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KR102323407B1 - 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법 - Google Patents

캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법 Download PDF

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KR102323407B1
KR102323407B1 KR1020170115093A KR20170115093A KR102323407B1 KR 102323407 B1 KR102323407 B1 KR 102323407B1 KR 1020170115093 A KR1020170115093 A KR 1020170115093A KR 20170115093 A KR20170115093 A KR 20170115093A KR 102323407 B1 KR102323407 B1 KR 102323407B1
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fuel injection
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Abstract

본 발명은 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법에 관한 발명이다. 본 발명에서는, 엔진 시동을 위해 연료 분사 및 점화를 실시한 후, 차량의 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승한 경우에는 정상 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 것으로 판단하도록 한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생한 경우에도 안정적인 엔진 재시동 및 시동 완료 판정을 내릴 수 있다.

Description

캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법{STARTING CONTROL METHOD FOR A VEHICLE IN CAM SHAFT POSITION SENSOR FAILURE}
본 발명은 차량 시동 제어 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는, 캠 샤프트 위치 센서가 고장인 경우에 엔진 동기화 불가로 인한 엔진의 시동 불가 문제를 해결하기 위한 시동 제어 방법에 관한 발명이다.
내연기관을 장착한 자동차의 경우, 차량의 주행 조건 등에 따라 연료의 분사 시점 및 점화시점을 조절하도록 하고 있다. 특히, 다기통 엔진의 경우, 출력 저하나 불완전 연소로 인한 유해가스 발생을 억제하기 위해서 각 기통 별로 연료의 분사 시점 및 점화 시점을 정확하게 동기화할 필요가 있다.
이러한 엔진의 동기화를 수행하기 위해서는 무엇보다 각 기통 별로 정확한 크랭크 축의 회전 위치를 검출해 낼 필요가 있다. 특허문헌 1에서는 크랭크 축의 정확한 회전 위치를 검출하기 위한 종래 기술에 대해서 개시하고 있다. 특허문헌 1과 같은 종래 기술에서는, 크랭크 축의 정확한 위치 검출을 위해 크랭크 샤프트 위치 센서와 캠 샤프트 위치 센서를 활용하고 있다.
한편, 엔진 제어의 타이밍이 목표 타이밍과 어긋나는 경우에는, 엔진 시동에 실패하게 된다. 따라서, 캠 샤프트 위치 센서와 크랭크 샤프트 위치 센서로부터 정확한 엔진 제어 타이밍을 도출해 내는 것이 안정적인 엔진 시동에 있어서 필수적이다.
도 1에서는 엔진의 동기화 장치의 일 예를 도시하고 있다. 도 1에서 도시된 엔진 동기화 장치는 캠 샤프트 위치 센서(100), 크랭크 샤프트 위치 센서(200) 및 제어부(ECU)(300)로 이루어진다.
캠 샤프트 위치 센서(100)는 흡기 캠 및 배기 캠의 캠 샤프트의 회전 시에 캠 에지(edge)를 감지하고, 이를 하이 레벨(H)과 로우 레벨(L) 사이에서 전압 위상이 반전되는 펄스 형태의 캠 신호로서 제어부(200)로 출력하게 된다. 예컨대 캠 샤프트 위치 센서(100)의 출력이 하이 레벨(H)이 되는 때는 캠(110)이 점선으로 표기된 선(L1)보다 위에 위치할 때이고, 캠 샤프트 위치 센서(100)의 출력이 로우 레벨(L)이 되는 때는 캠(110)이 선(L1)보다 아래에 위치할 때이다. 여기서, 캠(110)은 연소실에 마련된 흡기 밸브 및 배기 밸브를 개폐하기 위한 것으로서 캠 축은 크랭크 샤프트와 동기하여 회전한다.
크랭크 샤프트 위치 센서(200)는 크랭크 샤프트에 동축으로 구비된 센서 휠(210)의 근방에 배치된다. 센서 휠(210)에는 그 외주를 따라 다수의 투스(tooth)(220)가 설치되어 있다. 크랭크 샤프트 위치 센서(200)는 요철 형상의 투스를 감지하여 크랭크 샤프트의 회전 각도 및 회전수를 검출하고, 그 결과를 펄스 형태의 크랭크 신호로서 제어부(300)로 출력한다. 이때, 센서 휠(210)에는 원주 방향 전체에 걸쳐 투스가 형성되지는 않고 그 일부에 투스가 누락되어 있는 데, 크랭크 샤프트 위치 센서(200)는 이 부분을 미싱 투스(Missing tooth)(230)로 인지한다.
제어부(300)는, 캠 샤프트 위치 센서(100)와 크랭크 샤프트 위치 센서(200)로부터 캠 신호와 크랭크 신호를 수신하고, 수신된 결과를 이용하여 크랭크 위치와 캠 위치를 확정한다. 그리고, 확정된 크랭크 위치와 캠 위치 정보를 이용하여 연료 펌프(400), 인젝터(500), 점화 플러그(600)를 제어함으로써, 엔진의 각 기통별 연료 분사 시점과 점화 시점을 동기화하는 제어를 수행한다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제2003-0029367호 (2003. 4. 14)
크랭크 샤프트 위치 센서(200)에 의해 감지되는 실제의 크랭크 각도는 0~360° 가 아니라 0~720°가 된다. 이는 엔진의 4행정(흡입-압축-폭발-배기) 동안 크랭크 샤프트는 2회전(이 때, 캠 샤프트는 1회전)하기 때문이다. 즉, 0~360° 및 0~720°의 두 구간에서의 크랭크 샤프트 위치 센서의 입력 신호 패턴이 동일하다, 따라서, 도 2에서 도시된 바와 같이, 크랭크 샤프트 위치 센서의 입력 신호로는 실린더 1 및 4의 위치와 실린더 2 및 3의 위치가 동일하게 인식되기 때문에, 크랭크 샤프트 위치 센서의 입력 신호로는 서로 상이한 행정이 행해지고 있는 실린더 1 및 4를 구별해 낼 수 없다.
따라서, 엔진의 4행정 중 알맞은 위치에 연료 분사 및 점화를 수행하기 위해서는 크랭크 각도 0~360° 및 0~720°의 구간 판별이 필수적이며, 이를 위해서 캠 샤프트 위치 센서(100)의 신호를 이용하는 것이다.
그런데, 캠 샤프트 위치 센서(100)에 전기적, 물리적 고장이 발생한 경우, 상술한 크랭크 각도 0~360° 및 0~720°의 구간 판별이 어려워 엔진 동기화에 실패하게 되고, 따라서, 엔진의 시동이 불가하게 된다.
이 경우, 크랭크 각도를 정확히 판정하기 위해, 크랭크 샤프트 위치 센서(200)의 신호만을 이용하여, 피스톤이 상사점에 있는 임의의 실린더에 연료를 분사하고 점화를 실시한 후 엔진 회전수(Revolution per Minute; RPM)의 변화를 관찰하는 방법을 고려해 볼 수 있다.
만약, 점화가 이루어진 실린더가 압축 행정에 있지 않은 경우에는, 도 6에서 도시되어 있는 바와 같이 연료의 분사 및 점화에도 불구하고, 엔진의 RPM에는 변화가 없게 된다. 이 경우, 크랭크 각도를 360°옵셋하여 다시 연료를 분사 및 점화하여 엔진을 재시동하게 되면, 압축 행정에 있는 정상 위치에 점화가 이루어지게 되어 엔진 RPM이 상승하게 된다.
그런데, 엔진의 RPM은 외기의 온도 및 기압, 차량의 배터리의 전압 상태 등의 외부 환경으로 인해 그 변화가 작거나 불규칙하게 되는 경우가 있다. 이 경우에는 엔진 RPM의 기초한 시동 완료 판정(크랭크 각도 판정)이 불가하거나 그 결과가 불명확하게 될 우려가 있다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생한 경우에도, 외부 환경에 영향을 받지 않고 정확한 크랭크 각도를 검출하여 엔진을 시동할 수 있는 차량 시동 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위하여, 크랭크 샤프트 위치 센서의 센서 신호만을 이용하여 피스톤이 상사점 부근에 위치하는 임의의 실린더에 대해 시험 분사 및 점화를 실시한 경우에 있어서, 엔진 RPM이 아니라 배터리 전압을 참조하도록 하고 있다.
도 3은 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 과제 해결 원리를 설명하기 위한 참고도이다.
도 3에서, P1은 시동 전(스타터 모터 구동 전) 상태를 나타내고 있다. 본 발명에서 제어기는 이 상태에서 크랭크 각도 구간 판별을 위한 기준으로 사용되는 배터리 전압값을 측정하여 저장한다.
P2는 시동 중(스타터 모터 구동 중) 상태를 나타내고 있다. 여기에서는, 크랭크 각도의 0~360O / 360~720O 구간은 확신하지 못한 상태로, 현재 인식하고 있는 크랭크 각도에 맞게 시험 분사가 이루어 진다.(연료 분사 및 점화 수행) 이때, 스타터 모터 구동으로 인해 배터리 전압은 급격하게 감소하게 된다.
만약, 앞서의 연료 분사 및 점화가 잘못된 위치에서 수행되고 있다면, P2에서 나타나 있는 바와 같이 시동은 완료되지 않고 스타터 모터는 계속 구동되게 되어 배터리 전압은 다시 상승하지 않게 된다. 따라서, 스타터 모터가 엔진을 일정 횟수로 회전시키며 크랭크 각도가 변화하는 동안 시험 분사가 이루어 졌음에도 불구하고 배터리 전압은 다시 상승하지 않는다면 이는 연료 분사 및 점화를 잘못된 위치에서 수행되고 있기 때문이라고 판단할 수 있다. 즉, 크랭크 각도의 0~360O / 360~720O 구간을 잘못 인지하고 있다고 판단할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제어기에서는 올바른 구간에서 엔진을 재시동하기 위하여 크랭크 각도를 360O 옵셋시켜 엔진을 재시동한다.
P3는 이러한 엔진 재시동 시의 시동 완료 판정 상태를 나타내고 있다. 크랭크 각도를 360O 옵셋한 후에는 연료 분사 및 점화가 현재 4 행정에 맞는 엔진 위치에서 수행하게 되어 폭발이 일어나며, 스타터 모터의 구동은 멈추게 되고 이로 인해 배터리 전압은 상승한다.
따라서, 현재 배터리 전압이 시동 전 저장한 배터리 전압의 일정 비율 이상으로 상승하게 되면 시동이 완료되었다고 판단할 수 있다.
따라서, 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법에서는, 엔진 시동을 위해 연료 분사 및 점화를 실시하여, 차량의 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승한 경우, 정상 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는, 엔진 시동을 위한 연료 분사 및 점화를 실시 이후에도 차량의 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 않는 경우에는 정상 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어지지 않은 것으로 판단하여, 측정을 통해 인식된 크랭크 각도를 360도 옵셋하여 엔진의 재시동을 실시하도록 한다.
보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예는, 운전자에 의해 시동 키를 On 하는 단계; 엔진의 스타터를 구동하는 단계; 소정의 크랭크 각도를 기준으로 시험 연료 분사 및 점화를 실시하는 단계; 연료 분사 및 점화 실시 후 배터리 전압을 모니터링 하는 단계; 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승한 경우, 정상 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 것으로 판단하고, 크랭크 각도의 판정을 완료하는 단계;를 포함하여 이루어진다.
보다 바람직하게는, 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 아니한 경우에는 크랭크 각도를 360도 옵셋한 각도를 기준으로 연료 분사 및 점화를 실시하여 엔진을 재시동하는 단계;를 더 포함한다.
보다 바람직하게는, 상기 스타터 구동 후, 캠 샤프트 위치 센서의 고장 여부를 판단하도록 한다.
보다 바람직하게는, 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 림폼(Limphome) 모드로 진입하도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 스타터의 구동 전에 배터리 전압값을 측정하여 이를 상기 소정값으로 설정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 엔진의 상기 재시동 후에도 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 아니한 경우에는, 전 단계에서 옵셋된 크랭크 각도에 대해 360도 옵셋을 다시 실시하고, 옵셋된 크랭크 각도를 기준으로 엔진을 재시동하도록 한다.
보다 바람직하게는, 크랭크 각도에 대한 옵셋 회수를 카운트하고, 최대 옵셋 회수가 소정값 이상인 경우에는, 시동 불가 판정을 하도록 한다.
보다 바람직하게는, 엔진 시동을 위한 연료 분사 및 점화를 실시 이후에도 차량의 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 않는 경우에, 연소 관련 부품의 이상 여부를 판정하는 단계; 및 연소 관련 부품의 이상이 판정되는 경우, 시동 불가 판정을 하도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 연소 관련 부품은, 인젝터, 점화 플러그 또는 연료 펌프의 적어도 어느 하나 이상을 의미한다.
보다 바람직하게는, 상기 엔진의 상기 재시동 후에도 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 아니한 경우에는, 공연비가 정상 범위에 있는지 여부를 판단하고, 공연비가 정상 범위를 벗어나 있는 경우, 시동 불가 판정을 내리도록 한다.
보다 바람직하게는, 상기 시동 불가 판정을 내리는 경우, 엔진 스타터의 구동을 중단하고, 고장 사실을 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 시동 불가 판정을 내리는 경우, 캠 샤프트 위치 센서의 고장 정보에 관한 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 차량 내의 저장 장치에 저장할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 시험 연료 분사 및 점화는, 크랭크 샤프트 위치 센서를 이용하여, 상사점에 근접한 임의의 실린더에 대해서 실시할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 크랭크 각도의 파악 및 시동 완료 판정의 기준으로서 배터리 전압값을 사용함으로써, 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생하는 경우에도 정확한 크랭크 각도를 파악하여 엔진의 안정적인 재시동을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 엔진의 매 시동 직전에 배터리 전압값을 갱신하여 사용함으로써, 차량의 배터리 상태 외기의 기온이나 기압등의 외부 환경의 영향과는 독립적으로 시동 완료 판정을 내릴 수 있다.
도 1은 엔진 동기화 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 크랭크 각도 구간과 관련하여 동일 시점에서의 복수의 실린더에서의 피스톤 위치를 나타내는 참고도,
도 3은 본 발명의 과제해결원리를 설명하기 위한 참고도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예가 적용될 수 있는 시동 제어 시스템의 구성을 나타내는 블럭도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시동 제어 방법을 도시한 순서도,
도 6은 엔진의 시험 분사 시의 엔진의 RPM의 변화를 나타내는 신호도.
이하에서는 이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예가 적용될 수 있는 시동 제어 시스템의 구성을 나타내는 블럭도이다.
본 발명에 따른 시동 제어 방법은 제어기(Electronic Control Unit; ECU)를 통해 행해진다. 제어기는 복수 실린더에서의 크랭크 각도를 정확히 파악하여 연료 분사 시점 및 점화 시점을 계산하고, 해당 시점에 인젝터와 점화기가 구동될 수 있도록 제어하여 엔진을 시동하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로는, 제어기는 IG Key 및 스타터 구동 명령이 운전자에 의해 On되면 스타터 모터의 구동을 제어함으로써 강제로 엔진을 회전시킨다. 또한, 제어기는, 엔진의 동기화 제어를 수행하기 위하여 크랭크 각도를 정확히 검출할 수 있도록, 크랭크 샤프트 위치 센서, 흡기 캠 및 배기 캠의 캠 샤프트 위치 센서로부터 측정 신호를 전달 받는다. 그리고, 제어기는 전달받은 신호를 처리하여 현재의 크랭크 각도를 계산하고, 계산된 크랭크 각도에 근거하여 정확한 연료 분사 및 점화 시점을 계산해 낸다. 그리고, 해당 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어질 수 있도록, 인젝터 및 점화기를 제어한다.
한편, 본 발명에 따른 제어기에서는 배터리 전압 센서로부터 배터리의 전압량 측정 신호를 전달 받아, 이를 후술하는 바와 같이, 크랭크 각도를 판단하는데 사용한다. 또한, 제어기는 냉각수 온도 센서와 같은 센서 장치로부터 엔진의 온도에 관한 정보를 전달받아 크랭크 각도를 판단하기 위해 사용할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시동 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 엔진의 시동 시에는 먼저 운전자의 시동 장치 조작에 의해 IG Key가 On 되게 된다(S10). 이로서, 본 발명에 따른 시동 제어 방법이 개시된다.
IG Key가 ON 된 직후, 스타터 모터가 구동되기 전에 제어기는 배터리 전압 센서로부터 해당 시점에서의 배터리 전압값(A)을 저장한다(S20). 후술하는 바와 같이, 이때 저장된 배터리 전압값(A)은 크랭크 각도를 판정하는데 사용되는 기준값이 될 수 있다. 그런데 차량 및 배터리의 상태 또는 외기 온도 등의 외부 환경으로 인해 배터리 전압값은 상시적으로 변화되므로, 시동 시마다 크랭크 각도 구간 판별의 기준이 되는 배터리 전압값을 새로이 저장한다. 이를 통해, 외부 환경에 변화와는 독립적으로 크랭크 각도 및 시동 완료 여부의 판정을 할 수 있게 된다.
제어기는 배터리 전압값(A)을 저장한 다음, 스타터 모터를 구동시킨다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 스타터 모터가 구동되면 스타터 모터에 가해지는 부하로 인해, 배터리 전압은 급격하게 감소되게 된다.
그 후, 제어기는 흡기 캠 및 배기 캠의 캠 샤프트 위치 센서의 고장 여부를 판단한다. 캠 샤프트 위치 센서의 고장 유무는, 예컨대 해당 부품 들을 구동 제어하는 ECU의 시스템 내에 구비된 ASIC(Application-Specific IC)를 이용한 진단 정보를 통해 파악 가능하다. 또는 캠 샤프트 위치 센서로부터 수신되는 신호의 형태를 분석함으로써 고장 여부를 판단할 수도 있다.
흡기 캠 또는 배기 캠의 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우, 크랭크 샤프트 위치 센서의 측정값과 캠 샤프트 위치 센서의 측정값을 이용하여 정확한 크랭크 각도의 판정이 가능하다. 따라서, 해당 크랭크 각도에 대응되는 최적의 연료 분사 시점 및 점화 시점에서 연료 분사 및 점화를 실시한다(S170). 이로서, 크랭크 각도의 판정 및 시동 완료 판정이 완료(S90, S100)되게 된다.
그런데, 만약 흡기 캠 샤프트 위치 센서와 배기 캠 샤프트 위치 센서에 모두 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 상술한 바와 같이, 크랭크 샤프트 위치 센서로부터 검출되는 크랭크 각도가 위치하는 구간(0~360°및 360~7200°)을 구분할 수 없게 된다).
이 경우, 차량의 정상적인 주행이 어렵게 된다. 따라서 제어기는 운전자가 조속히 정비 업소를 찾아가 해당 부품을 점검할 수 있도록 일종의 안전 모드인 림폼(Limphome) 모드에 진입(S50)하게 된다. 림폼 모드에서는 엔진의 회전수가 제한되거나 또는 변속기의 변속 단수가 고정되게 된다. 한편, 제어기는 림폼 모드 상태에서 엔진이 시동될 수 있도록 후술하는 제어를 실시한다.
림폼 모드에 진입하게 되면, 제어기는 캠 샤프트 위치 센서의 고장으로 인해 엔진 동기화가 불가함에도 불구하고, 강제로 완전 동기화(Full Synchronization) 상태로 천이시켜 인젝터를 활성화 시키게 된다(S60). 이는 후술하는 바와 같이, 크랭크 각도를 판정하기 위한 시험 분사(S70)가 가능하도록 하기 위함이다.
이를 위해 제어기는 크랭크 샤프트 위치 센서의 측정 결과를 이용하여 피스톤이 상사점에 근접한 실린더들을 검출하고, 이 실린더 중 임의의 실린더에 대해서 연료 분사 및 점화를 실시하게 된다(S70). 상사점에 근접한 실린더에서는 크랭크 각도의 구간에 따라 압축 행정 또는 배기 행정 중에 있다. 만약 시험 분사가 이루어진 실린더가 압축 행정 중에 있는 실린더라면 해당 시험 분사로 인해 정상적인 시동 완폭이 이루어지고 스타터 모터의 구동은 멈추게 된다. 그러나, 시험 분사가 이루어진 실린더가 배기 행정 중에 있는 실린더라면 정상적인 연료의 연소가 이루어지지 못하여 엔진의 RPM은 스타터 RPM 이상 상승할 수 없게 되고, 스타터 모터는 계속 구동 중에 있게 된다.
이를 이용하여, 제어기는 배터리 전압 센서를 이용하여 시험 분사 및 연료 점화 이후에 배터리 전압의 상태를 모니터링하여, 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)과 대비한다(S80). 만약 시험 분사가 정상 위치 및 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 경우, 엔진의 RPM은 스타터 모터의 RPM 이상으로 정상 구동되어, 스타터 모터 구동으로 인해 감소된 배터리 전압값이 다시 상승하게 된다. 따라서, 모니터링 결과 현재의 배터리 전압이 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)을 초과하는 경우에는 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 정상 위치 및 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 이 경우, 크랭크 각도 및 시동이 완료된 것으로 판정할 수 있다(S90, S100).
그러나, 만약 시험 분사가 정상 위치 및 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어지지 아니한 경우, 엔진의 RPM은 스타터 RPM 이상 상승할 수 없게 되고, 스타터 모터는 계속 구동 중에 있게 된다. 따라서, 현재의 배터리 전압은, 도 3에서 도시된 바와 같이, 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)으로부터 스타터 모터의 구동으로 인한 배터리 전압 감소분 만큼 감소된 상태로 유지되게 된다. 따라서, 모니터링 결과 현재의 배터리 전압이 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A) 이하인 경우에, 제어기는 정상 위치 및 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어지지 아니한 것으로 판단할 수 있다.
이 경우, 제어기는, 크랭크 샤프트 위치 센서로부터 검출된 크랭크 각도가 위치하는 구간(0~360°및 360~720°)을 잘못 판단하여 시험 분사를 한 것으로 판단하여, 이를 바로 잡기 위해 크랭크 각도를 360°옵셋하여 엔진 동기화를 한다(S110). 그리고 옵셋된 크랭크 각도에 근거하여 연료 분사 시점 및 점화 시점을 계산하고 해당 시점에 연료 분사 및 점화를 실시하여 엔진을 재시동한다.
그리고, 엔진 재시동 이후에 다시 배터리 전압의 상태를 모니터링하여, 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)과 대비한다(S120). 엔진 재시동이 정상 위치 및 시점에서 이루어진 경우, 상술한 바와 같이, 현재의 배터리 전압이 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)을 초과하게 된다. 이 경우, 크랭크 각도 및 시동이 완료된 것으로 판정할 수 있다(S90, S100).
만약, 엔진 재시동 이후에도, 현재의 배터리 전압이 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)을 하회하는 경우에는, 제어기는 다시 한번 크랭크 각도를 360°옵셋하고하고, 엔진을 재시동(S110)한 뒤 배터리 전압값을 이용한 시동 완료 여부를 다시 판단하게 된다.
다만, 현재 시점에서의 크랭크 각도에 대한 시험 분사 횟수가 소정값을 초과한 것으로 판단되는 경우(S140)에는, 제어기는, 시동 불가한 상황에서의 재시동의 시도 과정에서 과도한 연료 분사에 의한 엔진 손상으로부터 엔진을 보호하기 위하여 더 이상의 크랭크 각도에 대한 추가 옵셋이나 재시동을 시도하지 않고, 시동 불가 판정을 하고, 스타터 모터의 구동을 정지시키게 된다(S150). 한편, 최대 시험 분사 시도 횟수는 본 발명의 제어 방법의 시작과 동시에 초기화되고, 시험 분사 시도 시 마다 카운트 되게 된다.
그리고 제어기는, 운전자에게 캠 샤프트 위치 센서(100)의 이상을 경고한다(S160). 이를 위해 제어기는 엔진 경고등을 점등하거나, 또는 운전석의 클러스터에 고장 발생 사실을 표시할 수 있다.
또한, 바람직하게는 제어기는 운전자에게 고장 사실을 통지하는 것과 더불어 캠 샤프트 위치 센서(100)에 발생한 전기적 고장 종류에 관한 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 차량 내의 저장 장치에 저장할 수 있다(S160). 이를 통해 추후 정비 과정에서 문제의 원인을 쉽게 판정할 수 있도록 할 수 있어, 차량 유지 비용을 절감할 수 있다.
한편, 정상 위치 및 시점에 연료 분사 및 점화가 이루어졌음에도 불구하고 정상적인 연료 연소가 이루어지지 않은 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 엔진 동기화가 정확히 이루어졌음에도 불구하고 배터리 전압값은 회복되지 못하고 단계 S20)에서 저장된 배터리 전압값(A)을 초과하여 상승할 수 없게 된다. 연소 관련 부품의 이상이나 공연비에 문제가 발생한 경우가 이에 해당한다.
이러한 점을 고려하여, 현재의 배터리 전압이 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)을 하회하는 것으로 판단되는 경우, 제어기는, 시동 불가의 원인이 연소 관련 부품의 이상에 있는지 여부를 판단하기 위하여, 연소 관련 부품의 이상 여부를 판단할 수 있다(S130). 바람직하게는 제어기는 연소 관련 부품의 이상 여부를 판단하기 위하여, 인젝터(500), 점화 플러그(600), 연료 펌프(400)의 진단(S30)을 통해 이들 부품 중 어느 하나 이상의 고장 여부를 판단한다(S40).
해당 부품의 고장 유무는, 상술한 바와 같이 해당 부품 들을 구동 제어하는 ECU의 시스템 내에 구비된 ASIC(Application-Specific IC)를 이용한 진단 정보를 통해 파악 가능하다.
위 부품들에 고장이 발생한 경우에는 정상적인 연료의 공급, 기통 내의 분사 및 점화가 이루어질 수 없다. 따라서, 제어기는 시동 불가 판정을 하고, 고장 사실을 운전자에게 통보한다(S160).
한편, 제어기는 현재의 배터리 전압이 단계 S20에서 검출되어 저장된 배터리 전압값(A)을 하회하는 것으로 판단되는 경우, 시동 불가의 원인이 공연비 이상에 있는지 여부를 판단하기 위하여 람다 센서로부터의 측정 결과를 통해 공연비(Air-Fuel Ratio)의 이상 여부를 판단할 수도 있다(S130). 공연비에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우에는 엔진의 정상 시동이 불가한 것과 더불어 이상 원인의 판단 및 해결이 불가한 바, 마찬가지로 제어기는 시동 불가 판정을 하고, 고장 사실을 운전자에게 통보한다(S160).
상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 크랭크 각도의 파악 및 시동 완료 판정의 기준으로서 배터리 전압값을 사용하고 있다, 이를 통해, 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생하는 경우에도 정확한 크랭크 각도를 파악하여 엔진의 안정적인 재시동을 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 엔진의 매 시동 직전에 배터리 전압값을 갱신하여 이를 시동 완료 여부 판단의 기준으로 사용하고 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 차량의 배터리 상태 외기의 기온이나 기압등의 외부 환경의 영향과는 독립적으로 시동 완료 판정을 내릴 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예에서는 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생하지 않은 경우에는 해당 캠 샤프트 위치 센서로부터의 측정 정보를 이용하여 엔진을 동기화하고, 시동 완료 판정하도록 하고 있다.
그러나, 캠 신호가 정상적으로 수신되어, 캠 샤프트 위치 센서에 이상이 없는 것으로 판단되는 경우에도, 실제 크랭크 샤프트 위치 센서 및 캠 샤프트 위치 센서로부터의 센서 신호 정보가 실제 크랭크의 물리적 체결 상태와 일치하지 않는 경우가 발생할 수 있다. 예컨대, 엔진 조립 시에 배기 캠과 흡기 캠이 서로 반대로 교차 설치되는 경우에는 캠 신호 및 크랭크 신호로부터 전달받는 크랭크 각도에 관한 정보는 실제 크랭크 각도와 일치하지 않게 된다. 이 경우, 캠 샤프트 위치 센서와 크랭크 샤프트 위치 센서를 이용한 측정값으로는 정상적인 엔진 동기화가 불가하게 된다.
따라서, 캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생하지 않은 것으로 판단되는 경우에도, 시동 완료 여부의 판정을 보조하기 위하여, 시험 분사 후에 배터리 전압량의 변화를 활용할 수 있다. 이를 통해, 실제 크랭크 샤프트 위치 센서 및 캠 샤프트 위치 센서로부터의 센서 신호 정보가 실제 크랭크의 물리적 체결 상태와 일치하지 않는 경우에도, 크랭크 각도 및 시동 완료 여부의 판단을 행할 수 있다.
100: 캠 위치 센서 110: 캠
200: 크랭크 위치 센서 210: 크랭크 샤프트(센서 휠)
220: 투스 230: 미싱 투스
300: 제어부(ECU) 400: 연료 펌프
500: 인젝터 600: 점화 플러그

Claims (16)

  1. 엔진 시동을 위해 소정의 크랭크 각도를 기준으로 연료 분사 및 점화를 실시하여, 차량의 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승한 경우, 정상 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 것으로 판단하고,
    배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 아니한 경우,
    상기 크랭크 각도를 360도 옵셋한 각도를 기준으로 연료 분사 및 점화를 실시하여 엔진을 재시동하고,
    상기 엔진의 상기 재시동 후에도 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 아니한 경우에, 전 단계에서 옵셋된 크랭크 각도에 대해 360도 옵셋을 다시 실시하고, 옵셋된 크랭크 각도를 기준으로 엔진을 재시동하고,
    크랭크 각도에 대한 옵셋 회수를 카운트하고, 최대 옵셋 회수가 소정값 이상인 경우에는, 시동 불가 판정을 하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  2. 엔진 시동을 위해 소정의 크랭크 각도를 기준으로 연료 분사 및 점화를 실시하여, 차량의 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승한 경우, 정상 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 것으로 판단하고,
    배터리 전압이 상기 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 아니한 경우,
    상기 크랭크 각도를 360도 옵셋한 각도를 기준으로 연료 분사 및 점화를 실시하여 엔진을 재시동하고,
    상기 엔진의 재시동 후에도 배터리 전압이 상기 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 아니한 경우에, 공연비가 정상 범위에 있는지 여부를 판단하고,
    공연비가 정상 범위를 벗어나 있는 경우, 시동 불가 판정을 하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    운전자에 의해 시동 키를 On 하는 단계;
    엔진의 스타터를 구동하는 단계;
    소정의 크랭크 각도를 기준으로 시험 연료 분사 및 점화를 실시하는 단계;
    연료 분사 및 점화 실시 후 배터리 전압을 모니터링 하는 단계;
    배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승한 경우, 정상 시점에서 연료 분사 및 점화가 이루어진 것으로 판단하고, 크랭크 각도의 판정을 완료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 스타터 구동 후, 캠 샤프트 위치 센서의 고장 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    캠 샤프트 위치 센서에 고장이 발생한 것으로 판단되는 경우, 림폼(Limphome) 모드로 진입하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 스타터의 구동 전에 배터리 전압값을 측정하여 이를 상기 소정값으로 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 3에 있어서,
    엔진 시동을 위한 연료 분사 및 점화를 실시 이후에도 차량의 배터리 전압이 미리 정해진 소정값 이상 상승하지 않는 경우에, 연소 관련 부품의 이상 여부를 판정하는 단계; 및
    연소 관련 부품의 이상이 판정되는 경우, 시동 불가 판정을 하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연소 관련 부품은, 인젝터, 점화 플러그 또는 연료 펌프의 적어도 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 청구항 2에 있어서,
    상기 시동 불가 판정을 내리는 경우,
    엔진 스타터의 구동을 중단하고, 고장 사실을 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 시동 불가 판정을 내리는 경우,
    엔진 스타터의 구동을 중단하고, 고장 사실을 운전자에게 경고하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 시동 불가 판정을 내리는 경우,
    캠 샤프트 위치 센서의 고장 정보에 관한 DTC(Diagnostic Trouble Code)를 차량 내의 저장 장치에 저장하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.
  16. 청구항 3에 있어서,
    상기 시험 연료 분사 및 점화는,
    크랭크 샤프트 위치 센서를 이용하여, 상사점에 근접한 임의의 실린더에 대해서 실시하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트 위치 센서 고장 시의 차량 시동 제어 방법.





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