KR100302787B1

KR100302787B1 - 엔진실화검출방법

Info

Publication number: KR100302787B1
Application number: KR1019970080125A
Authority: KR
Inventors: 정영교
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1997-12-31
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2001-11-22
Also published as: KR19990059911A

Abstract

차량의 운행중 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소센서의 신호 변동율을 이용하여 엔진의 실화를 검출하는 엔진 실화 검출방법에 관한 것으로, 차량의 운행중 발생되는 배기가스중의 산소 농도를 검출하는 산소센서의 신호를 미분하여 변동율을 분석하여 최대값과 최소값에 이르는 변화폭을 검출한 뒤, 그 변동율 변화폭과 설정된 기준값을 비교하여 기준값보다 큰 구간이 2번 이상 발생하면 엔진 실화가 발생한 것으로 판단하며, 그 변동율 변화폭의 값이 최대인 구간에서 변동율의 값이 최대에서 0이 될 때 즉, 산소센서의 신호값이 최대일 때의 크랭크 각도를 검출하여, 실린더 위치 신호로부터의 상대적인 위치에 따라 실화 발생 실린더를 판별함으로써, 별도의 센서없이 외부로부터의 차량 부하 조건 즉, 외부 도로 조건의 변화에 상관없이 항상 정확한 실화 판단을 할 수 있을 뿐만 아니라 고속, 저부하 운행 상태에서도 정확한 실화 판단을 할 수 있으며, 엔진 운전 조건 변화에 따른 전체적인 공연비 변화에도 영향을 받지 않고 정확한 실화 판단을 할 수 있다.

Description

엔진 실화 검출방법

본 발명은 엔진 실화 검출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 운행중 배기가스중의 산소농도를 검출하는 산소센서의 신호 변동율(미분값)을 이용하여 엔진의 실화(점화 불량)를 검출하는 엔진 실화 검출방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진의 실화는 연료 공급 계통의 고장으로 인한 혼합비의 이상과 연료의 옥탄가, 점화 계통의 고장으로 인한 점화시기의 이상 등에 의해 발생되며, 차량 운행중 엔진 실화가 발생되면 엔진 동작이 불안정해지며 엔진 출력이 저감됨과 동시에, 더 나아가 불완전 연소로 인하여 배기가스중의 유해 성분이 증가된다.

그리고, 실화 발생시, 미연 탄화수소 배출량이 급격히 상승하여, 약 2% 정도만의 실화만으로도 미연 탄화수소 배출량이 규제치의 1.5배 이상 증가하게 된다. 그리고 약 5% 이상되게 되면, 엔진 배기 시스템에 배출가스 저감을 위하여 장착하는 촉매가 녹아버리는 현상도 발생한다. 이에 따라 미국 캘리포니아주 대기 보건국에서는 1993년 OBD-Ⅱ(On-Board Diagnostics Ⅱ ; 자기진단)라는 법규를 제정하였는 데, 이 법규에서 실화를 엔진 제어 장치(ECU)에서 감지하도록 하여, 실화가 발생하여 실화 발생율이 유해 배출가스를 규제치 대비 1.5배 이상 증가시킬 정도가 되면 "CHECK ENGINE" 경고등을 점등시키도록 하고 있다. 이에 따라 여러 자기 방법의 실화감지 기술이 개발되고 있다. 또한, OBD-Ⅱ 법규에서는 실화 발생율이 일정 기준 이상일 경우, 경고등을 점등시키도록 되어 있으므로, 실화 발생 회수를 카운트할 필요가 있다.

이와 같은 차량 운행중의 엔진 실화를 판단하기 위하여, 종래에는 크랭크 각속도 변화를 측정하여 간접적으로 엔진 실화를 감지하였는데, 그 방법을 도 5와 도 6a, 도 6b를 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 종래의 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 크랭크샤프트(1)의 플라이 휠(2)측에 원주상에 홀이 형성된 센서 휠(3)과, 센서 휠(3)의 홀 회전에 따른 소정 주기의 신호를 출력하는 크랭크 각속도 센서(4)와, 크랭크 각속도 센서(4)의 신호를 분석하여 엔진 실화를 검출하는 ECU(5)로 이루어진다.

차량의 운행중 크랭크샤프트(1)의 회전과 연동하여 회전하는 센서 휠(3)의 홀 이동을 크랭크 각속도 센서(4)에서 검출하여 도 6a와 같은 소정의 주기 신호를 출력하면 ECU(5)는 측정된 각속도나 그 각속도에 의해 계산된 토크 파형에 관한 정보를 이용하여 도 6b와 같이 각 신호를 변환한다. 그리고 엔진 속도와 부하에 대해 미리 결정된 기준값과 비교하여, 그 값보다 크면 실화로 판단하고, 그 이하이면 정상 연소라고 판단한다.

이와 같은 종래의 방법에서는, 엔진이 정상 연소를 하고 있어도 외부도로 조건이 거친 도로 조건이 되거나, 고속 저부하 영역에서는 검출되는 크랭크 각속도 신호값이 설정된 기준값보다 커지는 경우가 발생되어 정확한 실화 구분이 어려워진다. 따라서 이 방법에서는 도로 조건 및 운행 조건을 판정하는 별도의 센서가 필요하다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 별도의 센서 없이 산소 센서의 신호 변동율을 이용한 직접적인 방법으로 엔진 실화를 검출하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 동작 순서도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 검출되는 산소 센서 신호의 변동율을 도시한 파형도이고,

도 4는 본 발명의의 일 실시예인 엔진 실화 검출방법에서 실화가 발생된 실린더를 판별하는 방법을 설명하기 위한 신호 파형도이고,

도 5는 종래의 엔진 실화 검출장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 6a와 6b는 종래의 엔진 실화 검출방법을 설명하기 위한 크랭크 각속도를 나타낸 신호 파형도이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량 운행중의 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각 검출수단과, 차량 운행중 엔진에서 점화가 일어나는 위치의 실린더를 검출하는 실린더 위치 검출수단과, 차량 운행중 발생되는 배기가스중의 산소농도를 검출하는 산소 농도 검출수단과, 상기 산소 농도 검출수단의 신호 변동율을 분석하여 실화를 판단하며, 상기 크랭크 각 검출수단과 실린더 위치 검출수단, 산소 농도 검출수단의 신호를 분석하여 엔진 실화 및 실화가 발생된 실린더를 판별하는 실화 판단수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 차량의 운행중 발생되는 배기가스중의 산소농도를 검출하는 산소센서의 신호를 검출되는 크랭크 각에 따라 미분하여 변동율을 검출하는 단계와; 상기 산소센서의 신호 변동율에서 최대값에서 최소값에 이르는 변화폭을 검출하는 단계와; 상기 검출된 산소센서 신호 변동율의 변화폭을 설정된 기준값과 비교하여 엔진 실화 발생을 판단하는 단계와; 상기 단계에서 엔진 실화가 발생한 것으로 판단되면 실화가 발생된 실린더의 위치를 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에서 엔진 실화의 판단은 산소센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값 보다 커지는 구간이 2번 이상 발생하면 엔진 실화로 판단하는 것이 바람직하다.

상기에서 실화 발생 실린더의 위치 판단은 산소센서 신호 변동율의 변화폭이 기준값 이상이며, 그 변화폭이 최대값인 구간에서 산소센서 신호 변동율이 최대값에서 0이 될 때의 크랭크 각도를 검출하여, 실린더 위치 신호로부터의 상대적인 위치에 따라 실화 발생 실린더를 판별하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출장치는 크랭크 각 센서(10)와 실린더 위치 검출 센서(20), 산소 센서(30), ECU(40)로 이루어진다.

크랭크 각 센서(10)는 크랭크 축에 연결된 센서 휠의 원주상에 60개의 기어산이 형성되어 있고, 센서 휠의 회전에 따라 각 기어산으로부터 신호를 얻어내는 마그네틱 픽업 타입의 홀 센서가 형성되어 있어, 크랭크 각 6°단위로 1개씩의 펄스 신호를 생성하며, 센서 휠의 기어산 중 크랭크 각 기준점을 검출하기 위한 미싱(missing) 기어산 부분이 형성된 것으로, 차량의 운행중 크랭크 각도를 검출하여 그에 따른 소정의 펄스 신호를 출력한다.

실린더 위치 검출 센서(20)는 크랭크 각 센서(10)만으로는 4기통 기관에서 1-3-4-2번 실린더 순서로 점화되는 경우, 1번 실린더가 점화인지, 4번 실린더가 점화인지 구분할 수 없으므로, 이를 위하여 캠 샤프트에 1개의 기어산을 형성하고, 이를 감지하기 위한 마그네틱 픽업 타입의 홀 센서를 형성한 것으로, 차량의 운행중 점화되는 실린더를 판별하여 그에 따른 소정의 펄스 신호를 출력한다.

산소센서(30)는 차량의 배기 매니폴드에 설치되어, 배기가스중의 산소농도에 부저항 특성 즉, 배기가스중의 산소농도가 낮으면 센서 신호의 전압이 상승하고, 배기가스 중에 산소농도가 높아지면 센서 신호의 전압이 하강하는 것으로, 차량의 운행중 배기가스중의 산소농도를 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.

ECU(40)는 상기 크랭크 각 센서(10), 실린더 위치 검출 센서(20) 및 산소센서(30)의 신호를 분석하여, 차량의 운행중 발생되는 엔진 실화를 검출함과 동시에, 엔진 실화가 발생된 실린더를 판별한다.

상기와 같이 구성된 엔진 실화 검출장치에서, 본 발명의 일 실시예인 엔진 실화 검출방법을 도 2 내지 도 4를 참조로 하여 상세히 설명한다.

차량의 운행중 크랭크 각 센서(10)와 실린더 위치 검출 센서(20), 산소 센서(30)에서 각각 크랭크 각도, 연소가 일어나는 실린더의 위치, 배기가스중의 산소농도를 검출하여(S10, S20, S30) 도 3과 같은 소정의 신호를 출력하면, ECU(40)는 크랭크 각 센서(10)와 실린더 위치 검출 센서(20) 신호의 조합에 의해 실린더 위치 검출 센서(20)의 신호를 기준으로 크랭크 각 센서(10)의 신호에 따라 크랭크 각도를 검출하여 각 실린더별 크랭크 각도를 검출하므로써 점화가 일어나는 실린더를 판별한다. 이와 동시에, ECU(40)는 크랭크 각 센서(10)의 신호에 따라 크랭크 각도 1°단위로 산소 센서(30)의 신호(a)를 샘플링한다. 그리고 필터링을 통해 샘플링된 신호중의 노이즈를 제거한 다음, 크랭크 각도 1°간격으로 미분하여 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)을 검출한다(S40). 이때, 산소센서(30)의 산소농도에 따른 부저항 특성에 의해 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 배기가스중의 산소농도가 기준값보다 낮을 때에는 센싱되는 전압이 상승되고, 배기가스중의 산소농도가 기준값보다 높을 때에는 센싱되는 전압이 하강된다.

이후, ECU(40)는 검출된 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)에서 최대값에서 최소값으로 변화되는 변화폭(L1, L2)을 연산하고, 그 연산된 산소 센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭(L1, L2)을 설정된 기준값과 비교하여(S50) 기준값보다 커지는 구간이 2번 이상 발생하면 엔진 실화로 판단하고(S60), 그렇지 않으면 정상 연소라고 판단한다(S65). 이것은 엔진 실화가 발생하면, 엔진 실화에 따라 미연소된 가스가 배기가스 중에 포함되며, 그에 따라 배기가스중의 산소농도가 낮아졌다가 높아지고, 이때 산소센서(30)에서 센싱되는 전압도 급격히 상승하였다가 하강하게 된다. 따라서, 센싱된 산소센서(30)이 신호를 미분한 변동율의 변화폭도 커지기 때문이다.

이때, 엔진 실화가 발생되면 도 3 또는 도 4에서와 같이 산소 센서(30) 신호의 변동율(b)이 변화폭이 기준값보다 커지게 되는 2개의 구간이 발생하게 되는 데, 이것은 실화된 가스가 엔진 피스톤 운동에 의해 밀려나오게 되고, 이 가스중 일부가 배기 매니폴드에서 다른 실린더로부터의 정상 연소된 가스와 혼합되어 산소센서(30)에 도달함으로 인한 제 1구간(L1)과, 해당 실린더의 배기 매니폴드에 잔류하던 나머지 실화 가스가 다음 사이클에서 연소된 가스에 의해 밀려나오면서 다른 실린더로부터의 가스와 혼합되어 산소센서(30)에 도달함으로 인한 제 2구간(L2)이 중첩되어 나타나기 때문이다.

그리고, 검출되는 산소 센서(30) 신호 변동율의 변화폭(L1, L2)이 설정된 기준값보다 커서 엔진 실화로 판단되면(S60), ECU(40)는 설정된 기분값 보다 큰 산소센서(30) 신호 변동율(b)의 변화폭 (L1, L2) 중, 최대값일 때의 구간(L2)에서 산소센서(30) 신호 변동율(b)의 값이 0이 될 때의 크랭크 각 센서(10)의 신호 즉, 산소센서(30) 신호값(a)이 최대일때의 크랭크 각 센서(10)의 신호를 검출하여(S70), 실린더 위치 검출 센서(20)의 기준 신호로부터의 상대적인 위치(T)에 따라 실화가 발생된 실린더를 판별한다(S80). 즉, 도 4에서와 같이, 실린더 위치 신호로부터, 산소센서 신호 변동율의 변화폭이 최대가 되는 구간에서 신호 변동율이 최대값에서 0이 될 때의 위치 즉, 산소센서 신호값이 최대일때의 크랭크 각의 상대적인 위치(T) 를 검출하여 실화 발생 실린더를 판별한다.

이와 같이 본 발명은 배기가스중의 산소농도를 검출하는 산소센서의 신호 변동율을 이용하여 직접적인 방법으로 실화를 감지하므로 별도의 센서없이 외부로부터의 차량 부하 조건 즉, 외부 도로 조건의 변화에 상관없이 항상 정확한 실화 판단을 할 수 있을 뿐만 아니라 고속, 저부하 운행 상태에서도 정확한 실화 판단을 할 수 있으며, 엔진 운전 조건 변화에 따른 전체적인 공연비 변화에도 영향을 받지 않고 정확한 실화 판단을 할 수 있다.

Claims

차량 운행중의 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각 검출수단과; 차량 운행중 엔진에서 연소가 일어나는 위치의 실린더를 검출하는 실린더 위치 검출수단과; 차량 운행중 발생되는 배기가스중의 산소농도를 검출하는 산소농도 검출수단과; 상기 크랭크 각 검출수단과 실린더 위치 검출수단, 산소농도 검출수단의 신호를 분석하여 엔진 실화 및 실화가 발생된 실린더를 판별하는 실화 판단수단을 이용하여 엔진 실화를 검출하는 방법에 있어서,

차량의 운행중 발생되는 배기가스중의 산소농도를 검출하는 산소센서의 신호를 검출되는 크랭크 각에 따라 미분하여 변동율을 검출하는 단계와;

상기 산소 센서 신호의 변동율에서 최대값에서 최소값에 이르는 변화폭을 검출하는 단계와;

상기 검출된 산소센서 신호 변동율의 변화폭을 설정된 기준값과 비교하여 엔진 실화 발생을 판단하는 단계와;

상기 단계에서 엔진 실화가 발생한 것으로 판단되면 실화가 발생된 실린더의 위치를 판단하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
청구항 1 에 있어서, 상기 단계에서 엔진 실화의 판단은 산소센서 신호 변동율의 변화폭이 설정된 기준값보다 커지는 구간이 2번 이상 발생하면 엔진 실화로 판단하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 단계에서 실화 발생 실린더의 위치 판단은 산소센서 신호 변동율의 변화폭이 기준값 이상이며, 그 변화폭이 최대값인 구간에서 산소센서 신호 변동율이 최대값에서 0이 될 때에 크랭크 각도를 검출하여, 실린더 위치 신호로부터의 상대적인 위치에 따라 실화 발생 실린더를 판별하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.
청구항 3 에 있어서, 상기 산소센서 신호 변동율이 최대값에서 0이 될때의 크랭크 각도는 상기 산소센서의 신호값이 최대값일 때의 크랭크 각도인 것을 특징으로 하는 엔진 실화 검출방법.