KR0165693B1 - 내연기관의 공연비 제어장치 - Google Patents

내연기관의 공연비 제어장치 Download PDF

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마스미 기누가와
아쓰시 스즈끼
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이시마루 쓰네오
닛뽕 덴소오 가부시기 가이샤
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Abstract

본 발명은 내연기관용 공연비 제어장치에 관한 것으로 센서 신호를 토대로 표준 공연비 표시값을 산출하는 공연비 표시센서신호와 표준 공연비 표시값간의 미리 기억된 표준관계를 이용한다.
상기 장치는 또한 산출된 표준 공연비 표시값을 토대로 제어용 공연비 표시값을 산출하는 표준 공연비 표시값과 제어용 공연비 표시값간의 미리 기억된 수정관계를 이용한다.
수정된 관계에서 제어용 공연비 표시값은 이론 공연비를 나타내는 표준 공연비 표시값을 따르는 주어진 범위내에서 표준 공연비 표시값의 변화에 상응하게 변한다.
한편, 제어용 공연비 표시값이 주어진 범위내에서 일정하게 유지된다. 상기 장치는 산출된 제어용 공연비 표시값과 목표 공연비 표시값간의 편차를 토대로 공연비 피드백 제어를 실행한다.

Description

내연기관의 공연비 제어장치
제1도는 내연기관의 개략적인 구조의 단면도.
제2도는 제어장치의 구조와 이의 주변장치를 도시한 블록도.
제3도는 본 발명의 제1 바람직한 실시예를 따르는 제1공연비 피드백 제어 루우틴의 흐름도.
제4도는 제3도의 흐름도에 의해 실행된 공연비 피드백 제어를 설명한 블록도.
제5도는 산소센서의 출력전압과 표준공기과잉률간의 관계를 도시한 특성맵의 도면.
제6도는 엔진 비아이들링 상태에서 표준공기과잉률과 제어용 공기과잉률간의 관계를 도시한 특성맵의 도면.
제7도는 엔진 아이들링 상태에서 표준 공기과잉률과 제어용 공기과잉률간의 관계를 도시한 특성맵의 도면.
제8도는 제6도와 제7도간의 공동특성 맵을 도시한 특성맵의 도면.
제9도는 제6도로 부터 선택된 특별한 특성을 도시한 특성맵의 도면.
제10도는 제어용 공기과잉률의 변화를 도시한 타임챠트.
제11도는 산소센서의 동특성 미분보정 및 PID 보정을 도시한 타임챠트.
제12도는 산소센서의 출력특성을 도시한 특성맵을 도시한 도면.
제13도는 상류 및 하류의 산소센서가 제공된 내연기관의 구조를 도시한 단면도.
제14도는 본 발명의 제2 바람직한 실시예의 연산을 설명한 블록도.
제15도는 제2 바람직한 실시예를 따르는 제1 리니어라이저특성 보정루우틴을 도시한 흐름도.
제16도는 하류의 산소센서의 출력전압과 평균 공기 과잉률간의 관계를 도시한 특성맵의 도면.
제17도는 편차와 보정량간의 관계를 도시한 특성 맵의 도면.
제18도는 보정 리니어라이저의 특성 보정을 설명한 그래프.
제19도는 하류의 산소센서의 출력의 시간적인 변화에 대한 제18도에 도시한 보정의 효과를 도시한 타임챠트.
제20도는 보정 리니어라이저의 특성의 보정을 설명한 그래프.
제21도는 하류의 산소센서의 출력전압과 보정량간의 관계를 도시한 특성맵의 도면.
제22도는 본 발명의 제3 바람직한 실시예를 따르는 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴의 흐름도.
제23도는 하류의 산소센서의 출력의 시간적인 변화에 대한 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴 및 제3 리니어라이저 특성 보정루우틴이 실현한 효과를 도시한 타임 챠아트.
제24도는 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴을 수정한 제3 리니어라이저 특성 보정루우틴의 흐름도.
제25도는 제2 공연비 피드백 제어 루우틴을 도시한 흐름도.
제26도는 본 발명의 제4 바람직한 실시예를 따르는 제25도의 제2 공연비 피드백 제어루우틴과 협력하는 제2 정수 보정루우틴을 도시한 흐름도.
제27도는 제4 바람직한 실시예의 편차와 보정량간의 관계를 도시한 특성 맵의 도면.
제28도는 하류의 산소센서의 출력과 보정량간의 관계를 도시한 특성 맵의 도면.
제29도는 하류의 산소센서, 스킵량 및 피드백 공연비 보정계수간의 시간적인 관계를 도시한 타임 챠트.
제30도는 하류의 산소센서의 출력, 적분 정수, 피드백 공연비 보정계수간의 시간적인 관계를 도시한 타임챠트.
제31도는 하류의 산소센서의 출력, 상류의 산소센서의 출력, 플래그 및 피드백 공연비 보정계수의 상태간의 관계를 도시한 시간적인 관계를 도시한 타임챠트.
제32도는 하류의 산소센서의 출력과 보정량간의 관계를 도시한 특성맵의 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 엔진 19 : 산소센서
30 : 전자제어장치 53 : 편차연산수단
67 : 제2선택수단 61 : PI 콘트롤러
59 : PID 콘트롤러 λ0 : 목표과잉공연비
λ1 : 표준 공기과승률 λ2 : 제어용 공기과승률
Δλ : 편차
본 발명은 내연기관의 공연비 제어장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 향상된 방식으로 공연비 제어의 중심이 목표공연비를 추종하도록 하는 내연기관의 공연비 피드백 제어장치에 관한 것이다.
종래에 혼합가스가 부족(LEAN)한가 풍부(RICH)한가를 결정하기 위해 산소센서의 출력신호와 이론공연비를 나타내는 기준값을 비교하므로서 공연비 제어를 실행하는 내연기관의 공연제어장치가 제안되었다.
이러한 유형의 공연비 제어장치에서 감지된 공연비가 RICH 및 LEAD 간에서 변화할때 피드백 보정계수가 매우 크게 스킵업 또는 다운(skipped up and down)되고 이론값으로 감지된 실제 공연비를 유지시키기 위해 피드백 보정계수가 보통 적분하므로서 바꾸어진다.
그러나 이와같은 유형의 공연비 제어장치는 공연비를 이론값으로 제어하는 추종 특성이 나쁘다는 문제점을 지니고 있다.
공연비제어의 베이스가 연료 주입기의 불균형한 각각의 특성으로 인해 편차되고 위에서 언급한 스킵 및 적분을 토대로 한 제어가 이러한 편차를 신속하게 추종하지 못한다. 이러한 문제점을 제거하기 위해, 일본 특개 평 1-121541호 공보와 이와 같은 미합중국 특허 제4,917,067호에 개재된 또 다른 유형의 공연비 제어장치가 제안되었다.
이 시스템에서 공연비 제어는 산소센서의 출력신호와 제어공연비간의 선형관계를 형성하는 미리 기억된 특성을 이용하여 실행된다.
이러한 미리 기억된 특성에서 산소 센서출력신호의 값이 이론값에 가깝거나 먼 경우에 관계없이 제어 공연비는 산소센서 출력신호의 변화에 따라 균등하게 변화한다.
따라서 산소 센서 출력신호의 값이 이론공연비와 편차가 생기기 때문에 제어 공연비의 값이 또한 이론 공연값과 편차가 생긴다.
이와 같은 선행기술의 장치에서 제어 공연비가 위에서 언급한 미리 축적된 특성을 이용하는 산소 센서 출력신호 얻어지고 공연비 피드백 제어가 제어 공연비와 목표 연료비간의 차이를 토대로 실행되기 때문에 시스템의 추종성이 향상된다. 그러나 선행기술의 공연비 제어시스템이 위에서 설명한 것처럼 추종성을 향상시킬지라도 이용한 산소센서의 각각의 고유한 특성으로 야기되는 산소센서 출력신호의 레벨이 불균형해지거나 기대하지 않았던 이동이 발생하거나 온도를 측정해야 하기 때문에 장치의 제어수행의 신뢰성이 상실된다는 또 다른 문제점이 있다.
이것은 장치의 배기 방출 및 추종성에 나쁜 영향을 준다.
제2도에서 알 수 있듯이 산소 센서 출력산소(VOX)는 이론 공연비를 따르는 주어진 공연비 범위에서는 안정한 반면 산소 센서 출력산소 VOX는 주어진 공연비 바깥에서는 불안정하다.
이러한 불안정 때문에 위에서 언급한 문제를 일으킨다.
더구나 RICH(리치)에서 LEAN(린)으로 변할때 산소센서의 동특성은 LEAN에서 RICH로 변할때와 다르다.
보통은 산소 센서의 응답시간은 출력전압을 린에서 리치까지 변화시키는 것보다 RICH에서 LEAN까지 변화시키는 시간이 더 걸린다.
따라서 선행기술의 장치에서 공연비 제어의 중심이 LEAN측에 이동하는 경향이 있게 되어 배기방출이 악화된다. 엔진 아이들링하에서 아이들링 안정성을 제공하기 위해 제어크기를 작게 설정해야만 한다.
그러나 선행기술의 장치는 엔진 아이들링 및 비아이들링에서 같은 제어를 실행해야 하기 때문에 엔진 아이들링에서의 제어크기가 커지게 되어 아이들링 안정성을 악화시킨다.
이러한 문제점을 제거하기 위해 스킵과 적분을 이용한 전문의 선행기술의 공연비 제어장치에서 피드백 보정계수가 제어진폭을 억제하기 위해 적분이 피드백 보정계수에 영향을 주는 것을 방지하도록 고정된다.
그러나 이것은 시스템의 추종성을 악화시킨다.
더구나 각각의 엔진의 각각의 고유 특성 때문에 통제범위로 배기방출을 제어할 수 있는 공연비 제어의 최적중심이 각각의 엔진에 따라 다르다.
따라서 제어중심을 각각의 엔진에 필요한 최적값에 이동하는 특별한 수단이 필요하다. 그러나 선행기술 시스템에서 이러한 어떠한 수단도 제공되어 있지 않기 때문에 엔진의 각각의 특성을 처리할 수 없다.
더구나 공연비제어에서 급가속시의 엔진 전달상태 또는 정상 구동시의 엔진 정상상태에서 다르다.
특히, 엔진 전달상태에서 목표공연비가 이론공연비와 편차가 생기고 제어추종을 신속히 해야 하고, 한편, 엔진정상 상태에서 산소센서의 각각의 특성에 나쁜 영향을 주지 않고 실제 공연비가 이론값으로 안정하게 되어야 한다.
그러나, 엔진이동상태에서나 엔진 정상상태에서 같은 제어를 실행하기 때문에 시스템은 엔진의 주행상태와 일치하는 공연비제어를 제공할 수 없다.
따라서 본 발명의 목적은 선행기술이 지닌 위에서 언급한 문제점을 해결할 수 있는 내연기관의 향상된 공연비 제어 장치를 제공하는 것이다.
위에서 언급한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따라서 내연기관용 공연비제어장치는 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 배기가스에 함유된 예비선택소자를 감지하는 제1센서와 제1센서신호와 표준 공연비 표시값간의 표준관계를 미리 기억하는 제1 기억수단과 예비 기억표준관계에 따르는 표준 공연비 표시값을 산출하기 위해 제1센서에 응답하는 제1 산출수단과 표준 공연비 표시값과 제어공연비 표시값간의 제1 수정관계를 미리 기억시키는 제2 기억수단과 상기 제1 수정관계는 이론 공연비를 나타내는 표준 공연비 표시값을 따르는 주어진 범위내에서 표준 공연비 표시값의 변화에 따라 변하도록 제어용 공연비 표시값을 형성하는 반면, 주어진 범위에서 일정하게 유지되는 제어용 공연비 표시값을 형성하고 제1 수정관계에 따라 제어용 공연비 표시값을 산출하기 위해 제1 산출수단이 산출한 표준공연비 표시값에 따라 응답하는 제2 산출수단과 제2 산출수단이 산출한 제어용 공연비 표시값과 표준 공연비 표시값 간의 편차를 산출하는 제3 산출수단과 엔진실린더에 공급될 혼합가스의 공연비의 피드백 제어를 실행하는 콘트롤러 수단, 제3 산출수단이 산출한 편차를 토대로 피드백제어를 실행하는 상기 콘트롤러수단을 포함한다.
본 발명의 다른 목적에 따라 내연기관용 공연비 제어장치는 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 상류에 마련된 제1센서와 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 하류의 배기 가스에 함유된 예비선택 소자를 감지하는 촉매컨버어터의 하류에 제공된 제2센서와 엔진실린더에 공급될 혼합가스의 공연비가 목표 공연비에 대해 RICH인지 LEAN인지를 결정하기 위해 제1센서신호를 기준값과 비교하는 검출수단과 피드백 제어정수와 검출수단에 의한 RICH 또는 LEAN 결정을 토대로 공연비의 피드백 제어를 수행하는 제어수단과 목표 공연비 표시값에 대한 제2 센서신호의 편차를 토대로 보정량을 산출하는 산출수단과 산출된 보정량을 토대로 피드백 제어정수를 보정하는 보정수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적에 따라, 내연기관용 공연비장치는 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매컨버어터의 상류의 배기가스에 포함된 예비선택소자를 감지하는 촉매컨버어터의 상류에 제공된 제1센서와 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 하류의 배기 가스에 함유된 예비선택 소자를 감지하는 촉매 컨버어터의 하류에 제공된 제2센서와 피드백 제어정수를 기억시키는 기억수단과 산출된 보정량을 토대로 피드백 제어정수를 보정하는 보정수단과 보정된 피드백 제어정수와 제1센서 신호를 토대로 엔진실린더에 공급될 혼합가스의 공연비의 피드백제어를 수행하는 제어수단을 포함한다.
본 발명은 상세한 설명과 수반한 도면을 참고로 하여 설명할 것이다.
제1도∼제12도는 본 발명의 바람직한 제1실시예를 따르는 차량 내연기관의 공연비 제어장치를 도시한다.
제1도는 엔진(1)을 개략 도시하고 제2도는 주변 입력 및 출력장치와 더불어 전자 제어 장치(ECU)(30)을 도시한 블록도이다.
엔진(1)은 흡기계(3) 및 연소실(5) 및 배기계(7)를 포함한다.
흡기계(3)는 공지된 부품으로 공기청전기(도시하지 않음), 드로틀밸브(9), 서어지탱크(11), 흡기압센서 또는 흡기압진공센서(13), 드로틀위치센서(15) 및 흡기온도센서(17) 등을 포함한다.
흡기압 진공센서(13)는 흡기압 진공을 감지하기 위해 서어지탱크(11)에 위치하고 있다. 드로틀 위치센서(15)는 드로틀개도센서(15a)와 아이들 스위치(15b)를 포함한다.
배기계(7)는 공지된 부품으로 산소센서 또는 O2센서(19), 점화코일(21), 디스트리뷰터(20), 엔진속도센서(25), 기관판별센서(27), 엔진냉각수 온도센서(29) 등을 포함한다.
산소센서(19)는 기전력형이고 배기가스의 산소 농도를 검출한다. 엔진속도센서(25)는 엔진속도(NE)에 비례하게 다수의 펄스를 발생시킨다.
엔진냉각수 온도센서(29)는 실린더블록(1a)에 설치되어 있고 엔진 실린더블록(1a)을 냉각시키기 위해 순환하는 엔진냉각수 또는 엔진 냉각수의 온도를 검출한다.
여러 엔진 작동상태를 표시하는 위에서 언급한 센서로 부터의 신호들이 ECU(30)에 공급된다.
ECU(30)는 주요부품으로 CPU(31a)가 구비된 마이크로 컴퓨터(31), ROM(31b), RAM(31c) 등을 포함한다.
마이크로 컴퓨터(31)의 입력구 및 출력구상에는 아이들 스위치(15b), 엔진속도센서(25), 기관판별센서(27), 점화코일(21), 히이터통전 제어회로(33) 및 구동회로(35) 등에 연결되어 있다.
점화코일(21)은 점화플러그(14)에 연결된 디스트리뷰터(23)에 연결되어 있다.
히이터 통전제어회로(33)는 밧데리(37)로 부터 산소센서(19)의 히이터(19b)가 통전할때, 산소센서(19)의 검출소자(19a)가 가열된다.
구동회로(35)는 연료분사밸브(39)를 작동시킨다. 마이크로 컴퓨터(31)의 입력/출력구가 아날로그 디지탈 변환기(A/D 변환기)(42)를 경유하여 흡기압센서(13), 드로틀개도센서(15a), 흡기온도센서(17) 및 엔진냉각온도센서(29) 등에 연결되어 있다.
또한 A/D 변환기(42)는 히이터 통전제어회로(33)의 출력 전류 검출저항(43)의 단자전압 및 산소센서(19)의 검출소자(19a)의 출력으로 입력된다. ECU(30)는 위에서 설명한 센서 및 히이터 통전 제어회로(33) 등으로 부터의 출력을 기초로 엔진(19)의 작동상태를 검출한다.
제3도는 제1 공연비 피드백 제어루우틴의 흐름도이고 제4도는 제3도의 흐름도를 토대로 실행하는 공연비 피드백 제어를 설명하는 블록도이다.
제3도에 도시된 것과 같은 제1 공연비 피드백 제어루우틴은 매 2msec 당 타이머 인터럽트(timer interrupt)로서 ECU(30)의 CPU(31a)에 의해 실행된다.
제1스탭(100)은 공연비 피드백 제어의 주어진 상태로 설정되었나를 결정한다. 이 결정은 예컨대 엔진냉각수 온도 데이터, 연료차단데이타(fuel cut-off data), 가속인리치먼트 데이타(acceleration enrichment data)를 기초로 한다.
만일 스탭(100)에서 응답이 NO, 즉 주어진 상태가 성립되지 않으면, 루우틴은 END로 가서 인터럽트 루우틴의 다음 주기를 위해 끝난다.
한편, 스탭(100)에서의 응답이 YES 이면, 루우틴은 스탭(110)으로 가서 산소센서(19)로 부터의 출력전압(VOX)를 판독한다.
다음 스탭(120)에서 표준공기 과잉률(λ1)이 스탭(110)에서 판독된 출력전압(VOX)을 토대로 얻어진다.
과잉공기률은 이론공연비의 혼합가스에 포함된 공기량에 대한 혼합가스에 포함된 실제 공기량의 비율을 표시한다.
따라서 이론공연비의 시간에 공기과잉률이 1.0로 설정된다.
표준 공기과잉률 λ1은 배기가스 또는 배기통로의 산소농도를 표시하는 출력전압(VOX)을 토대로 한 감지된 실제 혼합가스에 포함된 공기량을 평가하여 얻은 값이다.
다음, 스탭(130)은 아이들 스위치가 ON, 즉 엔진이 아이들링 상태에 있는지를 결정한다. 만일 스탭(130)에서 대답이 NO, 이면 즉 아이들 스위치가 OFF하면 루우틴이 스탭(140)에 진행한다.
스탭(140)에서 스탭(120)에서 얻어진 표준 공기 과잉률(λ1)에 해당하고 제어 공기과잉률(λ2)은 엔진 비 아이들링(engine non-idling)의 특성 맵(map)을 사용하므로서 얻어진다.
다음 스탭(150)에서 스탭(140)에서 얻어진 제어용 공기과잉률 λ2이 목표 공기 과잉률(λ0)에서 감산되어 편차 Δλ를 얻는다.
목표 공기 과잉률 λ0은 엔진의 작동상태에 따라 결정되는 목표 공연비의 혼합가스에서의 공기 과잉률을 나타낸다.
예컨대 목표 공연율이 이론 공연율이면, 목표공기 과잉률 λ0이 1.0이다.
다음, 스탭(160)은 차량이 급가속상태에 있는지 여부를 결정한다.
스탭(160)에서의 대답이 NO이면 즉 차량이 급가속상태에 있지 않으면, 루우틴은 PID(비례, 적분 및 미분) 제어의 파라미터를 산출하는 스탭(170)에 진행한다.
한편, 스탭(160)에서의 대답이 YES이면, 즉, 차량이 급가속상태에 있으면, 루우틴은 스탭(160)에 진행하여 PC(비례 및 적분) 제어용 파라미터를 산출한다. 스탭(130)으로 돌아가서, 스탭(130)의 대답이 YES, 즉 아이들 스위치(15b)가 즉 엔진이 아이들링 상태에 있으면, 루우틴은 스탭(190)에 진행한다.
스탭(190)에서 스탭(120)에서 얻어진 표준 공기 과잉률 λ1에 해당하는 제어용 공기과잉률 λ2이 엔진아이들링의 특성맵을 사용하므로서 얻어진다.
다음, 스탭(200)에서 제어용 공기 과잉률 λ2이 목표 공기과잉률 λ0에서 감산되어 편차Δλ를 설정한다.
스탭(210)에서 PC(비례 및 적분) 제어용 산출파라미터가 얻어진다.
마지막으로 스탭(170), (180), (210) 중 하나로부터 루우틴이 스탭(220)에 전진한다.
이 스탭에서 피드백 공연비에 의존하는 보정계수(FAF)가 산출되고 이는 후에 상세히 설명할 것이다.
산출된 FAF를 토대로 공연비 피드백 제어가 공지된 방식으로 실행된다.
제3도의 흐름도에 의해 수행되는 공연비 피드백 제어를 제3도의 제어루우틴과 같은 제4도의 블록도와 관련해서 상세히 설명할 것이다.
산소센서(19)의 출력전압(VOX)이 제3도의 스탭(110), (120)에 해당하는 리니어라이저(linearlizer)(50)에 입력된다.
리니어라이저(50)는 제5도의 특성맵을 갖는다. 사실 특성맵에 의해 식별되는 데이타는 ROM(31b)에 미리 기억된다.
이 특성맵은 산소센서(19)의 출력전압(VOX)과 표준 공기 과잉률 λ1간의 관계를 형성한다.
이 특성맵에 따라 리니어라이저(50)는 산소센서(9)에서 수신한 출력전압(VOX)에 해당하는 표준 공기 과잉률 λ1을 산출한다.
산출된 표준공기과잉률 λ1은 엔진비 아이들링 상태용 보정리니어라이저(51)와 엔진아이들링 상태용 보정리니어라이저(53)에 공급된다.
보정리니어라이저(51)는 제3도의 스탭(140)에 해당하고 보정 리니어라이저(53)는 제3도의 스탭(190)에 해당한다.
보정리니어라이저(51)는 제6(a)도에 도시된 것과 같은 엔진비 아이들링 상태용 특성맵을 갖고 보정리니어라이저(53)는 제7도에 도시된 것처럼 엔진 아이들링 상태용 특성 맵을 갖는다.
사실, 이들 특성맵에 의해 식별되는 데이타는 ROM(31b)에 미리 기억된다.
제6(a) 또는 (b) 및 제7도의 특성 맵은 표준 공기과잉률 λ1과 제어용 공기 과잉률 λ2를 각각 도시하고 표준 공기 과잉률 λ1과 제어용 공기과잉률 λ2간의 공통기본관계를 포함한다.
이 공통기본관계가 제8도에 도시되어 있다.
제8도에 도시되어 있듯이 이론공연비를 나타내는 1.0의 표준 공기과잉률 λ1를 따라 폭이 1%인 주어진 공연비 범위 외측에 일정하게 유지되어 있다. 특히 표준 공기과잉률 λ1의 변화에 관계없이 제어용 공기 과잉률 λ2은 폭이 1%인, 즉 1.0 표준 공기 과잉률 즉, 1.0인 표준 공연비를 따르는 각각의 측에 대해 0.5%인 주어진 공연비 범위 외측에서 변하지 않는다.
이 주어진 공연비 범위가 제12도에 도시된 것과 같은 주어진 공연비 범위에 해당한다. 특히 이용한 산소 센서의 각각의 특성 또는 측정온도로 인한 출력전압 VOX의 레벨의 기대하지 않은 불균일 또는 이동이 위에서 언급한 주어진 공연비 범위 외측에서 나타난다.
한편, 위에서 언급한 주어진 공연비 범위내에서 출력전압(VOX)의 레벨의 이러한 불균일 또는 이동이 무시할 정도로 작다. 이는 본 발명의 발명자가 여러 실험을 통해 확인했다.
이러한 이유때문에 공연비 피드백 제어를 실행하는 동안 산소 센서 출력전압 VOX의 기대하지 않았던 불균일 또는 이동으로 인해 제어용 공기 과잉률 λ2에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 공통기본관계는 엔진비 아이들링 상태 또는 엔진아이들링 상태용 특성 맵에서 실행된다.
엔진비 아이들링 상태[제6(a)도 또는 (b)]용 특성맵과 엔진 아이들링 상태(제7도)용 특성맵의 차이점을 아래에서 설명할 것이다.
제6(a), (b)도에 도시되어 있듯이, 엔진비 아이들링 상태용 특성맵에서 제어용 공기 과잉률 λ2위쪽 또는 아래쪽 방향 또는 오른쪽 및 왼쪽방향 즉 RICH측 또는 LEAN측으로 이동 또는 바이어스 되어 있다.
특히, 이러한 이동 또는 바이어스는 제어용 공기과잉률 λ2이 표준 공기 과잉률 λ1의 변화에 따라 변하는 위에서 설명한 주어진 공연 범위내에서 표준 공기 과잉률 λ1에 해당하는 제어용 공기과잉률 λ2에 대해서만 실행된다.
RICH 또는 LEAN는 혼합 가스가 이론 공연비에 대해 풍부하다 또는 부족하다라는 것을 의미한다.
한편, 제7도에 도시된 것처럼 엔진 아이들링 상태용 특성 맵에서 표준 공기 과잉률의 변동에 대한 제어용 공기 과잉률 λ2의 변동은 점선으로 표시한 제어용 공기 과잉률 λ2의 기본 변동률에 비해 감소된다.
이러한 감소관계는 위에서 언급한 주어진 공연비 범위의 RICH 및 LEAN 측 끝에 인접한 조그마한 폭범위를 제외한 위에서 설명한 주어진 공연비 범위내의 표준 공기 과잉률 λ1에 해당하는 제어용 공기 과잉률 λ2에 대해서만 설정된다.
제4도에서 보정리니어라이저(51)와 보정리니어라이저(53)은 엔진비 아이들링 상태와 엔진아이들링 상태용 특성맵을 사용하는 표준 공기 과잉률 λ1에 해당하는 제어용 공기 과잉률 λ2를 각각 출력시킨다.
보정 리니어라이저(52)로 부터 출력된 제어용 공기 과잉률 λ2는 편차 산출회로(55)에 공급되고 보정리니어라이저(53)로 부터 출력된 제어용 공기 과잉률 λ2은 편차 산술회로(57)에 공급된다.
각각의 편차산술회로(55), (57)는 제어용 공기과잉률 λ2과 목표 공기 과잉률 λ0간의 편차 Δλ를 출력 시킨다.
산술된 Δλ를 토대로 다음 공연비제어가 수행된다. 다음 공연비 제어를 설명하기 전에, 엔진비 아이들링 상태와 엔진아이들링 상태용 특성맵이 어떻게 공연비의 제어특성에 영향을 주는가를 참고해야 한다.
제8도에 도시되어 있듯이, 전에 설명한 것처럼 엔진비 아이들링 상태 및 엔진 아이들링 상태에서 제어용 공기과잉률 λ은 표준 공기과잉률 λ1의 주어진 공연비 범위 외측에서 일정하게 유지된다.
그러나 제어용 공기 과잉률 λ2이 일정하게 유지될 때, 제어용 공기과잉률 λ2 매우 큰 값으로 증가하거나 매우 작은 값으로 감소된다.
한편, 표준 공기 과잉률 λ1이 주어진 공연비 범위내에 있을때, 제어용 공기 과잉률 λ2이 표준 공기과잉률 λ1의 변화에 따라 변한다.
따라서 공연비 제어가 제어용 공기과잉률 λ2이 목표 공기과잉률 λ0간의 편차 Δλ를 토대로 수행되기 때문에 공연비 제어의 높은 추종 특성이 표준 공기 과잉률 λ1의 전체 범위에 걸쳐 보장된다.
한편, 표준 공기과잉률이 주어진 공연비 외측에 있을때 변화율 제어용 공기과잉률 λ2이 정지시키기 때문에 공연비 제어에 영향을 주지 않게 하므로서 산소 센서(19)의 출력의 레벨이 불균일하게 되거나 이동은 방지한다. 따라서 배기방출이 향상되기 때문에 제어수행이 우수해진다.
표준 공기 과잉률 λ1이 주어진 공연비 범위내에 있을 때 다음 제어특성을 얻을 수 있다.
제9도는 제6도의 한 예이고 제어용 공기 과잉률 λ2이 실선으로 도시된 것처럼 LEAN쪽으로 바이어스 된다.
점선은 어떠한 바이어스도 없는 상태에서 표준 및 제어용 공기 과잉률(λ1), (λ2)간의 기본관계를 도시한다.
실선에 의해 구분된 바이어스된 관계는 보정리니어라이저(57)에서 이용할 수 있기 때문에 제어용 공기 과잉률 λ2이 제10도의 흐름도의 실선으로 도시된 것처럼 보정 리니어라이저(51)에서 출력된다.
한편, 실선으로 구분된 기본관계가 보정 리니어라이저(51)에 이용할때 제어용 공기 과잉률 λ2이 제10도의 흐름도의 점선으로 도시된 것처럼 보정 리니어라이저(51)로부터 출력된다.
제10도에서 제어용 공기 과잉률 λ2이 점선으로 표시할 때 이론 공연비에 해당하는 제어용 공기 과잉률 λ2의 값 1.0은 RICH측의 면적과 LEAN측의 면적을 같게 한다.
다시 말해 RICH측의 면적을 양이라하고 LEAN측을 음이라고 가정할 때 이들의 평균값은 제로(zero)가 된다.
한편, 실선의 경우, 이론공연비 λ2에 해당하는 제어용 공기 과잉률 λ2의 값 1.0은 각각의 면적이 서로 같지는 않지만, LEAN측의 면적이 RICH측의 면적보다 크다.
이것은 공연비 제어의 중심이 RICH측쪽으로 이동하여 이러한 바이어스를 LEAN측쪽으로 보상한다.
분명히 제어용 공기 과잉률 λ2이 제9도와 반대로 RICH측으로 이동하면 공연비 제어의 중심이 LEAN측으로 이동하여 RICH측으로 바이어스를 보상한다. 따라서, 제어용 공기 과잉률 λ2의 이러한 바이어스 또는 시프트의 량과 방향을 변경 또는 재설정하므로서 공연비 제어의 세부조종을 성취할 수 있다.
결과적으로 배기방출의 최적공연비가 각각의 엔진의 각각의 특성으로 인해 다를지라도 공연비의 중심을 제어용 공기 과잉률 λ2의 위에서 언급한 바이어스를 재설정하므로서 필요한 최적공연비로 쉽게 조종할 수 있다.
표준 공기과잉률 λ1이 주어진 공연비 범위에 있을때, 다음 제어 특성을 얻는다. 제7도에 도시된 것처럼 및 전에 설명한 것처럼 실선으로 구분된 제어용 공기과잉률 λ2의 변화비는 점선으로 구분된 기본 변화비보다 작게 설정된다. 이러한 감소된 관계는 위에서 언급한 공연비 범위의 RICH 및 LEAN 측 끝에 인접한 조그만 폭범위를 제외한 위에서 설명한 주어진 공연비 범위내의 표준 공기 과잉률 λ1에 해당하는 제어용 공기 과잉률 λ2에 대해서만 설정된다.
이러한 조그만 폭범위내에서 제어용 공기 과잉률 λ2이 기준변화비보다 크게 설정되고 급격히 증가한다.
결과적으로 제어용 공기 과잉률 λ2의 변화비는 제어크기를 감소시키기 위해 실제 공기 과잉률의 변화비보다 작게 설정되어 높은 아이들링 안정성을 얻는다. 더구나 표준 공기 과잉률 λ1이 주어진 공연비 범위의 RICH 또는 LEAN 측끝에 근접하도록 이론값과 편차가 크게 될때 제어용 공기 과잉률 λ2이 높은 추종성을 마련하기 위해 즉각 증가하거나 감소한다.
제4도에서 편차 Δλ를 토대로 한 공연비 제어를 아래에서 상세히 설명할 것이다. 편차 연산회로(55)에서 출력된 편차 Δλ는 PIC 콘트롤러(59) 및 PC 콘트롤러(66)에 각각 공급된다.
PID 콘트롤러(59)는 정상 엔진상태용이고 PI 콘트롤러는 급가속용이다.
PIC 콘트롤러(59)는 다음 전달계수 Gc(S)에 의해 구분된 피드백 제어를 행한다.
여기서 Kp는 비례 정수 Ki는 적분 상수, Kd는 미분 정수 및 k는 미분하중 정수이다. 방정식(1)에서 미분요소(1+kd·S)/(1+k·Kd·S)는 근사 미분이다.
사실, 제3도의 제1공연비 피드백 제어 루우틴의 스탭(220)은 방정식(1)과 같은 다음 방정식(2)에 따라 보정계수 FAF에 의존하는 피드백 공연비를 연산한다.
여기서 FAF는 연산 주기 20msec당 산출된 피드백 공연비 제어보정계수이고 FAFO는 마지막 연산주기에서 산출된 FAF이고 FAFOO는 마지막 연산주기전에 산출된 FAF이고 Δλ는 연산주기 20msec당 산출된 편차이고 Δλ0는 마지막 연산 주기에서 산출된 편차 Δλ이고 Δλ00는 마지막 연산주기전에 산출된 편차 Δλ이다.
방정식(2)의 각각의 항의 계수 a, b, c, d, e는 다음 방정식 (3)∼(7)을 토대로 산출된다.
여기서 Δt는 연산 주기이다.
제3도의 제1공연비 피드백 제어루우틴의 스탭(170)은 연산 파라미터, 즉 상기 방정식 (3)∼(7)를 기초로 한 계수 a, b, c, d, e를 얻는다.
PID 콘트롤러(59)에 의해 실행된 PID 제어는 제1도와 관련해서 설명할 것이다.
제11(a)도는 산소 센서(19)의 출력의 변화를 도시한다.
전에 설명했듯이 보통 산소센서(19)의 응답시간은 실선으로 구분한 것처럼 LEAN에서 RICH까지 변화하는 것 보다 RICH에서 LEAN까지 변하는 것이 길다.
제11(b)도는 제11(a)도의 산소 센서 출력을 미분하여 얻은 신호를 도시한다.
제11(c)도는 상기 방정식(1)을 토대로 제11(a)도의 산소 센서 출력의 PID제어를 실행한 후의 신호를 도시한다.
따라서 PID 콘트롤러(59)는 제11(c)도의 실선으로 구분된 신호를 출력시킨다.
제16(c)도의 신호에서 알 수 있듯이 동특성으로 인한 산소센서(19)의 응답시간의 위에서 언급한 차이는 미분 즉 LEAN에서 RICH까지의 응답시간과 RICH에서 LEAN까지의 응답시간이 서로 같으므로서 제거된다.
따라서 PID 콘트롤러(59)가 수행한 PID 제어는 공연비 제어의 중심이 산소센서(19)의 동특성으로 인해 LEAN 측쪽으로 편차하는 종래의 문제점을 효과적으로 제거한다.
결과적으로 공연비 제어의 중심이 목표값에 안정하게 제어되어 배기 방출이 적당히 제어된다.
전에 설명한 것처럼 미분요소는 근사미분을 나타낸다. 이것은 산소센서 출력전압에 포함된 리플의 영향을 제거하기 위한 것이다.
한편, PI 콘트롤러(61)는 다음 전달 계수 Gc(S)에 의해 구분된 피드백 제어를 수행한다.
여기서 Kp는 비례정수이고 Ki는 적분 정수이다.
방정식(8)은 방정식(1)에 포함된 미분요소(1+Kd·S)/(1+k·Kd·S)를 포함하지 않는다. 사실, 제3도의 스탭(220)은 방정식(8)과 같은 다음 방정식(9)을 토대로 한 과가속상태용 피드백 공연비 보정계수 FAF를 얻는다.
여기서, FAF는 연산주기 20msec당 얻어진 피드백 공연비 보정계수이고 FAFO는 마지막 연산 주기에서 얻어진 FAF이고 FAFOO는 마지막 연산 주기전에 얻어진 FAF이고 Δλ는 20msec 연산주기 당 얻어진 편차이고 Δλ0는 마지막 연산 주기에서 얻어진 편차 Δλ이고 Δλ00는 마지막 연산주기전에 얻어진 편차 Δλ이다.
방정식 (9)의 각각의 항의 계수 a, b, c, d, e는 다음 방정식 (10)∼(14)을 토대로 얻어진다.
여기서 Δt 는 연산 주기이다.
제3도의 스탭(180)은 연산 파라미터 즉 방정식 (10)∼(14)를 토대로 한 계수 a, b, c, d, e를 얻는다.
PI 제어는 다음과 같은 이유때문에 급가속 상태에서 실행된다.
전의 PID 제어에서 산소 센서출력신호가 미분하여 보정되기 때문에 산소센서(19)의 동특성의 영향을 제거한다.
그러나 미분은 제어의 추종특성을 악화시킨다.
급가속 상태와 같은 이동상태는 공연비의 높은 추종성을 요하기 때문에 이러한 상태에서 공연비 제어가 어떤 미분요소를 포함하지 않은 PI 제어를 토대로 수행된다.
PID 콘트롤러(59)와 PI 콘트롤러(61)에서 출력한 피드백 공연비 보정계수(FAF)은 제1선택회로(63)에 공급된다.
제1 선택회로(63)는 흡기 진공센서(13)로 부터 압력변화 ΔPm가 공급되고 제3도의 스탭(160)에 해당하게 된다.
제1선택회로(63)는 엔진이 정상상태 또는 급가속 상태에 있는지를 입력 압력변화 ΔPm을 토대로 결정한다.
정상상태가 결정되면, 제1선택회로(63)는 PID 콘트롤러(59)에서 제2선택회로(67)까지 공급된 보정계수 FAF를 출력시키는 반면, 과가속상태가 결정될때, 제1선택회로(63)는 PI콘트롤러(61)에서 제2선택회로(67)까지 공급된 보정계수 FAF를 출력시킨다.
지금, 엔진 아이들링 상태용 피드백 공연비 보정계수 FAF의 연산을 설명할 것이다.
편차 연산회로(57)로 부터 출력된 편차 Δλ는 PI 콘트롤러(65)에 공급된다.
PI 콘트롤러(65)는 다음 전달계수 Gc(S)에 의해 구별되는 피드백 제어를 수행한다.
여기서 Kp는 비례정수이고, Ki는 적분정수이다.
과가속상태용 장기 전달계수 Gc(S)로서 방정식(15)는 엔진비 아이들링 정상상태용 방정식(1)에 포함된 미분요소 (1+Kd·S)/(1+k·Kd·S)를 포함하지 않는다.
사실 제3도의 스탭(220)은 방정식(15)와 같은 다음 방정식(16)을 토대로 피드백 공연비 보정계수를 연산한다.
여기서 FAF는 연산 주기 20msec당 얻어진 피드백 공연비 보정 계수이고 FAFO는 마지막 연산주기에서 얻어진 FAF이고 FAFOO는 마지막 연산주기전에 얻어진 FAF이고 Δλ는 연산주기 20msec당 얻어진 편차이고 Δλ0는 마지막 연산주기에서 얻어진 편차 Δλ이고 Δλ00는 마지막 연산 주기전에 얻어진 편차 Δλ이다.
방정식(16)의 각각의 항의 계수 a, b, c, d, e는 다음 방정식 (17)∼(21)를 토대로 얻어진다.
여기서 Δt는 연산 주기이다.
방정식(19)의 비례상수(Kp) 및 방정식(21)의 적분 상수 Ki는 과가속 상태에 대한 방정식(12)의 비례정수 Kp및 방정식(14)의 적분정수 Ki와 다른 값으로 각각 설정된다.
제3도의 스탭(210)은 연산 파라미터 즉 방정식(17)∼(21)을 토대로 한 계수 a, b, c, d, e를 얻는다.
PI 콘트롤러(65)로 부터 출력된 피드백 공연비 보정계수 FAF는 제2선택회로(67)에 공급된다.
제2선택회로(67)에는 또한 엔진이 아이들링 데이타를 나타내는 아이들 스위치(15b)로 부터 신호가 공급되고 제3도의 스탭(130)에 해당하게 된다.
제2선택회로(67)는 엔진의 아이들링인지 여부를 신호를 표시하는 입력 아이들링 데이타를 토대로 결정한다.
엔진이 아이들링 상태가 아니라고 결정될때 제2선택회로(67)는 PID 콘트롤러(59) 또는 PI 콘트롤러(61)에서 엔진(1)까지 공급된 보정계수 FAF를 출력시키는 반면, 엔진 아이들링이 결정될때, 제2선택회로(67)는 PI 콘트롤러(65)에서 엔진(1)까지 공급된 보정계수(FAF)를 출력시킨다.
엔진(1)은 공지된 방식으로 입력 보정계수를 토대로 공연비 피드백 제어를 수행한다.
전문의 설명에서 알 수 있듯이 제1 바람직한 실시예는 다음 장점들을 가진다.
제8도에 도시된 것처럼 산소센서(19)로 부터의 출력신호를 토대로 얻어진 표준 공기 과잉률 λ1 주어진 공연비 범위내에 있을때 제어용 공기 과잉률 λ2 표준공기 과잉률 λ1의 변화에 따라 변하는 반면 표준 공기 과잉률 λ1이 주어진 공연비 범위에 있을때, 제어용 공기 과잉률 λ2가 일정하게 유지된다.
따라서 고추종특성을 실현할 수 있을 뿐 아니라 기대하지 않은 산소 센서출력의 레벨에서의 불균일 및 이동이 공연비 피드백 제어에서 제거된다.
결과적으로 신뢰성이 높은 제어수행을 보장하므로서 배기방출을 향상시킨다.
더구나, PID 제어가 엔진비 아이들링 정상상태 동안 수행되기 때문에, 제11(a)도의 산소센서(19)의 동특성이 효과적으로 보상되어 LEAN에서 RICH까지의 응답시간을 같게 한다.
따라서 LEAN쪽인 공연비 제어의 중심의 편차 또는 바이어스가 선행기술과 반대이기 때문에 방지되어 배기방출이 향상된다.
더구나, 제7도에 도시되어 있듯이 엔진아이들링 상태에 대한 제어용 공기 과잉률 λ2의 변화는 LEAN 및 RICH 측 끝을 제외한 표준 공기 과잉률 λ1의 주어진 공연비 범위내에서 보자 작게 설정된다.
공연비 피드백 제어가 제어용 공기 과잉률 λ2와 목표 공기 과잉률 λ0간의 편차 Δλ를 토대로 수행되기 때문에 공연비의 향상된 추종성은 물론 높은 엔진 신뢰성을 엔진 아이들링시 보장한다.
더구나 제어용 공기 과잉률 λ2가 제6(a)도 또는 (b)도에 도시된 것처럼 실제 공기 과잉률에 비해 RICH 또는 LEAN 쪽으로 바이어스 또는 이동 설정되기 때문에 공연비 제어의 중심이 제어용 공기 과잉률 λ2의 이러한 바이어스를 보상하기 위해 각각 LEAN 또는 RICH 쪽을 이동한다.
따라서 바이어스의 크기와 방향을 조동하므로서 공연비 제어의 중심이 엔진의 각각의 특성에 의존하는 최적 공연비에 매우 정확히 조종되어 배기 방출을 향상 시킨다.
더구나 PID제어는 엔진비 아이들링 정상상태동안 실행되어 공연비 제어의 안정성에 더 좋고 미분이 없는 PI 제어는 과가속동안 행해져 제어의 추종성을 더 좋게 한다.
따라서 바람직한 제어특성이 차량 주행 상태에 따라 제공된다.
각각의 리니어 기능에 의해 형성된 보정 리니어라이저(51) 및 (53)의 리니어 특성은 사각기능에 의해 형성된 적당한 곡선 특성과 대치할 수도 있다.
분명히 엔진 아이들링 상태와 과가속상태의 검출은 제1실시예에 개재된 방법외의 방법으로도 수행할 수 있다.
지금, 본 발명은 따르는 공연비 제어시스템의 제1 바람직한 실시예를 제13도∼제21도와 관련해서 설명할 것이다.
이들 도면에서 같은 번호 및 같은 부품은 같은 번호로 표시했고 번잡성을 피하기 위해 이들의 설명을 생략했다.
제2 바람직한 실시예에서, 제6도의 점선에 의해 구분되고 제9도의 실선에 의해 구분된 보정 리니어라이저(51)의 전문의 바이어스 특성은 하류의 산소 센서(119)의 출력에 의해 더 보정된다.
특히 제어용 공기 과잉률 Δλ2가 RICH 또는 LEAN 측쪽으로 바이어스되거나 이동하는 보정 리니어라이저(51)의 특성은 RICH 또는 LEAN 측쪽으로 하류의 산소센서(119)의 출력을 토대로 더 보정된다.
제13도에 개략 도시되어 있듯이 하류의 산소센서(19)가 산소센서(19)(지금부터 하류 산소센서(19) 또는 산소센서(19)라고 함) 하류에 마련된 촉매 컨버어터(118)의 하류의 배기장치에 마련되어 있다.
하류 산소 센서(119)의 출력은 또한 ECU(30)에 공급된다.
제14도의 블록도에서 알 수 있듯이 평균 공기 과잉률 λ1X는 출력 전압 V2를 고려해 실제 혼합가스에 포함된 추정 공기 과잉률을 나타내는 출력전압(V2)를 고려해 실제 혼합가스에 포함된 추정 공기 과잉률을 나타내는 출력전압(V2)과 평균 공기 과잉률 λ1X간의 관계를 형성하는 제16도 및 블록(120)의 맵을 이용한 하류 산소센서(119)의 출력전압 V2을 토대로 얻어진다.
다음, 보정량 dλy는 목표 공기 과잉률 λ0 및 보정량 dλy에서 평균 공기 과잉률 λ1X간의 관계를 형성하는 제17도 및 블록(22)의 맵을 사용하여 얻어진다.
산출된 보정량 dλy을 토대로 보정 리니어라이저(51)의 상기 바이어스 된 제어용 공기 과잉률(51)이 표준 공기 과잉률 λ1의 상기 주어진 공연비 범위내에서 RICH 또는 LEAN 측쪽으로 더 보정된다.
다음 더 보정된 제어용 공기 과잉률 λ2을 토대로 공연비 제어가 제1 바람직한 실시예와 같은 방식으로 수행된다.
하류의 산소센서(199)의 출력은 다음과 같은 이유 때문에 상류의 산소센서의 출력보다 더 안정하다.
하류 산소센서(119)가 마련된 촉매 컨버어터의 하류는 (1) 배기 가스중 산소 농도가 거의 같다. 따라서 산소센서의 각각의 특성으로 인한 산소센서의 출력 특성의 변화 억압되어 작게 되고 (2) 배기 가스 온도가 매우 낮기 때문에 산소 센서에 대한 열의 영향이 작아진다. 더구나 배기 가스중 해로운 물질이 촉매 컨버어터에서 제거되기 때문에 산소센서가 해로운 물질에 덜 영향을 받는다.
따라서 센서의 출력특성의 시간 변화가 억제되어 작아진다.
바람직한 제1실시예에서 산소센서(19)의 출력이 다수의 엔진 실린더에서 배출된 배기가스에 분배된 불균일한 공연비 또는 산소센서(19)의 타임악화로 인하여 불안정하게 될 가능성이 있다.
결과적으로 공연비제어의 중심이 목표공연비와 편차가 생겨 배기방출을 악화시킨다. 따라서, 제2 바람직한 실시예에서 전문의 바이어스된 제어용 공기과잉률 λ2은 표준 공기과잉률 λ1의 주어진 공연비 범위내에서 RICH 또는 LEAN쪽으로 더 보정되고 하류산소센서의 출력전압 V2 더 의존한다.
이것은 공연비를 매우 안정하게 하므로서 공연비 제어의 중심이 목표공연비에 매우 정확히 조종되므로서 배기 방출을 향상시킨다.
제2 바람직한 실시예에서 하류 산소센서(119)의 출력전압 V2은 출력전압 V2에 따라 접근할 수 있는 출력전압 V2에 따라 접근할 수 있는 맵데이타로 미리 기억된 평균 공기 과잉률 λ1X을 얻는데 이용할 뿐 아니라 온-오프(on-off) 방식으로 RICH 또는 LEAN을 결정하는데도 이용된다.
전문의 바이어스된 제어용 공기 과잉률 λ2가 평균 공기 과잉률 λ1X와 목표 공기과잉률 λ0간의 편차 Δλx 을 토대로 RICH 또는 LEAN쪽으로 위해서 언급한 주어진 공연비 범위내에서 더 보정되기 때문에 공연비 제어의 중심이 하류 산소센서(119)에 의해 검출된 실제 공연비의 RICH 또는 LEAN의 정도에 의존하는 목표 공연비에 정확히 조종된다.
제15도는 제3도의 제1 공연비 피드백 제어루우틴의 주기보다 긴 주기당 타이머인터럽트로서 ECU(30)의 CPU(31a)에 의해 실행되는 제1 리니어라이저 특성 보정루우틴을 도시한다.
제2 바람직한 실시예에서 제2도의 마이크로 컴퓨터(31)에는 A/D 변환기(41)를 경유하여 하류 산소센서(19)로 부터 신호가 또한 공급된다.
제15도에서 제1스탭(210)에서 하류 산소센서(119)의 출력전압 V2이 A/D 변환기(41)를 경유하여 판독된다.
하류 산소센서(119)는 산소센서(19) 즉, 이와 같은 유형 즉, 기전력 유형이고 배기가스의 산소 농도를 감지한다.
스탭(220)∼(227)은 제14도의 블록(124)에 해당하고 제16도 및 제17도 또는 블록(120) 및 (122)의 맵을 사용하는 판독 출력전압 V2을 토대로 얻어지고 보정리니어라이저(51)의 바이어스 된 특성이 산출된 보정량 dλy를 토대로 더 보정된다.
특히 스탭(220)에서 평균 공기 과잉량률 λ1X이 블록(120)의 맵을 사용한 판독 출력 전압 V2을 토대로 얻어진다.
다음, 스탭(240)에서 편차 Δλx가 목표 공기 과잉률 λ0에서 평균 공기 과잉률 λ1X를 감산하므로서 얻어지고 RAM(31c)에 기억된다.
하류산소센서(119)가 산소센서(19)와 같은 유형이기 때문에 블록(120)의 맵은 제1 바람직한 실시예의 리니어라이저(50)의 특성과 같은 특성을 나타낸다.
따라서 배기 가스중 산소 농도를 증가시키기 위해 실제 공연비가 목표 공연비 보다 클때 출력전압 V2이 감소하여 편차 Δλ가 양이 된다.
다음 스탭(250)에서 보정량 dλy이 블록(122)의 맵을 사용한 산출된 편차 Δλx를 토대로 산출된다.
제17도에 도시되어 있듯이 블록(122)이 맵에서 보정량 dλy이 편차 Δλx의 제로값을 따라 주어진 범위내에서 편차 Δλx에 직접 비례한다.
특히, 편차 Δλx의 주어진 범위는 편차 Δλx의 제로값에 대해 양 및 음의 측위에 같은 주어진 폭을 포함한다.
한편, 보정량 dλy이 편차 Δλx의 변화에 무관하게 편차 Δλx의 주어진 범위외측에서 일정하게 유지된다.
다음, 스탭(260) 및 (270)은 스탭(250)에서 얻어진 보정량 dλy를 토대로한 제9도의 실선에 의해 구분하므로서 보정리니어라이저(51)가 바이어스 특성을 보정한다.
제18도에서 점선은 제19도의 실선에 해당한다. 즉, 이 보정루우틴전의 보정 리니어라이저(51)의 특성에 해당한다. 실선은 이 보정루우틴에 의해 보정된 보정 리니어 라이터(51)의 특성을 나타낸다.
주어진 공연비 범위의 RICH 측 끝점 A에서 연장한 점선과 LEAN측 끝점 B에서 연장한 점선간의 교차점은 X-Y 좌표위치(λ1, λ2)=(1.0, λ2B)로 정의한다. Y좌표 λ2B를 보정전의 베이스이라 부른다.
스탭(260)에서 보정량 dλy에 보정전의 베이스값 λ2B를 더하여 RAM(31c)에 기억된 보정된 Y좌표 λ2m을 얻는다.
Y좌표 λ2m을 지금부터 보정된 베이스값이라 하자.
스탭(270)에서 X-Y좌표 위치(1.0, λ2B)는 제18도의 화살표로 표시한 것처럼 보정된 X-Y 좌표위치(1.0, λ2m)에 이동한다.
더구나, 스탭(270)에서 보정된 X-Y 좌표 위치(1.0, λ2m)는 보정리니어라이저(51)의 보정된 리니어라이저 특성을 얻기 위해 점(A)와 점(B)에 각각 보정된 리니어라이저 특성에서 제18도의 점선에 의해 구분된 리니어라이저 특성의 보정량 dλy만큼 LEAN쪽으로 더 바이어스 된다.
분명히, X-Y 좌표위치의 (1.0, λ2B)의 보정 방향과 크기는 즉, 제18도의 점선으로 구분된 리니어라이저 특성은 스탭(250)에서 얻어진 보정량 dλy에 의존한다.
보정 리니어라이저(51)의 보정특성은 차량 밧데리에 의해 일정하게 충전되는 특별한 전원에 의해 통전되는 RAM에 기억되고 이 보정루우틴이 끝난다. 다음, 이 보정루우틴에 의해 보정된 리니어라이저 특성을 토대로 공연비 피드백 제어가 제1 바람직한 실시예처럼 및 제14도 처럼 실행된다.
제15도의 보정루우틴을 아래에서 더 설명할 것이다. 제16도에서 화살표로 도시되어 있듯이 촉매 컨버어터(118) 하류의 배기가스중 산소 농도가 목표 공기 과잉률 λ0보다 높을 때 (LEAN), 하류의 산소센서(119)의 출력전압(V2)이 평균 공기 과잉률 λ1X를 증가시키기 위해 감소되어 편차 Δλx가 부의 값이 된다.
제17도에서 화살표로 도시했듯이 편차 Δλx가 부의 값이기 때문에 보정량 dλy 또한 부의 값이 되어 제18도의 실선으로 도시한 것처럼 LEAN측쪽으로 보정 리니어라이저(51)의 바이어스된 특성이 LEAN측쪽으로 더 보정된다.
따라서 제어용 공기 과잉률 λ2이 LEAN측쪽으로 더 편차가 생겨 제어용 공기 과잉률 λ2과 목표 공기 과잉률 λ0간의 편차 Δλ가 제15도의 제1 보정루우틴이 실행되기전에 얻어진 부의 값에 비해 더 큰 부의 값이 된다.
공연비 피드백제어는 더 큰 부의 값을 가진 이 편차 Δλ를 사용하여 얻어진 피드백 공연비 보정계수 FAF를 토대로 수행된다.
결과적으로 LEAN측에 편차가 있는 공연비제어의 중심은 정확히 RICH측으로 조종되어 실제 공기 과잉률이 목표 공기 과잉률 λ0이 되게 한다.
이는 제10도에서 알 수 있다.
위에서 설명한 제1 리니어라이저 특성 보정루우틴에서 보정량 dλy는 편차 Δλx의 소정의 범위내에서 편차 Δλx에 직접 비례한다.
편차 Δλx는 목표 공기 과잉률 λ0에서 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2를 토대로 얻은 평균 공기 과잉률 λ1X를 감산하므로서 얻어지기 때문에 보정량 dλy를 보정전 베이스값 λ2B을 가산하여 얻은 보정베이스값 λ2m은 RICH 또는 LEAN측 쪽으로의 보정 리니어라이저(51)의 보정특성의 바이어스 또는 이동의 정도를 나타낸다.
제19도의 타이밍 챠트에 도시되어 있듯이 보정된 베이스값 λ2m의 시간적 변화는 하류 산소센서(119)의 출력전압 V2의 시간적 변화에 해당한다.
전문의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 제2 바람직한 실시예에 따라 보정 리니어라이저(51)의 바이어스 된 특성에 의해 얻어진 제어용 공기 과잉률 λ2은 하류 산소센서(119)의 신뢰성 있는 출력전압 V2에 따라 표준 공기 과잉률 λ1의 주어진 공연비내에서 RICH 또는 LEAN쪽으로 더 보정된다.
따라서 공연비 피드백 제어의 중심이 목표 공연비로 정확히 조종되어 배기방출은 향상시킨다.
제2 바람직한 실시예에서 제9도의 실선으로 구분된 보정특성(51)의 바이어스된 특성은 제13도의 제1 리니어라이저 특성 보정루우틴에 의해 더 보정된다. 이것 대신 제9도의 점선으로 구분된 보정 리니어라이저(51)의 비바이어스된 특성은 제15도의 제1 보정루우틴에 의해 보정된다.
이 경우에, 보정전 베이스값 λ2B는 X좌표 1.0과 같은 소정의 X좌표에 해당하는 Y좌표이다.
더구나, 보정 리니어라이저(51)의 특성은 제6(b)도의 아래의 점선으로 구분된 것처럼 LEAN측쪽으로 바이어스될 때, 보정 리니어라이저(51)의 이러한 바이어스된 특성은 보정전의 특성을 점선으로 도시되고 보정후의 특성은 실선으로 도시한 제20도의 화살표로 표시된 것처럼 보정량 dλy를 토대로 RICH 또는 LEAN쪽으로 더 보정된다.
더구나 제16도 및 제17도의 두개의 맵은 제21도에 도시된 것처럼 하나의 맵으로 대치할 수 있다.
제21도에서 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V0과 보정량 dλy간의 관계가 한정되어 있다.
제21도의 맵이 이용될 때 미리 기억된 데이타 체적에 감소하고 처리속도가 더 빨라진다. 제21도에서 V0는 목표 공연비의 산소농도에 해당하는 하류의 산소센서(119)이 출력전압 V2의 값을 나타낸다.
지금 제22도 및 제23도와 관련하여 제3 바람직한 실시예를 설명할 것이다.
제2 바람직한 실시예에서 하류의 산소센서(119)의 출력전압은 제16도 및 제17도의 맵을 이용하는 보정량 dλy에 영향을 준다.
한편, 제3 바람직한 실시예에서 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2은 공연비가 목표공연비에 대해 RICH 또는 LEAN에 있는지를 결정하기 위해 목표 공기 과잉률 λ0에 해당하는 기준값 V0과 비교된다.
RICH와 LEAN간의 반전시 보정된 베이스값 λ2B는 스킵 또는 스탭방식으로 변화하고 보정전의 베이스값 λ2B은 조그만 량으로 변화한다. 즉, RICH와 LEAN간의 반전의 다음 발생때까지 비트 바이 비트(bit by bit)로 변한다.
특히 하류의 산소센서(119)의 출력전압을 공연비가 RICH 또는 LEAN인지를 결정하기 위해 목표 공기 과잉률 λ0를 나타내는 출력전압 V0과 먼저 비교된다.
RICH에서 LEAN으로 반전할 때 주어진 량 dλR은 다음 방정식(22)에 도시된 것처럼 감산된다.
다음, 다음 방정식(23)처럼 보정량 ΔλR은 LEAN에서 RICH까지 반전할 때까지 주어진 시간당 감산된다.
한편, LEAN에서 RICH로 반전할때 주어진량 dλL은 다음 방정식(24)에 나타난 것처럼 가산된다.
다음 보정량 ΔλL은 다음 방정식(25)처럼 RICH에서 LEAN으로 반전할 때까지 보정량 ΔλL이 주어진 시간당 가산된다.
방정식 (22)∼(25)에 의해 표현된 보정처리는 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴을 도시한 제22도의 흐름도와 관련해서 설명할 것이다.
제2 리니어라이저 특성 보정루우틴은 제19도의 실선으로 표시된 보정 리니어라이저(51)의 특성을 보정하기 위한 것이고 1sec의 주기당 타이머 인터럽트로서 ECU(30)의 CPU(31a)에 의해 실행된다.
스탭(301)∼(305)를 통해 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴을 실행하는 상태가 설정되었는지를 체크한다.
특히, 제1스탭은 공연비 피드백 제어의 상태가 설정되었는지를 체크한다.
스탭(301)은 제3도의 스탭(100)에 해당한다.
만일 스탭(301)에서의 대답이 NO이면, 루우틴은 끝난다. 만일 스탭(301)에서의 대답이 YES이면, 즉 공연비 피드백 제어의 상태가 설정되면, 루우틴은 스탭(303)으로 진행하여 엔진 냉각 온도가 70℃의 주어진 값과 비교된다.
만일 스탭(303)에서의 대답이 NO이면, 즉 엔진 냉각 온도가 주어진 값(THW ≤ 70℃)보다 크지 않으면, 스탭(305)는 아이들 스위치(15b)가 OFF 되었는지를 체크한다. 특 드로틀밸브(9)가 완전히 폐쇄되지 않았는지를 검사한다.
스탭(301), (303), (305)가 NO이 되어 루우틴을 끝낼때, 보정 리니어라이저(51)의 특성이 변하지 않는다.
만일 스탭(305)에서의 대답이 YES이면, 즉 아이들 스위치가 OFF(LL=0)이면, 보정 리니어라이저(51)의 특성은 하류 산소센서(119)의 출력전압 V2을 토대로 스탭(307)∼(337)을 통해 보정된다.
특히, 스탭(307)∼(313)을 통해 공연비가 RICH 또는 LEAN인지를 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2을 토대로 결정된다.
다음, 스탭(315)∼(319)를 통해, 보정량 ΔRS이 얻어진다.
스탭(321)∼(333)을 통해 제어용 공기 과잉률 λ2의 좌표값 λC가 산출된 보정량 ΔRS를 토대로 보정된다.
좌표값 λC는 1.0의 표준 공기 과잉률 λ1, 즉 제9도의 특성 맵의 이론 공연비에 해당한다.
다음, 스탭(335) 또는 (337)에서 보정리니어라이저의 특성은 보정값 λC을 토대로 보정된다.
스탭(37)에서 CPU(31a)는 A/D변환기(41)를 경유하여 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2을 판독한다.
다음, 스탭(309)은 감지된 공연비가 RICH 또는 LEAN인지를 결정하기 위해 판독된 출력전압 V2을 기준값 V0과 비교한다.
만일 V2 ≤ V0(LEAN)이면, 플래그(F2)가 0으로 재설정되는 반면, V2 V0이면, 플래그(F2)가 1에 설정된다.
스탭(315)에서의 대답이 YES이면, 즉 플래그(F2)가 반전되면, 스탭(317)은 엔진속도센서(25)로부터의 출력신호를 기초로 엔진속도 N를 얻고 미리 기억된 일차원의 맵을 이용한 산출된 엔진속도 N를 토대로 보정량 ΔRS를 보간법(interpolation) 하므로서 얻어진다.
엔진속도 N은 배기 가스의 수송지연을 나타내는 파라미터를 나타낸다. 따라서 미리 기억된 일차원 맵의 특성에서 보정량 ΔRS은 엔진속도의 증가에 따라 감소한다.
특히, 엔진 고부하 운전시 배기 가스 수송지연을 감소시키도록 증가할때 보정량 ΔRS이 작은 값으로 설정되는 반면, 엔진속도 N가 엔진저부하 운전시 배기가스 수송지연을 증가하도록 감소할 때 보정량은 큰 값으로 설정된다.
만일 스탭(315)에서의 대답이 NO이면, 즉, 플래그(F2)의 반전이 스탭(311) 또는 (313)에서 일어나지 않으면, 루우틴은 스탭(319)에 진행하여 보정량 ΔRS이 스탭(317)의 보정량 ΔRS보다 매우 작은 교정량 ΔRSj로 설정된다.
다음, 루우틴이 플래그 F2가 0, 즉 감지된 공연비가 LEAN인가를 체크하는 스탭(321)에 진행한다.
만일 스탭(321)에서의 대답이 YES이면 λC의 새로운 값이 스탭(317) 또는 (319)에서 얻어진 보정값 ΔRS를 이 루우틴의 최종 주기에서 얻어진 λC의 현재값에서 감산하므로서 얻어진다.
다음 스탭(327)에서 새로운 값 λC가 전치최소값과 비교된다.
만일 스탭(327)에서의 대답이 YES이면, 즉 새로운 값 λC가 전치 최소값보다 작으면, 새로운 값 λC이 스탭(329)에서 전치 최소값으로 설정된다.
다음 루우틴이 스탭(335)에 전진한다. 한편, 스탭(327)에서의 응답이 NO이면 즉 새로운 값 λC이 전치 최소값보다 작지 않으면, 루우틴은 스탭(335)에 전진한다.
스탭(335)에서 보정 리니어라이저(51)의 특성 맵은 스탭(323) 또는 (329)에서 얻어진 새로운 값 λC을 토대로 갱생된다.
특히, 제2 바람직한 실시예처럼, X-Y 좌표위치 (λ1, λ2)=(1.0, λC)가 새로운 λC에 의해 갱생되고 다음, 새로운 X-Y 좌표위치 (1.0, 새로운 λC)가 각각의 선에 의해 RICH 측 끝점 및 LEAN측 끝점에 연결된다.
스탭(321)에서 스탭(321)에서의 대답이 NO이면, 즉, 감지된 공연비가 RICH이면, 루우틴이 스탭(325)에 진행하여 새로운 λC가 이 루우틴의 최종 주기에서 얻어진 값 λC에 보정값 ΔRS를 가산하므로서 얻어진다.
다음 스탭(331)에서 새로운 λC가 전치최대값과 비교된다.
만일 스탭(331)에서의 대답이 YES이면, 즉 새로운 λC가 전치최대값보다 크면 새로운 λC가 스탭(333)에서 전치최대값에 설정된다.
다음 루우틴이 스탭(337)에 전진한다. 한편, 스탭(331)에서의 대답이 NO이면, 즉 새로운 λC가 전치최대값보다 크지 않으면, 루우틴은 스탭(337)에 전진한다.
스탭(337)에서 보정 리니어라이저(51)의 특성맵이 스탭(335)에서와 같은 방식으로 갱생된다.
스탭(327)에서의 전치최소값은 엔진전달상태하에서 제어의 추종성을 악화하지 않도록 결정된다.
한편, 전치최대값은 공연비의 변화로 인한 주행수행을 악화시키지 않도록 결정된다.
보정 리니어라이저(51)의 특성이 스탭(335) 또는 (337)에서 갱생된 후 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴이 끝나고 공연비 피드백 제어가 전문의 제1 및 제2 바람직한 실시예처럼 보정 리니어라이저(51)의 갱생된 특성을 토대로 수행된다.
제23도에 도시되어 있듯이, 제22도의 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴이 보정한 값 λC의 시간적인 변화는 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2의 시간적인 변화에 해당한다.
따라서 제3실시예는 공연비 피드백 제어의 중심이 제2 바람직한 실시예에서 처럼 목표 공연비를 추종하게 한다.
더구나 제3실시예에서 보정량 ΔRS가 배기 가스 전달지연을 표시하는 감지된 엔진속도 N에다 얻어지기 때문에 하류의 산소 센서(119)의 응답특성이 실제 바이어스상에서 향상된다.
엔진속도 N는 보정량 ΔRS를 얻은 감지된 흡기량 또는 감지된 흡기 진공압력의 또 다른 엔진 부하 표시 파라미터와 대치할 수도 있다.
더구나, 스탭(317)에서 사용한 미리 기억된 일차원맵을 엔진속도 흡기량 또는 흡기진공압력을 고려해 보정량 ΔRS을 형성하는 보정량 ΔRS와 대치할 수도 있다.
제24도는 제3 바람직한 실시예의 수정인 제3 리니어라이저 특성 보정루우틴을 도시한다. 제22도의 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴에 있어서 RICH와 LEAN 간의 반전시 스킵방식으로 변화하고 다음, RICH와 LEAN간의 반전의 다음 발생때까지 고정 소량당으로 변화한다.
한편, 제24도의 제3 보정루우틴에서 보정량 ΔRSi이 배기 가스 전달 지연을 표시하는 엔진속도 N와 같은 엔진 파라미터를 토대로 얻어지고 값 λC가 감지된 공연비가 LEAN일때 보정루우틴의 실행 주기당 보정량 ΔRSi를 감산하므로서 및 감지된 공연비가 RICH일때 보정루우틴의 실행 주기당 보정량 ΔRSi를 가산하므로서 보정된다.
스탭(401)∼(407)은 제22도의 스탭(301)∼(307)에 해당한다.
다음 스탭(409)에서 보정량 ΔRSi는 엔진속도 N과 보정량 ΔRSi간의 관계를 한정하는 미리 기억된 맵을 이용한 엔진속도 N를 토대로 보간하므로서 얻어진다.
스탭(409)의 맵에서 보정량 ΔRSi는 제22도의 스탭(317)의 맵에서 처럼 엔진속도 N의 증가에 따라 감소하도록 설정되어 있다.
스탭(411)은 제22도의 스탭(309)에 해당하고 감지된 공연비가 RICH 또는 LEAN인지를 결정한다.
만일 LEAN이 스탭(411)에서 결정되면, 보정 리니어라이저(51)의 특성은 제22도의 스탭(323), (327), (329), (335)에 해당하는 스탭 (413), (417), (419), (425)를 통해 보정된다.
한편, RICH가 스탭(411)에서 결정되면 보정 리니어라이저(51)의 특성맵이 제22도의 스탭(325), (331), (333), (337)에 해당하는 스탭(415), (421), (423), (427)를 통해 보정된다. 제23도에 도시되어 있듯이 제24도의 제3보정루우틴에 의해 보정된 값 λC의 시간적인 변화는 제22도의 제2 보정루우틴의 경우처럼 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2의 시간적 변화에 해당한다.
따라서 제3 바람직한 실시예의 이 수정에서 공연비 피드백 제어의 중심이 간단한 처리로 목표 공연비로 추종하도록 정확히 조종된다.
보정량 ΔRSi이 감지된 엔진속도 N에 따라 얻어지기 때문에, 하류의 산소센서(119)의 응답특성이 실제 바이어스 또는 물론 제24도의 제3 보정루우틴에서 향상된다.
더구나 제1 바람직한 실시예와 제1∼제3 리니어라이저 특성 보정루우틴에서 배기 가스의 공연비를 감지하기 위해 배기가스에 함유된 특별한 성분의 농도를 검출하는 한 산소센서 (19), (119)는 CO센서 및 린(lean) 혼합센서의 어떤 센서와 바꿀 수 있다.
제1 바람직한 실시예의 보정 리니어라이저(51)의 바이어스 된 특성이 제15도, 제22도, 제24도의 제1∼제3 보정루우틴에서 더 보장되어도 보정 리니어라이저(51)의 이러한 더 보정된 특성은 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2을 토대로 미리 준비되고 전문의 백된(backed) RAM에 미리 기억된다. 특히, 보정 리니어라이저(51)의 특성을 최종 설정할때 엔진이 비아이들링 상태에서 작동되어 하류 산소센서(119)의 검출된 출력전압(V2)을 토대로 표준 공기 과잉률 λ1의 주어진 공연비 범위에서 RICH 또는 LEAN쪽으로 제6(a)도 또는 (b)도의 실선으로 구분된 보정 리니어라이저(51)의 특성을 보정 및 바이어스한다.
보정 리니어라이저(51)의 이 바이어스된 특성은 전문의 백된 RAM에 미리 기억된다.
보정 리니어라이저(51)의 특성의 이 바이어싱 보장은 제1∼제3 보정루우틴중 하나를 사용하므로서 쉽게 실행된다.
예컨데 제15도의 제1 보정루우틴이 이용될 때 제6(a)도의 실선에 의해 구분된 것처럼 보정 리니어라이저(51)의 비바이어스된 특성의 표준 공기 과잉률 λ1의 값 1.0에 해당하는 제어용 공기 과잉률 λ2이 보정전의 베이스값 λ2B로 설정된다.
다음, 보정후 베이스값 λ2m이 보정전의 λ2B에 출력전압 V2를 토대로 얻어진 보정량 dλy를 더하므로서 얻어진다.
다음, 제6(a)도의 점선들중 하나에 의해 도시된 것처럼 보정 리니어라이저(51)의 비바이어스된 특성을 RICH 또는 LEAN쪽으로 바이어스 또는 이동시키기 위해 선들이 새로운 X-Y 좌표위치(1.0, λ2m)에서 RICH 및 LEAN측 끝점(A), (B)까지 그려진다.
제6(b)도는 제15도의 제1 보정루우틴을 사용했고 보정 리니어라이저(51)의 비바이어스된 특성을 바이어스 라는 것을 설명한다.
제6(b)도의 실선으로 구분된 보정 리니어라이저(51)의 비바이어스된 특성에서 A 및 b점이 고정되어 있고 또다른 점 A, B가 점 B1을 얻기 위해 보정량 dλy에 해당하는 양만큼 Y축을 따라 위치하고 있다.
보정 리니어라이저(51)의 바이어스된 특성은 점 B1을 점 B 및 점 A에 연결하므로서 얻어진다.
보정 리니어라이저(51)의 특성을 RICH측쪽으로 바이어싱할때, 점(B)가 고정되고 점(A)의 X좌표만이 점A1을 얻도록 보정량 dλy에 해당하는 양만큼 Y축으로 멀리 배치된다.
보정 리니어라이저(51)의 바이어스된 특성은 점A1을 점A 및 점B에 각각 연결하므로서 얻어진다.
더구나, 제22도 또는 제24도의 제2 또는 제3 보정루우틴이 이용될 때, 감지된 공연비가 LEAN일때 보정량 dλy대신 이용되고 보정량 ΔRS 또는 ΔRSi의 양의 값은 감지된 공연비가 RICH일때의 보정량 dλy 대신 이용된다.
다음 과정은 제1 보정루우틴이 이용되는 전문의 경우와 같다.
더구나, 값 λC는 표준 공연비 λ1의 X좌표 즉, 제1∼제3 보정루우틴의 이론 공연비에 해당하는 Y좌표로 나타낼지라도 값 λC는 1.0이외 즉, 이론 공연비에 해당하는 표준 공기 과잉률 λ1 이외 X좌표에 해당하는 Y좌표를 나타낸다.
다시 말해, 값λC는 이론 공연비 이외의 목표 공연비 λ0에 해당하는 표준 공기 과잉률 λ1에 해당한다.
지금, 본 발명을 따르는 제4 바람직한 실시예를 제25도∼제32도와 관련해서 설명할 것이다.
제4 바람직한 실시예에서 상류 산소센서(1a)의 출력전압 VOX은 감지된 공연비가 RICH 또는 LEAN인지를 결정하도록 기준값 VR과 비교된다.
이 결정을 토대로 피드백 공연비 보정계수 FAF는 지연시간, 스킵량(skip amount) 및 적분정수와 같은 주어진 제어상수를 사용하여 산출한다.
공연비 피드백 제어는 이 산출된 FAF를 기초로 수행된다.
여기서 예비선택 제어정수는 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2의 크기에 따라 얻어진 보정량 ΔRSy를 이용하여 보정된다.
제25도는 상류의 산소센서(19)의 출력전압 VOX를 토대로 RICH/LEAN 결정에 이용하는 주어진 제어정수 즉, 시간지연 TDR, TDL 스킵량 RSR, RSL를 토대로 공연비 보정계수 FAF를 산출하는 제2 공연비 피드백 제어루우틴을 도시한다. 이 피드백 루우틴은 4msec의 주기당 타이머 인터럽트로서 ECU(30)의 CPU(31a)에 의해 실행된다.
특히 제1스탭(50)에서 공연비 피드백 제어를 실행하는 소정의 상태가 설정되었는지를 결정한다.
만일 스탭(501)에서의 대답이 YES이면, 즉 공연비 피드백 제어를 실행하는 상태가 설정되면, 루우틴이 스탭(505)에 진행하고 상류 산소센서(19)의 출력전압 VOX이 판독된다.
다음 스탭(507)에서 판독된 출력전압 VOX는 감지된 실제 공연비가 목표 공연비에 대해 RICH 또는 LEAN인지를 결정하기 위해 기준전압 VR과 비교된다. 스탭(507)에서의 대답이 YES이면, 즉 LEAN이 결정되면, 루우틴이 스탭(509)∼스탭(519)를 통해 진행한다.
스탭(509)∼(519)를 통해, 지연카운터(delay counter)(CDLY)가 1까지 카운트 다운되고(스탭513) 지연카운터(CDLY)의 값이 전치최소값(TDL)보다 작게 될때 플래그 F는 공연비가 LEAN이라는 것을 나타내는 제로(zero)로 설정된다.
한편, 스탭(507)에서의 대답이 NO이면, 즉, RICH가 결정되면, 루우틴은 스탭(521)∼(531)를 통해 진행한다.
스탭(521)∼(531)를 통해 지연카운터(CDLY)이 1까지 카운터 다운되고 (스탭(525)) 지연카운터(CDLY)의 값이 전치최대값보다 크게 될때, 플래그 F1는 공연비가 RICH를 나타내 1로 설정된다.
따라서 스탭(509)∼(531)을 통해 RICH에서 LEAN까지의 반점검출이 전치 최소값 TDL이 결정한 시간 지연으로 지연되고 LEAN이 RICH까지의 반전의 검출은 스탭(507)의 검출과 비교해서 전치최대값 TDR이 결정한 시간지연에 의해 지연된다.
결과적으로 RICH/LEAN 결정은 물론 플래그 F1의 상태를 토대로 한 RICH와 LEAN간의 반전의 검출이 더 신뢰성이 있다.
또한 전치 최대 및 최소값 TDR 및 TDL를 조종하므로서 공연비 피드백 제어의 중심이 RICH측 또는 LEAN측쪽으로 정확히 조종된다.
다음, 스탭(533)에서 플래그 F1가 RICH와 LEAN간에서 반전되었는지를 체크한다. 만일 스탭(533)이 플래그 F1의 반전을 결정하면, 스탭(535)은 플래그 F1가 제로(zero)로 설정되었는지를 결정한다.
스탭(535)에서의 대답이 YES이면, 즉 LEAN이 결정되면, 리치 스킵량(rich skip amount) RSB가 스탭(539)에서 스킵방식으로 피드백 공연비 보정계수 FAF에 가산된다.
한편 RICH가 스탭(535)에서 결정되면, 린스킵량(lean skip amount)(RSL)이 스탭(541)에서 스킵방식으로 계수 FAF에서 감산된다.
만일 RICH와 LEAN간의 반전이 스탭(533)에서 결정되지 않으면 스탭(537)은 플래그 F1가 제로(zero)로 설정되었는지를 체크한다.
만일 스탭(537)에서의 응답이 YES이면, 즉 LEAN이 결정되면, 리치 적분정수(rich integral constant) KIR가 스탭(543)에서 계수 FAF에 가산된다. 한편, 만일 RICH가 스탭(537)에서 결정되면, 린적분 정수 KIL가 스탭(545)에서 계수 FAF에서 감산된다.
만일, RICH와 LEAN간의 반전이 스탭(533)에서 결정되지 않으면 스탭(537)은 플래그 F1과 제로(zero)로 설정되었는지를 채크한다.
만일 스탭(537)에서의 응답이 YES이면, 즉 LEAN이 결정되면, 리치 적분 정수(rich integral constant) KIR가 스탭(543)에서 계수 FAF에 가산된다.
한편 만일 RICH가 스탭(537)에서 결정되면 린적분 정수 KIL가 스탭(545)에서 계수 FAF에서 감산된다.
스탭(547)∼(553)을 통해 계수 FAF가 1.2의 최대값과 0.8의 최소값간의 값에 제어된다.
스탭(501)에서 스탭(501)의 대답이 NO이면 즉, 공연비 피드백 제어를 실행하는 상대가 설정되지 않으면, 루우틴이 스탭(503)에 진행하여 계수 FAF가 1.0으로 설정되고 끝난다.
제26도는 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2를 토대로 한 리치 및 린 스킵량 RSR 및 RSL를 보정하는 제어 정수 보정루우틴을 도시한다.
이 보정루우틴은 제25도의 제2 공연비 피드백 제어 루우틴의 주기 즉, 150msec 보다 긴 주기 당 타이머 인터럽트로서 실행된다.
스탭(601)∼(607)은 제22도의 제2 리니어라이저 특성 보정루우틴의 스탭(301)∼(307)에 해당한다.
다음 스탭(609)에서 실제 공기 과잉률 λx은 미리 기억된 맵을 이용한 판독된 출력전압 V2를 토대로 얻어진다.
스탭(611)에서 편차 Δλ2는 목표 공기 과잉률 λ0에서 산출된 실제 공기 과잉률 λx를 감산하여 산출하고 RAM(31c)에 기억된다.
다음, 스탭(613)에서 보정량 ΔRSy는 편차 Δλ2와 보정량 ΔRSy간의 편차를 형성하는 미리 기억된 맵을 이용한 기억된 편차 Δλ2를 토대로 얻어진다.
제27도에 도시되어 있듯이 미리 기억된 법에서 보정량 ΔRSy은 제로(zero)편차 Δλ2의 범위내에서 편차 Δλ2에 반비례한다.
특히, 주어진 범위는 제로(zero)의 편차 Δλ2에 대해 각각의 측이 같은 폭의 범위를 한다. 한편 보정량 ΔRSy은 위에서 언급한 주어진 범위외측에서 일정하게 유지된다.
따라서 촉매 컨버어터(118)의 하류의 배기가스의 산소농도가 목표 공기 과잉률 λ0보다 높게 되면(LEAN), 하류의 산소센서(119)의 출력전압 V2은 공기 과잉률 λx를 증가하도록 감소되어 편차 Δλ2가 부의 값이 된다.
결과적으로 보정량 ΔRSy이 제27도에서 알 수 있듯이 부의 값이 된다.
한편, 촉매 컨버어터(118)의 하류의 배기 가스의 산소 농도가 목표 공기 과잉률 λ0보다 작으면 (RICH), 보정량 ΔRSy가 부의 값이 된다.
다음 스탭(615)는 보정량 ΔRSy가 제로(zero)보다 큰지를 결정한다.
만일 스탭(615)에서의 대답이 YES이면 (LEAN) 루우틴은 스탭(617)에 진행하여 리치 스킵량 RSR가 보정량 ΔRSy를 더하므로서 보정된다.
스탭(619)∼(625)을 통해 보정된 리치 스킵량 RSR이 전치최대값과 최소값간의 값에 제어된다.
한편, 스탭(615)에서의 대답이 NO이면 (RICH), 루우틴은 스탭(627)에 진행하여 린스킵량 RSL이 보정량 ΔRSy를 감산하므로서 보정된다.
스탭(629)∼(635)를 통해 보정된 린스킵량 RSL이 전치최대값과 최소값간의 값에 제어된다.
스탭(625) 또는 (635)가 실행될 때 인터럽트 루우틴이 끝난다.
보정된 스킵량 RSR 또는 RSL를 토대로 제25도의 제2 공연비 피드백 제어 루우틴이 실행된다. 보정량 ΔRSy이 하류의 산소센서(11a)의 출력전압 V2의 크기에 따라 변하기 때문에 출력전압 V2가 결정한 RICH와 LEAN간의 반전의 타이임을 물론 기준 전압에 대한 RICH 또는 LEAN의 정도, 즉 편차 Δλ2가 제28도에 도시된 것처럼 보정량 ΔRSy의 시간적인 특성에 영향을 준다.
따라서 제29도에 도시된 것처럼 스킵량 RSR 및 RSL이 보정량 ΔRSy에 의해 보정되기 때문에 편차 Δλ2 즉, 목표 공기 과잉률에 대한 실제 공기 과잉률의 편차가 스킵량 RSR 및 RSL의 시간적 특성에 영향을 주어 편차Δλ2가 스킵량 RSR 또는 RSL를 토대로 얻어진 피드백 보정계수 FAF에 더 영향을 준다.
결과적으로 연료의 특성은 재급유하므로서 변화하여 공연비 피드백 제어의 중심이 크게 편차가 날지라도, 제어 중심이 이러한 급격한 편차에 해당하는 편차 Δλ2가 피드백 보정계수 FAF에 영향을 준다.
따라서 이러한 보정계수 FAF를 토대로 한 공연비 피드백 제어는 공연비 제어의 중심이 즉시 목표 공연비를 추종하게 한다.
제29도의 스킵량 RSR 및 RSL의 기준값은 보정량 ΔRSy 만큼 보정전에 스킵량 RSR 및 RSL의 값을 나타낸다. 스킵량 RSR 및 RSL 대신 적분 정수 KIR 및 KIL 또는 시간지연 TDR 및 TDL에 스킵량 RSR 및 RSL의 보정과 같은 방식으로 보정량 ΔRSy를 토대로 보정된다.
이 경우에 제30도 및 제31도에 도시된 것처럼 기준값에 대한 출력전압 V2의 편차 즉, Δλ2는 적분 정수 KIR, KIL 및 시간지연 TDR, TDL의 시간적인 특성에 영향을 준다.
결과적으로 편차 Δλ2는 스킵량 RSR 및 RSL의 보정과 같이 보정계수 FAF에 최종 영향을 준다.
스킵량 RSR, RSL이 보정량 ΔRSy에 따라 보정될 때, 공연비의 고추종성이 보장된다.
적분 정수 KIR, KIL이 보정량 ΔRSy를 토대로 보정될 때, 간단한 과정으로 성취된다.
시간지연 TDR, RDL이 보정량 ΔRSy를 토대로 보정될 때, 공연비의 세부조정이 보장된다.
더구나, 보정 스킵량중 하나보다 많은 보정된 적분 정수와 보정된 지연시간이 피드백 보정계수 FAF를 산출하는데 이용된다.
더구나 스킵량 RSR 및 RSL가 고정유지되고 다른 것만 보정된다.
유사하게 적분 정수 KIR 및 KIL 중 하나의 지연시간 TDR 및 TDL중 하나가 고정 유지되고 다른것만이 보정된다.
스탭(609), (613)에서 이용되고 두개의 맵은 출력전압 V2와 보정량 ΔRSy 간의 관계를 직접 형성하는 제32도에 도시된 것처럼 하나의 맵과 바꿀 수 있다.
이것은 기억될 데이타의 체적을 감소시키고 처리속도를 증가시킨다.
더구나 산소센서(19) 및 (119)는 전의 바람직한 실시예에서처럼 CO센서 및 린혼합센서와 바꿀 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예 및 위에서 설명한 수정으로 제한하지 말아야 하며 칩한 청구범위에서 벗어나지 않는다면 여러 변경과 수정이 가능하다.
예컨대 내연기관은 설명에서 연료 주입형으로 설명했지만 카브레이터형에도 응용할 수 있다.
또한 공연비 피드백 제어가 설명에서 마이크로 컴퓨터를 사용하여 실행했지만 아날로그 회로로도 수행할 수 있다.

Claims (19)

  1. 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 배기 가스에 포함된 예비선택 소자를 감지하는 제1센서와, 제1센서 신호와 표준 공연비 표시값간의 표준값을 미리 기억시키는 제1 기억수단과 미리 기억된 표준관계에 따르는 표준 공연비를 산출하기 위해 상기 제1 센서신호에 응답하는 제1 산출수단과 표준 공연비 표시값과 제어용 공연비 표시값간의 제1 수정된 관계를 미리 기억시키는 제2 기억수단과 상기 제1 수정된 관계는 이론공연비를 나타내는 표준공연비 표시값을 따르는 주어진 범위내에 표준 공연비 표시값의 변화에 상응하게 변하도록 제어용 공연비 표시값을 형성하는 반면, 주어진 범위 외측에 일정하게 유지되는 제어용 공연비를 형성하고, 제1 수정된 관계에 따르는 제어용 공연비 표시값을 산출하기 위해 제1 산출수단이 산출한 표준 공연비 표시값에 응답하는 제2 산출수단과 제2 산출수단이 산출한 제어용 공연비 표시값과 목표 공연비 표시값간의 편차를 산출하는 제3 산출수단과 엔진 실린더에 공급될 혼합가스의 공연비의 피드백 제어를 수행하고 제3 산출수단이 산출한 상기 편차를 기초로 피드백 제어를 수행하는 제어수단을 포함하는 내연기관용 공연비 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1센서는 산소센서의 출력이 이론 공연비를 따라 갑작스럽게 변화하게 하는 산소센서인 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  3. 제1항에 있어서 주어진 범위는 이론 공연비를 나타내는 표준 공연비 표시값에 대해 RICH 및 LEAN 측의 폭이 같은 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 제어수단은 제3 산출수단이 산출한 상기 편차를 토대로 공연비의 PID 제어를 실행하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 표준 공연비 표시값과 또 다른 제어용 공연비 표시값간의 제2 수정된 관계를 미리 기억시키는 제3 기억수단을 더 포함하고 상기 제2 수정관계는 주어진 범위측끝의 RICH 및 LEAN에 인접한 전치범위를 제외한 주어진 범위내에서 제어용 공연비 표시값보다 작은 변화비를 갖기 위해 또다른 제어용 표시값을 형성하는 반면, 전치범위내에서 제어용 공연비 표시값보다 큰 변화를 갖도록 또 다른 제어용 공연비 표시값을 형성하고 상기 제2 수정관계는 주어진 범위 외측에서 일정하게 유지된 또 다른 제어용 공연비 표시값을 형성하고 상기 시스템은 엔진의 아이들링 상태를 검출하는 아이들링 검출수단과 엔진의 비아이들링 상태가 아이들링 검출수단에 의해 검출될때 제1 수정된 관계를 선택하는 반면, 엔진의 아이들링 상태가 아이들링 검출수단에 의해 검출될때 제2 수정된 관계를 선택하는 관계 선택수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  6. 제1항에 있어서 제1 수정된 관계는 표준 공연비 표시값에 대한 RICH 또는 LEAN쪽으로 바이어스 되는 제어용 공연비 표시값을 형성하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 편차를 기초로한 공연비의 PI 제어를 실행하는 PI 제어수단과 상기 편차를 토대로 공연비의 PID를 실행하는 PID 제어수단을 포함하고 상기 제어수단은 엔진이 과가속도 상태에 있을때 PI 제어를 하는 반면 제어수단은 엔진이 비과가속도 상태에 있을 때 PID 제어를 하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  8. 제1항에 있어서 상기 제1센서는 촉매 컨버어터의 상류에 마련되고 촉매 컨버어터의 하류에 또한 제공되고 제2센서는 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 하류의 배기가스에 포함된 예비선택 소자를 감지하고, 상기 장치는 제2 센서신호의 값을 토대로 표준 공연비 표시값에 대한 RICH 또는 LEAN측쪽으로 제어용 공연비 표시값을 바이어스 하기 위해 제1 수정된 관계를 보정하는 관계 보정수단을 더 포함하고 제어용 공연비 표시값의 상기 바이어스는 상기 주어진 범위내에서 형성되는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 바이어스의 크기와 방향은 제2 센서신호의 값을 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 보정량은 제2 센서신호와 목표공연비 표시값을 토대로 얻어지고 제2 신호가 목표공연비 표시값에 대한 RICH 값과 LEAN 값간에서 변할때 상기 보정량은 이 표시를 변화시키고 상기 바이어스의 크기는 보정량의 절대값에 의해 결정되고 상기 바이어스의 방향은 상기 보정량의 표시에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  11. 제8항에 있어서 바이어스의 방향은 상기 공연비가 RICH 또는 LEAN인지를 결정하기 위해 상기 제2센서신호를 기준값과 비교하여 결정되고 상기 바이어스의 크기는 배기가스의 전달지연을 표시하는 예비선택엔진 연산파라미터를 토대로 얻어진 보정량에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  12. 제11항에 있어서 예비선택과 엔진연산 파라미터는 감지된 엔진속도인 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 보정량은 목표 공연비 표시값에 대한 RICH와 LEAN간의 제2센서신호의 반전간의 주기동안 소량으로 고정되는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  14. 제8항에 있어서, 제1 및 제2 센서는 산소 센서들이고 이들의 각각의 센서는 산소센서의 출력이 이론 공연비를 따라 갑자기 변화하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  15. 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 상류의 배기가스에 포함된 예비선택 소자를 감지하는 촉매 컨버어터의 상류에 제공된 제1 센서와 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 하류의 배기가스에 포함된 예비선택 소자를 감지하는 촉매 컨버어터의 하류에 제공된 제2센서와 엔진 실린더에 공급될 혼합가스의 공연비가 목표공연비에 대해 RICH 또는 LEAN인지를 결정하기 위해 제1 센서신호를 기준값과 비교하는 검출수단과 검출수단에 의해 피드백 제어 정수 및 RICH 또는 LEAN의 결정을 토대로 공연비의 피드백 제어를 수행하는 제어수단과 목표공연비 표시값에 대한 제2센서 신호의 편차를 토대로 보정량을 산출하는 산출수단과 산출된 보정량을 기초로 피드백 제어정수를 보정하는 보정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공연비 제어장치.
  16. 제15항에 있어서, 제어정수는 전치 최대 및 최소값까지 제한되는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  17. 제15항에 있어서 제1 및 제2센서는 산소 센서들이고, 이들 각각의 산소센서는 산소센서의 출력이 이론 공연비를 따라 갑자기 변하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  18. 제15항에 있어서, 상기 보정량은 제2센서 신호가 목표 공연비 표시값에 대한 RICH값과 LEAN간에 변할때 제1표시와 제1표시에 반대인 제2표시간의 상기 보정량 표시를 변화시키고 피드백 제어정수는 제1 또는 제2 피드백 제어정수이고 상기 보정량이 제1 표시를 갖을때 상기 제1 또는 제2 피드백 제어정수가 상기 보정량에 의해 보정되고 상기 제어수단을 사용하여 피드백 제어가 공연비를 풍부하게 하는 반면, 상기 보정량이 제2 표시를 갖을 때 상기 제2 피드백 제어정수가 보정량에 의해 보정되고 상기 제어수단을 이용하므로서 피드백 제어가 공연비를 부족하게 하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어장치.
  19. 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 상류의 배기가스에 포함된 예비선택 소자를 감지하는 촉매 컨버어터의 상류에 제공된 제1센서와, 공연비 표시신호를 발생시키기 위해 촉매 컨버어터의 하류의 배기 가스에 포함된 예비선택소자를 감지하는 촉매 컨버어터의 하류에 제공된 제2센서와 피드백 제어정수를 기억하는 기억수단과 제2센서 신호의 값을 토대로 보정량을 산출하는 산출수단과 상기 산출된 보정량을 토대로 피드백 제어정수를 보정하는 보정수단과 보정된 피드백 제어정수와 제1센서 신호를 토대로 엔진 실린더에 공급될 혼합물의 공연비의 피드백 제어를 수행하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 공연비 제어장치.
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