KR100252140B1

KR100252140B1 - 엔진의 점화시기 제어장치

Info

Publication number: KR100252140B1
Application number: KR1019970032325A
Authority: KR
Inventors: 사토시 다케야마; 히로시 이와노; 야슈오 다카지; 마사아키 우치다; 하쯔오 나가이시
Original assignee: 하나와 요시카즈; 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 2000-05-01
Also published as: GB2315298B; DE19729869C2; DE19729869A1; GB2315298A; GB9714652D0; JPH1030535A; KR980009877A; JP3677876B2; US5887568A

Abstract

본 발명은 엔진의 점화시기 제어장치, 특히 최대의 축 토오크를 발생하는데 필요한 최소점화 진각값(이른바 MBT)이 되도록 점화시기를 제어하는 것에 관한 것으로, 실린더내 총 가스 중량을 미연 가스밀도 기본값 및 층류 화염속도 기본값으로 나눈 값에 소정의 착화 지연시간을 가산하고, 이 가산값을 크랭크각에 단위변환한 값을 MBT가 얻어지는 기본점화시기로서 연산하는 수단과, 이 기본 점화시기에서 화염점화를 행하는 수단을 포함하는 엔진의 점화시기 제어장치이다.

Description

엔진의 점화시기 제어장치

본 발명은 엔진의 점화시기 제어장치, 특히 최대의 축 토오크를 발생하는데 필요한 최소점화 진각값(이른바 MBT)이 되도록 점화시기를 제어하는 것에 관한 것이다.

이른바 삼원촉매방식(배기관에 삼원촉매를 설치해 놓고, HC, CO, NOx에 대한 삼원촉매의 전화율이 가장 양호해지는 이론 공연비와 공연비를 제어하는 방식)이 있고, 이 삼원촉매방식에 있어서, 부하와 회전수를 파라미터로 하는 기본점화시기의 맵을, 컨트롤 유닛내의 메모리에 기억시켜 놓는 동시에, 실제의 부하와 회전수를 검출하는 수단으로부터의 신호를 컨트롤 유닛에 입력시키어, 그때의 부하와 회전수에 따른 기본 점화시기를 상기의 맵을 검색하는 것으로 구하고, 그 구한 기본 점화시기에서 점화 코일의 1차 전류를 차단(파워 트랜지스터의 베이스 전류를 차단)함으로써, 점화를 행하는 것이 실용화되어 있다(평성 4년 4월주식회사산해당 발행 『신 카 일렉트로닉스』 제37페이지~제40페이지 참조).

그런데, 상기의 기본 점화시기에는 연료비 향상의 관점에서 MBT 부근의 값이 채용되는 것이 일반적이다. 상기의 경우에, MBT 제어의 제어 정밀도를 향상시키고자 하면, 부하와 회전수를 파라미터로 하는 기본 점화시기의 맵을 미리 적합하게 해두지 않으면 안되기 때문에, 많은 적합 실험이 필요하게 된다. 특히, 린 연소 시스템(린 운전조건의 성립시에 이론 공연비보다 린측의 공연비로 운전하여, 린 운전조건의 비성립시에는 이론 공연비 혹은 출력 공연비로 운전하는 시스템)이라든지 EGR 장치를 구비하는 경우에 있어서 린 운전영역과 리치 운전영역으로, 혹은 EGR중과 EGR 커트시에 기본 점화시기의 맵을 적절하게 사용하도록 한 것은, 적합실험의 수가 맵수에 비례하여 증대하고, 맵을 격납해 두기 때문에 메모리 용량도 커진다.

이 때문에 특개평2-245450호 공보에서는, 실린더에 임하여 설치한 압력센서에 의해 실린더내 압력의 상승비율을 검출하고, 이 실린더내 압력의 상승비율이 최대로 될 때 크랭크각이, 미리 설정한 목표값과 일치하도록 기본 점화시기의 상기 맵값을 보정함으로써, 막대한 적합실험을 행하지 않고 MBT 제어정밀도를 향상시키도록 하고 있다.

그러나, 이것에서는 압력센서를 설치할 필요가 있기 때문에 비용이 증가하고, 또한 압력센서의 내구성에 문제가 있다.

그래서 본 발명은, 흡입공기량과 엔진회전수에서 얻어지는 충전효율에 근거한 연산식에 의해 MBT가 얻어지는 기본 점화시기를 구함으로써, 막대한 적합실험을 필요로 하지 않고 또한 새로운 센서를 사용할 것도 없고, MBT 제어의 제어 정밀도를 높이는 것을 목적으로 한다.

제1의 발명에서는, 도17에 나타낸 바와 같이, 실린더내 총 가스중량 Ccy1를 미연 가스 밀도 기본값 DENS 및 층류화염속도 기본값 FLML으로 나눈 값에 소정의 착화지연시간 B1을 가산하여, 이 가산값을 크랭크각에 단위변환한 값을 MBT가 얻어지는 기본점화시기로 하여 연산하는 수단(31)과, 이 기본 점화시기에서 화염점화를 행하는 수단(32)을 설치하였다.

제2의 발명에서는, 제1의 발명에 있어서 상기 실린더내 총 가스중량 Gcyl가 새로운 공기중량G_AIR와 연료중량G_FUEL과 자기잔류 가스중량G_REG의 합이다.

제3의 발명에서는, 제2의 발명에 있어서 상기 새로운 공기중량G_AIR가 표준공기밀도 ρ0와 행정용적 Vcyl과 충전효율ITAC의 몫이다.

제4의 발명에서는, 제2의 발명에 있어서 도18에 나타내는 바와 같이 대개 이론 공연비가 얻어지는 기본분사량Tp을 연산하는 수단(41)과, 이론 공연비이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량 TFBYA0을 연산하는 수단(42)과, 이 목표 연공비 상당량 TFBYA0으로 상기 기본 분사량Tp를 보정하는 수단(43)과, 목표 연공비 상당량 TFBYA0로 보정된 기본 분사량Tp의 연료를 엔진에 공급하는 수단(44)을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량 TFBYA0에 따라서 상기 연료중량G_FUEL을 설정하는 수단(45)을 설치하였다.

제5의 발명에서는, 제2로부터 제4까지의 어느 것인가 하나의 발명에 있어서 충전효율ITAC과 엔진회전수N에 근거하여 새로운 공기비율ITAN을 연산하고, 이 새로운 공기비율ITAN에 근거하여 상기 자기잔류 가스중량G_REG을 연산한다.

제6의 발명에서는, 제1의 발명에 있어서 EGR를 행할 때, 상기 통내가스 총 가스중량Gcyl이 새로운 공기중량G_AIR와 연료중량G_FUEL과 자기잔류 가스중량G_REG과 EGR 가스중량G_REG의 합이다.

제7의 발명에서는, 제6의 발명에 있어서 상기 새로운 공기중량G_AIR이 표준공기밀도ρ0와 행정용적Vcyl과 충전효율ITAC의 몫이다.

제8의 발명에서는, 제6의 발명에 있어서 도18에 나타내는 바와 같이 거의 이론 공연비가 얻어지는 기본 분사량Tp를 연산하는 수단(41)과, 이론 공연비이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량 TFBYA0을 연산하는 수단(42)과, 이 목표 연공비 상당량 TFBYA0에서 기본 분사량Tp을 보정하는 수단(43)과, 목표 연공비 상당량 TFBYA0으로 보정된 기본 분사량Tp의 연료를 엔진에 공급하는 수단(44)을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량 TFBYA0에 따라서 상기 연료중량G_FUEL을 설정하는 수단(45)을 설치하였다.

제9의 발명에서는, 제6항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서 충전효율ITAC과 엔진회전수N에 근거하여 새로운 공기비율ITAN을 연산하여, 이 새로운 공기비율ITAN에 근거하여 상기 자기잔류 가스중량G_REG를 연산한다.

제10의 발명으로서는, 제6항 내지 제8항중 어느 한항에 있어서 설정 EGR율 RATEGR에 따라서 EGR밸브를 열 때 그 설정 EGR율 RATEGR에 응하여 상기 EGR 가스중량G_EGR을 설정한다.

제11의 발명에서는, 제10의 발명에 있어서 상기 설정 EGR율과 실제의 EGR율과의 불일치를 나타내는 보정계수에 의해 상기 EGR율을 보정한다.

제12의 발명에서는 제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11항중 어느 한 항에 있어서 상기 층류화염속도 기본값FLML이 충전효율ITAC와 엔진회전수N에 따른 값이다.

제13의 발명에서는 제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11항중 어느 한 항에 있어서 행할 때 상기 층류화염속도 기본값FLML을 감량보정한다.

제14의 발명에서는 제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11항중 어느 한 항에 있어서 도19에 나타내는 바와 같이 대개 이론 공연비가 얻어지는 기본 분사량Tp를 연산하는 수단(41)과, 이론 공연비이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량 TFBYA0을 연산하는 수단(42)과, 이 목표 연공비 상당량 TFBYA0으로 상기 기본 분사량Tp를 보정하는 수단(43)과, 목표 연공비 상당량 TFBYA0으로 보정된 기본 분사량Tp의 연료를 엔진에 공급하는 수단(44)을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량 TFBYA0에 따른 보정계수RMDHS2를 연산하는 수단(51)과, 이 보정계수RMDHS2로 상기 층류화염속도 기본값FLML을 감량보정하는 수단(52)을 설치하였다.

제15의 발명에서는, 제14의 발명에 있어서, 린 공연비로 운전할 때 스월컨트롤 밸브(swirl control valve)를 완전 폐쇄위치로 하여 실린더내에 강제적으로 스월(swirl)을 발생시킬 경우에, 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄위치에 있을 때 상기 층류 화염속도 기본값FLML을 증량 보정한다.

제16의 발명에서는, 제15의 발명에 있어서 상기 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄위치가 아닌 중간 개방도일 때 그 중간개방도에 따라서 상기 증가량 보정된 층류화염속도 기본값FLML을 감량 수정한다.

제17의 발명에서는, 제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서 상기 층류화염속도 기본값FLML을 엔진의 난기완료후에 대하여 적합한 경우에, 엔진 난기완료전에는 냉각수온에 따른 보정계수TWHOS2로 상기 층류화염속도 기본값FLML을 감량보정한다.

제18의 발명에서는, 제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서 상기 미연가스밀도 기본값DENS를 충전효율ITAC에 따라서 설정한다.

제19의 발명에서는, 제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서 도20에 나타낸 바와 같이, 대개 이론 공연비가 얻어지는 기본 분사량Tp을 연산하는 수단(41)과, 이론 공연비이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량 TFBYA0을 연산하는 수단(42)과, 이 목표 연공비 상당량 TFBYA0로 상기 기본 분사량Tp를 보정하는 수단(43)과, 목표 연공비 상당량 TFBYA0로 보정된 기본 분사량Tp의 연료를 엔진에 공급하는 수단(44)을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량 TFBYA0에 따른 보정계수RMDHS1을 연산하는 수단(61)과, 이 보정계수RMDHS1에서 상기 미연 가스밀도 기본값DENS를 감량보정하는 수단(62)을 설치하였다.

제20의 발명에서는, 제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서 상기 미연 가스밀도 기본값DENS를 엔진의 난기완료후에 대하여 적합한 경우에, 엔진 난기완료전에는 냉각수온에 따른 보정계수WHOS1에 의해 상기 미연가스밀도 기본값DENS를 감량보정한다.

제21의 발명에서는 제3항 또는 제7항에 있어서 도21에 나타낸 바와 같이 실린더에서 떨어진 위치의 흡입공기량과 회전수에 근거하여 기본 분사량Tp을 연산하는 수단(71)과, 이 기본 분사량Tp의 가중 평균값Avtp를 연산하는 수단(72)과, 이 가중평균값의 연료를 엔진에 공급하는 수단(73)을 구비하는 한편, 상기 가중평균값Avtp를 100%의 충전효율에 상당하는 가중평균값으로 나눈 값을 충전효율ITAC로서 설정하는 수단(74)을 설치하였다.

실린더내 총 가스중량을 미연가스밀도 기본값 및 층류화염속도 기본값으로 나눈 값은 실린더내의 미연가스 전부에 화염이 도달하는 시간(연소시간)이고, 제1의 발명에서는, 이 연소시간에 소정의 착화지연시간을 가한 값을 크랭크각 단위로 환산함으로써, MBT가 얻어지는 기본점화시기를 결정하고 있다. 이 때문에, 예를들면 층류 화염속도 기본값이 일정할 때는, 실린더내 총 가스중량이 많아지는 만큼 연소에 요하는 시간이 길어지기 때문에, 그 몫MBT가 얻어지는 기본 점화시기가 진각측에 또한 실린더내 총 가스중량이 일정할 때는 층류 화염속도 기본값이 빨라지는 만큼 연소에 요하는 시간이 짧아지고, 그 몫MBT가 얻어지는 기본 점화시기가 지각측으로 이동한다.

이와 같이 제1의 발명에서는 연산식에 의해 MBT가 얻어지는 기본 점화시기를 얻고 있기 때문에, 삼원촉매방식으로 기본 점화시기의 맵을 사용한 종래의 MBT 제어방식과 비교하여, 적은 실험에 의해 MBT 연산식의 적합이 가능하다. 제1의 발명에서는 린 연소 시스템 또한 EGR이 있는 조건일 때라도, 그 중에서 특정한 대표점을 측정하는 것만으로 적합이 가능하게 되는 것이다. 즉 종래의 실험에서는 격자상의 모든 점에서 측정할 필요가 있지만, 대표점만으로 적합이 가능한 것으로 본 발명의 효과가 있다. 이 결과, 개발기간을 단축화할 수 있음과 동시에, MBT 연산에 사용하는 메모리가 삭감되기 때문에 저비용화가 가능하다. 또한, 압력센서가 불필요하므로 비용도 싸고, 신뢰성이 높아진다.

제4와 제8의 각 발명에서는, 목표 연공비 상당량이 1보다 작아져 린공연비로 운전될 때에 목표 연공비 상당량에 따라서 연료중량을 설정하믄 만큼, 린공연비로 운전할 때에도 같은 연산식에 의해 린운전시에 MBT가 얻어지는 기본점화시기가 연산되는 것부터, 린운전시와 리치운전시로 기본 점화시기의 맵을 적절하게 쓰도록 하는 경우와 비교하여, 적은 실험에 의해 MBT 연산식의 적합이 가능하고, 개발기간을 단축화할 수 있음과 동시에, MBT 연산에 사용하는 메모리가 삭감되기 때문에 저비용화가 가능하다.

제10의 발명에서는, 설정 EGR율에 따라서 EGR 밸브를 열었을 때 그 설정 EGR율에 따라서 EGR 가스중량을 설정하는 만큼, EGR를 행할 때에도 같은 연산식에 의해 EGR 중에 MBT가 얻어지는 기본 점화시기가 연산되는 것부터 EGR중과 EGR 커트시로 기본 점화시기의 맵을 적절하게 쓰도록 하는 경우와 비교하여, 적은 실험에 의해 MBT 연산식의 적합이 가능하고, 개발기간을 단축화할 수 있음과 동시에, MBT 연산에 사용하는 메모리가 삭감되기 때문에 저비용화가 가능하다.

제10의 발명에서는 설정 EGR율과 실제의 EGR율과의 불일치를 나타내는 보정계수에 의해 설정 EGR율을 보정하므로, 설정 EGR율과 실제의 EGR율과의 사이에 불일치가 있더라도, EGR중에 MBT가 얻어지는 기본점화시기가 정밀도가 양호한 연산된다.

제12의 발명에서는, 층류 화염속도 기본값이 충전효율과 엔진회전수에 따른 값이기 때문에, 충전효율이라든지 회전수에 관계없이, 정밀도가 양호한 층류 화염속도를 구할 수 있다.

층류 화염속도 기본값을 EGR를 행하지 않은 경우에 적합한 경우에, EGR를 행하는 경우에도 같은 값의 층류화염속도 기본값을 사용한 것은, 화염속도를 빠르게 계산되어, MBT에서 빠지는 것이지만, 제13의 발명에서는 EGR를 행할 때 층류 화염속도 기본값을 감량 보정하기 때문에, EGR를 행하는 경우라도 정밀도가 양호하게 층류 화염속도를 줄 수 있고, 이것에 의해서, MBT에서 빠지는 일이 없다.

층류 화염속도 기본값을 이론 공연비의 분위기 또한 엔진의 난기완료후에 대하여 적합한 경우에, 엔진 난기완료후라도 목표 연공비 상당량이 1보다 작아져서 린공연비로 운전될 때 혹은 목표 연공비 상당량이 1보다 커져서 출력 공연비로 운전될 때와 같은 공연비가 이론 공연비를 뺄 때에는 화염속도가 느려지고, 또한 이론 공연비의 분위기에서도 엔진 난기완료전에 있어서는 화염속도가 느려진다. 따라서, 린공연비에서의 운전시 등 공연비가 이론 공연비에서 빠질 때라든지 엔진 난기완료전에도 층류 화염속도 기본값을 그대로 사용한 것은, 실제보다 화염속도를 빠르게 계산되어, MBT에서 빠지는 것이지만, 제14의 발명에서는 목표 연공비 상당량에 다른 보정계수에 의해 공연비가 이론 공연비에서 빠질 때에 층류 화염속도 기본값을 감량 보정하고, 또한 제17의 발명에서는 냉각수온에 다른 보정계수에 의해 엔진 난기완료전에 층류 화염속도 기본값을 감량보정하기 때문에, 린운전시 등 공연비가 이론 공연비를 빠질 때라든지 엔진 난기완료전에도 정밀도가 양호하게 층류화염속도를 줄 수 있어, 이것에 의해서, MBT에서 빠지는 일은 없다.

린공연비에서 운전할 때에 스월을 발생시키면 화염속도가 커지기 때문에, 스월 컨트롤 밸브에 의해 강제적으로 스월을 발생시킬 때에까지 층류 화염속도 기본값을 그대로 사용한 것은, 실제보다 화염속도를 지연시켜 계산되고, MBT에서 빠지는 것이지만, 제15의 발명에서는 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄위치에 있을 때 상기 층류 화염속도 기본값을 증량보정하기 때문에, 스월 컨트롤 밸브에 의해 실린더내에 강제적으로 스월을 발생시키는 경우에도, 정밀도가 양호하게 화염속도를 줄 수 있어, 이것에 의해서, MBT에서 빠지는 일은 없다.

증량 보정되는 층류 화염속도 기본값을 스월 컨트롤 밸브의 완전 폐쇄 상태로 적합한 경우에, 스월 컨트롤 밸브가 완전 개방위치라든지 완전 개방위치에 이르는 도중에 중간 개방도에 있을 때까지 같은 값을 그대로 사용한 것은, 스월에 의한 화염속도의 개선분을 실제보다 크게 계산되고, MBT에서 빠지는 것이지만 제16의 발명에서는, 증량보정된 층류 화염속도 기본값을, 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄위치가 아닌 중간 개방도일 때 그 중간개방도에 따라서 감량 수정하기 때문에, 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄위치가 아닌 중간개방도에 있을 때에도 정밀도가 양호하게 스월에 의한 화염속도의 개선분을줄 수 있어 이것에 의해서 MBT에서 빠지는 일은 없다.

제18의 발명에서는, 미연 가스밀도 기본값을 충전효율에 따라서 설정하기 때문에, 충전효율에 관계없이, 미연가스밀도를 정밀도가 양호하게 구할 수 있다.

미연 가스밀도 기본값DENS도, 상기의 층류 화염속도 기본값FLML과 동시에, 이론 공연비의 분위기가 또한 엔진 난기완료후에 대하여 적합한 경우에, 엔진 난기완료후에도 목표 연공비 상당량이 1보다 작게 되어 린 공연비로 운전될 때 혹은 목표 연공비 상당량이 1보다 커져 출력 공연비로 운전될 때와 같이 공연비가 이론 공연비를 벗어날 때에는 미연 가스밀도가 작아지고, 또한 이론 공연비의 분위기에도 엔진 난기완료전에 있어서는 미연가스 밀도가 작아지기 때문에, 린 공연비에서의 운전시 등 공연비가 이론 공연비에서 벗어날 때라든지 엔진 난기완료전에도 미연 가스밀도 기본값을 그대로 사용한 것은, 실제보다 미연 가스밀도를 크게 계산되고, MBT에서 벗어나는 것이지만, 제19의 발명에서는 린 공연비에서의 운전시 등 공연비가 이론 공연비에서 벗어날 때 목표 연공비 상당량에 따른 보정계수로 미연가스밀도 기본값을 감량 보정하고, 또한 제20의 발명에서는 냉각수온에 따른 보정계수로 엔진 난기완료전에 미연가스밀도 기본값을 감량 보정하기 때문에, 린 공연비에서의 운전시등 공연비가 이론 공연비를 벗어날 때라든지 엔진 난기완료전에도 정밀도가 양호하게 미연 가스밀도를 줄 수 있어, 이것에 의해서, MBT에서 벗어나는 일은 없다.

스로틀 밸브를 단계적으로 열었을 때, 스로틀 밸브 상류를 흐르는 공기량이 이것에 따라서 또한, 단계적으로 증가하더라도, 흡입기관의 볼륨에 의해 실린더에 유입하는 공기량은 1차 지연으로 밖에 증가할 수 없기 때문에, 스로틀 밸브 상류 등 실린더에서 떨어진 위치에서 검출되는 흡입공기량에 근거하여 기본 분사량을 연산하고, 이 기본 분사량을 100%의 충전효율에 상당하는 기본 분사량으로 나눈 값을 충전효율로서 설정한 것은, 실제의 충전효율과의 사이에 오차를 발생시키는 것이지만, 제21의 발명에서는, 실린더에서 떨어진 위치의 흡입공기량에서 얻어지는 기본분사량의 가중평균치를 100%의 충전효율에 상당하는 가중평균치로 나눈 값을 충전효율로서 설정하기 때문에, 실린더에서 떨어진 위치에서 흡입공기량을 검출하고 있어도, 정밀도가 양호하게 충전효율을 구할 수 있다.

도1은 제1실시형태의 제어 시스템을 나타낸 도면.

도2는 연료분사 펄스폭을 산출하여 출력하는 제어동작내용을 설명하기 위한 플로우챠트.

도3은 백 그라운드 잡(back ground job)의 플로우챠트.

도4는 린(lean)조건의 판정을 설명하기 위한 플로우챠트.

도5는 린 맵의 내용을 도시한 도면.

도6은 리치(rich) 맵의 내용을 도시한 도면.

도7은 점화 진각값 ADV의 연산을 설명하기 위한 플로우챠트.

도8은 점화 진각값 ADV의 연산을 설명하기 위한 플로우챠트.

도9는 미연 가스 밀도 기본값 DENS의 특성을 나타낸 도면.

도10은 층류 화염속도 기본값 FLML의 특성을 나타낸 도면.

도11은 스월 컨트롤 밸브(swirl control valve) 계수 SCADMP의 특성을 나타낸 도면.

도12는 수온 보정 계수 TWHOS1의 특성을 나타낸 도면.

도13은 수온 보정 계수 TWHOS2의 특성을 나타낸 도면.

도14는 당량비 보정계수 RMDHS1의 특성을 나타낸 도면.

도15는 당량비 보정계수 RMDHS2의 특성을 나타낸 도면.

도16은 본 발명의 작용을 설명하기 위한 막대그래프.

도17은 제1의 발명의 클레임 대응도면.

도18은 제4와 제7의 각 발명의 클레임 대응도면.

도19는 제14의 발명의 클레임 대응도면.

도20은 제19의 발명의 클레임 대응도면.

도21은 제21의 발명의 클레임 대응도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진본체 2 : 컨트롤유닛

9 : 연료분사 밸브 10 : 점화 플러그

21 : 스월 컨트롤 밸브 25 : EGR 밸브

도1에 있어, 1은 4 밸브 엔진의 본체로, 흡입공기는 에어클리너(3)로부터 스로틀부(4), 흡기 매니폴드의 콜렉터(5), 분기부(6), 또한 제1, 제2의 각 흡기밸브(7)를 통해서 실린더(8)에 공급된다. 연료는, 운전조건에 따라서 소정의 공연비가 되도록 컨트롤 유닛(도면에서는 C/U로 약기)(2)에서의 분사신호에 근거하여 연료분사 밸브(9)가 엔진의 흡기 포트를 향하여 분사된다. 이 분사 연료는 실린더(8)내에 유입하는 공기와 섞여 혼합공기를 형성하고, 혼합공기는 점화플러그(10)에 의한 화염점화에 의해 실린더(8)내에서 연소한다. 실린더(8)내에서 연소한 가스는 배기관(11)으로부터 배출된다.

컨트롤 유닛(2)에는 디스트리뷰터 내장의 크랭크각 센서(13)으로부터 Ref 신호(4기통에서는 180°마다, 6기통에서는 120°마다 발생)와 1°신호, 에어플로미터(14)로부터의 흡입공기량신호, 삼원촉매(12)의 상류측에 설치한 O₂센서(15)로부터의 공연비(산소농도)신호, 수온센서(16)로부터 냉각수온신호, 스로틀센서(17)로 부터의 스로틀 밸브(18) 개방도 신호 등이 입력되어, 이들에 근거하여 컨트롤 유닛(2)에서는, 흡입공기량Q과 엔진회전N에서 기본분사 펄스폭Tp을 연산하는 동시에, 가감속도시라든지 시동시에는 벽류연로에 관한 보정을 행한다.

컨트롤 유닛(2)에서는 또, 냉각 시동시의 엔진 안정성을 양호하게 하거나 고부하시의 요구출력에 응하기 위해서 목표 연공비 상당량 TFBYA0를 사용하여 연료보정을 행하는 수밖에, 트랜스미션의 기어위치센서(도시하지 않음)로부터의 기어위치신호, 차속센서(19)로부터의 차속신호등에 근거하여 운전상태를 판단하면서 조건에 따라서 린 공연비와 이론 공연비와의 제어를 행한다. 비공기 관(11)에는 삼원촉매(12)가 설치되어, 이론 공연비의 운전시에 최대의 전환효율로써, 배기중의 NOx의 환원과 HC, CO의 산화를 행하다. 이 삼원촉매(12)는 린 공연비일 때는 HC, CO는 산화하지만, NOx의 환원효율은 낮다. 그러나, 공연비가 린 측으로 이행하면 할수록 NOx의 발생량은 적어지고, 소정의 공연비 이상에서는 삼원촉매(12)로 정화하는 것과 같은 정도에까지 내려갈 수 있어, 동시에, 린 공연비가 되는 만큼 연료비가 개선된다. 따라서, 부하의 그다지 크지 않은 소정의 운전영역에 있어서는 목표 연공비 상당량 TFBYA0을 1.0보다 작은 값으로 함으로써 린 공연비에 의한 운전을 행하고, 그것 이외의 운전영역에서는 TFBYA0을 1.0으로 함으로써 공연비를 이론 공연비에 제어하는 것이다.

그런데, 린 공연비의 혼합공기를 유효하게 연소시키기 위해서는, 실린더(8)내에 강력한 스월을 생성하는 것이 효과적이기 때문에, 흡기 매니홀드의 분기부(6)내에 스월 컨트롤 밸브(21)를 구비한다. 스월 컨트롤 밸브(21)는, 그 상세는 도시하지 않지만, 상반분이 커트되어 있는 것의 2차 흡기 밸브측의 단부가 커트되지 않고 일부 남겨지고 있고, 스월 컨트롤 밸브(21)를 닫으면, 흡기의 류속이 빠르게 되는 것과 동시에 1차 흡기 밸브측에서 보다 많이 유입하기 때문에, 실린더(8)내에 희박한 혼합공기의 화염전파를 돕는 강한 스월이 생성된다.

스월 컨트롤 밸브(21)는 컨트롤 유닛(2)으로부터의 신호에 의해 완전 개방위치와 완전 폐쇄위치의 2단계로 제어되어, 엔진 난기후의 아이들상태 및 린 공연비 영역으로 닫혀지고, 그것 이외에서는 열린다. 스월 컨트롤 솔레노이드(22)는, 스월 컨트롤 밸브(21)와 연결되는 다이어프램 엑츄에이터(23)의 부압작동실에 대하여, 대기압과 흡입부압을 전환 도입하기 위한 삼방전환밸브로, 컨트롤 유닛(2)으로부터의 신호가 OFF 상태일 때는 부압작동실에 스로틀 밸브(18) 상류의 대기압을 도입한다. 또한, 신호가 ON 상태가 되면, 통로를 전환하여 흡입부압을 부압작동실에 도입하여 스월 컨트롤 밸브(21)를 폐쇄하도록 되어있다.

린 공연비에 의한 운전이 연료비 향상에 효과적인 이유는, 펌핑 로스(pumping loss)의 감소와 냉각손실의 감소에 있지만, 이 효과는 또한 EGR를 행하는 것으로 높일 수 있기 때문에, 배기관(11)과 흡기매니폴드를 연결하는 통로(24)에 EGR 밸브(25)를 구비한다. EGR 밸브(25)는 다이어프램식으로, 그 부압작동실에 인도되는 부압과 폐쇄 밸브방향으로 가압하는 다이어프램 스프링의 가압력과의 밸런스로 밸브 개방도가 정해진다.

BPT(back pressure transducer)밸브(26)는 컨트롤 오리피스(27) 하류의 배기압력 P2가 일정하게 유지되도록 EGR 밸브(25)의 부압 작동실에의 제어부압을 피드백 제어하기 위한 것으로, 배기압력 P2가 가령 상승하였다고 하면, BPT 밸브(26)의 다이어프램이 스프링에 저항하여 도면에서 상방으로 밀어올려지고, 다이어프램에 고정되어 있는 시트와, 이 시트에 대향하는 개구단부 사이의 유로단면적이 감소하여, 흡입부압의 대기에서의 희석비율이 작게된다(결국 부압 작동실에의 제어부압이 강하게 된다). 이것에 의해, EGR 밸브 개방도가 증가하고, 배기압력 P2의 상승이 억제된다. 이와 같이하여, EGR 밸브(25)에 작용하는 배기압력 P2가 거의 일정하게 유지될 때(BPT 제어역)

Qe≒C×A×(P1-P2)^1/2…(1)

다만, P1: 컨트롤 오리피스(27) 상류의 배기압력

A : 컨트롤 오리피스(27)의 구멍면적

C : 유량계수

의 식으로 나타내는 EGR 가스유량 Qe가 EGR 밸브(25)를 흐르고, 또한 높은 배기 압력에 의해서 BPT 밸브(26)가 완전히 폐쇄된 상태로 부착된, EGR 밸브(25)가 완전 개방 상태가 되는 영역이 되면, 컨트롤 오리피스(27)와 EGR 밸브(25)의 통풍저항으로 결정되는 유량이 흐른다.

또한, EGR 커트 솔레노이드(28)는 EGR 밸브(25)의 부압작동실에 대하여, 대기압과 흡입부압을 전환 도입하기 위한 삼방향 전환밸브이고, 컨트롤 유닛(2)으로 부터의 신호가 OFF 상태일 때는 부압작동실에 스로틀 밸브(17) 상류의 대기압을 도입하여 EGR을 커트한다. 또한, 신호가 ON 상태가 되면, 통로를 전환하여 흡입부압을 부압작동실에 도입한다(EGR 제어를 행한다).

그런데, 부하와 회전수에 따른 기본 점화시기에 MBT를 채용함으로, 연비를 향상시킬 수 있는 것이지만, 부하와 회전수를 파라메터로 하는 기본점화시기의 맵을 미리 적합하게 해두어야만 되는 종래 예에서는 MBT 제어의 제어 정밀도를 향상시키고자 하면 많은 적합실험이 필요하게 된다. 특히, 린 연소 시스템이나 EGR 장치를 구비하는 경우에 있어서 린 운전영역과 비린 운전영역으로, 혹은 EGR 내와 EGR 커트시로 점화시기의 맵을 구별하여 사용하도록 한 것은 적합실험의 수가 맵수에 비례하여 증대하고, 맵값을 격납해 두기 위한 메모리 용량도 커지게 된다.

이 때문에, 실린더에 대향하여 설치한 압력센서에 의해 실린더 내압력의 상승 비율을 검출하고, 이 실린더내 압력의 상승비율이 최대로 되었을 때의 크랭크각이, 미리 설정한 목표치와 일치하도록 점화시기의 상기 맵값을 보정함으로써, 막대한 적합실험을 행하지 않고 MBT 제어 정밀도를 향상시키도록 하는 것이 있지만(특개평 2-245450호 공보 참조), 이것으로서는 압력센서를 설치할 필요가 있기 때문에 비용이 증가하고 또한 압력센서의 내구성에도 문제가 있다.

이것에 대처하기 위해서 본 발명에서는 흡입공기량과 엔진회전수로부터 얻어지는 충전효율에 의거한 연산식에 의해 MBT가 얻어지는 기본 점화시기를 구한다.

컨트롤 유닛(2)으로 실행되는 이 제어의 내용을 이하의 플로우차트에 따라서 설명한다.

또한, 본 발명에서는 점화시기를 연산할 때에 공연비율 제어에서 나오는 일부의 변수(후술하는 목표 연공비 상당량 TFBYA0와 실린더 공기량 상당 분사 펄스폭 Avtp)를 사용하기 때문에, 도2, 도3, 도4에 의해 공연비 제어를 개설해 둔다. 후술하는 맵이나 테이블의 검색은 모두 보간계산 부착이기 때문에, 이하에서의 설명은 생략한다.

도2의 플로우챠트는 연료분사 펄스 증가를 산출하여 출력하는 제어동작 내용을 나타내는 것으로, 우선 단계 A)에서는 목표 연공비 상당량 TFBYA0.

TFBYA0=Dm1+Ktw+Kas …(2)

다만, Dm1: 연공비 보정계수

Ktw : 수온 증량 보정계수

Kas : 시동후 증량 보정계수

의 식에 의해 산출한다.

여기에서, TFBYA0는 1.0을 중심으로 하는 값으로, 공연비를 리치화하거나 린화하기 위한 값이다. 시동후 증량보정계수 Kas는 냉각수온 Tw에 따른 값을 초기값으로서 시동후 시간과 함께 일정한 비율로 감소하여 최종적으로 0으로 되는 값, 또한 수온 증량보정계수 Ktw는 냉각수온 Tw에 따른 값이고, 냉간 시동시(다만 Dm1=1. 0)에는 이 들 증량 보정계수 Kas, Ktw가 0이 아닌 양의 값을 가지고 TFBYA0가 1. 0보다 큰 값으로 되기 때문에, 공연비가 리치측에 제어되는 것이다.

한편, 연공비 보정계수 Dm1은 도5 또는 도6의 특성의 맵에 설정된 연공비 Mdm1를 검색하는 한편, 공연비의 전환시에는 소정의 댐퍼 조작을 행하게 하여 구하는 것이고, 상기의 경우 린 운전조건이 어떤가에 따라 어느 하나의 맵이 선택된다.

여기에서, 린 운전조건의 판정에 대하여 도3, 도4의 플로우챠트에 따라서 설명한다.

이들의 동작은 백 그라운드 잡으로서 행하여지는 것으로, 도3의 단계 A)에서 린 조건의 판정을 행하지만, 이를 위한 구체적인 내용은 도4에 도시한다. 린 조건의 판정은 도4의 단계 A)~F)의 내용을 1개씩 체킹함으로써, 각 항목의 전부가 만족되었을 때에 린 운전을 허가하고, 하나라도 반대할 때는 린운전을 금지한다.

즉,

단계 A) : 공연비(산소) 센서가 활성화하고 있다,

단계 B) : 엔진의 난기가 종료하고 있다,

단계 C) : 부하(Tp 혹은 Avtp)가 소정의 린 영역에 있다,

단계 D) : 회전수(N)이 소정의 린 영역에 있다,

단계 E) : 기어 위치가 2속 이상에 있다,

단계 F) : 차속이 소정의 범위에 있다,

일때에, 단계 G)에서 린운전을 허가하고, 그렇지 않으면 단계 H)로 이행하여 린운전을 금지한다. 상기의 단계 A) 내지 F)는 운전성능을 손상하지 않고서 안정하게 린운전을 행하기 위한 조건이다.

이렇게하여 린조건을 판정하면, 도3의 단계 C), D)으로 되돌아가고, 린조건이 아닐 때는 단계 C)에 의해서 이전 공연비혹은 그것보다도 진한 공연비의 맵값(맵 연공비)을, 도6에 도시한 특성의 맵을 회전수 N과 부하 Tp로 검색함으로써 산출하고, 이것에 대하여 린 조건일 때는 단계 D)에서 이전 공연비보다도 소정의 범위만큼 얇은 값의 맵 연공비 Mdm1을 도5에 도시한 특성의 맵에 따라서 같아지도록 검색한다. 또한, 이들의 맵에 나타낸 수치는 논리 공연비일 때를 1.0 으로 하는 상대값이기 때문에, 이것보다도 수치가 크면 리치,작으면 린을 나타낸다.

또한, 목표 연공비 상당량 TFBYA0가 1. 0이외의 값으로 되어 작용할 때에도 공연비 피드백 제어를 행하면, 공연비를 리치측이나 린측의 값으로 할 수 없기 때문에, 때로는 공연비 피드백 제어를 정지하고 있다(α의 클램프).

도2로 되돌아가, 단계 B)에서 에어플로미터의 출력을 A/D 변환하여, 리니얼 라이즈하여 흡입 공기류량 Q을 산출한다. 그리고 단계 C)에서 상기의 흡입 공기류량 Q과 엔진회전 N으로부터 거의 논리 공연비가 얻어지는 기본 분사펄스폭 Tp[ms]를, Tp=KxQ/N으로서 구한다. 또한 K는 정수이다.

단계 D)에서는

Avtp=Tp×Fload+Avtp_-1×(1-Fload) …(3)

다만, Fload : 가중평균계수,

Avtp-1 : 이전의 Avtp.

의 식에 의해, Tp를 가중 평균한 값을 실린더 공기량 상당분사펄스폭 Avtp[ms]로 구한다. 스로틀 밸브를 단계적으로 개방했을 때, 에어플로미터부에서는 이것에 따라서 단계적으로 공기유량이 증가하여도, 흡기관의 볼륨에 의해 실린더에 유입되는 공기유량은 1차 지연 외에 증가될 수 없기 때문에, 에어플로미터에 의해 검출한 공기류량에 대한 연료량을 실린더 부근의 분사밸브에서 분사된 것에서는 공연비가 리치로 되기 때문에, 이것을 피하기 위해, Tp의 가중평균치를 구함으로써, 과도시에도, 거의 이론 공연비의 혼합기를 실린더에 유입시키려고 하는 것이다.

(3) 식의 가중 평균계수 Fload는 회전수 N 및 행정용적Vcy1과의 곱 N. Vcy1과 흡입기관의 총유로 면적 Aa로부터 소정의 맵을 참조하여 구한다. 또한, Aa는 스로틀 밸브(17)의 유로면적에 아이들 조정밸브나 에어레귤레이터의 유로면적을 더한 것이다.

단계 E)에서는

Ti=(Avtp+Kathos)×TFBYA0×α×2+Ts …(4)

다만, Kathos : 과도보정량

α : 공연비 피드백 보정계수

Ts : 무효분사 펄스폭

의 식에 의해 연료분사 밸브(9)에 주어지는 연료분사 펄스폭 Ti[ms]를 계산한다.

(4) 식의 Kathos는 벽류연료를 고려한 값(Avtp에 상당하는 연료량의 전부가 실린더에 유입되는 것은 아니고, 일부가 정류연료로 되기 때문에 즉석에 실린더에 유입되지 않는다), α는 제어공연비가 이론 공연비를 중심으로하는 이른바 윈도우에 들어가도록 O₂센서출력에 의거하여 연산되는 값, Ts는 분사밸브(9)가 분사신호를 받고 나서 실제로 밸브가 개방되기 까지의 작동지연을 보상하기 위한 값이다.

또한, (4)식은 시퀀셜 분사(4기통에서는 엔진(2) 회전수마다 1회, 각 기통의 점화 순서에 맞추어 분사)인 경우의 식이기 때문에, 숫자의 2가 들어가 있다. 또한, (4)식에서의 TFBYA0와 α의 단위는 무명수이지만, 논리상은 TFBYA0, α도[%]의 단위로 하고 있다.

다음에 단계 F)에서 연료커트의 판정을 행하고, 단계 H), I)에서 연료커트조건이면 무효분사 펄스폭 Ts를, 그렇지 않으면 Ti를 분사실행용 출력 레지스터에 저장함으로 크랭크각 센서의 출력에 따라서 소정의 분사 타이밍에서의 분사에 대비한다.

분사의 실행은 Ref 신호의 입력을 트리거로 하는 처리(도시하지 않는다)에 의해 행하여진다. 각 기통의 분사타이밍에 대응하는 기통의 연료분사 밸브가 Ti의 기간만 열리는 것이다.

이상으로 공연비 제어의 개략적인 설명을 끝낸다.

도7, 도8의 플로우챠트는 점화장치에 주어지는 점화 진각값 ADV를 산출하여 출력하는 제어조작 내용을 도시한 것으로, 10ms 잡(job)으로 실행한다. 또한, 점화진각치 ADV에는 압축상사점전의 크랭크각[°BTDC]을 사용하고 있다.

단계 A)에서는 도2의 단계 D)에 의해 얻고 있는 실린더 변기량 상당분사 펄스폭 Avtp를 사용하여

ITAC=(Avtp/Avtp 100) …(5)

다만, Avtp 100 : 100%의 충전효율에 상당하는 Avtp의 식에 의해 충전효율 ITAC를 계산한다. Avtp 100는 적합 고정치(1 데이터)이다. 또한, (5)식에서의 ITAC의 단위는 무명수이지만, 논리상은 [%]의 단위이다.

단계 B)에서는 도2의 단계 A)에서 얻고 있는 목표 연공비 상당량 TFBYA0를 사용하여

FUELG=TFBYA0/14.5 …(6)

의 식에 의해 연료중량 상당계수 FUELQ를 계산한다. 예를 들면, 이론공연비일 때는 FUELG=1. 0/14. 5로 되고, 린 공연비일 때는 1. 0/14. 5보다 작은 값으로 된다. 또한, (6)식에 있어서 FUELG의 단위는 무명수이지만, 논리상도 무명수이다.

단계 C)에서는 실린더내 가스 중량(새로운 공기중량G_AIR과 자기잔류 가스중량 G_REG과의 합계)과 새로운 공기중량G_AIR의 비인 새로운 공기비율 ITAN을 계산한다. 구체적으로는 충전효율 ITAC와 회전수 N보다 소정의 맵을 검색하여 구한다. 마찬가지로 하여, 단계 D)에서는 충전효율 ITAC에서 도9를 내용으로 하는 테이블을 검색하여 미연가스 밀도 기본값 DENS를, 또한 단계 E)에서는 충전효율 ITAC와 회전수 N에서 도10을 내용으로 하는 맵을 검색하여 층류 화염속도 기본값 FLML을 구한다. 또한, 층류 화염속도는 가스가 정지되어 있는 경우의 화염전파 속도, 즉 유동(흩어짐)이 없는 경우의 화염전파 속도인 것이다.

여기에서, 도9에 도시된 바와 같이 미연가스 밀도 기본치 DENS는 ITAC가 커짐에 따라서 커지는 값이다. 도10과 같이 층류 화염속도 기본치 FLML은 회전수가 일정 조건에서는 ITAC가 커질수록 커지고, 또한 ITAC가 일정할 때는 회전수가 높아질수록 커지는 값이다.

단계 F)에서는 스월 컨트롤 밸브 개방도에서 도11을 내용으로 하는 테이블을 검색하여 스월 컨트롤 밸브 개방도 계수 SCADMP을 구하고, 단계 G)에 있어서,

SCVTF=(SCADMP x SCVK+1. 0) …(7)

다만, SCVK : 적합계수

의 식에 의하여 스월 수정계수 SCVTF를 계산한다.

스월 수정계수 SCVTF는 스월 컨트롤 밸브(21)의 완전폐쇄시에 흩어짐이 강해짐으로써 화염속도가 빠르게 되는 비율을 나타내는 값이다. 이 값은 스월 컨트롤 밸브 개방도에 의해 결정되기 때문에, 도11에 도시된 바와 같이 스월 컨트롤 밸브(21)가 완전폐쇄 위치에서 1, 완전 개방 위치에서 0으로 되고, 중간의 개방도에서는 선형보간에 의해 계산되는 값을 스월 컨트롤 밸브 개방도 계수 SCADMP로서 사용하고 있다.

(7)식의 적합계수 SCVK는 일정값이다. 이 SCVK의 값은 엔진의 흡기포트의 형상에 의해서 다르기 때문에, 엔진마다 적합할 필요가 있다.

도8의 단계 H)에서는 냉각수온 Tw에서 도12, 도13을 내용으로 하는 테이블을 검색하여 수온보정 계수 TWHOS1, TWHOS2를, 또한 단계 I)에서는 목표 연공비 상당량 TFBYA0에서 도14, 도15를 내용으로 하는 테이블을 검색하여 적당량 비보정 계수 RMDHS1, RMDHS2를 구한다.

도8로 진행하여, 단계 J)에서는 충전효율 ITAC(혹은 α-N 유량 Qh0)와 회전수 N에서 소정의 맵을 검색하여 설정 EGR율 RATEGR을 구하고, 단계 K)에 있어서

EGRC=RATEGR x 보정계수 …(8)

의 식에 의해 수정 EGR치 EGRC를 계산한다.

여기에서, RATEGR의 정의는

RATEGR=ERG 가스유량/(신규유량+ERG 가스유량)

이고, 이 값을 배기압력방식의 EGR 장치에 대하여 미리 정해져 있다.

(8)식의 보정계수는 일정값으로, 실제의 EGR율과 설정 EGR율 RATEGR의 어긋남을 나타내는 값이다. 이 값은 EGR 장치나 엔진에 따라 다르기 때문에, 엔진마다 적합해야만 한다.

단계 L)에서는

MASSC=ITAC x (1. 0+EGRC+FUELG+(1-ITAN)/ITAN) …(9)

의 식에 의해 실린더내 총 가스질량(정확히는 단위 실린더용적당의 값이다)MASSC를 계산한다.

(9)식에 있어서, 우변 제2항, 제3항, 제4항은 각각 EGR, 공연비, 자기잔류 가스가 실린더내 가스중량에 미치는 영향을 고려한 것이다.

또한, (9)식은 다음과 같이 하여 이끌어낸 것이다.

실린더내 총가스중량 Gcy1는 EGR 가스 및 실린더내에 잔류하는 가스도 고려하여

Gcy1=G_AIR+G_EGR+G_FUEL+G_REG…(a)

단, G_AIR: 신규공기중량

G_EGR: EGR 가스 중량

G_FUEL: 연료중량

G_REG: 자기잔류 가스 중량으로 된다.

여기에서, (a)식의 각 중량은

G_AIR=ρ0×Vcy1×ITAC …(b)

단, ρ0 : 표준 공기밀도

Vcy1 : 행정용적

G_EGR=G_AIRx EGRC …(c)

G_FUEL=G_AIRxFUELG …(d)

G_REG=G_AIRx (1-ITAN)/ITAN …(e)

(∵ ITAN=G_AIR/(G_AIR+G_REG))

이기 때문에, 이 들을 (a)식에 대입하여 정리한다.

Gcy1 : ρ0×Vcy1 x ITAC ×(1+EGRC+FUELG+(1-ITAN)/ITAN) …(f)

(f)식에 있어서,

Al=ρ0×Vcy1(이정값) …(g)

MASSC=ITAC×(1+EGRC+FUELG+(1-ITAN)/ITAN) …(h)

로 놓으면, (h)식에 의해 상기의 (9)식을 얻게된다.

여기에서, Al(100% ηc일 때의 실린더내 공기중량을 의미한다)은 일정값으로, 이 값은 엔진마다 적합해야만 한다.

다음에 단계 M)에서는

FLV=FLML x RMDHS2 x TWHOS2 x (1-A2×EGR0)

+FLMT x SCVTF x A3 …(10)

단, A2 : 화염속도 보정계수

A3 : 화염속도 보정변수

EGR0 : EGR 보정계수]

FLMT : 난류화염 속도 기본치(고정치)

의 식에 의해 화염속도 FLV를 계산한다.

(10)식에 있어서 우변 제1항은 스월이 없을 때의 화염속도, 우변 제2항은 스월에 의한 화염속도의 개선분이다.

먼저, 우변 제1항에 있어서, RMDHS2는 공연비(목표 연공비 상당량 TFBYA0)가 있고, 층류화염속도에 주어지는 영향을, 또한 TWHOS2는 냉각수온 TW가 층류 화염속도에 주어지는 영향을 각각 고려한 것이다. 층류화염 속도 기본값 FLML은 이론 공연비의 분위기(즉 TFBYA0=1. 0일 때) 또한 엔진의 난기 완료후(결국 냉각수온이 거의 60℃이상)에 대하여 적합한 값이기 때문에, 엔진 난기완료후에도 공연비가 이론 공연비를 벗어났을 때는 화염속도가 느리게 되고(실험으로 확인하고 있다), 또한 이론 공연비의 분위기에서도 엔진 난기완료전에 있어서는 화염속도가 느리게 된다. 따라서, 공연비가 이론 공연비에 벗어났을 때나 엔진 난기 완료전에도 FLML을 그대로 사용한 것에서는 실제보다 화염속도가 빠르게 계산되어, MBT에서 벗어나게 된다. 그래도, 도15에 도시한 바와 같이 공연비가 이론 공연비보다 벗어났을 때는 RMDHS2에 의해 FLML을 감량 보정하고, 또한 도13과 같이 엔진 난기완료전은 TWMO S2에 의해 FLML을 감량보정함으로, 공연비가 이론 공연비를 벗어났을 때나 엔진 난기완료전이라도 정밀도가 양호한 층류속도를 줄 수 있고, 따라서, MBT에서 벗어나는 일이 없다.

다음에, 우변 제1항의 EGR 보정계수 EGR0는 EGR를 행할 때에 필요하게 되는 값으로, 설정 EGR율과 새로운 공기비율에 의해 산출한다. EGR내는 EGR 커트시보다 화염속도가 느리기 때문에 EGR0에 의해 화염속도를 감량 보정하는 것이다. 계수 A2는 일정값으로 엔진마다 적합하다.

우변 제2항의 층류 화염속도 기본값 FLMT는 스월 컨트롤 밸브(21)의 완전폐쇄 상태로 점화시기의 피슈훅 실험(일정 회전, 일정 스로틀 개방도에 있어서, 최적 점화시기(MBT)를 구하기 위해서, 점화시기를 변화시키어 최대 토오크 발생점을 확인하는 실험의 것)을 행하여 정한 값(고정값)이기 때문에, 스월 컨트롤 밸브(21)가 완전 개방 위치라든지 완전개방 위치에 이르는 도중의 중간 개방도에 있을 때까지 FLMT를 그대로 사용한 것에서는 스월에 의한 화염속도의 개선분을 실제보다 크게 어림하게 되어, MBT로부터 벗어나게 된다. 그리하여, 도11에 도시한 바와 같이, 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄 위치에 없는 중간개방도에 있을 때는 스월 수정 계수 SCVTF에 의해 FLMT를 감량 보정하는 것으로, 스월 컨트롤 밸브(21)가 완전 폐쇄위치에 없는 중간 개방도에 있을 때에도 정밀도가 양호한 스월에 의한 화염속도의 개선분을 줄 수 있고, 이것에 의해서 MBT로부터 버어나는 일이 없다. 또한, 변수 A3는 회전수 N에 비례하는 값이다.

단계 N)에서는

ROU=DENS x RMDHS1 x TWHOS1 …(11)

의 식에 의해 미연 가스밀도 ROU를 계산한다.

(11)식에 있어서 TWHOS1은 냉각수온 Tw가 미연 가스밀도에 주어지는 영향을, 또한 RMDHS1은 공연비(목표 연공비 상당량 TFBYA0)가 미연 가스밀도에 주어지는 영향을 고려한 것이다. 미연 가스밀도 기본값 DENS도, 상기의 층류 화염속도 기본값 FLML과 같이, 이론 공연비의 분위기(즉 TFBYA0=1. 0일 때) 또한 엔진 난기 완료후 (즉 냉각수온이 거의 60℃이상)에 대하여 적합한 값이기 때문에, 엔진 난기완료 후에도 공연비가 논리 공연비를 벗어났을 때는 미연 가스밀도가 작아지고(이 점도 실험에 의해 확인하고 있다), 또한 이론 공연비의 분위기에도 엔진 난기완료 전에 있어서는 미연 가스밀도가 작게 된다. 따라서, 공연비가 이론 공연비보다 벗어났을 때나 엔진 난기완료 전에도 DENS를 그대로 사용한 것에서는 실제보다 미연 가스밀도를 조금크게 어림하게 됨으로써, MBT에서 벗어나게 된다. 그리하여, 도14에 도시한 바와 같이 공연비가 이론 공연비에서 벗어났을 때는 RMDHS1에 의해 DENS를 감량 보정하고, 또한 도12와 같이 엔진 난기완료 전은 TWHOS1에 의해 DENS를 감량보정하는 것으로, 공연비가 이론 공연비를 벗어났을 때나 엔진 난기완료 전이라도 정밀도가 양호한 미연 가스밀도를 줄 수 있고, 따라서, MBT에서 벗어나지 않는다.

이렇게 하여, 실린더내 모든 가스질량 MASSC, 화염속도 FLV, 미연 가스밀도 ROU를 계산하면, 이 들은 사용하여, 단계 0)에서

MBTCAL={B1+Al×MASSC/(ROU×FLV)}×B2-B3 …(12)

단, B1 : 착화지연시간

B2 : 시간에서 크랭크각에의 환산변수

B3 : MBTCAL 연산용 크랭크각 보정 계수

의 식에 의해 MBT 연산값인 MBTCAL[°BTDC]을 계산한다.

연소시의 실린더 내압력이 최대가 되는 크랭크각 위치가 압축 상사점 후 소정의 크랭크각(10 내지 15°)의 위치에 오도록설정하였을 때의 점화 진각값이 MBT 이다. 상기의 경우에, 종래 예에서는 MBT를 기본 점화시기로서 채용하여, 부하와 회전수를 파라미터로 하는 기본 점화시기의 맵을 적합 실험에 의해 미리 구해둔 것에 대하여, 본 발명은 연산식에 의해 MBT를 정량화한 것이다.

(12)식에 있어서 실린더내 총 가스중량인 A1×MASSC를 미연 가스밀도 ROU와 화염속도 FLV의 곱으로 나눈 값은 실린더내의 미연 가스의 모든 화염이 도달하는 시간(연소시간)으로, 논리상은[ms]의 단위가 된다. 이 연소시간에 착화지연시간 B1[ms]를 첨가한 값을 연산변수 B2에 의해 크랭크각 단위로 환산함으로써, MBT에서 얻어지는 점화 진각값을 결정하고 있는 것이다.

(12)식에서 화염속도 FLV가 일정할 때는 실린더내 총가스 중량이 많아질수록 연소에 요하는 시간이 길게 되기 때문에, 그 만큼 MBTCAL의 값이 진각측에, 또한 실린더내 총가스중량이 일정할 때는 화염속도 FLV가 빠르게 되는 만큼 연소에 요하는 시간이 짧게 되고, 그 만큼 MBTCAL의 값이 지연각 측으로 이동한다. 또한 연소에 요하는 시간이 일정하여도, 그 시간에 대응하는 크랭크각 구간은 회전수에 의해 변화하고, 회전수가 빠른 만큼 MBTCAL을 진각측으로 해야만 하기 때문에, 환산변수 B2를 회전수 N에 비례시키고 있다. B1, B3는 일정값으로, 엔진마다 적합하다.

이렇게하여 MBTCAL을 계산하면, 이 MBTCAL을 단계 P)에 있어서 점화 진각값 ADV[°BTDC]에 이동했을 때 이의 ADV의 값을 단계 Q)에서 점화 실행용 출력 레지스터에 저장하는 것으로, 크랭크 각 센서의 출력에 따라서 소정의 점화 타이밍에서의 점화에 대비한다.

분사의 실행과 같이, 점화실행도 Ref 신호의 입력을 트리거로 하는 인터럽트처리(도시하지 않는다)에 의해 행해지고 있다. Ref 신호의 상승(예를들면 70°BTDC)보다 1°신호를 카운트하는 카운터값이 70°-ADV와 일치하였을 때 점화코일의 일차전류가 차단되는(즉 점화가 행해진다)것이다.

여기서, 본 발명의 작용을 설명한다.

기본 점화시기의 맵을 사용한 종래의 MBT 제어방식에서는 부하와 회전수의 대표점에 대응하여 막대한 적합실험을 필요로 하는데 반해, 본 발명에서는 기본적으로 흡입공기 유량과 회전부를 사용한 독자의 연산식에 의해 MBT가 얻어지는 점화 진각값을 얻고 있기 때문에, 적은 실험에 의해 MBT 연산식의 적합이 가능하고, 개발기간을 단축화할 수 있음과 동시에, 컨트롤 유닛의 메모리가 삭감되기 때문에 저비용화가 가능하다.

예를들면, 종래의 3원 촉매 방식과 합치되기 때문에,

① 이론 공연비의 분위기(즉 TFBYA0=1. 0일 때),

② 엔진 난기 완료후(즉 냉각 수온이 80℃ 정도)

③ EGR 커트시

의 모든 여건을 만족하는 경우에 생각하면, 이때, EGRC=0, FUELG=1. 0/14. 5, FMDHS2=1, TWHOS2=1, EGR0=0, SCVTF=0, RMDHS1=1, TWHOS1=1인 것보다 MASSC, FLV, ROU가 각각

MASSC=ITAC

×(1. 0 + 1. 0/ 14. 5+(1-ITAN)/ITAN) …(9a)

FLV=FLML … (10a)

ROU=DENS …(11a)

으로 되고, MBTCAL이

MBTCAL=[B1+Al×{ITAC x (1. 0+1. 0/14. 5+(1-ITAN)/ITAN)}

/)DENS x FLML)]×B2-B3 …(12a)

의 식에 의해 주어진다.

(12a)식에 있어서 ITAC는 엔진의 부하와 회전수에서 얻어지는 계산값, ITAN은 맵값, DENS는 테이블 값, 나머지의 B1, A1, FLML, B2, B3은 전부 일정값이다. 따라서, 적합실험을 행하지 않으면 안되는 것은 ITAN, DENS, B1, Al, FLML, B2, B3의 각 값인 상기의 경우에, ITAN의 적합은 종래의 기본점화시기의 맵의 적합 정도의 실험수는 필요가 없고(ITAN의 측정은 4×4=16점의 데이터로 가능), 또한 DENS는 도9에도 도시한 바와 같이, ITAC에 대하여 크게 변화하는 값이 아니기 때문에 적은 실험으로 충분하다. Bl, Al, FLMML B2, B3은 일정값이기 때문에 이 들에도 많은 실험을 필요로 하지 않는다.

또한, 본 발명에 있어서, 린 공연비로 운전할 때에는 FUELG의 계산과 SCADMP테이블이 간단한 검색을 추가 하는 것만으로, 같은 MBTCAL의 연산식에 의해 린 운전시에 MBT의 얻어지는 점화 진각값이 연산된다. 린 공연비에서의 운전에 덧붙여 EGR을 행할 때는 또한 EGRC의 계산을 추가하는 것만으로 이것 또한 같은 MBTCAL의 연산식에 의해 린 운전시 또한 EGR 중에 MBT의 얻어지는 점화 진각값이 연산된다.

이와 같이, 3원 촉매방식으로 기본 점화시기의 맵을 사용한 종래의 MBT 제어방식 혹은 린반 시스템이나 EGR 장치를 구비하는 경우에 있어서 린 운전영역과 비린 운전영역으로, 혹은 EGR 중과 EGR 커트시로 기본 점화시기의 맵을 구별지어 사용하도록 하는 경우와 비교하여 ITAN의 측정을 포함하여도 현재의 약 1/5의 실험량으로 MBT 연산식의 적합이 가능하게 된다. 본 발명에서는 린반 시스템 또한 EGR이 있는 조건일 때라도, 그중에서 특정한 대표점을 측정하는 것만으로 연합이 가능하게 된다. 즉, 종래의 실험에서는 격자형상의 모든 점에서 측정할 필요가 있지만, 대표점만으로 적합이 가능한 점에 본 발명의 효과가 있다. 실험에 의하면, 본 발명에 의한 컨트롤 유닛의 메모리 삭감효과는 린 연소 시스템 또한 EGR 있고 또한 하이오크 가솔린(혹은 가솔린)사용의 엔진인 경우, 종래에 대해 1/5인 것이 확인되고 있다.

또한, 상기의 (12)식에 의한 MBT 연산값이 어떤 정도의 정밀도를 갖고 있는 가를 알기 위해, 상기의 (12)식에 의한 MBT 연산값과 MBT 측정실험(피슈 훅 실험과 같음)에 의한 상세한 데이터와의 오차의 막대그래프를 나타낸 것이 도16이다. 동 도면보다 상세한 MBT 측정실험 데이터에 대하여, (12)식에 의한 MBT 연산치의 평균 오차는 1 내지 3°이내이고, 최대 오차라도 일부의 영역을 제외하고 5°이내이고, MBT제어에 있어서 충분한 정밀도를 갖고 있음을 알 수 있다.

또한, 압력센서가 불필요하기 때문에 비용도 싸고, 신뢰성도 높아진다.

실시형태로서는 배기압 컨트롤 방식의 EGR 제어장치에서 설명하였지만, 이것에 한정되지 않는다.

실시형태에서는 린반 시스템 또한 EGR 장치를 구비한 것에 대하여 설명하였지만, EGR 장치를 설치하지 않은 린 연소 시스템이나 이른바 3원 촉매 방식의 것에도 적용이 있는 것은 말할 것도 없다.

Claims

실린더내 총 가스 중량을 미연 가스밀도 기본값 및 층류 화염속도 기본값으로 나눈 값에 소정의 착화 지연시간을 가산하고, 이 가산값을 크랭크각에 단위변환한 값을 MBT가 얻어지는 기본점화시기로서 연산하는 수단과, 이 기본 점화시기에서 화염점화를 행하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 실린더내 총 가스중량은 새로운 공기중량과 연료중량과 자기 잔류 가스중량의 합인 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제2항에 있어서, 상기 새로운 공기중량은 표준 공기밀도와 행정용적과 충전효율의 곱인 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제2항에 있어서, 대개 이론 공연비가 얻어지는 기본 분사량을 연산하는 수단과, 이론 공연비 이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량을 연산하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 상기 기본 분사량을 보정하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 보정된 기본 분사량의 연료를 엔진에 공급하는 수단을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량에 따라서 상기 연료량을 설정하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제2항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 충전효율과 엔진회전수에 근거하여 새로운 공기비율을 연산하여, 이 새로운 공기비율에 근거하여 상기 자기잔류 가스중량을 연산하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1항에 있어서, EGR를 행할 때, 상기 통내가스 총 가스중량은 새로운 공기중량과 연료중량과 자기잔류 가스중량과 EGR 가스중량의 합인 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제6항에 있어서, 상기 새로운 공기중량은 표준 공기밀도와 행정용적과 충전효율의 곱인 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제6항에 있어서, 대개 이론 공연비가 얻어지는 기본 분사량을 연산하는 수단과, 이론 공연비 이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량을 연산하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 상기 기본 분사량을 보정하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 보정된 기본 분사량의 연료를 엔진에 공급하는 수단을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량에 따라서 상기 연료중량을 설정하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제6항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 충전효율과 엔진회전수에 근거하여 새로운 공기비율을 연산하여, 이 새로운 공기비율에 근거하여 상기 자기잔류 가스중량을 연산하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제6항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 설정 EGR율에 따라서 EGR 밸브를 열 때 그 설정 EGR율에 비례하여 상기 EGR 가스중량을 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제10항에 있어서, 상기 설정 EGR율과 실제의 EGR율과의 어긋남을 나타내는 보정계수에 의해 상기 설정 EGR율을 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 층류 화염속도 기본값은 충전효율과 엔진 회전수에 따른 값인 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11항중 어느 한 항에 있어서, EGR를 행할 때 상기 층류 화염속도 기본값을 감량 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11항중 어느 한 항에 있어서, 이론 공연비가 얻어지는 기본 분사량을 연산하는 수단과, 이론 공연비 이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량을 연산하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 상기 기본 분사량을 보정하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 보정된 기본 분사량을 엔진에 공급하는 수단을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량에 따른 보정계수를 연산하는 수단과, 보정계수로 상기 층류 화염속도 기본값을 감량 보정하는 수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제14항에 있어서, 린(lean) 공연비로 운전할 때 스월 컨트롤 밸브(swirl control valve)를 완전 폐쇄위치로 하여 실린더내에 강제적으로 스월(swirl)을 발생시킬 경우에, 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄위치에 있을 때 상기 층류 화염속도 기본값을 증가량 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제15항에 있어서, 상기 스월 컨트롤 밸브가 완전 폐쇄위치가 아닌 중간 개방도일 때 그 중간 개방도에 따라서 상기 증량 보정된 층류 화염속도 기본값을 감량 수정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 층류 화염속도 기본값을 엔진의 난기완료후에 대하여 적합한 경우에, 엔진 난기완료 전에는 냉각수온에 따른 보정계수로 상기 층류 화염속도 기본값을 감량 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미연 가스밀도 기본값을 충전효율에 따라 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서, 대기 이론 공연비가 얻어지는 기본 분사량을 연산하는 수단과, 이론 공연비 이외의 공연비로 운전하기 위한 목표 연공비 상당량을 연산하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 상기 기본 분사량을 보정하는 수단과, 목표 연공비 상당량으로 보정된 기본 분사량의 연료를 엔진에 공급하는 수단을 구비하는 한편, 상기 목표 연공비 상당량에 따른 보정계수를 연산하는 수단과, 보정계수로 상기 미연 가스밀도 기본값을 감량 보정하는 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제1, 2, 3, 4, 6, 7, 8 11, 15, 16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 미연 가스밀도 기본값을 엔진의 난기완료후에 대하여 적합한 경우에, 엔진 난기완료전에는 냉각수온에 따른 보정계수에 의해 상기 미연 가스밀도 기본값을 감량 보정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.
제3항 또는 제7항에 있어서, 실린더에서 떨어진 위치의 흡입공기량과 회전수에 근거하여 기본 분사량을 연산하는 수단과, 기본 분사량의 가중 평균값을 연산하는 수단과, 가중 평균값의 연료를 엔진에 공급하는 수단을 구비하는 한편, 상기 가중 평균값을 100%의 충전효율에 상당하는 가중평균값으로 나눈 값을 상기 충전효율로서 설정하는 수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 엔진의 점화시기 제어장치.