KR100361400B1 - 노킹검출장치의결함검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 노킹 검출 장치에 관련된 결함을 검출하는 장치에 관한 것이며, 상기 장치에서는 센서 출력 신호가 노킹을 검출하기 위하여 엔진 속도에 의존하는 표준화된 기준 레벨과 비교된다. 이러한 비교 결과의 함수로서 노킹이 검출되고, 노킹이 검출되었을 때, 노킹 방지 조치들이 시작된다. 노킹 센서 또는 관련 평가 회로가 비정상으로 작동할 때 내연기관이 비정상 작동 상태로 도달하지 않도록 연속적으로 결함 검출을 수행하며, 그 기간 동안에 표준화된 기준 레벨이 엔진 속도 함수로서 형성된 허용 범위 내에 있는가가 시험되며, 그 허용 범위는 허용된 기준 레벨 대역이나 엔진 속도 의존 상한값 (UGO) 과 하한값 (UGU) 사이의 범위에 있게된다. 표준화된 기준 레벨 신호가 규정시간동안 상기 범위를 이탈하게 되면, 결함이 검출되고 기준 레벨이 허용 범위 내에 다시 놓일 때까지 안전 조치가 시작되어 수행되게 된다.

Description

노킹 검출 장치의 결함 검출 장치
[종래의 기술]
본 발명은 독립항인 제 1 항의 전제부에 기재된 형태의 결함 검출 장치에 관한 것이다.
노킹 제어 시스템을 갖는 내연 기관에 있어서는 노킹 가능성을 검출하는 노킹 센서의 작동 성능을 모니터링해야 한다. 노킹 센서의 작동 성능을 모니터링하지 않는다면, 노킹 센서나 관련 평가 회로의 부품에 결함이 발생한 경우, 노킹이 검출되지 않고, 내연기관의 작동점이 노킹 범위 내로 변화되어 내연기관 자체에 유해한 결과를 초래할 수 있다.
이와 관련하여, 독일 공보 DE-PS 31 28 475호에는 내연기관의 노킹 제어 장치용 시험 장치가 제안되어 있으며, 상기 시험 장치에서는 노킹 센서의 하류에 연결되어 노킹이 발생하였을 때 점화 각도의 변화를 트리거하는(trigger) 평가 회로를 구비한 노킹 센서가 정상적으로 작동하는지를 시험한다.
상기 공지된 장치에서는 측정 위상 동안 노킹을 검출한다. 이를 위해, 노킹센서의 출력 신호가 공지된 방식으로 허용 기준값과 비교된다. 상기 비교의 결과로 노킹이 검출된다. 시험 위상 동안, 노킹 센서의 출력 신호는 또다른 더 낮은 기준값과 비교된다. 만약, 이 비교의 결과로부터 출력 신호가 상기 기준 신호를 초과하지 않는 경우에, 작동 결함이 검출된다.
공지된 내연 기관의 노킹 제어 장치용 시험 장치는 측정 위상(measuring phase)과 시험 위상(test phase)을 필요로 하고, 측정 위상에서는 시험을 할 수 없으며, 시험 위상에서는 노킹을 검출할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
[발명의 장점]
대조적으로, 내연 기관의 노킹을 검출하는 장치의 결함을 검출하는 본 발명에 따른 장치는 노킹의 검출과 결함의 검출을 간섭없이 서로 병행하여 수행할 수 있다는 장점을 가지고 있고, 그래서, 노킹의 발생이 언제든 검출될 수 있으며, 또한, 간섭 없이 결함의 검출이 수행될 수 있다.
전술한 장점은 기준 레벨, 즉, 그 값을 초과하는 값이 노킹 검출의 표준이 되는 레벨이 엔진 소음이 증가하게 되면 증가되는 방식으로 초기에 표준화되어 있다. 여기서, 한편으로는 상기 기준 레벨이 노킹 검출에 사용되고, 다른 한편으로는 표준화된 기준 레벨이 허용 기준 레벨 대역 내에 있는지 아닌지에 대한 비교가 수행된다. 상기 허용 기준 레벨 대역은 적절한 방식, 특히, 엔진 속도의 함수로서 지정된다. 표준화된 기준 레벨이 소정 허용 기준 레벨 대역을 벗어나는 경우에 결함이 검출된다. 여기서, 표준화된 기준 레벨이 표준화된 기준 레벨 허용 범위를 벗어날 때와 엔진 속도에 따른 상한값을 초과하거나 엔진 속도에 따른 하한값 미만으로 떨어질 때에만 결함을 검출하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 장점은 종속항에 기재된 방법에 의해 성취된다. 여기서, 표준화된 기준 레벨이 소정 선택가능 시간 동안 허용된 기준 레벨 대역 외측에 있을때만 결함이 검출되도록 하면 결함 검출의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
결함 검출 후, 안전 조치들이 자동적으로 수행되어 내연 기관이 항상 위험하지 않은 범위 내에서 작동되는 것을 보증하면 특히 바람직하다. 이를 위해, 결함 검출 후 예로서, 노킹 검출 장치가 다시 정상적으로 기능할 때까지 점화각 조절이 수행되도록 한다.
결함 검출 후 시작되는 안전 조치들이 너무 일찍 종결되지 않도록 하기 위해, 본 발명의 양호한 실시예에서는 순간적인 기준 레벨이 소정 시간동안 다시 기준 대역 내에 놓이게 될 때까지 안전 조치들이 취소되지 않도록 구성되어 있다.
[도면]
제 1도는 회로에 의하여 본 발명의 실시예를 도시하는 도면.
제 2도는 기준 레벨과 엔진 속도 사이의 상호 관계를 도시하는 도면.
제 3도는 결함 검출 과정을 예시하는 흐름도.
[예시적 실시예의 설명]
본 발명을 첨부된 도면을 참조로 하기에 상세히 설명한다.
도 1에 도시된 실시예에는 두 개의 노킹 센서(10, 11)를 갖는 내연기관용 노킹 검출 장치가 도시되어 있다. 상기 노킹 센서(10, 11)는 제어 유닛(개략적으로 도시됨)의 부품인 마이크로 컴퓨터(13)의 입력부(E1)에 평가 회로(12)를 경유하여 접속되어 있다.
내연기관의 작동 상태의 특성을 나타내는 신호는 입력부(E2)를 경유하여 마이크로 컴퓨터(13)로 공급된다. 상기 신호는 센서로 측정되는 내연기관의 엔진 속도(n)일 수 있다. 평가 회로(12)의 신호와 입력부(E2)로 공급되는 부가적인 신호의함수로서, 상기 마이크로 컴퓨터(13)는 예로서, 적합한 신호를 출력부(A)에서 출력함에 의해, 내연 기관의 점화 출력 단계(14) 및/또는 내연기관의 다른 장치를 제어한다.
상기 마이크로 컴퓨터(13)는 독립적인 회로로서 설계될 수 있으며, 평가 회로(12)와 마이크로 컴퓨터(13)는 단일 연산 장치를 형성하도록 균등하게 조합될 수 있고, 그 작동은 예로서, 내연 기관의 제어 유닛의 도움으로 보완될 수 있다.
내연 기관의 작동점을 노킹 범위 외부로 변화시키기 위한 조치로써 점화 시점을 조절하는 대신에, 또는 선택적인 방법으로써, 연소 혼합물을 농후화하거나, 노킹에 대한 저항성을 높일 수 있는 수단을 부가하는 등의 내연 기관의 노킹 작용에 영향을 미치는 공지되어 있는 다른 조치들을 사용할 수도 있다.
선택된 실시예에서, 상기 평가회로(12)는 조절 가능한 증폭 계수를 가지는 하나 이상의 증폭기(15)를 포함하며, 상기 증폭기에는 노킹 센서(10, 11)에 의해 공급된 출력 신호가 교대로 공급되게 된다. 인접 대역통과 필터(16)(bandpass filter)에서는 통상적인 노킹 주파수를 갖는 신호 성분이 선택될 수 있도록 증폭 신호를 여과한다.
예를 들어, 정류기일 수 있는 복조 회로(17)(demodulation circuit)가 대역 통과 필터 옆에 놓인다. 복조 회로에 의해 방출된 신호는 적분기(18)에서 적분되며, 적분된 신호(KI)는 비교기(19)의 제 1 입력부를 통과한다.
비교기(19)의 다른 입력부에는 예로서, 큰 시간 상수를 사용하여 노킹 센서 신호를 평균화함으로써 저역 통과 필터(22)에서 형성된 기준 신호 또는 기준레벨(Ref)이 공급된다. 그러나, 상기 기준 신호의 실제 레벨은 내연 기관의 작동 상태의 함수로써 마이크로 컴퓨터(13)를 사용한 결과에 영향을 받는다. 제어 증폭기(15)가 적절한 방식으로 마이크로 컴퓨터(13)에 의해 작동되도록 상기 노킹 센서(10, 11)의 출력 신호의 레벨에 영향을 주는 것도 가능하다.
개별적인 소자에 대한 상세한 설명은 본 발명의 이해에 중요치 않으므로 더 상세히 설명하지 않는다. 따라서, 노킹 센서(10, 11)가 할당된 내연 기관의 개략적인 구성만을 도시하고 있다.
제 1도에 도시한 장치를 사용한 노킹 검출 과정은 다음과 같이 진행된다. 상기 노킹 센서(10, 11)는 내연 기관(21)과 출력 전용 신호(S1, S2)에 의해 형성되는 노이즈를 평가 회로(12)에 기록한다. 상기 신호는 적합한 방법으로 여과되고 제어 증폭기(15)에서 증폭된다.
대역 필터(16), 복조 회로(17) 및 적분기(18)에서의 조절 이후, 제어 증폭기(15)의 출력신호는 비교기(19)내의 기준 레벨(Ref)과 비교된다. 비교기의 출력부에서 노킹이 존재하는지 아닌지를 검출할 수 있도록 해주는 신호(S3)가 발생되며, 이 과정에서 적분기(18)의 출력 신호가 소정 방식의 기준 레벨을 초과하는 경우에 노킹이 검출된다.
특히, 적합한 기준 신호 또는 기준 레벨(Ref)을 형성하는 하나의 방법에 대해 설명한다. 내연기관의 노이즈가 작은 상태로부터 노이즈가 큰 상태까지 표준화된 기준 레벨이 연속적으로 상승하도록 기준 레벨(Ref)이 마이크로 컴퓨터(13)내에서 표준화되거나 설정된다.
순간적인 기준 레벨(Ref)의 결정은 예를 들어, 다음 공식에 따라 수행된다.
여기서, Ref = 기준 레벨, Refa = 이전 기준 레벨, KI = 노킹 정수, F1 = 16 = 조정 가능한 계수
표준화된 기준 레벨을 형성하기 위해, 예를 들어, 기준 레벨에 표준화 계수 [V(i)]가 곱해지며, 표준화된 기준 레벨을 형성하기 위한 공식은 다음과 같다.
여기서, Refn = 표준화된 기준 레벨, Ref = 기준 레벨, V(i) = 기준 레벨을 표준화하는 표준화 계수.
표준화(normalization)는 증폭 계수의 함수로서 증폭 레벨을 조절함으로써 발생한다. 표준화 계수는 예를 들어, V(i) = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64의 값을 가진다.
노킹 센서의 비정상적인 작동 또는 평가회로의 결함을 검출하기 위해, 허용기준 레벨 대역(RefB)은 제 2도에 도시한 바와 같이 엔진 속도(n)에 대해 정의된다. 또한, 허용 기준 레벨 대역의 한계로부터 적절한 거리에 위치되는 상, 하한값(UGU, UGO)은 엔진 속도의 함수로서 정의된다. 여기서, 상, 하한값 사이의 거리는 경험적으로 지정되며, 차량 특성에 따라서 지정할 수도 있다.
마이크로 컴퓨터(13)에서는 결정된 순간적인 표준화된 기준 레벨[Refn(i)]이상, 하한값을 초과하는지를 연속적으로 시험한다. 이때, 가장 단순한 경우로 오류가 검출된 경우에는 점화의 조절 또는 혼합기의 농후화 등의 적절한 대응 조치가 마이크로 컴퓨터에 의해 시작되게 된다. 이런 결함 검출에 있어서, 시작된 안전 조치는 순간적인 기준 레벨이 기준 레벨 대역 내에 다시 놓이게 되자마자 취소되게 된다.
결함 검출의 신뢰도를 향상시키기 위해, 부가적인 시험 및 조치들을 수행하는 것이 가능하며, 상기 시험 및 조치들이 만족되지 않으면, 결함이 검출되지 않도록 하는 것이 가능하다. 이들 조치중의 하나는 내연기관의 엔진 속도가 엔진 속도 하한값(nG) 보다 커질 때까지 결함의 검출을 시행하지 않는 것이다.
부가적인 제한은 결함 검출시 표준화된 기준 신호[Refn(i)]가 소정 시간 주기 (t1) 동안 허용 기준 대역 외측에 위치하는지 아닌지를 시험하여 이 조건이 만족될 때에만 안전 조치를 시작하는 것이다.
또한, 순간적인 기준 레벨이 부가적인 소정 시간 주기 (t2) 동안 기준 레벨대역(RefB)내에 놓여 있을 때까지 안전 조치를 취소하지 않는 것도 가능하다.
다른 실시예에서, 지연 방향으로의 점화 조절 등의 안전 조치는 마이크로 컴퓨터에 의해 노킹 제어가 활성화될 때까지 시작되지 않는다. 그러나, 결함의 검출은 이 조건이 만족되지 않을 때에도 수행될 수 있다.
복수의 노킹 센서를 갖는 장치에 있어서, 결함이 있는 것으로 검출된 노킹 센서는 평가로부터 제외되고, 신뢰성 있게 작동하는 것으로 검출된 노킹 센서만을 사용하여 노킹 제어가 수행될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 노킹 제어 장치의 결함이 검출되있을 때, 노킹 제어장치의 순간적인 지연 방향으로의 조절 기능을 메모리로부터 삭제하고, 지연 방향으로의 조절이 0으로 설정되게 함으로써, 노킹 제어 작용이 실행되지 않도록 하여 노킹 제어 장치의 기능을 제거한 상태에서, 노킹 제어 장치를 활성화하여 결함을 극복할 수 있다.
제 2도에서, 허용 기준 신호 레벨이 엔진 속도(n)에 대하여 기재되어 있다. 여기서, 허용 기준 신호 레벨 범위(RefB)는 엔진 속도가 증가함에 따라 커짐을 명백히 알 수 있다. 최소 허용 기준 레벨과 최대 허용 기준 레벨도 엔진 속도가 증가함에 따라 증가한다. 그러나, 이런 증가는 엔진 속도가 증가함에 따라 허용 범위(RefB)가 증가하도록 되어 있다.
허용 범위 상측과 하측에 부가적인 한계값(UGU, OGO)이 설정되게 되며, 이 한계값은 엔진 속도 의존 특성 곡선으로써 마이크로 컴퓨터(13)의 메모리에 저장되어 엔진 속도에 대응하여 변화되게 된다. 만일, 허용 기준 신호 레벨이 상한값을 초과하거나 하한값 아래로 떨어지면, 전술한 바와 같이 적합한 소정 시간 기준을 고려하여 결함을 검출한다.
제 2도에 있어서, 값 nG 은 그 위의 값에서 결함의 검출이 시작되는 엔진 속도 하한값으로서 기재되어 있다.
제 3도에는 결함 검출에 사용될 수 있는 절차를 예시하는 예가 도시되어 있다. 제 3도에 기술된 결함 검출은 필요한 연산, 저장 및 계수 수단이 존재하는 내연 기관의 제어 유닛에 일반적으로 사용될 수 있다. 그 제 1 단계(S1)에서, 상기제어 유닛은 예로서 엔진 속도 센서의 신호, 공기 유량 계측기의 신호 및/또는 스로틀 밸브 신호 송신기의 신호 등의 독립적인 센서의 신호로부터 공급된 데이터로부터 로드 다이나믹(load dynamic) 또는 엔진 속도 다이나믹이 활성화되어 있는지 아닌지를 검출한다. 만약 로드 다이나믹이나 엔진 속도 다이나믹이 검출된다면 순간적인 기준 레벨이 공식(Ref = 3/4 Refa + 1/4 KI)에 따라 S2 단계에서 형성된다. 한편, S1 단계에서 로드 다이나믹이나 엔진 속도 다이니믹이 검출되지 않으면, 순간적인 기준 레벨은 공식(Ref = 15/16 Refa + 1/16 KI)에 따라 S3 단계에서 형성된다.
순간적인 기준 레벨을 위한 이들 값으로부터 시작하여, 이어지는 단계에서, 표준화된 기준 레벨(Refn)이 UGO 보다 낮은지 아닌지 또는 표준화된 기준 레벨이 하한값(UGU) 보다 높은지 아닌지를 시험한다.
이를 위해, S4 단계에서, 표준화된 기준 레벨이 공식[Refn = (8/VFAK) x Ref ]에 따라 처음으로 형성된다. S5 단계에서, 표준화된 기준 레벨이 공식[(32/VAFK) x Ref]에 따라 형성된다.
S6 및 S7 단계에서는 엔진 속도(n)가 엔진 속도 하한값(nG) 보다 더 높은가를 시험하고 또한, 엔진 온도(Tmot)가 임계값(TNKR) 보다 더 높은가를 시험한다. S6 및 S7 단계는 동일하지만 이들은 각각 S4 또는 S5 단계에서 결정된 표준화된 기준 레벨이 기초하고 있다.
S6 및 S7 단계에서 조건이 충족되지 않은 것으로 결정되면, 프로그램은 다시 S1 단계로 시작된다. 한편, 조건이 충족된 것으로 결정되면 프로그램은 각각 다음단계인 S8 또는 S9 단계로 진행된다. 엔진 온도가 임계값 보다 높아야만 하는 상태라면 S6 및 S7 단계 없이 진행될 수 있다.
S8 단계에서는 표준화된 기준 레벨(Refn)이 상한값(UGO) 보다 낮은가를 시험한다. S9 단계에서는 S7 단계에 따른 표준화된 기준 레벨이 하한값(UGU) 보다 높은가를 시험한다. S8 또는 S9 단계의 조건이 충족되면, S10 단계에서는 결함 계수기가 감소, 즉 1만큼 감소한다. S11 단계에서는 결함 계수기가 이미 0값에 도달했는가를 시험하며, 0값에 도달해 있지 않으면 다시 S1 단계로 진행하고 한편, 결함계수기가 0에 있으면 S12 단계에서 대응 조치가 수행된다.
S11 단계에서 결함 계수가 0이 아닌 것으로 결정되면, 다음 실린더용 프로그램, 즉 S13 단계로 표시된 프로그램이 시작된다. 표준화된 기준 레벨(Refn)이 상한값(UGO) 보다 낮거나 하한값(UGU) 보다 높다는 것을 S8 및 S9 단계에서 검출하면, S14 단계에서는 결함 제거 계수기가 감소하거나 리세트된다. 그러면, S15 단계에서는 결함 제거 계수기의 계산값이 0인가를 시험한다. 0이 아니라면, 프로그램은 S1 단계로 다시 시작된다.
한편, 결함 제거 계수기가 0이면 선택적인 조치들이 폐지되며, 이는 노킹 제어 장치가 한번 이상 작동되지 않는 상태가 될 때까지 지속된다. 그러므로, 순간적인 기준 레벨이 기준 전압 임계값(UGO, UGU)에 의해 규정된 범위 내에 놓여 있다면, 안전 조치들은 취소된다. 결함의 제거 동안 점화각(토오크)의 점프가 발생되지 않도록, 결함이 제거된 이후 노킹 제어 장치의 첫 번째 비작동시까지 점화각의 지연 방향으로의 안정화 조절로부터 정상 작동으로의 변환은 이루어지지 않는다. 결함 제거 계수기에 저장된 값은 내연 기관이 정지하더라도 저장될 수 있도록 영구 저장된다.
결함 정비 시스템 또는 결함 기억 정비 시스템에 있어서, 선택적인 조치의 시작 조건은 OR 게이트와 RS 플립플롭(flip-flop)을 사용하여 지정될 수 있다. 유사하게, 센서용 시험 사이클이 완전히 실행되었을 때 검출하는 것도 가능하다.

Claims (9)

  1. 하나 이상의 노킹 센서와, 상기 노킹 센서의 하류에 접속되어 노킹 센서의 출력 신호를 노킹 센서의 출력 신호의 함수로서 형성된 가변적인 기준 레벨(Ref) 과 비교하고 그 비교 결과의 함수로서 노킹을 검출하는 하나의 평가 회로를 갖는 내연 기관용 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치에 있어서,
    상기 기준 레벨 (Ref) 은 내연 기관의 잡음이 커짐에 따라 상승하도록 표준화되고,
    허용 기준 레벨 대역 (RefB) 이 형성되어 순간적인 표준화된 기준 레벨 값[Refn(i)] 이 상기 허용 기준 레벨 대역 (RefB) 외측에 위치될 때 결함을 검출하는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결함은 복수의 표준화된 기준 레벨값[Refn(i)]이 허용 기준 레벨 대역 외측에 위치될 때 또는 표준화된 기준 레벨이 소정 시간 주기(t1) 동안 허용 기준 레벨 대역(RefB) 외측에 위치될 때에만 검출되는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 결함 검출은 표준화된 기준 레벨이 부가적인 엔진 속도 의존한계값(UGO) 보다 커지거나, 부가적인 엔진 속도 의존 한계값(UGU) 보다 작아질 때까지 수행되지 않는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 두 개의 한계값은 허용 기준 레벨 대역(RefB)의 함수로서 형성되는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허용 기준 레벨 대역(RefB)은 엔진 속도(n)의 함수로서 결정되고, 엔진속도가 증가될 때 전체적으로 상승하여 넓어지는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진 속도 하한값(nG)이 지정되고,
    상기 결함의 검출은 엔진 속도가 상기 하한값(nG) 보다 클 때에만 수행되는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함 검출은 노킹 제어 장치가 활성화되어 있을 때에만 수행되는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결함이 검출되었을 때는 점화각을 조절하거나 연료 혼합물을 농후하게 하는 등의 조치가 시작되고,
    상기 조치들은 내연 기관을 위험하지 않은 상태가 되도록 하는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 조치들은 소정 시간 주기(t2) 동안 기준 레벨이 다시 허용 범위 내에 있을 때 종료되는 노킹 검출 장치의 결함 검출 장치.
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