KR102406503B1 - 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법에 관한 것으로서, 특히 엔진 회전수를 확인하는 단계와; 실화 발생 여부를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 실화 발생 시 차량의 운전 조건을 확인하는 단계와; 상기 단계의 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 점화시기 보정 효율을 통해 실린더의 실화 영향도를 계산 및 확인하여 실화율을 산출하는 단계로 구성되어, 실화 발생 시 차량의 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율과 실린더의 실화 영향도를 계산하여 실화율을 검출함으로써 실화 발생 진단율이 저하되는 현상을 방지하고 실화 발생 진단에 대한 정확성 및 신뢰도를 향상시켜 촉매 손상을 방지하여 상품성을 증대시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법{Method of misfire detection for catalyst damage}
본 발명은 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법에 관한 것으로서, 점화시기 보정 효율과 실린더의 실화 영향도를 통해 실화율을 검출하여 촉매 손상을 방지하기 위한 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관에서는 엔진 토크를 증가시키거나 배기가스 저감 등을 위하여 엔진 회전수 및 엔진 부하 등에 기초하여 점화시기를 제어한다.
이와 관련하여 종래의 엔진 점화시기 제어시스템은 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 센서, 흡기압을 검출하는 흡기압 센서, 흡기온을 검출하는 흡기온 센서, 상기 센서들로부터 신호를 입력받아 점화시기를 결정하고 점화시기에 해당하는 점화신호를 생성하는 ECU, ECU로부터 점화신호를 받아 점화를 수행하는 점화장치를 포함한다.
엔진 시동 후 일정기간 경과 후 ECU는 엔진 회전수, 흡기압 및 흡기온에 기초하여 점화시기를 계산하고, 해당 점화신호를 점화장치로 보내어 연소실 내의 연소과정을 제어하게 된다.
이때, 엔진 점화시기 제어는 ECU에 구비된 메모리(Memory)에 저장된 기본 점화시기 맵(Map of basic ignition timing)에 기초하여 수행되며, 상기 기본 점화시기 맵은 엔진 회전수 및 엔진 부하를 변수로 하여 매핑된 기본 점화시기 값을 가진다.
실제 엔진 회전수와 엔진 부하가 검출되어 해당 신호가 ECU로 입력되면, ECU는 기본 점화시기 맵에서 기본 점화시기를 결정하게 된다. 일반적으로, 상기 엔진 아이들 및 부분 부하 조건에서 기본 점화시기는 엔진 출력을 최대화시키기 위한 MBT(Minimum spark advance for best torque) 근처의 값으로 결정된다.
한편, 엔진의 실린더 내에서 비정상 연소인 실화가 발생하기도 하는데, 이러한 실화는 미연소가스를 발생시켜 촉매에서 산화되어 촉매 온도가 상승하게 되고, 다량의 실화가 지속적으로 발생되는 경우 촉매 및 엔진 손상을 발생시키기도 한다.
따라서, 종래에는 촉매온도가 기준온도(1000도)에 도달하는지 여부를 통해 실화율을 확인하는데, 이때 촉매온도를 결정하는 요소는 실화 기통(실린더)의 화학적 열량과 정상 기통의 화학적 열량의 합으로 이루어진다.
이때, 촉매온도에 대한 열량은 다음의 수학식1에 의해 계산된다.
[수학식1]
Qcat = Qmisfire + Qnorm
여기서, Qcat는 촉매온도에 대한 열량이고, Qmisfire는 실화 기통의 열량이며, Qnorm는 정상 기통의 배기열량이다. 실화 기통의 열량은 연료량에 비례하게 되며, 정상 기통 배기열량은 점화시기에 따른 운전 조건별 열효율로 결정된다.
그러나, 종래에는 동일한 운전 조건에서 정상 기통의 배기열량이 변화하는 경우 허용 실화율과 차이가 발생하게 되고, 정상 기통의 배기열량이 과한 경우 기준온도에 도달하는 실화율이 낮아져 실화율 검출이 저하되는 문제점이 있었다.
특허 1 : 대한민국 공개특허 제10-2013-0013974호
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법에 관한 것으로서, 특히 정상 연소 실린더의 배기 열량이 과해지는 경우 차량의 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율과 실린더의 실화 영향도를 계산하여 실화율을 검출하여 촉매 손상을 방지하기 위한 것을 목적으로 한다.
이러한 본 발명은 엔진 회전수를 확인하는 단계와; 엔진 회전수 확인 후 실화 발생 여부를 판단하는 단계와; 실화 발생 시 차량의 운전 조건을 확인하는 단계와; 상기 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계와; 상기 계산된 점화시기 보정 효율을 통해 실린더의 실화 영향도를 계산 및 확인하여 실화율을 산출하는 단계;를 포함함으로써 달성된다.
상기 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계는, 차량의 ECU에 메모리된 점화시기 매핑 테이블을 기준으로 점화시기 효율을 확인하는 단계와; 현재 실린더의 점화시기 효율을 확인하는 단계와; 상기 점화시기 매핑 테이블을 기준으로 한 점화시기 효율과, 상기 현재 실린더의 점화시기 효율의 차이를 계산하여 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계;를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계는, 상기 계산된 점화시기 보정 효율에 가중치를 계산하는 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 계산된 점화시기 보정 효율을 통해 실린더의 실화 영향도를 계산 및 확인하여 실화율을 산출하는 단계는, 상기 계산된 가중치를 통해 실화가 발생된 실린더의 실화 영향도를 계산하는 단계와; 상기 실린더에 실화 영향도를 누적시키는 단계와; 전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계;를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계 이후 또는 상기 실화 발생 여부를 판단하는 단계에서 실화 미 발생 시 엔진 회전수가 200rpm에 도달했는지 판단하는 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계에서 확인된 실화 영향도가 임계치 보다 높은지 판단하는 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계에서 확인된 실화 영향도가 임계치 보다 높은지 판단하는 단계에서 확인된 실화 영향도가 임계치 보다 높은 경우 엔진정비지시등을 점등하는 단계를 더 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 엔진 회전수는 200rpm으로 설정하도록 하는 것이 바람직하다.
상기 운전조건은 엔진 회전수(rpm), 엔진부하(load), 점화시기 및 최적 점화시기(MBT_spark)를 기준으로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 실화 발생 시 차량의 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율과 실린더의 실화 영향도를 계산하여 실화율을 검출함으로써 실화 발생 진단율이 저하되는 현상을 방지하고, 실화 발생 진단에 대한 정확성 및 신뢰도를 향상시켜 촉매 손상을 방지하여 상품성을 증대시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법을 도시하는 흐름도,
도 2는 본 발명의 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법에서 점화시기 보정 효율 단계를 세부적으로 도시하는 흐름도,
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명에서 점화시기 지각과 촉매 손상 실화율 관계를 도시하는 그래프,
도 4는 본 발명에서 점화시기 지각량에 따른 점화시기 효율을 도시하는 그래프.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 회전수를 확인하는 단계와, 실화 여부를 판단하는 단계와, 운전조건을 확인하는 단계와, 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계와, 실린더의 실화 영향도를 계산하는 단계를 포함한다.
S10 단계에서는 엔진 회전수를 확인한다.
엔진 회전수는 200rpm으로 설정하여 엔진 작동 직후부터 200rpm 이내에서 실화를 감지할 수 있게 한다.
S20 단계에서는 S10 단계 이후 실린더의 실화 발생 여부를 판단한다.
이때, 실화 발생 여부는 OBD(On Board Diagnostics) 또는 ECU(Electric Control Unit)를 통해 크랭크 샤프트의 회전 속도 변화를 감지하여 실화 발생 여부를 판단한다.
S30)단계는 실화 발생 시 차량의 운전 조건을 확인하여, 후술하게 될 S40 단계에서 점화시기 효율을 보정하기 위한 데이터를 수집한다.
S30 단계의 운전 조건은 엔진 회전수(rpm), 엔진부하(load), 점화시기(MBT:Minimum spark advance for best torque) 및 최적 점화시기(MBT_spark)를 포함할 수 있다.
S40 단계에서는 S30 단계에서 확인된 운전 조건을 통해 점화시기 효율을 계산한다.
한편, 도 3의 그래프에 도시된 바와 같이 동일 실화율에서 촉매 온도가 높기 때문에 점화시기 지각 시 촉매 온도가 올라가므로 촉매 손상 실화율 하향 조정이 필요하게 되고, 또한 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이 점화시기 지각 시 점화시기 효율이 저하되므로 점화시기 보정이 필요하기 때문에 점화시기 효율을 보정하여 실화율을 검출할 수 있다.
S40 단계에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 점화시기 효율을 계산하기 위해 차량의 ECU에 메모리된 점화시기 매핑 테이블을 기준으로 점화시기 효율을 확인하는 단계(S41)와, 현재 실린더의 점화시기 효율을 확인하는 단계(S42)와, 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계(S43)로 이루어진다. 이때, 점화시기 효율은 도 4에 도시된 바와 같이 ECU에 설정된 기본값을 통해 점화시기 지각량 변화에 따라 확인하도록 한다.
S41 단계에서의 점화시기 효율은 다음의 수학식2에 의해 계산된다.
[수학식2]
REF = MAP_1(Rpm, Load)
여기서, REF는 매핑 테이블 기준 점화시기 효율이고, Rpm과 Load는 엔진 회전수와 엔진부하이다. 즉 매핑 테이블 기준 점화시기 효율은 엔진 회전수와 엔진부하를 통해 확인할 수 있게 된다. 이때 MAP_1은 Rpm과 Load를 통해 확인되는 레퍼런스 값으로, 설정된 테이블 값을 통해 계산된다.
S42 단계에서 실화가 발생된 현재 실린더의 점화시기 효율은 다음의 수학식3에 의해 계산된다.
[수학식3]
ACT = MAP_2(MBT_Spark - 점화시기)
여기서, ACT는 현재 실린더의 점화시기 효율이고, 이는 최적 점화시기(MBT_spark)와 점화시기(MBT)의 차이를 통해 계산한다. 이때 MAP_2는 최적 점화시키와 점화시기를 통해 확인되는 레퍼런스 값으로, 설정된 테이블 값을 통해 계산된다.
S43 단계에서의 점화시기 보정 효율은 다음의 수학식4에 의해 계산된다.
[수학식4]
D_EFF = REF_EFF - ACT_EFF
여기서, D_EFF는 점화시기 보정 효율이고, 이는 매핑 테이블 기준 점화시기 효율(REF_EFF)과 현재 엔진의 점화시기 효율(ACT_EFF)의 차이를 통해 계산한다.
또한, S40 단계는 S43 단계에서 계산된 점화시기 보정 효율에 가중치를 계산하는 S44 단계를 더 포함하도록 한다.
S44 단계의 점화시기 보정 효율의 가중치 계산은 다음의 수학식5에 의해 계산된다.
[수학식5]
WF = MAP_3(D_EFF)
여기서, WP는 점화시기 보정 효율의 가중치이고, S43 단계에서 계산된 점화시기 보정 효율을 통해 계산된다. 이때 MAP_3은 점화시기 보정 효율을 통해 확인되는 레퍼런스 값으로, 설정된 테이블 값을 통해 계산된다.
S50 단계는 상술한 바와 같은 S40 단계에서 계산된 점화시기 보정 효율을 통해 실린더의 실화 영향도를 계산 및 확인하여 실화율을 산출한다.
S50 단계는, S44 단계에서 계산된 가중치를 통해 실화가 발생된 실린더의 실화 영향도를 계산하여 실화율을 산출하는 단계(S51)와, 실린더에 실화 영향도를 누적시키는 단계(S52)와, 전체 실린더에 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계(S53)로 이루어진다.
S51 단계의 실린더의 실화 영향도는 다음의 수학식6에 의해 계산된다.
[수학식6]
K = Ck(Rpm, Load) * WF
여기서, K는 실화가 발생된 실린더의 실화 영향도이고, 해당 실린더의 엔진 회전수 rpm 및 엔진부하 load에 의한 실린더의 실화값(Ck)과 점화시기 보정 효율의 가중치를 곱하여 실화율을 계산된다.
S52 단계의 실린더 실화 영향도 누적은 다음의 수학식7에 의해 계산된다.
[수학식7]
CNT[cyl] = CNT[cyl] + K
여기서, CNT[cyl]는 해당 실린더에 누적된 실화 영향도(카운터)이고, 이는 해당 실린더에 실화 영향도를 더하여 계산된다.
S53 단계의 전체 실린더 실화 영향도 누적은 다음의 수학식8에 의해 계산된다.
[수학식8]
Total_CNT = ∑CNT[cyl]
여기서, Total_CNT는 전체 실린더에 누적된 실화 영향도(카운터)이고, 이는 각각의 실린더의 실화 영향도를 누적하여 실화율을 산출한다.
한편, S60 단계는 엔진 회전수가 200rpm에 도달했는지 판단하도록 하여 S53 단계 이후의 엔진 회전수와 S20 단계에서 실화 미발생 시 엔진 회전수를 확인하도록 한다.
또한, S60 단계에서 엔진 회전수가 200rpm에 만족하게 되면 다음 단계로 진행하게 되며, 200rpm 미만이면 S20 단계로 이동하여 실화 발생 여부를 재판단하도록 한다.
또한, S70 단계는 S60 단계에서 엔진 회전수가 200rpm에 만족 시 S53 단계에서 확인된 전체 실린더의 실화 영향도가 소정의 임계치 보다 높은지 판단하도록 하고, S80 단계는 S70 단계에서 확인된 실화 영향도가 임계치 보다 높은 경우 엔진정비지시등(MIL:Malfunction Indicator Lamp)을 점등하도록 한다.
즉, 엔진 회전수 200rpm 이전에는 실화가 감지되더라도 실화율을 누적시키며, 실화 감지 후 엔진 회전수가 200rpm에 도달하게 되고, 실화 영향도가 임계치를 초과하게 되면 실화가 발생된 것으로 판단하여 엔진정비지시등을 통해 알릴 수 있게 한다.
이처럼, 본 발명은 엔진 회전수를 확인하는 단계(S10)와, 실화 발생 여부를 판단하는 단계(S20)와, 실화 발생 시 차량의 운전 조건을 확인하는 단계(S30)와, 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계(S40)와, 점화시기 보정 효율을 통해 실린더의 실화 영향도를 계산 및 확인하여 실화율을 산출하는 단계(S50)로 이루어져, 실화 발생 시 차량의 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율과 실린더의 실화 영향도를 계산하여 실화율을 검출함으로써 실화 발생 진단율이 저하되는 현상을 방지하고 실화 발생 진단에 대한 정확성 및 신뢰도를 향상시켜 촉매 손상을 방지하도록 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
S10 : 엔진 회전수 확인 단계 S20 : 실화 여부 판단 단계
S30 : 운전조건 확인 단계 S40 : 점화시기 보정효율 계산단계
S50 : 실런더 실화 영향도 계산 단계

Claims (9)

  1. 엔진 회전수를 확인하는 단계와;
    엔진 회전수 확인 후 실화 발생 여부를 판단하는 단계와;
    실화 발생 시 차량의 운전 조건을 확인하는 단계와;
    상기 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계와;
    상기 계산된 점화시기 보정 효율을 통해 실린더의 실화 영향도를 계산 및 확인하여 실화율을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계는,
    차량의 ECU에 메모리된 점화시기 매핑 테이블을 기준으로 점화시기 효율을 확인하는 단계와;
    현재 실린더의 점화시기 효율을 확인하는 단계와;
    상기 점화시기 매핑 테이블을 기준으로 한 점화시기 효율과, 상기 현재 실린더의 점화시기 효율의 차이를 계산하여 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 운전 조건을 통해 점화시기 보정 효율을 계산하는 단계는,
    상기 계산된 점화시기 보정 효율에 가중치를 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 계산된 점화시기 보정 효율을 통해 실린더의 실화 영향도를 계산 및 확인하여 실화율을 산출하는 단계는,
    상기 계산된 가중치를 통해 실화가 발생된 실린더의 실화 영향도를 계산하는 단계와;
    상기 실린더에 실화 영향도를 누적시키는 단계와;
    전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계 이후 또는 상기 실화 발생 여부를 판단하는 단계에서 실화 미 발생 시 엔진 회전수가 200rpm에 도달했는지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계에서 확인된 실화 영향도가 임계치 보다 높은지 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전체 실린더에 상기 실화 영향도를 누적시켜 실화율을 산출하는 단계에서 확인된 실화 영향도가 임계치 보다 높은지 판단하는 단계에서 확인된 실화 영향도가 임계치 보다 높은 경우 엔진정비지시등을 점등하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 운전조건은 엔진 회전수(rpm), 엔진부하(load), 점화시기 및 최적 점화시기(MBT_spark)인 것을 특징으로 하는 점화시기 보정을 통한 촉매 손상 방지 방법.
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