KR20040018795A - 엘피아이 엔진 시동성 향상 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘피아이 엔진의 고온 상태에서 시동 오프 후 재 시동시 연료 라인 내 기상 연료 존재시 또는 연료압 형성전 연료 분사시 연료분사량 부족에 의한 시동성이 악화됨을 방지할 목적으로;

엘피아이 엔진에 있어서, 시동성 향상 방법은 엔진 시동 여부에 따라 연료 압력 목표치를 각각 다르게 설정하는 단계와; 연료압의 목표치 도달여부를 판단하여 연료 펌프 회전수를 설정하는 단계로 이루어져 있어서, LPI 시동성이 향상되고, 연료 펌프 작동 소음이 저감되는 효과가 있다.

Description

엘피아이 엔진 시동성 향상 방법{a method for LPI engine starting in improvement}

본 발명은 엘피아이(LPI: Liquified Petroleum gas Injection)엔진에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 연료 조성을 이용한 LPI 엔진의 PCD(Partial Cool Down) 시동성을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.

LPI(Liquefied Petroleum gas Injection)엔진이란, 연료의 증기압만으로 연료를 밀어내는 기존의 LPG 엔진과는 다른, LPG 봄베 내에 펌프를 설치하여 액상의 LPG 연료를 연료라인을 통하여 압송한 후 가스 인젝터로부터 액상의 연료를 분사하는 구조로 되어 있다.

일반적으로 LPG는 열을 받아 온도가 증가하게 되면 포화증기압이 포물선적으로 급증하는 특성을 가지기 때문에, 엔진룸의 온도가 상승하게 되면 연료 라인 내 압력도 그 만큼 증가하게 된다.

특히, 고속 고부하 주행중 정지시에는 엔진 복사열을 연료라인이 직접적으로 받게 되어 엔진 룸 내에 정체되어 있는 연료는 그 압력 증가가 더욱 커지게 된다.

따라서, 고온 상태의 엔진을 시동 오프 하게되면, 연료는 압력 조절장치 작동압력 이상이 되기 때문에 조절장치를 지나 봄베쪽으로 서서히 리턴되게 되어 결국 연료라인내 상태는 액상과 기상의 연료가 혼재하는 액기상 상태가 된다.

LPG의 경우 액상에서 기상으로 변하게 되면 부피가 약 250배로 증가되기 때문에 약간의 기상이 존재하는 상태로 연료 분사를 하게되면 혼합기는 결국 상당히희박(Lean)한 상태가 되어 시동성 악화(시동시간이 길면서도 힘없이 시동이 걸리는 현상) 또는 시동이 걸렸다 다시 꺼지는 엔진 스톨 현상이 발생할 수 있다.

또한 펌프가 회전하여 연료라인 내의 압력을 빨리 상승시켜야 라인내에 존재하는 기상연료를 액상으로 변환시킬 수 있는데 압력 상승전에 시동을 걸게되면 인젝터로부터 연료가 누출되는 현상이 되어 결국 연료압 형성시간에도 악영향을 주게된다.

즉, 이그니션 온 후 시동시 연료라인 내의연료 온도와 압력을 측정하여 이를 엔진 제어 장치 내에 저장되어 있는 온도에 따른 포화증기압간의 관계에 따른 LPG의 포화증기압선도를 기준으로, 현재 라인의 상태가 액체/기체 또는 혼재된 상태인 지를 확인하여 충분히 액체 상태로 되어 있는 것을 확인한 후 분사시켜야 하나, 기존의 경우에는 LPG 조성에 대한 고려가 되어 있지 않아 액상화 완료에 대한 정확한 연료압 설정이 불가한 문제점을 내포하고 있다.

예를 들어 라인내 연료 온도 50℃의 경우 부탄 100% 연료는 4bar이상이 되면 액상으로 되나, 프로판 30% + 부탄 70% 연료의 경우는 8bar 이상이 되어야 액상으로 변화되기 때문에 연료의 조성을 모르게 되면 국내 연료의 최대 프로판 함량을 기준(약 30%)으로 이 압력에 도달해서야 연료 분사가 이루어지게 되어 시동지연의 문제를 유발하게 된다.

따라서 상기한 문제를 만회하기 위해 펌프는 일단 이그니션 온 하게 되면 구동을 시작하게 된다.

즉, 초기에 라인 내 압력을 신속히 증가시키기 위하여 시동키 작동 유무에관계없이 동일하게 최대 모터 최대 속도로 펌프를 제어하게 되는데 , 시동시에는 엔진 소음에 의해 펌프음이 들리지 않으나, 이그니션 온 상태에서는 펌프음이 크게 들리는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엘피아이 엔진의 고온 상태에서 시동 오프 후 재 시동시 연료 라인 내 기상 연료 존재시 또는 연료압 형성전 연료 분사시 연료분사량 부족(PCD : Partial Cool Down)에 의한 시동성이 악화되는 문제점을 개선하기 위한 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엘피아이 엔진의 시동성 향상 제어 장치 구성 블록도 이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법 동작 순서도 이고,

도 3은 엘피지 포화 증기압 선도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 차량 동작상태 검출장치 110 : 엔진 회전수 검출부

120 : 연료 라인 온도 검출부

130 : 이그니션 스위치 상태 검출부 140 : 연료 압력 검출부

200 : 엔진 제어 장치 300 : 연료 펌프 구동장치

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

엘피아이 엔진에 있어서 시동성 향상 방법은 연료 조성과 연료 라인 온도에 의한 포화 증기압을 압력 목표치로 설정하는 단계와;

연료압의 목표치 도달여부를 판단하여 연료 펌프 회전수를 설정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 실시예는 본 발명의 범위을 한정하는 것이 아니고, 단지 일예로 제시된 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엘피아이 엔진의 시동성 향상 제어 장치 구성 블록도 이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 적용되는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법 동작 순서도 이고, 도 3은 엘피지 증기압 선도이다.

본 발명의 실시예에 따른 엘피아이 엔진의 시동선 개선 제어 장치는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수, 연료 라인 온도, 이그니션 스위치 상태 및 연료 압력 등을 검출한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되어 인가되는 엔진 회전수, 연료 라인 온도, 이그니션 스위치 및 연료 압력 등을 입력받아 이그니션 온 시 이전 사이클에서 계산된 연료 조성치를 모델링한 후, 엔진 시동시 연료 라인 온도 대비 인젝터 내부 온도 상승치를 설정한 다음, 인젝터 내부 가스 온도를 예측하여 연료 목표압을 설정한 후, 연료압의 목표치 도달여부를 판단하여 연료 펌프 회전수를 설정하여 연료 펌프 제어신호를 출력한다.

구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 연료 분사 및 연료 펌프 제어신호에 동기되어, 연료 펌프 회전수를 조절하고, 연료 분사량을 조절한다.

상기에서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부(110)와;

차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 연료 라인 온도 변화를 검출하는 연료 라인 온도 검출부(120)와;

운전자의 시동 키 조작여부에 따라 이그니션 스위치의 온/오프 상태를 검출하는 이그니션 스위치 상태 검출부(130)와;

차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 연료 라인의 압력 변화를 검출하는 연료 압력 검출부(140)로 이루어져 있다.

상기에서 구동 장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 연료 분사 제어신호에 동기되어 엔진으로 액상의 연료를 분사하는 연료 분사 구동부(310)와;

상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 연료 펌프 제어신호에 동기되어 연료 펌프의 회전수를 조절하는 연료 펌프 구동부(320)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법을 첨부한 도 2 및 도 3을 참조하여 예를 들어 설명한다.

엘피아이(LPI) 차량을 주행시키기 위해 운전자가 시동 키를 조작하여 이그니션 스위치를 온 시키면, 엔진 제어 장치(200)는 전회 주행 사이클에서 계산된 연료조성 계산치를 연료 조성 모델링 값으로 적용함과 동시에 타이머(T_DLY_IGON)를 작동 시킨다(S100,S110).

이 후, 엔진 제어 장치(200)는 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수, 연료 라인 온도, 이그니션 스위치 상태 및 연료 라인 압력 등을 입력받기 위한 소정의 제어신호를 출력한다.

차량 동작상태 검출장치(100)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 검출되는 엔진 회전수, 연료 라인 온도, 이그니션 스위치 상태 및 연료 라인 압력 등을 출력한다.

이에, 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 인가되는 엔진 회전수, 연료 라인 온도, 이그니션 스위치 상태 및 연료 라인 압력 등을 입력받아 엔진 시동여부를 판단한다(S120).

상기에서 엔진 시동이 판단되지 않으면, 엔진 제어 장치(200)는 연료 라인 온도 검출 값(TGAS)을 입력받아, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 상기(S100) 설정된 연료조성 대비 연료라인 온도로부터 LPG의 포화 증기압인 연료 목표압(P_C4H10_TGAS)을 설정한다(S130,S140).

이 후, 엔진 제어 장치(200)는 현재의 연료 라인의 연료압(PGAS_L)을 입력받아 상기 설정된 연료 목표압(P_C4H10_TGAS)과 연산하여, 연료 라인의 연료압이 목표 연료압에 도달하였는가를 판단한다(S150,S160).

△PGAS = PGAS_L - P_C4H10_TGAS

△PGAS > 0

상기에서 연료 라인의 연료압이 목표 연료압에 도달함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 메모리에 저장되어 있는 연료 펌프의 최소 속도 값을 설정하여 연료 펌프를 최소속도로 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력한다(S170).

하지만, 상기에서 연료압이 목표 연료압에 도달하지 못한 경우, 엔진 제어 장치(200)는 소음을 고려한 연료 펌프 최대 속도 소음 시험을 통하여 메모리에 저장되어 있는 연료 펌프를 제어하기 위한 연료 펌프 속도 제어 값을 설정하여 소정의 연료 펌프 제어신호를 출력한다(S180).

따라서, 상기(S170,S180)에서 연료 펌프를 제어함으로써, 엔진 제어 장치(200)는 이그니션 스위치가 온 된 상태에서부터 카운트되어 온 타이머를 확인한다(S190).

즉, 이그니션 온시 펌프 작동 최대시간(C_DLY_IGON)과 타이머 작동시간(T_DLY_IGON)을 비교하여 차이가 발생됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 엔진 시동 여부를 판단하는 단계(S120)로 리턴한다(S200).

△TON = C_DLY_IGON - T_DLY_IGON

△TON > 0

상기에서 이그니션 온시 펌프 작동 최대시간(C_DLY_IGON)과 타이머 작동시간(T_DLY_IGON)이 차이가 없다면, 엔진 제어 장치(200)는 연료 펌프의 작동을 중지하고, 메인 루틴으로 리턴한다(S210).

그러나, 상기(S120)에서 차량의 이그니션 스위치가 온 된 이 후, 엔진 시동이 온 됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 타이머를 리셋 및 재작동(T_DLY_ST)시키고, 연료 라인 온도 대비 인젝터 내부 온도의 상승치(DEL_TGAS_INJ)를 설정한다(S300,S310).

이는 엔진의 고온 시동시에는 연료 라인 대비 인젝터 내부온도 상승에 따라서 연료 라인은 액화 완료되어도 인젝터는 기상이 존재하게되기 때문이다.

상기 인젝터 내부 온도의 상승 예상치는 차량의 엔진 냉각수와 엔진 룸 내의 온도인 흡기 온도를 기준으로 시험을 통하여 설정하여 메모리에 저장되어 있다.

상기에서 인젝터 내부 온도의 상승치(DEL_TGAS_INJ)가 결정됨에 따라 엔진 제어 장치(200)는 연료 라인의 온도(TGAS_L)를 검출하여 인젝터 내부 가스 온도(TGAS)를 예측한다(S320).

상기에서 인젝터 내부 가스온도(TGAS)는 상기 검출되는 연료 라인 온도(TGAS_L) + 인젝터 내부온도의 상승치(DEL_TGAS_INJ)로 연산하여 예측한다.

이어서, 엔진 제어 장치(200)는 상기(S100) 이그니션 온 상태에서의 연료 조성 모텔링 값(C_C4H10)과 상기(S320)에서 예측된 인젝터 내부 가스 온도(TGAS)로부터, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 LPG의 포화 증기압인 연료 목표압(P_C4H10_TGAS)을 설정한다(S330).

상기에서 연료 목표압(P_C4H10_TGAS)이 설정됨에 따라, 엔진 제어 장치(200)는 연료 라인의 연료압(PGAS_L)를 검출하여, 상기 검출된 연료 라인의 연료압(PGAS_L)이 연료 목표압(P_C4H10_TGAS)에 도달되었는가를 판단한다(S340,S350).

△PGAS = PGAS_L - P_C4H10_TGAS

△PGAS > 0

상기에서 연료 라인의 연료압이 목표 연료압에 도달함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 연료 압력 보정치에 각 운전 조건 기본 연료량(Ti)을 연산하여 연료 분사량을 산출한다(S360).

이어서, 엔진 제어 장치(200)는 상기에서 산출되는 연료 분사량에 따른 해당 연료 분사 제어신호를 출력하고, 엔진이 정상적으로 작동되는가를 판단한다(S370).

상기에서 엔진 정상 작동판단은 검출되는 엔진 회전수가 시동 판정 회전수보다 높다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 시동완료 및 엔진이 정상적(NORMAL) 상태로 작동됨을 판단한다.

따라서, 상기에서 엔진이 정상적으로 작동됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 엔진 회전수 대비 엔진 부하에 따른 연료 펌프의 속도를 제어하기 위한 목표 속도를 설정하고, 상기 설정된 목표 속도에 따라 연료 펌프의 회전을 제어하기 위한 소정의 연료 펌프 제어신호를 출력한 후, 메인 루틴으로 리턴한다(S380).

하지만, 상기(S350)에서 검출된 연료 라인의 연료압(PGAS_L)이 연료 목표압(P_C4H10_TGAS)에 도달하지 못함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 메모리에 저장되어 있는 연료 펌프 최대 속도 제어 값을 설정하여, 상기 연료 펌프를 최대 속도로 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하고, 타이머를 확인한다(S400,S410).

상기에서 엔진 시동시 펌프 최대 속도 작동 최대 시간(C_DLY_ST)에서 엔진 시동시부터 누적된 시간(T_DLY_ST)의 차를 연산하여, 시간적 차이가 발생됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 인젝터 내부 온도의 상승치를 설정하는 단계(S310)로 리턴한다.

하지만, 상기에서 엔진 시동시부터 펌프 작동시간의 차이가 발생되지 않음이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 연료 펌프의 속도를 메모리에 저장되어 있는 최소 속도 제어 값을 설정하여 해당 제어신호를 출력하고, 엔진 정지 여부를 판단한다(S430,S440).

상기에서 엔진이 정지됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 연료 펌프의 동작을 정지시키고, 모든 제어를 종료한다(S450).

이로써, 연료 펌프의 최고속도 회전 시간을 펌프 작동 최대 시간으로 제한함으로써 차량 전원의 소비됨을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 엘피아이 엔진의 고온 상태에서 시동 오프 후 재 시동시 연료 라인 내 기상 연료 존재시 또는 연료압 형성전 연료 분사시 연료분사량 부족에 의한 시동성이 악화됨을 방지함으로써, LPI 시동성이 향상되고, 연료 펌프 작동 소음이 저감되는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 엘피아이 엔진에 있어서, 시동성 향상 방법은 엔진 시동 여부에 따라 연료 압력 목표치를 각각 다르게 설정하는 단계와;

   연료압의 목표치 도달여부를 판단하여 연료 펌프 회전수를 설정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
2. 제 1항에 있어서, 연료 조성은 이그니션 온 상태에서 전회 사이클 계산치를 모델링 한 값인 것을 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
3. 제 1항에 있어서, 엔진 시동시 연료 압력 목표치 설정은 연료 조성과 인젝터 내부 예측 온도를 기준으로 설정하는 것을 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
4. 제 3항에 있어서, 인젝터 내부 예측 온도는 연료 라인 온도와 인젝터 내부 온도 상승 예상치로 산출되는 것을 더 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
5. 제 4항에 있어서, 인젝터 내부 온도 상승 예상치는 냉각수온과 흡기온에 의해 결정되는 것을 더 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
6. 제 1항에 있어서, 엔진 시동 오프상태에서의 연료 압력 목표치 설정은, 연료 조성과 연료 라인 온도에 의해 설정하는 것을 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상방법.
7. 제 1항에 있어서, 엔진 시동시 연료압이 목표치에 도달됨이 판단되면, 연료 분사량을 결정하여 해당 제어신호를 출력하고, 엔진이 정상 동작여부를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 엔진이 정상 동작됨이 판단되면, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따라 연료 펌프 목표 속도를 설정하여 연료 펌프 회전수를 제어하는 것을 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
8. 제 1항에 있어서, 엔진 시동시 목표치에 도달되지 않음이 판단되면, 연료펌프를 최대 속도로 제어하기 위한 제어신호를 출력하고, 연료 펌프 작동시간에 차이가 발생되지 않으면 연료 펌프 속도를 최소로 제어하는 것을 더 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
9. 제 1항에 있어서, 엔진 시동 오프시 연료압이 압력 목표치에 도달됨이 판단되면, 연료 펌프속도를 최소로 제어하고, 연료 펌프 작동 시간차를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 연료 펌프 작동 시간차가 펌프 작동 최대시간과 차이가 없으면 연료 펌프의 작동을 중지시키는 단계를 더 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.
10. 제 9항에 있어서, 엔진 시동 오프시 연료압이 압력 목표치에 도달되지 못함이 판단되면, 소음 레벨을 고려한 최대속도로 연료 펌프를 제어하는 단계를 더 포함하는 엘피아이 엔진의 시동성 향상 방법.