KR100288571B1 - 내연기관의 통내분사식 연료제어장치 - Google Patents

Abstract

압축행정 분사모드로부터 흡기행정 분사모드로의 제어전환시에 특별한 센서를 사용하지 않고 안정된 연소상태를 유지하면서 분사모드를 이행가능한 내연기관의 통내분사식연료 제어장치를 얻게된다.

흡입공기량 Q_a를 검출하는 흡기량센서와, 회전속도 및 크랭크각을 검출하는 크랭크각 센서와, 각 실린더내에 직접 연료를 분사하는 인젝터와, 버기관에서 흡기관으로의 환류량 Qg를 조정하는 EGR 장치와 흡기량센서 및 크랭크각센서로부터의 각 검출정보에 따라 인젝터 및 EGR 장치에 대한 제어량을 연산하는 ECU을 구비하고 ECU 는 내연기관의 분사모드 M 가 린 공연비측의 압축행정 분사모드 MA로부터 리치 공연비측의 흡기 행정분사모드 MB로 전환되었을때에 , EGR 에 대한 제어를 선행시킨다.

Description

내연기관의 통내분사식 연료제어장치

본 발명은 자동차용 휘발유엔진같은 내연기관의 실린더내에 연료를 직접 분사하는 통내분사식 연료제어장치에 관해, 특히 EGR(배 가스환류)장치를 사용한 장치에서 연료분사제어모드(이하, 단순하게 「분사모드」라고 한다)의 전환시의 연소개선요구를 제어측에서 해결한 내연기관의 통내분사식 연료제어장치에 관한 것이다.

도 4 는 종래의 내연기관의 연료제어장치를 표시하는 구성도이고, 여기서는 인젝터가 흡기관(실린더의 외부)에 설치된 일반적인 연료제어장치의 경우를 표시하고 있다.

도 4에서, 1 은 내연기관의 본체가 되는 자동차용 엔진이다.

2 는 흡기관상류에 설치된 에어플로센서이고, 엔진(1)에 흡입되는 공기량(흡기량)Qa를 계측한다.

3 은 흡기관내에 설치된 스로틀밸브이고, 예를들어 운전자가 조작하는 액셀페달(도시않함)과 연동해서 동작하고, 엔진(1)에의 흡기량 Qa를 조절한다.

4 는 스로틀 밸브(3)에 설치된 스로틀개도센서이고, 스로틀밸브(3)의 회전위치를 스로틀개도 α로서 검출한다.

5 는 엔진(1)의 크랭크축에 대응해서 설치된 크랭크각센서이고, 엔진(1)의 회전속도 및 크랭크축의 회전위치를 검출하기 위한 크랭크각신호 SGT를 생성한다.

6 은 엔진(1)의 냉각수온 Tw를 검출하는 수온센서이고, 엔진(1)의 난기상태를 검출한다.

7 은 엔진(1)의 배기관에 설치된 O₂센서이고, 엔진(1)로부터 배출되는 배기가스의 산소농도 Do(공연비에 대응하는)를 검출한다.

8 은 운전상태에 따른 각종의 제어량을 연산하는 ECU (전자제어유닛)이고, 엔진제어장치의 본체를 구성하고, 엔진(1)의 각부에 장착된 각종센서로부터의 검출정보에 따라 엔진(1)의 운전상태를 판단하는 동시에, 운전상태에 따른 제어신호를 생성해서 엔진(1)을 소망하는 공연비로 연소시킨다.

9 는 엔진(1)의 연소실에 설치되어 통상의 점화제어에 사용되는 점화플러그이다.

10 은 스로틀 밸브(3)를 바이패스하는 공기량을 제어하는 에어바이패스밸브이고, 스로틀밸브(3)가 전폐인경우(아이들링 운전시)에서의 엔진회전수의 제어를 하는 동시에 주행시의 토크제어를 한다.

11 은 흡기관에 설치된 인젝터이고 엔진(1)의 상류측에서 연료를 분사한다.

12 는 EGR 량(배기가스환류량)을 제어하기 위한 EGR 장치를 구성하는 EGR 밸브이고 배기가스에 포함하는 NOx 의 저감을 목표로 해서 엔진(1)에서의 배기가스를 다시 엔진(1)의 연소실로 환류시켜 재연소시키는 EGR 량을 제어한다.

13 은 크랭크축과 연동하는 캠축에 대응해서 설치된 기통식별센서이고, 연소기통을 식별하기 위한 기통식별신호 SGC를 생성한다.

각종센서(2),(4),(5~7)및(13)으로부터의 검출정보 Qa , α , SGT , Tw , Do 및 SGC 는 운전상태를 표시하는 정보로서 ECU(8)에 입력된다.

한편 각종액추에이터 9~12 는 ECU(8)에서 연산된 각 제어량에 대응하는 제어신호 P,B,J 및 G 에 의해 구동된다.

도 4 와 같이, 종래의 일반적인 내연기관의 연료제어장치는 인젝터(11)가 엔진(1)의 흡기관에 설치되어 있으나, 근년에는 엔진(1)의 실린더내에 직접 연료를 분사하는 통내분사식의 연료제어장치가 제공되어 있다.

통내분사식연료제어장치는 아래의 (1)~(4)의 효과가 기대되는 것으로써 이상적인 엔진제어장치로서 주목받고 있다.

(1) 배기가스중의 유해한 가스의 배출량의 저감

일반적으로 실린더 외부에서 연료를 분사하는 방식에서는 분사연료의 일부가 실린더에 흡입되기 전에 흡기밸브나 흡기관벽에 부착하므로 특히 연료가 기화하기 힘든 저온시의 시동운전시 또는 비교적 빠른 공급연료변화응답이 필요한 과도운전시에 흡입전의 부착연료를 고려할 필요가 있다.

그러나, 통내분사식에서는 연료의 수송지연을 고려하지 않고 공연비를 희박하게 할 수가 있으므로, 유해한 HC 나 CO 의 배출량을 저감할 수가 있다.

(2) 연버의 저감

통내 분사식에서는 점화직전에 점화 타이밍에 맞추어서 연료를 분사하고 점화시에 점화플러그 주변에 가연 연료가 형성되므로 혼합기분포의 불균일성에 의한 성층연소가 가능해지므로, 실린더에의 흡입공기량과 연료량의 겉보기로부터는 공급공연비를 대폭적으로 히박화(린화)할 수가 있다.

또 성층연소의 실현에 의해, EGR 량을 대량으로 도입해도 연소 악화에의 영향이 적으므로 펌핑 그로스의 저감도 되어, 연비의 향상이 실현된다.

(3) 고출력의 실현

상기와 같이 점화플러그 주변에 혼합기가 모여서 실현하는 성층 연소에 의해 노킹의 원인인 엔드가스가 적어지므로 내녹성이 향상되고, 엔진(내연기관)의 압축비를 크게 할 수가 있다.

또 실린더내에서 연료가 기화함으로, 실린더내에서 흡입공기의 기화열을 빼앗음으로, 흡입공기밀도가 상승해서, 체적효율의 상승이 실현되고 출력향상을 기대할 수가 있다.

(4) 드라이버 벌리티의 향상

통내분사식에서는 실린더내에 직접 연료를 분사하므로 실린더 외부분삭식의 엔진과 비교해서 연료공급으로부터 연료 연소에 의해 출력이 발생할때까지의 지연이 짧고, 운전자의 요구에 대해 하이레스펀스인 엔진을 실현시킬수가 있다.

도 5 는 예를들어 일본국 특개평 4-187819 호 공보에 기재된 종래의 내연기관의 통내분사식 연료제어장치를 표시하는 구성도이고, 전술한바와같은 구성요소에 대해서는, 동일 부호를 부쳐서 여기서는 상술하지 않는다.

이 경우 연소개선책의 예로서 엔진 본체에서의 대응책을 실시한 경우를 표시하고 있다.

도 5에서 인젝터(11)은 엔진(1)의 고압의 실린더내에 설치되어 있다.

14 는 ECU(8)과 인젝터(11)사이에 삽입된 인젝터 드라이버이고, ECU(8)로부터의 제어신호 J에 응답해서 인젝터(11)를 고속이고 또 고압으로 구동한다.

도 5 의 통내분사식연료제어장치는 전술한(도 4)의 장치와 비교했을때에 구성상에서 연료공급용의 인젝터(11)가 흡기관내가 아니고)엔진(1)의 실린더내에 직접 부착되어 있는 점이 다르다.

또 도 5 의 통내분사식연료제어장치의 경우 안젝터(11)는 흡기행정중 및 압축행정중의 단기간에 고압실린더내에 연료를 분사하기 위해, 고속이고 또 고압의 사양으로 구성되어 있다.

따라서 인젝터(11)를 구동하기 위한 인젝터 드라이버(14)가 새로 설치된 점이 다르다.

다음에, 도 6 의 타이밍차트, 도 7 의 플로차트 및 도 8 의 설명도를 참조하면서, 도 5 에 표시한 종래의 내연기관의 통내분사식 연료제어장치의 동작에 대해 설명한다.

도 6 은 각 파라미터에 대한 분사모드 M의 변화와 분사모드 M의 전환에 의한 공연비 A/F, 인젝터(11)의 분사타이밍 Tj , 점화플러그(9)의 점화시기 Tp , EGR Qg 및 흡기량 Qa 의 변화를 표시하고 있다.

도 6에서, MA 는 초린측 제어시의 압축행정분사모드, MB 는 리치측 제어시의 흡기행정분사모드이다.

t1 은 분사모드 M 의 전환시각, t2 는 분사타이밍 Tj 및 점화시기 Tp 의 행정타이밍 전환시각 t3 는 공연비 A/F 가 안정화하는 시각, A/FA 는 압축행정분사모드 MA 에서의 공연비, A/FB 는 흡기행정 분사모드 MB에서의 공연비, A/Fr 는 시각 t2를 결정하는 공연비의 기준치 , Qg A 는 압축행정 분사모드 MA 에서의 EGR 량 , QgB 는 흡기행정분사모드 MB 에서의 EGR 량 QaA 는 압축행정 분사모드 MA 에서의 흡기량 , QaB 는 흡기행정분사모드 MB에서의 흡기량이다.

도6 과 같이 통내분사실 연료제어장치에서는, 압축행정 분사모드 MA 와 흡기행정 분사모드 MB 가 존재한다.

압축행정분사 모드 MA 에서는 엔진(1)의 압축행정시에 연료를 공급함으로써, 초린 상태의 성층연소를 하고, 에미숀 및 연비를 향상시킨다.

또 흡기행정분사모드 MB 에서는, 엔진(1)의 흡기행정시에 연료를 공급함으로써 일반적인 균일혼합연소를 하고, 엔진출력을 향상시킨다.

도 7 은 도 5 에 표시한 ECU(8)내의 마이크로 컴퓨터의 메모리에 기억된 제어내용의 동작시퀸스를 표시하고 있다.

또 도 8 은 엔진회전수 Ne[rpm] 및 엔진부하 Le 에 대한 각 제어량의 목표치를 2차원 맵으로 표시하고 있고, 예를들면 목표공연비 A/Fo , 목표분사 타이밍 Tjo, 목표점화시기 Tpo, 목표 EGR 량 Qgo 및 목표흡기량 Qao 의 각 맵데이터치를 표시하고 있다.

도 7에서 우선 ECU(8)은 엔진(1)에, 장착된 각종 센서로부터의 정보 Qa,α,SGT,Tw,Do 및 SGC 에 따라 엔진(1)의 분사모드 M를 판정해(스텝 S1). 이 판정결과가 흡기 행정분사모드 MB인지 아닌지를 판정한다(스텝 S2).

스텝 S2에서 흡기행정분사모드 MB 라(즉, YES)고 판정되면, 흡기행정분사용의 각 제어량의 목표치 A/Fo , Tjo , Tpo , Qgo 및 Qao (도 8참조)를 산출한다(스텝 S3). 또 각 목표치는 엔진회전수 Ne(회전속도) 및 엔진부하 Le(일반적으로는, 각 연소 사이클마다의 흡기량 Qa 가 사용된다)에 따라 흡기행정분사용과 압축행정분사용으로 미리 따로따로 설정된 값으로서 산출된다.

계속해서 목표공연비 A/Fo를 리치측으로 점멸시키기 위한 테일링 처리를 해서(스텝 S4), 목표공연비 A/Fo 가 기준치 A/Fr 보다도 큰(린측)것인지 아닌지를 판정한다(스텝 S5). 만일에 A/Fo 〉 A/Fr(즉, YES)라고 판정되면 목표분사 타이밍 Tjo 및 목표점화시기 Tpo 로서 압축행정분사용 산출치를 사용하고(스텝 S6). 도 7 의 처리루틴을 빠져나와 다음처리로 진행한다.

또 A/Fo ≤ A/Fr(즉 No)라고 판정되면 스텝 S6를 스킵하고 목표분사 타이밍 Tjo 및 목표점화시기 Tpo 로 해서 스텝 S3에서 산출된 흡기행정분사용의 값을 사용하고 도 7 의 처리루틴을 빠져나와 다음처리로 진행된다.

한편 스텝 S2에서 흡기행정분사모드 MB 가 아니고 압축행정분사모드 MA 라고(즉 NO)판정된 경우에는 흡기행정분사용의 스텝 S3 와 같이 엔진회전수 Ne 및 엔진부하 Le 에 따라, 압축행정분사용의 각 제어량의 목표치 A/Fo , Tjo , Tpo , Qgo 및 Qao를 산출(스텝 S7)한후, 도 7 의 처리루틴을 빠져나와 다음 처리로 진행한다.

상기 처리스텝 S1~S7에 의해, 도 6 과 같이 분사모드 M 가 압축행정 분사모드 MA 로부터 흡기행정분사모드 MB 로 전환된 시각 t1에서, 공연비 A/F 의 테일링(점감)처리가 개시된다.

또 공연비 A/F 가 기준치 A/Fr 이하가 된 시각 t2에서 분사타이밍 Tj 및 점화시기 Tp 는 압축행정시 타이밍으로부터 흡기행정시 타이밍으로 전환된다.

그러나, 애미션 및 연비향상용 압축행정분사모드 MA 과 엔진출력향상용 흡기행정분사모드 MB를 전환했을때는, 공연비 A/F 및 분사타이밍 Ti 뿐 아니라, 점화시기 Tp , EGR 량 Qg 및 흡기량 Qa 등의 각 제어량이 변경되므로, 연소가 불안정해지기 쉽다.

예를들면 도 6 과 같이 시각 t1에서 분사모드 M 가 압축행정분사 모드 MA 로부터 흡기행정분사모드 MB 에 이행한 경우, 공연비 A/F , EGR 량 Qg 및 흡기량 Qa 는 압축행정 분사시의 제어량 A/FA , Qg A 및 QaA 로부터 흡기행정분사시의 제어량 A/FB , Qg B 및 Qa B 로 전환되고 다음의 제어를 개시한다.

이때 공연비 A/F 의 제어에 관해서는, 분사모드 M의 이행시의 엔진발생토크의 변동 쇼크를 억제하기 위해 A/FA 로부터 A/FB 에의 테일링 동작이 개시된다.

한편 분사타이밍 Tj 및 점화시기 Tp 의 제어에 관해서는 연소상의 관계에서 압축 행정시의 타이밍과 흡기행정시의 타이밍과의 2포인트에서 안정점이 있으므로 공연비 A/F 가 소정의 기준치 A/Fr 이하 (리치측)이 된 시각 t2에서 압축행정시 타이밍에서 흡기행정시 타이밍에 순식간에 전환이 된다.

또 EGR 량 Qg 및 흡기량 Qa 의 제어에 관해서는 분사모드 M를 전환했을때에 모드 전환전의 목표제어량 QgA 및 QaA 로부터 모드전환후의 목표제어량 QgB 및 QaB에 도달할대까지에 약간의 시간지연이 존재한다.

단 엔진(1)에의 흡기량 Qa 에 관해서는 흡기량센서(2)(도 5 참조)에 의해 계측됨으로써 흡기량 도입지연 그 자체가 계측되므로, 이 계측치에 따라, 제어되는 공연비 A/F 의 제어에 대해 영향을 주지 않는다.

그러나, 분사모드 M 의 전환시의 각 운전상태에서 연소가 성립하도록 설정된 EGR 량 Qg 는 , 흡기량 Qa 및 공연비 A/F 와 함께 변화하므로, 분사모드 M 의 전환때마다 다른 공연비 A/F 및 흡기량 Qa 에 대해 동시에 변화한다.

따라서, 변화 파라미터의 조합에 따라서는 연소상 불안정한 상태가 되는 경우가 존재하게 된다.

또, 통내분사식 제어장치에서는, 상술한 바와같이 점화직전에 실린더에의 연료공급을 하고, 압축행정분사 모드 MA 에서는 층상 연소시키고 있으므로 공급공연비가 30이상이나, 실제로 연소할때의 점화플러그(9)의 주변 혼합기 공연비 A/F 는 이온공연비 14.7 근방이다.

따라서, 통외분사식 연료제어장치(도 4 참조)의 흡기관분사에서의 린밴과 같이 흡입공기 및 연료를 균일혼합시킨후에 공연비 20정도로 연소시키는 경우와는 달라 압축행정분사 모드에서, 점화플러그(9)의 주변의 혼합기를 공연비 16근방에서 연소운전하므로, NOx 가 많이 배출되게 된다.

그래서 대량의 EGR Qg를 도입해서 NOx 의 저감을 실현하고 있다.

이상과 같이 분사타아밍 Tj 및 점화시기 Tp 의 미묘한 타아밍에 의해 실현되는 층상연소와, 일반적인 통외분사식의 엔진(1)(도 4 참조)에서는, 연소의 악화를 초래하기 쉬운 EGR 량 Qg 의 대량도입을 조합함으로써 통외분사식 연료제어장치에서의 압축행정분사모드 MA 에서의 연소를 실현하고 있다.

한편 엔진 출력이 필요한 흡기행정분사모드 MB 의 경우에는 흡기행정분사를 하고, 통외분사식의 엔진의 경우와 같이 균일혼합연소가 행하여진다.

압축 행정분사모드 MA 에서의 초린 연소상태로부터 흡기행정분사모드 MB 에서의 리치연소상태로 이행하는 경우, 공연비 A/A EGR Qg , 분사타이밍 Tj 및 점화시기 Tp를 전환제어하는 동시에 린측에서 리치측으로의 이행에 의한 토크의 상승변동을 억제하기 위해, 에어 바이패스밸브(10)(도 5 참조)를 제어해서 엔진(1)에의 흡기량을 감소시킨다.

이결과, 분사모드 M 가 린측의 압축행정분사모드 MA 로부터 리치 측의 흡기행정 분사모드 MB 로 전환되는 경우에는, 연소상태의 변화에 따라, 다수의 제어 파라미터가 동시에 전환되게 된다.

이와같이 다수의 제어파라미터가 동시에 전환되면, 각 컴포넨트의 성능의 흐트러짐이나, 경년변화, 운전시의 환경조건의 변화 또 연료상태의 차이등으로, 층상연소로부터 균일 혼합연소로 서서히 전환하지 않고 불안정한 연소가 되어, 분사모드 M 의 전환시에 엔진(1)의 진동 및 회전변동을 초래할 우려가 있다.

그래서 종래로부터, 엔진(1)의 분사모드 M 가 변화했을때에 각 전환제어가 동일타이밍으로 실행되도록, 특히 제어응답이 늦은 EGR 량 Qg 및 흡기량 Qa 등의 파라미터의 제어를 선행시키고, 다음에 분사타이밍 Tj 및 점화시기 Tp 등에 관한 각 제어파라미터를 전환제어하고 있다.

특히 통내분사식 연료제어장치에서는, EGR 량 Qg를 대량으로, 도입하는 운전영역이 많으므로, 분사모드 M 의 전환시에 동시에 EGR 제어해도, 실제로는 EGR Qg 의 변화도상에서 여러 가지의 EGR 량이 도입한 상태에서의 연소가 되게되어 경우에 따라서는 연소상의 불안정한 상태를 야기시킬 가능성이 있다.

종래의 내연기관의 통내분사식 제어장치는 이상과 같이 EGR 량 Qg 및 흡기량 Qa 등의 제어를 선행시킨후에 분사타이밍 Tj 및 점화시기 Tp 등을 전환제어하고 있으므로, 분사모드 M 의 전환시에 EGR 제어하여도, EGR량 Qg 의 변화도상에서 여러 가지의 EGR 량이 도입된 연소상태가 되고, 불안정한 연소상태를 초래할 염려가 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 제어측에서 해결하기 위해 된 것으로, 압축행정 분사모드로부터 흡기행정분사모드로의 제어전환시에는 특별한 센서를 사용하지 않고, 안정된 연소상태를 유지하면서 분사모드를 이행할 수 있는 내연기관의 통내분사식 연료제어장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 내연기관의 통내분사식 연료제어장치는 내연기관의 흡입공기량에 상당하는 파라미터를 검출하는 흡기량센서와, 내연기관의 회전속도 및 크랭크각을 검출하는 크랭크각센서와, 내연기관의 각 실린더내에 직접 연료를 분사하도록 장착된 인젝터와, 내연기관의 배기관으로부터 흡기관에의 환류량을 조정하는 EGR 장치와, 흡기량센서 및 크랭크각 센서로부터의 각 검출정보에 따라 인젝터 및 EGR 장치에 대한 제어량을 연산하는 ECU를 구비하고 ECU 는 내연기관의 분사모드가, 린 공연비측의 압축행정분사모드로부터 리치 공연비측의 흡기행정분사 모드로 전환되었을 때, EGR 장치에 대한 제어를 선행시키는 것이다.

또 본 발명에 관한 내연기관의 통내분사식 연료제어장치에 의한 ECU 는 압축행정분사 모드로부터 흡기행정분사 모드로의 전환시의 EGR 장치에 대한 제어를, EGR 장치에 의한 환류량의 제어응답지연시간보다도 충분히 긴시간만큼 선행시키는 것이다.

이로써, 압축행정분사모드로부터 흡기행정분사모드에의 변경시에 특히 응답이 늦은 EGR 제어량이 안정된 상태에서 연소를 할수 있고, 안정된 연소상태에서 공연비 분사타이밍 및 점화시기를 제어해서, 분사모드를 원만하게 이행시킬수가 있다.

또 본 발명에 관한 내연기관의 통내분사식 제어장치에 의한 ECU 는 내연기관의 분사모드가 압축행정분사모드에서 흡기행정분사모드로 전환되었을때에 아이들 운전역인 경우에는 다른 운전영역의 경우보다도 EGR 장치에 대한 제어의 선행시간을 길게 계속시키는 것이다.

이로인해, 특히 공기량 변화가 적고, 연소안정성이 엄격하고, 또 드라이버가 연소상태를 감지하기 쉬운 아이들 운전역(저흡기량 운전역)에서 분사모드의 전환을 원만하게 이행시킬수가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시의 형태 1 에 의한 분사모드전환시의 제어량 전환동작을 파형도로 표시하는 타이밍 차트.

도 2 는 본 발명의 실시의 형태 1 에 의한 분사모드 전환시의 제어시퀸스를 표시하는 플로차트.

도 3 은 본 발명의 실시의 형태 2 에 의한 선형시간의 가변설정동작을 표시하는 특성도.

도 4 는 종래의 일반적인 통외분사식의 내연기관의 연료제어장치를 개략적으로 표시하는 구성도.

도 5 는 종래의 내연기관의 통내분사식 연료제어장치를 개략적으로 표시하는 구성도.

도 6 은 종래의 내연기관의 통내분사식 연료제어장치에 의한 분사모드 전환시의 제어량 전환동작을 파형도로 표시하는 타이밍차트.

도 7 은 종래의 내연기관의 통내분사식 연료제어장치에 의한 분사모드 전환시의 제어시퀸스를 표시하는 플로차트.

도 8 은 종래의 내연기관의 통내분사식 연료제어장치에 의해 설정되는 각 제어량의 목표치의 맵구성을 표시하는 설명도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1. 엔진(내연기관) 2. 에어플로센서(흡기량센서)

5. 크랭크각 센서 8. ECU

11. 인젝터 12. EGR 밸브

M. 분사모드 MA. 압축행정모드

MB. 흡기형성모드 Qa. 흡기량

Qg. EGR 량 SGT. 크랭크각신호

τ. 선행시간

S2. 분사모드의 전환시를 판정하는 스텝.

S3. 흡기행정 분사모드용 제어량을 산출하는 스텝

S7. 압축행정분사모드용 제어량을 산출하는 스텝

S14. 선행시간을 설정하는 스텝

S15. 타이머카운터치가 0인지 아닌지를 판정하는 스텝

S19. 선행시간의 기간에서 EGR 만을 흡기행정 분사모드용을 제어량에 설정하는 스텝

실시의 형태 1

이하, 본 발명의 실시의 형태 1을 도면에 따라 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시의 형태 1 의 동작을 파형도로 표시하는 타아밍차트이고, M,MA,MB,A/F,A/FA,A/Fr,A/FB,Qg,QgA,QgB,Qa, QaA 및 QaB 는 상술(도 6 참조)한 것과 같은 것이다.

여기서는 상술(도 6참조)한바와같이 분사모드 M 가 시각 t1에서 압축행정분사(초 린)모드 MA로부터 흡기행정분사모드 MB 로 이행한 경우를 표시하고 있다.

또 본 발명의 실시의 형태 1 의 구성은 도 5 에 표시한대로이고, 각 제어량의 목표치의 맵구성은 도 8 에 표시한대로이다.

도 1에서, TM 은 EGR 제어를 선형시키기 위한 타이머의 카운터치, τ는 타이머의 카운터 치 TM 로서 설정되는 선행시간이다.

선행시간 τ 는, EGR 량 Qg 의 제어응답지연시간보다도 충분히 긴 시간으로 설정되어 있다.

또 선행시간 τ(카운터치 TM)를 설정하는 타이머는 ECU(8)내에 구성되어 있어도 된다.

다음 도 1 과 함께 도 2 의 플로차트 및 도 5 및 도 8을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태 1 의 동작에 대해 설명한다.

도 2 는 본 발명의 실시의 형태 1 에 의한 제동동작시퀸스를 표시하고, S1~S7 에 대해서는 상술(도7참조)한 바와같은 스텝이므로, 여기서는 상술하지 않는다.

상술한바와같이 시각 t1 (도1참조)에서, 분사모드 M가 압축행정분사모드 MA 로부터 흡기행정분사모드 MB 로 전환되면, 스텝 S2에서, M=MB(즉 YES)라고 판정되어 다음 스텝 S13 으로 진행한다.

스텝 S13에서, ECU 8 은 전번의 분사모드 M가 압축행정분사모드 MA 인지 아닌지를 판정해서 전번의 분사모드 M 가 압축행정분사 모드 MA 라고(즉, YES)판정되면, 분사모드 M 가 전환된 직후라고 본다.

따라서, EGR 선행제어용 타이머의 카운터치 TM 로 해서, 선행시간 τ(예를들면 0.2초정도)를 설정하고(스텝 S14), 다음의 분사모드판정스텝 S17 로 진행한다.

그후 다음번의 처리에서의 스텝 S13에서 전번의 분사모드 M 가 흡기행정분사모드 MB(즉 NO)라고 판정되면, 타이머 카운터치 TM을 카운트 다운(스텝 S15)해서 다음 스텝 S17 로 진행한다.

또 스텝 S2에서, 이번의 분사모드 M 가 압축행정분사모드 MA 이고, 흡기행정분사모드 MB(즉, NO)라고 판정되면 타이머 카운터치 TM를 「0」 으로 클리어해서(스텝 S16), 다음의 스텝 S17 로 진행한다.

이로써, 압축행정 분사모드 MA 로부터 흡기행정분사모드 MB 로의 전환시 t1 으로부터의 EGR 량 Qg 는 도 1 과 같이 선행해서 변경되고, 압축행정분사(린 운전)시의 제어량 Qg A 로부터 흡기행정분사시의 제어량 QgB 로 전환된다.

또 선행시간 τ(시각 t1에서 시각 t11 까지)의 사이는 EGR Qg 만이 흡기행정분사시의 제어량 Qg B(통상을 EGR 도입량이 거의 없음)로 제어되는 상태가 계속된다.

그후 스텝 S17에서 분사모드 M가 흡기행정분사모드 MB 인지 아닌지를 판정해서 M=MA(즉 NO)라고 판정되면 상술한 압축행정분사모드 MA용의 제어량, 산출 스텝 S7을 실행한후, 도 2 의 처리루틴을 빠져나가 다음 처리로 진행한다.

한편 스텝 S17에서 M=MA(즉 YES)라고 판정되면 계속해서 타이머 카운터치 TM 가 0까지 카운터다운된(선행시간 τ만큼 경과)하였는지의 여부를 판정한다(스텝 S18).

스텝 S18에서 만일 TM=O(즉 YES)라고 판정되면 분사모드 전환후에 진행시간 τ(초)만큼 경과하였으므로 전술한 흡기행정분사모드 MB 용 스텝 S3~S6을 실행한 후, 도 2 의 처리루틴을 빠져나가 다음 진행한다.

또 스텝 S18에서, TM〉O(즉 NO)라고 판정되면 선행시간 τ가 경과하지 않으므로 상술한 압축행정분사모드 MA용의 제어량 산출 스텝 S7을 실행한후 흡기행정분사모드 MB 용의 EGR 량 목표치 QgO(=QgB)를 산출(스텝 S19)한후, 도 2 의 처리 루틴을 빠져나가 다음처리로 진행한다.

이로써 선행시간 τ 가 경과할때까지는 EGR량 Qg 만이 흡기행정분사모드 MB 의 값 QgB 로 제어된다.

이와같이 분사모드 M 및 타이머 카운터치 TM 에 따라 스텝 S3~S7 및 S17~S19 의 처리를 실행함으로써 각 제어량은 도 1 과 같이 전환된다.

즉 타이머 카운터치 TM 이 0이 된(분사모드 M가 전환되어서 선행시간 τ가 경과한)시각 t11에서 공연비 A/F 및 흡기량 Qa 는 각각 압축행정분사시의 제어량 A/FA 및 QgA로부터 흡기행정분사시의 제어량 A/FB 및 QaB 로 전환되기 시작한다.

이때, 공연비 A/F 에 관해서 상술(도 6 참조)한 바와같이 분사모드 전환시의 토크변동 쇼크를 억제하기 위해 A/FA에서 A/FB 까지의 테일링처리(스텝 S4)이 시행된다.

또 분사타이밍 Tj 및 점화시기 Tp 에 관해서는 공연비 A/F 가 기준치 A/Fr 보다도 작게(리치 측으로)된 시각 t12에서 압축행정분사시의 타이밍에서 흡기행정분사시의 타이밍으로 순식간에 전환된다.

실시의 형태 2

또 상기 실시의 형태 1 에서는 EGR 선행제어용의 타이머카운터치 TM(선행시간 τ)을 일정하게 설정하였으나, 예를들면 엔진회전수 Ne 에 따라 가변설정해도 된다.

도 3 은 본 발명의 실시의 형태 2 에 의한 선행시간 τ[초]를 표시하는 특성도이고, 선행시간 τ가 엔진회전수 Ne[rpm]에 따라 가변설정되는 경우는 표시하고 있다.

이 경우 ECU 8(도 5 참조)는 타이머 카운터 치 TM의 설정스텝 S14(도 2 참조)에서 도 3 의 특성에 따른 선행시간 τ를 가변설정한다.

즉, 엔진회전수 Ne 가 1000rpm 이하의 저회전 운전시에는 선행시간 τ를 정상운전시의 값(예를들어 0.2초 정도)보다도 긴 값(예를들어 2.3초 정도)으로 변경한다.

일반적으로 저회전 운전역에서는 엔진(1)에의 단위 흡기량이 적고, 특히 아이들 운전시에는 흡기량 Qa 가 적으므로, 연소 그 자체가 불안정한 운전조건에 빠지기 쉽다.

이런 운전조건에서는 EGR 선행제어용의 선행시간 τ를 길게 설정함으로써 비교적 연소를 안정시킬수가 있다.

이와같이 EGR 선행제어용의 선행시간 τ를 더욱 길게 함으로써, 특히 공기량 변화가 적고 연소안정성이 임격하고, 또 드라이버가 연소상태를 감지하기 쉬운 아이들 운전역(저흡기량 운전역)에서, 분사모드의 전환을 원활하게 이행시킬수가 있다.

한편, 고회전운전역(예를들면, 가속운전역)에서는 운전상태의 조급한 전환이 요구되므로, 도 3 의 특성 데이터에 따라 다른 운전역의 경우보다도 EGR 선행제어용의 선행시간 τ를 짧게 설정한다.

또 선행시간 τ를 0으로 설정해도 된다.

이 경우, ECU(8)(도 5 참조)은 타이머 카운터치 TM 의 설정 스텝 S14(도 2 참조)에서 운전상태가 가속상태인 경우에는 아래와 같이 선행시간 τ를 가변설정한다.

즉 엔진가속상태의 판정수단으로서 예를들면 엔진회전수 Ne 의 변화정도 △Ne를 소정치와 비교하는 수단을 설치하고, 변화정도 △Ne 가 소정치 이상인 경우에는 선행시간 τ를 0 으로 설정하면 된다.

일반적으로 드라이버의 가속요구시(가속운전시)에는 드라이버빌리티의 악화를 방지하기 위해, 운전상태의 조급한 전환이 요구되므로, 선행시간 τ를 0 으로 설정하는 것이 바람직하다.

이로써 분사모드의 전환지연을 방지하고, 드라이버 빌리티를 향상시킬수가 있다.

이상과 같이 본 발명의 청구항 1 에 의하면, 내연기관의 흡입공기량에 상당하는 파라미터를 검출하는 흡기량 센서와, 내연기관의 회전속도 및 크랭크각을 검출하는 크랭크각 센서와 내연기관의 각 실린더내에 직접 연료를 분사하도록 장착된 인젝터와 내연기관의 배기관으로부터 흡기관에의 환류량을 조정하는 EGR 장치와 흡기량 센서 및 크랭크각 센서로부터의 각 검출정보에 따라 인젝터 및 EGR 장치에 대한 제어량을 연산하는 ECU를 구비하고, ECU 는 내연기관의 분사모드가 린 공연비측의 압축행정 분사모드로부터 리치 공연비측의 흡기행정분사모드로 전환되었을때에 EGR 장치에 대한 제어량을 선행시키도록 하였으므로 압축행정 분사모드로부터 흡기행정분사모드에의 제어전환시에 특별한 센서를 사용하지 않고, 안정된 연소상태를 보존하면서 분사모드를 이행할 수 있는 내연기관의 통내분사식 연료제어장치가 얻어지는 효과가 있다.

또 본 발명의 청구항 2 에 의하면 청구항 1에서 ECU 는 압축행정분사 모드로부터 흡기행정분사모드로의 전환시의 EGR 장치에 대한 제어량을, EGR 장치에 의한 환류량(EGR 가스)의 제어응답 지연시간보다도 충분히 긴시간만큼 선행시키도록 하였으므로, 압축행정분사모드로부터 흡기행정분사모드로의 제어전환시에 특별한 센서를 사용하지 않고, 안정된 연소상태를 유지하면서 분사모드를 이행할 수 있는 내연기관의 통내분사식 연료제어장치가 얻어지는 효과가 있다.

또 본 발명의 청구항 3 에 의하면, 청구항 1에서 ECU 는 내연기관의 분사모드가 압축행정 분사모드로부터 흡기행정모드로 전환되었을때에 아이들 운전역인 경우에는 다른 운전역의 경우보다도 EGR 장치에 대한 제어량의 선행시간을 길게 계속시키도록 하였으므로, 압축행정분사모드로부터 흡기행정분사모드에의 제어전환시에 특별한 센서를 사용하지 않고 안정된 연소상태를 유지하면서 분사모드를 이행할 수 있는 내연기관의 통내분사식 연료제어장치가 얻어지는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 내연기관의 흡입공기량을 검출하는 흡기량센서와, 상기 내연기관의 회전속도 및 크랭크각을 검출하는 크랭크각 센서와, 상기 내연기관의 각 실린더내에 직접 연료를 분사하도록 장착된 인젝터와, 상기 내연기관의 배기관으로부터 흡기관으로의 환류량을 조정하는 EGR 장치와, 상기 흡기량 센서 및 상기 크랭크각 센서로부터의 각 검출정보에 따라, 상기 인젝터 및 상기 EGR 장치에 대한 제어량을 연산하는 ECU를 구비하고 상기 ECU 는 , 상기 내연기관의 분사모드가 린 공연비측의 압축행정분사모드로부터 리치 공연비측의 흡기행정분사모드로 전환되었을때에, 상기 EGR 장치에 대한 제어량을 흡기 행정분사와의 다른 제어량에 선행해서 변화시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 통내분사식 연료제어장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 ECU 는 상기 압축 행정분사모드로부터 상기 흡기행정분사모드에의 전환시의 상기 EGR 장치에 대한 제어를 상기 EGR 장치에 의한 환류량의 제어응답지연시간보다도 충분히 긴 시간만큼 선행시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 통내분사식 연료제어장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 ECU 는 상기 내연기관의 분사모드가 상기 압축행정분사모드로부터 상기 흡기행정분사모드로 전환했을때에 아이들 운전역인 경우에는, 다른 운전역의 경우보다도 상기 EGR 장치에 대한 제어의 선행시간을 길게 계속시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 통내분사식 연료제어장치.