KR100507203B1 - 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법 - Google Patents

가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 노킹 제어 방법은, 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)를 측정하는 단계와; 상기 압력 및 온도를 이용하여 자발화지연시간을 산출하는 단계와; 이 자발화지연시간과 임계값을 비교하여 노킹 발생 여부를 판단하는 단계와; 노킹 발생시에 상기 자발화지연시간과 엔진알피엠 및 엔진부하를 이용하여 점화시기 보정량을 산출하는 단계와; 상기 보정량에 따라 점화시기를 지각시키는 단계를 포함하여 구성되어, 자발화지연시간을 바탕으로 점화시기를 지각시켜서 가솔린 엔진을 보다 정밀하게 노킹 제어함에 따라 가솔린 엔진의 토크 및 출력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 정숙성을 향상시켜서 쾌적한 운전환경을 조성할 수 있는 효과가 있다.

Description

가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법 {Knocking control apparatus and method in a gasoline engine}
본 발명은 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 노킹센서의 출력신호를 처리하여 노킹 발생 여부를 판단하고 노킹 발생시 점화시기를 지각시켜서 노킹이 발생되는 것을 방지하는 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 노킹이란 엔진 운전중 화염파가 연소실벽을 때리는 현상을 말한다. 즉, 엔진 운전중 연소실내에서 정상의 연소파가 진행됨에 따라 미연소 가스는 압축되고 온도가 상승되어 연소실 벽이 가열된다. 이때 미연소 가스가 자기 착화 온도에 도달하면 전체 미연소 가스가 동시에 격렬한 연소를 일으키게 되어 연소실 벽을 작은 해머로 두드리는 것과 같이 화염파가 연소실 벽을 때리게 되며, 이러한 현상을 노킹이라 한다.
상기와 같은 노킹 현상은 엔진의 출력 및 내구성 등에 좋지 않은 영향을 미치게 되므로, 이와 같은 노킹 현상을 발생되는 것을 방지하기 위한 노킹 제어가 필요하게 된다.
통상의 노킹 제어는 엔진의 실린더블록에 장착된 노킹센서를 이용하는데, 상기 노킹센서에서 출력되는 진동신호를 엔진제어유니트에서 특정 방식으로 처리하여 노킹 발생 여부를 판단하고 이를 바탕으로 점화시기를 조절함으로써 노킹이 발생된는 것을 방지하고 있다.
그러나, 종래의 노킹 제어 방법은, 노킹이 발생하면 미리 맵핑된 점화시기 지각맵에 의해 노킹강도에 따라 점화시기를 지각시킴으로써 정밀하지 못한 노킹 제어를 하게 되어 엔진의 토크 및 출력 감소를 수반하게 되는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해소하기 위해 고안된 것으로, 자발화지연시간을 바탕으로 점화시기를 지각시켜서 가솔린 엔진을 보다 정밀하게 노킹 제어함에 따라 가솔린 엔진의 토크 및 출력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 정숙성을 향상시켜서 쾌적한 운전환경을 조성할 수 있는 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치는, TDC신호를 출력하는 캠센서와; 실린더내의 압력을 감지하여 출력하는 압력센서와; 실린더내의 온도를 감지하여 출력하는 고온열전쌍과; 엔진알피엠을 감지하여 출력하는 엔진알피엠센서와; 엔진부하를 감지하여 출력하는 공기량센서와; 상기 TDC신호를 이용하여 감지된 실린더내의 압력과 온도에 따라 자발화지연시간을 결정한 다음, 이 자발화지연시간과 임계값을 비교하여 노킹 발생 여부를 결정하여 노킹 발생시에는 상기 자발화지연시간과 엔진알피엠 및 엔진부하를 이용하여 점화시기 보정량을 산출하고, 이 보정량에 따라 점화시기를 지각시키는 엔진제어유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법은, 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)를 측정하는 단계와; 상기 압력 및 온도를 이용하여 자발화지연시간을 산출하는 단계와; 이 자발화지연시간과 임계값을 비교하여 노킹 발생 여부를 판단하는 단계와; 노킹 발생시에 상기 자발화지연시간과 엔진알피엠 및 엔진부하를 이용하여 점화시기 보정량을 산출하는 단계와; 상기 보정량에 따라 점화시기를 지각시키는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치의 구성도이다. 상기 도 1에서, 캠센서(10)는 TDC신호를 엔진제어유니트(70)로 출력하고, 압력센서(20)는 플러쉬 마운트 형태(Flush Mount Type)로 엔진의 실린더 헤드 연소실면에 장착되어 실린더(80)내의 압력을 감지하여 엔진제어유니트(70)로 출력하며, 고온열전쌍(30)은 플러쉬 마운트 형태(Flush Mount Type)로 엔진의 실린더 헤드 연소실면에 장착되어 실린더(80)내의 온도를 감지하여 엔진제어유니트(70)로 출력한다.
또한, 엔진알피엠센서(40)는 엔진알피엠을 감지하여 엔진제어유니트(70)로 출력하고, 공기량센서(50)는 엔진부하를 감지하여 엔진제어유니트(70)로 출력하며, 연료옥탄가입력부(60)는 연료옥탄가를 엔진제어유니트(70)로 입력하는 것으로 상기 연료옥탄가는 각 개발사양에서 요구되는 값이 입력된다.
상기 엔진제어유니트(70)는 상기 캠센서(10)에서 입력된 TDC신호를 이용하여 감지된 실린더내의 압력과 온도에 따라 자발화지연시간(t_aig)을 결정한 다음, 이 자발화지연시간(t_aig)과 임계값(t_aig_TH)을 비교하여 노킹 발생 여부를 결정하여 노킹 발생시에는 상기 자발화지연시간(t_aig)과 엔진알피엠(rpm) 및 엔진부하(load)를 이용하여 점화시기 보정량(t_iga)을 산출하고, 이 보정량(t_iga)에 따라 점화시기를 지각키도록 되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치 및 방법의 작용 및 효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법의 순서도이다.
상기 도 2의 단계(S1)에서는 엔진제어유니트(70)가 캠센서(10)에서 출력되는 TDC신호를 이용하여 압축초기(흡기밸브가 닫히는 시기)인지를 판단하여 압축초기라고 판단하면 단계(S2)를 수행한다.
상기 단계(S2)에서는, 압력센서(20)와 고온열전쌍(30)이 압축초기의 실린더내 순간 압력(Pi)과 순간 온도(Ti)를 각각 측정하여 엔진제어유니트(70)로 입력한다.
이어서, 단계(S3)에서는 엔진제어유니트(70)가 상기 압축초기의 실린더내 순간 압력(Pi) 및 온도(Ti)로부터 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)를 산출한다.
즉, 압축말기 압력(P)와 압축말기온도(T)는 압축행정을 비열비(specific heat ratio) 1.3의 폴리트로픽과정(Polytropic Process)으로 모사하고, 측정된 압축초기 압력(Pi)과 압축초기 온도(Ti)를 이용하여 다음과 같은 수학식1, 2로 구할 수 있다.
P = Pi ×r1.3
T = Ti ×r0.3
상기 수학식1, 2에서 r은 엔진의 압축비이다.
이어서, 단계(S4)에서는 엔진제어유니트(70)가 자발화지연시간(t_aig)을 산출하는데, 상기 자발화지연시간은 압축행정이 완료된 시점부터 자발화가 발생하는 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 자발화지연시간(t_aig)을 다음의 수학식3에 의해 계산된다.
여기서, T는 압축말기의 실린더내 온도이고, P는 압축말기의 실린더내 압력이고, ON은 연료 옥탄가이다.
이어서, 단계(S5)에서는 엔진제어유니트(70)가 상기와 같이 계산된 자발화지연시간(t_aig)과 임계값(t_aig_TH)을 비교하여 노킹 발생 여부를 판단하여 노킹이 발생되었으면 단계(S6)를 수행한다.
즉, 하기의 수학식 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 미리 맵핑된 테이블을 이용하여 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)에 따라 임계값(t_aig_TH)을 결정하고, 이 임계값(t_aig_TH)과 상기 자발화지연시간(t_aig)을 비교하여 자발화지연시간이 임계값 보다 작으면 노킹이 발생된 것으로 판단한다.
t_aig_TH = map (P, T)
그리고, 단계(S6)에서는 엔진제어유니트(70)가 상기와 같이 계산된 자발화지연시간(t_aig)과 엔진알피엠센서(40)와 공기량센서(50)에 의해 감지된 엔진알피엠(rpm) 및 엔진부하(load)를 이용하여 점화시기 보정량(t_iga)을 산출한다.
이때, 상기 점화시기 보정량(t_iga)은 다음의 수학식 5, 6에 도시된 바와 같이, 엔진알피엠(rpm) 및 엔진부하(load)에 따라 미리 맵핑된 테이블을 통해 결정되는 변수(t_spk)에서 상기 자발화지연시간(t_aig)을 빼서 산출한다.
t_iga = t_spk - t_aig
t_spk = map (rpm, load)
이어서, 단계(S7)에서는 엔진제어유니트(70)가 상기와 같이 구해진 점화시기 보정량(t_iga) 만큼 지각시켜서 노킹제어한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 자발화지연시간을 바탕으로 점화시기를 지각시켜서 가솔린 엔진을 보다 정밀하게 노킹 제어함에 따라 가솔린 엔진의 토크 및 출력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 정숙성을 향상시켜서 쾌적한 운전환경을 조성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법의 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 캠센서 20 : 압력센서
30 : 고온열전쌍 40 : 엔진알피엠센서
50 : 공기량센서 60 : 연료옥탄가입력부
70 : 엔진제어유니트 80 : 실린더

Claims (6)

  1. TDC신호를 출력하는 캠센서와; 실린더내의 압력을 감지하여 출력하는 압력센서와; 실린더내의 온도를 감지하여 출력하는 고온열전쌍과; 엔진알피엠을 감지하여 출력하는 엔진알피엠센서와; 엔진부하를 감지하여 출력하는 공기량센서와; 상기 TDC신호를 이용하여 감지된 실린더내의 압력과 온도에 따라 자발화지연시간을 결정한 다음, 이 자발화지연시간과 임계값을 비교하여 노킹 발생 여부를 결정하여 노킹 발생시에는 상기 자발화지연시간과 엔진알피엠 및 엔진부하를 이용하여 점화시기 보정량을 산출하고, 이 보정량에 따라 점화시기를 지각시키는 엔진제어유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 노킹 제어 장치.
  2. 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)를 측정하는 단계와; 상기 압력 및 온도를 이용하여 자발화지연시간을 산출하는 단계와; 이 자발화지연시간과 임계값을 비교하여 노킹 발생 여부를 판단하는 단계와; 노킹 발생시에 상기 자발화지연시간과 엔진알피엠 및 엔진부하를 이용하여 점화시기 보정량을 산출하는 단계와; 상기 보정량에 따라 점화시기를 지각시키는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)를 측정하는 단계는, 캠센서에서 출력되는 TDC신호를 이용하여 압축초기(흡기밸브가 닫히는 시기)인지를 판단하는 단계와, 압축초기의 실린더내 순간 압력과 순간 온도를 측정하는 단계와; 상기 압축초기의 실린더내 순간 압력 및 온도로부터 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)를 산출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 자발화지연시간(t_aig)은 다음의 수학식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법.
    여기서, T는 압축말기의 실린더내 온도이고, P는 압축말기의 실린더내 압력이고, ON은 연료 옥탄가이다.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 노킹 발생 여부를 판단하는 단계는, 미리 맵핑된 테이블을 이용하여 압축말기의 실린더내 압력(P) 및 온도(T)에 따라 임계값을 결정하고, 이 임계값과 상기 자발화지연시간을 비교하여 노킹 발생 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 점화시기 보정량(t_iga)는 엔진알피엠 및 엔진부하에 따라 미리 맵핑된 테이블을 통해 결정되는 변수(t_spk)에서 상기 자발화지연시간(t_aig)을 빼서 산출하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 노킹 제어 방법.
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