KR100204830B1 - 내연기관의 공연비 제어장치 - Google Patents

Abstract

배기온도가 낮기 때문에 산소센서의 출력특성이 변화하여도 공연비 피드백 제어에 의해 목표공연비를 얻을 수 있게 한다.

배기온도가 소정온도 이하일 때에는(S3), 공연비 학습을 금지하고(S8), 높은 배기온도시에만 공연비 학습 보정계수 K를 학습시킨다. 또, 배기온도가 소정온도 이하일 때에는(S3), 상기 높은 배기온도시에 학습된 공연비 학습 보정계수 K에 의한 보정레벨이 참된 보정레벨이라고 간주하고, 공연비 피드백 보정계수 α의 보정을 행한다(S90→S12).

Description

내연기관의 공연비 제어장치

본 발명은 내연기관의 공연비 제어장치에 관한 것으로, 상세하게는 배기온도에 의한 산소농도 검출특성의 변화에 대응하여 공연비 제어를 유지하기 위한 기술에 관한 것이다.

종래부터, 산소센서로 검출되는 배기중의 산소농도에 의거하여 목표공연비(이론공연비)에 대한 실제의 공연비의 대.소(농후.희박을)판별하고, 이러한 판별결과에 의거하여 실제의 공연비를 이론공연비(목표공연비)에 접근하도록 기관으로의 연료 공급량을 피드백 제어하는 공연비 제어장치가 알려져있다(일본국특개소 60-240840호 공보등 참조).

그런데, 상기 산소센서에서의 검출신호의 출력특성은, 배기온도의 영향에 의한 소자온도에 따라 변화하고, 소자가 활성상태라하더라도 배기온도가 낮기 때문에 소자온도가 비교적 낮으면, 예컨대 희박 공연비 출력이 높아져서 공연비 피드백 제어의 제어점이 희박 공연비측으로 어긋나버리는 일이 있었다(제4도 및 5도 참조).

이 때문에, 시동직후나 외기 온도가 낮고 또한 저부하 운전되고 있을 때등의 배기온도가 낮은 조건하에서는 목표공연비로의 제어정밀도가 악화되어, 기관운전성이나 배기상태의 악화를 초래할 염려가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 배기온도에 영향받는 일없이 안정적으로 높은 정밀도로 공연비 제어가 수행되도록 하는 것을 목적으로 한다.

제1도는 본 발명의 구성을 표시한 블록도.

제2도는 본 발명의 일실시예를 표시한 시스템 개략도.

제3도는 실시예의 공연비 피드백 제어를 표시한 흐름도.

제4도는 종래 제어의 문제점을 설명하기 위한 선도.

제5도는 산소센서의 배기온도에 의한 출력특성 변화를 표시한 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기관 6 : 연료부사밸브

12 : 제어유니트 13 : 풍량계

14 : 크랭크각 센서 16 : 산소센서

17 : 배기온도센서

그래서, 청구항 1의 발명에 관련되는 내연기관의 공연비 제어장치는 제1도에 도시된 바와 같이 구성된다.

즉, 제1도에 있어서, 공연비 피드백 보정치 설정수단은, 산소농도 검출수단으로 검출되는 기관 배기중의 산소농도에 의거하여 기관흡입 혼합기의 공연비를 목표공연비에 접근시키는 방향으로, 연료공급수단에 의한 연료공급량을 보정하기 위한 공연비 피드백 보정치를 설정한다.

또한, 공연비 학습수단은, 공연비 피드백 보정치 설정수단으로 설정되는 공연비 피드백 보정치를, 운전 조건별로 공연비 학습보정치로서 학습하여 기억한다.

그리고, 공연비 보정수단은, 상기 연료공급수단에 의한 연료공급량을 상기 공연비 피드백 보정치 및 해당하는 운전조건의 공연비 학습보정치에 의거하여 보정한다.

한편, 낮은 배기온도시 학습금지수단은, 배기온도 검출수단으로 검출되는 기관의 배기온도가 소정온도 이하일 때에, 상기 공연비 학습수단에 의한 공연비 학습보정치의 학습을 금지한다.

또, 낮은 배기온도 보정수단은, 배기온도 검출수단으로 검출되는 기관의 배기온도가 소정온도 이하일 때에, 상기 공연비 피드백 보정치 설정수단으로 설정된 공연비 피드백 보정치와, 상기 공연비 학습수단으로 학습되고 있는 해당 운전조건의 공연비 학습보정치와에 의거하여 상기 공연비 피드백 보정치를 보정 설정한다.

청구항 2의 발명에 관계되는 공연비 제어장치에서는, 상기 낮은 배기온도시의 보정수단이, 해당 운전조건의 공연비 학습보정치에 의한 공연비 보정레벨에 접근되는 방향으로, 공연비 피드백 보정치를 보정하는 구성으로 하였다.

청구항 1의 발명에 관계되는 공연비 제어장치에 의하면, 기관의 배기온도가 소정온도를 넘고있을 때에는, 산소농도의 검출치에 의거하여 설정한 공연비 피드백 보정치가, 운전조건별로 공연비 학습 보정치로서 학습되지만, 기관의 배기온도가 소정온도 이하일 때에는, 상기 공연비 학습 보정치의 학습이 금지되고, 공연비 학습보정치는, 배기온도가 소정온도를 넘어있을 때에 설정된 공연비 피드백 보정치에 의한 보정레벨만을 학습한다.

한편, 배기온도가 소정온도 이하일 때에는, 배기온도가 소정온도를 넘는 조건하에서 학습된 공연비 학습보정치와, 낮은 배기온도 조건하에서 설정된 공연비 피드백 보정치에 의거하여, 낮은 배기온도 조건에 의한 공연비 피드백 제어의 제어점의 어긋남을 검지하므로서, 공연비 피드백 보정치를 보정한다. 따라서, 배기온도가 낮아서 산소농도 검출수단의 검출특성이 변화하여, 공연비 피드백 제어의 제어점이 본래의 목표공연비로부터 어긋나는 것을 회피한다.

청구항 2의 발명에 관계되는 장치에서는, 배기온도가 소정온도를 넘는 조건하에서 학습된 공연비 학습 보정치를 본래의 보정요구레벨이라고 간주하고, 공연비 피드백 보정치를 상기 보정요구레벨에 접근시키는 방향으로 보정한다.

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다.

일실시예를 표시한 제2도에 있어서, 내연기관(1)에는 공기정화기(2)로부터 흡기 덕트(3), 스로틀밸브(4) 및 흡기 매니폴드(5)를 거쳐서 공기가 흡입된다. 상기 흡기 매니폴드(5)의 각 브랜치부에는, 각 기통별로 연료공급 수단으로서의 연료분사밸브(6)가 설치되어 있다.

연료분사밸브(6)는, 솔레노이드에 통전되어 밸브가 열리고, 통전이 정지되어 밸브가 닫히는 전자식 연료분사밸브로서, 후술하는 제어유니트(12)로 부터의 분사펄스신호에 의해 통전되어 밸브가 열리고, 도시안된 연료펌프로부터 압송되어 압력 조정기에 의해 소정의 압력으로 조정된 연료를, 기관(1)에 간헐적으로 분사공급한다.

기관(1)의 각 연소실에는 점화전(7)이 설치되어 있고, 이것에 의하여 불꽃점화되어 혼합기를 착화 연소시킨다. 그리고, 기관(1)으로부터는, 배기 매니폴드(8), 배기 덕트(9), 삼원촉매(10) 및 머풀러(11)를 거쳐서 배기가 배출된다.

제어유니트(12)는 CPU, ROM, RAM, A/D 변환기 및 출력 인터페이스등을 포함하여 구성된 마이크로 컴퓨터를 구비하고 있고, 각종 센서로부터의 입력신호를 받아, 후술하는 바와 같이 연산처리하여, 연료분사밸브(6)의 작동을 제어한다.

상기 각종 센서로서는, 흡기 덕트(3)중에 풍량계(13)가 설치되어 있고, 기관(1)의 흡입공기유량 Q 에 응하여 신호를 출력한다.

또, 크랭크각 센서(14)가 설치되어 있고, 기준 피스톤 위치마다의 기준 각도신호 REF와 크랭크각 1°또는 2°마다의 단위각도신호 POS를 출력한다. 여기서, 기준각도신호 REF의 주기, 혹은 소정시간내에서의 단위각도 신호 POS의 발생수를 계측하므로서, 기관회전속도 Ne를 산출할 수 있다.

또, 기관(1)의 워터 재킷의 냉각수온도 Tw를 검출하는 수온센서(15)가 설치되어 있다.

또, 배기 매니폴드(8)의 집합부에 산소농도 검출수단으로서의 산소센서(16)가 설치되어 있다.

상기 산소센서(16)는 대기중의 산소농도(기준 산소농도)에 대한 배기중의 산소농도의 비에 따른 기전력을 발생하는 공지의 지르코니아 튜브형의 산소 농담(濃淡) 전지이다. 이 산소센서(16)는, 배기중의 산소농도가 이론공연비(본 실시예에서의 목표공연비)를 경계로 급변하는 것을 이용하여, 이론공연비(이론 공연비에 대한 대.소)만을 검출할 수 있는 센서이다. 또한, 본실시예에서는, 시동직후등의 낮은 배기온도상태에 있어서도 산소센서(16)를 활성상태로 할 수 있도록 상기 산소센서(16)에 히터가 구비되어 있다.

더욱이, 기관배기의 온도를 검출하는 배기온도 검출수단으로서의 배온센서(17)가 배기계에 설치되어 있다.

여기서 제어유니트(12)에 내장된 마이크로 컴퓨터의 CPU는 상기 연료분사밸브(6)의 연료분 사량(분사펄스폭) Ti를

Ti← Tp × CO × α × K ＋ Ts

로서 산출한다.

이때, 상기 Tp는, 흡입공기유량 Q와 기관회전속도 Ne에 의거하여 산출되는 기본분사량(기본 분사펄스폭)이며, 상기 CO는 냉각수온도나 과도 운전등의 기관운전조건에 응하여 상기 기본연료분사량 Tp를 보정하기 위한 각종 보정계수이다. 또, 상기 α(초기치=1.0)는 산소센서(16)로 검출되는 공연비를 이론공연비에 접근시키는 방향으로 기본연료분사량 Tp를 보정하기 위한 공연비 피드백 보정계수(공연비 피드백 보정치)이며, 예컨대 비례,적분제어에 의해서 설정된다.

또, 상기 K는, 공연비 학습보정계수(공연비 학습 보정치)이며, 기본연료분사량 Tp와 기관회전속도 Ne에 의하여 구분되는 복수의 운전조건마다에 고쳐쓰기 가능하게 기억되고, 상기 공연비 피드백 보정계수 α에 의한 보정레벨을 상기 운전조건별로 학습하여 상기 기억 데이터가 고쳐 쓸 수 있도록 되어 있다.

즉, 공연비 피드백 보정계수 α에 의한 보정요구를 운전조건별로 공연비 학습 보정계수 K로서 학습.기억하고, 그 공연비 학습 보정계수 K에 의한 보정에 의하여 공연비 피드백 보정계수 α에 의한 보정없이 얻어지는 공연비를 이론공연비 부근에 안정시키도록 되어있다.

또한, 상기 Ts는 배터리 전압의 변화에 의한 연료분사밸브(6)의 무효분사시간의 변화를 보정하기 위한 전압 보정분이다.

그런데, 상기 산소센서(16)는 비록 히터에 의해서 가열이 진행되는 상태라 해도, 시동직후나, 외기온도가 낮고 저부하로 운전되고 있는 경우등의 배기온도가 낮은 조건하에서는 소자온도의 저하에 수반하여 그 출력특성이 변화한다.(제5도 참조). 그리고, 이러한 출력특성의 변화는 산소센서(16)를 사용한 공연비 피드백 제어에 영향을 끼치고, 제어점의 목표공연비로부터의 어긋남을 생기게 한다.(제4도 참조).

그래서, 본 실시예에서는 제어유니트(12)가 제3도의 흐름도에 도시된 바와 같이, 낮은 배기온도상태에서의 공연비 제어정밀도의 악화를 회피하도록 되어 있다.

또한, 본 실시예에 있어서, 공연비 피드백 포정치 설정수단, 공연비 학습수단, 공연비 보정수단, 낮은 배기온도시 보정수단, 낮은 배기온도시 학습 금지수단으로서의 기능은, 상기 제3도의 흐름도에 도시한 것처럼 제어 유니트(12)가 소프트웨어적으로 구비하고 있다.

제3도의 흐름도에 있어서, 먼저, 단계 1(도면중에서는 S1이라 하고 있다. 이하 같음)에서는 산소센서(16)에 설치된 히터의 고장을 판별한다. 구체척으로는 히터통전회로의 단선.쇼트를 진단하고, 히터가 정상으로 동작하는 경우에는 단계 2로 나아간다.

단계 2에서는 산소센서(16)의 출력을 판별하므로서, 산소센서(16)의 고장을 판별하고, 산소센서(16)의 출력이 정상일 때에는 단계 3으로 나아간다.

단계 1 또는 단계 2에서, 히터고장 혹은 산소센서(16) 고장이 판별되었을 때에는, 단계 4로 나아가고, 산소센서(16)를 사용한 공연비 피드백 제어를 금지시켜, 오픈제어상태로 한다.

단계 3에서는, 상기 배기온도센서(17)로 검출되는 배기온도가 소정온도(예컨대, 400℃)이하이냐 아니냐를 판별한다.

상기 소정온도는 산소센서(16)에서의 소기의 출력특성을 얻을 수 있는 최저온도이며, 이 소정온도를 배기온도가 상회할 때에는 산소센서(16)의 출력에 의거하여 공연비 피드백 보정계수 α를 설정시킨으로써 목표공연비(이론공연비)로 실공연비를 제어할 수 있게 된다. 따라서, 단계 3에서, 배기온도가 소정온도를 넘고 있다고 판별되었을 때에는, 단계 5로 나아가고, 소정의 피드백 제어 영역에 있어서 산소센서(16)의 출력에 의거하여 공연비 피드백 보정계수 α를 설정시킴과 동시에, 그 공연비 피드백 보정계수 α에 의한 보정레벨을 공연비 학습 보정계수 K로서 학습시키는 통상의 공연비 제어를 수행시킨다.

한편, 단계 3에서 배기온도가 소정온도 이하라고 판별되었을 때에는, 배기온도가 낮으므로 산소센서(16)가 소기의 출력특성을 발휘하지 않은 상태이며, 그냥 통상으로 공연비 피드백 제어를 실행시키면, 제어점이 목표공연비로부터 어긋나서 운전성, 배기성의 악화를 초래할 염려가 있다.

그래서, 단계 3에서 배기온도가 소정온도 이하라고 판별되었을 때에는 단계 5가 아닌 단계 6이후로 나아가고, 상기 출력특성의 변화에 대응한 제어를 실행한다.

단계 6에서는, 공연비 피드백 제어를 수행하는 소정의 운전영역이냐 아니냐를 판별하고, 상기 소정운전영역이 아닐 때에는, 단계 4로 나아가고, 공연비 피드백 보정계수 α의 설정을 하지 않는 (보정계수 α를 클램프한다)오픈 제어상태로 한다.

단계 6에서 공연비 피드백 제어영역이라고 판별되면, 단계 7로 나아가고, 산소센서(16)의 출력에 의거하여 공연비 피드백 보정계수 α를 설정시킨다.

여기서, 통상 같으면, 상기 단계 7에서 설정된 공연비 피드백 보정 계수 α에 의거하여 공연비 학습 보정계수 K의 갱신학습을 수행할 것이지만, 배기온도가 낮기 때문에 산소센서(16)의 출력특성의 변화가 발생하고 있다는 것이 단계 3에서 예측되고 있으므로, 다음의 단계 8에서는 공연비 학습 보정계수 K의 학습갱신을 금지하고, 높은 배기온도상태에서 학습된 공연비 학습 보정계수 K를 갱신하지 않고 그대로 사용하여 공연비 학습보정을 실행시키도록 한다.

즉, 배기온도가 낮으므로 산소센서(16)의 출력특성이 변화하고 있을 때에는 (제5도 참조), 공연비 피드백 제어의 제어점이 목표공연비로부터 어긋나므로 (제4도 참조), 이때의 공연비 피드백 보정계수 α에 의거하여 공연비 학습 보정계수 K를 학습갱신하면, 목표공연비에서 어긋난 제어점을 학습하는 것이 되어버려 배기온도가 높아졌을 때에 이러한 잘못된 학습결과에 의거하여 공연비 학습보정이 이루어져, 공연비 제어정밀도를 악화시키는 것이 되고 만다. 이 때문에, 산소센서(16) 출력특성의 변화를 예측시키는 낮은 배기온도상태일 때에는 공연비 학습 보정계수 K의 갱신학습을 금지하고 잘못된 학습을 회피하는 것이다.

다음의 단계 9에서는 공연비 피드백 보정계수 α의 평균치(최대치와 최소치의 평균치)를 구하고, 단계 10에서는 현재의 기본연료분사량 Tp와 기관회전속도 Ne에 대응하는 공연비 학습 보정계수 K를 맵으로부터 읽어낸다. 그 읽어낸 공연비 학습 보정계수 K는 상기와 같이 낮은 배기온도시에 공연비 학습이 금지되고 있으므로, 높은 배기온도상태에서 학습된 값으로 된다.

상기 단계 9에서의 평균치의 연산은, 공연비 피드백 보정계수 α가 공연비 반전시의 비례제어와, 반전사이에 있어서의 적분제어에 의해 설정되는 구성인 경우에는 비례제어마다 구해지는 보정계수 α의 최대.최소치가 공연비 반전마다 평균하여 구해진다.

그리고, 단계 11에서는 상기 공연비 학습 보정계수 K와, 현상태의 공연비 보정치(공연비 피드백 보정계수 α의 평균치 x 공연비 학습 보정계수 K)의 편차를 보정치 A로서 설정하고, 다음의 단계 12에서는 상기 보정치 A를 공연비 피드백 보정계수 α에 가산하여 보정계수 α를 보정설정한다. 또한, 상기 평균치가 공연비 반전마다 구해지는 경우에는 상기 보정계수 α의 보정은, 공연비 반전마다 수행하게 된다.

상기 단계 10에서 읽어낸 공연비 학습 보정계수 K는 배기온도 조건은 다르긴 하지만, 현재의 기관운전조건 (기본연료분사량 Tp와 회전속도 Ne가 같은 조건)에 있어서 목표공연비를 얻기 위한 보정레벨을 학습한 수치이다.

여기서, 학습이 진행되고 있으면, 높은 배기온도 조건에서는 보정계수 α를 초기치의 1.0을 중심으로 하여 변화시키므로서, 목표공연비를 얻을 수 있게 되고, 보정요구는 공연비 학습 보정계수 K만으로 표시되게 된다.

한편, 단계 10에서 설정되는 공연비 피드백 보정계수 α는, 낮은 배기온도상태이기 때문에 소정의 출력특성이 아닌 특성으로 산소농도 검출신호를 출력하고 있는 산소센서(16)를 사용하여 설정된 수치로서, 제어점이 어긋나있는 것으로 예측된다.

그리고, 공연비 피드백 보정계수 α와 공연비 학습 보정계수 K에 의한 종합적인 보정레벨은, 배기온도에 의하지 않고 거의 일정할 것이므로, 공연비 학습 보정계수 K와 [공연비 피드백 보정계수 α의 평균치 × 공연비학습 보정계수 K]의 편차는, 낮은 배기온도조건이라는 것에 의한 산소센서(16)의 출력특성의 변화가 가져온 제어점의 오차를 표시하게 되는 것이다.

그래서, 공연비 학습 보정계수 K가 참된 보정요구레벨을 표시하는 것이라고 간주하고, 높은 배기온도상태에 있어서의 보정레벨과 거의 동등한 보정이 실시되도록 상기 편차를 공연비 피드백 보정계수 α에 가산하여, 낮은 배기온도조건에서 산소센서(16)의 출력특성이 변화하는데 따른 공연비 피드백 제어점의 어긋남을 보정하도록 한 것이다.

따라서, 시동직후나 외기온도가 낮고 또한 저부하로 운전되고 있는 경우로서 배기온도가 낮고, 산소센서(16)의 소기의 출력특성을 얻을 수 없는 상태일 때에, 거의 목표공연비 부근으로 피드백 제어할 수가 있으며, 따라서, 기관 운전성, 배기성의 개선을 꾀할 수 있게 된다.

또, 상기 실시예에서는 공연비 피드백 보정계수 α가 비례.적분제어되는 구성으로 하였으나, 이러한 제어방법에 한정되는 것은 아니고, 예컨대 비례.적분.미분제어를 사용하는 구성으로 해도 좋다.

또, 공연비 학습 보정계수 K의 학습갱신을 낮은 배기온도조건에서 정지함과 동시에, 공연비 학습 보정계수 K를 사용한 학습보정도 정지하는 구성으로 하여도 좋고, 이 경우, 높은 배기온도시에 학습한 학습 보정계수 K와, 낮은 배기온도시의 공연비 피드백 보정계수a의 편차를 보정치 A로해서 보정계수 α의 보정설정을 수행시키는 구성으로 하면 좋다.

또, 본 실시예에서는, 배기온도를 직접적으로 검출하는 센서를 설치했으나, 냉각수온도, 외기온도, 기관부하, 시동후 시간등의 정보에서 간접적으로 배기온도를 검출하는 구성으로 하여도 좋고, 또, 산소센서(16)의 출력레벨로부터 배기온도상태를 추정하는 구성으로 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기관배기중의 산소농도를 개재하여 기관흡입 혼합기의 공연비를 검출하고, 목표공연비를 얻기 위한 피드백 제어를 수행하는 공연비 제어장치에 있어서, 배기온도가 낮기 때문에 산소농도검출의 특성이 소기의 특성에서 변화하더라도, 공연비 피드백 제어에서의 제어점이 목표공연비로부터 어긋나게 되는 것을 회피할 수 있고, 따라서, 낮은 배기온도상태에서의 기관운전성, 배기성의 상태를 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 기관배기중의 산소농도를 검출하는 산소농도 검출수단과, 그 산소농도 검출수단으로 검출되는 산소농도에 의거하여 기관흡입 혼합기의 공연비를 목표공연비에 접근시키는 방향으로, 연료공급수단에 의하여 연료공급량을 보정하기 위하여 공연비 피드백 보정치를 설정하는 공연비 피드백 보정치 설정수단과, 그 공연비 피드백 보정치 설정수단으로 설정되는 공연비 피드백 보정치를 운전조건별로 공연비 학습보정치로서 학습하여 기억하는 공연비 학습수단과, 상기 연료공급수단에 의한 연료공급량을 상기 공연비 피드백 보정치 및 해당하는 운전조건의 공연비 학습보정치에 의거하여 보정하는 공연비 보정수단과, 기관의 배기온도를 검출하는 배기온도 검출수단과, 그 배기온도 검출수단으로 검출되는 배기온도가 소정온도 이하일 때에, 상기 공연비 학습수단에 의한 공연비 학습 보정치의 학습을 금지하는 낮은 배기온도시 학습금지수단과, 상기 배기온도 검출수단으로 검출되는 배기온도가 소정온도 이하일 때에, 상기 공연비 피드백 보정치 설정수단으로 설정된 공연비 피드백 보정치와, 상기 공연비 학습수단으로 학습되고 있는 해당 운전조건의 공연비 학습조정치에 의거하여 상기 공연비 피드백 보정치를 보정설정하는 낮은 배기온도시 보정수단을 포함하여 구성된 것을 특징을 하는 내연기관의 공연비 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 낮은 배기온도시 보정수단을, 해당 운전조건의 공연비 학습 보정치에 의한 공연비 보정 레벨에 접근시키는 방향으로, 공연비 피드백 보정치를 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 공연비 제어장치.