KR20150056284A - 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 관한 것으로, 실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프 모드시 흡기 매니폴드 전체의 흡기압력을 검출하여 대기압과 비교하고, 검출된 흡기압력이 대기압보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단하며, 흡기밸브 닫힘 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하고, 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단함으로써, 흡기밸브 및 배기밸브의 열림 고착 상태와 닫힘 고착 상태를 감지함으로써 실린더 디액티베이션 기구의 고장을 진단할 수 있게 된다.

Description

실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법{ Method for verifying fixation status of a Cylinder De-Activation apparatus }
본 발명은 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실린더 디액티베이션 기구의 고장으로 인한 흡기밸브와 배기밸브의 닫힘 고착이나 열림 고착을 감지하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 관한 것이다.
일반적으로, 실린더 디액티베이션(Cylinder De-Activation) 장치 즉, CDA장치는 제동시나 정속 주행시에 전체 실린더 중 일부를 휴지(de-activation)시키는 장치로, CDA 작동중에는 휴지 대상이 되는 실린더로의 연료 공급과 흡/배기 밸브들의 작동이 정지하게 된다.
6기통이나 8기통 등의 다기통 엔진의 경우 일정차속 이상의 저부하 조건이나 요구 동력이 낮은 아이들 조건에서 모든 연소실을 작동시켜 동력을 발생시키는 경우 잉여 동력이 발생되므로, CDA 기구를 사용하여 연소실의 일부 작동은 정지(휴지)시키고 나머지 연소실을 정상연소로 제어함으로써 주행에 필요로 하는 최적의 토크에 맞추어 연비의 향상을 도모할 수 있게 된다.
CDA장치에 의해 정지(휴지)된 연소실에서는 연료 분사가 이루어지지 않아 연료 소비량이 줄어들고, 정지되어 있는 실린더에서는 마찰에 의한 동력손실이 발생하지 않으므로 상당한 수준의 연비이득을 얻을 수 있게 된다.
CDA 장치는 하나의 실린더를 기준으로 흡기밸브와 배기밸브를 동시에 개폐동작시키게 되는데, CDA 장치가 고장나는 경우 흡기밸브와 배기밸브가 개폐되지 않고 열린 상태나 닫힌 상태로 고착된다. 특히 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 닫히도록 지지하는 밸브 고정핀이 파손된 경우에는 흡기밸브 또는 배기밸브 중 어느 하나는 닫히고 다른 하나는 열린 상태로 고착되는 문제점이 있었다.
CDA 장치가 고장나면 정상주행 모드에서 정상적인 연소가 이루어지지 않아 고장난 실린더 쪽에서 토크 변차가 발생하고 운전성이 저하되므로 CDA 장치를 신속하게 수리해야 하고, 이를 위해 운전성 저하의 원인이 CDA 장치의 고장으로 인한 것임을 운전자에게 조기에 인식시켜야 한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법이 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 흡기밸브 및 배기밸브의 열림 고착 상태와 닫힘 고착 상태를 감지함으로써 실린더 디액티베이션 기구의 고장을 진단할 수 있는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단장치는, 흡기 매니폴드의 흡기압력을 측정하는 흡기압 검출부, 배기가스 중의 공기량을 측정하는 산소센서, 및 실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프 모드시 상기 흡기압 검출부로부터 흡기 매니폴드의 흡기압력을 검출하여 설정값과 비교하고 검출된 흡기압력이 설정값보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단하며 상기 산소센서로부터 배기가스 중의 공연비의 희박 상태나 농후 상태를 산출하고 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법은, 실린더 디액티베이션 기구의 고장에 의한 흡기밸브 및 배기밸브의 닫힘 또는 열림 고착 상태를 감지하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법으로서, 실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프 모드시 흡기 매니폴드 전체의 흡기압력을 검출하여 대기압과 비교하고, 검출된 흡기압력이 대기압보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단하며, 흡기밸브 닫힘 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하고, 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 있어서, 검출된 흡기압력이 대기압보다 작은 경우 흡기밸브 열림 고착으로 판단하고, 흡기밸브 열림 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하며, 공연비가 희박한 경우 배기밸브 닫힘 고착으로 판단할 수 있다.
본 발명에 의한 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법은, 실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프 모드시 실린더별 흡기압력의 차이를 검출하여 설정값과 비교하고, 검출된 흡기압력의 차이가 설정값보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단하며, 흡기밸브 닫힘 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하고, 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 있어서, 검출된 흡기압력의 차이가 설정값보다 작은 경우 흡기밸브 열림 고착으로 판단하고, 흡기밸브 열림 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하며, 공연비가 희박한 경우 배기밸브 닫힘 고착으로 판단할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 의하면, 흡기밸브 및 배기밸브의 열림 고착 상태와 닫힘 고착 상태를 감지함으로써 실린더 디액티베이션 기구의 고장을 진단할 수 있고, 주행 중 고장을 운전자에게 주지시킴으로써 신속하게 고장수리를 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법을 설명하기 위한 다기통 엔진의 개략적 개통도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단장치는, 흡기 매니폴드(10)의 흡기압력을 측정하는 흡기압 검출부(30), 배기가스 중의 공기량을 측정하는 산소센서(40), 및 상기 흡기압 검출부(30)로부터 흡기 매니폴드(10)의 흡기압력을 검출하여 설정값과 비교하고 상기 산소센서(40)로부터 배기가스 중의 공연비의 희박 상태나 농후 상태를 산출하는 제어부(50)를 포함한다.
도 1에는 8기통 엔진의 한쪽 뱅크(Bank)인 4개의 실린더가 도시되어 있다. 각 실린더에는 흡기밸브(15)와 배기밸브(25)가 각각 구비되고, 각 흡기밸브(15)들은 흡기 매니폴드(10)에 의해 서로 연통되어 연소를 위한 공기를 유입하며, 각 배기밸브(25)들은 배기 매니폴드(20)에 의해 연통되어 배기가스를 배출시키게 된다.
흡기 매니폴드(10)에는 흡기압력을 측정하기 위한 흡기압 검출부(30)가 구비되고, 배기 매니폴드(20)에는 배기가스 중의 산소량을 측정함으로써 공연비의 희박 상태나 농후 상태를 검출하기 위한 산소센서(40)가 구비되어 있다.
상기 흡기압 검출부(30)는 실린더별 흡기압력 및 그 차이를 측정하고, 그 평균값을 연산하여 전체 흡기압력을 검출할 수 있다.
상기 제어부(50)는 산소센서(40)로부터 측정된 공기량에 대한 정보를 토대로 공연비가 희박한지 농후한지를 판단하게 된다.
공연비 = 공기량/연료량,
이론공연비는 공기량 : 연료의 비가 14.7 : 1,
λ= 실제 연소에 사용된 공기량/이론공연비상의 공기량이라 하면,
λ<1 경우 실제 연소에 사용된 공기량이 이론공연비상의 공기량보다 작으므로 공연비가 농후한 상태가 되고, λ>1 경우 실제 연소에 사용된 공기량이 이론공연비상의 공기량보다 많으므로 공연비가 희박한 상태가 된다.
실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프(OFF) 모드시, 상기 제어부(50)는 상기 흡기압 검출부(30)로부터 흡기 매니폴드(10)의 흡기압력을 검출하여 설정값과 비교하고, 검출된 흡기압력이 설정값보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단한다.
흡기밸브가 닫히게 되면 흡기 매니폴드(10) 내의 흡기압력이 상승하게 되므로, 흡기 매니폴드(10)의 흡기압력을 측정하여 상승여부를 확인하게 되면 흡기밸브의 닫힘 상태를 알 수 있게 되는 것이다.
여기서, 흡기 매니폴드(10) 내의 흡기압력은 각 실린더별 흡기압력을 측정할 수 있고, 각 실린더별 흡기압력의 평균값을 합산한 전체 흡기압력일 수도 있다. 또한, 측정한 흡기압력의 비교대상은 실험치를 설정값으로 할 수도 있고 대기압일 수 있다. 즉, 흡기압력을 대기압과 비교할 수도 있고, 특정 임계값과 비교할 수도 있다.
흡기밸브 닫힘 상태로 고착된 경우, 상기 제어부(50)는 상기 산소센서(40)로부터 배기가스 중의 공연비의 희박 상태나 농후 상태를 산출하고, 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단한다.
λ<1 경우, 즉 공연비가 농후한 상태인 경우 실제 연소에 사용된 공기량이 이론공연비상의 공기량보다 작음을 뜻하는데, 이는 배기밸브가 열려 실린더실의 불연소 배기가스가 배기 매니폴드(20)로 유입되었기 때문이다. 따라서, 배기밸브 열림 고착 상태로 판단할 수 있게 된다.
λ>1 경우, 즉 공연비가 희박한 상태인 경우 실제 연소에 사용된 공기량이 이론공연비상의 공기량보다 많음을 뜻하는데, 이는 배기밸브가 닫혀 배기 매니폴드(20)로 유입된 배기가스가 없기 때문이다. 따라서, 배기밸브 닫힘 고착 상태로 판단할 수 있게 된다.
이하 도 2를 참조하여 흡기밸브 및 배기밸브의 열림 또는 닫힘 고착 진단과정에 대해 상세히 설명한다.
실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프(OFF) 모드시에 흡기압력을 측정하고 배기가스 중의 공연비 상태를 판단하는 것을 전제로 한다. 작동 오프 모드시에는 엔진이 정상 주행 모드이므로 고착된 실린더에도 정상적으로 연료의 분사가 이루어지고 있게 된다.
또한, 연소실로 연료를 직접 분사하는 직접 분사 방식(GDI) 엔진을 전제로 한다. 직접 분사 방식의 경우 연소실로 연료가 직접 분사되므로 분사된 연료는 흡기밸브가 닫힌 상태에서도 배기밸브가 열리게 되면 배기 매니폴드로 그대로 배출되어 공연비에 영향을 미치게 된다.
먼저, CDA 모드가 OFF 상태인지 ON 상태인지를 따져(S10) OFF 상태인 경우 흡기 매니폴드 전체의 흡기압력(Pt)을 검출하여 대기압(P0)과 비교한다(S20).
여기서, 실린더별 흡기압력의 차이(ΔPi)를 검출하여 설정값(Pc)과 비교하여도 무방하다. 1 세그먼트(segment) 마다 측정되는 흡기압력에 차이가 발생한 경우 흡기밸브에 이상이 있음을 예측할 수 있게 되는데 실험을 통한 설정값(Pc)과 비교하여 흡기압력의 차이(ΔPi)가 설정값(Pc)보다 큰 경우에도 흡기밸브가 닫힌 것으로 판단하게 된다.
검출된 흡기압력이 대기압보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단한다(S30). 검출된 실린더별 흡기압력의 차이(ΔPi)가 설정값(Pc)보다 큰 경우에도 마찬가지이다.
상기 S30단계에서 흡기밸브 닫힘 고착으로 판명된 경우, 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하고(S40), 공연비가 희박한 경우 배기밸브 닫힘 고착으로 판단하며(S50), 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단한다(S45).
검출된 흡기압력이 대기압보다 작은 경우 흡기밸브 열림 고착으로 판단한다(S25). 검출된 실린더별 흡기압력의 차이(ΔPi)가 설정값(Pc)보다 작은 경우에도 마찬가지이다.
상기 S25단계에서 흡기밸브 열림 고착으로 판명된 경우, 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하며(S26), 공연비가 희박한 경우 배기밸브 닫힘 고착으로 판단한다(S27). 배기가스 중의 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단한다(S28).
한편, CDA 모드가 ON 상태인 경우, 실화발생 여부를 확인하여(S15) 흡기밸브 및 배기밸브의 고착상태를 검출하게 된다. CDA 모드가 ON 상태인 경우 설정된 흡기밸브 및 배기밸브가 모두 닫히고 연료의 분사가 정지되는 것이 정상인데, CDA 기구의 고장으로 인해 흡기밸브와 배기밸브가 모두 열림 고착된 경우 실화가 발생하게 된다. 따라서, 실화의 발생여부를 따져(S15) 실화가 발생한 경우에는 흡기밸브와 배기밸브가 모두 열림 고착된 것으로 판단하게 된다(S16).
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 흡기 매니폴드 15 : 흡기밸브
20 : 배기 매니폴드 25 : 배기밸브
30 : 흡기압 검출부 40 : 산소센서
50 : 제어부

Claims (5)

  1. 흡기 매니폴드의 흡기압력을 측정하는 흡기압 검출부;
    배기가스 중의 공기량을 측정하는 산소센서; 및
    실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프 모드시 상기 흡기압 검출부로부터 흡기 매니폴드의 흡기압력을 검출하여 설정값과 비교하고, 검출된 흡기압력이 설정값보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단하며, 상기 산소센서로부터 배기가스 중의 공연비의 희박 상태나 농후 상태를 산출하고, 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단하는 제어부;를 포함하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단장치.
  2. 실린더 디액티베이션 기구의 고장에 의한 흡기밸브 및 배기밸브의 닫힘 또는 열림 고착 상태를 감지하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 있어서,
    실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프 모드시 흡기 매니폴드 전체의 흡기압력을 검출하여 대기압과 비교하고, 검출된 흡기압력이 대기압보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단하는 단계; 및
    흡기밸브 닫힘 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하고, 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법.
  3. 제2항에 있어서,
    검출된 흡기압력이 대기압보다 작은 경우 흡기밸브 열림 고착으로 판단하고, 흡기밸브 열림 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하며, 공연비가 희박한 경우 배기밸브 닫힘 고착으로 판단하는 것을 특징으로 하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법.
  4. 실린더 디액티베이션 기구의 고장에 의한 흡기밸브 및 배기밸브의 닫힘 또는 열림 고착 상태를 감지하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법에 있어서,
    실린더 디액티베이션 기구의 작동 오프 모드시 실린더별 흡기압력의 차이를 검출하여 설정값과 비교하고, 검출된 흡기압력의 차이가 설정값보다 큰 경우 흡기밸브 닫힘 고착으로 판단하는 단계; 및
    흡기밸브 닫힘 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하고, 공연비가 농후한 경우 배기밸브 열림 고착으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법.
  5. 제4항에 있어서,
    검출된 흡기압력의 차이가 설정값보다 작은 경우 흡기밸브 열림 고착으로 판단하고, 흡기밸브 열림 고착으로 판명된 경우 배기가스 중의 공연비 상태를 검출하며, 공연비가 희박한 경우 배기밸브 닫힘 고착으로 판단하는 것을 특징으로 하는 실린더 디액티베이션 기구의 고착 진단방법.
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