JP6980490B2 - エンジンシステムの診断方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明はエンジンシステムの診断方法および装置に係り、より詳しくは連続可変バルブデュレーション装置を含むエンジンシステムを診断できるエンジンシステムの診断方法および装置に関する。
一般に、内燃機関は燃焼室に燃料と空気を取り込んで、これを燃焼することにより動力を生成する。空気を吸入する時はカム軸(camshaft)の駆動により吸気バルブ(intake valve)を作動させ、吸気バルブが開いている間に空気が燃焼室に吸入される。また、カム軸の駆動により排気バルブを作動させて排気バルブが開いている間に空気が燃焼室から排出される。
しかし、最適の吸気バルブ/排気バルブ動作はエンジンの回転速度によって変わる。つまり、エンジンの回転速度によって適切なリフト(lift)またはバルブオープニング/クロージングタイムが異なる。このように、エンジンの回転速度によって適切なバルブ動作を実現するため、バルブを駆動させるカムの形状を複数設計したり、バルブがエンジン回転数によって異なるリフト(lift)で動作するように実現する連続可変バルブリフト(continuous variable valve lift;CVVL)装置が研究されている。
また、バルブの開放時間を調節するものとして連続可変バルブタイミング(continuous variable valve timing;CVVT)技術が開発されてきたが、これはバルブデュレーションが固定された状態でバルブ開閉時点が同時に変更される技術である。
しかし、従来のCVVLまたはCVVTは構成が複雑で高コストの問題がある。
したがって、エンジンの作動状態によってバルブのデュレーションを調節できる連続可変バルブデュレーション(continuous variable valve duration;CVVD)装置が研究されている。
前記CVVD装置をエンジンシステムに適用するためにはCVVD装置が正常に作動しているかを診断できる方法が必要である。
特開2006−057523号公報
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的とするところは連続可変バルブデュレーション装置を含むエンジンシステムを診断できるエンジンシステムの診断方法および装置を提供することにある。
本発明によるエンジンシステムの診断方法は、連続可変バルブデュレーション(continuous variable valve duration;CVVD)装置を含むエンジンシステムの診断方法において、エンジンシステムの診断のためのデータを検出する段階と、前記データに基づいて燃料遮断条件を満たすかを判断する段階と、前記燃料遮断条件が満たされれば、吸気バルブのデュレーションが第1目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させる段階と、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が第1設定範囲内であるかを判断する段階と、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が第1設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断する段階と、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が前記第1設定範囲内である場合、設定された時間のあいだ前記吸気バルブのデュレーションを前記第1目標デュレーションに維持させ、前記設定された時間が経過した時点での前記吸気圧力をモニタリングする段階と、前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内であるかを判断する段階と、を含むことを特徴とする。
前記診断方法は、前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が前記第2設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断する段階さらに含むことを特徴とする。
前記診断方法は、前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内である場合、吸気バルブのデュレーションが第2目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させる段階をさらに含み、前記第2目標デュレーションは前記第1目標デュレーションより小さいことを特徴とする。
前記診断方法は、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が第3設定範囲内であるかを判断する段階と、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断する段階をさらに含むことを特徴とする。
前記診断方法は前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内である場合、前記CVVD装置が正常状態であると判断する段階をさらに含むことを特徴とする。
本発明によるエンジンシステムの診断装置は、連続可変バルブデュレーション(continuous variable valve duration;CVVD)装置を含むエンジンシステムの診断装置において、加速ペダルの位置値を測定する加速ペダル位置センサと、ブレーキペダルの位置値を測定するブレーキペダル位置センサと、車速を測定する車速センサと、吸気圧力を測定する吸気圧力センサと、燃料遮断条件を満たすかを判断し、燃料遮断条件が満たされれば前記CVVD装置が故障状態であるかどうかを判断する制御器と、を含み、前記制御器は、前記燃料遮断条件が満たされれば、吸気バルブのデュレーションが第1目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させ、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が第1設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断し、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が前記第1設定範囲内である場合、設定された時間のあいだ前記吸気バルブのデュレーションを前記第1目標デュレーションに維持させ、前記設定された時間が経過した時点での前記吸気圧力をモニタリングし、前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内であるかを判断することを特徴とする。
前記制御器は、前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が前記第2設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断することを特徴とする。
前記制御器は、前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内である場合、吸気バルブのデュレーションが第2目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させ、前記第2目標デュレーションは前記第1目標デュレーションより小さいことを特徴とする。
前記制御器は、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が第3設定範囲内であるかを判断し、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断することを特徴とする。
前記制御器は、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内である場合、前記CVVD装置が正常状態であると判断することを特徴とする。
本発明によれば、連続可変バルブデュレーション装置の故障を診断することができる。
本発明の実施形態によるエンジンシステムの構成図である。 本発明の実施形態によるエンジンシステムの診断装置のブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジンシステムの診断方法のフローチャートである。
以下、添付する図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態によるエンジンシステムの構成図であり、図2は本発明の実施形態によるエンジンシステムの診断装置のブロック図である。
図1および図2に示す通り、本発明の実施形態によるエンジンシステムは、エンジン10、ターボチャージャ20、吸気ライン30、スロットルバルブ40、第1排気ライン50、第2排気ライン60、低圧EGR(low pressure exhaust gas recirculation;LP−EGR)装置70、連続可変バルブデュレーション(continuous variable valve duration)装置80を含む。
エンジン10は、燃料と空気を燃焼させて化学的エネルギを機械的エネルギに変換する。エンジン10はシリンダ11、ピストン12、クランク軸(crank shaft)13、吸気バルブ14、排気バルブ15を含む。
シリンダ11の内部にはピストン12及びクランク軸13が装着されている。ピストン12は燃料の爆発力によって往復運動をし、クランク軸13を回転させる。シリンダ11とピストン12との間には燃焼室16が形成される。
エンジン10は吸気ライン30に連結されて空気の流入を受け、燃焼過程で発生した排気ガスは第1排気ライン50を介してエンジン10の外部に排出される。吸気ライン30は吸気バルブ14により開放または遮断され、第1排気ライン50は排気バルブ15により開放または遮断される。吸気バルブ14はCVVD装置80の吸気カム81により駆動され、排気バルブ15は排気カム83により駆動される。
インジェクタ17は燃料を燃焼室16の内部に噴射し、点火プラグ18は前記インジェクタ17により噴射された燃料と空気が混ざり合った混合ガスに電気火花を着火させる。
シリンダ11には冷却水温度センサ11a、ノックセンサ(knock sensor、11b)、およびクランク軸位置センサ11cが装着されている。冷却水温度センサ11aは冷却水の温度を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達する。ノックセンサ11bは振動を検出し、これに対する信号を制御器100に伝達し、制御器100はノックセンサ 11bの信号に基づいてノッキング(knocking)発生の有無を判断する。クランク軸位置センサ11cはクランク軸13の回転角度を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達し、制御器100はクランク軸位置センサ11cの信号に基づいてエンジン10の速度を計算する。
ターボチャージャ20はタービン21及びコンプレッサ22を含む。タービン21は排気ガスにより回転し、コンプレッサ22はタービン21の回転により発生する動力により回転する。
吸気ライン30はエンジン10に空気を供給する。コンプレッサ22が回転しながら外部から流入した空気が圧縮されてエンジン10に供給される。したがって、高圧の空気が供給されてエンジン10の出力を高めることができる。コンプレッサ22を通過する空気を冷却するためにインタークーラ(inter cooler)31が吸気ライン30上に装着される。
スロットルバルブ40は吸気ライン30上に装着され、スロットルバルブ40の開度によって吸気ライン30からエンジン10に供給される空気の流れが制御される。
吸気圧力センサ94はスロットルバルブ40とエンジン10との間の吸気ライン30上に装着され、吸気圧力を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達する。
第1排気ライン50はエンジン10から排出される排気ガスを車両の外部に排出させる。第1排気ライン50上には触媒51が装着されて排気ガスの有害成分を低減させる。
第2排気ライン60は、排気ガスの一部がタービン21を経て第1排気ライン50に合流するように形成される。第1排気ライン50上に装着されたウェイストゲートバルブ52の開度によってタービン21を通過する排気ガス量が制御される。
排気圧力センサ95は第1排気ライン50上に装着され、排気圧力を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達する。
低圧EGR装置70は、EGRライン71、EGRクーラー72、およびEGRバルブ73を含む。
EGRライン71は、触媒51の下流と吸気ライン30を連結する。触媒51から排出される排気ガスの一部がEGRライン71を介してエンジン10に再供給される。
EGRクーラー72は、EGRライン71上に装着され、吸気ライン30に供給される排気ガスを冷却させる。
EGRバルブ73は、EGRライン71上に装着される。EGRバルブ73が開放されれば、触媒51から排出される排気ガスの一部がEGRライン71を介してエンジン10に再供給される。EGRバルブ73が閉鎖されれば、触媒51から排出される排気ガスはEGRライン71を介してエンジン10に再供給されない。EGRバルブ73の開放によりEGRライン71を介して吸気ライン30に供給される排気ガスを外部EGRガスという。
CVVD装置80は吸気バルブ14のデュレーションを調節する。CVVD装置80は吸気カム81及びカム軸82を含む。CVVD装置80はカム軸82に対する吸気カム81の相対的な回転速度を変化させる。すなわち、CVVD装置80の作動によって吸気バルブ14のデュレーションが増加又は減少する。
CVVD装置80は韓国特許出願第10−2015−0178650号に開示されているので、これに関する詳細な説明は省略する。また、韓国特許出願第10−2015−0178650号に含まれているすべての内容は、参考として本明細書にすべて含まれている。韓国特許出願第10−2015−0178650号に開示されたCVVD装置80は本発明の技術的思想が適用されるCVVD装置の一例として、本発明の技術的思想は韓国特許出願第10−2015−0178650号に開示されたCVVD装置80だけでなく、多様なCVVD装置に適用できる。
CVVD装置80の作動によって吸気バルブ14と排気バルブ15が同時に開放された区間であるバルブオーバーラップ(valve overlap)が発生し、燃焼室16から排出される排気ガスの一部が燃焼室16に再供給される。CVVD装置80の作動によって燃焼室16に供給される排気ガスを内部EGRガスという。内部EGRガスを利用して燃焼室16の温度が低減できる。一方、本発明の実施形態では、CVVD装置80が吸気バルブ14のデュレーションを調節する場合を例示しているが、CVVD装置80が排気バルブ15のデュレーションを調節する場合も本発明の技術的思想を適用できる。
本発明の実施形態によるエンジンシステムの診断装置は、データ検出部90、制御器100、およびCVVD装置80を含む。
データ検出部90はエンジンシステムを診断できるデータを検出して制御器100に伝達する。データ検出部90は加速ペダル位置センサ91、ブレーキペダル位置センサ92、車速センサ93、および吸気圧力センサ94を含み得る。データ検出部90はエンジンシステムを制御するためのセンサ(例えば、酸素センサなど)をさらに含む。
加速ペダル位置センサ91は加速ペダルの位置値(加速ペダルが押された程度)を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達する。加速ペダルが完全に押された場合は加速ペダルの位置値が100%であり、加速ペダルが押されていない場合は加速ペダルの位置値が0%である。
ブレーキペダル位置センサ92はブレーキペダルの位置値(ブレーキペダルが押された程度)を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達する。ブレーキペダルが完全に押された場合はブレーキペダルの位置値が100%であり、ブレーキペダルが押されていない場合はブレーキペダルの位置値が0%である。
車速センサ93は車両の速度を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達する。
吸気圧力センサ94はエンジン10に流入する空気の吸入圧力を測定し、これに対する信号を制御器100に伝達する。
制御器100はデータ検出部90により検出されたデータに基づいてCVVD装置80の故障を診断する。制御器100は設定されたプログラムにより動作する一つ以上のプロセッサで実現し、設定されたプログラムは後述する本発明の実施形態によるエンジンシステムの制御方法に含まれた各段階を行うための一連の命令を含むものである。また、制御器100はデータ検出部90により検出されたデータに基づいてスロットルバルブ40、EGRバルブ73及びCVVD装置80の作動を制御する。
図3は本発明の実施形態によるエンジンシステムの診断方法のフローチャートである。
図3に示すように、制御器100はエンジンシステムの診断のためのデータを検出する(S101)。つまり、加速ペダル位置センサ91は加速ペダルの位置値を測定し、ブレーキペダル位置センサ92はブレーキペダルの位置値を測定し、車速センサ93は車速を測定し、吸気圧力センサ94は吸気圧力を測定する。
制御器100は、前記データに基づいて燃料遮断(fuel cut)条件を満たすかを判断する(S102)。例えば、車両の惰力走行時に燃料遮断条件が満たされ得、制御器100は加速ペダルの位置値、ブレーキペダルの位置値、および車速に基づいて燃料遮断条件を満たすかを判断する。例えば、車速が一定の速度(例えば、30KPH)以上であり、加速ペダルの位置値とブレーキペダルの位置値が0%であれば、前記燃料遮断条件を満たすことができる。
S102段階において、前記燃料遮断条件が満たされなければ、本発明の実施形態によるエンジンシステムの診断方法は終了する。
S102段階において、前記燃料遮断条件が満たされれば、制御器100はCVVD装置80を作動させて吸気バルブ14のデューレーションが第1目標デュレーションになるようにする(S103)。燃料遮断領域ではスロットルバルブ40が閉鎖されるので、吸気バルブ14のデューレーションにより吸気圧力が変化できる。つまり、吸気バルブ14のデューレーションが増加するほど吸気圧力が減少し得る。
制御器100はCVVD装置80の作動による吸気圧力の減少量が第1設定範囲内であるかを判断する(S104)。第1目標デュレーションは吸気圧力の減少量が第1設定範囲内の所定値になるように実験により設定される。つまり、CVVD装置80の作動による吸気圧力の減少量を実験により得て、第1目標デュレーションおよび第1設定範囲を当業者が好ましいと判断する値に設定する。
S104段階において、前記吸気圧力の減少量が第1設定範囲内でない場合、制御器100はCVVD装置80が故障状態であると判断する(S105)。つまり、CVVD装置80が故障状態である場合、吸気バルブ14のデューレーションが第1目標デュレーションに変更できないため、吸気圧力が第1設定範囲以内に減少しない。
S104段階において、前記吸気圧力の減少量が第1設定範囲内である場合、制御器100は設定された時間のあいだ吸気バルブ14のデューレーションを目標デューレーションに維持させ、前記設定された時間が経過した時点での前記吸気圧力をモニターリングする(S106)。
制御器100は前記設定された時間が経過した時点での前記吸気圧力が第2設定範囲内であるかを判断する(S107)。前記設定された時間のあいだ吸気バルブ14のデューレーションが第1目標デューレーションである時の吸気圧力を実験により得て、第2設定範囲を当業者が好ましいと判断する値に設定する。
S107段階において、前記吸気圧力が第2設定範囲内でない場合、制御器100はCVVD装置80が故障状態であると判断する(S108)。つまり、CVVD装置80が故障状態であるため、前記吸気圧力が第2設定範囲から外れるものと判断する。
S107段階において、前記吸気圧力が第2設定範囲内である場合、制御器100はCVVD装置80を作動させて吸気バルブ14のデューレーションが第2目標デュレーションになるようにする(S109)。第2目標デュレーションは第1目標デュレーションより小さく、吸気バルブのデュレーションが減少するほど吸気圧力が増加する。
制御器100はCVVD装置80の作動による吸気圧力の増加量が第3設定範囲内であるかを判断する(S110)。第2目標デュレーションは吸気圧力の増加量が第3設定範囲内の所定値になるように実験により設定される。つまり、CVVD装置80の作動による吸気圧力の増加量を実験により得て、第2目標デュレーションおよび第3設定範囲を当業者が好ましいと判断する値に設定する。
S110段階において、前記吸気圧力の増加量が第3設定範囲内でない場合、制御器100はCVVD装置80が故障状態であると判断する(S111)。つまり、CVVD装置80が故障状態であるため、吸気バルブ14のデューレーションが第2目標デュレーションを推定できないと判断する。
S110段階において、前記吸気圧力の増加量が第3設定範囲内である場合、制御器100はエンジンシステムの診断を完了する(S112)。つまり、制御器100はCVVD装置80が正常状態であると判断する。
一方、本発明の実施形態ではCVVD装置80が吸気バルブ14のデューレーションを調節する場合を例示したが、CVVD装置80が排気バルブ15のデューレーションを調節する場合も上述したエンジンシステムの診断方法によりCVVD装置80の故障を診断することができる。
前述したように本発明の実施形態によれば、CVVD装置80の故障を診断することができる。
以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
10 エンジン
11 シリンダ
11a 冷却水温度センサ
11b ノックセンサ(knock sensor、)
11c クランク軸位置センサ
12 ピストン
13 クランク軸(crank shaft)
14 吸気バルブ
15 排気バルブ
16 燃焼室
17 インジェクタ
18 点火プラグ18
20 ターボチャージャ
21 タービン
22 コンプレッサ
30 吸気ライン
31 インタークーラ(inter cooler)
40 スロットルバルブ
50 第1排気ライン
51 触媒
52 ウェイストゲートバルブ
60 第2排気ライン
70 低圧EGR装置
71 EGRライン
72 EGRクーラー
73 EGRバルブ
80 連続可変バルブデュレーション(CVVD)装置
81 吸気カム
82 カム軸
83 排気カム
90 データ検出部
91 加速ペダル位置センサ
92 ブレーキペダル位置センサ
93 車速センサ
94 吸気圧力センサ
95 排気圧力センサ
100 制御器

Claims (10)

  1. 連続可変バルブデュレーション(continuous variable valve duration;CVVD)装置を含むエンジンシステムの診断方法において、
    エンジンシステムの診断のためのデータを検出する段階と、
    前記データに基づいて燃料遮断条件を満たすかを判断する段階と、
    前記燃料遮断条件が満たされれば、吸気バルブのデュレーションが第1目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させる段階と、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が第1設定範囲内であるかを判断する段階と、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が第1設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断する段階と、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が前記第1設定範囲内である場合、設定された時間のあいだ前記吸気バルブのデュレーションを前記第1目標デュレーションに維持させ、前記設定された時間が経過した時点での前記吸気圧力をモニタリングする段階と、
    前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内であるかを判断する段階と、
    を含むことを特徴とするエンジンシステムの診断方法。
  2. 前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が前記第2設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のエンジンシステムの診断方法。
  3. 前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内である場合、吸気バルブのデュレーションが第2目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させる段階をさらに含み、
    前記第2目標デュレーションは前記第1目標デュレーションより小さいことを特徴とする請求項1に記載のエンジンシステムの診断方法。
  4. 前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が第3設定範囲内であるかを判断する段階と、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断する段階と、
    さらに含むことを特徴とする請求項3に記載のエンジンシステムの診断方法。
  5. 前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内である場合、前記CVVD装置が正常状態であると判断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のエンジンシステムの診断方法。
  6. 連続可変バルブデュレーション(continuous variable valve duration;CVVD)装置を含むエンジンシステムの診断装置において、
    加速ペダルの位置値を測定する加速ペダル位置センサと、
    ブレーキペダルの位置値を測定するブレーキペダル位置センサと、
    車速を測定する車速センサと、
    吸気圧力を測定する吸気圧力センサと、
    燃料遮断条件を満たすかを判断し、燃料遮断条件が満たされれば前記CVVD装置が故障状態であるかどうかを判断する制御器と、を含み、
    前記制御器は、
    前記燃料遮断条件が満たされれば、吸気バルブのデュレーションが第1目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させ、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が第1設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断し、前記CVVD装置の作動による吸気圧力の減少量が前記第1設定範囲内である場合、設定された時間のあいだ前記吸気バルブのデュレーションを前記第1目標デュレーションに維持させ、前記設定された時間が経過した時点での前記吸気圧力をモニタリングし、前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内であるかを判断することを特徴とするエンジンシステムの診断装置。
  7. 前記制御器は、
    前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が前記第2設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断することを特徴とする請求項6に記載のエンジンシステムの診断装置。
  8. 前記制御器は、
    前記設定された時間が経過した時点での吸気圧力が第2設定範囲内である場合、吸気バルブのデュレーションが第2目標デュレーションになるように前記CVVD装置を作動させ、前記第2目標デュレーションは前記第1目標デュレーションより小さいことを特徴とする請求項6に記載のエンジンシステムの診断装置。
  9. 前記制御器は、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が第3設定範囲内であるかを判断し、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内でない場合、前記CVVD装置が故障状態であると判断することを特徴とする請求項8に記載のエンジンシステムの診断装置。
  10. 前記制御器は、
    前記CVVD装置の作動による吸気圧力の増加量が前記第3設定範囲内である場合、前記CVVD装置が正常状態であると判断することを特徴とする請求項9に記載のエンジンシステムの診断装置。
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