KR101180952B1 - Ｇｄｉ엔진의 노크 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GDI(Gasoline Direct Injection : 직접분사방식)엔진이 흡기행정에서 분할분사에 진입될 때 노크 오감지가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 GDI엔진의 노크 제어장치 및 방법이 개시된다.
본 발명은 웝업이 이루어진 시동 온 조건에서 엔진 부하가 노크 제어조건을 만족하는지 판단하는 과정, 노크 제어조건을 만족하면 엔진 부하가 흡기행정에서 분할분사 진입조건을 만족하는지 판단하는 과정, 분할분사 진입조건을 만족하지 않으면 설정된 기준값을 적용하여 노크판정을 실행하고, 분할분사 진입조건을 만족하면 노크판정 기준값을 기준값 대비 일정 배수로 높게 설정하는 과정, 분할분사 진입 후 일정시간이 경과하면 노크판정 기준값을 복원하는 과정을 포함한다.

Description

ＧＤＩ엔진의 노크 제어장치 및 방법{KNOCK CONTROL SYSTEN FOR GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 GDI(Gasoline Direct Injection : 직접분사방식)엔진에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡기행정에서 분할분사에 진입될 때 노크(Knock) 오감지가 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 GDI엔진의 노크 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

현재 널리 양산되고 있는 가솔린 엔진으로는 흡기밸브의 전단에 연료를 분사하여 연소실에 흡입되도록 하는 PFI(Port Fuel Injection)엔진과 연소실 내부에 연료를 직접 분사하는 GDI엔진으로 구분된다.

상기 GDI엔진의 연료분사는 흡기행정과 압축행정에 이루어진다.

압축행정의 분사는 점화 플러그 주변에 농후한 혼합기가 형성되도록 하여 시동성(Cranking)을 높여 주고, 촉매의 가열구간에서 촉매 활성화를 빠르게 하기 위하여 이용되고, 대부분은 흡기행정에 분사가 이루어진다.

흡기행정에 분사하는 것도 분할분사(Split)를 통하여 흡기초에 1차분사를 실행하고 흡기중에 2차분사를 실행하여 GDI엔진의 연소 안정성을 향상시키고, 매연(Smoke)등의 에미션(Emission)저감 효과를 향상시킨다.

또한, 흡기행정의 분할분사를 통해 GDI엔진이 가지고 있는 연료에 의한 오일희석(Oil Dilution) 문제가 해결되기 때문에 GDI엔진에서 폭넓게 사용되고 있다.

GDI엔진에서 분할분사를 위해서는 충분한 분사(Injection)시간이 확보되어야 분사시간을 2개로 나눌 수 있기 때문에 특정조건에서 분할분사가 실행된다.

통상적으로 V6엔진에는 노크센서가 배기 매니폴더의 뜨거운 열에 의해 파손되는 것을 예방하기 위하여 흡기측에 장착하고 있으며, 이에 따라 인젝터와 노크센서가 근접한 거리에 장착된다.

따라서, 흡기행정의 분할분사가 실행될 때 2차분사 시점이 전전기통의 노크 윈도우(Knock Window)와 맞아 떨어지는 문제가 발생된다.

도 3은 일반적인 GDI엔진에서 특정기통의 분할분사 일예를 도시한 도면이다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 4번기통이 흡기행정의 분할분사가 실행될 때 2차분사 시점에서 전전기통인 2번기통의 노크 윈도우와 중첩되는 현상이 발생된다.

도 4는 종래의 GDI엔진에서 특정기통의 분할분사에서 노크센서의 진동을 도시한 도시한 도면이다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 4번기통이 흡기행정의 분할분사가 실행될 때 2차분사에 따른 인젝터의 진동과 노크 윈도우와 중첩되어 "A"와 같이 노크신호를 비정상적으로 크게 증폭시키는 현상을 발생시킨다.

따라서, 도 5에 도시된 노크 모니터링에서 알 수 있는 바와 같이, 2차분사에 따른 인젝터 진동과 노크 윈도우가 중첩되어 노크신호가 비정상적으로 크게 증폭되는 경우 노크센서에서 모니터링되는 노크신호(B)는 노크판정을 위해 설정되는 기준값(C)을 초과하게 되어 노크 발생으로 오판정하는 문제점을 발생시킨다.

시험결과 V6 GDI엔진에서 3번기통의 2차분사 인젝터 진동에 의해 1번기통의 노크신호가 비정상적으로 크게 증폭되고, 4번기통의 2차분사 인젝터 진동에 의해 2번기통의 노크신호가 비정상적으로 크게 증폭되는 것이 관찰되었다.

이와 같은 현상으로 인하여 노크발생의 판정이 오학습되어 점화시기가 지각되면 각 가속도의 감소에 의해 실화의 검출이 빈번하게 발생되어 경고등을 점등시키고, 연료차단이 실행되는 문제점이 발생된다.

상기한 바와 같이, GDI엔진에서 흡기행정의 분할분사가 진입될 때 2차분사 인젝터의 진동이 특정기통의 노크 윈도우에 들어가면서 노크신호를 비정상적으로 크게 증폭시키게 된다.

따라서, 모니터링되는 노크신호는 노크판정을 위한 기준값을 초과시키는 현상을 발생시켜 노크발생으로 오학습하는 문제를 발생시킨다.

이러한 노크발생의 오학습은 특정기통의 점화시기를 대략 10°지각시키며, 특정기통의 점화시기를 과대하게 지각시켜 실화의 발생으로 인식되는 문제점을 발생시킨다.

실화인식은 크랭크 각 센서에 의한 각속도 불균일을 가지고 측정하기 때문에 과대지각이 발생된 기통에서 각속도가 떨어지게 되므로 실화로 판정하며, 실화가 판정되면 연료차단 제어에 의해 차량 진동과 경고등을 점등시켜 승차감 및 불안감을 발생시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 GDI엔진에서 흡기행정의 분할분사 진입시점에서 설정된 일정시간 동안 노크판정을 위한 기준값을 기준값 대비 2~3 배 높게 설정하여 노크 오감지가 발생되지 않도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 엔진 회전수 정보를 제어부에 제공하는 엔진회전수검출부; 냉각수온의 정보를 제어부에 제공하는 수온검출부; 엔진에 걸리는 부하량의 정보를 제어부에 제공하는 부하검출부; 엔진의 상태정보가 노크 제어조건을 만족하고, 흡기행정의 분할분사 진입조건을 만족하면 노크판정을 위한 기준값을 기준값 대비 일정 배수 높게 설정하는 제어부를 포함하는 GDI엔진의 노크 제어장치가 제공된다.

상기 제어부는 충분한 웜업이 이루어진 시동 온 조건이고, 엔진 부하가 설정된 제1기준량(400IMEP)을 초과하면 노크 제어조건으로 판정할 수 있다.

상기 제어부는 엔진 부하가 설정된 제2기준량(680IMEP)을 초과하면 흡기행정의 분할분사 진입조건으로 판정할 수 있다.

상기 제어부는 흡기행정의 분할분사 진입조건에서 노크판정의 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3배수로 높게 설정하고, 일정시간이 경과하면 원래의 기준값으로 복원시켜 통상적인 노크 모니터링을 실행할 수 있다.

상기 제어부는 흡기행정의 분할분사 진입조건에서 특정기통에 한정하여 일정시간 동안 노크판정의 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3 배수 높게 설정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 웝업이 이루어진 시동 온 조건에서 엔진 부하가 노크 제어조건을 만족하는지 판단하는 과정; 노크 제어조건을 만족하면 엔진 부하가 흡기행정에서 분할분사 진입조건을 만족하는지 판단하는 과정; 분할분사 진입조건을 만족하지 않으면 설정된 기준값을 적용하여 노크판정을 실행하고, 분할분사 진입조건을 만족하면 노크판정 기준값을 기준값 대비 일정 배수로 높게 설정하는 과정; 분할분사 진입 후 일정시간이 경과하면 노크판정 기준값을 복원하는 과정을 포함하는 GDI엔진의 노크 제어방법이 제공된다.

상기 분할분사 진입조건에서 1 ~ 2 초 동안 노크판정 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3배수로 높게 설정하여, 특정기통의 2차분사 인젝터 진동과 전전기통의 노크 윈도우 신호가 중첩되어 증폭되더라도 노크발생으로 판정되지 않도록 할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, GDI엔진에서 흡기행정의 분할분사 진입시점에서 발생되는 노크 오감지가 방지되어 엔진의 안정성 및 신뢰성을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GDI엔진의 노크 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 GDI엔진의 노크 제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 일반적인 GDI엔진에서 특정기통의 분할분사 일예를 도시한 도면이다.
도 4는 종래의 GDI엔진에서 특정기통의 분할분사에서 노크센서의 진동을 도시한 도시한 도면이다.
도 5는 일반적인 노크 모니터링을 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 GDI엔진의 노크 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 GDI엔진의 노크 제어장치는 엔진회전수검출부(101)와 냉각수온검출부(102), 부하검출부(103), 노크검출부(104), 제어부(105) 및 점화장치(106)를 포함한다.

엔진회전수검출부(101)는 크랭크 각 센서 혹은 캠 각 센서로 구성될 수 있으며, 엔진의 회전수 정보를 제어부(105)에 제공한다.

수온검출부(102)는 냉각수의 순환 경로를 선택시키는 서모스탯에 장착되어 엔진을 순환하는 냉각수의 온도 정보를 제어부(105)에 제공한다.

부하검출부(103)는 엔진에 걸리는 부하량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(105)에 제공한다.

노크검출부(104)는 엔진에서 발생되는 노크를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(105)에 제공한다.

제어부(105)는 엔진의 회전수, 수온, 부하의 정보가 노크 제어조건을 만족하고, 흡기행정의 분할분사 진입조건을 만족하면 설정된 일정시간, 예를 들어 1 ~ 2초 동안 노크판정을 위한 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3배수로 높게 설정하여 특정기통의 분할분사에서 2차분사의 인젝터 진동이 노크신호와 중첩되어 비정상적으로 증폭되더라고 노크판정을 위한 기준값을 초과하지 않도록 하여 노크발생의 오감지가 발생되지 않도록 한다.

상기 제어부(105)에 설정되는 노크 제어조건은 냉각수온과 엔진회전수의 분석으로 충분한 웜업이 이루어진 시동 온 조건이고, 엔진에 걸리는 부하가 설정된 제1기준량(400IMEP)을 초과하는 조건이다.

그리고, 상기 제어부(105)에 설정되는 흡기행정의 분할분사 진입조건은 엔진에 걸리는 부하가 설정된 제2기준량(680IMEP)을 초과하는 조건이다.

상기 제어부(105)는 흡기행정의 분할분사 진입조건에서 기준값 대비 2 ~ 3배수로 높게 설정한 노크판정 기준값에 대하여 일정시간이 경과하면 원래의 기준값으로 복원시켜 통상적인 노크 모니터링이 제공될 수 있도록 한다.

점화장치(106)는 상기 제어부(105)의 제어에 따라 점화시기를 진각 혹은 지각시켜 엔진의 안정된 동작을 유지하여 준다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 적용되는 GDI엔진이 시동 온을 유지하는 상태에서(S101) 제어부(105)는 엔진회전수, 엔진에 걸리는 부하, 엔진을 순환하는 냉각수의 온도를 검출하여(S102) 노크 제어조건을 만족하는지 판단한다(S103).

상기 노크 제어조건은 엔진이 시동 온을 유지하고, 냉각수의 온도가 설정온도를 초과하는 웜업이 이루어진 상태이며, 엔진에 미치는 부하가 설정된 제1기준량(400IMEP)을 초과하는 조건이다.

상기 S103에서 제어부(105)는 노크 제어조건을 만족하면 흡기행정에서 분할분사 진입조건을 만족하는지 판단한다(S104)

상기 흡기행정에서 분할분사 진입조건은 엔진에 걸리는 부하가 설정된 제2기준량(680IMEP)를 초과하는 조건이다.

상기 S104에서 제어부(105)는 분할분사 진입조건으로 판정되지 않으면 노크판정에 기준값을 적용하여 노크판정과 점화시기 제어를 실행한다(S105).

그러나, 상기 S104에서 제어부(105)는 분할분사 진입조건, 예를 들어 엔진에 걸리는 부하가 설정된 제2기준량(680IMEP)을 초과하는 상태로 판정되면 설정된 일정시간, 예를 들어 1 ~ 2초 동안 노크판정을 위한 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3배로 높게 설정한다(S106).

따라서, 분할분사의 2차분사 인젝터 진동과 전전기통의 노크 윈도우와 중첩되어 노크신호가 비정상적으로 크게 증폭되더라고 노크판정을 위한 기준값을 초과하지 못하도록 함으로써, 노크판정의 오감지가 발생되지 않도록 한다.

상기 노크판정을 위한 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3배 높게 설정하는 것은 실질적인 강한 노크가 발생되었을 때 노크 발생을 감지할 수 있는 조건이며, 엔진의 종류에 따라 각각 다르게 설정된다.

그리고, 제어부(105)는 상기와 같이 분할분사 진입조건에서 노크판정을 위한 기준값을 높게 설정한 이후 설정된 일정시간, 예를 들어 1 ~ 2초가 경과되었는지를 판단하여(S107) 설정시간이 경과되었으면 노크판정을 위한 기준값을 기본값으로 복원시켜 통상적인 노크판정과 그에 따른 점화시기의 조정을 실행한다(S108).

V6 GDI엔진의 경우 전술한 종래의 기술에서 언급한 바와 같이 1번기통과 2번 기통의 노크센서에서 3번기통과 4번기통의 인젝터 진동에 영향을 받으므로 특정 기통에 한정하여 제어할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 GDI엔진에서 흡기행정의 분할분사 진입시점에서 발생되는 노크 오감지를 방지시켜 엔진의 안정성을 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.

101 : 엔진회전수검출부 102 : 수온검출부
103 : 부하검출부 104 : 노크검출부
105 : 제어부 106 : 점화장치

Claims (7)

1. 엔진 회전수 정보를 제어부에 제공하는 엔진회전수검출부;
   냉각수온의 정보를 제어부에 제공하는 수온검출부;
   엔진에 걸리는 부하량의 정보를 제어부에 제공하는 부하검출부;
   엔진의 상태정보가 노크 제어조건을 만족하고, 흡기행정의 분할분사 진입조건을 만족하면 노크판정을 위한 기준값을 기준값 대비 일정 배수 높게 설정하는 제어부;
   를 포함하는 GDI엔진의 노크 제어장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 충분한 웜업이 이루어진 시동 온 조건이고, 엔진 부하가 설정된 제1기준량(400IMEP)을 초과하면 노크 제어조건으로 판정하는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 노크 제어장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 엔진 부하가 설정된 제2기준량(680IMEP)을 초과하면 흡기행정의 분할분사 진입조건으로 판정하는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 노크 제어장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 흡기행정의 분할분사 진입조건에서 노크판정의 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3배수로 높게 설정하고, 일정시간이 경과하면 원래의 기준값으로 복원시켜 통상적인 노크 모니터링을 실행하는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 노크 제어장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 흡기행정의 분할분사 진입조건에서 특정기통에 한정하여 일정시간 동안 노크판정의 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3 배수 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 노크 제어장치.
6. 웝업이 이루어진 시동 온 조건에서 엔진 부하가 노크 제어조건을 만족하는지 판단하는 과정;
   노크 제어조건을 만족하면 엔진 부하가 흡기행정에서 분할분사 진입조건을 만족하는지 판단하는 과정;
   분할분사 진입조건을 만족하지 않으면 설정된 기준값을 적용하여 노크판정을 실행하고, 분할분사 진입조건을 만족하면 노크판정 기준값을 기준값 대비 일정 배수로 높게 설정하는 과정;
   분할분사 진입 후 일정시간이 경과하면 노크판정 기준값을 복원하는 과정;
   을 포함하는 GDI엔진의 노크 제어방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 분할분사 진입조건에서 1 ~ 2 초 동안 노크판정 기준값을 기준값 대비 2 ~ 3배수로 높게 설정하여, 특정기통의 2차분사 인젝터 진동과 전전기통의 노크 윈도우 신호가 중첩되어 증폭되더라도 노크발생으로 판정되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 GDI엔진의 노크 제어방법.

Images