KR101592402B1 - 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GDI 엔진의 고장 발생시 관련 장치(부품)의 강제 구동 제어를 통해 고장을 일으킨 장치(부품)을 진단할 수 있는 GDI 엔진의 고장 진단 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 방법은, 상기 엔진을 제어하는 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되는지 확인하는 단계; 및 상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면, 상기 엔진의 연료 계통 장치를 설정된 제어값으로 강제 구동 제어하여 상기 연료 계통 장치의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법 및 시스템 {DIAGNOSTICS METHOD AND SYSTEM FOR GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE}
본 발명은 연소실 내에 연료를 직접 분사하는 가솔린 직접 분사(GDI; gasoline direct injection) 엔진의 고장을 진단하는 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법 및 시스템에 관한 것이다.
가솔린 직접 분사(GDI; Gasoline Direct Injection) 엔진은, 연소실 내에 연료를 직접 분사하는 가솔린 엔진으로서, 연소실 내에 연료를 직접 분사하기 위해, 연료 탱크에 설치된 저압 연료펌프로부터 공급된 연료를 다시 고압 연료펌프에서 승압시켜서 인젝터에 공급한다.
상기 가솔린 직접 분사 엔진은, 고압 조절밸브, 고압 연료펌프, 연료 압력 센서, 인젝터로 이루어지는 고압 시스템; 및 저압 연료펌프, 연료펌프 제어기, 연료 압력 센서로 이루어지는 저압 시스템과 조합되어, GDI 엔진 시스템을 형성한다.
상기 GDI 엔진 시스템에서는, 연소실에 고압으로 연료를 분사하여야 하므로, 연료공급 시스템은 상기 저압 시스템에서 1차적으로 가압한 연료를 상기 고압 시스템에서 더욱 가압한다.
상기 고압 시스템에서 가압된 연료는 인젝터를 통해 연소실 내에 직접 분사된다.
이러한 GDI 엔진에 있어서, 연료계 부품 고장시 출력 부족, 연료 소모 과다 등과 같은 문제를 유발하므로 고장 진단이 필요하다.
기존의 GDI 엔진 고장 진단(테스트)의 일례는, GDI 엔진의 증발계 부품의 고장이 의심될 때, 엔진제어장치(ECU; engine control unit)의 제어 로직을 이용하여 퍼지밸브를 제어하여 연료탱크 내의 압력을 측정함으로써 증발계 부품 중 어떤 부품이 고장인지 판정하는 증발 누설(evaporative leak) 테스트가 있다.
또한, 연료 탱크 내에 연료 압력 센서를 장착하여 탱크 내의 압력 변화를 감지하여 불량 원인 부품을 찾아 내기도 한다.
그러나, 기존의 GDI 엔진의 경우 부품의 단선, 단락이 아닌 성능 이상에 의한 고장 발생시, 엔진제어장치는 [목표압력 대비 압력 낮음] 또는 [목표압력 대비 압력 높음]과 같은 고장 코드 만을 표출하기 때문에 문제 현상을 일으키는 원인 부품(장치)을 알 수 없었다.
따라서, 기존에는 GDI 엔진의 연료 부품인 인젝터, 펌프, 압력센서 등을 임의로 교환하기 때문에 동일한 문제가 재발하는 경우가 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
공개특허공보 제10-2011-0054469호(2011.05.25.) 공개특허공보 제10-2001-0071100호(2001.07.28.)
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, GDI 엔진의 고장 발생시 관련 장치(부품)의 강제 구동 제어를 통해 고장을 일으킨 장치(부품)을 진단할 수 있고, 이로써 고장의 재발을 방지함은 물론 고장 원인 장치(부품)를 신속하게 정비하게 할 수 있는 GDI 엔진의 고장 진단 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 직접 분사(GDI; gasoline direct injection) 엔진의 고장 진단 방법은, 상기 엔진을 제어하는 엔진제어장치(ECU; engine control unit)에서 고장 코드가 출력되는지 확인하는 단계; 및 상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면, 상기 엔진의 연료 계통 장치를 설정된 제어값으로 강제 구동 제어하여 상기 연료 계통 장치의 고장 여부를 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연료 계통 장치는 연료 압력 센서, 저압 연료펌프, 고압 연료펌프 및 인젝터를 포함할 수 있다.
상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면, 상기 저압 연료펌프를 제1 설정 하강압력(예; 5bar)이 될 때까지 하강 압력 제어하는 단계; 상기 저압 연료펌프의 압력이 상기 제1 설정 하강압력이 되면, 상기 연료 압력 센서를 정상으로 진단하는 단계; 상기 저압 연료펌프를 제2 설정 하강압력(예; 4bar)이 될 때까지 추가로 하강 압력 제어하는 단계; 상기 저압 연료펌프의 압력이 상기 제2 설정 하강압력이 되면, 상기 제1 설정 하강압력에서 상기 제2 설정 하강압력으로의 변화 기울기를 산출하는 단계; 상기 변화 기울기가 설정값 범위(예; 1~10) 내에 있으면, 상기 저압 연료펌프를 정상으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 저압 연료펌프를 고장으로 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 저압 연료펌프의 하강 압력 제어 시간이 설정시간(예; 10~60초)을 초과하여도 상기 저압 연료펌프의 압력이 상기 제1 설정 하강압력이 되지 않으면, 상기 연료 압력 센서를 고장으로 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 고압 연료펌프를 설정된 목표최고 압력값(예; 150bar)으로 제어하는 단계; 상기 고압 연료펌프의 압력이 상기 목표최고 압력값이 되면, 상기 목표최고 압력값이 되기까지의 상승 압력 변화 기울기를 산출하는 단계; 상기 상승 압력 변화 기울기가 설정값 범위(예; 1~10) 내에 있으면, 상기 고압 연료펌프를 정상으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 고압 연료펌프를 고장으로 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 인젝터의 동작을 금지하는 단계; 상기 인젝터의 동작 금지 후에, 상기 인젝터에 대응하는 실린더에서의 실화(misfire)를 확인하는 단계; 상기 실린더에서 실화가 발생하면, 상기 인젝터를 정상인 것으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 인젝터가 고장인 것으로 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연료 계통 장치의 고장 여부 진단은, 상기 연료 압력 센서, 저압 연료펌프, 고압 연료펌프, 인젝터의 순서로 순차적으로 진행될 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 가솔린 직접 분사(GDI; gasoline direct injection) 엔진의 고장 진단 시스템은, 상기 엔진을 제어하기 위한 엔진제어장치(ECU; engine control unit); 연료 탱크의 가솔린 연료를 1차로 가압하기 위한 저압 연료펌프; 상기 저압 연료펌프에서 가압된 연료를 2차로 가압하기 위한 고압 연료펌프; 상기 고압 연료펌프에서 가압된 연료를 엔진의 연소실 내에 직접 분사하기 위한 인젝터; 상기 저압 연료펌프 및 고압 연료펌프의 연료 압력을 검출하기 위한 연료 압력 센서; 및 상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면, 상기 연료 압력 센서, 저압 연료펌프, 고압 연료펌프 및 인젝터의 고장 여부를 진단하는 고장 진단기;를 포함하되, 상기 고장 진단기는 상기 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 방법을 수행하기 위한 명령을 실행할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, GDI 엔진의 고장 발생시 관련 장치(부품)의 강제 구동 제어를 통해 고장을 일으킨 장치(부품)을 진단할 수 있고, 이로써 고장의 재발을 방지함은 물론 고장 원인 장치(부품)를 신속하게 정비하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 방법 및 시스템의 동작을 설명하기 위한 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 시스템은, GDI 엔진의 고장 원인이 된 장치 또는 부품을 진단하여 확인하는 고장 진단 시스템이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 시스템은, GDI 엔진(10)(이하, '엔진'이라 약칭한다)을 전체적으로 제어하기 위한 엔진제어장치(ECU; engine control unit)(100); 연료 탱크(50)의 가솔린 연료를 1차로 가압하기 위한 저압 연료펌프(40); 저압 연료펌프(40)에서 가압된 연료를 2차로 가압하기 위한 고압 연료펌프(30); 고압 연료펌프(30)에서 가압된 연료를 엔진(10)의 연소실 내에 직접 분사하기 위한 인젝터(20); 저압 연료펌프(40) 및 고압 연료펌프(30)의 연료 압력을 검출하기 위한 연료 압력 센서(60); 및 엔진제어장치(100)에서 고장 코드가 출력되면, 연료 압력 센서(60), 저압 연료펌프(40), 고압 연료펌프(30) 및 인젝터(20)의 고장 여부를 진단하는 고장 진단기(200);를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 엔진(10), ECU(100), 연료 탱크(50), 저압 연료펌프(40), 고압 연료펌프(30), 인젝터(20), 연료 압력 센서(60)는 기존에 사용하는 것을 그대로 사용할 수 있으므로, 본 명세서에서 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 ECU(100)에서 출력되는 고장 코드 또한 기존 기술에서 사용되는 것을 그대로 사용할 수 있다.
상기 고장 진단기(200)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 및/또는 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어로서, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 고장 진단기(200)는 독립적으로 구성될 수 있음은 물론 설계적인 측면을 고려하여 상기 ECU(100)를 포함하는 구성으로, 또는 상기 ECU(100)에 포함되는 구성으로 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고장 진단 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 연료 압력 센서 및 저압 연료펌프의 고장 진단 방법을 도시한 흐름도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 고압 연료펌프의 고장 진단 방법을 도시한 흐름도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 GDI 엔진의 인젝터의 고장 진단 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 고장 진단기(200)는 ECU(100)에서 고장 코드가 출력되면, 저압 연료펌프(40)를 제1 설정 하강압력(예; 5bar)이 될 때까지 하강 압력 제어한다(S110)(S120)(S130).
상기 ECU(100)에서 출력되는 고장 코드는 기존의 것을 이용할 수 있다.
저압 연료펌프(40)의 압력이 상기 제1 설정 하강압력이 되면, 고장 진단기(200)는 연료 압력 센서(60)가 상기 제1 설정 하강압력을 정상적으로 검출한 것으로 판단하여 연료 압력 센서(60)를 정상으로 진단한다(S140).
고장 진단기(200)는 상기 연료 압력 센서(60)을 정상으로 진단한 후, 저압 연료펌프(40)를 제2 설정 하강압력(예; 4bar)이 될 때까지 추가로 하강 압력 제어한다(S150).
상기 저압 연료펌프(40)의 압력이 상기 제2 설정 하강압력이 되면(S160), 고장 진단기(200)는, 도 5에 도시한 바와 같은 상기 제1 설정 하강압력에서 상기 제2 설정 하강압력으로의 변화 기울기를 산출한다(S170).
S170 단계에서 산출된 변화 기울기가 설정값 범위(예; 1~10) 내에 있으면(S180), 고장 진단기(200)는 상기 저압 연료펌프(40)가 정상적으로 동작하는 것으로 판단하여 상기 저압 연료펌프(40)를 정상으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 저압 연료펌프(40)를 고장으로 진단한다(S190)(S195). 상기 설정값 범위는 설계적인 측면 및/또는 실험치에 따라 결정할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 상기 저압 연료펌프(40)의 하강 압력 제어 시간이, 설정시간(예; 10~60초)을 초과하여도 상기 저압 연료펌프(40)의 압력이 상기 제1 설정 하강압력이 되지 않으면, 고장 진단기(200)는 상기 연료 압력 센서(60)를 고장으로 진단할 수 있다(S135)(S145). 상기 설정시간은 설계적인 측면 및/또는 실험치에 따라 결정할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
도 3을 참조하면, 고장 진단기(200)는 상기 저압 연료펌프(40)를 진단한 후, 상기 고압 연료펌프(30)를 진단하기 위해 설정된 목표최고 압력값(예; 150bar)으로 상기 고압 연료펌프(30)를 제어한다(S210).
상기 고장 진단기(200)의 제어에 따라 상기 고압 연료펌프(30)의 압력이 상기 목표최고 압력값이 되면(S220), 상기 고장 진단기(200)는 도 5에 도시한 바와 같은 상기 목표최고 압력값이 되기까지의 상승 압력 변화 기울기를 산출한다(S230).
상기 산출된 상승 압력 변화 기울기가 설정값 범위(예; 1~10) 내에 있으면(S240), 상기 고장 진단기(200)는 상기 고압 연료펌프(30)가 정상적으로 작동한 것으로 판단하여 상기 고압 연료펌프(30)를 정상으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 고압 연료펌프를 고장으로 진단한다(S250)(S255). 상기 설정값 범위는 설계적인 측면 및/또는 실험치에 따라 결정할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
도 4를 참조하면, 고장 진단기(200)는 상기 고압 연료펌프(30)를 진단한 후, 인젝터(20)를 진단하기 위해 해당 인젝터의 동작을 금지한다(S310).
상기 인젝터(20)의 동작 금지 후에, 상기 고장 진단기(200)는 상기 인젝터(20)에 대응하는 실린더에서의 실화(misfire) 여부를 확인한다(S320).
S320 단계에서 실화 여부를 확인한 결과, 상기 실린더에서 실화가 발생했으면, 상기 고장 진단기(200)는 상기 인젝터(20)가 정상인 것으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 인젝터(20)가 이상하게 동작한 것이므로 상기 인젝터(20)를 고장으로 진단한다(S330)(S335).
상술한 바와 같이, 상기 고장 진단기(200)는 상기 연료 압력 센서(60), 저압 연료펌프(40), 고압 연료펌프(30), 인젝터(20)의 순서로 순차적으로 진행한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: GDI 엔진 20: 인젝터
30: 고압 연료펌프 40: 저압 연료펌프
50: 연료 탱크 60: 연료 압력 센서
100: 엔진제어장치(ECU) 200: 고장 진단기

Claims (8)

  1. 가솔린 직접 분사(GDI; gasoline direct injection) 엔진의 고장 진단 방법으로서,
    상기 엔진을 제어하는 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되는지 확인하는 단계;
    상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면, 저압 연료펌프를 제1 설정 하강압력이 될 때까지 하강 압력 제어하는 단계;
    상기 저압 연료펌프의 압력이 상기 제1 설정 하강압력이 되면, 연료 압력 센서를 정상으로 진단하는 단계;
    상기 저압 연료펌프를 제2 설정 하강압력이 될 때까지 추가로 하강 압력 제어하는 단계;
    상기 저압 연료펌프의 압력이 상기 제2 설정 하강압력이 되면, 상기 제1 설정 하강압력에서 상기 제2 설정 하강압력으로의 변화 기울기를 산출하는 단계;
    상기 변화 기울기가 설정값 범위 내에 있으면, 상기 저압 연료펌프를 정상으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 저압 연료펌프를 고장으로 진단하는 단계;
    를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 저압 연료펌프의 하강 압력 제어 시간이 설정시간을 초과하여도 상기 저압 연료펌프의 압력이 상기 제1 설정 하강압력이 되지 않으면, 상기 연료 압력 센서를 고장으로 진단하는 단계;
    를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면,
    고압 연료펌프를 설정된 목표최고 압력값으로 제어하는 단계;
    상기 고압 연료펌프의 압력이 상기 목표최고 압력값이 되면, 상기 목표최고 압력값이 되기까지의 상승 압력 변화 기울기를 산출하는 단계; 그리고
    상기 상승 압력 변화 기울기가 설정값 범위 내에 있으면, 상기 고압 연료펌프를 정상으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 고압 연료펌프를 고장으로 진단하는 단계;
    를 더 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면,
    인젝터의 동작을 금지하는 단계;
    상기 인젝터의 동작 금지 후에, 상기 인젝터에 대응하는 실린더에서의 실화(misfire)를 확인하는 단계; 그리고
    상기 실린더에서 실화가 발생하면, 상기 인젝터를 정상인 것으로 진단하고, 그렇지 않으면 상기 인젝터가 고장인 것으로 진단하는 단계;
    를 더 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 연료 압력 센서의 고장 진단, 상기 저압 연료펌프의 고장 진단, 상기 고압 연료펌프의 고장 진단, 및 상기 인젝터의 고장 진단은 순차적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 방법.
  8. 가솔린 직접 분사(GDI; gasoline direct injection) 엔진의 고장 진단 시스템으로서,
    상기 엔진을 제어하기 위한 엔진제어장치(ECU; engine control unit);
    연료 탱크의 가솔린 연료를 1차로 가압하기 위한 저압 연료펌프;
    상기 저압 연료펌프에서 가압된 연료를 2차로 가압하기 위한 고압 연료펌프;
    상기 고압 연료펌프에서 가압된 연료를 엔진의 연소실 내에 직접 분사하기 위한 인젝터;
    상기 저압 연료펌프 및 고압 연료펌프의 연료 압력을 검출하기 위한 연료 압력 센서; 및
    상기 엔진제어장치에서 고장 코드가 출력되면, 상기 연료 압력 센서, 저압 연료펌프, 고압 연료펌프 및 인젝터의 고장 여부를 진단하는 고장 진단기;를 포함하되,
    상기 고장 진단기는 제1항 및 제4항 내지 제7항 중의 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 명령을 실행하는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 고장 진단 시스템.
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