KR100333867B1 - 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 운행 속도에 무관하게 요구되는 드로틀 밸브의 개도를 정확하게 예측할 수 있는 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 제 1 단계에서, 제 1 방정식에 의하여 가변적인 데드 타임(DT)을 구하고, 제 2 단계에서, 구해진 데드 타임을 제 2 방정식에 대입하여, 드로틀 밸브의 개도를 구한다.

Description

자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법{Method for estimating the opening angle of throttle valve of a cylinder of an automobile}

본 발명은 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법에 관한 것이며, 특히 자동차의 운행 속도에 무관하게 요구되는 드로틀 밸브의 개도를 정확하게 예측할 수 있는 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법에 관한 것이다.

가솔린 엔진은 공기와 연료의 혼합기를 전기 점화에 의해 연소시켜 그 결과로 얻어지는 열에너지를 출력으로 변환시켜 운전된다. 요구되는 엔진의 출력은 운전 상황에 따라 다른 데, 각각의 운전 상황에 적절하게 엔진의 출력을 조절하기 위해서는 각각의 실린더에의 흡기, 분사 및 점화가 적절하게 조절될 것이 요구된다. 이러한 조절을 위한 장치로서 일반적으로 엔진 제어 시스템(engine management system)이 이용되고 있다.

특히, 실린더 내로의 흡기에 있어서는, 엔진의 효율과 공해 문제의 저감 등을 위하여, 실린더 내로 흡입되는 흡기를 이론 공연비(λ= 1)의 혼합기가 될 수 있도록 분사되는 연료량을 조절하는 것이 바람직하다. 흡기의 공기량 또는 공연비의 측정에 있어서는, 실린더 내의 공기량이나 공연비가 직접 측정될 수는 없으므로, 흡기 매니폴드(intake manifold) 등 실린더의 흡입 밸브 이전 상태의 공기의 흡입 과정 중에서 흡기의 부압을 측정함으로써 실린더 내로의 흡기량을 예측하여 연료 분사량을 조절하는 방법이 이용되고 있다.

즉, 실린더 내로의 흡기량을 측정하지 못하고, 흡기되기 일정 시간 전, 즉 크랭크 축의 2 회전 이전, 즉 실린더의 4 행정 이전의 시점에서 부압을 측정하여 실제 흡기량을 예측하는 방법을 이용할 수 밖에 없는 데, 이 경우의 부압 측정 시점과 실제 흡기 시점 간의 시간차를 데드 타임(Dead time; △t)이라고 하며, 이는 결국 크랭크 축의 2 회전 이전, 즉 실린더가 4 행정을 겪는 동안의 시간이 된다.

도 1 에는 일반적인 부압 예측 방법을 설명하기 위한 그래프가 도시되었다. 도 1 에서, 곡선 P 는 부압 센서에 의해 시간 t 에서 측정된 부압(negative pressure; Ps)을 기초로 모델화되는 부압 곡선이다.

도 1 의 부압 예측 방법에 따르면, 먼저 임의의 시간 t 에서 부압 P 를 측정한 후 이를 시간에 대하여 미분하여 부압 곡선의 기울기 (∂P/∂t)를 구한다. (∂P/∂t)는 도 1 의 부압-시간(P-t) 그래프에서 경사 직선으로 표시된다. 그리고 나서, 다음의 수학식 1 에 의해 구해지는 Psmp 를 구한다.

Psmp = (∂P/∂t) * △t + Ps

다음에, Psmp 를 시간에 대해 미분하여, (∂Psmp/∂t)를 구하고, (∂P/∂t)와 (∂Psmp/∂t)의 평균값 (∂Psp/∂t)를 구한다. 즉,

(∂Psp/∂t) = 1/2 * {(∂Ps/∂t) + (∂Psmp/∂t)}

구하여진 (∂Psp/∂t)를 다음 식에 대입하여, 예측 부압 값 Psp 를 예측한다.

Psp = (∂Psp/∂t) * △t + Ps.

이상과 같은 방법에 의하여 예측된 부압값과 드로틀 밸브의 개도의 추이를 이용하여 실린더의 4 행정 이후의 부하량을 예측하게 되는 데, 이때 드로틀 밸브의 개도의 계산에 있어서는 데드 타임을 약 30 밀리세컨드(milisecond)라는 고정값을 이용하여 구한다.

그러나, 실제의 데드 타임의 길이는 자동차의 운행 속도에 따라 달라지게 되며, 예를 들어 크랭크 축이 1000 RPM (revolution per minute)의 속도로 회전할 때의 데드 타임은 약 120 밀리세컨드가 된다. 이 경우, 전술한 바와 같은 종래의 드로틀 밸브의 개도 예측 방법에 의한 값과는 큰 차이를 나타내게 되어, 실제로 드로틀 밸브의 개도 예측이 부정확하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 데드 타임의 길이에 무관하게 정확한 드로틀 밸브의 개도를 예측할 수 있으며, 따라서 자동차의 운행 속도에 무관하게 정확한 드로틀 밸브의 개도를 예측할 수 있는 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법을 제공하는 것이다.

도 1 은 부압 측정 시점으로부터 실제 흡기 시점 까지의 부압의 변화의 일반적인 모습과 데드 타임을 나타낸 그래프이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

(1) 다음의 제 1 식에 의하여 가변적인 데드 타임(DT)을 구하는 단계,

,; 및

(2) 상기 데드 타임(DT)을 제 2 식에 대입하여, 드로틀 밸브의 개도를 구하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 식은

이 되고, 상기 제 2 식에서, Wdkba 는 현재의 드로틀 밸브의 개도이며, N 은 엔진의 분당 회전수이며, ST 는 스위치의 드로틀 밸브의 차분 계산 주기이며, Wdkbap 는 예측 드로틀 밸브의 개도이며, t 는 현재의 시간 지표이며, 그리고 t-1 은 기억된 과거의 시간 지표인 것을 특징으로 하는 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법을 제공한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 자동차의 실린더의 드로틀 밸브의 개도 예측 방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 자동차의 실린더의 드로틀 밸브의 개도 예측 방법에서는, 먼저 크랭크 축의 분당 회전수(RPM)를 밀리세컨드 당의 회전수로 환산한다.

즉, 크랭크 축의 분당 회전수를 N 이라 두면, 크랭크 축의 밀리세컨드 당의 회전수 X 는 수학식 4 로 구할 수 있다.

여기서, 실린더의 4 행정은 크랭크 축의 2 회전, 즉 2r 에 해당하고, 데드 타임은 2r 동안의 시간에 해당하므로, 데드 타임 DT 는 다음의 수학식 5 에 의해 구해진다.

따라서, 수학식 5 에 의해 구해지는 데드 타임 DT 는 크랭크 축의 회전수에 따른 가변적인 것으로, 차량의 운행 속도에 무관하게 정확한 데드 타임이라 할 수 있다.

다음에, 드로틀 밸브의 개도는 다음의 수학식 6 에 의해 구해진다.

수학식 6 에서, 여러 변수의 물리적 의미는 다음과 같다.

Wdkba : 현재의 드로틀 밸브의 개도,

N : 엔진의 분당 회전수(rpm),

ST : sync. time; 스위치의 드로틀 밸브의 차분 계산 주기,

Wdkbap : 예측 드로틀 밸브의 개도,

t : 현재의 시간 지표, 그리고

t-1 : 기억된 과거의 시간 지표.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 자동차의 실린더의 드로틀 밸브의 개도 예측 방법에서는, 크랭크 축의 회전수 변화에 상응하는 가변적인 데드 타임을 계산하여, 외삽법(extrapolation)에 의해 드로틀 밸브의 개도를 예측하므로, 자동차의 운행 속도에 무관하게 정확한 데드 타임이 구해지고, 그에 따라 정확한 드로틀 밸브의 예측이 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명은 데드 타임의 길이에 무관하게 정확한 드로틀 밸브의 개도를 예측할 수 있으며, 따라서 자동차의 운행 속도에 무관하게 정확한 드로틀 밸브의 개도를 예측할 수 있는 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법을 제공한다.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 특허 청구 범위에 의해 한정되는 기술적 범위의 범주 내에서 다양한 변형과 수정이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

Claims (1)

1. (1) 다음의 제 1 식에 의하여 가변적인 데드 타임(DT)을 구하는 단계,

   ,; 및

   (2) 상기 데드 타임(DT)을 제 2 식에 대입하여, 드로틀 밸브의 개도를 구하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 식은

   이 되고, 상기 제 2 식에서, Wdkba 는 현재의 드로틀 밸브의 개도이며, N 은 엔진의 분당 회전수이며, ST 는 스위치의 드로틀 밸브의 차분 계산 주기이며, Wdkbap 는 예측 드로틀 밸브의 개도이며, t 는 현재의 시간 지표이며, 그리고 t-1 은 기억된 과거의 시간 지표인 것을 특징으로 하는 자동차의 실린더의 드로틀 밸브 개도 예측 방법.