KR102394850B1 - 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미리 맵핑된 기본 점화각을 이용하여 엔진의 점화각을 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 소정의 조건을 만족하는 경우, 상기 엔진의 점화각을 설정된 학습량만큼 기본 점화각 보다 진각시켜 노킹 발생 여부를 학습하고, 그 학습 결과에 따라 상기 학습량을 엔진 점화각에 반영하여 엔진 점화각을 진각한다. 이를 통해, 노킹 발생을 억제하면서도 유의미한 연비 향상을 달성할 수 있다.

Description

포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법{METHOD FOR DETERMINING THE ANGLE OF IGNITION USING POSITIVE LEARNING FOR KNOCK OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 점화각을 결정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하세는 미리 맵핑된 기본 점화각보다 설정된 학습값만큼 진각하는 학습을 통해 엔진의 점화각을 결정하는 방법에 관한 것이다.

피스톤 기관의 연소 과정에서 정상 연소의 범위를 넘어 필요 이상 급격한 폭발 연소가 일어나, 가스 진동을 유도하여 금속을 두드리는 듯한 특이한 소리를 내는 현상을 노킹(Knocking)이라고 한다. 노킹 발생 시에는 가스와 실린더벽 사이의 열전달률이 증대하여 실린더의 온도 상승, 흡입 효율의 저하, 열손실의 증대, 기계 손실의 증대 등을 일으켜 출력이 저하된다. 또한 노킹의 강도가 크고, 장시간에 이어질 때는 엔진의 파손을 초래하는 경우도 있다. 따라서, 엔진의 구동 시에 노킹 발생 여부를 감시하는 한편 노킹이 발생하지 않도록 엔진을 제어하는 것이 중요하다.

이를 위해, 특허문헌 1에서 개시되어 있는 바와 같이, 종래 기술에서는 엔진의 노킹 감지 시 엔진에서 노킹이 발생하지 않도록 하기 위하여 노킹 컨트롤(Knock Control)에 의해 점화각을 지각시키고, 그 지각량을, 엔진의 회전수와 부하로 나누어진 각 운전 영역에 해당하는 학습셀에 실린더별로 저장하고, 엔진의 점화각에 상기 학습된 지각량을 반영함으로써 점화각을 지각시켜, 추가적인 노킹 발생을 방지하고 있다. 그리고, 점화 지각 후에는 추가적인 노킹 발생이 없는 것으로 판정되는 경우, 단계적으로 점화각을 회복(진각)시키게 된다.

한편, 추가적인 노킹 방지를 위해 엔진의 점화각을 지각시키는 것이외에도, 노킹 이외의 연료의 연소 특성과 관련된 점화 보상을 위해서 엔진의 점화각을 미리 정해진 보상값만큼 추가적으로 지각시켜 보상하는 경우도 있다.

특허문헌 1: 대한민국 등록특허 제10-1646388호(2016.8.8.)

상기한 종래 기술에서의 노킹 보상이나, 연소 특성을 보상하기 위한 점화 보상은 지각 방향으로 엔진의 점화각을 보상하는 항목들이기 때문에 최대로 진각 가능한 엔진의 점화각은 최초에 자동차 출고 시에 맵핑된 기본 점화각을 한계로 한다.

그런데, 엔진의 점화각의 최대 진각 범위를 기본 점화각으로 한정하고 있는 종래 기술과는 달리, 다양한 실차 운전 상황에서는 가솔린 엔진의 점화 타이밍은 엔진 개발 시에 맵핑된 기본 점화각보다 진각할 수 있는 여지가 있다. 실차에서는, 기본 점화 시기 맵핑 시 기준이 된 연료보다 고옥탄가의 연료를 사용하거나, 환경적인 조건(예컨대, 저온 다습) 등으로 인해 점화 딜레이 시간이 길어지는 경우 자발화에 대해 강건해지기 때문에, 기본 점화각보다도 점화 타이밍을 더 진각하여 점화 제어할 수 있는 마진이 생긴다.

그런데, 상술한 바와 같이, 종래 기술에서는 엔진 개발 시의 기준 연료, 기준 온도 및 습도 등의 기준 조건하에서 노킹 한계선을 설정하여 기본 점화각을 맵핑하고 있기 때문에, 기준이 되는 기본 점화 시기보다 점화각을 진각하여 점화할 수 없도록 하고 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 엔진의 점화각의 진각이 가능한 조건을 판별하고, 해당 조건 만족 시에 기본 점화각보다 진각 제어함으로써, 토크와 연비를 향상시킬 수 있는 점화각 결정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 미리 맵핑된 기본 점화각을 이용하여 엔진의 점화각을 결정하는 방법으로서, 소정의 조건을 만족하는 경우, 엔진의 점화각을 설정된 학습량만큼 기본 점화각보다 진각시켜 노킹 발생 여부를 학습하고, 그 학습 결과에 따라 학습량을 엔진 점화각에 반영하는 것을 특징으로한다.

바람직하게는, 상기 엔진의 점화각은, 상기 기본 점화각에 대하여, 노킹 발생 시에 추가적인 노킹 발생 방지를 위한 점화각 지각량을 반영하여 결정된다.

바람직하게는, 상기 기본 점화각은 엔진의 회전수 및 엔진 부하에 따라 결정된다.

바람직하게는, 상기 엔진의 점화각은, 노킹 이외의 연료의 연소 특성과 관련된 점화 보상을 위한 보상값을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 학습된 진각량이 반영된 엔진의 점화각은 미리 정해진 최적 점화각보다 진각되지 않는 범위 내로 제어된다.

바람직하게는, 상기 최적 점화각은 운전 영역별로 다르게 설정된다.

바람직하게는, 상기 학습은, 미리 정해진 물리적 학습 조건을 만족하고, 소정의 딜레이 시간 동안 상기 학습 조건이 유지되고, 딜레이 시간 동안 엔진의 노킹이 감지되지 않는 경우, 딜레이 시간을 초과하면, 설정된 학습량만큼 엔진의 점화각을 기본 점화각보다 진각시킴으로써 실시한다.

바람직하게는, 상기 딜레이 시간을 초과하면, 딜레이 시간은 초기화되고, 새로운 딜레이 시간 동안 상기 진각된 기본 점화각을 기준으로 상기 학습을 반복 실시한다.

바람직하게는, 상기 딜레이 시간 내에 노킹이 발생한 것으로 판정되는 경우, 해당 운전 영역에 대하여 설정된 학습량을 0으로 리셋한다.

바람직하게는, 상기 노킹 발생 여부의 학습은, 해당 운전 영역에 있어서, 노킹 저감을 위한 점화각 지각량에 대한 학습값이 0 이상이고, 현재의 노킹 저감을 위한 점화각 지각량이 0인 경우에 실시한다.

바람직하게는, 상기 딜레이 시간 내에 노킹이 발생한 것으로 판정되는 경우 딜레이 시간을 초기화한다.

바람직하게는, 상기 최적 점화각은 엔진의 최대 토크 발생 점화각이다.

바람직하게는, 상기 딜레이 시간의 경과 중에 물리적 학습 조건이 만족되지 않게 되는 경우, 상기 딜레이 시간을 초기화한다.

바람직하게는, 상기 학습은, 노킹 발생 억제를 위한 노킹 컨트롤의 활성화 조건을 만족하는 경우에 실시한다.

본 발명에 따르면, 엔진의 물리적 구성을 변경하지 않고도, 엔진의 점화각을 제어하는 소프트웨어적인 제어 방법의 변경만으로 엔진의 유의미한 연비 향상을 달성할 수 있다.

연비 향상을 위해서는 기본적으로 많은 개발 비용과 시간 및 인력이 요구되지만, 본 발명에 따르면 간단한 제어기(ECU: Eloectronic Control Unit)의 조정만으로 추가적인 비용 없이 연비 향상을 가능하게 한다는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 고급 연료를 사용하는 경우, 기본 점화각보다 진각시킬 수 있는 마진이 더 커지기 된다. 따라서, 운전자의 입장에서는 프리미엄 연료를 사용하는 것만으로도 우수한 연비 향상을 얻을 수 있기 때문에, 운전자의 다양한 니즈를 만족시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진의 점화각 결정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 엔진의 점화각과 엔진 토크의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진의 점화각 결정 방법을 사용하는 경우의, 노킹 미발생 시의 포지티브 학습 상태를 나타내는 신호도이다.
도 4는 본 발명에 따른 엔진의 점화각 결정 방법을 사용하는 경우의, 노킹 발생 시의 포지티브 학습 상태를 나타내는 신호도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진의 점화각 결정 방법에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진의 점화각 결정 방법을 나타내는 순서도이고, 도 2는 엔진의 점화각과 엔진 토크의 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 엔진의 점화각 결정 방법을 사용하는 경우의, 노킹 미발생 시의 포지티브 학습 상태를 나타내는 신호도이고, 도 4는 본 발명에 따른 엔진의 점화각 결정 방법을 사용하는 경우의, 노킹 발생 시의 포지티브 학습 상태를 나타내는 신호도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 엔진의 점화각을 결정하기 위하여, 제어부(ECU: Electronic Control Unit)에서는 차량의 현재의 엔진의 운전 상태(엔진의 회전수, 엔진 부하 등)가 노킹 컨트롤의 활성화 조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S100). 여기서 노킹 컨트롤은 노킹 발생 여부를 감지하고, 노킹 발생 결과에 따라 엔진의 점화각을 지각측으로 제어하여 추가적인 노킹 발생을 억제하는 제어이다. 즉, 제어부는, 엔진의 운전 상태가 노킹 저감을 위한 제어를 실시하기에 적합한지 여부를 먼저 판단하는 것이다.

노킹 컨트롤 활성화 조건을 만족하는 것으로 판정되어, 노킹 컨트롤이 활성화되면, 제어부는 해당 운전 영역에서 노킹 학습값이 0 이상인지 여부를 판단한다(S110). 만약, 해당 운전 영역에서의 엔진 구동 중 노킹이 발생하는 경우, 추가적인 노킹 발생을 억제를 하기 위해 엔진의 타이밍을 지각시키게 되고, 따라서 도 4에서 도시된 바와 같이, 해당 운전 영역에서의 노킹 저감을 위한 노킹 학습값은 0보다 작게 된다. 이러한 경우, 기본 점화각보다 엔진 점화각을 진각시키면, 노킹 발생의 우려가 있는 운전 영역에서 노킹 발생을 촉진시킬 우려가 있기 때문에, 위와 같은 경우에는 엔진 점화각을 기본 점화각보다 진각시키는 제어를 실시하지 않는다. 또한, 해당 운전 영역에 대해서는, 엔진 점화각을 기본 점화각보다 진각시켜 실시하는 포지티브 학습 시의 딜레이 시간도 초기화 하게 된다(S200).

해당 운전 영역에서 노킹 학습값이 0 이상인 경우, 제어부는 현재의 엔진의 점화각 중 노킹 지각량이 0인지 여부를 판단한다(S120). 엔진의 점화 타이밍은 기본 점화각에, 추가적인 노킹 발생 억제를 위한 노킹 지각량 및 점화 보상을 위한 지각량을 합산하여 결정된다. 여기서 기본 점화각은 엔진의 회전수(RPM) 및 엔진 부하 등에 따라 결정되는 것으로서, 바람직하게는 차량의 출고 시, 즉 엔진 제조 단계에서 이미 맵핑되어 제어부에 저장되어 있는 값이다. 그리고, 점화 보상을 위한 지각량은 노킹 저감이 아닌, 흡기 온도, 연료의 옥탄가, 람다 값등 연소 특성을 고려한 점화각의 보상값을 의미한다.

만약, 해당 운전 영역에서 노킹이 발생되는 경우, 추가적인 노킹 발생을 억제하기 위한 노킹 컨트롤에 의해, 노킹 지각량이 0이 아닌 값을 나타내게 된다. 반면 노킹 지각량이 0인 경우에는, 해당 운전 영역에서 노킹이 발생되지 아니한 것을 의미한다. 이러한 경우에는 엔진의 점화 타이밍을 기본 점화각보다 진각시킬 마진이 있는 것으로 예측할 수 있다.

제어부는, 현재의 엔진의 점화각에 포함된 노킹 지각량이 0이 아니라고 판단되는 경우, 엔진의 점화각을 기본 점화각 보다 진각시키는 포지티브 학습이 가능한지 여부와 관련된 물리적 조건의 만족 여부를 판단한다(S130). 상술한 바와 같이, 엔진의 점화각을 기본 점화각 보다 진각시키는 경우, 노킹 발생을 촉진하게 될 우려가 있다. 따라서, 엔진의 전 운전 영역을 포지티브 학습의 대상으로 하는 것이 아니라, 노킹 발생의 우려가 상대적으로 적어 포지티브 학습을 하기에 유리한 운전 영역을 선별하여 학습을 실시하도록 하여 포지티브 학습에 따른 부작용을 최소화하는 것이다. 이때, 고려대상이 되는 물리적 조건은, 학습 중 운전 영역의 변경 여부, 엔진의 부하, 엔진의 회전수, 냉각수 온도 등으로서, 본 단계에서는, 해당 변수들이 포지티브 학습에 유리하도록 미리 정해진 범위를 만족하는지 여부를 판단하게 된다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 포지티브 학습이 유지되기 위해서는, 포지티브 학습이 수행되는 영역 전체에서 위 물리적 조건이 만족되어야 한다. 만약, 포지티브 학습 중 물리적 요건이 만족되지 않으면, 포지티브 학습을 수행하기 위한 후술하는 딜레이 시간은 초기화(200)되게 된다.

제어부는 상술한 단계 S110 내지 S130의 조건이 모두 만족되는 것을 전제로 포지티브 학습을 위한 딜레이 시간을 증가시킨다(S140). 그리고, 제어부는, 상술한 단계 S110 내지 S130의 조건이 모두 만족된 상태에서 딜레이 시간이 미리 설정된 한계값을 초과하였는지 여부를 판단(S160)한다. 만약 딜레이 시간이 한계값을 초과하게 되면, 제어부는 현재 엔진의 점화 타이밍에는 기본 점화각보다 진각할 마진이 있는 것으로 판단하여, 도 3에서 도시된 바와 같이, 미리 설정된 학습치(△а)만큼 엔진의 타이밍을 기본 점화각보다 진각시키고, 진각된 점화각에 대해 상술한 학습을 다시 수행한다.

즉, 제어부는, ① 학습을 수행하는 동안 물리적 조건이 지속적으로 만족되고 있으며(단계 130), ② 해당 물리적 조건이 만족된 상태에서 미리 설정된 임계값 이상 딜레이 시간이 경과되고(단계 S150), ③ 해당 딜레이 시간 동안 노킹 발생이 감지되지 않으면(단계 S120), 엔진의 타이밍을 기본 점화각보다 +△а만큼 진각시키고, 포지티브 학습 딜레이 시간을 초기화(S180)하여, 진각된 점화각에 대해서, 새로운 딜레이 시간 만큼 상술한 학습을 다시 수행하게 된다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 엔진의 타이밍이 기본 점화각보다 +△а만큼 진각된 상태에서 소정의 딜레이 시간 동안 위 ①~③의 조건이 만족되면, 진각된 엔진의 타이밍에 대해서, +△а만큼 더 진각시켜 학습을 실시하게 된다. 즉, 학습이 계속 진행되는 동안에는 +△а만큼 엔진의 점화각이 누적하여 진각되게 된다.

한편, 도 2에서 도시된 바와 같이, 엔진의 점화 타이밍이 기본 점화각보다 진각될수록 엔진의 토크가 증가하다가, 어느 일정 범위(최대 제동 토크)에 도달하면, 엔진의 점화 타이밍이 진각될 수록 엔진의 토크는 감소하게 된다. 따라서, 바람직하게는 포지티브 노킹 학습치는 위 최대 제동 토크에 해당하는 엔진의 타이밍(최대 진각 허용치)까지로 제한된다. 이를 위해, 제어부는 누적된 학습치가 위 최대 진각 허용치에 도달하였는지 여부를 판단(S170)하고, 누적된 학습치가 위 최대 진각 허용치를 초과하게 되면, 상기 최대 진각 허용치 내로 포지티브 학습치를 제한한다(S210). 한편, 최대 진각 허용치의 제한은 엔진의 회전수, 부하 등에 기초한 운전 영역별로 다르게 설정될 수 있다.

한편, 이러한 학습의 수행 중에 노킹이 발생하게 되면, 도 4에서 도시된 바와 같이, 노킹 지각량 학습치는 0보다 작아지게 되고, 추가적인 노킹 발생을 억제하도록 노킹 컨트롤에 의해 엔진의 점화 타이밍을 소정의 지각량만큼 지각시킨다. 이 경우, 제어부는, 직전의 학습 단계를 통해 진각된 엔진 타이밍에서는 노킹 발생이 우려되는 것으로 판단하여, 이전 단계에서 학습한 포지티브 노킹 학습치를 0으로 리셋하고(S190), 학습 딜레이 시간을 초기화(200)하게 된다.

한편, 도 4에서 도시된 바와 같이, 엔진의 타이밍을 지각시킨 후 추가적인 노킹 발생이 없는 경우, 제어부는 노킹 컨트롤을 통해 노킹 지각량을 점차 감소시켜, 엔진의 점화 타이밍을 최대 기본 점화각까지 단계적으로 회복시키게 된다. 그리고, 노킹 지각량이 0이 되면, 해당 운전 영역에서의 노킹 학습량도 0 이상이 되어, 다시 상술한 포지티브 학습을 수행할 수 있는 상태가 된다.

이러한 포지티브 학습치는 해당 운전영역에서 엔진의 점화 타이밍에 반영되어, 제어부가 기본 점화각에 의한 점화 타이밍보다 진각하여 엔진을 제어하도록 한다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 노킹 발생의 우려가 없는 한도 내에서 최대 제동 토크에 도달하는 범위까지 엔진의 점화 타이밍을 진각시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 엔진의 하드웨어 구조를 변경하지 않고서도, 엔진의 점화 타이밍을 결정하는 제어부의 맵핑을 변경하는 것 만으로도 유의미한 연비 향상 효과를 달성할 수 있다.

Claims (14)

1. 미리 맵핑된 기본 점화각을 이용하여 엔진의 점화각을 결정하는 방법으로서,
   상기 엔진의 점화각을 설정된 학습량만큼 기본 점화각 보다 진각시켜 노킹 발생 여부를 학습하고, 상기한 학습 시에 노킹이 발생하지 않는 것으로 판정되는 경우, 상기 학습을 실시한 운전 영역에서는 상기 학습량만큼 상기 기본 점화각에 의한 점화 타이밍보다 진각하여 엔진을 제어함으로써, 상기 학습량을 엔진 점화각에 반영하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 엔진의 점화각은, 상기 기본 점화각에 대하여, 노킹 발생 시에 추가적인 노킹 발생 방지를 위한 점화각 지각량을 반영하여 결정되는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 기본 점화각은 엔진의 회전수(RPM) 및 엔진 부하에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 엔진의 점화각은, 노킹 이외의 연료의 연소 특성과 관련된 점화 보상을 위한 보상값을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 학습된 진각량이 반영된 엔진의 점화각은 미리 정해진 최적 점화각보다 진각되지 않는 범위 내로 제어되는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 최적 점화각은 운전 영역별로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 학습은,
   미리 정해진 물리적 학습 조건을 만족하고,
   소정의 딜레이 시간 동안 상기 학습 조건이 유지되고,
   상기 딜레이 시간 동안 엔진의 노킹이 감지되지 않는 경우, 상기 딜레이 시간을 초과하면, 설정된 학습량만큼 엔진의 점화각을 기본 점화각 보다 진각시켜 실시하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 딜레이 시간을 초과하면, 상기 딜레이 시간은 초기화되고,
   새로운 딜레이 시간 동안 상기 설정된 학습량만큼 상기 기본 점화각보다 엔진의 점화각을 진각시켜 상기 학습을 반복 실시하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 딜레이 시간 내에 노킹이 발생한 것으로 판정되는 경우,
   해당 운전 영역에 대하여 상기 설정된 학습량을 0으로 리셋하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
10. 청구항 2에 있어서,
    상기 노킹 발생 여부의 학습은, 해당 운전 영역에 있어서, 상기 노킹 저감을 위한 점화각 지각량에 대한 학습값이 0 이상이고, 현재의 상기 노킹 저감을 위한 점화각 지각량이 0인 경우에 실시하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 딜레이 시간 내에 노킹이 발생한 것으로 판정되는 경우,
    상기 딜레이 시간을 초기화 하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
12. 청구항 5에 있어서,
    상기 최적 점화각은 엔진의 최대 토크 발생 점화각인 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
13. 청구항 7에 있어서,
    상기 딜레이 시간의 경과 중에 물리적 학습 조건이 만족되지 않게 되는 경우, 상기 딜레이 시간을 초기화 하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
14. 청구항 7에 있어서,
    상기 학습은, 상기 엔진의 운전 상태가 노킹 발생 억제를 위해 점화각을 지각측으로 제어할 수 있는 상태인 경우에 실시하는 것을 특징으로 하는 포지티브 노킹 학습을 통한 엔진의 점화각 결정 방법.
    
    
    
    

Images