KR100891698B1 - 엔진의 착화시기 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 착화시기 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소실 내의 연소압력과 모터링 압력의 차이를 이용하여 착화시기를 검출하는 엔진의 착화시기 검출방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 엔진의 착화시기 검출방법은 연소가 일어날 때의 엔진의 연소실 내부 압력과 연소가 일어나지 않을 때의 엔진의 연소실 내부 압력의 차이인 검출압력을 측정하는 단계와, 검출압력을 검출압력이 측정되는 해당 연소 사이클에서의 최대검출압력으로 노멀라이즈 하여 표준검출압력을 산출하는 단계와, 표준검출압력이 미리 설정된 기준표준검출압력과 일치하는 시점에서의 크랭크각도인 제1크랭크각도를 각 연소 사이클별로 측정하는 단계와, 엔진 내부에서 착화가 일어나는 착화시점에서의 크랭크각도인 제2크랭크각도를 각 연소 사이클별로 측정하는 단계와, 제1크랭크각도와 제2크랭크각도의 차이인 지연각을 각 연소 사이클별로 산출하는 단계와, 각 연소 사이클별로 산출된 지연각을 기초로 지연각을 대표하는 검출지연각을 설정하는 단계를 포함한다.

착화시기(SOC : Start Of Combustion), 검출방법, 연소실, 검출지연각

Description

엔진의 착화시기 검출방법{Detecting method of the start of engine combustion}

본 발명은 엔진의 착화시기 검출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연소를 효과적으로 제어하기 위하여 엔진의 연소 압력과 모터링 압력의 차이를 이용하여 착화시기를 검출하는 엔진의 착화시기 검출방법에 관한 것이다.

도 1은 가솔린 압축착화 엔진에 있어서, 연소실 내부의 일반적인 열 발생율(Rate of Heat Release)를 표현한 그래프이며, 도 2는 착화시기의 변화에 따른 엔진의 NO_X와 HC(HydroCarbon)의 배출량을 나타내는 그래프이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 착화시기는 연소시 발생하는 총 열 발생량의 1%에 해당하는 열량이 발생하는 시점을 의미한다. 이러한 착화시기는 엔진회전속도, 엔진 부하, 연료 분사 시점, 공연비 등의 엔진의 운전조건에 의하여 결정된다. 그리고 착화시기에 따라 엔진 성능이 다음과 같이 변화하게 된다.

연소가 피스톤이 상사점(TDC : Top Dead Center)에 도달하는 시점보다 일찍 시작되는 경우, 연소실 내부 압력이 급격히 증가하여 피스톤이 상사점으로 올라가 는 이동을 방해하게 된다. 따라서 엔진의 연소 효율이 저하되며, 큰 엔진 작동음이 발생한다. 또한, 연소 최고 온도가 증가하여 NO_X 배출량이 증가하게 된다. 반대로, 연소가 피스톤이 상사점에 도달하는 시점보다 늦게 시작되는 경우, 연소가 완료되기 전에 배기밸브가 열리게 된다. 따라서, 다량의 미연소된 하이드로카본(HC : HydroCarbon)이 배출되어 공기 오염이 심해지며, 연소의 효율도 떨어지게 된다.

이와 같이, HC 배출량과 NO_X 배출량은 착화시기에 따라 정 반대의 경향을 가지므로, 결국 모든 운전조건에서 HC와 NO_X를 동시에 저감하기 위해서는 운전조건에 대한 최적의 착화시기를 유지할 수 있어야 한다.

이를 위하여, 가솔린 압축착화 엔진에는 운전조건을 적절히 변화시켜 착화시기를 최적의 상태로 유지하기 위한 되먹임 제어 시스템이 구비되어 있는데, 이 되먹임 제어 시스템이 정확하게 작동되기 위해서는 엔진의 착화시기를 정확하게 검출하는 방법이 필요하다. 종래에는 가솔린 압축착화 엔진의 착화시기를 알아내기 위하여 다음과 같은 방법을 사용하였다.

먼저, 열발생 분석방법과 같은 연소실 내부 압력정보를 통하여 직접적으로 착화시기를 추정하는 방법이 있다. 그러나 이러한 열발생 분석방법은 열역학 법칙을 바탕으로 하고 있으므로 수학적으로 매우 복잡하다는 단점이 있다. 또한, 열발생 분석방법은 외부 노이즈에 매우 민감하여 착화시기 검출시 외부 노이즈에 의한 오차가 많이 발생하게 되는데, 이러한 단점을 보완하기 위하여 수십 사이클 동안의 압력 신호를 평균하여 사용하는 경우에는 착화시기를 측정하는데 많은 시간이 소요된다는 문제점이 발생하게 된다.

한편, 연료 질량의 50%가 연소된 시점을 열발생 분석방법을 통하여 추정하고, 이를 이용하여 착화시기를 검출하는 방법이 있다. 이 방법은 앞서 설명한 열발생 분석방법보다 짧은 시간 내에 착화시기를 측정할 수 있다는 장점을 가진다. 하지만, 이 방법 역시 열역학 법칙을 바탕으로 하기 때문에 수학적으로 매우 복잡하다는 단점이 있다. 또한, 연료 질량의 50%가 연소된 시점에서의 크랭크각도와 착화시기에서의 크랭크각도 사이의 관계가 일정하지 않아서 실제 착화시기와 검출된 착화시기 사이에 오차가 발생한다는 존재하는 문제점이 있다.

상술한 바와 같이, 종래의 착화시기 검출 방법으로는 착화시기를 정확하고 빠른 속도로 측정할 수 없다. 따라서, 되먹임 제어 시스템에 사용 가능할 만큼 정확하고 신속하게 착화시기를 검출할 수 있는 엔진의 착화시기 검출방법의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 되먹임 제어 시스템에 사용될 수 있을 정도로 신속하고 정확하게 착화시기를 검출할 수 있는 엔진의 착화시기 검출방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 엔진의 착화시기 검출방법은 연소가 일어날 때의 엔진의 연소실 내부 압력과 연소가 일어나지 않을 때의 상기 엔진의 연소실 내부 압력의 차이인 검출압력을 측정하는 단계와, 상기 검출압력을 상기 검출압력이 측정되는 해당 연소 사이클에서의 최대 검출압력으로 노멀라이즈 하여 표준검출압력을 산출하는 단계와, 상기 표준검출압력이 미리 설정된 기준표준검출압력과 일치하는 시점에서의 크랭크각도인 제1크랭크각도를 상기 각 연소사이클 별로 측정하는 단계와, 상기 엔진 내부에서 착화가 일어나는 착화시점에서의 크랭크각도인 제2크랭크각도를 상기 각 연소 사이클별로 측정하는 단계와, 상기 제1크랭크각도와 상기 제2크랭크각도의 차이인 지연각을 상기 각 연소 사이클별로 산출하는 단계와, 상기 각 연소 사이클별로 산출된 지연각을 기초로 상기 지연각을 대표하는 검출지연각을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 연료 분사 시기, 엔진 부하 등과 같은 운전조건의 변화에 관계없이 엔진의 착화시기를 정확하고 신속하게 검출할 수 있으 며, 이를 이용하여 되먹임 제어 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 엔진의 연소 효율을 향상시킬 수 있으며, 배기가스의 발생을 줄일 수 있게 된다.

엔진의 착화시기를 검출함에 있어서, 노이즈, 운전조건 변화, 연소특성의 변동 등 여러가지 요인에 의해서 착화시기를 정확하게 검출하는데 어려움이 있다. 따라서, 착화시기 검출에 사용되는 변수는 a. 측정 및 계산이 용이, b. 외부 요인의 변화에 대하여 강건할 것, c. 착화시기를 정확히 검출할 수 있도록 착화시기와 밀접한 관계를 가질 것 등의 요건을 만족해야 하며, 이러한 요건을 만족하는 변수에 대하여 하기 하기로 한다.

엔진에서 연소가 일어날 때의 연소실 압력(이하, '연소압력'이라 함)과 연소가 일어나지 않을 때의 연소실 압력(이하, '모터링 압력'이라 함)의 차이를 검출압력(DP : Difference Pressure)이라 하며, 이 검출압력을 해당 연소 사이클의 최대검출압력으로 노멀라이즈(Normalize) 한 값을 표준검출압력(NDP : Normalized Difference Pressure)이라고 한다. 여기서 연소 사이클은, 일반적으로 연료의 흡입, 연료의 압축, 연료의 폭발(또는 연소) 및 연소가스의 배출단계로 이루어지는 과정을 의미한다.

한편, 디젤엔진의 연소실에서 착화가 일어난 직후, 크랭크각도(CA)에 대하여 검출압력이 상승하는 기울기는 운전조건, 예를 들어 흡배기 밸브 개폐 시기와, 연료 분사 시기와, 엔진 부하 등의 변화에 상관없이 거의 일정하다. 따라서 검출압력이 미리 설정된 기준검출압력과 일치하는 시점에서의 크랭크각도인 기준크랭크각 도와 착화시기에서의 크랭크각도인 검출크랭크각도가 이루는 각도차이는 운전조건의 변화에 관계없이 일정하게 된다. 그러므로 착화시기를 측정하고자 하는 대상엔진의 검출압력이 미리 설정된 기준검출압력과 일치하는 시점에서의 크랭크각도인 기준크랭크각도를 측정하고, 이 기준크랭크각도에서 앞서 설명한 기준크랭크각도와 검출크랭크각도의 차이를 빼면 착화시기에서의 크랭크각도를 구할 수 있다.

하지만, 디젤엔진의 경우와 달리 가솔린 압축착화 엔진의 경우에는 운전조건의 변화에 따라 측정되는 검출압력의 최대값 및 그 기울기가 변한다. 따라서, 기준크랭크각도와 검출크랭크각도 차이의 편차가 심해지며, 그 결과 상술한 방법을 통하여 가솔린 압축착화 엔진의 착화시기를 측정하는 경우 많은 오차가 발생하게 된다. 그런데, 가솔린 압축착화 엔진에서 측정되는 검출압력을 해당 연소 사이클의 최대검출압력으로 노멀라이즈 하면, 후술하는 바와 같이 표준검출압력의 기울기가 일정하게 되며 그 결과 표준검출압력을 이용하여 착화시기를 정확하게 검출할 수 있다.

이하, 표준검출압력을 이용하여 가솔린 압축착화 엔진의 착화시기를 검출하는 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면을 이용하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 착화시기 검출방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이며, 도 4는 도 3의 지연각을 설명하는 그래프이며, 도 5는 서로 다른 운전조건에 대한 지연각을 나타낸 그래프이며, 도 6 내지 도 9는 각각 가솔린 압축착화엔진의 엔진회전속도가 1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm에서 제1크랭크각도와 제2크랭크각도 사이의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 10은 엔진속 도변화에 대한 검출지연각의 변동 경향을 나타낸 그래프이다.

도 3 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 엔진의 착화시기 검출방법은 8가지 단계, 즉 검출압력 측정단계(S1), 표준검출압력 산출단계(S2), 제1크랭크각도 측정단계(S3), 제2크랭크각도 측정단계(S4), 지연각 산출단계(S5), 검출지연각 설정단계(S6), 엔진회전속도와 검출지연각의 상관관계 설정단계(S7) 및 착화시기 검출단계(S8)를 포함한다.

검출압력 측정단계(S1)에서는 동일한 엔진회전속도 하에서 연소 사이클을 진행시키고, 이 동안의 연소 압력과 모터링 압력을 지속적으로 측정한다. 이렇게 측정된 연소 압력과 모터링 압력은 연속된 값을 가진다. 그리고, 각 지점에서의 연소 압력과 모터링 압력의 차를 구하여 검출압력을 산출한다. 이때, 산출되는 검출압력은 엔진의 운전조건이 바뀜에 따라 각 연소 사이클별로 그 최대검출압력의 크기가 달라지게 되며, 그 결과 검출압력의 기울기도 변하게 된다. 이후, 엔진회전속도를 변화시키며 위의 과정을 반복한다. 특히, 본 실시예에서는 엔진회전속도를 1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm으로 변화시키며 위 과정을 반복한다.

표준검출압력 산출단계(S2)에서는 측정된 검출압력을 이 검출압력이 측정되는 해당 연소 사이클에서의 최대검출압력으로 노멀라이즈 하여 표준검출압력을 산출한다. 산출되는 표준검출압력은 검출압력에 대응되게 엔진회전속도(1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm)별로 산출된다. 이렇게 산출되는 표준검출압력은 0에서 1 사이의 값을 가지게 된다. 따라서, 검출압력과 달리 표준검출압력의 최대값은 엔진의 운전조건의 변화에 관계없이 항상 1이 되며, 그 결과 표준검출압력의 기 울기도 거의 일정하게 된다. 이하, 상세히 설명하기로 한다.

엔진의 연소실에서 착화가 일어나면, 검출압력은 착화시점부터 급격하게 상승하여 최대검출압력에 이르게 되고, 이후 다음 연소 사이클의 착화시점까지는 감소하게 된다. 그리고 이러한 과정은 연소 사이클의 주기와 동일한 주기로 반복되게 된다. 따라서 검출압력의 경우, 최대검출압력의 크기가 커지면 그 기울기도 커지게 되고, 반대로 최대검출압력의 크기가 작아지면 그 기울기도 작아지게 된다. 그 결과, 해당 연소 사이클에서의 최대검출압력의 크기에 따라 검출압력의 기울기가 변화하게 된다. 하지만, 표준검출압력의 경우에는 그 최대값이 항상 1로 일정하므로, 그 기울기도 일정하게 된다.

제1크랭크각도 측정단계(S3)에서는 표준검출압력이 미리 설정된 기준표준검출압력과 일치하는 시점에서의 크랭크각도인 제1크랭크각도(CA_NDPxx)를 각 연소 사이클마다 측정한다. 특히, 본 실시예에서는 기준표준검출압력이 0.5가 되는 시점에서의 제1크랭크각도(CA_{NDP0 .5})를 엔진회전속도(1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm)별로 측정한다.

제2크랭크각도 측정단계(S4)에서는 착화시점에서의 크랭크각도인 제2크랭크각도를 각 연소 사이클마다 측정한다. 또한, 제2크랭크각도를 검출압력 측정단계에서와 대응되게 엔진회전속도(1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm)별로 측정한다.

지연각 산출단계(S5)에서는 제1크랭크각도(CA_{NDP0 .5})와 제2크랭크각도의 차이 인 지연각(CA_DD), 즉 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 표준검출압력이 0.5가 되는 시점에서의 크랭크각도(CA_{NDP0 .5})와 착화시점에서의 크랭크각도 차이를 동일한 엔진회전속도(1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm) 별로 각 연소 사이클마다 산출한다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 산출된 지연각(CA_DD)들은 8.68°를 기준으로 소정의 편차를 가지며 분포됨을 확인할 수 있다. 좀더 엄밀하게는 동일한 엔진회전속도에서 산출된 지연각(CA_DD)은 사이에는 편차가 미세하며, 엔진회전속도가 달라짐에 따라 지연각(CA_DD)의 크기가 달라지는 것을 확인할 수 있다.

검출지연각 설정단계(S6)에서는 지연각(CA_DD) 중, 동일한 엔진회전속도 하에서 산출된 지연각(CA_DD)끼리 분류한다. 그리고 분류된 지연각(CA_DD)을 수치해석이나 선형회귀법 등 수학적으로 분석하여, 이 지연각(CA_DD)들과 가장 근접하여 이 지연각(CA_DD)들을 대표할 수 있는 검출지연각(△CA_DD)을 설정한다. 즉, 제1크랭크각도와 제2크랭크각도를 축으로 하는 직교좌표 상에 동일한 엔진회전속도 하에서 측정된 데이터를 표시하고 이 데이터를 피팅(Fitting)하면 도 6 내지 도 9에 도시되어 있는 바와 같은 그래프를 얻을 수 있다. 그리고, 그래프에 도시된 직선 상에서의 제1크랭크각도와 제2크랭크각도의 차가 검출지연각(△CA_DD)이 된다. 특히 본 실시예에서 검출지연각(△CA_DD)은 1500rpm에서는 8.083°, 2000rpm에서는 8367°, 2500rpm에서는 8.884°, 3000rpm에서는 9.079°가 된다. 한편, 각 그래프 상에 표시된 데 이터와 이 데이터를 피팅(Fitting)한 직선이 서로 일치할수록 지연각(CA_DD) 사이에 편차가 적은 것을 의미하며, 결국 설정한 검출지연각(△CA_DD)이 정확하다는 것을 나타낸다.

엔진회전속도와 검출지연각의 상관관계 설정단계(S7)에서는 각 엔진회전속도 별로 설정된 검출지연각(△CA_DD)을 피팅(Fitting)하여 검출지연각과 엔진회전속도에 대한 상관관계를 설정한다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 지연각(CA_DD)은 엔진회전속도에 따라 달라진다. 이는 상술한 바와 같이 지연각(CA_DD)을 피팅하여 얻은 값인 검출지연각(△CA_DD)이 엔진회전속도에 따라 달라지는 것을 통하여 확인할 수 있다. 엔진회전속도와 검출지연각(△CA_DD)을 축으로 하는 직교좌표 상에 각 엔진회전속도 별로 설정된 검출지연각(△CA_DD)을 표시한다. 그리고 직교좌표 상에 표시된 데이터들을 피팅하면, 도 10에 점선으로 표시된 피팅라인을 얻을 수 있다. 이 피팅라인을 나타내는 식을 <수학식 1>과 같이 설정한다.

△CA_DD(N) = aN^b + c

이때, △CA_DD(N)는 엔진회전속도에 따른 검출지연각이며, N은 엔진회전속도로서 그 단위는 krpm/min이며, a, b, 및 c는 상수이다.

이후, <수학식 1>이 피팅라인에 가장 근접하도록 a,b,c를 설정한다. 특히, 본 실시예에서는 a = -2.889, b = -1.934, c = 9.409 으로 설정하며, 이 경우 각 엔진회전속도에서의 실제 검출지연각과 위 식을 통해 산출되는 검출지연각 사이의 오차가 최소화된다. 그리고 이와 같이, 검출지연각과 엔진회전속도와의 상관관계를 설정하면, 모든 엔진회전속도에 대하여 검출지연각을 측정하기 위한 실험을 진행하지 않고도 각 엔진회전속도에 대한 검출지연각을 산정할 수 있게 된다.

착화시기 검출단계(S8)에서는, 먼저 착화시기를 측정하고자 하는 대상엔진의 연소실에서 검출압력을 측정하고, 측정된 검출압력을 노멀라이즈 하여 표준검출압력을 산출한다. 이후, 표준검출압력이 기준표준검출압력과 일치하는 시점의 크랭크각도인 제1크랭크각도를 측정한다. 특히, 본 실시예에서는 표준검출압력이 0.5가 되는 시점의 크랭크각도를 측정한다. 이후, <수학식 1>에 엔진회전속도를 대입하여 검출지연각을 구하고, 이 값을 제1크랭크각도에서 빼면 제2크랭크각도가 산출되므로 착화시기가 검출된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진의 착화시기 검출방법에는 검출압력을 노멀라이즈 하는 단계가 구비되어 있다. 따라서, 최대검출압력이 엔진의 운전조건에 따라 크게 변화하는 가솔린 압축착화 엔진의 착화시점도 정확하게 측정할 수 있다. 그리고, 표준검출압력의 상승 기울기가 운전조건의 변화에 따른 영향을 받지 않으므로, 종래의 열발생 분석방법에서 수십 사이클 동안의 압력 신호를 평균하여 사용한 것과 달리 각 연소 사이클 마다의 착화시기를 검출할 수 있으며, 그 결과 착화시기를 측정하는데 소요되는 시간이 짧아진다. 즉, 본 발명을 이용하면 착화시기를 신속하고 정확하게 측정할 수 있으며, 이를 통하여 되먹임 제어를 효율 적으로 할 수 있게 된다. 따라서, 엔진의 연소효율이 상승하게 되며, 배기가스의 배출양도 줄어들게 된다.

이하, 본 발명의 노멀라이즈 단계가 가지는 효과를 구체적으로 설명하기 위하여, 본 발명과 앞서 언급한 검출압력을 이용하여 착화시기를 검출하는 방법(이하, '비교발명'이라 함)을 실험 데이터를 바탕으로 상호 비교하기로 한다.

도 11 내지 도 14는 각각 가솔린 압축착화엔진의 엔진 회전 속도가 1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm에서 착화시점에서의 크랭크각도와 검출압력이 10bar가 되는 시점에서의 크랭크각도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 6 내지 도 9와 도 11 내지 도 14를 서로 비교하여 보면, 도 6 내지 도 9 상에 나타나있는 데이터들이 직선 상에 더 가까운 것을 확인할 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서의 지연각의 편차가 비교발명에서 지연각의 편차보다 더 작은 것을 의미한다. 따라서, 발명으로 검출된 착화시기가 비교발명으로 검출된 착화시기보다 더 정확함을 알 수 있다.

<표 1> 및 <표 2>는 비교발명과 본 발명을 수치적으로 분석한 결과를 나타내는 것이다.

비교발명의 분석표

엔진 회전 속도	1500 rpm	2000rpm	2500 rpm	3000 rpm
SSE (Sum of Squares due to the Error)	1.16	0.3324	0.9191	0.5307
결정계수 (R-square)	0.8105	0.9582	0.929	0.987

본 발명의 분석표

엔진 회전 속도	1500 rpm	2000rpm	2500 rpm	3000 rpm
SSE (Sum of Squares due to the Error)	0.9996	0.0193	0.2599	0.183
결정계수 (R-square)	0.8215	0.998	0.9819	0.9954

SSE는 그래프 상에 나타나지 않은 오차로 인한 분산을 의미하며, 총분산(SST :Total Sum of Squares)에서 그래프 상에서 설명되는 분산값인 SSR(Re gression Sum of Squares)을 뺀 값에 해당한다. SSE는 그 수치가 0에 가까울수록 지연각의 분산이 작아짐을 의미한다. 그리고 결정계수는 데이터로부터 추정된 회귀선이 데이터에 얼마나 적합한가를 나타내는 척도로서, 도 6 내지 도 9 및 도 11 내지 도 14의 그래프 상에 표시된 직선과 그래프 상에 표시된 데이터가 서로 얼마나 일치하는가를 나타내는 계수이다. 결정계수는 그 수치가 1에 가까울수록 정확한 검출지연각을 측정할 수 있음을 의미한다.

<표1>과 <표2>를 참조하면, 본 발명의 SSE가 비교발명의 SSE보다 0에 근접하며, 본 발명의 결정계수가 비교발명의 결정계수보다 1에 근접하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명을 이용하는 경우 비교발명을 이용하는 경우보다 지연각의 편차가 더 작으므로 정확한 검출지연각을 설정할 수 있으며, 그 결과 더 정확한 착화시기를 검출할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.

예를 들어, 본 실시예에서는 가솔린 압축착화 엔진의 착화시기를 검출하도록 구성되어 있으나 디젤엔진의 착화시기를 검출하도록 구성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 각 엔진회전속도 별로 검출지연각을 산출하고 이 검출지연각을 이용하여 착화시기를 검출하도록 구성되어 있으나, 모든 엔진회전속도에 대한 검출지연각을 도 5에 도시되어 있는 8.68°로 설정하고 이 검출지연각을 이용하여 하여 대략적인 착화시기를 검출하도록 구성할 수도 있다.

도 1은 가솔린 압축착화엔진에 있어서, 연소실 내부의 일반적인 열 발생율을 표현한 그래프이다.

도 2는 착화시기의 변화에 따른 엔진의 NO_X와 HC의 배출량을 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 착화시기 검출방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.

도 4는 도 3의 지연각을 설명하는 그래프이다.

도 5는 서로 다른 운전조건에 대한 지연각을 나타낸 그래프이다.

도 6 내지 도 9는 가솔린 압축착화엔진의 엔진회전속도가 각각 1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm일때의 제1크랭크각도와 제2크랭크각도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 10은 엔진속도변화에 대한 검출지연각의 변동 경향을 나타낸 그래프이다.

도 11 내지 도 14은 가솔린 압축착화엔진의 엔진회전속도가 각각 1500rpm, 2000rpm, 2500rpm, 3000rpm일때, 착화시기에서의 크랭크각도와 검출압력이 10bar가 되는 시점에서의 크랭크각도 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

S1...검출압력 측정단계 S2...표준검출압력 산출단계

S3... 제1크랭크각도 측정단계 S4...제2크랭크각도 측정단계

S5...지연각 산출단계 S6...검출지연각 설정단계

S7...엔진회전속도와 검출지연각의 상관관계 설정단계

S8...착화시기 검출단계 CA_NDPxx...제1크랭크각도

CA_DD...지연각 △CA_DD...검출지연각

Claims (6)

1. 연소가 일어날 때의 엔진의 연소실 내부 압력과 연소가 일어나지 않을 때의 상기 엔진의 연소실 내부 압력의 차이인 검출압력을 측정하는 단계;

   상기 검출압력을 상기 검출압력이 측정되는 해당 연소 사이클에서의 최대 검출압력으로 노멀라이즈 하여 표준검출압력을 산출하는 단계;

   상기 표준검출압력이 미리 설정된 기준표준검출압력과 일치하는 시점에서의 크랭크각도인 제1크랭크각도를 상기 각 연소 사이클별로 측정하는 단계;

   상기 엔진 내부에서 착화가 일어나는 착화시점에서의 크랭크각도인 제2크랭크각도를 상기 각 연소 사이클별로 측정하는 단계;

   상기 제1크랭크각도와 상기 제2크랭크각도의 차이인 지연각을 상기 각 연소 사이클별로 산출하는 단계; 및

   상기 각 연소 사이클별로 산출된 지연각을 기초로 상기 지연각을 대표하는 검출지연각을 설정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 착화시기 검출방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 지연각을 산출하는 단계에서는,

   동일한 엔진회전속도에서 측정된 상기 검출압력으로부터 산출된 표준검출압력과 상기 기준표준검출압력이 일치하는 시점에서의 크랭크각도인 제1크랭크각도 와, 상기 동일한 엔진회전속도에서 측정된 착화시점에서의 크랭크각도인 제2크랭크각도의 차이인 지연각을 상기 각 엔진회전속도별로 측정하고,

   상기 검출지연각을 설정하는 단계에서는,

   상기 각 엔진회전속도별로 측정된 지연각을 기초로 상기 각 엔진회전속도에서의 상기 지연각을 대표하는 상기 검출지연각을 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 착화시기 검출방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 각 엔진회전속도별로 설정된 상기 검출지연각을 기초로 하여 상기 검출지연각과 상기 엔진회전속도에 대한 상관관계를 설정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 착화시기 검출방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 상관관계는 <수학식 1>에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 엔진의 착화시기 검출방법,

   <수학식 1>

   △CA_DD(N) = aN^b + c

   △CA_DD(N)는 엔진회전속도에 따른 검출지연각이고, N은 엔진회전속도이며, a와 b와 c는 상수이다.
5. 제1항에 있어서,

   착화시기를 측정하고자 하는 대상엔진의 상기 제1크랭크각도를 측정하는 단계; 및

   상기 측정된 대상엔진의 제1크랭크각도와 상기 검출지연각의 차이로부터 상기 대상엔진의 제2크랭크각도를 산출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 착화시기 검출방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 엔진은 가솔린 압축착화 엔진인 것을 특징으로 하는 엔진의 착화시기 검출방법.

Images