KR100231749B1 - 내연 기관용 제어 시스템 - Google Patents

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다께아끼 오바따
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하나와 요시카즈
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

흡기량 조절 장치와 연료 공급 장치를 갖는 내연 기관용 제어 시스템에 관한 것이다. 제어 시스템은 기관의 기관 작동 조건을 검출하기 위한 장치와 제어 유닛으로 구성된다. 제어 유닛은 (a) 기관 작동에 따라 기관의 연소실에 공급되는 연료의 기본 연료 공급량을 산출하고, (b) 기관 작동 조건에 따라 희박 한계 공연비―희박 한계 공연비보다 더 희박한 공연비에서는 연소실 내의 안정적인 연소가 불가능함―를 산출하고, (c) 연소실에 공급되고 기본 연료 공급량 및 희박 한계 공연비를 만족시키기 위하여 요구되는 흡입 공기의 목표 흡기량을 산출하고, (d) 기관 속도 및 기관 부하가 낮게 예정된 범위에 있는 제1 기관 작동 조건(무부하 회전 조건) 내에서, 희박 한계 공연비를 실현시키도록 흡입 공기의 흡기량을 목표 흡기량으로 조절하기 위하여 흡기량 조절 장치를 제어하는 동시에 연료의 연료 공급량을 조절하기 위하여 연료 공급 장치를 제어하고, (e) 기관 속도와 기관 부하 중 적어도 하나가 상기 제1 기관 작동 조건보다 더 높은 제2 기관 작동 조건 내에서 최대 레벨과 최대 레벨보다 예정된 양만큼 낮은 레벨 사이의 높은 범위 내에 오도록 흡기량을 증가시키기 위하여 흡기량 조절 장치를 제어하는 동시에 공연비가 예정 범위 내에 오도록 연료를 공급하기 위하여 연료 공급 장치를 제어하는 작업을 수행하도록 형성된다.

Description

내연 기관용 제어 시스템
본 발명은 내연 기관용의 개선된 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 흡기량과 전자 제어하에서 드로틀 밸브의 개방 각도를 조절시킴으로써 목표 밸브에 흡기량을 조절하고 희박 공기 연료 혼합물 상에 작용되도록 배열된 기관의 연소실에 공급될 수 있는 연료량의 제어를 수행하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다.
전자 제어는 대부분의 자동차 내연 기관에 제작되고 흡기량, 연료 공급량 및 기관의 연소실에 공급되는 공기-연료 혼합물의 공연비를 중요 매개 변수로서 사용하는 것을 수행한다. 흡기량은 연소실에 공급되는 흡입 공기의 양이고, 연료 공급량은 연소실에 공급되는 연료의 양이다. 상기 세개의 매개 변수중 두개가 결정되면, 나머지 매개 변수는 자동적으로 결정될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
보통 가솔린-연료 내연 기관에서, 흡기량은 구동장에 의한 가속 페달의 조작에 기계적으로 정해진 관계로 개방 각도가 변하는 드로틀 밸브에 의해 제어된다. 연소실에 공급되는 흡입 공기의 흡기량은 공기 유동 계량기 또는 흡기 매니폴드 압력 센서에 의해 측정되거나 또는 계산된다. 연료 공급(분사)량은 연소실에 공급되는 공기-연료 혼합물의 예정된 공연비를 얻기 위하여 흡기량을 충족시키도록 결정된다. 따라서, 이 연료 분사량 내 연료는 연소실에 공급되도록 분사된다. 요약하면, 먼저, 흡기량이 관리된 후, 연료 분사량은 분리식으로 설정되는 공연비를 얻기 위하여 관리된 흡기량에 따라 자동적으로 결정된다. 이것은 소위 공기 주도(air initiative) 제어이다.
그러나, 공기 주도 제어하에서 공연비도 또한 제어되는 이러한 기관은 단점을 갖는다. 즉, 공연비가 제어 유닛 변경 상태에 설정될 때, 연료 분사량을 변경시키는 제어는 일정치에 흡기량을 유지시키는 동안 수행된다. 그러나, 발생된 기관 토크가 일반적으로 연소실에 공급되는 연료 분사량에 비례하므로, 발생된 토크는 운전자의 인식없이 불가피하게 변경하여, 운전자에게 육체적 불안감을 제공한다.
부가적으로, 흡기량은 가속 페달 조작에 관련하여 제어되므로, 기관 토크는 기관의 기관 작동 조건의 효과적 관점에서 필연적으로 발생되지 않고 이에 의해서 기관의 연료 절약의 개선 여지를 남겨놓는다.
이와 달리, 유사한 제어가 일본 특허 공개 공보 제56-107925호에 개시된 것으로서 제안되었다. 이러한 제어는 대량 생산 내연 기관에서 수행되지 않는다. 이 제어는 하기와 같이 수행된다; 연료 분사량은 운전자의 가속 페달 조작에 대응하여 결정된다. 따라서, 목표 흡기량은 이 연료 분사량과 설정된 공연비에 대응하여 결정된다. 이 목표 흡기량은 개방 각도가 전기적으로 조절되는 이러한 전기 제어 드로틀 밸브를 작동기(actuator)의 작동하에서 인식된다.
그러나, 이러한 제어 방식과 함께, 공연비가 과도한 희박치에 설정되는 경우에, 흡기량이 공연비와 연료 분사량의 곱으로서 얻어진 흡기량을 인식하기 위하여 조절되도록 의도되는 조차도 흡기량을 제어하기 위한 드로틀 밸브의 최대 공기 유동량 이상으로 흡기량을 증가시키는 것이 불가능하여, 과도한 희박 공연비를 인식하는 것이 불가능하게 만든다. 이 경우에서, 연료 분사량이 과도한 희박 공기 연료 혼합물 연소를 수행하도록 특히 층상 장입물의 연소하에서 가속 페달 조작량을 증가시킴에 따라 간단히 증가된다면, 스파크 플러그 주위의 공기 연료 혼합물의 공연비는 NOx방출을 증가시키는 안정적인 연소를 지지하기에는 너무 부유(rich)해지는 반면에, 연소실 내 평균 공연비는 그렇게 부유해지지 않는다. 결과적으로, 각각의 연소실 내 안정적인 연소는 불가능해지는 반면에 NOx방출을 증가시킨다.
본 발명의 목적은 내연 기관용의 종래 유사한 제어 시스템에서 발생되는 단점을 효과적으로 극복하는 내연 기관용의 개선된 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연료 절약과 배기 가스 정화 수행이 효과적으로 개선되는 반면에 기관의 높은 구동성을 수행하는 내연 기관용의 개선된 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각의 기관 작동 조건에 따라 흡기량 및 연료 공급량을 적절하게 제어할 수 있는 내연 기관용의 개선된 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징은 흡기 시스템 및 연료 공급 장치를 갖는 내연 기관용의 제어 시스템에 있다. 제어 유닛은 기관 속도 및 기관 부하가 낮게 예정된 범위에 있는 제1 기관 작동 조건(무부하 회전) 내에서, 희박 한계 공연비에 근접하는 공연비―희박 한계 공연비보다 더 희박한 공연비에서는 연소실 내의 안정적인 연소가 불가능함―를 실현하기 위하여 흡기 시스템을 통해 기관의 연소실에 공급되는 흡입 공기의 흡기량 및 연료 공급 장치를 통해 연소실에 공급되는 연료의 연료 공급량을 제어하고, 기관 속도와 기관 부하 중 적어도 하나가 상기 제1 기관 작동 조건보다 더 높은 제2 기관 작동 조건 내에서 최대 레벨과 최대 레벨보다 예정된 양만큼 낮은 레벨 사이의 높은 범위에 오도록 증가시키기 위해 흡기량을 제어하는 동시에 공연비가 예정된 범위 내에 오도록 연료 공급량을 제어하는 작업을 수행하도록 형성된 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 특징은, 도1에 도시된 바와 같이, 흡기량 조절 장치(I)와 연료 공급 장치(J)를 갖는 내연 기관용 제어 시스템(S)에 있다. 제어 시스템(S)은 기관의 기관 작동 조건을 검출하기 위한 장치(A)와 제어 유닛으로 구성된다. 제어 유닛은 (a) 기관 작동 조건에 따라 기관의 연소실에 공급되는 연료의 기본 연료 공급량을 기본 연료 공급량 산출 수단(B)에 의하여 산출하고, (b) 기관 작동 조건에 따라 희박 한계 공연비―희박 한계 공연비보다 더 희박한 공연비에서는 안정적인 연소가 불가능함―를 희박 한계 공연비 산출 수단(C)에 의하여 산출하고, (c) 연소실에 공급되고 기본 연료 공급량 및 희박 한계 공연비를 만족시키기 위하여 요구되는 흡입 공기의 목표 흡기량을 목표 흡기량 산출 수단(D)에 의하여 산출하고, (d) 제1 제어 수단(E)에 의하여, 기관 속도 및 기관 부하가 저범위 내에 있는 제1 기관 작동 조건(무부하 회전) 내에서, 희박 한계 공연비를 실현시키도록 흡입 공기의 흡기량을 목표 흡기량으로 조절하기 위하여 흡기량 조절 장치를 제어하는 동시에 연료의 연료 공급량을 조절하기 위하여 연료 공급 장치를 제어하고, (e) 제2 제어 수단(F)에 의하여, 제1 기관 작동 조건보다 기관 속도와 기관 부하 중 적어도 하나가 더 높은 제2 기관 작동 조건 내에서 최대 레벨과 최대 레벨보다 예정된 양만큼 낮은 레벨 사이의 높은 범위에 오도록 흡기량을 증가시키기 위해 흡기량 조절 장치를 제어하는 동시에 공연비가 예정 범위 내에 오도록 연료를 공급하기 위하여 연료 공급 장치를 제어하는 것를 수행하도록 형성된다.
상기 특징의 제어 시스템은, 도1에서 점선으로 표시된 바와 같이, 기관 속도와 기관 부하 중 적어도 하나를 상기 제2 기관 작동 조건보다 더 높은 제2 기관 작동 조건 내에서 공연비 세팅 수단(H)에 의하여 기관 작동 조건에 따라 공연비를 설정하는 작업과 상기 제2 기관 작동 조건 내에서 제2 제어 수단(G)에 의하여 설정된 공연비를 얻기 위하여 흡기량과 연료 공급량을 조절하는 공기 조절 장치와 연료 공급 장치를 조절하는 작업을 수행하도록 형성된다.
본 발명의 상기 특징들에 따르면, 기관 속도와 기관 부하가 상당히 낮은 상기 제1 기관 작동 조건 내에서, 요구 토크를 만족시키기 위한 연료 공급량에 비례하여 공연비가 희박 한계 공연비를 초과하도록 흡기량을 증가시키는 것이 가능하다. 희박 한계 공연비 근접하게 공연비를 실현시키도록 흡기량과 연료 공급량을 제어함으로써, 기관의 배기 가스 정화 수행과 연료 절약을 최대로 개선시킬 수 있고 요구 기관 토크를 만족시킨다.
제2 기관 작동 조건하에서, 흡기량은 최대로 증가될 수 있어서, 펌핑 손실(pumping loss)을 최대로 감소시키는 반면에, 연료 공급량은 공연비를 예정 범위 내에 유지시키도록 조절되어 기관 작동 조건의 가능한 넓은 범위를 통해 연료 절약을 개선시키고 NOx와 같은 해로운 배기 가스 성분의 방출량을 저하시킨다.
도1은 본 발명에 따라서 내연 기관용 제어 시스템의 제2 특징의 사상을 나타낸 블록 선도.
도2는 본 발명에 따른 제어 시스템의 실시예의 일부 예시도.
도3은 도2의 제어 시스템에 의해 수행되는 제어의 주 경로(전체 경로)를 도시한 흐름도.
도4는 도2의 제어 시스템과 연관된 기본 연료 분사량의 산출용 경로를 도시한 흐름도.
도5는 도2의 제어 시스템과 연관된 가속 페달 조작량 및 기관 속도의 관점에서 목표 흡기량의 특성을 도시한 그래프.
도6은 도2의 제어 시스템과 연관된 제1 판단 기준량의 산출용 경로를 도시한 흐름도.
도7은 도2의 제어 시스템과 연관된 흡기량과 기관 속도 사이의 관계를 도시한 그래프.
도8은 도2의 제어 시스템과 연관된 성층된 장입물의 안정된 연소를 지지하기 위한 희박 한계 공연비를 도시한 그래프.
도9는 도2의 제어 시스템과 연관된 드로틀 밸브 개방 각도 및 기관 회전 의 관점에서 흡기량의 특성을 도시한 그래프.
도10은 도2의 제어 시스템에 의해 수행되는 제어에서 제1 제어의 경로를 도시한 흐름도.
도11은 도2의 제어 시스템과 연관된 기관의 흡입 행정 당 흡기량의 특성을 도시한 그래프.
도12는 도2의 제어 시스템에 의해 수행되는 제어 관점에서 제2 판단 기준량의 산출의 경로를 도시한 흐름도.
도13은 도2의 제어 시스템에 의해 수행되는 제어에서 제3 제어의 경로를 도시한 흐름도.
도14는 제어에 사용되는 제1, 제2 및 제3 기관 작동 조건을 나타내는 도2의 제어 시스템에 의해 수행되는 제어의 예를 도시한 그래프.
도15는 도1에 유사하지만, 본 발명에 따른 제어 시스템의 다른 실시예를 도시한 부분 예시도.
도16은 도15의 제어 시스템에 의해 수행되는 제어에서 제1 판단량 산출의 경로를 도시한 흐름도.
도17은 본 발명에 따른 다른 제어 시스템에 의해 수행되는 제어에서 연료 분사량 산출의 경로를 도시한 흐름도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 내연 기관
2 : 공기 흡입 통로
3 : 공기 유동 계량기
4 : 흡기량 조절 장치
5 : 보조 공기 통로
6 : 보조 공기량 제어 밸브
7 : 연소실
8 : 연료 분사기
9 : 스파크 플러그
10 : 배기 가스 통로
11 : 공연비 센서
12 : 크랭크 각도 센서
20 : 전자 제어 유닛
이제, 도2를 참조하면, 내연 기관(1)용 제어 시스템(S)의 실시예가 도시된다. 기관(1)에는 공기가 관통하여 연소실(7; 단지 하나만 도시됨)로 흡기되는 흡기 통로(2)를 갖는 흡기 시스템(도시되지 않음)이 제공된다. 유동 공기 계량기(3)는 흡기 통로(2)를 통과하여 유동하는 공기의 양을 나타내는 흡기량(Q)을 검출하도록 흡기 통로(2)에 제공된다. 흡기량(Q)은 흡기 통로(2)에 배치되고 드로틀 작동기(21)에 의해 작동되는 드로틀 밸브 또는 흡기량 조절 장치(4)에 의해 제어된다. 보조 공기 통로(5)는 드로틀 밸브(4)를 우회하여 형성된다. 특히, 보조 공기 통로(5)는 흡기 통로(2)를 통과하는 공기의 유동에 관련하여 드로틀 밸브(4)의 상방에 있는 흡기 통로(2)의 일부와 드로틀 밸브의 하방에 있는 흡기 통로의 다른 부분에 개별적으로 연결되는 상방 및 하방 단부를 갖는다. 보조 공기량 제어 밸브(6)는 보조 공기 통로(5)를 통과하여 유동하는 공기의 양을 제어하도록 보조 공기 통로(5)에 배치된다.
연료 분사 밸브 또는 연료 공급 장치(8)는 각각의 연소실(7)로 연료를 분사시키도록 기관(1)의 실린더 블록에 고착된다. 부가적으로, 스파크 플러그(9)는 연소실(7)로 공급되는 공기 연료 혼합물을 점화시키도록 각각의 연소실(7)에 배치되어서 스파크 점화를 수행한다. 공기 연료 혼합물은 흡기 통로(2)를 통하여 유입된 공기와 연료 분사 밸브(8)로부터 분사된 연료를 혼합시킴으로써 형성된다. 여료는 연료 분사기(8)로부터 연소실(7)로 직접 분사되므로, 연료 공기 혼합물의 층과 공기 층을 포함하는 성층 장입물(공기 연료 혼합물)을 형성하고 연소실 내에 성층 장입물의 점화를 수행하는 것이 가능하다. 이 실시예에서, 기관(1)은 저부하 기관 작동 범위 내에 성층 연소물을 만들도록 배열된다. 공기 연료 혼합 비율(산소 농도) 센서(11)는 연소실(7)로부터 배기 가스가 기관(1)으로부터 관통하여 방출되는 배기 가스 통로(10)에 배치된다. 공기 연료 혼합 비율 센서(11)는 배기 가스 내 산소 농도를 감지하도록 적용되어서 기관(1)의 연소실(7)에 공급된 공기 연료 혼합물의 공기 연료 혼합 비율을 검출한다.
부가적으로, 크랭크 각도 센서(12)는 기관 크랭크축(도시되어 있지 않음)의 각도 위치와 기관 속도(Ne)를 검출하도록 제공된다. 기관 냉각수 센서 등은, 비록 도시되어 있지 않지만, 기관(1)의 기관 냉각수의 온도를 검출하도록 제공된다.
각각의 센서는 감지된 자료 또는 기관 작동 조건을 나타내는 전기 신호를 출력시키도록 채택된다. 센서들로부터의 이러한 신호는 전자 제어 유닛(ECU; 20)에 입력된다. 제어 유닛(20)은 센서들로부터의 전기적 신호에 근거하여 명령 신호를 발생시키고 명령 신호를 드로틀 작동기(21), 보조 공기량 제어 밸브(6), 연료 분사 밸브(21), 스파크 플러그(9) 및 작동기 등에 개별적으로 출력시키도록 채택되어서 기관(1)의 다양한 제어를 수행한다.
다음, 상기 제어 시스템(S)의 작동 방식이 설명될 것이다.
연소실(7)에 공급되는 흡입 공기에 기인한 펌핑 손실은 연소실(7)에 공급되는 공기 연료 혼합물이 희박하게 될 때 감소되어, 동일한 기관 토크를 얻도록 요구된 연료의 양은 동질의 공기 연료 혼합물로 공급되는 형태의 기관들과 비교하여 감소될 수 있다. 따라서 기관(1)은 연료 절약에서 개선될 수 있다.
가솔린과 같은 연료가 연소실에서 균질 공기 연료 혼합물(공기 연료 혼합 비율이 균일)을 형성하기 위하여 흡기 포트로 주입된느 형태의 보통 스파크 점화 내연 기관의 경우에서, 약 25:1의 공기 연료 혼합 비율은 연소실에서 안정적인 연소를 수행하기 위하여 희박 산화 한계치로 된다. 반대로, 이 실시예에서 기관(1)은 공기 층이 다른 영역에 위치되도록 스파크 플러그(9)를 둘러싸는 영역에서만 공기 연료 혼합물을 형성하기 위하여 연료 챔버(7)로 연료를 직접 주입시키도록 배열되고, 따라서 성층 장입물을 형성시킨다. 따라서, 용이하게 연소가능한 공기 연료 혼합물은 스파크 플러그 주위에 잔류하지만, 희박 공기 연료 혼합 조건은 연소실(7) 내 평균 공기 연료 혼합 비율이 (정량적 공연비에 비례하는)희박 조건에 유지되도록 연소실(7)에서 전체로서 유지될 수 있다. 따라서, 기관(1)이 소위 희박 연소를 수행할 수 있어서, 연료 절약을 더욱 개선시킨다.
성층 장입물 조건하에서 기관(1)을 작동시키는 경우에, 기관(1)에 공급되는 연료의 양은 기관(1)에 공급되는 흡입 공기의 양의 최대 레벨로 증가될 때 조차도, 발생된 기관 토크가 균질 공기 연료 혼합물하에서 기관이 작동되는 경우와 비교하여 감소되도록 상대적으로 작다. 따라서, 기관(1)은 상대적으로 낮은 기관 부하가 요구될 때의 성층 장입물 조건하에서 그리고 상대적으로 높은 기관 부가가 요구될 때의 균질 공기 연료 혼합물 조건하에서 보통 작동된다. 이러한 균질 공기 연료 혼합 조건하에서, 균질 공기 연료 혼합물은 전체 연소실(7)를 통해 균일하게 충만된다. 따라서, 이 실시예의 제어 시스템(S)은 연소실에서 확고하고 안정적인 연소를 얻기 위한 레벨에서 기관에 공급되는 공기 연료 혼합물의 공기 연료 혼합 비율을 유지하도록 배열되어, 요구 기관 토크를 효과적으로 발생시키도록 야기시킨다.
이 후에, 이 실시예의 제어 시스템(S)에 의해 수행되는 제어 방식은 도3 내지 도13을 참조하여 설명될 것이다.
제어 시스템(S)의 전체 제어 또는 주 경로를 예시하는 흐름도는 도3에 도시된다.
스텝 S110에서, 기본 연료 분사량은 기관(1)의 요구 기관 토크에 따라 산출된다. 기본 연료 분사량은 연료 분사 밸브(8)로부터 분사되는 연료의 기본량이다.
스텝 S120에서, 제1 기관 작동 조건의 (제1) 판단 기준량이 산출된다.
스텝 S130에서, 현재 기관 작동 조건이 제1 기관 작동의 산출된 판단 기준량에 따라 제1 기관 작동 조건에 상응하는 지 여부를 판단하게 된다. 만약 제1 기관 작동 조건에 상응하면, 제1 기관 작동 조건용으로 적절한 제1 제어가 수행되는 스텝 S140으로 간다. 만약 제1 기관 작동 조건에 상응하지 않으면, 제2 기관 작동 조건의 (제2) 양이 산출되는 스텝 S150으로 간다.
스텝 S160에서, 현재 기관 작동 조건이 제2 기관 작동의 산출량에 따라 제2 기관 작동 조건에 상응하는 지 여부를 판단하게 된다. 이때, 현재 기관 작동 조건이 비록 제2 기관 작동 조건이 제1 기관 작동 조건을 포함하지만 현재 기관 작동 조건이 스텝 S130에서 제1 기관 작동 조건에 상응하다는 것을 판단하지 않는 동안은 제2 기관 작동 조건에 상응하는 경우에서만, 제2 기관 작동 조건용으로 적절한 제2 제어가 수행되는 스텝 S170으로 간다.
현재 기관 작동 조건이 스텝 S160에서 제2 기관 작동 조건에 상응하지 않는다는 판단이 이루어지면, 제2 기관 작동 조건용으로 적합한 제3 제어가 수행되는 스텝 S180으로 간다.
계속적으로, 상기 주요 경로의 각각의 스텝은 서브 경로를 도시한 도4, 도6, 도10, 도12, 도13 및 도14의 흐름도들을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도4는 스텝 S110에서 기본 연료 분사량의 상세한 산출을 도시한 흐름도이다. 스텝 S210에서, 운전자에 의한 가속 페달(도시되어 있지 않음)의 조작량이 판독된다. 특히, 가속 페달 조작량은 가속 페달에 연결된 포텐시오미터(potentiometer)와 같은 센서에 의해 검출된다.
스텝 S220에서, 기관 속도(Ne)가 검출된다. 특히, 기관 속도(단위 시간당 기관 크랭크축의 회전수; Ne)는 크랭크 각도 센서(12)로부터 기준 크랭크 각도[또는 크랭크 각도의 간격(720°/n ;여기에서 n은 기관 실린더 수)]에서 각각의 기준 신호 출력의 출력 싸이클을 측정함으로써 검출된다. 이 스텝 S220에서 기관 속도(Ne)를 직접 검출할 필요가 없으므로, 다른 신호 처리 경로에서 산출된 기관 속도(Ne)가 판독될 수 있다.
스텝 S230에서, 운전자에 의해 요구된 목표 기관 토크에 상응하는 기본 연료 분사량은 하나의 샘플이 도5에 도시된 맵(map) 등을 조사할 때 상술된 가속 페달 조작량과 상술된 기관 속도(Ne)에 따라 산출된다.
도5의 맵은 가속 페달 조작량과 기관 속도(Ne)의 관점에서 단위 시간당 기준 및 요구가능한 보통 내연 기관의 흡기량의 특성을 나타낸다. 각각의 흡입 행정에서 각각의 기관 실린더에 흡입되는 공기의 양(중량)은 단위 시간당 흡기량을 기관 속도로 나눔으로써 얻어진다. 이것을 고려하면, 각각의 흡입 행정에서 공급되는 연료의 (정량적 공연비에 근거된) 기본 연료 분사량은 각각의 기관 실린더에 흡입된느 공기의 상술된 양의 1/14.7(정량적 공연비)이다. 상기에 따르면, 기본 연료 분사량의 맵은 매개 변수로서 가속 페달 조작량과 기관 속도를 사용하여 설정된다. 기본 연료 분사량은 맵으로부터 조사된다.
그렇지 않으며, 매개 변수로서 가속 페달 조작량과 기관 속도를 사용하는 요구 기관 토크의 맵과 요구 기관 토크에 상응하는 기본 연료 분사량의 다른 맵이 준비될 수 있다. 이 경우에, 요구 기관 토크는 가속 페달 조작량과 기관 속도에 따른 전자(former) 맵으로부터 조사되고, 따라서 요구 기관 토크에 상응하는 기본 연료 분사량은 후자 맵으로부터 조사된다.
도6은 도3에서 스텝 S130에서 제1 기관 작동 조건의 (제1) 판단 기준량의 상세한 산출을 도시한 흐름도이다.
스텝 S310에서, 기관 속도(Ne)는 판독된다.
스텝 S320에서, 스텝 S310에서 판독된 현재 기관 속도(Ne)에서 단위 시간당 공급가능한 최대 흡기량[Qa-max; 흡기량(Qa)의 최대치]은, 예를 들어, 도7에 도시된 특성을 갖는 맵을 조사함으로써 얻어진다. 도7의 특성은 기관(1)용으로서 도5에 도시된 바와 같은 특성으로부터 드로틀 밸브의 완전 개방 상태에서 특성을 제거시킴으로써 얻어진다.
스텝 S330에서, 도4 내의 스텝 S230에서 산출된 기본 연료 분사량은 판독된다.
스텝 S340에서, 성층 장입물의 안정적인 연소를 확보하기 위한 희박 한계 공연비는, 예를 들어, 매개 변수로서 기본 연료 분사량을 사용하는 맵을 언급함으로써 현재 기관 속도(Ne)에서 얻어진다. 이러한 맵의 예는 희박 한계 공연비가 안정적인 연소의 계산시 나타나는 도8에 도시된다. 희박 한계 공연비가 안정적인 연소의 계산에 부가하여 탄화 수소와 같은 배기 가스의 해로운 성분의 방출을 감소시키는 계산시 설정되도록 맵이 배열될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 희박 공연비는 연료가 정량적 공연비에서의 연료보다 더 희박한 공연비라는 것을 이해할 것이다.
스텝 S350에서, 요구 흡기량(목표 흡기량; tQa)는 각각의 기관 실린더에 바람직하게 분사되는 연료의 기본 연료 분사량(Qfcyl)과 희박 한계 공연비(tA/F)를 사용하는 하기 방정식 Eq.(1)에 의해 산출된다;
tQa 〓 Qfcyl × tQA/F × 기관 속도(Ne) × k1 … Eq.(1) 여기에서, k1은 4행정 싸이클 및 6개 실린더 기관의 경우에 6/2/60 〓 0.05임; 방정식에 사용된 단위는 tQa(kg/ssec), Qfcyl(kg/cyl) 및 Ne(rpm)이다.
상기로부터, 요구 흡기량(tQa)이 얻어진다.
여기에서, 도3 내 스텝 S130에서의 제1 기관 작동 조건의 판단의 과정이 상세히 설명될 것이다.
Qa-max와 tQa가 비교된다. tQa가 Qa-max보다 크지 않으면, 흡기량(tQa)는 공급가능하도록 판단되어, 현재 기관 작동 조건이 제1 기관 작동 조건에 상응하다는 판단이 이루어진다.
tQa가 Qa-max보다 작지 않으면, tQa 내 공기는 공급될 수 없고, 그러므로 제1 제어가 실현될 수 없다는 판단이 이루어진다. 달리 말하면, 이 비교에 따라서, 현재 기관 작동 조건이 제1 기관 작동 조건에 일치하는 지 여부에 관한 판단이 이루어진다.
기관(1) 및 드로틀 밸브 기구[드로틀 밸브(4) 포함]가 제품 가운데 흡기 유동 특성에서 약간 균일하지 않고, 부가적으로 드로틀 밸브(4)를 관통하여 유동하는 공기량이 오염물 등의 부착에 기인하여 시간 경과와 함께 변한다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 도7에 도시된 전형적인 특성의 것보다 약간 작은 Qa-max는 존재할 수 있다. 따라서, tQa가 Qa-max보다 작은 사실조차도 tQa 내 공기의 공급이 실현될 수 없다는 가능성이 있다. 이것을 고려하면, 비교 목적용으로 tQa가 k2 × Qa-max(k2〈 1.0; 여기에서 k2는, 예를 들어, 0.8임)의 값과 비교하는 판단 방식을 사용하도록 제안되어, 값은 Qa-max 보다 약간 작아, 스텝 S130에서 판단이 이루어진다.
또한, 도7에서 Qa-max은 1atm의 대기압에 있는 경우의 특성이고, 그러므로 도7에서 흡기량은 공기 밀도가 예를 들어 높은 고도의 토지 또는 상대적으로 높은 흡입 공기 상황과 같은 상대적으로 낮은 대기압 상황에서 낮게되는 조건하에서 드로틀 밸브가 완전 개방되어도 필수적으로 실현될 수 없다. 이 관점에서, 하기 측정은 상기 문제점들을 극복하도록 사용될 것이다; (1) 기관에는 대기압 센서와 흡기 온도 센서가 제공되고, Qa-max는 센서의 출력에 따라 보정됨, (2) 밸브 개방 정도, 기관 속도 및 흡기량 사이의 관계는 흡입 공기의 밀도를 측량하도록 연속적으로 검출되고, Qa-max는 흡입 공기 밀도에 따라 보정됨, (3) k1의 값은 상황 변화에 기인한 특성 변화를 고려할 때 설정됨.
여기에서, 흡입 공기의 밀도가 상기 (1)에서 대기압과 흡입 공기 온도를 측정할 때 평가되는 것으로서 기재되는 반면에, 흡입 공기의 밀도는 가스의 일반 평형 상태에 의하여 평가될 수 있다. 이와 함께, 드로틀 밸브에 의해 드로틀되는 공기의 흡기량으로서 공기 유동량(부피에 의함)은 보통 조건에서 평가된 흡입 공기 밀도와 흡입 공기 밀도 사이의 비율로 보정된다.
이 후에 설명되는 스텝 S120 및 스텝 S130을 실현하는 다른 방식들이 있다. 스텝 S330으로부터 스텝 S350까지의 과정에서 프로세싱에 유사하게, 요구 흡기량(tQa)가 산출된다. 이러한 요구 흡기량(tQa)을 실현하기 위하여, 드로틀 밸브의 요구되는 드로틀 밸브 개방 정도가 산출된다(이 산출의 상세한 방식은 후에 설명될 것이다). 드로틀 밸브 개방 정도, 기관 속도 및 흡기량 사이의 관계는 도9에 도시된 특성을 취하고, 드로틀 밸브 개방 정도인 0 % 및 100 %는 드로틀 밸브의 완전 밀폐 및 개방 상태를 각각 나타낸다. 도9는 드로틀 밸브가 어느 정도로 개방될 때 드로틀 밸브 개방 정도가 증가하여도 흡기량이 증가하지 않는 것을 나타낸다. 따라서, 각각의 기관 속도 상에 근거된 흡기량의 최대치보다 약간 작은 값(예를 들어, 90 %의 드로틀 밸브 개방 정도에서 값)은 제1 기관 작동 조건을 판단하기 위한 한계치로서 사용되고, 상기의 요구되는 드로틀 밸브 개방 정도가 한계치보다 작으면 현재 기관 작동 조건이 제1 기관 작동 조건에 오도록 판단이 이루어진다. 제1 기관 작동 조건은 흡기량의 변량이 드로틀 밸브의 작동에 비례하여 크게되는 영역에 한정된다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 드로틀 밸브를 통과하여 유동하는 흡입 공기의 양은 드로틀 밸브의 작동하에서 완만하게 변경될 수 있다.
도10은 도3에서 스텝 S140에서 제1 기관 작동 조건용으로 적합한 제1 제어를 상세히 도시한 흐름도이다.
스텝 S410에서, 도6에서 스텝 S350에서 산출된 tQa가 판독된다.
스텝 S420에서, 기관 속도(Ne)가 판독된다.
스텝 S430에서, 요구되는 흡기량(tQa)를 얻기 위하여 요구된 목표 드로틀 밸브 개방 정도는 상기의 요구된느 공기량(tQa)와 기관 속도(Ne)에 따라 맵으로부터 판독되고, 드로틀 밸브(4)는 상술된 목표 드로틀 밸브 개방 정도를 취하기 위하여 드로틀 작동기(21)를 작동시킴으로써 작동된다. 이에 의하여, 흡기량은 요구된느 흡기량(tQa)에서 제어된다. 스텝 S430에 사용된 맵은 도9의 것일 수 있다.
부동 소수점(floating point)을 사용하지 않는 프로세싱을 수행하기 위하여, 목표 드로틀 밸브 개방 정도는 제어 정확도가 낮은 기관 속도면에서 낮아지므로 도9의 맵을 대신하여 도11의 맵을 사용함으로써 결정된다. 도11의 맵에서, 목표 흡기량을 기관 속도(Ne)로 나눔으로써 얻어진 값은 도9의 맵에서의 목표 흡기량을 대신하여 사용된다. 부가적으로는, 도9 및 도11의 맵들의 특성은 상술된 바와 같은 대기압 및 온도에 의해 영향을 받아 변하게 되고, 그러므로 맵들의 특성은 평가된 현재 대기 공기 밀도와 보통 상태에서 동일한 밀도 사이의 비율로 보정되도록 배열될 수 있어서 흡입 공기 제어의 정확성을 증가시킨다.
도12는 도3에서의 스텝 S150에서제2 기관 작동 조건의 (제2) 양의 정확한 산출을 도시한 흐름도이다.
스텝 S510, 스텝 S520 및 스텝 S530에서는, 도6의 스텝 S310, 스텝 S320 및 스텝 S330에서의 과정과 유사하게, 기관 속도(Ne)를 판독하고, 최대 흡기량(Qa-max)을 산출하고, 기본 연료 분사량(Qfcyl)을 판독하는 것이 개별적으로 수행된다.
스텝 S540에서, 요구되는 공연비(rA/F)가 산출된다. 요구되는 공연비(rA/F)는 Qa-max의 흡기량에 Qfcyl의 연료 분사량을 가산하여 얻어진 값에 상응한다.
요구되는 공연비(rA/F)는 하기 방정식[Eq.(2)]에 의해 산출된다;
rA/F 〓 Qfcyl/[Qa-max/기관 속도(Ne)/k1] … Eq. (2), 여기에서, k1은 Eq. (1)에서 지시된 것이다. Eq. (2)는 Eq. (1)을 변경시킴으로써 얻어진다는 것을 이해할 것이다.
스텝 S550에서, 현재 기관 작동 조건에서 부유 한계 공연비(iA/F)가 산출된다. 부유 한계 공연비(iA/F)는 도8에서의 것에 유사한 맵으로부터 결정되고, 맵은 안정적인 연소가 그 이상에서는 불가능한 한계로서 부유 공연비값을 나타낼 것이다. 맵은 실험적으로 얻어진 데이타를 사용함으로써 이미 준비되었다. 부유 한계 공연비를 세팅하는 전형적인 예는 다음과 같다; 연료 분사량이 성층 장입물의 연소를 유지하는 동안 증가하면, 공기층을 제외한 연료 혼합물층의 공연비는 전체 연소실을 통한 평균 공연비가 희박해져도 과도하게 부유하게 되어, 연소실 내 연소가 불안정해진다. 안정적인 연소가 그 외면에서는 유지될 수 없는 (부유 측면에서의) 공연비 한계는 맵에서의 부유 공연비 한계로서 설정된다. 부유 공연비는 연료가 정량적인 공연비에서의 것보다 부유해지는 공연비를 나타낸다는 것을 이해할 것이다.
최종적으로, 도3에서의 스텝 S160에서는, 상기의 요구되는 공연비(rA/F)와 부유 한계 공연비 사이의 비교가 이루어진다. 만약 rA/F가 iA/F보다 희박하게 되면, 상기 제2 기관 작동 조건용으로 적절한 제2 제어가 수행되는 스텝 S170으로 간다. 그렇지 않으면, 현재 기관 작동 조건은 제3 기관 작동 조건에 오도록 판단된다.
상기 스텝 S170에서 이루어진 프로세싱은 논의될 것이다. 이 스텝에서, 목표 드로틀 밸브 개방 정도는 흡기량이 단지 Qa-max로 되도록 설정된다. 특히, 목표 드로틀 밸브 개방 정도는 tQa가 Qa-max로 대체되는 경우에 도10의 흐름도에서의 것과 유사하게 설정된다. 이에 의해서, 흡기량은 최대 흡기량(Qa-max)에서 제어된다. 그러나, 흡기량(Qa-max)은 흡입 공기의 진공에 의해 작동되는 작동기가 제어 시스템(S)에 배치되는 경우에 Qa-max보다 더 낮게 예정된 양의 레벨로 될 수 있다. 작동기는 예를 들어 도15에 도시된 바와 같은 와류식 제어 밸브를 작동시키기 위한 것일 것이다. 최대 흡기량(Qa-max)이 기관의 연소실에 공급되면 흡입 매니폴드 진공은 생성되어 작동기를 작동시키는 것이 불가능하게 만들어진다는 것을 이해할 것이다. 이 관점에서, 흡기량에서 상기 예정된 양은, 예를 들어, 100 mmHg의 흡입 매니폴드 진공에 상응한다.
도13은 도3에서의 스텝 S180에서 상세한 제3 제어를 도시한 흐름도이다.
스텝 S610에서, 기본 연료 분사량(Qfcyl)이 판독된다.
스텝 S620에서, 현재 기관 작동 조건에 설정된 공연비(tA/F)는, 예를 들어, 보통 희박 연소 기관용으로 미리 설정된 공연비 맵인 맵으로부터 판독되고, 맵은 연소실에서 안정적인 연소와 균질 공기 연료 혼합물 연소시 NOx방출을 고려하여 배열된다. 균질 공기 연료 혼합물의 생성은 성층 장입물의 형성과 비교하여 연료 분사 밸브의 연료 분사 시기를 선행시킴으로써 수행된다는 것을 이해할 것이다.
스텝 S630에서, 요구되는 공기량(tQA)은 상술된 방정식[Eq. (2)]을 사용함으로써 기본 연료 분사량(Qfcyl)과 설정된 공연비(tA/F)에 따라 산출된다.
스텝 S640에서, 목표 드로틀 밸브 개방 정도는 상술된 요구 공기량(tQA)을 실현시키기 위하여 스텝(430)에서의 것과 유사하게 판독된다.
따라서, 드로틀 작동기(21)는 실제 드로틀 개방 정도가 상기에서 얻어진 것과 같이 목표 드로틀 밸브 개방 정도로 되는 방식으로 드로틀 밸브를 제어하도록 작동된다.
상기 실시예의 제어 시스템은 목표 드로틀 밸브 개방 정도가 요구되는 공기량용으로 직접 산출되는 것과 같이 도시되고 기재된다. 그러나, 일반적으로, 기관 실린더로 흡입된느 공기의 흡기량은 기관의 흡기 시스템에서 동역학에 기인하여 드로틀 밸브의 작동에 따라 지연을 변경시킨다. 이러한 관점에서, 목표 드로틀 밸브 개방 정도는 지연을 최소화시킬 목적으로 소위 위상 지연 보상을 만들 때 설정될 수 있다.
도14는 상기 실시예의 제어 시스템(S)에 의해 수행되는 제어의 예를 도시한 그래프이다. 도14는 흡기량 또는 흡입 매니폴드 진공(mmHg), 기관 토크(kgfm) 및 공연비(공기/연료)의 용어에 의하여 C1, C2 및 C3로 각각 표시된 제1, 제2 및 제3 기관 작동 조건 또는 구역을 나타낸다. 이 그래프에서, 제1 기관 작동 조건 또는 구역(C1)은 50(공기/연료)의 희박 한계 공연비를 따라 연장한다. 제2 기관 작동 범위 또는 구역(C2)은 최대 흡기량으로부터 예정치를 가감하여 공연비를 변경시킴으로써 얻어진 흡기량 또는 값을 갖는다. 제2 기관 작동 조건 또는 구역(C3)은, 이 예에서, 22(공기/연료)의 공연비에서의 제1 상황과 14.7(공기/연료)의 정량적 공연비에서의 제2 상황을 포함한다. 성층 장입물(공기 연료 혼합물)의 연소가 제1 및 제2 기관 작동 조건(C1, C2) 내에서 수행되는 반면에, 균질 장입물(공기 연료 혼합물)의 연소가 제3 기관 작동 조건(C3) 내에서 수행된다는 것을 이해할 것이다.
도15 및 도16은 도2와 도14의 상술된 실시예에 유사한 본 발명에 따른 제어 시스템의 다른 실시예를 예시한다. 이 실시예에서, 와류식 제어 밸브(22)는 연소실에서, 예를 들어, 공기 연료 혼합물의 와류 또는 교반 유동을 생성시키도록 공기 흡입 통로(2)의 일부를 형성하는 흡기구(명시되지 않음)에 배치되어, 와류식 제어 밸브(22)는 희박 공기 연료 혼합물 또는 성층 장입물(공기 연료 혼합물)을 효과적으로 연소시키도록 작동된다. 따라서, 흡기량이 상대적으로 작을 때, 드로틀 밸브(4)의 흡입 공기 드로틀링 작동은 도9 및 도11에 도시된 바와 같이 흡기량 특성을 얻도록 탁월해진다. 그러나, 와류식 제어 밸브(22)의 흡입 공기 드로틀링 작동은 드로틀 밸브(4)가 어느 정도까지 개방될 때 탁월하게 된다. 상기 전제하에서, 이 실시예에서는, 도3의 스텝 S130에서의 제1 작동 조건의 판단이 이 후에 논의되는 프로세싱을 통해 수행된다.
도3에서의 스텝 S120에서 제1 작동 조건의 (제1) 판단 기준량의 산출은 도16의 흐름도에 따라 이루어진다.
스텝 S710에서, 기본 연료 분사량(Qfcyl)이 판독된다.
스텝 S720에서, 성층 장입물의 안정적인 연소를 지지하기 위한 희박 한계 공연비는 도6에서의 스텝 S340에서의것과 유사한 방식으로 현재 기관 속도(Ne)에서 얻어진다.
스텝 S730에서, 요구 흡기량(tQA)은 상술된 방정식 Eq. (1)을 사용함으로써 기본 연료 분사량(Qfcyl)과 설정된 공연비(tA/F)에 따라 산출된다.
스텝 S740에서, 목표 드로틀 밸브 개방 정도는 상술된 요구 흡기량(tQA)를 실현시키기 위하여 스텝(430)에서의 것과 유사하게 판독된다.
스텝 S750에서, 드로틀 밸브(4)를 각각 갖는 드로틀부에서 공기 흡입 통로(2)의 개방 면적은 얻어진 목표 드로틀 밸브 개방 정도에 따라 산출된다. 특히, 개방 면적은, 예를 들어, 드로틀 밸브 개방 정도와 개방 면적 사이의 이미 산출된 관계를 세팅시킨 표를 조사하여 산출된다.
스텝 S760에서, 공기 흡입 통로의 전체 개방 면적은 다른 개방 면적(예를 들어, 다양한 공기 누설을 야기시키는 것들)을 상기 개방 면적을 가산시킴으로써 산출된다.
이 전체 개방 면적은 와류식 제어 밸브(22)에 흡기구가 각각 있는 개별적인 개방 면적들의 총합과 비교된다. 전체 개방 면적이 총합보다 작으면, 현재 기관 작동 조건은 제1 기관 작동 조건 내에 존재하는 것으로 판단된다.
그렇지 않으면, 상기 총 개방 면적은 상술된 총합을 1보다 작은 예정된 보정 상수로 곱함으로써 얻어지는 값과 비교된다.
제어의 정확성을 더욱 개선시키기 위하여, 도9의 맵과 유사한 2 종류의 특성 맵(드로틀 밸브 개방 정도와 기관 속도의 관점에서 흡기량용)이 준비될 수 있다. 각각의 맵은 와류식 제어 밸브(22)가 개방되는 기관 작동 조건과 와류식 제어 밸브(22)가 밀폐되는 다른 기관 작동 조건에 개별적으로 상응하여, 현재 기관 작동 조건에 따라 하나의 맵을 조사한다. 이것은 연소실과 소통하는 공기 흡입 통로의 일부에 흡입 공기의 유동을 제한시킴으로써 연소실 내에서 공기 연료 혼합물의 유동 이동을 제공하도록 와류식 제어 밸브(22)가 작동되는 예정된 기관 작동 범위 내에서 하기의 제어를 수행하는 것이 가능하게 만든다; 최대 흡기량(Qa-max)은 신규의 최대 흡기량을 얻도록 보정되고, [드로틀 작동기(21)와 같은] 흡기량 조절 장치용의 제어량은 목표 흡기량(tQa)에 상응하여 보정된다.
도17은 도2 내지 도14의 실시예에 유사한 본 발명에 따른 제어 시스템의 다른 실시예를 예시한다.
필요 흡기량은 도3의 제어에서 드로틀 밸브(4)를 작동시킴으로써 얻어진다는 것을 인식할 것이다. 여기에서, 드로틀 밸브(4)는 기계적 작동 및 모터 작동 특성하에서의 속도로 이동되고 그러므로 목표 드로틀 밸브 개방 정도를 취하는 때에 이동할 수 없다. 부가적으로는, 흡기 시스템에서 동역학하에서 위상 지연 보상을 형성하는 경우에서도, 실제 실린더 흡기량(각각의 실린더로 흡입되는 공기의 양)은 순간적으로 목표 흡기량에 도달할 수 없다. 따라서, 기본 연료 분사량(Qfcyl) 내 연료가 연속적으로 분사되는 것을 가정하면, 공연비는 목표 실린더 흡기량으로부터 실제 실린더 흡기량의 차이에 상응하는 정도에 의해 요구 공연비로부터 변경한다. 이러한 변경된 공연비가 희박 한계 공연비 이상으로 희박해지면, 연소 안정성 및 배기 가스 정화 수행은 영향을 받고 이에 의해서 부점화의 가능성이 발생한다.
상기 상황하에서, 이 실시예에 따르면, 도17에 도시된 흐름도의 프로세싱이 수행된다.
스텝 S810에서, 단위 시간당 흡기량이 공기 유동 측량기(3)에 의해 측정된다.
스텝 S820에서, 실린더 흡기량(Qa-cyl)은 위상 지연 보상을 만들어 산출된다. 스텝 S810과 스텝 S820에서 과정은 보통 내연 기관용의 제어에서 수행된다는 것을 이해할 것이다.
스텝 S830에서, 기본 연료 분사량(Qfcyl)은 상기에서 논의된 바와 같이 판독된다. 이 시기에, 요구 토크용의 요구 연료 분사량은 희박 공기 연료 혼합물의 연소 동안 흡기량의 증가에 기인하는 펌핑 손실을 낮추는 것에 상응하는 정도로 감소된다. 따라서, 기본 연료 분사량은 요구 연료 분사량의 감소에 상으하는 정도로 감소되도록 보정될 수 있다.
스텝 S840에서, 연소실 내에서 평균 공연비(kA/F)는 방정식[Eq. (2)]에 유사한 방정식에 따라 Qa-cyl, Qfcyl 및 기관 속도(Ne)로부터 산출된다.
스텝 S850에서, 희박 한계 공연비[AF1(tA/F)]와 부유 한계[AF2(iA/F)]는 현재 기관 작동 조건에서 산출된다. 이들 한계(AF1, AF2)는 상술된 스텝 S340과 상술된 스텝 S550에서 개별적으로 얻어진 것들과 동일하다.
스텝 S860에서, 상기 평균 공연비(kA/F)는 희박 한계 공연비(AF1)과 비교된다. 평균 공연비가 희박 한계 공연비보다 더 희박하면, 적절한 연소는 지지될 수 없다고 판단되고, 그러므로 스텝 S870으로 간다.
스텝 S870에서, 실린더 흡기량은 희박 한계 공연비를 실현시키기 위한 연료 분사량을 얻기 위하여 희박 한계 공연비(AF1)에 의해 나누어진다.
평균 공연비(kA/F)가 스텝 S860에서 희박 한계 공연비(AF1)보다 더 희박하지 않는다고 판단되면, 스텝 S880으로 간다.
스텝 S880에서, 평균 공연비(kA/F)는 희박 한계 공연비(AF2)와 비교된다. 평균 공연비가 부유 한계 공연비보다 더 부유하면, 적절한 연소가 지지될 수 없다고 판단되고, 그러므로 스텝 S900으로 간다.
스텝 S900에서, 실린더 흡기량은 부유 한계 공연비를 실현시키기 위한 연료 분사량을 얻기 위하여 부유 한계 공연비(AF2)로 나누어진다.
평균 공연비(kA/F)가 부유 한계 공연비(AF2)보다 더 부유하지 않은 것으로 판단되면, 평균 공연비(kA/F)는 허용가능한 공연비 범위 내에 있다고 확신되고, 그러므로 스텝 S890으로 간다.
스텝 S890에서, 연료 분사량(Qfcyl)은 스텝 S830에서 판독되거나 또는 펌핑 손실용의 감소-보정을 만듦으로써 얻어진 연료 분사량이 설정된다.
연료 분사가 요구 기관 토크에 대해 발생된 기관 토크의 연속 수행 전에 배출 가스 정화 수행을 고려함으로써 만들어지도록 요구되는 경우이다. 이 경우에서, 연료 분사량은 실린더 흡기량(Qa-cyl)에 따라 설정된 공연비를 얻도록 설정된다.
따라서, 펌핑 손실을 최대로 감소시키는 반면에, 연료 공급량은 공연비를 예정 범위 내에 유지시키도록 조절되어 기관 작동 조건의 가능한 넓은 범위를 통해 연료 절약을 개선시키고 NOx와 같은 해로운 배기 가스 성분의 방출량을 저하시킨다.

Claims (17)

  1. 흡기 시스템과 연료 공급 장치를 갖는 내연 기관용 제어 시스템에 있어서,
    기관 속도 및 기관 부하가 낮게 예정된 범위에 있는 제1 기관 작동 조건 내에서, 희박 한계 공연비에 근접하는 공연비―희박 한계 공연비보다 더 희박한 공연비에서는 연소실 내의 안정적인 연소가 불가능함―를 실현하기 위하여 흡기 시스템을 통해 기관의 연소실에 공급되는 흡입 공기의 흡기량 및 연료 공급 장치를 통해 연소실에 공급되는 연료의 연료 공급량을 제어하고,
    기관 속도와 기관 부하 중 적어도 하나가 상기 제1 기관 작동 조건보다 더 높은 제2 기관 작동 조건 내에서, 최대 레벨과 최대 레벨보다 예정된 양만큼 낮은 레벨 사이의 높은 범위에 오도록 증가시키기 위해 흡기량을 제어하는 동시에 공연비가 예정된 범위 내에 오도록 연료 공급량을 제어하는,
    작업을 수행하도록 형성된 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 기관 속도 및 기관 부하 중의 적어도 하나가 상기 제2 기관 작동 조건보다 더 높은 제3 기관 작동 조건 내에서, 기관 작동 조건에 따라 설정된 공연비의 값을 실현시키기 위하여 흡기량과 연료 공급량의 제어를 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  3. 흡기량 조절 장치와 연료 공급 장치를 갖는 내연 기관용 제어 시스템에 있어서,
    기관의 기관 작동 조건을 검출하기 위한 수단과,
    제어 유닛을 포함하고,
    상기 제어 유닛은, (a) 기관 작동 조건에 따라 기관의 연소실에 공급되는 연료의 기본 연료 공급량을 산출하고,
    (b) 기관 작동 조건에 따라 희박 한계 공연비―희박 한계 공연비보다 더 희박한 공연비에서는 연소실 내의 안정적인 연소가 불가능함―를 산출하고,
    (c) 연소실에 공급되고 기본 연료 공급량 및 희박 한계 공연비를 만족시키기 위하여 요구되는 흡입 공기의 목표 흡기량을 산출하고,
    (d) 기관 속도 및 기관 부하가 낮게 예정된 범위에 있는 제1 기관 작동 조건 내에서, 희박 한계 공연비를 실현시키도록 흡입 공기의 흡기량을 목표 흡기량으로 조절하기 위하여 흡기량 조절 장치를 제어하는 동시에 연료의 연료 공급량을 조절하기 위하여 연료 공급 장치를 제어하고,
    (e) 기관 속도와 기관 부하 중 적어도 하나가 상기 제1 기관 작동 조건보다 더 높은 제2 기관 작동 조건 내에서, 최대 레벨과 최대 레벨보다 예정된 양만큼 낮은 레벨 사이의 높은 범위에 오도록 흡기량을 증가시키기 위해 흡기량 조절 장치를 제어하는 동시에 공연비가 예정 범위 내에 오도록 연료를 공급하기 위하여 연료 공급 장치를 제어하는,
    작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 제2 기관 작동 조건 내에서 최대 레벨까지 흡기량을 조절하기 위하여 흡기량 조절 장치의 제어를 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 예정된 조건하에서 최대 레벨보다 예정된 양만큼 낮은 레벨로 흡기량을 제한시키기 위하여 흡기량 조절 장치의 제어를 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 예정된 조건은 흡입 공기의 진공에 의해 작동되는 작동기가 제어 시스템에 배치되는 조건인 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  7. 제3항에 있어서, 상기 공연비의 예정 범위는 연소실에서 안정적인 연소가 달성되게 해주고 배기 가스 유해 성분의 방출량이 표준치보다 더 낮게 해주는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  8. 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은,
    기관 부하 및 기관 속도 중 적어도 하나가 상기 제2 기관 작동 조건보다 더 높은 제3 기관 작동 조건 내에서 기관 작동 조건에 따라 공연비를 설정하고,
    상기 제3 기관 작동 조건 내에서 설정된 공연비를 얻기 위하여 흡기량과 연료 공급량을 조절하도록 흡기량 조절 장치와 연료 공급 장치를 제어하는,
    작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  9. 제3항에 있어서, 상기 기관은 연소실에서 공기 연료 혼합물의 성층 장입물을 형성하도록 배열되고, 상기 제어 유닛은 또한 상기 제1 및 제2 기관 작동 조건 내에서 상기 연소실 내에서의 성층 장입물의 연소를 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  10. 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 제3 기관 작동 조건 내에서 상기 연소실 내에서의 공기 연료 혼합물의 균질 장입물을 형성하고 상기 균질 장입물의 연소를 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  11. 제3항에 있어서, 상기 흡기량 조절 장치는 기관의 흡기 시스템에 배치된 드로틀 밸브를 포함하고, 상기 제어 유닛은 또한 목표 흡기량을 실현시키기 위해 드로틀 밸브를 제어하는 작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  12. 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 기관 작동 조건에 따라 요구되는 요구 기관 토크를 산출하고, 요구 기관 토크에 따라 기본 연료 공급량을 산출하는 작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 기관 작동 조건 검출 수단은 흡기량을 검출하기 위한 수단을 포함하고, 상기 제어 유닛은 또한 희박 한계 공연비와 검출된 흡기량에 대해 설정된 공연비 중 하나를 실현시키기 위하여 연료 공급량을 제어하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  14. 제3항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 기관 작동 조건에 따라 흡입 공기의 최대 흡기량을 산출하고, 상기 산출된 목표 흡기량이 산출된 최대 흡기량과 상기 산출된 최대 흡기량보다 예정된 양만큼 작은 값 중 하나보다 더 작은 제1 기관 작동 조건을 한정하는 작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 기관 작동 조건에 따라 흡입 공기의 최대 흡기량을 산출하고, 공연비가 예정 범위 내에 있고, 기본 연료 공급량 및 최대 흡기량과 상기 최대 흡기량보다 예정된 양만큼 작은 값 중 하나로부터 산출되는 제2 기관 작동 조건을 한정하는 작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 기관은 예정된 기관 작동 범위 내에서, 연소실과 소통가능한 공기 흡입 통로의 일부에서 흡입 공기의 유동을 제한시킴으로써 연소실 내의 공기 연료 혼합물에 유동 이동을 제공하기 위한 수단을 포함하고, 상기 제어 유닛은 또한 예정된 기관 작동 범위 내에서 최대 흡기량을 보정하고, 예정된 기관 작동 범위 내에서 목표 흡기량에 따라 흡기량 조절 장치에 대한 제어량을 보정함으로써 소정 값을 산출하는 작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제어 유닛은 또한 연소실에 공급되는 흡입 공기의 밀도를 검출하고, 흡입 공기 밀도에 따라 최대 흡기량을 보정하고, 흡입 공기 밀도에 따라 흡기량 조절 장치에 대한 제어량을 보정하는 작업을 수행하도록 형성된 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
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