KR101972595B1 - Cng-디젤 혼소 연료 공급 시스템의 연료 분사 장치 - Google Patents

Cng-디젤 혼소 연료 공급 시스템의 연료 분사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축천연가스(Compressed Natural Gas, CNG)와 디젤을 혼합하여 엔진 연료로 사용하는 혼소 연료 공급 시스템에 있어서, 별도의 제어장치를 이용하여 유로6 기준을 만족할 수 있도록 디젤 연료의 분사시기 및 분사량을 제어할 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치는 상기 디젤 차량에 구동력을 제공하는 엔진과, 디젤이 수용된 디젤 공급부와 연결되어 상기 엔진으로 디젤을 분사시키는 디젤 인젝터, CNG가 수용된 CNG 공급부와 연결되어 상기 엔진으로 CNG를 분사시키는 CNG 인젝터, 디젤 차량의 연료공급 모드정보를 출력함과 더불어 상기 디젤 인젝터의 분사제어신호를 생성하여 출력하는 디젤 ECU, 상기 CNG 인젝터의 분사제어신호를 생성하여 상기 CNG 인젝터로 출력하는 CNG 제어부, 상기 엔진의 상태를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서로 이루어지는 센서부 및, 상기 디젤 ECU와 디젤 인젝터 사이에 위치하면서, 디젤 ECU로부터 인가되는 연료공급모드가 디젤모드인 경우에는 디젤 ECU와 디젤 인젝터간 신호 송수신이 이루어지도록 경로 설정하고, CNG-디젤 혼소모드인 경우에는 디젤 ECU로부터 인가되는 분사제어신호에 대해 기 설정된 더미신호를 디젤 ECU로 전송함과 더불어, 차량 상태정보를 근거로 디젤 인젝터의 분사량과 분사시기를 결정하고, 이에 대응되는 디젤 인젝터 분사제어신호를 생성하여 상기 디젤 인젝터로 전송하는 혼소 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

CNG-디젤 혼소 연료 공급 시스템의 연료 분사 장치{Fuel injector of CNG-diesel dual fuel engine system}
본 발명은 압축천연가스(Compressed Natural Gas, CNG)와 디젤을 혼합하여 엔진 연료로 사용하는 혼소 연료 공급 시스템에 있어서, 별도의 제어장치를 이용하여 유로6 기준을 만족할 수 있도록 디젤 연료의 분사시기 및 분사량을 제어할 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 가솔린엔진이나 가스(LPG, CNG 등) 엔진에 비해 더 큰 출력을 얻을 수 있다는 장점은 있으나, 가솔린엔진이나 가스엔진에 비해 배기가스의 배출량이 많을 뿐만 아니라 배기가스에 섞여 배출되는 NOX 또는 SOX 등에 의한 환경오염의 문제점이 있으며, 또한 경제적으로 가스(LPG, LNG)보다 비싸다는 단점이 있다.
이에, 상기한 디젤엔진의 단점을 극복하고자 다양한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구 중 디젤연료와 가스를 혼합하여 운전하는 디젤연료-가스 혼소 엔진에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 디젤연료-가스 혼소 엔진을 구비하는 혼소 연료 시스템은 디젤엔진의 전자제어장치(ECU : electric control unit)에서 입/출력되는 센서신호들을 변경없이 직용하고, 별도의 가스연료에 대한 전자제어장치를 포함하는 것으로, 엔진의 구조변경 없이 디젤 엔진을 디젤-가스 혼소 엔진으로의 개조가 가능하다.
또한, 혼소 연료 시스템이 디젤 차량에 설치되는 경우, 기존 디젤엔진에 비하여 연료비 35%이상 절감 등 에너지 이용효율을 높이고 유해배출가스 저감과 이산화탄소 등의 배기가스를 획기적으로 저감시킬 수 있다는 장점이 있다.
이러한 디젤-가스 혼소 연료 공급에 대한 기술의 예로 대한민국 공개특허 제1983-0006576호의 디젤/가스 엔진과, 국내 등록특허 제10-1471167호의 디젤­가스 혼소 엔진의 연료공급장치에 개시된 바 있다.
그런데, 상기한 디젤-가스 혼소 시스템은 천연가스를 이용한다는 점에서 기존의 디젤엔진과 비교하여 PM(Particulate Matters) 배출량은 낮출 수는 있었으나, 그 외 THC, NOx와 같은 다른 배출가스의 발생량은 효과적으로 저감시키지 못하는 문제점이 있었다.
특히, 유럽연합(EU)이 도입한 경유차 배기가스 규제 기준은 1992년 EURO 1에서 출발해 2013년 유로6까지 지속적으로 강화되고 있으며, EURO 6 기준에 의하면 대표적인 배출가스 기준인 질소산화물(NOx)은 유로5 2g/㎾h에서 유로6 0.4g/㎾h로 허용치가 내려가고, 승용차도 NOx 기준이 0.18g/㎞에서 0.08g/㎞로 50% 이상 강화되었다.
따라서, 유로6 기준을 맞추기 위해서는 디젤 차량에 신형 엔진을 장착하거나 별도의 공해저감장치를 추가해야 하기 때문에 원가에 상당한 부담으로 작용한다.
1. 국내 공개특허 제1983-0006576호 (명칭 : 디젤/가스 엔진) 2. 국내 등록특허 제10-1471167호 (명칭: 디젤­가스 혼소 엔진의 연료공급장치)
이에, 본 발명은 압축천연CNG(Compressed Natural Gas, CNG)와 디젤을 혼합하여 엔진 연료로 사용하는 혼소 연료 시스템에 있어서, 별도의 제어장치를 이용하여 디젤 분사 제어를 수행하되, 차량의 상태를 고려하여 유로6 기준을 만족할 수 있도록 디젤 연료의 분사시기 및 분사량을 제어할 수 있도록 해 주는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치를 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 디젤 차량에 애프터 마켓용 차량용 CNG 공급장치가 장착되어 디젤 차량에 CNG와 디젤을 혼소하여 디젤 엔진의 연료로 이용할 수 있도록 해 주는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템에 있어서, 상기 디젤 차량에 구동력을 제공하는 엔진과, 디젤이 수용된 디젤 공급부와 연결되어 상기 엔진으로 디젤을 분사시키는 디젤 인젝터, CNG가 수용된 CNG 공급부와 연결되어 상기 엔진으로 CNG를 분사시키는 CNG 인젝터, 디젤 차량의 연료공급 모드정보를 출력함과 더불어 상기 디젤 인젝터의 분사제어신호를 생성하여 출력하는 디젤 ECU, 상기 CNG 인젝터의 분사제어신호를 생성하여 상기 CNG 인젝터로 출력하는 CNG 제어부, 상기 엔진의 상태를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서로 이루어지는 센서부 및, 상기 디젤 ECU와 디젤 인젝터 사이에 위치하면서, 디젤 ECU로부터 인가되는 연료공급모드가 디젤모드인 경우에는 디젤 ECU와 디젤 인젝터간 신호 송수신이 이루어지도록 경로 설정하고, CNG-디젤 혼소모드인 경우에는 디젤 ECU로부터 인가되는 분사제어신호에 대해 기 설정된 더미신호를 디젤 ECU로 전송함과 더불어, 차량 상태정보를 근거로 디젤 인젝터의 분사량과 분사시기를 결정하고, 이에 대응되는 디젤 인젝터 분사제어신호를 생성하여 상기 디젤 인젝터로 전송하는 혼소 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 혼소 제어부는 디젤연료 압력과 흡입공기압력에 기초하여 디젤 분사량을 결정하고, 탄화수소와 일산화탄소의 배출량에 기초하여 디젤 분사시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치가 제공된다.
또한, 상기 혼소 제어부는 디젤연료 압력과 흡입공기압력에 기초하여 디젤 분사량을 결정하고, 탄화수소와 일산화탄소의 배출량에 기초하여 디젤 분사시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치가 제공된다.
또한, 상기 센서부는 배기가스 온도센서를 추가로 포함하여 구성되고, 상기 혼소 제어부는 혼소모드에서 배기가스 온도가 기 설정된 온도를 초과하면 디젤 혼소율이 감소되도록 분사량 또는 분사시기 중 하나 이상을 변경하여 디젤 인젝터로 전송할 분사제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치가 제공된다.
또한, 상기 센서부는 노킹 센서를 추가로 포함하여 구성되고, 상기 혼소 제어부는 혼소모드에서 노킹 상태가 검출되면, 디젤 혼소율이 증가되도록 분사량 또는 분사시기 중 하나 이상을 변경하여 디젤 인젝터로 전송할 분사제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 디젤 차량의 엔진 구조의 변경 없이 디젤 엔진을 디젤-CNG 혼소 엔진으로의 개조가 가능함은 물론, 디젤 ECU와 상관없이 별도의 제어장치를 이용하여 유로6 기준을 만족할 수 있도록 디젤 연료의 분사시기 및 분사량을 제어할 수 있게 됨으로써, 보다 환경친화적인 CNG-디젤 혼소 연료 공급시스템의 운영이 가능하다.
도1은 본 발명에 따른 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 혼소 제어부(800)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도.
도3은 도2에 도시된 제어부(840)를 연료공급모드별로 기능분리하여 나타낸 블록구성도.
도4는 도2에 도시된 디젤 인젝터(400)로 제공되는 서로 다른 형태의 분사제어신호를 예시한 도면.
도5는 도1에 도시된 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치의 동작을 설명하기 위한 도면.
본 발명에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예 및 도면에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
먼저, 본 발명은 디젤 차량에 애프터 마켓용 차량용 CNG 공급장치가 장착되어 디젤 차량에 CNG와 디젤을 혼소하여 디젤 엔진의 연료로 이용할 수 있도록 해 주는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템에 적용되는 것으로, 혼소 모드에서 디젤 엔진으로 공급되는 디젤의 분사를 독립적으로 제어할 수 있는 기술이다.
도1은 본 발명에 따른 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 본 발명에 따른 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치는 엔진(100)과, 디젤 공급부(200), CNG 공급부(300), 디젤 인젝터(400), CNG 인젝터(500), 디젤 ECU(600), CNG 제어부(700) 및, 혼소 제어부(800)를 포함한다.
여기서, 엔진(100)과, 디젤 공급부(200), 디젤 인젝터(400) 및 디젤 ECU(600)는 디젤 차량에 고정되게 장착되는 구성들이고, CNG 공급부(300)와 CNG 인젝터(500)와 CNG 제어부(700) 및 혼소 제어부(800)는 디젤 차량에 애프터 마켓용으로 설치되는 차량용 CNG 공급장치의 구성들이다.
상기 디젤 ECU(100)는 디젤 차량에 대한 전반적인 제어처리를 수행하는 것으로, 특히 각종 차량내 장치들 및 센서들과 연결되어 차량의 상태를 판단함과 더불어, 이를 근거로 연결된 장치들의 동작을 제어한다.
특히, 본 발명에 적용되는 혼소 연료 공급시스템에 있어서, 디젤 차량에 순정으로 장착되는 디젤 ECU(600)는 연료공급 관련 차량 상태 정보를 CNG 제어부(700) 및 혼소 제어부(800)로 제공한다.
도1에서 엔진(100)은 디젤 공급부(200)와 CNG 공급부(300)로부터 공급되는 연료를 연소시켜 차량에 구동력을 제공한다.
이때, 디젤 공급부(200)는 디젤 인젝터(400)를 통해 엔진(100)으로 디젤 연료를 공급하고, CNG 공급부(300)는 CNG 인젝터(500)를 통해 엔진(100)으로 CNG 연료를 공급한다.
상기한 디젤 공급부(200)는 디젤이 수용된 디젤 탱크와 디젤 탱크 내의 디젤을 유동시키는 디젤 펌프를 포함하여 구성된다. 그리고, CNG 공급부(300)는 CNG가 수용된 CNG 탱크와 CNG 솔레노이드 밸브, CNG 압력계, 베이퍼라이저 및 CNG 필터를 포함하여 구성된다.
또한, 디젤 인젝터(400)는 상기 디젤 공급부(200)와 연결되어 엔진(100)으로 디젤을 분사시키고, 상기 CNG 인젝터(500)는 상기 CNG 공급부(300)와 연결되어 엔진(100)으로 CNG를 분사시킨다.
디젤 ECU(600)는 엔진(100)측으로 전송할 디젤 연료 관련 신호를 혼소 제어부(800)로 제공한다. 디젤 ECU(600)는 디젤 차량의 연료공급 모드정보를 출력함과 더불어 상기 디젤 인젝터에서 디젤을 분사하기 위한 분사제어신호를 생성하여 출력한다. 여기서, 연료공급 모드의 설정은 운전자에 의해 임의로 설정되거나, 또는 운전자의 운전 상태 또는 차량의 엔진 상태를 근거로 자동으로 설정될 수 있다.
CNG 제어부(700)는 CNG를 분사하기 위한 분사제어신호를 생성하여 CNG 인젝터(500)로 전송한다. CNG 인젝터(500)는 분사제어신호에 따라 엔진(100)으로 CNG 분사처리를 수행한다.
혼소 제어부(800)는 상기 디젤 ECU와 디젤 인젝터 사이에 위치하면서, 디젤 ECU(600)로부터 제공되는 연료 공급 모드정보를 근거로 디젤 모드와 혼소 모드에 따른 연료 공급 동작을 수행한다.
즉, 혼소 제어부(800)는 디젤 모드시에는 디젤 ECU(600)와 디젤 인젝터(400)간 신호 송수신이 이루어지도록 경로 설정하고, CNG-디젤 혼소모드인 경우에는 디젤 ECU(600)로부터 인가되는 분사제어신호에 대해 기 설정된 더미신호를 디젤 ECU(600)로 전송함과 더불어, 차량 상태정보를 근거로 디젤 인젝터(400)의 분사량과 분사시기를 결정하고, 이에 대응되는 디젤 인젝터 분사제어신호를 생성하여 상기 디젤 인젝터(400)로 전송한다.
이때, 혼소 제어부(800)에는 상기 엔진(100)의 상태를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서로 이루어지는 센서부(900)가 결합되어 구성될 수 있다. 상기 센서부(900)는 배기CNG 온도센서와 냉각수 온도센서 등 적어도 하나 이상의 센서를 구비하여 구성된다. 또한, 센서부(900)는 일단에 디젤 인젝터(400)와 CNG 인젝터(500)가 연결되면서 타단에 엔진(100)이 연결되는 실린더(미도시)에 설치되어 실린더 내에서의 이상연소에 의해 소리가 나는 현상이 발생하는지를 감지하는 노킹(Knocking) 센서를 포함할 수 있다.
그리고, 혼소 제어부(800)는 디젤 ECU(100)와 CNG 제어부(700)로부터 제공되는 연료 공급 관련 정보와 상기 센서부(900)를 통해 수집된 센싱정보에 기초하여 최적의 분사 시나리오에 따라 디젤 연료가 분사되도록 분사제어신호를 생성하여 디젤 인젝터(400)를 제어한다. 특히, 혼소 제어부(800)는 유로6의 배기가스 배출 기준을 만족하도록 분사량 또는 분사시기를 조절하여 분사제어신호를 생성한다.
즉, 혼소모드에서 엔진(100)으로 공급되는 디젤 연료의 분사 제어는 실제적으로 혼소제어부(800)에 의해 이루어진다.
또한, 혼소 제어부(800)는 현재 차량 상태에 대응하여 결정된 디젤과 CNG간 혼소 비율정보를 CNG 제어부(700)로 전송함으로써, CNG 제어부(700)에서 이에 기초하여 CNG 분사제어신호를 생성하여 CNG 인젝터(500)로 제공하도록 실시할 수 있다. 이때, 차량의 엔진 출력을 고려하여 CNG의 혼소율은 최대 80%를 초과하지 않도록 한다.
도2는 도1에 도시된 혼소 제어부(800)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 블록구성도이다.
도2를 참조하면, 혼소 제어부(800)는 제1 및 제2 통신부(810,820)와, 데이터 메모리(830) 및 제어부(840)를 포함한다.
상기 제1 통신부(810)는 디젤 ECU(600)와 디젤 공급관련 정보를 송수신하고, 제2 통신부(820)는 CNG 제어부(700)와 CNG 공급관련 정보를 송수신하는 것으로, CAN(Controller Area Network)통신을 수행한다.
데이터 메모리(830)는 디젤 ECU(600)로부터 인가되는 디젤 분사제어신호에 대한 응답신호, 즉 더미신호를 저정함과 더불어, 차량 상태별 상기 제어부(840)에서 분사제어신호를 생성하기 위한 정보를 포함하여 혼소 연료 공급장치의 제어를 위한 각종 정보가 저장된다.
특히, 상기 데이터 메모리(830)에는 서로 다른 디젤 분사제어신호별 디젤 인젝터(400)에서 발생되는 정상 응답신호인 더미신호가 테이블로 저장된다.
제어부(840)는 디젤 ECU(600)로부터 제공되는 모드정보를 근거로 디젤 모드 또는 혼소 모드 중 하나의 모드로 동작된다.
제어부(840)는 도3에 도시된 바와 같이 디젤 모드 운영모듈(841)과, 혼소 모드 운영모듈(842)로 기능적으로 분리될 수 있다.
디젤 모드 운영모듈(841)은 디젤 ECU(600)로부터 디젤 모드정보가 인가되는 경우 동작되며, 디젤 모드에서 디젤 ECU(600)로부터 인가되는 디젤 분사제어신호를 디젤 인젝터(500)로 그대로 전송함과 더불어, 이에 대해 디젤 인젝터(500)로부터 인가되는 응답신호를 디젤 ECU(600)로 그대로 전송한다.
즉, 디젤 모드 운영모듈(841)은 디젤 ECU(600)와 디젤 인젝터(500)가 직접 연결되는 순정상태의 통신 경로를 설정함으로써, 디젤 ECU(600)에 의해 디젤 인젝터(500)가 제어되는 형태로 된다.
혼소모드 운영모듈(842)은 디젤 ECU(600)로부터 혼소 모드정보가 인가되는 경우 동작되며, 더미 전송블록(842A)과, 상태 분석블록(842B), 디젤 분사제어블록(842C)을 포함한다.
더미 전송블록(842A)은 혼소 모드상태에서 디젤 ECU(600)로부터 인가되는 디젤 분사제어신호에 대응하여 데이터 메모리(830)에 저장된 디젤 인젝터 정상 응답신호에 해당하는 더미신호를 호출하고, 이 더미신호를 디젤 ECU(600)로 전송한다.
이러한 더미신호는 디젤 ECU(600)가 자신이 디젤 인젝터(400) 제어를 위해 발생한 디젤 제어신호에 대해 디젤 인젝터(400)가 정상적으로 동작한 것으로 인식시키는 기능을 수행한다. 즉, CNG-디젤 혼소 연료 공급시 디젤 인젝터로 전송하는의 분사제어가 디젤 ECU(600)의 분사제어신호와 다르게 이루어지더라도 디젤 ECU(600)는 자신이 발생한 분사제어신호에 대응되게 디젤 분사 제어가 이루어진 것으로 인식한다.
상태 분석블록(842B)은 디젤 연료의 레일 압력과 흡입 공기압력 상태를 확인함과 더불어, 엔진회전수, 엔진부하, 냉각수온, CNG 연료온도 및 압력, 배기가스 온도를 포함하여 차량의 연료 공급 관련하여 수집된 정보를 근거로 차량의 연료 공급 환경 상태를 분석한다.
디젤 분사제어블록(842C)은 상기 상태 분석블록(842B)에서 분석된 현재 연료 공급 환경 상태에 기반하여 최적의 효율을 갖도록 CNG와 디젤 분사량 및 분사시기를 결정하고, 이에 대응되는 디젤 분사제어신호를 생성하여 디젤 인젝터(400)로 전송한다.
이때, 디젤 분사제어블록(842C)은 디젤연료 압력과 흡입공기압력에 기초하여 디젤과 CNG의 혼소 비율을 결정하고, 이에 대응하여 디젤 분사량을 결정할 수 있다. 그리고, 디젤 분사제어블록(842C)은 탄화수소와 일산화탄소의 배출량에 기초하여 유로6 배기가스 규정을 만족하도록 디젤 분사시기를 결정할 수 있다.
여기서, 디젤 분사제어블록(842C)은 디젤과 CNG의 혼소 비율과 디젤 분사시기를 먼저 결정한 후, 이를 고려하여 디젤 분사량을 결정할 수 있다.
또한, 디젤 분사제어블록(842C)은 배기가스 온도를 확인하여 배기가스온도가 기 설정된 특정 온도, 예컨대 700°를 초과하면 디젤 혼소율이 감소되도록 분사량 을 변경할 수 있다.
또한, 디젤 분사제어블록(842C)는 노킹 센서로부터 노킹 상태가 검출되면, 디젤 혼소율이 증가되도록 분사량을 변경할 수 있다. 이러한 노킹 현상은 엔진의 내구 신뢰성 문제를 야기할 뿐만 아니라, 출력 및 배기가스에도 악영향을 미치며, 디젤 분사량을 일정 레벨 이하로 감소시키는 경우 발생될 수 있음을 고려하여 디젤 혼소율을 증가시키도록 분사제어신호를 생성할 수 있다.
즉, 디젤 분사제어블럭(842C)은 엔진의 작동 조건에 따라, 저회전-저부하 영역에서는 연료의 분사시기를 빠르게 하는 진각제어를 수행하고, 고회전-고부하 영역에서는 연료의 분사시기를 느리게 하는 지각제어를 수행하도록 디젤 분사제어신호를 생성한다.
또한, 디젤 분사제어블럭(842C)는 엔진 작동 전체 구간에서 부하율과 혼소율에 따라 연료 분사량을 20% ~80% 범위에서 조절한다.
도4는 디젤 인젝터(400)로 제공되는 서로 다른 형태의 디젤 분사제어신호가 예시되어 있다.
도4에서 (A)는 디젤 ECU(600)로부터 수신된 분사제어신호이고, (B) 내지 (D)는 디젤 분사제어블럭(842)에서 새롭게 생성한 혼소 분사제어신호로서, (B)는 펄스신호 폭(W1)을 조절하여 분사량을 변경한 분사제어신호이고, (C) 와 (D)는 분사시기를 변경한 분사제어신호이다.
여기서, (C)는 엔진의 작동조건이 저회전-저부하인 영역에서 최대 9°진각(D1)으로 분사 시기를 변경한 분사제어신호이고, (D)는 엔진의 작동조건이 고회전-고부하인 영역에서 최대 6°지각(D2)으로 분사 시기를 변경한 분사제어신호이다. 즉, (C)와 같은 분사제어신호는 엔진의 1회전을 360°로 할 때, 최대 9°(D1) 만큼 먼저 분사하는 것이고, (D)와 같은 분사제어신호는 최대 6°(D2)만큼 늦게 분사하는 것이다.
디젤 분사제어블럭(842)은 디젤 ECU(600)로부터 수신되는 도4의 (A)와 같은 분사제어신호에 대해 도4의 (B) 또는 (C)의 펄스 형태로 변경된 분사제어신호를 생성하여 디젤 인젝터(400)로 제공할 수 있다. 또한, 도시되지는 않았지만, 도4의 (B)와 (C) 또는 (D)가 조합된 펄스형태, 즉 분사량과 분사시기가 모두 변경된 형태의 분사제어신호를 생성하는 것도 가능함은 물론이다.
이어, 도5를 참조하여 본 발명에 따른 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치의 동작을 설명한다. 이하에서는 혼소 제어부(800)의 동작을 기준으로 설명하였다.
기본적으로 디젤 ECU(600)는 디젤 인젝터(400)로 디젤 연료를 엔진(100)으로 분사하기 위한 디젤 분사제어신호를 전송한다. 그리고, 본 발명에서는 디젤 ECU(600)와 디젤 인젝터(400) 사이에 혼소 제어기(800)가 결합되어 동작 모드에 따라 디젤 인젝터(400)로 디젤 ECU(600)로부터 수신된 디젤 분산 제어신호를 그대로 바이패스 하거나 또는 다른 분사 정보를 갖는 디젤 분사제어신호로 변환하여 디젤 인젝터(400)로 전송한다.
먼저, 혼소 제어부(800)는 디젤 ECU(600)로부터 수신된 연료공급 모드 정보를 근거로 동작모드를 설정한다(ST100). 혼소 제어부(800)는 디젤 모드와 혼소 모드의 두가지 모드로 동작된다.
디젤모드에서,
혼소 제어부(800)는 디젤 ECU(600)로부터 디젤 분사제어신호가 수신되면, 이를 그대로 디젤 인젝터(400)로 전송하고, 디젤 인젝터(400)로부터 수신되는 응답신호는 디젤 ECU(600)로 전송하도록 디젤 ECU(600)와 디젤 인젝터(400)가 송수신 경로를 설정한다(ST200).
즉, 디젤 모드에서 혼소 제어기(800)는 디젤 ECU(600)와 디젤 인젝터(400)가 디젤 차량에서 디젤 연료공급을 위한 순정 상태로 동작되도록 연결한다.
혼소모드에서,
혼소 제어부(800)는 디젤 ECU(600)로부터 디젤 분사제어신호가 수신되면, 이에 대응하여 데이터 메모리(830)에 저장된 더미신호를 호출하고, 이를 디젤 ECU(600)로 전송한다(ST210).
또한, 혼소 제어부(800)는 센서부(900)로부터 인가되는 감지 신호와, CNG 제어부(700) 및 디젤 ECU(600)로부터 수집한 차량 연료공급 관련 정보를 분석하여 현재 차량 상태 즉, 차량 연료공급 환경을 판단한다(ST220).
이어, 혼소 제어부(800)는 차량 연료공급 환경에 대응하여 기 설정된 디젤 분사량과 디젤 분사시기를 결정한다(ST230). 이때, 혼소 제어부(800)는 1차적으로 디젤과 CNG 혼소 비율을 결정하고, 이 혼소 비율에 대응하여 분사량과 분사시기를 결정한다. 여기서, 혼소 제어부(800)는 배기가스 온도를 근거로 분사시기를 먼저 결정한 후, 혼소 비율에 대응되도록 분사량을 결정할 수 있다.
그리고, 혼소 제어부(800)는 상기 ST230 단계에서 결정된 디젤 분사량과 분사시기에 대응되는 분사제어신호를 생성하고, 이를 디젤 인젝터(400)로 전송하여 디젤 분사를 제어함으로써, 최적의 연료공급 효율 및 배기가스 규정을 만족하는 디젤-CNG 분사처리를 수행한다(ST240).
100 : 엔진, 200 : 디젤 공급부,
300 : CNG 공급부, 400 : 디젤 인젝터,
500 : CNG 인젝터, 600 : 디젤 ECU,
700 : CNG 제어부, 800 : 혼소 제어부,
900 : 센서부.

Claims (5)

  1. 디젤 차량에 애프터 마켓용 차량용 CNG 공급장치가 장착되어 디젤 차량에 CNG와 디젤을 혼소하여 디젤 엔진의 연료로 이용할 수 있도록 해 주는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템에 있어서,
    상기 디젤 차량에 구동력을 제공하는 엔진과,
    디젤이 수용된 디젤 공급부와 연결되어 상기 엔진으로 디젤을 분사시키는 디젤 인젝터,
    CNG가 수용된 CNG 공급부와 연결되어 상기 엔진으로 CNG를 분사시키는 CNG 인젝터,
    디젤 차량의 연료공급 모드정보를 출력함과 더불어 상기 디젤 인젝터의 분사제어신호를 생성하여 출력하는 디젤 ECU,
    상기 CNG 인젝터의 분사제어신호를 생성하여 상기 CNG 인젝터로 출력하는 CNG 제어부,
    상기 엔진의 상태를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서로 이루어지는 센서부 및,
    상기 디젤 ECU와 디젤 인젝터 사이에 위치하면서, 디젤 ECU로부터 인가되는 연료공급모드가 디젤모드인 경우에는 디젤 ECU와 디젤 인젝터간 신호 송수신이 이루어지도록 경로 설정하고, CNG-디젤 혼소모드인 경우에는 디젤 ECU로부터 인가되는 분사제어신호에 대해 기 설정된 더미신호를 디젤 ECU로 전송함과 더불어, 차량 상태정보를 근거로 디젤 인젝터의 분사량과 분사시기를 결정하고, 이에 대응되는 디젤 인젝터 분사제어신호를 생성하여 상기 디젤 인젝터로 전송하는 혼소 제어부를 포함하여 구성되고,
    상기 혼소 제어부는 디젤연료 압력과 흡입공기압력에 기초하여 디젤 분사량을 결정하고, 탄화수소와 일산화탄소의 배출량에 기초하여 디젤 분사시기를 결정하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼소 제어부는 엔진의 작동 조건에 따라, 저회전-저부하 영역에서는 연료의 분사시기를 빠르게 하는 진각제어를 수행하고, 고회전-고부하 영역에서는 연료의 분사시기를 느리게 하는 지각제어를 수행하도록 디젤 분사제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 배기가스 온도센서를 추가로 포함하여 구성되고,
    상기 혼소 제어부는 혼소모드에서 배기가스 온도가 기 설정된 특정 온도를 초과하면 디젤 혼소율이 감소되도록 분사량을 변경하여 디젤 인젝터로 전송할 분사제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 노킹 센서를 추가로 포함하여 구성되고,
    상기 혼소 제어부는 혼소모드에서 노킹 상태가 검출되면, 디젤 혼소율이 증가되도록 분사량을 변경하여 디젤 인젝터로 전송할 분사제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 CNG-디젤 혼소연료 공급시스템의 연료 분사 장치.
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