KR100347644B1 - 노킹검출방법 - Google Patents

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Abstract

본발명은 가중치 또는 노킹 임계값의 제한으로 인한 노킹 검출방법을 위한 방법에 관한 것이다. 이를 위해서 한편으로는 기준레벨의 정상영역(NB)이 정의(또는 확정)되고 정상영역(NB)와 편차가 발생하는 경우에는 노킹 임계값(KS)이 1보다 작은 가중치(WF)로 곱셈연산되며 아니면 노킹 임계값을 설정된 임계값에 다다를 경우에 제한하도록 한다.

Description

노킹 검출 방법{Method for detecting knocking}
이러한 종류의 방법은 독일 특허 제 31 37 016호에 공개되어 있다. 내연기관의 노킹 검출방법에서는 적어도 하나의 노킹센서가 사용된다. 상기 노킹센서는 각각의 실린더에 대해서 특정한 크랭크축 각도에서 노이즈 레벨(또는 노킹소음의 정도)이 검출(또는 감지)된다. 이러한 방법으로 감지된 노킹 센서신호는 상기 크랭크 축 각도상에서 적분된다(크랭크축 각도를 따라서 신호가 궤적을 그리게 되고, 이 궤적을 따라서 적분된다), 그리고 감지된 엔진의 소음을 각각 발생된 실린더에 대응시키기 위해서 실린더 식별작업(cylinder identification)이 실행된다. 검출된 노킹 센서신호는 시간(또는 시간창-time window)에 대해서 적분되고, 또한 적분된 값은 노킹을 검출하기 위해서 노킹 임계값(knocking threshold)과 비교된다. 이때에 노킹검출을 위한 노킹 임계값은 어떤 확정된 고정값이 아니며, 연소과정때 마다 주기적으로 새롭게 변화하게 된다. 따라서 임계값을 고정화시키기 위해서 종전의 노킹 임계값은 작용상태에 있는 노킹 센서신호로 대체되며, 이에 따라서 노킹 임계 값은 예를 들어서 엔진이 노후되었을 때의 엔진 노이즈 발생에 맞추게 된다. 만약 센서신호가 평가되는 시간에 대한 적분값이 노킹 임계값의 값을 초과하는 경우에노킹이 감지된다.
노킹이 감지된 후에는 회전수-부하-특성곡선상에 설정된 기본 점화각도는 제어장치 등을 통해서 감지된 노킹에 따라서 변경되며, 또한 운전인자에 따라 결정되는 어떤 고정값으로 변경된다. 배경 노이즈(background noise)의 변경과 이에 따른 엔진의 노후화된 상태의 노킹 임계값은 강력한 노킹이 발생되는 경우에 연속적으로 새롭게 연산되는 노킹 임계값이 언젠가 더이상 적분값에 다다르지 못하도록 하고 있다. 만약에 엔진 또는 실린더의 소음은 예를 들어서 기계적인 손상 또는 노후화에 의해서 점점 더 증가하게 된다면, 이러한 상황에서는 더이상 강력한 노킹을 스스로 감지할 수가 없게 된다.
본발명은 주청구항의 노킹 검출방법에 관한 것이다.
도 1은 노킹 검출을 위한 블록회로도.
도 2는 노킹제어의 제어을 통한 기준레벨의 제한을 도시한 도면.
도 3은 노킹 임계값의 제한을 실행하기 위한 블록회로도.
도 4는 노킹제어를 실행하기 위한 회로식 형태를 도시한 도면.
독립 청구항에 의한 특징을 포함하고 있는 본발명의 방법은 종전과는 달리, 계속해서 엔진의 소음이 더욱 커지고, 이에 따라서 노킹 임계값이 더욱 증가한다고 할지라도 노킹을 감지할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
독립 청구항에 의하여, 먼저 가중치로 곱셈연산(multiplication)하므로서 노킹 임계값이 감소하도록 한다. 따라서 1보다 작은 가중치(WF)로 곱셈연산하므로서 정상영역(NB)외의 엔진소음에도 지속적으로 조정된 노킹 임계값은 그리 크지 않게 되어, 매우 소음이 심한 엔진에도 노킹을 검출할 수 있다는 장점을 갖는다.
독립 청구항에 의한 특징을 포함하고 있는 두번째 본발명의 방법은 노킹검출을 위한 노킹 임계값을 제한하므로서, 엔진소음이 점점 더 심해지는 경우에도 노킹을 검출할 수 있다. 엔진소음이 더욱 더 증가되고, 결국 제2의 임계값 값을 넘게되면, 노킹제어는 완전히 멈추게 되고, 이어서 지연 점화각도(safety late-adjustment ignition angle)를 내보내게 된다(점화를 지연시키므로써 노킹을 방지한다). 이러한 지연 점화각도는 내연기관의 노킹없는 자동차 운전에 커다란 역할을 한다.
종속항에서 실행되고 있는 대처방안을 통해서 독립 청구항에 제공된 방법의 개선안을 가능하게 한다. 특히 각각의 자동차 운전포인트에 대한 정상영역이 결정되고, 이에 따라서 저속 또는 저부하의 경우에서나, 또는 고속 또는 고부가의 상황에 따라서 가중치가 결정된다. 마지막으로 또다른 장점은 실린더 각각에 정상영역이 각각 결정될 수 있다.
정상영역(NB)은 각각의 노킹센서의 구조형태에 따라서 엔진형태(또는 엔진모델)에 맞도록 결정되는 것이 유리하다. 이에 따라서 각각의 엔진형태는 자신에 맞는 특정값(특정 정상영역)을 갖게되고, 이에 따라 최적제어가 가능하게 된다.
본발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 아래와 같이 상세히 설명된다.
도 1은 노킹 임계값(KS)의 가중치(WF)를 이용한 노킹제어의 블록회로도를 도식적으로 나타내고 있으며, 이때 노킹 임계값(KS)을 초과할 때에 노킹이 감지된다. 여기서 나타나 있지 않은 노킹센서는 각각의 실린더를 위해서 설정된 크랭크축 각도상에서 실린더의 노이즈 레벨을 검출하게 된다. 노킹 임계값(KS)은 고정된 값이 아니라 각각의 연소과정마다 주기적으로 새롭게 변화된다. 노킹 임계값(KS)은 종전의 노킹 임계값이 현재 작용하고 있는 기준레벨(RP)로 대치되므로써 고정화 된다. 기준레벨(RP)은 노킹감지를 위해서 하나의 입력값(10)이 된다.
기준레벨(RP)로 부터 단계(11)에서 각각의 기준레벨(RP)을 비교하기 위해서 기준레벨을 실린더 개개의 증폭인자로 나누므로써, 표준화된 기준레벨(RPnorm)이 결정된다. 이러한 기준레벨(RPnorm)의 결정은 노킹센서로부터 공급된 신호를 이에 따른 형태로 증폭되는 모든 노킹 센서신호를 평가회로에서 정확히 처리하기 위해서 반드시 필요하며, 또한 큰 신호에 대해서는 증폭이 작게 그리고 작은 신호에 대해서는 증폭을 크게 하게 된다. 이에 따라서 노킹센서와 연결된 여기서는 나타나 있지 않은 증폭기의 출력신호가 전체 회전수의 범위에서 거의 일정(constant)하게 유지된다. 검색단계(12)에서는 각각의 실린더의 기준레벨(RPnorm)이 설정된 정상영역(NB) 이내에 있는지의 여부를 검사하게 된다. 정상영역(NB)은 예를 들어서 엔진형태에 따라 결정된다. 동시에 기준레벨(RPnorm)이 정상영역(NB) 이내에 있는지 또는 초과하였는지를 검사하게 된다. 기준레벨(RPnorm)이 정상영역(NB) 이내에 있을 때의 검색단계(12)의 부정응답(NO)은 처리단계(13)로 진행되어 가중치(WF) "1"을 내보낸다. 그리고 기준레벨(RPnorm)이 정상영역(NB)외에 있을 때의 검색단계(12) 긍정응답(Yes)은 처리단계(14)로 진행되어 1보다 작은 가중치(WF)를보내게 되고 따라서 정상영역(NB)을 초과하게 될 경우에는 예를 들어서 다음과 같은 가중치를 예상할 수 있다: WF1=0.9, WF2=0.8, WF3=0.65. 이러한 가중치(WF)는 서로 다른 엔진운전포인트에 대해서는 각각에 따라 서로 다르게 설정되며, 또한 기준레벨(RPnorm)의 정상영역(NB)을 위해서 각각에 속해있는 임계값으로 전체 회전수영역에서의 정상소음상태를 보여주는 여러 엔진에 맞추게 된다. 특성곡선상의 원하는 회전속도에서 모든 실린더의 기준레벨(NB)을 얻기 위해서 정상영역(NB)을 결정하는 최대의 민감성을 지닌 노킹센서가 엔진에 조립된다. 처리단계(15)에서 기준레벨(RP)과 가중치(WF)에 의해 노킹 임계값(KS)이 결정된다. 노킹 임계값(KS)은 하나의 임계값을 나타내고 있으며, 이 임계값을 초과할 경우에 노킹이 감지된다. 이와 동시에 처리단계(16)에서 각각의 실린더의 노킹적분(Uint)이 결정된다. 검색단계(17)에서 노킹적분(Uint)은 노킹 임계값(KS)과 비교된다. 적분값(Uint)이 노킹 임계값(KS) 보다 클 때에는 노킹이 감지되고, 검색단계(17)에서 긍정-응답(YES)이 되어 처리단계(18)로 진행되고, 이어서 교정점화각도(αKZ)를 내보낸다. 이러한 교정점화각도는 예를 들어서 점화각도 특성곡선에서 교정되어 작용하게 된다. 이어서 처리단계(19)에서 다시 원상태로 되돌아 가게 되고, 다음의 연소를 위해서 평가가 시도된다.
도 2는 동일한 문제의 또다른 방법, 즉 조절되는 노킹 임계값을 제한하므로써 하기와 같이 문제의 해결을 시도하고 있다. 이를 위해서 도 2에서는 다이어그램을 따라서 엔진의 소음이 증가하는 경우, 즉 기준레벨(RP)이 증가하는 경우에 노킹임계값(KS)이 어떻게 변화하는가를 보여주고 있다. 노킹 임계값(KS)은 점차 증가하여 1차 한계값(Gl)의 정상 기준레벨(RP)까지 도달하면 이 한계값(G1)으로 노킹 임계값을 제한한다.
또한 급격히 증가하는 엔진소음의 경우에도 노킹 임계값은 제한되고 이에 따라 노킹 감지가 반드시 보장되어야 한다. 이러한 다이어그램에 따라서 2차 한계값(G2)이 정해지고, 이 한계값(G2)에 의해 노킹제어는 완전히 작동 중지되어 제어장치에 의해서 지연각도(αK)가 송출된다. 이러한 방법에 의해 엔진을 보호하기 위한 단계적인 과정이 이루어진다.
도 3에서는 도 2에서 설명된 것 처럼 또다른 방법 실행을 위한 순서도를 보여주고 있다. 도면에는 나타나 있지 않은 노킹젠서가 엔진소음을 감지하고 제1 처리단계(30)에서 기준레벨(RP)이 이루어진다, 이때의 기준레벨(RP)은 이미 설명한 바와 같이 각각의 연소과정에 따라서 주기적으로 새롭게 변화한다. 처리단계(31)에서는 다시 실린더 각각에 대해 기준레벨(RPnorm)이 결정된다. 이러한 표준의 기준 레벨(RPnorm)과 기준레벨(RP)은 도 2에 따라서 다이어그램의 종좌표 및 횡좌표상에서 값이 정해진다. 처리과정(32)에서 이러한 값이 평가되고 기준값이 1차 임계값에 다다르면 제한하게 된다. 이어서 검색단계(33)에서는 제한되지 않은 기준레벨(RPnorm)이 2차 임계값(G2)에 도달하였는지의 여부를 검사하게 된다. 만약 도달하여 처리단계(34)에서 긍정-응답(YES)이 나오게 되면, 노킹제어는 중지되고 동시에 지연각도(αZK)를 내보낸다. 처리단계(39)에서는 순서도의 원상태로 되돌아가게 하고, 다음의 감지된 기준레벨이 처리된다.
이때의 노킹 임계값의 제한은 또한 실린더 각각에서 이루어진다.
도 4는 노킹제어를 위한 회로예를 보여준 것이며, 노킹센서(41)는 도면에 나타나 있지 않은 내연기관의 엔진소음을 감지한다. 감지된 엔진소음은 제어가능한 증폭기(42)와 대역(Band pass)(43)을 지나서 정류기(44)로 이루어진 복조기회로로 안내된다. 정류기(44)는 한편으로는 제어기(45)를 지나서 제어가능한 증폭기(42)와 연결되고 또는 다른 한편으로는 적분기(46)와 연결된다. 노킹센서(41)의 신호진폭이 엔진회전수와 함께 증가하게 될 때에 증폭기의 제어에 의해서 출력신호의 기준 레벨이 계속해서 일정하게 유지되고 또한 엔진의 회전수에 무관하도록 하고 있다. 적분기(46)는 크랭크 축과 동시 동작으로 측정이 되어 측정적분(Uint)을 행하며, 이 때의 측정창은 회전수 송출기(48)에 따라서 제어장치(47)에 의해 이루어진 것이다. 측정적분(Uint)은 비교기(49)에서 제어장치(47)에 의해 설정된 노킹 임계값(KS)과 비교되고, 비교기(49)의 출력신호는 노킹을 제어하기 위해 제어장치(47)로 또다시 안내된다. 제어장치(47)을 통한 출력신호가 마지막 단계(50)에서 실행되어야 할 실린더에서 점화시키기 위해 보내어진다.

Claims (10)

  1. 감지된 노킹신호가 엔진의 소음에 따라서 변화하는 노킹 임계값을 초과할 경우에 노킹이 감지되는 내연기관의 노킹 검출방법에 있어서 ,
    각각의 엔진 운전포인트에 대해서 엔진소음의 정상영역(NB)이 설정되어 있으며, 엔진소음이 정상영역(NB)을 벗어나는 경우에 노킹 임계값(KS)이 1이 아닌 가중치(WF)로 곱하여지는 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 노킹 임계값은 실린더의 각각의 연소 후에 주기적으로 새롭게 변경되는 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 정상영역(NB)은 표준화된 정상 기준레벨(RPnorm)에 따라서 연산되는 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 표준화된 기준레벨(RPnorm)의 정상영역(NB)이 각각 실린더에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가중치(WF)는 표준화된 기준레벨(RPnorm)이 정상영역(NB)을 초과하는 경우에 1보다 작은 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가중치(WF)는 표준화된 기준레벨(RPnorm)이 정상영역(NB) 아래에 있을 경우에 1보다 큰것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가중치(WF)가 적용할 각각의 엔진모델에 맞게 설정되는 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가중치(WF)가 서로 다른 엔진의 운전포인트들에 맞게 설정되는 것을 특징으로 하는 노킹 검출 방법.
  9. 감지된 노킹신호가 엔진소음에 따라서 변화하는 노킹 임계값을 초과하는 경우에 노킹이 감지되는 내연기관의 노킹 검출방법에 있어서,
    노킹 임계값이 제1 임계값(Gl)에 도달하는 경우 제1 임계값(Gl)으로 제한되는 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 제2 임계값(G2)을 초과하는 경우에 노킹제어가 작동중지되고 안전 지연-조정 점화 각도를 출력하는 것을 특징으로 하는 노킹 검출방법.
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