KR101315164B1 - 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치 및 방법 - Google Patents

글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치 및 방법이 개시된다. 일부 글로우 플러그의 단선을 용이하게 검출하기 위한 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치는 IPS부, 단선 검출부, 및 진단신호 생성부를 포함한다. IPS부는 병렬 연결된 복수의 글로우 플러그 전체에 흐르는 전류값을 측정하고, 단선 검출부는 측정된 전류값에 해당하는 전체 저항값으로 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하며, 진단신호 생성부는 단선 검출부로부터 수신한 글로우 플러그의 단선 개수를 포함하는 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력한다. 이로 인해, 차량 점검을 하지 않고도 일부의 글로우 플러그에서 발생한 단선을 검출할 수 있으므로, 환경 유해 물질의 발생 및 글로우 플러그에 의한 시동불량 및 엔진 부조화 등의 문제를 예방할 수 있다.

Description

글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting disconnection number of Glow Plug with Glow Plug resistance design}
본 발명은 글로우 플러그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일부 글로우 플러그의 단선을 용이하게 검출하기 위한 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
디젤엔진은 가솔린엔진과는 달리, 별도의 점화장치를 사용하지 않기 때문에, 공기를 흡입하여 높은 압력까지 압축한 후, 압축으로 인해 높은 온도로 가열된 공기 중에 연료를 분사하여 연소를 발생시킨다.
하지만, 동절기에는 연소실 내의 공기가 자기착화에 필요한 온도까지 도달하지 않을 경우가 있으므로, 글로우 플러그(Glow Plug)라는 전기가열 보조기구를 사용한다.
즉, 연소실 내에 글로우 플러그의 발열부가 돌출되도록 배치하여, 시동 전에 기관 내부가 따뜻해지도록 예열하여 연료분무시 착화원으로 사용한다.
이러한 글로우 플러그는 일반적으로 복수개가 통합 병렬 연결되어 있으며, 컨트롤 유닛이 통합 병렬 연결된 복수의 글로우 플러그 작동을 전체적으로 제어한다.
이때, 글로우 플러그 제어 유닛은 전압을 모니터링하여 글로우 플러그의 단선 여부를 검출하기 때문에, 복수의 글로우 플러그가 모두 단선되어 회로가 개방되었을 때만 글로우 플러그의 단선을 검출할 수 있으므로, 일부의 글로우 플러그만이 단선될 경우에는 단선 발생을 검출할 수 없다는 문제점이 있다.
더불어, 글로우 플러그 제어 유닛은 복수의 글로우 플러그 전체의 단선으로 인해 회로가 개방되어 배터리 전압이 인가되지 않을 경우, 시스템 오류라는 신호를 전자 제어 장치에 전달할 뿐, 단선 여부를 판단한 정보를 전자 제어 장치에 전달하지 못한다는 문제점이 있다.
때문에, 현재는 일부의 글로우 플러그 단선을 검출하는 방법으로, 차량 점검을 받을 때 글로우 플러그를 탈거한 후 검사하는 방법을 이용하여 일부 글로우 플러그의 단선 유무를 판단하고 있다.
하지만, 차량 점검시에만 일부 글로우 플러그의 단선을 검출하게 된다면, 차량 점검 전까지는 일부의 글로우 플러그에 단선이 발생한 상태로 차량을 운행하게 되므로, 차량에서는 매연 등의 환경 유해 물질이 발생한다는 문제점이 있다.
또한, 글로우 플러그가 단선된 상태에서 차량을 운행하게 되면, 글로우 플러그의 성능이 필요한 시점에서 시동불량, 엔진 부조화, 및 매연 등의 문제가 발생할 가능성이 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 글로우 플러그의 단선으로 인한 문제가 발생하기 전에, 일부 글로우 플러그의 단선을 검출하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치는 IPS부, 단선 검출부, 및 진단신호 생성부를 포함한다.
IPS부는 병렬 연결된 복수의 글로우 플러그 전체에 흐르는 전류값을 측정하고, 단선 검출부는 측정된 전류값에 해당하는 전체 저항값으로 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하며, 진단신호 생성부는 단선 검출부로부터 수신한 글로우 플러그의 단선 개수를 포함하는 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력한다.
이로 인해, 차량 점검을 하지 않고도 일부의 글로우 플러그에서 발생한 단선을 검출할 수 있으므로, 환경 유해 물질의 발생 및 글로우 플러그에 의한 시동불량 및 엔진 부조화 등의 문제를 예방할 수 있다.
또한, 단선 검출부는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 미리 저장된 글로우 플러그 단선 개수별 저항값 범위 중, 전체 저항값이 포함되는 저항값 범위를 확인하여 글로우 플러그의 단선 개수를 검출할 수 있다.
이때, 각각의 글로우 플러그는, n개의 글로우 플러그가 병렬 연결된 경우, 병렬 연결된 n개의 글로우 플러그의 최대 전체 저항값이 병렬 연결된 n-1개의 글로우 플러그의 최소 전체 저항값보다 작도록 하는 저항 기준값 및 저항 공차를 가질 수 있으며, 저항 기준값은 발열 코일 저항 기준값과 조절 코일 저항 기준값의 합이고, 저항 공차는 발열 코일 저항 공차와 조절 코일 저항 공차의 합일 수 있다.
더불어, 전체 저항값은 '발열 코일 저항 기준값 + 조절 코일 저항 기준값 ± (발열 코일 저항 공차 + 조절 코일 저항 공차)'일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치는 시간 설정부, 듀티 설정부, 및 제어신호 생성부를 더 포함할 수 있다.
시간 설정부는 전원부에서 인가되는 전압의 측정 전압값을 이용하여 급속승온구간의 시간을 설정할 수 있고, 듀티 설정부는 전자 제어 장치로부터 수신한 펄스 폭 변조 신호 및 측정 전압값을 이용하여, 온도유지구간에 적용될 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 설정할 수 있고, 제어신호 생성부는 급속승온구간의 시간 및 듀티 사이클을 이용하여, 복수의 글로우 플러그에 흐르는 전류를 제어하는 제어신호를 생성할 수 있다.
또한, IPS부는 제어신호에 따라 전원부에서 공급되는 전압을 복수의 글로우 플러그로 인가하며, 복수의 글로우 플러그의 상태를 확인할 수 있다.
또한, 진단신호 생성부는 IPS부에서 확인한 글로우 플러그의 상태 결과를 포함한 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법은 병렬 연결된 복수의 글로우 플러그 전체에 흐르는 전류값을 측정하는 (f) 단계, 측정된 전류값에 해당하는 전체 저항값으로 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하는 (g) 단계, 및 단선 개수를 포함하는 진단 신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력하는 (h) 단계를 포함한다.
또한, (h) 단계에서는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 미리 저장된 글로우 플러그 단선 개수별 저항값 범위 중, 전체 저항값이 포함되는 저항값 범위를 확인하여 글로우 플러그의 단선 개수를 검출할 수 있다.
이때, 각각의 글로우 플러그는, n개의 글로우 플러그가 병렬 연결된 경우, 병렬 연결된 n개의 글로우 플러그의 최대 전체 저항값이 병렬 연결된 n-1개의 글로우 플러그의 최소 전체 저항값보다 작도록 하는 저항 기준값 및 저항 공차를 가질 수 있으며, 저항 기준값은 발열 코일 저항 기준값과 조절 코일 저항 기준값의 합이고, 저항 공차는 발열 코일 저항 공차와 조절 코일 저항 공차의 합일 수 있다.
더불어, 전체 저항값은 '발열 코일 저항 기준값 + 조절 코일 저항 기준값 ± (발열 코일 저항 공차 + 조절 코일 저항 공차)'일 수 있다.
또한, (f) 단계 이전에 전원부에서 인가되는 전압의 측정 전압값을 이용하여 급속승온구간의 시간을 설정하는 (a) 단계, 전자 제어 장치로부터 수신한 펄스 폭 변조 신호 및 측정 전압값을 이용하여, 온도유지구간에 적용될 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 설정하는 (b) 단계, 급속승온구간의 시간 및 듀티 사이클을 이용하여, 복수의 글로우 플러그에 흐르는 전류를 제어하는 제어신호를 생성하는 (c) 단계, 및 제어신호에 따라 전원부에서 공급되는 전압을 복수의 글로우 플러그로 인가하는 (d) 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법은 (d) 단계 이후에, 복수의 글로우 플러그의 상태를 확인하고, 상태 결과를 포함한 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력하는 (e) 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의해 차량 점검을 하지 않고도 일부의 글로우 플러그에서 발생한 단선을 검출할 수 있으므로, 환경 유해 물질의 발생 및 글로우 플러그에 의한 시동불량 및 엔진 부조화 등의 문제를 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도.
도 2는 글로우 플러그에서 흐르는 전류에 따른 온도를 그래프로 나타낸 도면.
도 3의 (a)는 병렬 연결된 4개의 글로우 플러그의 회로를 나타낸 도면.
도 3의 (b)는 글로우 플러그의 단선 개수에 따른 저항값의 범위를 나타낸 도면.
도 4의 (a)는 각 글로우 플러그의 저항이 '기준저항/저항공차 = 4'일 경우의 도표를 나타내는 도면.
도 4의 (b)는 각 글로우 플러그의 저항이 '기준저항/저항공차 = 6.5'일 경우의 도표를 나타낸 도면.
도 4의 (c)는 각 글로우 플러그의 저항이 '기준저항/저항공차 = 7.5'일 경우의 도표를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 발명의 이해를 보다 명확하게 하기 위해 동일한 구성요소에 대해서는 상이한 도면에서도 동일한 부호를 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명의 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 2는 글로우 플러그에서 흐르는 전류에 따른 온도를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치(100)는 전자 제어 장치(200), 전원부(300), 및 복수의 글로우 플러그(400)와 연결되며, 작동 제어부(110), 시간 설정부(120), 듀티 설정부(130), 제어신호 생성부(140), IPS부(150), 단선 검출부(160), 및 진단신호 생성부(170)를 포함한다.
전원부(300)를 글로우 플러그 단선 수 검출을 위한 장치(100)에 연결하는 이유는 '점화기 스위치 on 신호'가 인가되는 순간부터 '점화기 스위치 off 신호'가 인가되기 전까지 글로우 플러그 단선 수 검출을 위한 장치(100)에 전압을 인가하여 작동시키기 위해서이고, 전원부(300)로는 일반적으로 디젤 자동차에 구비된 배터리가 사용될 수 있으며, 배터리는 12V의 출력을 가질 수 있다.
전자 제어 장치(200)에서 작동 제어부(110)로 '점화기 스위치 on 신호'가 입력되어 글로우 플러그 단선 수 검출을 위한 장치(100)가 작동하기 시작하면, 전원 측정부(310)는 글로우 플러그(400)에 인가되는 전압의 실제 크기를 측정하는데, 배터리가 사용될 경우, 배터리는 12V의 정전압을 출력하므로, 전압의 크기는 12V로 일정하게 측정된다. 하지만, 배터리의 사용기간이 증가하거나 배터리가 방전되는 등의 경우에는, 측정된 전압의 크기가 정전압의 크기와 다소 다를 수 있다.
시간 설정부(120)는 전원 측정부(310)로부터 입력된 측정 전압값을 이용하여, 도 2에 표시된 급속승온구간(11)의 시간을 설정하고 제어신호 생성부(140)로 출력할 수 있다.
도 2를 참조하여 글로우 플러그(400)가 예열 되는 과정을 살펴보면, 글로우 플러그가 예열 되는 과정은 급속승온구간(11)과 온도유지구간(12)으로 나누어질 수 있다.
즉, 시간 설정부(120)는 측정된 전압값을 이용하여, 글로우 플러그(400)의 온도를 예열시키고자 하는 목표 온도까지 급속으로 승온시키기 위한 전류가 흐르도록 하는 시간(급속승온구간(11)의 시간)을 설정할 수 있다.
예컨대, 전원부(300)에서 공급되는 전원이 전원 측정부(310)에서 12V로 측정되고, 목표 온도가 1000℃이며, 12V가 1초 동안 인가될 경우 500℃가 상승한다고 하면, 급속승온구간(11)의 시간은 2초가 된다.
듀티 설정부(130)는 전자 제어 장치(200)로부터 입력된 펄스 폭 변조(PWM) 신호, 및 전원 측정부(310)로부터 입력된 측정 전압값을 이용하여, 목표 온도를 유지하기 위한 구간인 온도유지구간(12)에 적용될 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(duty cycle, 듀티비)을 설정하여 제어신호 생성부(140)로 출력한다.
만약, 전자 제어 장치(200)로부터 입력된 펄스 폭 변조 신호가 12V인 인가 전압에 대해 50%일 경우, 전원 측정부(310)에서 측정된 전압값이 12V라면, 듀티 설정부(130)는 목표 온도를 유지하기 위한(온도유지구간(12)에서의) 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을, 전자 제어 장치(200)로부터 입력되는 펄스 폭 변조 신호와 동일한 50%로 설정하여 제어신호 생성부(140)로 출력할 수 있다.
하지만, 입력된 펄스 폭 변조 신호가 12V인 인가 전압에 대해 50%일 경우, 측정된 전압값이 12V보다 작다면, 듀티 설정부(130)는 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류가 일정한 크기를 가지도록, 목표 온도를 유지하기 위한(온도유지구간(12)에서의) 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을, 입력되는 펄스 폭 변조 신호의 50%보다 크게 설정하여 제어신호 생성부(140)로 출력할 수 있다.
반면, 입력된 펄스 폭 변조 신호가 12V인 인가 전압에 대해 50%일 경우, 측정된 전압값이 12V보다 크다면, 듀티 설정부(130)는 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류가 일정한 크기를 가지도록, 목표 온도를 유지하기 위한(온도유지구간(12)에서의) 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을, 입력되는 펄스 폭 변조 신호의 50%보다 작게 설정하여 제어신호 생성부(140)로 출력할 수 있다.
제어신호 생성부(140)는 시간 설정부(120)로부터 설정된 급속승온구간(11)의 시간 및 듀티 설정부(130)로부터 입력된 온도유지구간(12)에 적용될 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 이용하여, 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류를 제어하는 제어신호를 생성하고, 생성한 제어신호를 IPS부(150)로 출력할 수 있다.
즉, 전원 측정부(310)에서 전압은 12V로 측정되고, 급속승온구간(11)의 시간이 2초, 듀티 설정부(130)로부터 입력된 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클이 50%로 설정되었다면, 제어신호 생성부(140)는 0~2초 구간에서는 12V가 지속적으로 인가되고, 2초 이후의 구간에서는 50%의 듀티 사이클로 12V가 인가되도록 생성된 펄스 폭 변조 신호인 제어신호를 IPS부(150)로 출력할 수 있다.
IPS부(150)는 제어신호 생성부(140)로부터 입력된 제어신호에 따라 전원부(300)에서 공급되는 전압을 글로우 플러그(400)로 인가하고, 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
또한, IPS부(150)는 글로우 플러그(400)의 상태를 확인할 수 있다.
이때, 글로우 플러그(400)의 상태는, 글로우 플러그(400)의 그라운드(GND)가 단락되었는지 여부, 글로우 플러그(400)의 현재 온도, 글로우 플러그(400)의 전체 단선 여부, 글로우 플러그(400)에 인가되는 전류 및 전압의 크기, 펄스 폭 변조 신호의 오류 여부 중 적어도 하나 이상을 포함하는 상태를 의미한다.
IPS(Intelligent Power Switching device)는 반도체 소자(IC)를 이용한 부하 전원 컨트롤 장치이며, 퓨즈 및 릴레이로 대체할 수 있다.
IPS는 기본적으로, 단선, 단락, 과부하 등에 따른 전류 부족 또는 과대를 검출시, 회로를 차단함으로써 회로를 보호할 수 있으며, 부하 전원 출력단의 단선 및 단락 발생시, 고장을 검출하여 전자 제어 장치(200)를 통해 진단 장비로 고장코드를 전송할 수 있다.
또한, 빠른 스위칭 제어가 가능하고, 소형 및 다채널 제어가 가능하여 많은 전기부하를 동시 제어할 수 있으며, 제어기능 추가시 업그레이드가 용이하다는 특징이 있다.
이러한 특징으로 인해, IPS부(150)는 글로우 플러그(400)로의 제어신호에 따른 전압 인가뿐만 아니라, 전압을 인가하는 회로를 보호할 수 있다.
또한, 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류를 측정하기 위해 IPS부(150)와 별도로 션트 회로(Shunt Circuit)를 구현할 수 있다.
단선 검출부(160)는 IPS부(150)에서 측정된 미리 설정된 시점에서의 글로우 플러그(400)에 흐르는 전체 전류값을 이용하여 글로우 플러그(400)에 발생한 단선 개수를 검출할 수 있다.
미리 설정된 시점은 글로우 플러그(400)에 '점화키 스위치 on 신호' 입력시, 전압 인가 후 30초 시, '점화키 스위치 off 신호' 입력시 등이 될 수 있다.
이때, 단선 검출부(160)는 각 글로우 플러그(400)에 설정된 저항값에 따라 측정된 전체 전류값으로부터 단선 개수를 다르게 검출할 수 있다.
즉, 각 글로우 플러그(400)의 저항 기준값(발열 코일 저항 기준값 + 조절 코일 저항 기준값)이 저항공차(발열 코일 저항공차 + 조절 코일 저항공차)보다 3배 이상 되도록 각 글로우 플러그(400)의 저항값을 설정할 경우에, 3개 이상의 글로우 플러그(400) 단선을 검출할 수 있고, 6배 이상 되도록 각 글로우 플러그(400)의 저항값을 설정할 경우에, 2개 이상의 글로우 플러그(400) 단선을 검출할 수 있으며, 7배 이상 되도록 각 글로우 플러그(400)의 저항값을 설정할 경우에, 1개 이상의 글로우 플러그(400) 단선을 검출할 수 있다.
참고로, 본 발명의 글로우 플러그(400) 각각에는 발열 코일 및 조절 코일이 감겨있으며, 이 코일들로 인해 글로우 플러그(400)의 발열 및 글로우 플러그(400)의 온도를 조절할 수 있다.
이때, 저항 기준값과 저항공차의 비율을 설정하는 과정은 도 3의 (a) 내지 (b), 도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하고, 4개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결되었을 경우를 예를 들어 설명하고자 한다.
도 3의 (a)는 병렬 연결된 4개의 글로우 플러그(400)의 회로를 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 글로우 플러그(400)의 단선 개수에 따른 저항값의 범위를 나타낸 도면이다.
도 1에서와 같이 4개의 글로우 플러그(400)가 병렬 연결된 경우, 글로우 플러그(400)의 저항 및 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류는 도 3의 (a)와 같이 나타낼 수 있다.
이때, '글로우 플러그(400)의 전체 저항값(Rtotal) = 발열 코일 저항값(RH) + 조절 코일 저항값(RR)'이 될 수 있는데, '발열 코일 저항값(RH) = 발열 코일 저항 기준값(rH) ± 저항공차(xH)'가 되고, '조절 코일 저항값(RR) = 조절 코일 저항 기준값(rR) ± 저항공차(yR)'가 된다.
즉, '글로우 플러그(400)의 전체 저항값(Rtotal) = 발열 코일 저항 기준값 + 조절 코일 저항 기준값 ± 전체 공차'가 될 수 있다.
이를 수학식으로 나타내면 수학식 1과 같다.
Figure 112011050019359-pat00001
다음으로, 도 3의 (b)를 참조하면, ⓐ 범위(A'~A)의 저항값은 4개의 글로우 플러그(400) 모두가 병렬로 연결된 경우(즉, 단선된 글로우 플러그(400)가 없을 경우)를 나타내고, ⓑ 범위(B'~B)의 저항값은 3개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 경우(즉, 1개의 글로우 플러그(400)가 단선된 경우)를 나타낸다.
또한, ⓒ 범위(C'~C)의 저항값은 2개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 경우(즉, 2개의 글로우 플러그(400)가 단선된 경우)를 나타내며, ⓓ 범위(D'~D)의 저항값은 1개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 경우(즉, 3개의 글로우 플러그(400)가 단선된 경우)를 나타낸다.
상술한 ⓐ, ⓑ, ⓒ, 및 ⓓ 범위에 대한 기준저항 및 저항공차를 수학식으로 나타내면, 수학식 2 내지 수학식 5와 같다.
Figure 112011050019359-pat00002
Figure 112011050019359-pat00003
Figure 112011050019359-pat00004
Figure 112011050019359-pat00005
이와 같은 수학식을 이용하여 병렬로 연결된 글로우 플러그(400)에서의 일부 단선을 정확하게 확인할 수 있는 기준저항과 공차 저항의 비율을 도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하여 구할 수 있다.
도 4의 (a)는 각 글로우 플러그(400)의 저항이 '기준저항/저항공차 = 4'일 경우의 도표를 나타내는 도면이다.
이때, 기준저항은 '발열 코일 저항 기준값 + 조절 코일 저항 기준값'을 의미하며, '기준저항/저항공차 = 4'가 되는 예로, '기준저항 400mΩ ± 공차 저항 100mΩ'를 설정하였다.
'기준저항 400mΩ ± 공차 저항 100mΩ'의 값을 가지는 각 글로우 플러그(400)를 도 3의 (b)에서와 같이 ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ의 범위로 나타내면, 4개의 글로우 플러그(400) 모두가 병렬로 연결된 ⓐ 범위는 수학식 2로부터 100mΩ ± 25mΩ가 되므로, 75mΩ ~ 125mΩ의 범위에서는 단선된 글로우 플러그(400)가 없음을 알 수 있다.
또한, 3개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 ⓑ 범위는 수학식 3으로 부터 133mΩ ± 33mΩ가 되므로, 100mΩ ~ 166mΩ의 범위에서는 1개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있고, 2개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 ⓒ 범위는 수학식 4로부터 200mΩ ± 50mΩ가 되므로, 150mΩ ~ 250mΩ의 범위에서는 2개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있으며, 1개의 글로우 플러그(400)만이 연결된 ⓓ 범위는 수학식 5로부터 400mΩ ± 100mΩ가 되므로, 300mΩ ~ 500mΩ의 범위에서는 3개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있다.
하지만, 측정된 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류값에 대한 저항값이 100mΩ ~ 120mΩ의 범위에 있을 경우, ⓐ 및 ⓑ의 범위가 겹치게 되므로 단선된 글로우 플러그(400)가 없는지, 1개의 글로우 플러그(400)가 단선되었는지 정확히 알 수가 없다.
마찬가지로, 측정된 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류값에 대한 저항값이 150mΩ ~ 166mΩ의 범위에 있을 경우, ⓑ 및 ⓒ의 범위가 겹치게 되므로, 1개의 글로우 플러그(400)가 단선되었는지, 2개의 글로우 플러그(400)가 단선되었는지 정확히 알 수가 없다.
즉, 각 글로우 플러그(400)의 저항이 '기준저항/저항공차 = 4'일 경우에는 측정된 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류값에 대한 저항값이 300mΩ ~ 500mΩ인 ⓓ 범위에 있을 경우에만 정확하게 3개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있다.
도 4의 (b)는 각 글로우 플러그(400)의 저항이 '기준저항/저항공차 = 6.5'일 경우의 도표를 나타내는 도면이다.
이때, '기준저항/저항공차 = 6.5'가 되는 예로, '기준저항 650mΩ ± 공차 저항 100mΩ'를 설정하였다.
'기준저항 650mΩ ± 공차 저항 100mΩ'의 값을 가지는 각 글로우 플러그(400)를 도 4의 (a)에서와 같이 ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ의 범위로 나타내면, 4개의 글로우 플러그(400) 모두가 병렬로 연결된 ⓐ 범위인 137.5mΩ ~ 187.7mΩ에서는 단선된 글로우 플러그(400)가 없음을 알 수 있다.
또한, 3개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 ⓑ 범위인 183.3mΩ ~ 250mΩ에서는 1개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있고, 2개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 ⓒ 범위인 275mΩ ~ 375mΩ에서는 2개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있으며, 1개의 글로우 플러그(400)만이 연결된 ⓓ 범위인 550mΩ ~ 750mΩ에서는 3개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있다.
하지만, 측정된 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류값에 대한 저항값이 183.3mΩ ~ 187.7mΩ의 범위에 있을 경우, ⓐ 및 ⓑ의 범위가 겹치게 되므로 단선된 글로우 플러그(400)가 없는지, 1개의 글로우 플러그(400)가 단선되었는지 정확히 알 수가 없다.
즉, 각 글로우 플러그(400)의 저항이 '기준저항/저항공차 = 6.5'일 경우에는 측정된 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류값에 대한 저항값이 275mΩ ~ 375mΩ인 ⓒ 범위, 및 550mΩ ~ 750mΩ인 ⓓ 범위에 있을 경우에만 정확하게 2개 및 3개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있다.
도 4의 (c)는 각 글로우 플러그(400)의 저항이 '기준저항/저항공차 = 7.5'일 경우의 도표를 나타내는 도면이다.
이때, '기준저항/저항공차 = 7.5'가 되는 예로, '기준저항 750mΩ ± 공차 저항 100mΩ'를 설정하였다.
'기준저항 750mΩ ± 공차 저항 100mΩ'의 값을 가지는 각 글로우 플러그(400)를 도 4의 (a)에서와 같이 ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ의 범위로 나타내면, 4개의 글로우 플러그(400) 모두가 병렬로 연결된 ⓐ 범위인 162.5mΩ ~ 212.5mΩ에서는 단선된 글로우 플러그(400)가 없음을 알 수 있다.
또한, 3개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 ⓑ 범위인 216.6mΩ ~ 283.3mΩ에서는 1개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있고, 2개의 글로우 플러그(400)가 병렬로 연결된 ⓒ 범위인 325mΩ ~ 425mΩ에서는 2개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있으며, 1개의 글로우 플러그(400)만이 연결된 ⓓ 범위인 650mΩ ~ 850mΩ에서는 3개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있다.
즉, 각 글로우 플러그(400)의 저항이 '기준저항/저항공차 = 7.5'일 경우에는 도 3의 (b)에 도시된 도표와 같이 단선 개수에 따른 저항값 범위가 서로 겹치지 않고 구분되며, 측정된 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류값에 대한 저항값이 162.5mΩ ~ 212.5mΩ인 ⓐ 범위, 216.6mΩ ~ 283.3mΩ인 ⓑ 범위, 325mΩ ~ 425mΩ인 ⓒ 범위, 및 650mΩ ~ 850mΩ인 ⓓ 범위에 있을 경우에 정확하게 단선 없음, 1개, 2개, 및 3개의 글로우 플러그(400)가 단선되었음을 알 수 있다.
상술한 도 4의 (a) 내지 (c)를 모두 살펴보면, 각 글로우 플러그(400)의 병렬 연결시 연결 수량(또는, 단선 수량)을 정확하게 구분하기 위해서는, 글로우 플러그(400) 4개 병렬 연결시의 최대 저항값(A)이 글로우 플러그(400) 3개 병렬 연결시의 최소 저항값(B')보다 항상 작은 값을 가져야 한다는 것을 알 수 있다.
'기준저항/저항공차 = 7.5'의 값은 실시예이므로, 이하의 수학식 6으로부터 정확한 기준저항과 저항공차의 비율을 구할 수 있다.
Figure 112011050019359-pat00006
즉, 수학식 6을 참조하면, 병렬 연결된 글로우 플러그(400)의 전체 저항값이 A < B'가 되기 위해서는, 발열 코일과 조절 코일의 저항 기준값의 합(rH+rR)이 항상 발열 코일과 조절 코일의 저항공차 합(xH+yR)보다 7배 이상 클 경우에 1개 이상의 글로우 플러그(400) 단선을 검출할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 수학식 6과 같은 방식으로 병렬 연결된 글로우 플러그(400)의 전체 저항값이 B < C'가 되도록 코일 저항값을 설정하면, 발열 코일과 조절 코일의 저항 기준값의 합(rH+rR)이 항상 발열 코일과 조절 코일의 저항공차 합(xH+yR)보다 6배 이상 클 경우에 2개 이상의 글로우 플러그(400) 단선을 검출할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 수학식 6과 같은 방식으로 병렬 연결된 글로우 플러그(400)의 전체 저항값이 C < D'가 되도록 코일 저항값을 설정하면, 발열 코일과 조절 코일의 저항 기준값의 합(rH+rR)이 항상 발열 코일과 조절 코일의 저항공차 합(xH+yR)보다 3배 이상 클 경우에 1개 이상의 글로우 플러그(400) 단선을 검출할 수 있음을 알 수 있다.
즉, 상술한 바와 같이, 발열 코일과 조절 코일의 저항 기준값의 합(rH+rR)과, 발열 코일과 조절 코일의 저항공차 합(xH+yR)의 비율(Rratio)이 1개 단선시 가장 크므로, 'Rratio > 7'이면 1개 내지 4개 모두의 글로우 플러그(400)에 발생한 단선을 검출할 수 있음을 알 수 있다.
결론적으로, n개의 글로우 플러그(400)가 병렬 연결된 경우에, 상술한 수학식 6을 참조하여, n개 병렬 연결시의 최대 저항값(A)이 글로우 플러그(400) n-1개 병렬 연결시의 최소 저항값(B')보다 항상 작은 값(A < B')을 갖게 하는 발열 코일과 조절 코일의 저항 기준값의 합(rH+rR)과, 발열 코일과 조절 코일의 저항공차 합(xH+yR)의 비율(Rratio)을 구하여 저항을 설계할 경우, 병렬 연결된 n개의 글로우 플러그(400)의 일부 단선 수를 모두 검출할 수 있다.
단선 검출부(160)는 각 글로우 플러그(400)에 설정된 저항값에 따른 검출 가능한 단선 개수, 단선 개수에 따른 저항값 범위, 및 저항값 범위에 따른 전류값 범위를 저장할 수 있으며, 이로 인해 각 글로우 플러그(400)에 설정된 저항값에 따라 측정된 전체 전류값으로부터 단선 개수를 검출할 수 있다.
진단신호 생성부(170)는 단선 검출부(160)에서 글로우 플러그(400)의 단선 검출시, 에러 정보를 포함하는 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치(200)로 출력할 수 있다.
또한, 진단신호 생성부(170)는 IPS부(150)에서 글로우 플러그(400)의 문제 검출시, 글로우 플러그(400)의 상태를 포함하는 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치(200)로 출력할 수 있다.
이때, 글로우 플러그 단선 수 검출을 위한 장치(100)가 전자 제어 장치(200)와의 통신시, 통신 방식으로 펄스 폭 변조 입력 방식 이외에도, 계측 제어기 통신망(CAN, Controller Area Network) 방식을 적용할 수 있다.
계측 제어기 통신망(CAN) 방식이 적용될 경우, 진단신호 생성부(170)는 전자 제어 장치(200)로 에러가 발생하였다는 신호 이외에 정확한 에러 유형 및 단선 수량을 포함하는 진단신호를 생성할 수 있다.
또한, 진단신호 생성부(170)는 IPS부(150)가 검출한 문제의 유형(예컨대, 전체 단선, 단락, 과전압, 통신오류발생 등)의 데이터를 포함하는 진단신호를 생성할 수 있다.
상술한 바와 같은, 작동 제어부(110), 시간 설정부(120), 듀티 설정부(130), 제어신호 생성부(140), IPS부(150), 단선 검출부(160), 및 진단신호 생성부(170)의 구성으로 인해, 종래 기술에서는 판단할 수 없었던 일부 글로우 플러그(400)의 단선을 검출할 수 있어, 단선된 글로우 플러그(400)를 더욱 신속하게 교환할 수 있기 때문에, 차량의 불완전 연소율을 사전에 방지할 수 있다.
또한, 차량의 불완전 연소율을 제거함에 따라 엔진 내구감소를 방지할 수 있으므로, 매연 등의 유해 요소의 발생을 최소화하여 환경오염을 줄일 수 있다.
또한, 통합 병렬 연결 방식에서도 글로우 플러그 단선 여부를 판단할 수 있기 때문에, 개별 연결시 글로우 플러그 단선 여부를 확인하기 위한 개별 연결 하네스가 필요 없으므로 원가를 절감할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
작동 제어부(110)가 전자 제어 장치(200)로부터 '점화키 스위치 on 신호'를 입력받으면(S100), 글로우 플러그 단선 수 검출 장치(100)가 작동한다.
먼저, 전원 측정부(310)는 전원부(300)로부터 글로우 플러그 단선 수 검출 장치(100)로 인가되는 전압의 실제 크기를 측정하여, 시간 설정부(120) 및 듀티 설정부(130)로 출력한다(S200).
시간 설정부(120)는 전원 측정부(310)로부터 입력된 측정 전압값을 이용하여 급속승온구간(11)의 시간을 설정하고 제어신호 생성부(140)로 출력한다(S300).
즉, 시간 설정부(120)는 측정된 전압값을 이용하여, 글로우 플러그(400)의 온도를 예열시키고자 하는 목표 온도까지 급속으로 승온시키기 위한 일정 전류가 흐르도록 하는 시간(급속승온구간(11)의 시간)을 설정할 수 있다.
그리고, 듀티 설정부(130)는 전자 제어 장치(200)로부터 입력된 펄스 폭 변조(PWM) 신호, 및 전원 측정부(310)에서 입력된 측정 전압값을 이용하여, 목표 온도를 유지하기 위한 구간인 온도유지구간(12)에 적용될 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클(duty cycle, 듀티비)을 설정하여 제어신호 생성부(140)로 출력한다(S310).
시간 설정부(120) 및 듀티 설정부(130)로부터 급속승온구간(11)의 시간 및 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 입력받은 제어신호 생성부(140)는, 급속승온구간(11)의 시간 및 듀티 사이클을 이용하여, 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류를 제어하는 제어신호를 생성하고, 생성한 제어신호를 IPS부(150)로 출력한다(S320).
즉, 전원 측정부(310)에서 전압은 12V로 측정되고, 급속승온구간(11)의 시간이 2초, 듀티 설정부(130)로부터 입력된 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클이 50%로 설정되었다면, 제어신호 생성부(140)는 0~2초 구간에서는 12V가 지속적으로 인가되고, 2초 이후의 구간에서는 50%의 듀티 사이클로 12V가 인가되도록 생성된 펄스 폭 변조 신호인 제어신호를 IPS부(150)로 출력할 수 있다.
IPS부(150)는 제어신호 생성부(140)로부터 입력된 제어신호에 따라 전원부(300)에서 공급되는 전압을 글로우 플러그(400)로 인가한다(S330).
다음으로, IPS부(150)는 전체 글로우 플러그(400)에 흐르는 전류값을 미리 설정된 시점에서 측정하고, 측정 전류값을 단선 검출부(180)로 출력한다(S400).
단선 검출부(180)는 측정된 전류값에 대응하는 저항값을 산출하고, 산출된 저항값이 포함되는 단선 수 별 저항값 범위를 확인하여 글로우 플러그의 단선 개수를 검출한다(S410).
이때, 단선 수 별 저항값 범위는 병렬 연결된 각 글로우 플러그에 설정된 코일기준저항과 저항공차의 비율에 따라 달라질 수 있다.
단선 검출부(180)는 글로우 플러그의 단선 검출 결과를 진단신호 생성부(170)로 출력하고, 진단신호 생성부(170)는 단선 검출 결과로부터 글로우 플러그의 단선 검출시, 단선 개수를 포함하는 에러 정보를 포함시켜 진단신호를 생성하고 전제 제어 장치(200)로 출력한다(S420).
이후, 작동 제어부(110)에 전자 제어 장치(200)로부터 '점화키 스위치 off 신호'가 입력되면 전압 인가를 중단한다(S500).
도 5에서는 단계 S420 이후에 전자 제어 장치(200)로부터 '점화키 스위치 off 신호'가 입력되면, 전압 인가를 중단하는 것으로(S500) 나타내었지만, 단계 S100 내지 단계 S420 사이 어디에서나 전자 제어 장치(200)로부터 '점화키 스위치 off 신호'가 입력되면, 전압 인가를 중단할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
11 급속승온구간
12 온도유지구간
100 글로우 플러그 단선 수 검출장치
110 작동 제어부
120 시간 설정부
130 듀티 설정부
140 제어 신호 생성부
150 IPS부
160 단선 검출부
170 진단신호 생성부
200 전자 제어 장치
300 전원부
310 전원 측정부
400 글로우 플러그

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 병렬 연결된 복수의 글로우 플러그 전체에 흐르는 전류값을 측정하는 IPS부;
    상기 측정된 전류값에 해당하는 전체 저항값으로 상기 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하는 단선 검출부; 및
    상기 단선 검출부로부터 수신한 글로우 플러그의 단선 개수를 포함하는 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력하는 진단신호 생성부; 를 포함하고,
    상기 단선 검출부는,
    상기 글로우 플러그의 저항 설계에 따라서 미리 저장된 글로우 플러그 단선 개수별로 서로 중첩되지 않는 저항값 범위 중, 상기 전체 저항값이 포함되는 저항값 범위를 확인하여 상기 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    각각의 상기 글로우 플러그는,
    n개의 상기 글로우 플러그가 병렬 연결된 경우, 병렬 연결된 n개의 글로우 플러그의 최대 전체 저항값이 병렬 연결된 n-1개의 글로우 플러그의 최소 전체 저항값보다 작도록 하는 저항 기준값 및 저항 공차를 갖는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 저항 기준값은,
    발열 코일 저항 기준값과 조절 코일 저항 기준값의 합이고,
    상기 저항 공차는,
    발열 코일 저항 공차와 조절 코일 저항 공차의 합인 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전체 저항값은,
    '상기 발열 코일 저항 기준값 + 상기 조절 코일 저항 기준값 ± (상기 발열 코일 저항 공차 + 상기 조절 코일 저항 공차)'인 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치.
  6. 병렬 연결된 복수의 글로우 플러그 전체에 흐르는 전류값을 측정하는 IPS부;
    상기 측정된 전류값에 해당하는 전체 저항값으로 상기 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하는 단선 검출부; 및
    상기 단선 검출부로부터 수신한 글로우 플러그의 단선 개수를 포함하는 진단신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력하는 진단신호 생성부;
    전원부에서 인가되는 전압의 측정 전압값을 이용하여 급속승온구간의 시간을 설정하는 시간 설정부;
    전자 제어 장치로부터 수신한 펄스 폭 변조 신호 및 상기 측정 전압값을 이용하여, 온도유지구간에 적용될 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 설정하는 듀티 설정부; 및
    상기 급속승온구간의 시간 및 상기 듀티 사이클을 이용하여, 상기 복수의 글로우 플러그에 흐르는 전류를 제어하는 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 IPS부는,
    상기 제어신호에 따라 상기 전원부에서 공급되는 전압을 상기 복수의 글로우 플러그로 인가하며, 상기 복수의 글로우 플러그의 상태를 확인하고,
    상기 진단신호 생성부는,
    상기 IPS부에서 확인한 상기 글로우 플러그의 상태 결과를 포함한 진단신호를 생성하여 상기 전자 제어 장치로 출력하는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 장치.
  8. 삭제
  9. (f) 병렬 연결된 복수의 글로우 플러그 전체에 흐르는 전류값을 측정하는 단계;
    (g) 상기 측정된 전류값에 해당하는 전체 저항값으로 상기 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하는 단계; 및
    (h) 상기 단선 개수를 포함하는 진단 신호를 생성하여 전자 제어 장치로 출력하는 단계; 를 포함하고,
    상기 (h) 단계에서는,
    상기 글로우 플러그의 저항 설계에 따라서 미리 저장된 글로우 플러그 단선 개수별로 서로 중첩되지 않는 저항값 범위 중, 상기 전체 저항값이 포함되는 저항값 범위를 확인하여 상기 글로우 플러그의 단선 개수를 검출하는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    각각의 상기 글로우 플러그는,
    n개의 상기 글로우 플러그가 병렬 연결된 경우, 병렬 연결된 n개의 글로우 플러그의 최대 전체 저항값이 병렬 연결된 n-1개의 글로우 플러그의 최소 전체 저항값보다 작도록 하는 저항 기준값 및 저항 공차를 갖는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 저항 기준값은,
    발열 코일 저항 기준값과 조절 코일 저항 기준값의 합이고,
    상기 저항 공차는,
    발열 코일 저항 공차와 조절 코일 저항 공차의 합인 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 전체 저항값은,
    '상기 발열 코일 저항 기준값 + 상기 조절 코일 저항 기준값 ± (상기 발열 코일 저항 공차 + 상기 조절 코일 저항 공차)'인 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 (f) 단계 이전에,
    (a) 전원부에서 인가되는 전압의 측정 전압값을 이용하여 급속승온구간의 시간을 설정하는 단계;
    (b) 상기 전자 제어 장치로부터 수신한 펄스 폭 변조 신호 및 상기 측정 전압값을 이용하여, 온도유지구간에 적용될 펄스 폭 변조 신호의 듀티 사이클을 설정하는 단계;
    (c) 상기 급속승온구간의 시간 및 상기 듀티 사이클을 이용하여, 상기 복수의 글로우 플러그에 흐르는 전류를 제어하는 제어신호를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 제어신호에 따라 상기 전원부에서 공급되는 전압을 상기 복수의 글로우 플러그로 인가하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (e) 상기 복수의 글로우 플러그의 상태를 확인하고, 상태 결과를 포함한 진단신호를 생성하여 상기 전자 제어 장치로 출력하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글로우 플러그의 저항 설계에 따른 단선 수 검출 방법.
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