[논문]ECU 제어를 통한 가솔린 엔진의 노킹 특성에 관한 연구

양현수; 임주헌; 천동준

ECU 제어를 통한 가솔린 엔진의 노킹 특성에 관한 연구
A Study on Characteristics of Knocking in Gasoline Engine through ECU Control 원문보기

대한안전경영과학회지 = Journal of the Korea safety management & science, v.10 no.3, 2008년, pp.109 - 115

양현수 (군장대학 자동차디지털공학부) , 임주헌 (서울자동차고등학교 자동차과) , 천동준 (벽성대학 자동차과)

Abstract ▼ AI-Helper

A burning principle in gasoline engine is the one of being burned, by which a mixer in air and gasoline enters a combustion chamber and causes a spark in the proper timing. This is formed, by which ECU controls the fuel-injection volume and the fuel-injection timing, and determines the performance of engine. The purpose of this study is to test the characteristics on knocking in gasoline engine with the knocking-sensor equipment and to research into the characteristics in knocking while directly controling the optimal igniting timing and the fuel-injection timing through engine ECU. Given controlling ECU by grasping the characteristics in knocking, which becomes the most problem in the engine tuning market, the tuning in a true sense will be formed in gasoline engine.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 ECU 제어를 통해 노킹을 제어하는 연구를 진행하고자 한다.
있다. 이번 실험은 차량 주행 및 스톨 테스트를 통하여 엔진 튜닝의 경우 Knock Monitoring Module 의 입력과 출력 특성을 확인하고, 엔진의 노킹 상태에 따른 Logging Output 즉 아날로그 전압 출력상태를 확인하여진 동 및 출력의 노킹 특성을 분석하고자 한다.
요즘의 ECU는 학습기능이 있어 운전자의 운전패턴, 차속, 악셀 밟은 정도 등 센서에 의해 운전자의 입력 신호 대비 조작이 끝난 엔진의 상태를 분석 저장하고 운전자의 조작에 대응하도록 엔진을 제어한다. 이와 관련하여 본 논문에서는 엔진 결함 중 많은 영향을 미치는 노킹 발생에 관해서 ECU 제어를 통해 문제를 해결해 보도록 할 계획이다.

제안 방법

"매그너스 차량의 ECU 에서 점화 신호를 받기 위하여 EST'A”, EST'B” 를 연결하였고 크랭크각 신호를 주기 위하여 CPS ""LOW' 단자를 연결하였으며, 실린더 블록의 노크센서 신호와 tm로틀 개도 각을 검출하기 위하여 TPS 신호를 연결하였으며 이외 메인 접지와 센서 접지선을 연결하였다 연결된 실험 장치는 및 , , 와 같이 모텍의 M8 EMS, ECU와 같다."
노킹 발생을 위한 실험은 스톨 테스트를 하였는데 엔진 회전수에 따른 전부하 조건을 EMS 에서 확인해가며 전부하 조건을 만들어 주었다. 실험은 부분부하 (50%)상태에서는 가벼운 노킹만이 확인되어 노킹 발생이 유리하도록 스로틀을 Wide Open 상태로 유지하여 연소실에 높은 압축압력이 발생하도록 하였다.
실험은 부분부하 (50%)상태에서는 가벼운 노킹만이 확인되어 노킹 발생이 유리하도록 스로틀을 Wide Open 상태로 유지하여 연소실에 높은 압축압력이 발생하도록 하였다. 노킹의 강도조절은 Ignition Timing의 진각 정도에 따라 변경하였으며, 노킹 테스트를 위해 실시한 실험조건은 다음과 같다.
<Fig 9>는 Heavy-Knocking을 발생시키기 위해 센서2에서 시험조건(3)로 운전한 상태의 결과를 나타낸다 엔진 회전속도는 2000RPM이며, 점화시기는 BTDC 30', 변속기어는 4단 상태의 전부하(100% Load) 운전조건으로 3회 반복하여 실행하였다. Heavy-Knocking 조건에서는 2.
전부하 조건을 만들어 주었다. 실험은 부분부하 (50%)상태에서는 가벼운 노킹만이 확인되어 노킹 발생이 유리하도록 스로틀을 Wide Open 상태로 유지하여 연소실에 높은 압축압력이 발생하도록 하였다. 노킹의 강도조절은 Ignition Timing의 진각 정도에 따라 변경하였으며, 노킹 테스트를 위해 실시한 실험조건은 다음과 같다.
나타낸다. 엔진 회전속도는 2000RPM이며, 점화시기는 BTDC 20”, 변속 기어는 4단상태의 전부하 운전조건으로 3회 반복하여 실행하였다. Light-Knocking 조건에서는 RNSkHz의주파수 성분이 가장 높은 분포를 나타내었다 노킹 발생에 따른 Logging Output의 줄력전압이 약 3.
이후에 튜닝 엔진인 압축비 변화를 증대한 엔진과 점화시기를 진각 시킨 경우 엔진의 출력 및 노킹 특성 데이터를 실험을 통하여 확보한다. 이때에 노킹 특성은 별도의 노킹 센서와 키트를 사용하여 데이터 값을 컴퓨터를 통하여 저장 분석한다.
이번 실험에 사용된 테스트 차량은 지엠대우자동차의매그너스 2.0 DOHC이며 엔진 EMS는 MOTEC M8 및 KNOCK-BOX를 사용하였고 시험 조건은 주로 공전 상태 및 200Qrpm 상태에서의 점화시기 변경(BTDC 8°, 20°, 30°)에 따른 노킹 발생에 따른 노킹 신호의 진동 특성 및 줄력을 분석하고자 한다.

대상 데이터

진정한 의미의 튜닝이 이루어질 것으로 본다. 본 실험 연구에서는 모텍리서치사의 ECU 튜닝 장비인 M8 장비 셋을 이용하여 주어진 2000CC급 지엠대우 매그너스 차량의 엔진 ECU 와이어 링을 우선 실시하여 기본적인 엔진 제어 데이터를 확보한다. 이후에 튜닝 엔진인 압축비 변화를 증대한 엔진과 점화시기를 진각 시킨 경우 엔진의 출력 및 노킹 특성 데이터를 실험을 통하여 확보한다.
본 실험에 사용된 지엠대우 매그너스 2.0 엔진의 노킹 Frequency 특성을 분석하기 위해 Hi-DS의 Oscilloscope 기능을 이용하여 데이터를 수집하였다.
본 실험에 사용된 차량은 지엠대우자동차 매그너스이며 엔진은 2.0 DOHC 로서 기본 사양은 다음과 같다
실험에 사용된 Knock-Box는 두 개의 Sensor 입력 채널을 가지고 있으며, 각각의 센서 장착 위치는 와 같이 실린더 헤드에 별도로 Knock Sensor No.l : Cylinder Head를 장착하였고, 실린더 블록에는 원래 장착된 차량의 Knock Sensor No.2 : Cylinder Block 의 배선을 이용하였다

성능/효과

Frequency의 분석결고]; Nm—Knocking과 Ught-Knocking 그리고 Heavy-Knocking의 구분이 가장 두드러지는 2.5Hz 의 frequency 영역을 확인할 수 있었으며, 타 엔진의 노킹 특성에 비해 비교적 저주파수대인 25 kHz의 frequency 영역을 매그너스 2.0 엔진의 Knock Frequency 특성으로 파악할 수 있었다.
엔진 회전속도는 2000RPM이며, 점화시기는 BTDC 20”, 변속 기어는 4단상태의 전부하 운전조건으로 3회 반복하여 실행하였다. Light-Knocking 조건에서는 RNSkHz의주파수 성분이 가장 높은 분포를 나타내었다 노킹 발생에 따른 Logging Output의 줄력전압이 약 3.4V까지 발생되는 것을 확인 하였다.
둘째, 실험을 통해 엔진노킹 발생에 따른 Logging Output의 전압 출력 상태를 확인해본 결과 노킹 강도에 따라 다르나 최대 68V까지 발생되는 것을 확인하였다
또한 별도의 스위치 입력을 사용하여 MOTEC EMS에서 점화시기를 변경하는 방법으로 노킹이 아닌 경우와 노킹이 발생하는 경우의 Logging Output의 출력을 비교해보면 점화시기를 변경하기 위한 스위치 입력 후 약100~350ms 정도의 EMS의 내부적인 지 연발 생후 점화시기가 변경되며 노킹의 발생에 따른 Logging Output의 출력신호를 확인할 수 있었다.
실험에서 주파수 특성은 EMS자체에 대한 외부 노이즈 영향이 심하여 EMS 및 오실로스코프 장비에 대한 별도의 접지를 통하여 노이즈를 필터링하는 것이 중요하였다. 또한 별도의 스위치 입력을 사용하여 MOTEC EMS에서 점화시기를 변경하는 방법으로 노킹이 아닌 경우와 노킹이 발생하는 경우의 Logging Output의 출력을 비교해보면 점화시기를 변경하기 위한 스위치 입력 후 약100~350ms 정도의 EMS의 내부적인 지 연발 생후 점화시기가 변경되며 노킹의 발생에 따른 Logging Output의 출력신호를 확인할 수 있었다.
결과를 나타낸다. 운전조건은 시험조건(1)로서 엔진 회전속도 750 RPM이며, 점화시기 BTDC 8', 변속기어는 중립상태의 무부하 운전조건으로 실행하였다 여기서의 3회 반복 측정한 결과는 0~130Hz 정도의 낮은 주파수 성분만이 확인되었다 무부하 750 RFM의 노킹이 없는 상태에서의 노킹센서 신호와 Head-Set Output 그리고, Logging Output의 전압상태의 출력 특성은 특별한 출력이 없는 양호한 상태를 나타내었다.
첫째, 가솔린 엔진인 매그너스 2.0 엔진의 노킹에 대한 주파수 영역이 약 2.5kHz 에서 비교적 뚜렷한 특성 영역임을 확인하였다.

후속연구

압축 압력비 증가가 가솔린 엔진의 노킹을 노킹센서 장비로 테스트하고 이에 따른 최적 점화 시기와 연료 분사 시기 등을 엔진 ECU를 통해 직접 제어하여 엔진에 적합한 최적의 ECU를 시험하는데 있다. 이는 엔진 성능에 미치는 이론 및 실험적 결과 값의 비교 확인이 더욱 쉬워질 것으로 기대된다.
이렇게 날로 발전해가는 자동차 기술로 인하여 자동차정비업체에서 어려움을 겪고 있는 분야가 전자제어 분야인데 기존의 이론적 지식이 아닌 실제 정비업에서 필요로 하는 최신 엔진 출력 향상 및 제어 기술 습득이 절실하며, 터보차저 장착 등 엔진 출력용 부품의 장착 증가에 따라 엔진의 성능 DATA를 보다 손쉽게 실제 확인할 수 있을 것으로 기대된다. 압축 압력비 증가가 가솔린 엔진의 노킹을 노킹센서 장비로 테스트하고 이에 따른 최적 점화 시기와 연료 분사 시기 등을 엔진 ECU를 통해 직접 제어하여 엔진에 적합한 최적의 ECU를 시험하는데 있다.
성!째, 안전과 관련하여 ECU 제어를 통해 노킹이 발생하는 것을 미연에 방지해 노킹에 의해 발생할 수 있는 엔진 과열, 피스톤 소손, 엔진에서 발생하는 노킹 소음 등을 예방하여 운전자가 보다 안전하고 쾌적한 운전을 할 수 있을 것으로 본다

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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