KR19980078356A - 연료 압력 조절 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료 분배 파이프의 일단에 연료압센서를 설치하고 상기 검출된 연료압에 따라 연료 압력 조절기 내에 있는 솔레노이드 밸브를 제어하여 연료 공급 계통의 연료압을 항시 일정하게 유지시켜 줌으로써 실린더 내로 분사되는 연료의 양을 최적으로 제어할 수 있도록 한 연료 압력 조절 장치 및 그 동작 제어 방법에 관한 것으로, 연료 공급 계통(11,13)의 일단에 설치되어 연료의 압력을 측정할 수 있는 연료압센서(8)와 상기 연료압센서(8)의 신호를 입력받고 연료 공급 계통의 압력을 일정하게 유지되도록 제어하는 ECU(7)와 상기 ECU(7)의 신호에 의하여 연료 압력을 일정하게 유지시켜 주는 연료 압력 조절 장치와, 연료압센서(8)로 연료 분배 파이프(11)의 연료 압력을 검출하는 단계; 상기 검출된 압력과 사전에 설정된 설정치를 비교 판단하는 단계; 판단 결과 연료 압력이 설정치 보다 높으면 솔레노이드 밸브(2)를 작동시켜 리턴 포트(5)를 개방하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 압력 조절 장치 제어 방법이다.

Description

연료 압력 조절 장치 및 그 제어 방법

본 발명은 자동차의 연료 압력 조절 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 연료 분배 파이프의 일단에 연료압센서를 설치하고 상기 연료압센서에 검출된 연료압에 따라 연료 압력 조절기 내에 있는 솔레노이드 밸브를 제어하여 연료 공급 계통의 연료압을 항시 일정하게 유지시켜 줌으로서 실린더 내로 분사되는 연료의 양을 최적으로 제어할 수 있도록 한 연료 압력 조절 장치 및 그 동작 제어 방법에 관한 것이다.

일반적인 자동차에서 각종 센서는 기관의 운전 상태에 적한 연료량을 계산하는 데 필요한 정보를 ECU에 보내고, ECU는 상기 센서들에서 보낸 각종 정보를 처리하여 실린더 내에 분사하는 연료량을 정한다.

이때 ECU는 연료 분사 지속 시간을 제어함으로서 실린더 내로 분사하는 연료량을 조절하는데, 만약 연료의 압력이 일정하게 유지되지 않으면 분사 지속 시간이 같더라도 분사량이 달라지게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 연료 장치에 연료의 압력을 일정하게 유지시켜 주기 위한 연료 압력 조절기가 설치된다.

도 1에 종래의 연료 압력 조절 장치의 연료 압력 조절기의 구조가 도시되어 있는 바, 자동차 연료 장치의 간단한 설명과 함께 이를 살펴보면 다음과 같다.

일반적인 자동차의 연료 장치는 연료 탱크, 연료 펌프, 연료 필터, 연료 분배 파이프, 인젝터, 연료 압력 조절기(100)로 구성되어 있고, 연료 펌프에 의해 연료 탱크에 저장되어 있던 연료가 빨아 올려지고 빨아 올려진 연료는 연료 필터를 거치는 동안 불순물이 여과되며 여과된 연료는 연료 분배 파이프에서 각 인젝터로 분배된다.

인젝터는 연료를 실린더 내로 분사하는데, 이 과정에서 연료 압력 조절기(1)는 연료 분배 파이프의 맨 끝에 설치되어 인젝터에 공급되는 연료의 압력 뿐 아니라 연료 계통 내 압력을 조정한다.

이와 같은 연료 계통의 압력을 조절하는 연료 압력 조절기(100)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 다이어프램(103)을 사이에 두고 연료실(107)과 스프링실(108)로 분리되어 있는데, 내부에 다이어프램(103)에 장력을 미치는 스프링(106)이 있는 스프링실(108)은 진공호스(105)와 연결되고, 연료실(107)에는 연료 유입구(104)와 리턴 포트(109)가 있어 연료 유입구(104)는 연료 공급 계통인 연료 분배 파이프와, 리턴 포트(109)는 리턴 파이프와 연결이 된다.

연료실(107) 쪽의 다이어프램(103) 중앙부에는 밸브(110)가 설치되어 있으며 밸브(110)는 리턴 포트(109)가 실린너 내부로 연장된 리턴 포트(109) 상단부와 접촉되게 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 연료 압력 조절기(100)를 각 부품 구성에 따른 작용을 살펴보면 다음과 같다.

자동차의 ECU는 기관의 운전 상태에 따라 연료 분사량을 제어하는데, ECU는 연료 분사 지속 시간을 통해 기관에 공급하는 연료 분사량을 제어하고, 이 때문에 연료 공급 계통의 압력이 일정치 않으면 연료 분사량이 달라지게 된다.

그러므로 연료의 압력을 일정하게 유지시켜야 되는데, 연료 압력 조절기(100)의 스프링실(108)과 흡기 다기관이 진공호스(105)를 통해 연결되어 있어 연료 압력 조절기(100)가 흡기다기관의 부압과 연동되어 작동함으로서 연료 공급 계통의 연료 압력이 조절된다.

연료 분배 파이프의 연료가 연료 압력 조절기(100)의 연료 유입구(104)를 통하여 연료실(107)에 밀려 들어오면 그 압력에 의하여 다이어프램(103)은 스프링실(108)의 스프링(106) 장력과 연료 압력이 평형을 이루는 점까지 밀려가고, 연료 배출구인 리턴 포트(109)가 일정 수준으로 열린다.

이때, 흡기다기관의 압력이 낮아지면 부압에 의하여 다이어프램(103)을 잡아 당기는 결과가 되어 리턴 포트(109)는 더욱 크게 열려 더 많은 연료가 탱크로 리턴되면서 연료 압력이 낮아진다.

그러나 흡기 다기관의 압력이 다시 높아지면 그만큼 다이어프램(103)을 연료실(107) 쪽으로 밀어 내리는 결과가 되어 리턴되는 연료량은 감소하고, 연료 압력은 흡기다기관의 압력이 상승하는 만큼 상승한다.

이와 같은 방법으로 연료 압력 조절기(100)가 흡기다기관의 압력차에 따라 연료 압력을 조절해 줌으로서 분사 유효 압력을 일정하게 유지하는 역할을 한다.

그러나 , 자동차는 엔진에서 지속적인 진동이 발생하고 연료 펌프에서도 진동이 발생하여 연료 파이프 내의 연료가 맥동이 발생하게 되고, 연료의 맥동이 발생함으로 인해서 연료의 압력 변화가 일어 나게 된다.

그렇지만 흡기 다기관과 연결되어 부압에 의하여 연료의 압력을 조절하는 연료 압력 조절기(100)는 상기와 같은 엔진의 진동이나 연료 펌프의 진동에 의한 연료 파이프 내의 압력 변화를 반영할 수 없었다.

그래서 엔진과 연료 펌프의 진동 변화에 따라 연료 파이프내의 연료 압력도 일정하게 유지되지 못하고 변화가 발생함으로, 같은 시간 동안 인젝터가 연료를 분사하더라도 실린더 내로 분사되는 연료 분사량에 차이가 발생했다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선시키기 위해 안출된 것으로, 연료 분배 파이프 내의 연료 압력을 일정하게 유지시켜 줌으로서 인젝터로 분사하는 연료의 분사량을 최적화할 수 있도록 한 연료 압력 조절 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.

도 1은 종래 연료 압력 조절기의 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 압력 조절기의 단면을 보인 구성도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 압력 조절 장치를 도시한 구성도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 압력 조절기의 단면을 보인 구성도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동작 제어 과정을 보인 흐름도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1a : 연료 압력 조절기 2 : 솔레노이드 밸브

3 : 솔레노이드 밸브실 4 : 연료 유입구

5 : 리턴 포트 7 : ECU

8 : 연료압센서 9 : 다이어프램

10 : 연료실 11 : 분배 파이프

12 : 인젝터 18 : 진공호스

19 : 리드 스크류 20 : 모터

21 : 진공 포트 22 : 밸브 홀더

23 : 리드스크류 가이드 24 : 리드 스크류

25 : 흡기압센서 26 : 모터실

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료 분배 파이프의 일단에 설치되어 연료의 압력을 측정할 수 있는 연료압센서와 상기 연료압센서의 신호를 입력받고 연료 공급 계통의 압력이 일정하게 유지되도록 제어하는 ECU와 상기 ECU의 신호에 의하여 연료 압력을 일정하게 유지시켜 주는 연료 압력 조절 장치와, 연료압센서로 연료 분배기의 연료 압력을 검출하는 단계; 상기 검출된 압력과 사전에 설정된 설정치를 비교 판단하는 단계; 판단 결과 연료 압력이 설정치 보다 높으면 솔레노이드 밸브를 작동시켜 리턴 포트를 개방하는 단계로 이루어지는 연료 압력 조절 장치 제어 방법을 제공한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조절 장치의 연료 압력 조절기(1)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 다이어프램(9)을 사이에 두고 연료실(10)과 솔레노이드 밸브실(3)로 분리되어 있는데, 솔레노이드 밸브실(3)에는 솔레노이드 밸브실(3) 하우징(6) 상단에 안착 고정된 솔레노이드 밸브(2)가 있고 솔레노이드 밸브(2)와 다이어프램(9) 사이에는 다이어프램(9)에 장력을 미치는 스프링(17)이 설치되며 일단에는 흡기다기관과 진공호스(18)로 연결되는 진공 포트(21)가 형성되어 있다.

연료실(10)에는 연료 유입구(4)와 리턴 포트(5)가 있어, 연료 유입구(4)는 연료 공급 계통인 연료 분배 파이프(11)와 리턴 포트(5)는 리턴 파이프(14)와 연결이 되며, 다이어프램(9) 중앙부에는 밸브(24)가 설치되어 있으며 밸브(24)는 리턴 포트(5)가 실린너 내부로 연장된 리턴 포트(5) 상단부와 접촉되게 구성되어 있다.

여기서 솔레노이드 밸브실(3)의 솔레노이드 밸브(2)는 ECU(7)와 연결되며 ECU(7)는 연료 분배 파이프(11)에 설치된 연료압센서(8)로 부터 연료압 정보를 제공받는다.

상기와 같은 구성을 가지는 연료 압력 조절기(1)를 도 3에 도시되어 있는 자동차 연료 장치의 설명과 함께 이를 살펴보면 다음과 같다.

자동차의 연료 장치는 연료 탱크(15), 연료 펌프(16), 연료 필터, 연료 분배 파이프(11), 인젝터(12), 연료 압력 조절기(1)로 구성되어 있고, 연료 펌프(14)에 의해 연료 탱크(15)에 저장된 연료가 빨아 올려지고 빨아 올려진 연료는 연료 필터를 거치는 동안 불순물이 여과되며 여과된 연료는 연료 분배 파이프(11)에서 각 인젝터(12)로 분배된다.

인젝터(12)에서는 연료를 실린더 내로 무화시켜 분사하는데, 이때 ECU(7)는 기관의 운전 상태에 적합한 연료량을 연료의 분사 지속 시간을 제어함으로서 조절한다.

이처럼 ECU(7)가 제어하는 것은 연료 분사량이 아니라 연료 분사 지속 시간을 제어하는데, 만약 연료의 압력이 일정하게 유지되지 않으면 분사 지속 시간이 같더라도 분사량을 달라지게 된다.

그러므로 연료의 압력을 일정하게 유지시켜 줄 필요가 있는데, 연료 압력 조절기(1)가 연료 분배 파이프(11)의 맨 끝에 설치되어 인젝터(11)에 공급되는 연료의 압력을 일정하게 유지시켜 주는 작용을 한다.

연료 분배 파이프(11)의 연료가 연료 압력 조절기(1)의 연료 유입구(4)를 통하여 연료실(10)에 밀려 들어오면 그 압력에 의하여 다이어프램(9)은 솔레노이드 밸브실(3)의 스프링(17) 장력과 연료 압력이 평형을 이루는 점까지 밀려가고, 밸브(24)에 의해 막혀 있던 연료 배출구인 리턴 포트(5)가 일정 수준으로 열린다.

이때, 흡기다기관의 압력이 낮아지면 부압에 의하여 다이어프램(9)을 잡아 당기는 결과가 되어 리턴 포트(5)는 더욱 크게 열려 더 많은 연료가 연료 탱크(15)로 리턴되면서 연료 압력이 낮아진다.

그러나 흡기 다기관의 압력이 다시 높아지면 그만큼 다이어프램(9)을 밀어올리는 결과가 되어 리턴되는 연료량은 감소하고, 연료 압력은 흡기다기관의 압력이 상승하는 만큼 상승한다.

이와 같은 방법으로 연료 압력 조절기(1)가 연료 압력과 흡기다기관의 압력차에 따라 연료 압력을 조절해 줌으로서 분사 유효 압력을 항시 일정하게 유지시킨다.

또한 연료는 엔진의 진동과 연료 펌프(16)의 진동을 복합적으로 받게되어 맥동을 하고 이로서 연료 분배 파이프(11) 내의 압력이 상승하기도 하는데, 이는 연료 분배 파이프(11) 내에 설치된 연료압센서(8)가 압력을 감지하여 ECU(7)에 정보를 보내고 ECU(7)는 상기 정보를 토대로 압력 조절기(1) 내에 있는 솔레노이드 밸브(2)를 작동하여 다이어프램(9)을 솔레노이드 밸브실(3) 쪽으로 잡아 당겨 리턴 포트(5)를 개방함으로서 리턴 포트(5)는 더욱 크게 열려 더 많은 연료가 연료 탱크(15)로 리턴되면서 연료 압력이 낮아진다.

이때, 연료 분배 파이프(11) 내의 연료 압력이 낮게 검출되면 솔레노이드 밸브(2)가 작동하지 않는데, 솔레노이드 밸브(2)가를 작동되지 않으면 리턴 포트(5)가 차단이 되어 리턴되는 연료량은 감소하고, 연료 분배파이프(11) 내의 연료압은 다시 상승한다.

이처럼 엔진과 연료 펌프(16)의 진동에 의하여 연료 분배파이프(11) 내의 연료가 맥동을 하고 맥동을 하게 됨으로서 변화하는 연료압을 연료압센서(8)와 ECU(7) 그리고 솔레노이드 밸브(2)를 이용하여 조절하여 줌으로서 분사 유효 압력의 오차를 더욱 줄일 수 있다.

이와 같은 구성과 작동 과정을 갖는 연료 압력 조절 장치의 동작 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 연료 분배 파이프(11)에 설치된 연료압센서(8)가 분배 파이프(11) 내에 있는 연료압을 검출한다(S10).

상기 검출된 연료압 정보는 ECU(7)로 보내지고 ECU(7)는 기관의 운전 상태에 따라 사전에 미리 설정된 설정치와 연료압센서(8)에 검출된 압력을 비교 판단한다(S20).

비교 결과 검출된 압력이 설정치보다 낮다고 판단되면 솔레노이드 밸브(2)의 작동을 시키지 않고, 높다고 판단되면 솔레노이드 밸브(2)를 작동시켜 다이어프램(9)을 들어 올리고(S30), 그렇게 됨으로서 리턴 포트(5)를 통해 연료가 연료 탱크로 리턴되면 연료 분배기 내의 압력이 낮아진다.

이와 같은 과정을 계속 반복하는데, 솔레노이드 밸브(2)를 작동하여 연료 분배파이프(11) 내의 압력이 다시 낮아지면 이를 다시 연료압센서(8)가 감지하고 ECU(7)는 이를 토대로 솔레노이드 밸브(2)의 작동을 중단시킨다.

이렇게 함으로서 흡기 다기관의 부압만을 이용하여 연료 압력 조절기(1)를 제어할 때는 조절하지 못했던 엔진의 진동과 연료 펌프(16)의 진동으로 인해 발생한 연료압의 변화를 제어할 수 있으므로 인해서 연료 분사 유효 압력의 오차를 더욱 줄일 수 있고, 그렇게 함으로서 인젝터(11)에 의해 실린더 내부에 분사되는 연료량을 더욱 최적으로 제어할 수 있다.

도 3은 연료 압력 조절기(1)의 다른 실시예를 나타낸 것으로 연료압센서(8)와 흡기 다기관에 설치된 흡기압센서(25) 그리고 모터(20)와 리드스크류(19)를 이용하여 연료압을 조절할 수 있는 것을 나타낸 것으로, 모터실(26) 상단에는 모터(20)가 설치되고 모터(20)는 리드스크류(19)를 회전시키는데, 리드스크류(19)의 하단은 나선이 형성되어 있고, 다이어프램(9) 중앙에 있는 밸브 홀더(22)에는 암나사부가 형성된 리드스크류 가이드(23)가 있어, 리드스크류(19)가 모터(20)의 회전에 따라 리드스크류 가이드(23) 안에서 회전하면 밸브 홀더(22)가 상하로 움직이고 다이어프램(9)도 따라서 상하로 움직인다.

여기서는 진공 포트(21)가 필요없이 흡기 다기관에 설치된 흡기압센서(8)가 흡기 다기관의 압력을 검출하고 연료압센서(8)는 연료 압력을 검출하여 ECU(7)에 정보를 보내며 ECU(7)는 상기 정보들을 토대로 연료 압력 조절기(1) 내에 있는 모터를 제어함으로서 연료 분사 유효 압력에 맞게 연속적으로 민감하게 다이어프램(9)을 움직여 연료 압력을 조절한다.

연료 파이프(11) 내의 압력이 높아지면 모터(20)가 회전하고 모터(20)가 회전하면 리드스크류(19)가 회전하여 다이어프램(9) 중앙에 있는 밸브 홀더(22)를 잡아당겨 리턴 포트(5)를 개방함으로서 연료 탱크(15)로 연료가 리턴되고 이로서 연료 분배 파이프(11) 내의 압력이 떨어진다.

연료 압력 조절기(1)의 압력이 떨어지면 연료 분배 파이프(11) 내의 압력이 떨어지고 이를 감지한 연료압센서(8)가 ECU(7)로 신호를 보내면 모터(20)는 다이어프램(9)을 잡아 당길 때의 반대 방향으로 회전하여 다이어프램(9)이 밑으로 내려가면 밸브(24)가 리턴 포트(5)를 막아 연료 탱크(15)로 리턴되는 연료를 차단함으로서 연료 압력 조절기(1)의 압력이 올라간다.

상기와 같은 모터(20)와 리드스크류(19)를 통하여 연료 압력을 조절함으로서 흡기 다기관과 솔레노이드 밸브(2)로 연료압을 제어하는 것보다 더욱 정밀하게 연료 압력을 제어할 수 있고, 흡기 다기관과 진공호스(18)로 연결될 필요가 없으므로 구조를 더욱 간단히 할 수 있다.

여기서, 모터(20)는 솔레노이드 밸브(2)로 대체될 수도 있는데, 진공 포트(21)가 필요없이 흡기 다기관에 설치된 흡기압센서(25)가 흡기 다기관의 압력을 검출하고 연료압센서(8)는 연료 압력을 검출하여 ECU(7)에 정보를 보내며 ECU(7)는 상기 정보들을 토대로 연료 압력 조절기(1) 내에 있는 솔레노이드 밸브(2)를 제어함으로서 연료 분사 유효 압력에 맞게 다이어프램(9)을 움직여 연료 압력을 조절할 수 있다.

또한, 연료압센서(8)와 흡기다기관의 흡기압센서(25) 그리고 모터(20)와 리드스크류(19)를 이용하여 연료압을 조절할 수 있는 연료 압력 조절 장치에서, 흡기 다기관의 흡기압센서(25)가 모터실(26)에 진공 포트(21)를 설치하고 모터실(26)과 흡기다기관과의 사이를 진공호스(18)로 연결한 것으로 대체될 수도 있는데, 엔진의 진동과 연료 펌프(16)의 진동으로 인한 연료의 맥동으로 연료 분배 파이프(11) 내의 압력이 높아지면 모터(20)가 회전하고 모터(20)가 회전하면 리드스크류(19)가 회전하여 다이어프램(9) 중앙에 있는 밸브 홀더(22)를 잡아당겨 리턴 포트(5)를 개방함으로서 연료 탱크(15)로 연료가 리턴되고 이로서 연료 분배 파이프(11) 내의 압력을 떨어뜨릴 수 있다.

이와 같이 구성되는 연료 압력 조절 장치에서 연료압센서(8)는 연료 분배 파이프(11) 외에도 연료 공급 파이프(13) 등 연료압을 측정할 수 있는 곳이면 어느 곳도 설치가 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 연료압센서로 연료압을 측정하여 측정된 정보를 ECU로 보내고 ECU는 상기 정보를 토대로 연료 압력 조절기에 설치된 솔레노이드 밸브나 모터를 제어해 연료 공급 계통의 연료압을 항시 일정하게 유지시켜 줌으로서 실린더 내로 분사되는 연료의 양을 최적으로 제어할 수 있다.

본 발명은 특정의 실시예에 관련하여 도시 설명했지만, 특허 청구의 범위에 나타난 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계의 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 연료 공급 계통(11,13)의 일단에 설치되어 연료의 압력을 측정할 수 있는 연료압센서(8)와 상기 연료압센서(8)의 신호를 입력받고 입력받은 신호에 따라 연료 공급 계통의 압력을 일정하게 유지 제어하도록 신호를 보내는 ECU(7)와 상기 ECU(7)의 신호에 의하여 연료 압력을 일정하게 유지시켜 주는 연료 압력 조절 수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 연료 압력 조절 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 압력 조절 수단은 다이어프램(9)을 사이에 두고 연료실(10)과 솔레노이드 밸브실(3)로 분리되어 있고 연료실(10)에는 연료 유입구(4)와 리턴 포트(5)가 설치되어 있으며 솔레노이드 밸브실(3)에는 다이어프램(9)에 힘이 미쳐 리턴 포트(5)로 리턴되는 연료를 제어할 수 있는 솔레노이드 밸브(2)가 설치된 것을 특징으로 하는 연료 압력 조절 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 압력 조절 수단은 다이어프램(9)을 사이에 두고 모터실(26)과 연료실(10)로 분리되어 있고 연료실(10)에는 연료 유입구(4)와 리턴 포트(5)가 설치되어 있으며 모터실(26)에는 리드스크류(19)가 있는 모터(20)와 상기 리드스크류(19)의 회전에 따라 다이어프램(9)을 상하로 움직이게 하는 리드스크류 가이드(23)가 설치된 것을 특징으로 하는 연료 압력 조절 장치.
4. 연료압센서(8)로 연료 분배 파이프(11) 내의 연료 압력을 검출하는 단계와, 상기 검출된 압력과 사전에 설정된 설정치를 비교 판단하는 단계와, 판단 결과 연료 압력이 설정치 보다 높으면 연료 압력 조절 수단을 통하여 리턴 포트(5)를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 압력 조절 장치 제어 방법.