KR100304242B1 - 차량출발시의엔진연료제어장치및방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연료 제어형 엔진(14)과, 마스터 마찰클러치(16)과, 다단변속 기계 변속기(12) 및 마이크로 프로세서를 토대로 한 제어장치(44)를 포함하는 자동기계 변속기 장치(10)가 갖추어진 차량에 대해 차량 출발상태 도중 엔진 연료주입량을 제어하기 위한 제어방법/장치가 마련되어 있다. 차량 출발중 드로틀 위치(THL)가 기준값(최대 연료주입량의 10~20%)보다 작으면, 연료주입량은 드로틀 위치를 따르고, 그렇지 않으면, 연료주입량은, 드로틀 위치, 엔진속도(ES) 및/또는 그 변화율(dES/dt), 클러치의 상태 및/ 또는 시간 등의 인자의 함수로서 상기 제어장치에 의해 결정되는 계산량(FCALC)이다.

Description

차량 출발시의 엔진 연료 제어장치 및 방법
제1도는 본 발명의 제어를 활용하는 자동기계 변속기 장치의 개략도.
제1(a)도는 마이크로 프로세서를 토대로 한 제어장치의 개략도.
제2도는 선행기술의 차량 출발 작동의 그래프.
제3도는 본 발명의 흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 다단 변속 기계 변속기 14 : 연료 제어형 엔진
16 : 마스터 마찰클러치 30 : 드로틀
32 : 연료 제어장치 36 : 비수동 제어 클러치 액츄에이터
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 차량 출발 작동중, 엔진과 변속기 입력축 사이에 위치하는 자동 마스터 마찰클러치를 포함하는 자동 기계 변속기와 관련된 연료 제어형 엔진의 연료주입을 제어하기 위한 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
전자동 및 부분 자동 기계 변속기 장치가 선행기술로 공지되어 있다.
예를 들면, 그 내용이 여기에 참고로 인용된 미합중국특허 제4,361,060호; 제4,860,860호; 제4,648,290호; 제5,050,451호; 제5,272,939호; 제 5,316,116호 및 제5,337,868호를 참조하기 바란다. 이러한 장치는 연료 제어형 엔진, 연료 제어장치, 다단 변속 기계(죠우클러치형) 변속기, 변속기 제어장치, 엔진과 변속기 사이에서 구동가능 상태로 위치하는 마스터 마찰 클러치 및 마이크로 프로세서를 토대로 한 제어장치(그 내용이 여기 참고로 인용된 미합중국 특허 제4,595,986호 참조)를 포함한다. 상기 마이크로 프로세서를 토대로 한 제어장치는 입력신호를 수신해서 이를 논리법칙에 따라 처리하여 출력지령 신호를 시스템 액츄에이터로 보낸다.
또한, 자동클러치 액츄에이터와 차량 출발(정지로부터 출발까지) 작동 도중 마스터 마찰클러치를 제어하기 위한 클러치 액츄에이터 및 논리법칙을 지닌 자동기계 변속기 장치는 공지되어 있다. 이러한 차량 출발 제어 장치의 예는, 미합중국특허 제4,081,065호; 제4,638,898호; 제4,646,891호; 제4,714,144호; 제4,873,637호; 제4,874,070호 및 제5,316,116호를 참조하면 알 수 있을 것이며, 그 내용을 참고로 여기에 인용했다.
차량을 출발시키기 위해 마스터 클러치를 맞물리는 동안, 드로틀 위치, 엔진속도의 변화율, 및/또는 엔진의 실속(失速)과 헛도는 현상을 방지하는 한편 부드러우면서 급속한 클러치 맞물림을 이루기 위한 클러치의 맞물림 정도에 대한 함수로서 클러치 액츄에이터 및 연료액츄에이터 모두를 제어하는 것은 공지되어 있다. 이를 성취하기 위해 엔진에는, 드로틀 페달의 이동과 무관하게 제어장치에 의해 결정되는 엔진속도 또는 엔진 플라이 휠 토오크를 얻기 위해 점차 증대시키는 방식으로 연료를 주입하게 된다. 이러한 제어가 대부분의 상태에서 아주 만족스러운 차량 출발을 제공하지만, 이러한 제어는, 특히 차량이 저속 서행으로 작동하거나 차량의 기동 모우드 또는 급속 가속이 바람직할 때는 응답이 다소 느리기 때문에, 바람 직하지 않다.
본 발명에 따르면, 선행기술의 결점은, 오퍼레이터가 엔진의 연료주 입을 필요로할때, 엔진 응답이 비교적 즉시 일어나는 차량 출발 제어장치에 의해 극복되거나 최소화된다.
이것은, 대부분의 상태하에서 동력전달계통에 무리를 주지않고 운전자를 충분히 만족시킬 수 있는 토오크 한계를 결정함으로써, 성취된다. 예를 들어, 토오크 한계 또는 기준 수준(REFT)은 드로틀 페달의 10∼20% 이동과 관련된 토오크이다.
본 발명에 따르면, 차량 출발시, 오퍼레이터가, 드로틀 페달을 이동시킴으로써, 토오크 한계 보다 낮은 토오크(TREQ≤ REFT)를 얻기 위해 엔진 연료주입을 필요로하면, 그에 따라 엔진에는 연료가 주입되며, 필요로 하는 엔진 토오크가 토오크 한계 또는 기준 수준을 초과(TREQ> REF) 한다면, 차량의 정지로부터 출발까지의 논리에 의해 결정된 양(FCALC)에 따라 연료가 주입된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 차량이 저속서행 또는 급속 가속이 바람직할 때 선행기술의 제어보다 응답성이 좋은 자동기계 변속기 장치의 차량 출발제어를 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적 및 장점과 기타의 목적 및 장점은 도면과 관련하여 바람직한 실시예를 읽어보면 분명해질 것이다.
편의상 및 참조를 위한 목적으로만, 어떤 용어들이 다음의 설명에서 사용되었지만, 설명을 제한하려는 것은 아니다. "위쪽으로", "아래쪽으로", "오른쪽으로" 및 "왼쪽으로" 라는 용어는 참조하는 도면에서 방향을 나타낸다. "안쪽으로" 및 "바깥쪽으로" 라는 말은 장치 및 그 지정 부품의 형상 중심쪽 및 그로부터 멀어지는 방향을 나타낸다. 상기 용어들은, 앞서 구체적으로 설명한 용어와 파생어 및 유사한 의미의 단어에 적용된다.
본 발명은, 마스터 클러치 작동이 차량출발 및 동적변속 작동에 대해 자동화된, 적어도 부분적으로는 자동화된 기계 변속기 장치가 갖추어진 차 량에서의 차량 출발 작동을 위한 개선형 제어장치/방법에 관한 것이다. 차 량이 정지하는 경우, 실질적으로 제로(0)에 해당하는 변속기 출력축 속도가 감지될 수 있기 때문에, 차량 출발 작동 또는 정지로부터 출발까지의 작동은, 이동하지 않은 위치에서부터 운전자가 드로틀 페달을 이동시킴으로써 개시된다. 차량 출발 작동은 차량 브레이크를 가하거나 변속기의 제1 동적 시프트를 가할 때 끝나는 것으로 간주된다.
제1도는, 마스터 마찰클러치(16)와 같은 비확동 커플링을 통해 공지된 디젤기관과 같은 연료 제어형 엔진(14)에 의해 구동되는 자동 다단 변속기어변경 변속기(12)를 포함하는 차량 자동기계 변속기 장치(10)를 도시한다. 선행기술로 공지되어 있듯이, 자동 변속기(12)의 출력은 구동액슬의 차동장치 및 이송 케이스와 같은 적절한 차량 부품에 대한 연결을 하기에 적합한 출력축(18)이다. 자동 기계 변속기(10)는, 클래쉬형(clash type) 동기 화형 및/또는 블록형(blocked type)일 수 있고, 단순 또는 복합 변속기일 수도 있다. 이러한 형태의 변속기는, 그 내용이 참고로 여기에 인용된 미합 중국 특허 제3,105,395호; 제4,754,665호 및 제4,736,643호를 참조하면 알 수 있을 것이다.
엔진(14)의 크랭크축(20)은 마스터 마찰클러치(16)의 구동판(26)을 구동시킬 것이고, 이 구동판이 변속기(12)의 입력축(26)을 구동시키기 위해 피구동판(24)과 마찰하는 상태로 맞물릴 수 있다. 앞에서 언급한 동력전달 계통 부품은 아래에서 간단히 설명하게 될 여러 장치에 의해 감지되거나 작동된다. 이들 장치는, 오퍼레이터 제어장치(30)의 오퍼레이터 설정 위치를 감지하는 드로틀 페달 위치 또는 드로틀 개방상태 감지 장치(28), 엔진(14)에 공급될 연료량을 제어하는 연료 제어장치(32), 엔진의 회전속도를 감지하는 엔진속도센서(34), 마스터 클러치(16)를 맞물리고 분리하는 한편, 클러치 상태에 관한 정보를 제공하는 클러치 액츄에이터 또는 클러치 오퍼레이터(36), 변속기 입력축(26)의 회전 속도를 감지하는 입력축 속도센서(38), 변속기(12)를 선택한 변속 기어비로 변속하고 기어 중립상태 및/또는 현재 맞물린 변속 기어비를 나타내는 신호를 효과적으로 제공하는 변속기 오퍼레이터(40), 및 출력축(18)의 회전속도를 감지하는 출력축 속도센서(42)를 포함한다.
앞서 언급한 장치는, 중앙처리장치 또는 제어장치(44)로 정보를 보내고/보내거나 그로부터 나오는 지령신호를 수신한다. 중앙처리장치(44)는, 선행기술에 공지되어 있듯이, 아날로그 및/또는 디지털식 전자계산 및 논리 회로를 포함할 수 있다. 또한, 중앙처리 장치는, 차량 오퍼레이터가 차량의 작동 모우드중 후진(R), 중립(N) 또는 전진구동(D)을 선택할 수 있는 변속제어장치(46)로부터 나오는 정보를 받는다. 또한, 브레이크 페달센서(48) 가 마련되어 차량브레이크(50)의 작동을 표시하는 입력신호(BRK)를 제공할 수 있다.
전원(도시하지 않음)및/또는 가압유체원(도시하지 않음)은, 전기, 공압 및/또는 유압력을 여러 감지, 작동 및/또는 처리장치로 제공한다. 동력 전달계통 부품과 앞서 설명한 형태의 제어장치가 선행기술로 공지되어 있고, 미합중국 특허 제4,595,986호; 제4,576,065호; 제4,445,939호를 참조하면 아주 상세하게 이해할 수 있을 것이며, 참고로 그 내용을 여기에 인용했다. 센서(28, 34, 36, 38, 42) 및(46)은 이에 의해 감지된 변수에 비례하고/하거나 이 변수를 나타내는 아날로그 또는 디지털 신호를 발생시키기 위한 구조이면 공지된 어떤 형태의 구조로도 될 수 있다. 마찬가지로, 연료제어장치(32) 및 클러치 액츄에이터(36)와 오퍼레이터(40)는, 중앙처리장치(44)로부터 나오는 출력지령 신호에 따라 작동을 실행하기 위한 것이면 공지된 어떤 전기, 유압 및/또는 공압형 또는 그 조합으로 될 수도 있다.
직접적인 입력외에, 중앙처리장치(44)에는 선택된 입력신호를 미분하는 회로가 마련될 수 있다. 또한, 차량 엔진(14), 드로틀(30)과 중앙처리장치(14) 사이의 통신은, SAE J1922 및/또는 SAE J1939 와 유사한 규약에 상응하는 것이 바람직한 전자 데이터 링크에 의해 이루어질 수 있다.
공지된 바와 같이, 그리고 위에서 언급한 미합중국 특허 제4,873,637 호; 제4,874,070호 및 제5,316,116호 및 제5,316,116호에서 알 수 있듯이, 차량 출발 작동중, 중앙처리장치는, 소정의 논리법칙에 따라서 드로틀 페달에 대한 오퍼레이터 위치선정, 엔진속도, 엔진속도 변화율, 클러치 위치 및/또는 시간 경과와 같은 제어변수의 함수로서 차량 마스터 클러치의 맞물림 비 및 맞물림 정도와 엔진으로 공급되는 연료량을 제어한다.
제1(a)도는, 입력신호 수신수단, 및 입력신호 처리수단과 출력신호 발생수단을 지닌 중앙처리장치(44)와 같은 통상적인 마이크로 프로세서를 토대로한 제어장치를 도시한다. 제2도는, 선행기술의 제어방법에 따라 차량의 정지에서부터 출발까지 또는 차량출발시의 클러치 맞물림 작동을 도시하고 있다. 도시되어 있듯이, 엔진속도가 설정값, 즉 통상적으로 드로틀 페달에 대한 오퍼레이터의 이동과 관련된 값과 같아지게 되고나서 연료 주입량 및 클러치 맞물림은 클러치를 점차 더 세게 맞물리면서 엔진속도를 실질적으로 이 설정값으로 유지하도록 조절된다. 엔진의 연료주입량은 이러한 결과를 얻기 위해 이러한 작동중 조절된다. "연료(FC)"로 표시된 선은, 제2도의 정지에서부터 출발까지의 작동을 위해 제어논리에 따라 엔진으로 공급된 연료의 량을 계산한 것이며, 중앙처리장치에 의해 결정되는 것이지 드로틀 페달 오퍼레이터의 이동에 의해 바로 결정되는 것은 아니다. 제2도에 도시된 차량 출발 작동은 단지 대표적인 것일 뿐이며, 차량 출발에 대한 수정논리 및 대안적인 여러 논리가 공지되어 있다.
앞서 설명했듯이, 제2도에 도시된 바와 같은, 원활한 한편 비교적 신속한 클러치 맞물림을 이루는 방식으로 마스터클러치와 엔진의 연료주입량을 제어하는 것은, 제1도에 도시된 형태의 자동 기계 변속기 장치가 갖추어진 차량에 대한 대부분의 차량 출발 상태에 대해 대단히 만족스럽다. 그러나, 엔진으로 공급되는 연료량이 드로틀 페달에 대한 오퍼레이터의 위치 선정에 의해 직접 제어되지 않고, 연료 주입량의 증가가 통상 완만하게 증가하는 형태로 이루어진다는 점으로 인해, 서행 및 기동형 작동도중 차량이 비교적 저속으로 작동하거나 오퍼레이터가 차량의 급속한 가속을 요구했을때, 제어장치는 요구하는 바와 같이 응답성이 있는 것은 아니었다.
더욱 만족스러우면서 더욱 응답성이 있는 제어장치/방법을 제공하기 위해, 출원인은 제3도의 흐름도에 개략적으로 도시되어 있듯이 본 발명의 제어장치 /방법을 제공했다.
본 발명의 제어에 따르면, 대부분의 상태에서 차량동력전달계통에 과도한 영향을 주지않는 한편, 대부분의 차량 작동도중 운전자를 충분히 만족시키는 토오크 한계 또는 기준수준(REF)이 결정된다. 예를 들어서, 토오크 한계 또는 기준수준(REF)은 드로틀 페달의 10∼20% 이동과 관련된 토오크이다. 오퍼레이터가 엔진으로부터 신속한 응답을 요구할 때 오퍼레이터는 드로틀 페달을 20% 이상 누른다. 이러한 제어에 의해, 제로(0)에서 완만한 상승을 시작하여 엔진응답의 지연을 일으키는 대신 10∼20%의 드로틀 이동과 관련된 토오크를 엔진에서 신속하게 발생시킬 수 있게 된다. 드로틀 페달은 엔진의 부드러운 공회전 상태를 유지하기 위해 최소 연료주입량에 해당하는 비이동 위치(0% 이동)를 갖고, 오퍼레이터가 엔진의 소정량의 최대 연료 주입량을 요구하는 100% 이동 위치까지 이동될 수 있는 점을 주목할만하다. 엔진에 대한 소정의 연료주입량에 대해 엔진은 플라이휠 토오크를 형성한다. 이러한 제품에 있어서, 특정 연료주입량에 대한 요구는 엔진 플라이휠 의 특정 토오크에 대한 요구와 같다.
본 발명의 제어방법/장치에 따르면, 차량 출발 작동중, 드로틀 페달에 대한 오퍼레이터 이동에 의해 요구되는 엔진 플라이휠 토오크 양(엔진 연료주입량)이 토오크 한계(REF) 보다 작거나 같으면, 엔진에는 오퍼레이터 설정 드로틀 위치에 따라 연료가 주입된다. 드로틀 페달의 오퍼레이터 이동에 의해 요구되는 엔진 플라이휠 토오크량(엔진 연료주입량)이 토오크 한계를 초과하면, 엔진이 정지로부터 출발까지의 기준 논리 루우틴에 의해 결정되는 연료의 계산량(FCALC)에 따라 연료가 주입된다. 드로틀 페달의 비교적 작은 이동은, 차량 오퍼레이터가 저속 서행/기동형 방식으로 작동시키려하는 것임을 나타내는 반면, 드로틀의 비교적 더 많은 이동은 저속방식이 아닌 방식으로 작동시키려는 차량 오퍼레이터의 의도를 나타낸다.
따라서, 본 발명은, 차량의 저속기동 작동 및 의도적인 급속 가속에 대해 응답성이 향상된 자동 기계 변속기 장치가 갖추어진 차량에 대한 차량 출발 제어를 제공한다.
어느 정도 특정하여 본 발명을 설명하였지만, 이하에서 청구된 바와 같은 본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않는다면 여러 수정이 가능하다고 여겨진다.

Claims (10)

  1. 연료 제어형 엔진(14)과, 엔진의 연료주입량을 제어하는 연료 제어장치(32)와, 다단 변속 기계 변속기(12)와, 이 변속기와 엔진 사이에 구동할 수 있게 위치하는 마스터 마찰클러치(16)와, 마스터 클러치의 맞물림 및 분리를 제어하는 비수동 제어 클러치 액츄에이터(36)와, 수동으로 위치가 정해지는 드로틀(30)과, 드로틀 위치를 나타내는 입력신호(THL)를 제공하는 드로틀 위치센서 및, 드로틀 위치를 나타내는 상기 입력 신호를 포함하는 입력신호를 수신하여, 상기 마스터 클러치의 맞물림을 제어하는 법칙과, 드로틀 위치(THL)에 상응하는 연료주입량의 수준(TREQ)과 무관하게 계산된 연료 주입량의 값에 맞추어 상기 엔진의 연료 주입량을 제어하는 법칙을 포함하여, 차량출발 작동에 있어서의 작동을 감지하는 법칙을 포함하는 논리법칙에 따라 상기 입력신호를 처리하여 출력지령 신호를 상기 연료 제어장치 및 상기 클러치 액츄에이터를 포함하는 시스템 액츄에이터로 보내는 제어장치(44)를 구비한 자동기계 변속기 장치가 갖추어진 차량의 차량 출발 작동중 엔진 연료주입량을 제어하는 제어방법에 있어서, (1) 차량 동력전달계통에 손상을 주지않고 저속 작동중 차량 오퍼레이터에 만족을 주는 것으로 간주되는 엔진플라이휠 토오크의 기준수준(REF) 을 결정하는 단계와; (2) 차량 출발상태를 감지하는 단계와; (3) 차량 출발상태중 드로틀 위치에 의해 요구되는 연료주입량의 수준이 기준수준 보다 작으면, 엔진의 연료 주입량이 드로틀에 의해 요구되는 바와 같이 되게 하는 단계와, 드로틀 위치에 의해 요구되는 연료주입량의 수준이 기준수준을 초과하면, 엔진의 연료주입량이 계산된 연료주입량의 값으로 되게 하는 단계를 포함하여 구성되는 엔진 연료주입량 제어방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준수준은 전체 드로틀 이동의 20% 이하에서 요구되는 연료주입량에 해당하는 엔진 연료주입량 제어방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기준 수준은 전체 드로틀 이동의 10% 에서 요구되는 연료주입량에 해당하는 엔진 연료 주입량 제어방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 입력신호는 변속기 맞물림비(GR)와 차량 브레 이크의 작동을 나타내는 신호를 포함하고, 상기 차량 출발 상태를 감지하는 단계는(i) 변속기의 변속비 변경의 개시 또는(ii)차량 브레이크를 가하는 것중 하나를 감지할 때, 차량 출발 상태의 종료를 감지하는 단계를 포함하는 엔진 연료 주입량 제어방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 계산된 연료주입량의 값은 드로틀 위치에 의해 요구되는 엔진의 연료주입량 보다 작거나 그와 같은 엔진 연료 주입량 제어 방법.
  6. 연료 제어형 엔진(14)과, 엔진의 연료주입량을 제어하는 연료 제어장치(32)와, 다단 변속 기계 변속기(12)와, 상기 변속기와 엔진 사이에 구동 할 수 있게 위치하는 마스터 마찰클러치(16)와, 마스터 클러치의 맞물림 및 분리를 제어하는 비수동 제어클러치 액츄에이터(36)와, 수동으로 위치가 정해지는 드로틀(30), 및 드로틀 위치(THL)를 나타내는 입력신호를 제공하는 드로틀 위치센서를 구비한 자동기계 변속기 장치가 갖추어진, 차량 출발 작동중 엔진 연료주입량을 제어하는 장치에 있어서, 드로틀 위치를 나타내는 입력신호를 포함하는 입력신호를 수신하는 입력신호 수신 수단과; (1) 드로틀 위치(THL)에 해당하는 연료주입 수준(TREQ)과 무관하게 상기 마스터 클러치의 맞물림을 제어하는 것과 계산된 연료주입량의 값(TCALC)에 맞추어 상기 엔진의 연료주입량을 제어하는 것을 포함하는 차량출발 작동에 있어서의 작동을 감지하는 법칙과; (2) 차량 동력전달계통에 손상이 되지 않고 저속작동중 차량 오퍼레이터에 만족을 주는 것으로 간주되는 엔진 플라이휠 토오크의 기준수준(REF)을 결정하는 법칙과; (3) 차량 출발 상태도중 드로틀 위치에 의해 요구되는 연료주입 수준이 기준수준 보다 작으면, 엔진의 연료주입량이 드로틀 위치에 의해 요구되는 바와 같이 되게 하는 법칙과, 드로틀 위치에 의해 요구되는 연료주입량의 수준이 기준수준을 초과하면, 엔진의 연료주입량이 계산된 연료주입량의 값으로 되게 하는 법칙을 포함하는 논리법칙에 따라 상기 입력신호를 처리하여 출력지령 신호를 상기 연료 제어장치와 상기 클러치 액츄에이터를 포함하는 시스템 액츄에이터로 보내는 데이터 처리수단(44)을 포함하는 엔진 연료주입량 제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기준수준은 전체 드로틀 이동의 20% 이하에서 요구되는 연료주입량에 해당하는 엔진 연료주입량 제어장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기준수준은 전체 드로틀 이동의 10%에서 요구 되는 연료주입량에 해당하는 엔진 연료주입량 제어장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 입력신호는 변속기의 맞물림비(GR)와 차량 브레이크의 작동을 나타내는 신호를 포함하며, 차량 출발 상태에 대한 상기 감지는 (i) 변속기의 변속비 변경의 개시 또는 (ii) 차량 브레이크를 가하는 것중 하나를 감지할 때 차량 출발상태의 종료를 감지하는 엔진 연료주입량 제어장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 계산된 연료주입량의 값은 드로틀 위치에 의해 요구되는 바와 같은 엔진의 연료주입량 보다 작거나 그와 같은 엔진 연료주입량 제어장치.
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