KR100282895B1 - 엔진 실화 검출장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

차량 운행중 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호 변동율을 이용하여 엔진의 실화 및 그 실화의 종류를 검출하는 엔진 실화 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 차량의 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호를 크랭크 각에 따라 미분하여 변동율을 검출한 뒤, 그 변동율이 최대값에서 최소값으로 되는 변화폭을 설정된 기준값과 비교하여 엔진 실화 발생을 판단하고, 크랭크 1주기마다 발생되는 실화 회수에 따라 연속 실화인지 동시 실화인지를 판단하므로, 외부로부터의 차량 부하조건 즉, 외부 도로조건의 변화에 상관없이 항상 정확한 실화 판단을 할 수 있을 뿐만 아니라 그 발생된 실화가 연속 실화인지, 동시 실화인지를 정확히 판단할 수 있다.

Description

엔진 실화 검출장치 및 그 방법

본 발명은 엔진 실화 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 운행중 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호 변동율(미분값)을 이용하여 엔진의 실화(점화 불량) 및 그 실화의 종류를 검출하는 엔진 실화 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진의 실화는 연료 공급 계통의 고장으로 인한 혼합비의 이상과 연료의 옥탄가, 점화 계통의 고장으로 인한 점화 시기의 이상 등에 의해 발생되며, 차량 운행중 엔진 실화가 발생되면 엔진 동작이 불안정해지며 엔진 출력이 저감됨과 동시에, 더 나아가 불완전 연소로 인하여 배기가스중의 유해 성분이 증가된다.

그리고, 실화 발생시, 미연 탄화수소 배출량이 급격히 상승하여, 약 2% 정도만의 실화만으로도 미연 탄화수소 배출량이 규제치의 1.5배 이상 증가하게 되며, 약 5% 이상이 되면, 엔진 배기 시스템에 배출가스 저감을 위하여 장착하는 촉매가 녹아버리는 현상도 발생한다. 이에 따라 미국 캘리포니아주 대기 보건국에서는 1993년 OBD -II(On -Board Diagnostics II ; 자기진단)라는 법규를 제정하였는데, 이 법규에서 실화를 엔진 제어 장치(ECU)에서 감지하도록 하여, 실화가 발생하여 실화 발생율이 유해 배출가스를 규제치 대비 1.5배 이상 증가시킬 정도가 되면 “CHECK ENGINE” 경고등을 점등시키도록 하고 있다. 이에 따라 여러 가지 방법의 실화감지 기술이 개발되고 있다. 또한, OBD -II 법규에서는 실화 발생율이 일정 기준이상일 경우, 경고등을 점등시키도록 되어 있으으로, 실화발생 회수를 카운트할 필요가 있다. 이에 따라 연속 실화 및 여러 실린더 동시 실화인 경우에도 실화 회수를 카운트하여야 한다.

이와 같은 차량 운행중의 엔진 실화를 판단하기 위하여, 종래에는 크랭크 각 속도 변화를 측정하여 간접적으로 엔진 실화를 감지하였는데, 그 장치와 방법을 제5도와 제6(a)도, 제6(b)도를 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

제5도는 종래의 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 크랭크 샤프트(1)의 플라이 휠(2)측의 원주 상에 홀이 형성된 센서 휠(3)과, 센서 휠(3)의 홀 회전에 따른 소정 주기의 신호를 출력하는 크랭크 각속도 센서(4)와, 크랭크 각 속도 센서(4)의 신호를 분석하여 엔진 실화를 검출하는 ECU(5)로 이루어진다.

차량의 운행중 크랭크 샤프트(1)의 회전과 연동하여 회전하는 센서 휠(3)의 홀 이동을 크랭크 각속도 센서(4)에서 검출하여 제6(a)도와 같은 소정의 주기 신호를 출력하면, ECU(5)는 측정된 각속도나 그 각속도에 의해 계산된 토크 파형에 관한 정보를 이용하여 제6(b)도와 같이 각 신호를 변환한다. 그리고 엔진 속도와 부하에 대해 미리 결정된 기준값과 비교하여, 그 값보다 크면 엔진 실화로 판단하고, 그 이하이면 정상 연소라고 판단한다.

이와 같은 종래의 방법에서는, 엔진이 정상 연소를 하고 있어도 외부도로 조건이 거친 도로 조건이 되거나, 고속 저부하 영역에서는 검출되는 크랭크 각속도 신호값이 설정된 기준값보다 커지는 경우가 발생되어, 정확한 실화 구분이 어려울 뿐만 아니라 연속 실화 및 동시 실화를 정확히 판별하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 별도의 센서 없이 산소 센서의 신호 변동율을 이용한 직접적인 방법으로 엔진 실화의 종류를 판별하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 엔진 실화가 발생할 경우, 그 발생된 실화가 동시 실화인지, 연속 실화인지를 판별하는 데 있다.

제1도는 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,

제2도는 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출방법을 개략적으로 도시한 동작 순서도이고,

제3도는 본 발명의 일 실시예에 따라 연속 실화시 검출되는 산소 센서 신호의 변동율을 도시한 파형도이고,

제4도는 본 발명의 일 실시예에 따라 동시 실화시 검출되는 산소 센서 신호의 변동율을 도시한 파형도이고,

제5도는 종래의 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,

제6(a)도와 제6(b)도는 종래의 엔진 실화 검출방법을 설명하기 위한 크랭크 각속도를 나타낸 신호 파형도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량 운행중의 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각 검출수단과; 차량 운행중 엔진에서 연소가 일어나는 위치의 실린더를 검출하는 실린더 위치 검출수단과; 차량 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 검출수단과; 상기 산소 농도 검출수단과 크랭크 각 검출수단, 실린더 위치 검출수단의 신호를 분석하여 엔진 실화를 판단하며, 그 발생된 실화가 연속 실화인지, 동시 실화인지를 판별하는 실화 판단수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 차량의 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호를 검출되는 크랭크 각에 따라 미분하여 변동율을 검출하는 단계와; 산소 센서 신호의 변동율에서 최대값에서 최소값에 이르는 변화폭을 검출하는 단계와; 상기 변화폭을 설정된 기준값과 비교하여, 엔진 실화 발생을 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭을 설정된 기준값과 비교하여, 엔진 실화가 발생한 것으로 판단되면, 크랭크 1주기마다 발생되는 실화회수를 산출하여, 그 발생된 엔진 실화가 연속 실화인지, 동시 실화인지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진 실화 판단 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 2주기 이상에 걸쳐 각 크랭크 주기마다 발생하면 엔진 실화라 판단한다.

상기 엔진 실화가 동시 실화인지 연속 실화인지를 판단하는 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 1주기에 1번씩 크랭크 n+1주기에 걸쳐 발생하면, n번의 연속 실화가 발생한 것으로 판단한다.

상기 엔진 실화가 동시 실화인지 연속 실화인지 판단하는 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 1주기에 2번씩 크랭크 2주기에 걸쳐 발생하면, 동시 실화가 발생한 것으로 판단한다.

상기 엔진 실화가 동시 실화인지 연속 실화인지 판단하는 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 1주기에 복수개씩 크랭크 n+1주기에 걸쳐 발생하면, 복수개의 실린더에서 동시 실화가 n번 연속하여 발생한 것으로 판단한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출장치는 크랭크 각 센서(10)와, 실린더 위치 검출 센서(20), 산소 센서(30), ECU(40)로 이루어진다.

크랭크 각 센서(10)는 크랭크 축에 연결된 센서 휠의 원주상에 60개의 기어산이 형성되어 있고, 센서 휠의 회전에 따라 각 기어산으로부터 신호를 얻어내는 마그네틱 픽업 타입의 홀 센서가 형성되어 있어, 크랭크 각 6° 단위로 1개씩의 펄스 신호를 생성하며, 센서 휠의 기어산 중 크랭크 각 기준점을 검출하기 위한 미싱(missing) 기어산 부분이 형성된 것으로, 차량의 운행중 크랭크 각을 검출하여 그에 따른 소정의 펄스 신호를 출력한다.

실린더 위치 검출 센서(20)는 크랭크 각 센서(10)만으로는 4기통 기관에서 1 -3 -4 -2번 실린더 순서로 점화되는 경우, 1번 실린더가 점화인지, 4번 실린더가 점화인지 구분할 수 없으으로, 이를 위하여 캠 샤프트에 1개의 기어산을 형성하고, 이를 감지하기 위한 마그네틱 픽업 타입의 홀 센서를 형성한 것으로, 차량의 운행중 점화되는 실린더를 판별하여 그에 따른 소정의 펄스 신호를 출력한다.

산소 센서(30)는 차량의 배기 매니폴드에 설치되어, 배기가스중의 산소 농도에 부저항 특성 즉, 배가가스 중의 산소 농도가 낮으면 센서 신호의 전압이 상승하고, 배기가스 중의 산소 농도가 높아지면 센서 신호의 전압이 하강하는 것으로, 차량의 운행중 배기가스중의 산소 농도를 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.

ECU(40)는 크랭크 각 센서(10)와, 실린더 위치 검출 센서(20), 산소 센서(30) 신호를 분석하여, 차량의 운행중 발생되는 엔진 실화를 검출함과 동시에, 검출된 실화가 연속 실화인지, 동시 실화인지를 판별한다.

상기와 같이 구성된 엔진 실화 검출장치에서, 본 발명의 일 실시예인 엔진실화 검출방법을 제2도 내지 제4도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

차량의 운행중 크랭크 각 센서(10)와 실린더 위치 검출 센서(20), 산소 센서(30)에서 각각 크랭크 각도, 점화가 일어나는 실린더의 위치, 배기가스중의 산소농도를 검출하여(S10, S20, S30) 제3도 또는 제4도와 같은 소정의 신호를 출력하면, ECU(40)는 크랭크 각 센서(10)와 실린더 위치 검출 센서(20) 신호의 조합에 의해 실린더 위치 검출 센서(20)의 신호를 기준으로 크랭크 각 센서(10)의 신호에 따라 크랭크 각도를 계산하여 각 실린더별 크랭크 각도를 검출하로써 점화가 일어나는 실린더를 판별한다. 이와 동시에, ECU(40)는 크랭크 각 센서(10)의 신호에 따라 크랭크 각도 1° 단위로 산소 센서(30)의 신호(a)를 샘플링한다. 그리고, 필터링을 통해 샘플링된 신호중의 노이즈를 제거한 다음, 크랭크 각도 1° 간격으로 미분하여 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)을 검출한다(S40). 이때, 산소 센서(30)의 산소 농도에 따른 부저항 특성에 의해 제3도 또는 제4도에서 알 수 있는 바와 같이, 배기가스 중의 산소 농도가 기준값보다 낮을 때에는 센싱되는 전압이 상승되고, 배기가스 중의 산소 농도가 기준값보다 높을 때에는 센싱되는 전압이 하강된다.

이후, ECU(40)는 검출된 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)에서 최대값에서 최소값으로 변화되는 변화폭(Ll 내지 LIO)을 연산하고, 그 연산된 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭(L1 내지 L10)을 설정된 기준값과 비교하여(S50), 기준값보다 크면 실화로 판단하고(S60), 기준값 이하이면 정상 연소라고 판단한다(S65). 이것은 엔진 실화가 발생하면, 엔진 실화에 따라 미연소된 가스가 배기가스 중에 포함되며, 그에 따라 배기가스 중의 산소 농도가 낮아졌다가 높아지고, 이때 산소 센서(30)에서 센싱되는 전압도 급격히 상승하였다가 하강하게 된다. 따라서, 센싱된 산소 센서(30)의 신호를 미분한 변동율의 변화폭도 커지기 때문이다.

이때, 하나의 실린더에서 한번의 엔진 실화가 발생되면 산소 센서(30) 신호변동율(b)의 변화폭이 기준값보다 커지게 되는 2개의 구간이 발생하게 되는 데, 이것은 실화된 가스가 엔진 피스톤 운동에 의해 밀려나오게 되고, 이 가스중 일부가 배기 매니폴드에서 다른 실린더로부터의 정상 연소된 가스와 혼합되어 산소 센서(30)에 도달함으로 인한 제 1구간과, 해당 실린더의 배기 매니폴드에 잔류하던 나머지 실화 가스가 다음 사이클에서 연소된 가스에 의해 밀려나오면서 다른 실린더로부터의 가스와 혼합되어 산소 센서(30)에 도달함으로 인한 제 2구간이 중첩되어 나타나기 때문이다.

상기(S50)에서 검출되는 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭(L1 내지 L10)이 설정된 기준값보다 커지는 구간이 크랭크 2주기 이상에 걸쳐, 각 크랭크 주기마다 발생되면 ECU(40)는 엔진 실화로 판단하고(S60), 크랭크 각 센서(10)와 실린더 위치 검출센서(20)의 신호에 따라 크랭크 1주기(T) 간격으로 실화 발생 빈도수를 검출한다(S70).

이때, 하나의 실린더에 연속적으로 5회의 실화가 발생되면, 제3도에서와 같이 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭(L1 내지 L6)이 기준값보다 커지는 구간이 각 크랭크 1주기마다 1개씩 규칙적으로 크랭크 6주기에 걸쳐서 발생되고, 두 개의 실린더에서 한번의 동시 실화가 발생될 경우에는 제4도에서와 같이 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭(L7 내지 L10)이 기준값보다 커지는 구간이 크랭크 1주기에 2개씩 크랭크 2주기에 걸쳐서 발생된다.

그러면, ECU(40)는 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭이 기준값보다 커지는 구간이 제3도에서와 같이 크랭크 1주기마다 1개씩 규칙적으로 크랭크 n+1주기에 걸쳐 발생되면 하나의 실린더에서 실화가 n번 연속하여 발생한 것으로 판단하고, 제4도에서와 같이 크랭크 1주기에 2개씩 크랭크 2주기에 걸쳐 발생되면, 두 개의 실린더에서 한번의 동시 실화가 발생한 것으로 판단한다(S80).

이와 같은 방법에 의해 하나의 실린더에서의 연속 실화 및 두 실린더의 동시 실화 판단 외에도, 같은 방법에 의해 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭이 기준값보다 커지는 구간이 크랭크 1주기마다 복수개씩 규칙적으로 크랭크 n+1주기에 걸쳐 발생되면, 복수개의 실린더에서 동시 실화가 n번 연속하여 발생한 것으로 판단할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호 변동율을 이용한 직접적인 방법으로 엔진 실화 및 그 엔진 실화가 연속 실화인지, 동시 실화인지를 감지하므로 외부로부터의 차량 부하조건 즉, 외부 도로조건의 변화에 상관없이 항상 정확한 실화 판단을 할 수 있을 뿐만 아니라 그 발생된 실화가 연속 실화인지, 동시 실화인지를 정확히 판단할 수 있다.

Claims (7)

1. 차량 운행중의 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각 검출수단과; 차량 운행중 엔진에서 점화가 일어나는 위치의 실린더를 검출하는 실린더 위치 검출수단과, 차량 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 검출수단과; 상기 산소 농도 검출수단과 상기 크랭크 각 검출수단, 실린더 위치 검출수단의 신호를 분석하여 엔진 실화를 판단하며, 그 발생된 실화가 연속 실화인지 동시 실화인지를 판별하는 실화 판단수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출장치.
2. 차량의 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호를 검출되는 크랭크 각에 따라 미분하여 변동율을 검출하는 단계와; 상기 산소 센서의 신호 변동율에서 최대값에서 최소값에 이르는 변화폭을 검출하는 단계와; 상기 변화폭을 설정된 기준값과 비교하여, 엔진 실화 발생을 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭을 설정된 기준값과 비교하여, 엔진 실화가 발생한 것으로 판단되면, 크랭크 1주기마다 발생되는 실화 회수를 산출하여, 그 발생된 엔진 실화가 연속 실화인지, 동시 실화인지를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 엔진 실화 판단 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 2주기 이상에 걸쳐 각 크랭크 주기마다 발생하면 엔진 실화라 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 엔진 실화가 동시 실화인지 연속 실화인지 판단하는 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 1주기에 1번씩 크랭크 n+1주기에 걸쳐 발생하면, n번의 연속 실화가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 엔진 실화가 동시 실화인지 연속 실화인지 판단하는 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 1주기에 2번씩 크랭크 2주기에 걸쳐 발생하면, 동시 실화가 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 엔진 실화가 동시 실화인지 연속 실화인지 판단하는 단계에서, 상기 산소 센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 크게 나타나는 구간이 크랭크 1주기에 복수개씩 크랭크 n+1주기에 걸쳐 발생하면, 복수개의 실린더에서 동시 실화가 n번의 연속하여 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.

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