KR20140122516A

KR20140122516A - 동기화 오류시 연료분사 제어방법

Info

Publication number: KR20140122516A
Application number: KR1020130039296A
Authority: KR
Inventors: 차순호
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2014-10-20
Also published as: KR101897559B1

Abstract

동기화 오류시 연료분사 제어방법이 개시된다. 본 발명에 따른 동기화 오류시 연료분사 제어방법은, 4개의 실린더를 구비하고 캠센서가 없는 4행정 엔진의 동기화오류시 연료분사제어방법에 있어서, 각 실린더의 압축행정 상사점 이점 180° 내지 압축행정 상사점 이후 420° 범위 내에서 연료분사 시작시기를 설정하는 시작시점 설정단계; 각 실린더의 압축행정 상사점 이후 300° 내지 540° 범위 내에서 연료분사 종료시기를 설정하는 종료시점 설정단계; ECU를 통하여 동기화 상태를 판단하는 동기화 판단단계; 및 동기화 판단단계에서 판단된 동기화가 정상이면 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 유지하고, 동기화 판단단계에서 판단된 동기화가 오류이면 제1 실린더와 제4 실린더의 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 맞바꾸고 제2 실린더와 제3 실린더의 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 맞바꾸도록 하는 교정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 캠센서가 없는 엔진에서 동기화의 오류시 잘못된 연료분사에 의한 배기가스 배출 증가 및 운전성 저하를 방지할 수 있다.

Description

동기화 오류시 연료분사 제어방법{CONTROL METHOD OF FUEL INJECTION DURING SYNCHRONIZATION ERROR}

본 발명은 동기화 오류시 연료분사 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 캠센서가 없는 엔진에서 동기화 오류시 연료분사가 뒤집혀 이루어지는 것을 방지하기 위한 연료분사 제어방법에 관한 것이다.

ECU는 크랭크 센서와 캠 센서 시그날을 바탕으로 엔진 동기화시에 각 실린더의 위치와 행정을 파악한다.

이와 관련하여 한국등록특허 제10-0288233호는 "엔진 회전수 신호를 이용한 신호 오류 검출 방법"를 개시하며, 엔진의 회전수를 계산하고 동기화 및 결함 상태를 검출하는데 있어서 주용도로 사용하는 크랭크 센서 신호가 아닌 보조용 신호인 캠센서 신호의 신호비(이전 신호 시간/현재 신호 시간)를 이용하여 엔진 제어 신호의 개연성 검사를 실시하도록 하고 있으며, 구체적으로 엔진 회전수를 감지하여 전기 신호로 바꾸는 캠 센서 및 크랭크 센서와 상기 캠센서 및 크랭크 센서로부터 감지된 엔진 회전수 신호를 인가 받아 판독하여 인젝터의 밸브 개방 시기를 설정하고, 인젝터 구동 신호를 발생시키는 ECU와 상기 ECU에서 계산된 구동 신호를 인가받아 각 주기마다 한 번씩 연료를 분사하는 인젝터를 포함하도록 하고 있다.

이에 따라 상기 등록특허는 엔진의 회전수를 계산하고 동기화 및 결함 상태를 검출하는데 있어서, 주용도로 사용하는 크랭크센서 신호가 아닌 보조용 신호인 캠 센서 신호를 사용함으로써 제어 장치의 연산 부하를 줄이고 동기화 확인 과정을 단순화시키며, 추가적으로 신호 결함 상태를 감지할 수 있음을 기재하고 있다.

그러나 캠 센서가 없는 엔진의 경우에는 크랭크 센서 시그날만 이용하여 엔진 동기화를 수행하므로, 경우에 따라서 위상이 뒤집혀 1번 실린더를 4번으로, 2번 실린더를 3번으로 인식할 수 있다. 이 경우 연료분사시기가 뒤집혀 1번 실린더에 4번 실린더에 맞는 분사시기에 연료가 분사됨으로써 흡기 밸브가 열린상태에서 연료분사가 일어날 수 있고, 무화되지 않은 연료가 직접 실린더 내부로 유입되어 불완전 연소를 일으켜 HC, CO 배출량이 증가하고, 또한 불완전 연소에 의한 토크 저감으로 인하여 시동성 및 운전성이 저하될 위험이 있다.

본 발명의 목적은, 캠 센서 없이 크랭크 센서만을 이용하여 동기화가 이루어지는 엔진에서 동기와 오류가 발생할 경우 이를 바로잡을 수 있도록 하기 위한 것으로서 연료분사 시기를 제어하고 시동성 및 운전성을 향상시킬 수 있는 연료분사 제어방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 4개의 실린더를 구비하고 캠센서가 없는 4행정 엔진의 동기화오류시 연료분사 제어방법에 있어서, 상기 각 실린더의 압축행정 상사점 이점 180° 내지 압축행정 상사점 이후 420° 범위 내에서 연료분사 시작시기를 설정하는 시작시점 설정단계; 상기 각 실린더의 압축행정 상사점 이후 300° 내지 540° 범위 내에서 연료분사 종료시기를 설정하는 종료시점 설정단계; ECU를 통하여 동기화 상태를 판단하는 동기화 판단단계; 및 상기 동기화 판단단계에서 판단된 동기화가 정상이면 상기 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 유지하고, 상기 동기화 판단단계에서 판단된 동기화가 오류이면 제1 실린더와 제4 실린더의 상기 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 맞바꾸고 제2 실린더와 제3 실린더의 상기 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 맞바꾸도록 하는 교정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 오류시 연료분사 제어방법에 의해 달성된다.

또한, 엔진의 회전과 동기되어 회전하는 회전체에는 원주 방향으로 6도 간격으로 투쓰(tooth)가 형성되고, 상기 교정단계에서 동기화가 오류일 때, 상기 각 실린더의 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 60 투쓰 만큼 이동시키도록 이루어진다.

그리고 상기 각 실린더에서 연료분사가 이루어지고 있을 때, 상기 교정단계에서 상기 연료분사 종료시기가 바뀌면 연료분사는 종료된다.

본 발명에 의하면, 캠센서가 없는 엔진에서 동기화의 오류시 제1 실린더와 제4 실린더의 연료분사 종료시기를 맞바꾸고 제2 실린더와 제3 실린더의 연료분사 종료시기를 맞바꾸도록 제어함으로써, 잘못된 연료분사에 의한 배기가스 배출 증가 및 운전성 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 오류시 연료분사 제어방법이 사용되는 시스템에서 동기화 오류 검출방법의 순서를 도시한 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 오류시 연료분사 제어방법을 도시한 순서도,
도 3a는 동기화가 정상인 경우, 연료분사 시작시기, 연료분사 종료시기 및 흡기밸브 개방 관계를 도시한 도면,
도 3b는 동기화가 오류인 경우, 연료분사 시작시기, 연료분사 종료시기 및 흡기밸브 개방 관계를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 연료분사 제어방법에서 교정단계에서의 상태를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 동기화 오류시 연료분사 제어방법을 사용하여 연료분사를 제어하는 과정을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 오류시 연료분사 제어방법이 사용되는 시스템에서 동기화 오류 검출방법의 순서를 도시한 순서도이다.

이하에서는 우선, 본 발명에서 동기화가 정상인지 또는 오류인지를 판단하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.

일반적으로 엔진의 회전과 동기되어 회전하는 회전체(타겟휠)와 이 회전체의 원주에 있는 요철에 의해서 상하로 진동하는 전기신호를 출력하는 엔진회전감지센서의 출력신호를 분석하여 엔진의 회전수나 각 실린더의 행정과정을 알 수 있고, 이를 통하여 각 실린더별로 적절한 점화시기에 점화시킬 수 있으며, 본 발명에서도 엔진의 회전과 동기되어 회전하는 회전체의 요철(tooth)에 의한 신호에 의하여 엔진의 회전수 및 실린더의 각 행정과정이 인지된다. 그리고 회전체는 크랭크 샤프트에 결합되어 회전한다.

본 발명에서 회전체에는, 원주 방향으로 6도의 간격을 가지도록 투쓰(tooth)가 형성된다. 다만, 원주 전체에 60개의 투쓰가 형성되는 것은 아니고 일부 구간에서 투쓰가 배제된 형태로 형성되는데, 예컨대 연속된 2개의 투쓰가 제거되어 기준점으로 사용되고, 엔진회전감지센서는 이 부분에서는 다른 부분보다 2배 이상의 주기를 가지는 신호를 출력하며 롱투쓰(Long Tooth)를 감지하도록 이루어진다.

본 발명에 따른 연료분사 제어방법은 다수의 실린더를 구비하고 캠센서가 없는 4행정 엔진에 사용되고, 특히 4개의 실린더가 구비된 엔진에 적용된다.

롱투쓰 이후 20 번째 투쓰에서 제1 실린더 또는 제4 실린더의 상사점이 위치하게 되고, 크랭크 축이 2회전 할 동안 각 투쓰마다 1씩 증가된 투쓰 번호(tooth number)를 가지게 된다.

4개의 실린더를 구비한 4행정 엔진의 경우 30 투쓰마다 각 실린더의 상사점이 이루어질 때, 각 실린더의 상사점은, 제1 실린더의 경우 20번째 투쓰, 제3 실린더의 경우 50번째 투쓰, 제4 실린더의 경우 80번째 투쓰, 제2 실린더의 경우 110번째 투쓰에서 각각 상사점으로 인식하게 되어 각 실린더의 위치를 파악할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 동기화 정상여부를 판단하기 위하여, 첫번째 롱투쓰인 제1 롱투쓰 이후 2번째 투쓰를 기준으로 30 투쓰 마다 세그먼트 번호(segment number)를 지정하여, 투쓰 번호 2 내지 31 까지는 세그먼트 0, 투쓰 번호 32 내지 61 까지는 세그먼트 1, 투쓰 번호 62 내지 91 까지는 세그먼트 2, 투쓰 번호 92 내지 1 까지는 세그먼트 3 으로 인식하게 되며, 세그먼트 설정단계가 이루어진다.(S100)

동기화가 정확히 이루어지게 되는 경우, 제1 실린더의 상사점은 세그먼트 0 내에 위치하고, 제3 실린더의 상사점은 세그먼트 1 내에 위치하고, 제4 실린더의 상사점은 세그먼트 2 내에 위치하며, 제2 실린더의 상사점은 세그먼트 3 내에 위치하게 된다.

캠 센서가 있는 경우에는, 캠 시그널의 위상에 따라 캠 시그널이 로우레벨(low level) 일때 롱투쓰가 나오게 되면 롱투쓰 이후 첫 번째 투쓰를 1로 인식하게 되고 20번째 투쓰를 1번 실린더의 상사점으로 인식하게 되는데, 본 발명에서는 캠 센서가 없는 엔진에서 캠 시그널을 대체할 수 있는 가상신호를 하이레벨(high level) 또는 로우레벌(low level)로 고정하여 제1 롱투쓰가 나온 뒤 첫 번째 투쓰를 1 또는 61로 고정하여 강제 동기화를 수행하게 되고, 이렇게 정해진 투쓰 번호에 따라 세그먼트가 정해지도록 한다.

동기화가 정상적으로 이루어진 경우, 제1 실린더의 폭발 행정시 위상신호가 발생된다.(위상신호 발생단계, S200) 위상신호는 이중점화코일에 의해 발생될 수 있고, 이러한 위상신호의 발생은 ECU(electronic control unit)에서 감지한다.

ECU는 이중점화코일에 의해 위상신호가 발생될 때 가상신호가 활성화되도록 하며, 가상신호 활성단계(S300)가 이루어진다. 즉, 위상신호의 발생과 동시에 가상신호가 활성화되어 하이레벨로 인식된다.

그리고 ECU는, 제1 롱투쓰 바로 다음의 롱투쓰인 제2 롱투쓰 이후 첫 번째 투쓰에서 가상신호가 비활성화되는 것으로 인식한다. 즉, 이때의 가상신호가 비활성화되어 위상이 로우레벨인 것으로 인식하며, 가상신호 비활성단계(S400)가 이루어진다.

아울러, 본 발명에서 ECU는 매번 세그먼트가 증가하는 시점에 가상신호의 위상을 확인하여 정상적인 세그먼트에서 활성화되는지 여부를 확인함으로써 동기화의 오류를 검출해 내게 되며, 활성화 감지단계(S500)는 다음과 같이 이루어진다.

구체적으로, 정상적으로 동기화가 이루어졌을 경우 가상신호의 활성은 제1 실린더의 상사점 근방에서 발생하게 되고 제1 롱투쓰 바로 다음의 롱투쓰 신호인 제2 롱투쓰 이후 첫번째 투쓰 (61번 tooth)에서 비활성화되므로, 가상신호는 ECU 가 인식하는 세그먼트 0 내에서 발생하여 세그먼트가 0 에서 1로 증가하는 시점에는 항상 활성화된 상태로 유지된다.

또한 제4 실린더의 상사점 근방에서는 가상신호가 발생하지 않으므로 세그먼트가 2에서 3으로 증가하는 시점에는 항상 비활성화된 상태로 유지된다.

동기화가 잘못되어 제1 실린더와 제4 실린더, 및 제2 실린더와 제3 실린더의 위치를 각각 뒤집어서 인식하게 된다면, 실제로 제1 실린더의 상사점 근방에서 발생한 가상신호의 위치는 세그먼트 2 내에서 활성화가 되어 다음번 롱투쓰 이후 첫번째 투쓰 (1번 tooth) 에서 비활성화되므로 세그먼트가 2 에서 3으로 증가하는 시점에는 활성화되고, 세그먼트가 0 에서 1로 증가하는 시점에는 비활성화 된다.

이처럼, 매 크랭크축 2회전마다 세그먼트가 0 에서 1로 증가시 가상신호가 활성이고 세그먼트가 2에서 3으로 증가시 가상신호가 비활성이면 동기화가 정상인 것으로 판단한다.

그리고 활성화 감지단계에서 세그먼트 전환(증가)시 가상신호의 활성여부 및 비활성여부를 감지함으로써 동기화 오류를 판단하여 오류 판단단계(S700)가 이루어진다.

또한, 동기화오류 검출방법에서는 카운트단계을 포함하여 이루어지며, 동기화가 정상인 경우 1씩 증가하는 카운터(counter)를 이용하여 카운트된 값이 임계값 이상 지속적으로 증가하면, 오류 판단단계(S700)에서 최종적으로 동기화가 정상인 것으로 판단하도록 이루어질 수 있다.

반대로, 활성화 감지단계에서 세그먼트가 0 에서 1로 증가시 가상신호가 비활성이고 세그먼트가 2에서 3으로 증가시 활성이면, 카운트단계(S600)에서 1씩 증가하는 카운터(counter)를 이용하여 비정상인 경우를 카운트하며, 오류 판단단계에서 카운트된 값이 임계값 이상 지속적으로 증가하면 동기화가 잘못되었다는 판단을 완료하게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동기화 오류시 연료분사 제어방법을 도시한 순서도이고, 도 3a는 동기화가 정상인 경우, 연료분사 시작시기(S), 연료분사 종료시기 및 흡기밸브 개방(O) 관계를 도시한 도면이고, 도 3b는 동기화가 오류인 경우, 연료분사 시작시기(S), 연료분사 종료시기 및 흡기밸브 개방(O) 관계를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료분사 제어방법에서 교정단계에서의 상태를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 동기화 오류시 연료분사 제어방법을 사용하여 연료분사를 제어하는 과정을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 연료분사 제어방법은 4행정 사이클 엔진에 적용되고, 각 실린더는 흡입-압축-폭발-배기 행정으로 구동하여, 각 행정 구간은 크랭크 축이 180°회전하는 기간에 해당한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, ECU 는 압축행정의 상사점을 기준으로 0°로 인식하여 압축 상사점 이전 180°내지 압축 상사점 이후 420°의 범위 내에서 미리 계산된 연료분사량에 따라 흡기 밸브가 열리기 전에 연료분사가 끝나도록 연료분사 시작시기(S, Start of injection)를 조절하며, 시작시점 설정단계(S10)가 이루어진다.

또한, 연료분사 종료시점(E, End of injection = EOI)은 압축 상사점 이후 300°~ 540°의 범위 내에서 이루어지게 되며, EOI 신호가 나가게 되면 연료분사 사이클은 종료되게 되고, 종료시점 설정단계(S20)가 이루어진다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 동기화가 잘못된 경우에는, ECU 는 제1 실린더를 제4 실린더로 인식하고, 제2 실린더를 제3 실린더로 잘못 인식하여 실제 물리적 실린더의 위치와 ECU 가 인식하고 있는 위치는 360°의 위상차이를 갖게 된다. 따라서 실제 흡기밸브가 열리는 구간(O)은 ECU 가 연료분사시기로 인식하고 있는 압축 상사점 이전 180°~ 이후 420°의 범위 안에 포함되며 따라서 분사된 연료가 흡기밸브가 열린상태(O)에서 무화되지 않은 채 직접 들어갈 수 있는 위험이 생길 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료분사 제어방법에서는, 상술한 바와 같은 방법으로 동기화 상태를 판단하는 동기화 판단단계(S30)가 이루어진다.

ECU 가 동기화 상태를 판단하여 동기화가 정상이면 연료분사시기를 유지하고, 동기화가 오류인 것으로 판단하게 되면(S31), 연료분사 종료시기(E, EOI)를 제1 실린더(C1)와 제4 실린더(C4)를 맞바꾸고, 제2 실린더(C2)와 제3 실린더(C3)를 맞바꾸어 360°의 위상차이를 조정하며, 교정단계(S40)가 이루어진다. 이러한 과정이 도 4에 도시된다.

이에 따라 기존의 연료분사시기(I1)는 새로운 연료분사시기(I2)로 변경된다.

ECU 는 각 실린더의 연료분사 시작시기(S, SOI) 및 연료분사 종료시기(E, EOI)를 투쓰 번호로 기억하고 있으므로, 동기화 오류가 되면 각 실린더의 연료분사 종료시기(E)를 EOI + 360°(60 tooth) 만큼 이동시켜 주게 된다. 연료분사 종료시기(E, EOI)가 이동되고 나면 물리적 실린더의 위치와 ECU 가 인식하고 있는 위치가 일치하게 되므로 정상상태의 동기화처럼 연료분사가 이루어지게 된다.(S41)

만약 연료분사가 이루어지고 있는 상태에서(S42) 60 투쓰 만큼 이동한 새로운 연료분사 종료시기(E) 신호가 나가면 물리적 실린더의 위치와 일치하는 새로운 연료분사 사이클을 시작하기 위해 기존 연료분사는 중지하게 된다.(S43)

이후, 새로운 연료분사 주기에 따른 정상적인 연료분사가 이루어지게 된다.(S44)

동기화 오류에서 흡기 밸브가 열린 상태에서 연료분사가 되더라도, 최대 4번의 연료분사기간이 지나면 정상적인 연료분사가 이루어지므로 배기가스 배출 증가, 시동성 저하 및 운전성 저하를 최소화할 수 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

S10 : 시작시점 설정단계
S20 : 종료시점 설정단계
S30 : 동기화 판단단계
S40 : 교정단계

Claims

4개의 실린더를 구비하고 캠센서가 없는 4행정 엔진의 동기화오류시 연료분사 제어방법에 있어서,
상기 각 실린더의 압축행정 상사점 이점 180° 내지 압축행정 상사점 이후 420° 범위 내에서 연료분사 시작시기를 설정하는 시작시점 설정단계;
상기 각 실린더의 압축행정 상사점 이후 300° 내지 540° 범위 내에서 연료분사 종료시기를 설정하는 종료시점 설정단계;
ECU를 통하여 동기화 상태를 판단하는 동기화 판단단계; 및
상기 동기화 판단단계에서 판단된 동기화가 정상이면 상기 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 유지하고, 상기 동기화 판단단계에서 판단된 동기화가 오류이면 제1 실린더와 제4 실린더의 상기 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 맞바꾸고 제2 실린더와 제3 실린더의 상기 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 맞바꾸도록 하는 교정단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기화 오류시 연료분사 제어방법.
제1항에 있어서,
엔진의 회전과 동기되어 회전하는 회전체에는 원주 방향으로 6도 간격으로 투쓰(tooth)가 형성되고,
상기 교정단계에서 동기화가 오류일 때, 상기 각 실린더의 연료분사 시작시기 및 연료분사 종료시기를 60 투쓰 만큼 이동시키는 것을 특징으로 하는 동기화 오류시 연료분사 제어방법.
제2항에 있어서,
상기 각 실린더에서 연료분사가 이루어지고 있을 때, 상기 교정단계에서 상기 연료분사 종료시기가 바뀌면 연료분사는 종료되는 것을 특징으로 하는 동기화 오류시 연료분사 제어방법.