WO2013103160A1

WO2013103160A1 - 엔진의 노킹 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: WO2013103160A1
Application number: PCT/KR2012/000051
Authority: WO
Inventors: 윤영선
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사
Priority date: 2012-01-03
Filing date: 2012-01-03
Publication date: 2013-07-11

Abstract

본 발명은 엔진의 노킹 제어 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 엔진의 노킹 제어 방법은, 엔진의 실린더 블록의 흔들림 정보만을 가지고 노킹을 판단하는 것이 아니라 엔진의 온도정보에 기반하여 엔진으로부터 발생하는 엔진 노이즈 정보를 모델링한 판단 테이블을 이용해 노킹 발행 여부에 대한 판단 근거를 보정한 후 보정한 결과로 노킹 발생을 판단하기 위한 구성으로 이루어진다. 따라서, 본 발명은 냉간 시동과 같이 엔진의 이상에 따른 노킹 발생이 아닌 엔진을 구동하는 초기 단계에서 연소 불안정에 의한 엔진 노이즈 증가를 노킹으로 오판하는 것을 방지할 수 있다.

Description

엔진의 노킹 제어 방법 및 장치

본 발명은 엔진의 노킹 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉간 시동과 같이 엔진의 이상에 따른 노킹 발생이 아닌 엔진을 구동하는 초기 단계에서 연소 불안정에 의한 엔진 노이즈 증가를 노킹으로 오판하는 것을 방지하기 위한 엔진의 노킹 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 엔진에 대한 노킹센서는 압전소자(Piezo-electric)를 이용한 센서로 진동에 의해서 전압을 발생하는 원리를 이용하는 것으로 엔진 내부의 이상연소(노킹: 조기점화) 발생시에 유기되는 노이즈 전압을 발견하는데 이용되는 소자이다.

즉, 노킹센서는 엔진의 고유 진동수와 다른 진동을 감지하여 실린더 연소시 발생하는 노킹을 감지하는 역할을 한다.

여기서, 노킹은 실린더 내부의 이상연소나 조기 점화 현상을 말하는데 피스톤이나 밸브가 파손될 수 있는 위험한 증상이다.

따라서, 노킹이 발생하면 이를 방지하기 위한 제어가 실행된다.

전자제어장치는 노킹센서로부터 전달되는 출력 신호를 수신한 후, 노킹이 발생한 것으로 판단하게 되면 판단한 시점에서 엔진의 점화시기를 지연시켜 노킹을 방지하는 제어를 한다.

이와 같은 종래 기술에 의하면, 엔진에 손상을 끼치지 않은 정도의 과조점화 현상이나 흡배기 밸브기구에서 전달되는 노이즈 등도 노킹센서가 받아들여 전자제어장치(예컨대, ECM: Engine Control Module)에 전달하므로, 전자제어장치는 노킹센서로부터 전달받은 출력 신호를 구분함에 따라 노킹에 해당하는 제어를 실행할지를 판단하게 된다.

하지만, 주차되어 있던 차량의 시동을 거는 때와 같이 냉간 시동을 한 직후에는 엔진을 구동하기 위한 연소가 불안정한 단계여서, 크랭크-캠샤프트 기구와 구동축에서 발생하는 흔들림으로 인해 노킹센서의 파형이 증가방향으로 왜곡되는 문제점이 생긴다.

이 경우, 전자제어장치는 노킹센서로부터 엔진의 이상에 의한 것이 아닌 왜곡된 흔들림에 대한 센서링에 의한 출력 신호를 제공받게 됨에 따라, 왜곡된 단순 엔진 노이즈를 노킹으로 오판하여 엔진의 점화시기를 불필요하게 지연시키는 제어를 실행함으로써, 엔진의 성능을 저하시킨다.

따라서, 이러한 엔진의 성능 저하를 방지하기 위한 별도 방안이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 냉간 시동과 같이 엔진의 이상에 따른 노킹 발생이 아닌 엔진을 구동하는 초기 단계에서 연소 불안정에 의한 엔진 노이즈 증가를 노킹으로 오판하는 것을 방지하기 위한 엔진의 노킹 제어 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 엔진의 노킹 제어 방법은, 전자제어장치에서 엔진의 동작에 상응하는 노킹센서로부터 출력신호를 수신하는 단계, 상기 노킹센서의 출력신호에 대한 주파수 분석결과를 토대로 하여 기 설정된 진폭 이상의 신호성분을 상기 엔진의 노이즈 값으로 형성하는 단계, 상기 엔진의 온도정보를 기 설정된 판단 테이블에 적용한 후 상기 판단 테이블로부터 상기 엔진의 온도정보와 매칭하는 보정 값을 추출하는 단계, 상기 엔진의 노이즈 값에 상기 보정 값을 곱하는 연산을 실행하여 상기 엔진의 노이즈 값에 대한 보정을 하는 단계 및 상기 보정 후의 엔진 노이즈 값을 기 설정된 노킹판별 기준치와 비교한 결과 상기 보정 후의 엔진 노이즈 값이 상기 노킹판별 기준치 이상이면 상기 엔진에 대해 노킹이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 엔진의 노킹 제어 방법은, 상기 엔진에 노킹이 발생한 경우에 기 설정된 연소 모델링에 따라 상기 엔진의 점화시기를 지연하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 진폭 이상의 신호성분은 상기 엔진에 대한 노킹을 판별하기 위한 밴드-패스 필터를 거쳐 확인되는 신호성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 엔진의 온도정보는 상기 엔진에 대한 냉각수온 및 오일온도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 판단 테이블은 상기 엔진의 온도 및 노이즈 간의 관계를 모델링하여 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따른 전자제어장치는, 엔진의 동작에 상응하는 노킹센서로부터 출력신호를 수신하는 수신부, 상기 노킹센서의 출력 신호에 대한 주파수 분석결과를 토대로 하여 기 설정된 진폭 이상의 신호성분을 상기 엔진의 노이즈 값으로 형성하는 형성부, 상기 엔진의 온도정보를 기 설정된 판단 테이블에 적용한 후 상기 판단 테이블로부터 상기 엔진의 온도정보와 매칭하는 보정 값을 추출하는 추출부, 상기 엔진의 노이즈 값에 상기 보정 값을 곱하는 연산을 실행하여 상기 엔진의 노이즈 값에 대한 보정을 하는 보정부 및 상기 보정 후의 엔진 노이즈 값을 기 설정된 노킹판별 기준치와 비교한 결과, 상기 보정 후의 엔진 노이즈 값이 상기 노킹판별 기준치 이상이면 상기 엔진에 대해 노킹이 발생한 것으로 판단하는 노킹 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전자제어장치에서 상기 엔진에 노킹이 발생한 경우에 기 설정된 연소 모델링에 따라 상기 엔진의 점화시기를 지연하는 노킹방지 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 엔진의 실린더 블록의 흔들림 정보만을 가지고 노킹을 판단하는 것이 아니라 엔진의 온도정보에 기반하여 엔진으로부터 발생하는 엔진 노이즈 정보를 모델링한 판단 테이블을 이용해 노킹 발행 여부에 대한 판단 근거를 보정한 후 보정한 결과로 노킹 발생을 판단함으로써, 냉간 시동과 같이 엔진의 이상에 따른 노킹 발생이 아닌 엔진을 구동하는 초기 단계에서 연소 불안정에 의한 엔진 노이즈 증가를 노킹으로 오판하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진의 노킹 제어 장치를 일실시 예로 나타내는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 전자제어장치를 일실시 예로 나타내는 도면.

도 3은 도 1에 도시된 전자제어장치에 적용되는 판단 테이블을 일실시 예로 나타내는 도면.

도 4는 도 1에 도시된 전자제어장치의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면.

이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명에 따른 엔진의 노킹 제어 장치의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진의 노킹 제어 장치를 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 1에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 엔진의 노킹 제어 장치는 구동중인 엔진을 감지(예: 실린더 블록의 흔들림을 감지)하여 출력 신호를 형성하는 노킹센서, 및 노킹센서로부터 전달되는 출력 신호에 대한 주파수 분석을 통해 엔진의 노이즈 발생을 판단한 후 이를 엔진의 온도정보에 기반한 모델링 기법을 통해 보정한 결과를 기초로 하여 최종적으로 노킹 발생 여부를 결정하고 노킹이 발생하면 노킹 발생을 방지하기 위한 제어를 실행하는 전자제어장치를 포함한다.

여기서, 전자제어장치는 노킹 발생시에 엔진의 노킹 발생과 관련한 주요 주파수 영역(예: 7kHZ ~ 20kHZ)를 밴드패스 필터링한 후, 필터링한 신호에 대해 빠른 샘플링 속도로 샘플링 및 적분하여 엔진에 대해 노이즈 발생한 신호성분을 검출한다.

특히, 전자제어장치는 엔진 내의 실린더블록에 대한 흔들림 정보만을 가지고 노킹 발생을 판단하는 것이 아니라 냉각수온 및 엔진오일 온도 등과 같은 엔진 온도를 이용하여 엔진 노이즈를 레벨별로 모델링한 판단 테이블을 토대로 노킹센서로부터 전달되는 출력 신호를 보정함으로써, 노킹센서로부터 엔진의 노킹을 감지하는 것과 관련하여 왜곡된 출력 신호가 전달되는 경우에도 엔진의 노킹 발생에 대한 오판을 최소화할 수 있다.

예컨대, 냉간 시동 직후에는 엔진을 구동하기 위한 연소가 초기 단계여서 불안정한 이유로 크랭크-캠샤프트 기구와 구동축에서 발생하는 흔들림이 발생할 수 있는데, 이러한 흔들림은 엔진에 손상을 끼치지 않는 정도에 해당 되지만 노킹센서를 이러한 부분들도 감지하여 노킹으로 판단할 수 있는 정도로 증가하는 파형의 출력 신호를 형성하는 경우가 있다.

이후, 전자제어장치는 수신한 출력 신호에 대해 주파수 분석을 하고 주파수 분석한 결과를 토대로 하여 엔진의 노이즈 발생을 판단한 후, 엔진의 온도를 기반으로 엔진의 노이즈 레벨을 모델링한 판단 테이블로부터 현 시점에서 확인한 엔진의 온도와 매칭하는 비율 값(즉, 보정 값)을 추출하여 추출한 비율 값(즉, 보정 값)을 상기에서 판단한 엔진 노이즈 값에 반영함에 따라 왜곡된 부분을 보정한다.

다시 설명하면, 냉간 시동 직후는 시동 초기 단계여서 엔진의 온도(예컨대, 엔진의 냉각수온, 엔진의 오일온도 등)가 아직 미열인 상태이므로, 전자제어장치는 엔진의 온도를 통해 냉간 시동 직후인지를 판단하여 냉간 시동 직후인 경우에는 이러한 경우의 엔진 구동 환경을 감안해 엔진의 노킹 발생을 판단한다.

도 2는 도 1에 도시된 전자제어장치를 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 2에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 전자제어장치는 엔진의 동작(예: 실린더 블록의 흔들림)에 상응하여 출력 신호를 발생시키는 노킹센서로부터 출력 신호를 수신하는 수신부, 수신한 출력 신호에 대해 밴드패스 필터링과 신호에 대한 판별 정확도를 높이기 위한 신호 적분 및 증폭 과정을 거친 후 주파수 분석한 결과를 토대로 하여 기 설정된 진폭 이상의 신호성분을 엔진의 노이즈 값으로 형성하는 제1 서브 제어부, 현 시점의 엔진 온도정보를 기 설정된 판단 테이블에 적용한 후 그 결과로 도출되는 보정 값을 추출하기 위한 제2 서브 제어부, 제1 서브 제어부에 의해 형성된 노이즈 값에 제2 서브 제어부에 의해 추출한 보정 값을 곱하는 연산을 실행하여 노이즈 값에 대한 보정을 하는 제3 서브 제어부, 및 보정 후의 노이즈 값을 기 설정된 노킹판별 기준치와 비교하고 그 결과 보정 후의 노이즈 값이 노킹판별 기준치 이상이면 엔진에 대해 노킹이 발생한 것으로 판단하는 제4 서브 제어부를 포함한다.

또한, 전자제어장치는 제4 서브 제어부에 의해 엔진에 노킹이 발생한 것으로 판단한 경우, 기 설정된 연소 모델링(즉, 엔진의 연소 모델링은 자명한 사실로 인지되어 있음)에 따라 엔진의 점화시기를 지연하는 제5 서브 제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 엔진의 온도정보라 함은 상기에서도 언급한 바 있으나, 더 구체적으로 설명하면 엔진의 냉각수온 및 오일온도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 개념이다. 즉, 엔진의 온도정보는 엔진의 냉각수온 또는 오일온도만을 나타내거나 엔진의 냉각수온 및 오일온도 모두를 포함하는 개념으로 이루어질 수 있다.

도 3에 일례로 예시한 판단 테이블은 엔진의 냉각수온 및 오일온도 모두를 적용한 경우이다.

만일, 냉각수온이 100도이고 오일온도도 100도인 경우에는 보정 값이 '1'인 것을 확인할 수 있다. 이때에는 제1 서브 제어부에 의해 형성한 엔진의 노이즈 값을 그대로 엔진의 노킹 발생을 판단하기 위한 최종 값으로 확정하여도 된다.

하지만, 냉각수온이 20도이고 오일온도는 40도인 경우에는 보정 값이 '0.73'인 것으로 확인되는바, 제1 서브 제어부에 의해 형성한 엔진의 노이즈 값에 보정 값인 '0.73'을 곱하는 연산을 하여 27%정도로 노킹 판별에 대해 왜곡된 부분을 보정하는 것이다.

또한, 냉각수온이 80도이고 오일온도도 80도인 경우에는 보정 값이 '0.95'인 것으로 확인할 수 있듯이 엔진의 온도에 따라 보정 값이 차등되는 것을 알 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 전자제어장치의 동작 과정을 일실시 예로 나타내는 도면이다. 도 4에 단지 예로써 도시된 바와 같이, 전자제어장치는 노킹센서로부터 엔진의 동작을 감지하여 출력하는 출력 신호를 수신한다(S1).

이후로, 전자제어장치는 수신한 출력 신호에 대해 노킹 주파수를 추출하기 위한 필터링을 거쳐 신호 판별을 보다 용이하게 하기 위해 신호 적분 및 증폭을 실행한 결과를 토대로 주파수 분석을 한다(S3 내지 S7).

주파수 분석한 결과를 도출한 후, 도출한 주파수 분석결과를 토대로 하여 기 설정된 진폭 이상의 신호성분을 엔진에 대한 노이즈 값으로 형성한다(S9).

또한, 전자제어장치는 현 시점에서의 엔진에 대한 온도정보를 확인한 후 확인한 온도정보를 기 설정된 판단 테이블에 적용하여 매칭하는 보정 값을 추출하고(S11 내지 S15), 추출한 보정 값을 엔진의 노이즈 값과 곱하는 연산을 실행하여 보정된 엔진의 노이즈 값을 산출한다(S17).

S17 단계에서 산출한 보정된 엔진의 노이즈 값이 기 설정된 노킹판별 기준치 이상이면 엔진에 대한 노킹이 발생한 것으로 판단하고(S19), 이에 발생한 노킹을 방지하기 위하여 엔진의 점화시기를 연소이론에 근거하여 지연시키는 제어를 실행한다(S21).

이후, 엔진의 구동을 종료하게 되면 상기의 과정들도 함께 종료한다(S23).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명은 냉간 시동과 같이 엔진의 이상에 따른 노킹 발생이 아닌 엔진을 구동하는 초기 단계에서 연소 불안정에 의한 엔진 노이즈 증가를 노킹으로 오판하는 것을 방지하기 위한 것임에 따라, 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

Claims

전자제어장치가, 엔진의 동작에 상응하는 노킹센서로부터 출력신호를 수신하는 단계;

상기 노킹센서의 출력신호에 대한 주파수 분석결과를 토대로 하여 기 설정된 진폭 이상의 신호성분을 상기 엔진의 노이즈 값으로 형성하는 단계;

상기 엔진의 온도정보를 기 설정된 판단 테이블에 적용한 후 상기 판단 테이블로부터 상기 엔진의 온도정보와 매칭하는 보정 값을 추출하는 단계;

상기 엔진의 노이즈 값에 상기 보정 값을 곱하는 연산을 실행하여 상기 엔진의 노이즈 값에 대한 보정을 하는 단계; 및

상기 보정 후의 엔진 노이즈 값을 기 설정된 노킹판별 기준치와 비교한 결과, 상기 보정 후의 엔진 노이즈 값이 상기 노킹판별 기준치 이상이면 상기 엔진에 대해 노킹이 발생한 것으로 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 노킹 제어 방법.
제1 항에 있어서,

상기 엔진의 노킹 제어 방법은, 상기 엔진에 노킹이 발생한 경우에 기 설정된 연소 모델링에 따라 상기 엔진의 점화시기를 지연하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 노킹 제어 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 진폭 이상의 신호성분은 상기 엔진에 대한 노킹을 판별하기 위한 밴드-패스 필터를 거쳐 확인되는 신호성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 노킹 제어 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 엔진의 온도정보는 상기 엔진에 대한 냉각수온 및 오일온도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 노킹 제어 방법.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,

상기 판단 테이블은 상기 엔진의 온도 및 노이즈 간의 관계를 모델링하여 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 노킹 제어 방법.
엔진의 동작에 상응하는 노킹센서로부터 출력신호를 수신하는 수신부;

상기 노킹센서의 출력 신호에 대한 주파수 분석결과를 토대로 하여 기 설정된 진폭 이상의 신호성분을 상기 엔진의 노이즈 값으로 형성하는 형성부;

상기 엔진의 온도정보를 기 설정된 판단 테이블에 적용한 후 상기 판단 테이블로부터 상기 엔진의 온도정보와 매칭하는 보정 값을 추출하는 추출부;

상기 엔진의 노이즈 값에 상기 보정 값을 곱하는 연산을 실행하여 상기 엔진의 노이즈 값에 대한 보정을 하는 보정부; 및

상기 보정 후의 엔진 노이즈 값을 기 설정된 노킹판별 기준치와 비교한 결과, 상기 보정 후의 엔진 노이즈 값이 상기 노킹판별 기준치 이상이면 상기 엔진에 대해 노킹이 발생한 것으로 판단하는 노킹 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
제6 항에 있어서,

상기 전자제어장치는, 상기 엔진에 노킹이 발생한 경우에 기 설정된 연소 모델링에 따라 상기 엔진의 점화시기를 지연하는 노킹방지 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
제6 항 또는 제7 항에 있어서,

상기 진폭 이상의 신호성분은 상기 엔진에 대한 노킹을 판별하기 위한 밴드-패스 필터를 거쳐 확인되는 신호성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
제6 항 또는 제7 항에 있어서,

상기 엔진의 온도정보는 상기 엔진에 대한 냉각수온 및 오일온도 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제어장치.
제6 항 또는 제7 항에 있어서,

상기 판단 테이블은 상기 엔진의 온도 및 노이즈 간의 관계를 모델링하여 형성된 것을 특징으로 하는 전자제어장치.