KR100226232B1 - Ignition timing control method for an automobile by using pressure of engine cylinder - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실린더 압력을 이용한 자동차의 점화시기 제어방법에 관한 것으로, 이를 해결하기 위하여 연료펌프와, 점화코일, 배기가스 중에 포함된 산소량을 감지하는 공연비센서, 트로틀밸브 개도 정도를 감지하는 트로틀밸브 스위치, 상사점을 기준으로 피스톤 위치를 파악하는 크랭크 각 센서, 실린더 내의 압력을 감지하는 압력센서 및 상기 센서들 및 트로틀밸브 스위치로부터의 제공되는 각각의 정보를 근거로 하여 자동차의 점화시기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 센싱된 N개의 최고압력위치(크랭크각)를 산술평균한 수치와 기 설정된 크랭크각에 대한 최적최고압력위치 값을 구하는 제 1단계와 상기 제 1 단계에 의해 구해진 산술 평균수치와 최적최고압력위치 값을 비교판정하는 제 2 단계와 상기 제 2단계에서 산술평균 수치가 최적최고압력위치 값보다 크면 기 설정된 점화시기 값에 보정점화시기 값을 더한 값을 최적의 점화시기를 검출하여 이에 따른 점화 신호를 출력하며, 이와 반대로 상기 제 2 단계에서 산술평균 수치가 최적최고압력위치 값보다 작으면 기 설정된 점화시기 값에 보정점화시기 값을 뺀 값을 최적의 점화시기로 되는 새로운 점화시기를 검출하고 이에 따른 점화신호를 출력하는 제 3 단계를 구비함으로써 최적의 점화시기를 선택할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a ignition timing control method of a vehicle using a cylinder pressure, in order to solve the fuel pump, ignition coil, air-fuel ratio sensor for detecting the amount of oxygen contained in the exhaust gas, throttle valve switch for detecting the degree of opening the throttle valve And a method of controlling the ignition timing of the vehicle based on the crank angle sensor for detecting the piston position based on the top dead center, the pressure sensor for detecting the pressure in the cylinder, and the respective information provided from the sensors and the throttle valve switch. The arithmetic mean value of the sensed N highest pressure positions (crank angle) and the first arithmetic average value and the optimum arithmetic mean value obtained by the first step are obtained. In the second step of comparing and determining the maximum pressure position value, the arithmetic mean value is optimal in the second step. If the value is greater than the value, the optimum ignition timing is detected by adding the corrected ignition timing value to the preset ignition timing value, and the ignition signal is output accordingly. In contrast, the arithmetic mean value is greater than the optimum maximum pressure position value in the second step. If it is small, it is possible to select the optimum ignition timing by including a third step of detecting a new ignition timing that is the optimum ignition timing by subtracting the compensation ignition timing value from the preset ignition timing value and outputting the ignition signal accordingly. There is.

Description

실린더 압력을 이용한 자동차의 점화시기 제어방법Control method of ignition timing of car using cylinder pressure

제1도는 본 발명에 따른 자동차의 점화시기 제어방법을 적용한 장치도.1 is a device diagram applying the ignition timing control method of a vehicle according to the present invention.

제2도는 산술평균할 사이클수(A.N.)가 5일 때 가중지수(α)의 영향을 나타내는 그래프.2 is a graph showing the influence of the weighting index α when the number of cycles to be arithmetic averaged (A.N.) is 5. FIG.

제3도는 가중지수(α)가 2일때 산술평균할 사이클 수의 영향을 나타내는 그래프.3 is a graph showing the effect of the number of cycles to be arithmetically averaged when the weighting index α is 2. FIG.

제4도는 산술평균할 사이클 수(A.N.)가 5, 가중치(n)가 0.2일때 최고압력 위치와 점화시기를 나타내는 그래프.4 is a graph showing the maximum pressure position and the ignition timing when the number of cycles to be arithmetic average (A.N.) is 5 and the weight (n) is 0.2.

제5도는 산술평균할 사이클 수(A.N.)가 5, 가중치(n)가 0.2일때 점화시기 조건에 따라 지시평균 유효압력을 비교한 그래프.5 is a graph comparing the indicated average effective pressure according to the ignition timing conditions when the number of cycles to be arithmetic average (A.N.) is 5 and the weight (n) is 0.2.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

110 : 공연비센서 102 : 트로틀 밸브 스위치110: air-fuel ratio sensor 102: throttle valve switch

130 : 크랭크각 센서 140 : 압력센서130: crank angle sensor 140: pressure sensor

150 : 엔진제어부 160 : 연료펌프150: engine control unit 160: fuel pump

170 : 점화코일170: ignition coil

본 발명은 자동차의 점화시기 제어방법에 관한 것으로, 특히 실린더 압력을 이용하여 최적의 점화시기를 제어할 수 있도록 한 자동차의 점화시기 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling the ignition timing of a vehicle, and more particularly, to a method for controlling the ignition timing of a vehicle that enables the optimum ignition timing to be controlled using a cylinder pressure.

일반적으로, 자동차의 엔진의 최적제어는 엔진의 효율향상, 유해배출물 저감 및 출력향상에 매우 중요한 것으로, 이를 위하여 전자제어 시스템의 채용이 보편화되고 있으며, 보다 정밀한 제어를 위해 다양한 연구가 진행되고 있다.In general, the optimum control of the engine of the vehicle is very important for improving the efficiency of the engine, reducing harmful emissions and improving the output. For this purpose, the adoption of an electronic control system is becoming common, and various studies have been conducted for more precise control.

그러나 종래의 자동차의 전자제어 시스템에는 연소상태의 진단기능이 없어 점화시기를 최적상태로 적용시키는 학습제어방법의 적용은 어렵다.However, since the electronic control system of a conventional vehicle does not have a diagnosis function of a combustion state, it is difficult to apply a learning control method that applies an ignition timing to an optimal state.

예를 들면, 자동차의 양산시 발생되는 제품편차, 실리더별 특성차이 등을 고려해 줄 수 없을 뿐만 아니라, 경년변화에 따른 압축비 상승등으로 인해 점화시기 설정시 안전율을 고려해야만 하기 때문에 최적점화 시기를 설정할 수 없었으며, 이로 인한 효율의 저하 및 공해배출물 증가등의 불합리함을 간과할 수 밖에 없었다.For example, it is not possible to take into account product deviations and characteristic differences for cylinders that occur during the mass production of automobiles, and because the safety ratio must be considered when setting the ignition timing due to the increase in compression ratio due to secular variation, There was no choice but to overlook the irrationality such as the decrease in efficiency and the increase of pollution emission.

이에 따라, 자동차 생산업체에서는 제품의 편차를 줄이기 위해 연소실을 가공하는 등의 다양한 노력을 기울이고 있으나, 이는 생산비의 직접적인 증가를 가져왔다.Accordingly, automakers are making various efforts to process combustion chambers to reduce product deviations, but this has led to a direct increase in production costs.

또한, 엔진 개발시에도 실린더별 연소특성 차이를 줄이기 위해 여러가지 실험을 수행하고 있는 실정이다. 최근에는 양산시의 편차에 대한 경우를 미리 감안하여 이에 대한 센시티브티(sensitivity)를 시물레이션 또는 실험적 방법으로 검토하여 엔진 개발에 반영하려는 연구가 진행되고 있다.In addition, in the development of engines, various experiments have been conducted to reduce the difference in combustion characteristics of each cylinder. Recently, in consideration of the case of mass production deviation in advance, the research on the sensitivity of the (sensitivity) by the simulation or experimental method to reflect the development in the engine is being conducted.

최근에 학계와 민간 연구소에서는 엔진의 연소상태를 모니터 링하기 위한 간접적인 방법을 시도하기도 하였다.Recently, academia and private laboratories have attempted indirect methods to monitor engine combustion.

예를 들면, 자동차의 엔진 연소 상태를 모니터링하고 이를 엔진의 제어에 적응하기 위한 의도로서, 사사야마 씨(참조문헌 : T.Sasayama et al., Advanced Engine Control System Using Combustion Fensor Sensor, Proceedings of the fifth intermation conference on Automotive electronice, pp 55-59, 1985) 등은 스파이크 플러그에 광섬유를 부착하고 화염광의 세기를 측정, 분석하여 엔진을 제어하는 시스템에 대한 개념을 제시하였는데, 이는 출력의 계산, 이상연소(노킹)의 판단, 실린더내의 온도추정에 의한 질소 산화물 배출의 제어에 이용될 수 있다고 발표한 바 있다.For example, Tsa Sasayama et al., Advanced Engine Control System Using Combustion Fensor Sensor, Proceedings of the fifth, as an intention to monitor the engine combustion status of a car and adapt it to engine control. intermation conference on Automotive electronics, pp 55-59, 1985), etc., presented a concept of a system for controlling an engine by attaching an optical fiber to a spike plug and measuring and analyzing the intensity of flame light. It has been announced that it can be used for the determination of knocking and control of nitrogen oxide emission by temperature estimation in a cylinder.

그러나 실제 시스템에서의 적용시 예상되는 여러가지 문제점을 고려해 볼때 초보적 수준을 벗어나지 못하였다.However, considering the various problems expected in the application in the actual system, it could not escape the elementary level.

그후, 이상연소(노킹)을 제어하기 위한 방법의 하나로 일본 닛산회사 (참조문헌 : S Yamashita, Knock Sensor, 내연기관, Vol. 29, 1990)에서는 스파크플러그형 압력센서를 이용한 시스템을 개발차에 적용하였으나 시스템의 가격이 고가이고 설치장소가 제약을 받는 등의 단점 때문에 고급 승용차에만 한정되었다.Subsequently, Nissan Corporation (S Yamashita, Knock Sensor, Internal Combustion Engine, Vol. 29, 1990) applied a system using a spark plug type pressure sensor as a method for controlling abnormal combustion (knocking). However, due to the disadvantages such as the high price of the system and the limited installation place, it was limited to luxury cars only.

또한, 콜링스 씨 (참조문헌 : N. Collings et, al., Exhaust Gas Ionization for Spark Ignition Engines, Proc of Inst Mech Engineering, C/59/88, 1988)는 배기포트에 이온프루브를 설치하여 배기가스중의 이온농도를 측정하고, 이로부터 연소상태의 진단을 시도하였다. 그러나, 이 연구에서는 점화시기의 적용제어 가능성을 보여주었으나 연소상태와의 상관도가 크지 않고, 센서의 내구성 문제에 많은 의문이 제기되었다.In addition, Mr. Collings (N. Collings et, al., Exhaust Gas Ionization for Spark Ignition Engines, Proc of Inst Mech Engineering, C / 59/88, 1988) also installed ion probes at the exhaust ports for exhaust gases. Ion concentration was measured, and an attempt was made to diagnose the combustion state. However, this study shows the possibility of control of the ignition timing, but the correlation with combustion status is not high and many questions have been raised about the durability of the sensor.

최근, 미야따 씨(참조문헌 : S. Miyata, Flame Ion Density Measurement Using Spark Plug Voltage Analysis, SAE Paper No. 930462, 1933)는 스파크 플러그의 전압을 분석하여 화염이온의 농도를 측정하는 기술을 발표하였으며, 시마사끼 씨(참조문헌 Y.Shimasakl, Spark Plug Voltage for Monitoring Combustion in Internal Combustion Engines, SAE Paper No ; 930461, 1993)은 이를 이용하여 엔젠의 연소상태를 모니터링하는 연구를 수행하였으나 점화 플러그의 국소적인 이온농도를 이용하였으므로 실린더내의 전체적인 연소상태를 구하는데 한계가 있다.Recently, Mr. Miyata (Ref .: S. Miyata, Flame Ion Density Measurement Using Spark Plug Voltage Analysis, SAE Paper No. 930462, 1933) presented a technique for measuring the concentration of flame ions by analyzing the voltage of the spark plug. , Mr. Shimasaki (Ref. Y. Shimasakl, Spark Plug Voltage for Monitoring Combustion in Internal Combustion Engines, SAE Paper No; 930461, 1993) conducted a study to monitor the combustion state of the engine, but Since the ion concentration is used, there is a limit in obtaining the overall combustion state in the cylinder.

코놀리 씨(참조문헌 : F.T. Conolly, Direct Estimation of Cyclic Combustion Pressure Variability Using Engine Speed Fluctuations in an Internal Combustion Engine, SAE Paper No. 940143, 1994)는 엔진의 각속도 변동을 이용하여 사이클 마다의 연소압력 변화를 추정하는 기법을 발표하였으며 ; 기타의 연구논문(참조문헌 : B. Lim et, al., Estimation of Cylinder Pressure in SI Enginers Using the Varitation of Crankshaft Speed, SAE Paper No. 949145, 1994)에서는 크랭크 축 회전속도의 변동을 이용하여 실린더 압력을 구하는 방법을 연구하였으며, 그리고 다른 논문(참조문헌 : J.H.Lee et al., Adaptive Control of Individual Cylinder Ignition Timing for Improvement of Idle Stability, SAE Paper No. 930315, 1993)에서는 엔진의 회전각도를 이용하여 공회전시의 속도안정성 향상을 위한 실린더별 점화시기 적응제어 알고리즘을 연구하였다.Connolly (FT Conolly, Direct Estimation of Cyclic Combustion Pressure Variability Using Engine Speed Fluctuations in an Internal Combustion Engine, SAE Paper No. 940143, 1994) estimates changes in combustion pressure per cycle using engine angular velocity fluctuations. Published techniques for doing so; In other research papers (B. Lim et, al., Estimation of Cylinder Pressure in SI Enginers Using the Varitation of Crankshaft Speed, SAE Paper No. 949145, 1994) And other papers (JHLee et al., Adaptive Control of Individual Cylinder Ignition Timing for Improvement of Idle Stability, SAE Paper No. 930315, 1993). The ignition timing adaptive control algorithm for each cylinder was studied to improve the speed stability.

그러나, 엔진의 회전각속도 변동은 실린더 압력뿐만 아니라 관성력항이 포함되며 회전속도가 높아지면 상대적으로 압력변화에 의한 차이가 작아져 엔진운전범위 전체에서의 연소상태 분석에는 적합치 않은 것으로 판정되었다.However, the rotational angular velocity variation of the engine includes not only the cylinder pressure but also the inertia force term, and as the rotational speed increases, the difference due to the pressure change decreases, which is not suitable for the analysis of the combustion state over the entire engine operating range.

이와 같이, 실린더 압력을 측정하여 이용하고자 할 경우, 설치에의 공간적 제약이 매우 크고 내구성 및 가격면에서도 불리한 점이 많았다.As described above, when the cylinder pressure is to be measured and used, there are many space constraints on the installation and disadvantages in terms of durability and price.

그러나, 최근에 적절한 연소실 압력센서가 개발되어 실제차량에 부착되어 사용하고 있는 등 여러한 장애요인을 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다.Recently, however, researches have been conducted to solve various obstacles such as an appropriate combustion chamber pressure sensor developed and attached to an actual vehicle.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 건으로, 본 발명의 목적은 압력센서를 이용한 엔진제어시스템로부터 감지되는 데이타를 근거로 하여 최적의 점화시기를 제어할 수 있는 자동차의 점화시기 제어방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the object of the present invention is to ignite the timing of the vehicle that can control the optimum ignition timing based on the data detected from the engine control system using a pressure sensor To provide a control method.

본 발명에 따르면, 연료펌프, 점화코일, 배기가스 중에 포함된 산소량을 감지하는 공연비센서, 트로틀밸브 개도 정도를 감지하는 트로틀밸브 스위치, 상사점을 기준으로 피스톤 위치를 파악하는 크랭크각 센서, 실린더내의 압력을 감지하는 압력센서 및 상기 센서들 및 트로틀밸브 스위치로부터 제공되는 각각의 정보를 근거로 하여 자동차의 점화시기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 센싱된 N개의 최고압력위치(크랭크각)를 산술평균한 수치와 기설정된 크랭크각에 대한 최적최고압력위치 값을 구하는 제 1 단계와 ; 상기 제 1 단계에 의해 구해진 산술 평균수치와 최적최고압력위치 값을 비교판정하는 제 2 단계와 ; 상기 제 2 단계에서 산술평균 수치가 최적최고압력위치 값보다 크면 기 설정된 점화시기 값에 보정점화시기 값을 더한 값을 최적의 점화시기를 검출하여 이에 따른 점화신호를 출력하며, 이와 반대로 상기 제 2 단계에서 산술평균 수치가 최적최고압력위치 값보다 작으면 기설정된 점화시기 값에 보정점화시기 값을 뺀 값을 최적의 점화시기로 되는 새로운 점화시기를 검출하고 이에 따른 점화신호를 출력하는 제 3 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the present invention, the fuel pump, the ignition coil, the air-fuel ratio sensor for detecting the amount of oxygen contained in the exhaust gas, the throttle valve switch for detecting the degree of opening the throttle valve, the crank angle sensor for detecting the piston position based on the top dead center, the cylinder A method for controlling the ignition timing of a vehicle based on a pressure sensor for detecting pressure and information provided from the sensors and the throttle valve switch, the arithmetic mean of the sensed N highest pressure positions (crank angle) A first step of obtaining an optimum maximum pressure position value for a numerical value and a predetermined crank angle; A second step of comparing and determining the arithmetic mean value obtained by the first step and the optimum maximum pressure position value; When the arithmetic mean value is greater than the optimum maximum pressure position value in the second step, the optimum ignition timing value is detected by adding a preset ignition timing value to the optimum ignition timing value, and the ignition signal is output accordingly. A third step of detecting a new ignition time at which the optimum ignition time is obtained by subtracting the compensation ignition time value from the preset ignition time value if the arithmetic mean value is smaller than the optimum maximum pressure position value and outputting the ignition signal accordingly Characterized in having a.

또한, 상기 제 3 단계의 점화시기 조정방법은,In addition, the ignition timing adjustment method of the third step,

△S/N = α × TPdel, -----------(1)ΔS / N = α × TPdel, ----------- (1)

S/T new = S/T old + △S/T -----(2)S / T new = S / T old + △ S / T ----- (2)

α는 점화시기의 급격한 변화를 방지하기 위한 가중지수이며 TPdel 은 산술평균 수치(TPave)와 최적 최고압력위치 값(TPset)간의 차분값이며, S/Told 는 기존의 점화시기로서 표현되어져 상기 (1)식과 (2)식에 의해서 새로운 최적의 점화시기가 설정됨을 특징으로 한다.α is a weighting index to prevent sudden changes in the ignition timing, TPdel is the difference between the arithmetic mean value (TPave) and the optimum maximum pressure position value (TPset), and S / Told is expressed as the conventional ignition timing. Equation (2) and (2) provide a new optimal ignition timing.

또한, 사이클 변화에 따른 최근의 연소변동 현상을 알고리즘에 반영하기 위해 매 사이클마다 산술평균 수치는 하기(3)식에 의해 맨처음 사이클의 최고 압력위치 값을 배제하고 최근의 최고압력위치를 입력한다.In addition, in order to reflect the recent combustion fluctuation according to the cycle change in the algorithm, the arithmetic mean value is inputted to the latest maximum pressure position without the highest pressure position value of the first cycle by the following equation (3). .

TPava) new + θ pmax × (1-n) + TPave)old × n ----(3)TPava) new + θ pmax × (1-n) + TPave) old × n ---- (3)

이때, θ pmax는 최고 압력 위치이고 n은 가중치이다.Where pmax is the highest pressure position and n is the weight.

이하, 예시된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated drawings.

제 1 도는 본 발명에 따른 자동차의 점화시기 제어방법을 적용한 장치들이다.1 is a device to which the ignition timing control method of a vehicle according to the present invention is applied.

본 발명의 자동차의 점화시기 제어방법을 적용한 장치는 공연비 센서(110), 트로틀밸브 스위치(120), 크랭크각 센서(130), 압력센서(140), 엔진제어부(150), 연료펌프(160) 및 점화코일(170)로 구성된다.Apparatus applying the ignition timing control method of the vehicle of the present invention is an air-fuel ratio sensor 110, the throttle valve switch 120, the crank angle sensor 130, the pressure sensor 140, the engine control unit 150, the fuel pump 160 And an ignition coil 170.

공연비센서(110)는 배기단의 출구에 설치되어 외부로 출력되는 배기가스에 포함되어 있는 산소량(%)을 감지하고, 이 감지된 산소량(%)을 후술하는 엔진제어부(150)로 제공되도록 구성된다.The air-fuel ratio sensor 110 is installed at the outlet of the exhaust stage to detect the oxygen amount (%) contained in the exhaust gas output to the outside, and configured to be provided to the engine control unit 150 to describe the detected oxygen amount (%) to be described later do.

트로틀밸브 스위치(120)는 트로틀밸브 동작에 연동되어 동작되도록 설치되며, 상기 트로틀 밸브 개도 정도를 감지하고, 이로부터 감지된 트로틀밸브의 개도 정보를 후술하는 엔진제어부(150)로 제공되도록 구성된다.The throttle valve switch 120 is installed to operate in conjunction with the throttle valve operation, and detects the degree of opening of the throttle valve, and is configured to be provided to the engine control unit 150 to describe the opening degree information of the detected throttle valve.

크랭크각 센서(130)는 상사점을 기준으로 피스톤의 위치를 파악하고 이 파악된 피스톤의 위치정보를 후술하는 엔젠제어부(150)로 제공되도록 구성된다.The crank angle sensor 130 is configured to determine the position of the piston on the basis of the top dead center and to be provided to the engine control unit 150 which will be described later the position information of the piston.

압력센서(140)는 실린더의 압력을 감지하고, 이 감지된 압력정보를 후술하는 엔진제어부(150)로 제공되도록 구성된다.The pressure sensor 140 is configured to detect a pressure of the cylinder and provide the sensed pressure information to the engine controller 150 which will be described later.

엔진 제어부(150)는 공연비센서(110), 트로틀밸브 스위치(120), 크랭크각 센서(130), 압력센서(140)의 출력신호를 근거로 하여 최적의 점화시기를 검출하고, 이로부터 후술하는 연료펌프(160)와 점화코일(170)을 제어하도록 구성되며, 상기 엔진제어부(150)는 최적의 점화시기 조절이 가능한 프로그램 로직을 포함하고 있다.The engine controller 150 detects an optimal ignition timing based on the output signals of the air-fuel ratio sensor 110, the throttle valve switch 120, the crank angle sensor 130, and the pressure sensor 140, which will be described later. It is configured to control the fuel pump 160 and the ignition coil 170, the engine control unit 150 includes a program logic that can be adjusted for the optimum ignition timing.

연료펌프(160)는 자동차의 동력원인 연료를 연료탱크로부터 공급하여 트로틀밸브로 제공할 수 있도록 구성된다.The fuel pump 160 is configured to supply fuel, which is a power source of the vehicle, from the fuel tank and provide the fuel to the throttle valve.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 상세히 설명한다.The operation of the present invention configured as described above will be described in detail.

우선, 압력센서(140)를 이용하는 경우에는 직접 연소상태를 파악함으로써 기존의 시스템을 보다 정확하고 구체적으로 제어할 수 있게 된다.First, in the case of using the pressure sensor 140, it is possible to control the existing system more accurately and specifically by directly grasping the combustion state.

그러나, 압력센서(140)를 이용하여 매번의 연소사이클을 열역학적으로 분석하여 최적여부를 판단하는 것은 시스템의 하드웨어 구성상 제약이 뒤따른다.However, the thermodynamic analysis of each combustion cycle using the pressure sensor 140 to determine the optimality follows the hardware configuration constraints of the system.

그러므로 최적점화시기의 상관도가 크고 상관관계가 선형적이면서 측정에 시간이 많이 소요되지 않는 인자를 선정하여야 한다.Therefore, it is necessary to select a factor that has a high correlation between optimal ignition timing and a linear correlation and does not take much time for measurement.

이러한 인자로는 실린더 압력이 최고일 때의 크랭크각, 질량연소율이 50% 일때의 크랭크각 등을 들수 있는데, 일반적으로 최적점화시기에서는 질량연소율이 50% 일때의 크랭크 각은 상사점전 7-10°이며, 실린더 압력이 최고가 되는 위치는 경험적으로 상사점전 15°부근임이 알려져 있다.These factors include the crank angle when the cylinder pressure is the highest and the crank angle when the mass burn rate is 50% .In general, at the optimum ignition time, the crank angle when the mass burn rate is 50% is 7-10 ° before the top dead center. It is known that the position where the cylinder pressure is the highest is around 15 ° before the top dead center.

이를 이용하여 질량연소율이 50% 일때의 위치와 최고압력위치와의 상관관계는 연소기간의 변화에 따른 영향을 제외하고는 서로 비례하는 경향을 나타낸다.Using this, the correlation between the position and the maximum pressure position when the mass burn rate is 50% tends to be proportional to each other except the effect of the change in combustion duration.

즉, 질량연소율 50% 일때의 위치는 측정과 연산처리에 어려움이 있으나 최고압력위치는 그 측정이 용이하며 연소율을 반영하기에 충분하므로 최근 압력센서를 이용한 제어시스템에서는 압력이 최고일때의 크랭크각을 최적점화시기의 선정에 적합한 인자로 사용하여 본 발명에 적용하게 된다.That is, the position at 50% of the mass burn rate is difficult to measure and calculate, but the maximum pressure position is easy to measure and is sufficient to reflect the combustion rate. Therefore, in a control system using a pressure sensor, the crank angle at the highest pressure is used. It is applied to the present invention by using the factor suitable for the selection of the optimum ignition timing.

예컨대, 연소변동이 없을 경우에는 매 사이클마다 압력이 최고일때의 크랭크각을 설정한 기준과 비교하여 점화시기를 조정할 수 있다.For example, when there is no combustion fluctuation, the ignition timing can be adjusted in comparison with the reference for setting the crank angle at the highest pressure in every cycle.

그러나, 실제에 있어서는 연소변동에 의한 사이클의 값을 기준으로 점화시기를 변동하기에는무리가 따른다. 그러므로, 본 발명은 임의로 N 번의 최고압력위치(크랭크각)를 산술평균하여 그 산술평균값을 반영하였으며, 상기 산술평균값 기설정된 최적 최고압력위치(크랭크 각)를 비교하여 점화시기를 조정하였다.In practice, however, it is a matter of course to vary the ignition timing based on the cycle value due to combustion fluctuations. Therefore, the present invention arbitrarily arithmetic average the N times the maximum pressure position (crank angle) to reflect the arithmetic mean value, the arithmetic mean value was adjusted by comparing the predetermined optimum maximum pressure position (crank angle).

제 1 도를 참조하면, 엔진제어부(150)에는 공연비센서(110)로부터 감지되는 배기가스 중에 포함되어 있는 산소량(%)과, 트로틀밸브 스위치(120)로부터 트로틀밸브의 개도 정도가 감지된 트로틀밸브 개도정보와 크랭크각 센서(130)로부터 상사점을 기준으로 피스톤의 위치정보 및 압력센서(140)로 부터의 실리더의 압력을 제공받아 후술할 제어로직에 의거하여 연료펌프(160)와 점화코일(160)을 단속하게 된다.Referring to FIG. 1, the engine control unit 150 includes a throttle valve in which the amount of oxygen contained in the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 110 and the degree of opening of the throttle valve are detected from the throttle valve switch 120. The fuel pump 160 and the ignition coil are received based on the position information of the piston and the pressure of the cylinder from the pressure sensor 140 based on the top dead center from the opening degree information and the crank angle sensor 130. (160) is to be cracked down.

즉, 엔젠제어부(150)에서는 압력센서(140)와 크랭크각 센서(130)로부터 제공받은 정보를 근거로 하여 N번의 크랭크각 최고압력 위치를 산술평균하며, 이 산술평균된 수치(TPave)를 기 설정된 최적최고압력위치 값과 비교하여 새로운 점화시기를 조정하여, 이에 따른 제어신호(점화신호)를 연료점프(160) 및 점화코일(170)로 제공함으로써 점화를 실시하게 된다.In other words, the engine controller 150 arithmetic averages the maximum pressure positions of the crank angle of N times based on the information provided from the pressure sensor 140 and the crank angle sensor 130, and calculates the arithmetic average value TPave. The new ignition timing is adjusted in comparison with the set optimal maximum pressure position value, and the ignition is performed by providing a control signal (ignition signal) to the fuel jump 160 and the ignition coil 170.

즉, 상기 점화시기 조정방법은, 가중지수(α)와 산술평균 수치(TP ave)와 최적최고압력위치 값(TPset)간의 차분갑(TPdel) 을 곱셈(α×TPdel)한 결과 (△S/T)와, 기존의 점화시기 (S/Told)간의 연산값(S/Told±△S/T)에 의거하여 새로운 점화시기를 조정한다.That is, the method for adjusting the ignition timing is the result of multiplying (α × TPdel) the difference group (TPdel) between the weighting index α, the arithmetic mean value TP ave and the optimum maximum pressure position value TPset (ΔS / T) and the new ignition timing are adjusted based on the calculation value (S / Told ± S / T) between the existing ignition timing S / Told.

상기 가중지수(α)는 점화시기의 급격한 변화를 방지하기 위한 값이다.The weighting index α is a value for preventing a sudden change in the ignition timing.

그리고, 상기 사이클 변화에 따른 최근의 연소변동 현상을 알고리즘에 반영하기 위해 매 사이클마다 산술평균수치는 전단계의 산출평균수치에 n(가중치), 현 사이클의 최고압력위치 값에 (1-n)을 곱하여 합한, 상기한 (3)식에 의해 평균치를 정하였다.In order to reflect the recent combustion fluctuation according to the cycle change in the algorithm, the arithmetic mean value is n (weighted) to the calculated mean value of the previous stage and (1-n) to the maximum pressure position value of the current cycle. The average value was determined by said Formula (3) which multiplied and added.

결국, 새로운 점화시기(S/Tnew)는 기존의 점화시기(S/Told)에 대해 ± △S/T 변동값 만큼을 추가로 조정하여 새로운 점화시기를 결정하게 되는 것이다.As a result, the new ignition timing (S / Tnew) is to determine a new ignition timing by further adjusting by ± DELTA S / T variation value with respect to the existing ignition timing (S / Told).

상기 최적의 점화시기로서 결정되면, 이에 따른 제어신호(점화신호)를 연료펌프(160) 및 점화코일(170)로 제공함으로써 점화를 실시하게 된다.If it is determined that the optimum ignition timing, the control signal (ignition signal) according to the ignition is performed by providing the fuel pump 160 and the ignition coil 170.

이와 함께, 가중치 α 와 n은 운전조건, 즉 엔진 회전속도, 엔젠의 부하등에 따라 조정해야 하며 실험을 통해서 검증한다. 예를 들어 운전자가 급속하게 가속시(비정상상태)에는 이론 공연비보다 더욱 진하게 연료를 분사시켜주므로 노킹과 같은 이상연소가 발생할 가능성이 있어서 가중치의 수치 α는 작게, n 은 크게 하여 점화시기를 상대적으로 지연시키고 다시 정상상태가 될 경우에는 원상태로 되돌아오게 할 수 있다.In addition, the weights α and n must be adjusted according to the operating conditions, that is, the engine rotation speed, the engine load, and verified through experiments. For example, when the driver accelerates rapidly (abnormal state), the fuel is injected more intensely than the theoretical air-fuel ratio, so there is a possibility that abnormal combustion such as knocking may occur, so that the weight value α is small and n is large so that the ignition timing is relatively high. If it is delayed and returned to normal state, it can be returned to its original state.

본 발명에서는 산술평균할 사이클수(averaging number of cycles, A.N.), 가중지수(weighting factor, α)의 변화에 따라 점화시기, 최고 압력위치 그리고 실리더의 지시평균 유효압력(IMEP)의 거동을 관찰하여 최적점화시기로의 수렴성, 수렴속도등 모델의 타당성을 검토하여 보았다. 이 때, 가중치(n)는 0.8로 하였다.In the present invention, the behavior of the ignition timing, the highest pressure position and the indicated average effective pressure (IMEP) of the cylinder is observed according to the change of the arithmetic average number of cycles (AN) and the weighting factor (α). The validity of the model, such as convergence and convergence speed, is examined. At this time, the weight n was 0.8.

제 2 도 내지 제 5 도는 그 실험결과를 나타낸 것이다.2 to 5 show the results of the experiment.

제 2 도는 평균할 사이클 수를 고정하고 가중지수를 변화할 때 그 영향을 살표본 것이며 제 3도는 반대로 가중지수를 고정시키고 산술평균할 사이클 수를 변화시킨 경우이다.FIG. 2 shows the effect of fixing the number of cycles to be averaged and changing the weighting index. FIG. 3 shows the case of fixing the weighting index and changing the number of cycles to be arithmetic mean.

상대적으로 가중지수가 큰 경우에는 제어로직에 따라 점화시기의 이동간격이 커서 수렴과정에서 점화시기가 너무 직각하다가 다시 후퇴하는 현상(undershooting effect)이 발생한다. 이 현상은 이상연소(노킹 등)가 발생할 가능성이 있어 적절한 가중지수 수치를 정하는 것이 중요함을 잘 반영하고 있다. 상대적으로 평균할 사이클 수가 많을 수록 최근 연소변동의 영향의 반영이 미미하므로 점화시기의 수렴이 늦어지는 경향을 나타내지만 평균할 사이클 수가 적게되면 연소변화에 대해 민감하게 반응하므로 운전조건에 따라 가중지수와 함께 적절한 선택이 필요하다.If the weighting index is relatively large, the movement interval of the ignition timing is large according to the control logic, and thus, the undershooting effect occurs when the ignition timing is too perpendicular to the convergence process. This phenomenon reflects the importance of setting an appropriate weighting index value because abnormal combustion (knocking, etc.) may occur. The more the number of cycles to be averaged, the smaller the reflection of the influence of recent combustion fluctuations, which tends to slow the convergence of the ignition period, but the smaller the number of cycles to be averaged, the more sensitive it is to combustion changes. Together, appropriate choices are needed.

제 4 도와 제 5 도는 점화시기를 고정한 조건(Fixed S/T), 즉 엔진이 장착한 상용 ECU로 제어했을 경우와 본 실험을 위한 적응제어 방법에 의해 제어했을 경우 (S/T control)의 최고압력위치와 지시평균 유효압력의 거동을 비교해본 것이다.4 and 5 show the maximum of the fixed ignition conditions (Fixed S / T), that is, when controlled by a commercial ECU equipped with an engine and when controlled by the adaptive control method for this experiment (S / T control). The pressure position is compared with the behavior of the indicated average effective pressure.

점화시기를 최고압력 위치의 거동에 따라 제어한 후부터는 점화시기를 고정한 조건의 최고압력 위치와 지시평균 유효압력의 거동을 쫓아가는 결과를 보이고 있어 본 발명의 제어방법의 타당성을 잘 반영하고 있다. 사용 ECU로 제어했을 경우에는 점화시기는 상사점전 약 26°이다.After controlling the ignition timing according to the behavior of the highest pressure position, the results of following the behavior of the highest pressure position and the indicated average effective pressure in the condition of fixing the ignition timing are shown, which reflects the validity of the control method of the present invention. When controlled by the ECU, the ignition timing is approximately 26 ° before top dead center.

그리고, 이와 같은 방법의 적용은 새로운 엔진 개발시, 엔진과 탑재차량의 특성에 맞는 제어시스템을 반복되는 실험으로 보정을 하면서 결정하면 된다.In addition, the application of such a method may be determined by calibrating a control system suitable for the characteristics of an engine and a vehicle by repeated experiments when developing a new engine.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 압력센서를 이용하여 직접 연소상태를 파악한 최적최고압력위치와 최고 압력위치를 산술 평균한 수치와 비교하여 점화시기를 조절함으로써 최적의 점화시기를 결정할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of determining the optimum ignition timing by adjusting the ignition timing by comparing the optimum highest pressure position and the highest pressure position with the arithmetic average value of the direct combustion state obtained by using the pressure sensor. .

Claims (3)

연료펌프와, 점화코일, 배기가스 중에 포함된 산소량을 감지하는 공연비센서, 트로틀밸브 개도 정도를 감지하는 트로틀밸브 스위치, 상사점을 기준으로 피스톤 위치를 파악하는 크랭크 각 센서, 실린더 내의 압력을 감지하는 압력센서 및 상기 센서들 및 트로틀밸브 스위치로부터의 제공되는 각각의 정보를 근거로 하여 자동차의 점화시기를 제어하는 방법에 있어서, 상기 센싱된 N개의 최고압력위치 (크랭크각)를 산술평균한 수치와 기설정된 크랭크각에 대한 최적 최고압력위치 값을 구하는 제 1 단계와 ; 상기 제 1 단계에 의해 구해진 산술평균 수치와 최적최고압력위치 값을 비교판정하는 제 2 단계와 ; 상기 제 2 단계에서 산술평균 수치가 최적최고압력위치 값보다 크면 기설정된 점화시기 값에 보정점화시기 값을 더한 값을 최적의 점화시기를 검출하여 이에 따른 점화신호를 출력하며, 이와 반대로 상기 제 2 단계에서 산술평균 수치가 최적최고 압력위치 값보다 작으면 기설정된 점화시기 값에 보정점화시기 값을 뺀 값을 최적의 점화시기로 되는 새로운 점화시기를 검출하고 이에 따른 점화신호를 출력하는 제 3 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 실린더 압력을 이용한 자동차의 점화식 조정방법.Fuel pump, ignition coil, air-fuel ratio sensor to detect the amount of oxygen contained in exhaust gas, throttle valve switch to detect the degree of opening of the throttle valve, crank angle sensor to detect the piston position based on top dead center, pressure to detect the pressure in the cylinder A method of controlling the ignition timing of an automobile based on a pressure sensor and respective information provided from the sensors and the throttle valve switch, the method comprising the arithmetic mean value of the sensed N highest pressure positions (crank angle); A first step of obtaining an optimum maximum pressure position value for a predetermined crank angle; A second step of comparing and determining the arithmetic mean value obtained by the first step and the optimum maximum pressure position value; If the arithmetic mean value is greater than the optimum maximum pressure position value in the second step, the optimum ignition timing value is detected by adding the correction ignition timing value to the preset ignition timing value, and the ignition signal is output accordingly. A third step of detecting a new ignition time at which the optimum ignition time is obtained by subtracting the compensation ignition time value from the preset ignition time value if the arithmetic mean value is smaller than the optimum maximum pressure position value in the step; Ignition type adjustment method for a vehicle using a cylinder pressure characterized in that it comprises a. 제1항에 있어서, 상기 제 3 단계의 점화시기 조정방법은, 식 (1) 및 (2)에 의해 새로운 최적의 점화시기가 설정됨을 특징으로 하는 자동차의 점화시기 제어방법.The method of controlling the ignition timing of a vehicle as claimed in claim 1, wherein the ignition timing adjustment method of the third step comprises setting a new optimal ignition timing by equations (1) and (2). △S/T = α × TPdel ----------- (1)△ S / T = α × TPdel ----------- (1) S/Tnew = S/Told + △S/T ---------(2)S / Tnew = S / Told + △ S / T --------- (2) 이때 α: 점화시기의 급격한 변화를 방지하기 위한 가중지수, TPdel : 산술평균 수치(TPave)와 최적최고압력위치(TPset) 간의 차분값, S/Told : 기존의 점화시기임.Α: weighting index to prevent sudden change of ignition timing, TPdel: difference between arithmetic mean value (TPave) and optimal maximum pressure position (TPset), S / Told: existing ignition timing. 제2항에 있어서, 상기 매 사이클마다 산술평균 수치는 식 (3)에 의해 맨처음 사이클의 최고압력 위치값을 배제하고 최급의 최고압력 위치로서 설정함을 특징으로 하는 자동차의 점화시기 제어방법.The method of controlling an ignition timing of a vehicle according to claim 2, wherein the arithmetic mean value is set as the highest highest pressure position by excluding the highest pressure position value of the first cycle according to equation (3). TPave ) new = θpmax × (1-n) + TPave) old × n -------(3)TPave) new = θpmax × (1-n) + TPave) old × n ------- (3) 이때, θpmax : 최고압력위치, n : 가중치 임.Where θpmax is the maximum pressure position and n is the weight.
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