KR101063061B1

KR101063061B1 - 내연 기관 내에서 노킹을 제어하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101063061B1
Application number: KR1020087030905A
Authority: KR
Inventors: 겐지 가사시마
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-21
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2011-09-07
Also published as: WO2007148200A1; CN101360903A; KR20090026292A; JP4229142B2; JP2008002323A; CN101360903B; EP2029870A1; US20080228381A1; EP2029870B1; US7753027B2

Abstract

본 발명에 따른 엔진의 노킹 제어 장치는 엔진 내에 제공되는 노킹 검출기의 출력 신호에 기초하여 엔진에 노킹이 발생하고 있는 지를 판정하는 제1 판정 장치와, 제1 판정 장치가 엔진에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정할 때에 엔진의 점화 시기를 지각시키는 제어기와, 제어기가 점화 시기를 지각시킬 때에 얻어지는 엔진의 출력 토크에 기초하여 엔진에 노킹이 발생하고 있는 지를 확인하는 제2 판정 장치를 포함한다.

노킹 제어 장치, 노킹 검출기, 점화 시기, 출력 토크, 제어기

Description

내연 기관 내에서 노킹을 제어하는 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING KNOCK IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관 내에서 노킹을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

내연 기관의 점화 시기가 과도하게 진각되면, 비정상 연소로 인해 노킹이 발생하여, 실린더 및 피스톤을 손상시킬 수 있다. 따라서, 일부 내연 기관에는 노킹을 방지하는 노킹 제어 장치가 제공된다. 노킹 제어 장치는 노킹이 발생하였는 지를 판정하고, 노킹을 방지하기 위해 내연 기관의 동작을 조절한다.

노킹 제어 장치에 의한 판정은 노킹 센서로부터 출력되는 신호에 의존한다. 전형적인 노킹 센서가 실린더 블록 상으로 장착되는 진동 픽업이다. 노킹 센서는 노킹에 특유한 주파수 범위 내의 실린더 블록의 진동을 감지하고 진동을 전기 출력 신호로 변환한다. 노킹 제어 장치는 노킹 센서의 출력 신호로부터 변환되는 노킹 강도 수치(LVPK)가 노킹 기준 수준(VKD) 이상일 때에 노킹이 발생한 것으로 판정한다. 반대로, 노킹 제어 장치는 노킹 강도 수치(LVPK)가 노킹 기준 수준(VKD) 미만일 때에 노킹이 발생하지 않은 것으로 판정한다. 판정 결과에 따라, 노킹 제어 장치는 노킹을 방지하기 위해 내연 기관을 제어하며, 바꿔 말하면 노킹 제어 장치는 노킹 방지 제어를 실행한다. 노킹 방지 제어는 일반적으로 더 효과적인 노킹 방지 를 가져오는 응답성 점화 시기 제어에 의해 성취된다. 더 구체적으로, 점화 시기는 노킹이 검출될 때에 지각(retard)되거나 노킹이 검출되지 않을 때에 진각(advance)된다. 이는 노킹이 허용 가능한 범위 내에서 최소화되거나 엔진 상태가 노킹이 발생하기 직전의 수준으로 유지되도록 노킹 제어 장치가 내연 기관을 제어하게 한다.

실린더 블록은 노킹뿐만 아니라 또한 내연 기관의 인젝터, 밸브 및 다른 부품의 구동으로 인해 진동된다. 따라서, 노킹 센서의 출력 신호는 엔진 부품의 기계적 동작으로 인해 발생되는 유사 노킹 신호(false knock signal) 뿐만 아니라 노킹으로 인해 발생되는 진성 노킹 신호(true knock signal)를 포함한다. 그러므로, 유사 노킹 신호가 진성 노킹 신호로서 부적절하게 판정되면, 점화 시기가 불필요하게 지각되어, 엔진 출력 및 에미션(emission) 효율을 저하시킬 수 있다.

이 문제점에 비추어, 다음의 내연 기관을 위한 노킹 제어 장치가 제안되었다. 일본특허공개공보 평6-101556호는 노킹 센서의 출력 신호에 기초하여 지각 제어 하에서 수행되는 점화 시기 지각량을 산출하고, 산출된 지각량을 기초로 하여 노킹 센서의 출력 신호가 유사 노킹 신호인 지를 판정하는 노킹 제어 장치를 기재하고 있다. 더 구체적으로 말하면, 노킹 제어 장치는 어떤 최대 임계치 및 최소 임계치를 미리 설정한다. 지각량이 미리 설정된 최대 임계치와 미리 설정된 최소 임계치 사이의 범위 내에 속하면, 출력 신호는 유사 노킹 신호인 것으로 판정된다. 반대로, 지각량이 범위로부터 벗어나면, 출력 신호는 진성 노킹 신호인 것으로 판정된다.

내연 기관을 위한 다른 노킹 제어 장치가 일본특허공개공보 제2003-278592호에 기재되어 있다. 일본특허공개공보 제2003-278592호에 기재된 노킹 제어 장치는 노킹 강도(LVPK)에 기초하여 노킹이 발생할 때에 노킹 센서로부터 출력되는 신호가 진성 노킹 신호인 지를 판정한다. 노킹 강도(LVPK)는 노킹 센서의 출력 신호로부터 변환되는 수치이다. 더 구체적으로, 현재의 노킹 강도 수치(LVPK)가 그 이전의 수치 이하이면, 출력 신호는 진성 노킹 신호인 것으로 판정된다. 반대로, 현재의 노킹 강도 수치(LVPK)가 그 이전의 수치를 초과하면, 출력 신호는 유사 노킹 신호인 것으로 판정된다. 추가로, 진성 노킹이 검출될 때, 점화 시기를 지각시키면 노킹이 방지된다. 이는 더 낮은 노킹 강도(LVPK)를 가져온다. 반대로, 유사 노킹이 주로 피스톤 및 다른 부품으로부터의 기계적 노이즈로 인해 검출되면, 점화 시기를 지각시키는 것은 유사 노킹이 더 커지는 것을 돕는다. 이는 더 높은 노킹 강도(LVPK)를 가져온다. 이와 같이, 노킹 제어 장치는 점화 시기 지각 제어 하에서 얻어진 노킹 강도(LVPK) 또는 노킹 센서의 출력 신호의 거동에 기초하여 진성 또는 유사 노킹이 검출되는 지를 판정한다.

그러나, 다수의 기계 장치가 내연 기관 내에 장착되면 기계적 노이즈도 실린더 블록을 진동시킨다. 이러한 실린더 블록의 진동은 엔진 동작 상태에 따라 변동된다. 이 때문에, 일본특허공개공보 평6-101556호에 기재된 노킹 제어 장치는 노킹 센서의 출력 신호에 기초하여 산출되는 점화 시기 지각량이 미리 설정된 최대 임계치와 미리 설정된 최소 임계치 사이의 범위로부터 벗어나더라도 유사 노킹이 진성 노킹으로서 부적절하게 판정되는 부적절한 판정의 문제점을 회피할 수 없다. 다음으로, 일본특허공개공보 제2003-278592호에 기재된 노킹 제어 장치도 또한 현재의 노킹 강도(LVPK)가 그 이전의 수치 이하라면 유사 노킹을 지시하는 출력 신호가 진성 노킹으로서 부적절하게 판정되는 유사한 문제점을 갖는다. 위에서 설명된 것과 같이, 어떠한 종류의 노킹 제어 장치라도 노킹 판정이 노킹 센서의 출력 신호를 기초로 할 때에 노킹 판정의 충분한 정확성을 확보할 수 없다.

본 발명은 노킹 센서의 출력 신호를 사용하는 종래의 노킹 제어 장치에 비해 상당히 정확한 노킹 판정을 성취하는 내연 기관을 위한 노킹 제어 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 내연 기관을 위한 노킹 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 태양은, 상기 내연 기관 내에 제공되는 노킹 검출기의 출력 신호에 기초하여 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 판정하는 제1 판정 장치와, 상기 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정한 때에 상기 내연 기관의 점화 시기를 지각시키는 제어기와, 상기 제어기가 점화 시기를 지각시킬 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크에 기초하여 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 확인하는 제2 판정 장치를 포함하는 내연 기관을 위한 노킹 제어 장치에 관한 것이다.

혼합기가 내연 기관의 연소실 내에서 연소될 때, 자연 발화 또는 비정상 연소가 일어날 수 있으며, 이것은 노킹을 유발시킨다. 노킹이 내연 기관 내에서 발생할 때에 점화 시기를 지각시키는 것은 연소실 내에서 자연 발화 또는 비정상 연소를 방지한다. 그럼에도 불구하고, 이는 내연 기관의 연소 효율을 크게 저하시키지 않는다. 따라서, 내연 기관에 노킹이 발생하고 있을 때에 점화 시기를 지각시키는 것은 내연 기관의 출력 토크의 작은 변화를 가져온다. 반대로, 유사 엔진 노킹이 발생할 때에 점화 시기를 지각시키는 것은 내연 기관의 연소 효율을 저하시킨다. 따라서, 유사 엔진 노킹이 발생할 때에 점화 시기를 지각시키는 것은 내연 기관의 출력 토크의 큰 변화를 가져온다. 따라서, 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지는 점화 시기가 지각될 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크에 기초하여 판정된다.

이처럼 구성된 노킹 제어 장치는 내연 기관 내에 제공되는 노킹 검출기의 출력 신호에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 판정하는 제1 판정 장치와, 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정하면 내연 기관의 점화 시기를 지각시키는 제어기를 포함한다. 이와 같이, 노킹 센서를 사용한 종래의 장치의 경우에서와 같이, 노킹 센서의 출력 신호에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것이 판정되면, 엔진 점화 시기는 지각된다.

본 발명의 노킹 제어 장치는 제어기가 점화 시기를 지각시킬 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 확인하는 제2 판정 장치를 더 포함한다. 이와 같이, 출력 신호가 유사 노킹을 지시하고 제1 판정 장치가 유사 노킹을 진성 노킹으로 부적절하게 판정할 때, 제2 판정 장치는 내연 기관의 출력 토크에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 확인한다. 그러므로, 다양한 기계적 노이즈가 엔진 동작 상태에 따라 생성되더라도, 이들 기계적 노이즈와 독립적인 내연 기관의 출력 토크의 사용은 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지의 적절한 판정을 가능케 한다. 결국, 본 발명의 노킹 제어 장치는 노킹 센서의 출력 신호를 사용한 종래의 장치에 비해 상당히 정확한 노킹 판정을 성취한다.

더 구체적으로, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 제2 판정 장치는, 제어기가 점화 시기를 지각시킬 때에 얻어지는 엔진의 출력 토크의 변화율이 진성 노킹을 지시하는 내연 기관의 출력 토크의 변화율을 초과하면, 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 제2 판정 장치는, 제어기가 점화 시기를 지각시킬 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크의 변화율이 진성 노킹을 지시하는 내연 기관의 출력 토크의 변화율의 범위 내에 속하면, 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것을 확인할 수 있다.

나아가, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 내연 기관의 출력 토크의 변화율은 단위 지각량당 내연 기관의 출력 토크의 변화량일 수 있다.

위에서 설명된 것과 같이, 내연 기관의 출력 토크의 변화율은 단위 지각량당 내연 기관의 출력 토크의 변화량이다. 그러므로, 지각량은 노킹 방지 제어에서 노킹 검출기의 출력 신호에 따라 변동 가능하지만, 지각량와 출력 토크 사이의 관계가 진성 또는 유사 노킹을 판정하기 위해 동일한 기준에 대해 평가된다. 이는 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지의 더 적절한 판정을 가능케 한다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 제2 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 확인하면, 제어기는 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 잠정적으로 판정한 때에 지각된 점화 시기를 지각 전의 점화 시기로 재설정할 수 있다.

이처럼 구성된 제어기는 제2 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 확인하면 지각된 점화 시기를 지각 전의 점화 시기로 재설정한다. 이는 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 부적절하게 판정할 때에 점화 시기가 지각되는 것을 방지한다. 따라서, 내연 기관의 출력 토크가 지각된 점화 시기로 인해 감소되는 것이 방지된다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 제2 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것을 확인하면, 제어기는 지각된 점화 시기를 유지할 수 있다.

이처럼 구성된 제어기는 제2 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것을 확인하면 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정한 때에 지각된 점화 시기를 유지한다. 이는 제1 판정 장치 및 제2 판정 장치에 의해 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 정확하게 판정되었기 때문에 제어기가 지각된 점화 시기를 유지하게 한다.

본 발명의 제2 태양은, 상기 내연 기관 내에 제공되는 노킹 검출기의 출력 신호에 기초하여 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 판정하는 단계와, 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것이 판정되면 상기 내연 기관의 점화 시기를 지각시키는 단계와, 점화 시기가 지각될 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 확인하는 단계를 포함하는 엔진 노킹을 제어하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 위의 그리고 추가의 목적, 특징 및 장점은 동일한 요소에 동일한 도면 부호가 사용된 첨부 도면을 참조한 예시 실시예의 후속 설명으로부터 명확해질 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관을 위한 노킹 제어 장치의 개략도이다.

도2는 도1의 노킹 제어 장치에 의한 노킹 제어 과정의 단계를 도시하는 흐름도이다.

도3은 도1의 노킹 제어 장치를 위한 점화 시기 지각량과 엔진 출력 토크 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.

내연 기관을 위한 노킹 제어 장치가 차량 엔진에 적용되는 본 발명의 일 실시예가 도1 내지 도3을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 도1에 도시된 것과 같이, 엔진은 4개의 실린더(1a)(이들 중 1개만이 도시됨)를 갖는 실린더 블록(1)과, 실린더 블록(1)의 상부 상에 배치되는 실린더 헤드(2)를 포함한다. 피스톤(3)이 왕복 운동을 위해 각각의 실린더(1a) 내에 제공된다. 피스톤(3)은 커넥팅 로드(4)를 통해 크랭크샤프트(5)에 연결된다. 피스톤(3), 실린더(1a) 및 실린더 헤드(2)는 각각의 실린더에 대응하는 연소실(13)을 형성한다.

실린더 헤드(2)는 각각의 연소실(13)을 위해 제공되는 흡기 포트(2a) 및 배기 포트(2b)를 포함한다. 흡기 포트(2a)는 연소실(13)에 흡기 매니폴드(6) 내에 형성되는 흡기 분지 통로(6a)를 연결한다. 흡기 포트(2a) 및 흡기 분지 통로(6a) 는 흡기 통로의 일부를 형성한다. 배기 포트(2b)는 연소실(13)에 배기 매니폴드(7) 내에 형성되는 배기 분지 통로(7a)를 연결한다. 배기 포트(2b) 및 배기 분지 통로(7a)는 배기 통로의 일부를 형성한다.

실린더 헤드(2) 내에, 각각 흡기 포트(2a) 및 배기 포트(2b)를 개폐하는 흡기 밸브(9) 및 배기 밸브(10)가 제공된다. 흡기 밸브(9) 및 배기 밸브(10)는 각각 흡기 캠샤프트(11) 및 배기 캠샤프트(12)에 의해 구동된다. 흡기 캠샤프트(11) 및 배기 캠샤프트(12)는 크랭크샤프트(5)의 회전과 연동하여 동작된다.

실린더 헤드(2) 내에, 점화 플러그(8) 및 연료 분사 밸브(14)가 또한 각각의 연소실(13)을 위해 제공된다. 점화 플러그(8)의 말단 단부, 즉 전극(8a)이 흡기 포트(2a)의 개구와 배기 포트(2b)의 개구 사이의 연소실(13) 내의 중심에 위치된다. 연료 분사 밸브(14)의 말단 단부(14a)가 도1에서 흡기 포트(2a)의 개구의 우측 상의 연소실(13) 내에 위치된다. 연료 분사 밸브(14)는 말단 단부(14a)에 형성되는 구멍으로부터 연소실(13) 내로 직접 연료를 분사한다.

엔진은 각각의 엔진 동작 상태를 검출하는 여러 개의 센서를 갖는다. 예컨대, 노킹 센서(20)가 실린더 블록(1) 상에 제공된다. 노킹 센서(20)는 실린더 블록(1)의 진동 강도에 대한 응답으로 노킹 신호(KCS)를 출력하도록 설계된다. 노킹 센서(20)는 본 발명의 노킹 제어 장치 내에서 노킹 검출기로서 생각될 수 있다. 크랭크샤프트(5)에 인접하여, 크랭크샤프트(5)의 회전 속도(엔진 속도)에 응하여 회전 속도 신호(NES)를 출력하는 회전 속도 센서(21)가 제공된다. 공기 유량계(22)가 엔진 흡기 통로 내에 제공된다. 공기 유량계(22)는 흡기 통로를 통과하 는 흡기 공기의 체적에 응하여 흡기 공기 체적 신호(GAS)를 출력한다. 토크 센서(23)가 크랭크샤프트(5)에 연결된다. 토크 센서(23)는 크랭크샤프트(5)로 전달된 토크, 즉 엔진 출력 토크에 응하여 토크 신호(TOS)를 출력하도록 설계된다.

각각의 센서(20 내지 23)로부터 출력된 신호는 엔진 전자 제어 유닛(30)(이후, "ECU"라 함)에 의해 수신된다. ECU(30)는 CPU, 메모리, 입력-출력 회로 및 구동 회로를 포함한다. ECU(30)는 출력 신호에 기초하여 엔진 동작 상태의 파라미터를 독취 및 산출한다. 추가로, ECU(30)는 연소 모드, 점화 시기, 연료 분사 및 다른 다양한 엔진 동작 상태를 제어하기 위해 점화 플러그(8), 연료 분사 밸브(14) 그리고 다른 장치의 동작을 조절한다.

위에서 설명된 엔진을 위한 노킹 제어 과정의 단계가 도2 및 도3을 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 도2에 도시된 일련의 단계가 소정의 간격으로 ECU(30)에 의해 반복된다.

도2에 도시된 것과 같이, 우선, 단계 S100에서 엔진 내에서 노킹이 발생하는 지가 잠정적으로 판정된다. 더 구체적으로 말하면, 미리 설정된 노킹 판정 기간 동안 노킹 신호(KCS)의 피크 홀드 수치(peak hold value)가 각각의 실린더에 대해 획득된다. 또한, 피크 홀드 수치의 대수 변환 수치가 노킹 강도(LVPK)로서 산출된다. 미리 설정된 노킹 판정 기간은 노킹이 타겟 실린더 내에서 시작되는 시간을 포함한다. 노킹 강도(LVPK)는 노킹의 존재 유무를 판정하기 위해 미리 설정된 노킹 기준 수준(VKD)과 비교된다. 바꿔 말하면, 노킹 강도(LVPK)가 노킹 기준 수준(VKD)을 초과하면, ECU(30)는 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 것으로 잠정적 으로 판정한다. 노킹 강도(LVPK)가 노킹 기준 수준(VKD) 이하이면, ECU(30)는 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있지 않는 것으로 잠정적으로 판정한다. 단계 S100은 본 발명의 노킹 제어 장치의 제1 판정 장치에 의해 수행될 단계로서 생각될 수 있다. 노킹 기준 수준(VKD)은 경험적으로 결정되고, ECU(30)의 메모리 내에 기억된다.

ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 것으로 잠정적으로 판정하면(단계 S100에서, 예), 점화 시기 지각 제어 전에 얻어지는 엔진 출력 토크(TA)(제어전 토크)가 ECU(30)의 메모리 내에 기억된다(단계 S101). 점화 시기 지각 제어는 나중에 논의될 것이다. 크랭크샤프트(5)로 전달되는 토크 즉 엔진 출력 토크(TO)가 토크 신호(TOS)에 기초하여 산출되고, 제어전 토크(TA)로서 ECU(30)의 메모리 내에 기억된다.

단계 S101 후, ECU(30)는 점화 플러그(8)의 점화 시기를 지각시키는 점화 시기 지각 제어를 실행한다(단계 S102). 더 구체적으로, ECU(30)는 흡기 공기 체적 신호(GAS)에 기초하여 흡기 공기 체적(GA)을 산출할 뿐만 아니라 또한 회전 속도 신호(NES)에 기초하여 엔진 속도(NE)를 산출한다. 엔진 속도(NE), 흡기 공기 체적(GA) 및 노킹 강도(LVPK)는 점화 플러그(8)의 기준 점화 시기(IT)에 대해 지각량(ITLA)을 가변적으로 설정하는 데 사용된다. 지각량(ITLA)은 지각량(ITLAK)으로서 ECU(30)의 메모리 내에 기억된다. 점화 플러그(8)의 기준 점화 시기(IT)는 ECU(30)에 의해 수행된 점화 시기 제어 하에서 미리 설정된다. 점화 시기 제어는 점화 플러그(8)의 기준 점화 시기(IT)가 엔진 속도(NE), 흡기 공기 체적(GA) 및 다 른 파라미터에 따라 가변적으로 설정되게 한다.

점화 시기 지각 제어 하에서, 점화 플러그(8)의 점화 시기(ITO)는 다음의 식 (1)에 따라 판정된다.

ITO = IT + ITLA (1)

단계 S102는 본 발명의 노킹 제어 장치 내에서 엔진 점화 시기(ITO)를 지각시키는 제어기에 의해 수행될 단계로서 생각될 수 있다.

단계 S102 후, 지각 제어 후에 얻어지는 엔진 출력 토크(TB)(제어후 토크)가 ECU(30)의 메모리 내에 기억된다(단계 S103). 더 구체적으로, 엔진 출력 토크(TO)는 토크 센서(23)로부터 출력된 토크 신호(TOS)에 기초하여 산출되고, 제어후 토크(TB)로서 ECU(30)의 메모리 내에 기억된다. 예컨대, 제어후 토크(TB)는 모든 실린더에 대한 각각의 점화 시기(ITO)에 지각 제어가 적용된 후의 시점에 얻어진다.

단계 S103 후, ECU(30)는 엔진 토크 변화율(TDR)을 산출한다(단계 S104). 구체적으로, 토크 변화율(TDR)은 다음의 식 (2)에 따라 산출된다.

TDR =｜TB-TA｜/ ITLAK (2)

식 (2)에 의해 설명된 것과 같이, 토크 변화율(TDR)은 단위 지각량당 엔진 출력 토크(TO)의 변화량이다.

단계 S104 후, ECU(30)는 엔진에 노킹이 발생하고 있지 않는 지를 확인한다(단계 S105). 더 구체적으로, 토크 변화율(TDR)이 특정된 변화율(TDRK)을 초과하면, ECU(30)는 엔진에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 확인한다. 토크 변화율(TDR)이 특정된 토크 변화율(TDRK) 이하이면, ECU(30)는 엔진 내에서 노킹이 발 생하고 있다는 것을 확인한다. 특정된 토크 변화율(TDRK)은 진성 엔진 노킹을 지시하는 엔진 출력 토크(TO)의 최대 변화율이다. 바꿔 말하면, 점화 시기(ITO)가 지각될 때에 얻어진 엔진 출력 토크의 변화율이 진성 엔진 노킹을 지시하는 변화율의 범위 내에 속하면, ECU(30)는 엔진 내에서 노킹이 발생한다는 것을 확인한다. 단계 S105는 본 발명의 노킹 제어 장치 내에서 제2 판정 장치에 의해 수행될 단계로서 생각될 수 있다.

이제, 특정된 토크 변화율(TDRK)을 산출하는 방법이 도3을 참조하여 설명될 것이다. 도3에서, 지각량은 엔진 점화 시기(ITO)가 MBT(최적의 출력 및 연비를 위한 점화 시기)로 설정될 때에 "0"으로 설정된다.

도3에 도시된 것과 같이, 진성 노킹(일점쇄선에 의해 도시됨) 및 유사 노킹(실선에 의해 도시됨)의 경우의 양쪽에서, 점화 플러그(8)의 점화 시기(ITO)가 MBT에 대해 지각됨에 따라, 엔진 출력 토크(TO)가 감소된다. 점화 시기가 MBT에 대해 주어진 지각량 ITLAα만큼 지각되면, 토크는 진성 노킹 중에 TDN만큼 감소되고, 유사 노킹 중에 TDG만큼 감소된다. TDN과 TDG 사이의 비교가 다음의 식 (3)에 의해 표현된 관계를 수립한다.

TDN < TDG (3)

더 구체적으로, 진성 노킹 중의 토크 변화율(TDRN)과 유사 노킹 중의 토크 변화율(TDRG) 사이의 비교가 다음의 식 (4)에 의해 표현된 관계를 수립한다.

TDRN(=TDN/ITLAα) < TDRG(=TDG/ITLAα) (4)

진성 노킹을 지시하는 토크 변화율(TDRN)은 본 발명에 따른 진성 엔진 노킹 중의 내연 기관의 출력 토크의 변화율로서 생각될 수 있다.

엔진 속도(NE) 및 흡기 공기 체적(GA) 등의 엔진 동작 제어 파라미터가 변동됨에 따라, 진성 노킹 중의 토크 변화율(TDRN) 및 유사 노킹 중의 토크 변화율(TDRG)이 변동된다. 그러므로, 단계 S105에서, 다음의 식 (5)에 의해 설명된 관계를 충족시키면서, 특정된 토크 변화율(TDRK)이 진성 엔진 노킹 중의 엔진 출력 토크(TO)의 최대 변화율로 설정된다.

TDRN < TDRK < TDRG (5)

본 발명의 노킹 확인 과정에서, 특정된 토크 변화율(TDRK)과 각각의 엔진 동작 제어 파라미터 사이의 관계는 경험적으로 수립된다. 이들 관계를 한정하는 함수 데이터(함수 맵)가 ECU(30)의 메모리 내에 기억된다. ECU(30)는 엔진 내의 각각의 센서로부터 출력된 신호에 기초하여 엔진 동작 제어 파라미터를 산출한다. 그 다음에, ECU(30)는 함수 맵을 참조하여 특정된 토크 변화율(TDRK)을 산출한다.

엔진에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것이 확인되면(단계 S105에서, 예), ECU(30)는 지각 전의 점화 시기로 점화 플러그(8)의 점화 시기(ITO)를 설정하기 위해 지각 제어를 실행한다(단계 S106). 더 구체적으로 말하면, 점화 플러그(8)의 점화 시기(ITO)는 다음의 식 (6)에 따라 재설정된다.

ITO = IT (6)

단계 S106 후, 일련의 단계는 일시적으로 종료된다. 다음에, 일련의 단계는 또한 ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 잠정적으로 판정하면(단계 S100에서, 아니오) 또는 ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 일어나고 있다는 것을 확인하면(단계 S105에서, 아니오) 일시적으로 종료된다.

노킹 판정 과정에 따르면, ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 것으로 단계 S100에서 잠정적으로 판정하고 그 다음에 엔진에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 단계 S105에서 확인하면, ECU(30)는 최종적으로 유사 엔진 노킹이 발생한 것으로 판정한다. ECU(30)가 유사 엔진 노킹이 발생한 것으로 판정하면, 지각된 점화 시기[ITO(IT+ITLA)]는 지각 전의 점화 시기[ITO(IT)]로 재설정된다. 반대로, ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 것으로 단계 S100에서 잠정적으로 판정하고 그 다음에 노킹이 발생하고 있다는 것을 단계 S105에서 확인하면, ECU(30)는 최종적으로 진성 엔진 노킹이 발생한 것으로 판정한다. ECU(30)가 진성 엔진 노킹이 발생한 것으로 판정하면, 지각된 점화 시기[ITO(IT+ITLA)]는 유지된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 다음의 기능 및 효과가 상세하게 논의된 것과 같이 성취된다. (1) 혼합기가 엔진 연소실 내에서 연소될 때, 자연 발화 또는 비정상 연소가 발생할 수 있으며, 이는 노킹을 가져온다. 엔진에 노킹이 발생하고 있을 때에 점화 시기(ITO)를 지각시키는 것은 연소실 내에서 자연 발화 또는 비정상 연소를 방지한다. 그럼에도 불구하고, 이것은 엔진 연소 효율을 크게 저하시키지 않는다. 따라서, 엔진에 노킹이 발생하고 있을 때에 점화 시기(ITO)를 지각시키는 것은 엔진 출력 토크(TO)의 최소의 감소를 가져온다. 반대로, 유사 엔진 노킹이 발생하고 있을 때에 점화 시기(ITO)를 지각시키는 것은 엔진 연소 효율을 저하시킨다. 따라서, 유사 엔진 노킹이 발생하고 있을 때에 점화 시기(ITO)를 지각 시키는 것은 엔진 출력 토크(TO)의 큰 감소를 가져온다. 그러므로, 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 지는 점화 시기(ITO)가 지각될 때에 얻어진 엔진 출력 토크(TO)에 기초하여 판정된다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진을 위한 노킹 제어 장치는 단계 S100에서의 노킹 판정 및 지각 제어를 실행하도록 설계된다. 노킹 판정은 엔진 내에 제공된 노킹 센서(20)의 노킹 신호(KCS)에 기초하여 엔진에 노킹이 발생하고 있는 지를 잠정적으로 판정한다. 지각 제어는 단계 S100에서 엔진에 노킹이 발생하고 있는 것으로 잠정적으로 판정되면 엔진 점화 시기(ITO)를 지각시킨다. 이와 같이, 엔진에 노킹이 발생하고 있는 것으로 잠정적으로 판정될 때, 엔진 점화 시기(ITO)는 종래의 장치의 경우에서와 같이 지각된다.

나아가, 본 발명의 노킹 제어 장치는 단계 S105에서 노킹 판정을 수행하도록 설계된다. 노킹 판정은 지각 제어 하에서 점화 시기(ITO)가 지각될 때에 얻어지는 엔진 출력 토크에 기초하여 엔진에 노킹이 발생하고 있지 않는 지를 판정하고자 한다. 따라서, 출력 신호가 유사 노킹을 지시하고 단계 S100에서 ECU(30)가 유사 노킹을 진성 노킹으로 부적절하게 판정하면, ECU(30)는 엔진 출력 토크에 기초하여 엔진에 노킹이 발생하고 있지 않는 지를 단계 S105에서 재판정한다. 그러므로, 다양한 기계적 노이즈가 엔진 동작 상태에 따라 생성되더라도, 이들 기계적 노이즈와 독립적인 엔진 출력 토크(TO)의 사용은 ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하는 지를 적절하게 판정하게 한다. 결국, 본 발명의 노킹 제어 장치는 노킹 센서(20)의 노킹 신호(KCS)를 사용한 종래의 장치에 비해 상당히 정확한 노킹 판정을 성취한 다.

(2) 엔진 출력 토크(TO)의 토크 변화율(TDR)은 단위 지각량당 엔진 출력 토크(TO)의 변화량이다. 그러므로, 지각량(ITLA)은 지각 제어에서 노킹 센서(20)의 노킹 신호(KCS)에 따라 변동되지만, 지각량(ITLA)과 출력 토크(TO) 사이의 관계가 진성 또는 유사 노킹을 판정하기 위해 동일한 기준에 대해 평가된다. 이는 ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 지를 더 적절하게 판정할 수 있게 한다.

(3) 본 발명의 실시예에 따르면, 단계 S105에서 ECU(30)가 엔진에 노킹이 발생하고 있지 않는 것으로 판정할 때, 엔진에 노킹이 발생하고 있다는 단계 S100에서의 잠정 판정의 결과로서 지각된 점화 시기[ITO(IT+ITLA)]는 지각 전의 기준 점화 시기(IT)로 재설정된다. 이것은 ECU(30)가 엔진에 노킹이 발생하고 있는 것으로 단계 S100에서 부적절하게 판정할 때에 점화 시기가 지각되는 것을 방지한다. 따라서, 지각된 점화 시기(ITO)로 인한 엔진 출력 토크의 감소가 회피된다.

(4) 본 발명의 실시예에 따르면, ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 것으로 단계 S105에서 판정할 때, 엔진에 노킹이 발생하고 있다는 단계 S100에서의 잠정 판정의 결과로서 지각된 점화 시기[ITO(IT+ITLA)]는 유지된다. 이것은 단계 S100뿐만 아니라 단계 S105를 통해 엔진에 노킹이 발생하고 있는 것으로 정확하게 판정되었기 때문에 ECU(30)가 지각된 점화 시기를 유지하게 한다.

이 실시예는 아래에서 설명되는 방식으로 적절하게 변형될 수 있다. 본 발명의 내연 기관을 위한 노킹 제어 장치는 전술된 실시예에서 4기통 엔진에서 적용 된다. 그러나, 노킹 제어 장치는 4개보다 적은 기통(실린더)를 갖거나 5개 이상의 기통을 갖는 다른 종류의 엔진에 적용될 수 있다.

엔진 토크 변화율(TDR)은 전술된 실시예에서 식 (2)에 기초하여 산출된다. 다르게는, 엔진 토크 감소율(TDD)이 다음의 식 (7)을 기초로 하여 산출될 수 있다.

TDD = (TB-TA)/ITLAK (7)

더 구체적으로, 일반적으로 지각된 엔진 점화 시기(ITO)는 더 낮은 토크를 가져오기 때문에, 제어전 토크(TA)와 제어후 토크(TB) 사이의 차이가 사용될 수 있다.

위의 실시예에서, 엔진 내에서의 노킹의 발생 여부가 실린더 블록(1)의 진동 강도에 응하여 노킹 센서(20)로부터 출력된 신호에 기초하여 잠정적으로 판정된다. 다르게는, 잠정 판정은 연소실(13) 내의 압력을 기초로 할 수 있다. 따라서, 지각량(ITLA)은 또한 지각 제어 하에서 연소실(13) 내의 압력을 기초로 하여 설정될 수 있다.

전술된 실시예에서, 점화 플러그(8)의 기준 점화 시기(IT)에 대한 지각량(ITLA)은 지각 제어 하에서 가변적으로 설정될 수 있다. 다르게는, 지각량(ITLA)은 일정한 수치로 설정될 수 있다. 즉, 식 (2)에서의 분모가 일정한 지각량(ITLAK)이다. 이와 같이, 제어전 토크(TA)와 제어후 토크(TB) 사이의 차이는 토크 변화율(TDR)을 얻는 데 단독으로 사용될 수 있다.

위에서 설명된 실시예에서, ECU(30)가 엔진이 노킹되지 않는 것으로 단계 S105에서 판정하면, 지각 제어는 점화 플러그(8)의 점화 시기(ITO)를 지각 전의 점 화 시기로 재설정하도록 실행된다. 다르게는, 점화 시기(ITO)는 지각 전의 점화 시기와 지각된 점화 시기 사이의 중간 시기로 재설정될 수 있다.

위에서 설명된 실시예에서, ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하는 것으로 단계 S105에서 판정하면, 지각된 점화 시기[ITO(IT+ITLA)]는 유지된다. 대체예에서, ECU(30)는 점화 시기(ITO)를 추가로 지각시키기 위해 추가의 지각 제어를 실행할 수 있다.

ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 것으로 단계 S105에서 판정하면, 단계 S102에서의 지각 제어 하에서 점화 시기(ITO)가 지각된 후에도 엔진 내에서 노킹이 계속하여 발생할 수 있다. 이와 같이, ECU(30)가 엔진 내에서 노킹이 발생하고 있는 것으로 단계 S105에서 판정할 때, 단계 S102에서의 제1 지각 제어에 추가하여, 제2 지각 제어가 점화 시기(ITO)를 추가로 지각시키도록 실행된다. 이것은 엔진에 노킹이 발생하는 것을 더 확실하게 방지한다. 나아가, 지각량은 제2 지각 제어에서 단계 S104에서 산출된 토크 변화율(TDR)에 따라 변동될 수 있다.

Claims

내연 기관을 위한 노킹 제어 장치에 있어서,

상기 내연 기관 내에 제공되는 노킹 검출기(20)의 출력 신호에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 판정하는 제1 판정 장치와,

상기 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정하면 상기 내연 기관의 점화 시기를 지각시키는 제어기와,

상기 제어기가 점화 시기를 지각시킬 때에 얻어지는 상기 내연 기관의 출력 토크의 변화량에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 확인하는 제2 판정 장치를 포함하고,

상기 제2 판정 장치는, 제어기가 점화 시기를 지각시킬 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크의 변화율이 진성 노킹을 지시하는 내연 기관의 출력 토크의 변화율을 초과할 때에, 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 확인하는 노킹 제어 장치.
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제1항에 있어서, 상기 내연 기관의 출력 토크의 변화율은 단위 지각량당 내연 기관의 출력 토크의 변화량인 노킹 제어 장치.
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제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 확인하면, 상기 제어기는 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정한 때에 지각된 점화 시기를 지각 전의 점화 시기로 재설정하는 노킹 제어 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 판정 장치가 엔진 노킹이 발생하고 있지 않다는 것을 확인하면, 상기 제어기는 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정한 때에 지각된 점화 시기를 지각 전의 점화 시기와 지각된 점화 시기 사이의 중간 시기로 재설정하는 노킹 제어 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 판정 장치가 엔진 노킹이 발생하고 있다는 것을 확인하면, 상기 제어기는 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정한 때에 지각된 점화 시기를 유지하는 노킹 제어 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2 판정 장치가 엔진 노킹이 발생하고 있다는 것을 확인하면, 상기 제어기는 제1 판정 장치가 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 것으로 판정한 때에 지각된 점화 시기를 추가로 지각시키는 노킹 제어 장치.
내연 기관을 위한 노킹 제어 방법에 있어서,

상기 내연 기관 내에 제공되는 노킹 검출기의 출력 신호에 기초하여 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 판정하는 단계와,

상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것이 판정되면 내연 기관의 점화 시기를 지각시키는 단계와,

점화 시기가 지각될 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크의 변화량에 기초하여 내연 기관에 노킹이 발생하고 있는 지를 확인하는 단계를 포함하고,

점화 시기가 지각될 때에 얻어지는 내연 기관의 출력 토크의 변화율이 진성 노킹을 지시하는 내연 기관의 출력 토크의 변화율을 초과하면, 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것이 확인되는 노킹 제어 방법
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제10항에 있어서, 상기 내연 기관의 출력 토크의 변화율은 단위 지각량당 내연 기관의 출력 토크의 변화량인 노킹 제어 방법.
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제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것이 확인되면, 지각된 점화 시기는 지각 전의 점화 시기로 재설정되는 노킹 제어 방법.
제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있지 않다는 것이 확인되면, 지각된 점화 시기는 지각 전의 점화 시기와 지각된 점화 시기 사이의 중간 시기로 재설정되는 노킹 제어 방법.
제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것이 확인되면, 지각된 점화 시기는 유지되는 노킹 제어 방법.
제10항 또는 제12항에 있어서, 상기 내연 기관에 노킹이 발생하고 있다는 것이 확인되면, 지각된 점화 시기는 추가로 지각되는 노킹 제어 방법.