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KR100513512B1 - 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치 및 방법 - Google Patents

엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정확한 밸브 타이밍을 측정할 수 있으며, 밸브 타이밍 오조립 등의 고장 진단이 가능하고, 밸브 타이밍이 과도하게 틀린 경우에는 운전자에게 정보를 제공할 수 있는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건을 검출하는 밸브 타이밍 모니터링 검출부와; 상기 엔진의 운전 중 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동에 따른 노크 신호를 검출하는 노크 센서와; 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하면, 상기 노크 센서로부터 입력되는 노크 신호를 분석하여 노크 신호를 샘플링하고, 샘플링된 노크 신호의 평균값을 구하여 설정 노크 신호값과 비교하며, 비교된 결과에 따라 밸브 타이밍의 정상 여부를 판단하여 해당되는 제어동작을 수행하는 제어부를 포함하여 구성한다.

Description

엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치 및 방법{VALVE TIMING MONITORING CONTROL DEVICE OF ENGINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 엔진의 밸브 타이밍 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 엔진의 밸브 타이밍은 엔진 성능(토크, 출력) 및 연비/배출 가스에 매우 큰 영향을 미친다.
만약, 엔진의 밸브 타이밍이 엔진의 초기 조립시 틀리게될 경우에는 이를 모니터링 하는 것이 어렵게된다.
종래의 고정 타이밍(Fixed Timing) 엔진이나, 가변 밸브 타이밍 엔진을 예로 들어 차량에 장착된 엔진의 밸브 타이밍이 정상인지를 판단하는 것이 곤란한 이유를 설명한다.
예를 들어, 고정 타이밍 엔진의 경우 흡기 캠 측에 장착된 상사점(TDC) 센서(혹은 캠 센서)의 신호가 기준치(설계치)에서 벗어나는가를 보면 되겠으나, 캠 타겟 휠(Target Wheel)의 가공 공차, 엔진 조립 공차, 그리고 센서 특성 등을 고려하면 캠 신호의 절대위치를 가지고 밸브 타이밍의 정확성 여부를 판단하는 것은 곤란하다.
또한, 가변 밸브 타이밍 엔진의 경우도 엔진 시동 후 최지각 위치에서의 캠 신호 위치로부터 상대적인 위치 차이만을 가지고 밸브 타이밍을 제어한다.
이러한 이유로, 가변 밸브 타이밍 엔진은 최적에서 벗어난 타이밍으로 밸브 타이밍을 제어하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 정확한 밸브 타이밍을 측정할 수 있으며, 밸브 타이밍 오조립 등의 고장 진단이 가능하고, 밸브 타이밍이 과도하게 틀린 경우에는 운전자에게 정보를 제공할 수 있는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치에 있어서, 상기 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건을 검출하는 밸브 타이밍 모니터링 검출부와; 상기 엔진의 운전 중 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동에 따른 노크 신호를 검출하는 노크 센서와; 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하면, 상기 노크 센서로부터 입력되는 노크 신호를 분석하여 노크 신호를 샘플링하고, 샘플링된 노크 신호의 평균값을 구하여 설정 노크 신호값과 비교하며, 비교된 결과에 따라 밸브 타이밍의 정상 여부를 판단하여 해당되는 제어동작을 수행하는 제어부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법에 있어서, 상기 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건을 검출하는 단계와; 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하면, 상기 엔진의 운전 중 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동에 따른 노크 신호를 검출하는 단계와; 검출된 노크 신호를 분석하여 노크 신호를 샘플링하는 단계와; 샘플링된 노크 신호의 평균값을 구하여 설정 노크 신호값과 비교하는 단계와; 비교된 결과에 따라 밸브 타이밍의 정상 여부를 판단하여 해당되는 제어동작을 수행하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치에 있어서, 모니터링 검출부(110), 노크 센서(120)(Knock Sensor), 제어부(130), 메모리부(140)를 포함하여 구성한다.
모니터링 검출부(110)는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건을 검출하는 다수개의 센서들로 구성되며, 그 구성은 엔진의 냉각수 온도를 검출하는 냉각수 온도 검출부와; 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부와; 엔진의 부하상태를 검출하는 엔진 부하 검출부를 포함하여 구성한다.
제어부(130)는 밸브 타이밍 모니터링 검출부(110)를 통해 입력되는 각각의 신호들을 분석하여 냉각수 온도가 설정 온도 이상이거나, 엔진 회전수가 설정 회전수 범위 내에 있거나, 엔진 부하가 설정된 흡기 유량을 초과하면 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
여기서, 모니터링 검출부(110)를 통해 입력되는 각각의 신호들과 비교되는 신호들은 미리 설정되어 메모리부(140)에 저장한다.
메모리부(140)는 롬(ROM)과 램(RAM)으로 구성하며, 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어에 관련되어 설정되는 각각의 설정값과 프로그램을 저장한다.
노크 센서(120)는 엔진의 운전 중 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동에 따른 노크 신호를 검출하여 제어부(130)로 공급한다.
제어부(130)는 엔진의 전반적인 제어동작을 수행하는 엔진 제어부(ECU)로 구성하며, 본 발명의 실시예에서는 특히, 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하면, 노크 센서(120)로부터 입력되는 노크 신호를 분석하여 노크 신호를 샘플링하고, 샘플링된 노크 신호의 평균값을 구하여 메모리부(140)로부터 독출된 설정 노크 신호값과 비교하며, 비교된 결과에 따라 밸브 타이밍의 정상 여부를 판단하여 해당되는 제어동작을 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(130)는 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간에서만 노크(Knock) 신호를 샘플링하는 것에 유의해야 한다.
여기서, 노크 윈도우(Knock Window) 구간은 흡기 밸브가 닫히는 시점이 포함되지 않는 구간으로 설정한다.
참고적으로, 노크 윈도우(Knock Window) 구간은 노크(Knock) 신호를 샘플링하는 시작점과 종료점까지의 영역을 말한다.
이러한 상태에서 제어부(130)는 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하지 않으면 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간을 변경하면서 노크(Knock) 신호를 모니터링 한다.
이와는 반대로, 제어부(130)는 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하면 밸브 타이밍의 이상으로 판단하고, 경고 제어신호를 발생한다.
본 발명의 실시예는 제어부(130)로부터 공급되는 경고 제어신호의 입력에 따라 구동되어 엔진의 밸브 타이밍 이상 상태를 경고하는 경고부(150)를 더 포함하여 구성한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법을 도시한 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노크 윈도우(Knock Window) 구간을 도시한 도면이다.
먼저, 제어부(130)는 도 2의 (S210)에서 밸브 타이밍 모니터링 검출부(110)를 통해 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건을 검출한다.
만약, 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하면, 제어부(130)는 (S212)으로 진행하여 노크 센서(120)로부터 엔진의 운전 중 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동에 따른 노크 신호를 입력받는다.
그리고, (S214)으로 진행하여 노크 센서(120)로부터 입력된 노크 신호를 분석하여 노크 신호를 샘플링한다.
현재 대부분의 엔진에 적용 중인 노크 센서는 일종의 가속도계로서 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동을 감지함으로써 노크(Knock) 발생 여부를 판단한다.
이때 제어부(130)는 모든 구간에서 노크(Knock) 신호를 취득하는 것이 아니라 도 3에 도시된 바와 같이 특정 구간(①)에서만 노크(Knock) 신호를 샘플링하게 된다.
예를 들어, 4기통 엔진의 경우 1번 실린더가 연소과정일 경우 4번 실린더는 흡기 행정 말기로서 흡기 밸브가 닫히는 조건이다.
만일 연소 시 노크(Knock)가 발생하면 대개 압축 상사점(TDC)후 10~40도 사이에 노크(Knock) 신호가 발생하게 된다.
제어부(130)가 보다 정확한 노크(Knock) 신호를 샘플링할 수 있도록 노크 윈도우(Knock Window) 구간(①)을 설정해 주어야 정확한 노크(Knock) 제어가 수행된다.
이 경우 주의하여야 하는 것이 노크 윈도우(Knock Window) 구간(①)은 반드시 흡기 밸브가 닫히는 시점을 피해서 설정하여야만 한다.
그 이유는 흡기 밸브가 닫히면서 엔진에 진동을 유발하는데 불행히도 이 주파수대가 이상연소 시 발생하는 노크(Knock) 신호와 유사하여 노크 센서(120)는 이를 구분하지 못하기 때문이다.
한편, 제어부(130)는 (S216)으로 진행하여 샘플링된 노크 신호의 평균값을 구하여 설정 노크 신호값과 비교한다.
그리고, 비교된 결과에 따라 밸브 타이밍의 정상 여부를 판단하여 해당되는 제어동작을 수행한다.
예를 들어, 제어부(130)는 전술한 (S216)에서 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하지 않으면 (S218)으로 진행하여 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간(①)을 변경하면서 노크(Knock) 신호를 모니터링 한다.
이와는 반대로, 제어부(130)는 전술한 (S216)에서 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하면 (S220)으로 진행하여 흡기 밸브 닫힘 시점이 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간(①) 내에 있는가를 비교한다.
전술한 (S220)에서 흡기 밸브 닫힘 시점이 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간(①) 내에 있지 않으면 제어부(130)는 (S222)으로 진행하여 메모리부(140)에 밸브 타이밍을 저장한다.
만약, 전술한 (S220)에서 흡기 밸브 닫힘 시점이 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간 내(①)에 있으면 제어부(130)는 (S224)으로 진행하여 밸브 타이밍의 이상으로 판단하고, 경고부(150)로 경고 제어신호를 공급한다.
본 발명의 실시예는 흡기 밸브 타이밍을 고정하는 방식의 경우 엔진 운전 중 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간(①)에서 노크 신호를 검출하거나, 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간(①)을 변경하면서 검출된 노크 신호를 통해 정확한 밸브 타이밍을 측정할 수 있으며, 밸브 타이밍 오조립 등의 고장 진단이 가능하고, 밸브 타이밍이 과도하게 틀린 경우에는 운전자에게 정보를 제공할 수 있다.
또한, 흡기 밸브 타이밍을 가변시키는 방식의 경우에 있어서는 최적의 밸브 타이밍으로 제어할 수 있도록 밸브 타이밍을 학습할 수 있다.
특히, 가변 밸브 타이밍 엔진의 경우는 보다 정확한 밸브 타이밍 제어를 가능하게 할 수 있어 전개 운전 중의 성능 향상과 부분 부하 운전 시 연비 및 배기가스 저감을 도모할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치 및 방법은 보다 정확한 밸브 타이밍 제어를 가능하게 할 수 있어 전개 운전 중의 성능 향상과 부분 부하 운전 시 연비 및 배기가스 저감을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 노크 윈도우(Knock Window) 구간을 도시한 도면.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치에 있어서,
    상기 엔진의 냉각수 온도를 검출하는 냉각수 온도 검출부, 상기 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부, 상기 엔진의 부하상태를 검출하는 엔진 부하 검출부를 포함하여 구성하여 상기 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건을 검출하는 밸브 타이밍 모니터링 검출부;
    상기 엔진의 운전 중 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동에 따른 노크 신호를 검출하는 노크 센서;
    밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하면, 상기 노크 센서로부터 입력되는 노크 신호를 분석하여 노크 신호를 샘플링하고, 샘플링된 노크 신호의 평균값을 구하여 설정 노크 신호값과 비교하며, 비교된 결과에 따라 밸브 타이밍의 정상 여부를 판단하여 해당되는 제어동작을 수행하는 제어부를 포함하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 밸브 타이밍 모니터링 검출부를 통해 입력되는 각각의 신호들을 분석하여 냉각수 온도가 설정 온도 이상이거나, 엔진 회전수가 설정 회전수 범위 내에 있거나, 엔진 부하가 설정된 흡기 유량을 초과하면 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하는 것으로 판단하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간에서만 노크(Knock) 신호를 샘플링하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    노크 윈도우(Knock Window) 구간은 흡기 밸브가 닫히는 시점이 포함되지 않는 구간으로 설정하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하지 않으면 상기 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간을 변경하면서 노크(Knock) 신호를 모니터링 하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하면 밸브 타이밍의 이상으로 판단하고, 경고 제어신호를 발생하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부로부터 공급되는 경고 제어신호의 입력에 따라 구동되어 상기 엔진의 밸브 타이밍 이상 상태를 경고하는 경고부를 더 포함하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어장치.
  9. 삭제
  10. 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법에 있어서,
    상기 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건을 검출하는 단계;
    상기 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 조건에서 냉각수 온도가 설정 온도 이상이거나, 엔진 회전수가 설정 회전수 범위 내에 있거나, 엔진 부하가 설정된 흡기 유량을 초과하면 밸브 타이밍 모니터링 조건을 만족하는 것으로 판단하고 상기 엔진의 운전 중 노크(Knock) 발생시의 이상연소에 의한 엔진의 진동에 따른 노크 신호를 검출하는 단계;
    검출된 노크 신호를 분석하여 노크 신호를 샘플링하는 단계;
    샘플링된 노크 신호의 평균값을 구하여 설정 노크 신호값과 비교하는 단계;
    비교된 결과에 따라 밸브 타이밍의 정상 여부를 판단하여 해당되는 제어동작을 수행하는 단계를 포함하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노크(Knock) 신호를 샘플링하는 단계는 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간에서만 이루어지는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간은 흡기 밸브가 닫히는 시점이 포함되지 않는 구간으로 설정하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하지 않으면 상기 설정된 노크 윈도우(Knock Window) 구간을 변경하면서 노크(Knock) 신호를 모니터링 하는 단계를 더 포함하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 샘플링된 노크 신호의 평균값이 설정 노크 신호값을 초과하면 밸브 타이밍의 이상으로 판단하고, 경고하는 단계를 더 포함하는 엔진의 밸브 타이밍 모니터링 제어방법.
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