LPG 자동차 기술 개발 동향.

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1 LPG 자동차 기술 개발 동향

2 AGENDA 2/23 Ⅰ. LPG 자동차 동향 1. 전세계의 LPG 자동차 보급 현황 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요
3. LPG EMISSION 법규 동향 4. LPG 자동차 기술 변천사 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 1. LPI SYSTEM 정의 2. LPG 연료 특성 3. LPG SYSTEM 비교 4. LPI 자동차의 성능 Ⅲ. 현대 ·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 1. 현대·기아 LPG 자동차의 LINE-UP 2. LPI COMPONENTS

3 Ⅰ. LPG 자동차 동향 1. 전세계의 LPG 자동차 보급 현황 3/23 전세계의 LPG 자동차 운행대수 : 약 1,146만대
러시아: 550 일본: 290 폴란드:2,000 네덜란드: 290 미국: 194 캐나다: 90 멕시코: 750 이탈리아: 990 호주: 496 한국: 1,890(2위) 프랑스: 180 체코: 170 불가리아: 198 터키: 1,500 중국: 110 (단위 : 천대) 영국: 117 인도: 250 독일: 60 (만대) 전세계의 LPG 자동차 운행대수 : 약 1,146만대 ※2005 세계LPG협회 자료 (연도별 세계 LPG 자동차 보급 대수) ☞ 한국 LPG 자동차 점유율 : 16.5% (1위: 폴란드 200만대, 2위: 한국 189만대)

4 Ⅰ. LPG 자동차 동향 2. 한국 LPG 자동차 현황 4/23 년도별 자동차 운행 대수 년도별 연료 가격 동향
(천대) (\) ☞ LPG 자동차 점유율(%) : 12.7 (200만대/1,570만대 : ’06년 기준) ☞ 연료 가격 비율(%) 가솔린: 디젤: LPG = 100: 81: 49 (’06년 기준)

5 Ⅰ. LPG 자동차 동향 3. LPG 배기가스 법규 동향 5/23 HC (g/km) NOx (g/km) EURO-3
Feed-Back Mixer System 0.02 0.04 0.08 0.1 0.15 0.2 0.10 0.20 Korean ’00EM TLEV (USA LEV-1) LEV 0.06 0.40 0.05 ULEV EURO-3 Korean ’02EM SEOUL ’05 SEOUL ’06 EURO-4 EURO-5 Korean ’06EM Korean SULEV LPI System LPI System or Feed-Back Mixer System ☞ 한국의 LPG Emission 법규: Korean ’00EM→Korean ’02EM→Korean ’06EM→ Korean SULEV ☞ Korean ’02EM : TLEV와 동등 수준 Korean ’06EM : ULEV 수준 대비 HC 동등, Nox 76% 강화 수준

6 (Liquid Injection Control)
Ⅰ. LPG 자동차 동향 6/23 4. LPG 자동차 기술 변천사 LPI System (Liquid Injection Control) 4세대 O2 SENSOR Bombe Vaporizer Ecu Mixer Gas Injection Control 3세대 Bombe Vaporizer Ecu Mixer Bombe Injector Pump Regulator Unit Feedback Mixer System + Closed loop λ-Control Vaporizer Bombe Injector Pump 2세대 Feedback Mixer System + Open loop Control 1세대 1980’S 1990’S NOW ☞ LPG 자동차 기술 변천: Mixer System(open loop control)→Mixer System(Closed loop control)→Gas Injection Control→Liquid Injection Control

7 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 1. LPI SYSTEM 정의 ② ⑤ ① ③ ④ 7/23
■ LPG 연료를 봄베내의 연료 펌프에 의해 고압 액상으로 유지한 후 ECU 제어로 인젝터를 통해 기통별 분사 ■ 주요 기술 : 엔진 Running시 연료라인 내 연료 기상화 방지 기술  LPG 연료의 기상화시 체적이 250배로 확장되어 연료 부족에 의한 공연비 제어 문제 발생 ■ 액상의 원리 : △P > LPG 포화증기압 T_Tank ~ T_Max_Oper P/Reg Unit Close Valve Fuel Pump Close valve Injector ③ ④ ⑤ ① ② Bombe = P_Tank Liquid phase Gas phase Temperature (℃) Pressure (Bar) Pressure By Pump P_Tank ΔP T_Tank LPG Vapor Pr. T_Max_0per Pr. Sensor Heat Temp. Engine Room ☞ LPI : Liquid Petroleum Injection ☞ 핵심 기술 : 인젝터 누기 방지 기술

8 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 2. LPG 연료 특성 1) LPG 성분별 증기압 곡선 ▣ LPG 성분
- 온도, 압력에 따라 상변화 (액상 ↔기상) - 부탄, 프로판 비율에 따라 증기압 곡선 기울기 변화 - 계절별, 지역별, 국가별 부탄 : 프로판 비율 상이 액상 기상

9 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 2) LPG 물성치 구 분 프로판 부탄 가솔린 비고 옥탄가 (RON) 125 N-부탄 : 91
액화시 요구되는 압력 (Kgf/㎠) 6 ~ 7 2~3 - 분자량 44 58 비점 (℃) -45 -0.5 대기중 폭발범위 (vol%) 2.4~9.5 1.8~8.4 발열량 (kcal/L) 7,800 9,300 14,117 Phase 2 연료 비중 0.733

10 ( ◎ : Excellent , ○ : Good , △ : Poor , X : Bad )
Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 8/12 3. LPG System 비교 (basis: butane 100%) Item Feedback Mixer System Gas Injection System Liquid Injection Power X ○ ◎ Fuel Economy △ Cold Startability Emission Tar Back Fire ( ◎ : Excellent , ○ : Good , △ : Poor , X : Bad ) ☞ LPI SYSTEM - 동력 성능, 배기가스 , 냉시동성 탁월 - 타르 및 Back Fire 발생 無

11 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 1) MIXER System 8/12 ECU 흡입공기 믹서 연료탱크 연료차단 베이퍼라이져
솔레노이드 베이퍼라이져 믹서 흡입공기 연료탱크 ECU

12 Additional ECU for LPGi
Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 8/12 2) Gas Injection System Additional ECU for LPGi EMS ECU Signal Injector CAN Injector Signal O2 Sensor Fuel Pump Bombe Vaporizer Fuel Pump & Fuel Shut- Off Siganl Pressure Siganl Heater On/off

13 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 8/12 3) LPI System

14 Ⅱ. LPI SYSTEM 개요 4. LPI 자동차의 성능 9/12 ☞ LPI 자동차 성능 (MIXER TYPE 대비)
Torque (kg.m) 2.7ℓ LPG 엔진 성능 Power (ps) 2.7ℓ MIXER TYPE 자동차 2.7ℓ LPI TYPE 자동차 개선효과 ■ 최대출력 (ps/rpm) 138/5000 165/5400 16.4%향상 Torque(LPI) ■ 최대토크 (kg.m/rpm) 22.8/3500 25.4/4000 Torque(LPG) 8.8%향상 Power(LPI) ■ 인증연비 (km/ℓ) 7.2 7.5 4.0%향상 Power(LPG) ■ 정속연비 (60km/ℓ) 12.8 13.9 8.6%향상 ■ 발진가속 (0→100kph) 12.4s 10.4s 16.1%향상 Tjdsmdmgfjlgjl F ■ 추월가속 (60→100kph) 7.3s 5.9s 19.2%향상 ☞ LPI 자동차 성능 (MIXER TYPE 대비) - 최대출력, 최대토크 우세 - 연비 우세 및 가속 성능 탁월

15 Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 1. 현대·기아 LPG 자동차의 LINE-UP 10/12
PC * HMC Korean ’00 EM Korean ’02 EM Korean ’06 EM DYNASTY (3.0L Mixer) GRANDEUR (2.5L Mixer) NEW GRANDEUR (2.7L LPI) TG GRANDEUR (2.7L LPI) TG GRANDEUR (2.7L LPI) PONY (1.5L Mixer) EF SONATA (2.0L Mixer) EF SONATA (2.0L Mixer) NF SONATA (2.0L LPI) NF SONATA (2.0L LPI) KMC CONCORD (2.0L Mixer) OPIRUS (2.7L LPI) NEW OPIRUS (2.7L LPI) NEW OPIRUS (2.7L LPI) CREDOS (2.0L Mixer) OPTIMA (2.0L Mixer) OPTIMA (2.0L Mixer) LOTZE (2.0L LPI) LOTZE (2.0L LPI) ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10 * PC: Passenger Car ☞ 한국 최초의 LPG PC : HMC’s Pony 1.5L in 1984/ KMC’s Concord 2.0L in 1989 ☞ LPG Korean ’00EM 승용: Mixer SYSTEM 개발 양산(’00 이전) ☞ LPG Korean ’02EM 승용: LPI SYSTEM 개발 양산(’03.7월 ) ☞ LPG Korean ’06EM 승용: 인젝터 누기 방지 시스템 개발 양산 예정(’07년 중)

16 * RV: Recreational Vehicle
Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 11/12 RV * HMC KMC Korean ’00 EM Korean ’02 EM Korean ’06 EM STAREX (2.5L Mixer) TRAJET (2.7L Mixer) GRACE (2.4L Mixer) SANTA FE (2.7L Mixer) SANTAMO (2.0L Mixer) BEATA (2.7L Mixer) CARNIVAL (2.7L Mixer) BONGO (2.5L Mixer) CASTAR (2.0L Mixer) CARENS (2.0L Mixer) CARENS (2.0L Mixer) NEW CARENS (2.0L LPI) NEW CARENS (2.0L LPI) ‘99 ‘00 ‘01 ‘02 ‘03 ‘04 ‘05 ‘06 ‘07 ‘08 ‘09 ‘10 * RV: Recreational Vehicle ☞ 한국 최초의 LPG RV : HMC’s Grace 2.4L in 1992/ KMC’s Besta 2.7L in 1994 ☞ LPG Korean ’00EM 승합: Mixer SYSTEM 개발 양산(’00 이전) ☞ LPG Korean ’02EM 승합: LPI SYSTEM 개발 양산(’06.4월) ☞ LPG Korean ’06EM 승합: 인젝터 누기 방지 시스템 개발 양산 예정(’07년 중)

17 IFB(Interface Box) ECU
Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 2. LPI COMPONENTS 부품명 기능 IFB(Interface Box) ECU ■ 연료계 부품 제어 및 진단 인젝터 엇세이 In-Mani Module ■ LPG 연료 분사, 아이싱 방지 연료 온도 센서 Regulator Module ■ 연료분사량, 연료펌프 제어, 연료 조성비 LPI 램프 점등 시간 결정 연료 압력 센서 압력 레귤레이터 ■ 연료 시스템 압력 유지 차단 밸브 ■ 연료 공급/차단 연료 펌프 + 펌프 드라이브 ■ 고압 연료 공급, 펌프 제어 연료 호스 ■ 연료 공급/Return Line, Delivery Pipe 역할

18 Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 1) IFB ECU - H/W 구성 ■ 16-bit microcontroller
500 kbps CAN communication Up to 6 peak & hold gas drivers 112-pin connector Operating temperature : -40 to 95 C Dimension (WxLxH) : 205 x 170 x 35 Weight : Apprx. 610g Application: LPG or CNG (InterFace Box ECU)

19 Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 2) Intake Manifold Module (Injector Assy) 기능
▣ LPG용 INJECTOR 및 ICING TIP등으로 구성 되어 고압 연료라인을 통해 연료를 분배 및 액상 상태로 연료를 분사하는 제품 ① DEKA-Ⅱ BOTTOM FEED TYPE ② SEAT LEAKAGE: 0.3cc/min 3.8bar) (Injector Assy)

20 Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 3) Regulator Unit Module Ⅲ Ⅳ
▣ BOMBE에서 공급되는 LPG연료를 정압(△P 5bar) 를 유지하는 주 기능 외에 연료량 제어를 위한 압력센서, 온도센서가 부착되어 연료 공급차단 시키는 기능이 있는 종합 UNIT 제품. Ⅰ Ⅱ IN OUT 다이어프램 차압 스프링 ☞ 인젝터내에 걸리는 연료의 압력을 연료탱크의 압력보다 항상 ΔP 5bar가 높도록 조절 터미스트 ☞ 엘피지 연료 온도를 ECU에 전달하여 시스탬 내의 엘피지 연료의 특성을 파악하여 분사 시기를 결정 Ⅰ. T/Sensor Ⅳ. P/Regulator 가이드 코일 플란자 ☞ 엘피지 액상 연료의 압력을 측정해 이 신호를 IFBox ECU에서 연료 압력에 따라 인젝터 분사량을 제어하는데 필요한 신호로 사용 ☞ 시동을 걸 때와 시동 OFF시 작동하는 ON-OFF SOL. V/V로서 연료탱크 측의 멀티밸브에 있는 솔레노이드와 같이 연료 공급 및 차단 역할을 함 연료압력 Ⅲ. P/Sensor Ⅱ. Cut sol V/V

21 Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 4) 연료 호스 ① 연료 라인은 LPG 연료특성(외부온도에 변화에 따른
기화력이 큼)을 감안하여 연료 탱크에서 부터 레귤레 이터를 거쳐 인매니폴드 모듈에 이르는 연료 공급 라인으로 사용 . ② 연료 라인상에서 열전달이 되지 않도록 하기 위해 3중 HOSE 배관을 사용 Santoprene 합성 Polyamide Nylon계 편조된 보강층 합성 Polyamide

22 Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 5) BLDC Motor Driver
▣ LPG LPi 펌프내의 BLDC모터 구동을 위한 Controller로 엔진 운전조건에 따라 PI 제어를 통하여 펌프를 5단계 속도 제어 함 (1단: 500 rpm, 2단: 1000rpm, 3단: 1500rpm , 4단: 2000 rpm, 5단: 2800 rpm) PCB Assy Tank Cover

23 Ⅲ. 현대·기아 자동차의 LPG 자동차 개발 6) 연료 펌프 모듈 ▣ 펌핑된 연료내에 있을수 있는 이물질을 걸러내는 기능
FILTER UNIT BLDC MOTOR PUMP SUB ASSY ▣ BLDC Motor Driver의 신호를 받아 회전하며 요구되는 펌프 유량에 따라 500rpm, 1000rpm, 1500rpm, 2000rpm 2800rpm으로 다단계 회전 ▣ 다이어프램 운동에 의해 연료를 흡입 및 토출시키며 다이어프램 보호를 위해 이상 고압 발생시 연료압을 탱크내로 릴리프 시키는 밸브가 구성