KR101500395B1 - 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치 및 방법 - Google Patents

단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 기통에 장착된 연소압 센서로부터 검출된 연소압 신호와 타엔진 특정 인자를 통해 연소압 센서가 장착되지 않은 다른 기통의 연소 위상 정보를 획득함으로써 모든 기통에 대한 연소 위상을 예측하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계; 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상을 검출하는 단계; 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 시간차를 계산하는 단계; 그리고 상기 연소압 센서 장착 기통의 시간차와 상기 연소압 센서 미장착 기통의 최대 엔진 각가속도 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING COMBUSTION OF ENGINE BY ANGULAR ACCELERATION SIGNAL AND COMBUSTION DATA OF SINGLE CYLINDER}
본 발명은 엔진의 연소 위상 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 엔진의 연소를 효과적으로 제어하기 위해 단일 기통에 장착된 연소압 센서를 이용하여 연소압 신호와 타 엔진 측정 인자를 통해 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상 정보를 예측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
내연기관은 연료의 연소에 의해 발생되는 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로서, 사용하는 연료에 따라 가스 내연기관, 가솔린 내연기관, 디젤 내연기관 등으로 분류될 수 있다. 이러한 내연기관은 일반적으로 자동차, 중장비, 선박, 발전기 등에 사용되고 있다.
내연기관 중 압축착화 방식에 의해 연소가 발생되는 압축착화 내연기관은 연소에 의하여 발생된 고온 고압을 이용하여 축출력을 발생시킨다. 특히, 다기통을 갖는 압축착화 내연기관은 경우, 각 실린더가 동일한 평균 유효압력을 발생시킬 수 있도록 정밀한 제어가 요구되는데, 이는 내연기관에서 발생되는 유해 배기배출물의 발생 정도와 관련이 있을 뿐만 아니라 운전성, 연료 소비효율, 진동, 소음 등에 많은 영향을 미치기 때문이다.
한편, 이러한 압축착화 내연기관은 불꽃면에 아직 도달되지 않은 미연 혼합기의 자연 발화로 인해 비정상적 연소 과정, 즉 노킹이 발생될 수 있다. 오래 지속되는 노킹은 열부하의 증가 및 압력파의 발생으로 인해 연소실의 부품을 손상시킬 수 있다.
내연 기관의 노킹 경향에 영향을 미치는 중요한 파라미터는 점화 시점이다. 연소실에 있는 연료 공기 혼합기가 너무 일찍 점화되면, 노킹 연소가 발생한다. 따라서 내연 기관에서 노킹 과정이 검출된 후, 뒤따르는 연소시에 노킹을 방지하는 가능한 조치로서 점화 시점을 뒤로 미루는 방법이 있다. 그러나, 너무 늦은 점화는 효율 손실을 일으키므로, 내연 기관에서는 노킹 연소의 발생 여부를 검출하기 위한 노킹 제어 장치가 사용된다.
노킹 제어는 연소의 안정성 확보와 내연기관의 손상을 방지하기 위하여 최대로 안전하게, 그리고 최대 효율을 얻기 위해서는 높은 정확도로 실시되어야 한다. 이 때문에 연소의 안정성 확보 및 유해 배기 가스 배출량 저감을 위하여 연소 위상 제어에 대한 필요성이 점차 증가하고 있다.
일반적으로 연소 위상 제어를 위한 방법으로는 연소실 내의 압력과 열발생량을 구하는 수식을 이용하여 총 열발생량을 구하고, 총 열발생량의 특정지점을 이용하여(예를 들면 총 열발생량의 50%: MFB50) 연소 위상을 검출하는 방법이 사용되고 있다.
상기한 열발생량 분석 방법을 수행하기 위하여 연소실 내의 압력을 구하기 위한 연소압 센서가 엔진 기통에 장착되게 된다. 그런데 하나의 기통에 연소압 센서를 장착하는 경우에는 연소압 센서가 장착되지 않은 다른 기통들에 대한 연소 위상 정보를 정확히 알지 못하여 상기 다른 기통들의 연소 현상이 악화될 수 있으며, 모든 기통에 연소압 센서를 장착하는 경우에는 비용이 증가한다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 하나의 기통에 장착된 연소압 센서로부터 검출된 연소압 신호와 타엔진 특정 인자를 통해 연소압 센서가 장착되지 않은 다른 기통의 연소 위상 정보를 획득함으로써 모든 기통에 대한 연소 위상을 예측하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법은 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계; 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상을 검출하는 단계; 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 시간차를 계산하는 단계; 그리고 상기 연소압 센서 장착 기통의 시간차와 상기 연소압 센서 미장착 기통의 최대 엔진 각가속도 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계는 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 최대 연소 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점을 계산할 수 있다.
상기 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격은 기계적 공차를 배제하기 위해 오버런 구간에서의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 보정될 수 있다.
상기 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계는 상기 보정된 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 이용하여 시간 변화율 인자를 도출하고, 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로부터 최대 엔진 각가속도 지점을 계산할 수 있다.
상기 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계는 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 1차로 검출하고, 최소 지점과 최소 지점의 설정 시간 전의 시간 변화율 인자 및 최소 지점의 설정 시간 후의 시간 변화율 인자의 3개의 값을 이용한 2차 곡선을 도출하여 2차 곡선의 최소값 위치를 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로 지정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치는 엔진의 연소 위상을 측정하기 위하여 어느 하나의 엔진 기통에 장착된 연소압 센서 및 크랭크축에 장착된 크랭크축 위치 센서(CPS)를 포함하는 측정부; 상기 측정부로부터 측정된 신호를 입력 받아 엔진 전 기통의 연소 위상을 예측하는 엔진 제어기(ECU); 그리고 상기 ECU로부터 전달된 신호에 기초하여 연료 분사량 및 연료 분사 시기를 조절하는 인젝터;를 포함할 수 있다.
상기 엔진 제어기(ECU)는 연소압 센서 장착된 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 시간차를 계산하고, 그 시간차와 연소압 센서 미장착 기통의 최대 엔진 각가속도 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측할 수 있다.
상기 측정부는 연소압 센서가 장착된 기통의 연소 위상을 검출할 수 있으며, 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 각 기통별 폭발 행정시 최대 연소 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점을 계산할 수 있다.
상기 측정부는 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격의 기계적 공차를 배제하기 위해 오버런 구간에서의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 상기 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 보정할 수 있다.
상기 측정부는 보정된 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 이용하여 시간 변화율 인자를 도출하고, 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로부터 최대 엔진 각가속도 지점을 계산할 수 있다.
상기 측정부는 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 1차로 검출하고, 최소 지점과 최소 지점의 설정 시간 전의 시간 변화율 인자 및 최소 지점의 설정 시간 후의 시간 변화율 인자의 3개의 값을 이용한 2차 곡선을 도출하여 2차 곡선의 최소값 위치를 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로 지정할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하나의 기통에 장착된 연소압 센서를 이용하여 연소압 센서가 장착되지 않은 다른 기통들을 포함한 전 기통의 연소 위상 정보를 예측할 수 있어 정밀도 높게 연소 상태를 진단할 수 있으며, 연소실 및 사이클 간 분사 및 점화 지연시간 등을 보정하는 것이 가능하고 배기가스 배출 저감 및 연소 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법을 나타내는 제어 흐름도이다.
도 3은 엔진의 각 기통별 최대 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하기 위하여 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 검출하는 과정을 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치는 적어도 하나 이상의 기통을 포함하는 엔진(100)에서 각 기통(110)의 연소 위상을 예측한다. 적어도 하나 이상의 기통에는 흡기 밸브가 장착되어 공기 또는 공기와 연료의 혼합물을 상기 기통 내의 연소실로 흡입하고, 공기와 연료의 혼합물은 상기 연소실 내에서 연소되며 에너지를 발생시킨다. 또한, 상기 적어도 하나 이상의 기통에는 배기 밸브가 장착되어 혼합물이 타고 남은 배기 가스를 배기 장치를 통해 차량의 외부로 배출한다.
상기 각 기통에는 피스톤과, 이에 연결된 커넥팅 로드가 구비되어 혼합물의 연소 과정에서 발생된 에너지는 크랭크축(120)으로 전달된다.
크랭크축(120)은 크랭크 케이스 내에 설치되어 각 기통의 폭발 행정에서 받는 피스톤의 힘을 회전 운동으로 바꾸어 엔진(100)의 회전력을 외부에 전달하고 흡입, 압축, 배기의 행정에서는 피스톤에 운동을 전달한다.
이러한 엔진(100)의 연소 위상을 예측하는 연소 위상 예측 장치는 측정부(150),엔진 제어 유닛(200), 그리고 인젝터(300)를 포함한다.
측정부(150)는 엔진의 특정 기통의 연소압을 측정하여 연소 위상을 검출하고, 엔진의 각 기통(110)의 최대 연소 압력 지점을 검출하는 것으로, 연소압 센서(130)와 크랭크축 위치 센서(140)를 포함한다.
연소압 센서(130)는 엔진 실린더의 연소 압력을 측정하는 센서로서 엔진 연소실 내의 연소 상태에 따른 연소 압력을 압전 소자 등으로 측정하여 그에 대한 전기적 신호를 출력하는 센서일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 측정부(150)는 연소압 센서(130)가 장착된 기통의 연소 압력을 지속적으로 측정하여 연소 위상(MFB50)을 검출할 수 있다. MFB50(Mass Fraction Burnt 50%)이란 엔진 기통의 연소실 내로 흡입된 공기와 연료의 혼합물이 연소되어 발생시키는 총 열에너지 발생량의 50%가 되는 지점을 의미한다. 상기 측정부(150)가 검출하는 연소 위상(MFB50)은 다양한 종래 기술들로부터 여러 가지 방법으로 측정될 수 있다.
크랭크축 위치 센서(140)는 엔진의 크랭크축 회전 각도 또는 회전 위치를 검출하는 센서로서 크랭크 각도를 검출하여 ECU(200)로 CPS(Crankshaft Position Sensor) 신호를 전달한다. 상기 크랭크축 위치 센서(140)는 크랭크축의 회전각을 직접 검출하는 방식과 배전기의 회전 위치에서 추정하는 방식 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 크랭크축 위치 센서(140)는 엔진의 각 기통(110)의 최대 연소 압력 지점을 검출할 수 있다. 엔진 기통(110)의 최대 연소 압력 지점이란 피스톤을 아래 방향으로 가속하는 힘이 최대가 되는 각가속도 최대 지점을 의미할 수 있다. 따라서 크랭크축 위치 센서(140)는 CPS 신호를 통해 최대 엔진 각가속도 지점을 계산함으로써 최대 연소 압력 지점을 검출한다.
상기 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하기 위하여 측정부(150)는 크랭크축 위치 센서(140)가 출력하는 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정할 수 있다. 엔진(100)의 폭발 행정으로 얻은 힘은 크랭크축의 회전 운동으로 바꾸어 크랭크축에 장착된 플라이 휠(Fly wheel)을 회전시킨다. 따라서 크랭크축 위치 센서(140)가 출력하는 CPS 신호는 플라이 휠의 기어(gear)에 의해 일정한 톱니 파형(tooth)을 가지게 되므로, 측정부(150)는 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 최대 엔진 각가속도 지점을 계산한다.
상기 측정부(150)가 측정하는 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격은 기계적 공차를 배제하고 정확도를 향상시키기 위해 오버런(overrun) 구간에서의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 보정될 수 있다.
또한, 상기 측정부(150)는 상기 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하기 위하여 보정된 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격에서 시간 변화율 인자를 도출하고, 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 계산한다.
상기 시간 변화율 인자는 최소일 때 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격이 감소하는 것을 의미하므로, 최대 엔진 각가속도 지점은 시간 변화율 인자가 최소값을 가지는 지점이 될 수 있으며, 다음과 같은 수식에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112013111510917-pat00001
Figure 112013111510917-pat00002
위의 수식에서 α는 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 변화율 인자를 의미하며, t는 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 의미한다.
엔진 제어 유닛(200)은 상기 측정부(150)로부터 연소압 센서가 장착된 기통의 연소 위상(MFB50)과 각 기통별 폭발 행정시 최대 연소 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점을 전달 받는다.
상기 엔진 제어 유닛(200)은 먼저 연소압 센서가 장착된 기통의 연소 위상과 그 기통의 최대 연소 압력 지점의 시간차를 계산한다. 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 압력 지점의 시간차는 크랭크 축의 각도 차이로부터 계산될 수 있다.
이후, 상기 엔진 제어 유닛(200)은 상기 계산된 시간차와 연소압 센서 미장착 기통의 최대 연소 압력 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측한다.
상기 크랭크 축의 각도 차이로부터 계산된 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 압력 지점의 시간차는 엔진 기통별 연료 분사 전략과 공급되는 혼합기의 조성이 유사하므로 기통별로 유사할 수 있다.
또한, 상기 엔진 제어 유닛(200)은 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상 정보를 포함한 엔진의 모든 기통의 연소 위상 정보를 이용하여 인젝터(300)의 연료 분사량 및 연료 분사 시기를 제어한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 엔진 제어 유닛(200)은 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
인젝터(300)는 솔레노이드 밸브가 내장된 연료 분사 노즐로서, 상기 엔진 제어 유닛(200)으로부터 출력된 분사 신호에 의해 전류가 흐를 때만 솔레노이드 밸브가 열려 연료가 분사된다.
상기 인젝터(300)는 엔진 제어 유닛(200)에서 예측한 엔진의 모든 기통의 연소 위상 정보에 기초한 연료 분사 신호에 따라 연료 분사량 및 연료 분사 시기를 조절한다. 이에 따라, 보다 정확하게 연소 상태를 진단할 수 있어 연소의 안정성을 확보할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 3을 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법을 나타내는 제어 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법은 엔진(100)의 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계(S100), 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상을 검출하는 단계(S200), 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 시간차를 계산하는 단계(S300), 연소압 센서 장착 기통의 시간차와 연소압 센서 미장착 기통의 최대엔진 각가속도 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측하는 단계(S400)를 포함한다.
단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법은 측정부(150)가 엔진의 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계를 수행하는 것에서 시작한다(S100).
이 때 앞에서 언급한 바와 같이, 상기 엔진(100)의 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점은 피스톤을 아래 방향으로 가속하는 힘이 최대가 되는 최대 연소 압력 지점이 최대 엔진 각가속도 지점이 될 수 있다. 최대 연소 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점은 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 계산한다.
상기 측정부(150)는 측정한 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 오버런 구간에서의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 보정할 수 있으며, 상기 보정된 CPS 신호의 시간 간격에 따른 시간 변화율 인자를 도출할 수 있다.
또한, 상기 측정부(150)는 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 1차로 검출하고, 최소 지점과 최소 지점의 설정 시간 전의 시간 변화율 인자 및 최소 지점의 설정 시간 후의 시간 변화율 인자의 3개의 값을 이용한 2차 곡선을 도출하여 2차 곡선의 최소값 위치를 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로 지정하여 최대 엔진 각가속도 지점을 계산할 수 있다.
도 3은 엔진의 각 기통별 최대 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하기 위하여 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 검출하는 과정을 나타내는 그래프이다.
도 3의 첫 번째 그래프는 어느 하나의 엔진 기통(110) 내 연소 압력을 나타내는 그래프이다. 연소 압력이 최대치인 지점이 기통(110)의 최대 연소 압력 지점이고, 연소압 센서가 장착된 기통인 경우에는 그 기통의 연소 위상을 검출할 수 있으며, 최대 연소 압력 지점과 연소 위상의 시간차도 계산할 수 있다.
도 3의 두 번째 그래프는 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 나타내는 그래프이다. 상기 CPS 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격은 크랭크축에 장착된 플라이 휠(Fly wheel)의 기어에 따라 회전각도가 6도 단위로 측정된 값일 수 있다.
또한, 도 3의 세 번째 그래프는 상기 S100 단계에서 측정부(150)가 엔진(100)의 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하기 위하여 각가속도 인자를 나타낸 그래프이고, 네 번째 그래프는 상기 세 번째 그래프의 각가속도 인자값으로부터 도출한 시간 변화율 인자값을 나타내는 그래프이다.
도 3의 네 번째 그래프에 도시된 바와 같이, 측정부(150)는 엔진 기통(110)의 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 정확하게 검출하기 위하여 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 1차로 검출한다. 이후, 상기 최소 지점과 최소 지점의 설정 시간 전의 시간 변화율 인자 및 최소 지점의 설정 시간 후의 시간 변화율 인자의 3개 값을 이용하여 도 3의 네 번째 그래프에 점선으로 표시된 2차 곡선을 도출하고, 상기 2차 곡선의 최소값 위치를 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로 지정할 수 있다.
상기와 같이, 측정부(150)는 2차 곡선의 최소값인 시간 변화율 인자가 최소 지점으로부터 엔진(100)의 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산할 수 있다.
그 이후, 측정부(150)는 연소압 센서가 장착된 기통의 연소 위상을 검출한다(S200).
측정부(150)가 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상을 검출하면, 상기 S100 단계에서 계산한 최대 엔진 각가속도 지점과 비교하여 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 시간차를 계산한다(S300).
상기 시간차는 앞에서 언급한 바와 같이 연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 크랭크 축 각도 차이로부터 계산될 수 있다.
상기 S300 단계에서 연소압 센서 장착 기통의 시간차가 계산되면, 엔진 제어 유닛(200)은 그 시간차와 상기 S100 단계에서 계산된 연소압 센서 미장착 기통의 최대 엔진 각가속도 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측한다(S400).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면 단일 기통에 장착된 연소압 센서만으로 연소압 센서 미장착 기통을 포함한 엔진의 모든 기통의 연소 위상 정보를 예측할 수 있어 엔진 기통별 연소 상태를 정확하게 진단할 수 있다. 또한 엔진 제어 유닛(200)은 인젝터(300)가 적절한 분사 시기에 적절한 연료 분사량이 분사되도록 제어할 수 있어 배기가스 배출을 줄일 수 있고 연료 소비효율을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진
110: 엔진 기통
120: 크랭크축
130: 연소압 센서
140: 크랭크축 위치 센서(CPS)
150: 측정부
200: 엔진 제어 유닛(ECU)
300: 인젝터

Claims (12)

  1. 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계;
    연소압 센서 장착 기통의 연소 위상을 검출하는 단계;
    연소압 센서 장착 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 시간차를 계산하는 단계; 그리고
    상기 연소압 센서 장착 기통의 시간차와 상기 연소압 센서 미장착 기통의 최대 엔진 각가속도 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측하는 단계;
    를 포함하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계는 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 최대 연소 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격은 기계적 공차를 배제하기 위해 오버런 구간에서의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 보정되는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계는 상기 보정된 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 이용하여 시간 변화율 인자를 도출하고, 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로부터 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 엔진 각 기통별 폭발 행정시 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 단계는 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 1차로 검출하고, 최소 지점과 최소 지점의 설정 시간 전의 시간 변화율 인자 및 최소 지점의 설정 시간 후의 시간 변화율 인자의 3개의 값을 이용한 2차 곡선을 도출하여 2차 곡선의 최소값 위치를 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로 지정하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 방법.
  6. 엔진의 연소 위상을 측정하기 위하여 어느 하나의 엔진 기통에 장착된 연소압 센서 및 크랭크축에 장착된 크랭크축 위치 센서(CPS)를 포함하는 측정부;
    상기 측정부로부터 측정된 신호를 입력 받아 엔진 전 기통의 연소 위상을 예측하는 엔진 제어기(ECU); 그리고
    상기 ECU로부터 전달된 신호에 기초하여 연료 분사량 및 연료 분사 시기를 조절하는 인젝터;
    를 포함하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔진 제어기(ECU)는 연소압 센서 장착된 기통의 연소 위상과 최대 엔진 각가속도 지점의 시간차를 계산하고, 그 시간차와 연소압 센서 미장착 기통의 최대 엔진 각가속도 지점을 이용하여 연소압 센서 미장착 기통의 연소 위상을 예측하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 측정부는 연소압 센서가 장착된 기통의 연소 위상을 검출하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 측정부는 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 각 기통별 폭발 행정시 최대 연소 압력 지점인 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 측정부는 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격의 기계적 공차를 배제하기 위해 오버런 구간에서의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 측정하여 상기 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 보정하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 측정부는 보정된 크랭크축 위치 센서(CPS) 신호의 톱니 파형(tooth)간 시간 간격을 이용하여 시간 변화율 인자를 도출하고, 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로부터 최대 엔진 각가속도 지점을 계산하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점을 1차로 검출하고, 최소 지점과 최소 지점의 설정 시간 전의 시간 변화율 인자 및 최소 지점의 설정 시간 후의 시간 변화율 인자의 3개의 값을 이용한 2차 곡선을 도출하여 2차 곡선의 최소값 위치를 상기 시간 변화율 인자가 최소인 지점으로 지정하는 것을 특징으로 하는 단일 기통 연소 위상 정보와 각가속도 신호를 이용한 엔진의 연소 위상 예측 장치.
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