KR100249902B1 - 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

실린더의 매 상사점마다 제로 테스트를 실행하므로 노크 감지신호를 이용하여 엔진의 노킹 상태를 판단하는 노크 윈도우 영역과 중척되지 않도록 하는 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리장치 및 그 방법을 제공하기 위하여, 크랭크 축의 회전속도에 따라 출력신호의 상태가 가변되는 크랭크 포지션 감지수단과; 상기 크랭크 포지션 감지수단에서 인가되는 신호를 이용하여, 각 실린더의 매 상사점마다 제로 테스트 동작을 실행할 수 있는 제로 테스트 구동신호를 출력하는 동작 제어수단과; 상기 동작 제어수단에서 인가되는 제로 테스트 구동신호에 의해 자체의 오프셋 값을 산출하여 동작 제어수단으로 출력하는 적분회로로 이루어져 있다.

Description

엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리장치 및 그 방법

제1도는 일반적인 노킹 제어 시스템의 블럭도.

제2도는 본 발명 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리장치의 블럭도.

제3도는 본 발명 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리방법의 동작 순서도.

본 발명은 엔진의 노킹 제어(knocking control)를 위한 감지신호 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 노킹 현상을 정확하게 감지하기 위해 실행되는 제로 테스트(zero test)의 실행 현상을 매상사점마다 실행할 수 있도록 하는 엔진의 노킹 제어를 위한 감시신호 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 연소는 정상연소와 이상연소로 크게 나눌 수 있고, 상기 정상연소는 전기 불꽃으로 혼합기에 점화하면 화염핵이 생겨 이것이 1 초에 수m 에서 수십 m 의 속도로 연소실 안에 화염이 전파되며 그 기간은 크랭크 각도의 50-100° 정도이다.

상기 이상 연소는 정상연소 이외의 연소를 통틀어 지칭하며, 이것은 점화플러그에 의해 점화되기 전 또는 후에 미연소 가스가 자연 발화하거나 표면 착화하는 것을 말한다.

상기와 같은 이상연소가 발생할 경우 전파하는 화염 전방의 미연소 가스가 급격히 연소하여 그 충격에 의해 연소실 안에는 심한 압력진동이 발생한다. 이때 엔진에서는 금속으로 치는 소리가 나는 노킹 현상이 발생한다.

그러므로 노킹 현상이 발생하면, 압력이 급격히 상승하여 실린더 안에서 가스 압력에 의한 진동이 일어나고 가스에서 연소실 벽으로 전달되는 열이 증대한다.

이 때문에 연소실 벽의 온도는 노킹이 계속됨에 따라 점차 상승하여 알루미늄 합금 피스톤은 그 머리부분에 피칭이라고 하는 많은 바늘구멍 모양의 홈이 발생하고 심한 경우 표면 착화가 함께 발생하여 피스톤, 밸브 등의 부품이 파손된다.

따라서 엔진의 압축비를 높이고, 열효율을 향상시키는데 있어 가장 중요한 문제가 되는 엔진의 노킹 현상을 감지하여 노킹 현상이 발생할 경우 점화장치의 점화시기를 지연시켜 엔진의 동작이 정상적으로 이루어질 수 있도록 한다.

그러므로 내연기관에 발생하는 노킹 현상을 검출하기 위하여 실린더 내부의 압력이나 엔진 블럭의 소음, 엔진의 연소율 등을 판단하는 방법이 많이 사용되고 있다.

이와 같이 내연기관의 동작도중에 발생하는 노킹 현상을 감지하여 내연기관의 점화시기를 보정하기 위한 일반적인 노킹 제어 시스템은 엔진의 노킹 상태를 감지하기 위해 노크 센서(10)와; 엔진의 동작상태 감지신호와 상기 노크센서(10)로부터 입력되는 신호를 비교 판단 제어하면서 점화신호를 출력하는 엔진제어부(20)와; 상기 엔진 제어부(20)에서 출력되는 점화신호에 의해 동작상태가 가변되는 점화장치 구동 트랜지스터(TR1)와; 상기 점화장치 구동트랜지스터(TR1)의 턴온/오프 동작에 따라 동작상태가 가변되는 점화불꽃을 출력하는 점화코일(L1)로 이루어져 있다.

그리고 상기 엔진제어부(20)는 엔진의 동작상태에 해당하는 감지신호가 입력되는 마이크로 프로그램 컨트롤 유니트(MICROPROGRAM CONTROL UNIT 이하 MCU 이라 함)(21)와; 상기 MCU(21)에서 엔진의 노킹발생 유무를 감지하기 위하여 임의로 설정된 소정의 주기로 출력되는 제로 테스트(zero test:노크센서로 부터 입력된 신호의 오프셋신호(노킹)를 검출하기 위하여 임의로 설정된 주기 동안 상기 노크센서의 입력을 차단하는 차단신호)신호가 입력되면 노크 센서(10)로 부터 감지되어 입력되는 신호를 적분하는 적분회로(22)와; 상기 MCU(21)에서 출력되는 점화신호를 점화 장치 구동 트랜지스터(TR1)로 출력하는 인터페이스회로(23)로 이루어져 있다.

상기와 같이 이루어져 있는 일반적인 노크 제어시스템의 동작은 먼저 노킹 발생현상을 판단하기 위하여 적분회로(22)를 구동시켜 노크센서(10)에서 입력되는 감지신호를 적분하기 전에, 상기 MCU(21)에서는 엔진의 동작상태에 따라 크랭크 축의 회전각에 이미 설정되어 있는 노킹상태 판단 구간이 도래하였는가를 판단하여 노킹 상태 판단 구간이 되면, MCU(21)는 제로 테스트(zero test)신호를 적분회로(22)에 출력한다.

이때 상기 제로 테스트신호가 적분회로(22)로 인가되면 적분회로(22)에서는 노크센서(10)에서 인가되는 감지신호를 차단한 후, 적분회로(22)자체의 오프셋(off set)값을 산출하여 MCU(21)로 출력한다.

이와 같이 상기 MCU(21)는 매 노킹상태 판단 구간 인 노크윈도우(knock window)구간마다 인가되는 적분회로(22)의 오프셋 값의 평균값을 산출한다.

그리고 상기 적분회로(22)에서는 자체의 오프셋 값을 산출하는 제로 테스트 신호가 인가되지 않게 되면, 상기 적분회로(22)는 차단시켰던 노크센서(10)의 입력 신호를 적분하여 MCU(21)로 출력하면 상기 MCU(21)는 산출되는 오프셋값을 보정하여 정확한 노크센서(10)의 출력신호 상태를 판단한다.

그러므로 상기 적분회로(22)자체의 오프셋값에 따라 노크센서(10)의 출력신호 상태를 잘못 판단하여 엔진의 노킹 발생 여부를 정확하게 판단할 수 없게 되는 문제를 해결하도록 되어 있었다.

상기와 같은 동작에 의해 노크센서(10)로 부터 입력신호 상태가 노킹 현상으로 판단되면, 상기 MCU(21)는 점화 인터페이스 회로(23)로 노킹 동작에 따라 보정되는 점화신호를 출력하여 점화장치 구동 트랜지스터(TR1)의 동작상태를 제어한다.

그러므로 상기 점화장치 구동 트랜지스터(TR1)의 동작상태에 따라 점화코일(L1)이 동작하여 통상의 점화시기보다 설정되는 시기만큼 지연되어 점화플러그에서 점화불꽃이 발생할 수 있도록 한다.

따라서 엔진의 노킹 현상으로 비정상 연소동작이 발생할 경우 엔진의 점화시기를 해당하는 만큼 지연시켜 조속하게 엔진의 동작이 정상상태로 되돌아올 수 있도록 한다.

그러나 상기와 같이 실행되는 종래의 노킹 제어 시스템은 노킹 동작을 제어하기 위해 설정되는 상기 노크 윈도우 구간도중에 즉 오프셋 산출 도중에 제로 테스트 동작도 함께 실행하게 된다.

그러므로 일정주기 마다 이용되는 적분회로의 오프셋 값을 산출하는 제로 테스트동작 도중에는 노킹 센서에서 출력되는 신호상태를 판단할 수 없게 된다.

즉 상기 제로 테스트 동작을 실행하는 도중에 노킹 현상이 발생할 경우, 엔진 제어장치는 상기 노킹 현상을 판단할 수 없게 되므로 정확한 엔진의 제어동작이 이루어지지 않아 노킹 현상을 더욱 가중시키게 되는 문제점을 가지게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 실린더의 매상사점마다 제로 테스트를 실행하여 노크 감지신호로 엔진의 노킹 상태를 판단하는 노크 윈도우 영역과 중첩되지 않도록 하는 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리장치 및 그 방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 엔진의 노킹 상태를 감지하기 위해 노크 센서와; 상기 엔진 동작시 크랭크 축의 회전속도에 따라 출력신호의 상태가 가변되는 크랭크 각 위치를 감지하는 크랭크 포지션 감지수단과; 상기 크랭크 포지션 감지수단에서 인가되는 신호를 각 실린더의 매상사점마다 제로 테스트 동작을 실행하도록 제로 테스트 신호를 출력하는 동작제어수단과; 상기 동작제어수단에서 출력되는 제로 테스트 구동신호에 의하여 상기 노크 센서로부터 입력되는 노킹 신호를 적분하고, 자체의 오프셋 값을 산출하고, 이 산출된 오프셋 값을 출력하는 적분회로로 이루어진다.

또한 본 발명은 크랭크 포지션 감지수단에서 인가되는 신호를 판독하여 엔진의 회전수와 크랭크 축의 회전각도를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 엔진의 회전수에 따라 각 설정되는 노크 윈도우의 실행각도와 매상사점마다 실행되는 제로 테스트 실행각도를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 크랭크 축의 회전 각도와 노크 윈도우 실행각도가 같은 가를 판단하여, 같을 경우 적분회로에서 출력되는 적분값을 판독하여 노킹 제어동작을 실행하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 크랭크 축의 회전각도가 제로 테스트 실행각도와 같은가를 판단하여, 같을 경우에 제로 테스트 신호를 출력하여 적분회로 자체의 오프셋 값을 산출하도록 구동신호를 출력하는 단계로 이루어진다.

이하 본 발명을 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리장치의 블럭도 이고, 제3도는 본 발명 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리방법의 동작 순서도이다.

엔진의 노킹 상태를 감지하기 위해 노크 센서(10)와; 크랭크 축의 회전속도에 따라 출력신호의 상태가 가변되는 크랭크 각의 위치를 감지하는 크랭크 포지션 센서(11)와; 상기 노크센서(10)와 연결되어 있는 적분회로(3)와; 상기 크랭크 포지션 센서(11)와 적분회로(3)에 연결되어 노킹 상태를 판단하고 해당하는 점화신호를 출력하는 동작 제어부(2)와, 상기 동작 제어부(2)에 연결되어 인가되는 점화신호를 점화장치로 출력하는 점화 인터페이스 회로(4)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 동작 제어부(2)에서 크랭크 포지션 센서(11)로 부터 감지되어 입력되는 신호를 판독한다(S20).

이때 크랭크 포지션 센서(11)는 크랭크 축에 장착되어 있는 크랭크 포지션 휠에 형성되어 있는 톱니바퀴이 회전동작에 따라 펄스 신호가 출력되므로 크랭크 포지션 센서(11)의 출력신호를 이용하여 상기 동작 제어부(2)는 엔진의 회전수나 크랭크의 회전각도를 판독할 수 있다.

그러므로 동작 제어부(2)는 크랭크 포지션 센서(11)로 부터 입력되는 신호를 판독하여 내연기관의 동작상태에 따른 크랭크 축의 회전각도와 엔진 회전수를 산출한다(S30).

상기와 같이 크랭크 축의 회전각도와 엔진 회전수가 산출되면, 상기 동작 제어부(2)는 엔진의 회전수에 따라 가변되는 노크 윈도우 실행각도와 제로 테스트 동작을 실행해야 하는 크랭크 각도를 계산한다(S40).

따라서 엔진의 동작상태에 따라 회전속도가 가변되는 크랭크 축의 속도를 이용하여 이미 설정되어 있는 해당 실린더가 상사점에 도달하는 각도와, 엔진의 점화 동작이 실행되는 부근의 영역으로 노크 윈도우 동작을 실행하기 위한 각도를 산출한다.

그러므로 노킹 동작으로 인한 엔진의 동작상태를 제어하기 위해 동작제어부(2)는 현재 판단된 크랭크 축의 회전각도와 계산된 노크 윈도우 실행각도를 비교하여 해당시점에 도달했는지를 판단한다(S50).

따라서 현재 판단된 크랭크 축의 회전각도가 계산된 노크 윈도우 실행각도와 같을 경우에 동작제어부(2)는 노크 윈도우 동작을 실행하기 위해 적분회로(3)에서 출력되는 적분값을 판독하여(S70), 노킹 상태를 판단할 수 있도록 한 후, 주프로그램으로 되돌아간다(S90).

상기와 같이 크랭크 축의 회전각도가 노크 윈도우 동작을 실행하기 위한 구간에 도달하면 동작 제어부(2)는 적분회로(3)로 출력되는 노크 센서(10)의 적분신호를 판독한다.

그러므로 노크 센서(10)에서 인가되는 신호의 상태를 판단하여 현재 엔진 동작도중에 노킹 현상이 발생했는지를 판단할 수 있도록 한다.

만약 상기 노크 센서(10)의 적분신호를 판단한 결과 엔진의 동작상태가 노킹 상태일 경우에 동작 제어부(2)는 엔진의 동작상태에 따라 점화신호를 지연시켜 점화 인터페이스 회로(4)로 출력하여 점화장치가 해당시기에 작동할 수 있도록 한다.

따라서 노킹 현상이 발생하여 비정상 연소동작이 발생할 경우 엔진의 점화동작을 제어하여 신속하게 정상상태로 되돌아올 수 있도록 한다.

그러나 판단된 크랭크 축의 회전각도와 계산된 노크 윈도우 실행각도가 같지 않을 경우, 상기 동작 제어부(2)는 크랭크 축의 회전각도를 계산된 제로 테스트 실행각도와 비교 판단한다(S60).

이때 상기 크랭크 축의 회전각도가 제로 테스트 실행각도와 같을 경우에, 동작 제어부(2)는 적분회로(3)로 제로 테스트 구동신호를 출력한 후(S80), 주프로그램으로 되돌아간다(S90).

따라서 적분회로(3)는 노크센서(10)에서 출력되는 노킹 감지신호를 차단한 후 적분회로(3) 자체의 오프셋 값을 산출한 후 동작 제어부(2)로 출력한다.

그러므로 상기 엔진에 노킹 현상이 발생할 때 엔진의 점화시기를 조정하기 위한 동작으로 제로 테스트의 동작을 매상사점마다 실행하므로 노크 윈도우 동작과 중첩되는 문제를 해결할 수 있고, 아울러 항상 정확한 오프셋 값을 산출하여 정확한 노킹 상태를 판단할 수 있고, 제로 테스트 동작과 노크 윈도우 동작이 중첩되는 문제가 발생하지 않으므로 신속하게 노킹 현상을 판단하여 점화장치의 점화시기를 조정할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Claims (2)

1. 엔진의 노킹 상태를 감지하기 위해 노크 센서와; 상기 엔진 동작시 크랭크 축의 회전속도에 따라 출력신호의 상태가 가변되는 크랭크 각 위치를 감지하는 크랭크 포지션 감지수단과; 상기 크랭크 포지션 감지수단에서 인가되는 신호를 각 실린더의 매상사점마다 제로 테스트 동작을 실행하도록 제로 테스트 신호를 출력하는 동작제어수단과; 상기 동작제어수단에서 출력되는 제로 테스트 구동신호에 의하여 상기 노크 센서로부터 입력되는 노킹 신호를 적분하고, 자체의 오프셋 값을 산출하고, 이 산출된 오프셋 값을 출력하는 적분회로로 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리장치.
2. 크랭크 포지션 감지수단에서 인가되는 신호를 판독하여 엔진의 회전수와 크랭크 축의 회전각도를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 엔진의 회전수에 따라 각 설정되는 노크 윈도우의 실행각도와 매상사점마다 실행되는 제로 테스트 실행각도를 산출하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 크랭크 축의 회전각도와 노크 윈도우 실행각도가 같은 가를 판단하여, 같을 경우 적분회로에서 출력되는 적분값을 판독하여 노킹 제어동작을 실행하는 단계와; 상기 단계에서 산출된 크랭크 축의 회전각도가 제로 테스트 실행각도와 같은가를 판단하여, 같을 경우에 제로 테스트신호를 출력하여 적분회로 자체의 오프셋 값을 산출하도록 구동신호를 출력하는 단계로 이루어짐을 특징으로 엔진의 노킹 제어를 위한 감지신호 처리 방법.