KR100267325B1

KR100267325B1 - 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도 보상장치

Info

Publication number: KR100267325B1
Application number: KR1019960068540A
Authority: KR
Inventors: 이승수
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2000-10-16
Also published as: KR19980049791A

Abstract

본 발명은 공전속도 제어 밸브에서 온도변화에 따른 오차를 교정함으로써 신뢰성이 향상되고 구성면이나 제작비용의 측면에서 유리한 단일코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치를 제공하도록 한 것이다.

본 발명은 검출된 밸브 동작전류의 아날로그 신호를 입력하여 디지탈 값으로 변환한 후 기준값과 비교하고 그 비교결과에 따라 구형파의 듀티 제어신호를 변화시켜 온도변화에 의한 오차를 보상하는 마이크로 컴퓨터 제어수단과, 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단의 제어신호에 따라 동작되는 공전속도 제어밸브의 동작전류를 검출하는 밸브 동작전류 검출수단과, 상기 검출된 밸브 동작전류를 증폭하고, 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단의 제어신호에 따라 검출된 밸브 동작전류를 충전 및 홀드 처리하는 증폭 및 홀드회로수단을 구비하여, 온도변화에 따른 오차를 보상함으로써 공전속도 제어의 신뢰성이 향상되고, 부품구성면 및 제작비용의 측면에서 유용한 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치를 제공한다.

Description

만일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도 보상장치

본 발명은 온도 보상회로를 적용한 단일 코일형의 공전속도 제어 밸브에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 자동차의 공전속도제어(IDLE SPEED CONTROL)에 있어서 온도변화에 따른 오차를 온도보상하여 교정하는 단일코일형의 공전속도 제어 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 전자 제어식 연료분사장치는 연료 분사량을 제어하는 컴퓨터를 사용하여 엔진의 부하상태에 알맞는 혼합기의 공급을 정밀하게 제어한다.

즉, 엔진의 회전속도, 흡입공기량, 냉각수의 온도, 흡입 공기온도 등의 운행 정보를 각종 센서를 통해 검출하여 ECU(Electronic Contro1 Unit)에 입력하면 ECU는 자동차의 운전조건에 가장 적합한 분사량을 연산하여 분사량을 제어하는 방식의 장치이다.

전자제어식 연료분사장치중 공전속도제어는 가속 페달의 위치 센서나 차속센서, 스타트 신호, 엔진 회전수 등에 의해서 공전속도제어의 작동 개시를 결정하고, 다음에 수온 센서, 에어콘 신호 기어의 위치 등의 신호를 받아서 목표 회전수를 산정하여 이것에 대응하여 연료 분사량을 결정한다.

또한, 연료 분사량은 엔진 회전수의 피드백 신호로 어떤 조건하에서도 목표 회전수로 유지될 수 있도록 계속 수정되며 동작한다.

종래의 공전속도 제어 밸브는 더블(DOUBLE) 코일형의 밸브가 사용되고 있는데, 이는 온도변화에 대해 비교적 둔감하게 동작하므로 온도보상의 필요성이 적다.

한편, 경차에는 경제성을 위하여 단일(SINGLE) 코일형의 공전속도 제어 밸브를 선택 사용하는데, 이는 더블 코일형과는 달리 온도변화에 민감한 특성이 있으므로 그에 따른 오차를 보상하기 위해 온도보상 방식 사용된다는 약점이 있다.

이에 관한 종래 기술은 온도변화에 따른 공전속도 제어밸브의 동작전류의 증감을 하드웨어적으로 보상하는 방식이다.

전술한 바와 같이 종래의 공전속도 제어 밸브는 더블 코일을 사용하고 있으나 이는 소요공간 측면, 제작비용의 측면 및 소비전력의 측면에서 경차(소형차)에는 그 적용이 곤란한 문제점이 있었다.

또한, 종래의 온도보상방식은 그 구성의 복잡성으로 인하여 한정된 PCB의 공간을 효율적으로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 그 목적은 경차에 적합한 단일(SlNGLE) 코일형 공전속도 제어밸브를 사용하고, 여기에 본 발명에 의한 마이크로 컴퓨터를 이용한 온도보상장치를 적용하여 온도변화에 따른 오차를 교정함으로써 신뢰성이 향상되고 구성면이나 제작비용의 측면에서 유리한 단일코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상 장치를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 검출된 밸브동작 전류를 디지탈 값으로 변환한 후 미리 롬에 로드된 프로그램의 순서에 따라 기준값과 비교하여 구형파 신호의 듀티로 변화시켜 온도변화에 의한 오차를 보상하기 위한 제어신호를 출력하는 마이크로 컴퓨터 제어수단과, 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단의 제어신호를 반전을 통한 적절한 지연으로 장치 내의 각 소자들의 동작 타이밍을 제공하는 반전 수단과, 마이크로 컴퓨터 제어수단의 제어신호에 따라 동작되는 공전속도 제어밸브의 동작전류를 검출하는 밸브 동작전류 검출수단과, 검출된 밸브동작 전류를 증폭하고, 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단의 제어신호에 따라 충전 및 홀드처리된 아날로그 신호를 출력하는 증폭 및 홀드회로수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도 보상장치 전체 구성도.

제2도는 제1도에 도시된 본 발명의 일 실시예에 포함되는 증폭 및 홀드부의 상세 회로도.

제3도는 제1도에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 보상장치의 주요부분의 파형도.

제4도는 제1도에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 보상장치의 온도변화에 의한 오차보상의 동작 파형도이다.

다음으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상 장치를 설명하기로 한다.

먼저, 도1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상 장치는 마이크로 컴퓨터 제어부(10)와, 반전부(11)와, 밸브 동작전류 검출부(12)와, 증폭 및 홀드회로부(13)로 이루어진다.

마이크로 컴퓨터 제어부(10)는 증폭 및 홀드회로부(12)의 출력단자(E)로부터 인가되는 아날로그 상태의 신호를 디지탈 신호로 변환한 후 미리 롬에 로드된 프로그램의 순서에 따라 기준값과 비교하고 그 비교된 결과를 구형파의 듀티신호로 변화시켜 온도변화에 의한 오차를 보상하기 위한 제어신호를 출력한다.

반전부(11)는 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 출력단자(A)와 밸브 동작전류 검출부(12)의 입력단자(B) 사이에 직렬로 2개의 인버터(11, 12)를 연결하고, 밸브 동작전류 검출부(12)의 입력단자(B)와 증폭 및 홀드화로부(13)의 입력단자(C) 사이에 연결된 또 하나의 인버터(l3)를 구비하여, 인가되는 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 신호를 반전을 통한 지연으로 각 소자들의 안정된 동작 타이밍을 제공한다.

밸브 동작전류 검출부(12)는 인버터(I2)의 출력단자(B)에 베이스 단자가 연결된 NPN형 트랜지스터(Q1)와, 배데리 단자(B+)와 트랜지스더(Q1)의 클렉터 단자 사이에 위치하는 공전속도 제어밸브(ISC VALVE)와 상기 밸브와 병렬로 연결되는 유도 기전력 제거용 다이오드(D1)와 트랜지스터(Q1)의 에미터 단자와 접지 사이의 밸브 동작전류 검출용 저항(Rl)을 구비하여, 마이크로 컴퓨터 제어부(10)로부터의 제어신호에 따라 공전속도 제어밸브를 구동하고 그때의 구동전류를 검출하여 증폭 및 홀드회로부(13)에 인가한다.

증폭 및 홀드회로부(13)는 도2에서 알 수 있는 바와 같이, 증폭부(21)와 홀드부(20)로 이루어진다.

증폭부(21)는 밸브 동작전류 검출부(12)의 출력 단자가 저항(R6)을 통해 비반전 단자에 연결되는 오피앰프(OP AMP1)와 오피앰프(OP AMP1)의 반전단자와 출력 단자 사이에 저항(R4)과 오피앰프(OP AMP1)의 반전 단자와 접지 사이의 저항(R5)을 구비하여, 검출된 밸브동작전류를 일정한 증폭도로 증폭하여 출력한다.

홀드부(20)는 증폭부(21)의 출력이 에미터 단자에 연결되고 도1의 인버터(I3)의 출력이 저항(R3)을 통해 베이스 단자에 연결되는 PNP형 트랜지스터(Q2)와 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 단자와 접지 사이에 홀드용 커패시터(C1)와 트랜지스터(Q2)의 콜렉터 단자로부터 저항(R2)을 통해 비반전 단자에 연결되고 반전 단자와 출력 단자가 무저항 도선으로 연결되는 전압이득이 "1" 인 전압 플로워(VOLTAGE FOLLOWER)용 오피앰프(OP AMP2)를 구비하여, 증폭부(21)에서 증폭된 밸브 동작전류를 일정기간은 커패시터에 충전하고 다른 일정기간은 방전루프를 차단함으로써 홀드시킨 아날로그 신호를 마이크로 컴퓨터 제어부(10)로 인가한다.

전술한 바와 같은 구성과 기능을 구비하여 이루어지는 본 발명에서 온도보상을 위한 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도1에서 살펴보면, 연료분사장치의 ECU를 나타내는 마이크로 컴퓨터 제어부(10)는 가속페달의 위치 센서나 차속 센서, 스타트 신호, 엔진 회전수 등의 운행정보 검출을 분석하여 공전속도 제어의 작동 개시를 결정하고, 다음에 수온 센서, 에어콘 신호, 변속단 선택신호 등의 검출신호를 분석하여 목표 회전수를 산정하여 이것에 대응하는 분사 연료량을 산출한후 그에 해당하는 소정의 제어신호를 출력한다.

이 제어신호는 반전부(11)의 2개의 인버터(I1, I2)를 통해 반전되는 과정에 의하여 일정한 시간지연을 가지고 밸브 동작전류 검출부(12)의 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가된다.

이때, 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가되는 신호가 하이(HIGH)일때는 트랜지스터(Q1)가 온 되어 배터리 단자(B+)로부터 단일 코일형 공전속도 제어밸브(ISC VALVE), 트랜지스터(Q1), 저항(Rl)을 경유하여 접지로의 폐로가 구성되어 공전속도 제어밸브(ISC VALVE)가 동작한다.

이때 공전속도 제어밸브(ISC VALVE)에 흐르는 전류는 코일의 인덕터 성분의 특성상 급하게 변할 수 없으며 일정한 시정수의 기울기로 증가한다.

반면에, 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 인가되는 신호가 로우(L0W)일때는 트랜지스터(Q1)는 오프되고 전류가 흐를 폐로가 구성되지 않으므로 공전속도 제어 밸브(ISC VALVE)는 복구된다.

이때 공전속도 제어밸브(ISC VALVE)의 코일 양단에 유기 기전력이 발생하는데 이 기전력은 배터리 전압(B+)과 직렬로 연결되어 높은 전압이 되므로 이 전압으로부터 트랜지스터(Q1)의 손상을 방지하기 위해 공전속도 제어밸브(ISC VALVE)와 병렬로 연결된 다이오드(D1)는 소폐로를 형성시켜 비교적 큰 시정수를 가지고 배터리(B+)의 전압을 방전시킨다.

한편, 공전속도 제어밸브(ISC VALVE)를 통해 흐르는 동작 전류는 전류 검출용 저항(Rl)의 양단간 전압강하에 의해 검출되어 증폭 및 홀드회로부(13)로 인가된다.

증폭 및 홀드회로부(13)는 첨부된 도2에서 알 수 있는 바와같이, 검출되는 밸브 동작전류가 저항(R6)을 경유하여 비반전 증폭용 오피앰프(OP AMP1)의 비반전 단자에 인가되면 오피앰프(OP AMP1)는 인가되는 검출 전압을 증폭도 g=1+(R4/R5)로 증폭하여 PNP형 트랜지스터(Q2)의 에미터 단자에 인가한다.

이때 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 제어신호는 3개의 인버터(I1, I2, I3)와 베이스 저항(R3)을 경유하여 트랜지스터(Q2)의 베이스단자에 인가되는데 이 베이스 단자의 신호가 로우(LOW)를 유지하는 동안 트랜지스터(Q2)는 온되어 커패시터(C1)에 전압이 충전된다.

반면에, 베이스 단자의 신호가 하이를 유지하는 동안에는 트랜지스터(Q2)는 오프되어 커패시터(C1)에 충전된 전압은 방전할 폐로가 없으므로 그때까지 충전한 전압을 그대로 유지하여 홀드(hold)작용을 한다.

이때, 인버터(I1, I2, I3)는 일정한 전달지연을 가지므로 다른소자에 의한 시간지연을 보상하여 동기를 맞추어 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 제어신호에 대해 안정적으로 동작하도록 한다.

커패시터(C1)에 충전된 전압은 전압이득이 "1" 인 전압 플로워용 오피앰프(PO AMP2)의 비반전 단자에 인가되어 일정 레벨로 증폭된 다음 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 A/D 포트에 입력된다.

여기서, 오피앰프(OP AMP2)는 입력저항이 거의 무한대에 가깝기 때문에 커패시터(C1)에 충전된 전압의 방전을 방지하여 일정전압으로 홀드하게 하며, 출력저항이 매우 작기 때문에 마이크로 컴퓨터의 입력으로 적합한 조건을 제공한다.

마이크로 컴퓨터 제어부(10)는 A/D 포트로 입력되는 검출신호는 하강시점(Falling Edge)마다 일정 주기로 샘플링되어 디지탈 값으로 변환된 다음 롬에 미리 저장해 놓은 프로그램의 순서에 따라 설정된 기준값과 비교되고 그 결과에 따라 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 I/O 포트로 출력되는 듀티 제어신호를 증감시켜 온도변화에 따른 오차를 보상한다.

상기에서 설명한 본 발명의 동작의 이해를 돕기 위하여 주요부분의 파형을 도3에 도시하였다.

도3의 (a)는 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 츨력단자(A)의 표준온도에서의 제어신호 파형을 나타내고, 도3의 (b)는 밸브 동작전류 검출부(12)의 출력단자(D)의 신호파형을 나타내며, 도3의 (c)는 증폭 및 홀드회로부(13)의 출력단자(E)의 신호파형 이다.

도3의 (b) 및 (c)에서 일정한 기울기로 증가하는 것은 단일형 코일의 인덕터 성분의 특성으로 전류는 급변할 수 없고 일정한 시정수로 증가함을 반영하는 것이다.

또한, 도3의 (b)에서 파형이 제로(Zero)로부터 증가하지 않고 일정한 크기로부터 증가하는 것은 밸브동작 전류 검출부(12)의 트랜지스터(Q1)가 오프되는 구간에서 공전속도 제어 밸브(ISC VALVE)와 다이오드(D1)로 이루어지는 소폐로를 통해 인덕터에 축적되었던 자기 에너지가 방전하는데, 이때 완전방전 전에 트랜지스터(Q1)가 다시 온되므로 온되는 순간에 인덕터에 흐르는 잔류전류에 기인한다.

다음으로 온도변화에 따른 영향을 살펴보면, 온도가 증가 또는 감소하면, 밸브동작 전류 검출부(12)의 단일형 코일의 저항값이 증가 또는 감소하게 되고 이에 따라 코일을 통해 흐르는 전류는 상대적으로 감소 또는 증가하는데 이것이 공전속도 제어밸브의 동작에 오차를 유발하는 원인이 된다.

이제 본 발명에 따른 단일코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치에 의해 온도변화에 기인한 오차를 보상하는 과정을 각 경우에 따라 상술하면 다음과 같다.

먼저 온도가 증가하면, 밸브동작 전류 검출부(12)의 단일형 코일의 저항값이 증가하게 되고 이에 따라 코일을 통해 흐르는 전류는 상태적으로 감소한다.

이에 따라 전류검출용 저항(R1)의 전압강하는 감소하며, 동시에 증폭 및 홀드회로부(13)의 출력이 감소하고, 마이크로 컴퓨터 제어부(10)에 검출되는 값 역시 감소하여 기준 값보다 작아진다.

이때 마이크로 컴퓨터 제어부(10)는 미리 롬에 저장되어 있는 프로그램에 따라 검출되는 값과 설정된 기준값을 차를 구하고 이에 상응하는 양만큼 듀티를 증가시키는 제어신호를 출력한다.

이 제어신호는 밸브동작 전류 검출부(12)의 트랜지스터(Q1)의 온 시간을 증가시키고, 동시에 전류검출용 저항(R1)의 전압강하를 증가시켜 마이크로 컴퓨터 제어부(10)에 검출되는 전류값이 증가된다.

증가된 검출된 전류 값이 설정된 기준값과 같아지면 다음의 차이가 생길때까지 상기의 증가된 듀티의 제어신호를 계속 유지하여 온도보상이 이루어진다.

다음으로, 온도가 감소하게 되면 상기 온도가 증가되는 경우와 반대로 동작하여 듀티를 감소시킨 제어신호를 출력하여 온도변화에 따른 오차를 보상한다.

상기에서 설명한 온도변화에 따른 동작의 이해를 돕기 위해 도4에 각 경우에 따른 파형을 도시하였다.

도4의 (a)와 (b)는 각각 온도가 증가된 경우의 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 제어신호와 증폭 및 홀드회로부(13)의 출력신호의 파형을 나타내고, 도4의 (c)와 (d)는 각각 온도가 감소된 경우의 마이크로 컴퓨터 제어부(10)의 제어신호와 증폭 및 홀드회로부(13)의 출력신호의 파형을 나타낸다.

여기서 도4의 (b)와 (c)에 도시된 S점은 마이크로 컴퓨터 제어부(10)가 입력되는 아날로그 신호를 디지탈화 하기 위해 샘플링하는 시점을 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단일코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치는 마이크로 컴퓨터를 이용하여 온도변화에 따른 오차를 보상함으로써 공전속도 제어의 신뢰성이 향상되고, 기존에 존재하는 마이크로 컴퓨터를 이용함으로 온도보상 장치의 부품수를 감소시켜 소요공간 및 제작비용의 측면에서 유리하며, 프로그램에 의해 운용되므로 고장률이 낮고 유지, 보수 및 성능개선이 용이한 이점이 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims

공전속도 제어밸브의 온도보상장치에 있어서, 검출되는 밸브동작 전류를 롬에 로드된 프로그램의 순서에 따라 기준값과 비교하여 비교 결과를 구형파의 듀티 신호로 변화시켜 온도변화에 의한 오차를 보상하는 마이크로 컴퓨터 제어수단과, 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단의 제어신호를 반전을 통해 지연시켜 각 소자들의 안전된 동작 타이밍을 유지하는 반전수단과, 상기 마이크로 컴퓨더 제어수단의 제어신호에 따라 동작되는 공전속도 제어밸브의 동작전류를 검출하여 출력하는 밸브 동작전류 검출수단과, 검출된 밸브 동작전류를 증폭하며, 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단의 제어신호에 따라 상기 검출된 동작전류를 저장 및 홀드처리하여 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단측에 인가하는 증폭 및 홀드회로수단을 구비한 것을 특징으로 하는 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치.
청구항1에 있어서, 상기 증폭 및 홀드수단은 검출된 밸브 동작전류를 일정한 증폭도로 증폭하는 증폭수단과, 상기 증폭수단에서 증폭된 밸브 동작전류를 일정기간은 커패시터에 충전하고 다른 일정기간은 커패시터의 방전루프를 차단함으로써 홀드시키는 홀드수단을 구비한 것을 특징으로 하는 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치.
청구항2에 있어서, 상기 증폭수단은 상기 밸브 동작전류 검출수단의 출력단자가 저항을 통해 비반전 단자에 연결되는 오피앰프와, 오피앰프의 반전단자와 출력단자 사이에 접속된 저항과, 오피앰프의 반전단자와 접지 사이에 접속된 저항을 구비한 것을 특징으로 하는 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치.
청구항2에 있어서, 상기 홀드수단은 상기 증폭수단의 출력이 에미터에 연결되고 상기 반전수단의 출력이 저항를 통해 베이스에 연결되는 PNP형 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 콜렉터 단자와 접지사이에 병렬로 접속된 홀드용 커패시터와, 트랜지스터의 콜렉터 단자로부터 저항을 통해 비반전단자에 연결되고 반전단자와 출력단자가 무저항도선으로 연결되는 전압이득이 "1" 인 오피앰프를 구비한 것을 특징으로 하는 단일 코일형 공전속도 제어밸브의 온도보상장치.
청구항1에 있어서, 상기 반전수단은 상기 마이크로 컴퓨터 제어수단의 출력단자와 상기 밸브 동작전류 검출수단의 입력단자 사이에 직렬로 연결된 2개의 인버터와, 상기 밸브 동작전류 검출수단의 입력단자와 증폭 및 홀드회로수단의 입력단자 사이에 연결된 또 하나의 인버터를 구비한 것을 특징으로 하는 단일코일형 공전속도 제어 밸브의 온도보상장치.