KR100284794B1 - 내연기관용 제어 시스템 - Google Patents

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유끼 나까지마
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하나와 요시카즈
닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

균질 연소를 달성하기 위한 제1 분사시기와 성층 연소를 달성하기 위한 제2 분사시기 사이의 연료 분사시기를 변경시키는 형태의 내연기관용 엔진 제어 시스템은 적어도 하나의 센서와 연료 분사시기 및 연료 분사량을 제어하기 위한 제어기를 구비한다. 제어기는 센서에 의해 감지된 엔진 작동 조건에 따라 균질 연소 모드 및 성층 연소 중의 하나를 선택하고, 선택된 연소 모드에 대한 연료 분사량을 계산하고, 소정의 실린더에 대한 균질 모드 연료 분사량의 계산이 소정의 실린더에 대한 제1 분사시기 이전에 종료된다면 균질 모드에 대한 제1 분사시기에서 상기 엔진의 소정 실린더로의 균질 모드 연료 분사를 개시할 수 있다. 상기 소정 실린더에 대한 연료 분사량의 계산이 종료되지 않으면, 상기 제어 시스템은 제2 분사시기에서 소정 실린더로의 성층 모드 연료 분사를 수행한다.

Description

내연기관용 제어 시스템
본 발명은 내연기관용 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 성층 연소 모드와 균질 모드 연소를 갖는 형태의 엔진의 연료 분사를 제어하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다.
최근, 성층 연소와 균질 연소를 이용함으로써 연료 효율과 에미션(emission)성능을 향상시키기 위해 가솔린 엔진과 같은 스파크 점화 엔진에서 실린더 내로의 직접 연료 분사 기술이 개발되고 있다.
저부하 및 중간 부하 영역에서, 이러한 형태의 제어 시스템은 점화 플러그 주위에만 성층화된 연소 혼합기를 생성하기 위해 압축 행정 중에 연소실 내로 직접 연료를 분사함으로써 성층 연소 모드로 엔진을 작동시킨다. 이와 같이 달성된 성층 연소는 아주 희박한 혼합기로써 안정된 연소를 가능하게 하여, 엔진의 연료 효율 및 에미션 성능의 향상을 가능하게 한다.
소정의 엔진 부하를 넘는 고부하 영역에서 상기 엔진은 높은 출력 토크에 대한 요구를 충족시키기 위해 균질 연소 모드로 작동된다. 균질 연소 모드에 있어서, 연료는 균질 공기 연료 혼합기를 생성시키기 위해 흡입 행정 중에 분사된다. (몇몇 예에서, 균질 모드를 위한 연료 분사 밸브가 흡입 포트와 분리되어 구비된다.)
제어 시스템은 하나 이상의 엔진 작동 조건에 따라 균질 연소와 성층 연소 사이에서 연소 모드를 변경시킨다.
이러한 형태의 엔진에 있어서, 균질 연소와 성층 연소 사이의 연료 분사시기의 큰 차이는 곤란한 문제를 발생시킨다. 예컨대, 성층 모드로부터 균질 모드로의 변경을 명령하는 변경 명령 신호는 상기 엔진의 특정 실린더에 대한 균질 모드 연료 분사시기와 성층 모드 연료 분사시기 사이에서 발생될 때, 제어 시스템은 일 사이클당 2회, 즉 균질 모드 연료 분사시기에서 그리고 성층 모드 연료 분사시기에서 각각 연료 분사를 수행하고자 한다. 이러한 이중 연료 분사는 공기 연료 혼합기를 아주 농후하게 한다. 성층 모드로부터 균질 모드로 변경시키는 경우에, 제어 시스템은 균질 모드 분사시기를 놓치기 쉽고, 이어서 균질 모드로의 변경에 응답하여 성층 모드 분사시기에서 연료 분사를 금지한다. 연료 분사의 실패는 엔진의 실린더들에 평균되는 공연비를 아주 희박하게 하여, 점화 실패 또는 불량 연소를 일으킨다.
엔진 제어 시스템은 선택된 연소 모드와 연료 분사시기에 따라 연료 분사 모드를 변경시키도록 배치될 수도 있다. 그러나, 이러한 제어 시스템은 연료 분사시기가 연소 모드 변경의 판정 중의 시간 간격 사이에 그리고 연료 분사량(연료 분사 펄스 폭)의 계산 종료 시에 도달하는 때와 같은 경우에 연료를 충분히 분사할 수 없게 된다. 일반적으로, 연소 모드 변경에 대한 판정과 연료 분사량의 계산은 시간적으로 동시에 수행되는 반면에, 연료 분사시기를 결정하는 계수 작업은 크랭크각도와 동기화된다. 우선적으로 크랭크각도 동기화 작업이 수행된다. 따라서, 상기 제어 시스템은 연료 분사량의 계산 도중에 분사시기가 온다면 요구에 따라 적절히 연료 분사를 수행하는 것이 불가능하다.
본 발명의 목적은 연소 모드를 원활하고 충분히 변경시킬 수 있는 엔진 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 엔진 제어 시스템은 내연기관과, 적어도 하나의 센서와, 적어도 하나의 제어기를 갖는다.
상기 내연기관은 균질 연소를 달성하기 위한 제1 분사시기와 성층 연소를 달성하기 위한 제2 분사시기 사이에서 연료 분사시기를 변경시키기 위한 연료 분사 시스템을 구비한다.
상기 센서는 적어도 하나의 엔진 작동 조건을 감지한다.
상기 제어기는 엔진 작동 조건에 따라 균질 연소와 성층 연소 중의 하나를 소정의 목표 연소 모드로서 선택하고, 균질 모드의 선택시 균질 모드용 제1 연료 분사량을 그리고 성층 모드 선택시 성층 모드용 제2 연료 분사량을 계산하고, 상기 엔진의 소정 실린더용 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더용 제1 분사시기 이전에 종료된다면 균질 모드용 제1 분사시기에서 소정 실린더로 제1 분사량만큼 균질 모드 연료 분사를 가능하게 하고, 상기 엔진의 소정 실린더용 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더용 제1 분사시기 전에 종료되지 않는다면 제1 분사시기 이후에 소정 실린더로 연료 분사를 수행하기 위한 것이다.
상기 제어기는 엔진 작동 조건에 따라 균질 연소와 성층 연소 중의 하나를 소정의 목표 연소 모드로서 선택하기 위한 선택 수단과, 균질 모드의 선택시 균질 모드용 제1 연료 분사량을 그리고 성층 모드 선택시 성층 모드용 제2 연료 분사량을 계산하기 위한 계산 수단과, 상기 엔진의 소정 실린더용 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더용 제1 분사시기 이전에 종료된다면 균질 모드용 제1 분사시기에서 소정 실린더로 제1 분사량만큼 균질 모드 연료 분사를 개시할 수 있게 하고 상기 엔진의 소정 실린더용 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더용 제1 분사시기 전에 종료되지 않는다면 제2 분사시기에서 소정 실린더로 제2 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 수행하기 위한 제어 수단을 구비할 수도 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 엔진 제어 시스템의 개략도.
도2는 연료 분사량을 계산하기 위한 도1의 제어 시스템에 대한 절차(루틴)를 도시한 흐름도.
도3은 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드에 대한 연료 분사시기를 설정하기 위한 도1의 제어 시스템에 대한 주요 절차(메인 루틴)를 도시한 흐름도.
도4는 균질 연소 모드에 대한 연료 분사시기를 설정하기 위한 도1의 제어 시스템용 보조 절차(서브루틴)를 도시한 흐름도.
도5는 균질 연소 모드용 연료 분사시기를 결정하기 위해 사용되는 맵을 도시한 도면.
도6은 성층 연소 모드용 연료 분사시기를 설정하기 위해 도1의 제어 시스템에 대한 보조 절차를 도시한 흐름도.
도7은 성층 연소 모드용 연료 분사시기를 결정하기 위해 사용되는 맵을 도시한 도면.
도8은 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드용 연료 분사시기를 결정하기 위한 도1의 제어 시스템의 주요 절차를 도시한 흐름도.
도9는 도1의 제어 시스템에 의해 수행되는 균질 연소 모드의 연료 분사 제어를 도시한 흐름도.
도10은 도1의 제어 시스템에 의해 수행되는 성층 연소 모드의 연료 분사 제어를 도시한 흐름도.
도11은 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 전이 중에 도1의 제어 시스템에서 발생되는 사건의 순서를 도시한 타임챠트(time chart).
도12는 균질 연소 모드로부터 성층 연소 모드로의 전이 중에 도1의 제어 시스템에서 발생되는 사건의 순서를 도시한 타임챠트.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
14 : 크랭크각도 센서
16 : 공기 유동 센서
20 : 엔진 온도 센서
22 : 연료 분사기 또는 연료 분사 밸브
24 : 점화 플러그
32 : 엔진 제어기
34 : 연소실
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 제어 시스템을 도시하고 있다.
엔진 제어 시스템은 일 군의 센서를 갖는 입력부와, 제어부와, 제어 시스템의 작동기로 기능하는 장치를 갖는 출력부를 구비한다.
본 실시예의 입력부는 내연기관 또는 엔진(18)의 가속 시스템의 위치를 감지하기 위한 가속 위치 센서(12)와, 크랭크각도 센서(14)와, 엔진(18)의 흡입 공기량을 감지하기 위한 공기 유동계(또는 공기 유동 센서; 16)와, 엔진 냉각수의 온도를 감지하기 위한 엔진 온도 센서(20)를 구비한다. 본 실시예의 가속 센서(12)는 차량의 가속 페달의 개방 정도(또는 답입 정도)를 감지한다. 본 실시예의 크랭크각도 센서(14)는 각각의 단위 크랭크각도를 신호화한 위치 신호와 각 실린더 행정 상태 차이를 신호화한 기준 신호를 생성한다. 제어 시스템은 단위 시간당 위치 신호의 개수를 측정하거나 기준 신호의 발생 주기를 측정함으로써 엔진 속도(Ne)를 검출할 수 있다.
엔진(18)은 각 실린더마다 하나의 연료 분사기(22)와 하나의 점화 플러그(24)를 구비한다. 각 실린더의 연료 분사기(22)는 연료 분사 제어 신호에 따라 엔진(18)의 실린더의 연소실(34)로 직접 연료를 분사하고, 점화플러그(24)는 연소실(34) 내에서 점화를 개시한다. 엔진(18)의 연료 분사 시스템은 성층 연소 모드 및 균질 연소 모드 중의 하나에서 연료 분사기(22)를 작동시키도록 배치된다. 저부하 및 중간 부하의 엔진 작동 영역에서 각 실린더의 연료 분사기(22)는 성층화된 가연 혼합기를 점화 플러그(24) 주위에 아주 인접하게 형성하기 위해 압축 행정에서 연소실(34) 내로 연료를 분사하고, 이럼으로써 아주 희박한 공기 연료 혼합기로써 성층 연소를 달성한다. 고부하의 엔진 작동 영역에서 각 실린더의 연료 분사기(22)는 균질 연소 모드에서 제어되고, 실린더의 전체에 균질화된 혼합기를 형성하기 위해 흡입 행정에서 연소실(34) 내로 연료를 분사하고, 이럼으로써 보다 역동적인 출력을 제공하기 위한 균질 연소를 달성한다. 연료 분사기(22)는 엔진(18) 내의 연소 조건을 제어하기 위한 작동기(또는 작동기의 일부)로 기능한다.
쓰로틀 밸브(28)는 엔진(18)의 흡입 공기 통로(26) 내에 배치된다. 쓰로틀 작동기(또는 쓰로틀 재어 유닛; 30)는 쓰로틀 밸브(28)의 개도를 전기적으로 제어하도록 배치된다. 쓰로틀 밸브(28)는 엔진(18)으로 흡입되는 신기량을 제어하기 위한 흡입 공기 계량 장치로서 기능한다.
엔진 제어기(또는 제어 유닛; 32)는 엔진 작동 조건에 대한 입력 정보를 수집하도록 입력부로부터 신호를 수신하고, 엔진 작동 조건에 따라 쓰로틀 작동기(30)를 통해 쓰로틀 밸브(28)의 개도, 각 연료 분사기(22)의 연료 분사량(또는 연료 공급량) 및 연료 분사시기, 및 각 점화 플러그(24)의 점화 시기를 제어한다.
엔진 제어기(32)는 제어 시스템의 제어부 내의 주요 요소이다. 예컨대, 제어기(32)는 적어도 하나의 중앙 연산 장치(CPU)와 롬(ROM) 및 램(RAM)을 갖는 메모리부를 구비하는 적어도 하나의 컴퓨터를 구비한다.
본 실시예의 입력부는 배기 가스 혼합기 내의 산소와 같은 소정 성분의 농도를 감지함으로써 공기 연료 혼합기의 공연비를 감지하기 위한 엔진의 배기 통로(36) 내에 제공된 공연비 센서(38)를 추가로 포함한다.
도2, 도3, 도4, 도6, 도8, 도9 및 도10은 엔진 제어기(32)에 의해 수행되는 연료 분사 제어 방법을 도시한다.
도2는 연료 분사량의 계산을 위한 제어 흐름도이다. 제어기(32)는 소정 시간 중의 일정한 간격으로 도2의 흐름을 수행한다. 예를 들면, 도2의 제어 흐름도는 매 10㎳마다 수행된다.
단계 40에서, 제어기(32)는 균질 연소에 대한 요구 여부를 검사한다. 단계 40은 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중의 하나를 선택하기 위한 선택 수단 또는 선택 단계에 대응된다. 본 실시예에 있어서, 제어기(32)는 엔진 속도 및 엔진 부하와 같은 엔진 작동 조건에 따라 소정의 연소 모드(균질 모드 또는 성층 모드)를 먼저 결정한다. 본 실시예의 제어기(32)는 소정의 연소 모드를 결정하기 위한 기본 인자로서 엔진 속도 및 엔진 부하를 이용하고, 보조 인자로서 엔진 냉각수 온도와 같은 하나 이상의 다른 엔진 작동 조건을 추가로 이용한다. 더욱이, 제어기(32)는 엔진 작동 조건에 따른 목표 당량비와 소정의 맵으로부터 예컨대 정보 회수에 의해 소정의 연소 모드를 결정한다. 목표 당량비가 연소 모드의 변경을 요구하는 엔진 작동 조건의 변경에 응답하여 단계적으로 변경될 때, 흡기 시스템의 체적에 영향을 미칠 수 있는 지연과 쓰로틀 밸브(28)의 이동 지연에 의한 흡입 공기량의 지연 때문에 엔진의 실제 당량비를 즉시 변경시키는 것이 불가능하게 된다. 따라서, 본 실시예의 제어 시스템은 흡입 공기량의 지연 변경과 보조를 취하도록 위상 지연 보정에 당량비의 변경을 가함으로써 위상 지연 보정 목표 당량비를 결정하고, 지연 보정 당량비를 이용함으로써 매끄럽게 엔진 출력 토크를 변경시킨다. 더욱이, 본 실시예의 제어 시스템은 연소 모드의 변경 전후에 안정된 연소를 보장하기 위해 지연 보정 목표 당량비가 소정의 (중첩) 영역에 있을 때 연소 모드의 변경을 가능하게 한다. 이러한 영역에 있어서, 균질 모드용의 소정의 당량비와 성층 모드용의 소정의 당량비는 상호 중첩된다. 본 실시예에서, 제어 시스템은 연소 모드의 변경에 적절한 영역을 한정하는 소정의 한계치와 지연 보정 당량비를 비교함으로써 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중의 하나를 선택한다. 예를 들면, 제어 시스템은 지연 보정 당량비가 상기 한계치 이상일 때 균질 모드를 선택하고, 지연 보정 당량비가 상기 한계치보다 작을 때 성층 모드를 선택한다. 예를 들면, 엔진 제어기(32)는 엔진 부하를 나타내는 엔진 작동 인자가 성층 연소 모드를 필요로 하는 (저부하 또는 중간 부하 영역과 같은) 영역으로부터 균질 연소 모드를 필요로 하는 (고부하 영역과 같은) 영역으로 변경될 때 균질 모드를 선택하도록 (단계 40에서의 긍정적인 대답, 즉 "예"에 대응되는) 신호 상태로 선택 신호를 발생시키고, 이 지연 보정 당량비는 성층 연소로부터 균질 연소로의 변경을 가능하게 하는 소정의 영역으로 진입한다.
단계 40에서 균질 연소가 선택될 때, 제어기(32)는 단계 42로 진행하여 균질 연소 모드에 따라 연료 분사량(CTIH)을 계산한다. 본 실시예에서, 균질 모드 연료 분사량(CTIH)은 다음과 같은 방법으로 계산된다. 먼저, 제어기(32)는 엔진 속도(Ne)와 공기 유동 계량기(16)에 의해 감지된 실제 흡입 공기량(Q)으로부터 기본 연료 분사량(Tp = k·Q/Ne)을 계산한다. 본 실시예에서, 연료 분사량(Tp)은 기준 당량비[통상, 이론 공연비에 대응되는 값(1)]에 관한 것이다. 이어서, 기본 분사량(Tp)은 하기의 방정식에 따라 상기의 위상 지연 보정 목표 당량비(TFBYAD), 냉각수 온도와 같은 엔진 작동 조건으로부터 결정된 보정 계수(THOS), 연소 효율 계수(또는 연소 효율 보정 계수; ITAF) 및 배터리 전압 보정량(Ts)에 의해 수정된다.
CTIH = Tp·TFBYAD ·THOS ·ITAFH + Ts
이 방정식에 있어서, 연소 효율 계수(ITAF)는 균질 모드 연소 효율 계수(ITFAH)와 동일하게 설정된다. 연소 효율은 목표 당량비 및 EGR 비율(배기 가스 재순환 비율)에 따라 가변적이다. 더욱이, 연소 효율은 연소 모드에 의해 영향을 받는다. 연소 안정성이 저하되면서 연소 모드의 변경이 가능하게 되는 당량비 영역에 있어서, 균질 모드의 연소 효율은 성층 모드의 연소 효율보다 높다. 따라서, 제어기(32)는 균질 모드용 맵과 성층 모드용 맵을 이용함으로써 인자들로서의 목표 당량비와 EGR 비율에 따라 연소 효율 계수(ITAF)를 결정한다. 단계 42에서, 제어기(32)는 균질 모드의 맵을 이용함으로써 균질 모드 연소 효율 계수(ITFAH)를 결정하고 이를 이용하여 CTIH를 결정한다. 따라서, 연소 효율은 균질 연소와 성층 연소에서 상이하게 되며, 제어 시스템은 각 연소 모드의 연료 분사량을 상호 독립적으로 계산하여야 한다. 본 발명의 본 실시예에 의한 제어 시스템은 선택된 연소 모드의 연료 분사량만을 계산하도록 배치된다. 이러한 배치는 균질 모드용 연료 분사량과 성층 모드용 연료 분사량 모두를 항상 계산하도록 배치된 종래의 시스템에 비해 계산(컴퓨터를 이용한 계산)의 부하를 감소시킬 수 있다.
단계 44에서, 제어기(32)는 후속의 연료 분사를 받도록 예정된 n번 실린더용으로 후속의 균질 모드 연료 분사량(TISETHn)으로서 단계 42에서 계산된 연료 분사량(CTIH)을 설정한다.
단계 46에서, 제어기(32)는 균질 모드 연료 분사량(CTIH)의 계산이 종료되는 것을 지시하도록 CTIH 계산용 플래그(FCTIH; 제1 조건 신호)를 설정한다.
단계 48에서, 제어기(32)는 각 실린더의 소정의 크랭크각도 위치에서 출력된 신호(REF)들 중의 특정 실린더로부터 얻은 기준 신호(REF)로부터 연료가 후속 분사되는 실린더의 연료 분사시기까지의 크랭크각도(또는 각도 거리; TITM)를 결정한다.
성층 연소가 선택되어 균질 연소에 대한 요구가 없을 때, 제어기(32)는 단계 40으로부터 단계 50으로 진행한다. 단계 50에서, 제어기(32)는 균질 모드 분사량(CTIH)의 계산과 동일한 방법으로 성층 연소 모드에 따라 연료 분사량(CTIS)을 계산한다. CTIS의 계산 중에, 제어기(32)는 균질 모드 연소 효율 계수(ITAFH) 대신에 성층 연소 모드용 맵에 의해 결정된 성층 모드 연소 효율 계수(ITAFS)를 이용한다.
단계 52에서, 제어기(32)는 대응 실린더의 성층 모드 연료 분사량(TISETSn)으로서 성층 모드 연료 분사량(CTIS)을 설정한다.
단계 54에서, 제어기(32)는 균질 모드 연료 분사량(CTIH)의 계산이 종료되지 않은 것을 나타내는 CTIH 계산용 플래그(FCTIH)를 리셋한다.
이어서, 제어기(32)는 단계 48로 진행하고 연료가 후속 분사되는 실린더의 분사시기로 크랭크각도(TITM)를 결정한다.
도3은 연료 분사시기(I/T)를 설정하기 위한 기본 흐름도를 도시한다. 제어기(32)는 전술한 신호(REF)가 입력될 때마다 도3의 흐름을 수행한다. 제어기(32)는 단계 60에서 균질 연소 모드에 대한 흡입 행정시의 연료 분사시기를 설정하고, 이어서 단계 62에서 성층 연소 모드에 대한 압축 행정시의 연료 분사시기를 설정한다.
도4는 균질 연소 모드에 대한 연료 분사시기를 설정하기 위한 서브루틴(단계 60)의 제어 흐름도를 도시한다.
단계 70에서, 제어기(32)는 연료 분사량(CTIH)과 엔진 속도(Ne)를 인자로 갖는 맵으로부터의 회수에 의해 전술한 기준 신호(REF)로부터 크랭크각도(각도 거리)의 형태로 균질 모드 연료 분사시기(TITMH)를 결정한다. 도5는 제어기(32)가 TITMH를 결정하는 데에 사용할 수 있는 맵을 예로서 도시한다.
단계 72에서, 제어기(32)는 상기의 기준 신호(REF)로부터 연료 분사시기까지 계수되는 신호(REF)의 수(INJOFH)를 REFH 계수기 내에 설정한다.
단계 74에서, 제어기(32)는 상기 REF 계수기에 의해 계수되는 최종 신호(REF)로부터 균질 모드 연료 분사시기까지의 크랭크각도(ANGTMH)를 단위 크랭크각도(예컨대, 1도)를 계수하기 위한 POSH 계수기 내에 설정한다.
도6은 성층 연소 모드에 대한 연료 분사를 설정하기 위한 서브루틴(단계 62)의 제어 흐름도를 도시한다.
단계 80에서, 제어기(32)는 연료 분사량(CTIH)과 엔진 속도(Ne)를 인자로서 갖는 맵으로부터 회수에 의해 전술한 기준 신호(REF)로부터 크랭크각도(각도 거리)의 형태로 성층 모드 연료 분사량(TITMS)을 결정한다. 도7은 제어기(32)가 TITMS를 결정하는 데에 이용할 수 있는 맵을 예로서 도시한다.
단계 82에서, 제어기(32)는 상기의 기준 신호(REF)로부터 연료 분사시기까지 계수된 신호(REF)의 수(INJOFS)를 REFS 계수기에 설정한다.
단계 84에서, 제어기(32)는 상기의 REF 계수기에 의해 계수된 최종 신호(REF)로부터 성층 모드 연료 분사시기까지의 크랭크각도(ANGTMS)를 단위 크랭크각도를 계수하기 위한 POSS 계수기에 설정한다.
도8은 각 연소 모드에 대한 연료 분사 개시 시기를 측정하기 위한 제어 흐름도를 도시한다. 이러한 제어 흐름은 단위 크랭크각도(매 1도)의 일정 간격으로 수행된다.
단계 90에서, 상기 제어기는 POSH 계수기 내의 크랭크각도(ANGTMH)와 POSS 계수기 내의 크랭크각도(ANGTMS)의 각각을 감분시킨다.
단계 92에서, 제어기(32)는 크랭크각도(ANGTMH)가 영과 같은 지의 여부를 결정한다.
크랭크각도(ANGTMH)가 영일 때, 제어기(32)는 단계 92로부터 단계 94로 진행하고, (도9에 도시된 바와 같이) 단계 92에서 균질 모드 연료 분사 제어를 수행한다.
크랭크각도(ANGTMH)가 영이 아닐 때, 제어기(32)는 단계 92로부터 단계 96으로 진행하고, 크랭크각도(ANGTMS)가 영이 되는 지를 결정한다.
크랭크각도(ANGTMS)가 영이 될 때, 제어기(32)는 단계 96으로부터 단계 98로 진행하고, (도10에 도시된 바와 같이) 단계 98에서 성층 모드 연료 분사 제어를 수행한다.
도9는 단계 94의 균질 모드 연료 분사 제어의 흐름을 도시한다.
단계 100에서, 제어기(32)는 전술한 CITH 계산용 플래그(FCTIH)를 검사함으로써 균질 모드 연료량(CITH)의 계산이 종료되었는 지의 여부를 결정한다.
균질 모드 연료량(CITH)의 계산이 종료되어 플래그(FCTIH)가 설정 상태에 있을 때, 제어기(32)는 단계 100으로부터 단계 102로 진행한다. 단계 102에서, 제어기(32)는 n번 대응 실린더에 대한 성층 모드 연료 분사량(TISETSn)을 영으로 리셋함으로써 성층 연소를 정지시킨다.
이어서, 단계 104에서, 제어기(32)는 균질 모드 연료 분사량(TISETHn)을 판독한다.
단계 106에서, 제어기(32)는 연료 분사기(밸브)의 적절한 시기를 측정하기 위해 계수기(INJCNT) 내에 (펄스 폭을 나타내는) 균질 모드 연료 분사량(TISETHn)을 저장한다.
단계 108에서, 제어 시스템은 n번 대응 실린더에 대한 연료 분사기를 작동 개시한다. 따라서, 분사기는 n번 실린더 내로 TISETHn에 대응되는 양으로 연료를 분사한다. 따라서, 상기 제어 시스템은 균질 연소를 수행한다.
단계 110에서, 제어기(32)는 계수기(INJCNT) 내에 저장된 시간 중에 대응되는 분사기를 작동시킴으로써 균질 모드 연료 분사가 수행되었는 지를 나타내는 균질 모드 분사 수행 플래그(FHOMO; 제2 조건 신호)를 설정한다.
균질 모드 연료 분사량(CITH)의 계산이 아직 종료되지 않았을 때(즉, 상기 계산이 아직 개시되지 않았거나 또는 그 계산이 여전히 수행되고 있을 때), 제어기(32)는 단계 100으로부터 단계 112로 진행하고, 단계 112에서 n번 실린더용 균질 모드 연료 분사량(TISETHn)을 영으로 리셋한다. 따라서, 해당 실린더에 대한 균질 모드 연료 분사시기가 그 실린더에 대한 균질 모드 연료 분사량의 계산의 종료 이전에 도달된다면, 상기 제어 시스템은 엔진 실린더의 각각에 대해 성층 모드로부터 균질 모드로의 변경을 중지시킨다. 균질 모드로부터 성층 모드로의 변경의 경우에, 상기 제어 시스템은 전술한 바와 같이 동일한 판단 작업을 수행한다. 따라서, 이러한 경우에, 상기 제어 시스템은 균질 모드를 계속하지 않고서 즉시 성층 모드로 연소를 변경시킨다.
도10은 단계 98의 성층 모드 연료 분사 제어의 흐름을 도시한다.
단계 120에서, 제어기(32)는 상기의 균질 모드 분사 수행 플래그(FHOMO)를 검사함으로써 균질 모드 연료 분사가 수행되었는 지의 여부를 결정한다.
균질 모드 연료 분사가 이미 수행되어 수행 플래그(FHOMO)가 설정 상태에 있을 때, 제어기(32)는 단계 120에서 단계 128로 진행한다. 단계 128에서, 제어기(32)는 n번 대응 실린더용의 성층 모드 연료 분사량(TISETSn)을 영으로 리셋하여, 성층 모드 연료 분사를 방지한다. 이러한 방법으로, 상기 제어 시스템은 이중 연료 분사에 의한 공기 연료 혼합기의 불필요한 농후 현상을 방지할 수 있다.
균질 모드 연료 분사가 수행되지 않아 수행 플래그(FHOMO)가 리셋 상태에 있을 때, 제어기(32)는 단계 120에서 단계 122로 진행하고 n번 대응 실린더용 성층 모드 연료 분사량(TISETSn)을 판독한다. 이러한 경우에, 성층 모드 연료 분사량(TISETSn)은 단계 102에서 영으로 리셋되지 않으며, 대신에 이미 계산된 값으로 유지된다.
이어서, 단계 124에서, 제어기(32)는 연료 분사기의 적절한 시기를 측정하기 위해 계수기 내에 (펄스 폭을 나타내는) 성층 모드 연료 분사량(TISETSn)을 저장한다.
단계 126에서, 제어 시스템은 n번 대응 실린더용 연료 분사기를 작동 개시한다. 그러므로, 상기 분사기는 n번 실린더 내로 TISETSn에 대응하는 양으로 연료를 분사한다. 따라서, 제어 시스템은 성층 연소를 수행한다.
도11 및 도12는 이러한 제어 시스템의 작동을 설명하기 위한 타임챠트이다.
도11은 성층 연소로부터 균질 연소로의 변경하는 경우의 거동을 도시한다.
도11에 도시된 시간 지점(I)에서, (조건 신호 FSTRAT.에 의해 표시되는) 소정의 연소 모드는 엔진 작동 조건의 변경에 따라 성층 연소로부터 균질 연소로 변경된다. 이후, 제어 시스템은 제어기(32)가 균질 모드로 소정의 연소 모드가 변경된 후 처음으로 제1 신호(REF)를 수신할 때 지점(II)에서 균질 모드 분사시기를 결정하기 위한 계수를 개시한다. 따라서, 제어 시스템은 연소 변경을 준비한다. 이 동안에, 위상 지연 보정 목표 당량비(TFBYAD)는 점진적으로 변화된다. 상기 비율(TFBYAD)이 엔진 토크를 거의 일정하게 유지하기 위해 원활한 변경을 가능하게 하기에 필요한 소정의 영역으로 입력될 때, 제어기(32)는 단계(III)에서 조건 신호(FES)를 오프(OFF) 상태로 변경시키고, 소정의 목표 연소 모드로서 균질 모드를 선택한다. 조건 신호(FES)의 변경에 따 제어기(32)는 엔진 작동 조건의 최신 값을 이용함으로써 지점(IV)에서 균질 모드 연료 분사량(TISETHn)의 계산을 개시한다. 성층 모드 연료 분사량 계산용 플래그(FCTIS)는 지점(IV')에서 리셋된다.
균질 모드 연료 분사량(TISETHn)의 계산의 종료시, 제어 시스템은 균질 모드 연료 분사시기가 먼저 도래하여 지점(V)에서 (도11의 예에 도시된 1번 실린더에 해당하는) 실린더의 연소 모드를 변경시키기 위해 상기 실린더로 균질 모드 연료 분사를 개시한다. 지점(V')에서 1번 실린더용 균질 모드 분사 수행 플래그(FHOMO)의 설정 이후, 제어 시스템은 TISETSn을 지점(VI)에서 영으로 설정함으로써 성층 모드 분사를 정지시킨다.
균질 분사시기에서 균질 연소 모드로 여전히 준비되지 못한 실린더의 경우에, 상기 제어 시스템은 변경 전에 계산된 성층 모드 분사량에 의해 성층 모드 분사시기에서 연료 분사를 수행한다. 균질 모드 분사시기가 균질 모드 분사량을 계산하는 중에 도래한다면, 제어 시스템은 균질 모드 분사 대신에 성층 모드 분사를 수행한다. 따라서, 제어 시스템은 분사 실수를 신뢰성 있게 방지할 수 있다.
따라서, 상기 제어 시스템은 균질 분사시기 이전에 균질 모드 분사용으로 준비된 실린더로부터 균질 모드 연료 분사를 수행하고 균질 모드 분사를 나머지 실린더로 연속적으로 수행하고, 이럼으로써 상호 간의 상기 실린더의 연소 모드를 변경시킬 수 있다.
도12는 균질 모드에서 성층 모드로 변경되는 경우의 거동을 도시한다.
위상 지연 보정 목표 당량비(TFBYAD)에 따르면, 선택된 목표 연소 모드는 지점(III')에서 균질 모드로부터 성층 모드로 변경된다. 이러한 선택 변경에 따라, 상기 제어 시스템은 성층 모드 연료 분사량 계산용 플래그를 지점(IV')에서 설정하고, 성층 모드 분사량(TISETSn)의 계산이 종료되는 실린더로부터 지점(VI')에서 성층 연소를 개시한다. 성층 모드 분사량의 계산 중에 균질 모드 분사시기가 도래할 때, 제어 시스템은 균질 모드 분사량 계산용 플래그가 도2에 도시된 바와 같이 단계 54에서 리셋되는 제어 배치로 인해 균질 모드의 절차(route)를 취한다. 따라서, 제어 시스템은 이중 연소와 분사 실수를 방지한다.
통상, 성층 모드 분사량의 계산 중료시로부터 성층 모드 분사시기까지의 시간이 충분하다. 균질 모드 분사시기 직후에 개시된다 하더라도 성층 모드 분사량의 계산은 성층 모드 분사시기 전에 통상 종료된다. 따라서, 단계 50 이전에 단계 54의 위치를 변경시키는 것은 선택 사항이다. 이러한 경우에, 제어 시스템은 성층 모드를 선택하는 단계 40의 부정적인 응답을 받은 직후 균질 모드 분사 계산용 플래그를 리셋한다. 제어 시스템은 성층 모드 분사량의 계산 방법에 관계없이 균질 모드 분사시기 이전에 성층 모드가 선택된다면 성층 모드를 개시한다.
본 발명의 도시된 실시예에서, 제어 시스템은 성층 모드로부터 균질 모드로의 변경 판단 후에 균질 모드 분사량의 계산 중에 균질 분사시기가 도래한다면 성층 모드 분사를 수행한다. 선택적으로, 제어 시스템은 균질 모드 분사량의 계산 종료시까지 대기하여 균질 모드 분사를 개시하도록 배치된다. 이러한 선택적 실시예에서, 제어 시스템은 목표 연소 모드가 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로 변경되는 경우에 균질 모드 분사량의 계산 중에 균질 모드 분사시기가 도래한다면 균질 모드 분사량의 계산 종료시까지 균질 모드 분사의 개시를 지연시킨다.

Claims (18)

  1. 균질 연소를 달성하기 위한 제1 분사시기와 성층 연소를 달성하기 위한 제2 분사시기 사이에서 연료 분사시기를 변경시키기 위한 연료 분사 시스템을 갖는 내연기관과,
    상기 내연기관의 엔진 작동 조건을 감지하기 위한 센서와,
    엔진 작동 조건에 따라 소정의 목표 모드로서 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중의 하나를 선택하고, 균질 모드 선택시 균질 모드용 제1 연료 분사량을 계산하고 성층 모드 선택시 성층 모드용 제2 연료 분사량을 계산하고, 상기 엔진의 소정 실린더에 대한 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더에 대한 제1 분사시기 이전에 종료된다면 소정 실린더의 제1 분사시기에서 소정 실린더로 제1 분사량만큼 균질 모드 연료 분사를 개시하고, 소정 실린더에 대한 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더의 제1 연료 분사시기에 의해 종료되지 않으면 소정 실린더의 제2 분사시기에서 상기 소정 실린더로 제2 연료 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 수행하기 위한 제어기를
    구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 엔진의 소정 실린더에 대한 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더에 대한 제1 분사시기 이전에 종료된다면 균질 모드를 위한 제1 분사시기에서 소정 실린더로 제1 분사량만큼 균질 모드 연료 분사를 가능하게 하고, 균질 모드 분사를 방지하기 위해서는 그 대신에 소정 실린더에 대한 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더를 위한 제1 분사시기 이전에 종료되지 않으면 목표 연료 분사 모드의 변경 전에 계산된 제2 분사량의 값을 이용하여 제2 분사시기에서 소정 실린더로 제2 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 가능하게 함으로써, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 목표 연소 모드의 변경에 응답하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 상기 엔진의 소정 실린더에 대한 제2 연료 분사량의 계산이 소정 실린더에 대한 제1 분사시기 이전에 종료된다면 성층 연소 모드에 대한 제2 분사시기에서 소정 실린더로 제2 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 수행함으로써 균질 연소 모드로부터 성층 연소 모드로의 목표 연소 모드 변경에 응답하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 균질 연소 모드로부터 성층 연소 모드로의 목표 연소 모드의 변경이 상기 엔진의 소정 실린더에 대한 제1 분사시기 이전에 확인된다면 성층 연소 모드에 대한 제2 분사시기에서 소정 실린더로 제2 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 가능하게 함으로써 균질 연소 모드로부터 성층 연소 모드로의 목표 연소 모드의 변경에 응답하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 성층 연소 모드로부터 균질 연소 모드로의 목표 연소 모드 변경의 경우에 제1 분사시기가 제1 분사량의 계산 진행 중에 도달된다면 제1 분사량의 계산이 종료될 때까지 균질 모드 분사의 개시가 지연되도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 엔진 작동 조건에 따라 결정되는 엔진 부하를 나타내는 제1 인자와, 엔진 작동 조건에 따라 결정되는 소정의 목표 당량비에 대해 지연되는 지연 목표 당량비를 나타내는 제2 인자를 모니터함으로써 균질 연소 모드 및 성층 연소 모드 중의 하나를 선택하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 엔진 작동 조건에 따라 제1 연소 효율을 계산하도록 구성되어 균질 연소가 선택될 때 제1 연소 효율에 따라 제1 분사량을 계산하며, 또한 엔진 작동 조건에 따라 제2 연소 효율을 계산하도록 구성되어 성층 연소가 선택될 때 제2 연소 효율에 따라 제2 분사량을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어기는 엔진 작동 조건에 따라 제1 및 제2 분사시기의 각각을 변경시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 선택 신호가 성층 모드 선택 상태로부터 균질 모드 선택 상태로 변경될 때 제1 분사량의 계산이 개시되고, 소정 실린더에 대한 제1 분사량의 계산이 종료된 때 제1 신호 조건 신호를 제1 신호 상태로 설정하고, 제1 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 제1 분사시기에서 소정 실린더에 대한 제1 분사량의 균질 모드 분사를 가능하게 하고, 그리고 제1 조건 신호가 제1 신호 상태에 있지 않을 때 제1 분사시기에서 소정 실린더에 대한 균질 분사를 금지시키기 위해, 상기 엔진 제어기는 균질 모드가 선택될 때 균질 모드 선택 상태에 있게 하고 성층 모드가 선택될 때 성층 모드 선택 상태에 있게 하는 선택 신호를 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어기는 선택 신호가 균질 모드 선택 상태로부터 성층 모드 선택 상태로 변경될 때 제1 조건 신호를 제2 신호 상태로 리셋되고, 제1 조건 신호가 제2 신호 상태에 있을 때 균질 모드 분사를 불가능하게 하는 대신에 성층 모드 분사를 가능하게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어기는 균질 모드 분사 종료시 제2 조건 신호를 제1 신호 상태로 설정하고 제2 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 성층 연소를 불가능하게 되도록 구성되며, 상기 제어기는 제1 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 성층 모드 분사를 불가능하게 하기 위해 소정 실린더에 대한 제1 분사량을 영으로 리셋하고, 제1 조건 신호가 제2 신호 상태에 있을 때 균질 모드 분사를 불가능하게 하기 위해 소정 실린더에 대한 제1 분사량을 영으로 리셋하고, 제2 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 성층 모드 분사를 불가능하게 하기 위해 소정 실린더에 대한 제2 분사량을 영으로 리셋하도록 구성되며, 상기 제어기는 제1 조건 신호가 제2 신호 상태에 있고 제2 조건 신호가 제1 신호 상태에 있지 않다면 목표 연소 모드 변경 전에 계산된 제2 분사량의 최신 수치를 이용함으로써 소정 실린더에 대한 제2 분사시기에서 소정 실린더로 제2 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 수행하도록 구성되며, 또한 상기 센서는 엔진 부하를 나타내는 제1 엔진 작동 조건을 감지하기 위한 제1 센서와 엔진의 크랭크각도를 감지하기 위한 크랭크각 센서를 구비하고 상기 제어기는 소정 시간 중에 일정한 간격으로 주기적으로 제1 분사량 및 제2 분사량 중의 하나를 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어기는 제2 분사량의 계산 종료시 제1 조건 신호를 제2 신호 상태로 리셋하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제어기는 제2 분사량의 계산 개시 전에 제1 조건 신호를 제2 신호 상태로 리셋하도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
  14. 균질 연소를 달성하기 위한 제1 분사시기와 성층 연소를 달성하기 위한 제2 분사시기 사이에서 연료 분사시기를 변경시키기 위한 연료 분사 시스템을 갖는 내연기관용 엔진 제어 방법에 있어서,
    내연기관의 엔진 작동 조건을 감지하고, 엔진 작동 조건에 따라 균질 연소 모드와 성층 연소 모드 중의 하나를 소정의 목표 연소 모드로서 선택하기 위한 선택 단계와,
    균질 모드가 선택되는 경우에는 균질 모드에 대한 제1 연료 분사량을 그리고 성층 모드가 선택되는 경우에는 제2 연료 분사량을 계산하기 위한 계산 단계와,
    상기 엔진의 소정 실린더에 대한 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더에 대한 제1 분사시기 이전에 종료된다면 소정 실린더에 대한 제1 분사시기에서 소정 실린더로 제1 분사량만큼 균질 모드 연료 분사를 수행하고, 소정 실린더에 대한 제1 연료 분사량의 계산이 소정 실린더에 대한 제1 분사시기 이전에 종료되지 않는다면 소정 실린더에 대한 제2 분사시기에서 소정 실린더로 제2 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 수행하기 위한 분사 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 선택 단계는 균질 모드가 선택될 때는 균질 모드 선택 상태에 또한 성층 모드가 선택될 때는 성층 모드 선택 상태에 있게 하는 선택 신호를 발생시키는 단계를 포함하고 있으며, 상기 계산 단계는 선택 신호가 성층 모드 선택 상태로부터 균질 모드 선택 상태로 변경될 때 제1 분사량의 계산이 개시되는 제1 단계와 소정 실린더의 제1 분사량의 계산 종료시 제1 조건 신호를 제1 신호 상태로 설정하는 제2 단계를 포함하고 있으며, 상기 분사 단계는 제1 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 제1 분사시기에서 소정 실린더에 대한 제1 분사량의 균질 모드 분사를 가능하게 하고 제1 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 제1 분사시기에서 소정 실린더에 대한 균질 연소를 금지시키는 조건 판정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 계산 단계는 선택 신호가 균질 선택 상태로부터 성층 선택 상태로 변경될 때 제1 조건 신호를 제2 신호 상태로 리셋하는 단계를 포함하고, 상기 분사 단계는 제1 조건 신호가 제2 신호 상태에 있을 때 균질 모드를 불가능하게 하고 성층 모드 분사를 가능하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 분사 단계는 균질 모드 분사의 종료시 제2 조건 신호를 제1 신호 상태로 설정하는 단계와 제2 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 성층 모드 분사를 불가능하게 하는 단계를 포함하고 있으며, 상기 분사 단계는 제1 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 성층 모드 분사를 불가능하게 하기 위해 소정 실린더용 제2 분사량을 영으로 리셋하는 단계와 제1 조건 신호가 제2 신호 상태에 있을 때 균질 모드 분사를 불가능하게 하기 위해 소정 실린더용 제1 분사량을 영으로 리셋하는 단계와 제2 조건 신호가 제1 신호 상태에 있을 때 성층 모드 분사를 불가능하게 하기 위해 소정 실린더용 제2 분사량을 영으로 리셋하는 단계를 포함하고 있으며, 또한 상기 분사 단계는 제1 조건 신호가 제2 신호 상태에 있고 제2 조건 신호가 제1 신호 상태에 있지 않는다면 목표 연소 모드의 변경 전에 계산된 제2 분사량의 최신 수치를 이용함으로써 소정 실린더용 제2 분사시기에서 소정 실린더로 제2 분사량만큼 성층 모드 연료 분사를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 선택 단계와 계산 단계는 소정 시간 중에 일정한 간격으로 수행되고, 상기 분사 단계는 상기 엔진의 소정의 크랭크각도의 일정한 간격으로 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
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