KR20100063751A

KR20100063751A - 내연기관의 노크 판정 장치 및 노크 판정 방법

Info

Publication number: KR20100063751A
Application number: KR1020107006840A
Authority: KR
Inventors: 리히토 가네코; 겐지 가사시마; 마사토모 요시하라; 겐지 센다; 노리히토 하나이; 야스히로 야마사코; 유이치 다케무라
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-06-11
Also published as: BRPI0816201A2; CN101796380B; WO2009031378A1; US8302462B2; KR101192216B1; BRPI0816201B1; CN101796380A; EP2198256A1; RU2424497C1; AR068168A1; US20110146384A1; JP4997026B2; EP2198256B1; JP2009058467A; ZA201001617B

Abstract

기관 ECU 는, 노크 센서에 의해 검출된 진동으로부터 복수의 주파수 대역의 진동 강도를 추출하고, 추출된 각 주파수 대역의 진동 강도에 가중 계수를 곱하고, 그 결과를 크랭크 각도에 대응시켜 더하여, 5 도 마다의 적산값을 산출하는 단계 (S104); 주파수 대역 E 의 진동 파형과 미리 준비된 노크 파형 모델과의 비교의 결과에 기초하여 상관 계수 (K) 를 산출하는 단계 (S116); 노크 강도 (N) 를 산출하는 단계 (S118); 산출된 상관 계수 (K) 와 노크 강도 (N) 에 따른 노킹의 발생을 판정하는 단계 (S122); 및 산출된 상관 계수 (K) 와 노크 강도 (N) 에 따른 노킹이 발생하지 않은 것을 판정하는 단계 (S126) 를 포함하는 프로그램을 실행한다.

Description

내연기관의 노크 판정 장치 및 노크 판정 방법{KNOCK DETERMINATION DEVICE AND KNOCK DETERMINATION METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은, 내연기관에서의 노크의 판정 및, 보다 특히, 내연기관의 진동 파형에 기초하여 기관이 노킹되었는지 아닌지를 판정하기 위한 기술에 관한 것이다.

종래부터, 내연기관에서 발생하는 노킹 (노크) 을 검출하기 위한 다양한 방법들이 제안되어 왔다. 예를 들어, 내연기관에서의 진동 강도가 임계값보다 더 클 때의 노크의 발생을 판정하는 기술이 있다. 그러나, 기관에 노킹이 발생하지 않더라도, 흡기 밸브나 배기 밸브가 폐쇄될 때 겪는 진동 등의 노이즈의 강도가 임계값보다 더 높을 수도 있다. 이러한 경우, 실제로 노크가 발생되지 않더라도, 노크가 발생되었다는 오판정이 만들어질 수도 있다. 이에 따라, 진동이 발생하는 크랭크 각도 및 감쇠 비율 등, 강도 이외의 특징을 고려하기 위해서, 검출된 진동의 파형과 미리 정해진 노크 파형 모델과의 비교 결과에 기초하여 기관이 노킹되었는지 아닌지가 판정되는 기술이 제안되어 왔다.

일본 특허 공개 공보 제 2006－226967 호는, 노크가 발생했는지 아닌지를 고정밀도로 판정하는 내연기관의 노크 판정 장치를 개시하고 있다. 내연기관의 노크 판정 장치는, 내연기관의 진동을 검출하기 위한 수단, 검출된 진동으로부터 내연기관의 실린더에서의 3 차 및 4 차 탄젠셜 공진 모드 중 적어도 하나의 주파수 대역에서의 진동을 추출하기 위한 추출 수단, 및 추출된 진동에 기초하여, 내연기관에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하기 위한 판정 수단을 포함한다.

상기에 언급된 공개 공보에 개시된 노크 판정 장치에서, 노킹시에 특히 검출되는 전형적인 공진 모드인 3 차 및 4 차 탄젠셜 공진 모드 중 적어도 하나의 주파수 대역에서의 진동이 내연기관의 진동으로부터 추출되어서, 노킹보다 더 적은 노이즈를 포함하는 진동이 추출될 수 있다. 즉, 노크 발생의 진동 특징이 고정밀도로 추출될 수 있다. 노크가 발생했는지 아닌지가 진동에 기초하여 판정된다. 그 결과, 노킹이 발생했는지 아닌지를 정밀도로 판정할 수 있는 내연기관의 노크 판정 장치가 제공될 수 있다.

노킹시에 특히 검출되는 진동을 포함하는 대표적인 주파수 대역은 1 차, 2 차, 3 차 및 4 차 탄젠셜 공진 모드의 주파수 대역을 포함한다. 이들 주파수 대역 중에서, 다른 주파수 대역이 덜 민감한 반면, 몇몇 주파수 대역은 노킹 특유의 진동의 중첩에 훨씬 민감하다. 예를 들어, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동은 노킹 특유의 진동의 중첩에 비교적 민감하다. 그러나, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역은 노킹 이외의 노이즈에 의해서 훨씬 더 영향을 받는 경향이 있다는 것을 알아야 한다.

상기에 언급된 공개 공보에 개시된 노크 판정 장치와 같이 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동이 제거될 때, 노킹 특유의 진동의 중첩에 대해 훨씬 민감한 주파수 대역이 제거되어서, 노킹의 오판정이 발생할 수 있다. 또한, 노크가 발생했는지 아닌지를 판정할 때에 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 영향이 크다면 노킹의 오판정이 발생할 수도 있다.

본 발명의 목적은 노킹의 오판정을 감소시킬 수 있는 내연기관의 노크 판정 장치 및 노크 판정 방법을 제공하는 것이다.

양태에 따라, 본 발명은 내연기관의 진동을 검출하는 검출 유닛, 및 상기 검출 유닛에 연결된 판정 유닛을 포함하는 내연기관의 노크 판정 장치를 제공한다. 상기 판정 유닛은 상기 검출된 진동으로부터, 노킹에 대응하는 미리 정해진 복수의 주파수 대역의 진동을 각각 추출하고, 노킹 이외의 노이즈의 영향이 감소되도록, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도에 대한 가중을 변경하고, 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도에 기초하여 미리 정해진 크랭크 각도 간격의 진동 파형을 검출하고, 및 상기 검출된 진동 파형을 이용하여, 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정한다.

본 발명에 따르면, 상기 판정 유닛은 노킹 이외의 노이즈의 영향이 감소되도록 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도 사이의 가중을 변경한다. 예를 들어, 노킹 이외의 노이즈의 중첩에 의해 더 영향을 받고 노킹에 대응하는 진동이 중첩하기 쉬운 주파수 대역 (예를 들어, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역) 에서의 진동의 가중이 더 작아지면, 노킹 판정시에 노이즈의 영향이 감소될 수 있다. 따라서, 노이즈에 의해 영향을 받는 주파수 대역에서의 진동에 의해 유발된 노킹의 오판정이 방지되고, 노킹에 대응하는 진동이 중첩하기 쉬운 주파수 대역에서의 진동을 이용하여 노크 판정이 이루어질 수 있어서, 오판정이 감소될 수 있다. 이에 따라, 노킹의 오판정을 감소시킬 수 있는 내연기관의 노크 판정 장치가 제공될 수 있다.

바람직하게는, 판정 유닛은, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도 중에서, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 노크 판정에 대한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 큰 적어도 하나의 주파수 대역의 진동 강도의 비율이 감소되도록 가중을 변경한다.

본 발명에 따르면, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인해 노크 판정에 더 영향을 미치고 노킹에 대응하는 진동이 중첩되기 쉬운 주파수 대역 (예를 들어, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역) 에서의 진동 강도의 비율이 감소하도록 가중이 변경된다면, 노킹 판정시에 노이즈의 영향이 감소될 수 있다. 따라서, 노킹의 오판정이 감소될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 복수의 주파수 대역의 진동은 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 진동을 포함한다. 상기 판정 유닛은 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동 강도에 대한 가중이 다른 주파수 대역의 진동 강도에 대한 가중보다 작아지도록 가중을 변경한다.

본 발명에 따르면, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동 강도의 비율이 더 작아지도록 가중을 변경함으로써, 노크 판정시에 노이즈의 영향이 감소될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 판정 유닛은, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도 중에서, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 노크 판정에 대한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 작은 적어도 하나의 주파수 대역의 진동의 비율이 증가되도록 가중을 변경한다.

본 발명에 따르면, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인해 노크 판정에 더 영향을 미치지 않고 노킹에 대응하는 진동이 중첩되기 쉬운 주파수 대역 (예를 들어, 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역) 에서의 진동 강도의 비율이 증가하도록 가중을 변경함으로써, 노킹 판정시에 노이즈의 영향이 감소될 수 있다. 따라서, 노킹의 오판정이 감소될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 복수의 주파수 대역의 진동은 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 진동을 포함한다. 상기 판정 유닛은 상기 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동 강도에 대한 가중이 다른 주파수 대역에서의 진동의 강도에 대한 가중보다 커지도록 가중을 변경한다.

본 발명에 따르면, 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동 강도의 비율이 더 커지도록 가중을 변경함으로써, 노크 판정시에 노이즈의 영향이 감소될 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 강도의 중앙값에 기초하여, 상기 판정 유닛은 상기 빈도 분포를 보정하고, 상기 검출된 진동 파형에 더하여, 상기 보정된 빈도 분포를 이용하여 상기 내연기관에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정한다.

본 발명에 따르면, 상기 판정 유닛은 복수의 주파수 대역의 진동 강도 빈도 분포에서의 강도의 중앙값에 기초하여 빈도 분포를 보정한다. 가중의 임의의 변경 또는 각 주파수 대역에서의 노크 특유의 진동이 중첩하기 쉽다는 것으로 인해, 각 주파수 대역의 빈도 분포의 중앙값은 다른 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 중앙값과 편차가 있을 수도 있다. 이에 따라, 각 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 중앙값에 기초하여 (예를 들어, 중앙값의 평균값을 이용하여) 빈도 분포가 보정되어서, 검출된 진동 강도에 대한 빈도 분포 중에서 중앙값의 편차의 영향이 억제되고, 노킹의 오판정이 감소될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 판정 유닛은 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 강도의 중앙값의 평균값을 기준으로서 이용하여 상기 빈도 분포를 보정한다.

본 발명에 따르면, 판정 유닛은 복수의 주파수 대역의 진동 강도 빈도 분포에서의 강도의 중앙값의 평균값에 기초하여 빈도 분포를 보정한다. 그 결과, 검출된 진동 강도에 대한 빈도 분포 사이의 중앙값의 편차의 영향이 억제되고, 노킹의 오판정이 감소될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 판정 유닛은 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 미리 정해진 크랭크 각도 사이의 적산값의 총합에 기초하여 노크 강도를 산출하고, 상기 산출된 노크 강도와 미리 정해진 판정값과의 비교 결과에 기초하여 상기 내연기관에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정한다.

본 발명에 따르면, 복수의 주파수 대역에서의 진동 강도의 미리 정해진 크랭크 각도 범위에서의 적산값의 총합으로부터 산출된 노크 강도와 미리 정해진 판정값과의 비교 결과에 기초하여, 내연기관에서 노크가 발생했는지 아닌지가 고정밀도로 판정될 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 판정 유닛은 상기 노크 강도의 비교 결과에 더하여, 상기 검출된 진동 파형과 상기 내연기관의 진동 파형의 기준으로서 미리 정해진 파형 모델과의 비교 결과에 기초하여 상기 내연기관에 노크가 발생했는지 아닌지를 판정한다.

본 발명에 따르면, 내연기관에서 노크가 발생했는지 아닌지는, 노크 강도의 비교 결과에 더하여, 내연기관의 기준 진동 파형으로서 미리 정해진 파형 모델과 검출된 진동 파형과의 비교 결과에 기초하여 고정밀도로 판정될 수 있다.

도 1 은 실시형태에 따른 노크 판정 장치로서 기관 ECU 에 의해 제어되는 기관을 도시하는 개략 구성 다이아그램이다.
도 2 는 실린더내 압력 진동의 주파수 대역을 도시하는 (제 1) 도면이다.
도 3 은 노크 센서에 의해 검출되는 진동의 주파수 대역을 도시한다.
도 4 는 도 1 의 기관 ECU 를 도시하는 제어 블록 다이아그램이다.
도 5 는 기관 진동 파형을 도시한다.
도 6 은 기관 ECU 의 ROM 에 저장된 노크 파형 모델을 도시한다.
도 7 은 진동 파형과 노크 파형 모델을 비교하는 (제 1) 다이아그램이다.
도 8 은 기관 ECU의 ROM 에 저장된 판정값 V(KX) 의 맵을 도시한다.
도 9 는 강도 LOG(V) 의 빈도 분포를 도시한다.
도 10 은 다양한 주파수 대역의 진동 강도 빈도 분포를 도시하는 그래프를 포함한다.
도 11 은 보정 후의 다양한 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포를 도시하는 그래프를 포함한다.
도 12 는 실시형태에 따른 내연기관의 노킹 판정 장치로서 기관 ECU 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조를 나타내는 흐름도이다.
도 13 은 정규화 진동 파형과 노크 파형 모델과의 비교를 도시하는 그래프이다.

본 발명의 실시형태가 이하의 도면을 참조하여 설명될 것이다. 이하의 설명에서, 동일한 부품은 동일한 도면부호로 표시된다. 명칭 및 기능도 동일하다. 따라서, 그 상세한 설명은 반복되지 않을 것이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 노크 판정 장치를 탑재한 차량의 기관 (100) 이 설명될 것이다. 기관 (100) 에는 복수의 실린더가 제공된다. 본 실시형태에 따른 노크 판정 장치는 기관 ECU (Electronic Control Unit; 200) 에 의해 실행되는 프로그램에 의해 실현된다.

기관 (100) 은 내연기관이고, 여기에서 에어 클리너 (102) 로부터 흡입된 공기와 인젝터 (104) 에 의해 분사되는 연료와의 혼합물이 점화 플러그 (106) 에 의해 점화되어 연소실에서 연소된다. 점화 시기가 출력 토크를 최대화하는 MBT (Minimum advance for Best Torque) 를 얻도록 조정되더라도, 예를 들어, 노킹이 발생했을 때의 기관 (100) 의 작동 상태에 따라 지각되거나 진각된다.

공연 혼합물의 연소는 피스톤 (108) 을 하방으로 가압하는 연소 압력을 야기하여서, 크랭크 샤프트 (110) 가 회전하게 된다. 연소된 공연 혼합물 (또는 배기가스) 은 삼원 촉매 (112) 에 의해 정화된 후에 차량 밖으로 배출된다. 기관 (100) 으로 흡입되는 공기의 양은 스로틀 밸브 (114) 에 의해 조정된다.

기관 (100) 은 기관 ECU (200) 에 의해 제어되고, 기관 ECU (200) 에는 노크 센서 (300), 수온 센서 (302), 타이밍 로터 (304) 에 대향하여 배열된 크랭크 위치 센서 (306), 쓰로틀 개방 위치 센서 (308), 차속 센서 (310), 점화 스위치 (312) 및 공기 유량계 (314) 가 연결되어 있다.

노크 센서 (300) 는 기관 (100) 의 실린더 블록에 제공된다. 노크 센서 (300) 는 압전 소자에 의해 구성된다. 기관 (100) 이 진동함에 따라, 노크 센서 (300) 는 진동의 크기에 대응하는 크기를 갖는 전압을 발생시킨다. 노크 센서 (300) 는 전압을 나타내는 신호를 기관 ECU (200) 에 송신한다. 수온 센서 (302) 는 워터 재킷에서 기관 (100) 의 냉각수의 온도를 검출하여 검출 결과를 나타내는 신호를 기관 ECU (200) 에 송신한다.

크랭크 샤프트 (110) 에는 타이밍 로터 (304) 가 형성되고 크랭크 샤프트 (110) 와 함께 회전한다. 타이밍 로터 (304) 의 외주에는 미리 정해진 간격으로 복수의 돌출부가 제공된다. 크랭크 위치 센서 (306) 는 타이밍 로터 (304) 의 돌출부와 대향하여 배열되어 있다. 타이밍 로터 (304) 가 회전할 때, 타이밍 로터 (304) 의 돌출부와 크랭크 위치 센서 (306) 사이의 에어 갭이 변화하기 때문에, 크랭크 위치 센서 (306) 의 코일부를 통과하는 자속이 증감하여서, 코일부에 기전력을 발생시킨다. 크랭크 위치 센서 (306) 는 기전력을 나타내는 신호를 기관 ECU (200) 에 송신한다. 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호로부터, 기관 ECU (200) 는 크랭크 각도 및 크랭크 샤프트 (110) 의 회전수를 검출한다.

쓰로틀 개방 위치 센서 (308) 는 쓰로틀 개방 위치를 검출하고 검출 결과를 나타내는 신호를 기관 ECU (200) 에 송신한다. 차속 센서 (310) 는 바퀴 (도시 되지 않음) 의 회전수를 검출하고 검출 결과를 나타내는 신호를 기관 ECU (200) 에 송신한다. 바퀴의 회전수로부터, 기관 ECU (200) 는 차속을 산출한다. 점화 스위치 (312) 는 기관 (100) 에 시동을 걸기 위해서 운전자에 의해 켜진다. 공기 유량계 (314) 는 기관 (100) 으로 흡입되는 공기의 양을 검출하고, 검출 결과를 나타내는 신호를 기관 ECU (200) 에 송신한다.

기관 ECU (200) 는, 전원으로서 보조 배터리 (320) 로부터 공급된 전력에 의해 작동한다. 기관 ECU (200) 는 ROM (Read Only Memory; 202) 에 저장된 맵 및 프로그램뿐만 아니라 다양한 센서 및 점화 스위치 (312) 로부터 송신된 신호를 이용하여 기관 (100) 이 원하는 운전 상태가 되도록 장비를 제어하기 위한 작업을 수행한다.

본 실시형태에 있어서, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 및 크랭크 각도를 이용하여, 기관 ECU (200) 는 미리 정해진 노크 검출 게이트 (미리 정해진 제 1 크랭크 각도로부터 미리 정해진 제 2 크랭크 각도까지의 구간) 에서의 기관 (100) 의 진동의 파형 (이하, 진동 파형이라고 부름) 을 검출하고, 검출된 진동 파형으로부터 기관 (100) 에 노크가 발생했는지 아닌지를 판정한다. 본 실시형태의 노크 검출 게이트는 연소 행정시에 상사점 (0 °) 에서부터 90 °까지이다. 또한 노크 검출 게이트는 이것으로 한정되지 않는다는 것을 알아야 한다.

기관 (100) 의 실린더 내에서 노킹이 발생할 때, 실린더내 압력이 공진한다. 이 실린더내 압력의 공진은 기관 (100) 의 실린더 블록이 진동하도록 유발한다. 따라서, 실린더 블록의 진동, 즉, 노크 센서 (300) 에 의해 검출되는 진동의 주파수는 주로 실린더내 압력 공진 주파수 대역에 포함된다.

실린더내 압력 공진 주파수는 실린더내 에어 컬럼의 공진 모드에 대응한다. 노킹 특유의 진동이 나타나는 주파수 대역은 대표적으로 1 차, 2 차, 3 차 및 4 차의 탄젠셜 모드 주파수 대역을 포함한다.

실린더내 압력 공진 주파수는 공진 모드, 보어 직경 및 음속으로부터 산출된다. 도 2 는 음속이 일정하고 보어 직경이 X ~ Y 에서 변하는 각 공진 모드에 대한 실린더내 압력 공진 주파수의 일례를 도시한다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 실린더내 압력 공진 주파수는 1 차 탄젠셜, 2 차 탄젠셜, 1 차 래디얼, 3 차 탄젠셜, 및 4 차 탄젠셜 주파수 대역 순서대로 높아진다.

도 2 는 노킹이 발생할 때 제공되는 실린더내 압력 공진 주파수를 도시한다. 노킹의 발생 후에, 피스톤이 낮아짐에 따라 연소실의 체적이 증가하여서, 연소 실 내의 온도 및 압력이 감소한다. 그 결과, 음속이 감소되고, 실린더내 압력 공진 주파수가 감소한다. 따라서, 도 3 에 도시된 바와 같이, 크랭크 각도가 ATDC (After Top Dead Center) 로부터 증가함에 따라, 실린더내 압력의 주파수의 최고점 성분이 감소한다.

이러한 특징을 갖는 실린더내 압력의 공진에 의해, 실린더 블록이 진동한다. 이에 따라, 노킹이 발생한 점화 사이클에서, 노크 센서 (300) 에 의해 검출된 진동은 1 차 탄젠셜 공진 모드 주파수 대역과 동일한 주파수 대역 A 의 진동, 2 차 탄젠셜 공진 모드 주파수 대역과 동일한 주파수 대역 B 의 진동, 3 차 탄젠셜 주파수 대역과 동일한 주파수 대역 C 의 진동 및 4 차 탄젠셜 공진 모드 주파수 대역과 동일한 주파수 대역 D 의 진동을 포함한다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 1 차 탄젠셜 공진 모드의 주파수 대역 A 는 실린더 블록, 피스톤 (108) , 콘로드 및 크랭크 샤프트 (110) 등의 공진 주파수를 포함한다. 이에 따라, 노킹이 발생하지 않더라도, 주파수 대역 A 에서는 인젝터 (104), 피스톤 (108), 흡기 밸브 (116), 배기 밸브 (118), 연료를 압축하여 인젝터 (104) 에 전달하는 펌프 (120) 등의 작동으로서 필연적으로 유발되는 진동이 나타난다.

상기의 관점에서, 본 실시형태는 기관 ECU (200) 가 노크 센서 (300) 에 의해 검출된 주파수로부터 주파수 대역 A, B, D 및 E 의 진동을 추출하고, 노킹 이외의 노이즈의 영향이 더 작아지도록 추출된 주파수 대역 A ~ D 의 진동 강도 사이의 가중을 변경하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 추출된 주파수 대역 A ~ D 의 진동 강도 중에서, 노크 판정에 대한 영향이 노킹 이외의 노이즈의 중첩에 의해 유발된 미리 정해진 정도보다 더 큰 적어도 하나의 주파수 대역의 진동 강도의 비율이 감소되도록 가중이 변경된다. 본 실시형태에 있어서, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역 A 의 진동에 대한 가중이 다른 주파수 대역 B ~ D 의 진동에 대한 가중보다 더 작아지도록 가중이 변경된다. 이것은 노킹의 오판정을 방지한다.

진동 검출을 위한 대역폭이 좁으면, 검출되는 진동 강도에 포함되는 노이즈 성분을 억제할 수 있는 반면, 노이즈 성분의 특징적인 부분 (진동 발생 타이밍 및 감쇠 비율) 이 진동 파형으로부터 제거된다. 이러한 경우, 진동이 실제로 노이즈 성분으로부터 기인되더라도, 노이즈 성분을 포함하지 않는 파형, 즉 노킹 시점에서 진동 파형과 유사한 파형이 검출된다. 이에 따라, 노킹에 의해 유발된 진동과 노이즈에 의해 유발된 진동의 진동 파형을 구별하는 것이 어려워진다.

이에 따라, 본 실시형태에서는, 노이즈가 발생될 때 노이즈를 고려하여 노킹이 발생했는지 안했는지를 판정하기 위해서, 노이즈를 포함하도록, 주파수 대역 A ~ D 를 포함하는 광역 주파수 대역 E 에서 진동이 검출된다. 주파수 대역 E 에서의 진동은 기관 (100) 의 진동 파형을 검출하기 위해서 사용된다.

노크가 발생할 때의 주파수 대역 E 의 진동 파형은, 진동 파형의 최고값 이후에 진동이 완만하게 감쇠하는 형상을 갖는다. 노킹이 발생하지 않고 노이즈 에 의한 진동이 유발된다면, 진동 파형은 돔 형상을 갖게 된다. 이에 따라, 주파수 대역 E 에서의 진동 파형으로부터, 노킹에 의해 유발된 진동과 노이즈에 의해 유발된 진동을 고정밀도로 구별할 수 있다.

도 4 를 참조하여, 기관 ECU (200) 이 더 설명될 것이다. 기관 ECU (200) 는 A/D (아날로그/디지털) 변환 유닛 (400), 대역 통과 필터 (1; 410), 대역 통과 필터(2; 420), 대역 통과 필터(3; 430) 및 대역 통과 필터(4; 440), 대역 통과 필터(5; 450) 및 적산 유닛 (460) 을 포함한다.

A/D 변환 유닛 (400) 은 노크 센서 (300) 로부터 송신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨다. 대역 통과 필터 (1; 410) 는 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 중에서 1 차 주파수 대역 A 의 신호만을 통과시킨다. 구체적으로, 노크 센서 (300) 에 의해 검출된 진동 중에서, 대역 통과 필터(1; 410) 에 의해 1 차 주파수 대역 A 의 진동만이 추출된다.

대역 통과 필터 (2; 420) 는 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 중에서 2 차 주파수 대역 B 의 신호만을 통과시킨다. 구체적으로, 노크 센서 (300) 로부터 검출된 진동 중에서, 대역 통과 필터 (2; 420) 에 의해 2 차 주파수 대역 B 의 진동만이 추출된다.

대역 통과 필터(3; 430) 는 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 중에서 3 차 주파수 대역 C 의 신호만을 통과시킨다. 구체적으로, 노크 센서 (300) 로부터 검출된 진동 중에서, 대역 통과 필터 (3; 430) 에 의해 3 차 주파수 대역 C 의 진동만이 추출된다.

대역 통과 필터(4; 440) 는 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 중에서 주파수 대역 D 의 신호만을 통과시킨다. 즉, 대역 통과 필터(4; 440) 에 의해, 노크 센서 (300) 에 의해 검출된 진동으로부터 주파수 대역 D 의 진동만이 추출된다. 대역 통과 필터 (4; 440) 는, 주파수 대역 D 의 진동으로서, 4 차 탄젠셜 모드를 대신해, 2 차 탄젠셜 1 차 래디얼 모드의 주파수 대역의 진동을 추출할 수도 있다는 것을 알아야 한다.

대역 통과 필터 (5; 450) 는 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호 중에서 주파수 대역 E 의 신호만을 통과시킨다. 즉, 대역 통과 필터(5; 450) 에 의해, 노크 센서 (300) 에 의해 검출된 진동으로부터 주파수 대역 E 의 진동만이 추출된다.

적산기 (460) 는 각각 대역 통과 필터 (1; 410) ~ 대역 통과 필터 (5; 450) 에 의해 선택된 신호, 즉 진동 강도를 크랭크 각도로 5 도마다 적산한다. 이하, 적산으로부터 얻어진 값을 적산값이라고 부른다. 적산값은 각각의 주파수 대역에 대해 산출된다.

합성 유닛 (470) 은, 적산기 (460) 에 의해 산출된 적산값 중에서, 주파수 대역 A ~ D 의 적산값을 크랭크 각도에 대응하여 가산한다. 본 실시형태에 있어서, 합성 유닛 (470) 은, 주파수 대역 A ~ D 의 산출된 적산값에 각 주파수 대역에 대응하는 가중 계수를 각각 곱하고, 크랭크 각도에 대응하는 주파수 대역 A ~ D 의 적산값을 가산한다. 이 방식으로, 주파수 대역 A ~ D 의 진동 파형이 합성된다. 또한, 주파수 대역 E 의 적산값은 기관 (100) 의 진동 파형으로서 사용된다.

본 실시형태에 있어서, 주파수 대역 A 에 대응하는 가중 계수가 "0.5" 이고, 다른 주파수 대역 B ~ D 에 대응하는 가중 계수는 모두 "1.0" 이라고 가정하여 설명될 것이다. 그러나, 주파수 대역 A 의 가중 계수가 주파수 대역 B ~ D 에 대응하는 가중 계수보다 작으면, 상기 값들은 이들로 한정되지 않고 실험 등을 통해 적절하게 선택될 수도 있다.

도 5 에 도시된 주파수 대역 E 의 진동 파형이 도 6 에 도시된 노크 파형 모델과 비교되고, 노크가 발생했는지 아닌지가 판정된다. 노크 파형 모델은 기관 (100) 에 노킹이 발생하는 경우의 진동 파형의 모델이고, 기관 (100) 의 진동 파형의 기준으로서 미리 결정된다. 노크 파형 모델은 기관 ECU (200) 의 메모리 (202) 에 저장된다.

노크 파형 모델에서, 진동의 크기는 0 ~ 1의 무차원수로 나타내지고 크랭크 각도와 일원적으로 대응하지 않는다. 보다 구체적으로, 본 실시형태의 노크 파형 모델에 있어서, 진동 강도의 최고점 값 이후에 크랭크 각도가 증가함에 따라 진동 강도가 감소한다고 판정되지만, 진동 강도가 최고점 값이 되는 크랭크 각도는 정해지지 않는다.

본 실시형태의 노크 파형 모델은 노킹에 의해 발생된 진동 최고점 강도 이후의 진동에 대응한다. 노킹에 의해 유발된 진동의 상승 이후의 진동에 대응하는 노크 파형 모델이 저장될 수도 있다.

노크 파형 모델은 실험 등에 의해 강제로 노킹될 때 검출된 기관 (100) 의 진동 파형에 기초하여 미리 형성되고 저장된다. 노크 파형 모델은 기관 (100; 이하 중앙 특성 기관으로 부름) 을 이용하여 형성되고, 이 기관 (100) 의 치수 및 노크 센서 (300) 의 출력값이 치수 공차와 노크 센서 (300) 의 출력 공차의 중앙값이다. 즉, 노크 파형 모델은 중앙 특성 기관에서 강제로 노킹될 때 얻어진 진동 파형이다. 노크 파형 모델의 형성 방법은 이로써 한정되지 않고, 예를 들어, 시뮬레이션에 의해 형성될 수도 있다.

기관 ECU (200) 는 검출된 파형과 저장된 노크 파형 모델을 비교하여 기관 (100) 에서 노킹이 발생했는지 아닌지를 판정한다.

검출된 파형과 저장된 노크 파형 모델과의 비교시에, 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형의 적산값 중에서 가장 큰 적산값 (최고점 값) 이 산출된다. 또한, 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형에서의 최고점 값의 위치 (크랭크 각도) 가 검출된다. 이하에서, 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형에서의 최고점 값의 위치가 "최고점 위치 (1)" 로서 기재될 것이다.

최고점 위치 (1) 로부터 미리 정해진 범위 (크랭크 각도) 안에서, 주파수 대역 E 의 최고점 값의 위치가 검출된다. 이하에서, 주파수 대역 E 에서의 최고점 값의 위치를 "최고점 위치 (2)" 라고 기재할 것이다.

본 실시형태에 있어서, 최고점 위치 (2) 는 최고점 위치 (1) 이전의 범위에서 검출된다. 예를 들어, 최고점 위치 (2) 는 최고점 위치 (1) 이전의 3 개의 적산값의 위치 중에서 검출된다. 최고점 위치 (1) 이전의 범위에서 가장 큰 주파수 대역 E 의 적산값의 위치가 최고점 위치 (2) 로서 검출된다. 최고점 위치 (2) 의 검출 범위는 이것으로 한정되지 않고, 최고점 위치 (1) 이후의 범위에서도 검출될 수도 있다.

검출된 파형과 노크 파형 모델과의 비교에 있어서, 도 6 에 도시된 바와 같이, 정규화 파형과 노크 파형 모델이 비교된다. 여기서, 정규화란, 예를 들어, 검출된 진동 파형의 최대 적산값으로 각각의 적산값을 나눔으로써, 진동 강도를 0 ~ 1 의 무차원수로 나타내는 것을 말한다. 정규화 방법은 이것으로 한정되지 않는다.

본 실시형태에 있어서, 기관 ECU (200) 는 정규화 진동 파형이 노크 판정 모델과 유사한 정도를 나타내는 (진동 파형과 노크 판정 모델과의 편차를 나타내는) 상관 계수 (K) 를 산출한다. 정규화 진동 파형의 진동 강도가 최고점인 시기와 노크 파형 모델의 진동 강도가 최고점인 시기를 일치시킨 상태로, 정규화 진동 파형의 강도와 노크 파형 모델의 강도와의 차이의 절대값 (편차량) 이 크랭크 각도마다 (5 도마다) 산출되어서, 상관 계수 (K) 가 산출된다. 진동 파형의 강도와 노크 파형 모델의 강도와의 차이의 절대값을 5 도 이외의 크랭크 각도마다 산출할 수 있다.

여기서, 정규화 진동 파형과 노크 파형 모델의 크랭크 각도 마다의 차이의 절대값을 ΔS (Ⅰ) (Ⅰ 는 자연수) 으로 표현하고, 노크 파형 모델의 진동 강도와 양 (positive) 의 기준값과의 매 크랭크 각도에서의 차이의 합계, 즉, 기준값 이상의 강도가 차지하는 노크 파형 모델의 면적을 S 로 표현한다. 상관 계수 (K) 는

K = (S－ΣΔS(I))/S···(1)

로서 산출된다. 여기서, ΣΔS(I) 는 진동 파형과 노크 파형 모델이 비교되는 크랭크 각도에 있어서의 ΔS(I) 의 총합을 나타낸다. 노크 파형 모델의 면적 S 를 산출하기 위해서 사용되는 기준값으로서, 노크 파형 모델과의 비교가 행해지고 진동 파형 강도와 노크 파형 모델의 강도와의 차이가 산출되는 크랭크 각도 범위의 진동 파형의 강도의 최소값이 이용된다. 기준값이 양의 값이라면, 진동 파형의 최소 강도값 이외의 값이 기준값으로서 사용될 수도 있다. 상관 계수 (K) 가 다른 방법에 의해서 산출될 수도 있다는 것을 알아야 한다.

또한, 기관 ECU (200) 는 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형에서의 미리 정해진 크랭크 각도 (0 ~ 90 °) 의 적산값 (이하, 90 °적산값으로 부름) 에 기초하여 노크 강도 (N) 를 산출한다. 90 °적산값을 P 로 나타내고 기관 (100) 이 노킹되지 않는 동안의 기관 (100) 의 진동 강도를 BGL (Back Ground Level) 로 나타낼 때, 노크 강도 (N) 는 식 N = P/BGL 에 의해 산출된다. BGL 은 시뮬레이션 또는 실험을 통해 미리 정해지고 ROM (202) 에 저장된다. 노크 강도 (N) 는 다른 방법에 의해서 산출될 수도 있다는 것을 알아야 한다.

본 실시형태에 있어서, 기관 ECU (200) 는 산출된 노크 강도 (N) 와 ROM (202) 에 저장된 판정값 V(KX) 을 비교하고, 검출된 파형과 저장된 노크 파형 모델을 더 비교하고, 매 1 회의 점화 사이클마다 기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정한다.

도 8 에 도시된 바와 같이, 판정값 V(KX) 는, 파라미터로서 기관 속도 (NE) 와 흡기량 (KL) 을 이용하는 작업의 상태에 의해 구분되는 각 범위에 대해서, 맵으로서 저장된다. 본 실시형태에 있어서, 저속도 (NE＜NE(1)), 중간 속도 (NE(1)≤NE＜NE(2)), 고속도 (NE(2)≤NE), 저부하 (KL＜KL(1)), 중간 부하 (KL(1)≤KL＜KL(2)), 고부하 (KL(2)≤KL) 에 따라 구분함으로써, 각 실린더에 9 개의 범위가 제공된다. 범위의 수는 이것으로 한정되지 않는다. 또한, 파라미터 또는 기관 속도 (NE) 및 흡기량 (KL) 이외의 파라미터들을 이용하여 범위가 구분될 수도 있다.

기관 (100) 또는 차량의 수송시에, ROM (202) 에 저장되는 판정값 V(KX) (출하시의 판정값 V(KX) 의 초기값) 으로서 미리 실험 등을 통해 정해진 값이 사용된다. 노크 센서 (300) 의 출력값의 편차나 열화 등에 의해, 기관 (100) 에서 발생하는 진동이 동일하더라도 검출된 강도가 변화할 수도 있다. 이 경우, 판정값 V(KX) 를 보정하고, 실제로 검출되는 강도에 적절한 판정값 V(KX) 를 이용하여 노킹이 발생했는지 아닌지를 판정할 필요가 있다.

이에 따라, 본 실시형태에 있어서는, 강도 (V) 의 대수 (logarithmic) 변환에 의해 얻어진 강도값 LOG(V) 와 각 강도값 LOG(V) 의 검출 빈도 (횟수 또는 확률) 와의 관계를 나타내는 빈도 분포에 기초하여 노크 판정 레벨 V(KD) 가 산출된다.

파라미터로서 기관 속도 (NE) 와 흡기량 (KL) 에 의해 정해진 모든 범위에 있어서, 강도값 LOG(V) 가 산출된다. 강도값 LOG(V) 를 산출하기 위해서 사용되는 강도 (V) 는 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형의 미리 정해진 크랭크 각도 사이의 적산값 (0 ~ 90 °까지의 적산값) 이다. 산출된 강도값 LOG(V) 에 기초하여, 강도값 LOG(V) 의 빈도를 최소값으로부터 누적하여 50% 가 되는 중앙값 V(50) 이 산출된다. 또한, 중앙값 V(50) 이하의 강도값 LOG(V) 의 표준 편차 (σ) 가 산출된다. 예를 들어, 본 실시형태에 있어서는, 복수 (예를 들어, 200 사이클) 의 강도값 LOG(V) 에 기초하여 산출되는 중앙값 및 표준 편차와 근사한 중앙값 V(50) 및 표준 편차 (σ) 가 이하의 방법에 의해 매 점화 사이클마다 산출된다.

이번에 검출된 강도값 LOG(V) 가 이전에 산출된 중앙값 V(50) 보다 크면, 이전에 산출된 중앙값 V(50) 에 미리 정해진 값 C(1) 을 가산함으로써 얻어진 값이 이번의 중앙값 V(50) 으로서 산출된다. 반대로, 이번에 검출된 강도값 LOG(V) 가 이전에 산출된 중앙값 V(50) 보다 작으면, 이전에 산출된 중앙값 V(50) 으로부터 미리 정해진 값 C(2) (예를 들어, 값 C(2) 는 값 C(1) 과 동일할 수도 있음) 를 감산함으로써 얻어진 값이 이번의 중앙값 V(50) 으로서 산출된다.

이번에 검출된 강도값 LOG(V) 가 이전에 산출된 중앙값 V(50) 보다 작고 이전에 산출된 중앙값 V(50) 으로부터 이전에 산출된 표준 편차 (σ) 를 감산함으로써 얻어진 값보다 크면, 이전에 산출된 표준 편차 (σ) 로부터 미리 정해진 값 C(3) 를 2 배로 감산함으로써 얻어진 값이 이번의 표준 편차 (σ) 로서 산출된다. 반대로, 이번에 검출된 강도값 LOG(V) 가 이전에 산출된 중앙값 V(50) 보다 크거나, 또는 이전에 산출된 중앙값 V(50) 으로부터 이전에 산출된 표준 편차 (σ) 를 감산함으로써 얻어진 값보다 작으면, 이전에 산출된 표준 편차 (σ) 에 미리 정해진 값 C(4) (예를 들어, 값 C(4) 는 값 C(3) 와 동일할 수도 있음) 를 가산함으로써 얻어진 값이 이번의 표준 편차 (σ) 로서 산출된다. 중앙값 V(50) 및 표준 편차 (σ) 는 다른 방법에 의해서 산출될 수도 있다. 또한, 중앙값 V(50) 및 표준 편차 (σ) 의 초기값은 미리 설정된 값, 또는 "0" 일 수도 있다.

중앙값 V(50) 및 표준 편차 (σ) 를 이용하여, 노크 판정 레벨 V(KD) 가 산출된다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 중앙값 V(50) 에 계수 U(1) (U(1) 은 상수로, 예를 들어 U(1)=3) 와 표준 편차 (σ) 와의 곱을 가산함으로써 얻어진 값이 노크 판정 레벨 V(KD) 로서 제공된다. 노크 판정 레벨 V(KD) 은 다른 방법에 의해서 산출될 수도 있다.

노크 판정 레벨 V(KD) 보다 큰 강도값 LOG(V) 의 비율 (빈도) 이 노킹의 빈도로서 판정되고, 노크 점유율 (KC) 로서 카운트된다.

노크 점유율 (KC) 이 임계값 KC(0) 보다 크면, 판정값 V(KX) 가 미리 정해진 보정량만큼 더 작게 보정되어서, 지각 점화 시기의 빈도가 증가하게 된다. 보정된 판정값 V(KX) 는 SRAM 에 저장된다.

노크 점유율 (KC) 이 임계값 KC(0) 보다 작으면, 판정값 V(KX) 가 미리 정해진 보정량만큼 더 크게 보정되어서, 진각 점화 시기의 빈도가 증가하게 된다.

계수 U(1) 은 실험 등을 통해 얻어진 데이터 및 지식으로부터 밝혀진 계수이다. U(1)=3 일 때의 노크 판정 레벨보다 더 큰 강도값 LOG(V) 은 노크가 실제 발생된 점화 사이클의 강도값 LOG(V) 과 실질적으로 동일하다. 계수 U(1) 으로서 "3" 이외의 값이 이용될 수도 있다.

복수의 강도값 LOG(V) 에 기초한 빈도 분포는 각 주파수 대역 A ~ D 에 있어서의 복수의 진동 강도의 빈도 분포에 기초하여 얻어진다. 구체적으로는, 복수의 강도값 LOG(V) 에 기초한 빈도 분포는 주파수 대역 A ~ D 에서의 복수의 진동 강도의 빈도 분포의 총합에 기초하여 얻어진다.

주파수 대역 A 에 대응하는 가중 계수가 "0.5" 으로 설정되면, 주파수 대역 A 에서의 복수의 진동 강도의 빈도 분포의 중앙값은 다른 주파수 대역 B ~ D 에서의 복수의 진동 강도의 빈도 분포의 중앙값과 차이가 날 수 있다. 또한, 주파수 대역 A ~ D 중에서 검출된 출력 강도는 다르다. 또한, 주파수 대역 중에서, 노킹의 중첩이 더 쉬운 주파수 대역과 노킹의 중첩이 덜 쉬운 주파수 대역이 있다. 이에 따라, 강도값 LOG(V) 의 결과적인 빈도 분포의 정밀도가 악화될 수도 있다. 이에 따라, 본 실시형태에 있어서는, 주파수 대역 A ~ D 에 따른 빈도 분포는 주파수 대역 A ~ D 의 진동 강도 빈도 분포의 강도의 중앙값에 기초하여 각각 보정된다.

구체적으로는, 주파수 대역 A ~ D 의 빈도 분포가 도 10 에 도시된 바와 같다면, 기준값으로서 주파수 대역 A ~ D 의 중앙값의 평균값을 이용하여 빈도 분포가 보정된다. 구체적으로, 중앙값의 평균과 주파수 대역 A ~ D 의 각각의 중앙값 사이의 편차량을 보정량으로서 이용하면, 주파수 대역 A ~ D 의 빈도 분포가 보정된다.

예를 들어, 주파수 대역 A 의 빈도 분포에서 산출되는 중앙값이 Va(50) 이고 주파수 대역 A ~ D 의 중앙값의 평균값이 Vm(50) 이다. 여기에서, 중앙값의 평균값과 주파수 대역 A 의 빈도 분포의 중앙값 사이의 편차량은 Vm(50) - Va(50) 이다. 이에 따라, 주파수 대역 A 의 빈도 분포의 각 강도값에 편차량 Vm(50) - Va(50) 을 가산함으로써, 주파수 대역 A 의 빈도 분포의 중앙값이 Vm(50) 으로 보정된다. 유사하게, 주파수 대역 B ~ D 의 빈도 분포에 대해 산출되는 중앙값 Vb(50), Vc(50) 및 Vd(50) 이 Vm(50) 으로 보정된다. 이 방식으로, 도 11 에 도시된 바와 같이, 주파수 대역 A ~ D 의 빈도 분포의 평균값이 실질적으로 서로 동일하도록 보정된다. 주파수 대역 A ~ D 의 보정된 빈도 분포에 기초하여, 복수의 진동 강도값 LOG(V) 의 빈도 분포가 얻어져서 정밀도의 악화가 방지될 수 있다.

도 12 를 참조하면, 노크가 발생했는지 안했는지를 판정하여서 점화 사이클마다 점화 시기를 제어하기 위해서 본 실시형태에 따른 노크 판정 장치로서의 기관 ECU (200) 에 의해 실행되는 프로그램의 제어 구조가 설명될 것이다.

단계 (이하, S 로 나타냄) 100 에서, 기관 ECU (200) 는 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호에 기초하여 기관 속도 (NE) 를 검출하고 공기 유량계 (314) 로부터 송신된 신호에 기초하여 흡기량 (KL) 을 검출한다.

S102 에서, 기관 ECU (200) 는 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호로부터 기관 (100) 의 진동 강도를 검출한다. 진동 강도는 노크 센서 (300) 로부터의 출력 전압값에 의해 나타내진다. 진동 강도를 노크 센서 (300) 로부터의 출력 전압값에 대응하는 값으로 나타낼 수 있다는 것을 알아야 한다. 진동 강도는 연소 행정에서 상사점으로부터 90 °(90 °의 크랭크 각도) 까지의 각도에 대해 검출된다.

S104 에서, 기관 ECU (200) 는 크랭크 각도 5 도마다 (5 도분만큼) 적산한 노크 센서 (300) 로부터의 출력 전압값 (즉, 진동 강도를 나타내는 값) 을 산출한다. 적산값은 주파수 대역마다 산출된다. 이때, 주파수 대역 A ~ D 의 적산값은 각 주파수 대역에 대응하는 가중 계수로 곱해지고, 크랭크 각도에 대응해 가산된다 (파형이 합성된다). 또한, 주파수 대역 E 의 적산값이 산출되어서, 기관 (100) 의 진동 파형이 검출된다.

S106 에서, 기관 ECU (200) 는 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형의 90 °적산값을 산출한다. S108 에서, 기관 ECU (200) 는 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형의 적산값 중에서 가장 큰 적산값 (최고점 값) 을 산출한다. S110 에서, 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형의 최고점 위치 (1) 가 검출된다.

S112 에서, 기관 ECU (200) 는 최고점 값의 위치 (크랭크 각도) 로부터 미리 정해진 범위 (크랭크 각도) 안에서, 주파수 대역 E 에서의 최고점 위치 (2) 를 검출한다.

S114에서, 기관 ECU (200) 는 주파수 대역 E 의 적산값 (기관 (100) 의 진동 파형) 을 정규화한다. 여기서, 정규화란, S108 에서 산출된 최고점 값으로 각 적산값을 나눔으로써 진동 강도를 0 ~ 1 의 무차원수로 나타내는 것을 말한다. 또한, 정규화의 방법은 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어, 각각의 적산값은 최고점 위치 (2) 에서의 적산값으로 나누어질 수도 있다.

S116 에서, 기관 ECU (200) 는 정규화 진동 파형과 노크 파형 모델 사이의 편차에 관한 값인 상관 계수 (K) 를 산출한다. 최고점 위치 (2) 는 노크 파형 모델의 진동 강도가 최고점이 되는 위치 (타이밍) 와 일치된 상태로, 정규화 진동 파형의 강도와 노크 파형 모델의 강도와의 편차의 절대값 (편차량) 이 크랭크 각도 마다 (5 도마다) 산출되어서, 상관 계수 (K) 가 산출된다.

각 크랭크 각도에 있어서 정규화 진동 파형과 노크 파형 모델과의 편차의 절대값을 ΔS(I) (I 는 자연수) 로 나타내고, 노크 파형 모델의 진동 강도를 크랭크 각도에 대해 적분함으로써 얻어진 값 (노크 파형 모델의 면적) 을 S 로 나타낼 때, 상관 계수 (K) 는 식 K = (S－ΣΔS(I))/S 에 의해 산출되고, ΣΔS(I) 는 ΔS(I) 의 총합이다. 상관 계수 (K) 는 다른 방법에 의해서 산출될 수도 있다.

S118 에서, 기관 ECU (200) 는 90 °적산값을 BGL 로 나누고 노크 강도 (N) 를 산출한다. S120 에서, 기관 ECU (200) 는 상관 계수 (K) 가 임계값 K(0) 보다 큰지 아닌지 및 노크 강도 (N) 가 판정값 V(KX) 보다 큰지 아닌지를 판정한다. 상관 계수 (K) 가 임계값 K(0) 보다 크고 노크 강도 (N) 가 판정값 V(KX) 보다 크면 (S120 에서 '예'), 처리는 S122 로 진행한다. 만약 그렇지 않으면 (S120 에서 '아니오'), 처리는 S126 으로 진행한다.

여기서, 상기의 식 (1) 은

K = 1 - ΣΔS(I)/S···(2)

로 변형될 수 있다.

또한, 식 (2) 는

ΣΔS(I)/S = 1 - K···(3)

로 변형될 수 있다.

따라서, 상관 계수 (K) 가 임계값 K(0) 보다 크다는 것은 ΣΔS(I)/S 가 1 - K(0) 보다 작다는 것을 의미한다.

S122 에서, 기관 ECU (200) 는 기관 (100) 에서 노크가 발생했다고 판정한다. S124 에서, 기관 ECU (200) 는 점화시기를 지각시킨다.

S126 에서, 기관 ECU (200) 는 노크가 발생하지 않았다고 판정한다. S128 에서, 기관 ECU (200) 는 점화시기를 진각시킨다.

상기에 설명된 구조 및 흐름도에 근거하여 본 실시형태에 따른 노크 판정 장치로서 기관 ECU (200) 의 작동이 설명될 것이다.

기관 (100) 이 작동하는 동안, 크랭크 위치 센서 (306) 로부터 송신된 신호 에 기초하여 기관 속도 (NE) 가 검출되고 공기 유량계 (314) 로부터 송신된 신호 에 기초하여 흡기량 (KL) 이 검출된다 (S100). 또한, 노크 센서 (300) 로부터 송신된 신호에 기초하여 기관 (100) 의 진동 강도가 검출된다 (S102).

상사점으로부터 90 °까지의 범위에 대한 연소 행정에 있어서, 매 5 도에 대한 적산값이 주파수 대역 A ~ E 의 각 진동에 대해 산출된다 (S104).

이 때, 주파수 대역 A ~ D 의 적산값은 각 주파수 대역 A ~ D 에 대응하는 미리 정해진 계수로 곱해지고, 가산되어서, 도 13 의 쇄선으로 표시된 바와 같이 진동 파형이 합성된다. 또한, 도 13 의 실선으로 표시된 주파수 대역 E 의 적산값은 기관 (100) 의 진동 파형으로서 사용된다. 또한, 주파수 대역 A ~ D 의 90 °적산값이 산출된다 (S106).

매 5 도에 대해 제공된 적산값이 진동 파형을 검출하는데 이용됨으로써, 미세한 변화가 억제된 진동 파형을 검출할 수 있다. 이것은 검출된 진동 파형과 노크 파형 모델과의 비교를 더 용이하게 해준다.

산출된 적산값은 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형에서의 적산값의 최고점 값 (P) 을 산출하는데 이용된다 (S108). 최고점 값 (P) 의 위치, 또는 최고점 위치 (1) 가 검출된다 (S110). 여기서는, 도 13 에 도시되는 바와 같이, 최고점 위치 (1) 가 왼쪽으로부터 6 번째의 위치 (25 ~ 30 도에 대한 적산값의 위치) 라고 가정한다.

최고점 위치 (2) 가 최고점 위치 (1) 이전의 3 개의 적산값 (왼쪽으로부터 4 번째 ~ 6 번째의 적산값) 의 위치로부터 검출된다 (S112). 보다 구체적으로는, 주파수 대역 E 에서 왼쪽으로부터 4 번째, 5 번째 및 6 번째의 적산값 중에서, 두 개의 인접한 적산값보다 큰 적산값의 위치가 최고점 위치 (2) 로서 검출된다.

여기서는, 도 13 에 도시된 바와 같이, 왼쪽으로부터 5 번째의 적산값이 두 개의 인접한 적산값 (왼쪽으로부터 4 번째 및 6 번째의 적산값) 보다 크다. 따라서, 왼쪽으로부터 5 번째의 적산값의 위치가 최고점 위치 (2) 로서 검출될 것이다.

주파수 대역 E 의 적산값은 주파수 대역 A ~ D 의 합성 파형에서의 최고점 값 (P) 으로 나뉘어서 진동 파형을 정규화시킨다 (S114).

정규화에 의해, 진동 파형은 0 ~ 1 의 무차원수의 진동 강도로 나타내진다. 이로써, 검출된 진동 파형은 진동 강도에 관계없이 노크 파형 모델과 비교될 수 있다. 이는 진동 강도에 대응하는 다수의 노크 파형 모델을 저장할 필요를 제거할 수 있어서 노크 파형 모델의 준비가 용이해진다.

진동 강도가 가장 높은 정규화 진동 파형, 즉,최고점 위치 (2) 가 되는 시점, 및 진동 강도가 가장 높은 노크 파형 모델이 되는 시점이 일치된 상태에서, 정규화 진동 파형과 노크 파형 모델과의 편차의 절대값 ΔS(I) 이 매 크랭크 각도에 대해 산출된다. ΔS(I) 의 총합 ΣΔS(I) 및 노크 파형 모델의 진동 강도를 크랭크 각도에 대해 적분된 값으로서 표시되는 값 (S) 에 기초하여, K = (S－ΣΔS(I))/S 로서 상관 계수 (K) 가 산출된다 (S116). 이는 검출된 진동 파형과 노크 파형 모델과의 일치 정도의 수치화 및 객관적인 판정을 가능하게 해준다. 또한, 진동 파형과 노크 파형 모델과의 비교에 의해, 진동의 감쇠 경향 등의 진동의 거동으로부터 진동이 노킹으로부터 파생되었는지 아닌지를 분석할 수 있게 된다.

또한, 90 °적산값 (P) 이 BGL 로 나뉘어서, 노크 강도 (N) 가 산출된다 (S118). 상관 계수 (K) 가 미리 정해진 값보다 크고 노크 강도 (N) 가 판정값 V(KX) 보다 크다면 (S120 에서 '예'), 노킹이 발생했다고 판정되고 (S122) 점화 시기가 지각된다 (S124). 이는 노킹을 방지한다.

상관 계수 (K) 가 미리 정해진 값보다 크고 노크 강도 (N) 가 판정값 V(KX) 보다 크다는 상태가 만족되지 않으면 (S120 에서 '아니오'), 노킹이 발생하지 않았다고 판정되고 (S126), 점화 시기가 진각된다 (S128). 이 방식으로, 노크 강도 (N) 와 판정값 V(KX) 를 비교함으로써, 매 점화 사이클마다 노킹이 발생했는지 아닌지가 판정되고, 이에 따라 점화시기가 지각되거나 진각된다.

상기에 설명된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 노크 판정 장치에서, 노킹 이외의 노이즈의 중첩에 영향을 더 받고 노킹에 대응하는 진동이 중첩하기 쉬운 주파수 대역 (예컨대, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역) 의 진동에 대한 가중이 더 작아지면, 노킹 판정시의 노이즈의 영향이 감소될 수 있다. 따라서, 노이즈의 영향을 받은 주파수 대역의 진동에 의해 유발된 노킹의 오판정이 방지되고, 노킹에 대응하는 진동이 중첩하기 쉬운 주파수 대역의 진동을 이용하여 노크 판정이 이루어질 수 있어서, 오판정이 감소될 수 있다. 이에 따라, 노킹의 오판정을 감소시킬 수 있는 내연기관의 노크 판정 장치 및 노크 판정 방법이 제공될 수 있다.

가중의 임의의 변경 또는 각 주파수 대역에서의 노크 특유의 진동이 중첩하기 쉽다는 것으로 인해, 각 주파수 대역의 빈도 분포의 중앙값은 다른 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 중앙값과 편차가 있을 수도 있다. 이에 따라, 각 주파수 대역의 진동 강도 빈도 분포의 중앙값의 평균값을 기준으로 이용하여 빈도 분포가 보정되어서, 검출된 진동 강도에 대한 빈도 분포 중에서 중앙값의 편차의 영향이 억제되고, 노킹의 오판정이 감소될 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동에 대한 가중을 더 작게 함으로써, 노크 판정시에 노이즈의 영향이 감소된다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 노크 판정에 대한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 작고 노킹에 대응하는 진동이 중첩하기 쉬운 주파수 대역의 진동 강도의 비율이 증가하도록 가중이 변경될 수도 있다. 이와 같이 하여도, 노킹 판정시의 노이즈의 영향이 감소될 수 있어서, 노킹의 오판정이 방지될 수 있다. 노킹의 판정시에 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 작고 노킹에 대응하는 진동이 중첩되기 쉬운 주파수 대역은, 예를 들어, 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역이다. 예를 들어, 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 가중 계수는 "1.0" 보다 큰 값 (예를 들어, "2.0") 으로 증가될 수도 있다.

여기에서 개시된 실시형태는 단지 예시이고, 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 범위는 기재된 실시형태의 설명을 적절히 고려하여 각 청구 범위에 의해 정해지고 청구 범위의 표현과 동등한 의미 내에서의 변경을 포함한다.

Claims

내연기관 (100) 의 진동을 검출하는 검출 유닛 (300), 및
상기 검출 유닛 (300) 에 연결된 판정 유닛 (200) 을 포함하는 내연기관의 노크 판정 장치로서,
상기 판정 유닛 (200) 은:
상기 검출된 진동으로부터, 노킹에 대응하는 미리 정해진 복수의 주파수 대역의 진동을 각각 추출하고,
노킹 이외의 노이즈의 영향이 감소되도록, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도에 대한 가중을 변경하고,
상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도에 기초하여 미리 정해진 크랭크 각도 간격의 진동 파형을 검출하고, 및
상기 검출된 진동 파형을 이용하여, 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 판정 유닛 (200) 은, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도 중에서, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 노크 판정에 대한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 큰 적어도 하나의 주파수 대역의 진동 강도의 비율이 감소되도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 복수의 주파수 대역의 진동은 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 진동을 포함하고,
상기 판정 유닛 (200) 은 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동 강도에 대한 가중이 다른 주파수 대역에서의 진동 강도에 대한 가중보다 작아지도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 판정 유닛 (200) 은, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도 중에서, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 노크 판정에 대한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 작은 적어도 하나의 주파수 대역의 진동의 비율이 증가되도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 복수의 주파수 대역의 진동은 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 진동을 포함하고,
상기 판정 유닛 (200) 은 상기 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동 강도에 대한 가중이 다른 주파수 대역에서의 진동의 강도에 대한 가중보다 커지도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 강도의 중앙값에 기초하여, 상기 판정 유닛 (200) 은 상기 빈도 분포를 보정하고,
상기 검출된 진동 파형에 더하여, 상기 보정된 빈도 분포를 이용하여, 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 6 항에 있어서, 상기 판정 유닛 (200) 은 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 강도의 중앙값의 평균값을 기준으로서 이용하여 상기 빈도 분포를 보정하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 판정 유닛 (200) 은 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 미리 정해진 크랭크 각도 사이의 적산값의 총합에 기초하여 노크 강도를 산출하고,
상기 산출된 노크 강도와 미리 정해진 판정값과의 비교 결과에 기초하여 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판정 유닛 (200) 은, 상기 노크 강도의 비교 결과에 더하여, 상기 검출된 진동 파형과 상기 내연기관 (100) 의 진동 파형의 기준으로서 미리 정해진 파형 모델과의 비교 결과에 기초하여 상기 내연기관 (100) 에 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는, 내연기관의 노크 판정 장치.
내연기관 (100) 의 진동을 검출하는 단계,
상기 검출된 진동으로부터, 노킹에 대응하는 미리 정해진 복수의 주파수 대역의 진동을 추출하는 단계,
노킹 이외의 노이즈의 영향이 감소되도록, 상기 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도에 대한 가중을 변경하는 단계,
상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도에 기초하여 미리 정해진 크랭크 각도 간격의 진동 파형을 검출하는 단계, 및
상기 검출된 진동 파형을 이용하여, 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는 단계를 포함하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 변경 단계는, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도 중에서, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 노크 판정에 대한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 큰 적어도 하나의 주파수 대역의 진동 강도의 비율이 감소되도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 11 항에 있어서, 상기 복수의 주파수 대역의 진동은 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 진동을 포함하고, 및
상기 변경 단계는, 1 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동의 강도에 대한 가중이 다른 주파수 대역에서의 진동의 강도에 대한 가중보다 더 작아지도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 변경 단계는, 추출된 복수의 주파수 대역의 진동 강도 중에서, 노킹 이외의 노이즈의 중첩으로 인한 노크 판정에 대한 영향이 미리 정해진 정도보다 더 작은 적어도 하나의 주파수 대역의 진동의 비율이 증가되도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 복수의 주파수 대역의 진동은 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역의 진동을 포함하고,
상기 변경 단계는, 상기 3 차 탄젠셜 모드의 주파수 대역에서의 진동 강도에 대한 가중이 다른 주파수 대역에서의 진동의 강도에 대한 가중보다 커지도록 가중을 변경하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 강도의 중앙값에 기초하여, 상기 빈도 분포를 보정하는 단계를 더 포함하고,
상기 판정 단계는, 상기 검출된 진동 파형에 더하여, 상기 보정된 빈도 분포를 이용하여 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 보정 단계는, 상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 빈도 분포의 강도의 중앙값의 평균값을 기준으로서 이용하여 상기 빈도 분포를 보정하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 판정 단계는
상기 복수의 주파수 대역의 진동 강도의 미리 정해진 크랭크 각도 사이의 적산값의 총합에 기초하여 노크 강도를 산출하는 단계, 및
상기 산출된 노크 강도와 미리 정해진 판정값과의 비교 결과에 기초하여 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는 단계를 포함하는, 내연기관의 노크 판정 방법.
제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판정 단계는, 상기 노크 강도의 비교 결과에 더하여, 상기 검출된 진동 파형과 상기 내연기관 (100) 의 진동 파형의 기준으로서 미리 정해진 파형 모델과의 비교 결과에 기초하여 상기 내연기관 (100) 에서 노크가 발생했는지 아닌지를 판정하는, 내연기관의 노크 판정 방법.