KR20140127561A - 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법이 개시된다. 본 발명의 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법은, 크랭크 샤프트의 유효 투쓰(valid tooth)를 카운트하며, 갭(gap)을 감지하는 크랭크 포지션 센서(crank position sensor); 크랭크 샤프트와 연동하여 회전하는 캠 샤프트의 에지(edge)를 감지하는 캠 포지션 센서(cam position sensor); 및 크랭크 포지션 센서의 신호 및 캠 포지션 센서의 신호를 연산하여 엔진 동기화(engin synchronization)를 진행하는 전자제어장치를 포함하며, 전자제어장치는, 유효 투쓰의 카운트 도중에 에지가 감지된 후 갭이 감지되면 엔진 동기화를 진행하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 유효 투쓰를 카운트하는 도중에 캠 센서에 의해 에지의 위치가 감지된 후 갭이 감지되면 엔진 동기화가 진행될 수 있도록 이루어짐으로써 전체적인 엔진 동기화의 딜레이 타임이 단축되며, 엔진이 빠르게 정상작동을 함에 따라 불완전 연소 및 미연소가스의 배출을 방지하고 엔진의 수명을 길게 유지할 수 있도록 이루어지는 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있게 된다.

Description

엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법{APPARATUSOF OF ENGINE SYNCHRONIZATION AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트의 연동하는 회전을 감지하여 연료의 분사시기 및 점화시기를 알맞게 제어할 수 있도록 이루어지는 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
내연 기관의 엔진 성능은 엔진 동력 이외에도 유해 물질 배출 등의 복잡한 요소가 복합적으로 관계되어 있다. 이러한 엔진 성능을 효율적으로 향상시키기 위해서는 정교한 엔진 제어가 필요하며, 이를 위해 전자제어장치(ECU, electronic control unit)는 엔진과의 정확한 동기화(synchronization)를 통해 전자제어장치의 제어 루틴(routine)이 엔진의 상태를 시간적 오차 없이 파악하는 것이 가장 중요한 문제가 된다.
일반적으로 차량의 엔진 동기화 장치는 크랭크 포지션 센서(CPS, crank position sensor)를 이용하여 크랭크축의 상사점(TDC, top dead center)으로부터의 상대 위치를 측정하는 방식이 사용되고 있다. 크랭크 샤프트에 회전체(CTW, crankshaft trigger wheel)와 인덕티브 센서를 이용한 방식은 전자제어장치가 다른 추가적인 센서 등이 없이도 엔진 회전 속도, 크랭크 샤프트의 위치 정보 및 기통 판별 정보 등을 얻을 수 있으며 높은 정밀도를 유지할 수 있는 장점이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 동기화 장치는 엔진 동기화를 하기 위해서 크랭크 포지션 센서의 정보에 의존하였으며, 그 과정은 유효 투쓰 카운트 단계(T1, counting valid tooth), 갭 감지 단계(T2, search for gap) 및 동기화 단계(T3, synchronization)로 이루어진다.
유효 투쓰 카운트 단계(T1)에서는 크랭크 포지션 센서에 신호에 의해 요구되는 유효 투쓰를 카운트하게 되며, 반드시 유효 투쓰가 모두 카운트된 후에 갭(gap)을 감지하는 갭 감지 단계(T2)가 시작된다. 그러나, 유효 투쓰 카운트 단계에서 갭이 감지되는 경우 크랭크 포지션 센서가 갭을 유효 투쓰로 인식하지 못함에 따라 갭 이전의 유효 투쓰 카운트는 모두 무효처리되며(T1'), 갭 이후의 투쓰부터 다시 유효 투쓰 카운트 과정을 실시함에 따라 다시 갭을 찾을 때까지 엔진 동기화가 이루어지지 못하는 단점이 있었다.
이런 경우 크랭크 샤프트는, 크랭크 포지션 센서가 갭을 감지하기 전까지 유효 투쓰 카운트 단계가 시작된 위치로부터 최대 1회전과 유효 투쓰의 개수만큼 더 회전(T1'+T1+T2)하게 됨에 따라 엔진 동기화가 지연되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 유효 투쓰를 카운트하는 도중에 갭이 감지되더라도 엔진 동기화가 지연되지 않도록 이루어지는 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 크랭크 샤프트의 유효 투쓰(valid tooth)를 카운트하며, 갭(gap)을 감지하는 크랭크 포지션 센서(crank position sensor); 상기 크랭크 샤프트와 연동하여 회전하는 캠 샤프트의 에지(edge)를 감지하는 캠 포지션 센서(cam position sensor); 및 상기 크랭크 포지션 센서의 신호 및 캠 포지션 센서의 신호를 연산하여 엔진 동기화(engin synchronization)를 진행하는 전자제어장치를 포함하며, 상기 전자제어장치는, 상기 유효 투쓰의 카운트 도중에 상기 에지가 감지된 후 상기 갭이 감지되면 엔진 동기화를 진행하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치에 의하여 달성된다.
또한, 상기 목적은, 크랭크 포지션 센서에 의해 크랭크 샤프트의 첫 번째 유효 투쓰가 감지되면서 시작되는 유효투쓰 감지단계; 상기 크랭크 포지션 센서에 의해 갭이 감지되는 갭감지단계; 상기 유효 투쓰가 모두 카운트 되었는지 여부를 판단하는 유효카운트 판단단계; 상기 유효 투쓰가 모두 카운트 되지 않은 경우 캠 포지션 센서에 의해 캠의 에지가 감지되었는지 판단하는 에지감지 판단단계; 상기 에지가 감지된 경우 상기 에지의 포지션이 정확하게 감지되었는지 여부를 판단하는 에지포지션 판단단계; 및 상기 에지의 포지션이 정확하게 감지된 경우 엔진 동기화가 이루어지는 엔진동기화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치의 제어방법에 의하여 달성될 수 있다.
상기 엔진동기화단계는 캠 신호의 레벨을 판단하는 신호레벨판단단계를 더 포함하며, 상기 신호레벨판단단계는, 상기 캠 신호가 로우 레벨(low level)로 판단되면 투쓰 카운터가 1로 설정되고 상기 캠 신호가 하이 레벨(high level)로 판단되면 투쓰 카운터가 61로 설정될 수 있다.
본 발명에 의하면, 유효 투쓰를 카운트하는 도중에 캠 센서에 의해 에지의 위치가 감지된 후 갭이 감지되면 엔진 동기화가 진행될 수 있도록 이루어짐으로써 전체적인 엔진 동기화의 딜레이 타임이 단축되며, 엔진이 빠르게 정상작동을 함에 따라 불완전 연소 및 미연소가스의 배출을 방지하고 엔진의 수명을 길게 유지할 수 있도록 이루어지는 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 엔진 동기화 장치의 크랭크 투쓰 신호를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법을 나타내는 계통도이다.
도 3은 도 2의 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법의 캠 샤프트 및 크랭크 투쓰의 신호를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법의 작동 순서를 나타내는 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 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법을 나타내는 계통도이고, 도 3은 도 2의 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법의 캠 샤프트 및 크랭크 투쓰의 신호를 나타내는 도면이며, 도 4는 도 2의 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법의 작동 순서를 나타내는 도면이다.
본 발명의 엔진 동기화 장치는 엔진과의 정확한 동기화(synchronization)를 통해 전자제어장치의 제어 루틴(routine)이 엔진의 상태를 시간적 오차 없이 파악함으로써 엔진의 효율을 최대로 유지할 수 있도록 이루어지며, 더욱 자세하게는 유효 투쓰를 카운트하는 도중에 갭이 감지되더라도 엔진 동기화의 지연이 방지될 수 있도록 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 동기화 장치(1)는 크랭크 포지션 센서(100), 캠 포지션 센서(200) 및 전자제어장치(300)를 포함하여 이루어진다.
크랭크 포지션 센서(crank position sensor,100) 및 캠 포지션 센서(cam position sensor,200)는 정교한 엔진 제어를 위해 각각 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트의 회전을 감지하여 전자제어장치(300)에 송출한다.
크랭크 포지션 센서(100)는 크랭크 샤프트의 유효 투쓰(valid tooth)를 카운트하며, 갭(gap)을 감지하여 상하로 진동하는 전기신호를 출력한다.
크랭크 샤프트의 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 제거된 갭을 기준점으로 사용된다. 크랭크 포지션 센서(100)는 이 부분에서 다른 부분보다 2배 이상의 주기를 가지는 신호를 형성하는 갭을 감지하도록 이루어진다.
캠 포지션 센서(200)는 크랭크 샤프트와 연동하여 회전하는 캠 샤프트의 에지(edge)를 감지하여 위상이 반전되는 전기신호를 출력하며, 캠 샤프트의 회전에 따라 피스톤의 위치를 검출하여 연료분사시기 결정을 위한 신호를 전자제어장치(300)에 제공한다.
전자제어장치(300)는 크랭크 포지션 센서(100) 및 캠 포지션 센서(200)의 신호들을 연산하여 엔진 동기화(engin synchronization)를 진행한다. 즉, 크랭크 포지션 센서(100) 및 캠 포지션 센서(200)에 의해 감지되는 크랭크 샤프트 및 캠 샤프트의 출력신호를 분석하여 엔진의 회전수나 각 실린더의 행정과정 등을 시간적 오차 없이 파악하며, 이를 통하여 각 실린더별로 적절한 분사시기 및 점화시기에 연료를 분사하고 점화시킬 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 동기화 장치(1)는 크랭크 포지션 센서(100)에 크랭크 투쓰 신호(crank tooth signal)가 감지되기 시작하면 일정간격의 유효 투쓰 대기(wait valid tooth) 구간 이후 유효 투쓰를 카운트(count valid tooth)하기 시작한다.(T1) 캠 포지션 센서(200)도 캠 샤프트의 회전을 감지하여 전자제어장치(300)에 신호(cam shaft signal)를 송출하며, 전자제어장치(300)는 첫 번째 유효 투쓰가 감지된 이후 매 투쓰마다 크랭크 포지션 센서(100)에 의해 감지되는 유효 투쓰에 대한 카운트를 한다.
이때, 캠 에지가 감지되면 전자제어장치(300)는 현재까지 카운트 된 유효 투쓰의 개수를 저장하고 갭을 찾는 과정을 시작한다. 이후에도 전자제어장치(300)는 매 투쓰마다 유효 투쓰의 개수를 계속 카운트한다.
종래의 엔진 동기화 장치는 유효 투쓰 카운트 단계에서 갭이 감지되는 경우 크랭크 포지션 센서가 갭을 유효 투쓰로 인식하지 못함에 따라 갭 이전의 유효 투쓰 카운트는 모두 무효처리되며, 갭 이후의 투쓰부터 다시 유효 투쓰 카운트 과정을 실시함에 따라 크랭크 샤프트가 1회전 해서 갭이 다시 감지되어야 엔진 동기화가 진행되는 문제점이 있었다.
본 발명의 엔진 동기화 장치(1)는 유효 투쓰의 카운트 도중에 캠의 에지가 감지된 후 갭이 감지되면 엔진 동기화를 진행할 수 있도록 이루어진다.
즉, 유효 투쓰의 카운트가 완료되지 않은 상태에서 갭이 감지되더라도 갭의 감지 이전에 캠 포지션 센서(200)가 에지를 감지하면(cam edge detected), 현재의 유효 투쓰 개수를 토대로 이전에 감지된 에지가 엔진 시스템의 구성 위치와 동일한지 확인함으로써 빠른 엔진 동기화가 이루어질 수 있는 것이다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 동기화 장치는, 캠 샤프트의 에지가 감지된 이후에 크랭크 샤프트의 갭이 감지되되 유효 투쓰의 범위 내에서 동기화될 수 있도록 엔진 시스템을 구성할 수 있다.
이에 따라, 종래에는 엔진 동기화가 유효 투쓰 카운트의 시작된 위치로부터 최대 크랭크 샤프트의 1회전과 유효 투쓰의 개수만큼 지연될 수 있었으나, 본 발명의 엔진 동기화 장치(1)에서는 유효투쓰카운트 구간 내에서 완료될 수도 있으며, 이에 따라 엔진 시스템이 빠르게 정상작동을 하게 됨으로써 불완전 연소 및 미연소가스의 배출을 방지하고 엔진의 수명을 길게 유지할 수 있게 된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 동기화 장치의 제어방법은 다음과 같은 순서로 이루어진다.
먼저, 크랭크 포지션 센서(100)에 의해 크랭크 샤프트의 첫 번째 유효 투쓰가 감지되면서 시작되는 유효투쓰 감지단계가 이루어진다.(S10)
그리고, 크랭크 포지션 센서(100)에 의해 갭이 감지되는 갭감지단계가 이루어진다.(S20) 갭감지단계는 카운트 유효 투스(count valid tooth) 범위 이내에서 발생하거나, 또는 그 이후에 발생할 수 있다.
갭이 감지된 경우, 현재 유효 투쓰가 모두 카운트 되었는지 여부를 판단하는 유효카운트 판단단계가 이루어지게 된다.(S30)
갭이 감지되기 전에 유효 투쓰가 모두 카운트 된 경우에는 바로 엔진 동기화가 진행되는 엔진동기화단계가 이루어지게 된다.(S60)
반면에, 갭이 감지되기 전에 유효 투쓰가 모두 카운트 되지 않은 경우에는, 갭이 감지되기 전에 캠 포지션 센서(200)가 캠의 에지를 감지하였는지 판단하는 에지감지 판단단계가 이루어진다.(S40)
본 발명의 엔진 동기화 장치의 제어방법은 유효 투쓰의 카운트 도중에 캠의 에지가 감지된 후 갭이 감지되면 엔진 동기화를 진행할 수 있도록 이루어진다. 즉, 유효 투쓰의 카운트가 완료되지 않은 상태에서 갭이 감지되더라도 갭의 감지 이전에 캠 포지션 센서(200)가 에지를 감지하게 되면, 현재 유효 투쓰 개수를 토대로 이전에 감지된 에지가 엔진 시스템의 구성위치와 동일한지 확인함으로써 빠른 엔진 동기화가 이루어질 수 있게 된다.
한편, 에지가 감지되지 않은 경우에는, 종래와 마찬가지로 현재 유효 투쓰 카운트가 무효로 처리되며 유효 투쓰의 카운트는 재시작된다.(S70)
그리고, 에지가 감지된 경우에는 에지의 포지션이 정확하게 감지되었는지 여부를 판단하는 에지포지션 판단단계가 이루어진다.(S50) 현재 유효 투쓰 개수를 토대로 이전에 감지된 에지가 엔진 시스템의 구성위치와 동일하다고 판단되면 엔진 동기화가 진행되는 엔진동기화단계가 이루어진다.(S60) 한편, 캠 에지의 포지션이 부정확하다고 판단되면 유효 투쓰의 카운트는 무효로 처리되며 유효 투쓰의 카운트는 재시작된다.(S70)
엔진동기화단계(S60)는 캠 신호의 레벨을 판단하는 신호레벨판단단계(S61)를 더 포함한다. 신호레벨판단단계(S61)는 캠 신호의 반전되는 위상에 따라 캠 신호의 레벨을 판단하도록 이루어진다.
즉, 회전체에 형성되는 투쓰는 원주 방향으로 6도 간격으로 형성되므로, 캠 신호가 로우 레벨(low level) 일때 갭이 감지되는 경우 갭 이후 첫 번째 투쓰 카운터를 1로 인식하도록 설정되고(S62), 캠 신호가 하이 레벨(high level)로 판단되면 갭 이후 첫 번째 투쓰 카운터를 61로 인식하도록 이루어진다.(S63)
본 발명에 의하면, 유효 투쓰를 카운트하는 도중에 캠 센서에 의해 에지의 위치가 감지된 후 갭이 감지되면 엔진 동기화가 진행될 수 있도록 이루어짐으로써 전체적인 엔진 동기화의 딜레이 타임이 단축되며, 엔진이 빠르게 정상작동을 함에 따라 불완전 연소 및 미연소가스의 배출을 방지하고 엔진의 수명을 길게 유지할 수 있도록 이루어지는 엔진 동기화 장치 및 이의 제어방법을 제공할 수 있게 된다.
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.
1 : 엔진 동기화 장치 100 : 크랭크 포지션 센서
200 : 캠 포지션 센서 300 : 전자제어장치
S10 : 유효투쓰 감지단계 S20 : 갭감지단계
S30 : 유효카운트 판단단계 S40 : 에지감지 판단단계
S50 : 에지포지션 판단단계 S60: 엔진동기화단계

Claims (3)

  1. 크랭크 샤프트의 유효 투쓰(valid tooth)를 카운트하며, 갭(gap)을 감지하는 크랭크 포지션 센서(crank position sensor);
    상기 크랭크 샤프트와 연동하여 회전하는 캠 샤프트의 에지(edge)를 감지하는 캠 포지션 센서(cam position sensor); 및
    상기 크랭크 포지션 센서의 신호 및 캠 포지션 센서의 신호를 연산하여 엔진 동기화(engin synchronization)를 진행하는 전자제어장치를 포함하며,
    상기 전자제어장치는, 상기 유효 투쓰의 카운트 도중에 상기 에지가 감지된 후 상기 갭이 감지되면 엔진 동기화를 진행하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
  2. 크랭크 포지션 센서에 의해 크랭크 샤프트의 첫 번째 유효 투쓰가 감지되면서 시작되는 유효투쓰 감지단계;
    상기 크랭크 포지션 센서에 의해 갭이 감지되는 갭감지단계;
    상기 유효 투쓰가 모두 카운트 되었는지 여부를 판단하는 유효카운트 판단단계;
    상기 유효 투쓰가 모두 카운트 되지 않은 경우 캠 포지션 센서에 의해 캠의 에지가 감지되었는지 판단하는 에지감지 판단단계;
    상기 에지가 감지된 경우 상기 에지의 포지션이 정확하게 감지되었는지 여부를 판단하는 에지포지션 판단단계; 및
    상기 에지의 포지션이 정확하게 감지된 경우 엔진 동기화가 이루어지는 엔진동기화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치의 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엔진동기화단계는 캠 신호의 레벨을 판단하는 신호레벨판단단계를 더 포함하며,
    상기 신호레벨판단단계는, 상기 캠 신호가 로우 레벨(low level)로 판단되면 투쓰 카운터가 1로 설정되고 상기 캠 신호가 하이 레벨(high level)로 판단되면 투쓰 카운터가 61로 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치의 제어방법.
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