KR19980047408A - 금속수소 화물 차량의 잔류 연료량 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기량을 감지하는 공기유량센서와 배기가스중의 산소농도를 감지하는 광역산소센서로 수소소비량을 산출한 뒤 잔류 수소량을 연료계기판에 표시하도록 한 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

금속수소화물탱크로 수소연료를 주입하는 차량의 연료주입구뚜껑부에 설치되어 개폐되는 스위치부(1)와, 흡기계통에 장착되어 유입되는 공기량을 측정하는 공기유량센서(2)와, 배기파이프(7)를 통하여 배기되는 배기가스중의 산소농도를 측정하는 광역산소센서(3)와, 스위치부(1)와 각 센서(2)(3)의 신호를 받아서 저장된 수소연료의 충전량과 잔류 수소량을 산출하는 제어부(4)와, 제어부(4)의 신호를 받아 연소실에 수소를 분사하는 수소인젝터(5)와, 제어부(4)의 신호를 받아서 수소의 충전량과 잔류 수소량을 나타내는 연료계기판(6)으로 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치를 구성하여, 공기량을 감지하는 공기유량센서와 배기가스중의 산소농도를 감지하는 광역산소센서로 수소소비량을 산출한 뒤 잔류 수소량을 연료계기판에 표시할 수가 있는 효과가 있다.

Description

금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치 및 그 방법

본 발명은 공기량을 감지하는 공기유량센서와 배기가스중의 산소농도를 감지하는 광역산소센서로 수소소비량을 산출한 뒤 잔류 수소량을 연료계기판에 표시하도록 한 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 연료탱크내의 잔류 연료량을 표시하는 연료계기판이 설치되어 있다.

그 중에서 액체상의 연료는 그 잔류량을 측정할 수 있어 운전자는 계기판을 보고 현재의 잔류량을 정확하게 확인할 수가 있으며, 또한 수소연료의 엔진의 경우 봄베형의 수소탱크내에 수소를 저장할 때 봄베의 입구에 장착된 게이지를 보고 저장된 연료량과 잔류연료량을 확인할 수가 있다.

그러나 금속수소화물탱크(Metal Hydride Tank)를 장착하는 수소차량의 경우 잔류 연료량을 정확하게 측정할 수 없는 문제점이 있다.

즉, 금속수소화물탱크에 저장되는 수소는 중금속과 분자결합하고 있으며 배기되는 엔진의 냉각수 또는 배기가스에 의해 온도가 상승하면 수소의 방출 압력이 증가하면서 방출되므로 단순히 저장되는 수소량만 측정하여 잔류 수소량을 측정한다는 것은 전혀 불가능하다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 공기량을 감지하는 공기유량센서와 배기가스중의 산소농도를 감지하는 광역산소센서로 수소소비량을 산출한 뒤 잔류 수소량을 연료계기판에 표시하고자 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 금속수소화물탱크로 수소연료를 주입하는 차량의 연료주입구뚜껑부에 설치되어 개폐되는 스위치부와, 흡기계통에 장착되어 유입되는 공기량을 측정하는 공기유량센서와, 배기파이프를 통하여 배기되는 배기가스중의 산소농도를 측정하는 광역산소센서와, 스위치부와 각 센서의 신호를 받아서 저장된 수소연료의 충전량과 잔류 수소량을 산출하는 제어부와, 제어부의 신호를 받아 연소실에 수소를 분사하는 수소인젝터와, 제어부의 신호를 받아서 수소의 충전량과 잔류 수소량을 나타내는 연료계기판으로 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치를 구성한 것이 본 발명의 특징이다.

제어부에 입력된 (1+산소농도(%))/(1-4.773×산소농도(%))의 공식에 배기되는 배기가스중의 산소농도를 적용하여 산출하는 공기와 수소연료의 공연비값과, 설정된 시간마다 소비되는 수소질량을 공기와 수소연료의 공연비값으로 나눈 값을 가지는 수소소비량값과, 설정된 시간마다의 소비수소량값을 적산하여 산출하는 총소비수소량과, 금속수소화물탱크에 저장된 총수소연료량에서 총소비수소량을 제외시킨 값을 연료계기판에 나타내도록 하는 총잔류수소량으로 된 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정방법이 본 발명의 특징이다.

. 도 1은 본 발명의 구성도

※ 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

. 1 : 스위치부 2 : 공기유량센서

. 3 : 광역산소센서 4 : 제어부

. 5 : 수소인젝터 6 : 연료계기판

이하 본 발명을 첨부된 실시예의 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치를 나타낸 구성도로서, 부호1은 금속수소화물탱크로 수소연료를 주입하는 차량의 연료주입구뚜껑부에 설치되어 개폐되는 스위치부로서, 그 스위치부(1)는 연료주입구부위에 위치되도록 차체와 뚜껑에 각각 접점스위치를 장착하여, 뚜껑의 닫힘시 온되어 제어부(4)에 그 신호를 보낸 뒤 연료계기판(6)에 최대 충전상태로 나타내도록 하며, 뚜껑의 열림시 오프되어 금속수소화물탱크내의 현재 수소잔류량상태를 나타내도록 하거나 완전히 소비된 상태로 나타내도록 한다.

부호2는 흡기계통에 장착되어 유입되는 공기량을 측정하는 공기유량센서로서 기존의 센서를 그대로 이용한다.

부호3은 배기파이프(7)를 통하여 배기되는 배기가스중의 산소농도를 측정하는 광역산소센서로서 이 또한 기존의 센서를 그대로 이용한다.

부호4는 스위치부(1)와 각 센서(2)(3)의 신호를 받아서 저장된 수소연료의 충전량과 잔류 수소량을 산출하는 제어부로서, 수소 잔류량의 산출공식을 미리 입력한 뒤 차량의 주행중 공기량, 수소소비량, 산소량등 종합적인 데이타신호를 받아 산출공식에서 적산하도록 하며, 적산된 잔류 수소량값을 연료계기판(6)의 눈금으로 표시되도록 한다.

즉, 제어부(4)에 입력된 수소소비량 및 잔류소비량의 산출공식은,

m_air;공기유량센서(2)로 부터 측정된 현재 공급되는 공기량(kg/s),

A/F;공기와 수소의 공연비, A/F=1+산소농도(%)/1-4.773×산소농도(%),

m_H2;설정된 시간마다 소비되는 수소질량 (kg/s), m_H2= m_air/A/F,

M_H2;설정된 시간마다의 소비수소량값을 적산하여 산출하는 총소비수소량,

H₂;금속수소화물탱크에 충전되어 온도에 의하여 팽창된 총 수소량,

h₂;금속수소화물탱크에 충전되어 온도에 의하여 팽창된 잔류 수소량,

h₂= H₂- M_H2, 이 입력되어 있다.

부호5는 제어부(4)의 신호를 받아 연소실에 수소를 분사하는 수소인젝터이다.

부호6은 제어부(4)의 신호를 받아서 수소의 충전량과 잔류 수소량을 나타내는 연료계기판이다. 연료계기판(6)은 연료주입구의 뚜껑의 닫힘시 최대 충전상태를 나타내고, 뚜껑의 열림시 잔류량을 나타내거나 완전 소비상태를 나타내도록 한다.

이와같이 구성된 본 발명 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.

금속수소화물탱크에 수소가 배기가스의 온도에 의하여 팽창하게 되면 연료계기판(6)에 충전상태로 현재의 잔류 수소량이 나타나며, 만약 온도가 강하되어 금속수소화물탱크가 냉각되면 연료계기판(6)의 수소 잔류량상태는 최소 충전상태로 나타나게 된다.

따라서 수소 잔류량의 확인을 위해서는 엔진이 설정된 온도로 가열되어야만 고열의 배기가스에 의하여 금속수소화물탱크를 가열시킬 수가 있고, 금속수소화물탱크의 가열로 인하여 수소와 중금속이 분자결합하여 온도상승에 따라 압력변화가 발생하게 되고 이로인해 연료계기판(6)의 눈금이 정확하게 현재 잔류 수소량을 표시할 수가 있는 것이다.

한편 콜드스타트시 연료계기판(6)에 현재 수소 잔류량이 나타나지 않더라도 배기파이프를 통하여 배기가스가 배기되고 있고, 공기량도 흡입되고 있으므로 공기유량센서(2)와 광역산소센서(3)에 의하여 공기량과 산소농도를 측정할 수가 있는 것이며, 또한 엔진이 설정된 온도로 상승된 상태에서도 상술한 바와 같은 방법에 의하여 공기량과 산소농도를 계속적으로 측정하면서 연료계기판(6)에 현재 수소 잔류량을 표시하게 된다.

이때, 수소 잔류량은 표시방법은 수소가 팽창된 상태에서 이론공연비 및 희박공연비로 연소하게 되면 제어부(4)가 스스로 미리 입력된 공식에 현재 공기량과 산소농도 및 시간을 대입하여 적산하게 되며, 적산하여 산출된 잔류 수소량에 대응되는 전압을 발생시켜 종래와 같이 연료계기판(6)을 작동시키게 되므로 연료계기판(6)에는 잔류 수소량을 나타나게 하는 것이다.

그리고 금속수소화물탱크내의 수소량이 소모되었을 경우 그 값이 연료계기판(6)에 표시되므로 운전자는 충전소에서 수소를 충전하게 되는 데, 수소의 충전을 위하여 연료주입구의 뚜껑을 열게 되면 스위치부(1)가 오프되므로 제어부(4)는 수소의 충전준비중임을 판단하게 되고, 연료계기판(6)을 작동시켜 최소눈금을 가리키게 되며, 수소의 충전 후 스위치부(1)의 온과 금속수소화물탱크의 가열로 최대 충전상태를 연료계기판(6)에 나타나게 된다.

이와같이 본 발명은 공기량을 감지하는 공기유량센서와 배기가스중의 산소농도를 감지하는 광역산소센서로 수소소비량을 산출한 뒤 잔류 수소량을 연료계기판에 표시할 수가 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 금속수소화물탱크로 수소연료를 주입하는 차량의 연료주입구뚜껑부에 설치되어 개폐되는 스위치부와,

   흡기계통에 장착되어 유입되는 공기량을 측정하는 공기유량센서와,

   배기파이프를 통하여 배기되는 배기가스중의 산소농도를 측정하는 광역산소센서와,

   스위치부와 각 센서의 신호를 받아서 저장된 수소연료의 충전량과 잔류 수소량을 산출하는 제어부와,

   제어부의 신호를 받아 연소실에 수소를 분사하는 수소인젝터와,

   제어부의 신호를 받아서 수소의 충전량과 잔류 수소량을 나타내는 연료계기판으로 구성한 것을 특징으로 하는 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정장치.
2. 제어부에 입력된 배기가스중의 산소농도를 적용하여 산출하는 공기와 수소연료의 공연비값과,

   설정된 시간마다 소비되는 수소질량을 공기와 수소연료의 공연비값으로 나눈 값을 가지는 수소소비량값과,

   설정된 시간마다의 소비수소량값을 적산하여 산출하는 총소비수소량과,

   금속수소화물탱크에 저장된 총수소연료량에서 총소비수소량을 제외시킨 값을 연료계기판에 나타내도록 하는 총잔류수소량으로 된 것을 특징으로 하는 금속수소화물차량의 잔류 연료량측정방법.