KR20100007896A - 내연기관의 노킹 판정 장치 및 노킹 판정 방법 - Google Patents

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Abstract

엔진 ECU 는, 엔진의 진동의 크기를 검출하는 단계 (S102); 그 크기에 기초하여 엔진의 진동 파형을 검출하는 단계 (S104); 엔진 속도 NE 가 임계값 NE (1) 보다 작은 경우에는, 노크 파형 모델의 크기로부터 양의 기준값을 빼서 결정되는 각각의 값들의 합계를, 노크 파형 모델의 면적 S 로서 이용하여 상관계수 K 를 산출하고, 엔진 속도 NE 가 임계값 NE (1) 이상인 경우에는, 전체 노크 파형 모델의 면적 S 를 이용하여 상관계수 K 를 산출하는 단계 (S114); 및 상관계수 K 를 이용하여, 노킹이 발생했는지 여부를 판정하는 단계 (S120, S124) 를 포함하는 프로그램을 실행한다. 상관계수 K 는, 진동 파형에서의 크기와 노크 파형 모델에서의 크기 사이의 차의 합계를, 면적 S 로 나눔으로써 산출된다.
내연기관의 노킹 판정.

Description

내연기관의 노킹 판정 장치 및 노킹 판정 방법{KNOCKING DETERMINATION DEVICE AND KNOCKING DETERMINATION METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 노킹 판정 장치 및 노킹 판정 방법에 관한 것으로, 특히, 내연기관의 진동의 파형에 기초하여 노킹의 유무를 판정하는 기술에 관한 것이다.
내연기관에서 발생하는 노킹 (노크) 을 검출하는 여러가지 방법이 제안되어 있다. 예를 들어, 내연기관의 진동의 크기가 임계값보다 높으면 노킹이 발생했다고 판정하는 기술이 있다. 그렇지만, 노킹이 발생하지 않았음에도, 예를 들어 흡기 밸브나 배기 밸브가 닫힐 때 발생하는 진동 등의 노이즈의 크기가 임계값보다 높은 경우가 존재한다. 이 경우, 노킹이 발생하지 않았음에도 불구하고, 노킹이 발생했다고 잘못 판정할 수 있다. 따라서, 진동이 발생하는 크랭크각이나 감쇠 비율 등과 같은 크기 이외의 특성을 고려하기 위해, 진동의 파형에 기초하여 노킹의 유무를 판정하는 기술이 제안되어 있다.
일본공개특허공보 제 2005-330954 호는, 진동의 파형을 사용하여 노킹이 발생했는지 여부를 정확하게 판정하는 내연기관의 노킹 판정 장치를 개시한다. 일본공개특허공보 제 2005-330954 호에 개시된 노킹 판정 장치는, 내연기관의 크랭 크각을 검출하기 위한 크랭크각 검출부, 내연기관의 진동의 크기에 관한 값을 검출하기 위한 진동 검출부, 진동의 크기에 관한 값을, 검출된 진동의 크기에 관한 값들 중 최대치로 나눈 값에 기초하여, 미리 정해진 범위의 크랭크각에 있어서의 내연기관의 진동의 파형을 검출하기 위한 파형 검출부, 내연기관의 진동의 파형을 미리 저장하기 위한 저장부, 및 검출된 파형과 저장된 파형을 비교한 결과에 기초하여, 내연기관에서 녹킹이 발생했는지 여부를 판정하기 위한 판정부를 포함한다. 판정부는, 검출된 파형의 저장된 파형으로부터의 편차를 나타내는 값에 기초하여 노킹이 발생했는지 여부를 판정한다. 편차를 나타내는 값은, 크랭크각마다 판정된 검출된 파형에 있어서의 크기와 저장된 파형에 있어서의 크기 사이의 차의 합계를, 저장된 파형에 있어서의 크기를 크랭크각으로 적분하여 결정된 값으로 나눔으로써 산출된다.
상기한 공보에 기재된 노킹 판정 장치에 의하면, 크랭크각 검출부가 내연기관의 크랭크각을 검출하고, 진동 검출부가 진동의 크기에 관한 값을 검출하며, 파형 검출부가, 진동의 크기 (강도) 에 관한 값에 기초하여, 미리 정해진 범위의 크랭크각에 있어서의 내연기관의 진동의 파형을 검출한다. 저장부가 내연기관의 진동의 파형을 미리 저장하고, 판정부가, 검출된 파형과 저장된 파형을 비교한 결과에 기초하여, 내연기관에 노킹이 발생했는지 여부를 판정한다. 따라서, 예를 들어 실험 등을 통해 노킹이 발생한 경우의 진동의 파형인 노크 파형 모델을 미리 작성하여 저장해 두고, 노크 파형 모델과 검출된 파형을 서로 비교한다. 이런 식으로, 노킹이 발생했는지 여부를 판정할 수 있다. 따라서, 엔진의 임의의 진 동이 노킹에 기인한 것인지 여부를 더욱 상세히 분석할 수 있다. 그 결과, 노킹이 발생했는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
그러나, 일본공개특허공보 제 2005-330954 호에 개시된 노킹 판정 장치에 있어서는, 진동의 크기에 관한 값을 그의 최대치로 나눔으로써 정규화된 파형이 검출된다. 그러므로, 검출된 강도가 큰지 작은지 여부에 관계없이, 검출된 파형에 있어서의 최대 크기는 항상 "1"이다. 따라서, 최대치로 나누기 전의 본래 크기가 작은 경우라도, 검출된 파형의 형상이 저장된 파형의 형상과 유사하다면, 파형의 편차를 나타내는 값이 노킹 때와 같은 값이 되기 쉽다. 그 이유는 다음과 같다. 저장된 파형에 있어서의 크기를 크랭크각으로 적분한 값, 즉 저장된 파형의 면적이, 검출된 파형에 있어서의 강도와 저장된 파형에 있어서의 강도 사이의 차보다 비교적 더 크고, 따라서 크기의 차에 의한 영향이 비교적 작다. 그러면, 노킹이 발생하지 않았음에도 불구하고, 노킹이 발생했다고 잘못 판정할 수 있다.
본 발명의 목적은, 노킹이 발생했는지 여부를 정확하게 판정할 수 있는 내연기관의 노킹 판정 장치 및 노킹 판정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내연기관의 노킹 판정 장치는, 내연기관의 크랭크각을 검출하는 크랭크 위치 센서; 크랭크각에 연관된 내연기관의 진동의 크기를 검출하는 노크 센서; 및 연산 유닛을 포함한다. 연산 유닛은, 내연기관의 진동의 크기에 기초하여, 크랭크각에 대한 제 1 간격에 있어서의 진동의 파형을 검출하고, 크랭크각에 대한 제 2 간격에 있어서, 검출된 파형에 있어서의 크기와 내연기관의 진동의 파형의 기준으로서 미리 정해진 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차에 기초하여 제 1 값을 산출하며, 내연기관의 출력축 회전수가 작아짐에 따라 더 작아지는 제 2 값을 산출하고, 제 1 값 및 제 2 값에 기초하여 제 3 값을 산출하며, 제 3 값에 기초하여 내연기관에 노킹이 발생했는지 여부를 판정한다
상기한 구성에 의해, 내연기관의 크랭크각이 검출된다. 내연기관의 진동의 크기가 크랭크각에 연관하여 검출된다. 크기에 기초하여, 크랭크각에 대한 제 1 간격에 있어서의 진동의 파형이 검출된다. 크랭크각에 대한 제 2 간격에 있어서, 검출된 파형에 있어서의 크기와 내연기관의 진동의 파형의 기준으로서 미리 정해진 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차에 기초하여 제 1 값이 산출된다. 따라서, 검출된 파형에 있어서의 크기와 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차에 따라 변하는 제 1 값을 얻을 수 있다. 게다가, 내연기관의 출력축 회전수가 작아짐에 따라 더 작아지는 제 2 값이 산출된다. 제 1 값 및 제 2 값에 기초하여, 제 3 값이 산출된다. 따라서, 내연기관의 출력축 회전수가 비교적 작은 경우에는, 그 회전수가 비교적 큰 경우에 비해 제 2 값에 의한 영향을 작게 할 수 있다. 그러므로, 내연기관의 출력축 회전수가 비교적 작은 경우에는, 그 회전수가 비교적 큰 경우에 비해 제 1 값에 의한 영향을 비교적 크게 할 수 있다. 그 결과, 검출된 파형에 있어서의 크기와 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차가 작은 경우에도, 검출된 파형에 있어서의 크기와 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차를 제 3 값에 크게 반영할 수 있다. 제 3 값에 기초하여, 내연기관에 노킹이 발생했는지 여부가 판정된다. 따라서, 노킹은 발생하지 않았음에도 불구하고 검출된 파형에 있어서의 크기와 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차가 작은 경우에, 노킹이 발생하지 않았음을 올바르게 판정할 수 있다. 이와 달리, 내연기관의 출력축 회전수가 큰 경우에는, 출력축 회전수가 작은 경우에 비해 제 2 값에 의한 영향을 크게 할 수 있다. 따라서, 내연기관의 출력축 회전수가 큰 경우에는, 검출된 파형에 있어서의 크기와 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차에 의한 영향을 제한할 수 있다. 그 결과, 노킹이 발생했는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
바람직하게는, 연산 유닛은, 내연기관의 출력축 회전수가 작아짐에 따라 작아지도록 제 2 간격을 설정한다.
상기한 구성에 의하면, 출력축 회전수가 작은 경우에는, 출력축 회전수가 큰 경우에 비해 노킹으로 인한 진동이 검출되는 크랭크각의 범위가 더 작기 때문에, 내연기관의 출력축 회전수가 작아짐에 따라 더 작아지도록 제 2 간격이 설정된다. 따라서, 검출된 파형과 파형 모델 사이의 차를 이용하는 크랭크각으로부터, 노킹으로 인한 진동이 나타나기 어려운 크랭크각을 제외할 수 있다. 따라서, 노킹이 발생했는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 연산 유닛은, 각각이, 제 2 간격에서, 검출된 파형에 있어서의 크기와 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차인 각각의 차들을 합함으로써 제 1 값을 산출한다. 내연기관의 출력축 회전수가 제 1 회전수인 경우에는, 연산 유닛은, 각각이, 제 2 간격에서, 파형 모델에 있어서의 크기로부터 양의 기준값을 빼서 결정되는 값들을 합함으로써 제 2 값을 산출하고, 내연기관의 출력축 회전수가 제 1 회전수보다 큰 제 2 회전수인 경우에는, 연산 유닛은, 제 2 간격에서, 파형 모델에 있어서의 크기들을 합함으로써 제 2 값을 산출한다. 연산 유닛은 제 1 값을 제 2 값으로 나눔으로써 제 3 값을 산출한다. 제 3 값이 미리 정해진 값보다 작은 경우, 연산 유닛은 내연기관에 노킹이 발생했다고 판정한다.
상기한 구성에 의하면, 제 2 간격에서, 검출된 파형에 있어서의 크기과 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 각각의 차를 합함으로써 제 1 값이 산출된다. 내연기관의 출력축 회전수가 제 1 회전수인 경우, 제 2 간격에서, 파형 모델에 있어서의 크기로부터 위치 기준값을 빼서 결정되는 각각의 값을 합함으로써 제 2 값이 산출된다. 내연기관의 출력축 회전수가 제 1 회전수보다 큰 제 2 회전수인 경우, 제 2 간격에서 파형 모델에 있어서의 크기들을 합함으로써 제 2 값이 산출된다. 제 1 값을 제 2 값으로 나눔으로써 제 3 값이 산출된다. 제 3 값이 미리 정해진 값보다 작은 경우, 내연기관에 노킹이 발생했다고 판정된다. 따라서, 검출된 파형의 크기와 파형 모델의 크기 사이의 차와 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 상대적인 관계를 이용하여, 노킹이 발생했는지 여부를 판정할 수 있다. 그러므로, 검출된 파형의 크기와 파형 모델의 크기 사이의 차가 작은 경우에도, 파형 모델의 크기로부터 노킹이 발생하지 않았다고 생각되는 경우에는, 노킹이 발생하지 않았음을 올바르게 판정할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 연산 유닛은, 검출된 파형에 있어서의 크기의 최소치를 검출하고, 기준값을 검출된 파형에 있어서의 크기의 최소치로 설정한다
상기한 구성에 의하면, 기준값은 검출된 파형에 있어서의 크기의 최소치로 설정된다. 따라서, 최소치보다 작은 부분을 파형 모델로부터 제거할 수 있다. 그러므로, 파형 모델의 크기에 의한 영향을 줄일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 연산 유닛은, 복수의 점화 사이클에서, 각각이 검출된 파형에 있어서의 크기의 최소치인 크기의 각각의 최소치들을 검출하고, 기준값을, 최소치들의 중앙값에 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정한다.
상기한 구성에 의하면, 기준값은 최소치들의 중앙값에 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더한 값으로 설정된다. 최소치들의 중앙값에 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더한 값보다 작은 부분을 파형 모델로부터 제거할 수 있다. 그러므로, 파형 모델의 강도에 의한 영향을 줄일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 연산 유닛은, 기준값을 미리 정해진 값 이하로 제한한다.
상기한 구성에 의하면, 기준값이 미리 정해진 값 이하로 제한된다. 따라서, 기준값이 과도하게 커지는 것을 방지할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 연산 유닛은, 검출된 파형의 크기의 최소치와 크기의 최소치가 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균을 산출하고, 기준값을 상기 평균으로 설정한다.
상기한 구성에 의하면, 기준값은 검출된 파형에 있어서의 크기의 최소치와 크기의 최소치가 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균으로 설정된다. 따라서, 평균보다 작은 부분을 파형 모델로부터 제거할 수 있다. 그러므로, 파형 모델의 크기에 의한 영향을 줄일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 연산 유닛은, 복수의 점화 사이클에서, 각각이 검출된 파형에 있어서의 크기의 최소치와 크기의 최소치가 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균인 각각의 평균들을 산출하고, 기준값을, 상기 평균들의 중앙값에 상기 평균들의 표준 편차와 계수의 곱을 더한 값으로 설정한다.
상기한 구성에 의하면, 기준값은 평균들의 중앙값에 평균들의 표준 편차와 계수의 곱을 더한 값으로 설정된다. 따라서, 평균들의 중앙값에 평균들의 표준 편차와 계수의 곱을 더한 값보다 작은 부분을 파형 모델로부터 제거할 수 있다. 그러므로, 파형 모델의 크기에 의한 영향을 줄일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 기준값은 일정한 값이다.
상기한 구성에 의하면, 일정한 값보다 작은 부분을 파형 모델로부터 제거할 수 있다. 그러므로, 파형 모델의 크기에 의한 영향을 줄일 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 에 의해 제어되는 엔진을 나타내는 개략 구성도이다.
도 2 는, 노킹이 발생한 때에 엔진에서 발생하는 진동의 주파수대를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 엔진 ECU 를 나타내는 제어 블록도이다.
도 4 는, 엔진의 진동 파형을 나타내는 (제 1) 도면이다.
도 5 는, 진동 파형과 노크 파형 모델을 비교하여 보여주는 (제 1) 도면이다.
도 6 은, 노크 파형 모델을 나타내는 도면이다.
도 7 은, 진동 파형과 노크 파형 모델을 비교하는 비교 구간을 나타내는 (제 1) 도면이다.
도 8 은, 상관계수 K 를 산출하기 위해 사용되는 면적 S 를 나타내는 (제 1) 도면이다.
도 9 는, 상관계수 K 를 산출하기 위해 사용되는 면적 S 를 나타내는 (제 2) 도면이다.
도 10 은, 노크 크기 N 를 산출하기 위해 사용되는 합성 파형의 크기의 합계를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 본 발명의 제 1 실시예에 관련된 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 의 기능 블록도이다.
도 12 는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트이다.
도 l3 은, 상관계수 K 를 산출하기 위해 사용되는 면적 S 를 나타내는 (제 3) 도면이다.
도 14 는, 진동 파형과 노크 파형 모델을 비교하여 보여주는 (제 2) 도면이다.
도 15 는, 상관계수 K 를 산출하기 위해 사용되는 면적 S 를 나타내는 (제 4) 도면이다.
도 16 은, 엔진의 진동 파형을 나타내는 (제 2) 도면이다.
도 17 은, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 의 기능 블록도이다.
도 18 은, 크기의 최소치의 빈도 분포를 나타내는 도면이다.
도 19 는, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트이다.
도 20 은, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 의 기능 블록도이다.
도 21 은, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트이다.
도 22 는, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 의 기능 블록도이다.
도 23 은, 기준값을 설정하기 위해 산출되는 평균을 나타내는 도면이다.
도 24 는, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트이다.
도 25 는, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 의 기능 블록도이다.
도 26 은, 평균의 빈도 분포를 나타내는 도면이다.
도 27 은, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 플로우차트이다.
도 28 은, 진동 파형과 노크 파형 모델을 비교하는 비교 구간을 나타내는 (제 2) 도면이다.
이하에서, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다. 이하의 설명에서, 동일한 부품에는 동일한 부호를 부여하였다. 그들의 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
제 1 실시예
도 1 을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 노킹 판정 장치를 탑재한 차량의 엔진 (100) 에 대해 설명한다. 엔진 (100) 에는 복수의 실린더가 형성된다. 본 실시예의 노킹 판정 장치는, 예를 들어 엔진 ECU (Electronic Control Unit, 전자제어유닛) (200) 가 실행하는 프로그램에 의해 실현된다. 엔진 ECU (200) 가 실행하는 프로그램은 CD (Compact Disc) 또는 DVD (Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체에 기록되어, 시장에 유통될 수 있다.
엔진 (100) 은, 에어 클리너 (102) 로부터 흡입된 공기와 인젝터 (104) 로부터 분사되는 연료의 공기-연료 혼합기 (air-fuel mixture) 를, 연소실 내에서 점화 플러그 (106) 에 의해 점화하여 연소시키는 내연기관이다. 점화 시기는, 출력 토크가 최대가 되는 MBT (Minimum advance for Best Torque) 가 되도록 제어되지만, 예컨대 노킹이 발생했을 때에는, 엔진 (l00) 의 운전 상태에 따라 지연되거나 앞당겨진다.
공기-연료 혼합기가 연소하면, 연소 압력에 의해 피스톤 (108) 이 아래로 눌려, 크랭크축 (110) 이 회전한다. 연소 후의 공기-연료 혼합기 (배기가스) 는 삼원촉매 (112) 에 의해 정화된 후, 차량 밖으로 배출된다. 엔진 (100) 에 흡입되는 공기의 양은 스로틀 밸브 (114) 에 의해 조절된다.
엔진 (100) 은 엔진 ECU (200) 에 의해 제어된다. 엔진 ECU (200) 에는, 노크 센서 (300), 수온 센서 (302), 타이밍 로터 (304) 에 대향 형성된 크랭크 위치 센서 (306), 스로틀 개도 센서 (308), 차속 센서 (310), 점화 스위치 (312) 및 공기 유량계 (314) 가 접속되어 있다.
노크 센서 (300) 는 엔진 (100) 의 실린더 블록에 형성된다. 노크 센서 (300) 는 압전 소자로 구성되어 있다. 노크 센서 (300) 는 엔진 (100) 의 진동에 대한 응답으로 전압을 발생시킨다. 전압의 크기는 진동의 크기에 대응한다. 노크 센서 (300) 는, 전압을 나타내는 신호를 엔진 ECU (200) 에 송신한다. 수온 센서 (302) 는, 엔진 (100) 의 워터 재킷 안의 냉각수의 온도를 검출하고, 검출 결과를 나타내는 신호를 엔진 ECU (200) 에 송신한다.
타이밍 로터 (304) 는 크랭크축 (110) 에 형성되고, 크랭크축 (110) 과 함께 회전한다. 타이밍 로터 (304) 의 외주에는, 미리 정해진 간격으로 복수의 돌기가 형성되어 있다. 크랭크 위치 센서 (306) 는 타이밍 로터 (304) 의 돌기에 대향하도록 형성되어 있다. 타이밍 로터 (304) 가 회전하면, 타이밍 로터 (304) 의 돌기와 크랭크 위치 센서 (306) 사이의 에어 갭 (air gap) 이 변화하고, 그 결과, 크랭크 위치 센서 (306) 의 코일부를 통과하는 자속이 증감하여, 코일부에 기전력을 발생시킨다. 크랭크 위치 센서 (306) 는, 기전력을 나타내는 신호를 엔진 ECU (200) 에 송신한다. 엔진 ECU (200) 는, 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 크랭크각 및 크랭크축 (110) 의 회전수를 검출한다.
스로틀 개도 센서 (308) 는 스로틀 개도를 검출하고, 검출 결과를 나타내는 신호를 엔진 ECU (200) 에 송신한다. 차속 센서 (310) 는, 차륜 (도시 생략) 의 회전수를 검출하고, 검출 결과를 나타내는 신호를 엔진 ECU (200) 에 송신한다. 엔진 ECU (200) 는 차륜의 회전수에 기초하여 차속을 산출한다. 점화 스위치 (312) 는, 엔진 (100) 이 시동될 때에, 운전자에 의해 켜진다. 공기 유량계 (314) 는, 엔진 (100) 에 흡입되는 공기의 양을 검출하고, 검출 결과를 나타내는 신호를 엔진 ECU (200) 에 송신한다.
엔진 ECU (200) 는, 전원인 보조 배터리 (320) 로부터 공급된 전력에 의해 작동된다. 엔진 ECU (200) 는, 각각의 센서 및 점화 스위치 (312) 로부터 송신된 신호, ROM (Read 0nly Memory) (202) 에 저장된 맵 및 프로그램에 기초하여 연산 처리를 행하고, 엔진 (100) 이 원하는 상태에서 운전될 수 있도록 관련 장치를 제어한다.
본 실시예에 있어서, 엔진 ECU (200) 는, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 및 크랭크각에 기초하여, 미리 정해진 노크 검출 게이트 (미리 정해진 제 1 크랭크각으로부터 미리 정해진 제 2 크랭크각까지의 구간) 에 있어서의 엔진 (100) 의 진동의 파형 (이하, 진동 파형이라고 함) 을 검출하고, 검출된 진동 파형에 기초하여, 엔진 (100) 에 노킹이 발생했는지 여부를 판정한다. 본 실시예에 있어서의 노크 검출 게이트는, 연소 행정에 있어서 상사점 (0°) 으로부터 90°까지의 구간이다. 노크 검출 게이트는 이것으로 제한되지 않는다.
노킹이 발생한 경우, 엔진 (100) 에는, 도 2 에서 실선으로 나타낸 주파수 부근의 주파수의 진동이 발생한다. 노킹에 의해 야기되는 진동의 주파수는 일정하지 않고 특정 주파수대를 갖는다.
진동이 비교적 넓은 주파수대에서 검출되면, 노킹에 의해 야기되는 진동 이외의 노이즈 (예컨대, 실린더내 인젝터 또는 흡기/배기 밸브의 착석에 의해 야기되는 진동) 가 포함될 가능성이 높아진다.
반대로, 진동이 비교적 좁은 주파수대에서 검출되면, 검출되는 진동의 크기에 포함되는 노이즈 성분을 억제할 수 있는 반면, 노이즈 성분의 특징적인 부분 (진동의 발생 시기나 감쇠 비율 등) 이 진동 파형으로부터 또한 제거된다. 이 경우, 진동이 실제로 노이즈 성분에 기인하더라도, 노이즈 성분을 포함하지 않는 진동 파형, 즉 노킹이 발생한 때에 검출되는 진동 파형에 유사한 진동 파형이 검출된다. 그러므로, 이 경우, 진동 파형에 기초하여, 노킹으로 인한 진동을 노이즈로 인한 진동과 구별하는 것은 곤란하다.
따라서, 본 실시예에 있어서, 노킹에 특유한 진동을 정확하게 포착하기 위해, 대역폭이 좁게 설정된 제 1 주파수대 (A), 제 2 주파수대 (B) 및 제 3 주파수대 (C) 에서 진동이 검출된다.
한편, 노이즈가 발생한 때에는 노이즈를 고려하여 노킹이 발생했는지 여부를 판정하기 위해, 노이즈를 포착하도록 제 1 주파수대 (A) ∼ 제 3 주파수대 (C) 를 포함하는 더 넓은 제 4 주파수대 (D) 에서 진동이 검출된다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 엔진 ECU (200) 는, A/D (아날로그/디지털) 변환부 (400), 밴드 패스 필터 (1) (411), 밴드 패스 필터 (2) (412), 밴드 패스 필터 (3) (413), 밴드 패스 필터 (4) (414) 및 적산부 (integrating unit, 420) 를 포함한다.
밴드 패스 필터 (1) (411) 는 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 가운데 제 1 주파수대 (A) 의 신호만을 통과시킨다. 즉, 밴드 패스 필터 (1) (411) 는, 노크 센서 (300) 가 검출한 진동에서 제 1 주파수대 (A) 의 진동만을 추출한다.
밴드 패스 필터 (2) (412) 는, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 가운데, 제 2 주파수대 (B) 의 신호만을 통과시킨다. 즉, 밴드 패스 필터 (2) (412) 는, 노크 센서 (300) 가 검출한 진동에서 제 2 주파수대 (B) 의 진동만을 추출한다.
밴드 패스 필터 (3) (413) 는, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 가운데, 제 3 주파수대 (C) 의 신호만을 통과시킨다. 즉, 밴드 패스 필터 (3) (413) 는, 노크 센서 (300) 가 검출한 진동에서 제 3 주파수대 (C) 의 진동만을 추출한다.
밴드 패스 필터 (4) (414) 는, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 가운데, 제 4 주파수대 (D) 의 신호만을 통과시킨다. 즉, 밴드 패스 필터 (4) (414) 는, 노크 센서 (300) 가 검출한 진동에서 제 4 주파수대 (D) 의 진동만을 추출한다.
적산부 (420) 는, 밴드 패스 필터 (1) (411) ∼ 밴드 패스 필터 (4) (414) 에 의해 선별된 신호, 즉 진동의 크기를 크랭크각 5°마다 적산한 적산치 (이하, 5°적산치라고도 함) 를 산출한다. 주파수대마다 5°적산치를 산출한다.
게다가, 제 1 주파수대 (A) ∼ 제 3 주파수대에 대해 산출된 각각의 적산치는, 크랭크각에 연관하여 가산된다. 즉, 제 1 주파수대 (A) ∼ 제 3 주파수대 (C) 의 각 진동 파형이 합성 파형으로 조합된다.
따라서, 본 실시예에 있어서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 주파수대 (A) ∼ 제 3 주파수대 (C) 의 합성 파형과 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형이, 엔진 (100) 의 진동 파형으로서 사용된다. 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형 (5°적산치) 은 조합되지 않고, 단독으로 사용된다.
검출된 진동 파형 가운데, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 크기가 최대로 되는 크랭크각 이후의 크랭크각의 범위에 있어서, 노크 파형 모델과 비교된다. 노크 파형 모델은 엔진 (100) 의 기준 진동 파형으로서 규정된다. 본 실시예에 있어서, 노크 파형 모델의 크기는, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형이 검출되는 때마다 설정된다. 즉, 노크 파형 모델의 크기는, 점화 사이클마다 정해진다.
노크 파형 모델의 크기는, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형의 크기 (5°적산 치) 에 기초하여 설정된다. 더 구체적으로는, 노크 파형 모델의 크기는, 노크 파형 모델의 최대 크기가 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형의 최대 크기와 동일하게 되도록 설정된다.
최대 크기 이외의 크기는, 엔진 속도 NE 및 엔진 (100) 의 부하에 따라 설정된다. 더 구체적으로는, 인접하는 크랭크각에서의 크기에 대한 크랭크각에서의 크기의 감쇠 비율은, 파라미터로 엔진 속도 NE 및 엔진 (l00) 의 부하를 이용하는 맵에 따라 설정된다.
따라서, 예를 들어, 감쇠 비율이 25 % 이고, 20°의 크랭크각 범위에서의 크기가 설정되는 경우, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 크기는 단위 (unit) 크랭크각당 25 % 감소한다. 여기서, 노크 파형 모델의 크기를 설정하는 방법은 상기한 것으로 한정되지 않는다.
진동 파형과 노크 파형 모델이 비교 구간에서 서로 비교된다. 비교 구간은 엔진 속도 NE 에 따라 설정된다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 비교 구간은, 엔진 속도 NE 가 작아질수록 작아지도록 설정된다. 비교 구간은 엔진 (100) 의 부하에 따라 설정될 수도 있다.
본 실시예에서, 엔진 ECU (200) 는, 진동 파형이 노크 파형 모델에 유사한 정도를 나타내는 (진동 파형과 노크 파형 모델 사이의 편차를 나타내는) 상관계수 K 를 산출한다. 진동 파형에 있어서 진동의 크기가 최대로 되는 타이밍을 노크 파형 모델에 있어서 진동의 크기가 최대로 되는 타이밍과 일치하게 한 후, 진동 파형에 있어서의 크기와 노크 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차의 절대값 (편차 량) 을 크랭크각마다 (5°마다) 산출하고, 이로써, 상관계수 K 를 산출한다. 이와 달리, 5°이외의 크랭크각마다 진동 파형에 있어서의 크기와 노크 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차의 절대값을 산출할 수도 있다.
크랭크각마다 진동 파형에 있어서의 크기와 노크 파형 모델에 있어서의 크기 사이의 차의 절대값을 ΔS(I) (여기서, I 는 자연수) 라고 가정한다. 도 8 에서 빗금으로 나타낸 바와 같이, 비교 구간에서 노크 파형 모델에 있어서의 크기들의 합, 즉 비교 구간에서 노크 파형 모델의 면적을 S 라고 가정한다. 상관계수 K 는, 하기의 식 (1) 을 이용해 산출된다:
K = ( S - ∑ΔS(I)) ) / S … (1)
여기서, ∑ΔS(I) 는, 비교 구간에서의 ΔS(I) 의 총합이다.
본 실시예에 있어서, 엔진 속도 NE 가 임계값 NE(1) 보다 작은 경우, 도 8 에서 빗금으로 나타낸 바와 같이, 비교 구간에서의 노크 파형 모델의 크기로부터 양 (positive) 의 기준값을 빼서 결정되는 각각의 값의 합계가 노크 파형 모델의 면적 S 로서 사용된다. 즉, 비교 구간에서, 기준값 이상의 크기가 차지하는 면적이 노크 파형 모델의 면적 S 로서 사용된다. 대조적으로, 엔진 속도 NE 가 임계값 NE(1) 이상인 경우, 도 9 에서 빗금으로 나타낸 바와 같이, 비교 구간에서의 노크 파형 모델의 면적 S 전체를 이용하여 상관계수 K 가 산출된다. 기준값으로서, 예를 들어, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에 있어서의 최소 크기가 사용된다. 상관계수 K 의 산출 방법은 상기한 것으로 한정되지 않는다.
또한, 엔진 ECU (200) 는, 도 10 에서 빗금으로 나타낸 바와 같이, 제 1 주 파수대 (A) ∼ 제 3 주파수대 (C) 의 합성 파형에서의 5°적산치의 합계를 이용하여, 노크 크기 N 을 산출한다.
합성 파형의 5°적산치의 합계가 P 이고, 엔진 (100) 에 진동이 발생하고 있지 않는 상태에서 엔진 (100) 의 진동의 크기를 나타내는 값을 BGL (Back Ground Level) 이라고 가정한다. 그러면, 노크 크기 N 은, N = P / BGL 이라는 식을 이용하여 산출된다. BGL 은, 예를 들어 시뮬레이션이나 실험에 기초하여 미리 정해지고, ROM (202) 에 저장된다. 노크 크기 N 의 산출 방법은 상기한 것으로 한정되지 않는다.
본 실시예에서, 엔진 ECU (200) 는, 산출된 노크 크기 N 을 ROM (202) 에 저장된 임계값 V (J) 와 비교하고, 상관계수 K 를 ROM (202) 에 저장된 임계값 K (0) 와 비교하여, 엔진 (100) 에 노킹이 발생했는지 여부를 점화 사이클마다 판정한다.
도 11 을 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 의 기능에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 기능은 소프트웨어에 의해 실현될 수도 있고, 하드웨어에 의해 실현될 수도 있다.
엔진 ECU (200) 는, 크랭크각 검출부 (210), 크기 검출부 (220), 파형 검출부 (230), 구간 설정부 (240), 최소치 검출부 (250), 기준값 설정부 (260), 상관계수 산출부 (270), 노크 크기 산출부 (280) 및 노킹 판정부 (290) 를 포함한다.
크랭크각 검출부 (210) 는, 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 크랭크각을 검출한다.
크기 검출부 (220) 는, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 노 크 검출 게이트에서의 진동의 크기를 검출한다. 진동의 크기는, 크랭크각에 연관하여 검출된다. 또한, 진동의 크기는, 노크 센서 (300) 의 출력 전압 값으로 나타내어진다. 진동의 크기는, 노크 센서 (300) 의 출력 전압 값에 대응하는 값으로 나타내어질 수도 있다.
파형 검출부 (230) 는, 진동의 크기를 크랭크각 5°마다 적산함으로써, 노크 검출 게이트에서의 진동 파형을 검출한다.
구간 설정부 (240) 는, 진동 파형과 노크 파형 모델을 서로 비교하는 비교 구간을, 엔진 속도 NE 가 작을수록 더 작아지도록 설정한다.
최소치 검출부 (250) 는, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에 있어서의 크기의 최소치를 검출한다. 기준값 설정부 (260) 는, 기준값을, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기의 최소치로 설정한다. 최소치의 검출 및 기준값의 설정은 점화 사이클마다 행해진다. 즉, 복수의 점화 사이클에서, 매번 최소치가 검출되고 기준값이 설정된다.
상관계수 산출부 (270) 는 상관계수 K 를 산출한다. 노크 크기 산출부 (280) 는, 노크 크기 N 을 산출한다. 노킹 판정부 (290) 는, 노크 크기 N 이 임계값 V (J) 보다 크고 또한 상관계수 K 가 임계값 K (0) 보다 큰 경우에, 노킹이 발생했다고 판정한다.
전술한 식 (1) 은, 하기 식 (2) 로 변형될 수 있다.
K = 1 - ∑ΔS(I) / S … (2)
또, 식 (2) 는, 하기 식 (3) 으로 변형될 수 있다.
∑ΔS(I) / S = 1 - K … (3)
그러므로, 상관계수 K 가 임계값 K (0) 보다 크다는 것은, ∑ΔS(I) / S 가 1 - K (0) 보다 작다는 것과 같다.
도 12 를 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 가 실행하는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 프로그램은, 미리 정해진 주기로 (예컨대, 점화 사이클마다) 반복 실행된다.
단계 (이하에서, 단계를 "S"로 축약함) 100 에서, 엔진 ECU (200) 는, 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 크랭크각을 검출한다.
S102 에서, 엔진 ECU (200) 는, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 크랭크각에 연관하여 엔진 (100) 의 진동의 크기를 검출한다.
S104 에서, 엔진 ECU (200) 는, 노크 센서 (300) 의 출력 전압 값 (각각의 값은 진동의 크기를 나타냄) 을 크랭크각 5°마다 (5°동안) 적산한 5°적산치를 산출하여, 엔진 (100) 의 진동 파형을 검출한다. 즉, 제 1 주파수대 (A) ∼ 제 3 주파수대 (C) 의 합성 파형과 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형이 검출된다.
S106 에서, 엔진 ECU (200) 는, 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 엔진 속도 NE 를 검출한다. S108 에서, 엔진 ECU (200) 는, 진동 파형과 노크 파형 모델을 비교하는 비교 구간을, 엔진 속도 NE 가 작을수록 더 작아지도록 설정한다.
S110 에서, 엔진 ECU (200) 는 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기의 최소치를 검출한다. S112 에서, 엔진 ECU (200) 는, 기준값을, 제 4 주파수 대 (D) 의 진동 파형에서의 크기의 최소치로 설정한다.
S114 에서, 엔진 ECU (200) 는 상관계수 K 를 산출한다. Sl16 에서, 엔진 ECU (200) 는 노크 크기 N 를 산출한다.
S118 에서, 엔진 ECU (200) 는, 상관계수 K 가 임계값 K (0) 보다 크고 또한 노크 크기 N 이 임계값 V (J) 보다 큰지 여부를 판정한다. 상관계수 K 가 임계값 K (0) 보다 크고 또한 노크 크기 N 이 임계값 V (J) 보다 크면 (S118 에서 '예'), 처리는 S120 으로 진행된다. 그렇지 않으면 (S118 에서 '아니오'), 처리는 S124 로 진행된다.
S120 에서, 엔진 ECU (200) 는, 노킹이 발생했다고 판정한다. Sl22 에서, 엔진 ECU (200) 는 점화 시기를 지연시킨다.
S124 에서, 엔진 ECU (200) 는, 노킹이 발생하지 않았다고 판정한다. S126 에서, 엔진 ECU (200) 는 점화 시기를 앞당긴다.
상기한 구조 및 플로우차트에 기초하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 의 동작에 대해 설명한다.
엔진 (100) 의 운전 중에, 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호에 기초하여 크랭크각이 검출된다 (S100). 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 크랭크각에 연관하여 엔진 (100) 의 진동의 크기가 검출된다 (S102). 5°적산치를 산출하여, 엔진 (100) 의 진동 파형을 검출한다 (S104).
또한, 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호에 기초하여, 엔진 속도 NE 가 검출된다 (S106). 진동 파형과 노크 파형 모델을 비교하는 비교 구간은 엔진 속도 NE 가 작을수록 더 작아지도록 설정된다 (S108). 또한, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기의 최소치가 검출된다 (S110). 기준값이 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기의 최소치로 설정된다 (S112).
도 13 에 나타낸 바와 같이, 엔진 속도 NE 가 임계값 NE (1) 보다 작은 경우, 노크 파형 모델의 크기로부터 양의 기준값을 빼서 결정되는 각각의 값들의 합계를, 노크 파형 모델의 면적 S 로서 이용하여, 상관계수 K 를 산출한다 (S114).
따라서, 노크 파형 모델의 크기 자체가 상관계수 K 에 미치는 영향을 줄일 수 있다. 그러므로, 진동 파형에서의 크기와 노크 파형 모델에서의 크기 사이의 차가 상관계수 K 에 미치는 영향을 상대적으로 크게 할 수 있다.
그런데, 도 14 에 나타낸 바와 같이, 엔진 속도 NE 가 큰 상태에서는, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기의 최소치, 즉 기준값이 비교적 커질 수 있다. 따라서, 노크 파형 모델의 크기로부터 기준값을 빼서 결정되는 각각의 값들의 합계를 노크 파형 모델의 면적 S 로서 사용하는 경우, 면적 S 가 필요이상으로 작아질 수 있다.
그러므로, 도 15 에 나타낸 바와 같이, 엔진 속도 NE 가 임계값 NE (1) 이상인 경우, 비교 구간에서의 노크 파형 모델의 전체 면적 S 를 이용하여, 상관계수 K 를 산출한다 (S114). 따라서, 노크 파형 모델의 면적 S 가 상관계수 K 에 미치는 영향을 크게 할 수 있다. 그러므로, 진동 파형의 크기와 노크 파형 모델의 크기 사이의 차가 상관계수 K 에 미치는 영향을 상대적으로 작게 할 수 있다. 그 결과, 크기의 차에 의한 영향을 제한할 수 있다.
엔진 속도 NE 가 작은 경우에는, 예컨대 1 초당 크랭크각의 변화량이, 엔진 속도 NE 가 큰 경우에 비해 더 작다. 대조적으로, 노킹으로 인해 진동이 발생하는 시간의 길이는 엔진 속도 NE 에 관계없이 실질적으로 일정하다.
그러므로, 도 16 에 나타낸 바와 같이, 엔진 속도 NE 가 작은 경우에는, 노킹으로 인한 진동이 검출되는 크랭크각의 간격이, 엔진 속도 NE 가 큰 경우에 비해 더 짧다. 따라서, 본 실시예에 있어서는, 엔진 속도 NE가 작을수록 더 작아지도록 결정되는 비교 구간에서 진동 파형의 각각의 크기와 노크 파형 모델의 각각의 크기 사이의 차를 합하여 결정되는 값에 기초하여, 상관계수 K 가 산출된다. 이런 식으로, 진동 파형과 노크 파형 모델 사이의 차를 이용하는 구간으로부터, 노킹으로 인한 진동이 발생하기 어려운 구간을 제외할 수 있다.
상관계수 K 외에도, 제 1 주파수대 (A) ∼ 제 3 주파수대 (C) 의 합성 파형의 크기의 합계를 이용하여, 노크 크기 N 이 산출된다 (S116).
상관계수 K 가 임계값 K (0) 보다 크고 또한 노크 크기 N 이 임계값 V (J) 보다 크면 (S118 에서 '예'), 노킹이 발생했다고 판정된다 (S120). 이 경우, 점화 시기가 지연된다 (S122).
대조적으로, 상관계수 K 가 임계값 K (0) 이하이거나 노크 크기 N 이 임계값 V (J) 이하이면 (S118 에서 '아니오'), 노킹이 발생하지 않았다고 판정된다 (S124). 이 경우, 점화 시기가 앞당겨진다 (S126).
전술한 바와 같이, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU 는, 엔진 속도 NE가 임계값 NE (1) 보다 작은 경우, 상관계수 K 를 산출하기 위해, 노크 파형 모 델의 크기로부터 양의 기준값을 빼서 결정되는 각각의 값들의 합계를, 노크 파형 모델의 면적 S 로서 이용한다. 따라서, 노크 파형 모델의 크기 자체가 상관계수 K 에 미치는 영향을 작게 할 수 있다. 그러므로, 진동 파형의 크기와 노크 파형 모델의 크기 사이의 차가 상관계수 K 에 미치는 영향을 상대적으로 크게 할 수 있다. 이러한 상관계수 K 를 이용하여, 노킹이 발생했는지 여부가 판정된다. 이런 식으로, 노킹이 발생하지 않았다는 사실과는 관계없이, 진동 파형에서의 크기와 파형 모델에서의 크기 사이의 차가 작은 경우, 노킹이 발생하지 않았음을 올바르게 판정할 수 있다. 대조적으로, 엔진 속도 NE 가 임계값 NE (1) 이상인 경우, 비교 구간에서의 노크 파형 모델의 면적 S 전체를 이용하여, 상관계수 K 가 산출된다. 따라서, 진동 파형의 크기와 노크 파형 모델의 크기 사이의 차가 상관계수 K 에 미치는 영향을 상대적으로 작게 할 수 있다. 따라서, 진동 파형의 크기와 노크 파형 모델의 크기 사이의 차가 상관계수 K 에 미치는 영향을 제한할 수 있다. 그 결과, 노킹이 발생했는지 여부를 정확하게 판정할 수 있다.
제 2 실시예
이하에서, 본 발명의 제 2 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는, 진동 파형의 최소치의 빈도 분포에 기초하여 기준값을 설정한다는 점에서 전술한 제 1 실시예와 상이하다. 엔진 (100) 자체의 구조와 같은 다른 특징은 전술한 제 1 실시예의 경우와 동일하고, 그 기능도 동일하다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 17 을 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 의 기능에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 기능은 소프트웨어에 의해 실현될 수도 있고, 하드웨어에 의해 실현될 수도 있다. 본 실시예 및 제 1 실시예의 동일한 기능에는 동일한 번호를 부여하였다. 그러므로, 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
본 실시예에 있어서, 기준값 설정부 (262) 는, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에 있어서의 크기의 최소치의 빈도 분포에 기초하여, 기준값을 설정한다. 도 18 에 나타낸 바와 같이, 기준값은, 최소치들의 중앙값에 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정된다. 계수는 예컨대 "2"이다. 기준값을 설정하기 위해 사용되는 최소치는, 예컨대 200 점화 사이클에서의 최소치이다. 기준값을 설정할 때, 최소치는 로그변환을 거쳐 사용된다. 그러므로, 빈도 분포를 이용하여 설정된 기준값은, 역로그변환을 거쳐 사용된다.
도 19 를 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 가 실행하는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다. 제 1 실시예의 경우와 동일한 처리 단계에는, 동일한 단계 번호를 부여하였다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
S200 에서, 엔진 ECU (200) 는, 기준값을, 최소치들의 중앙값에 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정한다. 이와 같이 하여, 제 1 실시예와 유사한 효과를 달성할 수 있다.
제 3 실시예
이하에서, 본 발명의 제 3 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는, 기준값이 미리 정해진 값 이하로 제한된다는 점에서, 전술한 제 2 실시예와 상이하다. 엔진 (100) 자체의 구조와 같은 다른 특징은 전술한 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 그 기능도 또한 동일하다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 20 을 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 의 기능에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 기능은 소프트웨어에 의해 실현될 수도 있고, 하드웨어에 의해 실현될 수도 있다. 본 실시예 및 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 동일한 기능에는 동일한 번호를 부여하고, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
엔진 ECU (200) 는, 제한부 (264) 를 또한 포함한다. 제한부 (264) 는 기준값을 상한치 이하로 제한한다. 상한치는, 예컨대 최소치들의 중앙값의 2 배이다. 상한치는 이것으로 한정되지 않는다. 대안적으로는, 상한치는 일정한 값으로 설정될 수도 있다.
도 21 를 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 가 실행하는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다. 제 1 실시예 또는 제 2 실시예의 경우와 동일한 처리 단계에는, 동일한 단계 번호를 부여하였고, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
S300 에서, 엔진 ECU (200) 는, 기준값이 상한치 이하인지 여부를 판단한다. 기준값이 상한치 이하인 경우 (S300 에서 '예'), 처리는 S114 로 진행된다. 그렇지 않으면 (S300 에서 '아니오'), 처리는 S302 로 진행된다. S302 에서, 엔진 ECU (200) 는 기준값을 상한치로 설정한다. 이와 같이 하여, 전술한 제 1 실시예와 유사한 효과를 달성할 수 있다.
제 4 실시예
이하에서, 본 발명의 제 4 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는, 기준값이 진동 파형에서의 최소 크기와 최소 크기가 진동 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균으로 설정된다는 점에서, 전술한 제 1 실시예와 상이하다. 엔진 (100) 자체의 구조와 같은 다른 특징은 전술한 제 1 실시예와 동일하다. 그 기능도 또한 동일하다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 22 를 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 의 기능에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 기능은 소프트웨어에 의해 실현될 수도 있고, 하드웨어에 의해 실현될 수도 있다. 전술한 제 1 실시예의 기능과 동일한 기능에는, 동일한 번호를 부여하였고, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
본 실시예에 있어서, 기준값 설정부 (266) 는, 도 23 에 나타낸 바와 같이, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기 (5°적산치) 의 최소치와 크기가 진동 파형에서 최소치를 갖는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균을 산출한다. 예를 들어, 크랭크각 15°에 대응하는 5°적산치를 "3"으로 나눔으로써, 평균이 산출된다. 또한, 기준값 설정부 (266) 는 기준값을 산출된 평균으 로 설정한다. 평균의 산출 및 기준값의 설정은 점화 사이클마다 행해진다. 즉, 복수의 점화 사이클에서, 매번 평균이 산출되고 기준값이 설정된다.
도 24 를 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 가 실행하는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다. 전술한 제 1 실시예의 경우와 동일한 단계에는, 동일한 단계 번호를 부여하였다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
S400 에서, 엔진 ECU (200) 는, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기 (5°적산치) 의 최소치와 크기가 진동 파형에서 최소치를 갖는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균을 산출한다. S402 에서, 엔진 ECU (200) 는, 기준값을 산출된 평균으로 설정한다. 이와 같이 하여, 전술한 제 1 실시예와 유사한 효과를 달성할 수 있다.
제 5 실시예
이하에서, 본 발명의 제 5 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는, 크기 (5°적산치) 의 평균의 빈도 분포에 기초하여 기준값이 설정된다는 점에서, 전술한 제 4 실시예와 상이하다. 엔진 (100) 자체의 구조와 같은 다른 특징은 전술한 제 1 실시예의 경우와 동일하다. 그 기능도 또한 동일하다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
도 25 를 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 의 기능에 대해 설명한다. 이하에서 설명하는 기능은 소프트웨어에 의해 실현될 수도 있고, 하드웨어에 의해 실현될 수도 있다. 여기서, 전술한 제 1 실시예 또는 제 4 실시예의 기능과 동일한 기능에는, 동일한 번호를 부여하였다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
본 실시예에 있어서, 기준값 설정부 (268) 는, 제 4 주파수대 (D) 의 진동 파형에서의 크기 (5°적산치) 의 최소치와 크기가 진동 파형에서 최소치를 갖는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균을 산출한다. 또한, 기준값 설정부 (268) 는, 기준값을, 산출된 평균들의 중앙값에, 산출된 평균들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정한다. 계수는 예컨대 "2"이다. 기준값을 설정하기 위해 사용되는 평균은, 예컨대 200 점화 사이클에서의 각각의 평균이다. 기준값을 설정할 때, 평균은 로그변환을 거쳐 사용된다. 그러므로, 빈도 분포를 이용하여 설정된 기준값은, 역로그변환을 거쳐 사용된다.
도 27 을 참조하여, 본 실시예의 노킹 판정 장치인 엔진 ECU (200) 가 실행하는 프로그램의 제어 구조에 대해 설명한다. 여기서, 본 실시예 및 전술한 제 1 또는 제 4 실시예의 동일한 처리 단계에는, 동일한 단계 번호를 부여하였다. 그러므로, 여기서 그에 대한 상세한 설명을 반복하지 않는다.
S500 에서, 엔진 ECU (200) 는, 기준값을, 평균들의 중앙값에 평균들의 표준 편차와 계수와의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정한다. 이와 같이 하여, 전술한 제 1 실시예와 유사한 효과를 달성할 수 있다.
다른 실시예
일정한 값을 기준값으로서 사용할 수 있다. 더욱이, 도 28 에 나타낸 바와 같이, 크기가 최대치를 갖는 크랭크각이 비교 구간 밖에 있도록, 비교 구간을 설정할 수 있다.
이상에서 개시된 실시예는 모든 측면에서 일례이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명이 아니라 청구항에 의해 규정되며, 청구항에 균등한 의미와 범위에 속하는 모든 변경 및 수정을 포함하는 것이 의도된다.

Claims (27)

  1. 내연기관의 노킹 판정 장치로서,
    상기 내연기관 (100) 의 크랭크각을 검출하는 크랭크 위치 센서 (306);
    크랭크각에 연관되어 있는 상기 내연기관 (100) 의 진동의 크기를 검출하는 노크 센서 (300); 및
    연산 유닛 (200) 을 구비하고,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 내연기관 (100) 의 진동의 크기에 기초하여, 크랭크각의 제 1 간격에서의 진동의 파형을 검출하고,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 크랭크각의 제 2 간격에서, 상기 검출된 파형에서의 크기와 상기 내연기관 (100) 의 진동의 기준 파형으로서 미리 정해진 파형 모델에서의 크기 사이의 차에 기초하여 제 1 값을 산출하며,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 작을수록 더 작아지도록 제 2 값을 산출하고,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 제 1 값 및 상기 제 2 값에 기초하여 제 3 값을 산출하며,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 제 3 값에 기초하여, 상기 내연기관 (100) 에 노킹이 발생했는지 여부를 판정하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 내연기관 (100) 의 출력 축 회전수가 작을수록 더 작아지도록 상기 제 2 간격을 설정하는, 내연기관의 녹킹 판정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 각각이, 상기 제 2 간격에서, 상기 검출된 파형에서의 크기와 상기 파형 모델에서의 크기 사이의 차인 각각의 차들을 합함으로써 상기 제 1 값을 산출하고,
    상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 제 1 회전수인 경우, 상기 연산 유닛 (200) 은, 각각이, 상기 제 2 간격에서, 상기 파형 모델에서의 크기로부터 양의 기준값을 빼서 결정되는 값들을 합함으로써 제 2 값을 산출하고, 상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 상기 제 1 회전수보다 큰 제 2 회전수인 경우, 상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 제 2 간격에서, 상기 파형 모델에서의 크기들을 합함으로써 제 2 값을 산출하고,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 제 1 값을 상기 제 2 값으로 나눔으로써 상기 제 3 값을 산출하며,
    상기 제 3 값이 미리 정해진 값보다 작은 경우, 상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 내연기관 (100) 에 노킹이 발생했다고 판정하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치를 검출하 고,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 기준값을 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치로 설정하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 복수의 점화 사이클에서, 각각이 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치인 크기의 각각의 최소치들을 검출하고,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 기준값을, 상기 최소치들의 중앙값에 상기 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 연산 유닛 (200) 은 상기 기준값을 미리 정해진 값 이하로 제한하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 검출된 파형의 크기의 최소치와 상기 크기의 최소치가 상기 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균을 산출하고,
    상기 연산 유닛 (200) 은 상기 기준값을 상기 평균으로 설정하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 복수의 점화 사이클에서, 각각이 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치와 상기 크기의 최소치가 상기 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균인 각각의 평균들을 산출하고,
    상기 연산 유닛 (200) 은, 상기 기준값을, 상기 평균들의 중앙값에 상기 평균들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 기준값은 일정한 값인, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  10. 내연기관의 노킹 판정 방법으로서,
    상기 내연기관 (100) 의 크랭크각을 검출하는 단계;
    크랭크각에 연관되어 있는 상기 내연기관 (l00) 의 진동의 크기를 검출하는 단계;
    상기 내연기관 (100) 의 진동의 크기에 기초하여, 크랭크각의 제 1 간격에서의 진동의 파형을 검출하는 단계;
    크랭크각의 제 2 간격에서, 상기 검출된 파형에서의 크기와 상기 내연기관 (100) 의 진동의 기준 파형으로서 미리 정해진 파형 모델에서의 크기 사이의 차에 기초하여 제 1 값을 산출하는 단계;
    상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 작을수록 더 작아지도록 제 2 값을 산출하는 단계;
    상기 제 1 값 및 상기 제 2 값에 기초하여 제 3 값을 산출하는 단계; 및
    상기 제 3 값에 기초하여, 상기 내연기관 (100) 에 노킹이 발생했는지 여부를 판정하는 단계
    를 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 작을수록 더 작아지도록 상기 제 2 간격을 설정하는 단계
    를 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 값을 산출하는 단계는, 각각이, 상기 제 2 간격에서, 상기 검출된 파형에서의 크기와 상기 파형 모델에서의 크기 사이의 차인 각각의 차들을 합함으로써 상기 제 1 값을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제 2 값을 산출하는 단계는, 상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 제 1 회전수인 경우, 각각이, 상기 제 2 간격에서, 상기 파형 모델에서의 크기로부터 양의 기준값을 빼서 결정되는 값들을 합함으로써 제 2 값을 산출하고, 상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 상기 제 1 회전수보다 큰 제 2 회전수인 경우, 상기 제 2 간격에서, 상기 파형 모델에서의 크기들을 합함으로써 제 2 값을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 제 3 값을 산출하는 단계는, 상기 제 1 값을 상기 제 2 값으로 나눔으로써 상기 제 3 값을 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 노킹이 발생했는지 여부를 판정하는 단계는, 상기 제 3 값이 미리 정해진 값보다 작은 경우에, 상기 내연기관 (100) 에 노킹이 발생했다고 판정하는 단계를 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치를 검출하는 단계; 및
    상기 기준값을, 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치로 설정하는 단계
    를 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    복수의 점화 사이클에서, 각각이 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치인 각각의 크기의 최소치들을 검출하는 단계; 및
    상기 기준값을, 상기 최소치들의 중앙값에 상기 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정하는 단계
    를 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기준값을 미리 정해진 값 이하로 제한하는 단계
    를 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치와 상기 크기의 최소치가 상기 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균을 산출하는 단계; 및
    상기 기준값을 상기 평균으로 설정하는 단계
    를 더 포함하는, 내연기관의 녹킹 판정 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    복수의 점화 사이클에서, 각각이 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치와 상기 크기의 최소치가 상기 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균인 각각의 평균들을 산출하는 단계; 및
    상기 기준값을, 상기 평균들의 중앙값에 상기 평균들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정하는 단계
    를 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 방법.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 기준값은 일정한 값인, 내연기관의 노킹 판정 방 법.
  19. 내연기관의 노킹 판정 장치로서,
    상기 내연기관 (100) 의 크랭크각을 검출하기 위한 수단 (306);
    크랭크각에 연관되어 있는 상기 내연기관 (l00) 의 진동의 크기를 검출하기 위한 수단 (300);
    상기 내연기관 (100) 의 진동의 크기에 기초하여, 크랭크각의 제 1 간격에서의 진동의 파형을 검출하기 위한 수단 (200);
    크랭크각의 제 2 간격에서, 상기 검출된 파형에서의 크기와 상기 내연기관 (100) 의 진동의 기준 파형으로서 미리 정해진 파형 모델에서의 크기 사이의 차에 기초하여 제 1 값을 산출하기 위한 제 1 산출 수단 (200);
    상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 작을수록 더 작아지도록 제 2 값을 산출하기 위한 제 2 산출 수단 (200);
    상기 제 1 값 및 상기 제 2 값에 기초하여 제 3 값을 산출하기 위한 제 3 산출 수단 (200); 및
    상기 제 3 값에 기초하여, 상기 내연기관 (100) 에 노킹이 발생했는지 여부를 판정하기 위한 판정 수단 (200)
    을 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 작을수록 더 작아지도록 상기 제 2 간격을 설정하기 위한 수단 (200)
    을 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 산출 수단 (200) 은, 각각이, 상기 제 2 간격에서, 상기 검출된 파형에서의 크기와 상기 파형 모델에서의 크기 사이의 차인 각각의 차들을 합함으로써 상기 제 1 값을 산출하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 제 2 산출 수단 (200) 은, 상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 제 1 회전수인 경우, 각각이, 상기 제 2 간격에서, 상기 파형 모델에서의 크기로부터 양의 기준값을 빼서 결정되는 값들을 합함으로써 제 2 값을 산출하고, 상기 내연기관 (100) 의 출력축 회전수가 상기 제 1 회전수보다 큰 제 2 회전수인 경우, 상기 제 2 간격에서, 상기 파형 모델에서의 크기들을 합함으로써 제 2 값을 산출하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 제 3 산출 수단 (200) 은, 상기 제 1 값을 상기 제 2 값으로 나눔으로써 상기 제 3 값을 산출하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 판정 수단 (200) 은, 상기 제 3 값이 미리 정해진 값보다 작은 경우에, 상기 내연기관 (100) 에 노킹이 발생했다고 판정하기 위한 수단을 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치를 검출하기 위한 수단 (200); 및
    상기 기준값을, 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치로 설정하기 위한 수단 (200)
    을 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  23. 제 21 항에 있어서,
    복수의 점화 사이클에서, 각각이 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치인 각각의 크기의 최소치들을 검출하기 위한 수단 (200); 및
    상기 기준값을, 상기 최소치들의 중앙값에 상기 최소치들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정하기 위한 수단 (200)
    을 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 기준값을 미리 정해진 값 이하로 제한하기 위한 수단 (200)
    을 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치와 상기 크기의 최소치가 상기 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균을 산출하기 위한 수단 (200); 및
    상기 기준값을 상기 평균으로 설정하기 위한 수단 (200)
    을 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  26. 제 21 항에 있어서,
    복수의 점화 사이클에서, 각각이 상기 검출된 파형에서의 크기의 최소치와 상기 크기의 최소치가 상기 검출된 파형에 존재하는 크랭크각에 인접하는 크랭크각에서의 크기와의 평균인 각각의 평균들을 산출하기 위한 수단 (200); 및
    상기 기준값을, 상기 평균들의 중앙값에 상기 평균들의 표준 편차와 계수의 곱을 더하여 결정되는 값으로 설정하기 위한 수단 (200)
    을 더 포함하는, 내연기관의 노킹 판정 장치.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 기준값은 일정한 값인, 내연기관의 노킹 판정 장치.
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