KR102202720B1 - 물분사 인젝터 고장진단 방법 및 장치 - Google Patents

물분사 인젝터 고장진단 방법 및 장치 Download PDF

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주식회사 현대케피코
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Abstract

엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 인젝터의 고장을 진단하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 물분사 인젝터 고장진단 방법은, 물분사 모드(Water injection mode) 진입 시 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 배기가스 모니터링단계와, 검출된 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 희박(Lean) 연소 여부를 판별하는 연소상태 판별단계 및 희박 연소로 판별되면, 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 배기가스 공연비를 산출하고, 산출된 배기가스 공연비 데이터를 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판별하는 고장 판별단계를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

물분사 인젝터 고장진단 방법 및 장치{Fault Diagnosing Method and Apparatus For Water Injector}
본 발명은 연소실에 물을 분사하는 물분사 인젝터의 고장을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 배기 가스 규제를 만족시키고 연비를 향상시키기 위해 차량에 적용되는 물분사 인젝터의 고장진단 방법 및 장치에 관한 것이다.
공기를 압축하여 공기량을 증가시키는 터보시스템이 적용된 엔진의 경우, 터보 레그(turbo lag) 현상을 저감시키기 위해 흡입 밸브와 배기 밸브의 작동 오버랩을 증가시켜 스캐빈징(scavenging, 소기(掃氣)) 효과를 극대화시키고 있다.
「터보 레그(turbo lag)」란 응답성 지연을 뜻하며, 여기서 응답성은 운전자가 가속 페달을 밟았을 때 실제 출력 상승까지 도달하는데 걸리는 시간의 정도를 의미한다. 가속 응답성의 지연은 터보시스템이 적용된 엔진에서만 나타나는 현상은 아니며, 자연 흡기엔진에서도 나타나는 현상이다.
그러나 터보시스템이 적용된 엔진의 경우, 터보 레그의 범위가 자연흡기 엔진에 비해 월등히 크다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 상기 언급한 스캐빈징 효과를 극대화시키고 있으며, 이때 엔진의 연소실 내부에 물을 분사할 수 있는 물분사 인젝터를 엔진에 장착하여, 배기 가스의 온도를 조절하거나, 엔진의 연소실 내부의 연소 특성을 향상시켜 노킹(knocking) 등의 불안정한 작동을 방지하여, 궁극적으로 엔진의 효율을 향상시키고 있다.
그러나 종래 기술에 따르면, 물분사 인젝터에 대한 고장감지를 직접적으로 정확하게 수행할 수 있는 구성이 부재하여, 간접적인 신호를 이용하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판단하고 있다.
구체적으로, 종래 기술에 따르면, 서로 다른 물분사 유량을 가지는 두 개의 운전 포인트에서 노크 센서(knock sensor) 측정 값을 이용해 각각의 노크(knock) 민감도를 계산하고, 이를 서로 비교하여 물분사 인젝터 고장을 검출하고 있다.
그러나 종래 기술에 따른 방법은 물분사 인젝터의 고장을 감지하기 위한 간접적인 방법일 뿐, 직접적으로 물분사 인젝터에 대한 고장을 진단하는 방법이 아니며, 만일 노크 센서가 고장을 일으킬 경우, 물분사 인젝터에 대한 고장진단을 올바르게 수행하지 못하는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2017-0056195호(2017.05.23 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 별도의 센서나 장비의 추가 없이 물분사 인젝터의 고장 여부를 정확하고 안정적으로 진단/검출할 수 있는 물분사 인젝터 고장진단 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 인젝터의 고장을 진단하는 방법으로서,
A) 물분사 모드(Water injection mode) 진입과 함께 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 배기가스 모니터링단계;
B) 검출된 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 희박(Lean) 연소 여부를 판별하는 연소상태 판별단계; 및
C) 희박 연소로 판별되면, 배기가스 중 산소 농도 정보에 기초한 배기가스 공연비 데이터를 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판별하는 고장 판별단계;를 포함하는 물분사 인젝터 고장진단 방법을 제공한다.
바람직하게는 상기 B) 단계에서는, 검출된 배기가스 중 산소 농도를 기 설정된 기준값과 비교하여 희박(Lean) 연소인지를 판별할 수 있다.
또한 상기 C) 단계는 바람직하게,
C-1) 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 산출된 배기가스 공연비 데이터를 상기 이론 공연비와 비교하는 비교단계;
C-2) 상기 비교단계를 통한 비교결과, 산출된 배기가스 공연비가 이론 공연비를 초과하면, 물분사 인젝터를 제외한 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들의 오류를 확인하는 외적 오류 확인단계;
C-3) 외적 오류 확인 결과 다른 외부적인 오류가 없는 것으로 확인되면, 물분사 모드를 해제하며 물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비가 정상인지 여부를 확인하는 공연비 재확인단계; 및
C-4) 물분사 모드를 해제하여 물분사를 중단한 상태에서 확인되는 배기가스 공연비 데이터를 바탕으로 물분사 인젝터의 고장 여부를 최종적으로 판정하는 고장 판정단계;를 포함할 수 있다.
이때 상기 C-2) 단계에서는, 흡기량 제어와 관련된 제어요소, 연료량 제어와 관련된 제어요소, 연소분사 제어와 관련된 제어요소, 배기가스 공연비 측정을 위한 센서요소 중 일부 또는 전부의 오류를 확인할 수 있다.
그리고 상기 C-3) 단계에서는 물분사 모드가 해제되어 물분사가 중단된 상태에서 측정되는 배기가스 공연비를 이론 공연비와 비교하여 정상 여부를 확인하며, 정상 여부 확인 결과, 물분사를 중단한 상태에서의 배기가스 공연비가 정상 범주 이내이면, 상기 C-4) 단계에서 물분사 인젝터 고장으로 최종 판정할 수 있다.
또한, 물분사를 중단한 상태에서도 배기가스 공연비가 정상 범주를 벗어나면, 상기 C-2) 단계로 복귀하여 이후 프로세스(C-3, C-4)를 반복 수행하도록 구성될 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 인젝터의 고장을 진단하는 장치로서,
배기라인을 따라 흐르는 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 검출부;
엔진 운전 조건 별 이론 공연비 데이터를 저장한 데이터 저장부; 및
상기 검출부를 통해 검출된 배기가스 중 산소 농도로부터 배기가스 공연비를 산출하고, 산출된 배기가스 공연비 데이터를 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판별하는 제어부;를 포함하는 물분사 인젝터 고장진단 장치를 제공한다.
바람직하게 상기 제어부는, 물분사 모드(Water injection mode)로 전환된 상태에서 검출부의 검출정보(배기가스 중 산소농도)를 바탕으로 연소상태를 판별하고, 판별결과 희박 연소로 판별되면, 산출된 배기가스 공연비 데이터를 상기 데이터 저장부에 저장된 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판별할 수 있다.
여기서 상기 제어부는, 검출된 배기가스 중 산소 농도를 기 설정된 기준값과 비교하여 희박(Lean) 연소인지를 판별할 수 있다.
또한 상기 제어부는, 희박 연소 판별 후 배기가스 공연비 비교결과, 현재 배기가스 공연비가 상기 데이터 저장부에 저장된 이론 공연비를 초과하면, 물분사 인젝터를 제외한 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들이 출력하는 신호를 분석하여 오류를 확인하고, 신호분석을 통한 오류 확인 결과 다른 외부적인 오류가 없는 것으로 확인되면, 물분사 모드를 해제하며 물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비의 정상 여부로부터 물분사 인젝터의 고장 여부를 최종적으로 판정할 수 있다.
여기서 상기 다른 외부적인 요인들은, 흡기량 제어와 관련된 제어요소, 연료량 제어와 관련된 제어요소, 연소분사 제어와 관련된 제어요소, 배기가스 공연비 측정을 위한 센서요소 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비를 이론 공연비와 비교하여 정상 여부를 확인하며, 확인 결과, 물분사를 중단한 상태에서의 배기가스 공연비가 정상 범주 이내이면, 물분사 인젝터 고장으로 최종 판정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 물분사 모드에서 정상적으로 물이 분사되지 않았을 때 발생하는 배기가스 공연비 오류를 이용하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판단함으로써, 물분사 인젝터의 고장을 안정적이면서 정확하게 진단/검출할 수 있다.
좀 더 구체적으로는, 공연비 오류가 발생했을 때 우선적으로 다른 외부적인 요인에 의한 오류인지를 확인하고, 다른 외부적인 요인에 의한 오류가 아닌 것으로 확인되면, 물분사 중단 후 배기가스 공연비 데이터를 가지고 물분사 인젝터의 고장을 최종적으로 판단함으로써, 물분사 인젝터의 고장을 보다 정확하게 진단/검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 인젝터 고장진단 장치가 적용된 물분사 인젝터 시스템의 개략도.
도 2는 물분사 인젝터 고장진단 과정을 개략 도시한 순서도.
도 3은 도 2의 고장 판별단계를 구체적으로 도시한 순서도.
도 4는 물분사 인젝터에 대한 구체적인 고장진단 프로세스를 포함하는 제어 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 인젝터 고장진단 장치가 적용된 물분사 인젝터 시스템의 개략도로서, 이를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 인젝터 고장진단 장치부터 살펴보기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 인젝터(40) 고장진단 장치는, 실제 배기가스 공연비 산출에 필요한 정보를 검출하는 검출부(10)와 이론 공연비 데이터를 저장한 데이터 저장부(20)를 구비한다. 또한 검출부(10)의 검출 정보를 바탕으로 배기가스 공연비를 산출하고 산출 정보에 기초하여 물분사 인젝터(40)의 고장 여부를 판별하는 제어부(30)를 포함한다.
검출부(10)는 배기라인을 따라 흐르는 배기가스 중 산소 농도를 검출한다. 검출부(10)는 예를 들어, 배기라인 상에 설치되는 공연비 센서(Air fuel ratio sensor)일 수 있다. 검출부(10)로부터 검출된 배기가스 중 산소 농도에 관한 정보는 제어부(30)에 전달되며, 제어부(30)는 검출부(10)로부터 전달받은 정보(배기가스 중 산소 농도)를 바탕으로 배기가스 공연비를 산출한다.
데이터 저장부(20)에는 엔진 운전 조건 별 이론 공연비 데이터가 저장된다. 이론 공연비 데이터는 엔진 속도나 부하 상태에 따라 최적의 연소와 출력을 구현해낼 수 있는 공기와 연료의 혼합비율에 관한 데이터로서, 반복된 모사 실험 또는 가상의 시뮬레이션을 통해 추출될 수 있으며, 데이터 저장부(20)는 이처럼 추출된 이론 공연비 데이터를 운전 조건 별로 저장할 수 있다.
제어부(30)는 구체적으로, 물분사 모드(Water injection mode)로 전환된 상태에서 상기 검출부(10)의 검출정보를 바탕으로 연소상태를 판별한다. 그리고 연소상태 판별결과 희박 연소로 판별되면, 산출된 현재 배기가스 공연비 데이터를 상기 데이터 저장부(20)에 저장된 현재 엔진 운전 조건에 맞춰 선택되는 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터(40)의 고장 여부를 판별한다.
검출부(10)의 검출정보를 바탕으로 연소상태를 판별함에 있어서는, 검출된 배기가스 중 산소 농도를 메모리 등에 저장된 기준값과 비교하여 희박(Lean) 연소인지를 판별하고, 희박 연소 판별 후 배기가스 공연비 비교결과, 현재 배기가스 공연비가 현재 엔진 조건에 맞춰 선택된 이론 공연비를 초과하는 경우 제어부(30)는 물분사 인젝터(40) 고장 여부 정밀 진단을 위한 후속조치를 수행한다.
물분사 인젝터(40)는 상기 제어부(30)의 통제를 받아 작동되어 연소실에 소정량의 물을 미립자 형태로 분사한다. 물분사 인젝터(40)를 통한 연소실 내 물분사는 앞서 배경기술에서도 언급했듯이, 연소 후 배출되는 배출 배기가스 및 흡기온도를 조절하고, 엔진의 연소실 내부의 연소 특성을 향상시켜 노킹(knocking) 등의 불안정한 작동을 방지하기 위함이다.
물분사 모드(Water injection mode)에서는 연소실에 분사되는 물의 양만큼 흡입 공기량이 줄게 된다. 이에 제어부(30)는 사전 모델링 되어 메모리와 같은 기록장치에 저장된 흡입 공기량 정보를 바탕으로 물분사 제어에 따라 줄어드는 흡입 공기량에 상응하는 만큼 연료량을 감소시키는 조절을 통해 공연비를 일정 수준(이론 공연비 수준)으로 맞추는 제어를 실행한다.
즉 물분사 모드로 전환되어 물분사가 시작되면, 물분사 상황에 맞춰 사전 모델링 된 흡입 공기량 정보를 기반으로 연료량을 조절함으로써 공연비를 일정 수준으로 맞추게 되는데, 물분사 모드에서 물분사를 요청하였음에도 물분사가 정상적으로 이루어지지 않으면, 연소실에 공급되는 실제 공기량과 이론 공기량에 차이가 발생하여 결국 공연비가 틀어지게 된다.
때문에 물분사 모드에서 상기 검출부(10)의 검출정보로부터 산출되는 배기가스 공연비를 분석하면, 연소실에 물분사가 정상적으로 이루어지고 있는지 여부, 즉 물분사 인젝터(40)의 고장 여부를 정확하게 진단/검출할 수 있다. 본 발명은 이처럼 물분사 모드에서의 배기가스 공연비의 변화 특성을 이용하여 물분사 인젝터(40)의 고장을 진단/검출하고자 하는 것이다.
이하에서는, 현재 배기가스 공연비가 이론 공연비를 초과한 경우 물분사 인젝터 고장 여부 정밀 진단을 위해 상기 제어부가 수행하는 전술한 후속조치에 대해 살펴보기로 한다.
물분사 모드에서 현재 배기가스 공연비가 이론 공연비를 초과하면, 다시 말해 배기가스 공연비 오류가 발생한 경우 해당 공연비 오류가 물분사 인젝터(40) 고장에 기인한 오류인지를 정확하게 진단하기 위해서는 먼저, 물분사 인젝터(40)를 제외한 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들(50)에 문제가 없는지를 살펴보는 과정이 필요하다.
이에 제어부(30)는 물분사 모드에서 배기가스 공연비에 오류가 발생하면 먼저, 물분사 인젝터(40)를 제외한 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들(50)에 대한 정상 여부를 확인한다. 바람직하게는, 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들(50)이 출력하는 신호를 분석하여 상기 다른 외부적인 요인들(50)이 이상이 없는지를 확인한다.
여기서 다른 외부적인 요인들(50)은 바람직하게, 흡기량 제어와 관련된 제어요소(52), 연료량 제어와 관련된 제어요소(54), 연소분사 제어와 관련된 제어요소(도시 생략), 배기가스 공연비 측정을 위한 센서요소(10) 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 물론 열거된 제어요소나 센서요소로 국한되는 것은 아니며, 그 외 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 요소들을 모두 포함할 수 있다.
다른 외부적인 요인들(50)에 대한 신호분석을 통한 오류 확인 결과, 다른 외부적인 요인들(50)에 오류가 없는 것으로 확인되면, 다시 말해 전술한 외부적인 요인들(50)이 모두 정상 상태인 것으로 확인된 경우 제어부(30)는, 물분사 인젝터(40)의 고장 가능성을 인식하고 본격적으로 물분사 인젝터 고장 진단을 위한 소정의 프로세스를 실행한다.
제어부(30)에 의해 수행되는 물분사 인젝터 고장 진단을 위한 프로세스는 구체적으로, 물분사 모드를 강제로 해제하여 물분사를 중단시키는 과정을 포함한다. 또한 물분사를 중단시킨 상태에서 상기 검출부(10)의 검출정보(배기가스 중 산소 농도에 관한 정보)를 바탕으로 배기가스 공연비를 산출한 후 이를 분석하여 물분사 인젝터(40)의 고장 여부를 최종적으로 판정하는 과정을 포함한다.
물분사 인젝터(40)의 고장 여부를 최종 판정함에 있어서는 바람직하게, 물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비를 이론 공연비와 비교하여 정상 여부를 확인하며, 확인 결과, 물분사를 중단한 상태에서의 배기가스 공연비가 정상 범주 이내이면, 다시 말해 물분사 모드가 해제됐을 때 배기가스 공연비가 정상 상태로 돌아오면 물분사 인젝터 고장으로 최종 판정할 수 있다.
물분사 모드가 해제되면, 실제 흡입되는 공기량은 모델링 된 이론 공기량에 가까워지며 이론 공기량에 맞춰 연료량이 조절되므로, 다른 고장이 없음을 전제로 배기가스 공연비는 이론 공연비에 수렴하게 된다. 따라서 물분사 시 틀어졌던 배기가스 공연비가 물분사 중단 후 정상 범주로 되돌아오면 물분사 인젝터(40)에 이상이 있는 것으로 판정할 수 있는 것이다.
만약, 물분사 모드를 해제한 상태에서도 배기가스 공연비가 정상 범주로 돌아오지 않는 다면, 물분사 인젝터(40)가 아닌 다른 다른 외부적인 요인들(50)에 의한 배기가스 공연비 오류일 가능성이 크다. 따라서 제어부(30)는 물분사를 중단한 후에도 배기가스 공연비가 정상 범주로 돌아오지 않으면, 이전 단계로 돌아가 다른 이상이 없는지를 다시 한번 체크하도록 구성될 수 있다.
이하, 전술한 물분사 인젝터 고장진단 장치에 의해 수행되는 물분사 인젝터에 대한 고장진단 과정을 도 2 내지 도 4의 순서도를 참조하여 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 인젝터 고장진단 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 2는 전체적인 고장진단 과정을 개략 도시한 순서도이며, 도 3은 도 2의 고장 판별단계의 구체적인 순서도이다. 그리고 도 4는 물분사 인젝터에 대한 구체적인 고장진단 프로세스를 포함하는 제어 순서도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 물분사 인젝터의 고장진단 방법은, 배기가스 모니터링단계(S100)와 연소상태 판별단계(S200), 그리고 고장 판별단계(S300)를 포함한다.
배기가스 모니터링단계(S100)에서는 물분사 모드진입 시 배기가스 중 산소 농도를 검출하고, 연소상태 판별단계(S200)는 상기 배기가스 모니터링단계(S100)에서 검출된 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 희박(Lean) 연소 여부를 판별한다.
배기가스 모니터링단계(S100)에서 배기가스 중 산소 농도는 배기라인에 설치되는 전술한 검출부(10) 예를 들어, 공연비 센서(Air fuel ratio sensor)를 통해 검출될 수 있으며, 연소상태 판별단계(S200)에서는 상기 검출부(10)로부터 검출된 정보(배기가스 중 산소 농도에 관한 정보)를 기 설정된 기준값과 비교하는 방법으로 희박(Lean) 연소인지를 판별할 수 있다.
연소상태 판별 결과, 희박(Lean) 연소가 아닌 것으로 판단되면 상기 배기가스 모니터링단계(S100)로 되돌아가고, 희박 연소로 판별되면 이후 프로세스인 고장 판별단계(S300)로 넘어간다.
고장 판별단계(S300)에서는 배기가스 모니터링단계(S100)에서의 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 배기가스 공연비를 산출한다. 그리고 산출된 배기가스 공연비 데이터를 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터(40)의 고장 여부를 판별한다.
고장 판별단계(S300)는 바람직하게, 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 산출된 배기가스 공연비 데이터를 상기 이론 공연비와 비교하는 비교단계(S310), 비교단계(S310)를 통한 비교결과, 산출된 배기가스 공연비가 이론 공연비를 초과하면, 물분사 인젝터(40)를 제외한 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들(50)의 오류를 확인하는 외적 오류 확인단계(S320)를 포함한다.
물분사 인젝터(40)는 제어부(30)의 통제로 작동되어 연소실에 소정량의 물을 미립자 형태로 분사한다. 물분사 인젝터(40)를 통한 연소실 내 물분사는 앞서 배경기술에서도 언급했듯이, 연소 후 배출되는 배출 배기가스 및 흡기온도를 조절하고, 엔진의 연소실 내부의 연소 특성을 향상시켜 노킹(knocking) 등의 불안정한 작동을 방지하기 위함이다.
물분사 모드(Water injection mode)에서는 연소실에 분사되는 물의 양만큼 흡입 공기량이 줄게 된다. 이에 따라서 사전 모델링 되어 메모리와 같은 기록장치에 저장된 흡입 공기량 정보를 바탕으로 물분사 제어에 따라 줄어드는 흡입 공기량에 상응하는 만큼 연료량을 감소시키는 조절을 통해 공연비를 일정 수준(이론 공연비 수준)으로 맞추게 된다.
즉 물분사 모드로 전환되어 물분사가 시작되면, 물분사 상황에 맞춰 사전 모델링 된 흡입 공기량 정보를 기반으로 연료량을 조절함으로써 공연비를 일정 수준으로 맞추게 되는데, 물분사 모드에서 물분사를 요청하였음에도 물분사가 정상적으로 이루어지지 않으면, 연소실에 공급되는 실제 공기량과 이론 공기량에 차이가 발생하여 결국 공연비가 틀어지게 된다.
때문에 물분사 모드에서 배기가스 모니터링단계(S100)에서 검출된 정보로부터 산출되는 배기가스 공연비를 분석하면, 연소실에 물분사가 정상적으로 이루어지고 있는지 여부, 즉 물분사 인젝터(40)의 고장 여부를 정확하게 진단/검출할 수 있다. 본 발명은 이처럼 물분사 모드에서의 배기가스 공연비의 변화 특성을 이용하여 물분사 인젝터(40)의 고장을 진단/검출하고자 하는 것이다.
한편, 비교단계(S310)를 통한 비교결과, 배기가스 공연비에 오류가 있으면 물분사 요청에도 불구하고 정상적으로 물이 분사되지 않는 것을 의미한다. 따라서 비교단계(S310)를 통해 배기가스 공연비 오류가 확인되면, 해당 배기가스 공연비 오류가 물분사 인젝터(40) 고장에 의한 것인지 확인하기 전 외적 오류 확인단계(S320)를 통해 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들(50)의 이상 여부를 확인하는 것이다.
외적 오류 확인단계(S320)에서는 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들(50)이 출력하는 신호를 분석하여 상기 다른 외부적인 요인들(50)이 이상이 없는지를 확인한다. 다른 외부적인 요인들(50)은 바람직하게, 흡기량 제어와 관련된 제어요소, 연료량 제어와 관련된 제어요소, 연소분사 제어와 관련된 제어요소, 배기가스 공연비 측정을 위한 센서요소 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다.
물론 열거된 제어요소나 센서요소로 국한되는 것은 아니며, 그 외 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 요소들을 모두 포함할 수 있다.
외적 오류 확인단계(S320)에서 다른 외부적인 요인들(50)에 대한 신호분석을 통한 오류 확인 결과, 다른 외부적인 요인들(50)에 오류가 없는 것으로 확인되면, 다시 말해 전술한 외부적인 요인들(50)이 모두 정상 상태인 것으로 확인되면, 물분사 인젝터(40)의 고장 가능성을 인식하고 본격적으로 물분사 인젝터(40) 고장 진단을 위한 소정의 프로세스가 실행된다.
다른 외부적인 요인들(50)에 오류가 없는 것으로 확인되면, 공연비를 재확인하는 단계(S330) 및 최종 고장 판정단계(S340)가 연이어 수행된다.
공연비 재확인단계(S330)에서는 물분사 모드를 해제하며 물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비가 정상인지 여부를 확인하며, 최종 고장 판정단계(S340)에서는 물분사 중단 후 확인되는 배기가스 공연비 데이터를 바탕으로 고장 여부를 최종적으로 판정한다.
바람직하게는, 공연비 재확인단계(S330)에서는 물분사 모드가 해제되어 물분사가 중단된 상태에서 측정되는 배기가스 공연비를 이론 공연비와 비교하여 정상 여부를 확인할 수 있으며, 정상 여부 확인 결과, 물분사를 중단한 상태에서의 배기가스 공연비가 정상 범주 이내이면, 상기 최종 고장 판정단계(S340)에서 물분사 인젝터(40) 고장으로 최종 판정할 수 있다.
물분사 모드가 해제되면, 실제 흡입되는 공기량은 모델링 된 이론 공기량에 가까워지며 이론 공기량에 맞춰 연료량이 조절된다. 이때 다른 고장이 없으면 배기가스 공연비는 이론 공연비에 수렴하게 된다. 따라서 물분사 시 틀어졌던 배기가스 공연비가 물분사 중단 후 정상 범주로 되돌아오면 물분사 인젝터(40)에 이상이 있는 것으로 판정할 수 있는 것이다.
만약, 물분사 모드를 해제한 상태에서도 배기가스 공연비가 정상 범주로 돌아오지 않는 다면, 물분사 인젝터(40)가 아닌 다른 다른 외부적인 요인들(50)에 의한 배기가스 공연비 오류일 가능성이 크다. 따라서 물분사를 중단한 후에도 배기가스 공연비가 정상 범주로 돌아오지 않으면, S320 단계로 복귀하여 이후 프로세스(S330, S340)를 반복하도록 구성될 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은, 물분사 모드에서 정상적으로 물이 분사되지 않았을 때 발생하는 배기가스 공연비 오류를 이용하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판단함으로써, 물분사 인젝터의 고장을 안정적이면서 정확하게 진단/검출할 수 있다.
좀 더 구체적으로는, 공연비 오류가 발생했을 때 우선적으로 다른 외부적인 요인에 의한 오류인지를 확인하고, 다른 외부적인 요인에 의한 오류가 아닌 것으로 확인되면, 물분사 중단 후 배기가스 공연비 데이터를 가지고 물분사 인젝터의 고장을 최종적으로 판단함으로써, 물분사 인젝터의 고장을 보다 정확하게 진단/검출할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 검출부
20 : 데이터 저장부
30 : 제어부
40 : 물분사 인젝터

Claims (12)

  1. 엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 인젝터의 고장을 진단하는 방법으로서,
    A) 물분사 모드(Water injection mode) 진입과 함께 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 배기가스 모니터링단계;
    B) 검출된 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 희박(Lean) 연소 여부를 판별하는 연소상태 판별단계; 및
    C) 희박 연소로 판별되면, 배기가스 중 산소 농도 정보에 기초한 배기가스 공연비 데이터를 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판별하는 고장 판별단계;를 포함하며,
    상기 C) 단계는,
    C-1) 배기가스 중 산소 농도 정보를 바탕으로 산출된 배기가스 공연비 데이터를 상기 이론 공연비와 비교하는 비교단계;
    C-2) 상기 비교단계를 통한 비교결과, 산출된 배기가스 공연비가 이론 공연비를 초과하면, 물분사 인젝터를 제외한 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들의 오류를 확인하는 외적 오류 확인단계;
    C-3) 외적 오류 확인 결과 다른 외부적인 오류가 없는 것으로 확인되면, 물분사 모드를 해제하며 물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비가 정상인지 여부를 확인하는 공연비 재확인단계; 및
    C-4) 물분사 모드를 해제하여 물분사를 중단한 상태에서 확인되는 배기가스 공연비 데이터를 바탕으로 물분사 인젝터의 고장 여부를 최종적으로 판정하는 고장 판정단계;를 포함하는 물분사 인젝터 고장진단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 B) 단계에서는,
    검출된 배기가스 중 산소 농도를 기 설정된 기준값과 비교하여 희박(Lean) 연소인지를 판별하는 물분사 인젝터 고장진단 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 C-2) 단계에서는,
    흡기량 제어와 관련된 제어요소, 연료량 제어와 관련된 제어요소, 연소분사 제어와 관련된 제어요소, 배기가스 공연비 측정을 위한 센서요소 중 일부 또는 전부의 오류를 확인하는 물분사 인젝터 고장진단 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 C-3) 단계에서는 물분사 모드가 해제되어 물분사가 중단된 상태에서 측정되는 배기가스 공연비를 이론 공연비와 비교하여 정상 여부를 확인하며,
    정상 여부 확인 결과, 물분사를 중단한 상태에서의 배기가스 공연비가 정상 범주 이내이면, 상기 C-4) 단계에서 물분사 인젝터 고장으로 최종 판정하는 물분사 인젝터 고장진단 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    물분사를 중단한 상태에서도 배기가스 공연비가 정상 범주를 벗어나면, 상기 C-2) 단계로 복귀하여 이후 프로세스(C-3, C-4)를 반복 수행하는 물분사 인젝터 고장진단 방법.
  7. 엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 인젝터의 고장을 진단하는 장치로서,
    배기라인을 따라 흐르는 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 검출부;
    엔진 운전 조건 별 이론 공연비 데이터를 저장한 데이터 저장부; 및
    상기 검출부를 통해 검출된 배기가스 중 산소 농도로부터 배기가스 공연비를 산출하고, 산출된 배기가스 공연비 데이터를 이론 공연비와 비교하여 물분사 인젝터의 고장 여부를 판별하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는,
    물분사 모드(Water injection mode)로 전환된 상태에서 검출부의 검출정보(배기가스 중 산소농도)를 바탕으로 연소상태를 판별하고, 판별결과 희박 연소로 판별되면, 산출된 배기가스 공연비 데이터를 상기 데이터 저장부에 저장된 이론 공연비와 비교하며,
    현재 배기가스 공연비가 상기 데이터 저장부에 저장된 이론 공연비를 초과하면, 물분사 인젝터를 제외한 배기가스 공연비에 영향을 미치는 다른 외부적인 요인들이 출력하는 신호를 분석하여 오류를 확인하고,
    신호분석을 통한 오류 확인 결과 다른 외부적인 오류가 없는 것으로 확인되면, 물분사 모드를 해제하며 물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비의 정상 여부로부터 물분사 인젝터의 고장 여부를 최종적으로 판정하는 물분사 인젝터 고장진단 장치.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    검출된 배기가스 중 산소 농도를 기 설정된 기준값과 비교하여 희박(Lean) 연소인지를 판별하는 물분사 인젝터 고장진단 장치.
  10. 삭제
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 다른 외부적인 요인들은,
    흡기량 제어와 관련된 제어요소, 연료량 제어와 관련된 제어요소, 연소분사 제어와 관련된 제어요소, 배기가스 공연비 측정을 위한 센서요소 중 일부 또는 전부를 포함하는 물분사 인젝터 고장진단 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    물분사 모드를 해제한 상태에서 측정되는 배기가스 공연비를 이론 공연비와 비교하여 정상 여부를 확인하며,
    확인 결과, 물분사를 중단한 상태에서의 배기가스 공연비가 정상 범주 이내이면, 물분사 인젝터 고장으로 최종 판정하는 물분사 인젝터 고장진단 장치.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998003782A1 (en) * 1996-07-08 1998-01-29 Richard Nigel Bushell Control method and apparatus for internal combustion engines
KR20170056195A (ko) 2015-11-13 2017-05-23 현대모비스 주식회사 차량용 엔진의 과급장치
US20180171935A1 (en) * 2016-12-19 2018-06-21 Ford Global Technologies, Llc Method and system for engine water injection
KR20190006995A (ko) * 2016-05-12 2019-01-21 로베르트 보쉬 게엠베하 구동 시스템의 배기가스 내 함수량을 결정하기 위한 방법
KR101967467B1 (ko) * 2017-12-14 2019-04-09 현대오트론 주식회사 배기가스 정화용 촉매 손상 방지를 위한 물분사 인젝터 제어방법 및 이에 의해 운용되는 엔진

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998003782A1 (en) * 1996-07-08 1998-01-29 Richard Nigel Bushell Control method and apparatus for internal combustion engines
KR20170056195A (ko) 2015-11-13 2017-05-23 현대모비스 주식회사 차량용 엔진의 과급장치
KR20190006995A (ko) * 2016-05-12 2019-01-21 로베르트 보쉬 게엠베하 구동 시스템의 배기가스 내 함수량을 결정하기 위한 방법
US20180171935A1 (en) * 2016-12-19 2018-06-21 Ford Global Technologies, Llc Method and system for engine water injection
KR101967467B1 (ko) * 2017-12-14 2019-04-09 현대오트론 주식회사 배기가스 정화용 촉매 손상 방지를 위한 물분사 인젝터 제어방법 및 이에 의해 운용되는 엔진

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