통신을 통해 최적 연료 소모량과 엔진의 회전수 정보를 수신하고 수신된 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보에 기초해서 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 가솔린 직접분사 방식에서 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량에 메인 제어부와 별도로 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 마련해서 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어할 수 있다.

Description

직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법{FUEL SUPPLY CONTROL APPARATUS AND METHOD OF LPDI TYPE ALTERED VEHICLE}
본 발명은 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린 직접분사식 엔진이 적용된 차량에서 엘피지 연료를 사용하도록 개조된 차량에서 엘피지 연료를 엔진에 공급하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차량에 사용되는 연료 중 엘피지 연료는 옥탄가가 높고 내열성이 우수하다는 특징과 연료비가 저렴하다는 장점을 가짐에 따라, 승용차와 승합차 등에 사용되고 있으며, 대형차에도 적용되고 있다.
차량의 엔진에 공급되는 엘피지 연료는 액상이며 기화되면 공기와의 혼합성이 좋아 가연성이 놓기 때문에, 가솔린과 경유에 비해 노킹이 잘 일어나지 않게 되며 베이퍼록(Vapor-Lock)이나 퍼컬레이션(Percolation)과 같은 현상의 발생을 방지할 수 있어 가솔린이나 디젤 연료의 대체 연료로서 그 적용 범위가 점차로 증가하는 추세이다.
따라서 가솔린 및 엘피지 겸용 차량은 가솔린 연료 탱크, 기화기(Vaporizer)와 믹서(Mixer), 엘피지 연료 탱크(Bombe), 엘피지 연료의 공급을 제어하는 솔레노이드 밸브 및 솔레노이드 밸브를 제어하는 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit)를 필수적으로 구비한다.
한편, 최근에는 엔진의 출력을 향상시키고 오염물질의 배출을 저감하기 위해 엔진에 공기만을 흡입하여 압축한 후 가솔린 연료를 분사하는 가솔린 직접분사식 엔진(Gasolin Direct Injection) 및 엔진 내부에 액체 상태의 LPG 연료를 직접 분사하는 액화석유분사(Liquefied Petroleum Injection, 이하 '엘피아이'라 함) 방식의 직접분사식 엘피아이 엔진이 개발되고 있다.
따라서, 점차 강화되는 환경보호와 연비저감이라는 2가지 목적을 동시에 달성하기 위해서, 직접분사 방식을 적용한 가솔린, 엘피지 및 가솔린 엘피지 겸용 차량의 연료공급 제어장치의 개발이 진행되고 있다.
예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 직접분사식 엘피아이 시스템 및 엘피지 가솔린 겸용 차량의 연료공급 제어장치 기술을 개시하여 출원해서 등록받은 바 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1261836호(2013년 5월 7일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1261831호(2013년 5월 8일 공고)
그러나 종래의 가솔린 직접분사식 엔진이 적용된 차량을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조하는 경우, 가솔린 연료공급장치의 구동을 제어하는 전자제어유닛의 프로그램 수정이 불가능함에 따라, 봄베에 설치된 연료펌프를 구동하기 위한 별도의 구동 로직이 필요하다.
특히, 가솔린 연료공급장치의 전자제어유닛으로부터 가솔린 연료펌프를 구동하기 위한 PWM 제어신호의 듀티값에 따라 연료펌프에 마련된 모터의 구동을 제어하는 경우, 차량의 주행 상태 및 규격에 따라 연료 소모량의 차이가 발생할 수 있다.
이로 인해, 직접분사식 엘파이이 방식으로 개조된 차량의 연비 효율이 저항되는 문제점이 있었다.
따라서 가솔린 직접분사식 엔진이 적용된 차량을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조하는 경우, 차량의 주행상태 및 연료공급계통의 동작 상태에 따라 연료펌프를 구동하기 위한 기술이 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가솔린 직접분사식 엔진이 적용되는 차량을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조하여 엘피지 연료를 엔진으로 공급하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 현재 연료 소모량과 엔진의 회전수에 기초해서 연료펌프의 구동을 제어하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차량의 주행 상태에 기초해서 연료펌프에 마련된 모터의 회전수를 가변 제어해서 차량의 연비 효율을 극대화할 수 있는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량의 연료공급 제어장치는 연료가 저장되는 봄베, 상기 봄베 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프, 상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일로 공급하는 고압펌프 및 차량의 메인 제어부와의 통신을 통해 최적 연료 소모량과 엔진의 회전수 정보를 수신하고 수신된 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보에 기초해서 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량의 연료공급 제어방법은 (a) 이그니션 키의 온 조작에 의해 전원이 공급되면, 제어부에서 연료펌프의 모터를 최소 회전속도로 설정된 기준 회전수 이상으로 구동하도록 제어하는 단계, (b) 이그니션 키가 스타트 조작되면, CAN 통신부를 통해 차량의 메인 제어부로부터 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보를 수신하는 단계 및 (c) 상기 제어부에서 수신된 최적 연료 소모량과 엔진 회전수 정보에 기초해서 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법에 의하면, 가솔린 직접분사 방식에서 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량에 메인 제어부와 별도로 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 마련해서 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명에 의하면, CAN 통신을 통해 수신된 최적 연료 소모량과 엔진 회전수 정보에 기초해서 연료펌프의 모터 회전수를 가변적으로 제어함으로써, 차량의 주행 조건에 따라 연료 공급량을 조절해서 연비 효율을 극대화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
특히, 본 발명에 의하면, 최적 연료 소모량과 엔진 회전수에 대응되는 2차 곡선을 따라 연료펌프의 모터 회전속도를 제어함으로써, 저속 제어모드에 비해 고속 제어모드에서 연료펌프의 펌핑 속도를 급격하게 변화시킴으로써, 차량의 주행 조건에 따라 연료 공급량을 가변적으로 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 이그니션 키가 온 조작되면, 연료펌프의 모터를 미리 설정된 초기 회전수로 구동해서 엔진 시동 초기에 연료공급라인, 고압펌프 및 고압연료레일에 연료를 신속하게 공급함으로써, 엔진 시동시 시동 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 이그니션 키가 온 조작된 상태에서는 상시적으로 연료펌프를 최소 약 400 내지 500RPM 이상으로 구동해서 엔진의 열에 의한 연료의 기화에 의해 발생하는 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치의 구성도,
도 2는 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보에 따른 연료펌프의 모터 회전수 그래프,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치의 연료공급 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 4 내지 도 6은 저속 제어모드에서 최적 연료 소모량에 따른 연료펌프의 모터 RPM 그래프,
도 7 및 도 8은 고속 제어모드에서 엔진 회전수에 따른 연료펌프의 모터 RPM 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치 및 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치의 구성도이다.
먼저, 본 실시 예에서는 기존 가솔린 직접분사식 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량에 적용되는 경우를 설명한다.
이에 따라, 직접분사식 엘피아이 개조 차량에는 기존 가솔린 직접분사식 엔진에 적용되는 고압연료레일(14), 인젝터(도면 미도시), 연료공급라인(S) 등의 가솔린 공급 계통이 마련된 상태이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료가 저장되는 봄베(11), 봄베(11) 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프(12), 연료펌프(12)의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일(14)로 공급하는 고압펌프(15), 연료펌프(12)에서 펌핑된 연료를 고압펌프(15)로 전달하고 고압펌프(15)에서 회수되는 연료의 압력을 미리 설정된 압력으로 일정하게 유지하는 레귤레이터 유닛(13) 및 차량의 메인 제어부(30)와의 통신을 통해 최적 연료 소모량과 엔진의 회전수 정보를 수신하고 수신된 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보에 기초해서 연료펌프(12)의 구동을 제어하는 제어부(20)를 포함한다.
이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조차량의 연료공급 제어장치(10)는 차량의 메인 제어부(30)와 통신 가능하게 연결되어 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보를 수신하는 CAN 통신부(21)를 더 포함할 수 있다.
메인 제어부(30)는 차량에 마련된 각종 센서의 감지신호를 수신하고, 수신된 감지신호에 기초해서 엔진의 구동을 제어하는 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit)으로 마련될 수 있다.
이러한 메인 제어부(30)는 CAN 통신을 통해 차량의 주행 상태에 따른 연료 소모량을 최적화하기 위한 최적 연료 소모량(Fuel consumption optimization) 정보를 차량에 마련된 각 제어유닛에 제공한다.
이에 따라, 본 발명은 CAN 통신을 통해 최적 연료 소모량 정보 및 엔진 회전수 정보를 수신하고, 수신된 최적 연료 소모량 정보와 엔진 회전수 정보에 기초해서 엘피지 연료의 공급량을 산출해서, 연료펌프용 모터의 회전수를 제어함으로써, 연비 효율을 향상시킬 수 있다.
연료펌프(12)와 고압연료레일(30) 사이에는 봄베(11)에서 연료펌프(12)의 펌핑 동작에 의해 공급되는 연료를 엔진(도면 미도시)으로 공급하는 연료공급라인(S)이 연결되고, 레귤레이터 유닛(13)과 고압펌프(15)는 연료공급라인(S) 상에 설치될 수 있다.
봄베(11)는 액체 상태의 엘피지 연료를 저장하는 내압성 고압 가스 용기로 마련되고, 대략 원통 형상으로 형성될 수 있다.
봄베(11)의 일측에는 충전 파이프(16)가 연결되고, 충전 파이프(16) 상에는 봄베(11)에 충전되는 연료에 포함된 이물질이나 불순물을 제거하는 충전필터(17)가 설치될 수 있다.
그리고 봄베(11)의 다른 일측에는 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료를 선택적으로 송출하는 멀티밸브(18)가 마련될 수 있다.
그래서 연료공급라인(S)에는 레귤레이터 유닛(13)과 멀티밸브(18) 사이에 레귤레이터 유닛(13)로 공급되는 연료에 포함된 이물질이나 불순물을 제거하는 연료필터(19)가 마련될 수 있다.
고압펌프(15)는 연료공급라인(S)을 통해 공급되는 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일(14)로 공급하는 기능을 한다.
예를 들어, 고압펌프(15)는 레귤레이터 유닛(13)을 통해 공급되는 연료 중에서 일부를 고압, 예컨대 약 40bar 내지 약 150bar로 가압하여 고압연료레일(14)로 공급할 수 있다.
그리고 고압펌프(15)는 고압연료레일(14)에 공급하고 잉여된 연료를 상기 고압 상태로 가압하기 이전에 저압 상태에서 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수할 수 있다.
레귤레이터 유닛(13)은 연료펌프에서 펌핑되어 공급되는 연료를 고압펌프 측으로 공급 또는 차단하도록 개폐 동작하는 컷 솔레노이드밸브(도면 미도시), 고압펌프 측으로 공급되는 연료의 온도를 감지하는 온도센서(도면 미도시), 고압펌프(15)에서 회수되는 연료의 압력을 감지하는 압력센서(도면 미도시) 및 고압펌프(15)에서 회수되는 연료의 압력을 미리 설정된 설정압력으로 일정하게 유지하는 레귤레이터(도면 미도시)를 포함할 수 있다.
상기 레귤레이터는 봄베(11)로 회수되는 펌핑된 연료의 압력을 미리 설정된 설정압력, 예컨대 봄베 압력+Δ5bar로 유지할 수 있다.
상기 설정압력은 봄베(11) 내부의 열평형을 이루기 위해, 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수되는 연료를 가압하여 기화를 방지하도록 미리 설정되는 압력이다.
이에 따라, 봄베(11) 내부에서는 연료펌프(12)에 의해 송출되는 연료와 고압펌프(15)로부터 회수되는 연료에 의해 열평형이 이루어진다.
제어부(20)는 엔진의 최적 연료 소모량과 회전수 정보를 이용해서 연료펌프(12)의 모터 회전속도를 산출하는 프로그램을 저장부(22)에 저장하고, CAN 통신을 통해 수신되는 최적 연료 소모량과 엔진 회전수에 따라 연료펌프(12)의 모터 회전속도를 제어한다.
도 2는 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보에 따른 연료펌프의 모터 회전수 그래프이고, 표 1은 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보에 따른 연료펌프의 모터 회전수 테이블이다.
최적 연료 소모량 범위(㎕) 엔진 회전수 범위(RPM)
1300 ~ 8000 2600 ~ 4000
연료펌프 모터 회전수(RPM) 420 ~ 1500 1500 ~ 2800
제어부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 수신된 최적 연료 소모량이 미리 설정된 설정 소모량 이하이면 미리 설정된 저속 제어모드에 따라 연료펌프(12)의 모터 회전수를 제어하고, 상기 설정 소모량을 초과하면 미리 설정된 고속 제어모드에 따라 연료펌프(12)의 모터 회전수를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 설정 소모량은 약 8000㎕로 설정될 수 있다.
그래서 제어부(20)는 상기 저속 제어모드에서 표 1에 기재된 바와 같이, 약 1300 내지 8000㎕의 범위를 갖는 최적 연료 소모량 정보에 따라 연료펌프(12)의 모터 회전수를 약 420 내지 1500RPM의 범위에서 점차적으로 증가시키도록 제어할 수 있다.
저속 제어모드에서 연료펌프(12)의 모터 회전수는 아래의 수학식 1에 기재된 2차 방정식에 의해 설정될 수 있다.
Figure 112016067796613-pat00001
여기서, 기울기(k)는 2차 곡선의 Y값을 결정하는 상수로서, 실험치에 따르면 약 0.000024로 설정될 수 있다.
그래서 FCOmin은 1300㎕로 설정되고, 모터의 RPM 오프셋(offset)은 저속 제어모드에서 모터의 최소 RPM, 예컨대 425RPM으로 설정될 수 있다.
상기 고속 제어모드에서 제어부(20)는 수신된 엔진 회전수에 따라 연료펌프(12)의 모터 회전수를 약 1500 내지 2800RPM의 범위에서 가변적으로 제어할 수 있다.
고속 제어모드에서 연료펌프(12)의 모터 회전수는 아래의 수학식 2에 기재된 2차 방정식에 의해 설정될 수 있다.
Figure 112016067796613-pat00002
여기서, 기울기(k)는 실험치에 따르면 약 0.0006으로 설정되고, 모터의 RPM 오프셋(offset)은 고속 제어모드에서 모터의 최소 RPM, 예컨대 1500RPM으로 설정될 수 있다.
이와 같이, 제어부(20)는 엔진의 최적 연료 소모량 및 회전수 정보에 따라 모터의 RPM을 제어해서 연료펌프(12)의 펌핑 속도를 조절한다.
그리고 제어부(20)는 2차 곡선을 따라 모터의 회전수를 제어하도록 제어모드별로 기울기 및 모터의 RPM 오프셋을 상이하게 설정해서 차량의 주행 조건에 따라 연료펌프의 회전속도를 가변적으로 제어할 수 있다.
즉, 1차 곡선은 전 영역에서 일정하게 증감시키는 반면, 2차 곡선은 특정 영역에서 급격하게 증감할 수 있다.
따라서 본 발명은 2차 곡선을 따라 연료펌프의 모터 회전속도를 제어함으로써, 저속 제어모드에 비해 고속 제어모드에서 연료펌프의 펌핑 속도를 급격하게 변화시킴으로써, 차량의 주행 조건에 따라 연료 공급량을 가변적으로 제어할 수 있다.
이를 위해, 제어부(20)는 CAN 통신을 통해 수신된 최적 연료 소모량 정보와 미리 설정된 설정 소모량을 비교하는 비교부(23), 비교부(23)의 비교결과에 따라 저속 또는 고속 제어모드를 선택적으로 설정하는 모드 설정부(24), 설정된 제어모드별 2차 방정식을 이용해서 모터의 RPM을 산출하는 산출부(25) 및 산출된 RPM으로 모터를 구동하도록 제어신호를 발생하는 신호 발생부(26)를 포함할 수 있다.
이와 함께, 제어부(20)는 연료펌프(12)에 마련된 모터를 구동하는 모터구동부(도면 미도시) 및 신호 발생부(26)의 제어신호에 모터의 회전속도를 조절하도록 상기 모터구동부에 구동신호를 전달하는 모터 컨트롤러(도면 미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 제어부(20)는 엔진 시동 이전에 CAN 통신이 정상적으로 수행되는지를 검사하고, CAN 통신이 미수행되면 연료펌프(12)의 모터를 미리 설정된 초기 회전수, 예를 들어 약 1700RPM으로 구동하도록 제어할 수 있다.
또, 제어부(20)는 이그니션 키가 온 조작되면, 엔진 시동 초기에 연료공급라인(S), 고압펌프(15) 및 고압연료레일(14)에 신속하게 연료를 공급할 수 있도록, 미리 설정된 초기 공급 시간, 예를 들어 약 4 내지 5초 동안 모터를 상기 초기 회전수로 구동하도록 제어한 후, 미리 설정된 기준 회전수, 예를 들어 약 400 내지 500RPM으로 구동하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(20)는 이그니션 키가 스타트 조작되면, 엔진이 구동(running) 상태인지 또는 크랭킹(cranking) 상태인지를 검사하고, 엔진 구동 상태에서는 모터를 미리 설정된 대기시간, 예를 들어 약 4 내지 5초 동안 상기 초기 회전수로 구동한 후, 상기 대기시간이 경과하면 상기 기준 회전수로 구동하도록 제어할 수 있다.
또한, 제어부(20)는 크랭킹 상태이면 모터를 상기 대기시간 동안 상기 초기 회전수로 구동한 후, 엔진 구동 상태가 될 때까지 상기 초기 회전수로 구동하도록 제어할 수 있다.
이러한 제어부(20)는 연료펌프(12)와의 거리를 최소화해서 차량에서 발생하는 전자기파의 영향을 최소화하도록, 봄베(11)의 일측, 예컨대 멀티밸브(18)에 일체로 마련되거나 별도로 마련되어 멀티밸브(18)에 설치될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 메인 제어부와의 CAN 통신을 통해 최적 연료 소모량과 엔진 회전수 정보를 수신하고, 수신된 정보에 따라 연료펌프에 마련된 모터의 회전수를 제어할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 차량의 주행 조건에 따라 연료펌프의 펌핑 속도를 가변적으로 제어해서 차량의 연비 효율을 극대화할 수 있다.
다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 에에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치의 연료공급 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치의 연료공급 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 3의 S10단계에서 이그니션 키가 온 조작되면, 제어부(20)는 배터리에서 전원을 공급받아 구동을 시작한다.
S12단계에서 제어부(20)는 메인 제어부(30)와의 CAN 통신이 정상적으로 수행되는지를 검사한다.
그리고 제어부(20)는 미리 설정된 검사시간이 경과할 때까지 CAN 통신의 비정상 상태가 유지되면, CAN 통신이 정상 상태가 될 때까지 미리 실정된 초기 회전수, 즉 1700RPM을 유지하도록 모터의 구동을 제어한다(S14).
반면, S12단계의 검사결과 CAN 통신이 정상 상태이면, 제어부(20)는 엔진 시동 초기에 연료공급라인(S), 고압펌프(15) 및 고압연료레일(14)에 신속하게 연료를 공급하기 위해, 미리 설정된 초기 공급 시간 동안 상기 초기 회전수를 유지하도록 모터의 구동을 제어하고, 상기 초기 공급 시간이 경과하면, 최소 회전 속도로 설정된 기준 회전수, 즉 약 400 내지 500RPM을 유지하도록 모터의 구동을 제어한다(S16).
이와 같이, 본 발명은 이그니션 키가 온 조작되면, 연료펌프의 모터를 미리 설정된 초기 회전수, 즉 1700RPM으로 구동해서 엔진 시동 초기에 연료공급라인, 고압펌프 및 고압연료레일에 연료를 신속하게 공급함으로써, 엔진 시동시 시동 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명은 이그니션 키가 온 조작된 상태에서는 상시적으로 연료펌프를 최소 약 400 내지 500RPM 이상으로 구동해서 엔진의 열에 의한 연료의 기화에 의해 발생하는 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.
S18단계에서 이그니션 키가 스타트 조작되면, S20단계에서 제어부(20)는 엔진이 시동 상태인지를 검사한다.
만약, S20단계의 검사결과 엔진이 크랭킹 상태이면, 제어부(20)는 엔진이 시동 상태가 될 때까지 미리 설정된 대기시간, 즉 약 4 내지 5초 동안 대기한 후, 대기시간이 경과하면 모터를 초기 회전수로 구동해서 유지하도록 제어한다(S22).
S20단계의 검사결과 엔진이 시동 상태이면, 제어부(20)는 대기시간 동안 초기 회전수를 유지한 후, 대기시간이 경과하면 기준 회전수를 유지하도록 모터의 회전수를 제어한다(S24).
이와 같은 과정을 통해, 연료펌프(12)가 구동되면, CAN 통신부(21)는 CAN 통신을 통해 차량의 메인 제어부(30)로부터 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보를 수신해서 제어부(20)로 전달한다(S26).
S28단계에서 제어부(20)의 비교부(23)는 수신된 최적 연료 소모량과 미리 설정된 설정 소모량, 즉 약 8000㎕을 비교한다.
만약, S28단계의 비교결과 수신된 엔진 회전수가 설정 소모량 이하이면, 모드 설정부(24)는 미리 설정된 저속 제어모드로 설정한다(S30).
그리고 산출부(25)는 수신된 최적 연료 소모량에 따라 모터의 RPM을 산출하며, 신호발생부(26)는 산출된 RPM으로 모터를 구동하도록 제어하는 제어신호를 발생한다(S32).
예를 들어, 도 4 내지 도 6은 저속 제어모드에서 최적 연료 소모량에 따른 연료펌프의 모터 RPM 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 최적 연료 소모량이 1300㎕인 경우, 연료펌프(12)의 모터 회전수는 약 420RPM으로 설정된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 최적 연료 소모량이 6200㎕인 경우, 연료펌프(12)의 모터 회전수는 약 1000RPM으로 설정된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 최적 연료 소모량이 8000㎕인 경우, 연료펌프(12)의 모터 회전수는 약 1500RPM으로 설정된다.
다시 도 3에서, S28단계의 비교결과 수신된 최적 연료 소모량이 설정 소모량을 초과하면, 모드 설정부(24)는 미리 설정된 고속 제어모드로 설정한다(S34).
그리고 산출부(25)는 수신된 엔진 회전수에 따라 모터의 RPM을 산출하며, 신호발생부(26)는 산출된 RPM으로 모터를 구동하도록 제어하는 제어신호를 발생한다(S36).
예를 들어, 도 7 및 도 8은 고속 제어모드에서 엔진 회전수에 따른 연료펌프의 모터 RPM 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 최적 연료 소모량이 8000㎕를 초과하고, 엔진의 회전수가 약 2500RPM인 경우, 연료펌프(12)의 모터 회전수는 약 2000RPM으로 설정된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 최적 연료 소모량이 8000㎕를 초과하고, 엔진의 회전수가 약 4000RPM인 경우, 연료펌프(12)의 모터 회전수는 약 2800RPM으로 설정된다.
S38단계에서 제어부(20)는 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진 시동 정지 및 전원 공급 차단 여부를 검사한다.
만약, S38단계의 검사결과 이그니션 키가 지속적으로 온 상태를 유지하면, 제어부(20)는 S26단계 내지 S38단계를 반복 수행하도록 제어한다.
반면, S38단계의 검사결과 이그니션 키가 오프 조작되면, 제어부(20)는 연료펌프(12)의 구동을 중지하고 종료한다.
한편, 엔진 재시동시, 제어부(20)는 S10단계 내지 S40단계를 반복 수행하고, 특히 엔진 재시동 초기에는 연료펌프(12)의 모터를 초기회전수를 유지하도록 제어해서 시동성을 향상시킬 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 가솔린 직접분사 방식에서 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량에 메인 제어부와 별도로 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 마련해서 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어할 수 있다.
특히, 본 발명은 CAN 통신을 통해 수신된 최적 연료 소모량과 엔진 회전수 정보에 기초해서 연료펌프의 모터 회전수를 가변적으로 제어함으로써, 차량의 주행 조건에 따라 연료 공급량을 조절해서 연비 효율을 극대화할 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 가솔린 직접분사 방식에서 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량에 메인 제어부와 CAN 통신 가능하게 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 별도로 마련하고 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어하는 기술에 적용된다.
10: 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치
11: 봄베 12: 연료펌프
13: 레귤레이터 유닛 14: 고압연료레일
15: 고압펌프 16: 충전 파이프
17: 충전필터 18: 멀티밸브
19: 연료필터 20: 제어부
21: CAN 통신부 22: 저장부
23: 비교부 24: 모드 설정부
25: 산출부 26: 신호 발생부
30: 메인 제어부

Claims (10)

  1. 가솔린 직접분사 방식에서 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량의 연료공급 제어장치에 있어서,
    연료가 저장되는 봄베,
    상기 봄베 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프,
    상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일로 공급하는 고압펌프,
    차량의 메인 제어부와의 통신을 통해 최적 연료 소모량과 엔진의 회전수 정보를 수신하고 수신된 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보에 기초해서 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부,
    상기 메인 제어부와 통신을 통해 상기 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보를 수신하는 CAN 통신부 및
    엔진의 최적 연료 소모량과 회전수 정보를 이용해서 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 산출하는 프로그램을 저장하는 저장부를 포함하고,
    상기 제어부는 CAN 통신을 통해 수신된 최적 연료 소모량 정보와 미리 설정된 설정 소모량을 비교하는 비교부,
    상기 비교부의 비교결과에 따라 저속 또는 고속 제어모드를 선택적으로 설정하는 모드 설정부,
    설정된 제어모드별로 미리 저장된 2차 방정식을 이용해서 모터의 RPM을 산출하는 산출부 및
    산출된 RPM으로 모터를 구동하도록 제어신호를 발생하는 신호 발생부를 포함하여
    상기 연료펌프의 모터 회전속도를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 엔진 시동 이전에 CAN 통신이 정상적으로 수행되는지를 검사하고, CAN 통신의 비정상 상태에서 상기 연료펌프의 모터를 미리 설정된 초기 회전수로 구동하도록 제어하고,
    이그니션 키가 온 조작되면, 미리 설정된 초기 공급 시간 동안 모터를 상기 초기 회전수로 구동하도록 제어한 후, 상기 초기 회전수에 비해 낮게 설정된 기준 회전수로 구동하도록 제어하며,
    이그니션 키가 스타트 조작되면, 엔진이 구동 상태인지 또는 크랭킹 상태인지를 검사하고, 엔진 구동 상태에서 모터를 미리 설정된 대기시간 동안 상기 초기 회전수로 구동한 후, 상기 대기시간이 경과하면 상기 기준 회전수로 구동하도록 제어하고,
    엔진 크랭킹 상태이면 모터를 상기 대기시간 동안 상기 초기 회전수로 구동한 후, 엔진 구동 상태가 될 때까지 상기 초기 회전수로 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료펌프의 모터 회전수는 상기 저속 제어모드에서 수학식 1에 의해 산출되고,
    상기 고속 제어모드에서 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어장치.
    Figure 112018005088655-pat00003
    ...[수학식 1]
    여기서, 기울기(k)는 2차 곡선의 Y값을 결정하는 상수, 모터의 RPM 오프셋(offset)은 저속 제어모드에서 모터의 최소 RPM.
    Figure 112018005088655-pat00004
    ...[수학식 2]
    여기서, 기울기(k)는 2차 곡선의 Y값을 결정하는 상수, 모터의 RPM 오프셋(offset)은 고속 제어모드에서 모터의 최소 RPM.
  6. 가솔린 직접분사 방식에서 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량의 연료공급 제어방법에 있어서,
    (a) 이그니션 키의 온 조작에 의해 전원이 공급되면, 제어부에서 연료펌프의 모터를 최소 회전속도로 설정된 기준 회전수 이상으로 구동하도록 제어하는 단계,
    (b) 이그니션 키가 스타트 조작되면, CAN 통신부를 통해 차량의 메인 제어부로부터 최적 연료 소모량 및 엔진 회전수 정보를 수신하는 단계 및
    (c) 상기 제어부에서 수신된 최적 연료 소모량과 엔진 회전수 정보에 기초해서 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계는 (b1) 상기 제어부의 비교부에서 수신된 최적 연료 소모량과 미리 설정된 설정 소모량을 비교하는 단계,
    (b2) 모드 설정부에서 상기 (b1)단계의 비교 결과 상기 최적 연료 소모량이 상기 설정 소모량 이하이면 미리 설정된 저속 제어모드로 설정하는 단계,
    (b3) 상기 모드 설정부에서 상기 (b1)단계의 비교결과 상기 최적 연료 소모량이 상기 설정 소모량을 초과하면 미리 설정된 고속 제어모드로 설정하는 단계,
    (b4) 산출부에서 설정된 제어모드별로 미리 저장된 2차 방정식을 이용해서 모터의 RPM을 산출하는 단계 및
    (b5) 신호 발생부에서 산출된 RPM으로 모터를 구동하도록 제어신호를 발생하는 단계를 포함하여
    설정된 제어모드별로 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (a)단계는
    (a1) 상기 제어부에서 CAN 통신이 정상 상태인지를 검사하는 단계,
    (a2) 상기 (a1)단계의 검사결과 CAN 통신이 미리 설정된 검사시간이 경과할 때까지 비정상 상태로 유지되면, CAN 통신이 정상 상태가 될 때까지 상기 기준 회전수보다 높게 설정된 초기 회전수로 모터를 구동하도록 제어하는 하는 단계 및
    (a3) 상기 (a1)단계의 검사결과 CAN 통신이 정상 상태이면 미리 설정된 초기 공급 시간 동안 상기 초기 회전수를 유지하도록 모터의 구동을 제어하고, 상기 초기 공급 시간이 경과하면, 상기 기준 회전수를 유지하도록 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 (b)단계는
    (b1) 이그니션 키가 스타트 조작되면, 엔진이 시동 상태인지를 검사하는 단계,
    (b2) 상기 (b1)단계의 검사결과 엔진이 크랭킹 상태이면, 엔진이 시동 상태가 될 때까지 미리 설정된 대기시간 동안 대기한 후, 상기 대기시간이 경과하면 모터를 상기 초기 회전수로 구동하도록 제어하는 단계 및
    (b3) 상기 (b1)단계의 검사결과 엔진이 시동 상태이면, 상기 대기시간 동안 상기 초기 회전수를 유지한 후, 상기 대기시간이 경과하면 상기 기준 회전수를 유지하도록 상기 모터의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어방법.
  9. 삭제
  10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료펌프의 모터 회전수는 상기 저속 제어모드에서 수학식 1에 의해 산출되고,
    상기 고속 제어모드에서 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급 제어방법.
    Figure 112018005088655-pat00005
    ...[수학식 1]
    여기서, 기울기(k)는 2차 곡선의 Y값을 결정하는 상수, 모터의 RPM 오프셋(offset)은 저속 제어모드에서 모터의 최소 RPM.
    Figure 112018005088655-pat00006
    ...[수학식 2]
    여기서, 기울기(k)는 2차 곡선의 Y값을 결정하는 상수, 모터의 RPM 오프셋(offset)은 고속 제어모드에서 모터의 최소 RPM.
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