KR100289457B1 - 무부하 저속으로 진입하는 동안 내연기관을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 방법에 따르면, 엔진을 무부하 속도로 전환할 때 요구되는 것으로 고려되는 미리 결정된 엔진상태(시간 t)의 출현이 모니터된다. 이러한 상태가 발생할 때 엔진의 설정속도는 미리 결정된 시간법칙(N(t)) 이하로 감소됨으로써 이 설정속도는 미리 결정된 무부하 속도(N)로 향하게 된다.

Description

무부하 저속으로 진입하는 동안 내연기관을 제어하기 위한 방법

제1도는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 개략도이다.

제2도 및 제3도는 본 명세서의 서두에 언급한 그래프이다.

제4도는 본 발명에 따른 방법을 설명하는데 유용한 그래프이다.

제5도는 본 발명에 사용된 시간법칙을 명시한 테이블이다.

앞서 지시한 바와 같이, 본 발명은 기관의 속도 또는 회전속도를 기준 포인트 속도에 종속시키기 위한 수단이 구비되어 있는 내연기관에 관한 것이며, 이러한 수단은 공지된 바와 같이 필요한 하드웨어 및 소프트웨어가 구비된 컴퓨터(6)내에 수용되어 있다. 통상적으로, 자동제어수단은 특히 정상-상태의 무부하 저속에서 기관의 속도가 선택된 무부하 저속값으로 안정화되는 것을 보장하는데 기여한다. 이러한 수단은 이 무부하 저속의 PI 또는 PDI 제어를 제공하는 “제어기” 또는 예컨대 “퍼지 논리”를 이용하여 작동되는 제어기로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 예를 들어 차량을 정지시키기 위해서 운전자가 차량의 속도를 늦추는 경우와 같이, 이른바 “무부하 저속”으로 작동하도록 기관을 준비시킬 수 있도록 기관을 제어하기 위한 전략의 즉각적인 수행을 요구하는 기관의 작동상태를 사전에 검출하는 것을 포함하고 있다. 기관은 휴지 상태에 도달한 후에도 앞서 언급한 자동제어수단에 의해서 조절된 속도로 회전을 계속한다.

이러한 작동상태의 존재는 다음과 같은 미리 결정된 상태를 참조하여 인지된다.

1) 운전자가 페달에서 발을 뗀다. 통상적으로, 상응하는 신호를 컴퓨터로 전송하기 위해서 “풋 오프(foot off)” 접점이 닫히는 것으로 알려져 있다. 이러한 상태는 다른 최적의 상태와 조합될 수 있다.

2) 발이 들려 올려져 떨어지는 순간에 기관의 회전속도가 임계치 아래에 있는데, 이 임계치는 예컨대 기관 냉각수 온도의 함수로서 테이블에서 추출되거나 또는 최종 기준 포인트 속도의 함수로서 계산되는 것이다.

3) 차량이 정지해 있다

이러한 미리 결정된 상태의 검출은 기관의 작동이 무부하 저속 상태로 진입할 것을 요구하는 것으로 간주된다. 본 발명에 따른 방법의 근본적인 특징에 따르면, 제4도에 도시된 그래프로 설명되는 바와 같이 시간법칙에 따른 시간의 함수로서 감소되는 기준속도(N_C)를 가깝게 추종하여 기관의 실제속도(N)를 강제로 줄임으로써 이러한 진입이 발생할 것이다. 기관의 앞서 언급한 작동상태가 나타날 때, 예를 들어 “풋 오프” 신호가 감지될 때, 컴퓨터(6)는 기관의 실제속도를 샘플링한다. 예를 들면, 제4도에 나타난 바와 같이, 기관이 1300rpm으로 회전하는 동안 순간(t₂)에서 “풋 오프” 신호가 발생한다. 컴퓨터는 기관의 속도를 제어하기 위한 법칙이 이러한 속도를 예컨대 700rpm의 무부하 저속(N)으로 이끌어야 한다는 것을 인지하여, 후술하는 이 법칙을 따름으로써 1300rpm(시각 t₂에서)으로부터 1300-600=700rpm(시각 t₃에서)으로의 속도 변화가 되도록 하는 시간경과(△t=t₂-t₃)의 절대값(｜△t｜)을 메모리에 저장된 테이블(제5도)에서 찾아낸다.

그러면 테이블은 ｜△t｜=3.4s를 지시하게 되는데, 실제로 이 값은 메모리에서 이것의 양측에 있는 2개의 값, 즉 3s와 3.5s를 보간함으로써 얻는다.

기준 포인트 속도는 다음의 형태로 이해된다 :

N_C= N_R+ △N

여기에서, △N=f(｜△t｜)이고, 이는 테이블의 메모리에 저장된 보정값 항이다. 기준 포인트속도의 감소가, 예를 들면 포물선, 쌍곡선, 또는 지수형과 같은 임의의 미리 결정된 형상을 따르도록 테이블에 형성된 △N의 여러 가지 값이 용이하게 계산된다. 기준 포인트 속도(N_C)가 최종 무부하 저속(N_R)과 만나는 순간(t)에 상쇄되도록, 보정값(△N)은 명백하게 시간에 따라 감소된다. 이것이 제5도의 테이블에 표현되어 있다. 각 순간(t₂와 t₃) 사이에 경과되는 시간의 절대값 ｜△t｜을 고려함으로써 제4도의 그래프는 여기에 도시된 ｜△t｜축이 나타내는 것과 같이 후방으로 읽혀진다.

얻어지는 값을 나타내는 시간의 함수를 직접 사용함으로써 기준 포인트 속도N_C(t)의 값을 표현할 수 있다. 예를 들면, 다음의 식에 의해서 제5도의 테이블에 수록된 것과 유사한 값을 얻을 수 있다.

여기에서, △N₂는 순간(t₂)에서의 기관속도와 최종 기준 포인트 속도(N_R)간의 차이를 나타내며, N_C(t), N_R및 △N₂는 초로 나타내어지는 시각과 분당 회전속도를 나타낸다.

기준 포인트 속도의 감소는 실제 기관속도의 임의의 사전변화와 관계없이(제4도의 그래프 곡선 A 또는 B 참조), 테이블에 의해서 고정된 시간법칙(N_C(t))에 따라서 변하도록 순간(t₂)에 초기치가 맞추어진다. 순간(t₂)로부터 출발하여, 예를 들면 ｜△t｜= 0 및 N_C=N_R=700rpm이 되는 순간(t₃)까지 컴퓨터가 제5도의 테이블에 따라서 △N의 값을 일정하게 감소시키는 동안 기준 포인트 속도는 변화 상태로 진입한다. 그 다음에 앞서 언급한 속도 자동제어수단은 정상-상태의 무부하 저속 상태 동안에 기관속도를 이러한 값으로 조절한다.

바람직하게 본 발명에 따르면, 예를 들면 PDI 또는 PI 제어를 이용하는 자동제어수단은 또한 변화 상태 동안에 강제된 기준 포인트 속도(N)가 동조되도록 한다.

기준 포인트 속도에 대한 실제속도의 거동의 함수로서 자동제어수단에 의해 보정되는 제어변수 또는 제어변수들(가솔린의 양, 추가 에어밸브의 개방, 주입 또는 점화의 진행 등)의 공칭값은 각각의 기준 포인트 속도값에 상응한다.

이제 본 발명이 앞서 설명한 장점을 제공한다는 것이 분명하게 밝혀졌다. 속도의 감소가 완벽하게 제어되고, 기관이 무부하 저속으로 복귀되는 매번 이것은 항상 일정하게 유지된다. 또한, 본 발명에 따른 제어방법은 기생부하(parasitic lead)가 무부하 상태하에서 기관의 정상 거동을 교란할 때 그리고 최종 기준 포인트 속도가 무부하 저속 제어에 접근하기 이전에, 자동제어수단의 반응을 예상할 수 있게 하여서, 그 보답으로 기관 정지의 위험을 방지한다. 본 발명에 따른 방법은 교란에 강하기 때문에 무부하 저속 제어로의 진입의 미세한 조정이 용이하다는 점에서 주목된다.

본 발명은 무부하 저속(low-idle speed)으로 진입하는 동안 내연기관을 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 특히 미리 결정된 기준 포인트(predetermined reference point) 값으로 속도를 제어하기 위한 수단과 관련되어 있는 기관용으로 설계된 방법에 관한 것이다.

첨부된 도면 중에서 제1도는 이러한 수단과 관련된 내연기관을 도시하고 있다. 내연기관(1)은 필터(3) 및 배기 파이프(4)에 연결된 공기흡입 다기관(2)을 포함하고 있으며, 배기 파이프에는 머플러(5), 즉, 촉매 변환기가 통상적으로 설치되어 있다. 이러한 내연기관에 의해서 추진되는 차량에 있어서, 근래에는 기관의 속도, 공기흡입 압력, 냉각수 온도 등을 감지하기 위한 센서(도시되지 않음)에 의해서 보내지는 전송 신호를 라인(7)에 의해서 공급받는 전자식 컴퓨터(6)가 제공되고 있다. 이에 대한 회답으로, 컴퓨터(6)는 공기 및 연료의 혼합물을 점화시키기 위한 점화 플러그(8), 연료 주입기(9), 흡입공기의 양을 제어하기 위한 나비밸브(10), 및 이 나비밸브와 병렬로 설치되어 추가의 공기 흐름을 제어하는 밸브(11)와 같은 액츄에이터를 제어하는 순서를 다양한 방법들의 함수로서 공식화한다. 무부하 저속에서는, 공기 나비밸브(10)가 닫히면서 컴퓨터는 기관의 실린더에 공기를 채우는 것을 추가적인 밸브(11)의 도움으로 제어함으로써 기관이 약 700rpm의 통상적인 속도에서 회전하도록 한다.

무부하 저속으로 진입하는 동안, 기관의 출력 토오크를 대응하는 저항 토오크에 맞추는데 있어서 문제점에 직면할 수 있다. 기관의 속도가 첨부도면 제2도에 도시된 바와 같이 고정된 최종의 기준 포인트 쪽으로 “자유” 낙하함으로써, 예컨대 저온상태의 출발(Cold Start) 또는 보조장치(교류발전기, 공조용 콤프레서 및 파워 스티어링 등과 같은)로 인한 기관에 대한 내부마찰이 기관상의 부하를 증가시키는 경우에, 이 속도(N)가 기준 저속 무부하 속도(N_R)(시간 t₁이후에) 이하로 떨어지게 된다. 이때, 기관이 탁탁하고 소리를 내거나 또는 심지어 기관이 정지할 수도 있다.

이러한 결점을 극복하기 위해서, 유럽 특허 제 0 170 574 호에는 제3도에 도시된 방법이 공개되어 있다. 이러한 방법에 따르면, 무부하 저속으로 진입하는 동안 최종의 고정 기준 포인트(N_R)가 가변 기준 포인트(N_C)로 대체되는데, 이러한 가변 기준 포인트(N_C)는 기관의 속도를 최종 기준 포인트(N_R) 쪽으로 완만하게 변화시킬 수 있다. 실제속도(N) 및 기준속도(N_C)의 변화를 나타내기 위해서 각각 실선과 점선이 사용되었다. 기준속도(N_C)는 무부하 저속(N_R)에다가 실제속도(N)와 무부하 저속(N_R)간의 차이의 비율(100-x)% 만큼이 더하여진 값으로 매순간(t) 고정되어 있으며, 또한 점진적으로 최종 무부하 저속(N_R)에 접근한다. 이와 같이 고정된 기준 포인트가 동조되는 것을 보장하기 위해서, PI 또는 PID 방식의 제어기 또는 “콘트롤러”가 추가 공기조절밸브(11)의 개방도에 대하여 작용한다.

이러한 제어기의 사용도 단점이 없는 것은 아니다. 사실상, 실제속도(N)가 최종의 무부하 저속(N_R)을 향하여 감소하는 동안에 중간 기준 포인트(N_C)는 항상 실제속도(N) 이하이고, 따라서 제어의 적분항이 일정하게 증가하는데, 이것은 실제속도가 최종의 무부하 저속에 도달한 후에도 이보다 낮게 보정하는 것을 발생시킬 수 있다. 또한, 기준속도가 실제속도의 함수이기 때문에, 후자(즉, 실제속도)에 영향을 미칠 수 있는 방해(서징(surging))는 제어의 미분항에 의한 위상변경의 도입과 더불어 기준 포인트에 노크온(knock-on) 영향을 미친다.

그 밖에, 영국 특허출원 제 2 162 973 호에는 전체적으로 지수함적 형상의 기준 포인트 동조를 특징으로 하는 무부하 저속 제어로 진입하기 위한 방법이 공개되어 있다. 그러나, 이것의 파라미터는 속도 임계치가 교차될 때 특히 속도의 미분항에 영향을 받는다. 이러한 방법은 기준 포인트 곡선의 초기 조건에 대한 종속성과 관련된 단점을 수반한다. 예를 들면, 모터가 결합되어 있는 상태에서, 차량의 급제동 동안 저속 무부하 제어로의 진입을 위한 임계치가 교차되는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우에는, 속도의 미분항이 높아서 매우 편평한 기준 포인트 곡선을 이끈다. 기관이 해제됨과 동시에 속도가 기준 포인트 곡선을 따라 잡아서 이것의 바로 위쪽으로 위치되며, 따라서 기관이 급가속된다. 이와 반대의 매우 느린 감속의 경우에는, 기준 포인트 곡선이 매우 가파르며, 이 경우에는 공조부하 등과 같은 부하가 걸릴 경우 기관의 정지에 이를 수 있는 위험이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기관의 속도변화에 걸쳐 제어를 달성하는 것이 가능하도록 하여 종래기술에 따른 방법의 앞서 언급한 결점을 방지할 수 있는 무부하 저속으로 진입하는 동안의 내연기관의 제어방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 이러한 목적은 상세한 설명을 검토함으로써 명확하게 파악할 수 있는 그 밖의 다른 목적과 함께 무부하 저속으로 진입하는 동안 내연기관을 제어하기 위한 방법에 의해서 성취되며, 이 기관은 그 속도를 미리 결정된 기준 포인트 값에 종속시키기 위한 수단과 관련되어 있다. 이러한 방법에 따르면, 무부하 저속으로 진입할 것을 요구하는 것으로 간주되는 미리 결정된 구동상태의 가능한 출현에 대하여 언제 이와 같은 상태가 검출되는지 내연기관이 모니터되고, 미리 결정된 상태가 발생할 때 속도 감소율과 독립적인 미리 결정된 시간 법칙에 따라 기관의 기준속도에서의 감소가 요청되고, 그리고 이것은 기준속도를 미리 결정된 무부하 저속으로 향하도록 한다.

이러한 기준 포인트 속도의 시간-기초 제어에 의해서, 무부하 저속으로 복귀하는 매번 기관속도의 감소가 완벽하게 제어되고, 따라서 앞서 언급한 기준 이하의 속도 또는 기관의 정지가 방지된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 특징에 따르면, 미리 결정된 상태가 발생하는 순간에 실제속도가 측정되고, 기준 포인트 속도에서의 감소는 미리 결정된 시간법칙에 따라 이 속도값에 초기치가 맞추어진다.

본 발명의 방법의 바람직한 실시예에 따르면, 미리 결정된 시간법칙은 상기 시간법칙을 따라 기관의 실제속도가 최종의 무부하 저속과 일치하는 순간으로부터 미리 결정된 상태가 나타나는 순간을 분리하는 시간경과의 절대값의 함수인 속도 보정 테이블의 형태로 메모리내에 저장된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 명세서를 상세하게 검토함으로써 파악될 수 있다.

Claims (6)

1. 미리 결정된 기준 포인트 값(N_C)으로 그 속도(N)를 제어하기 위한 수단과 관련되어 있는 내연기관이 무부하 저속으로 진입하는 동안, 상기 내연기관을 제어하기 위한 방법에 있어서, (a) 무부하 저속으로 진입할 것을 요구하는 것으로 간주되는 미리 결정된 작동상태의 가능한 출현에 대하여 언제 이와 같은 상태가 검출되는지 상기 내연기관이 모니터되는 단계와, (b) 상기 미리 결정된 작동상태가 발생할 때 상기 속도(N)의 감소율과 독립적인 미리 결정된 시간법칙(N_C(t))에 따라 기관의 기준 포인트 속도(N_C)에서의 감소가 요청되고, 그리고 이것은 상기 기준속도를 미리 결정된 무부하 저속(N_R)으로 향하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 미리 결정된 작동상태가 발생하는 순간에 실제속도(N)가 측정되고, 상기 기준 포인트 속도(N_C)에서의 감소는 상기 미리 결정된 시간법칙에 따라 이 속도값에 초기치가 맞추어지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 미리 결정된 시간법칙이 속도 보정 테이블의 형태로 메모리에 저장되며, 상기 속도 보정 테이블은 상기 시간법칙을 따라 기관의 상기 실제속도(N)가 최종의 무부하 저속(N_R)과 일치하는 순간으로부터 미리 결정된 상태가 나타나는 순간을 분리하는 시간경과의 절대값의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 무부하 저속으로 진입할 것을 요구하는 상기 미리 결정된 상태는 상기 기관에 의해 추진되는 차량의 운전자가 발을 들어올리는 상태로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 미리 결정된 상태는 실제속도(N)가 미리 결정된 임계치 이하로 떨어지는 상태를 추가하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 임계치는 기관의 냉각수 온도의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.