KR0121326B1 - 모터 자동차용 제어 변수 조정 시스템 - Google Patents

Abstract

내연 기관에 전달되는 연료량을 조정하기 위한 조정 시스템으로, 제1조정 장치(10.1.1)와 제2조정 장치(10.2.1)를 갖는다. 그 제1조정 장치는 제1감지기로부터 제1조정된 변수를 연료 주입 펌프(12.1)에 공급하는 신호 함수로서 방출한다. 그 제2조정 장치는 제2감지기(11.2)로부터 신호의 함수로서 연료 주입 펌프를 작동시키기에 적당하지만 제1조정 장치를 계산하는데 적당한 제2조정 변수를 결정한다.

따라서, 조정 시스템은 조정된 후에 감지기가 느리다고 해도, 제1감지기가 제2감지기로서 이용되는 것보다 보다 정확하게 측정하는데 이용된다. 그래서, 제2조정된 변수는 제1조정 변수 보다 원하는 람다값을 얻는데 필요한 값으로 보다 정확하게 대응한다. 그 대신에, 제1조정 변수는 내연 기관에 전달되는 공기량의 변화에 보다 빠르게 응답한다. 제1제어 유닛이 제2조정 변수의 도움으로 계산되는 결과로서, 제1조정 변수로 인해 이전 기술보다 더 정확할 뿐만 아니라 고속으로 될 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

모터 자동차용 제어 변수 조정 시스템

[도면의 간단한 설명]

본 발명의 실시예는 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

제1도는 모터 자동차 엔진에 전달된 연료량을 조정하기 위한 이미 공지된 조정 장치의 블럭 회로도.

제2도는 두 조정 장치로서, 본 발명에 따른 조정 장치를 두 개의 장치와 함께 도시된 블럭 회로도.

제3도 및 제4도는 한 조정 시스템과 함께, 폐-루프 제어 장치 및 개-루프 제어 장치를 각각 갖는 조정 장치의 각각의 블럭 회로도를 도시한 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 모터 자동차에서 모니터되는 여러 변수(variables)에 대한 조정 시스템(setting system)에 관한 것이다. 그 조정 시스템은 본 명세서에서 개-루프 제어 시스템 및 폐-루프 제어 시스템에 대해 공동으로 이용되었다. 따라서 그 조정 장치는 개-루프 제어 장치 및 폐-루프 제어장치로서 이용되고 조정 시스템은 개-루프 제어 시스템 및 폐-루프 제어 시스템의 공통 용어로서 이용되었다. 그 장치는 기본적으로 기능적인 장치로 이해될 수 있다 그로 인해, 개-루프 제어 장치 및 폐-루프 제어 장치는 개별적인 모듈을 필요로 하지 않으며, 그 대신에, 그들은 오늘날 자동차 공학에서 일반적으로 사용되는 것 처럼, 마이크로프로세서의 기능에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 특히, 내연 기관에 전달되는 연료량을 조정하는 것에 관한 것으로, 그러한 방법에 의해 가능한 정확하게 소정의 람다(λ)값을 얻는다.

지금 설명되는 종래의 기술은 제1도에 도시되어 있으며, DE-C2 24 57 436에 공지된 것처럼, 연료량을 조정하기 위한 전형적인 실시예이다.

이미 공지된 장치의 조정 시스템은 단일 조정 장치로 구성되며, 그 단일 조정 장치는 조합된 개-루프/폐-루프 제어 장치로서 설계되어 있다. 그 개-폐루프 제어 장치에는 감지 장치(11)의 속도 감지기의 신호 및 조절 밸브의 신호가 공급된다. 이들 신호로부터, 관련된 엔진에 의해 수용된 공기량이 결정될 수 있다. 그 공기량으로부터, 개-루프/폐-루프 제어장치는 관련된 연료량을 계산하고, 조정 변수의 값을 결정하고, 그 조정 변수 값은 연료 주입 펌프(12)에 공급된다. 그 조정 변수는 조정 밸브/속도 특성 맵(map)으로부터 미리 결정되고, 배수 인자(multiplicative factor)에 의해 변경되는데, 그 배수 인자는 폐-루프 제어 장치에 고정된 람다의 조정값과, 출력 감지기로서 동작하여, 람다 프로브(lambdaprobe)(13)에 의해 제어 조정 장치(10)에 방출될 때의 람다의 실제 값 사이의 차이에 의존한다.

이는 결과적으로, 다음의 폐-루프 제어에 따른 개-루프 제어이며, 그로 인해, 조정 변수의 값은 속도 감지기 및 조절 밸브 감지기에 의해 방출된 신호의 값에 종속된다. 그 개-루프 제어는, 속도 감지기 및 조절 밸브 감지기의 신호 변화가 변화된 조정 변수로 직접 변환되기 때문에, 매우 빠른 응답 동작을 나타낸다. 그러나, 그러한 빠른 변환이 정확 한지의 여부는 람다 프로브(13)가 역으로 새로운 람다 실제 값을 기록할 때만 명확히 될 수 있다. 이는 약 1/2초에서 수 초까지의 천이 응답 주기로 나타난다. 만일, 람다 프로브 장치의 측정으로 인하여, 람다의 셋트 값과 람다의 실제 값 사이의 편차가 조정된다면, 조정 변수를 계산하기 위한 배수 인자는 조정 장치(10)의 제어부에 의해 재결정된다.

공지된 장치에 있어서, 속도 감지기 및 조절-밸브 감지기의 도움으로, 공기의 부피는 결정되지만, 공기의 질량은 결정되지 못하는 문제가 있는데, 이는 연료량을 측정하는데 실제로 매우 중요하다. 따라서, 종래의 기술에 있어서 핫-와이어(hot-wire) 공기-질량 감지기 또는 핫-필름(hot-film) 공기-질량 감지기 형태의 공기량 감지기는 감지 장치로서 이용된다. 이들은 공기의 질량의 다소 정확한 결정을 허용한다.

그러나, 실제로 모니터되는 변수의 측정 정밀도에 관한 공기-질량 감지기의 장점은 단점에 의해 상쇄된다. 비록, 핫-필름 공기-질량 감지기는 저렴하고 견고하게 제조될 수 있어도, 상대적으로 느리게 동작한다.

[발명의 장점]

본 발명의 목적은 서두에 언급된 시스템보다 고속으로 처리되면서 보다 정확하게 조정하는 조정 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 조정 시스템은, 종래 기술의 경우에서처럼 단일 조정 장치를 갖는 것 뿐만 아니라 두 개의 조정 장치를 갖는다. 이 경우에 있어서, 제1조정 장치는 작동 신호를 조정 시스템에 전달하기 위해 제공되고, 제2조정 장치는 제1조정 장치의 눈금 측정(calibrating)하기 위해 제공된다. 그 제2조정 장치는 제2감지 장치와 상호 접속을 위해 제공되는데, 그 제2감지 장치는 제1조정 장치와 상호 접속된 제1감지 장치 보다 느리지만 보다 정확하게 측정된다. 결과적으로, 제1조정 장치는 제1감지 장치에 의해 기록될 때의 변화에 대해 매우 빠르게 응답할 수 있다. 이러한 방식으로 빠르게 결정된 제1조정 변수는 제2제어 장치에 의해 느리지만 보다 정확하게 결정된 제2조정 변수와 비교된다. 만일, 편차에 조정되면, 제1조정 변수는 편차가 제로 방향으로 이동되도록 변경된다. 결과적으로, 전체 시스템을 빠르게 응답할 수 있고, 그럼에도 불구하고 입력 변수의 변경에 대해서 정확하게 응답할 수 있다. 만일, 제1조정 변수가 출력 변수의 함수로서 결정된다면, 두 조정 장치 중 한 조정 장치에는 출력 감지기의 신호가 공급된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 제1조정 장치는 제어 장치이고, 그 제어 장치는 공기 부피, 공기 질량 및 제1조정 변수를 차례로 측정하기 위해 속도 감지기 및 조절 밸브 감지기로부터 신호를 수신하고, 원하는 람다 값을 얻기 위해 공기 질량을 부가되는 연료량을 결정한다. 또한, 제2조정 장치는 제어 장치이지만, 핫-필름 공기 질량 감지기로부터 신호를 제공받고, 속도 및 조절 밸브 위치로부터 공기 질량을 결정하는 것보다 더 정확하게 결정할 수 있다. 그러나, 제2감지 장치의 시간 응답은, 상기 기술된 것처럼, 제1감지 장치보다 느리다. 핫-필름 공기 질량 감지기의 신호로부터, 제2제어 장치는 연료량에 대한 비율을 나타내는 제2조정 변수를 결정한다. 그러나, 상기 조정 변수는 연료 주입 펌프에 제공되지 않으며, 그 대신에, 상기 일반적인 경우에 대해 기술한 것 처럼, 제1조정 장치의 눈금을 측정하기 위해 이용된다.

상기 눈금 측정값(calibration values)들은, 예를 들어, 특성 맵에서 상이한 점들이 동작을 위해 상이하게 기억될 수 있다. 이 경우에 있어서, 점-종속 편차(point-dependent deviations)를 동작하기 위한 개별적인 보상이 존재한다.

지금 기술된 양호한 실시예에 따른 각각의 두 제어 장치의 각각은 람다 감지기로부터 신호가 제공되는 개-루프/폐-루프 제어 장치와 같이 구성될 수 있다. 두개의 제어 장치 중 한 장치는 개-루프/폐-루프 제어 장치가 각각의 경우에 있어서 관련된 개-루프/폐-루프 제어 회로의 시간 응답에 필수적으로 따르게 되는 것으로 구성된다. 그러한 장치는 난조의 위험(the risk of hunting)이 가능한 적게 일어나도록 구성된다.

[본 발명의 양호한 실시예의 설명]

제2도에 따른 조정 장치는, 제1감지 장치(11.1) 및 제2감지 장치로부터 신호를 공급받아, 제1조정 변수를 조정 시스템(12.1)에 방출하는 조정 시스템(14)을 갖는다. 그 조정 시스템(14)은, 제1제어 장치(10.1.1)로서 설계된 제1조정 장치, 제2제어 장치(10.2.1)로서 설계된 제2조정 장치 및, 눈금 측정 장치(15)의 여러 기능 장치를 갖는 마이크로프로세서 시스템으로 설계된다.

제1제어 장치(10.1.1)는 제1감지 장치(11.1)로부터 최소한 하나의 기준 변수를 수신한다. 제2도의 제1실시예의 양호한 설계에 따라, 제1감지 장치(11.1)는 속도 감지기 및 조절 밸브 감지기로부터 신호를 방출한다. 이들 신호로부터, 제1제어 장치(10.1.1)는 제1조정 변수를 계산하는데, 상기 기술한 설계의 경우의 신호는 조정 시스템(12.1)과 같은 연료 주입 펌프에 전달된다. 그 제1조정 변수의 계산은 속도 감지기/조절-밸브 감지기/조정 변수 특성 맵에 의해 실행되거나, 속도 감지기 및 조절-밸브 감지기의 신호, 즉 공기의 질량, 연료량 및, 제1조정 변수에 의해 공기 부피가 결정되는 것에 의해 실행된다.

제2제어 장치(10.2.1)는 상기 설명된 것과 같이 공기-질량 감지기로서 설계된 경우의 제2감지 장치(11.2)로부터 입력 신호를 수신한다. 그 공기 질량 감지기는 제1감지 장치의 도움으로 속도 및 조절 밸브 위치의 측정으로부터 공기 질량의 (람다) 측정보다 내연 기관에 의해 얻어진 공기 질량을 보다 정확하게 결정한다. 그러나 제2감지 장치(11.2)에서 처럼 공기 질량 감지기는 제1감지 장치(11.1)보다 느리게 측정한다. 이 감지기 신호는 정확하지만, 얻어진 공기 질량의 변화가 존재할 때 단지 새로운 값이 제2제어 장치(10.2.1)에 의해 제1조정 변수와 동일한 신호의 제2조정 변수로 느리게 변환된다. 그 제1조정 변수의 신호는 연소 중에 원하는 람다 값을 얻기 위해 결정된 공기량에 부가되는 연료량을 후에 정확하게 방전하도록 연료 주입 펌프를 조정하는데 적당하게 되어 있다. 그러나 제2조정 변수는 연료 주입 펌프로서 설계된 조정 시스템(12.1)에 전달되지 않지만, 눈금 측정 장치(15)에 전달된다. 그 눈금 측정 장치는 비교기, 신호 변환기 및 샘플-유지 회로의 기능을 실행하는데, 일반적으로 컴퓨터 기술에 의해 실행된다. 즉, 그 눈금 측정 장치(15)는 보다 정확하지 못한 제1감지 장치의 신호를 기초로 하여 결정된 제1조정 변수가 보다 정확한 제2조정 변수로부터 이탈되는지를 결정한다. 또한, 그 눈금 측정 장치(15)는 제2감지 장치(11.2)의 최소한 천이 응급에 대응하는 시간 주기 내에 주어진 기간 내에 제1조정 변수가 존재하는지를 결정한다. 만일, 그 제1조정 변수가 그 기간 내에 존재하는 경우에, 현재 상태가 제2감지 장치(11.2)에 대해 실제로 안정 상태임을 결정한다. 그러한 안정 상태에서, 속도가 느린 제2감지 장치는 얻어진 공기량의 갑작스런 변화 이후에 정확한 지시값을 나타낼 수 있다.

만일, 실제로 그와 같은 안정 상태가 존재한다면, 제1조정 변수와 제2조정 변수로부터 얻은 차이 신호 또는, 그 차이 신호로 변환된 임의 신호를 샘플-유지 기능을 통해 제1제어 장치(10.1.1)로 방출된다. 그후에, 만일, 제1조정 변수가 주어진 백분율 프레임에 대응하는 것보다 더 큰 만큼 주어진 기간 내에서 변화한다면, 샘플-유지 기능은 실제로 여전히 안정 상태로 나타낼 때의 최종 출력값을 유지한다.

그 눈금 측정 장치(15)에 의한 출력값은 제1제어 장치(10.1.1)에 영향을 준다. 그 영향에 따라, 제1제어 장치는 제1조정 변수의 값이 제2조정 변수의 값에 적용되는 방향으로 제1조정 변수를 변화시킨다. 예를 들어, 눈금 측정 장치(15)에 의해, 제2조정 변수값으로부터 제1조정 변수값의 2퍼센트 만큼의 편차를 조정한다면, 그 제1제어 장치(10.1.1)는 제1조정 변수의 이전에 방출된 값을 1.02 비율만큼 증가시킨다.

상기와 같은 방법으로 기능을 하는 조정 시스템(14)은 제1조정 변수가 제2도에 따른 장치의 거의 전체동작 시간 내에 결정되면서, 동시에 제2감지 장치의 높은 측정 정확도에 대응하는 정확도를 갖는 효과가 있다. 그러나, 입력 변수의 변화가 존재할 때, 그 조정 시스템은 제1감지 장치의 조정 속도에 대응하는 고속(high follow-up rate)으로 변화한다.

이미 기술된 실시예 및 그와 동일하게 설계된 경우에 있어서, 조정 시스템은 제1제어 장치(10.1.1) 및 제2제어 장치(10.2.1)를 갖는다. 그러나, 단순한 개-루프 제어 장치 대신에, 개-루프/폐-루프 제어 장치가 이용될 수 있는데, 예를 들어, 제3도에 따른 조정 장치로 표현된 것과 같은 제1조정 변수의 방출을 위한 개-루프/폐-루프 제어장치(10.1.2), 또는, 제4도에 따른 장치로 표현된 것과 같은 제2조정 변수의 방출을 위한 개-루프/폐-루프 제어 장치(10.2.2)가 이용될 수 있다. 개-루프 제어 장치를 대신하여 개-루프/폐-루프 제어 장치를 사용하면, 조정 변수에 의해 영향을 받은 출력 변수가 실제로 원하는 조정값을 나타내는지의 여부, 또는 존재하는 편차가 정확 한지의 여부를 모니터하는데 장점이 있다.

제3도에 따른 장치는 제2도에 따른 장치와 다른데, 그 다른 점은 제3도에는 조정 시스템(12.1)의 출력 변수, 또는 그에 따른 변수를 측정하는 출력 감지기(13.1)가 부가된 점이 다르다. 그 출력 감지기(13.1)는 제어 장치(10.1.1)를 대신하는 이미 언급된 개-루프/폐-루프 제어 장치에 그 출력 신호를 방출한다. 그 개-루프/폐-루프 제어 장치(10.1.2) 는 제1감지 장치(11.1)의 출력 신호에 따른 값으로 폐-루프 제어를 실행한다. 이러한 폐-루프 제어에 있어서, 출력 감지기(13.1)로부터 출력된 신호는 개-루프/폐-루프 제어 장치(10.1.2)에 공급된 셋트값과 비교된다. 이미 설명한 조정 시스템(14)의 실시예에 따른 제4도의 조정 장치가 제2도에 따른 장치의 설계와 대응하여 설계된다면, 람다 프로브와 같은 출력 감지기를 설계하는 것이 유리하다. 이때, 그러한 장치는 제2도에 따른 장치와 유사한 기능을 하지만, 상기 기술한 폐-루프 제어 기능을 고려한다.

제4도에 따른 조정 장치의 경우에 있어서, 제3도에 다른 장치를 참조로 설명된 출력 감지기(13.1)는 제2도에 따른 실시예를 토대로 이미 언급된 제2제어 장치(10.2.1)를 대신하여 개-루프/폐-루프 제어 장치(10.2.2)에 그 출력을 방출한다. 동시에, 그 제2개-루프/폐-루프 제어 장치(10.2.2)에 셋트값이 제공된다.

그러한 장치에 의해서, 제어 장치(10.1.1)는 제1조정 변수의 출력을 위해 더 이상의 개-루프 제어 눈금 측정값을 수신하지 않지만, 폐-루프 제어 눈금 측정값은 수신한다. 결과적으로, 비록 제1감지 장치(11.1)에 의해 수치가 측정될 때 단순히 수치의 함수로서 제어 장치(10.1.1)에 의해 제어된다할 지라도, 제1조정 변수는 또한 폐-루프 제어 특성을 갖는다.

제1조정 장치를 제어하기 위해 폐-루프 제어를 이용하여 더 많은 장점이 있을 때의 문제와, 제2조정 장치를 제어하기 위해 폐-루프 제어를 이용하여 더 많은 장점을 얻을 때의 문제는 완성된 장치에 이용되는 여러 감지기의 시간 응답에 필수적으로 의존한다는 점이다. 폐-루프 제어는 그 시간 응답에서 난조 현상이 보다 적게 나타나는 지점에서 선택된다.

Claims (4)

1. 모터 자동차의 내연 기관에서 엔진 속도 및 조절 밸브 위치와 같은 동작 특성에 대한 감지기를 포함하여 연료의 계량(fuel metering)에 관련된 제어 변수를 조정하는 시스템에 있어서, -엔진 내부에 취해진 공기의 부피 또는 공기의 질량값이 감지기 신호로부터 결정되도록, 제1그룹의 감지기에 따른 제1신호를 제공하는 제1조정 장치; -내연기관의 인입 파이프의 공기-질량 감지기이고, 보다 정확하게 동작하지만 제1그릅의 감지기보다 긴 천이 회복 시간을 가지며, 엔진 내부에 취해진 공기의 부피 또는 공기-질량이 결정 되는 다른 감지기의 최소한 한 신호를 처리하여 제2신호를 제공하는 제2조정 장치와; 제1그룹의 감지기의 감지기 출력 신호가 임의 작은 영향 범위에 존재하는 경우에, 상기 제1신호와 상기 다른 감지기의 출력 신호에 따라 영향을 받는 임의 동작 상태에서 제1신호에 따라 제어 변수를 눈금 측정하는 눈금 측정 장치를 포함하여, 상기 눈금 측정은 실제로 안정된 상태에서 실행하는 것을 특징으로 하는 모터 자동차용 제어 변수 조정 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 다른 센서로서 핫-필름 공기-질량 감지기가 제공되는 것을 특징으로 하는 모터 자동차용 변수 조정 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 눈금 측정은 제4감지기(출력 감지기 13.13.1)의 출력 신호에 의해 부가적으로 영향을 받는 것을 특징으로 하는 모터 자동차용 제어 변수 조정 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제4감지기로서 람다 프로브(13)가 제공되는 것을 특징으로 하는 모터 자동차용 제어 변수 조정 시스템.

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