KR20200047157A

KR20200047157A - 엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR20200047157A
Application number: KR1020180129256A
Authority: KR
Inventors: 한정석; 임창현
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-05-07

Abstract

본 발명은 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 장치 및 그 방법에 관한 발명으로서, 엔진의 정지 시에 마지막으로 검출된 캠의 에지에 관한 정보와, 엔진의 재시동 시에 최초로 검출된 캠의 에지에 관한 정보를 이용하여 현재의 캠의 위치를 확정하는 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 신속하게 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 특정(크랭크 샤프트 동기화)하는 경우에는, 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)가 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 검출하고, 크랭크 샤프트 신호 처리부(300)에서 검출 결과를 토대로 크랭크 위치를 판단하도록 하고 있다.

그리고, 캠 센서(100)를 이용하여 캠 위치를 특정(캠 동기화)하는 경우에는, 캠 센서(100)가 흡기 캠 및 배기 캠(110)의 에지(edge)를 검지하고, 캠 신호 처리부(300)에서 이러한 캠 에지 들의 패턴의 조합으로부터 캠 위치를 특정하게 된다.

그리고, 엔진 동기화부(500)에서는 크랭크 샤프트 신호 처리부(300)와 캠 신호 처리부(300)에서의 동기화 정보를 가지고 최종 엔진 동기화를 처리한다.

그런데, 예컨대, 4-flank 타입 캠의 경우 하프 문 타입과는 달리, 도 3 및 도 4의 캠 신호도로부터 알 수 있듯이 펄스 별로 레벨 길이가 상이하기 때문에, 전압 레벨 및 레벨 길이를 모두 활용하여 캠의 위치를 검출하게 된다. 이와 같은 경우, 적어도 캠 신호에서 나타난 2개 이상의 캠 레벨(캠 세그먼트)을 확인하여야만, 캠 에지의 패턴을 분석할 수 있고, 캠 동기화가 가능하게 된다.

따라서, 캠 설계에 따라서는, 엔진의 시동 후 캠 에지를 최초로 검지하는 경우에도 그 결과로부터는 캠 동기화를 수행할 수 없고, 적어도 후속하는 캠 신호의 레벨의 길이가 파악되어야만 캠 동기화를 수행할 수 있다. 따라서 종래의 엔진 동기화 장치 및 방법에 따르면 캠 동기화 시점이 늦어질 수 밖에 없어

이와 관련하여, 도 4에서는 종래의 엔진 동기화 방법에 있어서의, 4-flank 타입 캠의 캠 신호로부터 캠 동기화를 획득하기 까지 소요되는 각도를 도시하고 있다.

도 4에서 도시된 바와 같이, 40도 및 140도의 캠 길이(cam length)를 갖는 4-flank 캠의 경우 동일 레벨과 동일 레벨 길이를 갖는 캠 세그먼트가 다수 존재하기 때문에 1개의 캠 세그먼트로부터는 캠 신호의 패턴을 확인할 수 없다. 즉, 2개 이상의 캠 세그먼트의 조합을 확인하여야만 캠 동기화를 수행할 수 있다. 그 결과, 도 4에서 도시된 예에서는 캠 동기화를 처리하기 위해서는 최소 80도에서 최대 320도 까지 시간이 소요되게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진의 재 시동시에 최초로 검출되는 캠 에지만으로도 캠 동기화를 수행할 수 있는 엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에따른 엔진 동기화 장치는, 크랭크 샤프트에 설치된 투스(tooh) 및 미싱 투스(missing tooth)를 감지하는 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터의 투스 검출 신호를 이용하여 크랭크 샤프트 위치를 검출하여 크랭크 샤프트 동기화를 처리하는 크랭크 샤프트 신호 처리부, 엔진 회전축과 연동되는 흡기 캠과 배기 캠의 회전각에 대응되는 에지를 검출하는 캠 센서로부터의 캠 신호를 캠의 위치를 검출하여 캠 동기화를 처리하는 캠 신호 처리부, 크랭크 샤프트 신호 처리부와 캠 신호 처리부로부터의 크랭크 샤프트 동기화 및 캠 동기화 처리 결과를 이용하여 엔진을 동기화하는 엔진 동기화부를 구비하고, 캠 신호 처리부에서는, 엔진이 정지하기 직전의 흡기 캠 또는 배기 캠의 에지를 검출하여 이를 저장하고, 엔진의 재시동 시에 저장된 캠 에지와 엔진의 재 시동 후에 최초로 검출된 캠 에지를 이용하여 캠 동기화를 실시하는 것을 특징으로 한다.

캠 신호 처리부에서는, 캠 동기화에 활용하기 위하여, 엔진의 구동 중 흡기 캠 및 배기 캠 센서로부터 전달되는 캠 신호에서 반복하여 검출되는 캠 에지마다 고유 번호를 부여하고, 엔진의 재시동 시에 최초로 검출되는 캠 에지의 번호를, 엔진이 정지하기 직전에 저장된 캠 에지 번호에 1을 더한 값으로 한다.

캠 신호 처리부에서는, 저장된 캠 에지와 최초로 검출된 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보로부터 캠 신호의 전압 레벨 및 레벨 길이를 특정함으로써 현재의 캠 위치를 확정한다.

캠 신호 처리부에서는, 엔진의 재시동 시에 흡기 캠과 배기 캠 중 먼저 에지가 검출되는 캠의 캠 신호를 이용하여 캠 동기화를 실시한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 엔진 동기화 방법은, 크랭크 샤프트에 설치된 투스 및 미싱 투스를 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, 엔진의 정지 시에 마지막으로 검출된 캠의 에지에 관한 정보와, 엔진의 재시동 시에 최초로 검출된 캠의 에지에 관한 정보를 이용하여 현재의 캠의 위치를 확정하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로는 상기한 본 발명에 따른 엔진 동기화 방법에서는, 흡기 캠과 배기 캠의 캠 센서로부터 캠 신호를 수신하는 캠 신호 수신 단계; 엔진의 구동 중 상기 캠 신호에서 반복 검출되는 캠 에지마다 고유 번호를 부여하는 캠 에지 추적 단계; 엔진의 정지 시 마지막으로 검출된 캠 에지의 고유 번호를 저장하는 캠 에지 번호 저장 단계; 엔진의 재 시동 시에 캠 신호로부터 최초로 검출된 캠 에지에, 엔진이 정지하기 직전에 저장된 캠 에지 번호에 1을 더한 값을 고유 번호로서 할당하는 캠 에지 번호 할당 단계; 저장된 캠 에지와 최초로 검출된 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보로부터 캠 신호의 전압 레벨 및 레벨 길이를 특정함으로써 현재의 캠 위치를 확정하는 캠 위치 확정 단계;를 포함한다.

보다 바람직하게는 엔진의 재시동 시에, 수신되는 캠 신호로부터 캠 위치를 확정할 수 있는 지 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하고, 현재 수신된 캠 신호로부터 캠 위치가 확정되지 않은 경우에, 저장된 캠 에지와 최초로 검출된 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보로부터 현재의 캠 위치를 확정하는 캠 위치 확정 단계;를 포함 할 수 있다.

캠 에지 추적 단계는, 크랭크 샤프트의 역회전이 발생하였는지 여부를 판정하는 단계를 더 포함하여, 크랭크 샤프트의 역회전이 발생한 경우 캠 에지 추적을 중지할 수 있다.

만약 캠 위치 확정 단계에 있어서, 엔진의 정지 시에 저장된 캠 에지의 고유 번호가 존재하지 않는 경우에는, 엔진의 재시동 후에 수신된 캠의 캠 신호로부터 검출되는 캠 신호의 전압 레벨 및 레벨 길이만을 이용하여 캠 위치를 확한다.

바람직하게는, 흡기 캠과 배기 캠으로부터 각각 수신된 캠 신호 중 먼저 에지가 검출된 캠 신호에 근거하여, 엔진을 동기화한다.

본 발명에 따른 엔진 동기화 장치 및 그 제어 방법에 따르면, 엔진의 재 시동시에 최초로 검출되는 캠 에지만으로도 캠 동기화를 수행할 수 있어 신속한 캠 동기화를 가능하게 할 수 있다. 그리고, 캠 동기화 시점에 연료의 분사 및 점화가 가능하기 때문에, 신속한 캠 동기화를 통해 가솔린 및 디젤 엔진에서의 시동 성능을 향상시킬 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 엔진 동기화 방법에 있어서의, 4-flank 타입 캠의 캠 신호로부터 캠 동기화를 하는 시점을 도시한 도면
도 4는 종래의 엔진 동기화 방법에 있어서의, 4-flank 타입 캠의 캠 신호로부터 캠 동기화를 하는 시점을 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 신호 처리부(300), 크랭크 샤프트 신호 처리부(400) 및 엔진 동기화부(500)로 이루어진다.

캠 신호 처리부(300)는 캠 센서(100)로부터의 캠 신호로부터 캠 위치를 검출하여 캠 동기화를 처리한다. 캠 센서(100)는 흡기 캠 및 배기 캠(110)의 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 캠 신호 처리부(300)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 신호 처리부(400)는 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)로부터 크랭크 샤프트의 위치를 검출하여 크랭크 샤프트 동기화를 처리한다. 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 크랭크 샤프트 신호 처리부(400)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.

엔진 동기화부(500)는 캠 신호 처리부(300) 및 크랭크 샤프트 신호 처리부(400)에서의 캠 동기화 처리 결과 및 크랭크 샤프트 동기화 처리 결과를 엔진 동기화를 수행한다. 엔진 동기화부(500)에서는, 캠 동기화 처리 결과 및 크랭크 샤프트 동기화 처리 결과를 통해 확정된 크랭크 위치와 캠 위치 정보를 이용하여 고압 연료 펌프(600), 인젝터(700) 및 점화 플러그(800)(가솔린 엔진의 경우)를 제어함으로써, 엔진의 각 기통별 연료 분사 시점과 점화 시점을 동기화하는 제어를 수행한다.

캠 신호 처리부(300)에서는 캠 신호의 레벨 및 레벨 길이로부터 판단되는 캠 신호의 패턴을 파악하고 이를 미리 정해진 해당 캠의 고유의 신호 형태와 대비하여 현재의 캠 위치를 판정한다.

캠(110)은 그 형상과 종류 별로, 고유한 형태의 신호를 송출한다. 도 3 및 도 4에서는 그 중 한 형태인 4-flank 캠의 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 1회전하게 된다. 따라서, 캠 신호의 로우 레벨과 하이 레벨 중 특정한 시점에서 크랭크 신호의 미싱 투스가 검지되게 되도록 설정된다. 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 길이로 특정되는 캠 신호의 패턴 및 크랭크 신호의 미싱 투스가 검지된 시점의 캠 신호의 레벨의 관한 정보를 미리 저장된 고유의 값과 비교하면 해당 시점에서의 엔진 동기화 위치를 확정할 수 있다. 따라서, 엔진 동기화를 위해서는 캠 동기화가 선행되어야 하는바, 신속한 엔진 동기화를 위해서는 캠 동기화가 조속히 이루어져야 한다.

본 발명에 따른 엔진 동기화 장치에서는 신속한 캠 동기화를 위해, 캠 신호 처리부(300)에서, 엔진이 정지하기 직전의 흡기 캠 또는 배기 캠의 에지를 검출하여 이를 저장하고, 엔진의 재시동 시에 저장된 캠 에지와 엔진의 재 시동 후에 최초로 검출된 캠 에지를 이용하여 캠 동기화를 수행한다.

도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 캠 센서(100)로부터 생성되는 캠 신호에서는 상이한 레벨 사이에 존재하는 특정 에지가, 엔진이 회전할 때 순차적으로 반복하여 출력된다(예컨대, 도 3 및 도 4에서 도시된 4-flank 캠의 캠 신호에서는 0~7까지 8개의 캠 에지가 순서대로 반복하여 검출되게 된다).

따라서, 만약 엔진이 재시동하기 전 마지막으로 검출된 캠의 에지가 n번째 에지라면, 엔진의 재 시동 시에 최초로 검출되는 에지는 n+1번째 에지가 된다.이러한 점을 이용하면 엔진이 정지하기 직전에 검출된 캠 에지에 관한 정보와 엔진의 재시동 시에 최초에 검출된 캠 에지를 조합하여 캠 패턴을 확정할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면 이하와 같다.

운전자가 시동 Off를 하면 연료 분사와 점화 동작이 멈추면서 엔진의 회전이 서서히 감소하게 된다. 즉, 엔진은 관성에 의해 일정 시간 회전을 하면서 서서히 꺼지게 된다. 이 과정에서 캠 신호 처리부(300)가 캠 센서(100)로부터 전송되는 캠 신호에서 검출되는 에지마다 고유의 에지 번호를 부여하여 캠 에지를 추적한다. 이후 엔진이 완전히 정지하게 되면 마지막에 추적한 캠 에지 번호를 차량에 구비된 저장 장치(예컨대 NVRAM)에 저장한다. 그리고, 그 다음 엔진의 재시동 시 캠 센서(100)로부터 전송되는 캠 신호로부터 최초의 캠 에지를 검출하면, 이전에 저장된 캠 에지 번호를 활용하여 해당 캠 에지에 에지 번호를 부여할 수 있다. 예컨대, 도 3에서 도시된 예와 같이, 엔진 정지 시에 마지막으로 추적된 캠 에지 번호가 "1"이라면, 그 다음으로 검출되는 캠 에지 번호는 "2"가 된다. 캠 에지 번호를 알게 되면 캠 에지 번호와, 해당 캠 에지와 관련된 캠 신호의 전압 레벨 및 레벨 길이로부터 캠 패턴을 알게 되는 것을 의미하는 바, 바로 캠 동기화를 할 수 있다.

한편, 캠 동기화를 위해서 흡기 캠과 배기 캠 중 어느 하나의 캠에 관한 캠 신호를 이용할 수 있으나, 신속한 캠 동기화를 위해서는 흡기 캠과 배기 캠 중 먼저 캠 에지가 검출되는 캠의 캠 신호를 활용하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 2의 도시 내용을 토대로, 본 발명에 따른 엔진 동기화 장치를 이용한 엔진동기화 방법에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.

먼저 캠 신호 처리부(300)는 흡기 캠 과 배기 캠(110)의 캠 센서(100)로부터 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 캠 신호 처리부(300)로 송출하게 된다.

다음으로 캠 신호 처리부(300)는 캠 신호의 레벨의 방향성의 변화 여부(H->L 또는 L->H) 및 해당 레벨의 레벨 길이로부터 캠 에지를 검출한다(S20).

그리고, 캠 신호 처리부(300)에서는 현재 검출된 캠 에지로부터 캠 위치를 확정(캠 동기화)할 수 있는지 여부를 판단한다(S30). 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 캠 설계 결과에 따라 캠 신호는 고유의 캠 신호 패턴을 가지고 있으며, 해당 캠 신호 패턴에 따라 고유의 에지가 존재한다. 만약, 엔진의 재시동후 검출된 에지들만로도 캠 동기화를 수행할 수 있는 경우에는 엔진의 정지 시에 저장되어 있는 캠 에지에 관한 정보를 활용할 필요없이 바로 캠 동기화를 수행하면 된다.

한편, 현재 검출된 캠 신호로부터 캠 동기화를 수행할 수 있는 경우 또는 이미 캠 동기화가 이루어져 있어 캠 동기화를 수행할 필요가 없는 경우에는 종래와 같이 엔진 동기화를 계속진행하면 된다. 그런데 예컨대 ISG 장착 차량의 엔진의 아이들 스톱 시와 같은 경우, 엔진 실린더 헤드의 회전 관성과 실린더 내 공기 저항 작용 등에 의해 힘 균형 측면에서, 스톨 과정 중에 엔진의 역전 현상이 발생할 수 있다. 엔진의 역전 현상이 발생하면 검출된 캠 에지가 정확한 현재의 캠의 위치에 대응되지 않을 수 있다. 따라서, 캠 신호 처리부(300)에서는 크랭크 샤프트의 역회전이 발생하였는지 여부를 판단한다(S70). 크랭크 샤프트의 역회전 여부는 종래에 알려진 기술을 활용할 수 있다. 예컨대, 크랭크 샤프트 포지션 센서(200)로부터 검출되는 치주기(tooth perio) 값의 변화를 이용하여, 역회전 시의 특유의 치주기 변화 양상을 보이는지 여부에 따라 엔진의 역회전 여부를 검출할 수 있다.

만약, 크랭크 샤프트의 역회전이 발생한 것으로 판단되는 경우에는 검출된 캠 에지의 신뢰성을 확보할 수 없는 상태이므로, 캠 에지 추적을 중지한다(S110)

한편, 크랭크 샤프트의 역회전, 즉 엔진의 역회전이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 검출된 캠 에지의 신뢰성을 확보할 수 있는 상태이므로, 해당 캠 에지에 고유의 캠 에지 번호를 부여한다(S80). 전술한 바와 같이, 캠 신호는 신호 레벨의 변화(H->L 또는 L->H) 및 신호 레벨 길이로부터 결정되는 고유의 캠 에지가 존재하고 해당 캠 에지가 엔진이 회전함에 따라 순차적으로 반복하여 검출된다. 캠 동기화가 이루어져 있는 상태, 즉 캠 패턴이 확정된 상태에서는 검출되는 캠 에지가 어느 고유 번호를 갖는지 파악할 수 있는바, 해당 고유 번호를 부여한다.

그리고, 캠 에지에 고유 번호를 부여한 후, 엔진이 정지하였는지 여부를 판단한다(S90). 엔진이 완전히 멈춰 스톨 상태가 확정되면, 이후의 엔진의 재시동 시에 캠 동기화를 위해 활용할 수 있도록, 최후에 추적된 캠 에지의 고유 번호를 차량 내의 저장 장치에 저장한다(S100).

한편, 단계 S30에서 검출된 캠 에지로부터 캠 동기화를 수행할 수 없는 상태에서의 캠 동기화 방법을 살펴본다. 전술한 바와 같이, 캠 설계에 따라서는 엔진의 재시동 후 최초로 검출되는 캠 에지에 관한 정보만으로는 캠 동기화를 수행할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에서는 단계 S100에서 저장된 캠 에지에 관한 정보를 활용하여 캠 동기화를 수행한다.

이를 위해 캠 신호 처리부(300)에서는, 이전에 저장된 캠 에지의 정보, 구체적으로는 캠 에지의 고유 번호가 존재하는지 여부를 판단한다(S40).

엔진의 완전 정지 직전에 캠 에지를 저장하였다 하더라도 엔진의 재시동 전 메모리 페일이 발생한 경우에는 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보가 유실될 수 있다. 저장된 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보가 유실되어 활용할 수 없게 된 경우, 캠 신호 처리부(300)에서는, 종래의 캠 동기화 방법과 마찬가지로 캠 동기화를 할 수 있을 때까지 캠 에지 검출을 계속(S20)하게 된다.

만약 저장 장치 내에 캠 에지에 관한 정보가 정상적으로 저장되어 있는 경우, 캠 신호 처리부(300)에서는 엔진의 재시동 후에 검출된 캠 에지에 대해, 엔진의 최종 정지 직전에 저장된 캠 에지의 고유 번호에 대해 1을 더한 번호를 할당한다(S50). 만약, 도 3에서 도시된 실시예에서, 최종 정지 직전의 캠 에지의 고유 번호가 6이라면 할당되는 고유 번호는 7이 되며, 최종 정지 직전의 캠 에지의 고유 번호가 7이라면 할당되는 고유 번호는 0이 된다.

그리고, 캠 신호 검출부(300)에서는 엔진의 재시동 시에 검출된 캠 에지와 할당된 캠 에지 번호로부터 캠 동기화를 수행(S60)한다. 최초로 검출된 캠 에지에 대해 캠 에지 번호를 바로 알 수 있는바, 검출된 캠 에지와 관련된 캠 신호의 레벨 변화 및 레벨 길이와 캠 에지 번호로부터 캠 신호 패턴을 확정할 수 있어, 곧바로 캠 동기화를 할 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이, 캠 동기화가 확정되면 엔진 동기화부(400)는 크랭크 샤프트 신호 처리부에서의 크랭크 동기화 결과와 함께 활용하여 엔진 동기화를 곧바로 실행할 수 있다. 보다 신속한 캠 동기화를 위해서는 전술한 바와 같이, 배기 캠과 흡기 캠의 캠 신호 중 먼저 캠 에지가 검출되는 캠의 캠 신호를 이용하여 캠 동기화를 시도하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 엔진 동기화 방법에 있어서의, 4-flank 타입 캠의 캠 신호로부터 캠 동기화를 하는 시점을 도시하고 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진 동기화 방법에 따르면, 엔진의 재시동 시에 최초로 캠 에지가 검출되면 곧바로 캠 동기화를 수행할 수 있으므로, 캠 동기화에 소요되는 시간은 최소 40도에서 최대 140도만 소요된다. 따라서, 동일한 캠이 적용된 도 4에 도시된 비교예와 대비하여 엔진 동기화 시간을 대폭적으로 줄일 수 있다. 그 결과 엔진의 시동 성능을 최소 약 0.1초 가량 향상시킬 수 있다.

100: 캠 센서 110: 캠 (흡기 캠 및 배기 캠)
200: 크랭크 샤프트 포지션 센서 210: 센서 휠
220: 투스 230: 미싱 투스
300: 캠 신호 처리부 400: 크랭크 샤프트 신호 처리부
500: 엔진 동기화부 600: 연료 펌프
700: 인젝터 800: 점화 플러그(가솔린 엔진의 경우)

Claims

크랭크 샤프트에 설치된 투스(tooh) 및 미싱 투스(missing tooth)를 감지하는 크랭크 샤프트 포지션 센서로부터의 투스 검출 신호를 이용하여 크랭크 샤프트 위치를 검출하여 크랭크 샤프트 동기화를 처리하는 크랭크 샤프트 신호 처리부,
엔진 회전축과 연동되는 흡기 캠과 배기 캠의 회전각에 대응되는 에지를 검출하는 캠 센서로부터의 캠 신호를 캠의 위치를 검출하여 캠 동기화를 처리하는 캠 신호 처리부
상기 크랭크 샤프트 신호 처리부와 상기 캠 신호 처리부로부터의 크랭크 샤프트 동기화 및 캠 동기화 처리 결과를 이용하여 엔진을 동기화하는 엔진 동기화부를 구비하고,
상기 캠 신호 처리부에서는, 엔진이 정지하기 직전의 상기 흡기 캠 또는 상기 배기 캠의 에지를 검출하여 이를 저장하고, 엔진의 재시동 시에 저장된 캠 에지와 엔진의 재 시동 후에 최초로 검출된 캠 에지를 이용하여 상기 캠 동기화를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 캠 신호 처리부는,
엔진의 구동 중 상기 흡기 캠 및 상기 배기 캠 센서로부터 전달되는 캠 신호에서 반복하여 검출되는 캠 에지마다 고유 번호를 부여하고, 엔진의 재시동 시에 최초로 검출되는 캠 에지의 번호를, 엔진이 정지하기 직전에 저장된 캠 에지 번호에 1을 더한 값으로 하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 캠 신호 처리부는,
상기 저장된 캠 에지와 상기 최초로 검출된 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보로부터 캠 신호의 전압 레벨 및 레벨 길이를 특정함으로써 현재의 캠 위치를 확정하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 캠 신호 처리부에서는, 상기 엔진의 재시동 시에 상기 흡기 캠과 상기 배기 캠 중 먼저 에지가 검출되는 캠의 캠 신호를 이용하여 캠 동기화를 실시하는 엔진 동기화 장치.
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,
엔진의 정지 시에 마지막으로 검출된 캠의 에지에 관한 정보와, 엔진의 재시동 시에 최초로 검출된 캠의 에지에 관한 정보를 이용하여 현재의 캠의 위치를 확정하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 흡기 캠과 상기 배기 캠의 캠 센서로부터 캠 신호를 수신하는 캠 신호 수신 단계;
엔진의 구동 중 상기 캠 신호에서 반복 검출되는 캠 에지마다 고유 번호를 부여하는 캠 에지 추적 단계;
엔진의 정지 시 마지막으로 검출된 캠 에지의 고유 번호를 저장하는 캠 에지 번호 저장 단계;
엔진의 재 시동 시에 캠 신호로부터 최초로 검출된 캠 에지에, 엔진이 정지하기 직전에 저장된 캠 에지 번호에 1을 더한 값을 고유 번호로서 할당하는 캠 에지 번호 할당 단계;
상기 저장된 캠 에지와 상기 최초로 검출된 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보로부터 캠 신호의 전압 레벨 및 레벨 길이를 특정함으로써 현재의 캠 위치를 확정하는 캠 위치 확정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
청구항 6에 있어서,
엔진의 재시동 시에, 수신되는 캠 신호로부터 캠 위치를 확정할 수 있는 지 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하고, 현재 수신된 캠 신호로부터 캠 위치가 확정되지 않은 경우에, 상기 저장된 캠 에지와 상기 최초로 검출된 캠 에지의 고유 번호에 관한 정보로부터 현재의 캠 위치를 확정하는 캠 위치 확정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 캠 에지 추적 단계에 있어서,
크랭크 샤프트의 역회전이 발생하였는지 여부를 판정하는 단계를 더 포함하고,
크랭크 샤프트의 역회전이 발생한 경우 캠 에지 추적을 중지하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 캠 위치 확정 단계에 있어서, 엔진의 정지 시에 저장된 캠 에지의 고유 번호가 존재하지 않는 경우에는, 엔진의 재시동 후에 수신된 캠의 캠 신호로부터 검출되는 캠 신호의 전압 레벨 및 레벨 길이만을 이용하여 캠 위치를 확정하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 흡기 캠과 상기 배기 캠으로부터 각각 수신된 캠 신호 중 먼저 에지가 검출된 캠 신호에 근거하여, 엔진을 동기화하는 것을 특징으로 하는 엔진 동기화 방법.