KR0137469B1 - 내연기관의 드로틀 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라 제공되는 드로틀 제어장치는, 가속기 누름을 검출하기 위한 가속기 개방도 검출기와, 엔진회전속도 검출기와, 드로틀 밸브를 작동시키기 위한 드로틀 운전수단과, 상기 드로틀 운전수단을 구동하기 위한 구동신호를 출력하는 제어기를 포함하고; 상기 제어기는 상기 가속기 개방도 검출기로부터의 가속기 누름량, 가속기 누름속도, 엔진 회전속도 검출기로부터의 엔진회전속도에 의거하여 드로틀 개방도를 결정하고, 상기 드로틀 운전수단에 상기 결정된 드로틀 개방도를 위한 구동신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 드로틀 제어장치이다.

Description

내연기관의 드로틀 제어장치

제1도는 본 발명에 의한 내연기관의 드로틀 제어장치의 한 실시예를 나타낸 구성 블록도.

제2a도는 제1도에 나타낸 제어기의 드로틀 구동신호의 연산 프로세스의 기능 블록도.

제2b도는 드로틀 개방도 패턴의 일례를 나타낸 도.

제3a도 및 제3b도는 제1도의 제어기의 드로틀 구동 제어 알고리즘 예의 문제 분석도.

제4도는 제1도의 가속기 조작속도가 다른 경우의 동작예의 챠트도.

제5도는 본 발명에 의한 내연기관의 드로틀 제어장치의 다른 실시예를 나타낸 구성 블록도.

제6a도 및 제6b도는 제5도의 제어기의 공급연료량 산출 알고리즘예의 문제 분석도.

제7도는 본 발명에 의한 내연기관의 드로틀 제어장치의 또 다른 실시예를 나타낸 구성 블록도.

제8a도 및 제8b도는 제7도의 제어기의 점화시기 연산 알고리즘의 문제 분석도.

제9도는 제7도의 각종 제어의 경우의 실험데이터의 예들을 나타낸 챠트도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 엔진 12 : 드로틀

13 : 제어기 14 : 드로틀 운전수단

15 : 가속기 개방도 검출기 16 : 엔진회전속도 검출기

51 : 공급연료 조절수단 71 : 점화시기 조절수단

본 발명은 차량용 등의 내연기관의 드로틀 제어장치에 관한 것으로, 특히 가속기 스테핑 양, 가속기 스테핑 속도 및 엔진 속도에 따라 결정된 드로틀 개방도 패턴에 기초하여 드로틀 개방도를 제어하는 내연기관의 드로틀 제어장치에 관한 것이다.

종래의 차량 등에 사용되는 내연기관의 드로틀 밸브 제어장치의 예가 유럽특허공보 제0239095에 개시되어 있으며, 상기 제어장치에 있어서는 가속기 조작량 및 변속위치 신호로부터 산출한 공급연료량과, 엔진 회전수 등의 운전 변수 신호 및 공연비에 기초하여 드로틀 개방도 및 점화시기가 결정되었다.

종래의 드로틀 제어장치의 다른 예는 일본국 특허 공개 제61-200345호 공보에 기재되어 있는데, 이 제어장치의 드로틀 제어 수단의 제어 게인은 엔진동작상태 검출 수단에 의해 검출된 흡입압 등의 엔진 동작상태에 따라 변한다.

상기 종래의 드로틀 밸브 제어장치는 가속기 조작량에 대응하는 드로틀 개방도 값을 우선 검출하여 그 산출치에 의거하여 드로틀을 정적으로 제어하도록 구성되어 있기는 하지만, 가속기의 급격한 조작에 의하여 발생하는 엔진상태량의 급변화에 대해 적절한 조치를 취하도록 운전자의 의향을 정확하고 신속하게 엔진 조작에 반영시키는 방법에 대하여 배려가 되어 있지 않다. 또, 상기 종래의 기술에는 엔진구조 및 동력 전달기구 등에 의한 전달지연 예를 들면 공급공기량 또는 연료량의 변동이 실린더에 도달할 때까지의 시간, 또는 기구의 복잡도에 기인하는 가동의 상승 지연시간 등을 선행제어 및 동기 제어하는 것에 관해서도 충분한 배려가 되어 있지 않다. 다시 말해서, 종래의 기술은 가속기 조작이 돌변했을 때에 발생하는 드롭, 지체와 길이방향의 차체진동을 억제할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 운전자의 불쾌감을 초래하는 길이방향의 차체진동을 제거할 수 있는 내연기관의 드로틀 제어장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 차체가 가속기 조작의 돌변에 매끄럽고 빠르게 대응할 수 있도록 하고, 운전자에게 불쾌감을 초래하는 길이방향의 차체진동을 해소할 수 있는 내연기관의 드로틀 제어장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적은, 가속기 누름(depression)량을 검출하는 가속기 개방도 검출기와, 엔진회전속도 검출기와, 드로틀 밸브를 작동시키는 운전수단과, 그 운전수단을 구동하는 구동신호를 출력하는 제어기를 구비한 상기 드로틀 제어장치에 있어서, 상기 제어기는 가속기 누름량, 가속기 누름속도 및 엔진회전속도인 가속기 개방도에 기초하여 결정된 드로틀 개방도 패턴을 완성하는 드로틀 구동 신호를 발생시키고, 상기 드로틀 구동신호를 드로틀 운전수단으로 출력하여 드로틀 밸브를 작동시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 드로틀 제어장치에 의해 달성될 수 있다.

드로틀 개방도 패턴의 예는 드로틀 밸브가 자동차의 가속을 위해 초기 설정된 속도보다 더 큰 속도로 가속 조작한 후에 가속기 누름량에 따라 결정된 드로틀 개방도보다 더 큰 드로틀 개방도로 짧은 시간 동안에 개방되도록 하고, 이에 의해 자동차의 가속에 의한 길이방향 진동을 제거하게 된다.

드로틀 개방도 패턴의 다른 예는 가속기 누름량과 가속기 누름속도 그리고 엔진 회전속도에 따라 결정되고 바른 가속기 조작에 따라 드로틀 밸브를 개방되게 하는 제1목표개방도와, 가속기 누름량과 가속기 누름속도 그리고 엔진회전속도에 따라 결정되고 빠른 가속기 누름의 개시로부터 임의의 시간 경과 후 드로틀 밸브를 개방하게 하는 제2목표개방도를 포함한다.

또한 상기 드로틀 제어장치는, 앞에서 설명한 제어기에 의해 결정된 드로틀 개방도 패턴을 기초로 하여 엔진에 공급된 공기량을 추정함으로써, 바람직한 공연비를 제공하는 공급연료량 및 그 공연비에 대하여 바람직한 엔진 출력 효율을 제공하는 점화시기를 각각 드로틀 밸브의 개방/폐쇄와 연동하여 조절할 수 있는 공급 연료량 조절수단 및 점화시기 조절수단이 제공된 구성을 포함한다.

본 발명에 따른 상기 내연기관의 드로틀 제어장치는, 가속기의 조작에 따라 드로틀 밸브가 직접 조작되는 모드와는 다른 모드로 드로틀 밸브가 조작되도록 되어 있다.

운전자의 의지는 정정후의 희망차속을 나타내는 가속기 누름량과 차속 변화의 속도, 즉 빠른 반응성을 나타내는 가속기 누름속도에 반영된다. 특히 빠른 반응성이 부족한 경우에는, 이 부족이 운전자에게 강한 불만을 부여함에도 불구하고, 공기가 실린더에 도달할 때까지의 흡기 시스템이 2차 지연 시스템이 되므로 필연적으로 전달 지연이 발생하고, 이에 의하여 실린더에 공급된 공연 혼합물이 램프(ramp)상으로밖에 변화하지 않아 엔진 반응의 순발성이 결여된다. 따라서, 운전자가 요구하는 빠른 반응성을 얻기 위해서는 공연 혼합물 공급량의 변화가 가능한 한 빠르게 실린더에 전달되도록 최단시간 제어를 실시할 필요가 있고, 이때 검출된 가속기 조작속도로부터 드로틀 개방도 패턴을 변경하는 연산 과정을 실시하여 그 가속기 조작속도에 따라 공연혼합물을 가속하여 실린더에 전달함으로써 상기 최단 시간 제어를 실현하고 있고, 이에 의하여 차체에 전후방향의 가속이 발생하지 않고 빠른 반응성이 풍부한 차체를 제공할 수 있다.

이하에 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제1도는 드로틀 제어에 의한 엔진 제어의 구성 블록선도로서, 본 발명에 의한 내연기관의 드로틀 제어장치의 일실시예를 나타낸다.

제1도에서, 내연기관(11)은 공기를 엔진(11)으로 도입하기 위한 흡기통로를 구비한다. 흡기통로에는 드로틀 밸브(12)가 공기량을 조절하도록 장착된다. 예를 들어 드로틀 밸브를 구동하기 위한 스텝핑 모터나 DC 모터와, 모터를 구동하기 위한 구동기를 포함하는 드로틀 운전수단(14)을 통하여 드로틀 밸브(12)를 제어하는 제어기(13) 즉 에어유닛이 제공된다. 제어기(13)는 가속기 개방도 검출기(15)로부터의 가속기개방도 신호(θ_ac)와 회전속도 검출기(16)로부터의 r.p.m.신호(N)를 받는다. DC모터가 드로틀 운전수단(14)에 채용될 때 드로틀 개방도 검출기(141)는 드로틀 밸브(12)의 개방도를 검출하도록 제공되고, 제어기는 드로틀 개방도 검출기로부터의 드로틀 개방도 신호를 이용하여 드로틀 밸브를 제어함으로써 실제 드로틀 개방도가 목표 드로틀 개방도가 되도록 한다. 스텝핑 모터가 드로틀 운전수단(14)에 사용된다면 드로틀 개방도 검출기(141)는 생략된다. 엔진(11)은 연료량, 공급 공기량, 점화시기 등의 조작변수를 기초로 하여 조작된다. 드로틀 밸브(12)는 흡기시스템에 배치되고 이에 의해 공급 공기량이 조절될 수 있다. 이 드로틀 밸브(12)는 제어기(13)로부터의 드로틀 구동신호(S_th에 의해 제어되는 드로틀 운전수단(14)에 의해 구동된다. 가속기 개방도(θ_ac), 즉 엔진회전속도 검출기(16)로부터 엔진의 r.p.m.(N)과 가속기 개방도 검출기(15)로부터 구해진 가속기 누름량 또는 스텝핑량(도)은 제어기(13)에 제공된다. 제어기(13)는 엔진의 r.p.m.(N)과 가속기 개방도(θ_ac)를 기초로 하여 드로틀 구동신호(S_th)를 발생시킨다. 이 경우에, 제어기(13)는 드로틀 개방도(θ_th)의 패턴을 결정하여 드로틀 밸브의 개방도가 가속기 조작으로부터 인식되는 운전자의 필요조건을 만족시키기 위하여 가속기 누름속도에 의해서 뿐만 아니라 가속기 누름량에 의해서 증가 또는 감소될 수 있고, 상기 제어기는 이 개방도 패턴을 달성하기 위하여 드로틀 구동신호(Sth)를 계산하여 이것을 드로틀 운전수단(14)에 지시한다. 드로틀 밸브(12)는 제어기(13)에 의해 결정되는 드로틀 개방도(θ_th)의 패턴에 따라 개방 및 폐쇄된다. 따라서 차체는 길이방향의 진동가속, 즉 전후방향 가속이 발생시키지 않으며, 가속기 조작에 재빨리 반응한다.

제2a도는 제1도에 도시된 제어기(13)에 있어서의 드로틀 구동신호(S_th)의 연산 과정의 한 실시예를 나타낸 기능 블록도이고, 제2b도는 드로틀 개방도(θ_th) 패턴의 한 실시예(설계예)를 나타낸 패턴도이다. 제2a도 및 제2b도에서, 드로틀 구동신호(S_th)는 즉 함수(fs)의 연산부(25)에 의해 목표 개방도(α, β, γ)와 시간(τ)의 네 변수로부터 산출된다. 여기서, 제1목표개방도(α)는 빠른 반응성을 향상시키는 것을 목적으로 하는 가속(공기) 흡기를 위한 목표개방도이고, 제2a도의 가속기 개방도(θ_ac)와, 상기 가속기 개방도(θ_ac)를 시간에 관해 미분기(22)로 미분함으로써 얻어진 가속기 개방 속도 또는 가속기 누름속도(θ_ac)와, 엔진의 회전수(r.p.m.)(N)로부터 다음 식의 함수(fα)의 연산부(23)에 의하여 연산된다.

…(Ⅰ)

여기서 k₁, k₂, m₁, m₂, A는 상수이고, (스캔작업)는 가우스 기호[(스캔작업)=0(0≤x〈1), n{x=n+d(n: 정수, 0≤d〈1)}]이다.

제1목표 개방도(α)의 예는 다음과 같이 주어진다.

…(Ⅰ')

여기서, N=r.p.m., θ_ac=도, θ_ac=도/초, 이 경우에 A는 25도/초로 하고, 이것은 가속기가 25도/초 이상의 개방속도로 눌릴 때 빠른 반응을 하도록 드로틀 밸브(12)가 조작되게 하고, 가속기가 25도/초 이하의 개상속도로 조작될 때 가속기의 누름속도에 따라 드로틀 밸브(12)가 조작된다는 것을 의미한다. 왜냐하면 이 경우에 드로틀 밸브 개방도와 가속기 개방도 간의 관계는 드로틀 개방이 2θ_ac로, 즉 가속기가 45°로 눌릴 때 드로틀 밸브가 90°로 개방되도록 설정되기 때문이다. 식 (1)에서 k₁으로써 표현되는 관계는 k₁=2로 고정된 것이 아니라, 원하는 어떤 다른 값이 취해질 수도 있다.

제2목표개방도(β)는 전후가속도의 진동을 감소시키는 것을 목적으로 하는 비동기 흡기시의 목표개방도이고, 다음 식에 따라 함수(fβ)의 연산부(24)에 의하여 회전수(N)와 또 상기 가속기 개방도(θ_ac) 및 (θ_ac)로부터 연산된다.

β=f_β(θ_ac, θ_ac, N)

… (2)

여기서, k₃, m₃, B는 상수이다.

제2목표개방도(β)의 예는 다음과 같이 제공된다.

…(2')

이 경우에 드로틀 제어장치는 드로틀 밸브가 가속개방률이 5도/초 이하일 때 β=2θ_ac, 가속개방률이 5도/초 이상일 때 가속기 개방도에 따라 취해진 것보다 더 큰 개방을 하도록 한다. 즉 상기 예에서 자동차는 가속기가 이 실시예에 따라 드로틀 밸브를 제어함이 없이 5도/초 이상의 율로 조작될 때 전후방 가속을 야기하게 된다.

B의 다른 값은 엔진과 자동차의 종류 및 크기 등에 따라 5가 될 수도 있다.

제3목표개방도(γ)는 정정시의 차속을 결정하는 것을 목표로 하는 목표개방도이고, 다음 식의 함수(fγ)의 연산부(25)에 의하여 가속기 개방도(θ_ac)로부터 연산된다.

γ=f_γ(θ_ac)=k1·θ_ac…(3)

제3목표개방(γ)의 예는 2·θ_ac(도)이다.

제4목표치(τ)는 가속기 조작과 함께 비동기적으로 야기되는 흡기인 비동기흡기가 시작되는 시간이고, 이것은 가속공기 흡기의 시작과 동시에 측정된다. 우선 전후방 가속이 요동할 때 서어징 주기 변화율 또는 변화비(ζ)가 다음 식의 함수 f_ζ의 연산부(26)에 의해 회전수(r.p.m.)로부터 계산되고, 그 다음에 다음 식의 함수 f_τ의 연산부(27)에 의해 서어징 주기 변화율(ζ)과 가속기 개방(θ_ac)으로부터 시간(τ)이 계산된다.

ζ=f_ζ(N)

=k₄·N^m ₄…(4)

τ=f_τ(θ_ac, ζ)

=k₅·ζ·(θ_ac)^m ₅…(5)

여기서 k₄, k₅, m₄, m₅는 상수이다.

식 (4)와 (5)의 구체적인 예는 다음과 같이 주어진다.

ζ=16.3·N^-0.42…(4')

…(5')

시간(τ)은 가속기가 자동차를 가속시키기 위해 눌려지는 시간으로부터의 시간주기이다. 시간(τ)의 경과후 흡기는 제2목표개방도(β)에 도달하도록 드로틀 밸브에 의해 실행되고, 이에 의해 전후방가속에서의 서어징은 자동차가 충분히 가속된다고 할지라도 감소된다.

이런 방식으로 이 실시예에 따라 드로틀 개방도 패턴은 단순한 변수들로 설계될 수 있다.

제3a도 및 제3b도는 제1도에 도시된 제어기(13)에서 드로틀 구동(제어) 알고리즘의 실시예를 나타내는 문제분석 다이어그램(PDA)이다. 제3a도는 가속기 조작의 변화를 조절하기에 충분한 주기라고 생각되는 예를 들면 매 20msec 마다 실행되는 테스크를 도시하고, 제3b도는 드로틀 밸브(12)의 구동시 한 스텝단위에서 실행되는 테스크를 도시한다.

먼저 제3a도에 도시된 테스크에서 엔진의 회전수(N)가 검출되고(처리 301), 가속기 개방도(θ_ac)가 검출된다(처리 302). 다음에 가속기 조작의 빠른 변화가 판정되고(처리 303), 빠른 변화가 발생했을 경우에 가속기 조작의 빠른 변화 후에 경과시간(t)을 0으로 셋트하고(처리 304), 서어징 주기 변화비(ζ)는 예를 들어 길이방향 가속이 요동할 때 식(4') ζ=f_ζ(N)에 의하여 연산된다(처리 305). 비동기 흡기가 시작되는 시간(τ)은 식(5') 즉 τ=f_τ에 따라 연산되고(처리 306), 가속흡기의 실행시 목표개방도(α)가 식 (1') 즉 α=f_α(θ_ac, θ_ac, N)에 따라 연산되며(처리 307), 비동기 흡기의 실행시 목표개방도(β)는 식 (2)의 β=f_β(θ_ac, θ_ac, N)에 따라 연산된다(처리 308). 다음에 γ는 상기 목표개방도로 대체된다(처리 309). 처리(303)에서 가속기 조작에서 돌연한 변화가 없다면 제2a도 및 2b도의 목표개방도(γ)는 식 (3)의 γ=f_γ(θ_ac)로 연산되고(처리 310), 다음 부등식의 판정이 수행된다.

τt(1+k)τ …(6)

여기서 k는 비동기 흡기의 지속시간을 결정하기 위한 상수로서 예를 들면 0.3이다.

여기서 가속기 조작의 빠른 변화후 경과시간(t)이 직접 어떤 의미를 갖는 상태 하에서 경과시간(t)이 부등식(6)을 만족한다면, β값이 목표개방도로 넣어지고(처리 312), 부등식(6)이 만족되지 않으면 드로틀 개방도가 개방도(γ)로 넣어진다(처리 313). DC모터가 드로틀 운전수단(14)에서 사용된다면 실제 드로틀 개방도(실제 개방도)와 셋트된 목표개방도 간의 차를 연산하고(처리 314), 드로틀 밸브(12)를 회전시키기 위한 스텝모터의 회전방향을 결정하며, 회전방향 플랙이 셋트된다(처리 315). 상기 처리(314)의 차에 따라 모터를 스텝방향으로 구동하는 주기(T)를 결정되고(처리 316), 유사하게 회전스텝수(n)를 결정한다(처리 317). 마지막으로 빠른 변화 경과시간(t)이 카운트되고 테스크가 완료된다(처리 318).

다음 제3b도에 도시된 테스크에 있어서, 이 테스크는 모터가 회전될 때 상기 매 스텝주기(T)마다 실행된다. 회전방향 플랙의 정회전 또는 역회전이 판정되고(처리 319), 회전방향이 정이면 모터는 정방향에서 한 스텝만큼 회전된다(처리 320). 역이면 모터는 한 스텝만큼 역으로 회전되고(처리 321), 회전의 스텝수가 더해진다(처리 322). 이 값이 회전스텝 수(n)보다 큰지 크지 않은지를 판정하고(처리 323), 스텝 수(n) 이상이면 모터회전은 종료된다(처리 324). 이런 방식으로 이 실시예는 가속기 조작속도에 따라 드로틀 개방도(θ_gh)를 조작하기 위한 드로틀 구동제어를 쉽게 실행할 수 있다.

제4도는 가속기가 다양한 속도로 조작되는 경우의 드로틀 구동패턴의 모드와 전후방향 가속도의 변화의 예를 나타내는 흐름도이다. 제4도는 가속기 개방도(θ_ac)가 초기값으로부터 최종치에 도달할 때까지의 시간 즉 회전 속도가 800r.p.m.에서 1000r.p.m.으로 상승할 때까지의 시간이 빠른 가속, 중간 가속, 느린 가속의 경우 예를 들어 가속기 조작속도가 각각 100msec, 500msec, 5sec인 경우를 나타낸다.

느린 가속의 경우에 드로틀 개방(θ_th)은 가속기 개방도(θ_ac)일 때 이미 설명된 경우, 즉 θ_th이 2θ_ac인 것과 같은 방식으로 사실상 증가하고, 작은 크기의 가속은 자동차의 전후방 가속으로서 연속적으로 발생한다.

이와 대조적으로, 빠른 가속의 경우에서는 드로틀 개방도(θ_th)가 가속기 조작의 개시와 동시에 가속흡기 목표개방도(α)로 빠르게 개방되고, 가속기 조작이 일정하게 되었음을 인식함으로써 셋트된 목표개방도(γ)까지 폐쇄된다. 개방 및 폐쇄조작은 예를 들면 드로틀 운전수단에 채용된 모터의 최대속도에서 실행된다. 이것은 비동기 흡기개시시간(τ)이 경과한 시점에서 비동기 흡기 목표개방도(β)까지 개방되고, 식 (6)의 시간(kτ)만큼 개방된 채로 있다가, 다시 셋트된 목표개방도(τ)까지 폐쇄된다.

이런 방식으로, 드로틀 개방도(θ_th)의 변화에 따라 길이방향 가속도는 극히 빠르게 상승하고, 높은 피이크치에 도달하며, 자동차에 길이 방향의 진동을 일으킴이 없이 원활하게 떨어진다. 따라서 짧은 시간내에 가속조작을 종료할 수 있는 효과가 있다.

중간 가속의 경우에 드로틀 개방도(θ_th)에 관하여 가속 흡기 목표개방도(α)는 가속기 조작이 급격하지 않기 때문에 셋트된 목표개방도(γ)와 유사하고, 회전속도(N)가 또한 빠르게 상승하지 않기 때문에 비동기 흡기개시 시간(τ)은 빠른 가속의 경우에 비하여 더 길어지며, 비동기 흡기 목표개방도(β)는 작은 개방도로 비교적 길게 유지된다. 드로틀 개방도(θ_th)가 이러한 방식으로 변하기 때문에, 길이방향의 가속은 원활하게 상승하고, 피이크가 전개되지 않기 때문에 가속의 낙하도 또한 원활하게 이루어진다. 따라서 느린 가속의 경우와 비교하면, 느린 가속의 경우에 비하여 단시간의 가속조작이면서 부드러운 가속감을 주는 효과를 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 이 실시예는 드로틀 구동패턴의 제어에 의하여 가속기 조작에 따라 빠른 가속 또는 부드러운 가속을 달성할 수 있다. 그러나 통상의 제어계는 점화시기의 실효치(T_adv) 또는 공급연료량(T_inj)이 공기유량(Q)의 측정결과에 의거하여 연산되는 구조로 되어 있기 때문에, 공기유량(Q)의 변화가 급격한 경우에는 추종지연이 일어나게 되고, 길이 방향진동과 가속의 느린 반응 또는 드롭은 직접 일어날 수 있다. 이들 문제점을 해결하기 위하여 점화시기(T_adv)와 엔진(11)에 공급되는 연료량(T_inj)의 동시제어는 다음 방식으로 실행되는 것이 바람직하다.

제5도는 본 발명에 따른 내연기관의 드로틀 제어장치의 다른 실시예에서의 공급연료량의 동시제어의 구조적인 블록선도이다. 제5도에서, 인용번호 51은 연료공급조절수단을 나타낸다. 이 도면은 제1도의 구조에 제어기(13)의 지시에 따라 엔진(11)에 공급되는 연료량(T_inj)을 적절하게 조절할 수 있는 연료공급조절수단(51)을 추가한 구조예를 나타낸다. 이 구조에서, 제어기(13)는 회전속도(N)와 가속기 개방(θ_ac)을 기초로 하여 가속기 조작으로부터 추정되는 운전자의 요구조건을 만족시키도록 드로틀 개방(θ_th)뿐만 아니라 공급연료량(T_inj)을 결정하고, 각각 드로틀 밸브(12)의 드로틀 운전수단(14)에 드로틀 구동신호(S_th)와 연료공급 조절수단(51)에 공급연료량(T_inj)을 지시한다. 그러므로 이 실시예에 의하면 가속기 조작의 돌연한 변화에 따른 과도상태하에서도 공연비를 바람직한 값으로 확실하게 유지할 수 있고, 차체진동이 없으며 빠르게 반응하고 부드러운 차체거동을 극히 높은 연료효율하에서 이룰 수 있다.

제6a도 및 6b도 각각은 제5도에 도시된 제어기(13)에 있어서의 공급연료량 동시제어의 공급연료량 연산의 알고리즘의 실시예를 나타낸 문제분석 다이어그램이다. 제6a도는 제3a도에 도시된 바와 같이 예를 들면 매 20msec마다 실행되는 목표개방 연산 루틴의 테스크(처리 601)에, 원하는 공연비를 달성하도록 드로틀 개방(θ_th)의 제어에 의해 조절되어야 하는 연료조절량(T_f)을 기본 공급연료량(T_inj)에 의하여 회전속도(N)와 가속조작의 빠른 변화로부터의 경과시간(t)과 목표개방(α), (β), (γ)에 따라 다음 함수(f_f)에 의하여 연산하기 위한 처리를 부가하는 테스크(처리 602)를 도시한다.

T_f= f_f(α, β, γ, t, N)

…(7)

k_x: α, β 또는 γ

k₆, k₇, m₆은 각각 0.8, 65, 0.1이다.

제6b도는 회전동기에서 각 실린더단위 또는 각 실린더 그룹 단위로 연산되는 기존의 기본 공급연료량(T'_inj)(처리 603)에, 상기 언급된 조정연료량(T_f)을 부가함으로써 공급연료량의 실효치(T_inj)를 다음식에 의하여 연산(처리 604)하는 테스크를 도시한다.

(T_inj)=(T'_inj)+T_f…(8)

T'_inj는 등식 공급연료량/1실린더=120 G/SN으로부터 구해질 수 있고, 여기서 G는 흡기율(g/s), s는 실린더 개수를 나타낸다.

상기한 바와 같이, 이 실시예는 드로틀 개방 제어와 동시에 실행될 공급연료량(T_inj) 제어의 실행 알고리즘이 기존의 엔진제어 로직에 또는 드로틀 목표개방도의 연산테스크에 부가되는 형태로 간단히 실현될 수 있다는 효과를 제공한다.

제7도는 본 발명의 또 다른 실시예에 있는 내연기관의 드로틀 제어장치의 점화시기와 공급연료량의 동시 제어의 구조적인 블록선도이다. 제7도에서 인용번호 71은 점화시기 조절수단을 나타낸다. 상기 도면은 제어기(13)의 지시에 의하여 엔진(11)에서 점화시기(T_adv)를 적절하게 조절할 수 있는 점화시기 조절수단(71)과 제5도에 있는 연료공급 조절수단(51)이 제1도에 도시된 드로틀 제어장치에 부가된 것이다. 이 구조에서 제어기(13)는 회전수(N)와 가속기 개방(θ_ac)를 결정하고, 점화시기 조절수단(71)과 연료공급 조절수단(51) 그리고 드로틀 밸브(12)의 드로틀 운전수단(14)에 지시를 한다. 따라서 이 실시예에 의하면 가속기 조작의 돌변으로 인한 과도상태하에서도 바람직한 값으로 공연비를 유지할 수 있고, 이 공연비에 최적인 점화시기가 세트될 수 있다. 그러므로 이 실시예는 차체진동이 없으며 반응이 빠르고 부드러운 차체거동이 극히 높은 연료효율 하에서 달성될 수 있다는 효과를 제공한다.

제8a도 및 제8b도는 제7도에 도시된 제어기(13)에 있어서의 점화시기 동시제어의 점화시기 연산 알고리즘의 실시예를 도시한 문제 분석 다이어그램이다. 제8a도는 제6a도의 조절연료량 연산루틴과 목표개방의 테스크(처리 801)에, 드로틀 개방제어에 의해 변하는 추정된 공기유량 변화용적(∧Q_t)을 다음식의 함수(f_q)에 의하여 예측하는 연산을 부가하는 테스크(처리 802)를 도시한다.

∧Q_t= f_q(α, β, γ, t, N)

…(9)

여기서 k₈, k₉, m₇은 상수로서 예를 들면 각각 2, 65, 0.1이다.

제8b도는 예를 들면 회전동기로 기동되는 기존의 점화시기(T_adv) 산출루틴 내부에(처리 803), 다음식에 의해 공기유량의 측정치(Q_m)에 상기 추정된 공기유량 변화성분(∧Q_t)을 더하여 공기유량의 추정치(Q)를 산출하는 연산을 추가한 테스크(처리 804)를 도시한다.

Q = Q_m+ △Q_t

이 공기유량의 추정치(Q)를 사용하여 다음 식의 함수(f)에 의해 표 색인 등의 수법으로 점화시기의 실효치(T_adv)가 결정된다(처리 803).

T_adv= f(Q, T_inj, N) …(10)

상기한 바와 같이 이 실시예는 드로틀 개방도 제어와 동시에 실행되는 공급연료량 및 점화시기의 제어의 실행 알고리즘을 드로틀 목표개방도 제어의 연산 테스크 또는 기존의 엔진제어 로직에 부가하는 형태로 쉽게 달성될 수 있다.

제9도는 제7도에 도시된 드로틀 개방도 제어와 공급연료량 및 점화시기 제어가 동시에 실행되는 경우의 실험데이터 예를 나타낸 챠트도이다. 제9도는 가속기 개방도의 돌변에 따라 드로틀 개방도가 제어되는 상태, 이에 의거한 공기유량 및 공연비의 변화, 차체의 길이 방향에서의 가속도를 각각 세 경우(Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ)에 대하여 도시하고 있다. 우선 본 발명에 의한 아무런 제어도 실시하지 않는 경우(Ⅰ)에서는 공연비의 변동이 너무 커서 길이방향 가속과 길이방향 잔동의 주목할만한 드롭이 일어난다. 이와 대조적으로 본 발명에 따라 공급연료량과 점화시기를 동시 제어한 후 드로틀 개방의 비동기 흡기만 제어한 경우(Ⅱ)에는 공기유량에 비동기 흡기에 의한 분명한 증가량이 보이나, 공연비에서 큰 변동이 없고, 이것은 통상의 공연비 14.7에서부터 가속시에서의 목표공연비 예를 들면 12로 원활하게 이동한다. 또한 점화시기 제어의 효과에 의해 길이방향 가속과 길이방향 진동의 드롭이 제거될 수 있다는 효과를 분명히 관찰할 수 있다. 더욱이 본 발명의 점화시기와 공급연료량을 동시 제어한 후 드로틀 개방의 가속흡기 및 비동기 흡기제어를 병행하여 실행한 경우(Ⅲ)에는 비동기 흡기에 의한 공기량에서 급격한 증가와 공기유량의 급격한 상승의 특징을 관찰할 수 있다. 어떤 변동이 이들 컨 변화와 회전속도에서 빠른 증가에 의한 공연비에서 일어난다고 할지라도 길이방향의 가속과 길이방향의 진동은 관찰되지 않고, 명확한 고속 반응과 높은 피이크치를 확인할 수 있다. 따라서 이 실시예에 따라 빠른 반응을 갖는 높은 조작성은 점화시기와 공급연료량의 동시 제어를 바람직하게 수반하면서 드로틀 개방제어에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따라서 가속기 조작속도에 따른 점화시기와 공급연료량 그리고 공기유량을 적절히 제어하는 것이 가능하다. 그러므로 종래 발생되었던 길이방향 진동과 가속시의 드롭 및 느린 반응을 해결함과 동시에 높은 반응성을 갖는 차체거동을 실행할 수 있다. 더욱이 엔진제어의 변수가 가속기 조작속도에 따라 적절히 조절될 수 있기 때문에 운전자는 가속기조작을 통하여 엔진조작에 더 적극적으로 자기의 요구조건을 반영할 수 있다.

Claims (7)

1. 가속기 누름을 검출하기 위한 가속기 개방도 검출기와, 엔진회전속도 검출기와, 드로틀 밸브를 작동시키기 위한 드로틀 운전수단과, 상기 드로틀 운전수단을 구동하기 위한 구동신호를 출력하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는 상기 가속기 개방도 검출기로부터의 가속기 누름량, 가속기 누름속도, 엔진 회전속도 검출기로부터의 엔진회전속도에 의거하여 드로틀 개방도를 결정하고, 상기 드로틀 운전수단에 상기 결정된 드로틀 개방도를 위한 구동신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 드로틀 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어기에 의해 출력된 상기 구동신호는, 가속기 누름의 급속한 변화시 상기 드로틀 운전수단으로 하여금 가속기 누름량에 따라 결정된 드로틀 개방도보다 더 큰 드로틀 개방도까지 상기 드로틀 밸브를 빠르게 조작하도록 작동시킴으로써 바람직한 길이방향 가속을 얻고, 상기 원하는 길이방향 가속을 위한 드로틀 조작이 완료되고 가속기 누름에서 급속한 변화가 개시된 시점으로부터 일정시간이 경과한 후에는, 가속누름량에 따라 결정된 드로틀 개방도보다 약간 더 큰 개방도로 상기 드로틀 밸브를 개방함으로써, 원하는 가속에 기인한 길이방향 진동이 제거되는 것을 특징으로 하는 드로틀 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어기에 의해 결정된 드로틀 개방도에 의거하여 엔진에 공급되는 공기량을 추정하고, 이 추정치에 의거하여 바람직한 공연비를 제공하는 공급연료량을 상기 드로틀 밸브의 개방/폐쇄와 함께 연동하여 증가 또는 감소시키는 공급연료량 조절수단을 포함한 것을 특징으로 하는 드로틀 제어장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어기에 의해 결정되는 드로틀 개방도와 상기 엔진에 공급되는 공기량의 추정치에 의거하여 연산된, 상기 공연비에 대해 바람직한 엔진 출력효율을 제공하는 점화시기를 상기 드로틀 밸브의 개방/폐쇄와 연동하여 조절하기 위한 점화시기 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 드로틀 제어장치.
5. 가속기와 엔진의 흡기통로에 장착되는 드로틀 밸브를 구비하는 차량용 내연기관의 드로틀 제어장치로서, 가속기 누름을 검출하기 위한 가속기 개방도 검출기와, 엔진회전속도 검출기와, 상기 드로틀 밸브를 작동시키기 위한 드로틀 운전수단과, 상기 운전수단을 구동하기 위한 구동신호를 발생시켜 출력함으로써 상기 드로틀 밸브 개방도를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는, 자동차를 가속시키는 데에 필요하고 이에 의해 길이방향의 진동을 일으킬 수도 있는 소정의 속도보다 더 급속한 속도에서의 가속기 조작후 가속기 누름량에 따라 결정된 드로틀 개방보다 더 큰 드로틀 개방도로 일정시간동안 드로틀 밸브를 개방하기 위한 드로틀 신호를 발생시켜 상기 드로틀 운전수단으로 출력하도록 구성되며, 이에 의해 길이방향 진동을 제거하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어장치.
6. 가속기와 엔진의 흡기통로에 장착되는 드로틀 밸브를 구비하는 차량용 내연기관의 드로틀 제어장치로서, 가속기 누름량을 검출하기 위한 가속기 개방도 검출기와, 엔진회전속도 검출기와, 드로틀 밸브를 작동시키기 위한 드로틀 운전수단과, 상기 운전수단을 구동하기 위한 구동신호를 발생시켜 출력하고, 이에 의해 상기 드로틀 밸브 개방도를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는 가속기 개방도와 가속기 개방속도 그리고 엔진회전속도에 의거하여 결정되는 드로틀 개방도 패턴에 따라 상기 드로틀 밸브를 조작하기 위한 드로틀 구동신호를 발생시켜 상기 드로틀 운전수단으로 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 드로틀 제어장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 드로틀 개방도 패턴은 가속기 누름량과 가속기 누름속도 그리고 엔진회전속도에 따라 결정되고 급속한 가속기 조작에서 드로틀 밸브를 개방시키는 제1목표개방도와, 가속기 누름량과 가속기 누름속도 및 엔진회전속도에 따라 결정되고 급속한 가속기 누름의 개시시점으로부터 소정의 시간경과 후 상기 드로틀 밸브를 개방시키는 제2목표개방도를 포함하고, 상기 소정의 시간은 서어징주기 변화율과 가속기 누름속도에 의거하여 결정되는 것을 특징으로하는 드로틀 제어장치.

Images