KR0147278B1 - 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치 - Google Patents

노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치

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KR0147278B1
KR0147278B1 KR1019900005188A KR900005188A KR0147278B1 KR 0147278 B1 KR0147278 B1 KR 0147278B1 KR 1019900005188 A KR1019900005188 A KR 1019900005188A KR 900005188 A KR900005188 A KR 900005188A KR 0147278 B1 KR0147278 B1 KR 0147278B1
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vibration
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노부오카 쿠리하라
마사요시 네야수
코우지 키타노
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미쓰다 가쓰시게
가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼
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Abstract

내용 없음

Description

노킹검출장치를 갖춘 엔지제어장치
제1도는 본 발명의 실시예의 엔진제어장치의 개략도.
제2도는 제1도의 콘트롤유니트(9)의 블록도.
제3a도와 제3b도는 종래의 진동센서의 출력을 표시한 특성도.
제4a도는 본 발명의 점화시기의 연산을 표시한 흐름도.
제4b도는 제4a도의 엔진의 회전수에 따른 진각량(進角量)의 연산을 표시한 흐름도.
제4c도는 제4a도의 지각량(遲角量)의 연산을 표시한 흐름도.
제4d도는 진동센서(151)의 이상판단(異常判斷)을 표시한 흐름도.
제5도는 본 발명의 점화시키의 맵
제6a도는 제1도의 타이밍회로(28)의 블록도.
제6b도는 제6a도의 파형도.
제7도는 노킹판정의 동작을 표시한 흐름도.
제8a도와 제8c도는 제1도의 진동센서(151)의 출력신호를 표시.
제8b도와 제8d도는 진동센서(151)의 출력신호의 주파수 분석결과를 표시
제9a도와 제9b도는 본 발명의 노킹판정 지표와 한계치(threshhold value) 사이의 관계를 표시.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12:크랭크각 센서 15:진동센서
9:콘트롤 유니트 38:타이밍회로
30:A/D 변환기 33:클럭
본 발명은 노킹검출장치(knocking detecotr)를 갖춘 엔진제어장치(engine controller)에 관한 것으로, 특히 공명주파수(resonance frequency)의 진동파워 스펙트럼에 기초한 노킹판정지표(knocking judgement index)를 이용한 노킹의 발생을 판정함으로서 제어하는 엔진제어장치에 관한 것이다.
노킹이 엔진에서 발생할 때, 특유의 공명주파수 성분을 가지는 진동이 발생한다.
노킹 발생의 검출은 노킹진동없이 백그라운드진동(background vibration)으로부터 노킹의 발생을 생기게 하는 진동을 분리함으로서 얻어지는데, 두 진동은 모두 진동센서로 검출하는 엔진진동에 들어간다.
일본특허 공개번호 58-45520(1983)에 설명된 바와 같이, 종래의 노킹검출장치는 대역필터(bandpass filter)를 사용함으로서 엔진진동으로부터 5-10KHz 범위내 단일의 공명주파수 성분을 미리 선택하여 분리하고, 이 공명주파수 성분이 설정레벨보다 더 큰지 아닌지를 판정함으로서 노킹의 발생을 판정한다.
상기에 설명한 선행기술 테크닉이 진동센서의 출력에 들어있는 단일의 주파수성분만을 사용함으로서 노킹의 발생의 유무를 판정하므로, 백그라운드 진동의 편차는 백그라운드진동이 커지는 고부하(high load) 고속(high speed) 운전시에 노킹의 발생으로 인한 진동보다 커진다.
따라서 노킹의 발생으로 인한 진동과 백그라운드 진동은 진동센서의 출력으로부터 분리될 수 없고, 노킹 발생의 판정이 이루어질 수 없다.
본 발명의 제1목적은 고부하 고속운전시에도 노킹의 발생을 판정할 수 있는 노킹검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 전 엔진의 운전상태를 통해 미약한 노킹의 발생을 판정할 수 있는 노킹검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은 고부하 고속운전시에도 노킹의 발생을 판정할 수 있는 노킹검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제4목적은 고부하 고속 운전시에 엔진출력과 연료효율을 개선할 수 있는 엔진제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제5목적은 최적 엔진출력과 최적 연료효율을 얻기 위하여 점화시기를 제어할 수 있고, 진동센서에 들어있는 정보를 전부 활용할 수 있는 엔진 제어장치를 제공하는 것이다.
상기에 설명한 제1목적을 이루기 위하여, 본 발명의 제1발명은 엔진진동을 검출하기 위한 진동센서 혹은 실린더 내압진동과, 음색지표로부터 노킹의 유무를 판단하고 진동센서의 출력에 들어있는 적어도 두 주파수성분으로부터 노킹에 따라 음색지표를 판정하기 위한 판정수단(judgement means)을포함한다.
상기에 설명한 제2목적을 이루기 위하여, 본 발명의 제2발명은 엔진진동을 검출하기 위한 진동센서 혹은 실린더 내압진동과, 엔진의 크랭크각(crank angle)을 검출하기 위한 크랭크각 센서와, 설정시간간격에 제1크랭크각으로부터 제2크랭크각까지의 진동센서 출력의 디지탈가를 샘플링하는 샘플링수단과, 기억내용을 기초로 진동센서의 출력에 들어있는 주파수성분을 분석하기 위한 분석수단과, 주파수 성분에 따라 노킹의 발생의 유무를 판정하기 위한 판정수단을 포함한다.
상기에 설명한 제3목적을 이루기 위하여, 본 발명의 제3발명은 검출강도가 5KHz-20KHz로 본질적으로 일정한 진동센서와, 진동센서의 출력을 기초로 노킹발생유무를 판정하기 위한 판정수단을 배치한다.
상기에 설명한 제4목적을 이루기 위하여, 본 발명의 제4발명은 엔진진동을 검출하기 위한 진동센서 혹은 실린더 내압진동과, 진동센서의 출력을 디지탈신호로 변환하기 위한 A/D변환기와, 디지탈신호를 받고, 노킹에 기초한 진동과 다른 진동사이를 분리하고 구별하고, 노킹발생의 유무를 판정하는 판정수단과, 판정수단의 출력을 기초로 점화시기를 제어하기 위한 점화시기(ignition timing) 제어수단을 배치한다.
상기에 설명한 제5목적을 이루기 위하여, 본 발명의 제5발명은 엔진진동을 검출하기 위한 진동센서 혹은 실린더 내압진동과, 프로그램을 기억하기 위한 제1메모리수단과, 진동센서의 출력을 받고, 제1메모리수단의 프로그램에 따라 노킹의 발생의 유무를 판정하고, 제2메모리수단이 판정의 결과를 기억하도록 하는 제1마이크로컴퓨터와, 엔진상태를 검출하기 위한 엔진상태 센서와, 프로그램을 기억하기 위한 제3메모리수단과, 엔진상태 센서의 출력과 제2메모리수단의 메모리내용을 기초로 제3메모리수단의 프로그램을 따라 점화시기를 연산하기 위한 제2마이크로컴퓨터를 배치한다.
본 발명의 제1은 진동센서의 출력에 들어있는 적어도 두 공명주파수 성분으로부터 노킹판정 지표를 결정하고, 노킹판단 지표로부터 노킹발생을 판정한다. 노킹의 발생은 이러한 방식으로 진동센서에 들어있는 적어도 두 공명주파수 성분의 결합으로부터 판정될 수 있으므로, 노킹 발생으로 인한 진동과 백그라운드 진동은 백그라운드 진동이 크고, 노킹이 발생하는지 아닌지가 판정될수 있는 고부하 고속(高負荷 高速)운전동안에도 서로 분리하고 판별될 수 있다.
본 발명의 제2는 설정기간 간격으로 제1의 크랭크각에서 제2크랭크각까지의 진동센서의 출력의 디지탈가를 샘플하고, 메모리의 결과를 기억하고, 메모리내용을 기초로 주파수성분을 분석하고, 주파수성분으로 노킹의 발생을 판단한다. 따라서 진동센서의 출력에 들어있는 임의의 주파수성분을 얻을 수 있고, 진동이 엔진의 동작상태에 따라 가장 현저하게 발생하는 주파수성분의 사용에 의해 노킹의 발생을 판단할 수 있다.
그러므로, 모든 엔진의 동작상태를 통해 미약한 노킹의 발생을 판단할 수 있다.
본 발명의 제3은 5KHz-20KHz 범위내의 엔진진동을 본질적으로 일정하게 검출하고, 이 검출을 기초로 노킹의 발생을 판단한다.
노킹의 발생이 백그라운드 진동이 고부하 고속운전시에서와 같이 작은 주파수범위에서 판단될 수 있으므로, 노킹이 발생하는지 아닌지는 고부하 고속의 운전시에도 판단될 수 있다.
본 발명의 제4는 진동센서의 출력을 디지털 신호로 변환하고, 노킹 발생의 유무를 판정하기 위하여 디지털 처리에 의한 노킹에 기초한 진동과 다른 백그라운드 진동사이를 디지털 신호를 이용하여 분리하고 판별하고, 이러한 판정에 의해 점화시기를 제어한다.
이와 같이 디지털 처리에 의한 분리와 판별을 할 수 있으므로, 고부하 고속운전시에도 노킹의 발생을 확실히 판단할 수 있다.
더욱이 점화시기의 진각(advance angle) 혹은 지각(retard angle)의 제어를 만들 수 있으므로, 연료효율뿐 아니라 엔진출력을 개선할 수 있다.
본 발명의 제5에서, 제1마이크로컴퓨터는 제1메모리수단의 프로그램에 따라 진동센서의 디지털기를 기초로 노킹의 발생을 판단하고, 제2마이크로컴퓨터는 제3메모리수단의 프로그램에 따라 노킹의 발생을 기초로 점화시기를 연산한다.
그러므로 제1마이크로컴퓨터는 프로그램에 따라 더욱이 실시간 기초로 복잡한 처리를 수행하고, 진동센서에 들어있는 유효하게 활용할 수 있다.
이러한 식으로, 엔진출력과 연료효율을 최적화하기 위하여 점화시기 제어를 행할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 노킹 발생의 판단원리를 설명하겠다.
엔진진동은 많은 수의 진동성분을 포함한다.
그것들은 예를 들어 피스톤의 마찰, 크랭크축의 회전, 밸브의 동작 등으로 인한 진동성분이다.
더욱이, 이들 진동성분들은 엔진의 타입 혹은 상태에 따라 변화한다.
엔진에서 노킹이 발생할 때, 노킹에 고유한 진동이 발생한다. 진동센서에 의해 검출되는 전체적 엔진 진동으로부터 노킹에 고유한 진동을 분리함으로서 노킹발생을 판단할 수 있다.
제8a도와 제8b도는 노킹이 발생하지 않을 때 진동센서의 출력과, 진동센서의 주파수성분의 분석결과를 각각 표시한다.
제8c도와 8d도는 노킹이 발생할 때 진동센서의 출력과 진동센서 출력의 주파수성분의 분석의 결과를 각각 표시한다.
다음의 테이블 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실린더의 정도가 방사상 방향으로 n이고, 원주방향으로 m이고, 그때에 공명진동 모드가 ρnm이고, 공명주파수 fnm가 그것들에 따라 존재한다.
제8b도와 8d도에서 볼 수 있는 바와 같이, 노킹이 발생할 때, 각 공명주파수 성분은 노킹이 발생하지 않을 때보다 더 커진다.
Figure kpo00001
다음으로 노킹판정 지표를 이용한 노킹발생의 판정을 제9a도와 제9b도와 관련하여 설명하겠다.
덧붙여 공명주파수 f(6.3KHz), f(13.0KHz)의 주파수성분이 동작원리에 대한 설명에 사용될 것이고, 그러나 적어도 두, 임의의 공명주파수 성분이 사용될 것이다.
진동센서는 노킹발생으로 인한 진동과 백그라운드 진동을 포함하는 진동의 결합된 진동을 검출한다. 따라서, 노킹이 발생하지 않을 때, 진동센서 출력으로부터 얻어지는 노킹판정 지표 I는 단지 백그라운드 진동으로부터 얻어지는 I가 되고, 노킹이 발생할 때, 노킹의 발생으로 인한 진동으로부터 얻어지는 I와, 백그라운드진동으로부터 얻어지는 I의 결합된 지표가 된다.
상기에 설명한 노킹판정 지표 I는 다음과 같다:
Figure kpo00002
(1)에서, ω10, ω20, ω1, ω30, ω11는 엔진의 회전수에 따른 기능을 지정하고, P는 각 공명주파수 성분 f10, f20, f1, f30, f11에 대응하는 진동파워 스펙트럼을 지정한다.
제9a도와 9b도에서 볼 수 있는 바와 같이 백그라운드진동의 공명주파수 성분에 의해 표시되는 노킹판정 지표 Ib와, 노킹의 발생으로 인한 진동의 공명주파수 성분에 의해 표시되는 지표 Ik는 상호 다른 방향을 가진다.
이것은 각 진동의 주파수성분의 특성이 다르고 그들의 음색지표가 인간의 음감테스트(acoustic sense test)와는 분명히 다르기 때문이다.
노킹이 발생할 때, 두 번째로 특별한 음색, 예를 들어, 카리카리(kari kari)와 같은 사이클릭 사운드(cyclic sound)가 들린다.
노킹발생으로 인한 진동이 백그라운드진동에 추가될 때, 진동센서로부터 진동에 들어있는 f1, f10성분으로 인한 노킹판정 지표 I가 제9a도의 한계 I1하의 영역으로 들어가고, 제9b도의 경우에 지표 I가 노킹의 발생을 판정하기 위하여 한계 I2의 밖으로 들어간다.
덧붙여, 진동센서의 출력에 들어있는 복수의 공명주파수 성분을 결합하여 사용하는 그 모든 것들은 상기의 노킹판정 지표로서 규정될 것이다.
노킹판정 지표를 사용할 때, 노킹의 발생은 백그라운드진동이 커질 때도 판정될 수 있도록 노킹발생에 특유한 주파수성분의 구조를 백그라운드 진동과 관련하여 고려할 수 있다.
본 발명의 실질적 시스템구조를 제1도를 사용하여 설명하겠다.
공기는 공기클리너(1)의 입구부를 통해 들어오고, 덕트(3), 스로틀치를 가지는 스로틀 보디(throttle body)(5), 흡기관(6)을 통하여 엔진(7)의 실린더로 흡입된다.
덕트(3)에 배치된 열선식 공기유량계(hot-wire air flow meter)(2)는 흡입공기량을 검출하고, 이 검출신호는 콘트롤 유니트(9)로 입력된다.
한편, 연료는 인젝더(16)를 통해 보이지 않는 연료 탱크로부터 분사되고, 흡입통로내의 흡입공기와 혼합되고, 엔진(7)의 실린더로 공급된다.
공기연료 혼합물이 엔진(7)에 압축되고, 점화플러그(15)에 의해 착화되고, 폭발후 배기관(8)으로부터 배출된다.
배기센서(exhaust sensor)(11)는 배기관(8)에 배치되고, 그것의 검출신호는 콘트롤 유니트(9)로 입력된다.
점화코일(13)에 의해 발생되는 고전압은 분배기(14)에 의해 각 실린더로 분배되어, 점화플러그(15)로 공급된다. 크랭크각 센서(12)는 엔진의 회전상태를 검출하고, 엔진의 각 회전에 정각도를 표시하는 신호 Ref및 Ref로부터 설정각이 시프트된 시프트 각도를 표시하는 신호 P0s를 출력한다.
검출신호는 콘트롤 유니트(9)로 입력된다. 진동을 검출하기 위한 진동센서(151)는 엔진(7)에 맞춰지고, 그것의 검출신호는 콘트롤 유니트(9)로 입력된다.
콘트롤 유니트(9)는 각 센서로부터의 신호를 기초로 연료공급량, 점화시기 등을 연산하고, 점화코일과 같은 각 액츄에이터로 제어신호를 출력한다.
제2도는 콘트롤(9)을 표시한다. 콘트롤 유니트(9)는 CPU(20), A/D변환기(21), ROM(22), 입력 I/O(23), RAM(24), 듀얼포트 RAM(DPRAM)(25), 버스(37), 출력 I/O(26)을 구성하는 콘트롤 블록(34)과, CPU(29), 포트(27), 타이밍회로(28), A/D변환기(30), ROM(31), RAM(32), 버스(36), 클럭(33)을 구성하는 노킹 검출블록(35)으로 구분한다.
열선식 유량계(2)에 의해 검출된 흡입공기량 Qa이 A/D변환기(21)에 의해 디지털치로 변환되고, CPU(20)에 입력된다. 크랭크각 센서(12)에 의해 검출된 신호 Ref와, 신호 P0s가 I/O(23)을 통해 CPU(20)로 입력된다. CPU(20)는 ROM(22)에 저장된 프로그램에 따라 처리를 행하고, 처리의 결과는 출력 I/O(26)으로부터 각 액츄에이터로 점화시기신호 θign및 분사량을 의미하는 연료분사시기 Ti로써 전송된다.
처리에 필요한 데이터는 RAM(24)에 의해 유지된다.
다른 한편으로, TDC(top dead center signal) 신호가 발생할 때, CPU(20)에 의해 포트(27)로 입력되는 내용에 따라 클럭(33)에 의해 발생되는 주기신호의 주파수를 구분하고, 샘플링신호를 발생한다.
이 샘플링신호가 발생할 때, A/D 변환기(30)는 진동센서(15)의 출력신호를 디지털 치로 변환한다.
종래의 진동센서는 제3a도에서 볼 수 있는 바와 같이 13KHz 근처에서 공명한다. 그러나 본 발명은 적어도 17-20KHz의 공명주파수성분을 얻기 위하여 제3b도에서 볼 수 있는 것같이 17KHz 혹은 더 높이에서 공명하는 진동센서를 사용한다.
CPU(27)는 RAM(32)가 ROM(31)에 기억된 프로그램에 따라 샘플된 디지털 치를 기억하고, 기억된 데이터를 기초로 주파수를 분석하고, 노킹의 발생을 판단하도록 한다. 이 판정의 결과는 DPRAM(25)을 통해 CPU(20)로 전해진다.
CPU(20)에 의한 모든점화사이클에서 실행되는 점화시기의 연산동작을 제4a도에 보이는 흐름도와 관련하여 설명할 것이다.
이 흐름도의 동작은 설정시간 주기, 즉 매 20msec마다 가동된다.
무엇보다도, 스텝(201)의 RAM(24) 내의 설정레지스터로부터 엔진의 회전수 N 및 흡입공기량 Q을 읽는다.
다음 스텝(202)에서 단위회전수에 대한 흡입공기량 즉 Q/N을 연산한다.
더욱이 이 Q/N으로부터 연료분사주기 Ti를 판정하고, 제5도에서 볼 수 있는 것과 같이 연료공급을 위해 ROM(22)에 기억된 기본점화 시기맵으로부터 기본점화시기 θbase를 판정한다.
스텝(203)에서, 노킹이 발생하는지 아닌지가 나중에 나타나는 제7도의 노크 플래그(knock flag)의 내용에 따라 판정된다.
노킹이 이때에 발생하면, 스텝(213)에서 점화시기 θadv와 설정 지각량 θret사이에서 감산이 이루어진다. 덧붙여 말하자면, 이 감산이 점화시기를 지연시킨다.
스텝(214)에서 카운터 A가 가동되고, 그러면 스텝(208)로 흐름이 진행하고, 여기에서 카운터 A는 RAM 24에 있고, 예를 들어 제4a도의 스텝(205)의 50과 같은 설정치로 노킹이 발생할 때 지연된 점화시키를 비교함으로서 회복페이스가 세트된다.
그런데, 스텝(213)에서, 엔진의 고속시 격렬한 노킹의 발생을 방지하기 위하여, 지각량(retard angle quantity)이 제4c도의 흐름도에서 볼 수 있는 것과 같이 엔진의 회전에 따라 변화한다.
달리 말하자면, 스텝(203)에서 노킹이 발생하지 않으면, 엔진의 회전수 N가 설정 회전수 N2보다 더 큰지 아닌지는 스텝(231)에서 판정된다.
전자가 후자 N2보다 더 작으면, 지각량 Δθret1은 지각량 Δθret이 되도록 세트된다.
만약 N이 설정회전수 N2보다 더 크면, Δθret1보다 더 큰 Δθret2는 적절한 지각량을 세트하기 위하여 스텝(233)에서 Δθret가 되도록 세트된다.
이제 제4a도에서, 스텝(203)에서 노킹이 발생하면, 스텝(204)에 있는 하나에 의해서 카운트 데이터 A는 카운트된다.
노킹발생에 의해 지연되는 점화시기 θadv가 진각량 Δθadv이 회복되는 때에 도달하는지 아닌지를 판정하기 위하여 이 카운트 데이터 A가 세트된다.
다음에 스텝(205)에서 카운트 데이터 A가 설정치(50)와 동등한가 아닌가가 판정된다.
제4a도의 흐름도가 매 20msec마다 작동되므로, 카운트 데이터 A가 50과 동등해질 때 카운트 데이터 A의 가동후 1초가 흐르고, 매 일초마다 회복이 이루어진다. 스텝(205)에서 카운터 데이터 A가 50과 동등해지지 않으면, 흐름도는 스텝(206)으로 진행한다.
이 스텝(206)에서 설정 진각량 Δθadv이 지각치 θadv에 추가되고, 이 추가가 점화시기를 회복시킨다.
더욱이 제4b도의 흐름도에서 볼 수 있는 바와 같이, 진각의 급격한 변화로 인한 격렬한 노킹 발생을 억제하기 위하여 회전수를 기초로 진각량 Δθadv이 다양하게 만들어질 수 있다. 달리 말하자면, 스텝(205)에서 A=50이면, 엔진의 회전수가 설정회전수 N1보다 더 큰지 아닌지가 스텝(221)에서 판정된다.
전자가 후자 N1보다 더 크면, 스텝(222)에서 Δθadv1이 Δθadv로서 사용된다.
전자가 후자 N1보다 더 작으면, Δθadv1보다 더 작은 직각량 Δθadv2이 진각량을 점차적으로 바꾸기 위하여 스텝(223)에서 진각량 Δθadv로서 사용된다.
그러면 상기의 스텝(208)에서 설명한 진각치 θadv와 기본 점화시기 θbase를 기초로 점화시기 θign이 연산된다.
최대진각치 θres는 스텝(209)에서 회전 단위수에 대한, 엔진의 회전수 N에 대한 흡입 공기량 Q/N에 따라 결정된다.
이 최대진각치 θres가 ROM(31)에 기억된 최대진각치 맵으로부터 판독된다. 그러면 스텝(210)에서 점화시기 θign가 최대진각치 θres를 넘는지 아닌지가 판정된다.
넘지않으면, 흐름도는 스텝(211)로 진행한다. 넘으면, 스텝(211)에서 진각이 너무 크기 때문에 최대진각치 θres가 점화시기 θign으로서 사용된다.
여기에서 제4d도는 실행스텝(202)전에 진동센서의 이상판단이 회전수 N후에 진동센서를 기초로 수행되고, 진동센서의 신뢰도를 개선시키기 위하여 흡입공기량 Q이 입력된다.
회전수 N과 흡입공기량 Q가 스텝(20)에서 입력된 후에, 엔진의 회전수 N이 설정회전수 N3보다 더 큰지 아닌지가 스텝(231)에서 판정된다.
전자가 후자보다 더 작으면, 진동센서의 출력이 이상검출이 될 정도로 그렇게 크지 않기 때문에 흐름도는 스텝(202)으로 진행한다.
스텝(231)에서 회전수가 설정회전수 N3보다 더 크다는 것이 발견되면, 스텝(232)에서 진동센서출력이 설정레벨 K보다 더 큰지 아닌지가 판정된다.
그러면, 진동센서는 정상인 것으로 판정되고, 흐름도는 스텝(202)으로 진행한다. 만약 진동센서의 출력이 설정레벨보다 더 작으면, 진동센서는 이상으로 판정되고, 진동센서 이상의 경우를 위한 점화시기가 스텝(234)에서 판정된다.
이 스텝(234)에서 회전수 N와 단위회전에 대한 흡입공기량에 따라 이상을 위한 점화시기 θirr를 ROM(22)에 기억된 맵으로부터 검색한다.
덧붙여, 이와같이 검색된 이상을 위한 점화시기 θirr는 기본 점화시기 맵에 기억된 값으로부터 충분히 지연된 값이고, 노킹을 발생하지 않는 값이다.
스텝(235)에서, θirr은 기본 점화시기 θbase로서 사용되고, 흐름도는 노킹 검출에 의해 달리 요구되는 점화시기를 연산함이 없이 완결된다.
상기에 설명한 점화시기 θign을 세팅한 후에, 제4a도의 스텝(212)에서, 지연시간 td, 샘플포인트 수 ns, 주파수 분할비 ts가 엔진상태에 따라 포트(27)로 출력된다. 주 비교 공명주파수 f는 스텝(213)에서 엔진상태에 따라 DPRAM(25)으로 세트되고, 그러면 제4a도의 흐름도는 완결된다.
덧붙여, 진동센서 출력의 디지털 치의 샘플링 주기는 주파수 분할비 ts에 의해 판정되고, 샘플링 포인트의 수는 샘플링 포인트 ns의 수에 의해 판정된다.
테이블 2는 샘플링 포인트가 16이고, 샘플링주기가 각각 25μsec, 26.4μsec, 25.9μsec일 때, DPRAM(25)에 세트되고, 선택되는 주파수성분들을 표시한다.
테이블 2는 테이블 1에서 주 공명파수에 해당하는 주파수를 얻기위하여 참조된다.
테이블 1에서 주파수 f11(=18.1 KHz)기 선택될 때, 테이블 2의 웨이브 넘버 15와 샘플링 타임 25.9μsec에 주파수 18.098이 가장 적절한 값으로 선택된다. 그러므로 진동센서의 출력이 웨이브 넘버 15 와 샘플링 타이밍 18.098 KHz에서 검출될 때, 주 공명주파수에서 정확한 주파수분석이 노킹의 발생을 정확히 판정하기위하여 실행된다.
Figure kpo00003
상기에 설명된 것처럼, 주파수분석의 해결은 샘플링주기와 샘플링포인트의 수에 의해 결정된다. 스텝(212)에서 세트된 값 t와 n엔진의 운전상태에 따라 노킹발생의 유무판정에 필요한 공명주파수 성분이 얻어질 수 있도록 결정되고, 세트된다.
제6도는 타이밍회로(28)와 그것의 동작도를 표시한다. 타이밍회로(28)는 딜레이 카운터(delay counter)(41)와, 샘플 레이트 카운트(sample rate count)(42)와, 샘플카운터(44)와, 그 입력터미널에 인버터(inverter)를 갖춘 AND게이트(43)를 구성한다. TDC 신호는 딜레이카운터(41)의 세트 터미널과 샘플 카운터(44)의 세트터미널로 입력된다. 클럭(33)의 출력은 딜레이 카운터(41)의 인에이블 터미널과, AND게이트(43)의 인버터를 갖춘 터미널로 입력된다.
AND 게이트(43)의 출력은 샘플 레이트 카운터(42)의 인에이블 터미널로 입력된다. 샘플 레이트 카운터(42)의 제로출력은 샘플카운터(44)의 인에이블 터미널로 입력된다. 그것은 또한 샘플 레이트 카운터(42)의 세트 터미널로 스스로 입력되고, 더욱이 샘플링신호로서 출력된다.
샘플링 카운터(44)의 제로출력은 AND게이트(43)로 입력된다.
딜레이 시간 t, 샘플링 수 n, 주파수 분할비 t가 CPU(20)로부터 포트(27)로 출력될 때, t, tn는 다운카운터(down counter)(4)의 초기치로서, 딜레이 카운터, 샘플 레이트 카운터, 샘플카운터로 각각 세트된다.
신호가 세트터미널로 입력될 때, 각 카운터의 제로터미널은 1이 되고, 신호가 인에이블 터미널로 입력될 때는 언제나 각 카운터는 카운트 다운한다. 카운트가 제로에 이를 때, 제로 터미널의 출력은 제로가 된다.
TDC 신호가 딜레이 카운터(41)의 세트 터미널로 입력될 때, 제로출력은 1이 되고, 클럭(33)의 신호가 인에이블 터미널로 입력될 때는 언제나 각 카운터는 순차적으로 카운트다운한다.
TDC신호는 크랭크축의 각이 탑 데드 센터(top dead center)에 해당하는 각에 도달할 때 출력되는 것이다. 그것은 크랭크각 센서로부터 출력된 R신호와, P신호로부터 CPU(20)내의 하드웨어 혹은 스프트웨어에 의해 생긴다. 딜레이 카운터의 다운카운트치가 제로가 될 때, 딜레이 카운터의 제로출력이 제로와 1이 되고, AND게이트(43)로 입력된다.
덧붙여, 샘플카운터(44)는 이미 이 상태하에서 TDC신호를 받았고, 제로출력은 1이 되었으므로, 클럭(33)의 출력신호는 있는 그대로 샘플 레이트 카운터(42)의 인에이블 터미널로 입력된다.
샘플 레이트 카운터(42)는 클럭신호가 발생될 때마다 카운트 다운하고, 카운트치가 제로에 도달할 때마다 샘플링신호를 출력한다.
그것은 그 자신의 세트 터미널로 신호를 입력하고, 다시 카운트치로서 t를 사용한다.
제로출력은 샘플링 카운터(44)의 인에이블 터미널로 입력된다. 다운카운트가 행해지고, 샘플카운터(44)의 카운터치가 제로가 될 때, 제로출력은 제로가 되고, 클럭신호는 샘플링신호가 출력되지 않도록 AND게이트를 통과할 수 없다.
다음으로, 본 발명의 CPU(29)에 의한 노킹발생을 판정하기 위한 처리의 새롭고 유용한 작동을 제7도의 흐름도와 관련하여 설명할 것이다.
이 흐름도의 동작은 엔진의 일정 점하사이클에서 매시 작동되고, 흐름도는 TDC 신호에서 스타트된 디지털 변환으로 아날로그를 엔딩한 후에 스타트되고, 설정주기 n로 되풀이된다. 즉, 진동센서(15) 출력의 디지털 치의 설정수가 RAM(32) 내 메모리에 유지될 때, 즉 샘플카운터(44)의 제로터미널 출력이 1로부터 제로로 떨어질 때, 인터럽트신호가 CPU(29)로 출력되며, 이 흐름도의 동작이 기동된다.
처음에, 제7도의 스텝(300)에서, 진동센서(151)로부터의 출력데이타가 FFT(Fast Fourier Transformation) 방법을 사용해서 주파수 분석된다. 그 분석된 데이터는 RAM(32)에 기억된 샘플링 데이터로서 기억된다. 진동센서로부터 출력에 들어있는 공명주파수 성분을 분석하기 위하여, FFT 방법을 사용한다.
필요하다면, WFT(Walch to Fourier Transformation)방법이 사용될 수도 있다.
스텝(301)에서, 노킹판정지표 I가 식(1)로 연산될 때 사용되는 주 공명주파수 f가 선택된다.
이 선택방법은 다섯 공명주파수 f, f, f, f, f에 각각 해당하는 다섯 파워스펙트럼 P(f), P(f), P(f), P(f), P(f)의 최대 n(n
Figure kpo00004
5)를 선택함으로서 수행된다.
그러면 스텝(302)에서, 노킹판정 지표 I가 식(1)을 기초로 선택된 파워스펙트럼으로부터 연산된다. 파워스펙트럼 P(f10), P(f1)이 선택될 때, 제9a도와 9b도에서 보다시피 노킹판정 지표 I가 연산된다.
이때에 P를 사용하는 대신, 표준화된 치가 사용될 수 있는데, 예를 들어,
Figure kpo00005
가 P(f10) 대신에 사용된다.
Figure kpo00006
는 파워스펙트럼 P의 평균치이고, 다음 식으로부터 연산된다.
Figure kpo00007
식(1)에서 A는 공헌요소이다. 값
Figure kpo00008
는 노킹의 발생이 없을때만 바꿔진다.
Figure kpo00009
의 초기치는 ROM(31)으로부터 판독된다.
스텝(303)에서, 회전수 N과 공기량 Q가 RAM으로부터 판독된다. 스텝(304)에서, 스레쉬홀드치 I1, I2가 상기 N과 Q에 따라 ROM(31)에 설치된 테이블을 참고하여 선택된다.
주 공명주파수가 한계치 I1, I2보다 더 크면, 노킹은 스텝(305)에서 발생하는 것으로써 판정되고, 노킹 플래그는 1로 세트된다.
주 공명주파수가 한계치 I1, I2보다 더 작으면, 노킹은 발생하지 않은 것으로 판정되고, 노킹 플래그는 0으로 세트되고 DPRAM(25)에 기록된다.
제7도의 흐름도는 제4a도의 흐름도의 스타트전에 실행된다. 즉 제4a도의 흐름도는 엔진의 어떤 실린더에 관한 폭발스트로크(explosion stroke)의 스타트전에 점화주기를 판정하기 위한 프로그램이고, 제4a도의 흐름도는 엔진의 압축 혹은 흡입스트로크에서 대개 실행되고, 그러나 제7도의 흐름도에서 그것은 폭발 스트로크 후에 실행된다.
제1발명이 음색 지표로부터 노킹 발생의 유무를 판정할 수 있으므로, 노킹발생의 유무 판정은 백그라운드진동이 큰 고부하 고속운전시에도 행해진다.
제2발명이 진동센서에 들어있는 임의의 주파수성분을 사용할 수 있으므로, 노킹발생의 유무판정은 엔진 작동상태에 따라 적절한 공명주파수 성분을 사용함으로서 행해질 수 있다.
그러므로 미약한 노킹이 발생하는지 아닌지는 엔진의 모든 작동상태를 통해 판정될 수 있다.
제3발명이 백그라운드진동이 고부하 고속작동시에 작아지는 공명주파수성분을 사용함으로서 노킹발생의 유무를 판정할 수 있으므로, 노킹이 발생하는지 아닌지는 고부하 고속작동시에도 판정될 수 있다.
제4발명이 고부하 고속작동시에 노킹발생의 유무를 판정할 수 있으므로, 엔진출력과 연료효율이 개선될 수 있다.
제5발명이 진동센서의 출력에 들어있는 정보를 효과적으로 활용할 수 있으므로, 엔진출력과 연료효율의 최적콘트롤이 이루어질 수 있다.

Claims (14)

  1. 엔진실런더에 발생한 내압진동을 샘플링하기 위한 센서와, 센서로부터 출력에 들어있는 적어도 두 주파수를 구하고 노킹발생을 판정하고, 두 주파수에 해당하는 노킹판정지표를 구하고, 한계치로 노킹판정 지표를 비교함으로서 노킹발생을 판정하기 위한 노킹검출수단과; 노킹검출수단으로부터 출력을 기초로 엔진의 점화시기, 기본 점화시기를 제어하기 위한 제어수단을 가지며 엔진 노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 노킹검출수단이 주파수에 대응하는 적어도 두 진동 파워요소로부터 노킹판정 지표를 구하는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 센서가 진동을 샘플링하기 위한 샘플링 간격을 바꾸는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 센서가 주파수범위에서 5-20KHz의 일정감도를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 노킹검출수단이 노킬발생을 판정할 때 제어수단이 설정각에 의해 점화시기를 지연시키는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 노킹검출수단이 노킹발생을 판정하기 위한 프로그램을 기억하기 위한 제1컴퓨터를 가지고, 제어수단이 노킹검출수단으로부터 출력에 기초한 엔진의 점화시기와 기본 점화시기를 연산하기 위한 제2컴퓨터를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  7. 제1항에 있어서, 센서가 진동이 설정시간 샘플될 때 신호를 출력하고, 노킹검출수단이 센서로부터 신호에 기초한 노킹의 발생을 판정하고, 제어수단이 설정사이클로 노킹검출수단으로부터 출력을 기초로 엔진의 점화시기를 제어하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  8. 엔진의 실린더에 발생한 내압 진동을 기초로 진동을 샘플링하기 위한 센서와; 센서에 의해 샘플된 진동을 디지탈 신호로 변환하고, 디지탈신호의 디지탈 주파수분석을 기초로 적어도 두 주파수를 구하고, 두 주파수로부터 노해진 노킹판정지표를 한계치치와 비교함으로서 노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출수단과; 노킹검출수단으로부터 출력을 기초로 엔진의 점화시기와 기본 점화시기를 제어하기 위한 제어수단을 가지는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  9. 제8항에 있어서, 센서가 진동을 샘플링하기 위해 샘플링간격을 바꾸는 것을 특징으로 하는 엔진노킹발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  10. 제8항에 있어서, 노킹검출수단이 FFT[Fast Fourier Transformation]방법과 WFT[Walch to Fourier Transformation] 방법중 하나를 활용함으로서 샘플된 진동을 디지탈신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 엔진노킹발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  11. 제8항에 있어서, 센서가 주파수범위에서 5-20KHz의 일정감도를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  12. 제8항 혹은 11항에 있어서, 노킹검출수단이 노킹발생을 판정할 때 제어수단이 어떤 각으로 점화시간을 지연시키는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  13. 제8항에 있어서, 노킹검출수단이 노킹발생을 판정하기 위한 프로그램을 기억하기 위한 제1컴퓨터를 가지고, 그 프로그램을 실행하고, 제어수단이 노킹검출수단으로부터 출력을 기초로 엔진의 점화시간과 기본 점화시간을 연산하기 위한 제2컴퓨터를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진노킹 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
  14. 제8항에 있어서, 센서가 진동이 설정시간 샘플될 때 신호를 출력하고, 노킹검출수단이 센서로부터 신호를 기초로 노킹 발생을 판정하고, 제어수단이 설정사이클로 노킹검출수단으로부터 출력을 기초로 엔진의 점화시기를 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진노킹의 발생을 판정하기 위한 노킹검출장치를 갖춘 엔진제어장치.
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