KR101920258B1 - 액화 가스를 사용하여 작동되는 내연기관의 연료 공급을 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료로서 액화 가스를 사용하여 작동되는 내연기관(10)의 연료 공급을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 액화 가스는 저압 연료 펌프(15) 및 저압 연료 펌프(15)의 하류에 배열되는 고압 연료 펌프(17)에 의해 액화 가스를 포함하는 저장부(14)로부터 고압 연료 축적기(19)로 이송되며, 상기 고압 연료 축적기는 내연기관(10)의 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)들과 연관된 개별 연료 분사기(Z1 내지 Z4)들로 유동 연결되어, 액화 가스가 요구될 때 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소 챔버들 내로 직접 분사된다. 고압 연료 축적기(19) 내의 연료 압력(pR) 및/또는 연료 온도(TR)가 감지되고, 연료 압력(pR) 및/또는 연료 온도(TR)에 대한 특정된 한계값들이 초과하는 경우, 고압 연료 축적기(19)를 저장부(14)로 연결하는 회수 라인(22)이 전기 제어식 차단 밸브(23)에 의해 개방되어, 적어도 액화 가스의 부분 유동이 플러싱 유동으로서 고압 연료 축적기(19)를 통하여 다시 저장부로 유동한다. 높은 온도 또는 압력들에 의해 발생하는 기포들이 이에 따라 고압 연료 축적기(19)로부터 신뢰성있고 용이하게 제거될 수 있다.

Description

액화 가스를 사용하여 작동되는 내연기관의 연료 공급을 제어하기 위한 장치 및 방법 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE FUEL SUPPLY OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OPERATED WITH LIQUEFIED GAS}
본 발명은 독립항들의 전제부에 따른, 내연기관의 실린더 내로 액화 가스의 직접 분사를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
오토 사이클 기관(Otto-cycle engine)들의 방식으로 4행정 원리에 따라 작동하지만 자동차들을 구동하기 위해 사용될 가솔린이 아닌 오토가스(autogas)를 사용하여 작동되는 내연기관에 대해 이미 공지되어 있다. 오토가스로서, 특히 석유-기반 액화 가스(LPG, 액화 석유 가스)가 사용된다. 이러한 맥락에서, 1가(monovalent) 및 2가(bivalent) 시스템들이 존재한다. 1가 시스템의 경우, 액화 가스가 오로지 연료로서 사용되는 반면, 2가 시스템의 경우, 추가의 연료 타입, 일반적으로 가솔린이 액화 가스에 부가하여 연료로서 제공된다. 현대의 자동차들에서, 오토 가스는 이 경우 내연기관의 실린더의 하나 또는 둘 이상의 연소 챔버들 내로 액체 상태로 직접 분사된다. 환경 친화적인 오토 가스의 직접 분사는 상당한 CO2 감소 및 또한 입자 배출들의 감소를 초래한다.
액화 가스를 이용한 이 같은 시스템의 작동 중, 가솔린 및 액화 가스(오토 가스)의 상이한 화학적 / 물리적 특성들 때문에 문제점들이 발생할 수 있다.
오토 가스는 일반적으로 프로판 및 부탄의 혼합물이며 정상 상태들, 즉 대기압 및 상온에서 가스 상태에 있지만, 비교적 저압(조성에 따라 3 내지 8 바(bar))에서 미리 액화된다. 증기 압력은 온도가 증가함에 따라 증가하며, 즉 압력 수준이 온도에 따라 증가하는데, 이 압력 수준 미만에서 오토 가스가 액체 상태로부터 가스 상태로 변화하기 시작한다.
내연기관의 정상 작동 중, 연료의 직접 분사 중 분사 압력이 전형적으로 50 내지 200 바의 범위에 있고 이에 따라 오토 가스의 증기 압력보다 상당히 더 높기 때문에 이러한 사실은 문제를 구성하지 않는다. 그러나, 이 같은 시스템이 장비된 자동차가 정지될 때, 연료 회로의 고압 측이 압력을 방출하여 고압 연료 축적기 내의 압력이 떨어진다. 비교적 긴 시간 주기 중 고 부하에서 작동되었던 내연기관의 경우, 매우 높은 온도들이 고압 연료 축적기에서 발생할 수 있다. 액체 형태로 고압 연료 축적기에 남아 있는 오토 가스는 가스화되고 이에 따라 기포(vapor bubble)들이 형성된다.
오토가스의 임계적 온도는 정상 작동 중에, 즉 위에서 설명된 정지 프로세스 후가 아닌 내연기관의 진행 작동 중 심지어 초과될 수 있으며, 압력 증가는 이 경우 더 이상 지원되지 않을 것이며 기포(vapor bubble)들이 또한 형성될 것이다. 내연기관의 재시동시, 기포들 때문에, 연료의 분사량은 소망하는 양에 대응하지 않게 되는데, 이는 적어도 부분적으로 기상 연료가 액체 연료 대신 분배되기 때문이며, 이는 구동 안락감, 성능 및 배기 가스 배출에서의 열화를 초래할 수 있다. 더욱이, 압력 조절에 대해 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 직접 연료 분사 및 연료로서 액화 가스를 사용하여 작동되는 내연기관을 위한 방법 및 장치를 명시하는 목적을 기반으로 하며, 이 방법 및 장치는 내연기관의 신뢰가능한 작동을 허용한다.
상기 목적은 독립 특허 청구항들의 특징들에 의해 달성된다.
제 1 양태에 따라, 본 발명은 연료로서 액화 가스를 사용하여 작동되는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법을 특징으로 하며, 상기 액화 가스는 저압 연료 펌프 및 상기 저압 연료 펌프의 하류에 위치된 고압 연료 펌프에 의해, 액화 가스를 포함하는 저장부로부터 내연기관의 각각의 실린더들로 할당되는 개별 연료 분사기들로 유동에 관하여 연결되는 고압 연료 축적기로 전달되어, 액화 가스가 요구될 때 실린더들의 연소 챔버 내로 직접 분사된다. 고압 연료 축적기 내의 연료 압력 및/또는 연료 온도가 감지되고, 연료 압력 및/또는 연료 온도에 대해 미리 규정된 한계값들이 초과되는 경우, 고압 연료 축적기를 저장부로 연결하는 회수 라인은 전기 작동식 밸브에 의해 개방되어 적어도 액화 가스의 부분 스트림이 소기 스트림(scavenging stream)으로서 고압 연료 축적기를 통하여 다시 저장부로 유동한다.
제 2 양태에 따라, 본 발명은 대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법을 특징으로 하며, 액화 가스는 제 1 저압 연료 펌프에 의해 액화 가스를 포함하는 제 1 저장부로부터 고압 연료 펌프로 전달되고; 대기압 및 상온에서 액체인 연료는 제 2 저압 연료 펌프에 의해 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 포함하는 제 2 저장부로부터 하나의 고압 연료 펌프로 전달되며; 스위칭 장치의 위치에 따라, 고압 연료 펌프는 액화 가스 또는 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 내연기관의 각각의 실린더들에 할당되는 개별 연료 분사기들에 작동되게 연결되는 고압 연료 축적기로 전달하여, 요구될 때, 액화 가스 또는 대기압 및 상온에서 액체인 연료가 실린더들의 연소 챔버들 내로 직접 분사된다. 연료로서 액화 가스를 이용한 내연기관의 작동 중, 고압 연료 축적기 내의 연료 압력 및/또는 연료 온도가 감지되고, 연료 압력 및/또는 연료 온도에 대해 미리 규정된 한계값들이 초과되는 경우, 고압 연료 축적기를 제 2 저장부로 연결하는 회수 라인이 전기 작동식 밸브에 의해 개방되어 적어도 액화 가스의 부분 스트림이 소기 스트림으로서 고압 연료 축적기를 통하여 다시 제 2 저장부로 유동한다.
설명된 방법은 저장부로부터 차가운 액화 가스에 의해 고압 연료 축적기를 소기함으로써, 내연기관의 소정의 작동 상태들에 의한 상기 고압 연료 축적기에서 발생하는 본질적인 액화 가스의 기포들이 제거될 수 있고, 동시에 고압 연료 축적기 내의 온도가 낮아질 수 있다. 이는 특히 내연기관의 고온 시동의 경우 또는 교통 체증 상황에서 정지 및 운행 작동(stop-and-go operation) 중 내연기관의 신뢰성 있는 작동이 보장되는 장점을 갖는다.
대기압 및 상온에서 액체인 연료에 대한 저장부 내로 소기 스트림의 유입은 소기 프로세스를 증진하는데 이는 상기 저장부에서 액화 가스용 저장부 내의 압력 보다 낮은 압력이 우세하고 기포들이 상기 연료 내에서 용해될 수 있기 때문이다.
하나의 예시적인 실시예에서, 회수 라인을 통한 액화 가스의 유동은 스로틀 또는 오리피스에 의해 미리 규정된 값으로 감소된다. 따라서, 관류 및 이에 따른 소기 스트림이 규정된 값으로 설정되는 것이 간단한 방식으로 가능하게 된다.
추가의 예시적인 실시예에서, 미리 규정된 시간 주기 후, 회수 라인은 차단 밸브에 의해 다시 폐쇄되고 고압 연료 펌프가 활성화된다. 이러한 방식으로, 내연기관의 시동을 위해 요구되는 고압은 고압 연료 축적기에서 신속하게 증강될 수 있다.
추가의 예시적인 일 실시에에서, 시간 주기는 고압 연료 축적기에서 연료 온도 및/또는 연료 압력에 의존하는 방식으로 선택된다. 이는 내연기관의 각각의 작동 상태로 적응되는 시간 주기들이 발생되어 불필요하게 긴 소기 시간이 회피될 수 있다.
제 3 양태에 따라, 본 발명은 연료로서 액화 가스를 사용하여 작동되는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 장치를 특징으로 하며, 이 장치는 액화 가스를 포함하는 저장부, 저압 연료 펌프 및 저압 연료 펌프의 하류에 위치되는 고압 연료 펌프, 연료 분사기들을 구비한 고압 연료 축적기를 가지며, 상기 연료 분사기들은 상기 고압 연료 축적기에 연결되고 내연기관의 각각의 실린더에 할당된다. 회수 라인은 고압 연료 축적기로부터 저장부로 제공되며, 회수 라인을 개폐하기 위한 전기 작동식 밸브가 회수 라인 내로 통합된다.
제 4 양태에 따라, 본 발명은 대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 연료로서 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 장치를 특징으로 하며, 상기 장치는 액화 가스를 포함하는 제 1 저장부, 고압 연료 펌프로 액화 가스를 전달하기 위한 제 1 저압 연료 펌프, 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 포함하는 제 2 저장부, 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 하나의 고압 연료 펌프로 전달하기 위한 제 2 저압 연료 펌프, 및 고압 연료 펌프의 하류에 위치되고 내연기관의 각각의 실린더에 할당되는 연료 분사기들에 연결되는 고압 연료 축적기를 갖는다. 회수 라인은 고압 연료 축적기로부터 제 2 저장부로 제공되며, 회수 라인을 개폐하기 위한 전기 작동식 밸브를 회수 라인 내로 통합한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양태와 관련하여 특정된 장점들 및 세부들은 또한 본 발명에 따른 장치들에 유용하게 적용된다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 개략적인 도면들을 기초로 하여 아래에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 원리적으로, 액화 가스를 사용하여 1가 방식으로 작동되는 내연기관용 연료 공급 시스템의 구성을 도시하며,
도 2는 연료 공급 시스템을 제어하기 위한 프로그램의 흐름도를 도시하며,
도 3은 원리적으로, 종래의 연료들 또는 액화 가스를 사용하여 2가 방식으로 작동되는 내연기관용 연료 공급 시스템의 구성을 도시한다.
동일한 구성 및/또는 기능의 요소들은 도면들 도처에서 동일한 도면 부호들로 표시된다.
도 1은 오로지 액화 가스 및 직접 분사를 사용하여 작동되는 내연기관용 연료 공급 시스템의 개략적인 예시이다. 이는 또한 1가 작동(monovalent operation)으로 지칭된다. 여기서, 본 발명을 설명하기 위해 필요한 구성요소들만이 예시된다. 특히, 압력 조절기들, 안전 밸브들 등과 같은 가스 압력을 조절하기 위한 요소들이 명료성을 위해 생략되었다.
동일한 구성 및/또는 기능의 요소들은 도면들 도처에서 동일한 도면 부호들로 표시된다.
내연기관(10)(도 1)은 흡기관(11), 엔진 블록(12) 및 배기관(13)을 포함한다. 엔진 블록은 다수의 실린더(Z1, Z2, Z3, Z4)들을 포함한다. 실린더(Z1 내지 Z4)들 각각은 전용 연료 분사기(I1, I2, I3, I4)에 할당되어 제어 장치(30)로부터 신호들에 의한 대응하는 작동을 통하여, 연료로서 액화 가스가 실린더(Z1 내지 Z4)들의 개별 연소 챔버들 내로 직접 분사될 수 있다(직접 연료 분사). 여기서, 연료 분사기(I1, I2, I3, I4)들은 솔레노이드 구동부 또는 피에조 구동부일 수 있다.
내연기관(10)의 연료 공급 시스템은 액화 가스용 저장부(14)를 포함한다. 여기서, 액화 가스로서, 소위 오토가스(또한 LPG(액화 석유 가스)로서 지칭됨)가 사용된다. 오토가스는 약 5 내지 25 바의 압력에서 저장부(14) 내에 저장되고 저압 연료 라인(16)을 통해 전기 저압 연료 펌프(15)에 의해 전기 고압 연료 펌프(17)의 입구(더 이상 상세하게 도시되지 않음)로 전달된다. 이러한 예에서, 비록 저압 연료 펌프가 저압 연료 라인(16) 내에 배열될 수 있지만 저압 연료 펌프(15)는 저장부(14) 내에 배열된다(인-탱크 펌프(in-tank pump)).
저압 연료 펌프(15)는 바람직하게는, 작동 중, 저압 연료 펌프가 미리 규정된 저압에 도달되지 않기에 충분히 높고 고압 펌프(17)의 입구에 기포들을 형성하지 않는 연료 유량을 항상 전달하도록 구성된다.
고압 연료 펌프(17)는 연료 공급 시스템 내의 압력을 증가시키고 액화 가스를 고압 연료 라인(18)을 통해 고압 연료 축적기(19)에 전달한다. 고압 연료 축적기(19)는 또한 연료 분배기 스트립으로서 커먼 레일 또는 단순히 간단히 레일로서 지칭된다.
고압 연료 펌프(17)는 우회 라인 또는 우회 밸브(25)를 가져서 심지어 고압 연료 펌프(17)가 비활성화될 때조차 고압 연료 축적기(19)로의 연료의 유동이 가능하다. 고압 연료 펌프(17)의 구성에 따라, 이 같은 연료의 유동이 또한 고압 연료 펌프(17)의 자연적 누출에 의해 실현될 수 있다.
연료 분사기(I1 내지 I4)들은 고압 연료 축적기(19)에 작동식으로 연결된다. 액화 가스는 이에 따라 요구될 때 고압 연료 축적기(19)를 통해 연료 분사기(I1 내지 I4)에 공급된다.
고압 연료 축적기(19) 상 또는 그 내부에, 온도 센서(20) 및 압력 센서(21)가 배열되며, 이 센서들은 제어 장치(30)로 고압 연료 축적기(19) 내의 액화 가스의 온도 및 압력 각각에 대응하는 각각의 신호(TR 및 pR)를 출력한다.
회수 라인(22)은 고압 연료 축적기(19)로부터 다시 저장부(14)로 이어진다. 제어 장치(30)로부터 신호들에 의해 전기적으로 작동될 수 있는 차단 밸브(23)는 또한 소기 라인으로 지칭될 수 있는 회수 라인(22) 내로 통합된다. 바람직하게는 간단한 온(on)/오프(off) 밸브의 형태인 상기 차단 밸브(23)에 의해, 회수 라인(22)은 고압 연료 축적기(19)의 소기가 요구될 때 가능하게 되도록 개폐될 수 있다. 스로틀 또는 오리피스(24)는 액화 가스의 관류를 감소시키고 차단 밸브(23)가 개방될 때 상기 관류에 대해 규정된 값을 실현하기 위하여 차단 밸브(23)의 하류에 통합된다. 이에 대한 대안으로서, 차단 밸브(23)가 자체적으로 스토틀 또는 오리피스로서 작동하도록 구성될 수 있다.
내연기관(10)의 제어 및 조절은 제어 장치(ECU, 전자 제어 유닛; 30)에 의해 수행되며, 제어 장치는 상기 센서들의 신호들 외에, 내연기관(10)의 작동을 위해 요구되는 센서들이 할당되며, 이 센서들의 신호들은 도면 부호 "ES"로 도 1에 일반적으로 표시된다.
센서들은 다양한 측정 변수들을 감지하고 측정 변수의 각각의 측정 값을 결정한다. 측정 변수들 중 하나 이상의 변수의 기능으로서, 제어 장치(30)는 작동 변수들을 결정하고 이 작동 변수들은 이어서 대응하는 작동 구동부들에 의한 작동 요소들의 제어를 위해 하나 또는 둘 이상의 작동 신호들로 변환된다.
작동 요소들은 예를 들면 흡기관(11) 내의 스로틀 플랩, 연료 분사기(I1 내지 I4), 저압 연료 펌프(15), 고압 연료 펌프(17) 및 차단 밸브(23)이다. 내연기관(10)의 작동을 위해 요구되지만 명확하게 예시되지 않은 추가의 작동 요소들을 위한 추가의 출력 신호들은 도 1에서 일반적으로 도면 부호 "AS"로 표시된다.
일반적으로 하나 또는 둘 이상의 마이크로프로세서들을 포함하고 오토-사이클 내연기관의 경우 연료 분사 및 점화 조절뿐만 아니라 다양한 추가의 제어 및 조절 작업들을 수행하는 이 같은 전자 제어 장치(30)는 자체적으로 공지되어 본 발명과 함께 관련되는 구성 및 이의 기능만이 아래에서 설명될 것이다.
제어 장치(30)는 바람직하게는 프로그램 메모리(29) 및 값(value) 메모리(데이터 메모리; 27)에 커플링되는 컴퓨터 유닛(프로세서; 28)을 포함한다. 프로그램 메모리(29) 및 값 메모리(27)에는 각각 내연기관(10)의 작동을 위해 요구되는 저장된 프로그램들 및 값들이 있다. 그 중에서도 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 프로그램 메모리(29)에서 소프트웨어 형태로 구현되는 고압 연료 시스템의 소기를 위해 특성-맵-기반 기능이 있다. 값 메모리(27)에는 그 중에서도 연료 압력(pR)의 한계값(SW1), 연료 온도(TR)의 한계값(SW2), 및 시간 주기용 한계값(SW3) 또는 시간 카운터(31)의 최대 카운터값이 저장된다.
고압 연료 시스템의 소기를 위한 방법은 도 2의 흐름도를 기초로 하여 더 상세하게 설명될 것이다.
프로그램은 임의의 변수들이 시작될 수 있는 단계(S10)에서 시작된다. 내연기관(10)이 예를 들면 점화 시동기 스위치 또는 시동 버튼의 위치를 평가함으로써, 내연기관(10)이 시동되는 것이 단계(S20)에서 확인되는 경우, 후속하는 단계(S30)에서 저압 연료 펌프(15)가 제어 장치(30)로부터 전기 신호들에 의해 활성화된다. 결과적으로, 연료는 탱크 압력에 대해 예를 들면 5 내지 8 바의 양의 압력에서 저장부(14)(탱크)로부터 고압 연료 펌프(17)로 전달된다.
단계(S20)에서 확인된 내연기관(10)의 시동이 소위 고온 시동(hot start)일 수 있기 때문에, 즉 이미 작동 온도에 있는 내연기관(10)의 상대적으로 짧은 중단 단계 후 재시동이기 때문에, 이는 고압 연료 축적기(19)에서 가능한 기포 형성과 연관되며, 온도(TR) 및/또는 압력(pR)에 대한 값들이 단계(S40)에서 센서(20, 21)들에 의해 단계(40)에서 감지된다. 단계(S50)에서, 상기 값(TR, pR)들은 연관된 한계값(SW1, SW2)들과 비교된다. 감지된 값(TR, pR)들 중 하나 이상이 관련된 한계값(SW1, SW2)을 초과하는 경우, 내연기관(10)의 고온 시동이 발생되고 후속 단계(S60)에서, 회수 라인(22)에서의 차단 밸브(23)는 제어 장치(30)로부터의 전기 신호들에 의해 개방되는 것이 추론된다. 동시에, 제어 장치(30)에 제공된 시간 카운터(31)가 시동된다.
내연기관(10)의 고온 시동이 발생한다는 사실은 또한 재시동시 냉매 온도 및 중단 지속의 감지와 관련하여 소위 엔진-정지 신호의 평가를 통하여 추론될 수 있다.
예방 조치(precaution)에 의해, 내연기관(10)의 가능한 시동, 예를 들면, 단지 점화 시동기 스위치의 "점화 온(ignition on)" 위치를 표시하는 기준이 충족되는 경우, 단계(S40)가 또한 수행될 수 있다. 시간 장점이 이러한 방식으로 얻어질 수 있다.
저온 연료 펌프(16)가 이미 작동되고 있다는 사실 때문에, 지금부터 고압 연료 축적기(19)가 우회 밸브(25)를 통해 또는 비활성화된 고압 연료 펌프(17)의 누출을 경유하여 저장부(14)로부터 차가운 액화 가스로 소기되는 것이 가능하다. 고압 연료 축적기(19) 내의 고온 및/또는 고압 때문에 존재하는 기상 연료는 소기 라인으로서 기능하는 회수 라인(22)을 통해 다시 저장부(14)로 유동할 수 있다. 이는 먼저 기포들이 고압 연료 축적기(19)로부터 통기되거나 소기되고, 두번째로, 저장부(14)로부터 비교적 차가운 액화 가스가 고압 연료 축적기(19)로 펌핑되는 효과를 가져서, 이에 의해 고압 연료 축적기(19) 내의 온도가 떨어지고 이에 따라 액화 가스의 가열이 정지될 수 있다.
단계(S70)에서, 차단 밸브(23)의 개방의 시작 이후 미리 결정된 시간 주기(t)(또한, 소기 시간으로 칭함)가 경과하였는지 여부, 즉 시간 주기(t)가 미리 규정된 한계값(SW3)을 초과하였는지 여부가 문의된다. 상기 시간 주기가 경과되지 않은 경우, 상기 방법은 단계(S80)로 계속되고, 상기 시간 주기가 경과된 경우, 단계(S80)에서 차단 밸브(23)가 제어 장치(30)로부터의 신호들에 의해 다시 폐쇄된다. 시간 주기가 경과된 후, 더 많은 기상 연료가 고압 연료 축적기(19)에 위치되고, 내연기관(10)의 시동이 종래 방식으로 수행될 수 있으며, 즉 고압 연료 펌프(17)를 통한 유동이 가능하게 되고 또한 연료 분사기(I1 내지 I4)가 계산된 개방 시간들에서 연료의 분사를 가능하게 하는 것이 보장될 수 있다. 이는 단계(S100)에서 발생하며 정상 시동(normal start)으로서 지칭된다. 고압 펌프(17)가 예를 들면 캠샤프트를 경유하여 내연기관(10)으로 단단히 연결된 경우, 시동은 온도(TR) 및 소기 시간(t)에 대한 상태들이 총족되었을 때에만 수행될 수 있다.
시간 주기(t)가 경과되기 전에 이미 온도(TR) 및 압력(pR)에 대한 한계값(SW1, SW2)들에 다시 도달되지 않은 경우, 차단 밸브(23)는 이어서 미리 개방되고 상기 방법은 위에서 설명된 방식으로 계속된다.
단계(S50)에서의 문의가 고압 연료 축적기(19)에서의 온도(TR) 및 압력(pR)의 측정 변수들 중 하나 이상의 측정 값이 각각의 한계값(SW1, SW2) 아래 있는 것을 산출하는 경우, 기포 형성이 고압 연료 축적기(19)에서 발생하지 않는 것, 즉 소기가 요구되지 않는 것이 추정될 수 있으며, 상기 방법이 단계(S90 및 S100)들로 직접 계속된다.
여기서, 시간 주기(t)에 대한 값들은 바람직하게는 고압 연료 축적기(19)에서의 온도(TR)에 따라 선택되며 제어 장치(30)의 값 메모리(27)에서 특성 맵의 형태로 저장된다. 심지어 더 큰 정확도를 가지고 시간 주기(t)를 결정하기 위하여, 고압 연료 축적기(19) 내의 압력(pR)이 부가적으로 고려될 수 있다.
온도 상태들에 의해 필요하게 된 경우, 차단 밸브(23)는 또한 고압 연료 축적기(19) 내의 온도(TR)를 낯추기 위하여 내연기관(10)의 계속되는 작동 중 개방될 수 있다. 이러한 상황은 예를 들면 차량이 높은 외부 온도들의 존재시 교통 체증 상황에 있을 때 소위 정지 및 운행 작동 중 일어날 수 있다. 전달된 연료 중 일부가 차단 밸브(23) 개방을 통하여 유동하지만, 고압 연료 축적기(19)는 비교적 차가운 연료가 교환하여 공급되고 이에 따라 온도(TR)가 낮추어진다.
도 3은 개략적 예시에서, 액화 가스 또는 종래의 연료들을 사용하여 선택적으로 2가 방식으로, 작동되는 내연기관용 연료 공급 시스템을 도시한다.
여기서, 도 1에서와 같이, 본 발명을 설명하기 위해 필요한 구성요소들만이 예시된다. 특히, 압력 조절기들, 안전 밸브들 등과 같은 가스 압력을 조절하기 이한 요소들은 명확성을 위해 생략되었다.
도 1에 예시된 구성에 대비하면, 부가 저장부(32)는 제 2 연료 타입, 상세하게는 대기압 및 상온에서 액체인 연료, 일반적으로 가솔린용으로 제공된다. 상기 제 2 연료 타입을 위한 상기 저장부(32) 내에 배열된 저압 연료 펌프(33)는 또한 저압 연료 라인(34)을 통해 하나의 고압 연료 펌프(17)에 전달한다. 그러나, 상기 저압 연료 라인(34)은 고압 연료 펌프(17)의 입구로 직접 연결되지 않고 대신 입구의 상류에 위치되는 스위칭 장치(35)에 연결된다. 액화 가스 연료 회로의 저압 연료 라인(16)은 또한 상기 스위칭 장치(35)로 연결되어 액화 가스 또는 제 2 연료 타입이 스위칭 장치(35)의 스위칭 위치에 의존하는 방식으로 고압 연료 축적기(19) 내로 전달된다. 스위칭 장치(35)의 작동은 제어 장치(30)로부터의 신호들에 의해 수행되고, 내연기관을 이용하여 구동되는 차량의 차량 운전자에 의해 시작될 수 있거나 예를 들면, 두 개의 저장부들 중 하나의 충전 수준이 미리 규정된 최소 값 미만으로 떨어질 때 자동적으로 발생할 수 있다.
이러한 배열의 경우, 소기 공정은 여기서 낮은 압력이 우세하기 때문에, 회수 라인(22)이 액화 가스용 저장부(14) 내로 생기지 않고 제 2 연료 타입용 저장부(32) 내로 생기는 차이를 가지고 도 1을 기초로 하여 설명된 것과 유사하게 발생한다. 이러한 방식으로, 고압 연료 축적기(19)의 소기는 증진되며, 요구될 때, 또한 제 2 연료 타입을 위해 활용될 수 있다. 특히 상기 제 2 연료 타입이 가솔린인 경우, 제 2 연료 타입용 저장부(32) 내로의 액화 가스의 유입은 가스가 액체 가솔린 내에 용해되기 때문에 소정의 정도까지 문제를 일으키지 않는다. 또한, 종래와 같이, 가스 증기들을 흡수할 수 있는 활성화된 탄소 필터(예시안됨)를 구비한 연료 증발 유지(retention) 시스템이 제공된다. 또한, 연료 증발 유지 시스템에 의해, 가스 증기들은 주기적으로 흡기관(11) 내로 도입되고 연소를 위해 공급된다.
10 내연기관
11 흡기관
12 엔진 블록
13 배기관
14 액화가스용 저장부
15 액화 가스용 저압 연료 펌프
16 액화 가스용 저압 연료 라인
17 액화 가스용 고압 연료 펌프
18 고압 연료 라인
19 고압 연료 축적기, 커먼 레일
20 연료 온도 센서
21 연료 압력 센서
22 회수 라인, 소기 라인
23 차단 밸브
24 오리피스, 스로틀
25 우회 밸브, 누출
26 스위칭 장치
27 값 메모리, 데이터 메모리
28 컴퓨터 유닛, 프로세서
29 프로그램 메모리
30 제어 장치, ECU
31 타이머
32 제 2 연료 타입용 저장부
33 제 2 연료 타입용 저압 연료 펌프
34 제 2 연료 타입용 저압 연료 라인
35 스위칭 장치
Z1...Z4 실린더
I1...I4 연료 분사기
TR 고압 연료 축적기 내의 연료 온도
pR 고압 연료 축적기 내의 온도
ES 입력 신호
AS 출력 신호
SW1-SW3 한계값들
T 시간 주기

Claims (10)

  1. 대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관(10)으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법으로서,
    - 상기 액화 가스는 제 1 저압 연료 펌프(15)에 의해 액화 가스를 포함하는 제 1 저장부(14)로부터 고압 연료 펌프(17)로 전달되며,
    - 대기압 및 상온에서 액체인 연료가 제 2 저압 연료 펌프(33)에 의해 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 포함하는 제 2 저장부(32)로부터 하나의 고압 연료 펌프(17)로 전달되며,
    - 스위칭 장치(35)의 위치에 따라, 고압 연료 펌프(17)가 액화 가스 또는 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 내연기관(10)의 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)들에 할당되는 개별 연료 분사기(I1 내지 I4)들로 작동되게 연결되는 고압 연료 축적기(19)에 전달하여, 요구될 때, 액화 가스 또는 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 상기 실린더(Z1 내지 Z4)들의 연소 챔버들 내로 직접 분사하는, 대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    연료로서 액화 가스를 사용하는 내연기관(10)의 작동 중, 고압 연료 축적기(19) 내의 연료 압력(pR) 및/또는 연료 온도(TR)가 감지되고, 연료 압력(pR) 및/또는 연료 온도(TR)에 대해 미리 규정된 한계값들이 초과되는 경우, 고압 연료 축적기(19)를 제 2 저장부(32)로 연결하는 회수 라인(22)이 전기 작동식 차단 밸브(23)에 의해 개방되어 적어도 액화 가스의 부분 스트림이 소기 스트림 (scavenging stream)으로서 상기 고압 연료 축적기(19)를 통하여 다시 상기 제 2 저장부(32)로 유동하는 것을 특징으로 하는,
    대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연기관(10)이 시동되기 전에, 고압 연료 펌프(17)가 비활성화되고, 상기 제 1 저압 연료 펌프(15)가 활성화되고 상기 액화 가스가 고압 연료 펌프(17)의 우회 밸브(25) 또는 상기 고압 연료 펌프(17)의 누출을 통해 상기 고압 연료 축적기(19) 내로 그리고 대기압 및 상온에서 액체인 연료를 포함하는 상기 제 2 저장부(32) 내로 다시 전달되는 것을 특징으로 하는,
    대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회수 라인(22)을 통한 상기 액화 가스의 유동이 스로틀(24) 또는 오리피스에 의해 미리 규정된 값으로 감소되는 것을 특징으로 하는,
    대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    미리 규정된 시간 주기(t) 후, 상기 회수 라인(22)이 상기 차단 밸브(23)에 의해 폐쇄되고 상기 고압 연료 펌프(17)가 활성화되어 상기 내연기관(10)의 시동을 위해 요구되는 고압이 상기 고압 연료 축적기(19)에서 증강될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시간 주기(t)는 고압 연료 축적기(19)에서 연료 온도(TR) 및/또는 연료 압력(pR)에 의존하는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는,
    대기압 및 상온에서 액체인 연료 또는 액화 가스를 사용하여 선택적으로 작동될 수 있는 내연기관으로의 연료 공급을 제어하기 위한 방법.
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