KR0154019B1 - 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치 및 그 방법

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Abstract

엔진의 상태 변화에 따라 각각 상이한 제어방식을 적용하여 제어 응답성을 개선시켜 자동차의 상태에 맞게 적당한 공연비를 제어할 수 있도록 하기 위하여; 배기가스에 혼합되어 있는 산소의 농도와 엔진의 회전수 및 스로틀 밸브의 개도 정도를 감지하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 감지부와; 상기 감지부와 연결되어 산소의 농도를 감지하는 감지부의 동작 상태를 판단하여 정상적인 동작을 수행할 수 없는 상태에 있을 경우에 이미 설정된 데이타를 이용하여 연료분사 시간을 설정하고, 산소 감지부의 상태가 정상적인 동작을 할 수 있는 활성영역에 도달할 경우 내연기관의 상태를 판단하고, 내연기관의 상태가 공회전 상태일 경우에 감지된 산소의 농도에 맞는 공연비를 계산하고, 자동차의 상태에 맞게 이미 설정되어 있는 데이타에서 현재의 상태에 해당하는 공연비를 판독하고, 계산된 공연비와 설정된 목표 공연비간의 오차를 계산하여 계산된 오차를 보정하기 위한 이득을 계산하고, 감지된 산소의 농도와 설정된 목표치와 비교하여 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하고, 내연기관의 상태가 부분부하 또는 전부하 상태일 경우에 감지된 산소의 농도에 맞게 공연비를 계산하고, 이미 설정된 데이타에서 자동차의 상태에 해당하는 공연비를 판독하고, 계산된 공연비와 설정된 공연비 간의 오차를 계산하여 계산된 오차를 보정하기 위한 이득을 계산하고, 산소의 농도를 판단하여 산소의 농도가 희박할 경우와 농후할 경우 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 엔진 제어부로 이루어져 있는 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치 및 그 방법에 관한 것.

Description

자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치 및 그 방법
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치의 블럭도이고,
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어방법의 동작 순서도이다.
이 발명은 내연기관의 공연비를 제어하기 위한 내연기관의 공연비 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, 엔진 상태에 따라 공연비 제어방법을 변환하여 엔진의 상태가 부분부하 또는 전부하 상태일 경우와 공회전 상태일 경우에 각각 다른 공연비 제어방법을 이용하여 정확한 공연비를 산출할 수 있도록 하는 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
흡입되는 공기량에 가장 적절한 연료를 공급하기 위하여 계산되는 공연비는 엔진의 출력과 연비 및 배기가스의 정화성에 많은 영향을 끼치게 되므로 자동차의 상태에 따라 가장 적절한 공연비가 산출되어 연료의 분사량을 제어할 수 있어야 한다.
그러므로 엔진의 출력 성능에 많은 영향을 미치는 공연비를 계산하기 위한 방법으로 종래에는 배출되는 배기가스에 포함되어 있는 산소량의 농도에 따라 온/오프되는 산소센서를 이용하여 비례적분 제어방법이 이용된다.
상기와 같이 흡입되는 공기량에 알맞은 공연비를 계산하기 위한 비례적분제어식은
상기 (1)식에 의하여 산출된 공연비를 제어하기 위하여 분사되는 연료의 분사량은 인젝터의 구동시간으로 결정되며, 연료분사 시간(T)은
상기 (2)식에서 비례적분 제어기의 귀환 보정계수(K fb)는
그러므로 종래에는 상기와 같은 귀환 보정계수를 이용하여 공연비를 산출하고, 산출된 공연비에 따라 적당한 연료를 분사하기 위한 연료 분사시간을 계산하여 흡입되는 공기량에 따라 적당량의 연료가 분사될 수 있도록 한다.
그러므로 공기의 유동 변화가 적은 공회전 상태나 공기의 유동변화가 심한 부분부하 또는 전부하 상태일 경우에도 상기한 비례적분 제어식을 동일하게 적용하여 공연비를 계산하므로 엔진의 전 동작영역에 대하여 동일한 오차를 갖게 된다.
그러므로 정확한 연료 분사시간이 산출되지 않아 연료의 분사량이 내연기관의 상태에 맞게 적절히 조절되지 않아 분사된 연료의 미점화율이 증가하고, 미연소된 연료로 인하여 유해한 배기가스가 많이 배출되고 엔진의 효율이 감소되어 차량의 승차감이 나빠진다.
그러므로 이 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 엔진의 상태 변화에 따라 각각 상이한 제어방식을 적용하여 제어 응답성을 개선시켜 자동차의 상태에 맞게 적당한 공연비를 제어할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은 배기가스에 혼합되어 있는 산소의 농도와 엔진의 회전수 및 스로틀 밸브의 개도 정도 등의 자동차 운행정보를 검출하는 감지부와; 상기 감지부의 신호를 분석하여 배기가스에 혼합되어 있는 산소의 농도를 감지하는 감지부의 동작 상태를 판단하여 정상적인 동작을 수행할 수 없는 상태에 있을 경우에 이미 설정된 데이터를 이용하여 엔진 공연비를 제어하고, 산소 감지부의 상태가 정상적인 동작을 할 수 있는 활성영역에 도달할 경우, 감지되는 산소의 농도에 맞게 공연비를 계산하고, 이미 설정된 데이터에서 자동차의 상태에 해당하는 공연비를 판독하여, 계산된 공연비와 설정된 공연비간의 오차를 계산한 후, 계산된 오차를 보정하기 위해 비례적분 제어에 의한 비례 이득과 적분 이득을 계산하여 산소의 농도가 희박할 경우와 농후할 경우 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 엔진 제어부;를 포함하는 내연기관의 공연비 제어장치에 있어서,
상기 엔진 제어부는 상기 감지부의 신호 분석을 통한 자동차 내연기관의 상태가 공회전 상태일 경우, 계산된 오차를 보정하기 위해 비례적분미분제어에 의한 비례 이득과 적분 이득, 미분 이득을 계산하여 감지된 산소의 농도와 설정된 목표치와 비교하여 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 이 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제1도는 이 발명의 실시예에 따른 내연기관의 공연비 제어장치의 블럭도이고, 제2도는 이 발명의 실시예에 따른 내연기관의 공연비 제어방법의 동작 순서도이다.
제1도는 참고로 하여 이 발명의 구성을 살펴보면, 자동차의 상태 변화를 감지하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 감지부(1)와, 상기 감지부(1)와 연결되어 자동차의 정상 상태와 공회전 상태에 따라 공연비를 각각 산출할 수 있도록 하는 엔진 제어부(2)로 이루어져 있다.
상기 감지부(1)는 배기가스에 함유된 산소의 농도를 감지하여 해당하는 전기적인 신호로 출력하는 산소 감지부(11)와, 회전하는 엔진의 회전수를 감지하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 엔진 회전수 감지부(12)와, 스로틀 밸브의 개도 정도를 감지하여 해당하는 전기적인 신호를 출력하는 스로틀 밸브 개도 감지부(13)로 이루어져 있다.
제2도를 참고로 하여 이 발명의 방법은 동작을 시작하는 단계(10)와, 산소 감지부(11)의 동작 영역을 판단하는 단계(20)와, 산소 감지부(11)의 동작 영역이 정상적인 동작을 수행할 수 있는 활성영역일 경우에 내연기관이 공회전 상태인가를 판단하는 단계(30)와, 내연기관이 공회전하고 있는 경우에 배기가스의 산소 농도를 판독하는 단계(40)와, 판독된 산소 농도를 이용하여 공연비를 계산하는 단계(50)와, 내연기관의 상태에 따라 이미 설정된 공연비를 판독하는 단계(60)와, 계산한 공연비와 이미 설정되어 있는 공연비 사이의 오차를 계산하는 단계(70)와, 계산된 오차를 이용하여 비례이득과 적분이득 및 미분이득을 계산하는 단계(80)와, 판독된 산소의 농도의 설정된 목표치를 비교 판단하는 각 상황에 맞게 주어진 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 단계(90,100.110)와, 내연기관의 상태가 공회전 상태가 아닐 경우 산소의 농도를 판독하는 단계(120)와, 판독된 산소의 농도에 맞게 공연비를 계산하는 단계(130)와, 자동차의 상태에 맞게 이미 설정된 공연비를 판독하는 단계(140)와, 계산된 공연비와 설정된 공연비 사이의 오차를 계산하는 단계(150)와, 계산된 오차를 이용하여 비례이득과 적분이득을 계산하는 단계(160)와, 산소의 농도를 판단하여 농후할 때와 희박할 경우에 각각 주어진 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 단계(170,180,190)와, 시작단계(10)로 되돌아가는 단계(200)와, 산소 감지부의 동작영역이 정상화되지 않았을 경우 이미 설정된 표준 공연비로 공연비를 설정하는 단계(210)로 이루어져 있다.
상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.
산소 감지부(11)에서 감지되는 산소의 농도에 따라 분사되는 연료량을 조절하기 위한 공연비 계산방법은 먼저, 엔진 제어부(2)는 산소 감지부(11)에서 인가되는 전기적인 신호를 이용하여 산소 감지부(11)가 정상적인 동작을 수행할 수 있는 활성화 상태인지를 판단한다.
그러므로 엔진 제어부(2)가 산소 감지부(11)의 동작영역이 정상적인 동작을 수행할 수 없는 활성화 영역이 아닐 경우에 산소 감지부(11)에서 인가되는 신호를 이용하여 공연비를 계산하지 않고 각 자동차의 상태에 따라 이미 설정된 데이타를 이용하여 공연비를 산출하는 개방제어를 실시한다.
그러나 산소 감지부(11)의 동작영역이 정상적인 동작을 수행할 수 있는 활성영역일 경우에 엔진 회전수 감지부(12)에서 인가되는 신호를 이용하여 엔진 제어부(2)는 내연기관의 상태가 공회전 상태인가를 판단한다.
그래서 내연기관의 상태가 공회전 상태일 경우에 엔진 제어부(2)는 산소 감지부(11)에서 인가되는 신호를 이용하여 배기가스에 포함된 산소의 농도를 판독하고, 판독된 농도에 따른 공연비를 계산한다.
그리고 엔진 제어부(2)는 엔진 상태에 따라 이미 설정되어 있어 있는 데이타를 이용하여 공회전 상태일 때 이미 설정되어 저장된 공연비를 판독하고, 실제 산출한 공연비와 설정된 공연비 사이의 오차를 계산한다.
그리고 엔진 제어부(2)는 계산된 오차에 따라 비례이득(KP)과 적분이득(KI) 및 미분이득(KD)을 계산하고, 산소 감지부(11)에서 감지된 산소의 농도를 목표치와 비교 판단한다.
그래서 엔진 제어부(2)에서 감지된 산소의 농도가 목표치보다 많을 때 즉, 배기가스에 포함된 산소의 농도가 많을 경우 분사되는 연료의 량을 증가시키기 위하여 공연비(AFRn)는 AFRn= AFRn-1+KPe+KI∑e+KD(de/dt)를 이용하여 계산한다.
그리고 산소 감지부(11)에서 감지된 산소의 농도가 설정된 목표치보다 적을 경우에 즉, 산소의 농도가 희박할 경우 분사되는 연료의 분사량을 감소시키기 위하여 공연비(AFRn)는 AFRn=AFRn-1-KPe+KI∑e(de/dt)를 이용하여 계산한다.
상기의 두 식에서 비례이득(KP)을 각각 더하고 빼는 이유는 비례이득(KP)에 따라 산소농도가 목표치보다 커 연료가 희박할 경우 연료량이 증가하게 되고, 산소 농도가 목표치보다 작아 연료가 농후한 상태일 경우 연료량을 감소하는 방향으로 보정시킨다.
그러므로 스로틀 밸브의 개도정도가 거의 일정한 공회전 상태일 경우에 비례이득(KP)과 적분이득(KI)뿐만 아니라 미분이득(KD)을 이용하여 공연비를 산출하므로 더욱 정확하게 공회전 상태의 변화분을 감지할 수 있으므로 내연기관의 공회전 상태일 경우에 공연비 산출에 대한 정확성을 향상시킬 수 있다.
그리고 내연기관의 상태가 부분부하 또는 전부하 상태일 경우에 역시 엔진 제어부(2)는 산소 감지부(11)에서 인가되는 신호를 판독하여 배기가스에 포함된 산소의 농도를 판독하고, 판독된 산소의 농도에 맞게 공연비를 계산한다.
그리고 엔진 제어부(2)는 엔진 회전수 감지부(12)와 스로틀 밸브의 개도 감지부(13)를 이용하여 자동차의 상태에 맞는 표준 공연비를 이미 설정된 데이타에서 해당하는 값으로 판독하고, 실제 계산된 공연비와 이미 설정된 목표 공연비 사이의 오차를 계산한다.
그리고 계산된 오차를 이용하여 엔진 제어부(2)는 이득값(KP,KI)을 계산하고 산소 감지부(11)에서 감지된 산소의 농도가 희박인지 아니면 농후한지만을 판단하여 공연비를 계산한다.
산소 감지부(11)에서 감지된 산소의 농도가 농후할 경우에 공연비(AFRn)는 AFRn=AFRn-1+KPe+KI∑e로 계산된다.
그리고 산소 감지부(11)에서 감지된 산소의 농도가 희박할 경우에 공연비(AFRn)는 AFRn=AFRn-1-KPe+KI∑e로 계산하여 자동차의 상태에 맞는 적절한 공연비를 산출하여 연료분사량을 조절할 수 있도록 한다.
그러므로 자동차의 상태에 따라 계산된 비례이득(KP)과, 적분이득(KI)을 이용하여 공연비를 보정할 수 있으므로 자동차의 상태 변화에 따른 정확한 공연비를 제어할 수 있다.
자동차의 상태가 공회전 상태가 아닐 경우에 스로틀 밸브 개도 감지부(13)에서 감지된 스로틀 밸브의 개도 변화에 따라 공기 유동이 매우 급격히 변화로 발생하는 기울기의 급격한 변화로 미분연산으로 인하여 공연비의 연산식이 발산하여 정확한 공연비를 산출할 수 없는 문제점을 해결할 수 있다.
그러므로 상기와 같이 동작하는 이 발명의 효과는 공회전 상태와 정상상태에 맞게 각각 공연비 계산 방법을 다르게 하여 공기의 유동이 심하여 연산식의 기울기가 급격히 변하는 상태일 경우에 비례적분 제어방법을 이용하므로 미분연산으로 인한 오차를 줄일 수 있고, 공회전 동작시에 비례적분미분 제어방법으로 공연비를 계산하므로 정확성을 높일 수 있다.
그리고 산소의 농도에 따라 공연비를 제어할 경우 일정한 주기별로 공연비를 보정하는 것이 아니라 자동차의 상태가 변할 경우마다 공연비의 상태를 보정하여 동작의 응답성을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 배기가스에 혼합되어 있는 산소의 농도와 엔진의 회전수 및 스로틀 밸브의 개도 정도 등의 자동차 운행정보를 검출하는 감지부와; 상기 감지부의 신호를 분석하여 배기가스에 혼합되어 있는 산소의 농도를 감지하는 감지부의 동작 상태를 판단하여 정상적인 동작을 수행할 수 없는 상태에 있을 경우에 이미 설정된 데이터를 이용하여 엔진 공연비를 제어하고, 산소 감지부의 상태가 정상적인 동작을 할 수 있는 활성영역에 도달할 경우, 감지되는 산소의 농도에 맞게 공연비를 계산하고, 이미 설정된 데이터에서 자동차의 상태에 해당하는 공연비를 판독하여, 계산된 공연비와 설정된 공연비간의 오차를 계산한 후, 계산된 오차를 보정하기 위해 비례적분 제어에 의한 비례 이득과 적분 이득을 계산하여 산소의 농도가 희박할 경우와 농후할 경우 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 엔진 제어부;를 포함하는 내연기관의 공연비 제어장치에 있어서, 상기 엔진 제어부는 상기 감지부의 신호 분석을 통한 자동차 내연기관의 상태가 공회전 상태일 경우, 계산된 오차를 보정하기 위해 비례적분미분제어에 의한 비례 이득과 적분 이득, 미분 이득을 계산하여 감지된 산소의 농도와 설정된 목표치와 비교하여 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 내연기관의 공연비를 제어하는 엔진 제어부는 내연기관의 공회전 상태와 정상 상태일 경우에 각각 다른 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 엔진 제어부에서 계산 이득값을 전 공연비에서 더하거나 빼서 공연비를 보정하는 것을 특징으로 하는 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치.
  3. 배기가스에 혼합되어 있는 산소의 농도를 감지하는 산소 감지부의 동작 상태를 판단하여 정상적인 동작을 수행할 수 없는 상태에 있을 경우, 이미 설정된 데이터를 이용하여 엔진 공연비를 제어하는 단계와; 산소 감지부의 상태가 정상적인 동작을 할 수 있는 활성 영역에 도달할 경우, 감지되는 산소의 농도에 맞게 공연비를 계산하고, 이미 설정된 데이터에서 자동차의 상태에 해당하는 공연비를 판독하여, 계산된 공연비와 설정된 공연비간의 오차를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 오차를 보정하기 위해 비례적분 제어에 의한 비례이득과 적분이득을 계산하여 산소의 농도가 희박할 경우와 농후할 경우 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 단계;를 포함하는 내연기관의 공연비 제어방법에 있어서, 자동차 내연기관의 상태가 공회전 상태일 경우, 상기 단계에서 계산된 오차를 보정하기 위해 비례적분미분 제어에 의한 비례 이득과 적분 이득, 미분 이득을 계산하여 감지된 산소의 농도와 설정된 목표치를 비교하여 각 상태에 맞게 설정되어 있는 공연비의 연산식을 이용하여 공연비를 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어방법.
  4. 제1항에 있어서, 공회전 상태에서 부분부하나 전부하 상태로 또는 반대로 천이되는 시점에서 일정시간마다 일정치를 가산 또는 감산하여 목표치를 따라가는 것을 특징으로 하는 자동차 상태 변화에 따른 내연기관의 공연비 제어장치.
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