KR20170071918A - 엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캠 센서로부터 출력되는 캠 신호의 전압 레벨, 레벨 길이 및 상기 캠 신호의 특정 레벨에서의 상기 크랭크 샤프트의 상기 미싱 투스의 감지 여부를 통해 크랭크 샤프트의 위치 및 캠 위치를 확정하여 엔진의 동기화를 실시하는 엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 흡기 캠과 상기 배기 캠 형상의 특징부의 위치를 먼저 확정할 수 있는 것을 선택하고, 해당 캠의 캠 신호를 이용하여 엔진의 동기화를 실시하는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR ENGINE SYNCHRONIZATION AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 엔진 동기화 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캠 센서로부터의 캠 신호와 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터의 크랭크 신호를 검출하여 다기통 엔진에서의 기통별 연료 분사 시점 및 점화 시점을 동기화시킬 수 있는 엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법에 관한 발명이다.
내연기관을 장착한 자동차의 경우, 차량의 주행 조건 등에 따라 연료의 분사 시점 및 점화시점을 조절하도록 하고 있다. 특히, 다기통 엔진의 경우, 출력 저하나 불완전 연소로 인한 유해가스 발생을 억제하기 위해서 각 기통별로 연료의 분사 시점 및 점화 시점을 정확하게 동기화할 필요가 있다.
이러한 엔진의 동기화를 수행하기 위해서는 무엇보다 각 기통별로 정확한 크랭크 축의 회전 위치를 검출해 낼 필요가 있다. 특허문헌 1에서는 크랭크 축의 정확한 회전 위치를 검출하기 위한 종래 기술에 대해서 개시하고 있다. 특허문헌 1과 같은 종래 기술에서는, 크랭크 축의 정확한 위치 검출을 위해 크랭크 샤프트 포지션 센서와 캠 센서를 활용하고 있다.
크랭크 샤프트 포지션 센서는 크랭크 샤프트의 동기 회전체에 형성된 요철 형상의 투스(tooth)를 감지하여 크랭크 샤프트의 회전 각도 및 회전수를 검출하고, 이를 일정한 펄스 형태의 크랭크 신호로 출력한다. 캠 센서는 흡·배기용 캠 샤프트의 동기 회전체에 형성된 각도 식별용 돌기를 인식하여 캠 샤프트의 위치를 검지하고, 폴링 에지(Falling edge)와 라이징 에지(Rising Edge) 시점을 검지하여, 이를 일정한 펄스 파형의 캠 신호로서 출력한다. 제어 장치(ECU)에서는 상기한 크랭크 신호로부터 각 기통에서의 피스톤의 위치를 파악할 수 있으며, 캠 신호를 이용하여 각 기통에서의 피스톤이 어떤 행정에 있는 지를 파악할 수 있다. 이를 이용하여 제어 장치에서는 각 기통 별 연료의 분사 시점 및 점화 시점을 조절할 수 있다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제2003-0029367호 (2003. 4. 14)
크랭크 샤프트 포지션 센서를 이용하여 크랭크 위치를 특정하는 경우에는, 도 1에서 도시된 바와 같이, 크랭크 샤프트와 동축으로 구비되는 센서 휠(210)의 외주에 위치하는 투스(tooth)(220)의 개수 및 미싱 투스(missing tooth)(230)를 검출하여 판단하도록 하고 있다. 따라서, 시동 후 크랭크 위치를 확정하기 위해서는 적어도 운전자가 시동 장치를 기동하고 나서 엔진이 1 회전할 때까지는 크랭크 위치를 정확히 검출할 수 없어, 엔진 동기화 제어를 수행할 수 없다. 또한 크랭크 샤프트 포지션 센서의 투스 카운트가 잘못되거나 카운트가 완료되지 않았을 경우에도 엔진 동기화에 실패하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 캠 센서로부터의 펄스 신호를 이용하여 크랭크 각도를 유추하는 퀵 싱크(Quick Sync)에 의해 엔진 동기화를 수행할 수 있다.
일반적으로 흡기/배기 캠의 형상은 동일하나, 각각 캠의 첫번째 에지의 위치는 상이하게 하도록 엔진 체결된다. 따라서 크랭크 샤프트 포지션 센서를 이용하여 미싱 투스 위치를 확정하기 전까지 최대 360°이전에 캠의 타이밍내 특징부를 파악하게 되면 크랭크 샤프트,흡기/배기 캠의 엔진 체결 위치 정보는 미리 알고 있기 때문에 캠 기반의 크랭크 각도를 유추할 수 있게 된다. 이때 캠 기반의 크랭크 각도 유추 방법을 퀵 싱크라고 한다.
그런데 이러한 방식에 있어서, 흡기 캠 신호와 배기 캠 신호 중 어느 하나의 캠 신호 만을 사용하는 경우, 해당 캠 신호에 순간적인 이상이 발생한 경우에는 그 다음 미싱 투스 검출 시점까지 크랭크 위치를 확정할 수 없는 경우가 발생한다.
캠 기반의 퀵 싱크의 경우 미싱 투스의 위치,캠 신호의 전압 레벨, 레벨 길이의 조합을 사용할 수 있는데, 조합 조건의 사용방법 및 조합의 적절성이 보장되지 않으면, 퀵 싱크 기반의 바람직한 동기화를 이룰 수 없다.
예컨대, 캠 신호 레벨의 방향상을 고려하지 않고 단순히 신호 레벨의 천이만 확인하여 캠 형상을 파악하는 경우 엔진 동기화의 오류가 발생된다.
이는 신호레벨의 방향성(H->L,L->H)을 고려하지 않고, 단순히 신호레벨 천이만 확인하고, 이전 레벨 값에 대한 반전값으로 레벨을 확인하여 캠 형상을 파악한 경우이다. 일반적으로 신호레벨 천이가 있을 시에 이전 레벨(H)과 상반된 값(L)으로 변경하는 것은 타당성이 있어 보일 수 있으나, 다음과 같은 상황에서는 오류가 발생 가능하다.
만약 이전 레벨(H)은 파악하고 있으나, 신호레벨 천이시 오류상황으로 감지 못한채 다시 신호레벨이 발생한 경우, 단순히 레벨 값을 반전시키면 원래 캠 형상의 레벨은 H이나, ECU가 파악하는 값은 신호레벨이 L가 된다. 원래의 캠 형상과 ECU에서 파악하는 정보가 서로 상이하게 되어 엔진 동기화 오류가 발생되게 된다.
그리고, 도 5에서 도시된 바와 같이, 만약 캠 에지가 설계자의 의도에 의해 마운팅 되는 시점이 미싱 지역 전 투스 폴링(Tooth Falling) 지점에 맞추게 되어 있는 경우에는 다음과 같은 상황에서 문제가 발생된다.
크랭크 샤프트의 미싱 투스 위치 파악은 미싱 투스 전후단의 치주기(Tooth period)와의 관계로 이루어진다.
조립과정의 오차범위 내에서 미싱 투스 위치 내로 캠 에지가 들어간 상태로 체결되고, 크랭크 신호 판단 준비완료가 크랭크 미싱 투스 지역 전 투스 폴링 지점에서 이루어졌다면, 미싱 투스 위치 판단 조건에 의해서 미싱 투스 위치를 지나도 미싱 투스 지점을 파악하기 불가하다. 이로서 실제 캠 형상은 미싱 투스 위치를 포함한 형상이지만, 퀵 싱크에서 파악한 결과는 미싱 투스를 미 포함한 경우에서의 레벨과 레벨 길이가 일치하는 지점으로 동기화하는 오류를 범하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 미싱 투스의 검출 확정 전에 캠 신호의 펄스 형상으로부터 크랭크 각도를 유추하여 신속하게 엔진 동기화를 수행할 수 있는 엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에서는 상기한 과제를 해결하기 위하여, 캠 신호를 이용한 엔진 동기화 시에, 배기 캠 신호와 흡기 캠 신호를 교차 적용하여, 빠르고 정확한 동기화가 이루어지도록 하고 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치는, 크랭크 샤프트에 설치된 투스(tooh) 및 미싱 투스(missing tooth)를 감지하여 크랭크 샤프트의 위치를 검출하는 크랭크 샤프트 포지션 센서; 엔진 회전축과 연동되는 흡기 캠과 배기 캠의 회전각에 대응되는 에지를 검출하여 캠의 위치를 검출하는 캠 센서; 및 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터의 투스 검출 신호와 상기 캠 센서로부터의 캠 신호를 이용하여 엔진을 동기화하는 제어부를 구비하는 엔진 동기화 장치로서, 상기 제어부는, 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터 미싱 투스의 감지 여부가 확정되지 않을 때에, 상기 흡기 캠과 상기 배기 캠 중 어느 하나의 캠을 선택하여, 선택된 캠의 캠 신호의 전압 레벨 및/또는 레벨 길이로부터 캠 형상의 특징부의 위치를 검출함으로써, 크랭크 샤프트의 위치 및 캠 위치를 확정하여 엔진의 동기화를 실시하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 캠 신호의 전압 레벨, 레벨 길이의 측정 결과를, 미리 저장된 캠의 특성값과 대비함으로써, 크랭크 샤프트의 위치 및 캠 위치를 확정하여 엔진의 동기화를 실시한다.
바람직하게는 상기 제어부는, 상기 흡기 캠과 상기 배기 캠 중 먼저 캠 형상의 특징부의 위치가 확정된 캠의 캠 신호를 근거하여 엔진의 동기화를 실시한다.
바람직하게는 상기 제어부는, 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서에 의해 미싱 투스의 감지가 확정된 경우에는, 해당 미싱 투스의 위치 정보를 이용하여 엔진의 동기화를 실시한다.
바람직하게는 상기 제어부는, 상기 캠 신호의 상기 전압 레벨이 유효하게 다음 레벨로 변경되었는지 여부를 판단하여, 상기 전압 레벨 값이 유효하게 검출되었는지 여부를 확정한다.
바람직하게는 상기 캠 센서를 이용하여 측정된 전압 레벨, 레벨 길이만으로 캠의 특징부의 위치를 확정할 수 없는 경우에는, 이전에 측정된 전압 레벨 및 레벨 길이와 현재 측정된 전압 레벨 및 레벨 길이의 전후 관계를 이용하여 캠의 특징부의 위치를 확정하도록 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진 동기화 방법은, 크랭크 샤프트에 설치된 투스(tooh) 및 미싱 투스(missing tooth)를 감지하여 크랭크 샤프트의 위치를 검출하는 크랭크 샤프트 포지션 센서와 엔진 회전축과 연동되는 흡기 캠과 배기 캠의 회전각에 대응되는 에지를 검출하여 캠의 위치를 검출하는 캠 센서를 이용하여 엔진을 동기화하는 엔진 동기화 방법으로서, 상기 흡기 캠과 상기 배기 캠의 캠 센서로부터 캠 신호를 수신하는 단계; 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서에 의해 크랭크 샤프트의 미싱 투스가 감지 여부가 확정되었는지 판단하는 단계; 크랭크 샤프트의 미싱 투스의 감지가 미확정인 경우, 검출된 캠 신호의 전압 레벨 및/또는 레벨 길이에 관한 정보를 미리 저장된 캠의 특징부의 위치 정보와 과 비교하여 캠 위치를 확정하는 단계; 확정된 캠 위치 정보를 이용하여 엔진을 동기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 흡기 캠과 상기 배기 캠으로부터 각각 수신된 캠 신호 중 먼저 상기 캠의 특징부의 위치가 먼저 확정된 캠의 캠 신호에 근거하여 엔진을 동기화한다.
바람직하게는, 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서에 의해 미싱 투스의 감지가 확정된 경우에는, 해당 미싱 투스의 위치 정보를 이용한다.
본 발명에 의하면, 가장 먼저 캠 형상과 관련된 캠 신호의 특징부의 위치가 확정된 캠을 이용하여 엔진 동기화를 수행함으로써, 신속한 엔진 동기화를 실현할 수 있어, 불완전 연소에 의한 유해 가스 발생 및 출력 저하를 방지하고 시동성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 배기 캠 신호와 흡기 캠 신호 중 어느 하나의 출력 신호에 이상이 생긴 경우에도, 다른 캠 신호를 이용하여 신속하고 정확하게 각 기통별 크랭크 위치를 확정할 수 있어 시동 안전성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 동기화 제어 방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 하프 문(half-moon) 타입 캠의 흡기 캠과 배기 캠의 캠 신호 특성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 4-flank 타입 캠의 흡기 캠과 배기 캠의 캠 신호 특성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 흡기 캠 오류시의 배기 캠으로 퀵 싱크를 실시하는 본 발명예를 도시한 도면.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 적용되는 엔진 동기화 장치의 일 실시예를 나타내는 도면이다. 도 1의 도시 내용에 따르면, 본 발명에 적용되는 엔진 동기화 장치는, 캠 센서(100), 크랭크 샤프트 포지션 센서(200) 및 제어부(300)로 이루어진다.
캠 센서(100)는 흡기 캠 및 배기 캠의 캠 샤프트의 회전 시에 캠 에지(edge)를 감지하고, 이를 하이 레벨(H)과 로우 레벨(L) 사이에서 전압 위상이 반전되는 펄스 형태의 캠 신호로서 제어부(200)로 출력하게 된다. 예컨대 캠 센서(100)의 출력이 하이 레벨(H)이 되는 때는 캠(110)이 점선으로 표기된 선(L1)보다 위에 위치할 때이고, 캠 센서(100)의 출력이 로우 레벨(L)이 되는 때는 캠(110)이 선(L1)보다 아래에 위치할 때이다. 여기서, 캠(110)은 연소실에 마련된 흡기 밸브 및 배기 밸브를 개폐하기 위한 것으로서 캠 축은 크랭크 샤프트와 동기하여 회전한다.
크랭크 샤프트 포지션 센서(200)는 크랭크 샤프트에 동축으로 구비된 센서 휠(210)의 근방에 배치된다. 센서 휠(210)에는 그 외주를 따라 다수의 투스(tooth)(220)가 설치되어 있다. 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)는 요철 형상의 투스를 감지하여 크랭크 샤프트의 회전 각도 및 회전수를 검출하고, 그 결과를 펄스 형태의 크랭크 신호로서 제어부(300)로 출력한다. 이때, 센서 휠(210)에는 원주 방향 전체에 걸쳐 투스가 형성되지는 않고 그 일부에 투스가 누락되어 있는 데, 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)는 이 부분을 미싱 투스(Missing tooth)(230)로 인지한다.
제어부(300)는, 캠 센서(100)와 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)로부터 캠 신호와 크랭크 신호를 수신하고, 수신된 결과를 이용하여 크랭크 위치와 캠 위치를 확정한다. 그리고, 확정된 크랭크 위치와 캠 위치 정보를 이용하여 고압 연료 펌프(400), 인젝터(500), 점화 플러그(600)를 제어함으로써, 엔진의 각 기통별 연료 분사 시점과 점화 시점을 동기화하는 제어를 수행한다.
구체적으로 제어부(300)는 레벨, 레벨길이, 레벨 길이 구간 내 미싱 투스 존재 여부 정보를 미리 저장된 캠 특성값에 관한 정보와 대비하여, 캠 형상의 고유한 특징부를 판단함에 있어서, 크랭크 샤프트의 미싱투스 지역 미확정에 따른 미싱 투스 포함 여부 정보를 미활용 시에는 레벨, 레벨길이의 정보로 특징부의 위치를 파악하나, 불가시 누적된 캠 신호의 형상의 조합을 통해 특징부의 위치를 판정하여 엔진 동기화를 수행할 수 있다.
캠 은 그 형상과 종류 별로, 고유한 형태의 신호를 송출한다. 도 3에서는 그 중 한 형태의 캠 신호를 도시하고 있다.
캠(110)은 360°회전을 일정한 속도로 하므로, 캠 센서(100)에서 출력하는 신호는 일정한 시간의 로우 레벨(L) 시간과 하이 레벨(H) 시간으로 나누어진다. 그리고, 상술한 바와 같이, 캠 축은 크랭크 샤프트와 동기하여 회전하고, 크랭크 샤프트가 2 회전할 때 캠 축은 1회전 하게 된다. 따라서, 도 3에서 도시된 바와 같이, 캠 신호의 로우 레벨과 하이 레벨 중 특정한 시점에서 크랭크 신호의 미싱 투스가 검지되게 되도록 설정된다.
도 3 및 도 4에서 도시된 캠 신호의 레벨 분포, 레벨의 길이 및 크랭크 신호의 미싱 투스가 검지된 시점의 캠 신호의 레벨의 관한 정보는, 크랭크 샤프트가 특정한 회전 위치에 있을 때, 캠의 종류와 형상 별로 상이한 고유의 값을 가지므로, 측정된 캠 신호의 레벨 분포, 레벨의 길이 및 크랭크 신호의 미싱 투스가 검지된 시점의 캠 신호의 레벨의 관한 정보를 미리 저장된 특성값과 비교하면 해당 시점에서의 크랭크 위치를 판정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치에서 제어부(300)는 흡기 캠과 배기 캠으로부터 각각 캠 신호를 수신하고 그 중 적절한 캠 신호를 선택하여 해당 캠 신호의 정보를 바탕으로 엔진을 동기화할 수 있다.
이하에서는 도 2의 도시 내용을 토대로, 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치에서의 제어부의 제어 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
먼저 제어부(300)는 흡기 캠 센서와 배기 캠 센서로부터 캠 신호를 수신한다(S10). 캠 센서(100)는 캠(110)의 회전에 따라, 하이 레벨(H)과 로우 레벨(L) 사이에서 전압 파형이 변화하는 캠 신호를 제어부(300)로 송출하게 된다.
다음으로 제어부(300)는 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)로부터의 크랭크 신호로부터 미싱 투스(230)의 위치를 감지할 수 있는 지 여부를 판단(S20)한다. 도 1에서 도시된 바와 같이 미싱 투스(230)는 센서 휠(210)의 외주 상의 일부 구간에서 몇개의 투스(220)가 배제된 형태로 형성되는데, 이 부분에서의 신호는 다른 부분보다 2배 이상의 주기를 가지게 된다. 이를 통해 미싱 투스(230)의 존재를 검출해 낼 수 있다. 제어부(300)는 현재 미싱 투스(230)의 위치를 확정할 수 없는 것으로 판단하는 경우, 캠 신호 만을 이용하여 엔진 동기화를 수행하기 위하여 캠 신호의 특징부(unique part)를 찾는 작업을 개시하게 된다.
먼저 제어부(300)는 캠 신호의 레벨의 방향성이 변화(H->L 또는 L->H)하는지 여부를 판단한다(S30). 전술한 바와 같이, 신호레벨의 방향성(H->L,L->H)을 고려하지 않고,단순히 신호레벨 천이만 확인하고, 이전 레벨 값에 대한 반전값으로 레벨을 확인하여 캠 형상을 파악한 경우이다. 일반적으로 신호레벨 천이가 있을시에 이전 레벨(H)과 상반된 값으로 변경하는 것(L)은 타당성이 있어 보일 수 있으나, 다음과 같은 상황에서는 오류가 발생 가능하다.
만약 이전레벨(H)은 파악하고 있으나, 신호레벨 천이시 오류상황으로 감지 못한채 다시 신호레벨이 발생한 경우, 단순 레벨값을 반전시키면 원래 캠 형상의 레벨은 H이나, ECU가 파악하는 값은 신호레벨이 L가 된다. 원래의 캠 형상과 ECU에서 파악하는 정보가 서로 상이하게 되어 엔진 동기화 오류가 발생되게 된다.
그리고, 도 5에서 도시된 바와 같이, 만약 캠 에지가 설계자의 의도에 의해 마운팅 되는 시점이 미싱지역 전 투스 폴링(Tooth Falling) 지점에 맞추게 되어 있는 경우에는 다음과 같은 상황에서 문제가 발생된다. 따라서, 본 발명에서는 신호 레벨의 천이 시에, 반드시 방향성의 변화 유무를 체크하도록 하고 있다
다음으로 제어부(300)는, 캠 신호의 레벨의 변화 패턴, 레벨의 길이를 분석하여 대략적인 캠 위치를 확정한다(S40). 전술한 바와 같이, 캠 신호의 레벨 분포, 레벨의 길이 및 크랭크 신호의 미싱 투스가 검지된 시점의 캠 신호의 레벨의 관한 정보는, 크랭크 샤프트가 특정한 회전 위치에 있을 때, 캠의 종류와 형상 별로 상이한 고유의 값(특징부)을 가진다. 따라서, 측정된 캠 신호의 레벨 분포, 레벨의 길이에 관한 정보를 미리 저장된 특성값과 비교하면 해당 시점에서의 크랭크 위치를 판정할 수 있다.
한편, 현재 측정된 캠 신호의 레벨 및 레벨 길이에 관한 정보만으로 캠 신호의 특징부를 확정할 수 없는 경우에는, 이전에 측정되어 누적된 캠 신호의 레벨 및 레벨 길이에 관한 정보와 현재 측정된 캠 신호의 레벨 및 레벨 길이 정보의 전후 관계를 미리 저장된 캠 신호의 특징부의 정보와 대비함으로써, 캠의 특징부의 위치를 판정할 수 있다.
예컨대 본 발명에 따른 엔진 동기화 제어 방법의 경우에는, 미싱 투스의 위치(캡 신호)를 검출하지 않고, 캠 신호 만으로 크랭크 각도를 확정하기 때문에, 동일한 형상의 특징부의 위치가 2개(갭 신호를 포함하는 특징부와 갭 신호를 포함하지 않는 특징부)로 검출되는 문제가 발생할 수 있다. 이 경우, 이전에 측정된 특징부의 위치와 현재의 캠 신호의 레벨 및 레벨 길이의 전후 관계를 미리 저장된 값과 대비함으로써, 현재의 크랭크 각도 및 캠 위치를 추정할 수 있다.
다음으로 제어부(300)는, 상기한 전압 레벨 및/또는 레벨 길이의 검출을 통해, 크랭크 각도 및 캠 위치를 확정할 수 있는 경우에, 이를 토대로 엔진의 동기화 제어를 수행한다(S60). 즉, 제어부(300)는 고압 연료 펌프(400), 인젝터(500), 점화 플러그(600) 등을 제어함으로써 각 기통별로 연료 분사 시기 및 점화 시기의 동기화 제어를 수행하게 된다. 한편, 디젤 엔진 등과 같은 경우에도 연료 공급 시기 및 점화 시기를 제어함으로써 동기화 제어를 수행하게 된다.
특히, 본 발명에 따르면 제어부(300)는 배기 캠과 흡기 캠 센서로부터 캠 신호를 수신하고, 양 캠 센서로부터의 캠 신호를 분석하여 배기 캠과 흡기 캠 중 먼저 캠 신호의 특징부의 위치가 파악되는 캠으로부터의 캠 신호를 이용하여 이를 엔진 동기화에 활용한다. 따라서, 흡기 캠과 배기 캠 중 어느 하나의 캠 센서에 이상이 발생한 경우에도, 다른 캠의 캠 센서를 이용하여 신속하게 동기화 제어가 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 배기 캠과 흡기 캠 중 어느 하나의 캠의 캠 신호만을 활용하지 않고, 캠 에지가 검출된 시점이나 캠 위치를 확정할 수 있는 시점 등의 선후 관계를 기초로 하여 배기 캠과 흡기 캠 중 어느 하나의 캠의 캠 신호를 선택하여 엔진 동기화를 수행하고 있다.
따라서, 센서 이상의 경우 이외에도 스톨 시 신호 레벨 정보를 클리어 하는 작동 후 빠른 시동시 신호 레벨의 인식오류 방지를 위한 신호레벨의 방향성 확인과 허용 오차내 마운트 체결시 발생하는 문제 등에서 본 발명이 해결책으로 작용가능하다.
예컨대, 도 5에서 도시된 바와 같이, 미싱 투스의 위치와 관련된 첫번째 갭 신호가, 신호 디바운스 구간 내에 위치하는 경우에는 이 갭 신호는 엔진 동기화에 이용할 수 없다. 이 경우, 도 5의 예에서는 흡기캠 보다 배기 캠에서 캠 신호의 특징부가 먼저 확정되게 되는바, 배기 캠의 캠 신호를 이용하여 퀵 싱크(캠 싱크)를 수행하고, 이후에 두번째 갭 신호가 검출되면, 크랭크 신호와 캠 신호를 모두 활용하여 풀 싱크를 수행하여 엔진을 동기화 할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)로부터 미싱 투스(230)의 위치를 확정 시 1, 2번 미싱 투스 위치 판정의 각 지점 내에서 특정한 배기, 흡기 캠 레벨을 교차 확인하여 1, 2 번 중 특정 미싱 투스 위치 확정 시점을 판정함으로써, 엔진 동기화 제어를 수행할 수 있다(S70).
도 3은 하프 문(half-moon) 타입 캠을 사용한 경우에 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치를 사용한 결과를 나타내는 도면이다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 크랭크 신호에 있어서 첫 번째 미싱 투스 검출 위치에서는 신호 디바운스(debounce) 등으로 인해 해당 신호가 무시되고 있어, 엔진 동기화에서는 활용할 수 없다.
하프 문 타입 캠의 경우 캠 신호의 전압 레벨의 길이가 펄스마다 동일하므로 전압 레벨의 변화를 검출함으로써 캠 기반의 퀵 싱크를 실시하게 된다. 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 배기 캠 신호의 경우가, 흡기 캠 신호 보다 먼저 캠 에지가 검출되고 특징부의 확정이 가능하기 때문에 배기 캠의 캠 신호를 이용하여 엔진 동기화를 수행하는 한편, 2차로 미싱 투스가 감지된 경우, 캠 신호와 크랭크 신호를 모두 활용하여 풀 싱크(full sync)하고 있다.
도 4는 4-flank 타입 캠을 사용한 경우에, 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치를 사용한 결과를 나타내는 도면이다.
4-flank 타입 캠의 경우, 하프 문 타입과는 달리, 펄스 별로 레벨 길이가 상이하기 때문에, 전압 레벨 및 레벨 길이를 모두 활용하여 캠 신호의 특징부의 위치를 검출하게 된다.
도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치에서는 캠 형상과 관련된 캠 신호의 특징부의 위치는 흡기 캠에서 먼저 확정되기 때문에, 흡기 캠에서의 캠 신호를 기반으로 퀵 싱크(캠 싱크)를 먼저 실시한다. 그 이후, 미싱 투스의 위치와 관련된 갭 신호가 감지되는 경우에는, 크랭크 신호와 캠 신호를 조합함으로써 풀 싱크(full sync)를 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 엔진의 동기화 제어 방법의 실시예는, 차량 엔진이 직접 분사식 가솔린 엔진인 것을 전제로 한 것이다. 그러나 본 발명에 따른 제어 방법은 직접 분사식 가솔린 엔진을 장착한 차량에 국한되지 않는다. 엔진의 동기화를 위해 분사 시점과 착화 시점을 제어할 수 있는 것이라면, MPI 방식(multi-point injection)이나 디젤 엔진 등 엔진의 종류에 제한되지 않고 적용될 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 엔진의 동기화 제어 방법의 실시예는 디젤 엔진이 장착된 차량에도 적용될 수 있다. 이 경우, 엔진 동기화 제어를 수행하기 위한 제어부는 연료 공급 시점 및 압축 착화 시점의 제어를 통해 엔진의 동기화 제어를 수행하게 된다.
100: 캠 센서 110: 캠
200: 크랭크 샤프트 포지션 센서 210: 센서 휠
220: 투스 230: 미싱 투스
300: 제어부 400: 고압 연료 펌프
500: 인젝터 600: 점화 플러그

Claims (9)

  1. 크랭크 샤프트에 설치된 투스(tooh) 및 미싱 투스(missing tooth)를 감지하여 크랭크 샤프트의 위치를 검출하는 크랭크 샤프트 포지션 센서; 엔진 회전축과 연동되는 흡기 캠과 배기 캠의 회전각에 대응되는 에지를 검출하여 캠의 위치를 검출하는 캠 센서; 및 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터의 투스 검출 신호와 상기 캠 센서로부터의 캠 신호를 이용하여 엔진을 동기화하는 제어부를 구비하는 엔진 동기화 장치에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터 미싱 투스의 감지 여부가 확정되지 않을 때에, 상기 흡기 캠과 상기 배기 캠 중 어느 하나의 캠을 선택하여, 선택된 캠의 캠 신호의 전압 레벨 및/또는 레벨 길이로부터 캠 형상의 특징부의 위치를 검출함으로써, 크랭크 샤프트의 위치 및 캠 위치를 확정하여 엔진의 동기화를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 캠 신호의 전압 레벨, 레벨 길이 의 측정 결과를, 미리 저장된 캠의 특성값과 대비함으로써, 크랭크 샤프트의 위치 및 캠 위치를 확정하여 엔진의 동기화를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 흡기 캠과 상기 배기 캠 중 먼저 캠 형상의 특징부의 위치가 확정된 캠의 캠 신호를 근거하여 엔진의 동기화를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 크랭크 샤프트 포지션 센서에 의해 미싱 투스의 감지가 확정된 경우에는, 해당 미싱 투스의 위치 정보를 이용하여 엔진의 동기화를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 캠 신호의 상기 전압 레벨이 유효하게 다음 레벨로 변경되었는지 여부를 판단하여, 상기 전압 레벨 값이 유효하게 검출되었는지 여부를 확정하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 캠 센서를 이용하여 측정된 전압 레벨, 레벨 길이만으로 캠의 특징부의 위치를 확정할 수 없는 경우에는, 이전에 측정된 전압 레벨 및 레벨 길이와 현재 측정된 전압 레벨 및 레벨 길이의 전후 관계를 이용하여 캠의 특징부의 위치를 확정하도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치
  7. 크랭크 샤프트에 설치된 투스(tooh) 및 미싱 투스(missing tooth)를 감지하여 크랭크 샤프트의 위치를 검출하는 크랭크 샤프트 포지션 센서와 엔진 회전축과 연동되는 흡기 캠과 배기 캠의 회전각에 대응되는 에지를 검출하여 캠의 위치를 검출하는 캠 센서를 이용하여 엔진을 동기화하는 엔진 동기화 방법에 있어서,
    상기 흡기 캠과 상기 배기 캠의 캠 센서로부터 캠 신호를 수신하는 단계;
    상기 크랭크 샤프트 포지션 센서에 의해 크랭크 샤프트의 미싱 투스가 감지 여부가 확정되었는지 판단하는 단계;
    크랭크 샤프트의 미싱 투스의 감지가 미확정인 경우, 검출된 캠 신호의 전압 레벨 및/또는 레벨 길이에 관한 정보를 미리 저장된 캠의 특징부의 위치 정보와 과 비교하여 캠 위치를 확정하는 단계;
    확정된 캠 위치 정보를 이용하여 엔진을 동기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 흡기 캠과 상기 배기 캠으로부터 각각 수신된 캠 신호 중 먼저 상기 캠의 특징부의 위치가 먼저 확정된 캠의 캠 신호에 근거하여 엔진을 동기화하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 크랭크 샤프트 포지션 센서에 의해 미싱 투스의 감지가 확정된 경우에는, 해당 미싱 투스의 위치 정보를 이용하여 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
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