KR930009907B1 - 내연기관 제어장치 - Google Patents

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사또시 고무라사끼
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미쯔비시 덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관 제어장치
제 1 도는 본 발명의 한 실시예로서 내연기관의 진동 검출에 의한 제어 장치의 구성 블럭도.
제 2 도는 종래의 내연기관에 대한 점화 시기 제어 장치의 구성 블럭도.
제 3 도는 진동 센서의 출력 신호에 대한 주파수 특성도.
제 4 도 및 제 5 도는 제 2 도의 각 부에 대한 동작 파형도.
제 6 도는 본 발명의 내연기관에 대한 연료 제어 장치의 구성 블럭도.
제 7 도는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 도.
제 8 도는 종래의 점화 상태 모니터 시스템 도시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 가속도 센서 2 : 주파수 필터
3 : 아나로그 게이트 4 : 게이트 타이밍 제어기
5 : 노이즈 레벨 검출기 6 : 비교기
7 : 적분기 8 : 이상기
9 : 회전 신호 발생기 10 : 파형 정형 회로
11 : 스위칭 회로 12 : 점화 코일
20 : 기관 21 : 진동 센서
22 : 저주파 통과 필터 23 : 비교기
24 : 컴퓨터 30 : 전원회로
32 : 이그나이터 44 : 점화 전압 모니터
본 발명은 내연기관의 진동을 검출하므로서, 실화기통을 판별하여 그 기통의 연료 공급을 정지함과 동시에 노크 발생 요소를 제어하는 제어 장치와 또한 연료가 연소하지 않고 실화한 경우의 내연기관 연료 제어 장치에 관한 것이다.
제 2 도는, 종래의 내연기관의 점화 시기 제어 장치를 도시하는 블럭도이다. 도면에 있어서, (1)은 기관(도시하지 않음)에 설치, 기관의 진동 가속도를 검출하는 가속도 센서, (2)는 가속도 센서(1)의 출력 신호중 노킹에 대해 감도가 높은 주파수의 신호 성분을 통과시키는 주파수 필터, (3)은 주파수 필터(2)의 출력 신호중 노크 검출에 대해 방해파로 되는 노이즈를 차단하는 아나로그 게이트, (4)는 방해 노이즈의 발생 시기에 대응하여 아나로그 게이트(3)의 개폐를 지시하는 게이트 타이밍 제어기, (5)는 노킹 이외의 기관의 기계 진동 노이즈의 레벨을 검출하는 노이즈 레벨 검출기, (6)는 아나로그 게이트(3)의 출력 전압과 노이즈 레벨 검출기(5)의 출력전압을 비교하여, 노크 검출 펄스를 발생하는 비교기, (7)은 비교기(6)의 출력 펄스를 적분하여, 노킹 강도에 의한 적분 전압을 발생하는 적분기, (8)은 적분기(7)의 출력 전압에 의해 기준 점화 신호의 위치를 변위시키는 이상기, (9)는 미리 설정한 점화 진각 특성에 의한 점화 신호를 발생하는 회전 신호 발생기, (10)은 회전 신호발생기(9)의 출력을 파형 정형하여, 동시에 점화 코일(12)의 통전 폐로각 제어를 파형 정형 회로, (11)은 이상기(8)의 출력 신호에 의해 점화 코일(12)의 급전을 단속하는 스위칭 회로이다.
제 3 도에 가속도 센서(1)의 출력 신호의 주파수 특성을 도시한다. A는 노킹이 없는 경우, B는 노킹이 발생한 경우이다. 이 가속도 센서(1)의 출력 신호에는 노크 신호(노킹에 따라 발생되는 신호)외에, 기관의 기계적 노이즈나 신호 전달 경로에 편승하는 각종 노이즈 성분, 예를 들자면 점화 노이즈 등이 포함된다. 제 3 도의 A와 B를 비교하면, 노크 신호에는 특유의 주파수 특성이 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 그 분포에는, 기관의 다른 혹은 가속도 센서(1)의 설치 위치의 차이에 의해 차이는 있으나, 각각의 경우에 노킹의 유무에 의해 명확한 차이가 있다. 거기에서, 이 노크 신호가 있는 주파수 성분을 통과시키므로서 다른 주파수 성분을 억압하여, 노크 신호를 효율적으로 검출할 수가 있다.
제 4 도 및 제 5 도는 종래 장치의 각 부의 동작 파형을 도시하고, 제 4 도는 노킹이 발생하지 아니한 모드, 제 5 도는 노킹이 발생하고 있는 모드를 도시한다. 이 제 4 도 및 제 5 도를 사용해서 종래의 장치의 동작을 설명한다. 기관의 회전에 의해, 미리 설정된 점화 시기 특성에 대응하여 회전 신호 발생기(9)에서 발생되는 점화 신호는 파형 정형 회로(10)에 의해 희망하는 폐로각을 갖는 개폐 펄스에 파형 정형되어, 이상기(8)를 거쳐서 스위칭회로(11)를 구동하고, 점화 코일(12)의 급전을 단속하여, 그 통전 전류의 차단시에 발생하는 점화 코일(12)의 점화 전압에 의해 기관은 점화되어서 운전된다. 이 기관의 운전중에 일어나는 기관 진동은 가속도 센서(1)에 의해 검출된다.
이제, 기관의 노킹이 발생하지 아니한 경우에는 노킹에 의한 기관 진동은 발생하지 아니하나, 다른 기계적 진동에 의해 가속도 센서(1)의 출력 신호에는, 제 4(a) 도에 도시하는 바와같이 기계적 노이즈나 점화 시기 F에 신호 전달로 편승하는 점화 노이즈가 발생한다.
이 신호는 주파수 필터(2)를 통과하므로서 제 4b 도에 도시하는 바와같이 기계적 노이즈 성분이 상당히 억압되나, 이 점화 노이즈 성분은 강력하기 때문에 주파수 필터(2)를 통과후도 큰 레벨로 출력되는 일이 있다. 이 상태로는 점화 노이즈를 노크 신호와 오인해버리기 때문에, 아나로그 게이트(3)는 이상기(8)의 출력에 의해 트리거되는 게이트 타이밍 제어기(4)의 출력(제 4c 도에 의해 점화 시기에서 어떤 기간 그 게이트를 닫아, 점화 노이즈를 차단한다. 이 때문에 아나로그 게이트(3)의 출력에는 제 4d 도의 (가)와 같이 레벨의 낮은 기계적 노이즈만이 남는다.
한편, 노이즈 레벨 검출기(5)는 아나로그 게이트(3)의 출력 신호의 피크치 변화에 응동하여, 이경우, 통상의 기계적 노이즈의 피크치에 의한 비교적 완만한 변화에는 응동할 수 있는 특성을 갖이고, 기계적 노이즈의 피크치보다 약간 높은 직류 전압을 발생한다(제 4d 도의 (나)).
따라서, 제 4d 도에 도시하는 바와 같이 아나로그 게이트(3)의 출력 신호의 평균적인 피크치보다도 노이즈 레벨 검출기(5)의 출력이 크기 때문에, 이들을 비교하는 비교기(6)의 출력은 제 4e 도와 같이 아무것도 출력되지 않고, 결국 노이즈 신호는 모두 제거된다.
이 때문에, 적분기(7)의 출력 전압은 제 4f 도와 같은 영 그대로 이상기(8)에 의한(입출력 제 4g 도, 제 4h 도의 위상차)도 영으로 된다.
따라서, 이 출력에 의해 구동되는 스위칭회로(11)의 개폐 위상, 즉, 점화 코일(12)의 통전의 단속 위상은 파형 정형 회로(10)의 출력의 기준 점화 신호와 동위상으로 되어, 점화 시기는 점화 시기로 된다.
또한, 노킹이 발생한 경우, 가속도 센서(1)의 출력에는 제 5a 도와 같이 점화 시기부터 어떤 시간의 늦어진 부근에서 노크의 신호가 포함되어, 주파수 필터(2) 및 아나로그 게이트(3)를 통과후의 신호는 제 5d 도의 (가)와 같이 기계적 노이즈에 노크 신호가 크게 중첩한 것으로 된다.
이 아나로그 게이트(3)를 통과한 신호의 노크 신호의 상승 구간은 급준하기 때문에, 노이즈 레벨 검출기(5)의 출력 전압의 레벨이 노크 신호에 대해서 응답이 늦어진다. 그결과, 비교기(6)의 입력은 각각 제 5d 도의 (가), (나)로 되므로 비교기(6)의 출력에는 제 5e 도와 같이 펄스가 발생한다.
적분기(7)가 그 펄스를 적분하여, 제 5f 도와 같이 적분 전압을 발생한다. 그래서, 이상기(8)가 적분기(7)의 출력전압에 의해 파형 정형 회로(10)의 출력 신호(제 5g 도(기준점화 신호)를 시간적으로 늦은 쪽에 이상하기 때문에, 이상기(8)의 출력은, 이상이 파형 정형 회로(10)의 기준 점화 신호의 위상보다 늦어, 제 5h 도에 도시하는 위상에서 스위칭 회로(11)를 구동한다. 그결과, 점화 시기가 늦어져, 노킹이 억압된 상태로 된다.
이상과 같이 하여 가속도 센서에 의해 기관의 진동을 검출하여, 노크 발생 요소를 억제한다.
종래부터 실용화되어 있는 점화 상태를 모니터하는 시스템으로서 제 8 도에 도시된 것이 있다.
제 8 도에 있어서, (31)은 기관(도시 아니함)의 회전에 대응한 점화 신호를 발생하는 점화 신호 발생기, (32)는 상기 점화 신호에 의거하여 운전 상태에 따라 점화 코일(33)에 통전하는 이그나이터, 점화코일(33)은 이그나이터(32)에 의한 통전 제어에 따라, 그 통전 전류의 차단시에 점화 전압(점화를 위한 고전압)을 발생한다. (34)는 고압 코드에서, 점화 코일(33)의 출력 끝을 배전기(35)의 입력끝과 접속한다. 배전기(35)는 기관의 운전 상태에 따라 소정의 점화순으로 소정의 점화 기통에 상기 점화 전압을 분배한다. (36) 내지 (39)는 각각 배전기(35)를 각 기통 연료에 착화하기 위해서 장착된 점화 플러그(40) 내지 (43) 사이를 접속하는 고압코드이다. (44)는 점화 코일(33)의 이그나이터(32)에 의해 통전 제어되는 단자의 전압 신호를 받아, 이 전압 신호를 모니터하여 결락의 유무를 첵크하는 점화 전압 모니터이다.
다음으로, 이 점화 상태를 모니터하는 시스템의 동작을 설명한다. 기관의 회전에 따라 점화 신호가 점화 신호 발생기(33)에서 발생되어, 이그나이터(32)는 이 점화 신호에 의거하여, 예를 들자면 그 주기에 의거하여 페로 제어한 점화 펄스를 구해, 점화 코일(33)의 통전 제어를 행한다. 점화 코일(333)은 이그나이터(32)에 의한 통전 제어에 의해 점화를 위한 점화 전압을 출력한다. 이 점화 전압은 고압 코드(34)에서 배전기(35)에 전달되고, 배전기(35)에서 소정의 점화에 배전되어, 각 점화 기통에 장착되는 점화 플러그(40) 내지 (43)의 각각에 고압 코드(36) 내지 (39)를 거쳐서 전송된다. 그래서, 각 점화 플러그(40) 내지 (43)의 갭에서 불꽃이 만들어져, 연료가 착화 연소하여 기관이 운전된다.
점화 전압 모니터(44)는, 점화 코일(33)의 이그나이터(32)에 의해 통전 제어되는 1차 단자의 점화 전압을 받아, 이 점화 전압의 결락을 첵크하여, 결락이 있으면 경보를 발생(예를 들자면, 램프의 점등 또는 버저에 의한 경보음의 발생) 하거나, 혹은 각종의 기관의 운전 제어를 위해 각종 제어장치로 전송된다.
점화 전압의 결락의 첵크 방법으로서는, 점화 전압의 주기를 점화 전압의 입력마다 구해(앞의 점화 전압이 입력되고서 부터의 시간을 구한다), 이 주기가 길어졌을 때는, 점화 전압이 결락하였다고 판정하고 있다.
이 종래 장치에 의하면, 상기 점화 코일(33)의 1차 전압을 모니터하기 위해서, 점화 전압 모니터(44)는 이그나이터(32)에 포함시켜 일체화가 가능하며, 또한 기본의 점화 장치에 구비하는 신호의 모니터이기 때문에 용이점 등의 잇점이 있다.
상기하는 바와같은 종래의 내연기관의 진동 검출에 의한 제어 장치에서는, 실화기통을 판별하기 위해 사용하는 기관의 진동을 검출하는 진동 센서와, 기관의 노킹을 검출하기 위해서 사용하는 기관의 진동을 검출하는 가속도 센서와는, 공유화되어 있지 아니하므로 장치를 염가로 할 수 없는 문제점이 있었다.
종래 장치에서의 문제점은, 점화 코일(33)의 출력측 이후의 불편함에 의한 점화는 검출되지 아니하기 때문에, 신뢰성이 낮다. 즉 점화 코일(33)의 출력측의 고압 코드(34), (36) 내지 (39)(예를 들자면 양 끝의 쇠장식의 가쇄 조립불량에 의한 단선) 점화 플러그(40) 내지 (43)에서의 고압 코드(36) 내지 (39)의 꽂임 부족, 또한 점화 플러그(40) 내지 (43)의 탄소 부착에 의한 불꽃 발생 불량에 대해서는 모니터할 수 없는 결점이 있었으므로, 확실한 실화 기통 검출은 불가능하며, 따라서 실화 기통으로부터의 미연소 연료가 배기가스 정화 장치로 흘러서 그 촉매를 열화 손상시키는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 1개의 진동 센서로 실화기통을 판별함과 동시에 내연기관의 노킹을 검출하도록한 내연기관의 진동 검출에 의한 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
또다른 본 발명의 목적은 각 기통에서의 연료의 연소상태를 보다 직접적으로 모니터하여, 연료의 실화를 검출하여 기관의 연료 공급을 정지하는 내연기관의 연료 제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 내연기관의 진동 검출에 의한 제어 장치는, 기관의 진동을 검출하는 진동 검출기와, 이 진동 검출기 출력에서 실화가 발생한 기통을 판별하여, 그 기통의 연료 공급을 정지하도록 제어하는 연료 공급 제어 수단과, 상기 진동 검출기 출력에서 기관에 발생하는 노크를 검출하여, 노크 발생 요소를 제어하는 노크 발생 요소 제어 수단을 구비하므로서, 진동 센서에 의한 내연기관의 진동 검출에 의해 실화 기통의 판별을 함과 동시에 기관의 노크를 검출한다.
본 발명에 따른 또다른 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 내연기관의 연료 제어 장치는, 내연기관의 저주파 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 이 진동 검출 수단의 출력을 소정치와 비교하여, 이 출력이 소정치 이상으로 클때에 출력하는 비교 수단과, 이 비교 수단의 출력에 의해 소정의 기통으로의 연료를 정지하도록 작동하는 제어 수단을 구비하여, 진동 검출부는 기관의 각 기통에서의 연료의 불연소(실화)에 의거한 기관의 진동 변화를 검출하므로서 실화한 기통을 검출하여, 컴퓨터에 의해 이 기통으로의 연료 공급을 정지하도록 제어하여, 미연소 연료에 의한 배기 가스 정화 장치(촉매 장치의 열화, 파손)를 방지한다.
제 1 도 및 제 7 도를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 한 실시예에 의한 내연기관의 진동검출에 의한 제어장치의 구성을 도시하는 블럭도이다. 도면에 있어서, 제 2 도의 가속도 센서(1)를 제 6 도의 진동센서(21)와 공유하여, 제 2 도의 장치와 제 6 도의 장치를 일체화한 이외는 종래의 것과 동일하다. 또한, 각 구성 요소의 전원을 공급하는 전원 회로(30)가 설치되어 있다.
상기하는 바와같이 구성된 내연기관의 진동 검출에 의한 제어 장치에 있어서, 기관(20)에 진동이 발생하면, 진동 센서(21)에 의해 진동 검출이 행해진다. 기관 실화에 의한 진동은 저주파에서 발생하여, 기관의 노킹에 의한 진동은 고주파에서 발생하므로, 이 진동 센서(21) 출력내의 저주파 신호 성분은, 저주파 통과 필터(22)를 거쳐서 비교기(23)에 가해져, 상술하는 바와같이 실화 기통이 판별되어, 컴퓨터(24)에서 실화 기통의 연료 공급을 정지한다.
한편, 진동 센서(21) 출력내의 고주파 신호 성분은, 주파수 필터(2)를 거쳐서 아나로그 게이트(3)를 통과해서 비교기(6)에 가해져, 상술하는 바와같이 기관의 노킹을 검출하여, 이에 의해 노크 발생 요소를 제어한다.
또한, 상시 실시예에서는 이상기(8), 파형 정형 회로(10), 스위칭 회로(11)를 별도로 도시하고 있으나, 이들을 정리해서 컴퓨터(24)와 일체로도 된다.
다음으로 제 7 도를 참조하면, 제 7 도는 본 발명의 원리를 도시하는 도면으로, 기관이 정상으로 운전될 때(착화시 특성) 및 제3기통으로 실화가 일어났을 때(실화시 특성)를 표시하고 있다. 또한, 이 도면은 4기통의 기관의 경우이다.
각 기통에 흡입된 연료는 점화 플러그에서의 불꽃에 의해 착화되고, 연소하므로써 기관은 출력을 발생하는 것이니까, 실화가 일어나면 제 7 도에서 도시하는 바와같이, 이때 제3기통의 출력은 없고, 급격한 출력 변동이 발생한다. 이것에 따라 기관의 진동도 급변하여, 충격적인 거동이 이때 발생한다. 이 변화는 기관 출력이 큰 때일수록 (조절변 개도가 클수록) 커진다.
본 발명은 이와같은 실화시에 진동이 급변하는 기관의 특성에 착안한 것이다.
제 6 도는 본 발명의 한 실시예에 의한 내연기관의 연료 제어 장치를 도시하는 블럭도이다. 도면에 있어서, (20)은 기관, (21)은 기관(20)에 설치한 진동센서, (22)은 진동 센서(20)의 검출 신호로부터 그 저주파 신호만을 출력하는 저주파 통과 필터, (23)는 저주파 통과 필터(22)의 출력을 소정의 기준 레벨과 비교하는 비교기, (24)는 기관(20)의 각 기통에 공급하는 연료를 제어하는 컴퓨터로, 비교기(23)의 출력에 의해 소정의 특정 기통으로의 연료 공급을 정지하도록 작동한다. 통상, 이같은 종류의 컴퓨터에는 각종의 기관 제어가 집중화되어 있으므로, 그로 인한 센서 신호 혹은 각종의 작동기 구동 신호가 입출력으로서 구비되어 있으나, 이것은 본 발명과 직접적인 관계가 없으므로 도시하지 않았다.
(25) 내지 (28)은 기관(20)의 각 기통에 대응하여 흡기계에 설치된 연료를 분사하는 인젝터이며, 이들의 연료 분사량은 컴퓨터(24)의 제어에 의해 결정된다.
상기하는 바와같이 구성된 내연기관의 연료 제어 장치에 있어서, 컴퓨터(24)는 도시하지 아니한 센서로부터의 센서 신호에 의거하여 소정의 설정 조건에서 인젝터(25) 내지 (28)를 구동하여, 연료가 각 기통의 흡기계에 분사 공급되어, 도시하지 아니한 점화 플러그의 불꽃에서 착화되어, 연소하고, 기관(20)은 운전된다.
이제, 어떤 기통으로 점화 불량이 발생한 경우, 상술한 대로 기관(20)의 출력이 급격하게 저하하여, 이것에 의거하여 기관(20)의 진동에 급변하여 충격이 생긴다. 진동 센서(21)는 기관(20)의 진동을 검출하므로, 상기 실화시의 기관(20)의 진동의 급변에 의해 큰 검출 신호를 발생한다. 이때의 충격은 저주파이므로, 진동센서(21)의 검출 신호도 저주파 성분이 급증한다.
저주파 통과 필터(22)는 저주파 성분을 선택하여 출력하는 필터이므로, 상기 실화시에 출력이 커진다.
비교기(23)는, 상기 출력에 대해 적은 기준치를 갖고, 저주파 통과 필터(22)의 출력을 비교하므로, 상기 실화시의 저주파 통과 필터(22)의 출력은 비교기(23)의 기준치보다 크므로, 이때 비교기(23)는 출력을 발생한다. 이 비교기(23)의 출력을 받아, 대응하는 기통의 연료공급을 정지하도록 인젝터(예를 들자면, 제1기통이면 인젝터(25))의 구동을 정지한다.
컴퓨터(24)에는 상술하는 바와같이 각종 센서 신호가 입력되어 있으므로, 기관(20)의 진동이 급변하여 실화가 일어난 기통을 판별하는 것은 용이하며, 최근의 컴퓨터를 사용한 연료 분사장치의 기본 기능으로서 주지하는 사항이다.
또한, 기관(20)의 진동을 검출하는 일은 그 시간적 변화량을 검출하는 것이므로, 저주파 통과 필터(22)의 출력은 실질적으로 특정 대역을 하도록 저주파 및 고주파의 양측에서 대역이 한정된 신호로 된다.
또한, 상기 실시예에서는 진동 센서(21)의 검출 출력을 저주파 통과 필터(22)에 입력하여, 기관(20)의 저주파 신호를 선택하도록 하였으나, 이것은 진동 센서(20)에 그 특성이 진동 주파수에 대해 출력이 일정한 플랫한 주파수 특성의 타입을 사용하였기 때문이나, 저주파에 공진 특성을 갖는 공진형 센서를 사용할 수도 있다. 그러나 주파수 특성의 공진 센서로 행하기보다 전자 회로로 행하는 편이 용이하며, 이점 제 1 도의 실시예가 효과적이다.
본 발명은 이상으로 설명한 바와같이, 기관의 진동을 검출하는 진동 검출기와, 이 진동 검출기 출력에서 실화가 발생한 기통을 판별하여, 그 기통의 연료 공급을 정지하도록 제어하는 연료 공급 제어 수단과, 상기 진동 검출기 출력에서 기관에 발생하는 노크를 검출하여, 노트 발생 요소를 제어하는 노크 발생 요소 제어 수단을 구비하고, 진동 센서를 공유화하여, 제어 장치의 일체화에 의한 케이스, 접속기 핀의 증가를 억제하였으므로 염가로 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 또다른 효과는, 내연기관의 저주파 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 이 진동 검출 수단의 출력을 소정치와 비교하여, 이 출력이 소정치 이하로 클때에는 출력하는 비교수단과, 이 비교 수단의 출력에 의해 소정의 기통으로의 연료를 정지하도록 작동하는 제어 수단을 구비하고, 기관의 기통에서 실화가 야기되었을때의 기관 진동을 검출하여, 이 진동 레벨이 클때에 연료 공급을 정지하도록 하였으므로, 실화 기통이 용이하게 판별이 되고 미연소 연료에 의한 배기 가스 정화 장치의 촉매의 열화, 손상이 방지되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 기관의 진동을 검출하는 진동 검출기와, 이 진동 검출기 출력으로부터 실화가 발생한 기통을 판별하여, 그 기통의 연료 공급을 정지하도록 제어하는 연료 공급 제어 수단과, 상기 진동 검출기 출력에서 기관에 발생한 노크를 검출하여, 노크 발생 요소를 제어하는 노크 발생 요소 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  2. 점화 플러그의 스파크 불꽃에 의해 연료에 착화하여 운전되는 내연기관 제어장치에 있어서, 상기 내연기관의 저주파 진동을 검출하는 진동 검출 수단과, 이 진동 검출 수단의 출력을 소정치와 비교하여, 이 출력이 소정치 이상으로 클때에 출력하는 비교 수단과, 이 비교 수단의 출력에 의해 소정의 기통으로의 연료를 정지하도록 작동하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
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