KR100205999B1 - 산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 자동차의 배기 장치에 적용되는 산소 센서를 이용항 엔진의 실화(misfire) 감지 장치에 관한 것으로서, 엔진의 배기 매니폴드와 촉매 사이에 설치되어, 배기 가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 전압신호로서 검출하는 산소 센서와; 상기 산소 센서 출력 신호의 고주파수 대역이 통과되도록 하는 하이패스필터와; 상기 하이패스필터의 필터링된 신호를 소정의 기준값과 비교하며, 상기 필터링된 신호가 기준값보다 클 경우에만 하이레벨 신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 하이레벨 신호의 갯수를 카운트하는 카운터와; 상기 카운터의 카운트 값을 표시하는 표시기로 구성되어, 산소 센서의 출력 신호를 하이패스 필터링하여 소정의 기준값과 비교한 후, 그 결과를 카운트하여 표시함으로써 엔진에서 발생하는 실화를 정확히 감지할 수 있다.

Description

산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치

제1도는 이 발명의 실시예에 따른 실화 감지 장치의 구성 블록도이고,

제2도의 (a), (b)는 2000rpm, 실화율 0%일 경우 상기 제1도의 산소 센서 및 하이패스필터의 출력 신호 파형도이고,

제3도의 (a), (b)는 4000rpm, 실화율 2%일 경우 상기 제1도의 산소 센서 및 하이패스필터의 출력 신호 파형도이고,

제4도는 2000rpm 및 4000rpm에 대하여 이 발명을 적용하여 측정된 실화 횟수를 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 2 : 배기 매니폴드

3 : 산소 센서 4 : 촉매

5 : 하이패스필터 6 : 비교기

7 : 카운터 8 : 표시기

9 : 파형측정기

이 발명은 자동차의 배기 장치에 적용되는 산소 센서를 이용한 엔진의 실화(misfire) 감지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 배기매니폴드에 설치되어 배기가스의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 출력 신호를 필터링하고 소정의 기준값으로 비교하여 기준값보다 더 큰 것만 카운트함으로써 이를 실화 횟수로 감지하는 장치에 관한 것이다.

자동차의 유해 배기 가스가 환경 오염에 일조한다는 것을 알게된 후부터, 자동차의 배기 가스에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 예를 들어, 유럽 지역에서는 오비디Ⅱ(OBDⅡ)와 같은 배기 가스 협약을 제정하여 제조되는 자동차가 위의 협약에 따른 규정을 만족시키도록 강제하고 있다.

자동차의 유해 배기 가스 발생에 영향을 미치는 요소는 여러 가지가 있는데, 그 중에서도 연료의 불완전 연소가 가장 큰 비중을 치지한다. 이러한 불완전 연소는 전자제어 연료 분사 및 전자제어 점화시기 제어 등의 기법에 의해 많이 해소되고 있으나, 아직 미흡한 실정이다.

이러한 연료의 불완전 연소를 야기하는 것으로서 실화가 중요한 요소로 밝혀진 바 있다. 그런데, 실화가 발생하고 있는지를 감지하기가 용이하지 못하여 엔진의 성능 시험이 곤란하였다.

이 발명은 상기한 바와 같은 종래의 기술적 배경하에 도출된 것으로서, 배기 가스의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 출력 신호를 필터링하고 이 결과를 소정의 기준값과 비교하여 기준값보다 큰 것을 카운트함으로써 실화의 횟수를 표시할 수 있는 자동차 엔진의 실화 감지장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명에 따른 실화 감지장치의 구성은, 엔진의 배기 매니폴드와 촉매 사이에 설치되어, 배기 가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 전압신호로서 검출하는 산소 센서와; 상기 산소센서 출력신호의 고주파수 대역이 통과되도록 하는 하이패스필터와; 상기 하이패스필터의 필터링된 신호를 소정의 기준값과 비교하며, 상기 필터링된 신호가 기준값보다 클 경우에만 하이레벨 신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 하이레벨 신호의 갯수를 카운트하는 카운터와; 상기 카운트의 카운트 값을 표시하는 표시기를 포함하여 이루어진다.

상기한 이 발명에 따른 실화 감지장치는 하이패스필터의 출력단에 연결되어 필터링된 신호의 파형을 측정하기 위한 파형측정기를 부가하여 포함한다.

상기한 이 발명은 배기 가스 중의 산소 농도가 소정의 기준값보다 많을 경우를 엔진의 실화가 발생한 것으로 판단한다. 배기가스에 산소가 많이 포함되어 있다는 것은 연소가 불완전한다는 것을 반증하는 것이기 때문이다.

결국, 산소농도가 기준값보다 더 큰 횟수를 카운트한 값은 실화가 발생한 횟수와 거의 일치하며, 측정된 실화의 횟수를 엔진의 진단에 이용할 수 있다.

또한, 하이패스필터에서 출력되는 산소농도 신호의 파형을 특정할 수 있도록 함으로서 실화가 발생하는 위치를 알 수 있으므로, 실화가 발생하는 원인을 분석하는데 적절하게 이용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

제1도는 이 발명의 실시예에 따른 실화 감지장치의 구성 블록도이고, 제2도의 (a), (b)는 2000rpm, 실화율 0%일 경우 상기 제1도의 산소 센서 및 하이패스필터의 출력 신호 파형도이고, 제3도의 (a), (b)는 4000rpm, 실화율 2%일 경우 상기 제1도의 산소 센서 및 하이패스필터의 출력 신호 파형도이고, 제4도는 2000rpm 및 4000rpm에 대하여 이 발명을 적용하여 측정된 실화 횟수를 도시한 그래프이다.

먼저, 제1도를 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치의 구성을 설명한다.

제1도에 도시된 바와 같이, 이 발명의 실시예에 따른 산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치는, 엔진(1)과; 각 실린더에 배기구에 연결된 배기 매니폴드(2)와; 상기 배기 매니폴드(2)의 후단에 위치하는 촉매(4)와; 상기 배기 매니폴드(2)와 촉매(4) 사이의 접합부에 설치되는 산소 센서(3)와; 상기 산소 센서(3)의 출력신호를 받아들이도록 연결된 하이패스필터(5)와; 상기 하이패스필터(5)의 출력신호를 받아들이도록 연결된 비교기(6)와; 상기 비교기(6)의 출력신호를 받아들이도록 연결된 카운터(7)와; 상기 카운터(7)의 출력 신호를 받아들이도록 연결된 표시기(8)와; 상기 하이패스필터(5)의 출력신호를 받아들이도록 연결된 파형측정기(9)로 구성된다.

다음으로, 제1도의 구성 및 제2도-제4도의 파형도를 참조하여 이 발명의 실시예에 따른 산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치의 동작을 설명한다.

배터리의 전원이 공급되면 회로 각부의 동작이 시작된다.

엔진(1)의 각 실린더에서는 흡입-압축-폭발-배기의 4행정이 수행되며, 배기 행정 후 나오는 배기 가스는 배기 매니폴드(2)를 통해 촉매(4) 및 배기구로 배출된다. 산소 센서(3)에서는 배기 가스에 포함되어 있는 산소의 농도가 전압치로서 검출된다.

상기 산소 센서(3)의 출력 신호는 하이패스필터(HPF : High Pass Filter)(5)로 입력되며, 하이패스필터(5)에서는 입력 신호의 고주파수 대역이 통과된다. 이것은 산소 센서(3)의 출력 신호에 포함되어 있는 저주파수 대역의 잡음을 제거하기 위한 것이다. 하이패스필터(5)의 출력신호는 비교기(6)에 입력된다.

비교기(6)에서는 하이패스필터(5)의 출력신호와 미리 준비되어 있는 기준값(Reference value)이 비교되며, 하이패스필터(5)의 출력 신호가 기준값보다 클 경우에는 하이레벨의 신호가 출력된다. 상기 비교기(6)의 출력 신호는 카운터(7)에 출력된다.

카운터(7)에서는 비교기(6)의 출력 신호 중 하이레벨 신호가 들어올 때마다 카운트 동작이 수행되며, 비교기(6)의 하이레벨 신호의 갯수가 카운트된다. 카운터(7)의 카운트 신호는 표시기(8)에 출력되며, 표시기(8)에서는 카운트 값이 숫자로 표시된다. 표시기(8)는 일반적으로 숫자의 표시에 많이 이용되고 있는 7-세그먼트 표시기로 구현될 수 있다.

한편, 파형측정기(9)에서는 하이패스필터(5)의 출력 신호 파형이 외부에 표시된다.

제2도의 (a)는 엔진회전수가 2000rpm이고 실화율이 0%일 경우, 산소센서(3) 출력신호의 파형도이고, 제2도의 (b)는 제2도 (a)의 신호를 하이패스 필터링한 신호의 파형도이다. 제2도의 (b)에 도시된 바와 같이, 실화율이 0%이므로 필터링 신호가 스레숄드 치(Threshold value)를 넘어서는 것이 없다.

제3도의 (a)는 엔진 회전수가 2000rpm이고 실화율위 2%일 경우, 산소센서(3) 출력신호의 파형도이고, 제3도 (b)는 제3도(a)의 신호를 하이패스 필터링한 신호의 파형도이다. 제3도의 (b)에 도시된 바와 같이, 실화율이 2%이므로 필터링된 신호 중 스레숄드 치를 넘어서는 것이 존재한다. 이 스레숄드 치를 넘어서는 것의 갯수를 카운트함으로써 실화 발행 빈도를 알 수 있다.

제4도에는 엔진 회전수가 2000rpm, 4000rpm일 경우, 이 발명의 실화 감지 장치를 적용하여 측정된 실화 횟수를 도시한 그래프가 도시되어 있다.

제4도에서 Ingition수는 엔진의 점화 횟수를 나타내며, Peak스는 실화가 방생한 횟수를 나타낸다. 제4도를 참조하면, 이 발명에 따른 실화 감지 장치는 실제 실화를 일으킨 횟수를 정확하게 검출 함을 알 수 있다.

이상에서와 같이 이 발명의 실시예에 따르면, 산소 센서의 출력 신호를 하이패스 필터링하여 소정의 기준값과 비교한 후, 그 결과를 카운트하여 표시함으로써 엔진에서 발생하는 실화를 정확히 감지할 수 있다.

Claims (3)

1. 엔진의 배기 매니폴드와 촉매 사이에 설치되어, 배기 가스에 포함되어 있는 산소의 농도를 전압신호로서 검출하는 산소센서와; 상기 산소 센서 출력 신호의 고주파수 대역이 통과 되도록 하는 하이패스필터와; 상기 하이패스필터의 필터링된 신호를 소정의 기준값과 비교하며, 상기 필터링된 신호가 기준값보다 클 경우에만 하이레벨 신호를 출력하는 비교기와; 상기 비교기에서 출력되는 하이레벨 신호의 갯수를 카운트하는 카운터와; 상기 카운트의 카운트 값을 표시하는 표시기를 포함하여 이루어는 것을 특징으로 하는 산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기한 하이패스필터의 출력단에 연결되어 필터링된 신호의 파형을 측정하기 위한 파형측정기를 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치.
3. 제1항에 있어서, 상기한 표시기는 7-세그먼트 표시기로 구현되는 것을 특징으로 하는 산소 센서를 이용한 자동차 엔진의 실화 감지장치.