KR20080111961A - 자동차의 연료 레벨 검출 장치 - Google Patents

자동차의 연료 레벨 검출 장치 Download PDF

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Abstract

가스 연료 탱크 내에 남아하는 연료량을 정확하게 측정할 수 있도록 한 자동차의 연료 레벨 검출 장치가 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, 연료 탱크에 저장된 가스 연료의 압력을 임계값 이하로 감압한 후 감압된 압력으로 가스 연료를 연료 분배기를 통해 가스 인젝터로 토출하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치에 있어서, 시동 온 시 열림 제어되어 연료 탱크 내의 연료를 상기 연료 분배기로 공급하는 연료 차단 밸브; 상기의 연료 차단 밸브의 출력측에 접속되어 상기의 연료 탱크의 연료압을 임계값으로 감압하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터의 입력측에 접속되어 연료 라인의 연료압을 측정하는 연료압 센서; 상기 레귤레이터의 입력측에 접숙되어 연료 라인의 연료 온도를 측정하는 연료 온도 센서; 및 미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수와 상기 연료압 센서의 연료압과 상기의 연료 온도 센서의 연료 온도를 기초하여 가스 질량을 산출하고 산출된 가스 질량을 통해 상기 가스 연료 레벨을 산출하여 표시하는 제어 장치를 포함한다.
씨엔지(CNG), 연료 탱크, 압력 조정기, 연료 온도 센서, 연료압 센서, 연료 레벨

Description

자동차의 연료 레벨 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING LEVEL OF FUEL OF CAR}
도 1은 본 발명에 따른 차량의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 주요 부분을 설명하기 위한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 연료 탱크 30 : 압력 조정기
31 : 연료 차단 밸브 32 : 레귤레이터
33 : 연료압 센서 35 : 연료 온도 센서
40 : 연료 분배기 50 : 가스 인젝터
60 : 제어 장치 61 : 가스 질량 연산 모듈
63 : 연료 레벨 연산 모듈
본 발명은 차량의 연료 레벨 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 연료 탱크 내에 남아하는 연료량을 정확하게 측정할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량의 연료는 가솔린 또는 가스를 사용하며, 특히 가스 연료로는 압축 천연 가스인 씨엔지(CNG: Compressed Natural Gas) 연료 또는 액화 석유 가스인 엘피지(LPG : Liquid Platum Gas) 중 하나를 사용하고 있다.
이러한 가스 연료 중 씨엔지 연료를 사용하여 엔진을 구동하는 자동차의 경우 고압을 가압된 씨엔지가 연료 탱크 내에 저장된다.
이러한 연료 탱크 내의 가스 연료량은 연료 탱크 내에 장착되는 뜨개(Floator)의 기계적 측정 방법 또는 연료 탱크 내에 장착되는 연료 레벨 센서의 전기적 신호에 의해 측정되었다.
그러나, 상기 뜨개에 의한 기계적 측정방법은 정확도가 떨어지게 되고, 연료 레벨 센서에 의한 측정 방법은 경제적인 면에서 제조 원가가 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 압력 조정기 내의 연료압 센서의 연료압 및 연료 온도 센서의 연료 온도 또는 외기 온도 센서의 외기 온도와 기 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보를 기초하여 가스 질량을 산출하고 산출된 가스 질량을 통해 가스 연료 레벨을 산출함으로써, 저가로 가스 연료 레벨의 정확도를 향상시킬 수 있는 자동차의 연료 레벨 검출 장치를 제공하고자 함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 자동차의 가스 연료 레벨 검출 장치는,
압력 조정기에서 연료 탱크에 저장된 가스 연료의 압력을 기 설정된 임계값 이하로 감압한 후 감압된 압력으로 가스 연료를 연료 분배기를 통해 가스 인젝터로 토출하는 자동차의 가스 연료 레벨 검출 장치에 있어서,
상기 압력 조정기는,
시동 온 시 열림 제어되어 연료 탱크 내의 연료를 상기 연료 분배기로 공급하는 연료 차단 밸브;,
상기의 연료 차단 밸브의 출력측에 접속되어 연료 라인의 연료압을 측정하는 연료압 센서;,
상기 연료압 센서의 출력측에 설치되어 연료 라인의 연료 온도를 측정하는 연료 온도 센서; 및
상기의 상기 연료 온도 센서의 출력측에 접속되어 상기 연료 라인의 연료압을 기 설정된 임계값으로 감압하는 레귤레이터를 포함하고,
미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수와 상기 연료압 센서의 연료압과 상기의 연료 온도 센서의 연료 온도를 기초하여 가스 질량을 산출하고 산출된 가스 질량을 통해 상기 가스 연료 레벨을 산출하여 표시하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
여기서, 상기 제어 장치는 상기 미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실 제 가스 연료 보정계수와 상기 연료압 센서의 연료압과 상기의 연료 온도 센서의 연료 온도를 기초하여 가스 질량을 산출하는 가스 질량 연산 모듈과,
상기 가스 질량 연산 모듈의 가스 질량을 기초하여 연료 탱크 내에 잔존하는 연료 레벨을 산출하는 연료 레벨 연산 모듈을 포함한다.
여기서, 가스 질량 연산 모듈에서 상기 가스 연료 탱크의 크기, 상기의 연료압, 가스 연료 성분비에 대한 보정 계수, 연료 온도, 실제 가스 연료 보정 계수, 및 가스 상수를 통해 얻어지는 가스 질량은 다음 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112007044669628-PAT00001
또한, 상기의 연료 레벨 연산 모듈에서 상기의 가스 질량, 연료 레벨이 0%일 때의 가스 질량, 연료 레벨이 100%일 때 가스 질량을 통해 얻어지는 연료 레벨은 다음 수학식 2을 만족하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112007044669628-PAT00002
본 발명에 의하면, 연료 온도 센서의 연료 온도와 연료압 센서의 연료압과 미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수를 기초하여 가 스 질량을 산출하고 산출된 가스 질량을 통해 상기 가스 연료 레벨을 산출하여 표시함으로써, 연료 탱크 내의 연료량을 저가로 오차 없이 정확하게 검출할 수 있게 된다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 자동차의 구성을 보인 도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제어 장치의 구성을 상세하게 보인 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 가스 연료 공급 장치는, 씨엔지(CNG: Compressed Natural Gas) 연료를 가압 상태로 저장하는 연료탱크(1)와, 연료탱크(1)에 저장된 씨엔지 연료가 유입되며 유입된 씨엔지 연료의 압력을 기 설정된 임계값 이하로 감압하여 토출하는 압력 조정기(30)와, 압력 조정기(30)에서 토출된 연료가 유입되며 유입된 씨엔지 연료를 엔진(3)의 부하상태에 따라 정량 제어하는 복수개, 예를 들면 5-10개의 솔레노이드에 의해 정량 제어된 각각의 씨엔지 연료를 엔진(3)의 흡기 다기관으로 공급하는 연료 분배기(40)와, 연료 분배기(40)의 복수개의 솔레노이드에 의해 정량 제어되어 분배된 연료를 엔진 흡기 다기관의 연소실 내로 분사하는 가스 인젝터(노즐; Nozzle)(50)와, 엔진 회전수(RPM), 스로틀 위치 센서(TPS), 점화 시간 정보, 매니폴드 절대 압력(MAP), 냉각수 온도, 압력 조정기(30) 내의 연료 온도, 산소 신호 및 연료 분배기(40)의 적어도 2곳 이상에서의 압력 신호를 입력받아 이들 각각의 신호를 토대로 상기 연료분배기(40)의 복수개의 솔레노이드를 구동 제어하는 제어 장치(60)를 포함하여 구성된다.
한편, 압력 조정기(30)는 상기 연료 탱크(1)의 연료를 대기압 이상의 압력으로 상기의 연료 분배기(40)에 공급하도록 제어하며, 이러한 압력 조정기(30)는 상기 제어 장치(60)의 제어 신호에 따라 닫힘 또는 열림 제어하여 연료 탱크(1) 내의 연료를 연료 분배기(40)로 공급하는 연료 차단밸브(31)와, 상기 연료 차단 밸브(31)의 출력측에 접속되어 연료 탱크(1)의 압축된 연료를 감압하는 레귤레이터(32)와, 상기 레귤레이터(32)의 입력측에 접속되어 연료 라인의 연료압을 측정하여 상기의 제어 장치(60)로 제공하는 연료압 센서(33)와, 상기 레귤레이터(32)의 입력측에 접속되어 연료 라인의 연료 온도를 측정하여 상기 제어 장치(60)로 제공하는 연료 온도 센서(35)를 포함한다.
이때 연료 탱크(1) 내의 압축된 가스 연료의 압력은 대략 200 ∼ 250bar 정도이며, 이 압력은 레귤레이터(32)를 거쳐 엔진에 공급되는 연료의 인젝션(injection)압력이 대략 2 ∼ 3bar까지 감압된다.
그리고, 상기 제어 장치(60)는 미리 저장된 연료 탱크(1) 내의 가스 연료에 대한 데이터 정보 및 상기의 압력 조정기(30)로부터 공급되는 연료압 및 연료 온도를 기초하여 가스 질량을 연산하는 가스 질량 연산 모듈(101)과, 상기 가스 질량 연산 모듈(101)의 가스 질량으로부터 연료 탱크(1)의 내에 잔존하는 가스 연료 레벨을 산출하는 연료 레벨 연산 모듈(103)을 포함한다.
상기 제어 장치(60)에 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보는, 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수를 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명인 압축 천연 가스 연료를 사용하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치의 작용을 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다.
상기 제어 장치(60)의 제어 신호에 따라 연료 차단 밸브(31)가 열림 제어되면, 상기의 연료 탱크(1) 내의 압축된 가스 연료는 압력 조정기(30)로 유입된다. 상기의 압력 조정기(30)는 가스 연료의 토출 압력을 기 설정된 임계값으로 감압하여 연료 분배기(40)에 공급한다. 즉, 압력 제어된 연료가 2개의 연료 분배기(40)로 각각 분배되어 유입되면(경우에 따라서는 1개의 연료 분배기로 유입될 수 있음), 연료 분배기(40)의 솔레노이드들은 엔진 부압 및 제어장치(60)의 가스 인젝션 신호에 의해 구동 제어되어 엔진(3) 구동에 필요한 정량의 연료를 즉각적으로 엔진(3)의 각 기통(흡기 다기관)으로 분배하거나, 엔진(3)의 흡기다기관의 어느 1곳에 집중하여 분사한다.
한편, 상기 제어 장치(60)는 상기의 압력 조정기(30) 내의 연료압 센서(33) 및 연료 온도 센서(35)로부터 공급되는 연료압 및 연료 온도와 기 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보, 즉, 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수를 기초하여 연료 탱크(1) 내에 잔존하는 가스 질량을 연산하고, 연산된 가스 질량을 통해 연료 레벨을 연산한다.
상기 가스 질량 연산 모듈(101)에서 연산되는 가스 질량은 다음 수학식 3을 만족한다.
Figure 112007044669628-PAT00003
또한, 상기 제어 장치의 연료 레벨 연산 모듈(63)에서 상기의 가스 질량, 연료 레벨이 0%일 때의 가스 질량, 연료 레벨이 100%일 때 가스 질량을 통해 얻어지는 연료 레벨은 다음 수학식 4를 만족한다.
Figure 112007044669628-PAT00004
본 발명의 실시예에서는 연료 온도 센서(35)로부터 공급되는 연료 온도를 기초하여 가스 질량 및 연료 레벨을 산출하도록 설명하고 있으나, 연료 온도 센서 대신에 외기 온도를 기초하여 가스 질량 및 연료 레벨을 산출할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 연료 레벨 검출 장치는, 연료 온도 센서의 연료 온도와 연료압 센서의 연료압 및 미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수를 기초하여 가스 질량을 산출하고 산출된 가스 질량을 통해 상기 가스 연료 레벨을 산출하여 표시함으로써, 연료 탱크 내의 연료량을 저가로 오차없이 정확하게 검출할 수 있는 효과를 얻는다.
이와 같이 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위 의해 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 압력 조정기에서 연료 탱크에 저장된 가스 연료의 압력을 기 설정된 임계값 이하로 감압한 후 감압된 압력으로 가스 연료를 연료 분배기를 통해 가스 인젝터로 토출하는 자동차의 가스 연료 레벨 검출 장치에 있어서,
    상기 압력 조정기는,
    시동 온 시 열림 제어되어 연료 탱크 내의 연료를 상기 연료 분배기로 공급하는 연료 차단 밸브;
    상기의 연료 차단 밸브의 출력측에 접속되어 연료 라인의 연료압을 측정하는 연료압 센서;
    상기 연료압 센서의 출력측에 설치되어 연료 라인의 연료 온도를 측정하는 연료 온도 센서; 및
    상기의 상기 연료 온도 센서의 출력측에 접속되어 상기 연료 라인의 연료압을 기 설정된 임계값으로 감압하는 레귤레이터를 포함하고,
    미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수와 상기 연료압 센서의 연료압과 상기의 연료 온도 센서의 연료 온도를 기초하여 가스 질량을 산출하고 산출된 가스 질량을 통해 상기 가스 연료 레벨을 산출하여 표시하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는
    상기 미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수와 상기 연료압 센서의 연료압과 상기의 연료 온도 센서의 연료 온도를 기초하여 가스 질량을 산출하는 가스 질량 연산 모듈과,
    상기 가스 질량 연산 모듈의 가스 질량을 기초하여 연료 탱크 내에 잔존하는 연료 레벨을 산출하는 연료 레벨 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가스 질량 연산 모듈에서 상기 가스 연료 탱크의 크기, 상기의 연료압, 가스 연료 성분비에 대한 보정 계수, 연료 온도, 실제 가스 연료 보정 계수, 및 가스 상수를 통해 얻어지는 가스 질량은 다음 수학식 5을 만족하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
    Figure 112007044669628-PAT00005
  4. 제3항에 있어서, 상기의 연료 레벨 연산 모듈에서 상기의 가스 질량, 연료 레벨이 0%일 때의 가스 질량, 연료 레벨이 100%일 때 가스 질량을 통해 얻어지는 연료 레벨은 다음 수학식 6을 만족하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
    Figure 112007044669628-PAT00006
  5. 압력 조정기에서 연료 탱크에 저장된 가스 연료의 압력을 기 설정된 임계값 이하로 감압한 후 감압된 압력으로 가스 연료를 연료 분배기를 통해 가스 인젝터로 토출하는 자동차의 가스 연료 레벨 검출 장치에 있어서,
    상기 압력 조정기는,
    시동 온 시 열림 제어되어 연료 탱크 내의 연료를 상기 연료 분배기로 공급하는 연료 차단 밸브;
    상기의 연료 차단 밸브의 출력측에 접속되어 연료 라인의 연료압을 측정하는 연료압 센서; 및
    상기의 상기 연료 온도 센서의 출력측에 접속되어 상기 연료 라인의 연료압을 기 설정된 임계값으로 감압하는 레귤레이터를 포함하고,
    외기 온도를 측정하는 외기 온도 센서를 더 포함하며,
    미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수와 상기 연료압 센서의 연료압과 상기의 외기 온도 센서의 외기 온도를 기초하여 가스 질량을 산출하고 산출된 가스 질량을 통해 상기 가스 연료 레벨을 산출하여 표시하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 장치는
    상기 미리 저장된 가스 연료에 대한 데이터 정보인 가스 연료 탱크의 크기, 가스 연료 성분비에 따른 보정 계수, 가스 상수, 및 실제 가스 연료 보정계수와 상기 연료압 센서의 연료압과 외기 온도 센서의 외기 온도를 기초하여 가스 질량을 산출하는 가스 질량 연산 모듈과,
    상기 가스 질량 연산 모듈의 가스 질량을 기초하여 연료 탱크 내에 잔존하는 연료 레벨을 산출하는 연료 레벨 연산 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 질량 연산 모듈에서 상기 가스 연료 탱크의 크기, 상기의 연료압, 가스 연료 성분비에 대한 보정 계수, 외기 온도, 실제 가스 연료 보정 계수, 및 가스 상수를 통해 얻어지는 가스 질량은 다음 수학식 7을 만족하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
    Figure 112007044669628-PAT00007
  8. 제7항에 있어서, 상기의 연료 레벨 연산 모듈에서 상기의 가스 질량, 연료 레벨이 0%일 때의 가스 질량, 연료 레벨이 100%일 때 가스 질량을 통해 얻어지는 연료 레벨은 다음 수학식 8을 만족하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 레벨 검출 장치.
    Figure 112007044669628-PAT00008
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