KR101294072B1

KR101294072B1 - 연소압센서 이상상태 판단 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101294072B1
Application number: KR1020110114080A
Authority: KR
Inventors: 남기훈; 김민수; 한경찬
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-08-07
Also published as: US20130116910A1; CN103089431A; CN103089431B; DE102012106874A1; KR20130049050A

Abstract

본 발명은 차량의 운행 조건, 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건을 만족하는지 여부를 판단하고, 실시간으로 측정되는 공기량과 연소압센서에서 측정되는 연소압과의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 하며, 상기 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준에 속하는지 여부를 판단하여, 정상수준의 범위를 벗어난 경우 그 횟수를 누적시켜 설정된 센서 이상 누적검출 횟수에 해당하게 되면 경고를 출력하는 것을 특징으로 하는 연소압센서의 이상상태 판단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 연소압센서의 열화 등 이상상태를 신뢰성 있게 검출함으로써 연소압 기반 연소제어의 정밀성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

연소압센서 이상상태 판단 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR JUDGING ABNORMAL CONDITION OF COMBUSTION PRESSURE SENSOR}

본 발명은 연소압센서 이상상태 판단 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소압센서의 이상 여부를 검출하여 연소제어의 정밀도를 유지하기 위한 연소압센서의 이상상태 판단 시스템 및 방법에 관한 것이다.

자동차 엔진은 연소압센서가 장착된 글로우 플러그 등을 통하여 엔진의 연소압력에서 열발생율을 산출하고, 이를 제어 가능한 데이터로 처리한 후 이를 기준값과 비교함으로써 편차가 발생할 경우에 분사시기와 분사량 등을 보상하여 엔진을 안정 상태로 유지한다.

연소압력에 기인한 열발생율(Heat release rate) 기준이 50%가 되는 크랭크 각(Crank Angle)을 엠에프비50(MFB50: Mass Fraction Burned 50%)라고 하고, 이를 연소 제어의 판단 기준으로 삼는다.

그런데, 종래기술의 경우 상기와 같은 연소압센서의 열화를 검출할 수 있는 수단이 없었기 때문에 열화로 인해 연소압센서에 이상이 생겨 연소압 측정에 오류가 발생하는 문제가 있었다.

연소압 측정에 오류가 발생하면 연소제어 기준인자(MFB)도 오차가 발생되어 연소압 기반의 연소 제어에 오작동을 회피할 수 없기 때문에 제어성능이 악화되는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연소압센서의 열화 등 이상 여부를 검출하여 연소압 기반의 연소제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 연소압센서 이상상태 판단 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 연소압센서의 이상상태 판단 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 연소압센서의 이상상태 판단 방법은 차량의 운행 조건 만족 여부를 판단하는 단계; 상기 차량의 연료 분사량 조건 만족 여부를 판단하는 단계; 차속에 따라 설정된 흡입 공기량 조건 만족 여부를 판단하는 단계; 실시간으로 측정되는 공기량과 상기 연소압센서에 의해 측정되는 연소압의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 하는 단계; 및 상기 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준의 범위에 속하는지 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 기울기와 y절편이 정상수준의 범위를 벗어난 경우 그 횟수를 누적시켜 설정된 센서 이상 누적검출 횟수에 해당하게 되면 경고를 출력하는 단계를 더 포함 할 수 있다.

상기 차량 운행 조건은 상기 차량의 차속이 100kph 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 연료 분사량 조건은 차량이 감속상태에서 연료 분사량이 O인 조건인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기울기와 y절편은 최소자승법(Least Square Method, LSE)을 사용한 회귀분석에 의해 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 연소압센서의 이상상태 판단 시스템을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 연소압센서의 이상상태 판단 시스템은 엔진의 연소압을 측정하는 연소압센서; 차량의 운행 조건, 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 판단부; 실시간으로 측정되는 공기량과 상기 연소압센서에서 측정되는 연소압과의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 하고, 상기 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준에 속하는지 여부를 판단하는 제어부; 및 상기 정상수준의 범위를 벗어난 경우 그 횟수를 누적시켜 설정된 센서 이상 누적검출 횟수에 해당하게 되면 경고를 출력하는 경고부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 시스템 및 방법에 의하면 연소압센서의 열화 등 이상상태를 신뢰성 있게 검출할 수 있는 효과가 있다.

또한, 연소압센서의 이상상태를 실시간으로 검출하여 이에 대해 경고하고 보정함으로써 연소압 기반의 연소제어의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 시스템 및 방법에 포함되는 조건을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 시스템 및 방법에 적용되는 최소자승법을 사용하는 회귀분석을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 시스템(10)의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서 이상상태 판단 시스템(10)은 엔진의 연소압을 측정하는 연소압센서(100)와, 차량의 운행 조건, 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 판단부(200)와, 실시간으로 측정되는 공기량과 연소압센서(100)에서 측정되는 연소압과의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 하고, 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준에 속하는지 여부를 판단하는 제어부(300) 및 상기 정상수준의 범위를 벗어난 경우 그 횟수를 누적시켜 설정된 센서 이상 누적검출 횟수에 해당하게 되면 경고를 출력하는 경고부(400)를 포함할 수 있다.

상기 연소압센서(100)는 엔진의 연소압을 측정하는 센서로서 엔진 연소실 내의 연소압을 압전소자 등으로 측정하여 그에 대한 전기적 신호를 출력한다.

상기 판단부(200)는 차량의 운행 조건, 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건의 만족 여부를 판단한다.

본 발명의 실시예에 따르면 연소압센서(100)의 이상상태를 판단하기 위한 전제 조건으로서 차량의 운행 조건과 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건을 모두 만족해야 한다.

차량의 운행 조건과 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건은 차량의 종류와 상태 등에 따라 사용자가 미리 설정할 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 차량의 운행 조건은 차량의 속도가 100kph 이상으로 주행 중 감속(Idle Decelleration) 상태인 조건으로 설정할 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 연료 분사량 조건은 차량의 ECU에서 연료 분사량이 0인 조건으로 설정할 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 흡입 공기량 조건은 상기 차량의 차속에 따라 설정할 수 있으며, 차속과 흡입 공기량 사이의 관계에 대한 맵을 작성하여 이용할 수도 있다.

흡입 공기량은 차량의 HFM 센서(Hot-Film Mass Air Flow Sensor)로 측정할 수 있다.

예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이 차량의 속도가 100kph일 때 HFM 센서에서 측정된 흡입 공기량이 420mg/str에서 소정 범위(20mg/str)에 속하면 상기 조건을 만족하는 것으로 설정하고, 차량의 속도가 120kph 인 경우에는 흡입 공기량이 485mg/str에서 소정 범위(30mg/str)에 속하면 상기 조건을 만족하는 것으로 설정할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 실린더 압력 조건을 추가할 수도 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 실린더 압력이 47bar 에서 소정범위(2.5bar) 내인 경우에 연소압센서의 이상상태를 판단하도록 하거나, 실린더 압력이 50bar에서 소정범위(2bar) 내인 경우에 연소압센서의 이상상태를 판단하도록 하는 조건을 추가할 수 있다.

상기 제어부(300)는 상기 판단부(200)에서 차량 운행 조건, 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건 등이 모두 만족된 것으로 판단한 경우, 실시간으로 측정되는 공기량과 연소압센서(100)에 의해 측정되는 연소압 사이의 상관식을 도출한다.

그리고, 상기 제어부(300)는 도출된 상관식의 기울기와 y절편을 모니터링 하여, 기설정된 정상수준의 범위에 속하는지 여부를 판단한다.

상기 상관식과 기울기와 y절편은 최소자승법(Least Square Method, LSE)을 사용한 회귀분석에 의해 도출할 수 있다.

최소자승법이란 일반적으로 어떤 통계자료로부터의 오차 제곱의 합이 최소가 되도록 적정 모델의 파라미터를 산정하는 방법으로서 대표적으로 회귀분석에 사용된다.

최소자승법은 아래와 같이 수학식 1에서 오차(error)의 제곱의 합이 최소가 되는 기울기(a)와 y절편(b)를 구하는 방법이다.

본 발명의 경우에도 하나 또는 다수의 실시예에서 실시간으로 측정되는 공기량과 연소압 사이의 관계를 가장 잘 표현하는 상관식을 찾기 위한 방법으로서 최소자승법을 사용하여 회귀분석을 수행한다. 최소자승법과 회귀분석은 통계학에서 널리 알려진 개념이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

제어부(300)는 회귀분석에 의해 도출된 상관식의 기울기와 y절편을 모니터링 하여, 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준의 범위에 속하는지 여부를 판단한다.

기설정된 정상수준의 범위는 도 4에 실시예로 도시된 바와 같이 센서의 기준 상관식의 기준 기울기(a')와 기준 y절편(b')에 의해서 정해진다. 센서의 기준 상관식을 미리 설정함으로써 상기 기준 기울기(a')와 기준 y절편(b')을 미리 설정할 수 있다.

구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이 제어부(300)에서 회귀분석에 의해 도출한 기울기(a)가 기설정된 기준 기울기(a')로부터 일정 수준 오차 범위에 속하게 되면 정상적인 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 이상상태로 판단한다. 기울기의 오차 범위 역시 미리 설정해 놓을 수 있다.

마찬가지로, 도 4에 도시된 바와 같이 제어부(300)에서 회귀분석에 의해 도출한 y절편(b)이 기설정된 기준 y절편(b')으로부터 일정 수준 오차 범위에 속하게 되면 정상적인 상태로 판단하고, 그렇지 않으면 이상상태로 판단한다. y절편의 오차 범위 역시 미리 설정해 놓을 수 있다.

상기 경고부(400)는 상기 제어부(300)에서 상기 판단에 의해 기울기(a)와 y절편(b)이 정상수준의 범위를 벗어난 것으로 판단한 경우 그 횟수를 누적시킨다.

그리고 상기 누적횟수가 기설정된 소정 횟수(센서 이상 누적검출 횟수) 이상이 되면 경고를 출력한다.

경고는 경고등을 점등하거나 센서 시그날을 보정하는 방법으로 행할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 방법에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 방법의 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 방법은 차량의 운행 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S10)와, 차량의 연료 분사량 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S20)와, 차속에 따라 설정된 흡입 공기량 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S30)와, 실시간으로 측정되는 공기량과 상기 연소압센서에 의해 측정되는 연소압의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 하는 단계(S40)와, 상기 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준의 범위에 속하는지 판단하는 단계(S50) 및 기울기와 y절편이 정상수준의 범위를 벗어난 경우 그 횟수를 누적시켜 설정된 센서 이상 누적검출 횟수에 해당하게 되면 경고를 출력하는 단계(S60)를 포함할 수 있다.

먼저 차량의 운행 조건 만족 여부를 판단한다(S10). 차량의 운행 조건은 상황에 따라 설정할 수 있다.

하나 또는 다수의 실시예에서 도 3에 도시된 바와 같이 차량이 100kph 속도로 주행 중 감속하는 조건으로 설정할 수도 있고, 120kph 속도로 주행 중 감속하는 조건으로 설정할 수도 있다. 차량의 속도가 너무 낮으면 연소압 자체가 작으므로 연소압센서의 열화를 검출하기 어렵고, 차량이 감속(Idle Decelleration) 상태가 아니면 연소실의 행정으로 인해 열화나 이상을 검출하기 어렵기 때문에 이러한 여러가지 상황을 고려하여 차량의 운행 조건을 설정한다.

차량의 운행 조건을 만족하지 못하는 경우 처음으로 돌아가 다시 차량의 운행 조건을 판단한다(S11).

그리고 차량의 연료 분사량 조건 만족 여부를 판단한다(S20).

하나 또는 다수의 실시예에서 상기 연료 분사량 조건은 도 2에 도시된 바와 같이 차량이 감속상태에서 ECU에 의한 연료 분사량이 0인 조건으로 설정할 수 있다.

연료가 분사되고 있지 않은 상태에서 연소실 내부의 연소압을 신뢰성 있게 측정할 수 있기 때문이다.

연료 분사량 조건을 만족하지 못하는 경우에는 이를 다시 판단하도록 한다(S21).

또한, 차속에 따라 흡입 공기량 조건의 만족 여부를 판단한다(S30).

하나 또는 다수의 실시예에서 차속과 흡입 공기량 사이의 관계에 대하여 맵을 작성하여 조건 만족 여부를 판단할 수 있다.

상기 흡입 공기량은 차량의 HFM 센서(Hot-Film Mass Air Flow Sensor)로 측정할 수 있다.

차속에 따른 흡입공기량 조건을 만족하지 못한 경우에는 다시 이를 판단하도록 한다(S31).

상기 차량 운행 조건, 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건을 모두 만족하는 경우 제어부에서는 실시간으로 측정되는 공기량과 연소압센서에 의해 측정되는 연소압 사이의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 한다(S40).

공기량과 연소압 사이의 상관식에 따른 기울기(a) 및 y절편(b)은 도 4에 도시된 바와 같이 최소자승법을 사용하여 회기분석을 통해 도출할 수 있다.

상기와 같이 회기분석을 통해 실시간으로 도출된 기울기(a)와 y절편(b)을 모니터링하여 기설정된 정상수준 범위에 속하는지 여부를 판단한다(S50).

하나 또는 다수의 실시예에서 정상수준의 범위는 미리 설정할 수 있으며 기준 상관식을 설정하여 기준 기울기(a')와 기준 y절편(b')을 정해 놓고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 회기분석에 의한 기울기(a)와 y절편(b)과 각각 비교한다.

즉, 기준 기울기(a')와 회기분석에 의한 기울기(a)를 비교하여 그 오차가 설정된 범위 내에 속하고, 기준 y절편(b')과 회기분석에 의한 y절편(b)을 비교하여 그 오차도 설정된 범위 내에 속하면 연소압센서는 정상으로 판단한다(S51). 반면에 회기분석에 의한 기울기나 y절편이 기준 기울기나 기준 y절편에 비해 오차 범위를 벗어나면 연소압센서는 정상으로 판단하지 않는다.

그 다음 상기와 같이 연소압센서가 정상으로 판단되지 않은 경우 그 횟수를 카운터하고 누적시킨다(S60). 누적된 횟수가 설정된 소정 횟수 이상이 되면 경고를 출력한다(S61).

상기 경고는 경고등을 점등하는 방식으로 할 수도 있고, 센서 시그날을 보정할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예에 따른 연소압센서의 이상상태 판단 시스템 및 방법에 의하면 연소압센서의 열화 등 이상상태를 신뢰성 있게 검출할 수 있는 효과가 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 연소압센서의 이상상태 판단 시스템
100: 연소압센서
200: 판단부
300: 제어부
400: 경고부

Claims

차량의 운행 조건 만족 여부를 판단하는 단계;
상기 차량의 연료 분사량 조건 만족 여부를 판단하는 단계;
차속에 따라 설정된 흡입 공기량 조건 만족 여부를 판단하는 단계;
실시간으로 측정되는 공기량과 엔진의 연소압을 측정하는 연소압센서에 의해 측정되는 연소압의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 하는 단계; 및
상기 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준의 범위에 속하는지 판단하는 단계;를 포함하는 연소압센서의 이상상태 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 기울기와 y절편이 정상수준의 범위를 벗어난 경우 그 횟수를 누적시켜 설정된 센서 이상 누적검출 횟수에 해당하게 되면 경고를 출력하는 단계를 더 포함하는 연소압센서의 이상상태 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 차량 운행 조건은 상기 차량의 차속이 100kph 이상인 것을 특징으로 하는 연소압센서의 이상상태 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 연료 분사량 조건은 차량이 감속상태에서 연료 분사량이 O인 조건인 것을 특징으로 하는 연소압센서의 이상상태 판단 방법.
제1항에 있어서,
상기 기울기와 y절편은 최소자승법(Least Square Method, LSE)을 사용한 회귀분석에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는 연소압센서의 이상상태 판단 방법.
엔진의 연소압을 측정하는 연소압센서;
차량의 운행 조건, 연료 분사량 조건 및 흡입 공기량 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 판단부;
실시간으로 측정되는 공기량과 상기 연소압센서에서 측정되는 연소압과의 상관식을 도출하여 그 기울기와 y절편을 모니터링 하고, 상기 기울기와 y절편이 기설정된 정상수준에 속하는지 여부를 판단하는 제어부; 및
상기 정상수준의 범위를 벗어난 경우 그 횟수를 누적시켜 설정된 센서 이상 누적검출 횟수에 해당하게 되면 경고를 출력하는 경고부;를 포함하는 연소압센서의 이상상태 판단 시스템.
제6항에 있어서,
상기 차량 운행 조건은 상기 차량의 차속이 100kph 이상인 것을 특징으로 하는 연소압센서의 이상상태 판단 시스템.
제6항에 있어서,
상기 연료 분사량 조건은 차량이 감속상태에서 연료 분사량이 O인 조건인 것을 특징으로 하는 연소압센서의 이상상태 판단 시스템.
제6항에 있어서,
상기 기울기와 y절편은 최소자승법(Least Square Method, LSE)을 사용한 회귀분석에 의해 도출하는 것을 특징으로 하는 연소압센서의 이상상태 판단 시스템.