KR20090116502A - 공기 가열식 히터의 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 가열식 히터 및 그 제어방법에 관한 것으로, 액화 연료를 기화시키기 위한 챔버(chamber)를 가열하는 히터; 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량이 임계 유량값 미만인 경우 및 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우 중 어느 하나의 경우, 상기 히터에 전원을 인가하는 복수의 히터 릴레이; 및 실제 냉각수 온도가 입력되면, 상기 복수의 히터 릴레이 중 소정의 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 상기 실제 냉각수 온도에 대응되는 각각의 히터 릴레이가 작동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 부정확한 연료 인젝션으로 인한 인젝터 내구성 문제 및 연료량 제어 관련 문제로 인한 시동 꺼짐 또는 엔진 부조 현상을 효율적으로 줄일 수 있다.

공기 가열식 히터(PTC), 냉각수 온도(TCO), 스로틀 밸브 개도율(TPS)

Description

공기 가열식 히터의 제어장치 및 그 제어방법{POSITIVE TEMPERATURE COEFFICIENT'S CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 공기 가열식 히터 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 냉각수 온도 범위별로 작동하는 히터 릴레이에 대한 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 실제 냉각수 온도에 대응하는 히터 릴레이가 작동되도록 제어하는 공기 가열식 히터 및 그 제어방법에 관한 것이다.

공기 가열식 히터(Positive Temperature Coefficient, 이하 'PTC'로 기재함)란, 자동차의 액화 연료(예컨대, 액화 LPG 연료)를 기화시키기 위해 압력을 조절하는 챔버(chamber)를 가열하는 히터이다. PTC를 작동시켜 챔버 내부의 온도를 상승시킴으로써 액화 연료의 기화 속도 및 기화 효율을 높일 수 있는데, 종래의 PTC는 특정 온도 조건(예컨대, 냉각수 온도 < 60 ℃)에서만 작동하도록 구현되었다.

그러나, 종래의 PTC로는, 외부 기온이 - 20 ℃ 정도의 극저온 상태에서 약 90 ℃의 냉각수를 약 1~2 시간 soaking하여 냉각수 온도가 약 30 ~ 50 ℃로 떨어지 는 경우, 극저온인 외부 기온 때문에 액화 연료(가스)를 기화시키는데(기화 연료(개스)로 바꿈) 효율성이 떨어져 문제의 소지가 다분했다. 더욱이, 이경우, 기화되지 못한 액화 연료가 엔진에 유입되는 경우에는 부정확한 연료 인젝션(injection)의 압력이 상승하여 인젝터의 내구성 및 연료량 제어에 문제점을 일으켜 시동 꺼짐 또는 엔진 부조들을 파생시키는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 공기 가열식 히터(릴레이)의 작동 조건을 냉각수 온도 범위별로 더 다양화하여 실제 냉각수 온도 입력에 따라 공기 가열식 히터(릴레이) 작동 정도를 제어할 수 있는 공기 가열식 히터 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따른 공기 가열식 히터의 제어장치는, 액화 연료를 기화시키기 위한 챔버(chamber)를 가열하는 히터; 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량이 임계 유량값 미만인 경우 및 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우 중 어느 하나의 경우, 상기 히터에 전원을 인가하는 복수의 히터 릴레이; 및 실제 냉각수 온도가 입력되면, 상기 복수의 히터 릴레이 중 소정의 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 상기 실제 냉각수 온도에 대응되는 각각의 히터 릴레이가 작동되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

바람직하게, 상기 제어부는, 상기 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 상기 연료 유량이 상기 임계 유량값 이상인 경우 및 상기 스로틀 밸브 개도율이 상기 임계 개도값 이하인 경우, 소정 예열 시간 동안 상기 복수의 히터 릴레이가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 공기 가열식 히터의 제어장치의 제어방법은, 히터의 구동 스위치가 '온(ON)' 되는 단계; 상기 히터로 실제 냉각수 온도가 입력되는 단계; 상기 실제 냉각수 온도가 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량이 임계 유량값 미만인 경우 및 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우 중 어느 하나의 경우에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단 결과, 상기 실제 냉각수 온도가 상기 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 상기 어느 하나의 경우에 해당할 때, 상기 복수의 히터 릴레이 중 소정의 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 상기 실제 냉각수 온도에 대응되는 각각의 히터 릴레이가 구동되는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 판단 결과, 상기 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 상기 어느 하나의 경우에 해당하지 않으면, 소정 예열 시간 동안 복수의 상기 히터 릴레이 모두가 구동되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 수단에 의한 본 발명에 따르면, 실제 냉각수 온도 조건별로 공기 가열식 히터(릴레이)의 작동의 정도를 제어함으로써 액화 연료를 기화시키는 효율성을 높일 수 있다.

이에 의해, 부정확한 연료 인젝션으로 인한 인젝터 내구성 문제 및 연료량 제어 관련 문제로 인한 시동 꺼짐 또는 엔진 부조 현상을 효율적으로 줄일 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터의 블럭도이다.

도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터는 히터(100), 히터 릴레이(300), 및 제어부(500)를 포함한다.

히터(100)는 자동차의 챔버(chamber)를 가열하는 공기 가열식 히터(Positive Temperature Coefficient)로, 여기서, 챔버는, 액화 연료(예컨대, 액화 LPG 연료)를 기화시키기 위해 압력을 감소시키는 방을 의미한다(압력 감소시 기화점 내림).

전술한 바와 같이, 종래의 PTC는 특정 냉각수 온도 이하에서만 작동하여 챔버에서 액화 연료를 기화시키는데 효율성이 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터의 제어장치 중 히터(100)는 실제 냉각수 온도에 따라 그 작동의 작동가 달라질 수 있는데, 실제 냉각수 온도에 따른 히터(100) 작동에 대해서는 후술하기로 한다.

히터 릴레이(300)는, 히터(100)에 전원을 인가하는 것으로, 제어부(500)에 의해 그 작동이 제어될 수 있다.

히터 릴레이(300)가 작동하는 기본 조건은, 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량이 임계 유량값 미만 또는 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우에, 히터 릴레이(300)는 히터(100)에 전원을 인가할 수 있다.

여기서, 기설정된 냉각수 온도 조건이란, 액화 연료가 기화하기 위하여 히 터(100)에 의해 챔버의 가열이 필요한 온도 조건을 뜻하는 것으로, 예컨대, "냉각수 온도(TCO) < 60 ℃"와 같은 조건이 본 장치 제조공정상 기설정될 수 있다.

전술한 '임계 유량값'은, 액화 연료가 기화하기 위하여 히터(100)에 의해 챔버의 가열이 필요한 최대 유량값을 의미하는 것으로, 해당 최대 유량값 이상의 경우에는 챔버의 가열이 불필요하다는 의미로 '임계 유량값'으로 기재하였다.

또, 전술한 '임계 개도값'은, 액화 연료가 기화하기 위하여 히터(100)에 의해 챔버의 가열이 필요한 최소 개도율을 의미하는 것으로, 해당 최소 개도율 이하의 경우에는 챔버의 가열이 불필요하다는 의미로 '임계 개도값'으로 기재하였다.

전술한 연료 유량이 임계 유량값 미만 또는 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우는, 예컨대, "연료 유량 < 60 % 또는 스로틀 밸브 개도율 > 50 °"이 될 수 있다(냉각수 온도 조건과 동시에 만족할 경우, 히터(100)에 전원이 인가됨).

한편, 후술하는 바와 같이, 히터 릴레이(300)는 제어부(500)에 의해 실제 냉각수 온도에 따라 그 작동의 정도가 달라지도록 복수 개(예컨대, #1 ~ #4의 릴레이, 총 4개의 릴레이)로 구현될 수 있다.

제어부(500)는, 히터 릴레이(300)의 작동을 제어하여, 입력되는 실제 냉각수 온도에 따라 그 작동의 정도가 달라지도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(500)는, 실제 냉각수 온도가 입력되면 소정의 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 당해 실제 냉각수 온도에 대응하는 각각의 히터 릴레이(300)가 작동되도록 제어할 수 있다. 여기서, 소정의 룩업테이블(Look Up Table)은, 냉각수 온도 범위별로 작동하는 히터 릴레이에 대한 대응표로서, 도2를 참조하여 후술하기로 한다.

또한, 제어부(500)는, 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량이 상기 임계 유량값 이상인 경우 및 상기 스로틀 밸브 개도율이 상기 임계 개도값 이하인 경우(전술한 히터 릴레이(300) 전원 인가 조건과 반대의 경우)에는 소정 예열 시간 동안 복수의 히터 릴레이(300) 모두가 작동되도록 제어할 수 있다. 이는 히터 릴레이(300) 작동 조건이 안되는 경우에도 기본적으로 챔버에서 액화 연료를 기화시키는 효율성을 높이기 위하여 챔버를 웜업(warm-up)하기 위한 것이다. 여기서 소정 예열 시간은, 복수의 히터 릴레이(300) 모두가 작동하여 챔버가 웜업될 수 있는 최소한의 시간으로 약 0.3 초 동안을 의미할 수 있다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터에 의한, 냉각수 온도 범위별로 작동하는 각각의 히터 릴레이에 대한 룩업테이블(Look Up Table)에 대한 설명도이다.

도2에 도시된 바와 같이, 기 설정된 냉각수 온도 조건(예컨대, TCO < 60 ℃)은 실제 냉각수 온도의 변화에 따라 5가지 타입(일례에 불과함)으로 세분화될 수 있다. 냉각수 온도(TCO)가 낮을수록 액화 연료를 기화시키기 위해 챔버를 더 가열하여야 하므로, 실제 냉각수 온도에 따라 히터(100)의 작동 정도를 제어할 필요성이 있다. 따라서, 제어부(500)는 실제 냉각수 온도가 낮을수록 작동하는 히터 릴레이(300) 수가 늘어나도록 구현할 수 있다(릴레이 총 수 4개의 경우). 도시된 바와 같이, 냉각수 온도의 상한값이 -10 ℃, -5 ℃, 5 ℃(미만 또는 초과)이 올라가면, 챔버를 가열할 필요성은 감소하므로 작동하는 히터 릴레이(300) 수는 오히려 줄어 든다.

한편, 임계 유량값 또는 TPS 조건이 더 부가된 경우에는, 해당 실제 냉각수 온도에 작동하는 히터 릴레이(300) 보다 많은 수의 히터 릴레이(300)가 작동하도록 구현될 수 있다. 즉, 도2에 도시된 바와 같이, 케이스 IV 및 케이스 V는 실제 냉각수 온도 조건이 동일하지만, 케이스 V가 케이스 IV에 비하여 임계 유량값 또는 TPS 조건이 더 부가되었으므로, 케이스 V의 작동 릴레이가 케이스 IV보다 더 많음을 알 수 있다(케이스 V의 작동 릴레이는 #3, #4, 케이스 IV의 작동 릴레이는 #4). 이는, 동일한 냉각수 온도에서 임계 유량값 또는 TPS 조건이 더 부가된 경우에는, 챔버에서 액화 연료를 기화시키기 더 어려운 상황이 되므로 챔버를 더 가열할 필요성이 있기 때문이다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터의 제어장치의 제어방법에 대한 순서도이다.

히터(100)의 구동 스위치가 '온(ON)' 된다(S101).

히터로(100) 실제 냉각수 온도가 입력된다(S102).

입력된 실제 냉각수 온도가 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량이 임계 유량값 미만인 경우 또는 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우(TCO < 60 ℃ & 연료 유량 < 60 % 또는 TCO < 60 ℃ & TPS > 50 °)에 해당하는지 여부를 판단한다(S103).

판단 결과, 입력된 실제 냉각수 온도가 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, S103 단계의 상기 어느 하나의 경우에 해당할 때, 복수의 히터 릴레이 중 소정 의 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 입력된 실제 냉각수 온도에 대응되는 각각의 히터 릴레이가 구동된다(S104).

S103 단계의 판단 결과, 입력된 실제 냉각수 온도가 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, S103 단계의 상기 어느 하나의 경우에 해당하지 않으면, 소정의 예열 시간(약 0.3 초) 동안 복수의 상기 히터 릴레이(300) 모두가 구동된다(S105).

여기서, 전술한 S102 단계 내지 S105 단계는 모두 제어부(500)에 의해 제어된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 공기 가열식 히터 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 냉각수 온도 범위별로 작동하는 히터 릴레이에 대한 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 실제 냉각수 온도에 대응하는 히터 릴레이가 작동되도록 제어하는 공기 가열식 히터 및 그 제어방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 실제 냉각수 온도 조건별로 공기 가열식 히터(릴레이)의 작동의 정도를 제어함으로써 액화 연료를 기화시키는 효율성을 높일 수 있으며, 이에 의해, 부정확한 연료 인젝션으로 인한 인젝터 내구성 문제 및 연료량 제어 관련 문제로 인한 시동 꺼짐 또는 엔진 부조 현상을 효율적으로 줄일 수 있다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터의 블럭도이다.

도2는 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터에 의한, 냉각수 온도 범위별로 작동하는 각각의 히터 릴레이에 대한 룩업테이블(Look Up Table)에 대한 설명도이다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 공기 가열식 히터의 제어장치의 제어방법에 대한 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명>

100: 히터

300: 히터 릴레이

500: 제어부

Claims (4)

1. 액화 연료를 기화시키기 위한 챔버(chamber)를 가열하는 히터;

   기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량이 임계 유량값 미만인 경우 및 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우 중 어느 하나의 경우, 상기 히터에 전원을 인가하는 복수의 히터 릴레이; 및

   실제 냉각수 온도가 입력되면, 상기 복수의 히터 릴레이 중 소정의 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 상기 실제 냉각수 온도에 대응되는 각각의 히터 릴레이가 작동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 가열식 히터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는, 상기 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 상기 연료 유량이 상기 임계 유량값 이상인 경우 및 상기 스로틀 밸브 개도율이 상기 임계 개도값 이하인 경우, 소정 예열 시간 동안 상기 복수의 히터 릴레이 모두가 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공기 가열식 히터.
3. 히터의 구동 스위치가 '온(ON)' 되는 단계;

   상기 히터로 실제 냉각수 온도가 입력되는 단계;

   상기 실제 냉각수 온도가 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 연료 유량 이 임계 유량값 미만인 경우 및 스로틀 밸브 개도율(TPS)이 임계 개도값 초과인 경우 중 어느 하나의 경우에 해당하는지 여부를 판단하는 단계; 및

   상기 판단 결과, 상기 실제 냉각수 온도가 상기 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 상기 어느 하나의 경우에 해당할 때, 상기 복수의 히터 릴레이 중 소정의 룩업테이블(Look Up Table)에 기초하여 상기 실제 냉각수 온도에 대응되는 각각의 히터 릴레이가 구동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 가열식 히터의 제어방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 판단 결과, 상기 기설정된 냉각수 온도 조건을 만족하고, 상기 어느 하나의 경우에 해당하지 않으면, 소정 예열 시간 동안 복수의 상기 히터 릴레이 모두가 구동되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 가열식 히터의 제어방법.

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