KR100629673B1

KR100629673B1 - 엔진의 연료 공급 장치

Info

Publication number: KR100629673B1
Application number: KR1020050042752A
Authority: KR
Inventors: 다카히코 이와쿠라; 겐지 하야시
Original assignee: 아이상 고교 가부시키가이샤; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2005-05-21
Publication date: 2006-09-28
Also published as: KR20060048052A; JP2005337023A

Abstract

(과제) 액상 상태의 연료에서의 증기 혼입분을 예상하고 엔진에 대한 연료 공급량을 정밀도를 양호하게 제어하는 것.

(해결 수단) 연료 공급 장치는, 연료 탱크 (1) 에 액상 상태에서 저류되는 LPG 를 딜리버리 파이프 (6) 및 각 인젝터 (4) 로 압송하고, 각종 센서 (48 ∼ 51) ㅇ서 검출되는 연료 상태에 기초하여 각 인젝터 (4) 로부터 엔진 (3) 으로 공급되는 연료 분사량을 보정한다. 전자 제어 장치 (40) 는, 탱크용 연료 온도 센서 (48) 및 탱크용 연료 압력 센서 (49) 로 검출되는 탱크내 연료 온도 (Tt) 및 탱크내 연료 압력 (Pt) 에서 연료 조성 (Fc) 을 추정하고, 그 연료 조성 (Fc) 과 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 로 검출되는 딜리버리내 연료 온도 (Td) 로부터 딜리버리 파이프 (6) 에서의 연료액 밀도 및 증기 혼입 비율을 추정하고, 그들 연료액 밀도 및 증기 혼입 비율에 따라 엔진 (3) 에 공급되는 연료 분사량을 보정한다.

연료 공급 장치

Description

엔진의 연료 공급 장치{FUEL SUPPLYING DEVICE OF AN ENGINE}

도 1 은 LPG 엔진 시스템을 나타내는 개략 구성도이다.

도 2 는 LPG 연료 분사 제어의 내용을 나타내는 플로우 차트이다.

도 3 은 보정 맵을 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부호에 대한 부호의 설명*

1 연료 탱크

3 LPG 용 엔진

4 인젝터 (연료 분사용 기기)

6 딜리버리 파이프 (연료 분사용 기기)

40 ECU (증기 보정 수단)

48 탱크용 연료 온도 센서 (검출 수단, 제 1 연료 온도 검출 수단)

49 탱크용 연료 압력 센서 (검출 수단, 연료 압력 검출 수단)

50 딜리버리용 연료 온도 센서 (검출 수단, 제 2 연료 온도 검출 수단)

Tt 탱크내 연료 온도

Pt 탱크내 연료 압력

Td 딜리버리내 연료 온도

Fc 연료 조성

Ts 시동시 기본 분사량

TAUs 시동시 분사량

Tas 시동후 기본 분사량

TAUas 시동후 분사량

[특허문헌 1] 일본 공개실용신안공보 소59-43659호 (제 1 - 5 페이지, 도 1)

[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 평11-210557호 (제 2 - 8 페이지, 도 1, 2)

[특허문헌 3] 일본 공개특허공보2003-90237호 (제 2 - 10 페이지, 도 1, 2)

본 발명은, 엔진에 연료를 공급하는 연료 공급 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 액화 석유 가스 (LPG) 나 액화 천연 가스 (LNG) 등의 조성이나 성상이 변화하기 쉬운 연료를 사용한 엔진의 연료 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진에서 연료로서 사용되는 LPG 나 LNG 는 계절이나 지역 등의 차이에 의해, 조성이나 성상(性狀)이 크게 변화하는 경향이 있다. 이 때문에, LPG 나 LNG 를 엔진에서 사용하기 위해서는, 조성이나 성상의 차이에 따라 연료 공급량을 보정할 필요가 있다. 그래서, 상기의 특허문헌 1 내지 3 에는, LPG 의 조성이나 성상의 차이에 따라 LPG 를 엔진에 공급하도록 한 연료 공급 장치가 기재되어 있다.

특허문헌 1 에 기재된 연료 공급 장치는, LPG 의 증기 압력과 온도를 계측하여 그 조성과 액 비중을 산출하고, 연료 분사 밸브의 밸브 개방 시간을 증기 압력과 액 비중 및 조성에 의해 보정 제어하도록 되어 있다. 이것에 의해, 일정한 공기과잉률이 되도록 연료 유량을 제어하도록 하고 있다.

특허문헌 2 에는, 기상 연료와 액상 연료를 선택적으로 엔진에 공급하도록 한 연료 공급 장치가 기재되어 있다. 이 연료 공급 장치는, 봄베 (bomb) 로부터 액상 연료 공급 수단으로 공급되는 액화 가스의 상태가 액상인 경우에는, 액상 연료 공급 수단을 제어하여 액상 연료를 엔진에 공급하고, 상기 공급되는 액화 가스가 기상인 경우에는, 기상 연료 공급 수단을 제어하여 기상 연료를 엔진에 공급하도록 되어 있다. 이것에 의해, 저온시에서의 엔진 시동성과 시동후의 아이들링 안정성의 확보를 도모하여, 제어성과 응답성을 확보하도록 하고 있다.

특허문헌 3 에 기재된 연료 공급 장치는 연료의 조성이나 상태가 변화하더라도, 그에 상응하는 보다 적절한 연료 분사를 행하기 위해서, 연료 탱크내의 연료 온도 및 연료 압력과, 연료 분사 기구 (딜리버리 파이프와 연료 분사 밸브) 의 연료 온도 및 연료 압력에 기초하여 연료 분사 기구에서의 연료 상태를 추정하고, 그 추정된 연료 상태에 따라 연료 분사량을 제어하도록 되어 있다. 상세하게는, 연료 탱크내의 연료 온도 및 연료 압력에 기초하여 연료 조성을 추정하고, 그 연료의 포화 증기 특성을 구한다. 또한, 그 구해진 포화 증기 특성과, 연료 분사 기구의 연료 온도 및 연료 압력의 일방으로부터 연료 분사 기구에서의 연료의 포화 증기압 및 포화 증기 온도의 일방을 구한다. 그리고, 이 구해진 포화 증기압과 연료 분사 기구의 연료 압력의 관계, 포화 증기 온도와 연료 분사 기구에서의 연료 온도의 관계의 일방에 기초하여 연료 분사 기구에서의 연료 상태를 추정하도록 되어 있다.

그런데, 특허문헌 1 내지 3 에 기재된 각 연료 공급 장치는, 기본적으로는, 연료 온도 및 연료 압력에 기초하여 연료의 조성이나 성상을 추정하고 있다. 즉, 연료 조성을 추정하고, 그 추정 결과에 따라 연료가 기상 상태인지 액상 상태인지를 추정한다. 그리고, 그 연료 상태에 따라 엔진에 대한 연료 분사량을 제어하도록 하고 있다. 따라서, 이 연료 분사량의 제어에서는, 연료가 액상 상태인지 기상 상태인지를 일의적으로 추정한 뒤에, 연료 온도와 연료 압력의 관계에서 구해지는 포화 증기 곡선에 따라 연료 분사량을 보정하게 된다.

그러나, 출원인은, 상기한 바와 같은 연료 공급 제어를 실험하는 중에, 완전 액상 상태인 것으로 추정하여 연료 분사량의 제어가 이루어지고 있음에도 불구하고, 종종 연료 분사량에 오차가 생기는 것을 확인하였다. 이것은, 연료 분사 기구 (딜리버리 파이프 및 연료 분사 밸브) 에 존재하는 액상 상태의 연료중에 기포 상태의 증기가 혼입되어 존재함으로써, 완전 액상 상태인 것으로서 보정되는 연료 분사량에, 증기 혼입분만큼의 오차가 생기는 것에 의한 것이라고 생각된다. 그 원인으로서, 예를 들어, 딜리버리 파이프나 연료 분사 밸브의 구성 부품이 엔진 본체로부터 받는 열이, 그 구성 부품으로부터 액상 상태의 연료로 전해지고, 액상 상태의 연료의 일부가 증발하는 것에 의한 것으로 생각된다. 상기한 특허문헌 1 내지 3 에 기재된 연료 공급 장치에서는, 일의적으로 추정되는 연료의 상태, 즉, 액상 상태 또는 기상 상태의 차이에 따라 연료 분사량이 보정될 뿐이고, 상기한 바와 같은 증기 혼입분을 예상한 보정이 전혀 이루어지고 있지 않다. 이 때문에, 증기 혼입분만큼 연료 분사량에 오차가 생겨, 엔진에서의 공연비에 편차가 생길 우려가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 액상 상태의 연료에서의 증기의 혼입분을 예상하고 엔진에 대한 연료 공급량을 정밀도가 양호하게 제어하는 것을 가능하게 한 엔진의 연료 공급 장치를 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 제 1 항에 기재된 발명은, 연료 탱크에 액상 상태에서 저류되는 연료를 연료 분사용 기기에 압송하고, 검출 수단에 의해 검출되는 연료 상태에 기초하여 상기 연료 분사용 기기로부터 엔진에 공급되는 연료 분사량을 보정하도록 한 엔진의 연료 공급 장치에 있어서, 연료 분사용 기기로써 검출 수단에 의해 검출되는 연료 상태에 기초하여 액상 상태의 연료에서의 증기의 혼입 비율을 추정하고, 그 추정되는 혼입 비율에 따라 연료 분사용 기기로부터의 연료 분사량을 보정하기 위한 증기 보정 수단을 구비한 것을 취지로 한다.

상기 발명의 구성에 의하면, 연료 탱크로부터 연료 분사용 기기에 압송되는 액상 상태의 연료는, 그 연료 분사용 기기에서의 연료 상태에 따라 연료 분사량이 보정되고, 그 보정후의 연료 분사량만큼 연료 분사용 기기로부터 엔진에 연료가 공 급된다. 여기서, 연료 분사용 기기가 엔진으로부터 받는 열에 의해, 상기 기기에서의 연료가 증발하여 액상 상태의 연료 속으로 증기가 혼입되는 경우가 있다. 본 발명의 구성에 의하면, 증기 보정 수단이, 연료 분사용 기기로써 검출되는 연료 상태에 기초하여 액상 상태의 연료에서의 증기의 혼입 비율을 추정하고, 그 추정되는 혼입 비율에 따라, 상기 연료 분사량을 보정하고 있다. 따라서, 액상 상태의 연료에 혼입된 증기분을 가미한 양의 연료가 엔진에 공급된다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 청구항 제 2 항에 기재된 발명은, 청구항 제 1 항에 기재된 발명에 있어서, 검출 수단은, 연료 탱크에서의 연료 온도를 검출하기 위한 제 1 연료 온도 검출 수단과, 연료 탱크에서의 연료 압력을 검출하기 위한 연료 압력 검출 수단과, 연료 분사용 기기에서의 연료 온도를 검출하기 위한 제 2 연료 온도 검출 수단을 포함하고, 증기 보정 수단은, 검출되는 연료 탱크에서의 연료 온도 및 연료 압력으로부터 연료 조성을 추정하고, 그 추정되는 연료 조성과 검출되는 연료 분사용 기기에서의 연료 온도로부터 연료 분사용 기기에서의 연료액 밀도 및 혼입 비율을 추정하고, 이들 추정되는 연료액 밀도 및 혼입 비율에 따라 연료 분사용 기기로부터의 연료 분사량을 보정하는 것을 취지로 한다.

상기 발명의 구성에 의하면, 청구항 제 1 항에 기재된 발명의 작용에 대하여, 증기 보정 수단은, 연료 탱크에서의 연료 온도 및 연료 압력으로부터 연료 조성을 추정하고, 그 추정되는 연료 조성과 연료 분사용 기기에서의 연료 온도로부터 연료 분사용 기기에서의 연료액 밀도 및 혼입 비율을 추정하기 때문에, 액상 상태의 연료에서의 증기의 혼입 비율이 더 한층 정확하게 추정된다. 또한, 추정되 는 연료액 밀도 및 증기의 혼입 비율에 따라 연료 분사량이 보정되기 때문에, 보다 정확한 양의 연료가 엔진에 공급되게 된다.

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 본 발명에서의 엔진의 연료 공급 장치를 액화 연료 가스 (LPG) 엔진으로 구체화한 일 실시형태에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 에 이 실시형태의 LPG 엔진 시스템을 개략 구성도에 의해 나타낸다. 차량에 탑재된 엔진 시스템은, 액상 상태의 LPG 를 저류하는 연료 탱크 (1) 를 구비한다. 연료 탱크 (1) 에 내장된 연료 펌프 (2) 는, 상기 탱크 (1) 에 저류되는 액상 상태의 LPG 를 토출한다. 이 실시형태에서, LPG 용 엔진 (3) 은, 4기통의 왕복식이고, 1 번 기통 (#1), 2 번 기통 (#2), 3 번 기통 (#3) 및 4 번 기통 (#4) 을 구비한다. 각 기통 (#1 ∼ #4) 의 각각에는, 액상 상태의 LPG 를 분사 공급하기 위한 인젝터 (4) 가 형성된다. 연료 펌프 (2) 로부터 토출되는 액상 상태의 LPG 는, 연료 라인 (5) 및 딜리버리 파이프 (6) 를 통하여 각 인젝터 (4) 로 공급된다. 그 공급된 액상 상태의 LPG 는, 각 인젝터 (4) 가 동작함으로써, 흡기 통로 (7) 로 통하는 각 기통 (#1 ∼ #4) 의 흡기 포트로 액상 상태에서 분사된다. 흡기 통로 (7) 에는, 에어 클리너 (8) 를 통하여 외부로부터 공기가 받아들여진다. 흡기 통로 (7) 로 받아들여진 공기와, 각 인젝터 (4) 로부터 분사되는 액상 상태의 LPG 는, 가연 혼합기로 하여 각 기통 (#1 ∼ #4) 의 연소실로 흡입된다. 딜리버리 파이프 (6) 에서 남은 액상 상태의 LPG 는, 리턴 라인 (9) 를 통하여 연료 탱크 (1) 로 되돌려진다. 이 실시형태에서는, 각 인젝터 (4) 및 딜리버리 파이프 (6) 에 의해, 본 발명의 연료 분사용 기기가 구성된다.

흡기 통로 (7) 에는, 스로틀 밸브 (10) 가 형성된다. 이 스로틀 밸브 (10) 는, 운전석에 형성된 엑셀 페달 (11) 의 조작에 연동하여 개폐된다. 이 개폐에 의해, 흡기 통로 (7) 로부터 각 기통 (#1 ∼ #4) 으로 흡입되는 공기량 (흡기량) 이 조절된다.

각 기통 (#1 ∼ #4) 의 연소실에 각각 형성된 점화 플러그 (12) 는, 각 기통 (#1 ∼ #4) 에 배치된 이그나이터 내장의 이그니션 코일 (14) 을 사이에 두고 출력되는 점화 신호를 받아 점화 동작한다. 각 점화 플러그 (12) 및 각 이그니션 코일 (14) 은, 각 기통 (#1 ∼ #4) 의 연소실에 흡입되는 가연 혼합기에 점화하는 점화 장치를 구성한다. 각 기통 (#1 ∼ #4) 에 있어서, 흡기 행정에서 연소실로 흡입되는 가연 혼합기는, 압축 행정에서 압축되고, 팽창 행정에서 점화 플러그 (12) 가 스파크 동작함으로써 폭발ㆍ연소하여 팽창한다. 연소후의 배기 가스는, 그 후의 배기 행정에서 연소실로부터 배기 통로 (15) 를 통하여 외부로 배출된다. 그리고, 각 기통 (#1 ∼ #4) 의 연소실에서의 가연 혼합기의 연소에 따라, 피스톤 (도시 생략) 이 동작하여 크랭크 샤프트 (16) 가 회전함으로써, 엔진 (3) 에 의해 차량을 주행시키는 구동력이 얻어진다. 엔진 (3) 에 형성되는 스타터 (17) 는, 엔진 (3) 의 시동에 있어서, 크랭킹하기 위해서 사용된다.

연료 탱크 (1) 로부터 딜리버리 파이프 (6) 까지의 사이의 연료 라인 (5) 에는, 제 1 차단 밸브 (18), 연료 필터 (19) 및 제 2 차단 밸브 (20) 가 직렬로 형성된다. 연료 필터 (19) 는, 액상 상태의 LPG 중에 혼입되는 이물질을 제거하기 위해서 사용된다. 제 1 및 제 2 차단 밸브 (18, 20) 는, 엔진 (3) 의 연료 차단시나 긴급시에 연료 탱크 (1) 로부터 딜리버리 파이프 (6) 로의 LPG 의 압송을 강제적으로 차단하기 위해서 닫혀진다.

딜리버리 파이프 (6) 로부터 연료 탱크 (1) 까지의 리턴 라인 (9) 에는, 제 1 레귤레이터 (21) 및 제 2 레귤레이터 (22) 가 직렬로 형성된다. 또한, 제 2 레귤레이터 (22) 를 우회하는 바이패스 통로 (23) 에는, 제 3 차단 밸브 (24) 가 형성된다. 제 3 차단 밸브 (24) 는, 통상은 열려 있다. 이 상시 개방 상태에서, 딜리버리 파이프 (6) 로부터 리턴 라인 (9) 를 통하여 연료 탱크 (1) 로 되돌려지는 LPG 는, 제 1 레귤레이터 (21) 를 통과한 후, 제 2 레귤레이터 (22) 를 통과하지 않고 바이패스 통로 (23) 를 흘러 연료 탱크 (1) 로 흐른다. 이것에 의해, 딜리버리 파이프 (6) 중의 LPG 의 연료 압력은 레귤레이터 1 개분의 일정 압력으로 유지된다. 한편, 제 3 차단 밸브 (24) 가 닫혀짐으로써, 딜리버리 파이프 (6) 로부터 리턴 라인 (9) 을 통하여 연료 탱크 (1) 로 되돌려지는 LPG 는, 제 1 레귤레이터 (21) 및 제 2 레귤레이터 (22) 를 통과하여 연료 탱크 (1) 로 흐른다. 이것에 의해, 딜리버리 파이프 (6) 중의 LPG 의 연료 압력이 레귤레이터 2 개분의 일정 압력으로 유지된다. 요컨대, 제 3 차단 밸브 (24) 가 닫혀짐으로써, 딜리버리 파이프 (6) 중의 LPG 의 연료 압력이, 통상 상태보다도 상승하게 된다. 리턴 라인 (9) 의 말단은, 연료 탱크 (1) 중에 배치되고, LPG 의 역류를 방지하기 위해서 체크 밸브 (25) 가 형성된다.

상기한 각 인젝터 (4) 및 이그나이터 내장의 각 이그니션 코일 (14) 은, 각 각 전자 제어 장치 (ECU; 40) 에 접속된다. 또한, 엔진 (3) 등에 형성되는 각종 센서 등 (41 ∼ 47) 은, 엔진 (3) 의 운전 상태를 검출하기 위한 운전 상태 검출 수단에 상당하고, 각각 ECU (40) 에 접속된다. 즉, 스로틀 밸브 (10) 에 형성되는 스로틀 센서 (41) 는, 스로틀 밸브 (10) 의 개방도 (스로틀 개방도; TA) 를 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 흡기 통로 (7) 에 형성된 에어 플로우 미터 (42) 는 흡기 통로 (7) 를 흐르는 공기 유량 (Qa) 을 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 엔진 (3) 에 형성된 수온 센서 (43) 는, 엔진 (3) 의 내부를 흐르는 냉각수의 온도 (냉각수온; THW) 를 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 엔진 (3) 에 형성된 회전 속도 센서 (44) 는, 크랭크 샤프트 (16) 의 회전 속도 (엔진 회전 속도; NE) 를 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 배기 통로 (15) 에 형성된 산소 센서 (45) 는, 배기 통로 (15) 로 배출되는 배기 가스중의 산소 농도 (출력 전압; Ox) 를 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 운전석에 형성된 이그니션 스위치 (IGㆍSW; 46) 는, 엔진 (3) 의 시동에 있어서 ON 조작되어, 배터리 (31) 로부터 ECU (40) 로 전력을 공급한다. 스타터 (17) 에 형성된 스타터 스위치 (47) 는, 스타터 (17) 의 기동에 따라, 즉 크랭킹중에 스타터 신호를 출력한다.

이 실시형태에서, ECU (40) 는, 상기 기술한 각종 센서 등 (41 ∼ 47) 으로부터 출력되는 각종 신호를 입력한다. ECU (40) 는, 이들 입력 신호에 기초하여, LPG 분사 제어 및 점화 시기 제어 등을 실행하기 위해서, 각 인젝터 (4) 에 분 사 신호를 출력함과 함께, 각 이그니션 코일 (14) 의 이그나이터로 점화 신호를 출력한다.

여기서, LPG 분사 제어란, 각 기통 (#1 ∼ #4) 에 형성되는 인젝터 (4) 에 의한 LPG 분사량 및 그 분사 시기를 엔진 (3) 의 운전 상태에 기초하여 제어하는 것이다. 따라서, ECU (40) 에서는, 엔진 (3) 의 운전 상태에 따른 LPG 분사량이 산출된다. 점화 시기 제어란, 엔진 (3) 의 운전 상태에 따라 각 기통 (#1 ∼ #4) 에서의 이그니션 코일 (14) 의 이그나이터를 제어함으로써, 각 기통 (#1 ∼ #4) 의 점화 프러그 (12) 에 의한 점화 시기를 제어하는 것이다.

여기서, LPG 는, 가솔린과 비교하여 온도나 압력에 대한 성상 변화가 크기 때문에, 각 인젝터 (4) 로부터 분사되는 액상 상태의 LPG 의 연료량을 정확하게 산출하기 위해, LPG 의 온도 상태 및 압력 상태에 따라 분사량을 보정할 필요가 있다. 그래서, 이 실시형태에서는, 액상 상태의 LPG 의 온도 상태 및 압력 상태를 검출하기 위해서, 연료 탱크 (1) 에, 탱크용 연료 온도 센서 (48) 및 탱크용 연료 압력 센서 (49) 가 형성된다. 탱크용 연료 온도 센서 (48) 는, 연료 탱크 (1) 에 저류되는 액상 상태의 LPG 의 온도 (탱크내 연료 온도; Tt) 를 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 탱크용 연료 온도 센서 (48) 는, 본 발명의 제 1 연료 온도 검출 수단에 상당한다. 탱크용 연료 압력 센서 (49) 는, 연료 탱크 (1) 에 저류되는 액상 상태의 LPG 의 압력 (탱크내 연료 압력; Pt) 을 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 탱크용 연료 압력 센서 (49) 는, 본 발명의 연료 압력 검출 수단에 상당한다. 또한, 딜리버리 파이프 (6) 에, 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 및 딜리버리용 연료 압력 센서 (51) 가 형성된다. 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 는, 딜리버리 펌프 (6) 에서의 액상 상태의 LPG 의 온도 (딜리버리내 연료 온도; Td) 를 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 딜리버리용 연료 압력 센서 (51) 는, 딜리버리 파이프 (6) 에서의 액상 상태의 LPG 의 압력 (딜리버리내 연료 압력; Pd) 을 검출하고, 그 검출값에 따른 전기 신호를 출력한다. 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 는, 본 발명의 제 2 연료 온도 검출 수단에 상당한다. 이들 센서 (48 ∼ 51) 는, ECU (40) 에 각각 접속된다. 또한, ECU (40) 에는, 상기한 연료 펌프 (2), 제 1 내지 제 3 차단 밸브 (18, 20, 24) 가 각각 접속된다. ECU (40) 는, LPG 분사 제어에 있어서, 이들 센서 (48 ∼ 51) 에서 출력되는 각종 신호에 기초하여, LPG 의 조성 및 성상 등에 따라 연료 분사량을 보정하는 처리를 실행한다. 특히, 이 실시형태에서, ECU (40) 는, 연료 탱크 (1) 및 딜리버리 파이프 (6) 에 형성된 각 센서 (48 ∼ 51) 에 의해 검출되는 연료 상태에 기초하여 액상 상태의 LPG 에서의 증기 (vapor) 의 혼입 비율을 추정하고, 그 추정되는 혼입 비율에 따라 연료 분사용 기기, 즉 딜리버리 파이프 (6) 및 각 인젝터 (4) 로부터 분사 공급되는 연료량을 보정하도록 되어 있다. 이 보정을 행하는 ECU (40) 는, 본 발명의 증기 보정 수단에 상당한다.

ECU (40) 는, 각각 중앙 처리 장치 (CPU), 판독 출력 전용 메모리 (ROM), 랜덤 액세스 메모리 (RAM), 백업 RAM, 외부 입력 회로 및 외부 출력 회로 등을 구비한다. ECU (40) 는, CPU, ROM, RAM 및 백업 RAM 과, 외부 입력 회로 및 외부 출력 회로 등을 버스에 의해 접속하여 이루어지는 논리 연산 회로를 구성한다. 각 ROM 은, 각종 제어에 관한 소정의 제어 프로그램을 미리 기억한 것이다. 각 RAM 은, 각 CPU 의 연산 결과를 일시 기억하는 것이다. 각 백업 RAM 은, 미리 기억한 데이터를 저장하는 것이다. 각 CPU 는, 입력 회로를 사이에 두고 입력되는 각종 센서 등 (41 ∼ 51) 으로부터의 신호에 기초하여, 소정의 제어 프로그램에 따라 상기 기술한 각종 제어 등을 실행한다.

여기서, ECU (40) 가 실행하는 LPG 연료 분사 제어에 관해서 상세하게 설명한다. 도 2 에, 그 LPG 연료 분사 제어의 내용을 플로우 차트에 나타낸다.

먼저, ECU (40) 는, 단계 100 에서 IGㆍSW46 이 ON 이 되는 것을 기다리고, 단계 110 에서 스타터 스위치 (47) 로부터의 스타터 신호의 유무에 기초하여, 크랭킹 개시인지의 여부를 판단한다. 그리고, 크랭킹 개시가 아닌 경우, ECU (40) 는, 처리를 단계 100 으로 되돌린다. 크랭킹 개시인 경우, ECU (40) 는, 처리를 단계 120 으로 이행한다.

단계 120 에서 ECU (40) 는, 각 센서 (48, 49) 로 검출되는 탱크내 연료 압력 (Pt) 및 탱크내 연료 온도 (Tt) 로부터 연료 조성 (Fc) 을 추정한다. ECU (40) 는, 미리 실험적으로 얻어진 연료 조성 맵 (도시 생략) 을 참조함으로써, 탱크내 연료 압력 (Pt) 및 탱크내 연료 온도 (Tt) 의 값에 따른 연료 조성 (Fc) 을 추정한다.

다음으로, 단계 130 에서 ECU (40) 는, 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 로 검출되는 딜리버리내 연료 온도 (Td) 및 상기 추정되는 연료 조성 (Fc) 으로부터, 딜리버리 파이프 (6) 내에서의 액상 상태의 LPG 에 관련하여, 연료액 밀도 보정 계수 (σd) 를 산출한다. 이 연료액 밀도 보정 계수 (σd) 는, 딜리버리 파이프 (6) 에서의 액상 상태의 LPG 의 연료액 밀도를 추정한 값을 반영하고 있다.

다음으로, 단계 140 에서 ECU (40) 는, 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 로 검출되는 딜리버리내 연료 온도 (Td) 및 상기 추정되는 연료 조성 (Fc) 으로부터, 딜리버리 파이프 (6) 내에서의 베이퍼 보정 계수 (Kv) 를 산출한다. 이 실시형태에서, ECU (40) 는, 도 3 에 나타내는 보정 맵을 참조함으로써, 딜리버리내 연료 온도 (Td) 및 연료 조성 (Fc) 의 값에 따른 베이퍼 보정 계수 (Kv) 를 산출한다. 도 3 의 보정 맵에 있어서, 다수의 곡선은, 연료 조성 (Fc) 의 차이를 나타내고, 각 곡선중 상측에 위치하는 곡선일수록 프로판율이 커진다. 또한, 각 곡선으로 나타내는 연료 조성 (Fc) 도, 딜리버리내 연료 온도 (Td) 가 낮을수록 베이퍼 보정 계수 (Kv) 는 작아져 베이퍼가 발생하기 어려워짐을 알 수 있다. 따라서, 이 보정 맵으로부터 얻어지는 베이퍼 보정 계수 (Kv) 는, 딜리버리 파이프 (6) 에서의 액상 상태의 LPG 에 관하여, 베이퍼 혼입 비율의 추정을 알맞게 반영하고 있다.

다음으로, 단계 150 에서 ECU (40) 는, 수온 센서 (43) 에 의해 검출되는 냉각수온 (THW) 으로부터, 냉각수온 (THW) 을 반영한 시동시 기본 분사량 (Ts) 을 산출한다. ECU (40) 는, 미리 실험적으로 얻어진 시동시 기본 분사량 맵 (도시 생략) 을 참조함으로써, 냉각수온 (THW) 의 값에 따른 시동시 기본 분사량 (Ts) 을 산출한다. 예를 들어, 냉간 시동시에는, 난기 (暖機) 의 필요성으로부터, 많은 시동시 기본 분사량이 산출된다. 또한, 난기후 재시동시에는, 냉간 시동시보다 적은 시동시 기본 분사량이 산출된다.

다음으로, 단계 160 에서 ECU (40) 는, 상기 산출되는 시동시 기본 분사량 (Ts), 연료액 밀도 보정 계수 (σd) 및 베이퍼 보정 계수 (Kv) 를 서로 승산함으로써 시동시 분사량 (TAUs) 을 산출한다. 즉, 냉각수온 (THW) 에 따라 구해진 시동시 기본 분사량 (Ts) 을, 액 밀도 보정 계수 (σd) 및 베이퍼 보정 계수 (Kv) 에 의해 보정함으로써, 시동시 분사량 (TAUs) 을 얻는 것이다.

그리고, 단계 170 에서 ECU (40) 는, 상기 산출되는 시동시 분사량 (TAUs) 에 기초하여 각 인젝터 (4) 를 제어함으로써, 엔진 (3) 을 시동시키기 위해서, 각 인젝터 (4) 로부터 엔진 (3) 의 각 기통 (#1 ∼ #4) 에 소요되는 연료량을 분사 공급한다.

그 후, 단계 180 에서 ECU (40) 는, 회전 속도 센서 (44) 로 검출되는 엔진 회전 속도 (NE) 가 소정의 기준 회전 속도 (NE1) 를 초과했는지 여부를 판단한다. 그리고, 이 판단이 부정인 경우는, 엔진 (3) 의 시동이 완료되지 않은 것으로 하여, ECU (40) 는, 처리를 단계 110 으로 되돌린다. 이 판단 결과가 긍정인 경우는, 엔진 (3) 의 시동이 완료된 것으로 하여, ECU (40) 는, 처리를 단계 190 으로 이행한다.

그리고, 단계 190 에서 ECU (40) 는, 다시 각 센서 (48, 49) 로 검출되는 탱크내 연료 압력 (Pt) 및 탱크내 연료 온도 (Tt) 로부터 연료 조성 (Fc) 을 추정한다.

다음으로, 단계 200 에서 ECU (40) 는, 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 로 검출되는 딜리버리내 연료 온도 (Td) 및 상기 추정되는 연료 조성 (Fc) 으로부터, 딜리버리 파이프 (6) 내에서의 액상 상태의 LPG 에 관련하여, 연료액 밀도 보정 계수 (σd) 를 산출한다. 이 연료액 밀도 보정 계수 (σd) 도, 딜리버리 파이프 (6) 에서의 액상 상태의 LPG 의 연료액 밀도를 추정한 값을 반영하고 있다.

다음으로, 단계 210 에서 ECU (40) 는, 딜리버리용 연료 온도 센서 (50) 로 검출되는 딜리버리내 연료 온도 (Td) 및 상기 추정되는 연료 조성 (Fc) 으로부터, 딜리버리 파이프 (6) 내에서의 베이퍼 보정 계수 (Kv) 를 산출한다. 이 베이퍼 보정 계수 (Kv) 도, 딜리버리 파이프 (6) 에서의 액상 상태의 LPG 의 베이퍼 혼입 비율을 추정한 값을 반영하고 있다.

다음으로, 단계 220 에서 ECU (40) 는, 에어 플로우 미터 (42) 로 검출되는 흡기량 (Qa) 으로부터, 그 흡기량 (Oa) 에 따른 시동후 기본 분사량 (Tas) 을 산출한다. ECU (40) 는, 미리 실험적으로 얻어진 시동후 기본 분사량 맵 (도시 생략) 을 참조함으로써, 흡기량 (Qa) 의 값에 따른 시동후 기본 분사량 (Tas) 을 산출한다. 예를 들어, 흡기량 (Qa) 이 많을 때에는, 흡기량 (Qa) 이 적을 때와 비교하여 많은 시동후 기본 분사량 (Tas) 이 산출된다.

다음으로, 단계 230 에서 ECU (40) 는, 상기 산출되는 시동후 기본 분사량 (Tas), 연료액 밀도 보정 계수 (σd) 및 베이퍼 보정 계수 (Kv) 를 서로 승산함으로써 시동후 분사량 (TAUas) 을 산출한다. 즉, 흡기량 (Qa) 에 따라 구해진 시동후 기본 분사량 (Tas) 을, 액 밀도 보정 계수 (σd) 및 베이퍼 보정 계수 (Kv) 에 의해 보정함으로써, 시동후 분사량 (TAUsa) 을 얻는 것이다.

그리고, 단계 240 에서 ECU (40) 는, 상기 산출되는 시동후 분사량 (TAUas) 에 기초하여 각 인젝터 (4) 를 제어함으로써, 시동후의 엔진 (3) 을 운전하기 위해서, 각 인젝터 (4) 로부터 엔진 (3) 의 각 기통 (#1 ∼ #4) 에 소요되는 연료량을 분사 공급한다.

그 후, ECU (40) 는, 처리를 단계 210 으로 되돌려, 단계 190 ∼ 240 의 처리를 되풀이한다.

이상 설명한 이 실시형태에서의 엔진의 연료 공급 장치에 의하면, 연료 탱크 (1) 로부터 딜리버리 파이프 (6) 및 각 인젝터 (4) 로 압송되는 액상 상태의 LPG 는, 그 딜리버리 파이프 (6) 에서의 연료 상태에 따라 시동시 기본 분사량 (Ts) 및 시동후 기본 분사량 (Tas) 이 보정되고, 그 보정후의 시동시 분사량 (TAUs) 및 시동후 분사량 (TAUas) 만큼 각 인젝터 (4) 로부터 엔진 (3) 에 연료가 분사 공급된다.

여기서, 엔진 (1) 의 운전중에는, 딜리버리 파이프 (6) 가 엔진 (3) 으로부터 받는 열에 의해, 상기 파이프 (6) 에서의 LPG 의 일부가 증발하여 액상 상태의 LPG 중으로 베이퍼가 혼입되는 경우가 있다. 이 실시형태의 연료 공급 장치에 의하면, ECU (40) 가, 딜리버리 파이프 (6) 에서 검출되는 연료 상태에 기초하여, 액상 상태의 LPG 에서의 베이퍼 혼입 비율을 추정하고, 그 추정되는 베이퍼 혼입 비율에 따라, 상기한 시동시 기본 분사량 (Ts) 및 시동후 기본 분사량 (Tas) 을 보정하고 있다. 따라서, 액상 상태의 LPG 에 혼입된 베이퍼분을 가미한 양 (시동시 연료 분사량 (TAUs) 및 시동후 연료 분사량 (TAUas)) 의 연료가 엔진 (3) 으로 공급되게 된다. 이 때문에, 액상 상태의 LPG 에서의 베이퍼 혼입분을 예상하고, 엔진 (3) 에 대한 연료 공급량을 정밀도가 양호하게 제어할 수 있다. 이것에 의해, 엔진 (3) 에서의 공연비의 편차를 억제할 수 있다. 이에 대하여, 종래예의 연료 공급 장치에서는, 상기와 같은 베이퍼 혼입분을 예상한 보정은 전혀 이루어지지 않고, 완전 액상 상태를 전제로 연료 분사량의 보정이 이루어지고 있었기 때문에, 베이퍼 혼입분만큼 연료 분사량에 오차가 생기는 것은 피할 수 없고, 엔진 (3) 에서의 공연비에 편차가 생기는 것은 피할 수 없었다. 이 실시형태의 연료 공급 장치에서는, 그 점을 개선할 수 있는 것이다.

특히 이 실시형태에서, ECU (40) 는, 탱크내 연료 온도 (Tt) 및 탱크내 연료 압력 (Pt) 으로부터 연료 조성 (Fc) 을 추정하고, 그 추정되는 연료 조성 (Fc) 과 딜리버리내 연료 온도 (Td) 으로부터 산출되는 연료액 밀도 보정 계수 (σd) 및 베이퍼 보정 계수 (Kv) 로부터, 딜리버리 파이프 (6) 에서의 연료액 밀도 및 베이퍼 혼입 비율을 추정하고 있기 때문에, 액상 상태의 LPG 에서의 베이퍼 혼입 비율이 더 한층 정확하게 추정되게 된다. 또한, 그들 추정되는 연료액 밀도 및 베이퍼 혼입 비율에 따라 시동시 기본 분사량 (Ts) 및 시동후 기본 분사량 (Tas) 이 보정되기 때문에, 보다 정확한 양의 연료가 엔진 (3) 으로 공급되게 된다. 이 의미에서, 엔진 (3) 에 대한 연료 공급량의 제어 정밀도를 더 한층 높이는 수 있어 엔진 (3) 에서의 공연비의 편차를 억제할 수 있다.

또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 아래와 같이 실시할 수 있다.

(1) 상기 실시형태에서는, 본 발명을 4기통의 엔진 (3) 으로 구체화하였지만, 4기통 이외의 기통수의 엔진으로도 구체화할 수 있다.

(2) 상기 실시형태에서는, 연료로서 LPG 를 사용하였지만, 연료로서 LNG 를 사용할 수도 있다.

제 1 항에 기재된 발명에 의하면, 액상 상태의 연료에서의 증기 혼입분을 예상하여, 엔진에 대한 연료 공급량을 정밀도가 양호하게 제어할 수 있다.

제 2 항에 기재된 발명에 의하면, 제 1 항에 기재된 발명의 효과에 대하여, 엔진에 대한 연료 공급량의 제어 정밀도를 더 한층 높일 수 있다.

Claims

연료 탱크에 액상 상태에서 저류되는 연료를 연료 분사용 기기에 압송하고, 검출 수단에 의해 검출되는 연료 상태에 기초하여 상기 연료 분사용 기기로부터 엔진에 공급되는 연료 분사량을 보정하도록 한 엔진의 연료 공급 장치에 있어서,

상기 연료 분사용 기기로써 상기 검출 수단에 의해 검출되는 연료 상태에 기초하여 액상 상태의 연료에서의 증기의 혼입 비율을 추정하고, 그 추정되는 혼입 비율에 따라 상기 연료 분사용 기기로부터의 연료 분사량을 보정하기 위한 증기 보정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 공급 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 검출 수단은, 상기 연료 탱크에서의 연료 온도를 검출하기 위한 제 1 연료 온도 검출 수단과, 상기 연료 탱크에서의 연료 압력을 검출하기 위한 연료 압력 검출 수단과, 상기 연료 분사용 기기에서의 연료 온도를 검출하기 위한 제 2 연료 온도 검출 수단을 포함하고,

상기 증기 보정 수단은, 상기 검출되는 연료 탱크에서의 연료 온도 및 연료 압력으로부터 연료 조성을 추정하고, 그 추정되는 연료 조성과 상기 검출되는 연료 분사용 기기에서의 연료 온도로부터 상기 연료 분사용 기기에서의 연료액 밀도 및 상기 혼입 비율을 추정하고, 상기 추정되는 연료액 밀도 및 상기 혼입 비율에 따라 상기 연료 분사용 기기로부터의 연료 분사량을 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 공급 장치.