KR100494904B1 - 차량의 실화 검출 방법 - Google Patents

Abstract

개시된 차량의 실화 검출 방법은, (a) 차량의 엔진 운전 상태에서, 상기 엔진에 장착된 맵센서를 통하여 측정된 공기량과 실린더 내의 온도 순간 변화량을 센싱하는 단계와; (b) 지능형 판단기를 이용하여 실화 인디케이션 수를 계산하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 계산한 상기 실화 인디케이션 수가 기준값 이상인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 상기 실화 인디케이션 수가 기준값 이상인 경우, 상기 지능형 판단기를 상기 차량의 ECU에 포함시켜 상기 실화 인디케이션 수를 이용하여 운전자에게 실화를 상기 차량의 운전자에게 경고하는 단계;를 포함하고, 이때, 상기 단계 (c)에서 상기 지능형 판단기를 이용하여 상기 실화 인디케이션 수의 계산은, (e) 정상운전 상태에서 실화조건의 엔진맵 및 온도 데이터를 구하는 단계와, (f) 실화상태와 연소상태를 실현하여 상기 지능형 판단기를 실화조건을 판단하는 하나의 함수형태인 웨이팅 수를 결정하는 웨이팅 학습을 하는 단계와, (g) 상기 지능형 판단기로 실화조건과 연소조건에서의 실화 인디케이션 수를 나타내도록 웨이팅을 결정하는 단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

Description

차량의 실화 검출 방법{METHOD OF DETECTING MISFIRE IN A VEHICLE}

본 발명은 차량의 실화 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지능형 판단기를 이용한 차량의 실화 검출 방법에 관한 것이다.

엔진의 배기 규제가 강화되면서 엔진 이상을 운전자에게 알려주는 시스템에 대한 규제가 법제화되고 있다. 온 보드 진단(OBD; On Board Diagnosis)에 의한 이 시스템의 중요성은 기존 규제에 맞게 잘 만들어진 엔진이라도 엔진의 부품에 이상 즉, 점화플러그, 연료 인젝터(injector)에 의한 실린더 내에서 연료가 연소되지 못하는 현상을 운전자에게 알려주어야 한다. 따라서 실화 검출(misfiring detection)은 엔진 개발 및 제어에 있어서 상당히 중요한 역할을 하고 있다.

그런데, 현재로서는 실린더 내의 온도 측정에 의한 실화 검출방법이 없고, 연소압의 측정을 통하여 실화 상황 검출이 가능하나 연소압 센서가 소요되는 등의 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 실화를 조기에 발견하여 운전자에게 정비시점을 알려 줄 수 있도록 한 차량의 실화 검출 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 실화 검출 방법은, (a) 차량의 엔진 운전 상태에서, 상기 엔진에 장착된 맵센서를 통하여 측정된 공기량과 실린더 내의 온도 순간 변화량을 센싱하는 단계와; (b) 지능형 판단기를 이용하여 실화 인디케이션 수를 계산하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 계산한 상기 실화 인디케이션 수가 기준값 이상인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 상기 실화 인디케이션 수가 기준값 이상인 경우, 상기 지능형 판단기를 상기 차량의 ECU에 포함시켜 상기 실화 인디케이션 수를 이용하여 운전자에게 실화를 상기 차량의 운전자에게 경고하는 단계;를 포함하고, 이때, 상기 단계 (c)에서 상기 지능형 판단기를 이용하여 상기 실화 인디케이션 수의 계산은, (e) 정상운전 상태에서 실화조건의 엔진맵 및 온도 데이터를 구하는 단계와, (f) 실화상태와 연소상태를 실현하여 상기 지능형 판단기를 실화조건을 판단하는 하나의 함수형태인 웨이팅 수를 결정하는 웨이팅 학습을 하는 단계와, (g) 상기 지능형 판단기로 실화조건과 연소조건에서의 실화 인디케이션 수를 나타내도록 웨이팅을 결정하는 단계를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 a 및 도 1b에는 본 발명에 따른 차량의 실화 검출 방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 실화 검출 방법은, 후술하는 도 3에 도시된 바와 같은 지능형 검출기(neural network)로 운전영역에서 보다 확실한 제어 및 검출이 가능한 것으로 우선, 차량의 엔진 운전 상태에서, 엔진에 장착된 맵센서(MAP sensor)를 통하여 측정된 공기량과 실린더 내의 온도 순간 변화량(instantaneous gradient of temperature)을 센싱(sensing)한다.(단계 110,120)

상기 단계 120에서 상기 맵센서는 엔진의 실린더 연소실 내의 온도 변화에 따라 일정 전압이 발생되는 것으로 이를 장착하여 온도를 측정하고, 연소에 의하여 발생되는 온도의 변화의 변화율을 이용하여 연소 발생의 유무를 검출한다.

이어서, 상기한 지능형 판단기를 이용하여 실화 인디케이션 수(indication number)를 계산한다.(단계 130)

그리고 상기 단계 130에서 계산한 실화 인디케이션 수가 기준값 이상인지 판단한다.(단계 140)

또한 상기 단계 140에서의 조건을 만족하지 못하는 경우 즉, 실화 인디케이션 수가 기준값 이하인 경우 운전자에게 실화를 차량의 운전자에게 예컨대, 알람(alarm)으로 경고한다.(단계 150)

한편, 상기 단계 130에서 지능형 판단기를 이용하여 실화 인디케이션 수의 계산은 도 1b에 도시된 바와 같이 우선, 정상운전 상태에서 실화조건의 엔진맵 및 온도 데이터를 구한다.(단계 131)

이어서, 실화상태와 연소상태를 실현하여 지능형 판단기를 실화조건을 판단하는 하나의 함수형태인 웨이팅 수(weighting)를 결정하는 웨이팅 학습(learning)을 시킨다.(단계 133)

그리고 상기 지능형 판단기로 실화조건과 연소조건에서의 실화 인디케이션 수를 나타내도록 웨이팅을 결정한다.(단계 135)

또한 상기 단계 150에서 운전자에게의 실화 경고는 지능형 판단기를 차량의 ECU에 포함시켜 실화 인디케이션 수를 이용하여 이루어지도록 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 차량의 실화 검출 방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.

점화식 엔진(spark ignition engine)은 연소실 내에 분사된 연료에 의하여 점화가 이루어지게 되며, 이때 발생되는 에너지에 의하여 엔진은 구동되게 된다.

정상적인 연료 연소 발생시 연소압 및 열 발생량의 변화는 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진에서 이그니션이 발생하고 연소에 의하여 실린더 내의 온도가 상승하게 된다. 점화 후, 연소가스의 온도 상승으로 인하여 연소실내의 온도는 크게 상승하게 되며 따라서 이때의 온도 변화량은 실화의 경우와 크게 차이가 날 것으로 판단된다.

따라서 점화시기와 점화지연 이후 변화되는 온도 즉, 크랭크 각(Crank angle) 기준 대략 20도 이후의 순간 변화 기울기(Instantaneous gradient)를 실린더 내의 연소실에 약 800~2500℃의 온도를 전기적인 전압으로 보여주는 써모커플(thermo couple) 방식의 센서를 장착하여 온도를 측정한다.

연소가 일어나지 않은 미연 가스(unburned gas)의 경우의 온도 상승 곡선은 매우 부드러운 곡선을 띄나, 연소 발생한 연소 가스(burned gas)의 경우에는 거의 델타 기능(delta function)의 역할을 하는 급격한 온도 상승이 발생한다. 따라서 그 기울기는 매우 크게 된다.

여기에서 제어에 순간 변화 기울기를 사용하는 이유는 크랭크 각도 기준, 센서 지연(sensor delay) 등으로 인하여 정확한 측정이 불가능 할 수 있으며, 불연소 연료는 레이트 버닝(late burning)에 의하여 연소 될 수 있다.

따라서 순간 변화 기울기는 점화한 시기로부터 연소 지연(Combustion Delay)을 고려하여 대략 크랭크 각도 10도 이내에서 측정한 온도와, 20도 이후에 측정한 온도의 기울기를 계산하여 불연소 여부를 판단한다.

여기서 크랭크 각도 기준 대략 10도 사이의 온도 변화인데, 이때의 온도 변화는 연소 전후의 온도 변화이므로 상당한 차이를 갖게 된다. 그리고 엔진의 상태를 실화 검출에 발생할 수 있는 에러(error)를 보정하기 위하여 엔진의 부하에 따른 맵센서에 의한 공기량 측정을 포함하여 실화 검출을 통하여 보다 확실한 검출이 가능해 진다.

상기한 근거를 통해 제어방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 지시된 두 개의 A점 온도를 측정하고, 이 두 점의 온도변화(ΔT) 및 크랭크 각에 따른 온도 변화율은 아래의 식 1로 구한다.

그러나, 실화시 온도 측정점은 아래의 식 2로 구해진다.

위의 식 1에 의해 구해진 값을 도 2에 나타난 직선의 기울기(A)이고, 식 2에 의하여 구해진 값은 직선 기울기(B)이다.

이렇게 구해진 기울기의 값을 전술한 바 있는 온도 순간 변화량이라고 정의한다. 이 값은 엔진에 부하가 클수록, 속도가 빠를수록 큰 차이를 갖게 된다.

그러나 아이들(idle) 조건과 같은 무부하 조건에서 연료량이 극히 작을 경우에는 위의 두 값이 큰 차이를 갖지 않을 수 있다. 따라서 엔진의 부하를 판단하는 맵(MAP; Intake Manifold Absolute Pressure)의 값을 다른 하나의 실화 조건 검출 요소로 선정하여 보다 안정적으로 실화 상황을 판별한다. 즉, 두개의 입력(input)으로 실화 발생 여부를 알려주는 제어 방식이다

그리고 실화 검출을 위하여 도 3과 같은 지능형 판단기를 이용한다. 이 지능형 판단기는 개발 단계에서 시험을 통하여 인위적으로 실화 상태와 연소상태(firing condition)를 실현하여 학습에 의하여 실화 조건을 판단하는 하나의 함수 형태인 웨이팅 수를 결정한다. 일종의 맵핑(mapping)에 의하며 실화 상태를 판단할 수 있다. 이를 수식으로 표현하면 아래와 같다

입력: {x }_{1 } , {x }_{2 }, 출력:z, z 타겟(d): 실화 경우 →1

비 실화 경우 →0

{ y}_{1 } = { f}_{ 1}( { x}_{1 }, { x}_{2 },{ w}_{11 },{ w}_{12 })={ x}_{1 }{ w}_{ 11}+{ x}_{2 }{ w}_{ 12}

：

{ y}_{5 } = { f}_{ 5}( { x}_{1 }, { x}_{2 },{ w}_{51 },{ w}_{52 })={ x}_{1 }{ w}_{ 51}+{ x}_{2 }{ w}_{52}

z = { y}_{1 }{ u}_{ 1}+{ y}_{2 }{ u}_{2}+{ y}_{31 }{ u}_{3}+{ y}_{4 }{ u}_{4}+{ y}_{5 }{ u}_{5}

에러(error):

(실화 발생시 d=1, 비 발생시 d=0)

그리고 반복(iteration)시 웨이팅 w, u의 변화는 다음과 같다.

여기서,

로 계산하며, 0＜η＜1이다.

여기서 에러 E가 적정조건, 대략 아주 작은 값 이하의 값으로 들어왔을 때 웨이팅 즉, U= { { u}_{1 }, { u}_{2 }, { u}_{ 3}, { u}_{ 4}, { u}_{ 5} }와 U= { { w}_{11 }, { w}_{12 },‥‥, { w}_{51}, { w}_{ 52} }를 함수의 형태로 사용하면 된다.

이러한 지능형 판단기에 의한 제어는 실화를 검출하기 위하여 엔진에 장착된 맵센서에서 측정된 공기량과 실린더 내의 온도 순간 변화량을 우리가 필요한 물리량으로 변화 없이 센서 값 그대로 일반화(normalizing)(0~1 사이의 값으로 일반화)하여 정상조건과 비정상조건(firing condition)에서의 실화 인디케이션을 나타내게 웨이팅을 결정한다.

그리고 정상조건은 엔진의 각 운전 영역별로 데이터를 사용하면 되고, 비정상조건, 즉 실화 발생의 경우에는 인위적으로 발생시켜 데이터를 사용한다.(d=1)

이는 점화 신호를 주지 않아서 연료는 정상 분사되고 일어나지 않는 경우와, 점화 신호는 주고 인젝터에 커넥터(connector)를 연결하지 않아서 연료 분사가 안 되는 경우이다.

여기서, 실화조건에서 Z값을 0보다 작게, 정상조건에서 0보다 크게 하여 실화조건을 판별한다. 실화조건은 엔진 정상 작동시에도 가끔 발생하는 현상이므로, 이 횟수가 자주 반복될 때 이를 운전자에게 알리는 방법을 택한다. 그 설명은 도 4에 도시된 바와 같다.

엔진 사이클에 따라 실화 상황 검출을 적용하며, 이러한 실화 상황이 연속 발생하거나 일정 상태로 계속 발생하여 일정 횟수를 초과한 경우 운전자에게 경고 메시지를 보내는 방식이다.

위와 같은 조건에 데이터를 각 조건별로 주어서 정상상태에서는 실화 인디케이션 수가 예컨대, 0.7을 넘도록 하고, 실화 발생시에는 0.5 이하가 되도록 웨이팅을 학습시킨다. 이렇게 결정된 웨이팅과 지능형 판단기를 ECU에 포함시켜 실화 인디케이션 수를 이용하여 실화의 발생 여부를 운전자에게 알려 줄 수 있다.

실화의 경고는 차량 내의 엔진 체크(check)를 이용하여 운전자에게 알려주어 엔진 이상에 의한 대기 오염 및 3웨이 촉매 컨버터(3way catalyst converter)의 고장을 방지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 실화 검출 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

실화를 찾아내어 성능 저감시 운전자에게 알려주어 적절한 조치를 통해 성능 향상이 이루어질 수 있고, 배기 이상을 알아낼 수 있다.

그리고 실화를 조기에 발견하여 정비 시점을 알려줄 수 있어 운전자에게 편의성을 제공하고, 실화로 인한 3웨이 촉매 컨버터의 고장을 방지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 차량의 실화 검출 방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.

도 2는 정상연소 및 비정상연소에서의 온도 기울기가 도시된 그래프.

도 3은 본 발명이 적용된 지능형 판단기를 나타내 보인 도면.

도 4는 본 발명과 관련된 신호도.

Claims (3)

1. (a) 차량의 엔진 운전 상태에서, 상기 엔진에 장착된 맵센서를 통하여 측정된 공기량과 실린더 내의 온도 순간 변화량을 센싱하는 단계와;

   (b) 지능형 판단기를 이용하여 실화 인디케이션 수를 계산하는 단계와;

   (c) 상기 단계 (b)에서 계산한 상기 실화 인디케이션 수가 기준값 이상인지 판단하는 단계와;

   (d) 상기 단계 (c)에서 상기 실화 인디케이션 수가 기준값 이상인 경우, 상기 지능형 판단기를 상기 차량의 ECU에 포함시켜 상기 실화 인디케이션 수를 이용하여 운전자에게 실화를 상기 차량의 운전자에게 경고하는 단계;를 포함하고,

   이때, 상기 단계 (c)에서 상기 지능형 판단기를 이용하여 상기 실화 인디케이션 수의 계산은, (e) 정상운전 상태에서 실화조건의 엔진맵 및 온도 데이터를 구하는 단계와, (f) 실화상태와 연소상태를 실현하여 상기 지능형 판단기를 실화조건을 판단하는 하나의 함수형태인 웨이팅 수를 결정하는 웨이팅 학습을 하는 단계와, (g) 상기 지능형 판단기로 실화조건과 연소조건에서의 실화 인디케이션 수를 나타내도록 웨이팅을 결정하는 단계를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 차량의 실화 검출 방법.
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