KR20060049105A

KR20060049105A - 엔진의 연소장치 제어시스템

Info

Publication number: KR20060049105A
Application number: KR1020050099303A
Authority: KR
Inventors: 남동우
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2005-10-20
Publication date: 2006-05-18
Also published as: EP1659281A1; CN100476181C; US20060086181A1; JP2006118507A; CN1763359A

Abstract

본 발명은 엔진의 연소장치 제어시스템에 관한 것이다. 플라이 휠(10)이 회전하면서, 감지센서(70)는 플라이 휠(10)의 내측 면 상에 형성된 인덱스(20a 등)를 감지함으로써 엔진 회전수 및 피스톤의 위치를 정확하게 측정할 수 있다. 이러한 인덱스(20a 등)는 플라이 휠과 중심을 같이 하는 원주 상에 실질적으로 균일하게 형성됨과 동시에 소정의 간격으로 구분되도록 함으로써 엔진 회전수의 측정과 동시에 피스톤이 상사점에 도달할 위치를 정확하게 예측할 수 있게 한다. 이에 따라 본 발명의 엔진의 연소장치 제어시스템은 별도의 회전판 없이, 플라이휠 상에 구현될 수 있고 엔진의 ECU(Electronic Control Unit)가 보다 정확하게 혼합기의 분사 타이밍과 점화 타이밍을 제어할 수 있게 한다.

Description

엔진의 연소장치 제어시스템{COMBUSTION DEVICE CONTROL SYSTEM OF ENGINE}

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 연소장치 제어시스템의 구성을 나타내는 도면,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도,

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인덱스가 형성된 플라이 휠을 도시한 사시도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인덱스의 형상을 도시한 도면,

도 5는 도 3의 감지센서가 생성하는 펄스의 형태를 도시한 파형도, 그리고

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 ECU를 포함하는 엔진의 연소장치 제어회로의 블록도이다.

＊ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊

1: 크랭크축 3: 실린더 블록

10: 플라이휠 12: 중심구멍

14: 보스 14a: 다월핀

16: 홀 20: 제 1회전각도표시부

20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g: 인덱스 30: 제 2회전각도표시부

30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f: 인덱스 40: 제 3회전각도표시부

40a, 40b, 40c, 40d: 인덱스 50: 제 4회전각도표시부

50a, 50b, 50c, 50d, 50e: 인덱스 60: 제 5회전각도표시부

60a, 60b, 60c: 인덱스 70: 감지센서

80: ECU 81: 저장매체

90: 사용자인터페이스부 91: 표시부

93: 입력부 100: 엔진

101: 연료분사 노즐 103: 배전기

200: 플라이 휠 201: 도그

203: 긴 도그 205: 톱니바퀴

207: 감지센서

본 발명은 엔진의 연소장치 제어시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 엔진을 수정하거나 별도의 외부 장치를 개발하지 않고 엔진의 회전수를 검출함과 동시에 엔진의 회전에 따른 크랭크 샤프트의 회전각도를 검출함으로서 크랭크샤프트에 회전력을 제공하는 피스톤 위치를 정밀하게 검출하기 위한 것이다.

나아가 피스톤의 위치에 따라 연료분사 분사 타이밍을 제어하는 엔진의 연소장치 제어시스템에 관한 것이다.

최근의 엔진은, 연료와 공기의 혼합비율, 혼합기(mixed gas)의 분사량, 혼합 기의 분사시기 등이 컴퓨터, 즉 전자제어 유닛(Electronic Control Unit; 이하‘ECU’로 약칭함)에 의해 제어되는 전자제어식 엔진이다.

이러한 전자제어식 엔진은, 실린더 내부로 분사되는 혼합기를 이론공연비에 가깝게 만들어 줌으로써, 연료의 완전연소를 유도한다. 이에 따라 엔진의 출력이 향상되며, 연료의 불완전연소로 인한 유해성분의 배출이 줄어든다.

한편, 이러한 전자제어식 엔진이 최적의 출력을 내고 그 연료를 완전 연소하기 위해서는, 혼합기가 절적한 시기에 분사되고, 압축된 혼합기가 적절한 시기에 폭발되는 것이 중요하다. 다시 말해, 혼합기의 분사 타이밍과, 점화 타이밍을 적절하게 맞추는 것이 매우 중요하다.

한편, 혼합기의 분사 타이밍과, 점화 타이밍을 적절하게 맞추기 위해서는 엔진회전수 및 피스톤의 위치를 감지하는 것이 중요하다.

종래의 감지장치는 크랭크샤프트에 연동된 별도의 회전판을 두고, 회전판의 임의의 지점에 설치된 도그를 센서가 감지하는 방법으로 회전수 및 피스톤의 위치를 감지한다.

이러한 종래의 감지 장치는 엔진 회전수 및 피스톤의 위치를 정밀하게 감지할 수 없는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 기본 엔진을 변경하거나 기본 구성품 외에 부품을 추가조립하여야 하는 문제점이 있다.

또한 종래의 감지 장치는, 크랭크 포지션 센서가 회전판에 형성된 어느 특정부분의 감지 이빨을 감지함으로써 엔진 회전수와 피스톤의 위치를 감지하도록 구성된다. 따라서 종래의 감지장치는 크랭크샤프트에 설치된 회전판이 한 바퀴 회전하 여 크랭크 포지션 센서가 이를 감지하기 전까지는 엔진 회전수 및 피스톤의 위치, 특히, 피스톤의 위치를 정밀하게 감지할 수 없는 것이다. 다시 말해, 특정 부분의 감지 이빨을 제외한 부분은 불 감지(不感知) 구간이므로, 감지장치는 불 감지 구간에서는 피스톤의 위치를 정확하게 감지할 수 없는 것이다.

한편, 이와 같은 문제점은 엔진 회전수 및 피스톤의 위치를 정밀하게 감지하지 못하므로, 상대적으로 혼합기의 분사 타이밍과, 점화 타이밍을 적절하게 제어할 수 없는 결과를 초래하며, 그 결과 엔진의 출력이 저하되고 엔진에서 배출되는 배기가스에 유해물질이 증가하는 등 여러 가지 문제를 발생시킨다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 불 감지 구간을 줄임으로써, 피스톤의 위치를 정밀하게 감지하여, 감지 결과에 따라 엔진의 연소장치에 최적의 혼합기 분사 타이밍과 점화 타이밍 정보를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피스톤의 위치를 정밀하게 감지하는 수단을 통해 엔진의 회전수도 동시에 검출하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 엔진의 연소장치에 최적의 혼합기 분사 타이밍과 점화 타이밍 정보를 제공하는 것에 의해 최적의 타이밍에 혼합기를 분사하고 혼합기를 점화함으로써 최적의 효율을 발휘하는 엔진의 연소장치 제어신호를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 적어도 하나 이상의 피스톤의 왕복운동에 의해 동작하는 엔진의 제어시스템은, 플라이 휠과 적어도 하나 이상의 감지센서 및 ECU를 포함한다.

플라이휠은, 상기 피스톤의 왕복운동에 연동하여 회전하며, 상기 플라이 휠(Fly Wheel)상에는 구조적으로 형성된 패턴(이하에서는 "인덱스(index)"라 함)이 회전 중심으로부터의 동심원 상에 실질적으로 동일한 간격이면서 서로 다른 형태의 구간으로 구분되도록 복수 개 형성된다. 감지센서는 상기 인덱스와 근접한 위치의 엔진 몸체에 회전되지 않는 상태로 고정 설치되며, 상기 인덱스를 감지함에 따라 소정의 신호를 출력하되, 상기 구간별로 구분되도록 신호를 출력한다. 그리고 ECU는 수신한 상기 신호에 포함된 상기 인덱스 감지정보 및 구간정보 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피스톤의 위치를 인식하게 된다.

나아가, 상기 ECU는, 소정의 시간범위 내에서 상기 감지결과를 기초로 엔진의 회전수를 계산하고, 계산된 엔진 회전수에 따른 회전속도와 상기 구간정보에 따른 피스톤의 위치정보를 기초로, 피스톤의 특정 위치 도달시간을 예측할 수 있다.

여기서, 상기 인덱스 중 어느 하나가 상기 감지센서에 의해 감지될 때, 상기 적어도 하나의 피스톤 중 어느 하나가 대략 상사점에 도달한 상태가 되도록 설정 된다.

바람직하게는, 상기 플라이휠의 상기 구간은, 상기 인덱스가 상기 동일한 간격으로 형성되되, 상기 구간의 경계에서는 상기 간격과 다른 간격으로 이격되고, 상기 각 구간별로 상기 인덱스의 개수가 다름으로써 구분된다.

상기 인덱스는 상기 플라이휠의 내측면 및 외주면 중 어느 하나에 형성되며, 도그(dog), 홀 또는 블라인드(blind) 홀 중 어느 하나가 소정 간격으로 마련됨으로써 형성되고, 상기 감지센서는 인덕티브 센서로써 상기 인덱스에 대응되는 소정의 펄스를 상기 인덱스 감지신호로 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 다른 간격으로 이격된 구간의 경계는 상기 도그, 홀 또는 블라인드 홀 중 어느 하나가 상기 다른 간격만큼 형성된 것이 바람직하다.

한편 상기 감지센서는 적외선 센서, 광센서, 초음파센서 및 근접센서 중 어느 하나 일 수도 있다.

본 발명의 다른 실시 예는, 연소장치로서 연료분사노즐 및 배전기를 더 포함한다. 상기 연료분사노즐은 상기 ECU의 제어에 따라 상기 피스톤이 미리 정해진 위치에 도달할 때 연소실에 혼합기를 분사하고, 상기 배전기 역시 상기 ECU의 제어에 따라, 상기 피스톤이 미리 정해진 위치에 도달할 때, 즉, 상기 피스톤이 엔진의 회전속도에 따라 상사점 부근의 미리 정해진 위치에서 상기 혼합기를 점화시키도록 제어한다. 이에 따라, 상기 ECU는 검출한 상기 피스톤의 위치를 기초로 상기 연료분사노즐 및 배전기를 제어하게 된다. 이에 따라 본 발명의 엔진 시스템은, 피스톤이 미리 정해진 위치에 도달했을 때 혼합기의 분사 타이밍 및 점화 타이밍을 제어함으로써 열에너지를 운동에너지로 변환하는 엔진의 효율을 극대화 할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 엔진의 제어시스템의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명의 엔진 연소장치 제어시스템은, 피스톤의 왕복운동을 회전운동으로 변환시키는 크랭크샤프트의 한쪽 끝에 고정되어 상기 크랭크샤프트의 회전에 따라 회전되는 플라이 휠(Fly Wheel)상에 구조적으로 형성된 패턴(이하에서는 "인덱스(index)"라 함)과, 상기 인덱스와 대향되는 근접 위치의 엔진 몸체에 회전되지 않는 상태로 고정 설치되며 인덱스에 의해 소정의 신호를 생성하는 감지센서를 포함한다. 상기 인덱스가 플라이 휠과 중심을 같이 하는 소정의 원주 상에 실질적으로 균일하게 분포됨으로써, 상기 감지센서는 플라이휠이 1회전하지 않더라도 엔진 회전수와 피스톤의 위치를 감지한다. 즉, 상기 감지센서는 플라이휠과는 크랭크샤프트를 매개로 연결된 피스톤의 실린더 내에서의 이동위치를 감지한다.

먼저 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진의 제어시스템의 구조를 설명한다. 다만, 도 1 및 도 2의 구성 중 본 발명의 설명에 필수적인 사항이 아닌 구성 부분에 대한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서는 예시적으로 하나의 피스톤에 대해서만 그 위치를 검출하는 경우를 설명한다. 이는 다수의 피스톤이 상기 하나의 피스톤과 크랭크샤프트 상에 일정한 각도로 설치되어 있어, 상기 하나의 피스톤의 위치를 감지함으로서 다른 다수의 피스톤의 위치도 용이하게 인식 할 수 있기 때문이다.

본 발명의 엔진 제어시스템은, 소정의 인덱스가 형성된 플라이 휠(10), 감지센서(70) 및 ECU(Electronic Control Unit)(80)를 포함한다. 본 발명의 엔진 제어시스템은 엔진 시스템에 포함될 수 있다.

플라이 휠(10)은 엔진(100)의 일 측에 마련된다. 상기 플라이 휠(10)은 크랭크샤프트(1)의 한쪽 끝에 상기 크랭크샤프트(1)와 회전중심이 동일하게 고정 설치 된다. 상기 크랭크샤프트(1)는 샤프트 상에 위상각도를 달리하는 링크형상이 적어도 한개 이상 형성되고, 이 링크 부분에는 각각 피스톤(미도시)이 회동가능하게 연결 되어있다. 상기 피스톤은 엔진의 실린더 내에서 연속적인 흡입,압축,폭발,배기 과정을 거치면서 왕복운동을 상기 크랭크샤프트(1)의 회전운동으로 변환시키고, 상기 크랭크사프트(1)는 플라이 휠(10)을 회전시킴과 동시에 엔진(100)의 회전작동을 원활하게 한다. 플라이 휠(10)은 도 1을 기준으로 할 때 반시계 방향으로 회전한다.

따라서 본 발명의 엔진 제어시스템은 플라이 휠(10)의 회전 속도를 측정함으로써 엔진의 회전수를 정확히 알 수 있다.

도 1을 참조하면, 플라이 휠(10)의 중심구멍(12) 둘레의 보스(boss)(14)에는 다월핀(dowel pin:14a)이 장착되어 있다. 다월핀(14a)은 피스톤이 상사점에 도달할 때, 최하단의 위치에 배치되도록 마련된다. 따라서 엔진 제어시스템은 플라이 휠(10)의 회전을 감지함으로써 피스톤의 상사점 위치를 정확히 감지할 수 있다.

플라이 휠(10)에는 감지센서(70)의 신호를 발생시키기 위한 소정의 인덱스가 형성된다. 이러한 인덱스는 감지센서의 종류에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.

다만, 인덱스는 플라이 휠(10)과 중심을 같이 하는 원주 상에 실질적으로 동일한 간격으로 형성됨으로써, 플라이 휠(10)의 1회전 주기에 이르지 못하는 때에도 엔진 회전수를 감지할 수 있도록 한다. 나아가, 실질적으로 동일한 간격으로 인덱스를 설치함으로써 플라이 휠(10)의 회전균형을 유지하도록 한다.

더불어 피스톤(미도시) 상사점의 위치 및 다월핀(14a)의 위치에 대응되는 인 덱스 상의 위치를 미리 예측할 수 있도록, 인덱스는 소정의 구간으로 구분되고 각 구간마다 서로 다른 형태를 가진다. 궁극적으로 이러한 구분은 플라이 휠(10)의 1회전 중에 감지센서(70)가 생성하는 신호의 진폭, 개수 등을 통해 구분되는 것이므로, 인덱스는 이에 대응되도록 형성된다. 이하에서는 각 구간을 "회전각도 표시부"라 한다. 플라이 휠(10)에 형성된 인덱스는 아래에서 다시 설명한다.

감지센서(70)는 플라이 휠(10)상의 인덱스와 대향되는 근접 위치의 엔진(100)의 몸체에 해당하는 실린더 블록(3)에 장착 고정되어 플라이 휠(10)의 회전에도 불구하고 회전하지 아니한다. 감지센서(70)는 적외선 센서, 인덕티브 센서(inductive sensor), 광센서(optical sensor), 초음파센서 등이 해당하며, 플라이 휠(10)상의 인덱스를 감지하여 1회전 주기로 반복하는 소정의 패턴의 신호를 ECU(80)로 출력한다. ECU(80)는 감지센서(70)에서 제공되는 신호로부터 소정의 '인덱스 감지정보' 및 구간정보를 추출할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 인덕티브 센서를 사용한다. 인덕티브 센서의 경우 인덱스와 센서 사이의 거리의 변화에 따라 펄스를 출력할 뿐 아니라, 플라이 휠(10)의 회전 속도가 빨라짐에 따라 출력되는 펄스의 진폭이 달라짐으로 진폭을 측정하여 엔진회전수를 측정할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 하나의 감지센서 만을 사용하였으나, 복수 개의 감지센서를 포함함으로써 신뢰성을 높일 수 있다.

ECU(80)는 감지센서(70)로부터 수신한 신호로부터 추출한 인덱스 감지정보 및 구간정보를 통해 엔진 회전수 및 피스톤의 상사점 위치를 파악한다. ECU(80)는 각 신호에 대응하는 피스톤의 위치 및 엔진 회전수를 정밀하게 인지할 수 있게 되며, 이를 기초로 연소장치인 혼합기의 분사 타이밍과 점화 타이밍을 적절하게 제어할 수 있게 한다.

이하에서는 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인덱스가 형성된 플라이 휠을 설명하고, 그에 따른 감지센서(70) 및 ECU(80)의 동작을 설명한다. 도 3의 실시 예는 감지센서(70)를 인덕티브 센서를 사용하는 경우를 설명한다.

인덱스는 감지센서(70)의 동작을 유발시키기 위한 것이다. 인덕티브 센서는 소정 거리 이격되어 있는 자성물질의 사이의 거리의 변위가 발생하는 경우에 신호를 발생시킨다. 따라서 변위를 발생시키기 위해 소정 간격을 두고 홀(hole), 블라인드 홀(blind hole) 또는 도그(dog)를 형성하되, 각 홀이나 도그 사이에 인덱스가 형성되도록 한다.

도 3의 실시 예에서 플라이 휠(10)의 내측 면에는 원주방향을 따라 5개의 구간, 즉 제 1 내지 제 5회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)가 형성된다. 실시 예에 따라, 플라이 휠(10)에 형성된 인덱스는 5개가 아닌 다른 소정 개수의 구간으로 구분될 수 있다.

제 1 내지 제 5회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)는 플라이 휠(10)의 중심구멍(12)을 중심으로 하는 동심원상에 차례로 형성된다. 따라서 제 1회전각도표시부(20)가 형성되어 있고, 제 1회전각도표시부(20)와 소정의 간격을 두고 제 2회전각도표시부(30)가 형성되어 있다. 제 3회전각도표시부(40)는 제 2회전각도표시부(30)와 소정의 간격을 두고 형성되어 있으며, 제 3회전각도표시부(40)와 소정의 간격을 두고 제 4회전각도표시부(50)가 형성되어 있다. 또한, 제 4회전각도표시부(50)와 소정의 간격을 두고 제 5회전각도표시부(60)가 차례로 형성되어 있다.

제 1 내지 제 5회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)는, 플라이 휠(10)의 내측면에 같은 간격을 이루는 홀(16)을 형성함으로써 홀(16)과 홀(16)의 사이에 인덱스가 형성되도록 구성된다.

또한, 각 회전각도표시부마다 서로 다른 개수의 인덱스가 형성된다. 즉, 도 3의 실시 예는 감지센서(70)가 생성하는 신호의 개수를 통해 구간을 구분한다.

다른 실시 예에 따라, 5개가 아닌 구간으로 구분한 경우, 각 구간마다 다른 개수의 신호가 발생하도록 인덱스의 수를 설정한다. 따라서 인덱스는 실질적으로 같은 간격이면서 인덱스의 수가 달라지므로 각 구간의 길이가 달라진다. 만약 구간의 구분이 생성되는 펄스의 개수에 의하지 않는 경우라면, 구간의 길이가 달라지지 않을 수 있다. 예를 들어 생성되는 펄스의 진폭으로 구분하는 경우라면, 홀이나 블라이드 홀의 깊이 등으로 구분할 수 있다.

도 3에서는 인덱스의 개수로 각 구간을 구분한다. 따라서 제 1 내지 제 5회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)는 각각 7, 6, 4, 5, 3개로 서로 다른 수의 인덱스를 포함한다.

제 1회전각도표시부(20)는 같은 간격을 이루는 7개의 인덱스(20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g)로 구성되고, 제 2회전각도표시부(30)는 같은 간격을 이루는 6개의 인덱스(30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f)로 구성된다. 제 3회전각도표시부(40)는 같은 간격을 이루는 4개의 인덱스(40a, 40b, 40c, 40d)로 구성되고, 제 4회전각 도표시부(50)는 같은 간격을 이루는 5개의 인덱스(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)로 구성된다. 마찬가지로 제 5회전각도표시부(60)는 같은 간격을 이루는 3개의 인덱스(60a, 60b, 60c)로 각각 구성된다.

그러나 다른 실시 예에 따라 7, 6, 4, 5, 3 개가 아닌 다른 개수로 설정할 수 있으며 각 회전각도표시부를 구분할 수 있으면 족하다. 또한, 인덱스의 개수가 아닌 각 회전각도표시부에 따라 감지센서(70)가 출력하는 펄스의 진폭을 달리하도록 형성할 수 있다.

각 회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)의 구분은 도그, 홀 또는 블라이드 홀을 기존의 인덱스 형성을 위한 것보다 길게 형성한다.

제 1회전각도표시부(20)는 도 1에서와 같이 다월핀(14a)과 대응되게 구성된다. 이는 감지센서(70)가 제 1회전각도표시부(20)를 감지하여 피스톤이 상사점에 배치되는 것을 감지하기 위함이다. 아울러 제 1회전각도표시부(20)는 7개의 인덱스(20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g)로 구성되어 있되, 6번째 인덱스(20f)가 다월핀(14a)과 정렬되게 구성된다.

감지센서(70)의 위치는 플라이 휠(70) 상의 인덱스 중 어느 하나와 대향되도록 설치하면 된다. 다만, 도 3의 실시 예에서는, 회전 중 가장 아래에 위치하게 되는 인덱스에 대응되도록 설치된다.

감지센서(70)는 최하측을 지나는 제 1 내지 제 5회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)의 각 인덱스와의 간격 변화에 따라 발생하는 자력선의 변화에 따라 특정 수의 펄스(pulse)를 발생한다. 즉, 제 1 내지 제 5회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)의 각 인덱스 개수에 대응하는 펄스를 발생하도록 구성된다.

감지센서(70)는 회전하는 제 1회전각도표시부(20)의 인덱스(20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g)에 대응하여 7개의 펄스를 발생한다. 그리고 제 2회전각도표시부(30)의 인덱스(30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f)에 대응하여 6개의 펄스를 발생하고, 제 3회전각도표시부(40)의 인덱스(40a, 40b, 40c, 40d)에 대응하여 4개의 펄스를 발생하며, 제 4회전각도표시부(50)의 인덱스(50a, 50b, 50c, 50d, 50e)에 대응하여 5개의 펄스를 발생하고, 제 5회전각도표시부(60)의 인덱스(60a, 60b, 60c)에 대응하여 3개의 펄스를 발생한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 인덱스의 형상을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 인덱스는 플라이 휠(200)의 내측 면이 아닌, 테두리의 외주면(200a) 상에, 도그(201) 형태로 시동모터(미도시)로부터 동력전달을 위한 톱니바퀴(205)와 나란하게 형성된다. 각 구간의 구분은 상대적으로 긴 도그(203)를 사용하였다.

도 4의 감지센서(207)는 도 3의 경우와 같이 플라이 휠(200)상의 인덱스와 대향되는 근접 위치의 엔진의 몸체에 해당하는 실린더 블록에 고정되어 플라이 휠(200)의 회전에도 불구하고 회전하지 아니한다. 또한, 감지센서(207)는 플라이 휠(200)의 외주면(200a) 밖이면서 플라이 휠(200)의 중심을 지나는 가상의 직선상에, 인덱스와 대향되도록 설치할 수 있다.

도 3 및 도 4의 실시 예 이외에도 적외선 센서나 근접센서를 사용할 수 있으며, 각 인덱스는 센서에 대응되는 형태로 구성할 수 있다. 수광부 및 발광부를 모 두 갖춘 적외선 센서의 경우, 인덱스는 반사경을 이용하여 도 3 및 도 4의 인덱스에 대응되는 방법으로 설치할 수 있다.

도 5는 도 3의 감지센서가 생성하는 펄스의 형태를 도시한 파형도이다. 도 5를 참조하면, 파형도의 가로축은 시간 t이며, 세로축은 전압이 된다.

도 5의 파형 도는 5개의 회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)에 대응하여 발생하는 각 펄스열(a, b, c, d, e)을 나타낸다. 각 펄스열은 소정시간의 블라인드(f) 구간으로 구분된다. 이들은 피스톤이 1회 상승 후 하강하는데 소요되는 시간 주기(g)로 반복된다. 감지센서(70, 203)가 출력하는 도 5의 파형에는 인덱스 감지정보와 구간정보가 포함된다. 각 펄스는 인덱스 감지정보가 되며, 블라인드(f) 구간으로 구분된 펄스열은 구간정보를 포함하는 것이다.

감지센서(70)가 각 회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)에 대응하여 생성하는 특정 수의 펄스는 ECU(80)로 입력된다. ECU(80)는 입력되는 펄스열에서 구간정보를 추출하고, 구간정보를 이용하여 각 회전각도표시부(20, 30, 40, 50, 60)에 대응되는 플라이 휠(10)의 회전 각도를 인지한다. ECU(80)는 플라이 휠(10)의 회전 각도를 인지함에 따라 피스톤의 위치를 정밀하게 판단할 수 있다.

ECU(80)는 인덱스 감지정보를 추출함으로써 엔진 회전수도 정밀하게 인지할 수 있다. 또한, 감지센서(70)가 인덕티브 센서인 경우, ECU(80)는 펄스의 진폭으로부터 엔진 회전수를 판단할 수 있다.

결과적으로 엔진(100)이 구동됨에 따라 7-6-4-5-3개의 펄스가 순차적으로 발생됨으로써, ECU(80)는 각 펄스에 대응하는 피스톤의 위치를 정밀하게 인지하여 혼 합기의 분사 타이밍과, 점화 타이밍을 적절하게 제어할 수 있게 한다.

이하에서는 엔진 제어회로의 개념을 도시한 블록도인 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 ECU의 동작을 설명한다.

도 6에서 ECU(80)는 소정의 저장매체(81)를 포함하며, 감지센서(70), 사용자인터페이스부(90), 연료분사노즐(101) 및 배전기(distributor)(103)와 전기적으로 연결된다. 참고로 도 6은 본 발명에만 한정되는 것이 아니고 엔진 회전수 및 피스톤 위치 감지기능을 포함하는 일반적인 엔진의 연료분사 제어회로에도 적용되는 것이다. 또한 본 발명에 따른 엔진 회전수 및 피스톤 위치 감지기능을 포함하더라도 경우에 따라서는 도 6과 실질적으로 기능면에서는 동일하지만 회로구성은 달리 표현할 수 도 있다.

ECU(80)는 기본적으로 엔진(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 나아가, ECU(80)는 본 발명의 감지센서(70)로부터 소정의 신호를 제공받음으로서 엔진 회전수 및 피스톤(미도시)의 위치를 파악한다. 그 결과 ECU(80)는 제공받은 신호를 기초로 연료분사노즐(101) 및 배전기(103)를 제어한다.

ECU(80)는 감지센서(70)로부터 도 5와 같은 출력펄스를 제공 받음으로서 플라이 휠(10)이 한 바퀴에 미치지 않는 회전일 때에도 소정 개수의 인덱스를 감지함으로써 엔진 회전수를 계산할 수 있다. 계속해서 엔진(100)의 속도가 증가함에 따라 ECU(80)는 계속 새로운 엔진 회전수 값을 계산하고 표시부(91)를 통해 사용자에게 출력한다.

또한, ECU(80)는 적어도 한 개 회전각도표시부가 지나면 피스톤의 위치를 판 단할 수 있으며, 피스톤이 상사점에 도달할 시점을 예측할 수 있다. 도 5의 경우, 제 5회전각도표시부(91)의 3개의 펄스열(e) 출력이 있은 후, ECU(80)는 소정의 시간 즉, 한 개 블라인드(g) 시간에 제 1회전각도표시부의 펄스열(a)에 해당하는 시간을 더한 만큼 후에 피스톤이 상사점에 도달할 것임을 예측할 수 있다. 여기서 소정의 펄스열에 해당하는 시간은 엔진 회전수와 관련 있으므로, ECU(80)는 계산된 엔진 회전수를 기초로 피스톤의 상사점 도달 시간을 예측한다. 위의 설명은 엔진(100)이 1회전이 이루어지지 않은 시동시에도 혼합기의 분사 타이밍과 점화 타이밍을 적절하게 제어할 수 있다는 것을 의미한다.

저장매체(81)에는 각종 프로그램 기타 ECU(80)의 동작을 위한 정보가 저장될 뿐 아니라, 감지센서(70)에서 출력되는 펄스 수에 따른 피스톤의 위치정보, 펄스의 진폭에 대응되는 엔진 회전수 정보 및 시간당 출력 펄스 수에 따른 엔진 회전수 정보가 저장될 수 있다.

특히, 감지센서(70)가 제 5회전각도표시부(60)와 제 1회전각도표시부(20)를 연속적으로 감지하여 3번의 펄스와 7번의 펄스를 연이어서 출력함에 따라, ECU(80)는 피스톤이 현재 상사점에 배치되었음을 정밀하게 감지할 수 있다.

사용자인터페이스부(90)는 표시부(91) 및 입력부(93)를 포함한다.

표시부(91)는 ECU(80)가 계산한 엔진회전수 등을 포함하는 각종 정보를 ECU(80)로부터 수신하여 사용자에게 표시한다.

입력부(93)는 엔진의 동작 및 ECU(80)에 대한 각종 사용자의 명령을 입력받아 ECU(80)에 전달한다.

ECU(80)의 제어에 의해, 연료분사노즐(101)은 엔진(100)에 혼합기를 분사하며, 배전기(103)는 피스톤의 상사점에서 점화플러그(미도시)가 점화하도록 한다.

이상에서는, 본 발명의 매우 적합한 실시 예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은, 상술한 특정의 실시 예에 한정하지 않고, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에 의해, 다양하게 변형ㅇ실시가 가능하다. 이러한 변형실시는, 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 된다.

본 발명에 따르면 엔진의 연소장치 제어시스템은 소정의 감지센서를 사용하여 피스톤의 위치 및 엔진회전수를 정밀하게 인지할 수 있으며, 이에 따라 ECU는 혼합기의 분사 타이밍과 점화 타이밍을 적절하게 제어할 수 있게 한다.

또한, 피스톤 상사점의 위치와 같은 특정 지점의 도달을 미리 예측함으로써, 시동시와 같이 엔진이 저속으로 동작하는 경우에도 피스톤의 특정 지점 도달을 정확하게 예측하고 감지할 수 있다.

본 발명의 엔진의 연소장치 제어시스템은 엔진의 회전을 감지하기 위한 별도의 회전판과 같은 감지용 휠을 사용하지 않음으로써 엔진 다른 제약을 주지 아니하며, 설계에 비접촉 센서를 사용함으로서 엔진 제어시스템의 내구성을 확보하고 있다.

본 발명의 엔진의 연소장치 제어시스템은 감지를 위한 인덱스를 설치함에 있 어, 피스톤이 상사점에 도달하는 시간을 예측할 수 있도록 함과 동시에 엔진회전수를 측정함으로써 시간 예측이 더욱 정확하고 신뢰성 있도록 할 수 있다.

Claims

적어도 하나 이상의 피스톤의 왕복운동에 의해 동작하는 엔진의 제어시스템에 있어서,

상기 피스톤의 왕복운동에 연동하여 회전하면서, 복수 개의 인덱스가 회전중심으로부터의 동심원 상에 실질적으로 동일한 간격이면서 서로 다른 형태의 구간으로 구분되도록 형성된 플라이 휠;

상기 플라이 휠 상의 인덱스와 대향되는 근접 위치의 엔진의 몸체에 고정 설치되며, 상기 인덱스를 감지함에 따라 상기 구간별로 구분되도록 소정의 감지신호를 출력하는 적어도 하나의 감지센서; 및

상기 감지센서의 감지신호로부터 제공되는 상기 인덱스 감지정보 및 구간정보 중 적어도 하나를 이용하여 상기 피스톤의 위치를 검출하고, 상기 검출된 피스톤이 미리 정해진 위치에 도달할 때 엔진의 연소장치에 작동신호를 제공하는 ECU;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 ECU는, 시간당 감지센서의 감지신호를 기초로 상기 엔진의 회전수를 계산하고, 계산된 상기 엔진 회전수에 따른 회전속도와 상기 구간정보에 따른 상기 피스톤의 위치정보를 기초로, 상기 피스톤의 미리 정해진 위치 도달시간을 예측하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 인덱스 중 미리 정해진 어느 하나가 상기 감지센서에 의해 감지될 때, 상기 어느 하나의 피스톤이 대략 상사점에 도달한 위치가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 플라이휠의 상기 구간은,

상기 인덱스가 동일한 간격으로 형성되되, 상기 구간의 경계에서는 상기 간격과 다른 간격으로 이격되고, 상기 각 구간별로 상기 인덱스의 개수가 다름으로써 구분되는 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.
제 4항에 있어서,

상기 인덱스는 상기 플라이휠의 내측면 또는 외주면 중 어느 하나에 형성되며, 도그(dog), 홀 및 블라인드(blind) 홀 중 어느 하나가 상기 동일한 간격으로 마련됨으로써 형성되고,

상기 감지센서는 인덕티브 센서로써 상기 인덱스에 대응되는 소정의 펄스를 상기 인덱스 감지신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.
제 5항에 있어서,

상기 다른 간격으로 이격된 구간의 경계는 상기 도그, 홀 및 블라인드 홀 중 어느 하나가 상기 다른 간격만큼 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 감지센서는, 인덕티브 센서, 적외선 센서, 광센서, 초음파센서 및 근접센서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.
제 1항에 있어서,

상기 연소장치는 연료를 분사하는 연료분사노즐과 혼합기를 점화하는 배전기로 구성되고, 상기 ECU는 상기 감지센서로부터 제공받은 피스톤의 위치정보에 따라 상기 피스톤이 미리 정해진 위치에 도달 했을 때 상기 연료분사노즐 및 배전기 중 적어도 어느 하나를 작동 지령하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연소장치 제어시스템.