KR102664334B1 - 점화코일의 자기진단 방법 및 이를 수행하는 전자제어유닛, 이를 위한 자기진단 신호 생성 장치 - Google Patents

점화코일의 자기진단 방법 및 이를 수행하는 전자제어유닛, 이를 위한 자기진단 신호 생성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 점화코일의 자기진단 방법 및 이를 수행하는 전자제어유닛, 이를 위한 자기진단 신호 생성 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 점화코일의 자기진단 방법은, 점화코일의 1차 전류 모니터링을 통해 C/F(Current Flag) 신호를 수신함에 따라 상기 C/F 신호의 에지값이 기 설정된 맵핑값에 대해 오버랩 구간이 존재하는지를 확인하는 단계; 상기 오버랩 구간이 존재하는지를 확인함에 따라 상기 점화코일의 2차 전류 모니터링을 통해 F/F(Fault Flag) 신호를 수신하는지를 확인하는 단계; 및 상기 C/F 신호와 상기 F/F 신호 각각에 대한 확인 결과에 따라 상기 점화코일에서 이상신호 발생을 판단하는 단계;를 포함한다.

Description

점화코일의 자기진단 방법 및 이를 수행하는 전자제어유닛, 이를 위한 자기진단 신호 생성 장치{SELF-DIAGNOSIS METHOD OF IGNITION COIL AND ELECTRONIC CONTROL UNIT PERFORMING THE SAME, SELF-DIAGNOSIS SIGNAL GENERATION DEVICE THEREFOR}
본 발명은 점화코일의 자기진단 방법 및 이를 수행하는 전자제어유닛, 이를 위한 자기진단 신호 생성 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 점화코일의 내부에서 이상 상태가 발생하는지를 감지하는 자기진단 회로를 구성함으로써 1차 전류 및 2차 전류 모니터링을 통해 1차 코일에서 2차 코일로 변압이 발생하는 과정이 순조롭게 이루어지는지를 실시간으로 확인하기 위한, 점화코일의 자기진단 방법 및 이를 수행하는 전자제어유닛, 이를 위한 자기진단 신호 생성 장치에 관한 것이다.
점화코일(또는 이그니션 코일)(ignition coil)은 일종의 소형 변압기로 배터리 전압을 30㎸ 이상으로 변압하여 실린더 내의 스파크플러그 갭(sparkplug gap) 사이에 불꽃을 생성하게 한다.
점화코일의 동작 원리에 대해 구체적으로 살펴보면, 전자제어유닛(Electronic Control Unit, 이하 'ECU'라 함)의 점화신호에 따라 이그나이터가 통전되면서, 1차 코일에서는 서서히 전류가 흐르게 된다. 이때, 1차 코일은 전류가 흐르면 자기력을 형성한다.
그리고, ECU의 점화신호에 따라 이그나이터가 단락되면서, 1차 코일에서는 전류가 차단된다. 이때, 2차 코일은 상호유도 작용에 의해 급속한 자속 변화가 유기되어 권선비에 따라 2차 전압(고전압)을 발생시킨다.
그러면, 2차 전압은 스파크플러그 갭 사이에 걸려 전계가 파괴되면서 방전되어 스파크를 형성하게 된다.
그런데, 점화코일은 스위칭회로의 특성으로 인해 단선/단락 진단이 곤란하다. 이는 이그나이터가 기본적으로 단선되어 있고 필요시 천분의 1초 단위의 순간적인 스위칭으로 유도 기전력을 발생하는 회로 특성 때문이다. 더욱이, 점화코일은 별도의 고장코드(Diagnostic Trouble Code, DTC)도 가지고 있지 않다.
또한, ECU는 점화코일 보호기능이 작동하거나 연속통전으로 고장이 발생할 경우에 해당 정보를 파악하기 곤란하다. 이 경우에는 ECU에서 제어 공백이 불가피하게 발생할 수 밖에 없게 된다.
그리고, 물리적으로 연결된 회로의 단선/단락은 실차를 확인하기 전까지 고장 부품을 특정하기 어려운 한계가 있다.
따라서, 점화코일은 내부 불량을 진단하여 이상여부를 감지하고, 기본적으로 과전압, 과전류, 발열의 위험에 노출되어 있기 때문에 스스로 보호하기 위한 기능을 구비할 필요성이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0579283호 (2006.05.04 등록)
본 발명의 목적은 점화코일의 내부에서 이상 상태가 발생하는지를 감지하는 자기진단 회로를 구성함으로써 1차 전류 및 2차 전류 모니터링을 통해 1차 코일에서 2차 코일로 변압이 발생하는 과정이 순조롭게 이루어지는지를 실시간으로 확인하기 위한, 점화코일의 자기진단 방법 및 이를 수행하는 전자제어유닛, 이를 위한 자기진단 신호 생성 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 점화코일의 자기진단 방법은, 점화코일의 1차 전류 모니터링을 통해 C/F(Current Flag) 신호를 수신하여 확인하는 단계; 상기 C/F 신호를 수신함에 따라 상기 점화코일의 2차 전류 모니터링에 진입하여 상기 점화코일의 실화 발생을 판정하기 위한 F/F(Fault Flag) 신호를 수신하는지를 확인하는 단계; 및 상기 C/F 신호와 상기 F/F 신호 각각에 대한 확인 결과에 따라 상기 점화코일의 이상신호 발생을 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 C/F 신호는, 1차 전류가 기 설정된 특정 전류값 2점을 지나갈 때 진단선의 전압을 반전시킨 구형파 형태의 자기진단 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 F/F 신호는, 상기 점화코일의 2차 전류에너지가 임계값을 넘지 못하는 경우 또는 상기 점화코일의 2차 전압이 발생하지 않는 경우에 전송하는 자기진단 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 2차 전류에너지는, 상기 점화코일의 전류크기와 지속시간으로 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 C/F 신호를 수신하여 확인하는 단계는, 상기 C/F 신호의 반전 에지(edge)가 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간의 공차 시간 내에 포함되는지를 확인하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 맵핑데이터는, 실제 점화코일의 단품 상태에서 배터리 전압, 온도, RPM(Revolution Per Minute) 조건별로 1차 전류가 상승할 때 특정 전류값 2점 각 시간을 측정하여 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간은, 상기 배터리 전압에 따라 하이(high)값과 로우(low)값 사이의 범위을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간은, 오버랩(overlap) 구간을 확인하여 설정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 점화코일에서 이상신호 발생을 판단하는 단계는, 이상신호 발생횟수가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우에, 고장코드(Diagnostic Trouble Code, DTC)를 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자제어유닛(ECU)으로서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 전자제어유닛으로 하여금, 점화코일의 1차 전류 모니터링을 통해 C/F(Current Flag) 신호를 수신하여 확인하게 하고, 상기 C/F 신호를 수신함에 따라 상기 점화코일의 2차 전류 모니터링에 진입하여 상기 점화코일의 실화 발생을 판정하기 위한 F/F(Fault Flag) 신호를 수신하는지를 확인하게 하며, 상기 C/F 신호와 상기 F/F 신호 각각에 대한 확인 결과에 따라 상기 점화코일의 이상신호 발생을 판단하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 자기진단 신호 생성 장치로서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 자기진단 신호 생성 장치로 하여금, 점화코일의 1차측 GND에 연결하여 1차 전류를 모니터링하고, 상기 점화코일의 2차측 전원에 연결하여 2차 전류를 모니터링하게 하되, 상기 점화코일의 1차 전류 모니터링을 통해 C/F(Current Flag) 신호를 전자제어유닛으로 전송하게 하고, 상기 점화코일의 2차 전류 모니터링을 통해 F/F(Fault Flag) 신호를 상기 전자제어유닛으로 전송하게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 점화코일의 내부에서 이상 상태가 발생하는지를 감지하는 자기진단 회로를 구성함으로써 1차 전류 및 2차 전류 모니터링을 통해 1차 코일에서 2차 코일로 변압이 발생하는 과정이 순조롭게 이루어지는지를 실시간으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 점화코일 내부 불량의 경우를 진단함으로써 원인불명고장(No Trouble Found, NFT)를 줄여 실제 문제 부품에 대한 분석 및 품질 향상에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명은 실화 발생 시에 문제 원인이 점화코일측에 있는지 실린더 내부 다른 문제인지를 구분함으로써 정비의 방향을 쉽게 잡을 수 있어 비용 및 시간 절약할 수 있다.
또한, 본 발명은 실화 진단의 경우에 크랭크 축 앵글 센서의 회전속도 변화 등으로 간접 확인하는 방식 대신에 향후 실화 진단 로직에 직접 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점화코일과 전자제어유닛을 나타낸 도면,
도 2는 자기진단 신호를 설명하는 도면,
도 3은 배터리 전압에 따른 맵핑데이터를 나타내는 도면,
도 4는 임계값을 설정하는 기준을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 점화코일의 자기진단 방법을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "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, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점화코일과 전자제어유닛을 나타낸 도면이고, 도 2는 자기진단 신호를 설명하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 점화코일(Ignition Coil)(10)과 전자제어유닛(Electronic Control Unit, 이하 'ECU'라 함)(20)은, 상호 연동하여 점화코일(10)의 내부에서 이상 상태가 발생하는지를 감지하는 자기진단 회로를 구성함으로써, 1차 코일에서 2차 코일로 변압이 발생하는 과정이 순조롭게 이루어지는지를 실시간으로 확인할 수 있다.
점화코일(10)은 이그나이터(IGT), 1차 코일(1C), 2차 코일(2C), 중심코어(미도시), 외주코어(미도시), 영구자석(미도시)을 포함할 수 있다.
이그나이터(IGT)는 ECU(20)의 점화신호에 따라 드웰타임(Dwell Time, 이하 'D/T'라 함) 동안 1차측 회로를 통전시키고 차단하는 일종의 스위치이다. 여기서, D/T는 1차 코일(1C)의 통전 시간에 해당한다.
구체적으로, 이그나이터(IGT)는 ECU(20)의 점화신호에 따라 통전되면, 1차 코일(1C)은 서서히 전류가 흐르게 되어 자기력을 형성한다.
그리고, 이그나이터(IGT)는 ECU(20)의 점화신호에 따라 차단되면, 1차측 전류가 차단되고, 2차측에는 1차측의 상호유도 작용에 의해 급속한 자속 변화가 유기되어 권선비에 따라 고전압(2차 전압)이 발생한다. 이때, 2차 전압은 스파크플러그 갭 사이에 걸려 전계가 파괴되면서 방전하여 불꽃을 형성하게 된다.
한편, 중심코어와 외주코어는 자속이 원활하게 흐를 수 있게 폐자로(closed magnetic circuit)를 형성한다. 이때, 중심코어와 외주코어는 얇은 규소 강판을 적층한 구조로 철심이 수용할 수 있는 자기에너지의 크기에 따라 2차 유지 전압 및 점화에너지의 크기를 결정한다.
그리고, 영구자석은 자속 방향을 D/T 동안 통전에 의해 형성되는 자속과 반대 방향으로 설정하면 1차측 전류 차단시에 더 큰 자속의 변화를 기대할 수 있다.
특히, 점화코일(10)은 1차측 및 2차측 각각에서 이상신호가 발생하는지를 알려주는 자기진단 신호를 생성하기 위한 자기진단 신호 생성 장치(11)를 포함할 수 있다.
여기서, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 적어도 하나 이상의 프로세서와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다. 이때, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 적어도 하나 이상의 프로세서에 의해 컴퓨터 판독 가능한 명령들이 실행될 때, 본 발명의 실시예에 따른 자기진단 신호 생성 방법을 수행하게 된다.
이때, ECU(20)는 자기진단 신호 생성 장치(11)에 의해 생성된 자기진단 신호를 기반으로 하여 점화코일(10)의 내부에서 이상 상태가 발생하는지를 판단하는 자기진단 과정을 수행하게 된다.
여기서, ECU(20)는 적어도 하나 이상의 프로세서와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 이로써, ECU(20)는 적어도 하나 이상의 프로세서에 의해 컴퓨터 판독 가능한 명령들이 실행될 때, 점화코일 자기진단 방법을 수행하게 된다.
먼저, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 점화코일(10)의 1차측 및 2차측 각각에서 전류 및 전압을 모니터링하여 자기진단 신호를 생성하는 내부회로를 구성하되, 1차측 GND(ⓐ)를 내부회로에 연결하여 1차 전류를 모니터링하고, 2차측 전원(ⓑ)을 내부회로에 연결하여 2차 전류를 모니터링한다.
이러한 자기진단 신호 생성 장치(11)는 반도체 칩 및 관련 부품을 이용하여 내부회로를 구현하거나, 기판(PCB)을 이용하여 내부회로를 구현할 수 있다.
이하, 자기진단 신호 생성 장치(11)에서 1차 전류 및 2차 전류에 대한 모니터링 동작을 설명하기 앞서, 자기진단 신호에 대해 먼저 설명하기로 한다.
자기진단 신호는 점화코일(10)의 1차측 및 2차측 각각에 대한 이상신호 발생을 나타내는 표준 신호로서, 자기진단 신호 생성 장치(11)에서 ECU(20)로 전송하는 기준이 미리 정의된다.
이때, 자기진단 신호는 어떤 조건이나 특정 상태의 발생 또는 성립을 알려주는 신호인 플래그(flag) 타입으로 전송된다. 즉, 자기진단 신호는 플래그 전송 방식으로 전송된다.
도 2를 참조하면, 자기진단 신호 생성 장치(11)에서 ECU(20)로 전송하는 자기진단 신호는 커런트 플래그(Current Flag, 이하 'C/F'라 함)와 폴트 플래그(Fault Flag, 이하 'F/F'라 함) 2종류로 정의한다.
이러한 C/F 신호는 1차 전류가 특정 전류값 2점(여기서, 3A, 5A)을 지날 때 구형파 형태로 생성된다. 이 경우, C/F 신호의 생성 시간은 특정 전류값 2점을 지날 때 시간으로서, D/T 시작점 기준으로 각각 t1, t2이다.
그리고, F/F 신호는 C/F 신호가 생성된 후, 2차 전류 모니터링을 통해 문제가 발생한 경우에만 다음 D/T 시작 이후에 구형파 형태로 생성된다. 이 경우, F/F 신호의 생성 시간은 다음 D/T 시작점 기준으로 t3, t4이다.
여기서, '문제가 발생한 경우'라 함은 2차 전류에너지(전류 크기 및 지속시간)가 시험을 통해 정한 임계값(threshold)을 넘지 못하는 경우(도 4 참조)와 2차 전압이 발생하지 않는 경우를 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, C/F 신호는 상시 ECU(20)로 전송되어야 하고, F/F 신호는 문제가 발생한 경우에만 다음 D/T 시작점 이후에 전송한다. 즉, ECU(20)는 C/F 신호가 항상 들어오고, F/F 신호가 발생하지 않을 경우에 정상으로 판단하게 된다. 다시 말해, ECU(20)는 C/F 신호가 들어오지 않거나, F/F 신호가 들어온 경우에 고장으로 판단한다.
그리고, C/F 신호와 F/F 신호는 동일 D/T 내에서 동시에 전송할 수 없고, C/F 신호는 F/F 신호를 전송할 때 전송하지 않는다.
다음, 자기진단 신호는 배터리 전압(약 14V)으로 스위칭하여 구형파(square wave)로 전송한다. 즉, ECU(20)는 진단선의 전압값 변동으로 자기진단 신호인 C/F 신호와 F/F 신호를 인식한다.
다음, C/F 신호의 특정 전류값 2점(3A,5A)의 시간(t1,t2)은 점화코일 특성에 따라 최적으로 설정된다.
그리고, F/F 신호는 ECU(20)에서 인식 가능한 펄스 최소 시간인 200㎲ 보다 크게 설정하고, C/F 신호와 오버랩되지 않도록 t3＝75±25㎲, t4＝375±50㎲로 설정한다. 즉, ECU(20)는 최소 200㎲의 소요시간(duration)이 필요하다.
전술한 자기진단 신호에 대해 간단히 정리하면 하기 표 1과 같다.
자기진단 신호 플래그 전송 방식 설정값
1차
전류		 C/F 2점 실시간 전송 t1 점화코일 특성에 따라 설정
t2 점화코일 특성에 따라 설정
2차
전류		 F/F 문제 발생시
다음 D/T 시작후 전송		 t3 75±25㎲
t4 375±50㎲
이하, 자기진단 신호 생성 장치(11)에서 1차 전류 및 2차 전류에 대한 모니터링 동작을 수행하는 과정에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 1차 코일(1C)의 GND에 연결하여 1차 전류에 대한 모니터링 동작을 수행함에 있어서, 1차 전류가 상승하다가 끊기는지 또는 상승 곡선의 기울기가 적정 범위 안에 포함되는지를 확인하여 점화코일(10)이 최소한의 성능을 나타낼 수 있는지를 판단할 수 있게 한다.
구체적으로, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 1차 전류의 특정 전류값 2점을 지나가면 진단선의 전압을 반전시킨 구형파 형태의 C/F 신호를 ECU(20)로 전송한다. 여기서, 특정 전류값 2점은 전술한 바와 같이 3A와 5A일 수 있다.
그런데, 1차 전류의 상승은 배터리 전압, 온도, RPM(Revolution Per Minute) 조건별로 일정한 특징을 나타낸다. 즉, C/F 신호의 t1, t2는 배터리 전압, 온도, RPM 조건별로 일정한 특징을 나타내는 것이 바람직하다.
이에, ECU(20)는 실제 점화코일의 단품 상태에서 배터리 전압, 온도, RPM 조건별로 특정 전류값 2점의 t1, t2가 실측되어 설정된 맵핑데이터를 미리 저장한다.
여기서, 맵핑데이터는 1차 전류 진단 영역과 관련된 것으로서, 배터리 전압만 변수로 사용하여 t1, t2를 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 온도 변수는 점화코일(10)의 분위기 온도로서, ECU(20)는 확인하기 쉽지 않다. ECU(20)는 냉각수온을 통해 간접적으로 점화코일(10)의 분위기 온도를 추정할 수는 있지만, 제어 민감도가 떨어질 수 있다. 또한, RPM 변수는 배터리 전압별로 그 값이 동일하므로, 맵핑값은 배터리 전압만을 사용하여 t1, t2의 범위를 규정하는 것이 단순할 수 있다.
도 3을 참조하면, 맵핑데이터는 배터리 전압만 변수로 잡아 t1, t2를 설정할 경우에, 1차 전류의 특정 전류값이 3A일 때 배터리 전압에 따라 t1이 하이(high)/로우(low) 값을 가질 수 있고, 1차 전류의 특정 전류값이 5A일 때 배터리 전압에 따라 t2가 하이(high)/로우(low) 값을 가질 수 있다. 이와 같이 t1과 t2는 배터리 전압에 따라 하이값과 로우값 사이의 범위를 가진다. 도 3은 배터리 전압에 따른 맵핑데이터를 나타내는 도면이다.
이와 같이, 맵핑데이터를 설정할 때에는 공차를 고려하여 오버랩(overlap) 구간을 확인하는 것이 바람직하다. 도 3에서 t1의 하이값과 t2의 로우값에 대한 오버랩 구간이 없는 경우에는 조건 제거 및 데이터 단순화하거나, 오버랩 구간이 과다한 경우에는 특정 전류값을 변경한다.
1차 전류 진단 영역은 기본 OBD 진단 진입조건(배터리 전압 10V 이상)을 고려하여 설정할 수 있다. 도 3의 경우에는 배터리 전압의 범위를 10V 내지 16V 범위로 제한할 수 있다.
한편, ECU(20)는 자기진단 신호 생성 장치(11)로부터 C/F 신호를 수신하면, 맵핑데이터에 저장된 t1, t2의 공차 시간 내에 C/F 신호의 반전 에지(edge)가 들어오는지를 확인한다. 여기서, C/F 신호의 반전 에지는 C/F 신호가 구형파이므로, 진단선의 반전이 시작되는 지점과 끝나는 지점으로 이해할 수 있다.
도 3을 참조하면, ECU(20)는 배터리 전압 10V와 14V 사이에서, C/F 신호의 반전 에지가 맵핑데이터에 저장된 t1, t2의 공차시간 내에 포함되는지를 확인하게 된다.
이에 따라, ECU(20)는 C/F 신호의 반전 에지가 맵핑데이터의 정상 범위를 기 설정된 횟수 만큼 벗어나면 고장으로 인식하여 고장코드(DTC)를 메모리에 저장한다.
예를 들어, 고장은 C/F 신호가 없는 경우, 맵핑데이터를 벗어나는 경우, 첫번째 전류값에 도달하였으나 두번째 전류값에 도달하지 못한 경우로 구분될 수 있다. 구체적으로, C/F 신호가 없는 경우는 1차 코일 단선, 이그나이터 소손, 커넥터 미체결, 컨트롤와이어 단선/단락, ECU 고장 등이 예상된다. 맵핑값을 벗어나는 경우는 점화코일 내부 누전, 1차 코일 내부 단선/단락, 배터리 전압 저하, 이그나이터 일부 소손 등이 예상된다. 첫 번째 전류값에는 도달하였으나 두 번째 전류값에는 도달하지 못한 경우는 커넥터 접촉불량, 1차 코일 내부 단선/단락, 의도치 않은 냉시동 멀티스파킹 등이 예상된다.
다음, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 2차 전류에 대한 모니터링 동작을 수행함에 있어서, 스파크플러그에 충분한 점화에너지를 공급하였는지를 판단할 수 있게 한다. 이는 점화코일(10)의 실화 여부를 판정하기 위한 것으로서, 실화 발생은 2차 전류에너지(전류 크기 및 지속시간)가 임계값을 넘지 못하거나, 2차 전압이 발생하지 않는 경우에 해당할 수 있다.
이때, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 도 2의 A 영역에 도시된 2차 전류에 대해 도 4와 같이 정상적인 불꽃 점화를 위해 필요한 임계값을 기준으로 스파크에 충분한 점화에너지를 공급하였는지를 판단한다. 도 4는 임계값을 설정하는 기준을 나타낸 도면이다. 여기서, 임계값은 실제 실린더 내에서 폭발에 중요한 요인인 2차 전류의 전류값과 지속시간을 기준으로 결정된다.
이와 같이, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 도 2의 A 영역에 도시된 2차 전류에너지가 도 3에 도시된 임계값을 넘지 못하는 경우에, ECU(20)에 F/F 신호를 다음 D/T 시작점에서 정해진 시간이 지난 후에 짧게 전송한다. 이 경우는 1차/2차 코일 간 단선 또는 내부 누전, 이그나이터(IGT) 불량 등일 수 있다.
이와 같이, F/F 신호는 문제가 발생하는 경우 즉, 점화코일(10)의 2차 전류에너지가 임계값을 넘지 못하는 경우 또는 점화코일(10)의 2차 전압이 발생하지 않는 경우에, C/F 신호의 다음 D/T 시작점 이후에 전송하는 자기진단 신호이다.
또한, 자기진단 신호 생성 장치(11)는 2차 전압이 발생하지 않는 경우(즉, 방전 안함)에도 F/F 신호를 ECU(20)에 다음 D/T 시작점 이후에 짧게 전송한다. 이 경우는 이그나이터(IGT) 불량(항시 on 또는 off), 1차 코일 접지/단선, 자기보호 기능 작동인 경우일 수 있다.
이를 통해, ECU(20)는 실화 발생시에 그 원인이 점화코일(10)에 있는지 다른 요인(예, 실린더 외부 요인)인지를 구분할 수 있다. 즉, C/F 신호가 정상으로 전송되고 실화가 발생했을 경우에는 스파크플러그에 충분한 점화 에너지가 공급되지 않았다고 판단되면 문제의 원인을 스파크플러그 또는 점화코일로 범위를 좁힐 수 있고, 스파크플러그에 충분한 점화 에너지가 공급되었다고 판단되지만 실화가 발생되면 문제의 원인을 스파크플러그 또는 점화코일 이외의 다른 요인 즉, 실린더 내부의 압축비, 오일 소모, 촉매 역류 등에 대해 원인분석이 필요함을 알려준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 점화코일의 자기진단 방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, ECU(20)는 시동 온일 때 점화코일(10)의 자기진단을 시작하고, 드라이빙 사이클(driving cycle) 동안 계속 반복한다(S101).
우선, ECU(20)는 점화코일(10)의 자기진단 신호 생성 장치(11)로부터 전송된 C/F 신호를 수신함에 따라 1차 전류 모니터링을 실시한다. 이때, ECU(20)는 C/F 신호를 수신함에 따라 해당 C/F 신호의 반전 에지가 맵핑데이터에 저장된 t1,t2의 공차시간 내에 포함되는지를 확인한다(S102, S103).
이후, ECU(20)는 해당 C/F 신호에 대한 1차 전류 모니터링을 수행한 후(S102, S103), 2차 전류 모니터링에 진입하여 다음 D/T 시작점 이후에 F/F 신호를 수신하는지를 확인한다. 여기서, ECU(20)는 점화코일(10)의 2차 전류에너지가 임계값을 넘지 못하는 경우 또는 점화코일(10)의 2차 전압이 발생하지 않는 경우에 F/F 신호를 수신할 수 있다.
이때, ECU(20)는 다음 D/T 시작점 이후 F/F 신호를 수신하지 않는 경우에(S104), 다시 1차 전류 모니터링을 실시한다(S102).
반면에, ECU(20)는 다음 D/T 시작점 이후 F/F 신호를 수신하는 경우에(S104), 점화코일(10)에 대한 이상신호 발생을 판단하여 이상신호 발생 횟수를 카운트한다(S105). 이 경우, ECU(20)는 F/F 신호를 수신하면, 이상신호 발생을 카운트한 다음, 이생신호 발생횟수가 임계횟수 이하이면 다음 주기 1차 전류 모니터링을 다시 시작한다(S106).
다시 S103 단계를 살펴보면, ECU(20)는 해당 C/F 신호에 대한 1차 전류 모니터링을 통해 해당 C/F 신호의 반전 에지가 맵핑데이터에 저장된 t1, t2의 공차시간 내에 포함되지 않으면(S103), 이상신호 발생횟수를 카운트한다(S105).
이처럼, ECU(20)는 C/F 신호와 F/F 신호 각각을 확인한 결과에 따라 점화코일(10)에 대한 이상신호 발생을 판단하여 이상신호 발생횟수를 카운트한다(S105).
이때, ECU(20)는 이상신호 발생횟수가 기 설정된 임계횟수(예, 30회)를 초과하면 고장코드(DTC)를 메모리에 저장한다(S106, S107).
일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
10 ; 점화코일
11 ; 자기진단 신호 생성 장치
20 ; ECU(Electronic Control Unit)
1C ; 1차 코일
2C ; 2차 코일
IGT ; 이그나이터(ignitor)

Claims (20)

  1. 점화코일의 1차 전류 모니터링을 통해 C/F(Current Flag) 신호를 수신하여 확인하는 단계;
    상기 C/F 신호를 수신함에 따라 상기 점화코일의 2차 전류 모니터링에 진입하여 상기 점화코일의 실화 발생을 판정하기 위한 F/F(Fault Flag) 신호를 수신하는지를 확인하는 단계; 및
    상기 C/F 신호와 상기 F/F 신호 각각에 대한 확인 결과에 따라 상기 점화코일의 이상신호 발생을 판단하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 C/F 신호는,
    1차 전류가 기 설정된 특정 전류값 2점을 지나갈 때 진단선의 전압을 반전시킨 구형파 형태의 자기진단 신호인 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 F/F 신호는,
    상기 점화코일의 2차 전류에너지가 임계값을 넘지 못하는 경우 또는 상기 점화코일의 2차 전압이 발생하지 않는 경우에 전송하는 자기진단 신호인 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 2차 전류에너지는,
    상기 점화코일의 전류크기와 지속시간으로 결정되는 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 C/F 신호를 수신하여 확인하는 단계는,
    상기 C/F 신호의 반전 에지(edge)가 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간의 공차 시간 내에 포함되는지를 확인하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 맵핑데이터는,
    실제 점화코일의 단품 상태에서 배터리 전압, 온도, RPM(Revolution Per Minute) 조건별로 1차 전류가 상승할 때 특정 전류값 2점 각 시간을 측정하여 설정하는 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간은,
    상기 배터리 전압에 따라 하이(high)값과 로우(low)값 사이의 범위을 갖는 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간은,
    오버랩(overlap) 구간을 확인하여 설정하는 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화코일에서 이상신호 발생을 판단하는 단계는,
    이상신호 발생횟수가 기 설정된 임계값을 초과하는 경우에, 고장코드(Diagnostic Trouble Code, DTC)를 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화코일의 자기진단 방법.
  10. 전자제어유닛(ECU)으로서,
    적어도 하나 이상의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 전자제어유닛으로 하여금,
    점화코일의 1차 전류 모니터링을 통해 C/F(Current Flag) 신호를 수신하여 확인하게 하고,
    상기 C/F 신호를 수신함에 따라 상기 점화코일의 2차 전류 모니터링에 진입하여 상기 점화코일의 실화 발생을 판정하기 위한 F/F(Fault Flag) 신호를 수신하는지를 확인하게 하며,
    상기 C/F 신호와 상기 F/F 신호 각각에 대한 확인 결과에 따라 상기 점화코일의 이상신호 발생을 판단하게 하는 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 C/F 신호는,
    1차 전류가 기 설정된 특정 전류값 2점을 지나갈 때 진단선의 전압을 반전시킨 구형파 형태의 자기진단 신호인 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 F/F 신호는,
    상기 점화코일의 2차 전류에너지가 임계값을 넘지 못하는 경우 또는 상기 점화코일의 2차 전압이 발생하지 않는 경우에 전송하는 자기진단 신호인 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 2차 전류에너지는,
    상기 점화코일의 전류크기와 지속시간으로 결정되는 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 전자제어유닛으로 하여금,
    상기 C/F 신호를 수신하여 확인할 때, 상기 C/F 신호의 반전 에지가 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간의 공차 시간 내에 포함되는지를 확인하게 하는 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 맵핑데이터는,
    실제 점화코일의 단품 상태에서 배터리 전압, 온도, RPM(Revolution Per Minute) 조건별로 1차 전류가 상승할 때 특정 전류값 2점 각 시간을 측정하여 설정하는 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간은,
    상기 배터리 전압에 따라 하이(high)값과 로우(low)값 사이의 범위을 갖는 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 맵핑데이터에 설정된 특정 전류값 2점 각 시간은,
    오버랩(overlap) 구간을 확인하여 설정하는 것을 특징으로 하는 전자제어유닛.
  18. 자기진단 신호 생성 장치로서,
    적어도 하나 이상의 프로세서; 및
    컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 자기진단 신호 생성 장치로 하여금,
    점화코일의 1차측 GND에 연결하여 1차 전류를 모니터링하고, 상기 점화코일의 2차측 전원에 연결하여 2차 전류를 모니터링하게 하되,
    상기 점화코일의 1차 전류 모니터링을 통해 C/F(Current Flag) 신호를 전자제어유닛으로 전송하게 하고,
    상기 점화코일의 2차 전류 모니터링을 통해 F/F(Fault Flag) 신호를 상기 전자제어유닛으로 전송하게 하는 것을 특징으로 하는 자기진단 신호 생성 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 C/F 신호는,
    1차 전류가 기 설정된 특정 전류값 2점을 지나갈 때 진단선의 전압을 반전시킨 구형파 형태의 자기진단 신호인 것을 특징으로 하는 자기진단 신호 생성 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 F/F 신호는,
    상기 점화코일의 2차 전류에너지가 임계값을 넘지 못하는 경우 또는 상기 점화코일의 2차 전압이 발생하지 않는 경우에 전송하는 자기진단 신호인 것을 특징으로 하는 자기진단 신호 생성 장치.
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