KR20030088101A - 공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘피지(LPG) 차량의 엔진으로 공급되는 혼합연료를 피드백 제어하기 위한 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료혼합기를 통하여 엔진으로 공급되는 연료량은 메인튜티 솔레노이드 밸브에 의하여 제어할 수 있도록 하고, 연료혼합기로 흡입되기 전의 공기 중 그 일부를 메인듀티 솔레노이드 밸브와 반비례식으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브에 의하여 드로틀밸브의 후방측으로 공급시킬 수 있도록 하므로서, 차량의 정속주행시에는 완전연소에 가장 적합한 연료혼합비로 혼합연료를 피드백 제어할 수 있도록 하고, 차량의 감속이나 가속 또는 급가속과 같은 각종 주행여건의 변화시에도 혼합연료의 피드백 제어를 매우 빠른 속도로 이루어 낼 수 있도록 하며, 이로 인하여 엘피지 차량의 고질적인 문제점인 출력저하와 역화현상을 방지함과 동시에 피드백 제어를 위한 전체적인 장치의 구성을 매우 단순하게 이루어 낼 수 있도록 한 공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치는, 공기유입관(7)과 연료공급관(5a)이 연료혼합기(5)의 양측에 연결 설치되고, 상기 연료혼합기(5)의 몸체(10) 내부에는 연료흡입공간(12)과 연료분사구(13)가 형성되도록 벤튜리(11)가 설치되며, 상기 연료혼합기(5)의 상부에는 조절나사(16)가 체결된 연료유입밸브(15)에 의하여 연료유입관(4a)이 상기 연료흡입공간(12)과 연통되도록 연결 설치되고, 상기 연료유입관(4a)과 연료유입밸브(15)를 연결하는 리턴파이프(22)에는 ECU(20)와 접속되는 메인튜티 솔레노이드 밸브(21)가 설치된 것에 있어서, 상기 공기유입관(7)과 연료공급관(5a)은 각 배관(5a)(7)의 내부공간으로 관통되는 보조공기유입관(31)에 의하여 연결 설치되고, 상기 연료공급관(5a)측으로 관통되는 보조공기유입관(31)의 일측 단부는 드로틀밸브(8)의 후방에 위치하도록 설치되며, 상기 보조공기유입관(31)에는 ECU(20)와 접속되어 메인튜티 솔레노이드 밸브(21)와 역방향으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치{Feedback control apparatus for a LPG car using air flow}

본 발명은 엘피지(LPG) 차량의 엔진으로 공급되는 혼합연료를 피드백 제어하기 위한 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료혼합기를 통하여 엔진으로 공급되는 연료량은 메인튜티 솔레노이드 밸브에 의하여 제어할 수 있도록 하고, 연료혼합기로 흡입되기 전의 공기 중 그 일부를 메인듀티 솔레노이드 밸브와 반비례식으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브에 의하여 드로틀밸브의 후방측으로 인가시킬 수 있도록 하므로서, 차량의 정속주행시에는 완전연소에 가장 적합한 연료혼합비로 혼합연료를 피드백 제어할 수 있도록 하고, 차량의 감속이나 가속 또는 급가속과 같은 각종 주행여건의 변화시에도 혼합연료의 피드백 제어를 매우 빠른 속도로 이루어 낼 수 있도록 하며, 이로 인하여 엘피지 차량의 고질적인 문제점인 출력저하와 역화현상을 방지함과 동시에 피드백 제어를 위한 전체적인 장치의 구성을 매우 단순하게 이루어 낼 수 있도록 한 공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로 엘피지 차량은 프로판이나 부탄 등과 같은 액화석유가스(LPG)를 연료로 하여 달리는 자동차를 말하는 것으로서, 그 구조는 기본적으로 가솔린 엔진과 유사하나 가솔린을 기화하는 기화기 대신에 엘피지를 기화 및 감압하는 베이퍼라이저를 사용한다는 점에서 차이가 있으며, 동일한 가솔린 엔진에 비하여 출력은 다소 떨어지지만 연료비가 싸고 경제적이어서 각종 영업용 차량에 많이 적용될 뿐만 아니라 혼합기가 가스상태이기 때문에 실린더로의 분배가 균일하고 옥탄가가 높아 녹킹(Knocking)이 적으며 배기가스 또한 깨끗한 장점이 있다.

상기와 같은 엘피지 차량의 일반적인 연료공급경로는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 엘피지 탱크(1)로부터 배출된 액체 상태의 엘피(LP)가스가 여과기(2)에서 여과된 다음, 전자밸브(3)와 베이퍼라이저(4)를 거치면서 기화 및 감압되고, 이와 같이 기화 및 감압된 엘피가스가 연료유입관(4a)을 통하여 연료혼합기(5)의 내부로 유입되며, 이와 동시에 에어클리너(6)에서 여과된 공기가 공기유입관(7)을 거쳐 연료혼합기(5)의 내부로 유입되므로서, 연료혼합기(5)의 내부에서 엘피가스와 공기가 일정비율로 혼합되어 혼합기를 형성하게 되고, 이와 같이 형성된 혼합기로서의 연료(이하, 혼합연료라 한다)가 드로틀밸브(8)를 구비하는 연료공급관(5a)을 거쳐 엔진(9)의 연소실로 공급되는 과정을 거친다.

상기 베이퍼라이저(4)(Vaporizer)는 엘피지 차량의 연료공급장치 중에서 가장 중요한 역할을 하는 것으로서, 엘피지 탱크(1)로부터 공급된 엘피가스의 기화 및 감압을 수행하는 1차 감압실과, 1차 감압실에서 감압된 엘피가스를 다시 대기압에 가깝게 감암하여 압력을 조절하는 2차 감압실로 이루어지며, 이 외에도 여러 가지 부품을 가지는 다소 복잡한 구성으로 이루어지지만, 베이퍼라이저(4)에 대한 세부적인 기술적 구성은 이미 공지된 상태이므로 이에 대한 세부적인 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기 베이퍼라이저(4)에 의하여 기화 및 감압된 엘피가스를 공기와 혼합하여 혼합연료를 생성하기 위한 일반적인 연료혼합기(5)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 실린더 형태의 몸체(10) 일측으로 연장 형성된 공기유입구(14)에는 상기 공기유입관(7)이 일체로 연결 설치되고, 그 타측에는 드로틀밸브(8)를 구비하는 상기 연료공급관(5a)이 일체로 연결 설치되며, 몸체(10)의 상부에는 조절나사(16)가 체결된 연료유입밸브(15)에 의하여 상기 연료유입관(4a)이 연료혼합기(5)와 연통되도록 설치되어 있다.

또한, 연료혼합기(5)의 몸체(10) 내부 중앙에는 연료유입관(4a)으로부터 유입되는 엘피가스를 공기의 유동에 따른 압력차에 의하여 연료혼합기(5)의 내부로 흡입시키기 위한 벤튜리(11)가 설치되고, 이와 같이 설치되는 벤튜리(11)에 의하여 연료혼합기(5)의 몸체(10) 내주면을 따라 상기 연료유입관(4a)과 연통되는 연료흡입공간(12)이 형성되며, 상기 연료공급관(5a)에 대응하는 벤튜리(11)측에는 연료유입관(4a)을 통하여 연료흡입공간(12)으로 흡입된 엘피가스를 연료공급관(5a)측으로 분사시키기 위한 연료분사구(13)가 형성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 연료혼합기(5)를 엘피지 차량에 장착하여 사용할 경우, 공기의 유동통로를 이루는 공기유입관(7)의 유동면적에 비하여 벤튜리(11)측에 형성된 연료분사구(13)의 분사면적이 매우 좁기 때문에, 차량의 가속시나 급가속시 벤튜리(11)를 지나는 공기의 빠른 유속을 엘피가스가 미처 따라 잡지 못하므로서 연료분사구(13)로부터 분사되는 엘피가스의 양이 차량의 가속이나 급가속에 적합할 정도의 양으로 분사되지 못하는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 차량의 가속이나 급가속시 혼합연료가 농후하게 유지되지 못하여 엘피지 차량의 고질적인 문제점인 출력저하 및 역화현상이 발생하게 되었다.

또한, 차량의 감속운행이나 변속을 위하여 운전자가 가속페달에서 발을 떼게 되면, 드로틀밸브(8)가 닫혀지면서 벤튜리(11)부의 압력이 순간적으로 상승하게 되는 데, 위에서 설명되어진 바와 같이 공기의 유동면적에 비하여 엘피가스의 분사면적이 매우 좁기 때문에 상승된 압력의 대부분이 공기유입관(7)측으로 작용하게 되므로서 연료분사구(13)를 통한 엘피가스의 분사량을 적절하게 억제시켜 주지 못하는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 연료분사구(13)로부터 분사되는 엘피가스의 양이 차량의 감속운행에 적합한 양보다 다소 많은 양으로 분사되어 연료의 낭비를 초래하는 문제점이 있었다.

상기와 같이 일반적인 연료혼합기(5)를 엘피지 차량에 그대로 장착하여 사용할 경우 차량의 운행상태에 적합하도록 혼합연료의 혼합비를 용이하게 조절할 수 없기 때문에, 이를 보완하기 위하여 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 베이퍼라이저의 2차 감압실과 연결되는 연료유입관(4a)을 리턴파이프(22)에 의하여 연료유입밸브(15)의 몸체와 연통시키고, 베이퍼라이저의 1차 감압실로부터 연장되는 보조연료유입관(24)을 연료혼합기(5)의 연료흡입공간(12) 및 드로틀밸브(8)의 후방측으로 연통시키며, 상기 리턴파이프(22)와 보조연료유입관(24)에는 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)와 슬로우듀티 솔레노이드 밸브(23)를 각각 설치하여 각 솔레노이드 밸브(21)(23)가 차량의 ECU(Electric control unit: 전자제어유닛)(20)와 전선(20a)(20b)에 의하여 접속되도록 한 엘피지 차량의 피드백 제어장치가 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 피드백 제어장치에 사용되는 메인듀티 솔레노이드밸브(21)는 맵센서(MAP Sensor; 매니폴드의 압력을 전기신호로 바꾸어 흡입공기의 절대압을 측정)나 드로틀 포지션 센서 및 산소센서(배기가스와 대기의 산소분압 차이에 의한 기전력을 발생시켜 공연비에 대한 정보를 제공함으로서 연료분사량을 혼합연료의 이론 공연비에 해당하는 공기량 : 연료량 = 15.7 : 1 근처에서 제어되도록 함)와 같은 각종 센서로부터 ECU(20)로 입력된 신호에 따라 그 개폐량이 조절되므로서 차량의 부하에 적합한 주된 연료량의 보정을 행하는 역할을 한다.

그리고, 상기 슬로우듀티 솔레노이드 밸브(23) 또한 맵센서나 드로틀 포지션 센서 및 산소센서와 같은 각종 센서로부터 ECU(20)로 입력된 신호에 따라 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)와 함께 개폐 작동되어 혼합연료의 공연비를 보다 섬세하게 조절시키는 역할을 하는 것으로서, 특히 타행 주행 즉, 차속 70km/h 이상, 엔진 회전수 1800rpm 이하에서 드로틀밸브(8)를 전폐(全閉)하고 기어를 중립 위치로 전환할 시 일정량의 연료가 서지탱크측으로 공급되도록 하여 아이들(Idle: 공회전) 불안정 및 시동꺼짐을 방지하게 된다.

즉, 낮은 회전수 조건으로 인하여 드로틀밸브(8)의 개방각도가 적어지게 되면, 드로틀밸브(8)의 후방측에 설치된 서지탱크의 진공도는 높아지게 되고, 이로 인하여 베이퍼라이저의 1차 감압실로부터 2차 감압실 및 연료혼합기(5)를 거치지 않고 보조연료공급관(24)을 통하여 드로틀밸브(8)의 후방으로 직접 공급되는 연료의 유속이 빠르게 되므로서, ECU(20)에 의하여 조절된 슬로우듀티 솔레노이드 밸브(23)의 개방정도에 비하여 비교적 많은 량의 연료가 엔진측으로 공급되기 때문에, 낮은 회전수 조건하에서 피드백 제어를 원할하게 이루어내어 아이들 불안정 및시동꺼짐을 방지할 수 있게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 피드백 제어장치 또한 차량의 가속시 드로틀밸브(8)가 갑자기 개방되어 벤튜리(11)를 통한 공기의 유속이 빠르게 되므로서 서지탱크 내부의 진공도가 급격히 낮아질 경우, 각각의 솔레노이드 밸브(21)(23) 특히, 서지탱크와 연결된 보조연료유입관(24)의 슬로유듀티 솔레노이드 밸브(23)를 통한 연료의 흡입량이 순간적으로 급격히 줄어들게 되고, 이로 인하여 차량의 가속시 농후해져야 할 연료의 혼합비가 순간적으로 희박해지게 되어 엘피지 차량의 고질적인 문제점인 출력저하와 역화현상을 방지할 수 없는 것이었다.

뿐만 아니라, 차량의 감속시 드로틀밸브(8)가 갑자기 폐쇄되면서 서지탱크 내부의 진공도가 급격히 높아질 경우에도, 각각의 솔레노이드 밸브(21)(23) 특히, 슬로우듀티 솔레노이드 밸브(23)를 통한 연료의 공급량이 순간적으로 급격히 늘어나게 되는 데, 이는 낮은 회전수 조건하에서 아이들 불안정 및 시동꺼짐을 방지하는 측면에서 다소 바람직하다 할 수 있으나, 차량의 감속시 희박해져야 할 연료의 혼합비가 순간적으로 농후해지는 결과를 초래하여 연료의 절약과 완전연소에 의한 공해방지 및 엔진의 성능향상적인 측면에서는 좋지 못한 영향을 미치는 문제점이 있었다.

상기와 같이 차량의 가,감속시 발생하는 순간적인 연료의 부족 및 과잉현상은 각종 센서로부터 ECU(20)로 입력된 신호에 따라 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)에 의하여 추가적인 보정이 이루어지기는 하지만, 연료의 혼합비가 결정되는 연료혼합기(5)와 엔진 연소실 사이의 거리가 떨어져 있음으로 인하여 맵센서나 드로틀포지션 센서로부터 차량의 가,감속시 발생하는 신호에 대한 응답성이 저하되므로서, 차량의 주행상태 변화와 거의 동시에 유효한 연료량의 실질적인 보정이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 종래의 피드백 제어장치를 사용할 경우 변화된 주행여건에 적합한 공연비로의 빠른 제어속도를 필요로 하는 엘피지 차량의 요구에 제대로 부응하지 못하는 문제점이 있었을 뿐만 아니라, 메인듀티 솔레노이드 밸브(21) 및 슬로우듀티 솔레노이드 밸브(23)에 의한 적절한 혼합연료의 보정을 이루어내기 위하여 맵센서와 드로틀 포지션 센서와 같은 각종 센서를 부가적으로 설치하여야 하므로서 피드백 제어장치의 전체적인 구성 또한 매우 복잡하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치는 연료혼합기를 통하여 엔진으로 공급되는 연료량은 메인튜티 솔레노이드 밸브에 의하여 제어할 수 있도록 하고, 연료혼합기로 흡입되기 전의 공기 중 그 일부를 메인듀티 솔레노이드 밸브와 반비례식으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브에 의하여 드로틀밸브의 후방측으로 공급시킬 수 있도록 하므로서, 차량의 정속주행시에는 완전연소에 가장 적합한 연료혼합비로 혼합연료를 피드백 제어할 수 있도록 하고, 차량의 감속이나 가속 또는 급가속과 같은 각종 주행여건의 변화시에도 혼합연료의 피드백 제어를 매우 빠른 속도로 이루어 낼 수 있도록 하며, 이로 인하여 엘피지 차량의 고질적인 문제점인 출력저하와 역화현상을 방지함과 동시에 피드백 제어를 위한 전체적인 장치의구성을 매우 단순하게 이루어 낼 수 있도록 하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 공기유입관과 연료공급관이 연료혼합기의 양측에 연결 설치되고, 상기 연료혼합기의 몸체 내부에는 연료흡입공간과 연료분사구가 형성되도록 벤튜리가 설치되며, 상기 연료혼합기의 상부에는 조절나사가 체결된 연료유입밸브에 의하여 연료유입관이 상기 연료흡입공간과 연통되도록 연결 설치되고, 상기 연료유입관과 연료유입밸브를 연결하는 리턴파이프에는 ECU와 접속되는 메인튜티 솔레노이드 밸브가 설치된 것에 있어서, 상기 공기유입관과 연료공급관은 각 배관의 내부공간으로 관통되는 보조공기유입관에 의하여 연결 설치되고, 상기 연료공급관측으로 관통되는 보조공기유입관의 일측 단부는 드로틀밸브의 후방에 위치하도록 설치되며, 상기 보조공기유입관에는 ECU와 접속되어 메인튜티 솔레노이드 밸브와 역방향으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 엘피지 차량의 연료공급배관을 나타내는 개략도.

도 2는 일반적인 엘피지 차량의 연료혼합구조를 나타내는 측단면도.

도 3은 종래 엘피지 차량의 피드백 제어장치를 나타내는 측단면도.

도 4는 본 발명에 의한 엘피지 차량의 피드백 제어장치를 나타내는 측단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 엘피지(LPG) 탱크 2 : 여과기 3 : 전자밸브

4 : 베이퍼라이저 4a : 연료유입관 5 : 연료혼합기

5a : 연료공급관 6 : 에어클리너 7 : 공기유입관

8 : 드로틀밸브 9 : 엔진 10 : 몸체

11 : 벤튜리 12 : 연료흡입공간 13 : 연료분사구

14 : 공기유입구 15 : 연료유입밸브 16 : 조절나사

20 : ECU 21 : 메인튜티 솔레노이드 밸브

22 : 리턴파이프 30 : 공기량제어 솔레노이드 밸브

31 : 보조공기유입관

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에 따른 엘피지 차량의 피드백 제어장치를 나타내는 측단면도로서, 도면에 대한 부호의 설명중 미설명된 부호 20a 및 20b는 각 솔레노이드 밸브를 ECU와 접속시키기 위한 전선을 나타내는 것이다.

본 발명에 따른 엘피지 차량의 피드백 제어장치는 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 공기유입관(7)과 연료공급관(5a)이 연료혼합기(5)의 양측에 연결 설치되고, 상기 연료혼합기(5)의 몸체(10) 내부에는 연료흡입공간(12)과 연료분사구(13)가 형성되도록 벤튜리(11)가 설치되며, 상기 연료혼합기(5)의 상부에는 조절나사(16)가 체결된 연료유입밸브(15)에 의하여 연료유입관(4a)이 상기 연료흡입공간(12)과 연통되도록 연결 설치되고, 상기 연료유입관(4a)과 연료유입밸브(15)를 연결하는 리턴파이프(22)에는 ECU(20)와 접속되는 메인튜티 솔레노이드 밸브(21)가 설치된 것에 있어서, 상기 공기유입관(7)과 연료공급관(5a)은 각 배관(5a)(7)의 내부공간으로 관통되는 보조공기유입관(31)에 의하여 연결 설치되고, 상기 연료공급관(5a)측으로 관통되는 보조공기유입관(31)의 일측 단부는 드로틀밸브(8)의 후방에 위치하도록 설치되며, 상기 보조공기유입관(31)에는 ECU(20)와 접속되어 메인튜티 솔레노이드 밸브(21)와 역방향으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)가 설치된 구성으로 이루어진다.

상기 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)는 종래의 피드백 제어장치에 사용되는 것과 동일한 구조와 기능을 가지는 것으로서, ECU(20)에 의하여 그 개폐량이 조절되어 연료량의 보정을 행하는 역할을 하고, 상기 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)는 종래의 피드백 제어장치에 사용되는 슬로우듀티 솔레노이드 밸브(23) 또는 이와 유사한 구조와 기능을 가지는 다른 여러 가지 형태의 솔레노이드 밸브를 사용할 수 있으며, 공기유입관(7)과 연료공급관(5a)을 연결하는 상기 보조공기유입관(31)에 설치되어 연료혼합기(5)로 흡입되기 전의 공기 중 그 일부를 연료공급관(5a)측으로 공급시킬 수 있도록 한 것이다.

상기와 같이 보조공기유입관(31)과 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)에 의하여 공기유입관(7)측의 공기를 연료공급관(5a)의 드로틀밸브(8) 후방측으로 공급시키도록 한 이유는, 차량의 정속주행시에는 ECU(20)에 의한 각 솔레노이드 밸브(21)(30)의 개폐작동에 따라 엔진으로 유입되는 혼합연료의 혼합비가 이론 공연비(연료량 : 공기량 = 15.7 : 1)의 근처에서 피드백 제어되도록 하고, 차량의 감속이나 가속 및 급가속과 같은 주행상태의 변화시에는 드로틀밸브(8)의 후방측으로 인가된 서지탱크의 진공도 변화에 따라 공기유입관(7)으로부터 보조공기유입관(31) 및 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 거쳐 연료공급관(5a)으로 유입되는 공기량의 보정이 자연발생적으로 빠르게 이루어지도록 하므로서, 차량의 주행상태에 가장 적합한 혼합연료의 혼합비를 자동적으로 조절시킬 수 있도록 함과 동시에 혼합연료의 피드백 제어에 따른 응답성을 극대화시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

다시 말해서, 정속주행시를 기준으로 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)에서는 연료량을 가감하여 피드백 제어를 하고, 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)에서는 공기량을 가감하여 피드백 제어를 하되, 차량의 주행상태 변화시에는 드로틀밸브(8)의 후방측으로 인가되는 서지탱크의 진공도 변화에 맞도록 공기량의 보정이 자연발생적으로 빠르게 이루어져 엔진으로 공급되는 혼합연료의 혼합비가 주행상태 변화와 거의 동시에 적합한 혼합비로 조정될 수 있도록 한 것으로서, 이와 같은 연료량 및 공기량 제어의 기준은 종래의 기술내용에서 언급한 각종 센서 중 배기 매니폴드측에 설치되는 산소센서가 된다.

상기와 같이 정속주행시를 기준으로 산소센서와 ECU(20) 및 각 솔레노이드 밸브(21)(30)에 의하여 혼합연료를 이론 공연비에 근접하도록 제어하기 위해서는각각의 솔레노이드 밸브(21)(30)가 동일한 출력신호에 의하여 서로 반대방향 즉, 반비례식으로 작동되도록 하거나, ECU(20)로부터 서로 상반되는 출력신호를 각 솔레노이드 밸브(21)(30)로 전송하므로서 각각의 솔레노이드 밸브(21)(30)가 서로 반비례식으로 작동되도록 하여야 하는 데, ECU(20)에 의한 솔레노이드 밸브(21)(30)의 작동은 ECU(20)에 프로그램되는 소프트웨어에 의한 것일 뿐만 아니라, 이러한 소프트웨어는 매우 다양한 형태로 적용되어질 수 있으므로 소프트웨어 자체에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 산소센서와 ECU(20)에 의하여 각 솔레노이드 밸브(21)(30)를 반비례식으로 작동시키는 이유는, 차량의 정속주행시 산소센서로부터 입력된 값이 낮을 때에는 혼합비를 농후하게 하기 위하여 연료량이 증가하여야 하므로, ECU(20)가 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)의 개방율을 증가시켜 연료의 듀티율을 높여줌과 동시에 이에 반비례하도록 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)의 개방율을 감소시켜 공기의 듀티율을 낮추어 줌으로서, 연소실로 공급되는 혼합연료의 혼합비가 이론 공연비가 되도록 피드백 제어를 하게 되는 것이다.

이와는 반대로, 차량의 정속주행시 산소센서로부터 입력된 값이 높을 때에는 혼합비를 희박하게 하기 위하여 연료량이 줄어들어야 하므로, ECU(20)가 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)의 개방율을 감소시키므로서 연료의 듀티율을 낮추어 줌과 동시에 이에 반비례하도록 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)의 개방율을 증가시켜 공기의 듀티율을 높여 줌으로서, 연소실로 공급되는 공연비가 이론 공연비가 되도록 피드백 제어를 하게 되는 것이다.

이하, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 피드백 제어장치의 작용관계를 도 4를 참조하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 피드백 제어장치의 실질적인 작용관계는 차량의 운행상태 조작에 따라 매우 다양한 형태로 설명되어질 수 있으나, 차량의 운행상태는 크게 가속, 정속, 급가속, 감속의 4가지 상태에 포함되는 것이므로, 최초 차량의 정지상태에서 일정한 속도로 차량을 가속시킨 다음, 가속된 속도로 정속운전을 하다가 다시 차량을 급가속 또는 감속시키는 순서대로 설명하고자 한다.

먼저, 차량의 정지시에는 드로틀밸브(8)가 완전히 닫힌 상태에서 연료공급관(5a)으로부터 엔진의 연소실측으로 혼합연료의 유동이 발생하기 않기 때문에, 공기유입관(7) 내부의 공기와 연료공급관(5a) 내부의 혼합연료가 대기압 수준으로 유지 및 정체되고, 이로 인하여 각각의 솔레노이드 밸브(21)(30)가 일정 각도만큼 개방되어 있다 하더라도 연료유입밸브(15)와 리턴파이프(22) 및 연료혼합기(5)의 벤튜리(11)를 통한 연료의 유동이나 보조공기유입관(31)을 통한 공기의 유동이 발생하지 않게 된다.

상기와 같은 정지상태에서 차량을 출발시키기 위하여 시동을 건 다음, 차량의 가속을 위하여 가속페달을 밟게 되면, 드로틀밸브(8)가 일정각도 만큼 개방되면서 공기유입관(7)으로부터 연료혼합기(5)의 벤튜리(11)와 드로틀밸브(8)를 거쳐 유입되는 공기량이 증가하게 되며, 이로 이하여 드로틀밸브(8)의 후방측에 위치하는 서지탱크의 진공도가 낮아지게 되는 데, 이와 같이 서지탱크의 진공도가 낮아지게 되면 보조공기유입관(31)에 설치된 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통하여 흡입되던 공기량 또한 그 진공도에 비례하여 줄어들게 된다.

상기와 같이 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통하여 흡입되는 공기량이 줄어들게 되면, 산소센서와 ECU(20)에 의하여 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)와 함께 피드백 제어되는 메인듀티 솔레노이드 밸브(31)를 통한 연료의 분사량은 상대적으로 증가하게 되며, 이로 인하여 연료공급관(5a)을 거쳐 엔진으로 공급되는 혼합연료의 혼합비가 차량의 가속과 거의 동시에 가속시에 적합한 농후한 혼합비로 조정된다.

또한, 차량이 점차 가속되면서 드로틀밸브(8)의 후방측에 위치하는 서지탱크의 진공도가 회복되면, 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통한 공기의 유입량 또한 진공도에 비례하여 증가하게 되므로서 ECU(20)와 각 솔레노이드 밸브(21)(30)에 의한 정상적인 피드백 제어가 이루어지게 되며, 종래의 피드백 제어장치에서 슬로우듀티 솔레노이드 밸브(23)로 연료량을 제어하는 경우와 달리 가속시 연료량이 희박해졌던 현상이 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)에 의한 공기량의 제어를 통하여 가속시 연료량이 농후해지는 결과를 발생시키므로서 맵센서나 드로틀 포지션 센서에 의한 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)의 추가적인 연료보정이 필요 없어지게 되는 것이다.

상기와 같이 차량의 정지시로부터 차량이 점차 가속된 후 가속된 속도로 정속운전을 하게 되면, 드로틀밸브(8)의 후방에 위치하는 서지탱크의 진공도가 안정된 상태로 유지되므로서, 위에서 설명되어진 바와 같이 배기 매니폴드에 설치된 산소센서와 ECU(20) 및 각각의 솔레노이드 밸브(21)(30)에 의하여 혼합연료의 피드백제어가 정상적으로 이루어지게 되며, 이로 인하여 차량의 정속주행시 엔진으로 공급되는 혼합연료의 혼합비가 이론 공연비에 근접하도록 제어된다.

상기와 같은 차량의 정속운전 상태에서 차량을 급가속시킬 경우에는, 드로틀밸브(8)의 개방각도가 순간적으로 매우 크게 됨과 동시에 공기유입관(7)으로부터 연료혼합기(5a)의 벤튜리(11)와 드로틀밸브(8)를 거쳐 유입되는 공기량 또한 크게 증가하게 되며, 이로 인하여 드로틀밸브(8)의 후방측에 위치하는 서지탱크의 진공도가 급격히 낮아지게 되는 데, 이와 같이 서지탱크의 진공도가 급격히 낮아지게 되면 보조공기유입관(31)에 설치된 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통하여 흡입되던 공기량 또한 그 진공도에 비례하여 급격히 줄어들게 된다.

상기와 같이 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통하여 흡입되는 공기량이 급격히 줄어들게 되면, 산소센서와 ECU(20)에 의하여 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)와 함께 피드백 제어되는 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)를 통한 연료의 분사량은 상대적으로 크게 증가하게 되며, 이로 인하여 연료공급관(5a)을 거쳐 엔진으로 공급되는 혼합연료의 혼합비가 차량의 급가속과 거의 동시에 매우 농후한 혼합비로 조정되므로서 엘피지 차량의 고질적인 문제점이 출력저하나 역화현상이 전혀 발생하지 않게 되는 것이다.

상기와 같이 차량을 급가속시킨 후 차량을 감속시키기 위하여 가속페달에서 발을 떼게 되면, 개방된 드로틀밸브(8)가 일정각도 만큼 폐쇄되면서 공기유입관(7)으로부터 연료혼합기(5)의 벤튜리(11)와 드로틀밸브(8)를 거쳐 유입되는 공기량이 현저히 줄어들게 되고, 이로 인하여 드로틀밸브(8)의 후방측에 위치하는 서지탱크의 진공도가 급격히 높아지게 되는 데, 이와 같이 서지탱크의 진공도가 급격히 높아지게 되면 보조공기유입관(31)에 설치된 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통하여 흡입되던 공기량 또한 그 진공도에 비례하여 급격히 늘어나게 된다.

상기와 같이 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통하여 흡입되는 공기량이 급격히 늘어나게 되면, 산소센서와 ECU(20)에 의하여 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)와 함께 피드백 제어되는 메인듀티 솔레노이드 밸브(21)를 통한 연료의 분사량은 상대적으로 줄어들게 되며, 이로 인하여 연료공급관(5a)을 거쳐 엔진으로 공급되는 혼합연료의 혼합비가 차량의 감속과 거의 동시에 감속시에 적합한 희박한 혼합비로 조정되므로서, 낮은 회전수 조건하에서 차량의 아이들 불안정이나 시동꺼짐을 방지함과 동시에 연료의 절약과 완전연소에 의한 공해방지 및 엔진의 성능향상에 크게 기여할 수 있게 되는 것이다.

뿐만 아니라, 동일한 운전조건하에서 평길을 기준으로 하여 내리막길에서는 서지탱크의 진공도가 평길보다 높아지고 오르막길에서는 그 진공도가 평길보다 높아지게 되는 데, 내리막길에서는 서지탱크의 높은 진공도에 의하여 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통한 공기의 유입량이 많아지게 되므로서 혼합연료가 상대적으로 희박해지고, 오르막길에서는 서지탱크의 낮은 진공도에 의하여 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통한 공기의 유입량이 적어지게 되므로서 혼합연료가 상대적으로 농후하게 유지되므로서, 차량의 운전상태 변화시 뿐만 아니라 각종 도로상태의 변화시에도 그에 적합한 혼합연료의 혼합비가 적절하게 제어된다.

특히, 경사가 심한 오르막길에서 차량을 출발시킬 경우에는 드로틀밸브(8)가거의 완전하게 개방된 상태에서도 엔진에서 출력을 제대로 발생시키지 못하여 서지탱크의 진공도가 극도로 낮아지게 되는 데, 이러한 경우에는 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)를 통하여 공기를 거의 공급할 수가 없기 때문에 연료량이 상대적으로 매우 농후하게 유지되며, 이로 인하여 경사가 급한 오르막길에서도 엘피지 차량의 등판능력을 보다 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 따른 공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치는, 연료혼합기를 통하여 엔진으로 공급되는 연료량은 메인튜티 솔레노이드 밸브에 의하여 제어할 수 있도록 하고, 연료혼합기로 흡입되기 전의 공기 중 그 일부를 메인듀티 솔레노이드 밸브와 반비례식으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브에 의하여 드로틀밸브의 후방측으로 공급시킬 수 있도록 하므로서, 차량의 정속주행시에는 완전연소에 가장 적합한 연료혼합비로 혼합연료를 피드백 제어할 수 있게 됨과 동시에 차량의 감속이나 가속 또는 급가속과 같은 각종 주행여건의 변화 뿐만 아니라 각종 도로상황의 변화시에도 그 변화된 여건에 가장 적합한 연료혼합비로 혼합연료를 피드백 제어할 수 있는 효과가 있다.

특히, 차량의 운행상태 변화에 따른 서지탱크의 진공도 변화에 맞추어 연료공급관으로 유입되는 공기량이 자연발생적으로 빠르게 조절되도록 하므로서, 차량의 운행상태 조작시점과 거의 동시에 변화된 운행상태에 가장 적합한 연료혼합비를 빠르고 신속하게 조절하여 피드백 제어장치의 응답성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 가속시 발생하는 엘피지 차량의 출력저하나 역화현상을 방지하고 감속시나 낮은 회전수 조건하에서의 아이들 불안정이나 시동꺼짐을 방지함과 동시에 연료의 절약과 완전연소에 의한 공해방지 및 엔진의 성능향상에 크게 기여할 수 있는 효과가 있다.

뿐만 아니라, 공기량이 자연적으로 조절됨에 따라 기존의 맵센서나 드로틀 포지션 센서와 같은 부가적인 센서를 설치할 필요없이 산소센서를 설치하는 것만으로도 피드백 제어장치의 효율적인 작동을 이루어 낼 수 있는 효과가 있으며, 이로 인하여 피드백 제어장치의 전체적인 구성을 매우 단순화시킬 수 있고, 차량의 수리시에도 적은 비용으로 피드벡 제어장치를 수리 및 교체할 수 있으며, 그 수리나 교체에 따른 작업 또한 최소화시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 공기유입관(7)과 연료공급관(5a)이 연료혼합기(5)의 양측에 연결 설치되고, 상기 연료혼합기(5)의 몸체(10) 내부에는 연료흡입공간(12)과 연료분사구(13)가 형성되도록 벤튜리(11)가 설치되며, 상기 연료혼합기(5)의 상부에는 조절나사(16)가 체결된 연료유입밸브(15)에 의하여 연료유입관(4a)이 상기 연료흡입공간(12)과 연통되도록 연결 설치되고, 상기 연료유입관(4a)과 연료유입밸브(15)를 연결하는 리턴파이프(22)에는 ECU(20)와 접속되는 메인튜티 솔레노이드 밸브(21)가 설치된 것에 있어서,

   상기 공기유입관(7)과 연료공급관(5a)은 각 배관(5a)(7)의 내부공간으로 관통되는 보조공기유입관(31)에 의하여 연결 설치되고,

   상기 연료공급관(5a)측으로 관통되는 보조공기유입관(31)의 일측 단부는 드로틀밸브(8)의 후방에 위치하도록 설치되며,

   상기 보조공기유입관(31)에는 ECU(20)와 접속되어 메인튜티 솔레노이드 밸브(21)와 역방향으로 작동하는 공기량제어 솔레노이드 밸브(30)가 설치되는 것을 특징으로 하는 공기를 이용한 엘피지 차량의 피드백 제어장치.