KR0136795B1

KR0136795B1 - 엔진 제어장치

Info

Publication number: KR0136795B1
Application number: KR1019880007302A
Authority: KR
Inventors: 도시오 마나까; 마사시 시다; 데루지 세고자와; 신스게 다까하시
Original assignee: 미다 가쓰시게; 가부시기 가이샤 히다찌세이사꾸쇼
Priority date: 1987-06-17
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1998-04-25
Also published as: EP0295650B1; DE3860598D1; US4919094A; EP0295650A2; JPS63314339A; KR890000770A; EP0295650A3; JPH0573908B2

Abstract

과도운전직후의 공연비보상을 충분히 정확하게 수행하도록 하는 본 발명에 따른 엔진제어장치는, 엔진상태를 검출하는 검출순단과, 연료분사 및 흡기시스템에서의 연료의 부착율과 증발시정수를 예측 연산함과 동시에 상기 부착율과 상기 증발시정수와 상기 검출수단에서 검출된 엔진상태에 의하여 연료공급치를 연산하는 연산수단과, 상기 연료공급치에 의하여 연료를 공급하는 연료공급수단을 구비하는 엔진제어장치로서, 상기 연산수단은 연료차단후의 액막량과 실린더내에 흡입되는 연료량에 의해 증발시정수를 연산함과 동시에 연료회수후의 연료공급향과 실린더내에 흡입되는 연료량에 의하여 부착율을 연산하는 하나의 연산수단을 구비하도록 구성된다.

Description

엔진 제어장치

제 1도는 본 발명에 의한 공연비 제어장치의 일실시예를 나타낸 제어 블록도,

제 2도는 본 발명의 일실시예가 적용된 엔진시스템의 일예를 나타낸 구성도,

제 3도는 급기시스템의 단면도,

제 4도 제 5도 및 제 6도는 각각 제어용 특성도.

제 7도 및 제 8도는 본 발명의 일실시예의 동작설명을 위한 플로우챠트

제 9도 및 제 10도는 각각 제어계수 산정동작을 나타내는 플로우챠트

본 발명은 연료분사식 가솔린 엔진에 관한 것이며, 특히 자동차용 가솔린 엔진에 적합한 공연비제어장치에 관한 것이다.

자동차용 가솔린 엔진으로서는 공연비 제어에 대한 제어성의 양호함에 착안한 연료분사식의 엔진이 상당히 많이 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 연료분사 방식의 가솔린 엔진은 연료분사밸브로부터 흡기관내로 분사된 연료의 일부가 흡기관의 내벽이나 흡기밸브등에 부착되어, 정상상태에서는 이 부착된 연료의 양이 거의 일정하게 유지되나 가감속시와 같은 과도상태에서는 상기 부착연료량이 변화하고, 이로 인하여 단지 연료분사 밸브로부터 공급되는 연료량의 제어만으로는 과도상태에서의 공연비(이하A/F라 함)를 정확하게 제어할 수가 없다.

종래의 장치로서는 특공 소 62-341호 공보에 기재된 바와 같이 가감속시등 엔진의 과도 운전상태에서는 서냉연산처리한 연료공급량 데이터를 구하고 이것과 서냉연산처리전의 연료공급량 데이터의 차에 따라서 실제로 공급하여야 할 연료량을 증가 또는 감소시켜, 보정이 주어지도록 하였다.

상기 종래 기술은 과도운전시 직후의 연료량 데이터의 서냉처리로부터 증량 또는 감량 보정하느는 것 만으로 정량적인 보정이 되어 있지 않으며 또한 가감속시의 공연비 보상이 불충분하다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 과도운전직후의 공연비보상도 충분히 정확하게 행하는데 있다.

상기 목적은 연료차단 직후와 연료회수의 공연비 변화로 부터 연료부착율과 부착한 연료의 증발시정수를 구하고, 이와 같이 구한 부착율과 증발시정수에 의하여 과도시의 연료량을 보정함으로써 달성된다. 연료분사 방식의 자동차용 가솔린 엔진에서는 연비의 향상 및 감소시에 배기중에서의 탄화수소의 배출 억제를 위하여 연료 차단 제어가 적용되나, 이러한 방식의 엔진에서는 연료 차단 직후에도 상기 흡기관내등에 부착되어 있던 연료가 증발하여 과도적으로는 연료의 공급이 계속되게 되며, 한편 연료차단후의 연료회수 직후에는 공급된 연료의 일부가 흡기관내등에 부착되기 때문에 과도적으로는 실린더안으로의 연료 공급량을 상승시킴에 있어 지연을 발생시키게 된다.

여기서 이때의 출력공연비의 변화를 살펴보면 과도상태에서 실린더내로 공급량되는 연료량에 대한 변화를 알 수 있고, 연료의 증발시정수와 부착율을 정량적으로 예측산정할 수가 있고, 과도 상태에서의 공연비 제어를 좋은 정밀도로 행할 수 있게된다. 이하에서는, 도면에 의거하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명된다.

제2도는 본 발명의 일실시예가 적용된 연료분사식 가솔린 엔진을 나타낸 것으로, 엔진에 배설된 에어플로워센서(1), 회전센서(2), 수온센서(3), A/F센서(또는 O₂센서)(4) 및 드로틀센서(5)에 의하여 흡입공기량(Q_A), 엔진회전수(N), 엔진냉각수온(Tw), 공연비[또는 리치(rich)-린(lean) 신호] (A/F), 및 드로틀밸브 개방도(θ_th)를 검출하고, 제어유니트(6)에서 연산된 연료분사펄스폭(Ti)이 분사기(7)에 출력되어 엔진에 대한 연료공급량제어가 행하여 진다.

제3도는 분사기(7)로 부터 흡기관(8)내에 공급되는 연료의 분사모양을 나타낸 것으로서, 연료는 각도(a°)로 확장되고 흡기 밸브(9)부근에 분사되기 때문에 그 연료의 일부는 흡기밸부(9)나 흡기관(8)의 내벽에 부착한다. 따라서 이것을 그대로 방치하면 실리더내에 실제로 흡입되는 연료는 적어지고 또한 가속시에 실화가 발생하며 운전성을 손상 시키는등 공연비의 제어가 제대로 이루어지지 않게 된다. 그러므로 본 실시예에서는 후술되는 바와 같이 제어한다. 먼저, 분사된 연료중에서 부착되는 연료량의 비율을 부착율(X)이라 하고, 또한 흡기밸브나 흡기관내벽등에 부착되어 있는 연료의 총량을 액막량(液膜量)(Mf)이라 한다. 또한 본 실시예에서는 그 제어에 이하의 요인factor)을 고려하게 된다. 즉 고려되는 인자들로서는 제4도는 분사펄스폭에 대한 배터리 보정량(TB)의 특성, 제5도는 감속시에 연료차단을 행하기 위한 회전수 조건의 특성, 제6도는 실제로 A/F가 변화할 때에 그 변화가 A/F센서(4)(또는 O₂센서)에서 검출될 때까지의 지연시간(소비시간) 특성을 들 수 있다. 또한 제5도는, 엔진회전수(N)가 NFC(연료차단회전수)이사이고 드로틀밸브 개방도(θ_th)가 완전폐쇄에 가까울 때 연료를 차단하며 NRC(연료 회수 회전수)이하일때 연료를 회수함을 표시하고 있다. 단 드로틀 밸브 개방도(θ_th)가 소정의 개방도 이상으로 개방되어 있는 경우에는 회전수 어떤값인지와 관계없이 연료차단을 행하지 않는다.

다음 제1도는 본 발명의 제어블록도를 나타낸 것으로, 드로틀밸브 개방도(θ_th)는 운전자의 액셀레이터 페달 조작에 의하여 제어되고 그 결과로 흡입공기량(Q_a), 엔진회전수(N), 엔진냉각수온(TW)이 변화한다. 이들이 제어유닛(6)에 입력되어 액막량(Mf), 부착율(X), 액막량(Mf)로 부터 증발하는 연료의 증방시정수(τ)가 계산되고, 이들의 값에 의해 필요한 연료량(Gf)이 추정되어 최종적으로 분사펄스(Ti)가 분사기(7)에 출력된다.

여기서 부착율(X)과 증발시정수(τ)를 결정하는데 필요한 정수 A, B, C, D는, 연료차단 직후와 연료회수 직후의 A/F 변화로부터 이하의 수학모델을 상정하여 얻어지는 부착율(X_O)과 증발시정수(τ₀)를 계산한 후 이들 X_O,τ₀를 기준으로 하여 산출하게 된다.

이제 부착율(X_O)과 증발시정수(τ₀)의 결정방법을 수학모델을 사용하여 설명한다. 흡기관내에서의 연료수송의 수학모델 구성은 SAE Technical Paper Series 810494에 기재되어 있는 것으로서 이하의 식에 의해 표시된다.

연료차단직후는 Gf=0로 되므로

로 표시된다.

연료차단되어 있으므로 실린다내에 공급되는 연료량을 부착한 연료에서 증발된 연료량이 된다.

따라서,

의 관계에서,

로 되어τ₀를 검출할 수 있다

한편 연료회수직후에는 Mf=0로 되므로,

로 표시된다.

연료회수시에는 부착되어 있는 연료량이 없어지며 분사기로부터 공급되는 연료량은 모두 실린더내에 공급되게 된다 따라서,

의 관계로부터

로 되어X₀를 검출하게 된다.

다음에 τ₀·X₀에 의하여 연료분사펄스폭(Ti)을 구하는 동작을 제7도 및 제8도의 플로우챠트에 의하여 설명한다. 이 플로우챠트에 의한 제어동작은 소정의 주기(△T_ms)마다 실행되는 것으로서, 도면중 첨자 소문자인 n은 최신 데이터를 나타내며 n-1은 △T_ms직전의 데이터를 각각 표시한다. 우선 스텝 10에서 흡이공기량(Q_a), 엔진회수전(N), 엔진냉각수온(TW), 드로틀배브 개방도(θ_th), 공연비(A/F), 배터리전압(VB)를 검출한다. 스텝 11에서는 엔진냉각수온(TW)에 따른 목표공연비(A/F)세트, 부착율 수온보정계수(KTW1), 증발시정수 수온보정계수(KTW2), 연료차단 회전수(NFC), 연료회수 회전수(NRC)를 검색한다. 스텝 12로부터 스텝19 사이에서 연료차단과 회수를 판정하고, 차단조건 θ_th≤ θ_idle및 N NFC를 만족하는 경우에는 스텝15, 스텝16에서_T의 계측 플래그와 연료차단(FC) 플래를 설정한다. FC 플래그가 설정되고 또한 NNRC로 될 때에는, 스텝 21과 스텝22에서 X계측 플래그를 설정(세트)하고 FC플래그를 크리어한다. θ_th≤ θ_idle이고 또한 FC 플래그가 설정되어 있을 때에는 스텝 18과 스텝 19에서 FC플래그를 클리어하고, X계측 플래그를 설정한다. 제 9도 또는 제10도의 플로우챠트의 동작에 의해 구해지는 정수 A, B, C, D에 의하여 스텝 23에서 부착율(X)과 증발시정수(τ)를 계산한다. 스텝 24에서는 연료차단(FC)플래그 판정을 행하여, 판장결과가 Yes일 때에는 스텝 28에서 Gf=0으로 하고, 스텝 29에서 Ti=0한 후, 스텝 30에서 액막(Mf)의 연산을 행하고 종료한다. FC플래그가 설정되어 있지 않을 경우에는△T_ms사이에 분사기(8)로부터의 분사가 있는지 또는 없는지의 판정을 스텝 25에서 행하고, 판정결과 N_O인 경우에는 스텝 26으로, Yes인 경우에는 스텝 27에서 액막량의 계산이 행하여 진다.

다음에 제 8도의 스텝 31에서 기본연료량(Gf)이 계산되고, 스텝 32, 스텝 33에서 분사펄스폭(Ti)이 계산된 후 종료한다.

다음에 제 9도는 A/F센서를 사용하는 경우의 X, τ의 정수 A, B, C, D의 산출방법을 표시하며, 제 10도는 O₂센서를 사용할 경우의 그것을 표시한 것이다.

제 9도에 표시한 플로우챠트에서는, 스텝 24 및 스텝 39에서 τ계측 플래그 및 X계측 플래그가 1인지 여부의 판단이 행해진다. 스텝 34에서 τ계측 플래그가 1인 경우는 연료가 차단된 상태로, 스텝 35 내지 스텝 38에 증발시정수(τ₀)의 계산이 행하여 진다. 스텝 35에서는 연료차단후 검출지연시간(t_D)이 경과되었는가 여부를 판단하게 된다. t_D는 주로 분사기(7)로부터 A/F센서(4)에 이르는 흡기 및 배기 시스템의 특성에 의한다.

본 실시예에서 A/F센서를 이용하여 공연비를 측정하고 있으나, 연료가 분사기(7)로부터 분사되자마자 바로 A/F센서에 도달하여 공연비가 측정되는 것을 아니다. 연료는 분사되어 실린더에 흡입되고 폭발행정을 지나 배기관으로 배출된 후 A/F센서에 도달한다. 따라서 소정의 검축지연시간 경과후에야 계산한다. 스텝 36에서는 액막량(Mf₀)의 계산을 행한다. 액막량의 계산은 흡입증기량을 공연비로 뺀 것을 소정시간동안 적분하여 행햐여진다. 흡기관에 부착한 액막은 연료차단후에 서서히 실린더내로 흡입된다. 실린더내에 흡입된 연료량은 흡입공기량 및 공연비에 의하여 계산할 수가 있다. 실린더내로 흡입된 연료량을 A/F차단이 충분히 린(부족)으로 될 때까지 적분하므로써 액막량의 계산을 한다. 그리고 적분은 연료차단후부터 액막이 실린더내로 모두 흡입되는 충분한 시간동안 행할 수 있다. 스텝 37에서 증발시정수(_T0)를 구한다. 증발시정수는 상기한 수학모델에 의하여 액막량과 흡입공기량/ 공연비로부터 구해진다.

그리고 스텝 37에서는 보정치 K_T에 의하여 보정함으로써 증발시정수를 구한다. 보정치 K_T는 주로 A/F센서 및 흡입공기량의 측정 특성에 의존한다. 스텝 38에서 증발시정수(T_O)를 계산한 후에 다음의 계산을 위하여_T계측 플래그를 클리어 시킨다. 그리고 액막량은 스텝 26, 27, 30에서 계산된 것을 사용하여도 좋다.

스텝 39에서 X계측플래그가 1인 경우에는 연료 회수상태이며, 스텝 40으로부터 스텝 42에서 부착율(x₀)의 계산이 행해진다. 스텝 40에서는 회수상태로 되고나서 검출지연(tD)시간만큼이 경과하였는지 여부의 판단이 행해진다. t_D시간 경과하였을 때에는 스텝 41에서 부착율(X₀)의 계산이 행해진다. 부착율은 상기 수학모델에 의하여 연료공급량(Gf₀)과 흡입공기량(Q_a0), 공연비(A/F) 및 보정계수(kx)로부터 구하게 된다. 부착율(X₀)의 계산 후에는 스텝 42에서 다음 계산을 위하여 X계측플래그를 소거한다. 스텝 34 내지 스텝 42에서 증발시정수(τ₀) 또는 부착율(X₀)이 계산된면 스텝 43 내지 스텝 23에서는 사용된 A, B, C, D의 계산이 행해진다. 증발시정수(τ) 및 부착율(X)는 흡입증기량에 의하여 변화한다. 즉 공급되는 연료량에 대하여 흡입증기량이 많으면 증기유속이 빨라져서 실린더내로 흡입되는 연료량이 상대적으로 많아진다. 즉 부착율(X)은 흡입공기량이 많아짐과 동시에 작아진다.

따라서 X =K_TW1(A-B·Q_a)

로 근사시킬 수 있다.

본 실시예에서는 상기 식에 근사하여 흡입공기량에 대하여 일의적으로 구해지는 것으로 하였으나 다른 방정식을 사용할 수도 있다. 그리고 흡입공기량이 많아지면 단위시간당의 액막표면을 통과하는 양이 많아지므로 증발량이 많아지며, 또한 그 비율은 흡입공기량이 많아짐과 더불어 대폭으로 증가한다.

따라서

로 근사시킬 수가 있다. 그리고 상기 부착율(X) 및 증발시정수(τ)를 구하는 근사식은 실험에 의하여 확인된 것이다. 제 10도는 O₂센서를 사용한 경우의 플로우챠트이다. 스텝 44에서 τ계측 플래그가 1인 경우는 연료차단시가 될 것이므로, 스텝 45 내지 스텝 46에서 상기 수학모델에 의하여 증발시정수(τ₀)의 계산을 행한다. 연료차단 검출지연 시간이 경과한면 스텝 46으로 진행하여 액막량(Mf₀)의 계산을 행한다. 액막량은 실린더내에 흡입된 연료량을 흡입증가량과 공연비로부터 산출하고, 이것을 소정시간 적분함으로써 얻어진다. 그러나 O₂세너를 사용한 경우에는 공연비가 이론적인 공연비보다 짙은가 옅은가를 판단할 수가 없다. 연료차단이 행하여진 경우는 드로틀밸브가 전폐(全閉)에 가까운 상태여서 부압이 매우 크게 된다. 따라서 흡기관에 부착한 액막의 대부분이 실린더내로 흡입되고, 공연비가 일시적으로 릿치(과다)상태되고, 다시 연료차단상태가 더 계속되면 액막으로부터 실린더내에 흡입되는 연료량이 작아지고 공기량이 상대적으로 많아져서 린(과소)상태로 이행한다. 릿치상태로부터 린상태에 이르기까지 공연비는 평균적으로 14.7로 간주된다. 스텝 46에서는 검출지연시간(t_D) 경과후에 O₂센서가 릿치로부터 린으로 변화할 때까지 실린더에 흡입되는 연료량을 Qn/14.7로 하여 적분함으로써 액막량을 계산한다. 스텝 47에서 상기 수학적 모델에 기인하여 증발시 정수(τ₀)를 계산한다. 스텝 48에서 τ계측 플리그를 소거한다. 스텝 45에서 X계측 플래그가 1인 경우에도 연료회수시이므로 스텝 50 내지 스텝52에서 착률(X)의 계산을 행한다. 스텝 50에서, 회수이후 검출지연시간(t_D)이 경과한 후에는 스텝 51에서 부착율의 계산을 행하며, 연료회수시에는 회수이전의 연료가 실린더내에 공급되어 있지 않으므로 공연비는 린(과소)상태로 된다. 회수되면 그 후에 릿치(과다)상태로 된다. O₂센서가 린으로부터 릿치로 변화하였을 때에는 공연비 14.7로 볼 수 있다 스텝 51에서는 상기 수학모델에 의하여 린에서 릿치로 변화하였을 때의 흡입공기량(Q_a) 및 연료공급량(Gf₀)으로부터 부착율(X₀)을 계산한다. 스텝 52에서 X계측 플래그를 소거한다.

따라서 이 실시예에 의하면 연료공급량의 과도상태에서의 변화분을 높은 정밀도로 파악할 수 있으며 항상 정확한 A/F제어를 행할 수가 있다.

또한 본 발명에 의하면 연료차단시와 그후 연료 회수시에서의 A/F변화로부터 연료부착율과 증발시정수를 산출하도록 하였으므로 과도상태에서의 연료공급량의 예측을 정량적으로 얻을 수 있으며, 과도상태에서의 A/F제어가 높은 정밀도로 행해지고 A/F의 변동이 억제되며 운전성의 향상과 배기가스 악화의 억제가 충분히 얻어지는 효과가 있다.

Claims

엔진상태를 검출하는 검출수단과, 연료분사 흡기시스템에서의 연료의 부착율과 증발시정수를 예측 연산함과 동시에 상기 부착율과 상기 증발시정수와 상기 검출수단에서 검츨된 엔진상태에 의하여 연료공급치를 연산하는 연산수단과, 상기 연료공급치에 의하여 연료를 공급하는 연료공급수단을 구비하는 엔진제어장치에 있어서, 상기 연산수단은 여료차단후의 액막량과 실린더내에 흡입되는 연료량에 의해 증발시정수를 연산함과 동시에 연료회수후의 연료공급량과 실린더내에 흡입되는 연료량에 의하여 부착율을 연산하는 하나의 연산수단을 구비함을 특징으로 하는 엔진 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 연산수단이 흡입공기량과 공연비에 의하여 상기 액막량 및 상기 실린더에 흡입되는 연료량을 연산하는 두번째 연산수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진제어장치.
제1항에 있어서, 상기 연산수단이 상기 증발시정수 및 상기 부착율을 연료공급시스템의 물리적 특성에 의존하는 보상계수의 의하여 보상하는 보상수단을 구비함을 특징으로 하는 엔진제어장치.
제2항에 있어서, 상기 연산수단이 흡입공기량과 공연비에 의하여 얻어진 값을 소정시간 적분함으로써 상기 액막량을 연산하는 적분수단을 구비함을 특징으로 하는 엔진제어장치.
제2항에 있어서, 상기 연산수단이 연료차단 또는 연료회수로부터 소정시간 경과후에 상기 부착율 또는 상기 액막량의 연산의 개시를 지시하는 신호를 발생하는 연산개시 지시수단을 구비함을 특징으로 하는 엔진제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 연산수단은 상기 증발시정수 및 상기 부착율에 의하여 정해지며 적어도 하나이상의 정수를 사용한 흡입공기량의 관계식을 결정하는 함수식 결정수단과, 상기 함수식과 흡입공기량으로부터 연료공급량의 보정치를 연산하는 세 번째의 연산수단을 구비함을 특징으로 하는 엔진제어장치.
제6항에 있어서, 상기 연산수단이 상기 증발시정수 및 상기 부착율을 온도의 함수로 하여 얻어지는 보정치에 의하여 보정하는 온도보정수단을 구비함을 특징으로 하는 엔진제어장치.