KR20050033364A - 전자식 점화장치와 연료분사장치를 장착한 단기통 4행정엔진용 행정판별방법 - Google Patents

전자식 점화장치와 연료분사장치를 장착한 단기통 4행정엔진용 행정판별방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법에 관한 것으로 상세하게는 전자식 연료분사장치와 점화장치를 가지는 단기통 4행정 엔진에서 시동모터 또는 외부에서 수동식으로 엔진을 회전시켜 시동을 걸때 캠(Cam)축 회전센서 없이 크랭크축 회전센서만 장착하여 최소한 짧은 시간안에 행정을 판별하여 정확한 시기에 연료분사 및 점화를 하도록 한 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법에 관한 것인바, 본 발명은 크랭크축의 초기 구동시 첫번째로 회전신호발생기를 통과하는 톱니를 검출하는 톱니검출과정; 상기 톱니검출과정과 동시에 유효톱니를 측정하기 위한 타이머를 작동시키는 타이머작동과정; 상기 회전신호발생기를 통과하는 일정 개수의 유효 톱니를 검출하는 유효톱니검출과정; 상기 유효톱니검출과정 이후에 상기 크랭크축의 180°회전시마다의 시간을 측정하기위한 기준시기를 검출하는 첫 번째 미싱튜(Missing tooth)검출과정; 상기 첫 번째 미싱튜검출과정 이후에 크랭크축 180°회전시마다의 시간을 두 번째 미싱튜검출까지 측정하고, 이때에 상기 크랭크축의 180°회전시마다의 회전속도 두개를 비교하여 행정을 판별하도록 한 것을 특징으로 하는 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법.

Description

전자식 점화장치와 연료분사장치를 장착한 단기통 4행정 엔진용 행정판별방법{Method for discrimitating the stroke of single cylinder engine of four stroke}
본 발명은 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법에 관한 것으로 상세하게는 전자식 연료분사장치와 점화장치를 가지는 단기통 4행정 엔진에서 시동모터 또는 외부에서 수동식으로 엔진을 회전시켜 시동을 걸때 캠(Cam)축 회전센서 없이 크랭크축 회전센서만 장착하여 최소한 짧은 시간안에 행정을 판별하여 정확한 시기에 연료분사 및 점화를 하도록 한 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법에 관한 것이다.
기관이 작동하면서 흡입, 압축, 연소후 연소 가스를 밖으로 배출하게 되며 계속적인 작동을 위하여 새로운 혼합기를 흡입해야 하고 흡입, 압축, 연소, 배출의 작용이 연속하여 일어날 때 한번의 흡입, 압축, 연소, 배출의 작용을 1사이클이라 하며 상기 1사이클을 완료하는데 피스톤의 4행정 즉, 크랭크축의 2회전을 필요로하는 기관을 4사이클 엔진이라한다.
상기 4사이클 엔진은 내연기관이라고도 하며 주로 자동차의 엔진에 사용되고 이때의 엔진 형태는 실린더가 4개인 4기통이 통상적으로 사용된다. 이와 같이 다기통을 사용하는 엔진과 오토바이와 같은 단기통을 사용하는 엔진등으로 크게 나누어 볼 수 있으며, 본 발명에서는 단기통 4행정 엔진을 설명하기로 한다.
상기 종래 단기통 4행정 엔진의 점화시기나 연료분사 등을 제어하기 위한 방법으로는 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이 시동모터 또는 외부에서 수동식으로 엔진을 회전시켜 시동하면 크랭크축(100)이 회전하게 되는데, 이때 상기 크랭크축(100)에는 외주에 톱니(210)가 구비되고 이 톱니(210)의 소정부분에 톱니(210)가 존재치 않는 미싱 튜(Missing tooth) 영역(220)이 형성된 시그널 디스크 플레이트(200)가 설치되어 있어 같이 회전하게 된다.
그리고 이 같은 톱니(210)에 근접해서 회전신호발생기(300)를 설치되면 이 회전신호발생기(300)의 출력을 파형정형한 인터페이스회로부터는 미싱 튜(Missing tooth)영역(220)에 대응한 불연속부를 갖는 회전각도신호를 얻을 수 있으며, 회전신호발생기(300)로는 기관의 크랭크축(100)에 부착되어 크랭크축(100)의 회전을 검출하는 크랭크축 센서가 사용된다.
한편, 상기 회전신호발생기(300)은 엔진전자제어장치(400)에 연결되어 있으며, 연료분사장치(500)과 점화장치(600)도 엔진전자제어장치(400)에 연결 구성되어 있다.
이와 같이 회전각도신호에는 기관의 기준위치를 검출할 수 있도록 소정의 기준위치에 상당하는 부분에 불연속부가 설치되어 있고 이것에 의해 기준위치 및 기관각도의 검출이 가능하게 되어있다. 즉 회전각도신호는 단위각도마다(예를들면 크랭크축 1 회전마다) 그 레벨은 첨부도면 도 4b에 도시된 바와 같이 "H"레벨, "L"레벨이 교대로 변화함과 동시에 소정의 기준위치에 대응하는 펄스를 결락시키면서 시그널 디스크 플레이트(200)와 크랭크축(100)이 회전하게 된다.
상기와 같은 펄스를 출력하면서 첨부도면 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 일정한 주기를 갖으며 4행정의 1사이클을 반복 작동하며, 상기와 같이 크랭크축(100)이 회전하여 일정한 주기를 갖는 사이클을 형성하면서 회전하게 되면 시그널 디스크 플레이트(200)의 유효 톱니(210)를 검출하여 감지된 신호를 엔진전자제어장치
(400)로 전달하여 기 설정된 프로그램에 의해 전달된 신호로부터 미싱 튜(Missing tooth) 영역(220)을 감지하여 상사점 위치를 판단하게 된다.
상기와 같이 상사점 위치를 판단하면 연료의 분사 시점은 밸브의 개도시점에 관계 없이 2행정(360°) 마다 분사가 이루어지며, 또한 점화 시기 역시 밸브의 개도시점에 관계 없이 2행정(360°) 마다 분사가 이루어지며, 이는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 "H"레벨에 해당하는 주기에 점화와 연료분사를 시키며 상기와 같은 동작을 연속되게 반복 작동한다.
상기와 같이 4행정을 1사이클로 하여 작동하는 단기통 엔진에 있어서, 종래의 단기통 4행정 엔진에서는 행정이 압축상사점인지 배기상사점인지를 판별하지 않고서 주기적으로 상사점의 위치만 판별하여 점화를 하도록 되어 있고 또한 밸브 개도에 관계 없이 " H" 레벨에 해당하는 위치에서 연료분사가 이루어지도록 되어 있어 상기 작동을 연속되게 행하므로서 연료낭비와 점화시점의 오작동으로 미연소가스를 대기중으로 방출하는 량이 증가되고 엔진의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 이의 목적은 기존의 다기통 4행정 엔진에서의 행정판별을 위한 캠센서의 사용없이 단기통 4행정 엔진에서 크랭크센서만으로 최소한 짧은 시간안에 행정을 판별하여 정상적으로 정확한 시기에 연료분사와 점화를 제어하도록 함 및 점화 상사점과 배기 상사점을 구분하여 점화시기와 연료분사시기를 제어함으로서 이를 구분하지 않고 매 2행정(360°) 마다 점화와 연료분사를 실시하는 종래의 방법에서 발생될 수 있는 미연소 가스의 대기중 배출을 억제시키며 엔진의 사용 수명을 연장 가능토록 한 단기통 4행정 엔진용 행정판별방법을 제공하도록 하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적은 다수의 톱니가 형성되어 있는 시그널 디스크 플레이트가 크랭크축에 축설되고 톱니에 근접하게 회전신호발생기를 설치하여 크랭크축의 회전속도로를 검출하고 검출된 신호로 점화 상사점을 판단 매 점화 상사점 마다 점화를 하는 단기통 4행정 엔진에 있어서, 상기 크랭크축의 초기 구동시 첫번째로 회전신호발생기를 통과하는 톱니를 검출하는 톱니검출과정; 상기 톱니검출과정과 동시에 유효톱니를 측정하기 위한 타이머를 작동시키는 타이머작동과정; 상기 회전신호발생기를 통과하는 일정 개수의 유효 톱니를 검출하는 유효톱니검출과정; 상기 유효톱니검출과정 이후에 상기 크랭크축의 180°회전시마다의 시간을 측정하기위한 기준시기를 검출하는 첫 번째 미싱튜(Missing tooth)검출과정; 상기 첫 번째 미싱튜검출과정 이후에 크랭크축 180°회전시마다의 시간을 두 번째 미싱튜검출까지 측정하고, 이때에 상기 크랭크축의 180°회전시마다의 회전속도 두개를 비교하여 행정을 판별하도록 한 것을 특징으로 하는 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법에 의하여 달성된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부도면 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 시동모터 또는 외부에서 수동식으로 엔진을 회전시켜 시동하면 크랭크축(100)이 회전하게 되는데, 이때 상기 크랭크축(100)에는 외주에 톱니(210)가 있고 이 톱니(210)의 소정부분에 톱니(210)가 존재치 않는 미싱 튜(Missing tooth) 영역(220)이 형성된 시그널 디스크 플레이트(200)가 설치되어 크랭크축과 같이 회전하게 된다.
상기 크랭크축의 초기 구동시 첫번째로 회전신호발생기를 통과하는 톱니의 위치를 검출하는 톱니검출과정에 의해 검출된 신호가 엔진전자제어장치(400)로 전달하면 기 설정된 프로그램에 의하여 전달된 신호를 인식한다.
상기 크랭크축(100)의 톱니검출과정과 동시에 유효 톱니(210)를 측정하기 위한 타이머작동과정에 의해 타이머를 작동시키며, 동시에 유효톱니를 판별하기 위하여 검출한 첫번째 톱니(210)로부터 인접하는 다음 일정 개수의 톱니를 검출하는 유효톱니검출과정을 수행한다.
상기 톱니(210)에 근접해서 회전신호발생기(300)를 설치하면 회전신호발생기(300)의 출력을 파형정형한 신호를 출력하게 되고 인터페이스회로부터는 미싱 튜(Missing tooth) 영역(220)에 대응한 불연속부를 갖는 회전각도신호를 얻을 수 있다.
이와 같이 회전각도신호에는 첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 기관의 기준위치를 검출할 수 있도록 소정의 기준위치에 상당하는 부분에 불연속부(미싱 튜(Missing tooth) 영역이 형성된다.
상기 불연속부에 의해 기준위치 및 기관각도의 검출이 가능하게 되어 "H"레벨, "L"레벨이 교대로 변화하면서 초기에 검출되는 톱니(210)의 신호가 크랭크축(100)의 위치가 되는 것이고, 동시에 소정의 기준위치에 대응하는 펄스를 결락시키면서 미싱 튜(Missing tooth) 영역(220) 구간을 표시하며, 유효 톱니(210) 구간은 크랭크축(100)의 위치를 검출하기 위하여 체킹한 처음 톱니(210)부터 미싱 튜(Missing tooth) 영역(220)을 형성하기 이전의 톱니까지의 일정 개수의 톱니 구간을 표시한다.
상기와 같이 크랭크축(100)이 회전하여 일정한 주기를 갖는 사이클을 형성하게 되면, 상기 유효톱니검출과정에 의해 검출된 신호로부터 미싱 튜(Missing tooth) 영역을 형성하기 이전의 톱니까지 회전시간을 측정한다.
상기 유효톱니검출과정과 초기 회전시 시그널 디스크 플레이트의 미싱 튜(Missing tooth)를 검출하는 미싱튜검출과정 순으로 작동하면서 검출된 신호를 엔진전자제어장치(400)로 전달하면 기 설정된 프로그램에 의하여 전달된 신호를 비교 분석하여 미싱튜를 판별하게 된다.
상기와 같이 미싱튜가 판별되면 내부에 설치된 카운터(도시않음)가 유효 톱니(210) 수를 카운트하고 이 값이 크랭크축의 180°회전주기를 의미하는 값이 될 경우에 처음 미싱튜부터 이 시점까지의 시간(주기)과 다음 크랭크축의 180°회전주기동안의 시간(주기)을 측정하여 이 두 주기를 비교함으로서 행정을 판별한다.
상기에서 설명하고 있는 유효 톱니 판정, 미싱 튜(Missing tooth) 판정 및 행정 판정은 첨부도면 도 3을 참조하여 상세히 설명하면, 유효 톱니판정은 다음의 조건 모두를 만족하면서 기 설정된 톱니 수가 검출되면 유효 톱니로 판정한다.
① minimum tooth time 〈 △t(n)〈 maximum tooth time
② minimum tooth gradient time 〈 △t_gradient〈 maximum tooth gradient time
여기서 △t_gradient = (△t(n) ×△t(n-2)) / (△t(n-1)2)
상기에서와 같은 조건을 만족하여 유효 톱니로 판정되면 초기 회전시 시그널 디스크 플레이트의 미싱 튜(Missing tooth) 판정은 다음의 조건을 만족한 시점을 미싱 튜(Missing tooth)로 한다.
minimum GAP gradient time 〈 △t(gap)_gradient〈 maximum GAP gradient time
여기서 GAP 는 미싱 튜(Missing tooth) 을 말하며,
△t(gap)_gradient = (△t(gap) ×△t(n-2)) / (△t(n-1)2)
한편, 행정 판정은 초기 미싱 튜(Missing tooth : GAP) 검출 후 크랭크축 신호 입력시 마다 톱니의 수를 증가시킨다. 그리고 상기 초기 미싱 튜(Missing tooth : GAP) 검출 후 크랭크축이 180°회전시마다 회전시간(△T(n-1), △T(n))을 측정한다.
상기와 같이 측정 후 두번째 미싱 튜(Missing tooth : GAP)을 검출하여 아래의 표1에 의해 주어진 조건에 의해서 두 번째 미싱튜(기구적으로 BDC) 에서의 행정을 판별한다.
단, GAP 검출 위치는 기구적으로 BDC이다.
이와 같은 본 발명은 전자식 연료분사장치와 점화장치를 가지는 단기통 4행정 엔진에서 시동모터 또는 외부에서 수동식으로 엔진을 회전시켜 시동을 걸때 캠(Cam)축 회전센서 없이 크랭크축 회전센서만 장착하여 최소한 짧은 시간안에 행정을 판별하여 정상적으로 정확한 시기(압축 상사점에서의 점화와 배기 상사점에서의 연료분사)에 연료분사시기와 점화시기를 전자제어 하도록 함과 연료분사시기와 점화시기를 구분하지않고 매 2행정(360°) 마다 점화와 연료분사를 실시하는 종래의 방법에서 발생될 수 있는 미연소가스의 대기중 배출을 억제시키며 엔진의 사용 수명을 연장 가능도록 한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 단기통 4행정 엔진의 점화장치와 연료분사장치의 전자제어를 위한 일반적인 구성 예를 보여주는 예시도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 단기통 4행정 엔진의 행정판별 방법을 보여주는 흐름도.
도 3는 본 발명의 행정판별방법 흐름도별 크랭크축의 회전시 나타나는 파형도.
도 4a는 본 발명의 기술이 적용된 단기통 4행정 엔진의 각 행정별 작동을 보여주는 예시도.
도 4b는 종래의 단기통 4행정 엔진의 각 행정별 작동을 보여주는 예시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 크랭크축 200 : 시그널 디스크 플레이트
210 : 톱니 220 : 미싱 튜(Missing tooth)영역
300 : 회전신호발생기 400 : 엔진전자제어장치
500 : 연료분사장치 600 : 점화장치

Claims (2)

  1. 다수의 톱니가 형성되어 있는 시그널 디스크 플레이트가 크랭크축에 축설되고 톱니에 근접하게 회전신호발생기를 설치하여 상기 시그널 디스크 플레이트의 유효 톱니수와 크랭크 축의 회전속도를 검출하여 검출된 신호로 상사점을 판단 매 상사점 마다 점화를 하는 단기통 4행정 엔진에 있어서,
    상기 크랭크축의 초기 구동시 첫번째로 회전신호발생기를 통과하는 톱니를 검출하는 크랭크축의 톱니검출과정;
    상기 크랭크축의 톱니검출과정과 동시에 유효톱니를 측정하기 위한 타이머를 작동시키는 타이머작동과정;
    상기 회전신호발생기를 통과하는 일정 개수의 유효 톱니를 검출하는 유효톱니검출과정;
    상기 유효톱니검출과정에 의해 검출된 신호로 부터 미싱 튜(Missimg tooth) 영역을 형성하기 이전의 톱니 까지의 회전시간을 측정하는 미싱튜검출과정;
    초기 회전시 시그널 디스크 플레이트의 미싱 튜(Missimg tooth) 을 검출하고 이 이후의 상기 크랭크축 180°회전시마다의 시간을 두 번째 미싱튜검출까지 측정하고, 이때에 상기 크랭크축의 180°회전시마다의 회전속도 두개를 비교하여 행정을 판별하도록 한 것을 특징으로 하는 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 단기통 4행정 엔진에서 각 행정별 크랭크축 회전속도의 변동 특성을 이용한 행정 판별은 크랭크축의 회전각이 BTDC 180°일때 △T(n-1)(배기행정의 회전주기) ≤ (T(n)(흡입행정의 회전주기) ×K)조건과, 크랭크축의 회전각이 ATDC 180°일때 △T(n-1)(압축행정의 회전주기) 〉 (T(n)(연소행정의 회전주기) ×K)조건일 때 행정 판별이 되도록 한 것을 특징으로 하는 단기통 4행정 엔진용 행정판별 방법.
KR1020030069363A 2003-10-06 2003-10-06 전자식 점화장치와 연료분사장치를 장착한 단기통 4행정엔진용 행정판별방법 KR20050033364A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100719757B1 (ko) * 2005-11-30 2007-05-17 지멘스 오토모티브 주식회사 캠 센서가 없는 경우 자동차의 엔진 구동 방법

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