KR920006787B1 - 자동차엔진 제어방법 및 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

자동차엔진 제어방법 및 장치

제1도는 종래의 엔진제어방법에 의한 자동차엔진제어장치의 동작프로세스를 표시한 플로차트.

제2도는 종래의 엔진제어방법에 의한 엔진행정에 대하여 드로틀밸브개도와 엔진에 흡입되는 흡기량간의 관계를 표시하는 타이밍차트.

제3도는 이 발명에 의한 자동차엔진제어장치의 개략배치도.

제4도는 이 발명에 의한 엔진제어장치의 동작프로세스를 표시하는 플로차트.

제5도는 엔진행정에 대하여 이 발명의 엔진제어장치에 의해 제어되는 각종 요소간의 관계를 표시하는 타이밍차트.

이 발명은 자동차에 탑재된 엔진작동을 제어하는 방법과 그 장치에 관한 것으로 특히 엔진의 가속 또는 감속기간중 엔진의 출력을 최적화하여 자동차의 상하전후의 진동을 억제하므로서 승차감을 개선하는데 있다.

종래에는 자동차엔진에 흡입된 흡기량을 제어하기 위하여 전기신호를 통해 드로틀밸브를 작동시키는 드로틀액추에이터(actuator)를 사용한 재래식 엔진제어장치가 알려져 있다.

특히 엔진에 흡입되는 흡입공기압력은 압력센서에 의하여 감지되고 흡기통로나 매니폴드에 배치된 연료인 젝터를 구동하기 위한 펄스폭을 그 감지된 압력치에 따라 제어되므로서 인젝터는 엔진의 분당회전수를 포착하는 엔진회전센서의 출력에 동기하여 엔진의 1회전 또는 2회전마다 구동된다. 이 방법에서 연료인젝터용 펄스폭은 흡기압력과 일치되도록 결정되며 따라서 소정의 연료량이 엔진에 공급된다.

이와 같은 엔진에 대한 연료공급제어는 속력밀도형(speed density type)제어로서 널리 사용되어 왔으며 따라서 더 상세한 설명은 생략한다.

다른 한편 엔진에 흡입된 흡기량은 흡기통로에 배치되고 드로틀밸브와 대개 운전자에 의해 작동되는 액셀러레이터 페달 사이에 연결된 케이블을 통하여 기계적으로 개폐되는 드로틀밸브에 의하여 제어된다.

그러나 최근 일본국 특허출원 공개 제 61-126346호에서는 드로틀밸브와 액셀러레이터 페달을 케이블로 직접 연결하는 대신 드로틀밸브가 전기액추에이터에 의하여 전기적으로 작동되는 것이 제안되었으며 그러한 엔진제어장치는 일부 실용화되었다.

상기와 같은 종래의 엔진제어장치는 제1도에 표시한 플로차트와 같이 동작된다. 이를 상세히 설명하면, 스텝(10)에서 운전자에 의한 액셀레이터 페달의 동작량 α을 표현하는 액셀러레이터 페달센서의 출력을 판독하며 스텝(11)에서는 엔진회전센서에 의하여 감지된 엔진의 분당회전수 Ne(이하 RPM로 약칭)와 흡기압력 pb를 판독한다.

다음 스텝(12)에서는 드로틀밸브의 목표개도 θ를 α, Ne 및 pb중 적어도 하나를 기준하여 산출한 후 판독한다.

일반적으로 드로틀의 목표개도 θ는 기본적으로 액셀레이터 페달동작량 α에 해당되고 필요에 따라 엔진 RPM Ne와 흡기압력 pb에 의하여 보정된다. 예를들면 엔진 RPM Ne가 낮은 범위에서는 흡기량의 변화율이 드로틀개도가 약간 변화하여도 크게 변화한다.

따라서 운전자는 액셀레이터 페달의 동작량(억압 또는 복귀)의 조정에 의하여 엔진에 흡입되는 흡기량을 정밀하게 제어하는 것은 곤란하였다. 이를 해소하기 위하여 낮은 RPM 범위에서는 드로틀밸브의 개도의 변화율은 액셀러레이터 페달 동작량 α의 변화에 대하여 보다 적게 하는 것이 요구된다. 다른 한편 엔진 RPM의 목표치 또는 차량속도를 액셀러레이터 페달의 동작량 α에 설정하므로서 실제 드로틀개도는 엔진 RPM 혹은 차량속도의 목표치와 감지치간의 편차에 기준하여 피드백제어된다.

또한 흡기압력 pb는 엔진출력토크에 해당되는 물리량이므로 액셀러레이터 페달의 동작량 α에 프리세트되는 그 목표치와 감지된 그 실제치간의 편차에 기준하여 드로틀개도를 적절히 조정하면은 승차감을 개선할 수 있게 된다.

따라서 스텝(13)에서 드로틀액추에이터는 실제 드로틀개도가 그 목표개도 θ에 변경되도록 드로틀밸브를 제어하는 제어유닛의 지시에 의하여 구동된다. 이 경우, 드로틀액추에이터는 스테핑모터와 같은 개방루프제어형 액추에이터 혹은 직류모터와 같은 위치피드백제어형 액추에이터가 사용된다.

상술한 종래의 엔진제어장치는 액셀러레이터 페달의 동작량이 급격히 증가하면은 엔진의 토크출력이 갑자기 증가되므로 이와 같은 엔진이 탑재된 차량의 저크(jerk : 가속 또는 감속율의 변화)는 보다 크게 된다.

따라서 차량은 우수한 가속능력이 있는 반면 그 승차감을 손상시키게 된다. 이것은 차량의 가속 혹은 감속시 발생하는 반력때문이며 이는 차량의 일반구조상 차체의 엔진설치대를 통하여 전달되고 차체를 진동시키게 되며 동시에 상하전후 진동이 차량의 현가장치를 통하여 유발하게 된다. 특히, 차량의 저크가 크면 클수록 운전자는 볼편과 불안을 더욱 크게 느끼게 된다. 또한 차량의 가속직후 엔진에 흡입되는 흡기량의 증가는 가속시간에 따라 다르다. 즉 제2도에서 실선과 점선으로 각각 명시한 바와 같이 가속이 흡기행정의 초기에 수행되었는가 혹은 그 후기에 수행되었는가에 따라서 흡기량의 상승율에 큰 차이가 있다.

그 결과 그 가속시 발생하는 차량의 저크크기는 또한 다양하므로 이 다양한 크기의 저크를 효율적으로 억제하는 적절한 조치를 취하기는 곤란하였다. 그리고 엔진이 드로틀밸브의 개폐에 의하여 가속 혹은 감속될 때 연료제어장치에서의 시간지연(time lag)으로 인하여 공연비가 변화한다. 이를 제거하기 위하여는 공연비 및/또는 점화시기를 보정하기 위한 각종 조치를 취하지만 그러한 조치는 엔진가속직후 발생하는 흡기량의 피할 수 없는 변동때문에 균일한 효과를 얻지 못하였다.

이 발명은 종래기술의 상술한 문제점을 제거하기 위한 것으로 이 발명의 목적은 차량의 가속 혹은 감속시 발생하는 차체의 저크를 항상 대략 일정하게 하여 승차감을 개선할 수 있는 자동차엔진제어방법 및 장치를 제공하는데 있다.

이 발명의 다른 목적은 운전자가 액셀러레이터 페달을 급격하게 조작한 경우라도 그 가속 혹은 감속하는 동안 차체의 상하 혹은 전후진동이 크게 경감되거나 억제되므로서 더욱 승차감을 개선하는 자동차엔진제어방법 및 장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 이 발명의 한 실시예에 의하면 엔진에 흡입되는 흡기량을 제어하도록 액셀러레이터 페달의 동작에 의하여 드로틀밸브의 개도를 변화시킬 수 있는 엔진흡기통로내의 드로틀밸브와 액셀러레이터 페달이 작동할 수 있게 조합된 자동차엔진 제어방법을 제공하는 것으로 그 방법은 운전자에 의한 액셀러레이터 페달의 동자량의 감지와, 엔진부하상태의 감지와, 엔진의 분당회전수의 감지와, 액셀러레이터 페달 동작량의 감지량, 감지된 엔진부하상태, 감지된 엔진의 분당회전수중 적어도 어느 하나를 기준한 드로틀밸브개도의 목표량 설정과, 엔진의 흡기행정감지, 그리고 액셀러레이터 페달이 운전자에 의하여 조작될때 드로틀밸브는 감지된 엔진의 흡기행정에 동기하여 그 개도의 목표량과 일치되게 동작하도록 제어하는 것으로 구성된다.

이 발명의 다른 실시예에 의하면, 엔진에 흡입되는 흡기량을 제어하기 위하여 액셀러레이터 페달의 동작에 의하며 드로틀밸브의 개도를 변화시킬 수 있도록 엔진흡기통로내의 드로틀밸브와 액셀러레이터 페달이 작동할 수 있게 조합된 자동차엔진 제어장치를 제어하는 것으로 그 장치는 운전자에 의한 액셀러레이터 페달의 동작량을 감지하기 위한 액셀러레이터 페달 센서, 엔진의 부하상태를 감지하는 부하센서, 엔진의 분당 회전수와 함께 엔진의 흡입행정을 감지하는 엔진회전센서, 드로틀밸브의 개도를 조정하도록 드로틀밸브를 작동할 수 있게 연결된 드로틀액추에이터, 상기 드로틀액추에이터의 동작을 제어하는 센서로부터의 출력을 수신하도록 연결되고, 감지된 액셀러레이터 페달동작량과 감지된 엔진부하상태 그리고 감지된 엔진의 분당회전수중 적어도 어느 하나를 기준하여 드로틀밸브의 목표개도를 설정하며, 액셀러레이터 페달이 운전자에 의하여 작동될때 드로틀밸브가 감지된 엔진흡기행정에 동기하여 목표개도가 되도록 작동하는 제어유닛으로 구성된다. 이 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 그리고 이점은 첨부도면을 참조한 이 발명에 의한 실시예의 다음 설명으로 명백하게 될 것이다.

다음은 이 발명을 첨부도면에 도시한 실시예를 참조하면서 상세하게 설명한다.

먼저 제3도는 이 발명에 의한 자동차엔진제어장치의 개략배치도이다.

도시된 바와 같이 엔진제어장치는 엔진본체(1), 이 엔진본체(1)에 공연혼합기를 공급하기 위하여 엔진본체(1)에 연결된 흡기통로 혹은 매니폴드(2), 엔진본체(1)로부터 외기로 배기가스를 방출하기 위하여 엔진본체(1)와 연결된 배기통로 혹은 매니폴드(3), 엔진본체(1)에 흡입되는 공기 또는 혼합기의 량을 제어하기 위하여 흡기매니폴드(2)내에 설치된 드로틀밸브(4), 도시생략된 연료원에서 흡기매니폴드(2)로 분사연료를 공급하기 위하여 흡기매니폴드(2)에 설치된 인젝터 형태로된 연료공급수단(5), 엔진부하를 표현하는 흡기매니폴드(2)내 압력을 감지하는 압력센서로된 부하센서(6), 드로틀밸브(4)에 이를 작동할 수 있게 연결되고 그 개도를 조정하는 드로틀액추에이터, 그리고 엔진의 분당회전수 Ne와 함께 엔진의 흡기행정 즉 엔진이 각 흡기행정의 소정의 지점에 있는지 여부를 감지하는 엔진회전센서(8)로 구성된다. 엔진의 흡기행정을 감지하기 위하여 엔진회전센서(8)는 예를들면 엔진의 크랭크각을 감지하며 엔진이 소정의 크랭크각이 되면 즉 엔진이 각 흡기행정의 상사점에 도달할때마다 크랭크각신호를 발신한다.

또한 엔진제어장치는 추가하여 드로틀액추에이터(7)를 통하여 드로틀밸브의 개도를 조정하기 위하여 운전자가 동작시키는 액셀러레이터 페달(9), 운전자에 의한 액셀러레이터 페달(9)의 동작량을 감지하는 액셀러레이터 페달센서(10), 엔진의 점화시기를 조정하는 점화시기조정수단(12) 그리고 액셀러레이터 페달센서(10), 압력센서(6) 및 엔진회전센서(8)로부터의 각 출력신호를 입력하여 연료인젝터(5), 드로틀액추에이터(7) 및 점화시기조정수단(12)을 제어하는 제어유닛(11)으로 구성된다. 제어유닛(11)은 마이크로프로세서, 임의접근메모리(RAM), 판독전용 기억장치(ROM)등으로 구성되며, ROM에 기억된 규정된 절차 혹은 프로그램에 의하여 여러 센서로부터의 각종 입력신호를 기준으로 연산을 실행하고 연료인젝터(5) 드로틀액추에이터(7)등을 제어한다.

그리하여 예를들면, 제어유닛(11)은 감지된 액셀러레이터 페달의 동작량, 감지된 엔진부하상태 그리고 감지된 엔진의 분당회전수중 적어도 하나를 기준으로 드로틀밸브(4)의 목표개도를 산정한다.

다음은 상기와 같은 이 발명의 엔진제어장치의 동작을 제4도 및 제5도에 의하여 설명한다.

먼저 제4도에서 스텝(10) 내지 스텝(12)는 제1도의 그것과 같다. 스텝(20)에서 제어유닛(11)은 드로틀밸브(4)의 실제개도가 제1도와 동일방법으로 스텝(12)에서 결정된 목표개도 θ로 변경되었을때 엔진동작을 최적화하는데 필요한 공연비의 보정치 cf를 산출한다. 스텝(21)에서는 엔진이 각 흡기행정의 소정 지점에 있는지 즉 엔진회전센서(8)로부터 제어유닛(11)에 입력하는 크랭크각신호 유무를 판단하고 만약 "No"일때 는 스텝(21)은 제어유닛(11)에 크랭크각신호가 입력될때까지 반복된다.

다른 한편 만약 "YES"일때는 제어프로세스는 스텝(22)로 진행하고 제어유닛(11)은 드로틀액추에이터(7)를 제어하여 드로틀밸브(4)를 목표개도(θ)가 되게 한다. 또한 스텝(22)에서 드로틀밸브(4)의 상기 동작과 동시에 제어유닛(11)은 연료공급수단 혹은 연료인젝터를 제어하여 혼합기의 공연비를 스텝(20)에서 산정된 공연비의 보정치를 기준하여 최적화한다.

덧붙여 말하면은 드로틀액추에이터(7)의 제어는 드로틀밸브(4)가 지연기능 fd에 의하여 목표개도 θ로 점차 이동하게 하여 자동차의 저크의 최소화 및/또는 소망하는 저크를 한정된 크기로 발생시키게 한다. 그러한 지연기능의 예는

여기서t=시간, τ는 1차명령지연시간 상수로 특정형 자동차의 엔진특성, 현가특성등에 기준한 최적치로 설정된다.

예를들면 그러한 시간 상수는 대개 0.1-0.5초가 되게 설정된다.

상기 지연기능을 사용함에 있어, 드로틀밸브(4)의 개도 θ₁은 다음식에 따라 점진적으로 변경된다.

이 방법으로서 제어유닛(11)은 드로틀액추에이터(7)를 제어하여 드로틀밸브(4)의 개도가 엔진의 흡기행정 및 즉 제5도에 명시한 바와 같은 흡기행정의 상사점에 동기하여 항상 증감되도록 할 수가 있다. 이 결과 엔진본체(1)에 흡입되는 흡기량을 자동차의 가속 혹은 감속과 같은 과도시에 대략 지속적으로 균일하게 할 수가 있다.

그러나, 상술에서 스텝(21)과 (22)는 설명을 간소화하기 위하여 제4에 도시된 제어프로세스 혹은 프로그램의 주루틴에 포함시켰으며, 주루틴의 연산기간으로 인한 크랭크각신호의 판독 지연시간에 변동을 방지하기 위하여 크랭크각신호가 제어유닛(11)에 입력되었을때만 인터럽션루틴을 통하여 스텝(22)실행이 가능하다. 이러한 방식으로 스텝(22)는 엔진크랭크각에 대하여 항상 대략 일정한 각 관계에서 실행되므로서 엔진제어는 더욱 개선된다.

또한 상술에서는 엔진회전센서(8)에 의하여 흡기행정의 상사점에서 크랭크각신호가 발생되지만 다른 크랭크각에서 발신되더라도 같은 효과를 얻을 수 있음은 물론이다. 그외에 제4도에 도시는 않했지만 자동차의 자동차의 가속 혹은 감속과 같은 과도시에 엔진 점화시기를 보정하는 기술은 잘 알려져 있다. 그러므로 제4도의 스텝(20) 대신에 제어유닛(11)은 점화시기의 보정치를 산정하고 점화시기조정수단(12)을 제어하여 엔진의 점화시기를 보정함으로써 엔진제어를 개선할 수도 있다.

상술한 바와 같이 이 발명은 자동차엔진제어에 있어서 신규엔진제어방법 및 장치를 제공하는 것으로 이 발명에 의하면 드로틀밸브의 목표개도는 액셀러레이터 페달동작, 엔진부하상태, 엔진 RPM등과 같은 파라미터중 적어도 하나를 기준하여 결정되며 상기 드로틀밸브는 엔진의 흡기행정에 동기하여 목표개도로 동작하게 된다.

따라서 자동차가 가속 및 감속시 엔진에 흡입되는 흡기량의 변화를 효과적으로 방지하게 되므로 자동차의 저크는 항상 대략 일정하고 균일하게 되어 바람직한 한정치가 되게 조정됨에 따라 승차감을 현저하게 향상시킨다. 또 엔진 흡기량의 변화시 발생하는 공연비변화도 변동이 없어 공연비 혹은 점화시기의 적정한 보정력을 미리 정확히 연산 할 수 있으므로 자동차의 저크동작을 크게 억제하고 감소시키게 된다.

더구나 이 발명에 의한 방법 및 장치는 제어유닛에 기억된 종래의 제어프로그램을 단지 이 발명에 의한 새로운 프로그램으로 교체하면 되므로 염가로 실용화 할 수 있다.

Claims (13)

1. 엔진흡기통로내에 드로틀밸브가 액셀러레에터 페달에 의하여 작동할 수 있게 조합되고 상기 드로틀밸브의 개도가 상기 액셀러레이터 페달의 동작에 의하여 변화되어 엔진에 흡입되는 흡기량을 제어하는 자동차 엔진제어방법에 있어서, 운전자에 의한 액셀러레이터 페달의 동작량의 감지와, 상기 엔진의 부하상태의 감지와, 상기 엔진의 분당회전수의 감지와, 상기 감지된 액셀러레이터 페달의 동작량, 상기 감지된 엔진부하상태 그리고 상기 감지된 엔진의 분당회전수중 저어도 어느 하나를 기준한 상기 드로틀밸브의 목표개도 설정과, 상기 엔진의 흡기행정의 감지와, 그리고 상기 드로틀밸브가 상기 액셀러레이터 페달을 운전자가 동작 할때 감지된 상기 엔진의 흡기행정에 동기하여 목표개도로 동작되도록 제어하는 방법으로 구성으로 된 자동차엔진제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 엔진의 흡기행정을 감지하는 스텝은 상기 엔진의 크랭크각을 감지하도록 구성되며, 상기 드로틀밸브는 미리 설정된 크랭크각이 감지되었을때 동작개시하는 자동차엔진제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 드로틀밸브는 상기 엔진의 흡기상사점에서 동작개시되는 자동차엔진제어방법.
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 드로틀밸브는 상기 액셀러레이터 페달을 운전자가 급격히 동작시켰을때 목표개도가 되도록 점차 동작되는 자동차엔진제어방법.
5. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 드로틀밸브의 실제 개도가 목표개도로 변경될때 요구되는 공연비의 보정치를 연산하며 상기 드로틀밸브의 동작 즉시 상기 공연비의 보정치에 기준하여 혼합기의 공연비를 최적화하는 추가적인 구성으로 된 자동차엔진제어방법.
6. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 드로틀밸브의 실제 개도가 목표개도로 변경될때 요구되는 점화시기의 보정치를 연산하며, 상기 드로틀밸브의 동작 즉시 점화시기의 보정치에 기준하여 상기 엔진의 점화시기를 최적화하는 추가적인 구성으로 된 자동차엔진제어방법.
7. 엔진 흡기통로내에 드로틀밸브가 액셀러레이터 페달에 의하여 작동할 수 있게 조합되고, 상기 드로틀밸브의 개도가 상기 액셀러레이터 페달의 동작에 의하여 변화되어서 엔진에 흡입되는 흡기량을 제어하는 자동차엔진제어장치에 있어서, 운전자에 의한 상기 액셀러레이터 페달의 동작량을 감지하는 액셀러레이터 페달센서와, 상기 엔진의 부하상태를 감지하는 부하센서와, 상기 엔진의 분당회전수와 함께 엔진의 흡기행정을 감지하는 엔진회전센서와, 상기 드로틀밸브의 개도를 조정할 수 있게 상기 드로틀밸브와 조합된 드로틀액추에이터와, 상기 드로틀액추에이터의 동작을 제어하기 위하여 상기 센서들로부터 출력신호를 입력할 수 있게 연결되고 상기 감지된 액셀러레이터 페달의 동작량, 상기 감지된 엔진부하상태 그리고 상기 감지된 상기 엔진의 분당회전수중 적어도 어느 하나를 기준하여 상기 드로틀밸브의 목표개도를 설정하도록 동작하며 상기 드로틀밸브는 감지된 상기 엔진의 흡기행정에 동기하여 목표개도에서 동작되도록 하는 제어유닛으로 구성된 자동차엔진제어장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 엔진회전센서는 상기 엔진의 크랭크각을 감지하며 상기 엔진의 미리 설정된 크랭크각을 상기 엔진회전센서가 감지할때 상기 제어유닛은 상기 드로틀밸브가 동작개시하도록 상기 드로틀액추에이터를 제어하여 동작시키는 자동차엔진제어장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 제어유닛은 상기 엔진의 흡기행정 상사점에서 상기 드로틀밸브가 동작개시하도록 드로틀액추에이터를 제어하는 자동차엔진제어장치.
10. 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어유닛은 상기 액셀러레이터 페달이 운전자에 의해 급격히 동작될때 상기 드로틀밸브를 목표개도로 점차 이동시키도록 상기 드로틀액추에이터를 제어하는 자동차엔진제어장치.
11. 제7항 내지 제9항중 어느 한항에 있어서, 상기 엔진에 연료를 공급하기 위하여 상기 제어유닛과 조합된 연료공급수단이 추가로 구성되고 상기 제어유닛은 드로틀밸브의 실제 개도를 목표개도로 변경될때 소요되는 공연비의 보정치를 연산하고 상기 연료공급수단을 제어하여서 혼합기의 공연비를 상기 드로틀밸브의 동작 즉시 상기 공연비 보정치에 기준하여 최적화하는 자동차엔진제어장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 연료공급수단은 연료인젝터로 구성되는 자동차엔진제어장치.
13. 제7항 내지 제9항중 어느 한항에 있어서, 상기 엔진의 점화시기 조정을 위하여 상기 제어유닛과 조합된 점화시기 조정수단이 추가로 구성되며 상기 제어유닛은 상기 드로틀밸브의 실제 개도가 목표개도로 변경될때 소요되는 점화시기의 보정치를 연산하고 상기 점화시기 조절수단을 제어하여서 상기 엔진의 점화시기를 상기 드로틀밸브동작 즉시 점화시기의 보정치에 기준하여 최적화하는 자동차엔진제어장치.

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