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KR101393567B1 - 차량 엔진의 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치 - Google Patents

차량 엔진의 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치 Download PDF

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Abstract

차량의 엔진 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치가 개시된다. 엔진의 운전 중에 상기 엔진의 연소실의 연소 압력을 감지하고; 상기 연소 압력으로 MFB(총 연소 열량 중 특정 시점에서 연소된 열량 비율), MFB50(총 연소 열량의 50% 연소 시점), MFB50 COV(Coefficient of Variation), IMEP(Indicated Mean Effective Pressure) 및 IMEP COV를 연산하는 연산하며; 목표 MFB를 설정하는 설정하고; 상기 연산단계에서 연산된 MFB50을 상기 목표 MFB와 비교하여 크랭크 각도가 5도 이상 지각되거나, 혹은 MFB50 COV가 20% 이상이거나, 혹은 IMEP COV가 20% 이상이면 실화로 판단하여; 상기 MFB가 상기 목표 MFB를 추종하도록 분사시기를 진각시킨다.

Description

차량 엔진의 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치{Device and Method for determining and controlling combustion misfire of engine of vehicle}
본 발명은 차량 엔진의 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 연소 압력을 감지하여 실화를 판정하고, 연료분사시기를 진각시켜 실화를 제어하도록 한 차량 엔진의 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진에서 점화 불능이나, 연료공급장치의 결함, 연료의 압축 저하, 기타 다른 원인으로 인해 엔진의 실린더 내에서 정상적으로 연소가 일어나지 않고 실화(misfire)가 발생한다.
엔진의 연소 과정에 실화가 발생하면, 엔진의 동력이 손실되고, 엔진 토크가 불균일해져 엔진 진동이나 소음 등이 발생한다.
엔진의 실화는 엔진의 연소실 내에 혼합되어 있는 연료와 공기의 혼합물에 점화장치가 점화하여도 점화원을 중심으로 화염 전파가 일어나지 않거나, 화염 전파가 일어나도 부분적인 화염 전파만 일어나거나, 혹은 화염 전파 속도가 불규칙적이거나 속도 지연으로 비정상적인 연소가 일어나는 모든 과정을 의미하는 것으로, 실화의 상태에 따라 엔진 및 배기가스 배출계에 손상을 줄 뿐만 아니라 유해 가스의 배출이 많아져서 환경을 오염시키게 된다.
따라서 엔진의 실화를 실시간으로 검출하여 실화 발생을 억제하는 엔진 제어는 차량의 성능 향상 및 배기가스 배출 저하 측면에서 매우 중요하다.
본 발명의 실시 예는 엔진의 연소실에서 발생할 수 있는 실화를 연소 압력으로 감지하여 실시간으로 정확하게 판정할 수 있고, 연료 분사시기의 진각 제어로 실화를 제어할 수 있는 차량 엔진의 실화 판정방법과 제어방법 및 제어장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 엔진의 실화 판정방법은, 엔진의 운전 중에 상기 엔진의 연소실의 연소 압력을 감지하는 감지단계; 상기 연소 압력으로 MFB(총 연소 열량 중 특정 시점에서 연소된 열량 비율), MFB50(총 연소 열량의 50% 연소 시점), MFB50 COV(Coefficient of Variation), IMEP(Indicated Mean Effective Pressure) 및 IMEP COV를 연산하는 연산단계; 목표 MFB50을 설정하는 설정단계; 및 상기 연산단계에서 연산된 MFB50을 상기 목표 MFB50과 비교하여 크랭크 각도가 5도 이상 지각되거나, 혹은 MFB50 COV가 20% 이상이거나, 혹은 IMEP COV가 20% 이상이면 실화로 판단하는 판단단계를 포함할 수 있다.
상기 목표 MFB50은 엔진의 회전수와 엔진 부하에 따라 설정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량 엔진의 실화 제어방법은, 상기와 같이 엔진에서 연료의 연소 과정에 실화가 발생한 것으로 판정되면, 상기 MFB50이 상기 목표 MFB50을 추종하도록 분사시기를 진각시키는 제어를 할 수 있다.
상기 분사시기를 진각시킨 이후에 일정 시간의 경과 여부를 판단하고, 상기 일정 시간 경과 후에도 실화 상태가 지속 중이면 경고등을 점등시킬 수 있다.
상기 일정 시간이 5초 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 차량 엔진의 실화 제어장치는, 엔진의 연소 압력을 감지하는 연소압력 감지센서; 상기 엔진에 연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 실화 제어방법을 수행하도록 상기 인젝터를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
경고등을 더 포함하고; 상기 분사시기를 진각시킨 이후에 일정 시간의 경과 여부를 판단하며, 상기 일정 시간 경과 후에도 실화 상태가 지속 중이면 상기 경고등을 점등시킬 수 있다.
상기 일정 시간이 5초 이상일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연소실에서 실화 발생 여부를 연소 압력을 감지해서 판단하므로, 엔진의 실화 발생 여부를 정확하게 실시간으로 판정할 수 있다.
그리고 엔진에서 연소 과정에 실화가 발생된 것으로 판단되면, 연료의 분사시기를 진각시켜 실화를 제어하고, 이를 통해서도 실화가 계속해서 진행되면 경고등을 점등하여 운전자에게 주의를 환기시켜 주므로, 엔진의 실화 발생으로 인한 차량의 조종 안정성 및 승차감의 저하를 방지함과 더불어 유해 배기가스의 다량 배출 및 연비 저하를 예방할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량 엔진의 실화 판정방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량 엔진의 실화 제어방법를 설명하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량 엔진의 실화 제어장치는, 엔진의 연소실을 형성하는 실린더 헤드에 설치되어 연소실의 연소 압력을 감지하는 연소 압력 감지센서를 포함한다. 상기 연소 압력 감지센서는 엔진의 실린더 헤드에 장착된 글로우 플러그에 설치될 수 있다.
그리고 상기 연소실에 연료는 분사하는 인젝터가 장착된다.
상기 인젝터로부터 연소실로 분사되는 연료의 분사시기를 제어하기 위해 제어기(ECU; Electronic Control Unit)의 출력단에 상기 인젝터가 접속된다.
상기 제어기(ECU)는 연소실의 연소 압력을 판단하기 위해 그 입력단에 상기 연소 압력 감지센서가 접속된다.
상기 제어기(EVU)는 다음과 같은 방법으로 연소실의 실화 발생 여부를 판정한다.
도 1을 참조하면, 상기 제어기(ECU)는 상기 연소 압력 감지센서(2)로부터 입력된 감지신호를 근거로 연소실의 연소 압력을 실시간으로 감지한다. (S10)
상기 제어기(ECU)는 감지된 신호를 근거로 미리 입력된 프로그램에 따라 MFB, MFB50, MFB50 COV, IMEP, IMEP COV를 연산한다. (S20)
상기 MFB는 Mass Fraction of Burning Rate로서 총 연소 열량 중에 특정 시점에서 연소된 열량 비율을 말한다.
상기 MFB50은 총 연소 열량의 50% 연소 시점을 말한다. 이는 연소가 가장 활발한 연소 시점을 대변한다.
상기 IMEP는 Indicated Mean Effective Pressure이다.
COV는 Coefficient of Variation으로서 평균 대비 산포를 의미하고, 일정 시간 동안 특정 인자의 Variation 정도를 의미한다.
연소실에서 실화란 연소 지연(MFB50의 지각) 등에 의한 연소 불안정으로 IMEP의 저하 및 변동이 발생되는 현상이다.
연소실에서 실화는 EGR(배기가스 재순환)이 과다하거나, 차량의 급가속으로 공연비가 급격히 저하되는 경우에 주로 발생한다.
연소실에서 실화가 발생되면 차량 운전성이 저하된다. 예를 들면 차량의 운행 중에 차량이 울컥거리거나, 엔진 토크가 저하되거나 소음 및 진동 등이 발생되며, 배기가스에 유해 성분이 과다하게 포함되고, 차량의 연비가 저하된다.
상기 제어기에는 엔진의 회전수와 엔진 부하에 따라 설정된 목표 MFB50이 미리 맵핑된다.
상기 제어기(ECU)는 상기와 같이 연산된 값들을 기준으로 실화 발생 여부를 판정한다. (S30)
즉 차량의 운행 중에 상기 연산된 MFB50을 목표 MFB50과 비교하고, 상기 연산된 MFB50이 목표 MFB50에 비해 크랭크 각도를 기준으로 5도 이상 지각되었는지를 판단하여, 5도 이상 지각된 것으로 판단되면 실화 발생으로 판정한다.
그리고 상기 연산된 MFB50 COV가 20% 이상인지를 판단하고, 20% 이상으로 판단되면, 실화 발생으로 판정한다.
또한 상기 연산된 IMEP COV가 20% 이상인지를 판단하고, 20% 이상으로 판단되면, 실화 발생으로 판정한다.
만일 상기 S30 단계에서 실화가 발생되지 않은 것으로 판단되면, 엔진이 정상 상태로 운행 중인 것으로 간주하고, 상기 S10 단계로 복귀한다.
만일 상기 S30 단계에서 실화가 발생된 것으로 판단되면, 상기 제어기(ECU)는 상기 인젝터(3)에 제어신호를 인가하여 분사시기를 진각시키는 제어를 한다. (S40)
상기 제어기(ECU)는 현재의 MFB50이 목표 MFB50에 추종되도록 추종 제어를 실시한다.
즉 도 2에 도시한 바와 같이 엔진의 연소실에서 실화가 발생되어 MFB50의 크랭크 각도가 지각될 경우에 목표 MFB50을 추종하도록 연료 분사시기를 진각 제어한다.
이후에 상기 제어기(ECU)는 다시 실화 발생 여부를 판단하고(S40), 실화가 제어되어 발생되지 않은 것으로 판단되면 초기로 복귀하는 반면에 실화가 계속해서 진행 중이면 일정 시간이 경과했는지를 판단한다. (S50)
상기 제어기(ECU)가 연료 분사시기를 진각 제어했음에도 불구하고 예들 들어 5초 이상 실화가 계속 진행되고 있으면(S60), 경고등을 점등시켜 운전자에게 주의를 환기시켜 준다. (S70)
상기 일정 시간 경과 후에 실화가 소멸되었으면 엔진이 정상 상태로 운전된 것으로 판단하고(S80), 초기 상태로 복귀한다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 엔진의 운전 중에 상기 엔진의 연소실의 연소 압력을 감지하는 감지단계;
    상기 연소 압력으로 MFB(총 연소 열량 중 특정 시점에서 연소된 열량 비율), MFB50(총 연소 열량의 50% 연소 시점), MFB50 COV(Coefficient of Variation), IMEP(Indicated Mean Effective Pressure) 및 IMEP COV를 연산하는 연산단계;
    목표 MFB50을 설정하는 설정단계; 및
    상기 연산단계에서 연산된 MFB50을 상기 목표 MFB50과 비교하여 크랭크 각도가 5도 이상 지각되거나, 혹은 MFB50 COV가 20% 이상이거나, 혹은 IMEP COV가 20% 이상이면 실화로 판단하는 판단단계;
    를 포함하는 차량 엔진의 실화 판정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 목표 MFB50은 엔진의 회전수와 엔진 부하에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 실화 판정방법.
  3. 엔진의 운전 중에 상기 엔진의 연소실의 연소 압력을 감지하는 감지단계;
    상기 연소 압력으로 MFB(총 연소 열량 중 특정 시점에서 연소된 열량 비율), MFB50(총 연소 열량의 50% 연소 시점), MFB50 COV(Coefficient of Variation), IMEP(Indicated Mean Effective Pressure) 및 IMEP COV를 연산하는 연산단계;
    목표 MFB50을 설정하는 설정단계;
    상기 연산단계에서 연산된 MFB50을 상기 목표 MFB50과 비교하여 크랭크 각도가 5도 이상 지각되거나, 혹은 MFB50 COV가 20% 이상이거나, 혹은 IMEP COV가 20% 이상이면 실화로 판단하는 판단단계; 및
    상기 판단단계에서 실화로 판단된 경우에, 상기 MFB50이 상기 목표 MFB50을 추종하도록 분사시기를 진각시키는 단계;를 포함하는 차량의 엔진 실화 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분사시기를 진각시킨 이후에 일정 시간의 경과 여부를 판단하고,
    상기 일정 시간 경과 후에도 실화 상태가 지속 중이면 경고등을 점등시키는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 실화 제어방법.
  5. 제4항에 따른 있어서,
    상기 일정 시간이 5초 이상인 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 실화 제어방법.
  6. 엔진의 연소 압력을 감지하는 연소압력 감지센서;
    상기 엔진에 연료를 분사하는 인젝터; 및
    제3항에 따른 실화 제어방법을 수행하도록 상기 인젝터를 제어하는 제어기;
    를 포함하는 차량의 엔진 실화 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    경고등을 더 포함하고;
    상기 분사시기를 진각시킨 이후에 일정 시간의 경과 여부를 판단하며,
    상기 일정 시간 경과 후에도 실화 상태가 지속 중이면 상기 경고등을 점등시키는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 실화 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 일정 시간이 5초 이상인 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 실화 제어장치.
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