KR102256138B1

KR102256138B1 - 액상연료용 mpi 인젝터와 gdi 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템

Info

Publication number: KR102256138B1
Application number: KR1020200079913A
Authority: KR
Inventors: 김재동; 이호길; 남충우; 박장훈
Original assignee: 주식회사 코니테크놀로지
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2021-05-25

Abstract

본 발명은 액상연료와 가스연료를 선택적으로 엔진으로 공급하는 바이퓨얼 차량에 관한 것으로, 특히 액상연료 공급시 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 통해 액상연료를 동시에 차량 엔진으로 공급함으로써, 차량의 출력 특성과 엔진 수명을 보장할 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템은, 액상연료 공급부와 연결되어 차량 엔진으로 액상연료를 분사시키는 것으로, 차량엔진이 구비된 연소실의 내측으로 액상연료를 직접 분사하도록 배치되는 GDI 인젝터와, 연소실과 연통되는 흡기구로 액상연료를 분사하도록 배치되어 흡기구의 흡기밸브 전단에서 액상연료를 연소실로 공급하는 MPI 인젝터로 구성되는 액상 인젝터와, 가스연료 공급부와 연결되는 차량 엔진으로 가스연료를 분사시키는 것으로, 연소실과 연통되는 흡기구로 가스연료를 분사하도록 배치되어 흡기구의 흡기밸브 전단에서 가스연료를 연소실로 공급하는 가스 인젝터, 연료모드신호와 액상분사신호를 생성하여 출력하되, 액상분사신호를 MPI 분사신호와 GDI 분사신호로 이루어지는 차량 ECU, 차량 ECU로부터 인가되는 연료모드신호를 근거로 액상모드신호 수신시 상기 MPI 인젝터로 MPI 분사신호를 전송하고 상기 GDI 인젝터로 GDI 분사신호를 전송하여 MPI 인젝터 및 GDI 인젝터를 통해 액상연료를 차량 엔진으로 공급하고, 가스모드신호 수신시 상기 MPI 인젝터 및 GDI 인젝터로의 MPI 분사신호 및 GDI 분사신호의 전송을 차단함과 더불어 MPI 분사량 및 GDI 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호와 GDI 펄스신호를 생성하여 출력하는 액상연료 제어부 및, 상기 액상연료 제어부로부터 인가되는 MPI 펄스신호와 GDI 펄스신호에 대응되는 가스연료 분사신호를 생성하고, 이를 가스 인젝터로 전송하여 차량 엔진으로 가스연료를 공급하는 가스연료 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템 {BIFUEL SUPPLY SYSTEM HAVING A MPI INJECTOR AND GDI INJECTOR FOR LIGUIDFUEL}

본 발명은 액상연료와 가스연료를 선택적으로 엔진으로 공급하는 바이퓨얼 차량에 관한 것으로, 특히 액상연료 공급시 MPI(multi-point injection) 인젝터와 GDI(Gasoline Direct Injection) 인젝터를 통해 액상연료를 동시에 차량 엔진으로 공급함으로써, 차량의 출력 특성과 엔진 수명을 보장할 수 있도록 해 주는 기술에 관한 것이다.

최근 친환경 자동차에 관심이 높아지면서 전기차, 수소연료차, 하이브리드 자동차 및 바이퓨얼 자동차 등이 등장하고 있다.

특히, 바이퓨얼(Bi-fuel) 자동차는 하이브리드 자동차와 달리 하나의 자동차에서 두가지 연료를 함께 사용하는 방식이다. 예를 들어 LPG와 가솔린을 연료로 사용할 경우, 도심 주행시에는 가솔린을 주된 연료로 사용하며 고속 주행시는 LPG를 주된 연료로 사용할 수 있도록 운전자가 주행 상황에 따라서 연료 및 엔진 선택이 가능한다. 이와같이 바이퓨얼 자동차는 운전자가 주행 상황에 따른 연료 선택을 통해서 연료 효율을 높이고자 하는 신개념의 친환경 자동차이다.

일반적으로, 바이퓨얼 차량에 사용되는 연료는 가솔린과 가스의 상호 장단점을 보완하기 위해 가솔린과 가스를 겸용으로 사용하고 있다.

이러한 상기 바이퓨얼 차량은 천연가스와 가솔린 중 어느 하나를 선택적으로 이용하기 위한 바이퓨얼(BI-FUEL) 시스템이 적용되는데 바이퓨얼 시스템은, 각 연료(압축 천연가스/가솔린)를 사용하기 위한 모듈 별로 구분되는 각 인젝터를 구비하고 있고, 사용자의 연료변경 선택 또는 공급하고 있는 연료의 부족으로 인한 차량으로부터의 연료모드 전환에 따라, 현재 공급하는 연료의 분사를 중단하고 다른 연료의 분사를 개시하게 된다.

즉, 바이 퓨얼 시스템은 가솔린 엔진 제어유닛으로부터 공급되는 가솔린 인젝션 신호에 대응되는 가스 인젝션 신호를 생성하여 가스 인젝터에 공급하여 가스를 엔진으로 공급하거나, 가솔린 엔진 제어유닛으로부터 공급되는 가솔린 인젝션 신호를 가솔린 인젝터에 공급하여 가솔린을 엔진으로 공급한다.

이때, 가솔린 인젝터로는 보다 더 적극적인 연비 저감 또는 시동시 배기가스 대책 기술로써 가솔린 연료를 실린더 내에 직접 분사하는 구조의 GDI 인젝터가 주로 사용되고 있다.

이러한 GDI 인젝터는 미리 공기를 충전해 놓은 실린더 안에 가솔린을 직접 분사함으로써 혼합기 비율이 기존의 엔진보다 희박한 상태에서 완전연소가 가능하도록 하는 것으로, 연비와 출력이 보다 향상되고 불완전연소에 의한 일산화탄소의 양도 감소시키는 장점이 있다.

그러나, GDI 인젝터를 통해 가솔린 연료를 공급하는 경우, 분사 압력이 상대적으로 높아 진동과 소음이 발생되고, 특히, 엔진 구동에 따른 연료 연소에 의해 발생되는 카본 찌꺼기 등의 PM(Particulate Matters; 입자상물질)이 흡기밸브에 축적되는 문제점이 있다.

이와 같이 흡수밸브 등의 엔진 내부에 PM이 퇴적되는 경우, 높은 압력과 고온으로 엔진 마모가 심해지고 이로 인해 엔진 수명이 단축되며, 주행중 시동이 꺼지는 등의 결함이 발생될 수 있다.

1. 한국등록특허 제10-1593625호 (발명의 명칭 : 바이퓨얼 차량의 엔진 제어 장치 및 방법) 2. 한국등록특허 제10-2073628호 (발명의 명칭 : 천연가스와 가솔린 바이퓨얼 차량의 가솔린 연료공급 제어 장치 및 방법)

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 액상연료와 가스연료를 선택적으로 엔진으로 공급하는 바이퓨얼 연료공급시스템에서 액상모드시 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 이용하여 액상연료를 엔진에 공급함으로써, GDI 인젝터를 통한 고압의 액상 연료 공급시 발생되는 진동과 소음 발생의 문제를 MPI 인젝터를 통한 액상연료의 분산 공급을 통해 감소시켜 차량 정숙성을 향상시킬 수 있도록 해 주는 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템을 제공함에 그 기술적 목적이 있다.

또한, 본 발명은 GDI 인젝터를 통한 고압의 액상 연료 공급시 발생되는 엔진 내부에 축적되는 카본 찌꺼기등의 입자물질을 MPI 인젝터를 통한 액상 연료 공급을 통해 제거함으로써, 엔진 수명을 최대한 보장함은 물론 주행중 시동이 꺼지는 등의 안전 문제를 해결할 수 있도록 해 주는 액상 연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템을 제공함에 또 다른 기술적 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 액상연료 공급부와 연결되어 차량 엔진으로 액상연료를 분사시키는 것으로, 차량엔진이 구비된 연소실의 내측으로 액상연료를 직접 분사하도록 배치되는 GDI 인젝터와, 연소실과 연통되는 흡기구로 액상연료를 분사하도록 배치되어 흡기구의 흡기밸브 전단에서 액상연료를 연소실로 공급하는 MPI 인젝터로 구성되는 액상 인젝터와, 가스연료 공급부와 연결되는 차량 엔진으로 가스연료를 분사시키는 것으로, 연소실과 연통되는 흡기구로 가스연료를 분사하도록 배치되어 흡기구의 흡기밸브 전단에서 가스연료를 연소실로 공급하는 가스 인젝터, 연료모드신호와 액상분사신호를 생성하여 출력하되, 액상분사신호를 MPI 분사신호와 GDI 분사신호로 이루어지는 차량 ECU, 차량 ECU로부터 인가되는 연료모드신호를 근거로 액상모드신호 수신시 상기 MPI 인젝터로 MPI 분사신호를 전송하고 상기 GDI 인젝터로 GDI 분사신호를 전송하여 MPI 인젝터 및 GDI 인젝터를 통해 액상연료를 차량 엔진으로 공급하고, 가스모드신호 수신시 상기 MPI 인젝터 및 GDI 인젝터로의 MPI 분사신호 및 GDI 분사신호의 전송을 차단함과 더불어 MPI 분사량 및 GDI 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호와 GDI 펄스신호를 생성하여 출력하는 액상연료 제어부 및, 상기 액상연료 제어부로부터 인가되는 MPI 펄스신호와 GDI 펄스신호에 대응되는 가스연료 분사신호를 생성하고, 이를 가스 인젝터로 전송하여 차량 엔진으로 가스연료를 공급하는 가스연료 제어부를 포함하여 구성되고, 상기 액상연료 제어부는 양단이 차량 ECU와 GDI 인젝터 사이에 연결되면서, 차량 ECU로부터 인가되는 연료모드신호에 따라 차량 ECU의 "+" 단자로부터 인가되는 GDI 분사신호를 GDI 인젝터로 출력하거나 더미 인젝터로 출력하는 제2 스위치와, 차량 ECU의 "-" 단자와 GDI 인젝터 출력단 사이에 일단이 연결되고 타단은 상기 제2 스위치와 연결되면서 GDI 분사신호에 대하여 GDI 인젝터의 출력신호와 동일한 출력신호를 출력하는 더미 인젝터, 제2 스위치가 GDI 분사신호를 더미 인젝터로 출력하는 상태에서, 차량 ECU로부터 인가되는 GDI 분사신호의 전류값을 측정하는 전류 센서 및, 전류 센서에서 측정된 전류량에 대응되는 GDI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부로 출력하는 GDI 펄스생성회로를 포함하여 구성되는 GDI 제어모듈을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템이 제공된다.

또한, 상기 차량 내부에 클린모드버튼이 추가로 구비되어 구성되고, 사용자에 의해 클린모드버튼이 입력됨에 따라, 상기 차량 ECU로 클린모드신호가 전송되며, 차량 ECU는 클린모드신호를 액상연료 제어부로 전송하고, 액상연료 제어부는 클린모드신호가 수신된 상태에서 상기 가스모드신호가 수신되면 상기 GDI 인젝터로의 GDI 분사신호의 전송을 차단함과 더불어 GDI 분사량에 대응되는 GDI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부로 전송하고, 상기 MPI 인젝터로 MPI 분사신호를 전송하여 MPI 인젝터를 통해 액상연료를 차량 엔진으로 공급하도록 제어하며, 가스연료 제어부는 액상연료 제어부로부터 수신된 GDI 분사신호에 대응되는 가스 분사신호를 생성하여 가스 인젝터를 통해 가스연료를 차량 엔진으로 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템이 제공된다.

또한, 상기 액상연료 제어부는 일단이 상시 12V 상시전원에 연결되는 MPI 인젝터와 차량 ECU의 로사이드(low side) 스위치 사이에 연결되고, 로사이드 스위치와 MPI 인젝터 사이의 신호라인에 MPI 분사신호를 MPI 인젝터측으로 전송하기 위한 저항과 연료모드신호에 따라 온/오프되어 MPI 인젝터측으로 인가되는 MPI 분사신호를 전송하거나 차단하는 제1 스위치가 병렬연결되도록 구성됨과 더불어, 로사이드 스위치와 MPI 인젝터 사이의 신호라인에 연결되어 제1 스위치에 의해 MPI 분사신호가 MPI 인젝터측으로 인가되는 것이 차단되는 때에 입력되는 MPI 분사신호를 근거로 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부로 전송하는 MPI 펄스생성회로를 포함하여 구성되는 MPI 제어모듈을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템이 제공된다.

삭제

본 발명에 의하면, 액상모드시 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 이용하여 액상연료를 엔진에 공급하여 차량 출력을 유지하면서 차량 정숙성을 보다 향상시킬 수 있도록 해 주는 바이퓨얼 연료공급시스템을 제공할 수 있다.

또한, GDI 인젝터를 통한 고압의 액상 연료 공급으로 인해 엔진 내부에 축적되는 카본 찌꺼기 등의 입자물질을 MPI 인젝터를 통한 액상 연료 공급을 통해 제거함으로써, 엔진 수명을 최대한 보장함은 물론 주행중 시동이 꺼지는 등의 안전 문제를 해결할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액상 연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 엔진(100)의 연소실 구성을 설명하기 위한 도면.
도3은 도1에 도시된 MPI 제어모듈(810)의 구성을 설명하기 위한 도면.
도4는 도1에 도시된 GDI 제어모듈(820)의 구성을 설명하기 위한 도면.
도5는 도1에 도시된 액상 연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템의 동작을 설명하기 위한 도면.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액상 연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템의 개략적인 구성을 도시한 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.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액상 연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도1을 참조하면, 본 발명에 따른 액상 연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템은, 엔진(100)과, 액상연료 공급부(200), 가스연료 공급부(300), 액상 인젝터(400), 가스 인젝터(500), 센서부(600), 차량 ECU(700), 액상연료 제어부(800) 및, 가스연료 제어부(900)를 포함한다.

엔진(100)은 액상연료 공급부(200) 또는 가스연료 공급부(300)로부터 공급되는 연료를 연소시켜 차량에 구동력을 제공한다. 이때, 액상연료 공급부(200)는 액상 인젝터(400)를 통해 엔진(100)으로 액상 연료를 공급하고, 가스연료 공급부(300)는 가스 인젝터(500)를 통해 엔진(100)으로 가스연료를 공급한다.

상기한 액상연료 공급부(200)는 가솔린 또는 디젤 등의 액상연료 중 하나의 액상연료가 저장되는 액상연료 탱크와 액상연료 탱크 내의 액상연료를 유동시키는 펌프를 포함하여 구성된다. 그리고, 가스연료 공급부(300)는 LNG, LPG, CNG 등의 가스연료 중 하나의 가스연료가 충전된 가스연료 탱크와 솔레노이드 밸브, 온도계, 압력계, 베이퍼라이저 및 필터를 포함하여 구성된다.

또한, 액상 인젝터(400)는 상기 액상연료 공급부(200)와 연결되어 엔진(100)으로 액상연료를 분사시키고, 상기 가스 인젝터(500)는 상기 가스연료 공급부(300)와 연결되어 엔진(100)으로 가스연료를 분사시킨다.

여기서, 상기 액상 인젝터(400)는 엔진 기통수에 대응되는 개수의 MPI 인젝터(410)와 엔진 기통수에 대응되는 개수의 GDI 인젝터(420)를 구비하여 구성된다.

도2는 본 발명이 적용되는 엔진(100)의 연소실 구성을 개략적으로 도시한 도면으로, 엔진(100)의 연소실에는 흡기밸브(a)와 배기밸브(b) 및 점화 플러그(c)가 구비되어 구성되고, GDI 인젝터(420)는 연소실 내부로 액상연료를 직접 분사할 수 있도록 배치되며, MPI 인젝터(410)와 가스 인젝터(420)는 연소실과 연통된 흡기구로 연료를 분사할 수 있도록 배치되어 흡기밸브(a) 전단으로 분사된 연료가 연소실 내측으로 분사된다.

센서부(600)는 엔진(100)의 상태를 측정하는 적어도 하나 이상의 센서로 이루어지고, 레일 압력 센서를 구비함과 더불어, 배기 온도 센서와 냉각수 온도센서, 엔진 회전수(RPM) 센서를 포함하는 적어도 하나 이상의 센서를 구비하여 구성된다.

차량 ECU(700)는 엔진(100)측으로 전송할 액상연료 관련 신호를 액상연료 제어부(800)로 제공한다. 차량 ECU(700)는 상기 액상 인젝터(400)에서 액상 연료를 분사하기 위한 액상 분사제어신호를 생성하여 액상연료 제어부(800)로 출력한다. 그리고, 액상 인젝터(400)는 액상연료 제어부(800)의 제어에 따라 엔진(100)으로 액상연료 분사처리를 수행한다.

이때, 차량 ECU(700)는 센서부(600)로부터 수집된 정보를 근거로 적절한 액상연료 분사량을 결정하는데, 기 설정된 비율조건에 따라 MPI 분사정보와 GDI 분사정보를 생성하여 액상연료 제어부(800)로 전송한다. 여기서, MPI 분사정보는 MPI 인젝터(410)를 통해 분사할 액상연료 분사정보이고, GDI 분사정보는 GDI 인젝터(420)를 통해 분사할 액상연료 분사정보로서, 액상연료 분사정보는 분사량과 분사시기를 포함한다. 그리고, 도2와 같은 MPI 인젝터(410)와 GDI 인젝터(420)의 배치에 따른 액상 연료 분사 동작을 고려하여 MPI 분사시기는 GDI 분사시기 보다 앞서도록 분사정보가 생성된다.

또한, 차량 ECU(700)는 현재 차량 동작상태와 기 설정된 연료모드조건을 비교하여 액상모드 또는 가스모드 중 하나를 결정하고, 연료모드정보를 액상연료 제어부(800)로 제공한다. 이때, 연료모드는 엔진(100)으로 공급되는 연료에 따라 액상모드와 가스모드로 구분되며, 연료모드의 설정은 운전자에 의해 임의로 설정되거나, 또는 운전자의 운전 상태나 차량의 엔진 상태를 근거로 자동으로 설정될 수 있다.

액상연료 제어부(800)는 차량 ECU(700)와 액상 인젝터(400) 사이에 위치하면서, 차량 ECU(700)로부터 제공되는 연료모드정보를 근거로 액상 인젝터(400)를 통해 액상연료를 공급하거나 또는 가스연료 제어부(900)로 액상분사정보를 전송한다.

이러한 액상연료 제어부(800)는 MPI 제어모듈(810)과 GDI 제어모듈(820)을 포함하여 구성된다.

MPI제어모듈(810)은 액상모드에서 활성화되어 차량 ECU(700)로부터 인가되는 MPI 분사정보를 근거로 MPI 인젝터(410)를 제어하여 MPI 분사정보에 대응되도록 액상연료를 분사하고, 가스모드에서 비활성화되어 MPI 인젝터(410)로의 MPI 분사신호 입력을 차단함과 더불어, MPI 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부(900)로 전송한다.

또한, MPI제어모듈(810)은 가스모드에서 비활성화되어 MPI 인젝터(410)로의 MPI 분사신호의 전송을 차단함과 더불어 MPI 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부(900)로 전송한다.

즉, 도3을 참조하면 MPI 인젝터(410)는 일단이 상시 12V 상시전원에 연결되고, 타단이 차량 ECU(700)내의 로사이드(low side) 스위치(LS)에 연결된다. 그리고, 로사이드(low side) 스위치(LS)는 접지와 연결되어 MPI 인젝터(410)와 폐회로를 형성하는 때에 MPI 인젝터(410)가 동작되도록 회로 구성된다.

MPI제어모듈(810)은 로사이드(low side) 스위치(LS)와 MPI 인젝터(410) 사이의 신호라인에 MPI 분사신호를 MPI 인젝터(410)측으로 전송하기 위한 저항(R)과 연로모드신호에 따라 온/오프되어 MPI 인젝터(410)측으로 인가되는 MPI 분사신호를 전송하거나 차단하는 제1 스위치(811)가 병렬연결되도록 구성됨과 더불어, 로사이드(low side) 스위치(LS)와 MPI 인젝터(410) 사이의 신호라인에 연결되어 제1 스위치(811)에 의해 MPI 분사신호가 MPI 인젝터(410)측으로 인가되는 것이 차단되는 때에 입력되는 MPI 분사신호를 근거로 분사량에 대응되는 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부(900)로 전송하는 MPI 펄스생성회로(812)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 제1 스위치(811)는 액상모드신호가 인가되는 때에 온(ON)되고, 가스모드신호가 인가되는 때에 오프(OFF) 된다. 그리고, 상기 저항(R)은 MPI 인젝터(410)로의 MPI 분사신호 차단시에도 일정 레벨 이하의 전류가 흐르도록하여 MPI 인젝터(410)는 동작하지 않으면서, 차량 ECU(700)에서는 MPI 인젝터(410) MPI 분사신호가 정상적으로 전송되는 것으로 인지하도록 하기 위한 적절한 저항값을 갖는다.

GDI제어모듈(820)은 액상모드에서 활성화되어 차량 ECU(700)로부터 인가되는 GDI 분사신호를 GDI 인젝터(420)로 인가하여 GDI 분사정보에 대응되도록 액상연료를 분사하고, 가스모드에서 비활성화되어 GDI 인젝터(420)로의 GDI 분사신호 입력을 차단함과 더불어, GDI 분사량에 대응되는 GDI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부(900)로 전송한다.

도4를 참조하면 GDI 인젝터(420)는 양단이 차량 ECU(700)내의 "+" 단자와 "-" 단자에 연결된다. GDI제어모듈(820)은 차량 ECU(700)의 "+" 단자와 GDI 인젝터(420) 입력단자 사이에 결합되어 차량 ECU(700)로부터 인가되는 연료모드신호에 따라 차량 ECU(700)의 "+" 단자로부터 인가되는 GDI 분사신호를 GDI 인젝터(420)로 출력하거나 더미 인젝터(822)로 출력하는 제2 스위치(821)와, 차량 ECU(700)의 "-" 단자와 GDI 인젝터(420) 출력단 사이에 일단이 연결되고 타단은 상기 제2 스위치(821)와 연결되면서 GDI 분사신호에 대하여 GDI 인젝터(420)의 출력신호와 동일한 출력신호를 출력하는 더미 인젝터(822), 제2 스위치(821)가 GDI 분사신호를 더미 인젝터(822)로 출력하는 상태에서, 차량 ECU(700)로부터 인가되는 GDI 분사신호의 전류값을 측정하는 전류 센서(823) 및, 전류 센서(823)에서 측정된 전류량에 대응되는 GDI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부(900)로 출력하는 GDI 펄스생성회로(824)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 제2 스위치(821)는 액상모드신호가 인가되는 때에 GDI 분사신호를 GDI 인젝터(420)로 출력하고, 가스모드신호가 인가되는 때에 GDI 분사신호를 더미 인젝터(822)로 출력한다.

즉, GDI제어모듈(820)은 액상모드에서는 GDI 분사신호를 GDI 인젝터(420)로 출력하여 이에 따른 응답신호가 GDI 인젝터(420)의 출력단을 통해 차량 ECU(700)로 전송되도록 하고, 가스모드에서는 GDI 분사신호를 더미 인젝터(822)로 출력하여 이에 따른 응답신호가 더미 인젝터(822)의 출력단을 통해 차량 ECU(700)로 전송되도록 한다. 따라서, 차량 ECU(700)는 가스모드에서 GDI 분사신호가 GDI 인젝터(420)에 정상적으로 전송되는 것으로 인지하여 오류 등의 알람을 발생시키지 않는다.

한편, 도1에서 가스연료 제어부(900)는 가스 연료를 분사하기 위한 가스연료 분사신호를 생성하여 가스 인젝터(500)로 전송한다. 이때, 가스연료 제어부(900)는 상기 액상연료제어부(800)로부터 인가되는 MPI 분사량정보(MPI 펄스신호)와 GDI 분사량정보(GDI 펄스신호)를 근거로 해당 액상연료에 대응되는 가스분사량을 결정하여 이를 포함하는 가스연료 분사신호를 생성한다. MPI분사량에 대응되는 가스분사량은 GDI 분사량에 대응되는 가스분사량에 비해 보다 많은 가스분사량으로 결정된다.

또한, 가스연료 제어부(900)는 현재 설정된 가스연료 분사량을 근거로 기 설정된 최적의 시나리오에 따른 가스연료 분사시간 및 분사주기를 결정하고, 가스연료 분사량과 분사시간 및 분사주기로 이루어지는 가스연료 분사신호를 생성하여 가스 인젝터(500)로 전송한다. 이때, 가스연료 제어부(900)는 가스연료의 온도 및 압력을 포함하는 가스연료 상태정보에 기반하여 분사량과 분사시간 및 분사주기를 결정할 수 있다.

이어, 도5를 참조하여 본 발명에 따른 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템의 동작을 설명한다. 이하에서는 액상연료 제어부(800)의 동작을 기준으로 설명하기로 한다.

먼저, 차량에 시동이 걸린 동작상태에서, 차량 ECU(700)는 현재의 차량 상태를 근거로 연료모드를 결정하고, 결정된 연료모드신호르 액상연료 제어부(800)로 전송한다. 또한, 차량 ECU(700)는 차량의 현재 상태에 대응되는 MPI분사신호와 GDI분사신호를 생성하여 액상연료 제어부(800)로 전송한다. 이때, 연료모드신호는 MPI 제어모듈(810)과 GDI 제어모듈(820)로 각각 전송되고, MPI분사신호는 MPI 제어모듈(810)으로 전송되며, GDI분사신호는 GDI 제어모듈(820)으로 전송된다(ST100).

액상연료제어부(800)는 차량 ECU(700)로부터 수신된 연료모드신호에 따라 현재 연료 모드를 설정한다(ST200).

액상연료 제어부(800)는 상기 ST200 단계에서 차량 ECU(700)로부터 액상모드신호가 인가되면, 액상연료 제어부(800)의 MPI 제어모듈(810)은 액상모드신호에 따라 제1 스위치(811)가 온(ON) 설정되어 차량 ECU(700)로부터 수신되는 MPI 분사신호를 MPI인젝터(410)로 전송한다(ST300).

또한, 액상연료 제어부(800)의 GDI 제어모듈(820)은 제2 스위치(821)의 경로를 GDI 인젝터(420)로 설정하여 차량 ECU(700)로부터 수신되는 GDI 분사신호를 GDI 인젝터(420)로 전송한다(ST400).

즉, MPI 인젝터(410)와 GDI 인젝터(420)를 통해 액상연료가 엔진(100)에 공급된다.

이때, 도2에 도시된 바와 같이 GDI 인젝터(420)는 연소실로 직접 액상연료를 분사할 수 있도록 배치된 것으로, 흡기 밸브(b)에 카본 찌꺼기가 쌓이게 된다. 반면, MPI 인젝터(410)는 흡기구에서 액상연료가 공기와 혼합한 상태로 흡기 밸브(b)측으로 분사되어 연료를 주입하게 되는 바, 액상연료가 연소실 내부로 분사되면서 흡기밸브(b)를 세정하는 기능을 수행하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 GDI 인젝터(420)를 통해 액상연료를 분사함으로 인해 고출력의 연비를 보장하면서 MPI 인젝터(410)를 통해 액상연료를 분사함으로 인해 배기밸브(b)에 쌓이는 카본 찌꺼기를 제거함으로써, 보다 정숙한 주행이 가능하도록 함은 물론, 엔진 마모로 인한 수명 단축 및 시동이 꺼지는 결함 문제를 해결할 수 있다.

한편, 상기 ST200 단계에서 차량 ECU(700)로부터 가스모드신호가 인가되면, 액상연료 제어부(800)의 MPI 제어모듈(810)은 가스모드신호에 따라 제1 스위치(811)가 오프(OFF) 설정되어 차량 ECU(700)로부터 수신되는 MPI 분사신호를 저항(R)를 통해 저전력 레벨로 변환한 후 MPI인젝터(410)로 전송함으로써, MPI 인젝터(410)의 구동을 차단함과 더불어, 차량 ECU(700)로부터 수신되는 MPI 분사신호의 전압을 측정하여 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호를 생성한 후, 이를 가스연료 제어부(900)로 전송한다(ST500).

또한, 액상연료 제어부(800)의 GDI 제어모듈(820)은 가스모드신호에 따라 제2 스위치(821)의 경로가 더미 인젝터(822)로 설정되어 차량 ECU(700)로부터 수신되는 GDI 분사신호가 더미 인젝터(822)를 경유하도록 함으로써, GDI 인젝터(420)의 구동을 차단함과 더불어 GDI 분사제어신호에 대한 정상응답신호가 차량 ECU(700)로 수신되도록 하고, 전류센서(823)를 통해 차량 ECU(700)로부터 수신되는 GDI 분사신호의 전류레벨을 측정하며, GDI 펄스생성회로(824)를 통해 전류레벨에 대응되는 GDI 펄스신호를 생성한 후, 이를 가스연료 제어부(900)로 전송한다(ST600).

그리고, 가스연료 제어부(900)는 상기 ST500 및 ST600 단계에서 제공되는 MPI 펄스신호와 GDI 펄스신호를 근거로 이에 대응되는 가스연료 분사신호를 생성하고, 이를 가스 인젝터(500)로 전송하여 가스 연료를 엔진(100)로 공급한다.

이러한 액상모드와 가스모드에서의 엔진 연료공급동작은 차량의 시동이 오프(OFF) 되는 때까지 반복적으로 이루어진다.

한편, 본 발명에 있어서는 도6에 도시된 바와 같이 차량의 내부 일측에 클린모드 설정버튼(10)을 추가로 구비하여 구성되고, 사용자에 의해 클린모드 설정버튼(10)이 입력되는 경우, 차량 ECU(700)에서 이를 근거로 연료 공급모드를 클린모드로 설정하도록 실시할 수 있다. 이때, 차량 ECU(700)는 차량의 현재 상태에 대응되는 연료모드신호를 액상연료 제어부(800)로 제공하는 상태에서 사용자의 요청에 따른 클리모드정보를 추가로 액상연료 제어부(800)로 전송한다.

액상연료 제어부(800)는 액상모드에서 도5의 ST300 및 ST400 과 동일하게 동작한다.

한편, 액상연료 제어부(800)는 가스모드에서 클린모드를 실행시킨다.

즉, 액상연료 제어부(800)는 차량 ECU(700)로부터 클린모드정보가 수신된 상태에서, 가스모드로 전환되면, GDI 제어모듈(820)은 도5의 ST600 과 동일하게 가스모드로 운용되도록 설정하고, MPI 제어모듈(810)은 도5의 ST300와 같은 액상 모드로 운용되도록 설정한다.

다시말해, GDI 제어모듈(820)은 GDI 인젝터(420)의 동작을 차단함과 더불어 GDI 분사량에 대응되는 GDI 펄스신호를 가스연료 제어부(900)로 전송하고, MPI 제어모듈(810)은 MPI 인젝터(410)를 MPI 분사신호에 따라 동작시킨다.

또한, GDI 제어모듈(820)은 GDI 펄스신호에 대응되는 GDI 분사신호를 가스연료 제어부(900)로 전송함으로써, 가스 인젝터(500)를 통해 가스연료가 분사되도록 한다.

즉, 클린모드에서는 MPI 인젝터(410)에 의해 액상연료가 엔진(100)로 공급됨과 더불어, 가스 인젝터(500)를 통해 가스연료가 엔진(100)으로 공급된다.

따라서, 엔진(100)으로 가스연료를 공급하는 때에도 MPI 인젝터(410)를 통한 액상연료 공급을 수행하여 배기밸브(b)의 카본 찌꺼기를 제거하는 세정기능을 수행할 수 있다.

100 : 엔진, 200 : 액상연료 공급부,
300 : 가스연료 공급부, 400 : 액상 인젝터,
410 : MPI 인젝터, 420 : GDI 인젝터,
500 : 가스 인젝터, 600 : 센서부,
700 : 차량 ECU, 700 : 가스연료 제어부,
800 : 액상연료 제어부, 810 : MPI 제어모듈,
820 : GDI 제어모듈, 900 : 가스연료 제어부,
10 : 클린모드버튼.

Claims

액상연료 공급부와 연결되어 차량 엔진으로 액상연료를 분사시키는 것으로, 차량엔진이 구비된 연소실의 내측으로 액상연료를 직접 분사하도록 배치되는 GDI 인젝터와, 연소실과 연통되는 흡기구로 액상연료를 분사하도록 배치되어 흡기구의 흡기밸브 전단에서 액상연료를 연소실로 공급하는 MPI 인젝터로 구성되는 액상 인젝터와,
가스연료 공급부와 연결되는 차량 엔진으로 가스연료를 분사시키는 것으로, 연소실과 연통되는 흡기구로 가스연료를 분사하도록 배치되어 흡기구의 흡기밸브 전단에서 가스연료를 연소실로 공급하는 가스 인젝터,
연료모드신호와 액상분사신호를 생성하여 출력하되, 액상분사신호를 MPI 분사신호와 GDI 분사신호로 이루어지는 차량 ECU,
차량 ECU로부터 인가되는 연료모드신호를 근거로 액상모드신호 수신시 상기 MPI 인젝터로 MPI 분사신호를 전송하고 상기 GDI 인젝터로 GDI 분사신호를 전송하여 MPI 인젝터 및 GDI 인젝터를 통해 액상연료를 차량 엔진으로 공급하고, 가스모드신호 수신시 상기 MPI 인젝터 및 GDI 인젝터로의 MPI 분사신호 및 GDI 분사신호의 전송을 차단함과 더불어 MPI 분사량 및 GDI 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호와 GDI 펄스신호를 생성하여 출력하는 액상연료 제어부 및,
상기 액상연료 제어부로부터 인가되는 MPI 펄스신호와 GDI 펄스신호에 대응되는 가스연료 분사신호를 생성하고, 이를 가스 인젝터로 전송하여 차량 엔진으로 가스연료를 공급하는 가스연료 제어부를 포함하여 구성되고,
상기 액상연료 제어부는 양단이 차량 ECU와 GDI 인젝터 사이에 연결되면서, 차량 ECU로부터 인가되는 연료모드신호에 따라 차량 ECU의 "+" 단자로부터 인가되는 GDI 분사신호를 GDI 인젝터로 출력하거나 더미 인젝터로 출력하는 제2 스위치와, 차량 ECU의 "-" 단자와 GDI 인젝터 출력단 사이에 일단이 연결되고 타단은 상기 제2 스위치와 연결되면서 GDI 분사신호에 대하여 GDI 인젝터의 출력신호와 동일한 출력신호를 출력하는 더미 인젝터, 제2 스위치가 GDI 분사신호를 더미 인젝터로 출력하는 상태에서, 차량 ECU로부터 인가되는 GDI 분사신호의 전류값을 측정하는 전류 센서 및, 전류 센서에서 측정된 전류량에 대응되는 GDI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부로 출력하는 GDI 펄스생성회로를 포함하여 구성되는 GDI 제어모듈을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 차량 내부에 클린모드버튼이 추가로 구비되어 구성되고,
사용자에 의해 클린모드버튼이 입력됨에 따라, 상기 차량 ECU로 클린모드신호가 전송되며,
차량 ECU는 클린모드신호를 액상연료 제어부로 전송하고,
액상연료 제어부는 클린모드신호가 수신된 상태에서 상기 가스모드신호가 수신되면 상기 GDI 인젝터로의 GDI 분사신호의 전송을 차단함과 더불어 GDI 분사량에 대응되는 GDI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부로 전송하고, 상기 MPI 인젝터로 MPI 분사신호를 전송하여 MPI 인젝터를 통해 액상연료를 차량 엔진으로 공급하도록 제어하며,
가스연료 제어부는 액상연료 제어부로부터 수신된 GDI 분사신호에 대응되는 가스 분사신호를 생성하여 가스 인젝터를 통해 가스연료를 차량 엔진으로 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템.
제1항에 있어서,
상기 액상연료 제어부는 일단이 상시 12V 상시전원에 연결되는 MPI 인젝터와 차량 ECU의 로사이드(low side) 스위치 사이에 연결되고,
로사이드 스위치와 MPI 인젝터 사이의 신호라인에 MPI 분사신호를 MPI 인젝터측으로 전송하기 위한 저항과 연료모드신호에 따라 온/오프되어 MPI 인젝터측으로 인가되는 MPI 분사신호를 전송하거나 차단하는 제1 스위치가 병렬연결되도록 구성됨과 더불어, 로사이드 스위치와 MPI 인젝터 사이의 신호라인에 연결되어 제1 스위치에 의해 MPI 분사신호가 MPI 인젝터측으로 인가되는 것이 차단되는 때에 입력되는 MPI 분사신호를 근거로 분사량에 대응되는 MPI 펄스신호를 생성하여 가스연료 제어부로 전송하는 MPI 펄스생성회로를 포함하여 구성되는 MPI 제어모듈을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액상연료용 MPI 인젝터와 GDI 인젝터를 구비한 바이퓨얼 연료공급시스템.
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