KR100208407B1

KR100208407B1 - 내연기관용 공전 속도 제어 시스템

Info

Publication number: KR100208407B1
Application number: KR1019970033955A
Authority: KR
Inventors: 고오이찌 아까보리; 노부따까 다까하시; 요시따까 데구찌
Original assignee: 하나와 요시카즈; 닛산 지도샤 가부시키가이샤
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1997-07-21
Publication date: 1999-07-15
Also published as: US6006723A; JP3613894B2; KR980009823A; JPH1037788A

Abstract

예를 들어 에어컨디셔너 스위치를 끔에 의해 엔진 부하의 감소를 초래하는 작동이 요청될 때, 이이들 속도 제어 시스템은 엔진 부하 감소량으로부터 연료 감소량을 계산하고, 또한 엔진 부하 감소후 원하는 공연비에 따른 공기 감소량을 계산한다. 제어 시스템은 엔진에 대한 공기 공급량을 공기 감소량만큼 감소시킨다. 그후 소정의 시간의 경과 후에 시스템은 (예를 들어 에어컨디셔너를 끔에 의해) 엔진 부하를 감소시키기 위해 에어컨디셔너와 같은 외부 부하를 제어하고, 연료 분사량을 연료 감소량만큼 감소시킨다. 예를 들어 에어컨디셔너를 켰을 때 제어 시스템은 엔진 부하 증가로부터 연료 증가량을 계산하고, 또한 연료 증가량과 엔진 부하 증가후의 원하는 공연비에 따라 공기 증가량을 계산한다. 그후 제어 시스템은 엔진 부하를 증가시키는 외부 부하를 제어하고, 연료 분사량을 증가시키고, 공기 공급량을 증가시킨다.

Description

내연기관용 공전 속도 제어 시스템

본 발명은 내연기관의 공전 속도를 사실상 일정하게 제어하는 방법 또는 시스템에 관한 것이다.

종래의 공전 속도 제어 시스템은 원하는 공전 속도로부터 편차를 감소시키기 위해 피드백 제어 모드에서 엔진 속도를 직접 검출하고 공기량(보조 공기 밸브의 개방도)를 제어하도록 배열된다.

그러나 예를 들어 에어컨디셔너를 켜거나 자동 변속기를 중립 위치에서 D 영역으로 이동시킴에 의해 외부 부하가 인가되면, 엔진 속도는 순간적으로 떨어진다. 상기 피드백 시스템은 외부 부하의 인가에 의한 공전 속도의 갑작스런 감소를 방지하는 데 응답이 늦고 비효율적이다.

일본 특개소 85-240843호에 개시된 공전 속도 제어 시스템은 외부 부하의 추가를 탐지하고 외부 부하 추가의 탐지시 연료 분사량을 증가시키도록 배열되어 있다. 외부 부하가 제거되면 시스템은 연료 분사량을 감소시킨다.

그러나 연료 분사량의 감소 및 부하의 제거가 동시에 수행되는 시스템에서 연료 공기 혼합물은 너무 희박해지기 쉽다. 특히 연료 소모를 감소시키기 위해 현저히 낮은 공연비로 작동하도록 설계된 희박 연소 엔진에서 공연비는 연료 분사량의 감소에 의해 희박 한계에 도달하여 불량한 연소 또는 불쾌한 주행감을 일으킬 수 있다.

반면 연료 분사량의 증가 및 외부 부하의 추가의 동시 작동은 공기 연료 혼합물을 진하게 하고 연료 소모 및 배기 성능을 악화시킨다.

그러므로 본 발명의 목적은 외부 부하가 제거 또는 인가될 때 구동성, 연료 소모 및 배기 성능을 향상시킬 수 있는 엔진 공전 속도 제어 시스템 또는 방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 다양한 수단의 제1 배열을 도시한 블록도.

도2는 본 발명의 다양한 수단의 제2 배열을 도시한 블록도.

도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 제어 시스템의 개략도.

도4는 도3의 제어 시스템에 의해 수행되는 주기적 제어 작업의 흐름도.

도5는 도3의 제어 시스템에 의해 수행되는 중단 제어 작업의 흐름도.

도6은 도3의 제어 시스템에 의해 수행되는 공기 공급량 수정 과정의 흐름도.

도7은 도3의 제어 시스템에 의해 수행되는 에어컨디셔너 부하 제어 과정의 흐름도.

도8은 도3의 제어 시스템에 의해 수행되는 연료 공급량 수정 과정을 도시한 흐름도.

도9는 에어컨디셔너 부하가 제거되었을 때 도3의 제어 시스템의 성능 특성을 도시한 도면.

도10은 에어컨디셔너 부하가 인가되었을 때 도3의 제어 시스템의 성능 특성을 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

5: 연소실

10: 드로틀 밸브

12: 보조 공기 밸브

15: 제어 유니트

16: 공기 유동 센서

17: 크랭크각 센서

21: 에어컨디셔너 스위치

22: 컴프레서

본 발명에 의하면, 내연기관의 공전 속도를 제어하는 공전 속도 제어 시스템은 도1에 도시된 바와 같이, 부하 감소 작동 요청 탐지 수단과, 필요 공연비 설정 수단과, 연료 감소량 계산 수단과, 공기 감소량 계산 수단과, 공기 공급량 수정 수단과, 부하 제어 수단과, 연료 공급량 수정 수단을 포함한다.

부하 감소 작동 요청 탐지 수단은 엔진의 부하를 감소시키는 작동을 위한 부하 감소 작동 요청을 탐지한다. 예를 들어 부하 감소 작동 요청 탐지 수단은 차량의 에어컨디셔너를 끄는 작동을 탐지한다.

필요 공연비 설정 수단은 엔진 작동 상태에 따라 엔진에 공급되는 연료 공기 혼합물의 필요 공연비를 설정한다.

연료 감소량 계산 수단은 부하 감소 작동 요청이 탐지될 때 연료 분사량을 감소시키는 연료 감소량을 계산한다. 연료 감소량 계산 수단은 부하 감소량으로부터 필요 공전 속도를 유지하는 데 필요한 발생 토크에 대응하는 연료 감소량을 계산한다.

공기 감소량 계산 수단은 부하 감소 작동 요청이 탐지되었을 때 전술한 연료 감소량과 부하 감소후의 엔진 작동 상태를 위한 필요 공연비에 따라 공기 공급량을 감소시키기 위해 공기 감소량을 계산한다.

공기 공급량 수정 수단은 부하 감소 작동 요청이 탐지되었을 때 공기 감소량에 따라 공기 공급량을 감소시킨다.

부하 제어 수단은 부하 감소 작동 요청의 탐지시 소정 기간의 경과후 엔진의부하를 감소시킨다.

연료 공급량 수정 수단은 부하 감소 작동 요청의 탐지로부터 소정 기관 경과후 연료 감소량에 따라 연료 분사량을 감소시킨다.

엔진 부하가 감소되려 할 때 이 제어 시스템은 공기 공급량을 미리 감소시키고, 그럼으로써 연료 공기 혼합물을 연료 분사량이 부하 감소에 따라 감소될 때 소정의 필요 공연비를 얻도록 농후한 상태가 되게 한다. 그러므로 제어 시스템은 엔진 부하의 감소를 응답성이 좋고 원활한 방식으로 보상할 수 있다. 또한 이 제어 시스템은 연료 공급량의 감소에 의해 공기 연료 혼합물이 너무 희박해지는 것을 방지할 수 있고, 그럼으로써 원활하고 양호한 엔진 공전 성능을 유지할 수 있다.

이 제어 시스템은 부하의 감소와 동시에 연료 분사량을 감소시킨다. 그러므로 제어 시스템은 부하의 변동을 충실하게 그리고 응답성 좋게 추종할 수 있다. 또한 이 제어 시스템은 연료 공기 혼합물을 약간 더 농후하게 하기 위해 공기 공급량을 사전에 감소시킨다. 그러므로 이 제어 시스템은 연료 분사량의 감소에 의해 연료 공기 혼합물이 희박 한계에 도달하는 것을 방지하고 연소를 안정되게 유지할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 내연기관의 공전 속도를 제어하는 공전 속도 제어 시스템은 제2도에 도시된 바와 같이, 부하 증가 작동 요청 탐지 수단과, 필요 공연비 설정 수단과, 연료 증가량 계산 수단과, 공기 증가량 계산 수단과, 공기 공급량 수정 수단과, 부하 제어 수단과, 연료 공급량 수정 수단과 공기 공급량 수정 수단을 포함한다.

부하 증가 작동 요청 탐지 수단은 엔진의 부하를 증가시키는 작동을 위한 부하 증가 작동 요청을 탐지한다. 예를 들어 부하 증가 작동 요청 탐지 수단은 차량의 에어컨디셔너를 켜는 작동을 탐지한다.

연료 증가량 계산 수단은 부하 증가 작동 요청이 탐지될 때 연료 분사량을 증가시키는 연료 증가량을 계산한다. 연료 증가량 계산 수단은 부하 증가량으로부터 필요 공전 속도를 유지하는 데 필요한 발생 토크에 대응하는 연료 증가량을 계산한다.

공기 증가량 계산 수단은 부하 증가 작동 요청이 탐지되었을 때 전술한 연료 증가량과 부하 증가후의 엔진 작동 상태를 위한 필요 공연비에 따라 공기 공급량을 증가시키기 위해 공기 증가량을 계산한다.

부하 제어 수단은 부하 증가 작동 요청의 탐지시 부하를 증가시킨다.

연료 공급량 수정 수단은 부하 증가 작동 요청의 탐지시 연료 증가량에 따라 연료 분사량을 증가시킨다.

공기 공급량 수정 수단은 부하 증가 작동 요청이 탐지되었을 때 공기 증가량에 따라 공기 공급량을 증가시킨다.

엔진 부하가 증가되려 할 때 제어 시스템은 엔진 부하의 증가량에 따라 연료 분사량을 증가시키고, 그후 필요 공연비를 얻기 위해 공기 공급량을 증가시킨다. 그러므로 제어 시스템은 부하의 증가를 응답성 좋고 원활한 방식으로 보상할 수 있다. 또한 이 제어 시스템은 공연비가 농후 상태로 오래 머무르는 것을 방지하여 연료 경제와 배기 특성을 향상시킬 수 있다.

이 제어 시스템은 연료 분사량을 부하의 증가와 동시에 증가시킨다. 그러므로 제어 시스템은 부하의 변동을 충실하고 응답성 좋게 추종할 수 있다. 그후 공기 공급량은 증가된다. 이 제어 시스템은 그러므로 공기 연료 혼합물이 농후하게 남아있는 것을 방지함으로서 연료 소모 및 배기 가스 제어를 향상시킬 수 있다.

도3은 본 발명의 한 실시예에 의한 공전 속도 제어 시스템을 도시한다.

내연 기관(1)이 실린더 헤드(2)와 실린더 블록(3)과 피스톤(4)에 의해 각각 한정된 복수의 연소실(5)을 갖는다. 각 연소실(5)은 흡기 밸브(5)를 통해 흡기 통로(7)와 연결되고, 배기 밸브(8)를 통해 배기 통로(9)와 연결된다.

가속 페달과 연결된 드로틀 밸브(10)가 흡기 다기관의 상류 위치에서 흡기 통로(7)내에 배치된다. 드로틀 밸브(10)는 흡기 공기량을 제어한다.

바이패스 통로(11)가 드로틀 밸브(10)를 바이패스한다. 스텝모터형의 보조 공기 밸브(12)가 바이패스 통로(11)내에 배치된다. 보조 공기 밸브(12)는 제어 유니트(15)에 의해 발생된 제어 신호에 응답하여 그 개방도를 변동시킴으로써 보조 공기량(≒공전 작동중 흡기량)을 제어한다.

전자기형 연료 분사기(또는 분사 밸브, 13)가 각 연소실(5)로 삽입된다. 제어 유니트(15)로부터의 구동 펄스 신호에 응답하여 각 연료 분사기(13)는 엔진 회전과 동기되는 소정의 타이밍에서 연료의 제어된 양을 분사한다.

점화 플러그(14)가 각 연소실(5)에 삽입된다. 제어 유니트(15)로부터의 제어 신호에 응답하여 각 점화 플러그(14)는 제어된 타이밍에서 (도시되지 않은) 점화 코일의 도움으로 연소실(5) 내에 공기 연료 혼합물을 점화한다.

보조 공기 밸브(12), 연료 분사기(13) 및 점화 플러그(14)를 제어하기 위해 제어 유니트(15)는 다양한 센서들로부터의 신호를 수용한다. 본 예의 공기 유동 센서(또는 공기 유량계, 16)는 고온 와이어형이다. 공기 유동 센서(16)는 드로틀 밸브(10)의 상류측의 흡기 통로(7)에 배치된다. 공기 유동 센서(16)는 흡기량(또는 흡입 공기 유량, Q)을 탐지한다.

크랭크각 센서(17)는 크랭크축의 (연소가 일어날 때마다의) 각각의 각 변위에서 기준 신호 펄스를 발생시킨다. 제어 시스템은 기준 신호 등의 반복 주기로부터 엔진 회전 속도(N)를 계산할 수 있다.

전위차계형의 드로틀 위치 센서(18)가 드로틀 밸브(10)와 연결된다. 드로틀 위치 센서(18)는 드로틀 개방(개방도, throttle opening degree, TVO)을 탐지한다. 본 예의 드로틀 위치 센서(18)는 드로틀 밸브(10)가 최소 드로틀 설정을 위한 폐쇄 또는 공전 위치에 있을 때 켜지는 공전 스위치를 그안에 갖는다.

냉각제 온도 센서(19)가 실린더 블록(3)의 수냉 재킷에 삽입되고, 엔진(1)의 냉각수 온도(cooling water temperature, TW)을 탐지하도록 배열된다.

O₂센서(20)가 배기 통로(9)에 삽입된다. 산소 센서(20)는 엔진(1)의 흡기 혼합물의 공연비와 밀접하게 관련된 배기중의 산소 함량을 나타내는 센서 출력 신호를 발생시킨다.

제어 시스템은 본예에서 에어컨디셔너의 형태인 외부 부하를 제어하도록 배열된다. 에어 컨디셔너 스위치(21)가 제어 유니트(15)와 연결된다. 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너로의 작동 요청을 탐지하기 위해 에어컨디셔너 스위치(21)로부터의 신호를 수용한다. 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 컴프레서(22)와 또한 연결되고, 컴프레서(22)의 작동을 그에 신호를 보냄에 의해 제어하도록 배열된다.

본 예의 제어 유니트(15)는 CPU, ROM, RAM 및 입출력 인터페이스를 포함하고 도4 및 도5에 도시된 제어 임무에 따른 제어를 수행한다.

각 제어 임무는 통상적 작동을 위한 하나 이상의 단계 및 공전 작동을 위한 하나 이상의 단계를 포함한다. 통상 작동을 위한 단계는 엔진(1)의 공전 작동에서만이 아니라 통상 작동에서도 수행되나, 반면 공전 작동을 위한 단계는 단지 공전 작동에서만 수행된다. 공전 작동을 위한 단계는 엔진(1)의 공전 상태를 구별하는 공전 구별 단계에 의해 선행된다. 도4 및 도5는 공전 구별 단계를 생략하고, 엔진 공전 작동의 경우 이어지는 제어 작동의 순서를 도시한다.

도4는 본 예에서 10 msec의 규칙적 간격으로 수행되는 주기적 임무를 도시한다.

단계(S101)에서 제어 유니트(15)는 센서로부터 입력되고 메모리에 저장되는 다양한 변수들을 판독한다.

단계(S102)에서 제어 유니트(15)는 부하 요청으로서 에어컨디셔너 스위치(21)의 상태를 탐지한다. 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 스위치(21)가 ON이면 ACSW를 1로(ACSW=1) 설정하고, 에어컨디셔너 스위치(21)가 OFF이면 ACSW를 0으로 (ACSW=0) 설정한다. 이 단계는 부하 증가 작동 요청 탐지 수단 및 부하 감소 작동 요청 탐지 수단에 대응한다.

단계(S103)에서 제어 유니트(15)는 엔진 작동 상태(주로 엔진 냉각제 온도 TW에 따라) 필요 공전 속도(Ns)를 결정한다.

단계(S104)에서 제어 유니트(15)는 탐지된 실제 엔진 속도(N)과 필요 공전 속도(Ns) 사이의 편차를 계산한다.

단계(S105)에서 제어 유니트(15)는 편차를 줄이기 위해 공기 공급량에 대한 피드백량을 조사하고, 피드백량에 따라 공기 공급량을 계산한다.

단계(S106)에서 제어 유니트(15)는 도6에 도시된 공기량 수정을 수행한다.

단계(S107)에서 제어 유니트(15)는 보조 공기 밸브(12)의 개방을 공기량 수정에 의해 결정된 수정후 공기 공급량을 얻도록 설정한다.

도5는 연소가 일어날 때마다 생성되는 각 기준 신호 펄스(REF)의 발생직후 수행되는 중단 임무를 도시한다.

단계(S201)에서 제어 유니트(15)는 메모리로부터 연소 발생의 주기 TREF 등의 변수를 판독한다.

단계(S202)에서 제어 유니트(15)는 TREF로부터 엔진 회전 속도 N을 계산한다.

단계(S203)에서 제어 유니트(15)는 도7에 도시된 에어컨디셔너 부하 제어를 수행한다.

단계(S204)에서 제어 유니트(15)는 엔진 작동 상태(주로 흡기 공기 유동량 Q 및 엔진 속도 N)에 따라 기초 연료 분사량 Tp(=K·Q;K는 상수)를 결정한다.

단계(S205)에서 제어 유니트(15)는 도8에 도시된 연료량 수정을 수행한다.

단계(S206)에서 제어 유니트(15)는 수정후 연료 분사량을 얻도록 연료 분사기(13)에 구동 펄스 신호의 분사 펄스폭을 결정한다.

단계(S207)에서 제어 유니트(15)는 엔진 작동 상태(주로 엔진 속도 N 및 기초 연료 분사량 Tp)에 따라 기초 점화 타이밍을 결정한다.

단계(S208)에서 제어 유니트(15)는 공전 작동을 안정화시키기 위해 피드백 점화 타아밍 제어를 수행할 지 여부를 결정한다.

단계(S209)에서 피드백 점화 타이밍 제어가 수행될 때에만, 제어 유니트(15) 는 회전 편차를 제한하는 방향으로 점화 타이밍 피드백량을 계산하고 점화 타이밍 피드백량에 따라 점화 시기를 수정한다. 피드백 점화 타이밍 제어가 수행되지 않게 되면 제어 유니트(15)는 기초 점화 타이밍과 동등한 점화 타이밍을 설정한다.

단계(S210)에서 제어 유니트(15)는 제어된 수정 순간에 각 연소실의 공기/연료 혼합물을 점화하는 점화 타이밍을 설정한다.

도6은 공기량 수정 과정을 도시한다. 이 수정 절차에서 제어 시스템은 에어 컨디셔너 스위치(21)가 ON에서 OFF로 될 때 감소 수정을 수행하고, 에어 컨디셔너 스위치(21)가 OFF에서 ON으로 될 때 증가 수정을 즉시 수행한다.

단계(S301)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW가 0에서 1로 변경되었는 지 여부를 결정한다. 도7의 과정에 의해 에어컨디셔너 플래그 FACSW는 에어 컨디셔너 스위치(21)가 OFF에서 ON으로 될 때 1로 전환되고, 에어 컨디셔너 스위치(21)가 ON에서 OFF로 될 때 0으로 전환된다.

FACSW가 0에서 1로 전환되면 (즉 에어컨디셔너 부하의 추가가 요청되면), 제어 유니트(15)는 단계(S302 내지 S304)를 수행하고, 그후 단계(S309)로 진행한다.

단계(S302)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 부하가 추가될 때 그에 의해 연료 분사량이 증가되는 연료 증가량을 결정한다. 단계(S302)는 연료 증가량 계산 수단에 대응한다.

단계(S303)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 부하의 추가후 사용을 위한 부하후 추가 필요 공연비를 결정한다. 단계(S303)는 도2에 도시된 필요 공연비 설정 수단에 대응한다.

단계(S304)에서 제어 유니트(15)는 연료 증가량 및 부하후 추가 필요 공연비에 따라 에어컨디셔너 부하 추가후 추가되는 공기 증가량을 결정하고, 이와 같이 설정된 양을 공기 수정량으로 설정한다. 이 단계는 공기 증가량 계산 수단에 대응한다.

단계(S305)에서 제어 유니트(15)는 에어 컨디셔너 스위치 플래그 FACSW가 1에서 0으로 변경되었는 지 여부를 결정한다. FACSW가 1에서 0으로 변동되면 (즉 에어컨디셔너 부하의 제거가 요청되면) 제어 유니트(15)는 단계(S306∼S308)를 수행하고 그후 단계(S309)로 진행한다.

단계(S306)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 부하가 제거될 때 그에 의해 연료 분사량이 감소되는 연료 감소량을 결정한다. 단계(S306)은 연료 감소량 계산 수단에 대응한다.

단계(S307)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 부하의 제거후의 사용을 위한 부하제거후 필요 공연비를 결정한다. 단계(S307)는 도1에 도시된 필요 공연비 설정 수단에 대응한다.

단계(S308)에서 제어 유니트(15)는 연료 감소량 및 부하제거후 필요 공연비에 따라 에어컨디셔너 부하 제거후 감해지는 공기 감소량을 결정하고, 이와 같이 결정된 양을 공기 수정량으로 설정한다. 이 단계는 공기 감소량 계산 수단에 대응한다.

단계(S309)는 공기 증가 프로그램 영역(S302∼S304) 또는 공기 감소 프로그램 영역(S306∼S308)의 수행후 도달된다. 또는 단계(S309)는 FACSW의 값이 변경되지 않으면 바로 도달된다. 단계(S309)에서 제어 유니트(15)는 공기 수정량의 현재 설정값에 따라 공기 공급량을 수정한다. 이 단계는 공기량 수정 수단에 대응한다.

도7은 에어컨디셔너 부하 제어 과정을 도시한다. 이 과정에서 제어 시스템은 에어 컨디셔너 스위치(21)가 ON에서 OFF로 되었을 때 소정의 시간(본 예에서 0.5초) 에어컨디셔닝 컴프레서(22)를 정지시키고, 에어 컨디셔너 스위치(21)가 OFF에서 ON으로 되면 즉시 에어 컨디셔닝 컴프레서(22) 구동을 시작한다.

단계(S401)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 스위치(21)가 ON(ACSW=1)인지 여부를 조사한다. 제어 유니트는 에어 컨디셔너 스위치(21)가 ON일 때 (ACSW=1) 단계(S402)로 진행한다.

단계(S402)에서 제어 유니트(15)는 에어 컨디셔너 스위치 플래그 FACSW가 1인지 여부를 조사한다.

에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW = 0일 때[에어 컨디셔너 스위치(21)가 ON으로 된후 최초 수행의 경우에] 제어 유니트(15)는 단계(S403)로 진행한다. 단계(S403)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW를 1로 설정하고, ACOUT를 1로 설정함에 의해 에어컨디셔닝 컴프레서(22)를 구동한다. 이 단계는 부하 제어 수단에 대응한다. 에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW=1일 때 제어 유니트(15)는 이 과정을 즉시 종료시킨다.

에어 컨디셔너 스위치(21)가 OFF(ACSW=0)일 때 제어 유니트(15)는 단계(S404)로 진행한다.

단계(S404)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW가 0과 같은지 여부를 결정한다.

에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW=1일때[에어 컨디셔너 스위치(21)가 OFF로 된후 첫번째로] 제어 유니트(15)는 단계(S405)로 진행한다.

단계(S405)에서 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW를 0으로 설정하고(FACSW=0), 타이머 DLY를 ACOFDLY의 초기값으로 설정한다. 타이머 DLY는 소정 길이의 규칙적 시간 간격으로 주기적으로 감소된다. 그러므로 제어 유니트(15)는 소정 시간의 경과를 신호 처리하기 위한 시간 측정을 시작한다.

그후 제어 유니트(15)는 에어컨디셔너 스위치 플래그 FACSW가 0으로 설정되므로 단계(S404)에서 단계(S406)로의 경로를 취한다.

단계(S406)에서 제어 유니트(15)는 소정의 기간 경과 여부를 결정하기 위해 타이머 DLY가 0으로 감소되었는 지 여부를 검사한다. 소정 기간이 경과하고 그러므로 DLY=0이면, 제어 유니트(15)는 단계(S407)로 진행한다.

단계(S407)에서 제어 유니트(15)는 ACOUT를 0으로 설정함에 의해 에어컨디셔닝 컴프레서(22)의 구동을 중지시킨다. 이 영역은 부하 제어 수단에 대응한다.

도8은 연료 공급량 수정 과정을 도시한다. 이 과정은 ACOUT=1일 때 증가 수정을 수행하고 ACOUT=0일 때 감소 수정을 수행하도록 배열되어 연료 공급량 수정을 에어컨디셔너 부하 제어와 동기되게 수행한다.

단계(S501)에서 제어 유니트(15)는 ACOUT=1인지 여부(즉 에어 컨디셔너가 작동중인 지 여부)를 검사한다.

ACOUT=1일 때(에어컨디셔너가 작동중일 때) 제어 유니트(15)는 단계(S502)로 진행하고 연료 분사량을 단계(S302)에서 계산된 연료 증가량에 따라 증가시킨다.

ACOUT=0일 때 (에어컨디셔너가 작동중이 아닐 때) 제어 유니트(15)는 단계(S503)로 진행하고, 연료분사량을 단계(S306)에서 계산된 연료감소량에 따라 감소시킨다.

단계(S502) 및 단계(S503)은 연료량 수정 수단에 대응한다.

도9 및 도10은 본 실시예에 의한 제어 시스템의 에너컨디셔너 스위치, 에어컨디셔너 부하, 연료분사량, 공기 공급량 및 공연비의 변동을 도시한다. 본 예에서 엔진은 연료가 각 실린더에 직접 분사되고, 공연비가 공전 작동중 희박 상태로 제어되는 이른바 직접 분사 희박 연소 엔진이다. 본 실시예의 제어 시스템은 이하의 방식으로 에어컨디셔닝 부하의 온/오프 스위칭에 응답하여 직접 분사 희박 연소 엔진의 공전 속도를 제어한다.

에어 컨디셔너 스위치(21)가 ON에서 OFF로 될때:

에어 컨디셔너 스위치(21)가 에어컨디셔너 부하가 추가되고 각 실린더의 공기연료 혼합물이 희박한 상태일 때 OFF로 되면, 제어 시스템은 공기 공급량을 감소시킴에 의해 각 실린더의 공기 연료 혼합물의 공연비를 더 농후한 상태로 변동시킨다. 그후 에어컨디셔너를 끄라는 요청의 발생후 소정 기간(예를 들어 0.5초)의 종료시 제어 시스템은 에어컨디셔너 부하를 제공하고, 동시에 연료 분사량을, 공기 공급량을 일정하게 유지하면서 에어컨디셔너 부하의 감소량에 대응하는 양만큼 감소시킨다. 그러므로 각 실린더의 혼합물의 공연비는 희박 수준으로 복귀된다. 그러나 공기 연료 혼합물이 사전에 약간 농후하게 만들어지므로 연료 분사량의 이 감소는 공기 연료 혼합물을 희박 한계를 넘어 너무 희박하게 만들지는 않는다.

이 경우 선택적으로 에어컨디셔너 부하의 제거 타이밍과 연료 분사량 감소 타이밍을 서로에 대해 이동시켜 엔진의 출력 토크의 실제 감소가 엔진의 실제 감소와 일치하게 할 수 있다. 이같은 시간차는 엔진 성능을 더 향상시킨다.

에어컨디셔너가 OFF에서 ON으로 될때:

에어 컨디셔너 스위치(21)가 엔진이 에어컨디셔너 부하가 없고 공기 연료 혼합물이 희박한 상태일 때 켜진다. 만일 이같은 경우 에어컨디셔너 부하가 연료 분사량의 증가와 동시에 추가되면, 연료 분사량의 증가는 공기 연료 혼합물을 약간 농후하게 한다. 필요 공연비는 에어컨디셔너 부하의 추가이전과 마찬가지로 유지되므로, 공기 공급량의 증가 수정은 공기 연료 혼합물을 원래의 희박 수준으로 점진적으로 희박하게 한다.

이 경우 선택적으로 에어컨디셔너 부하의 추가 타이밍과 연료 분사량의 증가 타이밍을 서로에 대해 이동시켜 부하의 실제 증가 타이밍과 엔진의 출력 토크의 실제 증가 타이밍이 일치하게 할 수 있다. 이같은 시간차는 엔진 성능을 더욱 향상시킨다.

설명된 실시예에 의하면, 주 드로틀 밸브(10), 보조 공기 밸브(12) 및, 연료 분사기를 갖는 연료 분사 시스템과 같은 연료 공급 장치(13)를 갖춘 내연 기관(1)용 제어 시스템은 외부 부하 유니트(22), 스위칭 장치(21), 탐지 장치(18) 및 제어 유니트(15)를 포함한다. 외부 부하 유니트는 외부 부하 유니트가 소정의 저부하 상태일 때 내연 기관에 인가된 엔진 로드를 감소시키고, 외부 부하 유니트가 소정의 고부하 상태일 때 엔진 부하를 증가시킨다. 도시된 실시예에서, 외부 부하 유니트는 주 부품으로서 에어컨디셔닝 컴프레서(22)를 갖는 에어컨디셔너이다. 에어컨디셔너는 엔진 및 컴프레서 사이에 구동 연결을 형성하고 해제함으로써 에어컨디셔너를 저부하 및 고부하 상태로 전환하는 전자기 클러치와 같은 액츄에이터를 포함할 수 있다. 스위칭 장치(21)는 고부하 상태(또는 ON 상태)로부터 저부하 상태(또는 OFF 상태)로의 외부 부하 유니트의 변경을 요청하는 감소 요청 신호(또는 A/C 끔 신호)를 발생시킨다. 탐지 장치(18)는 엔진이 공전 상태일 때 공전 상태 신호를 발생시킨다.

스위칭 장치로부터의 감소 요청 신호에 응답하여, 엔진 공전 작동중 제어 유니트는 엔진 로드를 외부 부하 유니트를 고부하 상태로부터 저부하 상태로 스위칭함에 의해 감소시키고, 또한 공기 공급량 및 연료 공급량을 감소시킨다. 설명된 실시예의 제어 유니트는 공기 공급량 감소후의 고부하 상태로부터 저부하 상태로의 외부 부하 유니트의 스위칭 작동과 연료 분사량의 감소를 지연시킨다. 이를 위해 제어 유니트는 스위칭 장치로부터 감소 요청 신호의 수령 직후 공기 공급량을 감소시키도록 보조 공기 밸브에 명령하는 공기 감소 명령 신호를 발생시키고, 감소 요청 명령의 수령후 소정의 제1 기간 경과 후에 연료 공급량 감소를 (연료 분사 시스템과 같은) 연료 공급 장치에 명령하는 연료 감소 명령 신호를 발생시키고, 감소 요청 명령의 수령후 소정의 제2 기간 경과 후에 고부하 상태로부터 저부하 상태로 외부 부하 유니트를 전환시키는 부하 감소 명령 신호를 발생시킨다. 설명된 예에서 제1 및 제2 기간은 서로 같다. 보조 공기 밸브는 밸브 요소 및 이를 움직이는 스텝 모터를 포함할 수 있다.

이 제어 시스템은 부하의 감소와 동시에 연료 분사량을 감소시킨다. 그러므로 제어 시스템은 부하의 변동을 충실하게 그리고 응답성 좋게 추종할 수 있다. 또한 이 제어 시스템은 공기 공급량을 사전에 감소키겨 공기 연료 혼합물을 농후하게 한다. 그러므로 이 제어 시스템은 연료 분사량의 감소에 의해 공기 연료 혼합물이 희박 한계에 도달하는 것을 방지하고 안정된 상태의 연소를 유지할 수 있다.

설명된 실시예에 의한 스위칭 장치(21)는 저부하 상태로부터 고부하 상태로의 변동을 요청하는 증가 요청 신호(또는 A/C 켬 신호)를 또한 발생시킨다. 증가 요청 신호에 응답하여 제어 유니트는 외부 부하 유니트를 저부하 상태로부터 고부하 상태로 스위칭함에 의해 엔진 부하를 증가시키고, 공기 공급량 및 연료 공급량을 또한 증가시킨다. 설명된 실시예의 제어 시스템에서, 공기 공급량의 증가는 연료 분사량의 증가 및 저부하 상태로부터 고부하 상태로의 외부 부하 유니트의 스위칭 작동에 대해 약간 지연된다. 설명된 실시예의 제어 유니트는 증가 요청 신호의 수령시 공기 공급량의 증가를 보조 공기 밸브에 명령하는 공기 증가 명령 신호와, 연료 공급 장치가 연료 공급량을 증가시키게 하는 연료 증가 명령 신호와, 저부하 상태로부터 고부하 상태로 외부 부하 유니트를 전환시키는 부하 증가 명령 신호를 발생시킨다.

이 제어 시스템은 연료 분사량을 부하의 증가와 동시에 증가시킨다. 그러므로 제어 시스템은 부하의 변동을 충실하고 응답성 좋게 추종할 수 있다. 그후 공기 공급량은 증가된다. 이 제어 시스템은 그러므로 공기 연료 혼합물이 농후하게 남아있는 것을 방지함으로써 연료 소모 및 배기 가스 제어를 향상시킬 수 있다.

설명된 실시예의 이와 같이 구성된 제어 시스템은 에어컨디셔너의 턴오프 작동의 경우에 공기 공급량을 사전에 감소시키고, 반면 에어컨디셔너의 턴온 작동의 경우에 공기 공급량은 이후에 감소된다. 도시된 예에서 의도적 지연(예를 들어 0.5초)은 턴오프 작동의 경우에만 도입되었다.

도시된 예에서 도4의 단계(S103)에서 제어 유니트(15)에 의해 설정된 필요 공전 속도(Ns)는 외부 부하 유니트의 상태에 따라 변동된다. 예를 들어 차량의 자동 변속기가 D범위일 때 필요 공전 속도(Ns)는 에어컨디셔너가 OFF일 경우 650 rpm으로 설정되고, 에어컨디셔너가 ON일 때(엔진 냉각제 온도 및 다른 작동 조건이 변하지 않고 유지된다면) 700 rpm으로 설정된다. 자동 변속기가 N범위일 때 필요 공전 속도(Ns)는 에어컨디셔너가 OFF일 경우 750 rpm으로 설정되고, 에어컨디셔너가 ON일 때 850 rpm으로 설정된다. 이 방식으로 필요 공전 속도(Ns)는 에어컨디셔너가 켜질 때 증가된다.

도6의 단계(303 또는 307)에서 설명된 예의 제어 유니트(15)는 외부 부하의 게거 또는 추가후 구동 토크의 과잉 또는 부족에 의해 엔진 속도가 불안정해지는 것을 방지하도록 엔진 속도 및 실린더로 유입하는 공기량[또는 부스트(boost)]에 따라 부하 변동후 필요 공연비를 결정한다. 예를 들어 700 rpm의 엔진 속도에서 엔진 토크(또는 축 토크)는 공연비가 (희박한쪽으로) 증가함에 따라 감소한다. 에어컨디셔너가 ON에서 OFF로 될 때 엔진이 14.7의 공연비에서 작동하여 9.0 Kgm의 엔진 토크를 발생시키고 에어컨디셔닝 컴프레서가 5.0 Kgm의 토크에 의해 구동된다는 가정하에, 에어컨디셔너의 OFF 상태의 엔진 토크는 구동 토크의 과잉 또는 부족을 방지하고 엔진 속도를 안정되게 유지하기 위해 4.0 Kgm로 설정된다. 필요 공연비는 4.0 Kgm의 엔진 토크를 얻기에 필요한 값(예를 들어 30)으로 설정된다.

도6의 단계(S302 또는 S306)에서 설명된 예의 제어 유니트(15)는 (에어컨디셔닝 컴프레서를 구동하는 토크와 같은) 부하 토크의 변동에 따라 연료 증가량 또는 감소량을 계산한다. 이 경우 공연비에 의한 수정을 선택적으로 채용한다.

전술한 바와 같이 에어컨디셔너 부하의 추가 및 제거 타이밍 및 연료 분사량의 증가 및 감소 타이밍 사이에는 시간차가 도입될 수 있다. ON에서 OFF로의 에어컨디셔너 스위치의 스위칭 작동의 경우 컴프레서 부하의 실제 감소는 (컴프레서 및 엔진 사이의 클러치가 릴레이에 의해 제어되기 때문에) 약간 지연될 수 있다. 그러므로 연료량의 동시 감소는 컴프레서 부하가 실제로 엔진에서 제거되기 전에 사전 감소를 초래하여 엔진 속도의 원치않는 감소를 일으킬 수 있다. 그러므로 시간차는 부하 변경의 명령 신호로부터 부하의 실제 응답 변경까지의 지연과, 연료 공급량의 변경 명령 신호의 발생으로부터 엔진 토크의 실제 응답 변경까지의 지연에 기초하여, 부하의 실제 감소(또는 증가) 및 토크의 실제 감소(또는 증가)가 동시에 일어나게 하도록 조정될 수 있다.

상기 구성에 의해 본 발명은 내연 기관의 공전 속도를 사실상 일정하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

Claims

내연기관의 공전 속도를 제어하는 공전 속도 제어 시스템에서,

엔진 부하의 감소를 일으키는 작동을 위한 부하 감소 작동 요청을 탐지하는 부하 감소 작동 요청 탐지 수단과,

엔진 작동 상태에 따라 엔진에 공급되는 공기 연료 혼합물의 필요한 공연비를 설정하는 필요 공연비 설정 수단과,

부하 감소 작용 요청 탐지시 연료 분사량을 감소시키기 위한 연료 감소량을 계산하는 연료 감소량 계산 수단과,

부하 감소 작동 요청 탐지시 필요 공연비 및 연료 감소량에 따라 공기 공급량을 감소시키기 위해 공기 감소량을 계산하는 공기 감소량 계산 수단과,

부하 감소 작동 요청 탐지시 공기 감소량에 따라 공기 공급량을 감소시키는 공기 공급량 수정 수단과,

부하 감소 작동 요청 탐지로부터 소정 기간의 종료시 엔진의 부하를 감소시키는 부하 제어 수단과,

부하 감소 작동 요청 탐지로부터 소정 기간의 종료시 연료 감소량에 따라 연료 분사량을 감소시키기 위한 연료 공급량 수정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 소정 기간은 공기 공급량 수정 수단에 의해 공기 공급량을 감소시키는 작동으로부터 엔진의 실린더로 유입되는 공기량의 실제 감소까지의 기간과 대략 같거나 더 긴 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 부하 제어 수단과 연료 공급량 수정 수단은 부하 제어 수단의 부하 감소 작동 및 연료 공급량 수정 수단의 연료 감소 작동 사이의 시간 차가 있어 엔진에 인가되는 부하 토크의 실제 감소와 엔진의 출력 토크의 실제 감소가 서로 일치하게 하도록 시간 설정되는 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 부하는 에어컨디셔너 부하인 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
제1항에 있어서, 필요 공연비 설정 수단은 부하 감소후 필요 공연비를 결정하는 수단을 포함하고, 연료 감소량 계산 수단은 부하 감소후 필요 공전 속도를 유지하는 데 필요한 출력 토크에 대응하는 연료 감소량을 계산하는 수단을 포함하고, 공기 감소량 계산 수단은 부하 감소후의 필요 공연비 및 연료 감소량에 따라 공기 감소량을 계산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
내연기관의 공전 속도를 제어하는 공전 속도 제어 시스템에서,

엔진 부하의 증가를 일으키는 작동을 위한 부하 증가 작동 요청을 탐지하는 부하 증가 작동 요청 탐지 수단과,

엔진 작동 상태에 따라 엔진에 공급되는 공기 연료 혼합물의 필요한 공연비를 설정하는 필요 공연비 설정 수단과,

부하 증가 작동 요청 탐지시 연료 분사량을 증가시키기 위한 연료 증가량을 계산하는 연료 증가량 계산 수단과,

부하 증가 작동 요청 탐지시 필요 공연비 및 연료 증가량에 따라 공기 공급량을 증가시키기 위해 공기 증가량을 계산하는 공기 증가량 계산 수단과,

부하 증가 작동 요청 탐지시 부하를 증가시키는 부하 제어 수단과,

부하 증가 작동 요청 탐지시 연료 증가량에 따라 연료 분사량을 증가시키기 위한 연료 공급량 수정 수단과,

부하 증가 작동 요청 탐지시 공기 증가량에 따라 공기 공급량을 증가시키는 공기 공급량 수정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
제6항에 있어서, 부하 제어 수단과 연료 공급량 수정 수단은 부하 제어 수단의 부하 증가 작동 및 연료 공급량 수정 수단의 연료 증가 작동 사이의 시간 차가 있어 엔진에 인가되는 부하 토크의 실제 증가와 엔진의 출력 토크의 실제 증가가 서로 일치하게 하도록 시간 설정되는 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
제6항에 있어서, 부하는 에어컨디셔너 부하인 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
제6항에 있어서, 연료 증가량 계산 수단은 부하의 증가후 필요 공전 속도를 유지하기에 필요한 출력 토크에 대응하는 연료 증가량을 계산하는 수단을 포함하고, 공기 증가량 계산 수단은 부하 증가후의 엔진 작동 상태를 위한 필요 공연비와 연료 증가량에 따라 공기 증가량을 계산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 공전 속도 제어 시스템.
내연기관과,

엔진의 공전중 엔진으로의 공기 공급량을 변동시키기 위해 엔진의 드로틀 밸브를 바이패스하는 바이패스 통로에 배치된 보조 공기 밸브와,

엔진으로의 연료 공급량을 변동시키는 연료 공급 장치와,

엔진에 가해진 엔진 부하를 감소시키는 소정의 저부하 상태와, 엔진 부하를 증가시키는 소정의 고부하 상태 사이로 전환되는 외부 부하 유니트와,

고부하 상태로부터 저부하 상태로 외부 부하 유니트의 변동을 요청하는 감소 요청 신호를 발생시키는 제1 장치와,

엔진 공전 작동시 공전 상태 신호를 발생시키는 제2 장치와,

공전 상태 신호가 존재할 때 감소 요청 신호를 받는 즉시 보조 공기 밸브가 공기 공급량을 감소시키도록 하는 공기 감소 명령 신호를 발생시키고, 공전 상태 신호가 존재할 때 감소 요청 신호를 받은후 소정의 제1 기간 종료시 연료 공급 장치가 연료 공급량을 감소시키도록 하는 연료 감소 명령 신호를 발생시키고, 공전 상태 신호가 존재할 때 감소 요청 신호를 받은 후 제2 소정 기간의 종료시 고부하 상태로부터 저부하 상태로 외부 부하 유니트를 전환시키는 부하 감소 명령 신호를 발생시키는 제어 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제10항에 있어서, 제1 장치는 제1 부하 상태로부터 제2 부하 상태로 외부 부하 유니트의 변동을 요청하는 증가 요청 신호를 발생시키고, 제어 유니트는 제1 요청 신호를 받는 즉시 연료 공급 장치가 연료 공급량을 증가시키게 하는 연료 증가 명령 신호를 발생시키고 증가 요청 신호를 받는 즉시 외부 부하 유니트를 저부하 상태로부터 고부하 상태로 전환시키는 부하 증가 명령 신호를 발생시키기 위해 증가 요청 신호를 받는 즉시 보조 공기 밸브가 공기 공급량을 증가시키게 하는 공기 증가 명령 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
제11항에 있어서, 외부 부하 유니트는 차량용 에어컨디셔너이고, 제1 장치는 에어컨디셔너를 켜는 증가 요청 신호와 에어컨디셔너를 끄는 감소 요청 신호를 발생시키는 에어컨디셔너 스위치이고, 제2 장치는 드로틀 밸브가 소정의 완전히 폐쇄된 위치일 때 공전 제어 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.