KR19990059911A - Engine misfire detection device and method - Google Patents
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Abstract
차량의 운행중 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호 변동율을 이용하여 엔진의 실화(점화 불량)를 검출하는 엔진 실화 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 차량의 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호를 미분하여 변동율을 분석하여 최대값과 최소값의 차에 의한 변화폭을 검출한 뒤, 그 변동율 변화폭과 설정된 기준값을 비교하여 기준값 이상이면 실화가 발생한 것으로 판단하며, 그 변동율의 값이 최대에서 0이 될 때의 크랭크 각도에서 일정 크랭크 각도 이전에 검출된 실린더를 실화 발생 실린더로 판단하므로 외부로부터의 차량 부하조건 즉, 외부 도로조건의 변화에 상관없이 항상 정확한 실화 판단을 할 수 있을 뿐만 아니라 고속, 저부하 운행 상태에서도 정확한 실화 판단을 할 수 있으며, 엔진 운전조건이 변하여 전체적인 공연비 변화에도 영향을 받지 않고 정확한 실화 판단을 할 수 있다.An engine misfire detection apparatus and method for detecting misfire of an engine by using a signal variation rate of an oxygen sensor that detects oxygen concentration in exhaust gas while the vehicle is running, and a method thereof. Differentiate the signal of the oxygen sensor that detects the oxygen concentration, analyze the rate of change, detect the change by the difference between the maximum value and the minimum value, and compare the change rate with the set reference value. Since the cylinder detected before the constant crank angle at the crank angle when the value of the change rate reaches the maximum from 0 is determined as the misfire occurrence cylinder, accurate misfire determination is always performed regardless of the change of the vehicle load condition from the outside, that is, the external road condition. Not only that, but also true judgment can be made at high speed and low load. Change and the operating condition may be an accurate misfire determination is not affected even though the overall air-fuel ratio change.
Description
본 발명은 엔진 실화 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 운행중 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호 변동율을 이용하여 엔진의 실화(점화 불량)를 검출하는 엔진 실화 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an engine misfire detection apparatus and a method thereof, and more particularly to an engine misfire detection for detecting misfire (ignition failure) of an engine by using a signal variation rate of an oxygen sensor that detects oxygen concentration in exhaust gas while the vehicle is running. An apparatus and a method thereof are provided.
일반적으로 차량 엔진의 실화는 연료 공급 계통의 고장으로 인한 혼합비의 이상과 연료의 옥탄가, 점화 계통의 고장으로 인한 점화 시기의 이상 등에 의해 발생되며, 차량 운행중 엔진 실화가 발생되면 엔진 동작이 불안정해지며 엔진 출력이 저감됨과 동시에 더 나아가 불완전 연소로 인하여 배기가스중의 유해 성분이 증가된다.In general, the misfire of a vehicle engine is caused by an abnormal mixing ratio due to a failure of the fuel supply system, an octane number of fuel, an abnormal ignition timing due to a failure of the ignition system, and when the engine misfire occurs while the vehicle is running, the engine operation becomes unstable. At the same time as engine power is reduced, furthermore, incomplete combustion increases the harmful components in the exhaust gas.
이러한 것을 방지하기 위하여 차량 운행중 엔진 실화 발생을 판단하여 그에 다른 적절한 조치가 이루어져야 한다.To prevent this, it is necessary to determine the occurrence of engine misfire while the vehicle is running and take other appropriate measures.
이와 같은 차량 운행중의 엔진 실화를 판단하기 위하여 종래에는 크랭크 각속도 변화를 측정하여 간접적으로 엔진 실화를 감지하였는데, 그 장치와 방법을 도 4와 도 5a, 도 5b를 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.In order to determine the engine misfire while driving the vehicle, conventionally, the engine misfire was detected by measuring a change in the crank angular velocity. The apparatus and method thereof will be briefly described with reference to FIGS. 4, 5A, and 5B.
도 4는 종래의 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 크랭크샤프트(1)의 플라이 휠(2)측에 원주상에 홀이 형성된 센서 휠(3)과, 센서 휠(3)의 홀 회전에 따른 소정 주기의 신호를 출력하는 크랭크 각속도 센서(4)와, 크랭크 각속도 센서(4)의 신호를 분석하여 엔진 실화를 검출하는 ECU(5)로 이루어진다.4 is a configuration diagram schematically showing a conventional engine misfire detection apparatus, wherein a sensor wheel 3 having a circumferentially formed hole on the flywheel 2 side of the crankshaft 1 and a sensor wheel 3 of FIG. It consists of a crank angular velocity sensor 4 which outputs a signal of a predetermined period according to the hole rotation, and an ECU 5 which analyzes the signal of the crank angular velocity sensor 4 to detect engine misfire.
차량의 운행중 크랭크샤프트(1)의 회전과 연동하여 회전하는 센서 휠(3)의 홀 이동을 크랭크 각속도 센서(4)에서 검출하여 도 5a와 같은 소정의 주기 신호를 출력하면 ECU(5)는 측정된 각속도나 그 각속도에 의해 계산된 토크 파형에 관한 정보를 이용하여 도 5b와 같이 각 신호를 변환한다. 그리고 엔진 속도와 부하에 대해 미리 결정된 기준값과 비교하여 그 값보다 크면 실화로 판단하고 그 이하이면 정상 연소라고 판단한다.When the vehicle detects a hole movement of the sensor wheel 3 rotating in conjunction with the rotation of the crankshaft 1 by the crank angular velocity sensor 4 and outputs a predetermined periodic signal as shown in FIG. 5A, the ECU 5 measures. Each signal is converted as shown in FIG. 5B using the obtained angular velocity or information on the torque waveform calculated by the angular velocity. In comparison with a predetermined reference value for the engine speed and the load, if it is larger than that value, it is determined as a misfire, and if it is less than that, it is determined as normal combustion.
전술한 바와 같은 종래의 방법에서는 엔진이 정상 연소를 하고 있어도 외부도로 조건이 거친 도로 조건이 되거나, 고속 저부하 영역에서는 검출되는 크랭크 각속도 신호값이 설정된 기준값보다 커지는 경우가 발생되어 정확한 실화 구분이 어려워진다. 따라서 이 방법에서는 도로 조건 및 운행 조건을 판정하는 별도의 센서가 필요하다.In the conventional method as described above, even when the engine is in normal combustion, the road condition becomes a rough road condition, or in the high speed low load region, the detected crank angular velocity signal value becomes larger than the set reference value, making it difficult to distinguish true misfire. Lose. Therefore, this method requires a separate sensor for determining road conditions and driving conditions.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 별도의 센서 없이 산소 센서의 신호 변동율을 이용한 직접적인 방법으로 엔진 실화를 검출하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, the object is to detect the engine misfire by a direct method using the signal change rate of the oxygen sensor without a separate sensor.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,1 is a schematic view showing an engine misfire detection apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출방법을 개략적으로 도시한 동작 순서도이고,2 is an operation flowchart schematically showing an engine misfire detection method according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 검출되는 산소 센서 신호의 변동율을 도시한 파형도이고,3 is a waveform diagram illustrating a variation rate of an oxygen sensor signal detected according to an embodiment of the present invention;
도 4는 종래의 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,Figure 4 is a schematic view showing a conventional engine misfire detection device,
도 5a와 5b는 종래의 엔진 실화 검출방법을 설명하기 위한 크랭크 각속도를 나타낸 신호 파형도이다.5A and 5B are signal waveform diagrams showing crank angular velocities for explaining a conventional engine misfire detection method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량 운행중의 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각 검출수단과, 차량 운행중 엔진에서 연소가 일어나는 위치의 실린더를 검출하는 실린더 위치 검출수단과, 차량 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 농도 검출수단과, 상기 산소 농도 검출수단의 신호 변동율을 분석하여 실화를 판단하며, 상기 크랭크 각 검출수단과 실린더 위치 검출수단, 산소 농도 검출수단의 신호 변동율을 분석하여 실화가 발생된 실린더를 판별하는 실화 판단수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a crank angle detecting means for detecting a crank angle while the vehicle is running, a cylinder position detecting means for detecting a cylinder at a position where combustion occurs in the engine during vehicle driving, and exhaust generated during vehicle driving. Analyze the oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the gas and the signal variation rate of the oxygen concentration detection means to determine misfire, and analyze the signal variation rate of the crank angle detection means, the cylinder position detection means and the oxygen concentration detection means. And misfire determination means for discriminating the cylinder in which misfire has occurred.
상기와 같이 구성된 본 발명은 실화 판단수단에서 산소 농도 검출수단의 신호 변동율을 분석하여 그 변동율의 변화폭을 검출한 다음 설정된 기준값과 비교하여 기준값 이상이면 실화로 판단한다.According to the present invention configured as described above, the signal fluctuation rate of the oxygen concentration detecting means is detected by the misfire determination means, and the change range of the fluctuation rate is detected.
또한, 산소 농도 검출수단의 신호 변동율의 변화폭이 최대일 때의 변동율이 0이 될 때 크랭크 각 검출수단에서 검출된 크랭크 각도보다 일정 크랭크 각도 이전에 실린더 위치 검출수단에 의해 검출된 실린더에서 실화가 발생한 것으로 판단한다.In addition, when the change rate when the change rate of the signal change rate of the oxygen concentration detecting means reaches a maximum, misfire has occurred in the cylinder detected by the cylinder position detecting means before the crank angle detected by the crank angle detecting means. I think that.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출장치는 크랭크 각 센서(10)와, 실린더 판별 센서(20), 산소 센서(30), ECU(40)로 이루어진다.As can be seen in FIG. 1, an engine misfire detection apparatus according to an embodiment of the present invention includes a crank angle sensor 10, a cylinder discrimination sensor 20, an oxygen sensor 30, and an ECU 40.
크랭크 각 센서(10)는 차량의 운행중 크랭크 각도를 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.The crank angle sensor 10 detects a crank angle while the vehicle is running and outputs a predetermined signal accordingly.
실린더 판별 센서(20)는 차량의 운행중 연소되는 실린더를 판별하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.The cylinder discrimination sensor 20 determines a cylinder burned while the vehicle is running and outputs a predetermined signal accordingly.
산소 센서(30)는 차량의 배기 매니폴드에 설치되며, 차량의 운행중 배기가스중의 산소 농도를 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.The oxygen sensor 30 is installed in the exhaust manifold of the vehicle, detects the oxygen concentration in the exhaust gas while the vehicle is running, and outputs a predetermined signal accordingly.
ECU(40)는 상기 산소 센서(30)의 신호 변동율(기울기 또는 미분값)을 분석하여 실화를 판단하며, 상기 크랭크 각 센서(10)의 신호와 실린더 판별 센서(20)의 신호, 산소 센서(30) 신호의 변동율을 분석하여 차량의 운행중 실화가 발생된 실린더를 판별한다.The ECU 40 analyzes the signal variation rate (tilt or derivative value) of the oxygen sensor 30 to determine misfire, and the signal of the crank angle sensor 10, the signal of the cylinder determination sensor 20, and the oxygen sensor ( 30) Analyze the rate of change of the signal to determine the cylinder where misfire occurred during the operation of the vehicle.
상기와 같이 구성된 엔진 실화 검출장치에서 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출방법을 도 2와 도 3을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The engine misfire detection method according to an embodiment of the present invention in the engine misfire detection device configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 as follows.
차량의 운행중 크랭크 각 센서(10)와 실린더 위치 검출 센서(20), 산소 센서(30)에서 각각 크랭크 각도, 연소가 일어나는 실린더의 위치, 배기가스중의 산소 농도를 검출하여(S10, S20, S30) 도 3과 같은 소정의 신호를 출력하면 ECU(40)는 크랭크 각 센서(10)의 신호에 따라 크랭크 각도 1°단위로 산소 센서(30)의 신호(a)를 샘플링한다. 그리고 필터링을 통해 샘플링된 신호중의 노이즈를 제거한 다음 크랭크 각도 1°간격으로 미분하여 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)을 검출한다(S40).The crank angle sensor 10, the cylinder position detection sensor 20, and the oxygen sensor 30 detect the crank angle, the position of the cylinder where combustion occurs, and the oxygen concentration in the exhaust gas while the vehicle is running (S10, S20, S30). When outputting a predetermined signal as shown in FIG. 3, the ECU 40 samples the signal a of the oxygen sensor 30 in units of 1 ° crank angle according to the signal of the crank angle sensor 10. Then, the noise of the sampled signal is removed through filtering, and then differentiated at a crank angle of 1 ° to detect the rate of change (b) of the oxygen sensor 30 signal (S40).
이후, ECU(40)는 검출된 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)에서 최대값과 최소값의 변화폭(L1, L2)을 연산하고, 그 연산된 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭(L1, L2)을 설정된 기준값과 비교하여(S50) 기준값보다 크면 실화로 판단하고(S60), 기준값 이하이면 정상 연소라고 판단한다(S65).Subsequently, the ECU 40 calculates the variation ranges L1 and L2 between the maximum value and the minimum value from the variation ratio b of the detected oxygen sensor 30 signal, and calculates the variation ratio of the calculated oxygen sensor 30 signal b. The change widths L1 and L2 are compared with the set reference value (S50), and if it is larger than the reference value, it is determined as a misfire (S60).
이때 엔진 실화가 발생되면 도 3에서와 같이 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)이 급격히 변화되는 2개의 피크(peak)가 발생하게 되는데, 이것은 실화된 가스가 엔진 피스톤 운동에 의해 밀려나오게 되고, 이 가스중 일부가 배기 매니폴드에서 다른 실린더로부터의 정상 연소된 가스와 혼합되어 산소 센서(30)에 도달함으로 인한 제 1피크(L1)와, 배기 매니폴드에 잔류하던 나머지 실화 가스가 해당 실린더의 다음 사이클에서 연소된 가스에 의해 밀려나오면서 다른 실린더로부터의 가스와 혼합됨으로 인한 제 2피크(L2)가 중첩되어 나타나기 때문이다.At this time, when the engine misfire occurs, two peaks are generated in which the rate of change (b) of the oxygen sensor 30 signal is rapidly changed as shown in FIG. 3, which causes the misfired gas to be pushed out by the engine piston movement. The first peak (L1) due to some of this gas being mixed with the normal combustion gas from another cylinder in the exhaust manifold to reach the oxygen sensor 30, and the remaining misfire gas remaining in the exhaust manifold This is because the second peak L2 due to being pushed out by the burned gas in the next cycle of and mixed with the gas from another cylinder appears to overlap.
상기(S50)에서 검출되는 산소 센서(30) 신호 변동율의 변화폭(L1, L2)이 설정된 기준값보다 커서 엔진 실화로 판단되면(S60) ECU(40)는 발생된 변동율의 피크(L1, L2)중 최대값일 때의 피크(L1)의 변동율이 0이 될 때의 크랭크 각도 즉, 산소 센서(30) 신호값(a)이 최대일 때의 크랭크 각도를 검출하여(S70) 이보다 일정 크랭크 각도(T) 이전의 실린더 판별 신호를 확인하여 그 실린더에서 실화가 발생되었다고 판단한다(S80).When the variation ranges L1 and L2 of the oxygen sensor 30 signal variation rate detected in S50 are greater than the set reference value and it is determined that the engine is misfired (S60), the ECU 40 may determine the peaks of the generated variation rate L1 and L2. The crank angle when the rate of change of the peak L1 at the maximum value becomes zero, that is, the crank angle when the oxygen sensor 30 signal value a is maximum (S70) is detected (S70). The previous cylinder determination signal is checked to determine that misfire has occurred in the cylinder (S80).
이와 같이 본 발명은 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소 센서의 신호 변동율을 이용하여 직접적인 방법으로 실화를 감지하므로 외부로부터의 차량 부하조건 즉, 외부 도로조건의 변화에 상관없이 항상 정확한 실화 판단을 할 수 있을 뿐만 아니라 고속, 저부하 운행 상태에서도 정확한 실화 판단을 할 수 있으며, 엔진 운전조건이 변하여 전체적인 공연비 변화에도 영향을 받지 않고 정확한 실화 판단을 할 수 있다.As described above, the present invention detects misfires in a direct manner by using a signal variation rate of an oxygen sensor that detects oxygen concentration in exhaust gas, so that accurate misfire determination is always performed regardless of a change in vehicle load conditions, that is, external road conditions. In addition, accurate misfire determination can be made even at high speed and low load operation, and accurate misfire determination can be made without being affected by the change in the overall air-fuel ratio due to changes in engine operating conditions.
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