KR20160052432A - 액화 가스 연료 공급 장치 - Google Patents

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무츠미 츠지노
아키토 우치다
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도요타 지도샤(주)
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Abstract

액화 가스 연료 공급 장치(2)는, 엔진(1)으로 연료를 분사하는 인젝터(8)와, 연료를 저류하는 연료 탱크(3)와, 연료 탱크(3)로부터 연료를 인젝터(8)로 압송하는 연료 펌프(4)와, 연료 펌프(4)로부터 인젝터(8)로 압송되는 LPG 연료를 냉각하는 연료 냉각 장치(12)와, 배관(9) 내의 연료 온도를 검출하는 연료 온도 센서(31)와, ECU(30)를 포함한다. ECU(30)는, 엔진 운전 시에, 연료 온도 센서(31)의 검출값에 의거하여, 엔진 정지 후에 있어서의 배관(9) 내의 연료 온도를 추정하고, 추정된 온도가, 소정의 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 높아지는 경우에, 연료를 냉각하기 위해 연료 냉각 장치(12)를 구동 제어한다.

Description

액화 가스 연료 공급 장치{LIQUEFIED GAS FUEL SUPPLYING APPARATUS}
이 발명은, 액화 가스를 연료로서 엔진으로 공급하도록 한 액화 가스 연료 공급 장치에 관한 것이다.
종래, 이 종류의 기술에 있어서, 액화 가스 연료는 경유나 가솔린 등과 비교하여 비점(沸點)이 낮고, 기화하기 쉬운 특성을 갖는다. 그 때문에, 액화 가스 연료는, 연료 펌프에 의해 인젝터로 압송(壓送)될 때 등의 온도 상승에 의해 기화하는 경우가 있고, 인젝터에서의 연료 분사 특성이 안정적이지 않게 될 우려가 있었다. 그래서, 이러한 문제에 대처하기 위해, 예를 들면, 하기의 일본 공개특허 특개2010-174692호에 기재되는 액화 가스 연료 공급 장치가 제안되어 있다. 이 장치는, 액화 가스 연료로서 디메틸에테르(DME)가 충전된 연료 탱크와, 연료 탱크로부터 공급되는 액화 가스 연료를 가압하여 인젝터로 공급하는 고압 펌프와, 연료 탱크로부터 고압 펌프로 액화 가스 연료를 공급하는 피드 펌프와, 피드 펌프로부터 고압 펌프에 공급되는 액화 가스 연료를 냉각하는 연료 냉각 장치를 구비한다. 그리고, 액화 가스 연료를 인젝터로 공급할 때에는, 연료 냉각 장치를 항상 동작시켜 액화 가스 연료를 항상 냉각하면서 피드 펌프로부터 고압 펌프로 공급하도록 되어 있다. 이 결과, 안정적으로 낮은 온도의 액화 가스 연료를 고압 펌프로 공급할 수 있어, 액화 가스 연료의 분사 특성을 안정화시키도록 되어 있다.
한편, 다기통(多氣筒) 엔진에서는, 딜리버리 파이프에 복수의 인젝터가 병렬로 설치되어 있다. 그리고, 비교적 기온이 높은 시기에, 엔진이 고(高)부하 운전 후에 정지되고, 재시동될 때에는, 엔진 본체로부터 발생하는 여열(余熱)에 의해 딜리버리 파이프 내의 액화 가스 연료가 기화하며, 인젝터에서의 연료 분사 특성이 불안정해질 우려가 있었다. 그래서, 딜리버리 파이프 내의 액화 가스 연료가 기화하고 있을 때의 엔진 재시동 시에는, 그 재시동성을 확보하기 위한 「펌프 프리(pre) 구동 제어」가 행해지는 경우가 있다. 즉, 딜리버리 파이프 내의 액화 가스 연료의 온도 및 압력을 검출하고, 그 검출 결과에 의거하여 액화 가스 연료가 기화하고 있다고 판정했을 때에, 엔진의 스타터 조작에 앞서 연료 펌프를 구동시킴(예를 들면, 2∼7초간)으로써, 딜리버리 파이프 내의 액화 가스 연료를 가압하면서 순환 냉각시키도록 되어 있다. 이러한 펌프 프리 구동 제어는, 액화 가스 연료를 사용한 통상의 엔진 자동차뿐만 아니라, 액화 가스 연료를 사용한 하이브리드 자동차에도 채용하는 것을 생각할 수 있다.
덧붙여, 액화 가스 연료를 사용함과 함께 아이들링(idling) 스톱을 채용한 통상의 엔진 자동차나 하이브리드 자동차에서는, 엔진을 간헐적으로 정지시키도록 되어 있다. 이러한 자동차에서는, 발진 요구 또는 엔진에의 시동 요구 시에, 펌프 프리 구동 제어를 실행할 여유는 없다.
그런데, 일본 공개특허 특개2010-174692호에 기재된 장치에서는, 액화 가스 연료를 인젝터로 공급할 때에, 연료 냉각 장치를 항상 동작시키고 있었으므로, 그만큼 연비가 악화될 우려가 있었다. 또, 엔진이 고부하 운전 후에 정지되고, 재시동될 때에는, 기화한 액화 가스 연료에 대처할 수 없어, 고온 재시동성이 악화될 우려가 있었다.
또, 통상의 엔진 자동차나 하이브리드 자동차에서 펌프 프리 구동 제어를 행하는 경우에는, 엔진의 시동 시에 연료 펌프를 구동시키는 시간을 확보하지 않으면 안 되고, 그 때문에 운전자는 시동을 기다리지 않으면 안 되어, 시동 응답성이 손상되게 되었다. 또한, 간헐 정지 중에, 딜리버리 파이프 내의 조건이 기화 영역으로 이동한 것을 검지하여 연료 펌프를 구동시키는 것은 가능하다. 그러나, 엔진 정지 중에 운전자의 조작 없이 연료 펌프가 구동·정지하는 것은, 그 구동음이 소음이 되어 운전자에게 위화감을 줄 우려가 있었다.
본 발명은, 연료 냉각 장치를 동작시키는 것에 의한 연비의 악화를 억제하면서 엔진의 고온 재시동성을 향상시키며, 엔진의 시동 응답성을 손상하지 않고, 운전자에게 펌프 소음에 의한 위화감을 주지 않는 액화 가스 연료 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 제 1 관점에 관한 액화 가스 연료 공급 장치는:
엔진으로 액화 가스 연료를 분사 공급하도록 구성된 인젝터;
상기 액화 가스 연료를 저류(貯留)하도록 구성된 연료 탱크;
상기 연료 탱크에 저류된 액화 가스 연료를 배관을 개재하여 상기 인젝터로 압송하도록 구성된 연료 펌프;
상기 배관을 개재하여 상기 연료 펌프로부터 상기 인젝터로 압송되는 액화 가스 연료를 냉각하도록 구성된 연료 냉각 장치;
상기 연료 냉각 장치보다 하류 측에 위치하는 상기 배관 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 검출하도록 구성된 연료 온도 검출기; 및
전자 제어 장치 ― (ⅰ) 상기 엔진이 운전되고 있을 때의 상기 연료 온도 검출기에 의한 검출값에 의거하여, 상기 엔진이 정지된 후에 상기 연료 냉각 장치보다 하류 측에 위치하는 상기 배관 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료가 기화하는지의 여부를 판단하고,
(ⅱ) 상기 전자 제어 장치가 기화한다고 판단한 경우에, 상기 액화 가스 연료를 냉각하기 위해 상기 연료 냉각 장치를 구동 제어하도록 구성됨 ― 를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 엔진 운전 중의 연료 온도 검출기에 의한 검출값에 의거하여, 엔진 정지 후에 배관 내에 있어서의 액화 가스 연료가 기화한다고 판단한 경우에만 연료 냉각 장치가 구동되므로, 연료 냉각 장치를 항상 구동시킬 필요가 없다. 또, 엔진 운전 중에 액화 가스 연료가 적절히 냉각됨으로써, 엔진의 고온 재시동 시에 액화 가스 연료의 온도가 낮게 억제되므로, 그 연료의 기화가 억제된다. 엔진 운전 중에 액화 가스 연료의 냉각이 행해지므로, 엔진 시동 시에 액화 가스 연료의 기화에 대처할 필요가 없다. 또, 엔진 정지 중에 연료 펌프 등의 기기가 운전자의 조작 없이 구동·정지하지 않는다.
상기 구성에 의하면, 연료 냉각 장치를 동작시키는 것에 의한 연비의 악화를 억제하면서 엔진의 고온 재시동성을 향상시킬 수 있으며, 엔진의 시동 응답성을 손상하지 않고, 운전자에게 펌프 소음에 의한 위화감을 주지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 관한 액화 가스 연료 공급 장치는:
엔진으로 액화 가스 연료를 분사 공급하도록 구성된 인젝터;
상기 액화 가스 연료를 저류하도록 구성된 연료 탱크;
상기 연료 탱크에 저류된 액화 가스 연료를 배관을 개재하여 상기 인젝터로 압송하도록 구성된 연료 펌프;
상기 배관을 개재하여 상기 연료 펌프로부터 상기 인젝터로 압송되는 액화 가스 연료를 냉각하도록 구성된 연료 냉각 장치;
상기 연료 냉각 장치보다 하류 측에 위치하는 상기 배관 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 검출하도록 구성된 연료 온도 검출기; 및
전자 제어 장치 ― (ⅰ) 상기 엔진이 운전되고 있을 때에, 상기 연료 온도 검출기의 검출값에 의거하여, 상기 엔진이 정지된 후의 상기 연료 냉각 장치보다 하류 측에 위치하는 상기 배관 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 추정하고,
(ⅱ) 상기 추정된 온도가, 소정의 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 높아지는 경우에, 상기 액화 가스 연료를 냉각하기 위해 상기 연료 냉각 장치를 구동 제어하도록 구성됨 ― 를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 액화 가스 연료에 대하여 엔진 정지 후의 온도로서 추정된 온도가, 소정의 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 높아지는 경우에만 연료 냉각 장치가 구동되므로, 연료 냉각 장치를 항상 구동시킬 필요가 없다. 또, 엔진 운전 중에 액화 가스 연료가 적절히 냉각됨으로써, 엔진의 고온 재시동 시에 액화 가스 연료의 온도가 낮게 억제되므로, 그 연료의 기화가 억제된다. 엔진 운전 중에 액화 가스 연료의 냉각이 행해지므로, 엔진 시동 시에 액화 가스 연료의 기화에 대처할 필요가 없다. 또, 엔진 정지 중에 연료 펌프 등의 기기가 운전자의 조작 없이 구동·정지하지 않는다.
상기 구성에 의하면, 연료 냉각 장치를 동작시키는 것에 의한 연비의 악화를 억제하면서 엔진의 고온 재시동성을 향상시킬 수 있으며, 엔진의 시동 응답성을 손상하지 않고, 운전자에게 펌프 소음에 의한 위화감을 주지 않도록 할 수 있다.
상기 관점의 액화 가스 연료 공급 장치에 있어서, 상기 전자 제어 장치는, 미리 실험에 의해 구해진 소정 값을, 상기 연료 온도 검출기에 의한 검출값에 더함으로써, 상기 엔진이 정지된 후의 상기 연료 냉각 장치보다 하류 측에 위치하는 상기 배관 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 추정해도 된다.
상기 구성에 의하면, 미리 실험에 의해 구해진 소정 값을 연료 온도 검출기에 의한 검출값에 더하는 것뿐이므로, 엔진의 정지 후의 액화 가스 연료의 온도를 용이하게 추정할 수 있다.
상기 구성에 의하면, 연료 냉각 장치의 적합한 제어를 간이화할 수 있다.
상기 액화 가스 연료 공급 장치는, 상기 인젝터로 압송되는 상기 액화 가스 연료의 압력을 조정하는 압력 조정기를 포함해도 된다. 상기 전자 제어 장치는 (ⅰ) 상기 추정된 온도가 상기 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 낮아지는 경우에, 상기 추정된 온도와 상기 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도의 온도차에 따라 상기 인젝터로 압송되는 액화 가스 연료의 압력을 저감하도록 상기 압력 조정기를 구동 제어하고, (ⅱ) 상기 저감된 액화 가스 연료의 압력만큼 상기 연료 펌프에 의한 상기 액화 가스 연료의 압송력을 저하시키도록 구성되어도 된다.
상기 구성에 의하면, 연료 펌프에 의한 액화 가스 연료의 가압분이 저감되므로, 연료 펌프에 가해지는 부하가 저감한다.
상기 구성에 의하면, 연료 펌프의 내구 수명을 연장할 수 있고, 연료 펌프에 의한 소비 전력을 저감할 수 있으며, 그만큼 엔진의 연비를 더욱 저감할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태의 특징, 이점, 기술적 및 산업적 의의는, 구성 요소들을 의미하는 숫자들이 기재된 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다.
도 1은 제 1 실시형태에 관련하여, 액화 가스 연료 공급 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 관련하여, 연료 공급 제어의 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3은 제 1 실시형태에 관련하여, 온도 상승분을 구하기 위해 참조되는 온도 데이터를 나타내는 표이다.
도 4는 제 1 실시형태에 관련하여, 포화 증기압선을 추정하기 위해 참조되는 포화 증기압 특성 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제 1 실시형태에 관련하여, 포화 증기압선과 온도와 압력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제 1 실시형태에 관련하여, 연료 공급 제어의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 제 2 실시형태에 관련하여, 액화 가스 연료 공급 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 제 2 실시형태에 관련하여, 연료 공급 제어의 내용을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9는 제 2 실시형태에 관련하여, 연료 공급 제어의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제 3 실시형태에 관련하여, 액화 가스 연료 공급 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
이하, 본 발명에 있어서의 액화 가스 연료 공급 장치를 구체화한 제 1 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 실시형태에서는, 액화 가스 연료 공급 장치를, 액화 가스 연료로서 액화 석유 가스(LPG) 연료를 사용한 LPG 엔진 시스템으로 구체화하여 설명한다.
도 1에, 제 1 실시형태의 액화 가스 연료 공급 장치를 개략 구성도에 의해 나타낸다. 차량에 탑재된 LPG 엔진 시스템은, 엔진(1)과, 그 엔진(1)에 LPG 연료를 공급하는 액화 가스 연료 공급 장치(2)를 포함한다. 액화 가스 연료 공급 장치(2)는, 액상(液相) 상태에서 LPG 연료를 저류하기 위한 연료 탱크(3)를 구비한다. 연료 탱크(3)에 외장된 연료 펌프(4)는, 동(同) 탱크(3)에 저류된 LPG 연료를 흡입하여 연료 통로(5)로 토출하도록 구성된다. 연료 통로(5)는, 엔진(1)을 향해 연장된다. 제 1 실시형태에서, 연료 펌프(4)는, 모터에 의해 임펠러를 회전시킴으로써 연료를 흡입하여 연료 통로(5)로 토출하도록 구성된다. 연료 펌프(4)에는, 전원을 공급하기 위해 배터리(6)가 접속된다. 이 연료 펌프(4)는, 펌프 컨트롤러(7)에 의해 구동되도록 구성된다.
제 1 실시형태에서, 엔진(1)은, 4기통의 레시프로(recipro) 타입의 것이고, 각 기통에 대응하여, 엔진(1)으로 LPG 연료를 분사 공급하기 위한 4개의 인젝터(8)가 설치된다. 각 인젝터(8)는, 딜리버리 파이프(9)에 병렬로 설치된다. 각 인젝터(8)는, 전자 밸브를 포함하고, 전기적으로 개폐 구동되도록 구성된다. 따라서, 연료 탱크(3)에 저류된 LPG 연료는, 연료 펌프(4)로부터 토출됨으로써 연료 통로(5) 및 딜리버리 파이프(9)를 개재하여 각 인젝터(8)로 압송되도록 되어 있다. 각 인젝터(8)로 압송된 LPG 연료는, 각 인젝터(8)가 동작함으로써, 각 기통으로 분사 공급된다. 각 인젝터(8)로부터 분사되는 LPG 연료는, 각 기통에서, 흡기 통로(도시 생략)로부터 받아들여진 공기와 함께 가연 혼합기를 형성하고, 연소에 제공된다. 딜리버리 파이프(9)에서 남은 LPG 연료는, 리턴 연료로서 리턴 통로(10)를 개재하여 연료 탱크(3)로 되돌려진다. 리턴 통로(10)에는, 딜리버리 파이프(9) 중의 연료 압력을 어떤 일정한 소정 값으로 조정하기 위한 압력 동작식의 프레셔(pressure) 레귤레이터(11)가 설치된다.
여기서, 딜리버리 파이프(9)에는, 딜리버리 파이프(9) 중의 연료 온도(제 1 연료 온도) TDF를 검출하기 위한 제 1 연료 온도 센서(31)가 설치된다. 동일하게 딜리버리 파이프(9)에는, 딜리버리 파이프(9) 중의 연료 압력(제 1 연료 압력) PDF를 검출하기 위한 제 1 연료 압력 센서(32)가 설치된다. 이 실시형태에서, 후술하는 연료 냉각 장치(12)보다 하류에 위치하는 연료 통로(5)와 딜리버리 파이프(9)는, 본 발명의 하류 측 배관의 일례이고, 제 1 연료 온도 센서(31)는, 본 발명의 연료 온도 검출기의 일례이다.
한편, 연료 탱크(3)에는, 연료 탱크(3) 중의 연료 온도(제 2 연료 온도) TTF를 검출하기 위한 제 2 연료 온도 센서(33)가 설치된다. 동일하게 연료 탱크(3)에는, 연료 탱크(3) 중의 연료 압력(제 2 연료 압력) PTF를 검출하기 위한 제 2 연료 압력 센서(34)가 설치된다.
또한, 연료 통로(5)의 도중에는, 동 통로(5) 및 딜리버리 파이프(9)를 개재하여 연료 펌프(4)로부터 각 인젝터(8)로 압송되는 LPG 연료를 냉각하기 위한 연료 냉각 장치(F/C)(12)가 설치된다. 이 연료 냉각 장치(12)에는, 차량에 설치된 에어컨(13)을 흐르는 냉매가 냉매 통로(14)를 개재하여 흐르도록 구성된다. 이에 따라, 연료 통로(5)를 흐르는 액상 상태의 LPG 연료와 냉매의 사이에서 열 교환을 행하여, LPG 연료를 냉각하도록 되어 있다. 여기서, 에어컨(13)은, 주지와 같이 압축기, 응축기 및 증발기와, 그들을 연결하는 배관 등으로 구성되고, 배관을 흐르는 냉매를 냉각 가능하게 구성된다. 따라서, 에어컨(13)이 온되고, 내부에서 냉매가 냉각됨으로써, 그 냉매가 냉매 통로(14)를 개재하여 연료 냉각 장치(12)에 흐른다. 이에 따라, 연료 통로(5)를 흐르는 LPG 연료가 냉각되도록 되어 있다. 한편, 에어컨(13)이 오프되면, 연료 냉각 장치(12)를 냉매가 흐르지 않게 된다. 이에 따라, 연료 통로(5)를 흐르는 LPG 연료가 냉각되지 않게 된다. 이 에어컨(13)은, 에어컨 전자 제어 장치(에어컨 ECU)(21)에 의해 구동 제어되도록 구성된다.
이 실시형태에서는, 각 인젝터(8), 연료 펌프(4) 및 에어컨(13)을 제어하기 위해 엔진 ECU(30)가 설치된다. 엔진 ECU(30)는, 본 발명의 전자 제어 장치의 일례이다. 엔진 ECU(30)에는, 각 인젝터(8), 펌프 컨트롤러(7), 에어컨 ECU(21), 각 연료 온도 센서(31, 33) 및 각 연료 압력 센서(32, 34)가 접속된다. 엔진 ECU(30)는, 각 연료 온도 센서(31, 33) 및 각 연료 압력 센서(32, 34)의 검출값에 의거하여, 각 인젝터(8), 펌프 컨트롤러(7) 및 에어컨 ECU(21)를 제어하도록 되어 있다.
엔진 ECU(30)는, 중앙 처리 장치(CPU), 각종 메모리, 외부 입력 회로 및 외부 출력 회로 등을 구비한다. 엔진 ECU(30)는, 입력 회로를 개재하여 입력되는 각종 센서(31∼34)로부터의 검출값에 의거하여, 소정의 제어 프로그램에 따라 연료 공급 제어를 실행하도록 구성된다.
다음으로, 엔진 ECU(30)가 실행하는 연료 공급 제어의 내용을 도 2의 플로우 차트를 참조하여 설명한다.
처리가 이 루틴으로 이행하면, 단계 100에서, 엔진 ECU(30)는, 각 센서(31∼34)에 의해 검출되는 제 2 연료 압력 PTF, 제 2 연료 온도 TTF, 제 1 연료 압력 PDF 및 제 1 연료 온도 TDF의 값을 각각 얻는다.
다음으로, 단계 110에서, 엔진 ECU(30)는, 엔진 정지 후의 제 1 연료 온도 TDF를 추정한다. 즉, 엔진 ECU(30)는, 현재의 제 1 연료 온도 TDF에, 엔진 정지 후(예를 들면, 60분 후)의 온도 상승분 TQR을 가산함으로써, 엔진 정지 후의 제 1 연료 온도 TDF를 추정한다. 여기서, 온도 상승분 TQR은, 예를 들면, 도 3에 표로 나타내는 바와 같은 온도 데이터를 참조함으로써 구할 수 있다. 이 온도 데이터에 있어서의 온도 상승분 TQR은, 미리 실험에 의해 구해진 소정 값이다. 이 온도 데이터에서는, 제 1 연료 온도 TDF가 「-10℃」로부터 「60℃」의 사이에서 상승함에 따라, 온도 상승분 TQR이 「65℃」로부터 「25℃」의 사이에서 감소하도록 되어 있다. 따라서, 예를 들면, 현재의 제 1 연료 온도 TDF가 「40℃」인 경우, 엔진 정지 후의 온도 상승분 TQR은 「40℃」이기 때문에, 엔진 정지 후의 제 1 연료 온도 TDF는 「40+40=80(℃)」라고 추정할 수 있다.
다음으로, 단계 120에서, 엔진 ECU(30)는, 제 2 연료 압력 PTF와 제 2 연료 온도 TTF로부터 포화 증기압선을 추정한다. 이 포화 증기압선은, 예를 들면, 도 4에 그래프로 나타내는 바와 같은 포화 증기압 특성 데이터를 참조함으로써 추정할 수 있다. 도 4에 있어서, 가로축은 제 2 연료 온도 TTF를 나타내고, 세로축은 제 2 연료 압력 PTF를 나타낸다. 도 4에 나타내는 복수의 곡선은, 포화 증기압 곡선이며, 그들의 곡선의 차이는, 연료 중의 LPG의 비율의 차이를 의미한다. 여기서, 최상위의 곡선은 프로판 100%인 경우를 나타내고, 그것보다 아래의 곡선은 순차 프로판의 함유율이 저하하며, 부탄의 함유율이 증가하는 경우를 나타낸다.
다음으로, 단계 130에서는, 엔진 ECU(30)는, 엔진 정지 후(예를 들면, 60분 후)에 딜리버리 파이프(9) 내에서 LPG 연료가 기화하는지의 여부를 판단한다. 즉, 엔진 ECU(30)는, 제 1 연료 압력 PDF가 프레셔 레귤레이터(11)에 의해 조정되는 소정 값이 될 때에, 단계 110에서 추정된 제 1 연료 온도 TDF가, 단계 120에서 추정된 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 높아지는지의 여부를 판단한다. 이것을 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는, 포화 증기압선 C1과 온도와 압력의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 포화 증기압선 C1은, 어떤 제 2 연료 온도 TTF1과 어떤 제 2 연료 압력 PTF1의 관계로부터 추정된 것이다. LPG 연료는, 연료 펌프(4)로 가압됨으로써, 어떤 제 2 연료 압력 PTF1로부터 어떤 제 1 연료 압력 PDF1로 상승한다. 이 제 1 연료 압력 PDF1은, 프레셔 레귤레이터(11)에 의해 조정된 소정 값에 상당한다. 어떤 제 1 연료 압력 PDF1에 대응하여 포화 증기압선 C1에 의해 온도 T1이 구해진다. 이 온도 T1보다 엔진 정지 후의 제 1 연료 온도 TDF가 높아지는(TDF2) 경우에는, 어떤 제 1 연료 압력 PDF1이 포화 증기압선 C1로부터 구해지는 압력 P1보다 낮아진다. 이 때문에, 딜리버리 파이프(9) 내의 LPG 연료는 기화한다. 이에 대하여, 포화 증기압선 C1로부터 구해지는 온도 T1에 대하여, 엔진 정지 후의 제 1 연료 온도 TDF가 낮아지는(TDF1) 경우에는, 어떤 제 1 연료 압력 PDF1이 포화 증기압선 C1로부터 구해지는 압력 P2보다 높아지기 때문에, 딜리버리 파이프(9) 내의 LPG 연료는 기화하지 않는다. 이 단계 130의 판단 결과가 긍정이 되는 경우, 딜리버리 파이프(9) 내에서 LPG 연료가 기화한다고 판단할 수 있고, 엔진 ECU(30)는, 처리를 단계 140으로 이행한다. 이 단계 130의 판단 결과가 부정이 되는 경우, 엔진 ECU(30)는, 그 후의 처리를 일단 종료한다.
그리고, 단계 140에서는, 엔진 ECU(30)는, 연료 냉각을 온한 후, 처리를 단계 100으로 되돌린다. 여기서, 엔진 ECU(30)는, 에어컨 ECU(21)로 에어컨(13)을 온하도록 지령하고, 이것을 받아 에어컨 ECU(21)가 에어컨(13)을 온한다. 이에 따라, 연료 냉각 장치(F/C)(12)에 냉매가 흘러, 연료 펌프(4)로부터 딜리버리 파이프(9)로 압송되는 LPG 연료가 냉각된다.
도 6에, 상기한 연료 공급 제어의 효과를 그래프에 의해 나타낸다. 도 6에 있어서, 흰색 원형, 흰색 삼각형, 검은색 원형, 검은색 삼각형은, 각각 딜리버리 파이프(9) 내의 데이터를 나타내고, 흰색 원형과 검은색 원형은 각각 엔진 운전 중의 데이터를, 흰색 삼각형과 검은색 삼각형은 엔진 정지 후의 데이터를 나타낸다. 또, 흰색 원형과 흰색 삼각형은 본 실시형태의 데이터를, 검은색 원형과 검은색 삼각형은 관련 기술의 데이터를 나타낸다. 도 6으로부터 명백한 바와 같이, 이 실시형태에서는, 엔진 운전 중에 엔진 정지 후의 제 1 연료 온도 TDF의 상승을 추정하여 LPG 연료가 적절하게 냉각된다. 그 때문에, 연료 펌프(4)에 의한 가압 후의 어떤 제 1 연료 압력 PDF1에 있어서, 어떤 제 1 연료 온도 TDF1(흰색 원형)은, 관련 기술의 어떤 제 1 연료 온도 TDF2(검은색 원형)보다 낮아진다. 그 결과, 엔진 정지 후에는, 어떤 제 1 연료 온도 TDF3(흰색 삼각형)은, 포화 증기압선 C1에 의해 구해지는 온도 T1(가위표)보다 낮아진다. 이것은, 관련 기술의 어떤 제 1 연료 온도 TDF4(검은색 삼각형)가, 포화 증기압선 C1에 의해 구해지는 온도 T1보다 높아지는 것과 다르다. 이 결과, LPG 연료가 기화하는 것을 억제할 수 있다.
이상 설명한 제 1 실시형태의 액화 가스 연료 공급 장치에 의하면, LPG 연료에 대하여 엔진(1)의 정지 후의 온도로서 추정된 제 1 연료 온도 TDF가, 소정의 포화 증기압선 C1로부터 구해지는 온도 T1보다 높아지는 경우에만, 연료 냉각 장치(12)가 구동되므로, 연료 냉각 장치(12)를 항상 구동시킬 필요가 없다. 그 결과, 엔진(1)의 연비의 악화를 방지할 수 있다. 또, 엔진(1)의 운전 중에 LPG 연료가 적절히 냉각됨으로써, 엔진(1)의 고온 재시동 시에 LPG 연료의 온도가 낮게 억제되므로, 그 연료의 기화가 억제된다. 이 때문에, 엔진(1)의 고온 재시동 시에도, 기화한 LPG 연료가 엔진(1)에 공급되지 않고, 엔진(1)의 고온 재시동성을 향상시킬 수 있다.
제 1 실시형태에서는, 엔진(1)의 운전 중에 LPG 연료의 냉각이 행해지므로, 엔진(1)의 시동 시에 LPG 연료의 기화에 대처할 필요가 없다. 이 때문에, 종래와 같이 펌프 프리 구동 제어를 행함으로써 엔진 시동 시에 연료 펌프를 구동시키는 시간을 확보할 필요가 없고, 운전자가 엔진(1)의 시동을 기다릴 필요가 없으며, 엔진(1)의 시동 응답성을 손상하지 않는다. 또, 엔진(1)의 정지 중에 연료 펌프(4) 등의 기기가 운전자의 조작 없이 구동·정지하지 않는다. 이 때문에, 그 구동음이 소음이 되어 운전자에게 위화감을 주지 않는다.
제 1 실시형태에서는, 엔진(1)의 정지 후의 제 1 연료 온도 TDF를 추정하기 위해, 미리 실험에 의해 구해진 소정 값을, 제 1 연료 온도 센서(31)에 의한 검출값에 더하는 것뿐이므로, 엔진(1)의 정지 후에 있어서의 제 1 연료 온도 TDF를 용이하게 추정할 수 있다. 이 때문에, 연료 냉각 장치(12)의 적합한 제어를 간이화할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 액화 가스 연료 공급 장치를 구체화한 제 2 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
또한, 이하의 설명에 있어서 상기 제 1 실시형태와 동등한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략하며, 이하에는 다른 점을 중심으로 설명한다.
도 7에, 제 2 실시형태의 액화 가스 연료 공급 장치를 개략 구성도에 의해 나타낸다. 제 2 실시형태에서는, 리턴 통로(10)에 압력 동작식의 프레셔 레귤레이터(11)를 설치하는 대신에, 조정 압력을 전자 제어에 의해 가변으로 하는 전동식 프레셔 레귤레이터(16)를 설치하고, 그 프레셔 레귤레이터(16)를 엔진 ECU(30)로 제어하도록 구성한 점에서 제 1 실시형태와 구성이 다르다. 이 전동식 프레셔 레귤레이터(16)는, 본 발명의 압력 조정기의 일례이다.
또, 제 2 실시형태에서는, 연료 공급 제어의 내용의 점에서 제 1 실시형태와 구성이 다르다. 엔진 ECU(30)가 실행하는 연료 공급 제어의 내용을 도 8의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 도 8의 플로우 차트에서는, 단계 150, 160의 처리가 추가된 점에서, 도 2의 플로우 차트와 구성이 다르다.
처리가 이 루틴으로 이행하면, 엔진 ECU(30)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 단계 100∼단계 140의 처리를 실행한다. 그 후, 단계 130으로부터 이행하여 단계 150에서는, 딜리버리 파이프(9) 내의 LPG 연료가 기화하지 않는 경우, 기화에 대하여 얼마만큼 여유가 있는지를 산출한다. 도 9에, 도 6에 준하는 그래프를 나타낸다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 어떤 제 1 연료 압력 PDF1에 있어서, 포화 증기압선 C1에 의해 구해지는 온도 T1(가위표)에 대한, 어떤 제 1 연료 온도 TDF3의 온도차 ΔT를 구한다. 엔진 ECU(30)는, 이 온도차 ΔT를 산출한다.
그리고, 단계 160에서, 엔진 ECU(30)는, 산출된 여유(온도차 ΔT)에 따라, 제 1 연료 압력 PDF를 저감시킨다. 그 때문에, 엔진 ECU(30)는, 전동식 프레셔 레귤레이터(16)를 제어하고, 그 후의 처리를 종료한다. 즉, 도 9에 나타내는 바와 같이, 어떤 제 1 연료 압력 PDF1을 그것보다 낮은 어떤 제 1 연료 압력 PDF2로 저감시킨다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 이와 같이 제 1 연료 압력 PDF를 저감해도, 엔진 정지 후의 어떤 제 1 연료 온도 TDF3이, 포화 증기압선 C1로부터 구해지는 온도 T1보다 높아지지는 않는다. 또, 제 1 연료 압력 PDF를 낮춘 분만큼, 연료 펌프(4)에 의한 LPG 연료의 가압분을 저감할 수 있게 된다.
이상 설명한 제 2 실시형태의 액화 가스 연료 공급 장치에 의하면, 제 1 실시형태의 작용 효과에 추가하여, 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 이 실시형태에서는, 엔진 ECU(30)는, 추정된 제 1 연료 온도 TDF가 포화 증기압선 C1로부터 구해지는 온도 T1보다 낮아지는 경우에, 그 낮아지는 정도(온도차 ΔT)에 따라 각 인젝터(8)로 압송되는 LPG 연료의 압력(제 1 연료 압력 PDF)을 저감하기 위해, 전동식 프레셔 레귤레이터(16)를 구동 제어함과 함께, 그 압력을 저감시킨 분만큼 연료 펌프(4)에 의한 LPG 연료의 압송력을 저하시키도록 되어 있다. 따라서, 연료 펌프(4)에 의한 LPG 연료의 가압분이 저감되므로, 연료 펌프(4)에 가해지는 부하가 저감한다. 이 결과, 연료 펌프(4)의 내구 수명을 연장시킬 수 있고, 연료 펌프(4)에 의한 소비 전력을 저감할 수 있으며, 그만큼 엔진(1)의 연비를 더욱 저감할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 액화 가스 연료 공급 장치를 구체화한 제 3 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 10에, 제 3 실시형태의 액화 가스 연료 공급 장치를 개략 구성도에 의해 나타낸다. 제 3 실시형태에서는, 액화 가스 연료 공급 장치로부터 리턴 통로(10)와 전동식 프레셔 레귤레이터(16)를 생략한 점에서 제 2 실시형태와 구성이 다르다. 즉, 이 실시형태에서는, 딜리버리 파이프(9)에서 남은 LPG 연료를 연료 탱크(3)로는 되돌리지 않는 리턴리스(returnless) 타입의 액화 가스 연료 공급 장치로 되어 있다. 그 때문에, 엔진 ECU(30)는, 엔진(1)의 운전 상태에 따른 필요 충분한 양의 LPG 연료를 각 인젝터(8)로 공급하기 위해, 연료 펌프(4)의 출력을 조정 제어하도록 되어 있다. 또, 이 실시형태에서는, 도 8의 플로우 차트의 단계 160에 있어서, 엔진 ECU(30)가, 전동식 프레셔 레귤레이터(16)를 제어함으로써, 어떤 제 1 연료 압력 PDF1을 어떤 제 1 연료 압력 PDF2로 저감시키는 대신에, 연료 펌프(4)의 출력을 제어함으로써, 어떤 제 1 연료 압력 PDF1을 어떤 제 1 연료 압력 PDF2로 저감시키도록 되어 있다. 이 점에서, 이 실시형태는 제 2 실시형태와 구성이 다르다.
따라서, 제 3 실시형태에서도, 제 2 실시형태와 동등한 작용 효과를 얻을 수 있다. 덧붙여, 액화 가스 연료 공급 장치를 리턴리스 타입으로 구성했기 때문에, 장치의 배관 구성을 간략화할 수 있다.
또한, 이 발명은 상기 각 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 일부를 적절히 변경함으로써 실시할 수 있다.
상기 각 실시형태에서는, 엔진(1)의 운전 중에, 제 1 연료 온도 센서(31)의 검출값에 의거하여, 엔진(1)이 정지된 후의 딜리버리 파이프(9) 내에 있어서의 LPG 연료의 온도를 추정하고, 그 추정된 온도가 소정의 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 높아지는 경우에, LPG 연료를 냉각하기 위해 연료 냉각 장치(12)를 구동 제어하도록 구성했다. 이에 대하여, 엔진(1)의 운전 중에, 제 1 연료 온도 센서(31)의 검출값으로부터 소정의 맵 등을 참조함으로써, 엔진(1)의 정지 후에 딜리버리 파이프(9) 내에 있어서의 LPG 연료가 기화하는지의 여부를 판단하고, 기화한다고 판단한 경우에, LPG 연료를 냉각하기 위해 연료 냉각 장치(12)를 구동 제어하도록 구성해도 된다.
상기 각 실시형태에서는, 액화 가스 연료 공급 장치를, 액화 가스 연료를 사용한 통상의 엔진 자동차로 구체화했지만, 액화 가스 연료를 사용한 하이브리드 자동차로도 구체화할 수 있다. 이 경우, 엔진의 간헐 정지 중에, 딜리버리 파이프 내의 조건이 기화 영역으로 이동하지 않고, 엔진 정지 중에 운전자의 조작 없이 연료 펌프를 구동·정지시킬 필요가 없기 때문에, 연료 펌프의 구동음이 소음이 되어 운전자에게 위화감을 주지 않는다.
상기 각 실시형태에서는, 액화 가스 연료로서 LPG 연료를 사용했지만, 액화 가스 연료로서 디메틸에테르(DME)나 그 이외의 연료를 사용할 수도 있다.
이 발명은, 액화 가스 연료를 사용한 통상의 엔진 자동차나 액화 가스 연료를 사용한 엔진과 모터를 병용한 하이브리드 자동차에 이용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 액화 가스 연료 공급 장치는:
    엔진(1)으로 액화 가스 연료를 분사 공급하도록 구성된 인젝터(8);
    상기 액화 가스 연료를 저류하도록 구성된 연료 탱크(3);
    상기 연료 탱크(3)에 저류된 액화 가스 연료를 배관(9)을 개재하여 상기 인젝터(8)로 압송하도록 구성된 연료 펌프(4);
    상기 배관(9)을 개재하여 상기 연료 펌프(4)로부터 상기 인젝터(8)로 압송되는 액화 가스 연료를 냉각하도록 구성된 연료 냉각 장치(12);
    상기 연료 냉각 장치(12)보다 하류 측에 위치하는 상기 배관(9) 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 검출하도록 구성된 연료 온도 검출기(31); 및
    전자 제어 장치(30) ― (ⅰ) 상기 엔진(1)이 운전되고 있을 때의 상기 연료 온도 검출기(31)에 의한 검출값에 의거하여, 상기 엔진(1)이 정지된 후에 상기 연료 냉각 장치(12)보다 하류 측에 위치하는 상기 배관(9) 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료가 기화하는지의 여부를 판단하고,
    (ⅱ) 상기 전자 제어 장치(30)가 기화한다고 판단한 경우에, 상기 액화 가스 연료를 냉각하기 위해 상기 연료 냉각 장치(12)를 구동 제어하도록 구성됨 ― 를 포함하는 액화 가스 연료 공급 장치.
  2. 액화 가스 연료 공급 장치는:
    엔진(1)으로 액화 가스 연료를 분사 공급하도록 구성된 인젝터(8);
    상기 액화 가스 연료를 저류하도록 구성된 연료 탱크(3);
    상기 연료 탱크(3)에 저류된 액화 가스 연료를 배관(9)을 개재하여 상기 인젝터(8)로 압송하도록 구성된 연료 펌프(4);
    상기 배관(9)을 개재하여 상기 연료 펌프(4)로부터 상기 인젝터(8)로 압송되는 액화 가스 연료를 냉각하도록 구성된 연료 냉각 장치(12);
    상기 연료 냉각 장치(12)보다 하류 측에 위치하는 상기 배관(9) 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 검출하도록 구성된 연료 온도 검출기(31); 및
    전자 제어 장치(30) ― (ⅰ) 상기 엔진(1)이 운전되고 있을 때에, 상기 연료 온도 검출기(31)의 검출값에 의거하여, 상기 엔진(1)이 정지된 후의 상기 연료 냉각 장치(12)보다 하류 측에 위치하는 상기 배관(9) 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 추정하고,
    (ⅱ) 상기 추정된 온도가, 소정의 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 높아지는 경우에, 상기 액화 가스 연료를 냉각하기 위해 상기 연료 냉각 장치(12)를 구동 제어하도록 구성됨 ― 를 포함하는 액화 가스 연료 공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치(30)는 미리 실험에 의해 구해진 소정 값을, 상기 연료 온도 검출기(31)에 의한 검출값에 더함으로써, 상기 엔진(1)이 정지된 후의 상기 연료 냉각 장치(12)보다 하류 측에 위치하는 상기 배관(9) 내에 있어서의 상기 액화 가스 연료의 온도를 추정하도록 구성된 액화 가스 연료 공급 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 인젝터(8)로 압송되는 상기 액화 가스 연료의 압력을 조정하도록 구성된 압력 조정기(16)를 더 포함하고,
    상기 전자 제어 장치(30)는 (ⅲ) 상기 추정된 온도가 상기 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도보다 낮아지는 경우에, 상기 추정된 온도와 상기 포화 증기압선으로부터 구해지는 온도의 온도차에 따라 상기 인젝터(8)로 압송되는 액화 가스 연료의 압력을 저감하도록 상기 압력 조정기(16)를 구동 제어하고, (ⅳ) 상기 저감된 액화 가스 연료의 압력만큼 상기 연료 펌프(4)에 의한 상기 액화 가스 연료의 압송력을 저하시키도록 구성된 액화 가스 연료 공급 장치.
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