역서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤 제어회로

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51)Int. Cl.6
F02D 39/00
(11) 공개번호 특1998-054073
(43) 공개일자 1998년09월25일
(21) 출원번호 특1996-073203
(22) 출원일자 1996년12월27일
(71) 출원인 현대자동차 주식회사 박병재
서울특별시 종로구 계동 140-2
(72) 발명자 이승수
경기도 성남시 분당구 구미동 112-1902호
(74) 대리인 강명환, 김연수
심사청구 : 있음
(54) 역서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로
요약
본 발명은, 밧데리전원의 단락시 전자 제어 유니트(ECU)로의 역서지전압이 유입되는 것을 방지하도록 된
역서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로에 관한 것으로, 전자 제
어 유니트(ECU; 10)가 신호증폭수단(20)을 통해 아이들 회전속도 컨트롤 액추에이터의 코일(L1)에 흐르는
전류를 검출한 후 이 검출된 전류량에 대응된 제어전압에 의해 상기 액추에이터 코일(L1)의 전류를 제어
하는 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로에 있어서, 상기 전자 제어 유니트(10)의 피드백
단자(B)와 신호 증폭수단(20)간에 접속되어 밧데리전원의 단락시 발생하는 역서지전압을 차단하는 보호회
로(25)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
대표도
도2
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 일반적인 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로의 일례를 나타낸 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 역서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로
의 1실시예를 나타낸 회로도,
도 3A는 도 2에 도시된 전자 제어 유니트(ECU)의 단자(B)와 제1 OP 앰프의 출력단자간의 전압차를 나타낸
그래프,
도 3B는 도 3A에 도시된 그래프에 있어서 밧데리전원의 강제 단락후의 전압파형을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10:전자 제어 유니트(ECU)11, 12:제1 및 제2 OP 앰프
15, 16:제1 및 제2인버터소자
20:신호증폭부25:보호회로
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 역서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로에 관한 것으
로, 특히 밧데리전원의 단락시 전자 제어 유니트(ECU)로의 역서지전압이 유입되는 것을 방지하도록 된 역
서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로에 관한 것이다.
일반적으로, 전자 제어 유니트(ECU)로부터의 전기신호를 기계 계통의 움직임으로 변환시켜 일을 수행하는
장치가 액추에이터인 바, 이는 제어 시스템에 있어서는 수족( 足)과 같은 것이다. 상기 전자 제어 유니
트(ECU)로부터 소정의 이상적인 제어연산 결과를 출력하도록 하는 제어신호가 출력되게 되면, 소정 액츄
에이터는 이를 충실하게 기계적 에너지 형태로 변환하게 된다
상기 액추에이터의 최종적인 출력 형태는 전기신호를 힘과 변위 등의 물리량으로 변환하는 것이기 때문에
5-1
1019960073203
센서와 같은 하이테크 기술은 없지만, 대상이 되는 상대 기계의 부품과 구조·조직적으로 일체화되어 작
동할 것이 요구되게 된다.
도 1은 일반적인 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로의 일례를 나타낸 회로도이다. 도시된 바와 같이
상기 제어회로는 전자 제어 유니트(ECU; 10)와, 제1 및 제2인버터소자(15, 16), 신호증폭부(20), 제1트랜
지스터(Q1), 아이들 회전속도 컨트롤 엑츄에이터 코일(L1) 및, 저항(R3, R7)으로 구성되어 있다.
한편, 상기 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤 액추에이터에서의 공기 유량 제어회로에 있어서, 상기
전자 제어 유니트(10)의 단자(B)로는 상기 액추에이터의 코일(L1)을 통해 흐르는 전류가 신호증폭부(20)
를 통해 입력되게 된다. 이후, 상기 전자 제어 유니트(10)가 상기 코일(L1)로 흐르는 전류량을 감지한 후
이 전류량에 따른 소정 제어전압을 상기 전자 제어 유니트(10)의 단자(A)를 통해 출력하게 된다. 여기서,
상기 전자 제어 유니트(10)에서는 상기 피드백 전압과 기준 전압의 차에 따른 제어전압을 출력하고, 이
제어전압에 의해 상기 액추에이터의 코일(L1)로 흐르는 전류가 제어되게 되어 온도 변화에 따른 흡입유량
이 제어되게 된다.
이후, 상기 단자(A)로부터의 제어전압이 제1 및 제2인버터소자(15, 16)와 저항(R3)을 통해 제1트랜지스터
(Q1)의 베이스로 인가되게 되면, 상기 트랜지스터(Q1)가 상기 제어전압에 의해 구동됨으로써 상기 액추에
이터의 코일(L1)에 흐르는 전류가 제어되게 된다.
그리고, 상기 신호증폭부(20)는 제1 및 제2 OP 앰프(11, 12)와, 제2트랜지스터(Q2), 캐패시터(C1) 및, 저
항(R1, R2, R4, R5, R6)으로 구성되어 있다. 여기서, 상기 신호증폭부(20)에서는 상기 액추에이터 코일
(L1)로부터의 전류가 제1트랜지스터(Q1)의 에미터와 전류 검출용 저항(R7) 및 접지로 이루어진 회로로 흐
르게 되게 되면, 상기 전류를 검출한 후 증폭하여 상기 전자 제어 유니트(10)의 단자(B)로 입력하게
된다.
한편, 상기한 바와 같이 종래의 아이들 회전속도 컨트롤 액추에이터 회로에서는 밧데리전원의 단락시 전
자 제어 유니트(ECU)로의 역서지전압이 유입되어 전자 제어 유니트가 파괴되는 문제점이 있었다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결한 것으로, 밧데리전원의 단락시 전자 제어 유니트(ECU)로의 역서지
전압이 유입되는 것을 방지하도록 된 역서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤
(ISC) 제어회로를 제공하는데에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자 제어 유니트가 신호증폭수단을 통해 아이들 회전속도 컨트롤
액추에이터의 코일에 흐르는 전류를 검출한 후 이 검출된 전류량에 대응된 제어전압에 의해 상기 액추에
이터의 코일의 전류를 제어하는 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤 제어회로에 있어서, 상기 전자 제어
유니트의 피드백 단자와 신호증폭수단간에 접속되어 밧데리전원의 단락시 발생하는 역서지전압을 차단하
는 보호회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로에 있어서 과전압 방
지용 저항과 과전압 차단용 제너다이오드에 의해 밧데리전원의 단락시 전자 제어 유니트로, 입력되는 역
서지전압의 유입이 방지되게 된다.
발명의 구성 및 작용
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
일반적으로 전자 제어 유니트(ECU; electronic control unit)에서는 각종 센서의 신호를 기초로 엔진상태
에 대응하여 연료분사량을 제어하는데, 이때 상기 분사량에 대응하여 분사기(infector)의 분사시간을 제
어할 뿐만 아니라 점화시기도 제어하게 된다.
또한, 상기 전자 제어 유니트(ECU)는 엔진내의 흡입공기량과 엔진 회전속도로부터 기본 분사시간을 계산
한 후 각 센서로부터의 신호에 따른 보정시간을 더하여 총 분사시간(연료분사량)을 결정하게 된다. 종래
의 전자 제어 유니트(ECU)는 연료 분사제어만 수행하지만, 최근의 전자 제어 유니트(ECU)에서는 마이크로
컴퓨터에 의한 디지탈 제어가 이용되게 된다. 따라서, 종래의 아날로그 제어에 비해 짧은 시간 동안에 다
량의 정보가 처리되게 되어 다기능을 갖는 고정밀도 집중제어의 수행이 가능하게 된다.
상기 전자 제어 유니트(ECU)로 입력되는 센서신호의 형태로는 스로틀 위치신호(throttle position
signal)나 수온센서 등의 아날로그 신호와, 아이들 스위치의 접점신호나 차속 센서신호 등의 디지탈 신호
의 2종류가 있다. 상기 신호의 형태 차이에 따라 전자 제어 유니트(ECU)의 입력 처리방법도 달라지게 된
다.
한편, 센서로부터의 입력신호가 전자 제어 유니트(ECU)로 입력되게 되면, 먼저 상기 전자 제어 유니트
(ECU)의 입력회로를 통하게 되는데, 이때 디지탈 신호는 직접, 아날로그 신호는 A-D 컨버터에 의해 디지
탈 신호로 변환된 후 연산 처리되게 되다. 이후, 상기 전자 제어 유니트(ECU)가 상기 신호에 의해 엔진
상태에 대응하는 최적의 연료 분사시간을 결정한 후 그 결과를 출력회로를 통해 분사기를 구동하게 된다.
한편, 가솔린 엔진에 있어서는 운전자가 액셀러레이터 페달을 밟아 스로틀 밸브를 조작하여 엔진에 흡입
하는 공기량을 조절하는 아이들 회전속도 컨트롤(ISC; idle speed control)에 의해 출력을 제어하게
된다. 따라서, 정차 중과 같은 경우의 엔진 저속 회전시에는 스로틀 밸브가 모두 닫힌 상태에 있기 때문
에 밸브 보디와 틈 또는 스로틀 밸브를 바이패스하는 아이들 어저스트 통로를 통해 공기가 공급되게
된다.
그리고, 엔진의 아이들 회전수는 가능한 낮은 값으로 하는 편이 연비나 소음면에서 유리하지만, 이때는
저속 회전이기 때문에 출력이 작은데다가 엔진자체의 마찰 저항, 에어컨디셔너, 자동 변속기, 파워 스티
어링, 올터네이터 등에 의해 부하가 변동되어 엔진의 회전수가 변동되게 된다.
5-2
1019960073203
한편, 아이들 회전속도는 컨트롤 액추에이터에 있어서 아이들 회전시에는스로틀 밸브가 닫혀지게 되지만,
이 밸브의 틈새 및 바이패스시키는 아이들 회전 조절통로를 통해 공기가 엔진으로 유입되게 된다. 이때,
엔진은 유입된 공기에 의해 연소된 출력과 엔진 마찰의 조화에 의해 회전되게 된다.
그러나, 엔진의 마찰이 시효(aging)될 경우 또는 스로틀의 틈새에 공기중 부유하고 있는 작은 이물질이
부착하여 공기량이 변환될 경우 아이들 회전속도가 변화되게 된다. 이때, 아이들 회전속도가 저하되게 되
면, 아이들 회전이 불안정하게 되고, 발진시에는 엔진 스톨(stall)이 발생하게 된다. 또한, 아이들 회전
속도가 커지게 되면 아이들 회전 연비가 악화되게 된다.
따라서, 상기 아이들 회전속도 컨트롤 액추에이터는 엔진의 실제 회전속도와 냉각수 온도, 냉방장치 스위
치, 인히비터(inhibitor) 스위치의 부하상태에 의해 결정된 목표 회전수의 비교한 후 이 비교된 차에 대
응된 목표 회전속도가 되도록 제어량을 결정하여 액추에이터를 구동함으로써 공기량을 제어하게 된다.
이러한 공기량을 제어하는 액추에이터는 크게 스로틀 밸브의 위치를 제어하는 스로틀 밸브 직동(直動)방
식과 스로틀 밸브를 바이패스시켜 공기유량을 제어하는 바이패스 공기(by-pass air)방식이 있다.
한편, 상기 스로틀 밸브 직동방식은 전자 제어 유니트(ECU)의 신호에 의해 모터가 좌우로 회전하게 되면,
모터의 회전방향에 따라 플런저(plunger)가 웜기어(worm gear) 및 웜휠(worm wheel)에 의해 왕복운동함으
로써 스로틀 밸브의 개도를 조정하여 공전속도를 제어하게 된다.
또한, 상기 바이패스 공기방식은 스로틀 밸브를 바이패스하는 공기의 통로 면적을 스텝모터(step motor),
선형 솔레노이드(solenoid), 로터리 솔레노이드(rotary solenoid) 등을 사용하여 전자 제어 유니트(ECU)
로부터의 신호에 의해 조절함으로써 아이들 회전속도를 제어하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 역서지전압 보호회로를 갖추 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로
의 1실시예를 나타낸 회로도이다. 여기서, 종래의 장치와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를
붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 1실시예를 따른 역서지전압 보호회로를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC)
제어회로에서는 전자 제어 유니트(ECU; 10)가 신호증폭부(20)를 통해 아이들 회전속도 컨트롤 액추에이터
의 코일(L1)에 흐르는 전류를 검출한 후 이 검출된 전류량에 대응되는 제어전압에 의해 상기 액추에이터
코일(L1)의 전류를 제어하게 된다.
여기서, 보호회로(25)는 상기 전자 제어 유니트(10)의 피드백 단자(B)와 신호증폭부(20)간에 접속되어 밧
데리전원의 단락시 발생하는 역서지전압을 차단하게 된다. 상기 보호회로(25)는 상기 보호회로(25)의 제1
OP 앰프(11)의 출력단자와 상기 전자 제어 유니트(10)의 단자(B)간에 접속된 과전압 보호용 저항 소자
(R10)과, 상기 단자(B)와 접지간에 접속된 과전압 차단용 제너 다이오드 소자(D10)로 구성되게 된다.
상기 제너 다이오드(D10)는 역서지전압이 유입되는 것을 방지하고, 이때 전자 제어 유니트(10)가 소정 전
압, 예컨대 5.1V를 감지한 경우에는 고장 판단이 가능하게 된다. 상기 제너 다이오드(D10)는 온도 보상후
의 보정전압값(CFVADC)이 최대 5V까지 제어되도록 소정 규격전압, 예컨대 5.1V의 제너 다이오드가 사용되
게 된다.
한편, 소정 5.1V의 제너 다이오드, 예컨대 KEC(Z02W 5.1V)에 대해 비교 실험결과 전압이 최대 5.5V까지
출력되는 경우에는 전자 제어 유니트(10)의 최대 용량까지 도달하게 되어 부적합하게 되고, 본 실시예에
서는 실험 검토상 가장 근사치인 5.08V가 되도록 하는 1N5231이 이용되게 된다.
도 3A는 도 2에 도시된 전자 제어 유니트(ECU)의 단자(B)와 제1 OP 앰프의 출력단자간의 전압차를 나타낸
그래프이고, 도 3B는 도 3A에 도시된 그래프에 있어서 밧데리전원의 강제 단락후의 전압파형을 나타낸 그
래프이다.
여기서, 상기 도 3A에 있어서는 정상적인 동작시 추가 삽입된 제너 다이오드에 의해 영향 받지 않는 것을
나타내고, 도 3B에 있어서는 밧데리전원의 단락시에도 5.1V 정도의 안정된 전압이 전자 제어 유니트로 유
입되게 되어 전자 제어 유니트의 파괴가 방지되게 된다. 한편, 본원 청구범위의 각 구성요건에 병기된 도
면참조부호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한
실시예로 한정할 의도에서 병기한 것은 아니다. 또한, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러
가지로 변형하여 실시할 수 있다.
발명의 효과
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로에 있어서
과전압 방지용 저항과 과전압 차단용 제너다이오드에 의해 밧데리전원의 단락시 전자 제어 유니트로 입력
되는 역서지전압의 유입이 방지되게 된다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
전자 제어 유니트(ECU; 10)가 신호증폭수단(20)을 통해 아이들 회전속도 컨트롤 액추에이터의 코일(L1)에
흐르는 전류를 검출한 후 이 검출된 전류량에 대응된 제어전압에 의해 상기 액추에이터 코일(L1)의 전류
를 제어하는 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로에 있어서,
상기 전자 제어 유니트(10)의 피드백 단자(B)와 신호 증폭수단(20)간에 접속되어 밧데리전원의 단락시 발
생하는 역서지전압을 차단하는 보호회로(25)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 역서지전압 보호회로
를 갖춘 단일 코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로.
청구항 2
5-3
1019960073203
제1항에 있어서, 상기 보호회로(25)는 상기 보호회로(25)의 제1 OP 앰프(11)의 출력단자와 상기 전자 제
어 유니트(10)의 단자(B)간에 접속된 과전압 보호용 저항 소자(R10)과, 상기 단자(B)와 접지간에 접속된
과전압 차단용 제너 다이오드 소자(D10)로 구성된 것을 특징으로 하는 역서지전압 보호회로를 갖춘 단일
코일형 아이들 회전속도 컨트롤(ISC) 제어회로.
도면
도면1
도면2
5-4
1019960073203
도면3
5-5
1019960073203