KR20040038849A - 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

가솔린 대체 연료의 분사 지연을 방지하고, 공연비의 적정을 도모하고자 하는 발명으로서, 본 발명의 LPG 분사 제어 장치는, 각 기통에 마련된 인젝터6과, 각종 센서31~35에서 검출된 운전 상태로부터 각 기통의 흡기 행정 초기에 가솔린 분사 신호를 출력하는 가솔린용 전자 제어 장치(가솔린용 ECU)2와, 가솔린 분사 신호를 LPG에 적합하도록 보정하여 LPG 분사 신호로서 각 인젝터6으로 출력하는 LPG용 ECU3을 마련한다. LPG용 ECU3은, 어느 기통의 금회 LPG 분사 시에, 가솔린용 ECU2로부터의 금회 가솔린 분사 신호Q1~Q4의 출력 개시시로부터, 예상한 제1 분사량 동안 대응하는 인젝터6으로 LPG 분사 신호를 출력하고, 금회 가솔린 분사 신호Q1~Q4의 출력 종료시로부터, 금회 가솔린 분사량에 대응하는 LPG 분사량과 제1 분사량과의 차이인 제2 분사량 부분 동안 LPG 분사 신호를 각 인젝터6으로 출력한다.

Description

엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치{Gasoline Alternative Fuel Injection Control Apparatus of Engine}
본 발명은, 엔진의 각 기통마다 액화 석유 가스(LPG)와 액화 천연 가스(LNG) 등의 가솔린 대체 연료를 분사 공급하는 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 가솔린 분사 제어 유닛을 포함하는 기초 시스템에, 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛 및 가솔린 대체 연료 분사용 연료계 장치를 추가하고, 기초 시스템의 가솔린 분사 제어 유닛으로부터 출력되는 가솔린 분사 신호를 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛으로부터 가솔린 대체 연료 분사 신호로 보정하여 출력하고, 가솔린 대체 연료 분사용 연료계 장치에 의해 가솔린 대체 연료 분사를 행하도록 한 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치에 관한 것이다.
종래부터, 가솔린 대체 연료로서, 예를 들면, LPG를 연료로 하는 엔진에 관한 기술이 다양하게 제안되어 왔다. 예를 들면, 하기의 비특허 문헌1에는, 'LPG 연료 엔진 시스템의 연구 개발 동향'과 관련한 발표가 되어 있고, 그 중에서도, 제5 세대(전자 제어 액상 분사 방식)의 연구 개발로서, Vialle사가 'LPi 시스템'으로서 생산ㆍ판매하고 있는 연료 공급 시스템이 소개되어 있다.
'LPi 시스템'은, 가솔린과 LPG를 교환하여 사용하는 'Bi-Fuel 시스템'으로 구성된다. 도4에 도시한 바와 같이, 이 시스템은, 기초가 되는 기초 차량 가솔린용 엔진 컨트롤 유닛(가솔린 ECU)과, 가솔린 인젝터를 포함하는 가솔린용 연료계 장치와, LPG용 컨트롤 컴퓨터(LPE)와, LPG 인젝터를 포함하는 LPG용 연료계 장치와, LPG/가솔린 교체 스위치를 포함한다. 이 스위치의 교체에 의해, 가솔린 ECU 및 가솔린 인젝터 등을 사용하여 엔진에 가솔린을 분사하는 모터와, LPE 및 LPG 인젝터 등을 사용하여 엔진에 LPG를 분사하는 모터가 교체된다. LPG 분사 모터에서는, LPE가 가솔린 ECU와 연동하여 LPG 인젝터에 의한 LPG 분사량을 제어한다.
즉, 기초가 되는 가솔린 ECU는, 공기량, 흡기 온도, 엔진 냉각수 온도 및 엔진 부하 등의 측정값에 기초하여 가솔린 분사량(가솔린 분사 시간)을 결정하고, 그 분사 신호를 LPE로 출력한다. LPE는, 그 가솔린 분사 시간을 LPG 분사량(LPG 분사 시간)으로 환산(보정)하여 LPG 인젝터로 출력하는 것에 의해, LPG 분사를 실행한다.
'LPi 시스템'에서는, 기초가 되는 가솔린 시스템이 독립 분사를 채용하는 경우에도, LPG 시스템에 관하여는, 2기통으로 동시에 분사하는 그룹 분사가 채용된다. 또한, LPE에서는 크랭크 각 신호가 공급되지 않고, 기초인 가솔린 ECU에서 결정되는 가솔린 분사 시간의 분사 종료 타이밍과 동시에 LPG 인젝터에 의한 분사가 개시되도록 되어 있다.
여기서, 'LPi 시스템'의 LPG 분사 제어를 다기통 엔진의 독립 분사로 적용한경우, 가솔린 ECU에 의한 가솔린 분사 타이밍과, LPE에 의한 LPG 분사 타이밍과의 관계는, 도5(a), (b)에 도시한 것과 같이 될 수 있다. 이 그래프에서는, 4기통 엔진에 관하여 도시하고 있고, 1번 기통 #1, 3번 기통 #3, 4번 기통 #4, 및 2번 기통 #2의 순서로 연료 분사가 행해진다. 이 도5(a)에서, 'A', 'B', 'C' 및 'D'를 붙인 직사각형은, 각 기통 #1, #3, #4, #2에 대응한 가솔린 분사 신호를 나타내고, 도5(b)에서, A', B', C' 및 D'를 붙인 직사각형은, 각 기통 #1, #3, #4, #2에 대응한 LPG 분사 신호를 나타내며, 각각 길이의 차이는 분사 시간의 차이를 나타내는 것이다. 도5(a)에 도시한 바와 같이, 소정 시간의 가솔린 분사 신호가 흡기 행정의 초기에 출력된다. 그리고, 그 가솔린 분사 신호의 종료 타이밍과 동시에, 도5(b)에 도시한 바와 같이, 각 기통 #1, #3, #4, #2 마다, LPG 분사 신호가 출력되기 시작한다.
[비특허 문헌1]
'자동차 기술' Vol. 55, No. 5, 2001, p.30-37
상기한 바와 같이 LPG 분사 제어를 다기통의 독립 분사 제어에 적용한 경우, 각 기통 #1~#4에서, 기초가 되는 가솔린 분사의 종료 타이밍에 LPG 분사를 개시하고 있기 때문에, 개개의 LPG 분사가 가솔린 분사보다도 지연되어 행해지게 된다.
여기에서, 일반적으로, 연료 분사 타이밍에 관하여는, 흡기 행정의 개시까지는 분사가 종료하는 것이 바람직하다고 알려져 있다. 그렇지만, 상기 LPG 분사 제어에서는, 도5(a)에 도시한 바와 같이, 각 기통 #1~#4 마다 흡기 행정의 초기에 가솔린 분사를 행하기 때문에, 이것과 대응한 각 기통 #1~#4에서 LPG 분사 타이밍이, 도5(b)에 도시된 바와 같이, 흡기 행정의 중ㆍ후기에 걸쳐지게 된다. 이 때문에, LPG 분사의 종료 시기 근처에서 분사되는 LPG가 대응하는 기통 #1~#4로 흡입되기 어렵게 되고, 적정한 공연비(air-fuel ratio)를 얻을 수 없게 되며, 엔진의 출력 저하를 초래하거나, 배기 방출을 악화시킬 우려가 있다.
특히, 엔진이 고부하가 되는 때에는, 가솔린 ECU에서 산출된 기초 가솔린 분사량이 상대적으로 많게 되고, 이것에 따라 LPE에서 보정된 LPG 분사 신호도 길어지게 된다. 이 때문에, LPG 분사 종료 시기 부근이 압축 행정으로 접어들게 되고, LPG가 대응하는 각 기통 #1~#4로 완전하게는 들어가지 못하게 되며, 상기 문제는 보다 심각하게 된다.
이상과 같은 문제는, LPG 이외의 LNG 등의 가솔린 대체 연료를 가솔린을 대신하여 사용하는 엔진에서도 일어날 수 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 전 기통에 가솔린 대체 연료의 연료 지연을 방지하고, 엔진의 공연비의 적정화를 도모한 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 엔진 시스템을 도시한 개략 구성도이다.
도2는 LPG 분사 제어에 관한 전기적 구성을 나타낸 블록도이다.
도3(a), (b)는 각 기통에 대응한 가솔린 분사 신호와 LPG 분사 신호와의 관계를 나타낸 타임 차트이다.
도4는 종래의 엔진 시스템을 도시한 개략 구성도이다.
도5(a), (b)는 종래 예에 따른 각 기통에 대응한 가솔린 분사 신호와 LPG 분사 신호와의 관계를 나타낸 타임 차트이다.
*부호의 설명*
1 … 가솔린용 엔진2 … 가솔린용 ECU(가솔린 분사 제어 유닛)
3 … LPG용 ECU(가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛)
6 … LPG 인젝터31 … 조절 센서
32 … 흡기압 센서33 … 수온 센서
34 … 회전 속도 센서35 … 산소 센서(31~35는 운전 상태 검출 수단에 해당한다)
#1 … 1번 기통#2 … 2번 기통
#3 … 3번 기통#4 … 4번 기통
Q1 … 1번 기통의 가솔린 분사 신호Q2 … 2번 기통의 가솔린 분사 신호
Q3 … 3번 기통의 가솔린 분사 신호Q4 … 4번 기통의 가솔린 분사 신호
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항1에 기재된 발명은, 다수의 기통을 포함하고, 각 기통마다 일련의 흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정 및 배기 행정을 상호 바꿔가면서 순차적으로 반복하도록 작동하는 엔진과, 각 기통마다 가솔린 대체 연료를 분사 공급하기 위한 다수의 인젝터와, 엔진의 운전 상태를 검출하기 위한운전 상태 검출 수단과, 검출된 운전 상태에 기초하여 소정의 분사 순서로 대응하는 기통에 공급해야 할 가솔린 분사량을 산출하고, 그 분사량을 각 기통의 흡기 행정의 초기에 가솔린 분사 신호로서 출력하기 위한 가솔린 분사 제어 유닛과, 각 기통마다 출력된 가솔린 분사 신호를 가솔린 대체 연료로 적합하도록 보정하여 가솔린 대체 연료 분사 신호로서 각 기통마다의 인젝터로 순차 출력하기 위한 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛을 포함한 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치로서, 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛은, 어느 기통의 금회의 가솔린 대체 연료 분사 때에, 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회의 가솔린 분사 신호의 출력 개시시로부터, 예상한 제1 분사량에 상당하는 제1 분사 시간 동안 가솔린 대체 연료 분사 신호를 출력하고, 그 후, 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회 가솔린 분사 신호의 출력 종료시로부터, 금회의 가솔린 분사량에 대응하는 가솔린 대체 연료 분사량과 예상한 제1 분사량과의 차이를 후(後)분사량으로서 그 후분사량에 상당하는 제2 분사 시간 동안 가솔린 대체 연료 분사 신호를 출력하는 것을 취지로 한다.
상기 본 발명의 구성에 따르면, 각 기통마다 일련의 흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정 및 배기 행정을 상호 바꿔 가면서 순차 반복하도록 작동하는 엔진 내에, 운전 상태 검출 수단에 의해 그 운전 상태가 검출된다. 그리고, 그 검출된 운전 상태에 기초하여, 가솔린 분사 제어 유닛에서는, 소정의 분사 순서에 대응하는 기통으로 공급해야 할 가솔린 분사량을 산출하고, 그 분사량은, 각 기통의 흡기 행정의 초기에, 가솔린 분사 신호로서 출력된다. 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛에서는, 각 기통마다 출력되는 가솔린 분사 신호가 가솔린 대체 연료에 적합하도록보정되어 가솔린 대체 연료 분사 신호로서 각 기통마다의 인젝터로 순차 출력되고, 각 인젝터에 의해 가솔린 대체 연료의 분사가 행해진다.
여기에서, 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛에서는, 어느 기통의 금회의 가솔린 대체 연료 분사 때에, 최초로, 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회의 가솔린 분사 신호의 출력 개시시로부터, 예상한 제1 분사량에 상당하는 제1 분사 시간 동안 가솔린 대체 연료 분사 신호가 대응하는 인젝터로 출력된다. 그 후, 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회 가솔린 분사 신호의 출력 종료시로부터, 금회의 가솔린 분사량에 대응하는 가솔린 대체 연료 분사량과 예상한 제1 분사량과의 차이를 제2 분사량으로서 그 제2 분사량에 상당하는 제2 분사 시간 동안 가솔린 대체 연료 분사 신호가 대응하는 인젝터로 출력된다. 따라서, 어느 기통의 금회 가솔린 대체 연료 분사 때에, 금회 가솔린 대체 연료 분사량의 분사는, 예상한 제1 분사량과 제2 분사량으로 분할되어 당해 기통의 흡기 행정이 완료하기까지의 사이에 행해지게 된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항2에 기재된 발명은, 청구항1에 기재된 발명에서, 예상한 제1 분사량은, 가솔린 분사 제어 유닛에서 전회 이전의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량 중의 소정 비율에 상당하는 것을 취지로 한다.
상기 발명의 구성에 따르면, 청구항1에 기재된 발명의 작용에 더하여, 예상한 제1 분사량은, 가솔린 분사 제어 유닛에서 전회 이전의 분사 순서에 대응하여산출된 가솔린 분사량에 따라 결정되기 때문에, 그 때 그 때마다 엔진의 운전 상태에 따른 예상된 제1 분사량이 얻어진다.
이하, 본 발명의 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치를 구체화한 일 실시 형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도1에, 본 실시의 형태인 LPG 엔진 시스템을 개략 구성도로 나타내었다. 이 엔진 시스템은, 가솔린용 엔진1과, 본 발명의 가솔린 분사 제어 유닛으로서의 가솔린용 전자 제어 장치(가솔린용 ECU)2를 포함하는 기초 시스템에 대하여, 본 발명의 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛으로서의 LPG용 전자 제어 장치(LPG용 ECU)3 및 LPG 분사용 연료계 장치를 마련한 것으로 구성된다. 이 엔진 시스템은, 가솔린용 ECU2부터 출력되는 가솔린 분사 신호를 LPG용 ECU3에 의해 LPG에 적합하도록 보정하여 LPG 분사 신호로서 출력하고, LPG 분사용 연료계 장치로부터 LPG 분사를 행하도록 구성한 mono-fuel 타입이다.
차량에 탑재된 이 엔진 시스템은, 가솔린 대체 연료로서 LPG를 저장하기 위한 LPG 탱크4를 가진다. LPG 탱크4에 내재된 LPG 펌프5는, 상기 탱크4에 저장된 LPG를 토출한다. 이 실시 형태에서, 가솔린용 엔진1은, 왕복 타입의 4기통 엔진이고, 1번 기통 #1, 2번 기통 #2, 3번 기통 #3 및 4번 기통 #4의 각각마다 일련의 흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정 및 배기 행정을 상호 바꿔가면서 순차적으로 반복하도록 작동하는 것이다. 각 기통 #1~#4의 각각에는, LPG를 분사 공급하기 위한 LPG 인젝터6이 마련되어 있다. LPG 펌프5로부터 토출된 LPG는, LPG 라인7 및 운반파이프8을 통하여 각 LPG 인젝터6으로 공급된다. 공급된 LPG는, 각 LPG 인젝터6이 작동하는 것에 의해, 흡기 통로9로 통하는 각 기통 #1~#4의 흡기 포트로 액상으로 분사된다. 흡기 통로9에는, 외부로부터 공기가 공급된다. 흡기 통로9에 공급된 공기와, 각 LPG 인젝터6으로부터 분사된 LPG는, 가연 혼합 공기로서 각 기통 #1~#4의 연료실10으로 흡입된다.
흡기 통로9에는, 소정의 가속 장치(미도시)에 의해 조작되는 조절 밸브11이 마련되어 있다. 이 조절 밸브11이 개폐되는 것에 의해, 흡기 통로9로부터 각 연소실10으로 흡입되는 공기량(흡기량)이 조절된다.
각 기통 #1~#4의 연료실10에 각각 마련된 점화 플러그12는, 점화 코일13으로부터 출력되는 점화 신호를 받아서 점화 작동한다. 각 점화 플러그12 및 점화 코일13은, 연료실10에 흡입된 가연 혼합 공기로 점화하기 위한 점화 장치를 구성한다. 각 기통 #1~#4에서, 흡기 행정에서 연소실10으로 흡입된 가연 혼합 공기는, 압축 행정에서 압축되고, 팽창 행정에서 점화 플러그12가 불꽃 작동하는 것에 의해 폭발ㆍ연소하여 팽창한다. 연소 후의 배기 가스는, 그 후의 배기 행정에서 연료실10으로부터 배기 통로14를 통하여 외부로 배출된다. 그리고, 각 기통 #1~#4의 연료실10에 있어서 가연 혼합 공기의 연소에 따라, 피스톤15가 상승 운동하여 크랭크 축16이 회전하는 것에 의해, 차량을 주행시키기 위한 구동력이 엔진1에서 얻어진다.
LPG 펌프5의 출구와 LPG 라인7의 도중에는, LPG 유통을 강제적으로 차단하기 위한 차단 밸브17, 18이 각각 마련되어 있다. 운반 파이프8에 있어서 LPG 압력을일정하게 유지하기 위한 압력 조정 장치20이 마련되어 있다.
엔진1 등에 마련된 각종 센서 31, 32, 33, 34, 35는, 엔진1의 운전 상태에 관한 각종 운전 매개 변수를 검출하기 위한 본 발명의 운전 상태 검출 수단에 상당하는 것이고, 각각 가솔린용 ECU2에 접속된다. 즉, 조절 밸브11의 근방에 마련된 조절 센서31은, 조절 밸브11의 열린 정도(조절 개도)TA를 검출하고, 그 검출 값에 따른 전기 신호를 출력한다. 흡기 통로9에 마련된 흡기압 센서32는, 조절 밸브11부터 하류 측의 흡기 통로9에 있어서 흡기압PM을 검출하고, 그 검출 값에 따른 전기 신호를 출력한다. 엔진1에 마련된 수온 센서33은, 엔진1의 내부를 흐르는 냉각수의 온도(냉각수온)THW를 검출하고, 그 검출 값에 따른 전기 신호를 출력한다. 엔진1에 마련된 회전 속도 센서34는, 크랭크 축16의 회전 속도(엔진 회전 속도)NE를 검출하고, 그 검출 값에 따른 전기 신호를 출력한다. 배기 통로14에 마련된 산소 센서35는, 배기 통로14로 배출된 배기 가스 중의 산소 농도(출력 전압)Ox를 검출하고, 그 검출 값에 따른 전기 신호를 출력한다.
이 실시 형태에서, 가솔린용 ECU2는, 전술한 각종 센서31~35로부터 출력된 각종 신호를 입력한다. 가솔린용 ECU2는, 이들의 입력 신호에 기초하여, 가솔린 분사 제어 및 점화 시간 제어 등을 실행하고, LPG용 ECU3에 대하여, 각 기통 #1~#4에 대응한 가솔린 분사 신호 Q1, Q2, Q3, Q4를 출력함과 동시에, 점화 코일13에 각 기통 #1~#4에 대응한 점화 신호를 출력한다. 가솔린 분사 신호 Q1, Q2, Q3, Q4는, 본래, 기초 시스템에서는, 가솔린 인젝터를 구동하기 위한 구동 신호에 상당하는 것이다.
여기에서, 가솔린 분사 제어는, 본래의 기초 시스템에서, 각 기통 #1~#4에 마련된 가솔린 인젝터에 의한 가솔린 분사량 및 그 분사 시기를 엔진1의 운전 상태에 기초하여 제어하는 것이다. 따라서, 가솔린용 ECU2에서는, 엔진1의 운전 상태에 따른 가솔린 분사량이 산출되고, 그 분사량이 가솔린 분사 신호 Q1, Q2, Q3, Q4로서 LPG용 ECU3으로 출력된다. 점화 시기 제어는, 엔진1의 운전 상태에 따라서 점화 코일13을 제어하는 것에 의해, 각 기통 #1~#4의 점화 플러그12에 의한 점화 시기를 제어하는 것이다.
여기에서, LPG 탱크4, LPG 펌프5, LPG 라인7, 압력 조절 장치8, 각 LPG 인젝터6, 회수 라인19 및 차단 밸브17, 18은, 기초 시스템을 mono-fuel 타입의 LPG 엔진 시스템으로 하기 위하여, 가솔린 분사용 연료계 장치에 대신하여 마련된 LPG 분사용 연료계 장치이다. LPG는, 가솔린에 비하여, 온도와 압력에 대한 성상 변화가 크기 때문에, 각 LPG 인젝터6으로부터의 LPG 분사량을 정확하게 산출하기 위하여, LPG의 온도 상태 및 압력 상태에 따라서 LPG 분사량을 보정할 필요가 있다. 그리하여, LPG 온도 상태 및 압력 상태를 검출하기 위하여, LPG 탱크4에는, 탱크용 LPG 온도 센서36 및 탱크용 LPG 압력 센서37이 마련되고, 운반 파이프8에는, 파이프용 LPG 온도 센서38 및 파이프용 LPG 압력 센서39가 마련된다. 이들 센서36~39는, LPG용 ECU3에 각각 접속된다. 또한, LPG용 ECU3에는, LPG 펌프5, 두 개의 차단 밸브17, 18 및 각 기통 #1~#4의 LPG 인젝터6이 각각 접속된다. 또한, LPG용 ECU3에도, 조절 센서31이 접속된다.
이 실시 형태에서, LPG용 ECU3은, 각종 센서31, 36~39로부터 출력된 각종 신호를 입력한다. LPG용 ECU3은, 이들의 입력 신호에 기초하여, 가솔린 분사 신호 Q1, Q2, Q3, Q4를 LPG에 적합하도록 보정하는 보정 제어와, 가솔린 분사 시간을 LPG 분사 시간으로 치환하기 위한 시간 제어를 실행하고, 각 기통 #1~#4 마다의 LPG 인젝터6으로 LPG 분사 신호로서 순차 출력한다.
가솔린용 ECU2 및 LPG용 ECU3은, 각각 중앙 처리 장치(CPU), 롬(read only memory), 램(random-access memory), 백업 램, 외부 입력 회로 및 외부 출력 회로 등을 포함한다. 각 ECU2, 3은, 각각 CPU, ROM, RAM 및 백업 램과, 외부 입력 회로 및 외부 출력 회로 등을 버스에 의해 접속하여 이루어지는 논리 연산 회로를 구성한다. 각 ROM은, 각종 제어에 관한 소정의 제어 프로그램을 미리 기억한 것이다. 각 RAM은, 각 CPU의 연산 결과를 일시 기억하는 것이다. 각 CPU는, 입력 회로를 통하여 입력된 각종 센서31~39로부터의 검출 신호에 기초하여, 소정의 제어 프로그램에 따라서 전술한 각종 제어 등을 실행한다.
도2는, 이 엔진 시스템의 LPG 분사 제어에 관한 전기적 구성을 블록도로 나타낸 것이다. 가솔린용 ECU2에는, 상기 각종 센서31~35가 각각 접속된다. LPG용 ECU3에는, 상기 각종 센서31, 36~39가 각각 접속된다. 가솔린용 ECU2는, 2번 기통 #2, 1번 기통 #1, 3번 기통 #3 및 4번 기통 #4의 각각에 대응한 가솔린 분사 신호 Q2, Q1, Q3, Q4를 위한 출력 단자 41a, 41b, 41c, 41d를 가진다. 이들 출력 단자41a~41d가, LPG용 ECU3에 마련된 각 입력 단자 42a, 42b, 42c, 42d에 대하여 평행하게 접속된다. 또한 LPG용 ECU3은, 2번 기통 #2, 1번 기통 #1, 3번 기통 #3 및 4번 기통 #4의 각각에 대응한 LPG 분사 신호를 위한 출력 단자 43a, 43b, 43c,43d를 가진다. 이들 출력 단자43a~43d는, LPG용 ECU3에 마련된 각 입력 단자 42a~42d로부터의 신호에 대응하고, 2번 기통 #2, 1번 기통 #1, 3번 기통 #3 및 4번 기통 #4마다 마련된 LPG 인젝터6에 각각 접속된다. 이것에 의해, 가솔린용 ECU2로부터 출력된 2번 기통 #2에 대응하는 가솔린 분사 신호Q2는, LPG용 ECU3에 있어서 LPG에 적합하도록 보정되고, 2번 기통 #2에 대응하는 LPG 인젝터6으로 LPG 분사 신호로서 출력된다. 마찬가지로, 가솔린용 ECU2로부터 출력된 1번 기통 #1에 대응하는 가솔린 분사 신호Q1은, LPG용 ECU3에 있어서 LPG에 적합하도록 보정되고, 1번 기통 #1에 대응하는 LPG 인젝터6으로 LPG 분사 신호로서 출력된다. 또한, 가솔린용 ECU2로부터 출력된 3번 기통 #3에 대응하는 가솔린 분사 신호Q3은, LPG용 ECU3에 있어서 LPG에 적합하도록 보정되고, 3번 기통 #3에 대응하는 LPG 인젝터6으로 LPG 분사 신호로서 출력된다. 역시, 가솔린용 ECU2로부터 출력된 4번 기통 #4에 대응하는 가솔린 분사 신호Q4는, LPG용 ECU3에 있어서 LPG에 적합하도록 보정되고, 4번 기통 #4에 대응하는 LPG 인젝터6으로의 LPG 분사 신호로서 출력된다.
이하에서, LPG용 ECU3이 실행하는 LPG 분사 제어 처리 내용을 도3(a), (b)에 따라 설명한다. 도3(a), (b)는, 각 기통 #1~#4에 대응하여, 가솔린용 ECU2로부터 출력되는 가솔린 분사 신호와, LPG용 ECU3으로부터 출력되는 LPG 분사 신호의 관계를 나타내는 타임 차트이다. 이 차트에서는, 1번 기통 #1, 3번 기통 #3, 4번 기통 #4, 및 2번 기통 #2의 순서로 LPG 분사가 행해진다. 도3(a)에서, 'A', 'B', 'C' 및 'D'를 붙인 직사각형은, 각 기통 #1, #3, #4, #2에 대응한 가솔린 분사량(가솔린 분사 시간)에 상당하는 가솔린 분사 신호를 나타내고, 도3(b)에서, 'A1, A2','B1, B2', 'C1, C2' 및 'D1, D2'를 붙인 직사각형은, 각 기통 #1, #3, #4, #2에 대응한 LPG 분사량(LPG 분사 시간)에 상당하는 LPG 분사 신호를 나타내며, 각각 길이의 차이는 분사 시간의 차이를 나타낸다.
이하에서는, 도3(b)에 타원으로 나타낸 4번 기통 #4에 따른 타이밍에서 LPG 분사를 일 예로서 설명한다.
우선, 시각a1에서는, LPG용 ECU3은, 가솔린용 ECU2로부터의 가솔린 분사 신호Q1에 있어서 분사 개시 시각 #1 ON을 RAM에 기억한다. 다음, 시각 a2에서, LPG용 ECU3은, 가솔린 분사 신호Q1에 있어서 분사 종료 시각 #1 OFF를 RAM에 기억한다. 그리고, 시각a2~시각c1까지 사이에서, LPG용 ECU3은 이하의 값으로 산출한다.
① 가솔린 분사 시간 TAUg360
TAUg360= (#1 OFF) - (#1 ON)
여기에서, 가솔린 분사 시간 TAUg360은, 4번 기통 #4로부터 360℃A 전의 가솔린 분사 시간을 의미한다. 즉, 도3(a)에 있어서 최초로 'A'를 붙인 직사각형의 길이에 상당하는 시간이 산출된다.
② LPG 제1 분사 시간 Tlpg1
T1 = TAUg360* (n/100)
Tlpg1= T1 + TVL
여기에서, 'n'은, LPG 분사 시간의 요구값 Tlpg1에 대한 백분율을 의미하고,'50 ~ 60' 정도의 값이 적용된다. 'TVL'은, LPG 분사 시간의 무효 통전 시간(정수로 정의된다)을 의미한다.
③ LPG 연료 특유의 보정 계수 Klpg
보정 계수 Klpg는, 가솔린 분사량을 LPG에 적합하도록 보정하기 위해 사용되는 것이고, 가솔린과 LPG의 연료 성상의 차이에 의한 보정, LPG 탱크 내 연료 온도ㆍ압력, 운반 파이프 내 연료 온도ㆍ압력으로부터 소정의 계산식 등으로부터 구해진다.
다음, 시각c1에서, LPG용 ECU3은, 가솔린용 ECU2로부터의 가솔린 분사 신호Q4에 있어서 분사 개시 시각 #4 ON을 RAM에 기억한다. 즉, 도3(a)에서 최초로 'C'를 붙인 직사각형의 선두에 걸친 시각을 기억한다. 그리고, LPG용 ECU3은, 그 타이밍에서, 4번 기통 #4의 LPG 인젝터6을 ON하고, 상기에서 산출된 LPG 제1 분사 시간 Tlpg1이 경과한 때에 상기 인젝터6을 OFF한다. 이것에 의해, 도3(b)에서, 최초로 'C1'을 붙인 직사각형 부분 동안 LPG 분사가 행해진다. 결국, 여기에서, LPG용 ECU3은, 4번 기통 #4의 금회의 LPG 분사시에, 가솔린용 ECU2로부터 금회의 가솔린 분사 신호Q4의 출력 개시시로부터, 예상한 제1 분사량에 상당하는 LPG 제1 분사 시간 Tlpg1동안 대응하는 LPG 인젝터6으로 LPG 분사 신호를 출력하고, 상기 인젝터6을 통전하는 것이다.
다음, 시각c2에서, LPG용 ECU3은, 가솔린 분사 신호Q4에 있어서 분사 종료시각 #4 OFF를 RAM에 기억한다. 즉, 도3(a)에서 최초로 'C'를 붙인 직사각형의 말미에 걸친 시각을 기억한다. 그리고, LPG용 ECU3은, 이 타이밍에서, 4번 기통 #4의 LPG 인젝터6을 ON한다. 그리고, 이 시각c2의 타이밍에서, LPG용 ECU3은, 이하의 값을 산출한다.
④ 가솔린 분사 시간 TAUg
TAUg= (#4 OFF) - (#4 ON)
⑤ 유효 가솔린 분사 시간 Tgas
Tgas= TAUg- TVG
여기에서, 'TVG'는, 가솔린 분사 시간의 무효 통전 시간(정수로서 정의된다)을 의미한다.
⑥ 4번 기통 #4의 LPG 인젝터6에 관한 LPG 분사 시간의 요구값 TAUlpg
TAUlpg= Tgas* Klpg
⑦ 4번 기통 #4의 LPG 인젝터6에 관한 LPG 제2 분사 시간 중 유효 통전 시간 T2
T2 = TAUlpg- T1
이 때, 요구값 TAUlpg에서 LPG 제1 분사 시간 Tlpg1의 부분은 이미 분사되어 있기 때문에, 그 나머지 부분이 유효 통전 시간 T2로서 요구된다.
⑧ 4번 기통 #4의 LPG 인젝터6에 관한 LPG 제2 분사 시간 Tlpg2
Tlpg2= T2 + TVL
그리고, LPG용 ECU3은, 시각c2에서 ON한 4번 기통 #4의 LPG 인젝터6을, LPG 제2 분사 시간 Tlpg2동안 경과한 때에 OFF한다. 이것에 의해, 도3(b)에서, 최초로 'C2'를 붙인 직사각형 부분 동안 LPG 분사가 행해진다. 결국, LPG용 ECU3은, 가솔린용 ECU2로부터의 금회의 가솔린 분사 신호Q4의 출력 종료시로부터, 금회의 가솔린 분사량에 대응하는 LPG 분사량과 예상한 제1 분사량과의 차이를 LPG 제2 분사량으로서 그 LPG 제2 분사량에 상당하는 LPG 제2 분사 시간 Tlpg2동안 LPG 분사 신호를 대응하는 인젝터6으로 출력하여 상기 인젝터6을 통전하는 것이다. 다른 기통 #2, #1, #3의 LPG 분사에 관하여도 유사하다.
이상 설명한 본 실시 형태의 엔진의 LPG 분사 제어 장치에 따르면, 각 기통 #1, #3, #4, #2 마다 일련의 흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정 및 배기 행정을 상호 바꿔가면서 순차 반복하도록 작동하는 가솔린용 엔진1에서, 각종 센서31~35로부터 그 운전 상태가 검출된다. 그리고, 그 검출된 운전 상태에 기초하여, 가솔린용 ECU2에서는, 소정의 분사 순서에 대응하는 기통 #1, #3, #4, #2 로 공급해야 할 가솔린 분사량이 산출되고, 그 가솔린 분사량이, 각 기통 #1, #3, #4, #2의 흡기 행정의 초기에 가솔린 분사 신호 Q1, Q3, Q4, Q2로서 출력된다. LPG용 ECU3에는, 각 기통 #1, #3, #4, #2 마다 출력되는 가솔린 분사 신호 Q1, Q3, Q4, Q2가, LPG에 적합하도록 보정되어 LPG 분사 신호로서 각 기통 #1, #3, #4, #2 마다 LPG 인젝터6으로 순차 출력되고, 각 LPG 인젝터6에 의해 LPG 분사가 행해진다.
이 때, LPG용 ECU3에서는, 어느 기통 #1, #3, #4, #2의 금회의 LPG 분사시에, 최초로, 가솔린용 ECU2로부터 금회의 가솔린 분사 신호 Q1, Q3, Q4, Q2의 출력 개시시로부터, 예상한 제1 분사량에 상당하는 LPG 제1 분사 시간Tlpg1의 부분 동안 LPG 분사 신호가 대응하는 LPG 인젝터6으로 출력된다. 그 후, 가솔린용 ECU2로부터의 금회의 가솔린 분사 신호 Q1, Q3, Q4, Q2의 출력 종료시로부터, 금회의 가솔린 분사량에 대응하는 LPG 분사량과 예상한 제1 분사량과의 차이를 제2 분사량으로서 그 제2 분사량에 상당하는 LPG 제2 분사 시간 Tlpg2의 부분 동안 LPG 분사 신호가 대응하는 LPG 인젝터6으로 출력된다. 따라서, 어느 기통 #1, #3, #4, #2의 금회의 LPG 분사시에, 금회의 LPG 분사량 부분의 분사가, 예상한 제1 분사량과 제2 분사량으로 분할되어 당해 기통 #1, #3, #4, #2의 흡기 행정이 완료하기까지의 사이에 행해진다. 이 때문에, 전 기통 #1, #3, #4, #2에서 LPG의 분사 지연을 방지할 수 있고, 엔진1에서 공연비의 적정화를 도모할 수 있으며, 부적정한 공연비에 따른 엔진1의 출력 저하와 배기 배출의 악화를 억제하는 것이 가능하게 된다.
이 실시 형태에서, 예상한 제1 분사량이, LPG용 ECU3에서 360℃A 전의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량(가솔린 분사 시간TAUg360)에 따라 결정된다. 따라서, 금회의 분사 순서에 접근한 360℃A 전의 엔진1의 운전 상태에 따른 예상한 제1 분사량이 얻어지고, 그 때의 운전 상태에 적합한 LPG 제1 분사 시간 Tlpg1이, 2분할된 전(前)부분의 LPG 분사로서 사용된다. 이 때문에, 예상한 제1 분사량에 과부족이 생기지 않고, 1회분의 LPG 분사량을, 예상한 제1 분사량과 제2 분사량으로 균형있게 분할할 수 있다. 이것에 의해, 연료실10에 공급되는 가연 혼합 공기에 농도 불균일이 생기는 것을 방지하고, 가연 혼합 공기의 양호한 연료 특성을 확보할 수 있다.
이 실시 형태에서는, 가솔린 분사 신호Q1~Q4에 따른 가솔린 분사량을 LPG에 적합하게 위하여, 각종 센서 36~39에서 실제로 검출된 LPG 온도 상태 및 압력 상태에 따라 가솔린 분사 신호Q1~Q4가 보정된다. 이 때문에, 보다 정확한 LPG 분사 신호를 얻을 수 있고, LPG 분사 제어의 정도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 이하와 같이 실시할 수 있다.
(1) 상기 실시 형태에서는, 본 발명의 엔진 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치를 4 기통 엔진에 구체화하였으나, 4기통 이외에 2기통 및 6기통 엔진에도 구체화할 수 있다.
(2) 상기 실시 형태에서는, 본 발명의 엔진 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치를 LPG 전용 mono-fuel 타입의 엔진 시스템에 적용화하였으나, 가솔린과 LPG를 교체하는 bi-fuel 타입의 엔진 시스템에 적용하여도 좋다.
(3) 상기 실시 형태에서는, LPG를 가솔린 대체 연료로서 이용한 LPG 분사 제어 장치에 구체화하였으나, 가솔린 대체 연료로서 LNG를 이용한 LNG 분사 제어 장치에 구체화할 수 있다.
(4) 상기 실시 형태에서는, 금회의 LPG 분사에 있어서 예상한 제1 분사량을, 360℃A전, 즉 전전회의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량에 기초하여 산출하였다. 이것에 대하여, 예상한 제1 분사량을, 전회의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량에 기초하여 산출하거나, 일주기 전의 동일 기통에 관한 가솔린 분사량에 기초하거나 할 수 있다. 또한, 예상한 제1 분사량을 임의의 소정값으로 할 수도 있다.
청구항1에 기재된 발명의 구성에 따르면, 가솔린 분사 제어 유닛은, 어느 기통의 금회의 가솔린 대체 연료 분사 때에, 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회의 가솔린 분사 신호의 출력 개시시로부터, 예상한 제1 분사량에 상당하는 제1 분사 시간 동안 가솔린 대체 연료 분사 신호를 출력한다. 그 후, 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회 가솔린 분사 신호의 출력 종료시로부터, 금회의 가솔린 분사량에 대응하는 가솔린 대체 연료 분사량과 예상한 제1 분사량과의 차이를 제2 분사량으로서 그 제2 분사량에 상당하는 제2 분사 시간 동안 가솔린 대체 연료 분사 신호를 출력하도록 한다. 따라서, 어느 기통의 금회 가솔린 대체 연료 분사 때에, 금회 가솔린 대체 연료 분사량의 부분 분사가, 예상한 제1 분사량과 제2 분사량으로 분할되어 당해 기통의 흡기 행정이 완료하기까지의 사이에 행해지게 된다. 이 때문에, 전체의 기통에서 가솔린 대체 연료의 분사 지연을 방지할 수 있고, 엔진의 공연비의 적정화를 도모할 수 있게 된다.
청구항2에 기재된 발명에 따르면, 청구항1에 기재된 발명에서, 예상한 제1분사량을, 가솔린 분사 제어 유닛에서 전회 이전의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량 중의 소정 비율에 상당하는 것이다. 따라서, 그 때마다 엔진의 운전 상태에 따른 예상된 제1 분사량이 얻어지게 된다. 이 때문에, 청구항1에 기재된 발명의 작용에 더하여, 예상한 제1 분사량에 과부족이 발생하지 않고, 1회분의 가솔린 대체 연료 분사량을, 예상한 제1 분사량과 제2 분사량으로 균형있게 분할할 수 있고, 엔진에 공급되는 가연 혼합 공기에 농도 불균일이 생기는 것을 방지하고, 가연 혼합 공기의 양호한 연료 특성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 다수의 기통을 포함하고, 상기 각 기통마다 일련의 흡기 행정, 압축 행정, 팽창 행정 및 배기 행정을 상호 바꿔가면서 순차 반복하도록 작동하는 엔진과,
    상기 각 기통마다 가솔린 대체 연료를 분사 공급하기 위한 다수의 인젝터와,
    상기 엔진의 운전 상태를 검출하기 위한 운전 상태 검출 수단과,
    상기에서 검출된 운전 상태에 기초하여 소정의 분사 순서에 대응하는 기통으로 공급해야 할 가솔린 분사량을 산출하고, 그 분사량을 상기 각 기통의 흡기 행정의 초기에 가솔린 분사 신호로서 출력하기 위한 가솔린 분사 제어 유닛과,
    상기 각 기통마다 출력된 가솔린 분사 신호를 가솔린 대체 연료에 적합하도록 보정하여 가솔린 대체 연료 분사 신호로서 각 기통마다의 인젝터로 순차 출력하기 위한 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛,을 포함하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치로서,
    상기 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛은, 어느 기통의 금회의 가솔린 대체 연료 분사 때에, 상기 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회의 가솔린 분사 신호의 출력 개시시로부터, 예상한 전(前)분사량에 상당하는 제1 분사 시간 동안 상기 가솔린 대체 연료 분사 신호를 출력하고, 그 후, 상기 가솔린 분사 제어 유닛으로부터의 금회 가솔린 분사 신호의 출력 종료시로부터, 상기 금회의 가솔린 분사량에 대응하는 가솔린 대체 연료 분사량과 예상한 제1 분사량과의 차이를 제2 분사량으로서 그 제2 분사량에 상당하는 제2 분사 시간 동안 상기 가솔린 대체 연료 분사신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 예상한 제1 분사량은, 상기 가솔린 분사 제어 유닛에서 전회 이전의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량 중의 소정 비율에 상당하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛은, 상기 예상된 제1 분사량을, 상기 가솔린 분사 제어 유닛에서 전회의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량을 상기 가솔린 대체 연료 특유의 보정 계수에 의해 보정하여 얻는 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛은, 상기 예상된 제1 분사량을, 상기 가솔린 분사 제어 유닛에서 전전회의 분사 순서에 대응하여 산출된 가솔린 분사량을 상기 가솔린 대체 연료 특유의 보정 계수에 의해 보정하여 얻는 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛은, 상기 예상된 제1 분사량을, 상기 가솔린 분사 제어 유닛에서 일주기 전의 동일 기통에 대응하여 산출된 가솔린 분사량을 상기 가솔린 대체 연료 특유의 보정 계수에 의해 보정하여 얻는 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가솔린 대체 연료의 온도 상태를 검출하기 위한 온도 상태 검출 수단(36, 38)과,
    상기 가솔린 대체 연료의 압력 상태를 검출하기 위한 압력 상태 검출 수단(37, 39),을 더 구비하고,
    상기 가솔린 대체 연료 분사 제어 유닛은, 상기 가솔린 대체 연료 특유의 보정 계수를, 상기 검출된 온도 상태 및 압력 상태에 기초하여 소정의 계산 방식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운전 상태 검출 수단은,
    상기 엔진의 흡기 통로에 마련된 조절 밸브의 개도를 검출하기 위한 조절 센서와,
    상기 흡기 통로에 있어서 흡기압을 검출하기 위한 흡기압 센서와,
    상기 엔진의 냉각수 온도를 검출하기 위한 수온 센서와,
    상기 엔진의 회전 속도를 검출하기 위한 회전 속도 센서와,
    상기 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중의 산소 농도를 검출하기 위한 산소 센서,를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은, 가솔린 대체 연료만의 분사를 행하는 mono-fuel 타입인 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은, 가솔린과 가솔린 대체 연료를 교체하여 분사를 행하는 bi-fuel 타입인 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가솔린 대체 연료는, LPG인 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가솔린 대체 연료는, LNG인 것을 특징으로 하는 엔진의 가솔린 대체 연료 분사 제어 장치.
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