KR101047636B1

KR101047636B1 - 엔진의 시동 시간 단축 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101047636B1
Application number: KR1020090087420A
Authority: KR
Inventors: 진정식
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-07-07
Also published as: DE102009044472A1; KR20110029649A

Abstract

이 발명은 자동차의 아이들 스탑 후 엔진 시동시 및 시동키 오프 후 시동키 온시 시동 시간을 단축하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

이 발명의 엔진의 시동 시간 단축 시스템은, 원주방향을 따라 다수개의 기어치가 구비되고, 상기 다수개의 기어치 각각은 플라이 휠의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 2부분이 포함된 형상을 가지며, 상기 기어치들은 플라이 휠의 원주방향 중 어느 한 방향을 따라 동일한 형상이 반복되도록 형성된 플라이 휠을 포함하여 구성된다.

엔진, 시동, 시동시간, 계단파, 크랭크 센서

Description

엔진의 시동 시간 단축 시스템 및 방법 {system and method for reducing starting time of an engine}

이 발명은 자동차의 아이들 스탑 앤 고(ISG : idle stop and go) 기능에 관한것으로서, 보다 상세하게는 아이들 스탑 후 엔진 시동시 및 시동키 오프 후 시동키 온시 시동 시간을 단축하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 하이브리드 차량은 내연기관인 엔진과 전기를 동력원으로 하는 구동 모터로 구성되며, 구동 모터는 차량에 탑재된 메인 배터리의 전원을 받아 작동되도록 구성하여 각각의 주행상황에 대응하여 엔진의 연비가 가장 높아지도록 제어된다. 제동 시와 감속 시에 운동 에너지를 전기 에너지로 회수함으로써 기존 가솔린 엔진에 비해 연비 향상을 이룰 수 있으며 시내구간에서 엔진 시동이 꺼진 상에도, 탑재된 메인 배터리의 전기로 주행할 수 있어 무공해 차량으로 사용되는 특징이 있다.

이러한, 하이브리드 차량은 소정의 속도 이하로 주행하거나 차량을 정차할 경우에는 엔진의 아이들 스탑(Idle stop) 기능이 있어, 엔진이 공회전하는 것을 방지하고, 운전자가 차량을 가속하면 다시 엔진을 시동시켜, 엔진의 공회전으로 인한 연료 소모율을 제로화한다. 이를 아이들 스탑 앤 고(Idle Stop and Go) 기능이라고 한다.

이러한 아이들 스탑 앤 고 기능에서, 아이들 스탑 후 엔진의 재시동시 엔진제어유닛(ECU)은 1번 실린더의 정확한 타이밍을 확인하여 연료를 분사하면서 시동을 해야 한다.

1번 실린더의 정확한 타이밍을 감지하기 위하여, 플라이 휠에는 6도의 간극으로 기어치들을 형성하는데, 이 중 58개는 동일한 반경을 가지는 정상적인 기어치로 형성하고 2개는 미싱 투스(missing tooth)로 형성하여 플라이 휠의 회전 기준점으로 설정한다. 크랭크 센서는 이 플라이 휠이 회전하면 플라이 휠의 외주부에 형성된 기어치 모양의 반경의 변화에 따른 구형파 신호를 출력한다. 엔진이 지속적으로 회전하는 동안 플라이 휠의 크랭크 센서 출력 신호를 계수하면 크랭크의 정확한 위치를 확인할 수 있고, 이로부터 각 실린더의 정확한 타이밍을 인지할 수 있다.

그러나, 아이들 스탑(idle stop)이 구동되면, 엔진이 오프되는 순간 플라이 휠이 순간적으로 역방향으로 회전하게 되는데, 이때에도 크랭크 센서는 플라이 휠이 정방향으로 회전한 것으로 인지하여 결국 크랭크의 정확한 위치를 놓치게 된다.

이 때문에, 종래에는 아이들 스탑 후 엔진 시동 온시, 크랭크 센서 출력신호와 캠 센서 출력신호를 조합하여 크랭크의 위치를 인지하는 방법이 이용되고 있다.

도 1은 종래의 크랭크 센서 출력신호(CKPS)와 캠 센서 출력신호(CMPS)를 이용하여 크랭크 위치를 인지하는 원리를 도시한 도면이다.

캠 센서 출력신호(CMPS)가 하강 에지(falling edge) 후 로우(low) 상태에서 크랭크 센서 출력신호(CKPS)의 미싱 투스 2개가 지나간 후 발생하는 구형파의 첫 번째 주기부터 카운팅하여 19번째 주기의 구형파를 1번 실린더의 최상단위치(TDC) 시점으로 설정하며, 이를 기준으로 연료를 분사하여 엔진을 시동한다.

도 2는 종래의 엔진제어유닛(ECU)의 아이들 스탑 후 엔진 시동방법을 도시한 동작 흐름도이다.

먼저, 엔진 시동이 키 온되면(S21), 엔진제어유닛은 캠 센서 출력신호로부터 하강 에지를 확인한다(S22). 캠 센서 출력신호로부터 하강 에지가 확인되면 크랭트 센서 출력신호로부터 미싱 투스를 확인한다(S23). 크랭크 센서 출력신호로부터 미싱 투스가 확인되면 구형파의 14 주기 이후의 1번 실린더의 최상단위치(TDC)를 확인한다(S24). 이러한 1번 실린더의 최상단위치(TDC)가 확인되면 연료분사시기를 확인하고 엔진을 시동한다(S25).

그런데, 엔진이 2회전을 해야만 캠 센서 출력신호(CMPS)가 한 번의 하강 에지(falling edge)를 발생하기 때문에, 스타터모터에 의해 엔진이 최소 2바퀴를 회전한 후에야 비로소 엔진제어유닛은 1번 실린더의 최상단위치를 찾고 연료분사를 시작할 수 있다. 결국, 아이들 스탑 종료 후 엔진이 시동되기까지 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 이 발명의 목적은 플라이 휠의 기어치 모양을 변형하여 플라이 휠의 회전 방향에 따른 회전량을 감지함으로써, 엔진 스탑시 크랭크의 위치를 정확하게 인지할 수 있고, 엔진 시동시 크랭크 위치 확인 절차없이 바로 시동이 가능하여 시동 시간을 단축하는 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 이루기 위한 이 발명의 엔진의 시동 시간 단축 시스템은, 원주방향을 따라 다수개의 기어치가 구비되고, 상기 다수개의 기어치 각각은 플라이 휠의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 2부분이 포함된 형상을 가지며, 상기 기어치들은 플라이 휠의 원주방향 중 어느 한 방향을 따라 동일한 형상이 반복되도록 형성된 플라이 휠을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이 발명의 엔진의 시동 시간 단축 방법은, 원주방향을 따라 다수개의 기어치가 구비되고 상기 다수개의 기어치 각각은 플라이 휠의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 2부분이 포함된 형상을 가지는 플라이 휠과, 상기 플라이 휠의 기어치 형상을 감지하는 크랭크 센서에서 출력되는 신호 형상에 따라 상기 플라이 휠의 회전방향을 감지하고 크랭크의 위치를 측정하는 엔진제어유닛을 구비한 시스템에서, 상기 엔진제어유닛이 아이들 스탑 개시를 감지하는 제1단계와, 상기 엔진제어유닛이 상기 크랭크 센서의 출력신호의 형상으로부터 상기 플라이 휠의 회전방향과 회전각을 감지하고 상기 크랭크 위치를 측정하는 제2단계와, 아이들 스탑 후 시동시 상기 엔진제어유닛이 상기 제2단계에서 측정된 크랭크 위치를 이용하여 연료분사시기를 계산하고 엔진을 시동하는 제3단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 이 발명에 따르면 차량의 엔진 스탑시 크랭크의 위치를 정확하게 인지하여 저장하고, 엔진 시동시 크랭크 위치 확인 절차없이 바로 시동이 가능하여 시동 시간을 단축할 수 있다.

이하, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 엔진의 시동 시간 단축 시스템을 도시한 구성도이다.

이 발명에 따른 엔진의 시동 시간 단축 시스템은, 원주방향을 따라 다수개의 기어치가 구비되고, 상기 다수개의 기어치 각각은 플라이 휠의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 2부분이 포함된 형상을 가지며, 상기 기어치들은 플라이 휠의 원주방향 중 어느 한 방향을 따라 동일한 형상이 반복되도록 형성된 플라이 휠(31)을 포함하여 구성된다. 상기 플라이 휠의 기어치들은 상기 플라이 휠의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 배치되되, 상기 플라이 휠의 원주상의 위치를 특정하기 위한 곳에는 상기 기어치가 생략된 미싱 투스를 포함한다. 상기 플라이 휠의 기어치는 상기 플라이 휠의 원주방향을 따라 높이가 변화하는 계단 형상으로 형성된다.

또한, 이 발명에 따른 엔진의 시동 시간 단축 시스템은 플라이 휠(31)의 기어치 형상을 감지하여 1단 계단파 신호를 출력하는 크랭크 센서(32)와, 도시되지 않은 캠 샤프트의 회전을 감지하는 캠 센서(33)와, 상기 크랭크 센서(32)에서 출력되는 일단 계단파의 형상에 따라 상기 플라이 휠(31)의 회전 방향을 감지하여 크랭크의 위치를 측정하는 엔진제어유닛(34)을 구비한다.

이 엔진제어유닛(34)은 크랭크의 위치를 기반으로 엔진의 연료분사시기를 측정하며 엔진(35)을 제어한다.

도 4는 플라이 휠의 회전방향에 따른 크랭크 센서의 출력신호를 도시한 그래프이다.

종래의 플라이 휠의 기어치는 플라이 휠의 원주방향을 따라 균일한 높이로 형성되기 때문에, 종래의 크랭크 센서는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 플라이 휠이 정방향으로 회전하던지 아니면 역방향으로 회전하던지 관계없이 구형파 신호를 출력한다. 따라서, 종래에는 크랭크 센서 출력신호만으로는 플라이 휠의 회전방향을 알 수 없다.

이에 반해, 이 발명의 플라이 휠의 기어치는 플라이 휠의 원주방향을 따라 높이가 변화하는 계단 형상으로 형성된다. 따라서, 플라이 휠이 정방향으로 회전하면 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 크랭크 센서 출력신호는 하강하는 계단파 형상이고, 플라이 휠이 역방향으로 회전하면 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 크랭크 센서 출력신호는 상승하는 계단파 형상이다. 즉, 이 크랭크 센서 출력신호만으로 플라이 휠의 회전방향을 알 수 있으며 이를 이용하면 크랭크의 정확한 위치를 감지할 수 있다.

엔진제어유닛(34)은 엔진 스탑시 크랭크 센서 출력신호를 이용하여 플라이 휠의 회전방향 및 회전각을 감지하고, 이로부터 엔진이 정지될 때의 크랭크 위치를 측정하여 메모리에 저장한다. 또한, 엔진 시동시 메모리로부터 크랭크 위치를 불러와서 이로부터 연료분사시기를 계산하고 엔진을 시동함으로써, 시동 시간을 단축한다.

이 발명의 실시예에서는 이 발명을 아이들 스탑 앤 고 기능 구현시 적용하는 것으로 설명하고 있으나, 이 발명은 이에 한정되지 아니하며 시동키 오프 후 시동키 온시에도 적용할 수 있다. 이 경우 엔진제어유닛(34)은 크랭크 위치를 측정하여 전원 차단시에도 정보를 기억하는 비휘발성메모리에 저장한다.

도 5는 이 발명에 따른 엔진제어유닛의 아이들 스탑시 구동방법을 도시한 동작 흐름도이다.

엔진제어유닛은 엔진 운전중(S51)에, 아이들 스탑이 개시되면(S52), 크랭크센서 출력신호로부터 플라이 휠의 회전방향 및 회전각을 감지하고 크랭크 위치를 측정한다(S53). 엔진 회전수(rpm)가 0이 될 때까지 단계 S53을 반복적으로 수행한다(S54). 엔진 회전수(rpm)가 0이 되면(S54), 안정화를 위한 일정시간(예컨대, 0.5초) 초과 후(S55) 단계 S53에서 측정된 현재 크랭크 위치를 메모리에 저장한다(S56).

도 6은 이 발명에 따른 엔진제어유닛의 아이들 스탑 후 시동시 구동방법을 도 시한 동작 흐름도이다.

엔진제어유닛은 아이들 스탑이 종료되면(S61), 메모리에 저장된 크랭크 위치를 불러오고(S62), 이로부터 연료분사시기를 계산한다(S63). 엔진이 연료분사시기 회전수(rpm)에 도달하면(S64), 정확한 연료분사시기를 확인하고 엔진을 시동한다(S65).

이 발명은 도 5의 구동방법을 시동키 오프(key-off)되는 경우에 적용하고, 도 6의 구동방법을 시동키 온(key-on)되는 경우에 적용할 경우, 시동키 온시의 시동 시간을 단축할 수 있다. 물론, 이 경우 크랭크 위치는 비휘발성메모리에 저장된다.

도 1은 종래의 크랭크 센서 출력신호(CKPS)와 캠 센서 출력신호(CMPS)를 이용하여 크랭크 위치를 인지하는 원리를 도시한 도면,

도 2는 종래의 엔진제어유닛(ECU)의 아이들 스탑 후 엔진 시동방법을 도시한 동작 흐름도,

도 3은 이 발명의 한 실시예에 따른 엔진의 시동 시간 단축 시스템을 도시한 구성도,

도 4는 플라이 휠의 회전방향에 따른 크랭크 센서의 출력신호를 도시한 그래프,

도 5는 이 발명에 따른 엔진제어유닛의 아이들 스탑시 구동방법을 도시한 동작 흐름도,

도 6은 이 발명에 따른 엔진제어유닛의 아이들 스탑 후 시동시 구동방법을 도시한 동작 흐름도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

31 : 플라이 휠 32 : 크랭크 센서

33 : 캠 센서 34 : 엔진제어유닛(ECU)

35 : 엔진

Claims

원주방향을 따라 다수개의 기어치가 구비되고, 상기 다수개의 기어치 각각은 플라이 휠의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 2부분이 포함된 형상을 가지며, 상기 기어치들은 플라이 휠의 원주방향 중 어느 한 방향을 따라 동일한 형상이 반복되도록 형성된 플라이 휠을 포함하여 구성된 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 플라이 휠의 기어치들은 상기 플라이 휠의 원주방향을 따라 일정한 간격으로 배치되되, 상기 플라이 휠의 원주상의 위치를 특정하기 위한 곳에는 상기 기어치가 생략된 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 플라이 휠의 기어치는 상기 플라이 휠의 원주방향을 따라 높이가 변화하는 계단 형상으로 형성된 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플라이 휠의 기어치 형상을 감지하여 상기 플라이 휠의 회전방향에 따라 다른 형상의 신호를 출력하는 크랭크 센서와,

상기 크랭크 센서에서 출력되는 신호 형상에 따라 상기 플라이 휠의 회전방향을 감지하고 크랭크의 위치를 측정하는 엔진제어유닛을 더 구비한 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 시스템.
청구항 4에 있어서, 상기 엔진제어유닛의 제어를 받아 상기 크랭크 위치를 저장하는 비휘발성메모리를 더 포함한 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 시스템.
원주방향을 따라 다수개의 기어치가 구비되고 상기 다수개의 기어치 각각은 플라이 휠의 중심으로부터의 거리가 서로 다른 2부분이 포함된 형상을 가지는 플라이 휠과, 상기 플라이 휠의 기어치 형상을 감지하는 크랭크 센서에서 출력되는 신호 형상에 따라 상기 플라이 휠의 회전방향을 감지하고 크랭크의 위치를 측정하는 엔진제어유닛을 구비한 시스템에서 엔진의 시동 시간 단축 방법에 있어서,

상기 엔진제어유닛이 아이들 스탑 개시를 감지하는 제1단계와,

상기 엔진제어유닛이 상기 크랭크 센서의 출력신호의 형상으로부터 상기 플라이 휠의 회전방향과 회전각을 감지하고 상기 크랭크 위치를 측정하는 제2단계와,

아이들 스탑 후 시동시 상기 엔진제어유닛이 상기 제2단계에서 감지된 크랭크 위치를 이용하여 연료분사시기를 계산하고 엔진을 시동하는 제3단계를 포함한 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 엔진제어유닛은 상기 제2단계에서 측정한 상기 크랭크 위치를 메모리에 저장한 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 방법.
청구항 6에 있어서,

상기 엔진제어유닛이 시동키 오프를 감지하는 제4단계와,

상기 엔진제어유닛이 상기 크랭크 센서의 출력신호의 형상으로부터 상기 플라이 휠의 회전방향과 회전각을 감지하고 상기 크랭크 위치를 측정하는 제5단계와,

시동키 오프 후 시동키 온시 상기 엔진제어유닛이 상기 제5단계에서 측정된 크랭크 위치를 이용하여 연료분사시기를 계산하고 엔진을 시동하는 제6단계를 포함한 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 엔진제어유닛은 상기 제5단계에서 측정한 상기 크랭크 위치를 비휘발성메모리에 저장한 것

을 특징으로 하는 엔진의 시동 시간 단축 방법.