KR20020083209A - 차량용 엔진의 노킹 제어방법 - Google Patents

Abstract

엔진 부하에 따른 공기 과잉률 1에서 0.9로 바뀔 경우 공기 과잉률 1에서의 점화시기를 2도 진각하게 되어 있는 것을 공기 과잉률 1에서 0.9로 바뀔 경우, 점화시기를 1도 내지 2도 지각제어할 목적으로;

엔진이 시동 온 되면, 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 흡기량 및 산소량을 입력받아 엔진 부하를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 엔진 부하가 부분 부하 구간에 해당되면, 연료분사와 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어하고, 초기 단계로 리턴하는 단계와; 상기 단계에서 엔진 부하가 전부하 구간에 해당되면, 연료분사와 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어함으로써, 엔진의 저속 전부하시 노킹의 발생을 방지할 수 있다.

Description

차량용 엔진의 노킹 제어방법{METHOD FOR KNOCK CONTROLLING OF ENGINE IN VEHICLE}

본 발명은 차량용 엔진의 노킹 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기 과잉율 변화에 따른 점화시기를 제어하여 엔진에서 발생되는 노킹 현상을 방지하기 위한 차량용 엔진의 노킹 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진 개발시 노킹은 전개성능에 지대한 영향을 주는 인자이다. 이 노킹은 정상적인 화염이 연소실 끝까지 도달되기 전에 미연 말단가스가 자발화하는 것으로서, 저속 고부하에서 점화시기를 MBT(Maximum Brake Torque : 최대 토크를 발생시키는 최소 진각 점화시기)까지 진각하기 전에 발생하여 토크의 감소를 가져온다. 이 때 저속 전부하라 하더라도 스로틀 위치에 따라 공기 과잉률 1로 운전하다가 성능을 높이기 이하여 0.9로 운전하게 된다.

따라서, 종래에는 부하의 제어에 있어 디젤 엔진은 연료량으로 제어하며 가솔린 엔진은 스로틀 개도로 제어한다.

이 때, 스로틀은 너무 크게 만들면 미소한 양을 제어하기 어려워 공회전시나 저속 엔진 회전수에서 공기량 제어에 문제가 되며 너무 작으면 고속에서 공기가 충분히 엔진으로 유입되지 않기 때문에 출력이 떨어지게 된다.

따라서, 스로틀의 크기는 최대 출력이 나오는 6000rpm 정도에서 스로틀을 모두 열었을 때 공기가 충분히 들어 올 수 있는 크기로 설계하게 된다.

그러므로 저속 엔진 회전수에서는 스로틀을 서서히 열면 흡기압이 상승하다가 대기압에 수렴하게 된다.

즉, 스로틀을 모두 열지 않아도 전개 성능에 필요한 모든 공기가 엔진으로 유입될 수 있다.

이 때, 엔진의 부하는 부분 부하와 전부하로 나뉘어 진다.

상기에서 부분 부하의 경우는 흡기 부압에 공기 과잉률 1로 제어하는 것이고, 전부하는 흡기 부압이 부분 부하에서 어느 정도 증가하다가 대기압에 수렴하게 되면 부분 부하와 동일한 공기량에서 연료를 공기 과잉률 0.9로 운전하여 출력을 향상하게 된다.

그러나, 상기한 종래의 방법은 최고 성능을 발생하기 위하여 공기 과잉률 0.9로 운전시 노킹이 발생하지 않는다고 판단되어 대부분 점화시기를 2도 진각 시키게 되는데, 이 때 점화시기를 2도 진각할 경우, 노킹이 더욱 많이 발생하게 되는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진 부하에 따른 공기 과잉률 1에서 0.9로 바뀔 경우 공기 과잉률 1에서의 점화시기를 2도 진각하게 되어 있는 것을 공기 과잉률 1에서 0.9로 바뀔 경우, 점화시기를 1도 내지 2도 지각시키기 위한 차량용 엔진의 노킹 제어방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

엔진이 시동 온 되면, 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 흡기량 및 산소량을 입력받아 엔진 부하를 판단하는 단계와;

상기 단계에서 엔진 부하가 부분 부하 구간에 해당되면, 연료분사와 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어하고, 초기 단계로 리턴하는 단계와;

상기 단계에서 엔진 부하가 전부하 구간에 해당되면, 연료분사와 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 차량용 엔진의 노킹 제어장치 구성 블럭도.

도 2는 본 발명에 적용되는 차량용 엔진의 노킹 제어방법 동작 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 엔진 부하 대비 엔진 회전수에 따른 점화시기 제어 맵 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 검출되는 산소량 검출 곡선 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 차량 주행상태 검출장치 110 : 산소센서 검출부

120 : 스로틀 밸브 개도량 검출부 130 : 흡입 공기량 검출부

140 : 엔진 회전수 검출부 200 : 엔진 제어 장치

300 : 구동장치

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 차량용 엔진의 노킹 제어장치로서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태에 따라 가변되는 차량의 동작상태를 검출하며, 엔진 제어장치(200)는 차량의 엔진이 시동 온 되면, 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출된 신호를 인가 받고자 소정의 제어신호를 출력하고, 상기 출력된 소정의 제어신호에 의해 동기 되어 인가되는 산소량, 스로틀 밸브 개도량, 흡입 공기량 및 엔진 회전수 등의 신호를 입력받아, 엔진 부하 구간을 판단하여, 엔진이 부분 부하 구간에 포함되면, 부분 부하에 해당하는 연료분사, 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어하기 위한 소정의 제어 신호를 출력하고, 상기 엔진 부하가 전부하 구간에 포함되는 경우, 전부하 연료분사, 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어하기 위한 소정의 제어 신호를 출력하며, 구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 소정의 제어신호에 동기되어 연료 분사량과 점화시기를 제어한다.

상기에서 차량 동작상태 감지장치(100)는 엔진 연소실에서 연소되어 배출되는 배출가스에 포함된 산소량을 검출하는 산소량 검출부(110)와;

운전자의 가속페달 조작 상태에 따라 연동되어 가변되는 스로틀 밸브 개도량을 검출하는 스로틀 밸브 개도 검출부(120)와;

운전자의 가속페달 조작 상태에 따라 엔진으로 흡입되는 공기량을 검출하는 흡입 공기량 검출부(130)와;

차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부(140)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 차량용 엔진의 노킹 제어방법을 첨부한 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

차량에 전원이 인가되면, 엔진 제어 장치(200)는 사용되는 모든 변수를 초기화시키고, 차량 동작상태 검출장치(100)는 스로틀 밸브 개도량, 엔진 회전수, 흡입 공기량 및 산소량 등을 검출한다(S100).

이에, 엔진 제어 장치(200)는 상기 스로틀 밸브 개도량, 엔진 회전수, 흡입 공기량 및 산소량 등을 입력받고자, 소정의 제어신호를 차량 동작상태 검출장치(100)에 출력하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 상기 엔진 제어장치(200)에서 출력되는 소정의 제어신호에 동기되어 검출되는 스로틀 밸브 개도량, 엔진 회전수, 흡입 공기량 및 산소량 등의 신호를 출력한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 출력되는 스로틀 밸브 개도량, 엔진 회전수, 흡입 공기량 및 산소량 등의 신호를 입력받아 기 설정된 프로그램에 의해 엔진부하를 산출한다(S110).

이 후, 엔진 제어 장치(200)는 스로틀 밸브 개도량에 의해 엔진의 부하구간을 판단하여, 상기 엔진의 부하구간이 부분 부하구간에 포함되는 경우, 기 설정된프로그램에 따라 부분 부하에 해당하는 맵에 의해 연료 분사시기 및 점화시기를 제어하기 위한 소정의 제어 신호를 출력하고 초기 단계로 리턴한다(S130).

상기에서 엔진의 부하구간 판단은 검출되어 입력되는 스로틀 밸브 개도량이 기 설정된 임계값 보다 작은가를 판단하여, 상기 스로틀 밸브 개도량이 기 설정된 임계값 보다 작다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 엔진 부하 구간이 부분 부하 구간이라고 판단한다.

하지만, 상기에서 스로틀 밸브 개도량이 기 설정된 임계값 보다 크다고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 엔진의 부하 구간이 전부하 구간이라고 판단한다.

따라서, 상기에서 엔진의 부하구간이 부분 부하 구간이 아닌 경우, 엔진 제어 장치(200)는 엔진의 부하 구간이 전부하 구간 또는 천이 구간인가를 판단한다(S140).

상기에서 엔진의 부하 구간이 전부하 구간이라고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 도 3에 도시되어 있는 바와같이 메모리에 기 설정된 맵에 의해 전부하 연료분사시기 및 점화시기를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하고 초기 단계로 리턴한다(S150).

하지만, 상기에서 엔진의 부하 구간이 천이 구간이라고 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 도 3에 도시되어 있는 바와같이 메모리에 기 설정된 맵에 의해 부분 부하와 유사한 연료분사시기와 점화시기를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하고 초기 단계로 리턴한다(S160).

즉, 연료량 제어는 엔진 제어 장치(200)가 엔진 rpm 및 엔진 부하에 따라 메모리 맵에서 읽어낸 값과 산소량 검출부(110)에서 입력받은 값을 이용하여 연료량 제어를 수행한다. 만약 산소량 검출값이 이론 공연비 대비 농후하게 검출되었다면, 엔진 제어 장치(200)는 연료량을 줄여서 공기 과잉률을 1로 맞추고, 이론 공연비 대비 산소량 검출값이 희박하게 되면 연료량을 늘려서 공기 과잉률을 1로 맞추게 되는 것이다.

따라서, 산소량 검출값은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 사인(Sin)곡선을 갖는데, 상기 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 제어하는 것은 부분부하시의 경우이고, 동일한 엔진 rpm에서 부하가 계속 늘어나 공기량이 증가하다가 수렴하게 되면 전부하로 인식하여 엔진 제어장치(200)는 산소량 센서값을 무시하고 공기 과잉률을 0.9로 맞추어 운전하게 된다.

그에 따른 점화시기는 부분부하에서 전부하로 인식하는 순간 이 구간에서 엔진으로 유입되는 공기량은 거의 변화가 없지만 연료량만을 증가하여 공기 과잉률을 0.9로 가게 되는데, 이 때 엔진 제어 장치(200)는 점화시기를 이론 공연비로 운전 될 때의 최적 점화시기에서 1도 내지 2도를 지각 제어한다.

상기에서 점화시기 제어는 엔진의 점화시기 제어는 최대 토크를 발생시키는 최소 진각 점화시기(MBT)와 점화시기를 진각시 노킹이 발생하여 MBT까지 가지 못하는 한계 점화시기(DBL)로 나누어 제어한다.

따라서, 점화시기는 최대 토크를 발생시키는 최소 진각 점화시기(MBT)로 설정하다가 노킹이 발생하기 시작하면, 엔진 제어장치(200)는 DBL - 2도로 설정하여 제어한다.

그리고, 보통 부분 부하시에는 노킹이 발생하지 않기 때문에 MBT로 점화시기를 설정하며, 부하가 올라가기 시작하면 노킹이 발생하여 DBL - 2도로 설정한다.

이로서, 저속 전부하시 엔진의 노킹을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 엔진의 노킹 제어방법은 엔진 부하에 따른 공기 과잉률 1에서 0.9로 바뀔 경우 공기 과잉율 1에서의 점화시기를 2도 진각하게 되어 있는 것을 공기 과잉률 1에서 0.9로 바뀔 경우, 점화시기를 1도 내지 2도 지각제어 함으로써, 저속 엔진 회전수에서 발생되는 노킹을 방지할 수 있고, 노킹 발생으로 인한 소음을 억제할 수 있으며, 엔진의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 엔진이 시동 온 되면, 스로틀 밸브 개도, 엔진 회전수, 흡기량 및 산소량을 입력받아 엔진 부하를 판단하는 단계와;

   상기 단계에서 엔진 부하가 부분 부하 구간에 해당되면, 연료분사와 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어하고, 초기 단계로 리턴하는 단계와;

   상기 단계에서 엔진 부하가 전부하 구간에 해당되면, 연료분사와 점화시기를 기 설정된 맵에 따라 제어하는 것을 특징으로 차량용 엔진의 노킹 제어방법.
2. 제 1항에 있어서, 엔진 부하가 천이 구간에 해당됨이 판단되면, 메모리에 기 설정된 맵에 의해 부분 부하에 상응하는 연료분사시기와 점화시기를 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력하고 초기 단계로 리턴하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진이 노킹 제어방법.
3. 제 2항에 있어서, 점화시기는 공기 과잉율이 소정의 제1 임계값에서 소정의 제2 임계값으로 낮추어 변경될 때, 1 내지 2도 지각 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 노킹 제어 방법.
4. 제 3항에 있어서, 소정의 제1 임계값은 1 이고, 소정의 제2 임계값은 0.9인 것을 포함하는 차량용 엔진의 노킹 제어 방법.