KR20170088136A - 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법 - Google Patents

직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법에 관한 것으로, 연료가 저장되는 봄베, 상기 봄베 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프, 상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일로 공급하는 고압펌프 및 차량의 주행상태에 기초해서 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량에 메인 제어부와 별도로 제어부를 마련해서 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법{FUEL SUPPLY APPARATUS AND METHOD OF LPDI TYPE ALTERED VEHICLE}
본 발명은 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직접분사식 디젤 엔진이 적용된 차량에서 엘피지 연료를 사용하도록 개조된 차량의 엔진에 엘피지 연료를 공급하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법에 관한 것이다.
세계적으로 산업 각 분야에서 석유소비가 증가하면서, 석유 의존도가 날로 심화되고 있고, 특히 우리나라는 원유 전량을 수입에 의존하고 있는 실정으로, 수송분야의 경우 석유 의존도가 절대적으로 높다.
이러한 석유 의존도를 낮추기 위해서는 대체연료를 사용할 수 있는 차량 개발이 절대적으로 필요하다. 또한, 차량 배출가스로 인한 대기오염이 심화되면서 청정 연료를 사용할 수 있는 차량의 개발이 시급히 해결되어야 할 과제로 대두되고 있다.
이러한 필요성에 따라, 깨끗한 대체연료 차량을 보급하기 위한 대안으로, 가스차량, 하이브리드(hybrid) 차량, 알코올 차량, 전기 차량 등이 개발되고 있다.
특히, 저공해성과 경제성에서 우수한 특성이 있고, 기반시설(infra-structure)이 이미 충분하게 확보되어 있는 가스연료는 차량용 대체 에너지로서 유력한 대안으로 인식되고 있다.
차량에 사용되는 가스연료 중에서 엘피지 연료는 옥탄가가 높고 내열성이 우수하다는 특징과 연료비가 저렴한 장점을 가짐에 따라, 승용차와 승합차 등에 사용되고 있으며, 대형차에도 적용되고 있다.
차량의 엔진에 공급되는 엘피지 연료는 액상이며 기화되면 공기와의 혼합성이 좋아 가연성이 놓기 때문에, 가솔린과 경유에 비해 노킹이 잘 일어나지 않으며, 베이퍼록(Vapor-Lock)이나 퍼컬레이션(Percolation)과 같은 현상의 발생을 방지할 수 있어, 가솔린이나 디젤 연료의 대체 연료로서 그 적용 범위가 점차로 증가하는 추세이다.
따라서 가솔린 및 엘피지 겸용 차량은 가솔린 연료 탱크, 기화기(Vaporizer)와 믹서(Mixer), 엘피지 연료 탱크(Bombe), 엘피지 연료의 공급을 제어하는 솔레노이드밸브 및 솔레노이드밸브를 제어하는 전자 제어 유닛(Electronic Control Unit)를 필수적으로 구비한다.
한편, 최근에는 엔진의 출력을 향상시키고 오염물질의 배출을 저감하기 위해 엔진에 공기만을 흡입하여 압축한 후 가솔린 연료를 분사하는 가솔린 직접분사식 엔진(Gasolin Direct Injection) 및 엔진 내부에 액체 상태의 LPG 연료를 직접 분사하는 액화석유분사(Liquefied Petroleum Injection, 이하 '엘피아이'라 함) 방식의 직접분사식 엘피아이 엔진이 개발되고 있다.
따라서, 점차 강화되는 환경보호와 연비저감이라는 2가지 목적을 동시에 달성하기 위해서, 직접분사 방식을 적용한 가솔린, 엘피지 및 가솔린 엘피지 겸용 차량의 연료공급 제어장치의 개발이 진행되고 있다.
예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 직접분사식 엘피아이 시스템 및 엘피지 가솔린 겸용 차량의 연료공급 제어장치 기술을 개시하여 출원해서 등록받은 바 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1261836호(2013년 5월 7일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1261831호(2013년 5월 8일 공고)
그러나 종래에는 가솔린 엔진에서 엘피지 연료를 사용하는 기술에 한정되었다.
즉, 엘피지 엔진과 가솔린 엔진은 공기와 연료를 실린더에 공급하고 점화플러그를 이용해서 불꽃을 발생시켜 연소시키는 방식이고, 디젤 엔진은 실린더 내에 공기를 흡입하여 압축해서 고압의 압축열을 발생시키고, 착화온도에 도달하면 분사노즐을 통해 연료를 분사해서 압축열에 의해 자기착화 즉, 자연점화 연소하는 엔진이다.
이러한 디젤 엔진도 최근에는 연료를 실린더 내부에 직접분사하는 직접분시식 디젤 엔진이 사용되고 있다.
따라서 특허문헌 1 및 특허문헌 2는 가솔린 직접분사식 엔진이 적용된 차량을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조하는 기술로서, 연료별 착화 방식의 차이 등 복잡한 조건들을 만족시켜야 함에 따라, 직접분사식 디젤 엔진이 적용된 차량을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조하는데 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 직접분사식 디젤 엔진이 적용된 차량을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조하여 엘피지 연료를 엔진으로 공급하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 봄베에서 공급되는 연료의 압력과 레귤레이터에서 고압펌프로 공급되는 연료의 압력차를 일정하게 유지하도록 연료펌프의 구동을 제어하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 엔진의 열에 의한 엘피지 연료의 기화로 인한 엔진의 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치는 연료가 저장되는 봄베, 상기 봄베 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프, 상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일로 공급하는 고압펌프 및 차량의 주행상태에 기초해서 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급방법은 (a) 이그니션 키의 온 조작에 의해 전원이 공급되면, 제어부에서 연료펌프를 미리 설정된 초기 설정시간동안 미리 설정된 초기 회전속도로 구동하는 단계, (b) 상기 초기 설정시간이 경과하면, 상기 제어부에서 상기 연료펌프를 미리 설정된 최소 회전속도 이상으로 구동하는 단계, (c) 감지부에서 봄베 내부에 충진된 연료의 제1 압력과 상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 고압펌프로 공급되는 연료의 제2 압력을 감지하는 단계 및 (d) 상기 제어부에서 감지된 제1 및 제2 압력의 압력차가 미리 설정된 기준압력차를 유지하도록 상기 연료펌프의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급방법은 (a) 이그니션 키의 온 조작에 의해 전원이 공급되면, 제어부에서 연료펌프의 모터를 미리 설정된 초기 설정시간동안 미리 설정된 초기 회전속도로 구동하는 단계, (b) 상기 초기 설정시간이 경과하면, 상기 제어부에서 상기 연료펌프의 모터를 미리 설정된 최소 회전속도 이상으로 구동하는 단계, (c) CAN 통신부를 이용해서 차량의 메인 제어부로부터 현재 연료 소모량을 수신하는 단계 및 (d) 상기 제어부에서 수신된 현재 연료 소모량에 기초해서 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법에 의하면, 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량에 메인 제어부와 별도로 제어부를 마련해서 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 봄베에서 공급되는 연료의 압력과 레귤레이터에서 고압펌프로 공급되는 연료의 압력차를 일정하게 유지하도록 연료펌프의 구동을 제어함으로써, 엔진에 공급되는 연료의 공급량 및 공급시기를 최적화하여 연비를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또는, 본 발명에 의하면, CAN 통신을 통해 메인 제어부로부터 수신되는 연료 소모량에 기초해서 연료펌프의 구동을 제어함으로써, 엔진에 공급되는 연료의 공급량 및 공급시기를 최적화하여 연비를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 차량의 아이들 상태에서 연료소모량이 감소됨에 따라, 연료펌프의 모터 회전속도를 감소시켜 연비를 향상시키고, 연료펌프 구동으로 인한 소음을 저감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 이그니션 키 온 상태에서는 연료펌프를 상시적으로 미리 설정된 최소 회전속도 이상으로 구동함에 따라, 엔진의 열에 의한 엘피지 연료의 기화로 인한 엔진의 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 연료공급방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 구성도,
도 4는 엔진의 RPM별 연료 소모량을 측정한 그래프,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 연료공급방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 구성도이다.
먼저, 본 실시 예에서는 기존 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량에 적용되는 경우를 설명한다.
이에 따라, 직접분사식 엘피아이 개조 차량에는 기존 직접분사식 디젤 엔진에 적용되는 고압연료레일(14), 인젝터(도면 미도시), 연료공급라인 등의 디젤 공급 계통이 마련된 상태이다.
그리고 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 엔진에는 엘피지 연료를 착화시킬 수 있도록 점화플러그(도면 미도시)가 설치될 수 있다.
여기서, 상기 인젝터는 엘피지 연료를 분사하기 위한 엘피지 분사용 인젝터로 교체되고, 상기 점화플러그는 기존 직접분사식 디젤 엔진에 설치되는 예열 플러그를 제거한 공간에 설치될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 연료가 저장되는 봄베(11), 봄베(11) 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프(12), 연료펌프(12)의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일(14)로 공급하는 고압펌프(15), 연료펌프(12)에서 펌핑된 연료를 고압펌프(15)로 전달하고 고압펌프(15)에서 회수되는 연료의 압력을 미리 설정된 압력으로 일정하게 유지하는 레귤레이터 유닛(13) 및 연료펌프(12)의 구동을 제어하는 제어부(20)를 포함한다.
연료펌프(12)와 고압연료레일(14) 사이에는 봄베(11)에서 연료펌프(12)의 펌핑 동작에 의해 공급되는 연료를 엔진(도면 미도시)으로 공급하는 연료공급라인(S)이 연결되고, 레귤레이터 유닛(13)와 고압펌프(15)는 연료공급라인(S) 상에 설치될 수 있다.
봄베(11)는 액체 상태의 엘피지 연료를 저장하는 내압성 고압가스 용기로 마련되고, 대략 원통 형상으로 형성될 수 있다.
봄베(11)의 일측에는 충전 파이프(16)가 연결되고, 충전 파이프(16) 상에는 봄베(11)에 충전되는 연료에 포함된 이물질이나 불순물을 제거하는 충전필터(17)가 설치될 수 있다.
그리고 봄베(11)의 다른 일측에는 연료펌프(12)에 의해 펌핑된 연료를 선택적으로 송출하는 멀티밸브(18)가 마련될 수 있다.
그래서 연료공급라인(S)에는 레귤레이터 유닛(13)와 멀티밸브(18) 사이에 레귤레이터 유닛(13)로 공급되는 연료에 포함된 이물질이나 불순물을 제거하는 연료필터(19)가 마련될 수 있다.
고압펌프(15)는 연료공급라인(S)을 통해 공급되는 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일(14)로 공급하는 기능을 한다.
예를 들어, 고압펌프(15)는 레귤레이터 유닛(13)을 통해 공급되는 연료 중에서 일부를 고압, 예컨대 약 40~150bar로 가압하여 고압연료레일(14)로 공급할 수 있다.
그리고 고압펌프(15)는 고압연료레일(14)에 공급하고 잉여된 연료를 상기 고압 상태로 가압하기 이전에 저압 상태에서 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수할 수 있다.
레귤레이터 유닛(13)은 연료펌프에서 펌핑되어 공급되는 연료를 고압펌프 측으로 공급 또는 차단하도록 개폐 동작하는 컷 솔레노이드밸브(도면 미도시), 고압펌프 측으로 공급되는 연료의 온도를 감지하는 온도센서(도면 미도시), 고압펌프(15)에서 회수되는 연료의 압력을 감지하는 압력센서(도면 미도시) 및 고압펌프(15)에서 회수되는 연료의 압력을 미리 설정된 설정압력으로 일정하게 유지하는 레귤레이터(도면 미도시)를 포함할 수 있다.
상기 레귤레이터는 봄베(11)로 회수되는 펌핑된 연료의 압력을 미리 설정된 설정압력, 예컨대 봄베 압력+Δ5bar로 유지할 수 있다.
상기 설정압력은 봄베(11) 내부의 열평형을 이루기 위해, 연료회수라인(R)을 통해 봄베(11)로 회수되는 연료를 가압하여 기화를 방지하도록 미리 설정되는 압력이다.
이에 따라, 봄베(11) 내부에서는 연료펌프(12)에 의해 송출되는 연료와 고압펌프(15)로부터 회수되는 연료에 의해 열평형이 이루어진다.
한편, 본 실시 예에서는 봄베(11) 내부에 충진된 연료의 압력(이하 '제1 압력'이라 함)과 연료펌프(12)에 의해 펌핑되어 고압펌프(15)로 공급되는 연료의 압력(이하 '제2 압력'이라 함)을 감지하는 감지부(21)를 더 포함하고, 제어부(20)는 감지부(30)에서 감지된 제1 압력과 제2 압력에 기초해서 연료펌프(12)의 구동을 제어할 수 있다.
감지부(30)는 봄베(11)의 내부 또는 멀티밸브(18)에 설치되어 봄베(11) 내부에 충진된 연료의 압력, 즉 제1 압력을 감지하는 제1 압력센서(31) 및 레귤레이터 유닛(13)의 출구측 또는 연료공급라인(S)의 연결부에 설치되고 레귤레이터 유닛(13)에서 고압펌프(15)로 공급되는 연료의 제2 압력을 감지하는 제2 압력센서(32)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 압력센서(31,32)의 설치위치는 각각 상기한 위치로 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 압력을 감지할 수 있도록 다양하게 변경될 수 있다.
제어부(20)는 제1 및 제2 압력센서(31,32)에서 감지된 제1 압력과 제2 압력의 압력차에 기초해서 연료펌프(12)의 구동을 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(20)는 제1 압력과 제2 압력의 압력차를 미리 설정된 기준압력차, 예컨대 약 Δ5bar와 비교하고, 비교결과에 따라 연료펌프(12)에 마련된 모터(도면 미도시)의 회전속도를 증감하도록 제어할 수 있다.
본 실시 예에서 제어부(20)는 실제 제품을 적용한 실험 결과에 따라, 미리 설정된 복수의 단, 예컨대 5단으로 상기 모터의 회전속도를 제어할 수 있다.
표 1은 연료펌프에 마련된 모터의 단수별 회전속도를 예시한 테이블이다.
구분 회전속도
1단 500
2단 1000
3단 1500
4단 2000
5단 2800
표 1에 기재된 바와 같이, 제어부(20)는 제1 압력과 제2 압력의 압력차와 기준압력차의 비교결과에 따라, 모터의 구동을 각각 약 500rpm, 1000rpm, 1500rpm, 2000rpm, 2800rpm으로 설정된 1단 내지 5단으로 구분하여 모터의 회전속도를 제어할 수 있다.
특히, 제어부(20)는 엘피지 연료의 특성상, 기화로 인해 제1 및 제2 압력센서에서 감지되는 제1 및 제2 압력값이 상승하는 경우에 대비하여, 모터를 최소한 1단으로 설정된 약 400rpm 이상으로 구동하도록 제어할 수 있다.
즉, 연료펌프(12)의 구동이 중지된 상태에서 엔진의 열에 의해 연료가 기화되면서 제1 및 제2 압력이 상승하면, 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 발생시키는 주요한 원인이 된다.
이에 따라, 본 발명은 이그니션 키가 온 조작된 상태에서는 상시적으로 연료펌프를 최소 1단, 즉 약 400 내지 500rpm으로 구동해서 엔진의 열에 의한 연료의 기화에 의해 발생하는 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.
그리고 제어부(20)는 엔진 시동 초기에는 연료공급라인(S), 고압펌프(15) 및 고압연료레일(14)에 신속하게 연료를 공급할 수 있도록, 미리 설정된 초기설정시간 동안 연료펌프(12)의 모터를 초기회전속도, 예컨대 4단에 대응되는 약 2000rpm으로 구동하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 초기설정시간은 약 3 내지 7초로 설정될 수 있다. 물론, 초기설정시간은 연료펌프(12) 또는 모터의 규격, 엔진의 규격에 따라 다양하게 변경설정될 수 있다.
한편, 제어부(20)는 실제 제품을 적용한 실험 결과에 따라, 제1 압력과 제2 압력의 압력차와 상기 기준압력차의 차이에 따라 선형적으로 상기 모터의 회전속도를 증감하도록 제어할 수 있다.
이를 위해, 제어부(20)는 연료펌프(12)에 마련된 모터를 구동하는 모터구동부(도면 미도시) 및 제1 압력과 제2 압력의 압력차에 기초해서 모터의 회전속도를 조절하도록 상기 모터구동부에 제어신호를 발생하는 모터 컨트롤러(도면 미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 제어부(20)는 연료펌프(12)와의 거리를 최소화해서 차량에서 발생하는 전자기파의 영향을 최소화하도록, 봄베(11)의 일측, 예컨대 멀티밸브(18)에 일체로 또는 별도로 마련될 수 있다.
다음, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 연료공급방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 연료공급방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 2의 S10단계에서 이그니션 키가 온 조작되면, 제어부(20)는 배터리에서 전원을 공급받아 구동을 시작한다.
이때, 제어부(20)는 엔진 시동 초기에 연료공급라인(S), 고압펌프(15) 및 고압연료레일(14)에 신속하게 연료를 공급할 수 있도록, 미리 설정된 초기설정시간 동안 연료펌프(12)의 모터를 약 2000rpm, 즉 4단으로 구동하도록 제어한다(S12).
상기 초기설정시간이 경과하면, 제어부(20)는 연료펌프(12)의 모터를 최소 회전속도인 1단으로 구동하도록 제어한다(S14).
이에 따라, 본 발명은 이그니션 키가 온 조작된 상태에서는 상시적으로 연료펌프를 최소 약 400 내지 500rpm 이상으로 구동해서 엔진의 열에 의한 연료의 기화에 의해 발생하는 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.
이와 같이은 과정을 통해, 연료펌프(12)가 구동되면, 봄베(11)와 연료공급라인(S) 상에 설치되는 제1 및 제2 압력센서(31,32)는 각각 봄베(11) 내부에 충진된 연료의 압력, 즉 제1 압력과 연료펌프(12)의 펌핑 동작에 의해 고압펌프(15)로 공급되는 연료의 압력, 즉 제2 압력을 감지한다(S16).
S18단계에서 제어부(20)는 제1 및 제2 압력센서(31,32)에서 각각 감지된 제1 압력과 제2 압력의 압력차와 미리 설정된 기준압력차를 비교한다.
S18단계의 비교결과 감지된 압력차가 기준압력차보다 크면, 제어부(20)는 모터의 회전속도를 상승시키도록 제어한다(S20).
예를 들어, 제어부(20)는 감지된 압력차와 기준압력차의 차이에 따라 복수의 단, 즉 1단 내지 5단으로 구분된 제어 단수 중에서 어느 하나의 단으로 설정된 회전속도로 회전하도록 모터의 구동을 제어할 수 있다.
S22단계에서 제어부(20)는 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진 시동 정지 및 전원 공급 차단 여부를 검사한다.
만약, S22단계의 검사결과 이그니션 키가 지속적으로 온 상태를 유지하면, 제어부(20)는 S16단계 내지 S22단계를 반복 수행하도록 제어한다.
반면, S22단계의 검사결과 이그니션 키가 오프 조작되면, 제어부(20)는 연료펌프(12)의 구동을 중지하고 종료한다.
한편, 엔진 재시동시, 제어부(20)는 S10단계 내지 S24단계를 반복 수행하고, 특히 재시동 초기에는 초기설정시간동안 연료펌프(12)를 4단으로 구동하도록 제어한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량에 메인 제어부와 별도로 제어부를 마련해서 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어할 수 있다.
한편, 상기의 실시 예에서는 감지부를 이용해서 봄베 내부에 충진된 연료의 압력과 레귤레이터 유닛에서 고압펌프로 공급되는 연료의 압력의 압력차에 따라 연료펌프에 마련된 모터의 회전속도를 증감하도록 제어하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 차량의 메인 제어부와의 통신을 통해 차량의 주행상태에 따른 연료 소모량에 기초해서 연료펌프의 구동을 제어하도록 변경될 수 있다.
예를 들어, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 구성도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치는 상기 실시 예의 구성과 유사하고, 다만 도 3에 도시된 바와 같이 제어부는 차량의 메인 제어부(40)와의 통신을 통해 현재 연료 소모량을 수신하고 수신된 현재 연료 소모량에 기초해서 연료펌프의 구동을 제어한다.
이를 위해, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조차량의 연료공급장치(10)는 차량의 메인 제어부(40)와 통신 가능하게 연결되어 현재 연료 소모량을 수신하는 CAN 통신부(21)와 엔진의 연료 소모량별로 연료펌프의 모터 회전속도를 매핑시킨 테이블을 저장하는 저장부(22)를 더 포함할 수 있다.
메인 제어부(40)는 차량에 마련된 각종 센서의 감지신호를 수신하고, 수신된 감지신호에 기초해서 엔진의 구동을 제어하는 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit)으로 마련될 수 있다.
도 4는 엔진의 RPM별 연료 소모량을 측정한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 연료 소모량은 약 2000RPM 이하의 저부하 구간에서는 점차적으로 상승하나, 약 3000RPM을 이상의 고부하 구간에서는 급격하게 상승함을 알 수 있다.
따라서 본 실시 예에서 제어부(20)는 엔진의 연료 소모량에 따라 연료펌프의 펌핑 속도를 조절한다.
이를 위해, 제어부(20)는 실험치에 따른 엔진의 연료 소모량별로 연료펌프(12)의 모터 회전속도를 매핑시킨 테이블을 저장부(20)에 저장하고, CAN 통신을 통해 수신되는 현재 연료 소모량에 따라 연료펌프(12)의 모터 회전속도를 제어한다.
그래서 제어부(20)는 상기 표 1에 기재된 바와 같이, 실제 제품을 적용한 실험 결과에 따라, 미리 설정된 복수의 단, 예컨대 5단으로 상기 모터의 회전속도를 제어할 수 있다.
물론, 제어부(20)는 제어 단수를 더욱 세분화해서 모터의 구동을 제어할 수도 있고, 실제 제품을 적용한 실험 결과에 따라 선형적으로 상기 모터의 회전속도를 증감하도록 제어할 수 있다.
다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 연료공급방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치의 연료공급방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 5의 S30단계에서 이그니션 키가 온 조작되면, 제어부(20)는 배터리에서 전원을 공급받아 구동을 시작한다.
이때, 제어부(20)는 엔진 시동 초기에 연료공급라인(S), 고압펌프(15) 및 고압연료레일(14)에 신속하게 연료를 공급할 수 있도록, 미리 설정된 초기설정시간 동안 연료펌프(12)의 모터를 약 2000RPM, 즉 4단으로 구동하도록 제어한다(S32).
상기 초기설정시간이 경과하면, 제어부(20)는 연료펌프(12)의 모터를 최소 회전속도인 1단으로 구동하도록 제어한다(S34).
이에 따라, 본 발명은 이그니션 키가 온 조작된 상태에서는 상시적으로 연료펌프를 최소 약 400 내지 500RPM 이상으로 구동해서 엔진의 열에 의한 연료의 기화에 의해 발생하는 엔진 부조 및 시동 꺼짐을 방지할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해, 연료펌프(12)가 구동되면, CAN 통신부(21)는 CAN 통신을 통해 차량의 메인 제어부(40)로부터 현재 연료 소모량을 수신해서 제어부(20)로 전달한다(S36).
S38단계에서 제어부(20)는 수신된 연료 소모량이 변화하는지 여부를 검사한다.
만약, S38단계의 검사결과 연료 소모량이 변화하면, 제어부(20)는 저장부(22)에 저장된 테이블에서 변화된 연료 소모량에 대응되는 연료펌프(12)의 모터 회전속도를 검색하고, 검색된 모터 회전속도에 따라 모터의 회전속도를 증감하도록 제어한다(S40).
예를 들어, 제어부(20)는 현재 연료 소모량에 따라 복수의 단, 즉 1단 내지 5단으로 구분된 제어 단수 중에서 어느 하나의 단으로 설정된 회전속도로 회전하도록 모터의 구동을 제어할 수 있다.
S42단계에서 제어부(20)는 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진 시동 정지 및 전원 공급 차단 여부를 검사한다.
만약, S42단계의 검사결과 이그니션 키가 지속적으로 온 상태를 유지하면, 제어부(20)는 S36단계 내지 S42단계를 반복 수행하도록 제어한다.
반면, S42단계의 검사결과 이그니션 키가 오프 조작되면, 제어부(20)는 연료펌프(12)의 구동을 중지하고 종료한다.
한편, 엔진 재시동시, 제어부(20)는 S30단계 내지 S44단계를 반복 수행하고, 특히 재시동 초기에는 초기설정시간동안 연료펌프(12)를 4단으로 구동하도록 제어한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 가솔린 직접분사 방식에서 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조된 차량에 메인 제어부와 별도로 제어부를 마련하고 메인 제어부와의 통신을 통해 수신된 연료 소모량에 기초해서 연료펌프의 구동을 제어할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조도니 차량에 메인 제어부와 별도의 제어부를 마련하고, 차량의 주행상태에 따라 연료펌프의 구동을 제어하는 기술에 적용된다.
10: 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치
11: 봄베 12: 연료펌프
13: 레귤레이터 유닛 14: 고압연료레일
15: 고압펌프 16: 충전 파이프
17: 충전필터 18: 멀티밸브
19: 연료필터 20: 제어부
21: CAN 통신부 22: 저장부
30: 감지부 31,32: 제1,제2 압력센서
40: 메인 제어부

Claims (8)

  1. 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량의 연료공급장치에 있어서,
    연료가 저장되는 봄베,
    상기 봄베 내에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프,
    상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 공급된 연료를 미리 설정된 고압 상태로 가압해서 고압연료레일로 공급하는 고압펌프 및
    차량의 주행상태에 기초해서 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 봄베 내부에 충진된 연료의 제1 압력과 상기 연료펌프에 의해 펌핑되어 상기 고압펌프로 공급되는 연료의 제2 압력을 감지하는 감지부를 포함하고,
    상기 봄베의 내부 또는 멀티밸브에 설치되고 상기 제1 압력을 감지하는 제1 압력센서 및
    상기 봄베에서 고압연료레일 사이에 연결되는 연료공급라인에 설치되고 상기 제2 압력을 감지하는 제2 압력센서를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 압력센서에서 감지된 제1 압력과 제2 압력의 압력차와 미리 설정된 기준압력차를 비교하고, 비교결과에 기초해서 상기 연료펌프에 마련된 모터의 회전속도를 증감해서 상기 기준압력차가 유지되도록 상기 연료펌프의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    차량의 메인 제어부와 통신을 통해 상기 현재 연료 소모량을 수신하는 CAN 통신부 및
    엔진의 연료 소모량별 연료펌프의 모터 회전속도를 매핑한 테이블을 저장하는 저장부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 저장부에서 수신된 현재 연료 소모량에 대응되는 모터 회전속도를 검색하고, 검색된 모터 회전속도에 따라 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서,
    상기 제어부는 엔진 시동시 미리 설정된 초기설정시간 동안 상기 연료펌프를 미리 설정된 초기회전속도로 구동하고,
    이그니션 키가 온 상태인 동안에는 상기 연료펌프를 미리 설정된 최소 회전속도 이상으로 구동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급장치.
  5. 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량의 연료공급방법에 있어서,
    (a) 이그니션 키의 온 조작에 의해 전원이 공급되면, 제어부에서 연료펌프를 미리 설정된 초기 설정시간동안 미리 설정된 초기 회전속도로 구동하는 단계,
    (b) 상기 초기 설정시간이 경과하면, 상기 제어부에서 상기 연료펌프를 미리 설정된 최소 회전속도 이상으로 구동하는 단계,
    (c) 감지부에서 봄베 내부에 충진된 연료의 제1 압력과 상기 연료펌프의 펌핑 동작에 의해 고압펌프로 공급되는 연료의 제2 압력을 감지하는 단계 및
    (d) 상기 제어부에서 감지된 제1 및 제2 압력의 압력차가 미리 설정된 기준압력차를 유지하도록 상기 연료펌프의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 제1 및 제2 압력의 압력차와 상기 기준압력차를 비교하는 단계 및
    (d2) 상기 (d1)단계의 검사결과 상기 제1 및 제2 압력의 압력차가 상기 기준압력차보다 크면, 상기 연료펌프의 회전속도를 미리 설정된 복수의 단 중에서 어느 하나에 대응되는 회전속도로 상승시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급방법.
  7. 직접분사식 디젤 엔진을 직접분사식 엘피아이 방식으로 개조한 차량의 연료공급방법에 있어서,
    (a) 이그니션 키의 온 조작에 의해 전원이 공급되면, 제어부에서 연료펌프의 모터를 미리 설정된 초기 설정시간동안 미리 설정된 초기 회전속도로 구동하는 단계,
    (b) 상기 초기 설정시간이 경과하면, 상기 제어부에서 상기 연료펌프의 모터를 미리 설정된 최소 회전속도 이상으로 구동하는 단계,
    (c) CAN 통신부를 이용해서 차량의 메인 제어부로부터 현재 연료 소모량을 수신하는 단계 및
    (d) 상기 제어부에서 수신된 현재 연료 소모량에 기초해서 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조 차량의 연료공급방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 제어부는 연료 소모량별로 매핑된 상기 모터 회전속도 테이블을 이용해서 상기 연료펌프의 모터 회전속도를 연료 소모량별로 미리 설정된 복수의 단 중에서 어느 하나에 대응되는 회전속도로 증감하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직접분사식 엘피아이 개조차량의 연료공급방법.
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