KR0142895B1

KR0142895B1 - 내연기관의 연료분사 제어장치

Info

Publication number: KR0142895B1
Application number: KR1019940024203A
Authority: KR
Inventors: 요시오까 요시아끼; 나가이시 하쓰오
Original assignee: 요시후미 쓰지; 닛산 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1993-09-27
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1998-08-17
Also published as: JP3612719B2; US5560339A; JPH0791301A; KR950008948A

Abstract

비무부하운전시 공연비 변동을 억지하면서, 무부하운전시에는 회전 난조의 적극적인 억지 효과를 발휘하게 된다.

흡입 공기 유량 Qa와 기관 회전속도 Ne에 의거해 연산된 기본연료분사량 Tp(S1)을 가중평균함으로써, 실제로 실린더에 흡입된 공기량에 맞춘 분사량 AVTp을 구한다(S3). 그리고, 기관의 비무부하운전시에는 상기 분사량 AVTp의 변화량에 의거해 분사량 AVTp을 보정해서 최종적인 분사량 Ti를 설정한다(S12). 한편, 기관의 무부하운전시에는 상기 기본 연료분사량 Tp와 상기 분사량 AVTp의 편차에 의거해 분사량 AVTp를 보정해서(S9) 최종적인 분사량 Ti를 설정한다.

Description

내연기관의 연료분사 제어장치

제1도는 본 발명의 기본 구성을 도시한 블록도.

제2도는 본 발명의 일실시예를 도시한 시스템 개략도.

제3도는 실시예의 분사량 제어를 도시한 순서도.

제4도는 종래의 문제점을 설명하기 위한 시간선도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:내연기관 4:연료분사 밸브

7:풍량계 8:스로틀 밸브

9:스로틀 센서 10:크랭크각 센서

11:수온 센서 12:산소 센서

본 발명은 내연기관의 연료분사 제어장치에 관한 것으로, 특히, 분사량 제어를 통해 무부하운전시의 회전 난조를 억제하는 기술에 관한 것이다.

내연기관에 있어서, 과도운전시에, 스로틀을 통과한 공기가 하류측의 흡기 콜렉터부나 흡기 매니폴드의 용적에 영향 받아 응답성이 떨어지고 또한 그대로 실린더내에 흡입되므로 실제의 실린더 흡입공기량에 대해 공기량의 계측결과에 차이가 발생하고, 그 실제의 흡입 공기량에 대하여 오차가 있는 공기량에 의거해 분사량을 결정하면 공연비 차이가 발생한다는 문제점이 있다.

그래서, 예를 들면, 풍량계에서 검출된 흡입 공기 유량과 기관회전속도에 의거해 연산된 기본 연료분사량 Tp(기본 연료분사 펄스폭)을 가중평균함으로써, 실제의 실린더 흡입 공기량에 맞춘 분사량(이하, 실린더 공기량 상당 분사량이라 함)을 구하도록 하는 것이 있다(특개평 4-224255호 공보등 참조).

또, 상기 특개평 4-224255호 공보에 개시된 공연비 제어장치에서는, 상기와 같이 해서 구해진 실린더 공기량 상당 분사량의 변화량(예를 들면, 기관 2회전간의 변화량)에 의거해 기통별로 분사량 보정을 실시하고 있다.

그런데, 흡기 매티폴드 용적이 비교적 큰 기관에서, 더구나, 각 기통의 흡기포트부에 각각 연료분사 밸브가 설치된 다점분사 시스템(MPI)을 채용한 기관에 있어서는, 상기 각종 평균치에 의해 공연비를 균일한 특성으로 하려고 하면 무부하 회전속도의 난조가 커진다는 문제점이 발생한다.

즉, 상기 가중평균을 행하지 않는 시스템은 과도(過渡)시의 기본연료분사량 Tp가 실제로 실린더흡입 공기량에 맞춘 값으로 설정되지 않고, 예를 들면, 가속시에는, 실제의 실린더 흡입 공기량에 대응하는 양보다도 많은 분사량이 설정됨으로써, 공연비 변동은 크지만 회전력이 떨어지면 공연비가 커지고, 역으로 회전상승시에는 공연비가 작아져 회전 난조를 억지하는 효과를 발휘하게 되었다.

그에 대응해서, 가중 평균에 대한 실제의 실린더 흡입 공기량에 맞춘 분사량을 설정하도록 하면 공연비 변동은 억제될 수 있지만 상기 회전 난조를 억지하는 효과가 저하된다.

그래서, 상기와 같이 매니폴드 용적이 크고 또한, MPI 시스템을 채용하는 기관에 있어서, 실제 실린더 흡입 공기량에 대응하는 분사량의 설정을 위해서 비교적 큰 가중무게의 설정이 요구되어지는 경우에는, 무부하운전시에 회전 난조의 억지 효과를 발생시킬 수 있도록 이전값에 대한 가중무게를 비무부하운전시와 비교해 작게 해서 공연비 변동을 억제하면서 회전 난조의 억지 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

여기서, 회전 난조를 효과적으로 억지하기 위해서는, 예를 들면 회전력이 떨어질 때에 응답성 양호하게 토크를 발생시키는 것을 필요로 하지만, 종래에는 가중 무게를 작게 해서, 더욱이 전술한 바와 같은 2회전사이에서의 분사량 변화에 의거한 증량 보정으로 토크 발생의 응답을 개선시키려 하더라도, 회전 변화 초기에 정확하게 토크를 발생시킬 수 없으므로(제4도 참조), 특히 난기후(暖機後)의 무부하운전상태에 있어서 요구되어지는 회전 난조의 억지 효과를 충분히 발휘시키는 것이 불가능하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 실제의 실린더 흡입공기량에 맞춘 분사량을 설정하는 구성에 있어서, 특히 무부하운전시의 회전 난조를 억지하는 효과를 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 내연기관의 연료분사 제어장치는 제1도에 도시된 바와 같이 구성되어진다.

제1도에 있어서, 흡기량 상관 상태량 검출 수단은 실린더 흡입공기량에 상관하는 상태량을 실린더 상류측에서 검출하고, 기본 연료 분사량 검출 수단은 상기 검출된 상태량에 의거해 기본 연료분사량을 소정 주기마다 연산한다.

한편, 실린더 공기량 상당 분사량 연산 수단은 상기 연산된 기본 연료분사량을 상기 소정 주기마다 평활 처리해서 실제의 실린더 흡입 공기량에 상당하는 실린더 공기량 상당 분사량을 구한다.

또, 편차에 의한 분사량 보정 수단은 상기 기본 연료분사량과 상기 실린더 공기량 상당 분사량의 편차의 소정 비율에 의거해 상기 실린더 공기량 상당 분사량을 보정설정해 최종적인 연료분사량을 설정한다.

그리고, 분사 제어수단은 상기 설정된 최종적인 연료분사량에 의거해 연료분사밸브를 구동제어한다.

여기서, 상기 편차에 의한 분사량 보정 수단은 기관의 무부하 운전상태에서만 최종적인 분사량의 설정을 행하도록 구성되는 한편, 기관의 비부하운전 상태에서는 상기 편차에 의한 분사량 보정 수단을 대신해 상기 실린더 공기량 상당 분사량의 소정 기간내에 있어서의 변화량에 의거해 상기 실린더 공기량 상당 분사량을 보정설정애서 최종적인 연료분사량을 설정하는 변화량에 의한 분사량 보정수단을 제1도에 점선으로 도시된 바와 같이 설치하여 구성하는 것이 바람직하다.

이런 구성에 의하면, 실린더 흡입 공기량에 상관하는 상태량의 검출 결과에 의거해 기본 연료분사량이 연산되고, 또 이런 기본 연료분사량을 평활 처리함으로써, 실제로 실린더에 흡입된 공기량에 맞춘 분사량(실린더 공기량 상당 분사량)을 구할 수 있다.

그리고, 상기 기본 연료분사량과 실린더 공기량 상당 분사량과의 편차의 소정 비율에 의거해 상기 실린더 공기량 상단 분사량이 보정설정되어 최종적인 연료분사량이 설정되어 진다.

여기서, 상기 실린더 공기량 상당 분사량은 상기 기본 연료분사량에 대하여, 특히 기본 연료분사량의 단계적인 변화의 초기에 있어서 큰 편차가 발생되지만, 상기 편차에 의거한 보정으로 최종적인 연료분사량이 단계적으로 응답되고, 그에 대해 실린더 흡입 공기량의 변화에 맞춘 분사량의 변화를 꾀하면서 토크발생의 응답성을 높여 회전 난조의 억지가 가능하게 된다.

여기서, 상기 실린더 공기량 상단 분사량의 보정에 대한 단계적인 응답의 발생은, 특히 무부하운전시에 있어서 회전 난조를 억제하는 효과를 발휘하게 되지만, 역으로 공연비의 변동을 초래하게 되므로 무부하시에는 실린더 공기량 상당 분사량을 보정함으로써, 원활한 분사량 변화(공연비 변동의 억지)를 얻을 수 있도록 하면 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

제2도는 실시예의 시스템구성을 도시한 것이다.

제2도에 있어서, 내연기관(1)의 흡입 공기는 공기청정기(2)로부터 흡기관(3)을 지나고, 연료는 분사펄스 신호에 의거해 각 기통별로 설치된 연료분사 밸브(4)로부터 내연기관(1)의 각 흡기 포트를 향하여 분사된다.

실린더내에서 연소된 가스는 배기관(5)을 통해 촉매컨버터(6)에 도입되고, 여기서 연소 가스중의 유해 성분(CO,HC,NO_X)이 삼원촉매에 의해 정화되어 배출된다.

기관(1)의 흡입 공기유량 Q_a는 고온열선식 풍량계(7)(흡기량 상관상태량 검출 수단)에 의해 검출되고, 액셀러레이터 패달과 연동되는 스로틀밸브(8)에 의해 그 유량이 제어된다.

스로틀밸브(8)의 개방도 TVO는 스로틀센소(9)에 의해 검출되고, 기관(1)의 회전속도 Ne는 크랭크각센서(10)에 의해 검출된다. 또, 냉각수통내의 냉각수온도 Tw는 수온센서(11)에 의해 검출된다.

12는 배기중의 산소농도에 감응하고, 이론 공연비를 경계로 출력이 급변하는 특성을 갖는 산소센서이다.

상기의 풍량계(7), 스로틀센서(9), 크랭크각센서(10), 수온센서(11) 및 산소센서(12)로부터의 출력은 마이크로컴퓨터를 내장한 제어유니트(20)에 입력된다.

제어유니트(20)에서는, 제3도의 순서도에 도시된 바와 같이 해서 상기 연료분사 밸브(4)에 의한 연료분사량 Ti를 결정하고, 그 연료분사량 Ti에 따라 각 기통의 흡기행정에 타이밍을 맞추어 각 연료분사 밸브(4)에 의한 연료분사를 실행시킨다. 즉, 본 실시예에 있어서, 기본 연료분사량 연산 수단, 실린더 공기량 상단 분사량 연산수단, 편차에 의한 분사량 보정 수단,변화량에 의한 분사량 연산수단, 편차에 의한 분사량 보정 수단, 변화량에 의한 분사량 보정수단, 분사 제어 수단으로서의 기능은 상기 제3도의 순서도에 도시된 바와 같이 제어유니트(20)가 소프트웨어적으로 갖추어져 있다.

제3도의 순서도에 도시된 프로그램은 소정주기(예를 들면, 10msec)마다 실행되어지도록 되어 있는 바, 우선, 단계 1(도면 중에는 S1으로 도시되어 있음. 이하 같음)에서는 풍량계(7)에서 검출된 흡입공기유량 Qa와, 크랭크각 센서(10)에서 검출된 기관 회전속도 Ne에 의거해 기본 연료분사량 Tp(기본 연료분사 펄스폭)를 연산한다.

다음으로, 단계 2에서는 기관 회전속도 Ne 등의 데이타에 의거해 상기 기본 연료분사량 Tp를 가중 평균(평활화)하는 데 이용하는 가중무게 계수 Fload를 설정한다.

그리고, 단계 3에서는 이하의 식에 따라 상기 기본 연료분사량 Tp를 가중 평균(평화화)함으로써, 실제의 실린더 흡입 공기량에 상당하는 분사량(실린더 공기량 상당 분사량)AVTp를 연산한다.

AVTp=F_load+AVTp-1×(1-F_load)

즉, 상기 식에서 AVTp-1은 본 프로그램의 이전번 실행시에 상기 단계 3에서 연산된 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp이다.

단계 4에서는 상기 스로틀센서(9)에서 검출된 스로틀 밸브 개방도 TVO 등에 의거해 기관(1)이 무부하운전 상태에 있는가의 여부를 판별한다.

그리고, 기관(1)이 무부하운전상태일 때에는 단계 5로 진행되고, 기관이 시동되고 나서 경과시간이 소정시간 이상이 되었는가의 여부를 판별한다.

여기서, 단계 4에서 무부하운전상태에 있지 않다고 판별된 때 및 단계 5에서 시동 이후의 경과시간이 소정시간에 도달하지 않았다고 판별된 때에는 단계 6으로 진행되고, 최종적인 연료분사량 Ti의 연산에 이용되는 기본 분사량(이하, Ti용 Tp라고 칭한다)으로서 상기 단계 3에서 기중평균에 의하여 구해진 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp를 세트한다.

단계 6에서 Ti용 Tp를 설정한 후에는 단계 12로 진행되고, 이하의 식에 따라 최종적인 연료분사량 Ti를 연산한다.

Ti=(Ti용 Tp+Kathos)×α

+(AVTp-2회전 전 AVTp)×Gztwp+Ts

상기 연산식에서, 2회전 전 AVTp는 기관(1)의 2회전 전에 상기 단계 3에서 연산된 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp이고, (AVTp-2회전 전 AVTp)에 의하여 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp의 2회전당의 변화량 ΔAVTp를 구한다. 그리고, 그 변화량 ΔAVTp에 승산된 계수 Gztwp는 중량이득을 결정하기 위한 계수이고, 수온센서(11)에서 검출된 냉각수온도 Tw에 따라 설정되도록 되어 있다.

또, Ts는 연료분사 밸브(4)의 무효 분사시산에 대응하는 양이고, 분사밸브(4)의 구동전원인 배터리전압에 의거해 설정된다.

또, Kathos는 연료 벽류(壁流)에 관한 과도보정량이고, 운전조건 마다 구해진 평형 부착량의 데이타 등에 의거해 설정된다(특허평 4-224255호 공보 참보).

또, α는 산소센서(12)의 출력에 의거해 목표공연비인 이론공연비에 대한 실제의 공연비의 크고 작음을 판별하고, 그 판별 효과에 의거해 실제의 공연비를 이론 공연비에 근접하도록 설정되는 공연비피드백 보정계수이다.

상기 단계 12에서 소정시간마다 연산된 연료분사량 Ti(분사 펄스폭)는 그 때마다 레지스터에 갱신 세트되어지고, 각 기통의 흡기행정에 타이밍을 맞춘 분사 타이밍으로 읽어내어 대응하는 연료분사밸브(4)에 상기 분사량 Ti에 상단하는 펄스폭의 분사 펄스 신호가 출력된다.

한편, 단계 4에서 기관(1)이 무부하운전상태에 있다고 판별되고, 더욱이, 단계 5에서 시동 후 소정 시간이 경과되었다고 판별되는 때에는 단계 7로 진행된다. 즉, 시동후 소정시간이 경과되어진 무부하운전 상태는 무부하 운전 속도의 난조를 높은 요구레벨로 억지하고자 하는 조건이다.

단계 7은 상기 최종적인 연료분사량 Ti의 연산에 사용되는 2회전전 AVTp에 이번 단계 3에서 연산된 최신값을 세트삼으로써, 후술하는 각 단계에서의 처리를 마친 후에 단계 12로 진행되는 때에 상기 실린더공기량 상당 분사량 AVTp의 변화량(AVTp-2회전 전 AVTp)에 의거해 보정이 실질적으로 실시되지 않도록 한다. 이것은, 후술되는 바와 같이, 상기 변화량의 파라미터를 이용하지 않는 보정을 하기 때문이다.

다음의 단계 8에서는, 수온센서(11)에서 검출된 냉각수온도 Tw에 의거해 후술하는 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp의 중량 보정이득 Gztwc 및 벽류량 변화에 대응하는 보정 계수 I scfld를 설정한다.

그리고 단계 9에서는 이하의 식에 따른 Ti 용 Tp를 연산한다.

Ti용 Tp=(Tp-AVTp)×Gztwc×Iscfld+AVTp

즉, 풍량계(7)에서 검출된 흡입 공기량 Qa를 이용하여 연산된 기본 연료분사량 Tp와, 그 기본 연료분사량 Tp를 가중평균해서 구한 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp와의 편차의 소정 비율을 실린더 공기량 상단 분사량 AVTp에 가산시킨 양을 Ti용 Tp라고 한 것이다.

따라서, 무부하운전시에 회전력이 떨어져 기본 연료분사량 Tp가 단계적으로 증대되는 때에는, 이런 단계적인 증대에 의해 큰 편차가 기본 연료분사량 Tp와 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp간에 발생되지만, 이런 큰 편차의 소정 비율을 실린더 공기량 상단 분사량 AVTp에 가산함으로써, T 4i용 Tp를 단계적으로 변화시키는 것(기본연료분사량 Tp와 실린더 공기량 상단 분사량 AVTp와의 중간값에 Ti용 Tp를 설정하는 것)이 가능하다.

이것으로 회전력이 떨어질 때에 Ti용 Tp를 이용한 연료분사에 의해 응답양호한 토크를 발생시키는 것이 가능하고, 따라서, 회전난조를 효과적으로 억제하는 것이 가능하다.

즉, 상기 (AVTp-2회전 전 AVTp)에 의거한 보정은 가중평균된 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp의 변화량에 의거한 보정이므로, 기본 연료분사량 Tp의 단계적인 상승이 발생하는 상황에 있어서도 그 상승은 느려지게 된다.

이것에 대해, 기본 연료분사량 Tp와 실린더 공기량 상단 분사량 AVTp와의 편차에 의거해 실린더 공기량 상당 분사량 AVTp를 보정하는 구성이면, 기본 연료분사량 Tp의 단계적 변화가 발생되어 실린더 공기량 상단 분사량 AVTp와의 편차가 커졌을 때에 이런 큰 편차의 소정 비율을 가산함으로써, Ti용 Tp의 단계적인 변화를 발생시키는 것이 가능하고, 실제의 실린더 흡입 공기량 변화에 대응하는 분사량의 설정을 꾀하면서 토크 발생의 응답성을 높여 회전 난조의 억지를 빠르게 하는 것이 가능하다.

다음의 단계 10에서는, 단계 12에 있어서의 연료분사량 Ti의 연산에 이용되는 벽류 보정량 Karthos를 Φ로 한다. 이것은 상기 단계9에 있어서의 Ti용 Tp의 연산에서 보정 계수 Iscfld로 벽류변화에 대한 보정이 실시되기 때문이다.

또, 기관 회전속도 Ne에 가중평균을 실시하고, 그 평활화된 기관회전속도 Ne에 의거해 기준 연료분사량 Tp를 행하도록 구성된 경우에는, 상기 단계 9에서의 연산이 행하여지는 조건일 때에 한해서는 상기 가중 평균 처리를 정지시키는 것이 요망된다. 그래서, 단계 11에서는 회전감속 처리의 금지를 설정한다.

이것은, 무부하 회전속도의 난조 회피를 꾀하고자 하는 때에는 회전의 변화에 대해 Ti용 Tp를 응답양호하게 변화시키는 것이 요망되고, 그 때문에 단계 9에서 Ti용 Tp의 연산을 행하는 것이지만, 베이스가 되는 기본 연료분사량 Tp가 회전속도의 감속처리에 의해 실제의 회전속도 변화에 대해 응답력이 떨어져 변화하면, 상기 단계 9에서 연산을 행해도 회전력이 떨어질 때 응답 양호하게 Ti용 Tp를 상승시킬 수 없어지기 때문이다.

단계 11의 이후에는 단계12로 진행되고, 상기 단계9에서 연산된 Ti용 Tp를 이용하여 비무부하시와 동리한 연산식에 따라 최종적인 연료분사량 Ti가 연산된다.

즉, 상기 실시예에서는, 실린더 흡입공기량에 상관하는 상태량을 실린더 상류측에서 검출하는 흡기량 상관 상태량 검출 수단으로서 풍량계(7)를 이용하는 구성이지만, 그 외에 상기 상태량으로서 스로틀밸브 개방도나 흡입부압을 검출하는 구성으로 해도 좋다.

즉, 가중무게계수, 중량이득, 벽류보정계수등을 가통별로 미리 설정해 두고 연료분사량 Ti를 각기통별로 설정하는 구성으로 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기본 연료분사량의 평화처리에 의해 실제로 실린더내에 흡인되는 공기량에 대응하는 분사량을 얻는 구성으로, 회전 변동시의 분사량의 변화의 상승을 개선하는 것이 가능하고, 특히 무부하시에 분사량 제어에 의한 회전난조를 억지하는 효과를 높이는 것이 가능하다는 효과가 있다.

또, 기관의 무부하운전시에는, 기본 연료분사량과 그 분사량의 평화화에 의해 얻어진 실린더 공기량 상단 분사량과의 편차에 의거해 보정을 행하는 한편, 기관의 비무부하운전시에는 상기 실린더 공기량 상당 분사량의 변화에 의거해 보정하는 구성을 취함으로써, 무부하 운전시에 있어서 회전 난조 억지와, 비무부하시의 공연비 변동의 억지를 함께 충족시킬 수 있는 것이 가능하다고 하는 효과가 있다.

Claims

실린더 흡입 공기량에 상관하는 상태량을 실린더 상류측에서 검출하는 흡기량 상관 상태량 검출 수단과, 그 흡기량 상관 상태량 검출 수단으로 검출된 상태량에 의거해서 기본 연료분사량을 소정 주기마다 연산하는 기본 연료분사량 연산수단과, 그 기본 연료분사량 연산 수단으로 연산된 기본 연료분사량을 상기 소정 주기마다 평활처리하여 실제의 실린더 흡입 공기량에 상당하는 실린더 공기량 상당 분사량을 구하는 실린더 공기량 상당 분사량 연산 수단과, 상기 기본 연료분사량과 상기 실린더 공기량 상단 분사량과의 편차의 소정비율에 의거해 상기 실린더 공기량 상단 분사량을 보정설정해서 최종적인 연료분사량을 설정하는 편차에 의한 분사량 보정수단과, 상기 설정된 최종적인 연료분사량에 의거해 연료분사 밸브를 구동제어하는 분사 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 편차에 의한 분사량 보정 수단이 기관의 무부하 운전 상태에서만 최종적인 분사량의 설정을 행하도록 구성되는 한편, 기관의 비무부하 운전 상태에서는 상기 편차에 의한 분사량 보정 수단을 대신해서 상기 실린더 공기량 상당 분사량의 소정기관내에서의 변화량에 의거해 상기 실린더 공기량 상당 분사량을 보정 수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.