KR100547925B1

KR100547925B1 - 다기통 내연기관의 노킹제어방법

Info

Publication number: KR100547925B1
Application number: KR1019980708927A
Authority: KR
Inventors: 로베르트 엔텐만; 스테판 운란트; 베르너 해밍; 이반 주르자디; 스테펜 프랑케
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2006-09-27
Also published as: KR20000010794A

Abstract

본 발명은 다기통 내연기관에서 노킹을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 따라서, 실린더 그룹에 하나의 노킹 센서가 할당되고, 제어 장치가 실린더를 선택하여 개별 실린더의 점화 제어량을 결정하여 출력한다. 노킹 센서에 의해 가장 잘 감지될 수 있는 하나 이상의 실린더가 가이드 실린더(LZ)로 선택되는 것이 바람직하다. 가이드 실린더에서 노킹이 발생될 때(KL-LZ), 그룹내의 모든 실린더에서 점화가 지연되는(ZW(

Description

다기통 내연기관의 노킹 제어 방법{Method for controlling knocking in multicylinder internal combustion engines}

선행기술, 예로서 핸드북 "오토기관에서의 자동차 전기/전자기술/보쉬"(1, 출판사 VDI-Verlag, 1987, ISBN 3-18-419 106-0)로부터 최적 토크를 위해서는 내연기관이 가급적 노킹 한계에 밀접하게 작동되어야 한다는 것이 공지되어 있다. 노킹은 제어되지 않은 형태의 연소로서 기관에 손상을 일으킬 수 있다. 이런 이유로 점화각도는 정상적으로는 이 각도가 노킹 한계에 대해 항상 안전 마진(margin)을 갖도록 설계된다. 그러나, 노킹 한계는 연료의 질, 기관상태 및 주변조건에 의존하기 때문에, 나중에 점화각도상의 안전 마진으로 인해 연비가 나빠질 수 있다. 따라서, 사람들은 작동 중 노킹 한계를 파악하여 점화각도를 이 노킹 한계에 가급적 밀접하게 위치시키려 애써 왔다. 작동상태를 확실히 노킹 한계에 밀접하게 유지시키기 위해서 노킹을 파악하고 해당하는 신호를 제어장치에 공급하는 노킹 센서가 배치된다. 통상적으로는 다수의 실린더를 위해 하나의 노킹센서를 배치하여 이들 실린더 내의 노킹 소음을 파악하게 한다. 다수의 실린더를 가지고 있거나 실린더들이 불리하게 배치된 내연기관의 경우에는 예를 들면 노킹센서의 설치장소로 인해 모든 실린더가 노킹센서에 의해 동일하게 양호하게 청취되지 않는다. 이 경우에는 모든 실린더의 소음을 가급적 잘 평가할 수 있도록 기관 당 두 개의 노킹센서를 사용해야할 것이다.

도 1은 노킹 제어를 위한 점화 시스템의 구성도.

도 2는 가이드 실린더와 추종 실린더의 점화 각도를 시간에 따라 나타낸 곡선.

도 3은 프로그램 진행동안 개별 단계를 도시하는 도면.

독립 청구항의 특징을 가진 본 발명에 의한 노킹 제어 방법은 공지기술에 비하여, 다기통 내연기관에서도 일군의 실린더에 단지 하나의 노킹센서만이 배치되고, 모든 실린더가 노킹센서에 의해 동일하게 양호하게 청취되지 않을 때에도, 모든 센서에 대해 노킹 제어가 행해질 수 있다는 이점을 갖는다. 내연기관이 정상적으로 작동하는 상태에서는 각각의 실린더에서의 노킹 발생에 기초하여 실린더 개별적인 노킹 제어가 행해진다. 예로서, 회전수가 매우 높은 경우와 같은 특정 작동 범위에서는 가이드 실린더에 의한 노킹 제어로 스위칭한다. 다수의 실린더로 된 일군에 대해 하나의 노킹 센서를 사용하면, 부가적으로, 하나의 노킹 센서의 하나의 신호만을 평가하면 되고, 따라서 평가의 비용이 감소되며 그에 의해 컴퓨터 용량에 여유가 생긴다는 이점을 갖는다. 일군의 실린더 중에서 하나 이상의 실린더를 하나 또는 둘 이상의 가이드 실린더로서 선택하고, 선택된 실린더는 실린더 군 중 노킹 센서에 의해 가장 잘 청취될 수 있는 실린더이거나 또는 가장 높은 노킹 빈도를 가진 실린더이면, 이 실린더에서의 노킹은 모든 실린더에 대한 노킹제어를 가능하게 한다는 이점이 있다. 실린더군의 다른 실린더는 추종 실린더로서 가이드 실린더에서의 노킹에 기초하여 노킹 한계를 따라 안내된다. 그리하여 노킹 한계에서, 내연기관의 무 노킹 작동이 보다 양호하게 실시된다. 부가적인 이점은 추종 실린더 중의 하나에서 인식된 노킹이 단지 이 실린더에서의 노킹 제어만을 발생시킴으로써 주어진다. 이에 의해, 토크의 손실을 일으키는 점화의 제어가 모든 실린더에서 시작되는 것이 방지된다.

청구범위의 종속항들에 기재된 조치에 의해 독립항에 제시된 방법의 유리한 변형 및 개선이 실현될 수 있다. 추종 실린더의 지연 제어가 다단계로 실시되게 하면 심한 토크 변동을 회피할 수 있어서 특히 유리하다. 마지막으로, 점화 각도 지연 제어치에 있어서 추종 실린더가 가이드 실린더와 안전성 오프셋만큼 차이가 있는 것이 유리하며, 그 이유는 이렇게 하였을 때 추종 실린더에 있어서는 노킹 한계에서 직접 작동되는 가이드 실린더에 비해 노킹 경향이 감소하기 때문이다.

본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 하기에 상세히 설명한다.

도 1은 다기통 엔진 블록(10)을 약시하고 있으며, 다기통 엔진 블록(10)에는 노킹센서(11)가 배치되어있다. 노킹 센서로서는 예로서, 구조진동 소음 센서 또는 실린더 압력 센서가 사용될 수 있다. 노킹 센서(11)의 신호는 노킹 평가 회로(12)에 공급되고 이 회로는 다시 제어 장치(13)와 연결되어있다. 제어 장치(13)는 센서에 의해 파악된 입력량(14), 예로서 회전수, 부하, 공급전압 또는 흡입관 압력에 기초하여 실제의 점화맵 점화 각도(KZW) 또는 점화 시점(KZP)을 계산한다. 노킹 센서 평가 회로(12)는 노킹이 발생할 때에는 대응하는 신호(KL)를 제어 장치(13)로 발신한다. 제어장치에서는 노킹의 발생 후 점화맵 점화각도(KZW) 또는 점화맵 점화시점(KZZP)이 '지연(retard)' 방향으로 조절되는데 이하의 기재에서는 단지 점화 각도의 이동에 관해서만 설명될 것이다. 그러나, 점화시점의 조정도 단지 시간 면에서 비슷한 단계에 따라 행해질 수 있을 것이다. 이 과정은 하나의 실린더에 대해 노킹이라고 인식되는 매 연소들마다 반복된다. 노킹이 더 이상 발생되지 않으면, 그 전에 지연된 점화 각도는 천천히 조금씩 빨라지는 방향으로 그 점화맵 값에 이르기까지 복귀한다. 상기 점화각도의 복귀는 무 노킹 연소(KL-frei)의 예정된 개수n 이후에야 비로소 행해진다.

도 2에는 단지 하나의 실린더가 가이드 실린더로 사용되는 경우에 노킹 작동시 및 무 노킹 작동시 가이드 실린더(LZ) 및 다른 추종 실린더(GZ)의 여러 점화 각도 곡선이 도시되어있다. 도 2에서는 가이드 실린더의 점화 각도(ZW(LZ))가 신호곡선으로 표시되어있다. 가이드 실린더(LZ)는 일군의 실린더로부터 예로서 엔진 블록 또는 실린더 블록의 실린더로부터 선발된 실린더이다. 본 발명에 의한 방법에서는 가이드 실린더(LZ)가 선발되었을 때 연소 조건이 그 실린더가 먼저 노킹되도록 의도적으로 미리 변화된다. 그래서, 실린더 중 가이드 실린더(LZ)가 노킹할 가능성이 가장 높다. 점선으로 추종 실린더의 점화 각도(ZW-GZ)가 도시되어있다. 추종 실린더(GZ)는 예로서 노킹 센서의 설치 위치로 인해 청취 상태가 양호하지 못하고, 그렇기 때문에 추종 실린더(GZ)에서의 노킹은 경우에 따라서는 노킹으로 인식되지 않는다. 추종 실린더(GZ)에서도 노킹 제어가 확실히 행해지도록 하기 위해, 모든 실린더에 대한 노킹 제어는 가이드 실린더(LZ)에서의 노킹에 기초하여, 가이드 실린더에서의 노킹(KL-LZ)이 발생할 때에는 실린더 군의 모든 실린더에서, 따라서 추종 실린더(GZ)에서도 점화 각도가 지연되게 된다. 도 2에서는 시점(t1)에서 노킹이 가이드 실린더(KL-LZ)에서 일어난다. 노킹(KL)으로 인해 가이드 실린더의 점화 각도(ZW(LZ))의 지연 제어(ZW( ))가 수행된다. 그와 동시에, 다른 실린더의 점화 각도(ZW-GZ)도 지연되는 방향으로 제어된다. 도 2에 있어 시점(t1)에서 시작하는 추종 실린더의 점화 각도(ZW(GZ))의 지연 제어에 나타난 것처럼 추종 실린더에서의 지연제어가 s1 내지 s3까지의 다수의 단계로 행해지게 하는 것이 유리하다. 그럼으로써 큰 토크 도약이 일어나지 않고, 그래서 조용한 엔진작동, 따라서 향상된 주행 안락성이 얻어진다. 가이드 실린더의 노킹(KL-LZ) 이후 다단계 s1, s2, s3로 일어나는 추종 실린더(GZ)의 지연 제어는 가이드 실린더의 점화 각도(ZW(LZ))에 대한 추종 실린더(GZ)의 점화 각도의 안전성 오프셋(△ZW-OF)이 다시 형성되기까지의 시간동안 행해진다. 이 안전성 오프셋(△ZW-OF)은 엔진 온도, 부하, 회전수 및 가이드 실린더의 실제 지연 제어와 같은 내연기관의 변수에 의존하여 결정될 수 있다. 소정 개수의 무 노킹 연소(nKL-frei) 이후 모든 실린더에 대해서 '지연( )'쪽으로 이동된 점화 각도의 단계적 복귀가 일어난다. 모든 실린더의 점화 각도의 복귀는 단계적으로 행해지는 것으로, 가이드 실린더의 점화각도는 점화맵 점화각도에까지 이동되고 다른 실린더들은 가이드 실린더의 점화각도에 대해 안전거리(ZW-OF)를 갖는다. 도 2에서는 시점 t3에서 가이드 실린더의 점화각도의 복귀가 시작된다. 추종실린더(GZ)에서는 시점 t2에서 노킹(KL-GZ)이 발생한다. 이제 추종 실린더의 점화각도(ZW(GZ))의 지연 이동이 단일 단계로 '지연' 방향으로 행해진다. 시점 t2에서 노킹이 일어나는 추종 실린더의 점화각도(ZW-GZ))의 이 지연이동은 노킹이 발생된 추종 실린더에서만 행해진다. 이어서, 이 추종 실린더에서도 소정 개수 n의 무 노킹 연소(KL-frei) 이후에 점화각도는 시점 t4에서 '진각( )' 방향으로 점화맵 점화각도로 복귀한다. 각 실린더에 대한 점화각도 제어에 관한 이 설명은 실린더 군의 다수의 가이드 실린더의 점화각도로부터 리드(lead) 또는 가이드 점화각도(이하, '가이드 점화각도'라고 함)가 결정될 때에도 유사하게 적용된다. 추종 실린더(GZ)의 안전성 오프셋(△ZW-OF)은 가이드 점화각도(FZW)에 대한 간격에 관련된다.

이미 상기한 바와 같이, 적어도 하나의 선택된 가이드 실린더(LZ)의 경우, 연소조건의 의도된 사전 변화는 하나 이상의 가이드 실린더가 노킹이 발생할 수 있는 작동상태에서 먼저 노킹되도록 이루어진다. 이러한 연소 조건의 의도된 사전변화는 예로서, 가이드 실린더에 대해 발생시키려는 점화각도가 노킹 한계 방향으로 변화되거나, 또는 도 2에 도시한 것처럼, 다른 추종 실린더에 대한 점화각도가 하나 이상의 가이드 실린더의 가이드 점화각도(FZW)에 비해 노킹 한계의 안전성 오프셋(safety offset)만큼 변화되는 것을 의미한다. 다른 추종 실린더(GZ)에 대해 제어량을 변화시킬 경우에는 먼저 제어장치에 의해 가이드 실린더에 대한 점화각도가 가급적 노킹 한계에 밀접하게 결정되고, 그런 다음 이 점화각도에 안전성 오프셋 (△ZW-OF)이 가산된다. 그리하여, 이 안전성 오프셋(△ZW-OF)은 노킹 한계에 대한 안전마진을 나타낸다. 소정 개수 n의 무 노킹 연소 후 점화각도의 지연 이동이 점 화맵 점화각도 쪽으로 복귀할 때에는 하나 이상의 가이드 실린더의 가이드 점화 각도(FZW)에 대한 추종 실린더의 점화 각도의 상기 안전성 오프셋(△ZW-OF)이 유지된다. 점화맵 점화각도(KZW) 방향으로 추종 실린더의 점화각도가 복귀하는 것은 이 추종 실린더의 점화각도가 하나 이상의 가이드 실린더의 가이드 점화각도(FZW)와 안전성 오프셋(△ZW-OF)의 양만큼 차이날 때, 종료된다.

도 3에는 본 발명에 의한 방법을 실시하기 위한 각 단계가 프로그램 진행에 따라 도시되어있다. 첫 번째 단계 30에서는 회전수(n), 부하(L), 압력(P) 및 노킹신호(K)와 같은 내연기관의 실제 작동 파라미터가 파악된다. 이어서, 단계 31에서는 노킹신호(KL)가 검출되었는지의 여부가 점검된다. 노킹신호(KL)가 발생되었으면 단계 31의 긍정출력은 단계 32에 이르고, 거기에서는 검출된 노킹신호가 가이드 실린더에서 발생되었는지(KL-LZi) 여부가 점검된다. 그러한 경우에는 단계 33에서 가이드 실린더의 실제 점화각도와 지연 이동의 합(ZW(LZi)+ZW( ))으로부터 해당 실린더의 가산 교정된 점화각도(ZWK(LZi))가 형성되는데, 실제 점화각도는 점화맵 점화각도일 수도 있고 또는 앞서 이미 가산 교정된 점화각도일 수도 있다. 가이드 실린더의 점화각도와 마찬가지로, 가이드 실린더에서의 노킹(KL) 이후 단계 34에서는 추종 실린더(GZ)의 점화각도가 지연되는 방향으로 이동된다. 그러나, 여기서 추종 실린더(GZ)의 점화 각도의 지연이동은 가이드 실린더에서처럼 일단계로 이루어지는 것이 아니라 도 2에서 도시된 것처럼 다단계 s1, s2 및 s3로 일어나고 이것은 상기 단계에서 점화 각도의 지연 이동치(ZW( )) 옆에 첨자 sx로 표시되어있다. 단계 33의 한 출력값은 단계 35에 공급된다. 단계 35에서는 가이드 실린더들(i,j,k)의 교정된 점화각도들 중에서 가이드 점화각도(FZW)가 결정된다. 상기 가이드 점화각도 FZW = f(ZWK(LZ,_i,_j,_k)는 가이드 실린더의 점화 각도의 함수)이다.

단계 31에서 파악된 노킹(KL)이 단계 32에서 가이드 실린더에 할당되지 않았으면, 단계 32의 부정 출력이 단계 36에 공급된다. 여기서는 노킹이 발생된 추종 실린더의 교정된 점화 각도(ZWK(GZ))가 결정되는데, 여기서도 추종 실린더의 점화각도(ZW(GZ))에 점화 각도 지연 이동치(지연 제어치)가 가산된다(ZW(GZ) + ZW( )).

단계 31에서 실제 점화과정에서 노킹(KL)이 발생되지 않은 경우에는 단계 37에서 상기 무 노킹 점화과정이 가이드 실린더에 할당될 수 있는가 점검된다. 할당이 가능한 경우이면, 후속 단계 38에서 가이드 실린더의 실제 점화각도(ZW(LZ))가 점화맵 점화각도(KZW)에 상응하는가 하는 것이 질문된다. 그렇지 않은 경우이면 후속 단계 39에서 이미 소정 개수 n의 무 노킹 연소(KL-frei)가 시행 완료되었는지가 질문된다. 완료된 경우이면, 단계 40에서 가이드 실린더의 점화 각도(ZW(LZ))는 지연 이동의 점화맵 점화각도(KZW)로의 복귀를 위해 '진각' 방향으로 한 증분 INC 만큼 교정된다. 아직 소정 회수의 무노킹 연소가 발생하지 않았으면 점화각도는 그대로 유지된다.

단계 31에서 무 노킹으로 인식된 연소가 가이드 실린더에서 일어나지 않았고 평가된 점화과정이 추종 실린더(GZi)에서 일어났으면 단계(41)에서, 추종 실린더의 점화각도(ZW(GZi))가 계산되어 안전성 오프셋(△ZW-OF)만큼 조정된 가이드 점화각도 보다 크거나 같은지, 곧 ZW(GZ_i)≥ FZW + △ZW-OF가 성립하는지가 평가된다. 따라서, 이 단계 41에서 추종 실린더의 점화각도가 가이드 실린더의 점화각도로 구성된 가이드 점화각도와 단지 안전성 오프셋의 값만큼만 차이가 나는지의 여부가 검사된다. 추종 실린더의 점화각도와 가이드 점화각도와의 차이가 이 안전성 오프셋보다 크면 단계 41의 긍정 출력이 단계 42에 이르고, 거기에서는 이미 소정 회수의 무 노킹 연소가 이 추종 실린더에서 발생 완료 되었는지 점검되고, 그래서 조기에 행해진 점화각도의 지연 이동이 단계 43에서 다시 제어되어 점화각도는 단계적으로 '진각'방향으로 한 증분 INC 만큼 변화될 수 있다. 단계 41에서 가이드 점화각도와 추종 실린더의 점화각도가 안전성 오프셋을 갖지 못한 것이 확인되면 부정 출력은 단계 44에 공급된다. 이 단계 44에서는 방금 평가된 추종 실린더에 대한 교정된 점화각도(ZWK(GZ_i)가 계산되는데, 추종 실린더의 이전 점화 각도(ZW(GZ_i))는 한 단계 sx만큼 지연 방향으로 이동 조절된다(ZWK(GZ_i) = ZW(GZ_i) + s_xZW( )). 단계 42에서 소정 회수 n의 무 노킹 연소가 이 실린더에서 일어나지 않은 것이 확인되면, '진각' 방향으로의 재조절은 일어나지 않고 이전의 점화각도가 유지된다.

노킹이 발생했는지와 어느 실린더에서 발생했는지에 따라 점화각도를 결정하기 위해 해당하는 프로그램 경로가 진행된다. 그러나, 각 경우 공정의 종료시에는 상기 실린더에서 그 다음 점화과정을 위한 평가된 실린더의 점화각도가 확정된다.

이를 위해 단계들 33, 38, 39 및 40의 출력들은 단계 45에 공급되고, 거기에서 가이드 실린더(ZW(LZ))의 결정된 점화각도가 저장된다.

마찬가지로 단계 34, 36, 42, 43 및 44의 출력들은 단계 46에 공급되고, 거기에서는 고려된 추종 실린더에 대한 점화각도(ZW(GZ_i))가 상기 실린더에서 그 다음의 점화과정을 위한 점화각도로서 저장된다.

두 단계 45 및 46는 단계 47에서 통합되고 공정은 다음 점화 과정을 위해 새로이 시작된다.

Claims

다기통 내연기관의 노킹 제어 방법에 있어서,

각 실린더 군에 하나의 노킹 센서가 할당되어 배치되고,

상기 노킹 센서는 일군의 실린더내에서 모든 연소의 노킹 신호를 파악하여 평가 장치에 공급하고,

제어장치는 실린더를 선택하여 선택한 실린더에 대한 점화 제어량을 결정하여 출력하며,

실린더 군 중 하나 이상의 실린더가 선발되고, 이 하나 이상의 실린더(LZ)는 다른 실린더(GZ)의 점화각도에 비해 노킹 한계에 보다 밀접하게 위치하는 점화각도(ZW(LZ))로 조정되는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 하나 이상의 선택된 실린더는 가이드 실린더(LZ)로 사용되고,

하나 이상의 선택된 가이드 실린더의 점화각도로부터 가이드 점화각도(FZW)가 결정되고, 이로부터 그 군의 다른 실린더의 점화각도가 유도되는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 하나의 가이드 실린더에서 노킹이 발생하는 경우에(KL-LZ), 군의 가이드 실린더(LZ) 및 다른 실린더(GZ)에 대한 점화각도의 지연 제어(ZW( ))가 행해지는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.
제 3 항에 있어서, 다른 실린더 중 하나에서 노킹이 발생하는 경우에(KL-GZ)는 단지 그 실린더에서만 지연 제어가 행해지는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.
제 4 항에 있어서, 하나 이상의 가이드 실린더의 점화각도는 다른 실린더의 점화각도 결정을 위해 노킹 한계의 방향으로 안전성 오프셋(△ZW-OF)만큼 이동되는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 가이드 실린더(LZ)에서의 노킹(KL) 이후 다른 실린더의 점화 각도(ZW(GZ))의 지연 제어가 복수개의 소단계 s1, s2, s3 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 가이드 실린더(LZ)에서의 노킹(KL) 이후 가이드 실린더(LZ)의 점화각도의 지연 제어(ZW( ))는 하나의 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 실린더의 군으로부터 복수개의 가이드 실린더가 선택되며, 특히 노킹 센서에 의해 가장 잘 감지되는 실린더들이 선택되는 것을 특징으로 하는 노킹 제어 방법.