KR101269512B1 - 2행정 엔진 회전수 제어장치 및 방법 - Google Patents

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조병모
이경환
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Abstract

본 발명은 2행정 엔진의 회전수를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 2행정 엔진 회전수 제어장치는, RPM 계산부와, 기준 RPM 저장부와, 스로틀 밸브 제어부를 포함한다. RPM 계산부는 RPM 센서의 출력으로부터 2행정 엔진의 실제 RPM을 계산한다. 기준 RPM 저장부는 부하 용량에 따라 다수의 기준 RPM 값들을 저장한다. 스로틀 밸브 제어부는 실제 RPM이 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들의 기울기 경향으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브 제어한다.

Description

2행정 엔진 회전수 제어장치 및 방법{Control apparatus of Engine RPM and Control method thereof}
본 발명은 엔진의 회전수 제어에 관한 것으로, 특히 2행정 엔진의 회전수를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
엔진은 사용 연료에 따라 가솔린과 디젤로 구분되며, 기구적인 동작방식에 따라 크게 4행정 엔진과 2행정 엔진으로 구분 되어진다.
일반적으로 4행정 엔진의 경우 자동차, 바이크 등 대중적인 운송, 차량 등에 널리 사용되는데, 이는 4행정 엔진의 효율이 높고 2행정 엔진에 비해 매연은 물론 소음이 적기 때문이다. 4행정 엔진에 비해 2행정 엔진은 소형으로 구현 가능하고 경량화할 수 있다는 점 그리고 부품이 단순하다는 장점을 가진다. 이러한 이유로 2행정 엔진은 UAV, 군사용, 로봇과 같은 특수 산업 분야에서 그 수요가 꾸준히 확대되고 있으며, 예초기, 엔진톱, 분무기 등에도 2행정 엔진이 폭 넓게 탑재되어 사용되고 있다.
이와 같이 그 사용 범위가 넓은 2행정 엔진의 경우 엔진에 걸리는 부하의 용량에 따라 사용자가 엔진의 회전수를 조정하도록 설계되어 있으나, 일반적인 2행정 엔진의 경우 응답속도가 늦기 때문에 부하변동시 엔진 회전수(RPM)가 기준 RPM을 순간적으로 추종하지 못하여 폭주현상 혹은 정지되는 현상이 발생하곤 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 엔진이 일정한 RPM을 유지하도록 고안된 조속기(governor)를 이용할 수도 있겠지만, 2행정 엔진과 같이 윤활장치가 없는 엔진에는 조속기의 장착이 불가능하다. 따라서 2행정 엔진에서도 엔진에 가해지는 불규칙적인 부하 변동에 따라 엔진의 RPM이 발산 혹은 정지하지 않고 기준 RPM을 신속하게 추종할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.
이에 본 발명의 목적은 2행정 엔진에서도 엔진의 회전수를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 엔진 회전수 제어장치 및 제어방법을 제공함에 있으며,
더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 2행정 엔진에 가해지는 부하 변동량에 상관없이 엔진의 회전수를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 엔진 회전수 제어장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 2행정 엔진의 부하변동시에도 신속하게 기준 RPM을 추종하도록 하여 엔진이 정지되거나 폭주되는 현상을 사전에 예방할 수 있는 엔진 회전수 제어장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 2행정 엔진 회전수 제어장치는, RPM 계산부와, 기준 RPM 저장부와, 스로틀 밸브 제어부를 포함한다.
RPM 계산부는 RPM 센서의 출력으로부터 2행정 엔진의 실제 RPM을 계산한다.
기준 RPM 저장부는 부하 용량에 따라 다수의 기준 RPM 값들을 저장한다.
스로틀 밸브 제어부는 실제 RPM이 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들의 기울기 경향으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브 제어한다.
상기 스로틀 밸브 제어부는, RPM차 계산부와, 필터와, 결정기를 포함한다.
RPM차 계산부는 상기 RPM 계산부로부터 얻어지는 실제 RPM(n) 값과 기준 RPM값으로부터 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 얻는다.
필터는 상기 RPM차 계산부에서 얻어진 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 순차 지연 부여하여 1스텝 및 2스텝 전의 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1), e(n-2))를 얻고, 현재 샘플의 RPM 차(e(n))와 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))간의 차이인 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 상기 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))와 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))간의 차이인 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))을 얻는다.
결정기는 상기 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 스로틀 밸브의 제어 여부를 결정한다.
상기 스로틀 밸브 제어부는, 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 크다면, Y(n)과 Y(n-1)을 더하여 이루어진 코딩대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동되도록 스로틀 밸브를 제어하고, 상기 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 작다면, Y(n)으로부터 Y(n-1)을 감하여 이루어진 코팅대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동하도록 스로틀 밸브를 제어할 수 있다.
또한, 상기 스로틀 밸브 제어부는, 상기 코팅대응값이 음수이면, 기준 기준 RPM에 대응되는 기준 스로틀 각보다도 상기 스로틀 각이 더 닫히도록 스로틀 밸브를 제어하고, 상기 코팅대응값이 양수이면, 기준 기준 RPM에 대응되는 기준 스로틀 각보다도 상기 스로틀 각이 열리도록 스로틀 밸브를 제어할 수 있다.
한편, 상기 RPM 계산부는, 상기 RPM 센서의 출력으로부터 얻은 실제 측정 RPM 값과, 1 스텝 전의 과거의 실제 RPM 값의 평균을 실제 RPM로 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에서의 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어방법은, RPM 센서의 출력으로부터 2행정 엔진의 실제 RPM을 계산하는 단계와, 계산된 실제 RPM과 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM을 비교하는 단계와, 실제 RPM이 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들의 기울기 경향으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 스로틀 밸브 제어하는 단계는, 현재 실제 RPM(n) 값과 기준 RPM값의 차이인 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 얻는 단계와, 현재로부터 1스텝 전 과거 실제 RPM(n-1) 값과 기준 RPM 값의 차이인 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))를 얻는 단계와, 현재로부터 2스텝 전 과거 실제 RPM(n-2) 값과 기준 RPM 값의 차이인 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))를 얻는 단계와, 상기 현재 샘플의 RPM 차(e(n))와 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))간의 차이인 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 상기 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))와 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))간의 차이인 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))을 얻는 단계와, 상기 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 스로틀 밸브를 제어하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 스로틀 밸브를 제어하는 단계는, 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 크다면, Y(n)과 Y(n-1)을 더하여 이루어진 코딩대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동되도록 스로틀 밸브를 제어하고, 상기 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 작다면, Y(n)으로부터 Y(n-1)을 감하여 이루어진 코팅대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동하도록 스로틀 밸브를 제어할 수 있다.
이 경우, 상기 코팅대응값(V)은 다음과 같이 구해지고, 상기 구해진 코팅대응값(V)에 대응되는 미리 설정된 코팅값에 맞추어 스로틀 밸브를 제어할 수 있다. 즉, 만약 절대값 |Y(n)|이 |Y(n-1)|보다 크면, V=((Y(n)+Y(n-1))/기준 rpm)*1000이고, 만약 절대값 |Y(n)|이 |Y(n-1)|보다 작거나 같다면, V=((Y(n)-Y(n-1))/기준 rpm)*1000이며, V값이 양수이면 스로틀 각이 기준 스로틀 각보다 더 열리도록 스로틀 밸브를 제어하고, V값이 음수이면 스로틀 각이 기준 스로틀 각보다 더 닫히도록 한다.
한편, 시동 초기에 측정된 실제 RPM을 a(0)라 하고, n(n>=1)이 시동 초기로부터의 스텝수라 하며, 현재 실제로 측정된 RPM은 a(n)라 하면, 실제 RPM(A(n))은 다음과 같은 식으로 얻을 수 있다. 즉, A(0)=a(0)이고, A(n） = (a(n) + A(n-1))/2로 구할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 본 발명은 기본적으로 실제 엔진의 RPM과 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM의 차를 이용하여 엔진의 RPM이 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어지는 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 엔진의 실제 RPM이 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어한다. 이로써 본 발명은 2행정 엔진에서도 엔진에 가해지는 불규칙적인 부하 변동에 따라 엔진의 RPM이 발산하거나 정지하지 않고 기준 RPM을 신속하게 추종하도록 할 수 있게 되는 것이다.
또한 본 발명은 기준 RPM과 실제 RPM 값의 차를 이용하여 코딩한 값과 스로틀 포지션 센서에서 입력되는 위치값을 조합하여 스로틀 밸브를 제어하기 때문에 실제 엔진의 RPM이 기준 RPM을 신속 정확하게 추종할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 실제 RPM값과 기준 RPM의 값의 차의 과거와 현재 경향을 파악하여 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측함으로써, 예측 시점이 보다 빨라지게 되어서, 신속한 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2행정 엔진 제어장치의 블럭구성도.
도 2는 도 1중 스로틀 밸브 제어부의 구성 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2행정 엔진 제어 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 2행정 엔진의 구동방식과 같은 일반적이면서 공지된 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 경우 그에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
우선 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2행정 엔진 제어장치의 블럭구성도를도시한 것이며, 도 2는 도 1 중 스로틀 밸브 제어부(220)의 구성도를 보다 상세하게 예시한 것이다.
도 1을 참조하면, RPM 센서(100)는 엔진이 1회전 할 때마다 펄스를 발생시킨다. 이로써 ECU(200)내에 위치 가능한 RPM 계산부(210)는 엔진 1회전시 마다 입력되는 펄스수를 카운트하여 2행정 엔진의 실제 분당 회전수를 계산할 수 있다.
TPS(Throttle Position Sensor)(110)는 엔진 출력을 제어하는 스로틀 각을 감지하기 위한 센서로서 현재 스로틀 각을 후술할 스로틀 밸브 제어부(220)측으로 전달해 준다. 스로틀 밸브(120)는 후술하는 스로틀 밸브 제어부(220)의 제어에 따라 그 개폐량이 조절된다.
2행정 엔진의 출력을 제어하는 ECU(200)는 본 발명의 구현을 위해 적어도 RPM 센서(100)의 출력으로부터 2행정 엔진의 실제 RPM을 계산하는 RPM 계산부(210)와, 부하 용량에 따라 다수의 기준 RPM 값들을 저장하는 기준 RPM 저장부(230)와, 실제 RPM이 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브(120)를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브(120) 제어하는 스로틀 밸브 제어부(220)를 포함한다.
상기 스로틀 밸브 제어부(220)는, 도 3에 도시한 바와 같이, RPM차 계산부(221)와, 필터(224)와, 결정기(225)를 포함한다.
RPM차 계산부(221)는 RPM 계산부(210)로부터 얻어지는 실제 RPM(n) 값과 기준 RPM값으로부터 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 얻는다.
필터(224)는 상기 RPM차 계산부(221)에서 얻어진 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 순차 지연(222,223) 부여하여 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1), e(n-2))를 얻는다. 여기서, 현재 샘플링 시점의 일 스텝 전에 얻어진 과거 샘플의 RPM 차를 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))라 칭한다. 또한, 제1 과거 샘플링 시점의 일 스텝 전에 얻어진 과거 샘플의 RPM 차를 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))이라 칭한다. 이 경우, 상기 필터(224)는, 현재 샘플의 RPM 차(e(n))와 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))간의 차이(e(n)-e(n-1))인 현재 RPM차 기울기 값(Y(n))을 구한다. 이와 더불어, 상기 필터(224)는 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))와 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))간의 차이(e(n-1)-(e(n-2))인 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))을 구할 수 있다.
결정기(225)는 상기 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 스로틀 밸브(120)의 제어 여부를 결정한다. RPM차 기울기 값이란, 일정 펄스 동안 샘플의 RPM 차가 과거의 일정 펄스 동안 샘플의 RPM 차와 비교시 그 값이 커지고 있는지 작아지고 있는지를 판단하는 값이다. 상기 RPM차 기울기 값이 작아진다는 것은 상기 샘플의 RPM 차를 나타내는 수치가 변곡점에 가까이 가고 있다는 것을 간접적으로 나타낸다.
따라서 하나의 시점에서 과거의 시점과 비교시에 샘플의 RPM 차가 커지고 있더라도, 상기 RPM차 기울기 값은 작아질 수 있다. 따라서, 샘플의 RMP 차가 변곡점에 도착하기 전에 미리 상기 샘플의 RPM 차가 곧 작아질 것을 예측하여서, 스로틀 밸브를 제어를 할 수 있음으로써, 제어시간이 단축되며, 별도의 가중치 부여가 불필요하다.
이에 따라서 스로틀 밸브 제어부(220)는 현재 샘플의 RPM 차(e(n))가 최고치 이상인 경우에는 스로틀 밸브를 최고치로 열어주거나 닫히는 상태로 제어한다. 또한, 스로틀 밸브 제어부(220)는 현재 샘플의 RPM 차(e(n))가 최고치 이하에서는, 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(│Y(n)│)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(│Y(n-1)│)보다 큰 경우에는 상기 스로틀 밸브를 더 열어주거나, 더 닫아주는 방향으로 제어한다. 또한, 스로틀 밸브 제어부(220)는 현재 샘플의 RPM 차(e(0))가 최고치 이하에서는, 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(│Y(n)│)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(│Y(n-1)│)보다 작은 경우에는 상기 스로틀 밸브를 반대로 열어주거나 또는 반대로 닫아주는 방향으로 제어한다.
상술한 구성 이외에 스로틀 밸브 제어부(220)는 엔진의 온도와 오일 상태를 각각의 센서를 통해 감지하고, 그 감지 결과에 따라 엔진을 제어하는데 이는 본 발명의 요지와 밀접한 관련이 없으므로 하기 설명에서는 생략하기로 한다.
이하 도 1과 도 2의 구성을 포함하는 엔진 제어장치의 동작을 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2행정 엔진의 제어 흐름도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 우선 2행정 엔진을 이용하는 사용자는 부하의 용량에 따라 엔진의 회전수를 조정하여 엔진을 사용한다. 이와 같이 사용자가 엔진의 회전수를 설정하면 그에 맞게 기준 RPM이 정해진다.
기준 RPM이 정해진 상태에서 2행정 엔진이 가동되면 RPM 센서(100)로부터 1회전시 마다 펄스가 출력됨으로써, RPM 계산부(210)에서는 실제 RPM이 계산(S10단계)되어 스로틀 밸브 제어부(220)로 입력된다.
실제 RPM은 실제로 측정된 실제 측정 PRM으로 얻어질 수 있다. 이와 달리, 실제 RPM은 보다 신속한 제어를 위하여 보정을 행할 수 있다. 즉, 현재의 실제 측정 RPM과 과거의 실제 PPM과 연동을 시켜서, 환산된 실제 RPM을 계산할 수 있다.
상기 환산된 실제 RPM을 얻는 방법을 하기 [수학식 1]로서 설명하면 다음과 같은 점등식으로 표현될 수 있다. 하기 수학식 1에서 a(0)는 시동 초기의 실제 측정 RPM을 나타내고, n은 1 이상으로서, a(n)는 n 스텝에서의 실제 측정 RPM이다. 이 경우, n은 현재 스텝 상태로 본다. a(n-1)은 한 샘플 전의 실제 측정 RPM이고, a(n-2)는 두 샘플 전의 실제 측정 RPM을 나타낸다. 또한, A(n)은 환산된 실제 RPM을 의미하고, A(0)는 a(0)와 동일하다. 그리고 기준 RPM은 사용자에 의해 설정되는 RPM이다.
[수학식 1]
A(n） = (a(n) + A(n-1))/2
즉, 환산된 현재의 실제 RPM은, 실제 RPM과 과거 RPM간의 평균치를 계산하여 이루어짐으로써, 실제적으로 실제 RPM에 대한 제어처리가 선행될 수 있다.
이에 스로틀 밸브 제어부(220)에서는 현재 샘플링 구간에서 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 하기 [수학식 2]에 의해 계산(S11단계)한다.
[수학식 2]
e(n） = 실제 RPM(n) - 기준 RPM
상기 수학식 1에서 n은 현재 샘플의 RPM 차를 의미한다.
이 경우, 실제 그리고 기준 RPM은 사용자에 의해 설정되는 RPM이다. 또한, 실제 RPM(n)은 실제로 측정한 실제 측정 RPM(a(n))도 가능하고, 환산된 실제 RPM(A(n))도 가능하다.
스로틀 밸브 제어부(220)에서는, 도 2에 도시된 필터를 이용하여서, 현재로부터 한 샘플 전의 제1 과거 RPM 차(e(n-1))와, 현재로부터 두 샘플 전의 제2 과거RPM차(e(n-2))를 계산(S12단계)한다. 또한, 스로틀 밸브 제어부(220)에서는, 상기 계산된 현재 샘플의 RPM 차(e(n)), 제1 과거 RPM 차(e(n-1)), 및 제2 과거 RPM차(e(n-2))로부터 현재 RPM차 기울기 값(Y(n))과, 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))을 수학식 3과 같이 계산(S13단계)한다.
[수학식 3]
Y(n)=e(n)-e(n-1)
Y(n-1)=e(n-1)-e(n-2)
상기 Y(n)은 RPM차 기울기 값을 나타내는 것으로서, 상기 기울기 값을 통하여, 다음 RPM차를 예측하는 시점이 앞당겨지며, 이로 인하여 보다 신속한 제어가 가능하다.
참고로 S13단계에서 현재 RPM차 기울기 값(Y(n))과, 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))이 계산되면 이 값으로부터 스로틀 밸브(120)를 개폐하는 스텝모터의 스텝 수 코딩값 산출이 가능하다. 스텝 수 코딩값 산출을 위해서는 하기와 같은 룩업 테이블을 이용할 수 있으며, 이러한 룩업 테이블은 스로틀 밸브 제어부(220)의 내부 메모리에 저장하여 관리할 수 있다.
이때에 V는 코딩값을 결정하기 위한 조건 값으로서, 예를 들어서 [표 1]에 나타난 바와 같이 몇 가지 조건으로 분화할 수 있다. 이 경우, [표 1]에서는 9가지 조건으로 분화하였으나, 본 발명은 이에 한정되지는 않으며, 그 조건 수는 변경하여 선택할 수 있다.
결정기(225)는 필터(224)로부터 얻어진 현재 RPM차 기울기 값(Y(n))과, 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))과, [표 1]에 나타낸 룩업 테이블을 이용 하여서 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측(S14단계)한다.
다음 샘플링 구간에서의 RPM 예측은 상기 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)와 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|) 사이의 차 값에 의하여 결정될 수 있다.
즉, 상기 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 크다면, 코딩대응값(V)은 Y(n)과 Y(n-1)을 더하여 이루어진 값에 비례하여 계산될 수 있다.
또한 상기 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 작다면, 코딩대응값(V)은 Y(n)으로부터 Y(n-1)을 감하여 이루어진 값에 비례하여 계산될 수 있다.
이에 따라서, 상기 코딩대응값(V)과, 미리 설정된 코딩값과 비교하여서 스로틀 밸브를 제어(S15)한다.
상기 코딩대응값(V)을 구하는 하나의 예가 아래 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
(1) 만약 절대값 |Y(n)|이 |Y(n-1)|보다 크면, V=((Y(n)+Y(n-1))/기준 rpm)*1000
(2) 만약 절대값 |Y(n)|이 |Y(n-1)|보다 작거나 같다면, V=((Y(n)-Y(n-1))/기준 rpm)*1000
(3) 만약 절대값 |e(n)|이 1500보다 크면, V=9
상기 구해진 V값을, 상수 ThnRPM(n=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)과 비교하여서, 코딩값을[표 1]에 도시된 바와 같이 구하게 된다.
이 경우, V값이 음수인 경우에는 기본 RPM에 대응되는 스로틀 각보다 스로틀 밸브가 닫히는 방향으로 제어하고, V값이 양수인 경우에는 기본 RPM에 대응되는 스로틀 각보다 스로틀 밸브가 열리는 방향으로 제어한다.
이 경우, 코딩 전에 상기 V값이 양수 및 음수에 따라서, 상기 V에 일정 가중치를 곱하여서 수 있다. 이는 엑셀 페달을 밟을 때의 스로틀 밸브가 열리는 속도와, 엑셀 페달을 뗄 때 스로틀 밸브가 닫히는 속도가 틀리거나, 틀릴 수 있는 경향에 맞추도록 하기 위함이다.
예를 들어서, V값이 양수인 경우에는 0.9의 가중치를 V값과 곱하여서 상기 코딩값과 대응시키고, V값이 음수인 경우에는 0.8의 가중치를 V값과 곱하여서 상기 코딩값과 대응시킬 수 있다. 이에 따라서 통상적으로 V값이 닫히는 경우가, 열리는 경우보다 응답속도가 빠르므로, V값이 음수인 경우 가중치를 낮게 함으로써 보다 정확한 제어가 가능하도록 할 수 있다.
절대값 V 코딩값
0<= V <Th1RPM 0
Th1RPM<= V < Th2RPM 1
Th2RPM<= V < Th3RPM 2
Th3RPM<= V < Th4RPM 3
Th4RPM<= V < Th5RPM 4
Th5RPM<= V < Th6RPM 5
Th6RPM<= V < Th7RPM 6
Th7RPM<= V< Th8RPM 7
Th8RPM<= V< Th9RPM 8
Th9RPM<= V< Th10RPM 9
즉, 스로틀 밸브 제어부(220)는 현재 샘플의 RPM 차 및 과거 샘플의 RPM 차가 계산되면 엔진의 실제 RPM이 부하 용량에 맞게 설정된 기준 RPM을 추종하도록 상기 룩업 테이블에서 스로틀 밸브(120)를 개폐하기 위해 필요한 스텝모터의 스텝 수 코딩값을 독출한다.
예를 들어, V가 양수이고, |Y(n)|값이 |Y(n-1)|값보다 크면, 다음 샘플링 구간에서 샘플의 RPM 차 경향이 현재 샘플의 RPM 차 경향을 좀 더 이어갈 것으로 판단하여서, 스로틀 밸브를 제어하여서 스로틀 각을 기존 RPM에 대응되는 스로틀 각보다 크게 되도록 한다.
또한, V가 양수이고, |Y(n)|값이 |Y(n-1)|값보다 작으면, 곧 샘플의 RPM 차 경향이 현재 샘플의 RPM 차 경향과 반대 방향으로 작아질 것으로 예측되어서, 스로틀 각을 기존 RPM에 대응되는 스로틀 각보다 작도록 제어 한다. 이에 따라서, 현재 샘플의 RPM차가 과거 샘플의 RPM 차보다 커지더라도, 그 RPM차의 기울기 성향이 작아지게 되면, 곧 반대방향으로 RPM 차가 진행될 것으로 예측하여서, 스로틀 밸브를 제어함으로써, 예측 시점이 보다 빨라지게 되어서 제어가 신속하게 이루어지게 된다.
그 후에 상기 제어를 종료할 지를 판단하여서, 상기 제어를 계속할 경우에는 상기 S10 단계로 되돌아가게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 2행정 엔진 제어장치 및 방법은 기본적으로 실제 엔진의 RPM과 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM의 차를 이용하여 엔진의 RPM이 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브(120)를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어지는 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 엔진의 실제 RPM이 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어함으로써, 엔진이 순간적으로 폭주하거나 정지되는 현상을 사전에 예방할 수 있는 효과를 얻을 수 있으며, 일정한 회전수를 지속적으로 유지할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 변형 가능한 실시예로써 스로틀 밸브의 개폐각도를 참조하여 스로틀 밸브를 제어하는 방법을 추가 강구할 수도 있다. 보다 구체적으로, 엔진의 실제 RPM과 기준 RPM의 차를 이용하여 스텝 수를 코딩한 값과 TPS(110)에서 얻어지는 위치값을 조합하여 실제 스로틀 밸브(120)의 제어값을 결정하면 보다 정밀한 회전수 제어가 가능하다. TPS(110)를 이용하는 이유는 스로틀 밸브의 개폐정도에 따라서 공기의 체적량이 다르기 때문이다. 다만 스로틀 밸브의 개폐 각도에 따른 공기 체적량이 선형이 아니므로 이러한 비선형적 특성을 파악하여 스로틀 밸브를 제어한다면 보다 정밀한 회전수 제어가 가능할 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: RPM 센서 110: TPS(Throttle Position Sensor)
120: 스로틀 밸브 200: ECU
210: RPM 계산부 220: 스로틀 밸브 제어부
221: RPM차 계산부 222, 223: 딜레이
224: 필터 225: 결정기
230: 기준 RPM 저장부

Claims (11)

  1. RPM 센서의 출력으로부터 2행정 엔진의 실제 RPM을 계산하는 RPM 계산부와;
    부하 용량에 따라 다수의 기준 RPM 값들을 저장하는 기준 RPM 저장부와;
    실제 RPM이 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들의 기울기 경향으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브 제어하는 스로틀 밸브 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 스로틀 밸브 제어부는,
    상기 RPM 계산부로부터 얻어지는 실제 RPM(n) 값과 기준 RPM값으로부터 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 얻는 RPM차 계산부와;
    상기 RPM차 계산부에서 얻어진 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 순차 지연 부여하여 1스텝 및 2스텝 전의 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1), e(n-2))를 얻고, 현재 샘플의 RPM 차(e(n))와 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))간의 차이인 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 상기 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))와 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))간의 차이인 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))을 얻는 필터와;
    상기 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 스로틀 밸브의 제어 여부를 결정하는 결정기;를 포함함을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 스로틀 밸브 제어부는,
    현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 크다면, Y(n)과 Y(n-1)을 더하여 이루어진 코딩대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동되도록 스로틀 밸브를 제어하고,
    상기 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 작다면, Y(n)으로부터 Y(n-1)을 감하여 이루어진 코팅대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동하도록 스로틀 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 스로틀 밸브 제어부는,
    상기 코팅대응값이 음수이면, 기준 기준 RPM에 대응되는 기준 스로틀 각보다도 상기 스로틀 각이 더 닫히도록 스로틀 밸브를 제어하고,
    상기 코팅대응값이 양수이면, 기준 기준 RPM에 대응되는 기준 스로틀 각보다도 상기 스로틀 각이 열리도록 스로틀 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 RPM 계산부는:
    상기 RPM 센서의 출력으로부터 얻은 실제 측정 RPM 값과, 1 스텝 전의 과거의 실제 RPM 값의 평균을 실제 RPM을 계산하는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어장치.
  6. RPM 센서의 출력으로부터 2행정 엔진의 실제 RPM을 계산하는 단계와;
    계산된 실제 RPM과, 부하 용량에 맞게 가변 설정되는 기준 RPM을 비교하는 단계와;
    상기 실제 RPM이 상기 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하되, 현재 및 과거 샘플링 구간 각각에서 얻어진 실제 RPM값과 기준 RPM의 차 값들의 기울기 경향으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 기준 RPM을 추종하도록 스로틀 밸브를 제어하는 단계;
    를 포함함을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 스로틀 밸브 제어하는 단계는,
    현재 실제 RPM(n) 값과 기준 RPM값의 차이인 현재 샘플의 RPM 차(e(n))를 얻는 단계;
    현재로부터 1스텝 전 과거 실제 RPM(n-1) 값과 기준 RPM 값의 차이인 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))를 얻는 단계;
    현재로부터 2스텝 전 과거 실제 RPM(n-2) 값과 기준 RPM 값의 차이인 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))를 얻는 단계;
    상기 현재 샘플의 RPM 차(e(n))와 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))간의 차이인 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 상기 제1 과거 샘플의 RPM 차(e(n-1))와 제2 과거 샘플의 RPM 차(e(n-2))간의 차이인 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))을 얻는 단계; 및
    상기 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 스로틀 밸브를 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 현재 RPM차 기울기 값(Y(n)) 및 과거 RPM차 기울기 값(Y(n-1))으로부터 다음 샘플링 구간에서의 RPM을 예측하여 스로틀 밸브를 제어하는 단계는,
    현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 크다면, Y(n)과 Y(n-1)을 더하여 이루어진 코딩대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동되도록 스로틀 밸브를 제어하고,
    상기 현재 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n)|)가 과거 RPM차 기울기 값의 절대치(|Y(n-1)|)보다 작다면, Y(n)으로부터 Y(n-1)을 감하여 이루어진 코팅대응값에 비례하여 스로틀 각이 작동하도록 스로틀 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 코팅대응값(V)은 (1) 만약 절대값 |Y(n)|이 |Y(n-1)|보다 크면, V=((Y(n)+Y(n-1))/기준 rpm)*1000, (2) 만약 절대값 |Y(n)|이 |Y(n-1)|보다 작거나 같다면, V=((Y(n)-Y(n-1))/기준 rpm)*1000의 식에 따라서 구해지고,
    상기 구해진 코팅대응값(V)에 대응되는 미리 설정된 코팅값에 맞추어 스로틀 밸브를 제어하는 동시에, V값이 양수이면 스로틀 각이 기준 스로틀 각보다 더 열리도록 스로틀 밸브를 제어하고, V값이 음수이면 스로틀 각이 기준 스로틀 각보다 더 닫히도록 스로틀 밸브를 제어 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 코팅대응값(V)의 값이 양수 및 음수에 따라서, 상기 코팅대응값에 일정 가중치를 곱한 값에 비례하여 스로틀 각이 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어방법.
  11. 청구항 6 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,
    시동 초기에 측정된 실제 측정 RPM을 a(0)라 하고, n 스텝에서의 실제 측정 RPM를 a(n)라 하면,
    실제 RPM(A(n))은 다음과 같은 식으로 얻는 것을 특징으로 하는 2행정 엔진의 엔진 회전수 제어방법.
    (1) A(0)=a(0)
    (2) A(n） = (a(n) + A(n-1))/2
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