KR101283076B1 - 프리-이그니션 발생 검출장치 및 이를 이용한 고출력엔진운전방법 - Google Patents

프리-이그니션 발생 검출장치 및 이를 이용한 고출력엔진운전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 프리 이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법은 엔진의 연소실내 엔탈피(Enthalpy)와 더불어 연소실내 연소압력이 검출된 후, 이를 이용해 프리-이그니션(Pre Ignition)이 발생되는 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 산출되는 PI캘리브레이션(Pre Ignition Calibration)로직과; 상기 PI캘리브레이션을 통해 산출된 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 저장된 후 운전중인 엔진의 연소실내 측정된 엔탈피(Enthalpy)와 서로 비교 판단하여 프리-이그니션 발생이 판단되면, 엔진을 직접 제어하여 프리-이그니션 발생을 방지하는 PI대응로직;으로 구현됨으로써, 엔진의 모든 운전 영역이 프리-이그니션의 발생없이 최적화되는 특징을 갖는다.

Description

프리-이그니션 발생 검출장치 및 이를 이용한 고출력엔진운전방법{Pre-Ignition Detecting Apparatus and Engine High Output Operational Method thereof}
본 발명은 엔진운전에 관한 것으로, 특히 연소실내 끄을음(Stoo)으로 인한 오염과 센서 게인(Gain)값의 재설정과 같은 불편을 주는 이온 프로브가 적용되지 않고, 엔탈피와 프리-이그니션(Pre Ignition)발생 빈도의 상관관계로 부터 프리-이그니션 발생 시작점이 산출될 수 있는 프리-이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법에 관한 것이다.
최근 들어 세계적인 고유가 및 CO2규제로 연비향상 및 친환경이 차량개발의 핵심항목으로 대두됨에 따라, 다운사이징 기술이 보다 고출력의 엔진성능을 구현하고 더불어 연료저감을 구현할 수 있는 기술로 대두되고 있다.
상기와 같은 다운사이징 기술중 고압 가솔린 터보차저의 다운사이징은 가솔린 엔진에서 연비 저감을 위한 가능성(Potential)을 가지고 있지만, 반면 높은 부스트(Boost; 후분사)율이 노킹(Knocking)과 프리-이그니션(Pre-Ignition)을 유발시키는 단점도 있다.
특히, 노킹은 엔진에 손상을 일으키는 대표적인 경우이므로, 고압 가솔린 터보차저의 다운사이징 기술에서는 노킹 제어(Knocking Control)를 위한 다양한 기술이 적용되고 있다.
일례로, 엔진의 실린더 블록(Cylinder Block)에 녹 센서(Knock Sensor)를 설치하고, 이를 통해 노킹이 연소실 내에서 발생함을 인식하는 노킹 제어 기술을 예로 들 수 있다.
이러한 방식은 노킹이 발생된 연소실은 정상적인 연소가 일어날 때에 비하여 훨씬 높은 주파수를 가진 고주파 진동이 생기는 원리를 적용한 기술이고, 이를 녹 센서가 계측해 엔진제어장치(Engine Control Unit)로 전달해줌으로써 노킹현상의 발생유무가 판별된다.
엔진제어장치(Engine Control Unit)는 노킹이 인식된 실린더의 곧바로 이어지는 다음 사이클에서 정해진 범위(5도~10도)만큼 점화를 지연해 주고, 그 다음에는 매 사이클마다 일정 각도만큼 진각시켜줌으로써 노킹 제어를 수행하며, 이를 통해 엔진에 손상을 입힐 수 있는 노킹의 발생을 회피하면서 최대한의 출력을 얻게 된다.
하지만, 엔진손상은 노킹은 물론 프리-이그니션으로 인해서도 발생되는데, 이는 프리-이그니션이 일반적인 점화시기에 앞서 연소가 발생함으로써 높은 고압 열 발생이 일어남에 기인된다.
특히, 프리-이그니션은 저속에서 연소실이 높은 평균압력을 갖는 엔진에서 유발된다.
그러므로, 엔진손상의 예방은 노킹제어 뿐만 아니라 프리-이그니션 발생도 함께 제어되어야 한다.
그러나, 녹 센서를 이용한 노킹 제어는 프리-이그니션으로 인한 문제를 전혀 해소할 수 없는 한계가 있다.
이는, 녹 센서는 발생되는 프리-이그니션의 검출이 불가능하고, 또한 프리-이그니션이 발생된 경우 점화시기 지각으로는 프리-이그니션의 제어가 불가능한 근본적인 한계가 있음에 기인된다.
이로 인해, 고압 가솔린 터보차저의 다운사이징 기술에서는 프리-이그니션 발생방지를 위한 다양한 기술도 함께 적용되고 있다.
일례로, 점화플러그에 이온 프로브를 설치하고, 이를 통해 프리-이그니션이 연소실 내에서 발생함을 인식하는 프리-이그니션 검출 기술을 예로 들 수 있다.
이러한 방식은 이온 프로브에 이온 검출용 전압을 인가하고, μA신호의 이온 전류를 mA신호로 증폭해 엔진제어장치(Engine Control Unit)로 전달해줌으로써 프리-이그니션의 발생유무가 판별된다.
엔진제어장치(Engine Control Unit)는 프리-이그니션 발생시 과다한 공연비 제어와 캠샤프트 최적화 및 연료 공급 감소 또는 연료 공급 중단등을 수행하며, 이를 통해 프리-이그니션으로 인한 높은 고압 열발생을 회피하면서 엔진손상을 방지하게 된다.
국내특허공개10-2010-0137425(2010년12월30일)
상기 특허문헌은 스파크 점화기관을 갖는 엔진에서 엔탈피(Enthalpy) 개념이 적용된 기술의 예를 나타낸다.
이를 위해, 엔진의 연소실에는 흡기 시스템을 통해 연소실로 들어온 공기를 안내하면서 공기를 통해 회전되는 터빈이 설치되고, 상기 터빈은 작동을 이용해 공기의 등엔탈피적 팽창을 방지하고 온도를 낮춰 냉각해줌으로써 연소실내에서는 압력 강하 및 공기질량유동제어가 이루어질 수 있다.
상기 특허문헌과 같이 엔탈피 개념이 적용된 엔진은 연소 온도 감소로 질소 산화물의 방출을 감소하고, 스파크 점화 기관의 열 하중을 감소시켜 엔진 노킹의 위험을 감소시키며, 공기밀도증가로 더 많은 연료분사가 가능해 더 큰 토크의 발생도 가능하게 된다.
하지만, 상기 특허문헌은 비록 엔탈피 개념을 도입하였지만 엔탈피를 프리-이그니션 검출을 위해 제어인자로 취급하지 않음으로써, 이온 프로브로 프리-이그니션의 발생을 검출하고 방지하는 기술과는 그 작용과 효과 측면에서 큰 차이가 있을 수밖에 없다.
그러므로, 프리-이그니션 검출을 위해서는 이온 프로브의 사용이 최적의 방안일 수밖에 없다.
그렇지만, 프리-이그니션 검출을 위해 사용되는 이온 프로브는 센서가 연소실내 발생된 끄을음(Stoo)으로 오염됨으로써 장기간 사용시 검출 신호가 약해진다는 한계가 있다.
특히, 이온 프로브는 내구성이 약하고 고가이며, 점화플러그의 교체 시에는 이온 프로브의 센서 게인(Gain)값을 재설정해야하는 불편이 있다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 연소실내 끄을음(Stoo)으로 인한 오염과 센서 게인(Gain)값의 재설정과 같은 불편을 주는 이온 프로브가 적용되지 않고, 엔탈피와 프리-이그니션(Pre Ignition)발생 빈도의 상관관계로 부터 프리-이그니션 발생 시작점이 산출될 수 있는 프리-이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 프리-이그니션의 1차 발생을 감지한 후에 2차 발생을 억제하는데 그치는 이온 프로브 방식과 달리 측정된 엔탈피 값을 활용하여 프리-이그니션 발생 시작점이 산출될 수 있음으로써, 엔진의 모든 운전 영역이 최적화될 수 있는 프리-이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프리 이그니션 발생 검출장치는 혼합기(공기+연료)가 공급되어 행정사이클이 수행되는 엔진의 연소실에 점화불꽃을 발생시켜주는 점화플러그와 함께 설치되어, 상기 연소실내의 엔탈피(Enthalpy)를 검출하는 엔탈피센서(Enthalpy Sensor)와;
상기 엔탈피센서에서 검출된 엔탈피(Enthalpy)값이 제공되어 상기 연소실내의 프리-이그니션(Pre Ignition)발생여부를 판단하는 로직을 갖춘 ECU;
가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 엔탈피센서는 상기 점화플러그와 일체로 이루어지거나 상기 점화플러그와 별개로 이루어져 상기 점화플러그와 결합된다.
상기 엔탈피센서와 상기 ECU사이에는 상기 엔탈피센서에서 검출된 엔탈피(Enthalpy)를 엔탈피 값으로 수치화해주는 엔탈피측정기가 더 포함되어 구성된다.
상기 엔진에는 ECU의 제어로 상기 프리-이그니션 발생시 상기 연소실로 공급되는 공기에 혼합되는 연료의 분사가 차단되는 인젝터와; 상기 연소실의 노킹(Knocking) 발생을 검출하여 상기 ECU로 제공하는 녹 센서(Knock Sensor)와; 상기 연소실의 상부부위로 위치된 실린더헤드에 설치되어, 상기 ECU의 제어로 상기 프리-이그니션 발생시 흡기밸브와 배기밸브의 개폐가 제어되는 밸브계와; 상기 연소실의 연소압력을 검출하여 상기 ECU로 제공하는 연소압력센서; 가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 프리 이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법은 한가지 운전조건으로 운전중인 엔진의 연소실내 엔탈피(Enthalpy)가 검출되고, 더불어 상기 연소실내 연소압력이 검출되며, 검출된 상기 엔탈피와 검출된 상기 연소압력의 상관관계를 이용해 프리-이그니션(Pre Ignition)이 발생되는 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 산출되고, 상기 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값의 산출이 상기 운전조건을 다르게 바꿔가면서 상기 엔진의 전 운전영역에 대해 수행되는 PI캘리브레이션(Pre Ignition Calibration)로직과;
상기 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 정보 맵(Map)으로 저장되고, 다양한 운전조건으로 운전중인 엔진의 연소실내 측정된 엔탈피(Enthalpy)와 상기 정보 맵(Map)에서 읽어 들인 상기 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값을 서로 비교 판단하여, 다양한 운전조건으로 운전중인 상기 엔진의 프리-이그니션 발생을 판단하며, 상기 프리-이그니션 발생시 이를 방지하도록 다양한 운전조건으로 운전중인 상기 엔진의 운전조건을 직접 제어하는 PI대응로직;
이 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 PI캘리브레이션로직에서 검출되는 엔탈피는 점화사이클에서 TDC(Top Dead Center)일 때 검출되고, 상기 PI대응로직에서 이루어지는 상기 엔진의 운전조건이 직접 제어되는 것은 공연비농후나 연료분사중단으로 수행된다.
상기 PI캘리브레이션로직은 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건하에서 운전되면, 상기 엔탈피는 점화사이클에서 TDC(Top Dead Center)일 때 검출되고, 상기 연소실의 연소압력이 검출되며, 검출된 상기 엔탈피와 상기 연소압력은 서로의 상관관계로부터 프리-이그니션 발생여부를 예측하는 PI발생예측단계와; 예측된 프리-이그니션 발생여부가 상기 TDC(Top Dead Center)일 때 검출된 엔탈피와 일치되는지 여부를 판단하고, 일치되면 프리-이그니션이 발생되는 TDC 엔탈피 값을 결정하고, 상기 TDC 엔탈피 값을 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)로 정의한 다음 정보 맵으로 저장하는 PI발생판단단계;로 수행된다.
상기 PI대응로직은 운전되고 있는 엔진의 연소실로부터 TDC(Top Dead Center)일 때 엔탈피를 지속적으로 검출하고, 검출된 상기 TDC엔탈피를 상기 PI캘리브레이션로직의 수행으로부터 획득하여 정보 맵에 저장된 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)와 서로 비교 판단하는 PI인지단계; 상기 TDC엔탈피가 상기 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)에 비해 더 큰 값이면, 상기 연소실내 프리-이그니션이 발생되었음을 판단하고, 공연비농후나 연료분사중단을 통해 운전중인 상기 엔진을 실제적으로 제어하는 PI방지단계; 로 수행된다.
이러한 본 발명은 엔탈피와 프리-이그니션(Pre Ignition)발생 빈도의 상관관계로 부터 프리-이그니션 발생 시작점이 산출됨으로써, 이온 프로브를 이용할 때 발생되는 연소실내 끄을음(Stoo)으로 인한 센서오염과 센서 게인(Gain)값의 재설정과 같은 불편들이 모두 해소되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 프리-이그니션의 1차 발생을 감지한 후에 2차 발생을 억제하는데 그치는 이온 프로브 방식과 달리 측정된 엔탈피 값을 활용하여 프리-이그니션 발생 시작점이 산출될 수 있음으로써, 엔진의 모든 운전 영역이 최적화되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진에 적용된 프리-이그니션 발생 검출장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 프리-이그니션 로직중 연소실의 엔탈피(Enthalpy)값을 정확히 판단하기 위한 캘리브레이션(Calibration)로직이며, 도 3은 도 2에 따른 엔탈피와 프리-이그니션의 상관관계 선도이고, 도 4는 본 발명에 따른 프리-이그니션 로직중 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)을 이용해 프리-이그니션 발생을 제어하는 대응로직이며, 도 5는 도 4에 따른 결과 선도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 엔진에 적용된 프리-이그니션 발생 검출장치의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 프리-이그니션 발생 검출장치는 밸브계(4)와 함께 흡기인테이크를 통해 연소실(2)로 공급되는 공기에 연료를 분사하는 인젝터(5,Injector)가 설치된 엔진(1)과, 연소실(2)의 노킹(Knocking) 발생을 검출하도록 상기 연소실(2)의 측면부위로 위치된 녹 센서(10,Knock Sensor)와, 연소실(2)에 점화불꽃을 발생시켜주는 점화플러그(3)와 함께 설치되어 상기 연소실(2)내 엔탈피(Enthalpy)값을 검출하는 프리-이그니션Pre-Ignition)검출기(20)와, 상기 프리-이그니션(Pre-Ignition)검출기(20)에서 전송되는 정보를 이용해 연소실(2)의 엔탈피(Enthalpy)가 프리-이그니션 발생 조건인지 여부가 판단되는 로직을 갖춘 ECU(30,Engine Control Unit)로 구성된다.
이에 더해, 상기 엔진(1)에는 연소실(2)의 연소압력을 검출하여 ECU(30)로 전송하는 연소압력센서가 더 설치된다.
이하, 프리-이그니션(Pre-Ignition)은 PI로 칭한다.
상기 밸브계(4)는 통상 실린더헤드에 설치되어 흡기밸브와 배기밸브의 개폐를 제어하고, 상기 점화플러그(3)는 연소실(2)의 공기와 연료 혼합기를 연소시키도록 연소실(2)로 점화불꽃을 일으키는 통상적인 점화플러그이며, 상기 인젝터(5)는 연료를 분사하는 통상적인 인젝터이다.
상기 PI(프리-이그니션) 검출기(20)는 연소실(2)내에서 압축되는 혼합기(공기+연료)의 엔탈피(Enthalpy)를 검출하도록 점화플러그(3)와 함께 설치된 엔탈피센서(21,Enthalpy Sensor)와, 검출된 엔탈피(Enthalpy)로부터 엔탈피(Enthalpy)값을 산출하여 ECU(30)로 전송하는 엔탈피측정기(22)로 구성된다.
상기 엔탈피센서(21)는 점화플러그(3)와 일체로 이루어지거나 또는 점화플러그(3)와 별개로 이루어져 점화플러그(3)에 결합될 수 있다.
상기 ECU(30)는 통상적인 ECU와 동일하지만 연소실(2)의 엔탈피(Enthalpy)가 판단되는 PI로직을 더 갖추는 차이가 있으며, 상기 PI로직은 PI캘리브레이션(Calibration)로직과 PI대응로직으로 구분된다.
여기서, 상기 PI캘리브레이션로직은 엔진에 적용되는 엔탈피센서(21)의 센서 게인(Gain)값을 설정하기 위한 것이고, 상기 PI대응로직은 연소실의 PI검출 및 발생시 엔진의 모든 운전 영역을 최적화하기 위한 것이다.
도 2는 본 실시예에 따른 PI캘리브레이션로직을 나타내며, 이를 위해 PI검출기(20)는 엔탈피센서(21)는 점화플러그(3)와 함께 연소실(2)로 설치되고, 엔탈피센서(21)는 엔탈피측정기(22)를 거쳐 ECU(30)로 연결된다.
PI캘리브레이션로직은 S10과 같이 PI검출기(20)를 구성한 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건하에서 운전되면, 이어 각 운전조건하에 놓여진 연소실(2)로부터 적어도 2가지의 제어인자가 검출된다.
2가지의 제어인자중 하나는 엔탈피센서(21)로 측정되는 엔탈피이고, 다른 하나는 다양하게 적용될 수 있지만 본 실시예에서는 연소실(2)의 연소압력이다.
상기 엔탈피와 상기 연소압력이 검출되는 운전조건은 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건에서 한가지 운전조건이다.
그러므로, 본 실시예에서는 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건에 대해 한가지 운전조건마다 단계적으로 동일한 과정이 반복되고, 이를 통해 PI 발생과 일치되는 TDC 엔탈피 값을 산출하게 된다.
제어인자중 하나인 엔탈피는 S20과 같이 엔탈피센서(21)가 연소실(2)로부터 검출하며, 이 경우 검출되는 엔탈피는 점화사이클에서 TDC(Top Dead Center)일 때로 특정된다.
엔탈피센서(21)의 검출신호는 엔탈피측정기(22)를 거쳐 ECU(30)로 전송되고, ECU(30)는 엔탈피측정기(22)에서 제공된 엔탈피 값으로 연소실(2)내 PI의 발생여부를 판단하게 된다.
그리고, 제어인자중 다른 하나인 연소압력은 S30과 같이 연소압력센서가 연소실(2)로부터 검출하며, 이 경우 검출되는 연소압력은 이상연소여부에 대한 판단 근거로 취급된다.
S40은 검출된 TDC 엔탈피와 검출된 연소압력의 상관관계로부터 PI의 발생여부가 판단되는 과정이며, 이는 도 3(가)와 (나)에 도시된 바와 같이 S20의 TDC 엔탈피와 S30의 연소압력의 상관관계로부터 판단됨을 알 수 있다.
도 3(가)는 연소압력과 PI의 상관관계선도로서, 도시된 바와 같이 PI는 연소실내 압력에 좌우됨으로써 검출된 연소압력으로 PI 발생여부가 예측될 수 있다.
도 3(나)는 PI발생빈도와 TDC 엔탈피의 상관관계선도로서, 도시된 바와 같이 연소압력으로부터 발생이 예측된 PI가 TDC 엔탈피와 서로 일치되는지를 판단하고, 이를 통해 PI가 발생되는 TDC 엔탈피 값을 결정하여 준다.
이어, PI가 발생되는 TDC 엔탈피 값이 결정되면, S60과 같이 상기 TDC 엔탈피 값은 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)로 정의 되고, 상기 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)는 PI 발생을 의미한다.
하지만, S40의 수행결과 PI가 발생되는 TDC 엔탈피 값이 결정되지 못하면 S50과 같이 PI 발생이 없는 것이며, 이는 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건에서 S10내지 S40이 수행된 한가지 운전조건은 PI 발생이 없는 엔진의 운전조건임을 의미한다.
이로써 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건중 선택한 한가지 운전조건에 대한 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)의 산출이 완료된다.
S50을 거쳐 S10으로 다시 복귀(Feedback)되면, PI캘리브레이션로직은 다시 새롭게 수행되는데, 이 경우 S10에서 선택하는 엔진 운전조건은 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건중 기 선택된 한가지 운전조건을 제외한 다른 운전조건을 선택하고, 이어 S20내지 S40을 수행하여 다른 운전조건에서 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)를 산출하는 과정을 수행한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건들을 세분하고, 세분된 각각의 운전조건을 통해 각각에 대한 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)가 산출되며, 산출된 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)는 ECU(30)에 정보 맵(Map)으로저장된다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 PI로직중 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)을 이용해 PI 발생을 제어하는 PI대응로직을 나타낸다.
엔진이 S100과 같이 설정할 수 있는 각 운전 조건들중 한가지 운전조건으로 운전되면, 이어 S110과 같이 엔탈피센서(21)가 연소실(2)로부터 TDC(Top Dead Center)일 때 엔탈피를 지속적으로 검출하고, 엔탈피센서(21)의 검출신호는 엔탈피측정기(22)를 거쳐 ECU(30)로 전송된다.
S120은 검출된 엔탈피가 PI 발생이 우려되는 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)인지 여부를 판단하는 과정으로서, 이를 위해 ECU(30)는 S100에서 엔진이 운전되는 한가지 운전조건을 인식한 상태에서 해당되는 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)를 기 저장된 정보 맵으로부터 읽어 들인다.
그러므로, S120에서는 측정된 엔탈피 값이 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)를 초과하는지를 비교 판단한 후, 만약 측정된 엔탈피 값 < 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)인 경우 PI 발생이 없다고 판단하여 S200으로 넘어간 후 S100으로 복귀(Feedback)됨으로써 다시 엔탈피 측정과정을 반복하여 준다.
반면, 측정된 엔탈피 값 > 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)인 경우 PI 발생이나 또는 현저한 PI 발생 우려상황이라고 판단하여 S300으로 넘어간다. S300은 PI 발생에 따른 대응제어로서, 연소실의 PI를 제어하기 위한 운전중인 엔진에 대해 실제적인 엔진 제어가 수행된다.
이 경우, 적용하는 실제적인 엔진 제어는 공연비농후나 연료분사중단이 적용된다.
도 5는 본 실시예에 따른 PI대응로직이 수행된 후 결과 선도를 나타낸다.
도 5(가)는 PI발생시 나타나는 현상으로서, 전술된 PI대응로직을 이용해 PI발생이 예방됨으로써 PI발생시 나타나는 현상을 줄이게 된다.
특히, 도 5(나)를 통해 일반적으로 발생되는 노킹에 따른 노킹소음크기(A)를 알 수 있고, 도 5(다)는 전술된 PI대응로직을 이용해 PI발생이 예방됨으로써 노킹소음크기(B)도 크게 줄어든 상태를 나타낸다. 이로부터 연소실의 PI발생이 억제되면 그로 인해 노킹빈도도 함께 줄어들 수 있음을 알 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 프리 이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법은 엔진의 연소실내 엔탈피(Enthalpy)와 더불어 연소실내 연소압력이 검출된 후, 이를 이용해 프리-이그니션(Pre Ignition)이 발생되는 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 산출되는 PI캘리브레이션(Pre Ignition Calibration)로직과; 상기 PI캘리브레이션을 통해 산출된 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 저장된 후 운전중인 엔진의 연소실내 측정된 엔탈피(Enthalpy)와 서로 비교 판단하여 프리-이그니션 발생이 판단되면, 엔진을 직접 제어하여 프리-이그니션 발생을 방지하는 PI대응로직;으로 구현됨으로써, 엔진의 모든 운전 영역이 프리-이그니션의 발생없이 최적화될 수 있다.
1 : 엔진 2 : 연소실
3 : 점화플러그 4 : 밸브계
5 : 인젝터(Injector) 10 : 녹 센서(Knock Sensor)
20 : 프리-이그니션(Pre-Ignition)검출기
21 : 엔탈피센서(Enthalpy Sensor)
22 : 엔탈피측정기 30 : ECU(Engine Control Unit)

Claims (8)

  1. 혼합기(공기+연료)가 공급되어 행정사이클이 수행되는 엔진의 연소실에 점화불꽃을 발생시켜주는 점화플러그와 함께 설치되어, 상기 연소실내의 엔탈피(Enthalpy)를 검출하는 엔탈피센서(Enthalpy Sensor)와;
    상기 엔탈피센서에서 검출된 엔탈피(Enthalpy)값이 제공되어 상기 연소실내의 프리-이그니션(Pre Ignition)발생여부를 판단하는 로직을 갖춘 ECU;
    가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 엔탈피센서는 상기 점화플러그와 일체로 이루어지거나 상기 점화플러그와 별개로 이루어져 상기 점화플러그와 결합되는 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 엔탈피센서와 상기 ECU사이에는 상기 엔탈피센서에서 검출된 엔탈피(Enthalpy)를 엔탈피 값으로 수치화해주는 엔탈피측정기
    가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 엔진에는 ECU의 제어로 상기 프리-이그니션 발생시 상기 연소실로 공급되는 공기에 혼합되는 연료의 분사가 차단되는 인젝터와;
    상기 연소실의 노킹(Knocking) 발생을 검출하여 상기 ECU로 제공하는 녹 센서(Knock Sensor)와;
    상기 연소실의 상부부위로 위치된 실린더헤드에 설치되어, 상기 ECU의 제어로 상기 프리-이그니션 발생시 흡기밸브와 배기밸브의 개폐가 제어되는 밸브계와;
    상기 연소실의 연소압력을 검출하여 상기 ECU로 제공하는 연소압력센서;
    가 더 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치.
  5. 한가지 운전조건으로 운전중인 엔진의 연소실내 엔탈피(Enthalpy)가 검출되고, 더불어 상기 연소실내 연소압력이 검출되며, 검출된 상기 엔탈피와 검출된 상기 연소압력의 상관관계를 이용해 프리-이그니션(Pre Ignition)이 발생되는 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 산출되고, 상기 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값의 산출이 상기 운전조건을 다르게 바꿔가면서 상기 엔진의 전 운전영역에 대해 수행되는 PI캘리브레이션(Pre Ignition Calibration)로직과;
    상기 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값이 정보 맵(Map)으로 저장되고, 다양한 운전조건으로 운전중인 엔진의 연소실내 측정된 엔탈피(Enthalpy)와 상기 정보 맵(Map)에서 읽어 들인 상기 임계 엔탈피(한계 엔탈피)값을 서로 비교 판단하여, 다양한 운전조건으로 운전중인 상기 엔진의 프리-이그니션 발생을 판단하며, 상기 프리-이그니션 발생시 이를 방지하도록 다양한 운전조건으로 운전중인 상기 엔진의 운전조건을 직접 제어하는 PI대응로직;
    이 포함된 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 PI캘리브레이션로직에서 검출되는 엔탈피는 점화사이클에서 TDC(Top Dead Center)일 때 검출되고, 상기 PI대응로직에서 이루어지는 상기 엔진의 운전조건이 직접 제어되는 것은 공연비농후나 연료분사중단인 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 PI캘리브레이션로직은 엔진이 설정할 수 있는 각 운전조건하에서 운전되면, 상기 엔탈피는 점화사이클에서 TDC(Top Dead Center)일 때 검출되고, 상기 연소실의 연소압력이 검출되며, 검출된 상기 엔탈피와 상기 연소압력은 서로의 상관관계로부터 프리-이그니션 발생여부를 예측하는 PI발생예측단계와;
    예측된 프리-이그니션 발생여부가 상기 TDC(Top Dead Center)일 때 검출된 엔탈피와 일치되는지 여부를 판단하고, 일치되면 프리-이그니션이 발생되는 TDC 엔탈피 값을 결정하고, 상기 TDC 엔탈피 값을 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)로 정의한 다음 정보 맵으로 저장하는 PI발생판단단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 PI대응로직은 운전되고 있는 엔진의 연소실로부터 TDC(Top Dead Center)일 때 엔탈피를 지속적으로 검출하고, 검출된 상기 TDC엔탈피를 상기 PI캘리브레이션로직의 수행으로부터 획득하여 정보 맵에 저장된 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)와 서로 비교 판단하는 PI인지단계;
    상기 TDC엔탈피가 상기 임계 엔탈피(또는 한계 엔탈피)에 비해 더 큰 값이면, 상기 연소실내 프리-이그니션이 발생되었음을 판단하고, 공연비농후나 연료분사중단을 통해 운전중인 상기 엔진을 실제적으로 제어하는 PI방지단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 프리 이그니션 발생 검출장치를 이용한 고출력엔진운전방법.
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