EGR과 VGT가 장착된 디젤엔진 제어를 위한 적응 기법의 개발

김수영(Sooyoung Kim),진효민(Hyomin Jin),최세범(Seibum Choi),고민석(Minseok Ko) 한국자동차공학회 2013 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2013 No.5

본 연구는 EGR(exhaust gas recirculation) & VGT(variable geometry turbine) 시스템이 적용된 디젤엔진제어를 위한 적응기법의 개발 에 관한 것이다. 자동차 매연에 대한 환경규제가 점점 심해지고 있는 상황에서 디젤엔진의 개발이 자동차에 친환경성을 접목시키기 위한 하나의 해답이 될 수 있다. 물론 환경규제를 맞추는 것만이 목표가 아니라 본래 디젤이 가지고 있던 장점(좋은연비, 높은 토크등)들은 유지될 수 있도록 제어를 하는 것이다. 엔진 제어를 하기 위해서는 제어의 대상이 되는 엔진에 대한 모델링과 제어기 설계과정이 필요하다. 본 연구에서는 모델링과 제어기설계자체보다는 제어가 적절하게 이뤄지게 하기 위한 적응기법(adaptation law)를 설계하는 것에 초점을 맞췄다. 본 연구에서 사용된 엔진 모델은 중형 6기통 디젤엔진 air management system 모델이다. 본 모델은 MATLAB의 simulink를 통해 구현되었으며 제어의 대상이 되는 플랜트로서 본 논문 후반부에서 시뮬레이션을 하는데 이용 될 것이다. 디젤엔진 air management system은 크게 압축기(compressor), VGT, 흡기매니폴드(intake manifold), 실린더, 배기매니폴드(exhaust manifold), EGR 등 6개의 파트로 이루어져 있다. 제어를 위해 위 시스템의 주요 열동역학적 특성만을 나타내는 모델링을 수행하였고, 그 자세한 내용에 대해서는 2장에서 다룰 것이다. 3장에서는 2장에서 다룬 3차엔진 모델을 기반으로 제어기를 구성하고 전체적인 제어 알고리즘 구조에 대해 설명하도록 하겠다. 본 연구에서 다루는 제어기는 모델기반(model-based)이라는 특징이 있는데 본 연구를 통틀어 가장 중요한 개념이자 본 연구의 주제인 적응 제어 기법과 밀접한 관련이 있다. 엔진 제어에 있어서 기존의 제어기들은 실험 결과 값이 나튜닝을 기반으로 하는 맵기반의 제어기가 대부분이었지만, 본 연구에서는 맵기반 제어기에 비해 모델 기반 제어기가 가지고 있는 강점들을 부각시켜 연구를 진행하였다. 4장에서는 기존의 제어시스템이 가지고 있는 문제점을 분석하고 엔진의 파라미터 에러를 줄여주는 적응 기법에 대해 다룬다. 엔진 모델식에는 수많은 파라미터들이 포함되어 있는데 이런 파라미터 값이 가지고 있는 오차가 제어 성능에 악영향을 미친다. 이 파라미터값들이 실제값을 추정할 수 있도록 적용되는 것이 바로 적응기법이며, 이장에서 새로운 적응기법을 설계하는 과정을 다룰 것이다. 마지막으로 5장에서는 최종 시뮬레이션 결과를 담을 것이다. 제안된 적응 기법이 적용되지 않았을 때의 시뮬레이션 결과와의 비교를 통해, 새롭게 설계된 적응기법의 효과와 타당성을 검증하도록 하겠다.

항공기용 엔진 제어 소프트웨어 요구도 도출

전용민(Yongmin Jun),김재환(Jaehwan Kim) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

본 연구에서는 ‘항공기 가스터빈 엔진 FADEC의 EECU Platform’에 적용될 엔진 제어 응용 소프트웨어의 요구도 도출 절차 및 결과를 제시한다. 소프트웨어 요구도 도출을 위한 상위 기준 문서로 엔진제어시스템 기능요구규격서를 정의하고, 이를 기준으로 DO-178C 지침에 따라 소프트웨어 상위요구도를 생성 및 문서화하였다. 엔진제어시스템 기능요구규격서에는 Platform 특성 반영을 위해 검증 적용 대상 엔진(PI社의 DGEN380 터보팬)의 제어를 위한 요구도 뿐만 아닌 항공용 엔진 제어 시스템 설계에 필요한 일반 요구 사항도 정의 되었다. 소프트웨어 상위 요구도에 대한 요구도 분석 및 할당을 통해 소프트웨어 구조 설계 및 소프트웨어 상세 요구도를 도출하고 문서화하였다. 아울러 본 논문에서는 각 단계별 요구도 구성을 간략히 설명하고, 요구도 할당과정의 사례를 보였다. This paper presents results of the application software(AS) requirement establishment of the EECU platform for an aircraft gasturbine engine FADEC system. The FADEC system functional requirement specification (FRS) has been defined, on which AS high level requirement(HLR) has been developed based. The HLR has been documented in the software requirement data(SRD) under the DO-178C guideline. AS structure design and low level requirement(LLR) have been developed and documented in the software design description(SDD) by analysis and allocation of the HLRs. This paper also shows layouts of the each requirement level and examples for the requirements allocation.

항공기 엔진제어시스템 인증기술 개발

이강이(Kang-Yi Lee),한상호(Sang-Ho Han),진영권(Young-Kwon Jin),이상준(Sang-Joon Lee),김귀순(Kui-Soon Kim) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.1

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 감항 기술기준의 관련 요구조건을 정립할 수 있도록 하였다. The aircraft gas turbine engines with the Electronic Engine Controls(EEC) had been developed to save fuel and enhance their performance in the early days, and had employed the health monitoring function in the Full Authority Digital Engine Controls(FADEC) to improve their reliability. This has led to an increasing demand for the certification technology of these controls. The design and certification issues of power supply, aircraft supplied data, failure modes, software verification/validation, and lightning requirements need to be addressed. This paper presents the design considerations and the certification techniques applied to the electronic engine controls. And it is believed that this paper will be basis to establish a requirement in Korean Airworthiness Standard.

항공기용 터보팬 엔진 FADEC의 소프트웨어 미들웨어 아키텍처에 관한 연구

이창열(Changyeol Lee),조영호(Youngho Cho),임익찬(Ikchan Lim),권기혁(Kihyuk Kwon),김중회(Junghoe Kim),나규진(Gyujin Na),장호연(Hoyeon Jang) 항공우주시스템공학회 2024 항공우주시스템공학회지 Vol.18 No.4

최근 항공기용 터보팬엔진의 국내 독자 개발 증가에 따라 연료 효율, 엔진 성능과 신뢰성 향상을 위한 실시간 고장진단 기능을 갖춘 FADEC(전자식통합엔진제어장치)의 소프트웨어 개발 필요성이 대두되고 있다. 엔진 제어에 관한 알고리즘은 고도화되고 복잡해짐에 따라 모델기반 개발 방식을 사용해 소프트웨어를 제작하는 추세이다. 본 논문에서는 하드웨어와 모델기반 개발 소프트웨어를 연결시킬 FADEC(전자식통합엔진제어장치)의 미들웨어 아키텍처를 소개한다. 항공기용 터보팬엔진의 높은 신뢰성과 안전성을 고려하여 DO-178C[1] 국제감항인증 가이드라인에 따라 설계했다. With the recent increase in the development of domestic independent turbofan engines for aircraft, there is a need to develop software for FADEC(Full Authority Digital Engine Control) with real-time fault diagnosis functions to enhance fuel efficiency, engine performance, and reliability. As engine control algorithms become more sophisticated, software is being developed using Model-Based Design(model-based development) methods. This paper introduces the Middleware architecture of FADEC(Full Authority Digital Engine Control), which connects hardware with Model-Based Design(model-based development) software. Given the high reliability and safety required for turbofan engines in aircraft, the design complies with DO-178C[1] International Airborne Systems and Equipment Certification Guidelines.

터보팬 엔진 시험 설비 구축에 관한 연구

곽도협(Dohyup Kwak),김병현(Byunghyun Kim),김보경(Bogyoung Kim),박건국(Konkok Park),최희주(Heeju Choi) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

개발된 전자식 엔진 제어 장치(EECU, Electrical Engine Control Unit)의 최종 성능 검증을 위하여 터보팬 엔진의 운용 시험을 수행하였다. 본 논문은 터보팬 엔진을 운용하기 위한 엔진 시험설비에 대하여 서술하였다. 엔진 시험 설비는 터보팬 엔진 장착 및 고정을 위한 설비부, 연료 공급을 위한 연료공급부, 엔진의 상태 확인 및 데이터 저장이 가능한 DAS(Data Acquisition System)부, 엔진 제어장치에 명령 인가를 위한 제어 콘솔부, 과온 과속으로부터 엔진을 보호하는 엔진 보호부로 구성하였다. For the final verification of developed EECU, the engine operating test is conducted using Turbo fan engine. This paper describe the engine test facility for operating turbofan engine. The engine test facility is composed of an engine installation part for the installation and fixing of engine, a fuel supply part, DAS(Data Acquisition System) part for the engine state monitoring and data saving, an engine control console part for the approval commands to EECU, an engine protection part for the protecting engine from over-speed, over-temperature.

실시간 가스터빈 엔진 시뮬레이터를 적용한 MGET<SUP>TM</SUP> 개발

고성희(Seonghee Kho),이명국(Myungkuk Lee),기자영(Jayoung Ki),공창덕(Changduk Kong) 한국추진공학회 2013 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.12

가상엔진 시뮬레이터를 이용한 시험장치는 실제 엔진을 이용한 시험과 유사한 시험 수행을 통하여 엔진 시험 횟수를 줄이고 동일한 조건에서 반복 시험이 가능하므로 엔진 정비 및 운용 비용을 감소시켜 준다. 그리고 실제 시험에서 수행하기 어려운 극한 상황을 쉽게 구현할 수 있기 때문에 실제 엔진 시험 시 발생할 수 있는 엔진 손상 및 위험한 시험을 대체해 준다. 본 연구에서는 본사에서 개발하여 판매중인 MGET™ 시험장치에 실시간 엔진 모델을 적용하여 실제 엔진 시험과 가상 엔진 시험을 다목적으로 수행할 수 있는 업그레이드 된 MGET™ 시험장치를 개발하였다. 새로 개발된 다목적 MGET™ 시험장치는 교육용 및 연구용으로 더욱 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. Test device using virtual engine simulator can help reduce the number of engine tests through tests similar to the actual engine tests and repeat the test under the same condition, and thus reduce the engine maintenance and operating costs. Also, as it is possible to easily implement extreme conditions in which it is hard to conduct actual tests, it can prevent engine damages that may happen during the actual engine test under such conditions. In this study, an upgraded MGET™ test device was developed that can conduct both real and virtual engine test by applying real-time engine model to the existing MGET™ that was developed and has been sold by the Company. This newly developed multi-purpose MGET™ test device is expected to be used for various educational and research purposes.

RE-EV용 고효율 가솔린 엔진발전시스템 성능 개선

구본석(Bonseok Koo),오광철(Kwangchul Oh),원장혁(Janghyeok Won),서호철(Hocheol Suh),장성욱(Sungwook Jang),안호상(Hosang Ahn),이종덕(Jongdeok Lee) 한국자동차공학회 2015 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2015 No.11

본 논문에 는 RE-EV에 적합한 엔진으로 최대한 가볍고 작은 사이즈로 RE-EV엔진 개발을 목표로 하였다. RE-EV 엔진은 엔진룸 공간 제약이 따르므로 엔진의 크기와 무게를 줄이기 위해 실린더 수를 줄이고, 기통당 배기량을 늘리는 방법으로 2기통의 엔진을 설계하였으며, 실린더 방향으로 크기를 줄이기 위해 OHV(Over Head Valve)로 설계하였다. 또한 흡기 맥동 시험을 진행하였으며, 흡기 구성에 따른 장치들의 전체 압력 변동과 공기량 변동에 대한 결과를 종합하여 엔진에 최적화된 흡기관을 구성하였다. 흡기관이 변경 된 엔진 시제품을 제작하여 엔진의 기본 성능 평가인 출력특성, 연비, 배출가스 분석을 진행하였다. 흡기관 변경에 따라서 연료량 및 점화시기 조정을 위한 엔진 제어기(ECU) 맵핑을 수행하였다.

80lbf급 소형 가스터빈 엔진의 성능 시험장치 개발

진학수(Haksu Jin),고성희(Seonghee Kho),기자영(Jayoung Ki),용승주(Seongju Yong),강명철(Myoungcheol Kang),이은우(Eunwoo Lee) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11

본 시험장치는 가스터빈엔진의 이론적 열역학 계산을 실제 성능시험을 통해 비교해보고 관련 교육기관, 연구소 등에 가스터빈 엔진의 작동 원리와 구조에 대한 기초지식을 제공하도록 개발되었다. 추력 80lbf급 마이크로 터보제트 엔진을 대상으로 하여 NI DAQ(데이터 수집)장치와 LabVIEW 프로그램을 이용하여 실시간 계측되는 데이터와 기준 엔진 성능 시뮬레이션 데이터를 비교 할 수 있는 프로그램을 개발하였다. This test cell is developed to the institutes or laboratories research and study gas turbine engine for academic purpose with this test data to provide the fundamentals of operational mechanism and structural configuration, and further to verify thermodynamic calculation The test cell is installed to monitor and compare real-time data with reference engine model performance simulation data. using by NI DAQ(Data acquisition)device and LabVIEW program based on 80 lbf-micro turbojet engine.

초소형 가스터빈을 이용한 상태감시 시험장치 개발

고성희(Seonghee Kho),기자영(Jayoung Ki),구영주(Youngju Koo),공창덕(Changduk Kong),이은우(Eunwoo Lee) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.5

본 시험장치는 가스터빈엔진의 이론적 열역학 계산을 실제 성능시험을 통해 비교해보고 관련 교육기관, 연구소 등에 가스터빈 엔진의 작동 원리와 구조에 대한 기초지식을 제공하도록 개발되었다. 추력 30lbf급 마이크로 터보제트 엔진을 대상으로 하여 NI DAQ(데이터 수집)장치와 LabVIEW 프로그램을 이용하여 실시간 계측되는 데이터와 기준 엔진 성능 시뮬레이션 데이터를 비교 할 수 있는 프로그램을 개발하였다. This test cell is developed to the institutes or laboratories research and study gas turbine engine for academic purpose with this test data to provide the fundamentals of operational mechanism and structural configuration, and further to verify thermodynamic calculation The test cell is installed to monitor and compare real-time data with reference engine model performance simulation data. using by NI DAQ(Data acquisition)device and LabVIEW program based on 30lbf-micro turbojet engine.

교육용 마이크로 가스터빈 엔진 성능 시험장치 개발

고성희(Seonghee Kho),기자영(Jayoung Ki),박미영(Miyoung Park),공창덕(Changduk Kong),이경재(Kyungjae Lee) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11

본 시험장치는 가스터빈 관련 교육기관, 연구소 등에 가스터빈 엔진의 작동 원리와 구조에 대한 기초지식을 제공하고 가스터빈 엔진의 이론적 열역학 계산을 실제 성능시험을 통하여 비교해 볼 수 있도록 개발되었다. 추력 30lbf급 마이크로 터보제트 엔진을 대상으로 하여 NI DAQ(데이터 수집)장치와 LabVIEW 프로그램으로 각 구성품의 온도, 압력과 추력, 연료유량, 공기유량 등의 실시간 데이터를 모니터링 및 획득할 수 있도록 시험장치를 구성하였다. This test cell is developed to provide the fundamentals of operational mechanism and structural configuration, and further to verify thermodynamic calculation with this test data to the institutes or laboratories research and study gas turbine engine for academic purpose. The test cell is installed to monitor and collect real-time data as to temperature, pressure, thrust, fuel flow, and air flow etc. using by NI DAQ(Data acquisition)device and LabVIEW program based on 30lbf-micro turbojet engine.