KR19980075068A - 점화 시기 제어를 위한 노크 현상 판별 방법 및 그에 따른 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 운행 중에 화염 파가 연소실의 벽을 두드리는 노크 현상을 검출하여 그에 따라 엔진내의 혼합기를 연소시키는 점화 플러그의 동작 시점을 제어하는 노크 제어 방식에 관한 것으로 특히, 엔진의 동작중 발생되는 각종 음향 데이터를 취합하여 소정 시간 간격으로 샘플링하는 제 1 과정과, 제 1 과정에서 샘플링 되어진 음향 데이터의 신호 특성을 추출하여 주파수 성분으로 변환하는 제 2 과정, 및 엔진 동작에 따른 최적의 점화 시점에 대응하는 기설정된 기준정보와 제 2 과정을 통해 얻어진 정보를 비교하는 제 3 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노크 현상 판별 방법 및 그에 따른 제어장치를 제공하면, 종래 기술에서 각각의 실린더마다 구비되는 노크 센서로 인한 생산 단가의 상승 문제를 해소할 수 있으면서도 최적의 노크 제어를 수행할 수 있다는 효과가 있다.

Description

점화 시기 제어를 위한 노크 현상 판별 방법 및 그에 따른 제어 장치

본 발명은 노크 제어 시스템에 관한 것으로 특히, 노크 센서에서 발생되는 신호를 노크 제어 시스템이 정확하게 인식하여 정확한 제어를 알 수 있도록 하기 위한 점화 시기 제어를 위한 노크 현상 판별 방법 및 그에 따른 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 노크(Knock)라고 하는 것은 엔진의 운행 중에 화염파가 연소실의 벽을 두드리는 현상을 말하는 것으로 흔히 노킹이라고 칭한다.

상기와 같은 노크 현상이 일어나는 이유는 엔진의 작동중 연소실 내에서 정상의 연소파가 진행됨에 따라 미연소 가스는 압축되고 온도가 상승하게 되어 연소실 벽이 가열되는데, 이때 미연소 파가 자기 착화 온도에 도달하면 자체 미연소 가스가 동시에 격렬한 연소를 일으키게 되어 연소실 벽을 작을 해머로 두드리는 것과 같이 화염파가 연소실 벽을 때리게 되는 것이다.

상기와 같은 노킹 현상으로 발생되는 진동의 주파수가 4 내지 7 Hz이며, 엔진의 점화 시기는 노킹이 발생되기 직전이 최적이므로 노크 센서에 의하여 노킹을 검출하고 그에 따라 노킹 발생 직전으로 점화 시기를 조정하기 위한 시스템을 노크 제어 시스템이라 칭한다.

상기와 같은 기능을 수행하는 종래의 노크 제어 시스템은 첨부한 도1에 도시되어 있는 바와 같이, 노크 센서(도시하지 않음)로부터 입력되는 신호를 필터(10)를 통해 노이즈를 제거하고 노이즈가 제거된 신호는 적분기(20)에서 적분되어진다.

이후, 적분기(20)에서 적분되어진 신호의 크기는 아날로그/디지털 변환기(30)를 통해 디지털 신호로 변환되어 엔진 제어용 ECU(40)에 입력된다.

상기 엔진 제어용 ECU(40)는 각각의 엔진 실린더에서 발생되는 노킹 신호의 디지털 신호를 입력받아 종전의 행정 사이클에서 발생된 현상의 평균값과 그에 따른 전류값을 기준으로 입력된 신호를 비교한다.

그에 따른 비교치를 기준으로 노크 현상이 발생되었다고 판단되면, 각 실린더(Cyl.1∼Cyl.4)의 점화 시기를 지각시키고, 노크가 없다고 판단되면 다시 점화 시기를 노크 한계 시점까지 진각시키는 피드백 형태를 취하여 기관의 효율을 최적화시키게 된다.

또한, 한번의 검사가 종료되면 적분기(20)의 적분치를 초기화하여 다음 행정상의 노크 검출에 대하여 준비하도록 한다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 노크 제어 시스템은 다음과 같은 문제점을 내포하고 있는데, 그 문제점을 살펴보면, 기관의 노크 한계는 고정된 량이 아니고 기관의 상태에 따라 수시로 변화함에 따라 노크 신호의 정확한 검출을 위하여 상당히 정교한 기기를 사용하여야 하며 특히, 각각의 실린더마다 구비되는 노크 센서로는 진동 감지형 압전센서를 사용하기 때문에 생산 단가의 상승 요인으로 작용하였다.

더욱이, 상기 필터의 필터링 주파수 대역이 고정되어 있는 고정 필터 방식이기 때문에 노킹 현상에서 발생되는 노크 주파수가 엔진마다 다르므로 차종 또는 엔진마다 다른 노킹 회로를 형성하여야 하는 등의 문제점이 발생되었다.

상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 마이크로 폰을 통해 실린더에서 발생되는 음향을 검출하고 그 음향을 퓨리에 변환 등의 신호 처리를 수행하여 기존에 매핑되어 있는 점화 시기 특성에 비교하는 방식을 사용함으로써 압전센서를 사용하지 않으면서도 정확한 노킹 현상을 감지할 수 있도록 하기 위한 점화 시기 제어를 위한 노크현상 판별 방법 및 그에 따른 제어 장치를 제공하는 데 있다.

도1은 점화 시기 제어를 위한 종래 노크 제어 장치의 블록 구성 예시도

도2는 본 발명에 따른 노크 제어 장치의 블록 구성 예시도

도3은 전자 점화장치의 최적 점화 시기를 나타내는 특성 예시도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 엔진 실린더200 : 프리앰프

300 : A/D 변환기400 : 메인 증폭기

500 : 신호 처리부600 : 엔진 제어부

MP : 마이크로 폰IP : 점화 플러그

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 엔진의 운행중에 화염파가 연소실의 벽을 두드리는 노크현상을 검출하여 그에 따라 엔진내의 혼합기를 연소시키는 점화플러그의 동작시점을 제어하는 노크 제어 장치에서의 노크현상 판별 방법에 있어서, 엔진의 동작중 발생되는 각종 음향 데이터를 취합하여 소정 시간 간격으로 샘플링하는 제 1 과정과, 상기 제 1 과정에서 샘플링되어진 음향 데이터의 신호특성을 추출하여 주파수성분으로 변환하는 제 2 과정, 및 엔진 동작에 따른 최적의 점화시점에 대응하는 기설정된 기준정보와 상기 제 2 과정을 통해 얻어진 정보를 비교하는 제 3 과정을 포함하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징은, 엔진의 운행중에 화염파가 연소실의 벽을 두드리는 노크현상을 검출하여 그에 따라 엔진내의 혼합기를 연소시키는 점화플러그의 동작시점을 제어하는 노크 제어 장치에 있어서, 상기 엔진 실린더의 일측에 구비되어 엔진 실린더에서 발생되는 음향을 취합하여 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 음향취합수단과, 상기 음향취합수단에서 출력되는 전기적인 신호를 입력받아 소정 시간 간격으로 샘플링한 데이터를 출력하는 샘플링수단과, 상기 샘플링수단에서 출력되는 샘플링 데이터를 입력받아 음향신호처리 기법을 사용하여 입력되는 신호의 특징을 추출하고 이를 주파수 신호로 변환한 후 특화시켜 출력하는 신호 처리 수단, 및 상기 신호 처리 수단에서 출력되는 데이터를 기존에 설정된 데이터와 비교하여 노크현상의 발생여부와 그에 따른 점화시점을 결정하고 결정된 점화 시점에 대응하는 시점에 상기 점화 플럭그를 제어하는 엔진 제어부를 포함하는 데 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.

첨부한 도면중 도2는 본 발명에 따른 노크 제어 장치의 블럭 구성도이며, 도3은 전자 점화장치의 최적 점화시기를 나타내는 특성 예시도이다.

도2에 도시되어 있는 본 발명에 따른 노크 제어 장치는 제어신호에 따라 엔진 실린더(100)내의 혼합기를 연소할 수 있도록하는 점화플러그(IP)와, 상기 엔진 실린더(100)의 일측에 구비되어 엔진 실린더(100)에서 발생되는 음향을 취합하여 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 마이크로 폰(MP)과, 상기 마이크로 폰(MP)에서 발생되는 신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 프리 앰프(200)와, 상기 프리 앰프(200)에서 출력되는 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환기(300)와, 상기 A/D 변환기(300)에서 디지털 신호로 변환되어 출력되는 신호를 입력받아 증폭하여 출력하는 메인 증폭기(400)와, 상기 메인 증폭기(400)에서 출력되는 신호를 입력받아 퓨리에 변환 등의 신호처리 기법을 사용하여 입력되는 신호의 특징을 추출하여 주파수 신호로 변환한 후 이를 특화시켜 출력하는 신호 처리부(500), 및 상기 신호 처리부(500)에서 출력되는 데이터를 기존에 설정된 데이터와 비교하여 노크현상의 발생여부와 그에 따른 점화시점을 결정하고 결정된 점화 시점에 대응하는 시점에 상기 점화 플럭그(IP)를 제어하는 엔진 제어부(600)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 노크 제어 장치의 바람직한 동작예를 첨부한 도3을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

우선, 도3에 도시되어 있는 내용을 살펴보면, 전자식 점화 장치의 점화시기 특성을 나타내는 것인데, 일반적으로 점화시기를 결정하는 데 필요한 주정보는 흡입 공기량(또는, 흡입공기 질량) 즉, 기관의 부하와 회전속도이다.

이때, 기관의 회전속도에 따른 데이터는 배전기를 통하여 얻을 수 있으나, 정확성을 기하기 위하여 플라이 휠 근방에 설치된 회전속도센서와 상사점센서로부터 정보를 얻을 수 있는데, 도2에 도시되어 있는 엔진 제어부(600)는 도3에 도시되어 있는 바와같은 특성을 기준으로 저장하고 있다.

이하, 본 발명에 따른 노크 제어 장치의 동작을 살펴보면, 엔진 실린더(100)의 일측에 구비되어 있는 마이크로 폰(MP)은 상기 엔진 실린더(100)에서 발생되는 음향(정상적인 실린더 동작에 따른 음향과 노크 등등)을 취합하여 전기적인 신호로 변환되는데, 상기 마이크로 폰(MP)은 각각의 실린더 예를들어 4개의 실린더를 구비한 차량이라 하더라도 각 실린더에 일대일로 구비되는 것이 아니라 엔진 전체에 하나의 마이크로 폰(MP)이 대응되어 진다. 따라서, 엔진을 구성하는 각각의 실린더에서 발생되는 모든 음향이 상기 마이크로 폰(MP)을 통해 취합되어 진다.

상기 마이크로 폰(MP)에서 취합된 음향은 프리 앰프(200)를 통해 소정 크기로 증폭되어 진후 A/D 변환기(300)에서 디지털 신호로 변환되어 진다. 이때, 상기 A/D 변환기(300)에서 동작은 음향에 따른 전기적인 아날로그 신호를 입력받아 소정 시간 간격으로 샘플링하는 것인데, 이는 후단의 신호처리부(500)에서 퓨리에 변환등의 신호처리를 수행하는데 용이하도록하기 위한 것이다.

이후, 상기 A/D 변환기(300)에서 출력되는 샘플링신호는 메인 증폭기(400)를 통해 증폭되어진 후 신호 처리부(500)에 전달되고, 상기 신호 처리부(500)에서는 퓨리에 변환 등의 신호처리 기법을 사용하여 입력되는 신호의 특징을 추출하여 주파수 신호로 변환한 후 이를 특화시켜 첨부한 도3에 도시되어 있는 바와같은 형태로 출력한다.

상기 신호 처리부(500)에서 출력되는 정보는 엔진 제어부(600)에 입력되는데, 상기 엔진 제어부(600)는 첨부한 도3에 도시되어 있는 최적의 점화시기에 따른 특성도를 저장하고 있으므로, 상기 신호 처리부(500)를 통해 입력되는 현재의 엔진상태에 따른 정보와 저장되어 있는 기준 정보를 비교하여 노킹상태의 판별을 수행하게 된다. 이때, 노킹상태의 판별에 따라 점화시기를 결정하게 되고 결정된 점화 시기에 대응하는 시점에 점화 플럭그(IP)를 제어하게 된다.

상기와 같이 동작하는 본 발명에 따른 점화시기 제어를 위한 노크현상 판별 방법 및 그에 따른 제어 장치를 제공하면, 종래 기술에서 각각의 실린더 마다 구비되는 노크센서로 인한 생산단가의 상승 문제를 해소할 수 있으면서도 최적의 노크 제어를 수행할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 엔진의 운행중에 화염파가 연소실의 벽을 두드리는 노크현상을 검출하여 그에 따라 엔진내의 혼합기를 연소시키는 점화플러그의 동작시점을 제어하는 노크 제어 장치에서의 노크현상 판별 방법에 있어서,

   엔진의 동작중 발생되는 각종 음향 데이터를 취합하여 소정 시간 간격으로 샘플링하는 제 1 과정과;

   상기 제 1 과정에서 샘플링되어진 음향 데이터의 신호특성을 추출하여 주파수성분으로 변환하는 제 2 과정; 및

   엔진 동작에 따른 최적의 점화시점에 대응하는 기설정된 기준정보와 상기 제 2 과정을 통해 얻어진 정보를 비교하는 제 3 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노크현상 판별 방법.
2. 청구항1에 있어서, 상기 제 1 과정은 음향취합수단을 통해 엔진의 동작중 엔진을 구성하는 모든 실린더에서 발생되는 각종 음향데이터를 검출하는 제 1 단계와;

   상기 단계에서 검출되어진 음향데이터를 디지털 신호로 샘플링하는 제 2 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노크현상 판별 방법.
3. 청구항1에 있어서, 상기 제 2 과정에서는 샘플링되어진 음향 데이터의 신호특성을 추출하기 위해 퓨리에 변환 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 노크현상 판별 방법.
4. 청구항1에 있어서, 상기 제 3 과정에서 엔진 동작에 따른 최적의 점화시점에 대응하는 기준정보는 차량의 제작 당시 설정되어지는 것을 특징으로 하는 노크현상 판별 방법.
5. 엔진의 운행중에 화염파가 연소실의 벽을 두드리는 노크현상을 검출하여 그에 따라 엔진내의 혼합기를 연소시키는 점화플러그의 동작시점을 제어하는 노크 제어 장치에 있어서,

   상기 엔진 실린더의 일측에 구비되어 엔진 실린더에서 발생되는 음향을 취합하여 전기적인 신호로 변환하여 출력하는 음향취합수단과;

   상기 음향취합수단에서 출력되는 전기적인 신호를 입력받아 소정 시간 간격으로 샘플링한 데이터를 출력하는 샘플링수단과;

   상기 샘플링수단에서 출력되는 샘플링 데이터를 입력받아 음향신호처리 기법을 사용하여 입력되는 신호의 특징을 추출하고 이를 주파수 신호로 변환한 후 특화시켜 출력하는 신호 처리 수단; 및

   상기 신호 처리 수단에서 출력되는 데이터를 기존에 설정된 데이터와 비교하여 노크현상의 발생여부와 그에 따른 점화시점의 결정하고 결정된 점화 시점에 대응하는 시점에 상기 점화 플럭그를 제어하는 엔진 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노크 제어 장치.
6. 청구항5에 있어서, 상기 음향취합수단에서 출력되는 신호를 입력받아 증폭하여 상기 샘플링수단에 제공하는 제 1 증폭수단과;

   상기 샘플링수단에서 출력되는 샘플링 데이터를 입력받아 상기 신호 처리 수단에 제공하는 제 2 증폭수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노크 제어 장치.
7. 청구항5에 있어서, 상기 샘플링수단은 A/D 변환기로 구성되는 것을 특징으로 하는 노크 제어 장치.