KR102063974B1

KR102063974B1 - Engine misfire diagnosis system and method using discrete Fourier transform and analysis of fluctuation of engine speed with linear component removed

Info

Publication number: KR102063974B1
Application number: KR1020180154601A
Authority: KR
Inventors: 한풍규
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2018-12-04
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2020-01-08

Abstract

The present invention relates to a system and a method for diagnosing an engine misfire utilizing discrete Fourier transform and an analysis of fluctuation of engine speed with a linear component removed. According to one embodiment, as a system capable of diagnosing occurrence of a misfire in a four-cylinder engine using an output signal of a crankshaft position sensor, the present invention provides a system for diagnosing an engine misfire, comprising: a discrete Fourier transformation unit for discrete Fourier transforming crankshaft position sensor output signal data for one cycle; a PSD calculation unit for calculating a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data discrete Fourier transformed through the discrete Fourier transformation unit; and a misfire occurrence diagnosis unit for diagnosing whether a misfire has occurred in the engine based on the harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated in the PSD calculation unit is displayed.

Description

Engine misfire diagnosis system and method using discrete Fourier transform and analysis of fluctuation of engine speed with linear component removed}

본 발명은 엔진 실화 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 1 사이클(Cycle) 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호를 이산 푸리에 변환(DFT)하여 크랭크축 위치 센서 출력 신호의 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 계산한 후, 이를 토대로 엔진 실화 발생 여부를 진단하고, 실화가 발생한 것으로 진단되는 경우 선형 성분이 제거된 엔진 속도의 변동 특성을 분석하여 실화 발생 실린더를 진단할 수 있는 엔진 실화 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an engine misfire diagnosis system and method. More specifically, the power spectral density (PSD) of a crankshaft position sensor output signal by discrete Fourier transforming (DFT) the crankshaft position sensor output signal during one cycle. Engine misdiagnosis system and method for diagnosing engine misfire, and diagnosing misfire cylinder by analyzing the variation characteristic of engine speed from which linear component has been removed. It is about.

자동차 산업의 발달로 발생하는 대기오염을 막기 위하여 오랜 기간을 두고 배출가스 규제가 강화되어 왔는데, 이에 대응하기 위하여 엔진 전자 제어 기술의 개발이 촉진되어 왔다.In order to prevent air pollution caused by the development of the automobile industry, emission regulations have been tightened for a long time. To cope with this, the development of engine electronic control technology has been promoted.

더욱이, 엔진 전자 제어 기술은 고장진단에 필요한 정보를 차량에 장착된 컴퓨터가 스스로 식별하고 경고하는 것을 의무화하는 OBD Ⅱ(On Board Diagnosis Ⅱ)규정을 적용 받게 됨에 따라 실화 발생으로 인한 배출가스의 증가와 촉매의 손상 가능성을 감지하는 시스템과 방법이 필요하게 되어, 엔진 실린더 내에서 실화가 발생했을 때, 실화의 발생 여부와 실화의 종류를 파악하고 엔진의 상태가 비정상임을 알려주는 엔진 실화 진단 시스템과 진단 방법이 요구되었다.Furthermore, engine electronic control technology is subject to the on-board diagnosis II (OBD) regulations, which obliges computers in vehicles to self-identify and warn of the information necessary for troubleshooting. There is a need for a system and method for detecting the possibility of catalyst damage, and when a misfire occurs in an engine cylinder, an engine misfire diagnosis system and diagnosis that identifies whether the misfire has occurred and the type of misfire, and indicates that the engine is abnormal. A method was required.

이에 따라, 엔진 러프니스(Engine Roughness)을 이용하여 실화를 진단하는 방식이 90년대부터 개발되어 양산 차량에 적용되고 있었는데, 이와 같은 엔진 변동성을 이용하는 방식은 90년대의 ECU와 반도체 성능 수준을 고려하여 개발되다 보니, CARB에서 규정하고 있는 실화 검출 영역을 커버하기는 하지만 그 영역이 제한적이어서, 높은 RPM, 낮은 부하 구간과 같은 일부 영역에서는 실화를 정확하게 진단할 수 없다는 문제가 있었다.Accordingly, a method of diagnosing misfire by using engine roughness has been developed since the 1990s and applied to mass production vehicles. Such a method using engine variability takes into account ECU and semiconductor performance levels of the 90s. As a result of development, the cover of the misfire detection region defined by CARB is limited, but there is a problem that it is not possible to accurately diagnose misfire in some regions such as high RPM and low load intervals.

또한, 최근에는 엔진 변동성을 이용하는 방식 외에도 폭발 행정 과정에서 점화 플러그 회로에서 발생하는 이온 전류(Ionic current)를 계측하여 실화를 진단하는 방안 또는 연소 압력을 직접 계측하여 실화를 진단하는 방안들이 제안되었으나, 상기 방안들은 기존의 차량에 새로운 기능을 추가하거나, 새로운 센서를 추가해야만 해서 자동차 가격을 급격하게 상승시키는 요인이 되었고, 이로 인해 양산에 적용되기에는 한계가 있었다.In addition, in recent years, in addition to the method using engine variability, a method of diagnosing misfire by measuring the ion current generated in the spark plug circuit during explosion process or diagnosing misfire by measuring the combustion pressure directly has been proposed. The above methods have caused a drastic increase in automobile prices due to the addition of new functions or the addition of new sensors to existing vehicles, which has been limited in mass production.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 별도의 센서나 장비의 추가 없이 크랭크축 위치센서에서 계측된 출력 신호를 이산 푸리에 변환하여 엔진의 실화 여부를 검출하는 주파수 분석 방식이 제안되기도 하였으나, 종래에 제안되었던 주파수 분석 방식은 주로 진폭(Amplitude)과 위상(Phase)을 임계값(Threshold)과 비교하여 실화 여부를 진단하는 방식이어서, 특정 운전 영역에서는 실화 진단의 정밀성이 떨어진다는 문제점이 있었고, 무엇보다 상기 방식의 경우 실화 진단의 기준이 되는 임계값을 산출하기 위한 시험이 필수적이어서 많은 시험 비용이 소모된다는 문제점이 있었는 바, 주파수 분석 방식을 이용하면서도 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방안이 요구되는 실정이다.In order to solve this problem, a frequency analysis method of detecting an engine misfire by discrete Fourier transforming the output signal measured by the crankshaft position sensor without the addition of a separate sensor or equipment has been proposed. The method is mainly a method of diagnosing misfire by comparing amplitude and phase with a threshold, and thus, there is a problem in that the accuracy of misfire diagnosis is inferior in a specific operating area. Since a test for calculating a threshold that is a criterion for misfire diagnosis is essential, a lot of test costs are consumed. Therefore, a new method for solving the above problems is required while using a frequency analysis method.

미국등록특허공보(제7530261호) “Fourier-based misfire detection strategy”US Patent Publication No. 7530261 “Fourier-based misfire detection strategy”

본 발명은 종래의 주파수 분석 방식과 달리 임계값을 이용하지 않고, 1 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호를 이산 푸리에 변환하여 크랭크축 위치 센서 출력 신호의 파워 스펙트럼 밀도를 계산한 후, 이를 토대로 엔진 실화 발생 여부를 진단하고, 실화가 발생한 것으로 진단되는 경우 선형 제거된 엔진 속도의 변동 특성을 분석하여 실화 발생 실린더를 진단할 수 있는 엔진 실화 진단 시스템 및 방법을 제공함으로써, 종래의 엔진 실화 진단 방식이 갖는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 한다.Unlike conventional frequency analysis, the present invention calculates the power spectral density of the crankshaft position sensor output signal by discrete Fourier transforming the crankshaft position sensor output signal for one cycle without using a threshold value. By providing an engine misfire diagnosis system and method for diagnosing a misfire occurrence and providing an engine misfire diagnosis system capable of diagnosing a misfire occurrence cylinder by analyzing the variation characteristic of the linearly removed engine speed when the misfire has been diagnosed, the conventional engine misfire diagnosis method It is intended to solve the above problems.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 실시예로 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 시스템에 있어서, 1 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환부; 상기 이산 푸리에 변환부를 통해 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출부; 및 상기 PSD 산출부에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단부;를 포함하는 엔진 실화 진단 시스템을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a crankshaft position sensor output for one cycle in a system capable of diagnosing whether misfire in a four-cylinder engine occurs by using the output signal of the crankshaft position sensor. A discrete Fourier transform unit for converting signal data into a Fourier transform; A PSD calculator configured to calculate a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data discretely Fourier transformed by the discrete Fourier transform unit; And a misfire occurrence diagnosis unit for diagnosing the occurrence of misfire in the engine based on the harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated by the PSD calculator is displayed.

이 때, 상기 이산 푸리에 변환부는 1 사이클 동안 수집된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거한 후, 크랭크축의 각속도를 토대로 상기 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 주파수 영역으로 변환시키는 것을 특징으로 한다.At this time, the discrete Fourier transform unit after removing a linear trend from the crankshaft position sensor output signal data collected during one cycle, and converts the crankshaft position sensor output signal data into a frequency domain based on the angular velocity of the crankshaft. .

또한, 상기 실화 발생 진단부는 하모닉차수 값이 4가 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the misfire occurrence diagnosis unit may diagnose that misfire in the engine occurs when the maximum value of the power spectral density appears at a value other than the harmonic order value of 4.

아울러, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템은 상기 실화 발생 진단부에서 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단되는 경우, 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 분석하여 실화 발생 실린더를 진단하는 실린더 진단부;를 더 포함할 수 있다.In addition, when the engine misfire diagnosis system of the present invention is diagnosed as a misfire in the engine by the misfire occurrence diagnosis unit, a cylinder diagnosis unit for diagnosing a misfire occurrence cylinder by analyzing an engine speed increase and decrease trend according to a change in the crankshaft rotation angle. It may further include;

특히, 상기 실린더 진단부는 크랭크축 회전 각도 변화에 따른 엔진 속도 변화 구간을 제1 실린더 영역, 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역으로 분류하는 것을 특징으로 한다.In particular, the cylinder diagnosis unit may classify the engine speed change section according to the change of the crankshaft rotation angle into a first cylinder region, a second cylinder region, a third cylinder region, and a fourth cylinder region.

또한, 상기 실린더 진단부는 제n 실린더 영역에서 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도가 감소 추세를 나타내는 경우, 제n 실린더에서 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다(단, n은 자연수이다.).The cylinder diagnosis unit may be configured to diagnose that misfire has occurred in the n-th cylinder when the engine speed decreases in accordance with the change of the crankshaft rotation angle in the n-th cylinder region (where n is a natural number). ).

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시예로 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 방법에 있어서, 1 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계; 상기 데이터 수집 단계에서 수집된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환 단계; 상기 이산 푸리에 변환 단계에서 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출 단계; 및 상기 PSD 산출 단계에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단 단계;를 포함하는 엔진 실화 진단 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of diagnosing whether misfire in a four-cylinder engine is generated by using an output signal of a crankshaft position sensor. A data collection step of collecting signal data; A discrete Fourier transform step of discrete Fourier transforming the crankshaft position sensor output signal data collected in the data collection step; A PSD calculation step of calculating a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data which is discrete Fourier transformed in the discrete Fourier transforming step; And a misfire occurrence diagnosis step of diagnosing the occurrence of misfire in the engine based on the harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated in the PSD calculation step appears.

여기서, 상기 이산 푸리에 변환 단계는 상기 데이터 수집 단계에서 1 사이클 동안 수집된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거한 후, 크랭크축의 각속도를 토대로 상기 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 주파수 영역으로 변환시키는 것을 특징으로 한다.Here, the discrete Fourier transform step removes a linear trend from the crankshaft position sensor output signal data collected during one cycle in the data collection step, and then converts the crankshaft position sensor output signal data into a frequency domain based on the angular velocity of the crankshaft. It is characterized by.

또한, 상기 실화 발생 진단 단계는 하모닉차수 값이 4가 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the misfire occurrence diagnosis step is characterized in that the misfire in the engine is diagnosed when the maximum value of the power spectral density appears at a value other than the harmonic order value.

아울러, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진 실화 진단 방법은 상기 실화 발생 진단 단계에서 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단되는 경우, 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 분석하여 실화 발생 실린더를 진단하는 실린더 진단 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, in the engine misfire diagnosis method according to another embodiment of the present invention, when it is diagnosed that misfire has occurred in the engine in the misfire occurrence diagnosis step, a misfire occurrence cylinder is analyzed by analyzing an engine speed increase and decrease trend according to a change in the crankshaft rotation angle. It may further include a cylinder diagnostic step of diagnosing.

이 때, 상기 실린더 진단 단계는 크랭크축 회전 각도 변화에 따른 엔진 속도 변화 구간을 제1 실린더 영역, 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역으로 분류하고In this case, the cylinder diagnosis step may be classified into a first cylinder region, a second cylinder region, a third cylinder region, a fourth cylinder region according to the engine speed change interval according to the change of the crankshaft rotation angle

제n 실린더 영역에서 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도가 감소 추세를 나타내는 경우, 제n 실린더에서 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다(단, n은 자연수이다.).When the engine speed shows a decreasing trend in accordance with the change of the crankshaft rotation angle in the nth cylinder region, it is characterized in that a misfire has occurred in the nth cylinder (where n is a natural number).

본 발명은 주파수 분석 방식을 통해 엔진 실화 진단을 수행하면서 종래의 주파수 분석 방식을 통해 엔진 실화 진단 과정과는 달리, 임계값을 활용하지 않고도 실화 발생 여부 및 실화 발생 실린더를 진단할 수 있으므로, 임계값을 도출해내기 위한 캘리브레이션 시험 비용을 줄이거나 최소화할 수 있다.According to the present invention, the engine misfire diagnosis may be performed through a frequency analysis method, and unlike the engine misfire diagnosis process using a conventional frequency analysis method, a misfire occurrence and a misfire occurrence cylinder may be diagnosed without utilizing a threshold value. You can reduce or minimize the cost of calibration tests to derive

또한, 본 발명은 엔진 기통 수와 동일한 하모닉차수(Harmonic order)까지의 이산 푸리에 변환 결과만을 확인하고 엔진 실화 여부를 진단하고, 엔진 속도의 증감 추세만으로 실화 발생 실린더를 진단할 수 있으므로, 계산 로직을 단순화하고 부하를 최소화할 수 있다.In addition, the present invention can check only the discrete Fourier transform results up to the harmonic order equal to the number of engine cylinders, diagnose the engine misfire, and diagnose the misfired cylinders only by the increase / decrease trend of the engine speed. Simplify and minimize the load.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템의 엔진 실화 진단 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에서 파워 스펙트럼 밀도를 토대로 엔진 실화 발생 여부를 진단하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4a는 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거하지 않은 경우의 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 도시한 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템과 같이 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거한 경우의 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에서 실화 발생 실린더를 진단하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진 실화 진단 방법의 순서도이다.1 is a conceptual diagram of an engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating an engine misfire diagnosis process of the engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a process of diagnosing whether an engine misfire occurs based on a power spectral density in an engine misfire diagnosis system according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 4a is a graph showing the engine speed increase and decrease trend according to the change of the crankshaft rotation angle when the linear trend is not removed from the crankshaft position sensor output signal data, Figure 4b is an engine misfire according to an embodiment of the present invention It is a graph showing the increase and decrease of the engine speed according to the change of the crankshaft rotation angle when the linear trend is removed from the crankshaft position sensor output signal data such as a diagnostic system.
5 is a graph illustrating a process of diagnosing a misfire occurrence cylinder in an engine misfire diagnosis system according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating an engine misfire diagnosis method according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail. It should be noted that the same elements in the figures are represented by the same numerals wherever possible. In addition, detailed description of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it is to be understood that although the component may be directly connected or connected to the other component, other components may exist in the middle. In addition, when a member is located "on" another member throughout this specification, this includes not only when a member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본 출원에서, “포함하다.” 또는 “가지다.” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the term “comprises” or “having” is intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more. It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of other features or numbers, steps, operations, components, components or combinations thereof.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.First, the engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에 대한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템의 엔진 실화 진단 과정을 도시한 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에서 파워 스펙트럼 밀도를 토대로 엔진 실화 발생 여부를 진단하는 과정을 도시한 도면이다.1 is a conceptual diagram of an engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart illustrating an engine misfire diagnosis process of the engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention, and FIG. In the engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention, a diagram illustrating a process of diagnosing whether an engine misfire occurs based on a power spectral density.

본 발명은 일 실시예로 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 시스템에 있어서, 1 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환부(200), 상기 이산 푸리에 변환부(200)를 통해 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density, PSD)를 산출하는 PSD 산출부(300) 및 상기 PSD 산출부(300)에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도(PSD)의 최대값이 나타나는 하모닉차수(Harmonic order) 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단부(400)를 포함하는 엔진 실화 진단 시스템을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, in a system capable of diagnosing whether misfire in a four-cylinder engine is generated by using an output signal of the crankshaft position sensor 20, the output signal data of the crankshaft position sensor 20 for one cycle. The Discrete Fourier Transformer 200 for Discrete Fourier Transform, and the Power Spectral Density (PSD) based on the Discrete Fourier Transform Crankshaft Position Sensor 20 Output Signal Data Through the Discrete Fourier Transformer 200 Misfire occurrence diagnosis for diagnosing the occurrence of misfire in the engine based on a harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density PSD calculated by the PSD calculator 300 and the PSD calculator 300 is calculated. It provides an engine misfire diagnosis system including a unit (400).

이 때, 상기 4 기통 엔진은 제1 실린더, 제2 실린더, 제3 실린더, 제4 실린더로 구성되며, 상기 제1 실린더, 제2 실린더, 제3 실린더, 제4 실린더는 제1 실린더 - 제3 실린더 - 제4 실린더 - 제2 실린더 순서로 점화된다.At this time, the four-cylinder engine is composed of a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, a fourth cylinder, wherein the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder is a first cylinder-a third Light is fired in order of cylinder-fourth cylinder-second cylinder.

종래에 주파수 분석 방식을 이용한 엔진 실화 진단 시스템은 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호의 진폭 또는 위상을 임계값(Threshold)과 비교하여 실화 발생 여부를 진단하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템은 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 이산 푸리에 변환하고, 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하고, 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 이용하여 엔진 실화 발생 여부를 진단한다는 점에서 종래의 주파수 분석 방식을 이용한 엔진 실화 진단 시스템과 차별성을 가지며, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템은 상기와 같은 방식을 통해 임계값(Threshold)을 구하기 위한 시험을 하지 않고도 엔진 실화를 진단할 수 있으므로, 시험 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 계산 로직을 단순화하고 부하를 최소화할 수 있다.Conventionally, an engine misfire diagnosis system using a frequency analysis method diagnoses misfire by comparing the amplitude or phase of a discrete Fourier transformed crankshaft position sensor 20 output signal with a threshold, but one embodiment of the present invention The engine misfire diagnosis system according to the example performs discrete Fourier transform on the crankshaft position sensor 20 output signal, calculates a power spectral density PSD based on the discrete Fourier transformed crankshaft position sensor 20 output signal, and performs a power spectrum. It is different from the engine misfire diagnosis system using the conventional frequency analysis method in that it diagnoses whether engine misfire has occurred using the density (PSD), and the engine misfire diagnosis system of the present invention has a threshold value as described above. Engine failures can be diagnosed without the need to test) to reduce test costs. It is possible to simplify the calculation logic to minimize the load.

이하에서는 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템을 구성하는 구성 요소에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.Hereinafter, the components constituting the engine misfire diagnosis system of the present invention will be described in detail.

엔진 내에는 크랭크축(Crankshaft)에 연결된 플라이 휠(Flywheel, 10)이 존재하며, 상기 플라이 휠(10)의 외주면에는 크랭크축의 각속도를 측정할 수 있도록 복수 개의 치(Tooth)가 형성되어 있어, 크랭크축 위치 센서(20)에서는 플라이 휠(Flywheel, 10)이 회전하는 것을 감지하여 플라이 휠(10)의 각속도 즉, 크랭크축의 각속도를 측정할 수 있다.There is a flywheel (10) connected to the crankshaft (clyshaft) in the engine, a plurality of teeth (tooth) are formed on the outer peripheral surface of the flywheel 10 to measure the angular velocity of the crankshaft, The axis position sensor 20 may detect the rotation of the flywheel 10 to measure the angular velocity of the flywheel 10, that is, the angular velocity of the crankshaft.

이 때, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템은 신호 처리부(100)를 구비하여 크랭크축 720° 회전할 때(1 사이클 동안)의 플라이 휠(10)의 외주면에 형성된 치(Tooth) 개수의 2배만큼의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호(Tooth time signal)를 수신한 후, 크랭크축이 720° 회전하는 과정에서 수신된 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호가 중복되므로, 수신된 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호 데이터의 절반은 필터를 통해 걸러낸다.At this time, the engine misfire diagnosis system of the present invention includes a signal processing unit 100 and twice the number of teeth formed on the outer circumferential surface of the flywheel 10 when the crankshaft is rotated 720 ° (for one cycle). After receiving the output signal (Tooth time signal) of the crankshaft position sensor 20 of the, the output signal of the crankshaft position sensor 20 received in the process of rotating the crankshaft 720 °, the received crankshaft Half of the output signal data of the position sensor 20 is filtered through a filter.

또한, 상기 신호 처리부(100)는 상기와 같은 과정을 거쳐 걸러진 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호 데이터를 필터를 통해 한 번 더 걸려 기 설정된 하모닉 차수까지의 데이터만을 최종적으로 걸러낸다.In addition, the signal processor 100 filters the output signal data of the crankshaft position sensor 20 filtered through the above process once again through a filter to finally filter only the data up to the preset harmonic order.

예를 들어, 기 설정된 하모닉 차수가 6인 경우, 상기 신호 처리부(100)는 필터 처리 과정을 통해 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 하모닉 차수가 1일 때부터 6일 때까지의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호까지 줄일 수 있으며, 이로써 ECU에서의 연산 과정을 단순화하고, 연산 속도를 향상시킬 수 있다.For example, when the preset harmonic order is 6, the signal processing unit 100 transmits the output signal of the crankshaft position sensor 20 through the filter process from the harmonic order of 1 to 6 crankshaft. The output signal of the position sensor 20 can be reduced, thereby simplifying the calculation process in the ECU and improving the calculation speed.

다음으로, 본 발명의 상기 이산 푸리에 변환부(200)는 1 사이클(Cycle) 동안(즉, 크랭크축이 720° 회전하는 동안)의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호(Tooth time signal) 데이터와 크랭크축의 각속도(플라이 휠의 각속도)를 이용하여 시간 영역의 1 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)하여 주파수 영역으로 변환시키는 역할을 한다.Next, the discrete Fourier transform unit 200 according to the present invention outputs data of the crankshaft position sensor 20 during one cycle (that is, while the crankshaft is rotated by 720 °). And the output signal of the crankshaft position sensor 20 during one cycle in the time domain by using the angular velocity of the crankshaft (the angular velocity of the flywheel) to perform discrete Fourier transform (DFT) to transform the frequency signal into the frequency domain. .

이 때, 상기 이산 푸리에 변환부(200)는 1 사이클 동안 수집된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거(Linear detrend)한 후, 크랭크축의 각속도를 토대로 상기 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환(DFT)하여 주파수 영역으로 변환시키는 것이 특징이며, 이산 푸리에 변환부(200)의 선형 추세 제거 과정을 통하여 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템은 실화 발생 실린더를 보다 정확하게 진단할 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.At this time, the discrete Fourier transform unit 200 removes a linear trend from the crankshaft position sensor 20 output signal data collected for one cycle, and then outputs the crankshaft position sensor based on the angular velocity of the crankshaft. It is characterized by converting the signal data into the frequency domain by discrete Fourier transform (DFT), the engine misfire diagnosis system of the present invention can more accurately diagnose the misfire occurrence cylinder through the linear trend removal process of the discrete Fourier transform unit 200. And, a detailed description thereof will be described later.

또한, 상기 선형 추세를 제거하는 과정 외의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 이산 푸리에 변환하는 과정은 종래에 알려진 방식과 동일하므로, 본 발명에서는 이산 푸리에 변환부(200)의 선형 추세를 제거하는 과정을 제외한 이산 푸리에 변환 과정에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.In addition, since the process of discrete Fourier transforming the output signal of the crankshaft position sensor 20 other than the process of eliminating the linear trend is the same as the conventionally known method, the linear trend of the discrete Fourier transform unit 200 is eliminated in the present invention. A detailed description of the discrete Fourier transform process is omitted except for the process of performing the process.

다음으로, PSD 산출부(300)는 상기 이산 푸리에 변환부(200)에서 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 역할을 한다.Next, the PSD calculator 300 calculates a power spectral density based on the output signal data of the crankshaft position sensor 20 discretely Fourier transformed by the discrete Fourier transform unit 200.

이 때, 파워 스펙트럼 밀도는 단위 주파수 당 에너지 밀도를 의미하며, 상기 PSD 산출부(300)에서 산출된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터의 파워 스펙트럼 밀도는 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템에서 실화 발생 진단에 기준이 된다.In this case, the power spectral density means the energy density per unit frequency, and the power spectral density of the crankshaft position sensor 20 output signal data calculated by the PSD calculator 300 is misfired in the engine misfire diagnosis system of the present invention. It is a standard for diagnosis of development.

실화 발생 진단부(400)는 상기 PSD 산출부(300)에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도를 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 역할을 하며, 실화 발생 진단부(400)의 엔진 실화 진단 과정에 대해서는 도 3을 중심으로 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.The misfire occurrence diagnosis unit 400 plays a role of diagnosing the occurrence of misfire in the engine based on the power spectral density calculated by the PSD calculator 300, and the engine misfire diagnosis process of the misfire occurrence diagnosis unit 400 is illustrated in FIG. Let's take a look at 3 in more detail.

이 때, 도 3은 4 기통 엔진에서 엔진 회전수가 3000rpm일 때의 주파수 변화에 따른 파워 스펙트럼 밀도 값의 변화량을 나타낸 그래프이며, 보다 구체적으로 도 3 (a)는 엔진 내 정상 연소가 이루어진 경우의 주파수 변화에 따른 파워 스펙트럼 밀도 값의 변화량을 나타낸 그래프이고, 도 3 (b)는 엔진 내 실화가 발생한 경우의 주파수 변화에 따른 파워 스펙트럼 밀도 값의 변화량을 나타낸 그래프이다.In this case, Figure 3 is a graph showing the amount of change in the power spectral density value according to the frequency change when the engine speed is 3000rpm in the four-cylinder engine, more specifically, Figure 3 (a) is the frequency when the normal combustion in the engine is made It is a graph showing the amount of change in the power spectral density value according to the change, Figure 3 (b) is a graph showing the amount of change in the power spectral density value according to the frequency change when the misfire occurs in the engine.

엔진 회전수(RPM)에 따른 엔진의 주파수는

(단, M은 엔진의 기통수)로 표현할 수 있으며, 엔진의 기통수가 4 기통인 경우(M=4인 경우)에는 하모닉차수(Harmonic order)가 4일 때(k=4) 엔진 최대 회전수(100Hz)가 나타나는데, 4기통 엔진에서 정상 연소가 이루어진 경우에는 도 3 (a)에 도시된 바와 하모닉차수가 4일 때, 즉 엔진 최대 주파수에서 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터의 파워 스펙트럼 밀도 값이 최대로 나타난다.The engine frequency depends on the engine speed (RPM)

(Where M is the number of engine cylinders), and the maximum engine speed when the harmonic order is 4 (k = 4) when the engine has 4 cylinders (M = 4). (100 Hz) appears in the case of normal combustion in a four-cylinder engine, the power spectrum of the crankshaft position sensor 20 output signal data when the harmonic order is 4 as shown in FIG. Density values are at maximum.

반대로, 4 기통 엔진 내에 실화가 발생한 경우에는 도 3 (b)에 도시된 바와 같이 실화에 의한 엔진 회전수(RPM) 저하로 하모닉차수가 4보다 낮은 곳(k≠4)에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나게 되는 바, 본 발명의 실화 발생 진단부(400)는 상기와 같이 엔진 실화 발생 여부에 따라 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 위치가 변화한다는 점에 주목하여, 하모닉차수 값이 4가 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우(예를 들어, 도 3 (b)에 도시된 바와 같이 하모닉차수가 2일 때, 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우)에는 실화에 의해 엔진 회전수가 저하된 것으로 판단하고, 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단할 수 있다.On the contrary, in the case where misfire occurs in the four-cylinder engine, as shown in FIG. 3 (b), the maximum power spectral density is lower at the harmonic order lower than 4 (k ≠ 4) due to the engine speed (RPM) decrease due to the misfire. As the value appears, the misfire occurrence diagnosis unit 400 of the present invention changes the position where the maximum value of the power spectral density appears according to whether the engine misfire occurs as described above, and the harmonic order value is not 4. When the maximum value of the power spectral density appears in the value (for example, when the maximum value of the power spectral density appears when the harmonic order is 2, as shown in Fig. 3B), the engine speed may be reduced by misfire. It can be judged that the deterioration has occurred, and it can be diagnosed that misfire in the engine has occurred.

다음으로, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템은 엔진 실화 진단뿐만 아니라, 실화 발생 실린더까지 진단하기 위하여 실린더 진단부(500)를 더 포함하며, 이하에서는 도 4 내지 도 5를 참조하여 실린더 진단부(500)에서 실화 발생 실린더를 진단하는 과정에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.Next, the engine misfire diagnosis system of the present invention further includes a cylinder diagnosis unit 500 to diagnose not only the engine misfire diagnosis but also the misfire occurrence cylinder. Hereinafter, the cylinder diagnosis unit 500 will be described with reference to FIGS. 4 to 5. ), The process of diagnosing a misfired cylinder will be described in more detail.

도 4a는 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거하지 않은 경우의 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 도시한 그래프이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템과 같이 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거한 경우의 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 도시한 그래프이다.Figure 4a is a graph showing the engine speed increase and decrease trend according to the change of the crankshaft rotation angle when the linear trend is not removed from the crankshaft position sensor output signal data, Figure 4b is an engine misfire according to an embodiment of the present invention It is a graph showing the increase and decrease of the engine speed according to the change of the crankshaft rotation angle when the linear trend is removed from the crankshaft position sensor output signal data such as a diagnostic system.

또한, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에서 실화 발생 실린더를 진단하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.5 is a graph illustrating a process of diagnosing a misfire occurrence cylinder in an engine misfire diagnosis system according to an exemplary embodiment of the present invention.

이 때, 도 4b, 도 5a, b, c 그래프의 x축은 크랭크축 회전 각도에 대응되는 플라이 휠(10)의 치(Teeth) 수이며, y축은 선형 제거된 엔진 회전수(RPM)이다.At this time, the x-axis of the graph of Figures 4b, 5a, b, c is the number of teeth of the flywheel 10 corresponding to the crankshaft rotation angle, the y-axis is the engine speed (RPM) removed linearly.

실린더 진단부(500)는 상기 실화 발생 진단부(400)에서 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단되는 경우, 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 분석하여 실화 발생 실린더를 진단하는 역할을 한다.When the cylinder diagnosis unit 500 is diagnosed as a misfire in the engine by the misfire occurrence diagnosis unit 400, the cylinder diagnosis unit 500 analyzes an engine speed increase and decrease trend according to a change in the crankshaft rotation angle to diagnose a misfire occurrence cylinder. .

보다 구체적으로 상기 실린더 진단부(500)는 실화 실린더 진단에 앞서 크랭크축 회전 각도에 따라 엔진 속도가 증감하는 영역을 제1 실린더 영역, 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역으로 분류하며, 상기 제1 실린더 영역, 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역은 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 점화 순서에 따라 제1 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역, 제2 실린더 영역 순서대로 나타난다.More specifically, the cylinder diagnosis unit 500 classifies a region where the engine speed increases or decreases according to the crankshaft rotation angle into a first cylinder region, a second cylinder region, a third cylinder region, and a fourth cylinder region prior to the misfire cylinder diagnosis. The first cylinder region, the second cylinder region, the third cylinder region, and the fourth cylinder region may include the first cylinder region, the third cylinder region, and the fourth cylinder according to the ignition order as shown in FIG. 4 or 5. Area, followed by the second cylinder area.

이 때, 엔진 내에 정상 점화가 이루어진 경우(실화가 발생하지 않은 경우)에는 각 실린더 영역(1 실린더 영역, 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역)에서 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도(회전 속도)가 감소하다가 증가한 후에 다시 감소하는 추세(감소→증가→감소)를 보이게 되는데, 이와 달리 엔진의 제1 실린더, 제2 실린더, 제3 실린더, 제4 실린더 중 어느 하나의 실린더에 실화가 발생한 경우에는 실화가 발생한 실린더에서 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도가 전체적으로 감소하는 추세를 보이게 된다.At this time, when normal ignition is made in the engine (when no misfire has occurred), the change of the crankshaft rotation angle is changed in each cylinder region (1 cylinder region, 2nd cylinder region, 3rd cylinder region, 4th cylinder region). As a result, the engine speed (rotation speed) decreases and then increases and then decreases again (decrease → increase → decrease) .In contrast, any one of the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, and the fourth cylinder of the engine When a misfire occurs in the cylinder, the engine speed decreases as a result of the change of the crankshaft rotation angle in the misfired cylinder.

이 점을 고려하여, 본 발명의 실린더 진단부(500)는 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도가 감소 추세를 나타내는 경우에는 해당 실린더에서 실화가 발생한 것으로 진단하고, 반대로 엔진 속도가 감소→증가→감소 추세를 나타내는 경우에는 정상 연소가 발생한 것으로 진단할 수 있다.In consideration of this point, the cylinder diagnosis unit 500 of the present invention diagnoses that a misfire has occurred in the cylinder when the engine speed decreases according to the change of the crankshaft rotation angle, and conversely, the engine speed decreases → increases. → If there is a decreasing trend, it can be diagnosed that normal combustion has occurred.

다만, 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거하지 않은 경우에는 도 4a에 도시된 바와 같이 정상 점화 실린더에서 발생한 오버슈트(Overshoot)가 실화가 발생한 실린더의 엔진 속도 증감 추세에 영향을 끼칠 수 있고, 이로 인해 엔진 속도의 증감 추세만으로 실화 발생 실린더를 진단하기 어려운 상황이 발생할 수 있었다.However, if the linear trend is not removed from the crankshaft position sensor output signal data, as shown in FIG. 4A, an overshoot generated in the normal ignition cylinder may affect the engine speed increase and decrease trend of the cylinder in which the misfire occurs. As a result, it is difficult to diagnose the misfired cylinder only by increasing or decreasing the engine speed.

이에 따라, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템은 앞서 언급한 바와 같이 상기 이산 푸리에 변환부(200)에서 1 사이클 동안 수집된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거(Linear detrend)한 후, 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환(DFT)함으로써, 정상 점화 실린더에서 발생한 오버슈트가 실화 발생 실린더의 엔진 증감 추세에 미치는 영향을 제거할 수 있고, 이로써 본 발명의 실린더 진단부(500)는 도 4b와 같이 실화 발생 실린더의 엔진 감소 추세를 보다 명확하게 파악할 수 있어(도 4a와 비교하였을 때보다 엔진 속도 증감 추세를 보다 명확하게 파악할 수 있다.), 실화 발생 실린더 진단의 정밀성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the engine misfire diagnosis system of the present invention removes a linear trend from the crankshaft position sensor 20 output signal data collected for one cycle by the discrete Fourier transform unit 200 as described above. Then, by performing discrete Fourier transform (DFT) on the crankshaft position sensor output signal data, it is possible to eliminate the influence of the overshoot generated in the normal ignition cylinder on the engine increase / decrease trend of the misfire occurrence cylinder. 500 can more clearly grasp the engine reduction trend of the misfired cylinder as shown in FIG. 4B (comparable to the engine speed increase / decrease trend than when compared with FIG. 4A), and thus the accuracy of the diagnosis of misfired cylinders Can be improved.

특히, 본 발명의 실린더 진단부(500)는 실화 발생 실린더 진단의 정밀성을 향상시키기 위하여 1 실린더 영역, 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역을 세그먼트(Segment)로 분할하고, 특정 세그먼트끼리의 엔진 속도 증감 추세를 분석함으로써, 제n 실린더 영역에서 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도가 감소 추세를 나타내는 경우, 제n 실린더에서 실화가 발생한 것으로 진단할 수 있다(단, n은 자연수이다.)In particular, the cylinder diagnosis unit 500 of the present invention divides the first cylinder region, the second cylinder region, the third cylinder region, and the fourth cylinder region into segments in order to improve the accuracy of the misfire occurrence cylinder diagnosis. By analyzing the engine speed increase and decrease trends between the segments, when the engine speed decreases with the change of the crankshaft rotation angle in the n-th cylinder region, it is possible to diagnose that misfire has occurred in the n-th cylinder (where n is It is a natural number.)

예를 들어, 상기 실린더 진단부(500)는 ⅰ) 도 5a와 같이 제1 실린더 영역, 제4 실린더 영역, 제2 실린더 영역에서는 제2 세그먼트(②)와 제6 세그먼트(⑥) 사이에서 선형 제거된 엔진 속도가 감소하는 추세가 나타나지 않으나, 제3 실린더 영역에서는 엔진 속도가 감소하는 추세가 나타나는 경우에는 제3 실린더에 실화(단일 실린더 실화)가 발생한 것으로 진단할 수 있고, ⅱ) 도 5b와 같이 제2 실린더 영역, 제4 실린더 영역에서는 제2 세그먼트(②)와 제6 세그먼트(⑥) 사이에서 선형 제거된 엔진 속도가 감소하는 추세가 나타나지 않으나, 제1 실린더 영역, 제3 실린더 영역에서는 엔진 속도가 감소하는 추세가 나타나는 경우에는 제1 실린더, 제3 실린더에 실화(Following pattern misfire)가 발생한 것으로 진단할 수 있다.For example, the cylinder diagnosing part 500 may be linearly removed between the second segment (6) and the sixth segment (6) in the first cylinder region, the fourth cylinder region, and the second cylinder region as shown in FIG. 5A. If the trend of decreasing engine speed does not appear, but the trend of decreasing engine speed appears in the third cylinder region, it can be diagnosed that misfire (single cylinder misfire) has occurred in the third cylinder, and ii) as shown in FIG. 5B. In the second cylinder region and the fourth cylinder region, there is no tendency to decrease the engine speed linearly removed between the second segment (②) and the sixth segment (⑥), but in the first cylinder region and the third cylinder region, the engine speed is not reduced. When a trend of decreasing is observed, it can be diagnosed that a following pattern misfire has occurred in the first cylinder and the third cylinder.

또한, 본 발명의 실린더 진단부(500)는 ⅲ) 도 5c와 같이 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역에서는 제2 세그먼트(②)와 제6 세그먼트(⑥) 사이에서 선형 제거된 엔진 속도가 감소하는 추세가 나타나지 않으나, 제1 실린더 영역, 제4 실린더 영역에서는 엔진 속도가 감소하는 추세가 나타나는 경우에는 제1 실린더, 제4 실린더에 실화(Alternating pattern misfire)가 발생한 것으로 진단할 수 있다.In addition, the cylinder diagnosis unit 500 of the present invention reduces the engine speed linearly removed between the second segment (6) and the sixth segment (6) in the second cylinder region and the third cylinder region as shown in Fig. 5C. Although the trend does not appear, when the engine speed decreases in the first cylinder region and the fourth cylinder region, it may be diagnosed that an alternating pattern misfire has occurred in the first cylinder and the fourth cylinder.

다음으로 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진 실화 진단 방법에 대하여 살펴보도록 한다.Next, the engine misfire diagnosis method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.

이 때, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진 실화 진단 방법의 순서도이며, 본 발명의 엔진 실화 진단 방법의 각 과정(단계)에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 이하에서는 중복되는 설명은 생략하도록 한다.6 is a flowchart of an engine misfire diagnosis method according to another embodiment of the present invention, and the detailed description of each process (step) of the engine misfire diagnosis method according to the present invention is the same as described above, The description will be omitted.

본 발명은 또 다른 실시예로 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 방법에 있어서, 1 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계(S210), 상기 데이터 수집 단계(S210)에서 수집된 1 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환 단계(S220), 상기 이산 푸리에 변환 단계(S220)에서 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출 단계(S230) 및 상기 PSD 산출 단계(S230)에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단 단계(S240)를 포함하는 엔진 실화 진단 방법(S200)을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a method for diagnosing whether misfire in a four-cylinder engine is generated by using an output signal of a crankshaft position sensor, wherein data collection for collecting crankshaft position sensor output signal data for one cycle is performed. Step S210, Discrete Fourier Transform step (S220) of Discrete Fourier Transform the crankshaft position sensor output signal data for one cycle collected in the data collection step (S210), Discrete Fourier Transform step (S220) On the basis of the harmonic order value at which the maximum value of the power spectral density calculated in PSD calculation step S230 and PSD calculation step S230 are calculated based on the converted crankshaft position sensor output signal data. Provides an engine misfire diagnosis method (S200) including a misfire occurrence diagnosis step (S240) of diagnosing whether misfire in an engine occurs. .

이 때, 상기 이산 푸리에 변환 단계(S220)는 상기 데이터 수집 단계(S210)에서 1 사이클 동안 수집된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에서 선형 추세를 제거(Linear detrend)한 후, 크랭크축의 각속도를 토대로 상기 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 주파수 영역으로 변환시키는 것을 특징으로 하며, 이를 통해 본 발명의 엔진 실화 진단 방법(S200)은 후술할 실린더 진단 단계(S250)에서의 진단 정밀성을 향상시킬 수 있다.At this time, the discrete Fourier transform step (S220) is to remove the linear trend from the crankshaft position sensor output signal data collected for one cycle in the data collection step (S210) (Linear detrend), based on the angular velocity of the crankshaft Characterized in that the crankshaft position sensor output signal data is converted to the frequency domain, through which the engine misfire diagnosis method (S200) of the present invention can improve the diagnostic accuracy in the cylinder diagnosis step (S250) to be described later.

또한, 상기 실화 발생 진단 단계(S240)는 엔진 회전수(RPM)에 따른 엔진의 주파수는

(단, M은 엔진의 기통수)로 표현할 수 있으며, 엔진의 기통수가 4 기통인 경우(M=4인 경우)에는 하모닉차수(Harmonic order)가 4일 때 엔진 최대 회전수(100Hz)가 나타나는데, 4기통 엔진에서 정상 연소가 이루어진 경우에는 하모닉차수가 4일 때, 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터의 파워 스펙트럼 밀도 값이 최대로 나타나고, 반대로 4 기통 엔진 내에 실화가 발생한 경우에는 실화에 의한 엔진 회전수(RPM) 저하로 하모닉차수가 4보다 낮은 곳에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타난다는 점에 주목하여, 하모닉차수 값이 4가 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단할 수 있다.In addition, the misfire occurrence diagnosis step (S240) is the frequency of the engine according to the engine speed (RPM)

(However, M can be expressed as the number of engine cylinders.In case of 4 cylinders (M = 4), the maximum engine speed (100Hz) appears when the harmonic order is 4). In the case of normal combustion in a four-cylinder engine, when the harmonic order is 4, the power spectral density value of the crankshaft position sensor output signal data is maximum. Note that the maximum drop in power spectral density occurs where the harmonic order is lower than 4 due to the lowering of the number (RPM). It can be diagnosed as occurring.

아울러, 본 발명의 엔진 실화 진단 방법(S200)은 상기 실화 발생 진단 단계(S240)에서 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단되는 경우, 크랭크축 회전 각도의 변화에 따른 엔진 속도 증감 추세를 분석하여 실화 발생 실린더를 진단하는 실린더 진단 단계(S250)를 더 포함하며, 이를 통해 엔진 내 실화 발생 여부뿐만 아니라 실화 발생 실린더까지 진단할 수 있다.In addition, when the engine misfire diagnosis method S200 of the present invention is diagnosed as a misfire occurrence in the engine in the misfire occurrence diagnosis step S240, the engine speed increase and decrease trend according to the change of the crankshaft rotation angle is analyzed to cause a misfire occurrence cylinder. It further includes a cylinder diagnostic step (S250) for diagnosing, through which it is possible to diagnose not only the misfire occurrence in the engine but also the misfire occurrence cylinder.

특히, 상기 실린더 진단 단계(S250)는 크랭크축 회전 각도 변화에 따른 엔진 속도 변화 구간을 제1 실린더 영역, 제2 실린더 영역, 제3 실린더 영역, 제4 실린더 영역으로 분류하고, 제n 실린더 영역(단, n은 자연수이다.)에서 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도가 감소 추세를 나타내는 경우, 제n 실린더에서 실화가 발생한 것으로 진단할 수 있다.In particular, the cylinder diagnosis step (S250) classifies the engine speed change section according to the change of the crankshaft rotation angle into a first cylinder region, a second cylinder region, a third cylinder region, and a fourth cylinder region, and the nth cylinder region ( However, n is a natural number.) If the engine speed shows a decreasing trend according to the change of the crankshaft rotation angle, it can be diagnosed that misfire has occurred in the n-th cylinder.

정리하면, 본 발명은 임계값을 이용하여 엔진 실화 여부 또는 실화 발생 실린더를 진단하던 종래의 주파수 분석 방식을 이용한 엔진 실화 진단 시스템 및 방법과는 달리, ⅰ) 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도를 토대로 엔진 실화 발생 여부를 진단하고, ⅱ) 크랭크축 회전 각도의 변화에 따라 엔진 속도 증감 추세를 토대로 실화 발생 실린더를 진단할 수 있는 엔진 실화 진단 시스템 및 방법을 제공하여, 임계값 도출을 위한 시험에 소모되는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 임계값을 ECU 내에 맵핑해두지 않고도 엔진 실화 진단을 할 수 있어 계산 로직을 단순화하고 부하를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.In summary, the present invention is different from the engine misfire diagnosis system and method using a conventional frequency analysis method of diagnosing engine misfire or a misfire occurrence cylinder using a threshold value, i) power based on the crankshaft position sensor output signal data. Diagnose engine misfire based on spectral density, and ii) provide engine misfire diagnosis system and method which can diagnose misfire cylinder based on engine speed increase / decrease trend according to the change of crankshaft rotation angle. In addition to reducing the cost of testing for the test, engine misfire diagnosis can be performed without mapping thresholds into the ECU, simplifying calculation logic and minimizing load.

본 발명에서는 4기통 엔진 내에서 실화 발생 여부를 진단하고, 실화 발생 실린더를 진단하는 과정을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 엔진 실화 발생 여부 및 실화 발생 실린더 진단 과정은 4기통 엔진에 한정되는 것은 아니며, 8기통, 16기통 엔진 등 다양한 종류의 엔진에 확대 적용할 수 있음 당연하다.In the present invention, the diagnosis of misfire occurrence in the four-cylinder engine and the description of the process of diagnosing the misfire occurrence cylinder, but the engine misfire occurrence and misfire occurrence cylinder diagnosis process of the present invention is not limited to the four-cylinder engine. It can be extended to various engines such as 8-cylinder and 16-cylinder engines.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments and applications of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments and applications described above, the invention without departing from the gist of the invention claimed in the claims Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 플라이 휠
20 : 크랭크축 위치 센서
100 : 신호 처리부
200 : 이산 푸리에 변환부
300 : PSD 산출부
400 : 실화 발생 진단부
500 : 실린더 진단부10: fly wheel
20: crankshaft position sensor
100: signal processing unit
200: Discrete Fourier Transform
300: PSD calculator
400: misfire occurrence diagnosis unit
500: cylinder diagnostic unit

Claims

In the system capable of diagnosing the occurrence of misfire in the four-cylinder engine using the output signal of the crankshaft position sensor,
A discrete Fourier transform unit for performing discrete Fourier transform on the crankshaft position sensor output signal data for one cycle;
A PSD calculator configured to calculate a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data discretely Fourier transformed by the discrete Fourier transform unit; And
A misfire occurrence diagnosis unit for diagnosing whether misfire has occurred in the engine based on a harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated by the PSD calculator is displayed;
Including,
The misfire occurrence diagnosis unit,
An engine misfire diagnosis system comprising diagnosing a misfire in an engine when the maximum value of the power spectral density appears when the harmonic order value is not 4.

The method of claim 1,
The discrete Fourier transform unit,
And removing the linear trend from the crankshaft position sensor output signal data collected during one cycle, and converting the crankshaft position sensor output signal data into a frequency domain based on the angular velocity of the crankshaft.

delete

The method of claim 2,
And a cylinder diagnosis unit for diagnosing a misfire occurrence cylinder by analyzing an engine speed increase and decrease trend according to a change in the crankshaft rotation angle when the misfire occurrence diagnosis unit is diagnosed as a misfire in the engine.

The method of claim 4, wherein
The cylinder diagnostic unit,
An engine misfire diagnosis system, characterized in that the engine speed change section according to the crankshaft rotation angle change is classified into a first cylinder region, a second cylinder region, a third cylinder region, and a fourth cylinder region.

The method of claim 5,
The cylinder diagnostic unit,
The engine misfire diagnosis system, characterized in that the misfire has occurred in the nth cylinder when the engine speed shows a decreasing trend in accordance with the change of the crankshaft rotation angle in the nth cylinder region.
(Where n is a natural number)

In the method for diagnosing the occurrence of misfire in the four-cylinder engine using the output signal of the crankshaft position sensor,
A data collection step of collecting crankshaft position sensor output signal data for one cycle;
A discrete Fourier transform step of discrete Fourier transforming the crankshaft position sensor output signal data collected in the data collection step;
A PSD calculation step of calculating a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data which is discrete Fourier transformed in the discrete Fourier transforming step; And
A misfire occurrence diagnosis step of diagnosing the occurrence of misfire in the engine on the basis of the harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated in the PSD calculation step appears;
Including,
The misfire occurrence diagnosis step,
An engine misfire diagnosis method comprising diagnosing a misfire in an engine when the maximum value of the power spectral density appears when the harmonic order value is not 4.

The method of claim 7, wherein
The discrete Fourier transform step,
After the linear trend is removed from the crankshaft position sensor output signal data collected for one cycle in the data collection step, the crankshaft position sensor output signal data is converted into a frequency domain based on the angular velocity of the crankshaft. Way.

delete

The method of claim 8,
And a cylinder diagnosis step of diagnosing a misfire-producing cylinder by analyzing an engine speed increase and decrease trend according to a change in the crankshaft rotation angle when the misfire occurrence is diagnosed in the engine in the misfire occurrence diagnosis step.

The method of claim 10,
The cylinder diagnostic step,
The engine speed change section according to the change of the crankshaft rotation angle is classified into the first cylinder region, the second cylinder region, the third cylinder region, and the fourth cylinder region.
The engine misfire diagnosis method for diagnosing that misfire has occurred in the n-th cylinder when the engine speed tends to decrease with the change of the crankshaft rotation angle in the n-th cylinder region.
(Where n is a natural number)