KR20070041286A

KR20070041286A - 가스연료 공급장치

Info

Publication number: KR20070041286A
Application number: KR1020060004849A
Authority: KR
Inventors: 히로마사 오오노; 토모아키 후쿠오카; 마사히로 미조구치
Original assignee: 가부시키가이샤 닛키
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-04-18
Also published as: JP2007107442A

Abstract

기화 가스연료를 엔진에 공급하는 장치에 대해서, 대기압이 변화되어서 연료 분사압이 변동하는 상황이어도, 양호한 공연비가 얻어지도록 한다.

연료탱크(10)에 저장된 액화 가스연료를 기화기(6)에 보내어 내부에서 기화시킴과 아울러 소정 정압의 기화 가스로 조정해서 엔진(2)의 흡기관로(52)에 배치한 인젝터(8)에 보내서 가스연료를 공급하는 것이며, 전자제어유닛(11A)이 인젝터(8)의 밸브개방 제어를 실행하는 가스연료 공급장치(1A)에 있어서, 기화기(6)와 인젝터(8) 사이에 연료분사압 검출수단으로서의 압력센서(15)를 설치하고, 검출한 연료분사압과 미리 기억한 규준 연료분사압의 차에 따라, 인젝터(8)의 밸브개방 시간을 보정함으로써, 연료분사압의 변화에 따른 공연비의 어긋남을 해소하는 방향으로 제어하는 것으로 했다.

Description

가스연료 공급장치{APPARATUS FOR SUPPLYING GAS FUEL}

도1은, 본 발명의 제1실시형태를 나타내는 배치도이다.

도2는, 본 발명의 제2실시형태를 나타내는 배치도이다.

도3은, 본 발명의 제3실시형태를 나타내는 배치도이다.

도4는 종래예를 나타내는 배치도이다.

(부호의 설명)

1A, 1B, 1C:가스연료 공급장치 2:엔진

6:기화기 8:인젝터

9A, 9B:연료공급관로 10:연료탱크

11A, 11B, 11C:전자제어유닛 12:에어플로우 미터

14, 15, 16:압력센서 52:흡기관로

본 발명은 LPG(액화 석유가스)나 LNG(액화 천연가스) 등의 액화 가스연료를 감압 기화시켜서 얻은 기체연료를 엔진에 공급하는 장치에 관한 것으로, 특히, 대기압의 변화에 의해 연료분사압이 변동하는 상황이어도, 양호한 공연비를 얻을 수 있는 가스연료 공급장치에 관한 것이다.

LPG나 LNG 등의 액화 가스연료는, 종전부터 불꽃점화엔진의 연료에 이용되고 있으며, 레귤레이터(기화기)와 믹서를 사용해서 대기압 정도로 감압시킨 기화가스로서 흡기관로에 흡인시켜서 엔진에 공급하는 방식이 널리 채용되고 있지만, 예를 들면 일본 특허공개 평6-17709호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 소정 정압(正壓)의 기화가스로 조정해서 엔진의 흡기관로에 분사시키는 방식이 널리 사용되고 있다.

이 소정정압의 기화 가스로 조정하는 방식에 있어서는, 액화 가스연료를 가열 기화시키는 수단으로서 엔진 냉각수의 열을 이용하는 것이 관용되고 있다. 즉 가스연료 공급장치(1D)가 설치된 도4의 엔진의 연료공급 시스템의 배치도에 나타내듯이, 연료탱크(10)로부터 액체의 상태로 꺼내진 가스연료는, 연료탱크(10) 근방 및 엔진룸내에 배치된 차단밸브(5a,5b)를 통과하여, 기화기(6)로 안내된다. 기화기(6)는 엔진 냉각수를 순환시킴으로써 도입하여 액화 가스연료와의 사이에서 열교환을 행하고, 이것을 증발·기화시키도록 되어 있다.

또한 기화기(6)는 조압(調壓)기능을 갖고 있으며, 인젝터(8)에 기화 가스를 송출시키는 토출압력은 대기압과의 압력차가 대략 일정하게 조정되어 있다. 그리고, 인젝터(8)는 엔진 점화계나 분사계의 제어를 행하는 전자제어유닛(11D)(ECU)으로부터 출력되는 밸브개방 신호에 의해 소정 시간 밸브개방되어 엔진(2)에 기체의 상태로 된 가스연료를 분사 공급한다.

그러나, 이러한 종래의 가스연료 공급장치(1D)에 있어서, 기화기(6)내에서 조압되는 분사압은 다이어프램 배압측을 대기압으로 하고 있는 점에서, 대기압과의 차압으로서의 게이지압은 일정하지만, 표고(標高)의 변동 등에 따른 대기압의 상하에 의해 그 절대압이 변동되어 버린다는 현상이 일어나기 쉽다.

즉 일반적으로 인젝터(8)로부터 분사되는 기체연료의 유량은, 압축성 유체로서 이하에 나타내는 수식1로 나타내어지지만, 이 식으로부터 분사압(절대압)이 변화되면 밀도도 변화되므로, 개구 면적이 동일해도 유량이 변화되게 된다. 이것을 실제의 엔진(2)에 탑재한 경우를 고려해 보면, 차량이 고지에 가서 기압이 저하되는 것에 의해 연료분사압이 저하되므로, 인젝터(8)의 구동 펄스폭이 동일해도 연료유량이 저하되게 된다.

G:질량유량[kg/s], C:유량계수, A:스로틀부 개구면적[㎡], K:비열비,

P₁:상류압(절대압)[Pa], P₂:하류압(절대압)[Pa], ρ₁:상류측 밀도[kg/㎥]

한편, 흡입 공기량은 에어플로우 미터(12)로 질량유량으로서 계측되므로, 전자제어유닛(11D)으로부터 인젝터(8)에 출력되는 밸브개방 시간의 신호는 평지의 경우와 다르지 않다. 따라서, 분사압(절대압)의 저하에 의해 유량이 저하되는 만큼만 공연비에 어긋남이 생겨 고지에서는 공연비가 희박(rean)하게 되어 버린다는 문제가 발생한다.

(특허문헌1) 일본 특허공개 평6-17709호 공보

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것이며, 액화 가스연료를 감압 기화시켜서 얻은 기체연료를 엔진에 공급하는 장치에 대해서, 고도변화 등에 의해 대기압이 변화되어서 연료분사압이 변동되는 상황이어도, 양호한 공연비가 얻어지도록 하는 것을 과제로 한다.

그래서, 본 발명은, 연료탱크에 저장된 액화 가스연료를 기화기에 보내어 상기 기화기 내부의 기화실에서 기화시킴과 아울러 대기압을 배압으로 한 다이어프램으로 구획된 조압실에서 소정 정압의 기화 가스로 조정해서 엔진의 흡기관로에 보냄과 아울러 소정의 검출수단으로 검출한 데이터를 기초로 전자제어유닛에 의해 상기 흡기관로에 배치한 인젝터의 밸브개방 제어를 실행해서 상기 엔진에 가스연료를 공급하는 가스연료 공급장치에 있어서, 상기 검출수단으로서 기화기와 상기 인젝터 사이의 연료공급관로에 기화된 가스연료의 압력을 검출하는 연료분사압 검출수단이 설치되고, 상기 연료분사압 검출장치에 의해 검출한 연료분사압과 미리 기억한 규준 연료분사압의 차에 따라 상기 전자제어유닛이 인젝터의 밸브개방 시간을 보정함으로써, 연료분사압의 변화에 따른 공연비의 어긋남을 해소하는 방향으로 제어하는 것으로 했다.

이러한 구성으로 함으로써, 기화기에 내장된 다이어프램 배압측의 대기압이 변화되거나 해서 연료분사압이 변동하는 경우라도, 이 변동량에 대응해서 인젝터의 밸브개방 시간을 보정해서 공연비의 어긋남을 최소한으로 할 수 있어, 공연비를 양 호하게 유지하기 쉬운 연료분사제어로 할 수 있다.

또, 이 가스연료 공급장치에 있어서 대기압 검출수단이 병설되고, 검출한 대기압 데이터 및 연료분사압 데이터 둘다를 이용하여, 전자제어유닛이 인젝터의 밸브개방 시간을 보정하는 것으로 하면, 실제의 대기압 변동에 따라 보정량에 조정을 가함으로써 한층 적절한 연료분사제어를 실현하기 쉽게 된다.

또한, 이 대기압 검출수단을 구비한 가스연료 공급장치에 있어서, 연료분사압 검출수단이 연료분사압을 대기압과의 차압으로서의 게이지압으로 검출하는 것으로 하고, 전자제어유닛이 절대압으로 검출한 대기압 데이터를 사용하여, 검출한 연료분사압을 게이지압으로부터 절대압으로 환산하는 것으로 하면, 연료분사압을 직접 절대압으로 검출하는 경우와 비교하여, 저비용으로 양호한 공연비를 유지하기 쉬운 것으로 된다.

또한 상술한 가스연료 공급장치에 있어서, 연료분사압 검출수단은 연료분사압을 절대압으로 검출하는 것으로 하면, 대기압과의 차압으로서의 게이지압으로 검출하는 것과 달리, 차량의 운전상황에 표고의 변화를 따른 경우이어도 연료분사압을 정확하게 검출하기 쉬운 것으로 된다.

한편, 상술한 가스연료 공급장치와는 달리, 연료탱크에 저장된 액화 가스연료를 기화기에 보내어 그 내부의 기화실에서 기화시킴과 아울러 대기압을 배압으로 한 다이어프램으로 구획된 조압실에서 소정 정압의 기화 가스로 조정해서 엔진의 흡기관로에 배치한 인젝터에 보내어 엔진에 가스연료를 공급하는 것이며, 소정의 검출수단으로 검지한 데이터를 기초로 전자제어유닛이 인젝터의 밸브개방 제어를 실행하는 가스연료 공급장치에 있어서, 대기압 검출수단이 설치되고, 전자제어유닛이, 검출한 대기압 데이터를 기초로 연료분사압을 예측하고, 예측한 연료분사압과 미리 기억한 규준 연료분사압의 차에 따라, 인젝터의 밸브개방 시간을 보정해서 연료분사압의 변화에 따른 공연비의 어긋남을 해소하는 방향으로 제어하는 것으로 하면, 공기량 보정을 위해 미리 대기압 검출수단을 구비하고 있는 경우 등에 있어서, 연료분사압 검출수단을 불필요로 하여 한층 저비용으로 양호한 공연비를 얻을 수 있다.

그리고, 이 가스연료 공급장치에 있어서, 대기압 검출수단은 대기압을 절대압으로 검출함과 아울러 전자제어유닛이 예측하는 연료분사압력도 절대압으로 하면, 상대압으로서의 게이지압에 의한 것과 비교하여, 대기압의 변화에 의한 영향을 최소한으로 해서 정밀도 높은 연료분사제어를 실현하기 쉬운 것으로 된다.

도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명하면, 본 실시형태의 가스연료 공급장치(1A)를 설치한 엔진의 연료공급 시스템의 배치도를 나타내는 도1을 참조해서, 연료탱크(10)에는 LPG 등의 가스연료가 액체의 상태로 저장되어 있으며, 연료탱크(10)로부터 연장된 연료공급관로(9A)가 기화기(6)에 접속되어 있다. 또한 연료공급관로(9A)에는 연료탱크(10) 출구부근에 제1차단밸브(5a)가 설치되고, 기화기(6) 입구부근에 제2차단밸브(5b)가 설치되어 있다.

기화기(6)는, 가스연료를 액체의 상태로부터 감압·기화해서 소정 정압의 기화 가스로 조정해서 송출하는 것이며, 내부 상류측에 엔진 냉각수를 열원으로 사용한 가열실을 구비하고, 그 하류측에는 대기압을 배압으로 함과 아울러 조압 스프링 을 갖는 다이어프램으로 구획된 조압실을 구비하고 있다. 또한 기화기(6)로부터 연장되는 연료공급관로(9B)는 엔진(2)의 흡기관로(52)에 개구되는 복수의 인젝터(8)에 연료 레일(7)을 통해 접속되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 기화기(6)로부터 인젝터(8)에 접속되는 연료공급관로(9B)에, 기화의 상태가 된 가스연료의 분사압력을 검출하는 연료분사압 검출수단으로서 압력센서(15)가 설치되어 있는 점을 특징으로 하고 있다. 또한 인젝터(8)는 전자제어유닛(11A)에 접속되어 있으며, 흡기관로(52)에는 에어플로우 미터(12)가 배치되어 엔진(2)의 흡입 공기량을 검출해서 전자제어유닛(11A)에 입력하는 점은 종래의 것과 같다. 또, 압력센서(15)로 검출하는 연료분사압은 절대압으로 되어 있으며, 대기압의 변동에 의해 영향을 받기 어렵게 되어 있다.

한편, 전자제어유닛(11A)은, 내장된 기억수단에 소정의 엔진 제어프로그램이 인스톨되고, 에어플로우 미터(12) 등에 의한 엔진의 상태를 나타내는 여러가지 검출 데이터를 기초로 인젝터(8)의 밸브개방 시간을 산출하여, 양호한 공연비를 얻기 위해서 연료분사제어를 실행하는 제어장치인 점도 종래의 것과 같다. 그리고, 본 발명에 있어서는 통상의 연료분사제어 기능에 추가해서, 압력센서(15)를 이용하여 검지한 연료분사압을 기초로 인젝터(8)의 밸브개방 시간을 보정하는 기능을 갖고 있는 점에 특징이 있다.

즉 상술한 바와 같이, 가스연료 공급장치에는 통상 기화기내에 대기압을 배압으로 하는 다이어프램으로 구획된 조압실을 구비하고 있으며, 표고가 크게 변화되는 차량의 운전상태에 있어서는, 대기압의 변화에 따라 연료분사의 절대압이 변 동함으로써 연료분사량도 변동되므로, 공연비를 적절하게 컨트롤하는 것이 곤란했다. 그 때문에 본 발명에 있어서 압력센서(15)로 연료분사압을 항상 모니터하고, 검지한 연료분사압에 따라 인젝터(8)의 밸브개방 시간을 보정하도록 하여, 대기압의 변화로 발생되는 공연비의 오차를 없애는 방향으로 제어를 행하도록 한 것이다.

이 제어에 대해서 더욱 상세하게 설명하면, 전자제어유닛(11A)에는 규준값이 되는 연료분사압(절대압)이 기억되어 있으며, 이 값과 검지한 연료분사압의 값을 비교하여, 인젝터(8)에 출력하는 밸브개방 신호의 보정량을 계산하도록 되어 있다. 예를 들면 배압으로서의 대기압이 저하됨으로써 연료분사압이 규준값다 낮아지는 경우에는 연료분사량을 증량하도록 보정하고, 반대로 규준값보다 높게 되는 경우에는 연료분사량을 감량하도록 보정해서, 적확한 공연비가 얻어지는 연료분사시간이 되도록 제어하는 것이다.

이것에 의해, 엔진을 탑재한 차량의 주행에 따라 표고가 변화되는 경우, 예를 들면 고지에 가서 대기압이 저하되어 연료분사압(절대압)이 저하되는 상황이어도, 안정적으로 양호한 공연비를 유지할 수 있게 된다. 또, 본 실시형태에 있어서, 압력센서(15)는 연료분사압을 절대압으로 검출하도록 되어 있으며, 검출값이 대기압의 변동에 영향을 받지 않는 점에서 보다 적확한 연료분사제어를 실행하기 쉬운 것으로 되어 있다.

도2는, 본 발명에 있어서의 제2실시형태인 가스연료 공급장치(1B)를 구비한 엔진의 연료공급 시스템의 배치도이다. 본 실시형태도 기본적 구성은 상술의 가스연료 공급장치(1A)와 대략 동일하지만, 연료분사압을 절대압으로 검출하는 압력센 서(15) 대신에, 연료분사압을 게이지압으로 검출하는 압력센서(16)가 설치되어 있음과 아울러, 흡기관로(52)에 대기압(절대압)을 측정하는 압력센서(14)를 추가해서 설치한 점이 다르다.

그리고, 전자제어유닛(11B)은, 게이지압으로 검출한 연료분사압과 압력센서(14)로 검출한 대기압의 관계로부터 소정의 계산방법을 이용하여 절대압의 연료분사압으로 환산하도록 되어 있다. 예를 들면 게이지압의 연료분사압에 그 때의 대기압에 따라 미리 설정된 소정의 계수를 곱하거나 해서, 상술의 가스연료 공급장치(1A)와 마찬가지로 연료분사시간을 보정하는 것으로 해서, 적확한 연료분사제어를 실행할 수 있도록 되어 있다. 또, 본 실시형태는 엔진의 연료공급 시스템에 처음부터 대기압 검출수단이 설치되어 있는 경우에 있어서 비교적 저비용으로 상술의 효과가 얻어지는 점에서 유리한 것으로 된다.

도3은, 발명에 있어서의 제3실시형태인 가스연료 공급장치(1C)를 구비한 엔진의 연료공급 시스템의 배치도를 나타내고 있다. 본 실시형태는 도2의 가스연료 공급장치(1B)에 있어서의 압력센서(16)를 떼어낸 것이며, 압력센서(14)로 검출한 대기압(절대압)으로부터 소정의 도출방법에 의해 기화기에서 기화된 연료의 분사압을 절대압으로 구해서 예측하도록 되어 있다. 그리고, 상술의 2개의 실시형태와 마찬가지로, 전자제어유닛(11C)이 인젝터(8)의 밸브개방 시간을 보정하는 제어를 실행하는 것이다.

본 실시형태에 있어서는, 기화기(6)의 토출압(연료분사압)이 거의 변동하지 않는 경우나, 대기압의 변동에 따른 기화기(6)의 토출압 특성을 전자제어유닛(11C) 이 기억하고 있는 경우에 적용하는 의의가 큰 것이다. 예를 들면 전자제어유닛(11C)의 기억수단에, 대기압(절대압)의 값과 그 때의 연료분사압(절대압)의 값을 실험 등으로 연속적으로 구한 수치를 토출압 특성으로서 그래프화 또는 함수화한 것을 기억시켜 두고, 이것을 이용하여 전자제어유닛(11C)이 검지한 대기압(절대압)으로부터 절대압의 연료분사압을 산출할 수 있다.

이것에 의해, 대기압으로부터 연료분사압을 절대압으로 예측할 수 있고, 연료분사압 검출수단을 불필요로 해서 구성이 간이화되고, 기압이 변화되어 연료분사압이 변동하는 차량의 운전상황이어도, 한층 저비용으로 양호한 공연비가 얻어지는 연료분사제어를 실행할 수 있는 것이다.

본 발명에 의해, 기압의 변화 등에 의한 연료분사압의 변동에 적확하게 대응하여, 양호한 공연비를 얻는 연료분사제어를 실현할 수 있는 것이다.

Claims

연료탱크에 저장된 액화 가스연료를 기화기에 보내어 상기 기화기 내부의 기화실에서 기화시킴과 아울러 대기압을 배압으로 한 다이어프램으로 구획된 조압실에서 소정 정압의 기화 가스로 조정해서 엔진의 흡기관로에 보냄과 아울러 소정의 검출수단으로 검출한 데이터를 기초로 전자제어유닛에 의해 상기 흡기관로에 배치한 인젝터의 밸브개방 제어를 실행해서 상기 엔진에 가스연료를 공급하는 가스연료 공급장치에 있어서, 상기 검출수단으로서 기화기와 상기 인젝터 사이의 연료공급관로에 기화된 가스연료의 압력을 검출하는 연료분사압 검출수단이 설치되고, 상기 연료분사압 검출장치에 의해 검출한 연료분사압과 미리 기억한 규준 연료분사압의 차에 따라 상기 전자제어유닛이 인젝터의 밸브개방 시간을 보정함으로써, 연료분사압의 변화에 따른 공연비의 어긋남을 해소하는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 가스연료 공급장치.
제1항에 있어서, 상기 검출수단으로서 대기압 검출수단이 병용되고, 검출한 대기압 데이터 및 연료분사압 데이터 둘다를 이용하여 상기 전자제어유닛이 상기 인젝터의 밸브개방 시간을 보정하는 것을 특징으로 하는 가스연료 공급장치.
제2항에 있어서, 상기 연료분사압 검출수단이 연료분사압을 대기압과의 차압으로서의 게이지압으로 검출하는 것이며, 상기 전자제어유닛이 절대압으로 검출한 대기압 데이터를 이용하여, 검출한 연료분사압을 게이지압으로부터 절대압으로 환산하는 것을 특징으로 하는 가스연료 공급장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료분사압 검출수단은 연료분사압을 절대압으로 검출하는 것임을 특징으로 하는 가스연료 공급장치.
연료탱크에 저장된 액화 가스연료를 기화기에 보내어 상기 기화기 내부의 기화실에서 기화시킴과 아울러 대기압을 배압으로 한 다이어프램으로 구획된 조압실에서 소정 정압의 기화 가스로 조정해서 엔진의 흡기관로에 보냄과 아울러 소정의 검출수단으로 검출한 데이터를 기초로 전자제어유닛에 의해 상기 흡기관로에 배치한 인젝터의 밸브개방 제어를 실행해서 상기 엔진에 가스연료를 공급하는 가스연료 공급장치에 있어서, 상기 검출수단으로서 대기압 검출수단이 배치되고, 검출한 대기압 데이터를 기초로 전자제어유닛이 연료분사압을 예측하고, 예측한 연료분사압과 미리 기억한 규준 연료분사압의 차에 따라, 상기 인젝터의 밸브개방 시간을 보정해서 연료분사압의 변화에 따른 공연비의 어긋남을 해소하는 방향으로 제어하는 것을 특징으로 하는 가스연료 공급장치.
제5항에 있어서, 상기 대기압 검출수단이 대기압을 절대압으로 검출함과 아울러 상기 전자제어유닛이 예측하는 연료분사압력도 절대압인 것을 특징으로 하는 가스연료 공급장치.