KR20090108924A

KR20090108924A - 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법

Info

Publication number: KR20090108924A
Application number: KR1020080034281A
Authority: KR
Inventors: 김덕렬
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2009-10-19
Also published as: CN101559770A; KR100952009B1; CN101559770B

Abstract

본 발명은 엘피아이(LPI) 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법에 관한 것으로, 모터 구동상태에서도 연료펌프가 작동되어 연료의 공급이 이루어지고, 또한 연료압력이 목표압력범위(LPG 연료가 항상 액상을 유지함과 더불어 연료펌프의 작동 반복 시간이 적절한 간격을 유지하도록 설정됨) 내에서 유지되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 모터 구동상태에서 엔진 구동상태로 전환 시 충분한 농도의 연료가 안정적으로 공급됨으로써 안정된 시동 및 구동상태 유지가 가능한 효과가 있다.

엘피아이 엔진, 엘피아이 하이브리드 차량, 모드 전환, 연료공급

Description

엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법{fuel pump control method of LPI hybrid vehicle}

본 발명은 LPI(Liquefied Petroleum Injection) 엔진과 모터를 구비한 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법에 관한 것이다.

LPI 하이브리드 차량은 연비 개선을 위해 주로 모터로 구동되고, 배터리 충전 용량이 부족하거나 고출력이 필요할 경우에 LPI 엔진이 구동되도록 되어 있다.

일반적인 LPI 엔진의 연료 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 액상의 엘피지(LPG)가 저장된 봄베(1)와, 봄베(1)에 연료공급호스(2)로 연결된 연료레일(3), 연료레일(3)과 상기 봄베(1)를 연결하는 연료리턴호스(4), 상기 연료레일(3)에 연결된 각 기통별 인젝터(5), 상기 연료공급호스(2)에 설치된 차단밸브(6)와 온도센서(7) 및 상기 연료리턴호스(4)에 설치된 압력레귤레이터(8)와 압력센서(9)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 봄베(1)의 내부에 연료펌프(10)가 설치되어 상기 연료공급호스(2)와 연결되어 있다.

따라서, 전자제어장치(11)가 상기 온도센서(7)와 압력센서(9)로부터 연료 상태를 파악하여 상기 인젝터(5) 및 연료펌프(10)의 작동을 제어하게 된다.

한편, 상기 연료펌프(10)는 이그니션 on 일 때 연료압력을 일정 크기 이상으로 상승시키기 위하여 3단으로 구동되고, 목표압력 이상으로 도달되면 1단으로 구동하여 일정 시간 유지 후, 정지된다. 그 외의 경우에는 다양한 엔진 조건(cranking, idle, part load, full load, 가/감속) 및 연료 온도와 압력에 따라 다단(1~5단)제어된다.

그런데, LPI 하이브리드 차량에서 모터 구동시 LPI 엔진은 정지되어 있기 때문에 상기 연료펌프(10) 또한 정지되어 있고, 연료라인의 연료는 봄베(1)로 리턴된다.

따라서, 연료라인의 연료압력이 낮아지게 되는데 이때 차량이 모터 구동상태에서 엔진 구동상태로 전환되면 연료 공급량이 부족하여 정상 출력이 발생하지 않으므로 엔진이 정상적으로 시동되지 않고, 시동되어도 울컥거리는 이상 진동이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 엘피아이 하이브리드 차량에 있어서, 연료라인이 항상 적정 연료압력을 유지하여 모터 구동상태에서 엔진 구동상태로 전환될 때 충분한 양의 연료 공급이 이루어짐으로써 안정적인 시동과 구동이 이루어지도록 된 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

차량이 모터 구동상태인지 엔진 구동상태인지를 판단하는 구동상태 판단단계와,

모터 구동상태이면 현재의 연료압력과 설정된 목표압력범위의 하한값(목표압력1;LPG 연료가 액상을 유지하는 최소 압력)을 비교하는 연료펌프구동전 연료압력확인단계와;

연료압력이 상기 목표압력범위의 하한값(목표압력1) 이하인 경우 연료펌프를 구동하는 연료펌프 구동단계와;

연료펌프가 구동되어 연료압력이 점차 상승하면 연료압력과 설정된 목표압력범위의 상한값(목표압력2;연료펌프의 최대출력성능과 연료펌프 작동의 시간간격을 고려하여 설정된 압력)를 비교하는 연료펌프구동후 연료압력확인단계와;

연료압력이 상기 목표압력범위의 상한값(목표압력2) 보다 크면 연료펌프의 작동을 정지하는 연료펌프 정지단계; 및

연료압력이 상기 목표압력범위의 상한값(목표압력2) 이하이면 연료펌프의 작동을 계속하는 연료펌프 작동지속단계;

를 포함한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면, 엘피아이 하이브리드 차량에서 모터 구동상태에서 엔진으로의 연료 공급과 적정한 연료압력의 유지가 이루어짐으로써 모터 구동상태에서 엔진 구동상태로 전환될 때 안정적인 시동과 구동이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 모터 구동상태에서의 연료공급은 적정압(목표압력범위)을 유지하는 상태로 이루어지기 때문에 연료펌프가 상시 구동되지 않음으로써 연료펌프소음이 최소화되고 연비가 개선되며 내구 수명 연장의 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 연료펌프 제어방법을 설명하는 그래프로서, 연료펌프 작동 제어에 따른 연료압력의 변화가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이 본 발명은 연료압력의 목표압력범위(목표압력1(하한값) ~ 목표압력2(상한값))를 설정하고, 연료압력이 상기 목표압력범위로 유지될 수 있도록 연료펌프(10)를 제어하는 방법으로서, 그러한 연료펌프의 제어가 모터 구동상태에서 이루어지는 것에 본 발명의 특징이 있다. 즉, 종래의 LPI 하이브리드 차량에 서는 모터 구동상태일 때 엔진이 정지되어 있으므로 연료펌프도 작동시키지 않았으나, 본 발명은 차량이 모터 구동상태여서 엔진이 정지되어 있는 상태에서도 연료펌프를 작동시키고, 그 작동을 제어하는 것이다.(LPI 시스템의 연료펌프(10)는 상기 전자제어장치(11)에 의해 제어되는 모터에 의해 구동된다.)

차량이 LPI 엔진 구동상태일 때는 종래의 일반 LPI 엔진(mono-fuel type LPI engine)구동 맵에 의해 동일한 방식으로 연료펌프가 제어된다.

그리고, 본 발명에 따라 모터 구동상태에서는 압력센서(9)로부터의 신호에 따라 연료압력이 목표압력1 이하가 되면 연료펌프(10)를 구동하고, 연료펌프(10) 구동으로 연료압력이 상승하여 목표압력2를 초과하면 연료펌프(10)의 작동을 정지시킨다.

상기와 같은 방식으로 연료압력이 목표압력범위 내로 유지되도록 연료펌프를 구동하기 때문에 연료펌프가 필요한 경우에만 작동되고 상시 구동되지 않으므로 연비 및 소음 측면에서 유리하다.

한편, 상기 목표압력1은 LPG 연료가 액상을 유지하는 최소 압력이고, 상기 목표압력2는 LPG 연료가 액상을 유지하는 최소 압력보다 적절히 큰 값이다.

LPI 엔진의 연료량 제어는 연료가 액상인 것을 전제로 이루어지기 때문에 액상 연료가 아닌 기상 또는 액상과 기상의 혼합상태의 연료가 공급되면 공급연료의 농도가 희박(lean) 상태가 되므로 이론 공연비를 만족하는 제어를 수행할 수 없게 되고, 이에 엔진 부조 및 시동 꺼짐 현상이 발생하게 된다.

따라서, 목표압력1을 LPG 연료가 액상을 유지하는 최소 압력으로 설정하는 것이다.

상기 목표압력1은 LPG의 포화증기압선도에서 구하게 되는데, 부탄/프로판 성분비별로 표시된 각 곡선을 기준으로 곡선보다 압력이 큰 영역은 LPG 가 항상 액상으로 존재하는 영역이고, 곡선상의 영역은 액상과 기상의 혼합 영역이며, 곡선보다 압력이 작은 영역은 항상 기상으로 존재하는 영역이다.

따라서, 사용되는 LPG 연료의 성분비에 따른 포화증기압 곡선에서 그 때의 연료온도에 해당하는 포화증기압(P)에 일정한 추가압력1(ΔP1)을 더한 값으로 상기 목표압력1을 설정하게 된다.

상기 추가압력1(ΔP1)을 더함으로써 목표압력1 이상의 압력에서 LPG연료는 항상 액상으로만 존재할 수 있게 된다.

상기 추가압력1(ΔP1)은 가능한 최소값을 가지도록 설정하는 것이 바람직한데, 일반적으로 실차 평가를 통해 시험해본 결과 1bar 정도로 설정하면 문제가 발생하지 않았다.

도 3을 참조하여 LPG 성분비가 부탄 70%, 프로판 30% 이고, 연료온도가 30℃인 경우 상기 목표압력1을 결정하는 경우를 예로 들어 본다.

LPG 포화증기압 선도에서 상기 성분비를 가지는 곡선은 굵은 검정 실선이다. 해당 곡선상에서 30℃에 해당되는 압력(P, 즉 해당 성분비와 온도에서의 포화증기압)은 5.5bar이므로 여기에 추가압력1(ΔP1)으로 1bar를 더하여 목표압력1 = 6.5bar의 값을 결정할 수 있다.(목표압력1 = 포화증기압(P) + 추가압력1(ΔP1))

한편, 상기 목표압력2의 설정은 연료펌프의 구동시간 및 정지 후 재 구동 될 때까지의 시간과 밀접한 관계가 있는 것으로, 목표압력2가 너무 낮게 설정되면 연료펌프가 잦은 구동과 정지를 반복하게 되어 소음측면에서 바람직하지 않다.

반면, 목표압력2가 지나치게 높게 설정되면 연료펌프가 높은 연료압력 유지를 위하여 항상 최대 구동상태로 작동되어야만 하므로 내구성 저하가 발생하는 단점이 있다.

따라서, 목표압력2는 연료펌프의 최대출력성능과 연료펌프 작동의 시간간격을 고려하여 설정된 적정 압력으로서, 해당 성분비와 온도에서의 포화증기압(P)에 적당한 추가압력2(ΔP2)를 더하여 설정한다.(목표압력2 = 포화증기압(P) + 추가압력2(ΔP2)) 이때 추가압력2(ΔP2) ＞ 추가압력1(ΔP1)임은 물론이며, 실차 평가를 통해 시험해본 결과 3 ~ 4bar 정도로 설정하면 문제가 발생하지 않았다.

예를 들어, 상기 목표압력1 설정시와 동일한 조건에서 목표압력2는 상기 조건에서의 포화증기압 5.5bar에 상기 추가압력2(ΔP2)로서 3 ~ 4bar를 더한 8.5 ~ 9.5bar가 된다.

본 발명에 따른 연료펌프 제어방법을 도 4의 순서도를 참조하여 설명한다.

먼저, 차량이 모터 구동상태인지 엔진 구동상태인지를 판단한다.(구동상태 판단단계(S1))

상기 단계(S1)에서 모터 구동상태인 것으로 판단되면 현재의 연료압력과 목표압력1을 비교한다.(연료펌프구동전 연료압력확인단계(S2))

반면, 엔진 구동상태인 경우에는 일반 LPI 엔진 구동 맵에 따라 연료펌프를 제어한다.

상기 단계(S2)에서 연료압력이 목표압력1 이하인 경우 연료펌프를 구동한다.(연료펌프 구동단계(S3))

연료압력이 목표압력1을 초과하는 경우에는 상기 구동상태 판단단계(S1)를 재수행한다.

상기 단계(S3)에 의해 연료펌프가 구동되어 연료압력이 점차 상승하면 연료압력과 목표압력2를 비교한다.(연료펌프구동후 연료압력확인단계(S4))

상기 단계(S4)에서 연료압력이 목표압력2 보다 크면 연료펌프의 작동을 정지한다.(연료펌프 정지단계(S5))

반면, 연료압력이 목표압력2 이하이면 연료펌프의 작동을 계속한다.(연료펌프 작동지속단계(S6))

따라서, 엘피아이 하이브리드 차량이 엔진 구동상태일 때는 일반 엘피아이 차량과 동일하게 연료펌프 제어가 이루어지고, 모터 구동상태일 때는 연료펌프가 작동 및 정지를 반복하면서 연료압력을 목표압력범위 내로 유지시키게 된다.

따라서, 차량이 모터 구동상태일 때에도 적절한 압력의 연료공급상태가 유지되고 상기 목표압력범위의 하한값인 목표압력1이 LPG 연료가 항상 액상으로만 존재할 수 있는 최소값으로 설정되었기 때문에 모터 구동상태에서 엔진 구동상태로 전환될 때 즉시 충분한 농도의 연료를 공급할 수 있게 됨으로써 연료량 부족(공연비 측면에서의 희박 상태) 문제가 해결되어 엔진이 안정적으로 시동되고, 부조로 인한 울컥거림 현상이 해소된다.

또한, 상기 목표압력범위의 상한값이 목표압력2가 연료펌프의 최대출력성능 과 연료펌프 작동의 적절한 시간간격을 고려하여 설정되었기 때문에 연료펌프가 최대성능으로 상시 구동되지 않도록 함으로써 내구성 저하 및 소음을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 엘피아이 하이브리드 차량의 연료라인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 연료펌프 제어방법을 개략적으로 나타낸 그래프,

도 3은 LPG의 포화증기압선도,

도 4는 본 발명에 따른 연료펌프 제어방법의 순서도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 봄베 2 : 연료공급호스

3 : 연료레일 4 : 연료리턴호스

5 : 인젝터 6 : 차단밸브

7 : 온도센서 8 : 압력레귤레이터

9 : 압력센서 10 : 연료펌프

11 : 전자제어장치

Claims

차량이 모터 구동상태인지 엔진 구동상태인지를 판단하는 구동상태 판단단계와,

모터 구동상태이면 현재의 연료압력과 설정된 목표압력범위의 하한값을 비교하는 연료펌프구동전 연료압력확인단계와;

연료압력이 상기 목표압력범위의 하한값 이하인 경우 연료펌프를 구동하는 연료펌프 구동단계와;

연료펌프가 구동되어 연료압력이 점차 상승하면 연료압력과 설정된 목표압력범위의 상한값을 비교하는 연료펌프구동후 연료압력확인단계와;

연료압력이 상기 목표압력범위의 상한값 보다 크면 연료펌프의 작동을 정지하는 연료펌프 정지단계; 및

연료압력이 상기 목표압력범위의 상한값 이하이면 연료펌프의 작동을 계속하는 연료펌프 작동지속단계;

를 포함하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 목표압력범위의 하한값은 LPG 연료가 액상을 유지하는 최소 압력인 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 목표압력범위의 상한값은 연료펌프의 최대출력성능과 연료펌프 작동의 시간간격을 고려하여 설정된 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 구동상태 판단단계에서 엔진 구동상태인 경우에는 일반 LPI 엔진 구동 맵에 따라 연료펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 연료펌프구동전 연료압력확인단계에서 연료압력이 상기 목표압력범위의 하한값을 초과하는 경우에는 상기 구동상태 판단단계를 재수행하는 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 목표압력범위의 하한값은 LPG 연료의 성분비에 따른 포화증기압 곡선에서 현재 연료온도에 해당하는 포화증기압에 일정한 추가압력1을 더한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 추가압력1은 1bar인 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 목표압력범위의 상한값은 LPG 연료의 성분비에 따른 포화증기압 곡선에서 현재 연료온도에 해당하는 포화증기압에 연료펌프의 최대출력성능과 연료펌프 작동의 시간간격을 고려하여 설정된 추가압력2를 더한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 추가압력2는 3 ~ 4bar 범위인 것을 특징으로 하는 엘피아이 하이브리드 차량의 연료펌프 제어방법.