KR101520088B1 - 엔진 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법 - Google Patents

엔진 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료가 분사되는, 제어된 점화의 내부 연소 엔진으로 연료를 공급하기 위한 시스템의 상태를 진단하기 위한 방법으로서, 이것은 상기 엔진(1)으로의 연소 챔버들로 받아들여진 공기/연료의 값을 페쇄 루프 조절하기 위한 산소 프로브(8)를 이용하는 전기 제어 장치(6)를 구비하는 유형이며, 본 발명의 방법에 따라서 상기 산소 프로브(8)에 의해 전달된 신호가 분석되고, 그 방법은 (a) 상기 신호로부터, 엔진(1)을 떠나는 배기 개스의 농후도를 조절할 수 있게 하는 분사 시간 교정 인자 ALPHACL_MEAN 의 변화를 추론하는 단계; (b) 미리 결정된 최소 쓰레숄드 값 및 최대 쓰레숄드 값(THRESHOLD_MIN 및 THRESHOLD_MAX)들에 대하여 ALPHACL_MEAN 을 비교하는 단계; 및 (c) THRESHOLD_MIN 과 THRESHOLD_MAX 사이에 포함된 윈도우의 외측에 ALPHACL_MEAN 이 있을 때 결함 상태를 진단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법{Method for diagnosing the condition of an engine fuel supply system}
본 발명은 엔진의 연소 챔버 안으로 받아들여지는 공기-연료 비율의 값의 폐쇄 루프 조절을 위해서 산소 프로브를 이용하는 전자 제어 장치를 포함하는 유형의, 연료가 분사되고, 점화가 제어되는 내부 연소 엔진에 연료를 공급하기 위한 시스템의 상태 진단 방법에 관한 것이다.
오염물 배출과 관련된 현재의 규정은 "배출 표준을 충족시키는 용량과 관련된 연료 공급 시스템의 모니터 작용"을 필요로 한다. "OBD 쓰레숄드(On Board Diagnostic 을 위한 OBD 표준)의 위반"으로 이어지는 상기 시스템의 고장은 "OBD" 램프의 광(lighting)에 의해서 차량 운전자에게 신호되어야 한다.
연료 누설, 폐색 또는 노후화와 같은, 연료 공급 시스템의 결함은 상기 시스템 안의 유압 특성들의 변화에 이르게 되는데, 이것은 결과적으로 분사된 연료/공기 혼합물의 연료 농후도 조절의 품질을 손상시킨다.
따라서, 엔진에서 배출되는 농후도는 엔진의 특정한 작동 지점들에서 촉매 변환기의 유효 윈도우내에 더 이상 포함되지 않으며, 이는 상기 엔진의 유효성의 하락 및, 차량 배기 개스 매니폴드로부터 배출된 오염물 양의 증가에 이르게 된다.
상기에 설명된 요건을 준수하기 위해서 분사된 연료의 양을 직접적으로 또는 간접적으로 모니터하기 위한 수단을 찾기에 이르게 되었다.
본 출원인 명의의 프랑스 특허 출원 FR-A-2 726 860 에는 산소 프로브(람다 2 진 프로브(lambda binary probe)의 출력 전압을 통해 연료 공급 회로를 모니터하도록 이용될 수 있는 방법이 개시되어 있다.
이러한 전압이 특정 시간에 대하여 미리 결정된 낮은 값에 유지되는 순간, 결함 상태가 확인된다.
이러한 기술은 촉매 변환기 상류측의 배기 개스 농후도에서의 전체적인 감소로 인한 장애(fault)를 검출하는데 이용될 수 있지만, 농후도의 증가로부터 초래된 장애에 대해서는 이용될 수 없다.
더욱이, 결함을 검출하려면, 프로브에 의해서 전달된 신호가 특정 시간에 대하여 상기의 낮은 값에 "정렬되어" 유지될 필요가 있어서, "OBD 쓰레숄드"가 크게 초과되게 하는 매우 심각한 결함들만이 검출된다.
이러한 조건들에서, 만약 현재의 표준들이 고려된다면, 그러한 방법은 연료 공급 회로의 결함을 검출하는데 적절하지 않다.
본 발명의 목적은 연료가 분사되고, 점화가 제어되는 내부 연소 엔진으로 연료를 공급하기 위한 시스템의 상태를 진단하는 방법을 제안함으로써 이러한 문제를 해결하는 것이며, 그 방법은 배기 개스의 농후도의 증가 또는 감소에 동일하게 기인하는 결함을 검출할 수 있게 하고, 추가적인 특정의 수단을 이용하지 않으면서 신속하게 수행할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명은 내부 연소 엔진의 연소 챔버들 안으로 받아들여지는 공기-연료 비율 값의 폐쇄 루프 조절을 위한 산소 프로브(probe)를 이용하는 전자 제어 장치를 구비하는 유형의, 연료가 분사되고, 점화가 제어되는 내부 연소 엔진으로 연료를 공급하기 위한 시스템의 상태를 진단하는 방법으로서, 그 방법에 따라서 상기 산소 프로브에 의해 전달되는 신호가 분석되고, 그 방법은:
(a) 상기 신호로부터, 내부 연소 엔진을 떠나는 배기 개스의 농후도를 조절할 수 있게 하는 분사 시간 교정 인자 ALPHACL_MEAN 의 변화를 추론하는 단계로서, ALPHACL_MEAN 은, 유효 분사 시간 = B+ALPHACL_MEAN * GAIN * A * Mair 에 의해서 주어지는 관계에 의해서 주어지고,
B 는 연료 공급 시스템의 노후화에 따른 실제 분사 시간을 교정하는 오프셋(OFFSET) 값이고;
GAIN 은 노후화에 따른 연료 공급 시스템의 유압 특성에서의 편차(drift)를 고려하게 할 수 있는 계수이고;
A 는 벽의 젖음(wetting), 캐니스터 드레이닝(canister draining)과 특히 연계된 다양한 현상을 고려한 인자이고;
Mair 은 엔진의 실린더 안으로 받아들여진 공기의 측정되거나 또는 평가된 질량인, 단계;
(b) ALPHACL_MEAN 을 미리 결정된 최소 쓰레숄드 값 및 최대 쓰레숄드 값(THRESHOLD_MIN 및 THRESHOLD_MAX)과 비교하는 단계;
(c) ALPHACL_MEAN 이 THRESHOLD_MIN 과 THRESHOLD_MAX 사이에 포함된 윈도우 외측에 있을 때 결함 상태를 진단하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 장점 및 비제한적인 특징들에 따르면,
- 단계(c)에서, ALPHCL_MEAN 이 THRESHOLD_MIN 과 THRESHOLD_MAX 사이에 포함된 윈도우의 외측에 있는 동안의 시간 기간들의 수가 세어지고, 기간들의 수가 미리 결정된 수와 같을 때 상기 결함 상태가 진단된다.
- WINDOW 변수가 상기 미리 결정된 수에 할당되고, 새로운 시간 기간이 세어지자마자 값 1 이 상기 변수로부터 차감되고, WINDOW 변수가 제로보다 적거나 제로와 같을 때 상기 결함 상태가 진단된다.
- 상기 단계(a), 단계(b) 및 단계(c)는 다음의 전제 조건:
* 상기 농후도가 폐쇄 루프 모드(closed loop mode)에서 조절되고 있음;
* 연료 분사가 순차적인 모드(sequential mode)로 작동되고 있음;
* 엔진(1)의 부하 레벨(load level) 및 속도가 미리 정해진 영역내에 있음;
* 진단에 필요한 변수들을 측정하기 위한 센서들이 결함이 없음;들중 적어도 하나를 충족시키는 경우에만 실행된다.
- 상기 단계(a), 단계(b) 및 단계(c)는 상기 전제 조건들 모두가 충족되는 경우에만 실행된다.
- 상기 쓰레숄드 값들은 엔진의 작동 조건들에 의존한다.
- 상기 쓰레숄드 값들은 엔진이 열간(hot) 또는 냉간(cold) 상태로 작동하는지 여부에 따라서 변화된다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 바람직한 다음의 설명을 읽음으로써 명백해질 것이다. 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하여 주어질 것이다.
도 1 은 본 발명의 방법을 구현하기 위한 장치가 설치된 내부 연소 엔진의 개략적인 도면이다.
도 2 및 도 3 은 본 발명의 방법의 다양한 단계들을 설명하는 개략도이다.
도 4a 내지 도 4e 는 도 2 및 도 3 에서 본 발명과 관련하여 이용된 메인 파리미터들인 ALPHACL_MEAN, CTR_DEFECT, CTR_NO_DEFECT, WINDOW 및 DEFECT_PRESENT 의 추세를 시간의 함수로서 나타내는 곡선이다.
첨부된 도 1 은 점화가 제어되는 다중 실린더의 내부 연소 엔진(1)을 개략적으로 도시하는데, 내부 연소 엔진에는 전기적으로 제어되는, 멀티포인트-인젝션(multipoint-injection) 연료 공급 레일(2)이 설치되어 있다. 따라서, 엔진의 각각의 실린더에는 그것에 전용된 전자 분사기(20)가 제공되어 있다. 전자 제어 시스템(6)은 엔진 안으로 들어가는 공기/연료 혼합물을 주어진 농후값으로 조절하도록 (바람직스럽게는 화학 양론의 비율(stoichiometric ratio)에 근접하게) 각각의 분사기의 개방 시기를 제어한다.
탱크(4) 안에 저장된 연료는 펌프(40) 및 필터(5)를 통해서 분사기(20) 안으로 보내진다.
병행하여, 버터플라이 밸브(3)는 새로운 공기를 전달한다.
엔진(1)의 하류측에서 배기 라인상에, 촉매 변환기(catalytic converter, 8)가 제공된다. 촉매 변환기의 바로 상류측에, 산소 프로브(probe, 8)가 있다.
시스템(6)은 특히, 공지된 바와 같이, 중앙 유닛, 메모리 및 다양한 입력 및 출력 인터페이스들을 구비한다. 이러한 시스템은 특히 엔진의 작동과 관련된 입력 신호들을 수신하고, 작동을 수행하고 특히 분사기를 위해 의도된 출력 신호들을 발생시킨다.
시스템(6)이 처리할 수 있는 입력 신호들은 다음을 포함한다: 엔진의 "부하", 엔진의 "속도", 산소 프로브로부터의 출력 신호, 진단(diagnosis)을 관리할 책임이 있는 센서들의 "오류 없음(non-failure)" 등을 포함한다.
이를 위해서, 엔진 및/또는 그것의 인접한 환경에는 다음과 같은 것이 제공되어야 한다:
- 분사기들을 제어하는 수단(P1);
- 흡기부에서 공기 분배기내 공기 온도를 측정 또는 평가하는 수단(P2);
- 흡기부에서 공기 분배기내 압력을 측정 또는 평가하는 수단(P3);
- 물의 온도를 측정 또는 평가하는 수단(P4);
- 속도를 측정 또는 평가하는 수단(P5);
- 프로브(8)의 출력 전압(PS)을 측정하는 수단.
도 2 및 도 3 을 참조하면, 본 발명의 방법의 가능한 일 구현예에 대한 설명이 있다.
이러한 구현예는 3 가지 "상태"들을 포함한다. "상태 1"(블록 90)는 진단을 위해서 이용된 모든 변수들의 초기화에 대응한다. "상태 2"(블록 91)는 진단을 수행하기에 적절한 조건들이 임박한 대기 상태이다. 이는 도 2 의 처음의 2 개 블록들에 대응한다.
마지막으로, "상태 3"(블록 92)은 연료 공급 회로의 실제 진단에 대응한다.
그러나, "상태 2"로부터 "상태 3"으로 움직이려면, 진단 활성화 조건들이 충족되는 것을 보장하도록 점검이 수행된다 (블록 910).
즉, 점검은 다음의,
- 농후도 조절(richness regulation)이 폐쇄 루프 모드에 있을 것;
- 분사가 순차 모드(sequential mode)에서 작동될 것;
- 엔진의 부하 레벨 및 그것의 스피드가 미리 정해진 영역 이내에 위치될 것;
- 진단에 의해 소모되는 입력들을 판단하는데 이용되는 센서들은 결함이 없을 것;을 보장하도록 수행된다.
"상태 3"은 진단 활성화 조건들이 존재하는 한 유지된다.
"상태 3"으로 이동하기 전에, 엔진이 고온인지 여부를 보도록 점검이 수행된다 (블록 911). 만약 그러하다면 (블록 912), 고온-특정의(hot-specific) 캘리브레이션이 구성되고, 그에 반해 만약 엔진이 차갑다면 (블록 913), 다른 냉온-특정의 캘리브레이션이 구성된다. 이러한 캘리브레이션들은 특히 검출 쓰레숄드 및 시간들이다.
ALPHACL_MEAN 이 2 개의 쓰레숄드인 최소 쓰레숄드(THRESHOLD_MIN)와 최대 쓰레숄드(THRESHOLD_MAX)에 의해 한정된 윈도우 안에 있을 때 (블록 920), 2 개의 쓰레숄드들 사이에서의 장애(fault) 없이 소비된 시간을 판단하는 시간 카운터(CTR_NO_DEFAULT)가 이용되는 반면에, 2 개의 쓰레숄드 사이에서의 장애를 가지고 소비된 시간을 판단하는 시간 카운터(CTR_DEFAULT)는 다시 초기화된다 (블록 922).
CTR_NO_DEFAULT 가 제로 값에 도달하자마자 (블록 924), DEFECT_PRESENT 정보 항목은 제로가 되고 (블록 928), 연료 공급 시스템에 결함이 검출되지 않았음을 통보하게 된다.
ALPHACL_MEAN 이 상기에 언급된 2 개의 쓰레숄드들에 의해 한정되는 영역으로부터 벗어날 때(블록 920), 2 개의 쓰레숄드들 외부에서 소비된 시간을 판단하는 시간 카운터(CTR_DEFAULT)가 트리거(trigger)되는 반면에, 2 개의 쓰레숄드들 사이에 장애 없이 소비된 시간을 판단하는 시간 카운터(CTR_NO_DEFAULT)는 다시 초기화된다 (블록 921). CTR_DEFAULT 가 제로에 근접하자마자 (블록 923), 원래 미리 결정된 값, 예를 들어 3 의 값이 할당되었던 WINDOW 변수는 1 의 단위씩 감소된다 (블록 925).
WINDOW 변수가 제로보다 커져 있는한, 진단은 반복된다.
WINDOW 가 제로와 같다면 (블록 926), DEFECT_PRESENT 는 1 과 같아질 것이고 (블록 927), 연료 공급 시스템상에서 결함이 검출되었음을 알린다. WINDOW 변수는 다음에 다시 초기화된다.
연료 공급 회로에서 결함이 없을 때인 공칭의 작동에서, 촉매 변환기의 상류측에서 엔진을 떠나는 배기 개스의 농후도는 영구적으로 화학 양론의 비율에 매우 근접하게 유지되며, 결국, 분사 시간의 교정은 작다. ALPHACL_MEAN 은 그것의 공칭 값에 매우 근접하게 유지되고 2 개의 쓰레숄드 값들 사이에 포함된다. 따라서 장애(fault)가 검출되지 않는다.
누설, 막힘, 기계적으로 고장난 연료 펌프 및 다른 유형의, 공급 회로상의 결함이 있을 때인 소위 "결함" 작동시에, 분사 시간의 교정이 적용되지 않으면 배기 개스의 농후도는 화학 양론의 비율과는 멀어지게 된다.
일단 폐쇄 농후도 조절 루프가 활성화되면, 분사량에서의 결함의 효과는 ALPHACL_MEAN 을 통해서 보상되는데, 이것은 분사 시간을 증가시키거나 감소시킴으로써 촉매 변환기의 상류측의 농후도가 화학 양론과 일치한다. 따라서, ALPHACL_MEAN 은 2 개의 쓰레숄드들에 의해 한정된 윈도우로부터 벗어난다. 다음에 수십초 이후에 결함이 검출된다.
도 4 의 곡선은 위에서 주어진 파라미터들 일부의 추세를 시간의 함수로서 도시한 것이다.
수직선(AD)은 결함의 출현 시간에 해당하는 반면에, 화살표(DF)는 그 결함의 검출 시간에 해당한다.
값(ALPHACL_MEAN)이 2 개의 쓰레숄드인 최소 쓰레숄드(THRESHOLD_MIN) 및 최대 쓰레숄드(THRESHOLD_MAX)에 의해 한정된 윈도우 안에 포함되어 있는 한, 즉, 그 값이 공칭의 값에 근접해 있는 한 (도 4a 에서 t=0 과 t1 사이에 위치된 곡선의 부분), 변수 CTR_DEFECT 는 다시 초기화된다 (도 4b 의 대응 부분). 병행하여, 시간 카운터인 변수 CTR_NO_DEFECT (도 4c 의 대응 부분)가 이용되고 각각의 점검(check)시에 다시 초기화된다.
시간 t1 에서, 값 ALPHACL_MEAN 은 2 개의 쓰레숄드인 최소 쓰레숄드(THRESHOLD_MIN) 및 최대 쓰레숄드(THRESHOLD_MAX)에 의해 한정된 윈도우 안에 더이상 포함되어 있지 않으며, 이것은 결함(AD)의 출현에 해당한다.
값 ALPHAL_MEAN 이 윈도우의 외측에 있는 한, 즉, (도 4b 및 도 4c 에서 시간 t1 의 우측에 위치된 곡선의 부분들인) 시간 t2, t3 및 t4 이후에는, 변수 CRT_DEFECT 및 CRT_NO_DEFECT 가 각각 감소되고 다시 초기화된다.
결함(AD)이 출현하는 즉시, 윈도우 변수에는 값 3 이 할당되고, 이러한 값은 시간 t2, t3 및 t4 의 각각의 끝에서 1 단위씩 감소된다 (도 4d).
마지막으로, WINDOW 가 제로에 접근하자마자 (즉, 시간 t4 에서), 변수 DEFCT_PRESENT 는 1 이 되고 결함(DF)이 검출된다 (도 4e).
1. 내부 연소 엔진 2. 연료 공급 레일
3. 버터플라이 밸브(butterfly valve) 4. 탱크
6. 전기 제어 장치 8. 산소 프로브

Claims (7)

  1. 내부 연소 엔진(1)의 연소 챔버들 안으로 받아들여지는 공기-연료 비율 값의 폐쇄 루프 조절(closed loop regulation)을 위한 산소 프로브(probe, 8)를 이용하는 전자 제어 장치(6)를 구비하는 유형의, 연료가 분사되고, 점화가 제어되는 내부 연소 엔진(1)으로 연료를 공급하기 위한 시스템의 상태를 진단하는 방법으로서, 그 방법에 따라서 상기 산소 프로브(8)에 의해 전달되는 신호가 분석되고, 그 방법은:
    (a) 상기 신호로부터, 내부 연소 엔진(1)을 떠나는 배기 개스의 농후도(richness)를 조절할 수 있게 하는 분사 시간 교정 인자 ALPHACL_MEAN 의 변화를 추론하는 단계로서, ALPHACL_MEAN 은,
    유효 분사 시간= B+ALPHACL_MEAN * GAIN * A * Mair 에 의해서 주어지는 관계에 의해서 주어지고,
    B 는 오프셋(offset) 값이고;
    GAIN 은 연료 공급 시스템의 유압 특성에서의 편차(drift)를 고려하게 할 수 있는 계수이고;
    A 는 벽의 젖음(wetting), 캐니스터 드레이닝(canister draining)과 특히 연계된 다양한 현상을 고려한 인자이고;
    Mair 은 엔진(1)의 실린더 안으로 받아들여진 공기의 측정되거나 또는 평가된 질량인, 단계;
    (b) ALPHACL_MEAN 을 미리 결정된 최소 쓰레숄드 값 및 최대 쓰레숄드 값(THRESHOLD_MIN 및 THRESHOLD_MAX)과 비교하는 단계;
    (c) ALPHACL_MEAN 이 THRESHOLD_MIN 과 THRESHOLD_MAX 사이에 포함된 윈도우(window)의 외측에 있을 때 결함 상태를 진단하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 내부 연소 엔진의 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계(c)에서, ALPHCL_MEAN 이 THRESHOLD_MIN 과 THRESHOLD_MAX 사이에 포함된 윈도우의 외측에 있는 동안의 시간 기간들의 수가 세어지고, 기간들의 수가 미리 결정된 수와 같을 때 상기 결함 상태가 진단되는 것을 특징으로 하는, 내부 연소 엔진의 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    WINDOW 변수(variable)가 상기 미리 결정된 수에 할당되고, 새로운 시간 기간이 세어지자마자 값 1 이 상기 변수로부터 차감되고, WINDOW 변수가 제로보다 적거나 제로와 같을 때 상기 결함 상태가 진단되는 것을 특징으로 하는, 내부 연소 엔진의 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계(a), 단계(b) 및 단계(c)는 다음의 전제 조건:
    - 상기 농후도가 폐쇄 루프 모드(closed loop mode)에서 조절되고 있음;
    - 연료 분사가 순차적인 모드(sequential mode)로 작동되고 있음;
    - 엔진(1)의 부하 레벨(load level) 및 속도가 미리 정해진 영역내에 있음;
    - 진단에 필요한 변수들을 측정하기 위한 센서들이 결함이 없음;들중 적어도 하나를 충족시키는 경우에만 실행되는 것을 특징으로 하는, 내부 연소 엔진의 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단계(a), 단계(b) 및 단계(c)는 상기 전제 조건들 모두가 충족되는 경우에만 실행되는 것을 특징으로 하는, 내부 연소 엔진의 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쓰레숄드 값들은 엔진(1)의 작동 조건들에 의존하는 것을 특징으로 하는, 내부 연소 엔진의 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 쓰레숄드 값들은 엔진(1)이 열간(hot) 또는 냉간(cold) 상태로 작동하는지 여부에 따라서 변화되는 것을 특징으로 하는, 내부 연소 엔진의 연료 공급 시스템의 상태 진단 방법.
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