KR100410753B1 - 차량용 엔진의 실화 검출방법 - Google Patents

Abstract

종래의 실화감지 판정 로직 진입 이전에 광역산소센서의 갑작스런 농도 변화에 대한 응답특성을 측정하여 이를 바탕으로 실화감지 판정기준 및 실화발생 실린더 구분 기준을 보정하여 정확한 실화감지 및 실화발생 실린더 판정을 수행할 목적으로;

주행중인 차량에서 엔진부하, 엔진 회저수, 냉각수온, 광역산소센서, 크랭크 각 센서 및 Phase 센서 등을 입력받아 광역산소센서의 응답특성을 확인하는 단계와; 상기 단계에서 응답특성을 확인한 이후, 배기가스내의 산소농도를 입력받아 광역산소센서 신호의 전압변화 기울기를 연산하여 산출된 값이 일정 엔진 부하 및 엔진 회전수에서의 기준치를 초과하는가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 광역산소센서 신호 변동 기울기가 일정 엔진 부하 및 엔진 회전수에서의 기준치를 초과함이 판단되면 실화가 발생된 것으로 판단하고, 신호 변화율의 2차 피크와 Phase 센서 신호와의 위상차를 연산하는 단계와; 상기 단계에서 연산된 위상차를 이용하여 실화발생 실린더를 판정하고, 엔진 사이클 기준으로 신호 기울기 피크 발생 빈도를 측정하여 실화발생 형태를 판단하는 단계로 이루어져 있어서, 종래의 광역 산소센서를 이용한 실화 감지 기술 대비 실화감지 및 실화 발생 실린더 구분 확율을 향상시킬 수 있고, 센서의 응답 특성에 대해 자동적으로 실화 감지 임계값이 설정되며, 연료량 피드 백 제어를 위해 광역 산소센서가 적용된 차량에서는 실화 감지를 위한 별도의 센서가 필요치 않아 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 엔진의 실화 검출방법{METHOD FOR MISFIRE DETECTION OF ENGINE IN VEHICLE}

본 발명은 차량용 엔진의 실화 검출방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광역산소센서의 급격한 농도 변화에 대한 응답특성을 이용하여 정확한 실화감지 및 실화발생 실린더를 구분하기 위한 차량용 엔진의 실화 검출방법에 관계한 것이다.

일반적으로 엔진은 엔진 부하, 엔진 회전수, 냉각수온, 크랭크 각 센서, Phase 센서 그리고 배기 매니폴드 합류점에 장착된 광역 산소센서 드으이 신호를 입력측으로 하여, 일정 운전조건에서 광역산소센서 신호를 크랭크 각 기준으로 샘플링 하여 광역산소센서의 변동 기울기를 연산한다. 이 때, 광역산소센서 신호 변동 기울기가 일정 엔진 부하 및 엔진 rpm에서의 기준치를 초과하게 되면 일단 엔진에서 실화가 발생한 것으로 판정한다.

특정 실린더에서 실화가 n회 발생하게 되면 광역산소센서 신호 기울기가 n+1 회 급격히 변화하게 되므로 이를 연산하여 실화발생 회수를 판정한다.

그리고, 실화발생 실린더의 구분은 광역산소센서 신호 기울기 커버의 두 번째 피크 위치와 Phase 센서 사이의 위상차를 계산함으로서 구분할 수 있다.

즉, 광역산소센서를 이용하여 실화를 판정함에 있어서, 종래에는 광역산소센서 신호의 변동율을 계산하고, 광역산소센서 신호 미분값과 해당 운전조건에서의 미분값 변동 허용 기준값과 비교하여 상기 광역산소센서 신호 미분값이 일정 기준값을 초과하면 실화가 발생한 것으로 판정하고, 상기 미분값의 피크가 n+1회 발생하면 실화는 n회 발생한 것으로 판정한다.

따라서, 상기 1회의 실화에 대한 광역산소센서 신호의 피크는 2회 발생하게되고, 이어서 두 번째 피크가 발생하는 크랭크 각을 측정하여 상기 두 번째 피크가 발생하는 크랭크 각과 Phase 센서 신호와 위상차를 연산하여 산출한다.

상기에서 연산되어 산출되는 크랭크 각과 Phase 센서 신호에 따라 실화가 발생되는 실린더를 판정할 수 있다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 실화를 감지하는 경우, 광역산소센서의 과도 응답특성 변화에 따라 실화감지 성능 및 실화발생 실린더 판별 성능이 감소될 수 있는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 사용되는 센서의 응답특성의 변화에 의해 실화 감지 성능의 차이가 많아질 수 있는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 실화감지 판정 로직 진입 이전에 광역산소센서의 갑작스런 농도 변화에 대한 응답특성을 측정하여 이를 바탕으로 실화감지 판정기준 및 실화발생 실린더 구분 기준을 보정하여 정확한 실화감지 및 실화발생 실린더 판정을 수행할 수 있는 차량용 엔진의 실화 검출방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

주행중인 차량에서 엔진부하, 엔진 회저수, 냉각수온, 광역산소센서, 크랭크 각 센서 및 Phase 센서 등을 입력받아 광역산소센서의 응답특성을 확인하는 단계와;

상기 단계에서 응답특성을 확인한 이후, 배기가스내의 산소농도를 입력받아 광역산소센서 신호의 전압변화 기울기를 연산하여 산출된 값이 일정 엔진 부하 및 엔진 회전수에서의 기준치를 초과하는가를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 광역산소센서 신호 변동 기울기가 일정 엔진 부하 및 엔진 회전수에서의 기준치를 초과함이 판단되면 실화가 발생된 것으로 판단하고, 신호 변화율의 2차 피크와 Phase 센서 신호와의 위상차를 연산하는 단계와;

상기 단계에서 연산된 위상차를 이용하여 실화발생 실린더를 판정하고, 엔진 사이클 기준으로 신호 기울기 피크 발생 빈도를 측정하여 실화발생 형태를 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 실화 검출장치 구성 블록도.

도 2는 본명에 적용되는 차량용 엔진의 실화 검출방법 동작 순서도.

도 3은 종래 차량용 엔진의 실화 검출방법 동작 순서도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 차량 주행상태 검출수단 110 : 엔진 회전수 검출부

120 : 냉각수온 검출부 130 : 흡입 공기유량 검출부

140 : 광역산소 검출부 150 : 크랭크각 검출부

160 : Phase 검출부 200 : 엔진 제어 수단

300 : 구동수단

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 실화 검출장치 구성 블록도로서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태에 따라 가변되는 차량 동작상태를 검출하며, 엔진제어장치(200)는 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출된 신호를 인가받고자 소정의 제어신호를 출력하고, 상기 출력된 소정의 제어신호에 의해 동기되어 인가되는 엔진 회전수, 냉각수온, 흡입 공기 유량, 광역산소, 크랭크 각 및 Phase 센서 신호를 입력받아, 상기 입력된 광역산소센서의 급격한 농도 변화에 대한 응답 특성을 확인 한 후, 상기 광역산소센서 신호의 변동율을 계산하고 역기에 보정 펙터 1을 곱셈 연산하여 실화을 판정하고, 상기 실화가 발생한 실린더를 판정하여 소정의 제어신호를 출력하며, 구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 소정의 제어신호에 동기되어 엔진에 문제가 발생되었음을 운전자에게 표시하여 주기 위한 소정의 체크 엔진 경고등을 점등시킨다.

상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부(110)와; 엔진의 동작상태 변화에 따라 가변되는 냉각수온을 검출하는 냉각수온 검출부(120); 차량의 동작상태 변화에 따라 엔진으로 흡입되는 흡입 공기 유량을 검출하는 흡입 공기 유량 검출부(130)와; 배기 매니폴드 합류점에 위치하여 엔진의 동작상태에 따라 배출되는 배기가스 내에 포함된 산소량을 검출하는 광역 산소 검출부(140)와; 엔진의 동작상태 변화에 따라 크랭크 각의 변화 위치를 검출하는 크랭크 각 검출부(150)와; 엔진 동작상태 변화에 따른 실린더 검출 또는 캠 샤프트 위치 등을 검출하는 Phase 검출부(160)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 차량용 엔진의 실화 검출방법을 첨부한 도2를 참조하여 설명한다.

차량에 전원이 인가되어 엔진이 시동 온 되면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태에 따라 가변되는 차량 동작상태를 검출한다.

이어서, 엔진제어장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출된 신호를 인가받고자 소정의 제어신호를 출력하고, 상기 출력된 소정의 제어신호에 의해 동기되어 인가되는 엔진 회전수, 냉각수온, 흡입 공기 유량, 광역산소, 크랭크 각 및 Phase 센서 신호를 입력받아, 광역 산소 센서의 급격한 농도변화에 대한응답특성을 검출(확인)한다(S100,S110,S120).

즉, 특정 운전조건에서 연료 분사량을 급격히 일정량 감소시키기 위한 제어신호를 출력하여 연료 분사량을 감소시킨다.

상기한 연료 분사량 감소 후, 광역 산소센서 신호가 증가하게 되는데, 변화 전 전압으로부터 변화 후 전압의 소정의 제1 설정 값(약 50%)가 될 때까지의 지연시간(Td)를 측정한다.

그리고, 상기 지연시간(Td)로 부터 실화판정을 위한 광역산소센서 미분 값 제한치를 보정(Factor1)하여 산출하고, 실화발생 실린더 판별을 위한 Phase 위상차를 보정(Factor2)하여 산출하여 광역산소 센서의 응답특성을 확인한다.

이어서, 엔진 제어 장치(200)는 실화를 판정하기 위해 배기가스 내의 산소농도를 입력받아 광역산소센서 신호의 전압 변화 기울기을 연산하여 산출하고, 상기 산출된 값에 보정 Factor1을 곱셈 연산한다(S130,S140).

상기에서 광역산소센서는 배기가스 중의 산소농도 및 HC,CO 등을 산화시키는데 필요한 산소량 등을 측정하여 배기가스의 공연비를 측정하는데 사용되고 있는 센서이다. 따라서 상기 광역산소센서 신호는 시로하로 인한 산소농도의 급격한 증가시에 그 출력 전압이 상승하게 되지만, 정상연소 상태라도 공연비가 희박한 영역이 되는 경우에도 출력전압이 증가한다.

그러므로, 이 두 경우를 구분하기 위하여 출력전압의 절대 레벨 보다는 출력전압 기울기를 이용하는 것이 실화를 감지하는데 유리하기 때문이다.

따라서, 상기에서 광역산소센서 신호변화 기울기가 산출되어짐에 따라, 엔진제어장치(200)는 산출된 광역산소센서 신호변화 기울기가 소정의 임계값 2보다 큰가를 비교 판단한다(S150).

상기에서 임계값 2는 해당 운전 영역에서 정상 연소시 광역 산소센서 출력전압 변동 기울기를 고려하여 설정한다. 이 경우, 광역 산소센서의 과도 응답특성을 고려하여 임계값 1에 응답특성 Factor를 곱하여 선정한다.

임계값 2 = 임계값 1 * 응답성 Factor

상기에서 임계값 1은 해당 운전 영역에서 정상 연소시 광역 산소센서 출력 전압 변동 기울기를 고려하여 설정한다.

그러므로 상기에서 산출된 광역 산소센서 신호 변화 기울기가 소정의 임계값 2보다 크다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 광역 산소센서 신호 변화 기울기가 임계값 1을 초계하는 현상이 수회(약 2회) 이상 발생되었는가를 판단한다(S160).

즉, 특정 실린더에서 1회의 실화가 발생하게 되면, 실화가스의 배기 매니폴드에서의 믹싱(Mixing) 현상에 의해 광역산소센서가 장착된 배기 매니폴드 합류점에서의 산소 농도는 2 사이클에 걸쳐, 2회 급격하게 변하게 되고, 광역산소센서 기울기도 2회 급격히 변하게 된다.

따라서, 상기 광역 산소센서 신호 변화 기울기가 임계값 1을 초계하는 현상이 수회(약 2회) 이상 발생됨이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 광역산소센서 신호 변화율의 2차 피크와 Phase 센서 신호와의 위상차를 연산한다(S170).

이는 실화발생 실린더에 따라 광역산소센서 신호 변동파형과 Phase 센서 신호(엔진 1사이클에 1회의 Pulse)와의 위상차가 변하게 되므로, 이 위상차를 측정,실화발생 실린더를 구분한다.

그런데, 이 위상차를 결정하는 기준 위치로서 광역 산소센서 미분치 변동값의 2차 피크 위치를 사용한다.

따라서, 상기에서 광역산소센서 신호 변화율의 2차 피크와 Phase 센서 신호와의 연산된 위상차에 의해 엔진 제어 장치(200)는 실화 발생 실린더를 판정하는데, 상기 연산된 위상차가 (Phase 위상차)가 φ1(엔진 회전수 N, 엔진 부하 L) ~ φ2(N,L)이면 #1실린더에서 실화가 발생한 것으로, φ2(N,L) ~ φ3(N,L)이면 #3 실린더에서 실화가 발생한 것으로, φ3(N,L) ~ φ4(N,L) 이면 #4 실린더에서 실화가 발생한 것으로 φ4(N,L) ~ φ1(N,L)+ 720이면 #2 실린더에서 실화가 발생한 것으로 판정한다.( 여기서 φ= θ- 응답성 Factor 2 이다.)(S180).

상기에서 엔진 실화 발생 실린더가 판정됨에 따라 엔진 제어 장치(200)는 1개의 실린더에서 n 회 연속 실확 발생할 경우에는 n+1 Cycle에 걸쳐 n+1 사이클에 걸쳐 2n + 1 회의 피크가 발생하는 등, 실화발생 형태에 따라, Cycle당 피크 발생 빈도가 달라지게 된다.

따라서, 엔진 제어 장치(200)는 상기에서 실화 발생이 이루어짐에 따라 소정의 엔진 점검 경고 제어신호를 구동수단(300)으로 출력하여 운전자로 하여금 차량 정비를 수행할 수 있도록 한다.

하지만, 상기(S140)에서 광역 산소센서 신호 변화 기울기가 소정의 임계값 2보다 작거나, 상기(S150)에서 광역 산소센서 신호 변화 기울기가 임계값 1을 초과하지 않거나 또는 초과하는 현상이 수회(약 2회)이하로 발생되면, 엔진 제어장치(200)는 엔진이 정상 연소가 발생된 것으로 판단한다(S200).

이로서, 배기 메니폴드에 위치되어 배기가스 중의 산소농도를 검출하는 광역산소센서에 의해 더욱 정확한 실화여부와 실화 발생 실린더를 검출할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 차량용 엔진의 실화 검출 방법은 기존의 실화감지 판정 로직 진입 이전에 광역산소센서의 갑작스런 농도 변화에 대한 응답특성을 측정하여 이를 바탕으로 실화감지 판정기준 및 실화발생 실린더 구분 기준을 보정하여 정확한 실화감지 및 실화발생 실린더 판정을 수행함으로서, 종래의 광역 산소센서를 이용한 실화 감지 기술 대비 실화감지 및 실화 발생 실린더 구분 확율을 향상시킬 수 있고, 센서의 응답 특성에 대해 자동적으로 실화 감지 임계값이 설정된다.

그리고, 연료량 피드 백 제어를 위해 광역 산소센서가 적용된 차량에서는 실화 감지를 위한 별도의 센서가 필요치 않아 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 주행중인 차량에서 엔진부하, 엔진 회저수, 냉각수온, 광역산소센서, 크랭크 각 센서 및 Phase 센서 등을 입력받아 광역산소센서의 응답특성을 확인하는 단계와;

   상기 단계에서 응답특성을 확인한 이후, 배기가스내의 산소농도를 입력받아 광역산소센서 신호의 전압변화 기울기를 연산하여 산출된 값이 일정 엔진 부하 및 엔진 회전수에서의 기준치를 초과하는가를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 광역산소센서 신호 변동 기울기가 일정 엔진 부하 및 엔진 회전수에서의 기준치를 초과함이 판단되면 실화가 발생된 것으로 판단하고, 신호 변화율의 2차 피크와 Phase 센서 신호와의 위상차를 연산하는 단계와;

   상기 단계에서 연산된 위상차를 이용하여 실화발생 실린더를 판정하고, 엔진 사이클 기준으로 신호 기울기 피크 발생 빈도를 측정하여 실화발생 형태를 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 실화 검출방법.
2. 제 1항에 있어서, 광역산소센서의 응답특성은 특정 운전조건에서 연료 분사량을 급격히 일정량 감소시키기 위한 제어신호를 출력하여 연료 분사량을 감소시키는 단계와L

   상기 단계에서 연료 분사량 감소 후, 광역 산소센서 신호의 증가에 따른 변화 전 전압으로부터 변화 후 전압의 소정의 제 1설정 값이 될 때까지의 지연시간을측정하는 단계와;

   상기 단계에서 측정된 지연시간으로부터 실화판정을 위한 광역산소센서 미분 값 제한치를 보정(Factor1)하여 산출하고, 실화발생 실린더 판별을 위한 Phase 위상차를 보정(Factor2)하여 산출하여 광역산소 센서의 응답특성을 산출하여 확인하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 실화 검출방법.
3. 제 1항에 있어서, 임계값 2는 해당 운전 영역에서 정상 연소시 광역 산소센서 출력전압 변동 기울기를 고려하여 설정하되, 광역 산소센서의 과도 응답특성을 고려하여 임계값 1에 응답특성 Factor를 곱하여 선정하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 실화 검출방법.