KR100807741B1 - 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지장치 및 그 방법 - Google Patents

가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량이 가스 연료를 사용하는 경우, 가속 모드, 감속 모드, 고속 운전 모드, 저속 운전 모드에 따라 가솔린 엔진의 학습치에 대응하는 적절한 산소센서 가상 신호를 가솔린 ECU에 입력하여 줌으로써 공연비 이상 및 학습제어 이상, 고장 인식 등이 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치는, OBD-II 시스템에 따른 신호를 송신 및 수신하는 통신부와 가솔린 엔진의 인젝터를 제어하는 엔진 제어부를 포함하는 가솔린 ECU와; 가스 연료 공급을 제어하는 가스연료 제어부와 가스 운행시 가솔린 인젝터의 동작을 차단하는 인젝터 제어부를 구비한 가스 ECU와; 가스 연료를 엔진에 공급하는 가스 공급기와; 엔진의 배기가스 중에 포함된 산소의 양을 측정하는 산소센서; 및 상기 가솔린 ECU로부터 수신된 제어값과, 상기 산소센서 및 인젝터의 신호를 입력받아 가상의 산소센서신호를 출력하는 OBD CONTROL ECU;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량, 공연비, 운전 모드, 산소센서 가상신호

Description

가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법 {Dual fuel engine system for preventing abnormal condition of air-fuel ratio and the method thereof}
도 1은 종래의 가솔린 연료를 사용하는 차량의 공연비 제어의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 종래의 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치의 구성을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 방법의 절차를 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상을 표시하는 순서를 나타내는 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : OBD CONTROL ECU 110 : 제어부
120 : 통신 감시부 130 : 산소센서 가상신호 출력부
140 : 산소센서 신호제어부 150 : 산소센서 신호 입력부
160 : 인젝터 신호 분석부 170 : 표시부
200 : 가솔린 ECU 210 : 통신부
220 : 엔진 제어부 300 : 엔진
310 : 인젝터 320 : 산소센서1
330 : 촉매장치 340 : 산소센서2
400 : 가스제어 ECU 410 : 인젝터 제어부
420 : 가스 연료 제어부 500 : 가스 공급기
본 발명은 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량이 가스 연료를 사용하는 경우, 가속 모드, 감속 모드, 고속 운전 모드, 저속 운전 모드에 따라 가솔린 엔진의 학습치에 대응하는 적절한 산소센서 가상 신호를 가솔린 ECU에 입력함으로써 공연비 이상 및 학습제어 이상, 고장 인식 등이 발생되는 문제점을 해결할 수 있는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 최근에 들어 차량의 사용량이 증가하고 보유대수가 늘어남에 따라 차량의 성능이나 안전성 이외에 환경 문제를 고려하게 되었다. 환경 문제에 있어 원인을 제공하는 요인 중 차량으로 인한 공해 문제가 큰 비중을 차지하고 있으 며, 공해 문제의 형태 또한 여러 형태로 나타난다.
차량에 의한 공해 문제 중 한가지는 차량에서 발생되는 소음 공해나 연료 소비 후에 발생되는 배기가스에 의한 대기 오염 문제 등이 있다.
최근 들어 차량에 의한 공해 문제는 심각할 정도로 문제점을 야기하고 있고, 차량의 공해 문제 발생을 진단하고 규제하는 OBD-II(On Board Diagnosis-2; 차량 배출가스 자가진단 시스템)의 규정 또한 강화되고 있으며 상기 규정을 포함하여 세계의 모든 차량제조업체에서 적용하여 차량을 생산하고 있는 추세이다..
일반적인 OBD-II 시스템은 차량의 제어상태와 각종 센서들을 점검하여 고장 유무를 확인하고 알려주는 기능을 가진다. 본 발명에서는 상기 기능 중 엔진 제어상태와 산소센서에 관련된 것으로써, 가솔린 차량에서 사용되는 산소센서는 엔진에 공급되는 연료가 흡입되는 공기에 비해서 이론 공연비(공기량/연료량=14.6)보다 많은가 적은가를 판단하기 위한 신호를 발생시키는 센서이며, 배기가스 중에 포함된 산소의 농도에 따라 전압을 발생시키는 물질로 이루어져 있다. 이 산소 센서는 엔진에서 연소 후 배출되는 배기관에 설치되어 있으며 가스 속에 산소가 많으면(Lean : 연료가 적게 공급될 경우) 0.47V 이하로 전압을 발생시키고, 산소가 적으면(Rich : 연료가 많게 공급되는 경우) 0.47V 이상의 전압을 발생시킨다. 또한 산소 센서는 차량 ECU에서 구현하는 학습제어 시스템에서는 공급되는 연료의 양을 적정한 상태를 유지하기 위하여 상기 산소센서의 출력 신호값을 이용하여 0.47V이하의 전압출력이 나오면 희박하다고 판단하여 공급하는 가솔린 연료를 증가시키고, 반대로 0.47V 이상의 전압출력이 나온다면 농후하다고 판단하여 공급하는 가솔린 연료를 감소시켜 산소센서의 출력 신호값이 희박과 농후상태를 반복적으로 반전되어 그 평균값이 항상 이론 공연비를 유지할 수 있도록 한다. 이러한 제어 방식을 피드백제어라 하며 이 피드백 제어의 결과를 (이하 공연비 보정값이라한다) 가솔린 ECU 내에 저장하여 다음 운행시에도 적용하는 시스템을 가지고 있으며, 이러한 제어방법을 학습 제어라 한다.
만일 학습 제어의 이상이 발생되면 이상 제어상태가 적용되어 가솔린 연료를 많거나 적게 공급하는 결과를 초래한다. 또한 OBD-2 규제에서는 상기 이상 상태에서는 연료의 과잉 공급이나 희박 공급으로 인한 배기가스가 많이 발생되므로 차량의 정상적인 운행이 불가능하도록 제어하도록 규정하고 있으며, 실제 차량에서도 연료가 공연비 농후 이상 상태에서는 가솔린 ECU에서 가솔린 공급량을 줄이게 되어 있어 가솔린 시동성이 떨어지며, 자동차의 주행중 변속시점은 통상 1500rpm ~ 2500rpm이지만 공연비 농후 또는 희박 이상 상태에서는 3000rpm 이상에서 변속이 이루어 지기 때문에 원활한 주행이 이루어지지 않는다. 상기 현상의 결과로 연비도 나빠지게 되며, 주행중 배기가스가 많이 배출된다.
또한, 산소센서의 고장 시에도 동일 현상이 발생되며, 이로 인한 출력과 연비는 저하되며, 배기가스 배출은 증가하게 된다.
한편, 가솔린 ECU가 상기 산소센서의 고장 감지하는 방법은 산소센서의 출력 전압을 감지하는 방법과 산소 센서의 신호 출력 주기를 감시하는 방법을 이용하여 이상 유무를 판단한다.
첫 번째 방법은 산소센서 출력 전압값이 어느 한계값 이상으로 긴 시간동안 희박상태나 농후 상태를 가르키고 있는 경우에 감지하는 경우이고, 두 번째 방법은 산소센서 출력이 희박에서 농후로 스위칭할 때나 반대로 희박에서 농후로 스위칭할 때의 시간이 늦어 지는 경우 즉, 농후상태(0.47V이상)와 희박상태(0.47V이하)를 유지하는 시간의 비율이 점점 한쪽 방향으로 늘어나는 경우 (농후 또는 희박상태의 시간보다 희박 또는 농후 상태의 시간이 길어 이 같은 현상이 반복적으로 일어나게 되어 공연비 보정값이 농후 또는 희박쪽의 한 방향으로만 점점 이동하는 경우) 고장으로 판단하게 되어 있어 가솔린 ECU에서는 자체적인 한계시간과 보정값의 한계값을 설정하여 이의 범위를 넘어서는 경우 산소센서의 이상이라 판단한다.
그리고 학습제어와 공연비 이상의 감지 방법은 상기 두 번째의 경우와 같이 산소센서 신호의 희박과 농후시간과 연료 제어비를 이용하여 내부적인 알고리즘으로 공연비 보정값을 누적시키고 이 공연비 보정값이 설정값 (일반적으로 100%를 기준으로 하여 -25%에서 +25%의 범위를 사용하며 이값이 학습 제어값으로 가솔린 ECU에서 저장하고 있다) 이상을 감지하고 이 공연비 보정값의 정보와 제어 상태 그리고, 학습 제어값 등의 정보를 OBD 진단시스템을 통하여 사용자에게 알려준다.
현재의 차량은 OBD-II 규정에 준하는 시스템이 적용된 상태로 사용자에게 공급되고 있으며, 이 OBD-II 규정은 가솔린 연료를 사용하는 환경에 준하여 규정되어 있다.
OBD-II 규정은 모든 센서의 고장 및 이상작동의 검출을 의무화하고 있다.
도 1은 종래의 가솔린 연료를 사용하는 차량의 공연비 제어의 구성을 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 공연비 제어는 산소센서1(4)을 이용하여 배기가스의 농후/희박 상태를 판단함으로써 이루어진다. 따라서, 가솔린 차량은 연소 후 배출되는 유해 배기가스를 막기 위해 이론 공연비로 엔진(3)이 운전되도록 산소센서1 의 신호를 기초로 가솔린 연료 공급량을 제어하는 공연비 제어를 수행한다.
이를 연료량 피드백 제어라 하며, 산소센서들(4,6)의 신호를 분석하여 공연비가 농후할 경우 인젝터(2)를 통한 연료분사량을 감소시키며, 희박할 경우에는 연료분사량을 증가시키게 된다. 이런 과정을 연속적으로 반복하며 이론 공연비 부근에서 공연비가 제어 되도록 피드백 제어를 한다.
이러한 피드백제어는 배기가스의 온도가 일정 비율 이상 상승되거나 규정 온도 이하로 떨어지게 되면 이에 따라 유해 배기 가스가 많이 발생하기 때문에 일정 비율 이상 배기가스 온도 상승과 낮은 배기온도를 방지하기 위해 산소센서1,2(4,6)의 신호 값을 항상 감시하여 엔진(3)을 특정운전 영역에서만 제어함으로써 차량의 출력과 연비, 그리고 배기가스를 최적의 상태로 유지시킨다.
상기 산소센서2(6)는 배기관의 중간에 있는 배기가스의 정화에 사용되는 삼원촉매의 열화 감지용으로 사용되며 산소센서 1과 신호 값의 주기와 전압크기의 비율로 고장의 유무를 판단한다.
이에 따라, 배기가스 규정인 OBD-Ⅱ의 법규 조건에는 상기 산소센서1(4)과 산소센서2(6)의 진단 로직이 필수적으로 적용되도록 하고 있다.
도 2는 종래의 가스 연료와 가솔린 연료 겸용으로 사용하는 차량의 공연비 이상 방지 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에서 보는 바와 같이 현재의 가스 연료와 가솔린 연료를 병행하여 사용하는 시스템 방식의 차량은 가스 연료 사용시에는 가솔린 ECU의 공연비 제어와는 별도의 제어 계통으로 가스 연료를 제어한다. 그렇게 되면 가솔린 연료사용 시에는 차량에 부착되어 있는 가솔린 ECU(20)에 의하여 정확한 공연비 제어가 이루어지게 되지만, 엔진(30)의 가솔린 연료공급 계통을 차단하고 별도의 가스연료를 공급하여 사용하는 경우 가솔린 ECU(20)는 적절하게 공연비 제어를 하지 못하게 되는 문제점이 있다. 즉, 가솔린 ECU(20)는 가스 연료 사용시에는 가솔린의 공연비 제어와 학습제어가 이루어지지 않는 것으로 판단하여 공연비 제어와 학습제어 그리고 산소센서의 이상 신호를 OBD-II 시스템을 통하여 경고하며, 이 경우 피드백 제어와 학습제어가 불가능해짐에 따라 정해진 특정 운전 영역으로 엔진을 구동시키게 되어 차량의 정상적인 운행이 불가능해지고 배기가스 또한 많이 배출되게 되어 환경 규제를 하는 취지에 위반되며 가스 연료사용시에는 차량에 문제가 발생하여도 정확한 문제가 해결되지 않는 것이다. 또한 가스 연료를 사용한 이후에 가솔린 연료를 사용하게 되면 학습제어의 효과로 공연비 보정값이 가솔린 ECU가 허용하는 범위 이외의 값으로 변경이 되기 때문에 가솔린 연료를 사용할 시에도 정상적인 운행이 불가능하게 된다.
그리고, 도 2에서와 같이 현재 가스 연료를 사용할 때의 공연비 이상을 방지 하기 위해, 가솔린 ECU(20)로 들어가는 산소센서의 신호를 고정 주파수의 펄스를 주는 방법과, 고정 전압의 신호를 주거나 단선 시켜 산소센서 고장으로 인식하게 하여 강제적으로 피드백 제어를 못하게 하여 이상 운전 모드 상에서 운행시키는 방 법 등이 있다.
첫번째 방법은 산소센서1(33) 신호가 계속적으로 변동되므로 산소센서 고장으로 발생되지 않지만 제어 계수의 치우침으로 인한 공연비 이상으로 판별되어 엔진(30)의 이상상태를 초래하는 문제점이 있었다.
두번째 방법은 산소센서1(33)의 신호선을 릴레이 등의 접점 회로를 이용하여 단선시킨후 가솔린 ECU로 기준전압인 0.45V ~ 0.47V를 지속적으로 공급하는 방식 또는 산소센서1(33)의 신호선을 단선시키는 방법으로, 이는 산소센서1(33)를 고장으로 인식하게 되어 엔진(30)의 이상 운전 모드로 차량을 운행하게 되는 결과를 초래하는 문제점이 있으며 이상 발생시 차량의 계기판에 고장 경고 램프가 점등이 됨으로서 운전자의 불안을 야기시킬 수 있으며 이 현상을 없애기 위해 고장 경고램프를 단선시킨다. 이와 같이 고장 경고 램프의 단선은 차량의 다른 치명적인 이상을 운전자에게 알릴 수 없으며 안전사고의 위험성도 가지고 있다.
상기 두 가지 방법 모두 이상이 발생되는 시간적 차이가 있으나 산소센서 이상에 따른 경고등의 점등 현상과 공연비 제어 및 학습제어 이상, 그리고 산소센서 이상 등으로 발생되는 문제점들을 근본적으로 해결할 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 가솔린 연료가 아닌 가스연료 사용시에도 공연비 제어 관련 부분의 이상 시 발생 되는 문제점의 해결 방안을 제공하는 것이다.
본 발명은 가스 연료와 가솔린 연료 겸용으로 사용하는 차량에서 가스 연료 사용시 발생할 수 있는 공연비 이상 및 학습제어이상, 산소센서 이상 등 공연비 제어계통에 관련된 이상 제어 상태를 방지하는데 그 목적이 있다. 즉, 기존의 가스 연료를 사용하는 경우 발생하는 산소센서 신호를 차단하고, 가속 모드, 감속 모드, 고속 운전 모드, 저속 운전 모드 등 분석된 운전모드에 따라 해당되는 가상 신호와, 가솔린 엔진의 학습치에 대응하는 적절한 산소센서 가상 신호를 가솔린 엔진에 입력하여 차량의 운행에 영향을 줄 수 있는 공연비 이상 및 학습제어이상, 산소센서 이상등 공연비제어 계통의 이상을 방지하여 안전운행을 할 수 있는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치는, OBD-II 시스템에 따른 신호를 송신 및 수신하는 통신부와 가솔린 엔진의 인젝터를 제어하는 엔진 제어부를 포함하는 가솔린 ECU와; 가스 연료 공급을 제어하는 가스연료 제어부와 가스 운행시 가솔린 인젝터의 동작을 차단하는 인젝터 제어부를 구비한 가스 ECU와; 가스 연료를 엔진에 공급하는 가스 공급기와; 엔진의 배기가스 중에 포함된 산소의 양을 측정하는 산소센서; 및 상기 가솔린 ECU로부터 수신된 제어값과, 상기 산소센서 및 인젝터의 신호를 입력받아 가상의 산소센서신호를 출력하는 OBD CONTROL ECU;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고로 하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량은 통신부와 엔진 제어부를 포함하는 가솔린 ECU(200)와, 가스 연료 공급을 제어하는 가스연료 제어부와 가스 운행시 가솔린 인젝터의 동작을 차단하는 인젝터 제어부를 구비한 가스 ECU(400)와, 가스 연료를 엔진에 공급하는 가스 공급기(500)와, 엔진의 배기가스 중에 포함된 산소의 양을 측정하는 산소센서(320) 및 상기 가솔린 ECU로부터 수신된 제어값과 상기 산소센서 및 인젝터의 신호를 입력받아 가상의 산소센서신호를 출력하는 OBD CONTROL ECU(100)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 OBD CONTROL ECU(100)는 가스 연료와 가솔린 연료를 겸용하여 사용하는 차량의 배출 가스 중 산소의 양을 측정하는 산소센서1(320)과 촉매장치의 고장유무를 판별하는 산소센서2(340)의 신호를 입력 받는 산소센서 신호 입력부(150)와, 상기 가스 연료를 사용할 경우 가상 신호를 출력하여 주는 산소센서 가상신호출력부(130)와, 상기 가스 연료를 사용할 경우 상기 산소센서들(320, 340)의 신호를 차단하고 가솔린 연료를 사용할때는 복귀하는 산소센서 신호제어부(140)와, 상기 가솔린 연료를 공급하는 인젝터(310)의 가솔린 연료 분사신호를 입력받아 운전상태를 분석하여 중앙 제어부로 전달하는 인젝터 신호 분석부(160)와, 상기 가스 연료를 사용할 경우 가솔린 ECU가 산소센서의 고장유무를 판단할 수 없으므로 실제 산소센서의 이상 유무를 표시하여주는 표시부(170), 상기 가솔린 ECU(200)와 통신을 하여 공연비 보상 및 학습제어, 산소센서 등 공연비 제어 관련 제어값의 신호를 송수신하는 통신감시부(120), 상기 장치들을 제어하며 운전모드와 상기 수신된 제어값을 이용하여 가상신호 출력을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
가솔린 ECU(200)는 차량 배출가스 규정에 의해 설치된 차량 OBD-II 시스템에 따른 신호를 송신 및 수신하는 통신부(210)와 가솔린 엔진을 제어하는 엔진 제어부(220)를 포함한다. 상기 통신부(210)는 외부에서 상기 가솔린 ECU(200)로 OBD-II 송출 요구 신호를 수신하면 관련된 정보를 외부로 송신하는 기능을 가진다.
상기 OBD CONTROL ECU(100)에 포함된 상기 통신 감시부(120)는 상기 가솔린 ECU의 통신부(210)에 OBD-II 규정에서 규정한 다양한 신호를 요구하며 이에 따른 신호를 수신한다. 이렇게 수신된 신호에 포함되어 있는 공연비 보상 계수 및 학습제어 계수와 산소센서 관련 계수는 상기 제어부(110)에 전달되어 분석된다.
인젝터 신호 분석부(160)는 가솔린 연료를 공급하는 인젝터(310)의 가솔린 연료 분사신호를 입력받아 운전모드를 분석하여, 제어부(110)에서 산소센서 가상신호의 출력을 위한 기준 신호를 생성하는 역할을 한다. 좀 더 상세하게 설명하면 인젝터의 분사 신호의 주기는 엔진의 회전수로 변환되어 이 회전수가 높거나 낮으면 각각 고속 상황이거나 저속 상황인 것으로 분석된다. 그리고, 상기 인젝터 분사 신호는 연료 분사량을 나타내는 신호로서 일정 시간 동안 일정 비율 이상으로 상기 연료 분사량이 높아지거나 줄어들면 차량의 가속과 감속 상황인 것으로 분석한다. 이렇게 분석된 정보는 제어부(110)로 전송되어 산소센서 가상신호를 출력하는 기준 주파수를 생성한다.
산소센서 가상신호 출력부(130)는 운전 모드와 공연비 계수, 학습제어 계수, 그리고 산소센서 관련 계수에 대해 제어부에서 판단한 결과에 따라 일정한 규정으로 설정된 방식의 가상 신호를 출력한다.
산소센서 신호제어부(140)는 릴레이로 구성되어 있으며, 가스 연료를 사용하는 경우에는 산소센서 가상신호 출력부(130)에서 발생된 출력신호를 가솔린 ECU(200)로 연결하여 전송시키며, 가솔린 연료를 사용할 경우에는 산소센서 신호제어부(140)가 산소센서 가상신호 출력을 차단하여, 실제의 산소센서의 신호를 가솔린 ECU(200)로 연결시켜 전송한다.
상기 제어부(110)는 통신 감시부(120)을 이용하여 공연비 제어, 학습제어 등의 관련정보를 가솔린 ECU(200)에 전송할 것을 요청하고, 가솔린 ECU(200)로부터 송신된 공연비 제어 및 학습제어 등의 관련정보를 통신 감시부(120)를 통하여 수신받아 산소센서 가상 출력신호의 농후와 희박상태 신호의 비율을 결정하고, 분석된 운전모드에서 결정된 기준주파수를 이용하여 산소센서 가상신호 출력부(130)을 통하여 가상신호를 만들어주며, 산소센서 신호제어부(140)를 제어하여 가솔린 연료를 사용하는 경우에는 산소센서 신호를 가솔린 ECU에 전송시키고, 가스 연료 사용시에는 가솔린 ECU로 전송되는 산소센서 신호를 차단하고 상기 산소센서 가상신호 출력부(130)에서 생성된 가상신호를 가솔린 ECU로 전송한다. 이 상태를 반복하여 가솔린 ECU가 가스 연료 사용시에도 정상 상태인 것으로 인식하게 한다.
상기 공연비 보상 계수는 공기와 연료의 비율이 차량의 노후와 같은 문제점으로 인해 공연비가 규정된 수치와 맞지 않을 경우 보상해주는 계수로서 이 계수에 따라 상기 산소센서의 신호를 가상으로 조절한다. 상기 학습제어 계수는 차량이 고 부하 또는 저부하일 경우에 보상되는 계수의 학습 값이다. 상기 산소센서 관련정보는 산소센서의 고장 등을 감지하여 표시해주는 값이다.
또한, 상기 제어부(110)는 상기 차량의 제어 상태와 공연비 제어 상태, 그리고 산소센서의 고장유무를 파악하여 상태표시부(170)를 통하여 표시한다. 산소센서의 고장 유무는 가스 연료사용시 발생되는 산소센서1(320)과 산소센서2(340)의 신호를 분석하여 OBD-II의 규정에 준하는 방식으로 고장 유무를 판단하여 이의 정보를 표시부(170)을 통하여 표시한다.
따라서, 가솔린 연료만을 사용하는 경우 가솔린 ECU(200)에 의하여 공연비 제어가 이루어지게 되지만, 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량에서는 가스 연료를 사용하면 가솔린 ECU(200)는 공연비 및 학습제어 이상 등 오작동될 수 있으므로, 가스 연료를 사용하는 경우 가상의 산소센서 신호에 의한 상기 4가지 운전 모드를 이용하여 이상적인 차량 공연비 제어가 이루어지게 된다. 즉, 산소센서 가상신호 출력부(130)가 산소센서들(320, 340)의 기준전압 0.45V를 지속적으로 유지시키거나 산소센서의 신호선을 단선시키는 방법이 아닌 상기 4가지 운전 모드를 이용하여 산소센서의 고장으로 인식되는 것을 방지할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 방법의 절차를 나타내는 순서도이다.
먼저, OBD CONTROL ECU는 통신감시부를 통하여 가솔린 ECU와 통신하여 통신이 원활한지 확인한다(S110). 상기 가솔린 ECU 내의 통신부를 통하여, 배기가스 규정인 OBD-Ⅱ의 법규 조건에 맞는 차량 시스템의 산소센서 신호를 전달받게 된다.
만일, 통신이 원활하지 않으면 운전석의 계기판이나 별도의 표시장치 등을 통하여 운전자에게 산소센서 출력 경고 표시를 전달한다(S120, S130).
그리고, 통신이 원활한 경우에 제어부가 산소센서신호 제어부를 통하여 가솔린 ECU로 전달되는 산소센서의 신호를 차단한다(S140). 계속하여, 상기 가솔린 ECU가 고장코드가 있는지를 확인한 후 공연비 제어와 학습제어, 그리고 산소센서 관련 고장코드가 발견되면 가솔린 ECU를 초기화한다(S150, S160).
상술한 바와 같이, OBD CONTROL ECU가 가솔린 ECU의 공연비 보상값과 학습제어값, 산소센서 등의 정보를 전달받을 수 있는 준비가 완료된 후, OBD CONTROL ECU가 엔진 회전수 및 인젝터 신호를 분석하여(S170), 이하 설명하는 4가지 운전모드를 구분한다(S181 ~ S184).
인젝터 신호 분석부(160)에서 운전모드를 구분하는 방법은 인젝터의 신호의 주기를 엔진의 회전수로 변환시켜 이 회전수가 높거나 낮으면 각각 고속 운전모드와 저속 운전 모드로 구분한다(S183, S184). 그리고, 인젝터(310)의 분사 신호가 연료 분사량을 나타내는 신호이므로, 일정 시간 동안 일정 비율 이상 분사시간이 길어지거나 줄어들면 차량의 가속과 감속 상황인 것으로 구분한다(S181, S182).
첫번째 모드인 가속 모드는, 차량이 일정 비율로 속도를 올리는 것으로 판단하는 모드이며, 두번째 모드는 감속 모드로서, 제어부(110)가 차량이 점점 속도를 줄이는 것으로 판단하는 모드이다.
예를 들어, 상기 인젝터 신호 분석부(160)에서 분석된 운전 모드가 가속모드또는 감속모드인 경우에는 가솔린 ECU(200)도 공연비 제어나 학습제어를 하지 않는 상태이기 때문에 가속모드 시에는 상기 산소센서 가상신호 출력부(130)는 산소센서 가상신호를 고정 전압값이 0.8V이고 파형의 주기가 변화없이 상기 산소센서 신호제어부(140)를 통하여 가솔린 ECU(200)로 출력한다(S191). 또한, 감속모드인 경우에는 상기 산소센서 가상신호 출력부(130)는 산소센서 가상신호를 고정 전압값이 0V이고 파형의 주기가 변화없이 상기 산소센서 신호제어부(140)를 통하여 가솔린 ECU(200)로 출력한다(S192).
세번째 모드는 고속운전 모드로서, 차량의 속도가 고속이나 고부하일 경우에 해당하는 모드이며 고속의 정속 운전을 하는 경우이다. 고속운전 모드는 엔진 제어부(220)의 인젝터 신호를 분석하여 검출되는 엔진 회전수에 따라 일정 엔진 회전수 이상일 경우 산소센서 가상신호 출력부(130)가 고속운전 모드에 해당하는 출력 주기를 결정하고(S193), 통신 감시부(120)를 통하여 수신된 공연비 제어값 또는 학습제어값을 분석하여 이에 해당하는 가상 신호를 산소센서 신호제어부(140)를 통하여 가솔린 ECU(200)로 출력한다(S200~S223).
네번째 모드는 저속운전 모드로서, 차량의 속도가 저속의 정속 운전 또는 아이들 상태의 경우에 해당하는 모드이며, 상기 고속운전 모드와 같이 저속운전 모드에 해당하는 출력 주기를 결정하고, 분석된 공연비 제어값 또는 학습제어값을 이용하여 이에 해당하는 가상 신호를 산소센서 신호제어부(140)를 통하여 가솔린 ECU(200)로 출력한다.
따라서 상기의 고속운전 모드 및 저속운전의 경우 제어부(110)는 통신 감시부(120)를 통하여 수신된 공연비 제어값 또는 학습제어값을 분석하여(S200), 상기 분석 수치가 농후, 희박 또는 정상인지를 판단한다(S210).
만일 농후 또는 희박하다고 판단한 경우, 각 운전모드에 의해 결정된 출력주기로 산소센서 가상신호출력부(130)를 통하여 희박에 해당하는 가상신호 또는 농후에 해당하는 가상신호를 각각 상기 가솔린 ECU(200)의 엔진제어부(220)에 출력하도록 제어한다(S221, S222).
예를 들어, 고속운전 모드인 경우에는, 분석수치가 125% 정도이면 희박에 해당하고, 분석수치가 75% 정도이면 농후에 해당한다고 판단한다. 따라서, 산소센서 가상신호가 주기적으로 0.47V를 기준으로 변하는 파형일 경우, 상기 0.47V를 기준으로 상부를 농후 영역으로, 하부를 희박 영역으로 정의하고, 희박으로 판단하면(S222), 농후출력시간과 희박출력시간을 70:30 비율에 맞게 출력하고, 신호의 주파수는 일반적인 차량을 기준으로 10Hz 내지 20Hz로 출력하게 한다. 반대로 농후상태로 판단하면(S221), 농후출력시간과 희박출력시간을 30:70의 비율로 출력을 보낸다.
또한 저속운전 모드인 경우에는 상기 분석 수치의 농후, 희박의 경우에 따라 상기 고속 모드와 동일한 방법으로 산소센서 가상신호 출력부(130)를 제어하며 출력 주기는 고속운전 모드와 다르게 일반적인 차량을 기준으로 0.5Hz 내지 1Hz로 출력하게 한다. 다만 상기 주파수는 OBD-II 규정에 따라 차량마다 달라질 수 있다.
따라서, 제어부(110)는 학습제어값/공연비 제어값에 따라 산소센서(330)의 농후와 희박 영역을 감시하여 분석 수치가 농후 또는 희박하다고 판단하고, 농후로 판단한 경우 가상신호의 농후 출력 시간보다 희박 출력 시간을 길게 하고, 희박으 로 판단한 경우 가상신호 출력 비율을 농후 출력 시간보다 희박 출력 시간을 짧게 하는 점을 특징으로 한다.
한편, 상기 제어부(110)가 상기 분석 수치가 정상인 경우, 기본출력을 유지하는데, 제어부는 산소센서 가상신호의 비율을 50%:50%로 유지시킨다(S223).
결과적으로, OBD CONTROL ECU(100)의 제어부(110)는 산소센서 등과 엔진 부하에 따른 기본 연료 분사의 실시간 변경 값과 각 부품의 노화에 따른 연료 분사의 보상값에 따라 학습치를 이용하여 상기 분석 수치가 농후 또는 희박인 경우, 산소센서의 가상신호를 출력하여 엔진 제어부(220)의 학습치에 대응하는 적절한 산소센서 신호를 가솔린 ECU의 엔진 제어부(220)에 출력하여 가스 연료 사용시에도 정상적인 공연비 학습제어를 할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
본 발명의 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법은 가스연료를 사용할 경우 4가지 운전 모드의 산소센서 가상신호를 이용하여 공연비 제어 부분 이상 시 발생 되는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치 및 그 방법은 가스연료를 사용할 경우 가솔린 ECU의 학습치에 대응하는 적절한 산소센서 가상신호를 입력하여 정상적인 차량운행이 가능하도록 함으로써, 가스 겸용 사용 차량의 문제점을 해결하고, 가솔린 대체연료로서 각광받고 있는 가스 연료를 사용할 수 있는 차량을 구현하여 환경 문제와 연료비 절감 등의 파급효과가 크다.

Claims (7)

  1. 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치에 있어서,
    OBD-II 시스템에 따른 신호를 송신 및 수신하는 통신부와 가솔린 엔진의 인젝터를 제어하는 엔진 제어부를 포함하는 가솔린 ECU와;
    가스 연료 공급을 제어하는 가스연료 제어부와 가스 운행시 가솔린 인젝터의 동작을 차단하는 인젝터 제어부를 구비한 가스 ECU와;
    가스 연료를 엔진에 공급하는 가스 공급기와;
    엔진의 배기가스 중에 포함된 산소의 양을 측정하는 산소센서; 및
    상기 가솔린 ECU로부터 수신된 제어값과, 상기 산소센서 및 인젝터의 신호를 입력받아 가상의 산소센서신호를 출력하는 OBD CONTROL ECU;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 OBD CONTROL ECU는,
    상기 산소센서의 신호를 입력받는 산소센서 신호 입력부와;
    가스 연료를 사용할 경우 가상의 산소센서 신호를 출력하는 산소센서 가상신호출력부와;
    가스 연료를 사용할 경우 상기 산소센서들의 신호를 차단하고, 가솔린 연료를 사용할 경우 상기 산소센서들의 신호를 가솔린 사용 상태로 복귀시키는 산소센 서 신호제어부와;
    가솔린 연료를 공급하는 인젝터의 가솔린 연료 분사신호를 입력받아 운전 상태를 분석하여 제어부로 전달하는 인젝터 신호 분석부와;
    상기 산소센서의 이상 유무를 표시하여주는 표시부와;
    상기 가솔린 ECU와 통신을 하여 공연비 보상, 학습제어 및 산소센서 공연비 제어 관련 제어값의 신호를 송수신하는 통신 감시부; 및
    상기 장치들을 제어하며, 운전모드와 수신된 제어값을 이용하여 가상신호 출력을 제어하는 제어부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 인젝터 신호 분석부는,
    연료 분사량이 일정 시간 동안 일정 비율 이상으로 높아지거나 줄어듦에 따라 각각 가속 모드 또는 감속 모드로 구분하고, 상기 인젝터의 주기에 대응되는 엔진의 회전수에 따라 상기 회전수가 높거나 낮으면 각각 고속운전 모드 또는 저속운전 모드로 구분하여, 상기 제어부로 운전모드를 전송하는 점을 특징으로 하는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 산소센서 신호 제어부는,
    가스 연료를 사용하는 경우에는 상기 산소센서 가상신호 출력부에서 발생된 출력신호를 가솔린 ECU로 연결하고, 가솔린 연료를 사용할 경우에는 산소센서 가상신호 출력을 차단하여 실제 산소센서의 신호를 가솔린 ECU로 연결시켜 전송하는 점을 특징으로 하는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 운전모드에 따라 산소센서 가상신호를 출력하는 기준 주파수를 생성하고, 상기 통신 감시부를 통해 상기 가솔린 ECU로부터 송신된 공연비 제어값, 학습제어값을 수신받아, 산소센서 가상 출력신호의 농후와 희박상태 신호의 비율을 결정하는 점을 특징으로 하는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 방지 장치.
  6. 가스 연료와 가솔린 연료를 겸용으로 사용하는 차량의 공연비 이상을 방지하는 방법에 있어서,
    OBD CONTROL ECU가 통신감시부를 통하여 가솔린 ECU와 통신하여 통신이 원활한지 확인하는 단계와;
    상기 통신이 원활하지 않으면 상기 가스 ECU가 운전자에게 운전석의 계기판이나 별도의 표시장치 를 통하여 산소센서 출력 경고 표시를 전달하는 단계와;
    상기 통신이 원활한 경우에 상기 가스 ECU의 제어부가 산소센서신호 차단부를 통하여 가솔린 ECU로 전달되는 산소센서의 신호를 차단하는 단계와;
    상기 가솔린 ECU가 고장코드가 있는지를 확인한 후 고장코드가 발견되면 가 솔린 ECU를 초기화하는 단계와;
    상기 고장코드가 없는 경우 인젝터 신호 분석부가 연료 분사량과 인젝터 신호를 분석하여 운전 모드를 판단하는 단계와;
    상기 운전 모드 중 가속 및 감속 모드인 경우, 주기가 없이 고정된 전압값을 출력하는 제 1 가상신호 출력단계; 및
    상기 운전 모드 중 고속운전 및 저속운전 모드인 경우, 제어부가 수신된 분석수치를 이용하여 농후 또는 희박 또는 정상상태를 판단하여 각 판단에 따른 산소센서 가상신호를 출력하는 제 2 가상신호 출력 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 감지 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 가상신호 출력 단계는,
    상기 분석 수치가 농후로 판단된 경우, 산소센서 가상신호출력부를 통하여 희박에 해당하는 가상신호를 상기 가솔린 ECU의 엔진제어부에 출력하는 단계와;
    상기 분석 수치가 희박으로 판단된 경우, 산소센서 가상신호출력부를 통하여 농후에 해당하는 가상신호를 상기 가솔린 ECU의 엔진제어부에 출력하는 단계; 및
    상기 분석 수치가 정상으로 판단된 경우, 산소센서 가상신호출력부를 통하여 기본 출력값을 상기 가솔린 ECU의 엔진제어부에 출력하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 연료와 가솔린 연료 겸용 차량의 공연비 이상 감지 방법.
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