KR20090110977A - 가스 레귤레이터 모니터링 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 레귤레이터의 모니터링 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, CNG 차량의 고압 가스를 저압으로 바꾸는 가스 레귤레이터의 이상 여부를 감지하여 흡기 통로를 차단함을 특징으로 한다. 본 발명은, 고압의 가스 탱크의 연료를 저압으로 바꾸어 연료 인젝터에 공급하는 가스 레귤레이터와, 흡기 제어 장치인 흡기 매니폴드로부터의 흡기 압력을 상기 가스 레귤레이터에 공급하는 맵 바이어스 호스와, 상기 맵 바이어스 호스를 차단하는 흡기 차단밸브와, 상기 연료 인젝터와 상기 가스 레귤레이터 사이에 위치하여, 상기 가스 레귤레이터에서 상기 연료 인젝터로 공급하는 연료의 출력 압력값을 감지하는 제1압력센서와, 상기 가스 탱크와 상기 가스 레귤레이터 사이에 위치하여, 상기 가스 탱크에서 상기 가스 레귤레이터로 공급하는 연료의 입력 압력값을 감지하는 제2압력센서와, 상기 제1압력센서에서 감지한 출력 압력값, 상기 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 범위를 벗어난 경우 이상감지수단을 통해 경고하고, 상기 흡기 차단밸브를 차단하는 엔진제어유닛을 포함한다.

CNG, 가스, 연료, 고압, 저압, 레귤레이터, 흡기, 인젝터

Description

가스 레귤레이터 모니터링 장치 및 그 동작 방법{Apparatus for monitoring gas regulator and method for operating the same}

본 발명은 가스 레귤레이터의 모니터링 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, CNG 차량의 고압 가스를 저압으로 바꾸는 가스 레귤레이터의 이상 여부를 감지하여 흡기 통로를 차단한다.

압축 천연 가스(Compressed Naturl Gas;CNG)가 청정성까지 갖춘 대체 연료로서 고압에 의해 압축,저장되고 옥탄가가 120 정도가 되므로 현재는 일부 대형 버스에 장착하여 사용하고 있다. 상기 압축 천연 가스(CNG)는 통상 상온에서 부피가 큰 기체 상태이므로 이를 고압의 기체 상태로 저장하기 위하여 압축 천연 가스 차량(CNG 차량)의 연료 계통은 가솔린 자동차와는 약간 다르게 되며, 압축 천연 가스를 사용하는 엔진은 통상 포트 인젝션(port injection) 방식을 사용한다.

도 1은 이러한 압축 천연 가스를 사용하는 CNG 차량의 엔진 연료 제어 구조를 도시한 그림이다.

CNG 차량은 고압의 압축 천연 가스를 연료로 사용하는데, 엔진에서 사용하기 위해서는 일정한 압력으로 조정해서 사용해야 하기 때문에 이를 위하여 가스 레귤 레이터(10)가 사용된다.

가스 탱크(20)의 압력은 최고 200 Bar 수준으로 충전되고, 이를 가스 레귤레이터(10)가 약 8Bar로 감압하여 엔진으로 공급한다. 이를 위해 흡기압력 변화에 따라 가스 레귤레이터(10)의 출력 압력을 조절하기 위하여, 흡기 매니폴드(40;intake manifold)에 맵 바이어스 호스(50;map bias hose)를 연결하여 가스 레귤레이터(10)에 흡기압력 변화를 수행한다.

도 2는 가스 레귤레이터(10)의 내부 구조를 도시한 그림으로서, 맵 바이어스 호스를 통해 유입되는 흡기압력은 가스 레귤레이터(10)의 스프링(11)에 전달되어 가스 레귤레이터의 출력 압력이 조정된다. 차량 가속 시에는 흡기압력이 상승하고 많은 연료량을 필요로 하는데, 이때 맵 바이어스 호스를 통해 스프링(11)을 밀고 가스 레귤레이터의 출력 압력을 상승시켜 충분한 연료가 연료 인젝터에 공급되도록 한다.

그런데, 가스 레귤레이터(10) 내부 손상의 품질 문제 발생할 경우에는, 맵 바이어스 호스(50)측으로 연료가 누기되어 고압의 연료가 흡기 매니폴드(40;intake manifold)로 직접 들어가서 연소됨으로써 점화코일 손상, 실화, 역화 현상이 발생하고 엔진 손상이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 가스 레귤레이터의 이상으로 인하여 흡기 매니폴드로 연료가 누기되어 엔진 손상이 발생되지 않도록, 가스 레귤레이터의 이상 여부를 모니터링하여 흡기 매니폴드로 역유입되는 연료를 차단하는 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

본 발명은, 고압의 가스 탱크의 연료를 저압으로 바꾸어 연료 인젝터에 공급하는 가스 레귤레이터와, 흡기 제어 장치인 흡기 매니폴드로부터의 흡기 압력을 상기 가스 레귤레이터에 공급하는 맵 바이어스 호스와, 상기 맵 바이어스 호스를 차단하는 흡기 차단밸브와, 상기 연료 인젝터와 상기 가스 레귤레이터 사이에 위치하여, 상기 가스 레귤레이터에서 상기 연료 인젝터로 공급하는 연료의 출력 압력값을 감지하는 제1압력센서와, 상기 가스 탱크와 상기 가스 레귤레이터 사이에 위치하여, 상기 가스 탱크에서 상기 가스 레귤레이터로 공급하는 연료의 입력 압력값을 감지하는 제2압력센서와, 상기 제1압력센서에서 감지한 출력 압력값, 상기 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 범위를 벗어난 경우 이상감지수단을 통해 경고하고, 상기 흡기 차단밸브를 차단하는 엔진제어유닛을 포함한다.

상기 엔진제어유닛은, 상기 제1압력센서에서 감지한 출력 압력값이 미리 설정한 출력 한계치 범위를 벗어난 경우 가스탱크 경고등을 점등하며, 상기 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 입력 한계치 범위를 벗어난 경우 가스 레귤레이터 경고등을 점등한다.

상기 가스 탱크는, 압축 천연 가스(CNG)로 구동되는 차량의 연료 저장 장소임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 고압의 가스 탱크의 연료를 저압으로 바꾸어 연료 인젝터에 공급하는 가스 레귤레이터에서 상기 연료 인젝터로 공급하는 연료의 입력 압력값을 모니터링 하는 제1단계와, 상기 모니터링한 입력 압력값이 미리 설정한 입력 한계치 범위를 벗어난 경우에는 가스탱크 경고등을 점등하며, 상기 입력 한계치 범위 내의 정상인 경우에는 상기 가스 레귤레이터에서 상기 연료 인젝터로 공급하는 연료의 출력 압력값을 모니터링 하는 제2단계와, 상기 모니터링한 출력 압력값이 미리 설정한 출력 한계치 범위를 벗어난 경우에는 가스 레귤레이터 경고등을 점등하고, 아울러, 흡기 제어 장치인 흡기 매니폴드로부터 상기 가스 레귤레이터로 유입되는 흡기 압력을 차단하는 제3단계를 포함한다.

상기 가스탱크 경고등을 점등한 후 상기 제1단계로 돌아가 상기 입력 압력값을 모니터링한 후 상기 2단계를 반복함을 특징으로 한다.

상기 3단계를 수행한 후 상기 제1단계로 돌아가 시동이 종료될 때까지 상기 제1,제2,제3단계를 반복 수행함을 특징으로 한다.

본 발명은 가스 레귤레이터의 이상 발생 시에 경고등 점등 및 흡기 매니폴드로 역유입되는 연료를 차단함으로써, 엔진 손상 및 시동꺼짐 현상을 예방할 수 있어 차량 안전성 향상에 기여하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 레귤레이터 모니터링 장치의 실제 구조 모습을 도시한 그림이고, 도 4는 상기 가스 레귤레이터 모니터링 장치의 구성 블록도이다.

흡기 매니폴드(40;intake manifold)는, 각 실린더마다의 흡기 포트에 설치된 컨틀로 밸브를 엔진 회전수에 따라서 개폐하는 흡기 제어 시스템으로, 연료 인젝터뿐만 아니라 가스 레귤레이터로 흡기 압력을 공급한다. 상기 가스 레귤레이터로의 흡기 압력 공급은 맵 바이어스 호스(50;map bias hose)를 통해 공급한다.

가스 레귤레이터(10)는 고압의 가스 탱크(20)의 연료를 저압으로 바꾸어 엔진의 연료 인젝터에 공급하는 역할을 한다.

고압 차단 밸브(60)는 차량의 키-온시 밸브가 열리면서 가스가 유동하도록 하고, 키-오프시에는 밸브가 닫혀지도록 하여 연료 공급이 차단되도록 하며, 고압 차단 밸브(60)를 통과한 가스 연료는 가스 레귤레이터(10)를 지나면서 일정한 압력으로 유동하도록 감압시켜 연료 인젝터(30)로 제공된다.

한편, 가스 레귤레이터(10) 내부 손상의 품질 문제가 발생할 경우, 맵 바이어스 호스(50)측으로 연료가 누기되어 고압의 연료가 흡기 매니폴드(40;intake manifold)로 직접 역유입되어 들어가서 연소됨으로써 점화코일 손상, 실화, 역화 현상이 발생하고 엔진 손상이 발생할 우려가 있다.

따라서 본 발명은 이러한 문제를 개선하기 위하여 맵 바이어스 호스(50)측으로 연료가 누기되어 흡기 매니폴드(40)로 역유입되는 것을 감지하여, 이러한 역유입되는 가스 연료를 차단하는 가스 레귤레이터 모니터링 장치를 구현한다. 이를 위하여 상기 흡기 매니폴드(40), 가스 레귤레이터(10), 고압 차단밸브(60), 연료탱크(20), 연료 인젝터(30) 이외에도 흡기차단밸브(70), 제1압력센서(80), 제2압력센서(90)를 추가로 더 구비하며, 차단 제어를 하는 특징으로 하는 엔진제어유닛(100)을 구비한다.

흡기 차단밸브(70)는 흡기 매니폴드(40)와 가스 레귤레이터(10) 사이를 연결하는 맵 바이어스 호스(50)에 설치되어 있어, 맵 바이어스 호스(50)를 차단하는 기능을 수행한다. 즉, 가스 레귤레이터(10)에 문제가 발생할 경우 엔진제어유닛(100)으로부터 차단 제어신호를 수신하여, 이에 따라 흡기 차단밸브(70)를 닫아 맵 바이어스 호스(50) 내의 통로를 차단한다.

제1압력센서(80)는 가스 레귤레이터(10)의 출력측에 장착되어 가스 레귤레이 터의 출력 압력을 감지하고, 제2압력센서(90)는 가스 레귤레이터(10)의 입력측에 장착되어 가스 탱크(20)로부터의 입력 압력을 모니터링한다.

상기 제1압력센서(80) 및 제2압력센서(90)로부터 감지되는 출력 압력값과 입력 압력값은 엔진제어유닛(100;Engine Control Unit;ECU)에 전달된다.

엔진제어유닛(100)은 상기 제1압력센서에서 감지한 출력 압력값, 상기 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 범위를 벗어난 경우 이상감지수단(110)을 통해 경고하고, 상기 흡기 차단밸브를 차단한다. 상기 이상감지수단(110)은 가스 레귤레이터 경고등 및 가스 탱크 경고등를 포함한다.

따라서 엔진제어유닛(100)은 제1압력센서(80)에서 감지한 출력 압력값이 미리 설정한 출력 한계치 범위(예컨대, 7Bar~9Bar)를 벗어난 경우에는 가스 레귤레이터(10)에 문제가 있다고 판단하고 가스 레귤레이터 압력 이상을 나타내는 가스 레귤레이터 경고등을 점등하여 오류가 있음을 경고하며, 동시에, 흡기 차단밸브(70)를 차단하여 가스 레귤레이터로부터 흡기 매니폴드로의 연료 역주입을 차단한다.

또한, 엔진제어유닛(100)는 제2압력센서(90)에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 입력 한계치 범위(예컨대, 190Bar~210Bar)를 벗어난 경우에는 가스 탱크(20)에 문제가 있다고 판단하고 가스 탱크 압력 이상을 나타내는 가스 탱크 경고등을 점등한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 레귤레이터 모니터링 과정을 도시한 플로차트이다.

키온(key on)되어 차량 시동(S51)이 걸리면, 엔진제어유닛는 가스 레귤레이터와 가스 탱크 사이의 위치, 즉, 가스 레귤레이터의 입력측에 장착되어 있는 제2압력센서를 통해 가스 탱크로부터의 입력 압력을 모니터링(S52)한다.

상기 제2압력센서 모니터링하여 정상 여부를 판단(S53)한 결과, 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 입력 한계치 범위(예컨대, 190Bar~210Bar)를 벗어난 비정상인 경우에는 가스 탱크에 문제가 있다고 판단하고 가스 탱크 압력 이상을 나타내는 가스 탱크 경고등을 점등(S54)하고 다시 상기 S51단계로 돌아간다.

상기 제2압력센서 모니터링하여 정상 여부를 판단한 결과, 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 입력 한계치 범위 내의 정상적인 경우에는, 엔진제어유닛는 가스 레귤레이터의 출력측에 설치된 제1압력센서를 통해 가스 레귤레이터의 출력 압력을 모니터링(S55)한다.

상기 제1압력센서 모니터링하여 정상 여부를 판단(S50)한 결과, 감지한 출력 압력값이 미리 설정한 출력 한계치 범위(예컨대, 7Bar~9Bar)를 벗어난 경우에는 가스 레귤레이터에 문제가 있다고 판단하고 가스 레귤레이터 압력 이상을 나타내는 가스 레귤레이터 경고등을 점등하여 오류가 있음을 경고하며, 동시에, 흡기 차단밸브를 차단하여 가스 레귤레이터로부터 흡기 매니폴드로의 연료 역주입을 차단하고 상기 S51단계로 돌아간다.

상기 과정들(S51,S52,S53,S54,S55,S56,S57)은 차량 시동이 종료될 때까지 반복 수행된다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

도 1은 종래의 CNG 차량의 엔진 연료 제어 구조를 도시한 그림이다.

도 2는 가스 레귤레이터의 내부 구조를 도시한 그림이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 레귤레이터 모니터링 장치의 실제 구조 모습을 도시한 그림이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 레귤레이터 모니터링 장치의 구성 블록도이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 가스 레귤레이터 모니터링 과정을 도시한 플로차트이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 가스 레귤레이터 20: 가스 탱크

30: 연료 인젝터 40: 흡기 매니폴드

50: 맵 바이어스 호스 60: 고압 차단 밸브

70: 흡기 차단밸브 80: 제1압력센서

90: 제2압력센서 100: 엔진제어유닛

110: 이상감지수단

Claims (6)

1. 고압의 가스 탱크의 연료를 저압으로 바꾸어 연료 인젝터에 공급하는 가스 레귤레이터;

   흡기 제어 장치인 흡기 매니폴드로부터의 흡기 압력을 상기 가스 레귤레이터에 공급하는 맵 바이어스 호스;

   상기 맵 바이어스 호스를 차단하는 흡기 차단밸브;

   상기 연료 인젝터와 상기 가스 레귤레이터 사이에 위치하여, 상기 가스 레귤레이터에서 상기 연료 인젝터로 공급하는 연료의 출력 압력값을 감지하는 제1압력센서;

   상기 가스 탱크와 상기 가스 레귤레이터 사이에 위치하여, 상기 가스 탱크에서 상기 가스 레귤레이터로 공급하는 연료의 입력 압력값을 감지하는 제2압력센서;

   상기 제1압력센서에서 감지한 출력 압력값, 상기 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 범위를 벗어난 경우 이상감지수단을 통해 경고하고, 상기 흡기 차단밸브를 차단하는 엔진제어유닛

   을 포함하는 가스 레귤레이터 모니터링 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 엔진제어유닛은, 상기 제1압력센서에서 감지한 출력 압력값이 미리 설정한 출력 한계치 범위를 벗어난 경우 가스탱크 경고등을 점등하며, 상기 제2압력센서에서 감지한 입력 압력값이 미리 설정한 입력 한계치 범위를 벗어난 경우 가스 레귤레이터 경고등을 점등하는 가스 레귤레이터 모니터링 장치.
3. 제1항에 있어서,상기 가스 탱크는, 압축 천연 가스(CNG)로 구동되는 차량의 연료 저장 장소임을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 모니터링 장치.
4. 고압의 가스 탱크의 연료를 저압으로 바꾸어 연료 인젝터에 공급하는 가스 레귤레이터에서 상기 연료 인젝터로 공급하는 연료의 입력 압력값을 모니터링 하는 제1단계;

   상기 모니터링한 입력 압력값이 미리 설정한 입력 한계치 범위를 벗어난 경우에는 가스탱크 경고등을 점등하며, 상기 입력 한계치 범위 내의 정상인 경우에는 상기 가스 레귤레이터에서 상기 연료 인젝터로 공급하는 연료의 출력 압력값을 모니터링 하는 제2단계;

   상기 모니터링한 출력 압력값이 미리 설정한 출력 한계치 범위를 벗어난 경우에는 가스 레귤레이터 경고등을 점등하고, 아울러, 흡기 제어 장치인 흡기 매니폴드로부터 상기 가스 레귤레이터로 유입되는 흡기 압력을 차단하는 제3단계

   를 포함하는 가스 레귤레이터 모니터링 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 가스탱크 경고등을 점등한 후 상기 제1단계로 돌아가 상기 입력 압력값을 모니터링한 후 상기 2단계를 반복함을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 모니터링 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 3단계를 수행한 후 상기 제1단계로 돌아가 시동이 종료될 때까지 상기 제1,제2,제3단계를 반복 수행함을 특징으로 하는 가스 레귤레이터 모니터링 방법.

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