KR100579233B1 - 차량용 엔진의 리크 모니터링 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

최종 조립 라인에서 조립 완성차를 테스트(Test)하는 동안에 연료 탱크내 증발가스의 제어방법을 개선하여 북미 배기가스 규제를 만족시키는 리크 모니터링 기능이 정상적으로 수행되는지를 진단하는 것으로, 조립 완성차가 시험 공정에 투입되어 각종 테스트를 위한 자기진단장치가 접속된 후 전원이 공급되면 시동 이력 데이터를 검색하는 과정과; 엔진 시동 온이 검출되면 시동 이력 카운터를 업하고 현재의 차속을 검출하여 설정된 기준속도 이상인지를 판단하는 과정과; 차속이 기준속도 이상으로 판정되면 조립 완성후 최초의 시동 온인지를 판단하는 과정과; 최초의 시동 온이면 연료 주입 캡을 개방하여 연료탱크 내부와 대기를 연결하여 연료탱크 내부를 대기압으로 형성하고, PCSV의 듀티를 100%로 제어하여 캐니스터 포집된 증발가스를 엔진으로 유입시켜 리크 모니터링 기능 진단을 위한 초기 압력조건을 형성하는 과정과; 상기 연료 주입 캡의 개방과 PCSV의 듀티 100% 제어가 설정된 일정시간 경과되면 연료 주입 캡을 폐쇄하여 연료탱크와 대기의 연결을 차단하고 PCSV를 0%로 제어한 다음 통상적인 방법을 적용하여 리크 모니터링 기능을 진단하여 그 결과를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

리크 모니터링, 연료 주입 캡, 대기압

Description

차량용 엔진의 리크 모니터링 장치 및 방법{LEAK MONITORING APPARATUS OF A ENGINE IN VEHICLE}

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 리크 모니터링 장치에 대한 개략적인 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따라 차량용 엔진의 리크 모니터링 수행에 대한 일 실시예의 흐름도.

도 3은 종래의 차량용 엔진에 적용되는 리크 모니터링 장치에 대한 일 실시예의 구성도.

도 4는 도 3에 도시된 장치를 이용한 리크 모니터링에 대한 그래프.

도 5는 종래의 차량용 엔진에서 리크 모니터링 과정을 도시한 다른 일 실시예의 흐름도.

본 발명은 차량용 엔진에서 연료 계통의 리크(Leakage)를 모니터링하는 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 최종 조립 라인에서 조립 완성차를 테스트(Test)하는 동안에 연료 탱크내 증발가스의 제어방법을 개선하여 북미 배기가스 규제를 만 족시키는 리크 모니터링이 정상적으로 수행되는지를 진단하는 차량용 엔진의 리크 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 자동차에 대한 배기가스의 규제는 북미시장을 중심으로 전세계적으로 엄격하게 적용되고 있으며, 북미 지역에서 운행되는 차량에는 엔진제어장치에 연료계통의 리크 여부를 모니터링하는 기능이 필수적으로 적용되도록 법규화(OBD-Ⅱ) 되어 있다.

이는 필드(Field)에서 연료 계통의 리크로 증발가스의 누수가 발생하는 경우 경고램프를 점등시켜 증발된 연료가 대기중으로 배출되는 것을 막아 대기오염을 최소화하기 위함이다.

종래에는 연료계통에 대하여 1mm 리크까지 모니터링 하였으나, 최근 엄격해진 법규로 인하여 0.5mm 리크까지 모니터링 하도록 하고 있으며, 최종 생산라인에서 조립 완성차에 0.5mm 리크에 대한 모니터링 기능이 정상적으로 동작되는지에 대하여 자기진단장치를 이용하여 필수적으로 점검하도록 하고 있다.

상기와 같이 차량의 최종 조립 라인에서 연료계통의 0.5mm 리크 모니터링 기능을 진단하기 위해서는 엔진제어장치, 즉 ECU에 저장된 에러가 없어야 하고, 배터리 전압이 설정된 일정전압, 예를 들어 11V 이상을 유지하고 있어야 하며, 차량이 정지상태에서 아이들 상태를 유지하여야 하며, 정상적인 람다 콘트롤이 수행되어야 하고, 연료 레벨이 설정된 범위, 예를 들어 15~80%의 범위에 포함되어야 하는 조건을 만족하여야 한다.

또한, 더운 여름철에는 연료 온도가 가급적이면 낮은 상태에서 실행하여야 한다.

따라서, 북미 배기가스 규제를 만족시키기 위하여 다양한 방법의 리크 모니터링 장치가 제시되어 있다.

일 예를 들어 첨부된 도 3 및 도 4에 도시된 공개특허 1999-20445호의 경우 주행중 연료 계통의 리크 여부를 모니터링하기 위하여 대기와 연결되는 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브(20)를 오프하고 캐니스터 콘트롤 밸브(10)를 개방시켜 엔진 부압을 이용하여 설정된 시간 동안 연료탱크(50)에 걸리는 부압을 체크하여 연료계통의 리크 여부를 모니터링하는 방법이 제시되어 있다.

또한, 공개특허 2003-18704호에는 연료계통에 강제로 부압을 형성하는 펌프와 2-웨이 솔레노이드 밸브를 설치하여 엔진제어장치가 2-웨이 솔레노이드를 강제로 닫은 상태에서 펌프를 구동하여 강제로 압력을 가한 다음 캐니스터 방향 솔레노이드 밸브를 개방하고, 이때 발생되는 압력 변화의 기울기로부터 연료계통의 리크 여부를 진단하는 방법이 제시되어 있다.

또한, 공개특허 1998-31565호의 경우 부압이 걸리는 시간의 변화로부터 연료계통의 리크 여부를 진단하는 방법이 제시되어 있다.

상기의 제시된 각 방법을 차량에서 통상적인 EMS(Engine Management System)의 증발가스 로직으로 사용되고 있어, 첨부된 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 연료탱크내의 압력에 대한 기울기의 변화를 이용하여 연료계통의 리크를 모니터링하고 있다.

따라서, 연료 탱크내의 증발 정도는 연료계통의 리크 모니터링에 가장 중요 한 요소로 작용한다.

또한, 북미배기 가스 규제에 생산 최종 라인에서 조립 완성차에 적용된 연료 계통의 리크 모니터링 기능이 정상적으로 작동하고 있는지에 대한 여부를 필수적으로 진단하도록 하고 있다.

따라서, 차량의 제작 메이커에서는 최종 조립 라인에서 연료계통의 리크 모니터링에 대한 기능을 진단하고 있는데, 만약 연료 탱크내의 연료 증발량이 너무 많게 되면 기울기의 변화율이 심해져 초기값이 일정하지 않아서 연료계통의 리크 모니터링 기능을 진단할 수 없게 된다.

결국 초기의 탱크 압력을 기준값으로 설정한 다음 압력의 변화율을 체크하여 리크 모니터링 기능의 진단을 수행하므로, 진단 실시 초기에 연료 탱크내에서 연료의 증발량이 너무 많으면 초기값의 설정이 되지 않아 리크 모니터링이 수행되지 못하게 되며, 이는 주위 대기온도가 높은 여름철에 더욱 심각하게 발생된다..

이 경우 초기 맵 값이 진단 조건을 초과하는 관계로 정상적인 진단이 불가능하게 되어 연료계통의 리크 모니터링 기능에 대한 진단이 중지되는 문제점이 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 초기 임계값을 높게 설정하여야 하는데, 이의 경우 초기 진단을 맵핑(Mapping)하는데 많은 어려움이 발생되고, 새로이 맵핑되는 조건을 인증받고 그 신뢰성을 재검증하여야 하므로 위험 요소가 크고, 그 기간과 비용이 많이 드는 문제점이 발생한다.

따라서, 임시적인 방법으로 연료량을 기준량 보다 더 많이 주입하거나 엔진 이 예열되기 전에 연료계통에 대한 리크 모니터링 기능을 진단하는 방법을 적용하고 있으나, 이는 정밀한 검증이 수행되지 않아 필드 에러를 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 연료계통에 대한 리크 모니터링 기능에 대한 진단은 최종 조립 라인에서 완성차에 대해 수행하며, 크랭킹(Cranking) 이후 대략적으로 15분 내지 20분 정도의 사이에서 이루어진다.

그러나, 직전에 차량을 고속, 대략적으로 100Km/H의 속도로 주행시켜 브레이크에 대한 성능을 시험하는 롤 & 브레이크(Roll & Brake)의 시험이 수행되는바, 이때 엔진이 과열되어 냉각수 및 연료의 온도가 상승하게 된다.

따라서, 연료 탱크내의 연료 증발압이 상승하게 되어 기준압을 초과하게 되므로 연료탱크내의 기준 압력값이 크게 설정되어 리크 모니터링 기능에 대한 진단을 수행할 수 없게 되는 문제점이 발생한다.

또한, 차종별로 리크 모니터링에 대한 압력 기울기에 대한 기준값이 각각 상이하게 설정되어 있으며, 연료 탱크의 용량이 상이한 관계로 각 차종별로 기준 압력 기울기의 변화를 계측하는데 번거로운 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 최종 조립 라인에서 연료계통에 대한 리크 모니터링 기능을 진단하는 경우 연료탱크내의 증발가스의 압력을 체크하기 위하여 초기에 연료 주입 캡과 퍼지 콘트롤 솔레노이드 밸브를 전자적으로 제어하여 진단 초기에 연료탱크내의 증발 가스 압력이 설정된 임계값을 만족할 수 있도록 하여 안정된 조건에서 연료계통에 대한 리크 모니터링 기능에 대한 진단이 수행될 수 있도록 한 것이다.

또한, 연료 탱크내의 압력 조건을 형성시키기 위한 설정된 양의 연료 주입에 따른 추가적 비용을 절감하고, 설비의 변경 없이 신뢰성 있는 리크 모니터링 기능에 대한 진단이 수행되도록 한 것이다.

또한, 차종 및 연료탱크의 크기에 관계없이 하나의 로직을 적용한 연료탱크내의 초기 기준 압력 설정을 제공하여 최종 라인에서 연료계통의 리크 모니터링 기능 진단에 신뢰성을 제공하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진의 시동 여부에 대한 정보를 검출하는 이그니션 검출부와; 현재의 차속 정보를 검출하는 차속 검출부와; 조립 완성차의 최초 엔진 시동이 검출되고, 차속이 설정된 기준속도 이상으로 검출되는 경우 연료탱크 내의 압력을 리크 모니터링 기능 진단을 위한 초기값으로 설정하여 주는 제어부와; 상기 제어부의 신호에 따라 연료 주입 캡을 개폐시켜 연료탱크내의 압력을 조절하는 액츄에이터와; 상기 제어부의 신호에 따라 구동되어 캐니스터에 포집된 증발가스를 엔진측에 유입시키는 PCSV를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 조립 완성차가 시험 공정에 투입되어 각종 테스트를 위한 자기진단장치가 접속된 후 전원이 공급되면 시동 이력 데이터를 검색하는 과정과; 엔진 시동 온이 검출되면 시동 이력 카운터를 업하고 현재의 차속을 검출하여 설정 된 기준속도 이상인지를 판단하는 과정과; 상기에서 설정된 기준속도 이상으로 판정되면 조립 완성후 최초의 시동 온인지를 판단하는 과정과; 최초의 시동 온으로 판정되면 연료 주입 캡을 개방하여 연료탱크 내부와 대기를 연결하여 연료탱크 내부를 대기압으로 형성하고, PCSV의 듀티를 100%로 제어하여 캐니스터 포집된 증발가스를 엔진으로 유입시켜 리크 모니터링 기능 진단을 위한 초기 조건을 형성하는 과정과; 상기 연료 주입 캡의 개방과 PCSV의 듀티 100% 제어가 설정된 일정시간 경과되면 연료 주입 캡을 폐쇄하여 연료탱크와 대기의 연결을 차단하고 PCSV를 0%로 제어한 다음 통상적인 방법을 적용하여 리크 모니터링 기능을 진단하여 그 결과를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 엔진의 리크 모니터링 장치는 이그니션 검출부(10)와 차속 검출부(20), 제어부(30), 제1액츄에이터(40) 및 PCSV(50)로 구성되는데, 이그니션 검출부(10)는 엔진의 시동 여부에 대한 정보를 검출하여 그에 대한 전기적 신호를 출력한다.

차속 검출부(20)는 트랜스퍼 드리븐 기어의 회전속도로부터 현재의 차속을 검출하여 그에 대한 전기적 신호를 출력한다.

제어부(30)는 조립 완성차에서 엔진 시동이 처음 1회로 검출되는 경우 현재의 차속이 설정된 속도, 대략적으로 100Km/h 이상으로 검출되는 경우 연료계통의 리크 모니터링 기능 진단을 위하여 연료탱크 내의 압력을 초기값으로 설정하기 위 한 제반적인 동작을 제어한다.

제1액츄에이터(40)는 연료 주입 캡을 자동으로 개폐할 수 있도록 설치되며, 상기 제어부(30)에서 인가되는 제어신호에 따라 연료 주입 캡을 개폐시켜 연료탱크내의 압력을 조절한다.

상기에서 제1액츄에이터(40)는 연료 주입 캡을 개폐시키는 것을 예로 하였으나, 연료 주입 캡을 개폐하지 않고 다른 여타의 방법을 이용하여 연료탱크의 내부가 대기와 연결되도록 함으로써, 연료탱크 내부의 압력이 조절될 수 있도록 하는 것도 본 발명의 범위에 포함한다.

PCSV(50)는 퍼지 제어 솔레노이드 밸브(Purge Control Solenoid Valve)로 상기 제어부(30)에서 인가되는 제어신호에 따라 구동되어 캐니스터에 포집되어 있는 증발가스를 엔진측에 유입시켜 준다.

상기한 구성 이외에 차량에는 다양한 기능의 구성 요소가 더 포함되어 있으나, 본원 발명에 밀접하게 관련되지 않는 부분에 대해서는 통상의 기능이 그대로 적용되므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명을 통해 최종 조립라인에서 연료계통에 대한 리크 모니터링 진단 동작은 다음과 같이 수행된다.

생산라인에서 조립 완성차가 최종 공정 라인인 시험 공정 라인에 진입하여 연료계통에 대한 리크 모니터링 기능 진단을 위하여 도시되지 않은 자기진단장치가 접속된 후 전원이 공급되면(S101), 차량내에 장착되어 있는 엔진 제어수단인 제어부(30)는 시동 이력 데이터를 검색한다(S102).

이후, 이그니션 검출부(10)로부터 엔진 시동 온이 검출되는지를 판단하여(S103), 엔진 시동 온으로 검출되면 시동 이력 데이터를 카운터 업 한 다음(S104) 차속 검출부(20)의 정보를 판독하여 현재의 주행 차속을 검출한다(S105).

이때, 검출되는 주행 차속이 설정된 속도, 예를 들어 롤 & 브레이크 시험을 위한 100Km/h 이상의 속도인지를 판단하며(S106), 설정된 속도 이상의 차속으로 검출되면 시동 이력 데이터의 분석을 통해 차량이 조립 완료된 이후 최초의 시동 온인지를 판단한다(S107).

상기의 판단에서 차량의 조립 완료 후 최초의 시동이며, 이 상태에서 차속이 설정된 속도 이상으로 주행되고 있는 것으로 판단되면 제어부(30)는 이 과정에서 연료계통에 대한 리크 모니터링 기능의 진단을 위하여 제1액츄에이터(40)를 구동시켜 연료 주입 캡을 개방하여 연료탱크 내부와 대기를 연결하여 준다(S108).

따라서, 엔진의 온도 상승에 의해 증발되어 연료 탱크 내부의 압력을 형성하고 있는 증발가스는 대기중으로 배출되어 연료 탱크내에 압력을 대기압으로 유지하여 준다.

동시에 제어부(30)는 PCSV(50)를 100% 듀티로 제어하여 PCSV(50)를 전개방시킴으로서 캐니스터에 포집되어 있는 증발가스를 엔진측으로 유입시켜 준다(S109).

상기와 같이 연료탱크의 내부를 대기압으로 형성하여 주고, 캐니스터에 포집되어 있는 증발가스를 엔진으로 유입시켜 리크 모니터링 기능 진단에 필요한 초기 조건을 형성하는 과정에서 검출되는 차속이 제2기준 차속, 예를 들어 20Km/h 이하의 속도로 검출되는지를 판단한다(S110).

상기에서 차속이 제2기준 차속 이상을 유지하는 것으로 판단되면 연료 주입 캡의 개방과 PCSV(50)의 100% 듀티 제어에 대하여 설정된 일정시간이 경과하였는지를 판단한다(S111).

상기에서 설정된 일정시간이 경과한 것으로 판단되면 리크 모니터링 기능 진단을 위한 초기 조건이 만족된 것으로 판단하여 제1액츄에이터(40)의 구동을 제어하여 연료 주입 캡을 닫아 연료탱크와 대기의 연결을 차단하고(S112), 동시에 PCSV(50)를 0%의 듀티로 제어하여 캐니스터와 엔진간의 연결을 차단한다(S113).

상기와 같은 동작을 통하여 연료계통의 리크 모니터링 기능 진단을 위한 기준 압력 조건이 만족되면 도 5에 도시된 바와 같이 통상적인 절차를 통해 연료탱크내에 압력을 형성시킨 다음 그에 대한 기울기의 변화로부터 리크 모니터링 기능을 진단하여 그 결과를 출력하여 준다(S114).

이후, 리크 모니터링 기능 진단 수행에 대한 기능 해제가 검출되는지를 판단하여 기능 해제가 선택되면 엔진의 운행 조건에 따른 정상적인 퍼지 제어를 통해 연소시켜 증발가스가 대기중으로 누출되는 것을 차단하여 준다.

상기 S110의 판단에서 차속이 제2기준 차속 이하의 상태로 검출되면 엔진측에 증발가스의 유입으로 인한 과농한 혼합비가 형성되어 공연비가 최적의 상태로 조절되지 못함으로 인한 이유로 인하여 엔진 부조가 발생되는 것을 차단시키기 위하여 PCSV(50)의 듀티를 0%로 제어한 다음 엔진의 운행 조건에 따라 정상적인 퍼지 제어를 수행하여 엔진 부조가 발생되지 않도록 하여 준다(S116).

상기에서 연료 주입 캡을 개방시키는 것을 액츄에이터를 이용하는 것으로 설 명하였으나, 이의 경우 별도 부품의 장착으로 인한 제작원가의 상승이 발생되므로 시험자가 직접 연료 주입 캡을 개폐하는 동작으로 하는 것도 바람직하다.

또한, 상기한 연료 주입 캡을 열어 연료탱크 내부의 압력을 대기압으로 형성하고 PCSV(50)를 100% 듀티로 제어하여 캐니스터에 포집된 증발가스를 엔진으로 유입시키는 동작은 조립 완성차의 최초 시동시에만 적용하는 것이 바람직하나, 리크 모니터링 기능을 진단하는 도중에 엔진 시동이 오프되는 경우가 발생될 수 있는 것을 감안하여 시동 이력 데이터를 초기화하는 기능을 더 포함하여 재 시동시에 최초의 시동으로 인식할 수 있도록 하는 기능이 더 포함된다.

이상에서 설명한 바와 같이 차량의 최종 조립 라인에서 연료계통에 대한 리크 모니터링 기능을 진단할 때 연료탱크에 압력을 형성하는 증발가스를 대기중으로 유출시키고, 캐니스터에 포집되어 있는 증발가스를 엔진에 유입시켜 리크 모니터링을 위한 초기 조건을 설정함으로써, 차종이나 연료탱크의 용량에 관계없이 리크 모니터링 진단을 위한 최적의 기준 압력조건을 설정하여 리크 모니터링 기능 진단에 신뢰성이 제공된다.

Claims (8)

1. 엔진의 시동 여부에 대한 정보를 검출하는 이그니션 검출부와 현재의 차속 정보를 검출하는 차속 검출부와 조립 완성차의 최초 엔진 시동이 검출되고, 차속이 설정된 기준속도 이상으로 검출되는 경우 연료탱크 내부를 리크 모니터링 기능 진단을 위한 기준 압력값으로 설정하여 주는 제어부와 상기 제어부의 신호에 따라 연료 주입 캡을 개폐시켜 연료탱크내의 압력을 조절하는 액츄에이터와 상기 제어부의 신호에 따라 구동되어 캐니스터에 포집된 증발가스를 엔진측에 유입시키는 PCSV를 포함하는 차량용 엔진의 리크 모니터링 장치에 있어서,

   상기 제어부는 엔진이 최초로 시동된 상태에서 차속이 기준속도 이상으로 검출되는 경우 연료 주입 캡을 개방시켜 연료탱크와 대기를 연결하여 연료탱크의 압력을 대기압으로 형성하고, PCSV를 100%로 듀티로 제어하여 캐니스터에 포집된 증발가스를 엔진에 유입시켜 리크 모니터링 기능 진단을 위한 초기 압력 조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 리크 모니터링 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 기준 차속은 롤 & 브레이크 테스트를 위한 100Km/h의 조건인 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 리크 모니터링 장치.
5. 조립 완성차가 시험 공정에 투입되어 각종 테스트를 위한 자기진단장치가 접속된 후 전원이 공급되면 시동 이력 데이터를 검색하는 과정, 엔진 시동 온이 검출되면 시동 이력 카운터를 업하고 현재의 차속을 검출하여 설정된 기준속도 이상인지를 판단하는 과정, 상기에서 설정된 기준속도 이상으로 판정되면 조립 완성후 최초의 시동 온인지를 판단하는 과정, 최초의 시동 온으로 판정되면 연료 주입 캡을 개방하여 연료탱크 내부와 대기를 연결하여 연료탱크 내부를 대기압으로 형성하고, PCSV의 듀티를 100%로 제어하여 캐니스터 포집된 증발가스를 엔진으로 유입시켜 리크 모니터링 기능 진단을 위한 기준 압력조건을 형성하는 과정, 상기 연료 주입 캡의 개방과 PCSV의 듀티 100% 제어가 설정된 일정시간 경과되면 연료 주입 캡을 폐쇄하여 연료탱크와 대기의 연결을 차단하고 PCSV를 0%로 제어한 다음 통상적인 방법을 적용하여 리크 모니터링 기능을 진단하여 그 결과를 출력하는 과정을 포함하는 차량용 엔진의 리크 모니터링 방법에 있어서,

   상기 PCSV의 듀티를 100%로 제어하는 도중에 차속이 설정된 기준 속도 이하로 검출되면 PCSV의 듀티를 0%로 제어한 후 엔진의 운행 조건에 따라 정상적인 퍼지 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 리크 모니터링 방법.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,

   상기 엔진의 최초 시동 상태에서 리크 모니터링 기능에 대한 진단이 완료되지 않고 엔진 시동이 오프되는 경우를 감안하여 시동 이력 카운터 데이터를 초기화하는 기능이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 리크 모니터링 방법.
8. 삭제

Images