KR102075075B1 - 노킹 학습을 이용한 물 분사 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노킹 학습을 이용한 물 분사 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은 일 실시예로 엔진 내 노킹 발생 여부를 감지하는 노킹 감지부; 상기 노킹 감지부로부터 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 노킹 학습치를 수집하는 데이터 수집부; 점화각의 지각량을 감지하는 점화각 감지부; 및 상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량 또는 물 분사량을 조절하는 제어부;를 포함하는 물 분사 제어 시스템을 제공한다.

Description

노킹 학습을 이용한 물 분사 제어 시스템 및 방법{Water injection control system and method using knocking learning}
본 발명은 노킹 학습을 이용한 물 분사 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 노킹 학습치와 엔진의 점화각 지각량을 토대로 물 분사량 변화량 또는 물 분사량을 조절함으로써, 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 엔진 내 노킹 발생을 최소화할 수 있는 물 분사 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
엔진 내에서 발생하는 노킹은 점화에 의해 화염이 전파되기 전에 미연소 혼합가스가 자체 발화를 일으켜 압력과 온도가 급격하게 상승하면서 연소실 벽을 작은 해머로 빠르게 두드리는 것과 같은 소리를 발생시키는 현상을 의미하며, 엔진 내에 노킹이 발생하게 되면 내연 기관의 출력이 급격히 저하되거나, 피스톤과 실린더가 녹아 붙는 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 이와 같은 노킹을 제어하기 위한 다양한 방법들이 제안되고 있다.
종래에는 노킹 센서를 이용하여 노킹 여부 및 노킹 강도를 판단하고, 노킹 강도에 따라서 점화 시기를 지각시켜 노킹을 제어하려는 방안이 제안된 바 있으나, 노킹 센서를 이용하여 점화 시기를 지각시키는 방식은 노킹 발생을 억제할 수 있음은 별론, 엔진의 토크 및 출력 감소를 수반한다는 문제가 있었다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 실린더 안에 고압의 물을 분사함으로써, 엔진의 열을 낮춰 노킹 발생을 방지하는 물 분사 시스템(Water injection system)을 이용한 노킹 제어 방안이 제안되었는데, 물 분사 시스템을 이용한 방안은 연비와 배기 가스 배출량에 영향을 주지 않으면서 노킹 제어를 할 수 있을 뿐만 아니라, 과급 압력과 성능까지 향상시킬 수 있다는 장점이 있어 최근에는 물 분사 시스템을 이용하여 노킹을 제어하려는 시도가 점차 증가하고 있는 추세이다.
도 1을 참조하여 물 분사 시스템에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 물 분사 시스템은 엔진(40)의 양 측에 흡기계(41)와 배기계(42)가 연결되며, 흡기계(41) 측에는 흡기계(41) 내로 물을 분사하여 엔진(40)의 연소실(43) 내로 물을 투입시킬 수 있는 인젝터(30)를 포함하고, 상기 인젝터(30)는 물 분사 레일(50)을 따라 물 탱크(10)와 연결되고, 물 탱크(10) 내부에는 물 펌프(20)가 배치되어, 물 탱크(10) 내부의 물을 펌핑시켜 물 분사 레일(50)로 토출시킬 수 있으므로, 상기 인젝터(30)에서는 물 분사 시기 조절을 통해 물 분사 레일(50)로 토출된 물을 엔진(40)의 연소실(43) 내부에 분사함으로써, 엔진 노킹을 효율적으로 제어할 수 있는 것이 특징이다.
다만, 물 분사 시스템의 경우에도 물 분사가 이루어지지 않는 시점에서도 급작스러운 물 분사가 필요한 상황을 대비하여 물 펌프(20)를 상시 구동 시켜야 해서 비효율적이고, 인젝터(30)의 고장이 발생하는 경우에는 과열로 인하여 엔진(40)이 손상될 수 있다는 등의 문제가 있어, 물 분사 시스템을 활용한 방안만으로도 노킹을 완전히 제어할 수는 없는 바, 종래에 제안되었던 노킹 제어 방법의 문제점들을 해결하면서도 노킹 발생을 최소화할 수 있는 새로운 방안이 요구되는 실정이다.
한국공개특허공보(제10-2018-0115446호) “포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법”
본 발명은 노킹 학습치와 엔진의 점화각 지각량을 토대로 물 분사량 변화량 또는 물 분사량을 조절함으로써, 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 엔진 내 노킹 발생을 최소화할 수 있는 물 분사 제어 시스템 및 방법을 제공함으로써, 종래에 제안되었던 노킹 제어 방법들이 가지고 있는 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 실시예로 엔진 내 노킹 발생 여부를 감지하는 노킹 감지부; 상기 노킹 감지부로부터 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 노킹 학습치를 수집하는 데이터 수집부; 점화각의 지각량을 감지하는 점화각 감지부; 및 상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량 또는 물 분사량을 조절하는 제어부;를 포함하는 물 분사 제어 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 제어부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량을 증가시키거나 감소시키는 물 분사량 변화량 조절부; 상기 물 분사량 변화량 조절부에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 후에도 엔진 내 노킹이 발생하는 경우, 물 분사량 보정치를 산출하는 보정부; 및 상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치를 토대로 물 분사량을 조절하는 물 분사량 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 물 분사량 변화량 조절부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하는 경우에는 물 분사량 변화량을 증가시켜 물 분사량이 빠르게 증가되도록 하고, 상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하지 않은 경우에는 물 분사량 변화량을 감소시켜 물 분사량이 느리게 줄어들도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보정부는 노킹 발생에 의해 지각된 원 상태로 점화각이 복귀된 후, 물 분사량이 유지되고 있는 상태에서 상기 노킹 감지부에서 노킹 발생이 감지된 경우, 상기 점화각 감지부에서 감지된 점화각 지각량에 대응되는 기 설정된 물 분사량 증감량을 물 분사량 보정치로 산출하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 물 분사량 조절부는 상기 물 분사량 변화량 조절부에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 상태에서 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량에서 상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 한다.
다만, 상기 물 분사량 조절부는 상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치가 기 설정된 임계 값 이상인 경우에는 상기 임계 값만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시예로 엔진 내 노킹 발생 여부를 감지하는 노킹 감지 단계; 상기 노킹 감지부로부터 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 노킹 학습치를 수집하는 노킹 학습치 수집 단계; 점화각의 지각량을 감지하는 점화각 감지 단계; 및 상기 노킹 학습치 수집 단계에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지 단계에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량을 증가시키거나 감소시키는 물 분사량 변화량 조절 단계;를 포함하는 물 분사 제어 방법을 제공한다.
이 때, 상기 물 분사량 변화량 조절 단계는 상기 노킹 학습치 수집 단계에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하는 경우에는 물 분사량 변화량을 증가시켜 물 분사량이 빠르게 증가되도록 하고, 상기 노킹 학습치 수집 단계에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하지 않은 경우에는 물 분사량 변화량을 감소시켜 물 분사량이 느리게 줄어들도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 제어 방법은 상기 물 분사량 변화량 조절 단계에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 후, 물 분사량이 유지되고 있는 상태에서 상기 노킹 감지 단계에서 노킹 발생이 감지되는 경우에 물 분사량 보정치를 산출하는 보정치 산출 단계; 및 상기 보정치 산출 단계에서 산출된 물 분사량 보정치를 토대로 물 분사량을 조절하는 물 분사량 조절 단계;를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 보정치 산출 단계는 노킹 발생에 의해 지각된 원 상태로 점화각이 복귀된 후에도 상기 노킹 감지 단계에서 노킹 발생이 감지된 경우, 상기 점화각 감지 단계에서 감지된 점화각 지각량에 대응되는 기 설정된 물 분사량 증감량을 물 분사량 보정치로 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 물 분사량 조절 단계는 상기 물 분사량 변화량 조절 단계에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 상태에서 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량에서 상기 보정치 산출 단계에서 산출된 물 분사량 보정치만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 한다.
다만, 상기 물 분사량 조절 단계는 상기 보정치 산출 단계에서 산출된 물 분사량 보정치가 기 설정된 임계 값 이상인 경우에는 상기 임계 값만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 노킹을 제어함으로써, 엔진의 토크 및 출력 감소를 최소화한 상태로 엔진 내 노킹 발생을 줄일 수 있다.
또한, 종래의 물 분사 시스템에서는 엔진 실린더 별 물 분사량을 제어하는데 어려움이 있었으나, 본 발명은 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 노킹을 제어함으로써, 실린더 별로 물 분사량을 정밀하게 제어할 수 있으며, 결과적으로 실린더 별로 노킹 억제가 가능하게 되어 연비와 엔진 효율이 최적의 상태로 유지되도록 할 수 있다.
도 1은 물 분사 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 제어 시스템의 개념도이다.
도 3은 제어부의 구성 요소들을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 제어 시스템에서의 물 분사량 변화량 또는 물 분사량 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 출원에서, “포함하다.” 또는 “가지다.” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 제어 시스템에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 제어 시스템의 개념도이고, 도 3은 제어부의 구성 요소들을 나타낸 개념도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 제어 시스템에서의 물 분사량 변화량 또는 물 분사량 제어 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명은 일 실시예로 엔진 내 노킹 발생 여부를 감지하는 노킹 감지부(100), 상기 노킹 감지부(100)로부터 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 노킹 학습치를 수집하는 데이터 수집부(200), 점화각의 지각량을 감지하는 점화각 감지부(300) 및 상기 데이터 수집부(200)에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부(300)에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량 또는 물 분사량을 조절하는 제어부(400)를 포함하는 물 분사 제어 시스템을 제공한다.
즉, 본 발명의 물 분사 제어 시스템은 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 노킹을 제어함으로써, 노킹 발생 빈도를 최소화할 수 있다는 점에서 종래에 제안되었던 노킹 제어 방식들과 비교하였을 때 차별성을 가지며, 이하에서는 본 발명의 물 분사 제어 시스템의 구성 요소에 대해서 구체적으로 살펴보도록 한다.
먼저, 노킹 감지부(100)는 노킹 센서(Knocking sensor)를 이용하여 엔진 내에 노킹 발생 여부를 감지하는 역할을 하며, 상기 노킹 감지부(100)에서 실시간으로 감지된 노킹 발생 여부에 대한 정보는 데이터 수집부(200)와 제어부(400)로 송신된다.
이 때, 상기 노킹 감지부(100)는 엔진 블록의 이상 진동을 포착하는 진동 검출형의 노킹 센서를 이용하여 노킹 발생 여부를 감지하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며, 이상음을 포착하는 마이크로폰형의 노킹 센서 또는 실린더 내의 압력 변동을 포착하는 압력검출형의 노킹 센서 등을 이용하여 노킹 발생 여부를 감지할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 데이터 수집부(200)는 노킹 학습치를 수집하는 역할을 하며, 보다 구체적으로는 노킹 감지부(100)에서 노킹 발생이 감지되면 노킹 센서의 출력 값으로부터 엔진 회전 속도(RPM)와 엔진 부하(Load)에 따른 노킹 학습치를 수집할 수 있으며, 상기 제어부(400)에서는 데이터 수집부(200)에서 수집된 노킹 학습치를 토대로 물 분사량 변화량 또는 물 분사량을 조절할 수 있는데, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
여기서, 상기 노킹 학습치는 노킹 발생 시의 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 엔진의 점화각 지각량 및 상기 점화각 지각량에 대응되는 기 설정된 물 분사량 등을 포함한다.
예를 들어, 상기 데이터 수집부(200)는 엔진 회전 속도가 3000RPM이고, 엔진 부하가 10%인 상황에서 엔진의 점화각 지각량이 3°이며, 기 설정된 엔진 점화각 지각량이 3°일 때 3%만큼의 물을 분사해야 한다는 노킹 학습치 정보를 수집할 수 있다.
다음으로, 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 노킹을 제어하는 본 발명의 물 분사 제어 시스템에서 상기 점화각 감지부(300)는 엔진의 점화각 지각량을 감지하는 역할을 한다.
예를 들어, 노킹이 발생하지 않은 상태의 엔진의 점화각이 1°인 상태에서 노킹 발생으로 인하여 엔진의 점화각이 4°가 되는 경우에는 상기 점화각 감지부(300)는 점화각 지각량을 3°로 감지할 수 있으며, 노킹 발생 후 점화각이 점차 진각되는 과정에서 점화각이 3.5°, 3°, 2.6°로 변화되면, 실시간으로 점화각 지각량을 2.5°, 2°, 1.6° 로 감지할 수 있다.
이 때, 상기 점화각 감지부(300)에서 감지된 점화각 지각량은 제어부(400)로 송신되어 물 분사량 변화량 내지 물 분사량 제어에 활용될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 물 분사 제어 시스템의 핵심적인 구성 요소인 제어부(400)는 상기 데이터 수집부(200)에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부(300)에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량 내지 물 분사량을 조절하는 역할을 하며, 상기 제어부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 물 분사량 변화량 조절부(410), 보정부(420), 물 분사량 조절부(430)를 포함하는 것이 특징이다.
이 때, 본 발명의 제어부(400)를 구성하는 물 분사량 변화량 조절부(410)는 상기 데이터 수집부(200)에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부(300)에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량을 증가시키거나 감소시키는 역할을 한다.
물 분사 방식을 통해 노킹 발생을 제어하는 경우, 노킹이 발생할 때에는 엔진 내 물 분사를 시작하고, 노킹이 발생하지 않는 경우에는 엔진 내 물 분사를 멈추는 것이 일반적인데, 상기 물 분사량 변화량 조절부(410)는 ⅰ) 상기 데이터 수집부(200)에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하는 경우에는 노킹이 발생한 것이므로, 물 분사량 변화량을 증가시켜 물 분사 량이 빠르게 증가되도록 함으로써, 노킹에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
이와 달리, ⅱ) 상기 데이터 수집부(200)에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하지 않은 경우에는 노킹이 발생한 것은 아니지만 이전에 발생된 노킹에 의해 지각된 점화각이 원 상태로 진각되는 과정에서 실화가 다시 발생할 가능성이 있는 것이므로, 상기 물 분사량 변화량 조절부(410)는 물 분사량 변화량을 감소시켜 물 분사량이 느리게 줄어들도록 함으로써, 진각되는 과정에서 물 분사량을 유지되도록 할 수 있고, 이로써 노킹에 의해 지각된 점화각이 진각되는 동안 엔진 내 실화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 상기 보정부(420)는 상기 물 분사량 변화량 조절부(410)에서 노킹 학습치와 점화각을 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하지 않아 물 분사량 변화량을 감소시켜 물 분사량이 느리게 줄어들도록 한 후, 지각된 점화각이 원 상태로 복귀되었음에도, 노킹 감지부(100)에서 노킹이 발생한 것으로 감지된다면 물 분사량 보정치를 산출하여 후술할 물 분사량 조절부(430)에서 산출된 물 분사량 보정치를 토대로 물 분사량을 증량시킬 수 있도록 하는 역할을 한다.
예를 들어, 노킹 발생에 의해 점화각이 3°만큼 지각되고, 점화각 지각량이 3°일 때에 대응되는 물 분사량이 10%인 경우에 추가 지각이 발생하지 않는다면 상기 속도 조절부(410)에 의해 물 분사량 변화량이 감소하여 물 분사량이 느리게 줄어들게 되며, 이로 인해 지각된 점화각이 원 상태로 복귀된다고 하더라도 물 분사량은 0%이 아니라, 5%의 값을 유지하게 된다.
즉, 속도 조절부(410)에 의해 노킹 발생 후, 점화각이 원 상태로 복귀된 후에도 물 분사가 지속되게 되는데, 이와 같이 물 분사가 지속되고 있음에도 추가적인 노킹이 발생하는 상황이라면 물 분사량을 증량시키지 않는 한 노킹 발생을 억제시킬 수 없으므로, 상기 보정부(420)는 물 분사량 보정치를 산출하고, 산출된 물 분사량 보정치 값을 물 분사량 조절부(430)로 송신하여 물 분사량을 증량시킬 수 있게끔 한다.
이 때, 상기 보정부(420)는 노킹 발생에 의해 지각된 원 상태로 점화각이 복귀된 후에도 상기 노킹 감지부(100)에서 노킹 발생이 감지되는 경우, 상기 점화각 감지부(300)에서 감지된 점화각 지각량에 대응되는 기 설정된 물 분사량 증감량을 물 분사량 보정치로 산출한다.
예를 들어, 점화각 지각량이 3°로 감지되고, 이에 대응되는 물 분사량 증감량이 10%로 설정된 경우라면, 상기 보정부(420)는 점화각 지각량이 3°일 때에 대응되는 물 분사량 증감량인 10%를 물 분사량 보정치로 산출할 수 있다.
다만, 도 4에 도시된 바와 같이 노킹 발생에 의해 지각된 원 상태로 점화각이 복귀된 후, 물 분사량이 유지되지 않는 상태(즉, 물 분사량이 0%일 때)에서 상기 노킹 감지부(100)에서 노킹 발생이 감지되는 경우에는 상기 보정부(420)에서는 물 분사량 보정치를 산출하지 않으며, 상기 물 분사량 변화량 조절부(410)에서만 물 분사량 변화량만 증가시키거나 감소시키는 제어를 수행한다.
마지막으로, 물 분사량 조절부(430)는 상기 보정부(420)에서 산출된 물 분사량 보정치를 토대로 물 분사량을 조절하는 역할을 하며, 보다 구체적으로 상기 물 분사량 조절부(430)는 상기 물 분사량 변화량 조절부(410)에 의해 물 분사량 변화량을 감소된 상태에서 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량에서 상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치만큼 물 분사량을 증량시키는 방식으로 물 분사량을 조절할 수 있다(즉, 최종 물 분사량 = 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량 + 물 분사량 보정치).
다만, 물 펌프(20) 내에 보관할 수 있는 물의 양에는 한계가 있으므로, 상기 물 분사량 조절부(430)는 상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치가 기 설정된 임계 값 이상인 경우(물 분사량 보정치 ≥ 임계 값)에는 상기 임계 값만큼만 물 분사량을 증량시킨다(최종 물 분사량 = 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량 + 임계 값).
예를 들어, 물 분사량 변화량 조절부(410)에 의해 물 분사량 변화량을 감소된 상태에서 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량이 5%이고, 상기 보정부(420)에서 산출된 물 분사량 보정치가 10%인 경우, 물 분사량 조절부(430)는 5%의 물 분사량에서 10%의 물 분사량을 증량시켜 최종적으로 15%의 물이 분사되도록 물 분사량을 조절한다.
이 때, 상기 임계 값이 8%로 설정된 경우라면 보정부(420)에서 산출된 물 분사량 보정치(10%)가 임계 값 이상이므로, 상기 물 분사량 조절부(430)는 5%의 물 분사량에서 8%만큼의 물 분사량을 증량시켜 최종적으로 13%의 물이 분사되도록 물 분사량을 조절할 수 있다.
즉, 물 분사량 변화량 조절만으로는 노킹을 억제할 수 없는 상황에도 본 발명의 물 분사 제어 시스템은 물 분사량 조절부(430)의 물 분사량을 증량시키는 제어를 통해 추가적인 노킹 발생을 최소화할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 제어 방법에 대하여 살펴보도록 한다.
이 때, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 제어 방법의 흐름도이며, 본 발명의 물 분사 제어 방법의 각 단계에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 이하에서는 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 발명은 또 다른 실시예로 엔진 내 노킹 발생 여부를 감지하는 노킹 감지 단계(S210), 상기 노킹 감지부(S210)로부터 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 노킹 학습치를 수집하는 노킹 학습치 수집 단계(S220), 점화각의 지각량을 감지하는 점화각 감지 단계(S230) 및 상기 노킹 학습치 수집 단계(S220)에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지 단계(S230)에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량을 증가시키거나 감소시키는 물 분사량 변화량 조절 단계(S240)를 포함하는 물 분사 제어 방법(S200)을 제공한다.
이 때, 상기 물 분사량 변화량 조절 단계(S240)는 ⅰ) 상기 노킹 학습치 수집 단계(S220)에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하는 경우에는 물 분사량 변화량을 증가시켜 물 분사량이 빠르게 증가되도록 하여 노킹에 의한 엔진 손상 내지 출력 저감을 최소화하고,
ⅱ) 상기 노킹 학습치 수집 단계(S220)에서 수집된 노킹 학습치와 비교하였을 때, 점화각의 추가 지각이 발생하지 않은 경우에는 물 분사량 변화량을 감소시켜 물 분사량이 느리게 줄어들도록 하여 지각된 점화각이 원 상태로 진각되는 과정에서 실화가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 물 분사 제어 방법(S200)은 물 분사량 변화량을 조절하는 것만으로는 노킹 발생을 억제할 수 없는 상황을 대비하기 위하여, 상기 물 분사량 변화량 조절 단계(S240)에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 후, 물 분사량이 유지되고 있는 상태에서 상기 노킹 감지 단계(S210)에서 노킹 발생이 감지되는 경우에 물 분사량 보정치를 산출하는 보정치 산출 단계(S250) 및 상기 보정치 산출 단계(S250)에서 산출된 물 분사량 보정치를 토대로 물 분사량을 조절하는 물 분사량 조절 단계(S260)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 보정치 산출 단계(S250)는 노킹 발생에 의해 지각된 점화각이 원 상태로 복귀된 후 물 분사량이 유지되고 있는 상태에서 상기 노킹 감지 단계(S210)에서 노킹 발생이 감지된 경우, 상기 점화각 감지 단계에서 감지된 점화각 지각량에 대응되는 기 설정된 물 분사량 증감량을 물 분사량 보정치로 산출한다.
또한, 상기 물 분사량 조절 단계(S260)는 상기 물 분사량 변화량 조절 단계(S240)에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 상태에서 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량에서 상기 보정치 산출 단계(S250)에서 산출된 물 분사량 보정치만큼 물 분사량을 증량하는 방식으로 물 분사량을 조절(즉, 최종 물 분사량 = 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량 + 물 분사량 보정치)하며, 이로써 본 발명의 물 분사 제어 방법(S200)은 물 분사량 변화량 조절만으로는 노킹을 억제할 수 없는 상황이 오더라도 노킹 발생을 최소화할 수 있다.
다만, 물 분사 시스템의 물 펌프 내에 보관할 수 있는 물의 양에는 한계가 있으므로, 상기 물 분사량 조절 단계(S260)는 상기 보정치 산출 단계(S250)에서 산출된 물 분사량 보정치가 기 설정된 임계 값 이상인 경우(물 분사량 보정치 ≥ 임계 값)에는 상기 임계 값만큼만 물 분사량을 증량시킨다(최종 물 분사량 = 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량 + 임계 값).
정리하면, 본 발명은 상기와 같은 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 엔진 내 노킹 발생을 최소화할 수 있는 물 분사 제어 시스템 및 방법을 제공함으로써, 엔진 내 노킹 발생 빈도를 줄일 수 있으며, 점화 시기 지각 방식과 물 분사 방식을 혼합하여 노킹을 제어함으로써, 실린더 별로 물 분사량을 정밀하게 제어할 수 있게 되어, 연비와 엔진 효율이 최적의 상태로 유지할 수 있다는 장점이 있으므로, 종래의 제안되었던 노킹 제어 방식들이 갖는 문제점을 해결하는데 이바지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 물 탱크
20 : 물 펌프
30 : 인젝터
40 : 엔진
41 : 흡기계
42 : 배기계
43 : 연소실
50 : 물 분사 레일
100 : 노킹 감지부
200 : 데이터 수집부
300 : 점화각 감지부
400 : 제어부
410 : 물 분사량 변화량 조절부
420 : 보정부
430 : 물 분사량 조절부

Claims (12)

  1. 엔진 내 노킹 발생 여부를 감지하는 노킹 감지부;
    상기 노킹 감지부로부터 엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 노킹 학습치를 수집하는 데이터 수집부;
    점화각의 지각량을 감지하는 점화각 감지부; 및
    상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량 또는 물 분사량을 조절하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지부에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량을 증가시키거나 감소시키는 물 분사량 변화량 조절부를 포함하고,
    상기 물 분사량 변화량 조절부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 노킹 학습치와 점화각의 지각량을 서로 비교하여, 점화각의 추가 지각이 발생하는 경우에는 물 분사량 변화량을 증가시켜 물 분사량이 빠르게 증가되도록 제어하고, 점화각의 추가 지각이 발생하지 않은 경우에는 물 분사량 변화량을 감소시켜 물 분사량이 느리게 줄어들도록 제어하는 물 분사 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 물 분사량 변화량 조절부에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 후에도 엔진 내 노킹이 발생하는 경우, 물 분사량 보정치를 산출하는 보정부; 및
    상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치를 토대로 물 분사량을 조절하는 물 분사량 조절부;
    를 더 포함하는 물 분사 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보정부는,
    노킹 발생에 의해 지각된 점화각이 원 상태로 복귀된 후, 물 분사량이 유지되고 있는 상태에서 상기 노킹 감지부에서 노킹 발생이 감지된 경우, 상기 점화각 감지부에서 감지된 점화각 지각량에 대응되는 기 설정된 물 분사량 증감량을 물 분사량 보정치로 산출하는 것을 특징으로 하는 물 분사 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 물 분사량 조절부는,
    상기 물 분사량 변화량 조절부에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 상태에서 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량에서 상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 물 분사량 조절부는,
    상기 보정부에서 산출된 물 분사량 보정치가 기 설정된 임계 값 이상인 경우에는 상기 임계 값만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 제어 시스템.
  7. 엔진 내 노킹 발생 여부를 감지하는 노킹 감지 단계;
    엔진 회전 속도와 엔진 부하에 따른 노킹 학습치를 수집하는 노킹 학습치 수집 단계;
    점화각의 지각량을 감지하는 점화각 감지 단계; 및
    상기 노킹 학습치 수집 단계에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지 단계에서 감지된 점화각의 지각량을 토대로 물 분사량 변화량을 증가시키거나 감소시키는 물 분사량 변화량 조절 단계;
    를 포함하며,
    상기 물 분사량 변화량 조절 단계는,
    상기 노킹 학습치 수집 단계에서 수집된 노킹 학습치와 상기 점화각 감지 단계에서 감지된 점화각의 지각량을 비교하여, 점화각의 추가 지각이 발생하는 경우에는 물 분사량 변화량을 증가시켜 물 분사량이 빠르게 증가되도록 하고, 점화각의추가 지각이 발생하지 않은 경우에는 물 분사량 변화량을 감소시켜 물 분사량이 느리게 줄어들도록 하는 물 분사 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 물 분사량 변화량 조절 단계에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 후, 물 분사량이 유지되고 있는 상태에서 상기 노킹 감지 단계에서 노킹 발생이 감지되는 경우에 물 분사량 보정치를 산출하는 보정치 산출 단계; 및
    상기 보정치 산출 단계에서 산출된 물 분사량 보정치를 토대로 물 분사량을 조절하는 물 분사량 조절 단계;를 더 포함하는 물 분사 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 보정치 산출 단계는,
    노킹 발생에 의해 지각된 점화각이 원 상태로 복귀된 후에도 상기 노킹 감지 단계에서 노킹 발생이 감지된 경우, 상기 점화각 감지 단계에서 감지된 점화각 지각량에 대응되는 기 설정된 물 분사량 증감량을 물 분사량 보정치로 산출하는 것을 특징으로 하는 물 분사 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 물 분사량 조절 단계는,
    상기 물 분사량 변화량 조절 단계에서 물 분사량 변화량을 감소시킨 상태에서 점화각이 원 상태로 복귀되었을 때의 물 분사량에서 상기 보정치 산출 단계에서 산출된 물 분사량 보정치만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 물 분사량 조절 단계는,
    상기 보정치 산출 단계에서 산출된 물 분사량 보정치가 기 설정된 임계 값 이상인 경우에는 상기 임계 값만큼 물 분사량을 증량시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 제어 방법.
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