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KR100338580B1 - 엔진공기공급시스템 - Google Patents

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KR100338580B1
KR100338580B1 KR1019950705383A KR19950705383A KR100338580B1 KR 100338580 B1 KR100338580 B1 KR 100338580B1 KR 1019950705383 A KR1019950705383 A KR 1019950705383A KR 19950705383 A KR19950705383 A KR 19950705383A KR 100338580 B1 KR100338580 B1 KR 100338580B1
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air
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throttle
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카이쓰멜보른
이안레기날드톰슨
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오비탈 엔진 캄파니(오스트레일리아) 피티와이 리미티드
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Abstract

본 발명은 엔진으로 통과하는 공기 흐름을 스로틀하기 위한 수단을 구비한 내연기관에 공기 공급을 제어하는 방법에 관한 것으로, 운전자의 초기 신호에 반응하는 공기 요구를 결정하는 단계와; 운전자의 초기 신호에 반응하는 스로틀 수단의 초기 위치를 결정하는 단계와; 공기 공급의 실질적인 비를 결정하여 공기 공급의 실질적인 비와 상기 결정된 공기 요구를 비교하는 단계와; 상기 스로틀 수단을 초기 위치로 이동시키는 단계를 포함하고, 스로틀 수단의 위치는 결정된 공기 요구의 수용가능한 작동 한계내에서 실질적인 공기 공급을 가져오기 위하여 조정된다.

Description

엔진 공기공급 시스템
본 발명은 엔진에 공급되는 연료의 연소를 효과적으로 제어하기 위한 내연 기관의 공기 흐름 제어에 관한 것이다.
드라이브-바이-와이어(Drive-By-Wire)(DBW) 시스템에서, 운전자는 엔진의 연료공급 장치 또는 공기 공급장치의 어떠한 것에도 기계 제어를 직접적으로 미치는 일은 없다. 또한, 운전자에 의해 작동되는 가속 페달 또는 스로틀 제어 장치는 엔진 흡기 시스템에서 스로틀 밸브의 위치를 설정시키는데에 통상적으로 사용된다. 상기 스로틀 밸브의 위치 결정은 엔진으로의 공기 흐름을 조절한다. 상기 DBW 시스템 형태는 4행정 기관의 기술 영역에서 통상적으로 공지되어 있다.
보다 향상된 DBW 시스템은 엔진으로 필요한 공기 및/또는 연료량을 공급하기 위하여 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 처리되는 "요구"신호를 발생시키도록 운전자가 작동하는 가속 페달 또는 스로틀 제어를 사용할 수 있다. 이러한 DBW 시스템은 바람직하다면 공기를 베이스로 하거나 또는 연료를 베이스로 하는 시스템에 사용될 수 있다.
예를 들면, 연료 공급력이 제 1 제어 파라미터(parameter)인 연료를 베이스로 하는 시스템에서, 엔진 부하는 엔진으로 운반되는 연료량을 제어함으로써 성취된다. 상기 운전자의 요구 신호는 엔진에 필요한 또는 엔진이 요구하는 연료 공급량을 나타내는 신호로 변환된다. 엔진에 요구되는 연료 공급량 및 다른 엔진 작동파라미터로부터, 상기 엔진에 필요한 또는 엔진이 요구하는 공기 흐름은 결정되고, 일반적으로 전기 작동되는 스로틀 밸브는 상기 요구되는 공기 흐름의 공급을 용이하게 하도록 제어된다. 상기 스로틀 밸브의 이동은 예를 들면 스로틀 밸브 작동기에서 작동되는 스텝퍼 모터(stepper motor) 또는 위치 피드백 제어기에 의해 성취된다.
요구 공기 흐름을 제공하기 위하여, 상기 스로틀 밸브는 요구 공기 흐름에 대응하는 위치로 이동할 수 있도록 제어되거나 작동되어야만 한다. 이러한 점은 예를 들면 실제 공기 흐름비와 필요하거나 또는 요구되는 공기 흐름비를 비교한 다음 스로틀 위치를 조정하는 피드백 제어회로에 의하여 성취될 수 있다. 즉, 엔진 흡기 시스템에서 측정되는 실제 공기흐름은 요구 공기 흐름이 성취될 때까지 스로틀 밸브의 위치에 어떤 조정에도 영향을 미치는데에 사용된다. 이러한 연료를 베이스로 하는 DBW 시스템의 예는 미구니 공업 주식회사(Mikuni Kogyo Co Ltd)의 오스트레일리아 특허 출원번호 제 66831/81 호에 기재되어 있다.
그러나, 상술된 제어 전략은 스로틀 운동이 요구 공기 흐름과 흡기 시스템에 측정되는 엔진의 실제 공기 흐름사이의 연속적인 비교의 결과인 제어 신호에 따라서 이루어짐으로써 응답에 시간적 지연이 있다는 결점이 있으므로, 완전히 만족스러운 것이 아니다. 즉, 상기 스로틀 밸브는 요구 공기 흐름비와 비교되는 측정 또는 실제 공기 흐름비에 반응하여 특정 위치로 이동되거나 구동된다. 그래서, 상기 제어 전략은 스로틀이 이동되거나 또는 작동되기 이전에 실제 공기 흐름과 요구 공기 흐름을 비교하여 에러를 결정하는 것이 요구되고, 많은 각각의 피드백 루틴은스로틀 밸브가 요구 공기 흐름에 대응되는 필요한 스로틀 위치에 수용가능하게 근접된 위치에 도달하기 이전에 요구된다. 이러한 점은 시간적 지연, 즉 래그(lag)를 발생시킨다. 통상적으로, 상기 래그는 공기 흐름이 스로틀 위치 변화에 따라 순간적으로 변하지 않다는 사실에 의해 더욱더 커진다. 상기 반응 시간에 있어서의 전체 래그는 공기/연료비 제어에 악영향을 미친다.
본 발명의 목적은 상술된 문제점이 극복되거나 거의 감소되는 엔진 작동 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 위하여 본 발명은,
운전자의 초기 신호에 따라서 요구 공기량을 결정하는 단계와;
운전자의 초기 신호에 따라서 스로틀 수단의 목표 위치(target position)를 결정하는 단계와;
엔진으로의 공기 공급의 실제비를 결정하여, 상기 결정된 공기 요구량과 공기 공급의 실제비를 비교하는 단계와;
상기 스로틀 수단을 목표 위치로 이동시키는 단계 및;
상기 스로틀 수단의 위치를 조절하여 상기 결정된 공기 공급비를 결정된 공기 요구량의 작동 한도내로 설정하는 단계를 포함하는 엔진에 공기 흐름을 스로틀하기 위한 수단을 구비하는 내연기관에 공기 공급을 제어하는 방법을 제공한다.
분명한 바와 같이, 상기 방법은 "피드 백(feed-back)"형 공기 제어루프뿐만 아니라, "피드 포워드(feed-forward)"형 공기 제어루프를 포함한다. 기본적으로, 상기 스로틀 위치에 대한 목표 피드 포워드의 "대략적인" 설정은 운전자의 초기 신호로부터 결정되고, 상기 스로틀 수단은 대략적인 설정으로 구동된다. 그 다음, 본 발명의 피드 백 공기 공급 비교 또는 보정단계에 의하여 상기 스로틀 수단 위치의 "미세 조정(fine tuning)"이 행해짐으로써 스로틀 수단의 보다 정확한 위치 설정이 이루어진다. 통상적으로 상기 피드 포워드 루프는 피드 백보다 더 빠르게 작동된다. 또한, 상기 2개의 제어 루프는 스로틀 수단의 위치를 동시에 제공하기 위하여 이루어 질 수 있거나, 상기 피드 포워드 루프가 스로틀 수단의 목표 위치를 발생시키면 상기 피드 백 루프가 영향을 받을 수 있다.
또한, 상기 방법은 스로틀 위치에 대한 피드 백 제어루프를 작동시키는 것을 포함하고, 이 방법에서 스로틀 수단의 실제 위치는 설정점 위치값과 비교하여, 스로틀 수단의 위치값이 상기 설정점과는 허용 한도를 초과하여 크게 다른 경우에 스로틀 위치 작동기가 작동되며, 측정 위치 또는 실제 위치와 설정점의 값을 꼭 들어맞게 정합(alignment)시키도록 한다.
본 발명의 양호한 실시예는 다양한 엔진 작동상태의 특정 스로틀 위치를 기억하는 검색 맵(look-up map)을 주기적으로 갱신하는 "적응성 있는" 제어 전략을 포함한다. 즉, 운전자의 초기 신호와 다른 엔진 작동 상태에 반응하는 검색맵으로부터 결정되는 스로틀 수단의 목표 위치는 요구 공기 흐름을 제공하는 스로틀 위치를 보다 정확하게 제공할 수 있도록 반복적인 방법에 의하여 주기적으로 재구성할수 있다. 이것은 요구 공기 흐름을 제공하는 최종 스로틀 위치와, 스로틀 위치의 대략적인 목표 위치사이의 차이를 결정함으로써 비교적 간단한 방법으로 성취될 수 있다. 이러한 차이는 목표 스로틀 위치에 대하여 이루어지는 보정량을 나타내고,스로틀 위치의 검색맵내의 값을 갱신하는데에 주기적으로 사용될 수 있다. 상기 검색맵의 보정 요소로서 사용될 수 있다. 이러한 방법에서, 스로틀 위치의 보다 정확한 값의 설정이 엔진의 작동 이력(operating history)에 따라서 점차적으로 형성되고, 이로써 최종 스로틀 위치를 얻기 위해 필요한 반복을 감소시킬 수 있다. 이로써, 운전자의 요구 변화에 대한 응답을 향상시킬 수 있다.
본 발명은,
공기가 엔진으로 흐르는 하나 이상의 흡기 통로와;
상기 하나 이상의 흡기 통로에 위치되고 상기 하나 이상의 흡기 통로를 통하여 공기 흐름비를 변화시키기 위하여 작동가능한 제 1 제어 수단과;
상기 하나 이상의 흡기 통로를 통하여 공기 흐름의 실제비를 결정하기 위한 측정 수단 및;
운전자의 초기 신호에 따라서 엔진의 공기 또는 연료 요구량을 결정하기 위하여 작동가능한 제 2 제어 수단을 포함하는 내연 기관 제어 시스템에 있어서,
상기 제 2 제어 수단은 엔진의 공기 또는 연료 요구량을 결정할 때 제 1 제어 수단의 목표 설정을 결정하고; 공기 흐름의 실제비는 상기 측정 수단에 의하여 측정되어 상기 결정된 공기 요구량과 비교되며, 상기 제 1 제어 수단의 설정은 제 2 제어 수단에 의하여 제어됨으로써, 공기 흐름의 실제비는 결정된 공기 요구량의 허용가능한 작동 한도내에서 조정되는 것을 특징으로 한다.
양호하게는, 상기 제 1 제어 수단은 스로틀 밸브이고, 운전자의 특정한 요구, 예를 들면 페달 위치에 대한 스로틀 위치의 값 및 엔진의 여러 가지 작동 상태에 대한 스로틀 위치값을 전자식 제어유닛(ECU)내의 검색맵에 기억한다. 스로틀 위치의 이러한 값은 흡기 통로내의 요구 공기흐름을 운전자의 특정 요구에 대하여 가장 잘 근사시키도록 이상적으로 설정된다. 이로써, 흡기 통로내에서 얻어진 공기 흐름의 운전자 특정 요구에 대한 응답을 더욱 빠르게 한다. 요구 공기 흐름을 제공하는데 필요한 요구 스로틀 위치에 대한 최초의 근사값인 대략적인 위치설정 즉, 피드 포워드 위치 설정에 의해서, 흡기 통로내에서 특정 공기 흐름을 발생시킨다. 상기 특정 공기 흐름 즉, 실제 공기 흐름은 제 2 제어 수단에 의하여 결정되는 필요 공기 흐름 즉 요구 공기 흐름과 비교된다. 필요하다면, 상기 스로틀 위치는 요구 공기 흐름에 더욱 가깝게 되도록 조정된다. 이러한 반복적인 피드백 프로세스는 흡기 통로내에서 측정되는 공기 흐름 즉 실제 공기 흐름은 운전자의 초기 신호에 대하여 필요한 요구 공기량과 합치될 때 까지 계속된다. 그러나, 상기 스로틀이 제 1의 대략적인 위치 설정으로 이동될 동안에 상기 반복적인 피드백 프로세스가 발생될 수 있다. 상기 반복적인 피드백 프로세스는 2개의 형태 즉, 스로틀 위치에 대한 피드백 루프와, 실제 공기 흐름과 요구 공기 흐름과의 비교에 근거한 피드백 루프의 한쪽에서 또는 이들 형태를 조합하여 실시된다.
상기 제 2 제어 수단을 엔진의 전체 관리 시스템을 제어하는 ECU이다. 운전자의 요구는 가속 페달 위치와, 특정의 페달 위치에 관계되는 대응 스로틀 위치값의 함수로서 발생된다. 그러나, 양호하게는 상기 스로틀 위치값은 가속 페달위치에만 관계될 뿐만 아니라 엔진 변화 및 엔진 작동상태에 대하여 엔진을 보정하게된다.
또한, 본 발명은 본 출원과 공동 계류중인, 오스트레일리아 특허출원 제 51065/90 호에 기재된 엔진 공기공급 시스템으로 양호하게 실현될 수 있다. 상기 시스템은 2개의 흡기 통로를 가지는데, 이것중의 하나는 공기 흡입을 제어하기 위하여 운전자에 의해 작동되는 매카니즘을 가지고, 다른 하나는 감지된 엔진 작동 상태에 반응하는 ECU의 제어하에서 작동가능한 공기 흡입을 제어하기 위한 작동기 수단을 가진다. 상기 후자의 작동기 수단은 본 발명의 제 1 제어 수단에 따라서 작동될 수 있는 것이다. 이러한 시스템에서, 제 2 흡기 통로내의 작동기 위치가 ECU에 의하여 결정될 수 있도록, 상기 후자의 작동기 매카니즘은 몇몇 형태의 위치 센서 수단을 구비하는 것이 양호하다.
본 발명의 제 3 특징에 따라서,
엔진으로 공기가 통과하여 흐르는 하나 이상의 흡기 통로와;
상기 하나 이상의 흡기 통로에 위치되고 상기 하나 이상의 흡기 통로를 통과하여 흐르는 공기 흐름비를 변화하기 위하여 작동가능한 제 1 제어 수단 및,
운전자의 초기 신호에 따라서 엔진의 공기 또는 연료 요구량을 결정하기 위하여 작동가능한 제 2 수단을 포함하는 엔진의 흡기 시스템에서 결함을 진단하는 방법을 제공하는데,
여기에서, 제 2 제어 수단은 엔진의 공기 또는 연료 요구량을 결정할 때 제 1 제어 수단의 목표 설정을 결정하고;
공기 흐름의 실제비는 상기 측정 수단에 의하여 측정되고, 결정된 공기 요구량과 비교되며, 공기 흐름비의 실제비가 결정된 공기 요구량의 허용가능한 작동한도내에서 조정될 수 있도록 제 1 제어 수단의 설정은 제 2 제어 수단에 의하여 조절되며, 상기 목표 설정은 엔진의 작동 이력에 따라서 갱신되고 검색 맵(look-up map)에 저장되며, 상기 검색 맵의 갱신된 설정은 엔진 흡기 시스템내의 결함 발생을 결정하기 위하여 목표 설정과 비교된다.
상기 특징은 다음의 방법에 따라 실현될 수 있다. 엔진 검색맵이 만들어질 때에, 스로틀 목표 위치 설정은 주위 온도 및 주위 압력과 같은 다양한 다른 요소는 물론 엔진 회전수 및 부하에 대하여 통상적으로 특징지워진다. 목표 위치 설정이 설정후에 대응하는 마지막 위치값을 기초로 하여 상기 검색맵이 서서히 갱신되기 때문에, 목표 설정값은 마지막 설정값에 근접하거나 보다 양호하게 접근할 수 있도록 수정된다. 상기 실제값, 즉 측정값을 이들의 기대값과 비교하여, 엔진의 결함 발생에 대한 정보를 얻는다.
예를 들면, 위치 설정이 예상되는 범위밖에 있다는 것은 공기 흐름이 초과되거나 불충분하다는 것을 나타낸다. 이러한 정보는 엔진의 흡기 시스템에서 누설 또는 막힘이 발생한다는 것을 나타낸다.
또한, 상기 결함 검출 시스템은 온도와 압력과 같은 엔진 작동상태를 고려할수 있다. 예를 들면 고지(high altitude regions)에서, 운전자는 압력 저하를 겪게되고, 그래서 엔진의 부하 및 속도에 대한 공기 유량을 같게 하기 위해서, 스로틀을 저지에서 필요하게 되는 것보다 크게 개방할 필요가 있다.
이러한 결함 또는 나쁜 작동 상태를 검출할 때에, 엔진은 목표 스로틀 위치가 운전자의 초기 신호에 따라서 설정되고 피드 백 또는 스로틀 위치에 따라 조정될 수 있는 모드로 작동된다. 즉, 실제 스로틀 위치는 엔진의 특정의 공기 또는 연료 요구량에 적용가능한 검색맵내의 테이블을 구성하는 값과 비교되어서, 위치의 차이 즉 에러가 최소로 되도록 조정된다.
본 발명은 첨부 도면에 도시된 공기 공급 제어 시스템의 하나의 실질적 장치에 대한 다음의 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.
제 1 도는 흡기 시스템의 제 1 실시예와 이것의 제어부에 대한 개략적인 레이 아웃을 도시하는 도면.
제 2 도는 흡기 시스템의 제 2 실시예와 이것의 제어부에 대한 개략적인 레이 아웃을 도시하는 도면.
제 3 도는 본 발명에 따른 제어 시스템의 개략적인 레이 아웃을 도시하는 도면.
제 1 도에서, 상기 3개의 실린더 엔진(8)은 흡기 매니폴드(7)와 배기 매니폴드(10)를 포함한다. 상기 흡기 매니폴드(7)는 종래의 공기 필터 박스(9)를 통하여 공기를 수용하는 흡기 통로(11)와 소통된다. 상기 흡기 통로(11)에는 모터로 제어되는 스로틀 밸브(12)가 장착된다. 공기 흐름 센서(6)는 스로틀 밸브(12)의 상류쪽에서 흡기 통로(11)에 제공된다. 상기 공기 흐름센서(6)는 흡기 통로(11)를 통하여 엔진(8)으로 공급되는 공기의 실제량을 검출한다.
작동시 운전자가 아이들 위치로부터 가속 페달(14)을 작동시킬 때에, 상기 전위차계(2)는 엔진(8)의 부하 요구를 지시하는 전자 제어유닛(ECU)(17)에 신호를 제공할 것이다. 적절한 검색 맵을 갖는 상기 ECU(17)는 연료실에서 요구 공기/연료비를 성취하기 위하여, 엔진(8)에서 요구되는 연료비와, 엔진(8)으로 흐르는 필요 공기 흐름을 결정할 것이다. 또한, 상기 ECU(17)는 스로틀 밸브(12)의 목표 위치를 결정한다. 상기 목표 위치는 엔진으로 흐르는 요구 공기량을 부여하는 적정 스로틀 위치에 가장 근사한 값을 포함하는 적절한 스로틀 위치의 검색맵으로부터 결정된다. 즉, 상기 검색맵은 스로틀 밸브(12)의 "대략적인" 피드 포워드 위치를 제공할 수 있다. 또한, 상기 ECU(17)는 스로틀 밸브(12)가 바람직한 위치 설정의 소정 한도값내에 있는지를 지시하는 스로틀 위치 피트 백 루프로부터 적절한 신호를 수신한다.
상기 ECU(17)는 스로틀 밸브(12)를 결정된 위치에 위치시키기 위하여 스로틀 밸브 서보 모터(5)를 작동시키도록 적절한 신호를 발생시킴으로써, 공기의 요구량은 흡기 통로(11)를 통하여 흡기 매니폴드(7)로 흐를 것이다. 상기 스로틀 밸브(12)의 위치 조절 제어는 공기 흐름 센서(6)에 의하여 측정되는 공기 흐름에 따라 행해진다. 상기 흡기 통로(11)를 통하여 흐르는 실제 공기 흐름은 ECU(17)에 의하여 결정되는 요구 공기 흐름에 대하여 비교되어, 스로틀 밸브(12)는 필요시 서보 모터(5)에 의하여 조정된다. 즉, 목표 위치 설정은 피트 백 장치에 의하여 조절되고, 스로틀 밸브(12) 위치를 미세 조정한다. 또한, 흡기 통로(11)를 통한 실제 공기 흐름에 미치는 피드 백은 스로틀 밸브(12)가 서보 모터(5)에 의하여 목표 위치로 구동될 동안에 발생된다.
상기 스로틀 위치가 엔진의 요구 공기 흐름을 제공하는 위치로 설정된다면, 스로틀 위치와 요구 공기 흐름에 대한 에러는 만족스럽게 작게되고, 따라서 스로틀제어 시스템은, 예를 들면 운전자가 가속 페달의 위치를 바꾸었기 때문에 운전자의 다른 목표 신호가 ECU에 의해서 수용될 때까지 수동 모드로 남아있게 된다.
제 2 도에 도시된 제 2 실시예에서, 스로틀 밸브(12)의 상류 및 하류에 제 1 흡기 통로(11)와 소통되는 제 2 흡기 통로 또는 바이패스 통로(13)가 제공되므로, 상기 스로틀 밸브(12)파 폐쇄위치에 있을지라도 공기는 엔진(8)으로 흐를 수 있다. 모터로 작동되는 흐름 제어 밸브(18)가 상기 바이패스 통로(13)에 합체된다. 상기 흐름 제어 밸브(18)는 적절한 위치 피드 백 제어 수단을 가진다.
이러한 경우에, 엔진 작동 범위 대부분에 걸쳐서, 운전자는 스로틀 밸브(12)와 관련된 아암(4)에 연결된 가속 페달(14)에 대한 스로틀 밸브(12)의 목표 위치를 링케이지(15)를 통하여 제어한다. 통상적으로 저부하시에는, 상기 스로틀 밸브(12)는 거의 폐쇄되고, 엔진(8)으로의 공기 흐름은 주로 흐름 제어 밸브(18)에 의하여 제어되는 바이패스 통로(13)를 통하여 흐른다. 이것은 일반적으로 아이들 상태의 경우도 동일하게 된다. 이와 관련하여서, 도면 부호 19로 도시된 공동(lost motion) 장치가 링케이지(15)와 연결되어서 제공될 수 있으며, 저부하에서 가속 페달(14)의 운동은 스로틀 밸브(12)의 운동을 실질적으로 발생시키지 않을 것이다. 중간 작동 부하 및 높은 작동 부하에서, 엔진(8)에 대한 공기 흐름은 주로 스로틀 밸브(12)에 의하여 제어된다. 그러나, 상기 밸브(18)는 엔진(8)으로의 공기 흐름의 조절 또는 보정 작업을 제공할 수 있다.
제 1 실시예를 참고로 하여 설명된 바와 같이, 상기 ECU(17)는 흐름 제어밸브(18)의 대략적인 목표 위치 설정을 결정한 다음, 그 위치를 조절하여 특히 저부하에서 엔진(8)으로의 요구 공기 흐름을 정확하게 제공한다. 또한, ECU는 밸브(12 및 18)를 특정 페달 위치에 따라서 목표 위치에 설정하고, 그 후에 엔진으로의 요구 공기흐름을 송출하도록 "미세 조정"되게 상기 밸브(12 및 18)를 제어한다. 엔진의 여러 가지 작동 상태의 어레이에 대하여 적절한 위치값을 공급하기 위하여 적절한 검색맵이 제공될 수 있다.
다음, 제 3 도에서 제어 시스템의 작동이 설명된다. 가속기 페달 위치와 엔진 회전수와 같은 엔진 작동 파라미터에 따라서, 상기 ECU(17)는 스로틀 위치의 대략적인 목표 설정(SΦ)을 발생시킨다. 상기 발생된 스로틀 위치(SΦ)는 스로틀 위치의 값을 페달 위치 및 엔진 회전수의 직접적이거나 또는 간접적인 함수로서 기억하고 있는 검색맵에 의해서 결정된다. 또한, 상기 ECU(17)는 엔진의 사이클당 요구 연료(FPC) 및 사이클당 요구 공기(APC)를 발생시킨다. 상기 스로틀 밸브(12)의 바람직한 설정(SΦ)은 스로틀 밸브 위치의 피드 백 루프에 의하여 실제 위치에 대하여 비교된다. 이들 2개의 값사이의 차이, 즉 에러는 ECU(17)에 입력하고, ECU(17)는 이에 따라서 스로틀 밸브 위치를 조절한다. 이것은 제어 시스템의 다른 피프 백 및 피드 포워드 루프와 동시에 작동되는 매우 빠르게 작용하는 피드 백 루프이다.
이후에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, SΦ의 값은 엔진의 변경과 엔진 작동의 이력에 따라서 갱신되거나 수정될 수 있다. 예를 들면, 이전의 엔진 작동에서, 특정의 부하 및 속도는 대략적인 목표 설정이 각도(SΦ)로 있는 각도 (SΦ 1)에서 설정될 요구 스로틀 값을 가질 수 있다. 따라서, 스로틀 위치 설정맵은 주기적으로 갱신될 수 있으므로, 상기 엔진의 부하 및 속도와 동일한 작동상태가 다음번에 발생할 때에, 상기 스로틀은 초기에 SΦ가 아닌 SΦ 1으로 이동된다.
또한, 상기 엔진 작동 이력으로부터 이러한 데이터는 다른 스로틀 위치 보정맵을 갱신하거나 변경하는데에 사용될 수 있고, 이러한 보정맵은 스로틀 위치 설정맵과 관련하여서 스로틀 밸브(12)용 SΦ를 결정한다. 상기 시스템 모두는 주위 온도 및 주위 압력과 같은 다른 파라미터에 따라서 이루어질 수 있다. 이렇게 하여서, 엔진으로부터의 공기 공급 제어 방법은 적절하게 되며, 엔진 사용중의 변경을 보정할 수 있다.
그 다음, 흡기 통로(11)에서 발생되는 실제 공기 흐름은 공기 흐름 센서(6)에 의하여 측정되어 요구 APC와 비교되며, 필요하다면 상기 요구 APC가 성취될 때까지 스로틀 밸브(12)의 위치(SΦ)가 조절된다. 본 발명을 사용함에 있어서, 스로틀 밸브의 위치를 어느 정도 조절할 필요가 있다. 이것은 운전자의 초기 신호에 신속하게 응답하기 위해서, 스로틀 밸브의 위치(SΦ)가 우선 맨 먼저 "대략적인" 피드 포워드 위치 설정에 따라서 설정되기 때문이다. 이러한 "대략적인" 피드 포워드 위치 설정은 요구 공기흐름을 제공하는데에 필요한 위치 설정과 반드시 동일할 필요는 없다.
제 3 도에 도시된 바아 같이, 스로틀 위치 PID 제어기(A)와 공기 흐름 PI 제어기(B)와 같은 폐쇄된 루프 제어기는 당업자에게 공지된 제어 시스템에 사용된다. 그러나, 원한다면 다른 적절한 제어기가 사용될 수 있다는 것을 당업자라면 알 것이다.
상술한 바와 같이, 초기 스로틀 위치(SΦ)에 대한 보정의 정도는 임의의 시점 및 엔진 작동 상태에 대한 설정에 관하여 요구 공기사이의 관계가 적당하게 되도록 시스템을 형성함으로써 최소로 유지할 수 있다. 이러한 관계는 시간에 따라서 변하기 때문에, 스로틀 위치(SΦ)와 측정된 APC의 값들을 저장하고, 스로틀 밸브(12)의 대략적인 목표 설정(SΦ)에서 최소 에러를 얻기 위하여 상기 값들을 관계시켜서 전체 시간동안에 개선된다. 이 경우에도, 상술한 바와 같이, 이러한 관계는 엔진의 작동 상태(예를 들면, 엔진 회전수 및 부하), 주위 온도 및 압력과 같은 다른 파라미터 및, 페달 위치를 고려하여서, 엔진의 임의의 특정한 작동 상태, 엔진 작동중의 다른 특정한 파라미터 및, 페달 위치에 대하여 필요한 스로틀 밸브 위치(SΦ)를 발생하는 검색맵을 제공할 수 있다. 이렇게 하여, 최초에 선택된 스로틀 위치(SΦ)로 부터의 보정의 정도는 지나치게 크거나 작게 될 수 있고, 이것은 ECU(17)가 결정된 요구 APC와, 이에 대응되는 측정 APC를 얻는데 필요한 반복의 수가 작게지기 때문에 응답 지연을 작게 할 수 있다.
이에 대하여, 적용 제어 시스템은 거의 상술한 바와 같이 작동하게 된다. 상기 스로틀 밸브(12)가 스로틀 위치 설정에 대한 임의의 필요한 조절을 행하는 스로틀 위치 피드 백 루프를 가진 ECU(17)에 의하여 결정되는 목표 위치로 이동되도록 상기 스로틀 밸브의 서브 모터(5)는 작동된다. 그 다음 공기 흐름의 실제비가 측정되어, 연료 요구 및 엔진 회전수에 따라 상기 ECU(17)에 의하여 설정되는 요구 APC와 비교된다. 상기 요구 APC와, 실제 또는 측정된 APC사이의 발생 에러(A)는ECU(17)에 입력되고, ECU는 스로틀 밸브 위치에 대한 다음 값을 계산한다. 그래서, 상기 에러(A)가 적정 값으로 작아질 때까지 반복적인 프로세스가 계속된다.
위에서 설명된 제어 시스템의 적용성에 대하여 다시 언급한다. 검식맵은 내부에 기억된 목표 스로틀 설정값에 의해 에러(A)가 최소 가능한 값으로 작아지도록, 따라서 위에서 설명한 반복 프로세스를 실행하는데에 있어서 공기 흐름 및/또는 반응시간의 정확함이 저하하지 않도록 에러(A)에 근거하여 변경할 수 있다. 이러한 것이 의미하는 것은, 발명의 제어 방법과 시스템은 ECU(17)에 의해서 보정되지 않는한, 공기 흐름의 제어에 악영향을 가져오는 흡기 시스템내로의 공기 누설에 의해 엔진의 사용 수명중에 생기는 엔진 작동 상태에서의 변화의 작용을 받기 어렵다는 것이다.
본 발명의 다른 변형예에서는, 상기 ECU(17)는 엔진의 결함, 예를 들면 엔진의 작동, 엔진 성능 및 공기 도입 시스템의 구성품에서의 결함을 제조업자 또는 사용자에게 알리는 진단 모드를 구비하도록 만들 수 있다. 앞에서 설명된 바와 같이, ECU(17)가 결정한 목표 설정, 즉 피드 포워드 설정을 공기 흐름 제어 시스템의 상술된 피드 백 루프에 의해서 달성된 설정과 비교함으로써, 이러한 결함의 존재가 분명하게 된다. 따라서, 스로틀 위치의 목표 설정 즉, 피드 포워드 설정 및/또는 이와 관련된 공기 흐름의 값을 피드 백 제어루프에 의해서 얻어진 실제값과 비교한 차이를 사용하여 에러를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 스로틀 위치의 설정치가 스로틀 위치의 대략적인 목표 설정과 비교하여 기대치보다 낮은 경우에, 이것은 공기도입 시스템내로의 누설이 생기고 있다는 것을 나타낸다. 또한, 공기 흐름 센서(6)에관한 문제점이나 스로틀 위치 피드 백 수단의 부정확성과 같은 다른 결함을 상기 제어 시스템의 진단 모드에 의해서 판단할 수 있다.
상기 진단 모드는 소정 범위의 값을 장시간에 걸쳐 시스템에 적용할 수 있다는 점에서 제어 시스템의 적용 모드와 상호 보완적으로 이루어질 수 있다. 그러나, 변경되거나 보정된 값이 상기 범위 밖에 있다면, 에러는 표시되고, 필요하다면 이 에러에 작동을 미치게 할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 또 다른 변형예에서, 흡기 시스템에 악영향을 미치는 결함 또는 문제점이 존재하는 경우에, ECU(17)는 "림프-홈(limp-home)" 모드를 작동시키도록 형성될 수 있다. 상세하게 설명하면, 상기 공기 흐름 센서(6)가 작동불능 상태로 되는 경우에, 엔진이 계속 작동하는데에 충분한 제어를 흡기 시스템에 미칠 수 있다. 이에 관하여, 제어 시스템은 스로틀 수단의 목표 피드 포워드 설정 및 엔진을 만족하도록 작동시키는데 필요한 공기흐름을 줄 수 있는 스로틀 수단의 위치 설정에 대한 피드 백에 의존하고 있다. 이러한 "림프-홈" 시스템은 흡기 통로(11)내의 실제 공기 흐름을 요구 공기 흐름에 충분히 가깝게 할 수 있고, 차량의 운전자는 이것에 대하여 필요한 보수 또는 수리를 행할 때까지 차량을 계속 운전할 수 있다.

Claims (24)

  1. 엔진으로 공기 흐름을 스로틀하기 위한 수단을 구비한 내연기관으로 공기 공급을 제어하는 방법에 있어서,
    운전자의 초기 신호에 따라서 요구 공기량을 결정하는 단계와;
    운전자의 초기 신호에 따라서 스로틀 수단의 목표 위치를 결정하는 단계와;
    엔진으로의 공기 공급비를 결정하여, 상기결정된 공기량과 공기 공급비를 비교하는 단계와;
    상기 스로틀 수단을 목표위치로 이동시키는 단계 및;
    상기 스로틀 수단의 위치를 조절하여 상기 결정된 공기 공급비를 결정된 공기 요구량과 선택되게 정합되도록(a chosen alignment)하는 공기 공급을 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스로틀 수단의 위치가 설정점 위치값과 비교하여, 스로틀 수단의 위치값이 설정점 위치값의 허용 한도를 넘어서 크게 다른 경우에 스로틀 위치 작동기가 작동하고, 상기 설정점의 값을 꼭 들어맞게 정합(alignment)시키는 공기 공급을 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스로틀 수단의 목표 위치는 운전자의 초기 신호에 따라 엔진 제어유닛내의 검색 맵(look-up map)에 의하여 제공되는 공기 공급을 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 위치는 위치값의 허용가능한 범위인 공기 공급을 제어하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 운전자의 초기 신호는 가속기 페달 위치인 공기 공급을 제어하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스로틀 수단의 목표 위치는 엔진의 결정된 공기 요구량에 대응되는 위치에 더욱 가깝게 할 수 있도록, 상기 스로틀 수단의 목표 위치를 엔진 작동 상태 및 파라미터(parameter)의 변화에 대하여 보정하는 공기 공급을 제어하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 스로틀 수단의 목표 위치를 엔진 변화에 대하여 보정하는 공기 공급을 제어하는 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 엔진 작동 상태와 파라미터는 엔진 회전수, 엔진 부하, 흡기 온도 및흡기 매니폴드 압력, 주위 온도 및 주위 압력을 포함하는 공기 공급을 제어하는 방법.
  9. 엔진으로 공기가 통과하여 흐르는 하나 이상의 흡기 통로와;
    상기 하나 이상의 흡기 통로내에 위치되고, 상기 하나 이상의 흡기 통로를 통과하여 흐르는 공기의 흐름비를 변화하기 위하여 작동가능한 제 1 제어 수단과;
    상기 하나 이상의 흡기 통로를 통과하여 흐르는 공기 흐름비를 결정하기 위한 측정 수단 및;
    운전자의 초기 신호에 따라서 엔진의 공기 및/또는 연료 요구량을 결정하기 위하여 작동가능한 제 2 제어수단을 포함하는 내연기관 제어 시스템에 있어서,
    상기 제 2 제어 수단은 엔진의 공기 및/또는 연료 요구량의 결정시 제 1 제어수단의 목표 절정을 또한 결정하고; 상기 공기 흐름비는 상기 측정 수단에 의하여 측정되어 상기 결정된 공기 요구량과 비교되며, 상기 공기 흐름비가 결정된 공기 요구량의 허용가능한 작동 한도내로 조정될 수 있도록 상기 제 1 제어 수단의 설정은 제 2 제어 수단에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 수단의 설정은 설정점의 설정과 비교하여, 상기 제 1 제어 수단의 설정이 설정점 설정으로부터 허용가능한 범위보다도 크게 다른 경우에 제 1제어 수단을 상기 설정 및 상기 설정점의 설정에 가깝게 하여 정합시키도록 조절하는 내연기관 제어 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 제어 수단은 엔진의 공기 및/또는 연료 요구량을 결정할 때 제 1 제어수단의 목표 설정을 결정하는 내연기관 제어 시스템.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 목표 설정은 스로틀 위치값의 허용가능한 범위인 내연기관 제어 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 운전자의 초기 신호는 가속기 페달 위치인 내연기관 제어 시스템.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 제어수단은 스로틀 밸브인 내연기관 제어 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 흡기 통로는 다른 흡기 통로를 포함하는 내연기관 제어 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 수단은 상기 다른 흡기 통로에 위치되는 내연기관 제어 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 다른 흡기 통로를 통한 공기 흐름비가 일정한 범위내에서 유지될 수 있도록 상기 다른 흡기 통로는 제 2 제어수단에 제어가능한 제 3 제어수단을 포함하는 내연기관 제어 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 제어수단은 엔진의 공기 및/또는 연료 요구량의 결정시에 제 3 제어수단의 목표 설정을 결정하는 내연기관 제어 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어수단의 목표 설정을 엔진의 상기 결정된 공기 요구량에 대응되는 설정에 더욱 가깝게 할 수 있도록, 상기 목표 설정을 엔진 작동 상태 및 파라미터의 변화에 대하여 보정하는 내연기관 제어 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 스로틀 수단의 목표 설정을 엔진 변화에 대하여 보정하는 내연기관 제어 시스템.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 엔진 작동상태와 파라미터는 엔진 회전수, 엔진 부하, 흡기 통로 온도 및 흡기 통로 압력, 주위 온도 및 주위 압력을 포함하는 내연기관 제어 시스템.
  22. 엔진으로 공기가 통과하여 흐르는 하나 이상의 흡기 통로와;
    상기 하나 이상의 흡기 통로내에 위치되고, 하나 이상의 흡기 통로를 통과하여 흐르는 공기의 흐름비를 변화하기 위하여 작동가능한 제 1 제어수단 및;
    운전자의 초기 신호에 따라서 엔진의 공기 및/또는 연료 요구량을 결정하기 위하여 작동가능한 제 2 제어 수단을 포함하고;
    상기 제 2 제어 수단은 엔진의 공기 및/또는 연료 요구량의 결정시에 제 1 제어수단용 목표 설정을 결정하고;
    상기 공기 흐름비는 상기 측정수단에 의해 측정되어 상기 결정된 공기 요구량과 비교하여, 상기 공기 흐름비가 결정된 공기 요구량의 소정 한도내에서 조정될 수 있도록 제 1 제어수단의 설정은 제 2 제어 수단에 의하여 제어되는 엔진의 흡기 시스템의 결함 진단 방법에 있어서,
    상기 목표 설정은 엔진의 작동 이력(operating history)에 따라서 갱신되어 검색맵내에 저장되고, 상기 검색맵의 갱신된 설정은 엔진의 흡기 시스템의 결함 발생을 결정하기 위하여 목표 설정과 비교되는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기 시스템의 결함 진단 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 엔진내의 결함 진단시, 엔진으로의 공기흐름은 운전자의 초기 신호에 따라서 결정되는 제 1 제어 수단용 목표 설정에 따라 제어되고, 상기 제 1 제어수단의 설정은 엔진의 공기 및/또는 연료 요구량에 적용가능한 테이블에 기억된 설정과 비교되고, 상기 제 1 제어 수단의 설정은 테이블내에 기억된 설정과 허용가능한 한도를 넘어서 크게 다른 경우, 상기 설정과 테이블내에 기억된 설정이 꼭 들어맞게 정합시키는 엔진의 흡기 시스템의 결함 진단 방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 수단과 제 3 제어 수단의 하나 이상의 목표 설정은 운전자의 초기 신호에 따라서 제 2 제어 수단내의 검색맵에 의하여 제공되는 내연기관 제어 시스템.
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