KR100291975B1 - 내연기관의 실린더 분사연료제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최신의 운전상태를 반영시켜서 과도 운전시의 연료량을 적정화한 내연기관의 통내 분사연료 제어장치를 얻기위한 것으로서, 내연기관의 각 기통내에 직접적으로 연료를 분사하기 위한 연료 분사밸브를 가지며, 각 연료 분사밸브에 대하여 각 연료 분사밸브의 구동시간에 따른 펄스폭의 분사신호를 인가하는 것에 의해 각 기통의 한 행정에 요구되는 연료량을 각 기통내에 공급하는 내연기관의 통내 분사 연료 제어장치에 있어서, 각 기통의 한 행정에 인가되는 분사신호를 3회의 펄스(J1-J3)로 분할함과 동시에, 제 1회 째 및 제 2회째의 분사신호(J1, J2)를 각각 흡기 행정으로 인가하며, 제 3회째의 분사신호(J3)를 압축행정으로 인가하고, 제 2회째의 분사신호(J2)에 의해 공급되는 연료량을 내연기관의 운전상태에 따라서 보정한다.

Description

내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치

본 발명은, 실린더에 직접적으로 연료를 분사하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 관한 것으로서, 특히 과도 운전시의 연료량을 용이하게 적정화할 수 있는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 관한 것이다.

(종래의 기술)

도 7은 일반적인 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치의 시스템 전체를 나타내는 구성도 이다.

도면에서, 부호 1은 내연기관의 본체로 되는 복수의 실린더(1a-1d)로 이루어지는 엔진, 부호 2는 엔진(1)의 각 실린더(1a-1d)로 공기를 공급하는 흡기관, 부호 3은 흡기관(2)의 흡기구에 마련된 에어클리너, 부호 4는 흡기관(2) 내에 배치되어 흡기 공기량(Q)을 조정하는 스로틀밸브, 부호 5는 흡기관(2)의 인테크 메니폴드부에 형성된 서지탱크이다.

부호 6은 스로틀밸브(4)의 개방도(θ)를 검출하는 스로틀밸브 개방도센서, 부호 7은 스로틀밸브(4)의 개폐를 행하는 스로틀밸브 엑추에이터, 부호 8은 각 실린더(1a-1d) 내로 직접적으로 연료를 분사하는 연료 분사 밸브, 부호 9는 각 실린더(1a-1d)에 설치된 점화코일 유닛, 부호 10은 점화코일 유닛(9)을 통해 방전 구동되는 각 실린더(1a-1d) 내의 점화 플러그이다.

부호 11은 운전자에 의해 밟혀서 조작되는 엑셀 페달, 부호 12는 엑셀 페달 (11)의 밟은량(α)을 검출하는 엑셀 밟은량 검출 센서, 부호 13은 엔진(1)의 크랭크축에 설치되어 크랭크각 신호(SGT)를 출력하는 크랭크각 센서, 부호 14는 크랭크축과 연동하는 캠축에 설치되어 실린더 식별 신호(SGC)를 출력하는 실린더 식별 센서이다.

부호 15는 엔진(1)에서 배출되는 배기 가스중의 산소 농도(X)를 검출하는 산소 농도 검출 센서, 부호 16은 배기 가스를 정화하기 위한 촉매이다.

또한, 각 센서 6 및 13 내지 15는, 운전 정보를 출력하기 위한 각종 센서를 구성하고 있으며, 도시하지 않지만, 다른 센서로서 흡입 공기량(Q)을 검출하기 위한 에어플로우 센서나 흡기관 압력 센서 등이 설치되어 있는 것으로 한다.

부호 20은 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 전자 제어 유닛이며, 각종 센서 6 및 13 내지 15로부터의 운전 정보(θ, SGT, SGC 및 X)에 의거하여 각종 제어량을 연산하며, 제어량에 따른 제어 신호(J, G 및 R)에 의해 엔진(1)을 제어한다.

예를 들면, 전자 제어 유닛(20)은 엑셀 페달(11)의 밟은량(α)에서 스로틀 밸브(4)의 목표 개방도를 연산하며, 개방도 제어 신호(R)에 의해 스로틀 밸브 엑추에이터(7)를 제어하여 스로틀 밸브(4)의 개방도(θ)가 목표 개방도와 일치되도록 피드백 제어를 행한다.

또한, 전자 제어 유닛(20)은, 크랭크각 신호(SGT)에서 엔진 회전수(Ne)를 연산하며, 엔진 회전수(Ne)및 엑셀 밟은량(α)에서 목표 엔진 토오크를 연산하고, 엔진 회전수(Ne)및 목표 엔진 토오크(To)에서 목표 연료 분사량(Fo)을 연산하여 목표 연료 분사량(Fo)에 따른 듀티의 분사 신호(J)에 의해 연료 분사 밸브(8)를 구동한다.

또한, 전자 제어 유닛(20)은, 크랭크각 신호(SGT)및 실린더 식별 신호(SGC) 등에 근거하여 각 실린더(1a-1d)의 점화 시기를 연산하며, 점화 신호(G)에 의해 점화 코일 유닛(9)을 구동하여 점화 플러그(10)을 방전시킨다.

도 8은 도 7 내의 전자ㅏ 제어 유닛(20)의 구체적 구성을 상세히 나타내는 블럭도이다.

도 8에 있어서, 부호 21은 전자 제어 유닛(20) 내의 마이크로 컴퓨터이며, 부호 22 및 23은 각종의 운전 정보를 마이크로 컴퓨터(21)내에 장착하기 위한 입력 I/F, 부호 24는 마이크로 컴퓨터(21)에 급전을 행하는 전원 회로이며, 부호 25는 마이크로 컴퓨터(21)로부터의 제어 신호(R,J,G)를 출력하기 위한 출력 I/F이다. 부호 26은 차에 장착되어 있는 베터리이며, 부호 27은 기동시에 배터리(26)를 전자 제어 유닛(20)에 접속하는 점화 스위치이다.

마이크로 컴퓨터(21)는 소정의 프로그램에 따라서 연료 분사 밸브(8) 및 점화 플러그(9)의 제어 등을 행하는 CPU(31)와, 크랭크각 신호(SGT)에서 회전 주기를 검출하기 위한 프리런닝의 카운터(32)와, 여러가지 제어용의 시계를 행하는 타이머(33)와, 입력 I/F(23)에서의 아날로그 신호를 디지틀 신호로 변환하는 A/D 변환기(34)와, CPU(31)의 범위로서 사용되는 RAM(35)과, CPU(31)의 동작 프로그램이 기억되어 있는 ROM(36)과, 각종의 구동 제어 신호(J,R,G)등을 출력하는 출력 포트(37), CPU(31)와 각 구성 요소(32-37)를 결합하는 커먼패스(38)등을 구비하고 있다.

한쪽의 입력 I/F(22)는, 크랭크각 신호(SGT) 및 실린더 식별 신호(SGC)를 파형 정형하며, 이것을 개입 신호로서 마이크로컴퓨터(21)에 입력한다. 마이크로 컴퓨터(21) 내의 CPU(31)는, 입력 I/F(22)에서 개입 신호가 발생하며, 카운터(32)의 값을 판독하며, 금회값과 전회값과의 차에서 크랭크각 신호(SGT)의 펄스 주기를 연산하며, 현재의 엔진 회전수(Ne)에 상당하는 값으로서 RAM(35) 내에 기억시킨다.

또한, CPU(31)는, 상기 개입의 경우에 실린더 식별 신호(SGC)의 신호 레벨을 검출하여 금회 검출된 크랭크각 신호(SGT)의 검출 크랭크각이 복수 실린더(1a-1d)중에서 어느 실린더에 상당하는가를 검출한다.

다른 쪽의 입력 I/F(23)는, 스로틀밸브 개방도(θ), 엑셀 밟은량(α) 및 산소 농도(X) 등의 검출 신호를 A/D 변환기(34)를 통해 마이크로 컴퓨터(21)내의 CPU(31)에 입력한다.

출력 I/F(25)는, CPU(31)에서 출력 포트(37)를 통해 출력되는 각종의 제어 신호를 증폭하며, 스로틀밸브 엑추에이터(7), 연료 분사 밸브(8), 점화 코일 유닛 (9)등에 공급된다.

도 9a 내지 도 9d는 전자 제어 유닛(20)에서 생성되는 분사 신호(J)의 제어 타이밍을 나타내는 타이밍 챠트이며, 실린더 식별 신호(SGC) 및 크랭크각 신호(SGT)의 각 펄스 파형과, 연료 분사 밸브(8)의 연료 분사 시기 및 엔진 행정(흡기, 압축, 폭발, 배기)과의 관계를 나타내고 있다.

도 9a에 있어서는, 실린더 식별 신호(SGC)의 펄스 파형이며, 도 9b는 크랭크각 신호(SGT)의펄스 파형, 도 9c는 #1실린더의 연료 분사 밸브(8)를 구동하기 위한 분사 신호(J), 도 9d는 #1실린더의 엔진 행정을 나타내고 있다.

또한, 점화 코일 유닛(9)에 대한 점화 신호(G)는, 점화 플러그(10)의 점화 시기 즉, 엔진 행정(d) 내의 폭발 행정 직전에 출력된다.

도 9b에 있어서, T(n-3)는 연산에 사용되는 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지사이의 주기이며, #1실린더에 대응하는 금회 펄스에서 보아 3회전 및 4회전의 각 펄스(#3실린더 및 #4실린더에 대응하는 펄스)에서 연산되는 주기이다. 또한, Iu(i) 및 Id(i)(i=n, n-1, n-2...)는, 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지 및 하강 에지이며, #1실린더의 압축 행정(점화 시기에 대응)의 타이밍으로서, i=n으로 되어 있다.

B5°( TDC의 5°앞)는 #1실린더의 크랭크각 신호(SGT)의 하강 에지 Id(n)의 크랭크각 위치, B75°는 #1실린더의 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지 Iu(n)의 크랭크각 위치, B185°는 #2실린더의 크랭크각 신호(SGT)의 하강 에지 Id(n-1)의 크랭크각 위치, B255°는 #2실린더의 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지 Iu(n-1)의 크랭크각 위치이다.

즉, 크랭크각 신호(SGT)의 각 에지 Iu(i) 및 Id(i)는 #1-#4실린더의 기준 크랭크각 위치를 나타내며,상승 에지 Iu(i)는 B75°, 하강 에지 Id(i)는 B5°를 나타내고 있다.

마이크로 컴퓨터(21) 내의 CPU(31)는 크랭크각 신호(SGT)의 각 에지에서의 전압 변화를 에지 개입에 의해 검출하여 엔진(1)의 크랭크각 위치를 검출한다.

또한, 도 9c에 있어서, t1은 분사 신호(J)의 상승 시각, t2는 분사신호(J)의 하강 시각, Tinj는 시각(t1)에서 시각(t2)까지의 분사 신호(J)의 펄스폭 즉 연료 분사 밸브(8)의 구동 시간(연료 분사 시간)이다.

분사 신호(J)의 상승 시각(t1)은, 연료 공급이 흡기 행정의 전반에서 행해지도록 타이머 설정된다.

예를 들면, CPU(31)는 크랭크각 신호(SGT)의 주기(T)(n-3)나 흡입 공기량(Q) (n-3)에서, 제어 대상 실린더에 분사하는 연료 분사량(Fo)을 연산하며, 목표 연료량(Fo)을 얻기 위한 연료 분사 밸브(8)의 구동 시간(Tinj)을 연산한다.

여기에서는, 흡기 행정에 있어서 연료 분사 밸브(8)를 구동 시간(Tinj)의 사이만큼 구동하는 경우를 나타내고 있다.

전자 제어 유닛(20) 내의 CPU(31)는, 실린더 식별 신호(SGC)에 근거 하여 크랭크각 신호(SGT)가 어느 실린더에 대응하는지를 판단하며, 제어 대상에 해당하는 실린더의 연료 분사 밸브(8)에 대하여 연료 분사 시기에 따른 분사 신호(J)를 제공하여 소요량(Fo)의 연료를 분사한다.

또한, CPU(31)는, 제어 대상으로 되는 실린더의 점화 코일 유닛(9)에 대하여 점화 시기에 따른 점화 신호(G)를 출력한다. 이것에 의해 점화 코일 유닛(9)은, 배터리 전압을 증폭하여 얻어진 고전압을 점화 플러그(10)에 제공하며, 연산된 제어 타이밍으로 연료를 점화하여 연소시킨다.

이상의 동작에 의해 각 실린더(1a-1d)의 실린더에 직접적으로 연료가 분사되며, 분사된 연료가 연소되어 엔진(1)이 동작된다.

이어서, 도 9a 내지 도 9d의 타이밍 챠트와 함께 도 10 내지 도 13의 설명도 및 특성도와 도 14 내지 도 16의 흐름도를 참조하면서, 도 7 및 도 8과 같이 구성된 종래의 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치의 구체적인 동작에 관하여 설명한다.

도 10은 엔진 회전수(Ne) 및 목표 엔진 토오크(To)에 대한 연료 분사 방식의 관게를 나타내고 있으며, 목표 엔진 토오크(To)가 ToA 이하에서 또한, 엔진 회전수(Ne)가 NeB 이하의 영역(도면중에서 사선으로 나타냄)은, 엔진(1)이 1사이클중에 소비되는 연료량이 적은 영역을 나타내고 있다.

따라서, 상기 영역에 있어서는, 연료 분사 밸브(8)의 구동 시간(Tinj)을 짧게 설정할 수 있으며, 엔진(1)의 압축 행정중에 연료를 분사하는 압축 행정 분사가 행해진다. 압축 행정 분사는 각 실린더(1a-1d)내의 일부(점화 플러그(10)의 근방)에서 연소가 행해지며, 실린더 용적에 대하여 연료가 적어도 마칠수 있기 때문에 경제성이 향상되며, 연소를 위한 공연비 제어가 용이하게 된다는 장점을 가지고 있다.

도 11은 공연비(A/F)와 엔진 발생 토오크(Te)와의 관계를 나타내는 특성도이며, 실선은 압축 행정 분사시의 특성 곡선, 일점 쇄선은 흡기 행정 분사시의 특성 곡선이다.

도 11에서 알수 있듯이 압축 행정 분사에 의하면, 이론 공연비(14.7) 보다도 연료가 적게 소비되는 경우에 있어서도, 공연비(A/F)에 따른 엔진 발생 토오크(Te)의 제어가 가능하다.

반면, 도 10에 있어서, 목표 엔진 토오크(To)가 ToA보다도 크게 되든지, 또는 엔진 회전수(Ne)가 NeB 이상으로 되면, 압축 행정중에 소정 연료량(Fo)의 분사를 종료시킬 수 없기 때문에, 흡입 행정에서 압축 행정가지의 사이에 연료를 분사하는 흡기 행정 분사가 행해진다.

흡기 행정 분사는, 흡기 포트 부근에 연료를 분사하는 엔진(도시 생략)과 동일한 연료 분사 및 연료 상태로 되며, 실린더 용적의 모든 것을 사용한 연소가 행해지기 때문에 높은 엔진 출력이 얻어진다는 장점을 갖고 있다.

도 12 및 도 13은 연료 분사 방식의 차이에 의한 각 연소 상태를 나타내는 설명도이며, 도 12는 압축 행정 분사에서의 연소 상태, 도 13은 흡기 행정 분사에서의 연소 상태를 각각 모식적으로 나타내고 있다.

각 도면에 있어서, 부호 40은 엔진(1)의 실린더 내의 연소실이며, 부호 41은 연소실(40)을 서지 탱크(5)에 연통하는 흡기 밸브, 부호 42는 연소실(40)을 배기관에 연통하는 배기 밸브, 부호 50은 압축 행정 분사에서의 연소 영역, 부호 51은 흡기 행정 분사에서의 연소 영역이다.

도 12와 같이, 압축 행정 분사에 있어서는, 연소실(40)내에 소량의 연료를 분사하여 점화 플러그(10)의 근방에 연료를 모으며, 점화 플러그(10)의 근방만을 농후한 혼합기의 층으로 하여 연소시킨다(연소 영역(50)참조).

이때, 엔진(1)의 흡기 공기량(Q)이 동일할 경우도 점화 플러그(10)의 근방에 분사하는 연료량에 의해 엔진(1)의 발생 토오크(Te)가 변화하기 때문에 연료 분사량(Fo)는 목표 엔진 토오크(To)에 따라서 변경된다.

한편, 도 13과 같이 흡기 행정 분사에 있어서는, 연료가 흡기 행정에서 분사되어 실린더 전체로 확산되기 때문에 실린더 전체에서 연소되게 된다(연소 영역(51)참조).

일반적으로, 혼합기의 공연비(A/F)가 연소 가능한 이론 공연비(14.7)의 근방으로 설정되어 연료 분사량(Fo)이 많아진 경우, 압축 행정 분사에서는 압축 행정중에 연료가 분사되어 끊기지 않는 상태에서 연료를 실린더에 충분히 확산시킬 수 없기 때문에 도 13과 같은 흡기 행정 분사가 사용된다.

도 14 내지 도 16은 실제로 연료 분사 밸브(8)를 구동하는 경우의 실린더 분사 연료 제어 장치의 제어 처리를 시행하며, 도 14는 크랭크각 신호(SGT)의 상승에지 Iu(n-2)에서의 개입 중단 처리이며, 도 15는 분사 신호(J)의 상승 시각(t1)에서의 타이머 개입 처리이며, 도 16은 분사 신호(J)의 하강 시각(t2)에서의 타이머 개입 처리이다.

우선, 전자 제어 유닛(20) 내의 CPU(31)는 도 14의 개입 처리에 의해 크랭크각 신호(SGT)에 동기되어 금회의 상승 에지 Iu(n-2)의 시각과 전회의 상승 에지 Iu(n-3)의 시각차에서 크랭크각 신호(SGT)의 펄스 주기(T)(n-3)(도 9a 내지 도 9d참조)를 연산한다(스텝 S1).

이어서, 에어플로우 센서 또는 흡기관 압력 센서(도시 생략) 등의 정보에 근거하여 상승 에지 Iu(n-3)-Iu(n-2) 사이의 주기(T)(n-3)에서 흡입 공기량(Q)(n-3)를 연산하여(스텝 S2), 크랭크각 신호(SGT)의 주기(T)(n-3) 및 흡입 공기량(Q)(n-3)을 포함하는 각종 운전 정보(엔진(1)의 파라미터)에서, 연료 분사량(Fo)(n-2)을 연산한다(스텝 S3).

또한, 연산된 연료 분사량(Fo)(n-2)에서 연료 분사 밸브(8)의 구동 시간 (Tinj)을 연산하며(스텝 S4), 연료의 분사를 개시하는 시각(t1)에 마이크로 컴퓨터 (21)의 타이머 개입이 발생하도록 타이머를 설정(스텝 S5)한 후, 도 14의 타이머 개입 처리를 벗어난다.

이어서, CPU(31)는, 도 15의 타이머 개입 처리에 의해 스텝 S3-S5에서 산출된 제어량에 따라서 시각(t1)에 분사 신호(J)를 출력하여 연료 분사 밸브(8)를 구동한다(스텝 S6).

이어서, 현재의 시각(t1)에서 연료 분사 밸브(8)의 구동 시간(Tinj)만큼 경과한 후의 분사 종료시각(t2)에 타이머 개입이 발생하도록 타이머를 설정(스텝 S7)한 후, 도 15의 타이머 개입 처리를 벗어난다.

끝으로, CPU(31)는, 도 16의 타이머 개입 처리에 의해 자연 연료량(Fo)(n-2)의 분사가 종료하는 시각(t2)에 분사 신호(J)를 종료시켜, 연료 분사 밸브(8)의 구동을 정지(스텝 S8)한 후, 대상 실린더에 대한 연료 분사 제어를 종료한다.

이와 같이, 예를 들면 #1실린더에 대한 연료 분사량(Fo)을 연산하기 위해, 도 9a 내지 도 9d와 같이, #1실린더에 충진되는 흡기 공기의 시기(즉, 흡기 행정)와는 다른 타이밍(폭발 행정-배기 행정)에서의 크랭크각 신호(SGT)의 주기(T)(n-3) 및 엔진(1)의 흡기 공기량(Q)(n-3)을 사용하고 있다.

이경우, 엔진(1)의 회전수(Ne)나 흡기 공기량(Q)이 비교적 안정되어 있는 정상시에 있어서는 주기(T)(n-3) 및 흡입 공기량(Q)(n-3)이 안정되어 있기 때문에 흡기 공기량(Q)의 계측 시기가 실제의 공기 흡입 시기보다 빨라도 큰 오차는 발생하지 않는다.

그러나, 가속시나 감속시 등의 과도 상태에 있어서는, 주기(T)(n-3)나 흡입 공기량(Q)이 각각으로 변화하기 때문에 빠른 타이밍으로 연료 분사량(Fo)을 연산하면, 가속성이나 감속성을 잃게 된다.

예를 들면, 가속시에 있어서는, 시시각가 증대하는 요구 연료량(Fo)에 대하여 실제로 공급되는 연료량(F)이 부족되기 때문에 가속성이 악화되며, 감속시에 있어서는 스로틀밸브(4)의 폐쇄에 의해 감소되는 흡기 공기량(Q)과 비교하여 실제로 공급되는 연료가 많게되기 때문에 감속되기 어렵게 된다.

또한, 일반적으로, 엔진(1)이 냉각 상태인 경우에는 분사된 연료가 기화되기 어려우므로 연소가 불안정하게 되어서, 엔진(1)의 시동 후의 온도 상승에 의해 촉매(16)가 활성화 될 때까지는 배기 가스가 청정되지 않는 것으로 배기 가스가 악화되게 된다.

종래의 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치는 상기와 같이 예를 들면, 제어 대상 실린더에 대한 연료 분사량(Fo)(n-2)의 연산을, 흡기 행정과는 다른 전회의 폭발 행정-배기 행정에서의 주기(T)(n-3) 및 흡기 공기량(Q)(n-3)만을 사용하기 때문에 가속시에 있어서는 실제의 연료 분사량(F)의 부족으로 가속성이 악화되며, 감속시에 있어서는 연료의 과잉공급으로 감속되기 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 엔진(1)이 냉각되는 경우에는 연료가 기화되기 어려워 연소가 불안정하게 되며, 시동수에 촉매(16)가 고온으로 되어 활성화될 때까지는 배기 가스가 악화되어 버린다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 실린더 분사 엔진에서 연료 분사량을 연산하는 경우에 최신의 운전 상태(흡입 공기량 및 크랭크각 주기)를 반영시키는 것에 의해 과도 운전시의 연료량을 적정화한 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치를 얻기 위한 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 과도 운전시의 연료량을 용이하게 적정화하여 연료의 기화를 촉진하며, 또한, 엔진 냉각시의 촉매를 곧바로 활성화 할 수 있는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 과도 운전시의 연료량을 용이하게 적정화함과 동시에 엔진 출력 성능을 안정화시킨 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명의 청구항 1항에 따른 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치는, 내연기관의 각 실린더 내에 직접 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브를 가지며, 각 연료 분사 밸브에 대하여 각 연료 분사 밸브의 구동 시간에 따른 펄스폭의 분사 신호를 제공하므로서 각 실린더의 1행정에 요구되는 연룔량을 각 실린더 내로 공급하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 있어서, 각 실린더의 1행정에 제공되는 분사 신호를 3개의 펄스로 분할하여, 1행정에 요구되는 연료량을 3회로 분할하며, 각 실린더의 연료 분사 밸브에 대하여 첫번째 및 두번째의 분사 신호를 각각 흡기 행정으로 제공하며, 세번째의 분사 신호를 압축 행정으로 제공하며, 두번째의 분사 신호에 의해 공급 되는 연료량을 내연기관의 운전 상태에 따라서 보정하는 것이다.

이것에 의해, 두번째 분사의 경우에 최신의 운전 상태(흡기 공기량및 크랭크각 주기)를 반영시킨 연료량의 연산이 가능하게 되며, 두번째의 분사 신호로 연료량을 조정하여 과도시에서의 연료량을 적정화 하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 청구항 2항에 따른 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치는, 내연기관의 각 실린더 내에 직접적으로 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브를 가지며, 각 연료 분사 밸브에 대하여 각 연료 분사 밸브의 구동 시간에 따른 펄스폭의 분사 신호를 제공하므로써 각 실린더의 1행정에 요구되는 연료량을 각 실린더 내에 공급하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 있어서, 각 실린더의 1행정에 제공되는 분사 신호를 3개의 펄스로 분할하여, 1행정에 요구되는 연료량을 3회로 분할하며, 각 실린더의 연료분사 밸브에 대하여 첫번째의 분사 신호를 배기 행정에서 제공하며, 두번째의 분사 신호를 흡기 행정에서 제공하고, 세번째의 분사 신호를 압축 행정에서 제공하는 것이다.

이것에 의해 첫번째에 분산된 연료가 배기 가스로 따뜻하게 되어 연료의 기화가 촉진됨과 동시에 그대로 배출된 이루의 연료가 연소되어 촉매를 가열 활성화하기 때문에 특히 냉기시의 엔진 성능을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 3항에 따른 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치는, 청구항 1항에 있어서, 세번째의 분사 신호에 의해 공급되는 연료량을 일정값으로 설정한 것이다. 그것에 의해 엔진의 출력 성능을 안정화시킬 수 있다.

도 1a 내지 1d는 본 발명의 실시예 1에 의한 연료 분사 처리 동작을 설명하기 위한 타이밍 챠트.

도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 연료분사 처리의 크랭크각 신호의 시동 에지에서의 개입(interrupt) 처리 동작을 나타내는 흐름도.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 연료분사 처리의 시각(t11)에서의 타이머 개입 처리 동작을 나타내는 흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 연료분사 처리의 시각(t3)에서의 타이머 개입 동작을 나타내는 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 연료분사 처리의 시각(t5)에서의 타이머 개입 처리 동작을 나타내는 흐름도.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예 2에 의한 연료분사 처리 동작을 설명하기 위한 타이밍 챠트.

도 7은 일반적인 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치의 전체를 나타내는 구성도.

도 8은 도 7내의 전자 제어 유닛의 구체적인 구성예를 나타내는 블럭도.

도 9a 내지 도 9d는 종래 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 의한 연료 분사 처리 동작을 설명하기 위한 타이밍 챠트.

도 10은 일반적인 엔진 회전수 및 목표 엔진 토오크와 연료 분사 방식과의 관계를 나타내는 설명도.

도 11은 일반적인 압축 행정 분사시 및 흡기 행정 분사기에 있어서의 공연비와 엔진 발생 토오크와의 관계를 나타내는 특성도.

도 12는 일반적인 압축 행정 분사시의 연소 상태를 모식적으로 나타내는 설명도.

도 13은 일반적인 흡기 행정 분사시의 연소 상태를 모식적으로 나타내는 설명도.

도 14는 종래 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 의한 연료 분사 처리 크랭크각 신호의 상승 에지에서 개입 처리 동작을 나타내는 흐름도.

도 15는 종래 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 의한 연료 분사 처리 시각(t1)에서의 타이머 개입 처리 동작을 나타내는 흐름도.

도 16은 종래 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 의한 연료 분사 처리 시각(t2)에서의 타이머 개입 처리 동작을 나타내는 흐름도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 엔진(내연기관) 1a-1d : 실린더

8 : 연료 분사 밸브 J1-J3 : 분사 신호

Tinj : 종합 구동 시간 Tinj1, Tinj2, Tinj3 : 구동 시간(펄스폭)

r : -정수

(실시예 1)

이하, 본 발명의 실시예 1을 도면에 관하여 설명한다. 본 발명의 실시예 1의 시스템의 전체 구성에 관하여서는, 도 7 및 도 8과 동일하며, 상술한 그대로이기 때문에 여기에서는 설명을 생략한다.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예 1에 의한 연료 분사 방법을 나타내는 타이밍 챠트이며, 상술한 바와 같이 #1실린더의 압축 행정에 대응한 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지를 Iu(n)으로서, #1실린더의 연료 분사와 관련된 경우를 나타내고 있다.

여기에서는, 도 1c의 분산 신호(J)가 J1-J3로 3등분 되어 있는 점만이 도 9a 내지 도 9d와 다르다.

J1은 흡기 행정에서의 첫번째의 분사 신호, J2는 흡기 행정에서의 두번째의 분사 신호, J3는 압축 행정에서의 세번째의 분사 신호이다.

또한, t1a, t3, t5는 각 분사 신호(J1-J3)의 상승 시각, t2a, t4, t6는 각 분사 신호(J1-J3)의 하강 시각, Tinj1-yinj3는 각 분사 신호(J1-J3)의 펄스폭(연료 분사 밸브(8)의 각 구동 시간)이다.

이어서, 도 7 및 도 8과 함께, 도 2 내지 도 5의 흐름도를 참조하면서 3등분된 분사 신호(J1-J3)를 사용한 본 발명의 실시예 1에 의한 연료 분사 처리 동작에 관하여 설명한다.

도 2는 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지 Iu(n-2)에서의 개입 처리를 나타내는 흐름도이며, S1-S3는 상술과 동일한 스텝이다. 또한, 도 3은 첫번째의 분사를 행하는 시각(t1a)에서의 타이머 개입 처리를 나타내는 흐름도이며, 도 4a 내지 도 4d는 두번째의 분사를 행하는 시각(t3)에서의 타이머 개입 처리를 타나내는 흐름도이고, 도 5는 세번째의 분사를 행하는 시각(t5)에서의 타이머 개입 처리를 행하는 흐름도이다.

도 2의 개입 처리는, Iu(n-2) 만 되지 않고, 이어서 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지In(n-1) 및 Iu(n)에 있어서도 점차 실행된다.

우선, CPU(31)(도 8참조)는, 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지Iu(n-2) 로 개입이 발생된 경우, 상술과 동일하게 금번 및 전회의 개입 발생 시각Iu(n-2) 및 Iu(n-3)에서 크랭크각 신호(SGT)의 전회의 주기(T)(n-3)를 연산한다(스텝 S1).

이어서, 흡입 공기량(Q)(n-3)을 연산하며(스텝 S2), 크랭크각 신호(SGT)의 주기(T)(n-3) 및 흡입 공기량(Q)(n-3)에서 연료 분사량(Fo)(n-2)을 연산한다(스텝 S3).

또한, 목표 연료 분사량(Fo)(n-2)을 3등분한 연료 분사량에 상당하는 각 분사 신호(J1-J3)의 펄스폭(구동 시간) Tinj1(n-2)-Tinj3(n-2)을, 이하의 수학식 1-3식과 같이 연산한다(스텝 S14).

즉, 첫번째의 분사 신호(J1)는, 목표 연료량(Fo)(n-2)의 80%를 공급하며, 두번째 및 세번째의 분사 신호(J2 및 J3)는, 나머지 20%의 연료량을 공급하게 된다. 또한, 세번째의 연료 분사 시간(Tinj3)(n-2)은 상술한 것과 동일한 일정값(r)이다.

또한, 3회의 구동 시간 Tinj1(n-2)∼Tinj3(n-2)의 합으로서, 연료 분사 밸브(8)의 총합 구동 시간(Tinj)(n-2)을 이하의 수학식 4와 같이 연산한다.

이렇게 하여 스텝(S14)에 있어서, 목표 연료량(Fo)(n-2)에 상당하는 총합 구동 시간 Tinj(n-2) 및 목표 연료량(Fo)(n-2)의 3등분에 상당하는 구동 시간 Tinj1(n-2)∼Tinj3(n-2)를 설정하며, 상승 에지(Iu)(n-2)의 개입 처리(도 2)를 벗어난다.

이어서, CPU(31)는, 시각(t1a)의 타이머 개입 처리(도 3)에 의해 첫번째의 연료 분사를 실행한다.

즉, #1실린더의 흡기 행정 초기의 시각(t1a)에서 첫번째의 분사 신호(J1)를 상승시킴으로써 연료 분사 밸브(8)를 구동 개시한다(스텝 S15).

이어서, 첫번째의 분사 신호(J1)의 하강 시각(t2a)(연료 분사 밸브(8)의 구동 정지 시각)을 설정하며(스텝 16), 시각(t1a)의 타미어 개입 처리(도 3)를 벗어난다.

여기에서, 첫번째의 분사 종료 시각(t2a)은, 도 2내의 스텝(S14)에서 연산된 첫번째의 구동 시간(Tinj1)(n-2)을 이용하여 이하의 수학식 5와 같이 연산한다.

이하, 첫번째의 분사 신호(J1)의 하강 시각(t2a)에서, 상술(도 16참조)과 동일하게 시각(t2a)에서의 타이머 개입 처리(도시 생략)를 실행하여 연료 분사 밸브 (8)의 구동을 정지한다.

이어서, 크랭크각 신호(SGT)의 상승 에지(Iu)(n-1)에 있어서, 도 2와 동일한 개입 처리를 실행하며, 크랭크각 주기(T)(n-2) 및 흡입 공기량(Q)(n-2)을 구한 후, 상기 수학식 2 내지 4식과 동일하게 연료 분사 밸브(8)의 제 k번째(k=1,2,3)의 구동 시간(Tinjk)(n-1)을 이하의 수학식 6 내지 8식과 같이 연산한다.

수학식 6 내지 8식은, 상기 수학식 1 내지 3식 내의 연산 처리 타이밍(n-2)이 금회 타이밍(n-1)으로 변환되어 있는 경우만을 나타낸다.

또한, 금회의 목표 연료량(Fo)(n-1)에 상당하는 총합 구동 시간(Tinj)(n-1)은, 수학식 6 내지 8식으로 얻어지는 구동 시간Tinj1(n-1)∼Tinj3(n-1)의 합으로 된다.

이어서, CPU(31)는, 시각(t3)에서의 타이머 개입 처리도(도 4)에 의해 두번째 연료 분사를 실행한다.

즉, #1실린더의 흡기 행정 후반의 시각(t3)에서 두번째의 분사 신호(J2)를 상승하는 것에 의해 연료 분사 밸브(8)를 구동 개시한다(스텝 S17).

이어서, 운전 상태의 변화에 따른 연료량을 설정하여 과속시의 연료 분사량 (F)의 보정을 행하기 위해 전회의 총합 구동 시간(Tinj)(n-2)과 금회의 총합 구동 시간(Tinj)(n-1)과의 시간 편차

를 이하의 수학식 9와 같이 연산한다(스텝 S18).

또한, 상기 식에서 연산된 구동 시간 편차

를 이용하여, 두번째의 분사 신호(J2)에 의한 연료 분사 밸브(8)의 구동 시간(Tinj2)(n-2)을, 이하의 수학식 10과 같이 보정하며, 신규의 두번째 구동 시간 (Tinj2)(n-1)으로 한다(스텝 S19).

이어서, 두번째의 분사 신호(J2)의 하강 시각(t4)(연료 분사 밸브(8)의 구동 정지 시각)을 이하의 수학식 11과 같이 설정하며(스텝 S20), 시각(t3)의 타이머 개입 처리(도 4)를 벗어난다.

이렇게 하여, 두 번째의 분사신호(j2)의 타이머 설정이 종료되면, 시각(t4)에서 전술한 바와 동일하게 분사 신호(j2)를 하강시키기 위해 타이머 개입 처리(도시되지 않음)가 실행된다.

이어서, CPU(31)는, 시각(t5)의 타이머 개입 처리(도 5)에 의해 세번째의 연료 분사를 실행한다.

즉, 시각(t5)에서 세번째의 분사 신호(J3)를 상승시킴으로써 연료 분사 밸브(8)를 구동 개시한다(스텝 S21).

이어서, 세번째의 분사 신호(J3)의 하강 시각(t6)(연료 분사 밸브(8)의 구동 정지 시각)을, 이하의 수학식 12와 같이 설정하며(스텝 22), 시각(t5)의 타이머 개입 처리(도 5)를 벗어난다.

이와 같이, 제어 대상 실린더에 대하여, 3등분된 분사 신호(J1-J3)를 사용하며, 첫번째의 분사 신호(J1)를 흡기 행정의 전반에서 출력하며, 두번째의 분사 신호(J2)를 흡기 행정의 후반에서 출력하고, 세번재의 분사 신호(J3)를 압축 행정에서 출력하므로서 두번째의 분사 신호(J2)에 의한 연료 분사 개시시에 있어서는, 최신의 크랭크각 주기(T)(n-1) 및 흡입 공기량(Q)(n-1) 등으로 연산된 최신의 연료 분사량(Fo)(n-1)을 연산할 수 있다.

여기에서, 첫번째의 분사 신호(J1)(펄스폭 Tinj1)에 의해 분사되는 연료량 (F1)은 전회의 운전 상태에 따라 공지된 값이며, 세번째의 분사 신호(J3)(펄스폭 r)에 의해 분사되는 연료량(F3)는 일정값이지만, 두번째의 분사 신호(J2)에 의해 분사되는 연료량(F2)를 금회의 운전 상태에 따라서 조정하므로써 총합 연료 분사량 (F)을 최신의 엔진 상태로 보는 목표 연료량(Fo)에 일치시킬 수 있다.

따라서, 가감속시의 과도 운전 상태에 있어서는, 최신의 엔진 상태를 반영시킬 수 있으며, 가속 부족이나 감속성 악화 등을 해소할 수 있다.

또한, 압축 행정에 있어서, 세번째의 분사 신호(J3)에 의해 연료를 분사하기 때문에 비교적 짙은 혼합기의 층이 점화 플러그(10)의 주변에 형성 되어(도 12 참조) 연료로의 착화가 확실하고 용이하게 된다.

또한, 압축 행정에서의 세번째의 연료 분사량(F3)이 변동되면, 엔진(1)의 발생 토오크 등의 성능 변동에 현저하게 영향을 주게되지만, 세번째의 분사 신호(J3)의 펄스폭(Tinj3)을 일정값(r)으로 설정하였기 때문에 압축 행정에서의 분사량(F3)이 변동되지 않으며, 압축 행정에서의 엔진(1)의 연소성에 영향을 주는 일은 없다.

따라서, 흡기 행정에서 분사되는 첫번째의 연료량(F1) 및 두번째의 연료량 (F2)(특히, 보정 제어되는 두번째의 분사 신호(J2)에 의한 연료량(F2))에 의해 엔진(1)의 출력을 제어할 수 있다.

(실시예 2)

또한, 상기 실시예 1에서는 3등분한 분사 신호(J1-J3)중에서, 첫번째의 분사 신호(J1) 및 두번째의 분사 신호(J2)를 흡기 행정에 있어서 출력하였지만, 도 6a 내지 도 6d에 나타내듯이, 첫번째의 분사 신호(J1)를 배기 행정에서 출력하며, 두번째의 분사 신호(J2)만을 흡기 행정에서 출력하도록 하여도 좋다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예 2에 의한 연료 분사 동작을 나타내는 타이밍챠트이며, 도 6c에 있어서, #1실린더의 연료 분사 밸브(8)에 대한 분사 신호(J)는 각 제어 행정마다 3개의 분사 신호(J1-J3)로 분할되어 있으며, 그중에서 첫번째의 분사 신호(J1)는 배기 행정에서 출력된다.

다른 동작에 관하여서는 상술된 바(도 1a 내지 도 5 참조)와 동일하며, 두번째의 분사 신호(J2)는 흡기 행정에서 출력되고, 세번째의 분사 신호(J3)는 압축 행정에서 출력된다.

이 경우, 배기 행정에서 출력되는 첫번째의 분사 신호(J1)는, 크랭크각 주기(T)(n-3)로 연산된 연료 분사량(F1)을 분사하며, 흡기 행정에서 출력 되는 두번째의 분사 신호(J2)는, 크랭크각 주기(T)(n-2)에서 연산된 최신의 연료량을 고려하여 연료량(F2)의 보정을 행하며, 압축 행정에서 출력되는 세번째의 분사 신호 (J3)는 일정 펄스폭(r)에 근거하여 일정 연료량(F3)를 분사한다.

이것에 의해 상술한 것과 동일하게 두번째의 분사 신호(J2)에 의해 연료량을 보정할 수 있다.

또한, 첫번째의 분사 신호(J1)를 배기 행정에서 출력하므로서 배기 행정에서 분사된 연료가 배기 가스로 따뜻해지며, 연료의 기화가 촉진되기 때문에 특히 엔진 (1)이 냉각 상태에서의 연소성을 향상시킬 수 있다.

또한, 배기 행정에 분사된 연료의 일부가 실린더 내에 고이지 않고 그대로 배출 포트에서 배기관으로 배출된 경우, 미연소 가스가 촉매(16)의 부근에서 연소되어 촉매(16)가 가열되기 때문에 냉각시에 있어서 시동 후의 촉매(16)의 활성화를 촉진할 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 청구항 1에 의하면, 각 실린더(1a-1d)의 1행정에 제공되는 분사 신호(J)를 3개의 펄스(J1-J3)로 분할함과 동시에, 1행정에 요구되는 연료량(Fo)을 3회로 분할하며, 각 실린더(1a-1d)의 연료 분사 밸브(8)에 대하여 첫번째 및 두번째의 분사 신호(J1 및 J2)를 각각 흡기 행정에서 제공하며, 두번째의 분사 신호(J2)에 의해 공급되는 연료량(F2)을 엔진(1)의 운전 상태에 따라서 보정하며, 총합 연료 분사량(F)을 최신의 엔진상태로 맞추어 목표 연료량(Fo)과 일치시키도록 하였기 때문에, 가속도에서의 과도 운전 상태에 있어서도 최신의 엔진 상태를 연료 분사량(F)에 반영시킬 수 있으며, 연료량(F)을 적정화하여 가속 부족이나 감속성 악화를 해소할 수 있다.

또한, 본 발명이 청구항 2에 의하면, 각 실린더(1a-1d)의 1행정에 제공되는 분사 신호(J)를 3개의 펄스(J1-J3)로 분할함과 동시에, 1행정에 요구되는 연료량 (Fo)을 3회로 분한하며, 각 실린더(1a-1d)의 연료 분사 밸브(8)에 대하여 첫번째의 분사 신호(J1)을 배기 행정에서 제공하며, 두번째의 분사 신호(J2)를 흡기 행정에서 제공하고, 세번째의 분사 신호(J3)을 압축 행정에서 제공하도록 하였기 때문에 배기 행정 분사된 연료의 일부가 촉매(16)의 부근에서 연소되어 냉기 시동 후의 촉매(16)의 활성화를 촉진할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 3에 의하면, 청구항 1에 있어서, 세번째의 분사 신호(J3)에 의해 공급되는 연료량을 일정값으로 설정하였기 때문에 엔진(1)의 연소 상태에 영향을 주는 일 없이 엔진 출력 성능을 안정화할 수 있다.

Claims (3)

1. 내연기관의 각 실린더 안으로 직접 연료를 분사하기 위한 연료 분사 밸브를 가지며, 상기 각각의 연료 분사 밸브에 대해 상기 각각의 연료 분사 밸브 구동 시간에 따른 펄스폭의 분사 신호를 제공하므로써, 상기 각 실린더의 1행정에 요구되는 연료량을 상기 각 실린더 안으로 공급하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어장치에 있어서, 상기 각 실린더의 1행정에 제공되는 분사 신호를 3개의 펄스로 분할 하여, 상기 1행정에 요구되는 연료량을 3회로 분할하며, 상기 각 실린더의 연료 분사 밸브에 대하여, 첫번째 및 두번째의 분사 신호를 각각 흡기 행정이 진행되는 동안 제공하며, 세번째의 분사 신호를 압축 행정이 진행되는 동안 제고하고, 상기 두번째의 분사 신호에 의해 공급되는 연료량을 상기 내연기관이 운전 상태에 따라서 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치.
2. 내연기관의 각 실린더 안으로 직접 연료를 분사하기 위한 연료 분사밸브를 가지며, 상기 각각의 연료 분사 밸브에 대해 상기 각각의 연료 분사 밸브 구동 시간에 따른 펄스폭의 분사 신호를 제공하므로써, 상기 각 실린더의 1행정에 요구되는 연료량을 상기 각 실린더 안으로 공급하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치에 있어서, 상기 각 실린더의 1행정에 제공되는 분사 신호를 3개의 펄스로 분할하여, 상기 1행정에 요구되는 연료량을 3회로 분할하며, 상기 각 실린더의 연료 분사 밸브에 대하여, 첫번째의 분사 신호를 배기 행정이 진행되는 동안 제공하며, 두번째의 분사 신호를 흡기 행정이 진행 되는 동안 제공하고, 세번째의 분사 신호를 압축 행정이 진행되는 동안 제공 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 세번째의 분사 신호에 의해 공급도는 연료량은 일정한 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 실린더 분사 연료 제어 장치.

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