KR102299336B1 - 커먼레일시스템의 고장 진단방법 - Google Patents

커먼레일시스템의 고장 진단방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 커먼레일 시스템의 고장 진단방법은 제어부가 커먼레일을 제1목표압까지 충진시키는 레일압충진단계; 레일압충진단계 후, 제어부가 상기 커먼레일을 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지시키는 레일압유지단계; 레일압유지단계 수행결과, 커먼레일이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지될 경우, 제어부가 레일압력제어밸브를 닫고, 엔진을 오프(OFF)하여 커먼레일의 압력을 저하시키는 레일압저하단계; 제어부가 상기 레일압저하단계가 시작된 시점으로부터 커먼레일이 제1목표압보다 작게 설정된 제2목표압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하는 레일압모니터단계; 레일압모니터단계 후, 제어부가 기설정된 기준시간에서 측정된 소요시간을 감산한 차이값을 기준값과 비교하는 시간비교단계; 및 시간비교단계 수행결과, 차이값이 기준값을 초과할 경우, 제어부가 진단장치에 경고신호를 출력하는 누유경고단계;를 포함할 수 있다.

Description

커먼레일시스템의 고장 진단방법 {METHOD FOR DIAGNOSING FAILURE OF COMMON RAIL SYSTEM}
본 발명은 생산 초기에 보다 정밀하게 커먼레일시스템의 고장 및 연료 누유 여부를 진단하는 방법에 관한 것이다.
강화되는 엔진 배기규제 대응과 차량 연비향상을 목적으로, 압축 착화를 사용하는 디젤엔진에서는 연료의 고압분사와 제어도 향상을 위한 커먼레일 시스템을 적용하여 연소 효율을 증대시키고 있다. 특히 연료의 고압 분사는 연료의 소립화를 통해 공기와의 반응을 증대시켜 연소효율을 좋게 하는바, 커먼레일 시스템의 연료압력은 점점 고압화되고 있는 추세이다. 그러나 연료압력의 고압화에 따라 커먼레일 시스템의 연료 누유에 대한 위험성이 증대되었고, 연료 누유에 따른 연료량 제어 불량, 화재나 엔진 손상을 막기 위해 초기 조립상태 및 엔진 내구에 따른 누유 진단 및 검증이 매우 중요하다.
상용디젤엔진에 적용된 F2E 커먼레일 시스템은 EUI(Electronic Unit Injector)기반 커먼레일 시스템으로 별도의 고압펌프가 없이 엔진 내부의 펌핑인젝터를 엔진캠으로 구동하여 고압연료를 고압파이프를 통해 커먼레일에 저장하고, 연소실로 분사할 수 있도록 마련된 연료 분사 장치이다.
이와 같이 고압 펌프가 없는 커먼레일 시스템은, 커먼레일로 연료를 고압으로 압축하여 충진하고 커먼레일 내부의 연료를 실린더로 분사하는 P형 인젝터와, 커먼레일 내부의 연료를 실린더로 분사하는 NP형 인젝터와, 상기 커먼레일 내부의 연료 압력을 측정하는 레일압력센서와, 상기 커먼레일 내부의 연료 압력을 제어하는 레일압력조절밸브로 구성된다.
이러한 커먼레일 시스템에서 종래에는 레일의 누유를 진단하기 위해, 커먼레일에 설치된 압력센서를 이용해 주행 중 연료압력의 변화를 이용하는 방식을 이용하였다. 하지만, 이러한 진단은 엔진 구동 중에서만 수행할 수 있고, 미세한 리크(leak)를 발견하는데는 어려움이 따른다는 문제점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
JP 2007-100624A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진을 오프(OFF)하고, 레일압력밸브를 닫은 상태에서 커먼레일의 압력이 저하되는데 소요되는 시간을 기반으로 하여, 커먼레일 시스템의 누유 여부를 진단하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 커먼레일 시스템의 고장 진단방법은 제어부가 커먼레일을 제1목표압까지 충진시키는 레일압충진단계; 상기 레일압충진단계 후, 상기 제어부가 상기 커먼레일을 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지시키는 레일압유지단계; 상기 레일압유지단계 수행결과, 커먼레일이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지될 경우, 상기 제어부가 레일압력제어밸브를 닫고, 엔진을 오프(OFF)하여 커먼레일의 압력을 저하시키는 레일압저하단계; 상기 제어부가 상기 레일압저하단계가 시작된 시점으로부터 커먼레일이 제1목표압보다 작게 설정된 제2목표압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하는 레일압모니터단계; 상기 레일압모니터단계 후, 상기 제어부가 기설정된 기준시간에서 측정된 소요시간을 감산한 차이값을 기준값과 비교하는 시간비교단계; 및 상기 시간비교단계 수행결과, 차이값이 기준값을 초과할 경우, 상기 제어부가 진단장치에 경고신호를 출력하는 누유경고단계;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 진단장치로부터 진단신호가 수신될 경우에 상기 레일압충진단계를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 진단장치로부터 진단신호가 수신될 경우, 상기 제어부가 제2설정시간동안 엔진을 제1회전수로 구동하면서, 커먼레일을 제1목표압보다 낮게 설정된 제3목표압으로 유지시키는 제1준비단계; 및 상기 제1준비단계 후, 상기 제어부가 제3설정시간동안 엔진을 제1회전수보다 높게 설정된 제2회전수로 구동하면서, 커먼레일을 제1목표압과 제3목표압 사이의 값으로 설정된 제4목표압으로 유지시키는 제2준비단계;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제2준비단계 후, 상기 엔진을 제2회전수로 유지시킨 상태에서 상기 레일압충진단계를 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1준비단계에서, 상기 제어부는 제2설정시간동안 커먼레일을 제3목표압으로 유지시키지 못할 경우에 상기 진단장치에 고장신호를 출력하고, 상기 제2준비단계에서, 상기 제어부는 제3설정시간동안 커먼레일을 제4목표압으로 유지시키지 못할 경우에 상기 진단장치에 고장신호를 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 레일압유지단계 수행결과, 커먼레일이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지되지 않을 경우, 상기 제어부가 상기 진단장치에 고장신호를 출력하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기준시간은 오일온도에 기반하여 기맵핑된 시간인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기준시간은 오일온도가 증가할수록 짧아지도록 맵핑된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기준시간은 오일온도 변화기울기가 증가할수록 감소하도록 맵핑된 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 커먼레일 시스템의 고장 진단방법에 따르면 커먼레일 시스템 생산 초기에 정밀하게 누유 여부를 진단할 수 있는바, 추후에 커먼레일에서 연료 누유가 발생하여 연료량 제어 불량, 화재, 엔진 손상과 같은 위험상황이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 커먼레일 시스템 생산 초기에 연료 누유 이외의 고장상황을 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커먼레일 시스템의 고장 진단방법을 도시한 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커먼레일 시스템을 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커먼레일 시스템의 고장 진단방법에 의한 커먼레일 압력 및 엔진회전수의 변화를 도시한 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 커먼레일 시스템의 고장 진단방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 커먼레일 시스템의 고장 진단방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커먼레일 시스템을 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커먼레일 시스템의 고장 진단방법에 의한 커먼레일 압력 및 엔진회전수의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3에서 실선은 커먼레일의 레일압, 1점 쇄선은 엔진RPM을 표시한 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 커먼레일 시스템의 고장 진단방법은 제어부(100)가 커먼레일(110)을 제1목표압까지 충진시키는 레일압충진단계(S30); 상기 레일압충진단계(S30) 후, 상기 제어부(100)가 상기 커먼레일(110)을 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지시키는 레일압유지단계(S40); 상기 레일압유지단계(S40) 수행결과, 커먼레일(110)이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지될 경우, 상기 제어부(100)가 레일압력제어밸브(113)를 닫고, 엔진(120)을 오프(OFF)하여 커먼레일(110)의 압력을 저하시키는 레일압저하단계(S50); 상기 제어부(100)가 상기 레일압저하단계(S50)가 시작된 시점으로부터 커먼레일(110)이 제1목표압보다 작게 설정된 제2목표압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하는 레일압모니터단계(S60); 상기 레일압모니터단계(S60) 후, 상기 제어부(100)가 기설정된 기준시간에서 측정된 소요시간을 감산한 차이값을 기준값과 비교하는 시간비교단계(S70); 및 상기 시간비교단계(S70) 수행결과, 차이값이 기준값을 초과할 경우, 상기 제어부(100)가 진단장치(130)에 경고신호를 출력하는 누유경고단계(S80);를 포함할 수 있다.
여기서, 제어부(100)는 진단장치(130)로부터 진단신호가 수신될 경우에 상기 레일압력충진단계(S30)를 수행할 수 있다.
상기 제어부(100)는 엔진(120)을 제어하는 ECU(Engine Control Unit)이고, 상기 진단장치(130)는 엔진 생산라인에서 제어부(100)와 통신하는 EOL(End of Line) 장비일 수 있다. 즉, 생산라인에서 커먼레일 시스템의 누유고장상황을 진단하기 위해 진단장치(130)를 이용하는바, 상기 제어부(100)는 진단장치(130)로부터 진단을 실시하겠다는 신호가 수신될 경우에만 누유진단로직을 실행한다.
만약, 진단장치(130)로부터 진단신호가 수신된 경우라면, 상기 제어부(100)는 커먼레일(110)의 압력을 제1목표압까지 충진시키고(S30), 커먼레일(110)을 제1목표압으로 제1설정시간동안 유지시킨다(S40). 따라서, 커먼레일(110)이 제1목표압으로 안정화된 상태에서 커먼레일(110)의 누유여부를 명확히 진단하도록 마련할 수 있다.
즉, 커먼레일(110)이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지되면, 커먼레일(110)의 연료 누유를 진단할 수 있는 안정화 상태라고 판단하여, 제어부(100)는 레일압력제어밸브(113)를 닫고, 엔진(120)을 오프(OFF) 제어한 다음(S50), 커먼레일(110)이 제2목표압에 도달할 때까지 소요되는 시간을 측정한다(S60).
이와 같이, 커먼레일(110)의 압력이 제1목표압에서 제2목표압으로 변화하는 시간을 측정한 다음, 기준이 되는 기준시간에서 측정된 소요시간을 감산한 차이값을 산출한다. 산출된 차이값은 기준값과 비교하고(S70), 차이값이 기준값을 초과할 경우에 커먼레일(110)에 연료 누유가 발생한다고 판단하여 진단장치(130)에 누유 경고신호를 출력한다(S80).
여기서, 기준시간은 커먼레일(110)이 정상일 경우에 압력이 제1목표압에서 제2목표압으로 변화하는데 소요되는 시간으로 설정된다. 만약, 커먼레일(110)에 리크(leak)가 발생하는 상황이라면 커먼레일(110)의 압력이 신속하게 저하될 것이다. 즉, 기준시간에서 소요시간을 감산한 차이값이 기준값을 초과할 경도로 크다면, 커먼레일(110)의 연료 누유가 심각한 것으로 판단할 수 있는 것이다.
상기 진단장치(130)는 제어부(100)로부터 경고신호를 입력받을 경우, 디스플레이장치 또는 스피커 등의 알림장치를 동작시켜 사람에게 엔진 커먼레일이 고장임을 인지시킬 수 있다. 따라서, 생산 초기에 엔진 커먼레일 시스템의 불량을 감지하여 연료 누유로 인한 고장, 사고 상황이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 커먼레일 시스템의 고장 진단방법은 상기 진단장치(130)로부터 진단신호가 수신될 경우, 상기 제어부(100)가 제2설정시간동안 엔진(120)을 제1회전수로 구동하면서, 커먼레일(110)을 제1목표압보다 낮게 설정된 제3목표압으로 유지시키는 제1준비단계(S10); 및 상기 제1준비단계(S10) 후, 상기 제어부(100)가 제3설정시간동안 엔진(120)을 제1회전수보다 높게 설정된 제2회전수로 구동하면서, 커먼레일(110)을 제1목표압과 제3목표압 사이의 값으로 설정된 제4목표압으로 유지시키는 제2준비단계(S20);를 더 포함하고, 상기 제어부(100)는 상기 제2준비단계(S20) 후, 상기 엔진(120)을 제2회전수로 유지시킨 상태에서 상기 레일압충진단계(S30)를 수행할 수 있다.
즉, 제어부(100)는 진단장치(130)로부터 진단신호를 수신한다 하더라도 바로 제1목표압으로 제어하지 않고, 엔진 커먼레일 시스템이 연료 누유 진단이 가능한 정상상태인지를 선행적으로 확인한다.
일 예로, 엔진(120)의 제1회전수를 700RPM, 제2회전수를 800RPM라고 가정하고, 커먼레일(110)의 제1목표압을 1800bar, 제2목표압을 700bar, 제3목표압을 500bar, 제4목표압을 1000bar라고 가정하며, 제1설정시간을 7초, 제2설정시간을 15초, 제3설정시간을 3초로 가정하여 설명한다. 이는 이해를 돕기 위한 한정일 뿐, 각각의 특정수치로써 한정되어 해석되어서는 안될 것이다.
상기 제어부(100)는 진단장치(130)로부터 진단신호를 수신하면 엔진 시동 후 엔진회전수를 제1회전수인 700rpm, 커먼레일 압력을 제3목표압인 500bar으로 제어하되, 제2설정시간인 15초동안 엔진회전수와 커먼레일 압력을 유지시킴으로써, 엔진 아이들 안정성을 확보하면서 커먼레일 시스템의 정상여부를 확인한다(S10).
이후, 엔진을 제2회전수인 800rpm으로 상승시키고, 커먼레일을 제4목표압인 1000bar로 제어하되, 제3설정시간인 3초동안 엔진회전수와 커먼레일 압력을 유지시킴으로 레일압력 히스테리시스 현상을 방지한다(S20).
이후, 엔진을 제2회전수인 800rpm으로 유지시키면서 커먼레일을 제1목표압인 1800bar로 제어함으로써, 커먼레일 시스템의 누유 현상을 진단하기 위한 레일압충진단계(S30)를 수행한다.
이때, 상기 제1준비단계(S10)에서, 상기 제어부(100)는 제2설정시간동안 커먼레일(110)을 제3목표압으로 유지시키지 못할 경우에 상기 진단장치(130)에 고장신호를 출력하고, 상기 제2준비단계(S20)에서, 상기 제어부(100)는 제3설정시간동안 커먼레일(110)을 제4목표압으로 유지시키지 못할 경우에 상기 진단장치(130)에 고장신호를 출력할 수 있다.
또한, 상기 레일압유지단계(S40) 수행결과, 커먼레일(110)이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지되지 않을 경우, 상기 제어부(100)가 상기 진단장치(130)에 고장신호를 출력할 수 있다.
즉, 제어부(100)는 상기 제1준비단계(S10), 제2준비단계(S20) 및 레일압유지단계(S40) 수행 시, 의도한 바대로 엔진 회전수와 커먼레일(110)의 압력을 해당되는 설정시간 동안 유지시키지 못한다면 커먼레일 시스템에 누유 또는 기타 고장이 발생한 상황이라 판단할 수 있다. 따라서, 제어부(100)는 진단장치(130)에 고장신호를 출력함으로써, 생산 초기에 커먼레일 시스템의 고장을 신속히 진단하여 알릴 수 있다.
한편, 상기 기준시간은 오일온도에 기반하여 기맵핑된 시간일 수 있다. 여기서, 기준시간은 오일온도가 증가할수록 짧아지도록 맵핑된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 기준시간은 커먼레일 시스템이 정상일 경우에 커먼레일(110)의 압력이 제1목표압으로부터 제2목표압으로 저하되는데 소요되는 시간으로 설정되는데, 이러한 기준시간은 다수의 실험결과, 엔진 오일온도와도 음(-)의 상관관계를 가짐을 확인할 수 있다.
따라서, 엔진(120)의 오일온도가 증가할수록 커먼레일(110) 내부에서 연료가 배출되는 속도가 상승하는바, 기준시간이 줄어들도록 맵핑하는 것이 바람직하다. 이와 같이 기준시간이 엔진 오일온도에 따라 보상되어 설정됨으로써, 커먼레일 시스템의 누유 여부를 보다 정밀하게 진단할 수 있다.
아울러, 상기 기준시간은 오일온도 변화기울기가 증가할수록 감소하도록 맵핑될 수 있다.
즉, 상기 기준시간은 오일온도와 반비례하는 관계로만 설정될 수도 있으나, 보다 정밀한 연료 누유현상을 진단하기 위해 엔진 오일온도가 변화하는 기울기를 측정하고, 오일온도 변화기울기를 반영하여 기준시간을 설정할 수도 있다.
예를 들어, 오일온도 변화기울기가 양(+)의 값이라면, 오일온도가 증가하는 추세에 있는바, 기준시간이 감소할 것이라 예측할 수 있다. 반대로 오일온도 변화기울기가 음(-)의 값이라면, 오일온도가 감소하는 추세에 있는바, 기준시간이 증가할 것이라 예측할 수 있다.
따라서, 제어부(100)는 오일온도 변화기울기가 증가할수록 기준시간이 줄어들도록 맵핑함으로써 보다 정확하게 커먼레일 누유 여부를 진단하기 위한 데이터를 설정할 수 있다.
결론적으로, 본 발명은 기준시간을 엔진 오일온도와, 오일온도 변화기울기를 반영하여 커먼레일 시스템의 연료 누유를 진단하는바, 보다 정밀하게 커먼레일 시스템의 고장 상황을 진단할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 커먼레일 시스템의 고장 진단방법에 따르면 커먼레일 시스템 생산 초기에 정밀하게 누유 여부를 진단할 수 있는바, 추후에 커먼레일에서 연료 누유가 발생하여 연료량 제어 불량, 화재, 엔진 손상과 같은 위험상황이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 커먼레일 시스템 생산 초기에 연료 누유 이외의 고장상황을 진단할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100: 제어부 110: 커먼레일
113: 레일압력제어밸브 115: 압력센서
120: 엔진 130: 진단장치

Claims (8)

  1. 제어부가 커먼레일을 제1목표압까지 충진시키는 레일압충진단계;
    상기 레일압충진단계 후, 상기 제어부가 상기 커먼레일을 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지시키는 레일압유지단계;
    상기 레일압유지단계 수행결과, 커먼레일이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지될 경우, 상기 제어부가 레일압력제어밸브를 닫고, 엔진을 오프(OFF)하여 커먼레일의 압력을 저하시키는 레일압저하단계;
    상기 제어부가 상기 레일압저하단계가 시작된 시점으로부터 커먼레일이 제1목표압보다 작게 설정된 제2목표압에 도달하는데 소요되는 시간을 측정하는 레일압모니터단계;
    상기 레일압모니터단계 후, 상기 제어부가 기설정된 기준시간에서 측정된 소요시간을 감산한 차이값을 기준값과 비교하는 시간비교단계; 및
    상기 시간비교단계 수행결과, 차이값이 기준값을 초과할 경우, 상기 제어부가 진단장치에 경고신호를 출력하는 누유경고단계;를 포함하고,
    상기 기준시간은 오일온도에 기반하여 기맵핑된 시간인 것을 특징으로 하는 커먼레일 시스템의 고장 진단방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 진단장치로부터 진단신호가 수신될 경우에 상기 레일압충진단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 시스템의 고장 진단방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 진단장치로부터 진단신호가 수신될 경우, 상기 제어부가 제2설정시간동안 엔진을 제1회전수로 구동하면서, 커먼레일을 제1목표압보다 낮게 설정된 제3목표압으로 유지시키는 제1준비단계; 및
    상기 제1준비단계 후, 상기 제어부가 제3설정시간동안 엔진을 제1회전수보다 높게 설정된 제2회전수로 구동하면서, 커먼레일을 제1목표압과 제3목표압 사이의 값으로 설정된 제4목표압으로 유지시키는 제2준비단계;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제2준비단계 후, 상기 엔진을 제2회전수로 유지시킨 상태에서 상기 레일압충진단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 시스템의 고장 진단방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1준비단계에서, 상기 제어부는 제2설정시간동안 커먼레일을 제3목표압으로 유지시키지 못할 경우에 상기 진단장치에 고장신호를 출력하고,
    상기 제2준비단계에서, 상기 제어부는 제3설정시간동안 커먼레일을 제4목표압으로 유지시키지 못할 경우에 상기 진단장치에 고장신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 시스템의 고장 진단방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 레일압유지단계 수행결과, 커먼레일이 제1설정시간동안 제1목표압으로 유지되지 않을 경우, 상기 제어부가 상기 진단장치에 고장신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 시스템의 고장 진단방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준시간은 오일온도가 증가할수록 짧아지도록 맵핑된 것을 특징으로 하는 커먼레일 시스템의 고장 진단방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준시간은 오일온도 변화기울기가 증가할수록 감소하도록 맵핑된 것을 특징으로 하는 커먼레일 시스템의 고장 진단방법.
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