KR20070012733A - 엔진 벤치 테스트 유닛 상에서 내연 기관을 다목적으로제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

엔진 벤치 테스트 유닛 상에서 내연 기관을 다목적으로제어하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 작동 장치에 연결된 적어도 하나의 액추에이터, 프로그램 가능한 논리 FPGA 소자를 포함하는 전자 카드(3), 그리고 엔진 사이클에 따라 상기 전자 카드를 동기화하는 동기화 수단(9, 10)을 포함하는 내연 기관(2)을 일반적으로 작동시키기 위한 작동 시스템 및 방법에 관한 것이다. 상기 작동 방법에 따라, 다음의 단계들이 수행된다.
- 상기 FPGA 소자에서, 각 실린더에 대해 엔진 사이클 상의 각도 기준점을 생성하는 단계.
- 상기 FPGA 소자를 통해, 액추에이터 제어 펄스를 생성하는 단계로서, 상기 액추에이터 제어 펄스는 위상과 지속시간에 있어서 파라메타화가 가능하고 독립적이며 단일 실린더와 링크되는 것인 단계.
- 상기 펄스들을 대상 실린더에 대해 특유한 카드의 적어도 하나의 물리적 출력부에 대해 분포시키도록 상기 액추에이터 제어 펄스의 다중화를 수행하는 단계.
- 제어 펄스들 중 적어도 하나를 이용하여, 대상 실린더에 대해 특유한 카드의 물리적 출력부 중 하나와 연결된 액추에이터들 중 적어도 하나를 제어하는 단계.

Description

엔진 벤치 테스트 유닛 상에서 내연 기관을 다목적으로 제어하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MULTI-PURPOSELY CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE ON AN ENGINE BENCH TESTING UNIT}
본 발명은 카드당 4개의 실린더까지 확장되는 분포에 따라, 임의의 타입의 내연 기관, 즉 2 행정 또는 4 행정 기관, 가솔린(모노 및 멀티 스파크)기관 또는 디젤(모노 및 멀티 분사)기관을 일반적인 방법으로 작동시킬 수 있는 TIMER PCI라 불리는 전자 카드를 포함하는 방법 및 관련 시스템에 관한 것이다.
이제까지, 엔진의 작동은 일반 대중에게 할당된 상용 컴퓨터로서, 자동차 제조업자에 의해 정해진 엔진의 작동 범위로 그 용도가 한정되는 상용 컴퓨터를 사용하여 수행되거나, 모든 엔진 제어 방식의 개발을 위해 자동차 부품 제조업자에 의해 사용되며 그 용도가 자동차 생산으로 한정되는 특수한 연구개발용 엔진 테스트 벤치(R&D engine test bench) 제어 설비를 사용하여 수행되었다.
반면에, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 자동차 제조업자 및/또는 관련 자동차 부품 제조업자와 상관없이 임의의 타입의 엔진을 일반적으로 작동시킬 수 있는 작동 수단을 제공하며, PC 호환성 마이크로컴퓨터의 향상된 성능에 기초하여 모든 엔진 제어 방식의 개발 관점에 이용가능한 작동 수단을 제공하는 장점을 갖는다.
도 1은 완성된 본 발명을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 수단의 구조 및 구성을 설명하는 도면이다.
도 3은 신호 생성의 예를 도시한 도면이다.
따라서, 본 발명은 엔진의 작동 장치에 연결된 적어도 하나의 액추에이터와, 프로그램 가능한 논리 FPGA 소자를 포함하는 전자 카드와, 엔진 사이클에 따라 상기 전자 카드를 동기화하는 동기화 수단을 포함하는 내연 기관 작동 방법에 관한 것이다. 상기 내연 기관 작동 방법에 따르면,
상기 FPGA 소자를 통해, 각 실린더에 대해 엔진 사이클 상의 각도 기준점을 생성하는 단계와,
상기 FPGA 소자를 통해, 위상과 지속시간에 있어서 파라메타화가 가능하고 독립적이며 단일 실린더와 링크되는 액추에이터 제어 펄스를 생성하는 단계와,
상기 액추에이터 제어 펄스들을 대상 실린더에 특유한 카드의 물리적 출력부 중 적어도 하나에 분포시키도록 상기 펄스를 다중화하는 단계, 그리고
액추에이터 제어 펄스들 중 적어도 하나를 이용하여, 대상 실린더에 특유한 카드의 물리적 출력부 중 하나와 링크된 액추에이터들 중 적어도 하나를 제어하는 단계가 수행된다.
상기 액추에이터 제어 펄스들을 임의의 순서로 하나 이상의 출력부에 분포시킬 수 있다.
동기화는 다음의 센서들 중 적어도 하나로부터 이루어질 수 있다.
2 행정 엔진의 경우: 엔진 크랭크 샤프트 상의 58X 비히클 타겟(vehicle target), 각도 코더.
4 행정 엔진의 경우: 캠샤프트 센서, 그리고 적어도 하나의 각도 코더 또는 엔진 크랭크 샤프트 상의 58X 비히클 타겟.
또한, 본 발명은 엔진의 작동 장치에 연결된 적어도 하나의 액추에이터, 프로그램 가능한 논리 FPGA 소자를 포함하는 전자 카드 및 엔진 사이클에 따라 상기 전자 카드를 동기화하는 동기화 수단을 포함하는 내연 기관 작동 시스템에 관한 것이다. 상기 내연 기관 작동 시스템에서, 상기 논리 소자들은 각 실린더에 대해 엔진 사이클 상의 각도 기준점을 생성하고, 위상과 지속시간에 있어서 파라메타화가 가능하고 독립적이며 실린더와 링크되는 액추에이터 제어 펄스를 생성하며, 대상 실린더에 대해 특유한 적어도 하나의 물리적 출력부에 대해 상기 액추에이터 제어 펄스들을 분포시키도록 상기 액추에이터 제어 펄스를 다중화하고, 액추에이터 제어 펄스들 중 적어도 하나를 이용하여 대상 실린더에 특유한 물리적 출력부 중 하나와 연결된 액추에이터들 중 적어도 하나를 제어하기 위해 프로그램되는 수단을 포함한다.
동기화 수단은, 2 행정 엔진의 경우에는 다음의 센서들, 즉 엔진 크랭크 샤프트 상의 58X 비히클 타겟, 각도 코더 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 4 행정 엔진의 경우에는 캠샤프트 센서, 그리고 다음의 센서들, 즉 엔진 크랭크 샤프트 상의 58X 비히클 타겟, 각도 코더 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
액추에이터는 분사 노즐, 스파크 플러그, 전자기 밸브 제어 장치, LASER 카메라 셧(shot)일 수 있다.
적어도 8개의 제어 펄스가 실린더마다 생성될 수 있다.
각 실린더에 적어도 4개의 물리적 출력부가 있을 수 있다.
본 발명의 다른 특징들과 장점들은 첨부한 도면을 참조하여 비한정적인 예로 주어진 실시예에 대한 이후의 설명을 읽으면 명확해질 것이다.
도 1은 TIMER PCI 타입 전자 카드(3)를 포함하는 PC 타입의 컴퓨터(1)를 이용하여 작동되는 엔진(2)을 도시하고 있다. 시스템은 각도 코딩 시스템(9)의 신호로 동기화된다. 상기 각도 코딩 시스템은, 1 °CA, 1/2 °CA, 1/5 °CA 또는 1/10 °CA (수식으로, °V = °CA = 도 단위의 크랭크 각)와 동일한 해상도의 "회전 신호" 정보와 "각도 신호" 정보를 전달하는 각도 코더이거나, 엔진(2)의 크랭크샤프트에 고정된 [2개의 연속적인 치형(teeth)이 없는] 58X 타입 비히클 타겟, 즉 6 °크랭크 각도에 60개 치형을 구비하는 해상도의 센서일 수 있다. 캠샤프트에 연결된 제2 동기화 센서(10)는 그 연소 사이클이 2회전과 동일한 4 행정 엔진에 대해 기준 실린더(일반적으로 실린더 No.1)의 회전을 감지할 수 있다. 도면 부호 "12"는 각도 코딩 신호 조절 및 정형화 블록을 가리킨다.
TIMER PCI 카드는 PC 호환성 마이크로컴퓨터의 PCI 버스에 대한 표준적인 포맷이다. 이것은 전용 파워 인터페이스, 예를 들어 멀티컨덕터에 의해 자체로 카드에 연결되는 멀티컨덕터(13)를 통한 스파크 발생기(4) 또는 멀티컨덕터(8)를 통한 분사 전원 인터페이스(11)를 매개로 하여 액추에이터 제어 펄스[예를 들면 도 1에서 연료 분사 노즐(7), 스파크 플러그(6)]를 생성하려는 것이다.
TIMER PCI 카드는 필수적으로 FPGA(Field Programmable Gate Array) 타입의 프로그램 가능한 논리 소자, PC 호환성 마이크로컴퓨터에서 PCI 버스와의 인터페이스를 형성하는 소자, 입력/출력을 전기적으로 분리(galvanic isolation)하는 회로, 그리고 요구되는 전원을 제공하는 회로를 포함한다.
FPGA 소자는 TIMER PCI 카드에 의해 제공되는 모든 기능을 포함한다. 상기 기능들은 VHDL["VHSIC"(Very High Speed Integrated Circuit:초고속 집적 회로) Hardware Description Language]로 작성된다. 이 기능들의 구성은 본 발명의 핵심이다.
이것은 4개의 실린더까지 디젤 또는 가솔린 엔진, 즉 2 행정 혹은 4 행정 엔진에 대해 실린더당 그리고 엔진 사이클당 8개까지의 제어 펄스를 생성할 수 있다.
전술한 구성은, 한 편으로는 엔진 크랭크샤프트의 각도 코딩 시스템, 이를테면 각도 코더 또는 58X 비히클 타겟으로부터, 다른 한 편으로는 임의의 타입의 캠샤프트 센서(AAC)로부터 들어오는 4개의 복소 논리 동기화 입력을 고려하는 것에 기초한다.
이것은 액추에이터 제어 펄스(실린더당 4개의 출력)의 생성을 위해 전기적으로 분리된 (대량 분리) 16개의 복소 논리 출력을 제어할 수 있도록 한다. 각 액추에이터 제어 펄스는 각 엔진 사이클에 대한 위상과 지속시간에 따라서 파라메타화 된다. 위상은 선택된 각도 정밀도(1 °CA, 1/2 °CA, 1/5 °CA 또는 1/10 °CA)에 따라 항상 크랭크 각도로 표현된다. 지속시간은 선택된 각도 정밀도(1 °CA, 1/2 °CA, 1/5 °CA 또는 1/10 °CA) 또는 마이크로 초(㎲) 단위로 표현되는 선택된 시간 정밀도에 따라 크랭크 각도로 표현될 수 있다.
본 발명의 목적은 TIMER PCI 카드의 FPGA 소자에서의 VHDL 함수의 구성 개념에 관한 것이다. 이것은 TIMER PCI 카드당 1개 내지 4개의 실린더를 배치하는 분포에 따라, 임의의 타입의 2 행정 또는 4 행정 엔진, 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진, 멀티 분사 또는 멀티 스파크 엔진을 일반적인 방법으로 작동할 수 있도록 한다. 4개가 넘는 실린더를 구비하는 분포를 만족시키기 위해, 여러 개의 TIMER PCI 카드들의 조합도 가능하다.
4 행정 엔진에서 실린더들의 작동 순서가 1/3/4/2임을 감안하여, 선택된 개념은 각 실린더와 "연소 상사점(top dead center) PMH"라 불리는 특수한 기준을 연관시킨다. (채널당 또는 실린더당) 8개의 액추에이터 제어 펄스는 각각의 "연소" 상사점 PMH와의 관계에 따라 위상과 지속시간을 프로그램할 수 있다.
도 2는 선택된 개념을 예시하는 FPGA 소자의 블록 선도를 나타낸다. 이것은 완전히 동일한 4개의 서브 어셈블리(실린더 1 내지 실린더 4)로 나뉜다.
이들 블록 선도 각각은,
대상 실린더에 대해 특유한 상사점 PMH의 생성(GEN-PMH),
E1: 각도 코더의 "각도 신호"의 입력(1 °CA, 1/2 °CA, 1/5 °CA 또는 1/10 °CA)
E2: 캠샤프트 센서의 AAC 신호의 입력
E3: 각도 코더의 "회전 신호"의 입력
E4: 58X 비히클 타겟[2개의 연속적인 치형이 없는 60개의 치형을 갖춘 링(teeth ring)]의 신호의 입력
대상 실린더에 대해 특유하게 연결되는 8개의 독립적인 펄스의 생성(GEN1-4),
Fxy는, x와 1에서 8까지의 y에 대해, 대상 실린더 상에서 각 엔진 실린더의 위상과 지속시간에 의해 정의된 펄스가 존재하는 것을 특징으로 하는 내부 신호를 나타낸다.
대상 실린더에 대해 특유하게 연결되는 4개의 물리적 출력부 각각에 대해 펄스를 확실히 분포시키도록 8개의 이전 펄스를 다중화하는 단계(MULT)
Sxz : 신호의 출력 z(1-4)는 실린더 x 상의 엔진 사이클당 신호(Fxy)의 조합일 수 있다.
로 이루어진다.
상기 분포는 프로그래밍에 의해 융통성 있는 방식으로 작동될 수 있고 0개 내지 8개의 펄스를 임의의 순서로 4개의 물리적 출력부 중 어느 하나로 향하도록 할 수 있다.
액추에이터 제어 펄스라고 불리는 것은 기본적인 액추에이터 제어 프로토콜(control protocol)이다. 상기 액추에이터 제어 펄스는 2개의 파라메타, 즉 대상 엔진 사이클 상의 액추에이터 제어를 개시 및 종료할 때의 각도 위치를 가리키는 "위상"과 상기 "위상"으로부터 대상 엔진 사이클 상에서 액추에이터의 제어가 중단되는 시간을 가리키는 "지속시간"의 조합에 의해 특징이 결정된다.
도 3은 실린더 1에 대응하는 기준틀(PMH1) 상의 신호들(F11, F12, F13, F14)을 조합한 신호(S11)의 생성예를 보이고 있다. 기준틀(PMH1)은 기준들 즉, E2(AAC)와 E3(회전 신호)로부터 만들어진다.
그러한 구성의 융통성을 보여주는 2가지 예가 이후에 설명되어 있다.
예 1 : 상용 4 행정 가솔린 4 실린더 엔진의 작동
이 엔진은 4개의 점화 코일 및 4개의 분사 노즐을 제어함으로써 작동된다. 이들 8개의 액추에이터 각각은 TIMER PCI 카드의 논리 출력부를 필요로 한다. 결과적으로, 이들 8개의 논리 출력부 각각은 그 위상 및 지속시간의 파라메타화에 의해 특징이 결정되는 기본적인 액추에이터 제어 펄스를 가져야만 한다.
따라서, PC 호환성 마이크로컴퓨터에서 TIMER PCI 카드의 논리적인 파라메타화는 실린더마다 2개의 펄스를 발생시키는 단계와, 이 2개의 신호 각각을 별개의 논리 출력부에 할당하는 단계로 구성된다. 따라서, 대상 엔진의 작동은 TIMER PCI 카드에 어떠한 실질적인 변화를 수반하지 않고도 수행될 수 있다.
예 2 : 다중 분사(엔진 실린더당 8회 분사) 4 행정 커먼 레일(common rail) 디젤 4 실린더 엔진의 구동
이 엔진은 4개의 분사 노즐을 제어함으로써 작동된다. 이들 4개의 액추에이터는 각각 TIMER PCI 카드의 논리 출력부를 필요로 한다. 결과적으로, 이들 4개의 논리 출력부는 각각 그 위상 및 지속시간의 파라메타화에 의해 특징이 결정되는 8개의 기본적인 제어 신호들로 구성되는 1조의 제어 신호를 가져야만 한다.
따라서, PC 호환성 마이크로컴퓨터에서 TIMER PCI 카드의 논리적인 파라메타화는 실린더당 8개의 펄스를 생성하는 단계와 이 8개의 펄스 모두를 단일 논리 출력부에 할당하는 단계로 이루어진다. 따라서, 대상 엔진의 작동은 TIMER PCI 카드에 어떠한 실질적인 변화를 수반하지 않고도 수행될 수 있다.

Claims (8)

  1. 엔진의 작동 장치에 연결된 적어도 하나의 액추에이터, 프로그램 가능한 논리 FPGA 소자를 포함하는 전자 카드 및 엔진 사이클에 따라 상기 전자 카드를 동기화하는 동기화 수단을 포함하는 내연 기관 작동 방법에 있어서,
    상기 FPGA 소자를 통해, 각 실린더에 대하여 엔진 사이클 상의 각도 기준점을 생성하는 단계와,
    상기 FPGA 소자를 통해, 위상과 지속시간에 있어서 파라메타화가 가능하고 독립적이며 단일 실린더와 링크되는 액추에이터 제어 펄스를 생성하는 단계와,
    대상 실린더에 특유한 카드의 물리적 출력부 중 적어도 하나에 대해 펄스들을 분포시키도록 상기 펄스의 다중화를 수행하는 단계, 그리고
    대상 실린더에 특유한 카드의 물리적 출력부 중 하나와 링크되는 상기 액추에이터들 중 적어도 하나를 상기 제어 펄스들 중 적어도 하나로 제어하는 단계
    를 수행하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터 제어 펄스는 하나 이상의 출력부에 대해 임의의 순서로 분포되는 것인 내연 기관 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 동기화는, 2 행정 엔진의 경우에는 엔진 크랭크 샤프트 상의 58X 비히클 타겟, 각도 코더 중 적어도 하나로 이루어지고, 4 행정 엔진의 경우에는 캠샤프트 센서, 그리고 엔진 크랭크샤프트 상의 58X 비히클 타겟, 각도 코더 중 적어도 하나로 이루어지는 것인 내연 기관 작동 방법.
  4. 엔진의 작동 장치에 연결된 적어도 하나의 액추에이터와, 프로그램 가능한 논리 FPGA 소자를 포함하는 전자 카드, 그리고 엔진 사이클에 따라 상기 전자 카드를 동기화하는 동기화 수단을 포함하는 내연 기관 작동 시스템에 있어서, 상기 FPGA 소자는,
    각 실린더에 대하여 엔진 사이클 상의 각도 기준점을 생성하고,
    위상 및 지속시간에 있어서 프로그램 가능하며 독립적이고 실린더와 링크되는 액추에이터 제어 펄스를 생성하며,
    대상 실린더에 특유한 물리적 출력부 중 적어도 하나에 대해 상기 액추에이터 제어 펄스를 분포시키도록 상기 액추에이터 제어 펄스를 다중화하고,
    대상 실린더에 특유한 물리적 출력부 중 하나와 링크되는 액추에이터 중 적어도 하나를 상기 액추에이터 제어 펄스들 중 적어도 하나로 제어하도록
    프로그램되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 작동 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 동기화 수단은, 2 행정 엔진의 경우에는 다음의 센서들, 즉 엔진 크랭크샤프트 상의 58X 비히클 타겟, 각도 코더 중 적어도 하나를 포함하고, 4 행정 엔진의 경우에는 캠샤프트 센서, 그리고 다음의 센서들, 즉 엔진 크랭크샤프트 상의 58X 비히클 타겟, 각도 코더 중 적어도 하나를 포함하는 내연 기관 작동 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 액추에이터는 분사 노즐, 스파크 플러그, 전자기 밸브 제어 장치, LASER 카메라 셧(camera shot)인 것인 내연 기관 작동 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 실린더마다 적어도 8개의 액추에이터 제어 펄스가 생성되는 것인 내연 기관 작동 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 각 실린더에 특유한 물리적 출력부가 적어도 4개 존재하는 것인 내연 기관 작동 시스템.
KR1020067025680A 2004-05-07 2005-05-04 엔진 벤치 테스트 유닛 상에서 내연 기관을 다목적으로제어하는 방법 및 시스템 KR20070012733A (ko)

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