KR100852069B1

KR100852069B1 - Ｈｆｍ 및 이를 이용한 드리프트 감지방법

Info

Publication number: KR100852069B1
Application number: KR1020060126744A
Authority: KR
Inventors: 윤기봉
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-08-13
Also published as: KR20080054478A

Abstract

본 발명은 HFM 및 이를 이용한 드리프트 감지방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 HFM6 센서를 수평으로 나란하게 부착하되, 회로기판 1개에 2개의 주센서와 보조센서를 연결하고, 공기의 흐름은 격벽을 통해 각각 따로 유입되도록 하여 평소에는 주센서만을 사용하고 주기적으로 다른 1개의 센서를 사용하고,보조센서의 드리프트가 일정범위 이내의 오차를 갖게 되면, 주센서를 계속 사용하고 오차를 벗어나면 주센서를 사용하지 않고 보조센서를 사용함으로써, ECU에서는 안정적인 AS모델링을 산출할 수 있도록 한 HFM 및 이를 이용한 드리프트 감지방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 격벽을 사이에 두고 상하 방향으로 적층되며 공기가 각각 따로 유입되는 주센서 및 보조센서와; 상기 주센서와 보조센서에 각각 부착되고, 제1 및 제2감지저항을 갖는 제1 및 제2핫필름과; 상기 제1 및 제2감지저항과 연결되어 휘스톤 브릿지를 구성하는 회로기판을 포함하여 구성되고, 공기량 측정을 위해 평상시에는 상기 주센서를 사용하고 일정한 주기로 상기 보조센서를 사용하여 상기 주센서 및 보조센서를 비교하여 계산된 드리프트의 오차가 일정범위를 벗어난 경우에 주센서를 사용하지 않고 보조센서를 사용하는 것을 특징으로 HFM 및 이를 이용한 드리프트 감지방법을 제공한다.

HFM(Hot film type air flow sensor), 핫 필름, AS모델링, FMO

Description

ＨＦＭ 및 이를 이용한 드리프트 감지방법{Hot film type air flow sensor and drift sensing method using it}

도 1은 현재 S-ENG에 적용되고 있는 HFM6센서이고,

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 HFM의 일실시예를 설명하기 위한 개념도이고,

도 4는 본 발명에 따른 HFM의 회로구성을 나타내는 회로도이고,

도 5는 본 발명에 따른 HFM의 제어방법을 나타내는 순서도이고,

도 6은 종래 기술에 따른 FMO의 기본적인 로직을 나타내는 순서도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 주센서 11 : 제1핫필름

12 : 보조센서 13 : 제2핫필름

14 : 회로기판 15~18 : Rs1,Rs2,Rs3,Rs4

일반적으로 HFM6 센서는 엔진의 AS모델링에서 주입력신호가 되는 센서이다.

즉 EMS에서 HFM6 센서의 측정값에 따라 AS모델링의 결과값이 달라질 수 있다.

EDC16에서 HFM6 센서의 입력값에 의해 공기량을 제어하는 AS모델링 값은 크게 EGR 제어와 FMO에 사용된다.

EGR 제어 영역에서는 HFM6 센서의 드리프트 값에 의해 실제의 람다비가 달라지기 때문에 정확한 EGR제어(AirCtl_rEGR_MAP)가 어려워지게 된다.

현재 S-ENG에 사용되고 있는 에어플로우(Air flow) 센서는 HFM6 타입이며, 업체에서는 HFM6의 허용오차(tolerance)를 ±6%로 두고 있다.

그러나 EGR 제어는 NOx 저감이 주목적이므로, HFM6 센서의 허용오차인 ±6%는 그리 큰 문제가 되지 않는다.

문제는 현재 S-ENG에 적용되고 있는 FMO 로직이다.

상기 FMO 로직에서는 HFM6의 에어플로우 질량이 주된 입력 데이터이기 때문에 HFM6의 드리프트 편차에 의해 연료 보정량이 달라지게 되고, 엔진의 내구성에도 영향을 줄 수 있게 된다.

그러나 S-ENG 프로젝트를 진행하는 동안, 전부하 고속 내구시험시 인젝터 코킹 등의 영향에 의해 연료량 및 출력이 저하되는 현상이 발생되었다.

상기 인젝터 코킹의 주요한 인자는 현재 연료 성분 중의 Zn 등으로 밝혀져 있지만, Zn 성분이 없는 연료에서도 연료량 및 출력 저하 현상이 발생되었기 때문에, Zn을 인젝터 코킹의 주요 인자라고 말하기도 어려운 상황이다.

이에 대한 능동적인 해결 수단으로서 FMO 로직 적용이 검토되었고, 상기 FMO 로직을 사용해 전부하 고속 내구 시험시 연료량 및 출력 저하 문제에 대해 효과적으로 대처할 수 있게 되었다.

상기 FMO(Fuel Mass Observer)는 HFM6 센서와 람다 센서를 메인 센서로 사용하여 관리(Governing) 제어를 통해 다음 식 1에서 λ_Target-λ_Sensor≒0 이 되게 하는 로직이다.

,

도 5는 종래 기술에 따른 FMO의 기본적인 로직을 나타내는 순서도로서, 토크값의 변환을 통해 해당 영역에서 매핑된 연료량은 ① EngPrt_qLim_CUR 이라는 값을 통해 나오게 된다.

그러나 인젝터 코킹이 발생하면 ①에서 결정된 연료량을 ECU가 인식하여 연료 분사를 해도 실질적으로 연비계에서 계측되는 값은 ①의 값보다 작은 값이 나온다.

또한 출력 및 배기온도 인젝터 코킹 전에 비해 떨어지게 되어, 실제 분사 연료량은 ①의 연료량보다 작음을 알 수 있다.

따라서 FMO를 적용하면 HFM6 센서를 통해 감지되는 값인 ②의 값이 나오고, 이는 AS모델링이라고 부르는 연산을 통해 ③ASMod_qCor의 값을 얻게 된다.

이 연산은 식 1에서 λ_Target-λ_Sensor≒0 이 되는 연산을 의미한다. 이 연산을 통해 얻은 ΔQ 가 ASMod_qCor이다.

이후 인젝션 연료량은

Q_보정연료량 = Q_SET(①의 값) + Q_ASMod_qCor(③의 값)

의 값으로 나타나게 된다.

여기서 Q_보정연료량은 바로 ④의 EngPrt_qFullLdCor_mp 라는 값이다.

이 값이 ⑤의 Injctl_qSetUnBal 값이라는 연료량으로 인젝션 되게 된다.

이를 통해 알 수 있듯이 성공적인 FMO 로직 사용을 위해서는 정확한 HFM6 및 람다(λ)값을 감지할 수 있어야 한다.

λ값의 경우 람다센서 연산 로직이 적용되어 있기 때문에, 차량 주행중 조건만 맞으면 항상 람다 센서 연산을 수행하게 되어있다(Over-run 조건에서 항상 연산 수행).

그러나 불행히도 HFM6 센서는 자체 연산로직이 없기 때문에 HFM6 센서가 드리프트되기 시작되면, FMO에 의한 연료량 보정은 오히려 엔진에 손상을 입히게 되는 결과를 초래하게 된다.

또한, 상기 HFM6 센서의 경우에 편리하게 공기흐름(Air flow) 및 공기온도(Air temp)를 실시간으로 감지할 수 있는 장점이 있는 반면, 핫 필름(Hot Film) 방식을 사용하기 때문에, 일반적인 유량계와 달리 오염에 매우 취약한 단점이 있다.

그리고 센서자체의 발열작용 등으로 인해 시간이 지나면 센서의 정확도가 떨어지는 즉 드리프트(Drift) 현상이 발생하게 된다.

현재 S-ENG의 경우 보쉬(Bosch)사의 HFM6센서를 사용하고 있는데, 센서 드리프트 현상 때문에 드리프트 마진을 ±6%로 두고 보증하고 있는 실정이다

또한 인젝터는 IQA후 유량 마진을 약 ±2.5mm3/st 정도로 두고 있고, 람다 센서의 경우 드리프트 마진을 약 2%로 두고 있다.

이와 같이 각각의 편차를 지닌 HFM6, 인젝터 및 람다 센서를 갖고 FMO를 적용하다보면 각각의 편차 때문에 원치않는 결과를 얻을 수 있게 된다.

이와 같이 손상을 입히게 되는 경우를 정리해 보면 다음 표 1과 같다.

(조건 ② FMO 보정량 -2.5 ~ +2.5 mg/st)

통상 엔진의 출력 저하를 막기 위해 FMO 보정량 0~-2.5mg/st 영역은 사용하지 않기 때문에, Case 1, 6, 7 의 경우는 위험하다.

따라서 FMO 보정량 0~+2.5mg/st영역에 대해 다시 정리하면,

<예시>

조건] - 가스분석기를 통해 계측된 실제 공기량 = 1050mg/st

- HFM6센서를 통해 계측된 실제 공기량 = 950mg/st (-9.5% Drift)

결과] - EngPrt_qLim = 58.9mg/st

- AsMod_qCor = 6.2mg/st

- InjCtl_qSetUnBal =61.4mg/st (∵ FMO 최대 보정량 +2.5mg/st)

이럴 경우 엔진은 T3온도가 800℃를 초과하게 되어 엔진 배기계에 악영향을 줄 수 있게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 공기가 격벽을 통해 따로 유입된는 주센서와 보조센서가 수평방향으로 나란하게 부착되고, 공기량 측정을 위해 항상 사용되는 주센서와 주기적으로 사용되는 보조센서의 드리프트가 일정범위 이내의 오차를 갖게 되면, 주센서를 그대로 사용하고 오차를 벗어나면 주센서를 사용하지 않고 보조센서를 사용함으로써, ECU에서는 안정적인 AS모델링을 산출할 수 있고, FMO를 정상적으로 사용하여 연료량 및 출력 저하를 방지할 수 있으며, 더 나아가 엔진의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 HFM 및 이를 이용한 드리프트 감지방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 엔진의 AS모델링에서 주입력신호가 되는 HFM에 있어서,

격벽을 사이에 두고 상하 방향으로 적층되며 공기가 각각 따로 유입되는 주센서 및 보조센서와; 상기 주센서와 보조센서에 각각 부착되고, 제1 및 제2감지저항을 갖는 제1 및 제2핫필름과; 상기 제1 및 제2감지저항과 연결되어 휘스톤 브릿지를 구성하는 회로기판을 포함하여 구성되고, 공기량 측정을 위해 평상시에는 상기 주센서를 사용하고 일정한 주기로 상기 보조센서를 사용하여 상기 주센서 및 보조센서를 비교하여 계산된 드리프트의 오차가 일정범위를 벗어난 경우에 주센서를 사용하지 않고 보조센서를 사용하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 엔진 시동을 온하는 단계와; 주센서의 작동을 개시하는 단계와; AS모델링 연산을 수행하는 단계와; 상기 시동 후 누적시간이 기준시간을 초과하는지 여부를 판단하여 초과하는 경우에 보조센서의 작동을 개시하는 단계와; 상기 기준시간을 주기로 주센서와 보조센서의 드리프트되는 양이 일정범위 이내인지를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 일정범위 이내이면 상기 보조센서의 작동을 중단하고, 주센서를 계속 사용하여 감지신호를 ECU에 보내어 AS모델링 연산을 수행하는 단계와; 상기 단계에서 일정범위를 초과하게 되면 상기 주센서의 작동을 중단하고, 보조센서를 사용하여 감지신호를 ECU에 보내어 AS모델링 연산을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 현재 S-ENG에 적용되고 있는 HFM6센서이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 HFM의 일실시예를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1에서 미설명부호 100은 종래의 HFM이고, 101은 핫 필름이다.

HFM6 센서 드리프트의 가장 큰 원인은 핫 필름 등의 오염 및 발열 작용에 의한 감도 저하이다.

본 발명의 기본 개념은 기존 HFM6센서를 수평으로 나란히 센서부만 2개를 부착하는 것이다. 단 공기의 흐름은 격벽(Dividing wall)을 통해 각각 따로 유입되게 된다.

즉 회로기판(14)은 하나지만 2개의 센서를 사용하기 때문에 평소에는 1개의 주센서(10)만을 사용하고, 주기적으로 다른 1개의 보조센서(12)를 사용하여, 주센서(10)(main sensor)에서 드리프트되는 양이 보조센서(12)와 비교하여 일정범위를 벗어났다고 판단되면, 주센서(10)를 사용하지 않고 다른 1개의 보조센서(12)(Spare sensor)를 사용하게 되는 원리이다.

보다 상세하게는, 두 개의 제1 및 제2핫필름(11,13)에 각각 감지저항 Rs1(15), Rs2(16)을 부착하고, 이 두 저항을 휘스톤 브리지를 이용해 연결한다. 통상 감지저항 Rs1(15), Rs2(16)는 자체발열효과를 피하고 온도계수를 일정하게 하기 위해 높은 저항값을 선정한다.

HFM 센서에 유입되는 공기량이 증가하게 되면 감지저항 Rs의 표면온도는 내려가게 되고 이의 저항값도 떨어지게 된다. 이때 떨어지는 저항값 Rs1(15), Rs2(16)가 모두 동일하다면 휘스톤 브리지는 평형을 계속 유지하게 될 것이다.

그러나 떨어지는 저항값이 달라지게 된다면 휘스톤 브리지의 평형이 깨지게 되고, 평형이 깨지면 A와 B사이의 전위차 Vm이 발생하게 된다. 상기 Vm의 크기에 따라 1개의 주 센서(10)가 다른 1개의 보조 센서(12)에 비해 ±6% 이상 드리프트 되어졌다고 판단되면, 이후부터는 주센서(10)를 사용하지 않고 보조 센서(12)를 사용해 ECU에서는 안정적인 AS모델링 값을 산출해 낼 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 HFM의 회로구성을 나타내는 회로도이고, 도 4는 본 발명에 따른 HFM의 제어방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명을 회로 및 순서도를 통해 설명하면 다음과 같다.

도 3의 회로에서, R3, R4은 브릿지 저항, Vb는 외부 전원(Battery), Vm은 브 릿지 전압이다.

우리는 A와 B점에서의 전압 V_A와 V_B를 다음 식2와 같이 정의할 수 있다.

V_A=Vb×R3/(R3+Rs1) V_B=Vb×R4/(R4+Rs2)

이때 Vm=V_A-V_B=Vb×(R3/(R3+Rs1)-R4/(R4+Rs2)) 로 정의된다.

1) 만약 감지저항 Rs1과 Rs2가 동일하게 떨어진다면(드리프트되지 않았다면)

Rs1=Rs2 이고, R3(17)=R4(18)=R이므로, Vm=V_A-V_B=0 이다.

즉 A와 B의 양단의 전위차는 발생하지 않는다.

2) 만약 감지저항 Rs1이 Rs2에 비해 ±6% Drift 되었다면

Rs1/Rs2 = 1.06 or 0.94 이다.

상기 Rs1/Rs2 = 1.06 이고, R3=R4=R이면

Vm=(V_A)-(V_B)=Vb×(R3/(R3+Rs1)-R4/(R4+Rs2))

=Vb×(R/(R+1.06Rs2)-R/(R+Rs2)

=Vm_Max

여기서 R, Rs2, Vb는 알고 있는 값이므로 Vm값을 용이하게 계산할 수 있다.

이 값 Vm을 Vm_Max라고 정의한다.

상기와 같은 방법으로 Rs1/Rs2 = 0.94이고, R3=R4=R이면

Vm=Vm_Min이다.

상기 Rs1(15)이 Rs2(16)에 비해 -6% 드리프트 되었을 때의 전위차 Vm을 Vm_Min이라고 정의한다.

도 5는 본 발명에 따른 HFM를 이용한 드리프트 감지방법을 나타내는 순서도이다.

최초에 엔진 시동 켠 후 10분 간격으로 제1핫필름(주센서)과 제2핫필름(보조센서)의 드리프트 되는 양을 판별하고, 주센서의 드리프트 양이 ±6% 이내에 있으면 계속 주센서를 사용하고, ±6%를 초과하면 보조 센서를 사용하게 된다.

상기 주센서의 경우 항상 사용하게 되므로 지속적인 발열작용에 의해 드리프트될 가능성이 높다.

그러나 보조센서(12)의 경우 10분에 한 번씩 사용하게 되므로, 주센서(10)보다 사용빈도가 훨씬 적어지기 때문에(만약 0.1초마다 1번씩 주센서(10)를 사용하게 된다면 보조센서(12)는 주센서(10)에 비해 1/6000 회만 사용하게 됨), 보조센서(12)는 드리프트 될 가능성이 현저하게 적어지게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 HFM 및 이를 이용한 드리프트 감지방법에 의하면, 공기가 격벽을 통해 따로 유입된는 주센서와 보조센서가 수평방향으로 나란하게 부착되고, 공기량 측정을 위해 항상 사용되는 주센서와 주기적으로 사용되는 보조센서의 드리프트가 일정범위 이내의 오차를 갖게 되면, 주센서를 그대로 사용하고 오차를 벗어나면 주센서를 사용하지 않고 보조센서를 사용함으로써, ECU에서는 안정적인 AS모델링을 산출할 수 있고, FMO를 정상적으로 사용하여 연료량 및 출력 저하를 방지할 수 있으며, 더 나아가 엔진의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Claims

엔진의 AS모델링에서 주입력신호가 되는 HFM에 있어서,

격벽을 사이에 두고 상하 방향으로 적층되며 공기가 각각 따로 유입되는 주센서(10) 및 보조센서(12)와;

상기 주센서(10)와 보조센서(12)에 각각 부착되고, 제1 및 제2감지저항(15,16)을 갖는 제1 및 제2핫필름(11,13)과;

상기 제1 및 제2감지저항(15,16)과 연결되어 휘스톤 브릿지를 구성하는 회로기판을 포함하여 구성되고,

공기량 측정을 위해 평상시에는 상기 주센서(10)를 사용하고 일정한 주기로 상기 보조센서(12)를 사용하여 상기 주센서(10) 및 보조센서(12)를 비교하여 계산된 드리프트의 오차가 일정범위를 벗어난 경우에 주센서를 사용하지 않고 보조센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 HFM.
HFM를 이용한 드리프트 감지방법에 있어서,

엔진 시동을 온하는 단계와;

주센서(10)의 작동을 개시하는 단계와;

AS모델링 연산을 수행하는 단계와;

상기 시동 후 누적시간이 기준시간인 10분을 초과하는지 여부를 판단하여 초과하는 경우에 보조센서(12)의 작동을 개시하는 단계와;

상기 기준시간을 주기로 주센서(10)와 보조센서(12)의 드리프트되는 양이 일정범위 이내인지를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 일정범위 이내이면 상기 보조센서(12)의 작동을 중단하고, 주센서(10)를 계속 사용하여 감지신호를 ECU에 보내어 AS모델링 연산을 수행하는 단계와;

상기 단계에서 일정범위를 초과하게 되면 상기 주센서(10)의 작동을 중단하고, 보조센서(12)를 사용하여 감지신호를 ECU에 보내어 AS모델링 연산을 수행하는 단계;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 HFM를 이용한 드리프트 감지방법.