KR100236142B1

KR100236142B1 - 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치

Info

Publication number: KR100236142B1
Application number: KR1019970037379A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 미즈노
Original assignee: 와다 아끼히로; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-12-15
Also published as: JP3209112B2; EP0829634A2; KR19980024131A; EP0829634A3; EP0829634B1; DE69704186D1; DE69704186T2; US5875757A; JPH1089122A

Abstract

성층 연소 및 균일 연소를 행할 수 있는 엔진에 있어서, 부하가 가해졌을 때의 각 연소 상태에 있어서의 아이들 회전수의 안정성을 확보하고, 따라서 회전변동에 의한 좋지 않은 상태를 방지한다.

엔진(1)의 제1흡기 밸브(6a) 및 제2흡기 밸브(6b) 부근의 실린더 헤드(4) 내벽면 주변부에는 연료 분사 밸브(11)가 배치되며, 연료 분사 밸브(11)로부터의 연료는 직접적으로 기통(1a) 내에 분사된다. 또한, 전자 제어식의 스로틀 밸브(23)의 개방도라든지, 연료 분사 밸브(11)로부터의 분사량이 제어됨으로써 아이들 업이 도모된다. 전자 제어 장치(ECU, 30)는 시프트 위치가 D 레인지가 된 후, 소정의 지연 시간이 경과한 후에 아이들 업을 실행한다. 또한, 성층 연소시의 지연 시간을 균일 연소시의 지연 시간보다도 크게 설정한다. 따라서, 실제로 엔진(1)에 부하가 걸리는 시기와, 아이들 업의 시기의 적정화가 도모된다.

Description

성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치

본 발명은 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 관한 것으로, 상세하게는, 원통내 분사식 내연기관과 같이, 성층 연소 및 균일 연소를 행할 수 있는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 일반적으로 사용되는 엔진에 있어서는, 연료 분사 밸브로부터의 연료는 흡기 포트에 분사되고, 연소실에는 미리 연료와 공기의 균일 혼합기가 공급된다. 이러한 엔진에서는, 액셀러레이터 조작에 연동하는 스로틀 밸브에 의하여 흡기통로가 개폐되고, 이 개폐에 의해, 엔진의 연소실로 공급되는 흡입 공기량(결과적으로는 연료와 공기가 균일하게 혼합된 기체의 양)이 조정되며, 따라서 엔진 출력이 제어된다.

그러나, 상기의 이른바 균일 연소에 의한 기술에서는, 스로틀 밸브의 스로틀 동작에 따라 큰 흡기 부압이 발생하고, 펌핑그로스가 커져서 효율은 낮아진다. 이것에 대하여, 스로틀 밸브의 스로틀을 작게 하고, 연소실에 직접 연료를 공급함으로써, 점화 플러그 부근에 가연 혼합기를 존재시키고, 해당 부분의 공연비를 높이며, 착화성을 향상하도록 한 「성층 연소」 라는 기술이 알려져 있다. 이 기술에서는, 일반적으로, 연료를 연소실내에 균일하게 분산하여 분사 공급하기 위한 균일 연소용의 연료 분사 밸브와, 점화 플러그 주위를 향하여 연료를 직접 분사 공급하는 성층 연소용의 연료 분사 밸브가 설치되어 있다. 그리고, 엔진의 저부하시에는, 성층 연소용의 연료 분사 밸브로부터 연료가 분사되어, 그 연료가 점화 플러그 주위에 편재 공급되는 동시에, 스로틀 밸브가 거의 전개로 열려서 성층 연소가 실행된다. 이것에 의해, 연비 향상을 도모할 수 있는 동시에, 펌핑그로스의 감소를 꾀할 수 있다.

한편, 엔진의 아이들 회전수를 제어하는 장치로서는, 종래부터 여러가지 기술이 제안되어 있다. 즉, 근년에는 일반적으로, 저연비화의 관점에서, 아이들 회전수가 비교적 낮게 설정되어 있기 때문에, 자동 변속기 등의 부하를 구비한 엔진으로서는, 비구동 레인지(N 레인지 등)로부터 구동 레인지(D 레인지 등)로 시프트 변경하였을 때의 부하의 증대에 의해 회전수 저하, 나아가서는 스톨이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 이 기술에서는, 상기 한 바와 같은 회전수의 불안정화를 방지하는 것을 주목적으로 한다.

예를 들면, 일본 특허공개평5-39736호 공보에 개시된 기술에는, 비구동 레인지로부터 구동 레인지로 시프트하였을 때는, 부하 신호가 입력되고나서 소정의 지연 시간이 경과한 후에 아이들 회전수의 증대(아이들 업)를 행하도록 한다. 이것은 부하 신호가 입력되고나서, 부하가 실제로 엔진에 가해질 때까지 사이에 약간의 지연이 존재하기 때문에, 그 지연에 맞추어서 아이들 업을 실행하고자 하는 것이다. 또한, 이 기술에서는, 비구동 레인지로부터 구동 레인지로 시프트 하였을 때, 그 구동 레인지의 시프트 위치(D 레인지, L 레인지 등)에 따라서 지연 시간을 변경하도록 하고 있다.

그런데, 상기 공보에 기재된 기술을, 기술한 성층 연소를 행할 수 있는 엔진에 적용한 경우에는, 다음에 나타내는 바와 같은 문제가 생길 우려가 있였다. 즉, 성층 연소가 행해지는 경우, 스로틀 밸브의 개방도는 비교적 크기 때문에, 흡입 공기량이 아니고, 연료 분사량을 증대시키는 것에 의해 아이들 업이 행해진다. 이것에 대하여, 균일 연소일 때에는, 스로틀 밸브(혹은 아이들 피드 컨트롤 밸브)의 개방도를 증대시켜서 흡입 공기량을 증대시킴에 따라 아이들 업이 행해진다 (물론, 이 때는 공연비를 거의 일정하게 유지하도록 흡입 공기량의 증대에 따라 연료 분사량도 증대된다).

이와 같이, 같은 아이들 업을 실행하더라도, 성층 연소 실행시와, 균일 연소 실행시에는, 아이들 업의 방법에 차이가 있다. 이 때문에, 아이들 업이, 지령되고 나서, 실제로 토크가 증대할 때까지의 응답 시간이, 성층 연소와 균일 연소에서는 다르다. 구체적으로 성층 연소의 경우에는, 연료 분사량이 증대될 뿐이므로, 응답 지연은 거의 없고 즉석으로 토크 증대에 반영된다. 한편, 균일 연소의 경우에는, 스로틀 밸브(혹은 아이들 피드 컨트롤 밸브)가 열리고나서, 연소실에 증대한 공기량이 도달할 때까지 시간을 요하기 때문에, 토크가 증대하는 것이 상대적으로 느려진다.

따라서, 그러한 관계에 있어서 아이들 업의 응답이 비교적 빠른 경우에는, 먼저 토크가 증대하고나서 부하가 가해진다. 그 결과, 회전수가 일단 증대하고, 그후, 부하가 걸려서 쇼크가 발생하며, 회전수가 급격히 떨어지는 것과 같은 좋지 않은 상태가 발생할 우려가 있었다. 반대로, 아이들 업의 응답이 너무 느린 경우에 토크가 증대하기 전에 부하가 가해지게 되며, 회전수가 저하하여, 엔진 스톨이 발생할 우려가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은 성층연소 및 균일 연소를 행할 수 있는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 엔진에 부하가 가해졌을 때의 각 연소 상태에 있어서의 아이들 회전수의 안정성을 확보하고, 따라서 회전 변동에 의한 좋지 않은 상태를 방지할 수 있는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치를 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위해서 특허 청구 범위 제1항에 기재된 발명에 있어서는, 도1에 도시한 바와 같이, 성층 연소 및 균일 연소를 행하도록, 엔진(M1)의 기원통내에 연료를 공급할 수 있는 연료 분사 수단(M2)과, 상기 엔진(M1)의 운전상태를 검출하는 운전 상태 검출 수단(M3)과, 상기 운전 상태 검출 수단(M3)의 검출 결과에 근거하여, 성층 연소와 균일 연소의 사이에서, 연소 상태의 제어를 행하는 연소 상태 제어 수단(M4)과, 상기 엔진(M1)의 아이들링시의 회전수를 증대시키기 위한 아이들 업 수단(M5)과, 상기 엔진(M1)에 가해지는 부하의 작동 상태를 검출하는 부하 상태 검출 수단(M6)과, 상기 부하 상태 검출 수단(M6)의 검출 결과에 근거하여, 상기 부하의 작동이 검출된 후, 상기 아이들 업 수단(M5)을 제어하여 상기 엔진(M1)의 아이들 회전수를 증대시키는 아이들 업 제어 수단(M7)을 구비한 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 연소 상태 제어 수단(M4)에 의해 성층 연소가 실행되고 있을 때의 상기 아이들 수단(M7)에 의해 상기 엔진(M1)의 아이들 회전수를 증대시키는 시기를, 상기 연소 상태 제어 수단(M4)에 의해 균일 연소가 실행되어 있을 때의 상기 아이들업 제어 수단(M7)에 의해 상기 엔진(M1)의 아이들 회전수를 증대시키는 시기보다도 늦추는 아이들 업 개시시기 제어 수단(M8)을 설치한 것을 그 요지로 하고 있다.

또한, 특허 청구 범위 제2항에 기재된 발명에서는, 특허 청구 범위 제1항에 기재된 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 아이들 업수단(M5)은 성층 연소가 실행되고 있을 때는, 연료 분사량을 증대시키며, 균일 연소가 실행되고 있을 때에는, 적어도 흡입 공기량을 증대시키는 것을 그 요지로 한다.

또한, 특허 청구 범위 제3항에 기재된 발명에서는, 특허 청구 범위 제2항에 기재된 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 흡입 공기량을 증대시키는 것은 흡기 통로에 설치된 스로틀 밸브 및 해당 스로틀 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성되는 전자 제어식 스로틀 기구, 흡기 통로에 설치된 스로틀 밸브를 바이패스하는 바이패스 흡기 통로에 설치된 아이들 스피드 컨트롤밸브 및 해당 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성되는 ISC 기구중 적어도 1개이상으로 구성되는 것을 그 요지로 한다.

특허 청구 범위 제4항에 기재된 발명에서는 특허 청구 범위 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 기재된 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 아이들 업 제어 수단. M7은 상기 부하의 작동이 검출된 후, 소정의 지연시간 경과후에 상기 아이들 업 수단(M5)을 제어하여 상기 엔진(M1)의 아이들 회전수를 증대시키며, 또한, 상기 아이들 업 개시시기 제어 수단(M8)은 성층 연소가 실행되고 있을 때의 상기 지연 시간을, 균일 연소가 실행되어 있을 때의 상기 지연시간보다도 길게 하는 것을 그 요지로 한다.

도1은 특허 청구 범위 제1항에 기재된 발명의 기본적인 개념 구성도.

도2는 일 실시 형태에 있어서의 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치를 나타내는 개략 구성도.

도3은 엔진의 기통 부분을 확대하여 나타내는 단면도.

도4는 ECU에 의해 실행되는「아이들 업 요구 플래그 설정 루틴」을 나타내는 흐름도.

도5는 ECU에 의해 실행되는「ISC 루틴」을 나타내는 흐름도.

도6은 시간에 대한 뉴트럴 신호 및 성층 연소시 및 균일 연소시의 아이들 업 요구 플래그의 관계를 나타내는 타이밍차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 11 : 연료 분사 수단으로서의 연료 분사 밸브

20 : 흡기 덕트 22 : 아이들 업 수단을 구성하는 스텝 모터

23 : 아이들 업 수단을 구성하는 스로틀 밸브

25 : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 스로틀 센서

26A : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 액셀 센서

26B : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 전폐스위치

27 : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 상사점 센서

28 : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 크랭크각 센서

29 : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 스월 컨트롤 센서

30 : 연소 상태 제어 수단, 아이들 업 제어 수단 및 아이들 업 개시시기 제어수단을 구성하는 ECU

61 : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 흡기압 센서

62 : 운전 상태 검출 수단을 구성하는 수온 센서

63 : 운전 상태 검출 수단 및 부하 검출 수단을 구성하는 뉴트럴 스타트 스위치

71 : 자동 변속기

특허 청구 범위 제1항에 기재된 발명에 의하면, 도1에 도시하는 바와 같이, 연료 분사 수단(M2)에 의해서, 엔진(M1)의 기원통내에 연료가 공급되고, 기원통내의 연료가 연소함으로써, 엔진(M1)은 구동력을 얻는다. 또한, 엔진(M1)의 기원통내의 연료에 의해, 성층 연소 및 균일 연소가 행해질 수 있다.

또한, 운전 상태 검출 수단(M3)에 의해 엔진(Ml)의 운전 상태가 검출되고, 그 검출 결과에 근거하여, 연소 상태 제어 수단(M4)에 의해서, 성층 연소와 균일연소 사이에서, 연소 상태의 제어가 행해진다.

아울러, 엔진(M1)에 가해지는 부하의 작동상태가 부하 상태 검출 수단(M6)에의해서 검출된다. 그리고, 그 검출 걸과에 근거하여 상기 부하의 작동이 검출된후, 아이들 업 제어 수단(M7)에 의해서, 상기 아이들 업 수단(M5)이 제어된다. 이것에 의해, 엔진(M1)의 아이들 회전수가 증대된다.

그런데, 본 발명에서는 아이들 업 개시시기 제어 수단(M8)에 의해서, 연소상태 제어 수단(M4)에 의해 성층 연소가 실행되고 있을 때의 상기 아이들 업 제어수단(M7)에 의해 상기 엔진(M1)의 아이들 회전수를 증대시키는 시기가, 균일 연소가 실행되고 있을 때의 아이들 회전수 증대 시기보다도 늦추어진다. 여기에서, 성층 연소가 실행되고 있을 때의 아이들 업의 응답 속도가, 균일 연소가 실행되고 있을 때의 아이들 업의 응답 속도보다도 느린 것이 경험적으로 분명하다. 그러므로, 상기한 바와 같이 아이들 회전수 증대시기에 차이를 둠으로써, 실제로 엔진(M1)에 부하가 걸리는 시기와, 아이들 업 시기의 적정화를 도모한다.

또한, 특허 청구 범위 제2항에 기재된 발명에 의하면, 특허 청구 범위 제1항에 기재된 발명의 작용에 덧붙여, 상기 아이들 업 수단(M5)에 의해, 성층 연소가 실행되고 있을 때는 연료 분사량이 증대된다. 또한, 균일 연소가 실행되고 있을때에는, 적어도 흡입 공기량이 증대된다. 따라서, 성층 연소가 실행되고 있을 때의 아이들 업의 응답 속도가, 균일 연소가 실행되고 있을 때의 아이들 업의 응답 속도 보다도 늦어진다. 그 때문에, 상기 특허 청구 범위 제1항에 기재된 발명의 작용이 확실하게 발휘된다.

또한, 특허청구의범위 제3항에 기재된 발명에 의하면, 특허청구의범위 제2항에 기재된 발명의 작용에 덧붙여서, 상기 흡입 공기량을 증대시키는 것은 흡기통로에 설치된 스로틀 밸브 및 해당 스로틀 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성되는 전자 제어식 스로틀 기구, 흡기 통로에 설치된 스로틀 밸브를 바이패스하는 바이패스흡기 통로에 설치된 아이들 스피드 컨트롤 밸브 및 해당 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성되는 ISC 기구중 적어도 1개로써 구성되어 있다. 이 때문에, 흡기 통로의 개구 면적을 변경할 수 있는 기존의 장치를 사용하여 흡입 공기량을 증대시키며, 아이들 회전수의 증대를 도모할 수 있다.

아울러, 특허 청구 범위 제4항에 기재된 발명에 의하면, 특허 청구 범위 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 발명의 작용에 덧붙여, 상기 아이들업 제어 수단(M7)에 의해서, 상기 부하 작동이 검출된 후, 소정의 지연 시간 경과후에 상기 아이들 업 수단(M5)이 제어되어 아이들 회전수가 증대된다. 또, 상기 아이들 업 개시시기 제어 수단(M8)에 의해서, 성층 연소가 실행되고 있을 때의 상기 지연 시간이, 균일 연소가 실행되고 있을 때의 상기 지연 시간보다도 길어진다. 여기에서, 부하의 작동이 검출되고나서 실제로 엔진(M1)에 부하가 가해지기까지는 약간의 시간을 요한다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 그 시간에 맞추어서 아이들 업을 도모하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 한층 더 아이들 회전수의 안정화를 도모할 수 있다.

이하, 본 발명에 있어서의 성층 연소 엔진의 아이들링 회전수 제어 장치를 구체화한 일 실시의 형태를 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도2는 본 실시 형태에 있어서, 차량에 탑재된 원통내 분사식 엔진의 연료분사 제어 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 엔진(1)은 예를 들면 4개의 기통(1a)을 구비하고, 이 각 기통(1a)의 연소실 구조가 도3에 도시된다. 이 도면에 도시하는 바와 같이, 엔진(1)은 실린더 블럭(2)내에 피스톤을 구비하고, 해당 피스톤은 실린더 블럭(2)내에서 왕복 운동한다. 실린더 블럭(2)의 상부에는 실린더 헤드(4)가 설치되고, 상기 피스톤과 실린더 헤드(4) 사이에는 연소실(5)이 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 1기통(1a)당, 4개의 밸브가 배치되어 있고, 도면중에서, 부호(6a)로서 제1흡기 밸브, 6b로서 제2흡기 밸브, 7a로서 제1흡기 포트, 7b로서 제2흡기 포트, 8로서 한 쌍의 배기밸브, 9로서 한 쌍의 배기 포트가 각각 도시되어 있다.

도3에 도시하는 바와 같이, 제1흡기 포트(7a)는 나선(helical)형 흡기 포트로 이루어지며, 제2흡기 포트(7b)는 거의 똑바로 연장되는 스트레이트 포트로 이루어진다. 또한, 실린더 헤드(4)의 내벽면의 중앙부에는 점화 플러그(10)가 설치되어 있다. 이 점화 플러그(10)에는, 도시하지 않는 디스트리뷰터(분배기)를 사이에 두고 이그나이터(12)로부터의 고전압이 인가되도록 되어 있다. 그리고, 이 점화플러그(10)의 점화 타이밍은 이그나이터(12)로부터의 고전압의 출력 타이밍에 의해 결정된다. 또한, 제1흡기 밸브(6a) 및 제2흡기 밸브(6b) 부근의 실린더 헤드(4) 내벽면 주변부에는 연료 분사 수단으로서의 연료 분사 밸브(11)가 배치되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 연료 분사 밸브(11)로부터의 연료는 직접적으로 기통(1a)내에 분사되도록 되어 있다.

도2에 도시하는 바와 같이, 각 기통(1a)의 제1흡기 포트(7a) 및 제2흡기 포트(7b)는 각각 각 흡기 매너 폴드(15)내에 형성된 제1흡기로(15a) 및 제2흡기로(15b)를 통해 서지 탱크(16)내에 연결되어 있다. 각 제2흡기 통로(15b)내에는 각각 스월(와류형) 컨트롤 밸브(17)가 배치되어 있다. 이 스월 컨트롤 밸브(17)는 공통 샤프트(18)를 통해 예를 들면 스텝 모터(혹은 DC 모터, 19)에 연결되어 있다. 이 스텝 모터(19)는 후술하는 전자 제어 장치(이하 단지 「ECU」 라고 한다, 30)로부터의 출력 신호에 근거하여 제어된다. 또, 해당 스텝 모터(19) 대신에, 엔진(1)의 흡기 포트(7a,7b)의 부압에 따라서 제어되는 것을 이용해도 된다.

상기 서지 탱크(16)는 흡기 덕트(20)를 통해 에어클리너(21)에 연결되며, 흡기 덕트(20)내에는, 스텝 모터(22)에 의해서 개폐되는 아이들 업 수단을 구성하는 스로틀 밸브(23)가 설치되어 있다. 결국, 본 실시 형태의 스로틀 밸브(23)는 이른바 전자 제어식이며, 기본적으로는, 같은 아이들 업 수단을 구성하는 액추에이터로서의 스텝 모터(혹은 DC 모터, 22)가 상기 ECU(30)로부터의 출력 신호에 근거하여 구동되는 것에 의해, 스로틀 밸브(23)가 개폐 제어된다. 그리고, 이 스로틀 밸브(23)의 개폐에 의해, 흡기 덕트(20)를 통과하여 연소실(5)내에 도입되는 흡입 공기량이 조절된다. 본 실시의 형태에서는, 흡기 덕트(20), 서지 탱크(16) 및 1흡기로(15a) 및 제2흡기로(15b) 등에 의해, 흡기 통로가 구성되어 있다.

또한, 스로틀 밸브(23) 부근에는, 그 개방도(스로틀 개방도 TA)를 검출하기위한 스로틀 센서(25)가 설치되어 있다. 또, 상기 각 기통의 배기 포트(9)에는 배기 매너폴드(14)가 접속되어 있다. 그리고, 연소후의 배기가스는 해당 배기 매너폴드(14)를 통해 도시하지 않는 배기관으로 배출된다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 공지의 배기가스 재순환(EGR) 기구(51)가 설치되어 있다. 이 EGR 기구(51)는 배기가스재순환통로로서의 EGR 통로(52)와, 상기 통로(52) 도중에 설치된 EGR 밸브(53)를 포함하고 있다. EGR 통로(52)는 스로틀 밸브(23)의 하류측의 흡기 덕트(20)와, 배기 덕트의 사이를 연결하도록 설치되어 있다. 또한, EGR 밸브(53)는 밸브시트, 밸브 본체 및 스텝 모터(모두 도시하지 않음)를 내장하고 있다. EGR 밸브(53)의 개방도는 스텝 모터가 밸브 본체를 밸브 시트에 대하여 단속적으로 변위시킴으로써, 변동한다. 그리고, EGR 밸브(53)가 열리는 것에 의해, 배기 덕트로 배출된 배기가스의 일부가 EGR 통로(52)로 흐른다. 그 배기가스는 EGR 밸브(53)를 통하여 흡기 덕트(20)로 흐른다. 즉, 배기가스의 일부가 EGR 기구(51)에 의해서 흡입 혼합기중에 재순환한다. 이 때, EGR 밸브(53)의 개방도가 조절되는 것에 의해, 배기가스의 재순환량이 조정되는 것이다.

그런데, 상술한 ECU(30)는 디지탈 컴퓨터로 이루어져 있고, 쌍방향성 버스(31)를 사이에 두고 상호 접속된 RAM (램 액세스 메모리, 32), ROM (리드온리 메모리, 33), 마이크로프로세서로 이루어지는 CPU (중앙처리장치, 34), 입력 포트(35)및 출력 포트(36)을 구비하고 있다. 본 실시의 형태에 있어서는 해당 ECU(30)에 의해, 연소 상태 제어 수단, 아이들 업 제어 수단 및 아이들 업 개시시기 제어 수단이 구성되어 있다.

또한, 상기 액셀러레이터 페달(24)에는 해당 액셀러레이터페달(24)의 밟는량에 비례한 출력 전압을 발생하는 액셀러레이터 센서(26A)가 접속되고, 해당 액셀러레이터 센서(26)에 의해 액셀러레이터 개방도(ACCP)가 검출된다. 해당 액셀러레이터 센서(26A)의 출력 전압은 AD 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다. 또한, 같이 액셀러레이터 페달(24)에는 액셀러레이터 페달(24)의 밟는 량이 「0」인 것을 검출하기 위한 전폐스위치(26B)가 설치되어 있다. 즉, 이 전폐스위치(26B)는 액셀러레이터 페달(24)의 밟는 량이 「0」인 경우에 전폐신호(XIDL)로서 「1」의 신호를, 그렇지 않는 경우에는 「0」의 신호를 발생한다. 그리고, 해당 전폐스위치(26B)의 출력 전압도 입력 포트(35)에 입력되도록 되어 있다.

또한, 상사점 센서(27)는 예를 들면 1번 기통(1a)이 흡기상사점에 도달하였을때 출력 펄스를 발생하며, 이출력 펄스가 입력포트(35)에 입력된다. 크랭크각 센서(28)는 예를 들면 크랭크 샤프트가 30℃회전할 때마다 출력 펄스를 발생하며, 이 출력펄스가 입력 포트에 입력된다. CPU(34)에서는 상사점 센서(27)의 출력펄스와 크랭크각 센서(28)의 출력 펄스로부터 엔진 회전수(NE)가 산출된다 (읽어들인다).

또한, 상기 샤프트(18)의 회전 각도는 스월 컨트롤 밸브 센서(29)에 의해 검출되고, 이것에 의해 스월 컨트롤 밸브(17)의 개방도가 측정된다. 그리고, 스월 컨트롤 밸브 센서(29)의 출력은 A/D 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다.

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

덧붙여서, 본 실시 형태에서는 서지 탱크(16)내의 압력(흡기압PiM)을 검출하는 흡기압 센서(61)가 설치되어 있다. 또한, 엔진(1)의 냉각수 온도(냉각수온 THW)를 검출하는 수온 센서(62)가 설치되어 있다. 그리고, 이들 센서(61,62)의 출력도 A/D 변환기(37)를 통해 입력 포트(35)에 입력된다.

또한, 본 실시 형태에서는 엔진(1)에 대하여 자동변속기(71)가 구동 연결되고, 해당 자동변속기(71)는 예를 들면 도시하지 않는 은 에어컨디셔너(에어콘) 등과 동시에, 부하의 일부를 구성하고 있다. 아울러, 자동변속기(71)의 내부에는 부하검출 수단을 구성하는 뉴트럴 스타트 스위치(63)가 설치되어 있다. 이 뉴트럴 스타트 스위치(63)는 현재 시프트 위치가 뉴트럴 레인지[N 레인지(P 레인지도 포함한다)]에 있는 것을 검출한다. 즉, 현재 시프트 위치가 N 레인지에 있는 경우에는 뉴트럴 신호(NSW)로서 「0」의 신호를 출력하고, 드라이브 렌인지(D 레인지)에 있는 경우에는 뉴트럴 신호(NSW)로서 「1」 의 신호를 출력하게 된다.

본 실시 형태에서, 이 스로틀 센서(25), 액셀러레이터 센서(26A), 전폐스위치(26B), 상사점 센서(27), 크랭크각 센서(28), 스월 컨트롤 밸브 센서(29), 흡기압 센서(61), 수온 센서(62), 뉴트럴 스타트 스위치(63) 등에 의해, 엔진(1)의 운전 상태를 검출하는 운전 상태 검출 수단이 구성되어 있다.

한편, 출력 포트(36)는 대응하는 구동회로(38)를 통해 각 연료 분사 밸브(11), 각 스텝 모터(19,22), 이그나이터(12) 및 EGR 밸브(53)(스텝 모터)에 접속되어 있다. 그리고, ECU(30)는 각 센서 등 25∼29, 61∼63으로부터의 신호에 근거하여, ROM (33) 내에 격납된 제어프로그램에 따라서, 연료 분사 밸브(11), 스텝 모터(19,22), 이그나이터(12)(점화 플러그(10)) 및 EGR 밸브(53) 등을 적절하게 제어한다.

다음에, 상기 구성을 구비한 엔진(1)의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서의 본 실시 형태와 관계되는 각종 제어에 관한 프로그램에 대하여, 흐름도를 참조하여 설명한다. 도4는 본 실시 형태에서의 스로틀 밸브(23)(스텝 모터(22)) 및 연료 분사 밸브(11)를 제어하여 아이들 회전수 제어를 실행할 때 사용되는 아이들 업 요구플래그(XNSW)를 설정하기 위한 「아이들 업 요구 플래그 설정루틴」 을 나타내는 흐름도이며, 메인루틴으로서 ECU(30)에 의해 실행된다.

처리가 이 루틴으로 이행하면, ECU(30)는 우선 스텝 101에 있어서, 각종 센서 등(25∼29, 61∼63)으로부터, 엔진 회전수(NE), 액셀러레이터 개방도(ACCP), 뉴트럴 신호(NSW) 등의, 그 때마다의 운전 상태라든지 부하를 나타내는 각종 검출신호 등을 읽어들인다.

다음에, 스텝 102에 있어서는 이번에 판독한 뉴트럴 신호(NSW)가 「0」인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 뉴트럴 신호(NSW)가 「0」이 아닌, 즉, 「1」 인 경우에는 현재의 시프트 위치가 N 레인지에 있어, 외부 부하가 가해지지 않는 것으로서 스텝 103으로 이행한다.

스텝 103에 있어서는 딜레이 카운터의 카운트치(CNDDLY)를 「0」 으로 클리어한다. 여기에서, 딜레이 카운터는 일정 시간(예를 들면「32ms」) 마다 그 카운트치(CNDDLY)를 카운트업하는 것이다. 따라서, 현재의 시프트 위치가 N 레인지에 있다고 판단된 경우에는 딜레이 카운터의 카운트치(CNDDLY)가 「0」 으로 계속 클리어된다.

또한, 계속 스텝 104에 있어서, 아이들 업 요구 플래그(XNSW)를 「1」로 설정한다. 여기에서, 아이들 업 요구 플래그(XNSW) 라고 하는것은 아이들 업을 요구하는 것을 나타내는 플래그로서, 아이들 업을 요구하는 경우에는 「0」 으로, 그렇지 않은 경우에는 「1」로 설정된다. 그리고, ECU(30)는 그 후의 처리를 일단 종료한다. 따라서, 이 경우에는 아이들 업은 실행되지 않게 된다.

또한, 상기 스텝 102에 있어서, 뉴트럴 신호(NSW)가 「0」 인 경우에는 현재시프트 위치가 D 레인지에 있고, 외부 부하가 가해지는 것으로서 스텝 105으로 이행한다.

스텝 105에 있어서는 현재의 연소모드(FMODE)가 「0」 인지 아닌지를 판단한다. 여기에서, 연소 상태가 성층 연소인 경우에는 연소모드(FMODE)가 「0」 으로 설정되며, 균일 연소가 실행되고 있는 경우에는 연소모드(FMODE)가 「1」로 설정된다. 그리고, 현재의 연소모드(FMODE)가「0」인 경우에는 현재 성층 연소가 실행되고 있는 것으로서 스텝 106으로 이행한다. 스텝 106에 있어서는 소정 시간(T0)을 지연 시간(TD)으로서 설정한다. 또한, 이것에 대하여, 현재의 연소모드(FMODE)가「1」 인 경우에는 현재 균일 연소가 실행되어 있는 것으로서 스텝 107으로 이행한다. 스텝 107에서는 소정 시간(T1) [상기 소정 시간(T0)보다도 짧은 (T0>T1)]을 지연 시간(TD)으로서 설정한다.

또한, 스텝 106, 스텝 107으로부터 이행하여, 스텝 108에 있어서는 현재의 딜레이 카운터의 카운트치(CNDDLY)가, 스텝 106 또는 스텝 107에서 설정된 지연 시간(TD) 이상으로 되어 있는지 아닌지를 판단한다. 그리고, 아직 카운트치(CNDDLY)가 지연 시간(TD) 이상으로 되어 있지 않는 경우에는 아무런 처리도 행하지 않고 그 후의 처리를 일단 종료한다. 또한, 카운트치(CNDDLY)가 지연 시간(TD) 이상으로 되어 있는 경우에는 아이들 업 요구 플래그(XNSW)를 「0」에 설정한다. 그리고, ECU(30)는 그 후의 처리를 일단 종료한다. 따라서, 이 경우에는 아이들 업이 실행된다.

이와 같이, 상기 「아이들 업 요구 플래그 설정루틴」 에 있어서는 그 때의 뉴트럴 신호(NSW)와, 그 뉴트럴 신호(NSW)가 「0」 이 된 후의 시간(카운트치(CNDDLY))가 지연 시간(TD)을 경과하였는지 아닌지에 의해서 아이들 업 요구 플래그(XNSW)가 「1」또는「0」에 설정된다. 또한, 상기 지연 시간(TD)은 성층 연소가 실행되어 있는지 균일 연소가 실행되어 있는지에 의해서 가변으로 된다.

다음에, 상기 아이들 업 요구 플래그(XNSW)에 근거하여 실제로 아이들 회전수를 제어하기 위한 처리에 대하여 설명한다. 즉, 도5는 ECU(30)에 의해 실행되는 「ISC 루틴」을 나타내는 흐름도로서, 소정 크랭크각(예를 들면 「180℃A」)마다 끼어들어가서 실행된다.

처리가 이 루틴으로 이행하면, ECU(30)는 우선 스텝 201에 있어서, 아이들 업 요구 플래그(XNSW)가 「0」 인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 아이들 업 요구 플래그(XNSW)가 「0」인 경우에는 아이들 업, 즉 아이들 회전수의 증대를 도모하도록, 스텝 202에서, 별도의 루틴으로 산출되는 기본 아이들량(DCALB)에 대하여, D레인지 상당의 아이들 업 요구량(DE)을 가산한 값을 아이들 요구량(DCAL)으로서 설정한다. 여기에서, 기본 아이들량(DCALB) 및 D 레인지 상당의 아이들 업 요구량(DE)은 동시에, 무차원의 수치(예를 들면 %)로써 나타나는 것이다. 따라서, 이 처리에서 얻어지는 아이들 요구량(DCAL) 또한 무차원의 수치로서 나타난다.

한편, 스텝 201에 있어서, 아이들 업 요구 플래그(XNSW)가 「1」인 경우에는아이들 업을 행할 필요가 없으며, 스텝 203에 있어서, 별도의 루틴에서 산출되는 기본 아이들량(DCALB)을 그대로 아이들 요구량(DCAL)으로서 설정한다.

그리고, 스텝 202, 스텝 203으로부터 이행하고 스텝 204에 있어서는 현재의 연소모드(FMODE)가 「0」인지 아닌지를 판단한다. 그리고, 현재의 연소모드(FMODE)가 「0」인 경우에는 현재 성층 연소가 실행되고 있는 것으로, 스텝 205으로 이행한다.스텝 205에 있어서는 이번 설정된 아이들 요구량(DCAL)에 대하여, 연료량 환산 계수(KQF)를 승산한 값을 ISC 용의 연료 분사량(QFISC)으로서 설정한다. 그리고, 그 후의 처리를 일단 종료한다. 이 ISC용의 연료 분사량(QFISC)은 별도의 루틴에서 실행되는 최종 분사량의 산출시에, 아이들 회전수 제어용의 파라미터로서 기본 분사량에 가산될 수 있다.

또한, 스텝 204에 있어서, 현재의 연소모드(FMODE)가「1」인 경우에는 현재균일 연소가 실행되고 있는 것으로서 스텝 206으로 이행한다. 스텝 206에 있어서는 이번에 설정된 아이들 요구량(DCAL)에 대하여, 스로틀 개방도 전산계수(KOA)를 승산한 값을 ISC 용의 스로틀 개방도(QAISC)로서 설정한다. 그리고, 그 후의 처리를 일단 종료한다. 이 ISC 용의 스로틀 개방도(QAISC)는 별도의 루틴에서 실행되는 최종적인 목표 스로틀 개방도의 산출시에, 아이들 회전수 제어용의 파라미터로서 기본 스로틀 개방도에 가산될 수 있다. 또, 이것에 수반하여 공연비(A/F)를 제어할 필요가 있으므로, 연료 분사량도 그 만큼만 증대된다(피드백 제어).

이와 같이,「ISC 루틴」에서는 그 때마다 아이들 업 요구 플래그(XNSW)에 따라서 무차원의 아이들 요구량(DCAL)이 산출된다. 이 때, 아이들 업 요구 플래그(XNSW)가 「0」인 경우에는 그렇지 않는 경우와 비교하여, 아이들 요구량(DCAL)은 D 레인지 상당의 아이들 업 요구량(DE)의 분만큼 큰 값으로 설정된다. 또한, 그 때마다 연소모드(FMODE)에 따라서, ISC 용의 연료 분사량(QFISC) 또는 ISC 용의 스로틀 개방도(QAISC)가 설정된다. 즉, 성층 연소가 실행되어 있는 경우에는 연료 분사량을 증대함에 의해 아이들 업을 도모하는, ISC 용의 연료 분사량(QFIS)이 산출된다. 한편, 균일 연소가 실행되고 있는 경우에는 주로 스로틀 개방도(흡입 공기량)를 증대함으로써 아이들 업을 도모하는, ISC 용의 스로틀 개방도(QAISC)가 산출된다.

다음에, 본 실시의 형태의 작용 및 효과에 대하여 실명한다.

(가) 본 실시의 형태에 의하면, 뉴트럴 신호(NSW)가 「0」이 된 후, 즉, D레인지가 된 후, 소정의 지연 시간(TD)이 경과한 후에 아이들 업 요구 플래그(XNSW)가 「0」으로 설정되며, 아이들 업이 실행된다.

여기에서, 성층 연소가 실행되고 있을 때에는 스로틀 밸브(23)의 개방도는 이미 거의 최대로 열려있기 때문에, 흡입 공기량이 아닌, 연료의 분사량을 증대시키는 것에 의해 아이들 업을 행할 필요가 있는 것에 대하여, 균일 연소가 실행되고 있을 때에는 스로틀 밸브(23)의 개방도를 증대시켜서 흡입 공기량을 증대시킴에 따라 아이들 업이 행해진다. 이 때문에, 성층 연소를 행하고 있을 때에 아이들 업을 행하고자 하면, 연료 분사량을 증대시키면, 빨리 아이들 회전수는 증대할 수 있다. 이것에 대하여, 균일 연소를 행하고 있을 때에 아이들 업을 행하고자 하면, 흡입공기량을 증대시킬 필요가 있기 때문에, 아이들 업을 지령(아이들 업 요구 플래그(XNSW)를「0」으로 한다)하였다고 해도, 아이들 회전수를 증대시키기에는 소정 시간을 요하게 된다.

본 실시 형태에서는 도6에 도시하는 바와 같이, 성층 연소가 실행되고 있을때의 지연 시간(TD) (T0)이, 균일 연소가 실행되고 있을 때의 지연 시간(TD) (T1)보다도 크게 설정된다. 이 때문에, 아이들 회전수의 증대 시기에 차가 설정됨으로써, 실제로 엔진(1)에 부하(시프트 위치를 D 레인지로 한 것에 의한 부하)가 걸리는 시기와, 아이들 업의 시기의 적정화가 도모되는 것이 된다. 그 결과, 아이들 회전수의 안정화를 도모할 수 있으며, 나아가서는 회전 변동에 의한 토크 쇼크, 엔진스톨과 같은 좋지 않은 상태의 발생을 확실하게 피할 수 있다.

(나) 또한, 본 실시 형태에 의하면, 성층 연소가 실행되고 있을 때에는 연료분사 밸브(11)에서의 연료 분사량을 증대시키는 것에 의해, 또한, 균일 연소가 실행되고 있을 때에는 적어도 스로틀 개방도를 증대시켜서 흡입 공기량을 증대시킴으로써 아이들 업을 행하는 것으로 하고 있다. 따라서, 기존의 장치를 사용하여 상술의 제어를 실행할 수 있다. 또한, 성층 연소가 실행되어 있을 때의 아이들 업의 응답 속도가, 균일 연소가 실행되어 있을 때의 아이들 업의 응답 속도보다도 느리게 되므로, 상기 (나)에 기재된 작용 효과가 확실하게 발휘된다.

(다) 또한, 본 실시 형태에서는 아이들 회전수의 제어를 행할 때, 무차원의 파라미터인 아이들 요구량(DCAL)을 채용하는 것으로 하였다. 이 때문에, 1개의 파라미터로써, 연료 분사량 및 스로틀 개방도의 양방의 제어에 대응할 수 있다. 그 결과, 워드수 감소등의 소프트상의 효과가 얻어진다.

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

(1) 상기 실시의 형태에서는 균일 연소시의 아이들 업 수단으로서, 흡기 덕트(20)에 설치된 스로틀 밸브(23) 및 해당 스로틀 밸브(23)를 개폐하기 위한 액추에이터로서의 스텝 모터(22)로 구성되는 전자 제어식 스로틀 기구에 의해 구성하였지만, 그 외에도, 스로틀 밸브(23)를 바이패스하는 바이패스 흡기 통로에 설치된 아이들 스피드 컨트롤 밸브 및 해당 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 이루어지는 ISC 기구에 의해 구성해도 된다.

그리고 또한, 이들을 적당히 조합하는 것에 의해 아이들 업 수단을 구성하도록 해도 된다.

(2) 상기 실시의 형태에서는 무차원의 파라미터인 아이들요구량(DCAL)을 채용하여, 이러한 1개의 파라미터로써, 연료 분사량 및 스로틀 개방도의 양방의 제어에 대응하도록 하였지만, 각각 별도의 파라미터를 갖게 해도 된다.

(3) 상기 실시 형태에서는 엔진(1)에 가해지는 부하의 예 로서, 자동변속기(71)가 N 레인지로부터 D 레인지로 시프트 위치가 변동한 경우를 채용하였지만, 그 이외에도, 에어컨디셔너의 에어 컨디셔너 스위치가 들어간 경우라든지, 파워스테어링이 작동한 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다.

(4) 상기 실시 형태에서는 원통내 분사식의 엔진(1)에 본 발명을 구체화하도록 하였지만, 이른바 성층 연소, 약성층 연소를 행하는 타입의 내연기관이라면 어떠한 타입에 구체화해도 된다. 예를 들면 흡기 포트(7a, 7b)의 흡기 밸브(6a, 6b)의 우산부의 뒷편을 향하여 분사하는 타입도 포함된다. 또한, 흡기 밸브(6a, 6b)측에 연료 분사 밸브가 설치되어서는 있지만, 직접 실린더 보어(연소실(5)) 내에 분사하는 타입도 포함된다.

(5) 또한, 상기 실시의 형태에서는 나선(helical)형의 흡기 포트를 구비하며, 이른바 스월(소용돌이)을 발생시키는 것이 가능한 구성으로 하였지만, 반드시 스월을 발생하지 않아도 된다. 따라서, 예를 들면 상기 실시 형태에서의 스월 컨트롤 밸브(17), 스텝 모터(19) 등을 생략할 수 있다.

(6) 또한, 상기 실시의 형태에서는 내연기관으로서 가솔린(1)의 경우에 본 발명을 구체화하였지만, 그 외에도 디젤엔진 등의 경우에도 구체화할 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 성층 연소 및 균일 연소를 행할수 있는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 엔진에 부하가 가해졌을 때의 각 연소 상태에 있어서의 아이들 회전수의 안정성을 확보하며, 따라서 회전 변동에 의한 좋지 않은 상태를 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims

성층 연소 및 균일 연소를 행하는 엔진의 기통내에 연료를 공급할 수 있는 연료 분사 수단과, 상기 엔진의 운전 상태를 검출하는 운전 상태 검출 수단과, 상기 운전 상태 검출 수단의 검출 결과에 근거하여, 성층 연소와 균일 연소의 사이에서 연소 상태의 제어를 행하는 연소 상태 제어 수단과, 상기 엔진의 아이들링시 회전수를 증대시키기 위한 아이들 업 수단과, 상기 엔진에 가해지는 부하의 작동 상태를 검출하는 부하 상태 검출 수단과, 상기 부하 상태 검출 수단의 검출 결과에 근거하여, 상기 부하의 작동이 검출된 후, 상기 아이들 업 수단을 제어하여 상기 엔진의 아이들 회전수를 증대시키는 아이들 업 제어 수단을 구비한 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치에 있어서, 상기 연소 상태 제어 수단에 의해 성층 연소가 실행되고 있을 때의 상기 아이들 업 제어 수단에 의해 상기 엔진의 아이들 회전수를 증대시키는 시기를 상기 연소 상태 제어 수단에 의해 균일 연소가 실행되고 있을 때의 상기 아이들 업 제어수단에 의해 상기 엔진의 아이들 회전수를 증대시키는 시기보다도 늦추는 아이들 업 개시 시기 제어 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 아이들 업 수단은 성층 연소가 실행되고 있을 때에는 연료 분사량을 증대시키는 것이고, 균일 연소가 실행되고 있는 때에는 적어도 흡입 공기량을 증대시키는 것을 특징으로 하는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 흡입 공기량을 증대시키는 것은 흡기 통로에 설치된 스로틀 밸브 및 상기 스로틀 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성되는 전자 제어식 스로틀 기구와,

흡기 통로에 설치된 스로틀 밸브를 바이패스하는 바이패스 흡기 통로에 설치된 아이들 스피드 컨트롤 밸브 및 상기 밸브를 개폐하기 위한 액추에이터로 구성되는 ISC 기구 중 한 개 이상으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아이들 업 제어 수단은 상기 부하 작동이 검출된 후, 소정의 지연 시간 경과 후에 상기 아이들 업 수단을 제어하여 상기 엔진의 아이들 회전수를 증대시키는 것이고, 또한, 상기 아이들 업 개시 시기 제어 수단은 성층 연소가 실행되고 있을 때의 상기 지연 시간을, 균일 연소가 실행되고 있을 때의 상기 지연 시간보다도 길게 하는 것을 특징으로 하는 성층 연소 엔진의 아이들 회전수 제어장치.