KR100236141B1

KR100236141B1 - 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치

Info

Publication number: KR100236141B1
Application number: KR1019970040508A
Authority: KR
Inventors: 준 하라다
Original assignee: 와다 아끼히로; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1997-08-25
Publication date: 1999-12-15
Also published as: EP0829631B1; EP0829631A3; JP3175601B2; DE69720356D1; KR19980018959A; JPH1061470A; DE69720356T2; US5947097A; EP0829631A2

Abstract

희박연소 및 이론공연비에서의 연소를 행할 수 있는 엔진에 있어서, 연소상태가 변화될 때에, 운전 상태에 적합한 연소를 확보하여, 토오크 쇼크를 억제한다.

엔진(1)의 제1흡기 밸브(6a) 및 제2흡기 밸브(6b) 부근의 실린더 헤드(4)의 내벽면 주변부에는 연료분사 밸브(11)가 배치되고, 연료분사 밸브(11)로부터의 연료는 직접적으로 기통(1a)내에 분사된다. 흡기통로(20)내에는 스텝 모터(22)에 의해서 개폐되는 스로틀 밸브(23)가 설치된다. 전자 제어장치(ECU)(30)는 연소 상태가 성층연소에서 균질연소로 전환된 경우에, 스로틀 밸브(23)의 개방도를 학습치에 근거하여 제어하고, 공연비 제어를 수행한다. 이 때문에, 학습을 행하였어도 토오크에 단차가 생기지 않는다. 또한, 균질연소에 있어서는 피드백 보정계수에 근거하여 실제의 공연비가 이론공연비로 되도록 스로틀 개방도를 피드백 제어한다.

Description

희박연소 엔진의 흡기량 제어장치

본 발명은 엔진의 연소제어 장치에 관계된 것으로 상세하게는 통내 분사식내연기관과 같이, 희박연소를 행할 수 있는 엔진의 흡기량 제어장치에 관한 것이다.

종래, 일반적으로 사용되고 있는 엔진에 있어서는 연료분사 밸브로부터의 연료는 흡기포트에 분사되어, 연소실에는 미리 연료와 공기의 균질 혼합기가 공급된다. 이러한 엔진은 악셀레이터 조작에 연동하는 슬로틀 밸브에 의해 흡기통로가 개폐되고, 이 개폐에 의해, 엔진의 연소실로 공급되는 흡입공기량(결과적으로는 연료와 공기가 균질하게 혼합된 기체의 량)이 조정됨으로써 엔진 출력이 제어된다.

그러나, 상기한 이른바 균질 연소에 의한 기술은 스로틀 밸브의 스로틀 동작에 따라 큰 흡기 부하가 발생하여, 펌프손실이 크게되어 효율이 저하된다. 이에 대하여, 스로틀 밸브의 스로틀을 소로 하고, 연소실에 직접연료를 공급함으로써, 점화 플러그 부근에 가연 혼합기를 갖게하여, 해당 부분의 공연비를 높이고, 착화성이 향상되도록 하는 소위「성층연소」라는 기술이 공지되어있다.

이러한 기술에 있어서는 엔진의 저부하시에는 분사된 연료가 점화 플러그 주위에 편재 공급됨과 동시에, 스로틀 밸브가 거의 완전히 개방되어 성층연소가 실행된다. 이것에 의해, 연비의 향상을 도모함과 동시에, 핌프 손실의 감소가 도모된다. 한편, 엔진의 고부하시에는 악셀레이터 페달의 조작량에 따라서 스로틀 밸브가 개폐됨과 동시에 연료 분사량의 피드백 제어가 실행된다.

또한, 상기「성층연소」의 상위 개념으로서, 희박연소라고 하는 기술도 알려져 있다. 예를 들면, 특허 공개 평5-18303호 공보에 개시된 기술에 있어서는 연료를 감량함으로써 희박(린)연소가 실행됨과 동시에, 가속시 등에 있어서는 연료를 지금까지에 비해 증량시킴으로써, 이론공연비(stoichiometry)에서의 연소가 피드백 제어로써 실행된다.

그런데, 상기 각 기술에서는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 엔진의 운전상태로 변화(예를 들면 부하의 증대 등)가 생긴 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 연소상태가 성층연소에서 균질연소, 혹은 린에서 이론적 제어로 전환된다. 여기에서, 상술한 바와 같이, 균질연소나, 이론적 제어에 있어서는 공연비가 이론공연비로 되도록 연료 분사량에 관한 피드백 제어가 실행된다.

그러나, 만약 흡기량에 어긋남이 생기는 현상이 발생된 경우, 예를 들면 스로틀 밸브의 막힘이나, 태핏 클리어런스의 변동등이 생기고, 이것에 의해 흡기량에 변동이 발생한 경우에는 공연비를 이론 공연비로 유지하려면, 연료 분사량을 변경할 필요가 있다. 그리고, 그 때의 연료분사량의 변경을 학습하여, 다음번 제어에 그 학습치를 사용한 제어를 하고자 하는 경우에는 연소상태가 성층연소에서 균질연소, 혹은 린에서 이론적 제어로 전환될 때에, 상기 학습에 의해, 연료분사량에 단차가 생기고, 나아가서는 토크 쇼크가 발생할 우려가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 희박연소 및 이론 공연비로의 연소를 행할 수 있는 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치에 있어서, 연소상태가 변화할 때에, 엔진의 운전상태에 적합한 연소를 확보할 수 있음과 동시에, 토크 쇼크를 억제할 수 있는 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 특허 청구의 범위 제 1 항 기재의 발명에 있어서는 도 1에 도시된 바와 같이, 희박연소 및 이론 공연비로의 연소를 행해야 하고, 엔진(M1)의 기통내에 연료를 공급할 수 있는 연료 분사수단(M2)와, 상기 엔진(M1)에 도입되는 흡입 공기량을 조정하기 위해 흡기량 조정수단(M3)과, 상기 엔진(M1)의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단(M4)과, 상기 운전상태 검출수단(M4)의 검출결과에 근거하여, 상기 흡기량 조정수단(M3)을 제어하는 흡기량 제어수단(M5)를 구비한 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치에 있어서, 상기 흡기량 제어수단(M5)는 연소상태가 희박연소와 이론공연비로의 연소 사이에서 전환할 때에, 토크 쇼크를 역제하도록 학습치에 근거하여 상기 흡기량 조정수단(M3)을 제어하는 토크 쇼크 억제 제어수단(M51)과, 이론 공연비로의 연소를 행할 때에, 실제의 공연비가 이론 공연비로 되도록 피드백 보정계수에 근거하여 상기 흡기량 조정수단(M3)을 피드백 제어하는 피드백 제어수단(M52)을 포함하는 것을 그 요지로 하고 있다.

또한, 특허 청구의 범위 제 2 항 기재의 발명에서는 특허 청구의 범위 제 1항에 기재된 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치에 있어서, 상기 흡기량 조정수단(M3)은 상기 엔진(M1)의 배기통로와 흡기통로를 연결하는 배기가스 재순환 통로 및 해당 배기가스 재순환 통로를 개폐하기 위한 EGR 펄프를 구비하고, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기의 일부를 해당 엔진으로 들어가는 흡기로 재순환시키기 위한 EGR기구와, 흡기통로에 설치된 스로틀 밸브 및 해당 스로틀 밸브를 개폐하기 위해 액추에이터로 구성된 전자제어식 스로틀 기구 및 흡기통로에 설치된 스로틀 밸브를 바이패스하는 바이패스 흡기통로에 설치된 아이들 스피드 컨트롤 밸브 및 해당 밸브를 개폐하기위한 액추에이터로 구성된 ISC 기구 중 적어도 1개로 구성되어 있는 것을 그 요지로 하고 있다.

특허 청구의 범위 제 1 항에 기재된 발명에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 연료 분사수단(M2)에 의해서 엔진(M1)의 기통내에 연료가 공급되어 기통내의 연료가 연소함으로써, 엔진(M1)은 구동력을 얻는다. 또한, 엔진(M1)의 기통내의 연료에 의해, 희박연소 및 이론공연비에서의 연소를 행할 수 있다.

또한, 흡기량 조정수단(M3)에 의해, 상기 엔진(M1)으로 도입되는 흡입 공기량이 조정된다. 그리고, 운전상태 검출수단(M4)에 의해서 엔진(M1)의 운전상태가 검출되고, 그 검출결과에 근거하여 흡기량 제어수단(M5)에 의해, 흡기량 조정수단(M3)이 제어된다.

그런데, 본 발명에서는 흡기량 제어수단(M5)을 구성하는 토크 쇼크 억제 제어수단(M51)에 의해, 연소상태가 희박연소와 이론공연비에서의 연소간으로 교체될때에, 흡기량 조정수단(M3)이 학습치에 근거하여 제어되며, 이것에 의해 토크 쇼크를 억제할 수 있다. 즉, 어떠한 원인으로 흡기량에 변동을 초래하였다고 해도 연료분사량이 아니고, 흡기량 조정수단(M3), 나아가서는 흡기량이 제어된다. 이 때문에, 토크에 단차가 생기지 않는다.

또한, 흡기량 제어수단(M5)을 구성하는 피드백 제어수단(M52)에 의해 이론공연비에서의 연소를 행할 때에, 피드백 보정계수에 근거하여 실제의 공연비가 이론 공연비로 되도록 상기 흡기량 조정수단(M3)이 피드백 제어된다. 즉, 연료 분사량의 피드백 제어에 의해 이론 공연비에서의 연소가 실행되고 있던 종래 기술과는 달리, 본 발명에서는 연료분사량의 피드백 제어를 행하지 않는다. 이 때문에, 흡기량이 증가했을 때에는 펌프 손실이 감소하여, 토크의 상승을 도모할 수 있게 된다. 또한, 반대로 흡기량이 감소했을 때에는 토크의 변동폭이 비교적 적게 끝난다.

또한, 특허 청구의 범위 제 2 항 기재의 발명에 의하면, 특허 청구의 범위 제 1 항 기재의 발명의 작용에 덧붙여, 흡기량 조정수단(M3)이 EGR 기구와, 전자 제어식 스로틀 기구 및 ISC 기구 중 적어도 1개로 구성되어 있다. 이 때문에, 상기 특허 청구의 범위 제 1 항 기재의 발명의 작용이 보다 확실하게 발휘된다.

즉, EGR 기구의 경우에는 EGR 밸브가 열림으로써, 엔진으로부터 배출되는 배기의 일부가 배기가스 재순환 통로를 통해 엔진에 들어가는 흡기로 재순환되고, 이것에 의해 공연비가 리치측으로 이행한다. 또한, 전자 제어식 스로틀 기구인 경우에는 액추에이터가 작동함으로써 흡기통로에 설치된 스로틀 밸브가 개폐되어, 이것에 의해 흡기량이 조정된다. 또한, ISC 기구인 경우에는 바이패스 흡기통로에 설치된 아이들 스피드 컨트롤 밸브가 액추에이터에 의해 개폐되고, 이것에 의해 흡기량이 조정된다.

도1은 본 발명의 기본적인 개념을 도시한 개념 구성도.

도2는 일 실시예에서 엔진 흡기량 제어장치를 도시한 개략적인 구성도.

도3은 엔진의 기통부분을 확대하여 도시한 단면도.

도4는 ECU에 의해 실행된 「스로틀 개방도 제어루틴」을 도시한 흐름도.

도5는「스로틀 개방도 제어루틴」을 도시한 흐름도로 도4의 연속을 도시한 도면.

도6은 시간에 대한 피드백 보정계수의 관계를 도시한 타이밍챠트.

도7은 엔진 회전수 및 토오크에 대한 연소상태의 영역을 개략적으로 도시한 그래프.

도8은 시간에 대한 흡기량과, 목표 스로틀 개방도와, 토오크의 관계를 도시한 타이밍차트.

도9는 다른 실시예에서, 시간에 대한 목표 스로틀 개방도의 관계를 도시한 타이밍차트.

도10은 종래 기술에서, 시간에 대한 흡기량과, 스로틀 개방도와, 토오크의 관계를 도시한 타이밍차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1：엔진 11：연료분사 밸브

25：스로틀 센서 26A：악셀레이터 센서

26B：완전폐쇄 스위치 27：상사점 센서

28：크랭크각 센서 29：와류 제어 밸브 센서

30：ECU 61： 흡기압 센서

62：수온 센서 63：산소 센서

이하, 본 발명에 있어서의 내연기관의 연소 제어장치를 구체화한 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 실시예의 형태에 있어서, 차량에 탑재된 통내 분사식 엔진의 연료분사 제어장치를 도시한 개략적인 구성도이다. 내연기관으로서의 엔진(1)은 예를들면 4개의 기통(1a)를 구비하여, 이 들 각 기통(1a)의 연소실 구조가 도 3에 도시되어 있다. 이들의 도면에 도시된 바와 같이, 엔진(1)은 실린더 블럭(2)내에 피스톤을 구비하고 있고, 해당 피스톤은 실린더 블럭(2)내에서 왕복운동한다. 실린더블럭(2)의 상부에는 실린더 헤드(4)가 설치되고, 상기 피스톤과 실린더 헤드(4)간에는 연소실(5)이 형성되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 1기통(1a)당, 4개의 밸브가 배치되어 있고, 도면상에, 제 1 흡기 밸브(6a)와, 제 2 흡기 밸브(6b)와, 제 1 흡기포트(7a)와, 제 2 흡기포트(7b)와, 한 쌍의 배기 밸브(8) 및 한 쌍의 배기포트(9)가 각각 도시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 흡기포트는 헤리컬형 흡기포트로 이루어지고, 제 2 흡기포트(7b)는 거의 똑바르게 연장된 일직선 포트로 이루어진다. 또한, 실린더 헤드(4)의 내벽면의 중앙부에는 점화플러그(10)가 설치되어 있다. 이 점화 플러그(10)에는 도시하지 않은 디스트리뷰터를 통해 이그나이터(12)로부터의 고전압이 인가되도록 되어 있다. 그리고, 이 점화 플러그(10)의 점화 타이밍은 이그나이터(12)로부터의 고전압의 출력 타이밍으로 결정된다. 또한, 제 1 흡기 밸브(6a) 및 제 2 흡기 밸브(6b) 부근의 실린더 헤드(4) 내벽면 주변부에는 연료 분사수단으로서의 연료분사 밸브(11)가 배치되어 있다. 즉, 본 실시예에 있어서는 연료분사밸브(11)에서의 연료는 직접적으로 기통(1a)내에 분사되도록 되어있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 각 기통(1a)의 제 1 흡기포트(7a) 및 제 2 흡기포트(7b)는 각각 각 흡기 매니폴더(15)내에 형성된 제 1 흡기로(15a) 및 제 2 흡기로(15b)를 통해 서지탱크(16)내에 연결되어 있다. 각 제 2 흡기통로(15b)내에는 각각 와류 제어 밸브(17)가 배치되어 있다. 이 들의 와류 제어 밸브(17)는 공통의 샤프트(18)를 통해 예를 들면 스텝 모터(19)에 연결되어 있다. 이 스텝 모터(19)는 후술하는 전자 제어장치(이하 단지「ECU」라고한다; 30)로부터의 출력신호에 근거하여 제어된다. 또, 해당 스텝모터(19) 대신에, 엔진(1)의 흡기포트(7a,7b)의 부압에 따라서 제어되는 것을 이용해도 된다.

상기 서지탱크(16)는 흡기통로(20)를 통해 에어클리너(21)에 연결되고, 흡기통로(20)내에는 스텝 모터(22)에 의해서 개폐되는 스로틀 밸브(23)가 설치되어 있다. 결국, 본 실시예의 스로틀 밸브(23)는 이른바 전자 제어식의 것으로, 기본적으로는 스텝 모터(22)가 상기 ECU(30)로부터의 출력신호에 근거하여 구동됨으로써, 스로틀 밸브(23)가 개폐 제어된다. 그리고, 이 스로틀 밸브(23)의 개폐에 의해, 흡기통로(20)를 통과하여 연소실(5)내에 도입되는 흡입 공기량이 조절되도록 되어 있다. 본 실시예에서는 흡기통로(20)와, 서지탱크(16)와, 제 1 흡기로(15a) 및 제 2 흡기로(15b) 등에 의해 흡기통로가 구성되어 있다.

또한, 스로틀 밸브(23)의 부근에는 그 개방도(스로틀 개방도 TA)를 검출하기위한 스로틀 센서(25)가 마련되어 있다. 또, 상기 각 기통의 배기포트(9)에는 배기 매니폴더(14)가 접속되어 있다. 그리고, 연소 후의 배기가스는 해당 배기 매니폴더(14)를 통해 배기통로를 구성하는 배기통로로 배출되도록 되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 공지의 배기 가스 재순환(EGR) 기구(51)가 설치되어 있다. 이 EGR 기구(51)는 배기가스 재순환 통로로서의 EGR 통로(52)와, 통로(52)도중에 설치된 EGR 밸브(53)를 포함하고 있다. EGR 통로(52)는 스로틀 밸브(23)의 하류측의 흡기통로(20)와, 배기통로 사이를 연결하도록 마련되어 있다. 또한, EGR 밸브(53)는 밸브 시트와, 밸브 본체 및 스텝 모터(모두 도시하지 않음)를 내장하고 있다. EGR 밸브(53)의 개방도는 스텝 모터가 밸브체를 밸브 시트에 대하여 단속적으로 변위시킴으로써 변동한다. 그리고, EGR 밸브(53)가 개방됨으로써 배기덕트에서 배출된 배기가스의 일부가 EGR 통로(52)로 흐른다. 그 배기가스는 EGR 밸브(53)를 통해 흡기통로(20)로 흐른다. 즉, 배기가스의 일부가 EGR 기구(51)에 의해서 흡입 혼합기내에 재순환된다. 이 때, EGR 밸브(53)의 개방도가 조절됨으로써, 배기가스의 재순환량이 조정된다.

그런데, 상술한 ECU(30)는 디지탈 컴퓨터로 이루어져 있고, 쌍방향성 버스(31)를 통해 서로 접속된 RAM(랜덤 액세스 메모리; 32), ROM(리드 온리 메모리; 33), 마이크로 프로세서로 이루어진 CPU(중앙처리장치; 34), 입력 포트(35) 및 출력 포트(36)를 구비하고 있다. 본 실시예에서는 해당 ECU(30)에 의해, 흡기량 제어수단과, 토크 쇼크 억제 제어수단 및 피드백 제어수단이 구성되어 있다.

운전자에 의해 조작되는 악셀레이터 페달(24)에는 해당 악셀레이터 페달(24)의 밟는 량에 비례한 출력전압을 발생하는 악셀레이터 센서(26A)가 접속되고, 해당 악셀레이터 센서(26A)에 의해 악셀레이터 개방도(ACCP)가 검출된다. 해당 악셀레이터 센서(26A)의 출력전압은 AD변환기(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다. 또한, 마찬가지로 악셀레이터 페달(24)에는 악셀레이터 페달(24)의 밟는 량이「0」인것을 검출하기 위한 완전 폐쇄 스위치(26B)가 마련되어 있다. 즉 이 완전 폐쇄 스위치(26B)는 악셀레이터 페달(24)의 밟는 량이「0」인 경우에 완전 폐쇄 신호로서「1」의 신호를, 그렇지 않은 경우에는 「0」의 신호를 발생한다. 그리고, 해당 완전 폐쇄 스위치(26B)의 출력전압도 입력포트(35)에 입력된다.

또한, 상사점 센서(27)는 예를 들면 1번 기통(1a)이 흡기 상사점에 도달했을때에 출력펄스를 발생하고, 이 출력펄스가 입력포트(35)에 입력된다. 크랭크각 센서(28)는 예를 들면 크랭크 샤프트가 30℃A 회전할 때마다 출력펄스를 발생하여, 이 출력펄스가 입력포트에 입력된다. CPU(34)에서는 상사점 센서(27)의 출력펄스와 크랭크각 센서(28)의 출력펄스로부터 엔진 회전수(NE)가 산출된다(판독된다).

또한, 상기 샤프트(18)의 회전각도는 와류 제어 밸브 센서(29)에 의해 검출되고, 이것에 의해 와류 제어 밸브(17)의 개방도가 측정된다. 그리고, 와류 제어밸브 센서(29)의 출력은 A/D 변환기(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다.

아울러, 상기 스로틀 센서(25)에 의해, 스로틀 개방도(TA)가 검출되는 이 스로틀 센서(25)의 출력은 A/D 변환기(37)를 통해 입력포트(35)에 입력된다.

덧붙여, 본 실시예에서는 서지탱크(16)내의 압력(흡기압; PiM)을 검출하는 흡기압 센서(61)가 마련되어 있다. 또한, 엔진(1)의 냉각수의 온도(냉각수온 THW)를 검출하는 수온 센서(62)가 마련되어 있다. 또한, 배기통로 도중에 도시되지 않은 3원촉매보다 상류측에는 배기중의 산소농도(OX)를 검출하기 위한 산소센서(63)가 마련되어 있다. 이 산소 센서(63)는 이론 공연비 근방으로, 출력전압이 급변하는 특성을 갖고 있다. 그리고, 본 실시예에서는 이러한 특성에 근거하여 공연비(A/F)가 검출되도록 되어 있다. 이 들 각 센서(61,62,63)의 출력도, A/D 변환기(37)를 통해 입력포트(35)에 입력되도록 되어 있다.

본 실시예에 있어서, 이 들 스로틀 센서(25), 악셀레이터 센서(26A), 완전폐쇄 스위치(26B), 상사점 센서(27), 크랭크각 센서(28), 와류 콘트롤 센서(29), 흡기압 센서(61), 수온 센서(62) 및 산소 센서(63)등에 의한 운전상태 검출수단이 구성되어 있다.

한편, 출력포트(36)는 대응하는 구동회로(38)를 통해 각 연료분사 밸브(11),각 스텝 모터(19,22), 이그나이터(12) 및 EGR 밸브(53; 스텝 모터)에 접속되어 있다. 그리고, ECU(30)는 각 센서 (25 내지 29,61 내지 63)등으로부터의 신호에 근거하여, ROM(33)내에 격납된 제어 프로그램에 따라, 연료분사 밸브(11), 스텝 모터(19,22), 이그나이터[12; 점화 플러그(10)] 및 EGR 밸브(53)등을 적합하게 제어한다.

다음에, 상기 구성을 구비한 엔진의 흡기량 제어장치에 있어서의 본 실시예와 관계된 각종 제어에 관한 프로그램에 대하여, 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 도 4, 도 5는 본 실시예에 있어서의 스로틀 밸브(23)를 제어하여 연소제어를 실행하기 위한 「스로틀 개방도 제어 루틴」 을 도시한 플로우챠트로서, 소정 크랭크각마다 인터럽트로 ECU(30)에 의해 실행된다.

처리가 상기의 루틴으로 이행하면, ECU(30)는 우선 스텝 101에 있어서, 각종센서(25 내지 29,61 내지 63)등으로부터, 엔진 회전수(NE), 악셀레이터 개방도(ACCP), 공연비(A/F)등의, 그 때마다 운전 상태를 나타내는 각종 검출신호를 판독한다.

다음에, 스텝 102에 있어서는 이번 판독된 엔진 회전수(NE), 악셀레이터 개방도(ACCP)등에 근거하여, 현재가 균질 운전중인지의 여부를 판단한다. 여기에서, 이 판단에 있어서는 엔진 회전수(NE), 악셀레이터 개방도(ACCP)에 대하여 미리 균질 운전영역, 성층 운전영역이 정해진 도시하지 않은 맵이 참작된다. 그리고, 현재 균질 운전중이 아니라고 판단한 경우에는 현재는 성층 연소를 행하고 있는 것으로 판단하여, 스텝 123으로 이행한다. 스텝 123에 있어서는 성층시의 스로틀 제어를 실행(스로틀 개방도는 거의 완전 개방)함과 동시에, 그 후의 처리를 일단 종료한다.

또한, 현재 균질 운전중이라고 판단한 경우에는 스텝 103으로 이행한다. 스텝 103에 있어서는 이번 판독한 공연비(A/F)가 이론 공연비보다도 큰지의 여부를 판단한다. 그리고, 현재의 공연비(A/F)가 이론공연비보다도 큰 경우, 즉, 공연비(A/F)가 린측에 있는 경우에는 스텝 104에 있어서, 현재 설정되어 있는 리치 플래그(XRICH)가「0」인지 아닌지를 판단한다. 여기에서, 리치 플래그(XRICH)라는 것은 현재의 공연비(A/F)가 리치측에 있는지 린측에 있는지를 나타내는 플래그로서, 공연비(A/F)가 리치측에 있는 경우에는「1」에, 린측에 있는 경우에는「0」으로 설정되는 것이다. 그리고, 리치 플래그(XRICH)가 「0」인 경우에는 공연비(A/F)가 전회도 린측에 있어 이번의 처리에 있어서도 린측에 있는 것으로 하여, 스텝 105에 있어서, 리치·린 반전 플래그(XHANTEN)를 「0」으로 설정한다.

한편, 리치 플래그(XRICH)가 「1」 인 경우에는 전번의 처리에 있어서는 리치측에 있던 것이 이번의 처리에 있어서 린측으로 반전한 것으로서, 스텝 106으로 이행한다. 스텝 106에 있어서는 그 때의 피드백 보정계수(FAF; 그 때는 극대치로 되어 있다)를 린반전시 기억치(FAFLO)로서 설정한다(도 6참조). 또한, 이것과 동시에, 스텝 107에 있어서, 리치·린 반전 플래그(XHANTEN)를「1」로 설정한다.

스텝 105 또는 스텝 107로부터 이행하여 스텝 108에서는 현재의 공연비(A/F)는 린측에 있기 때문에, 리치 플래그(XRICH)를「0」으로 설정한다. 또한, 계속되는 스텝 109에 있어서는 피드백 보정 계수(FAT)를 작게함으로 공연비(A/F)를 리치측으로 해야하고, 그것까지의 피드백 보정 계수(FAF)에서 보정항(dkc)을 감산한 값을 새로운 피드백 보정 계수(FAT)로서 설정한다. 이것에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, 피드백 보정 계수(FAF)는 서서히 감소해간다.

한편, 상기 스텝 103에 있어서, 이번 판독한 공연비(A/F)가 이론공연비 보다도 크지 않을 경우, 즉, 공연비(A/F)가 리치측에 있는 경우에는 스텝 110으로 이행한다. 스텝 110에 있어서는 현재 설정되어 있는 리치 플래그(XRICH)가「1」인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 리치 플래그(XRICH)가「1」인 경우에는 공연비(A/F)가 전회도 리치측에 있어 이번의 처리에 있어서도 리치측에 있는 것으로 하여, 스텝 111에 있어서, 리치·린 반전 플래그(XHANTEN)을 「0」으로 설정한다.

또한, 리치 플래그(XRICH)가「0」인 경우에는 전회의 처리에 있어서는 린측에 있던 것이 이번의 처리에 있어서 리치측으로 반전된 것으로서, 스텝 112로 이행한다. 스텝 112에 있어서는 그 때의 피드백 보정 계수(FAF; 그 때는 극소치로 되어 있다)를 리치 반전시 기억치(FAFRO)로서 설정한다(도 6참조). 또한, 이것과 동시에, 스텝 113에 있어서, 리치·린 반전 플래그(XHANTEN)를「1」로 설정한다.

스텝 111 또는 스텝 113으로부터 이행하여 스텝 114에 있어서는 현재의 공연비(A/F)는 리치측에 있기 때문에, 리치 플래그(XRICH)를「1」로 설정한다. 또한, 계속되는 스텝 115에 있어서는 피드백 보정 계수(FAF)를 크게 함으로 공연비(A/F)를 린측으로 해야하고, 그것까지의 피드백 보정 계수(FAF)에 대하여, 보정항(dko)를 가산한 값을 새로운 피드백 보정 계수(FAF)로서 설정한다. 이것에 의해, 도 6에 도시된 바와 같이, 피드백 보정 계수(FAF)는 서서히 증대해 간다.

다음에, 스텝 109 또는 스텝 115으로부터 이행하고, 스텝 116에 있어서는 리치·린 반전 플래그(XHANTEN)가「1」인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 리치·린 반전 플래그(XHANTEN)이「0」인 경우에는 현재가 학습을 행하는 타이밍이 아닌 것으로서 스텝 121로 점프한다. 또한, 리치·린 반전 플래그(XHANTEN)가「1」인 경우에는 학습타이밍이 도래한 것으로 판단하여, 스텝 117로 이행한다.

스텝 117에 있어서는 현재 설정되어 있는 리치 반전시 기억치(FAFRO) 및 린반전시 기억치(FAFLO)의 평균값이, 예를 들면「0.98」보다도 작은지의 여부를 판단한다. 그리고, 해당 평균값이 「0.98」 보다도 작은 경우에는 스텝 118에 있어서, 리치 반전시 기억치(FAFRO) 및 린 반전시 기억치(FAFLO)의 평균값을, 보다「1.0」에 가까이 하고, 그것까지의 학습치(KG)에 대해 소정의 갱신량(dKGo)를 감산한 값을 새로운 학습치(KG)로서 설정한다.

또한, 현재 설정되어 있는 리치 반전시 기억치(FAFRO) 및 린 반전시 기억치(FAFLO)의 평균값이「0.98」보다도 큰 경우에는 스텝 119로 이행한다. 스텝 119에 있어서는 상기 평균값이 예를 들면 「1.02」 보다도 큰지의 여부를 판단한다. 그리고, 해당 평균값이 「1.02」 보다도 큰 경우에는 스텝 120에 있어서, 리치 반전시기억치(FAFRO) 및 린 반전시 기억치(FAFLO)의 평균값을 보다「1.0」 에 가까이 하도록, 그때까지의 학습치(KG)에 대하여 소정의 갱신량(dKGo)를 가산한 값을 새로운 학습치(KG)로서 설정한다. 이것에 대하여, 상기 평균값이「1.02」보다도 크지 않은 경우에는 평균값이「0.98」에서「1.02」사이에 있고, 그때 까지의 학습치(KG)를 갱신할 필요가 없는 것으로 판단하여, 스텝 121로 이행한다.

스텝 116,118,120,119에서 이행하여, 스텝 121에 있어서는 전회의 목표 스로틀 개방도(TRT)에 대하여, 현재 설정되어 있는 피드백 보정 계수(FAF) 및 학습치(KG)를 승산한 값을 새로운 목표 스로틀 개방도(TRT)로서 설정한다. 또한, 계속해서, 스텝 122에 있어서, 이번에 설정되어 있는 목표 스로틀 개방도(TRT)로 되도록, 액추에이터(22)를 제어하여 스로틀 밸브(23)의 개방도를 제어한다(균질시 스로틀 제어). 그리고, ECU(30)는 그 후의 처리를 일단 종료한다.

이와 같이, 상기「스로틀 개방도 제어루틴」에 있어서는 성층연소로부터 균질연소로 전환된 이후는 피드백 보정 계수(FAF)를 사용한 피드백 제어 및 학습치(KG)를 사용한 학습제어가 스로틀 밸브(23)의 개방도 제어에 적용된다. 그리고, 이러한 제어에 의해, 연료분사량이 아닌 흡입 공기량이 제어된다.

다음에, 본 실시예의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 연소상태가 성층연소(도면의 A점)으로부터 (B점을 거쳐서) 균질연소(도면의 C 점)로 전환된 경우에는 상술한 바와 같이, 스로틀 밸브(23)의 개방도가 학습치(KG)에 근거하여 제어된다. 보다 상세하게는 피드백 보정 계수(FAF)가 「1.0」 부근의 값을 갖도록 한 학습제어가 실행된다. 따라서, 예를 들면 스로틀 밸브(23)가 막히거나, 태핏 클리어런스의 변동등이 생기고, 이것에 의해 흡기량에 변동이 발생한 경우에는 공연비(A/F)를 이론공연비에 유지되도록, 본 실시예에서는 스로틀 밸브(23)의 개방도가 제어되어 흡기량이 제어된다. 그리고, 그 때의 스로틀 개방도(목표 스로틀 개방도; TRT)의 변경이 학습치(KG)로서 학습되고, 다음번의 제어에 있어서 그 학습치(KG)를 사용한 제어가 실행된다. 여기에서, 종래는 연료 분사량의 변경, 학습에 의해, 연료분사량에 단차가 생기고, 나아가서는 토크 쇼크가 발생될 우려가 있지만, 본 실시예에서는 그와 같은 분사량의 제어가 행해지지 않는다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 흡기량의 제어에 있어서 학습제어가 실행되고, 이러한 제어로서 상기 흡기량의 변동 요인이 흡수될 수 있다. 이 때문에, 도 8에 도시된 바와 같이, 토크에 단차가 생기지 않는다. 그 결과, 토크 쇼크의 발생을 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 균질연소에 있어서는 이론공연비로의 연소가 행해지는 것이지만, 이 때에, 피드백 보정계수(FAF)에 근거하여 실제의 공연비(A/F)가 이론 공연비로 되도록 스로틀 개방도(목표 스로틀 개방도; TRT)가 피드백 제어된다. 즉, 연료 분사량의 피드백 제어에 의해 이론 공연비로의 연소를 실행하고 있는 종래 기술과는 달리, 본 실시예에서는 연료 분사량의 피드백 제어가 행해지지 않는다. 이 때문에, 흡기량이 증가했을 때에는 펌프 손실이 감소하고, 토크의 상승을 도모할 수 있게 된다. 또한, 반대로 흡기량이 감소했을 때에는 토크의 변동폭이 비교적 작게 끝난다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 예를 들면 다음과 같이 구성해도 된다.

상기 실시예에서는 설명을 생략하였지만, 균질 연소에 있어서 이론 공연비로의 연소를 행할 때에, 도 9에 도시된 바와 같이, 공지의 적분제어 및 스킵제어를 실행하도록 해도 된다. 상기의 경우, 스킵폭, 적분량에 관해서는 어떠한 수치를 갖게 하여도 무방하지만, 기본 스로틀 개방도, 혹은 흡기압(PiM)의 함수로 주어지도록 해도 된다. 예를 들면, 기본 스로틀 개방도, 혹은 흡기압(PiM)이 클수록; 스킵폭, 적분량을 크게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시예에서는 액추에이터(22)를 제어함으로 전자 제어식 스로틀 밸브(23)의 개방도를 제어하고, 따라서 흡기량을 제어하도록 하였지만, 그 이외에도 EGR 밸브(53)의 개방도를 제어하는 것으로, 배기 환류량(EGR량)을 제어하도록 해도 된다. 단지, 상기의 경우에는 린시에는 EGR 밸브(53)의 개방도가 증대하도록, 리치시에는 EGR 밸브(53)의 개방도가 감소하도록 한 제어를 행할 필요가 있다. 이것에 의해, 연료분사량을 제어하지 않음과 동시에 공연비가 제어된다.

또한, 도시하지 않지만, 공지의 ISC 기구를 설치하도록 하고, 이것을 제어하도록 해도 된다. 즉, 상기 흡기통로(20)에 설치된 스로틀 밸브(23)를 바이패스하는 바이패스 흡기통로를 설치하여, 이 바이패스 흡기통로에 아이들 스피드 콘트롤 밸브를 설치하고, 또한, 상기 밸브를 개폐하기 위해서 액추에이터를 설치한다. 그리고, 아이들 스피드 컨트롤 밸브를 액추에이터에 의해서 개폐시키고, 이 개방도를 제어함으로써, 흡기량과, 나아가서는 공연비를 제어하도록 해도 된다.

아울러, 상기 스로틀 밸브(23)의 개방도, EGR 기구, ISC 기구의 제어를 적당히 조합하도록 해도 된다.

상기 실시예에서는 통내 분사식 엔진(1)에 본 발명을 구체화하도록 하였지만, 이른바 일반적인 성층연소, 혹은 약성층연소를 행하는 형식의 것을 구체화 해도 된다. 예를 들면 흡기포트(7a,7b)의 흡기 밸브(6a,6b)의 우산부의 뒷편을 향하여 분사하는 형식의 것도 포함된다. 또한, 흡기 밸브(6a,6b)측에 연료분사 밸브가 설치되어는 있지만, 직접 실린더 보어(연소실(5))내에 분사하는 형식의 것도 포함된다. 또한, 그 상위의 개념인 희박연소 및 이론적 연소를 행할 수 있는 엔진에도 구체화 할 수 있다.

또한, 상기 각 실시예에서는 헤리컬형 흡기포트를 갖고, 이른바 와류를 발생시키는 것이 가능한 구성으로 하였지만, 반드시 와류를 발생하지 않아도 좋다. 따라서, 예를 들면 상기 실시예에 있어서의 와류 제어 밸브(17), 스텝 모터(19) 등을 생략할 수 있다.

또한, 상기 각 실시예에서는 내연기관으로서 가솔린 엔진(1)의 경우에 본 발명을 구체화하였지만, 그 외에도 디젤 엔진 등의 경우 등에도 구체화할 수 있다.

특허 청구의 범위의 각 청구항에 기재되지 않은 것으로, 상기 실시예로부터 파악할 수 있는 기술적 사상에 대하여 이하에 그 효과와 함께 기재한다.

상기 특허 청구의 범위 제1 및 2항에 기재된 엔진의 흡기량 제어장치에 있어서, 상기 연료 분사수단은 엔진의 기통내에 연료를 분사할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이상 상술하였듯이, 본 발명에 의하면 희박연소 및 이론공연비로의 연소를 할 수 있는 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치에 있어서, 연소상태가 변화했을 때에 엔진의 운전상태에 맞는 연소를 확보할 수 있음과 동시에, 토크 쇼크를 억제할수 있다고 하는 우수한 효과가 있다.

Claims

희박연소 및 이론 공연비로의 연소를 행하고, 엔진의 기통내에 연료를 공급할 수 있는 연료 분사수단과, 상기 엔진에 도입된 흡입 공기량을 조정하기 위한 흡기량 조정수단과, 상기 엔진의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단과, 상기 운전상태 검출수단의 검출결과에 근거하여, 상기 흡기량 조정수단을 제어하는 흡기량 제어수단을 구비한 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치에 있어서, 상기 흡기량 제어수단은 연소상태가 희박연소와 이론 공연비로의 연소 사이에서 절환될 때에 토크 쇼크를 억제해야할 학습치에 근거하여 상기 흡기량 조정수단을 제어하는 토크 쇼크 억제 제어수단과, 이론 공연비로의 연소를 행할 때에 실제 공연비가 이론공연비로 되도록 피드백 보정 계수에 근거하여 상기 흡기량 조정수단을 피드백 제어하는 피드백 제어수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 흡기량 조정수단은 상기 엔진의 배기통로와 흡기통로를 연통하는 배기가스 재순환 통로 및 해당 배기가스 재순환 통로를 개폐하기 위한 EGR 밸브를 구비하고, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기의 일부를 상기 엔진에 들어가는 흡기로 재순환시키기 위한 EGR 기구와, 흡기통로에 설치된 스로틀 밸브 및 이 스로틀 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성된 전자제어식 스로틀 기구와, 흡기통로에 설치된 스로틀 밸브를 바이패스하는 바이패스 흡기통로에 설치된 아이들 스피드 컨트롤 밸브와 상기 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성된 ISC기구 중 적어도 하나에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 희박연소 엔진의 흡기량 제어장치.