KR20040031189A - 디젤 노킹 제어방법 - Google Patents

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Abstract

디젤 노킹 제어방법이 개시된다. 개시된 디젤 노킹 제어방법은, (a) 엔진을 제어하는 ECU에 TDC 신호를 입력하는 단계와; (b) 상기 엔진의 실린더 내의 TDC에서의 압축압력과 압축온도를 측정하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 구한 압축압력과 압축온도로부터 착화지연시간(t_id)을 계산하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 계산한 상기 착화지연시간(t_id)이 기설정된 디젤 노킹 제어방법 발생시의 착화지연시간 임계값(t_id TH)보다 큰지 비교 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 연료분사시기 지연량(t_inj)을 계산하여 연료분사시기를 지연하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 엔진의 정숙성을 향상시켜 운전자의 쾌적한 운전환경을 조성할 수 있는 이점이 있다.

Description

디젤 노킹 제어방법{METHOD OF CONTROLLING DIESEL KNOCKING}
본 발명은 디젤 노킹 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 착화지연 상관식을 이용한 디젤 노킹 제어방법에 관한 것이다.
디젤 노킹 제어방법(diesel knocking)은 착화지연의 증가로 인하여 자발적인점화가 너무 늦게 일어나서 디젤 엔진의 급속 연소단계 기간이 증가하여, 실린더 내에서 착화할 때까지의 연료가 누적되었다가 동시에 급격히 연소되어 실린더 내의 압력이 급격히 높아져 엔진에 부조가 발생하는 현상이다.
이를 해결하기 위하여 디젤 엔진 자체의 압축비를 높여 착화지연시간을 단축시키거나, 실린더 압력을 측정하여 연료분사시기를 제어하거나, 주분사 전에 약간의 연료를 분사하여 너무 많은 연료를 너무 빠르게 분사하는 것을 방지하는 파이로트(pilot) 분사를 이용하는 방법 등을 채택하여 왔다.
그리고 종래의 디젤 엔진의 디젤 노킹 제어방법은, 엔진의 실린더블록에 장착되어 있는 가속도센서를 이용하여 진동신호를 ECU(엔진제어기) 내에서 특정 방식으로 처리한 후, 디젤 노킹 제어방법 여부를 판단하여 디젤 노킹 제어방법 발생시 파이로트 분사량과 연료분사시기를 제어하거나, 연료분사시기에 압전소자를 설치하여 디젤 노킹 제어방법 발생시 압력값을 기준값과 비교하여 연료분사량과 분사시기를 제어하였다.
상기와 같은 제어방법은 국내 특허 1998-060435에 개시되어 있다.
그런데, 디젤 노킹 제어방법은 일반적으로 착화지연 동안의 압축압력과 압축온도의 함수로서 정의되기 때문에 단순히 실린더 내의 압력 증가량만으로 디젤 노킹 제어방법을 판단하여 연료분사량과 연료분사시기를 지연시킬 경우, 엔진의 토크와 출력감소를 초래하는 문제점이 있다.
그리고 파이로트 분사의 경우 정밀 제어가 어렵게 되는 경우, 소음 과다, 엔진 부조, 스모크(smoke)를 악화시킬 소지가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 디젤 노킹 제어방법 발생시 연료분사시기를 보다 정밀하게 제어할 수 있고, 엔진의 토크 및 출력저하를 방지하고, 소음과다, 엔진부조, 스모크를 저감시킬 수 있도록 한 디젤 노킹 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 디젤 노킹 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.
도 2는 본 발명이 적용되는 시스템도.
도 3은 본 발명이 적용되는 디젤 엔진의 장치 구성도.
도 4는 연료분사시기 보정을 위한 연소시작시간을 정의한 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20. 디젤연료 분사기
21. 실린더 압력센서
22. 고온용 열전쌍
30. 디젤 엔진
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤 노킹 제어방법은, (a) 엔진을 제어하는 ECU에 TDC 신호를 입력하는 단계와; (b) 상기 엔진의 실린더 내의 TDC에서의 압축압력과 압축온도를 측정하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 구한 압축압력과 압축온도로부터 착화지연시간(t_id)을 계산하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)에서 계산한 상기 착화지연시간(t_id)이 기설정된 디젤 노킹 제어방법 발생시의 착화지연시간 임계값(t_id TH)보다 큰지 비교 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 연료분사시기 지연량(t_inj)을 계산하여 연료분사시기를 지연하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 디젤 노킹 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 디젤 노킹 제어방법은, 우선, 도 2에 도시된 바와 같이 엔진을 제어하는 ECU(11)에 TDC(상사점) 신호를 입력한다.(단계 110)
이어서, 상기 엔진의 실린더 내의 TDC에서의 압축압력과 압축온도를 측정한다.(단계 120,130)
그리고 상기 단계 120 및 130에서 각각 구한 압축압력과 압축온도로부터 착화지연시간(t_id)을 계산한다.(단계 140)
상기 단계 140에서 계산한 착화지연시간(t_id)이 기설정된 디젤 노킹 제어방법 발생시의 착화지연시간 임계값(Threshold)(t_id TH)보다 큰지 비교 판단한다.(단계 150)
또한 상기 단계 150에서의 조건을 만족하지 않는 경우에는 본 제어를 종료하고 반면, 상기 단계 150에서의 조건을 만족하는 경우에는 즉, 착화지연시간(t_id)이 착화지연시간 임계값(t_id TH)보다 크면, 연료분사시기 지연량(t_inj)을 계산하여 연료분사시기를 지연한다.(단계 160,170)
상기 착화지연시간(t_id)은 아래의 식 1을 이용하여 계산한다.
[식 1]
(ms)
여기서, T : TDC에서의 실린더 내의 압축온도(℃)
P : TDC에서의 실린더 내의 압축압력(bar)
그리고 상기 단계 160에서, 연료분사시기를 t_inj, 착화지연시간을 t_id, 연료분사시기 지연시간 즉, 착화지연시간 감소량을 t_inj_ret라 할 때, 연료분사시기 지연 보정량은 아래의 식 2를 이용하여 계산한다.
[식 2]
t_inj = t_comb - t_id + t_inj_ret(ms)
여기서, t_comb : 연소시작시간,
특히, 변수 t_inj_ret는 엔진의 주행조건 예컨대, 엔진회전수(rpm), 연료분사량(m_inj)과 엔진연소와 관련하여 대상 맵핑을 통하여 구해지는 값이다. 이러한 변수 t_inj_ret는 아래의 식 3으로 정의할 수 있다.
[식 3]
t_inj_ret = map(rpm, m_inj, t_comb)
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 노킹 제어방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 디젤연료 분사기(Fuel Injector)(20)에 장착된 실린더 압력센서(21)와 고온용 열전쌍(22)을 이용하여 각각 디젤 엔진(30)의 착화지연 동안의 압축압력과 압축온도를 측정한 후, 착화지연시간을 계산하여 그 값에 따라서 연료분사시기를 보정하여 디젤 노킹을 제어한다.
그리고 본 발명에서는 디젤 엔진(30)의 연소에서 디젤 노킹과 관련되어 가장 널리 이용되는 왓슨(Watson)의 착화지연 상관식을 이용하여 상기한 식 1과 같은 착화지연시간을 계산한다.
그리고 상기한 TDC 신호는 캠 센서(CAM sensor)로부터 ECU(11)로 입력되고, 실린더 내의 TDC에서의 압축압력과 압축온도는 각각 실린더 압력센서(21)와 고온용 열전쌍(22)이 측정한다.
또한 실린더 압력센서(21)와 고온 열전쌍(22)은 도 3에 도시된 바와 같은링(Ring) 형태의 일체형으로 연료분사기(20)의 노즐(23) 하부의 둘레에 부착된다.
그리고 안쪽의 실린더 압력센서(21)는 피스톤(31)이 TDC에 왔을 때의 순간 압축압력을 측정하고, 바깥쪽의 고온용 열전쌍(22)은 피스톤(31)이 TDC에 왔을 때의 순간 압축온도를 측정한다.
또한 측정된 압축압력과 압축온도로부터 착화지연시간 t_id를 계산하고, 이러한 측정에 의한 값을 대상 맵핑(Mapping)을 통하여 얻은 실린더의 압축압력과 압축온도에 따라 기설정된 디젤 노킹 발생시의 착화지연시간 임계값(t_id_TH)과 비교하여 디젤 노킹을 판단하게 된다.
그리고 연소시작점을 측정하기 위해 연료분사기(20) 노즐(23)의 상부에 부착된 중공실린더 형태의 광학변환기(24)가 디젤 엔진(30)의 연소시 발생하는 화염면으로부터의 복사광을 감지하여 연소시작점(t_comb)을 정의하고, 디젤 노킹 발생시 다음 엔진 사이클에서의 디젤 노킹을 방지하기 위하여 연료분사시기 보정을 다음과 같은 변수들을 계산하는 방법으로 디젤 노킹을 제어한다.
한편, 도 4에는 연료분사시기 보정을 위한 상기한 t_comb을 정의한 그래프가 도시되어 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 노킹 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
디젤 노킹의 원인이 되는 과도한 착화시간을 미연에 방지하여, 디젤 노킹 제어방법 발생시 연료분사시기를 보다 정밀하게 제어할 수 있고, 파이로트 분사시 정밀제어가 어려운 경우를 보완하여 엔진의 토크 및 출력저하를 방지하고, 소음과다, 엔진부조, 스모크를 저감시킬 수 있다.
따라서 정밀한 디젤 노킹 제어방법 제어로 엔진의 정숙성을 향상시켜 운전자의 쾌적한 운전환경을 조성할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. (a) 엔진을 제어하는 ECU에 TDC 신호를 입력하는 단계와;
    (b) 상기 엔진의 실린더 내의 TDC에서의 압축압력과 압축온도를 측정하는 단계와;
    (c) 상기 단계 (b)에서 구한 압축압력과 압축온도로부터 착화지연시간(t_id)을 계산하는 단계와;
    (d) 상기 단계 (c)에서 계산한 상기 착화지연시간(t_id)이 기설정된 디젤 노킹 제어방법 발생시의 착화지연시간 임계값(t_id TH)보다 큰지 비교 판단하는 단계와;
    (e) 상기 단계 (d)에서의 조건을 만족하는 경우, 연료분사시기 지연량(t_inj)을 계산하여 연료분사시기를 지연하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 노킹 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 착화지연시간(t_id)은 아래의 식 1을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 디젤 노킹 제어방법.
    [식 1]
    여기서, t_id : 착화지연시간(ms)
    T : TDC에서의 실린더 내의 압축온도(℃)
    P : TDC에서의 실린더 내의 압축압력(bar)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (e)에서,
    상기 연료분사시기(t_inj) 지연 보정량은 아래의 식 2를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 디젤 노킹 제어방법.
    [식 2]
    t_inj = t_comb - t_id + t_inj_ret
    여기서, t_comb : 연소시작시간
    t_id : 착화지연시간,
    t_inj_ret : 연료분사시기 지연시간,
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