KR930009909B1 - 내연기관의 노킹 억제장치 - Google Patents

내연기관의 노킹 억제장치 Download PDF

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야스히꼬 호소야
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미쯔비시 덴끼 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 노킹 억제장치
제 1 도는 본 발명의 일실시예에 의한 기관의 평면도.
제 2 도는 제 1 도의 가속도 감지기의 검출 특성도.
제 3a 도 내지 제 3c 도 및 제 4 도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 기관의 평면도.
제 5 도, 제 6 도, 제 7a 도 내지 제 7h 도, 제 8a 도 내지 제 8h 도는 종래 기관의 점화시기 제어장치의 동작을 설명하는 도면.
제 9 도는 종래 기관의 평면도.
제 10a 도 내지 제 10d 도는 제 9 도의 가속도 감지기의 검출 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
31 : 기관의 블록 51a, 52a, 53a, 54a : 부착 위치
61, 65, 66, 71, 80 : 브래킷 62 : 가속도 감지기
[산업상 이용분야]
본 발명은 내연기관의 노킹을 억제하는 내연기관의 노킹 억제장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
기관이 발생하는 노킹을 검출하여 억제하는 노킹 억제 방식에는 연료제어, 점화시기 제어, 과급압 제어 등이 있는데 이하의 설명에선 현재 가장 많이 실용화되고 이쓴 점화시기 제어에 대하여 설명한다.
이하에 제 5 도에 도시하는 종래의 내연기관의 점화시기 제어장치에 대하여 설명한다.
이 제 5 도의 1은 기관에 부착되어 기관의 진동 가속도를 검출하는 가속도 감지기, 2는 가속도 감지기(1)의 출력신호중 노킹에 대해 감도가 높은 주파수 필터, 3은 이 주파수 필터(2)의 출력신호중 노킹 검출에 대해 방해파로 되는 소음을 차단하는 아나로그 게이트이다.
또, 게이트 타이밍 제어기(4)는 방해 소음의 발생시기에 대응해서 아나로그 게이트(3)의 개폐를 제어토록 하고 있다. 이 아나로그 게이트(3)의 출력은 소음 레벨 검출기(5) 및 비교기(6)로 보내진다. 소음 레벨 검출기(5)는 노킹 이외의 기관의 기계진동 소음 레벨를 검출한다. 또, 비교기(6)는 아나로그 게이트(3)의 출력 전압과 소음 레벨 검출기(5)의 출력전압을 비교하고 노킹 검출 펄스를 발생해서 적분기(7)에 출력하게 되어 있다. 적분기(7)는 비교기(6)의 출력펄스를 적분하고 노킹강도에 따른 적분 전압을 발생시킨다. 이 적분기(7)의 출력전압에 따라서 이상기(8)는 기준 점화 신호의 위치를 변위시키는 것이다.
한편, 9는 미리 설정한 점화 진각 특성에 따른 점화신호를 발생하는 회전신호 발생기인 바, 이 회전신호 발생기(9)의 출력을 파형 정형회로(10)에서 파형 정형하고, 동시에 점화 코일(12)의 통전의 폐로각 제어를 행하게 되어 있다. 또, 상기 이상기(8)의 출력신호에 의해, 스위칭 회로(11)는 점화 코일(12)의 급전을 단속하게 되어 있다.
제 6 도에 가속도 감지기(1)의 출력신호의 주파수 특성을 도시한다. 이 제 6 도에 있어서 A는 노킹이 없는 경우, B는 노킹이 발생했을 경우이다. 이 가속도 감지기(1)의 출력신호엔 노킹 신호(노킹에 따라 발생되는 신호)나 그 이외의 기관의 기계적 소음이나 신호 전달 경로에서 실리게 되는 각종 소음성분, 예컨대 점화 소음등이 포함된다. 제 6 도의 특성 A와 특성 B를 비교하면 노킹 신호에는 특유의 주파수 특성이 있다는 것을 알 수 있다.
이 분포는 기관의 상위 또는 가속도 감지기(1)의 부착위치의 상위에 따라 차이는 있으나, 각각의 경우 노킹의 유무로 명확한 분포의 차이가 있다. 따라서, 이 노킹 신호가 갖는 주파수 성분을 통과시키므로서 다른 주파수 성분 소음을 억제하고 노킹 신호를 효율적으로 검출할 수 있다.
제 7 도 및 제 8 도는 제 5 도의 각부의 동작 파형을 도시한 것인 바, 동일 부호는 동일부분의 파형을 도시하는 것으로서, 제 7 도는 기관의 노킹이 발생하고 있지 않은 모드를, 제 8 도는 기관의 노킹이 발생하고 있는 모드를 각각 도시하고 있다.
다음에, 제 5 도의 내연기관의 점화시기 제어장치의 동작을 설명한다. 기관의 회전으로 미리 설정된 점화시기 특성에 대응해서 회전신호 발생기(9)에서 발생하는 점화신호는 파형 정형회로(10)에 의해서 소망의 폐로각을 가지는 개폐펄스로 파형 정형되며, 이상기(8)를 거쳐서 스위칭 회로(11)를 구동하고, 점화 코일(12)의 급전(給電)을 단속하며, 그 통전 전류의 차단시에 발생하는 점화 코일(12)의 점화 전압에 의해서 기관은 점화되어 운전된다. 이 기관의 운전중에 일어나는 기관 진동은 가속도 감지기(1)에 의해서 검출된다.
아직, 기관의 노킹이 발생하고 있지 않는 경우에는 노킹에 의한 기관 진동은 발생하지 않으나 다른 기계적 진동으로 가속도 감지기(1)의 출력신호에는 제 7a 도에 도시한 바와같이 기계적 소음이나 점화시기 F에서 신호 전달로에 실리는 점화소음이 발생한다.
이 신호는 주파수 필터(2)를 통과함으로서 제 7b 도와 같이 기계적 소음 성분이 상당히 억압되는데 점화 소음 성분이 강력하기 때문에 주파수 필터(2)를 통과한 후에도 큰 레벨로 출력될 수 있다.
이대로는 점화 소음을 노킹 신호와 오인하게 되므로, 아나로그 게이트(3)는 이상기(8)의 출력에 의해서 트리거되는 게이트 타이밍 제어기(4)의 출력(제 7c도)에 의하여 점화시기에서 어떤 기간 그 게이트를 닫아 점화 소음을 차단한다. 이 때문에, 아나로그 게이트(3)의 출력에는 제 7d 도의 ㄱ과 같이 저수준의 기계적 소음만이 남는다.
한편, 소음 레벨 검출기(5)는 아나로그 게이트(3)의 출력신호의 피크값 변화에 응답하여 동작하며, 이경우, 통상의 기계적 소음의 피크값에 의한 비교적 완만한 변화에 응답하여 동작할 수 있는 특성을 가지며, 기계적 소음의 피크값보다 약간 높은 직류 전압을 발생한다(제 7d 도의 ㄴ).
따라서, 제 7d 도에 도시한 바와같이 아나로그 게이트(3)의 출력신호의 평균적인 피크값보다 소음 레벨 검출기(5)의 출력이 크므로, 이것들을 비교하는 비교기(6)의 출력은 제 7e 도와 같이 아무것도 출력하지 않으며, 결국 소음 신호는 모두 제거된다.
이때문에, 적분기(7)의 출력전압은 제 7f 도와 같이 0인 상태로서, 이상기(8)에 의한 이상각〔입출력(제 7g 도, 제 7h 도)의 위상차〕도 0이 된다. 따라서, 이 출력으로 구동되는 스위칭 회로(11)의 개폐 위상, 즉, 점화 코일(12)의 통전 단속 위상은 파형 정형 회로(10)의 출력의 기준 점화 신호와 같은 위상으로 되며, 점화 시기는 기준 점화 시기로 된다.
또, 노킹이 발생했을 경우, 가속도 감지기(1)의 출력에는 제 8a 도와 같이 점화시기보다 어느시간 지연된 부근에서 노킹 신호가 포함되며, 주파수 필터(2) 및 아나로그 게이트(3)를 통과한 후의 신호는 제 8d 도의 ㄱ 과 같이 기계적 소음에 노킹 신호가 크게 중첩하게 된다.
이 아나로그 게이트(3)를 통과한 신호중에서 노킹 신호가 급격히 상승하므로 소음 레벨 검출기(5)의 출력 신호의 레벨이 노킹 신호에 대해서 응답하는 것이 늦어진다. 그결과, 비교기(6)의 입력은 각각 제 8d 도의 ㄱ, ㄴ 으로 되므로, 비교기(6)의 출력에는 제 8e 도와 같이 펄스가 발생한다.
적분기(7)가 그 펄스를 적분하여 제 8f 도와 같이 적분 전압을 발생시킨다. 그리고, 이상기(8)의 출력은 위상이 파형정형회로(10)의 기준 점화신호의 위상보다 늦어져, 제 8h 도에 도시된 위상으로 스위칭 회로(11)를 구동한다. 그결과, 점화시기가 늦어지며, 노킹이 억압된 상태로 된다. 결국, 이들 제 7a 도 내지 제 7h 도, 제 8a 도 내지 제 8h 도의 상태가 반복되어서 최적의 점화시기 제어가 행해진다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
상기 제 5 도, 제 7a 도 내지 제 7h 도 및 제 8a 도 내지 제 8h 도에 도시한 바와같이, 이 제어장치는 가속도 감지기(1)의 검출신호를 기준으로 하는 것이므로, 가속도 감지기(1)는 각 기통에서 발생하는 노킹신호는 균등하고 양호한 감도로서 검출하고, 이 외의 여러가지 소음에 대해서는 감도가 낮아 검출하지 않도록 장착위치가 설정되는 것이 소망의 제어성을 확보하기 위한 전제 조건으로서 필요하다.
이 관점에서 생각하면, 기관의 블록 본체의 측면 형상이 V자형으로 소위 V형 기관 또는 4기통 이상의 다기통 기관에서는, 가속도 감지기(1)가 기관을 구성하는 각 기통의 노킹에 대해서 균등하게 소정 레벨의 감도로 검출되는 적절한 위치가 없고, 전기통에서 발생하는 노킹에 대해 균등한 제어성을 확보하기 위해서는 2개 이상의 가속도 감지기(1)가 필요하다는 문제점이 생긴다.
도면을 이용하여 이것에 대해서 설명한다. 제 9 도는 기통수가 6기통인 V형 기관의 헤드측의 평면을 도시하고 있다. 도면에 있어서, 31은 V형 기관의 블록, 41은 제1기통, 42는 제2기통, 43은 제3기통, 44는 제4기통, 45는 제5기통, 46은 제6기통을 각각 도시하고 있다. 또, 한쪽의 뱅크(bank)엔 기수 기통, 즉, 제1기통(41), 제3기통(43), 제5기통(45)이, 다른쪽의 뱅크에는 우수 기통, 즉, 제2기통(42), 제4기통(44), 제6기통(46)이 각각 설치되어 있다.
51 내지 54는 가속도 감지기로서, 이것들의 기능은 제 5 도에 도시한 가속도 감지기(1)와 동등하다. 가속도 감지기(51)는 제1기통(41)과 제3기통(43)간의 위치에서 실린더 블록에 고정되어 있다. 이하 마찬가지로, 가속도 감지기(52)는 제3기통(43)과 제5기통(45)과의 사이의 위치에서, 가속도 감지기(53)는 제2기통(42)과 제4기통(44)간의 위치에서, 가속도 감지기(54)는 제4기통(44)과 제6기통(46)간의 위치에서 각각 실린더 블록에 고정되어 있다. 여기에서, 가속도 감지기(51 내지 54)는 뱅크에 둘러싸인 뱅크 내측에 있다.
이 가속도 감지기 51 내지 54의 각 검출출력에서 기관에 노킹이 발생되고 있지 않을때의 기관의 진동 신호=소음 N(점술의 제 7d 도의 ㄱ)과 기관에 소정의 제어 레벨의 노킹이 발생했을 때의 진동신호=노킹신호 S를 측정하고, S/N로서 구한 것이 제 10 도의 특성이다.
전술한 바와같이, S/N가 소정값 이상으로 크지 않으면 노킹 신호가 검출되지 않으므로 S/N가 큰 쪽이 유리하며, 제어가 용이해진다. 제 10a 도는 가속도 감지기(51)의 출력의 S/N이지만, 6기통의 제1기통(41)에서 제6기통(46)의 각 기통에서 노킹이 개별적으로 발생했을 경우의 검출 출력에서 구한 특성을 도시한 것으로서, 가속도 감지기(51)가 고정되어 있는 뱅크측의 제1기통(41), 제3기통(43) 및 제5기통(45)에서 발생하는 각 노킹은 감도가 양호한 상태에서 검출되므로 이들 각 기통에서 발생하는 노킹이 효율적으로 검출되며, S/N가 큰 노킹 신호가 얻어진다. 그러나, 다른쪽의 뱅크측의 제2기통(42), 제4기통(44) 및 제6기통(46)에서 발생하는 노킹에 대해서 감도가 나쁘며, 이들에 노킹이 발생했을 때의 검출출력은 S/N가 작은 신호로서, 제1기통(41) 내지 제6기통(46)에 노킹신호의 검출 감도는 기통에 따라 다른바, 가속도 감지기(51)가 고정되어 있는 뱅크측의 기통에 대해서는 양호하고 다른쪽의 뱅크측의 기통에 대해선 나쁘다.
감속도 감지기(52 내지 54)에 있어서도 그 검출 출력을 조사하면, 상기의 경향을 도시하는 특성을 가지고 있어서 가속도 감지기를 고정한 뱅크축의 기통과 그렇지 않은 뱅크측의 기통에 대한 검출 특성이 다른 전반적 경향이 실기 테스트로 확인되었다. V형 6기통 기관의 경우, 가장 우수하게 설정된 경우에도 6기통중의 5기통에 대해서 소정 레벨의 S/N가 얻어지는 노킹 신호가 검출되는 정도이며, 6기통의 전부에 대해서 필요한 소정의 S/N 이상의 노킹 신호를 검출하는 것은 매우 자세하게 행한 실기 테스트로도 확인되지 않았다.
즉, 6기통의 각 기통에서 발생하는 노킹을 모두 효율적으로 검출하는 데에는 가속도 감지기가 2개 필요하며, 예컨대, V형 기관의 경우에는 각 뱅크마다 가속도 감지기를 장착하지 않으면 안된다는 문제점이 종래 장치에 있었다. 그리고, 이것은 노킹신호 판별을 위한 신호처리 회도 2회로분이 필요해지며, 시스템 코스트가 높아진다는 문제점도 있었다.
본 발명은 이같은 문제점을 해결하기 위해 이뤄진 것으로써, 간단한 구성으로 효율적으로 노킹이 억제되는 내연기관의 노킹 억제장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
[과제를 해결코져 하는 수단]
본 발명에 관계하는 내연기관의 노킹 억제장치는 2개소 이상의 위치에 걸쳐 기관에 고정된 브래킷에 가속도 감지기를 고정함으로서 1개의 가속도 감지기로 기관의 전기통에서 발생하는 노킹을 소정의 S/N 비 이상으로 검출될 수 있게 하는 것이다.
즉, 노킹 신호의 발생 및 전달 경로는 다음과 같이 된다. 우선, 내연기관의 연소실에 의하여, 혼합 가스의 일부가 상기 점화 플러그의 스파크에 의한 연소보다도 빠른 시기에 연소를 시작하여 그 연소와 점화 플러그에 의한 정규 타이밍에서의 연소와의 사이에 난류(亂流)가 발생하게 된다. 이 난류에 의한 이상 연소가 연소압의 혼란을 초래하여 내연기관의 블록을 두드리고 그것을 진동시킨다. 그러면, 이 진동은 블록재 속으로 전파하여 가속도 감지기 부착 위치에도 전달되고 또한, 주위의 공중으로 음파로 변해서 방출된다.
따라서, 내연기관의 블록중에 전파되는 연소가스의 혼란에 의한 진동으로서 노킹 신호가 가속도 감지기로 전달되고 또 이 일부가 또한 공중으로 음파로서 전파되어 노킹음으로 되어 노킹이 인지된다.
이것으로 분명하듯이, 노킹 신호의 주파수는 가청 성분과 같으며, 본 발명자들이 실험으로도 확인한 바이지만, 5~15KHz로 존재한다. 5~15KHz의 진동은 당해 기술 분야에서는 고주파에 속하는 것으로서, 이 전파 및 반사의 특성은 단순치 않아 해석이 어려운 성격의 특성을 갖는다.
내연기관의 블럭으로서 주류는 주철이지만 알루미늄재도 사용되고 있는데 어느것이나 철 및 알루미늄재의 내부로 전파하고 또한 반사하는 진동의 거동이 단순치 않으므로 가속도 감지기의 설정 위치를 용이하게 정할 수 없다. 아무래도 시행착오를 동반하는 성질의 것이다. 그러나, 내연기관의 적절한 위치에 브래킷을 설치하면 이것이 상기 진동을 유도할 수 있고 V형 기관의 경우의 상대 뱅크 또는 원격한 기통의 노킹 신호의 유도가 가능해지는 것으로 각종 실험으로 확인했다.
브래킷은 내연기관에서의 부착 위치외에 그 부착면의 마무리, 형상(두께, 폭 및 기타의 형상), 접착강도, 접착고정점의 수 등을 고려할 필요가 있다. 그 까닭은 그것은 상기와 같이 진동을 어려운 성격을 갖기 때문이다.
[구성 및 작용]
본 발명에서는, 브래킷이 고정된 2개 이상의 위치에서 노킹 신호가 전달되기 때문에 1개의 가속도 감지기에 의해서 전기통에서 발생하는 노킹 신호를 양호한 S/N으로 검출할 수 있다.
제 1 도는 본 발명의 일실시예에 의한 V형 6기통의 기관의 평면을 도시하는 도면이다. 도면에서 31, 41 내지 46은 제 9 도의 것과 마찬가지이다. 51a 내지 54a는 제 9 도에서 가속도 감지기(51 내지 54)가 부착되어 있는 각각의 위치를 나타내고 있다. 61은 4개소의 위치(51a 내지 54a)에서 볼트로 기관의 블록(31)에 장착된 가속도 감지기이다.
전술한 바와같이 기관을 운전하고 가속도 감지기(62)의 출력을 기관에 노킹이 발생하고 있지 않을 경우와 기관에 노킹이 발생했을 경우의 각각에 대하여 측정하고 전기 S/N를 6기통의 각 기통에 대해서 개별로 측정하면 제 2 도의 특성이 얻어진다. 이 도면은 제 10a 도 내지 제 10d 도에 도시한 특성에 대응하는 도면이다.
브래킷(61)으로 부착위치(51a 내지 54a)의 각 진동이 합쳐지지만, 노킹신호 이외의 소음도 마찬가지로 합성되므로 제 8a 도 내지 제 8h 도에 도시된 바와같은 가속도 감지기(51 내지 54)의 각 출력에서의 S/N에 대해서 각별히 S/N가 개선되는 것은 아니나, 제 2 도에 도시된 바와같은 6기통의 전기통에 대해서 충분한 S/N가 얻어지는 것이며 각 기통의 노킹에 대해서 실용치는 충분히 확보된다.
다음에 제 3a 도 내지 제 3c 도에 도시하는 다른 실시예에 대해서 설명한다. 제 3a 도 및 제 3b 도는 부착위치(51a 내지 54a)의 안의 2개소에서 브래킷을 기판의 블록(31)에 고정하는 것으로서(65, 66)은 브래킷이다.
이것들의 경우, 브래킷(65, 66)을 고정하고 있는 부착위치(51a, 54a)는 부착위치(52a, 53a)에 있어서 각각의 뱅크의 기통에 대한 검출 특성이 양호할 경우에 효과적이며, 브래킷(65, 66)의 소형 경량화, 블록으로의 부착 공정수 삭감이 가능하다.
제 3a 도에서는, 부착위치(51a, 54a)에 브래킷(65)을 고정하고 있는데, 각 부착 위치에서의 검출 특성이 동등 이상이면 부착위치(52a)와 부착위치(53a)에서 고정하고 있는 제 3b 도의 경우에 있어서도 적용될 수 있는 것이다.
제 3c 도는 제 1 도에 도시한 브래킷(61)이 판상이었음에 대해서 브래킷(71)은 골조구조로 한 것이며, 제 1 도의 브래킷(61)을 경량화시키고 있는 것이다. 이경우, 기관의 블록(31)으로의 고정은 부착위치(51a 내지 54a)의 4개소에서 브래킷(61)과 마찬가지로 고정하고 있지만 브래킷(71)이 골조구조인바, 원래의 고정 위치에서의 검출 특성보다 연분인 공진동으로 진동 전달성이 저하되기 쉬운 형상이므로 주의가 필요하다. 그러나, 반면, 설계에 있어서 검출 특성을 향상시키는 일종의 필터로서 사용가능하며, 이점에선 판상인 브래킷(61)보다 우수한 것이다.
제 3a 도 내지 제 3b 도에 도시한 브래킷(65, 66)에 대해서도 판상에서 골조 구조로 할 수 있고, 상기와 같이 진동 필터로서 보다 효과적으로 사용 가능하다.
제 4 도는 본 발명의 다른 실시예를 도시하며 직렬 6기통 내연기관에 적용한 일예를 보여준다. 도면에 있어서 각 기통(41 내지 46)은 기관의 블록(31)에 직렬로 배치되며, 브래킷(80)은 기관의 블록(31)에 자상으로 고정되어 있다. 또, 가속도 감지기(62)는 브래킷(80)에 장착되어 있다.
상기 브래킷(61, 65, 66, 71, 80)의 재질에 대해서는 기관에 쓰이는 것으로서 주철, 알루미늄 등이 대표적이지만, 강성, 공작성, 코스트 등을 검토했을 경우, 진동 전달성, 공작성, 코스트의 전체에 있어서 주철이 우수하다. 알루미늄은 강성이 낮으며, 진동의 전달도 약하며, 전체로 레벨이 작아지며, 고주파(10KHz 이상)에서 그 경향이 증가하는 것 같다. 특히, 제 3c 도에 도시된 바와같이 골조구조로 하는 데에는 강도를 확보하는데 주철이 용이하고 설계 자유도가 전체적이므로 높다. 주철재로선 예컨대 FC25, FCD50이 있지만, FCD50쪽이 효율이 좋다.
본 발명은 이상 설명한대로 종래 기관을 구성하고 각 기통에 있어서 발생하는 노킹을 모두 검출하기 위해선 2개 이상의 가속도 감지기가 팔요한 다기통 내연기관에 있어서 2개소 이상의 부착 위치에서 기관의 블록에 고정된 브래킷을 구비하며, 이 브래킷에 가속도 감지기 1개를 설치함으로서 기관의 각 기통에서 발생하는 노킹은 가속도 감지기 1개에 의하여 양호한 감도로서 검출되며 따라서 노킹 구별 혹은 판별 회로도 1회로분으로 되기 때문에 저 코스트로 될 수 있는 효과가 있다. 특히 기관의 블록의 측면형상이 소위 V자형을 이룬 기관에 있어선 큰 효과가 얻어진다.

Claims (1)

  1. 내연기관에 장착되어 노킹 정보를 검출하는 가속도 감지기의 출력으로부터 노킹 신호를 구별하고, 이구별 출력을 기초로 상기 내연 기관의 노킹 발생 요소를 제어하여 노킹을 제어하는 내연 기관 노킹 제어 장치에 있어서, 적어도 2개소 이상의 위치(51a, 52a, 53a, 54a)에서 상기 내연기관에 고정된 브래킷(61)과 상기 브래킷에 장착된 가속도 감지기(62)를 구비하며, 상기 브래킷은 2개의 뱅크(bank)로 이루어진 실린더 블록(31)을 구비한 V자형 내연기관의 상기 2개의 뱅크사이에 장착되고, 그 장착 위치가 인접한 실린더쌍(41, 43 ; 43, 45)(42, 44 ; 44,46)사이에 배치된 것을 특징으로 하는 노킹 제어장치.
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