항공기용 가스터빈엔진에 사용되고 있는 전자식 엔진제어장치는 연료 절약 및 성능 향상을 목적으로 개발되어, 최근에는 엔진의 신뢰성 향상을 위한 고장진단 기능을 갖춘 전자동디지털식 엔진제어장치로 발전하였다. 이와 같은 기술의 발전으로 과거와는 다른 새로운 개념의 엔진제어장치에 대한 인증기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 및 인증에서 고려되어야 하는 사항으로 전원 공급, 입력 데이터, 고장 모드, 소프트웨어 확인 및 검증, 그리고 낙뢰의 영향 등을 들 수 있다. 본 연구에서는 전자식 엔진제어장치에 대한 설계 고려사항과 인증 기법을 분석하였고, 이를 바탕으로 국내 감항기술기준의 관련 요구조건을 정립할 수 있도록 하였다.
기존의 소형엔진은 캬브레이터 연료 공급 장치를 사용하는 방식으로 연비 및 배기가스 성분이 매우 열악한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하기위하여 전자분사장치를 장착하기위한 설계 및 작동기법에 대한 연구를 수행하였다. 소형엔진은 저가의 범용 동력장치로서 전자화를 위하여 최소한의 제어장치 만으로 구성되어야 한다 일반적으로 전자화를 위해서는 크랭크 축과 캠축의 위상각 신호를 통하여 연료분사와 점화를 제어하는 것이 일반적인 통례이나 본 연구에서는 크랭크 축의 CPS센서와 흡기포트의 압력변동을 이용하여 연료분사와 점화를 제어하는 기구와 장치를 설계 개발하였다. 본 장치는 저가의 범용 엔진에 적용이 가능하며 제어반복성에도 우수한 특성을 보였다.
본 연구에서는 모델링오차나 외란 등의 불확실성에도 강인한 슬라이딩 모드 제어방법을 이용하여 새로운 연료분사 제어기를 설계하였다. 그리고 8253 타이머와 A/D 변환기, 인터페이스회로 등으로 MPI가솔린 엔진용 전자 제어장치를 실제 엔진에 적용시킴으로써 새로이 설계된 연료분사 제어시스템의 성능을 파악하였다.엔진의 운전상태를 여러가지 제어 모드로 분류할 수 있으나 엔진회전수가 2000rpm, 부하가 20N의 일정한 부하 조건에서 엔진회전수를 1500rpm에서 2000rpm으로 변화시켰을 때의 과도상태 응답을 파악하였다. 이와 같이 새로운 슬라이딩 모드 연료분사 제어시스템 을 개발하여 3원촉매 변환기의 변환효율을 극대화함으로써 배기가스의 유해물질을 최 소화하는 것을 본 연구의 목적으로 하였다.
로켓 추진에 의한 동력 비행 중 비행체의 자세제어를 위해, 대기권내 비행에 있어서는 공력비행 조정익으로 조종할 수 있으나 공기가 희박한 높은 고도나 대기권 밖에서의 비행은 추력벡터제어에 의존할 수밖에 없다. 추력벡터제어 방법으로 현재 여러 가지 장치가 개발되어 사용되고 있는데 본 연구는 로켓이 비행하는 동안 김발에 의해 연결된 로켓엔진 전체를 움직여 엔진에서 발생한 추력의 방향을 조종하여 로켓의 자세를 제어하는 김발엔진구동 추력벡터제어방식에 대한 내용을 다루었다. 로켓에 적용 가능한 김발엔진 구동장치로는 전기유압식, 전기기계식, 공압식 장치 등이 있으나 큰 동력이 요구되는 시스템에서는 대부분 출력 대 무게비가 높은 전기유압식 구동장치가 사용된다. 본 연구에서는 KSR-III의 추력벡터제어를 위해 사용되는 전기유압식 김발엔진 서보구동시스템을 상세모델링하였고 이에 기초하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그리고 시뮬레이션 결과와 실제 시스템을 대상으로 시험한 결과를 비교하여 모델을 검증하였다.
VR 엔진은 일부 입력장치에 대해서만 제한적으로 지원하기 때문에, 개발자가 원하는 입력장치를 사용하지 못하는 경우가 있으며, 가격 또한 고가이기 때문에 특수한 입력장치를 사용하기 위해, 다른 VR 엔진이나 별도의 옵션을 구매하기에는 경제적인 부담이 많이 든다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 개발자가 사용하고자 하는 입력장치와 VR 엔진의 호환을 위한 랩퍼 클래스를 제안한다. 개발한 랩퍼 클래스는 VR 엔진에서 조이스틱을 제어할 수 있는 조이스틱 클래스와 USB 캠을 통하여 영상을 획득하기 위한 USB 캠 클래스이다. 조이스틱 클래스는 입력장치 클래스를 상속받은 후 DirectX 를 이용하여 입력장치를 셋업 하고, 입력장치의 데이터 값을 처리한 후 VR 엔진의 API 로 값을 넘겨주기 전에 후킹하여 조이스틱을 제어할 수 있다. USB 캠 클래스는 VFW(Video for Window)를 사용하여 캠의 영상을 획득하여 버퍼에 저장한 후 VR 엔진의 디스플레이 버퍼에 값을 넘겨서 캠의 영상을 VR 엔진에서 디스플레이 할 수 있다. 이러한 방법을 통해 조이스틱, USB 캠 같은 입력장치를 VR 엔진과 호환할 수 있으며, 다른 종류의 입력장치에 대하여서도 본 연구에서 개발한 랩퍼 클래스를 상속받아 사용할 수 있다. 본 논문에서 사용한 VR 엔진은 Vega Prime 엔진이며, Vega Prime 엔진의 API 에 개발한 랩퍼 클래스를 추가하여 드라이빙, 영상인식 시뮬레이터를 개발한 결과, 효과적이고 경제적으로 입력장치의 연동이 가능함을 확인할 수 있었다.
엔진ECU의 개발현황과 타 제어장치와의 통합 문제 특히 트랙션 제어와의 통합 문제를 개괄적 으로 서술하였다. 현대의 자동차에 있어서 전자 제어장치는 필수 불가결한 요소로서 등장한 지 오래고 그 비중이 날로 커지고 있음은 주지의 사실이다. 국내에서의 자동차 전자제어장치의 개발이 최근에 와서야 그 중요성의 인식이 제고되고 있어 후발 주자로서의 시기적, 기술적 어 려움이 예상된다. 이러한 가운데 더욱 효과적이고 체계적인 연구를 위해서는 업계와 학계 간의 긴밀한 협조체계가 필요하며 선진국과의 격차를 빠른 시일내에 줄여 나가기 위해서는 업계 간의 공동 노력이 절실하다 할 수 있다.
본 논문은 현재 사용되고 있는 가솔린엔진의 전기불꽃방전 점화장치의 점화전압에 대하여 조사하고, 점화전압을 엔진의 다양한 회전형태에 따라 적절하게 제어하는 방법에 대하여 연구하고 실험한 것이다. 기존의 점화장치는 고속회전에서는 통전시간의 제한으로, 그리고 기동시 에는 전지의 단자전압이 저하하여 높은 전기불꽃방전용 고전압을 얻을 수 없음으로 인하여, 고속성능이 저하하고 기동이 불확실해 진다. 이 실험에서 엔진의 회전형태에 따라 점화전압을 적절하게 제어함으로서 이러한 문제점들을 실용적으로 개선할 수 있음을 보여주었다.
본 논문에서는 피치 및 요 방향의 자세제어를 위하여 액체 연료 김발엔진의 추력벡터제어 방식을 사용하는 3단형 과학로켓의 김발엔진 구동장치 개발을 기술하였다. 김발엔진 구동장치 개발에 필요한 형상 및 성능, 환경 요구조건을 소개하였으며, 부품 및 시스템 개발원리 및 세부 사항을 설명하였다. 개발된 시스템에 대한 자체 성능 및 환경요구조건 평가를 성공적으로 완료하였다. 구동장치와 연계된 타 시스템과의 접속 및 통합 적합성 검증 후, 비행용 하드웨어 시스템으로 KSR-III 로켓에 탑재될 예정이다.
가솔린 엔진용 전자 제어 에뮬레이션 시스템은 엔진의 운전 상태를 알려 주는 각종 센서로 감지한 정보를 A/D변환기를 통해 마이크로프로세서에 입력시키고, 이 정보를 이용하여 운전 상태를 분석한 후 엔진이 푤요로 하는 연료량, 점화시기, 배기가스의 재순환량, 공회전수 등을 전자적으로 제어하여 엔진의 최적제어를 실현시킴으로서 연료소비율 및 배기가스 중 공해물질 함량을 감소시키기 위한 장치이다.
본 연구에서는 열차 추진 장치 시스템에 엔진의 중심부를 모의할 수 있는 Simplorer의 프로그램을 개발하여 M-G Set으로 모사한다. 열차의 엔진부와 발전기 구동에서의 제어는 DTC(Direct Torque Control) 제어로 모사 하였다. M-G Set을 구성은 견인력 토크지령을 받아 엔진부에서 DTC제어를 하였고, 발전기 구동 부는 속도지령을 받는 DTC제어로 하여 추진 장치 성능시험설비 열차운행모의에 의한 전력 조류 해석, 소비 및 회생전력을 분석할 수 있도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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