KR100765640B1 - 엘피아이 엔진의 실화진단 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LPI 엔진의 실화진단 제어 방법에 관한 것으로서, LPI 시스템에서 저연료레벨상태일 경우 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점을 해결하기 위하여, 차량에 기 장착된 센서들을 이용해 연료압력을 실시간 모니터링하고, 모니터링한 현재 연료압력이 정상수준에 비해 낮은 비정상 압력상태일 경우에는 실화진단을 금지하도록 한 LPI 엔진의 실화진단 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 의하면, 연료압력이 정상수준 이하로 내려갈 경우 실화진단을 금지시킴으로써, 단순 저연료레벨상태에서 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점이 해결될 수 있으며, 실화진단 금지 제어를 별도의 하드웨어 추가 없이 기 장착된 부품들을 이용하여 간단한 로직 추가만으로 실시가 가능하다는 장점이 있다.

LPI, 실화, 저연료레벨, 진단 금지, 오진단 방지

Description

엘피아이 엔진의 실화진단 제어 방법 {MISFIRE DIAGNOSIS CONTROLLING METHOD OF LPI ENGINE}

도 1은 LPI 엔진에 적용되는 인젝터를 도시한 단면도,

도 2는 PCD 시동 조건에서 컷 오프 솔레노이드 밸브 미개방으로 엔진 실화가 발생한 예를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명이 적용되는 LPI 시스템의 구성 및 본 발명의 실화진단 제어 과정을 나타낸 개념도,

도 4는 본 발명에서 정상압력 여부 판정 과정을 나타낸 순서도,

도 5는 연료온도 및 조성에 따른 포화증기압선도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연료탱크 2 : 연료라인

3 : 인젝터 4 : 연료압력센서

5 : 연료온도센서 6 : IFB ECU

7 : 엔진 ECU

본 발명은 LPI 엔진의 실화진단 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LPI 시스템에서 저연료레벨상태일 경우 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점을 해결하기 위하여, 차량에 기 장착된 센서들을 이용해 연료압력을 실시간 모니터링하고, 모니터링한 현재 연료압력이 정상수준에 비해 낮은 비정상 압력상태일 경우에는 실화진단을 금지시킴으로써, 단순 저연료레벨상태에서 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점이 해결될 수 있는 LPI 엔진의 실화금지 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 LPG 엔진은 봄베(Bombe)에서 공급된 연료를 믹서와 기화기(Vaporizer)를 통해 기화시켜 엔진에 공급하도록 시스템이 구성되어 있다.

하지만, 상기와 같이 믹서와 증발기를 이용하는 시스템에서는 ECU에 의한 정밀 제어가 어려워서 겨울철 시동이 어렵고, 동력성능 및 연비 수준이 낮을 뿐만 아니라 LPG 연료의 타르 문제로 인한 소비자의 정비주기 미준수로 인하여 아이들 불안정 및 시동 꺼짐 현상 등 여러 문제점이 발생하고 있었다.

이러한 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 제안된 기술이 LPI 엔진이다.

LPI(Liquefied Petroleum Injection) 엔진이란, 연료의 증기압력만으로 연료를 밀어내는 기존의 LPG 엔진과는 달리, LPG 봄베 내에 연료펌프를 설치하여 액상의 LPG 연료를 연료공급라인을 통해 압송한 후 엔진에서 인젝터(Injector)를 통해 분사하도록 구성된 시스템이다.

즉, LPI 엔진은 가솔린 엔진과 같이 연료인 LPG를 인젝터를 통해 연소실에 직접 분사하는 방법을 채택한 것으로서, 믹서와 증발기를 사용하지 않고 대신 인젝터를 통한 ECU의 정밀제어에 의해 LPG를 연소실에 공급함에 따라서 연비 및 동력성능, 겨울철 시동성이 향상되고, 정비주기의 불만 등 과거 LPG 차량의 고질적인 문제점들을 완전히 해결할 수 있는 시스템이다.

최초 개발된 LPI 시스템에서는 내구가 진행됨에 따라 인젝터에서 누기가 발생하여 시동성 악화 및 HC(Hydro-Carbon) 배출가스가 증가하는 문제점이 있었다.

이에 따라 인젝터 내부 하단에 컷 오프 솔레노이드 밸브를 장착하여 누기 문제를 개선하였다.

첨부한 도 1은 LPI 엔진에 적용되는 인젝터를 도시한 단면도로서, 인젝터(10) 내부 하단에 엔진 정지시 LPG 가스가 누기되는 것을 방지하는 컷 오프 솔레노이드 밸브(Cut-off Solenoid Valve)(13)가 장착되어 있다.

상기 컷 오프 솔레노이드 밸브(13)는 인젝터 내부 연료통로를 개폐하는 플런저 밸브 부재(14) 및 전원 인가시 상기 플런저 밸브 부재(14)를 동작시키는 솔레노이드(15)를 포함하여 이루어진다.

상기 컷 오프 솔레노이드 밸브(13)는 엔진 정지시에 LPG 가스가 흡기 매니폴드 및 서지탱크를 통해 연소실로 흘러들어가는 것을 방지하여 재시동시 배출가스가 다량 배출되는 것을 방지하게 되며, 현재 ULEV 규제 이상을 대응하기 위해 적용되는 기술이다.

도 1에서 도면부호 11은 연료가 투입되는 연료공급구를 나타내며, 도면부호 12는 연료가 분사되는 노즐 팁(Tip)을 나타낸다.

LPI 엔진에 적용되는 도시한 바의 인젝터(10)는 가솔린 인젝터와 비교할 때 기본적인 구조는 동일하나, 내부 연료의 압력이 가솔린 인젝터 대비 고압으로 유지되며, 또한 내부 연료가 상온 소우킹(Soaking) 중에도 항상 기상을 유지하므로 내구 진행에 따라 누기가 발생하게 된다.

따라서, 소우킹 중에 인젝터에서 누출된 연료가 계속 매니폴드로 누출되는 것을 방지하기 위하여 인젝터(10) 내부 하단에 컷 오프 솔레노이드 밸브(13)가 장착되는 것이며, 소우킹 중에는 상기 컷 오프 솔레노이드 밸브(13)를 닫아주어 누기를 차단하고, 시동 및 엔진 운전 중에는 상기 컷 오프 솔레노이드 밸브를 열어주어 연료 분사가 이루어지도록 한다.

이와 같이 인젝터 내부 하단에 컷 오프 솔레노이드 밸브를 장착함으로써 인젝터를 통해 발생하는 연료 누기 문제가 해결될 수 있게 된다.

그러나, 컷 오프 솔레노이드 밸브의 개도 정도에 따라 연료분사량의 차이가 발생하여 실화가 발생하는 문제점이 제기되었으며, 더욱이 컷 오프 솔레노이드 밸브가 열리지 않을 경우는 지속적으로 실화가 발생하므로 촉매 손상도 가져올 수 있다.

특히, PCD(Partial Cool-Down) 시동시에 컷 오프 솔레노이드 밸브의 미개방으로 인한 심각한 문제가 발생하는데, PCD 시동이란 엔진이 충분히 덥혀진 상태에서 주차 후 시동을 거는 것을 말한다.

주행 중에 엔진의 온도는 쿨링팬 및 주행풍에 의해 일정 온도로 유지되나, 주차시에는 엔진룸 내의 온도가 급격히 상승하기 시작하고, 30분 정도 지나면 인젝터 및 컷 오프 솔레노이드의 온도는 90℃ 이상까지 상승한다.

또한 연료라인의 온도 역시 80℃ 이상 상승하므로 인젝터 및 연료라인의 연료압력은 최고점에 이른다.

이와 함께 컷 오프 솔레노이드의 온도가 상승하면 코일의 저항은 증가하고, 코일 저항의 증가에 따라 솔레노이드의 자기력이 감소한다.

따라서, 컷 오프 솔레노이드 밸브 양단에 걸리는 압력은 상승하고 솔레노이드 자기력은 감소하므로 컷 오프 솔레노이드 밸브의 개방에 있어서 최악의 조건에 도달하게 된다.

결국, 종래에는 상기와 같은 PCD 시동 조건에서 컷 오프 솔레노이드 밸브가 개방되지 않아 실화가 발생하는 문제가 있었으며, 첨부한 도 2는 PCD 시동 조건에서 한 개의 컷 오프 솔레노이드 밸브가 개방되지 않아 시동 후 실화가 발생한 상태의 예를 나타낸 도면이다.

상기와 같은 PCD 시동시 컷 오프 솔레노이드 미개방 문제는 컷 오프 솔레노이드의 용량(코일 권선 수)을 늘리고, 컷 오프 솔레노이드 밸브의 단면적을 축소(압력을 받는 면적 축소)하여 개선이 가능하나, 양산 편차 및 내구 진행에 따른 불량 발생시에 컷 오프 솔레노이드 미개방상태를 검출하기 위한 방안이 필요하게 되었다.

컷 오프 솔레노이드 밸브의 미개방은 전기적인 오류(단선/단락)에 의해 발생할 뿐만 아니라 앞에서 언급한 문제 등 여러 가지 기계적인 원인에 의해 발생할 수 있다.

그러므로 기계적인 문제로 인한 컷 오프 솔레노이드 밸브 미개방 여부를 검출하기 위해서는 OBD-2 항목인 실화진단이 반드시 필요하다.

그러나, 연료가 부족한 상태일 경우에도 급선회하거나 연료가 바닥상태인 경우에 연료공급 불량으로 실화가 발생할 수 있다.

이런 경우는 시스템에 문제가 있는 것이 아니라 연료 부족에 의한 일시적인 실화이므로 모든 EMS(Engine Management System)에서는 저연료상태(보통 15% 이하)에서 실화진단을 금지시키고 있다.

OBD-2(On Board Diagnosis 2) 규제를 적용받는 차에서 엔진 ECU가 연료탱크로부터 연료레벨을 입력받아 연료레벨이 낮을 경우에 실화진단을 금지하나, LPI 차량의 경우에는 OBD-2 규제를 받지 않으므로 연료레벨 입력을 받지 않는다.

가솔린 차량의 경우에는 엔진 ECU가 연료탱크에 설치된 연료레벨센서의 신호를 입력받아 연료레벨이 낮을 경우 실화진단을 금지시키며, 이를 통해 저연료레벨상태일 경우 차량 이상(시스템의 기계적인 이상)으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 것을 방지하고 있다.

이에 OBD-2를 적용받는 가솔린 차량과 달리 LPI 차량에서 저연료레벨시에 실화진단을 금지하기 위한 새로운 방안이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, LPI 시스템 에서 저연료레벨상태일 경우 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점을 해결하기 위하여, 차량에 기 장착된 센서들을 이용해 연료압력을 실시간 모니터링하고, 모니터링한 현재 연료압력이 정상수준에 비해 낮은 비정상 압력상태일 경우에는 실화진단을 금지시킴으로써, 단순 저연료레벨상태에서 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점이 해결될 수 있는 LPI 엔진의 실화금지 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, IFB ECU가 연료라인에 설치된 연료압력센서와 연료온도센서으로부터 연료압력과 연료온도를 입력받는 단계와; IFB ECU가 입력받은 현재의 연료압력과 연료온도, 연료조성학습값을 통해 연료압력의 정상 여부를 판정하는 단계와; IFB ECU가 연료압력의 정상 여부를 엔진 ECU에 전송하는 단계와; 엔진 ECU가 연료압력의 정상 여부에 따라 연료압력이 정상일 경우에만 실화진단을 실시하고, 연료압력이 비정상일 경우에는 실화진단을 금지하는 단계;를 포함하는 LPI 엔진의 실화진단 제어 방법을 제공한다.

여기서, 상기 IFB ECU가 연료압력의 정상 여부를 판정하는 단계는, 연료조성에 따른 현재 연료압력과 연료온도에서의 포화증기압을 계산하는 단계와; 현재 연료압력과 연료온도에 따른 압력마진을 계산하는 단계와; 현재 연료압력을 계산된 포화증기압과 압력마진의 합과 비교하여, 현재 연료압력이 포화증기압과 압력마진 의 합 이상일 경우 연료압력 정상으로 판정하고, 포화증기압과 압력마진의 합보다 낮을 경우 연료압력 비정상으로 판정하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

첨부한 도 3은 본 발명이 적용되는 LPI 시스템의 구성 및 본 발명의 실화진단 과정을 나타낸 개념도이고, 도 4는 본 발명에서 정상압력 여부 판정 과정을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

연료압력 모니터링을 통한 실화진단 금지

저연료레벨상태에서 실화가 발생하는 원인은 연료공급이 원활하지 않아 연료압력이 과다하게 떨어짐에 따라 분사연료량이 부족해지기 때문이다.

그러므로 연료레벨 대신 연료압력을 이용하여 정상수준 이하로 연료압력이 내려갈 경우 실화진단을 금지할 수 있다.

LPI 시스템은 연료압력에 따라 연료량을 보정하기 위해 연료라인에 연료압력센서와 연료온도센서를 장착하고 있으므로 연료압력을 통한 실화진단 금지가 가능하다

연료압력 모니터링을 통한 실화진단 금지

LPI 시스템에서 연료압력센서/연료온도센서값은 엔진 ECU(7)가 아닌 IFB(InterFace Box) ECU(6)로 입력된다.

그러므로 실화진단을 담당하는 엔진 ECU(7)는 직접적으로 연료압력상태를 알 수 없으므로 IFB ECU(6)에서 정상압력 여부를 판단하는 역할을 해야 한다.

IFB ECU(6)는 인젝터(10), 연료펌프(2), 연료압력센서(4)/연료온도센서(5) 등의 연료공급 및 분사계통의 액츄에이터 제어와 센서 입력을 담당하는 ECU로서, 엔진 ECU(7)와 CAN을 통한 정보교환을 통해 엔진을 구동한다.

가솔린 엔진의 경우 엔진 ECU가 연료공급/분사제어, 점화시기제어, 공기량제어 및 OBD 진단 등 모든 일을 하지만, LPI 엔진에서는 연료공급/분사제어를 IFB ECU(6)가 하는 대신 엔진 ECU에(7)서는 계산된 연료량을 IFB ECU(6)로 전달한다.

LPG의 경우 연료압력의 정상 여부를 단순히 연료압력 자체로만 판단할 수 없다.

왜냐하면, 연료조성과 연료온도에 따라 포화증기압이 달라지므로 같은 압력이더라도 프로판(비등점 낮음) 비율이 많고 연료온도가 높은 경우 비교적 높은 연료온도에서 기상으로 변하므로 연료분사량 부족에 의한 실화가 발생할 수 있다.

첨부한 도 5는 연료온도 및 조성에 따른 포화증기압선도로서, 연료라인의 압력이 포화증기압에 근접할 경우 연료의 기화가 발생하므로 실화 위험이 크다.

그러므로 IFB ECU(6)는, 연료라인(3)에 설치된 연료압력센서(4) 및 연료온도센서(5)의 신호를 토대로 연료조성에 따른 현재 연료압력과 연료온도에서의 포화증기압을 계산하고, 또한 현재 연료압력과 연료온도에 따른 압력마진을 계산하여, 현재 연료압력이 상기와 같이 계산된 '포화증기압+압력마진'의 값보다 낮아질 경우에 비정상 압력으로 판정할 수 있으며, 압력의 비정상 여부를 엔진 ECU(7)에 송출(CAN통신 이용)함으로써 엔진 ECU가 비정상 연료압력시에 실화진단을 금지시킬 수 있게 된다.

포화증기압에서는 기상과 액상이 공존하므로, 충분한 액화를 위해서는 실제 포화증기압보다 높아지도록 마진을 설정해야 한다.

도 3은 본 발명의 개념도로서, 도면부호 1은 연료탱크, 4는 연료압력센서, 5는 연료온도센서, 10은 인젝터, 6은 IFB ECU, 7은 엔진 ECU를 각각 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 IFB ECU(6)가 연료압력센서(4)와 연료온도센서(5)로부터 연료라인(3)의 연료압력과 연료온도를 입력받는 과정, IFB ECU(6)가 입력받은 연료압력과 연료온도, 연료조성학습값을 통해 정상압력 여부를 판단하는 과정, IFB ECU(6)에서 판정한 정상압력 여부를 CAN 통신을 통해 엔진 ECU(7)에 전달하는 과정, 및 엔진 ECU(7)에서 정상압력 여부에 따라 실화진단 금지 여부를 판단하는 과정으로 이루어진다.

여기서, 상기 연료조성학습값에 대하여, 현 LPI 시스템에서는 특정조건에서 연료압력과 연료온도를 통해 연료조성을 모델링하는 기능을 가지고 있다.

도 4는 IFB ECU에서 정상 연료압력 여부를 판정하는 순서도로서, IFB ECU(6)는 기본적으로 연료압력센서(4)와 연료온도센서(5)로부터 현재의 연료압력과 연료온도를 입력받도록 되어 있다.

상기와 같이 연료압력과 연료온도를 입력받게 되면, IFB ECU는 연료조성에 따른 현재 연료압력과 연료온도에서의 포화증기압을 계산하고, 이어 현재 연료압력과 연료온도에 따른 압력마진을 계산한다.

여기서, 포화증기압과 압력마진은 연료압력과 연료온도에 따라 매핑되어 IFB ECU에 내장된 데이터이다.

이후, IFB ECU는 현재 연료압력을 상기와 같이 계산된 포화증기압과 압력마진의 합과 비교하게 되는데, 여기서 현재 연료압력이 포화증기압과 압력마진의 합 이상일 경우 연료압력 정상으로 판정하고, 포화증기압과 압력마진의 합보다 낮을 경우 연료압력 비정상으로 판정하게 된다.

그리고, 상기와 같이 연료압력의 정상 여부가 판단되면 IFB ECU(6)는 정상 여부를 CAN 통신을 통해 엔진 ECU(7)로 송출하게 되며, 이에 엔진 ECU(7)는 정상 압력하에서만 실화진단을 실시하고 비정상 압력하에서는 실화진단을 금지시킨다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 연료압력이 정상수준 이하로 내려갈 경우 실화진단을 금지시킴으로써, 단순 저연료레벨상태에서 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점이 해결될 수 있으며, 특히 실화진단 금지 제어를 별도의 하드웨어 추가 없이 기 장착된 부품들을 이용하여 간단한 로직 추가만으로 실시가 가능해진다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 LPI 엔진의 실화진단 제어 방법에 의하면, LPI 시스템에서 저연료레벨상태일 경우 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점을 해결하기 위하여, 차량에 기 장착된 센서들을 이용해 연료압력을 실시간 모니터링하고, 모니터링한 현재 연료압력이 정상수준에 비해 낮은 비정상 압력상태일 경우에는 실화진단을 금지시킴으로써, 단순 저연료레벨상태에서 차량 이상으로 인한 엔진 실화 발생으로 오진단하는 문제점이 해결될 수 있 다.

또한 상기한 본 발명은 가솔린 차량과 달리 연료레벨센서가 없는 LPI 시스템에서 실화진단 금지 제어를 별도의 하드웨어 추가 없이 기 장착된 부품들을 이용하여 간단한 로직 추가만으로 실시가 가능하다는 장점을 가진다.

Claims (2)

1. IFB ECU가 연료라인에 설치된 연료압력센서와 연료온도센서으로부터 연료압력과 연료온도를 입력받는 단계와;

   IFB ECU가 입력받은 현재의 연료압력과 연료온도, 연료조성학습값을 통해 연료압력의 정상 여부를 판정하는 단계와;

   IFB ECU가 연료압력의 정상 여부를 엔진 ECU에 전송하는 단계와;

   엔진 ECU가 연료압력의 정상 여부에 따라 연료압력이 정상일 경우에만 실화진단을 실시하고, 연료압력이 비정상일 경우에는 실화진단을 금지하는 단계;

   를 포함하는 LPI 엔진의 실화진단 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 IFB ECU가 연료압력의 정상 여부를 판정하는 단계는,

   연료조성에 따른 현재 연료압력과 연료온도에서의 포화증기압을 계산하는 단계와;

   현재 연료압력과 연료온도에 따른 압력마진을 계산하는 단계와;

   현재 연료압력을 계산된 포화증기압과 압력마진의 합과 비교하여, 현재 연료압력이 포화증기압과 압력마진의 합 이상일 경우 연료압력 정상으로 판정하고, 포화증기압과 압력마진의 합보다 낮을 경우 연료압력 비정상으로 판정하는 단계;

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LPI 엔진의 실화진단 제어 방법.

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