KR101567981B1 - 연료 증발가스의 누설 진단장치 및 방법 - Google Patents

연료 증발가스의 누설 진단장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

연료 증발가스의 누설 진단장치 및 방법을 개시한다.
차량 연료시스템에서 연료 증발가스의 누설을 진단하기 위한 기술로써, 차량 주행 중 기 설정된 조건정보를 만족하는 경우, 캐니스터 퍼지밸브를 제어하고, NVLD(Natural Vacuum Leakage Detection) 모듈 내에 구비된 압력 스위치의 스위치 상태정보에 근거하여 연료 증발가스의 누설에 대한 진단정보를 생성함으로써, 주행 중 연료 증발가스의 누설을 진단할 수 있는 연료 증발가스의 누설 진단장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

연료 증발가스의 누설 진단장치 및 방법{Method and Apparatus for Detecting Leakage of Fuel Evaporative Gas}
본 실시예는 연료 증발가스의 누설을 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
차량의 사용량이 증가하고 보유대수가 늘어남에 따라 차량의 성능이나 안전성 이외에 환경 문제를 고려하게 되었다. 환경 문제에 있어 원인을 제공하는 요인 중 차량으로 인한 공해 문제가 큰 비중을 차지하고 있으며, 최근 들어 자동차 보유 대수의 증가에 따른 차량의 공해 문제 발생을 규제하는 OBD-II(On-Board Diagnostics-II)의 규정 역시 강화되고 있다.
차량의 배출가스는 머플러를 통해 배출되는 연소 가스 이외에 연료탱크에서 엔진에 이르는 연료계, 크랭크 케이스로부터 배출되는 미연소 가스와 차량의 연료 탱크에 저장되어 있는 연료가 외부 온도의 높아짐에 따라 증발하는 연료 증발가스가 있다.
연료탱크에서의 연료 증발가스는 탄화수소로 구성되어 있어 대기중으로 배출되면 오존층을 파괴하는 등의 대기오염을 유발시키는 물질로 작용하므로, 차량에서는 연료의 증발로 인해 발생되는 연료 증발가스를 캐니스터(Canister)에 포집하여 저장하고, 엔진이 시동되어 냉각수의 온도와 엔진 회전수가 일정 수준에 도달하게 되면 캐니스터에 저장하고 있는 연료 증발가스를 엔진으로 유입시켜 연소될 수 있도록 하고 있다. 차량 연료시스템에서 연료 증발가스는 밸브 고장, 배관 파손, 센서 및 스위치 고장 등의 다양한 이유로 인해 누설이 발생할 수 있다. 최근에는 이러한 연료 증발가스의 누설을 진단하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
누설 진단 시스템에는 진공 방식, 가압 방식, 침투 방식 등의 다양한 방식이 존재하고, 누설 진단 시스템 중 NVLD(Natural Vacuum Leakage Detection) 을 이용한 시스템은 차량이 수시간 정지해 있는 동안 외부기온 변화에 따른 탱크 내 압력 변화를 감지하여 약 0.5 mm 크기의 리크를 비교적 간단하게 진단할 수 있다. 하지만, NVLD을 이용한 누설 진단 시스템은 주행 중 누설 리크를 진단할 수 없다. 다시 말해, 일반적인 NVLD을 이용한 누설 진단 시스템은 NVLD 모듈의 자체 정보만으로 누설을 진단하기 위해서는 엔진 정지 시간 (예: 4 시간) 및 외부기온 변화 조건 (예: 6 °C) 등 환경 조건의 만족이 필수적이므로 차량이 주행 중에 연료 증발가스의 누설을 진단할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, 일반적인 NVLD을 이용한 누설 진단 시스템은 NVLD 모듈의 자체 정보만을 이용하여 누설을 진단함으로써, 0.5 mm 이상 크기의 누설에 대해서도 0.5 mm 누설과 동일하게 진단하는 문제점이 있다.
본 실시예는 차량 연료시스템에서 연료 증발가스의 누설을 진단하기 위한 기술로써, 차량 주행 중 기 설정된 조건정보를 만족하는 경우, 캐니스터 퍼지밸브를 제어하고, NVLD 모듈 내에 구비된 압력 스위치의 스위치 상태정보에 근거하여 연료 증발가스의 누설에 대한 진단정보를 생성함으로써, 주행 중 연료 증발가스의 누설을 진단할 수 있는 연료 증발가스의 누설 진단장치 및 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, NVLD 모듈 내에 포함된 압력 스위치의 열림 상태 또는 닫힘 상태에 대한 스위치 상태정보를 확인하는 스위치 확인부; 기 설정된 진단 활성화 조건정보에 근거하여 연료 증발가스의 누설 진단의 활성화 여부를 판단하는 조건 판단부; 캐니스터 퍼지밸브의 밸브 스위칭 동작을 제어하는 퍼지 제어부; 및 상기 스위치 상태정보에 근거하여 상기 누설 진단이 활성화된 경우, 상기 캐니스터 퍼지밸브의 제어에 따라 연료 탱크의 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지되도록 하고, 상기 내부압력의 변화에 따라 변경되는 상기 스위치 상태정보를 재확인하여 상기 연료 증발가스의 누설 발생 여부를 판단한 진단정보를 생성하는 진단 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치를 제공한다.
또한, 본 실시예의 다른 측면에 의하면, 차량의 전자 제어유닛에서 연료 증발가스의 누설을 진단하는데 있어서, 엔진 시동 시 NVLD 모듈(Natural Vacuum Leak Detection Module) 내에 포함된 압력 스위치의 상태를 확인하는 스위치 확인과정; 상기 압력 스위치가 열림 상태인 경우, 기 설정된 진단 활성화 조건정보에 근거하여 누설 진단의 활성화 여부를 판단하는 판단과정; 상기 누설 진단이 활성화된 경우, 캐니스터 퍼지밸브(CPV: Canister Purge Valve)의 동작을 제어하고, 상기 캐니스터 퍼지밸브의 동작에 근거하여 상기 압력 스위치의 상태를 재확인하는 스위치 재확인과정; 및 상기 스위치 재확인 과정에서 상기 압력 스위치의 상태에 근거하여 상기 연료 증발가스의 누설 발생 여부를 진단하여 진단정보를 생성하는 누설 진단과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 누설 진단장치는 NVLD 모듈을 이용하여 연료 증발가스의 누설을 진단함으로써, 연료 탱크 내의 압력센서, 캐니스터 차단밸브 등을 설치할 필요가 없고, 연료 시스템의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
누설 진단장치는 기 설정된 진단 활성화 조건정보를 만족하는 경우에만 누설 진단을 활성화함으로써, 차량 주행 중 연료 증발가스의 누설을 진단할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 누설 진단장치는 하이브리드(Hybrid) 및 ISG(Idle Stop and Go) 시스템이 적용된 차량에 누설 진단을 위한 별도의 아이들 구간을 설치할 필요없이 누설 진단이 가능하고, 이로 인한 연비 상승 및 비용 절감의 효과가 있다.
누설 진단장치는 차량 주행 중 정속 주행 및 연료 레벨 조건을 확인한 후 연료 증발가스의 누설을 진단함으로써, 안정적인 조건에서 누설의 크기를 구분하여 진단이 가능하고, 누설 진단의 신뢰도가 향상되도록 하는 효과가 있다.
누설 진단장치는 누설 진단을 위한 별도의 캐니스터 퍼지 밸브 열림 구동 및 퍼지 유량 목표값을 설정할 필요가 없고, 엔진 탱크의 부압을 형성한 후 압력 스위치의 재열림을 확인하는 구간 동안에만 퍼지밸브의 동작을 중지함으로써, 별도의 퍼지밸브의 구동으로 인해 운전 조작성에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 차량 연료시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 전자 제어유닛을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 연료 증발가스의 누설을 진단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 전자 제어유닛에서 연료 증발가스의 누설을 진단하는 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
본 실시예에 따른 차량 연료시스템에서 연료 증발가스의 누설을 판단하기 위한 원리의 개요는 이하와 같다.
차량 연료시스템은 NVLD 모듈 내에 포함된 압력 스위치의 열림 또는 닫힘에 대한 동작상태에 근거하여 연료 증발가스의 누설 여부를 판단할 수 있다. 압력 스위치는 연료 탱크 내부 압력이 기 설정된 기준부압 이하이면 닫힘 상태로 동작하고, 연료 탱크 내부 압력이 기 설정된 기준부압 이상이면 열림 상태로 동작한다.
차량 연료시스템은 연료 탱크 내에 부압이 형성되어 압력 스위치가 닫힘 상태로 유지되어야 하는 시점에서 압력 스위치가 열림 상태로 변경된 경우, 연료 증발가스의 누설이 있는 것으로 판단한다. 그 이유는 연료 증발가스의 누설이 있는 경우, 연료 탱크 내부 압력이 대기압을 향하여 급격히 회복되어 압력 스위치의 상태 측정 시점에서 연료 탱크 내부 압력이 기 설정된 기준부압 이상으로 지나치게 상승 되어 압력 스위치가 열렸기 때문이다.
이상의 원리를 전재로, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 차량 연료시스템을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 차량 연료시스템은 연료 탱크(110), 캐니스터(Canister, 120), 캐니스터 퍼지밸브(CPV: Canister Purge Valve, 130), NVLD 모듈(Natural Vacuum Leak Detection Module: 140), 전자 제어유닛(150) 및 엔진(160)을 포함한다.
연료 탱크(110)는 차량의 운행을 위해 내연기관에 공급되는 연료를 저장한다. 연료 탱크(110)의 내부에서는 온도상승으로 인해 연료가 증발된 연료 증발가스(탄화수소, HC)를 발생하고, 연료 증발가스를 포집하는 캐니스터(120)와 연결되어 캐니스터(120)로 연료 증발가스를 방출한다. 또한, 연료 탱크(110)는 연료를 공급하기 위해 엔진(160)과 연결된다. 여기서, 엔진(160)은 연료를 연소하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환함으로써, 차량의 동력을 발생시키는 장치이다. 엔진(160)은 연료 탱크(110)로부터 공급되는 분사 연료를 연소하기 위한 연소실을 포함하며, 연소실은 캐니스터(120)로부터 유입된 연료 증발가스를 연소한다.
캐니스터(120)는 내부에 흡착력이 강한 활성탄을 구비하고, 연료 탱크(110)에서 발생하는 연료 증발가스를 흡수 저장한다. 더 자세히 말하자면, 캐니스터(120)는 연료탱크(100)에서 증발되는 증발가스를 포집하여 대기 중으로 방출되는 것을 방지하고, 엔진(160)이 시동되면 흡기 다기관을 경유하여 기 저장된 연료 증발가스를 연소실로 유입시켜 연료와 같이 연소되도록 한다. 여기서, 캐니스터(120)는 연료 탱크(110)와 배관으로 연결되어 있고, 연료 증발가스의 유입을 조절하는 캐니스터 퍼지밸브(130)와 연결되며, 연료 탱크(110)의 압력 및 외부 기온의 변화를 측정하는 NVLD 모듈(140)과 연결된다.
캐니스터(120)는 전자 제어유닛(150)의 명령에 의해 제어되는 캐니스터 퍼지밸브(130)의 스위칭 동작에 따라 연료 증발가스를 엔진(160)의 연소실로 유입시킨다.
캐니스터 퍼지밸브(130)는 엔진(160)의 연소실과 캐니스터(120)를 연결하는 배관에 위치하고, 전자 제어유닛(150)의 제어명령에 근거하여 캐니스터(120)에 흡착된 연료 증발가스의 방출을 제어한다.
캐니스터 퍼지밸브(130)는 전자 제어유닛(150)으로부터 열림 제어명령을 수신하는 경우 퍼지밸브를 열림 상태로 스위칭하고, 전자 제어유닛(150)으로부터 닫힘 제어명령을 수신하는 경우 퍼지밸브를 닫힘 상태로 스위칭한다.
NVLD 모듈(140)은 에어필터(대기측, 202)와 캐니스터(120) 사이에 위치하여, 연료 탱크(110)의 압력 및 외부 기온의 변화를 측정한다. 본 실시예에 따른 NVLD 모듈(140)은 연료 탱크(110) 내에 과도한 진공이 형성되는 것을 방지하기 위한 진공 릴리프(Vacuum Relief, 142), 연료 탱크(110) 내에서 과도한 압력이 발생하는 것을 방지하기 위한 압력 릴리프(Pressure Relief, 144) 및 연료 탱크(110) 내 부압에 따라 열림 또는 닫힘 상태로 스위칭되는 압력 스위치(146)를 포함한다. 이러한, NVLD 모듈(140)의 구성요소는 도 2에 도시되어 있다.
NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)는 연료 탱크(110) 내부 압력이 기 설정된 기준부압 이하이면 닫힘 상태로 동작하고, 연료 탱크(110) 내부 압력이 기 설정된 기준부압 이상이면 열림 상태로 동작한다.
전자 제어유닛(150)은 차량의 전반적인 제어 및 연료 증발가스의 누설을 진단하는 동작을 수행한다. 전자 제어유닛(150)은 연료 공급 계통의 전자 제어뿐만 아니라 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 환류량, 점화 시기, 아이들링 회전 수 등에 관련된 성능을 마이크로컴퓨터를 사용해서 제어하는 장치이다. 또한, 전자 제어유닛(150)은 차량 내에서 발생할 수 있는 오류 감시기능으로서 연료 분사 제어, 점화 시기 제어, 공회전 속도 제어, EGR 제어, 연료 펌프 제어, 배기 온도 경보 제어, 자기 진단 기능 등의 자기 진단 프로그램을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 전자 제어유닛(150)은 캐니스터(120) 내의 연료 증발가스의 포집량, 연료탱크(110) 내의 압력값, 차량 상태 등과 같은 연료 제어에 관련된 파라미터들을 기초로 캐니스터 퍼지밸브(130) 및 NVLD 모듈(140)을 제어한다.
전자 제어유닛(150)은 엔진(160) 시동 직후 NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)의 상태를 확인한다. 압력 스위치(146)가 열림 상태인 경우, 전자 제어유닛(150)은 주행 중 차량 상태정보가 기 설정된 진단 활성화 조건정보를 모두 만족하는지 여부를 확인한다. 여기서, 차량 상태정보는 차량의 온도상태, 엔진상태, 연료량 상태, 속도상태 등의 주행 중인 차량의 전반적인 정보를 의미한다. 진단 활성화 조건정보는 주행 중 연료 증발가스의 누설 진단을 활성화하기 위해 관리자로부터 기 설정된 기준조건에 대한 정보로서, 예컨대, 관련 부품 상태조건, 외부기온 조건, 엔진 정지 시간 조건, 엔진 구동 시간 조건, 연료 레벨 조건, 정속 주행 조건 및 퍼지 유량 조건 등을 포함한 정보일 수 있다.
전자 제어유닛(150)은 차량 주행 중 차량 상태정보가 기 설정된 진단 활성화 조건정보를 모두 만족하며, 누설 진단을 활성화하고, 캐니스터 퍼지밸브(130)를 열림 상태로 제어한다. 캐니스터 퍼지밸브(130)가 열림 상태에서 주행이 계속되면 엔진(160)의 연소실에 형성되는 부압으로 연료 탱크(110) 내 부압이 생성되고, 연료 탱크(110) 내의 압력은 주행에 따라 점차 하강한다. 이러한 부압이 연료 탱크(110) 내에 기 설정된 기준부압에 도달하면, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 닫힘 상태로 스위칭된다.
압력 스위치(146)가 닫힘 상태로 전환된 후에도 연료 탱크(110)의 부압은 점점 하강하고, 최저 압력인 NVLD 릴리프 압력(진공 릴리프(142)에 의해 유지되는 부압)에 도달하여 그 압력을 유지하게 된다. 압력이 유지되는 일정 시간이 경과하면, 전자 제어유닛(150)은 캐니스터 퍼지밸브(130)를 닫힘 상태로 스위칭되도록 제어하여 누설 진단작업을 실시한다.
구체적으로, 전자 제어유닛(150)은 캐니스터 퍼지밸브(130)가 닫힘 상태인 밸브 패쇄시간을 측정하고, 밸브 패쇄시간이 기 설정된 임계값에 도달하는 경우, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)의 상태를 확인한다. 여기서, 기 설정된 임계 시간값은 연료 레벨 및 외부기온에 근거하여 결정된 임계값으로서, 연료 레벨 및 외부기온의 변화에 따라 변경될 수 있다.
전자 제어유닛(150)은 NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 열림 상태인 것으로 확인되는 경우, 차량 연료시스템에서 연료 증발가스의 누설이 존재하는 것으로 판단하여, 누설 발생에 대한 진단정보를 생성한다. 그 이유는 연료 증발가스의 누설이 있는 경우, 연료 탱크(110) 내부 압력이 대기압을 향하여 급격히 회복되어 압력 스위치(146)의 상태 측정 시점에서 연료 탱크(110) 내부 압력이 기 설정된 기준부압 이상으로 지나치게 상승 되어 압력 스위치(146)가 열렸다고 판단하기 때문이다. 여기서, 전자 제어유닛(150)은 누설 발생에 대한 진단정보에 따라 엔진체크 경고등(MIL)이 점등되도록 제어하여 운전자에게 차량 이상을 경고할 수 있다.
전자 제어유닛(150)은 NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 닫힘 상태인 것으로 확인되는 경우에는 차량 연료시스템에서 연료 증발가스의 누설이 존재하지 않는 것으로 판단하여, 누설 없음에 대한 진단정보를 생성한다. 그 이유는 연료 탱크(110) 내부 압력이 기 설정된 기준부압 이상으로 지나치게 상승되지 않고, 기 설정된 기준부압 이하로 유지하고 있기 때문이다.
한편, 본 실시예에 따른 전자 제어유닛(150)은 차량 연료시스템에 구비되어 연료 증발가스의 누설을 진단하는 유닛인 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 차량의 전반적인 동작을 제어하는 전자 제어유닛과 별도로 연료 증발가스의 누설을 진단하는 누설 진단장치로 구현될 수도 있다.
도 2는 본 실시예에 따른 전자 제어유닛을 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 전자 제어유닛(150)은 스위치 확인부(210), 조건 판단부(220), 퍼지 제어부(230) 및 진단 제어부(240)를 포함한다. 본 실시예에 따른 전자 제어유닛(150)의 구성요소들은 버스(Bus)를 통해 서로 연결된다. 버스는 장치 내부의 ECU(Electronic Control Unit), 노드, 모듈 등을 연결하는 통신 경로로서, CAN(Controller Area Network), RS485 버스, VME(Versa Module Eurocard) 버스, 멀티버스(Multibus) 등의 버스 시스템과 향후 구현될 차세대 버스 시스템 및 유무선의 다양한 네트워크 구조로 구현될 수 있다.
스위치 확인부(210)는 NVLD 모듈(140) 내에 포함된 압력 스위치(146)의 상태를 확인한다. 스위치 확인부(210)는 압력 스위치(146)의 열림 상태 또는 닫힘 상태에 대한 스위치 상태정보를 확인하고, 스위치 상태정보를 진단 제어부(240)로 전송한다. 진단 제어부(240)는 연료 증발가스의 누설에 대한 진단정보가 생성되도록 한다.
스위치 확인부(210)는 진단 제어부(240)로부터 스위치 확인에 대한 요청신호를 수신하는 경우, 압력 스위치(146)의 상태를 확인할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기 설정된 주기마다 자동적으로 압력 스위치(146)의 상태를 확인하고, 확인된 스위치 상태정보를 진단 제어부(240)로 전송할 수 있다.
조건 판단부(220)는 기 설정된 진단 활성화 조건정보에 근거하여 누설 진단의 활성화 여부를 판단하는 동작을 수행한다.
조건 판단부(220)는 차량 주행 중 차량 상태정보를 획득하고, 차량 상태정보가 진단 활성화 조건정보를 모두 만족하는 경우, 연료 증발가스의 누설 진단을 활성화한다. 조건 판단부(220)는 획득한 차량 상태정보가 진단 활성화 조건정보 중 적어도 하나라도 만족하지 않는 경우, 연료 증발가스의 누설 진단을 비활성화한다. 여기서, 차량 상태정보는 차량의 온도상태, 엔진상태, 연료량 상태, 속도상태 등의 주행 중인 차량의 전반적인 정보를 의미한다. 진단 활성화 조건정보는 주행 중 연료 증발가스의 누설 진단을 활성화하기 위해 관리자로부터 기 설정된 기준조건에 대한 정보로서, 예컨대, 관련 부품 상태조건, 외부기온 조건, 엔진 정지 시간 조건, 엔진 구동 시간 조건, 연료 레벨 조건, 정속 주행 조건 및 퍼지 유량 조건 등을 포함한 정보일 수 있다.
예를 들어, 조건 판단부(220)는 차량 주행 중 차량 상태정보를 획득하고, 차량 상태정보가 '관련 부품 에러 없음', '외부기온 > -10 °C', '엔진 정지 시간 > 4 시간', '엔진 구동 시간 < 20 분', '7 L < 연료 레벨 < 40 L', '│필터링된 차속 - 현재 차속│ >= 2 km/h' 및 '퍼지 유량 > 3 kg/h'인 진단 활성화 조건정보를 모두 만족하는 경우, 연료 증발가스의 누설 진단을 활성화한다.
그러나, 조건 판단부(220)는 누설 진단의 활성화된 후 차량 상태정보를 기 설정된 주기마다 확인하고, 차량 상태정보가 기 설정된 진단 취소조건에 해당하는 경우, 누설 진단을 비활성화시킨다. 여기서, 진단 취소조건은 주행 중 연료 증발가스의 누설 진단이 정상적으로 진단될 수 없을 것으로 판단되는 기 설정된 조건으로서, 예컨대, 조건 판단부(220)는 정속 주행 조건, 연료 레벨 안정 조건, 대기압 조건, 퍼지 유량 조건 중 적어도 하나의 조건이 불만족되거나, 관련 부품 에러 발생 또는 비포장 도로 진입이 확인된 경우, 누설 진단을 비활성화시킨다.
예를 들어, 조건 판단부(220)는 차량 주행 중 차량 상태정보를 획득하고, 차량 상태정보가 '│필터링된 차속 - 현재 차속│ < 2 km/h', '│필터링된 연료 레벨 - 현재 연료 레벨│ >= 5 L', '관련 부품 에러 발생', '대기압 <= 750 hPa', '휠 가속도 >= 30 ㎨' 및 '퍼지 유량 <= 3 kg/h'인 진단 취소조건 중 어느 하나에 해당하는 경우, 누설 진단을 비활성화시킨다.
퍼지 제어부(230)는 캐니스터 퍼지밸브(130)의 밸브 스위칭 동작을 제어한다.
본 실시예에 따른 퍼지 제어부(230)는 누설 진단이 활성화되는 경우, 캐니스터 퍼지밸브(130)로 열림 제어명령을 전송하여 캐니스터 퍼지밸브(130)가 열림 상태로 스위칭되도록 제어한다. 캐니스터 퍼지밸브(130)가 열림 상태에서는 차량의 주행 중 연소실에 연결된 흡기다기관에서 형성된 부압이 연료 탱크(110)로 전달되어 탱크 안에 부압이 형성되기 시작한다.
캐니스터 퍼지밸브(130)는 퍼지 적산값, 퍼지 유량, 만족 시간조건 등의 조건을 만족하는 경우 즉, 정상 주행인 경우, 계속 열림 상태를 유지하며, 연료 탱크(110) 내부의 부압은 차량의 주행에 따라 연소실의 활동과 더불어 점점 하강하게 된다.
연료 탱크(110) 내부의 부압이 기 설정된 기준부압에 도달하여 NVLD 모듈(140)의 압력 스위치(146)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 변경된 경우, 퍼지 제어부(230)는 캐니스터 퍼지밸브(130)로 닫힘 제어명령을 전송하여 캐니스터 퍼지밸브(130)가 닫힘 상태로 스위칭되도록 제어한다. 퍼지 제어부(230)는 캐니스터 퍼지밸브(130)를 일정시간 닫힘 상태로 제어하고, 이후 진단 제어부(240)에서 NVLD 모듈(140)의 압력 스위치(146)의 상태를 판단하여 연료 증발가스의 누설을 진단한다.
다음, 본 실시예의 진단 제어부(240)는 스위치 확인부(210)로부터 NVLD 모듈(140) 내에 포함된 압력 스위치(146)에 대한 스위치 상태정보를 수신하고, 스위치 상태정보에 근거하여 연료 증발가스의 누설을 진단한 진단정보를 다단계로 생성한다.
먼저, 진단 제어부(240)는 엔진(160) 시동 직후 스위치 확인부(210)로부터 수신된 스위치 상태정보를 확인한다.
다음, 진단 제어부(240)는 조건 판단부(220)에서 누설 진단이 활성화되고, 퍼지 제어부(230)에서 캐니스터 퍼지밸브(130)를 열림 상태로 제어하여 연료 탱크(110) 내에 형성된 부압이 기 설정된 기준부압에 도달하고, 기 설정된 기준부압 이하로 유지되는 동안, 스위치 상태정보를 추가로 확인한다. 만약, 압력 스위치(146)가 열림 상태이면, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 열림 고착인 것으로 진단정보를 생성한다. 그 이유는 차량의 주행이 시작되어 연료 탱크(110)의 압력이 기준부압 이하로 하강하여 압력 스위치(146)가 닫혀졌어야함에도 불구하고, 열림 상태를 유지하므로 "고착 상태"라는 스위치 상태 에러정보를 생성하기 위한 것이다.
이와 달리, 진단 제어부(240)가 압력 스위치(146)를 닫힘 상태인 것으로 판단하면, 퍼지 제어부(230)에서 캐니스터 퍼지밸브(130)를 닫힘 상태로 제어하고, 캐니스터 퍼지밸브(130)의 폐쇄시간이 기 설정된 임계시간에 도달하면, 진단 제어부(240)는 스위치 상태정보를 재확인한다. 기 설정된 임계시간은 연료 레벨 및 외부기온에 근거하여 결정된 임계값으로서, 연료 레벨 및 외부기온의 변화에 따라 수시로 변경될 수 있다.
전술한 것과 같이, 진단 제어부(240)는 열림 상태인 스위치 상태정보를 확인하는 경우, 연료 증발가스의 누설이 존재하는 것으로 판단하여, 누설 발생에 대한 진단정보를 생성하고, 닫힘 상태인 스위치 상태정보를 확인하는 경우, 증발가스의 누설이 존재하지 않는 것으로 판단하여, 누설 없음에 대한 진단정보를 생성한다.
도 3은 본 실시예에 따른 연료 증발가스의 누설을 진단하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
전자 제어유닛(150)은 엔진(160) 시동 직후 NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)의 상태를 확인한다(S310). 전자 제어유닛(150)은 압력 스위치(146)가 닫힘 상태인 경우, 차량의 연료 시스템이 밀폐되어 연료 탱크(110) 내의 압력이 기 설정된 임계 압력 이하로 유지되고 있는 것으로 판단하여 누설 진단을 수행하지 않는다.
전자 제어유닛(150)은 압력 스위치(146)가 열림 상태인 경우, 주행 중 차량 상태정보가 기 설정된 진단 활성화 조건정보를 모두 만족하는지 여부를 확인하여 누설 진단의 활성화 여부를 판단한다(S320).
단계 S320에서 주행 중 차량 상태정보가 기 설정된 진단 활성화 조건정보를 모두 만족하면, 누설 진단을 활성화하고, 전자 제어유닛(150)은 캐니스터 퍼지밸브(130)를 열림 상태로 제어한다(S330).
전자 제어유닛(150)은 캐니스터 퍼지밸브(130)가 열림 상태에서, 캐니스터 퍼지밸브(130)의 퍼지 적산값, 퍼지 유량, 만족 시간조건 등의 조건을 만족하여, 연료 탱크(110) 내부에 형성된 부압이 기 설정된 기준부압에 도달하면(S332), NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)의 닫힘 상태 여부를 확인한다(S340).
단계 S340의 확인결과, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 열림 상태이면, 전자 제어유닛(150)은 NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 열림 고착인 것으로 판단하여, 스위치 열림 고착에 대한 진단정보를 생성한다(S342).
한편, 단계 S340의 확인결과, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 닫힘 상태이면, 전자 제어유닛(150)은 캐니스터 퍼지밸브(130)를 닫힘 상태로 제어한다(S350).
전자 제어유닛(150)은 캐니스터 퍼지밸브(130)가 닫힘 상태인 밸브 패쇄시간을 측정하고(S352), 밸브 패쇄시간이 기 설정된 임계 시간값에 도달하면(S354), NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)의 상태를 확인한다(S360).
단계 S360을 확인한 결과, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 열림 상태이면, 차량 연료시스템에서 연료 증발가스의 누설이 존재하는 것으로 판단하여, 누설 발생에 대한 진단정보를 생성한다(S370).
한편, 단계 S360을 확인한 결과, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 닫힘 상태이면, 연료 탱크(110) 내의 압력이 정상이므로 전자 제어유닛(150)은 차량 연료시스템에서 증발가스의 누설이 존재하지 않는 것으로 판단하여, 누설 없음에 대한 진단정보를 생성한다(S380).
도 4는 본 실시예에 따른 전자 제어유닛에서 연료 증발가스의 누설을 진단하는 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4의 (A)구간에 도시된 바와 같이, 전자 제어유닛(150)은 엔진(160) 시동 직후 NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)의 상태를 확인(410)하고, 압력 스위치(146)가 열림 상태이면, 주행 중 차량 상태정보 및 기 설정된 진단 활성화 조건정보에 근거하여 연료 증발가스의 누설 진단을 활성화한다. 전자 제어유닛(150)은 누설 진단이 활성화되면, 캐니스터 퍼지밸브(130)를 열림 상태로 제어한다. 도 4의 (A)구간에는 자동차의 주행이 정상적으로 시작된 초기 구간으로 연료 탱크(110)의 압력은 대기압과 비슷하다.
도 4의 (B)구간에 도시된 바와 같이, 전자 제어유닛(150)은 캐니스터 퍼지밸브(130)가 열림 상태에서 주행이 계속되면 엔진(160)의 연소실에 형성되는 부압으로 인해 연료 탱크(110) 내에 부압이 형성되고, 연료 탱크(110) 내의 압력은 주행에 따라 점차 하강한다. 이러한 부압이 연료 탱크(110) 내에 기 설정된 기준부압에 도달하면, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 닫힘 상태로 스위칭된다.
압력 스위치(146)가 닫힘 상태로 전환된 후에도 연료 탱크(110)의 부압은 점점 하강하고, 최저 압력인 NVLD 릴리프 압력(진공 릴리프(142)에 의해 유지되는 부압)에 도달하여 그 압력을 유지하게 된다.
도 4의 (C)구간에 도시된 바와 같이, 전자 제어유닛(150)은 압력 스위치(146)의 상태를 확인하여 열림 상태인 경우, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)가 열림 고착인 것으로 진단정보를 생성한다.
그러나, 전자 제어유닛(150)이 압력 스위치(146)의 상태를 닫힘 상태로 판단한 경우는, 캐니스터 퍼지밸브(130)가 닫힘 상태로 전환된다.
이후, 캐니스터 퍼지밸브(130)가 닫힘 상태인 밸브 패쇄시간을 측정하고, 밸브 패쇄시간이 기 설정된 임계시간에 도달하는 경우, NVLD 모듈(140)에 포함된 압력 스위치(146)의 상태를 확인한다.
압력 스위치(146)의 상태가 정상 시스템 스위치(440) 즉, 닫힘 상태인 것으로 확인되면, 연료 증발가스의 누설이 없는 것으로 판단한다. 도 4의 (C)구간에서, 전자 제어유닛(150)은 연료 탱크(110)의 부압이 정상적인 속도로 대기압에 대응하는 압력으로 변화(452)하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 전자 제어유닛(150)은 압력 스위치(146)의 상태가 누기 시스템 스위치(442)인 것으로 확인되면, 연료 증발가스의 누설이 발생하는 것으로 판단한다. 도 4의 (C)구간에서, 전자 제어유닛(150)은 연료 탱크(110)의 부압이 비정상적인 속도로 급격하게 대기압에 대응하는 압력을 향해 변화(450)하는 것을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 연료 탱크 120: 캐니스터
130: 캐니스터 퍼지밸브 140: NVLD 모듈
146: 압력 스위치 150: 전자 제어유닛
160: 엔진
210: 스위치 확인부 220: 조건 판단부
230: 퍼지 제어부 240: 진단 제어부

Claims (21)

  1. 압력 스위치를 포함한 NVLD(Natural Vacuum Leak Detection Module) 모듈; 및
    차량의 주행 중 연료 탱크의 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지하는 경우, 상기 압력 스위치의 개폐 여부를 판단하고, 상기 압력 스위치의 스위치 상태정보에 근거하여 누설 진단정보를 생성하는 전자 제어유닛을 포함하되,
    상기 전자 제어유닛은,
    차량의 엔진 시동 직후 상기 압력 스위치의 스위치 상태정보를 확인하여 상기 누설 진단정보를 생성하고,
    차량 주행 중 캐니스터 퍼지밸브(CPV: Canister Purge Valve)가 열림 상태로 제어되어 상기 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지된 후 상기 압력 스위치의 상태를 다시 확인하고, 상기 압력 스위치가 열림 상태인 경우, 스위치 열림 고착에 대한 진단정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 스위치는,
    상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압 이상이면 열림 상태로 스위칭되고, 상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압 미만이면 닫힘 상태로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어유닛은,
    상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압 이하를 유지하는 시간을 측정하고, 상기 시간이 기 설정된 임계시간을 경과한 후 상기 압력 스위치의 상기 스위치 상태정보를 확인하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어유닛은,
    상기 압력 스위치가 열림 상태이고, 기 설정된 진단 활성화 조건정보를 모두 만족하는 경우, 누설 진단을 활성화하여 상기 누설 진단정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 진단 활성화 조건정보는,
    주행 중 상기 연료 증발가스의 누설 진단을 활성화하기 위해 관리자로부터 기 설정된 기준조건에 대한 정보로서, 관련 부품 상태조건, 외부기온 조건, 엔진 정지 시간 조건, 엔진 구동 시간 조건, 연료 레벨 조건, 정속 주행 조건 및 퍼지 유량 조건 중 적어도 하나 이상의 조건을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어유닛은,
    상기 압력 스위치가 닫힘 상태인 경우, 연료 탱크 내의 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지되고 있는 것으로 판단하여 상기 누설 진단을 비활성화하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어유닛은,
    상기 캐니스터 퍼지밸브의 열림 상태에서 상기 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지되면, 상기 캐니스터 퍼지밸브를 닫힘 상태로 제어하고, 상기 캐니스터 퍼지밸브의 스위치 폐쇄시간이 기 설정된 임계시간에 도달하는 경우, 상기 압력 스위치의 상태를 다시 확인하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전자 제어유닛은,
    연료 레벨 및 외부기온 중 적어도 하나 이상의 조건에 근거하여 결정된 상기 기 설정된 임계시간을 상기 스위치 폐쇄시간이 경과하면, 상기 압력 스위치의 상태를 확인하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전자 제어유닛은,
    상기 압력 스위치의 상태를 다시 확인하여 닫힘 상태인 경우, 상기 연료 증발가스의 누설이 존재하지 않는 것으로 판단하고, 열림 상태인 경우, 상기 연료 증발가스의 누설이 존재하는 것으로 판단하여 누설 진단정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어유닛은,
    상기 압력 스위치의 열림 상태 또는 닫힘 상태에 대한 스위치 상태정보를 확인하는 스위치 확인부;
    기 설정된 진단 활성화 조건정보에 근거하여 연료 증발가스의 누설 진단의 활성화 여부를 판단하는 조건 판단부;
    캐니스터 퍼지밸브의 밸브 스위칭 동작을 제어하는 퍼지 제어부; 및
    상기 스위치 상태정보에 근거하여 상기 누설 진단이 활성화된 경우, 상기 캐니스터 퍼지밸브의 제어에 따라 연료 탱크의 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지되도록 하고, 상기 내부압력의 변화에 따라 변경되는 상기 스위치 상태정보를 확인하여 상기 연료 증발가스의 누설 발생 여부를 판단한 진단정보를 생성하는 진단 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 진단 제어부는,
    상기 퍼지 제어부에서 상기 캐니스터 퍼지밸브가 열림 상태로 스위칭되도록 제어하고, 상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압에 도달하면 상기 캐니스터 퍼지밸브가 닫힘 상태로 스위칭되도록 제어하고, 상기 캐니스터 퍼지밸브의 스위치 폐쇄시간이 기 설정된 임계시간에 도달하는 경우, 상기 스위치 상태정보를 확인하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 진단 제어부는,
    상기 스위치 상태정보가 닫힘 상태인 경우, 상기 스위치 폐쇄시간 동안 상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압 이하로 유지되고 있는 것으로 판단하여, 누설 없음에 대한 상기 진단정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 진단 제어부는,
    상기 스위치 상태정보가 열림 상태인 경우, 상기 스위치 폐쇄시간 동안 상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압 이상으로 상승한 것으로 판단하여, 누설 발생에 대한 상기 진단정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  16. 제 12 항에 잇어서,
    상기 퍼지 제어부는,
    상기 누설 진단이 활성화된 경우, 상기 캐니스터 퍼지밸브를 열림 상태로 제어하고, 상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압에 도달하여 상기 압력 스위치가 열림 상태에서 닫힘 상태로 변경된 경우, 상기 캐니스터 퍼지밸브를 닫힘 상태로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단장치.
  17. 연료 탱크의 내부압력에 근거하여 압력 스위치를 개폐하는 스위치 동작과정;
    차량의 주행 중 연료 탱크의 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지하는 경우, 상기 압력 스위치의 개폐 여부를 판단하는 판단과정; 및
    상기 압력 스위치의 스위치 상태정보에 근거하여 누설 진단정보를 생성하는 진단 과정을 포함하되,
    상기 판단과정은,
    차량 주행 중 캐니스터 퍼지밸브가 열림 상태로 제어되어 상기 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지된 후 상기 압력 스위치의 상태를 다시 확인하고, 상기 압력 스위치가 열림 상태인 경우, 스위치 열림 고착에 대한 진단정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 스위치 동작과정은,
    상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압 이상이면 상기 압력 스위치를 열림 상태로 스위칭하고, 상기 내부압력이 상기 기 설정된 기준부압 미만이면 상기 압력 스위치를 닫힘 상태로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단방법.
  19. 삭제
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 진단 과정은,
    캐니스터 퍼지밸브의 열림 상태에서 상기 내부압력이 기 설정된 기준부압 이하로 유지되면, 상기 캐니스터 퍼지밸브를 닫힘 상태로 제어하고, 상기 캐니스터 퍼지밸브의 스위치 폐쇄시간이 기 설정된 임계시간에 도달하는 경우, 상기 압력 스위치의 상태를 다시 확인하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 진단 과정은,
    상기 압력 스위치의 상태를 다시 확인하여 닫힘 상태인 경우, 상기 연료 증발가스의 누설이 존재하지 않는 것으로 판단하고, 열림 상태인 경우, 상기 연료 증발가스의 누설이 존재하는 것으로 판단하여 누설 진단정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 연료 증발가스의 누설 진단방법.
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